KR20040072638A - 연료증발가스 배출 억제 시스템에서의 배출량 감소 방법 - Google Patents

연료증발가스 배출 억제 시스템에서의 배출량 감소 방법 Download PDF

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Abstract

상기 다중 레이어 또는 스테이지의 흡착제를 이용하여 차량용 증발가스 배출 억제 시스템의 일주 온도변화 손실 배출을 현저히 줄이는 방법이다. 바람직하게는 증발가스 배출 억제 시스템의 연료 소스측의 제1 캐니스터(흡수) 영역에 높은 작용용량의 흡착제가 있다. 배출구측의 제 2 캐니스터 영역(들)에 바람직한 흡착제는 상기 연료 소스 측 흡착제와 비교 했을 때, 체적 베이스에서 평평한 또는 평평하게된 등온 흡착곡선 특성을 갖으며, 고농도의 증발가스에 대해서 비교적 낮은 용량을 나타낸다. 상기한 배출구측 캐니스터 영역을 위한 상기한 바람직한 특성을 얻기 위해 여러 가지 방안 설명된다. 제1 방안은 충전물 및/또는 공극을 체적 확산제로 사용하여 등온 흡착곡선을 평평하게 하는 것이다. 제2 방안은 필요 등온 흡착 특성을 갖는 흡착제를 채택하고 희석을 위한 특별한 대처가 요구될 필요가 없게 상기 흡착제를 적합한 형상 또는 형태로 만드는 것이다. 높은 작용용량의 흡착제를 연료 소스측에 그리고 바람직한 낮은 작용용량의 흡착제를 배출구측에 두는 개선된 조합으로, 차량용 증발가스 배출 억제 시스템 캐니스터에서 사용되는 알려진 흡착제와 비교하여 상당히 낮은 일조 온도변화 손실 배출을 제공한다.

Description

연료증발가스 배출 억제 시스템에서의 배출량 감소 방법{Method for reducing emissions from evaporative emissions control systems}
(a) 표준 작용용량 흡착제
자동차 연료시스템에서의 가솔린의 증발은 탄화수소에 의한 공기오염의 가장 큰 잠재적인 원인이다. 자동차 업계는 이러한 증발 가솔린을 배출하지 않고 가능한 한 많이 담아 두기 위한 부품과 시스템을 설계하기 위한 시도를 하고 있다. 상기 증발된 가솔린은 미국에서만 연간 10억 갤런(37.853억 리터)에 이른다. 이러한 증발 가솔린의 배출은 상기 증발된 가솔린 가스를 흡착 및 수용하는 활성탄을 채택하는 캐니스터 시스템을 사용하여 억제될 수 있다. 엔진 작동의 특정모드에서, 상기 활성탄에 흡착된 탄화수소 가스를 공기를 불어 넣어 탈착한 후 엔진에서 연소시킴으로써 정기적으로 제거되고, 재생된 상기 활성탄은 다시 사용된다. 미국 환경보호국의 명령(EPA mandate)에 의해, 상기 억제 시스템은 약 30년간 미국에서 채택되어 왔으며, 이 기간 동안 정부 규칙은 상기 억제 시스템에서의 허용 배출량을 점진적으로 낮추어 왔다. 이에 대한 대응으로, 억제 시스템의 개선책들은 상기 활성탄의 증발가스(주로 탄화수소) 수용 용량을 개선하는 데 많은 중점을 두어 왔다. 예를 들어, 동일 용량의 활성탄을 가지는 현재의 캐니스터 시스템은, 흡착 및 공기 정화 재생 사이클 동안, 쉽게 100 g의 가스를 수용하여 제거할 수 있다. 연료를 주입하는 동안, 연료 탱크로부터 오는 유입된 공기 및 탄화수소 가스의 전체 유동을 수용하기 위해, 상기 캐니스터 시스템들은 또한 낮은 유동 구속성을 가져야만 한다. 자동차용 배출 억제 시스템을 위한 활성탄에 대한 개선책들은 다음의 미국 특허에 개시되어 있다.
미국 특허 번호: 4,677,086; 5,204,310; 5,206,207; 5,250,491; 5,276,000; 5,304,527; 5,324,703; 5,416,056; 5,538,932; 5,691,270; 5,736,481; 5,736,485; 5,863,858; 5,914,294; 6,136,075; 6,171,373; 6,284,705.
종래의 자동차용 배출 억제 시스템에서 채택하고 있는 전형적인 캐니스터가 도 1에 나타나 있다. 상기 캐니스터(1)는 지지 스크린(2), 격벽(3), 시동이 꺼진 상태에서 대기와 연결되는 배출구(4), 연료탱크와 연결되는 증발가스 연결통로(5),엔진 구동 중에 동작되는 진공 정화 연결통로(6) 및 흡착제 충전물(7)을 포함한다.
다른, 기초적인 자동차용 증발가스 배출 억제 시스템용 캐니스터는 미국특허 제5,456,236호; 제5,456,237호; 제5,460,136호; 및 제5,477,836호에 개시 되어 있다.
증발가스 배출 억제 시스템용 캐니스터에 사용되는 전형적인 탄소는 베드 패킹 밀도(bed packing density) (또는 겉보기 밀도 'apparent density', g/mL), 100% 부탄가스에 대한 평형상태에서의 포화용량(부탄 활성, g/100g-carbon) 및 정화용량 (부탄비)에 대한 표준 측정에 의해 특정 지워 진다. 여기서, 정화용량은 공기정화 단계에 의해 원 상태로 돌아 갈수 있는 포화 흡착량에 대한 흡착 부탄의 비를 의미한다. 상기 세 가지 값을 곱하면 ‘ASTM D5228-92'에 의한 탄소의 유효 부탄 작용용량(BWC, g/dL)이 계산되는데, 캐니스터의 가솔린 가스에 대한 작용용량을 예상하는 좋은 기준으로 당업계에서 인정되고 있다. 본 발명의 분야에 사용되는 우수한 탄소는 높은 부탄비(>0.85)와 부탄에 대해서 부피기준으로 높은 포화용량(밀도와 부탄활성의 곱)의 결과로 약 9 내지 15 +g/dL의 높은 BWC 값을 갖는다. 가스의 모든 농도 범위에 대한 등온 평형 흡착 용량의 관점에서 볼 때, 상기 탄소는 가스 농도가 증가함에 따라 용량도 높게 증가하는 특징을 가진다. 즉, 세미로그 그래프에서 등온 흡착선이 위를 향하게 된다. 이러한 곡선은 상기 탄소는 높은 작용용량 성능 특성을 반영하며, 이러한 탄소는 고농도의 가솔린 가스 하에서 많은 양의 가스를 흡착하고, 정화 공기 흐림 하에서는 흡착된 가솔린 가스를 고농도로 방출한다. 또한, 상기 탄소는 약간은 불규칙한 모양의 과립 형상 또는 실린더 형상의펠릿(pellet)으로 이루어지는 경우가 많으며, 일반적으로 지름 1 내지 3 mm의 크기를 갖는다. 탄소 입자가 상기 언급한 크기보다 다소 커지는 경우, 동적인 흡착 및 정화 사이클 과정에서 가스가 탄소 입자로 흡착 또는 방출되기 위한 가스의 확산 이동 운동을 방해한다고 알려져 있다. 반대로, 활성탄의 입자가 다소 작아지는 경우, 연료 주유시 유입된 공기와 탄화수소가스의 유동을 허용할 수 없을 정도로 구속하게 된다.
