WO2017171151A1 - 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치 - Google Patents

휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a ductless air purifying apparatus for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust, the pretreatment filter (100) for pre-filtering the contaminated air through the suction blower 110; and the pretreatment A low temperature plasma reactor (200) for decomposing volatile organic compounds contained in the air passing through the filter (100) using ozone generated by generating plasma at room temperature; and in the air passing through the low temperature plasma reactor (200) A metal oxide catalyst chamber 300 which decomposes the contained ozone into a reactive active species using a metal oxide catalyst and then decomposes the volatile organic compound using the reactive active species; and the metal oxide catalyst chamber 300 Adsorption removal filter 400 for adsorption removal of contaminants or ozone in the air passing through; and, the air passing through the adsorption removal filter 400 is discharged to the room The exhaust fan (500); It relates to a ductless air purifying apparatus 10 for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust, characterized in that it comprises a.
  • Volatile organic compounds are classified as specific air pollutants due to their high impact on humans and ecosystems. Volatile organic compounds generate photochemical oxides, which are secondary pollutants such as ozone, through photochemical reactions. Volatile organic compounds are toxic to the human body because they contain many chemicals known to be highly carcinogenic and cause problems such as ozone layer destruction, global warming, photochemical smog and odors.
  • Common techniques for removing volatile organic compounds include adsorption by activated carbon, high temperature incineration, oxidation removal by catalyst, and plasma.
  • Adsorption by activated carbon is the most traditional method of removing volatile organic compounds, and is a technique for physically and chemically adsorbing volatile organic compounds to activated carbon. This method has a short exchange cycle since it is no longer adsorbed after a certain time. In addition, secondary contaminants are generated upon disposal after completion of use, and are disadvantageous for treating highly volatile organic compounds.
  • the high temperature incineration method is a method of combustion oxidation by heating to a high temperature. This method is efficient at removing high concentrations of volatile organic compounds, but disadvantageous at low concentrations. In addition, the processing cost is high because auxiliary fuel is required.
  • the oxidation removal method using a catalyst is a technique of oxidizing and removing a volatile organic compound using an oxidation catalyst. Unlike activated carbon, the catalyst has a long life, but since there is almost no reaction activity at room temperature, the contaminated air temperature has to be raised to a high temperature of about 300 ° C. or higher.
  • Patent Document 1 volatile organic compound treatment method and apparatus (Korean Patent No. 10-1559021) is a method for treating the volatile organic compounds contained in the atmosphere, A first decomposition step of generating ozone at a concentration of 10 to 15 times the concentration of the volatile organic compound contained therein and primarily decomposing the volatile organic compound using the generated ozone; And a second decomposition step of treating the generated ozone with a catalyst to generate reactive active species and secondly decomposing the volatile organic compound using the generated reactive active species.
  • a first decomposition step of generating ozone at a concentration of 10 to 15 times the concentration of the volatile organic compound contained therein and primarily decomposing the volatile organic compound using the generated ozone And a second decomposition step of treating the generated ozone with a catalyst to generate reactive active species and secondly decomposing the volatile organic compound using the generated reactive active species.
  • the SMT (Surface Mount Technology) line in the industrial field generates pollutants such as odors or volatile organic compounds (VOCs) from the resin flux during reflow soldering at a high temperature of about 250 to 300 ° C.
  • pollutants such as odors or volatile organic compounds (VOCs) from the resin flux during reflow soldering at a high temperature of about 250 to 300 ° C.
  • VOCs volatile organic compounds
  • all of these pollutants are discharged to the air conditioner (duct) on the factory without any treatment.
  • VOCs volatile organic compounds
  • productivity is interrupted due to the interruption of operation due to the re-installation of the duct, and at the same time, the economic loss due to manpower consumption, inconvenience, and installation cost due to the change of the air conditioning system such as the duct is caused.
  • the present invention solves the problems of the existing invention, it is possible to completely decompose / remove odor or volatile organic compounds and then discharge the temperature controlled air inside, it is of course possible to purify the air without the need for air conditioning facilities such as ducts To reduce the effort and cost required for the installation of air conditioning facilities such as ducts and ducts, and to purify and process volatile organic compounds and fine dusts that prevent productivity loss due to interruption of operation due to the re-installation of ducts when the production process is changed. It is an object of the present invention to provide a ductless air purifying apparatus.
