KR102057307B1 - Method of designing a gas filter shape taking into consideration the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of adsorbent and polluted gas - Google Patents

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KR102057307B1 KR1020190074964A KR20190074964A KR102057307B1 KR 102057307 B1 KR102057307 B1 KR 102057307B1 KR 1020190074964 A KR1020190074964 A KR 1020190074964A KR 20190074964 A KR20190074964 A KR 20190074964A KR 102057307 B1 KR102057307 B1 KR 102057307B1
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박병황
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국방과학연구소
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a method for designing a gas filter shape in consideration of characteristics of an adsorbent and absorption characteristics of an adsorbent and contaminated gases comprises the steps of: designing a 3D filter shape through a 3D shape designing program; inputting characteristics of contaminated gases passing through the 3D filter to a database; inputting flowing conditions of the contaminated gas sequentially passing through an inlet, an inner space and an outlet of the 3D filter to the database; inputting characteristics of a filling adsorbent provided inside the 3D filter to the database; inputting mutual adsorbing characteristics of the contaminated gas and the filling adsorbent to the database; and producing flowing analysis and adsorbing behavior modeling at the same time by using fluid-analysis programs, based on the shape of the 3D filter, characteristics of contaminated gases, the flowing condition of the contaminated gases, the characteristic of the filling adsorbent and the mutual adsorbing characteristic of the contaminated gas and the filling adsorbent. The present invention can predict accurate adsorption life of a filter and determine rationality for a design plan of a filter shape.

Description

흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법{METHOD OF DESIGNING A GAS FILTER SHAPE TAKING INTO CONSIDERATION THE CHARACTERISTICS OF THE ADSORBENT ITSELF AND THE ADSORPTION CHARACTERISTICS OF ADSORBENT AND POLLUTED GAS}METHOD OF DESIGNING A GAS FILTER SHAPE TAKING INTO CONSIDERATION THE CHARACTERISTICS OF THE ADSORBENT ITSELF AND THE ADSORPTION CHARACTERISTICS OF ADSORBENT AND POLLUTED GAS}

아래의 설명은, 휴대용 방독면 여과기, 군용 차량 또는 집단 보호시설용 화생방 여과기(필터)의 크기 및 설계 형상에 따른 여과성능 및 여과수명을 예측 가능하게 함으로써 의도하는 흡착용량 및 여과수명에 맞는 적절한 형상 및 크기의 여과기 설계 결과물을 얻을 수 있는 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법에 관한 것이다.The following description is based on the appropriate shape and size for the intended adsorption capacity and life expectancy by predicting the filtration performance and filtration life according to the size and design shape of the portable gas mask filter, CFC filter for military vehicles or collective protection facilities. The present invention relates to a method of designing a gas filter shape in consideration of the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and pollutant gas.

화생방 보호 및 유독가스 제거용 여과기는 여과기 내부에 유입 공기 중의 입자 성분을 제거하는 입자필터(HEPA 필터)와 공기 중의 유독가스를 제거하는 흡착제로 구성되어 있다. 여과기의 형상을 설계할 경우에는 여과기가 방독면 또는 집단 보호시설 등 여과기가 장착 또는 설치될 플랫폼 또는 설치구조물에 맞는 적절한 여과기 형상의 설계와 함께 실제 가능한 오염물질 노출환경에서의 여과기의 여과성능, 여과수명과 함께 방독면 호흡저항 또는 집단보호시설의 에너지 소요 등을 판단하기 위한 여과기 형상에 따른 압력강하 등이 산출되어야 한다.The NBC filter and the toxic gas removal filter are composed of a particle filter (HEPA filter) for removing particulate components in the inlet air and an adsorbent for removing toxic gases in the air. When designing the shape of the filter, the filter should be designed with a suitable filter shape for the platform or installation on which the filter will be installed or installed, such as a gas mask or collective protection facility, and the filter performance, life span and In addition, the pressure drop according to the shape of the filter to determine the respiratory resistance of the gas mask or the energy requirements of the collective protection facility should be calculated.

현재, 군용 또는 민수용 방독면에 부착된 여과기는 원통형, 또는 사다리꼴 형태 등 비교적 단순한 형상 구조를 지니고 있다. 따라서 여과기의 흡착 성능, 압력강하 특성, 여과수명 등을 판단하는 데에 어렵지 않은 제작공정과 높지 않은 비용을 들여 제작하고 결과 제작품에 대한 여과기 성능, 수명 및 기타 여과기 특성을 얻을 수 있다. 그러나 미래의 방독면은 헬멧과의 일체형으로 구성되어 여과기가 방독면 안면부에 평면형으로 부착되는 형태로 설계되거나 방독면 안면부에 내장형으로 삽입되는 등, 불규칙한 형상의 정화통이 요구될 수 있다. 이런 경우에는 여러 가지 불규칙 형상의 여과기를 각각 제작하고 성능시험을 하는 데에 경제적 및 시간적으로 부담이 될 수 있으므로 형상 설계 도면과 충전물질 특성자료 만으로 모델링을 통하여 성능을 예측할 수 있다면 시간과 예산을 절약할 수 있다. 현재에도 여과기 설계 또는 흡착베드 설계에 3차원 형상설계 프로그램과 유체해석을 이용한 유동해석 기술을 이용하기도 하나 이는 흡착 매질에 대한 오염가스의 흡착특성을 고려하지 않은 단순 유동해석 공정으로서, 방독면 여과기 또는 전차, 헬기 등 군용 장비에 장착되는 화생방 여과기의 정확한 흡착수명을 예측하는 데에는 한계가 있고 단지 실제 흡착실험에 의해서 만이 정확한 수명을 가늠할 수 있다.Currently, filters attached to military or civil gas masks have a relatively simple shape, such as cylindrical or trapezoidal. As a result, it is possible to produce a manufacturing process that is not difficult to determine the adsorption performance, pressure drop characteristics, filter life, and the like of the filter at a low cost, and to obtain a filter performance, a lifetime, and other filter characteristics of the resulting product. However, the gas mask of the future may be configured in one piece with the helmet, so that the filter is designed to be attached to the gas mask face part in a flat shape or inserted into the gas mask face part in a built-in type, such as an irregular shape can be required. In this case, it can be economical and time-consuming to manufacture and perform various kinds of irregularly shaped filters individually, and save time and budget if performance can be predicted through modeling only with shape design drawings and packing material characteristics data. can do. Currently, the 3D shape design program and the fluid analysis technique using fluid analysis are used for the filter design or the adsorption bed design. However, this is a simple flow analysis process that does not consider the adsorption characteristics of the pollutant gas on the adsorption medium. There is a limit to predicting the accurate adsorption life of CBR filters installed in military equipment such as helicopters and helicopters, and only accurate adsorption life can be estimated by actual adsorption experiments.

