WO2024034845A1 - 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템 - Google Patents

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WO2024034845A1
WO2024034845A1 PCT/KR2023/008991 KR2023008991W WO2024034845A1 WO 2024034845 A1 WO2024034845 A1 WO 2024034845A1 KR 2023008991 W KR2023008991 W KR 2023008991W WO 2024034845 A1 WO2024034845 A1 WO 2024034845A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mixed gas
gas
separation system
flow control
system capable
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/008991
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English (en)
French (fr)
Inventor
임석연
유상석
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/037—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of inertial or centrifugal separators, e.g. of cyclone type, optionally combined or associated with agglomerators

Definitions

  • the present invention relates to a system for separating a specific gas contained in a mixed gas, and more specifically, to separate carbon dioxide or ammonia contained in the mixed gas using a vortex tube, and the flow rate according to the flow rate of the mixed gas to be separated.
  • This relates to a gas separation system that implements control to improve efficiency in the separation process.
  • an engine which is a device that generates power by converting primary energy into mechanical energy, such as chemical, electric, and hydraulic power, but most engines use chemical fuels such as gasoline or diesel. It is configured to use heat energy from combustion.
  • the “Fuel supply and exhaust gas reduction system for marine engines or boilers” in Korean Patent Publication No. 10-1110015 includes reducing the amount of nitrogen oxides and exhaust emissions by inducing complete combustion inside the engine, and reducing the amount of nitrogen oxides and exhaust gases emitted by the SCR catalyst layer.
  • An invention has been proposed regarding a system that can reduce the emission of air pollutants by reducing nitrogen oxides to nitrogen using .
  • the “ship exhaust gas treatment device” of Korean Patent Publication No. 10-2019-0084797 has a structure in which a dry scrubber and an SCR device are sequentially arranged, and sulfur oxide particles and smoke particles (PM) are preferentially removed through the dry scrubber.
  • An invention has been proposed regarding a device that can improve the removal efficiency of nitrogen oxides by increasing the SCR catalyst density of the SCR device.
  • the gas separation system capable of active flow control according to the present invention is an invention proposed for the purpose of replacing the preceding inventions,
  • the present invention aims to achieve the above object,
  • a compressor that compresses the mixed gas and transfers it at high speed through a transfer pipe;
  • a main vortex tube that separates the mixed gas transferred from the compressor and flows into the interior according to temperature or mass and discharges it into one end and the other end;
  • a gas processing unit that separates and removes the target gas contained in the mixed gas discharged from one end of the main vortex tube and flows into the interior, and discharges the mixed gas with the target gas removed;
  • An inlet connected to the transfer pipe is provided, an open outlet is provided that is connected to the main vortex tube in an open state, and a plurality of opening and closing outlets are provided that are automatically opened and closed by valves, so that the mixed gas flowing into the inside is provided.
  • Distributors that produce unidirectional or multidirectional discharge; One or more measurement sensors installed on the inlet side of the distributor to measure the flow rate of the mixed gas flowing into the distributor; The mixed gas discharged through the plurality of openings and closing outlets flows in, and the inflow mixed gas is separated according to temperature or mass and discharged to one end and the other end, and the mixed gas discharged from one end is transferred to the gas processing unit.
  • Multiple subvortex tubes and, a valve control unit that automatically controls the valve according to the flow rate of the mixed gas measured by the measurement sensor to open and close one or more of the plurality of opening and closing outlets;
  • the configuration may be further included.
  • the initial installation and maintenance costs can be significantly reduced, and the carbon dioxide or ammonia contained in the mixed gas can be separated more quickly and efficiently. Occurs.
  • FIG. 1 is a basic configuration diagram of a gas separation system capable of active flow control according to the present invention.
  • Figure 2a is a cross-sectional view showing the detailed configuration of the main vortex tube constituting the present invention.
  • Figure 2b is a cross-sectional view showing the detailed configuration of the main vortex tube according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a configuration diagram showing a state in which a distributor, a measurement sensor, and a sub-vortex tube are added to the basic configuration of the present invention.
  • FIGS. 4A to 4C are explanatory views showing various embodiments of valve control by the valve control unit.
  • Figures 5A to 5C are configuration diagrams showing various states in which the first membrane filter unit is added.
  • Figures 6a to 6c are configuration diagrams showing various states in which the second membrane filter unit is added.
  • a compressor that compresses the mixed gas and transfers it at high speed through a transfer pipe;
  • a main vortex tube that separates the mixed gas transferred from the compressor and flows into the interior according to temperature or mass and discharges it into one end and the other end;
  • a gas processing unit that separates and removes the target gas contained in the mixed gas discharged from one end of the main vortex tube and flows into the interior, and discharges the mixed gas with the target gas removed; It is characterized by being composed of a.
  • the present invention relates to a system for separating a specific gas contained in a mixed gas
  • a compressor (100) that compresses the mixed gas and transfers it at high speed through a transfer pipe;
  • a main vortex tube 110 that separates the mixed gas transferred from the compressor 100 and flows into the interior according to temperature or mass and discharges it into one end and the other end;
  • a gas processing unit 120 that separates and removes the target gas contained in the mixed gas discharged from one end of the main vortex tube 110 and flows into the interior, and discharges the mixed gas with the target gas removed; It is characterized by being composed of a.
  • the compressor 100 is a device that compresses gas and delivers high-pressure gas.
  • the mixed gas generated by combustion of fuel is compressed and transported at high speed through a transfer pipe or hydrogen is converted through reforming. It is configured to compress the mixed gas discharged during the production process and transfer it at high pressure through a transfer pipe.
  • the compressor 100 may be configured to prioritize the mixed gas discharged from engines such as industrial engines or ship engines, or to prioritize the mixed gas discharged in the process of producing hydrogen through reforming. However, this is not necessarily the case, and it may be configured to compress the mixed gas that has been pretreated in one or two stages and transport it at high speed.
