KR101088638B1 - 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초고속원심분리를 이용하여 고온을 유지하면서 합성가스에 포함된 타르 및 미립자를 분리 정제할 수 있어, 소모성 촉매 및 타르 응축으로 인한 유지보수를 필요로 하지 않는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치에 관한 것으로, 이를 위해 스핀들과, 상기 스핀들에 의해 고속회전하며, 와류를 발생시켜 하향 기류를 형성할 수 있도록 내주연에 나선 형태로 하향 경사진 적어도 1개 이상의 블레이드가 결합된 회전드럼;과, 상기 회전드럼의 내부로 고온의 합성가스를 공급받을 수 있도록 유입관이 구비되어 상기 스핀들과 회전드럼의 상부 사이에 결합되는 제 1고정드럼;과, 상기 회전드럼의 하부에 배치되고, 상기 회전드럼의 원심력에 의해 고온의 합성가스에 포함된 상대적으로 큰 분자량을 갖는 타르 및 미립자를 유도 배출할 수 있도록 배출관을 갖는 제 2고정드럼; 및 상기 스핀들의 외부에 축설되어 상기 제 1고정드럼에 고정되며, 고순도의 합성가스가 배출될 수 있도록 회전드럼의 바닥면에 근접되게 연장되는 중공관;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치{A SUPERHIGH SPEED CENTRIFUGE APPARATUS FOR REFINING SYNGAS AT HIGH TEMPERATURE}
본 발명은 바이오메스폐기물을 가스반응기에 투입시켜 생성되는 고온의 합성가스를 정제하기 위한 원심분리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스화로에서 발생된 700이상 고온의 합성가스에 포함된 타르 및 먼지입자를 초고속원심분리를 이용하여 처리하는 기술로써 고온의 상태를 유지하며 소모성 촉매 및 타르 응축으로 인한 유지보수를 필요로 하지 않는 에너지절감형 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치에 관한 것이다.
일반적으로 바이오매스 가스화 반응기에서 생성된 합성가스는 타르(0.5~100g/m3) 및 미세먼지 등을 포함하고 있다.
합성가스에 포함된 이들 불순물은 가스터빈에 적용할 경우, 터빈 날개를 마모시키고 타르는 연소공정의 효율을 떨어뜨리며, 내연기관 연료로 사용할 경우, 타르와 미세먼지는 내연기관의 밸브와 실린더에 침적되어 장치의 내구성을 떨어뜨릴 수 있다.
따라서 발전효율이 높은 고온형 연료전지에 사용할 경우, 합성가스 내의 불순물이 99%이상 제거된 고순도를 유지할 수 있는 정제장치가 필요하다.
따라서 가스화 반응기에서 생산된 합성가스는 고순도(0.05g/m3 이하)의 정제공정을 통하여 처리되어야 한다.
합성가스 처리공정은 기본적으로 다단 싸이클론, bag filter, 타르 크랙커(cracker), 열교환기, wet scrubber, 용융탄산염 등이 있다.
다단 싸이클론과 세라믹 bag filter는 미세먼지 등과 같은 고형물을 제거하기 위해 설치한다.
하지만, 입자의 크기가 고형물보다 상대적으로 작은 타르가스의 경우 한계가 있으며 세라믹 bag filter의 경우 상당히 고가이고 주기적 교체를 필요로 한다.
또한 반응기 안에 사용되는 타르 크랙커는 촉매를 필요로 하며 주로 고온 촉매반응기로 운전된다.
여기서 백운석(dolomite)과 같은 촉매는 가격이 저렴하고 비금속이므로 사용 후 처리가 용이하기 때문에 가장 많이 활용되고 있다.
하지만 백운석은 물리적 강도가 약하여 유동층에서 사용이 어렵기 때문에 주로 고정층 반응기로 운전되며 900℃ 이상 온도에서 수증기를 투입할 경우 타르 제거율이 높은 것으로 알려져 있다.
이 밖에도 다양한 촉매가 사용되나 물리적 강도와 수명이 짧은 단점들이 나타나고 있으며 촉매를 이용한 타르 크랙킹 기술은 아직 개발단계에 있다.
응축방식을 이용한 타르제거기술에는 열교환기를 이용한 방법과 습식 가스 정제방법인 water 스크러버(scrubber) 등이 있다.
