KR100603810B1

KR100603810B1 - 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치

Info

Publication number: KR100603810B1
Application number: KR1020050067057A
Authority: KR
Inventors: 이효두; 이동건; 최영국
Original assignee: (주)티알이엔씨; (주)종합엔텍
Priority date: 2005-07-23
Filing date: 2005-07-23
Publication date: 2006-07-24

Abstract

본 발명은 각종 도장작업시 도장부스 외부로 배출되는 배기 중에 함유되어 있는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 및 악취를 제거하기 위한 장치로서, 평상시에는 1차적으로 다단의 전처리 필터에 의해 페인트 미스트 등과 같은 분진들을 완전히 제거시켜 주고, 분진이 완전히 제거된 휘발성 유기화합물 함유 배기는 활성탄필터를 통과하게 하여 흡착 제거시킨 후 외기로 배출토록 하고, 상기 활성탄필터에 흡착된 휘발성 유기화합물들은 흡착시의 반대방향으로 열풍을 가하여 이를 다시 탈착시키고 탈착된 고농도의 휘발성 유기화합물 배기는 별도의 배기처리계통을 통하여 저온 플라즈마 반응기 및 촉매 반응기에 의하여 휘발성 유기화합물을 완전히 처리시킨 후 외기로 배출되도록 한 흡,탈착 및 저온플라즈마, 촉매 산화 하이브리드형 도장부스 휘발성 유기화합물 처리장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 통상의 도장작업 시에는 1차 측에 다단의 에어필터를 설치하여 도장 배기 속에 포함된 페인트 미스트들을 완전히 제거해 줌으로서 후단에 설치된 활성탄 필터 표면에 형성된 미세공이 페인트 미스트에 의해 막힘으로 인한 수명 및 성능 저하를 방지 하고, 수평 다단식 카트리지(Cartridge) 형태의 활성탄 필터에 의해 휘발성 유기화합물을 흡착 제거한 뒤 외기로 배출되도록 구성되며, 또한 도장작업을 하지 않는 휴지시간대에 별도의 배기처리계통을 통하여 활성탄의 흡착방향과 반대되는 방향으로 열풍을 가하여 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈 착시키고, 탈착된 고농도의 휘발성 유기화합물들은 저온 플라즈마 반응기 및 촉매 반응기를 통과시켜 산화 제거시켜 줌으로써 장치의 소형화와 활성탄의 사용량 감소 및 그 교체시기를 연장시켜줌으로써 장치의 운전비용을 절감시킬 수 있도록 구성된 것이다.

또한 촉매 처리부 전단에 저온 플라즈마 반응기를 설치하여 고농도의 휘발성 유기 화합물 함유 배기가스를 전처리하여 줌으로써 통상의 촉매산화 단독 처리 시 배기 중에 함유된 Pb, As, Bi, Sb, Hg, Fe2 Sn, Zn 등과 같은 방해물질에 의한 촉매의 역작용을 방지토록 하였으며, 탈착된 고농도의 휘발성 유기화합물이나 열용량이 많은 높은 물질을 함유한 가스가 곧 바로 촉매산화부에 유입될 시 촉매에서의 연소열이 과다 상승하여 촉매를 비활성화 시키는 것을 방지하도록 하여 저온 플라즈마 반응기 후단의 촉매 반응기에서 완전 산화가 일어날 수 있게 함으로서 최종적으로 외기로 배출되는 휘발성 유기화합물을 완전히 산화 제거할 수 있도록 한 것이다.

또한 휘발성 유기화합물의 탈착 및 촉매처리에 사용되는 가열용 히터는 각각 별도로 분리 설치하여 휘발성 유기화합물의 탈착 및 그 처리가 최적의 온도조건하에서 서로 분리되어 행하여지도록 함으로서, 처리장치의 과열로 인한 처리효율 저하 및 화재의 위험성을 보다 완벽하게 배제시키도록 한 것이다.

도장부스, 휘발성 유기화합물(V.O.Cs), 전처리필터, 활성탄필터, 저온 플라즈마 반응기, 금속필터, 촉매 반응기

Description

도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치{Apparatus for removing V.O.Cs in painting equipment}

도 1은 종전의 도장부스 장치도.

도 2는 본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치가 도장부스와 함께 설치된 상태를 나타내는 장치도.

도 3은 본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치의 실시예를 나타내는 측단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 흡착장치 101 : 하우징

110 : 전처리필터부 120 : 활성탄필터

130 : 배기 팬 140 : 배기덕트

150 : 개폐 댐퍼

200 : 배기반응장치

210 : 터보블로워

220 : 배기관

221 : 탈착용 히터 222 : 저온 플라즈마 반응기

223 : 금속필터 224 : 유량조절 댐퍼

225 : 촉매 가열용 히터 226 : 촉매반응기

227 : 열교환기

230 : 열풍 공급관

240 : 흡입관

본 발명은 각종 도장작업시 도장부스 외부로 배출되는 배기 중에 함유되어 있는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 및 악취를 제거하기 위한 장치로서, 평상시에는 1차적으로 다단의 전처리 필터부에 의해 페인트 미스트 등과 같은 분진들을 완전히 제거시켜 주고, 분진이 완전히 제거된 휘발성 유기화합물 함유 배기는 활성탄필터를 통과하게 하여 흡착 제거시킨 후 저농도로 외기로 배출토록 하고, 상기 활성탄필터에 흡착된 휘발성 유기화합물들은 흡착시의 반대방향으로 열풍을 가하여 이를 다시 탈착시킨 후 탈착된 고농도의 휘발성 유기화합물 배기는 별도의 배기반응장치를 통하여 저온 플라즈마 반응기 및 촉매 반응기에 의하여 휘발성 유기화합물을 완전히 산화 처리시킨 후 외기로 배출 되도록 한 도장부스용 휘발성 유기화합물 처리장치에 관한 것이다.

