KR101175131B1

KR101175131B1 - 바이오가스 농축 정제 시스템

Info

Publication number: KR101175131B1
Application number: KR1020110005955A
Authority: KR
Inventors: 이영상
Original assignee: 이영상
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-08-20
Also published as: KR20120084534A

Abstract

본 발명은 바이오가스 농축 정제 시스템에 관한 것으로; 유기성 폐기물에서 발생하는 바이오가스를 일정온도로 가열하는 가열기와, 상기 가열기를 거쳐 가열된 바이오가스가 유입되면 냉각수를 순환 열교환시켜 상기 바이오가스를 냉각하여 상기 바이오가스의 수분을 응축 제거하는 물순환열교환기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge) 등과 같은 유기성 폐기물의 소화과정에서 발생하는 바이오가스를 고온으로 가열하여 활성화시키고 그와 같이 활성화된 바이오가스를 간접냉각방식으로 냉각 응축하여 바이오가스의 수분을 제거함으로써 간단하게 바이오가스를 정제 처리할 수 있는 장점이 있다.

Description

바이오가스 농축 정제 시스템{Concentration and refinement system of the bio gas}

본 발명은 바이오가스 농축 정제 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 바이오가스를 일정온도로 가열해 활성화하고 이를 열교환을 통해 간접적으로 냉각 응축시켜 정제하는 바이오가스 농축 정제 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 바이오가스(bio gas)는 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge)와 같이 바이오매스(biomass : 유기물)의 함량이 높은 유기성 폐기물을 발효시키면 자동으로 얻어지는 것으로, 원료물질인 유기성 폐기물은 인간 활동과 각종 산업 활동을 통해 끊임없이 발생한다.

이와 같은 바이오가스는 현재 석유 등의 화석연료를 대체할 수 있는 연료로 활용하기 위해 활발한 연구가 진행중에 있다.

한편, 바이오가스는 메탄가스를 약 60~70% 정도 다량 함유하므로, 이산화탄소, 황화수소 등을 제거하기 위해 통상 물을 바이오가스에 분사하여 제거하는 방식을 사용하지만, 이산화탄소, 황화수소 등을 제거한 상태의 바이오가스는 수분함량이 높아 별도의 제습 장치를 이용해 습기를 제거해야 하므로 바이오가스 정제를 위한 장치 또는 시스템의 구성이 복잡해지는 문제점을 안고 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유입되는 바이오가스를 고온으로 가열하여 활성화시키고 그와 같이 활성화된 바이오가스를 간접냉각방식으로 냉각 응축하여 바이오가스의 수분을 제거할 수 있는 바이오가스 농축 정제 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 바이오가스를 추출시에 수분함량이 적어 바이오가스의 처리를 위한 구성이 간단한 바이오가스 농축 정제 시스템을 제공하는데 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

유기성 폐기물에서 발생하는 바이오가스를 일정온도로 가열하는 가열기와; 상기 가열기를 거쳐 가열된 바이오가스가 유입되면 냉각수를 순환 열교환시켜 상기 바이오가스를 냉각하여 상기 바이오가스의 수분을 응축 제거하는 물순환열교환기;로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템을 제공한다.

