KR20140109065A - 에너지 절감형 오염물질 처리장치 - Google Patents

Abstract

전력소모는 줄이고 처리효율은 높인 오염물질 처리장치가 제공된다. 오염물질 처리장치는, 흡기덕트 및 배기덕트, 흡기덕트와 배기덕트의 사이에 연결되며 플라즈마를 발생시키는 방전부를 포함하여 흡기덕트로부터 유입된 오염물질을 처리하고 배기덕트로 배기하는 주처리유닛, 흡기덕트에 형성되어 오염물질의 농도를 측정하는 센싱유닛, 적어도 일 측이 방전부와 연결되어 방전부에 전력을 공급하는 구동부, 및 센싱유닛, 및 구동부와 각각 연결되고, 센싱유닛이 측정한 오염물질의 농도측정값을 입력받아 방전부에 공급되는 전력의 전력량을 조절하는 제어유닛을 포함한다.

Description

에너지 절감형 오염물질 처리장치{Energy saving type apparatus for controlling pollutant}

본 발명은 오염물질을 처리하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전력소모는 줄이고 처리효율은 높인 에너지 절감형 오염물질 처리장치에 관한 것이다.

휘발성유기화합물, 악취물질과 같은 오염물질은 통상 인간에게 유해하여 처리대상이 된다. 그 중 악취물질(Malodorous substance)은 인간의 후각에 작용하여 악취를 일으키는 물질로, 자연물 및 인공화합물을 포함하는 다양한 종류의 물질이 악취물질에 포함될 수 있다. 악취물질은 예를 들어, 부패와 같은 유기물 분해과정으로부터 생성된 것일 수 있으며, 인공물질의 합성 및 분해과정으로부터 예기치 않게 얻어진 것일 수도 있다.

악취물질은 인간에게 불쾌감 및 스트레스를 주는 감각공해의 주요한 원인이며, 유독성 물질인 것이 많아 위험하기도 하다. 또한 특정 악취물질은 대기 중에서 광화학 스모그를 일으켜 환경오염을 초래할 수도 있다. 따라서, 종래 악취물질 또는 악취를 제거하기 위한 장치가 마련되었으며, 이러한 장치는 예를 들어, 하수 및 오 폐수 종말처리장과 같은 처리시설 등에 설치되어 처리시설에서 대량으로 발생하는 악취 또는 악취물질을 제거하는 데 사용되었다. 대한민국 공개특허 제10-2010-0136583호에는 이러한 악취 제거장치의 일 례가 개시되어 있다.

하지만, 종래의 악취 또는 악취물질을 제거하는 장치는 각종의 전기반응을 이용하는 경우가 많아 전력소모가 심한 단점이 있다. 특히, 전술한 바와 같은 처리시설에서는 악취물질을 대량으로 처리하여야 하므로 장치가 지속적으로 운행되고, 이에 따라 소모전력이 급증하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 오염물질 처리장치는 전력소모량에 비해 처리능력이 부족하여 오염물질이 장치에 대량으로 유입되는 경우, 이를 미처 처리하지 못하고 그대로 유출시키는 단점이 있었다. 따라서, 장치의 처리능력 개선 또한 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0136583호, (2010.12.29), 도 1

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력소모는 줄이고 처리효율은 높여 에너지를 절감할 수 있는 오염물질 처리장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급된 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 오염물질 처리장치는, 흡기덕트 및 배기덕트; 상기 흡기덕트와 상기 배기덕트의 사이에 연결되며, 플라즈마를 발생시키는 방전부를 포함하여 상기 흡기덕트로부터 유입된 오염물질을 처리하고 상기 배기덕트로 배기하는 주처리유닛; 상기 흡기덕트에 형성되어 상기 오염물질의 농도를 측정하는 센싱유닛; 적어도 일 측이 상기 방전부와 연결되어 상기 방전부에 전력을 공급하는 구동부; 및 상기 센싱유닛, 및 상기 구동부와 각각 연결되고, 상기 센싱유닛이 측정한 상기 오염물질의 농도측정값을 입력받아 상기 방전부에 공급되는 전력의 전력량을 조절하는 제어유닛을 포함한다.

상기 오염물질 처리장치는 에너지 절감형일 수 있다.

상기 센싱유닛은, 상기 오염물질의 농도를 감지하여 아날로그 신호로 나타내는 감지부와, 상기 감지부로부터 나타난 상기 아날로그 신호를 증폭하는 증폭부, 및 상기 증폭부가 증폭한 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 오염물질의 농도측정값으로 산출하는 변환부를 포함할 수 있다.

상기 구동부는 상기 방전부에 가변적으로 전압을 인가하는 가변인버터부, 및 상기 가변인버터부가 인가하는 전압의 크기를 증폭하는 변압부를 포함하고, 상기 제어유닛은 제어신호를 송출하여 상기 가변인버터부가 인가하는 전압값을 조절할 수 있다.

상기 가변인버터부는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 컨버터와 상기 직류(DC)전원을 전압값 및 주파수가 변화된 교류(AC)전원으로 변환하는 인버터를 포함하여 이루어지고, 상기 제어유닛이 상기 컨버터 및 상기 인버터를 제어할 수 있다.

상기 제어유닛은, 상기 오염물질의 농도측정값이 입력되는 입력부, 상기 입력부에 입력된 농도측정값에 대응하여 전압값을 산출하는 연산부, 및 상기 연산부에서 연산된 전압값의 데이터가 포함된 제어신호를 송출하는 출력부를 포함할 수 있다.