  • the low temperature plasma reaction can be used to prevent unnecessary temperature rise during the process, as well as to completely decompose ozone generated during plasma generation through a reaction with a catalyst to generate a large amount of free radicals such as odors or volatile organic compounds. It is an object of the present invention to provide a ductless air purifying apparatus for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust capable of efficiently removing contaminants.
  • the ductless air purifying apparatus for purifying and treating the volatile organic compounds and the fine dust of the present invention is a pre-treatment filter 100 for pre-filtering after inhaling the contaminated air through the suction blower 110 And a low temperature plasma reactor (200) for decomposing volatile organic compounds contained in air passing through the pretreatment filter (100) using ozone generated by generating plasma at room temperature; and the low temperature plasma reactor (200).
  • a metal oxide catalyst chamber 300 which decomposes ozone contained in the air passing through the reactive active species using a metal oxide catalyst, and then decomposes the volatile organic compound using the reactive active species; and the metal oxide Adsorption removal filter 400 for adsorption removal of contaminants or ozone in the air passing through the catalyst chamber 300; And, passing through the adsorption removal filter 400 Exhaust fan 500 for discharge in an interior; Characterized in that comprises a.
  • the low temperature plasma reactor 200 a boosting device 220 for boosting the voltage of the power supplied from the power supply unit 210; and the first pole plate to which the power boosted by the booster 220 is applied, respectively ( 230 and a second pole plate 240; wherein the first pole plate 230 and the second pole plate 240 are sequentially arranged to cross the first pole plate 230 and the second pole plate 240 It is characterized in that the air is configured to flow into the space between.
  • any one of a power line for supplying power to the first pole plate 230 or the second pole plate 240 in the boosting device 220 is characterized in that the power is supplied through the ground.
  • first electrode plate 230 and the second electrode plate 240 is characterized in that the coating insulating layer 233 is formed on the metal electrode plate 231 attached to the insulating plate 232, respectively.
  • the metal mesh filter 310 is installed between the low temperature plasma reactor 200 and the metal oxide catalyst chamber 300; and anion generating and supplying negative ions to the air passing through the adsorption removal filter 400 Generator 600; and the housing 700, the pretreatment filter 100 to the negative ion generator 600 is mounted to the inside and integrally formed, the caster wheels 710 for movement are installed; Characterized in that further comprises.
  • the present invention since it is possible to completely decompose / remove odors or volatile organic compounds and then discharge the temperature-controlled air internally, air purification is possible without the need for an air conditioning facility such as a duct, as well as an air conditioning facility such as a duct. It is possible to reduce the effort and cost required for the installation, and to prevent the decrease in productivity due to the interruption of operation due to the reinstallation of the duct when the production process is changed.
  • the low temperature plasma reaction can be used to prevent unnecessary temperature rise during the process, as well as to completely decompose ozone generated during plasma generation through a reaction with a catalyst to generate a large amount of free radicals such as odors or volatile organic compounds.
  • the advantage is that contaminants can be removed efficiently.
  • Figure 1 Schematic diagram of the overall configuration of a ductless air purifying apparatus for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a low-temperature plasma reactor of a ductless air purifying apparatus for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a partial cross-sectional view of an electrode plate of a low-temperature plasma reactor of a ductless air purifying apparatus for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an internal perspective view of a ductless air purifying apparatus for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust according to an embodiment of the present invention.
  • the ductless air purifying apparatus 10 for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust of the present invention is large, as shown in FIG. 1, the pretreatment filter 100 and the low temperature plasma reactor 200.
  • the pretreatment filter 100 sucks contaminated air containing volatile organic compounds generated in an SMT process or a dyeing process, an ink manufacturing and plating process, and a laboratory and a washing room through the suction blower 110. It has the ability to prefilter afterwards. That is, the large dust and the like is physically collected first to increase the efficiency of subsequent purification and decomposition steps.
  • the pretreatment filter 100 may be configured as a medium filter.
  • the low temperature plasma reactor 200 decomposes volatile organic compounds contained in air passing through the pretreatment filter 100 using ozone generated by generating plasma at room temperature.
  • the low temperature plasma reactor 200 as shown in Figure 2, the boosting device 220 for boosting the voltage of the power supplied from the power supply unit 210, and the power boosted by the boosting device 220, respectively
  • the first electrode plate 230 and the second electrode plate 240 are applied.
