KR101246334B1

KR101246334B1 - 도장용 큐비클의 배기 공기로부터 탄화수소를 제거하기 위한 금속 폼 필터 시스템 및 이를 이용하는 방법

Info

Publication number: KR101246334B1
Application number: KR1020100099617A
Authority: KR
Inventors: 스테판 프롤리히
Original assignee: 알란텀 유럽 게엠베하
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2013-03-21
Also published as: DE102009049732A1; DE102009049732B4; KR20110043456A; CN102039089A

Abstract

본 발명은 금속 폼 요소(1)과 가열 수단(2)를 포함하는, 배기 공기로부터 탄화 수소를 제거하기 위한 필터 시스템에 관한 것이다.
가열 수단(2)은 금속 폼 요소(1)를 가열하기 위해 구비된다. 금속 폼은 탄화 수소의 산화를 위한 촉매 역할을 하는 적어도 하나의 요소를 합금 성분으로 포함한다. 제올라이트 층(1a)은 흐름의 방향으로 금속 폼 요소(1)의 뒤에서 금속 폼 요소(1)에 적용된다.
본 발명은 또한 앞서 설명한 필터 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

도장용 큐비클의 배기 공기로부터 탄화수소를 제거하기 위한 금속 폼 필터 시스템 및 이를 이용하는 방법 {Metal foam-based filter system for removing hydrocarbons from exhaust air from painting cubicles and Method for the same}

본 발명은 배기 공기로부터 탄화수소(hydrocarbon)를 제거하기 위한 필터와 이를 위한 방법에 관한 것이다.

탄화 수소를 함유하는 배기 가스는, 예를 들어, 용매로 휘발성 탄화수소를 포함하는 페인트를 처리할 때 형성된다. 탄화 수소는 인체에 유해한 제품 중 하나로 간주되기 때문에, 더욱더 엄격한 법적 규정이 적용되어, 예를 들어, 도장용 큐비클(painting cubicles)에서 배출되는 배기 공기로부터 탄화수소를 제거하기 위한 필터 시스템이 필요하다.

예를 들어, 활성화된 탄소 필터를 사용하여 필터링 할 수도 있다. 그러나, 필터의 하중이 증가할수록 증착(deposition)의 정도는 감소하기 때문에, 이와 같은 활성화된 탄소 필터는 주기적인 간격으로 교체되어야 한다.

또한, 열 배기 공기 정화를 위한 유닛을 사용할 수도 있다. 이와 같은 시스템에서, 배기 공기 중의 탄화 수소의 연소후처리(post-combustion)가 발생한다. 그러나, 열 배기 정화 유닛들은 에너지와 비용을 많이 소모하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 배기 공기로부터 탄화수소를 제거하는 개선된 필터 시스템과 이를 위한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 필터 시스템은 탄화 수소의 산화를 위한 촉매 역할을 하는 적어도 하나의 요소를 합금 성분으로 포함하는 금속 폼 요소(1); 및 금속 폼 요소(1)를 가열하는 가열 수단(2);을 포함할 수 있다.

가열 수단(2)을 조정하기 위해 형성된 레귤레이터(3)를 더 포함하여 상기 금속 폼 요소(1)가 기 설정된 기준 온도(Ts)로 유지하도록 할 수 있다.

상기 가열 수단(2)은 저항 가열 시스템 또는 유도 가열 시스템을 이용하여 상기 금속 폼 요소(1)를 가열할 수 있다.

상기 가열 수단(2)은 상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 화염(open flame)을 생성하는 버너로 할 수 있다.

금속 폼 요소(1)에 적용되는 제올라이트 층(1a)을 더 포함할 수 있다.

상기 제올라이트 층(1a)의 두께는 10㎛ 에서 500㎛ 사이로 형성될 수 있다.

상기 제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화 수소의 양을 측정하는 측정장치(4);와 제올라이트 층(1a)에 흡수될 수 있는 탄화 수소의 최대치와 상기 측정 장치에 의해 측정된, 제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화 수소량의 차이를 산출하여 그 차이가 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 작을 경우, 상기 가열 수단을 활성화하는 마이크로 프로세서(5);를 더 포함할 수 있다.

