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KR-20260060812-A - Direct Air Capture Moudule Using Eddy Current Heating And Direct Air Capture Moudule Apparatus Using The Same

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Abstract

와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈은 이산화탄소가 흡착되는 고체 흡착제가 구비된 흡착판, 상기 흡착판에 적층되는 금속판 및 상기 금속판을 가열하기 위해서 와전류가 생성되도록 자력선을 발생하는 코일을 포함한다.

Inventors

  • 윤예지
  • 김기태
  • 박노진
  • 김진걸

Assignees

  • 지에스건설 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (14)

  1. 이산화탄소가 흡착되는 고체 흡착제가 구비된 흡착판; 상기 흡착판에 적층되는 금속판; 및 상기 금속판을 가열하기 위해서 와전류가 생성되도록 자력선을 발생하는 코일;을 포함하는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흡착판과 상기 금속판은 서로 교대로 적층되고, 상기 코일은 상기 흡착판과 상기 금속판의 최상부 및 최하부에 배치되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 금속판 사이에 배치되는 상기 흡착판의 수는 흡착판의 온도가 목표하는 온도에 도달하는 시간과 흡착판 간의 온도 편차로부터 결정되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흡착판과 상기 금속판은 서로 상이하거나 서로 동일한 두께로 이루어지고, 상기 흡착판은 상기 금속판 사이에 복수개가 배치되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 흡착판의 총 두께와 상기 금속판의 총 두께의 비는 1:1~4:1 인 것을 특징으로 하는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 최상부에 배치되는 코일은 상기 흡착판과 인접하고, 상기 최하부에 배치되는 코일은 상기 흡착판 및 상기 금속판 중 하나와 인접하여 배치되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 최상부에 배치되는 코일은 상기 금속판과 인접하고, 상기 최하부에 배치되는 코일은 상기 금속판 및 상기 흡착판 중 하나와 인접하여 배치되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속판과 상기 적어도 하나의 흡착판은 일체로 구성되어 단위모듈을 이루고, 상기 단위모듈은 복수 개로 배치하는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 단위모듈은 일단에 상기 금속판 및 흡착판 중 하나가 배치되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 단위모듈은 일단에 상기 흡착판이 배치되고 타단에 상기 금속판이 배치되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 금속판은 스테인리스 또는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  12. 이산화탄소가 흡착되는 고체 흡착제가 구비된 흡착판 및 상기 흡착판과 교대로 적층되는 금속판을 포함하는 적어도 2층으로 적층되는 포집모듈; 및 상기 포집모듈 사이, 최상부 및 최하부에 배치되고, 상기 금속판을 가열하기 위해서 와전류가 생성되도록 자력선을 발생하는 코일;을 포함하는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 코일 사이에는 복수개의 포집모듈이 구비되는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈.
  14. 제12항에 따른 직접공기포집모듈; 상기 직접공기포집모듈의 전단에 배치되어 상기 직접공기포집모듈로부터 유입되는 공기량을 조절하는 제1댐퍼; 상기 직접공기포집모듈의 후단에 배치되어 상기 직접공기포집모듈로 배출되는 공기량을 조절하는 제2댐퍼; 상기 제2댐퍼의 후단에 배치되어 공기를 흡입하는 공기 흡입용 팬;및 상기 직접공기포집모듈의 하단에 배치되어 상기 직접공기포집모듈에 의해 탈착된 이산화탄소를 배출하는 배출부; 를 포함하는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집장치.

