KR101549358B1 - 에너지 효율적인 공기정화시스템 - Google Patents

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Abstract

제1 유입구와 제1 배출구를 가지며 내부에 유로가 형성된 제1 반응기; 상기 제1 반응기의 내부에 구비되며, 상기 유로 상에서 유동되는 가스가 상기 제1 유입구로부터 상기 제1 배출구 방향으로 순차로 통과하도록 구비되는 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터; 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에 각각 대응되도록 상기 제1 반응기의 측부에 구비되며, 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 제1 마그네트론; 및 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에서 탈착되어 상기 제1 배출구로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 더운 공기를 수용하여 상기 수분을 물로 응축하고, 상기 응축된 물에 상기 수용성 오염가스를 녹여 배출하는 열교환기를 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 제습과 수용성 오염가스 제거 공정을 일원화하여 공기정화 공정을 단순화하고, 마이크로웨이브 및 열교환기 도입을 통하여 폐열을 회수하여 재활용하여 에너지 절감에 이바지할 수 있으며, 필터의 주기적 교체가 필요 없는 반영구적 공기정화시스템을 제공할 수 있다.

Description

에너지 효율적인 공기정화시스템{ENERGY EFFICIENT AIR CLEANING SYSTEM}
본 발명은 에너지 효율적인 공기정화시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 에너지 효율적으로 인체에 유해한 수용성 가스와 수분을 동시에 제거할 수 있는 공기정화시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체나 LCD와 같은 물품의 제조는 고 청정도가 유지되는 클린룸(Clean room) 내에서 이루어지게 된다. 반도체 및 LCD의 품질은 제조공정상의 습도 및 오염물질에 의하여 민감하게 영향을 받는다. 따라서, 클린룸으로 유입되는 공기를 통해 먼지나 오염물질이 유입되는 것을 방지하고, 유입되는 공기의 온도 및 습도를 최적의 조건(12℃, 50%)으로 조정하는 것이 필요하다. 한편 반도체나 LCD의 제조공정에서 소요되는 에너지의 대부분(약 90%)은 전력이고, 이중 40%를 공조설비가 소비하게 되며, 공조설비에서 소비되는 대부분의 전력은 클린룸으로 도입되는 외기를 처리하는 외기공조장치를 작동하는데 사용되고 있다. 따라서 외기공조장치에서 사용되는 전력을 감소시키는 것만으로도 매우 큰 에너지 절감효과를 기대할 수 있게 된다.
한편, 반도체나 LCD 제조공정의 습도를 조절하기 위해서 현재 사용되고 있는 제습시스템은 세라믹페이퍼(ceramic paper) 흡착 로터를 이용하여 주기적으로 H2O의 흡착/탈착을 반복하여 항온항습을 유지한다. 특히 세라믹페이퍼 흡착 로터는 흡착된 H2O를 150℃ 이상의 열풍으로 탈착시킴으로써 재생되기 때문에 에너지 효율이 낮다. 따라서 에너지 효율이 높고 제습 성능이 우수한 기술개발이 절실히 필요하다.
한편, 공기 중에 포함된 인체 유해성 수용성 가스들이 반도체 및 LCD 공정 내부에 유입되면 생산 효율에 지대한 영향을 미친다. 현재 상기와 같은 인체 유해성 수용성 가스들을 제거하기 위하여 활성탄 기반 흡착제를 이용한 케미컬 필터 시스템을 사용하고 있다. 하지만 흡착제의 용량이 초과할 경우 교체를 해야 되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 케미컬 필터에서 탈착시킨 수용성 오염가스들은 포집하여 농축 제거하게 되면 별도의 처리공정 및 설비가 필요하고, 가스상의 오염물질을 저장하기 위한 막대한 설비가 필요하다는 문제점이 있다.
