KR20130011397A - 연속적 흡착 및 재생 기능을 가진 유기화합물 제거장치 - Google Patents

연속적 흡착 및 재생 기능을 가진 유기화합물 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기화합물 제거장치에 관한 것으로서, 휘발성 유기화합물을 활성탄에 흡착시킴과 동시에 흡착된 휘발성 유기화합물을 활성탄으로부터 탈리시켜 활성탄을 재생시킬 수 있는 연속적 흡착 및 재생 기능을 가진 유기화합물 제거장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 내부에 형성된 유로로 휘발성 유기화합물을 함유하는 오염공기가 유입되는 제 1덕트와, 제 1덕트의 내부에 설치되어 상기 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 플라즈마 및 광촉매 반응으로 처리하는 플라즈마반응부와, 제 1덕트의 후단에 연결되고 적어도 2개 영역으로 구획된 내부공간에 활성탄이 충진된 카트리지를 포함하며, 상기 플라즈마반응부를 거친 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 어느 하나의 영역에 충진된 활성탄에 흡착시키는 흡착부와, 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈리시킴과 동시에 탈리된 휘발성 유기화합물을 제거하는 재생부와, 카트리지를 회전시켜 어느 하나의 영역을 상기 재생부로 위치시키는 회전구동부와, 카트리지의 후단에 연결되며 상기 흡착부를 통과하여 휘발성 유기화합물이 제거된 공기가 유출되는 제 2덕트를 구비한다.

Description

연속적 흡착 및 재생 기능을 가진 유기화합물 제거장치{Volatile organic compounds remover with continuous adsorption and regeneration functions}
본 발명은 유기화합물 제거장치에 관한 것으로서, 휘발성 유기화합물을 활성탄에 흡착시킴과 동시에 흡착된 휘발성 유기화합물을 활성탄으로부터 탈리시켜 활성탄을 재생시킬 수 있는 연속적 흡착 및 재생 기능을 가진 유기화합물 제거장치에 관한 것이다.
각종 도장작업시 도장부스 외부로 배출되는 배기 중에는 많은 양의 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)이 함유되어 있다.
휘발성 유기화합물이 그대로 대기 중으로 배출되면, 휘발성 유기화합물이 빛과 반응하여 오존이나 알데히드 또는 스모그 중의 질소화합물과 같은 광화학산화물을 생성하게 됨으로써 대도시의 광화학 스모그와 지구온난화와 같은 환경오염을 유발시킨다. 이뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물을 이루는 대부분의 물질들이 낮은 농도에서도 자극적이고 불쾌한 냄새를 발생시키며, 인체와의 피부 접촉이나 호흡기로 유입될 경우 신경계 등의 장애를 일으키는 발암물질이다. 따라서 최근에 들어서는 그 배출시설에 대한 법적 배출규제가 마련되고 있다.
특히, 자동차 제조회사의 도장공정에서는 도장 결과물의 깨끗한 표면 유지와 분사되는 도장액의 분무입자의 안정적인 운동을 확보하기 위해 도장공정 부스의 흡입공기와 유출공기의 안정적인 흐름 유지, 즉 일정한 압력 유지를 위해 배출공기의 유량을 100m3/min 이상의 대유량으로 유지할 필요가 있다. 이러한 도장공정에서 도장원료의 정착율은 40~60% 정도로 비교적 낮아, 정착되지 못한 나머지 도장 원료인 유기화합물은 그대로 대유량에 혼입되어 외부로 배출된다.
휘발성 유기화합물의 처리방법으로 현재까지 적용되어 왔던 것으로는 흡착방식과 생물학적 처리방식과 직연소법(RTO 포함) 또는 촉매연소법(RCO 포함)과 같은 여러 가지의 방법이 있었으나, 단순 흡착방식을 제외하고는 휘발성 유기화합물의 처리에 많은 비용이 소요된다는 문제점이 있다. 특히, 100m3/min 이상의 대유량의 경우 직연소법은 고속 기류 중에 화염을 유지하기가 어려워 불가능하며, 촉매연소법은 촉매를 활성온도까지 올리는데 많은 에너지가 들어가 경제성이 없다.
