KR101597322B1

KR101597322B1 - 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치

Info

Publication number: KR101597322B1
Application number: KR1020140160678A
Authority: KR
Inventors: 박성규
Original assignee: (주)케이에프
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-02-24

Abstract

본 발명은, 인입 가스관을 통해 인입되는 바이오 가스를 서로 다른 방향으로 분기시키는 가스 분기부; 서로 다른 방향으로 분기된 각각의 상기 바이오 가스가 복수로 구획된 정제탑을 따라 순차적으로 이동되도록 형성되는 서로 동일한 구조의 제1 정제부 및 제2 정제부; 및 상기 정제부의 상태 정보에 따라 상기 분기부의 분기 방향을 제어하도록 형성되는 제어부;를 포함하고, 상기 제1 정제부는, 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제1 관성충돌 유닛이 배치되는 제1 정제탑; 상기 제1 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제2 관성충돌 유닛이 설치되고 제1 흡착제가 충진되는 제2 정제탑; 및 상기 제2 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제3 관성충돌 유닛이 설치되고 제2 흡착제가 충진되는 제3 정제탑;을 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치를 제공하는 것이다.

Description

바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치{MULTIPLE ADSORPTION DEVICE FOR REMOVING CONTAMINANTS FROM BIOGAS}

본 발명은 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치에 관한 것이다.

바이오 가스는, 쓰레기 매립지나 분뇨 저장고와 같은 곳의 유기질 폐기물로부터 발생되는 매립 가스를 정제하여 생성되는 연료 가스이다. 따라서, 대기오염의 원인이었던 매립 가스를 연료로 재활용함으로써 친환경 에너지로 관심을 모으고 있다.

이러한 바이오 가스는, 최초 매립 가스 상태에서 다수의 오염물질들을 포함하고 있기 때문에 해당 오염물질들을 제거하기 위한 정제 공정들을 필요로 한다.

일반적으로 바이오 가스의 정제 공정은, 흡착제를 이용해 매립 가스에 포함되는 오염물질을 포집하는 과정을 갖는다. 이 때, 이용되는 흡착제는 재사용 여부에 따라 소모성 흡착제와 재생 가능 흡착제로 구분된다.

최근에는, 비용 및 환경성을 이유로 재생 가능한 흡착제에 대한 이용성이 높아지고 있다. 이러한 재생 가능한 흡착제를 정제 공정에 적용하기 위해서는, 흡착제를 재생하기 위한 공정 및 시간을 필요로 한다.

하지만, 이러한 재생 공정을 추가하고, 재생 공정에서 재생되는 흡착제를 정제 공정에 적용하는 경우, 정제 공정의 가동 사이클에 영향을 미쳐 전체 공정 시간이 늘어나는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 정제 공정의 연속성을 유지할 수 있는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치는, 인입 가스관을 통해 인입되는 바이오 가스를 서로 다른 방향으로 분기시키는 가스 분기부;
서로 다른 방향으로 분기된 각각의 상기 바이오 가스가 복수로 구획된 정제탑을 따라 순차적으로 이동되도록 형성되는 서로 동일한 구조의 제1 정제부 및 제2 정제부; 및 상기 정제부의 상태 정보에 따라 상기 분기부의 분기 방향을 제어하도록 형성되는 제어부;를 포함하고, 상기 제1 정제부는, 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제1 관성충돌 유닛이 배치되는 제1 정제탑; 상기 제1 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제2 관성충돌 유닛이 설치되고 제1 흡착제가 충진되는 제2 정제탑; 및 상기 제2 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제3 관성충돌 유닛이 설치되고 제2 흡착제가 충진되는 제3 정제탑;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가스 분기부는, 상기 가스관과 상기 제1 정제부를 연통시키는 제1 분기관; 상기 가스관과 상기 제2 정제부를 연통시키는 제2 분기관; 및 상기 인입 가스관과 상기 제1 분기관 및 상기 제2 분기관의 결합지점에 설치되어 상기 바이오 가스를 분기 시키는 분기 유닛;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 분기 유닛은, 상기 바이오 가스의 분기 방향 및 분기량을 제어하는 분기 밸브를 포함하고, 상기 제어부는, 사용자의 입력 정보에 따라 상기 분기 밸브의 동작을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제1 흡착제는, 수분 흡착제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 흡착제는, 황화수소 흡착제 및 실록산 흡착제 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 정제탑은, 상기 바이오 가스가 상기 제1 관성충돌 유닛과 충돌하여 낙하되는 오염물을 수집하기 위한 제1 수집부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 정제탑은, 상기 제1 정제탑에서 인입되는 상기 바이오 가스의 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제를 수집하기 위한 제3 수집부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제3 정제탑은, 상기 제2 정제탑에서 인입되는 상기 바이오 가스의 오염물이 흡착된 상기 제2 흡착제를 수집하기 위한 제2 수집부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 수집부 및 상기 제3 수집부는, 상기 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제 및 상기 제2 흡착제를 재생하기 위한 재생부를 각각 포함할 수 있다.
여기서, 상기 재생부는, 상기 제1 흡착제 및 상기 제2 흡착제를 가열하기 위한 가열 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 정제탑 및 상기 제3 정제탑은, 상기 재생부에서 재생이 완료된 각각의 흡착제를 대응되는 정제탑에 제공하기 위한 재생 이동부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 정제탑 중 적어도 어느 하나에 설치되는 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 감지 센서는, 화상 센서 또는 무게 센서 중 적어도 어느 하나의 센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 화상 센서 또는 상기 무게 센서 중 어느 하나의 센서로부터 감지되는 수분 및 흡착제의 상태 정보를 기준값과 비교하여, 그 비교결과에 따라 상기 분기부의 분기 방향 및 상기 재생부의 재생 동작을 제어할 수 있다.

