KR101558899B1 - 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치로서, 오염물질을 제거하는 공간을 가지는 하우징과, 일단은 상기 하우징과 결합되고, 타단은 상기 하우징과 이격되어 구비되며,상기 하우징의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 격벽과, 상기 격벽의 하부에 구비되며, 상기 하부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 1 분사용 인플라이트부와, 상기 하우징의 최상부면의 하부에 구비되며, 상기 상부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 2 분사용 인플라이트부 및 상기 제 1 분사용 인플라이트부 및 상기 제 2 분사용 인플라이트부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치{IN-FLIGHT PRETREATMENT APPARATUS FOR REMOVING CONTAMINANTS FROM BIOGAS}

본 발명은 바이오 가스에 포함된 오염물을 제거하는 기능을 가지는 인플라이트 전처리 장치에 관한 것이다.

매립가스 전처리 시스템은, 매립지의 쓰레기에서 발생되는 혼합가스에 포함되어 있는 황화수소, 더스트, 수분, 실록산, 암모니아, 질소, 및 산소와 같은 오염물질을 제거하여 연료(메탄)로 재활용할 수 있게 하는 정제 시스템이다. 따라서, 단순 오염 물질로 존재할 수 있는 매립물질을 재활용할 수 있어 자원 재순환에 따른 친환경적 효과를 가짐으로써 선진국들을 필두로 하여 관련 기술 개발 및 적용이 확대되고 있다.

상기한 오염 물질 중, 수분이 다량으로 함유되는 경우 메탄의 농도가 옅어져 연소 효율을 떨어뜨림으로써 연료로서의 가치를 상실할 수 있다. 때문에 고농도의 연료 생산을 위해서는 수분 제거 효율을 극대화하는 것을 필요로 한다.

일반적으로 혼합가스에 존재하는 수분을 제거하는 방식으로, 열교환기를 이용한 응축냉각 방식이 이용된다. 응충냉각 방식은, 혼합가스가 이동하는 경로에 열교환기를 설치하여, 냉매의 온도차를 통해 혼합가스에 존재하는 수분이 열교환기의 표면에 응축되어 하부로 중력 낙하됨으로써 제거되는 방식이다.

하지만, 이러한 열교환기를 이용한 응축냉각 방식은 혼합가스가 열교환기를 통과하는 과정에서 이루어짐으로써, 열교환기가 혼합가스를 응축하기 위한 충분 조건(냉각 시간 및 이동 거리 등)이 이루어지지 않는 경우, 혼합가스에 잔존하는 수분을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있다.

바이오가스(bio gas)는 천연가스와 함께 화석연료의 대체연료로 이용이 가능한 것으로 보고되었다.

바이오가스는 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge)와 같이 유기물인 바이오매스(biomass) 함량이 높은 유기성 폐기물을 발효시키면 쉽게 얻어진다. 원료물질인 유기성 폐기물은 인간 활동과 여러 산업 활동을 통해 끊임없이 양산된다.

바이오가스는 다량의 유기물질을 함유하는 유기성 폐기물을 산소가 존재하지 않는 언에어로빅(anaerobic) 상태 하에서 혐기성 소화 처리하면 유기물질이 분해되어 생성된다. 주로 메탄(CH4) 60~70%와 이산화탄소(CO2) 30~40% 성분으로 된다.

혐기성 소화 처리는 혐기성 미생물의 부착성질을 이용하여 혐기성 소화조 내에 담체를 설치하는 혐기성 필터(anaerobic filter) 공법과, 미생물의 자기 고정화(self immobilization)에 따른 입상화(granulation)를 이용하는 UASB(Up flow Anaerobolic Sludge Blanket) 공법이 이용되고 있다.

바이오매스는 하수 슬러지, 펄프 슬러지 등 산업폐기물이나 가정쓰레기, 분뇨 등의 생활폐기물, 농산물의 폐재, 가축류의 분뇨 또는 절단한 목재류 등 유기성 고체물질의 총칭이다.

바이오매스로부터 수득한 바이오가스는 가연성 물질인 메탄이 주성분이기 때문에 다양한 에너지원으로 이용 가능한 재생 에너지원으로서 연료전지, 보일러, 열병합 발전 등 전기나 열을 생산하는 다양한 공정의 연료로 사용될 수 있다.

바이오매스 유기 폐기물로부터 수득 되는 바이오가스는 정제 후 가스화된 가스연료로 제조될 수 있다. 청정 상태로 정제되어 가스화된 가스연료는 연료전지를 포함하여 가스엔진, 가스터빈, 증기터빈 종합 발전, 보일러 등의 가스 발전장치나 열 이용 기기에서 이용 가능하다.

바이오가스의 성분은 메탄과 이산화탄소를 포함하여 황화수소를 비롯한 암모니아, 수소, 질소, 휘발성 유기화합물, 및 실록산 등의 불순 물질이 포함되어 있다.

