KR101735801B1 - 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치 - Google Patents

Abstract

가스의 수분과 타르, 미세먼지 등을 효과적으로 제거하는 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치가 제공된다. 가스제습장치는, 내부에 가스유동로가 형성된 내통, 내통을 내부에 수용하는 외통, 및 내통과 외통 사이에 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체, 몸체에 연결되어 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관, 몸체의 내통과 외통을 관통하고 냉각수유동통로 사이로 연장되어 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관, 및 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함한다.

Description

가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치{Gas dehydrating apparatus and synthetic gas purifying apparatus having the same}

본 발명은 합성가스 등 각종 가스 유동경로에 설치되어 가스의 수분과 타르, 미세먼지 등을 제거하는 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 보다 효과적으로 가스의 수분과 타르, 미세먼지 등을 제거하는 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치에 관한 것이다.

에너지를 얻고 원료를 가공하기 위한 다양한 장치들이 존재한다. 각종 연료를 노(furnace) 또는 오븐(oven) 등에서 연소시켜 열에너지를 얻거나 원료를 가공할 수 있으며 연소 시 발생된 배기가스를 재활용하여 폐열을 회수하고 각종 기관을 작동시킬 수도 있다. 이러한 장치들에는 가스를 공급하거나 배출하기 위한 각종 관로가 형성되어 있다.

관로를 통해 이동하는 가스에는 불순물이 함유되어 있을 수 있다. 불순물은 공급 경로에서 유입될 수도 있고, 장치 내 처리과정에서 발생할 수도 있으며, 관로를 이동하면서 생성될 수도 있다. 특히 열반응에 의해 생성된 합성가스(synthetic gas) 등에는 여러 가지 불순물이 함유되어 있을 수 있다. 불순물은 각종 오염물질, 탄화물, 수분 등을 포함할 수 있다. 가스에 이러한 불순물들이 섞여있는 경우 후속하는 처리가 어렵고 에너지 효율이 감소할 수 있다. 또한, 관로나 엔진을 부식시키는 등의 문제도 일으킬 수 있으므로 이를 처리하기 위한 장치가 구비된다.

종래 가스 내 불순물을 처리하기 위한 장치로 각종 필터가 사용되었다. 또한, 가스 내 함유된 수분을 처리하기 위한 제습장치도 함께 사용되었다. 그러나, 종래 제습장치의 경우 대부분 흡착제 등으로 흡착하여 수분을 걸러내도록 되어있어 처리효율이 만족스럽지 못하였다. 즉, 종래 관로에 설치하기 쉽고 필터와 함께 적용하기도 용이한 제습베드 형태 등의 제습장치가 사용되었으나 처리효과가 만족스럽지 못하였다. 따라서 이를 포함하는 처리구조에 대한 개선이 필요하였다.

대한민국등록특허공보 제10-1545957호, (2015.08.20)

본 발명의 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 효과적으로 가스의 수분과 타르, 미세먼지 등을 제거하는 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 가스제습장치는, 내부에 가스유동로가 형성된 내통, 상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및 상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체; 상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관; 상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및 상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함한다.

상기 배기관은 상기 임펠러의 회전축 둘레에 회전 대칭형태로 배열되고 상기 임펠러의 회전축과는 수직한 방향으로 연장될 수 있다.

상기 임펠러는 상기 가스유동로를 따라서 복수 개가 단일 축 상에 직렬로 연결될 수 있다.

상기 임펠러는 회전축으로부터 방사상으로 연장된 복수 개의 날개와, 상기 날개를 둘러싸 내부에 수용하는 회전림(rotating rim)과, 상기 회전림을 따라 상기 임펠러의 회전축으로부터 원심방향으로 개구된 복수 개의 확산구를 포함할 수 있다.

상기 몸체 외측에서 상기 임펠러의 회전축에 분리 가능하게 접속되어 회전력을 인가하는 회전구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 임펠러의 회전축과 연결되고 상기 몸체 외측으로 노출된 제1자기커플러, 및 상기 회전구동부의 회전축과 연결되고 상기 제1자기커플러와 자기력으로 결합되어 상기 임펠러와 상기 회전구동부의 회전을 동기화하는 제2자기커플러를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각수유동통로는 상기 가스유동로를 내측에 수용하는 중공형의 통체로 형성될 수 있다.

상기 외통을 관통하여 상기 냉각수유동통로의 서로 다른 위치에 각각 연결된 냉각수주입관, 및 냉각수배출관을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각수유동통로의 냉각수는, 상기 가스유동로, 및 상기 냉각수주입관과 상기 냉각수배출관 사이의 유체 유동경로 상에 개재된 적어도 하나의 상기 배기관과 열교환할 수 있다.