Description

와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈 및 이를 이용한 직접공기포집장치{Direct Air Capture Moudule Using Eddy Current Heating And Direct Air Capture Moudule Apparatus Using The Same} 본 발명은 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈 및 이를 이용한 직접공기포집장치에 관한 것으로, 특히 전기에 의한 자력선을 통해 금속을 가열하여 작은 에너지로 흡착판을 효율적으로 가열할 수 있는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈 및 이를 이용한 직접공기포집장치에 관한 것이다. 기후 변화와 환경 오염 문제를 해결하기 위해 이산화탄소(CO2)를 효율적으로 포집하는 기술이 중요해지고 있다. 그 중에서, 직접공기포집(DAC, Direct Air Capture) 기술은 대기 중의 CO2를 직접 제거할 수 있는 방법으로 주목받고 있다. 이러한 직접공기포집장치는 주기적인 배치 운전을 통해 CO2를 흡착하고, 탈착 과정에서 온도 가열을 필요로 한다. 종래의 직접공기포집장치에서, 가열 방식은 증기를 사용하여 가열하는 방식이다. 기존의 가열 방식은 효율성과 에너지 소비 측면에서 한계가 있다. 해당 증기는 근처의 지열발전소 혹은 자체적인 증기발생기로 생산하므로 에너지 효율성과 에너지 가용 측면에서 한계가 있다. 따라서 이산화탄소 포집과 소비 에너지의 효율성을 개선할 수 있는 가열 시스템이 필요한 실정이다. 고, 지열발전이 어려운 지역에서는 직접공기포집장치의 사용이 어려운 문제가 있다. 따라서 지역에 관계없이 직접공기포집장치를 사용하기 위해서 포집과 소비 에너저의 효율성을 개선할 수 있는 가열 시스템이 필요한 실정이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈을 포함하는 직접공기포집장치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 구성도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 가열 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 다양한 실시예를 나타내는 도면으로, (a)는 흡착판과 금속판이 동일한 두께이고, 흡착판이 금속판 사이에 복수개가 배치되고, (b)는 흡착판과 금속판이 상이한 두께이고, 흡착판은 금속판 사이에 하나씩 배치되며, (c)는 흡착판과 금속판이 상이한 두께로 이루어지고, 흡착판은 금속판 사이에 복수개가 배치되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 다양한 실시예를 나타내는 도면으로, (a)는 코일은 흡착판과 인접하고, 최하부에 배치되는 코일은 흡착판과 인접하여 배치되고, (b)는 최상부에 배치되는 코일은 흡착판과 인접하고, 최하부에 배치되는 코일은 금속판과 인접하여 배치되고, (c)는 최상부에 배치되는 코일은 금속판과 인접하고, 최하부에 배치되는 코일은 금속판과 인접하여 배치되고, (d)는 최상부에 배치되는 코일은 금속판과 인접하고, 최하부에 배치되는 코일은 흡착판과 인접하여 배치되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 단위모듈의 구성도 및 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 단위모듈의 구성도이고, (b)는 단위모듈을 포함하는 직접공기포집모듈의 구성도이고, (c)는 단위모듈의 일단에 흡착판이 배치되고, (d)는 단위모듈의 일단에 금속판이 배치되고, (e)는 단위모듈의 일단에 상기 흡착판이 배치되고 타단에 금속판이 배치되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 구성도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 가열 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다. 이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈을 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈을 포함하는 직접공기포집장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 직접공기포집장치(1)는 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈(100), 제1댐퍼(10a), 제2댐퍼(10b), 공기흡입용 팬(20), 배출부(30)를 포함한다. 와전류 가열을 이용한 직접공기포집장치(1)는 공기를 포집하여 포집된 공기 중의 이산화탄소를 제거하기 위한 장치로서, 전기에 의한 자력선을 통해 금속판을 가열하여 흡착제에 붙은 이산화탄소를 탈착할 수 있는 장치이다. 