KR20150022174A - 바이오 가스 열량 조절 장치 - Google Patents

바이오 가스 열량 조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오 가스의 열량을 조절하기 위한 장치에 관한 것으로서, 버퍼 탱크; 버퍼 탱크 내부에 수용되며, 바이오 가스와 제 1 외부 가스를 수용하여 혼합하는 제 1 인라인 믹서; 및 버퍼 탱크 내부에 수용되며, 제 1 혼합 기체와 제 2 외부 가스를 수용하여 혼합하는 제 2 인라인 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하여, 바이오 가스와 외부 가스의 혼합을 균일하게 하는바, 바이오 가스의 열량이 시간 및 공간의 변동에 따라 균일하게 되는 효과를 제공한다.

Description

바이오 가스 열량 조절 장치{APPARATUS FOR ADJUSTING HEATING VALUE OF BIOGAS}
본 발명은 바이오 가스의 열량을 조절하기 위한 장치에 관한 것으로서, 바이오 가스와 도시 가스 및 LPG 등 외부 가스와 혼합시켜 열량을 조절하기 위해, 버퍼 탱크 내부에 위치하는 인라인 믹서 내에 난류 부재를 장착하고, 이들 인라인 믹서 내부로 바이오 가스와 도시 가스 및 LPG를 통과시키는, 열량 조절 장치에 관한 기술 분야이다.
최근 국제유가의 지속적인 상승으로 인해 에너지의 안정적 확보 및 대체에너지 개발의 필요성이 대두되는 있고, 이와 더불어 지구온난화를 유발하는 온실가스 발생이 지속적인 증가 추세에 있는 상황에서 온실가스 저감 및 기후변화 대응의 중요성이 점차 커지고 있는 상황이다.
이에 따라 정부에서는 저탄소 녹색성장 비전을 발표하고 2020년까지 온실가스를 배출전망치(BAU) 대비 30% 감축한다는 목표로 각종 에너지 및 환경정책을 추진 중에 있다.
이러한 사회적 변화에 발맞추어, 유기성폐기물, 하수슬러지 등을 자원화하는 바이오가스의 생산과 활용이 활발하게 이루어지고 있고, 그 일환으로 도시가스사업법의 개정으로 바이오가스도 도시가스의 범주에 포함시키는 등 관련 법률도 재정비하고 있다.
현재 생산되고 있는 바이오가스는 대부분 보일러의 연료, 가스엔진을 통한 발전/열생산 또는 차량용 연료 등으로 활용되고 있고, 에너지 자원으로의 활용이 용이하지 아니한 경우에는 대기 중에서 소각시키는 방식으로 처리하고 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 열량 조절 장치가 적용된 설비 전반을 도시한 개략도이다.
바이오 가스는 제습 장치(1)를 통해 1차 제습 과정을 거친 후, 블로어(1a)를 통해 탈황 설비(2)로 공급된다. 탈황 설비(2)를 통과한 바이오 가스는 황이 제거되며, 이후 바이오 가스 실록산 제거 설비(3)로 공급되어, 실록산을 제거하게 되며, 압축기(5)를 거친 바이오 가스는 고질화 즉, CO2를 제거하여 메탄의 순도를 높이는 작업을 거치게 된다.
2012년 7월 1일부터 KOGAS에서는 도시가스 거래기준을 부피 거래제에서 열량거래제로 바꾸어서 거래하고 있다. 이에 따라 맞추어야 하는 열량이 미세하게 변동되고 있어 이에 대한 대응이 필요한 실정이다. 이 경우, LPG만으로 바이오 가스의 열량을 조절하는 것보다 LPG와 LNG 모두를 혼합하여 바이오 가스의 열량을 조절하는 것이 바람직하다.
가스의 열량 조절 장치에 대한 종래 기술들로는, "액화천연가스 열량조절 설비(공개 번호: 특1998-0010316, 이하 "종래 기술"이라 한다.)" 등이 존재한다.
상기 종래 기술은 내부관과 외부관으로 구성된 다수의 이중관 주위에 해수를 순환시켜 열교환이 이루어지도록 함으로써 기화시키고 기화된 천연가스를 승온 수단의 전열관을 통과시켜 승온시키되, 전열관의 일측에 선회수단과 액화석유가스 노즐 그리고 분산벽을 설치하여 줌으로써 선회수단에 의해 기화된 천연가스의 체제시간을 늘려 열교환효율을 향상시킴으로써 기화가스의 온도를 급속히 상승시켜 액화석유가스의 액적이 원활하게 증발할 수 있도록 하며 기화가스의 회전에 의한 혼합효율 향상으로 안정적인 열량 조절이 가능하게 하는 기술이다.
이러한 종래 기술에는 일반적인 가스 열량 조절 설비에 대한 개괄적인 기술만을 제시할 뿐, 직접 두 종류의 가스를 혼합하게 하는 구체적인 기술적 사상을 제시하지 못하는 문제점이 존재하였다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 바이오 가스의 열량 조절을 위하여, 외부 가스와 바이오 가스의 혼합을 용이하게 하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 버퍼 탱크; 상기 버퍼 탱크 내부에 수용되며, 바이오 가스와 제 1 외부 가스를 수용하여 혼합(상기 바이오 가스와 상기 제 1 외부 가스가 혼합된 기체를 '제 1 혼합 기체'라 한다)하는 제 1 인라인 믹서; 및 상기 버퍼 탱크 내부에 수용되며, 상기 제 1 혼합 기체와 제 2 외부 가스를 수용하여 혼합(상기 제 1 혼합 기체와 상기 제 2 외부 가스가 혼합된 기체를 '제 2 혼합 기체'라 한다)하는 제 2 인라인 믹서를 포함한다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 상기 제 1 인라인 믹서 내부에 위치되어, 상기 제 1 혼합 기체에 난류(turbulent flow)를 발생시키는 난류 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 상기 제 2 인라인 믹서 내부에 위치되어, 상기 제 2 혼합 기체에 난류(turbulent flow)를 발생시키는 난류 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치의 상기 난류 부재는, 깔때기 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치의 상기 난류 부재는, 복수 개의 개구가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치의 상기 난류 부재는, 상기 깔때기 형상의 내면에 복수 개의 나선이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 바이오 가스와 외부 가스의 혼합을 용이하게 하여, 바이오 가스의 열량 조절을 가능하게 한다.
