KR101625307B1 - 활성탄소섬유 제조장치 - Google Patents

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Abstract

활성탄소섬유(Activated carbon fiber) 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성화로 내의 온도분포를 균일하게 유지할 수 있도록 함으로써 고 품질의 활성탄소섬유를 양산할 수 있도록 한 활성탄소섬유 제조장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 활성화 처리 대상물의 활성화 반응 공간을 제공하는 로 챔버; 상기 로 챔버 내부 공간을 예열구간, 활성화 구간, 냉각구간으로 구획하여 각 구간이 독립적인 분위기를 유지할 수 있도록 하는 질소커튼; 상기 예열구간과, 상기 활성화 구간을 가열하기 위한 가열수단; 활성화 처리 대상물을 이송하는 이송 수단; 및 상기 로 챔버 내부에 분위기 가스를 공급하는 분위기 가스 조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치를 제공한다.

Description

활성탄소섬유 제조장치{ACTIVATED CARBON FIBER MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은 활성탄소섬유(Activated carbon fiber) 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성화로 내의 온도분포를 균일하게 유지할 수 있도록 함으로써 고 품질의 활성탄소섬유를 양산할 수 있도록 한 활성탄소섬유 제조장치에 관한 것이다.
화학공업분야에서는 용제의 흡착이나 회수, 탈취, 정화 등을 위해 입상 또는 분말상의 활성탄이 주로 이용되어 왔으나, 최근에는 섬유상의 활성탄, 즉 활성탄소섬유(Activated carbon fiber)의 사용이 증가하고 있다.
활성탄소섬유는 표면적이 크고 실질적으로 흡착에 관여하는 미세기공이 섬유표면에 형성되어 종래의 입상 또는 분말상의 활성탄보다 흡착속도가 빠르고 흡착용량이 크며, 가공성이 우수한 장점을 가진다.
이러한 장점으로 인하여 활성탄소섬유는 용제용 회수장치, 탈취장치, 각종 정화장치, 보호의 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
활성탄소섬유는 주로 안정화된 유기섬유원료를 고온의 질소가스 분위기 하에서 탄화 처리한 후, 수증기 등의 활성화 가스를 공급하여 제조되는데, 이러한 유기섬유원료의 활성화 처리를 위해 활성탄소섬유 제조용 활성화로가 사용된다.
활성탄소섬유 제조용 활성화로에서 가장 중요한 것은 로 내에서 균일한 온도분포를 유지하는 것인데, 이를 위해서는 로 내의 비산화 분위기를 형성하는 질소가스의 흐름과 유량조절이 원활하게 이루어져야 하고, 로 내에서 뜨거워진 공기가 상부에 정체됨에 따른 로 내의 상하부 온도 편차를 감소시켜야 한다.
그러나 종래의 활성탄소섬유 제조용 활성화로의 경우에는 로 내에 단순히 질소가스가 투입되도록 구성됨에 따라 질소가스의 흐름과 유량조절이 원활하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었고, 로 내의 상하부 온도편차가 발생하여 고품질의 활성탄소섬유를 양산할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명의 목적은 부활가스가 활성탄소섬유 제조장치의 활성화로 내부로 균일하게 공급될 수 있도록 하고, 활성화로 내부에서 상하부의 온도 편차를 감소시킴으로써 고 품질의 활성탄소섬유를 제조할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명은 활성화 처리 대상물의 활성화 반응 공간을 제공하는 로 챔버; 상기 로 챔버 내부 공간을 예열구간, 활성화 구간, 냉각구간으로 구획하여 각 구간이 독립적인 분위기를 유지할 수 있도록 하는 질소커튼; 상기 예열구간과, 상기 활성화 구간을 가열하기 위한 가열수단; 활성화 처리 대상물을 이송하는 이송 수단; 및 상기 활성화 구간으로 활성가스를 공급하기 위한 분산판과 상기 활성화 구간에서 가스를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 분위기 가스 조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치를 제공한다.
상기 활성구간에 구비되는 가열수단은 상기 이송 수단의 하부에 구비되는 하부히터와, 상기 이송 수단의 상부에 구비되는 상부히터를 포함할 수 있다.