따라서 휘발성 유기화합물의 처리에 있어 현실적으로 적용 가능한 것은 활성탄을 이용한 흡착방식이 가장 유력한데, 활성탄은 무수히 많은 미세공과 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에, 벤젠이나 톨루엔 가스와 같이 분자량이 비교적 큰 휘발성 유기화합물이 활성탄층을 통과하게 되면, 반데르발스 힘에 의하여 휘발성 유기화합물의 대부분이 저압의 모세관 내부로 유입되고, 이 모세관의 내부에서 휘발성 유기화합물이 응축된 상태로 흡착되는 원리를 이용한 것이다.
그러나, 휘발성 유기화합물이 지속적으로 흡착되어 활성탄이 포화상태가 되면, 활성탄 고유의 흡착능력을 상실하므로, 흡착장치의 내부로 투입된 활성탄이 포화상태가 되면 새로운 활성탄으로 교체해 주어야 하는데, 이러한 활성탄의 교체에 따른 비용부담이 비교적 크기 때문에 가급적 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시켜 활성탄을 재생하여 재사용하는 것이 바람직하다.
하지만, 종래에는 활성탄의 교체 또는 재생 작업시 휘발성 유기화합물을 제거하기 위한 공정이 일시 중단되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 휘발성 유기화합물을 활성탄에 흡착시킴과 동시에 흡착된 휘발성 유기화합물을 활성탄으로부터 탈리시켜 활성탄을 재생시켜 연속적 흡착 및 재생이 가능한 유기화합물 제거장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 내부에 형성된 유로로 휘발성 유기화합물을 함유하는 오염공기가 유입되는 제 1덕트와; 상기 제 1덕트의 내부에 설치되어 상기 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 플라즈마 및 광촉매 반응으로 처리하는 플라즈마반응부와; 상기 제 1덕트의 후단에 연결되고 적어도 2개 영역으로 구획된 내부공간에 활성탄이 충진된 카트리지를 포함하며, 상기 플라즈마반응부를 거친 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 어느 하나의 영역에 충진된 활성탄에 흡착시키는 흡착부와; 상기 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈리시킴과 동시에 탈리된 휘발성 유기화합물을 제거하는 재생부와; 상기 카트리지를 회전시켜 어느 하나의 영역을 상기 재생부로 위치시키는 회전구동부와; 상기 카트리지의 후단에 연결되며 상기 흡착부를 통과하여 휘발성 유기화합물이 제거된 공기가 유출되는 제 2덕트;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마반응부는 상기 제 1덕트의 유로를 가로질러 설치되는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극 사이에 설치되는 다공성 구조의 지지체와, 상기 지지체의 표면에 형성된 광촉매 코팅층을 구비하는 특징으로 한다.
상기 플라즈마반응부의 전단에 위치하도록 상기 덕트의 내부에 설치되며 상기 오염공기의 습도 조절 및 분진 제거를 위한 전처리부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 카트리지는 전후 양단에 상기 제 1 및 제 2덕트가 각각 삽입되는 가이드홈이 마련되고 내부에 상기 활성탄이 충전된 드럼과, 상기 드럼의 개방된 좌우 양측에 결합되며 통기홀들이 형성된 타공판과, 상기 드럼의 내부를 적어도 2개의 영역으로 분할하여 각각 독립된 공간을 형성하는 격벽들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전구동부는 상기 카트리지의 외주면에 환형으로 설치되어 다수의 톱니들이 형성된 링기어와, 상기 링기어와 치합하는 구동기어와, 상기 구동기어와 연결되며 상기 구동기어를 회전시키기 위한 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 재생부는 상기 카트리지의 일측에 설치되어 상기 카트리지의 어느 하나의 영역으로 열풍을 유입시키기 위한 제 1케이스와, 상기 제 1케이스의 내부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스공급부와, 상기 제 1케이스와 연결되며 내부에 연소용 촉매가 설치되는 제 1연결관과, 상기 카트리지의 타측에 설치되어 상기 제 1케이스와 대응되는 위치에 설치되며 상기 카트리지를 통과하여 탈리된 휘발성 유기화합물이 유입되는 제 2케이스와, 상기 제 2케이스와 연결되며 내부에 산화용 촉매가 설치되는 제 2연결관과, 상기 산화용 촉매를 가열시키기 위해 상기 제 2연결관에 설치되는 히터와, 상기 제 2연결관으로 산소를 공급하기 위한 산소공급부와, 상기 제 2연결관을 통과한 배기 가스 중 일부를 상기 제 1연결관으로 순환시키기 위한 순환펌프와, 상기 제 1연결관으로 유입된 상기 배기 가스 중의 산소를 제거하기 위해 상기 산소와 혼합되어 연소될 수 있는 연료를 공급하는 연료공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 원통형 카트리지의 내부공간을 분할하여 일부 영역에서 휘발성 유기화합물을 활성탄에 흡착시킴과 동시에 나머지 영역에서는 활성탄을 재생시킴으로써 흡착과 재생을 동시에 연속적으로 할 수 있는 유기화합물 제거장치를 제공한다.