  • the main vortex tube 110 is a device that separates and discharges high-pressure compressed gas according to temperature or mass.
  • the high-pressure mixed gas supplied from the compressor 100 is divided according to temperature or mass. It is configured to separate and discharge through different routes.
  • the main vortex tube 110 has an inlet 111 through which gas flows in is formed on one side, and the low-temperature outlet 112 and high-temperature outlet 113 through which gas is discharged are opposite to each other. It can be composed of a counter-flow type vortex tube that is formed in the direction of The principle of gas separation using a tube is already known, so detailed description thereof will be omitted.)
  • low-temperature or high-mass mixed gas is discharged through the low-temperature outlet 112 formed in one direction of the main vortex tube 110, and high-temperature or low-mass mixed gas is discharged through the high-temperature outlet 113 formed in the other direction.
  • a mass of mixed gas is discharged, and the mixed gas separated and discharged in different directions can be discharged directly into the atmosphere or purified and discharged into the atmosphere depending on the degree of pollution.
  • one end of the main vortex tube 110 described in the present invention does not only mean the low-temperature outlet 112, but may also mean the high-temperature outlet 113.
  • main vortex tube 110 may be composed of a single-flow vortex tube as shown in FIG. 2B, in which case, through the low-temperature outlet 112 and the high-temperature outlet 113 formed in the same direction. Separation according to temperature or mass as described above can be realized.
  • the gas processing unit 120 is a device for collecting gas targeting a specific target gas, and in the present invention, the low-temperature or high-mass mixed gas discharged from the main vortex tube 110 and flowing into the interior of the device It is configured to capture the carbon dioxide or ammonia contained in the gas and discharge the mixed gas with reduced pollution to the outside.
  • the mixed gas to be treated using the present invention is an exhaust gas generated by combustion of fuel
  • the target gas is carbon dioxide
  • the mixed gas to be treated is a mixed gas of ammonia and hydrogen emitted during the hydrogen reforming process.
  • the target gas is ammonia
  • the mixed gas to be treated is a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen emitted during the hydrogen reforming process
  • the target gas is carbon dioxide.
  • the gas processing unit 120 is composed of a device that collects carbon dioxide contained in the mixed gas using a post-combustion capture technology such as an amine-based capture process or a fluidized bed dry absorption process, or ammonia contained in the mixed gas using activated carbon. It can be composed of a device that removes, and other types of devices can also be used as long as they can capture or remove carbon dioxide and ammonia.
  • the present invention is provided with an inlet 131 connected to the transfer pipe, and an open outlet 132 connected to the main vortex tube 110 in an always open state. It is provided with a plurality of openings and closing outlets 133 that are automatically opened and closed by valves, and may be configured to further include a distributor 130 that discharges the mixed gas flowing into the interior in one direction or multiple directions. .
  • the distributor 130 is a device that quantitatively separates the mixed gas compressed and transferred from the compressor 100 as needed, and has one open outlet for concentrating or dispersing the mixed gas flowing into the device and discharging it. It may be configured to include (132) and a plurality of opening and closing outlets 133 for distributed discharge.
  • the present invention may be configured to further include one or more measurement sensors 140 installed on the inlet 131 of the distributor 130 to measure the flow rate of the mixed gas flowing into the device. .
  • the measurement sensor 140 may be provided to measure the flow rate in real time, but may be provided to measure the flow rate in real time and one to measure the flow rate at regular intervals.
  • the distributor 130 may change depending on the amount of mixed gas flowing into the chamber.
  • the mixed gas discharged through the plurality of opening and closing outlets 133 flows in, and the inflow mixed gas is separated according to temperature or mass and discharged into one end and the other end, and the mixed gas discharged from one end is It may be configured to further include a plurality of sub-vortex tubes 150 that are discharged to be transferred to the gas processing unit 120.
  • the sub-vortex tube 150 has an inlet 151 through which gas flows in on one side, just like the main vortex tube 110, and a low-temperature outlet 152 through which gas is discharged and a high-temperature outlet 153 are connected to each other. It is configured in the form of a counter-flow type vortex tube formed in opposite directions or in the form of a single-flow type vortex tube in which the low-temperature outlet 152 and the high-temperature outlet 153 are formed in the same direction, thereby dissipating the mixed gas flowing into the device. It can be separated and discharged according to temperature or mass.
  • the present invention has the effect of improving the separation efficiency of mixed gas through a relatively simple structure, but significantly reducing the possibility of failure, etc.
  • the present invention provides a valve control unit 160 that automatically controls the valve of the distributor 130 according to the flow rate of the mixed gas measured by the measurement sensor 140 to open and close one or more of the plurality of opening and closing outlets 133. It may be configured to further include, and in connection with this, a device such as an actuator or motor may be installed in the distributor 130 for the purpose of automatically opening and closing the valve.
  • the valve control unit 160 opens the outlet of the distributor 130 when the flow rate of the mixed gas measured by the measurement sensor 140 is below the first set value, which is a preset minimum value.
  • the valve is controlled so that (132) is opened independently or the current state is maintained so that all mixed gas flowing into the distributor (130) can be transferred only to the main vortex tube (110).
  • the valve control unit 160 determines the flow rate of the mixed gas measured by the measurement sensor 140 between a first set value, which is a preset minimum value, and a second set value, which is a preset intermediate value.
  • the valve is controlled so that the opening outlet 132 and some opening and closing outlets 133 of the distributor 130 are opened, or the current state is maintained, so that a portion of the mixed gas flowing into the distributor 130 allows it to be transferred to the main vortex tube 110 and the other part allows it to be transferred to some of the plurality of sub-vortex tubes 150.
  • the section between the first set value and the second set value may be further divided into multiple sections, and the mixed gas corresponding to each section As the flow rate is sensed, the number of opening and closing outlets 133 opened by the valve control unit 160 may change.