바이오가스 처리 시설에서는 바이오가스 중에 포함된 메탄 이외의 불순 물질을 제거하기 위한 전처리 설비를 포함할 수 있다.

전처리 설비에서는 바이오가스를 저 정제(low quality)가스, 중 정제(medium quality)가스, 및 고 정제(high quality)가스로 전처리한다.

저 정제 가스 및 중 정제 가스는 에너지 효율이 낮고 이용의 한계가 있다. 에너지 활용성과 효율성을 높이기 위해 바이오가스 중에 포함되어 있는 불순 물질을 제거하고 이산화탄소를 분리하여 바이오가스의 고질화를 도모하고, 고질화된 바이오가스를 압축 바이오메탄(CBM:Compressed Biomethane) 또는 액화 바이오메탄(LBM:Liquefied Biomethane)으로 생산하기 위한 전처리 설비의 개발이 요구되었다.

바이오 가스로부터 특정 물질을 제거하는 기술은 대한민국 등록특허 제0948334에 개시되어 있다.

바이오 가스로부터 특정 물질을 제거하는 기술은 기존에도 존재하였으나, 바이오 가스로부터 특정 물질을 효율적으로 제거하는 기술에 대한 개발의 필요성은 항상 존재하였다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로서, 인플라이트 방식으로 흡착제를 분사하여 바이오 가스에 포함된 오염물을 효율적으로 제거할 수 있는 인플라이트 방식의 전처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 일실시예인 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치는 오염물질을 제거하는 공간을 가지는 하우징과, 일단은 상기 하우징과 결합되고, 타단은 상기 하우징과 이격되어 구비되며,상기 하우징의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 격벽과, 상기 격벽의 하부에 구비되며, 상기 하부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 1 분사용 인플라이트부와, 상기 하우징의 최상부면의 하부에 구비되며, 상기 상부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 2 분사용 인플라이트부 및 상기 제 1 분사용 인플라이트부 및 상기 제 2 분사용 인플라이트부를 제어하는 제어부를 포함한다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제를 수집하는 제 1 수집부를 더 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 제 1 수집부에 수집된 상기 제 1 흡착제를 재생하기 위한 제 1 재생부를 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 제 1 재생부에 의해 재생된 제 1 흡착제를 상기 제 1 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 1 공급부를 더 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 하우징과 결합되며, 상기 상부 공간을 통과한 바이오 가스를 배출시키는 배출부와 상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스 중 미세 먼지를 제거하는 활성탄 필터 및 상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 1 관성 충돌판을 더 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 격벽과 상기 하우징 사이의 공간에 구비되며, 바이오 가스를 하부 공간으로부터 상부 공간으로 이동시키는 가스 이동부를 더 포함할 수 있다.

가스 이동부는 관의 형태로 구비되며, 상기 관의 내부에 구비되며, 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 2 관성 충돌판을 더 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 하우징과 결합되며, 상기 제 2 분사용 인플라이트에서 분사되어 상기 격벽과 충돌된 상기 제 2 흡착제를 수집하는 제 2 수집부를 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 제 2 수집부에 수집된 상기 제 2 흡착제를 재생하기 위한 제 2 재생부를 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 제 2 재생부에 의해 재생된 제 2 흡착제를 상기 제 2 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 2 공급부를 더 포함할 수 있다.

격벽은 상기 제 2 분사용 인플라이트부로부터 분사된 상기 제 2 흡착제가 상기 제 2 수집부로 수집될 수 있도록 일정한 각도로 기울어져 있을 수 있다.

제 1 재생부 및 제 2 재생부는, 상기 제 1 흡착제로부터 상기 제 1 오염 물질을 물리적으로 떨어뜨리는 회전 유닛; 및 상기 회전 유닛을 통과한 제 1 흡착제를 가열하여 상기 제 1 오염 물질을 제거하는 가열 유닛을 포함할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간으로 바이오 가스를 유입시키는 유입부; 및 상기 유입부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 1 센서를 더 포함하고, 제어부는 상기 제 1 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 1 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 1 흡착제의 양을 조절할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 가스 이동부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 2 센서를 더 포함하고, 제어부는 상기 제 2 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 2 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 2 흡착제의 양을 조절할 수 있다.

인플라이트 전처리 장치는 상기 제 1 흡착제는 수분을 흡착하는 물질이고, 상기 제 2 흡착제는 황화수소와 실록산을 동시에 흡착하는 물질일 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 흡착제를 분말의 형태로 분사하여 오염물질을 제거함으로써, 흡착제와 오염물질의 접촉 면적을 극대화하여 흡착 효율을 현저하게 상승시킬 수 있다.

