KR20130013244A - 광촉매 반응장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광촉매 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적 광촉매 반응을 이용한 유기오염물질의 처리시 광촉매 표면에 흡착되는 입자성 물질로 인한 오염물질 처리효율의 저감을 방지할 수 있는 광촉매 반응장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 처리대상 유입구 및 배출구가 구비되고, 상기 처리대상 유입구를 통해 공급된 처리대상이 광촉매 반응챔버를 통과한 후 상기 처리대상 배출구를 통해 배출되게 되는 광반응 처리조; 상기 광반응 처리조에 내설되고, 광을 공급하는 광원; 상기 광원에서 광을 공급받아 발광할 수 있게 상기 광원에 설치되고, 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유; 상기 광섬유에 세척제를 분사하여 광섬유에 흡착된 입자성 물질을 제거할 수 있도록 설치되는 세척제 분사노즐;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치를 제공한다.

Description

광촉매 반응장치 {Photocatalytic reactor}

본 발명은 광촉매 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적 광촉매 반응을 이용한 유기오염물질의 처리시 광촉매 표면에 흡착되는 입자성 물질로 인한 오염물질 처리효율의 저감을 방지할 수 있는 광촉매 반응장치에 관한 것이다.

오늘날 산업이 크게 발달하면서 환경오염문제가 심각하게 대두되고 있고, 이에 오염물질에 대한 규제도 더욱 강화되고 있는 실정이다. 또한 오염원의 종류가 점차 다양해지고 있고, 새로운 오염물질도 계속해서 발생하고 있으며, 따라서 오염문제를 보다 효율적으로 해결하기 위한 여러 방안이 제안되고 있다.

그 중 최근 오염물질의 새로운 처리기술로 주목받고 있는 광촉매 반응을 이용한 오염물질의 처리방법은 온도, pH 등의 영향을 비교적 적게 받으므로 처리 조건에 있어서 큰 제약이 따르지 않으며, 태양광과 같은 무한한 청정에너지를 사용할 수 있는 등 환경 및 에너지 친화적인 장점이 있다.

이러한 광촉매 반응을 간단히 살펴보면, 광촉매에 태양광 또는 기타 광원으로부터 광에너지를 공급하게 되면 광촉매 내부에서 각각 전자와 정공이 생성되고, 이때 생성된 전자와 정공은 광촉매의 표면으로 이동하게 된다. 상기 광촉매의 표면으로 이동한 전자와 정공은 처리대상의 오염물질과 접촉하여 화학적 산화ㆍ환원반응을 일으키며, 이로써 오염물질 분자를 분해시키게 된다.

이러한 광촉매 반응을 이용한 유기오염물질 분해장치는 자연친화적인 오염물질 저감장치로서 그 발전 가능성이 크며, 따라서 광촉매 반응장치에 대한 관심이 높아지고 있다.

한편, 종래의 광촉매 반응장치는 광촉매의 고정ㆍ분산 여부에 따라 구분될 수 있으며, 도 1과 같은 고정식 광촉매 반응장치(20)는 액상 및 기상 오염물질을 분해 처리하는 장치로서, 광에너지를 공급하는 광원(21)과, 휘발성 유기오염물(VOCs), 악취 등의 기상 오염물질 및 폐수, 염료용액 등의 액상 오염물질 저감 처리대상 유체(26)가 통과하는 광반응 처리조(22)와, 광촉매가 코팅, 고정되어 있는 광촉매 코팅관(25)으로 구성된다.

상기 광반응 처리조(22)는 처리대상 유체(26)가 유입되는 유입구(23)와, 광촉매에 접촉된 처리대상 유체가 최종 배출되는 배출구(24)를 가지며, 유입구(23)를 통해 유입된 처리대상의 유체(26)가 광촉매 코팅관(25)에 고정된 광촉매와 접촉하여 분해된 뒤 배출구(24)를 통해 배출되는 구조로 되어 있다.

이러한 고정식 광촉매 반응장치(20)는 광촉매 분말이 광촉매 코팅관(25)에 고정되어 있으므로 별도로 광촉매의 회수가 필요치 않다는 장점이 있는 반면, 처리대상 유체에 포함되어 있는 분진과 같은 입자성 물질이 광촉매 분말의 표면에 점차 흡착되어 광촉매의 표면반응이 가능한 반응면적이 점차 감소된다는 단점이 있다.

