KR100664445B1

KR100664445B1 - 절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템

Info

Publication number: KR100664445B1
Application number: KR1020050014342A
Authority: KR
Inventors: 조중휴
Original assignee: 조중휴; 주식회사 엑티브에너지
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2007-01-04
Also published as: KR20060093487A

Abstract

본 발명은 다습연료가스(소화가스, 바이오가스 라고도 하며, 여기서는 수분이 다량 함유된 소화가스나 바이오가스를 말한다.)의 수분제거 및 압축공급시스템에 관한 것으로, 특히 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생하는 다습연료가스에 함유된 수분이 구조가 간단하고 초절전형으로 구성된 일련의 장치를 차례로 통과하면서 제거되게 하고, 수분이 제거된 건조연료가스는 사용가능한 압력으로 압축되어 마이크로가스터빈발전기 등과 같은 기기에 공급 사용될 수 있도록 한 것이다.

절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템

Description

절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템{Compression supply system of a bio-gas moisture remove}

도 1은 본 발명에 따른 절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템의 구성도.

도 2은 종래 다습연료가스 공급장치의 간략한 구성도,

도 3는 종래 다른 다습연료가스 공급장치의 간략한 구성도.

(도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100 ; 저장탱크 200 ; 제습탱크

210,220,230 ; 드레인밸브 300 ; 압축기

310 ; 오일탱크 400 ; 방열기

500 ; 기액분리기 600 ; 흡착식 제습조

700 ; 열교환기 800,810 ; 마이크로가스터빈발전기

900 ; 가스량센서 910 ; 압력센서

본 발명은 절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템에 관한 것으 로, 특히 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생하는 다습연료가스에 함유된 수분이 일련의 장치를 차례로 통과하면서 효과적으로 제거되게 하고, 수분이 제거된 압축 건조연료가스는 마이크로가스터빈발전기 등과 같은 기기에 공급 사용될 수 있도록 한 절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서는 다량의 다습연료가스가 발생하게 된다.

이러한 다습연료가스는 마이크로가스터빈발전기등과 같은 기기에 연료로 공급 사용되는데 다습연료가스를 연료로 사용하기 위해서는 다습연료가스에 함유된 수분을 제거한 후 사용하여야 한다.

따라서 종래에는 상기와 같은 다습연료가스에 함유된 수분을 제거하여 연료로 사용하게 하는 다습연료가스 공급장치가 다수 안출된 바 있다.

도2에서와 같은 다습연료가스 공급장치(1)는 다습연료가스가 저장탱크에서 1차 제습되지 않고 곧바로 압축기(2)에 공급되기 때문에 장기간 사용시 압축기(2)의 수명이 단축되는 단점이 있었다.

또한 압축기(2)에 의해 압축된 다습연료가스는 전기냉동방식의 냉각기(3)에 의해 수분이 응축되어 분리되기 때문에 높은 소비전력이 요구되며, 이 방식의 경우 토출되는 가스는 온도가 낮아 공급가스배관 내에서 온도차에 의한 재응축 현상이 생기거나 동절기 결빙되는 단점이 있었다.

도3에서와 같은 다습연료가스 공급장치(10)도 도1의 다습연료가스 공급장치 (1)와 같이 다습연료가스가 1차 제습되지 않고 곧바로 압축기(11)에 공급되기 때문에 장기간 사용시 압축기(11)의 수명이 단축되는 단점이 있었다.

또한, 압축된 공기는 3방밸브(12)에 의해 후단에 설치된 두개의 전기냉동방식냉각기(13)(14) 중 하나에 공급되며 토출쪽의 3방밸브(15)와 함께 연동 운전하게 된다.

한편 일정 시간이 경과하여 재생할 때는 사용한 쪽은 전기히터가 열방식으로 수분을 증발시키고 대기중인 냉각기로 다습연료가스가 공급된다.

