KR100500574B1 - 탈취형 열풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기가 유입되는 공기 유입구(22), 상기 공기 유입구(22)의 초입에 설치되어 유입되는 공기중에 존재하는 연소에 불필요한 물질을 제거하는 필터(10), 상기 필터(10)의 후단에 설치되어 외부로부터 공기를 용이하게 유입시키기 위한 팬(12), 상기 팬(12)의 후방에 설치되어 유입되는 공기중의 일부를 흡입하여 연료와 함께 연소시키는 버너(2), 상기 버너(2)에서 연소된 고온의 가스가 통과하는 연소가스 이동경로(6), 상기 연소가스 이동경로(6)의 외벽으로 제공되어 상기 연소가스 이동경로(6)를 통과하는 고온의 열을 전도시키는 연소로벽(8), 상기 연소로벽(8)과 열풍기 외벽(20) 사이에 구비되어 상기 공기 유입구(22)로 유입된 공기가 흐르며 오염물질을 제거하는 촉매층(4), 상기 촉매층(4) 및 연소가스 이동경로(6)의 종단에 이웃하도록 설치되어 고온의 연소가스와 공기가 배출되는 공기 배출구(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열풍기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 양계장, 양돈장 등의 축사, 퇴비화장치 및 작업장의 겨울철 난방을 제공할 뿐만 아니라, 외부의 오염공기를 제거할 수 있으므로 보다 쾌적한 실내환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

탈취형 열풍기{Deodorized Heating System}

본 발명은 양계장, 양돈장 등의 축사, 퇴비화장치 및 작업장의 겨울철 난방을 위하여 사용되는 열풍기용 촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버너를 이용하여 연료를 직접 연소시키는 열풍기의 내부에 촉매층을 구비시키고, 상기 촉매층이 구비된 열풍기를 운전할 경우 발생되는 열을 이용하여 상기 촉매층을 활성화시켜 상기 열풍기로 유입되는 공기중에 존재하는 악취 및 연소시 발생하는 유해물질 등을 산화/환원시켜 제거하는 촉매에 관한 것이다.

일반적으로 양계나 양돈의 경우 약 25±5℃의 기온이 성장에 가장 적절하며, 여름철과 같이 온도가 높아지면 더위를 먹어 폐사율이 높아지므로 냉방장치를 사용하여 기온을 낮춰주고, 겨울철과 같이 기온이 낮아지면 활동력과 식욕이 떨어지며 발육과 성장이 늦어지므로 열풍기와 같은 난방장치를 사용하여 기온을 높여주게 된다.

종래에도 겨울철과 같은 혹한기에 축사의 난방을 달성하기 위하여 온풍기 또는 열풍난로를 사용하여 축사의 난방을 달성하도록 한 "축사용 열풍기"와 "축사용 이동식 열풍난로"가 대한민국실용신안공고 제97-5182호 및 대한민국실용신안공고 제93-7503호로 각각 공고된 바 있으나, 이는 단지 축사 내부의 온도만을 상승시키기 위한 것으로 상기 열풍기의 사용에 따라 발생하는 유해물질 및 외부의 오염공기로부터 가축을 보호할 수 없는 등의 문제점이 있다.

또 다른 예로서, 대한민국특허등록 제 275385호는 제어기에 의해 동작하는 열풍기와 에어콘 및 환기팬을 이용하여 축사의 실내공기를 계절에 상관없이 쾌적한 상태로 유지시키는 공기 조화장치가 개시되어 있고, 대한민국실용신안등록 1991-0002236호는 단면적이 넓은 흡입구를 사용하여 많은 양의 공기를 흡입시켜 열효율을 증가시킬 수 있는 열풍기가 개시되어 있으나, 이 또한 단지 실내의 온도를 증가시키기 위한 것으로 유해물질 및 외부의 오염공기를 제거할 수 없는 등의 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해서는 열풍기의 가동에 따라 발생하는 질소산화물 및 일산화탄소 등의 가스 및 외부로부터 유입되는 공기 중에 존재하는 악취 등의 오염물질을 제거하는 것이 필요하게 되었다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 탈취 및 유해물질 등의 유기화합물을 제거하는 방법으로는 흡착법, 흡수법, 토양처리법, 직접연소법, 촉매연소법 등을 사용할 수 있으며, 상기 흡착법은 활성탄과 같은 흡착제를 이용하여 오염물질을 흡착, 회수 제거하는 방법으로 비교적 고농도에 적합하고[Chem. Eng. Prog., 28(1993)], 흡착제의 가격과 연속적인 조업이 어렵다는 문제점 등이 있으며, 상기 흡수법과 토양처리법 또한 폐수처리 문제 및 토양의 유지관리면에서 양계장, 양돈장 등의 축사 및 작업장의 겨울철 난방 등에 적용하기에는 설치비 및 관리비의 증가에 따른 문제점 등이 있다.

