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제철소, 발전소의 이산화탄소(CO2) 발생지에서 포집된 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소를 해양지중에 대량으로 저장하기 위한 파이프라인으로 이송공정을 모사하기 위한 모의 실험장치에 있어서,
상기 이산화탄소를 액체상태로 제어하면서 저장하도록 파이프 형태로 형성되는 저압 파이프 저장조(10)와;
상기 저압 파이프 저장조(10)의 일측에 메인 관(27)으로 연결되어 외부에서 실험에 필요한 이산화탄소와, 수분과, 불순물을 저압 파이프 저장조(10) 내부에 유입시키는 유입부(20)와;
상기 저압 파이프 저장조(10)와 연결되어 액체 이산화탄소를 실험장치 내에 이송시키는 왕복동식 고압용 펌프(30)와;
상기 왕복동식 고압용 펌프(30)의 출구 측에 연결 설치되어 왕복동식 펌프(30)에 의해 발생되는 맥동(pulsation)을 억제하도록 내부에 고압의 가스가 충진되어 있는 축압기(40)와;
상기 축압기(40)와 연결되어 이송된 이산화탄소의 압력을 조절하여 맥동을 다시 한번 억제시키는 제 1 압력조절밸브(50)와;
상기 제 1 압력조절밸브(50)와 연결되어 이송된 이산화탄소를 고압의 과냉 액상(subcooled liquid) 상태로 변환시키기 위해 냉각하는 냉각기(60)와;
상기 냉각기(60)와 연결되어 이송된 이산화탄소를 초임계(supercritical)상태로 변환시키기 위해 가열하는 가열기(70)와;
상기 가열기(70)와 연결되어 과냉 액상 또는 초임계 상태의 이산화탄소가 유입되되, 관라인(83)에 의해 연결되는 다수개의 모듈(81)을 통해 외부 환경 조건에 맞게 모사하는 이송 모의구간 시험부(80)와;
상기 이송 모의구간 시험부(80)와 저압 파이프 저장조(10) 사이에 연결 설치되되, 상기 이송 모의구간 시험부(80)를 통해 이송된 고압의 이산화탄소가 상기 저압 파이프 저장조(10)에 유입 전에 저압으로 변환시키는 제 2 압력조절밸브(90);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 왕복동식 고압용 펌프(30)는 작동 중, 액체 이산화탄소가 작동고온에 의해 증발되는 것을 억제하기 위해 외부에 설치된 저온 냉동기(11)와 연결되고, 상기 저온 냉동기(11)로부터 냉각수가 이송되어 액체 이산화탄소가 저온으로 유지되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 냉각기(60)의 입구 측에는 제 1 압력조절밸브(50)를 거쳐 이송된 이산화탄소의 질량유량을 측정하기 위해 제 1 질량유량계(100)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 냉각기(60)는 관 내에 관이 형성된 이중관(annular pipe)의 열교환기 형태로 형성되어 외부에 설치된 저온 항온 순환조(61)와 연결되고, 상기 저온 항온 순환조(61)로부터 이송된 냉각수에 의해 이산화탄소의 온도가 제어부(200)에 설정된 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 이송 모의구간 시험부(80)의 출구 측에는 이송 중인 이산화탄소의 상태를 디지털카메라, CCD, 초고속카메라의 영상장비에 의해 촬영하여 유동가시화(flow visualization)할 수 있도록 뷰셀(viewcell)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 이송 모의구간 시험부(80)의 다수개 모듈(81)은 관 내에 관이 형성된 이중관(annular pipe)의 열교환기(heat exchanger) 형태로 형성되되, 이산화탄소가 모듈(81)의 내부 관을 통해 유입/유출되도록 내부 관이 상호 직렬로 연통되고, 상기 모듈(81)의 내부 관 이외의 외부 관은 다수개의 모듈(81)을 연결할 수 있도록 관라인(83)으로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 6항에 있어서,
상기 모듈(81)의 외부 관과 연결되는 관라인(83)에는 외부에 설치된 항온조(82)와 연결되고, 상기 항온조(82)에 의해 냉각수 또는 가열수를 선택적으로 관라인(83)에 순환시켜 모듈(81)의 내부 관에 이송되는 이산화탄소와 열교환하여 외부 환경 조건을 모사하며, 상기 관라인(83)에 각각 밸브가 설치되어 냉각수 또는 가열수를 관라인(83)에 따라 직렬순환으로 사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 2항에 있어서,
상기 저온 냉동기(11)는 저압 파이프 저장조(10)의 내부에 저장된 이산화탄소를 액체 상태로 유지하기 위해 저압 파이프 저장조(10)와도 연결되어 냉각수에 의해 온도 제어하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 저압 파이프 저장조(10)는 이산화탄소를 이송시키는 관보다 직경이 큰 파이프로 형성되어 왕복동식 고압용 펌프(30)와 제 2 압력조절밸브(90) 사이에 설치되되, 상측으로 25 ~ 35도 각도로 경사지게 설치되어 상기 왕복동식 고압용 펌프(30)의 입구에서의 입구 수두압이 확보되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서, 상기 유입부(20)는,
상기 메인 관(27)과 연통되어 관 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프(30)와;
상기 메인 관(27)의 최상단부에 관이 분기되어 연결되되, 상기 메인 관(27)의 진공상태에서 물이 유입되는 것을 개폐하도록 분기된 관에 밸브가 설치되고, 상기 물은 메인 관(27)의 진공상태인 저압에 의해 증발되어 기상의 수분(water vapor)으로 변환되며, 변환된 수분이 상기 저압 파이프 저장조(10)에 유입되는 수분 공급장치(22)와;
상기 메인 관(27)에서 분기되어 연결되되, 불순물이 저장된 불순물 저장용기(24)로부터 일정량의 불순물을 주입받아 저압 파이프 저장조(10)에 유입시키고, 불순물이 메인 관(27)의 진공상태에 의해 이송되는 것을 개폐하도록 밸브가 설치되는 불순물 실린더(23)와;
상기 메인 관(27)에서 분기되어 연결되되, 이산화탄소가 저장된 이산화탄소 저장용기(26)로부터 일정량의 이산화탄소를 주입받아 저압 파이프 저장조(10)에 유입시키고, 이산화탄소가 메인 관(27)의 진공상태에 의해 이송되는 것을 개폐하도록 밸브가 설치되는 이산화탄소 실린더(25)와;
상기 메인 관의 일단부에 연결되어 메인 관을 통해 이송되는 이산화탄소의 질량유량을 측정하기 위해 더 설치되는 제 2 질량유량계(28);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항에 있어서,
상기 왕복동식 고압용 펌프(30)의 출구 측부터 제 2 압력조절밸브(90)의 입구 측까지를 고압부로 구분하고, 상기 제 2 압력조절밸브(90)의 출구 측부터 왕복동식 고압용 펌프(30)의 입구 측까지를 저압부로 구분하여 설계 및 제작하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 모의 실험장치는 외부에 설치된 제어부(200)의 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치
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