이 방식의 경우 소비되는 전력이 높고, 구조가 복잡하여 운전경비가 많이 소요되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생하는 다습연료가스에 함유된 수분이 초절전형으로 구성된 일련의 장치를 차례로 통과하면서 효과적으로 제거되게 하고, 수분이 제거된 압축건조연료가스가 마이크로가스터빈발전기 등과 같은 기기에 공급될 수 있도록 한 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템을 제공하며, 일정한 압축압력의 제어와 발생가스량 감시에 의한 사용기기의 효율적 운전 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명은, 저장탱크 내부에 저장된 다습연료가스가 본 발명의 장치로 공급되면 다습연료가스 중에 함유된 수분을 1차 제거하는 제습탱크와, 상기 제습탱크를 통과한 다습연료가스가 압축기에 의해 토출압력 5kgf/cm2로 압축되어, 다음 장치인 공랭식 방열기로 유입되면 다습연료가스에 함유되어 있는 대부분의 수분이 응축분리되는 2차 수분제거용 핀 튜브방식의 방열기와, 상기 방열기 하단에 일체로 형성되고 방열기에서 응축된 수분을 분리하여 외부로 방출시키는 기액분리기와, 상기 방열기와 연결되고 방열기에 의해 수분이 제거된 다습연료가스가 유입되면 수분을 흡착하여 잔여수분을 제거하는 흡착식 제습조와, 상기 흡착식 제습조에서 완전히 수분이 제거된 압축건조연료가스를 가열하여 마이크로가스터빈발전기로 공급하는 열교환기와 같은 일련의 장치를 차례로 통과하면서 다습연료가스에 함유된 수분이 제거되게 하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 주요한 장점인 초절전방식은 제습에 사용되는 소요동력이 종래의 냉동(1000W이상), 가열히터(2000W이상)방식에서 탈피하여 공랭식 방열기를 채택함으로써 팬모타(150W) 뿐이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 초절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템의 구성도이다.

본 발명은 도1에서와 같이 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생된 다습연료가스를 제습, 건조시켜 마이크로가스터빈발전기(800)(810)에 공급하기 위해서는 저장탱크(100), 제습탱크(200), 압축기(300), 방열기(400), 기액분리기(500), 흡착식 제습조(600), 열교환기(700)가 기본적으로 동원된다.

저장탱크(100)는 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생된 다습연료가스가 최초 충진 저장되는 탱크로써 각 처리장에 설치되어 있으며, 이러한 저장탱크(100)에 가스량을 감지하는 가스량센서(900)를 설치하게 된다.

상기 가스량센서(900)는 최초 임의의 설정값이 설정되는데, 저장탱크(100) 내부에 저장된 다습연료가스의 가스량이 가스량센서(900)의 설정값 보다 이상이면 마이크로가스터빈발전기(800)(810)를 모두 정상 가동시키고, 설정값 이하이면 마이크로가스터빈발전기(810)는 발전출력량을 감소시키거나 정지하게 되고, 마이크로가스터빈발전기(800)만 작동케 하는 역할을 수행한다.

여기서, 마이크로가스터빈발전기(800)(810)는 도면에서는 2개의 기기만 도시하였으나, 발생가스량 및 사용 목적에 따라 다수 설치 사용할 수 있으며, 연료가 필요한 그 밖의 기기가 설치 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

제습탱크(200)는 저장탱크(100) 내부에 저장된 다습연료가스가 내부로 공급되면 다습연료가스 중에 함유된 수분을 제습하여 수분을 1차 제거하는 역할을 수행한다.

삭제

상기한 압축기(300)는 마이크로가스터빈발전기(800)(810)가 요구하는 4~6kgf/cm2압력으로 다습연료가스를 압축하도록 구성되어 있으며, 압축기(300)의 가스라인에는 압력센서(910)가 설치 사용된다. 상기한 압축기(300)는 압축시 압축모터에 의해 작동된다.

이러한 압력센서(910)는 최초 임의의 설정값이 설정되어 있고, 설정값 보다 압축기(300)의 가스압력이 이상이면 압축기(300) 회전속도를 저하시키고, 설정값 이하이면 압축기(300) 회전속도를 상승시켜 일정한 토출압력이 유지될 수 있도록 하였다.