상기 몸체의 중력방향으로 개구되고 상기 가스유동로와 연통된 적어도 하나의 응축수배출구를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 합성가스정제장치는, 가스유입구 및 가스배출구가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부의 상기 가스유입구 측에 설치된 상기 가스제습장치; 상기 하우징 내부의 상기 가스배출구 측에 설치된 필터; 및 상기 하우징 내부의 상기 필터와 상기 가스제습장치 사이에 배치되어 상기 필터로 유입되는 가스의 수분을 제거하는 후처리모듈을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 가스 유동경로를 따라 유동하는 합성가스 등 처리대상이 되는 가스의 불순물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 특히, 유동경로 상에서 가스 압력과 온도를 유기적으로 변화시키는 처리구조로 가스의 수분과 수분에 함유된 타르, 미세먼지 등을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 후속하는 처리를 통해 타르나 미세먼지 등을 독립적으로 제거할 수도 있으며 그 밖의 불순물들도 매우 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서 합성가스 등의 가스가 유동하는 관로 등에 본 발명을 적용하여 가스에 함유된 불순물들을 효과적으로 처리하고 설비나 장치 전체의 성능 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 합성가스정제장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 합성가스정제장치에 적용된 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치의 절개사시도이다.
도 3은 도 1의 합성가스정제장치에 적용된 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치의 종단면도이다.
도 4는 도 1의 합성가스정제장치에 적용된 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 합성가스정제장치 전체의 작동과정을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 명세서 상에서 '가스'는 본 발명의 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치의 처리대상이 되는 각종 가스를 의미한다. 본 발명의 가스제습장치 및 합성가스정제장치는 열반응에 의해 생성된 '합성가스(synthetic gas)'의 처리에 매우 효과적으로 적용 가능하다. 따라서, 이하 별도로 언급되지 않더라도 '가스'는 '합성가스'를 포함하는 의미로 사용된다. 그러나 본 발명의 처리대상을 이와 같은 합성가스로 한정하여 이해할 필요는 없으며 수분, 타르, 미세먼지 등을 함유하는 다양한 종류의 가스를 처리하는 데 본 발명을 용이하게 적용할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치 및 그를 포함하는 합성가스정제장치에 대해 상세히 설명한다. 먼저, 합성가스정제장치 전체의 구성, 구조 등에 대해 설명하고, 이어서 합성가스정제장치에 적용된 가스제습장치의 구성, 구조, 작용효과 등에 대해서 보다 상세히 설명한다. 이를 바탕으로 가스제습장치와 이를 포함하는 합성가스정제장치의 동작 및 작용효과 등을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 합성가스정제장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 합성가스정제장치(2)는 가스유입구(11) 및 가스배출구(12)가 형성된 하우징(10), 하우징(10) 내부의 가스유입구(11) 측에 설치된 가스제습장치(1), 하우징(10) 내부의 가스배출구(12) 측에 설치된 필터(30), 및 하우징(10) 내부의 필터(30)와 가스제습장치(1) 사이에 배치되어 필터(30)로 유입되는 가스의 수분을 제거하는 후처리모듈(20)을 포함한다. 합성가스정제장치(2)는 하우징(10) 내 가스를 유입하여 가스제습장치(1), 후처리모듈(20), 및 필터(30)를 차례로 통과시킴으로써 가스 내 불순물(수분, 타르, 미세먼지 등)을 효과적으로 처리한다.

가스 내 불순물은 하우징(10) 내부에서 처리된다. 하우징(10) 내부에는 가스처리를 위한 공간이 구비된다. 하우징(10) 내 처리공간은 후처리모듈(20)을 기준으로 구분될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 후처리모듈(20)을 중심으로 가스제습장치(1)가 배치된 공간과 필터(30)가 배치된 공간을 구분할 수 있다. 후처리모듈(20)은 그 사이에 배치된다. 가스는 가스유입구(11)측의 가스제습장치(1)를 통과하여 후처리모듈(20)에 유입되고 가스배출구(12) 측의 필터(30)를 경유하여 배출된다.