(b) 일주 온도변화 손실 요구 (DBL, diurnal breathing loss requirement)
최근에, 가솔린 증발가스의 배출 방지 방법의 변경을 요구하는 규칙이 공표되었다. 현재의 일반적인 증발가스 배출 시스템은 고 효율을 가지므로, 캐니스터로부터 배출되는 가스량이 낮아지게 되어 배출 가스의 주원인인 연료탱크는 더 이상 주요 관심사가 아니다. 차라리, 재생(정화) 단계 후 탄소 흡착제에 잔존하는 탄화수소(residual "heel")가 현재의 실질적인 관심사이다. 이러한 배출은 차량이 수 일 동안 주차된 상태에서 온도의 일변화에 노출되었을 때 일반적으로 일어난다. 이런 현상을 통상 “일주 온도변화 손실(DBL)”이라고 칭한다. 현재 미국 캘리포니아의 저 증발가스 배출 차량 규칙 (Low Emission Vehicle Regulation)은 캐니스터 시스템에서의 DBL 배출량을, 2003년 출시되는 많은 수의 차량(PZEV)에 대해 10 mg 이하, 2004년 출시되는 많은 수의 차량(LEV-II)에 대해 50 mg 이하, 특히 20 mg 이하가 되도록 요구하고 있다. 여기서 PZEV와 LEV-II는 상기규칙의 표준이다.
상용(商用)되는 캐니스터에 사용되는 표준 탄소는 작용용량 면에서는 뛰어난반면, 캐니스터의 정상 작동 상태에서 DBL 배출 기준치를 만족하지 못한다. 더욱이, 작용용량에 대한 어떤 표준 측정치도 DBL 배출 성능과는 관련되어 있지 않다.
한편, 배출 기준을 만족하기 위한 제1 옵션이 있는데, 이 옵션에서는 탄소 베드(bed)의 잔존 탄화수소량을 감소시켜 증발가스 배출을 줄이지만 재생단계에서 정화 공기량을 상당히 증가 시킨다. 또한, 이러한 전략은 정화 재생 동안 엔진으로 들어가는 연료/공기 혼합기의 관리를 복잡하게 하는 단점이 있고, 배기관의 배출 가스 배기량에 영향을 미치는 단점이 있다. 즉, 문제를 해결 한다기보다는 문제를 옮기는 또는 새로운 문제를 발생시키는 것이 된다. (미국 특허 제4,894,072호 참조)
제2 옵션은 캐니스터 시스템의 배출구측 위치(상기 베드가 처음으로 정화 공기와 만나는 부분)에 비교적 작은 횡단면을 가지는 탄소 베드를 설계하는 것이다. 기존의 캐니스터의 치수를 다시 설계하거나, 배출구 쪽에 추가 보충적인 캐니스터를 장착하는 방법이 있다. 상기 제2 옵션은 배출구측 부분의 탄소 베드에 가해지는 정화 공기의 밀도를 증가시킴으로써 잔존 탄화수소량을 부분적으로 줄일 수 있는 효과가 있어, 온도의 일변화에 노출된 캐니스터로부터 배출되었을 증발가스를 잡아 두는 능력을 증대시킨다. 단점은 캐니스터 시스템에서의 유체 유동을 과도하게 구속하지 않으면서 감소 단면부의 길이를 늘이는 데에는 실질적인 한계가 있다는 것이다. 실제로, 이러한 한계로 인해 증발가스 배출 허용기준을 만족할 만큼 충분히 감소 단면부를 늘일 수 없다.(미국특허 제 5,957,114호 참조)
흡착제의 흡수공에 흡착된 연료 증발가스와 공기의 혼합기에 대한 정화 효율을 높이기 위해 캐니스터 내부 또는 일 측에 가열 능력을 구비하게 하는 제3 옵션은 미국특허 제6,098,601호 및 제6,279,548호에서 제안 되었다. 상기 가열능력을 구비함으로써, 증발가스 저장부의 압력을 증가시켜 증발가스/정화공기 도관(conduit)을 통해 연료탱크로 고온의 증발가스를 배출하여 연료탱크의 낮은 대기 온도에 의해 응축되도록 하거나(‘601), 흡착제를 가열하여 탄화수소 정화 효율을 증가시키고 정화된 연료 증발가스를 엔진의 흡기시스템으로 보내게 된다.(’548) 그러나 이 옵션은 증발가스 배출 억제 시스템을 복잡하게하고, 가열로 인한 안전상의 문제를 가지고 있다.
따라서 상기 언급한 옵션들에 나타나는 단점을 가지지 않는 수용가능한 해결책이 요구된다. 이하 개시되고 청구되는 본 발명이 그 해결책을 제공한다.
본 발명은 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량을 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 시스템은 활성탄 입자가 채워진 캐니스터와 흡착력 있는 모노리스(monolith)가 들어 있는 캐니스터를 포함하며, 상기 모노리스는 활성탄을 포함한다. 또한, 본 발명은 유동중인 유체에서 휘발성 유기화합물이나 기타 화학약품을 제거하는데 상기 흡착 캐니스터를 사용하는 것에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 탄화수소계 연료를 소비하는 엔진에 대하여 언급한 것과 같은 가스 흡착 물질을 사용하는 것에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 캐니스터 시스템을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중의 흡착제를 포함하는 캐니스터 시스템의 단면도.
도 3은 여러 종류의 활성탄 흡착제에 대한 등온 부탄 흡착곡선 특성을 보여주는 도면.
본 발명은 다중 레이어 또는 스테이지(stage)의 흡착제를 이용하여 연료 증발가스 배출 억제 캐니스터 시스템에서의 온도 일변화 손실(diurnal breathing loss)에 의한 배출을 현격히 줄이기 위한 것이다.
연료 소스측 캐니스터 부분에서는 일반적으로 쓰이는 높은 작용용량의 탄소가 바람직하다. 배출구측 캐니스터 부분에서는 광범위한 증발가스 농도 범위에 대한 특정한 흡착성이 요구될 뿐만 아니라 부피 기준으로 평평하거나 평평하게 된 등온 흡착곡선 특성의 흡착체가 바람직하며, 구체적으로는, 연료 소스측 흡착제와 비교했을 때, 고농도의 증발가스에 대하여 작용용량이 비교적 작게 증대되는 흡착제가 바람직하다. 상기 배출구측 흡착제의 상기 언급한 특성을 얻기 위한 두 가지 방안이 있다. 제1 방안은 등온흡착곡선의 기울기를 평평하게 하기 위한 체적 희석제로 충전물 및/또는 베드 공극(bed voidage)을 사용하는 것이다. 두 번째 방안은 바람직한 등온흡착곡선 특성을 가지는 흡착제를 채용하고, 희석을 위한 특별한 준비를 필수적으로 요구하지 않게 적적한 형상 또는 형태로 만드는 것이다. 상기 두 가지 방안 모두는 차량용 증발가스 억제 시스템에 사용되는 종래의 흡착제와 비교했을 때, 작용용량의 손실이나 유동 구속의 증가를 가져옴이 없이 상당히 적은양의 증발가스를 배출하는 캐니스터 시스템을 제공한다.
