KR102477120B1 - 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치 - Google Patents

도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세조류가 유입되는 유입구와 유출구가 구비되는 하우징, 상기 하우징 내부에 유입되는 미세조류를 이동시키는 복수의 구동밸트, 상기 구동밸트의 내부에 복수로 배치되며, 지역난방 공급수가 이동하는 이동배관을 포함하며, 상기 유입구를 통해 유입되는 미세조류는 복수의 상기 구동밸트를 이동하며 건조되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치를 제공한다.

Description

도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치{Microalgal biomass drying device using waste heat generated from urban power plants}
실시예는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 제한된 공간을 최대로 활용하기 위해 다단 건조 장치을 구비하고, 다양한 발전소 단위 공정의 폐열을 활용하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치에 관한 것이다.
산업의 발달과 함께 이산화탄소의 대기 중 농도증가로 인한 지구온난화 문제가 대두되고 있는데, 대기중 이산화탄소 농도가 증가하는 원인 중 가장 큰 원인은 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, 액화천연가스 등의 화석연료의 사용이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 대기 중에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 이산화질소, 할로카본 등의 온실 가스 농도가 증가하게 되었고 20세기 중반 이후 급속하게 증가하였다.
이러한 온실가스의 증가로 인한 지구 온난화 현상이 가속화되면서 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심이 점차로 높아지고 있으며, 선진국들은 2010년 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 온실가스 저감 방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다. 특히 지구온난화현상을 야기하는 온실가스 중 80% 정도를 차지하는 이산화탄소의 처리는 더욱 중요한 문제로 대두되었다.
배출된 이산화탄소 성분을 처리하기 위한 기술로 이산화탄소 분리막 포집 기술, 이산화탄소 광물화 기술 및 미세조류를 이용한 광배양기술 등 다양한 기술이 등장하고 있다.
그러나, 각각의 기술들은 이산화탄소를 처리할 수 있는 장점이 있으나, 시스템 설치비, 이산화탄소 처리량, 단위면적당 낮은 이산화탄소 저감률 등 다양한 문제점이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 종래 기술은 도심 발전소 배기가스에 대해 협소한 공간에도 설치 가능한 컴팩크 막분리공정으로 빠르게 처리하여 유입 배기가스내 이산화탄소가 처리후 80~90%까지 포집/분리 할 수 있어 처리가스 내 이산화탄소 농도를 1%정도로 낮출수 있다.
특히, 이때 농축된 배가스를 이용하여 광물탄산화 공정을 통해 80%까지 이산화탄소를 처리하면서 고칼슘분말을 생산하고, 농축된 배가스를 이용하여 미세조류 공정으로 처리하여 광배양된 미세조류 바이오매스로 고가의 항산화물질을 생산할 수 있다.
그러나, 공정에서 생산된 칼슘분말이나 바이오매스를 탈수하고 건조하기 위해서는 많은 에너지가 소모되는 바, 효과적인 열에너지가 필요하다.
실시예는 다양한 발전소 단위공정의 폐열을 활용하여 전기사용의 최소화를 통해 에너지를 절감하는 것을 목적으로 한다.
또한, 공간을 효율적으로 활용하고, 균일한 건조 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 미세조류가 유입되는 유입구와 유출구가 구비되는 하우징; 상기 하우징 내부에 유입되는 미세조류를 이동시키는 복수의 구동밸트; 상기 구동밸트의 내부에 복수로 배치되며, 지역난방 공급수가 이동하는 이동배관;을 포함하며, 상기 유입구를 통해 유입되는 미세조류는 복수의 상기 구동밸트를 이동하며 건조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 구동밸트는 상하의 층상구조로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 하우징으로 공기열풍이 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이동배관은 상기 구동밸트 하부에서 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 하우징의 상기 유입구의 하부에는 파쇄부가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유입구에는 상기 파쇄부에서 분사된 상기 미세조류를 분사하는 분사부가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 분사부는 상기 하우징 내부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 분사부는 복수로 구비되어, 상기 구동밸트의 폭방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동밸트는 매쉬밸트가 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 건조가스가 투입되는 가스투입부; 상기 가스투입부의 일측과 연결되는 챔버; 상기 가스투입부 또는 상기 챔버 중 어느 하나를 관통하여 상기 챔버의 내부공간을 향해 미세조류 바이오매스를 분사하는 분사부; 및 상기 챔버의 하부에 배치되는 저장부;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가스투입부의 일영역을 유입되는 건조가스의 온도를 조절하기 위한 가열부가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 챔버의 측면에는 사이클론이 연결되며, 상기 싸이클론 하부에는 건조된 미세조류 바이오매스를 수용하기 위한 저장부가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 사이클론의 상부를 이동하는 상기 건조가스의 이동라인에는 백필터가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 다양한 발전소 폐열을 활용하여 에너지 절감의 효과가 있다.
