WO2024034725A1 - 캐스케이드형 인공숲 조성장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐스케이드형 인공숲 조성장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따르면, 사각형의 케이싱 내부에 복수의 격판이 일정 간격을 두고 수평하게 다단으로 적층되고, 상기 격판의 좌,우측 양단이 엇갈리게 연통됨으로써 지그재그 형태의 내부 유로를 갖는 캐스케이드 유로 어셈블리; 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 하부 일측에 연결되어 주변 공기를 흡입하여 캐스케이드 유로 어셈블리의 내부 유로를 따라 흡입된 공기가 상향식으로 흐르도록 유도하는 공기 흡입부; 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 하부에 구비된 상태로 공기와 접촉에 의해 화학 반응이 일어나 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 특정 성분의 염기성 알칼리 혼합액을 저장하고 있다가 공기 흡입부로 공기가 흡입되면 상기 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부로 공급하여 염기성 알칼리 혼합액이 캐스케이드 유로 어셈블리의 내부 유로를 따라 자중에 의해 하향식으로 흐르면서 공기와 면접촉되도록 유도하는 혼합액 저장부; 및 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부에 구비되어 내부 유로를 거치면서 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 주변으로 배출하는 공기 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 캐스케이드형 인공숲 조성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드형에 의해 중력 방향을 따라 다단으로 낙수시키면서 이와 접촉되는 주변 공기 중의 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있으며, 아울러 주변 대기 중에 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있도록 하는 캐스케이드형의 인공숲 조성장치에 관한 것이다.
최근, 전세계적으로 폭염과 대홍수, 대형 산불까지 기후변화로 인한 각종 자연재해가 급증하고 있다. 이렇게 자연재해가 급증한 데는 대기 중 이산화탄소 급증이 가장 큰 원인으로 꼽힌다.
2020년 전세계 대기 중 이산화탄소 농도가 또다시 사상 최고치를 기록한 가운데 각국의 탄소 배출 감축 계획이 기대에 못 미쳐, 2030년에는 탄소 배출량이 2010년보다 16%가량 늘어날 것이라는 예측이 나왔다. 이런 추세라면 지구 기온 상승을 산업화 이전보다 1.5도(℃) 높은 수준에서 억제한다는 국제 목표치 달성이 어려워져 지구 기온이 2100년에는 2.7도(℃) 상승할 것으로 분석됐다.
또한, 세계기상기구(WMO)에 따르면, 2020년 전세계 대기 중 이산화탄소 평균 농도가 2019년보다 2.5ppm 높아진 413.2ppm으로 사상 최고치를 갱신했다고 밝혔다. 지난해 이산화탄소 농도 증가치는 지난 10년 평균(2.4ppm)을 넘어서는 빠른 증가세를 보였다. 이런 이산화탄소 농도는 산업화 이전(1750년)의 149% 수준이다.
이렇게 대기 중의 이산화탄소가 지속적으로 증가하는 이유를 전문가들은 이산화탄소가 한번 배출되면 최대 200년까지 대기 중에 머무는 이산화탄소의 특성 때문이라고 지적한다. 이러한 특성 때문에 전세계가 이산화탄소로 인한 자연재해와 맞서려면 더 빠르게 탄소배출량을 줄여야 한다는 필요성이 대두되고 있다.
뿐만 아니라, 세계기상기구는 또 그동안 탄소를 흡수하던 아마존 지역이 브라질 정부가 진행해 온 개발 여파로 탄소 배출원으로 바뀌는 등 육지 생태계의 탄소 흡수 능력이 줄고 있다고 우려했다.
상술한 바와 같이, 전세계적으로 이산화탄소가 급증하고 있고, 이산화탄소 저감의 필요성이 인식되고 있는 가운데, 육지 생태계의 탄소 흡수 능력만으로는 탄소 저감 기능을 제대로 수행하는 데 한계가 있다.