즉, 하우징(10) 내 한정된 공간을 가스제습장치(1)가 설치된 공간, 후처리모듈(20)이 설치된 공간, 필터(30)가 설치된 공간으로 구분하여 각 공간을 연속적으로 통과시키며 가스를 처리할 수 있다. 가스는 가스제습장치(1)를 통과하며 수분이 효과적으로 제거되고, 후처리모듈(20)을 통과하면서 일부 남아있는 수분까지도 보다 완벽히 제거된다. 이후 건조상태로 필터(30)로 통과되면서 수분 외 다른 불순물(입자상 오염물질, 탄화물 등)들도 모두 효과적으로 처리된다. 또한 가스제습장치(1)에서는 수분과 함께 수분에 함유된 타르와 같은 수용성 불순물이나 미세먼지 입자도 함께 제거되므로 처리효율이 크게 높아진다. 이와 같이 연속된 서로 다른 처리과정으로 수분이 함유된 가스 내 불순물을 매우 효과적으로 제거할 수 있다.

하우징(10)은 내부가 빈 중공형상으로 형성된다. 도면 상에 원통형상의 하우징(10)이 도시되었으나 이와 같이 한정될 필요는 없다. 하우징(10)은 내부에 가스 처리가 가능한 공간이 구비된 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 하우징은 가스유입구(11), 가스배출구(12) 및 응축수를 배출하는 배출구(13)를 제외한 나머지 부분이 밀폐되어 압력용기와 같은 구조로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 가스의 처리경로를 고려하여 서로 반대편 측에 가스유입구(11)와 가스배출구(12)를 형성할 수 있다. 가스유입구(11) 및 가스배출구(12)는 각각 가스 입출이 가능한 관로와 연결될 수 있다.

가스제습장치(1)는 하우징(10) 내부의 가스유입구(11) 측에 설치된다. 가스제습장치(1)는 가스유입구(11)의 관로(예를 들어, 가스공급관)에 직결되어 가스를 공급받도록 형성된다. 공급되는 가스는 전술한 바와 같이 열반응 등에 의해 생성된 합성가스를 포함한다. 따라서 가스는 가스유입구(11)를 통해 먼저 가스제습장치(1)로 공급된다. 가스제습장치(1)는 몸체(100)를 관통하는 복수 개의 배기관(102)을 포함하며 내부에는 가스를 회전시켜 압축하는 임펠러(도 2의 200참조)가 수용된다. 가스제습장치(1)의 몸체(100)는 다층으로 이루어져 있어 내측에 가스유동로(도 2의 101참조)와 냉각수유동통로(130) 등 유체 유동이 가능한 통로구조가 다중으로 구현된다. 이러한 가스제습장치(1)로 가스의 압력과 온도 등을 변화시켜 가스에 함유된 수분을 매우 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 가스에 함유된 타르나 미세먼지 등도 수분과 함께 매우 효과적으로 제거할 수 있다. 가스제습장치(1)에 대해서는 후술하여 보다 상세히 설명한다.

후처리모듈(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(10) 내부공간에 개재된다. 후처리모듈(20)은 필터(30)와 가스제습장치(1) 사이에 개재되어 하우징(10) 내부공간을 구획한다. 후처리모듈(20)은 가스제습장치(1)를 통과한 가스를 유입하여 필터(30) 측으로 배출하며 가스에 남아있는 수분을 제거한다. 즉, 가스제습장치(1) 후단에 수분을 제거하는 후처리모듈(20)을 배치하여 가스 내 일부 잔류하는 수분까지 보다 완벽하게 제거할 수 있다. 후처리모듈(20)은 예를 들어, 다수의 기공이 형성된 다공성 부재로 형성될 수 있으며 수분을 흡착하는 흡착제 등을 포함할 수 있다. 그러나 필요에 따라 그 밖의 다른 형태로도 수분 제거가 용이한 후처리모듈(20)을 구현할 수 있다.

필터(30)는 하우징(10) 내부의 가스배출구(12) 측에 설치된다. 필터(30)는 후처리모듈(20) 상에 배열될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 필터(30)는 복수 개가 서로 다른 위치에 분산 배열될 수 있다. 필터(30)는 가스제습장치(1) 및 후처리모듈(20)을 통과한 건조된 가스를 유입하여 처리한다. 특히, 수분이 매우 효과적으로 제거되어 건조된 가스로부터 여러 불순물(입자상 오염물질, 탄화물 등)들을 매우 효과적으로 포집하여 걸러낼 수 있다. 필터(30)는 미세한 공극을 포함하는 다공성 부재 등으로 형성될 수 있으며, 공극의 크기나 필터(30)의 재질, 형상, 배치상태 등은 가스 내 함유된 불순물의 종류와 가스 유동량 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.