또한, 바이오 가스의 이동 경로 상에 연속적으로 분말 형테의 흡착제를 분사함으로써, 흡착제와 오염물질의 흡착되는 시간을 충분히 확보하여 흡착 효율을 현저히 상승시킬 수 있다.

또한, 인입되는 바이오 가스의 양에 따라 분사되는 흡착제의 양을 조절함으로써, 불필요한 양의 흡착제가 분사되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 오염물질이 흡착된 흡착제를 재생하여 사용함으로써, 유지 관리 비용을 현저히 줄일 수 있다.

또한, 관성 충돌판을 이용하여 미세 수분을 제거함으로써, 수분 제거를 효율적으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌판의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착되는 충격 돌기부를 구비한 관성 충돌판의 조립도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 관성 충돌판의 일예인 관성 충돌형 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재생부의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치(100)는 하우징(110), 격벽(120), 유입부(130), 배출부(140), 활성탄 필터(141), 제 1 관성 충돌판(142), 제 1 분사용 인플라이트부(150), 제 2 분사용 인플라이트부(160), 제 1 수집부(170), 제 1 재생부(180), 제 1 공급부(190), 가스 이동부(200), 제 2 관성 충돌판(201), 제 2 수집부(210), 제 2 재생부(220), 제 2 공급부(230), 제 1 센서(240), 제 2 센서(250) 및 제어부(260)를 포함할 수 있다.

하우징(110)은 바이오 가스에 포함된 오염물질을 제거하는 공간을 가질 수 있다.

격벽(120)은 하우징(110)의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획할 수 있다. 격벽(120)의 일단은 하우징(110)과 결합되고, 타단은 하우징(110)과 이격되어 구비될 수 있다. 하부 공간을 통과한 바이오 가스는 이격되어 구비되는 공간을 통해 상부 공간으로 이동될 수 있다.

격벽(120)은 내부에 공간을 구비할 수 있으며, 제 1 분사용 인플라이트부(150)에 공급되는 제 1 흡착제를 저장할 수 있다. 제 1 흡착제는 제 1 공급부(190)을 통해 격벽(120)의 내부 공간으로 공급될 수 있다. 제 1 흡착제는 수분을 제거하기 위한 수분 흡착제로, 모레큘러시브(Molecular sieve), 활성탄(Active Carbon), 실리카겔(Silica Gel) 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 흡착제는 친수성 활성탄 분말일 수 있다.

유입부(130)는 하우징(110)과 결합되며, 하부 공간으로 바이오 가스를 유입시킬 수 있다.

배출부(140)는 하우징(110)과 결합되면, 상부 공간을 통과한 바이오 가스를 배출시킬 수 있다.

제 1 분사용 인플라이트부(150)는 격벽(120)의 하부에 구비될 수 있다. 제 1 분사용 인플라이트부(150)는 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사할 수 있다. 분사된 제 1 흡착제는 제 1 오염물질을 흡착하여 중력방향으로 낙하하게 된다. 예를 들면, 제 1 흡착제는 수분을 흡착하는 물질일 수 있다. 격벽(120)과 제 1 분사용 인플라이트부(150)의 사이는 연통되거나, 사용자에 의해 수동으로 제어되거나 제어부(260)에 의해 제어되는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있다. 이에, 제 1 흡착제는 격벽(120)의 내부에 저장되어 있다가 제 1 분사용 인플라이트부(150)로 공급될 수 있다.

제 1 유로 형성부(155)는 유입구(130)로 유입되는 바이오 가스가 지그재그 형태로 이동할 수 있도록, 바이오 가스의 이동통로를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 유로 형성부(155)는 제 1 분사용 인플라이트부(150)의 사이의 격벽(120)으로부터 연장되어 형성되거나, 하우징(110)의 하면의 내부로부터 연장되어 형성될 수 있다. 하우징(110)의 하부의 내면으로부터 연장되어 형성되는 경우, 내부에 공간이 형성되어 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제가 제 1 수집부(170)로 이동할 수 있도록 구현할 수 있다.

제 2 분사용 인플라이트부(160)는 하우징(110)의 최상부면의 하부에 구비될 수 있다. 이와 같이, 제 2 분사용 인플라이트부(160)는 제 2 흡착제를 하우징(110)의 상부 공간에 분사할 수 있는 위치에 설치될 수 있다. 제 2 분사용 인플라이트부(160)는 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사할 수 있다. 분사된 제 2 흡착제는 제 2 오염물질을 흡착하여 중력방향으로 낙하하게 된다. 예를 들면, 제 2 흡착제는 제 2 흡착제는 황화수소와 실록산을 동시에 흡착하는 물질일 수 있다. 제 2 흡착제는 실리카라이트(Silicalite), 철-킬레이트(Iron-Chelate), 산화촉매(Oxidation Catalyst), 활성탄(Activated Carbon), 실리카겔(Silica Gel), 규조토(Diatomite), 활성 알루미나(Activated Alumina), 및 제올라이트(Zeolite) 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함할 수 있다. 제 2 분사용 인플라이트부(160)와 제 2 공급부(230) 사이는 연통되거나, 사용자에 의해 수동으로 제어되거나 제어부(260)에 의해 제어되는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있다. 이에, 제 2 흡착제는 제 2 공급부(230)를 통해 제 2 분사용 인플라이트부(160)로 공급될 수 있다.