두 방식은 높은 정제성능을 보이기는 하나 소형 가스화설비에 건설비용을 높일 수 있고 고온용 연료전지에 합성가스를 사용할 경우 다시 합성가스의 온도를 400 이상까지 올려야하기 때문에 에너지손실을 피할 수 없다.
2005년부터 저비용 및 저열손실을 목표로 일본에서 개발하기 시작한 용융탄삼염을 이용한 정제기술은 타르분해에 용이하나, 고순도의 합성가스를 얻기 위해 필요한 정제시간이 길며 용융탄산염의 온도를 고온(900)으로 유지하기 위해 전기로와 같은 설비가 필요하다.
이하에서는 바이오매스에서 고순도 합성가스화를 얻기 위해 시스템 및 장치에 대해 첨부되어진 도면과 함께 간단히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 바이오매스의 고순도 합성가스화 시스템의 개요도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 바이오매스의 열화학적 가스화 공정에 의한 에너지이용 및 회수 과정은 원료제조, 가스화 반응-생성가스 정제-에너지이용/회수의 3개의 단위 공정으로 세분화 된다.
여기서 가스화 반응은 다양한 고형원료에 열분해 반응을 일으켜 일산화탄소와 수소 농도가 높은 합성가스(syngas)를 생산하는 과정이다.
즉, 폐목재, 볏짚, 가축배설물, 음식물류폐기물 등의 유기성 바이오매스폐기물을 분쇄하고 미분화 한후, 수증기와 함께 가스화로에서 800℃~1000℃범위에서 가열하여 합성가스(H2, CO, CO2 등)를 생성하게 된다.
그리고 생성가스 정제 공정에서는 이 합성가스를 집진기에 투입하여 1차로 집진하고, 2차로 가스정제장치에서 타르제거 및 집진하고, 3차로 필터를 통해 정제하게 된다.
마지막으로 에너지이용/회수 공정에서는 고순도 합성가스를 획득하여 연료전지나 또는 매탄화반응기 또는 내연기관 등의 연료로 사용된다.
하지만 이러한 종래의 시스템은 고순도의 합성가스를 획득하기 위해 생성가스 정제 공정에서 집진기-가스정제장치-필터의 공정이 필요하기 때문에 여러 공정을 필요로 하고 소모성 부품의 주기적 교체나 긴 정제시간 및 정제량이 작은 문제점이 있었다. 또한, 타르를 응축시키는 방식은 연료전지에 적용할 경우 합성가스의 온도를 다시 400℃ 이상까지 올려야하기 때문에 에너지손실을 피할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명과 유사한 기존의 기술로는 싸이클론과 회전입자분리기(RPS)가 있다. 싸이클론은 고정된 원통 내에 선회운동을 갖는 기류가 장치의 기하학적 특성에 의하여 기류 내의 미세입자를 분리/포집하는 방식이다.
회전입자분리기(RPS)는 싸이클론 안의 중앙에 위치한 회전실린더를 이용하여 기류를 발생시키는 장치이다. 회전입자분리기는 싸이클론과 유사한 형상을 가지고 있으면서 일반적으로 외통은 고정되고 중앙에 위치한 실린더가 회전류를 만드는 방식으로 이루어져 있다.
