KR101493731B1 - 바이오가스의 급속 수분 제거장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오가스의 이송라인에 설치되고, 바이오가스가 통과하도록 하는 본체; 상기 본체에 바이오가스가 다수로 나누어져 각각 통과하도록 통과홀이 나란하게 다수로 분포하도록 형성되는 다분할통과부; 및 상기 다분할통과부의 주위에 마련되고, 상기 바이오가스와의 열교환을 위한 냉각수가 통과하는 냉각부;를 포함하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 바이오가스플랜트에서 생성된 바이오가스 중에 함유된 수분을 신속하게 제거할 수 있고, 구조가 간단하면서도 동작에 필요한 에너지를 절감할 수 있으며, 수분 제거 효율이 뛰어나서 바이오가스를 건조연료가스로서 열병합발전기, 바이오가스 전용보일러 등에 안정적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 열병합발전기, 바이오가스 전용보일러 등의 내구성을 향상시키고, 바이오가스 이송라인의 길이를 단축시켜서 공사비를 절감할 수 있다.

Description

바이오가스의 급속 수분 제거장치{Apparatus for removing rapidly moisture from biogas}
본 발명은 바이오가스의 급속 수분 제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오가스 플랜트에서 생성된 바이오가스 중에 함유된 수분을 신속하게 제거하도록 하고, 구조가 간단하면서도 동작에 필요한 에너지를 절감할 수 있도록 하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로, 바이오가스는 혐기적 소화작용으로 바이오매스에서 생성되는 메탄과 이산화탄소의 혼합 형태인 기체를 말하는데, 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 우려를 해소할 수 있는 대체에너지의 한 분야로서, 이러한 바이오가스를 이용한 열병합 발전이 주목받고 있다.
종래의 바이오가스를 이용한 열병합 발전에 대한 기술로는, 한국공개특허 제10-2010-0111347호의 "바이오 연료를 이용한 열병합 발전 시스템"이 있는데, 이는 전처리되어 이송된 하수처리 슬러지, 음식물쓰레기, 톱밥 등 상이한 성상의 유기성 폐기물을 혼합균질화시켜 고형화된 혼합 유기성 폐기물을 혐기성 방법으로 발효처리하여 바이오 가스를 생성하는 소화조, 상기 소화조에서 혐기성 방법으로 처리한 바이오 가스 중의 황화수소 등 황화합물을 제거하여 고순도로 정제하는 탈황장치, 탈황장치에서 정제된 바이오 가스를 압축 저장하고 저장된 가스를 열병합반전기로 이송하는 가스저장탱크, 고순도로 정제된 바이오가스를 이용해 난방열과 전기를 생산하는 열병합 발전기, 열병합 발전기에서 생성된 열을 열매체와 열교환하여 온수저장탱크로 공급하는 열교환기, 상기 열교환기에서 공급되는 열을 저장하고 난방, 급탕 등에 이용하는 온수저장탱크로 구성되어, 혼합 고상 폐기물을 이용하여 소화조에서 바이오 가스를 생산하고 탈황장치에서 황화수소를 제거한 다음 이렇게 생산된 바이오 가스를 가지고 열병합 발전기에서 전기와 열을 생성하여 전기는 수요처에 공급하며 생성된 열은 열교환기로 열교환하여 축열 기능의 온수 저장탱크에 저장하고 열에너지 부하에 유연하게 대처하는 난방과 급탕을 수행한다.
이와 같은 종래 기술 뿐만 아니라, 바이오가스를 사용하는 발전시스템의 경우, 바이오가스를 이송할 때 가장 중요한 과정이 제습과 탈황이다. 바이오가스에는 황화수소, 실록산, 수분과 같은 오염물질이 포함되어 있는데, 이를 처리하는 장치 또는 기기들의 효율 저하, 부식으로 인한 손상 및 운전 정지 등이 야기될 수 있다. 특히 바이오가스의 효율성을 확대하기 위해서는 이러한 불순물들과 수분을 제대로 제거하는 것이 중요하다고 볼 수 있다.