본 발명은 캐니스터 시스템에서 낮은 유동 구속성 및 높은 작용용량을 유지하면서 DBL(온도 일변화 손실, Diurnal Breathing Loss) 배출을 상당히 줄이는, 다중 흡착제 베드(bed)(또는 레이어, 스테이지, 챔버) 조합을 사용하는 것에 관한 것이다. (도 2 참조)
상기 흡착제는 분자체(molecular sieves), 다공성 알루미나, 기둥상 점토, 비석(zeolites) 및 다공성 실리카를 포함하는 무기질 흡착제 및 다공성 폴리머를 포함하는 유기질 흡착제 뿐 만아니라, 나무, 토탄, 석탄, 코코넛, 합성 폴리머, 또는 천연 폴리머를 포함한 다양한 원재료 및 화학적 또는 열적 활성화를 포함한 다양한 공정으로부터 얻어지는 활성탄을 포함한다.
상기 흡착제는 과립, 구 또는 작은 알 모양의 실린더, 또는 기술이 허용하는 범위에서 중공 실린더, 별, 꼬인 나선, 아스터리스크(asterisk), 리본 형상등과 같이 얇은 벽의 횡단면을 갖는 형상으로 압출되는 형태로 이루어 질 수 있다. 모양 형성에 있어서, 무기질 및/또는 유기질 접합제가 사용 될 수 있다. 상기 흡착제는 벌집 모양이나 모노리스(monolith) 형태로 형성될 수 있다. 상기 흡착제는 캐니스터에서 하나 또는 그이상의 층으로 구성되거나 구분된 챔버에 구성 될 수 있다. 또한, 보조 캐니스터 베드에 구성되어 유체흐름에 삽입 될 수 있다.
상기와 같은 접근 방법들의 보편적인 한 특징은 비교적 평평한 형태의 등온 흡착선을 갖는 배출구측 흡착제이다. 이러한 등온 흡착곡선 형태는 흡착제 베드의 깊이 방향 정화효율과 관련되므로 중요하다. 평평한 등온 흡착곡선을 갖는 흡착제에 있어서, 정의에 따르면 흡착된 탄화수소가 제거됨에 따라 흡착된 탄화수소와 평형을 이루는 탄화수소 농도가 가파른 기울기의 등온 흡착선을 갖는 흡착제에 비해 더욱 낮아진다. 따라서 이러한 물질이 캐니스터의 배출구 부분의 흡착제로 사용되는 경우, 정화를 통해 정화공기 입구 지역의 가스 농도를 아주 낮은 수준까지 낮출 수 있다. 누출되는 것은 결국 정화공기 입구 근처의 증발가스이므로, 상기 농도를줄이는 것은 누출을 줄이는 것이다. 정화과정 동안 흡착된 탄화수소를 제거하는 정도는 베드의 임의 지점에서 흡착제내의 탄화수도 농도와 정화 가스에서 픽업된 탄화수소의 농도 차이에 의해서 결정된다. 따라서 정화공기 입구에 바로 근접한 흡착제는 거의 완전히 재생된다. 흡착제 베드의 깊은 지점에서는, 보다 적은 탄화수소가 제거 되는데, 이는 정화 공기가 이전 지점에서 제거한 탄화수소를 이미 함유하고 있기 때문이다. 평평한 등온 흡착곡선을 갖는 흡탁제는 정화 가스의 흐름으로 보다 적은 탄화수소를 방출하게 되므로, 베드의 깊은 지점에서의 탄화수소 농도를 줄이는 데 더욱 효과 적이다. 따라서 주어진 정화 가스의 양에 대하여 평평한 등온 흡착곡선을 갖는 흡착제는 동일 부피이면서 가파른 등온 흡착곡선을 갖는 흡착제 보다 흡착제 전체의 탄화수소 농도를 더 낮은 수준으로 줄일 수 있다. 흡착제가 평평한 등온 흡착곡선을 갖는 경우 누출은 적어 질 것이다.
그러나 낮은 누출 수준을 달성하기 위해 바람직한 등온 흡착 특성을 가지는 캐니스터가 입자를 담고 있는 영역 또는 흡착제를 포함하는 모노리스 영역은 자동차 증발가스 배출 억제 시스템에서 보편적으로 사용되는 활성탄과 비교 하였을 때, 비교적 낮은 흡착 작용용량을 가진다. 예를 들어, 차량용으로 일반적으로 사용되는 활성탄의 BWC(유효 부탄 작용용량) 값이 9 g/dL 내지 15 +g/dL 범위인 것에 비해 저 흡착 용량의 흡착제의 BWC 값은 약 6 g/dL의 값을 갖게 된다. 따라서 정상적인 증발가스 배출 억제 시스템에서 요구되는 탄화수소 작용용량을 유지하기 위해서는, 상기 저 누출 흡착제는 높은 작용용량은 가지는 활성탄이 통산 채택된 연료 소스측 구역과 조합되어 캐니스터 내부 또는 외부의 배출구측 보조구역에서 사용될 것이다.
상기와 같은 이종의 흡착제가 사용되는 경우, 예를 들어, 필요 작용용량을 얻기 위해 높은 작용용량을 가지는 탄소를 본체부 또는 연료소스 쪽에 충분히 제공하고, 상기 본체부에서 배출되는 증발가스가 실질적으로 저 누출 흡착제의 누출에 영향을 주지 않도록 본체부에서 배출되는 증발가스를 흡착하기에 충분한 저 누출 흡착제가 제공되도록 캐니스터 시스템을 설계할 필요가 있다.
본 발명에 의하면, 모노리스는 입자조합 바운드(bound), 거품, 직물 및 비직물 섬유, 매트 및 블록을 포함하게 된다.
본체 연료 소스측의 높은 작용용량의 흡착제 볼륨에서 배출구측의 보조적인 저 작용용량 흡착제 볼륨으로의 증발가스 배출은 상기 배출구측 흡착제 볼륨에 의해 상당히 영향을 받는다. 정화과정 동안에, 평평한 등온 흡착곡선을 갖는 배출구 측 흡착제 볼륨은 비교적 작은 양의 탄화수소를 정화공기에 배출한다. 따라서 정화공기가 저 누출 특성의 배출구측 흡착제 볼륨에서 빠져나올 때 정화 공기에 의해 운반되는 증발가스의 농도가 낮은 상태로 고 작용용량의 연료 소스측 흡착제 볼륨으로 들어간다. 이는 두 흡착제 볼륨의 경계 부근에서의 고 작용용량 흡착제의 좋은 재생능력을 가능하게 하고, 일조 온도변화 유동 동안에 상기 캐니스터의 연료 소스측 영역으로부터 상기 배출구측 흡착제 볼륨으로의 증발가스 방출을 방지하는데 도움을 준다. 구체적으로, 연료 소스측 흡착제 볼륨이 가지는 보다 큰 재생 효율은 캐니스터 시스템의 유동 길이 방향의 벌크상 확산을 지체시킴으로써 일조 온도변화 손실 배출을 줄인다. 일조 온도변화 상태 동안의 벌크상 확산은 증발가스이동의 주 모드이므로, 캐니스터 시스템의 유동방향 길이에 걸친 증발가스 농도 차이를 향상된 재생과정을 통해 줄임으로써, 캐니스터 시스템 내에서의 증발가스의 재분배를 감소시키고, 배출구측 볼륨으로의 및 배출구측으로부터의 연속되는 배출이 감소된다.
