KR102163198B1 - 충진물 및 그를 포함하는 충진부재를 사용한 기체 용해장치 - Google Patents

Abstract

충진물 및 그를 포함하는 충진부재를 사용한 기체 용해장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 유입되는 기체 내 기 설정된 성분만을 용매에 용해시켜 추출하는 기체 용해장치에 충진되어 상기 기 설정된 성분의 용해를 촉진시키는 충진물에 있어서, 축을 중심으로 방사방향으로 형성된 적어도 2 이상의 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진물을 제공한다.

Description

충진물 및 그를 포함하는 충진부재를 사용한 기체 용해장치{Gas Dissolving Apparatus Using Packing Material and Packing Member Including the Same}

본 실시예는 충진물과 충진물이 충진된 충진부재를 사용한 기체 용해장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

기체 용해장치는 유입되는 기체 내 특정 성분을 용해시켜 포집함으로써, 기체 내에서 해당 성분을 제거함으로써 정화를 시키거나, 해당 성분을 추출하는 장치에 해당한다. 주로, 산업환경에서 사용되는 기체 용해장치는 충진부재를 이용하여 기체 내 특정 성분을 포집함으로써 기체를 정화시킨다.

충진부재는 내부에 포함된 충진물을 이용하여 용매에 기체 내 특정 성분을 용해시켜 포집하는 부재이다. 충진부재의 일방향으로는 용매가 분사되고 타방향으로는 정화를 위한 기체가 주입되어, 용매와 기체와의 성분교환으로 정화가 이루어진다. 따라서, 충진부재 내 충진물은 표면적이 크고, 기체의 흐름의 방해를 최소화하며, 가볍고 견고할수록 우수한 효과를 가져온다. 이에 종래의 충진부재는 도 6 또는 도 7에 도시된 형태로 제작되었다.

도 6 및 도 7은 종래의 충진부재 내 충진되는 충진물을 도시한 도면이다.

종래의 충진부재 내 충진되는 충진물 중 일 형태는 도 6에 도시된 바와 같이 속이 빈 원통형이나 내부에 격벽을 포함한 원통형으로 형성되었다. 이러한 형태의 충진물은 충진물의 공극률을 높여 기체의 흐름을 원활하게 함으로써, 충진부재에 의해 발생하는 압력손실(충진물이 기체의 흐름을 방해하여, 정화를 위해 유입할 기체의 주입압력이 증가하는 것)을 최소화할 목적으로 형성되었다. 그러나 이러한 형태의 충진물은 비표면적이 현저히 낮은 단점을 갖는다. 낮은 비표면적으로 인해, 종래의 충진물은 용매가 충진물 내 충분한 수막을 형성하지 못하거나 주입되는 기체와 충분히 접촉하지 못하게 되어, 용매 내로 용해되는 (기체 내) 특정성분의 양이 충분치 못하였다. 이러한 문제로, 종래의 충진부재를 포함한 기체 용해장치는 일정량의 기체를 정화시키기 위해 복수 회 가동되어야 하거나, 상대적으로 더 많은 양의 충진부재를 포함하여야 하여 가동 또는 구비에 많은 비용이 소모되는 단점이 있었다.

이러한 문제를 해소하고자, 도 7과 같이 종래의 충진물은 말 안장모양 등과 같은 다양한 모양으로 형성되었다. 이러한 충진물은 내부에 많은 공극을 포함하여 압력손실도 최소화하면서도, 용매 및 기체와의 비표면적도 증가시켜 (기체 내) 특정 성분의 용해도도 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다. 그러나 특정 모양을 구비해야만 전술한 효과를 가져오기 때문에, 도 7과 같은 충진물은 양산이 곤란하여 제작에 어려움이 존재하며, 제조 단가가 향상되는 문제가 존재하였다. 또한, 종래의 충진물은 형성된 모양을 유지하여야만 전술한 효과를 가져올 수 있기 때문에, 다량의 충진물이 충진부재 내 충진되더라도 각 충진물이 최초 형상을 유지할 수 있도록 상대적으로 단단한 소재가 사용되어야 했다. 그렇지 않으면, 다량의 충진물이 충진부재 내 충진되며 충진물 간의 충돌로 형상 유지를 기대할 수 없기 때문이다. 이 때문에, 충진물의 제조 단가도 향상되고 무게도 무거워져 다량의 충진물을 포함한 충진부재의 무게가 현저히 무거워지는 문제가 존재하였다.