한편, 최근까지 공기 중 먼지 및 분진 등의 이물질을 정화하도록 하는 기술의 개발은 활발히 이뤄지고 있으나, 공기 중 이산화탄소를 지속적으로 포집하고, 이산화탄소 포집에 따라 발생된 이산화탄소 포집물을 활용할 수 있는 기술개발은 잘 이뤄지고 있지 않아 이에 대한 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 공기 중의 이산화탄소를 지속적으로 저감시켜 주변의 공기질을 깨끗하게 쾌적하게 변환 조성하는 인공숲 조성장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드형에 의해 중력 방향을 따라 다단으로 낙수시키면서 이와 접촉되는 주변 공기 중의 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 인공숲 조성장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 공기 중에 존재하는 이산화탄소 포집 전후에 대한 농도를 측정하여 저감된 이산화탄소의 농도를 표시부를 통해 표시하거나, 또는 공기 중의 이산화탄소 농도 변화를 지자체 및 관리자에게 제공하여 지역 관할 지자체 및 관리자가 이를 적절히 이용하거나, 또는 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 할 수 있는 인공숲 조성장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적인 종래 기술에서 널리 사용되는 이산화탄소 흡수제인 알칸올아민 수용액의 여러 가지 단점을 해소하는 염기성 알칼리 혼합액을 사용하여 이산화탄소를 포집함으로써, 기존 기술 대비 경제성을 확보할 수 있는 인공숲 조성장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스케이드형 인공숲 조성장치는, 사각형의 케이싱 내부에 복수의 격판이 일정 간격을 두고 수평하게 다단으로 적층되고, 상기 격판의 좌,우측 양단이 엇갈리게 연통됨으로써 지그재그 형태의 내부 유로를 갖는 캐스케이드 유로 어셈블리; 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 하부 일측에 연결되어 주변 공기를 흡입하여 캐스케이드 유로 어셈블리의 내부 유로를 따라 흡입된 공기가 상향식으로 흐르도록 유도하는 공기 흡입부; 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 하부에 구비된 상태로 공기와 접촉에 의해 화학 반응이 일어나 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 특정 성분의 염기성 알칼리 혼합액을 저장하고 있다가 공기 흡입부로 공기가 흡입되면 상기 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부로 공급하여 염기성 알칼리 혼합액이 캐스케이드 유로 어셈블리의 내부 유로를 따라 자중에 의해 하향식으로 흐르면서 공기와 면접촉되도록 유도하는 혼합액 저장부; 및 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부에 구비되어 내부 유로를 거치면서 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 주변으로 배출하는 공기 배출부;를 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 혼합액 저장부에는 순환 펌프가 더 구비되고, 상기 순환 펌프는 혼합액 공급관을 통해 혼합액 저장부에 저장된 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부로 공급한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 복수의 격판에는 좌,우측 양단에 교대로 엇갈리게 연통공이 각각 형성됨에 따라 캐스케이드 유로 어셈블리가 전체적으로 지그재그 형태의 내부 유로를 갖고, 상기 각 연통공에는 일단이 격판에 결합됨과 함께 타단이 연통공을 경유하여 하방으로 휘어진 자유단 형태의 드레인 가이드판이 각각 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 복수의 격판에는 패턴이 형성되어 상기 염기성 알칼리 혼합액과 상기 흡입된 공기의 접촉면적이 늘어난다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 공기 흡입부에는, 주변에서 흡입된 공기의 온도, 습도 또는 이산화탄소 농도값을 측정하기 위한 온도계, 습도계 또는 이산화탄소 농도계 중 적어도 하나가 설치되고, 상기 흡입된 공기를 염기성 알칼리 혼합액과 반응에 적정한 온도로 예열하기 위한 프리히터가 더 설치된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 공기 배출부에는, 이산화탄소가 제거된 공기의 유량, 온도, 습도 또는 이산화탄소 농도값을 측정하기 위한 유량계, 온도계, 습도계 또는 이산화탄소 농도계 중 적어도 하나가 설치된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 혼합액 저장부의 일측에는 염기성 알칼리 혼합액으로부터 증발된 물을 보충하기 위한 보충수 저장부가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 공기 배출부 또는 공기 흡입부의 