KR102331408B1 - 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법. - Google Patents

공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치에 관한 것으로, 우주환경 및 시스템 내부에서 발생되는 이산화탄소를 흡착제로 제거하고, 나아가 흡착제에 포집된 이산화탄소 제거를 마이크로파를 흡착제로 조사하여 이산화탄소를 열분해한 후 시스템 외부로 배출하는 위한 우주환경에서의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.

Description

공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법.{Carbon dioxide removal and regeneration device in the air and a method of using the same}
본 발명은 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치에 관한 것으로, 우주환경 및 시스템 내부에서 발생되는 이산화탄소를 흡착제로 제거하고, 나아가 흡착제에 포집된 이산화탄소 제거를 위한 우주환경에서의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.
이산화탄소는 무색, 무미, 무취의 기체로 일반적으로 대기 중 0.04%정도 포함되어 있다. 이산화탄소는 주로 실내공기의 질 또는 환기상태를 판단하는 척도로 사용되고 있으며 실내공간에서 농도가 증가하면 호흡에 필요한 산소의 양이 부족하게 되기 때문에 일산화탄소와 함께 중요한 실내오염물질 중의 하나로 취급되고 있다. 실내 공간 또는 밀폐시스템 내부에서 이산화탄소는 사람의 호흡에 의해 주로 배출되고 연료의 연소 시 발생되는 물질이다. 호흡 중의 이산화탄소 농도가 3%가 되면 호흡이 커지며, 4%가 되면 폐포내 이산화탄소가 증가하기 시작하고 호흡곤란, 두통 등의 증상을 일으킨다. 5%를 초과하면 인체는 단시간은 버틸 수 있으나 지속될 시 호흡곤란을 초래한다. 따라서 이산화탄소 배출량 제어는 인체에 지대한 영향을 끼치므로 실내 공간 또는 밀폐시스템 내부에서의 이산화탄소 제어가 지속적으로 필요하다. 더 나아가 최근 우주산업에서는 국가차원의 전략기술개발이 아닌 우주관광과 같은 상업화가 개바 트랜드이다. 이러한 상황에서 미래에 인간이 우주에서 거주하고, 생활하기 위해서는 최소환의 환경적 요소가 필요하다. 그 중 대표적인 것은 산소, 공기정화 및 이산화탄소 제거이다. 특히 우주공간에서의 이산화탄소 제거는 가장 어려운 기술 중 하나이다. 현재 우주공간에서 인간이 생활하는 대표적인 거주시설인 국제우주정거장(International Space Station, ISS)에서는 제올라이트, LiOH(수산화리튬)과 같은 이산화탄소와 반응하는 화학적 물질인 흡착제를 이용하여 우주인의 호흡에 의해 발생되는 이산화탄소를 제거하고 있다. 하지만 이러한 흡착제는 대부분 소모성 물질로 꾸준하게 우주로 공급해줘야 한다. 지상에서 우주공간까지 물자를 보급하는 것은 상당한 비용과 위험을 감수해야 하기 때문에 현재 국제우주정거장에서는 흡착제를 재생하여 사용하는 방법을 이용하고 있다. 그럼에도 불구하고 흡착제는 자체 재생성의 한계로 인해 약 3~5번의 재생 후 교체하며 사용할 수밖에 없고, 흡착제는 재생과정에서 흡착제 내부에 포집된 이산화탄소를 미처 제거하지 못해 재생된 흡착제를 이용 시 이산화탄소의 흡착 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다. 더 나아가 제올라이트 계열의 흡착제는 10의 ??10승 크기의 기공이 있으며, 상기 기공내부에 다양한 가스를 흡착하며, 재생 시 흡착제를 가열하여 내부의 기공에 불순물을 제거함으로써 다시 기공을 재생한다. 그러나 단순하게 흡착제를 가열하는 경우 매우작은 기공안에 포집되는 가스를 모두 배출하는 것에는 한계가 있고, 따라서 재생빈도 수에 제약이 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법은 공기와 흡착되는 면적을 늘리고, 흡착조건을 제어하여 높은 효율로 공기 중에서 이산화탄소를 제거하고, 흡착제의 재생을 위해 마이크로파를 방사하여 흡착제 내부까지 가열 하여 열분해되는 이산화탄소를 제거함으로써 흡착제의 재생효율을 현저히 높여 우주공간 또는 배치되는 시스템 내부에서 흡착제의 불필요한 소모를 줄이는 것에 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치는 이산화탄소가 흡착되는 흡착제가 충전되고, 통과되는 공기에서 이산화탄소를 포집하는 포집부; 상기 포집부 일측에 배치되는 제 1유관; 상기 포집부 타측에 배치되는 제 2유관; 및 상기 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 열분해하도록 마이크로파를 방사하는 방사장치;를 포함한다.