상기 마이크로 프로세서(5)는 탄화 수소량의 차이가 기 설정된 제2 한계치(S2) 보다 클 경우 상기 가열 수단(2)을 비활성화할 수 있다.

상기 기 설정된 제2 한계치(S2)는 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 큰 것으로 할 수 있다.

상기 금속 폼(1)은 탄화 수소의 연소를 위한 촉매 성분을 포함하는 워시코트로 코팅될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 방법은 탄화 수소의 산화를 위한 촉매 역할을 하는 적어도 하나의 요소를 합금 성분으로 포함하는 금속 폼 요소(1)와 금속 폼 요소(1)를 가열하는 가열 수단(2)을 포함하는 필터 시스템으로 통과시키는 단계;와 상기 가열 수단(2)을 이용하여 상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계는 저항 가열, 유도 가열, 또는 화염 가열을 통해 시행할 수 있다.

제올라이트 층(1a)은 상기 금속 폼 요소에 적용되고, 제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화 수소량을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계는 제올라이트 층(1a)에 흡수될 수 있는 탄화 수소의 최대치와 상기 제올라이트 층(1a)에 포함된 측정된 탄화 수소량의 차이를 산출하여 그 차이가 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 작을 경우에 실행될 수 있다.

상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계는 상기 차이가 제2 기 설정 한계치 보다 클 경우 종료될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 필터 시스템과 방법에 의하면, 적은 자원, 특히 소량의 에너지를 사용하여 상대적으로 간단하게 배기 공기 중의 탄화수소를 제거할 수 있다.

자원의 경제성 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 필터 시스템은 작은 크기의 도장용 파티클에 적절하며 상대적으로 소량의 배기 공기를 정화하는 데 사용될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시에 따른 필터 요소의 단면을 보여준다;
도2와 도3은 각각 본 발명에 따른 필터 시스템 두 실시들에 따른 개략도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시에 따르면, 배기 공기로부터 탄화수소를 제거하기 위한 필터 시스템은 금속 폼 요소(metal foam element)를 포함한다. 이 금속 폼 요소는 탄화 수소의 산화를 위한 촉매로 작용하는 적어도 하나의 요소를 합금 성분으로 함유한다. 또한, 금속 폼 요소를 가열하기 위해 고안된 가열 수단도 포함한다.

알려진 바와 같이, 금속 폼은 금속 물질로 만들어진 열린 기공 폼(open-pore foam)들과 닫힌 기공 폼(closed-pore foam)들을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 구성에서는 열린 기공 금속 폼이 사용된다. 이와 같은 기공성 때문에, 배기 공기에 포함된 탄화 수소와 접촉하는 표면적이 큰 것이 적절하다.

상기 가열 수단은 탄화 수소 정화를 위한 금속 폼 요소를 가열하기 위해 사용된다. 이와 같은 방식으로, 상기 촉매요소가 최적으로 작용할 수 있는 온도까지 금속 폼이 가열된다.

상기 가열 수단을 규제하기 위해 고안된 레귤레이터 (regulator)가 구비될 수 있으며, 이는 가열 수단의 온도를 기 설정된 기준 온도(Ts)로 유지할 수 있다. 일반적으로 온도 센서, 제어 요소, 그리고 수동 또는 자동으로 기준 온도를 제공하는 입력 요소를 포함하는 이러한 레귤레이터는 제어 엔지니어링 분야의 당업자에게 알려져 있으므로 상세 설명은 생략한다. 금속 폼 요소는 수동으로 조절하거나 모니터링 하지 않고도 지속적으로 최적의 작동 온도를 유지할 수 있다.