삭제

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치에 의하면, 복수로 구성되는 정제부의 상태에 따라 정제 및 재생 공정이 자동으로 제어될 수 있다.

또한, 정제탑의 가용성에 따라 매립 가스의 정제 사이클이 최적으로 설정될 수 있다.

또한, 흡착제를 재생하여 재이용함으로써 비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 정제탑 내 구획 영역마다 관성충돌 장치를 구비하여 수분제거 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 가스 분기 지점에 분기 유닛을 설치하여, 가스의 분기 정도를 제어할 수 있다.

또한, 정제탑에 설치된 감지 센서에 의해 흡착제의 상태가 감지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치를 포함하는 바이오 가스 정제 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치의 재생부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치의 관성충돌 유닛을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관성충돌 유닛을 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도시된 바와 같이, 가스 정제 시스템은 유기질 폐기물이 존재하는 매립지(L)에서 발생되는 바이오 가스(G)를 수거하여 포집부(S)에 포집한다. 이 때, 포집부(S)는 녹아웃드럼과 같은 구조로 형성되어 바이오 가스(G)의 포집 시 발생되는 포화 수분을 제거할 수 있다.

포집부(S)에 포집된 바이오 가스(G)는 펌프의 구동에 따라 분기되어 흡착장치(100)로 이동된다. 이 때, 흡착장치(100)는 동일한 구조인 한 쌍의 정제부가 서로 다른 위치에 배치되도록 구성된다. 또한 각 정제부의 내부에는 수분 또는 흡착제의 상태를 감지하기 위한 감지 수단이 설치된다. 따라서, 바이오 가스(G)의 분기 시, 정제부의 수분 또는 흡착제의 상태에 따라 바이오 가스(G)의 분기 방향 및 분기량이 제어된다.

이렇게 흡착장치(100)로 이동된 바이오 가스(G)는 각 정제부의 정제 공정을 순차적으로 거쳐 연료로 이용 가능한 바이오 가스(G)로 정제된다. 각 정제부에서 정제된 바이오 가스(G)는 다시 하나의 가스로 통합되어 전체 저장 탱크(T)에 저장된다.

이상은, 가스 정제 시스템의 전체적인 공정에 대하여 설명하였다. 이하에서는 도 2를 참조하여 흡착장치(100)에 대한 세부적인 구조를 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스(G) 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치(100)를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 가스(G) 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치(100)의 재생부(320)를 설명하기 위한 단면도이다.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 흡착장치(100)는 가스 분기부(200), 정제부, 감지 센서(400), 가스 통합부(500), 제어부(600)를 포함할 수 있다.

가스 분기부(200)는, 인입 가스관(P1)을 통해 인입되는 바이오 가스(G)를 서로 다른 방향으로 분기 시키기 위한 수단으로, 제1 분기관(210), 제1 분기관(210), 및 분기 유닛(250)을 포함할 수 있다.

제1 분기관(210)은, 인입 가스관(P1)과 후술하는 제1 정제부(310)를 서로 연통시키도록 형성된다.

제2 분기관(230)은, 인입 가스관(P1)과 후술하는 제2 정제부(360)를 서로 연통시키도록 형서된다.

분기 유닛(250)은, 인입 가스관(P1), 제1 분기관(210), 및 제2 분기관(230)의 결합지점에 설치되어 바이오 가스(G)의 분기 방향 및 분기량을 제어한다. 예를 들어, 전기적인 신호에 따라 개폐가 제어되는 분기 밸브(250)로 형성될 수 있다.

이러한 분기 유닛(250)은, 제1 밸브 막(253), 제2 밸브 막(255), 및 밸브 축(251)을 포함할 수 있다.

밸브 축(251)은, 제1 분기관(210)과 제2 분기관(230)의 결합지점에 설치된다.