저 누출 성능을 제공하기 위한 바람직한 형상을 갖는 평평한 등온 흡착곡선특성의 몇 가지 예시적 흡착제들과 일반적인 캐니스터 충전용 탄소들(Westvaco사의 BAX 1100 및 BAX 1500)을 도 3에서 비교 하였다. 상기 도면에서 등온 흡착 특성은 체적 용량의 관점에서 정의 되어야 한다는 것을 주목해야 한다. 이러한 관점에서, 상기 바람직한 저 누출 흡착제 부분은 5 내지 50 vol%의 n-부탄가스 농도 범위에서 약 35 g/liter 보다 작은 증가곡선형 n-부탄 용량을 가진다.
몇 가지 예에서, 알려진 흡착제는 배출구측의 흡착제에 적당한 상기 바람직한 특성을 가질 수 있다. 이러한 흡착제는 일반적인 캐니스터 시스템에서는 유용하지 않은 것으로 예상 될 수도 있다. 어떤 경우, 이러한 물질들은 캐니스터 탄소의 품질 평가를 위한 표준 BWC 시험에 의해 측정되는 경우 낮은 정화성(부탄비가 0.85보다 낮음) 및 낮은 작용용량(BWC가 9 g/dL 보다 작음)을 갖는다. 관련분야의 통상의 지식과 경험에 의하면, 저 부탄비와 높은 잔존 탄화수소량은 관련이 있다. 이는 증발가스를 많이 배출하는 잠재적인 원인이다. 더욱이, 배출 감소를 위한 도구가 있다는 기대 없이, 단지 저 BWC 값의 흡착제는 가솔린 증발가스에 대한 캐니스터 시스템의 작용용량을 저해하므로, 캐니스터 시스템에 포함되기에는 유용하지 않은 것으로 여겨진다. 사실, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 저 용량의 흡착제는 바람직하게는 8 g/dL이하의 BWC 값을 갖는다. 이 것은 증발가스 배출 방지용 캐니스터 시스템에 통상 적합하다고 여겨지는 9 내지 15 +g/dL보다 상당히 아래 값이다. 배출을 낮추기 위해, 배출구측 레이어로써 캐니스터 시스템에 이러한 낮은 BWC 값의 물질을 선택하는 것은 흡착제 베드에서 동적 동작이 일어나는 경우에만 실현된다. (즉, 배출구측 흡착제 베드 볼륨내의 낮은 잔존 증발가스 농도의 중요성, 및 일조 온도변화 손실 기간동안 전체 캐니스터 시스템에서의 증발가스의 분포 및 확산에 대해 배출구측 베드가 가지는 상호작용 효과의 중요성을 의미한다.)
따라서 비교적 낮은 BWC 특성에 추가하여, 출구측 흡착제의 바람직한 특성은, 0.40 내지 0.98 범위의 부탄비를 포함한다는 것을 알 수 있다. 이는 캐니스터 시스템에 적합하다고 이해되었던 기존의 흡착제와 비교 했을 때 전체적으로 상당히 다른 특성이다.
상기 언급된 대체적 방안들이 캐니스터의 누출 방지에 효과적이다는 것이 다음 예시에서 보여 진다. 배출구측 흡착제를 준비하는 제1 방안은 높은 작용용량의 흡착제를 체적 희석하여 등온 흡착곡선이 체적 기준에서 평평하게 되도록 하는 것이다. 제 2 방안은 평평한 등온 흡착곡선 형상과 바람직한 흡착 용량을 가지는 흡착제를 펠릿(pellet)이나 벌집 형상으로 형성하는 것이다.
다중 흡착제를 갖는 캐니스터에 대한 바람직한 일실시예가 도 2에서 보여 진다. 도 2의 캐니스터 시스템은 캐니스터 본체(1), 지지 스크린(2), 격벽(3), 대기와 연결되는 배출구(4), 증발가스 연결관(5), 진공 정화 연결관(6), 연료 소스측 영역(7), 가변 저 용량의 캐니스터의 배출구측 영역(8),(9),(10) 및 (11), 및 캐니스터 보조 몸체(12), 캐니스터 몸체(1)에서 보조 몸체(12)로의 유체흐름을 위한 연결 호스(13)를 포함한다. 상기 언급한 바와 같이, 또 다른 실시예들도 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함될 것이다.
본 발명이 목적한 바는 단일의 균일한 저 용량 흡착제 재료를 배출구측에 구비하여 달성될 수도 있다. 증발가스의 광범위한 농도에 걸쳐서 바람직한 흡착특성을 갖는 복수개의 저 용량 흡착제 재료들을 사용한 상기 예는 단지 본 발명의 일실시예를 나타내기 위한 것이다.
표에 나타난 가솔린 작용용량(GWC) 및 방출 측정치는 2.1 L 캐니스터를 사용한 Westvaco사가 DBL 시험에서 얻은 것이다. 상기 펠릿 예는, 캐니스터 내에 300 mL의 배출구측 레이어를 구비하고 나머지 캐니스터 영역은 1800 mL의 BAX 1500 펠릿으로 채운 상태에서 측정된 것이다. 상기 벌집 형상에 대한 시험은 BAX 1500 펠릿으로 채워진 2.1 L의 캐니스터 본체과 동일선상에 위치한 보조 몸체 캐니스터 환경에서 이루어 졌다. 예를 들어, 가솔린 가스의 흡착과 공기 정화(400 베드 볼륨의 공기)의 반복된 사이클에 의해 상기 캐니스터는 사전 조건이 균일하게 맞추어 졌다. 이러한 사이클을 통해 GWC 값이 측정된다. 부탄 흡착과 공기정화 단계 후 부탄 배출이 측정된다. 상세하게는, 온도 변화 사이클을 돌고 있는 연료 탱크에 상기 캐니스터 시스템을 부착하여 일조 호흡 손실 기간 조건하서 측정된 것이다. 상기에서 측정된 DBL 배출 값은, 상기 연료탱크가 데워지고 증발가스를 함유한 공기가 캐니스터 시스템으로 보내져서 배출구측 흡착제를 통과한 후 배출 되는 과정을 11시간에 걸쳐 상기 배출구측 흡착제 영역에서 두 번째 날에 측정한 것이다. DBL 배출 값을 측정하기 위해 채택한 절차는 SAE 기술문서 2001-01-0733 “캐니스터 누출의 영향 및 제어”(“Impact and Control of Canister Bleed Emissions” by R.S. Williams and C.R.Clontz)에 나타나 있다.
예1: 마이크로스피어 충전 펠릿(Microsphere Filler Pellets).