또한, 플라즈마를 이용한 광촉매에 의해 휘발성 유기화합물 일부를 저급 탄화수소계로 분해시켜 흡착 및 탈리가 용이하다.
그리고 활성탄의 재생은 불활성가스와 연소가스를 사용함으로써 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물의 탈리시 폭발을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기화합물 제거장치의 단면도이고,
도 2는 도 1의 A-A의 단면도이고,
도 3은 도 1의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기화합물 제거장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 유기화합물 제거장치는 크게 제 1 및 제 2덕트와, 플라즈마반응부(20)와, 흡착부(40)와, 재생부(70)와, 회전구동부와, 제 2덕트를 구비한다.
제 1덕트는 내부에 유로가 형성되어 휘발성 유기화합물을 함유하는 오염공기가 유입된다. 제 1덕트는 제 1관(1), 제 2관(2), 제 3관(3)으로 이루어진다. 제 1관(1)은 오염공기를 배출하는 시설에 연결된다. 제 2관(2)은 제 1관(1)의 후단에 연결되고, 제 3관(3)은 제 2관(2)의 후단에 연결된다. 제 3관(3)은 제 2관(2)과 직경이 동일한 제 1부(5)와, 후방으로 진행할수록 직경이 점진적으로 확대되는 원추형의 제 2부(6)와, 제 2부(6)의 후방에 형성된 제 3부(7)로 이루어진다. 제 3부(7)는 상부가 부채꼴 형상으로 꺼진 형상을 갖는다. 꺼진 부위에는 후술할 흡착부(70)의 제 1케이스(71)가 배치된다.
상술한 제 1덕트의 후방에는 흡착부(40)가 배치되고, 흡착부(40)의 후방에는 제 2덕트가 연결된다.
제 2덕트는 제 4관(11) 및 제 5관(17)으로 이루어진다. 제 4관(11)은 제 3관과 대칭되는 구조를 갖는다. 즉, 제 4관(11)은 제 3부와 동일한 직경을 갖는 제 4부(13)와, 제 4부(13)의 후단에 형성되며 후방으로 진행할수록 직경이 점진적으로 축소되는 원추형의 제 5부(14)와, 제 5부(14)의 후단에 형성된 제 6부(15)로 구비된다. 제 4부(13)는 상부가 부채꼴 형상으로 꺼진 형상을 갖는다. 꺼진 부위에는 후술할 흡착부(70)의 제 2케이스(75)가 배치된다.
제 5관(17)은 제 4관(11)의 제 6부(15)와 연결되어 일정 길이 연장된다. 제 6부(15)에는 송풍팬(19)이 설치된다. 송풍팬(19)은 제 2덕트의 외부에 설치된 모터(19)와 연결된다. 송풍팬(19)에 의해 오염공기는 제 1덕트로 유입되어 제 2덕트를 통해 외부로 배출된다. 이때 오염공기는 흡착부(40)를 통과하면서 휘발성 유기화합물이 제거된다.
플라즈마반응부(20)는 제 2관(2)의 내부에 설치된다. 플라즈마반응부(20)는 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 플라즈마 및 광촉매 반응으로 1차 처리한다. 플라즈마반응부(20)는 제 2관(2)을 가로질러 설치되는 한 쌍의 전극(21)(23)과, 한 쌍의 전극(21)(23) 사이에 설치되는 다공성 구조의 지지체(25)와, 지지체(25)의 표면에 형성된 광촉매 코팅층을 구비한다.
전극(21)(23)은 내부식성의 금속성 그물망으로 형성되며, 제 1덕트와 절연될 수 있도록 한다. 각 전극(21)(23)에 설치된 전극단자는 승압기와 연결된다. 승압기는 상용 교류전원을 공급받아 15,000 내지 18,000볼트(V)로 승합시켜 전극으로 전압을 공급한다.