제1 밸브 축(251) 및 제2 밸브 축(251)은 인입 가스관(P1)을 향해 연장되며, 밸브 축(251)에 회전 가능하도록 결합된다. 다시말해, 제1 밸브 막(253)은 회전 시, 인입 가스관(P1)과 제1 분기관(210)의 접촉지점으로 회전되어, 바이오 가스(G)가 제1 분기관(210)으로 인입되는 경로를 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 또한, 제2 밸브 막(255)은 회전 시, 인입 가스관(P1)과 제2 분기관(230)의 접촉지점으로 회전되어, 바이오 가스(G)가 제2 분기관(230)으로 인입되는 경로를 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 밸브 막(253) 및 제2 밸브 막(255)은 서로 수평되도록 결합되는 경우, 서로 대면하지 않는 각 면이 밸브 축(251)을 향해 점점 두꺼워지도록 형성된다. 이에 따라 제1 밸브 막(253) 및 제2 밸브 막(255) 서로 인입 가스관(P1)을 향해 수평 결합되면, 인입 가스관(P1)의 바이오 가스(G)는 제1 분기관(210) 및 제2 분기관(230)으로 동일한 가스량으로 분기될 수 있다.

정제부(300)는, 서로 다른 방향으로 분기된 각각의 바이오 가스(G)를 인입되는 경우, 이를 정제하기 위한 수단으로, 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)를 포함할 수 있다.

제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)는 서로 동일한 구성으로 이루어지며, 제1 정제부(310)는 제1 분기관(210)에 연통되고, 제2 정제부(360)는 제2 분기관(230)에 연통된다는 점에서 차이가 있다. 여기에서는, 제1 정제부(310)를 대표로 하여 내부 구성을 설명하고 제2 정제부(360)의 내부 구성에 관한 설명은 생략도록 한다.

제1 정제부(310)는, 제1 정제탑(311), 제2 정제탑(313), 및 제3 정제탑(314)을 포함할 수 있다. 각 정제탑의 형상은 대체로 동일하므로 제1 정제탑(311)을 대표로 설명하고 차이점이 있는 구성에서만 추가적으로 설명하도록 한다.

제1 정제탑(311)은, 제1 분기관(210)을 통해 인입되는 바이오 가스(G)를 1차적으로 정제하기 위한 수단이다. 따라서, 측면의 하부 영역을 통해 제1 분기관(210)과 연통된다. 이러한 제1 정제탑(311)은 내부가 중공부이며 상부 및 측면이 사각 형상으로 형성되고, 하부 영역은 역사각뿔 형상으로 형성될 수 있다.

제1 정제탑(311)의 내부 중공부에는 제1 관성충돌 유닛(312-1)이 배치된다.

제1 관성충돌 유닛(312-1)은, 바이오 가스(G)의 제1 오염물인 수분이나 먼지를 충돌하여 하부로 낙하시키기 위한 수단이다. 이러한, 제1 관성충돌 유닛(312-1)은 복수로 구성되어 수직방향 서로 평행되도록 배치된다. 이 때, 제1 관성충돌 유닛(312-1)의 각 면에는 바이오 가스(G)의 인입 방향을 향해 굴곡되는 복수의 관성 돌기(312a)가 돌출 형성된다.

관성 돌기(312a)는, 제1 관성충돌 유닛(312-1)의 서로 대면하는 면에서 중복되지 않는 영역에 각각 형성되어 지그재그 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 제1 관성충돌 유닛(312-1)는, 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 관성충돌 유닛(312-1)은 저온 상태의 표면 온도를 가질 수 있다. 이러한 경우, 바이오 가스(G)가 제1 관성충돌 유닛(312-1)에 충돌되면, 열교환이 이루어져 바이오 가스(G)의 수분이 제1 관성충돌 유닛(312-1)의 표면에 응축될 수 있다.

제1 정제탑(311)의 하부 영역은 상술한 바와 같이 역사각뿔 형상의 집수조(311a)가 형성될 수 있다.

집수조(311a)는, 하부 중심부를 향해 경사지도록 형성되어 제1 관성충돌 유닛(312-1)에 의해 낙하되는 수분이 저장될 수 있다. 또한, 집수조(311a)는 꼭지점 영역이 개폐 가능한 집수 개폐구(311b)로 형성된다. 따라서, 전기적인 신호에 따라 개폐되어 저장된 수분을 하부로 배출할 수 있다.

집수 개폐구(311b)는 집수관(311c)을 통해 제1 수집부(315)와 연통될 수 있다.

제1 수집부(315)는, 집수조(311a)에서 배출되는 수분을 외부로 배출하기 위한 수단으로 미도시된 외부 펌프와 연결될 수 있다.

제2 정제탑(313)은, 제1 정제탑(311)에 연속되게 배치되어 그 내부에 제2 관성충돌 유닛(312-2) 설치되고, 제1 흡착제(A1)가 충진될 수 있다. 따라서, 제2 정제탑(313)은 대체로 제1 정제탑(311)과 동일하나, 제1 흡착제(A1)가 충진된다는 점에서 차이가 있다. 때문에, 제2 정제탑(313)은 제2 관성충돌 유닛(312-2)을 통해 수분을 낙하시키고, 제1 흡착제(A1)를 통해 수분을 포집시킬 수 있다. 즉, 2중으로 수분을 제거할 수 있다. 여기서, 제2 관성충돌 유닛(312-2)는 상술한 제1 관성충돌 유닛(312-1)와 동일한 구조를 갖는다.