이러한 2 mm 펠릿은 체적 희석법의 한 예로써, 고체 충전물을 상기 압출형상(extrusion formulation)에 더하는 것이다. 상기 펠릿은 웨스트바코(Westvaco)사의 SA-1500 분말(12.8 wt%), 고체 유리 마이크로스피어 충전물(79.7 wt% PQ Corporation A3000), 벤토나이트 클레이(7.2 wt%) 및 아인산(0.3 wt%)으로 구성된 압출 혼합물에서 준비되었다. 상기 펠릿은 4분간의 텀블(tumble), 105℃에서 하룻밤동안 건조 및 650℃ 스팀에서 15분간의 열처리가 된 것이다. 적당한 비 흡착성 충전물은 모든 증발가스 농도범위에 대해 흡착용량을 감소시켜 평평화된 등온 흡착곡선 특성이 결과적으로 얻어 진다. (도 3의 예1)
배출구측 영역의 희석을 위한 다른 방법들은, 중공 실린더, 아스터리스크, 별 또는 비틀리거나 꺾이거나 나선형인 리본 조각 형상과 같은 고 공공(voidage)의 모양을 형성하기 위하거나, 비 흡착성 입자, 다공성 매트(예를 들어, 거품형상), 또는 흡착제 레이어사이의 단순 공기 영역으로 이루어지는 다중의 얇은 레이어들을 형성하기 위해, 과립상 또는 펠릿 형상의 흡착제를 비슷한 크기의 비활성 충전물 입자와 혼합하는 것이다.
예2: 세라믹 바운드 벌집(Ceramic-Bound Honeycomb).
상기 200 cpsi(단위 인치 당 셀의 수)의 탄소함유 벌집은 체적 희석법의 다른 예이다. 테이블상의 상기 벌집은 미국 특허 제5,914,294호에 개시된 방법에 의해 제공되었다.
상기 특허는, 내부를 관통하는 적어도 하나이상의 통로를 가지는 모노리스를 형성하기 위해 활성탄, 세라믹 형성재료, 플럭스 재료 및 수분을 포함하는 압출 가능한 혼합물을 압출 금형을 통해 압출하는 제1단계; 상기 압출된 모노리스를 건조하는 제2단계; 및 상기 세라믹 형성제가 충분히 반응하여 세라믹 매트릭스를 형성하기에 충분한 소정 온도 및 소정 시간동안 상기 건조된 모노리스를 굽는 제3단계를 포함하는 흡착성 모노리스를 형성하는 방법을 개시하고 있다.
상기 예시에서, 상기 압출 형성 성분들은 부분적으로 상기 탄소 흡착제를 희석 시킨다. 또한, 상기 흡착제는 상기 압출부의 개방 셀 구조에 의해 더욱 희석된다. 비슷한 베드 부피의 펠릿과 비교했을 때, 이러한 셀들은 상기 압출부 내부에 더 많은 베드 공공을 만든다.(벌집에서는 65 vol% 공공, 펠릿 또는 과립상에서는 35 vol%의 공공) 상기 셀 구조와 베드의 고 공공은, 펠릿 베드와 비교할 때 유동 구속을 최소화하는 추가적인 이점이 있어서, 상기 벌집은 큰 단면 감소를 가지는 보조 몸체의 형태로 상기 캐니스터 본체에 설치될 수 있다.(도 2의 보조 몸체(12) 참조)
예3: 특수 전구체 펠릿(Special Precursor Pellets)
이러한 2mm 펠릿은 압출될 흡착제를 고유의 평평한 등온 흡착곡선 특성에 따라 선택함으로써 제공된다. 이 예에서, 압출 형상에서의 베드 공공 희석이나 충전물 형성을 위한 특별한 준비가 필요 없다. 상기 시험된 활성탄 펠릿을 생산하기 위한 압축 혼합물의 성분은, 노리트(NORIT)(93.2 wt%) 및 카르복시메틸 셀룰로스 나트륨 접합제 시스템(sodium carboxymethyl cellulose binder system)(6.8 wt%)에 의해 생산된 SX1급의 활성탄으로 이루어진다. 상기 펠릿은 4분간의 텀블, 105℃에서 하루 밤 동안의 건조 및 150℃ 공기 중에서 3시간동안의 열처리를 단계를 거친다.
상기에서 지적한 바와 같이, 상기 예시들의 활성탄을 포함하는 물질들에 대한 비교가 다음 표에 보여 진다.
대체적 배출구측 흡착제의 성능, 특성 및 형성
충전펠릿 세라믹 바운드 벌집 특별 전구체 펠릿 종래기술: 고성능 작동능력 흡착제
연료소스측 BAX1500 부피:배출구측 흡착제 타입:배출구측 모드:배출구측 흡착제 부피: 1800 mL"예1"레이어300 mL 2100 mL"예2"보조 베드200 mL직경 41mm x길이 150mm, 200 cpsi 1800 mL"예3"레이어300 mL 1800 mLBAX 1100레이어300 mL 1800 mLBAX 1500레이어300 mL
캐니스터 장치 성능: Westvaco사 DBL 시험
가솔린 작동 능력, g:둘 째날 DBL 누출, mg-C4:Note: 13829(1) 14410(2) 13213(3) 14388(4) 139221(5)
배출측 특성(6)
25℃등온 흡착성5-50vol% 부탄증기,g/L:겉보기밀도, g/mL:부탄활성, g/100g:BWC, g/dL:부탄비: 240.8697.05.70.929 160.35513.14.00.852 180.45318.55.00.593 520.3583911.90.852 800.28464.716.00.868
(1) 두 번의 DBL 테스트; GWC(400 베드 체적 정화) 및 DBL 배출(150베드 체적 정화)의 평균값; 2.1 L 캐니스터, 1500 mL 연료 소스측 챔버, 600 mL 배출구측 챔버, 연료 소스측 챔버 단면적이 배출구측 단면적의 2.5배.
(2) 한 번의 DBL 테스트
(3) 세 번의 DBL 테스트 평균
(4) 세 번의 DBL 테스트 평균
(5) 여섯 번의 DBL 테스트 평균
(6) ASTM 표준에 의한 밀도 및 BWC.
상기 테이블은 상기 두 가지 방안의 세 가지 예들을, 고 작용용량 탄소(BAX 1100과 BAX 1500)를 함유한 연료 소스측 레이어와 비교한 자료를 보여준다. 도 3에서 종래 기술의 BAX 탄소의 상태와 비교했을 때, 3가지 예 모두는 부탄 고 농도에서 상당히 낮은 흡착 용량 및 평평한 등온 흡착곡선의 특성을 갖는다.
표를 참조하면, 상기 예시들은 높은 작용용량의 탄소로만 이루어진 캐니스터에 대하여 3 내지 22배의 배출량 감소를 보여주고 있다. 손실이 없거나 GWC값에서 단지 약간의 손실이 있을 뿐이다.
본 발명 방법의 바람직한 또 다른 실시예는 차량용 증발가스 배출 억제 시스템에서 나타난다. 상기 시스템은 휘발성 연료를 저장하기 위한 연료 탱크; 공기 흡기 시스템을 가지며 연료 소비에 적합한 엔진; 상기 연료 탱크로부터 유입되는 증발가스를 흡착하고 임시 보관하기 위한 증발가스 흡착 물질의 초기 볼륨을 포함하는 캐니스터; 상기 연료 탱크의 연료 증발가스를 캐니스터의 연료 증발가스 입구로 안내하는 도관; 캐니스터의 정화공기 출구부터 엔진의 흡기 시스템까지 연결되는 연료 증발가스 정화 도관; 및 상기 캐니스터의 연료 증발가스 배출구 역할 및 엔진 흡기 시스템의 동작 중 외부 공기가 상기 캐니스터로 유입되게 하는 역할을 하는 배출/흡입구들의 조합을 포함한다.