이와 같은 가열 수단 외에, 예를 들면, 저항 가열 시스템이나 유도 가열 수단과 같은 다른 종류의 적절한 가열 수단도 사용될 수 있다. 저항 가열 시스템의 경우, 금속 폼 요소의 전기 저항이 가열에 사용된다. 금속 폼에 전압이 인가되고 그로 인해 발생된 전류가 금속 폼 요소를 가열한다. 유도 가열 수단의 경우, 알려진 바와 같이, 일시적으로 변하는 자기장에 의해서 에디(eddy) 전류가 전기 유도체에서 생성된다. 에디 전류의 흐름은 몸체, 즉, 금속 폼을 가열한다. 앞서 언급된 가열 가능성에 화염 (open flame)은 사용되지 않는다.

그러나, 혹은 금속 폼 요소를 가열하기 위해 화염를 생성하는 버너로 가열 수단이 형성될 수 있다. 앞서 언급한 가열 수단들과는 달리, 이와 같은 가열 타입은 금속 폼 요소로 흐르는 전류가 포함되지 않는다.

가열 수단의 특정 선택된 실시와 개별적으로, 금속 폼 요소를 형성하는 금속의 우수한 열 전도성은 금속 폼 요소를 빠르고 균일하게 가열하고, 그 결과 최소의 에너지가 가열에 사용된다.

촉매 요소나 촉매로 작용하는 요소가 이미 합금 요소로 금속 폼에 포함되어 있으므로, 금속 폼에 코팅을 하는 것이 꼭 필요한 것은 아니다. 그러나, 본 발명의 특정 실시에 따른 금속 폼 요소는 제올라이트(zeolite) 코팅을 포함한다. 제올라이트는 기공의 직경 보다 큰 분자들을 보유할 수 있다. 따라서, 제올라이트는 설명된 실시에서 사용되는 미케니컬 스크리닝 (mechanical screening)의 역할을 한다.

설명된 실시예는 다음과 같이 두 단계에서 사용된다. 첫 단계에서, 금속 폼 요소는 가열되지 않으며, 제올라이트 코팅은 탄화수소를 흡수하고 저장한다. 그래서, 기계적 스크리닝이 이 단계에서 발생한다. 제올라이트 코팅의 흡수 용량이 소모되어 결과적으로 더 이상 분류될 탄화 수소가 거의 없거나 매우 극소할 경우, 두 번째 단계에서 금속 폼 요소와 제올라이트 코팅이 가열된다.

두 번째 단계에서, 합금에 포함된 촉매의 작용이 활성화되어, 금속 폼 요소의 금속 폼에서 탄화 수소가 촉매반응으로 더 산화된다.

이 실시예에서, 필터 요소의 열 재생에 상대적으로 적은 에너지가 소모된다. 이는, 탄화 수소 저장에 의해 상대적으로 많은 양의 에너지가 저장되고 점화 후에 촉매에 의한 자력 발열로 탄화수소가 연소되기 때문이다.

제올라이트 층은 폼의 기공 망에 적용되고 제올라이트 층들의 절대 부피에 의해 각각의 사용에 채택된다. 제올라이트 층의 두께(d)는 대략 10㎛ 에서 500㎛ 사이인 것이 바람직하다. 이와 같은 두께는 제1 기계적 필터링 단계에서 휘발성의 탄화수소를 안전하게 유지하기에 충분하다.

또한, 제올라이트 층이 형성된 금속 폼 요소의 경우, 제올라이트 층에 포함된 탄화 수소의 양을 결정하기 위한 측정 장치와, 제올라이트 층에 흡수될 수 있는 탄화 수소의 최대치와 측정 장치로 측정한 제올라이트 층에 포함된 탄화 수소의 양 사이의 차이를 산출하고 그 차이가 기 설정된 제1 한계치(threshold value: S1)보다 작을 경우 가열 수단을 작동시키기 위한 마이크로 프로세서를 포함한다.

다시 말하면, 마이크로 프로세서는 제올라이트 층이 흡수할 수 있는 탄화 수소량을 계산하고 흡수 가능한 탄화 수소량이 상기 기 설정된 제1 한계치(S1) 보다 작으면 가열 수단을 활성화한다. 가열 수단이 활성화되고 가열 시간이 경과하면, 앞서 설명한 바와 같이, 촉매 반응으로 인해 금속 폼에서 탄화 수소의 산화가 촉진된다.