둘째, 바이오 가스와 외부 가스의 혼합을 균일하게 하는바, 바이오 가스의 열량이 시간 및 공간의 변동에 따라 균일하게 되는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 열량 조절 장치가 적용된 설비 전반을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 일 구성요소인 난류 부재를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 가스 열량 조절 장치를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 열량 조절 장치가 적용된 설비 전반을 도시한 개략도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 일 구성요소인 난류 부재를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른, 바이오 가스 열량 조절 장치(100)는 버퍼 탱크(110, buffer tank); 제 1 인라인 믹서(120a, inline mixer); 및 제 2 인라인 믹서(120b)를 포함한다.
버퍼 탱크(110)는 외부 가스와 혼합되어 열량이 조절된 바이오 가스(biogas)를 일시적으로 저장하는 공간으로서, 바이오 가스와 외부 가스의 혼합 기체가 가지는 압력을 견딜 수 있는 구성이다.
제 1 인라인 믹서(120a)는 도 1에 도시된 바와 같이, 버퍼 탱크(110)의 내부에 수용되며, 바이오 가스와 제 1 외부 가스를 수용하고 혼합한다.
구체적으로는 제 1 인라인 믹서(120a)에는 바이오 가스 배관(10)이 연결되고, 제 1 외부 가스 배관(20)이 연결되어, 바이오 가스와 제 1 외부 가스를 공급받는다.
여기서 제 1 외부 가스는 바이오 가스의 열량을 조절하기 위한 가스로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 상용화된 도시가스일 수 있다.
바이오 가스는 그 자체로 순수한 바이오 가스일 경우에는 한국가스공사(KOGAS)에서 요구하는 열량 기준인 10,200kcal/Nm3에 맞추기 힘든 문제점이 있는바 상용화된 도시가스와 혼합하여 열량을 맞출 필요가 존재한다.
따라서, 제 1 인라인 믹서(120a)는 바이오 가스와 제 1 외부 가스를 혼합하여 제 1 혼합 기체를 이루도록 한다.
이후, 제 1 인라인 믹서(120a)는 제 1 혼합 기체를 제 2 인라인 믹서(120b)로 공급하면, 제 2 인라인 믹서(120b)는 제 1 혼합 기체와 제 2 외부 가스를 수용 및 혼합한다. 여기서, 제 2 외부 가스는 도 1에 도시된 바와 같이, LPG가스일 수 있으며, 바이오 가스의 열량을 조절하기 위한 기타 연소용 가스일 수 있다.
보다 구체적으로는 제 2 인라인 믹서(120b)는 제 1 인라인 믹서(120a)와 매개 배관(40)을 통해 연결되어, 제 1 혼합 기체를 공급 받는다.
제 2 인라인 믹서(120b) 역시 제 1 인라인 믹서(120a)와 마찬가지로 제 1 혼합 기체와 제 2 외부 가스를 혼합하고, 제 2 혼합 기체를 이루도록 한다.
구체적으로는 제 2 외부 가스는 LPG 배관(30) 등으로 인해 공급되어, 제 2 인라인 믹서(120b)로 공급된다.
제 2 인라인 믹서(120b)를 통과하여 이루어진 제 2 혼합 기체는 버퍼 탱크(110)로 수용되어 일시적으로 저장된 후, 도시가스 배관망(50)을 통하여 주요 수요처로 공급되게 된다.
제 1 및 2 인라인 믹서(120a, 120b)는 내부에 난류 부재(125)를 더 포함할 수 있다.
난류 부재(125)는 제 1 혼합 기체 또는 제 2 혼합 기체에 난류(turbulent flow , 亂流)를 일으켜, 상이한 종류의 가스들의 혼합을 용이하게 한다.
난류 부재(125)는 난류 부재(125)를 통과하는 기체의 흐름을 불규칙적으로 요동치게하여, 이를 통과하는 기체에 난류를 발생시키는 것이다.
난류 부재(125)는 도 2에 도시된 바와 같이, 깔대기 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우 단면이 원을 이루는 부분에 혼합 기체(제 1 혼합 기체 및 제 2 혼합 기체들)가 유입되는 것이 바람직하다.
난류 부재(125)는 복수 개의 개구(127)가 형성되며 이러한 개구(127)는 규칙 또는 불규칙적으로 형성되어, 개구를 통해 빠져 나가도록 되는 혼합 기체에 난류 발생을 촉진시킨다.
난류 부재(125)는 깔때기 형상의 내부면에 나선이 형성되어, 혼합기체의 흐름에 회오리를 유도시키는 것이 바람직하다.
나선을 따라 흐르는 혼합기체는 복수 개의 규칙 또는 불규칙하게 형성된 개구를 통해 빠져나가며, 복수 개의 개구를 통해 빠져나간 혼합 기체는 이후 다시 충돌을 일으켜 상이한 기체로 이루어진 혼합기체의 균질성을 높여 최종적으로 배출된 바이오 가스의 열량일 균일하도록 돕는 역할을 수행한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
1: 제습 장치
1a: 블로어(blower)
2: 탈황 설비
3: 실록산 제거 설비
4: 가스 필터
5: 압축기
6: 고질화 장치
10: 바이오 가스 배관
20: 제 1 외부 가스(도시 가스) 배관
30: 제 2 외부 가스(LPG) 배관
40: 매개 배관
50: 바이오 가스 배관
100: 본 발명에 따른, 열량 조절 장치
110: 버퍼 탱크
120: 인라인 믹서(inline mixer)
120a, 120b: 제 1 및 제 2 인라인 믹서
125: 난류 부재
126: 나선
127: 개구
140: 부취 설비