종전에는 단순히 부스와 급기 시설, 배기 시설 및 경유 버너에 의한 열풍공 급시설, 그리고 배출되는 페인트 미스트를 제거해 주는 필터만을 갖추고 작업하여 왔다(도 1).

그러나 도 1 방식은 도장작업시 배출되는 대기오염물질로는 페인트 미스트와 페인트에서 증발 배출되는 휘발성유기화합물증기(VOC)가 있는데 페인트 미스트는 필터에 의해 제거해 주고 있으나 VOC는 그대로 대기 중으로 배출되고 있어 대기오염을 야기하고 있다.

상기와 같은 휘발성 유기화합물(V.0.Cs)이 그대로 대기 중으로 방출시키게 되면, 휘발성 유기화합물이 빛과 반응하여 오존이나 알데히드 또는 스모그 중의 질소화합물과 같은 광화학산화물을 생성하게 됨으로써 대도시의 광화학 스모그와 지구온난화와 같은 환경오염을 유발시키게 될 뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물을 이루는 대부분의 물질들이 낮은 농도에서도 자극적이고 불쾌한 냄새를 발생시키며, 인체와의 피부 접촉이나 호흡기로 유입될 경우 신경계 등의 장애를 일으키는 발암물질로서 최근에 들어서는 그 배출시설에 대한 법적 배출규제가 마련되고 있다.

특히, 자동차 도장부스와 같은 도장시설에 있어서 대기오염을 유발하는 물질 중 페인트 미스트의 경우에는 각종 필터를 사용하여 용이하게 제거가 가능하지만, 페인트 성분 중의 용제의 증발로 발생하는 휘발성 유기화합물의 경우에는 도장작업시의 배기 풍량이 300~ 400㎥/min 정도의 대풍량으로, 저농도, 대풍량 휘발성 유기화합물 함유 배기가스의 특성으로 인하여 경제성 등의 요인으로 인하여 그 처리가 비교적 까다롭게 된다.

즉, 휘발성 유기화합물의 처리방법으로 현재까지 적용되어 왔던 것으로는 흡 착방식과 생물학적 처리방식과 직연소법 (RTO 포함) 또는 촉매연소법(RCO 포함)과 같은 여러 가지의 방법이 있었으나, 단순 흡착방식을 제외하고는 휘발성 유기화합물의 처리에 수억원의 비용이 소요되므로 일반 기업에서는 현실적으로 적용하기 불가능한 것이 대부분이었다.

따라서 휘발성 유기화합물의 처리에 있어 현실적으로 적용 가능한 것은 활성탄을 이용한 흡착방식이 가장 유력한데, 상기 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, 이와 같은 활성탄의 흡착특성은 또한 휘발성 유기화합물이 지속적으로 흡착되어 활성탄이 포화상태가 되면, 그 고유의 흡착능력을 상실할 수밖에 없는 제한적인 특성을 의미하므로, 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 재사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 활성탄에 흡착된 휘발성 유기화합물을 탈착시켜 활성탄을 재사용하기 위해서는 활성탄의 표면에 100℃ 이상의 스팀(Steam: 증기)이나 열풍을 가하면 되는 데, 그 이유는 액상으로 활성탄 표면에 흡착되어 있는 휘발성 유기화합물에 그 비점 이상의 온도를 가하면 휘발성 유기화합물이 증발되어 활성탄의 표면 으로부터 탈착됨으로서 활성탄의 미세공 즉, 그 흡착성능이 최초의 상태로 복원되기 때문이다.

상기와 같이 활성탄의 표면으로부터 휘발성 유기화합물을 탈착시키기 위하여 스팀 증기를 사용하는 전자의 방식은 탈착장치 자체가 고가이고, 스팀을 사용함에 따라 각각의 부품을 내식성이 우수한 소재로 적용시켜야 함으로서 처리장치의 설비에 과도한 비용이 소요될 뿐만 아니라, 스팀이나 냉각수 등과 같은 별도의 개재 수단을 사용하여야 하는 등의 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제점으로 인하여 휘발성 유기화합물의 탈착에 열풍을 이용한 처리장치가 널리 사용되고 있다.

상기와 같이 활성탄으로부터 휘발성 유기화합물을 탈착시키기 위하여 열풍을 이용한 처리장치로서, 본 명세서에 일체화된 종래의 기술로서 국내 특허등록 제10-0426973호 "1탑형 흡착·탈착 방식 흡착탑"과, 국내 등록실용신안 제20-0284130호"멀티 순차공급 및 활성탄층 내부 열풍분사식 탈착장치 부착형 흡착탑"과, 국내 등록실용신안 제 20-0337918호 "활성탄층 내부 직접 열풍 분사식 탈착장치 부착형 흡착탑", 국내 특허등록 제10-0490140호 "도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치" 등이 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 휘발성 유기화합물 처리장치는, 흡착장치의 내부에 활성탄필터를 수직으로 설치하여 휘발성 유기화합물을 포함하는 공기가 활성탄필터와 직각방향으로 접촉되도록 함으로서 휘발성 유기화합물을 1차적으로 흡착 제거시킨 후, 상기 활성탄필터의 좌, 우측 또는 활성탄층의 내부로 설치된 열풍 분사관에 의하여 휘발성 유기화합물을 탈착시킨 다음, 이를 히터와 촉매반응기로 공급시켜 최 종적으로 제거시킬 수 있도록 하였으며, 촉매 반응기를 거쳐 대기 중으로 배출되는 고온 열풍의 일부는 휘발성 유기화합물의 탈착에 재이용할 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 휘발성 유기화합물 처리장치는 그 흡착장치의 내부에 활성탄필터를 수직으로 설치함에 따라, 장치의 진동과 활성탄의 유동 활동으로 활성탄의 일부 표면이 파괴됨으로서 그 아랫부분을 향하여 침하 즉, 다져지는 현상이 발생하게 되는데, 이러한 현상이 발생하게 될 경우 활성탄필터의 상단부에 활성탄이 존재하지 않는 빈 공간이 발생하게 되고, 이로 인하여 휘발성 유기화합물 중 일부가 활성탄을 통과하지 않고 이러한 빈 공간을 통하여 대기 중으로 직접 방출되는 문제점이 있었다.