또한, 배관열과 배기가스열을 활용하고, 다단건조 방식을 적용하여 균일한 건조와 협소한 공간에서도 건조 효율을 증대할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예가 사용되는 이산화탄소 농도를 제어하기 위한 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템의 블록도이고,
도 2는 도 1의 시스템의 구조도이고,
도 3은 도 1의 구성요소인 광배양 공정부의 구조도이고,
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치의 구조를 나타내는 도면이고,
도 5는 드럼형 건조기의 구조도이고,
도 6은는 열풍형 건조기의 구조도이고,
도 7은 도 6의 구성요소의 실시예를 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 8은, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예가 사용되는 유출 이산화탄소 농도를 제어하기 위한 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1의 시스템의 구조도이고, 도 3은 도 1의 구성요소인 광배양 공정부의 구조도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명이 사용되기 위해 미세조류가 생산되는 공정에 대해서 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 유출 이산화탄소 농도를 제어하기 위한 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템은 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 블로워(100), 블로워(100)로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고 제1 처리가스를 배출하는 광배양 공정부(200), 블로워(100)로부터 공급되는 배기가스와 상기 제1 처리가스가 유입되는 혼합탱크(300), 혼합탱크(300)에서 혼합된 제2 처리가스를 공급받고, 제2 처리가스를 복수의 분리막을 이용하여 제3 농축가스를 분리하는 분리막 공정부(400), 분리막 공정부(400)에서 분리된 제3 농축가스를 이용하여 이산화탄소를 광물화하고 제3 처리가스를 혼합탱크(300)로 배출하는 광물화 공정부(500), 복수의 센서를 이용하여 각 공정에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 측정하는 센서부(600), 유입되는 상기 배기가스의 이산화탄소 함유량에 따라 상기 광배양 공정부(200), 상기 분리막 공정부(400) 및 상기 광물화 반응부(500)의 동작을 제어하는 제어부(700)를 포함할 수 있다.
블로워(100)는 이산화탄소가 포함된 배기가스가 유입되며, 이를 각 요소에 분배할 수 있다. 일실시예로 블로워(100)는 배기가스의 유입량을 결정하는 제1 블로워(110)와 제1 블로워(110)를 통해 유입되는 배기가스 중 광배양 공정부(200)로 유입되는 배기가스 량을 조절하는 제2 블로워(120)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 블로워(110)와 제2 블로워(120)를 통해 유입되는 배기가스 양은 제어부(700)를 통해 조절될 수 있다.
광배양 공정부(200)는 블로워(100)로부터 배기가스를 공급받고 미세조류를 이용하여 광배양 고정을 수행하고 제1 처리가스를 배출할 수 있다.
광배양 공정부(200)는 미세조류를 이용하여 이산화탄소 고정화하는 공정을 수행할 수 있다. 식물성 플랑크톤인 미세조류는 태양을 에너지원으로 하며, 이산화탄소를 고정화하는 광합성 작용을 하며 성장하게 된다.
이러한 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 고정화하는 것은 식물이 이산화탄소를 광합성하는 경우와 마찬가지로 태양 에너지를 주 에너지원으로 활용할 수 있어 이산화탄소를 고정하기 위해 투입해야 하는 에너지 소모량이 매우 작은 장점이 존재한다.