상기 캐니스터는 캐니스터의 상기 연료 증발가스 입구, 캐니스터의 제1 영역내의 증발가스 흡착제의 상기 초기 볼륨과 상기 배출/흡입구들을 연결하는 증발가스 유동경로; 및 상기 배출/흡입구 근처의 제2 영역 내에 있는 흡착제 제2 볼륨과 상기 정화공기 출구 근처의 상기 제1 영역을 통과하는 공기 유동경로를 가지고 있어서, 연료탱크에서 형성된 연료 증발가스가 상기 증발가스 입구를 거쳐 상기 제1 볼륨에서 흡착되고, 대기 중의 공기가 엔진의 흡기 작동중에 배출/흡입구를 거쳐 캐니스터내의 상기 공기 유동경로를 따라 유동하여 제1 볼륨을 지난 후 정화공기 출구를 통해 엔진 흡기 시스템으로 흐른다.
또한, 상기 대기 중에서 유입된 공기의 흐름은 흡착된 연료 증발가스를 제거하기는 하지만 상기 제1 볼륨에 연료 증발가스의 잔존량을 남긴다.
또한, 상기 연료 증발가스 흡착제의 제2 볼륨은 적어도 하나 이상이며, 상기 제1 볼륨의 1% 내지 100%의 체적을 갖으며, 상기 캐니스터 내부의 상기 제2 영역 또는 캐니스터 외부 어느 쪽에 설치되어 있다.
또한, 상기 연료 증발가스 흡착제의 제1 볼륨은 25℃에서 증발가스(부탄)의 농도가 5vol% 내지 50vol% 범위에서 35 g n-butane/L 보다 큰 흡착용량을 가지며증가 곡선(양의 기울기)을 갖는다.
또한, 상기 제1 볼륨을 통과한 증발가스 유동이 통과하게 되는 상기 적어도 하나 이상의 제2 볼륨의 흡착제는 25℃에서 그 흡착 용량은 부탄가스 농도 5vol% 내지 50vol% 범위에 대하여 최대 값이 35 g n-butane/L 보다 작은 증가곡선을 갖는다.
본 발명의 방법은, 흡착제의 제2 볼륨이 별도로 구비된 보조 캐니스터 몸체에 위치하지만, 대기 중 공기가 배출/흡입구에서 상기 제1 영역으로 흐르는 상기 공기 유동경로 내에 상기 제2 볼륨이 위치하는 실시예를 반드시 포함한다.
본 발명의 방법은 상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨은 화학적, 열적 또는 화학/열적 활성 방법으로 이루어진 그룹에서 선택된 공정에 의해 활성화된 나무, 토탄, 석탄, 코코넛, 아탄(lignite), 석유피치, 석유코크스, 콜타르피치, 플루트 피트(fruit pits), 땅콩 껍질, 톱날, 나무분말, 합성 폴리머 및 천연 폴리머 그룹에서 선택된 활성탄인 실시예를 포함한다.
본 발명의 방법은, 상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨이, 비석(zeolites), 다공성 실리카(silica), 다공성 알루미나(alumina), 기둥상 점토 및 분자체로 이루어진 그룹에서 선택된 무기물인 실시예를 포함한다.
본 발명의 방법은, 상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨이 다공성 폴리머인 실시예를 포함한다.
본 발명의 방법은, 상기 제2 흡착제 볼륨이 체적 희석에 의한 흡착용량을 보이는 실시예를 포함한다.
본 발명의 방법은, 활성화 전에 활성탄 원재료를 부가하는 과정, 알갱이 또는 모노리스 상이 형성되기 전에 흡착제를 부가하는 과정 및 상기 두 과정을 혼합한 과정으로 이루어진 그룹에서 선택된 부가 과정을 통해 비 흡착성 충전물을 공통성분으로서 부가하는 것에 의해 달성되는 상기 체적 희석의 실시예를 더 포함한다.
본 발명의 방법은, 상기 체적 희석이 별, 중공 실린더, 아스터리스크, 나선, 실린더, 리본 및 관련 기술분야의 능력내의 다른 모양들로 이루어진 그룹에서 선택된 고 공공 형상으로 상기 흡착제를 형성하는 것에 의해 달성되는 실시예를 더 포함한다.
본 발명이 청구하는 방법은, 벌집 또는 모노리스 형상에 상기 흡착제를 형성하는 것에 의해 달성되는 상기 체적 희석의 실시예를 포함한다.
본 발명이 청구하는 방법은, 비활성 공간 입자(inert spacer particles), 트랩 공기 공간(trapped air spaces), 거품, 섬유 및 배출구측 흡착제 입자와 모노리스의 외부에 스크린을 사용함으로써 달성되는 상기 체적 희석의 실시예를 포함한다.
본 발명이 청구하는 방법은, 상기 비 흡착성 충전물은 과정 후에 고체인 실시예를 포함한다.
본 발명이 청구하는 방법은, 상기 비 흡착성 충전물이 알갱이 또는 모노리스 상안에 50Å보다 큰 폭의 공공을 형성하기 위하여 휘발되거나 연소되는 실시예를 포함한다.
전술한 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것으로, 특허청구범위에 나타나는기술적 사상의 본질적 특성의 범위 내에서 변형된 형태로 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량을 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로, 공기를 오염시키는 탄화수소의 배출량을 현격히 줄이면서도 복잡하지 않은 연료증발가스 배출 억제 시스템을 구현할 수 있으므로, 탄화수소계 연료를 사용하는 엔진에 있어 매우 유용하다.

