KR20000069885A - 재생성 탄소천 흡착제를 사용한 공기정화 방법 및 수단 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡착활성탄소천이 상기 기류내에 배치되는 기류로부터 오염물을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법 및 장치는 흡착된 오염물을 탈착하기 위하여 천 흡착제에 전류를 가하는 것을 제공한다.
Description
최근, "빌딩 환경 증후군(Sick Building Syndrome)"과 같은 공기의 질, 특히 건강과 관련된 면에 대한 관심과 빌딩 및 다른 건축물내의 냄새에 대한 관심이 증가되고 있다. 이러한 관심은 퀴퀴한, 냄새나는 공기, 및 빌딩공기내의 잠재적으로 유해한 성분을 증가시키는 빌딩내의 공기교환율의 에너지와 관련된 감소경향과함께 더욱 높아졌다. 차례로, 이것은 호흡하는 공기내의 불쾌한 오염물의 량을 감소시키는 시스템 및 장치에 대한 관심을 증가시켰다.
공기로부터 제거되어야 하는 불쾌한 오염물은 일반적으로 두 개의 기본적인 형태, 즉 미립자 및 기체 또는 증기라고 알려져 있다. 미립자 제거를 위하여, 많은 방법이 사용될 수 있고 현재 실행되며 상기 방법은 불투과 여과법(barrier filtration), 정전침전법(electrostatic precipitation) 등을 포함한다.
일반적으로 유기 조성물인 기체 및 증기 성분에 대하여, 활성탄소흡착법을 포함하는 기술이 전형적으로 추천된다. 활성탄소상의 물리적인 흡착은 공기로부터 다양한 오염물의 혼합물을 부피로 100만 분의 1(ppmv) 또는 더욱 낮은 농도의 수준까지 제거하는 가장 효과적인 수단이다. 활성탄소를 적용하는 몇가지 수단이 있으며, 각각의 수단은 관련된 단점과 장점을 가진다.
자주, 과립활성탄소(GAC) 또는 조립활성탄소(pelletized activated carbon)는 성기게 트레이내에 놓여지거나 또는 보유체(retention screen)에 의해 적합하게 유지되고 빌딩 HVAC 시스템의 기류내에 놓여진다. 대안적으로, 상기 탄소는 단일의 방(room)내의 공기를 처리하는 크기로 제작된 공기-조정장치내에 놓여질 수 있다. 상기 탄소의 입자 크기는 입자 사이의 공극 크기를 증가시키도록 직경이 수 mm 정도로 비교적 크며 주어진 공기의 선속도에서의 압력강하를 감소시킨다. 그러나, 큰 입자 크기는 오염물 입자가 이동해야만 하는 확산로의 길이를 또한 증가시키고 그러므로 흡착시간을 증가시킨다. 결과적으로, GAC와 접촉하는 오염된 공기의 거주시간은 비례적으로 증가된다. 그러한 시스템이 가진 문제점은 높은 압력강화와 상기 탄소의 용량이 소모될 때 상기 탄소의 주기적인 교체를 필요로 한다는 것이다. 유해하거나 또는 위험한 재료가 상기 시스템에 의해 제거된다면 상기 교체는 번그럽고 잠재적으로 위험하다.
GAC에 대한 대안은 분말활성탄소(PAC)다. PAC는 50 내지 100 배의 더욱 작은 입자 크기를 가지므로 흡착에 대해 더욱더 짧은 확산로를 가진다. 결과적으로, 기체가 상기 탄소층과 접촉해야만 하는 거주시간은 비례적으로 감소된다. 이것은 mm 두께의 매우 얇은 층깊이를 허용한다. 그러나 PAC를 함유하는 것은 매우 어렵고 상기 층을 가로질러 압력강화는 매우 높을 수 있다.