이와 같이, 현재, 클린룸에서는 제습시스템과 케미컬 필터를 각각 사용하는 이원화 시스템을 채용하고 있어 에너지 낭비적이며, 특히 케미컬 필터를 주기적으로 교환하여야 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 측면은 제습시스템과 케미컬 필터를 일원화하고 저에너지 소비형 수단의 채용과 함께 폐열 회수를 통하여 에너지를 절감하고, 특히 케미컬 필터를 주기적으로 교체할 필요가 없는 반영구적 공기정화시스템을 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 제1 유입구와 제1 배출구를 가지며 내부에 유로가 형성된 제1 반응기; 상기 제1 반응기의 내부에 구비되며, 상기 유로 상에서 유동되는 가스가 상기 제1 유입구로부터 상기 제1 배출구 방향으로 순차로 통과하도록 구비되는 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터; 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에 각각 대응되도록 상기 제1 반응기의 측부에 구비되며, 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 제1 마그네트론; 및 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에서 탈착되어 상기 제1 배출구로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 더운 공기를 수용하여 상기 수분을 물로 응축하고, 상기 응축된 물에 상기 수용성 오염가스를 녹여 배출하는 열교환기를 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 제1 반응기와 독립적으로 제2 반응기를 구비하여 흡착공정과 탈착공정을 번갈아 가면서 반복수행할 수 있는 공기정화시스템을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 제1 유입구와 상기 제2 유입구에 연통되도록 구비되며, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기로 유입되는 가스의 공급을 선택적으로 제어하는 밸브 유닛을 가지는 공급배관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 열교환기를 통과한 더운 가스를 상기 제1 반응기 또는 상기 제2 반응기에 퍼지가스로 주입할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제습과 수용성 오염가스 제거 공정을 일원화하여 공기정화 공정을 단순화하고, 마이크로웨이브 및 열교환기 도입을 통하여 폐열을 회수하여 재활용하여 에너지 절감에 이바지할 수 있으며, 필터의 주기적 교체가 필요 없는 반영구적 공기정화시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화시스템의 반응기 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화시스템의 흡착필터 재생 작용시의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 열원 공급 모듈의 구성도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 오염가스 제거 및 제습 기능이 동시에 가능한 공기정화 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화시스템의 외관을 나타내는 그림이다.
도 7은 본 발명의 공기정화시스템에서의 폐열 온도를 변화시킨 결과, 마이크로웨이브의 반응에 따른 흡착제의 온도 상승 값을 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 또는 "연통"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 또는 "직접적으로 연통" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 "간접적으로 연결" 또는 "간접적으로 연통"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명은 반도체 또는 LCD 제조공정 등에서 활용할 수 있는 에너지 효율적인 공기정화시스템에 관한 것으로, 특히, 수분과 수용성 오염가스를 포함하는 공기를 일시에 정화하기 위한 것이다.
상기 수용성 오염가스로는 산화질소（NO), 이산화질소(NO2), 이산화유황(SO2), 삼산화황(SO3), 황화수소(H2S), 황화카르본(COS), 이황화탄소(CS2), 암모니아(NH3), 이소프로필알코올(C3H8O, isopropyl alcohol, IPA), 메틸에틸케톤(C4H8O, methyl ethyl ketone, MEK), 플루오르화물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 반도체 및 LCD 공정에 영향을 미치는 NO, NO2, SO2, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK)이 그 대상이다.
이를 위하여, 본 발명에서는 수분 흡착필터와 수용성 오염가스 흡착필터가 순차적으로 구비된 반응기를 통해 수분과 수용성 오염가스를 흡착한 뒤, 마이크로웨이브를 조사하여 흡착된 물질들을 탈착시키며, 다시 이들 탈착된 물질들을 열교환기에 통과시켜, 물을 응축시킴과 동시에 응축된 물에 수용성 오염 물질을 녹여 배출하도록 구성된 공기정화시스템을 제시하고자 한다.
첨부한 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 공기정화시스템은 흡착소재를 포함하는 흡착필터가 배치되는 반응기, 마이크로웨이브 열원공급 모듈, 및 열교환기를 포함한다.
구체적으로, 본 발명에서는 제1 유입구(11a)와 제1 배출구(12a)를 가지며 내부에 유로가 형성된 제1 반응기(4a); 상기 제1 반응기(4a)의 내부에 구비되며, 상기 유로 상에서 유동되는 가스가 상기 제1 유입구(11a)로부터 상기 제1 배출구(12a) 방향으로 순차로 통과하도록 구비되는 제1 수분 흡착필터(5a) 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터(6a); 상기 제1 수분 흡착필터(5a) 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터(6a)에 각각 대응되도록 상기 제1 반응기(4a)의 측부에 구비되며, 상기 제1 수분 흡착필터(5a) 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터(6a)에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 제1 마그네트론(7a); 및 상기 제1 수분 흡착필터(5a) 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터(6a)에서 탈착되어 상기 제1 배출구(12a)로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 더운 공기를 수용하여 상기 수분을 물로 응축하고, 상기 응축된 물에 상기 수용성 오염가스를 녹여 배출하는 열교환기(8)를 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템을 제시한다.
