KR101178148B1 - 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치 - Google Patents

이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 관한 것으로서, 복수의 저장탱크로부터 지중 주입을 위한 이산화탄소를 도입 받도록 복수 개로 분지 형성된 다기관부와, 입측은 다기관부와 연통 형성되며 출측은 지중 관정(管井)으로 향하는 주입배관과 연결되어, 다기관부를 통해 도입된 이산화탄소를 주입배관을 통해 공급하도록 형성된 분배 챔버부와, 분배 챔버부 내부로 도입된 이산화탄소의 온도를 조절하는 온도 조절부 및, 분배 챔버부를 통해 지중 주입되는 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하는 유량 유압 조절부를 포함하는 구성으로 이루어져, 지중 주입 시의 이산화탄소의 온도 및 압력 조건 안정성을 확보할 수 있음은 물론, 이를 실시간 또는 시간대별로, 혹은 사용자 요청에 따라 언제든지 사용자 단말기를 통해 모니터링 할 수 있는 효과가 있다.

Description

이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치{DEVICE FOR DISTRIBUTION OF CARBON DIOXIDE WITH ADVANCED FUNCTION OF ADJUSTING PRESSURE AND TEMPERATURE FOR GEOLOGIC INJECTION}
본 발명은 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 관한 것으로, 이산화탄소의 지중 주입에 따른 안정성을 확보하기 위하여, 이산화탄소의 압력 및 온도를 최적 제어함과 동시에, 이를 효과적으로 감시할 수 있는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 관한 기술이다.
이산화탄소 저장 기술로는 지중 저장 기술, 해양 저장 기술 및 광물 탄산 염화 기술 등이 있다.
이 중에서, 해양 저장 기술(ocean storage technology)은, 기체, 액체, 고체 또는 수화물 상태로 이산화탄소를 해양이나 해저 바닥에 저장하는 기술로서, 해양생태계의 파괴 우려 및 장기적인 이산화탄소 저장에 대한 불안정성 등을 문제로 현재까지 본격적으로 시도되지 못하고 있는 기술이다.
또한, 광물 탄산 염화 기술(mineral carbonation technology)은, 이산화탄소를 주로 칼슘과 마그네슘 등의 금속 산화물과 화학적으로 반응시켜 불용해성의 탄산염 광물 상태로 이산화탄소를 저장하는 기술로서, 많은 양의 반응 에너지가 요구됨과 동시에, 탄산염 광물의 저장 및 처리 자체에 환경 문제를 야기할 우려가 따르는 바, 아직까지는 실현되기 어려운 기술에 속한다.
따라서 최근까지는 지중 저장 기술이 가장 효과적인 이산화탄소 저장 기술로서 평가받고 있다.
지중 저장 기술(geologic storage technology)은, 육상(또는 해저) 750 ~ 1000m 심도에 존재하는 적합한 지층(geologic formation)에 이산화탄소를 저장하는 기술을 말한다.
심도에 주입된 이산화탄소는 초임계 유체 상태로 존재하므로, 거동이 대단히 느리고 주변 지층이나 지중 유체와 반응하여 고착 또는 용해된다. 이러한 의미에서 지중 저장 기술은 지중 격리 기술(geologic sequestration technology)로 불리기도 한다.
이러한 이산화탄소 지중 저장 기술에 있어서, 지하 수 Km 깊이의 지중 저장 대상 지층까지 장심도 시추공을 안정적으로 시추하고, 가압 장치 등의 주입 시설을 이용하여 효과적이고 안정적으로 이산화탄소를 주입하기 위해서는, 고압 주입을 위한 지상 설비의 설계와 운용, 누출 방지 등이 실현되어야 한다.
특히, 이산화탄소 주입 시 온도 및 압력 변화에 따른 이산화탄소 상변화는 중요한 관리 요소에 해당된다.