상기 오염물질 처리장치는, 상기 흡기덕트와 상기 주처리유닛 사이를 연결하는 연결관, 상기 연결관의 일 측으로 분기되어 상기 주처리유닛으로 유입되는 상기 오염물질의 적어도 일부를 우회시키는 바이패스관, 상기 바이패스관과 연결되고, 내부에 상기 오염물질을 흡착하는 흡착부를 적어도 하나 포함하는 부처리유닛, 및 상기 연결관의 타 측으로 분기되고 상기 부처리유닛과 연결되는 회수관을 더 포함할 수 있다.

상기 부처리유닛은, 상기 흡착부와 인접하게 배치되고, 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부로부터 전력을 공급받는 서브 방전부를 더 포함할 수 있다.

상기 방전부 및 상기 서브 방전부는 각각 방전전극, 접지전극, 및 상기 방전전극과 상기 접지전극 사이에 배치되는 유전체를 포함하는 것일 수 있다.

상기 흡착부는 입상의 활성탄을 포함하며, 상기 활성탄은 상기 서브 방전부의 상기 유전체와 상기 방전전극 사이에 삽입될 수 있다.

상기 오염물질 처리장치는, 상기 부처리유닛에 형성되고 상기 제어유닛과 연결되는 서브센싱유닛을 더 포함하여, 상기 서브센싱유닛이 상기 부처리유닛 내부의 상기 오염물질의 농도를 측정할 수 있다.

상기 제어유닛은, 상기 센싱유닛의 농도측정값이 기준값 이상이고 상기 서브센싱유닛의 농도측정값이 기준값 미만이면 상기 바이패스관 및 상기 회수관을 개방하는 제1 개폐신호를 송출하고, 상기 센싱유닛의 농도측정값이 기준값 미만이고 상기 서브센싱유닛의 농도측정값이 기준값 이상이면 상기 바이패스관 및 상기 회수관을 폐쇄하는 제2 개폐신호를 송출할 수 있다.

상기 오염물질 처리장치는, 상기 바이패스관에 형성되고 상기 제어유닛과 연결되는 바이패스밸브, 및 상기 회수관에 형성되고 상기 제어유닛과 연결되는 회수밸브를 더 포함하여, 상기 바이패스밸브가 상기 제1 개폐신호 및 상기 제2 개폐신호 중 어느 하나를 입력받아 상기 바이패스관을 개폐하고, 상기 회수밸브가 상기 제1 개폐신호 및 상기 제2 개폐신호 중 어느 하나를 입력받아 상기 회수관을 개폐할 수 있다.

상기 오염물질 처리장치는, 상기 제2 개폐신호 송출시 상기 구동부가 상기 서브 방전부에 전력을 공급할 수 있다.

상기 오염물질 처리장치는, 상기 배기덕트에 형성되어 상기 주처리유닛을 통과한 상기 오염물질의 농도를 측정하는 배출농도측정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 오염물질 처리장치는 오염물질 처리시 전력소모를 최소화하고 효과적으로 오염물질을 처리할 수 있다.

또한, 오염물질이 대량으로 유입되는 경우에도 전력소모는 최소화 하면서도 처리효율은 높여 장치를 용이하게 운용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 오염물질 처리장치의 방전부를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 오염물질 처리장치의 센싱유닛, 제어유닛, 및 구동부의 구성 및 각각의 상호관계를 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1의 오염물질 처리장치의 작동도이다.
도 5는 오염물질 처리장치의 전력소모량을 종전과 비교하여 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.
도 7은 도 6의 오염물질 처리장치의 흡착부 및 서브 방전부를 함께 도시한 사시도이다.
도 8 및 도 9는 도 6의 오염물질 처리장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치에 대해 상세히 설명한다. 상기 오염물질 처리장치는 에너지 절감형일 수 있다. 에너지 절감형은 오염물질 처리장치에 소모되는 에너지를 감소시키는 것을 의미하며, 예를 들어, 플라즈마 발생에 소요되는 전력이 따로 제어하지 않는 방식에 비해 크지 않는 것일 수 있다.

본 명세서 상에서 '오염물질'은 플라즈마에 의해 처리되는 물질인 한 제한되지 않으며, 인간에게 해를 미치는 물질로, 특히 공기와 같은 기체 중에 존재하는 대기오염물질일 수 있다. 예를 들어, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compound: 휘발성 유기화합물), 악취물질 등일 수 있다. 휘발성유기화합물은 악취를 발생하는 휘발성유기화합물과 악취를 발생하지 않는 휘발성유기화합물을 포괄한다. 악취물질은 인간의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 유발하는 물질로서, 예를 들어, 암모니아, 메틸메르캅탄, 황화수소, 다이메틸설파이드, 다이메틸다이설파이드, 트라이메틸아민, 아세트알데하이드, 스타이렌, 프로피온알데하이드, 뷰틸알데하이드, n-발레르알데하이드, i-발레르알데하이드, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰틸케톤, 뷰틸아세테이트, 프로피온산, n-뷰틸산, n-발레르산, i-발레르산, i-뷰틸알코올 등 각종 황화물, 탄화수소, 및 VOC(Volatile Organic Compound: 휘발성 유기화합물)를 포함하는 악취방지법 상의 단일악취물질이거나, 이러한 단일악취물질 중에서 선택된 하나 이상이 서로 복합된 복합악취물질을 말하는 것일 수 있다. 그러나 악취물질이 이에 한정될 것은 아니며, 이 밖에도 서로 다른 정의에 따라 다양한 종류의 물질이 본 발명의 처리대상인 악취물질이 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.