유로 일부에는 공기 흡입팬이 더 설치된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성 제올라이트; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 최저면 격판과 혼합액 저장부의 개방된 상부가 서로 연통되고, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 최저면 격판과 혼합액 저장부 사이 공간부에 공기 흡입부가 연결됨으로써 외부로부터 흡입된 공기가 혼합액 저장부에 담겨진 염기성 알칼리 혼합액과 접촉한 후 캐스케이드 유로 어셈블리의 최저면 격판의 연통공을 통해 내부 유로를 따라 상향식으로 흐르도록 유도된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 혼합액 저장부에는 염기성 알칼리 혼합액 중에 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 및 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소;가 더 연결된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 일측에는 전장부가 더 구비되며, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리를 통해 흡입, 공급 또는 배출되는 공기 및 염기성 알칼리 혼합액의 온도, 습도, 유량, 유속, 농도를 포함한 각종 파라미터값을 측정 및 제어한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 전장부에는 각종 센서 및 데이터베이스가 더 연결되고, 각종 센서들에 의해 측정된 데이터를 데이터베이스에 저장하거나, 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송한다.
개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 중의 이산화탄소를 나무와 같이 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있어 본 발명의 시스템이 구축된 지역의 주변 공기질을 개선 시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 유용한 자원인 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다. 이는 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있어 수익 창출까지 가능하므로 기존 기술 대비 경제성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드형에 의해 중력 방향을 따라 다단으로 낙수시키면서 이와 접촉되는 주변 공기 중의 이산화탄소를 제거함으로써 염기성 알칼리 혼합액의 비산을 최소화하고 저전력 구현이 가능하며, 공기 중의 이산화탄소를 높은 포집 효율로 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 기술에서 널리 사용되는 이산화탄소 흡수제인 알칸올아민 수용액의 단점을 해소하면서, 동시에 주변 공기를 깨끗하고 쾌적하게 조성하므로 운용비용이 저렴한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지자체 및 관리자는 공기 중의 이산화탄소 포집에 따른 공기 중 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 조치를 취할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스케이드형 인공숲 조성장치를 전체적으로 보인 정면도
도 2는 도 1의 (a) 평면도, (b) 좌측면도, (c) 우측면도
도 3은 본 발명에 따른 캐스케이드 유로 어셈블리를 보인 요부 사시도
도 4는 도 3의 정면, 측면 및 평면도
도 5는 도 3의 격판을 분리하여 보인 (a) 요부 사시도, (b) 정면, 측면 및 평면도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스케이드형 인공숲 조성장치를 전체적으로 보인 정면도이고, 도 2는 도 1의 (a) 평면도, (b) 좌측면도, (c) 우측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 캐스케이드 유로 어셈블리를 보인 요부 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면, 측면 및 평면도이며, 도 5는 도 3의 격판을 분리하여 보인 (a) 요부 사시도, (b) 정면, 측면 및 평면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스케이드형 인공숲 조성장치(100)는, 사각형의 케이싱(111) 내부에 복수의 격판(112)이 일정 간격을 두고 수평하게 다단으로 적층되고, 상기 격판(112)의 좌,우측 양단이 엇갈리게 연통됨으로써 지그재그 형태의 내부 유로를 갖는 캐스케이드 유로 어셈블리(110)가 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 복수의 격판(112)에는 좌,우측 양단에 교대로 엇갈리게 연통공(112a)이 각각 형성됨에 따라 캐스케이드 유로 어셈블리(110)가 전체적으로 지그재그 형태의 내부 유로를 갖는다.