  • the first electrode plate 230 and the second electrode plate 240 are sequentially arranged as shown in FIG. 2, so that air can flow into the space between the first electrode plate 230 and the second electrode plate 240.
  • the first electrode plate 230 and the second electrode plate 240 are arranged to cross each other in three to ten stages.
  • the boosting device 220 is preferably to boost to a high voltage in the range of 10 ⁇ 20kV.
  • oxygen molecules in the air are dissociated into oxygen atoms having strong activity or converted into ozone, thereby strongly and effectively decomposing volatile organic substances contained in the contaminated air. .
  • the first electrode plate 230 and the second electrode plate 240 may be used.
  • the coating insulating layer 233 is preferably formed on the metal electrode plate 231 attached to the insulating plate 232, respectively.
  • the insulating plate 232 is preferably composed of a tempered glass or a ceramic plate
  • the coating insulating layer 233 is preferably composed of an epoxy resin.
  • Power supplied from the boosting device 220 to the first pole plate 230 and the second pole plate 240 is characterized in that the high voltage in the range of 10 ⁇ 20kV as described above. Therefore, when the power supply device 220 is installed between each power line for supplying power to the first pole plate 230 or the second pole plate 240 in close proximity, a spark occurs to damage the power line The risk of leakage is extremely high. Therefore, in order to prevent this, any one of power lines for supplying power to the first pole plate 230 or the second pole plate 240 in the boosting device 220 is energized through the ground, as shown in FIG. 2. It is desirable to. By this configuration, only one high-voltage power supply line can be used, and spark generation can be prevented in advance.
  • the metal oxide catalyst chamber 300 decomposes ozone contained in air passing through the low temperature plasma reactor 200 into reactive active species using a metal oxide catalyst, and then reacts with the reactive active species. To decompose the volatile organic compounds.
  • a metal oxide among these include MnO 2 , NiO, CoO, Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , AgO 2, and the like. It is also possible to use not only monometal oxides but also mixtures of various metal oxides. For example, it may be used in the form of MnO 2 -CuO, MnO 2 -AgO 2 , NiO-CoO-AgO 2 .
  • the reactive active species includes various active species used in the decomposition of ozone. For example, O ( 1 D), O ( 3 P), OH * active species.
  • the metal oxide catalyst chamber 300 is preferably configured by processing the metal oxide catalyst in the form of a mesh (mesh) in order to increase the contact area between the metal oxide catalyst and the air passing through.
  • the metal oxide catalyst is impregnated with the metal oxide catalyst in a porous material (for example, a porous ceramic) formed in a shape in which a cavity communicates with each other. It is preferable to allow the metal oxide catalyst to be coated on the cavity surface.
  • the metal oxide catalyst chamber 300 further decomposes the remaining volatile organic compounds that have not been decomposed in the low-temperature plasma reactor 200 in the previous stage, and removes them to a near perfection. Simultaneously reduces the concentration of ozone in the exhaust air extremely low.
  • the volume of the metal oxide catalyst (the amount of metal oxide catalyst used) is preferably determined so that the space velocity is between 10,000 and 20,000 (hr ⁇ 1 ) with respect to the processing air flow rate (flow rate).
  • the space velocity may be defined according to Equation 1 below.
  • a metal mesh filter 310 is further installed between the low temperature plasma reactor 200 and the metal oxide catalyst chamber 300 to prevent harmful gases including ozone or unreacted volatile organic compounds. It is preferable to increase the reaction efficiency by uniformly contacting the metal oxide catalyst chamber 300.
  • the adsorption removal filter 400 adsorbs and removes carbon monoxide generated as a by-product during decomposition of contaminants, ozone, or volatile organic compounds in the air passing through the metal oxide catalyst chamber 300. .
  • the adsorption removal filter 400 may be configured to include an activated carbon filter 410.
  • the adsorption removal filter 400 may be configured to further include a hepa filter 420, the hepa filter 420 removes 99.97% or more of fine particles of 0.3 ⁇ m or more, and then purifies the purified air Exhaust indoor
  • the air passing through the adsorption removal filter 400 is discharged through the exhaust blower 500 for discharging the air passing through the adsorption removal filter 400 to the room.
  • the negative ion generator 600 is preferably to discharge the air containing 2000 ⁇ 10000 / cm3 of negative ions.