제 2 유로 형성부(165)는 가스 이동부(200)로 유입되는 바이오 가스가 지그재그 형태로 이동할 수 있도록, 바이오 가스의 이동통로를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 2 유로 형성부(165)는 제 2 분사용 인플라이트부(160)의 사이의 격벽(120)으로부터 연장되어 형성되거나, 격벽(120)의 상부면으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 격벽(120)의 상부면으로부터 연장되어 형성되는 경우, 내부에 공간이 형성되어 제 2 오염물질과 흡착된 제 2 흡착제가 제 2 수집부(210)로 이동할 수 있도록 구현할 수 있다.

제 1 수집부(170)는 하우징(110)과 결합되며, 하우징(110)의 하부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제를 수집할 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)의 하단은 제 1 오염물질을 흡착한 제 1 흡착제를 더욱 용이하게 수집하기 위하여 아래로 갈수록 지름이 작아지는 형상을 가질 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제 1 수집부(170)는 제 1 흡착제를 더욱 용이하게 수집하기 위한 흡입 장치를 더 포함할 수 있다.

제 1 재생부(180)는 제 1 수집부(170)에 수집된 제 1 흡착제를 재생할 수 있다. 제 1 재생부(180)는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(260)는 필요에 따라 개폐부(미도시)를 개폐하여 제 1 흡착제를 제 1 재생부(180)로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 제 1 재생부(180)는 제 1 흡착제로부터 제 1 오염 물질을 물리적으로 떨어뜨리는 회전 유닛 및 회전 유닛을 통과한 제 1 흡착제를 가열하여 제 1 오염 물질을 제거하는 제 1 가열 유닛을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 이하의 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하겠다.

제 1 공급부(190)는 제 1 재생부(170)에 의해 재생된 제 1 흡착제를 제 1 분사용 인플라이트부(150)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제 1 공급부(190)는 제 1 흡착제를 공급할 수 있는 기구적 이송부로 구현되거나, 공기 흡입 장치 또는 공기 송풍 장치로 구현될 수 있는 등과 같이 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다.

가스 이동부(200)는 격벽(120)과 하우징(110) 사이의 공간에 구비되며, 바이오 가스를 하부 공간으로부터 상부 공간으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 가스 이동부(200)는 홀(hole) 또는, 관 형태 등과 같이 바이오 가스가 통과할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 가스 이동부(200)는 관의 형태로 구비되는 경우, 제 1 관성 충돌판(201)은 관의 내부에 구비되며, 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 할 수 있다. 예를 들면, 제 1 오염 물질은 미세 수분일 수 있다.

제 2 수집부(210)는 하우징부(110)와 결합되며, 제 2 분사용 인플라이트(160)에서 분사되어 격벽(120)과 충돌된 제 2 흡착제를 수집할 수 있다. 제 2 흡착제는 하우징부(110)의 상부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질을 흡착할 수 있다. 격벽(120)은 제 2 분사용 인플라이트부(160)로부터 분사된 제 2 흡착제가 제 2 수집부(210)로 용이하게 수집될 수 있도록 일정한 각도로 기울어져 있을 수 있다.

제 2 재생부(220)는 제 2 수집부(210)에 수집된 제 2 흡착제를 재생할 수 있다. 제 2 재생부(220)는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(260)는 필요에 따라 개폐부(미도시)를 개폐하여 제 2 흡착제를 제 2 재생부(220)로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 제 2 재생부(220)는 제 1 흡착제로부터 제 1 오염 물질을 물리적으로 떨어뜨리는 회전 유닛 및 회전 유닛을 통과한 제 1 흡착제를 가열하여 제 1 오염 물질을 제거하는 제 1 가열 유닛을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 이하의 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하겠다.

제 2 공급부(230)는 제 2 재생부(2200)에 의해 재생된 제 2 흡착제를 제 2 분사용 인플라이트부(160)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제 2 공급부(230)는 제 2 흡착제를 공급할 수 있는 기구적 이송부로 구현되거나, 공기 흡입 장치 또는 공기 송풍 장치로 구현될 수 있는 등과 같이 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다.

제 1 센서(240)는 유입부(130)를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출할 수 있다.

제 2 센서(250)는 가스 이동부(200)를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출할 수 있다.