방독면 여과기, 군용 기동차량의 화생방 여과 모듈, 헬기 등의 가스여과기 등은 오염가스 유입 차단을 위한 흡착제가 충전되어 있다. 현재, 이와 같이 흡착제가 충전된 가스 여과기의 설계, 특히 불규칙한 새로운 형상의 여과기 설계에 있어서는, 특정 가스 에 대한 공기흐름 경로에 대한 흡착거동 예측이 불가하였고, 단지 임의 형상에 대해 여과기를 제작하고 제작품을 이용하여 가스 흡착 수명을 확인하는 단계를 진행하였다. 여과기에 대한 형상설계를 수행했다 하더라도 신뢰성 있는 흡착수명 예측기술이 없으면 형상설계 결과물의 성능에 대한 임의가정을 바탕으로 시제품을 제작하게 되고 원하는 성능이 정확하게 산출되지 않을 경우 시행착오에 따는 설계의 수정과 제작공정을 반복하게 된다. 이 경우 시제품 제작에 비용과 시간이 많이 소요된다.A gas filter such as a gas mask filter, a NBC filtration module of a military mobile vehicle, and a helicopter is filled with an adsorbent for blocking the inflow of polluted gas. At present, in the design of gas filters filled with adsorbents, especially in the design of irregularly shaped new filters, the adsorption behavior of air flow paths for a particular gas has not been predicted. The step of checking the gas adsorption life was performed. Even if the shape design is performed for the filter, if there is no reliable adsorption life prediction technology, the prototype is manufactured based on arbitrary assumptions about the performance of the shape design result. The manufacturing process is repeated. In this case, prototyping is costly and time consuming.

일 실시 예의 목적은 방독면, 기동차량, 집단 보호시설 여과기의 합리적 형상설계를 위한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of an embodiment to provide a method of designing a gas filter shape for rational shape design of a gas mask, a mobile vehicle, and a collective shelter filter.

일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 3차원 여과기의 형상을 설계하는 단계; 상기 3차원 여과기를 통과하는 오염 가스의 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계; 상기 3차원 여과기의 입구, 내부 공간 및 출구를 차례로 통과하는 상기 오염 가스의 유동 조건을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계; 상기 3차원 여과기 내부에 구비되는 충전 흡착제의 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계; 상기 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계; 및 상기 3차원 여과기의 형상, 오염 가스의 특성, 오염 가스의 유동 조건, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성에 기초하여, 유체해석 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a method of designing a shape of a gas filter in consideration of characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a pollutant gas may include: designing a shape of a three-dimensional filter through a three-dimensional shape design program; Inputting characteristics of the contaminated gas passing through the three-dimensional filter into a database; Inputting a flow condition of the polluting gas passing through the inlet, the internal space, and the outlet of the three-dimensional filter into the database; Inputting characteristics of a packed adsorbent provided in the three-dimensional filter into the database; Inputting adsorption characteristics between the contaminated gas and a packed adsorbent into the database; And flow analysis and adsorption behavior modeling using a fluid analysis program based on the shape of the three-dimensional filter, the characteristics of the contaminated gas, the flow conditions of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent, and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent. And calculating at the same time.

상기 오염 가스의 특성은 오염 가스 성분, 오염 가스 농도 및 오염 가스 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The characteristic of the contaminated gas may include at least one of a contaminated gas component, a contaminated gas concentration, and a contaminated gas temperature.

상기 충전 흡착제의 특성은 흡착제 성분, 흡착제 밀도, 흡착제 입자 형상, 흡착제 입자 크기, 기공도 및 상기 3차원 여과기의 내부의 흡착제 충진 밀도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Characteristics of the packed adsorbent may include at least one of adsorbent component, adsorbent density, adsorbent particle shape, adsorbent particle size, porosity and adsorbent packing density inside the three-dimensional filter.

일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 상기 오염 가스의 특성, 충전 흡착제의 특성, 및 상기 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성 중 적어도 하나의 값을 조절하는 단계; 및 상기 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 재산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, a method of designing a gas filter shape considering characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminated gas may include: characteristics of the contaminated gas, characteristics of a packed adsorbent, and adsorption characteristics between the contaminated gas and a packed adsorbent. Adjusting a value of at least one of; And regenerating the flow analysis and the adsorption behavior modeling at the same time.

유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계는, 상기 3차원 여과기의 내부 공간을 복수 개의 공간으로 구획하는 단계; 및 상기 복수 개의 공간 각각의 흡착 거동을 비교하여 비효율 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Simultaneously calculating flow analysis and adsorption behavior modeling may include partitioning the interior space of the three-dimensional filter into a plurality of spaces; And comparing the adsorption behavior of each of the plurality of spaces to determine an inefficiency region.

상기 비효율 영역을 결정하는 단계는, 시간에 따른 상기 복수 개의 공간 각각의 흡착 포화도를 측정하는 단계; 및 설정 시간이 경과 후, 상기 흡착 포화도가 설정 포화 값에 도달하지 않은 영역을 상기 비효율 영역으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining the inefficiency region may include measuring adsorption saturation of each of the plurality of spaces over time; And after the set time has elapsed, determining a region in which the adsorption saturation does not reach a set saturation value as the inefficient region.

일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 상기 3차원 여과기의 출구 농도 변화를 산출하여 상기 3차원 여과기의 흡착 수명을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of designing a shape of a gas filter in consideration of characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminated gas may include determining an adsorption life of the 3D filter by calculating a change in outlet concentration of the 3D filter. It may further include.

일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 구형 모델에 대한 성능 시험을 수행하고, 상기 성능 시험에 대한 결과를 상기 구형 모델에 대한 유동 해석과 흡착 거동 모델링 데이터와 비교하여 상기 유체해석 프로그램의 파라미터 값들을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of designing a gas filter shape considering characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminant gas may be performed by performing a performance test on a spherical model, and outputting the results of the performance test on the spherical model. Compensating the parameter values of the fluid analysis program in comparison with flow analysis and adsorption behavior modeling data.