도 1은 본 발명의 반응기의 구성을 개략적으로 나타내었는데, 반응기(4)는 유입구(11)와 배출구(12)를 가지며 상기 유입구(11)와 배출구(12)를 연통하는 유로를 가지는 관 형상으로 구비될 수 있다. 상기 관의 단면 형상은 원형, 사각형을 비롯한 다각형 등 어떠한 형상이라도 무방하다. 반응기(4) 내에는 수분 흡착필터(5)와 수용성 오염가스 흡착필터(6)가 유입구(11)로부터 배출구(12) 방향으로 순차적으로 배치된다.
처리대상 가스의 상류측에 수분 흡착필터를 배치하여 수분을 먼저 선택적으로 흡수하고, 그 하류측에 수용성 오염가스 흡착필터를 배치하여 오염가스를 선택적으로 흡수할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이를 통해 면 수분과 오염가스를 각각 효율적으로 흡수할 수 있을 것이라 기대된다.
수용성 오염가스와 수분을 함유한 습한 공기(1)가 반응기의 유입구(11)를 통하여 유입되면 반응기 내의 유로 상에서 유동하게 되며, 상기 흡착필터들을 순차적으로 통과하면서 수분과 수용성 오염물질이 흡착된 결과 정화된 건조 공기(10)가 배출구(12)를 통하여 배출된다.
상기 흡착필터들에 흡착된 수분과 수용성 오염물질을 탈착하여 필터를 재생하기 위해서는 다량의 고온 공기가 이용되기 때문에 일정한 열원공급이 반드시 요구된다. 종래에는 전기히터 등을 사용하였으나, 본 발명에서는 마이크로웨이브를 열원으로 사용하여 에너지 절감에 기여하고자 한다.
즉, 상기 반응기(4)의 측부에는 상기 수분 흡착필터(5)와 상기 수용성 오염가스 흡착필터(6)에 각각 대응되도록 적어도 하나의 마그네트론(7)이 구비되어 있으며, 상기 마그네트론(7)을 통해 상기 수분 흡착필터(5)와 상기 수용성 오염가스 흡착필터(6)에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하여 가열함으로써 상기 흡착필터들에 흡착된 물질들을 탈착시켜 상기 흡착필터들을 재생시키게 된다. 각각의 흡착필터에 대응하는 마그네트론(7)은 하나 또는 복수일 수 있으며, 이에 따라 마이크로파를 조사하는 방향도 일방향, 쌍방향, 또는 복수 방향일 수 있다.
필요에 따라, 상기 반응기(4)의 내부에 배치되어 마이크로웨이브의 교란을 방지하는 차단판(13)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로웨이브가 쌍방향 또는 복수 방향에서 조사될 경우, 상기 반응기의 중앙부에 마이크로웨이브의 진행방향과 수직이 되도록 차단판(13)을 설치하여 쌍방향 또는 복수 방향에서 조사되는 마이크로웨이브 사이의 교란을 방지할 수도 있다. 이 외에도, 상기 반응기의 상부, 하부 또는 측부에는 상기 흡착필터들에 흡수되지 못하고 통과한 마이크로웨이브를 흡수할 수 있는 흡수판이 추가로 설치될 수도 있다.
도 3에는 마이크로웨이브 열원 공급 모듈의 일례를 나타내었다. 마그네트론(7)으로부터 발생한 마이크로파의 경로 상에 마이크로파 분산기를 배치하여 좀더 균일한 조사가 이뤄질 수 있도록 할 수 있다.
상기 수분 흡착필터(5) 및 수용성 오염가스 흡착필터(6)에서 탈착되어 상기 배출구로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 더운 공기는 도 2에 도시한 바와 같이 별도로 구비된 열교환기(8)에 수용되어 상기 열교환기(8)를 통과하면서, 상기 수분은 물로 응축되고, 상기 응축된 물에 상기 수용성 오염가스 중의 수용성 오염물질이 녹아 있는 형태로 배출된다. 이와 같이 제습과 오염가스 제거 공정을 일원화함으로써, 종래에 수분 흡착제거와 수용성 오염가스 흡착제거 공정을 별도로 실시하던 문제점을 해결할 수 있으며, 공정단순화와 에너지 절감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 탈착시에 발생하는 고열(150℃ 정도)은 더운 공기 형태로 열교환기에 수용되고, 상기 열교환기(8)에서 수분이 응축되면서 폐열로 회수되어 더운 공기 형태로 상기 흡착필터들의 재생을 위한 퍼지가스로서 반응기에 주입될 수 있다. 상기 퍼지가스가 폐열을 전달하는 캐리어 가스로서 사용될 수 있으며, 도 7에 나타낸 바와 같이 폐열의 온도가 증가함에 따라 흡착제의 온도가 증가하게 되고, 이에 따라 마이크로웨이브의 반응성이 증가하는 경향을 보이기 때문에 흡착필터의 재생시간이 감소할 것으로 예상된다. 이러한 폐열 회수 및 재활용을 통하여 에너지 절감에 더 한층 기여할 수 있을 것이다. 상기 제1 반응기(4a)와 독립적으로 동일한 구조의 제2 반응기(4b)를 더 구비할 수 있다 (도 4 및 도 5 참조).