상기 상부히터는 승하강 수단에 연결되어 높낮이가 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 분위기 가스 조절수단은 활성가스 공급부와, 상기 활성화 구간에 구비되는 분산판과, 상기 활성가스 공급부와 상기 분산판을 연결하는 활성가스 공급관과, 불활성가스 공급부와, 상기 불활성가스 공급부와 상기 로 챔버의 각 구간을 연결하는 불활성가스 공급관을 포함할 수 있다.
상기 분산판은 내부에 중공을 가지는 판상의 몸체와, 상기 몸체의 상부를 관통하는 복수의 분사공을 포함할 수 있다.
상기 분위기 가스 조절수단은 활성화 구간에서 배출되는 배출가스를 산화시키기 위한 소각로와, 상기 소각로에서 배출되는 산화가스를 상기 분산판으로 공급하는 공급배관을 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은 활성화 구간을 제1활성화 구간과 제2활성화 구간으로 구획하는 질소커튼을 더 포함할 수 있다.
상기 분위기 가스 조절수단은 제1활성가스 공급부와, 상기 제1활성화 구간과 제2활성화 구간에 각각 구비되는 분산판과, 상기 활성가스 공급부와 상기 분산판을 각각 연결하는 제1활성가스 공급관과, 제2활성가스 공급부와, 상기 제1활성화 구간과 제2활성화 구간에 각각 구비되는 분산판과, 상기 활성가스 공급부와 상기 분산판을 각각 연결하는 제2활성가스 공급관과, 불활성가스 공급부와, 상기 불활성가스 공급부와 상기 로 챔버의 각 구간을 연결하는 불활성가스 공급관을 포함할 수 있다.
상기 제1활성가스 공급관과, 상기 제2활성가스 공급관에 조절밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 분위기 가스 조절수단은 활성화 구간에서 배출되는 배출가스를 산화시키기 위한 소각로와, 상기 소각로에서 배출되는 산화가스를 상기 분산판으로 공급하는 공급배관을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 활성탄소섬유 제조장치는 상하부의 온도 편차를 균일하게 유지할 수 있도록 하고, 활성 가스가 균일하게 활성화 처리 대상물에 공급될 수 있도록 함으로써, 고 품질의 활성탄소섬유를 제조할 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 본 발명에 따른 활성탄소섬유 제조장치는 활성화 구간을 복수 개로 분할하여 각 구간에서 서로 다른 조건으로 활성화 처리를 할 수 있도록 함으로써 다양한 형태로의 활성화 처리가 가능한 효과를 가져온다.
도 1은 탄소섬유의 활성화 과정을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소 섬유 제조장치의 활성화 구간을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 분위기 가스 조절수단을 나타낸 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 활성탄소섬유 제조장치에서 활성가스를 공급하는 분산판을 나타낸 일부 단면도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 구조를 나타낸 구성도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 활성탄소 섬유 제조장치의 분위기 가스공급 수단을 나타낸 블럭도,
도 8은 이산화탄소와 스팀을 이용하여 활성화를 진행한 시료 사진,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 구조를 나타낸 구성도임.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
탄소섬유의 활성화 처리란 표면 개질과 높은 비표면적을 얻기 위한 것으로 고온에서 활성화 가스를 공급하여 이루어진다. 활성화 가스로는 이산화탄소와 수증기 등을 사용하며 활성화 처리를 하게 되면 탄소 표면에 기공이 생성된다.
도 1은 탄소섬유의 활성화 과정을 나타낸 도면이다.
기공이 형성되는 과정은 다음과 같다.
먼저 도면의 상부에 도시된 바와 같이, 이산화탄소가 탄소표면에 흡착한다.
도면의 중앙에 도시된 바와 같이, 흡착된 이산화탄소는 반응에 의해 표면에 산소를 생성시키며, 이 때 산소는 활성이 강하여 손쉽게 반응을 한다.
마지막으로 도면의 하부에 도시된 바와 같이, 탄소표면의 산소와 탄소표면의 탄소가 결합하여 일산화탄소가 생성된 후 탄소표면을 이탈하게 되어 탄소표면에 기공을 생성시키게 된다 (Boudouard 반응).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치는 활성화 처리 대상물인 탄소섬유의 활성화 반응 공간을 제공하는 로 챔버(110)와, 상기 로 챔버(110)의 내부 공간을 예열구간(110-a), 활성화 구간(110-b) 및 냉각구간(100-c)으로 구획하여 각 구간이 독립적인 분위기를 유지할 수 있도록 하는 복수개의 질소커튼(120)과, 상기 로 챔버(110) 내부를 가열하기 위한 가열수단(200)과, 활성화 처리 대상물이 상기 예열구간(110-a), 활성화 구간(110-b) 및 냉각구간(110-c)을 순차적으로 통과할 수 있도록 이송하는 이송수단(300)과, 상기 로 챔버(110) 내부에 분위기 가스를 공급하는 분위기 가스 조절수단(미도시, 도 4에서 설명)을 포함한다.