그러나, 바이오가스로부터 불순물을 제어하는 기술은 많은 부분에서 진척되고 있으나, 수분을 제어하는 기술은 배관의 레벨을 낮게 해서 온도차를 이용하여 제거하는 중력식 방식과, 실리카겔이나 활성탄 등을 이용한 흡착식 방식과, 전기냉동쿨러를 이용한 방식 등이 사용되고 있으나, 그 구성장치의 구조가 복잡하고, 소비되는 전력이 높아 운전비가 많이 소요되는 단점이 있으며, 바이오가스의 온도차에 의한 재응축 현상으로 인해 수분 제거 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 바이오가스 플랜트에서 생성된 바이오가스 중에 함유된 수분을 신속하게 제거하도록 하고, 구조가 간단하면서도 동작에 필요한 에너지를 절감할 수 있도록 하며, 수분 제거 효율이 뛰어나서 바이오가스를 건조연료가스로서 열병합발전기, 바이오가스 전용보일러 등에 안정적으로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 열병합발전기, 바이오가스 전용보일러 등의 내구성을 향상시키며, 바이오가스 이송라인의 길이를 단축시켜서 공사비를 절감하는데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 바이오가스의 이송라인에 설치되고, 바이오가스가 통과하도록 하는 본체; 상기 본체에 바이오가스가 다수로 나누어져 각각 통과하도록 통과홀이 나란하게 다수로 분포하도록 형성되는 다분할통과부; 및 상기 다분할통과부의 주위에 마련되고, 상기 바이오가스와의 열교환을 위한 냉각수가 통과하는 냉각부;를 포함하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치가 제공된다.
상기 다분할통과부는, 상기 본체의 중심부에 마련됨으로써 상기 본체가 양측으로 분할되어 양단에 각각 연결되고, 상기 통과홀이 다발을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 본체는, 상기 이송라인에 연결되기 위한 관연결부가 양단에 각각 마련되고, 상기 관연결부로부터 상기 다분할통과부까지 점진적으로 직경이 확장되는 확관부가 형성될 수 있다.
상기 냉각부는, 상기 다분할통과부를 감싸도록 설치되고, 냉각수의 공급 및 배출을 위한 급수구 및 배수구가 각각 형성되며, 냉각수의 이동을 위한 공간을 제공하는 냉각자켓으로 이루어질 수 있다.
상기 냉각부는, 급수펌프의 펌핑에 의해 급수라인을 통해서 공급되는 지하수가 냉각수로서 공급될 수 있다.
상기 본체는, 상기 이송라인에서 바이오가스의 제습을 위해 설치되는 별도의 제습장치 전단에 설치될 수 있다.
상기 본체는, 바이오가스의 냉각에 의해 생성되는 응축수를 배출밸브의 개방에 의해 배출시키기 위한 배출라인이 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치에 의하면, 바이오가스플랜트에서 생성된 바이오가스 중에 함유된 수분을 신속하게 제거할 수 있고, 구조가 간단하면서도 동작에 필요한 에너지를 절감할 수 있으며, 수분 제거 효율이 뛰어나서 바이오가스를 건조연료가스로서 열병합발전기, 바이오가스 전용보일러 등에 안정적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 열병합발전기, 바이오가스 전용보일러 등의 내구성을 향상시키고, 바이오가스 이송라인의 길이를 단축시켜서 공사비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치가 설치된 모습을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치를 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치의 요부를 도시한 횡단면도이다.
본 발명은 다양한 변경에 의해 여러 가지의 실시례를 가질 수 있으므로, 특정 실시례들을 도면에 예시하여 상세히 설명하고자 한다. 이러한 특정한 실시례가 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하기로 하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치가 설치된 모습을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치를 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치(100)는 바이오가스 플랜트로부터 생성되는 바이오가스가 바이오가스 소요처로 이송되기 위한 경로를 제공하는 이송라인(13)에 설치되는 수분 제거 장치로서, 본체(110), 다분할통과부(120) 및 냉각부(130)를 포함한다.
본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치(100)는 바이오가스 플랜트로부터 생성되어 이송라인(13)을 통해서 바이오가스 소요처로 공급되는 바이오가스에 포함되는 수분을 제거하기 위해 설치된다. 바이오가스 플랜트로는 예컨대 혐기발효조(11)가 사용되는데, 혐기발효조(11)는 유기성 폐기물을 혐기성 발효처리에 의해 바이오가스가 생성되도록 한다. 여기서 유기성 폐기물은 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의하여 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물유기체를 지칭할 수 있고, 곡물 등의 전분질계 자원과 임목 및 볏짚, 왕겨와 같은 농부산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원, 사탕수수, 사탕무우와 같은 당질계의 자원, 축산폐수나 음식폐기물 등의 유기성 폐기물까지 포함하는 포괄적인 의미를 가질 수 있다. 또한 바이오가스 소요처로는 예컨대 열병합발전기(12)나 바이오가스 전용보일러(16)를 들 수 있는데, 열병합발전기(12)는 혐기발효조(11)로부터 생성되는 바이오가스를 공급받아 전기와 난방열을 생산하도록 한다. 열병합발전기(12)는 바이오가스로부터 열과 동력이라는 2가지의 유용한 에너지를 생산하여, 순차적으로 이용하는 고효율 에너지 이용 장치로서, 전력 생산공정에서 발생하는 폐열(배열)을 재활용함으로써 에너지 절약 및 비용절감에 기여할 수 있으며, 대기오염 저감에 의한 환경보호와 전기와 열수요의 계절적 불균형에 적극 대응할 수 있다.