Claims (54)

  1. 제1 흡착제 볼륨 및 적어도 하나 이상의 순차적 제2 흡착제 볼륨을 연료 증발가스와 접촉시키는 단계를 포함하되,
    상기 제1 흡착제 볼륨은 25℃ 에서, 5 vol% 와 50 vol%사이의 n-부탄가스농도 범위에서 35 g n-butane/L 보다 큰 상승곡선형 흡착 용량을 가지며, 상기 적어도 하나 이상의 순차적 제2 흡착제 볼륨은 5 vol% 와 50 vol%사이의 n-부탄가스농도 범위에서 35 g n-butane/L 보다 작은 상승곡선형 흡착 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    하나의 순차적 제2 흡착제 볼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    다중의 순차적 제2 흡착제 볼륨들을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 상기 제2 흡착제 볼륨은 차량용 증발가스 배출 방지 캐니스터 안에 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 상기 제2 흡착제 볼륨들은 차량용 증발가스 배출 방지 캐니스터 안에 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 연료 증발가스가 순차적으로 접촉할 수 있도록 연결된 별도의 캐니스터들 안에 상기 제1 흡착제 볼륨 및 상기 제2 흡착제 볼륨이 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 연료 증발가스가 순차적으로 접촉할 수 있도록 연결된 별도의 캐니스터들 안에 상기 제1 흡착제 볼륨 및 상기 적어도 하나 이상의 순차적 제2 흡착제 볼륨이 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 상기 제2 흡착제 볼륨은,
    화학적, 열적 또는 화학/열적 활성 방법으로 이루어진 그룹에서 선택된 공정에 의해 활성화된 나무; 토탄; 석탄; 코코넛; 이탄(lignite); 석유피치; 석유코크스; 콜타르피치; 플루트 피트(fruit pits); 땅콩 껍질; 톱밥; 나무분말; 합성 폴리머; 및 천연 폴리머 그룹에서 선택된 활성탄인 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 상기 제2 흡착제 볼륨은
    지올라이트, 다공성 실리카, 다공성 알루미나, 기둥형 점토 및 분자체로 이루어진 그룹에서 선택된 무기물인 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨은 다공성 폴리머인 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 흡착제 볼륨은 체적 희석에 의한 흡착용량을 보이는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 활성화 전에 활성탄 원재료를 부가하는 과정, 알갱이 또는 모노리스 상을 형성하기 전에 흡착제를 부가하는 과정 및 상기 두 과정을 혼합한 과정으로 이루어진 그룹에서 선택된 부가 과정을 통해, 비 흡착성 충전물을 공통성분으로 부가하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 별, 중공 실린더, 아스터리스크, 나선, 실린더 및 리본 형상으로 이루어진 그룹에서 선택된 고 공공 형상으로 상기 흡착제를 형성하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 벌집 또는 모노리스 형상으로 상기 흡착제를 형성하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 비활성 공간 입자, 트랩 공기 공간, 거품, 섬유 및 흡착제 외부의 스크린을 사용함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 비흡착성 충전물은 과정 후에 고체인 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 비흡착성 충전물은 알갱이 또는 모노리스 상 안에 50Å보다 큰 폭의 공공을 형성하기 위하여 휘발되거나 연소되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  18. 연료 증발가스 흡착제를 통해 연료 증발가스를 라우팅하여 상기 연료 증발가스에서 적어도 하나 이상의 휘발성 유기화합물을 제거하는 단계를 포함하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법에 있어서,
    25℃에서 5 vol% 와 50 vol%사이의 n-부탄가스농도 범위에서 35 g n-butane/L 보다 큰 상승곡선형 흡착 용량을 가지는 제1 흡착제를 함유하는 볼륨을 통해 상기 연료 증발가스를 순차 라우팅한 후,
    25℃에서 5 vol% 와 50 vol%사이의 n-부탄가스농도 범위에서 35 g n-butane/L 보다 작은 상승곡선형 흡착 용량을 가지는 적어도 하나 이상의 순차적 제2 흡착제를 포함하는 볼륨을 통해 상기 증발가스를 라우팅하여 외부 대기로 배출시키는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨은 차량용 증발가스 배출 방지 캐니스터 안에 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 연료 증발가스가 순차적으로 접촉할 수 있도록 연결된 별도의 캐니스터들 안에 상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨이 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨은, 나무; 토탄; 석탄; 코코넛; 아탄(lignite); 석유피치; 석유코크스; 콜타르피치; 플루트 피트(fruit pits); 땅콩 껍질; 톱밥; 나무분말; 합성 폴리머; 및 천연 폴리머 그룹에서 선택되고 화학적, 열적 또는 화학/열적 활성 방법으로 활성화된 활성탄인 것을 특징으로 하는 자동차연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  22. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨은 지올라이트, 다공성 실리카, 다공성 알루미나, 기둥형 점토 및 분자체로 이루어진 그룹에서 선택된 무기물인 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  23. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제 볼륨 및 제2 흡착제 볼륨은 다공성 폴리머인 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  24. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 흡착제 볼륨은 체적 희석에 의한 흡착용량을 보이는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 활성화 전에 활성탄 원재료를 부가하는 과정, 알갱이 또는 모노리스 상을 형성하기 전에 흡착제를 부가하는 과정 및 상기 두 과정을 혼합한 과정으로 이루어진 그룹에서 선택된 부가 과정을 통해 비 흡착성 충전물을 공통성분으로서 부가하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  26. 제24 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 별, 중공 실린더, 아스터리스크, 나선, 실린더 및 리본 형상으로 이루어진 그룹에서 선택된 고 공공 형상으로 상기 흡착제를 형성하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  27. 제24 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 벌집 또는 모노리스 형상으로 상기 흡착제를 형성하는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  28. 제24 항에 있어서,
    상기 체적 희석은 비활성 공간 입자, 트랩 공기 공간, 거품, 섬유 및 흡착제 외부의 스크린을 사용함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  29. 제25 항에 있어서,
    상기 비 흡착성 충전물은 과정 후에 고체인 것을 특징으로 하는 자동차 연료증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  30. 제25 항에 있어서,
    상기 비 흡착성 충전물은 알갱이 또는 모노리스 상안에 50Å보다 큰 폭의 공공을 형성하기 위하여 휘발되거나 연소되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료 증발가스 배출 억제 시스템에서 배출량 감소 방법.
  31. 휘발성 연료를 저장하는 연료탱크, 공기 유도 시스템을 구비하고 상기 연료를 적합하게 소모하는 엔진, 상기 연료탱크로부터 연료 증발가스를 일시적으로 흡착하여 저장하기 위한 제1 체적의 연료 증발가스 흡착제를 포함하는 캐니스터, 상기 연료탱크로부터 캐니스터 증기 유입구로 상기 연료 증발가스를 전송하기 위한 도관, 캐니스터 정화 출구로부터 상기 엔진의 유도 시스템까지 연장된 기화 연료 정화 도관, 및 상기 캐니스터를 배기하고 상기 엔진 유도 시스템의 동작동안 상기 캐니스터로 공기를 유입하기 위한 배기/공기 개구를 포함하는 차량용 증발 방출 제어 시스템에 있어서,
    상기 캐니스터는 상기 배기/공기 개구를 향하는 상기 캐니스터의 제1 영역 내에서 상기 제1 체적의 연료 증발가스 흡착제를 통하여 상기 캐니스터 기화 유입구를 경유하는 기화연료 유동 경로와, 상기 배기/공기 개구에서 상기 캐니스터의 제2 영역과 상기 정화 배출구에서 상기 제1 영역 내에서 제2 체적의 흡착제를 통하는 공기유동경로에 의하여 정의되어, 상기 탱크에 형성된 상기 연료 증발가스가 상기 증발가스 유입구를 통하여 그것이 흡수되는 상기 제1 체적의 흡착제로 유동하고, 상기 엔진 유동시스템의 동작동안, 분위기 공기는 상기 배기/공기 개구를 통하고 상기 제1 체적을 통하는 상기 캐니스터에서 상기 공기 유동 경로와 상기 정화 배출구를 따라서 상기 엔진의 유도 시스템까지의 경로로 유동하고, 상기 공기의 유동은 흡수된 연료 증발가스의 소정 부분을 제거하지만 상기 제1 체적에 잔류물을 남기고,
    적어도 하나의 제2 체적의 증발가스 흡착제는 상기 제1 체적에 대하여 1% 내지 100%의 제1 체적을 포함하고, 그의 제2 영역내의 상기 캐니스터의 내부 또는 상기 캐니스터의 외부 중 어느 하나에 위치하고, 상기 제1 체적의 증발 가스 흡착제는, 적어도 하나의 제2 체적의 증발가스 흡착제를 통하여 공기 유동의 루트를 정하기 전에, 25℃에서 5 vol%와 50 vol% 사이의 n-부탄 증발 가스 농도범위에서 35 g n-부탄/L-bed보다 큰 상승곡선형 흡수용량을 갖는 것을 특징으로 하고, 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 25℃에서 5 vol%와 50 vol% 사이의 n-부탄의 기화 농도범위에서 35 g n-부탄보다 적은 상승곡선형 흡착 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제31 항에 있어서, 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 상기 캐니스터의 외측에서 별도의 제2 캐니스터에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제31 항에 있어서, 상기 제1 체적의 증발가스 흡착제와 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는, 화학적, 열적 및 화학적 및 열적 결합 활성화 방법들로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정에 의하여 활성화된 나무, 토탄(peat), 석탄, 코코넛, 갈탄, 석유 피치, 석유 코크스, 콜타르 피치, 과일 피츠(fruit pits), 땅콩 껍질, 톱밥, 나무 바닥, 합성 폴리머, 및 천연 폴리머 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료들로부터 유도된 활성화 탄소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 제31 항에 있어서, 상기 제1 체적의 증발가스 흡착제와 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 지올라이트, 다공성 실리카, 다공성 알루미나, 주상형 점토, 및 분자체(molecular sieves)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 무지재료들인 것을 특징으로 하는 시스템.