  • the opening method or stage of the opening and closing outlets 133 by the valve control unit 160 may be further subdivided, and various setting values accordingly. This can be further set.
  • valve control unit 160 operates the opening outlet ( 132) and the opening/closing outlet 133 control the valve so that the current state is maintained so that the mixed gas flowing into the distributor 130 flows into the main vortex tube 110 and a plurality of sub vortex tubes 150. ) so that it can be evenly distributed and transported throughout.
  • valve control unit 160 may also be involved in controlling the compressor 100, and accordingly, as the number of opened valves increases, the compression strength in the compressor 100 increases, thereby allowing the discharge of mixed gas through various paths. By allowing this to occur quickly, problems that reduce separation efficiency can be prevented.
  • the mixed gas discharged during combustion or hydrogen production is distributed by the distributor 130 and pretreated in the main vortex tube 110 alone or in the main vortex tube 110 and one or more sub vortex tubes 150.
  • the capture or removal efficiency for carbon dioxide or ammonia which is the target gas of the gas processing unit 120, can be maintained at a high level.
  • the distributor 130 may be opened and closed by a dedicated valve and may be configured to further include a connector connected to the gas processing unit 120, and the valve control unit 160 may be configured to measure the measurement in the measurement sensor 140.
  • the connection pipe can be opened by controlling the dedicated valve for the purpose of maintaining the internal pressure of the distributor 130.
  • connection pipe is installed on the inlet side of the distributor 130 to minimize a decrease in the flow rate of the mixed gas passing through the opening outlet 132 and the opening and closing outlet 133.
  • the measurement sensor 140 in the case where the measurement sensor 140 is provided to measure the flow rate in real time and to measure the flow rate at regular intervals, the measurement sensor 140 that measures the flow rate at regular intervals up to the second set value can be used. However, when the flow rate of the mixed gas is higher than the second set value, which is the intermediate value, the measurement sensor 140 that measures the flow rate in real time must be used so that a response by the valve control unit 160 can occur in real time.
  • valve control unit 160 closes the connection pipe when the flow rate of the mixed gas measured by the measurement sensor 140 decreases below the third set value, but returns to the flow rate above the third set value within a preset time.
  • the connection pipe is closed along with some of the opening and closing outlets 133, so that the connection pipe is frequently opened and closed due to repeated increases and decreases in the flow rate. You can avoid doing it.
  • all valves provided in the distributor 130 may be configured as solenoid valves with a backflow prevention function for the purpose of preventing backflow of mixed gas and automatic control by the valve control unit 160, and are installed inside the distributor 130. It can be installed with a pressure regulator for the purpose of maintaining pressure.
  • the present invention filters the target gas contained in the mixed gas discharged from one end of the main vortex tube 110, so that the mixed gas with a reduced content of the target gas is supplied to the gas processing unit. It may be configured to further include a first membrane filter unit 170 that is transported to (120).
  • the first membrane filter unit 170 may be composed of a separation membrane-structured device that filters only carbon dioxide contained in the mixed gas using selective permeability, or a device that filters ammonia using a filter such as a chemical filter, Prior to removing carbon dioxide contained in low-temperature or high-mass mixed gas or high-temperature or low-mass mixed gas, or prior to removing ammonia contained in low-temperature or high-mass mixed gas or high-temperature or low-mass mixed gas. By doing so, purification efficiency can be improved in the subsequent process.
  • the gas processing unit 120 secondarily purifies the mixed gas from which a significant amount of carbon dioxide has been removed or the mixed gas from which a significant amount of ammonia has been removed in the first membrane filter unit 170.
  • the present invention provides that the first membrane filter unit 170 filters low-temperature or high-mass mixed gas or high-temperature or low-mass gas discharged from the main vortex tube 110 as well as one end of one or more sub-vortex tubes 150. It can also be configured to filter the target gas contained in the mixed gas. In this case, one first membrane filter unit 170 is used as shown in FIG. 5B, or multiple filter units are used as shown in FIG. 5C. The first membrane filter unit 170 may be used and matched one by one to each of the main vortex tube 110 and the sub vortex tube 150.
  • the present invention filters the target gas contained in the mixed gas discharged from the other end of the main vortex tube 110, so that the mixed gas with a reduced content of the target gas is supplied to the gas processing unit. It may be configured to further include a second membrane filter unit 180 that is transported to (120).
  • the second membrane filter unit 180 uses a filter such as a separation membrane structure device or chemical filter that filters only carbon dioxide contained in the mixed gas using selective permeability. It may be composed of a device that filters ammonia, and may be used to remove carbon dioxide contained in a high-temperature or low-mass mixed gas or a low-temperature or high-mass mixed gas, or to remove carbon dioxide contained in a high-temperature or low-mass mixed gas or a low-temperature or high-mass mixed gas. By first removing the ammonia contained in the mixed gas, the purification efficiency in the subsequent process can be improved.
  • a filter such as a separation membrane structure device or chemical filter that filters only carbon dioxide contained in the mixed gas using selective permeability. It may be composed of a device that filters ammonia, and may be used to remove carbon dioxide contained in a high-temperature or low-mass mixed gas or a low-temperature or high-mass mixed gas, or to remove carbon dioxide contained in a high-temperature or low-mass mixed gas
  • the gas processing unit 120 secondly purifies the mixed gas from which a significant amount of carbon dioxide has been removed or the mixed gas from which a significant amount of ammonia has been removed in the second membrane filter unit 180.
  • the present invention allows the second membrane filter unit 180 to filter the target gas contained in the mixed gas discharged from the other end of the main vortex tube 110 as well as one or more sub vortex tubes 150. It can be configured, and in this case, one second membrane filter unit 180 is used as shown in FIG. 6B, or a plurality of second membrane filter units 180 are used as shown in FIG. 6C to form the main filter unit 180. One can be matched to each of the vortex tube 110 and the sub-vortex tube 150.