상기 제2 반응기(4b)는 제2 유입구(11b)와 제2 배출구(12b)를 가지며 내부에 유로가 형성된 제2 반응기(4b); 상기 제2 반응기(4b)의 내부에 구비되며, 상기 유로 상에서 유동되는 가스가 상기 제2 유입구(11b)로부터 상기 제2 배출구(12b) 방향으로 순차로 통과하도록 구비되는 제2 수분 흡착필터(5b) 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터(6b); 및 상기 제2 수분 흡착필터(5b) 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터(6b)에 각각 대응되도록 상기 제2 반응기(4b)의 측부에 구비되며, 상기 제2 수분 흡착필터(5b) 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터(6b)에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 제2 마그네트론(7b)을 포함하며, 상기 열교환기(8)는 상기 제2 수분 흡착필터(5b) 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터(6b)에서 탈착되어 상기 제2 배출구(12b)로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 공기를 수용하여 수분을 물로 응축하고, 상기 물에 상기 수용성 오염가스를 녹여 배출할 수 있다.
즉, 본 발명의 흡착필터들을 구비한 반응기를 2개 병렬로 연결한 2탑식으로 시스템을 구성하여 흡착공정과 탈착공정을 번갈아 가면서 반복 실시할 수도 있다. 본 발명에서의 처리대상 가스는 수용성 오염가스 및 수분 함유 습한 공기이며, 흡착공정이 진행되는 반응기에는 상기 처리대상 가스가 공급되도록 제어하고, 탈착공정이 진행되는 반응기에는 상기 처리대상 가스가 공급되지 않도록 제어할 수 있다. 이와 같이 반응기에 유입되는 가스의 공급을 선택적으로 제어하는 것은 밸브 유닛(3a, 3b)을 가지는 공급배관을 통해 가능하며, 이는 상기 제1 유입구(11a)와 상기 제2 유입구(11b)에 연통되도록 구비될 수 있다. 또한, 펌프(2a, 2b)를 통해 처리대상 가스를 반응기 내로 불어넣을 수도 있다.
도 4를 참조하면, 흡착공정은 제1 반응기(4a)에서 수행되며, 상기 흡착공정은 다음과 같은 프로세스로 진행될 수 있다.
제1 유입구(11a)와 제1 배출구(12a)를 가지며, 내부에 제1 수분 흡착필터(5a) 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터(6a)를 순차적으로 구비한 제1 반응기(4a)의 제1 유입구에 위치한 개폐밸브(3a)를 열고 수용성 오염가스 및 수분 함유 습한 공기를 제1 반응기(4a) 내로 유입시킨다. 상기 유입된 가스가 제1 수분 흡착필터(5a) 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터(6a)를 통과하면서 수분과 수용성 오염물질이 상기 흡착필터들(5a, 6a)에 흡착되고 제1 배출구(12a)에 위치한 개폐밸브(3c)가 열린 상태에서 정화된 건조공기(10)가 배출된다. 상기 정화된 건조공기(10)는 열교환기(8)로 유입되지 않도록 개폐밸브(3g)를 이용하여 조절한다. 또한, 흡착공정이 진행되는 동안에, 열교환기(8)로부터 발생한 더운 공기는 상기 제1 반응기(4a)로 유입되지 않도록 개폐밸브(3e)를 이용하여 조절한다.
한편, 도 4를 참조하면, 탈착공정은 제2 반응기(4b)에서 수행되며, 상기 탈착공정은 다음과 같은 프로세스로 진행될 수 있다.