  • the ductless air purifying apparatus 10 for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust according to one embodiment of the present invention has a characteristic of not requiring a separate duct or the like. Therefore, the ductless air purifying apparatus 10 for purifying and treating volatile organic compounds and fine dust according to one embodiment of the present invention to facilitate the installation and use by utilizing these characteristics better is shown in FIG. Likewise, the pretreatment filter 100 to the negative ion generator 600 is mounted inside and integrally configured, and further includes a housing 700 in which caster wheels 710 for movement are installed. .
  • the performance test was performed in the indoor environmental analysis center of Seoul National University regarding the removal efficiency and ozone concentration of volatile organic compounds.
  • the applied voltage was 15KV
  • the air volume was 4m 3 / min
  • the space velocity was 17,000hr -1 to perform the decomposition and removal performance test of volatile organic compounds.
  • Total VOC The removal efficiency of Total VOC is as follows. That is, the total volatile organic compound (Total VOC) concentration in the inlet portion of the ductless air purifier 10 is about 77931.3 ⁇ g / m3, while the total volatile organic compound (Total) at the outlet through the ductless air purifier 10 VOC) concentration was significantly reduced to 205.6 ⁇ g / m 3, showing a high removal efficiency of 99.7%.
  • the concentration of total volatile organic compounds (Total VOC) of 205.6 ⁇ g / m 3 at the outlet is only about half that of the indoor standard (500 ⁇ g / m 3).
  • Benzene was not present in the five representative volatile organic compounds after treatment of ductless air purifier. Toluene was 18.6 ⁇ g / m3, ethylbenzene 10.7 ⁇ g / m3, xylene 13.3 ⁇ g / m3, styrene was 0.8 ⁇ g / It has been shown to decrease to about m3, it can be seen that the representative five volatile organic compounds (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styrene) is also effectively removed, showing a much lower number than the indoor reference value.
  • Total VOC Indoor Standard 500 ⁇ g / m3 or less Toluene Indoor Standard: 1,000 ⁇ g / m3 or lower, Benzene Standard: 30 ⁇ g / m3 or lower
  • ozone concentration ozone removal efficiency
  • the initial ozone concentration generated in the low-temperature plasma reactor 200 of the ductless air purifier 10 and the metal oxide catalyst chamber 300 of the ductless air purifier After roughing, ozone (ozone) concentration was measured.
  • the applied voltage was 15KV
  • the air volume was 4m 3 / min
  • the space velocity was 17,000hr -1 to measure the concentration of ozone.
  • the initial ozone concentration generated in the low temperature plasma reactor 200 is about 40 ppm, while the metal oxide catalyst chamber 300 decomposes the volatile organic compound after the reaction, and then the final ozone concentration in the air is about 0.015. It appears to be about ppm and shows an ozone removal efficiency of 99.96%, which is within the allowable levels of ozone concentration in Korea and the United States. (Korea's ozone concentration allowance: 0.1ppm for 1 hour, 0.06ppm for 8hr / US ozone concentration allowance: 0.1ppm for 8 hours or 40 hours per week, 0.3ppm for 15 minutes)

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Abstract

본 발명은 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치에 관한 것으로서, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 온도가 조절된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 공기 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요 되는 노력과 비용을 절감할 수 있고, 생산 공정 변경 시 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 인해 생산성 하락 등을 방지할 수 있는 것이 특징이다.

Description

휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치
본 발명은 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치에 관한 것으로, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);와, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10)에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물은 인체 및 생태계에 미치는 영향이 크기 때문에 특정 대기 유해물질로 분류되고 있다. 휘발성 유기 화합물은 광화학 반응을 통하여 오존 등과 같은 2차 오염물질인 광화학 산화물을 생성시킨다. 휘발성 유기 화합물은 발암성이 높다고 알려져 있는 화학물질이 다수 포함되어 있기 때문에 인체에 유독하며 오존층 파괴, 지구 온난화, 광화학 스모그, 악취 등의 문제점을 야기한다.
휘발성 유기 화합물을 제거하는 일반적인 기술로는, 활성탄에 의한 흡착 방식, 고온 소각 방식, 촉매에 의한 산화 제거 방식, 플라즈마 방식 등이 있다.