본 발명의 합성가스정제장치(2)는 이와 같이 하우징(10) 내 연속적으로 배치된 가스제습장치(1), 후처리모듈(20), 필터(30)를 이용하여 가스 내 불순물들을 효과적으로 처리한다. 특히, 가스제습장치(1)는 전술한 바와 같이 내부로 유입된 가스의 압력과 온도 등을 유기적으로 변화시킬 수 있는 구조로 형성되어 가스 내 함유된 수분을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 가스제습장치(1)의 구체적인 구성, 구조, 작용효과 등에 대해서 보다 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 합성가스정제장치에 적용된 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치의 절개사시도이고, 도 3은 도 1의 합성가스정제장치에 적용된 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치의 종단면도이며, 도 4는 도 1의 합성가스정제장치에 적용된 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치의 횡단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 가스제습장치(1)는 내부에 가스유동로(101)가 형성된 내통(110), 내통(110)을 내부에 수용하는 외통(120), 및 내통(110)과 외통(120) 사이에 내통(110)을 둘러싸는 냉각수유동통로(130)를 포함하는 몸체(100), 몸체(100)에 연결되어 가스유동로(101)로 가스를 공급하는 가스공급관(300), 몸체(100)의 내통(110)과 외통(120)을 관통하고 냉각수유동통로(130) 사이로 연장되어 가스유동로(101)를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관(102), 및 가스유동로(101) 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러(200)를 포함한다.

가스제습장치(1)는 다층구조의 몸체(100) 내부에 임펠러(200)가 형성되어 있고 몸체(100) 내 외부는 다수의 배기관(102)을 통해 연통되는 구조이다. 가스는 임펠러(200)에 의해 압축되고 배기관(102)을 통해 배출되며 압력이 변동된다. 또한, 다층구조의 몸체(100)는 가스유동로(101)가 형성된 내통(110), 내통(110) 외측의 외통(120), 내통(110)과 외통(120) 사이의 냉각수유동통로(130)로 다중의 유체 유동구조를 구현한다. 이를 통해 몸체(100) 내부로 유입된 가스가 냉각수와 보다 효과적으로 열교환하며 압력변화에 의해 유도된 온도차로 수분이 보다 효과적으로 응축되는 구조를 형성할 수 있다.

몸체(100)는 내통(110)과 외통(120)을 포함하는 다층구조로 형성된다. 몸체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 가스유동로(101)가 형성된 내통(110), 내통(110)을 내부에 수용하는 외통(120)을 포함하고 내통(110)과 외통(120) 사이에 내통(110)을 둘러싸는 냉각수유동통로(130)가 형성된다. 내통(110), 외통(120), 냉각수유동통로(130)는 열전도도가 높은 금속재로 형성될 수 있다. 몸체(100)는 원통형상으로 형성될 수 있으나 필요에 따라 다른 형상으로도 얼마든지 변형될 수 있다. 가스유동로(101)는 내통(110) 내측의 빈 공간으로 형성되며 냉각수유동통로(130)는 내통(110)과 외통(120) 사이에 유체 유동이 가능한 유로로 형성된다.

냉각수유동통로(130)는 내통(110)과 외통(120)의 사이에 삽입된 중공형의 통체로 형성된다. 냉각수유동통로(130)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 내통(110)을 둘러싸며 내통(110) 내부의 가스유동로(101)를 내측에 수용하는 중공형의 통체로 형성될 수 있다. 따라서 가스유동로(101)는 냉각수유동통로(130)의 내측에 배치되며 냉각수유동통로(130)는 가스유동로(101)외 외측에 가스유동로(101)를 완전히 수용하는 형태로 배치될 수 있다(도 4참조). 이로 인해 냉각수유동통로(130)에 공급된 냉각수가 냉각수유동통로(130)를 유동하며 가스유동로(101) 전체와 용이하게 열교환할 수 있다.

본 실시예에서는 냉각수유동통로(130)가 내통(110)과 외통(120)의 사이에 삽입된 통체로 도시되었으나 필요에 따라 내통(110)과 외통(120) 사이의 공간 자체가 냉각수유동통로(130)로 기능할 수도 있다. 즉, 필요에 따라 별도의 통체를 삽입하지 않고도 내통(110)과 외통(120) 사이의 공간을 활용하여 가스유동로(101)를 둘러싸는 냉각수유동통로(130)를 구현할 수 있다. 이와 같이 몸체(100)의 다층구조를 이용하여 가스유동로(101) 및 냉각수유동통로(130) 등 서로 다른 유체가 열접촉이 가능하게 유동하는 다중의 유로구조를 용이하게 구현할 수 있다.