일 실시 예에 따른 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 설계된 여과기 3차원 설계도면 입력에 의한 여과기 내부 가스흐름 유동해석 뿐만 아니라, 여과기에 충전된 흡착제 입자형상 및 물리적, 화학적 특성정보, 충전 흡착제에 대한 오염가스 흡착특성 자료 등을 이용하여 시간별, 가스흐름 경로별 여과기 내부 흡착포화 거동을 산출함으로써 보다 정확한 여과기 흡착 수명을 예측하고 여과기 형상설계 안에 대한 합리성을 판단할 수 있다.The method for designing a gas filter shape according to an embodiment includes not only an analysis of the gas flow flow inside the filter by inputting a designed filter 3D drawing, but also an adsorbent particle shape and physical and chemical property information filled in the filter. By calculating the adsorption saturation behavior of the filter by time and gas flow path using the pollutant adsorption characteristics data, it is possible to predict the filter adsorption life more accurately and to determine the rationality of the filter shape design.

또한, 일 실시 예에 따른 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 설계된 여과기 형상에 대해 여과기 내부의 공기 유통특성 및 오염가스 흡착거동을 시간별로 수치화, 시각화하여 예측 가능하게 함으로써 반복적인 시제품 제작의 성능오류 및 수정을 줄일 수 있으며 매우 복잡한 형상의 여과기 설계 형상에 대해서도 성능예측을 통하여 효용성을 쉽게 판단 또는 형상수정을 도면상에서 쉽게 수행할 수 있도록 해 준다.In addition, the method of designing a gas filter shape according to an embodiment, the performance error of repeated prototyping by making it possible to predict and predict the air distribution characteristics and pollutant gas adsorption behavior in the filter by time with respect to the designed filter shape And the correction can be reduced, and even the filter design shape of a very complicated shape through the performance prediction, it is easy to determine the effectiveness or shape correction can be easily performed on the drawing.

또한, 일 실시 예에 따른 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 유체해석을 통하여 여과기 내부의 불필요한 공간(dead volume)을 확인 및 형상개선에 의한 여과기 부피를 감소시킬 수 있고, 여과기 내부의 흡착성능 예측을 통하여, 장착되는 플랫폼에 대해 여과기 형상을 평면형, 불규칙 형상 또는 내장형으로 최적화하여 제작함으로써 미래형 여과기 형상을 맞춤형으로 설계하고 성능을 확인/수정 제작할 수 있다.In addition, the method of designing the shape of the gas filter according to an embodiment of the present invention may identify a dead volume inside the filter through fluid analysis and reduce the filter volume due to shape improvement, and predict the adsorption performance inside the filter. Through optimizing the filter shape for the platform to be mounted in a flat, irregular shape or built-in manufacturing can be customized to design the future filter shape and confirm / modify performance.

또한, 일 실시 예에 따른 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 예측 모델링 기술의 신뢰성은 현재 사용 중이거나 구형모델, 또는 비용이 많이 들지 않는 단순형상 여과기에 대한 제작품을 이용하여 흡착성능 및 수명평가 시험을 수행하고, 시험결과를 특허기술인 모델링 예측결과와 비교하여 필요시 모델링에 대한 파라미터 보정을 통하여 결과의 일치 여부를 확인한 후, 다양하고 복잡한 형상에 대해 예측기술을 적용할 수 있다.In addition, the method of designing a gas filter shape according to an embodiment, the adsorption performance and life evaluation test using the reliability of the predictive modeling technology using the manufactured products for the current model, the old model, or the simple type filter which is not expensive After comparing the test results with the modeling prediction result, which is a patent technology, confirming whether the results match through parameter correction for modeling, the prediction technique can be applied to various complicated shapes.

또한, 일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 방호 대상의 다양한 오염가스 그리고 여과기에 충전되는 다양한 흡착제에 대한 방호성능 예측이 가능하고, 특히 방독면에 밀착되거나 방독면에 내장된 형태로 설계되는 평면형 또는 미래형 불규칙 형상 여과기 설계에 대해서 효용성을 유용하게 판단할 수 있는 방법을 제공한다.In addition, the method of designing the shape of the gas filter in consideration of the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and contaminant gas according to an embodiment, it is possible to predict the protection performance for the various contaminated gas to be protected and the various adsorbents filled in the filter In particular, the present invention provides a method for usefully determining the usefulness of a planar or future irregular shape filter design designed to be in close contact with the gas mask or embedded in the gas mask.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법의 순서도이다.
도 3은 여과기 유속 분포 및 유속 벡터를 시각적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 호흡 시 여과기 내부의 압력 강하를 시각적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 시간에 따른 여과기 내 흡착 포화도 분포를 시각적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 3차원 여과기 형상을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에서 비효율 영역을 제거한 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 여과기 흡착 파과 예측 곡선 및 여과기 수명 판단 기준을 나타내는 그래프이다.
도 9는 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법에 따라 검증된 여과기의 수명 평가 표시방법을 나타내는 그래프이다.
The following drawings, which are attached to this specification, illustrate one preferred embodiment of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
1 and 2 are flowcharts of a method of designing a gas filter shape considering characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminated gas, according to an exemplary embodiment.
3 is a perspective view visually showing the strainer flow rate distribution and flow rate vector.
4 is a perspective view visually showing the pressure drop inside the filter during breathing.
5 is a perspective view visually showing the distribution of adsorption saturation in the filter over time.
6 is a cross-sectional view schematically showing the shape of a three-dimensional filter according to an embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a state in which an inefficient region is removed from FIG. 6.
8 is a graph showing a filter adsorption breakthrough prediction curve and a filter life determination criterion.
FIG. 9 is a graph showing a method for displaying a life evaluation of a filter verified by a method of designing a gas filter shape in consideration of characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminated gas.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same components as much as possible, even if displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of a related well-known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in any one embodiment and components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, the description in any one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions thereof will be omitted in the overlapping range.