Claims (6)

  1. 버퍼 탱크;
    상기 버퍼 탱크 내부에 수용되며, 바이오 가스와 제 1 외부 가스를 수용하여 혼합(상기 바이오 가스와 상기 제 1 외부 가스가 혼합된 기체를 '제 1 혼합 기체'라 한다)하는 제 1 인라인 믹서; 및
    상기 버퍼 탱크 내부에 수용되며, 상기 제 1 혼합 기체와 제 2 외부 가스를 수용하여 혼합(상기 제 1 혼합 기체와 상기 제 2 외부 가스가 혼합된 기체를 '제 2 혼합 기체'라 한다)하는 제 2 인라인 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 가스 열량 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이오 가스 열량 조절 장치는,
    상기 제 1 인라인 믹서 내부에 위치되어, 상기 제 1 혼합 기체에 난류(turbulent flow)를 발생시키는 난류 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 가스 열량 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바이오 가스 열량 조절 장치는,
    상기 제 2 인라인 믹서 내부에 위치되어, 상기 제 2 혼합 기체에 난류(turbulent flow)를 발생시키는 난류 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 가스 열량 조절 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 난류 부재는,
    깔때기 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 바이오 가스 열량 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 난류 부재는,
    복수 개의 개구가 형성된 것을 특징으로 하는, 바이오 가스 열량 조절 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 난류 부재는,
    상기 깔때기 형상의 내면에 복수 개의 나선이 형성되는 것을 특징으로 하는, 바이오 가스 열량 조절 장치.
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