따라서 지중 주입 시 이산화탄소의 온도 및 압력을 보다 효과적으로 조절하여 분배할 수 있는 장치에 대한 필요성이 대두되는 바이다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 이산화탄소의 지중 주입 시, 압력 및 온도를 최적 조절할 수 있는 이산화탄소 분배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 이산화탄소 분배 장치를 통해 지중 주입되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 효과적으로 감시 감독할 수 있는 모니터링 수단이 구비된 이산화탄소 분배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, 복수의 저장탱크로부터 지중 주입을 위한 이산화탄소를 도입 받도록 복수 개로 분지 형성된 다기관부; 입측은 상기 다기관부와 연통 형성되며 출측은 지중 관정(管井)으로 향하는 주입배관과 연결되어, 상기 다기관부를 통해 도입된 이산화탄소를 상기 주입배관을 통해 공급하도록 형성된 분배 챔버부; 상기 분배 챔버부 내부로 도입된 이산화탄소의 온도를 조절하는 온도 조절부; 및 상기 분배 챔버부를 통해 지중 주입되는 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하는 유량 유압 조절부;를 포함하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치를 제공한다.
이때, 상기 온도 조절부는, 상기 주입배관 상에 장착되어, 상기 분배 챔버부로부터 유출되어 지중 주입될 이산화탄소의 온도를 검출하는 온도 센서; 및 상기 분배 챔버부의 외연을 둘러 감싸는 형태로 배치되어, 상기 분배 챔버부 내부로 도입된 이산화탄소를 가열하여 승온 조절하는 가열부;를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 온도 조절부는, 상기 온도 센서에서 검출된 지중 주입될 이산화탄소의 온도를 기 설정된 기준값과 비교하는 온도 비교부; 상기 기준값과의 비교를 통해 상기 가열부에 의해 승온되어야 할 이산화탄소의 온도 보상치를 산출하는 온도 연산부; 및 상기 산출된 온도 보상치 만큼 상기 분배 챔버부 내부의 이산화탄소를 승온시키도록 상기 가열부의 동작을 제어하는 온도 제어부;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가열부는, 유도 가열기(induction heater)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 유량 유압 조절부는, 상기 주입배관 상에 장착되어 지중 주입될 이산화탄소의 유량을 검출하는 유량 검출부; 상기 주입배관 상에 장착되어 지중 주입될 이산화탄소의 유압을 검출하는 유압 검출부; 및 상기 주입배관 상에 장착되어, 상기 분배 챔버부로부터 유출되어 지중 주입될 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하도록 구비된 밸브부;를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 유량 유압 조절부는, 상기 유량 검출부 및 상기 유압 검출부를 통해 검출된 이산화탄소의 유량 및 유압 데이터를 기 설정된 기준값과 비교 판단하고, 지중 주입될 이산화탄소가 적정 유압 및 유량으로 공급될 수 있도록 상기 밸브부의 개폐 동작을 제어하는 유량 유압 제어부;를 더 포함할 수 있다.
그리고 바람직하게는, 상기 다기관부의 일측에는, 복수의 저장탱크와 배관을 통해 연결 형성되도록 확관 형성된 소켓이 더 구비되는 것이 좋다.
또한, 상기 복수의 저장탱크 하측에는, 상기 복수의 저장탱크 내에 저장된 이산화탄소가 일정 온도로 유지될 수 있도록 가열하는 전열 보온기가 더 구비될 수 있다.
아울러, 상기 복수의 저장탱크 출측에는, 상기 분배 챔버부로 공급될 이산화탄소의 유동을 개폐 조절하도록 구비된 스톱밸브; 및 상기 분배 챔버부로 공급될 이산화탄소의 유압을 검출하도록 구비된 압력게이지;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 바람직하게는, 상기 온도 조절부 및 상기 유량 유압 조절부를 통해 구현되는 동작 신호를 유무선 통신망을 통해 실시간 또는 시간대별, 혹은 사용자의 요청이 있을 때마다 전송하도록 구비된 통신인터페이스; 및 상기 통신인터페이스를 통해 전송 받은 데이터를 원격에 위치한 사용자의 단말기로 전송함과 동시에, 사용자로부터 요청된 피드백 지령을 수신 받아 상기 통신인터페이스를 통해 상기 온도 조절부 및 상기 유량 유압 조절부에 지령을 인가하는 통합서버;를 더 포함할 수 있다.
이러한 통합서버는, 상기 통신인터페이스를 통해 전송 받은 데이터를 별도의 저장매체 상에 기록 보관하도록 구비된 데이터 로그부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 통합서버를 통해 원격 상의 사용자에게 전송되는 데이터는, 텍스트 정보, 화상 정보 및 음성 정보 중 적어도 하나의 정보로 변환되어 사용자 단말기에서 수신 가능한 형태로 전송될 수 있다.