이때, 상기 가열기는 히터가 설치되는 본체와, 상기 본체의 내부에 지그재그로 설치되는 가스이동관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 가열기로 유입되는 바이오가스를 예비적으로 가열하는 보조버너가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 본체 상부로 배출되는 폐열을 본체 내부로 순환시키는 송풍팬이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 물순환열교환기는, 상단에는 가열된 바이오가스가 유입되는 유입구가 형성되고 내부에는 냉각수단을 통해 냉각된 냉각수가 순환하며 바이오가스를 냉각시키는 냉각수순환배관이 구비되며 하단에는 냉각 응측된 바이오가스 및 수분이 배출되는 유출구가 형성되는 냉각챔버와, 상기 냉각챔버가 중앙에 설치되는 내부공간이 형성되고 상단에는 상기 냉각챔버의 유출구를 통해 배출되는 냉각된 바이오가스와 응축수를 배출하는 배출구가 형성되는 케이스로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 케이스의 내부공간 하단에는 바이오가스를 냉각 응축하는 과정에서 발생되는 응축수를 배출하는 응축수배출수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 케이스의 상측에는 냉각 농축된 바이오가스의 이물질 제거를 위한 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각수단은 냉매가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매가스를 응축하는 응축기와, 상기 응축기를 거쳐 응축된 가스가 순환하면서 열교환을 통해 냉각챔버의 내부에 설치되는 냉각수순환배관을 통해 순환하는 냉각수를 냉각하는 증발기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 증발기는 상기 냉각챔버의 내부에 설치되는 냉각수순환배관을 통해 순환하는 냉각수가 채워지는 수조와, 상기 수조에 설치되어 열교환을 하기 위해 지그재그로 설치되는 열교환용 냉매 순환배관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수조에는 냉각수순환배관의 입구와 출구가 각각 연결되고 상기 수조의 하단에는 냉각수의 배출을 위한 드레인밸브가 구비되고; 상기 수조의 상측에는 냉각수가 부족한 경우 용수를 공급하기 위한 용수주입관이 설치되고 상기 용수주입관에는 주입밸브가 구비되며; 상기 수조의 냉각수 수위가 일정하게 유지되고 있는지를 감시하기 레벨센서가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge) 등과 같은 유기성 폐기물의 소화과정에서 발생하는 바이오가스를 고온으로 가열하여 활성화시키고 그와 같이 활성화된 바이오가스를 간접냉각방식으로 냉각 응축하여 바이오가스의 수분을 제거함으로써 간단하게 바이오가스를 정제 처리할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 바이오가스 추출시에 간접 냉각방식으로 수분을 제거함으로써 바이오가스의 처리를 위한 시스템 구성을 간소화할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 가열기를 세부적으로 나타낸 단면도.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 냉각챔버를 세부적으로 나타낸 단면도.

이하, 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템을 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 가열기를 세부적으로 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 냉각챔버를 세부적으로 나타낸 단면도이다.

먼저, 도 1에 의하면, 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템은 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge) 등과 같은 유기성 폐기물의 소화과정에서 발생하는 바이오가스를 일정온도로 가열하는 가열기(100)와, 상기 가열기(100)를 거쳐 가열된 바이오가스를 냉각하여 상기 바이오가스의 수분을 제거하고 응축하는 물순환열교환기(200)로 구성된다.

이때, 상기 물순환열교환기(200)를 거쳐 냉각 응축된 바이오가스의 먼지 등의 이물질을 제거하는 필터(201)를 거치도록 한다.

또한, 상기 물순환열교환기(200)는 상기 가열기(100)를 거친 고온의 바이오가스를 물에 직접 노출되지 않고 냉각수를 순환시키는 냉각수단(300)을 이용하여 간접 냉각방식으로 바이오가스를 냉각 및 응축시킨다.

따라서, 가스이동관(110)을 통해 인입되는 바이오가스를 간접 냉각방식으로 냉각하는 냉각수단(300)을 통해 냉각되는 냉각수를 이용해 간접적으로 바이오가스를 냉각시켜 바이오가스의 수분제거 및 부피를 감소시키게 된다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 가열기(100)는 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge) 등과 같은 유기성 폐기물의 소화과정에서 발생하는 바이오가스를 60 ~ 85℃ 정도의 일정한 온도로 가열하여 바이오가스를 활성화하게 된다.

이와 같은 가열기(100)는 인입되는 바이오가스를 히터(112)를 이용해 가열하는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본체(102)의 내부에는 바이오가스가 이동하는 가스이동관(110)을 히터(112)에 지그재그식으로 배치하여 가열시켜 주게 된다.

이때, 상기 본체(102)의 내부 하측에서 상측으로 가스이동관(110)을 지그재그로 배치하게 되는데, 상기 가스이동관(110)을 통해 이송되는 가스는 통상 20 ~ 35℃를 유지하지만 날씨나 계절적 요인으로 인입되는 바이오가스의 온도가 낮은 경우 예비적으로 가열해주기 위해 보조버너(120)가 구비되어 바이오가스를 가열하게 된다.

한편, 상기 본체(102) 내부의 히터 구동으로 인해 발생되는 폐열은 상부로 배출되는데 이와 같은 폐열은 송풍팬(130)을 이용해 강제로 본체(102) 내부로 순환시켜 재활용함으로써 에너지효율을 극대화하게 된다.