하지만 상기 회전입자분리기는 크기가 매우 크고, 회전속도를 자유롭게 변화시키며 미세먼지의 제거에서는 우수한 성능을 보이나 타르가스와 같은 마이크로 이하의 크기를 갖는 가스입자의 제거에서 낮은 제거효율을 보이고 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 가스화로에서 발생된 700℃이상 고온의 합성가스에 포함된 타르 및 먼지입자를 초고속원심분리를 이용하여 처리하는 기술로써 고온의 상태를 유지하며 소모성 촉매 및 타르 응축으로 인한 유지보수를 필요로 하지 않는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2목적은, 집진기- 가스정제장치- 필터로 이루어지는 생성가스 정제 공정을 단일의 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치로 단순화하여 에너지효율이 높은 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 3목적은, 블레이드를 회전시키는 것이 아니라, 회전드럼의 내주연 블레이드를 구비하고, 회전드럼 자체를 초고속으로 회전시켜 합성가스에 포함된 타르 및 미립자를 정제할 수 있어, 가스정제용량에 비해 상대적으로 전체 크기를 작게 제작할 수 있는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1발명은, 바이오메스폐기물을 가스반응기에 투입시켜 생성되는 고온의 합성가스를 정제하기 위한 원심분리기에 있어서, 스핀들과, 상기 스핀들에 의해 고속회전하며, 와류를 발생시켜 하향 기류를 형성할 수 있도록 내주연에 나선 형태로 하향 경사진 적어도 1개 이상의 블레이드가 결합된 회전드럼;과, 상기 회전드럼의 내부로 고온의 합성가스를 공급받을 수 있도록 유입관이 구비되어 상기 스핀들과 회전드럼의 상부 사이에 결합되는 제 1고정드럼;과, 상기 회전드럼의 하부에 배치되고, 상기 회전드럼의 원심력에 의해 고온의 합성가스에 포함된 상대적으로 큰 분자량을 갖는 타르 및 미립자를 유도 배출할 수 있도록 배출관을 갖는 제 2고정드럼; 및 상기 스핀들의 외부에 축설되어 상기 제 1고정드럼에 고정되며, 고순도의 합성가스가 배출될 수 있도록 회전드럼의 바닥면에 근접되게 연장되는 중공관;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 회전드럼은 내주연에 나선형태의 돌출테가 형성될 수 있도록 외주연이 나선으로 감긴 둥근 주름이 형성되는 형태인 것을 특징으로 한다.
제 3발명은, 제 1발명 또는 제 2발명에서, 상기 회전드럼과, 제 1고정드럼과, 제 2고정드럼은 스핀들을 중심으로 상호 연통되게 하부방향으로 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
제 4발명은, 제 1발명 또는 제 2발명에서, 상기 회전드럼은 하부에 배치되는 제 2고정드럼과 부분 중첩되고, 중첩되는 부위에 배출로를 형성할 수 있도록 단턱에 의해 직경이 작아지는 형태이고, 상기 제 2고정드럼은 상부 측면에 돌출된 다수의 실링홈을 형성하여 상기 회전드럼과는 비접촉으로 배치되고, 외부와는 차폐되는 것을 특징으로 한다.
제 5발명은, 제 4발명에서, 상기 회전드럼은 단턱을 기점으로 하부로 갈수록 직경이 점진적으로 넓어지는 형태인 것을 특징으로 한다.
제 6발명은, 제 4발명에서, 상기 중공관의 내부 유효관로는 고순도의 합성가스를 배출을 유도하기 위해 상기 배출로 보다 적어도 2배 이상인 것을 특징으로 한다.
제 7발명은, 제 1발명에서, 상기 배출관은 적어도 1개 이상 설치되며, 타르 및 미립자의 배출을 원활히 하기 위해 제 2고정드럼의 원주방향을 따라 길게 연장된 장방형의 형태인 것을 특징으로 한다.
제 8발명은, 제 4발명에서, 상기 회전드럼은 배출로 상에서 상승기류가 발생될 수 있도록 하부 외주연에 형성된 나선 형태로 상향 경사진 적어도 1개 이상의 보조블레이드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치에 따르면, 초고속원심분리를 이용하여 고온을 유지하면서 합성가스에 포함된 타르 및 미립자를 분리 정제할 수 있어, 소모성 촉매 및 타르 응축으로 인한 유지보수를 필요로 하지 않는 효과가 있다.
또한 기존의 집진기- 가스정제장치- 필터로 이루어지는 생성가스 정제 공정을 단일의 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치로 단순화하여 에너지효율이 높은 효과가 있다.
또한 블레이드를 회전시키는 것이 아니라, 회전드럼의 내주연 블레이드를 구비하고, 회전드럼 자체를 초고속 회전시켜 합성가스에 포함된 타르 및 미립자를 정제(분리)할 수 있도록 구성하여 큰 가스정제용량에 비해 상대적으로 전체 크기를 작게 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 바이오매스의 고순도 합성가스화 시스템의 개요도,
도 2는 본 발명이 적용된 바이오매스의 고순도 합성가스화 시스템의 개요도,
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도,
도 4는 도 3의 작동 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도,
도 6은 도 5의 작동 단면도,
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도,
도 8은 도 7의 작동 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도,
도 10은 도 9의 작동 단면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
<제 1실시예>
도 2는 본 발명이 적용된 바이오매스의 고순도 합성가스화 시스템의 개요도이고, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 바이오매스폐기물을 가스반응기에 투입시켜 생성되는 고온의 합성가스를 정제하여 각종 연료(연료전지, 매탄화반응기 및 내연기관 등)로 위한 원심분리기에 관한 것으로, 가스화로에서 발생된 700이상의 합성가스 고온을 유지하면서 합성가스에 포함된 타르 및 미립자를 분리 정제할 수 있어, 소모성 촉매 및 타르 응축으로 인한 유지보수를 필요로 하지 않는 효과가 있다. 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치(100)에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 집진기- 가스정제장치- 필터로 이루어지는 생성가스 정제 공정을 단일의 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치(100)로 단순화하여 에너지효율을 극대화한 장치이다.