다른 실시에 따르면, 마이크로 프로세서는 앞서 설명한 탄화 수소의 차이가 제2 한계치(S2)보다 클 때 (즉, S2 > S1) 가열 수단을 비활성화시킨다. 다시 말해, 마이크로 프로세서는 제올라이트 필터의 충분히 높은 흡수 용량이 다시 확보될 때, 가열 수단을 스위치 오프(switch off)한다.

제1 한계치(S1) 및 제2 한계치(S2) 둘 다 작업자 (operator)가 수동으로 바람직하게 변경할 수 있다. 필터 요소의 작업자는 제올라이터 필터의 흡수용량을 원하는 만큼 결정할 수 있다.

또한, 금속 폼 요소는 탄화 수소의 연소를 위한 촉매 물질을 포함하는 워시코트 (washcoat) 로 코팅될 수 있다. 촉매 물질은, 예를 들어, 플래티늄(platinum) 혹은 팔라듐(pallidum)이 될 수 있다. 통상의 워시코트는 촉매 물질을 포함하는 금속 산화층, 예를 들어, 알루미늄 산화층이다. 준비단계 동안 워시코트는 수성 파우더 서스펜션(aqueous powder suspension) 으로 폼에 적용될 수 있으며, 표면이 건조되고 활성 금속 성분 (예를 들어, 플래티늄이나 팔라듐)으로 첨착(impregnated)된다. 여기서, 활성화는 최종 하소(final calcinations)를 통해 발생한다. 워시코트는 제올라이트 층 아래에 적용될 수 있다.

한 실시에 따르면, 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하는 방법은 다음 단계들을 포함한다.

-. 금속 폼이 합금 성분으로 탄화 수소의 산화를 위한 촉매 작용을 하는 적어도 하나의 요소와 금속 폼 요소를 가열하기 위한 가열 수단을 포함하며, 금속 폼 요소를 포함하는 필터 시스템을 통해 배기 공기를 통과하는 단계.

-. 가열 수단으로 금속 폼 요소를 가열하는 단계.

위에서 설명한 필터 시스템의 다른 실시들에 따르면, 가열 단계는 각각 다른 시간에 발생한다.

만일, 금속 폼 요소 위에 제올라이트 층이 형성되지 않은 경우, 배기 가스가 필터 요소를 통과하기 전에 금속 폼 요소의 가열이 보장되어야 한다. 즉, 금속 폼 요소가 최적의 작동 온도로 가열되어야 한다. 작동 중에 추가되는 가열단계는 단지 최적의 작동 온도(TS)(혹은, 최적의 작동온도에 가까운 온도)를 유지하기 위해 위함이다.

제올라이트 코팅이 형성된 경우, 제2 단계 전까지, 즉, 제올라이트 필터의 하중 정도가 커서 작업자가 제2 단계, 즉, 탄화 수소의 산화를 촉매반응으로 촉진하기 위한 필터링 단계를 진행시키기 전까지는 가열단계를 필요로 하지 않는다.

금속 폼 요소를 가열하는 단계는 예를 들어 저항 가열, 유도 가열, 혹은 화염 가열을 사용해서 실행될 수 있다. 물론, 여기서 예시되지는 않았지만, 당업자에게 알려진 다른 종류의 가열 방법들도 또한 사용될 수 있다.

제올라이트 층이 적용된 금속 폼 요소의 경우, 가열 방법은 제올라이트 층에 포함된 탄화 수소의 양을 결정하는 단계를 더 포함한다. 이 때, 금속 폼 요소를 가열하는 단계는 제올라이트 층에 흡수될 수 있는 탄화 수소의 최대값과 결정된 제올라이트에 포함된 탄화 수소의 양의 차이가 기 설정된 제1 한계치(S1) 보다 작을 경우 실행된다. 이미 앞서 언급한 바와 같이, 마이크로 프로세서가 예를 들어 상기 차이를 산출하는 데 사용된다. 제올라이트 층에 의해 필터링된 탄화 수소의 촉매산화 단계는 따라서 자동으로 시작될 수도 있다.