또한 통상의 동작시 활성탄 필터에 흡착시킨 후 배기 팬을 통해 배출되는 배기가스 중의 휘발성 유기화합물의 농도는 대기환경 기준을 만족시키지만, 실질적인 배기처리계통인 활성탄 필터의 탈착시에 발생하는 휘발성 유기화합물 함유 배기는 그 농도가 수천~수만 ppm의 매우 높은 것으로 이를 단지 촉매산화 반응기 단독처리 만으로는 현재의 대기환경 배출기준을 만족하지 못하는 등의 문제점도 있었다.

따라서, 활성탄필터를 종래의 처리장치로는 휘발성 유기화합물을 요구하는 수준으로 처리하기가 어렵기 때문에 환경오염의 방지측면에서 바람직하지 못한 문제점을 야기하였을 뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물의 탈착에 의하여 활성탄을 재사용한다 하더라도 활성탄 필터를 흡착장치에 장착하여 요구하는 처리수준으로 사용할 수 있는 기간이 상대적으로 짧아지게 되고, 이로 인하여 활성탄의 교체에 따른 비용절감 측면에도 크게 기여하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 활성탄필터에 휘발성 유기화합물이 포화상태로 흡착되어 이를 열풍에 의하여 탈착시키는 경우에도, 열풍의 공급방향과 휘발성 유기화합물의 흡착방향을 고려하지 않은 단순한 형태의 열풍공급이 이루어지게 됨으로서, 열풍에 의한 휘발성 유기화합물의 탈착효과가 매우 저조하게 될 뿐만 아니라, 그 탈착에 소요되는 시간 또한 매우 길어지게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 저하되고 장치의 가동비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 열풍의 공급방향과 휘발성 유기화합물의 흡착방향이 서로 동일한 방향이 될 경우에는 탈착된 휘발성 유기화합물의 대부분이 상대적으로 그 포화정도가 떨어지는 반대방향 측의 활성탄으로 다시 흡착되는 결과를 초래하여 휘발성 유기화합물의 탈착효과를 거의 기대하기 어려운 문제점이 있었으며, 이를 보완하기 위하여 활성탄층의 내부로 열풍 공급관을 매입시키거나 열풍공급관의 구조를 매우 복잡하게 형성시키는 것은, 활성탄필터의 설치와 그 교체에 따른 작업을 번거롭게 하여 장치의 설비 및 유지관리에 따른 비용을 상승시키는 결과를 초래하게 된다.

