실내 공기로부터 이산화탄소 분리를 위한 ESA 설계모델 연구
ELECTRIC SWING ADSORPTION DESIGN MODEL FOR SEPARATING CO2 FROM INDOOR AIR
- 주제(키워드) 도움말 이산화탄소 분리 , 카본 모노리스 , 전기변동흡착 공정 , 3000ppm 이산화탄소 기체 , 온도변동 모델 , 분리가능 예측모델 , 소비에너지 , 파과곡선 , 성능지수
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이태수
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000052446
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
최근 실내 공기질에 대한 관심이 증가하고 있다. 그 중에서도 이산화탄소는 호흡, 음식의 조리 등에 의해 발생된다. 이산화탄소 농도의 증가는 신생아들이나 노약자들의 편안함과 활동, 건강에 많은 영향을 미칠 수 있다. 따라서 실내에서 이산화탄소의 저감이 필요하다. 본 연구는 실내공기로부터 이산화탄소 처리를 위해 전기변동흡착 공정을 적용한 저감기기의 설계모델을 제안한다. 산업적으로 개발된 전기변동흡착 공정의 실내공간에서 적용은 그 처리농도를 3000ppm까지 확장하여, 실내공간의 이산화탄소 분리 가능성을 확인한다. 흡착제인 carbon monolith는 실험을 통하여 열적 특성을 확인한다. 저감기기의 설계모델은 일반적인 흡착제에서의 농도변화를 계산하기 위한 수학적 모델과, 각각의 실험 결과로부터 온도변동 설계모델과 이산화탄소 분리가능 예측모델을 제안한다. 제안된설계모델들로부터 결정된 설계변수를 1탑 실험장치에 입력하고 실제 온도변동의 폭과 분리가능 양을 비교한다. 나아가 더 많은 이산화탄소의 처리를위해 2탑 실험장치에도 제안한 설계모델을 적용하여 그 처리량의 변화를 확인한다. 전기변동흡착 공정은 탈착을 위해 에너지가 사용되므로 소비되는 에너지와 탈착 되는 이산화탄소의 양에 대한 저감기기의 성능을 평가 한다. 제안한 설계모델을 통한 예측 이산화탄소 흡착량과 실제 저감기기의 이산화탄소 흡착량에 대하여 2%미안의 오차를 보였고 2탑 처리장치는 1탑에 비해 5배나 높은 이산화탄소를 처리할 수 있음을 확인했다. 설계모델로부터 주어진 환경에서 이산화탄소를 제거하기 위한 저감기기를 설계할 수 있다. 예를 들어 본 연구에서 사용한 설계변수를 이용할 경우 1m3에 3000ppm으로 가득 차있다면 1탑의 경우는 135사이클 2탑의 경우는 26사이클이면 가능하다. 2탑이 1탑에 비해 그 처리량이 매우 높은 것은 하나의 흡착탑을 통과하여 공급기체보다 낮은 농도의 기체가 세정기체의 역할을 하여 더 많은 양의 이산화탄소를 분리하기 때문이다.
more초록/요약 도움말
There has been increased interest for indoor air quality. Carbon dioxide is generated by breath, cooking etc. Accumulated CO2 concentration can affect activities, comfort and health of the newborn of elderly. Therefore, the treatment of carbon dioxide in the indoor is required. This study proposes a design model for separation of carbon dioxide from indoor air by Electric Swing Adsorption (ESA). For applying ESA as in the industrial process, separation of carbon dioxide from indoor air was confirmed by extending treatment range to 3000ppm. Thermal property of carbon monolith as the adsorbent is investigated by experiments. Design models of CO2 reduction equipment cover temperature swing response and separable CO2 amount from a mathematical model. Determined design parameters from design models are used to predict the performance of 1-bed treatment device. Design model is verified by comparing the predicted CO2 adsorption with experimental results. Design model is further applied to 2-beds CO2 treatment device for improved performance. Since ESA process consumes energy for desorption CO2, performances of treatment devices are presented in the context of consumed energy. The design model agrees relatively well with under 2% for 1-bed device. 2-beds device is estimated to treat the amount of CO2 more than 5 times of 1-bed device. Using the design model, as proposed in this study, an ppropriate treatment equipment can be developed under the given circumstance, when there is 3000ppm carbon dioxide gas fill in 1m3 space, 1-bed device takes 135cycles to treat the space. 2-beds device takes 26cycles to do the same. The improved performance of a 2-beds device can attribute to the additional loss of CO2 concentration, when the gas lows through two beds in sequence. In addition, CO2 concentration of rinse gas, for the desorption of the carbon monolith in 2-beds device, has much lower purity when compared to 1-bed device.
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