또한 본 발명에 개시된 원심분리장치(100)는 내연기관 즉, 전기 에너지를 생성하기 위한 모터 차량 또는 고정식 연소 기관을 구동하기 위한 고순도 합성가스 것일 수 있다. 또한 엔지니어링 산업에서 기계 장치 내부 및 주위의 공기와 같은 다른 가스들을 정화하기 위해 적용될 수 있다. 또한 오일 미스트 또는 오일 액적 형태의 액체 오염물과 같은 오염물을 함유하는 가스의 정화를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치(100)는 크게 스핀들(10)과, 상기 스핀들(10)에 의해 회전하는 회전드럼(20)과, 상기 회전드럼(20)의 상부 및 하부에 배치되는 제 1고정드럼(30)과, 제 2고정드럼(40)으로 구성된다.
여기서 상기 회전드럼(20)과, 제 1고정드럼(30)과, 제 2고정드럼(40)은 스핀들(10)을 중심으로 상호 연통되게 하부방향으로 순차적으로 배치된다.
상기에서 스핀들(10)은 상기 회전드럼(20)에 회전력을 전달하기 위한 것으로, 구동수단과 연결되어 구성될 수 있다.
그리고 회전드럼(20)은 상기 스핀들(10)에 의해 고속회전될 수 있도록 구성되며, 와류를 발생시켜 하향 기류를 형성할 수 있도록 내주연에 나선 형태로 하향 경사진 적어도 1개 이상의 블레이드(21)가 결합된다.
여기서 상기 블레이드(21)는 1개로 구성될 수 있으며, 이는 나선형태로 회전드럼의 내주연에 상부부터 하부까지 연장설치될 수 있다. 또한 상기 블레이드(21)는 등 간격 및 상호 높이 차를 두고 짝수의 개수로 대칭 설치될 수 있다.
다만 상기 블레이드(21)는 와류를 발생시켜 하향 기류를 형성할 수 있도록 내주연에 하향 경사진 형태로 설치되는 것이 선행되어야 한다.
여기서 상기 스핀들(10)과 회전드럼(20)의 결합은 회전드럼(20)의 내주연과 스핀들(10)의 외주연에 결합되는 연결수단(50)을 통해 연결될 수 있다. 상기 연결수단(50)은 스핀들(10)의 외주연에 결합된 고정링체(51)와, 상기 고정링체(51)를 중심으로 방사상으로 연장된 연결대(52)가 상기 회전드럼(20)의 내주연에 결합되어 회전력을 전달할 수 있게 구성될 수 있다. 다른 일례로 상기 스핀들(10)과 힌지 결합시키고, 회전드럼(20)만을 회전시켜 구성할 수도 있다.
이러한 상기 회전드럼(20)은 정제될 고온의 합성가스를 공급받을 수 있도록 상부에 제 1고정드럼(30)이 배치된다.
상기 제 1고정드럼(30)은 회전드럼(20)의 내부로 고온의 합성가스를 공급하기 위한 것으로 유입관(31)이 구비된다.
상기 유입관(31)은 합성가스를 강제 주입시키는 것이 아니라 회전드럼(20)의 내부로 유입관(31)이 노출되도록 하고, 다만 회전드럼(20)의 내부에 발생된 흡입력에 의해 합성가스가 공급될 수 있도록 한다.
한편 상기 스핀들(10)의 외부에는 중공관(11)이 축설되는 구조이다.
이러한 중공관(11)은 회전드럼(20)의 바닥면에 근접되게 연장되어 합성가스에서 분리된 고순도의 합성가스가 배출할 수 있도록 구성된다.