활성탄에 의한 흡착 방식은 가장 전통적인 휘발성 유기 화합물 제거 방식으로서, 휘발성 유기 화합물을 활성탄에 물리, 화학적으로 흡착시켜 제거하는 기술이다. 이 방식은 일정 시간이 지나면 더 이상 흡착되지 않으므로 교환 주기가 짧다. 또한, 사용 완료 후에 폐기 시에 2차 오염 물질이 발생하며, 고농도 휘발성 유기 화합물 처리에는 불리하다.
고온 소각 방식은 고온으로 가열하여 연소 산화시키는 방식이다. 이 방식은 고농도의 휘발성 유기 화합물을 제거하는 데에는 효율적이지만, 저농도에는 불리하다. 또한, 보조 연료가 소요되므로 처리 비용이 높다.
촉매에 의한 산화 제거 방식은 산화 촉매를 이용하여 휘발성 유기 화합물을 산화 제거하는 기술이다. 활성탄과 달리 촉매의 수명은 길지만, 상온에서 반응 활성이 거의 없기 때문에, 오염 공기 온도를 약 300도(℃) 이상의 고온으로 승온시켜야 한다는 단점이 있다.
이러한 기존 발명의 문제점을 해결하기 위하여, 하기 특허문헌 1의 "휘발성 유기 화합물 처리 방법 및 장치(대한민국 등록특허 제10-1559021호)"에는 대기 중에 포함된 휘발성 유기 화합물을 처리하기 위한 방법으로서, 대기 중에 포함된 휘발성 유기 화합물 농도의 10 내지 15배의 오존을 발생시키고 발생된 오존을 이용하여 휘발성 유기 화합물을 1차적으로 분해하는 1차 분해 단계; 및 발생된 오존을 촉매로 처리하여 반응 활성종을 발생시키고 발생된 반응 활성종을 이용하여 휘발성 유기 화합물을 2차적으로 분해하는 2차 분해 단계를 포함하는 휘발성 유기 화합물 처리 방법 및 장치에 관한 발명이 개시되어 있다.
한편, 산업현장의 SMT(Surface Mount Technology, 표면실장기술) Line에서는 250～300℃ 정도의 고온에서 리플로우 솔더링 작업 중 수지계(Rosin) 플럭스에서 악취나 휘발성유기화합물(VOCs) 등 오염물질이 발생하고 있으나, 현재는 이들 오염물질을 별다른 처리 없이 공장위의 공조기(덕트)로 외부 배출을 시키는 것이 전부이다.
또한, 리플로우 솔더링 장비의 input과 output 부분에서 악취와 휘발성유기화합물(VOCs) 등이 일부 새어나와 공장 내부의 공기를 오염시켜 근로자의 두통을 유발하는 등 근무환경 저해와 함께 인체 건강에 심각한 악영향을 끼치고 있다.
현재 SMT 공장에서는 리플로우 솔더링 장비 상단에 덕트 등 공조시설이 복잡하게 설치되어 있다. 그리고 기존의 SMT Line에서 생산품목이나 생산 공정을 변경할 경우, 공조 시스템(덕트 재설치 등)을 수시로 변경 및 교체해야 한다. 예로, 휴대폰의 기종(갤럭시 series 등) 또는 자동차의 차종 변경 시 전기회로기판이 교체되어 SMT Line 자체가 변경된다.
따라서, 생산 공정 변경 시, 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 생산성 하락이 유발되고 이와 함께 덕트 등 공조시스템 변경으로 인한 인력소모와 번거로움 그리고 설치 비용으로 인한 경제적 손실이 상당히 발생하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 기존 발명의 문제점을 해결하여, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 온도가 조절된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 공기 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요 되는 노력과 비용을 절감할 수 있고, 생산 공정 변경 시 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 인해 생산성 하락 등을 방지할 수 있는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 저온 플라즈마 반응을 이용하므로 공정 중 불필요한 온도 상승을 방지할 수 있는 것은 물론, 플라즈마 발생 시 생성되는 오존을 촉매와의 반응을 통해 완전히 분해하여 활성산소를 다량으로 발생시킴으로써 악취나 휘발성 유기 화합물 등 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치는, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);와, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)는, 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220);와, 상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240);을 포함하여 구성되되, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 순차적으로 교차 배열되어 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240) 사이의 공간으로 공기가 흘러지나갈 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 각각 절연판(232) 상에 부착된 금속 전극판(231) 상에 코팅 절연층(233)이 형성되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)와 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에 설치되는 금속망 필터(310);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600);와, 상기 전처리 필터(100) 내지 상기 음이온 발생기(600)가 내부에 장착되어 일체로 구성되며, 이동을 위한 캐스터 휠(710) 들이 설치되어 있는 하우징(700); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하는 경우, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 온도가 조절된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 공기 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요 되는 노력과 비용을 절감할 수 있고, 생산 공정 변경 시 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 인해 생산성 하락 등을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 저온 플라즈마 반응을 이용하므로 공정 중 불필요한 온도 상승을 방지할 수 있는 것은 물론, 플라즈마 발생 시 생성되는 오존을 촉매와의 반응을 통해 완전히 분해하여 활성산소를 다량으로 발생시킴으로써 악취나 휘발성 유기 화합물 등 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있다는 장점이 있다.