양 전극 사이에 설치된 지지체(25)는 다공성 구조로서, 코디어라이트(cordierite), 뮬라이트(mullite) 또는 알루미나 등 허니컴 구조의 세라믹 재질이면 가능하다. 일 예로 셀밀도 50~400cpsi(cell per square inch) 범위의 코디어라이트이다.
지지체의 표면에는 이산화티타늄과 같은 촉매 물질을 코팅하여 산화분해 능력을 부여한다. 가령, 탄화수소계의 성분 분해향상을 위해 이산화티탄(TiO2)를 주성분으로 하고, Ni-ZSM-5(니켈 제올라이트계)와 알루미나(Al2O3)가 각각 1 내지 10중량%씩 혼합된 촉매를 이용할 수 있다.
지지체(25)는 전극(21)(23)과 밀착시키거나, 전극과 이격시켜 설치할 수 있다. 지지체(25)와 전극(21)(23) 사이의 거리가 너무 멀거나 지지체(25) 자체의 두께가 너무 두꺼우면 방전 개시전압이 높아지게 된다. 따라서 지지체(25)의 두께는 10cm를 초과하지 않는 것이 바람직하며, 전극(21)(23)과 지지체(25) 사이의 거리는 1cm를 넘지 않는 것이 바람직하다.
전극(21)(23)에 전압을 공급하면 전자 및 이온과 라디칼로 구성되는 플라즈마를 발생시킴과 동시에 방전 중에 발생된 자외선을 광원으로 광촉매를 여기시켜 제 1덕트로 유입된 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 분해 및 산화시킨다.
도시된 예에서 플라즈마반응부(20)의 전방에 전처리부(30)가 설치된다. 전처리부(30)는 제 1덕트로 유입되는 오염공기의 습도 조절 및 분진 제거를 위한 것이다. 오염공기가 60 내지 70%의 적절한 습도를 유지하는 경우 플라즈마반응부(20)에서 휘발성 유기화합물의 분해율을 높일 수 있다.
전처리부(30)의 일 예로 제 1관(1) 내부로 수분을 공급하기 위한 수분공급부와, 제 1관(1)을 통과하는 오염공기의 습도를 측정하는 습도센서(33)와, 오염공기 중에 포함된 분진을 제거하기 위한 필터(35)로 이루어진다.
수분공급부는 물탱크(미도시)와, 물탱크와 연결되어 제 1관(1) 내부에 설치되는 분사노즐(31)과, 물탱크에 저장된 물을 분사노즐(31)로 공급하기 위한 펌프(미도시)로 이루어진다. 습도센서(33)에 의해 제 1관(1)으로 유입되는 오염공기의 습도를 측정하고, 측정된 습도 값이 특정 값에 미달하면 펌프가 작동하여 분사노즐을 통해 제 1관 내부로 물이 안개형태로 분사된다. 필터(35)는 오염공기 중의 고형성분이나 이물질을 제거하기 위한 것으로, 섬유질 필터를 사용할 수 있다. 필터는 일정의 사용기간마다 교체한다.
상술한 수분공급부(30)를 통과하면서 오염공기는 습도가 조절되고 고형성분들이 제거된다. 그리고 플라즈마반응부(20)를 거치면서 1차적으로 휘발성 유기화합물이 처리되고, 잔존 휘발성 유기화합물은 흡착부(40)를 통과하면서 제거된다.
흡착부(40)는 활성탄(41)이 내부에 충진된 카트리지와, 카트리지의 회전을 지지하기 위한 지지축(43)으로 이루어진다. 카트리지 내부에 충진된 활성탄(41)의 용적은 휘발성 유기화합물의 흡착특성을 고려하여, 공간속도(space velocity=오염공기의 유량(m3/h)/활성탄 체적(m3))는 약 1000~2500/h의 범위가 적당하다. 활성탄(41)은 흡착과 재생을 반복하여 사용할 수 있으며, 수명이 다하게 되면 새로운 활성탄(41)으로 교체할 수 있다. 그리고 충진된 활성탄(41)의 내부는 유체의 흐름을 원활하게 하기 위하여 다양한 층을 만들어 분리하여 구성될 수 있다.