여기서, 상기 포집부 내부의 압력을 측정 및 제어하는 압력제어부;를 더 포함하고, 상기 압력제어부는 상기 포집부의 일면에 배치되되, 내부와 연통되어 내부 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 포집부 내부의 압력이 사용자설정압력 이상일 때 압력을 배출하도록 유도하는 압력벨브;를 포함한다.
또한, 상기 포집부는 전면이 개방되어 내부를 확인할 수 있는 하우징; 상기 하우징은 일측에서 타측을 연통하도록 복수 개 배치되고, 내부에 흡착제가 충전되는 흡착관; 상기 하우징과 상기 흡착관사이를 실링하는 실링부재; 및 상기 흡착관에 삽입되어 내부 온도를 측정하는 열전대;를 포함한다.
또한, 상기 포집부는 후면에 내부와 연통되는 후면포트가 구비된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 후면포트와 연결되어 상기 포집부 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어 상기 후면포트와 연결되어 상기 포집부 내부의 온도조절을 위한 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2유관은 적어도 일면에 제 3유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1유관으로 공기를 유입받고, 상기 방사장치로 상기 흡착제에 마이크로파를 방사하여 가열하며 포집된 이산화탄소를 열분해 후 상기 제 2유관으로 공기를 배출한다.
더 나아가 상기 제 1유관 폐쇠 후 상기 방사장치에서 마이크로파를 방사하여 상기 흡착제에 포집된 이산화탄소를 열분해 후 상기 제 3유로로 배출하는 것을 특징으로 한다.
상기된 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 공기 중 이산화탄소 제거 방법은, 공기에서 습기를 제거하는 습기제거단계; 상기 제 1유관으로 공기를 유입 받는 공기유입단계; 상기 포집부에 충전된 흡착제로 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소포집단계; 상기 제 2유관으로 이산화탄소가 제거된 공기를 배출하는 공기배출단계; 및 상기 공기배출단계에서 배출된 공기에 습기를 부가하는 습기부가단계;를 포함한다.
더 나아가 상기된 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 재생방법은, 상기 제 1유관 및 제 2유관을 폐쇠하는 유로폐쇠단계; 상기 방사장치에서 마이크로파를 상기 포집부에 충전되는 흡착제로 방사하는 마이크로파 방사단계; 상기 마이크로파에 의해 상기 흡착제에서 이산화탄소가 열분해되어 방출되는 흡착제 재생단계; 및 상기 흡착제 재생단계에서 열분해 된 이산화탄소가 상기 제 2유관의 제 3유로를 통해 외부로 배출되는 이산화탄소 배출단계;를 포함한다.
여기서, 상기 유로폐쇠단계 이후, 상기 포집부 내부를 진공상태로 만들고, 압력센서로 진공여부를 판단하는 진공형성단계;를 더 포함한다.