그리고, 활성탄 필터에서 탈착된 고농도의 휘발성 유기화합물 함유 배기가 촉매에 곧 바로 유입될 시에는 배기 중에 함유된 Pb, As, Bi, Sb, Hg, Fe2 Sn, Zn 등과 같은 방해 물질에 의한 촉매 반응기의 역작용이 발생할 수 있고, 또한 탈착된 고농도의 휘발성 유기 화합물이나 열용량이 많은 높은 물질을 함유한 가스가 곧 바로 촉매 반응기로 유입될 시에는 촉매에서의 연소열이 과다 상승하여 촉매를 비활성화시킴으로서 장치의 처리효율을 크게 저하시키며, 촉매 반응기를 거쳐 활성탄 필터 측으로 재공급 되는 열풍의 온도가 매우 높게 되어 장치의 과열 또는 활성탄 의 자연발화에 따른 화재의 위험성 또한 매우 크게 되는 문제점들이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 도장부스용 휘발성 유기화합물 처리장치는 흡착장치에 내장되는 활성탄필터를 수평 카트리지 형태의 다단식 탈착 구조로 설치한 상태에서, 활성탄필터에 의한 휘발성 유기화합물의 흡착방향과 반대되는 방향으로 탈착용 열풍을 공급 및 흡입시키도록 함으로서, 휘발성 유기화합물의 흡착 및 탈착성능을 향상시킴과 동시에 활성탄 필터의 탈착 주기와 그 교체 시기를 연장시켜 장치의 운전비용을 절감시킬 수 있도록 하며, 활성탄 필터에서 탈착된 고농도 휘발성 유기화합물 함유 배기를 고농도의 휘발성 유기화합물 함유 배기의 처리에도 효과적이며, 상온에서 작동되어 배기가스를 예열하기 위한 추가적인 가열 장치가 필요가 없는 저온 플라즈마 반응기를 촉매 반응기 전단에 설치함으로서 고농도의 휘발성 유기화합물 함유 배기를 1차 처리한 후 그 처리가스를 다시 촉매 반응기로 보내어 완전히 처리함으로서, 고농도의 휘발성 유기화합물 함유 배기가 촉매에 곧 바로 유입될 시 배기 중에 함유된 Pb, As, Bi, Sb, Hg, Fe2 Sn, Zn 등과 같은 방해물질에 의한 촉매 반응기의 역작용이 발생되는 것을 방지하고, 또한 탈착된 고농도의 휘발성 유기화합물이나 열용량이 많은 높은 물질을 함유한 가스가 곧 바로 촉매 반응기로 유입될 시 촉매에서의 연소열이 과다 상승하여 촉매를 비활성화 시키고, 활성탄 필터 측으로 재공급되는 열풍의 온도가 매우 높게 되어 장치의 과열 또는 활성탄의 자연 발화에 따른 화재의 위험성 또한 매우 크게 되는 등의 문제점을 해소시킴으로서, 고가의 촉매의 성능 및 수명을 개선하고, 고농도의 휘발성 유기화합물을 완전하고 안정적으로 처리할 수 있도록 하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 휘발성 유기화합물의 탈착 및 촉매 처리에 사용되는 가열용 히터를 각각 별도로 분리 설치하여 개별의 콘트롤러에 의해 분리 제어되도록 함으로서, 휘발성 유기화합물의 탈착 및 촉매 산화처리가 항상 최적 온도조건하에서 서로 분리되어 행하여지도록 함으로서, 열풍 공급에 의한 장치의 과열 및 이에 따른 화재의 위험성을 보다 완벽하게 배제시키도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 각종 도장설비로부터 유입된 휘발성 유기화합물(V.O.Cs)을 활성탄 필터에 의하여 1차 흡착 제거시키는 흡착장치와, 상기 활성탄필터로부터 휘발성 유기화합물을 탈착시킨 후 제거하여 배기하기 위한 배기반응장치를 포함하여 이루어지는 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치에 있어서 : 상기 흡착장치는 그 하우징의 하부측에 도장설비의 배풍덕트가 연결되고 그 상단에는 배기덕트가 연결된 상태에서, 상기 하우징의 내부에는 전처리 필터부와 활성탄필터와 배기 팬이 적층식으로 설치되고, 상기 활성탄필터는 상기 하우징으로부터 착탈 가능한 수평 다단식의 카트리지(Cartridge) 형태로 삽입 설치되며 ; 상기 배기반응장치는 터보블로워의 배기관상에 탈착용 히터, 저온 플라즈마 반응 기, 촉매 가열용 히터, 촉매반응기, 및 열교환기가 순차적으로 설치된 상태에서, 상기 저온 플라즈마 반응기의 후단측 배기관으로부터 분기되는 열풍 공급관이 상기 열교환기를 거쳐 상기 흡착장치의 하우징을 관통하여 각 활성탄필터의 상부측으로 삽입 설치되고, 각 활성탄필터의 하부측에는 상기 터보블로워와 연결되는 흡입관이 상기 흡착장치의 하우징을 관통하여 삽입설치되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 흡착장치의 하우징 내부에는 상기 하우징을 선택적으로 개폐시키기 위한 다수의 개폐댐퍼가 마련되며, 상기 흡착장치의 하우징 내부에는 상기 다수의 개폐댐퍼를 이용하여 상부 개폐댐퍼, 열풍 공급관, 활성탄 필터, 흡입관, 하부 개폐댐퍼로 이루어지는 단위 활성탄필터 탈착부가 적어도 하나 이상 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 저온 플라즈마 반응기와 상기 촉매 가열용 히터 사이에 금속필터가 부가되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 열풍 공급관이 분기되는 배기관에는 상기 촉매반응기로 공급되는 휘발성 유기화합물의 량과 상기 활성탄 필터로 공급되는 고온 열풍의 량을 동시에 조절하기 위한 유량조절 댐퍼가 설치되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 일 실시례에 따라 그 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치가 도장설비와 함께 설치된 상태를 나타내는 장치도이고, 도 3은 본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치의 일실시예를 나타내는 측면도이다.

본 발명에 의한 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치의 전체적인 구성은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 각종 도장부스(3)로부터 유입된 휘발성 유기화합물(V.O.Cs) 함유 배기 중의 페인트 미스트를 제거하기 위한 전처리 필터부(110)와 휘발성 유기화합물을 흡착 제거시키는 활성탄 필터(120)를 포함하여 이루어지는 흡착장치(100)와, 상기 활성탄필터(120)로부터 휘발성 유기화합물을 탈착시켜 이를 탈착용 히터(221)와 저온 플라즈마 반응기(222), 금속 필터(223), 촉매 가열용 히터(225) 및 촉매반응기(226)로 공급시킴으로서 휘발성 유기 화합물을 최종적으로 제거하는 배기시키는 배기반응장치(200)로 이루어진다.

도 2에서는 본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치가 적용되는 도장부스(3)로서 자동차 도장부스(Painting booth)를 그 대표적인 실시예로 나타내었으나, 본 발명에 의한 처리장치는 자동차 도장부스 이외의 다른 각종 도장설비, 또는 이러한 도장설비 이외에도 휘발성 유기화합물의 처리가 요구되는 어떠한 종류의 설비나 장치에도 적용이 가능함을 밝혀두는 바이다.

상기 도장부스(3)로서의 자동차 도장부스는 자동차의 스프레이식 도장을 위한 도장부스(3)의 상하 측에 천정필터(5)와 바닥필터(7)로서 구획(區劃)되는 천정부(4)와 배풍 덕트(8)가 각각 설치된 상태에서, 도장부스(3)의 외부에 구비된 흡기팬(1)과 흡기덕트(2)를 사용하여 도장 건조용 열풍을 천정부(4)를 거쳐 도장부스(3)의 내부로 송풍시킬 수 있도록 되어 있다.

그리고, 본 발명에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치로서 상기 도장부스(3)의 배풍 덕트(8)와 연결되는 흡착장치(100)는 도 2 및 도 3에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 그 외부 케이싱을 이루는 하우징(101)의 개구된 하부 측으로 도장부스(3)의 배풍 덕트(8)가 연결되고 그 상단에는 배기 덕트(140)가 연결된 상태에서, 상기 하우징(101)의 내부에는 전처리 필터부(110)와 활성탄필터(120) 및 배기 팬(130)이 적층식으로 삽입 설치된 구성으로 이루어진다.