본 발명의 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 따르면, 이산화탄소의 분배 시 그 온도 및 압력을 최적 제어함에 따라 지중 주입될 이산화탄소의 안정적인 상변화를 유지케 할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명의 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 따르면, 상기와 같은 이산화탄소의 온도 및 압력 제어에 관한 모든 정보를 사용자에게 실시간으로 모니터링 할 수 있게 해 줌으로써, 이산화탄소의 지중 주입에 관한 효과적인 관리 감독이 가능해 질 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 있어서 지중 주입될 이산화탄소의 온도 및 유량 유압 조절 기능을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 적용 가능한 원격 모니터링 수단을 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 통합 서버의 세부 구성을 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치를 이산화탄소 저장용 시추공에 적용한 모습을 도시한 사용도임.
이하, 본 발명에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 있어서 지중 주입될 이산화탄소의 온도 및 유량 유압 조절 기능을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 적용 가능한 원격 모니터링 수단을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 통합 서버의 세부 구성을 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치를 이산화탄소 저장용 시추공에 적용한 모습을 도시한 사용도이다.
이러한 도 1 내지 도 5는 본 발명의 구성 관계 및 작용 효과를 개념적으로 명확히 설명하기 위해 그 특징되는 부분만을 개략적으로 도시한 도면으로서, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도시된 특정 형태에 의해 본 발명은 제한될 필요가 없다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치의 세부 구성을 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 분배 장치는, 저장탱크로부터 지중 주입을 위한 이산화탄소를 도입 받도록 복수 배관이 분지 형성된 다기관부(110)와, 상기 다기관부(110)를 통해 도입 받은 이산화탄소를 지중 관정(管井)으로 연결되는 주입배관(122)을 통해 공급하도록 형성된 분배 챔버부(120)와, 상기 분배 챔버부(120) 내부로 도입된 이산화탄소의 온도를 조절하는 온도 조절부(130) 및 상기 분배 챔버부(120)를 통해 지중 주입될 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하는 유량 유압 조절부(140)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
먼저, 다기관부(110)에 대해 설명하기로 한다.
다기관부(110)는 각각 개별적으로 구비된 복수의 저장탱크(T)로부터 보관 중인 이산화탄소를 분배 챔버부(120) 내측으로 통합 이송할 수 있도록 형성된 배관 부재를 말한다.
이를 위해, 상기 다기관부(110)는 서로 간섭이 생기지 않도록 복열 배치된 다기관(多岐管, manifold) 형태를 지니는 것이 바람직하다. 여기서의 복열 배치에 해당되는 관체의 개수는 복수의 저장탱크(T)의 개수에 대응하여 설계되는 것이 바람직하며, 도시된 3개의 관체의 개수에 본 발명은 제한될 필요가 없다.
다시 말해서, 각각 개별적인 장소에서 이산화탄소를 보관하고 있는 복수의 저장탱크(T)는 이산화탄소의 효과적인 이송을 위하여, 저장탱크(T)의 출측으로부터 각각 구별된 배관(114)이 하나씩 연결 형성되는데, 이러한 배관(114)을 통해 분배 이송된 이산화탄소를 분배 챔버부(120) 내부로 합류시키기 위한 역할을 상기 다기관부(110)가 담당하는 것이다.
게다가, 이러한 다기관부(110)는 복수의 저장탱크(T)로부터 연결된 배관(114)과의 체결 편의성을 위하여, 상호 연결되는 일측 부위에서 확관 형성된 소켓(112)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 복수의 저장탱크(T) 상에 구비되는 구성을 간략히 설명하기로 한다.
복수의 저장탱크(T)는 이산화탄소를 임시 또는 한시적으로 보관하는 저장용기를 말하며, 소정의 내부 체적 상에 보다 많은 양의 이산화탄소를 보관하기 용이한 압축 탱크인 것이 바람직하다.
각각의 저장탱크(T)의 하측에는, 상기 저장탱크(T) 내부에 보관된 이산화탄소의 온도 상태를 적정 수준으로 유지 가능하게 전열 보온기(119)가 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 전열 보온기(119)에 해당되는 구체적인 예로서는, 외부 전원(Vs)을 인가받아 발열 기능을 제공하는 유도 가열 코일(induction heating coil)을 이용할 수 있다.
복수의 저장탱크(T) 각각의 출측에는, 스톱밸브(116) 및 압력 게이지(118)가 더 구비될 수 있다.