도 1: 본 발명의 일 실시예에 의한 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치의 전체 구성 모식도.
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치의 저온 플라즈마 반응기의 구성 모식도.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치의 저온 플라즈마 반응기의 전극판 일부 단면도
도 4: 본 발명의 일 실시예에 의한 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치의 내부 사시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10)는 도 1에 나타낸 것과 같이 크게, 전처리 필터(100), 저온 플라즈마 반응기(200), 금속 산화물 촉매 챔버(300), 흡착 제거 필터(400) 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 전처리 필터(100)에 관하여 설명한다. 상기 전처리 필터(100)는 도 1에 나타낸 것과 같이 SMT 공정 또는 염색, 잉크 제조 및 도금 공정 그리고 실험실 및 세척실 등에서 발생하는 휘발성 유기 화합물이 포함된 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 기능을 가진다. 즉, 크기가 큰 분진 등을 물리적으로 먼저 집진하여, 그 이후의 정화 및 분해 단계의 효율을 높이도록 한다. 이 경우, 상기 전처리 필터(100)를 구현하는 실시예로는 다양한 실시예가 가능하며, 그 일실시예로 상기 전처리 필터(100)는 미디움 필터(medium filter)로 구성되는 것이 가능하다.
다음으로, 저온 플라즈마 반응기(200)에 관하여 설명한다. 상기 저온 플라즈마 반응기(200)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해한다.
이 경우, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)는 도 2에 나타낸 것과 같이, 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220)와, 상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 도 2에 나타낸 것과 같이 순차적으로 교차 배열되어, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240) 사이의 공간으로 공기가 흘러 지나갈 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 통상적으로 3단 내지 10단 가량 교차 배열되도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 승압장치(220)는 10~20㎸ 범위의 고전압으로 승압시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 구성과 기능의 상기 저온 플라즈마 반응기(200)에 의하여, 공기 중의 산소 분자가 강한 활성을 가지는 산소 원자로 해리되거나 오존으로 변환되어, 오염된 공기 중에 포함된 휘발성 유기물질을 강력하고 효과적으로 분해하게 된다.
한편, 작동 중 발생할 수 있는 전극에의 오염 물질 침착 또는 스파크 발생에 에 따른 부식이나 손상 등을 방지하고 용이한 유지/보수를 가능하게 하기 위하여, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 도 3에 나타낸 것과 같이, 각각 절연판(232) 상에 부착된 금속 전극판(231) 상에 코팅 절연층(233)이 형성되어 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 절연판(232)은 강화유리 또는 세라믹판으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 코팅 절연층(233)은 에폭시 수지로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 승압장치(220)로부터 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)에 공급되는 전원은 앞서 설명한 것과 같이 10~20㎸ 범위의 고전압 인 것이 특징이다. 따라서, 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 각각의 전원선 사이가 근접하게 설치되는 경우, 스파크가 발생하여 전원선이 손상되어 누전이 발생할 위험이 극히 높다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는 도 2에 나타낸 것과 같이, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하여 고압 전원선은 1개만 사용하는 것이 가능하며 스파크 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 관하여 설명한다. 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 도 2에 나타낸 것과 같이, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해한다.
