KR101270706B1 - 가스 포집 장치 - Google Patents

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Abstract

가스 포집 장치가 제공된다. 가스 포집 장치는 분석 대상의 성분을 흡수하기 위한 용매를 담고 있는 용기, 상기 용기에 삽입되며 상기 분석 대상 성분을 포함하는 가스가 유입되는 유입관, 상기 유입관의 일단에 위치하며 다수의 미세 기공을 포함하는 산기관 및 상기 산기관의 상단 및 상기 유입관의 외측에 적어도 하나 위치하는 기포 충돌판을 포함한다.

Description

가스 포집 장치{APPARATUS FOR COLLECTING GAS}
본 발명은 가스 포집 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스상의 물질의 분석을 위해 용매 흡수법으로 샘플링을 실시하는 가스 포집 장치에 관한 것이다.
혐기성 소화에서 유기 물질이 혐기성 미생물에 의해 분해가 이루어지면서 부산물로 바이오 가스가 발생하며, 바이오 가스는 주성분인 메탄과 이산화탄소뿐만 아니라 여러 미량 물질들이 존재하고 있다.
이러한 미량 물질 중에 실록산과 황화수소 등의 물질들은 자원화 시설의 부식 등을 유발하며, 특히 황화수소는 악취를 유발시키는 대표적인 물질이다.
또한, 실록산의 경우에는 자원화 시설에서 연소 공정을 거치면서 이산화규소(SiO2) 형태로 가스엔진, 실린더 등에 침적되어 시설의 마모 및 부식을 유발하는 물질로 규소, 산소, 메틸기로 구성되어 있다
이러한 가스 상의 물질을 분석하기 위해 용매 흡수법으로 샘플링을 실시하게 되는데, 기존의 임핀저 포집 장치의 경우 임핀저 유입관을 따라 가스가 유입되고 가스 주입부를 통해 용매에 가스를 주입시켜 분석하고자 하는 성분을 용매에 흡수시키게 되나, 효율적인 용매흡수가 이루어 지지 않아 포집시간이 길어지는 문제점이 있었다.
도 1은 종래의 임핀저 가스 포집 장치를 도시한 도면이다.
종래의 임핀저 가스 포집 장치(이하, ‘종래의 가스 포집 장치’라 칭함)(100)는, 전술한 바와 같이, 임핀저 유입관(110)을 따라 가스가 유입되고, 가스 주입부(120)를 통해 용매에 가스를 주입시켜, 분석하고자 하는 성분이 용매에 흡수되도록 하였다.
그러나, 종래의 가스 포집 장치(100)는 기포가 크며 이동 경로가 수직 방향(직선적)으로 단순하여, 가스에 포함된 실록산 물질과 용매와의 접촉 면적 및 접촉 시간이 적으므로 포집 시간이 길어지게 되는 문제가 있었다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 가스상 물질의 분석을위해 용매 흡수법으로 샘플링을 실시할 때, 샘플링의 효율성 향상과 샘플링 시간의 단축할 수 있는 가스 포집 장치를 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 포집 장치는 분석 대상의 성분을 흡수하기 위한 용매를 담고 있는 용기, 상기 용기에 삽입되며 상기 분석 대상 성분을 포함하는 가스가 유입되는 유입관, 상기 유입관의 일단에 위치하며 다수의 미세 기공을 포함하는 산기관 및 상기 산기관의 상단 및 상기 유입관의 외측에 적어도 하나 위치하는 기포 충돌판을 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 산기관은 상기 유입된 가스를 상기 다수의 미세 기공을 통해 다수의 미세 기포로 생성하여 상기 미세 기포의 비표면적과 상기 용매와의 접촉 면적을 증가시킨다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 기포 충돌판은 상기 미세 기포간의 충돌, 파쇄 및 적체를 통해 상기용매 내에서 상기 미세 기포의 체류 시간 및 용존율을 증가시킨다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 기포 충돌판은 적어도 하나의 구멍을 포함하며, 상기 구멍을 통해 상기 용매의 유속을 변경시킨다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 기포 충돌판이 복수개 존재하는 경우, 상기 각 기포 충돌판은 상기 각 기포 충돌판에 포함된 구멍이 다른 기포 충돌판에 포함된 구멍과 서로 교차되도록 위치하여, 상기 미세 기포의 상승 방향을 변경시킨다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 분석 대상 성분은 실록산 또는 황화수소를 포함하며, 상기 용매는 메탄올을 포함한다.
전술한 본 발명의 가스 포집 방법 및 장치의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 가스상 물질의 분석을 위해 용매 흡수법으로 샘플링을 실시할 때, 샘플링의 효율성이 향상되고 샘플링 시간을 단축할 수 있다.
또한 본 발명은 가스에 포함된 분석 대상 물질의 분석 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 샘플링의 효율성이 향상되고 샘플링 시간을 단축을 통해 자원화 시설의 유지 보수비 절감에 기여할 수 있다.