한편, 상기 촉매연소법의 경우 RCO(Regenerative Catalystic Oxidizer System)를 산업적으로 널리 적용하여 사용하고 있는데, 이는 연료의 소비량을 줄이면서 유입되는 가스의 온도를 촉매 활성온도까지 승온시킬 수 있는 축열식 시스템이 적용되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위하여 도출된 것으로서, 양계장, 양돈장 등의 축사, 퇴비화장치 및 작업장의 겨울철 난방을 위하여 사용되는 열풍기에 설치되어 오염공기중에 존재하는 유해물질 및 악취를 제거하는 촉매가 구비된 열풍기를 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.

한가지 관점에서, 본 발명은 공기가 유입되는 공기 유입구(22), 상기 공기 유입구(22)의 초입에 설치되어 유입되는 공기중에 존재하는 연소에 불필요한 물질을 제거하는 필터(10), 상기 필터(10)의 후단에 설치되어 외부로부터 공기를 용이하게 유입시키기 위한 팬(12), 상기 팬(12)의 후방에 설치되어 유입되는 공기중의 일부를 흡입하여 연료와 함께 연소시키는 버너(2), 상기 버너(2)에서 연소된 고온의 가스가 통과하는 연소가스 이동경로(6), 상기 연소가스 이동경로(6)의 외벽으로 제공되어 상기 연소가스 이동경로(6)를 통과하는 고온의 열을 전도시키는 연소로벽(8), 상기 연소로벽(8)과 열풍기 외벽(20) 사이에 구비되어 상기 공기 유입구(22)로 유입된 공기가 흐르며 오염물질을 제거하는 촉매층(4), 상기 촉매층(4) 및 연소가스 이동경로(6)의 종단에 이웃하도록 설치되어 고온의 연소가스와 공기가 배출되는 공기 배출구(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열풍기를 제공한다.

본 발명에 따른 촉매층은 열풍기의 내부에 설치되어 열풍기의 내부로 유입되는 공기중에 존재하는 오염물질 예를 들면, 암모니아, 아민, 휘발성유기화합물, 탄화수소류 등을 산화/환원시켜 제거하기 위한 것으로서, 니크롬선, 칸탈선, 마그네슘화합물, 실리콘화합물 등의 발열체 또는 금속메쉬, 폼 형태의 금속지지체에 담지되는 형태로 구성된다.

이때, 상기 열풍기 내부에 구비되는 촉매층이 금속지지체일 경우에는 연소로벽의 외주면에 직접 장착하고, 촉매층이 발열체일 경우는 실리케이트 등으로 연소로벽의 외주면 및 열풍기 내벽면을 절연처리한 후 장착하여야 한다.

본 발명에 따른 촉매층을 구성하는 촉매는 일정온도에서 오염물질을 제거할 수 있는 활성을 갖는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 전체 촉매 중량당 0.001 내지 8중량%의 Rh, 0.001 내지 8중량%의 Pd, 0.001 내지 5중량%의 Pt 등으로부터 선택되는 적어도 두개 이상의 귀금속 또는 Mn, Cu, Ni, Fe, Co 등으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속산화물 0.001 내지 20중량%가 지지체에 담지된 것을 사용하는 것이 좋고, 상기 촉매의 첨가량은 귀금속의 경우, 각 귀금속의 함량이 0.001중량% 미만이면 촉매의 효과가 감소하고, 10중량%를 초과하면 효율의 증가 없이 제조비용이 상승하게 되며, 금속산화물의 경우, 그 함량이 0.001중량% 미만이면 촉매의 효과가 감소하고, 20중량%를 초과하면 효율의 증가 없이 제조비용이 상승하게 된다.