우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치는 흡기덕트(10) 및 배기덕트(40), 흡기덕트(10)와 배기덕트(40) 사이에 연결되고 플라즈마를 발생시키는 방전부(310)를 포함하여 흡기덕트(10)로부터 유입된 오염물질을 처리하고 배기덕트로 배기하는 주처리유닛(30), 흡기덕트(10)에 형성되어 오염물질의 농도를 측정하는 센싱유닛(110), 적어도 일 측이 방전부(310)와 연결되어 방전부(310)에 전력을 공급하는 구동부(60), 센싱유닛(110) 및 구동부(60)와 각각 연결되고 센싱유닛(110)이 측정한 오염물질의 농도측정값을 입력받아 방전부(310)에 공급되는 전력의 전력량을 조절하는 제어유닛(50)을 포함한다.

즉, 오염물질은 흡기덕트(10)와 배기덕트(40)가 형성하는 흡배기 라인을 따라 유동하되, 흡배기 라인의 일 측에 형성된 주처리유닛(30)을 통과하면서 주처리유닛(30)으로부터 발생한 플라즈마 내부의 각종 활성입자들과 상호작용하여 용이하게 처리되는 것이다.

이 때, 오염물질을 함유하고 있는 처리대상기체의 유동량이 증가하거나, 대상기체의 밀도가 상승하는 등 흡기덕트(10) 내부로 유입되는 오염물질의 농도가 증가하는 상황이 발생할 수 있으며, 반대로 유입되는 오염물질의 농도가 감소하는 상황이 발생할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치(1)는 센싱유닛(110), 제어유닛(50), 및 구동부(60) 간의 유기적 제어작용을 통해 상황에 따라 변화하는 오염물질의 농도를 측정하고, 소모되는 전력량을 유기적으로 조절할 수 있다. 따라서, 오염물질 처리장치(1)의 처리효율을 극대화하는 동시에 전력소모량은 큰 폭으로 낮출 수 있는 것이다. 이하, 이러한 특징을 갖는 오염물질 처리장치(1)의 각 구성부에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

흡기덕트(10) 및 배기덕트(40)는 오염물질 처리장치(1)의 양 단부에 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 각각 서로 반대되는 방향으로 개방되어 오염물질이 함유된 기체를 유입하거나, 처리된 기체를 배출할 수 있다. 흡기덕트(10) 및 배기덕트(40)의 형상은 오염물질 처리장치(1)가 적용되는 설비나 공간의 크기 및 배치상태 등에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 흡기덕트(10) 및 배기덕트(40)의 크기 역시 오염물질 처리장치(1)의 처리용량 또는 설계용량에 따라 크게 또는 작게 변화될 수 있다. 흡기덕트(10) 또는 배기덕트(40)의 일 측에는 팬(f)이 설치되어 기체의 유동을 유도할 수 있다. 팬(f)은 도시된 바와 같이 배기덕트(40) 측에 설치되는 것이 바람직하다. 팬(f)은 제어유닛(50)에 의해 제어될 수 있다.

한편, 배기덕트(40) 측에는 주처리유닛(30)을 통과하여 배출되는 오염물질의 농도를 측정하는 배출농도측정부(410)가 형성될 수 있다. 배출농도측정부(410)는 오염물질 처리장치(1)의 처리결과를 모니터링하여 처리된 기체에 포함된 오염물질의 농도가 적정수준으로 유지되도록 하는 데 사용될 수 있으며, 필요한 경우, 제어유닛(50)과 연결되어 구동부(60)에 공급되는 전력의 전력량을 제어하도록 할 수도 있다. 배출농도측정부(410)는 예를 들어, 오염물질의 농도를 감지하는 감지수단과 감지농도를 외부로 표시하는 표시수단 등으로 구성될 수 있다.

주처리유닛(30)은 흡기덕트(10)와 배기덕트(40)의 사이에 연결되며, 흡기덕트(10)와는 연결관(20)을 통해 연결될 수 있다. 오염물질을 함유한 대상기체는 흡기덕트(10)를 통과한 후 연결관(20)을 따라 주처리유닛(30)으로 모두 유입된다.

주처리유닛(30)은 방전부(310)를 포함한다. 방전부(310)는 하나 또는 하나 이상이 주처리유닛(30) 내부에 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 하나와 다른 하나가 복수로 병렬 배치되어 흡배기 라인 상에 놓일 수 있다. 그러나, 방전부(310)의 배치상태, 개수 등이 도시된 바와 같이 한정될 필요는 없으며, 필요에 따라 이와 다른 방식으로 방전부(310)를 형성하는 것이 얼마든지 가능하다.

도 2는 도 1의 오염물질 처리장치의 방전부를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하여 방전부(310)의 구성에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 방전부(310)는 교류전원(구체적으로, 구동부로부터 인가된 인가전압일 수 있다)에 연결된 서로 다른 전극을 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 서로 다른 전극(311, 312) 사이에 유전체(313)를 삽입함으로써, 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 유전체(313)는 공극을 포함하는 세라믹 담체로 이루어진 절연체일 수 있으며, 이와 같은 유전체(313)의 양쪽에 판형으로 이루어진 망상형의 스테인레스 스틸, 알루미늄, 또는 탄소강 전극 중에서 선택된 하나 이상의 전극을 배치하고 고전압과 저전류를 부과하여 공극에서 플라즈마 방전이 일어나도록 하고, 악취물질과 같은 오염물질은 공극을 통과하면서 분해되도록 할 수 있다. 이 때, 서로 다른 전극 중 어느 하나는 방전전극(311)이 될 수 있고, 다른 하나는 일 측으로 접지된 접지전극(312)이 될 수 있다.