아울러 상기 제 1고정드럼(30)은 상기 스핀들(10)과 회전드럼(20)의 상부 사이에 결합된다. 보다 구체적으로는 제 1고정드럼(30)의 상부는 상기 스핀들(10)에 축설된 중공관(11)과 베어링(B) 결합되고, 하부는 상기 회전드럼(20)과 베어링(B) 결합된다.
따라서 상기 제 1고정드럼(30)은 회전하는 회전드럼(20) 및 스핀들(10)에 의해 회전되지 않고 고정될 수 있는 구조를 마련한다.
아울러 제 2고정드럼(40)은 상기 회전드럼(20)의 하부에 배치되고, 상기 회전드럼(20)의 원심력에 의해 고온의 합성가스에 포함된 상대적으로 큰 분자량을 갖는 타르 및 미립자를 유도 배출할 수 있도록 배출관(41)을 갖는다.
이 때 상기 회전드럼(20)은 하부에 배치되는 제 2고정드럼(40)과 부분 중첩되고, 중첩되는 부위에 배출로(23)를 형성할 수 있도록 단턱(22)에 의해 직경이 작아지는 형태이다.
그리고 상기 제 2고정드럼(40)은 상부 측면에 돌출된 다수의 실링홈(42)을 형성하여 배출로(23) 상에서 상기 회전드럼(20)과는 비접촉으로 배치되고, 외부와는 차폐되는 구조이다.
여기서 실링홈(42)은 비접촉 실링의 하나인 "래버린스(Labyrinth)" 타입인 것으로, 실간극을 따라 가스가 유입되면 다수의 실링홈(42)을 거치면서 압력손실에 의해 압력이 점차 강하되어 가스의 누출을 억제할 수 있다.
즉, 상기 제 2고정드럼(40)은 회전드럼(20)과 비접촉 실링되고, 상기 스핀들(10)과는 베어링(B) 결합되어 지지된다.
한편 상기 중공관(11)은 스핀들(10)의 면적을 제외한 내부 유효 관로는 고순도의 합성가스를 배출을 유도하기 위해 상기 배출로(23) 보다 적어도 2배 이상인 구조이다.
이러한 구조는 회전드럼(20)에서 분리되는 분자량이 큰 타르 및 미립자는 배출로(23)를 따라 강제 배출시키고, 타르 및 미립자가 정제된 고순도의 합성가스는 중공관(11)으로 유도하기 위함이다.
이는 회전드럼(20)의 내부에서 발생되는 와류 및 원심력에 의해 분리되는 타르 및 미립자가 하부 기류에 의해 배출로(23)를 따라 배출될 때 중공관(11)의 유효 관로 보다 배출로(23)가 크면 고순도의 합성가스 역시 배출될 수 있기 때문이다.
이하에서는 본 발명의 제 1실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 작동에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 간단히 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 작동 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스핀들(10)에 의해 회전드럼(20)이 고속회전하면, 상기 제 1고정드럼(30)의 유입관(31)을 통해 고온의 합성가스가 흡입된다.
이는 회전드럼(20)의 내주연에 구비된 블레이드(21)의 회전력에 의해 하강 기류가 발생되기 때문이다. 즉, 상기 블레이드(21)는 나선 형태로 하향 경사진 형태이기 때문에 회전드럼(20)이 회전하면 회전드럼(20)의 내부에서 와류와 함께 하강 기류가 발생된다.
이 때 고온의 합성가스 중 분자량이 큰 타르 및 미립자는 원심력 및 와류에 의해 최 외각으로 회전하면서 하강 기류에 의해 회전드럼(20)과 제 2고정드럼(40)의 사이 중첩된 부위에 형성되는 배출로(23)를 따라 배출된다.
그리고 타르 및 미립자가 분리된 고순도의 합성가스는 상대적으로 원심력의 영향이 미비하기 때문에 회전드럼(20)의 중심부로 유도되면서 하부기류에 의해 하강하여 중공관(11)의 노출 단부를 통해 중공관(11)의 내부로 유도되어 유출된다.
아울러 본 발명에서 초고속이라 함은, 3만rpm 이상을 의미하며, 여기에 절대적으로 한정하는 것이 아니하고, 회전드럼의 크기에 따라 달리될 수 있다.
회전드럼(20)의 회전수는 타르의 성분에 의해 좌우되며 직경크기는 생산가스의 용량에 의해 결정된다.