미세조류는 식물에 비해 성장속도가 매우 빨라, 1세대 바이오연료인 콩,옥수수, 유채씨 등에 비하여 단위면적당 바이오매스 생산성이 20-100배 이상 높은 특징을 가지고, 해상이나 황무지를 통해 대량 배양이 가능하며, 하수, 해수 폐수 등 다양한 수자원을 활용할 수 있다. 특히, 화력이나 LNG 발전소와 같은 탄소 배출원에서 나오는 연소 배기가스 SO 이산화탄소 성분을 직접적으로 세포 배양에 활용할 수 있다는 장점이 있으며, 기존 소나무가 햇빛과 이산화탄소를 통해 광합성하는 양의 20배 이상을 미세조류가 할 수 있다고 알려져 있다.
미세조류 공정의 경우, 이산화탄소를 바이오디젤, 바이오폴리머, 의약품, 건강식품, 천연색소 등 다양한 고부가가치 물질로 전환이 가능하고, 태양광을 활용하여 추가적인 에너지 투입이 없어 저비용의 경제성을 갖춘 친환경 공정 개발이 가능하다는 장점을 가진다.
이러한 광배양에 사용가능한 미세조류로는 네오클로리스(Neochloris sp.), 클로렐라(Chlorella sp.), 클로로코쿰(Chlorococcum sp.), 스피루리나(Spirulina sp.), 헤마토코쿠스(Haematococcus sp.), 네오스폰지오코쿰(Neospongiococcum sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.), 두나리엘라(Dunaliella sp.) 등을 예를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 이산화탄소를 바이오매스로 전환하는 능력을 가지는 미세조류라면 제한 없이 사용가능하다.
도 3에 나타나는 것과 같이 광배양 공정부(200)는 반응기(210), 회수조(220), 필터(230), 오존반응조(240), 자외선살균부, 멸균수 저장탱크(250), 배양액 제조부(260) 및 건조 장치(1000)를 포함할 수 있다.
반응기(210)는 복수로 구비되며, 배양액과 이산화탄소를 이용하여 광생물을 생장시킬 수 있다. 반응기(210)는 복수개가 병렬로 연결될 수 있으며, 반응기(210) 내부로 유입되는 이산화탄소와 배양액이 혼합되어 광생물을 생장시킬 수 있다.
이때, 이산화탄소는 산업설비에서 배출되는 배가스에 포함되는 이산화탄소가 사용될 수 있으며, 다양한 종류의 반응기(210)가 적용될 수 있다.
회수조(220)는 반응기(210)로부터 광생물의 생장이 완료된 배양액을 생장된 광생물과 폐배양액으로 분리하여 배출할 수 있다. 일실시예로, 회수조(220)는 반응기(210)에서 생장이 완료된 배양액을 회수하여 저장하고, 생장된 광생물과 폐배양액을 비중차이로 분리하여 일들을 각각 배출할 수 있다. 일실시예로, 회수조(220)는 광생물이 하부로 침전시 모일 수 있도록 경사를 가지도록 형성될 수 있으며, 폐배양액 중 비중에 분리되어 여과된 상등수만을 배출하도록 플로팅스키머가 구비될 수 있다. 플로팅 스키머의 형상은 제한이 없으며 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
회수조(220)로부터 배출되는 광생물은 원심분리기로 투입되며, 원심분리기는 광생물을 원심분리시켜 수분을 제거하여 배출할 수 있다.
필터(230)는 회수조(220)에서 배출되는 폐배양액의 이물질과 광생물을 제거할 수 있다. 이때 필터(230)는 세척을 통해 재사용이 가능한 디스크 필터(230)가 사용될 수 있다.
오존반응조(240)는 필터(230)를 통과하는 폐배양액을 오존으로 살균할 수 있다. 오존반응조(240)의 형상은 제한이 없으며, 유입되는 폐배양액의 살균에 유리한 다양한 형상으로 변형실시될 수 있다.
이때 오존반응조(240)의 배오존은 필터(230)로 공급되어 필터(230)를 역세척할 수 있다. 필터(230)를 장기간 사용하는 경우 필터(230)의 막힘 현상이 발생하게 된다. 본 발명은 이러한 문제를 방지하기 위해 배오존을 순환시켜 필터(230)를 세척할 수 있다.
오존반응조(240)의 배오존은 필터(230)로 공급하여 필터(230)에 대한 미생물 살균 및 세정을 통해 필터(230)를 재생할 수있다.