로 챔버(110)는 입구부(112)와 출구부(114)를 가지는 터널 형태로 형성될 수 있다.
또한, 로 챔버 내부(110)는 예열구간(110-a), 활성화구간(110-b), 냉각구간(100-c)이 순차적으로 일렬로 형성되어 있다. 이는 활성화 처리 대상물이 순차적으로 예열 과정, 활성화 과정, 냉각의 과정을 거치도록 하기 위한 것이다.
로 챔버(110)는 내화벽돌을 이용하여 형성될 수 있으며, 구조적인 안정성을 위하여 상부면이 아치형으로 형성될 수 있다.
예열구간(110-a)은 불활성가스 분위기로 조성되며, 활성화 처리 대상물의 온도를 점진적으로 승온하는 구간이다. 예열구간(110-a)에서는 원치 않는 반응이 일어나는 것을 방지하기 위하여 불활성가스 분위기로 조성된다. 불활성 가스로는 질소가스(N2), 헬륨가스(He), 아르곤가스(Ar) 등이 사용될 수 있으나, 경제적인 측면에서 질소가스를 사용하는 것이 유리하다.
예열구간(110-a)을 두지 않고, 승온하는 과정에서 활성화 가스가 공급되면 활성화 반응이 낮은 온도에서도 발생하기 때문에 균일한 반응을 얻을 수 없어 제품의 품질 편차가 발생하는 문제를 가져온다.
또한, 예열구간(110-a)에는 가열수단(200)이 구비된다. 예열구간(110-a)에 구비되는 예열구간 가열수단(210)은 이송수단(300)의 하부에 배치될 수 있다.
예열구간(110-a)은 상온에서 반응온도 부근까지 승온하는 것이고, 실질적으로 반응이 일어나지 않는 구간이므로 정밀한 온도 조절은 필요치 않다. 또한 상하부 온도 편차가 크게 문제되지 않는다. 따라서, 이송수단(300)의 하부에만 예열구간 가열수단(210)을 구비하는 것으로, 예열구간(110-a)의 온도를 조절할 수 있다. 물론, 상하부에 모두 가열수단을 구비하여도 무방하다. 구체적인 가열수단으로는 전열히터가 사용될 수 있다.
활성화 구간(110-b)은 활성가스 분위기로 조성되어, 활성화 반응이 이루어지는 구간이다. 활성화 구간(110-b)은 반응온도 범위를 유지해야 하고 또한 내부의 온도가 균일한 분포를 유지해야 한다.
활성화 구간(110-b)에 구비되는 활성화 구간 가열수단(220)은 활성화 구간 상부히터(222)와 활성화 구간 하부히터(224)를 포함한다.
하부히터(224)는 이송수단(300)의 하부에 배치되며, 상부히터(224)는 이송수단(300)의 상부에 배치된다.
기체가 가열되면 부피가 팽창하며 상승하게 되므로, 활성화 구간의 상부히터와 하부히터에서 동일한 열량으로 가열하게 되면 상부의 온도가 하부의 온도보다 높아지게 된다.
활성화 처리 대상물의 상부와 하부에 온도 편차가 발생하게 되면, 활성화 처리 대상물의 상부면과 하부면의 활성화 정도가 달라질 수 있고, 이는 품질 불량으로 이어지게 된다.
본 발명은 상부히터(222)가 승하강 가능하도록 함으로써, 상부히터(222)에서 발생하는 열량이 활성화 처리 대상물에 도달하는 양을 조절할 수 있도록 함으로써 활성화 처리 대상물의 양면에 온도 편차가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다. 물론 상부히터(222)의 발열량을 제어하는 것으로도 상하부의 온도 편차를 조절하는 것이 가능하나, 발열량의 조절을 통한 온도 조절시간 보다 승하강을 통한 온도 조절이 보다 신속하게 이루어지는 장점을 가진다.