본 발명의 일 실시예는, 가볍고 넓은 비표면적을 가지면서도 용이하게 제조할 수 있는 충진물과 그를 포함한 충진부재를 사용한 기체 용해장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 성분을 포함한 기체가 유입되는 기체 유입구; 상기 기 설정된 성분을 용해시키는 용매를 분사하는 노즐; 축을 중심으로 방사방향으로 형성된 적어도 2 이상의 날개를 구비하는 충진물 및 내부에 상기 충진물을 포함하며 기체와 액체가 유출·입할 수 있도록 하는 공극을 구비한 케이스를 포함하는 충진부재; 상기 충진부재를 지지하는 트레이; 및 상기 노즐이 분사할 용매 또는 상기 충진부재를 거친 용매를 저장하고, 저장된 용매를 상기 노즐로 제공하는 순환수조를 포함하며, 상기 노즐, 상기 충진부재, 상기 트레이 및 상기 순환수조를 각각 포함하는 하나의 세트가 복수 개 포함되며, 각 세트에 포함된 순환수조 내 저장된 용매의 종류는 동일하거나 상이하며, 최하단에 배치되는 트레이를 제외한 나머지 각 세트에 포함된 트레이의 하단에 배치되어, 세트와 세트 간을 공간적으로 분리하여 각 세트에 포함된 충진부재를 거친 용매 간에 혼합이 일어나지 않도록 하는 격벽을 더 포함하며, 상기 격벽은 일측으로 구멍 및 상기 구멍의 크기와 동일한 사이즈의 통로를 구비하여, 격벽으로 떨어지는 용매가 격벽이 배치된 각 세트 내 순환수조로 유입되도록 하며, 최하단에 배치된 세트 내 포함된 순환수조의 상단 뚜껑은 개방되고, 나머지 세트 내 포함된 순환수조의 상단 뚜껑은 상기 격벽의 통로와 연결되는 구멍을 포함한 채 밀폐되어 있고, 상기 충진부재는 동일한 중심점을 기준으로 적층되어 구성된 복수의 단위 케이스를 포함하고, 각각의 단위 케이스는 상기 중심점을 중심으로 부채꼴 모양의 복수의 부분으로 구획되어 형성되며, 단위 케이스의 부분들 사이에는 결합면이 형성되고, 단위 케이스들 중 서로 맞닿는 단위 케이스들 사이의 맞닿는 면이 형성되며, 결합면이 적층된 방향으로 봤을 때 단위 케이스들 사이의 맞닿는 면에서 맞닿는 각 단위 케이스 내 결합면들이 상호 간에 겹쳐서 보이지 않도록, 서로 맞닿는 단위 케이스들 중 어느 하나는 나머지로부터 상기 중심점을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 각각 회전하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 용해장치를 제공한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 날개는 상기 용매와 접촉하여 상기 용매의 액막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 성분은 상기 액막과 접촉하며 상기 용매로 용해되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 날개는 발포폴리프로필렌으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 날개는 사출성형되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 유입되는 기체 내 기 설정된 성분만을 용해시켜 추출하는 기체 용해장치에서 상기 기 설정된 성분의 용해를 촉진시키는 충진부재에 있어서, 충진물 및 내부에 상기 충진물을 포함하며, 기체 및 액체가 유출·입할 수 있도록 하는 공극을 포함한 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진부재를 제공한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 충진부재는 상기 기체 용해장치에 탈착가능한 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 케이스는 내부에 상기 충진물을 포함하며, 기체 및 액체가 유출·입할 수 있도록 하는 공극을 포함한 단위 케이스를 복수 개 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 성분을 포함한 기체가 유입되는 기체 유입구와 상기 기 설정된 성분을 용해시키는 용매를 분사하는 노즐과 상기 충진부재와 상기 충진부재를 지지하는 트레이 및 상기 노즐이 분사할 용매 또는 상기 충진부재를 거친 용매를 저장하고, 저장된 용매를 상기 노즐로 제공하는 순환수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 용해장치를 제공한다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 충진부재를 거친 기체는 상기 기체 용해장치의 외부로 배출되거나, 다시 상기 기체 유입구로 재유입되어 상기 충진부재를 반복적으로 거치며 기 설정된 농도 이상의 기 설정된 성분이 상기 순환수조의 용매에 농축되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 충진물이 가볍고 넓은 비표면적을 가지면서도 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시예의 일 측면에 따르면, 이러한 충진물을 포함하기 때문에, 충진부재가 우수한 기체 용해(정화)효율을 가지면서도, 가벼워 손쉬운 유지·관리가 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 용해장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충진부재의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 충진부재의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 충진부재의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충진부재 내 충진되는 충진물을 도시한 도면이다.
도 6 및 7은 충진부재 내 충진되는 종래의 충진물을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 용해장치의 단면을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 용해장치(100)는 기체 유입구(110, 115), 트레이(120, 122, 124, 126), 격벽(128), 충진부재(130, 135), 순환수조(140, 145), 펌프(150, 152, 154, 156), 노즐(160, 165), 약품조(170, 175), 디미스터(180) 및 기체 배출구(190)를 포함한다. 도 1에는 충진부재, 충진부재의 상·하단에 배치된 트레이, 펌프, 노즐, 순환수조 및 약품조(이하에서, 전술한 모든 구성을 '세트'라 칭함)가 각각 2개씩 구비된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 기체 용해장치는 특정 용매에 용해되는 성분만을 정화시키고자 한다면 1세트의 구성만을 구비할 수 있고, 서로 다른 복수의 용매에 용해되는 성분들을 동시에 모두 정화시키고자 한다면 용매 개수만큼의 세트를 구비할 수도 있다.