본체(110)는 바이오가스의 이송라인(13)에 설치되고, 바이오가스가 통과하도록 하며, 일례로 이송라인(13)에서 바이오가스의 제습을 위해 설치되는 별도의 제습장치(15) 전단에 설치될 수 있고, 나아가서 탈황장치(14)의 후단에 설치될 수 있다. 따라서, 도 1에서와 같이 바이오가스의 급속 수분 제거장치(100)는 탈황장치(14)와 제습장치(15) 사이에 설치되어 제습장치(15)에 공급되는 바이오가스에 포함되는 수분을 1차적으로 제거하도록 한다. 여기서 제습장치(15)는 혐기발효조(11)로부터 생성되어 이송라인(13)을 통해 공급되는 바이오가스에 포함되는 수분을 제거하도록 하는데, 본 발명의 일 실시례에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치(100)와는 별개로 이루어져서, 예컨대 화학물질인 흡습제를 이용한 건조식 제습방식, 공기 중의 수증기를 물로 응축시켜서 습기를 조절하는 냉각식 제습방식 등을 비롯하여 다양한 방식에 의해 바이오가스로부터 수분을 제거할 수 있다. 또한 탈황장치(14)는 혐기발효조(11)에서 생성되어 이송라인(13)을 통해 공급되는 바이오가스에 포함되는 황화합물을 제거하도록 한다.
다분할통과부(120)는 본체(110)에 바이오가스가 다수로 나누어져서 각각 통과하도록 통과홀(121)이 나란하게 다수로 분포하도록 형성된다. 또한 다분할통과부(120)는 예컨대, 본체(110)의 중심부에 마련됨으로써 본체(110)가 양측으로 분할되어 양단에 각각 연결될 수 있고, 통과홀(121)이 다발을 이루도록 형성될 수 있다. 본체(110)는 도 2에서와 같이 일례로서, 다분할통과부(120)와 일체를 이루도록 형성됨을 나타내나, 이에 한하지 않고 다른 예로서, 내측에 대한 유지 및 보수에 유리하도록 다분할통과부(120)의 양단에 억지 끼움이나 나사 결합에 의해 서로 연결될 수 있다.
본체(110)는 이송라인(13)에 연결되기 위한 관연결부(111)가 양단에 각각 마련되고, 관연결부(111)로부터 다분할통과부(120)까지 점진적으로 직경이 확장되는 확관부(112)가 형성될 수 있다. 확관부(112)는 관연결부(111)의 직경(D1)에서부터 다분할통과부(120)의 직경(D2)까지 점진적으로 확관되도록 형성되고, 일례로 다분할통과부(120)의 양단에 일체를 이루도록 형성되거나, 다른 예로서 다분할통과부(120)와 별개로 제작되어, 다분할통과부(120)의 양단에 억지 끼움이나 나사 결합될 수 있다.
냉각부(130)는 다분할통과부(120)의 주위에 마련되고, 바이오가스와의 열교환을 위한 냉각수가 통과하는데, 일례로 다분할통과부(120)의 외측에 감겨지는 코일 형태로 이루어지거나, 다른 예로서, 본 실시례에서처럼 냉각자켓으로 이루어질 수 있다. 예컨대 냉각부(130)는 다분할통과부(120)를 감싸도록 설치될 수 있고, 냉각수의 공급 및 배출을 위한 급수구(131) 및 배수구(132)가 각각 형성될 수 있으며, 냉각수의 이동을 위한 공간(133)을 제공하는 냉각자켓으로 이루어질 수 있다. 냉각부(130)는 급수펌프(140)의 펌핑에 의해 급수라인(141)을 통해서 공급되는 지하수가 냉각수로서 공급될 수 있다.
본체(110)는 냉각부(130)에 의한 바이오가스의 냉각에 의해, 바이오가스에 함유된 수분이 응축됨으로써 생성되는 응축수를 배출밸브(113)의 개방에 의해 배출시키기 위한 배출라인(114)이 하방으로 연장되도록 마련될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 바이오가스의 급속 수분 제거장치의 작용을 설명하기로 한다.