이 때 발생하는 플라즈마는 상대적으로 온도가 낮은 저온 플라즈마일 수 있으며 플라즈마 내부에는 방전되는 전자의 에너지에 의한 충돌, 이온화, 여기, 라디칼 반응 등을 통해 생성되는 전자, 라디칼, 라디칼 이온 등의 활성 화학종들이 생성될 수 있다. 대상기체에 포함된 오염물질은 이러한 활성 화학종들과의 산화 환원 반응을 통해 타 물질로 변환되거나 제거되는 것이다. 따라서, 대상기체는 방전부(310)로 유입된 후 오염물질의 농도가 급격히 감소된 처리기체로 처리될 수 있다.

방전부(310)를 구동하기 위해 공급되는 전력은 흡기덕트(도 1의 10 참조)에 형성되는 센싱유닛(도 1의 110 참조), 방전부(310)와 연결되어 방전부(310)에 전력을 공급하는 구동부(도 1의 60 참조), 및 센싱유닛(110)과 방전부(310)에 각각 연결되어 센싱유닛(110)으로부터 오염물질의 농도측정값을 입력받고, 구동부(60)를 제어하는 제어유닛(도 1의 50 참조) 간의 상호작용에 의해 용이하게 제어될 수 있다. 이하, 도 1 및 도 3을 참조하여 이에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 3은 도 1의 오염물질 처리장치의 센싱유닛, 제어유닛, 및 구동부의 구성 및 각각의 상호관계를 도시한 블록도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 센싱유닛(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 흡기덕트(10)에 형성된다. 따라서, 흡기덕트(10) 내부로 유입된 오염물질의 농도를 측정하여 농도측정값을 제어유닛(50)에 전달할 수 있다. 이로써, 공급전력을 제어하기 위한 기준데이터(오염물질의 농도)가 제어유닛(50)에 입력된다.

제어유닛(50)은 센싱유닛(110)과 구동부(60) 사이에 연결되는 반면, 구동부(60)는 일 측은 제어유닛(50)과 연결되고, 타 측은 방전부(310)에 연결되어 전력을 공급할 수 있다. 제어유닛(50) 및 구동부(60)는 그 위치에 따로 제한을 받지 않으며, 오염물질 처리장치(1)가 적용되는 설비나 공간의 배치상태를 이용하여 적절한 위치에 다양한 형태로 형성될 수 있다.

센싱유닛(110), 제어유닛(50), 및 구동부(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각 유기적으로 관련된 세부구성을 포함한다.

우선, 센싱유닛(110)은 오염물질의 농도를 감지하여 아날로그 신호로 나타내는 감지부(111), 감지부로부터 나타난 아날로그 신호를 증폭하는 증폭부(112), 및 증폭부(112)가 증폭한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부(113)를 포함한다. 최초에 아날로그 신호로 나타내진 오염물질의 농도는 변환부(113)를 거쳐 디지털 신호인 농도측정값으로 산출된다.

감지부(111)는 오염물질과 직접 접촉하여 오염물질의 농도를 전류값 또는 전압값의 연속적인 변화로 나타내는 것일 수 있다. 감지부(111)는 예를 들어, 전기화학적 방식, 반도체 반응방식, 비분산 적외선방식 등의 방식으로 오염물질의 농도에 대응하는 전류값 또는 전압값을 표시하도록 구성될 수 있다.

감지부(111)에서 감지된 아날로그 신호는 크기가 미미하여 증폭부(112)에서 이를 처리 가능한 적절한 크기로 증폭시킬 수 있으며, 증폭된 아날로그 신호는 다시 변환부(113)를 거쳐 농도값의 데이터를 포함하는 디지털 신호로 산출될 수 있다. 감지부(111)는 예를 들어, 오염물질 검출 센서로 구성될 수 있고, 증폭부(112)는 예를 들어, 전류 또는 전압값을 증폭하기 위한 증폭회로로 구성될 수 있으며, 변환부(113)는 예를 들어, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환기 즉, ADC(Analog to Digital Converter)로 이루어질 수 있다.

이와 같이 최종적으로 디지털 신호로 산출된 농도측정값은 제어유닛(50)에 입력된다.

제어유닛(50)은 센싱유닛(110)으로부터 전송된 농도측정값을 입력받는 입력부(501), 입력된 농도측정값을 분석하여 적정 전압값을 산출하는 연산부(502), 및 연산부(502)에서 연산된 적정 전압값의 데이터가 포함된 제어신호를 송출하는 출력부(503)를 포함한다.

연산부(502)는 예를 들어, 내부에 중앙처리장치(CPU)를 포함하고 있는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)으로 구성될 수 있으며, 중앙처리장치에 내장된 일정한 산식을 통해 농도측정값을 분석하고 이에 대응하는 적정 전압값을 산출할 수 있다. 산출된 전압값은 디지털방식의 제어신호로 전환될 수 있다. 적정 전압값은 목표배출농도를 만족할 수 있는 정도의 플라즈마 방전을 일으킬 수 있는 전압값을 의미한다.

연산부(502)에서 산출된 적정 전압값은 센싱유닛(110)의 농도측정값에 대응하여 증가 또는 감소될 수 있으며, 이러한 적정 전압값을 방전부(310)에 인가하여 최종 배출되는 오염물질의 농도를 일정하게 유지하여 목표배출농도가 되도록 할 수 있다.