상기 각 연통공(112a)에는 일단이 격판(112)에 결합됨과 함께 타단이 연통공(112a)을 경유하여 하방으로 휘어진 자유단 형태의 드레인 가이드판(115)이 각각 구비된다.
또한, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 하부 일측에 연결되어 주변 공기를 흡입하여 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 내부 유로를 따라 흡입된 공기가 상향식으로 흐르도록 유도하는 공기 흡입부(120)가 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 공기 흡입부(120)에는, 주변에서 흡입된 공기의 온도, 습도 또는 이산화탄소 농도값을 측정하기 위한 온/습도계(182), 또는 이산화탄소 농도계(183) 중 적어도 하나가 설치되고, 상기 흡입된 공기를 염기성 알칼리 혼합액과 반응에 적정한 온도로 예열하기 위한 프리히터(181)가 더 설치된다.
상기 프리히터(181)는 후술할 이산화탄소 포집반응을 위해 흡입된 공기를 예열하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 하부에 구비된 상태로 공기와 접촉에 의해 화학 반응이 일어나 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 특정 성분의 염기성 알칼리 혼합액을 저장하고 있다가 공기 흡입부(120)로 공기가 흡입되면 상기 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 상부로 공급하여 염기성 알칼리 혼합액이 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 내부 유로를 따라 자중에 의해 하향식으로 흐르면서 공기와 면접촉되도록 유도하는 혼합액 저장부(130)가 구비된다.
한편, 염기성 알칼리 혼합액은 혼합액 저장부(130)로부터 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 내부 유로를 따라 하향식으로 흘러내린 후 다시 혼합액 저장부(130)로 계속해서 순환되면서 공기 중의 이산화탄소를 포집하게 된다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면 상기 격판(112)의 연통공(112a)에 구비된 드레인 가이드판(115)의 상면을 따라 염기성 알칼리 혼합액이 하방으로 흘러내리게 되는데, 이때 상기 드레인 가이드판(115) 하방에는 공기가 상향식으로 이동하고 있으므로 상기 염기성 알칼리 혼합액이 커튼식으로 흘러내리면서 공기와 연속적으로 접촉하게 된다. 즉, 이 과정에서 염기성 알칼리 혼합액이 공기를 커팅하는 방향에서 접촉되면서 공기와 충돌 및 와류가 일어나면서 이산화탄소를 포집하는 반응이 촉진된다.
또한, 상기 격판(112)은 장방형의 스테인리스 스틸판이 다층으로 적층되어 형성될 수 있는데, 예컨대 18매의 격판을 일정 간격을 두고 다층으로 적층될 수 있으며, 상기 각 격판(112)의 좌,우측 어느 일단에서 타단의 연통공(112a)까지 공기와 염기성 알칼리 혼합액이 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 내부 유로를 따라 상, 하향식으로 각각 지그재로로 유동되면서 서로 접촉된다.
이 과정에서 공기 흡입부(120)로부터 유입된 공기는 캐스케이드 유로 어셈블리(110)를 거쳐 공기 배출부(140)로 빠져나갈 때까지 염기성 알칼리 혼합액과 지속적으로 면접촉 또는 와류접촉됨에 따라 공기 중의 이산화탄소가 염기성 알칼리 혼합액과 반응하여 포집된다. 일 실시예에 따라 상기 장치에 의해 공기 중 이산화탄소가 90% 이상 제거될 수 있다.
상기 각 격판(112)에 이동하는 염기성 알칼리 혼합액은 1mm 내지 10mm 높이로 설정될 수 있다. 보다 구체적으로 2mm 내지 8mm, 4mm 내지 8mm, 6mm 내지 10mm, 2mm 내지 6mm로 설정될 수 있다. 상기 공기 흡입부(120)로부터 유입된 공기의 유량 및 유속에 따라 이산화탄소가 최대로 포집될 수 있도록 상기 각 격판(112)에 흐르는 염기성 알칼리 혼합액의 높이를 기설정된 값에 따라 변경할 수 있다.