또한, 상기 흡착제 재생단계는 상기 포집부 내부온도를 100℃ 이상 300℃미만으로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치와 이를 이용하는 방법은 우주공간 또는 배치되는 시스템 내부 공기의 이산화탄소를 보다 효율적으로 제거하고, 흡착제의 내부까지 열을 전달하고, 가열 단면적이 넓어지는 마이크로파로 흡착제를 가열하여 이산화탄소를 열분해 후 흡착제에서 배출하여 궁극적으로 흡착제의 재생횟수가 제한되는 극한 공간(우주, 해저 등)에서 흡착제의 재생효율을 현저히 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치를 나타낸 사시도.
도 2은 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 추가구성을 나타낸 상면도 및 개념도.
도 4은 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 작동을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 사용예를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치를 이용한 공기 중 이산화탄소 제거 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 재생방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)의 전체적인 구성
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)는 포집부(100), 방사장치(200), 제 1유관(400), 제 2유관(500)를 포함한다. 추가적으로 압력제어부(300)를 더 포함할 수 있다. 각 부에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
상기 포집부(100)는 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)로 이산화탄소를 제거하는 경우 내부에 흡착제가 충전되어 제 1유관(400)으로부터 공급되는 공기에서 이산화탄소를 제거 후 제 2유관(500)으로 내보내는 역할 및 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)에 충전되는 흡착제를 재생하는 경우 방사장치(200)에서 마이크로파를 흡착제로 방사하여 포집된 이산화탄소를 열분해하며 흡착제를 재생시키며 이산화탄소를 제 2유관을 통해 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)가 배치되는 시스템의 외부로 배출시키는 역할을 한다. 상기 포집부(100)의 세부 구성요소 및 작동관계는 도 2 내지 도 5의 상세한 설명에서 다루고자 한다.
상기 방사장치(200)는 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)를 재생하는 경우 상기 포집부(100)에 충전되는 흡착제로 마이크로파를 방사하여 흡착제를 가열하고, 동시에 흡착제에 포집된 이산화탄소를 열분해하는 역할을 한다. 상기 방사장치(200)에 의해 마이크로파가 방사되므로 상기 포집부(100)에 충전되는 흡착제 내부까지 열전달이 용이하다. 구체적으로 흡착제에 형성되는 작은 기공 내부까지 마이크로파가 전달되어 원자단위의 진동을 가하며 가열하며, 결과적으로 기공 내 포집된 이산화탄소가 열분해되어 배출된다. 따라서 포집되었던 이산화탄소를 보다 높은 열효율과 짧은 시간에 배출시킬 수 있다. 종래 직접가열(히터)방식보다 흡착제를 약 3~5배가량 재생빈도를 높일 수 있다.
상기 압력제어부(300)는 압력센서(310) 및 안전벨브(320)를 포함한다. 구체적으로 상기 압력제어부(300)는 포집부(100)의 내부압력을 측정 및 제어하는 역할을 한다. 구체적으로 이산화탄소 흡착과정 또는 흡착제의 재생과정 중 포집부(100)의 내부압력을 모니터링 하여 흡착제의 재생이 용이한 진공상태를 유지하고, 과도압력으로 인한 상기 포집부(100)의 손상을 방지하는 역할을 한다. 자세한 내용은 도 4의 설명에서 다루고자 한다.
상기 제 1유관(400)은 상기 포집부(100)의 일측에 배치되어 이산화탄소를 함유한 공기를 상기 포집부(100)로 유입시키는 역할을 한다.
상기 제 2유관(500)은 상기 포집부(200)의 타측에 배치되어 이산화탄소가 제거된 공기를 시스템 내부로 돌려보내거나, 흡착제의 재생과정에 따라 발생되는 이산화탄소를 시스템 외부로 내보내는 역할을 한다.
여기서, 상기 제 1유관(400)과 상기 포집부(100) 및 상기 포집부(100)와 상기 제 2유관(500)은 기밀된 상태로 형성되어 상기 제1 유관(400)에서 전달되는 공기 또는 유체가 상기 제 2유관(500)과는 간섭되지 않는 것은 물론이다.
