KR101421080B1 - 이산화탄소 흡착 및 재생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 흡착부에서 이산화탄소를 흡착하되, 흡착상태가 포화가 될 경우, 이를 감지하여 흡착부에서 이산화탄소를 분리하여, 재사용할 수 있게 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되어 이산화탄소를 흡착하는 흡착부와, 상기 흡착부를 제어하는 제어부로 이루어지고, 상기 흡착부는 발열체로 이루어지는 열선과, 상기 열선의 외측에 이산화탄소 흡착제로 코팅되어 이루어지는 흡착층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

이산화탄소 흡착 및 재생 장치{absorption and recycling apparatus for carbon dioxide}
본 발명은 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 흡착부에서 이산화탄소를 흡착하되, 흡착상태가 포화가 될 경우, 이를 감지하여 흡착부에서 이산화탄소를 분리하여, 재사용할 수 있게 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것이다.
종래의 이산화탄소의 흡착기술은 물리·화학적으로 CO2와 결합력이 있는 흡수제를 이용하며, 흡수·탈거의 반복공정을 통하여 CO2를 선택적으로 분리하는 것으로 연소배가스와 CO2의 농도가 낮은 경우에는 화학흡수법이 적합하며, 물리흡수법은 CO2의 농도가 높은 설비에서 유리한 것으로 보고되고 있으며, 흡착된 이산화탄소를 탈거 시에는 고온 고압 조건이 필요하여 에너지 소모가 크고, 흡수제의 열화 및 흡수제에 의한 부식 등의 문제점이 있다.
이러한 이산화탄소 흡착법은 에너지 소비가 적고 흡착제를 회수하여 다시 사용할 수 있기 때문에 이산화탄소를 흡착 제거하는 경제적인 기술로 평가되고 있으며, 이러한 흡착제는 공정 성능을 좌우하는 중요한 요소로서 우수한 성능을 가진 흡착제 연구 개발은 매우 중요하며, 특히 활성탄 및 제올라이트는 이산화탄소의 분리 공정에 가장 많이 적용되는 대표적인 흡착 소재이고, 이중에 제올라이트는 결정성 알루미나 실리케이트로서 단일 크기의 미세기공을 가지고 있어 친수성 및 극성분자에 대한 우수한 흡착성능을 나타내나, 알루미나와 실리게이트의 조성비 및 시료의 크기 등에 따라서 상온상압에서 이산화탄소의 제거 효율 및 지속 시간 등에서 커다란 차이가 있어 이를 정량화하여 극복하지 못한 문제점이 있다.
그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 한국등록특허 제10-0879312호에 기재된 기술이 개발되었는데, 그 기술적 특징은 상온상압에서 이산화탄소를 흡착하는 흡착제 제조방법에 있어서, 이산화탄소의 입자의 크기를 고려하여 Si/Al 비가 1내지 1.5에서 조성되며, 일정 직경의 크기로 미세기공과 채널이 형성된 제올라이트 13X를 제조하는 공정과, 상기 제조된 제올라이트 13X에 형성된 미세기공과 채널로 형성된 넓은 표면을 안정화시키고 내부에 부착된 이물질을 분리 제거하는 물리적 개질을 위하여 제올라이트 13X를 오븐에 넣고 150℃내지 200℃로 승온시키고, 승온된 상태에서 일정시간 유지시켜 내부의 공기를 외부로 배출하는 물리적 개질공정과, 상기 제올라이트 13X의 무게 대비 0.3중량%에서 40중량%에 해당하는 수산화리튬이 녹아 있는 수용액이 들어있는 회분식장치에 상기 제조된 제올라이트 13X를 넣고, 내부 압력을 6 kg/㎠내지 8 kg/㎠으로 유지하며, 온도를 70℃내지 90℃로 유지하고, 200 rpm이하로 교반하여 수산화리듐을 상기 제올라이트 13X에 첨착하는 공정 또는 상압 상태의 회분식장치에 상기 제조된 제올라이트 13X를 넣고 70℃내지 90℃에서 200 rpm이하로 회전시키면서 상기 수산화리튬 수용액을 스프레이로 분사하여 수산화리튬을 상기 제올라이트 13X에 첨착하는 공정 및 상기 수산화리튬의 수용액을 제올라이트 13X에 첨착할 때, 제올라이트 13X의 일부 위치에 치우치거나 제올라이트에 형성된 미세기공을 막는 것을 최소화하기 위하여 90℃에서 150℃ 사이의 온도를 유지하고 미세한 압력이 걸리는 진공오븐에 넣어서 3시간 내지 8시간 동안 건조하는 공정으로 이루어는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국등록특허 제10-0879312호에 기재된 기술은 제올라이트 시료 내부에 형성된 미세기공과 채널에 이산화탄소 입자가 