한편, 활성화 구간(110-b)은 활성가스 분위기로 조성되는데, 여기서 활성가스 분위기란 분위기 가스가 100% 활성가스로만 이루어지는 것을 의미하는 것은 아니고, 분위기 가스에 활성가스가 포함되어 있는 것을 의미한다.
활성가스로는 수증기 또는 이산화탄소 등이 사용될 수 있다.
활성가스가 활성화 처리 대상물에 접촉하여 활성화 반응이 일어나는 것으로, 활성가스의 균일한 흐름이 활성탄소의 품질에 큰 영향을 미치게 된다.
본 발명은 활성가스를 이송수단(300) 하부에서 분산판(450)을 통하여 공급하여 활성화 반응이 균일하게 이루어 질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
분산판(450)은 분위기 가스 조절수단의 일부 구성요소로 활성화 가스를 균일하게 공급하기 위한 것이다.
또한 활성화 구간(110-b)에는 가스를 배출하기 위한 배출구(116)를 구비한다. 활성화 구간(110-b)에 배출구(116)가 구비되지 않은 상태에서 활성가스가 지속적으로 주입되면 활성화 구간(110-b)의 가스가 예열구간(110-a)이나 냉각구간(110-c)으로 침범할 수 있으므로, 활성화 구간(110-b)에 배출구(116)를 구비한다. 배출구는 활성화 구간(110-b)의 상부에 구비되며, 배출구(116)를 통해 배출되는 가스는 반응가스와 미반응가스가 혼합되어 있는 상태이다.
냉각구간(110-c)은 활성화 반응이 종료된 활성화 대상물을 점차적으로 냉각시키기 위한 구간이다. 활성화 반응이 종료되었다고 하더라도 활성화 대상물을 그대로 대기로 배출하게 되면 활성화 대상물의 높은 온도로 인하여 대기중의 산소와 반응할 수 있으므로, 비활성 가스 분위기에서 자연 냉각을 통하여 활성화 대상물의 온도를 낮추기 위한 것이다. 따라서, 냉각구간(110-c)에는 가열수단이나 냉각수단이 필요치 않으나, 경우에 따라서 내부기체의 순환을 위한 송풍수단이 구비될 수는 있다.
이송수단(300)은 메쉬벨트(310)와, 메쉬벨트(310)를 구동하기 위한 구동수단을 포함할 수 있다. 구동수단으로는 구동롤러(320)와, 상기 구동롤러(320)와의 사이에 메쉬벨트(310)를 압착하기 위한 압착롤러(330)와, 메쉬벨트(310)의 방향전환을 위한 전환롤러(400) 등을 포함할 수 있다.
메쉬벨트(310)를 사용하는 것은 활성화 대상물의 저면(메쉬벨트와 접촉하는 면)에도 활성가스가 원활하게 접촉할 수 있도록 하기 위한 것이다.
질소커튼(120)은 챔버내부 공간을 수직으로 분할하는 분할격벽(122)과, 분할격벽(122)의 하부에 구비되어 불활성 가스를 분사하는 분사노즐(124)을 포함한다.
질소커튼(120)은 예열구간(110-a)과 활성구간(110-b)의 사이, 그리고 활성화 구간(110-b)과 냉각구간(110-c)의 사이에 구비되어, 각 구간의 분위기 가스가 혼합되는 것을 방지하는 역할을 한다. 질소커튼은 질소와 같은 불활성가스를 분사하여 불활성가스의 흐름으로 불활성가스 양측의 분위기 가스가 혼합되지 않도록 하는 것이다.
도시한 실시예의 경우 각 구간을 구획하기 위하여 질소커튼(120)이 단층으로 설치되어 있으나, 질소커튼(120)을 복층으로 형성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소 섬유 제조장치의 활성화 구간을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 로 챔버(110) 내부의 활성화 구간(110-b)에는 이송수단(300)의 하부에 하부히터(224)와, 분산판(450)이 배치되며, 이송수단(300)의 상부에 상부히터(222)가 배치된다.