예컨대 회전드럼(20)의 회전수가 4만rpm일 경우에는 회전드럼(20)의 기준 직경크기를 200mm로 제작될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 회전드럼은 초고속으로 회전하는 원심력에 의해 합성가스를 정제하기 때문에 장치의 크기가 작고 고온 상태를 유지시킬 수 있으며, 소모성 부품을 필요로 하지 않는 영구적이며 효율적인 특징이 있다.
<제 2실시예>
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도이고, 도 6은 도 5의 작동 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2실시예는 제 1실시예를 포함한다.
여기서 상기 회전드럼(20)의 블레이드(21)는 상호 등간격 및 높이 차를 두고 회전드럼의 내주연에 상부부터 하부까지 설치될 수 있다.
이러한 구조는 와류 및 원심력을 회전드럼의 하부까지 유지시켜 타르 및 미립자의 분리 효율을 보다 효과적으로 증대시킬 수 있다.
그리고 상기 회전드럼(20)은 단턱(22)을 기점으로 하부로 갈수록 직경이 점진적으로 넓어지는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 회전드럼(20)은 미소각도(θ)에 의해 직경이 확장되는 구조이며, 이는 회전드럼(20)의 원심력 및 와류에 의해 최 외각으로 회전하는 타르 및 미립자의 역류로 인한 상승을 방지하기 위함이다. 이를 통해 타르 및 미립자의 배출을 보다 원활히 하여 정제효과를 증대시킬 수 있다.
여기서 미소각도(θ)는 회전드럼(20)의 직경이 150mm 내지 300mm 일 경우, 0.01°~ 0.1°인 범위인 것이 바람직하며, 이 수치 역시 이에 한정하지 아니하고, 회전드럼의 회전수와 직경크기에 따라 달리될 수 있음은 자명하다.
또한 상기 배출관(41)은 적어도 1개 이상 설치될 수 있으며, 타르 및 미립자의 배출을 원활히 하기 위해 제 2고정드럼(40)의 원주방향을 따라 길게 연장된 장방형의 형태로 구성될 수 있다.
이러한 배출관(41)의 형태는 배출로(23)를 따라 회전하는 타르 및 미립자의 진행경로에 대응되는 형태로 배출 효과를 증대시켜 결과적으로 고온의 합성가스 정제용량을 증대시킬 수 있는 구조를 마련한다.
한편 상기 회전드럼(20)은 배출로(23) 상에 상승기류가 발생될 수 있도록 하부 외주연에 형성된 나선 형태로 상향 경사진 적어도 1개 이상의 보조블레이드(24)를 더 포함한다.
여기서 보조블레이드(24)는 블레이드(21)와는 달리 상향 경사진 형태로 구성하여 배출로(23)로 진입된 타르 및 미립자의 상승을 도모하여 배출관(41)을 통해 배출될 수 있도록 한 구성이다.
<제 3실시예>
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도이고, 도 7은 도 6의 작동 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3실시예는 제 1실시예를 포함한다. 다만 제 3실시에의 회전드럼(20)은 내주연에 나선형태의 돌출테(20b)가 형성될 수 있도록 외주연이 나선으로 감긴 둥근 주름(20a)이 형성되는 형태이다.
이러한 구조는 돌출테(20b)를 통해 회전드럼(20)의 내부에 와류 및 하부 기류가 형성될 수 있도록 함으로써, 제 1실시예의 블레이드의 기능과 같은 효과를 구현할 수 있다.
또한, 제 3실시예는 별도의 블레이드를 결합시키지 않아도 되기 때문에 설치의 제작비용이 절감되는 효과가 있다.
또한 제 3실시예에서는 회전드럼(20)의 돌출테(20b)를 통해 타르 및 미립자의 이동이 용이하여 마찰계수가 상대적으로 작아지기 때문에 보다 쉽게 타르 및 미립자를 정제할 수 있다..
여기서 제 3실시예의 작동은 제 1실시예에서 설명하였기에 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
<제 4실시예>
도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치의 구성도이고, 도 10은 도 9의 작동 단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 4실시예는 제 3실시예를 포함한다.
여기서 상기 회전드럼(20)의 돌출테(20b)는 상호 등간격 및 높이 차를 두고 회전드럼(20)의 내주연에 상부부터 하부까지 설치될 수 있다.
이 때 상기 회전드럼(20)의 주름(20a)은 단턱(22)의 상부까지만 형성되고, 단턱(22)의 하부에는 배출로(23)를 형성하기 위해 생략될 수 있다.