이러한 스톱밸브(116)는 내부 유동 유체를 열림/닫힘 방식으로 조절함으로써, 유체 유동을 단속하는 기능을 갖는 밸브로서, 복수의 저장탱크(T) 각각에서 분배 챔버부(120)로 향해 이동되는 이산화탄소의 유동을 개폐 조절한다. 그리고 압력 게이지(118)는 복수의 저장탱크(T) 각각으로부터 분배 챔버부(120)로 공급될 이산화탄소의 유압을 검출한다.
본 실시예에서의 저장탱크(T)로부터 유출될 이산화탄소의 설정 온도 및 압력은 50℃ 및 40bar로 정하였으나, 이러한 설정 온도 및 압력은 본 발명이 적용될 실시 조건 및 환경 등에 따라 적절히 임의 선택 가능하다.
복수의 저장탱크(T)에 보관된 이산화탄소는 각각 구별된 배관(114)을 따라 이동하되, 상기 다기관부(112)를 통해 분배 챔버부(120) 내부에서 합류된다.
분배 챔버부(120)는, 입측(120a)은 상기 다기관부(110)의 출구 개구와 연통 형성되고, 출측(120b)은 지중 관정(管井), 즉 시추공으로 향하는 주입배관(122)과 연결 형성되어, 다기관부(110)를 통해 도입 받은 이산화탄소를 주입배관(122)을 통해 공급하는 기능을 담당한다.
즉, 이러한 분배 챔버부(120)는 다기관부(110)를 통해서 복수의 저장탱크(T)로부터 도입 받은 이산화탄소를 통합하고, 이를 다시 출측의 주입배관(122)을 통해 지중 관정으로 주입하는 이산화탄소 분배기 역할을 수행한다.
보다 안정적인 이산화탄소 통합 및 분배 기능을 수행하기 위하여, 상기 분배 챔버부(120)의 외장은 압력 용기 형태의 케이싱(124)을 형성하고 있으며, 상기 분배 챔버부(120)의 외연 둘레 상에는 후술될 온도 조절부(130)의 세부 구성인 가열부(133)가 내장된 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 가열부(133)는 분배 챔버부(120) 내부의 이산화탄소를 가열하여 사용자가 설정한 온도까지 승온 조절하는 기능을 제공할 수 있다.
다음으로, 온도 조절부(130)에 대해 설명하기로 한다.
온도 조절부(130)는, 앞서 간략히 설명한 바와 같이, 분배 챔버부(120) 내부로 도입된 이산화탄소의 온도를 조절하는 기능을 담당한다.
이를 위해, 온도 조절부(130)는 지중 주입될 이산화탄소의 온도를 검출하는 온도 센서(131)와, 분배 챔버부 내부로 도입된 이산화탄소를 가열하여 승온 조절하는 가열부(133) 및 온도 센서(131)에서 검출된 이산화탄소의 온도를 비교하고, 승온해야할 이산화탄소 온도 보상치를 산출함은 물론, 상기 가열부(133)를 동작 제어하는 제어기(도 2의 135)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제어기(도 2의 135)의 구성은 도 2의 설명 시 상세히 다루기로 하고, 여기서는, 상기 온도 센서(131) 및 가열부(133)의 구성에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
온도 센서(131)는, 분배 챔버부(120)의 출측으로부터 연결되어 지중 관정으로 향하는 주입배관(122) 상에 장착될 수 있으며, 상기 주입배관(122)을 통해 지중 관정으로 향하여 공급되는 이산화탄소의 실제 온도를 계측하는 센싱 수단이다. 이러한 온도 센서(131)의 구체적인 예로는, 다양한 타입의 온도계가 모두 이용 가능하다.
그리고 가열부(133)는, 앞서 분배 챔버부(120)의 설명 시 간략히 언급한 바와 같이, 분배 챔버부(120)의 외연을 둘러 감싸는 형태로 배치된다.
이러한 가열부(133)는 분배 챔버부(120) 내부로 도입된 이산화탄소를 일정 승온 범위 내에서 가열하는 기능을 담당하는데, 본 실시예에서의 이산화탄소 유지 온도는 대략 50℃로 정해질 수 있으나, 이러한 온도 조건 역시 본 발명을 크게 제한하지 않는다.
가열부(130)로 이용 가능한 구체적인 예로는, 외부 전원(Vs)을 인가받은 후 저항열을 발생시켜 분배 챔버부(120) 내부의 이산화탄소를 승온 조절 가능한 유도 가열기(induction heater)가 이용 가능한 데, 이러한 가열부(130)의 형태 역시 본 발명을 한정하지 않으며, 다양한 실시예마다 그 형태를 조금씩 달리 적용하여도 무방하다.