한편, 상기 가열기(100)를 통해 60 ~ 85℃ 정도로 가열된 바이오가스는 물순환열교환기(200)에서 4 ~ 10℃의 저온으로 냉각 응축되며 수분이 제거된다.

이와 같은 물순환열교환기(200)는 상단에는 가열된 바이오가스가 유입되는 유입구(212)가 형성되고 내부에는 바이오가스를 냉각시키는 냉각수순환배관(332)이 구비되며 하단에는 냉각 응측된 바이오가스 및 수분이 배출되는 유출구(213)가 형성되는 냉각챔버(210)와, 상기 냉각챔버(210)가 중앙에 설치되는 내부공간(222)이 형성되고 상단에는 상기 냉각챔버(210)의 유출구(213)를 통해 배출되는 냉각 응측된 바이오가스를 배출하는 배출구(223)가 형성되는 케이스(220)로 구성된다.

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 케이스(220)는 내부공간(222)이 형성되며, 상기 내부공간(222)의 중앙에는 냉각챔버(210)가 구비된다. 따라서, 상기 냉각챔버(210)에서 냉각 응축된 바이오가스는 내부공간(222)의 냉각챔버(210) 외측을 따라 상승하며 상단에 형성되는 배출구(223)를 통해 배출된다.

이때, 상기 케이스(220)의 내부공간(222) 하단에는 바이오가스를 냉각 응축하는 과정에서 발생되는 응축수를 배출하는 응축수배출수단(230)이 구비된다.

상기 응축수배출수단(230)은 배출관(232)의 일측에 개폐밸브(234)를 구비한 것으로 케이스(220)의 내부공간(222)의 내부 압력으로 운전된다.

특히, U트랩의 원리를 이용할 수 있도록 배출관(232)을 절곡 형성함으로써, 케이스(220)의 내부공간(222)에 모이게 되는 응축수의 수위를 일정하게 유지시켜 주게 된다.

즉, 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템의 바이오가스가 흐르는 공간에는 -300mmAq 정도의 내부 진공압력이 형성되어 물순환열교환기(200)의 내부로부터 분리된 응축수가 일정수위(약 300mm) 이상으로 올라간 경우에만 외부로 유출되는 것이다. 또한, U트랩의 원리를 이용한 배출관(232)에 의해 시스템의 외부와 내부가 분리되고 별도의 펌프 없이도 응축수의 수위를 일정하게 유지시키면서 외부로 배출시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 케이스(220)의 상측에는 필터(201)가 구비되어 이물질을 제거하며 배출구(223) 및 배출관(224)을 통해 농축된 바이오가스를 배출하게 된다.

한편, 상기 냉각챔버(210)는 상단에 가스이동관(110)의 단부가 직결되어 가열기(100)를 거치면서 고온으로 가열된 바이오가스가 냉각챔버(210)의 내부로 유입된다.

이때, 상기 냉각챔버(210)의 내부에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각수단(300)을 통해 냉각된 냉각수가 순환하는 냉각수순환배관(332)이 지그재그로 배치되며, 상기 냉각수순환배관(332)에는 방열핀(214)이 일정간격을 유지하며 배치되어 바이오가스와의 접촉면적을 넓혀주게 되어 바이오가스의 냉각 효율을 증대시켜주게 된다.

또한, 상기 냉각챔버(210)의 상단에는 유입구(212)가 형성되고 하단에는 유출구(213)가 형성되는데 상기 냉각챔버(210)의 바닥면은 경사지게 형성되어 응축수가 유출구(213)로 자연스럽게 흘러나갈 수 있는 구조로 이루어진다.

그리고, 도시하지는 않았지만, 상기 가열기(100)와 물순환열교환기(200)에 각각 온도제어부(미도시)를 설치하여 가열기(100)에서 가열되는 가스의 온도 및 물순환열교환기(200)에서 냉각되는 가스의 온도를 설정 및 제어할 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 냉각수순환배관(332)을 통해 순환하는 냉각수는 냉각수단(300)을 통해 냉각되어 순환한다. 이와 같은 냉각수단(300)은 냉매가스를 압축하는 압축기(310)와, 상기 압축기(310)에서 압축된 냉매가스를 응축하는 응축기(320)와, 상기 응축기(320)를 거쳐 응축된 가스가 순환하면서 열교환을 통해 냉각챔버(210)의 내부에 설치되는 냉각수순환배관(332)을 통해 순환하는 냉각수를 냉각하는 증발기(330)로 이루어진다.