회수조(220)에서 필터(230)로 폐배양액이 공급되는 라인에는 압력센서가 배치될 수 있으며, 압력센서에 기설정된 압력 이상이 감지되는 배오존 공급라인이 가동하여 필터(230)를 세척할 수 있다. 일실시예로, 압력센서에 1bar이상의 압력이 감지되는 경우 배오존이 순환되도록 설정할 수 있다.
자외선살균부는 오존반응조(240)를 통과한 폐배양액을 추가적으로 살균할 수 있다. 자외선살균부는 오존반응조(240)에서 멸균수 저장탱크(250)로 이동하는 라인에 배치되어, 2차적 살균으로 멸균수의 오염을 차단할 수 있다. 일실시예로, 자외선살균부는 라인과 동일한 길이방향으로 배치되어 살균의 시간을 증대할 수 있다.
멸균수 저장탱크(250)는 오존반응조(240) 또는 자외선살균부를 통과한 폐배양액이 멸균수로 저장될 수 있다. 이와 같이, 분리된 폐배양액은 오존반응조(240)와 자외선살균부를 거쳐 멸균처리를 통해 깨끗한 멸균수로 재활용할 수 있으며, 필터(230)의 막힘문제는 배오존을 활용하여 역세척을 통해 해결하여 폐수처리 및 원수생산의 추가비용을 절감할 수 있다.
배양액 제조부(260)는 배지탱크, 저장용액공급부, 산염기공급부 및 세척액공급부를 포함할 수 있다. 배지탱크는 멸균수 저장탱크(250)로부터 공급되는 멸균수와 저장용액공급부로부터 공급되는 저장용액(stock solution), 산염기공급부로부터 공급되는 산 또는 염기를 혼합하여 배양액을 제조할 수 있다. 제조된 배양액은 최초 반응기(210)로 공급되어 배양액을 재생할 수 있다. 이를 통해 종래 배지탱크에는 배양액의 재료를 혼합하기 위한 교반기가 구비될 수 있으며, 내부의 혼합용액의 pH를 측정하기 위한 pH meter가 배치될 수 있다.
또한, 배양액의 제조가 완료된 후, 배지탱크 내부를 세적하기 위한 분사기가 구비될 수 있다. 분사기의 형상은 제한이 없으며, 세척을 용이하게 하기 위한 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
저장용액공급부는 복수로 배치될 수 있으며, 각각의 저장용액공급부에 저장되는 저장용액은 서로 다른 재료가 투입될 수 있다. 산염기공급부는 pH meter로부터 측정되는 pH를 기설정된 값으로 맞추기 위해 산 또는 염기를 배지탱크 내부로 투입할 수 있다.
세척액공급부는 배지탱크 내부에서 세척이 필요한 경우 세척액을 배지탱크 내부로 공급할 수 있다. 일실시예로, 세척액은 70% 에탄올이 사용될 수 있다.
건조 장치(1000)는 회수부(220)와 원심분리기를 통해 수분을 어느 정도 제거된 미세조류를 바이오매스 형태로 건조할 수 있다. 건조 장치(1000)의 구조에 대해서는 아래에서 다시 설명하도록 한다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 드럼형 건조기의 구조도이고, 도 6은는 열풍형 건조기의 구조도이고, 도 7은 도 6의 구성요소의 실시예를 나타내는 도면이다.
우선 도 5 및 도 6을 참조하여, 건조 방식에 따른 건조 효율을 비교하도록 한다.
도 5는 온수를 이용하는 드럼형 건조기의 구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 열풍을 이용하는 건조기의 공정을 나타내고 있다.
드럼형 건조기와 열풍형 건조기는 내부 구조는 동일하며, 건조방식에 차이를 주어 테스트를 진행하였다. 여기서 지역난방 공급수(90℃)의 배관열을 이용한 건조장치를 드럼형이라하고, 발전소에서 배출되는 배기가스 급기폐열을 이용한 것을 열풍형(85℃)이라 한다.
표 1은 드럼형 건조기와 열풍형 건조기의 시험결과를 나타내는 표이다.