  • the present invention has the effect of further reducing the load in the exhaust gas treatment process and improving purification efficiency through the combined configuration of the membrane system.

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Abstract

본 발명은 볼텍스 튜브를 이용하여 혼합가스에 포함된 이산화탄소나 암모니아를 분리하되, 분리할 혼합가스의 유량에 따른 유량제어를 실시하여 그 분리 과정에서의 효율성이 향상될 수 있도록 하는 가스분리 시스템에 관한 것이며, 혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기, 압축기로부터 이송되어 내부로 유입되는 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 배출하는 메인 볼텍스 튜브 및, 메인 볼텍스 튜브의 일단으로 배출되어 내부로 유입되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 분리 제거하여, 그 표적 가스가 제거된 상태인 혼합가스를 배출하는 가스 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템
본 발명은 혼합가스에 포함된 특정의 가스를 분리하는 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 볼텍스 튜브를 이용하여 혼합가스에 포함된 이산화탄소나 암모니아를 분리하되, 분리할 혼합가스의 유량에 따른 유량제어를 실시하여 그 분리 과정에서의 효율성이 향상될 수 있도록 하는 가스분리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 1차 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 동력을 발생시키는 장치인 엔진에 이용될 수 있는 1차 에너지의 종류는 화학, 전기, 수력 등으로 다양하나 대부분의 엔진은 휘발유나 경유 등 화학 연료의 연소에 의한 열 에너지를 이용하도록 구성되어 있다.
따라서, 공장이나 자동차, 선박 등에 설치된 엔진에서 화학 연료의 연소에 의해 발생하는 배기가스의 배출이 환경보호 이슈와 관련하여 오래전부터 문제가 되어 왔으며, 이 때문에 배기가스의 매연 저감을 위한 각종 장치의 개발과 배기가스의 배출 규제를 위한 관련 법안의 제정 등 환경보호를 위한 많은 노력이 계속되고 있다.
즉, 화학 연료가 연소할 때에는 매연, 분진, 이산화탄소, 질소산화물, 염화수소 등과 같은 매연물질과 미세먼지가 발생하여 인체와 환경에 악영향을 주기 때문에 엔진에서 발생하는 배기가스의 정화 처리가 반드시 필요하다.
또한, 상기한 환경보호 이슈와 관련하여 연소시 매연물질의 발생에 의한 환경오염의 우려가 없는 수소가 주목받고 있는데, 태양광, 풍력 등의 친환경 에너지를 이용하여 물을 전기분해하는 방식으로 얻어지는 그린수소를 제외한 그레이수소(천연가스 이용)와 블루수소(화석연료 이용)의 생산과정에서는 다량의 이산화탄소를 포함한 배기가스가 발생하게 되는 문제가 있다.
즉, 탄소배출의 우려가 없는 그린수소의 생산이 바람직하나 생산비용이 과다하게 발생하는 문제가 있기 때문에 결과적으로는 친환경 에너지라 불리는 수소도 그 생산과정에서는 탄소배출이 발생하는 그레이수소와 블루수소가 수소 생산량의 대부분을 차지하고 있는 실정이며, 그에 따른 배기가스의 정화 처리가 반드시 필요하다.
따라서, 연료의 연소에 의해 발생하는 배기가스의 정화 처리를 위한 장치가 다양한 분야에서 필요한 실정이며, 이와 관련해서는 대한민국 등록특허공보 제10-1110015호의 “선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템”과 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0084797호의 “선박 배기가스 처리장치” 등의 발명들이 제안되어 공개된 바 있다.
우선, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-1110015호의 “선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템”에는 엔진 내부에서의 완전연소를 유도하여 배출되는 질소산화물과 매연의 양을 감소시키고, SCR 촉매층을 이용하여 질소산화물을 질소로 환원시킴으로써 대기오염물질의 배출량을 저감시킬 수 있는 시스템에 관한 발명이 제안되어 있다.
또한, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0084797호의 “선박 배기가스 처리장치”에는 건식 스크러버와 SCR 장치가 순차적으로 배치되는 구조 하에, 건식 스크러버를 통해 황산화물 입자와 매연입자(PM)를 우선적으로 제거함으로써 SCR 장치의 SCR 촉매 밀도를 높여 질소산화물의 제거효율을 향상시킬 수 있는 장치에 관한 발명이 제안되어 있다.
그러나 상기한 선행발명과 같이 배기가스의 정화 처리를 위한 목적으로 SCR 방식을 이용하는 경우에는 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제와 설비에 상당한 공간을 필요로 하게 되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 내부에 흡수제가 구비된 흡수탑을 이용하는 경우에는 배기가스와 흡수제의 반응이 느리게 발생하게 되기 때문에 정화 처리 과정에 상당한 시간이 소요되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 상기한 선행발명들이 가진 문제점을 해결하거나 상기한 선행발명들을 대신하여 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제를 해결할 수 있고, 신속하고 효율적으로 배기가스 등의 혼합가스를 정화 처리할 수 있는 개선된 형태나 새로운 형태의 발명이 요구되는 실정이다.
본 발명에 의한 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템은 상기한 선행 발명들을 대체하기 위한 목적으로 제안된 발명으로써,
상기한 바와 같이, 배기가스의 정화 처리를 위해 SCR 방식을 이용하는 경우에는 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제와 설비에 상당한 공간을 필요로 하게 되는 문제가 발생하게 되고,
내부에 흡수제가 구비된 흡수탑을 이용하는 경우에는 배기가스와 흡수제의 반응이 느리게 발생하여 정화 처리에 상당한 시간이 소요되는 문제가 발생하게 되기 때문에, 이러한 문제들에 대한 해결 방안을 제시하는 것을 주요한 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 실현하고자,
혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기; 상기 압축기로부터 이송되어 내부로 유입되는 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하는 메인 볼텍스 튜브; 및, 상기 메인 볼텍스 튜브의 일단으로 배출되어 내부로 유입되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 분리 제거하여, 그 표적 가스가 제거된 상태인 혼합가스를 배출하는 가스 처리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템을 제시한다.