제어부(260)는 인플라이트 전처리 장치(100)에 포함된 구성들을 전체적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(260)는 제 1 센서(240) 및 제 2 센서(250)로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 제 1 분사용 인플라이트부(150) 및 제 2 분사용 인플라이트부(160)에서 분사되는 제 1 흡착제의 양 및 제 2 흡착제의 양을 조절할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제어부(260)는 개폐부(미도시)의 개폐를 제어할 수 있다.

본 실시예에 따른 인플라이트 전처리 장치는 흡착제를 분말의 형태로 분사하여 오염물질을 제거함으로써, 흡착제와 오염물질의 접촉 면적을 극대화하여 흡착 효율을 현저하게 상승시킬 수 있다.

또한, 인플라이트 전처리 장치는 바이오 가스의 이동 경로 상에 연속적으로 분말 형테의 흡착제를 분사함으로써, 흡착제와 오염물질의 흡착되는 시간을 충분히 확보하여 흡착 효율을 현저히 상승시킬 수 있다.

또한, 인플라이트 전처리 장치는 인입되는 바이오 가스의 양에 따라 분사되는 흡착제의 양을 조절함으로써, 불필요한 양의 흡착제가 분사되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 인플라이트 전처리 장치는 오염물질이 흡착된 흡착제를 재생하여 사용함으로써, 유지 관리 비용을 현저히 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌판의 단면도이고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌판의 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 관성 충돌판(201)은 유로 형성부(300), 냉매부(400), 및 충격 돌기부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

유로 형성부(300)는, 수분함유가스(G)가 인입되어 수분제거가스(G')가 배출되는 가스이동통로(W)를 형성하기 위한 수단으로, 도 2 및 도 3에서처럼 제 1 유로 형성부(301), 제 2 유로 형성부(302), 및 제 3 유로 형성부(303)로 형성되어 가스이동통로(W)를 형성하기 위해 서로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 제1,2,3 유로 형성부(301, 302, 303)는, 유로 형성부(300)가 복수로 이루어짐으로 보다 효과적으로 설명하기 위해 제시한 일 실시예일 뿐 본 발명은 가스이동통로(W)를 형성할 수 있는 복수의 유로 형성부(300)를 포함할 수 있다.

또한, 유로 형성부(300)는 연속되는 굴곡 형상으로 형성될 수 있다. 이는, 물결 형상과 같이 유로 형성부(300)의 일측 및 타측으로 굴곡 방향이 연속적으로 변하는 구조로, 도시된 바와 같이 지그재그 형상의 가스이동통로(W)를 형성할 수 있다. 이러한 지그재그 형상의 가스이동통로(W)는, 직선경로로 형성되는 가스이동통로(W)에 비하여 수분함유가스(G)와의 접촉면적이 확대되고, 굴곡 구조에 의해 수분함유가스(G)에 존재하는 수분이 유로 형성부(300)에 충격될 수 있는 빈도를 보다 향상할 수 있다.

냉매부(400)는, 도시하지 않은 냉매 공급 장치로부터 공급받는 냉매(미도시)를 유로 형성부(300) 내부에서 수용하기 위한 수단으로, 유로 형성부(300)가 본 도면에서처럼 판상으로 형성되는 경우, 관 형상이나 판 형상 중 어느 하나의 형상으로 유로 형성부(300) 내부에 설치될 수 있다. 여기서, 냉매는 플론, 암모니아, 아황산 가스, 클로르메틸, 물과 같이 액상 또는 기체 상태의 냉매들을 모두 포함할 수 있다.

따라서, 유로 형성부(300)는 내부의 냉매부(400)를 통해 표면 온도가 저하됨으로써 수분함유가스(G) 유로 형성부(300)에 접촉되는 경우, 수분함유가스(G)에 존재하는 수분의 온도를 낮추어 유로 형성부(300)의 표면에 응축되도록 할 수 있다. 또한, 유로 형성부(300)는 판상으로 수직 배치됨으로써, 표면에 응축되는 수분은 중력에 의해 하방으로 낙하될 수 있다. 이와 같이, 냉매부(400)를 구비한 유로 형성부(300)는 응축 냉각 효과에 의해 수분함유가스(G)의 수분을 제거할 수 있다.

충격 돌기부(500)는, 수분함유가스(G)가 가스이동통로(W)를 통해 이동되는 경우, 수분함유가스(G)와 충격되기 위한 수단으로, 돌기 결합부(510), 돌기 연장부(530), 돌기 헤드부(550), 및 돌기 냉매부(570)를 포함할 수 있다.

돌기 결합부(510)는, 유로 형성부(100)의 일측과 결합하기 위한 결합 수단으로 도 1 및 도 2에서처럼 일체로 성형될 수 있고, 후술할 도 3에서처럼 유로 형성부(100)에 탈착 가능하도록 형성될 수 있다.