이때, 압축기(310)와 응축기(320) 및 증발기(330)는 냉매 순환배관(340)으로 연결된다.

상기 압축기(310)는 증발기(330) 내의 저온 저압인 냉매가스를 흡입 압축하여 고온 고압의 과열증기로 만든 후에 응축기(320)로 송출하는데, 상기 압축기(310)를 거친 냉매가스는 기름을 분리하는 오일세퍼레이터(312)를 거쳐 응축기(320)로 송출된다.

한편, 상기 응축기(320)는 냉매가스를 응축시켜 증발기(330)로 송출시킨다. 이 경우 응축기(320)와 증발기(330) 사이의 냉매 순환배관(340)에는 냉매가스의 수분을 제거하기 위한 필터드라이어(342)가 구비되며, 상기 필터드라이어(342)의 입출구에는 밸브(343,344)가 각각 구비된다.

한편, 상기 압축기(310)의 출구측 냉매 순환배관(340)과 증발기(330)의 입구측 냉매 순환배관(340)은 핫가스밸브(345)가 구비되어 압축기(310)에서 송출되는 고압의 핫가스를 증발기(330)의 입구로 바이패스시켜 압축기(310)와 증발기(330)의 용량이 균형을 이루도록 한다.

또한, 상기 압축기(310)의 입구측에는 저압게이지(346)를 구비하고 출구측에는 고압게이지(347)가 구비되어 압축기(310)의 입구 및 출구 압력을 감시하게 된다.

그리고, 상기 증발기(330)는 상기 냉각챔버(310)의 내부에 설치되는 냉각수순환배관(332)을 통해 순환하는 냉각수가 채워지는 수조(331)와, 상기 수조(331) 내부에 설치되어 열교환을 하기 위해 지그재그로 설치되는 열교환용 냉매 순환배관(340')으로 이루어진다.

이때, 상기 수조(331)에는 냉각수순환배관(332)의 입구와 출구가 각각 연결되며, 상기 수조(331)의 하단에는 냉각수의 배출을 위한 드레인밸브(333)가 구비된다.

또한, 상기 수조(331)의 상측에는 수조(331)내의 냉각수가 부족한 경우 용수를 공급하기 위한 용수주입관(334)이 설치되며, 상기 용수주입관(334)에는 주입밸브(335)가 구비된다.

이 경우 수조(331) 내부의 냉각수 수위가 일정하게 유지되고 있는지를 감시하기 레벨센서(336)가 구비되어 수위가 일정수위 이하인 경우 조작반(미도시됨)의 제어에 따라 상기 용수주입관(334)에 구비되는 주입밸브(335)를 제어하여 개방하여 용수를 주입하고 레벨센서(336)에서 감시되는 수위가 설정수위에 도달하면 주입밸브(335)를 닫도록 제어함이 바람직하다.

한편, 상기 수조(331)내 냉각수는 냉각수순환배관(332)의 입구와 출구가 각각 연결되는데 상기 냉각수순환배관(332)의 출구측에는 순환펌프(337)가 구비되어 수조(331)내의 냉각수를 강제순환시켜 상기 냉각챔버(210)의 내부에 설치되는 냉각수순환배관(332)으로 순환시켜 냉각챔버(210)로 투입되는 바이오가스를 간접 냉각 방식으로 냉각 및 응축시키게 된다. 즉, 바이오가스와 냉각수가 직접 혼합되지 않고 바이오가스만을 냉각 응축시키면서 수분을 분리 배출하여 수분함유량이 적은 바이오가스를 추출할 수 있다.

그리고, 상기 순환펌프(337)의 출구측과 수조 사이에는 바이패스밸브(338)가 구비되며, 냉각수순환배관(332)의 입구 및 출구측에는 개폐밸브(339,341)가 구비된다.

이하, 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 과정을 설명한다.

먼저, 냉각챔버(210)의 내부에 설치되는 냉각수순환배관(332)을 통해 순환하는 냉각수를 냉각시키기 위해 냉각수단(300)을 구동한다.

이에 따라 냉매 순환배관(340)을 따라 냉매가스가 순환하면서 수조(331) 내부의 냉각수와 열교환이 이루어지면서 수조(331) 내부에 일정 수위로 채워진 냉각수가 냉각된다.