본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)의 세부적인 구성
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)는 포집부(100), 방사장치(200), 제 1유관(400), 제 2유관(500)를 포함한다. 추가적으로 압력제어부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 포집부(100)는 하우징(110), 흡착관(120), 실링부재(130), 열전대(140) 및 후면포트(150)를 포함한다. 각 구성요소에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 하우징(110)은 전면이 개방되어 내부를 확인할 수 있고, 소정공간을 가지는 형태로 상기 포집부(100)의 구성요소가 내, 외부에 배치된다. 상기 하우징(110)의 전면이 개방되되, 투명한 재질의 부재로 전면을 막아 내부의 흡착제 상태를 사용자가 확인할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 흡착관(120)은 상기 하우징(110)의 일측에서 타측을 연통하도록 복수 개 배치되고 내부에 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 충전된다. 따라서 상기 흡착관(120)을 지나는 공기는 이산화탄소가 흡착제에 의해 포집되고, 이산화탄소가 제거된 공기가 배출된다. 상기 흡착관(120)에 충전되는 흡착제는 제올라이트5A, 13X 및 LiOH, KaOH 등을 이산화탄소와 반응하는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 흡착관(120)의 전, 후면에 흡착관필터(121)를 배치하여 흡착관(120) 내부로 유, 출입되는 공기에 잔여 이물질을 제거하고, 상기 흡착관(120) 내부로 균일한 층류를 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 흡착관필터(121)의 격자는 허니콤 구조를 가질 수도 있다.
상기 실링부재(130)는 하우징(110)과 흡착관(120) 결합위치에서 누설이 발생되지 않도록 하는 역할을 한다. 더 나아가 내부실링부재(131) 및 외부실링부재(132)로 구성되어 기밀성을 향상시킬 수 있다.
상기 열전대(140)는 흡착관(120)의 타측에 삽입되어 배치된다. 자세하게는 유입되는 공기에서 이산화탄소가 제거된 후 공기가 배출되는 방향에 삽입된다. 상기 열전대(140)는 흡착관(120)에 충전되는 흡착제 내부의 온도를 모니터링하는 역할로, 흡착제가 적절한 온도 범위를 유지할 수 있도록 열교환기 등을 이용하여 적절한 온도를 유지해야한다. 구체적으로 흡착제에서 이산화탄소를 제거하는 경우 흡착제의 종류에 따라 적절한 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 포집부(100)의 내부의 복수개의 위치에 배치되는 온도센서(미도시)를 더 포함하여 흡착제의 반응이 포화되었는지 확인하는 구성을 가질 수도 있다. 구체적으로 이산화탄소가 흡착제와 화학반응 시, 반응열에 의해 온도가 상승하면 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 부분의 온도센서에서 온도상승이 감지된다. 만약 흡착제가 이산화탄소와 반응이 포화된 상퇴라면 이산화탄소를 머금은 공기가 유입되는 부분과 배출되는 부분의 온도는 동일하게 되므로 이를 유추할 수 있다. 상기 온도센서 이외에도 동일한 위치에 가스 분석기를 설치하여 입, 출구의 이산화탄소가스를 모니터링 하여 흡착제의 포화상태를 확인하는 구성을 가질 수도 있다.
상기 방사장치(200) 및 상기 압력제어부(300)의 설명은 도 1의 설명과 중복되기에 생략하도록 한다.