돌기 연장부(530)는, 돌기 결합부(510)에서 연장되도록 형성될 수 있다. 이는, 충격 돌기부(500)의 돌출 길이를 결정하는 지지부로써, 충격 돌기가 대면하는 유로 형성부(100)와 소정 간격 이격될 수 있는 거리만큼 연장될 수 있으며, 유로 형성부(100)의 일면에서 돌출됨으로 수분함유가스(G)가 충격될 수 있다.

돌기 헤드부(550)는, 돌기 연장부(530)의 끝단으로 수분함유가스(G)가 인입되는 방향을 향해 굴곡되도록 형성될 수 있다. 따라서, 돌기 헤드부(550)와 돌기 연장부(530)는 낚시바늘 형상으로 형성될 수 있으며, 수분함유가스(G)는 돌기 헤드부(550)의 내측 굴곡면(555)을 따라 회전될 수 있다. 따라서, 수분함유가스(G)는 돌기 연장부(530) 및 돌기 헤드부(550)에 의해 충격 및 회전됨으로써 함유된 수분이 관성 효과에 의해 돌기 연장부(530) 및 돌기 헤드부(550) 표면에 응축되어 제거될 수 있다. 또한, 해당 관성 충돌 효과를 보다 향상하기 위해 돌기 헤드부(550) 및 둘기 연장부의 일면, 보다 상세하게는 수분함유가스(G)가 인입되는 방향의 충격 돌기부(500) 일면에는 보조 돌기부(557)가 돌출되어 수분함유가스(G)와의 접촉면적 및 충격 빈도를 향상할 수 있다.

돌기 냉매부(570)는, 충격 돌기부(500)의 내부에서 유로 형성부(100)의 냉매부(300)와 연통되도록 형성됨으로써 냉매부(300)의 냉매(310)가 돌기 충격부 내부까지 유동되도록 할 수 있다. 이에 따라, 충격 돌기부(500)는 수분함유가스(G)와 충격되는 경우 관성 충돌 효과뿐 아니라 냉매(310)에 의한 응축 냉각 효과를 통해서도 수분함유가스(G)의 수분을 제거할 수 있다.

또한, 충격 돌기부(500)는, 서로 다른 유로 형성부(100)의 각 면에서 서로 대면하는 방향으로 교대로 돌출되고, 특히, 유로 형성부(100)의 최대 굴곡지점인 유로 꼭지부(170)에 각각 배치됨으로써 수분함유가스(G)와의 접촉 면적 및 충격 빈도를 최대화할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 수분제거장치(10)의 전체적인 동작을 설명하면, 최초, 수분함유가스(G)가 직선방향으로 유로 형성부(100)에 인입하면, 유로 형성부(100)의 냉매부(300)에 의해 1차적으로 수분함유가스(G)의 수분이 유로 형성부(100)의 표면에 응축된다. 또한, 직선이동 중인 수분함유가스(G)는 유로 형성부(100)의 전단에 돌출되어 있는 충격 돌기부(500)와 충격되어 관성 충돌에 의해 2차적으로 수분함유가스(G)의 수분이 충격 돌기부(500)의 표면에 응축된다. 이때, 충격 돌기부(500)는 돌기 냉매부(570)를 통한 응축 효과까지 제공하여 수분함유가스(G)의 수분제거 효율을 높이고, 보조 돌기부(557)를 통해 수분함유가스(G)의 충격 면적을 보다 확대할 수 있다. 이렇게 유로 형성부(100)의 전단에 설치된 충격 돌기부(500)와 1차적으로 충격한 수분함유가스(G)는 충격 돌기부(500)와 유로 형성부(100) 사이의 이격 공간을 통해 재이동하게 된다. 유로 형성부(100)는 굴곡 구조로 형성되어 있어 수분함유가스(G)는 해당 굴곡 구조와 지속적으로 충격하며 관성 충돌 효과 및 냉매(310)에 의한 응축 냉각 효과에 의한 수분제거가 연속적으로 실시된다. 또한, 충격 돌기부(500) 역시 유로 형성부(100)를 따라 교대로 연속 설치됨으로써 수분함유가스(G)는 굴곡 구조의 유로 형성부(100) 및 충격 돌기부(500)에 의해 지속적인 관성 충돌 및 냉매(310)에 의한 응축 냉각 효과가 부여되어 함유된 수분이 제거되고 유로 형성부(100)의 배출 영역을 통해 수분이 제거된 수분제거가스(G')가 배출되게 된다.