상기 전처리 필터부(110)는 도장부스(3)로부터 배풍 덕트(8)를 통하여 배출된 공기 중 휘발성 유기화합물을 제외한 각종 분진이나 페인트 미스트 등을 사전에 완전히 걸러줌으로서 활성탄필터(120)가 페인트 미스트에 의해 활성탄 표면의 미세공이 막혀 그 성능 및 수명이 저하하는 것을 막아 줌으로서 활성탄 필터(120)가 휘발성 유기화합물의 흡착만을 집중적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 부직포를 수평 형태로 삽입시킨 제 1필터(110a)와, 부직포를 경사지게 맞대어 삽입시킨 제 2필터(110b) 및 포켓형의 필터(110c: Pocket filter)가 순차적으로 적층 설치되어 있다.

위에서 언급되어진 바와 같이, 상기 전처리 필터부(110)는 휘발성 유기화합물을 제외한 각종 이물질이나 페인트 미스트 등을 사전에 걸러주어 활성탄필터(120)가 휘발성 유기화합물의 흡착만을 집중적으로 수행할 수 있도록 한 것이므로, 이러한 기능을 달성할 수 있는 것이라면 전처리 필터부(110)를 이루는 필터의 종류 및 그 설치 형태와 개수는 임의대로 변경이 가능함을 밝혀 두는 바이다.

그리고, 휘발성 유기화합물의 흡착 제거를 위한 상기 활성탄 필터(120)는 그 경도가 90% 이상이고 충진 밀도가 0.45~0.52이며, 자연발화 온도가 400~500℃가 되는 4×8 메쉬(Mesh) 정도의 석탄계 조립활성탄을 스테인레스 메쉬망으로 이루어지 는 지지체의 내부에 충진시켜 사용하게 되는 데, 이러한 활성탄의 지지체를 하우징(101)의 측면으로부터 교체가 가능한 카트리지(Cartridge) 형태로 설치함과 동시에 활성탄이 충진된 상기 지지체를 하우징(101)의 내부에 다단(120a, 120b)으로 수평 적층시켜 사용하게 된다.

또한, 상기 활성탄으로는 조립활성탄이 권장되는 사항이라 할 수 있고, 특히 바람직한 활성탄의 활성 형태로는 매크로 포어(Macro-pour)와 마이크로 포어(Micro-pour)가 잘 발달된 활성탄으로서 순간 흡착력과 흡착속도를 유지할 수 있도록 활성화된 제품이 권장된다.

그리고, 상기 배기 팬(130)은 그 하부에 흡입용 팬 덕트(130b)가 구비된 상태에서 그 상단에는 팬의 구동을 위한 배기 팬 모터(130a)가 하우징(101)의 상부로 돌출되도록 고정 설치되어 있으며, 상기 배기 덕트(140)는 배기 팬(130)의 토출구 측과 연결되어 배기 팬 모터(130a)에 의한 배기 팬(130)의 작동에 따라 흡착장치(100)의 내부로 유입된 공기를 활성탄 필터(120)를 거쳐 대기 중으로 배출시킬 수 있도록 되어 있는 바, 상기 배기 팬(130)으로는 터보팬이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 흡착장치(100)의 내부로 탈착용 열풍을 공급함과 동시에, 탈착된 휘발성 유기화합물을 최종적으로 제거시키기 위한 배기반응장치(200)가 연결 마련된다.

상기 배기반응장치(200)는 그 외부 케이싱을 이루는 하우징(201)의 바닥 측에 터보 블로워(210)가 고정 설치된 상태에서, 상기 터보 블로워(210)의 배기관(220) 상에 탈착용 히터(221)와 저온 플라즈마 반응기(222), 금속 필터(223), 촉매 가열용 히터(225), 촉매반응기(226) 및 열교환기(227)가 순차적으로 연결 설치되어 있다. 터보 블로워(210)의 배기관(220)은 휘발성 유기화합물을 제거시켜 최종적으로 배기하기 위한 라인이다. 탈착용 히터(221)는 고온 열풍을 공급하기 위하여 배기가스를 히팅하는 장치이며, 촉매 가열용 히터(225)는 촉매반응기(226)의 원활한 작동을 위하여 배기가스를 히팅하는 장치이다.

또한, 상기 저온 플라즈마 반응기(222)의 후단측 배기관(220)으로부터는 열풍 공급관(230)이 분기되어 이 열풍 공급관(230)이 상기 열교환기(227)를 거쳐 상기 흡착장치(100)의 하우징(101)을 관통한 후 열풍 공급관(230a, 230b)이 각 활성탄 필터(120a, 120b)의 상부 측으로 삽입 설치되고, 각 활성탄 필터(120a, 120b) 하부 측에는 상기 터보 블로워(210)의 흡입구 측으로부터 연장되는 흡입관(240)이 흡착장치(100)의 하우징(101)을 관통하여 삽입 설치된 구성으로 이루어진다. 흡입관(240)은 흡착장치(100)의 하우징(101) 내에서 각 활성탄 필터(120a, 120b)와 관련되어 240a, 240b로 호칭한다.

상기 터보 블로워(210)는 열풍의 공급시 활성탄의 유동을 방지함과 동시에 탈착된 휘발성 유기화합물이 탈착용 히터(221)와 저온 플라즈마 반응기(222)를 통하여 충분히 반응시킬 수 있도록 그 용량이 2 ~ 5㎥/min 정도가 되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 저온 플라즈마 반응기의 토출측 상단에는 스테인레스 메쉬망을 구겨서 넣은 형태의 금속필터(223)를 설치하여 저온 플라즈마 반응기(222)에서 휘발성 유기화합물이 연소 반응하면서 발생될 수 있는 에어로졸을 금속필터(223)에서 제거하여 줌으로서 에어로졸에 의한 촉매 반응기(226)에서의 역작용을 방지하였 다.