상기 제 1유관(400) 및 상기 제 2유관(500)은 상기 포집부 반대방향으로 하나의 제 1유로(410, 510)가 형성되고, 상기 포집부 방향으로 복수 개의 제 2유로(420, 520)가 형성되어 상기 제 1유관(400)은 유입되는 공기를 제 1유로(410)에서 받아 제 2유로(420)에서 포집부(100)를 향해 분산시키고, 포집부(100)에서 이산화탄소가 제거 공기를 상기 제 2유관(500)의 제 2유로(520)로 유입 받아 제 1유로(510)로 시스탬 내부로 배출하고, 더 나아가 포집부(100)에서 방사장치(200)에 의한 흡착제의 재생으로 발생되는 이산화탄소가 복수개의 흡착관(120)에서 배출은 상기 제 2유관(500)의 적어도 일면에 형성되는 제 3유로(530)을 통해 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)가 배치되는 시스템 외부로 배출시킨다. 자세한 공기 및 이산화탄소의 유동은 도 4 및 도 5의 설명에서 다루고자 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)는 열교환기(600) 및 진공펌프(700)를 더 포함한다. 상기 열교환기(600) 및 상기 진공펌프(700)는 포집부(100)의 후면에 형성된 후면포트(150)에 연결되어 포집부(100)의 내부 물리적 특성을 제어하도록 작동된다. 각 구성요소에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 열교환기(600)는 포집부(100)에서 이산화탄소와 흡착제가 반응되어 생성되는 열을 냉각시키고, 더 나아가 흡착제에서 이산화탄소를 열분해하기 위해 방사장치(200)에서 흡착제로 마이크로파를 방사하는 동안 흡착제의 형태가 무너지지 않는 범위의 온도범위를 유지하도록 하는 역할을 한다. 상기 온도범위는 흡착제에 따라 달라지는 것은 물론이고, 그 예시로 제올라이트 흡착제의 경우 300℃이상에서 그 형태가 무너지므로 다양한 실시예를 가질 수 있다.
상기 진공펌프(700)는 흡착제에서 이산화탄소를 제거하는 경우 포집부(100)의 내부압력을 진공으로 유지하도록 하는 역할을 한다. 상기 진공펌프(700)에 의해 포집부(100)의 내부를 진공으로 유지하여 방사장치(200)에서 방사되는 마이크로파로 흡착제에서 이산화탄소의 제거효율을 높일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)는 유입되는 공기에서 이산화탄소를 흡착제로 포집하여 제거하는 것을 나타낸 도 4(a) 및 흡착제에 포집된 이산화탄소를 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)가 배치되는 시스템 외부로 배출하는 것을 나타낸 도 4(b)가 도시되어 있다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)는 유입되는 공기에서 이산화탄소를 흡착제로 포집하여 제거하는 순서는 다음과 같다.
우선 제 1 유관(400)의 제 1유로(410)을 통해 공기가 유입되어 제 2유로(420)을 통해 여러 위치로 분산되어 포집부(100)로 공급된다. 자세하게는 흡착제가 충전되는 흡착관(120)로 공기가 유입되고, 내부에 충전된 흡착제와 공급되는 공기 중 이산화탄소가 반응하여 이산화탄소가 흡착제에 포집된다. 이후, 흡착관을 통과한 공기는 이산화탄소가 제거된 상태로 제 2유관(500)의 제 2유로(520)를 향해 배출되고, 제 2유관(500)의 제 1유로(510)를 통해 시스템 내부로 이산화탄소가 제거된 공기가 공급된다.