이 경우, 오존을 분해하기 위한 촉매로는 백금, Cr 산화물, Al 산화물, Co 산화물, Cu 산화물, Mn 산화물, 금속 Pd 또는 Pd 화합물 등을 들 수 있으며, 그 중에서 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 산화물 촉매로는 MnO2, NiO, CoO, Fe2O3, V2O5, AgO2 등이 있다. 또한, 단일금속 산화물뿐만 아니라 여러 금속산화물의 혼합물을 사용할 수도 있다. 예컨데 MnO2-CuO, MnO2-AgO2, NiO-CoO-AgO2 등의 형태로 사용할 수 있다.
상기 반응 활성종은 오존의 분해 시에 사용되는 다양한 활성종을 포함한다. 예컨데, O(1D), O(3P), OH* 활성종을 들 수 있다.
한편, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 금속 산화물 촉매와 통과하는 공기와의 접촉 면적을 증대시키기 위하여, 상기 금속 산화물 촉매를 메쉬(mesh) 형태로 가공하여 구성되는 것이 바람직하다. 또는, 상기 금속 산화물 촉매를 캐비티(cavity)가 서로 연통되는 형상으로 형성된 다공성 재질(예를 들어 다공성 세라믹)에 상기 금속 산화물 촉매를 함침하는 방법으로, 공기가 통과하는 상기 다공성 재질의 서로 연통되어 있는 상기 캐비티(cavity) 표면에 상기 금속 산화물 촉매가 코팅되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 의하여, 아래의 화학식 1과 같이 전단계의 저온 플라즈마 반응기(200)에서 발생된 오존 중 분해 반응에 미처 사용되지 못하고 남겨진 잔여 오존(배오존)을 분해하는 반응도 함께 일어난다. 이 경우, 하기 화학식 1은 망간 산화물 촉매를 사용하는 경우를 예시로 표현하였다.
[화학식 1]
MO2 + O3 → MO2 + O* +O2
따라서, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 전단계의 저온 플라즈마 반응기(200)에서 미쳐 분해되지 못한 잔여 휘발성 유기 화합물을 추가로 분해하여 완벽에 가깝게 제거하는 것은 물론, 배오존을 분해하여 정화가 완료되어 배출되는 공기 중의 오존 농도를 극히 낮게 감소하는 기능을 동시에 수행한다.
이때, 금속산화물 촉매의 부피(금속산화물 촉매 사용 양)는 처리풍량(유량)에 대해 공간속도가 10,000~20,000(hr-1 )사이가 되도록 정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 공간 속도는 다음의 수학식 1에 따라 정의된 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2016007838-appb-M000001
한편, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)와 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에는 도 1에 나타낸 것과 같이 금속망 필터(310)가 더 설치되도록 하여, 오존이나 미반응 휘발성 유기 화합물을 비롯한 유해가스가 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 균일하게 접촉하도록 하여 반응효율을 높이도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 흡착 제거 필터(400)에 관하여 설명한다. 상기 흡착 제거 필터(400)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물, 배오존 또는 상기 휘발성 유기 화합물의 분해 과정에서 부산물로생성되는 일산화탄소를 흡착 제거한다.
이 경우, 상기 흡착 제거 필터(400)는 활성탄 필터(410)를 포함하여 구성되는 것이 가능하다.
또한, 상기 흡착 제거 필터(400)는 헤파 필터(420)를 더 포함하여 구성되는 것이 가능하며, 상기 헤파 필터(420)는 0.3㎛ 이상의 미세한 입자들을 99.97% 이상 제거한 다음, 정화 처리된 청정한 공기를 실내 배출한다
상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기는, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500)를 통하여 배출된다.
한편, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 음이온 발생기(600)는 2000~10000개/㎤의 음이온이 함유된 공기를 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의한 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10)는 별도의 덕트 등의 배관이 필요 없다는 특성을 가진다. 따라서, 이러한 특성을 더욱 잘 살려 용이한 이동 설치 및 사용이 가능하도록 본 발명의 일실시예에 의한 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10)는 도 4에 나타낸 것과 같이, 상기 전처리 필터(100) 내지 상기 음이온 발생기(600)가 내부에 장착되어 일체로 구성되며, 이동을 위한 캐스터 휠(710) 들이 설치되어 있는 하우징(700)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
<실시예>
본 실시예에서는, 휘발성 유기 화합물의 제거 효율 및 오존 농도에 관하여 서울 대학교 실내환경분석센터에서 성능 시험을 수행하였다.
상기 저온플라즈마 반응기(200)에서 인가전압은 15KV로 하였으며, 풍량은 4m3/min 그리고 공간속도는 17,000hr-1으로 하여 휘발성 유기화합물의 분해제거 성능시험을 실시하였다.