제2 유입구(11b)와 제2 배출구(12b)를 가진 제2 반응기(4b)의 내부에 순차적으로 배치된 제2 수분 흡착필터(5b) 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터(6b)에는 각각 수분 및 수용성 오염물질이 흡착된 상태이다. 상기 흡착필터들(5b, 6b)에 제2 마그네트론(7b)으로부터 마이크로웨이브를 조사하여 온도를 상승시키면서 상기 흡착된 수분 및 수용성 오염물질을 탈착시킨다. 탈착된 수분 및 오염물질들은 더운 공기 또는 가스 형태로 제2 배출구(12b)로 배출되어 열교환기(8)에 수용된다. 상기 열교환기(8) 내에서는 수분이 응축되어 물이 생성되며, 상기 수용성 오염가스는 상기 물에 녹아서 배출되어 별도의 저장용기(9)에 저장된다. 상기 탈착된 수분 및 오염물질은 열교환기(8)로만 유입되고 외부로 배출되지 않도록 개폐밸브(3h, 3d)를 이용하여 조절한다. 또한, 탈착공정이 진행되는 동안에, 열교환기(8)로부터 발생한 더운 공기는 상기 제2 반응기(4b)로 유입되어 퍼지가스로 활용되도록 개폐밸브(3f)를 이용하여 조절하며, 외부의 수용성 오염가스와 수분 함유 습한 공기도 제2 반응기(4b)로 유입되지 않도록 개폐밸브(3b)를 이용하여 조절한다.
이와 같이 흡착공정과 탈착공정을 2개의 반응기에서 번갈아 가면서 진행하여 흡착필터의 교체 없이 연속적으로 흡착/탈착 공정을 진행할 수 있다. 도 5는 제1 반응기(4a)에서 탈착공정이 수행되고, 제2 반응기(4b)에서 흡착공정이 수행되는 경우의 공기정화시스템의 구성도이며, 상술한 바와 같이 동일한 방식으로 진행된다. 도 6에서는 이러한 2탑식 시스템의 외관을 일례로 보여준다.
상기 수분 흡착필터는 수분을 선택적으로 흡착하는 흡착소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 친수성 제올라이트, 실리카겔, 활성알루미나, 알루미나, 염화칼슘 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일반적으로, 제올라이트는 실리콘과 알루미늄이 산소원자를 통해 삼차원적으로 연결된 구조로써, 나트륨, 칼륨, 리튬 등의 알칼리 금속을 포함할 수 있다. 이때, 실리콘과 알루미늄의 몰비 (Si/Al ratio) 및 삼차원적 구조에 따라 다양한 종류의 제올라이트가 제조될 수 있다. 본 발명의 제올라이트는 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, 펜타실 구조를 가지는 ZSM-5, 모더나이트(Mordenite), 베타-제올라이트(β-제올라이트), ZSM-5으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 제올라이트를 포함하는 형태일 수 있다.
상기 수분 흡착필터의 흡착소재로 제올라이트를 사용하는 경우, Si/Al 몰비가 10 이하인 친수성 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수용성 오염가스 흡착필터는 상기 오염가스를 선택적으로 흡착하는 흡착소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 소수성 제올라이트, 활성 알루미나 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제올라이트는 골격내에 (AlO2)-의 음이온과 교환 가능한 양이온에 의하여 생기는 강한 정전기장이 있기 때문에, 물과 친화성이 높고 친수성을 나타낼 수 있으나, 합성 조건의 선택 또는 탈알루미늄 처리에 의하여 실리카/알루미나의 몰비를 높인다면 소수성을 나타내게 되고, 물보다는 유기 분자를 선택적으로 흡착하게 된다. 소수성 제올라이트는, 수분 함유 가스 내에서 유기물을 선택적에 흡착할 수 있다.
상기 수용성 오염가스 흡착필터의 흡착소재로 제올라이트를 사용하는 경우, Si/Al 몰비가 10 내지 300인 소수성 제올라이트, 바람직하게는 20 내지 200의 것을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 소수성 제올라이트는 포자사이트, 모데나이트 또는 ZSM-5형일 수 있으며, K, Li, Cs, 또는 Ba 등으로 이온교환된 것일 수도 있다.
또한, 상기 수용성 오염가스 흡착필터에 인체에 무해한 요소(Urea)를 추가적으로 사용함으로써 환경친화적인 흡착제를 제조할 수 있다.
상기 수분 흡착필터와 상기 수용성 오염가스 흡착필터는 SiC, 금속산화물, 기타 금속화합물 등의 마이크로파 흡수물질을 추가적으로 포함하여, 탈착에 소요되는 마이크로파 에너지를 절감할 수 있다.