도 1 및 도 2는 일 실시 예에 따른 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법의 순서도이고, 도 3은 여과기 유속 분포 및 유속 벡터를 시각적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 호흡 시 여과기 내부의 압력 강하를 시각적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 시간에 따른 여과기 내 흡착 포화도 분포를 시각적으로 나타낸 사시도이다.1 and 2 are flowcharts illustrating a method of designing a gas filter shape considering characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminated gas, and FIG. 3 is a perspective view visually showing a filter flow rate distribution and a flow rate vector. 4 is a perspective view visually showing the pressure drop inside the filter during respiration, and FIG. 5 is a perspective view visually showing the adsorption saturation distribution in the filter over time.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법(이하, 가스 여과기 형상을 설계하는 방법)은, 시간 경과에 따라 여과기 내부의 가스 유동 경로에 따른 흡착 포화도, 가스 배출구에서의 가스 누출 농도 등을 산출하여 오염 가스 유입에 따른 여과기 포화 수명을 예측할 수 있고, 이로부터 여과기 형상 설계의 합리성을 판단할 수 있다. 가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 형상 설계의 합리성을 판단함에 있어서, 유동 조건 및 형상 조건 뿐만 아니라, 오염 가스의 특성, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 고려하므로, 보다 신뢰성이 높은 수준으로 형상 설계의 합리성을 판단할 수 있다.1 to 5, a method of designing a gas filter shape (hereinafter, a method of designing a gas filter shape) in consideration of the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and contaminant gas may be performed. Adsorption saturation along the gas flow path, gas leakage concentration at the gas outlet, etc. can be calculated to predict the filter saturation life due to the influx of polluted gas, thereby determining the rationality of the filter shape design. The method of designing the gas filter shape considers not only the flow conditions and the shape conditions, but also the characteristics of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent, and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent in determining the rationality of the shape design. It is possible to judge the rationality of the shape design at a high level of reliability.

가스 여과기 형상을 설계하는 방법은, 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 3차원 여과기의 형상을 설계하는 단계(S110), 3차원 여과기를 통과하는 오염 가스의 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계(S120), 3차원 여과기의 입구, 내부 공간 및 출구를 차례로 통과하는 오염 가스의 유동 조건을 데이터베이스에 입력하는 단계(S130), 3차원 여과기 내부에 구비되는 충전 흡착제의 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계(S140), 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계(S150), 3차원 여과기의 형상, 오염 가스의 특성, 오염 가스의 유동 조건, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성에 기초하여, 유체해석 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계(S160), 구형 모델에 대한 성능 시험을 수행하고, 상기 성능 시험에 대한 결과를 상기 구형 모델에 대한 유동 해석과 흡착 거동 모델링 데이터와 비교하여 상기 유체해석 프로그램의 파라미터 값들을 보정하는 단계(S170), 3차원 여과기의 출구 농도 변화를 산출하여 3차원 여과기의 흡착 수명을 결정하는 단계(S180), 오염 가스의 특성, 충전 흡착제의 특성, 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성 중 적어도 하나의 값을 조절하는 단계(S190), 유동해석 프로그램 또는 사용자가 흡착거동 해석을 위하여 임의로 수립하여 입력한 함수애 적용된 특성 값을 조절하는 단계(미도시), 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 재산출하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.The method for designing a gas filter shape includes designing a shape of a three-dimensional filter through a three-dimensional shape design program (S110), inputting characteristics of the contaminated gas passing through the three-dimensional filter into a database (S120), and 3 Inputting the flow conditions of the contaminated gas passing through the inlet, the internal space, and the outlet of the dimensional filter into the database (S130), and inputting the characteristics of the packed adsorbent provided in the three-dimensional filter into the database (S140); Inputting the adsorption characteristics between the gas and the packed adsorbent into the database (S150), the shape of the three-dimensional filter, the characteristics of the contaminated gas, the flow conditions of the contaminated gas, the properties of the packed adsorbent and the adsorption properties between the contaminated gas and the packed adsorbent; On the basis of, calculating the flow analysis and adsorption behavior modeling simultaneously using a fluid analysis program (S160), to the spherical model Performing a performance test and comparing the results of the performance test with the flow analysis and adsorption behavior modeling data for the spherical model to correct the parameter values of the fluid analysis program (S170), the outlet concentration of the three-dimensional filter Calculating a change to determine the adsorption life of the three-dimensional filter (S180), adjusting the value of at least one of the characteristics of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent, and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent (S190). For example, the method may include adjusting a characteristic value applied to a function arbitrarily established and inputted by a user for a flow analysis program or a user's adsorption behavior analysis, and simultaneously regenerating flow analysis and adsorption behavior modeling (S200). .

단계(S110)에서, 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 3차원 여과기의 형상을 설계할 수 있다. 3차원 형상 설계 프로그램은, 예를 들어, AutoCAD, ACIS, CATIA, Creo Elements/Direct Modeling, Autodesk Inventor,JTOpen, NX, Parasolid, Creo Parametric, Solid Edge, SOLIDWORKS 또는 이와 유사기능의 3차원 형상설계 프로그램일 수 있다. 사용자는 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 새로운 3차원 형상의 여과기를 설계해볼 수 있다. 3차원 형상의 여과기는 새로이 개발되는 방독면의 형상에 대응하도록 제작될 수 있으며, 예를 들어, 방독면으로부터 돌출되는 높이가 최소가 되도록 제작될 수 있다.In step S110, the shape of the 3D filter may be designed through the 3D shape design program. The three-dimensional geometric design program can be, for example, a three-dimensional geometric design program with AutoCAD, ACIS, CATIA, Creo Elements / Direct Modeling, Autodesk Inventor, JTOpen, NX, Parasolid, Creo Parametric, Solid Edge, SOLIDWORKS, or similar. Can be. The user can design a new three-dimensional shape filter through the three-dimensional shape design program. The three-dimensional filter may be manufactured to correspond to the shape of the newly developed gas mask, and for example, may be manufactured so that the height protruding from the gas mask is minimal.

단계(S120)에서, 사용자는 3차원 여과기를 통과하는 오염 가스의 특성을 데이터베이스에 입력할 수 있다. 예를 들어, 오염 가스의 특성은 오염 가스 성분, 오염 가스 농도 및 오염 가스 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 사용자는 설계 대상이 되는 여과기가 사용되는 환경의 오염 가스의 특성 정보를 데이터베이스에 입력할 수 있다. 오염 가스의 특성은 3차원 여과기의 사용 환경에 따라 수정될 수 있다.In step S120, the user may input the characteristics of the contaminated gas passing through the three-dimensional filter into the database. For example, the characteristic of the polluted gas may include at least one of a polluted gas component, a polluted gas concentration, and a polluted gas temperature. The user can input the characteristic information of the polluting gas of the environment in which the filter to be designed is used into the database. The nature of the contaminated gas can be modified according to the use environment of the three-dimensional filter.