기체 유입구(110)는 특정 성분을 포함한 기체가 유입되는 구멍이다. 별도의 장치에서 배출되어 블로워를 따라 특정 성분을 포함한 기체가 기체 유입구(110)로 전달되며, 기체 유입구(110)를 거쳐 기체 용해장치(100) 내로 유입된다. 기체 유입구(110)로 유입된 기체는 기체 배출구(190)와의 압력차 등에 의해 기체 배출구(190)가 위치한 상부(+y축 방향)로 이동하며 기체 용해장치(100) 내 여러 구성을 거치게 된다.

기체 유입구(115)는 특정 충진부재를 거친 기체가 다른 충진부재로 유입될 수 있도록 하는 구멍이다. 기체 용해장치(100) 내 충진부재가 복수 개 포함되어 있을 경우, 기체 유입구(115)는 상대적으로 하단에 배치된 충진부재를 거친 기체가 바로 상단에 배치된 충진부재를 거칠 수 있도록 한다. 기체 유입구(115)는 특정 충진부재와 해당 충진부재의 바로 상단에 배치된 충진부재를 공간적으로 분리하는 격벽(128)의 상·하단을 연결한다. 기체 유입구(115)에 의해, 기체 용해장치(100)는 일 충진부재를 거치며 특정 성분이 제거된 기체에 대해, 다른 충진부재를 거치도록 하여 특정성분 또는 다른 성분을 추가로 제거할 수 있다.

트레이(120, 122, 124, 126)는 기체 용해장치(100)에 장착된 충진부재(130, 135)가 이탈하지 않도록 지지한다. 트레이(120, 124)는 주로 충진부재(130, 135)의 하단에 배치되어 충진부재(130, 135)가 트레이에 안착되어 이동하지 않도록 하며, 경우에 따라 트레이(122, 126)가 충진부재(130, 135)의 상단에 추가적으로 배치될 수 있다. 기체 용해장치(100)로 유입되는 기체의 유압이 세거나 기체량이 많아 트레이(120, 124)에 안착된 충진부재들이 이동할 가능성이 존재할 경우, 트레이(122, 126)가 각 충진부재(130, 135)의 상단에 배치될 수도 있다.

트레이(120, 122, 124, 126)는 충진부재(130, 135)를 안착시켜 지지하기 위한 프레임으로 구현될 수 있다. 트레이(120, 122, 124, 126)는 안착된 충진부재(130, 135)로 기체와 용매가 상·하단으로 이동할 수 있도록 해야 하므로, 충진부재(130, 135)의 이탈을 방지할 수 있는 최소한의 구조인 프레임만으로 구현될 수 있다.

격벽(128)은 최하단 충진부재를 제외한 각 충진부재를 지지하는 하부 트레이의 하단에 배치된 구성으로서, 각 충진부재를 거친 용매 간에 혼합이 일어나지 않도록 세트 간을 공간적으로 분리한다. 격벽(128)은 노즐의 상부에 배치되어, 세트와 세트 간을 공간적으로 온전하게 분리시킨다. 기체 용해장치 내 복수의 세트가 구비된 것은, 하나의 성분을 복수 회 용해시키기 위한 경우도 있을 수 있으나 통상 서로 다른 성분을 각각 용해시키기 위한 경우가 보통이다. 이에, 노즐로부터 충진부재로 분사되는 용매는 각 충전부재에서 서로 다른 종류의 성분을 제거할 수 있도록 서로 다른 종류의 용매일 수 있다. 이러한 용매들 간에 혼합이 일어나게 된다면, 용매는 자기 고유의 성질을 잃어버리게 되어 더 이상 특정 성분을 원활하게 용해시키지 못하게 되는 문제가 유발된다. 이에, 기체 용해장치(100)는 격벽(128)을 구비하여 특정 세트에서 사용되는 용매는 해당 세트의 충진부재를 거친 후 격벽으로 떨어지도록 하여, 해당 세트의 하단에서 사용되는 용매와 혼합되지 않도록 한다. 격벽(128)은 양 세트간을 공간적으로 온전하게 분리시키기 때문에, 공기 유입구(115)는 격벽(128)의 상·하단을 연결함으로써 하나의 세트를 통과한 기체가 나머지 세트를 통과할 수 있도록 한다.