또한, 상기 복수의 격판(112)은 패턴을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 일 예로 삼각뿔 내지 반원 형태로 볼록 또는 오목하게 형성될 수 있으며, 사인파 형태, 산과 골의 형태 등 다양한 형태의 패턴이 형성될 수 있다. 이렇게 패턴이 형성된 상기 복수의 격판(112)은 공기와 접촉면적이 늘어나 더 많은 이산화탄소를 포집할 수 있다.
이후, 상기와 같이 이산화탄소가 제거된 공기는 공기 배출부(140)를 통해 외부로 최종 배출된다.
또한, 상기 혼합액 저장부(130)에는 히터(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 히터는 혼합액 저장부(130)에 담겨진 염기성 알칼리 혼합액이 일정 온도 이하로 냉각되면 탄산나트륨 등이 석출될 수 있으므로 염기성 알칼리 혼합액에서 석출물이 생성되지 않도록 히팅하는 기능을 수행한다.
일 실시예에 따라, 상기 혼합액 저장부(130)에는 순환 펌프(150)가 더 구비되고, 상기 순환 펌프(150)는 혼합액 공급관(151)을 통해 혼합액 저장부(130)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 상부로 공급한다.
상기 혼합액 공급관(151)은 후술하는 캐스케이드 유로 어셈블리(110) 상단에 형성된 복수의 혼합액 주입구(113)에 연결된다. 예컨대, 상기 혼합액 주입구(113)는 격판의 폭너비에 따라 균일하게 공급될 수 있도록 3개 이상 적절히 구비될 수 있다.(도 3 및 4 참조)
일 실시예에 따라, 상기 혼합액 저장부(130)의 내부에는 레벨 인디케이터(level indicator, 미도시)가 구비되어 용액의 수위를 감지할 수 있다.
또한, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 상부에 구비되어 내부 유로를 거치면서 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 주변으로 배출하는 공기 배출부(140)가 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 공기 배출부(140)에는 이산화탄소가 제거된 공기의 유량, 온도, 습도 또는 이산화탄소 농도값을 측정하기 위한 유량계(185), 온/습도계(182) 또는 이산화탄소 농도계(183) 중 적어도 하나가 설치된다.
일 실시예에 따라, 상기 공기 배출부(140)의 유로 일부에는 공기 흡입팬(170)이 더 설치된다. 상기 공기 흡입팬(170)은 공기 배출부(140)뿐만 아니라, 공기 흡입부(120)에 설치할 수 있다.
또한, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 최저면 격판(112)과 혼합액 저장부(130)의 개방된 상부가 서로 연통되고, 상기 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 최저면 격판(112)과 혼합액 저장부(130) 사이 공간부에 공기 흡입부(120)가 연결됨으로써 외부로부터 흡입된 공기가 혼합액 저장부(130)에 담겨진 염기성 알칼리 혼합액과 접촉한 후 캐스케이드 유로 어셈블리(110)의 최저면 격판(112)의 연통공(112a)을 통해 내부 유로를 따라 상향식으로 흐르도록 유도된다.
또한, 상기 혼합액 저장부(130)의 일측에는 염기성 알칼리 혼합액에서 증발된 물을 보충하기 위한 보충수 저장부(160)가 더 구비된다.
이에 따라 혼합액 저장부(130)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액에서 물이 자연 증발됨에 따라 수위가 감소되면 상기 보충수 저장부(160)로부터 혼합액 저장부(130)로 물이 보충된다.
이때에는 혼합액 저장부(130)에 구비된 레벨 인디케이터를 이용하여 수위를 감지하고 기설정된 조건에 따라 보충수 저장부(160)에서 혼합액 저장부(130)로 물이 보충된다.