한 실시예에 따르면, 금속 폼 요소를 가열하거나 금속 폼 요소를 상기 기 설정 온도(Ts)로 유지하는 단계는 상기 차이가 기 설정된 제2 한계치(S2)보다 클 경우에 종료되며, 여기서, S2 >S1 이다. 이는 작업자의 개입 없이 전체적인 필터링 공정을 자동으로 진행될 수 있도록 해준다.

첨부된 도면을 참조로 한 상세 설명에서 본 발명의 특징과 장점이 더 설명될 것이다. 도면들은 본 발명의 실시예를 보여주는 것으로, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다..

도 1은 본 발명의 실시에 따른 필터 요소의 단면을 개략적으로 보여준다;

도2와 도3은 각각 본 발명에 따른 필터 시스템 두 실시들에 따른 개략도를 나타낸다.

도1에서와 같이, 예를 들어, 도장용 큐비클 등에서 배기 공기를 정화하기 위해 사용될 수 있는, 배기 공기로부터 탄화수소를 제거하기 위한 필터 시스템은 기공 금속 폼(foamed porous metal)이나 기공 금속 합금 폼(foamed porous metal alloy)으로 된 금속 폼 요소(1)를 포함한다. 도면에서 기공들은 닫힌 원(closed circle) 형태로 표시되어 있으나, 정화될 배기 공기가 통과할 수 있도록, 금속 폼 요소(1)은 적어도 어느 정도의 열린 기공을 포함해야 함은 당 업자에게 자명하다.

도면에서, 열린 기공은 금속 폼 요소(1)의 왼편에 있는 화살표로 표시되어 있다. 금속이나 금속 합금의 적어도 하나의 성분은 탄화 수소의 산화를 위한 촉매 역할을 하는 요소이다. 적절한 촉매는 예를 들어, 철(Fe), 니켈(Ni), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소를 포함한다.

제올라이트 코팅(1a)는 금속 폼 요소(1)에 적용된다. 더 상세하게는, 제올라이트 코팅(1a)이 금속 폼 요소(1)의 기공 망(webs of the pores)에 적용된다. 표현을 명확하게 하기 위해서, 도1에서는 이와 같은 연결을 간략하게 보여주고 있다. 즉, 도1은 금속 폼 요소(1)를 둘러싸는 하나의 제올라이트 층만 보여주고 있다. 그러나, 실제적으로 제올라이트 층(1a)은 금속 폼 요소(1)의 전제 표면, 즉, 금속 폼 요소(1)의 기공 망 위에 놓여있다.

도면에는 나타나지 않았지만, 금속 폼 요소(1)와 제올라이트 층(1a) 사이에 부가적인 층으로 워시 코트(washcoat)가 놓여질 수 있다. 워시 코트는 탄화 수소의 분해를 더 촉진하기 위한 촉매 물질을 포함한다.

필터 시스템은 도면에서 화염(flame)으로 간략하게 표시된 가열 수단(2)을 포함한다. 그러나, 가열 수단(2)은 버너 (thermal burner)에 제한되지 않으며, 금속 폼 요소(1)를 가열할 수 있는 수단들을 포함한다.

가열(heating)에 대한 설명으로, 버너 혹은 저항 가열(resistance heating)은 이미 예를 들어 언급된 바 있다. 작동 중에, 배기 공기에 포함된 탄화 수소의 촉매 변환을 위해 금속 폼 요소(1)가 이상적인 온도(Ts)에 도달하거나 유지 되도록 가열단계가 제공된다.

제올라이트 코팅(1a)을 포함하지 않는 금속 폼 요소(1)에 따라 필터 시스템이 구현될 경우, 금속 폼 요소(1)가 가열되거나 혹은 바람직하게는 배기 공기 스트림이 필터 요소로 침투하기 전에 가열 요소(2)가 활성화된다. 필터링 중에, 가열 요소(2)가 작동하여 연소를 위한 이상적인 온도(Ts)가 유지된다.