제1 흡착제(A1)는 수분을 제거하기 위한 수분 흡착제로, 모레큘러시브(Molecular sieve), 활성탄(Active Carbon), 실리카겔(Silica Gel) 등을 포함할 수 있다. 이러한 수분 흡착제는 분말 또는 과립 형상으로 충진될 수 있다.

또한, 제2 정제탑(313)은 바이오 가스(G)의 오염물을 포집한 제1 흡착제(A1)를 수집하기 위한 제2 수집부(316)를 포함할 수 있다.

제2 수집부(316)는, 제1 수집부(315)와는 달리 수분뿐 아니라 바이오 가스(G)의 오염물을 포집한 제1 흡착제(A1) 또한 수집된다. 따라서, 제2 수집부(316)는 오염물이 포집되어 흡착능이 떨어진 제1 흡착제(A1)를 재생하여 재이용하기 위한 재생부(320)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 재생부(320)는 오염물이 포집된 흡착제를 재생하여 정제탑에 다시 공급하기 위한 수단이다. 이러한 재생부(320)는, 집수관(311c)과 연통되도록 형성되는 재생 하우징의 중공부에 탈수 유닛(321) 및 가열 유닛(323)을 포함할 수 있다.

탈수 유닛(321)은, 집수관(311c)으로부터 이동되는 수분 및 제1 흡착제(A1)를 수용하여 전기적 신호에 의해 회전될 수 있는 탈수 하우징(321a)을 포함한다.

탈수 하우징(321a)은, 집수관(311c)에 대응되는 탈수 개구부(321b)가 형성되고, 그 내부에는 중공부가 형성된다. 따라서, 탈수 하우징(312a)은 집수관(311c)으로부터 수분 및 제1 흡착제(A1)가 이동되면, 상기 중공부에 이를 수용시킬 수 있다.

또한, 탈수 하우징(321a)의 측면은 미세한 통공(321c)을 갖는 탈수 측벽으로 형성된다. 이 때, 통공(321c)의 직경은 수분은 통과 가능하지만 제1 흡착제(A1)는 통과되지 않는 크기의 직경일 수 있다. 따라서, 탈수 하우징(321a)은 수분 및 제1 흡착제(A1)를 수용한 상태에서 미도시된 구동부에 의해 회전되면, 수분 및 제1 흡착제(A1)는 탈수 측벽을 향해 원심력이 작용하게 된다. 탈수 측벽에는 미세 통공(321c)이 형성되므로 수분은 통공(321c)을 통해 배출되고 제1 흡착제(A1)는 수분이 제거된 상태로 탈수 하우징(321a) 내에 존재하게 된다. 이 때, 탈수 측벽과 재생 하우징 사이의 공간부는 탈수 하우징(321a)에서 팅겨져 나오는 수분을 제거하기 위한 탈수 배출구(321e)가 형성될 수 있다.

이렇게 수분이 제거된 제1 흡착제(A1)는 탈수 하우징(321a)의 바닥면인 탈수 개폐구(321d)가 개방되어, 탈수 유닛(321) 하부에 연결되는 가열 유닛(323)으로 이동될 수 있다.

가열 유닛(323)은, 탈수 유닛(321)에서 이송된 제1 흡착제(A1)를 활성화하여 재생하기 위한 수단이다. 따라서 가열 유닛(323)의 바닥면에는 전열선(323a)이 매설되어 가열 유닛(323)의 내부 공간을 가열할 수 있다. 뿐만 아니라, 가열 유닛(323)은 미도시된 외부 온풍기와 연통되어, 상기 온풍기로부터 열풍을 공급받아 제1 흡착제(A1)가 존재하는 내부 공간을 가열시킬 수 있다. 가열 유닛(323)에 의해 제1 흡착제(A1)가 가열되는 경우, 제1 흡착제(A1)는 활성화되어 오염물의 포집 과정에서 소진된 흡착능이 재생될 수 있다.

이처럼, 재생부(320)에서 제1 흡착제(A1)가 재생되면, 이를 다시 제2 정제탑(313)으로 투입하여 흡착제를 재이용할 수 있다.

이러한 제1 흡착제(A1)의 재공급 수단으로 제2 정제탑(313)은 재생 이동부(330)를 포함할 수 있다.

재생 이동부(330)는, 재생 이동관(331) 및 재생 펌프(333)를 포함할 수 있다.

재생 이동관(331)은, 일단이 가열 유닛(323)의 재생 개폐구와 연통되고 타단은 제2 정제탑(313)의 개폐구와 연통되도록 관 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 가열 유닛(323)에서 재생된 제1 흡착제(A1)는, 재생 이동관(331)을 따라 제2 정제탑(313)으로 이동될 수 있다.