격벽(128)은 일측으로 구멍(미도시)을 구비하며, 구멍에는 구멍의 크기와 동일한 사이즈의 통로가 형성된다. 격벽(128)으로 떨어지는 용매는 격벽이 배치된 세트의 순환수조로 유입되어야 하고, 순환수조로 유입된 용매는 노즐에 의해 다시금 충진부재로 분사되어야 한다. 즉, 격벽으로 떨어지는 용매는 순환수조로 유입되어 다시 순환되어야 한다. 그러나 전술한 대로, 격벽(128)은 공간적으로 온전히 분리시키기 때문에, 격벽으로 떨어진 용매가 순환수조로 유입되기 곤란하다. 이에, 격벽(128)은 일측, 주로, 격벽에 떨어진 용매가 유입되어야 할 순환수조의 연직상방향 부근에 구멍(미도시)을 구비하며, 구멍과 동일한 사이즈의 통로가 격벽(128)과 순환수조를 연결하게 된다. 구멍과 통로에 의해 격벽으로 떨어진 용매는 순환수조로 유입되어 다시금 순환된다.

충진부재(130)는 충진물(도 5에서 후술, 510)을 포함하여, 용매로 유입되는 기체 내 특정 성분의 용해를 촉진시킨다. 충진부재(130)는 트레이 사이에 탈착될 수 있으며, 수 많은 충진물을 포함하여 충진물 사이로 기체와 용매가 통과하며 서로 교차되도록 한다. 충진물 사이로 기체와 용매가 서로 교차되며, 기체 내 특정 성분과 용매 간에 성분 교환, 즉, 특정 성분이 용매에 용해된다. 이에 따라, 충진부재(130)를 거치며 기체 내 특정 성분과 용매의 접촉시간 또는 접촉면적이 증가하게 되어 용해가 촉진된다. 충진부재(130) 및 충진물에 관한 설명은 도 2 내지 5를 참조하여 후술하도록 한다.

순환수조(140, 145)는 기체 내 특정 성분을 용해시키거나 용해시키기 위한 용매를 보관한다. 순환수조(140, 145)는 각 노즐(160, 165)가 분사할 용매를 저장해두고, 각 노즐(160, 165)로 용매를 제공하여 각 노즐(160, 165)이 용매를 분사할 수 있도록 한다. 각 노즐(160, 165)로부터 분사되어 충진부재(130, 135)를 거치며 특정 성분을 용해시킨 용매는 트레이(120, 124)를 거치며 다시 순환수조(140, 145)로 유입된다. 이때, 용매에 용해된 특성 성분의 농도가 지나치게 높아질 경우, 과포화되어 특정 성분들이 용매에 모두 용해되지 못하고 용매 내 잔존하게 되거나, 특정 성분과 용매 내 다른 성분과의 화학반응으로 염이 생성될 수 있다. 이처럼 잔존하는 특정성분이나 생성된 염을 포함한 용매가 충진부재(130, 135)로 분사되어 충진부재(130, 135)를 거칠 경우, 충진부재(130, 135) 내 공극들에 잔여물들을 남겨 순환을 방해하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제 발생을 방지하기 위해, 용매 내 특정 성분의 농도가 기 설정된 기준치 이상이 되는 경우, 순환수조(140, 145) 내 용매는 (외부 구성으로부터 유입되어) 통째로 교체된다. 또는, 기체 용해장치(100)로의 기체의 유입량이 일정하여 기체 용해장치(100)가 일정하게 운전된다면, 용매 내 용해되는 특정 성분의 농도는 시간에 비례하기 때문에, 순환수조(140, 145) 내 용매는 기 설정된 시간 경과후에 마찬가지로 통째로 교체될 수도 있다.

순환수조(140, 145)가 유입받아 저장하는 용매의 종류는 기체 용해장치에서 정화하고자 하는 성분에 따라 결정된다. 예를 들어, 산성 용매에 용해되는 성분을 포집하여 정화하고자 할 경우, 순환수조는 산성 용매를 저장하고 순환시킬 수 있으며, 염기성 용매에 용해되는 성분을 포집하여 정화하고자 할 경우, 순환수조는 염기성 용매를 저장하고 순환시킬 수 있다. 이때, 순환수조(140, 145)로 유입되어 저장되는 용매의 종류는 서로 상이할 수 있다. 전술한 대로, 트레이(120, 124)는 각 노즐로부터 분사되어 기체 용해장치를 거친 용매들이 서로 혼합되지 않고 각 순환수조로 유입되도록 하고 있다. 이에, 순환수조(140, 145)는 서로 다른 종류의 용매를 순환시켜 충진부재에서 서로 다른 성분이 기체 내에서 용해되어 제거되도록 할 수 있다. 예를 들어, 순환수조(140)는 산성 용액을, 순환수조(145)는 염기성 용액을 순환시켜 각각 서로 다른 성분을 기체 내에서 동시에 제거할 수 있다.