압축 과정에서 발생한 열은 압축기 외부에 형성된 냉각오일 순환 계통을 따라 순환되는 오일에 의해 흡수 냉각되며, 흡수된 열은 도시하지 않은 소형 방열기와 열교환기(700)의 열원으로 사용된다.

방열기(400)와 기액분리기(500)는 일체로 형성되는데, 방열기(400)는 핀 튜브방식으로 상단에 형성되어 제습탱크(200)를 통과한 다습연료가스가 압축기(300)에 의해 토출압력 5kgf/cm2로 압축되어 방열기 내부로 유입되면 다습연료가스에 함유되어 있는 수분을 급격한 온도차에 의하여 응축시켜 수분을 2차 제거하는 역활을 수행하데 대부분의 수분은 이 장치에서 제거되고, 기액분리기(500)는 방열기(400)에서 응축된 수분을 분리하여 외부로 방출시킬 수 있도록 상기한 방열기 하단에 형성된다.

삭제

여기서, 방열기(400)와 기액분리기(500)는 일체로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 설치 현장 여건 및 용도에 따라 방열기(400)와 기액분리기(500)를 분리 제작하여 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

흡착식 제습조(600)는 기액분리기(400)와 연결되고 방열기(400)에 의해 수분이 제거된 연료가스가 유입되면 잔여수분을 흡착하여 수분을 완전히 제거할 수 있도록 내부에 흡착제가 내장되어 있다.

열교환기(700)는 흡착식 제습조(600)에서 완전히 수분이 제거된 건조연료가스를 가열하여 마이크로가스터빈발전기(800)(810)로 공급하는 역활을 수행하며, 이러한 열교환기(700)의 열원은 압축기(300) 작동시 발생된 압축열을 흡수하여 순환하는 냉각오일에 의해 전달되고, 냉각오일은 오일탱크(310) 내부에 충진 사용된다.

건조연료가스를 가열 공급하는 이유로는 마이크로터빈이나, 그 밖의 기기로 공급하는 과정에서 공급가스배관 내에서 온도차에 의한 재 응축을 방지함에 있다.

상기와 같은 저장탱크(100), 제습탱크(200), 압축기(300), 방열기(400), 기액분리기(500), 흡착식 제습조(600), 열교환기(700)의 각 내부 구조는 통상 사용되는 기술 내용이므로 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 본 발명은 상기와 같은 일련의 장치를 차례로 거치면서 다습연료가스에 함유된 수분이 제거되게 하는 것이 주된 구성이다.

미설명 부호 210, 220, 230은 다습연료가스를 처리시 발생된 수분을 외부로 배출시키는 드레인 밸브이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생된 다습연료가스가 저장탱크(100)에 충진 되면, 가스량센서(900)는 저장탱크(100) 내부에 충진 되는 가스량을 감지하게 된다.

만약 저장탱크(100) 내부에 충진되는 가스량이 가스량센서(900)의 설정값 보다 이상이면 마이크로가스터빈발전기(800)(810)를 모두 정상적으로 가동시키고, 설정값 이하이면 하나의 마이크로가스터빈발전기(810)는 발전출력량을 감소 시키거나 정지시키고 마이크로가스터빈발전기(800)만 작동케 한다.

상기 저장탱크(100) 내부에 저장된 다습연료가스가 제습탱크(200) 내부로 공급되면 이 제습탱크(200)는 다습연료가스 중에 함유된 수분을 제습하여 수분을 1차 제거하고, 1차 수분이 제거된 다습연료가스는 압축기(300)로 공급된다.

압축기(300)로 공급된 다습연료가스는 마이크로가스터빈발전기(800)(810)가 요구하는 토출압력 5kgf/cm2로 압축되어 방열기(400) 내부로 유입되면 상기한 방열기는 다습연료가스에 함유되어 있는 수분을 응축시켜 수분을 2차 제거하게 된다.

이때 압축기(300)의 가스라인에 형성된 압력센서(910)는 압축기(300)의 가스압력을 감지하여 설정값 보다 압축기(300)의 가스압력이 이상이면 압축기(300) 회전속도를 저하시키고, 설정값 이하이면 압축기(300) 회전속도를 상승시켜 일정한 토출압력이 유지될 수 있도록 한다.