재생 펌프(333)는, 공기 흡입 방식으로 재생 이동관(331)을 따라 제1 흡착제(A1)를 이송시킬 수 있다. 다시말해, 가열 유닛(323)의 가열 개폐구(323b)가 개방되는 경우, 재생 펌프(333)는 회전 구동하여 제1 흡착제(A1)를 흡입하고, 흡입된 제1 흡착제(A1)를 제2 정제탑(313) 방향으로 배출할 수 있다.

또한, 재생 이동부(330)는 본 도면에서는 도시하지 않았지만 재생된 제1 흡착제(A1)를 제2 정제탑(313)으로 이송하기 위한 수단으로, 에스컬레이터부를 더 포함할 수 있다.

에스컬레이터부는, 제1 흡착제(A1)를 수용하기 위한 수용부가 장갑차 체인과 같이 정제관 내에 연속적으로 설치되어 회전 구동된다. 따라서, 가열 유닛(323)으로부터 재생 이동관(331)을 향해 제1 흡착제(A1)가 밀려 나오게 되면, 제1 흡착제(A1)는 에스컬레이터부에 소정량만큼씩 수용되어 제2 정제탑(313) 방향으로 이동되어 투입될 수 있다. 이를 위해, 가열 유닛(323)에는 제1 흡착제(A1)를 재생 이동관(331) 방향으로 밀어낼 수 있는 푸시 수단이 더 포함될 수도 있다.

제3 정제탑(314)은, 제2 정제탑(313)에 연속되게 배치되어 그 내부에 제3 관성충돌 유닛(312-3)이 배치되고 제2 흡착제(A2)가 충진된다. 또한, 제2 흡착제(A2)가 오염물을 포집한 경우, 이를 수집하고 재생하기 위한 제3 수집부(317)를 포함한다. 다시말해, 제3 정제탑(314)은 제2 정제탑(313)과 대체로 동일하지만 충진되는 흡착제가 서로 다르다는 점에서 차이가 있다. 여기서, 제3 관성충돌 유닛(312-3)는 제1, 2 관성충돌 유닛과 동일한 구조를 갖는다.

제2 흡착제(A2)는, 황화수소 또는 실록산을 제거하기 위한 흡착제로써, 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.

따라서, 제3 정제탑(314)은 광성충돌 유닛을 통해 수분을 낙하시키고, 제2 흡착제(A2)를 통해 황화수소 및 실록산을 제거할 수 있다. 또한, 황화수소 및 실록산을 포집한 제2 흡착제(A2)는 제3 수집부(317)에서 재생되어 제3 정제탑(314)에 재이용될 수 있다.

상기한 구성에 따른 제1 정제부(310)는, 연속적으로 배치된 제1 정제탑(311), 제2 정제탑(313), 및 제3 정제탑(314)에서 수분, 황화수소, 및 실록산이 제거될 수 있다. 제2 정제부(360) 역시 동일한 구성으로 이루어진다.

이 때, 제1 정제부(310)는 바이오 가스(G)가 제1 정제탑(311)에서 제2 정제탑(313)으로, 제2 정제탑(313)에서 제3 정제탑(314)으로 이동되기 위한 구조로 정제가스 이동통로(350)를 포함할 수 있다.

정제가스 이동통로(350)는 서로 동일하므로, 제1 정제탑(311)에서 제2 정제탑(313) 사이에 형성되는 정제가스 이동통로(350)를 대표로하여 설명하도록 한다.

정제가스 이동통로(350)는, 제1 정제탑(311)의 제1 측벽(351) 및 제2 정제탑(313)의 제2 측벽(353)에 의해 형성되는 통로이다.

제1 측벽(351)은, 제1 정제탑(311)의 바닥면에서 수직방향으로 돌출형성된다. 제1 측벽(351)의 끝단은 제1 정제탑(311)의 상부와 소정 폭만큼 이격되도록 형성된다.

제2 측벽(353)은, 제1 측벽(351)과 소정 간격 이격된 제2 정제탑(313)의 상부면에서 바닥면을 향해 수직방향으로 돌출형성된다. 제2 측벽(353)의 끝단은 제2 정제탑(313)의 바닥면과 소정 폭만큼 이격되도록 형성된다.

따라서, 도 2에서처럼 정제가스 이동통로(350)는, 제1 측벽(351)과 제1 정제탑(311)의 상부면 사이, 제2 측벽(353)과 제2 정제탑(313)의 바닥면 사이에 각각의 개구부가 형성되는 통로일 수 있다. 이에 따라, 제1 정제탑(311)에서 승강된 바이오 가스(G)는 제1 측벽(351)에 의한 개구부를 통과하여, 제2 정제탑(313)의 바닥면을 향해 하강하는 경로로 제2 정제탑(313)에 인입된다. 이 때, 제1 측벽(351) 및 제2 측벽(353)의 서로 대면하는 각 면에는 바이오 가스(G)의 인입 방향을 향해 굴곡되도록 돌출되는 측벽 돌기(355)가 형성될 수 있다.