순환수조(140, 145)의 최상단 뚜껑은 최하단 세트를 순환하는 용매가 유입되지 않도록 밀폐되어 있으며, 뚜껑 중 일 부분에 구멍을 포함한다. 순환수조(140, 145) 중 최하단 세트에 포함된 순환수조는 뚜껑의 구멍이 개방된 상태로 유지되며, 나머지 순환수조는 구멍에 격벽과 연결된 통로가 배치된다. 순환수조에 형성된 구멍은 통로와 동일한 크기를 가지며, 이에, 최하단 세트를 순환하는 용매는 통로가 배치된 구멍으로는 유입되지 못하고, 구멍이 개방된, 최하단 세트에 포함된 순환수조로 유입된다. 최하단 세트를 순환하는 용매는 해당 순환수조로 자연스럽게 순환될 수 있으며, 나머지 세트를 순환하는 용매는 각 세트의 최하단에 배치된 격벽과 해당 세트에 포함된 순환수조를 연결하는 통로에 의해 순환수조로 유입된 후 순환된다.

펌프(150, 152)는 순환수조(140, 145) 내 저장된 용매를 노즐(160, 165)로 전달한다. 노즐(160, 165)이 용매를 분사할 수 있도록, 펌프(150, 152)는 순환수조(140, 145) 내 저장된 용매를 펌핑하여 노즐(160, 165)로 전달한다.

노즐(160, 165)은 충진부재(130, 135)의 상단에서 용매를 분사한다. 노즐(160, 165)은 충진부재(130, 135)의 상단에서 충진부재(130, 135)로 고르게 용매를 분사한다. 충진부재로 용매가 고르게 분사되지 않을 경우, 충진부재(130)의 일 부분에서 기체가 용매와 접촉하지 않아 특정 성분의 제거가 이루어지지 않을 우려가 존재하기에, 노즐(160, 165)은 충진부재(130, 135)로 고르게 용매를 분사한다. 노즐(160, 165)은 45 내지 60도 범위의 분사각도로, 액적의 크기가 0.1 내지 1mm 범위가 되도록 충진부재(130, 135)로 용매를 분사할 수 있다. 분사 각도와 액적의 크기 제어를 위해, 노즐(160, 165)은 사이클론 형태의 와류를 일으키며 충진부재로 공급하는 형태의 구성으로 구현될 수 있다. 노즐(160, 165)이 전술한 형태의 구성으로 구현될 경우, 충진부재의 상부에서 기체와 용매가 1차적으로 접촉된 후에 공급될 수 있다.

약품조(170, 175)는 순환수조(140, 145)로 용매의 특성을 유지하기 위한 약품을 공급한다. 용매는 특정 성분을 용해시키기 위해 고유의 성질을 갖는다. 예를 들어, 특정 성분이 특정 pH를 갖는 산성 용매에 잘 용해되는 성질을 가질 경우, 용매는 해당 성분을 용해시키기 위한 특정 pH를 갖는 산성용액일 수 있다. 다만, 이와 같은 용매에 특정 성분이 용해될 경우, 용매는 최초의 성질을 지속적으로 유지할 수 없게 된다. 예를 들어, 특정 pH를 갖는 산성 용액인 용매에 특정 성분이 용해될 경우, 해당 용매의 pH에는 변화가 발생할 수 있다. 용매의 성질에 변화가 발생할 경우, 특정 성분의 용해도가 떨어지게 되어 기체 용해장치의 정화효율이 떨어지는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 방지하고자, 약품조(170, 175)는 순환수조(140, 145) 내 용매의 성질을 지속적으로 또는 주기적으로 모니터링하여, 용매의 성질을 유지시키기 위한 약품을 순환수조(140, 145)로 제공한다. 전술한 예에서, 특정 성분이 용매에 용해되어 용매의 pH가 높아지는 경우, 약품조는 용매의 pH를 낮추기 위한 산성 용액(약품)을 순환수조로 제공한다. 이와 같은 약품조(170, 175)의 순환수조(140, 145)로의 약품 공급에 따라, 순환수조(140, 145) 내 용매는 고유의 성질을 유지하며 순환될 수 있다.

펌프(154, 156)는 약품조(170, 175) 내 저장된 약품을 순환수조(140, 145)로 전달한다.

디미스터(Demister, 180)는 기체 내 포함된 액체성분을 제거한다. 기체 용해장치 내 각 구성을 거친 기체 내에는 미립화된 용매입자들이 포함될 수 있다. 이러한 용매 입자 내에는 기체 내에서 제거되어야 할 특정 성분이 용해되어 있기 때문에, 기체 내에서 미립화된 용매입자들도 마찬가지로 제거되어야 한다. 이에, 디미스터(180)는 최종적으로 기체가 기체 배출구(190)로 배출되기 전에 미립화된 용매입자들을 제거하여, 기체 배출구로 특정 성분이 포함된 기체가 배출되지 않도록 한다.