이와 같은 온도 조절부(130)는, 도 2를 통해 더욱 구체적으로 설명되어 질 수 있다.
도 2를 참조하면, 온도 조절부(130)의 구성에 제어기(135)가 포함되어, 온도 센서(131)에서의 이산화탄소 온도 검출 및 가열부(133)의 구동이 상호 연동되게 능동 제어될 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 온도 조절부(130)에 추가 구성되는 제어기(135)에는, 온도 센서(131)에서 검출된 이산화탄소의 온도를 기 설정된 기준값과 비교하는 온도 비교부(136)와, 상기 기준값과의 비교를 통해 상기 가열부(133)에 의해 승온되어야 할 이산화탄소의 온도 보상치를 산출하는 온도 연산부(137)와, 상기 산출된 온도 보상치 만큼 상기 분배 챔버부(120) 내부의 이산화탄소를 승온시키도록 상기 가열부(133)의 동작을 제어하는 온도 제어부(138)를 포함한다.
여기서, "기 설정된 기준값"이란, 사용자가 지중 관정으로 주입하여 공급할 이산화탄소의 온도를 미리 설정해 둔 값을 의미하는 것으로, 만일, 온도 센서(131)에서 검출된 이산화탄소의 온도가 기준값보다 낮을 경우에는 그 차이에 해당하는 온도 보상치를 상기 가열부(133)의 동작을 제어함으로써 승온 조절한다.
이러한 온도 비교부(136), 온도 연산부(137) 및 온도 제어부(138)의 추가적인 구성으로 인해, 본 발명의 온도 조절 기능은 더욱 능동적으로 제어될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 유량 유압 조절부(140)에 대해 설명하기로 한다.
유량 유압 조절부(140)는 분배 챔버부(120)를 통해 지중 주입되는 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하는 기능을 담당한다.
도시된 바와 같이 유량 유압 조절부(140)는, 분배 챔버부(120)를 통해 지중 주입될 이산화탄소의 유량을 검출하는 유량 검출부(141)와, 분배 챔버부(120)를 통해 지중 주입될 이산화탄소의 유압을 검출하는 유압 검출부(143)와, 분배 챔버부(120)를 통해 지중 주입될 이산화탄소의 유량을 개폐 조절함은 물론, 유동 유압까지 조절하도록 구비된 밸브부(145, 147)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서, 유량 검출부(141) 및 유압 검출부(143)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 주입배관(122) 상에 구비되어, 분배 챔버부(120)를 통해 유출되는 이산화탄소의 유량 및 유압을 효과적으로 검출하는 형태로 이루어질 수 있다. 다만, 이러한 유량 검출부(141) 및 유압 검출부(143)의 배치 형태 역시, 하나의 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명은 이에 제한될 필요가 없다. 따라서 본 발명이 적용될 위치, 환경 및 다양한 조건에 따라 조금씩 그 실시 형태가 달라져도 무방하다.
그리고 상기 유량 검출부(141)는, 통상의 유량계를 의미하는 것으로서, 다양하게 출시된 상용의 유량계를 적용하면 무방할 것이며, 아울러 유압 검출부(143) 역시 통상의 유압 게이지를 의미하는 것이므로, 이 역시 상용의 유압 게이지를 적용할 수 있다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 밸브부(145, 147)의 실시 형태에 있어서도, 본 발명은 크게 제한될 필요가 없다. 즉, 도 1에 도시된 밸브부(145, 147)는, 유량 검출부(141)를 기준으로 전, 후에 각각 구분 설치된 형태로 이루어지며, 이와 달리 도2에 도시된 밸브부(145a, 145b, 147)는 주입배관(122)의 일부 구간이 이중 배관으로 분지 형성된 각각의 관체 상에서 도1의 배치 형태와 다른 실시 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다.
이러한 유량 유압 조절부(140)에는, 유량 검출부(141), 유압 검출부(143) 및 밸브부(145, 147)를 제외하고, 유량 유압 제어부(149)의 구성이 추가적으로 더 포함될 수 있다.
유량 유압 제어부(149)의 기능 및 역할은 도 2를 통해 상세히 확인할 수 있다.