단계(S130)에서, 사용자는 3차원 여과기의 입구, 내부 공간 및 출구를 차례로 통과하는 오염 가스의 유동 조건을 데이터베이스에 입력할 수 있다. 오염 가스의 유동 조건은 단계(S160)의 유체해석(CFD, Computerized Fluid Dynamics) 프로그램에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체해석 프로그램은, Ansys fluent, Star-CD, Star-CCM+, OpenFOAM, Autodesk CFD, FLOW-3D 또는 Barracud일 수 있다.In step S130, the user may enter the flow conditions of the contaminated gas passing through the inlet, the internal space and the outlet of the three-dimensional filter in the database. The flow conditions of the polluted gas may be used in the computerized fluid dynamics (CFD) program of step S160. For example, the fluid analysis program may be Ansys fluent, Star-CD, Star-CCM +, OpenFOAM, Autodesk CFD, FLOW-3D or Barracud.

단계(S140)에서, 사용자는 3차원 여과기 내부에 구비되는 충전 흡착제의 특성을 데이터베이스에 입력할 수 있다. 충전 흡착제의 특성은 흡착제 성분, 흡착제 밀도, 흡착제 입자 형상, 흡착제 입자 크기, 기공도 및 상기 3차원 여과기의 내부의 흡착제 충진 밀도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전 흡착제는 활성탄, ACF, Zr(OH)4, MOF 계열 나노세공체 또는 제올라이트 계열 흡착제 물질 등일 수 있고, 이 중 어느 하나의 특성 값들이 데이터베이스에 입력될 수 있다. 사용자는 가스 여과기 형상을 설계하는 방법을 통해, 충전 흡착제의 특성 값들을 조절해가면서 설계를 최적화할 수 있다. 예를 들어, 최초 설계된 3차원 여과기 형상에 따라 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출한 결과, 여과기 수명이 기대 값에 미치지 못할 경우, 흡착제의 성분을 보다 강한 것으로 대체하거나, 흡착제의 밀도를 높이거나, 3차원 여과기 내부의 흡착제 충진 밀도를 높이는 등의 방식으로 여과기 수명을 기대 값에 미치도록 조정할 수 있다.In step S140, the user may input the characteristics of the packed adsorbent provided in the three-dimensional filter into the database. The properties of the packed adsorbent may include at least one of adsorbent component, adsorbent density, adsorbent particle shape, adsorbent particle size, porosity, and adsorbent packing density inside the three-dimensional filter. For example, the packed adsorbent may be activated carbon, ACF, Zr (OH) 4, MOF-based nanopore or zeolite-based adsorbent material, and the like, and any one of the characteristic values may be input to a database. By designing the gas filter shape, the user can optimize the design by adjusting the characteristic values of the packed adsorbent. For example, if the flow analysis and adsorption behavior modeling were simultaneously calculated according to the originally designed three-dimensional filter geometry, if the filter life did not meet the expected values, the component of the adsorbent was replaced with a stronger one, or the adsorbent density was increased. The filter life can be adjusted to reach the expected value by increasing the packing density of the adsorbent in the three-dimensional filter.

단계(S150)에서, 사용자는 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 데이터베이스에 입력할 수 있다. 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성은 문헌 조사 또는 실험 등을 통해 획득할 수 있다. 사용자는 해당 흡착 특성을 데이터베이스에 입력하고, 업데이트할 수 있다.In step S150, the user may enter the adsorption characteristics between the polluting gas and the packed adsorbent into the database. Adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent can be obtained through literature review or experiment. The user can enter and update the adsorption properties in the database.

단계(S160)에서, 사용자는 3차원 여과기의 형상, 오염 가스의 특성, 오염 가스의 유동 조건, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성에 기초하여, 유체해석 역학 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출할 수 있다. 흡착 거동 모델링을 통해, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 여과기 유속 분포 및 유속 벡터, 여과기 내부의 압력 강하, 시간에 따른 여과기 내 흡착 포화도 분포를 시각적으로 나타낼 수 있다. 사용자는 이를 통해 비효율 영역을 분간할 수 있고, 3차원 여과기의 형상의 최적화를 도모할 수 있다. 예를 들어, 시간에 따른 여과기 내 흡착 포화도 분포를 관찰할 때, 수명 시간에 도달할 때까지 설정 포화도를 넘지 못할 경우, 해당 영역은 비효율 영역으로 간주할 수 있다. 사용자는 비효율 영역이 파악될 경우, 비효율 영역을 제거하는 형상 변경을 수행한 뒤, 유체해석 역학 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 재산출할 수 있다.In step S160, the user uses a fluid analysis dynamics program based on the shape of the three-dimensional filter, the characteristics of the contaminated gas, the flow conditions of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent. Flow analysis and adsorption behavior modeling can be calculated simultaneously. Through adsorption behavior modeling, as shown in FIGS. 3 to 5, the filter flow rate distribution and the flow vector, the pressure drop inside the filter, and the adsorption saturation distribution in the filter over time can be visually represented. This allows the user to distinguish inefficient areas and to optimize the shape of the three-dimensional filter. For example, when observing the distribution of adsorption saturation in the filter over time, if the set saturation is not exceeded until the life time is reached, the region can be regarded as an inefficient region. When the inefficiency region is identified, the user can reshape the flow analysis and adsorption behavior modeling simultaneously by performing a shape change to remove the inefficiency region.

예를 들어, 단계(160)에서, 사용자는 여과기 성능예측 기술로서 유체해석 프로그램에 입력하여 위치별 흡착 포화도 또는 반응 진도를 예측하기 위하여 흡착제에 대한 가스 흡착평형 시험자료, 흡착 파과 시험자료 등으로부터 산출된 시간에 따른 가스 흡착속도 함수식 [Y=f(x), Y=흡착량, x=흡착시간] 또는 가스와 흡착제 첨착 물질과의 반응식 등 흡착제에 대한 흡착특성 및 반응특성 자료를 입력하여 모델링 결과 계산에 적용할 수 있다.For example, in step 160, the user inputs into a fluid analysis program as a filter performance prediction technique and calculates from the adsorption equilibrium test data, adsorption breakthrough test data, etc. for the adsorbent to predict the adsorption saturation or reaction progression by location. Modeling result by inputting adsorption characteristics and reaction characteristics data of adsorbent such as gas adsorption rate function [Y = f (x), Y = adsorption amount, x = adsorption time] Applicable to the calculation.