기체 유입구(110)는 최하단 세트에서 (충진부재(130) 하단에 위치한) 트레이(120)의 하부로부터 기체를 유입시키고 있으며, 기체 유입구(115)도 마찬가지로 양 세트를 연결하며 상단에 위치한 세트에서 (충진부재(135) 하단에 위치한) 트레이(124)의 하부로부터 기체를 유입시킨다. 기체 유입구(110)에 의해 유입되는 기체가 각 트레이의 하부에서 유입됨으로써, 기체가 충진부재를 거치며 용매와 접촉할 뿐만 아니라 충진부재를 거쳐 격벽 또는 순환수조로 떨어지는 용매와도 접촉할 수 있게 된다. 이에, 기체 용해장치(100)의 특정 성분 용해율이 향상될 수 있다.

또한, 도 1에는 기체 용해장치(100) 내 각 구성을 거친 기체가 기체 배출구(190)로 바로 배출되는 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 기체 배출구(190)로 배출될 기체가 다시 기체 유입구(110)로 재유입되어 충진부재를 반복적으로 거칠 수 있다. 기체 내 특정 성분의 포집률(용해율)이 기 설정된 기준치에 도달할 때까지 기체가 반복적으로 충진부재를 거칠 수 있으며, 이에 일정 농도 이상의 특정 성분이 순환수조로 포집될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충진부재의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충진부재(130)는 케이스(210) 및 충진물(미도시, 도 5에서 후술)을 포함한다.

케이스(210)는 충진물(미도시)을 내부에 포함한다. 케이스(210)는 충진물(미도시)의 크기보다 작은, 예를 들어, 5mm 크기의 메시(Mesh, 220)를 포함하여, 충진물(미도시)은 케이스(210) 외부로 이탈하지 않도록 하면서 케이스(210) 내로 기체와 용매가 유입될 수 있도록 한다. 케이스(210) 내에 수많은 충진물(미도시)이 포함되며, 충진물 간에 공극을 형성함으로써 충진물로 기체와 용매가 접촉할 수 있도록 한다. 도 2 내지 4에 도시된 것처럼, 케이스(210)는 그물망 형태와 같이 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 크기의 메시를 포함하는 형태면 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.

케이스(210)는 충진부재의 하부 트레이에 안착되어 배치될 수 있는 한도 내에서 임의의 형상(트레이의 단면과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있음)을 가지며, 트레이와 트레이 간 간격만큼의 높이로 형성된다.

케이스(210)는 기체 용해장치(100)로의 탈착이 보다 용이하도록, 여러 부분(230)들로 구분될 수 있다. 예를 들어, 케이스(210)는 4개의 부분(230)의 조합 또는 8개의 부분(230)의 조합으로 구현될 수 있다. 이처럼, 케이스(210)가 여러 부분(230)들로 구분됨에 따라, 기체 용해장치(100)의 관리자는 충진부재(130)를 관리함에 있어 보다 용이하게 관리하고 유지할 수 있다. 용매가 케이스(210)의 일부분에서만 고르게 분산되지 않는 상황이 발생한 것으로 가정하면, 기체 용해장치(100)의 관리자는 충진부재(130)를 통째로 교체할 필요없이 해당 부분만을 교체함으로써 비용절감과 관리의 편의성을 도모할 수 있다.

충진물(미도시)은 케이스(210) 내에 포함되어, 기체의 특정 성분을 용매로 용해시킨다. 충진물(미도시)은 충진부재(130)로 유입된 용매와의 접촉으로 표면에 용매의 액막을 형성한다. 액막이 형성된 충진물로 기체가 접촉하게 되면, 기체 내 특정 성분이 용매로 용해된다. 이러한 과정에 따라, 기체 내 특정성분이 충진부재(130)의 충진물(미도시)을 거치며 용매로 용해된다. 수많은 충진물(미도시)이 케이스(210) 내에 포함되어, 케이스(210) 내를 통과하는 기체를 정화한다. 특정 성분이 용해된 용매는 충진물(미도시)들을 거치며 충진부재를 통과하여 순환수조로 유입되게 된다. 충진물(미도시)은 도 5에 상세히 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충진부재 내 충진되는 충진물을 도시한 도면이다.