몸체(100)의 내통(110)과 외통(120) 사이에는 복수 개의 배기관(102)이 형성된다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배기관(102)은 몸체(100)의 내통(110)과 외통(120)을 관통하며 냉각수유동통로(130)의 사이로 연장되어 가스유동로(101)를 외부와 연통시킨다. 배기관(102)은 냉각수유동통로(130)를 가로질러 연결된 관로 형태로 형성되며 내통(110) 및 외통(120)과 연결된 양 단은 개방된다. 즉, 각 도면에 도시된 바와 같이 다층 구조의 몸체(100)를 관통하여 몸체(100) 내부의 가스유동로(101)를 몸체(100) 외부와 연결하는 복수 개의 배기관(102)이 형성된다. 따라서 몸체(100) 내부에서 압축된 가스는 배기관(102)을 통해서 몸체(100)외측으로 용이하게 배출된다.

가스유동로(101) 내부에는 전술한 임펠러(200)가 설치된다. 임펠러(200)는 가스유동로(101) 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부(즉, 몸체 외측)와의 압력차를 유도한다. 즉, 몸체(100) 내 형성된 가스유동로(101)로 가스를 유입하고 임펠러(200)로 회전시켜 압축함으로써 몸체(100) 내부의 압력을 외부보다 높게 유지할 수 있다. 이를 통해 압축된 가스가 몸체(100) 외측으로 배출되며 감압되어 온도가 감소하는 효과를 얻을 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 임펠러(200)는 가스유동로(101) 내 결합된 회전축(210)에 복수 개가 결합될 수 있다.

전술한 배기관(102)은 이러한 임펠러(200)의 회전축(210) 둘레에 회전 대칭형태로 배열된다. 배기관(102)은 임펠러(200)의 회전축(210)과는 수직한 방향으로 연장되어 회전하며 원심력을 얻은 가스의 흐름을 몸체(100) 외측으로 용이하게 배기하도록 형성된다. 임펠러(200)는 회전축(210)으로부터 방사상으로 연장된 복수 개의 날개(도 2의 201참조)와, 날개(201)를 둘러싸 내부에 수용하는 회전림(rotating rim)(202)과, 회전림(202)을 따라 임펠러(200)의 회전축(210)으로부터 원심방향으로 개구된 복수 개의 확산구(203)를 포함한다. 따라서, 임펠러(200)의 날개(201) 사이에서 압축된 가스의 흐름이 원심력을 유지하며 확산구(203) 및 배기관(102)을 차례로 통과하여 외부로 용이하게 배출되는 구조를 구현할 수 있다(도 3 및 도 4의 실선화살표 참조).

임펠러(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가스유동로(101)를 따라서 복수 개가 단일 축 상에 직렬로 연결된다. 즉, 단일한 회전축(210) 상에 복수 개의 임펠러(200)를 다단으로 결합하여 회전시킬 수 있다. 이를 통해 도 3에 도시된 것처럼 가스공급관(300)으로 공급된 가스가 복수 개의 임펠러(200)를 단계적으로 통과하며 반복적으로 압축되도록 할 수 있다. 또한 전술한 회전림(202)은 압축된 가스의 일부는 확산구(203)로 통과시키되 나머지는 각 임펠러(200)의 날개(도 2의 201참조) 내측에 유지함으로써 임펠러(200)를 통과하는 각 단계마다 가스의 압축률이 일정 수준 이상 유지되도록 유도할 수 있다.

이와 같이 다단 압축이 가능한 구조로 가스유동로(101) 내 압력을 보다 효과적으로 상승시킬 수 있다. 따라서 배기관(102)을 통해 배출된 가스는 보다 크게 감압되며 온도하강 폭도 증가된다. 따라서 가스를 몸체(100) 내부에서 외부로 배기하는 과정에서 수분을 효과적으로 응결시켜 제거할 수 있다. 또한, 가스는 몸체(100) 내부에 유지되는 동안에도 가스유동로(101)를 둘러싸는 냉각수유동통로(130)와 지속적으로 열교환하여 냉각된다. 따라서 몸체(100) 내측에서도 수분을 효과적으로 응결시켜 제거할 수 있다. 또한, 냉각수유동통로(130)의 냉각수는 가스유동로(101)뿐만 아니라, 냉각수주입관(131)과 냉각수배출관(132) 사이의 유체 유동경로 상에 개재된 배기관(102)과도 열교환하여 가스를 냉각시킨다. 따라서 가스가 몸체(100) 내부로 유입되고, 압축되고, 몸체(100) 외부로 배출되는 연속된 과정 전체를 통해서 수분을 매우 효과적으로 응결시켜 제거하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 수분에는 타르와 같은 수용성 불순물이나 각종 미세먼지 등도 함유되어 있으므로 수분과 함께 타르, 미세먼지 등도 매우 용이하게 제거할 수 있다.