몇몇의 조정문제는 어떤 종류의 매트릭스내에 다른 성긴 탄소(GAC 또는 PAC)를 동봉함으로서 처리된다. 그래서, 자체 지지블럭, 판넬(panel) 또는 스라브(slab)(WO 94/03270,PCT/US93/06274)를 형성하기 위하여 상기 탄소는 상호간에 결합되거나 지지체에 결합될 수 있다. 또한 상기 탄소는 직조 또는 비직조 웨브구조체(web structure)내의 섬유에 고정될 수 있다. 그후 상기 탄소는 성긴 재료로서 보다는 많은 탄소 매체 단위로서 취급될 수 있다. 상기 매체에 의한 압력강하는 상기 매트릭스내에 공극을 제공함으로서 처리된다. 상기 탄소입자의 간극은 수용할 수준까지 압력강하를 감소시키지만 공기의 상당부분이 탄소입자와 접촉하지 않고 필터를 통과하지 때문에 상기 매체 필터(filter)의 효율은 감소된다. 그러나 이러한 해결책은 오염물질에 대한 탄소의 제한된 흡착용량문제점을 해결하지 못한다. 결과적으로 대체할 필요성이 남아있다. 사실, 탄소표면의 일부분이 접착제에 의해 폐색되므로 탄소를 결합하는 방법은 종종 용량감소를 일으킨다.
활성탄소 또는 활성탄소매체용량의 상당부분을 재생할 수 있는 방법이 또한 알려져 있다. 이것은 보수의 빈도를 감소시킨다. 대안적으로, 재생은 더욱 적은 량의 탄소를 사용하게 하고 이것은 효율의 감소없이 비용 및 공간필요성을 감소시킨다. 상기 재생방법은 어떤 수단에 의해 탄소층을 가열함으로서 자주 실시된다. 관련 기술분야에서, 물리적인 흡착처리에 의해 제거된 재료에 대한 활성탄소의 용량은 고온에서 감소된다는 것이 알려져 있다. 그래서, 오염물로 거의 포화상태까지 채워진 많은 활성탄소의 온도가 증가될 때, 오염물은 상기 탄소 다공체(pore structure)로부터 탈착되고 적합한 정화류(purge stream)에 의해 깨끗이 제거될 수 있다. 그래서, 탄소가 냉각될 때, 초기 용량의 상당부분이 회복된다. 어떤 순간에서 상기 내부 탄소구조체의 실제온도는 오염물의 흡착용량 및 탈착량 및 다음 흡착사이클 동안에 회복된 용량을 규정한다. 일반적으로, 탄소를 가열하기 위하여 필요한 열은 외부로부터 공급된다. 그래서 외부 가열원(heat source)의 온도는 활성탄소체의 온도보다 높거나 동일해야 한다. 일반적으로 상기 탄소층은 청소기체(sweep gas)를 가열함으로서 또는 증기와 같은 뜨거운 공기의 적용에 의해 가열된다. 탄소 입자 또는 탄소매체과 접촉하는 가열요소를 배치함으로서 또한 가열될 수 있다(WPI 77-02666 Y/02).
편재 흑연같은 구조체때문에 활성탄소는 전기를 유도할 수 있다는 것이 기술분야에서 알려져 있다. 저항성이 매우 높아서 유용한 열은 이런 방법으로 발생될 수 있다. 그래서 활성탄소층의 재생을 완성하는데 필요한 열을 발생시키기 위하여 이러한 특성을 이용하려는 시도가 행해지고 있다(DE 4104513). 불행하게도, 상기 방법은 일반적으로 과립 또는 조립탄소층 또는 그로부터 얻어진 매체에 대하여 시도되었고 이러한 방법은 단지 제한적으로 성공했다. 전형적으로 직면한 문제점은 비균일한 가열형태, 열점(hot-spot) 및 단락(short-circuit)을 포함한다.
