KR101840858B1 - 탄화 수소를 흡착하기 위한 필터 소자의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스들 및 증기들을 흡착하기에 적합한 재료(3)의 몸체(2)를 포함하는 필터 소자(1)의 용도와 관계되고, 이때 상기 몸체(2)는 허니콤체(honeycomb body)로서 형성되어 있으며, 본 발명의 과제는 전반적으로 폐쇄된 공간에 여과된 유입 공기를 문제없이 공급하는 것이고, 이때 상기 유입 공기는 에어로졸, 가스들, 액체 소적(liquid droplets) 또는 고체 입자들의 형태로 존재하는 유해 물질들을 거의 완전히 포함하지 않으며, 그리고 이때 구조적으로 단순하게 형성된 필터 소자가 사용되고,
상기 필터 소자(1)는 적어도 부분적으로 폐쇄된 공간에 여과된 유입 공기를 공급하기 위해 사용되고, 이때 상기 유입 공기는 에어로졸, 가스들, 액체 소적 또는 고체 입자들의 형태로 존재하는 유해 물질들을 포함하지 않는다.

Description

탄화 수소를 흡착하기 위한 필터 소자의 용도 {USE OF A FILTER ELEMENT FOR THE ADSORPTION OF HYDROCARBON}
본 발명은 특허 청구항 1의 전제부에 따른 필터 소자의 용도와 관계된다.
국제 특허 출원서 WO 2010/049 052 A1호에는 소위 결합 필터(combination filter)로서 설계된 필터 소자가 공지되어 있다. 이와 같은 필터 소자는 입자를 여과하고 가스들을 흡착한다. 상기 유형의 필터 소자들은 유해 물질에 대해 객실(seating compartment)을 전반적으로 보호하기 위해 사용될 수 있다.
차량의 캐빈(cabin)은, 특히 가스들 및 증기들의 건강 유해 물질에 대해 높은 정도로 신뢰할 만하게 보호되어야 한다.
이와 같은 배경에서 독일 특허 출원서 DE 10 2013 011 457 A1호는 쏟을 수 있는 또는 부을 수 있는 형태의 활성탄을 사용하도록 제안한다. 특히, 과립 형태의 활성탄을 사용하도록 제안된다.
이와 같은 형태의 활성탄의 용도는 이미, 추가로 폴드 구조(fold structure)를 나타내는 이미 언급된 결합 필터를 통해 공지되었다.
그 밖에 독일 특허 출원서 DE 10 2013 011 457 A1호는 접착 물질을 이용하여 활성탄을 폼(foam) 내에 매립하는 것을 설명한다. 이 경우, 활성탄 면이 흡착면으로서 사용되는 것을 접착 물질이 억제한다는 사실이 단점으로 작용한다. 또한, 상기 간행물은 활성탄으로 이루어진 퇴적물들을 사용하는 것도 설명한다.
이와 같은 배경에서 독일 특허 출원서 DE 101 04 882 B4호는 이미 허니콤 구조(honeycomb structure)를 갖는 활성탄 성형체를 공지한다. 상기 활성탄 성형체는 활성탄 및 추가 물질들로 이루어진 화합물의 압출 성형 공정(extrusion)에 의해 제조되었고 흡착 필터로서 사용된다.
독일 특허 출원서 DE 102 13 016 B4호는 탄산 수지(carbonated resin)를 포함하는 활성탄 성형체를 공지한다.
독일 특허 출원서 DE 101 50 062 B4호는 허니콤 구조를 갖는 활성탄 성형체를 포함하는 추가의 필터 소자를 공지한다.
독일 특허 출원서 DE 10 2004 063 434 B4호는 채널(channel)들을 갖는 추가의 활성탄 성형체를 공지한다.
독일 특허 출원서 DE 10 2005 032 345 B4호는 흡착 수단이 지지 구조 내로 매립되어 있는, 무기질의 지지 구조를 갖는 성형체를 공지한다.
독일 특허 출원서 DE 10 2004 039 343 B4호는 높은 흡착 능력을 갖는 활성탄 성형체를 설명한다.
본 발명의 과제는 전반적으로 폐쇄된 공간에 여과된 유입 공기를 문제없이 공급하는 것이며, 이때 상기 유입 공기는 에어로졸, 가스들, 액체 소적(liquid droplets) 또는 고체 입자들의 형태로 존재하는 유해 물질을 거의 포함하지 않고, 그리고 이때 구조적으로 단순하게 형성된 필터 소자가 사용된다.