도 1은 종래의 임핀저 가스 포집 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포 충돌형 임핀저 가스 포집 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 포집 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 포집 장치와 종래의 가스 포집 장치의 포집 효율을 비교한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포 충돌형 임핀저 가스 포집 장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기포 충돌형 임핀저 가스 포집 장치(이하, ‘가스 포집 장치’라 칭함)(200)는 분석 대상의 성분을 흡수하기 위한 용매를 담고 있는 용기(210), 용기(210)에 삽입되며 분석 대상 성분을 포함하는 가스가 유입되는 유입관(220), 유입관(220)의 일단에 위치하며 다수의 미세 기공을 포함하는 산기관(230) 및 산기관(230)의 상단 및 유입관(220)의 외측에 적어도 하나 위치하는 기포 충돌판(240)을 포함한다.
본 발명의 가스 포집 장치(200)를 더 상세히 설명하면, 유입관(220)을 따라 유입되는 가스는 다수의 미세 기공을 포함하는 산기관(230)을 통해 다수의 미세 기포로 생성된다.
이로 인해, 미세 기포의 비표면적이 증대되어 용매와의 접촉 면적이 증가될 수 있다.
이후, 산기관(230)을 통해 생성된 다수의 미세 기포는 수직 상승하게 되는데, 이때, 기포 충돌판(240)을 통해 미세 기포들간의 충돌, 파쇄 및 적체 현상이 발생하여 가스에 포함된 대상 물질의 체류 시간 및 용존율이 향상될 수 있다.
참고로, 기포 충돌판(240)은 복수의 구멍(또는 틈)을 포함하며 상기 구멍을 통해 상승하는 미세 기포들이 통과할 수 있다.
이때, 복수의 구멍이 존재하는 부분은 용기(210)에 비하여 상대적으로 좁아지는 부분이므로 유속이 변화하여 용매의 혼합을 통한 가스 상 물질의 포집 효율을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 포집 장치를 도시한 도면이다.
복수개의 기포 충돌판(240), 즉, 제 1 기포 충돌판(241)과 제 2 기포 충돌판(242)이 산기관(230)의 상단과 유입관(220)의 외측에 위치해 있다.
유입관(220)을 따라 가스가 유입되고, 산기관(230)을 통해 생성된 다수의 미세 기포는 제 1 기포 충돌판(241)을 통해 미세 기포들간의 충돌, 파쇄 및 적체 현상이 발생하고, 이 중 제 1 기포 충돌판(241)의 구멍을 통과하여 상승한 미세 기포들은 제 2 기포 충돌판(242)을 통해 다시 한번 충돌, 파쇄 및 적체됨으로써 포집 효율의 비약적인 향상과 포집 시간의 단축이 이루어질 수 있다.
이때, 제 1 기포 충돌판(241)에 포함된 구멍과 제 2 기포 충돌판(242)에 포함된 구멍이 서로 교차되도록 위치시키는 경우, 각 구멍을 통과하는 미세 기포의 상승 방향을 수직 방향에서 사선 방향으로 변경시킬 수 있으며, 이로 인하여 가스에 포함된 대상 물질의 포집 효율을 증대시킬 수 있다.
참고로, 본 발명에서는 2개의 기포 충돌판을 사용하는 경우를 설명하였지만, 가스 포집 장치의 용량에 따라서 복수개의 기포 충돌판을 사용할 수도 있으므로, 기포 충돌판의 개수를 본 발명의 실시예로 한정하는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 포집 장치(200)와 종래의 가스 포집 장치(100)의 포집 효율을 비교한 도면이다.
대상 물질은 바이오 가스에 포함된 실록산 물질 중 Octamethylcyclotetrasiloxane(D4)를 대상으로 하였고, 포집 용매는 메탄올을 사용하였으며, 포집 유량은 100mL/min으로 하였다.
포집 효율을 살펴보면, 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 가스 포집 장치(200)는 포집을 시작한지 30분만에 97.5%의 포집 효율을 나타내고 있음을 알 수 있다.
종래의 가스 포집 장치(100)를 이용하여 본 발명의 가스 포집 장치(200)와 동일한 또는 유사한 포집 효율을 얻기 위해서는 120분이 소요됨을 볼 때, 무려 90분의 시간 단축 효과가 있음을 알 수 있다.
참고로, 바이오 가스 내에 포함되어 있는 실록산 및 황화수소는 자원화 시설에 악영향을 미치는 화합 물질로서 반드시 자원화 시설에 유입되기 전에 전처리를 통해 제거해야 하는 물질들이다.
이러한 전처리를 하기 위해서는, 바이오 가스 내에서의 농도를 정확히 파악하여야 이에 맞는 전처리 시스템을 구성할 수 있다.
본 발명의 가스 포집 장치(200)는, 전술한 바와 같이, 바이오 가스에 포함되어 있는 실록산 및 황화수소 등의 가스 상 물질의 분석 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 포집 효율 및 재현성 향상과 샘플링 시간의 단축으로 자원화 시설에 따른 적절한 전처리 시설을 설계하는데 기여할 수 있고, 자원화 시설의 유지 보수 비용 또한 획기적으로 절감될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 종래의 가스 포집 장치
200 : 본 발명의 가스 포집 장치
210 : 용기
220 : 유입관
230 : 산기관
240 : 기포 충돌판
241 : 제 1 기포 충돌판
242 : 제 2 기포 충돌판