활성탄소의 주지된 종래의 물리적인 형태(즉, 과립, 조립,구형, 분말)외에 활성탄소는 활성탄소천(ACC) 또는 활성탄소펠트(ACF)의 형태로 준비될 수 있다는 것이 또한 알려져 있다. 이러한 흡착매체는 직조된 또는 짜여진(ACC) 또는 성긴 매트(ACF) 활성탄소섬유형태의 활성탄소로 구성되어 있다. 상기 섬유는 PAC와 유사한 직경을 가지고 그러므로 PAC와 유사한 확산로 및 흡착률을 제공한다. ACF 및 ACC의 장점은 그들이 지지체에 결합된 PAC처럼 mm직경의 매우 얇은 층으로 적용되기 쉬우며 적합하게 낮은 압력강하를 가질 뿐만 아니라 두꺼운 GAC층만큼 높은 효율을 가진다는 것이다. 상기 ACC의 섬유는 매우 작은 직경으로 될 수 있고 많은 층의 천을 가로지르는 압력강하가 작을 수 있기 때문에, 상기 ACC는 공기 정화문제에 매우 적합한 동적특성을 가진다. 그러나 상기 ACC 및 ACF형태는 활성탄소의 다른 형태들의 흡착용량에 관하여 동일한 문제점을 가진다. 그래서 교체사이의 시간이 용인할 수 없을 정도로 짧을 수 있다. 공기로 가열함으로서 또는 상기 매체을 전기가열기로와 접촉시킴으로서 ACC 및 ACF 매체를 재생시키는 것이 시도되었다.(JP 2046852,JP 2046848).
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 단점이 없는 기류정화를 향상시키는 수단 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 전류로 직접 가열함으로서 매우 효과적으로 그리고 균일하게 재생될 수 있는 직조된 또는 짜여진 ACC를 사용하여 기류내의 오염물을 제거하는 것이다. 또 다른 본 발명의 목적은 기류로부터 유기재료 및 다른 오염물을 연속적으로 흡착하고 이어서 상기 ACC의 용량을 재생하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 활성탄소천 매체를 사용하여 기류(air stream)로부터 불쾌한 오염물의 제거방법에 관한 것으로서 특히 직접적인 전류의 적용에 의해 재생될 수 있는 천흡착제에 관한 것이다. 본 발명은 특히 방, 빌딩 및 차량과 같은 밀폐공간내의 공기정화를 증가시키는데 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 실행하는 양호한 수단의 개략도.
도 2는 상기 천 흡착제가 연속루프로 도시된 본 발명의 양호한 실시예의 개략도.
본 발명은 기류로부터 불쾌한 오염증기 및 기체를 제거하는 개선된 방법을 제공한다. 일반적으로 본 발명은 실질상 연속적인 흡착을 제공하기 위하여 흡착될 물질을 가지는 스트림(stream)과 스트림을 가로질러 이동가능하게 배치된 활성탄소천을 접촉시키는 방법 및 상기 천을 전기적으로 가열함으로서 흡착된 물질을 탈착하는 방법을 제공한다. 제거될 오염물은 톨루엔, 크실렌, 프로판, 부탄, 헥산, 탄화수소,메르캅탄, 알데히드,켑톤, 아민,황하물등과 같은 많은 냄새나는 또는 잠재적으로 유해한 기체를 포함한다. 상기 방법은 고효율과 작은 공간 필요조건때문에 상업, 주거,또는 산업건물과 같은 다양한 건물내의 기류로부터 상기 오염물을 제거하는데 특히 유용하다. 상기 방법은 차량내의 기류를 처리하는데 또한 적용될 수 있고 유용하다.