몸체(100)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 외통(120)을 관통하여 냉각수유동통로(130)의 서로 다른 위치에 각각 연결된 냉각수주입관(131), 및 냉각수배출관(132)이 형성된다. 냉각수주입관(131)을 통해 주입된 냉각수는 냉각수유동통로(130)를 유동하며 냉각수배출관(132)으로 이동한 후 배출된다(도 3의 점선화살표 참조). 이때 냉각수는 전술한 바와 같이 냉각수유동통로(130) 내측에 수용된 가스유동로(101) 뿐만 아니라, 냉각수주입관(131)과 냉각수배출관(132) 사이의 유체 유동경로 상에 개재된 적어도 하나의 배기관(102)과도 접촉하여 매우 용이하게 열교환한다. 즉, 배기관(102)을 냉각수주입관(131)과 냉각수배출관(132) 사이의 냉각수 유동경로에 배열함으로써 냉각수와 가스가 열교환 가능한 영역을 확장할 수 있다. 이를 통해 가스를 냉각시켜 온도를 낮추고 수분을 효과적으로 응결시켜 수분 및 수분에 함유된 타르, 미세먼지 등을 매우 용이하게 제거할 수 있다.

몸체(100)에는 중력방향으로 개구되고 가스유동로(101)와 연통된 적어도 하나의 응축수배출구(103)가 형성된다. 몸체(100) 내부에서 응결된 수분은 응축수배출구(103)를 통해 응축수배출관(103a)으로 배출된다. 응축수배출관(103a)은 필요에 따라 몸체(100) 외측에 위치하는 응축수를 배출하기 위한 또 다른 배출구(도 1 및 도 5의 13참조)와도 연결될 수 있다. 이러한 배출구조로 가스 내 함유된 수분을 응축시켜 수분과 수분에 함유된 타르, 미세먼지 등을 매우 용이하게 용이하게 제거할 수 있다.

한편, 가스제습장치(1)는 몸체(100) 외측에서 임펠러(200)의 회전축(210)에 회전력을 인가하는 회전구동부(400)를 포함할 수 있다. 회전구동부(400)는 몸체(100) 외측에서 임펠러(200)의 회전축(210)에 분리 가능하게 접속될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 필요에 따라 분리 또는 결합이 가능한 회전구동부(400)를 형성하여 임펠러(200)에 회전력을 인가할 수 있다. 회전구동부(400)는 모터(420)와 회전축(410)을 포함한다. 회전구동부(400)는 예를 들어, 가스제습장치(1) 주변에 형성된 레일(미도시) 등에 슬라이딩 가능하게 결합되어 이동할 수 있다. 그러나 이로써 한정될 필요 없이 다양한 형태의 운동전달구조를 응용하여 분리 또는 결합이 가능한 형태의 회전구동부(400)를 형성할 수 있다.

특히, 회전구동부(400)는 자기력에 의해 결합하는 자기커플러를 이용하여 용이하게 분리 또는 결합될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 임펠러(200)의 회전축(210)과 연결되고 몸체(100) 외측으로 노출된 제1자기커플러(510), 및 회전구동부(400)의 회전축(410)과 연결되고 제1자기커플러(510)와 자기력으로 결합되어 임펠러(200)와 회전구동부(400)의 회전을 동기화하는 제2자기커플러(520)를 형성할 수 있다. 따라서 제1자기커플러(510)와 제2자기커플러(520)를 도 3에 도시된 바와 같이 자기력으로 결합하여 고정하고 회전구동부(400)를 구동하여 임펠러(200)를 용이하게 회전시킬 수 있다.

이러한 구조로 몸체(100)내 한정된 공간을 보다 효과적으로 활용할 수 있다. 즉, 회전구동부(400)를 몸체(100)로부터 분리하여 형성함으로써 몸체(100) 내 한정된 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 몸체(100) 내 한정된 공간을 활용하여 열교환이 용이한 다중의 유체 유동구조를 형성함과 동시에 임펠러(200)의 설치공간도 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 필요에 따라 구동력을 인가하거나 즉시 제거할 수 있는 구조로 형성함으로써 위험상황 등에도 보다 효과적으로 대비 가능하고 에너지 효율도 높은 동력전달구조를 구현할 수 있다.