또한 촉매 가열용 히터(225)의 경우는 촉매 반응기(226) 내부에서의 촉매와 휘발성 유기화합물과의 반응온도를 고려하여 300 ~ 400℃ 정도로 세팅시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 저온 플라즈마 반응기는 전자빔 방전(Electron Beam Discharge)과 첨가 가스를 동시에 이용하는 전기물리학적(Electron Physics Method)인 신기술로 PSCD라 칭하며 이의 처리원리는 다음과 같이 요약할 수 있다. PSCD는 두 방전극 사이에 수십KV의 교류 고전압을 극히 짧은 순간(200ns 이내)에 인가하면 Pulse corona 방전에 의해 브러쉬 모양의 전류채널이 형성되는데 이를 유광(Streamer)이라 하며 이는 두 전극들 사이를 고에너지 전자가 106∼107cm/sec의 속도로 전파하며, 분자를 이온화하여 활성자유전자(Active free electron)들을 방출된다. 이렇게 생성된 자유전자들은 다음과 같은 식에 의해 휘발성 유기화합물(VOCs)들이 제거되게 된다. PSCD에 의해 생성된 활성자유전자는 가스분자를 분리시켜 N, H, O, OH등과 같은 활성자유기(Active free radical)를 형성한다.

N₂, O₂, H₂O -> N, H, O, OH, HO₂ (Radicals)

이들은 격렬한 화학반응을 야기시켜 다음과 같은 악취물질이나 휘발성 유기화합물 (VOCs)과 반응하여 CO2나 H2O 등 해롭지 않은 물질로 분해 시킨다.

Radicals + VOCs -> nH₂O + mCO₂ + N₂ + O₂

여기서 휘발성 유기화합물(VOCs) 등의 유해물질은 분자조성이 C, H, O 인바 C는 CO₂로, H는 H₂O로 화학반응이 일어나서 냄새물질이나 VOCs가 제거되는 것이다.

또한, 상기 촉매반응기(226)는 백금이나 파라듐 등으로 이루어진 촉매물질을 그 내부에 구비하는 것으로서, 상기 촉매물질은 자기 자신이 직접 반응에 참여하는 대신 휘발성 유기화합물의 활성화 에너지를 낮추어 반응을 촉진시킴으로서, 휘발성 유기화합물을 그 산화 온도인 800 ∼ 900℃보다 훨씬 낮은 300∼ 400℃에서 산화가 가능하게 하는 역할을 하게 된다.

또한 상기 촉매반응기(226) 내에는 촉매의 이탈을 방지하는 지지체가 내장되고 5cm 이상의 두께를 가지는 그라스 울(Glass wool)이나 세라믹 울(Ceramic wool)과 같은 단열재로 단열 처리된 것을 사용하며, 배기관(220)으로부터 분기되는 열풍 공급관(230)과 터보 블로워(210)와 연결되는 흡입관(240) 또한 그 일부가 하우징(101)(201)의 외부로 노출되기 때문에 작업자의 안전과 열손실의 방지를 위하여 단열 처리하는 것이 바람직하다.

또한, 도면상에는 도시되어 있지 않지만 흡착장치(100)의 내부로 삽입되는 열풍 공급관(230a, 230b)의 하부 표면에는 열풍의 분사를 위한 분사공이 각각 형성 되어 있고, 흡착장치(100)의 내부로 삽입되는 상기 흡입관(240a, 240b)의 상부 표면에도 탈착된 휘발성 유기화합물의 흡입을 위한 흡입공이 형성되어 있다.

흡착장치(100)의 하우징(101) 내부에는 하우징(101)을 선택적으로 개폐시키기 위한 다수의 개폐댐퍼(150a, 150b, 150c)가 마련되어 있다.

상기 개폐댐퍼(150a, 150b, 150c)는 활성탄 필터(120a, 120b)에 의한 휘발성 유기화합물의 흡착시에는 개방된 상태로 유지되다가, 배기반응장치(200)에 의한 휘발성 유기화합물의 탈착처리 시에는 하우징(101)을 폐쇄시켜 휘발성 유기화합물의 탈착 처리를 좁은 공간에서 효율적으로 수행할 수 있도록 함과 동시에, 열풍 공급관(230a, 230b)으로부터 공급되는 열풍이 전처리 필터부(110)측으로 공급되어 발생할 수 있는 자연발화의 위험성을 차단시키는 역할을 하게 된다.

또한 상기의 개폐댐퍼(150a, 150b, 150c)들은 각각의 활성탄필터(120a, 120b)에 대하여 탈착작용이 독립적으로 발생할 수 있도록 단위 활성탄 필터 탈착부를 이루는 역할을 한다. 즉 하부의 활성탄필터(120a)를 중심으로 하여 상부의 개폐댐퍼(150b), 열풍 공급관(230a), 활성탄필터(120a), 흡입관(240a), 하부의 개폐댐퍼(150a)가 하나의 단위 활성탄필터 탈착부를 이룬다. 또한 상부의 활성탄필터(120b)를 중심으로 하여 상부의 개폐댐퍼(150c), 열풍 공급관(230b), 활성탄필터(120b), 흡입관(240b), 하부의 개폐댐퍼(150b)가 하나의 단위 활성탄필터 탈착부를 이룬다. 이는 활성탄필터(120b)로부터 탈착된 휘발성 유기화합물의 대부분이 상대적으로 그 포화정도가 떨어지는 반대방향 측의 활성탄(120a)으로 다시 흡착되는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 개폐댐퍼(150b)에 의하여 각각의 활성탄필터가 서로 독립되어 열풍이 공급되어 탈착되고 흡입관에 의하여 흡입되도록 하였다.