여기서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 흡착제에 포집된 이산화탄소를 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)가 배치되는 시스템 외부로 배출하는 순서는 다음과 같다. 흡착관(210)의 내부에 충전된 흡착제가 포화된 것을 포집부(100)의 여러 위치에 배치된 온도센서, 또는 가스센서를 통해 확인한다. 이후 제 1유관(400)에서의 공기공급을, 제 2유관(500)에서 제 2유로(510)의 유동을 차단한다. 이후 방사장치(200)에서 마이크로파를 흡착관(210)으로 방사한다. 방사되는 마이크로파는 흡착관(210)에 충전되는 흡착제에 도달하고, 투과되어 내부까지 도달한다. 이때 흡착제의 내부기공까지 도달하는 마이크로파가 원자단위의 진동을 야기하여 기공에 포집된 이산화탄소를 열분해시킨다. 이후 분해된 이산화탄소는 포집부(100)의 내부온도와 압력을 상승시키게된다. 이산화탄소의 열분해 과정 중 포집부(100)의 내부는 진공상태로 유지도되도록 진공펌프(700)를 작동시키는 동시에 흡착제의 종류에 따라 그 형태가 무너지지 않고, 높은 이산화탄소 제거효율을 보이는 온도범위로 내부온도의 조절을 위해 열교환기를 가동시킨다. 이후 배출되는 이산화탄소는 제 2유관(500)의 제 3유로(530)을 통해 시스템 외부로 배출되고, 이로써 흡착제에서 이산화탄소가 제거되어 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)를 재사용 할 수 있게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000A, 1000B)는 다음과 같이 흡습장치(800A, 800B)와 함께 시스템 내부의 이산화탄소 제거와 흡착제 재생을 동시에 할 수 있다. 자세히 설명하면 다음과 같다.
시스템 내부에 습기와 이산화탄소를 포함하는 공기는 흡습제(800A)를 통과하며 습기가 제거되고, 습기가 제거된 공기는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000A)로 전달된다. 이 때 공급되는 습기가 제거되고 이산화탄소를 포함하는 공기가 흡착제를 통과하며 이산화탄소가 제거된 채로 다음 흡습장치(800B)로 공급된다. 이후 흡습장치(800B)에서 이산화탄소가 제거된 공기 즉, 건조공기에 습기를 다시 공급하여 시스템 내부로 공급한다.
이후 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000A)의 흡착제에 이산화탄소가 포화되는 경우 습기와 이산화탄소를 포함하는 공기는 흡습장치(800A)로의 공급은 차단되고, 흡습장치(800B)로 공급되어 공기에서 습기를 제거 후 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000B)로 공급된다. 이후, 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000A)에서의 이산화탄소 제거과정을 거친 뒤 흡습장치(800A)로 공급되어 건조공기에 습기를 공급한다. 이때 흡착제가 이산화탄소로 포화된 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000A)는 흡착제 재생과정을 시작한다. 재생과정중 배출되는 이산화탄소는 시스템 외부로 배출되며 상기 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000A) 및 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000B)가 교번하며 시스템 내부의 이산화탄소를 제거 및 흡착제의 재생을 유도한다.
도 6은 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치를 이용한 공기 중 이산화탄소 제거 방법의 순서도를 도 7은 바와 같이 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 재생방법의 순서도를 나타낸 것이다. 도 5의 상세한 설명과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
도 6에 도시된 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)를 이용한 공기 중 이산화탄소 제거 방법은 습기제거단계(S110), 공기유입단계(S120), 이산화탄소포집단계(S130), 공기배출단계(S140) 및 습기부가단계(S150)를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치(1000)의 재생방법은 유로폐쇠단계(S210), 마이크로파방사단계(S220), 흡착제재생단계(S230) 및 이산화탄소배출단계(S240)를 포함한다. 더 나아가 포집부 내부가 진공인지 판단하는 진공형성단계(S211)를 더 포함 할 수도 있다. 도 6 및 도 7에 해당하는 내용은 도 5의 설명으로 갈음하도록 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 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.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000, 1000A, 1000B : 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치