이하, 도 5 및 도 3과 도 4를 함께 참조하여 가스제습장치와 이를 포함하는 합성가스정제장치의 동작 및 작용효과 등을 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 처리대상이 되는 가스(실선화살표 참조)는 가스공급관(300)을 통해서 공급된다. 가스공급관(300)은 하우징(10)에 형성된 가스유입구(11)를 통해서 하우징(10) 내측의 가스제습장치(1)와 연결된다. 따라서 가스공급관(300)을 통해 공급된 가스는 먼저 가스제습장치(1)로 공급된다. 가스제습장치(1)로 공급된 가스는 도 3에 도시된 바와 같이 가스제습장치(1)의 몸체(100) 내부에서 가스유동로(101)를 따라 이동한다. 가스유동로(101) 내부의 가스는 가스유동로(101)를 둘러싸는 냉각수유동통로(130)의 냉각수와 열교환하여 매우 효과적으로 냉각된다. 따라서 가스가 몸체(100) 내부에 유지되는 동안 수분이 응결되어 수분과 수분에 함유된 타르, 미세먼지 등이 응축수배출구(103)를 통해 매우 용이하게 제거된다.

이와 동시에 가스는 임펠러(200)를 통과하며 압축된다. 가스는 다단 배열된 임펠러(200)를 순차적으로 통과하며 고압으로 압축된다. 따라서 가스유동로(101) 내부와 외부(몸체 외측) 사이에 압력차가 유도된다. 가스는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 임펠러(200)의 확산구(203), 및 몸체(100)의 내통(110)과 외통(120)을 관통하는 배기관(102)을 통과하여 몸체(100) 외측으로 배출되고 압력차에 의해 감압된다. 따라서 온도가 하강하여 몸체(100) 외측으로 배출되는 동안에도 가스 내 수분이 응결되어 수분과 수분에 함유된 타르, 미세먼지 등이 용이하게 제거된다. 수분은 몸체(100) 내측에 형성된 응축수배출구(103)나 몸체(100) 외측의 응축수 배출을 위해 마련된 배출구(도 5의 13참조) 등을 통해서 용이하게 배출 가능하다.

즉, 전술한 바와 같이 가스가 몸체(100) 내부에 유입되고, 압축되고, 몸체(100) 외부로 배출되는 일련의 연속된 과정 전체를 통해서 수분을 매우 효과적으로 응결시켜 수분과 수분에 함유된 타르, 미세먼지 등을 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 배기관(102)을 냉각수주입관(131)과 냉각수배출관(132) 사이의 냉각수 유동경로에 배열함으로써 냉각수와 가스가 열교환 가능한 영역도 확장할 수 있다. 이를 통해 가스를 냉각시켜 온도를 낮추고 수분을 효과적으로 응결시켜 수분과 타르, 미세먼지 등을 용이하게 제거할 수 있다. 또한 몸체(100) 외부에서 분리 가능하게 접속되는 회전구동부(400)를 통해서 임펠러(200)에 회전력을 인가하거나 인가된 회전력을 제거할 수 있어 에너지 낭비를 없애고 효율적으로 장치를 운전할 수 있다.

이와 같이 가스제습장치(1)를 통과하여 가스가 효과적으로 처리된다. 가스제습장치(1)를 통과한 가스는 도 5에 도시된 바와 같이 배기관(102)을 통해 배기된다(실선화살표 참조). 배기된 가스는 전술한 바와 같은 과정을 통해 수분이 매우 효과적으로 제거된 건조된 가스로 하우징(10) 내에서 확산되어 후처리모듈(20) 측으로 이동된다. 후처리모듈(20)은 가스를 유입하고 내부로 통과시켜 가스 내 잔류하는 수분까지 모두 제거한다. 따라서 매우 건조된 상태의 가스가 필터(30) 측으로 유입된다.