카트리지는 드럼(45)과, 타공판(47)과, 격벽들(49)을 구비한다.
드럼(45)은 전후 양측이 개방된 원통형으로 형성된다. 드럼(45)의 전후 양단에는 원형의 가이드홈(46)이 마련된다. 전단의 가이드홈(46)에는 제 1덕트의 제 3부(3) 후단이 삽입된다. 그리고 후단의 가이드홈(46)에는 제 2덕트의 제 4부(11) 전단이 삽입된다. 드럼(45)의 전후에 제 1 및 제 2덕트가 결합된 상태에서 드럼은 회전할 수 있는 구조를 갖는다. 가이드홈(46)에는 그리스 등 윤활제를 발라 드럼(45) 회전시의 윤활작용과 함께 기밀을 유지할 수 있도록 한다.
드럼(45)의 개방된 전후에는 타공판(47)이 각각 결합된다. 타공판(47)은 드럼(45)의 내부에 충전된 활성탄의 통과는 차단하되 공기는 통과할 수 있는 통기홀들이 다수 형성된다.
드럼(45)의 내부에는 격벽들(49)이 설치되어 드럼(45)의 내부 공간을 다수의 영역으로 분할한다. 본 발명에서는 드럼(45)의 내부를 적어도 2개의 영역으로 분할한다. 이는 하나의 영역에서 흡착과정이, 다른 영역에서는 탈착과정이 수행될 수 있도록 하기 위함이다.
도시된 예에서는 드럼(45)의 내부에 4개의 격벽들(49)이 형성된 모습을 나타내고 있다. 각 격벽(49)은 지지축(43)을 둘러싸는 보스(48)에 방사상으로 형성된다. 격벽들(49)은 90도 각도로 배치되어 드럼(45)의 내부 공간을 4개의 영역, 즉 제 1영역(46a), 제 2영역(46b), 제 3영역(46c), 제 4영역(46d)으로 분할한다. 각 영역은 독립된 공간을 이룬다.
도 2에 도시된 바와 달리 격벽(49)은 2개 또는 3개 또는 5개 이상으로 형성되어 드럼(45)의 내부공간을 2개 또는 3개 또는 5개 이상의 영역으로 분할할 수 있다. 격벽(49)은 다른 영역으로 열의 전달을 차단할 수 있는 단열소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 어느 한 영역에서 활성탄의 재생시 고온의 열이 흡착이 진행되고 있는 다른 영역의 활성탄에 전달하는 것을 방지하기 위함이다.
지지축(43)은 카트리지의 회전을 지지하기 위한 것으로서, 카트리지의 전후를 관통하도록 설치된다. 드럼(45)의 회전중심에는 보스(48)가 설치되고, 지지축(43)은 보스(48)에 축결합된다. 지지축(43)의 양단은 양 지지대(50)에 의해 지지된다. 지지대(50)의 상단에는 베어링유니트(51)가 설치되고, 베어링유니트(51)에는 지지축(43)이 결합된다. 각 지지대(50)의 하단은 제 3관(3) 및 제 4관(11) 내측면에 각각 고정될 수 있다.
상술한 흡착부(40)를 통해 휘발성 유기화합물은 카트리지를 통과하는 과정에서 카트리지 내부에 충전된 활성탄(41)에 휘발성 유기화합물이 흡착된다. 이때 카트리지 내부에 충전된 모든 활성탄(41)에 휘발성 유기화합물이 흡착되는 것이 아니라 일부의 영역, 즉 도시된 예에서 제 1영역(46a), 제 2영역(46b) 및 제 3영역(46c)에 충진된 활성탄에서만 휘발성 유기화합물이 흡착된다.
제 1영역(46a), 제 2영역(46b) 및 제 3영역(46c)에서 활성탄의 흡착시 제 4영역(46d)에서는 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물의 탈리과정이 수행된다. 따라서 제 1덕트를 통해 유입된 오염공기는 제 1영역, 제 2영역 및 제 3영역으로만 통과할 수 있다.
활성탄을 재생하기 위한 재생부(70)는 제 1케이스(71)와, 불활성가스공급부와, 제 1연결관(73)과, 연료공급부와, 제 2케이스(75)와, 제 2연결관(77)과, 히터(80)와, 산소공급부와, 순환펌프(81)를 구비한다.