  35. 제31 항에 있어서, 상기 제1 체적의 증발가스 흡착제와 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 다공성 중합체들인 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 제31 항에 있어서, 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 체적 희석에 의하여 달성되는 흡착 용량들을 보이는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 제36 항에 있어서, 상기 체적 희석은 활성화전 활성화된 탄소 원료의 추가, 형상화된 입자 또는 모노리스(monolith)로의 형성에 앞서 상기 흡수제의 추가, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 추가 공정에 의하여 공통 성분으로써 비흡착성 충전재를 추가하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  38. 제36 항에 있어서, 상기 체적 희석은 별, 속이 빈 기둥, 애스터리스크, 나선, 기둥 및 정형화된 리본들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 높은 공공 형상으로 형성하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  39. 제36 항에 있어서, 상기 체적 희석은 상기 흡착제를 벌집 또는 모노리스 형태로 형성하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  40. 제36 항에 있어서, 상기 체적 희석은 불활성 스페이서 입자들, 포획된 공기 스페이스들, 거품들, 및 상기 흡수제 외부의 스크린들의 사용에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  41. 제37 항에 있어서, 상기 비흡착성 충전재는 가공후 고체인 것을 특징으로 하는 시스템.
  42. 제37 항에 있어서, 상기 비흡착성 충전재는 기화되거나 연소되어 상기 형상화된 입자 또는 모노리스 내에서 폭이 50Å보다 더 큰 공공들을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  43. 방출 제어를 위한 자동차 시스템들에 사용하기 위하여 동작하는 캐니스터에 있어서, 상기 방출 제어는 캐니스터 배기/공기 개구를 향하여 상기 캐니스터의 제1 영역 내에 제1 볼륨의 증발가스 흡착제를 통하여 연료 증기 유동 경로를 허용하는 캐니스터 증기 유입구에 의하여 정의되고, 상기 캐니스터 배기/공기 개구는 상기 배기/공기 개구에서 상기 캐니스터의 제2 영역 이내와 캐니스터 정화 배출구에서 상기 제1 영역 이내에서 제2 체적의 흡수제를 통하여 연속된 공기 유동을 허용하고, 그 결과 휘발성 연료를 저장하기 위한 탱크에 형성된 연료 증발 가스가 상기 기화 유입구를 통하여 그것이 흡수되는 상기 제1 볼륨의 흡수제로 유동하고, 엔진 유도시스템의 동작동안, 분위기 공기는 상기 배기/공기 개구를 통하고 상기 제1 볼륨과 상기 정화출구를 통하여 상기 캐니스터에 있는 상기 공기 유동 경로를 따라서 상기 엔진의 유도 시스템까지의 경로로 유동하고, 상기 공기의 유동은 흡수된 기화 연료의 소정 부분을 제거하지만 상기 제1 볼륨에 잔류물을 남기고,
    적어도 하나의 제2체적의 증발가스 흡착제는 상기 제1 볼륨의 1% 내지 100%에 해당하는 제1 체적을 포함하고, 그의 제2 영역내의 상기 캐니스터의 내부 또는 상기 캐니스터의 외부 중 어느 하나에 위치하고, 상기 제1 볼륨의 기화 흡수재는, 적어도 하나의 뒤따르는 체적의 증발가스 흡착제를 통하여 공기 유동의 루트를 정하기 전에, 25℃에서 5vol%와 50vol% 사이의 n-부탄의 기화 농도 범위에서 35 g n-부탄/L-bed보다 큰 상승곡선형 흡착 용량을 갖는 것을 특징으로 하고, 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 25℃에서 5vol%와 50vol% 사이의 n-부탄 기화 농도 범위에서 35 g n-부탄보다 적은 상승곡선형 흡착 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  44. 제43 항에 있어서, 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 상기 캐니스터의 외측에서 별도의 제2 캐니스터에 위치하는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  45. 제43 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 증발가스 흡착제와 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는, 화학적, 열적 및 화학적 및 열적 결합 활성화 방법들로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정에 의하여 활성화된 나무, 토탄(peat), 석탄, 코코넛, 갈탄, 석유 피치, 석유 코크스, 콜타르 피치, 과일 피츠(fruit pits), 땅콩 껍질, 톱밥, 나무 바닥, 합성 고분자, 및 천연 고분자로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료들로부터 유도된 활성화 탄소인 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  46. 제43 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 증발가스 흡착제와 상기 제2 체적읠 증발가스 흡착제는 지올라이트, 다공성 실리카, 다공성 알루미나, 주상형 점토, 및 분자체(molecular sieves)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 무지재료들인 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  47. 제43 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 증발가스 흡착제와 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 다공성 중합체들인 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  48. 제43 항에 있어서, 상기 제2 체적의 증발가스 흡착제는 체적 희석에 의하여 달성되는 흡착 용량들을 보이는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  49. 제48 항에 있어서, 상기 체적 희석은 활성화전 활성화된 탄소 원료의 추가, 형상화된 입자 또는 모노리스(monolith)으로의 형성에 앞서 상기 흡착제의 추가, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 추가 공정에 의하여 공통 성분으로써 비흡착성 충전재를 추가하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  50. 제48 항에 있어서, 상기 체적 희석은 별, 속이 빈 기둥, 애스터리스크, 나선, 기둥 및 정형화된 리본들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 높은 공공 형상으로 형성하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  51. 제49 항에 있어서, 상기 체적 희석은 벌집 또는 모노리스 형태로 형성된 흡착제에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  52. 제48 항에 있어서, 상기 체적 희석은 불활성 스페이서 입자들, 포획된 공기 스페이스들, 거품들, 및 상기 흡착제 외부의 스크린들의 함유물에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  53. 제49 항에 있어서, 상기 비흡착성 충전재는 가공후 고체인 것을 특징으로 하는 캐니스터.
  54. 제49 항에 있어서, 상기 비흡착성 충전재는 기화되거나 연소되어 상기 형상화된 입자 또는 모노리스 내에서 폭이 50Å보다 더 큰 공공들을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐니스터.
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