상부히터(222)는 승하강 수단(225)에 연결되어, 상부의 온도가 하부의 온도보다 높게 측정되면 상부히터(222)를 상승시키고, 상부의 온도가 하부의 온도보다 낮게 측정되면 상부히터(222)를 하강시킴으로써 상하부의 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
분산판(450)은 활성화 가스를 균일하게 공급하기 위한 것으로, 이송수단(300)의 하부에 배치되어, 공급되는 활성화 가스가 이송수단(300)을 통해 이송되는 활성화처리 대상물에 균일하게 도달할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
분산판(450)은 하부히터(224)의 위쪽에 배치되어, 분산판(450)을 통해 공급되는 활성가스가 하부히터에 의하여 간섭되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
다른 방법으로는, 분산판(450)과 하부히터(224)를 동일 높이에 배치하되 평면적으로 분리된 영역에 형성함으로써, 분산판(450)에서 공급되는 활성화 가스가 하부히터(224)에 간섭되지 않도록 할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 분위기 가스 조절수단을 나타낸 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 분위기 가스 조절수단은 활성가스공급부(410)와 불활성가스 공급부(420)를 포함하며, 불활성 가스 공급부는 예열구간(110-a), 활성화구간(110-b), 냉각구간(110-c)으로 모두 불활성 가스를 공급하며, 활성가스 공급부(410)는 활성화구간(110-b)의 분산판(450)으로 활성화 가스를 공급하도록 구성된다.
불활성가스공급부(420)는 불활성가스 공급관(422)을 통해 로 챔버의 각 구간으로 연결된다.
활성가스공급부(410)는 활성가스 공급관(412)을 통해 분산판(450)으로 연결된다.
도 5는 본 발명에 따른 활성탄소섬유 제조장치에서 활성가스를 공급하는 분산판을 나타낸 일부 단면도이다.
도시된 바와 같이, 분산판(450)은 활성화 구간(110-b)에 구비되는 것으로, 활성화 처리 대상물에 활성화 가스를 균일하게 공급하기 위한 것이다.
활성화 가스가 활성화 처리 대상물에 공급되면, 활성화 가스가 탄소와 반응하여 활성화 반응이 이루어지게 된다.
따라서, 활성가스가 편중되게 공급되거나 불균일하게 공급되면 균일한 반응이 생성되지 못하여 품질 불량이 발생하게 된다.
분산판(450)은 활성화 가스가 균일하게 활성화 처리 대상물에 활성화 가스가 공급될 수 있도록 하기 위한 것으로, 일정면적에 활성화 가스가 균일한 흐름을 가지며 공급될 수 있도록 한다.
분산판(450)은 중공(452)을 구비하는 판상의 몸체(454)와, 상기 판상의 몸체(454)의 상부면을 관통하는 복수의 분사공(456)을 포함하며, 상기 중공(452)은 상술한 활성가스 공급관(412)에 연결된다.
활성화 처리 대상물이 이송수단(300)에 올려진 상태로 이송수단(300)과 함께 이송되므로, 분산판(450)은 이송수단(300)의 하부에 배치되어 활성화 가스를 공급하도록 하는 것이 바람직하다.
공급되는 활성화 가스는 상향의 흐름을 가지게 되며, 활성가스가 균일한 흐름을 가지는 영역을 활성화 처리 대상물이 통과하여 활성화 반응이 이루어진다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 구조를 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 활성탄소 섬유 제조장치의 분위기 가스공급 수단을 나타낸 블럭도이다.
본 실시예는 활성구간이 제1활성화 구간(110-b1)과, 제2활성화 구간(110-b2)으로 분할 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제1활성화 구간(110-b1)과 제2활성화 구간(110-b2)의 사이에 질소커튼(120)이 추가적으로 구비되어, 제1활성화 구간(110-b1)과 제2활성화 구간(110-b2)이 독립된 분위기를 유지할 수 있도록 한 것이다.
활성화 가스의 종류, 조성 또는 유량에 따라 활성화 양상에 차이를 가지게 되는데, 독립적인 활성화 구간에 각각 다른 활성화 조건을 부여할 수 있도록 함으로써 다양한 품질의 활성탄소섬유를 제조할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 7을 참조하면, 제2실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 분위기가스 조절수단은 불활성가스 공급부(420)와, 제1활성가스 공급부(430)와 제2활성가스 공급부(440)를 구비한다.
불활성가스 공급부(420)는 각 구간에 불활성 가스 공급관(422)을 통해 각 구간으로 불활성 가스를 공급한다.