본 발명의 하나의 실시예는 오염된 기류를 활성탄소섬유로 구성된 활성탄소천(ACC)과 접촉시킴으로서 공기로부터 오염물을 제거하는 수단을 제공한다. 상기 섬유는 직조 또는 짜여지거나 또는 상기 천을 제공하는 많은 방법으로 제조될 수 있다. 일반적으로 상기 천은 기류, 오염정도, ACC의 용량에 의해 결정된 률로 기류를 가로질러 이동된다. 상기 ACC는 활성탄소섬유상에 물리적인 흡착으로 오염물을 제거한다. 상기 천이 적합한 량의 용량까지 오염물로 채워질 때, 천을 통해 전류를 흘려 흡착된 오염물을 제거함으로서 상기 ACC는 재생된다. 상기 천은 본질적으로 초기의 채워지지 않은 상태로 되돌아 간다. 전류는 흡착된 오염물을 탈착하기 위하여 섬유의 온도를 높인다. 그래서 탄소섬유는 흡착표면 및 가열원으로서 역활을 한다. 제 2 가열체로부터 어떠한 열전달도 요구되지 않기 때문에, 상기 방법은 종래기술방법보다 본질상 열적으로 효율적이다. 또한 제거를 위한 열은 흡착 및 탈착의 열역학이 요구되는 흡착매체내에서 발생되기 때문에 더욱 효율적이다. 전류가 상기 탄소천을 통해 흐르는 기간동안, 본 발명의 방법은 공기 또는 불활성 기체의 적합한 정화류가 상기 천으로부터 적합한 배출위치 또는 처리수단까지 제거된 오염물을 운반하는데 사용된다라는 것을 제공한다. 본 발명의 다른 장점은 이하 도면과 관계된 본 발명의 양호한 실시예의 하기 설명를 정독한다면 명백해질 것이다.
도 1에 관하여, 본 발명의 양호한 실시예는 흡착제(10)가 제거될 오염물을 함유하는 기류내에 구멍을 가로질러 배치된 활성탄소천(11)을 포함한다라는 것을 도시한다. 양호한 실시예에서, 천(11)은 롤(14,16) 주위에 감긴다. 상기 실시예에서, 전극(14,18)은 각각 대향 롤(14,16)중 하나에 인접하여 배치된다.
하나 또는 나머지 롤러상에 천을 감음으로서 공기 유동을 가로질러 천(11)을이동가능하게 배치하기 위하여 도시되지 않지만 모터 또는 다른 수단이 롤(14,16)에 작동가능하게 연결된다. 이런 방법으로, 기류는 연속적 또는 불연속적인 방법으로 기대했었던 바와 같이 천의 깨끗한 부분에 노출될 수 있다. 연속적인 방법에서, 상기 천은 유동 및 상기 천상의 부하에 따라 선택된 률로 기류를 가로질러 연속적으로 이동된다. 불연속 방법에서, 상기 천은 기류를 가로질러 배치되고 천의 비흡착부가 오염물을 흡착하는 위치에 있는 동안에 총합에 이르기까지 계속 위치해 있다.
천(11)이 재생챔버(21)내의 인출롤(이 경우에는 14)상에 모임에 따라, 상기천의 폭은 롤(14,18)을 통과하게 되며 상기 롤(14,18)은 전기적으로 전도성이 있으며 제 1 쌍전극으로서 역활을 한다. 관심있는 오염물의 제거를 위하여 더이상 상기 천이 적합한 용량을 가지지 않는다고 판단이 될 때, 천은 천으로부터 오염물을 탈착함으로서 재생된다. 본 발명의 방법에 따라, 탈착은 상기 천의 경로를 반대로 하고 천이 두 개의 전극사이를 통과할 때 천에 적합한 전류를 적용함으로서 완성된다. 천의 온도가 전기적인 저항의 결과로 상승됨에 따라, 오염물이 탈착된다. 탈착된 오염물은 대기 또는 처리원까지 배출구(22)를 통해 배출되는 작은 기류에 의해 재생챔버로부터 제거된다.