한편, 상기 지지체는 촉매가 담지되는 장소를 제공하는 것으로, 사용 가능한 물질로는 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화규소, 산화지르코늄 등으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 물질, 바람직하게는 산화알루미늄이 좋다.

이때, 상기 촉매층 형성하는 촉매는 전술한 귀금속 또는 금속산화물을 일컫는 것이지만, 상기 귀금속 또는 금속산화물이 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화규소, 산화지르코늄으로부터 선택되는 지지체에 담지되어 사용되므로, 상기 촉매가 담지된 지지체를 본 발명에서는 촉매로 이해할 수 있다. 그러나, 상기 금속지지체는 촉매가 담지된 지지체를 담지시켜 열풍기 내부에 장착하기 위한 것으로 귀금속 또는 금속산화물 등의 촉매가 담지되는 지지체와 구별되어야 한다.

한편, 촉매를 발열체 또는 금속지지체에 담지하는 방법은 본 발명의 당업자에게 알려진 방법이라면 어느 것을 사용하여도 무방하지만, 본 발명에서는 촉매를 물과 혼합한 후, 볼밀(ball mill)로 이를 분쇄하여 슬러리 상태로 준비하고, 상기 슬러리에 전처리로서 약산, 예를 들면 0.1 노르말 염산과 아세톤 등의 유기솔벤트로 세척 및 건조 처리된 발열체 또는 금속지지체를 적신 후 상기 발열체 또는 금속지지체 내부에 과잉으로 존재하는 슬러리를 1 내지 7 기압의 고압공기로 분산하여 제거하고, 전술한 과정을 3 내지 10회 반복한 후 온도가 약 40℃인 건조기에서 상대 습도가 98%에서 40%가 될 때까지 10시간 이상에 걸쳐 건조한 다음 300 내지 500℃ 공기분위기에서 5 내지 24시간 소성하고 코팅된 금속의 함량을 측정하여 원하는 양이 될 때까지 코팅과정을 반복하는 방법을 사용한다.

이에, 본 발명에 따른 열풍기를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매가 장착된 탈취형 열풍기의 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 촉매가 장착된 탈취형 열풍기의 A-A' 단면도로서 함께 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열풍기는 공기가 유입되는 공기 유입구(22), 상기 공기 유입구(22)의 초입에 설치되어 유입되는 공기중에 존재하는 연소에 불필요한 물질을 제거하는 필터(10), 상기 필터(10)의 후단에 설치되어 외부로부터 공기를 용이하게 유입시키기 위한 팬(12), 상기 팬(12)의 후방에 설치되어 유입되는 공기중의 일부를 흡입하여 연료와 함께 연소시키는 버너(2), 상기 버너(2)에서 연소된 고온의 가스가 통과하는 연소가스 이동경로(6), 상기 연소가스 이동경로(6)의 외벽으로 제공되어 상기 연소가스 이동경로(6)를 통과하는 고온의 열을 전도시키는 연소로벽(8), 상기 연소로벽(8)과 열풍기 외벽(20) 사이에 구비되어 상기 공기 유입구(22)로 유입된 공기 중 일부의 공기가 흐르며 상기 연소로벽(8)으로부터 열을 전도 받는 촉매층(4), 상기 촉매층(4) 및 연소가스 이동경로(6)의 종단에 이웃하도록 설치되어 고온의 연소가스와 공기가 배출되는 공기 배출구(24)로 구성된다.

한편, 전술한 공기 배출구(24)의 전방에 고온의 연소가스와 공기가 용이하게 혼합되도록 하는 혼합기(34)를 더 구비할 수 있으며, 조절기(8)를 버너(2)에 연결설치하여 상기 버너(2)의 운전을 자동적으로 조절할 수 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 열풍기는 기본적으로 외부로부터 공기를 흡입하여 연료와 함께연소시키고, 상기 연소로 인하여 발생된 고온의 가스를 이용하여 외부로부터 유입된 공기의 온도를 증가시며, 상기 외부로부터 유입되는 공기 중에 존재하는 오염물질을 촉매층에서 제거한 후 양계장, 양돈장 등의 축사, 퇴비화장치 및 작업장 등에 공급하여 실내의 온도를 상승시키도록 하는 방식으로 운전된다.