도 3을 참조하면, 도면부호 21은 호흡(시설 여과기의 경우, 펌프의 작동) 시 여과기 공기 토출 영역을 나타내는 것이고, 도면부호 22는 대기(시설 여과기의 경우, 외부)로부터 여과기 내부로의 공기 유입 영역을 나타내는 것이다. 도면부호 23은 호흡(시설 여과기의 경우, 펌프의 작동) 시 여과기 공기 토출부의 유속 벡터를 시각적으로 나타내는 것이고, 도면부호 24는 호흡(시설 여과기의 경우, 펌프의 작동) 시 여과기 내부 공기 유동을 시각적으로 나타내는 것이다. 이와 같이 유동 해석을 통해 설계된 3차원 여과기 내부에서 유동이 원활하게 발생되는지 여부를 검증할 수 있다.Referring to Fig. 3, reference numeral 21 denotes a filter air discharge area during respiration (operation of the pump, in the case of a facility filter), and reference numeral 22 denotes air inflow into the filter from the atmosphere (outside, in the case of a facility filter). It represents an area. 23 is a visual representation of the flow rate vector of the filter air outlet during breathing (operational pump operation), and 24 is a visual representation of the air flow inside the filter during respiration (operational operation of the pump). It is represented by. In this way, the flow analysis can verify whether the flow occurs smoothly in the designed three-dimensional filter.

도 4를 참조하면, 도면부호 31은 호흡에 의한 공기 토출부의 음압 영역이고, 도면부호 32는 호흡에 의한 여과기 공기 유입부 대기압 영역이다. 유동 해석을 통해 설계된 3차원 여과기 내부의 압력 강하를 시각적으로 용이하게 파악할 수 있다.Referring to FIG. 4, reference numeral 31 denotes a negative pressure region of the air discharge part by respiration, and reference numeral 32 denotes an atmospheric pressure region of the filter air inlet part by respiration. The flow analysis makes it easy to visually identify the pressure drop inside the designed three-dimensional filter.

도 5를 참조하면, 도면부호 41은 오염가스 미포화 영역이고, 도면부호 42는 오염가스 포화 영역이다. 흡착 거동 모델링을 통해, 시간에 따른 3차원 여과기 내부의 흡착 포화도를 시각적으로 용이하게 파악할 수 있다. 또한, 이러한 결과 값들은 단지 3차원 여과기의 형상과, 오염 가스의 유동 조건만이 적용된 값이 아닌, 충전 흡착제의 특성, 오염 가스의 특성, 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성이 반영된 값이므로, 보다 정확도가 높을 수 있다.Referring to FIG. 5, reference numeral 41 denotes a polluted gas unsaturated region, and reference numeral 42 denotes a polluted gas saturation region. Adsorption behavior modeling makes it easy to visually identify the adsorption saturation in a three-dimensional filter over time. In addition, these result values reflect the characteristics of the packed adsorbent, the properties of the polluted gas, and the adsorption characteristics between the polluted gas and the packed adsorbent, not only the shape of the three-dimensional filter and the flow conditions of the polluted gas. The accuracy may be higher.

단계(S170)에서, 사용자는 기존 구형 모델 또는 시험용 단순모델에 대한 성능 시험을 수행하고, 상기 성능 시험에 대한 결과를 상기 구형 모델에 대한 유동 해석과 흡착 거동 모델링 데이터와 비교하여 상기 유체해석 프로그램의 파라미터 값들을 보정할 수 있다. 단계(S170)는, 구형모델 또는 기존형상(예제모델) 유체해석 결과를 분석하는 단계(S171), 구형모델 또는 기존형상에 대한 성능 시험을 실제로 수행하는 단계(S172), 구형모델 또는 기존형상 시험결과와 실제 성능 시험 값을 비교하여 모델링 정확성을 검토하는 단계(S173), 단계(S173)에서의 결과에 기초하여 모델링 정확도가 낮다면 파라미터를 보정하는 단계(S174)를 포함할 수 있다.In step S170, the user performs a performance test on the existing spherical model or the test simple model, and compares the results of the performance test with the flow analysis and adsorption behavior modeling data for the spherical model to determine the fluid analysis program. Parameter values can be corrected. In step S170, the step of analyzing a spherical model or existing shape (example model) fluid analysis results (S171), the step of actually performing a performance test for the spherical model or existing shape (S172), the spherical model or existing shape test Comparing the result with the actual performance test value (S173) and reviewing the modeling accuracy, if the modeling accuracy is low based on the results in step S173 may include the step of correcting the parameter (S174).

단계(S180)에서, 사용자는 3차원 여과기의 출구 농도 변화를 산출하여 3차원 여과기의 흡착 수명을 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 여과기 출구 농도가 누출 허용 농도를 초과하는 지점을 여과기 흡착 수명으로 결정할 수 있다(도 8 참조).In step S180, the user may calculate the change in the outlet concentration of the three-dimensional filter to determine the adsorption life of the three-dimensional filter. For example, the user may determine the point at which the filter outlet concentration exceeds the leak allowable concentration as the filter adsorption life (see FIG. 8).

단계(S190)에서, 사용자는 오염 가스의 특성, 충전 흡착제의 특성, 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성, 유체 거동에 관계되는 유체역학 이론 파라미터, 가스의 흡착거동에 관계되는 흡착거동 표현식 관련 파라미터 중 적어도 하나의 값을 조절할 수 있다. 설계된 3차원 여과기 형상에 다시 적용할 수 있다.In step S190, the user relates to the characteristics of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent, the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent, the hydrodynamic theoretical parameters related to the fluid behavior, and the adsorption behavior expression related to the adsorption behavior of the gas. At least one value of the parameter may be adjusted. It can be applied again to the designed three-dimensional filter shape.

단계(S200)에서, 사용자는 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 재산출할 수 있다. 사용자는 원하는 여과기 흡착 수명에 도달할 때까지 앞선 단계들을 반복 수행하여 최종적인 충전 흡착제 특성을 결정할 수 있다.In step S200, the user may simultaneously recalculate flow analysis and adsorption behavior modeling. The user can repeat the preceding steps until the desired filter adsorption life is reached to determine the final packed adsorbent properties.

도 6은 일 실시 예에 따른 3차원 여과기 형상을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6에서 비효율 영역을 제거한 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view schematically showing the shape of a three-dimensional filter according to an embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an inefficient region is removed from FIG. 6.