그리고 상기 냉각수단(300)에 의해 냉각된 수조(331)의 냉각수는 냉각수순환배관(332)의 출구측에 구비되는 순환펌프(337)의 구동에 따라 강제순환되며 냉각챔버(210)의 내부에 설치되는 냉각수순환배관(332)으로 순환된다.

이와 같은 상태에서 유기성 폐기물의 소화과정에서 발생하는 바이오가스가 가스이동관(110)을 따라 가열기(100)를 통과하며 고온의 바이오가스로 가열된다.

이 경우 가열기(100)로 유입되기 전에 바이오가스의 온도가 낮은 경우 보조버너(120)를 구동하여 바이오가스를 예비적으로 가열한 상태에서 가열기(100)의 본체(102)를 통과하게 된다.

물론, 상기 본체(102)에는 본체(102) 내부의 히터 구동으로 인해 발생되는 폐열이 상부로 배출되어 송풍팬(130)의 작동에 의해 강제로 본체(102) 내부로 재투입되도록 순환되어 에너지효율을 극대화시킨다.

그리고, 상기 가열기(100)를 통해 60 ~ 85℃ 정도로 가열시킨 바이오가스는 물순환열교환기(200)의 케이스(220) 내부에 구비되는 냉각챔버(210)로 유입된다.

이때, 상기 냉각챔버(210)의 내부에는 냉각수순환배관(332)이 구비되어 바이오가스를 냉각 및 응축시키게 되어 바이오가스의 수분을 응축시키게 된다.

이와 같은 냉각된 바이오가스와 응결된 수분은 유출구(213)를 통해 배출되며 바이오가스는 다시 케이스(220)의 내측을 따라 상승하며 배출구(223)를 통해 배출하게 된다.

물론, 상기 냉각챔버(210)의 유출구(213)를 통해 배출되는 응축수는 케이스(220)의 내부공간(222)에 모이게 되어 배출관(232)을 통해 배출된다.

이하, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템을 이용하여 온도변화에 따른 농축유량을 측정한 테스트 결과에 대해 서술하기로 한다.

먼저, 아래의 (표 1) 및 (표 2)는 각각 가열기(100) 및 물순환열교환기(200) 측에서 측정한 바이오가스의 측정값을 나타낸 것이다.

바이오가스 측정유량(liter/min)	1000.00
측정온도(℃)	80.00
측정압력(mmAq)	-300.00
메탄농도(vol%)	45.00
이산화탄소농도(vol%)	41.00
질소농도(vol%)	3.95
산소농도(vol%)	0.50

바이오가스 측정유량(liter/min)	1000.00
측정온도(℃)	4.00
측정압력(mmAq)	-300.00
메탄농도(vol%)	45.00
이산화탄소농도(vol%)	41.00
질소농도(vol%)	3.95
산소농도(vol%)	0.50

즉, 상기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 다른 조건들은 모두 동일하고 온도만 낮춰진 상태에서의 농축유량을 측정하였는데, 이때 사용된 계산 인자(factor)들은 메탄 인자 0.76, 이산화탄소 인자 0.77, 질소 인자 1.00, 산소 인자 0.99이다.

상기 표 1 및 표 2에 나타낸 데이터와, 상기 인자(factor)들을 고려하여 환산유량(liter/min)의 계산에 사용되는 실제 데이터들은 아래 표 3 및 표 4에 나타낸 바와 같다.

환산유량(liter/min)	1164.739
온도(K) ; 80.00+273.15	353.15
압력(atm) ; -300.00/10000	-0.03
메탄 factor ; 45.00/0.76	58.98
이산화탄소 factor ; 41.00/0.77	53.04
질소농도 factor ; 3.95/1.00	3.95
산소농도 factor ; 0.50/0.99	0.51

환산유량(liter/min)	1164.739
온도(K) ; 4.00+273.15	277.15
압력(atm) ; -300.00/10000	-0.03
메탄 factor ; 45.00/0.76	58.98
이산화탄소 factor ; 41.00/0.77	53.04
질소농도 factor ; 3.95/1.00	3.95
산소농도 factor ; 0.50/0.99	0.51

상기 표 3 및 표 4에서 환산유량은 표 1 및 표 2에 나타낸 측정유량에 계산인자들을 고려하여 얻어진 것으로 다음과 같은 (1)식에 의해 얻어졌다.