이상은, 냉매부 및 충격 돌기부가 구비된 수분제거장치에 의해 수분함유가스가 관성 충돌 및 냉매에 의한 응축 내각 반응으로 수분을 제거하는 구성 및 방법에 관하여 설명하였다. 도 4에서는 도 2 및 도 3의 일체형 충격 돌기부가 탈착식으로 구성되어 있는 것을 일 실시예로 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착되는 충격 돌기부를 구비한 관성 출돌판의 조립도이다. 도 2 및 도 3의 관성 충돌판과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 관성 충돌판(142) 및 제 2 관성 충돌판(201)은 유로 형성부(300)의 일면에는 높이 방향을 따라 설치되는 유로 결합부(305)가 구비되고, 충격 돌기부(500)의 돌기 결합부(510)는 유로 결합부(305)가 결합될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 충격 돌기부(500)의 돌기 결합부(510)가 유로 결합부(305)에 끼움되어 고정되거나, 이와 반대로 고정되어 있는 충격 돌기부(500)가 유로 결합부(190)에서 분리될 수 있게 형성될 수 있다.

이러한 구성을 통해 충격 돌기부(500)는 유로 형성부(300)에 탈착 가능하도록 구성됨으로써 충격 돌기부(500)의 손상 및 수명에 따른 교체가 용이할 수 있다.

여기서, 유로 결합부(305) 및 돌기 결합부(510)의 결합 방식은 도 4에 제시된 슬라이딩 끼움 방식에 한정된 것은 아니며 탈착 가능한 모든 결합 방식이 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예인 관성 충돌판의 일예인 관성 충돌형 열교환기를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 관성 충돌판(142) 및 제 2 관성 충돌판(201)은 관성 충돌형 열교환기로 구현될 수 있다. 관성 충돌형 열교환기(일체형 : 201)는 고온 오염 기체의 흐름에 대하여 소정 각도 기울어져 상기 고온 오염 기체의 바람의 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 블레이드(520), 제 1 블레이드(520)로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 블레이드(521), 제 1 블레이드(520)와 제 2 블레이드(521)의 연결점에 형성된 냉매관(524)를 포함하고, 냉매관(524)의 내부에는 냉매가 흐를 수 있다. 냉매는 바이오 가스와 열교환을 할 수 있다.

한편, 한 쌍의 제 1 차단 블레이드(522)는, 제 1 블레이드(520)와 제 2 블레이드(521)의 연결점에 설치되어서 먼지가 이 차단 블레이드에 충돌되어서 중력에 의해 제거 된다.

또한 제 2 차단 블레이드(523)가 제 2 블레이드(521)의 종단부에 설치되어서 이 제 2 차단 블레이드(523)에 의해 먼지가 제거된다.

이와 같이, 제조된 관성 충돌형 열교환기는 수분의 제거 및 에너지 재활용을 동시에 할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재생부의 단면도이다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 제 2 재생부(220)는 오염물이 포집된 흡착제를 재생하여 정제탑에 다시 공급하기 위한 수단이다. 이러한 재생부(220)는, 집수관(611c)과 연통되도록 형성되는 재생 하우징의 중공부에 회전 유닛(621) 및 가열 유닛(623)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제 2 재생부(220)를 기준으로 설명하겠지만, 제 1 재생부(180)도 제 2 재생부(220)와 동일한 구성을 포함할 수 있다.

회전 유닛(621)은, 집수관(611c)으로부터 이동되는 수분 및 제 2 흡착제를 수용하여 전기적 신호에 의해 회전될 수 있는 탈수 하우징(621a)을 포함한다.

탈수 하우징(621a)은, 집수관(611c)에 대응되는 탈수 개구부(621b)가 형성되고, 그 내부에는 중공부가 형성된다. 따라서, 탈수 하우징(612a)은 집수관(611c)으로부터 수분 및 제 2 흡착제가 이동되면, 상기 중공부에 이를 수용시킬 수 있다.

또한, 탈수 하우징(621a)의 측면은 미세한 통공(621c)을 갖는 탈수 측벽으로 형성된다. 이 때, 통공(621c)의 직경은 수분은 통과 가능하지만 제 2 흡착제는 통과되지 않는 크기의 직경일 수 있다. 따라서, 탈수 하우징(621a)은 수분 및 제 2 흡착제를 수용한 상태에서 미도시된 구동부에 의해 회전되면, 수분 및 제 2 흡착제는 탈수 측벽을 향해 원심력이 작용하게 된다. 탈수 측벽에는 미세 통공(621c)이 형성되므로 수분은 통공(621c)을 통해 배출되고 제 2 흡착제는 수분이 제거된 상태로 탈수 하우징(621a) 내에 존재하게 된다. 이 때, 탈수 측벽과 재생 하우징 사이의 공간부는 탈수 하우징(621a)에서 팅겨져 나오는 수분을 제거하기 위한 탈수 배출구(621e)가 형성될 수 있다.

이렇게 수분이 제거된 제 2 흡착제는 탈수 하우징(621a)의 바닥면인 탈수 개폐구(621d)가 개방되어, 탈수 유닛(621) 하부에 연결되는 가열 유닛(623)으로 이동될 수 있다.