이에 따라 종래의 고정식 광촉매 반응장치는 오염물질 처리효율이 저하되어 점차 그 기능이 상실되는 문제를 초래하고, 광촉매 코팅관의 교체 또는 세척을 위한 장치의 가동중단 및 추가비용 발생을 주기적으로 필요로 하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 친환경적 광촉매 반응을 이용한 유기오염물질의 처리시 광촉매 표면에 흡착되는 입자성 물질을 제거하여 오염물질 처리효율을 저감되지 않도록 유지하고, 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유 부품의 교체 또는 세척을 위한 가동중단 및 추가비용의 발생을 방지할 수 있는 광촉매 반응장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 처리대상 유입구 및 배출구가 구비되고, 상기 처리대상 유입구를 통해 공급된 처리대상이 광촉매 반응챔버를 통과한 후 상기 처리대상 배출구를 통해 배출되게 되는 광반응 처리조; 상기 광반응 처리조에 내설되고, 광을 공급하는 광원; 상기 광원에서 광을 공급받아 발광할 수 있게 상기 광원에 설치되고, 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유; 상기 광섬유에 세척제를 분사하여 광섬유에 흡착된 입자성 물질을 제거할 수 있도록 설치되는 세척제 분사노즐;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 광원은 회전가능한 구조로 설치되고, 이에 상기 광섬유는 광원을 축으로 하여 회전할 수 있게 된 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유는 광원에 고정되어 설치됨에 있어 이 광원을 중심으로 하여 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원에 설치된 광섬유 중 일부는 광촉매 반응챔버까지 방사되어 있고, 다른 일부는 세척챔버까지 방사되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광반응 처리조는 광섬유의 회전운동을 간섭하지 않는 범위 내에서 광촉매 반응챔버와 세척챔버의 경계를 갈라 구획되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세척제는 처리대상과 동일한 액상 또는 기상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광반응 처리조는 세척제 분사노즐의 맞은편에 광섬유 표면에서 입자성 물질을 제거한 세척제가 배출되는 세척제 배출구가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광촉매 반응장치에 의하면 광촉매 반응을 이용한 유기오염물질의 처리시 광촉매 표면에 흡착된 입자성 물질을 필요에 따라 수시로 제거할 수 있어 오염물질 처리효율의 저감을 방지할 수 있고, 이에 광촉매가 코팅된 광섬유 부품의 교체 또는 세척을 위한 가동중단 및 추가비용 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 고정식 광촉매 반응장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 광촉매 반응장치를 도시한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 광촉매 반응장치의 작동상태를 나타낸 도면

본 발명은 광에너지를 이용하여 폐수, 염료용액 등의 액상 오염물질 또는 휘발성 유기화합물(VOCs), 악취 등의 기상 오염물질 저감 처리대상을 광촉매와 접촉, 반응시켜 오염물질을 분해 처리하는 광촉매 반응장치에 관한 것으로, 특히 친환경적 광촉매 반응을 이용한 유기오염물질의 처리시 분진 등 광촉매 표면에 흡착되는 입자성 물질을 제거하여 오염물질 처리효율을 저감되지 않도록 유지하고, 이에 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유의 교체 또는 세척을 위한 가동중단 및 추가비용 발생을 방지할 수 있도록 함에 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 반응장치는 광반응 처리조(10)와, 이 광반응 처리조(10)에 설치되는 광원(17), 광섬유(18), 세척제 분사노즐(14) 등을 포함하여 구성된다.

도시된 바와 같이, 광반응 처리조(10)는 처리대상 유입구(11) 및 배출구(12)가 구비되고, 상기 처리대상 유입구(11)와 처리대상 배출구(12) 사이를 연결하는 내부공간으로 광촉매 반응챔버(13)가 구비되며, 상기 처리대상 유입구(11)를 통해 공급된 처리대상이 광촉매 반응챔버(13)를 통과한 후 상기 처리대상 배출구(12)를 통해 배출되게 된다.

상기 광반응 처리조(10)는 광섬유(18)에 세척제를 분사하여 광섬유(18)에 흡착되어 있는 입자성 물질을 제거할 수 있는 세척제 분사노즐(14)이 설치되고, 이 세척제 분사노즐(14)의 맞은편에 광섬유(18) 표면에서 입자성 물질을 제거한 세척제가 배출되는 세척제 배출구(15)가 구비되며, 상기 세척제 분사노즐(14)이 설치된 일측 벽면부와 세척제 배출구(15) 사이를 연결하는 내부공간으로 세척챔버(16)가 구비된다.