상기 촉매반응기(226)의 토출측 상단에 열교환기(227)을 설치하여, 저온 플라즈마 반응기(222) 토출측 상단의 배기관(220)에서 분기되어 활성탄 필터(120)로 공급되는 열풍 공급관(230)이 열교환기(227)을 거쳐서 예열되어 들어가게 함으로서 탈착용 히터(221)의 에너지 소비를 최소화할 수 있어 운전비용을 보다 절감할 수 있도록 하였다.

또한 열풍 공급관(230)이 분기되는 배기관(220)에는 유량조절 댐퍼(224)가 마련된다. 상기 유량조절 댐퍼(224)에 의하여 흡입관(240)으로부터 터보 블로워(210)와 탈착용 히터(221) 및 저온 플라즈마 반응기(222)를 거쳐 촉매반응기(226)로 공급되는 휘발성 유기화합물의 량과, 저온 플라즈마 반응기(222)를 거쳐 활성탄 필터(120) 측으로 공급되는 고온 열풍의 량을 동시에 조절할 수 있게 함으로서, 촉매 반응기(226)를 통한 휘발성 유기화합물의 처리량을 그 반응 정도에 맞추어 적절한 량으로 공급시킬 수 있도록 하였다.

이하 상기의 실시례의 작동을 설명한다.

도장부스의 내부 공기는 통상적으로 흡착장치(100)를 통하여 외부로 배출된다.

즉, 전처리필터부(110), 활성탄필터(120a, 120b), 배기 팬(130), 배기 덕트(140)를 거쳐 외부로 배출된다.

이때 전처리필터부(110)에서는 페인트 미스트 등의 분진을 제거하며, 활성탄 필터(120a, 120b)에서는 휘발성 유기화합물을 흡착하여 제거한다.

이와 같이 도장부스 내부의 공기에 함유된 페인트 미스트와 휘발성 유기화합물을 지속적으로 제거시키는 과정에서, 도장작업이 일시 중지되거나 다음 도장작업을 위한 운휴(運休) 단계에서는 개폐댐퍼(150a, 150b, 150c)가 닫히면서 배기반응장치(200)가 가동하게 된다.

배기반응장치(200)의 작동은 2개의 흐름을 형성할 수 있다.

첫번째는 외부로 배기되는 흐름으로서, 흡입관(240)을 통해 흡입된 휘발성 유기화합물이 함유된 배기는 터보블로워(210)의 후단에 연결되는 배기관(220)을 통하여 외부로 배출된다. 즉 배기관(220)상에는 탈착용 히터(221), 저온 플라즈마 반응기(222), 금속필터(223), 촉매 가열용 히터(225), 촉매반응기(226), 열교환기(227)가 순차적으로 마련되며, 배기에 포함된 휘발성 유기화합물은 저온 플라즈마 반응기 및 촉매반응기에서 대부분 제거되어 외부로 배출된다.

배기반응장치(200)에서 형성되는 두번째 흐름은, 흡입관(240)을 통해 흡입된 배기가 터보블로워(210)를 거쳐 탈착용 히터(221), 저온 플라즈마 반응기(222), 금속필터(223)를 거친 후 열풍 공급관(230)으로 분기되어 다시 열교환기(227)를 거쳐 열풍 공급관(230a, 230b)을 통하여 흡착장치(100)로 공급되는 것이다.

이때 열교환기(227)는 열풍 공급관(230)의 배기가 촉매 가열용 히터(225)에 의해 가열된 배기관(220)의 배기와 열교환할 수 있도록 함으로써 열효율을 높인다.

또한 유량조절 댐퍼(224)는, 흡입관(240)으로부터 터보 블로워(210)와 탈착용 히터(221) 및 저온 플라즈마 반응기(222)를 거쳐 촉매반응기(226)로 공급되는 휘발성 유기화합물의 량과, 저온 플라즈마 반응기(222)를 거쳐 활성탄 필터(120) 측으로 공급되는 고온 열풍의 량을 동시에 조절할 수 있게 함으로서, 촉매 반응기(226)를 통한 휘발성 유기화합물의 처리량을 그 반응 정도에 맞추어 적절한 량으로 공급시킬 수 있도록 한다.