게다가, 챔버(26)가 연속적인 흡착 및 재생을 허용하는 재생챔버로서 역활을 하도록 롤(16,19)은 전극으로서 또한 사용된다라는 것은 당업자에게 자명한 것이다. 양 실시예에서 전기적인 접촉을 제공하기 위하여 상기 천이 상기 전극과 적합한 접촉을 하는 것은 중요하다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 방법의 다른 실시예는 공기관 개구(air duct opening)(15)를 가로지르는 천의 연속적인 벨트(11)을 포함한다. 상기 실시예에서, 오염된 기류는 탄소천의 벨트(11)와 두 번 접촉한다. 제 1 또는 선두 천 부분(leading cloth section)(11a) 또는 제 2 또는 후미 천 층(trailing cloth layer)(11b)중 어느 하나가 새로이 재생되고 그래서 제 1 천 층을 통과한 후 남아 있는 오염물을 더욱 양호하게 제거할 수 있다. 선두 천층이 흡착되지 않는 경우에, 그것은 재생영역을 들어가기 전에 오염물의 고 농도를 감소시키는 기능을 할 수 있다. 전류에 의한 재생은 상기 처럼, 즉 천을 두개의 전도면 예컨데 롤러(14,18) 또는 전위가 적용되는 전위 그리드(potential grid)(24)를 통과시킴으로서 완성된다. 원한다면, 재생장치는 상기 천벨트가 공기관을 통과하기 전에 재생되도록 상기 관의 양면상에 배치될 수 있다. 상기 실시예에서, 재생챔버(21)내의 추가적인 롤러(28,29)가 도시되고 추가적인 롤러(31)는 챔버(26)내에 배치된다. 상기 추가적인 롤러는 천을 안내하는데 사용될 뿐만 아니라 재생전에 상기 천을 예열하는 추가적인 전극으로 작용한다.
본 발명의 방법은 기류로부터 다양한 오염물을 제거하고 상기 흡착재료를 초기 상태로 되돌려 놓는데 유용하다. 본 발명은 다른 장점이 명백한 하기 예시에 의해 또한 설명된다.
예 1
세 층의 활성탄소천 형태 FMI-250[차콜 클로스 인터내셔날 Ltd(Charcoal Cloth International Ltd)]은 플라스틱 견본 홀더(holder)에 3.9×3.9cm의 직사각형 개구를 가로질러 적소에 고정된다. 여러개의 구리박막(copper foil)이 상기 고정물의 두 개의 대향면상에, 상기 천 층 사이에 배치되지만 상기 고정물의 개구내에는 배치되지 않는다. 상기 스트립은 와이어(wire)가 상기 스트립에 고정되도록 상기 고정물의 에지를 넘어 확장된다.
사이클 1:(흡착) 80ppmv n-부탄 및 상대습도 50% 을 함유하는 기류가 10cm/sec의 선속도로 상기 천을 가로지른다. 배출 탈착류(effluent desorption stream)내의 부탄 농도는 측정된다. 상기 천 위의 대략 1cm 지점에서의 배출공기의 온도는 탈착기간동안 68℃ 이다. 측정된 부탄 농도가 10 ppmv미만일 때까지 탈착은 계속된다. 이 때에, 전류는 차단되고 상기 천은 정화류내에서 냉각된다. 18.1mg의 부탄이 상기 천 견본으로부터 제거된다.
사이클2:(흡착) 배출물이 63ppmv에 도달할 때까지 상기 천 견본은 사이클1에서와 같이 80ppmv 부탄을 함유하는 기류에 노출된다. 19.5mg 부탄이 기류로부터 제거된다.
(탈착) 제거배출물에서의 부탄 농도가 10ppmv미만이 될 때까지 사이클 1의 전류 및 건공기 정화는 상기와 같이 복구되고 유지된다. 상기 천은 정화하에서 냉각된다. 19.5mg의 부탄이 탈착된다.
사이클3: 흡착적재(adsorption loading)가 75ppm의 배출농도까지 계속된다는 것을 제외하고는 사이클2의 흡착 및 탈착단계는 반복된다. 22.2mg의 부탄은 흡착단계에서 제거되고 22.2mg의 부탄은 탈착단계에서 탈착된다.