본 발명에 따라 전술된 과제는 특허 청구항 1의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명에 따라 허니콤체(honeycomb body)가 필터 소자의 매우 콤팩트한 구조를 구현한다는 사실이 확인되었다. 또한, 허니콤체에 의해 필터 소자의 유입측과 유출측 사이에 작은 압력 손실이 발생하고, 그에 따라 장치상의 문제들을 적게 야기한다는 사실이 확인되었다. 놀랍게도, 활성탄-펠릿(pellet)들 또는 활성탄-과립들을 갖는 통상적으로 사용되는 필터 소자들은 허니콤체와 비교하여 상대적으로 높은 압력 손실을 나타낸다는 사실이 확인되었다.
또한 놀랍게도, 허니콤체가 개방된 채널들을 갖고 그리고 실제 흡착 공정은 단지 유동 방향을 향하는 채널들의 벽에 여과될 매질이 접촉할 경우에만 이루어지더라도, 상기 허니콤체는 우수한 흡착력을 나타낸다.
놀랍게도, 제곱 센티미터당 62개의 채널을 갖는 허니콤체는 제곱 센티미터당 93개의 채널을 갖는 허니콤체와 비교하여 나쁜 흡착 다이내믹(adsorption dynamic)을 나타낸다. 제곱 센티미터당 62개의 채널을 갖는 허니콤체는 높은 흡착량 및 그에 따라 높은 전체 흡착력을 나타내지만, 나쁜 흡착 다이내믹을 나타낸다.
흡착 다이내믹은 물질 전달 구역(mass transfer zone)의 폭에 의해 또는 50%의 파괴(breakthrough)시 파괴 곡선의 상승에 의해 특징화 된다. 제곱 센티미터당 62개의 채널을 갖는 허니콤체는 이미 더 이른 시점에 성장하는 파괴 곡선을 보여주고 그리고 더 이른 시점에 파괴된다. 제곱 센티미터당 93개의 채널을 갖는 허니콤체는 상대적으로 더 작은 전체 흡착력을 나타내지만, 더 우수한 흡착 다이내믹을 나타내는데, 그 이유는 이러한 허니콤체는 추후에 비로소 파괴되는 대신에 더 가파르고 빠르게 파괴된다. "파괴"는 유출측에서 유해 물질들의 파괴로서 이해된다. "50%의 파괴"는 유입되는 유해 물질의 50%가 유출측에서 파괴되는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 용도에 의해 필터 소자의 유출측에서는, EN 15695-2: 2011에 따라 측정된 70분의 검사 시간에서 EN 12941: 1998에 상응하는 시클로헥산-방식에 따라 10㎍/g 미만의 검사 가스(test gas)-농도가 달성된다.
이러한 점에 있어서, 전반적으로 폐쇄된 공간에 여과된 유입 공기를 문제없이 공급하는 것이 가능하며, 이때 상기 유입 공기는 에어로졸, 가스들, 액체 소적 또는 고체 입자들의 형태로 존재하는 유해 물질들을 거의 완전히 포함하지 않고, 그리고 이때 구조적으로 단순하게 형성된 필터 소자가 사용된다.
다음에서 도입부에 언급된 과제가 해결된다.
허니콤체는 매우 우수한 흡착 다이내믹을 가질 수 있다. 따라서, 필터 소자의 유출측에서 EN 15695-2: 2009에 따라 측정된 70분의 검사 시간에서 EN 12941: 1998에 상응하는 시클로헥산-방식에 따라 10㎍/g 미만의 검사 가스-농도가 달성된다.
허니콤체는 활성탄으로 제조될 수 있거나 활성탄을 포함할 수 있다. 활성탄은 페이스트(paste) 형태 또는 페이스트 부분으로서 간단히 허니콤체로 압출 성형될 수 있다.
허니콤체에서 활성탄의 비율은 50 내지 80 중량%에 달할 수 있다. 그럼으로써 허니콤체는 충분한 양의 활성탄을 포함하고, 그럼에도 또한 기계적으로 안정적이다.
허니콤체 내에는 채널들이 형성될 수 있고/있거나 허니콤체가 채널들에 의해 관통되어 있을 수 있으며, 상기 채널들은 완전히 개방되어 있다. 상기 채널들을 통해 여과될 공기는, 유입측과 유출측 사이에서 현저한 압력 손실이 발생하지 않으면서 관류할 수 있다.
채널 벽들의 벽 두께는 200 마이크로미터 내지 400 마이크로미터에 달할 수 있다. 그럼으로써 매우 많은 수의 채널을 갖는 허니콤체가 제조된다.