또한, 상기 광반응 처리조(10)는 광을 공급할 수 있는 광원(17)이 내설되고, 이 광원(17)에서 광을 공급받아 발광할 수 있으며 표면에 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유(18)가 내설된다.

상기 광섬유(18)는 광원(17)에 고정되어 설치되며 상기 광원(17)을 중심으로 하여 방사형으로 배치된다.

예컨대, 상기 광원(17)은 막대형상으로 길게 마련되어 상기 광반응 처리조(10)의 내부공간(광촉매 반응챔버와 세척챔버 사이의 공간임)을 길이방향으로 가로질러 설치될 수 있으며, 광섬유(18)는 이러한 광원(17)의 외주면을 따라 방사형으로 배치됨과 동시에 그 길이방향으로 나란하게 배열될 수 있다.

또한, 상기 광원(17)은 광반응 처리조(10) 상에 회전가능하게 설치되고, 이에 광섬유(18)는 세척제 분사노즐(14)의 세척제 분사압에 의해 혹은 구동수단에 의해 광원(17)을 축으로 하여 회전할 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 광촉매 반응챔버(13)와 세척챔버(16)는 각기 광반응 처리조(10)의 하단부와 상단부에 구비되고, 상기 광원(17) 및 광섬유(18)는 이 광촉매 반응챔버(13)와 세척챔버(16) 사이의 내부공간인 중간챔버(19)에 설치되며, 광원(17)에 설치 고정되어 있는 광섬유(18) 중 일부 광섬유는 각기 일부분이 광촉매 반응챔(13)버 또는 세척챔버(16)를 지나게(통과하게) 된다.

즉, 광원(17)에 설치된 광섬유(18) 중 일부는 광촉매 반응챔버(13)까지 방사되어 있고, 다른 일부(광촉매 반응챔버의 맞은편에 배치된 광섬유 중 일부임)는 세척챔버(16)까지 방사되게 된다.

이에 광촉매 반응챔버(13)를 지난 광섬유(18)는 차후 세척챔버(16)를 통과하면서 광섬유(18)에 분사되는 세척제에 의해 입자성 물질이 제거된다.

상기 광섬유(18)에 분사된 세척제는 일부가 광촉매 반응챔버(13)로 떨어지긴 하나 대부분 광섬유(18)를 통과해서 세척제 배출구(15)로 배출된다.

상기 세척제 분사노즐(14)에서 분사되는 세척제는 처리대상과 동일한 액상 또는 기상인 것을 사용한다.

만약 처리대상이 액상인 경우 기상의 세척제(혹은 세척가스)를 사용하면 분사된 세척가스가 광섬유(18) 표면에 흡착된 입자성 물질을 제거하지 못한 채 광섬유(18) 표면에 남아있는 액상의 처리대상을 건조시키게 되고, 처리대상이 기상인 경우 액상의 세척제(혹은 세척액)를 사용하면 분사된 세척액이 광섬유(18) 표면에 남게 되어 광촉매와 기상의 처리대상 간에 광촉매 반응을 방해하는 단점이 있다.

본 발명의 일실시예에서 광촉매 반응챔버(13)는 광반응 처리조(10)의 하단부에 구비되고, 세척챔버(16)는 상기 광반응 처리조(10)의 상단부에 구비되었으나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 처리대상이 액상인 경우 광촉매 반응챔버(13)는 도 2와 같이 광반응 처리조(10)의 하단부에 배치됨이 바람직하고, 처리대상이 기상인 경우 광촉매 반응챔버(13)는 광반응 처리조(10)의 상단부(도 2에서 세척챔버의 위치임)에 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 광반응 처리조(10)에서 처리대상 유입구(11)로 공급된 액상 또는 기상의 처리대상은 모두 처리대상 배출구(12)로 배출되고, 세척제 분사노즐(14)에서 분사된 세척제는 모두 세척제 배출구(15)로 배출됨이 바람직하나, 상기 광촉매 반응챔버(13)와 세척챔버(16)가 중간챔버(19)에 의해 연결됨으로 인하여 일부 처리대상(주로 기상의 처리대상임)과 세척제가 각기 세척제 배출구(15)와 처리대상 배출구(12)로 배출되게 된다.

이때 일부 처리대상이 세척제 배출구(15)로 배출됨에 따라 그에 의한 오염문제를 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 광촉매 반응장치는 상기 광촉매 반응챔버(13)와 세척챔버(16)의 각 공간을 가능한 범위 내에서 분리시킨 형태로 광반응 처리조(10)를 구비함이 바람직하다.