항목 단위 드럼형(온수) 열풍형(공기)
투입량 kg 2.15 2.21
생산량 kg 0.28 0.21
건조전 함수율 %wt 81.3 81.7
건조후 함수율 %wt 12.7 11.5
건조율 % 84.3 85.9
건조시간 Hr 1.0 1.0
소요에너지 kcl/hr 420 465
표 1을 참조하면, 드럼형과 열풍형의 건조시험을 1시간동안 시행한 결과, 드럼형의 미세조류 바이오매스의 투입량, 생산량, 건조전 후 함수율, 전체건조효율 이 각각 2.15 kg, 0.28 kg, 81.3%, 12.7%, 84.3%을 보였고, 열풍형은 바이오매스의 투입량, 생산량, 건조전 후 함수율, 전체건조효율 이 각각 2.21 kg, 0.21 kg, 81.7%, 11.5%, 85.9%로 나타나 건조효율성은 열풍형이 조금 더 좋았다. 하지만 소요에너지는 드럼형, 열풍형이 각각 420kcal/hr, 465kcal/hr로 드럼형이 에너지소모가 작게 나타났다. 이러한 실험 결과에 기초하여 본원발명의 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치는 에너지소모가 작고 발전소의 활용성이 좋은 드럼형을 기본으로 열풍형을 추가하는 방식의 통합형 건조장치를 고안하였다.
본 발명의 일실시예에 따른 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치는 하우징(1100), 구동밸트(1200), 이동배관(1300)을 포함할 수 있다.
하우징(1100)은 광배양 공정을 통해 광배양된 미세조류 바이오매스를 건조하는 공간을 제공한다. 하우징(1100)에는 이동배관(1300)이 연결되어 외부로부터 공급되는 지역난방 공급수가 유입될 수 있으며, 고온의 배기가스 공기열풍이 하우징(1100) 내부로 유입될 수 있다.
하우징(1100)의 상부에는 미세조류 바이오매스가 유입되기 위한 유입구(1110)가 배치될 수 있으며, 하부에는 건조된 미세조류 바이오매스가 유출되기 위한 유출구(1120)가 배치될 수 있다.
하우징(1100)의 유입구(1110) 하부에는 파쇄부(1111)가 배치될 수 있다. 파쇄부(1111)는 건조를 위해 원심분리기로 탈수되어 함수율이 80% 정도인 미세조류 바이오메스가 하우징(1100)으로 투입전 파쇄부(1111)를 통해 덩어리가 파쇄되어 균일한 미세조류 바이오매스가 하우징(1100)으로 공급될 수 있다.
일실시예로, 파쇄부(1111)는 롤러 밀(roller mill)이 사용될 수 있다.
또한, 하우징(1100)의 유입구(1110)에는 파쇄부(1111)를 통해 파쇄된 미세조류 바이오매스를 하우징(1100) 내부로 투입하기 위한 분사부(1112)가 배치될 수 있다. 분사부(1112)는 미세조류 바이오매스를 구동밸트(1200) 상부로 스프레이 형태로 분사하여 건조 효율을 증대할 수 있다.
이때, 분사부(1112)는 하우징(1100) 내부에 배치되어 건조의 효율을 증대할 수 있다.
일실시예로, 분사부(1112)는 복수로 구비되며, 구동밸트(1200)의 폭방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 이를 통해 미세조류의 분사시 넓고 고르게 구동밸트(1200)에 분사하여 건조효율을 증대할 수 있다.
구동밸트(1200)는 하우징(1100) 내부에 유입되는 미세조류를 이동시킬 수 있다. 구동밸트(1200)는 하우징(1100) 내부에 배치되어 순환하여, 분사부(1112) 또는 파쇄부(1111)를 통해 투입되는 미세조류를 이동할 수 있다. 구동밸트(1200)는 유입구(1110)를 통해 유입되는 미세조류가 안착하며, 구동밸트(1200)를 이동하면서 건조가 진행될 수 있다.
일실시예로 구동밸트(1200)는 매쉬밸트가 사용될 수 있다. 매쉬밸트는 통기성이 좋아 물빠짐이 수월하고 건조시 상하 배관열의 활용성을 증대할 수 있다.
또한, 구동밸트(1200)는 복수의 층상구조로 구비될 수 있다.
도 4에 나타나는 것과 같이 복수의 구동밸트(1200)는 수직으로 배치될 수 있다. 이는 구동밸트(1200)의 사이에 배치되는 이동배관(1300)의 열을 구동밸트(1200) 상하에서 미세조류 바이오매스 건조에 활용하여 건조 효율을 증대하고 공간의 효율화를 도모할 수 있다.