Claims (6)

  1. 가스 포집 장치에 있어서,
    분석 대상의 성분을 흡수하기 위한 용매를 담고 있는 용기,
    상기 용기에 삽입되며 상기 분석 대상 성분을 포함하는 가스가 유입되는 유입관,
    상기 유입관의 일단에 위치하며 다수의 미세 기공을 포함하는 산기관 및
    상기 산기관의 상단 및 상기 유입관의 외측에 적어도 하나 위치하는 기포 충돌판
    을 포함하되,
    상기 산기관은 상기 유입된 가스를 상기 다수의 미세 기공을 통해 다수의 미세 기포로 생성하여 상기 미세 기포의 비표면적과 상기 용매와의 접촉 면적을 증가시키는 것인, 가스 포집 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포 충돌판은 상기 미세 기포간의 충돌, 파쇄 및 적체를 통해 상기용매 내에서 상기 미세 기포의 체류 시간 및 용존율을 증가시키는 것인, 가스 포집 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포 충돌판은 적어도 하나의 구멍을 포함하며, 상기 구멍을 통해 상기 용매의 유속을 변경시키는 것인, 가스 포집 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기포 충돌판이 복수개 존재하는 경우, 상기 각 기포 충돌판은 상기 각 기포 충돌판에 포함된 구멍이 다른 기포 충돌판에 포함된 구멍과 서로 교차되도록 위치하여, 상기 미세 기포의 상승 방향을 변경시키는, 가스 포집 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석 대상 성분은 실록산 또는 황화수소를 포함하며, 상기 용매는 메탄올을 포함하는 것인, 가스 포집 장치.
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