측벽 돌기(355)는, 서로 중복되지 않는 영역에 각각 배치되어 바이오 가스(G)에 함유된 수분을 충돌 응축시킬 수 있다.

감지 센서(400)는, 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)의 상태를 감지하기 위한 수단이다. 여기서, 감지 센서(400)는 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)에 동일한 구조로 설치 및 동작되므로, 제1 정제부(310)에 설치된 감지 센서(400)를 대표로 설명하도록 한다.

감지 센서(400)는, 화상 센서 및 무게 센서를 포함할 수 있다.

화상 센서는, 흡착제의 이미지 정보를 획득하기 위한 수단이다. 따라서, 화상 센서는 흡착제가 충진되는 제2 정제탑(313) 및 제3 정제탑(314)의 내부에 설치되어 충진된 흡착제의 이미지 정보를 실시간 또는 특정 주기로 획득할 수 있다. 이 때, 오염물의 포집 정도에 따라 흡착제의 명암, 조도, 색상 등이 변화되는 경우, 화상 센서를 통해 해당 변화가 감지될 수 있다.

무게 센서는, 충진된 흡착제 및 수분에 의한 무게를 감지하기 위한 수단이다. 따라서, 무게 센서는 제1,2,3 정제탑(312,313,314)의 집수조에 각각 설치되어 흡착제 또는 수분에 의한 무게 변화를 감지할 수 있다.

가스 통합부(500)는, 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)에서 정제가 완료된 바이오 가스(G)를 배출 가스관(P2)으로 배출하기 위한 수단이다. 이러한 가스 통합부(500)는, 제1 통합관(510), 제2 통합관(530), 및 통합 유닛(550)을 포함할 수 있다.

제1 통합관(510)은, 제1 정제부(310)의 제3 정제탑(314)과 일측이 연통되고, 타측은 배출 가스관(P2)과 연통된다. 따라서, 제1 정제부(310)의 제3 정제탑(314)에서 정제가 완료된 바이오 가스(G)는 제1 통합관(510)을 통해 배출 가스관(P2)으로 이동될 수 있다.

제2 통합관(530)은 제2 정제부(360)의 제3 정제탑(314)과 일측이 연통되고, 타측은 배출 가스관(P2)과 연통된다. 따라서, 제2 정제부(360)의 제3 정제탑(314)에서 정제가 완료도니 바이오 가스(G)는 제2 통합관(530)을 통해 배출 가스관(P2)으로 이동될 수 있다.

통합 유닛(550)은, 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)에서 정제된 각각의 바이오 가스(G)를 배출 가스관(P2)으로 안내하기 위한 수단이다. 이러한 통합 유닛(550)은, 상술한 분기 밸브(250)와 동일한 구조이며 방향이 반대로 배치되는 통합 밸브(550)를 포함할 수 있다. 통합 밸브(550)는 분기 밸브(250)와 동일한 구성 및 동작이 이루어지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

제어부(600)는, 상술한 구성 중 전기적 신호에 의해 동작하는 구성들을 제어하기 위한 수단이다. 다시말해, 제어부(600)는 정제부의 상태 정보에 따라 가스 분기부(200), 재생부(320), 재생 이동부(330), 및 통합부를 제어할 수 있다. 여기서 정제부(300)의 상태 정보는, 정제부(300)에 설치되는 감지 센서(400)로부터 수신되는 정보이다. 따라서, 정제탑의 수위 정보 및 흡착제 정보 등이 상태 정보일 수 있다.

또한, 제어부(600)는 복수의 관성충돌 유닛(312)에 유동되는 냉매를 제어할 수 있다. 다시말해, 사용자의 입력 정보나 타 장치들의 구동 상태에 따라 각각의 관성충돌 유닛(312)에 선택적으로 냉매가 공급되도록 제어할 수 있다.

이하에서는, 제어부(600)의 제어에 따른 흡착장치(100)의 동작 방법을 설명하도록 한다.

최초, 인입 가스관(P1)을 통해 바이오 가스(G)가 인입되면, 제어부(600)는 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)의 상태를 판단하여 분기부의 동작을 제어한다. 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)의 상태는 각각의 정제탑에 설치된 감지 센서(400)로부터 수신된 감지값이 기준값에 부합되는지를 판단하여 결정할 수 있다.

따라서, 제어부(600)는 각 정제부의 상태가 모두 양호한 것으로 판단되면, 분기 밸브(250)를 모두 개방하여 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360) 모두를 통해 바이오 가스(G)의 정제를 실시할 수 있다.

이렇게, 바이오 가스(G)의 정제가 실시되는 중, 제1 정제부(310)(설명의 이해를 위해 임의로 선정함)의 수위 정보 또는 흡착제의 상태 정보가 기준값을 초과할 수 있다.