즉, 연산부(502)는 유입되는 오염물질의 농도가 증가하는 경우, 그에 대응하는 증가된 전압값을 산출하고, 오염물질의 농도가 감소하는 경우에는 그에 대응하여 감소된 전압값을 산출하여, 플라즈마 방전정도를 조절함으로써 배출농도를 일정하게 유지되도록 하는 것이다. 산출 전압값은 오염물질 처리장치(1)의 처리효율 등을 고려하여 미리 설정된 것일 수 있으며, 아울러, 목표 배출농도를 변화시킨 경우, 산출된 전압값 역시 그에 대응하여 수치가 변화할 수 있다. 배출농도는 전술한 배출농도측정부(410)로부터 모니터링 될 수도 있다.

입력부(501) 및 출력부(503) 각각은 센싱유닛(110) 또는 구동부(60)와 송수신이 용이하도록 예를 들어, 수신포트 및 송신포트 등을 포함하는 통신모듈로 구성될 수 있다. 이 외에도, 농도측정값 등의 데이터를 기록하기 위한 메모리장치(미도시)나, 입출력 상황을 나타내는 확인램프(미도시) 등이 제어유닛(50)에 추가적으로 구성될 수 있다.

구동부(60)는 방전부(310)에 가변적으로 전압을 인가하는 가변인버터부(601) 및 가변인버터부(601)가 인가하는 전압의 크기를 비례적으로 상승시켜 증폭하는 변압부(602)를 포함한다. 따라서, 제어유닛(50)이 송출하는 제어신호에 따라 크기가 다른 전압값을 방전부에 인가할 수 있으며, 이를 통해 방전부(310)로 공급되는 전력을 조절할 수 있는 것이다.

가변인버터부(601)는 제어신호에 대응하여 그에 상응하는 전압/주파수 패턴을 설정하는 가변인버터를 포함하여 이루어질 수 있다. 가변인버터는 교류(AC)전원의 전압 및 주파수를 제어하기 위한 전력변환장치를 통칭하는 의미이다. 가변인버터는 상용 교류 전원을 직류전원으로 변환시킨 후, 다시 임의의 주파수와 전압의 교류로 변환시켜 플라즈마 방전을 변화시킬 수 있다. 즉, 가변인버터는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 컨버터와 직류(DC)전원을 전압 및 주파수가 변화된 교류(AC)전원으로 변환하는 인버터를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 교류 전동기 등의 제어에 사용되는 가변 전압 가변 주파수 인버터(VVVF: Variable Voltage Variable Frequency inverter)일 수 있다. 그러나 가변인버터부(601)가 이로써 한정될 것은 아니며, 가변인버터부(601)는 가변적으로 전압을 인가할 수 있는 다양한 방식으로 제한없이 구현될 수 있다.

예를 들어, 가변인버터부(601)는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 컨버터와 직류(DC)전원을 전압 및 주파수가 변화된 교류(AC)전원으로 변환하는 인버터를 포함하여 이루어지고, 제어유닛(50)이 컨버터 및 인버터를 제어할 수 있다. 이와 같이, 컨버터와 인버터 자체에 제어회로를 포함시키지 않고, 제어유닛에 의해 컨버터와 인버터를 제어함으로써 장치를 간이하게 구성할 수 있다.

변압부(602)는 가변인버터부(601)가 가변적으로 인가한 전압값을 그에 비례하는 크기로 상승시켜 출력한다. 변압부(602)로부터 출력된 전압은 수 kV단위의 값을 갖는 고전압일 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 방전부(310)에 인가되어 플라즈마를 발생시키는 데 용이하게 사용될 수 있다. 변압부(602)는 예를 들어, 자기누설방식의 구조를 갖는 네온변압기로 구성될 수 있다.

이와 같은 구동부에는 상용의 교류 전원이 공급될 수 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 처리과정 및 소모전력 감소효과에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

우선, 도 4를 참조하면, 오염물질을 포함하고 있는 처리대상인 대상기체(A)는 흡기덕트(10)를 통해 유입되고, 유입된 대상기체(A)는 연결관(20)을 거쳐 주처리유닛(30)에 공급된다. 이 때, 대상기체(A) 및 처리기체(B)의 흐름은 팬(f)에 의해 유도될 수 있다.

주처리유닛(30)은 방전부(310)로부터 전술한 방전과정을 거쳐 플라즈마를 발생시킨다. 대상기체(A)에 포함된 오염물질들은 플라즈마 내부의 각종 화학활성종 들과 반응하여 처리된다.

한편, 대상기체(A)의 유입량에 변동이 생기거나, 대상기체(A)의 밀도가 변화하는 등 다양한 원인에 의해 오염물질 처리장치(1) 내부로 유입된 오염물질의 농도가 변화할 수 있다.

오염물질의 농도가 변화하면, 센싱유닛(110)은 흡기덕트(10) 측에서 유입된 오염물질의 농도를 측정하고, 제어유닛(50)은 오염물질의 농도측정값을 입력받아 적정 전압값을 산출하며, 구동부(60)는 산출된 적정 전압값의 데이터가 포함된 제어신호를 전송받아 방전부(310)에 인가되는 전압값을 가변한다.

이와 같이 인가되는 전압값은 전술한 바와 같이 장치의 처리효율 및 목표 배출농도 또는 장치의 설계용량 등을 고려하여 최적화된 것이다. 따라서, 불필요한 전력소모를 방지하면서도 처리효율을 최상으로 유지할 수 있는 것이다.