최대한 많이 접촉되도록 구성하여 효율적으로 신속하게 이산화탄소를 제거하면서 제거의 지속시간이 크게 증가된 이산화탄소의 흡착제를 제공할 수 있는 장점은 있으나, 이렇게 제조된 이산화탄소 흡착제는 이산화탄소를 흡착하여 포화상태가 되면, 새로운 이산화탄소 흡착제로 교체하여야 하므로 그 비용이 많이 소요되며, 비용을 줄이기 위하여 이산화탄소 흡착제를 재사용할 경우에는, 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 제거하기 위한 별도의 공정을 거처야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부를 커버하는 케이스의 내부에 이산화탄소를 흡착하기 위한 흡착부를 구비하되, 상기 흡착부는 발열체로 이루어지는 열선과 열선의 외부에 이산화탄소 흡착제를 코팅한 흡착층으로 이루어져, 이산화탄소를 흡착하다가 이산화탄소가 포화될 경우 열선을 가열하여 흡착층에 흡착된 이산화탄소를 분리 흡수하여, 흡착부를 교체하지 않더라도 재사용할 수 있는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 내부에 흡착부가 구비되는 케이스의 전부에 팬을 구비하여, 외부의 공기를 내부로 유입하여, 보다 용이하게 이산화탄소를 흡착할 수 있게 하되, 케이스의 전부와 후부에 각각 제1농도센서와 제2농도센서를 각각 구비하여, 이산화탄소의 농도를 비교하여, 흡착부의 상태를 감지할 수 있어, 적절한 시간에 열선을 가열하여 흡착부에 흡착된 이산화탄소를 분리시킴으로써, 안정적으로 동작할 수 있게 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되어 이산화탄소를 흡착하는 흡착부와, 상기 흡착부를 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 흡착부는 발열체로 이루어지는 열선과, 상기 열선의 외측에 이산화탄소 흡착제로 코팅되어 이루어지는 흡착층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는 사용자가 설정한 시간 주기로 열선을 동작시켜, 상기 흡착층에서 이산화탄소를 제거하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 케이스의 전부와 후부에는 이산화탄소의 농도를 감지하는 제1농도센서와 제2농도센서가 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는 제1농도센서와 제2농도센서에서 감지한 이산화탄소 농도를 비교하여 이산화탄소 농도의 차이가 사용자가 설정한 농도 차이보다 적을 경우 열선을 작동시켜, 흡착층에 흡착된 이산화탄소를 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이스의 전부에는 외부의 공기를 흡입하는 팬이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 외부를 커버하는 케이스의 내부에 이산화탄소를 흡착하기 위한 흡착부를 구비하되, 상기 흡착부는 발열체로 이루어지는 열선과 열선의 외부에 이산화탄소 흡착제를 코팅한 흡착층으로 이루어져, 이산화탄소를 흡착하다가 이산화탄소가 포화될 경우 열선을 가열하여 흡착층에 흡착된 이산화탄소를 분리 흡수하여, 흡착부를 교체하지 않더라도 재사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 내부에 흡착부가 구비되는 케이스의 전부에 팬을 구비하여, 외부의 공기를 내부로 유입하여, 보다 용이하게 이산화탄소를 흡착할 수 있게 하되, 케이스의 전부와 후부에 각각 제1농도센서와 제2농도센서를 각각 구비하여, 이산화탄소의 농도를 비교하여, 흡착부의 상태를 감지할 수 있어, 적절한 시간에 열선을 가열하여 흡착부에 흡착된 이산화탄소를 분리시킴으로써, 안정적으로 동작할 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이산화탄소 흡착제의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 흡착부의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 흡착부의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에서 흡착부에 의해 이산화탄소를 흡착하는 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에서 흡착부에 흡착된 이산화탄소를 제거하는 재생 공정의 상태도이다.