이러한 경우, 제어부(600)는 해당 수위를 조절하거나 흡착제를 재생하기 위해 분기 밸브(250)를 제어하여 제1 정제부(310)로 인입되는 바이오 가스(G)를 차단할 수 있다. 또한, 제어부(600)는 통합 밸브(550) 역시 제어하여 제1 정제부(310)와 배출 가스관(P2)과의 이동 통로를 폐쇄할 수 있다.

상기한 제어에 의하면, 제1 정제부(310)는 분기 밸브(250) 및 통합 밸브(550)에 의해 각 가스관과의 연결이 차단된다. 이와 반대로, 제2 정제부(360)는 인출 가스관 및 배출 가스관(P2)과 계속 연통되어 있는 상태이므로 지속적인 정제 활동이 실시될 수 있다.

제1 정제부(310)의 정제 활동이 중단되는 경우, 제어부(600)는 집수 개폐부를 개방하여 각각의 집수부에 수집된 수분 및 흡착제는 각 수집부로 이동 시킬 수 있다. 제1 정제탑(311)의 경우, 제1 수집부(315)는 수분 및 더스트만이 수집되므로 이를 바로 배출 시킬 수 있다.

제2 정제탑(313) 및 제3 정제탑(314)은 각각의 수집부에 수분, 제1 흡착제(A1), 및 제2 흡착제(A2)가 수집된다. 따라서, 제어부(600)는 재생부(320)를 구동하여 수분을 탈수하고 흡착제를 가열하는 흡착제 재생을 동작시킬 수 있다.

이 후, 제2 수집부(316) 및 제3 수집부(317)에서 각각의 흡착제에 대한 재생이 완료되면, 제어부(600)는 재생 이동부(330)를 구동하여 재생된 각 흡착제가 대응되는 정제탑으로 재투입되도록 제어한다.

제어부(600)는, 재생된 흡착제의 재투입이 완료되면, 제1 정제부(310)를 향해 분기 밸브(250) 및 통합 밸브(550)가 개방되도록 제어한다.

이에 따라, 제2 정제부(360)에서만 정제가 이루어지던 바이오 가스(G)는, 다시 제1 정제부(310) 및 제2 정제부(360)로 각각 분기되어 정제될 수 있다.

이상은, 다중 흡착장치(100)의 세부 구조 및 동작 방법에 대하여 설명하였다. 이하에서는 도 4를 참조하여 관성충돌 유닛(312)의 다른 실시예를 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 가스(G) 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치(100)의 관성충돌 유닛(312)을 설명하기 위한 수직 단면도이다.

도시된 바와 같이, 관성충돌 유닛(312')의 관성 돌기(312a')는, 도 2 및 도 3에서의 관성충돌 유닛(312)의 관성 돌기(312a)와는 다른 형상을 갖는다.

보다 상세히 설명하면, 관성충돌 유닛(312')의 관성 돌기(312a')는, 일측이 개구부인 원형 굴곡부(312b')로 형성될 수 있다.

이러한 원형 굴곡부(312b')는, 입구가 좁게 형성되는 항아리 형상으로 형성됨으로써, 바이오 가스(G)가 인입되는 경우 내부 굴곡 구조를 따라 회전된 후 외부로 배출되는 사이클론 효과를 부여할 수 있다. 이에 따라, 바이오 가스(G)와 관성 돌기(312a) 간의 충격 효율이 높아짐에 따라 수분제거 효과도 향상될 수 있다.

이러한 수분제거 효과를 보다 향상하기 위해, 바이오 가스(G)가 인입되는 원형 굴곡부(312b')의 굴곡면을 따라 돌출되는 연장 돌기부(312c')를 형성할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관성충돌 유닛을 설명하기 위한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 관성충돌 유닛(700)은, 고온 오염 기체의 흐름에 대하여 소정 각도 기울어져 상기 고온 오염 기체의 바람의 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제1 블레이드(710); 상기 제1 블레이드(710)로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제2 블레이드(720); 상기제 1 블레이드(710)와 제2 블레이드(720)의 연결점에 형성된 냉매관(730)을 포함한다.

이 때, 상기 냉매관(730)에는 낮은 온도의 냉매가 유동되므로, 관성충돌 유닛(700)의 표면 온도가 저하된다. 따라서, 바이오 가스가 관성충돌 유닛(700)에 충돌되는 경우, 바이오 가스 중의 수분은 냉각 응축되어 바이오 가스로부터 분리될 수 있다.

한편, 한 쌍의 제 1 차단 블레이드(740)는, 상기 제 1 블레이드(710)와 제 2 블레이드(720)의 연결점에 설치되어서 바이오 가스의 먼지가 제1 차단 블레이드(740)에 충돌되어서 중력에 의해 제거 된다.

또한 제 2 차단 블레이드(750)가 상기 제 2 블레이드(720)의 종단부에 설치되어서 이 제 2 차단 블레이드(750)에 의해 먼지가 제거된다.