도 5를 참조하면, 전기반응방식을 이용한 종래의 오염물질(예를 들어, 악취물질) 처리장치의 경우, 시간(t)에 따른 전력소모량(P=IV)이 도시된 바와 같이 높은 수준에서 일정하게 유지되는 것이 보통이며(L2 참조), 따라서, 전력의 낭비가 불가피하였다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치(1)는, 인가전압의 전압값을 증가 또는 감소시킴으로써 전압값과 전류값의 곱으로 측정된 전력소모량이 유기적으로 변동하고(L1 참조), 결국, 이를 평균한 평균전력소모량은 도시된 바와 같이 상당한 폭으로 감소하는 것이다(및 L1' 참조). 오염물질 처리장치(1)의 처리용량이 증가하거나, 목표 배출농도가 적절히 변화된 경우, 전력소모량의 감소폭은 더욱 증가할 수 있다.

이를 통해 전력소모량을 감소시키면서도 오염물질을 효율적으로 처리할 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치에 대해 상세히 설명한다.

설명이 명확하고 간결하도록, 이하, 전술한 일 실시예와 차이나는 부분을 중점적으로 설명하되, 별도로 언급되지 않은 나머지 사항들에 대한 설명은 전술한 설명사항들로 대신하도록 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치(1-1)는 연결관(20)의 일 측으로 분기되는 바이패스관(210), 바이패스관(210)과 연결되고 내부에 오염물질을 흡착하는 흡착부(710)를 적어도 하나 포함하는 부처리유닛(70), 및 연결관(20)의 타 측으로 분기되고 부처리유닛(70)과 연결되는 회수관(220)을 포함한다.

이에 따라, 흡기덕트(10)를 통해 유입된 오염물질의 적어도 일부가 바이패스관(210)을 통해 부처리유닛(70)으로 유입될 수 있으며, 부처리유닛(70)을 이용하여 오염물질 처리장치(1-1)의 처리효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 오염물질의 농도가 과도하게 증가하여 처리효율이 급격히 감소할 수 있는 상황에서도, 오염물질을 우회시키는 방식으로 설계용량을 초과하지 않는 범위 내로 오염물질의 농도를 유지하고, 전술한 전력조절 방식을 이용하여 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 것이다.

바이패스관(210) 및 회수관(220)은 각각 연결관(20)과 연결되어 하나의 우회로를 형성한다. 즉, 흡기덕트(10)와 배기덕트(40)를 연결하는 흡배기 라인 외에, 오염물질을 포함하는 대상기체가 유동 가능한 라인이 추가로 형성되는 것이다. 바이패스관(210) 및 회수관(220)은 연결관(20)과 일체로 형성된 것일 수 있으며, 각각에는 바이패스밸브(211) 및 회수밸브(221)가 형성되어 바이패스관(210)을 개폐하거나, 회수관(220)을 개폐할 수 있다.

부처리유닛(70)은 바이패스관(210) 및 회수관(220)과 모두 연결되며, 내부에는 흡착부(710), 및 흡착부(710)와 인접하게 배치되고 구동부(60)와 연결되어 구동부(60)로부터 전력을 공급받는 서브방전부(720)를 포함할 수 있다. 아울러, 부처리유닛(70) 내부에 서브센싱유닛(730)을 형성함으로써 부처리유닛(70)으로 우회된 오염물질의 농도와 흡기덕트(10)로 유입된 오염물질의 농도를 비교하여 우회로를 개방하거나 적절히 폐쇄할 수 있다.

서브센싱유닛(730)은 제어유닛(50)과 연결되며, 부처리유닛(70) 내부에 형성된 점을 제외하고는 전술한 센싱유닛(110)과 동일성 범위의 것일 수 있다. 따라서, 제어유닛(50)은 부처리유닛(70) 내부의 오염물질 농도측정값 역시 용이하게 입력받을 수 있다.

도 7은 도 6의 오염물질 처리장치의 흡착부 및 서브 방전부를 함께 도시한 사시도이다.

도 7을 참조하면, 흡착부(710)는 오염물질을 흡착할 수 있는 물질, 예를 들어 입상의 활성탄(Activated Carbon)(711)으로 이루어질 수 있으며, 이러한 활성탄(711)이 서브방전부(720)의 유전체(723)와 방전전극(721) 사이에 삽입되는 구조로 형성될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이며, 흡착부(710)는 활성탄(711) 외에도 오염물질을 흡착하기 용이한 물질로 이루어지고, 유전체(723)와 방전전극(721) 사이에 용이하게 삽입될 수 있는 것이면 어떤 것이든 가능할 수 있다. 흡착부를 적용함으로써, 주처리유닛의 설계용량을 초과하는 오염물질이 유입되더라도, 흡착부에 흡착시켜 주처리유닛에 과부하가 걸리는 것을 피할 수 있다. 특히, 오염물질을 흡착할 수 있는 흡착부의 흡착능을 이용함으로써, 주처리유닛에 비해 부처리유닛이 차지하는 공간을 최소화하여 목적하는 바를 달성할 수 있다.

서브방전부(720)는 실질적으로 전술한 방전부(도 2의 310 참조)와 동일한 역할을 하는 것이나 방전부(310)와는 다른 형태로 형성될 수 있다. 즉, 서브방전부(720)는 교류전원에 연결된 원통형 또는 실린더 형태로 형성된 접지전극(722)과, 교류전원에 연결되되 접지전극(722)의 내부를 관통하는 봉상의 방전전극(721)으로 형성될 수 있으며, 역시 실린더 형상으로 형성된 유전체(723)가 접지전극(722)과 방전전극(721) 사이에 배치될 수 있다.