예2
80ppmv의 톨루엔이 부탄 대신에 오염물로서 사용되는 것을 제외하고는 예1의 장치 및 단계는 반복된다. 배출물이 14ppmv가 될 때까지 흡착은 계속된다. 탈착배출물이 10ppmv에 도달할 때까지 제거는 10V, 2A의 전류를 사용해서 행해진다. 흡착되거나 탈착된 톨루엔의 량은 표 1에 기재되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 상세히 도시되고 설명되어 있을 지라도, 그것은 첨부된 청구범위내에서 변경될 수 있다.
Claims (16)
- 기류로부터 불필요한 오염물을 제거하는 방법에 있어서, 오염된 공기를 상기 공기로부터 오염물을 흡착하기 위하여 활성탄소천을 포함하는 흡착매체와 접촉시키는 단계와 그 후 상기 활성탄소천에 전류를 통하는 단계를 포함하며, 상기 전류는 상기 공기의 온도 이상으로 상기 천의 온도를 증가시키고 불필요한 성분을 탈착시키는데 충분하고 상기 탈착된 오염물을 상기 공기와 다른 제 2의 스트림에 안내하는 오염물제거방법.
- 제 1항에 있어서, 오염물을 흡착하기 위하여 상기 공기와의 최소한의 흡착면적을 제공하도록 상기 공기와 접촉하는 상기 천을 불연속 또는 연속적으로 이동시키는 단계를 포함하는 오염물제거방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공기에 의해 접촉되어 탈착되는 천을 제공하는 단계를 포함하는 오염물제거방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 천의 일부분이 상당한 부분의 흡착용량에 도달할 때 상기 기류 밖으로 상기 접촉된 천을 이동시키고 상기 기류 밖으로 이동된 상기 부분에 상기 전류를 적용하는 단계를 포함하는 오염물제거방법.
- 기류로부터 오염물을 제거하는 장치에 있어서,상기 기류 유도용 공기통로를 가지는 하우징과,상기 통로를 가로질러 배치된 적어도 제 1 및 제 2 단부를 가지는 활성탄소천과,상기 제 1 및 제 2 단부와 각각 접촉하는 하나 이상의 제 1 및 제 2 전극과,상기 전극 사이에 전류를 적용하는 수단을 포함하는 오염물제거장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 활성탄소천은 길이가 상기 통로보다 크고 제 1 및 제 2 천 위치설정수단을 포함하며 상기 제 1 및 제 2 천 위치설정수단은 상호간에 대하여 상기 통로를 가로질러 배치되고 상기 천의 제 1 및 제 2 단부가 각각의 위치설정수단에 부착되는 오염물제거장치.
- 제 6항에 있어서, 상기 위치설정수단은 롤러를 포함하는 오염물제거장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 롤러는 상기 제 1 및 제 2 전극을 포함하는 오염물제거장치.
- 제 7항에 있어서, 두 개의 추가 롤러를 포함하며 상기 하나의 롤러는 상기 제 1 롤러에 인접하여 배치되고 상기 나머지 롤러는 상기 제 2 롤러에 인접하여 배치되는 오염물제거장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 제 1 인접한 추가 롤러 또는 상기 제 2 인접한 추가 롤러 중 하나는 상기 제 1 및 제 2 전극을 포함하는 오염물제거장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 제 1 인접한 추가 롤러 및 상기 제 2 인접한 추가 롤러는 제 1 및 제 2 전극을 포함하는 오염물제거장치.
- 제 9 또는 제 10항에 있어서, 탈착된 오염물을 포획하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 전극을 장착하는 탈착챔버와 상기 포획된 탈착물을 제거하는 처리수단을 포함하는 오염물제거장치.
- 제 6항 내지 10항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 롤러는 상기 관계된 롤러를 회전시키는 제어가능한 수단을 포함하는 오염물제거장치.
- 제 5항 내지 제 10항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극은 전력원에 제어가능하게 연결되는 오염물제거장치.
- 제 12항에 있어서, 탈착챔버를 포함하는 오염물제거장치.
- 제 13항에 있어서, 탈착챔버를 포함하는 오염물제거장치.
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