상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

상기와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치에 따르면, 흡착 장치의 내부에 활성탄필터를 카트리지(Cartridge) 형태의 수평 다단식 삽입구조로 설치함으로서, 활성탄필터와 휘발성 유기화합물과의 접촉 기회를 증대시킴과 동시에 휘발성 유기화합물을 다단계로 흡착 제거토록 함으로서, 휘발성 유기화합물의 흡착성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 장치의 진동이나 기타 요인으로 활성탄이 일부 침하되더라도 활성탄 필터 측에 빈 공간이 발생하지 않기 때문에, 활성탄필터를 거치지 않고 통과하는 휘발성 유기화합물의 양을 제로(Zero)화시킬 수 있는 효과가 있고, 이로 인하여 휘발성 유기화합물에 의한 환경오염의 방지에 크게 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 활 성탄필터에 의한 휘발성 유기화합물의 탈착주기 및 그 교체시기를 연장시켜 장치의 가동에 따른 비용을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 활성탄필터의 교체 시에도 휘발성 유기화합물의 흡착량이 상대적으로 크게 되는 최하부 측 활성탄필터만을 유동베드로 하여 필요에 따라 교체토록 하고, 그 상부측 활성탄필터는 고정베드로 하여 지속적인 사용이 가능하게 함으로서, 활성탄필터의 교체에 따른 비용을 최소화시킬 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 장치의 운전에 따른 비용절감에 보다 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 활성탄 필터를 댐퍼에 의해 완전 분리하여 적어도 하나 이상의 단위 활성탄필터 탈착부를 구성하도록 하여, 휘발성 유기화합물의 흡착방향과 반대되는 방향으로 탈착용 열풍을 공급시키도록 열풍에 의한 휘발성 유기화합물의 탈착성능을 크게 향상시키고 그 탈착시간 또한 최대한으로 단축시킬 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 도장설비의 휴지시간이 비교적 짧게 되는 경우에도 도장설비의 가동이 활성탄필터의 탈착작업으로 인하여 지체 및 중단되는 현상을 방지하여 도장설비의 효율적인 운용을 이루어낼 수 있는 효과가 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치에 따르면, 단위 활성탄필터 탈착부를 구성하도록 하여 열풍에 의한 휘발성 유기화합물의 탈착작업이 밀폐된 좁은 공간에서 이루어지도록 함으로서, 휘발성 유기화합물의 탈착작업을 보다 효율적으로 수행하도록 함과 동시에, 열풍공급에 의한 장치의 과열 및 이에 따른 화재의 위험성을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 배기관 상부에 있는 유량조절 댐퍼에 의하여 흡입관으로부터 터 보 블로워와 히터 및 저온 플라즈마 반응기를 거쳐 촉매반응기로 공급되는 휘발성 유기화합물의 량과, 저온 플라즈마 반응기를 거쳐 활성탄 필터 측으로 공급되는 고온 열풍의 량을 동시에 조절할 수 있게 함으로서, 촉매 반응기를 통한 휘발성 유기화합물을 그 반응 정도에 맞추어 적절한 량으로 공급시킬 수 있는 효과가 있으며, 이 또한 장치의 과열 및 이에 따른 화재의 위험성을 최소화시키는 데 기여하게 된다.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 휘발성 유기화합물 처리장치에 따르면, 활성탄 필터의 탈착시에 탈착되는 고농도의 휘발성 유기화합물 함유 배기를 일차적으로 저온 플라즈마 반응기에서 분해 제거시켜 줌으로서 고농도 휘발성 유기화합물 함유 배기가 촉매 반응기로 유입되어 반응시 과다한 연소열의 상승으로 인한 촉매의 비활성화로 인한 촉매의 성능 저하와 고가 촉매의 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 이 또한 장치의 과열과 이에 따른 화재의 위험성 최소화 및 장치의 처리 효율을 극대화시키는 데 크게 기여하게 된다.

또한 탈착 및 촉매 산화처리에 사용되는 열풍 공급용 히터를 각각 별도의 히터로 분리 설치하여, 휘발성 유기화합물의 탈착 및 촉매 산화처리가 최적 온도조건하에서 서로 분리되어 콘트롤되어지게 함으로서, 열풍공급에 의한 장치의 과열 및 이에 따른 화재의 위험성을 보다 완벽하게 배제시킬 수 있는 효과와 휘발성 유기화합물의 처리성능을 극대화시키는 효과가 있는 것이다.

Claims

각종 도장설비로부터 유입된 휘발성 유기화합물(V.O.Cs)을 활성탄 필터에 의하여 1차 흡착 제거시키는 흡착장치와, 상기 활성탄필터로부터 휘발성 유기화합물을 탈착시킨 후 제거하여 배기하기 위한 배기반응장치를 포함하여 이루어지는 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치에 있어서 :

상기 흡착장치는 그 하우징의 하부측에 도장설비의 배풍덕트가 연결되고 그 상단에는 배기덕트가 연결된 상태에서, 상기 하우징의 내부에는 전처리 필터부와 활성탄필터와 배기 팬이 적층식으로 설치되고, 상기 활성탄필터는 상기 하우징으로부터 착탈 가능한 수평 다단식의 카트리지(Cartridge) 형태로 삽입 설치되며 ;

상기 배기반응장치는 터보블로워의 배기관상에 탈착용 히터, 저온 플라즈마 반응기, 촉매 가열용 히터, 촉매반응기, 및 열교환기가 순차적으로 설치된 상태에서, 상기 저온 플라즈마 반응기의 후단측 배기관으로부터 분기되는 열풍 공급관이 상기 열교환기를 거쳐 상기 흡착장치의 하우징을 관통하여 각 활성탄필터의 상부측으로 삽입 설치되고, 각 활성탄필터의 하부측에는 상기 터보블로워와 연결되는 흡입관이 상기 흡착장치의 하우징을 관통하여 삽입설치되며 ;

상기 열풍 공급관이 분기되는 배기관에는 상기 촉매반응기로 공급되는 휘발성 유기화합물의 량과 상기 활성탄 필터로 공급되는 고온 열풍의 량을 동시에 조절하기 위한 유량조절 댐퍼가 설치되는 것 ;

을 특징으로 하는 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 흡착장치의 하우징 내부에는 상기 하우징을 선택적으로 개폐시키기 위한 다수의 개폐댐퍼가 마련되며,

상기 흡착장치의 하우징 내부에는 상기 다수의 개폐댐퍼를 이용하여 상부 개폐댐퍼, 열풍 공급관, 활성탄 필터, 흡입관, 하부 개폐댐퍼로 이루어지는 단위 활성탄필터 탈착부가 적어도 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 저온 플라즈마 반응기와 상기 촉매 가열용 히터 사이에 금속필터가 부가되는 것을 특징으로 하는 도장설비용 휘발성 유기화합물 처리장치.
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