제2실시예는 활성가스 공급부(430, 440)가 2종의 활성가스를 사용할 수 있도록 2개 구비되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 제1활성가스 공급부(430)는 이산화탄소를 공급하고, 제2활성가스 공급부(440)는 스팀을 공급하도록 구성할 수 있다.
제1활성가스 공급부(430)는 제1활성가스 공급관(432-1,432-2)을 통해, 제1활성화 구간(110-b1)의 분산판(450-1)과, 제2활성화 구간(110-b2)의 분산판(450-2))에 연결되며, 각 구간으로 공급되는 제1활성화 가스의 공급/차단 또는 유량을 조절할 수 있는 조절밸브(434)를 구비할 수 있다. 조절밸브(435-1,435-2)의 개폐 조절 또는 유량 조절을 통해서 각 분산판(450-1, 450-2)으로 공급되는 제1활성화 가스의 공급/차단 또는 유량을 달리 할 수 있다.
제2활성가스 공급부(440)는 제2활성가스 공급관(442-1,442-2)을 통해, 제1활성화 구간(110-b1)의 분산판(450-1)과, 제2활성화 구간(110-b2)의 분산판(450-2)에 연결되며, 각 구간으로 공급되는 제1활성가스의 공급/차단 또는 유량을 조절할 수 있는 조절밸브(445-1,445-2)를 구비한다.
이러한 구성은, 각 활성화 구간에 공급되는 활성가스의 종류 또는 유량을 조절할 수 있도록 함으로써, 제1활성화 구간(110-b1)과 제2활성화 구간(110-b2)이 서로 다른 조건에서 활성화 반응이 진행될 수 있도록 한다.
예를 들어, 이산화탄소만을 이용하여 활성화 반응을 진행할 경우 3 ~ 7 Å 의 극미세기공을 주로 얻을 수 있는 반면에 반응속도가 느려 에너지를 많이 소비하게 되고, 수증기만을 이용하여 활성화 반응을 진행할 경우 7 ~ 20 Å 의 비교적 큰 미세기공이 발생되지만 반응속도가 이산화탄소를 사용한 경우보다 5 ~ 10 배 가량 빠르게 활성화 반응이 진행된다.
활성탄소섬유의 기공분포는 활성탄소섬유의 특성을 나타내는 매우 중요한 요소이므로, 사용하고자 하는 목적에 따라 기공분포를 조절할 필요가 있다. 상기의 발명에서와 같이 2개의 독립된 조건의 활성화 구간(110-b1, 110-b2)을 가지고 있는 활성화 장치를 이용하면, 사용하고자 하는 목적에 부합하는 다양한 기공분포를 가지는 활성탄소섬유의 제조가 가능하다. 도 8에는 이산화탄소를 이용하여 활성화를 진행한 시료A와, 스팀을 이용하여 활성화를 진행한 시료B의 TEM 사진을 나타내었다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 구조를 나타낸 구성도이다.
제3실시예는 분위기 가스 조절수단에 특징이 있는 것으로, 활성화 구간에서 배출되는 배출가스를 소각로에서 산화시킨 후 활성화 구간으로 재 공급할 수 있도록 한 것이다.
활성화 구간의 배출구(116)에서 배출되는 배출가스에는 활성화 과정에서 생성되는 일산화 탄소, 수소 등의 가스가 포함되어 있어, 이를 소각로에서 산화시킨 후 활성가스로 재활용하는 것이다. 이 때 산화가스는 고온의 상태가 되므로 고온의 활성가스를 공급할 수 있어 활성화 구간의 가열에 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 효과도 가져온다.
제3실시예에 따른 활성탄소섬유 제조장치의 분위기 가스 조절수단은 앞서 설명한 활성가스 공급부(410)와 불활성가스 공급부(420)를 포함하는 구성에, 배출가스를 산화시키기 위한 소각로(470)와, 활성화 구간(110-b)의 배출가스를 상기 소각로(470)로 안내하는 배출배관(472)과, 이송수단의 하부에 배치되는 분산판(450)과, 상기 소각로(470)에서 배출되는 산화가스를 상기 분산판(450)으로 공급하는 공급배관(474)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
소각로(470)에서 발생하는 연소기체 중 분산판(450)으로 공급되는 산화가스를 제외한 나머지는 배기관(478)을 통해 배출된다.