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈(100)은 직접공기포집장치(1)를 통과하는 공기 중의 이산화탄소를 흡착하고, 흡착된 이산화탄소를 탈착할 수 있다. 이때, 직접공기포집모듈(100)은 와전류 가열을 이용하여 이산화탄소를 탈착할 수 있다. 제1댐퍼(10a)는 직접공기포집모듈(100)의 전단에 배치되어 직접공기포집모듈(100)로부터 유입되는 공기량을 조절할 수 있다. 이때, 제1댐퍼(10a)는 회전가능하며 회전 각도에 따라 개방 정도가 결정되어 유입되는 공기량을 조절할 수 있다. 아울러, 제1댐퍼(10a)는 이산화탄소를 탈착하기 위한 가열을 시작하기 전에, 폐쇄되어 직접공기포집모듈(100)의 누기율을 최소화하면서 밀폐할 수 있다. 제2댐퍼(10b)는 직접공기포집모듈(100)의 후단에 배치되어 직접공기포집모듈(100)로부터 배출되는 공기량을 조절할 수 있다. 즉, 제2댐퍼(10b)는 직접공기포집모듈(100)에서 이산화탄소가 제거된 공기를 외부로 배출할 수 있다. 이때, 제2댐퍼(10b)는 회전가능하며 회전 각도에 따라 개방 정도가 결정되어 유입되는 공기량을 조절할 수 있다. 또한, 제2댐퍼(10b)는 이산화탄소를 탈착하기 위한 가열을 시작하기 전에, 폐쇄되어 직접공기포집모듈(100)의 누기율을 최소화하면서 밀폐할 수 있다. 공기 흡입용 팬(20)은 제2댐퍼(10b)의 후단에 배치되어 공기를 흡입할 수 있다. 이때, 공기 흡입용 팬(20)은 모터에 전원이 인가되면 동작될 수 있다. 또한, 공기 흡입용 팬(20)은 직접공기포집장치(1)의 입출구의 압력차가 400Pa 이하가 되도록 일정 풍량을 발생시킬 수 있다. 배출부(30)는 직접공기포집모듈(100)의 하단에 배치되어 직접공기포집모듈(100)에 의해 탈착된 이산화탄소를 배출할 수 있다. 이때, 배출부(30)는 제1댐퍼(10a)와 제2댐퍼(10b)를 폐쇄하여 직접공기포집모듈(100)을 밀폐한 이후 와전류 가열 공정의 결과물로 탈착된 이산화탄소를 배출시킨다. 이와 같은 직접공기포집장치(1)는 다음과 같이 동작할 수 있다. 우선, 직접공기포집장치(1)는 공기 흡입용 팬(20)을 작동시켜 공기를 흡입할 수 있다. 이때, 제1댐퍼(10a)는 일정 회전 각도로 회전되어 공기가 유입될 수 있다. 다음으로, 직접공기포집장치(1)는 흡입된 공기 중의 이산화탄소를 직접공기포집모듈(100)에 의해 흡착할 수 있다. 이때, 직접공기포집장치(1)는 직접공기포집모듈(100)에 의해 이산화탄소가 제거된 공기를 제2댐퍼(10b)를 통해 밖으로 배출할 수 있다. 다음으로, 직접공기포집모듈(1)는 와전류 가열 공정을 통해 직접공기포집모듈(100)에 흡착된 이산화탄소를 탈착할 수 있다. 이때, 직접공기포집장치(1)는 제1댐퍼(10a) 및 제2댐퍼(10b)를 폐쇄한 상태로 이상화탄소를 탈착할 수 있다. 아울러, 직접공기포집장치(1)는 배출부(30)을 통해 직접공기포집모듈(100)로부터 탈착된 이산화탄소를 외부로 배출할 수 있다. 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직접공기포집모듈(100)은 흡착판(110), 금속판(120) 및 코일(130)을 포함할 수 있다. 흡착판(110)은 이산화탄소가 흡착되는 고체 흡착제가 구비될 수 있다. 여기서, 고체 흡착제는 이산화탄소를 흡착하는 화학성분인 고체아민, 제올라이트 및 MOF등을 포함할 수 있다. 일례로, 흡착판(110)은 공극률이 높은 지지체에 고체 흡착제가 코팅될 수 있다. 이때, 지지체는 부직포와 같은 다공성 매질이 될 수 있다. 금속판(120)은 흡착판(110)과 교번하여 적층 될 수 있다. 일례로, 금속판(120)은 와전류가 생성되어 열을 방출하는 기능을 하는 스테인리스 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 또한, 금속판(120)은 열에너지를 방출하여 인접한 흡착판(110)을 가열할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈(100)은 흡착판(110)과 금속판(120)이 교번하여 적층됨으로써, 금속판(120)에 의해 흡착판(110)이 균일하게 가열될 수 있으므로 탈착 효율을 향상시킬 수 있다. 코일(130)은 적층되는 흡착판(110)과 금속판(120)의 최상부 및 최하부에 배치될 수 있다. 이때, 코일(130)은 금속판(120)을 가열하기 위한 와전류가 생성되도록 자력선을 발생할 수 있다. 즉, 코일(130)은 인가된 전류에 의해 자력선을 발생하여 금속판(120)으로 전달할 수 있다. 일례로, 코일(130)은 판상 코일일 수 있다. 이때, 코일(130)은 일정한 폭을 갖는 선으로 이루어지고 나선형으로 배치될 수 있다. 다른 예로, 코일(130)은 다공성 기판상에 나선형으로 배치될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와전류 가열을 이용한 직접공기포집모듈(100)은 흡착판(110)과 금속판(120)이 적층되고 코일(130)에 의해 발생