수분이 제거된 가스는 후처리모듈(20)을 통과한 후 필터(30)를 경유하여 배출된다. 즉, 수분이 제거되어 건조된 상태의 가스로부터 수분 외 다른 불순물들(입자상 오염물질, 탄화물 등)이 필터(30)를 통과하며 제거된다. 또한 수분에 함유되지 않은 타르나 미세먼지 등도 독립적으로 재차 제거된다. 특히, 필터(30)는 수분이 매우 효과적으로 제거되어 건조된 가스로부터 그 밖의 여러 가지 불순물들을 매우 효과적으로 포집하여 제거할 수 있다. 즉, 전술한 수분 제거과정으로 인해 후속하는 가스 처리가 매우 원만하게 이루어지고 가스 처리효율이 크게 향상된다. 따라서 불순물이 매우 효과적으로 제거된 순도 높은 처리가스를 가스배출구(12)로 배출할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 가스제습장치(1) 및 이를 포함하는 합성가스정제장치(2)를 이용하여 매우 효과적으로 가스 내 불순물을 처리할 수 있다. 본 발명은 노(furnace)나 오븐(oven) 등에서 생성된 가스가 유동하는 관로에 적용하여 이를 처리하는 데 매우 효과적으로 사용할 수 있다. 그러나 이로써 한정될 필요 없이 그 밖의 다른 가스가 유동하는 관로에도 본 발명을 용이하게 적용하여 가스에 함유된 수분과 그 밖의 불순물들을 용이하게 제거하는 것이 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적이 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 가스제습장치 2: 합성가스정제장치
10: 하우징 11: 가스유입구
12: 가스배출구 13: 배출구
20: 후처리모듈 30: 필터
100: 몸체 101: 가스유동로
102: 배기관 103: 응축수배출구
103a: 응축수배출관 110: 내통
120: 외통 130: 냉각수유동통로
131: 냉각수주입관 132: 냉각수배출관
200: 임펠러 201: 날개
202: 회전림 203: 확산구
210, 410: 회전축 300: 가스공급관
400: 회전구동부 420: 모터
510: 제1자기커플러 520: 제2자기커플러

Claims (11)

1. 삭제
2. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
   상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
   상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
   상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
   상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
   상기 배기관은 상기 임펠러의 회전축 둘레에 회전 대칭형태로 배열되고 상기 임펠러의 회전축과는 수직한 방향으로 연장된 가스제습장치.
3. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
   상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
   상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
   상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
   상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
   상기 임펠러는 상기 가스유동로를 따라서 복수 개가 단일 축 상에 직렬로 연결된 가스제습장치.
4. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
   상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
   상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
   상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
   상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
   상기 임펠러는 회전축으로부터 방사상으로 연장된 복수 개의 날개와,
   상기 날개를 둘러싸 내부에 수용하는 회전림(rotating rim)과,
   상기 회전림을 따라 상기 임펠러의 회전축으로부터 원심방향으로 개구된 복수 개의 확산구를 포함하는 가스제습장치.
5. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
   상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
   상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
   상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
   상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
   상기 몸체 외측에서 상기 임펠러의 회전축에 분리 가능하게 접속되어 회전력을 인가하는 회전구동부를 더 포함하는 가스제습장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 임펠러의 회전축과 연결되고 상기 몸체 외측으로 노출된 제1자기커플러, 및
   상기 회전구동부의 회전축과 연결되고 상기 제1자기커플러와 자기력으로 결합되어 상기 임펠러와 상기 회전구동부의 회전을 동기화하는 제2자기커플러를 더 포함하는 가스제습장치.
7. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
   상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
   상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
   상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
   상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
   상기 냉각수유동통로는 상기 가스유동로를 내측에 수용하는 중공형의 통체로 형성된 가스제습장치.
8. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
   상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
   상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
   상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
   상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
   상기 외통을 관통하여 상기 냉각수유동통로의 서로 다른 위치에 각각 연결된 냉각수주입관, 및 냉각수배출관을 더 포함하는 가스제습장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 냉각수유동통로의 냉각수는,
   상기 가스유동로, 및 상기 냉각수주입관과 상기 냉각수배출관 사이의 유체 유동경로 상에 개재된 적어도 하나의 상기 배기관과 열교환하는 가스제습장치.
10. 내부에 가스유동로가 형성된 내통,
    상기 내통을 내부에 수용하는 외통, 및
    상기 내통과 외통 사이에 상기 내통을 둘러싸는 냉각수유동통로를 포함하는 몸체;
    상기 몸체에 연결되어 상기 가스유동로로 가스를 공급하는 가스공급관;
    상기 몸체의 상기 내통과 상기 외통을 관통하고 상기 냉각수유동통로 사이로 연장되어 상기 가스유동로를 외부와 연통시키는 복수 개의 배기관; 및
    상기 가스유동로 내부에서 회전하며 가스를 압축하여 외부와의 압력차를 유도하는 적어도 하나의 임펠러를 포함하며,
    상기 몸체의 중력방향으로 개구되고 상기 가스유동로와 연통된 적어도 하나의 응축수배출구를 더 포함하는 가스제습장치.
11. 가스유입구 및 가스배출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내부의 상기 가스유입구 측에 설치된 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항의 가스제습장치;
    상기 하우징 내부의 상기 가스배출구 측에 설치된 필터; 및
    상기 하우징 내부의 상기 필터와 상기 가스제습장치 사이에 배치되어 상기 필터로 유입되는 가스의 수분을 제거하는 후처리모듈을 포함하는 합성가스정제장치.

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