도시한 바와 같이, 분산판(450)으로는 활성가스 공급부(410)에서 공급되는 활성화 가스와, 소각로에서 공급되는 산화가스가 모두 공급되는데, 이 때 이들의 유량을 각각 조절할 수 있는 유량조절밸브(415, 475)를 더 포함할 수 있다.
상기 유량조절밸브(415, 475)를 통해서 분산판(450)으로 공급되는 활성화 가스의 구성비를 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다.
소각로(470)를 포함하여, 활성화 구간의 배출가스를 산화시켜 활성화 구간으로 재공급하는 구조는, 제2실시예와 같이 활성화 구간이 복수개로 분할된 형태에도 적용가능하다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 로 챔버 112 : 입구부
114 : 출구부 110-a : 예열구간
110-b : 활성화 구간 110-b1 : 제1활성화 구간
110-b2 : 제2활성화 구간 110-c : 냉각구간
116 : 배출구 120 : 질소커튼
200 : 가열수단
210 : 예열구간 하부히터 220 : 활성화 구간 가열수단
222 : 활성화 구간 상부히터 224 : 활성화 구간 하부히터
300 : 이송수단 400 : 분위기 가스 조절수단
410 : 활성가스 공급부 412 : 활성가스 공급관
420 : 불활성가스 공급부 422 : 불활성가스 공급관
430 : 제1활성가스 공급부
432-1,432-2 : 제1활성가스 공급관
440 : 제2활성가스 공급부
442-1,442-2 : 제2활성가스 공급관
450 : 분산판 452 : 중공
454 : 몸체 456 : 분사공
435-1,435-2,445-1,445-2 : 조절밸브
415, 475 : 유량조절밸브 478 : 배기관

Claims (10)

  1. 활성화 처리 대상물의 활성화 반응 공간을 제공하는 로 챔버;
    상기 로 챔버 내부 공간을 예열구간, 활성화 구간, 냉각구간으로 구획하고, 활성화 구간을 다시 제1활성화 구간과 제2활성화 구간으로 구획하여 각 구간이 독립적인 분위기를 유지할 수 있도록 하는 질소커튼;
    상기 예열구간과, 상기 활성화 구간을 가열하기 위한 가열수단;
    활성화 처리 대상물을 이송하는 이송 수단; 및
    상기 활성화 구간에 활성가스를 공급하기 위한 분산판과, 상기 활성화 구간의 가스 배출을 위한 배출구를 구비하는 분위기 가스 조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성화 구간에 구비되는 가열수단은 상기 이송 수단에 하부에 구비되는 하부히터와, 상기 이송 수단의 상부에 구비되는 상부히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부히터는 승하강수단에 연결되어 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분위기 가스 조절수단은
    활성가스 공급부와, 상기 활성화 구간에 구비되는 분산판과, 상기 활성가스 공급부와 상기 분산판을 연결하는 활성가스 공급관과,
    불활성가스 공급부와, 상기 불활성가스 공급부와 상기 로 챔버의 각 구간을 연결하는 불활성가스 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분산판은
    내부에 중공을 가지는 판상의 몸체와, 상기 몸체의 상부를 관통하는 복수의 분사공을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 분위기 가스 조절수단은
    활성화 구간의 배출구에서 배출되는 배출가스를 산화시키기 위한 소각로와,
    상기 소각로에서 배출되는 산화가스를 상기 분산판으로 공급하는 공급배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분위기 가스 조절수단은
    제1활성가스 공급부와, 상기 제1활성화 구간과 제2활성화 구간에 각각 구비되는 분산판과, 상기 제1활성가스 공급부와 상기 분산판을 각각 연결하는 제1활성가스 공급관과,
    제2활성가스 공급부와, 상기 제1활성화 구간과 제2활성화 구간에 각각 구비되는 분산판과, 상기 제2활성가스 공급부와 상기 분산판을 각각 연결하는 제2활성가스 공급관과,
    불활성가스 공급부와, 상기 불활성가스 공급부와 상기 로 챔버의 각 구간을 연결하는 불활성가스 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1활성가스 공급관과, 상기 제2활성가스 공급관에 조절밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 분위기 가스 조절수단은
    활성화 구간에서 배출되는 배출가스를 산화시키기 위한 소각로와,
    상기 소각로에서 배출되는 산화가스를 상기 분산판으로 공급하는 공급배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 제조장치.
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