전술한 본 발명에 따른 열풍기의 작동기작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 열풍기는 그 내부에 구비된 팬(12)을 작동시켜 외부로부터 공기를 흡입하며, 상기 외부로부터 공기가 유입되는 공기 유입구(22)의 초입에 필터(10)를 구비시켜 연소에 불필요한 물질 및 장치의 운전에 영향을 줄 수 있는 물질을 제거한다.

그 다음, 상기 팬(12)을 통과한 외부의 공기 중 일부는 버너(2)로 유입되어 연료와 함께 연소되고, 나머지 일부는 상기 열풍기 내부에 구비된 연소로벽(8)과 열풍기 외벽(20) 사이에 구비된 촉매층(4)을 따라 이동하게 된다.

그 다음, 상기 버너(2)의 연소에 의해 발생하는 고온의 연소 가스는 연소가스 이동경로(6)로 이동하며, 상기 연소가스 이동경로(6)의 외벽을 구성하고 있는 연소로벽(8)으로 그 열을 전도시켜 상기 연소로벽(8)의 외주면에 접촉되어 구비되는 촉매층(4)을 100 내지 400℃의 온도로 승온시켜 활성화하고, 이러한 촉매층(4)의 활성에 의하여 상기 촉매층(4)을 통과하는 공기 중에 존재하는 오염물질을 산화/환원시켜 제거한다.

한편, 상기 연소가스 이동경로(12) 및 상기 촉매층(4)을 통과한 연소가스 및 공기는 상기 연소가스 이동경로(12) 및 촉매층(4)의 종단에서 서로 혼합한 후 공기 배출구(24)를 통과하여 외부로 배출된다.

한편, 필요에 따라서 상기 촉매층(6)의 전방으로 공기 혼합기(34)를 더 구비시켜 상기 촉매층(6)으로 유입되는 고온의 연소가스 및 공기를 서로 잘 혼합시키도록 할 수 있다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

Pt(1.5)Rh(0.3)/Al₂O₃의 제조

전체 촉매 중량당 1.5중량%의 Pt 전구체 H₂PtCl₆·6H₂O[알드리치화학, 미국] 및 0.3중량%의 Rh 전구체 RhCl₃·3H₂O[고지마화학, 일본] 전구체를 포함하는 촉매금속용액(H₂PtCl₆·6H₂O(Pt 1.5 중량비), RhCl₃·3H₂O(Rh 0.3 중량비))에 100중량% 조성비를 갖도록 산화알루미늄(Al₂O₃) 지지체 γ-Al₂O₃[알드리치화학, 미국]를 투입한 다음 상온에서 30분간 교반하였다.

상기 교반이 종료된 후 50℃의 온도로 유지되는 진공회전 증발기[아이라N-1NW, 아이라, 일본]에서 30분 동안 진공회전하여 건조시키고, 105℃로 유지되는 건조기에서 24시간 동안 건조시켰다.

그 다음, 상기 건조된 촉매를 400℃에서 10시간 동안 소성시켜 본 발명에 따른 촉매를 제조하였다.

<실시예 2>

Mn(5)/Al₂O₃의 제조

전체 촉매 중량당 5중량%의 망간 전구체 Mn(CH₃COO)₂·9H₂O[알드리치화학, 미국] 포함하는 촉매금속용액(Mn(CH₃COO)₂·9H₂O(Mn 5.0 중량비))에 95중량%의 산화알루미늄(Al₂O₃) 지지체 γ-Al₂O₃[알드리치화학, 미국]를 투입한 다음 상온에서 30분간 교반하였다.

상기 교반이 종료된 후 50℃의 온도로 유지되는 진공회전 증발기[아이라N-1NW, 아이라, 일본]에서 30분 동안 진공회전하여 건조시키고, 105℃로 유지되는 건조기에서 24시간 동안 건조시켰다.

그 다음, 상기 건조된 촉매를 400℃에서 10시간 동안 소성시켜 상기 망간을 망간산화물로 전환시켜 본 발명에 따른 촉매를 제조하였다.

<실시예 3>

발열체 촉매층의 제조

상기 실시예 1에 의하여 제조된 촉매와 알루미늄알콕사이드[알드리치화학, 미국]를 물과 혼합한 후, 볼밀(ball mill)로 이를 분쇄하여 슬러리 상태로 준비하였다.