제 1케이스(71)와 제 2케이스(75)는 카트리지의 전후에 각각 마주하는 위치에 설치된다. 도시된 예에서는 제 4영역(46d)과 대응되는 위치에 배치된다. 따라서 제 1 및 제 2케이스(71)(75)는 제 4영역(46d)과 대응되는 부채꼴 형태로 이루어진다.
제 1케이스(71)는 제 3부(7)의 절개된 부위에 결합된다. 제 1케이스(71)는 후면이 개방된 구조를 갖는다. 개방된 후면은 카트리지 방향으로 향한다. 그리고 제 1케이스(71)에는 가이드홈(46)에 삽입될 수 있도록 후방으로 돌출된 립(72)이 형성된다. 제 2케이스(75)는 제 4부(13)의 절개된 부위에 결합된다. 제 2케이스(75)는 전면이 개방된 구조를 갖는다. 개방된 전면은 카트리지 방향으로 향한다. 그리고 제 2케이스(75)에는 가이드 홈(46)에 삽입될 수 있도록 전방으로 돌출된 립(76)이 형성된다.
제 1연결관(73)은 제 1케이스(71)와 연결되고, 제 2연결관(77)은 제 2케이스(75)와 연결된다. 그리고 제 1 및 제 2연결관(73)(77)은 제 3연결관(79)에 의해 연결된다. 또한 제 2연결관(77)은 분기관(80)에 의해 제 2덕트의 제 5관(17)에 연결된다.
휘발성 유기화합물을 탈리시키기 위한 열풍은 제 1케이스(71)를 통해 제 1영역(46d)에 충진된 활성탄으로 유입된다. 그리고 활성탄에서 탈리된 휘발성 유기화합물은 제 2케이스(75)를 통해 제 2연결관(77)으로 유입된다. 이때 활성탄에서 탈리된 휘발성 유기화합물이 농축되면 착화원이나 산소가 있는 경우 폭발의 위험이 있다. 이를 위해 제 1케이스(71)의 내부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스공급부가 마련된다.
불활성가스공급부는 불활성 가스가 저장된 탱크(미도시)와, 탱크와 연결되어 제 1연결관(73) 내부에 설치되는 분사노즐(81)을 포함한다. 제 1케이스(71) 내부에 열풍을 공급하기 전에 불활성 가스를 먼저 공급한다. 불활성 가스로 질소가 이용될 수 있다. 질소의 공급량은 전체유량의 1/00~1/500 정도의 적은 유량으로 공급한다. 일정 압력으로 분사되는 질소는 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물 중 가벼운 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 기능을 함께한다.
제 2케이스(75)를 통해 제 2연결관(77)으로 유입된 휘발성 유기화합물은 제 2연결관(77)에서 산화된다. 이를 위해 제 2연결관(77)에는 산화용 촉매(83)와, 산소공급부와, 히터(85)가 설치된다.
산화용 촉매(83)는 휘발성 유기화합물과 산소와의 산화반응을 촉진시켜 물과 이산화탄소 등의 무해한 물질로 전환시킨다. 산화용 촉매(83)는 코디어라이트 지지체에 알루미나계열 워시코트와 귀금속 촉매(백금, 팔라듐, 로듐) 및 소량의 조촉매(Zr, Ce, La 등)를 포함할 수 있다. 산화용 촉매(83)에 의해 휘발성 유기화합물은 약 200℃에서 산화가 시작되며, 약 350℃에서는 완전산화된다.
산화용 촉매(83)는 히터(85)에 의해 활성온도 250~350℃ 범위로 급속히 가열된다. 히터(85)는 산화용 촉매(83)와 근접하여 코일형태로 감아 설치된다. 이와 달리 산화용 촉매(83)를 직접 감는 구조로 히터를 설치할 수 있다. 히터(85)는 전기에 의해 작동하는 전기히터를 이용할 수 있다.
휘발성 유기화합물의 산화에 필요한 산소는 산소공급부를 통해 공급받는다. 산소공급부는 공기공급기(미도시)와, 공기공급기와 연결되어 제 2연결관(77) 내부로 공기를 분사하는 분사노즐(87)로 구비된다. 제 2연결관(77)으로 유입되는 가스 중의 산소 농도가 1~5% 정도가 되도록 공기의 유량을 제어하는 것이 바람직하다.