도 5(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충진물(510)은 축을 중심으로 방사방향으로 형성된 복수의 날개(520)를 포함하는 형태로 구현된다. 날개(520)의 개수는 2개 이상이기만 하면 개수의 제한은 존재하지 않으며, 홀수 개의 날개가 구비될 수도, 짝수 개의 날개가 구비될 수도 있다. 또한, 날개와 날개 간의 각도(θ)는 날개 간에 모두 동일할 수도 있으나, 동일하지 않도록 구현될 수도 있다. 예를 들어, 충진물(510)은 'T'자 형태로 구현된 날개를 포함할 수 있다. 전술한 예에 따르면, 충진물(510)은 홀수 개의 날개(520)를 포함하며, 날개 간의 각도도 모두 동일하지 않게 된다. 충진물(510)은 방사방향으로 형성된 날개(520)를 포함하기 때문에, 도 6에 도시된 종래의 충진물에 비해 비표면적이 비약적으로 상승하게 된다. 종래 충진물의 비표면적이 대략 120 내지 280 m²/m³ 범위에 형성되어 있다면, 충진물(510)은 방사방향으로 형성된 복수의 날개(520)에 의해 1700 내지 1900 m²/m³ 범위의 비표면적을 갖는다. 충진물(510)의 비표면적이 종래의 그것에 비해 적게는 6배에서 많게는 16배까지 증가한 것을 확인할 수 있다.

충진물(510)은 발포폴리프로필렌의 재질로 사출성형될 수 있다. 특정 충진물에 다른 충진물로부터 압력이 가해져 충진물의 형상이 가변한다 하더라도, 날개(520)의 형상이 일부 달라질 뿐 날개(520)가 충진물(510)로부터 이탈하거나 분리되는 것은 아니므로, 충진물(510)은 외부압력으로부터 자유롭다. 따라서, 충진물(510)은 가볍고 저렴하면서도 산이나 알칼리에 내구성이 높은 소재인 발포폴리프로필렌이 이용될 수 있다. 충진물(510)을 포함한 충진부재(130)는 충진물(510)의 소재 특성에 따라 가벼워질 수 있어, 기체 용해장치(100)로의 탈착과 기체 용해장치(100)에 장착된 후 관리에 있어 편이성이 존재한다. 또한, 충진물(510)은 중심축으로부터 복수의 날개가 방사방향으로 형성되었기 때문에, 충진물(510)은 모든 단면이 동일한 형태를 갖게 된다. 이러한 특성에 따라, 충진물(510)은 각각을 일일이 제작될 필요없이 사출성형으로 대량 생산될 수 있다. 사출성형으로 충진물(510)이 제작될 수 있어, 생산성이 현저히 우수해지며 충진물(510)의 크기가 종래의 충진물들에 비해 비약적으로 작아질 수 있다. 통상적으로, 종래의 충진물들의 크기는 26 내지 90mm로 구현되어 온 반면, 충진물(510)은 7.5 내지 8.5mm까지 작아질 수 있다. 충진물의 크기가 작아지면 작아질수록, 기체 및 용매와 접촉하는 충진물의 비표면적은 향상되고 충진부재(130)로 유입되는 기체와 용매의 분산도가 높아 기체와 용매의 성분교환이 원활해질 수 있다. 또한, 종래의 충진물들의 겉보기 밀도(kg/m³)는 77 내지 150의 범위를 가지나, 충진물(510)은 50 내지 60 범위까지 작아질 수 있어, 많게는 1/3까지 작아질 수 있다.

충진물(510)의 각 날개(520)에는 표면에 친수화처리가 수행된다. 충진물(510), 특히, 충진물(510)의 각 날개(520)에 용매의 액막이 원활하게 형성되어야, 기체와의 성분교환이 보다 원활하게 이루어질 수 있다. 이를 위해, 충진물(510)의 각 날개(520)에는 표면에 친수화처리가 수행됨으로써, 충진물(510)과 접촉하는 용매가 충진물(510), 특히, 각 날개(520)의 표면에 액막을 보다 잘 형성할 수 있다.

도 5(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충진물(530)의 각 날개(540)는 하부에서 상부까지 점진적으로 회전한 형태를 갖는다. 수많은 충진물(510)이 케이스(210) 내에 포함될 경우, 어느 하나의 충진물(510)의 날개가 다른 하나의 충진물의 날개 간의 공간에 배치되는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 충진물(510)의 날개에 의해 충진물과 충진물 간 공극이 좁아지는 현상을 불러올 수 있다. 충진물과 충진물 간의 공극이 좁아질 경우, 충진물이 기체의 흐름을 방해하여 정화를 위해 유입되는 기체의 주입압력이 증가해야만 하는 압력 손실이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해소하고자, 충진물(530)은 하부에서 상부까지 점진적으로 회전한 형태의 날개(540)를 포함함으로써, 어느 하나의 충진물의 날개와 날개가 형성하고 있는 간격으로 다른 충진물의 날개가 배치되는 현상을 방지할 수 있어, 충진물 간 공극을 확보할 수 있다. 이러한 형태에 의해 충진물(530)은 충분한 비표면적을 확보하면서도 충진물 간 공극도 충분히 확보할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 충진부재의 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 충진부재의 분해 사시도이다.