이때, 본 발명에는 상기와 같은 목적의 실현을 위해,
상기 이송관에 연결되는 유입구가 구비되고, 개방된 상태로 상기 메인 볼텍스 튜브와 연결되는 개방용 배출구가 구비되며, 밸브로 자동 개폐되는 다수의 개폐용 배출구가 구비되어, 내부로 유입되는 혼합가스의 단방향 또는 다방향으로의 배출이 발생하는 분배기; 상기 분배기의 유입구 측에 설치되어 내부로 유입되는 혼합가스의 유량을 측정하는 하나 이상의 측정 센서; 상기 다수의 개폐용 배출구를 통해 배출되는 혼합가스가 유입되고, 유입된 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하되, 일단으로 배출되는 혼합가스는 상기 가스 처리부로 이송되게 배출하는 다수의 서브 볼텍스 튜브; 및, 상기 측정 센서에서 측정되는 혼합가스의 유량에 따라 자동으로 밸브를 제어하여 상기 다수의 개폐용 배출구 중 어느 하나 이상을 개폐시키는 밸브 제어부; 의 구성이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 의한 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템은,
혼합가스를 분리하는 과정에 있어 비용이 경제적인 볼텍스 튜브를 이용하도록 구성되고,
분리가 필요한 혼합가스의 유입량에 따라 추가로 하나 이상의 볼텍스 튜브를 더 이용할 수 있도록 구성되기 때문에,
상기한 선행 발명들에서 제안하고 있는 장치들에 비해 초기 설치비용과 유지비용을 대폭 절감할 수 있게 되는 효과와 함께 더 신속하고 효율적으로 혼합가스에 포함된 이산화탄소나 암모니아를 분리할 수 있게 되는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명에 의한 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템의 기본 구성도.
도 2a는 본 발명을 구성하는 메인 볼텍스 튜브의 상세 구성을 나타낸 단면도.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메인 볼텍스 튜브의 상세 구성을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 기본 구성에 분배기와 측정 센서 그리고 서브 볼텍스 튜브가 부가된 상태를 나타낸 구성도.
도 4a 내지 도 4c는 밸브 제어부에 의한 밸브 제어의 여러 실시예를 나타낸 설명도.
도 5a 내지 도 5c는 제1 멤브레인 필터부가 부가된 다양한 상태를 나타낸 구성도.
도 6a 내지 도 6c는 제2 멤브레인 필터부가 부가된 다양한 상태를 나타낸 구성도.
본 발명에 의한 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템은,
혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기; 상기 압축기로부터 이송되어 내부로 유입되는 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하는 메인 볼텍스 튜브; 및, 상기 메인 볼텍스 튜브의 일단으로 배출되어 내부로 유입되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 분리 제거하여, 그 표적 가스가 제거된 상태인 혼합가스를 배출하는 가스 처리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 혼합가스에 포함된 특정의 가스를 분리하는 시스템에 관한 것으로써,
도 1에 도시된 바와 같이,
혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기(100); 상기 압축기(100)로부터 이송되어 내부로 유입되는 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하는 메인 볼텍스 튜브(110); 및, 상기 메인 볼텍스 튜브(110)의 일단으로 배출되어 내부로 유입되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 분리 제거하여, 그 표적 가스가 제거된 상태인 혼합가스를 배출하는 가스 처리부(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.
우선, 상기 압축기(100)는 기체를 압축하여 고압의 기체를 송출하는 장치이며, 본 발명에서는 연료의 연소에 의해 발생하는 혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키거나 개질을 통해 수소를 생산하는 과정에서 배출되는 혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고압으로 이송시키도록 구성된다.
즉, 상기 압축기(100)는 산업용 엔진이나 선박의 엔진 등 엔진으로부터 배출되는 혼합가스를 선순위로 처리하는 형태나 개질을 통해 수소를 생산하는 과정에서 배출되는 혼합가스를 선순위로 처리하는 형태로 구성될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 한두 단계를 거쳐 전처리된 상태인 혼합가스를 압축하여 고속으로 이송시키도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 메인 볼텍스 튜브(110)는 고압으로 압축된 기체를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 배출하는 장치이며, 본 발명에서는 압축기(100)로부터 공급되어 유입되는 고압의 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 서로 다른 루트로 배출시키도록 구성된다.
즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 메인 볼텍스 튜브(110)는 기체가 유입되는 유입구(111)가 일측에 형성되고, 기체가 배출되는 저온 배출구(112)와 고온 배출구(113)가 서로 반대되는 방향으로 형성되는 대향류형 볼텍스 튜브로 구성될 수 있으며, 기체가 유입될 때 내부에서 발생하게 되는 소용돌이(vortex)에 의한 기체의 분리 과정을 통해 온도나 질량에 따른 분리를 실현할 수 있다.(볼텍스 튜브를 이용한 기체 분리의 원리는 이미 공지된 것인 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.)
이때, 상기 메인 볼텍스 튜브(110)에서 일측 방향으로 형성되는 저온 배출구(112)를 통해서는 저온 또는 고질량의 혼합가스가 배출되고, 타측 방향으로 형성되는 고온 배출구(113)를 통해서는 고온 또는 저질량의 혼합가스가 배출되며, 서로 다른 방향으로 분리 배출된 혼합가스는 오염도에 따라 대기로 그대로 배출되거나 정화 처리된 후 대기로 배출될 수 있다.
다만, 본 발명에서 서술하고 있는 메인 볼텍스 튜브(110)의 일단이 저온 배출구(112)만을 의미하는 것은 아니며, 고온 배출구(113)를 의미하는 것일 수도 있다.