그러나, 제올라이트 코팅(1a)이 적용된 금속 폼 요소(1)에 따라 필터 시스템이 구현될 경우, 가열 요소(2)는 다른 조건에 따라 활성화되거나 비활성화된다. 가열 요소(2)는 스위치 오프 상태로 되어 있으며, 그로 인해 배기 공기 스트림이 금속 폼 요소(1)를 통과한다. 이 때, 배기 공기에 포함된 탄화 수소의 촉매 산화는 거의 발생하지 않거나 제한적으로만 발생한다.

그러나, 분자체(molecular sieve) 역할을 하는 제올라이트 층(1a)에 의하여 탄화수소가 필터 요소를 더 통과되는 것이 방지된다. 제올라이트 층의 제올라이트는 천연이거나 합성으로 만들어질 수 있다. 특정 크기의 분자들에 대한 제올라이트 층(1a)의 높은 흡수 용량 때문에, 적절한 제올라이트를 선택하여 배기 공기에 함유된 탄화 수소를 유지하는 것이 가능하다. 제올라이트 층의 두께(d)는 대략 10㎛에서 500㎛ 사이인 것이 바람직하다. 몰론, 이 두께가 절대적인 한계 값은 아니다. 필요에 따라, 제올라이트 층(1a)의 두께는 변경 가능하다.

제올라이트의 흡수 용량은 제한적이기 때문에, 때때로 제올라이트 층(1a)의 재생이 필요하다. 이와 같은 재생의 범위 내에서, 제올라이트 층의 흡수 용량이 배기 공기의 효율적인 정화를 수행을 하기에 너무 작을 경우, 가열 수단(2)이 활성화된다. 가열 수단(2)가 활성화 되면, 금속 폼 요소(1)의 촉매 특성(catalyst properties)이 활성화되는 기준 온도(Ts)에 도달할 때까지 금속 폼 요소(1)가 가열된다.

이와 같은 방식으로, 분자체, 즉, 제올라이트 층(1a)에 의해 축적된 탄화수소가 예를 들어 이산화탄소에서 물로 전환되는 산화 반응에 이르게 된다.

제올라이트 층이 다시 충분히 비워지면, 즉, 재생되면, 가열 요소(2)는 다시 비활성화 되거나 스위치 오프(switch off)되고, 그 결과 새로운 공정 주기가 시작된다. 이와 같은 유형의 재생은 필요한 만큼 자주 발생할 수 있다.

도2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시에 따른 필터 요소의 개별적인 요소들의 복합 작용에 대해 설명한다.

금속 폼 요소(1) 및 가열 수단(2)은 도2에서 블록도로 보여준다. 제1 실시에서, 금속 폼 요소(1)는 제올라이트 층을 포함하지 않는다. 그리고, 이미 언급된 요소들 외에 추가적으로 레귤레이터는 도면 부호3으로 표시된다. 레귤레이터(3)는 예를 들어 온도 센서, 조절 요소, 그리고 기준 온도(Ts)를 입력하기 위한 입력 장치를 포함할 수 있다. 물론, 상이한 촉매의 기준 온도, 즉, 촉매 작용이 충분히 빠르게 진행될 수 있는 온도들을 저장하는 메모리 장치와 같은 다른 요소들을 더 포함할 수 있다.

레귤레이터(3)는 금속 폼 요소(1)에서, 예를 들어 앞서 언급한 온도 센서를 통해 온도 데이터를 구한다. 레귤레이터(3)는 금속 폼 요소(1)의 측정된 온도 (온도 데이터)는 상기 기 설정된 온도 (Ts)와 비교하고, 상기 기 설정된 온도와 실제 온도의 차이가 일정 값을 초과할 경우, 가열 요소(2)를, 예를 들어, 이미 언급된 조절 요소를 이용하여 활성화한다

물론, 레귤레이터(3)은 금속 폼 요소(1)의 최대 온도 한계를 정할 수 있다. 그래서, 확인된 온도와 가준 온도(Ts)의 차이가 반대 방향에서 정해진 한계 값을 초과 할 경우, 가열 요소(2)를 비활성화 한다.