가열 유닛(623)은, 탈수 유닛(621)에서 이송된 제 2 흡착제를 활성화하여 재생하기 위한 수단이다. 따라서 가열 유닛(623)의 바닥면에는 전열선(623a)이 매설되어 가열 유닛(623)의 내부 공간을 가열할 수 있다. 뿐만 아니라, 가열 유닛(623)은 미도시된 외부 온풍기와 연통되어, 상기 온풍기로부터 열풍을 공급받아 제 2 흡착제가 존재하는 내부 공간을 가열시킬 수 있다. 가열 유닛(623)에 의해 제 2 흡착제가 가열되는 경우, 제 2 흡착제는 활성화되어 오염물의 포집 과정에서 소진된 흡착능이 재생될 수 있다.

설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 인플라이트 전처리 장치
110 : 하우징
120 : 격벽
130 : 유입부
140 : 배출부
141 : 활성탄 필터
142 : 제 1 관성 충돌판
150 : 제 1 사용 인플라이트부
155 : 제 1 유로 형성부
160 : 제 2 분사용 인플라이트부
165 : 제 2 유로 형성부
170 : 제 1 수집부
180 : 제 1 재생부
190 : 제 1 공급부
200 : 가스 이동부
201 : 제 2 관성 충돌판
210 : 제 2 수집부
220 : 제 2 재생부
230 : 제 2 공급부
240 : 제 1 센서
250 : 제 2 센서
260 : 제어부

Claims (17)

1. 오염물질을 제거하는 공간을 가지는 하우징;
   일단은 상기 하우징과 결합되고, 타단은 상기 하우징과 이격되어 구비되며,상기 하우징의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 격벽;
   상기 격벽의 하부에 구비되며, 상기 하부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 1 분사용 인플라이트부;
   상기 하우징의 최상부면의 하부에 구비되며, 상기 상부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 2 분사용 인플라이트부; 및
   상기 제 1 분사용 인플라이트부 및 상기 제 2 분사용 인플라이트부를 제어하는 제어부를 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제를 수집하는 제 1 수집부를 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 수집부에 수집된 상기 제 1 흡착제를 재생하기 위한 제 1 재생부를 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 재생부에 의해 재생된 제 1 흡착제를 상기 제 1 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 1 공급부를 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징과 결합되며, 상기 상부 공간을 통과한 바이오 가스를 배출시키는 배출부;
   상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스 중 미세 먼지를 제거하는 활성탄 필터; 및
   상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 1 관성 충돌판을 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 격벽과 상기 하우징 사이의 공간에 구비되며, 바이오 가스를 하부 공간으로부터 상부 공간으로 이동시키는 가스 이동부를 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 가스 이동부는 관의 형태로 구비되며,
   상기 관의 내부에 구비되며, 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 2 관성 충돌판을 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징과 결합되며, 상기 제 2 분사용 인플라이트에서 분사되어 상기 격벽과 충돌된 상기 제 2 흡착제를 수집하는 제 2 수집부를 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 2 수집부에 수집된 상기 제 2 흡착제를 재생하기 위한 제 2 재생부를 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 재생부에 의해 재생된 제 2 흡착제를 상기 제 2 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 2 공급부를 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 제 2 분사용 인플라이트부로부터 분사된 상기 제 2 흡착제가 상기 제 2 수집부로 수집될 수 있도록 일정한 각도로 기울어져 있는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
12. 제 3 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 재생부 및 상기 제 2 재생부는,
    상기 제 1 흡착제로부터 상기 제 1 오염 물질을 물리적으로 떨어뜨리는 회전 유닛; 및
    상기 회전 유닛을 통과한 제 1 흡착제를 가열하여 상기 제 1 오염 물질을 제거하는 가열 유닛을 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간으로 바이오 가스를 유입시키는 유입부; 및
    상기 유입부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 1 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 1 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 1 흡착제의 양을 조절하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
14. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 이동부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 2 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 2 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 2 흡착제의 양을 조절하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 흡착제는 수분을 흡착하는 물질이고, 상기 제 2 흡착제는 황화수소 및 실록산 중 적어도 하나를 흡착하는 물질인, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
16. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 관성 충돌판은,
    상기 바이오 가스의 흐름에 대하여 소정 각도 기울어져 상기 바이오 가스의 바람의 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 블레이드;
    상기 제 1 블레이드로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 블레이드; 및
    상기 제 1 블레이드와 제 2 블레이드의 연결점에 형성되며, 내부에 냉매가 흐르는 냉매관;을 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.
    
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 공간으로 유입되는 바이오 가스가 지그재그 형태로 이동되도록, 바이오 가스의 이동통로를 형성하는 제 1 유로 형성부; 및
    상기 상부 공간으로 유입되는 바이오 가스가 지그재그 형태로 이동되도록, 바이오 가스의 이동통로를 형성하는 제 2 유로 형성부를 더 포함하는, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치.

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