방열기(400)에서 발생된 응축된 수분은 기액분리기(500)에 의해 분리되어 외부로 방출되고 기액분리기에서 대부분의 수분이 제거된 다습연료가스는 흡착식 제습조(600) 내부로 공급된다.

그러면 흡착식 제습조(600)는 다습연료가스에 함유된 수분을 흡착하여 잔여 수분이 제거된 상태에서 열교환기로 공급되게 한다.

한편, 제습탱크(200), 기액분리기(500), 흡착식 제습조(600)를 거치면서 발 생된 수분은 드레인밸브(210)(220)(230)를 통해 각각 외부로 배출된다.

상기와 같이 흡착식 제습조(600)를 거친 건조연료가스가 열교환기(600) 내부로 유입되면 상기한 열교환기(600)는 건조연료가스를 가열하여 마이크로가스터빈발전기(800)(810)나 그 밖의 사용처로 공급하게 된다.

상기와 같은 열교환기(600)의 열원은 오일탱크(310) 내부에 충진된 냉각오일에 의해 전달되는데, 이러한 냉각오일은 압축기 작동시 발생된 압축열을 흡수하면서 계속 순환하기 때문에 열교환기에 일정한 열을 연속적으로 전달하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 하수처리장, 음식물처리장, 축산폐수처리장, 주정공장 등의 소화조에서 발생하는 다습연료가스에 함유된 수분이 구조가 간단하고 초절전형으로 구성된 일련의 장치를 차례로 통과하면서 제거되고, 수분이 제거된 건조연료가스가 마이크로가스터빈발전기 등과 같은 기기에 공급되기 때문에 적은 소비전력으로 기기를 운전할 수 있을 뿐 아니라 종래에 비해 구조가 간편하여 생산원가 및 운전경비를 크게 절감할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있는 것임을 밝혀둔다.

Claims

저장탱크(100) 내부에 저장된 다습연료가스가 장치로 공급되면 다습연료가스 중에 함유된 수분을 1차 제거하는 제습탱크(200)와, 상기 제습탱크(200)를 통과한 다습연료가스가 압축기(300)에 의해 토출압력 5kgf/cm2로 압축되어 방열기로 유입되면 다습연료가스에 함유되어 있는 수분을 응축시켜 수분을 2차 제거하는 핀 튜브방식의 방열기(400)와, 상기 방열기(400) 하단에 일체로 형성되고 방열기(400)에서 발생된 응축된 수분을 분리하여 외부로 방출시키는 기액분리기(500)와, 상기 기액분리기(500)와 연결되고 기액분리기(500)에 의해 대부분의 수분이 제거된 다습연료가스가 유입되면 수분을 흡착하여 잔여 수분을 제거하는 흡착식 제습조(600)와, 상기 흡착식 제습조(600)에서 완전히 수분이 제거된 건조연료가스를 가열하여 마이크로가스터빈발전기(800)(810)로 공급하는 열교환기(700)와 같은 일련의 장치를 차례로 거치면서 다습연료가스에 함유된 수분이 제거되게 하는 것을 특징으로 하는 절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템.
제1항에 있어서, 상기 저장탱크(100)에 가스량센서(900)를 설치한 후 저장탱크(100) 내부에 저장된 다습연료가스의 가스량이 감지되어 가스량센서(900)에 설정된 설정값 이상이면 마이크로가스터빈발전기(800)(810)가 모두 정상 가동하고, 설정값 이하이면 마이크로가스터빈발전기(810)는 발전출력량을 감소 시키거나 정지시키고, 마이크로가스터빈발전기(800)만 작동케 하는 것을 특징으로 하는 절전형 다 습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템.
제1항에 있어서, 상기 압축기(300)의 가스라인에 압력센서(910)를 설치한 후 상기 압력센서(910)에 설정된 설정값 보다 압축기(300)의 가스압력이 이상이면 압축기 회전속도가 저하되고, 설정값 이하이면 압축기 회전속도가 상승되게 하는 것을 특징으로 하는 절전형 다습연료가스의 수분제거 및 압축공급시스템.