또한, 상기 공기 흡입부(120)를 통해 흡입된 공기 중의 이산화탄소 포집 전단의 이산화탄소 농도값과, 혼합액 저장부에 저장된 염기성 알칼리 혼합액과 반응하여 이산화탄소가 제거된 후 공기 배출부를 통해 배출되는 잔여 공기에 포함된 이산화탄소 포집 후단의 이산화탄소 농도값을 측정 및 비교한 후 혼합액 저장부(130)로 보충되는 물의 공급량을 조절한다.
상기 혼합액 저장부(130)는 염기성 알칼리 용액과 보충수 저장부(160)로부터 공급된 물을 1:1 내지 1:5의 비율로 유지하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:2 내지 1:5, 1:2 내지 1:3 또는 1:3 내지 1:5의 비율로 유지할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 염기성 알칼리 용액의 비율이 증가할수록 공기 중의 이산화탄소 포집률이 증가할 수 있으나, 비용적인 측면을 고려하여 물의 비율을 조절할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성 제올라이트; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 이상인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH는 pH12 내지 pH13.5, pH13, pH12, pH12.1, pH12.2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상술한 바와 같이 상기 혼합액 저장부(130) 내의 pH meter(184)로 측정될 수 있다.
상기 혼합액 저장부(130) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 10.5 미만이 되면 더 이상 이산화탄소 포집하지 못하게 되므로, 상기 혼합액 저장부(130)의 저부에 구비된 배출구(131)를 통해 이산화탄소 반응물과 폐용액은 외부로 배출되고, 상기 배출구(131)를 통해서 새로운 염기성 알칼리 혼합액이 공급된다.
이를 위해, 상기 혼합액 저장부(130)의 일측에는 펌프(200)가 더 구비된다.
상기 펌프(200)는 배출구(131)를 통해 이산화탄소 반응물과 폐용액을 외부로 배출하고, 상기 배출구(131)를 통해서 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하여 생성된 새로운 염기성 알칼리 혼합액을 공급한다.
이때, 상기 혼합액 저장부(130)에는 pH meter(184)가 구비되어 있음에 따라 혼합액 저장부(130)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5의 적정 pH를 유지하는지 모니터링한다.
한편, 상기 혼합액 저장부(130) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 펌프(200)에서 밸브(미도시)를 통해 염기성 알칼리 혼합액이 혼합액 저장부(130)로 공급되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 공급이 중단된다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나 상기 혼합액 저장부(130)에는 염기성 알칼리 혼합액 중에 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기(미도시) 및 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소(미도시)가 더 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 혼합액 저장부(130)의 배출구(131)를 통해 외부로 배출된 이산화탄소 반응물과 폐용액은 분리기(미도시)로 보내진 후 이산화탄소 반응물과 폐용액이 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리기(미도시)는 원심분리법을 이용하여 분리하는 것일 수 있다.
또한, 상기 분리기에 의해 분리된 이산화탄소 반응물은 탄소자원 저장소(미도시)로 보내져 저장된 후 추후 다른 용도로 자원화하여 재활용될 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 캐스케이드형 인공숲 조성장치(100)는 육상에 용이하게 설치 및 이동될 수 있으며, 육상에 설치되는 경우 이산화탄소 반응물을 저장할 장소를 확보하기에 용이하기 때문에 이산화탄소 반응물을 다른 유용한 물질로 자원화하기 위해 분리하여 탄소자원 저장소(미도시)에 저장하는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 하기 <반응식 1>에서와 같이, 염기성 알칼리 혼합물과 이산화탄소가 반응하여 생성될 수 있다.