도 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 충진부재(130)는 복수의 케이스(310a 내지 310c)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 충진부재(130)가 트레이 간 간격만큼의 높이로 구현된 단일의 케이스(210)를 포함하고 있다면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 충진부재(130)는 복수의 단위 케이스(310a 내지 310c)들을 포함한다. 각 단위 케이스(310a 내지 310c)는 트레이 간 간격보다 낮은 높이를 갖되, 모든 단위 케이스들이 결합될 경우 트레이 간 간격만큼의 높이를 갖도록 형성된다. 이에 따라, 각 단위 케이스(310a 내지 310c)들이 결합되어서 기체 용해장치(100)에 온전히 장착될 수 있다.

한편, 각 단위 케이스(310a 내지 310c)들도 케이스(210)와 마찬가지로 복수의 부분들로 구현된다. 이때, 각 단위 케이스(310a 내지 310c)들이 기체 용해장치(100)에 결합되어 배치됨에 있어, 각 단위 케이스(310a 내지 310c) 내 각 부분의 결합면(410)들이 서로 동일한 중심을 기준으로 틀어지도록 배치된다. 각 단위 케이스(310a 내지 310c)는 각 부분의 결합면(410)들이 서로 틀어지도록 배치됨으로써, 각 단위 케이스(310a 내지 310c)를 흐르는 용매들이 더욱 많은 충진물들과 접촉할 수 있도록 하고, 더욱 다양한 방향으로 분산될 수 있도록 한다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 기체 용해장치
110, 115: 기체 유입구
120, 122, 124, 126: 트레이
130, 135: 충진부재
140, 145: 순환수조
150, 152, 154, 156: 펌프
160, 165: 노즐
170, 175: 약품조
190: 기체 배출구
210: 케이스
220: 메시
230: 케이스 부분
310: 단위 케이스
510, 530: 충진물
520: 날개

Claims (10)

1. 기 설정된 성분을 포함한 기체가 유입되는 기체 유입구;
   상기 기 설정된 성분을 용해시키는 용매를 분사하는 노즐;
   축을 중심으로 방사방향으로 형성된 적어도 2 이상의 날개를 구비하는 충진물 및 내부에 상기 충진물을 포함하며 기체와 액체가 유출·입할 수 있도록 하는 공극을 구비한 케이스를 포함하는 충진부재;
   상기 충진부재를 지지하는 트레이; 및
   상기 노즐이 분사할 용매 또는 상기 충진부재를 거친 용매를 저장하고, 저장된 용매를 상기 노즐로 제공하는 순환수조를 포함하며,
   상기 노즐, 상기 충진부재, 상기 트레이 및 상기 순환수조를 각각 포함하는 하나의 세트가 복수 개 포함되며,
   각 세트에 포함된 순환수조 내 저장된 용매의 종류는 동일하거나 상이하며,
   최하단에 배치되는 트레이를 제외한 나머지 각 세트에 포함된 트레이의 하단에 배치되어, 세트와 세트 간을 공간적으로 분리하여 각 세트에 포함된 충진부재를 거친 용매 간에 혼합이 일어나지 않도록 하는 격벽을 더 포함하며,
   상기 격벽은 일측으로 구멍 및 상기 구멍의 크기와 동일한 사이즈의 통로를 구비하여, 격벽으로 떨어지는 용매가 격벽이 배치된 각 세트 내 순환수조로 유입되도록 하며,
   최하단에 배치된 세트 내 포함된 순환수조의 상단 뚜껑은 개방되고, 나머지 세트 내 포함된 순환수조의 상단 뚜껑은 상기 격벽의 통로와 연결되는 구멍을 포함한 채 밀폐되어 있고,
   상기 충진부재는 동일한 중심점을 기준으로 단위 케이스가 복수의 층으로 적층되어 있으며, 각 층의 단위 케이스는 상기 중심점을 기준으로 부채꼴 모양의 복수의 부분으로 구획되어 이루어지며,
   일 층의 단위 케이스들의 사이에는 수직결합면이 존재하고, 일 층의 수직결합면이 타 층의 단위 케이스들 사이에 존재하는 수직결합면과 겹치지 않도록, 상하로 맞닿는 단위 케이스들 중 어느 하나는 다른 하나로부터 상기 중심점을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 각각 회전하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 용해장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 날개는,
   상기 용매와 접촉하여 상기 용매의 액막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기체 용해장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 기 설정된 성분은,
   상기 액막과 접촉하며 상기 용매로 용해되는 것을 특징으로 하는 기체 용해장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 충진부재는 탈착가능한 것을 특징으로 하는 기체 용해장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 충진부재를 거친 기체는,
   상기 기체 용해장치의 외부로 배출되거나, 다시 상기 기체 유입구로 재유입되어 상기 충진부재를 반복적으로 거치며 기 설정된 농도 이상의 기 설정된 성분이 상기 순환수조의 용매에 농축되는 것을 특징으로 하는 기체 용해장치.
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