100 : 포집부 110 : 하우징
120 : 흡착관 121 : 흡착관필터
130 : 실링부재 131 : 내부실링부재
132 : 외부실링부재 140 : 열전대
150 : 후면포트 200 : 방사장치
300 : 압력제어부 310 : 압력센서
320 : 안전밸브 400 : 제1 유관
410 : 제 1유로 420 : 제 2유로
500 : 제 2유관 510 : 제 1유로
520 : 제 2유로 530 : 제 3유로
600 : 열교환기 700 : 진공펌프
800A, 800B : 흡습장치

Claims (13)

  1. 이산화탄소가 흡착되는 흡착제가 충전되고, 통과되는 공기에서 이산화탄소를 포집하는 포집부;
    상기 포집부 일측에 배치되는 제 1유관;
    상기 포집부 타측에 배치되는 제 2유관; 및
    상기 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 열분해하도록 마이크로파를 방사하는 방사장치;를 포함하는 이산화탄소 제거 및 재생장치에 있어서,
    상기 포집부는,
    소정 공간을 가지는 하우징;
    상기 하우징 일측에서 타측을 연통하도록 복수개 배치되고, 내부에 흡착제가 충전되는 흡착관;
    후면에 내부와 연통되는 후면포트; 및
    상기 후면포트와 연결되어 상기 포집부 내부의 온도를 냉각하여 상기 흡착관의 온도를 조절하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포집부 내부의 압력을 측정 및 제어하는 압력제어부;를 더 포함하고,
    상기 압력제어부는
    상기 포집부의 일면에 배치되되, 내부와 연통되어 내부 압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 포집부 내부의 압력이 사용자설정압력 이상일 때 압력을 배출하도록 유도하는 압력벨브;
    를 포함하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 포집부는
    상기 하우징과 상기 흡착관 사이를 실링하는 실링부재; 및
    상기 흡착관에 삽입되어 내부 온도를 측정하는 열전대;를 포함하고,
    상기 하우징의 전면이 개방되어 형성되는, 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 후면포트와 연결되어 상기 포집부 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1유관 및 상기 제 2유관은
    상기 포집부 반대방향으로 하나의 제 1유로가 형성되고, 상기 포집부 방향으로 복수 개의 제 2유로가 형성되어 서로 연결된 것을 특징으로 하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2유관은 적어도 일면에 제 3유로가 형성된 것을 특징으로 하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1유관을 공기를 유입받고, 상기 포집부에서 이산화탄소를 포집한 후 상기 제2유관으로 공기를 배출하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1유관 폐쇠 후 상기 방사장치에서 마이크로파를 방사하여 상기 흡착제에 포집된 이산화탄소를 열분해 후 상기 제 3유로로 배출하는 것을 특징으로 하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치.
  11. 제 1항 내지 제3항, 제5항, 제7항 내지 10항 중 어느 한 항의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치를 이용하는 공기 중 이산화탄소 제거방법에 있어서,
    공기에서 습기를 제거하는 습기제거단계;
    상기 제 1유관으로 공기를 유입 받는 공기유입단계;
    상기 포집부에 충전된 흡착제로 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소포집단계;
    상기 제 2유관으로 이산화탄소가 제거된 공기를 배출하는 공기배출단계; 및
    상기 공기배출단계에서 배출된 공기에 습기를 부가하는 습기부가단계;
    를 포함하는 이산화탄소 제거 및 재생장치를 이용하는 공기 중 이산화탄소 제거방법.
  12. 제 1항 내지 제3항, 제5항, 제7항 내지 10항 중 어느 한 항의 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치를 이용하는 흡착제 재생방법에 있어서,
    상기 제 1유관 및 제 2유관을 폐쇠하는 유로폐쇠단계;
    상기 방사장치에서 마이크로파를 상기 포집부에 충전되는 흡착제로 방사하는 마이크로파 방사단계;
    상기 마이크로파에 의해 상기 흡착제에서 이산화탄소가 열분해되어 방출되는 흡착제 재생단계; 및
    상기 흡착제 재생단계에서 열분해 된 이산화탄소가 상기 제 2유관의 제 3유로를 통해 외부로 배출되는 이산화탄소 배출단계;
    를 포함하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 재생방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 유로폐쇠단계 이후, 상기 포집부 내부를 진공상태로 만들고, 압력센서로 진공여부를 판단하는 진공형성단계;를 더 포함하는 공기 중 이산화탄소 제거 및 재생장치의 재생방법.
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