즉, 도시된 유량 유압 제어부(149)는 유량 검출부(141) 및 유압 검출부(143)를 통해 검출된 이산화탄소의 유량 및 유압 데이터를 기 설정된 기준값과 비교 판단하고, 지중 주입될 이산화탄소가 적정 유압 및 유량으로 공급될 수 있도록 상기 밸브부(145a, 145b, 147)의 개폐 동작을 제어한다. 본 실시예에서의 지중 주입될 이산화탄소의 설정 압력은 40bar이나, 이러한 설정 압력은 사용자의 설정에 따라서 조금씩 달리 적용되어도 무방하다.
이와 같은 유량 유압 제어부(149)는, 유량 검출부(141) 및 유압 검출부(143)와, 이와 연동하여 개폐 구동하는 밸브부(145a, 145b, 147) 상호 간의 능동적인 제어를 가능하게 해줌으로써, 보다 신속하고 정확한 조건으로의 이산화탄소 분배 기능을 가능하게 해준다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 적용 가능한 원격 모니터링 수단에 대해 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에는 추가적으로 원격 모니터링 수단이 더 적용될 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이, 전술된 온도 조절부(130) 및 유량 유압 조절부(140)에서 검출된 이산화탄소의 온도 데이터, 유량 데이터, 유압 데이터는 물론, 그에 따른 가열부(133) 및 밸브부(145, 147)의 동작에 대한 모든 신호는 통신인터페이스(150)를 통해 유무선 통신망을 이용하여 통합서버(160)로 전송될 수 있다 .
그리고 통합서버(160)는, 상기 통신인터페이스(150)를 통해 전송 받은 데이터를 원격에 위치한 사용자의 단말기[예: 사용자의 PC(170), 스마트폰(172)]로 전송함과 동시에, 사용자로부터 피드백된 지령을 수신 받아 상기 통신인터페이스(150)를 통해 온도 조절부(130) 및 유량 유압 조절부(140)에 지령을 인가하는 역할도 수행한다.
아울러, 이러한 통합서버(160)는, 상기 통신인터페이스(150)를 통해 전송 받은 데이터를 별도의 저장매체 상에 기록 보관하기 위하여 데이터 로그부(미도시)를 더 구비할 수 도 있다.
여기서, 통합서버(160)를 통해 원격 상의 사용자에게 전송되는 데이터는, 텍스트 정보, 화상 정보 및 음성 정보 중 적어도 하나의 정보로 변환되어 사용자 단말기[예: 사용자의 PC(170), 스마트폰(172)]에서 수신 가능한 형태로 전송될 수 있으므로, 이산화탄소의 분배 공정에 있어서의 원격 감시 및 감독이 편리해지며, 나아가 이러한 기능은 이산화탄소 분배 공정의 체계적인 통합 관리에 도움이 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치를 이산화탄소 저장용 시추공에 적용한 모습을 도시한 사용도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 분배 장치를 통해 복수의 저장탱크(T) 내에 보관된 이산화탄소가 다기관(110), 분배 챔버부(120)를 통해 통합적으로 합류되고, 이후, 온도 조절부(130) 및 유량 유압 조절부(140)의 역할에 따라, 적정 온도 및 압력으로 유지된 상태로서, 지반(G) 아래 지중 관정으로 주입되는 모습을 확인할 수 있다. 이때, 시추공(10) 상에 고정된 패커(20)에 의해 주입배관(122)은 위치 고정될 수 있으며, 보다 안정적으로 이산화탄소의 지중 주입이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명의 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 따르면, 이산화탄소의 분배 시 그 온도 및 압력을 최적 제어함에 따라 지중 주입될 이산화탄소의 안정적인 상변화를 유지하게 할 수 있으며, 이산화탄소의 지중 주입 과정에서 발생되는 모든 정보를 원격의 감독자가 실시간으로 모니터링 할 수 있어, 보다 효과적인 관리 감독이 가능해 질 수 있다.