이러한 형상으로 인해 유전체(723)와 방전전극(721) 사이의 공간효율이 극대화되며, 방전이 일어나는 유전체(723)와 방전전극(721) 사이의 공간에 더 많은 활성탄(711)이 삽입되어 오염물질의 흡착량을 증가시킬 수 있다.

서브방전부(720)에 연결된 교류전원 역시 구동부(도 6의 60 참조)로부터 인가된 인가전압일 수 있으며, 제어유닛(도 6의 50 참조)은 전술한 제어신호를 송출하여 서브방전부(720)를 방전시킬 수 있다. 이에 따라 전술한 원리와 동일한 원리로 플라즈마를 생성시킬 수 있으며, 흡착된 오염물질이 용이하게 분해될 수 있다.

즉, 부처리유닛(도 6의 30 참조)은 오염물질을 우회시켜 오염물질 처리장치(1-1) 내부의 오염물질 농도를 적정수준으로 유지할 뿐만 아니라, 별도로 이를 처리 가능하다. 따라서, 바이패스관(도 6의 210 참조) 및 회수관(도 6의 220 참조)을 개방하거나 또는 폐쇄하여 부처리유닛(70)과 주처리유닛(30)을 유기적으로 제어하고 처리효율을 향상시키는 것이 가능하다.

다시 도 6을 참조하면, 바이패스관(210) 및 회수관(220)은 제어유닛(50)과 연결되며, 제어유닛(50)이 송출하는 서로 다른 신호에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다.

구체적으로 제어유닛(50)은, 센싱유닛(110)의 농도측정값이 기준값 이상이고 서브센싱유닛(730)의 농도측정값이 기준값 미만이면 바이패스관(210)과 회수관(220)을 개방하는 제1 개폐신호를 송출하고, 센싱유닛(110)의 농도측정값이 기준값 미만이고 서브센싱유닛(730)의 농도측정값이 기준값 이상이면 바이패스관(210)과 회수관(220)을 폐쇄하는 제2 개폐신호를 송출한다. 제어유닛(50)은 바이패스밸브(211)와 회수밸브(221)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 바이패스밸브(211)는 제1 개폐신호를 입력받은 때 바이패스관(210)을 개방하고, 제2 개폐신호를 입력받은 때 바이패스관(210)을 폐쇄하며, 회수밸브(221) 역시 제1 개폐신호를 입력받은 때 회수관(220)을 개방하고, 제2 개폐신호를 입력받은 때 회수관(220)을 폐쇄한다.

또한, 구동부(60)는 제2 개폐신호가 송출되어 바이패스관(210) 및 회수관(220)이 폐쇄되면, 서브방전부(720)에 전압을 인가하여 전력을 공급할 수 있다.

즉, 제어유닛(50)은 흡기덕트(10) 내부로 유입된 오염물질의 농도와, 이로부터 우회되어 부처리유닛(70)에 유입된 오염물질의 농도를 비교하여 서로 다른 개폐신호를 전송하는 것이며, 이에 따라 오염물질의 농도가 주처리유닛의 설계용량 이하인 경우 우회로를 차단하여 대기하였다가, 오염물질의 농도가 과도하게 상승하여 주처리유닛의 설계용량을 초과하는 경우 주처리유닛으로 유입되는 오염물질의 농도를 감소시켜 용이하게 처리되도록 하는 것이다.

이하 도 8 및 도 9를 참조하여 이에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 8 및 도 9는 도 6의 오염물질 처리장치의 작동도이다.

우선, 도 8을 참조하면, 흡기덕트(10)를 통해 유입되는 오염물질의 농도가 과도하게 상승하는 경우, 센싱유닛(110)의 농도측정값은 기준값 이상으로 측정되고, 서브센싱유닛(730)의 농도측정값은 기준값 미만으로 측정될 수 있다. 이러한 상황에서 제어유닛(50)은 제1 개폐신호를 송출하여 바이패스관(210) 및 회수관(220)을 개방한다.

이 때, 각 농도측정값의 기준값은 제1개폐신호와 제2개폐신호를 송출하는 기준이 되는 값으로, 오염물질 처리장치(1-1)의 설계용량 또는 처리용량을 고려하여 설정된 것일 수 있으며, 주처리유닛(30)의 오염물질 처리능력, 흡착부(710)의 오염물질 흡착능력 등이 반영된 것일 수 있다. 각각의 기준값은 필요에 따라 그 크기를 적절히 가감하여 설정할 수 있다.

바이패스관(210) 및 회수관(220)이 개방되면, 오염물질을 함유한 대상기체(A)의 일부(Aa)가 바이패스관(210)으로 우회하고, 오염물질은 흡착부(710)에 흡착된다. 따라서, 회수관(220)을 통해 회수된 대상기체(A)의 또 다른 일부(Ab)는 함유된 오염물질의 농도가 현저히 감소한다. 이와 같은 과정을 통해 주처리유닛(30)으로 공급되는 대상기체(A) 내부의 오염물질 농도가 처리가능한 수준으로 유지될 수 있다.

한편, 도 9를 참조하면, 흡기덕트(10)를 통해 유입되는 오염물질의 농도가 감소하나, 흡착부(710)에 오염물질이 흡착용량을 초과하여 흡착되는 경우, 센싱유닛(110)의 농도측정값은 기준값 미만으로 측정되고, 서브센싱유닛(730)의 농도측정값은 기준값 이상으로 측정될 수 있다. 이러한 상황에서 제어유닛(50)은 제2 개폐신호를 송출하여 바이패스관(210) 및 회수관(220)을 폐쇄한다.