바이오가스 플랜트, 예컨대 혐기발효조(11)에서 생성된 바이오가스를 열병합발전기(12)의 연료로 사용하기 전에, 탈황장치(14) 및 제습장치(15)에 의해 탈황 및 제습시키는데, 이러한 탈황 및 제습 효율의 안정성을 높이기 위하여, 바이오가스가 본체(110)를 통해서 다분할통과부(120)의 통과홀(121) 각각으로 분할되어 통과하면서, 냉각부(130)에 냉각되도록 함으로써, 바이오가스에 포함된 수분을 응축시켜서 배출라인(114)을 통해서 제거할 수 있고, 그 후단의 제습장치(15)에서 잔여 수분과 황 성분을 동시에 제거한 뒤, 열병합발전기(12)나 바이오가스 전용보일러(16) 등으로 이송된다.
이와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 별도의 냉각제습장치나 흡탈착장치 및 부대설비가 필요하지 않으므로 공정을 간소화하고, 이송라인(13)의 길이를 단축시키며, 온도조절과 수분제거를 한번에 수행함으로써 공사비 및 에너지 절감과 열병합발전기(12)의 발전효율과 수명을 증대시킬 수 있다.
또한 바이오가스 플랜트의 온도는 외부 기온에 따라 변동될 수 있으며, 특히 외부 기온이 높은 하절기에는 설비로 공급되는 바이오가스의 온도가 높아 바이오가스 플랜트의 효율이 저하되는 반면, 외부 기온이 매우 낮은 동절기에는 응축수의 동결에 따른 관로 막힘이나 바이오가스 이송설비로 수분이 유입된다. 따라서, 외부 환경 변화에 따라 바이오가스 플랜트의 온도조건 변화를 최소화하고, 외부기온이 낮은 경우에도 대응이 필요한데, 본 발명에 따르면, 바이오가스를 냉각수가 감싸고 있는 다발의 통과홀(121)을 통과하도록 하여, 온도조절과 제습이 동시에 이루어지도록 한다. 또한 바이오가스의 냉각에 사용되는 냉각수는 지하수로서 연중 일정한 온도를 유지할 수 있어서, 별도의 외부 열원을 필요로 하지 않게 됨으로써, 에너지를 절감할 수 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시례에 국한되어 정해져서는 안되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11 : 혐기발효조 12 : 열병합발전기
13 : 이송라인 14 : 탈황장치
15 : 제습장치 16 : 바이오가스 전용보일러
110 : 본체 111 : 관연결부
112 : 확관부 113 : 배출밸브
114 : 배출라인 120 : 다분할통과부
121 : 통과홀 130 : 냉각부
131 : 급수구 132 : 배수구
133 : 공간 140 : 급수펌프
141 : 급수라인

Claims (7)

  1. 바이오가스 플랜트로부터 생성되는 바이오가스가 바이오가스 소요처로 이송되는 경로를 제공하는 이송라인에 설치되는 수분 제거 장치에 있어서,
    상기 이송라인(13)에 설치되고, 바이오가스가 통과하도록 하는 본체(110);
    상기 본체(110)에 바이오가스가 다수로 나누어져서 각각 통과하도록 통과홀(121)이 나란하게 다수로 분포하도록 형성되는 다분할통과부(120); 및
    상기 다분할통과부(120)의 주위에 마련되고, 상기 바이오가스와의 열교환을 위한 냉각수가 통과하는 냉각부(130);를 포함하고,
    상기 다분할통과부(120)는, 상기 본체(110)의 중심부에 마련됨으로써 상기 본체(110)가 양측으로 분할되어 양단에 각각 연결되고, 상기 통과홀(121)이 다발을 이루도록 형성되며,
    상기 냉각부(130)는, 급수펌프(140)의 펌핑에 의해 급수라인(141)을 통해서 공급되는 지하수가 냉각수로서 공급되고,
    상기 본체(110)는, 상기 이송라인(13)에서 바이오가스에 포함되는 황화합물을 제거하기 위해 설치되는 탈황장치(14)와 바이오가스의 제습을 위해 설치되는 별도의 제습장치(15) 사이에 설치되어, 상기 제습장치(15)에 공급되는 바이오가스에 포함되는 수분을 1차적으로 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(110)는,
    상기 이송라인(13)에 연결되기 위한 관연결부(111)가 양단에 각각 마련되고, 상기 관연결부(111)로부터 상기 다분할통과부(120)까지 점진적으로 직경이 확장되는 확관부(112)가 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부(130)는,
    상기 다분할통과부(120)를 감싸도록 설치되고, 냉각수의 공급 및 배출을 위한 급수구(131) 및 배수구(132)가 각각 형성되며, 냉각수의 이동을 위한 공간(133)을 제공하는 냉각자켓으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 본체(110)는,
    바이오가스의 냉각에 의해 생성되는 응축수를 배출밸브(113)의 개방에 의해 배출시키기 위한 배출라인(114)이 마련되는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 급속 수분 제거장치.
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