그 다음, 상기 슬러리에 전처리로서 0.1 노르말 염산과 아세톤으로 세척 및 건조 처리된 발열체인 니켈크롬종[대명금속, 대한민국]을 적신 후 상기 니크롬선의 표면에 과잉으로 존재하는 슬러리를 3 기압의 공기로 분산하여 제거하였다.

전술한 과정을 수회(10회) 반복한 후 40℃로 유지되는 건조기 J-NDS1[제일과학산업, 대한민국] 내의 상대 습도가 98%에서 40%가 될 때까지 10시간 이상에 걸쳐 건조한 다음 400℃ 공기분위기에서 10시간 소성하고 코팅된 금속의 함량을 측정하여 1.0g/L가 될 때까지 코팅과정을 반복하여 니크롬선에 실시예 1에 따른 촉매를 담지하였다.

<실시예 4>

발열체 촉매층의 제조

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 의하여 제조된 촉매 대신 실시예 2에 의하여 제조된 촉매를 사용하였다.

<실시예 5>

금속지지체 촉매층의 제조.

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 3의 니크롬선 대신 메탈화이버[인코넬, 미국]를 사용하였다.

<실시예 6>

상기 실시예 3에 의하여 제조된 직경 2mm의 니크롬선을 직경 5cm 크기의 나선형 구조로 가공하여 촉매가 담지된 발열체를 도 1에 도시된 바와 같이, 장착하여 열교환기로 구성하였다.

<실시예 7>

실시예 6와 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 3에 의하여 제조된 발열체 담지형 촉매 대신 실시예 4에 의하여 제조된 발열체 담지형 촉매를 사용하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 열풍기는 양계장, 양돈장 등의 축사, 퇴비화장치 및 작업장의 겨울철 난방을 제공할 뿐만 아니라, 외부의 오염공기를 제거할 수 있으므로 보다 쾌적한 실내환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 현재 사회적으로 부각되고 있는 악취원의 하나인 암모니아 및 아민에 의한 악취문제를 해소할 수 있으므로, 암모니아 및 아민이 배출되는 장소에 광범위하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매가 장착된 탈취형 열풍기의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 촉매가 장착된 탈취형 열풍기의 A-A' 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 버너 4 : 촉매층

6 : 연소가스 이동경로 8 : 연소로벽

10 : 필터 12 : 팬

14 : 조절기 16 : 혼합기

18 : 열풍기 내벽 20 : 열풍기 외벽

22 : 공기 유입구 24 : 공기 배출구

Claims (8)

1. 공기가 유입되는 공기 유입구(22), 상기 공기 유입구(22)의 초입에 설치되어 유입되는 공기중에 존재하는 연소에 불필요한 물질을 제거하는 필터(10), 상기 필터(10)의 후단에 설치되어 외부로부터 공기를 용이하게 유입시키기 위한 팬(12), 상기 팬(12)의 후방에 설치되어 유입되는 공기중의 일부를 흡입하여 연료와 함께 연소시키는 버너(2), 상기 버너(2)에서 연소된 고온의 가스가 통과하는 연소가스 이동경로(6), 상기 연소가스 이동경로(6)의 외벽으로 제공되어 상기 연소가스 이동경로(6)를 통과하는 고온의 열을 전도시키는 연소로벽(8), 상기 연소로벽(8)과 열풍기 외벽(20) 사이에 구비되어 상기 공기 유입구(22)로 유입된 공기가 흐르며 오염물질을 제거하는 촉매층(4), 상기 촉매층(4) 및 연소가스 이동경로(6)의 종단에 이웃하도록 설치되어 고온의 연소가스와 공기가 배출되는 공기 배출구(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열풍기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 촉매층이 전체 촉매 중량당 0.001 내지 8중량%의 Rh, 0.001 내지 8중량%의 Pd, 0.001 내지 5중량%의 Pt 등으로부터 선택되는 적어도 두개 이상의 귀금속이 지지체에 담지된 것을 특징으로 하는 열풍기.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 지지체가 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화규소, 산화지르코늄으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 열풍기.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 촉매층이 전체 촉매 중량당 Mn, Cu, Ni, Fe, Co 등으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속산화물 0.001 내지 20중량%가 지지체에 담지된 것을 특징으로 하는 열풍기.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 지지체가 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화규소, 산화지르코늄으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 열풍기.