바이패스관(210) 및 회수관(220)이 폐쇄되면, 우회로가 차단되고 부처리유닛(70)내부 공간이 격리된다. 이 때, 구동부(60)로부터 적절한 전압값이 인가되면 서브방전부(720)가 방전되어 흡착부(710)에 흡착된 오염물질들을 처리하는 것이다.

즉, 오염물질 처리장치(1-1) 내부의 오염물질 농도가 설계용량 이내인 경우, 부처리유닛(70)은 흡착부에 흡착된 오염물질들을 플라즈마로 처리함으로써, 흡착부를 재생하여 지속적으로 부처리유닛의 흡착능을 유지할 수 있는 것이다. 필요에 따라서는 바이패스밸브(211) 및 회수밸브(221) 중 적어도 하나를 개방하여 처리된 기체를 연결관(20)내부로 배출할 수도 있으며, 부처리유닛(70)에 별도의 배출관(미도시)을 설치하여 이러한 목적을 달성할 수도 있을 것이다.

따라서, 오염물질 처리장치(1-1)는 대상기체(A)를 유입하여 용이하게 처리하고 오염물질의 농도가 감소된 처리기체(B)를 배출할 수 있다.

이러한 각각의 경우에 있어서, 센싱유닛(110)이 측정한 오염물질의 농도측정값에 따라 방전부(310)에 공급되는 전력량이 조절됨은 전술한 바와 같다. 즉, 부처리유닛(70)의 구성을 통해 오염물질 처리장치(1-1) 내부의 오염물질의 농도를 조절하고, 이를 통해 전력량이 더욱 용이하게 조절될 수 있는 상태가 유도되어, 결국, 오염물질 처리장치(1-1)의 처리효율이 증가하면서도 전력소모량은 감소될 수 있는 것이다.

일 실시예와 다른 실시예를 이루는 각각의 구성은 유선 또는 무선으로 서로 연결될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1-1: 오염물질 처리장치 10: 흡기덕트
20: 연결관 30: 주처리유닛
40: 배기덕트 50: 제어유닛
60: 구동부 70: 부처리유닛
110: 센싱유닛 111: 감지부
112: 증폭부 113: 변환부
210: 바이패스관 211: 바이패스밸브
220: 회수관 221: 회수밸브
310: 방전부 311, 721: 방전전극
312, 722: 접지전극 313, 723: 유전체
410: 배출농도측정부 710: 흡착부
711: 활성탄 720: 서브방전부
730: 서브센싱유닛 501: 입력부
502: 연산부 503: 출력부
601: 가변인버터부 602: 변압부
A, Aa, Ab: 대상기체 B: 처리기체
L1, L1', L2: 전력그래프 f: 팬

Claims (6)

1. 흡기덕트 및 배기덕트;
   상기 흡기덕트와 상기 배기덕트의 사이에 연결되며,
   플라즈마를 발생시키는 방전부를 포함하여 상기 흡기덕트로부터 유입된 오염물질을 처리하고 상기 배기덕트로 배기하는 주처리유닛;
   상기 흡기덕트에 형성되어 상기 오염물질의 농도를 측정하는 센싱유닛;
   적어도 일 측이 상기 방전부와 연결되어 상기 방전부에 전력을 공급하는 구동부; 및
   상기 센싱유닛, 및 상기 구동부와 각각 연결되고,
   상기 센싱유닛이 측정한 상기 오염물질의 농도측정값을 입력받아 상기 방전부에 공급되는 전력의 전력량을 조절하는 제어유닛을 포함하는 오염물질 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 센싱유닛은,
   상기 오염물질의 농도를 감지하여 아날로그 신호로 나타내는 감지부와,
   상기 감지부로부터 나타난 상기 아날로그 신호를 증폭하는 증폭부, 및
   상기 증폭부가 증폭한 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 오염물질의 농도측정값으로 산출하는 변환부를 포함하는 오염물질 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 방전부에 가변적으로 전압을 인가하는 가변인버터부, 및
   상기 가변인버터부가 인가하는 전압의 크기를 비례적으로 상승시키는 변압부를 포함하고,
   상기 제어유닛은 제어신호를 송출하여 상기 가변인버터부가 인가하는 전압값을 조절하는 오염물질 처리장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 가변인버터부는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 컨버터와 상기 직류(DC)전원을 전압 및 주파수가 변화된 교류(AC)전원으로 변환하는 인버터를 포함하여 이루어지고, 상기 제어유닛이 상기 컨버터 및 상기 인버터를 제어하는 오염물질 처리장치.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제어유닛은,
   상기 오염물질의 농도측정값이 입력되는 입력부,
   상기 입력부에 입력된 농도측정값에 대응하여 전압값을 산출하는 연산부, 및
   상기 연산부에서 연산된 전압값의 데이터가 포함된 제어신호를 송출하는 출력부를 포함하는 오염물질 처리장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡기덕트와 상기 주처리유닛 사이를 연결하는 연결관,
   상기 연결관의 일 측으로 분기되어 상기 주처리유닛으로 유입되는 상기 오염물질의 적어도 일부를 우회시키는 바이패스관,
   상기 바이패스관과 연결되고, 내부에 상기 오염물질을 흡착하는 흡착부를 적어도 하나 포함하는 부처리유닛, 및
   상기 연결관의 타 측으로 분기되고 상기 부처리유닛과 연결되는 회수관을 더 포함하는 오염물질 처리장치.

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