이상으로, 본 발명에 따른 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치에 관한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
T: 저장탱크
110: 다기관부
120: 분배 챔버부
130: 온도 조절부
140: 유량 유압 조절부
150: 통신인터페이스
160: 통합서버

Claims (12)

  1. 복수의 저장탱크로부터 일정 온도로 가열되어 유지되는 지중 주입을 위한 이산화탄소를 도입 받도록 복수 개로 분지 형성된 다기관부;
    입측은 상기 다기관부와 연통 형성되며 출측은 지중 관정(管井)으로 향하는 주입배관과 연결되어, 상기 다기관부를 통해 도입된 이산화탄소를 상기 주입배관을 통해 공급하도록 형성된 분배 챔버부;
    상기 분배 챔버부 내부로 도입된 이산화탄소의 온도를 조절하는 온도 조절부; 및
    상기 분배 챔버부를 통해 지중 주입되는 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하는 유량 유압 조절부;를 포함하되,
    상기 복수의 저장탱크 하측에는, 상기 복수의 저장 탱크의 하단을 에워싸도록 전열 보온기가 설치되고, 상기 전열 보온기는 상기 복수의 저장탱크 내에 저장된 이산화탄소가 일정 온도로 유지될 수 있도록 가열하고,
    상기 분배 챔버부는, 일정 두께를 이루고, 내부에 상기 다기관부를 통해 도입된 이산화탄소가 합류되는 공간이 형성되는 케이싱으로 형성되고, 상기 케이싱의 두께 부분에는 도입된 상기 이산화탄소를 가열하여 승온 조절하는 가열부가 내설되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는,
    상기 주입배관 상에 장착되어, 상기 분배 챔버부로부터 유출되어 지중 주입될 이산화탄소의 온도를 검출하는 온도 센서; 및
    상기 분배 챔버부의 외연을 둘러 감싸는 형태로 배치되어, 상기 분배 챔버부 내부로 도입된 이산화탄소를 가열하여 승온 조절하는 상기 가열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는,
    상기 온도 센서에서 검출된 지중 주입될 이산화탄소의 온도를 기 설정된 기준값과 비교하는 온도 비교부;
    상기 기준값과의 비교를 통해 상기 가열부에 의해 승온되어야 할 이산화탄소의 온도 보상치를 산출하는 온도 연산부; 및
    상기 산출된 온도 보상치 만큼 상기 분배 챔버부 내부의 이산화탄소를 승온시키도록 상기 가열부의 동작을 제어하는 온도 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    유도 가열기(induction heater)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 유압 조절부는,
    상기 주입배관 상에 장착되어 지중 주입될 이산화탄소의 유량을 검출하는 유량 검출부;
    상기 주입배관 상에 장착되어 지중 주입될 이산화탄소의 유압을 검출하는 유압 검출부; 및
    상기 주입배관 상에 장착되어, 상기 분배 챔버부로부터 유출되어 지중 주입될 이산화탄소의 유량 및 유압을 조절하도록 구비된 밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유량 유압 조절부는,
    상기 유량 검출부 및 상기 유압 검출부를 통해 검출된 이산화탄소의 유량 및 유압 데이터를 기 설정된 기준값과 비교 판단하고, 지중 주입될 이산화탄소가 적정 유압 및 유량으로 공급될 수 있도록 상기 밸브부의 개폐 동작을 제어하는 유량 유압 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다기관부의 일측에는,
    복수의 저장탱크와 배관을 통해 연결 형성되도록 확관 형성된 소켓이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 저장탱크 출측에는,
    상기 분배 챔버부로 공급될 이산화탄소의 유동을 개폐 조절하도록 구비된 스톱밸브; 및
    상기 분배 챔버부로 공급될 이산화탄소의 유압을 검출하도록 구비된 압력게이지;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부 및 상기 유량 유압 조절부를 통해 구현되는 동작 신호를 유무선 통신망을 통해 실시간 또는 시간대별, 혹은 사용자의 요청이 있을 때마다 전송하도록 구비된 통신인터페이스; 및
    상기 통신인터페이스를 통해 전송 받은 데이터를 원격에 위치한 사용자의 단말기로 전송함과 동시에, 사용자로부터 요청된 피드백 지령을 수신 받아 상기 통신인터페이스를 통해 상기 온도 조절부 및 상기 유량 유압 조절부에 지령을 인가하는 통합서버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 통합서버는,
    상기 통신인터페이스를 통해 전송 받은 데이터를 별도의 저장매체 상에 기록 보관하도록 구비된 데이터 로그부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 통합서버를 통해 원격 상의 사용자에게 전송되는 데이터는, 텍스트 정보, 화상 정보 및 음성 정보 중 적어도 하나의 정보로 변환되어 사용자 단말기에서 수신 가능한 형태로 전송되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 지중 주입을 위한 압력 및 온도 조절 기능이 향상된 이산화탄소 분배 장치.
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