이러한 구조는 와류 및 원심력을 회전드럼(20)의 하부까지 유지시켜 타르 및 미립자의 분리 효율을 보다 효과적으로 증대시킬 수 있다.
그리고 상기 회전드럼(20)은 단턱(22)을 기점으로 하부로 갈수록 직경이 점진적으로 넓어지는 형태로 구성될 수 있다.
또한 상기 배출관(41)은 적어도 1개 이상 설치될 수 있으며, 타르 및 미립자의 배출을 원활히 하기 위해 제 2고정드럼(40)의 원주방향을 따라 길게 연장된 장방형의 형태로 구성될 수 있다.
한편 상기 회전드럼(20)은 배출로(23) 상에 상승기류가 발생될 수 있도록 하부 외주연에 형성된 나선 형태로 상향 경사진 적어도 1개 이상의 보조블레이드(24)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
이하 제 4실시예의 세부 구성 및 작동은 제 2실시예에서 설명하였기에 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 스핀들 11: 중공관
20: 회전드럼 20a: 주름 20b: 돌출테
21: 블레이드 22: 단턱
23: 배출로 24: 보조블레이드
30: 제 1고정드럼 31: 유입관
40: 제 2고정드럼 41: 배출관 42: 실링홈
50: 연결수단 51: 고정링체 52: 연결대
B: 베어링
100: 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치

Claims (8)

  1. 바이오메스폐기물을 가스반응기에 투입시켜 생성되는 고온의 합성가스를 정제하기 위한 원심분리기에 있어서,
    스핀들(10)과,
    상기 스핀들(10)에 의해 고속회전하며, 와류를 발생시켜 하향 기류를 형성할 수 있도록 내주연에 나선 형태로 하향 경사진 적어도 1개 이상의 블레이드(21)가 결합된 회전드럼(20);
    상기 회전드럼(20)의 내부로 고온의 합성가스를 공급받을 수 있도록 유입관(31)이 구비되어 상기 스핀들(10)과 회전드럼(20)의 상부 사이에 결합되는 제 1고정드럼(30);
    상기 회전드럼(20)의 하부에 배치되고, 상기 회전드럼(20)의 원심력에 의해 고온의 합성가스에 포함된 상대적으로 큰 분자량을 갖는 타르 및 미립자를 유도 배출할 수 있도록 배출관(41)을 갖는 제 2고정드럼(40); 및
    상기 스핀들(10)의 외부에 축설되어 상기 제 1고정드럼(30)에 고정되며, 고순도의 합성가스가 배출될 수 있도록 회전드럼(20)의 바닥면에 근접되게 연장되는 중공관(11);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전드럼(20)은 내주연에 나선형태의 돌출테(20b)가 형성될 수 있도록 외주연이 나선으로 감긴 둥근 주름(20a)이 형성되는 형태인 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 회전드럼(20)과, 제 1고정드럼(30)과, 제 2고정드럼(40)은 스핀들(10)을 중심으로 상호 연통되게 하부방향으로 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 회전드럼(20)은 하부에 배치되는 제 2고정드럼(40)과 부분 중첩되고, 중첩되는 부위에 배출로(23)를 형성할 수 있도록 단턱(22)에 의해 직경이 작아지는 형태이며,
    상기 제 2고정드럼(40)은 상부 측면에 돌출된 다수의 실링홈(42)을 형성하여 상기 회전드럼(20)과는 비접촉으로 배치되고, 외부와는 차폐되는 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전드럼(20)은 단턱(22)을 기점으로 하부로 갈수록 직경이 점진적으로 넓어지는 형태인 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 중공관(11)의 내부 유효 관로는 고순도의 합성가스를 배출을 유도하기 위해 상기 배출로(23) 보다 적어도 2배 이상인 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배출관(41)은 적어도 1개 이상 설치되며, 타르 및 미립자의 배출을 원활히 하기 위해 제 2고정드럼(40)의 원주방향을 따라 길게 연장된 장방형의 형태인 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 회전드럼(20)은 배출로(23) 상에서 상승기류가 발생될 수 있도록 하부 외주연에 형성된 나선 형태로 상향 경사진 적어도 1개 이상의 보조블레이드(24)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온에서 합성가스 정제를 위한 원심분리장치.
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