<반응식 1>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3
상기 반응물에서 이산화탄소 반응물을 제외한 폐용액은 폐수 처리조(미도시)로 이동되어 폐기된다. 예를 들어, 상기 폐용액은 촉매 역할을 끝낸 염기성 알칼리 혼합액에 함유되어 있던 일라이트 광물 및 물 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 흡입부(120)를 통해 공급된 공기와 상기 혼합액 저장부(130)에 저장된 염기성 알칼리 혼합액을 면접촉 반응시켜 이산화탄소를 포집 후 이산화탄소가 제거된 잔여 공기는 공기 배출부(140)를 통해 배출된다. 예를 들어, 상기 공기 배출부(140)를 통해 배출되는 잔여 공기는 이산화탄소가 제거된 공기와 일부 소량의 포집되지 못한 이산화탄소가 포함될 수 있다. 여기서 잔여 공기는 이산화탄소 함량이 10% 미만인 공기를 의미할 수 있다.
또한, 상기 공기 흡입구(121) 및 공기 배출구(141)에는 방충망이 더 설치될 수 있다. (도 2b, 2c 참조)
한편, 본 발명 캐스케이드형 인공숲 조성장치는 전장부(190)를 포함할 수 있다.
상기 전장부(190)는 인공숲 조성장치의 모든 과정에서 측정되는 온/습도계, 유량계, pH meter 등으로부터 수신된 데이터를 모니터링 및 관리하며, 상기 데이터에 기반하여 순환 펌프(150), 공기 흡입팬(170), 혼합액 저장부(130) 및 보충수 저장부(160)의 각종 밸브 개폐를 제어한다.
즉, 전장부(190)는 각종 센서들에 의해 측정된 데이터에 기반하여 공기 및 염기성 알칼리 혼합액의 유량 및 유속을 제어할 수 있다.
또한, 사용자가 전장부(190)를 통해 이산화탄소 포집 날짜, 시간, 측정 간격, 이산화탄소 농도값을 측정하는 측정 시작 시간, 상기 이산화탄소 농도값의 측정을 종료하는 측정 종료 시간, 측정 기간, 및 대기 압력을 입력시키면 전장부(190)는 상기 입력된 값에 기반하여 본 발명 캐스케이드형 인공숲 조성장치의 각 부의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 전장부(190)는 상기 센서들에 의해 측정된 각종 데이터들을 데이터베이스에 저장할 수 있다. 구체적으로 상기 데이터들은 이산화탄소 포집 전단의 CO2배출량, 이산화탄소 포집 후단의 CO2배출량, 기설정된 기간의 CO2포집량, 시간당 이산화탄소 포집량, 향후 일정 기간의 CO2포집 예측량을 적어도 포함할 수 있다.
또한, 상기 전장부(190)는 저장된 항목별 데이터들을 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송할 수 있다. 이로써, 본 발명 캐스케이드형 인공숲 조성장치가 구축된 지역의 지자체 또는 관리자는 원격으로 서버, 스마트폰, 컴퓨터 단말을 포함하는 통신장치를 통해서 인공숲 조성장치의 동작에 따른 이산화탄소 포집 변화량 및 향후 예측 이산화탄소 포집량을 상시 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 공기 중에 배출된 이산화탄소를 효율적으로 저감시킴과 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있고, 아울러 인공적으로 정화된 깨끗한 공기를 계속적으로 공급할 수 있는 인공숲 조성장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 지역 관할 지자체 및 관리자가 이산화탄소 포집 전/후의 이산화탄소 농도 변화량을 쉽게 확인할 수 있음으로써, 지역 관할 지자체 및 관리자가 이를 적절히 이용하거나, 또는 이산화탄소 농도 변화에 따라 적절하게 대처하도록 할 수 있다.