또한, 상기 메인 볼텍스 튜브(110)는 도 2b에 도시된 바와 같은 단류형 볼텍스 튜브로도 구성될 수 있으며, 이 경우에는 서로 동일한 방향에서 형성되는 저온 배출구(112)와 고온 배출구(113)를 통해 상기와 같은 온도나 질량에 따른 분리를 실현할 수 있다.
또한, 상기 가스 처리부(120)는 특정의 표적 가스를 대상으로 하는 기체 포집용의 장치이며, 본 발명에서는 상기 메인 볼텍스 튜브(110)로부터 배출되어 장치의 내부로 유입되는 저온 또는 고질량의 혼합가스에 포함된 이산화탄소 또는 암모니아를 포집하여 오염도가 저감된 상태인 혼합가스를 외부로 배출하도록 구성된다.
즉, 본 발명을 이용하여 처리하고자 하는 혼합가스가 연료의 연소에 의해 발생하는 배기가스인 경우에는 상기 표적 가스는 이산화탄소이고, 처리하고자 하는 혼합가스가 수소 개질과정에서 배출되는 암모니아와 수소의 혼합가스인 경우에는 표적 가스는 암모니아이며, 처리하고자 하는 혼합가스가 수소 개질과정에서 배출되는 이산화탄소와 수소의 혼합가스인 경우에는 표적 가스가 이산화탄소인 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 가스 처리부(120)는 아민계 포집 공정이나 유동층 건식 흡수 공정 등의 연소 후 포집 기술을 이용하여 혼합가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 장치로 구성되거나 활성탄을 이용하여 혼합가스에 포함된 암모니아를 제거하는 장치로 구성될 수 있으며, 그 외에도 이산화탄소와 암모니아의 포집 또는 제거가 가능한 것이라면 다른 형태의 장치도 이용될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 이송관에 연결되는 유입구(131)가 구비되고, 항시 개방된 상태로 상기 메인 볼텍스 튜브(110)와 연결되는 개방용 배출구(132)가 구비되며, 밸브로 자동 개폐되는 다수의 개폐용 배출구(133)가 구비되어, 내부로 유입되는 혼합가스의 단방향 또는 다방향으로의 배출이 발생하는 분배기(130)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 분배기(130)는 압축기(100)로부터 압축 이송되는 혼합가스를 필요에 따라 양적으로 분리하는 장치이며, 장치의 내부로 유입된 혼합가스를 집중 또는 분산하여 배출하기 위한 하나의 개방용 배출구(132)와 분산하여 배출하기 위한 다수의 개폐용 배출구(133)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 분배기(130)의 유입구(131) 측에 설치되어 장치의 내부로 유입되는 혼합가스의 유량을 측정하는 하나 이상의 측정 센서(140)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 측정 센서(140)는 실시간으로 유량을 측정하는 것으로 하나가 구비될 수 있으나, 실시간으로 유량을 측정하는 것과 일정한 주기마다 유량을 측정하는 것으로 하나씩 구비될 수 있으며, 이 경우에는 분배기(130)로 유입되는 혼합가스의 유입량에 따른 측정 방식의 변화가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 다수의 개폐용 배출구(133)를 통해 배출되는 혼합가스가 유입되고, 유입된 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하되, 일단으로 배출되는 혼합가스는 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 배출하는 다수의 서브 볼텍스 튜브(150)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 서브 볼텍스 튜브(150)는 메인 볼텍스 튜브(110)와 동일하게 기체가 유입되는 유입구(151)가 일측에 형성되고, 기체가 배출되는 저온 배출구(152)와 고온 배출구(153)가 서로 반대되는 방향으로 형성되는 대향류형 볼텍스 튜브의 형태로 구성되거나 저온 배출구(152)와 고온 배출구(153)가 동일한 방향으로 형성되는 단류형 볼텍스 튜브의 형태로 구성됨으로써 장치의 내부로 유입된 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 배출할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 비교적 간단한 구조의 구성을 통해 혼합가스의 분리 효율은 향상시키되 고장 등의 발생 가능성은 대폭 저하시킬 수 있게 되는 효과가 발생하게 된다.
그리고 본 발명은 상기 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량에 따라 자동으로 분배기(130)의 밸브를 제어하여 다수의 개폐용 배출구(133) 중 어느 하나 이상을 개폐시키는 밸브 제어부(160)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 이와 연계하여 분배기(130)에는 밸브의 자동 개폐를 위한 목적으로 액츄에이터나 모터 등의 장치가 설치될 수 있다.
이때, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 제어부(160)는 상기 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량이 기설정된 최소값인 제1 설정값 이하인 상태에서는 분배기(130)의 개방용 배출구(132)가 단독으로 개방된 상태가 되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태가 유지되도록 하여 분배기(130)로 유입된 모든 혼합가스가 메인 볼텍스 튜브(110)로만 이송될 수 있도록 한다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 제어부(160)는 상기 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량이 기설정된 최소값인 제1 설정값과 기설정된 중간값인 제2 설정값 사이인 상태에서는 분배기(130)의 개방용 배출구(132)와 일부의 개폐용 배출구(133)가 개방된 상태가 되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태가 유지되도록 하여 분배기(130)로 유입된 혼합가스의 일부는 메인 볼텍스 튜브(110)로 이송될 수 있도록 하고 다른 일부는 다수의 서브 볼텍스 튜브(150) 중 일부로 이송될 수 있도록 한다.
이때, 상기 분배기(130)에 구비되는 개폐용 배출구(133)의 수에 따라 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 구간은 다수의 구간으로 더 세분화 될 수 있으며, 각 구간에 대응하는 혼합가스의 유량이 감지됨에 따라 밸브 제어부(160)에 의해 개방되는 개폐용 배출구(133)의 수가 변화할 수 있다.