이와 같이, 제조된 관성충돌 유닛(700)에 의해 바이오 가스로부터 수분 및 먼지가 제거될 수 있다.

상기와 같은 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100: 흡착장치 323: 가열 유닛
200: 가스 분기부 323a: 전열선
210: 제1 분기관 323b: 가열 개폐구
230: 제2 분기관 330: 재생 이동부
250: 분기 유닛, 분기 밸브 331: 재생 이동관
251: 밸브 축 333: 재생 펌프
253: 제1 밸브 막 350: 정제가스 이동통로
255: 제2 밸브 막 351: 제1 측벽
300: 정제부 353: 제2 측벽
310: 제1 정제부 355: 측벽 돌기
311: 제1 정제탑 360: 제2 정제부
311a: 집수조 400: 감지 센서
311b: 집수 개폐구 500: 가스 통합부
311c: 집수관 510: 제1 통합관
312-1, 312-2, 312-2: 제1,2,3 관성충돌 유닛 530: 제2 통합관
312': 관성충돌 유닛 550: 통합 유닛, 통합 밸브
312a, 312a': 관성 돌기 600: 제어부
312b': 원형 굴곡부 L: 매립지
313: 제2 정제탑 G: 바이오 가스
314: 제3 정제탑 S: 포집부
315: 제1 수집부 T: 저장 탱크
316: 제2 수집부 P1: 인입 가스관
317: 제3 수집부 P2: 배출 가스관
320: 재생부 A1: 제1 흡착제
321: 탈수 유닛 A2: 제2 흡착제
321a: 탈수 하우징 W: 수분
321b: 탈수 개구부
321c: 통공
321d: 탈수 개폐구
321e: 탈수 배출구

Claims

인입 가스관을 통해 인입되는 바이오 가스를 서로 다른 방향으로 분기시키는 가스 분기부;
서로 다른 방향으로 분기된 각각의 상기 바이오 가스가 복수로 구획된 정제탑을 따라 순차적으로 이동되도록 형성되는 서로 동일한 구조의 제1 정제부 및 제2 정제부; 및
상기 정제부의 상태 정보에 따라 상기 분기부의 분기 방향을 제어하도록 형성되는 제어부;를 포함하고,
상기 제1 정제부는,
그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제1 관성충돌 유닛이 배치되는 제1 정제탑;
상기 제1 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제2 관성충돌 유닛이 설치되고 제1 흡착제가 충진되는 제2 정제탑; 및
상기 제2 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 바이오 가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제3 관성충돌 유닛이 설치되고 제2 흡착제가 충진되는 제3 정제탑;을 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 분기부는,
상기 가스관과 상기 제1 정제부를 연통시키는 제1 분기관;
상기 가스관과 상기 제2 정제부를 연통시키는 제2 분기관; 및
상기 인입 가스관과 상기 제1 분기관 및 상기 제2 분기관의 결합지점에 설치되어 상기 바이오 가스를 분기 시키는 분기 유닛;을 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제2항에 있어서,
상기 분기 유닛은,
상기 바이오 가스의 분기 방향 및 분기량을 제어하는 분기 밸브를 포함하고,
상기 제어부는,
사용자의 입력 정보에 따라 상기 분기 밸브의 동작을 제어하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 흡착제는,
수분 흡착제를 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 흡착제는,
황화수소 흡착제 및 실록산 흡착제 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 정제탑은,
상기 바이오 가스가 상기 제1 관성충돌 유닛과 충돌하여 낙하되는 오염물을 수집하기 위한 제1 수집부를 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 정제탑은,
상기 제1 정제탑에서 인입되는 상기 바이오 가스의 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제를 수집하기 위한 제3 수집부를 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제8항에 있어서,
상기 제3 정제탑은,
상기 제2 정제탑에서 인입되는 상기 바이오 가스의 오염물이 흡착된 상기 제2 흡착제를 수집하기 위한 제2 수집부를 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제9항에 있어서,
상기 제2 수집부 및 상기 제3 수집부는,
상기 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제 및 상기 제2 흡착제를 재생하기 위한 재생부를 각각 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제10항에 있어서,
상기 재생부는,
상기 제1 흡착제 및 상기 제2 흡착제를 가열하기 위한 가열 유닛을 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 정제탑 및 상기 제3 정제탑은,
상기 재생부에서 재생이 완료된 각각의 흡착제를 대응되는 정제탑에 제공하기 위한 재생 이동부를 더 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제10항에 있어서,
상기 복수의 정제탑 중 적어도 어느 하나에 설치되는 감지 센서를 더 포함하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.
제13항에 있어서,
상기 감지 센서는,
화상 센서 또는 무게 센서 중 적어도 어느 하나의 센서를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 화상 센서 또는 상기 무게 센서 중 어느 하나의 센서로부터 감지되는 수분 및 흡착제의 상태 정보를 기준값과 비교하여, 그 비교결과에 따라 상기 분기부의 분기 방향 및 상기 재생부의 재생 동작을 제어하는, 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치.