이와 같은 배경으로 허니콤체 내 채널들의 수는 제곱 센티미터당 40 내지 100개의 채널에 달할 수 있다. 이와 같은 채널 밀도는 높은 흡착 다이내믹에서 적은 압력 손실을 보장하기 위해 매우 바람직한 것으로 증명되었다.
허니콤체는 제곱 센티미터당 93개의 채널을 가질 수 있고, 285㎛의 벽 두께를 나타낼 수 있으며 그리고 65 중량%의 활성탄 비율을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제곱 센티미터당 93개의 채널 및 240㎛의 벽 두께를 갖는 허니콤체는 원하는 결과를 제공하지 못한다는 사실이 확인되었다. 285㎛의 벽 두께 또는 더 두꺼운 벽 두께에서 10ppm의 파괴가 발생할 때까지의 유지 시간이 구현된다. 원하는 결과에 도달하기 위해 채널 밀도, 벽 두께 및 활성탄 비율의 적합한 조합이 주어져야 한다는 사실이 확인되었다.
제곱 센티미터당 62개의 채널 및 65% 비율의 활성탄을 갖는 허니콤체는 원하는 결과를 제공하지 못했다. 제곱 센티미터당 93개의 채널을 갖고 동일한 비율의 활성탄 및 상대적으로 더 얇은 벽 두께를 갖는 허니콤체도 원하는 결과를 제공하지 못했다. 제곱 센티미터당 93개의 채널을 갖고 65 중량%의 활성탄 비율 및 285㎛의 벽 두께를 갖는 허니콤체는 요구하는 결과로 이끈다.
전술된 최적화된 허니콤체로 제조된 필터 소자는 0.2m/s의 유입 속도에서 50 파스칼 미만의 압력 손실을 나타낸다.
예를 들어 폴드형 과립, 퇴적물 또는 폼으로서의 다른 형태의 활성탄으로 제조된, 동일한 외부 치수 및 비교 가능한 흡착력을 갖는 필터 소자는 0.2m/s의 유입 속도에서 100 파스칼 이상의 압력 손실을 나타낸다.
공간은 화학 공업, 석유 산업 또는 가스 산업의 설비 내에 존재할 수 있다. 이와 같은 산업 분야에서 개인은 빈번하게 증기들 및 유해 물질들에 노출되어 있고, 따라서 상응하게 보호되어야 한다.
공간은 차량 캐빈으로서 설계될 수 있다. 차량의 캐빈들은 건강 유해 물질들에 대해 매우 높은 정도로 신뢰할 만하게 보호되어야 한다. 이와 같은 과제는 본 출원서에 기술된 유형의 필터 소자가 매우 바람직하게 해결할 수 있다.
특히 식물 보호제 또는 화학 비료용 분사 장치 또는 분무 장치를 갖는 농업 기계 및 작업 기계의 차량 캐빈의 내부 공간 공기 필터 시스템은 본 출원서에 기술된 유형의 필터 소자를 포함할 수 있고, 그리고 공기 유입구 및 공기 유출구를 갖는 하우징을 포함할 수 있으며, 상기 하우징 내에서 상기 필터 소자가 밀봉 방식으로 유입측과 유출측을 분리한다.
차량 또는 작업 기계의 차량 캐빈은 내부 공간 공기 필터 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 본 출원서에 기술된 유형의 필터 소자의 용도 혹은 차량 또는 작업 기계의 차량 캐빈 내의 내부 공간 공기 필터 시스템의 필터 소자의 용도를 고려할 수 있다.
차량은 농업용 또는 산림용 차량으로서 설계될 수 있다. 본 출원서에 기술된 유형의 필터 소자는 농업 또는 산림 산업에서 사용되는 차량 내에서 사용될 수 있다. 농업용 도는 산림용 차량의 캐빈들은 건강 유해 물질들, 특히 살충제에 대해 매우 높은 정도로 신뢰할 만하게 보호되어야 한다. 이와 같은 과제는 본 출원서에 기술된 유형의 필터 소자가 매우 바람직하게 해결할 수 있다.
차량은 건설 현장에서 사용될 수 있다. 건축 기계 및 이와 같은 건축 기계들을 작동하는 사람들은 매우 높은 먼지 공해에 노출되어 있고, 따라서 본 출원서에 기술된 필터 소자에 의해 보호될 수 있다.