온도는 간헐적으로 혹은 연속적으로 기록될 수 있다. 제1 실시에 따른 배기 공기 정화 공정은 레귤레이터(3)을 이용해서 완전히 자동으로 진행될 수 있다.

도3을 참조해서, 도2의 실시와 비교로 확장되는 본 발명의 제2 실시에 대해 설명한다.

제2 실시예에 따르면, 필터 요소(1)는 배기 공기의 흐름 방향에서 보는 바와 같이 금속 폼 요소(1)의 뒤에 놓인 제올라이트 층(1a)를 포함한다. 이미 앞서 언급한 바와 같이, 제올라이트 층이 가진 흡수 속성으로 인해, 필터링 될 탄화 수소에 대해 적절한 기공 크기를 갖는 제올라이트 층이 선택될 경우, 제올라이트 층은 배기 공기에 포함된 탄화 수소의 기계적인 필터링을 보장한다.

배가 공기 정화 공정은 제2 실시의 경우 다음과 같이 진행된다.

제1 방법 단계에서, 제올라이트 코팅(1a)에 의해 탄화수소의 미케니컬 필터링이 완전히 배타적으로 일어난다. 이는 레귤레이터(3)가 활성화되지 않았음을 의미한다. 다시 말하면, 비록 제1 방법 단계에서 금속 폼 요소(1)가 기준 온도(Ts)를 갖고 있지 않다고 하더라도 가열이 발생하지 않았음을 의미한다.

제1 방법 단계 동안, 제올라이트 층의 가용 흡수 용량은 연속적으로 혹은 간헐적으로 모니터링된다. 이를 위해, 제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화수소의 양을 확인하기 위한 측정 장치(4)가 포함된다. 따라서, 측정 장치(4)는 제올라이트 층(1a)의 탄화 수소 부하 상태를 상세히 알 수 있게 해준다.

측정된 정보는 제올라이트 층(1a)이 흡수할 수 있는 탄화 수소의 최대량과 측정 장치(4)가 측정한 제올라이트 층(1a)에 현재 포함된 탄화 수소량의 차이를 산출하는 마이크로 프로세서(5)로 전달되어 제올라이트 층(1a)의 가용 흡수 용량이 결정된다.

앞서 말한 절대값 대신 상대적인 값이 형성될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하다. 이 경우, 마이크로 프로세서는 예를 들어 제올라이트 층의 가용 흡수 용량을 최대 흡수 용량의 퍼센트(percentage)로 계산할 수 있도록 만들어진다.

현재 사용가능한 흡수 용량이 제1 기설정 한계치(S1)보다 작을 경우, 마이크로 프로세서(5)는 레귤레이터(3)를 스위칭하여 가열 수단(2)을 활성화한다. 레귤레이터(3)는 제2 방법 단계 동안 활성화되어 있다. 제2 방법 단계에서, 레귤레이터(3)는 도2에서 설명된 것과 같이 작동한다. 즉, 레귤레이터(3)는 금속 폼 요소(1)를 상기 기 설정 기본 온도(Ts)로 가열되도록 하고 그 온도를 유지한다.

제2 방법 단계에서, 제올라이트 층(1a)의 방출(discharge)이나 재생(regeneration)은 원하는 레벨에 도달할 때까지 발생한다. 원하는 레벨은 작업자가 기 설정할 수 있는 제2 한계치(S2)에 의해 정의된다. 제올라이트 층(절대적이거나 상대적인 측정 수치로) 현재 가용 흡수 용량에 기초할 경우, 제2 한계치(S2)은 제1한계치(S1)보다 크다.

현재 가용 흡수 용량이 제2 한계치(S2)을 초과할 경우, 즉, 제올라이트 층의 흡수용량이 작업자가 원하는 값을 갖게 될 경우, 마이크로프로세서(5)는 레귤레이터(3)와 가열 수단(2)을 비활성화한다. 이 때, 제2방법 단계는 제1방법 단계로 되돌아간다.