일실시예로, 구동밸트(1200)는 4단으로 층층히 배치될 수 있다. 1단에서 좌에서 우로 구동밸트(1200)가 이동하면서 건조가 균일하게 진행되며, 건조가 진행된 미세조류 바이오매스가 자연스럽게 2단으로 내려가서 우에서 좌로 이동하며 건조되며, 3단에서는 다시 좌에서 우로, 4단에서는 우에서 좌로 이동하면서 건조되면서 기존 전기를 이용하는 건조기가 많은 에너지 소모와 고정형으로 균일한 건조가 어려운 반면에, 본 발명에 따른 건조 방식은 상하 좌우 균일한 건조가 가능하며, 충분한 건조시간과 함께 공간을 활용할 수 있는 장점이 존재한다.
이동배관(1300)은 구동밸트(1200)의 내부에 배치되며, 지역난방 공급수가 이동할 수 있다. 이동배관(1300) 내부를 이동하는 지역난방 공급수는 구동밸트(1200) 측으로 열을 공급할 수 있다. 이동배관(1300)을 통해 유입되는 지역난방 공급수는 고온의 열을 미세조류 바이오매스로 전달할 수 있다.
일실시예로, 이동배관(1300)은 구동밸트(1200) 하부에 복수로 배치되거나, 지그재그 구조를 가지도록 배치되어 구동밸트(1200)로 전달되는 열을 증대할 수 있다.
또한, 이동배관(1300)이 각각의 구동밸트(1200) 사이에 배치되며, 복수의 층상구조로 배치되는 구동밸트(1200)의 건조 효율을 증대할 수 있다. 도 4를 참조하면, 1단의 구동밸트(1200)에서 2단의 구동밸트(1200)로 이동시, 2단의 구동밸트(1200)를 이동하는 미세조류 바이오매스는 1단의 구동밸트(1200) 내부에 배치되는 이동배관(1300)의 열을 상부에서 받게되며, 2단의 구동밸트(1200) 내부에 배치되는 이동배관(1300)의 열을 하부에서 받게 된다. 이러한 구조를 통해 2단과 3단의 구동밸트(1200)에서는 상부와 하부에서 열을 받게 되는바, 건조효율을 증대할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이동배관(1300)을 이용하여 지역난방 공급수의 열을 이용할 뿐만 아니라, 하우징(1100) 내부로 공기열풍을 유입시켜 건조 효율을 증대할 수 있다. 이때, 공기열풍은 다양한 발전소 폐열(배기가스열, 증기터빈 추기가스열 등)이 사용될 수 있다.
본원발명에서 건조 장치의 효율을 증대하기 위해 다양한 방법으로 실험을 진행하였다.
실험은 다음과 같은 조건에서 수행되었다.
조건:건조전 바이오매스 50kg(함수율 80%),건조 후 10kg(함수율 10%)
건조 방법 건조시간(조건 만족)
배기가스 250분
지역난방 공급수 330분
배기가스+지역난방 공급수 145분
배기가스+지역난방 회수수 220분
배기가스+저압보일러 급수 200분
배기가스+증기터빈 추기가스 190분
표 2을 살펴보면, 배기가스만으로 건조하는 경우, 상기 조건을 만족하는데 250분의 시간이 소요되었으며, 지역난방의 공급수를 이용하는 경우 330분, 배기가스와 지역난방 공급수를 연계하는 경우 145분, 배기가스와 지역난방 회수수를 연계하는 경우 220분, 배기가스와 저압보일러 급수를 연계하는 경우 200분, 배기가스와 증기터빈 추기가스를 연계하는 경우 190분의 건조시간이 필요하였다.이와 같이 바이오매스 건조효율을 증대하기 위해서는 배기가스와 지역난방 공급수를 연계하는 것이 가장 높은 효율을 가지는 것으로 확인되었다.도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치는 가스투입부(1400), 챔버(1500), 분사부(1112) 및 저장부(1600)를 포함할 수 있다.
가스투입부(1400)는 일측이 챔버(1500)에 연결되며, 타측으로는 건조가스가 투입될 수 있다. 가스투입부(1400)의 형상은 제한이 없으나, 곡관으로 구성되어 가스가 유입시 회류를 형성하도록 할 수 있다.