도 6 및 도 7을 참조하면, 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계(S160, 도 1 참조)는, 3차원 여과기의 내부 공간을 복수 개의 공간으로 구획하는 단계와, 복수 개의 공간 각각의 흡착 거동을 비교하여 비효율 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3차원 설계된 여과기 형상은 입구부(51), 몸체부(52), 출구부(53)를 포함할 수 있다. 가스는 입구부(51)를 통해 유입되고, 몸체부(52)에서 흡착되고, 출구부(53)를 통해 토출될 수 있다. 몸체부(52)의 내부에는 흡착제가 구비될 수 있으며, 몸체부(52)의 내부 공간은 복수 개의 공간(A-F)으로 구획될 수 있다. 복수 개의 공간 각각의 흡착 거동은 서로 비교될 수 있으며, 비효율 영역이 결정될 수 있다. 예를 들어, 여과기가 흡착 수명에 도달할 경우, 대부분의 공간의 흡착제는 포화상태일 수 있으나, 오염 가스의 유동이 원활하게 도달하지 않는 부분, 즉 비효율 영역의 포화도는 상대적으로 낮을 수 있다. 비효율 영역에서는 다른 영역이 완전히 흡착된 상태에서도 흡착이 덜 된 상태일 수 있다. 예를 들어, 도 6에 표시된 공간 중 공간(C) 및 공간(F)는 비효율 영역일 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the step of simultaneously calculating the flow analysis and the adsorption behavior modeling (S160, see FIG. 1) may include: dividing the internal space of the three-dimensional filter into a plurality of spaces, and each of the plurality of spaces. Comparing the adsorption behavior to determine the inefficiency region. For example, the three-dimensional designed filter shape may include an inlet 51, a body 52, and an outlet 53. The gas may be introduced through the inlet 51, adsorbed by the body 52, and discharged through the outlet 53. An adsorbent may be provided in the body part 52, and the internal space of the body part 52 may be divided into a plurality of spaces A-F. The adsorption behavior of each of the plurality of spaces can be compared with each other and the inefficiency region can be determined. For example, when the filter reaches the adsorption life, the adsorbent in most of the spaces may be saturated, but the saturation of the portion where the flow of contaminated gas does not reach smoothly, i.e., the inefficient region, may be relatively low. In the inefficient region may be less adsorption even when the other region is completely adsorbed. For example, the space C and the space F of the spaces shown in FIG. 6 may be inefficient regions.

비효율 영역을 결정하는 단계는, 시간에 따른 복수 개의 공간 각각의 흡착 포화도를 측정하는 단계와. 설정 시간이 경과 후, 흡착 포화도가 설정 포화 값에 도달하지 않은 영역을 비효율 영역으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공간(C)이 비효율 영역으로 결정될 경우, 사용자는 3차원 여과기의 형상을 설계하는 단계로 돌아가 비효율 영역, 예를 들어 공간(C) 및 공간(F)를 제거할 수 있다. 이와 같은 방식으로 사용자는 여과기 형상을 보다 컴팩트하게 제작할 수 있다.Determining the inefficiency region comprises measuring the adsorption saturation of each of the plurality of spaces over time. After the set time has elapsed, the step of determining the area where the adsorption saturation does not reach the set saturation value as an inefficient area. For example, if the space C is determined to be an inefficient region, the user may return to the step of designing the shape of the three-dimensional filter to remove the inefficient region, for example, the space C and the space F. In this way the user can make the filter shape more compact.

도 8은 여과기 흡착 파과 예측 곡선 및 여과기 수명 판단 기준을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a filter adsorption breakthrough prediction curve and a filter life determination criterion.

도 8을 참조하면, 3차원 여과기의 출구 농도는 파과 농도에 기초하여 결정될 수 있다. 오염 가스가 유입되는 시간, 즉 여과 시간이 경과하는 동안, 파과 농도는 0에서, 일정 시간이 지나면 점차 증가하게 된다. 파과 농도가 누출 허용 농도를 초과하는 지점이 여과기 흡착 수명일 수 있다.Referring to FIG. 8, the outlet concentration of the three-dimensional filter may be determined based on the breakthrough concentration. During the time when the pollutant gas enters, i.e., the filtration time, the breakthrough concentration increases gradually from zero to a certain time. The point at which the breakthrough concentration exceeds the allowable leakage concentration may be the filter adsorption life.

도 9는 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법에 따라 검증된 여과기의 수명 평가 표시방법을 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing a method for displaying a life evaluation of a filter verified according to a method of designing a gas filter shape in consideration of characteristics of an adsorbent itself and adsorption characteristics of an adsorbent and a contaminated gas.

도 9를 참조하면, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 여과기 사용시간 자료는, 가스 종류, 농도 환경 및 작업별 부하 수준에서 각각 고려되어 그래프 형태로 출력될 수 있다. 이와 같은 출력물은 제품(예를 들어, 방독면)의 표면에 부착될 수 있다. 착용자는 해당 그래프를 보고 여과기 수명을 간편하게 파악할 수 있다.Referring to FIG. 9, the filter usage time data considering the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and the polluting gas may be output in the form of a graph in consideration of the gas type, the concentration environment, and the work load level. Such output may be attached to the surface of the product (eg gas mask). The wearer can easily see the filter life by looking at the graph.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although embodiments have been described with reference to the accompanying drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described structure, apparatus, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or may be combined with other components or equivalents. Appropriate results can be achieved even if they are replaced or substituted.

Claims (8)