총 휘발성 유기 화합물(Total VOC)의 제거효율은 다음과 같다. 즉, 덕트리스 공기정화장치(10)의 흡입구 부분에서 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 농도는 77931.3㎍/㎥ 정도인 반면, 덕트리스 공기정화장치(10)를 거친 배출구에서는 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 농도가 205.6㎍/㎥ 정도로 상당히 감소하여 99.7%의 높은 제거 효율을 보이고 있다. 특히, 배출구에서 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC)의 농도인 205.6㎍/㎥는 실내기준치(500㎍/㎥) 보다 훨씬 아래인 반 정도에 그치고 있다.
그리고 덕트리스 공기정화장치 처리 후 대표적인 5대 휘발성 유기 화합물 중 벤젠은 전혀 나타나지 않고 있으며, 톨루엔은 18.6㎍/㎥, 에틸벤젠은 10.7㎍/㎥ 그리고 자일렌은 13.3㎍/㎥, 스틸렌은 0.8㎍/㎥ 정도로 감소하는 것으로 나타나고 있어, 대표적인 5대 휘발성 유기 화합물(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스틸렌) 또한 효과적으로 제거되고 있음을 알 수 있으며, 실내기준치보다 휠씬 적은 수치를 보이고 있다.
표 1
측정위치 측정항목(㎍/㎥)
T.VOC 벤젠 톨루엔 에틸벤젠 자일렌 스틸렌
흡입부 77931.3 - 526.4 305.5 353.3 25.4
배출부 205.6 - 18.6 10.7 13.3 0.8
( 다중이용시설 실내공기질 유지기준
총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 실내 기준치 : 500㎍/㎥ 이하 톨루엔 실내기준치 : 1,000㎍/㎥이하, 벤젠 실내기준치 : 30㎍/㎥ 이하
에틸벤젠 실내기준치 : 360㎍/㎥ 이하,자일렌 실내기준치 : 700㎍/㎥ 이하
한편, 오존 농도(오존 제거 효율)에 있어서, 덕트리스 공기정화장치(10)의 상기 저온플라즈마 반응기(200)에서 생성된 초기 오존 농도와 덕트리스 공기정화장치의 상기 금속산화물 촉매 챔버(300)를 거친 후 오존(배오존) 농도를 측정하였다.
이때, 덕트리스 공기정화장치의 상기 저온플라즈마 반응기(200)에서 인가전압은 15KV로 하였으며, 풍량은 4m3/min 그리고 공간속도는 17,000hr-1으로 하여 오존의 농도를 측정하였다.
상기 저온플라즈마 반응기(200)에서 생성된 초기 오존 농도는 약 40ppm 정도인 반면, 상기 금속산화물 촉매 챔버(300)에서 반응 후 휘발성 유기 화합물을 분해 처리한 다음, 최종 배출되는 공기 중 오존 농도는 약 0.015ppm 정도로 나타나 99.96%의 오존 제거효율을 보이고 있으며, 이는 한국과 미국 오존농도허용치 이내에 있다. (한국 오존농도허용치 : 1시간 평균 0.1ppm, 8시간 평균 0.06ppm/ 미국 오존농도허용치 : 8시간 또는 주 40시간 0.1ppm, 15분 0.3ppm)
도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);
    상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);
    상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);
    상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);
    상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10).
  2. 청구항 제 1항에 있어서,
    상기 저온 플라즈마 반응기(200)는,
    전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220);
    상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240);을 포함하여 구성되되,
    상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 순차적으로 교차 배열되어 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240) 사이의 공간으로 공기가 흘러지나갈 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10).
  3. 청구항 제 2항에 있어서,
    상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10).
  4. 청구항 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 각각 절연판(232) 상에 부착된 금속 전극판(231) 상에 코팅 절연층(233)이 형성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10).
  5. 청구항 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저온 플라즈마 반응기(200)와 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에 설치되는 금속망 필터(310);
    상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600);
    상기 전처리 필터(100) 내지 상기 음이온 발생기(600)가 내부에 장착되어 일체로 구성되며, 이동을 위한 캐스터 휠(710) 들이 설치되어 있는 하우징(700); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물 및 미세먼지를 정화 및 처리하는 덕트리스 공기정화장치(10).
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