산화용 촉매(83)를 거치면서 휘발성 유기화합물이 제거된 배기 가스는 분기관(80)을 통해 제 2덕트의 제 5관(17)으로 유입된다. 제 5관(17)으로 유입된 배기가스는 외부로 배출된다. 배출되는 배기 가스에는 약 1~4%정도의 산소가 존재한다.
제 2연결관(77)과 제 1연결관(73)은 제 3연결관(79)에 의해 연결된다. 그리고 제 3연결관(79)에 설치된 순환펌프(90)에 의해 제 2연결관(77)에서 발생된 배기가스 중 일부는 제 1연결관(73)으로 순환된다. 제 3연결관(79)에는 유로를 개폐하기 위한 밸브(91)가 설치된다. 또한, 제 3연결관(79)에는 제 1연결관(73)으로 유입되는 배기가스 중의 산소농도를 측정하기 위한 산소센서(93)가 설치된다.
제 1연결관(73)으로 유입된 배기가스 중의 산소를 제거하기 위해 제 1연결관(73)에는 연소용 촉매(95)와 연료공급부가 구비된다.
산소센서(93)에서 측정된 배기가스의 산소농도에 따라 연료공급부는 이론공연비에 맞추어 적절한 양의 연료를 제 1연결관(73) 내부로 공급한다. 연료공급부는 연료가 저장된 연료탱크(미도시)와, 연료탱크와 연결되어 제 1연결관(73) 내부에 설치된 분사노즐(97)로 이루어진다. 연료로 LPG, LNG 등이 이용될 수 있다.
연료와 산소가 이론공연비로 혼합된 배기가스는 연소용 촉매(95)에 의해 연소반응이 촉진된다. 연소용 촉매(95)는 코디어라이트 지지체에 알루미나계열 워시코트와 귀금속 촉매(백금, 팔라듐, 로듐) 및 소량의 조촉매(Zr, Ce, La 등)를 포함할 수 있다. 연료를 연소시킨 과정에서 산소도 함께 소비되므로 제 1연결관을 거친 배기 가스는 산소의 농도가 거의 제로에 가깝게 유지되어 다시 활성탄으로 유입된다. 연소용 촉매(95)를 거친 배기가스의 온도는 휘발성 유기화합물의 폭발성과 탈리 특성을 고려하여 150 내지 200℃ 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 미설명 부호 99는 온도센서이다.
150 내지 200℃의 배기가스, 즉 열풍은 카트리지의 제 1영역(46d)으로 유입되어 활성탄 표면에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈리시킨다. 활성탄 표면에 흡착되어 있는 휘발성 유기화합물은 비점 이상의 온도를 가하면 증발되어 활성탄의 표면으로부터 탈리되어 활성탄은 흡착성능이 최초의 상태로 재생된다. 재생 작업이 완료되면 연료공급과 히터의 전원을 차단한 후 공기만 약 1시간 동안 더 공급한다.
상술한 흡착부(40) 및 재생부(70)를 통해 카트리지의 일부 영역에서는 휘발성 유기화합물이 흡착됨과 동시에 나머지 영역에서는 흡착된 휘발성 유기화합물이 탈리되어 재생된다.
그리고 휘발성 유기화합물이 흡착되어 흡착성능이 저하된 영역은 회전구동부에 의해 재생부(70)로 이동된다.
회전구동부는 드럼(45)의 외주면에 환형으로 설치되어 다수의 톱니들이 형성된 링기어(100)와, 링기어(100)와 치합하는 구동기어(101)와, 구동기어(101)와 연결되며 구동기어(101)를 회전시키기 위한 구동모터(103)를 구비한다.
이러한 회전구동부는 휘발성 유기화합물이 지속적으로 흡착되어 어느 영역의 활성탄이 포화상태가 되면, 카트리지를 회전시켜 영역의 위치를 변화시킨다. 4개의 영역으로 분할된 경우 회전구동부는 카트리지를 90도 회전시켜 영역의 위치를 바꾼다. 가령, 도 2에서 제 1 내지 제 3영역의 활성탄에서 흡착되고, 제 4영역(46d)의 활성탄에서 재생이 진행되다가 활성탄의 흡착성능이 저하되면 카트리지를 시계방향으로 90도 회전시켜 제 1영역(46a)을 상부로 이동시킨다. 이 상태에서 제 1영역(46a)은 제 1케이스(71)와 제 2케이스(75)의 사이에 위치한다. 따라서 제 1케이스(71)를 통해 공급되는 열풍은 제 1영역(46a)을 통과하면서 휘발성 유기화합물을 탈리시킨다.