컴퓨터 시스템에 의해 수행되는 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 3차원 여과기의 형상을 설계하는 단계;
상기 3차원 여과기를 통과하는 오염 가스의 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기의 입구, 내부 공간 및 출구를 차례로 통과하는 상기 오염 가스의 유동 조건을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기 내부에 구비되는 충전 흡착제의 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계; 및
상기 3차원 여과기의 형상, 오염 가스의 특성, 오염 가스의 유동 조건, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성에 기초하여, 유체해석 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계를 포함하고,
유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계는,
상기 3차원 여과기의 내부 공간을 복수 개의 공간으로 구획하는 단계; 및
상기 복수 개의 공간 각각의 흡착 거동을 비교하여 비효율 영역을 결정하는 단계를 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
Designing a shape of the three-dimensional filter through a three-dimensional shape design program executed by a computer system;
Inputting characteristics of the contaminated gas passing through the three-dimensional filter into a database;
Inputting the flow conditions of the polluting gas passing through the inlet, the internal space and the outlet of the three-dimensional filter into the database;
Inputting characteristics of a packed adsorbent provided in the three-dimensional filter into the database;
Inputting adsorption characteristics between the contaminated gas and a packed adsorbent into the database; And
Simultaneous flow analysis and adsorption behavior modeling using a fluid analysis program based on the shape of the three-dimensional filter, the characteristics of the contaminated gas, the flow conditions of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent Calculating,
Simultaneously calculating flow analysis and adsorption behavior modeling,
Partitioning the internal space of the three-dimensional filter into a plurality of spaces; And
Comparing the adsorption behavior of each of the plurality of spaces to determine an inefficiency region, the method of designing a gas filter shape in consideration of the properties of the adsorbent itself and the adsorption properties of the adsorbent and contaminated gas.
제 1 항에 있어서,
상기 오염 가스의 특성은 오염 가스 성분, 오염 가스 농도 및 오염 가스 온도 중 적어도 하나를 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
The method of claim 1,
And the characteristic of the contaminated gas includes at least one of a contaminated gas component, a contaminated gas concentration, and a contaminated gas temperature.
제 1 항에 있어서,
상기 충전 흡착제의 특성은 흡착제 성분, 흡착제 밀도, 흡착제 입자 형상, 흡착제 입자 크기, 기공도 및 상기 3차원 여과기의 내부의 흡착제 충진 밀도 중 적어도 하나를 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
The method of claim 1,
The properties of the packed adsorbent include at least one of adsorbent component, adsorbent density, adsorbent particle shape, adsorbent particle size, porosity and adsorbent packing density inside the three-dimensional filter, Method of designing gas filter shape considering adsorption characteristics.
제 1 항에 있어서,
상기 오염 가스의 특성, 충전 흡착제의 특성, 및 상기 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성 중 적어도 하나의 값을 조절하는 단계; 및
상기 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 재산출하는 단계를 더 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
The method of claim 1,
Adjusting a value of at least one of properties of the contaminated gas, properties of a packed adsorbent, and adsorption properties between the contaminated gas and a packed adsorbent; And
And simultaneously regenerating the flow analysis and the adsorption behavior modeling, taking into account the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and the polluting gas.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 비효율 영역을 결정하는 단계는,
시간에 따른 상기 복수 개의 공간 각각의 흡착 포화도를 측정하는 단계; 및
설정 시간이 경과 후, 상기 흡착 포화도가 설정 포화 값에 도달하지 않은 영역을 상기 비효율 영역으로 결정하는 단계를 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
The method of claim 1,
Determining the inefficiency region,
Measuring adsorption saturation of each of the plurality of spaces over time; And
After the set time has elapsed, designing a gas filter shape in consideration of the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and pollutant gas, including determining the region where the adsorption saturation does not reach the set saturation value as the inefficient region. Way.
컴퓨터 시스템에 의해 수행되는 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 3차원 여과기의 형상을 설계하는 단계;
상기 3차원 여과기를 통과하는 오염 가스의 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기의 입구, 내부 공간 및 출구를 차례로 통과하는 상기 오염 가스의 유동 조건을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기 내부에 구비되는 충전 흡착제의 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기의 형상, 오염 가스의 특성, 오염 가스의 유동 조건, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성에 기초하여, 유체해석 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계; 및
상기 3차원 여과기의 출구 농도 변화를 산출하여 상기 3차원 여과기의 흡착 수명을 결정하는 단계를 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
Designing a shape of the three-dimensional filter through a three-dimensional shape design program executed by a computer system;
Inputting characteristics of the contaminated gas passing through the three-dimensional filter into a database;
Inputting a flow condition of the polluting gas passing through the inlet, the internal space, and the outlet of the three-dimensional filter into the database;
Inputting characteristics of a packed adsorbent provided in the three-dimensional filter into the database;
Inputting adsorption characteristics between the contaminated gas and a packed adsorbent into the database;
Simultaneous flow analysis and adsorption behavior modeling using a fluid analysis program based on the shape of the three-dimensional filter, the characteristics of the contaminated gas, the flow conditions of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent Calculating; And
And calculating the adsorption life of the three-dimensional filter by calculating a change in the outlet concentration of the three-dimensional filter.
컴퓨터 시스템에 의해 수행되는 3차원 형상 설계 프로그램을 통해 3차원 여과기의 형상을 설계하는 단계;
상기 3차원 여과기를 통과하는 오염 가스의 특성을 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기의 입구, 내부 공간 및 출구를 차례로 통과하는 상기 오염 가스의 유동 조건을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기 내부에 구비되는 충전 흡착제의 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성을 상기 데이터베이스에 입력하는 단계;
상기 3차원 여과기의 형상, 오염 가스의 특성, 오염 가스의 유동 조건, 충전 흡착제의 특성 및 오염 가스 및 충전 흡착제 상호 간의 흡착 특성에 기초하여, 유체해석 프로그램을 이용하여 유동 해석과 흡착 거동 모델링을 동시에 산출하는 단계; 및
기존 구형 모델 또는 시험용 단순모델에 대한 성능 시험을 수행하고, 상기 성능 시험에 대한 결과를 상기 기존 구형 모델에 대한 유동 해석과 흡착 거동 모델링 데이터와 비교하여 상기 유체해석 프로그램의 파라미터 값들을 보정하는 단계를 포함하는, 흡착제 자체의 특성과 흡착제 및 오염 가스의 흡착 특성을 고려한 가스 여과기 형상을 설계하는 방법.
Designing a shape of the three-dimensional filter through a three-dimensional shape design program executed by a computer system;
Inputting characteristics of the contaminated gas passing through the three-dimensional filter into a database;
Inputting the flow conditions of the polluting gas passing through the inlet, the internal space and the outlet of the three-dimensional filter into the database;
Inputting characteristics of a packed adsorbent provided in the three-dimensional filter into the database;
Inputting adsorption characteristics between the contaminated gas and a packed adsorbent into the database;
Simultaneous flow analysis and adsorption behavior modeling using a fluid analysis program based on the shape of the three-dimensional filter, the characteristics of the contaminated gas, the flow conditions of the contaminated gas, the characteristics of the packed adsorbent and the adsorption characteristics between the contaminated gas and the packed adsorbent Calculating; And
Performing a performance test on an existing spherical model or a simple model for testing, and comparing the results of the performance test with the flow analysis and adsorption behavior modeling data for the existing spherical model to correct the parameter values of the fluid analysis program. A method of designing a gas filter shape comprising the characteristics of the adsorbent itself and the adsorption characteristics of the adsorbent and contaminated gas.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002042041A (en) * 2000-07-31 2002-02-08 Ebara Corp Design method of adsorbent
JP2003159504A (en) * 2001-11-28 2003-06-03 Shinko Pantec Co Ltd Filter and method of designing it
JP2004279177A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Program for estimating lifetime of adsorbent and deodorizing apparatus using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002042041A (en) * 2000-07-31 2002-02-08 Ebara Corp Design method of adsorbent
JP2003159504A (en) * 2001-11-28 2003-06-03 Shinko Pantec Co Ltd Filter and method of designing it
JP2004279177A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Program for estimating lifetime of adsorbent and deodorizing apparatus using the same

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