이는 온실가스의 배출량을 줄이기 위해 다양한 노력을 시도하고 있는 각국 정부, 지자체들을 상대로 인공숲 조성장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
Claims (14)
- 사각형의 케이싱 내부에 복수의 격판이 일정 간격을 두고 수평하게 다단으로 적층되고, 상기 격판의 좌,우측 양단이 엇갈리게 연통됨으로써 지그재그 형태의 내부 유로를 갖는 캐스케이드 유로 어셈블리;상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 하부 일측에 연결되어 주변 공기를 흡입하여 캐스케이드 유로 어셈블리의 내부 유로를 따라 흡입된 공기가 상향식으로 흐르도록 유도하는 공기 흡입부;상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 하부에 구비된 상태로 공기와 접촉에 의해 화학 반응이 일어나 공기 중의 이산화탄소를 포집하는 특정 성분의 염기성 알칼리 혼합액을 저장하고 있다가 공기 흡입부로 공기가 흡입되면 상기 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부로 공급하여 염기성 알칼리 혼합액이 캐스케이드 유로 어셈블리의 내부 유로를 따라 자중에 의해 하향식으로 흐르면서 공기와 접촉되도록 유도하는 혼합액 저장부; 및상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부에 구비되어 내부 유로를 거치면서 이산화탄소가 제거된 잔여 공기를 주변으로 배출하는 공기 배출부;를 포함하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 혼합액 저장부에는 순환 펌프가 더 구비되고,상기 순환 펌프는 혼합액 공급관을 통해 혼합액 저장부에 저장된 염기성 알칼리 혼합액을 캐스케이드 유로 어셈블리의 상부로 공급하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 복수의 격판에는 좌,우측 양단에 교대로 엇갈리게 연통공이 각각 형성됨에 따라 캐스케이드 유로 어셈블리가 전체적으로 지그재그 형태의 내부 유로를 갖고,상기 각 연통공에는 일단이 격판에 결합됨과 함께 타단이 연통공을 경유하여 하방으로 휘어진 자유단 형태의 드레인 가이드판이 각각 구비되는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 복수의 격판에는,패턴이 형성되어 상기 염기성 알칼리 혼합액과 상기 흡입된 공기의 접촉면적이 늘어나는 것을 특징으로 하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공기 흡입부에는,주변에서 흡입된 공기의 온도, 습도 또는 이산화탄소 농도값을 측정하기 위한 온도계, 습도계 또는 이산화탄소 농도계 중 적어도 하나가 설치되고,상기 흡입된 공기를 염기성 알칼리 혼합액과 반응에 적정한 온도로 예열하기 위한 프리히터가 더 설치되는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공기 배출부에는,이산화탄소가 제거된 공기의 유량, 온도, 습도 또는 이산화탄소 농도값을 측정하기 위한 유량계, 온도계, 습도계 또는 이산화탄소 농도계 중 적어도 하나가 설치되는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 혼합액 저장부의 일측에는 염기성 알칼리 혼합액으로부터 증발된 물을 보충하기 위한 보충수 저장부가 더 구비되는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공기 배출부 또는 공기 흡입부의 유로 일부에는 공기 흡입팬이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 염기성 알칼리 혼합액은,SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물;Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속;알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성 제올라이트; 및,사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 최저면 격판과 혼합액 저장부의 개방된 상부가 서로 연통되고,상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 최저면 격판과 혼합액 저장부 사이 공간부에 공기 흡입부가 연결됨으로써 외부로부터 흡입된 공기가 혼합액 저장부에 담겨진 염기성 알칼리 혼합액과 접촉한 후 캐스케이드 유로 어셈블리의 최저면 격판의 연통공을 통해 내부 유로를 따라 상향식으로 흐르도록 유도되는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 혼합액 저장부에는,염기성 알칼리 혼합액 중에 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 및상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소;가 더 연결되는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 캐스케이드 유로 어셈블리의 일측에는 전장부가 더 구비되며,상기 캐스케이드 유로 어셈블리를 통해 흡입, 공급 또는 배출되는 공기 및 염기성 알칼리 혼합액의 온도, 습도, 유량, 유속, 농도를 포함한 각종 파라미터값을 측정 및 제어하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 전장부에는 각종 센서 및 데이터베이스가 더 연결되고,각종 센서들에 의해 측정된 데이터를 데이터베이스에 저장하거나, 실시간 또는 일정 주기로 사용자가 원하는 서버 또는 단말로 원격 전송하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드형 인공숲 조성장치.
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