활성탄의 흡착성능은 흡착부(40)를 통과한 공기의 총탄화수소농도(THC)에 의해 관리된다. 총탄화수소농도는 제 2덕트에 설치된 탄화수소센서(110)에 의해 측정되며, 그 농도가 배출가스 규제치인 50ppm 이상이 되면 구동모터(103)를 작동시켜 카트리지를 90도 회전시킨다.
이상에서 본 발명은 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
20: 플라즈마 반응부 30: 전처리부
40: 흡착부 70: 재생부

Claims (6)

  1. 내부에 형성된 유로로 휘발성 유기화합물을 함유하는 오염공기가 유입되는 제 1덕트와;
    상기 제 1덕트의 내부에 설치되어 상기 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 플라즈마 및 광촉매 반응으로 처리하는 플라즈마반응부와;
    상기 제 1덕트의 후단에 연결되고 적어도 2개 영역으로 구획된 내부공간에 활성탄이 충진된 카트리지를 포함하며, 상기 플라즈마반응부를 거친 오염공기 중의 휘발성 유기화합물을 어느 하나의 영역에 충진된 활성탄에 흡착시키는 흡착부와;
    상기 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈리시킴과 동시에 탈리된 휘발성 유기화합물을 제거하는 재생부와;
    상기 카트리지를 회전시켜 어느 하나의 영역을 상기 재생부로 위치시키는 회전구동부와;
    상기 카트리지의 후단에 연결되며 상기 흡착부를 통과하여 휘발성 유기화합물이 제거된 공기가 유출되는 제 2덕트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기화합물 제거장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마반응부는 상기 제 1덕트의 유로를 가로질러 설치되는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극 사이에 설치되는 다공성 구조의 지지체와, 상기 지지체의 표면에 형성된 광촉매 코팅층을 구비하는 특징으로 하는 유기화합물 제거장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마반응부의 전단에 위치하도록 상기 덕트의 내부에 설치되며 상기 오염공기의 습도 조절 및 분진 제거를 위한 전처리부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유기화합물 제거장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 카트리지는 전후 양단에 상기 제 1 및 제 2덕트가 각각 삽입되는 가이드홈이 마련되고 내부에 상기 활성탄이 충전된 드럼과, 상기 드럼의 개방된 좌우 양측에 결합되며 통기홀들이 형성된 타공판과, 상기 드럼의 내부를 적어도 2개의 영역으로 분할하여 각각 독립된 공간을 형성하는 격벽들을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기화합물 제거장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 회전구동부는 상기 카트리지의 외주면에 환형으로 설치되어 다수의 톱니들이 형성된 링기어와, 상기 링기어와 치합하는 구동기어와, 상기 구동기어와 연결되며 상기 구동기어를 회전시키기 위한 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기화합물 제거장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 재생부는 상기 카트리지의 일측에 설치되어 상기 카트리지의 어느 하나의 영역으로 열풍을 유입시키기 위한 제 1케이스와, 상기 제 1케이스의 내부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스공급부와, 상기 제 1케이스와 연결되며 내부에 연소용 촉매가 설치되는 제 1연결관과, 상기 카트리지의 타측에 설치되어 상기 제 1케이스와 대응되는 위치에 설치되며 상기 카트리지를 통과하여 탈리된 휘발성 유기화합물이 유입되는 제 2케이스와, 상기 제 2케이스와 연결되며 내부에 산화용 촉매가 설치되는 제 2연결관과, 상기 산화용 촉매를 가열시키기 위해 상기 제 2연결관에 설치되는 히터와, 상기 제 2연결관으로 산소를 공급하기 위한 산소공급부와, 상기 제 2연결관을 통과한 배기 가스 중 일부를 상기 제 1연결관으로 순환시키기 위한 순환펌프와, 상기 제 1연결관으로 유입된 상기 배기 가스 중의 산소를 제거하기 위해 상기 산소와 혼합되어 연소될 수 있는 연료를 공급하는 연료공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기화합물 제거장치.

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