즉, 상기 분배기(130)에 구비되는 개폐용 배출구(133)의 수에 따라 밸브 제어부(160)에 의한 개폐용 배출구(133)의 개방 방식이나 단계는 더 세분화될 수 있으며, 그에 따른 여러 설정값이 더 설정될 수 있다.
또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 제어부(160)는 상기 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량이 중간값인 제2 설정값 이상인 상태에서는 분배기(130)의 개방용 배출구(132)와 개폐용 배출구(133)가 모두 개방된 상태가 되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태가 유지되도록 하여 분배기(130)로 유입된 혼합가스가 메인 볼텍스 튜브(110)와 다수의 서브 볼텍스 튜브(150) 전체로 골고루 분배되어 이송될 수 있도록 한다.
그리고 상기 밸브 제어부(160)는 상기 압축기(100)의 제어에도 관여할 수 있으며, 이에 따라, 개방되는 밸브의 수가 증가할수록 압축기(100)에서의 압축 강도를 증가시킴으로써 여러 경로를 통한 혼합가스의 배출이 신속하게 발생할 수 있도록 하여 분리 효율이 저하되는 문제의 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 연소 또는 수소 생산과정에서 배출되는 혼합가스가 상기 분배기(130)에 의해 분배되어 메인 볼텍스 튜브(110) 단독 또는 메인 볼텍스 튜브(110)와 하나 이상의 서브 볼텍스 튜브(150)에서 전처리될 수 있도록 함으로써 가스 처리부(120)의 표적 가스인 이산화탄소 또는 암모니아에 대한 포집 또는 제거 효율이 높은 수준으로 유지될 수 있도록 하고 있다.
또한, 상기 분배기(130)는 전용의 밸브로 개폐되고, 가스 처리부(120)로 연결되는 연결관을 더 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 상기 밸브 제어부(160)는 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량이 기설정된 최대값인 제3 설정값 이상일 때에는 분배기(130) 내부 압력의 유지를 위한 목적으로 그 전용의 밸브를 제어하여 연결관이 개방되도록 할 수 있다.
이때, 상기 연결관은 분배기(130)의 유입구 측에 설치되어 개방용 배출구(132)와 개폐용 배출구(133)를 통과하는 혼합가스의 유속의 저하를 최소화하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 측정 센서(140)가 실시간으로 유량을 측정하는 것과 일정한 주기마다 유량을 측정하는 것으로 구비되는 경우에 있어, 제2 설정값까지는 일정한 주기마다 유량을 측정하는 측정 센서(140)가 이용될 수 있으나, 혼합가스의 유량이 중간값인 제2 설정값 이상인 상태에서는 실시간으로 유량을 측정하는 측정 센서(140)가 이용되어 밸브 제어부(160)에 의한 대응이 실시간으로 발생할 수 있도록 하여야 한다.
이후, 상기 밸브 제어부(160)는 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량이 제3 설정값 이하로 감소하게 될 때에는 연결관을 폐쇄시키게 되나, 기설정된 시간내에 다시 제3 설정값 이상의 유량이 측정되는 경우에는 유량이 제2 설정값 이하로 감소하게 될 때에 일부의 개폐용 배출구(133)와 함께 연결관을 함께 폐쇄시킴으로써 유량의 증가와 감소의 반복에 의한 연결관의 개폐가 빈번하게 발생하지 않도록 할 수 있다.
한편, 상기 분배기(130)에 구비되는 모든 밸브는 혼합가스의 역류 방지와 밸브 제어부(160)에 의한 자동 제어를 목적으로 하여 역류 방지 기능이 적용된 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있으며, 분배기(130) 내부의 압력 유지를 위한 목적으로 압력 레귤레이터와 함께 설치될 수 있다.
또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 메인 볼텍스 튜브(110)의 일단으로부터 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하여, 그 표적 가스의 함유량이 저감된 혼합가스가 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 하는 제1 멤브레인 필터부(170)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 제1 멤브레인 필터부(170)는 선택적 투과성을 이용하여 혼합가스에 포함된 이산화탄소만을 필터링하는 분리막 구조의 장치나 케미칼 필터와 같은 필터를 이용하여 암모니아를 필터링하는 장치로 구성될 수 있으며, 저온 또는 고질량의 혼합가스 또는 고온 또는 저질량의 혼합가스에 포함된 이산화탄소의 제거를 선행하여 실시하거나 저온 또는 고질량의 혼합가스 또는 고온 또는 저질량의 혼합가스에 포함된 암모니아의 제거를 선행하여 실시함으로써 이후 과정에서의 정화 처리 효율이 향상될 수 있도록 한다.
따라서, 상기 가스 처리부(120)에서는 제1 멤브레인 필터부(170)에서 상당량의 이산화탄소가 제거된 상태인 혼합가스나 상당량의 암모니아가 제거된 상태인 혼합가스를 2차로 정화 처리하게 된다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 제1 멤브레인 필터부(170)가 메인 볼텍스 튜브(110) 뿐만 아니라 하나 이상의 서브 볼텍스 튜브(150)의 일단으로 배출되는 저온 또는 고질량의 혼합가스 또는 고온 또는 저질량의 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하는 형태로도 구성될 수 있으며, 이 경우에는 도 5b에 도시된 바와 같이 하나의 제1 멤브레인 필터부(170)가 이용되거나, 도 5c에 도시된 바와 같이 다수의 제1 멤브레인 필터부(170)가 이용되어 메인 볼텍스 튜브(110)와 서브 볼텍스 튜브(150) 각각에 하나씩 매칭될 수 있다.