차량은 승용차, 특히 택시, 또는 상용차, 특히 화물차로서 설계될 수 있다. 2가지 차량 유형에서 운전자 및 탑승자들은 유해 물질들에 대해 보호되어야 한다.
필터 소자는 입자를 여과하는 필터 단계를 포함하는 결합 필터로서 설계될 수 있다. 따라서, 화분(pollen)과 같은 작은 입자도 여과될 수 있다.
필터 소자는 먼지를 여과하는 필터 단계 및 에어로졸을 여과하는 필터 단계를 포함하는 결합 필터로서 설계될 수 있다. 따라서, 상기 필터 소자는 소위 카테고리 4를 충족할 수 있고, 그리고 EN 15695에 따라 농업 분야에서 사용될 수 있다.
도 1은 활성탄으로 이루어진 직사각형의 허니콤체를 포함하는 필터 소자를 도시하는 도면이고, 이때 허니콤은 실질적으로 직사각형의 개구들을 포함하며, 상기 개구들은 상기 허니콤체를 관통하여 뻗는 채널들로 통하고,
도 2는 활성탄으로 이루어진 원통형의 허니콤체를 포함하는 필터 소자를 도시하는 도면이며, 이때 허니콤은 실질적으로 직사각형의 개구들을 포함하고, 상기 개구들은 상기 허니콤체를 관통하여 뻗는 채널들로 통하며, 그리고
도 3은 제곱 센티미터당 62개의 채널을 갖는 허니콤체에 대한 파괴 곡선과 비교하여, 제곱 센티미터당 93개의 채널을 갖고, 65%의 활성탄 비율 및 285㎛의 벽 두께를 갖는 허니콤체에 대한 시클로헥산의 파괴 곡선을 도시하는 다이어그램이다.
도 1은 가스들 및 증기들을 흡착하기에 적합한 재료(3)의 직사각형 몸체(2)를 포함하는 필터 소자(1)를 도시한다. 상기 몸체(2)는 허니콤체로서 형성되었다. 허니콤(4)은 직사각형의 개구들을 포함하고, 상기 개구들은 상기 몸체(2)를 관통하는 채널들(5)로 통한다.
다른 기하학적 구조들도 고려될 수 있다. 상기 허니콤(4)은 횡단면(4a) 상에 배치되어 있다.
공기는 상기 채널들(5)을 통해 유입측(6)에서 유출측(7)으로 유동할 수 있으며, 이때 공기 내의 유해 물질들은 재료(3)에 의해 흡착된다.
상기 허니콤체는 횡단면(4a)의 제곱 센티미터당 93개의 채널(5)을 갖는다. 상기 허니콤체는 285㎛의 벽 두께(4b)를 나타낸다. 상기 허니콤체는 65 중량%의 활성탄 비율을 포함한다.
상기 허니콤체는 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 흡착력을 갖는다. 상기 허니콤체는 필터 소자의 유출측에서 EN 15695-2: 2009에 따라 측정된 70분의 검사 시간에서 EN 12941: 1998에 상응하는 시클로헥산-방식에 따라 10㎍/g 미만의 검사 가스-농도가 달성되는 흡착 다이내믹을 나타낸다.
상기 허니콤체는 활성탄을 포함한다. 허니콤체에서 활성탄 비율은 50 내지 80 중량%에 달한다. 이러한 점에 있어서, 가스들 및 증기들을 흡착하기에 적합한 재료(3)는 활성탄으로서 형성되었다.
허니콤체 내에는 채널들(5)이 형성되어 있고 그리고 상기 허니콤체는 완전히 개방된 채널들(5)에 의해 관통되어 있다. 채널 벽들의 벽 두께(4b)는 200 마이크로미터 내지 400 마이크로미터에 달한다. 허니콤체 내 상기 채널들(5)의 수는 제곱 센티미터당 40 내지 100개의 채널에 달한다.
채널 밀도, 활성탄 비율 및 벽 두께에 의해 규정되는 주어진 개방된 횡단면를 적합하게 선택함으로써, 지나치게 높지 않은 배압(counter pressure)과 함께 최적의 흡착 다이내믹이 달성된다.
도 2는 가스들 및 증기들을 흡착하기에 적합한 재료(3)의 원통형 몸체(2)를 포함하는 필터 소자(1)를 도시한다. 상기 몸체(2)는 허니콤체로서 형성되었다. 허니콤(4)은 직사각형의 개구들을 포함하고, 상기 개구들은 상기 몸체(2)를 관통하는 채널들(5)로 통한다. 다른 기하학적 구조들도 고려될 수 있다.
