실내공기로부터 이산화탄소 분리에 대한 가능성
FEASIBILITY OF CARBON DIOXIDE SEPARATION FROM LIVING SPACES
- 주제(키워드) 이산화탄소 분리 , 실내 공기 , 카본 모노리스 , 전기변동흡착 , 파과곡선 , Carbon dioxide separation , Indoor air , Carbon monolith , Electric swing adsorption , Breakthrough curve
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이태수
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000055222
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Carbon dioxide is sometimes considered a hazardous substance, especially in living spaces with over-crowding or combustion under poor-ventilation conditions. There have been many studies conducted on CO2 control in industrial settings, but few in domestic environments. This study explores the feasibility of excess CO2 removal from living spaces. Electric-swing adsorption (ESA) splits ambient air into two portions: waste gas for removal and recovery air for recycling back into the living space. Ambient air holds dilute but unacceptable concentrations of CO2 (selected as 3,000 ppm in this study), while the waste gas contains higher concentrations. The concentration in the recovered air is below ambient levels. Carbon monolith functions as an adsorbent and direct heating resistance material. Cooling is accomplished by the convective flow of ambient air. The analytical model and preliminary tests establish ways to quantify the separation characteristics and thermal response of the monolith. Based on the ESA steps identified with the single monolith, a prototype of a two-bed device is built to demonstrate the cyclical operation of multiple beds with phase shift. The electrical energy requirement for treating air containing 3,000 ppm CO2 is in the range of 57.8 kJ/(m3 air) under the selected temperature swing (DT = 20 ºC). This requirement indicates that further refinement is essential for practical application. However, the overall findings are in agreement with the well-established fact that the concentration of CO2 is the most important factor affecting energy consumption, especially when the mole fraction of CO2 is less than 0.15 (or 15%).
more초록/요약
CO2는 인체에 유해한 물질이다. 특히 사람이 많이 분비거나 환기율이 낮은 생활공간에서 특히 인체에 유해한 물질이다. 지금까지 산업현장과 관련된 CO2 제어에 대하여 많은 연구를 진행해 왔다. 그러나 주거환경에서 대한 연구는 적은 편이다. 본 연구에서는 실내공간으로부터 초과한 CO2를 제거의 가능성에 대해 연구하였다. 전기변동흡착법(Electric Swing Adsorption, ESA)을 이용하여 실내공기로부터 버리는 기체 Waste gas와 재활용에 사용되는 Recovery air 두 부분으로 나누었다. 실내 공기는 3,000 ppm으로 가정하였고, 실외로 버려지는 기체는 3,000 ppm 이상의 농도가 된다. 이때 실내공기로 회수 되는 공기의 농도는 실내 공기보다 낮은 농도가 된다. Carbon monolith는 흡착제로써 직접적으로 가열하는 저항체의 역할을 한다. 냉각은 실내공기의 대류 현상으로 이루어 진다. 수학적 모델과 예비 실험을 통해서 monolith의 열적특성과 CO2의 분리량을 계산할 수 있다. 단일베드의 ESA 공정을 기반으로 하여 two – bed로 확장하였고 위상변위를 이용해서 다중베드의 주기적인 구동을 할 수 있다. 온도 변동 범위를 20 ºC 로 선택하였고 3,000ppm의 이산화 탄소를 처리하기 위해서 전기적인 에너지 57.8 kJ/(m3 air)이 요구된다. 에너지 소비 측면에서 가장 중요한 요소는 CO2의 농도이다. 특히 0.15 mole 비율보다 작은 농도의 처리에서 더 중요하다.
more