또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 메인 볼텍스 튜브(110)의 타단으로 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하여, 그 표적 가스의 함유량이 저감된 혼합가스가 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 하는 제2 멤브레인 필터부(180)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 제2 멤브레인 필터부(180)는 상기 제1 멤브레인 필터부(170)와 동일하게 선택적 투과성을 이용하여 혼합가스에 포함된 이산화탄소만을 필터링하는 분리막 구조의 장치나 케미칼 필터와 같은 필터를 이용하여 암모니아를 필터링하는 장치로 구성될 수 있으며, 고온 또는 저질량의 혼합가스 또는 저온 또는 고질량의 혼합가스에 포함된 이산화탄소의 제거를 선행하여 실시하거나 고온 또는 저질량의 혼합가스 또는 저온 또는 고질량의 혼합가스에 포함된 암모니아의 제거를 선행하여 실시함으로써 이후 과정에서의 정화 처리 효율이 향상되도록 할 수 있다.
따라서, 상기 가스 처리부(120)에서는 제2 멤브레인 필터부(180)에서 상당량의 이산화탄소가 제거된 상태인 혼합가스나 상당량의 암모니아가 제거된 상태인 혼합가스를 2차로 정화 처리하게 된다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 제2 멤브레인 필터부(180)가 메인 볼텍스 튜브(110) 뿐만 아니라 하나 이상의 서브 볼텍스 튜브(150)의 타단으로 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하는 형태로도 구성될 수 있으며, 이 경우에는 도 6b에 도시된 바와 같이 하나의 제2 멤브레인 필터부(180)가 이용되거나, 도 6c에 도시된 바와 같이 다수의 제2 멤브레인 필터부(180)가 이용되어 메인 볼텍스 튜브(110)와 서브 볼텍스 튜브(150) 각각에 하나씩 매칭될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 멤브레인 시스템의 병합 구성을 통해 배기가스 처리 과정에서의 부하를 더욱 감소시키며 정화 처리 효율은 향상될 수 있도록 하는 효과가 발생하게 된다.
위에서 소개된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로써 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장 또는 축소되어 표현될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명에 의한 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템은,
초기 설치비용과 유지비용을 대폭 절감할 수 있게 되는 효과와 함께 더 신속하고 효율적으로 혼합가스에 포함된 이산화탄소나 암모니아를 분리할 수 있게 되는 효과가 발생하기 때문에 산업상 이용가능성이 충분하다.

Claims (10)

  1. 혼합가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기(100);
    상기 압축기(100)로부터 이송되어 내부로 유입되는 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하는 메인 볼텍스 튜브(110); 및,
    상기 메인 볼텍스 튜브(110)의 일단으로 배출되어 내부로 유입되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 분리 제거하여, 그 표적 가스가 제거된 상태인 혼합가스를 배출하는 가스 처리부(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송관에 연결되는 유입구(131)가 구비되고, 개방된 상태로 상기 메인 볼텍스 튜브(110)와 연결되는 개방용 배출구(132)가 구비되며, 밸브로 자동 개폐되는 다수의 개폐용 배출구(133)가 구비되어, 내부로 유입되는 혼합가스의 단방향 또는 다방향으로의 배출이 발생하는 분배기(130);
    상기 분배기(130)의 유입구(131) 측에 설치되어 내부로 유입되는 혼합가스의 유량을 측정하는 하나 이상의 측정 센서(140);
    상기 다수의 개폐용 배출구(133)를 통해 배출되는 혼합가스가 유입되고, 유입된 혼합가스를 온도 또는 질량에 따라 분리하여 일단과 타단으로 배출하되, 일단으로 배출되는 혼합가스는 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 배출하는 다수의 서브 볼텍스 튜브(150); 및,
    상기 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량에 따라 자동으로 밸브를 제어하여 상기 다수의 개폐용 배출구(133) 중 어느 하나 이상을 개폐시키는 밸브 제어부(160); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합가스는,
    연소에 의해 발생하는 배기가스인 것을 특징으로 하고,
    상기 표적 가스는,
    이산화탄소인 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 혼합가스는,
    수소 개질과정에서 배출되는 암모니아와 수소의 혼합가스인 것을 특징으로 하고,
    상기 표적 가스는,
    암모니아인 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 혼합가스는,
    수소 개질과정에서 배출되는 이산화탄소와 수소의 혼합가스인 것을 특징으로 하고,
    상기 표적 가스는,
    이산화탄소인 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 밸브 제어부(160)는,
    상기 측정 센서(140)에서 측정되는 혼합가스의 유량이 기설정된 최소값인 제1 설정값 이하인 상태에서는 상기 분배기(130)의 개방용 배출구(132)가 단독으로 개방된 상태가 되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태를 유지하고,
    측정되는 혼합가스의 유량이 제1 설정값과 기설정된 중간값인 제2 설정값 사이인 상태에서는 분배기(130)의 개방용 배출구(132)와 일부의 개폐용 배출구(133)가 개방된 상태가 되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태를 유지하며,
    측정되는 혼합가스의 유량이 제2 설정값 이상인 상태에서는 분배기(130)의 개방용 배출구(132)와 개폐용 배출구(133)가 모두 개방된 상태가 되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태를 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 볼텍스 튜브(110)의 일단으로 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하여, 그 표적 가스의 함유량이 저감된 혼합가스가 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 하는 제1 멤브레인 필터부(170); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 볼텍스 튜브(110)의 타단으로 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하여, 그 표적 가스의 함유량이 저감된 혼합가스가 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 하는 제2 멤브레인 필터부(180); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 서브 볼텍스 튜브(150)의 일단으로 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하여, 그 표적 가스의 함유량이 저감된 혼합가스가 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 하는 제2 멤브레인 필터부(180); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서브 볼텍스 튜브(150)의 타단으로 배출되는 혼합가스에 포함된 표적 가스를 필터링하여, 그 표적 가스의 함유량이 저감된 혼합가스가 상기 가스 처리부(120)로 이송되게 하는 제2 멤브레인 필터부(180); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 능동적 유량제어가 가능한 가스분리 시스템.
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