도 7은 발명의 다른 실시 예에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 흡착부재의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 흡착부재의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에서 흡착부에 의해 이산화탄소를 흡착하는 상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에서 흡착부에 흡착된 이산화탄소를 제거하는 재생 공정의 상태도이고, 도 7은 발명의 다른 실시 예에 따른 이산화탄소 흡착 및 재생 장치의 개념도이다.
본 발명은 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것으로 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 그 구성은 외부를 커버하는 케이스(100)와 상기 케이스(100)의 내부에 구비되는 흡착부(120)와 상기 흡착부(120)를 제어하는 제어부(130)로 이루어진다.
여기서, 상기 케이스(110)의 전부에는 팬(110)이 더 구비되는데, 상기 팬(110)은 외부의 공기를 내부로 흡입하여, 흡착부(120)에 공기를 공급하여 줌으로써, 보다 용이하게 공기 중의 이산화탄소를 흡착부(120)에서 흡착할 수 있게 한다.
한편, 상기 흡착부(120)는 전기에 의해 열을 발생하는 발열체로 이루어지는 열선(122)과 상기 열선(122)의 외측에 이산화탄소 흡착제로 코팅되어 이루어지는 흡착층(124)으로 이루어지게 된다.
이때, 상기 이산화탄소 흡착제는 탄산염계 물질이나 실리카, 알루미나, 활성탄, 제올라이트 등을 사용하여, 이산화탄소를 안정적으로 흡착할 수 있게 되고, 상기 열선(122)은 일반적인 니크롬 선이나, 석영, 탄소 등의 저항체를 사용하여, 제어부(130)의 제어에 의해 전기가 가해지게 되면 저항에 의해 열을 발생하게 된다.
그래서, 상기 제어부(130)의 제어에 의해 상기 팬(110)이 외부의 공기를 내부로 흡입하여, 공기가 흡착부(120)에 닫게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이 흡착부(120)의 표면에 형성된 흡착층(124)에서 공기 중에 포함된 이산화탄소를 흡착하게 되고, 상기 흡착층(124)이 이산화탄소를 흡착하여 포화상태가 되면, 더 이상 이산화탄소를 흡착할 수 없게 되므로, 제어부(130)에서는 상기 열선(122)으로 전기를 공급하여, 열선(122)이 가열되어 흡착층(124)에 열을 공급하게 되어, 도 6에 도시된 바와 같이, 흡착층(124)에 흡착된 이산화탄소를 분리시키게 되어, 흡착층(124)이 다시 이산화탄소를 흡착할 수 있게 한다.
여기서, 상기 흡착부(120)를 형성하는 열선(122)은 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 가장 일반적인 매쉬 형태나, 허니콤 형상 등의 형태로 구성하여 케이스(100)의 형상이나 설치되는 위치에 따라 적절한 형상을 사용하게 된다.
그리고, 상기 열선(122)의 온도는 제어부(130)에서 설정된 온도로 가열되게 되는데, 제어부(130)에 설정되는 온도는 흡착층(124)를 구성하는 이산화탄소 흡착제의 종류에 따라 50℃~250℃까지 설정하여, 이산화탄소를 안정적으로 흡착층(124)에서 분리시키게 된다.
이때, 상기 제어부(130)는 일정 주기로 열선(122)을 작동시키게 되는데, 작동시키는 주기는 흡착층(124)를 형성하는 이산화탄소 흡착제의 종류와 양에 따라 흡착할 수 있는 이산화탄소의 양을 감안하여 설정하게 되어, 설정된 주기에 따라 자동으로 열선(122)을 제어하게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로 도 7에 도시된 바와 같이,외부를 커버하는 케이스(100)와 상기 케이스(100)의 내부에 구비되는 흡착부(120)와 상기 케이스(100)의 전부에 구비되는 팬(110)과 상기 흡착부(120) 및 팬(110)을 제어하는 제어부(130)로 이루어진다.
여기서, 상기 케이스(100)의 내부에는 공기 중의 이산화탄소의 농도를 감지할 수 있는 제1농도센서(140)와 제2농도센서(150)이 구비되는데, 상기 제1농도센서(140)는 케이스(100)의 내측 전부에 구비되고, 상기 제2농도센서(150)는 케이스(100)의 내측 후부에 구비된다.