본 발명에 따른 필터 시스템과 방법으로, 적은 자원, 특히 소량의 에너지를 사용하여 상대적으로 간단하게 배기 공기 중의 탄화수소를 제거할 수 있다. 자원의 경제성 때문에, 본 발명에 따른 필터 시스템은 작은 크기의 도장용 파티클에 적절하며 상대적으로 소량의 배기 공기를 정화하는 데 사용될 수도 있다.

필터 요소 위에 제올라이트 층이 추가되는 실시에서, 재생을 위한 에너지 소모량은 제올라이트 층에 저장된 탄화수소의 수착(sorption) 에너지를 활용하여 더 줄일 수 있다. 탄화수소의 화학 연소 반응으로부터 버려지는 강한 발열성 열기의 활용으로 금속 폼 요소의 가열에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims

탄화 수소의 산화를 위한 촉매 역할을 하는 적어도 하나의 요소를 합금 성분으로 포함하는 금속 폼 요소(1);
금속 폼 요소(1)를 가열하는 가열 수단(2); 및
상기 금속 폼 요소(1)에 적용되는 제올라이트 층(1a);
을 포함하는 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 필터 시스템.
제1항에서,
가열 수단(2)을 조정하기 위해 형성된 레귤레이터(3)를 더 포함하여 상기 금속 폼 요소(1)가 기 설정된 기준 온도(Ts)로 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항에서,
상기 가열 수단(2)은 저항 가열 시스템 또는 유도 가열 시스템을 이용하여 상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항에서,
상기 가열 수단(2)은 상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 화염(open flame)을 생성하는 버너인 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
삭제
제1항에서,
상기 제올라이트 층(1a)의 두께는 10㎛ 에서 500㎛ 사이로 형성되는 필터 시스템.
제1항에서,
상기 제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화 수소의 양을 측정하는 측정장치(4);와
제올라이트 층(1a)에 흡수될 수 있는 탄화 수소의 최대치와 상기 측정 장치에 의해 측정된, 제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화 수소량의 차이를 산출하여 그 차이가 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 작을 경우, 상기 가열 수단을 활성화하는 마이크로 프로세서(5);
를 더 포함하는 필터 시스템.
제7항에서,
상기 마이크로 프로세서(5)는 탄화 수소량의 차이가 기 설정된 제2 한계치(S2) 보다 클 경우 상기 가열 수단(2)을 비활성화하는 필터 시스템.
제8항에서,
상기 기 설정된 제2 한계치(S2)는 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 큰 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
제1항에서,
상기 금속 폼(1)은 탄화 수소의 연소를 위한 촉매 성분을 포함하는 워시코트로 코팅된 필터 시스템.
탄화 수소의 산화를 위한 촉매 역할을 하는 적어도 하나의 요소를 합금 성분으로 포함하는 금속 폼 요소(1)와 금속 폼 요소(1)를 가열하는 가열 수단(2)을 포함하는 필터 시스템으로 통과시키는 단계;
상기 가열 수단(2)을 이용하여 상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계; 및
제올라이트 층(1a)은 상기 금속 폼 요소에 적용되고,
제올라이트 층(1a)에 포함된 탄화 수소량을 결정하는 단계
를 포함하는 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 방법.
제11항에서,
상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계는 저항 가열, 유도 가열, 또는 화염 가열을 통해 발생하는 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 방법.
삭제
제11항에서,
상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계는
제올라이트 층(1a)에 흡수될 수 있는 탄화 수소의 최대치와 상기 제올라이트 층(1a)에 포함된 측정된 탄화 수소량의 차이를 산출하여 그 차이가 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 작을 경우에 실행되는 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 방법.
제14항에서,
상기 금속 폼 요소(1)를 가열하는 단계는 상기 차이가 제2 기 설정 한계치 보다 클 경우 종료되는 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 방법.
제15항에서,
상기 기 설정된 제2 한계치(S2)는 기 설정된 제1 한계치(S1)보다 큰 것을 특징으로 하는 배기 공기에서 탄화 수소를 제거하기 위한 방법.