상기 흡착소재들은 사용 목적에 따라 단독으로 또는 혼합물의 형태로, 또는, 구상, 펠릿상, 허니컴상 등 임의의 형상으로 성형하여 사용할 수 있다. 또한 필요에 따라 여재, 바인더나 기공 부여제 등을 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 공기정화시스템은 상온에서 적용할 수 있는 것으로서 고온 공정이 필요하지 않고 열회수 및 재활용으로 에너지 절감이 기대되며, 대기 중에 포함된 수분과 수용성 오염가스를 동시에 제거할 수 있다. 특히 본 시스템은 마이크로웨이브를 이용하여 소재들을 주기적으로 재생하기 때문에 교체 없이 반영구적으로 사용 가능하다.
본 발명에서 사용되는 마이크로웨이브는 흡착제에 직접 가열하기 때문에 짧은 시간 내에 온도를 올릴 수 있다. 이를 통해 열풍을 이용하는 기존의 제습 시스템보다 에너지 효율이 약 30% 이상 증진될 것으로 예상된다.

Claims (13)

  1. 제1 유입구와 제1 배출구를 가지며 내부에 유로가 형성된 제1 반응기;
    상기 제1 반응기의 내부에 구비되며, 상기 유로 상에서 유동되는 가스가 상기 제1 유입구로부터 상기 제1 배출구 방향으로 순차로 통과하도록 구비되는 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터;
    상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에 각각 대응되도록 상기 제1 반응기의 측부에 구비되며, 상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 제1 마그네트론; 및
    상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터에서 탈착되어 상기 제1 배출구로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 더운 공기를 수용하여 상기 수분을 물로 응축하고, 상기 응축된 물에 상기 수용성 오염가스를 녹여 배출하는 열교환기를 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반응기와 독립적으로 구비되며, 제2 유입구와 제2 배출구를 가지며 내부에 유로가 형성된 제2 반응기;
    상기 제2 반응기의 내부에 구비되며, 상기 유로 상에서 유동되는 가스가 상기 제2 유입구로부터 상기 제2 배출구 방향으로 순차로 통과하도록 구비되는 제2 수분 흡착필터 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터; 및
    상기 제2 수분 흡착필터 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터에 각각 대응되도록 상기 제2 반응기의 측부에 구비되며, 상기 제2 수분 흡착필터 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터에 선택적으로 마이크로웨이브를 조사하는 적어도 하나의 제2 마그네트론을 더 포함하며,
    상기 열교환기는 상기 제2 수분 흡착필터 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터에서 탈착되어 상기 제2 배출구로 배출되는 수용성 오염가스 및 수분 함유 공기를 수용하여 수분을 물로 응축하고, 상기 물에 상기 수용성 오염가스를 녹여 배출하는 것인, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 유입구와 상기 제2 유입구에 연통되도록 구비되며, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기로 유입되는 가스의 공급을 선택적으로 제어하는 밸브 유닛을 가지는 공급배관을 더 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 열교환기를 통과한 더운 가스를 상기 제1 반응기 또는 상기 제2 반응기에 퍼지가스로 주입하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수용성 오염가스는 산화질소NO), 이산화질소(NO2), 이산화유황(SO2), 삼산화황(SO3), 황화수소(H2S), 황화카르본(COS), 이황화탄소(CS2), 암모니아(NH3), 이소프로필알코올(C3H8O, isopropyl alcohol, IPA), 메틸에틸케톤(C4H8O, methyl ethyl ketone, MEK), 플루오르화물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반응기의 내부에 배치되어 마이크로웨이브의 교란을 방지하는 차단판을 추가로 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 수분 흡착필터는 친수성 제올라이트, 실리카겔, 활성알루미나, 알루미나, 염화칼슘 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 수용성 오염가스 흡착필터는 소수성 제올라이트, 활성 알루미나 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 수분 흡착필터 및 제1 수용성 오염가스 흡착필터는 마이크로웨이브 흡수물질을 추가로 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 반응기의 내부에 배치되어 마이크로웨이브의 교란을 방지하는 차단판을 추가로 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 수분 흡착필터는 친수성 제올라이트, 실리카겔, 활성알루미나, 알루미나, 염화칼슘 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 수용성 오염가스 흡착필터는 소수성 제올라이트, 활성 알루미나 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 수분 흡착필터 및 제2 수용성 오염가스 흡착필터는 마이크로웨이브 흡수물질을 추가로 포함하는, 에너지 효율적인 공기정화시스템.
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