가스투입투로 투입되는 건조가스는 블로워를 통해 유입될 수 있으며, 발전소의 건조된 배기가스가 사용될 수 있다. 또한, 가스투입부(1400)의 일영역에는 가열부가 배치될 수 있다.
가열부는 유입되는 건조가스가 필요한 온도를 충족시키지 못하는 경우, 유입되는 건조가스의 온도를 상승시킬 수 있다. 가열부의 종류는 제한이 없으며 기체를 가열하기 위한 다양한 종류의 히터가 사용될 수 있다.
챔버(1500)는 일측이 가스투입부(1400)와 연결될 수 있다. 챔버(1500)는 투입되는 미세조류 바이오매스가 건조될 수 있는 공간을 제공하며, 다양한 형상으로 변형실시될 수 있다.
분사부(1112)는 가스투입부(1400) 및 챔버(1500) 중 어느 하나를 관통하여 챔버(1500)의 내부공간을 향해 미세조류 바이오매스를 분사할 수 있다.
분사부(1112)에서 미세조류 바이오매스가 분사되는 경우 가스투입부(1400)를 통해 투입되는 건조가스와 직접 반응을 하여 건조 효율을 증대할 수 있다.
또한, 챔버(1500)의 하부에는 저장부(1600)가 배치될 수 있다.
저장부(1600)는 챔버(1500)에서 건조가 완료된 미세조류 바이오매스가 침전되어 저장될 수 있다. 저장부(1600)의 형상은 제한이 없으며 다양하게 변형실시될 수 있다.
또한, 챔버(1500)의 측면에는 사이클론(1700)이 연결되며, 사이클론(1700) 하부에는 건조된 미세조류 바이오매스를 수용하기 위한 저장부(1600)가 배치될 수 있다.
챔버(1500)에서 1차적으로 건조가 완료된 미세조류 바이오매스는 챔버(1500) 하부에 배치되는 저장부(1600)로 이동하며, 완료가 되지 않은 미세조류는 사이클론(1700)과 연결되는 통로를 이동하여 사이클론(1700)으로 유입된다. 사이클론(1700)의 형태나 구조는 제한이 없으며, 원심력을 이용하여 물질을 분리하기 위한 공지의 다양한 사이클론(1700) 구조가 사용이 가능하다.
또한, 사이클론(1700)의 상부를 이동하는 건조가스의 이동라인에는 백필터(1800)가 배치되어 건조가스 내부에 잔류하는 미세조류 바이오매스를 회수할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 블로워 110 : 제1 블로워
120 : 제2 블로워 200 : 광배양 공정부
210 : 반응기 220 : 회수조
230 : 필터 240 : 오존반응조
250 : 멸균수 저장탱크 260 : 배양액 제조부
1000, 1000a : 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치
1100 : 하우징 1110 : 유입구
1111 : 파쇄부 1112 : 분사부
1120 : 유출구 1200 : 구동밸트
1300 : 이동배관 1400 : 가스투입부
1500 : 챔버 1600 : 저장부
1700 : 사이클론 1800 : 백필터

Claims (13)

  1. 미세조류가 유입되는 유입구와 유출구가 구비되는 하우징;
    상기 하우징 내부에 유입되는 미세조류를 이동시키는 복수의 구동밸트;
    상기 구동밸트의 내부에 복수로 배치되며, 지역난방 공급수가 이동하는 이동배관;
    을 포함하며,
    상기 유입구를 통해 유입되는 미세조류는 복수의 상기 구동밸트를 이동하며 건조되고,
    상기 복수의 구동밸트는 상하의 층상구조로 배치되고,
    어느 하나의 층에 배치된 복수의 상기 이동배관은 인접한 층에 배치된 복수의 상기 이동배관의 사이마다 배치되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징으로 공기열풍이 유입되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이동배관은 상기 구동밸트 하부에서 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 유입구의 하부에는 파쇄부가 배치되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 유입구에는 상기 파쇄부에서 분사된 상기 미세조류를 분사하는 분사부가 배치되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 하우징 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 분사부는 복수로 구비되어,
    상기 구동밸트의 폭방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 구동밸트는 매쉬밸트가 사용되는 것을 특징으로 하는 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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