공기는 채널들(5)을 통해 유입측(6)에서 유출측(7)으로 유동할 수 있고, 이때 공기 내의 유해 물질들은 재료(3)에 의해 흡착된다.
상기 허니콤체는 도 3에 따른 흡착력을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 허니콤체는 필터 소자의 유출측에서 EN 15695-2: 2009에 따라 측정된 70분의 검사 시간에서 EN 12941: 1998에 상응하는 시클로헥산-방식에 따라 10㎍/g 미만의 검사 가스-농도가 달성되는 흡착 다이내믹을 나타낸다.
상기 허니콤체는 활성탄을 포함한다. 허니콤체에서 활성탄 비율은 50 내지 80 중량%에 달한다. 이러한 점에 있어서, 가스들 및 증기들을 흡착하기에 적합한 재료(3)는 활성탄으로서 형성되었다.
허니콤체 내에는 채널들(5)이 형성되어 있고 그리고 상기 허니콤체는 완전히 개방된 채널들(5)에 의해 관통되어 있다. 채널 벽들의 벽 두께(4b)는 200 마이크로미터 내지 400 마이크로미터에 달한다. 허니콤체 내 상기 채널들(5)의 수는 제곱 센티미터당 40 내지 100개의 채널에 달한다.
도 3은 제곱 센티미터당 62개의 채널(5)(400 셀, 파선)을 갖는 허니콤체에 대한 파괴 곡선과 비교하여, 제곱 센티미터당 93개의 채널(5)(600 셀, 실선)을 갖고, 65 중량%의 활성탄 비율 및 285㎛의 벽 두께를 갖는, 도 1에 따른 허니콤체에 대한 시클로헥산의 파괴 곡선을 나타내는 다이어그램을 도시한다.
유해 물질, 말하자면 시클로헥산은 유입면 또는 횡단면(4a)의 제곱 센티미터당 93개의 채널(5)을 갖는 허니콤체보다 62개의 채널(5)을 갖는 허니콤체에서 상대적으로 더 짧은 시간 후에 유출측에서 파괴된다는 사실을 분명하게 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 가스들 및 증기들을 흡착할 수 있는 재료(3)를 가지고 허니콤체(honeycomb body)의 형태인 몸체(2)를 포함하는 필터 소자(1)로서,
    상기 필터 소자(1)는 적어도 부분적으로 폐쇄된 공간에 여과된 유입 공기를 공급하기 위해 사용되고, 이때 상기 유입 공기는 에어로졸, 가스들, 액체 소적(liquid droplets) 또는 고체 입자들의 형태로 존재하는 유해 물질들을 포함하지 않는 것을 특징으로 하고,
    허니콤체 내에 채널들(5)이 형성되어 있고/있거나 허니콤체가 채널들(5)에 의해 관통되어 있고, 상기 채널들은 완전히 개방되어 있으며,
    채널 벽들의 벽 두께(4b)는 200 마이크로미터 내지 400 마이크로미터이며,
    상기 허니콤체는 필터 소자의 유출측에서 EN 15695-2: 2009에 따라 측정된 70분의 검사 시간에서 EN 12941: 1998에 상응하는 시클로헥산-방식에 따라 10㎍/g 미만의 검사 가스(test gas)-농도가 달성되는 흡착 다이내믹(adsorption dynamic)을 나타내는, 필터 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 허니콤체는 활성탄으로 제조되었거나 활성탄을 갖는 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    허니콤체에서 활성탄의 비율은 50 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    허니콤체 내 상기 채널들(5)의 수는 제곱 센티미터당 40 내지 100개의 채널(5)인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 허니콤체는 제곱 센티미터당 93개의 채널(5)을 갖고, 285㎛의 벽 두께(4b)를 나타내며, 그리고 65 중량%의 활성탄 비율을 갖는 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 공간은 화학 공업, 석유 산업 또는 가스 산업의 설비 내에 존재하는 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  10. 제 1항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 공간은 차량의 캐빈(cabin)의 형태인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 차량은 농업용 또는 산림용 차량의 형태인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 차량은 건설 현장에서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  13. 제 10항에 있어서
    상기 차량은 승용차 또는 상용차의 형태인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 소자(1)는 입자를 여과하는 필터 단계를 갖는 결합 필터(combination filter)의 형태인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 소자(1)는 먼지를 여과하는 필터 단계 및 에어로졸을 여과하는 필터 단계를 갖는 결합 필터의 형태인 것을 특징으로 하는,
    필터 소자.
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