이에 상기 광반응 처리조(10)는 광원(17) 및 광섬유(18)의 회전운동을 간섭하지 않는 범위 내에서, 도 2와 같이 처리대상 유입구(11) 및 배출구(12) 측에서 각기 광촉매 반응챔버(13)와 세척챔버(16)의 경계를 가른 형태로 구획됨이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 광촉매 반응장치는 액상 또는 기상의 처리대상이 처리대상 유입구(11)를 통해 공급되어 처리대상 배출구(12)로 배출될 때 광촉매 반응챔버(13)까지 전개 및 방사되어 있는 일부 광섬유(18)를 통과하게 되고, 이때 상기의 처리대상은 광원(17)을 축으로 하여 회전하는 넓은 비표면적을 갖는 광섬유(18)들과의 접촉을 통한 광촉매 반응으로 오염물질이 저감 처리되어 배출된다.

이때, 처리대상에 포함되어 있는 분진과 같은 입자성 물질이 광섬유(18) 표면에 점차 흡착되는데, 세척제 분사노즐(14)을 이용하여 상기 광섬유(18)에 세척액 또는 세척가스를 분사하여 입자성 물질을 제거하고, 이 입자성 물질을 제거한 세척액 또는 세척가스는 세척제 분사노즐(14)의 분사압에 의해 광섬유(18)들을 통과하여 세척제 배출구(15)로 배출된다.

즉, 본 발명에 따른 광촉매 반응장치는 표면에 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유(18)가 광원(17)을 축으로 하여 회전하는 동안 광촉매 반응을 통하여 유기오염물질을 저감 처리하게 되고, 이때 상기 광섬유(18) 표면에 흡착된 입자성 물질을 광섬유(18)에 세척제를 분사하여 제거함으로써 광촉매 반응면적을 저감되지 않도록 유지시킨다. 이로써 광반응 처리조(10)에서 광촉매 반응이 끊김없이 연속적으로 일어날 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 광촉매 반응장치는 오염물질에 포함된 입자성 물질에 의한 광촉매 반응면적의 감소를 방지함으로써, 기존의 광촉매 반응장치에서 입자성 물질이 광촉매 반응부(도 1에서 광촉매 코팅관(25)에 해당함)에 흡착됨에 따라 광촉매 반응면적이 감소되어 오염물질 처리효율이 점차 저하되는 단점을 해결하여, 오염물질 처리효율을 저감되지 않도록 유지하고, 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유의 교체 및 세척을 위한 가동중단과 추가비용 발생을 방지할 수 있다.

10 : 광반응 처리조
11 : 처리대상 유입구
12 : 처리대상 배출구
13 : 광촉매 반응챔버
14 : 세척제 분사노즐
15 : 세척제 배출구
16 : 세척챔버
17 : 광원
18 : 광섬유
19 : 중간챔버

Claims (7)

1. 처리대상 유입구 및 배출구가 구비되고, 상기 처리대상 유입구를 통해 공급된 처리대상이 광촉매 반응챔버를 통과한 후 상기 처리대상 배출구를 통해 배출되게 되는 광반응 처리조;
   상기 광반응 처리조에 내설되고, 광을 공급하는 광원;
   상기 광원에서 광을 공급받아 발광할 수 있게 상기 광원에 설치되고, 광촉매가 코팅되어 있는 광섬유;
   상기 광섬유에 세척제를 분사하여 광섬유에 흡착된 입자성 물질을 제거할 수 있도록 설치되는 세척제 분사노즐;
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광원은 회전가능한 구조로 설치되고, 이에 상기 광섬유는 광원을 축으로 하여 회전할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 광섬유는 광원에 고정되어 설치됨에 있어 이 광원을 중심으로 하여 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 광원에 설치된 광섬유 중 일부는 광촉매 반응챔버까지 방사되어 있고, 다른 일부는 세척챔버까지 방사되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 광반응 처리조는 광섬유의 회전운동을 간섭하지 않는 범위 내에서 광촉매 반응챔버와 세척챔버의 경계를 갈라 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 세척제는 처리대상과 동일한 액상 또는 기상인 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 광반응 처리조는 세척제 분사노즐의 맞은편에 광섬유 표면에서 입자성 물질을 제거한 세척제가 배출되는 세척제 배출구가 구비된 것을 특징으로 하는 광촉매 반응장치.

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