... (1)

이와 같이 구해진 환산유량을 각각 표준상태(STP; 0℃, 1atm)의 값으로 환산하면 다음과 같은 (2)식 및 (3)식으로 나타낼 수 있다.

... (2)

... (3)

이때, 상기 (2)식은 온도가 80℃인 가열기(100) 측에서의 STP 환산유량을 나타낸 것이고, 상기 (3)식은 온도가 4℃인 물순환열교환기(200) 측에서의 STP 환산유량을 나타낸 것이다.

따라서, 상기 (3)식에서 (2)식을 빼면, 80℃에서 4℃로의 온도변화에 의한 농축유량은 총 239.63ℓ/min 임을 확인할 수 있다.

위에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오가스 농축 정제 시스템에 의하면 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge) 등과 같은 유기성 폐기물의 소화과정에서 발생하는 바이오가스를 고온으로 가열하여 활성화시키고 그와 같이 활성화된 바이오가스를 간접냉각방식으로 냉각 응축하여 바이오가스의 수분을 제거함으로써 간단하게 바이오가스를 정제 처리할 수 있을 뿐만 아니라 바이오가스 추출시에 간접 냉각방식으로 수분을 제거함으로써 바이오가스의 처리를 위한 시스템 구성을 간소화할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

100: 가열기 102: 본체
110: 가스이동관 200: 물순환열교환기
201: 필터 210: 냉각챔버
220: 케이스 300: 냉각수단
310: 압축기 320: 응축기
330: 증발기 332: 냉각수순환배관
337: 순환펌프 340: 냉매 순환배관

Claims

유기성 폐기물에서 발생하는 바이오가스를 일정온도로 가열하는 가열기와; 상기 가열기를 거쳐 가열된 바이오가스가 유입되면 냉각수를 순환 열교환시켜 상기 바이오가스를 냉각하여 상기 바이오가스의 수분을 응축 제거하는 물순환열교환기;로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 가열기는 히터가 설치되는 본체와, 상기 본체의 내부에 지그재그로 설치되는 가스이동관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 가열기로 유입되는 바이오가스를 예비적으로 가열하는 보조버너가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 본체 상부로 배출되는 폐열을 본체 내부로 순환시키는 송풍팬이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 물순환열교환기는,
상단에는 가열된 바이오가스가 유입되는 유입구가 형성되고 내부에는 냉각수단을 통해 냉각된 냉각수가 순환하며 바이오가스를 냉각시키는 냉각수순환배관이 구비되며 하단에는 냉각 응측된 바이오가스 및 수분이 배출되는 유출구가 형성되는 냉각챔버와, 상기 냉각챔버가 중앙에 설치되는 내부공간이 형성되고 상단에는 상기 냉각챔버의 유출구를 통해 배출되는 냉각된 바이오가스와 응축수를 배출하는 배출구가 형성되는 케이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 케이스의 내부공간 하단에는 바이오가스를 냉각 응축하는 과정에서 발생되는 응축수를 배출하는 응축수배출수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 케이스의 상측에는 냉각 농축된 바이오가스의 이물질 제거를 위한 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 냉각수단은 냉매가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매가스를 응축하는 응축기와, 상기 응축기를 거쳐 응축된 가스가 순환하면서 열교환을 통해 냉각챔버의 내부에 설치되는 냉각수순환배관을 통해 순환하는 냉각수를 냉각하는 증발기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 8항에 있어서,
상기 증발기는 상기 냉각챔버의 내부에 설치되는 냉각수순환배관을 통해 순환하는 냉각수가 채워지는 수조와, 상기 수조에 설치되어 열교환을 하기 위해 지그재그로 설치되는 열교환용 냉매 순환배관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.
제 9항에 있어서,
상기 수조에는 냉각수순환배관의 입구와 출구가 각각 연결되고 상기 수조의 하단에는 냉각수의 배출을 위한 드레인밸브가 구비되고;
상기 수조의 상측에는 냉각수가 부족한 경우 용수를 공급하기 위한 용수주입관이 설치되고 상기 용수주입관에는 주입밸브가 구비되며;
상기 수조의 냉각수 수위가 일정하게 유지되고 있는지를 감시하기 레벨센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오가스 농축 정제 시스템.