그래서, 각각의 제1,2농도센서(140,150)에서 감지한 이산화탄소의 농도를 전기적으로 연결된 제어부(130)로 전송하게 되고, 제어부(130)에서는 제1농도센서(140)에서 감지한 유입되는 공기의 이산화탄소 농도와 제2농도센서(150)에서 감지한 배출되는 공기의 이산화탄소 농도를 비교하여, 각각의 농도 차이가 일정 이하가 되면, 제어부(130)에서는 열선(122)으로 전기를 공급하여, 열선(122)을 작동시켜 흡착층(124)를 가열하게 되고, 흡착층(124)에 흡착된 이산화탄소는 열선(122)의 열기에 의해 흡착층(124)에서 분리되게 된다.
즉, 상기 제1농도센서(140)와 제2농도센서(150)에서 감지한 각각의 농도가 일정 이상의 차이가 날 경우는 유입되는 공기 중의 이산화탄소를 흡착부(120)에서 안정적으로 흡착하기 때문에 배출되는 공기 중의 이산화탄소가 줄어들어 차이가 많이 나게 되며, 농도의 차이가 적을 경우는 유입되는 공기 중의 이산화탄소를 흡착부(120)에서 안정적으로 흡착할 수 없기 때문에 배출되는 공기 중의 이산화탄소가 여전히 많이 있어, 차이가 적게 나게 되므로, 차이가 일정 이하일 경우 열선(122)를 작동시켜 흡착층(124)에 흡착된 이산화탄소를 분리하여, 흡착층(124)가 정상적으로 이산화탄소를 흡착할 수 있게 한다.
여기서, 흡착농도의 차이는 사용자가 설치되는 장소의 상황에 따라 임의로 적절하게 설정할 수 있게 된다.
또한, 상기 제어부(130)에는 이산화탄소 농도의 차이를 2단계로 설정할 수도 있는데, 상기 제1농도센서(140)와 제2농도센서(150)에서 감지한 농도의 차이가 1단계에 설정된 차이보다 적을 경우에는 제1농도센서(140)에서 유입되는 농도의 정도에 따라, 농도가 일정 이상일 경우에는 긴급 상황으로 판단하여 열선(122)을 작동시키지 않고, 지속적으로 이산화탄소를 흡착하도록 하여, 공기 중의 이산화탄소를 빠르게 제거하도록 하며, 농도가 일정 이하일 경우에는 긴급한 상황이 아니므로 열선(122)을 작동시켜, 흡착층(124)에 흡착된 이산화탄소를 분리하도록 한다.
그리고, 상기 제1농도센서(140)와 제2농도센서(150)에서 감지한 농도의 차이가 2단계에 설정된 차이보다 적을 경우에는 흡착층(124)의 흡착 능력이 현저히 저하된 상태이므로, 유입되는 공기 중의 이산화탄소 농도에 상관없이 열선(122)을 작동시켜 흡착층(124)에서 이산화탄소를 분리시켜, 정상적으로 이산화탄소를 흡착할 수 있게 한다.
한편, 나머지 구성들은 전술한 구성과 동일하므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 흡착부에서 이산화탄소를 흡착하되, 흡착상태가 포화가 될 경우, 이를 감지하여 흡착부에서 이산화탄소를 분리하여, 재사용할 수 있게 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치에 관한 것이다.
100 : 케이스 110 : 팬
120 : 흡착부 122 : 열선
124 : 흡착층 130 : 제어부
140 : 제1농도센서 150 : 제2농도센서

Claims (6)

  1. 케이스와,
    상기 케이스의 내부에 구비되어 이산화탄소를 흡착하는 흡착부와,
    상기 흡착부를 제어하는 제어부로 이루어지되,
    상기 흡착부는 발열체로 이루어지는 열선과,
    상기 열선의 외측에 이산화탄소 흡착제로 코팅되어 이루어지는 흡착층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 설정한 시간 주기로 열선을 동작시켜, 상기 흡착층에서 이산화탄소를 제거하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 전부와 후부에는 이산화탄소의 농도를 감지하는 제1농도센서와 제2농도센서가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 제1농도센서와 제2농도센서에서 감지한 이산화탄소 농도를 비교하여 이산화탄소 농도의 차이가 사용자가 설정한 농도 차이보다 적을 경우 열선을 작동시켜, 흡착층에 흡착된 이산화탄소를 분리하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 전부에는 외부의 공기를 흡입하는 팬이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 및 재생 장치.
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