KR20200054712A

KR20200054712A - 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치, 흡착시스템 및 흡착방법

Info

Publication number: KR20200054712A
Application number: KR1020180138348A
Authority: KR
Inventors: 문승현
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-20
Also published as: KR102158053B1

Abstract

본 발명은 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치 및 흡착방에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유해가스가 유입되는 유입단과, 흡착처리 기체가 배출되는 배출단을 갖는 하우징; 및 상기 하우징 내에 구비되어 상기 유해가스를 흡착하고, 활성탄소섬유와, 상기 활성탄소섬유 양단 각각에 접촉되는 전극판을 갖는 ACF 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치에 관한 것이다.

Description

활성탄소섬유를 이용한 흡착장치, 흡착시스템 및 흡착방법{Absorption apparatus using Active carbon fiber}

본 발명은 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치 및 흡착방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄소섬유(active carbon fiber)를 이용하여 유해가스를 흡착하고 흡착모드에서 하우징 외면에 구비된 냉각수단에 의해 흡착효율을 향상시킬 수 있고, 재생모드시 전압인가부에 의한 통전을 통해 별도의 수증기 투입 등의 비대한 가열수단 없이 신속하게 ACF 가열하여 재생시킬 수 있는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치 및 흡착방법에 관한 것이다.

종래 기술은 오랫동안 활성 탄소 상에서 가스에 함유된 오염물을 흡착하고, 새로운 흡착 공정을 위하여 이러한 활성 탄소를 재생하는 것을 포함한다. 이러한 목적을 위하여 이용되는 활성 탄소는 주로 고정 흡착층(fixed bed)들에서 과립으로 만들어진 충전재의 형태를 하거나, 또는 부직포 섬유, 직포 섬유, 또는 편직 섬유들의 형태를 하는 활성 탄소 섬유들이다.

DE 100 32 385 A1은 전류를 전도시키는 것에 의해 가열되는, 유기 물질이 함유된 전기 전도성 흡착제들을 재생하기 위한 방법을 기술한다. 전류가 전도하는 것에 의해 플러시 가스가 흡착제를 통해 전도되지 않고, 이어서 전류가 꺼져서 플러시 가스가 흡착제를 통해 전도되는 것으로, 흡착제는 교대로 시간적으로 연속하여 가열되며, 이러한 방식으로, 흡착된 유기 물질은 추출되고 흡착제는 동시에 냉각된다.

종래 기술은, 적어도 하나의 활성 탄소 섬유를 포함하고 활성 탄소 섬유가 전류에 의해 가열되는 흡착 유닛을 사용하여 흡착 및 재생하기 위한 방법을 또한 기재하고 있다(EP 1 284 805 B1). 활성 탄소 섬유는 활성 탄소 섬유가 가열을 위하여 충분한 전기 저항을 형성하는 방식으로 디자인된다. 가스 유동은 가스 유동중 적어도 하나의 성분을 선택적으로 흡착하기 위하여 가열된 활성 탄소 섬유 내로 전도된다. 흡착된 성분은 전류 흐름을 사용하여 탈착을 위한 온도로 활성 탄소 섬유의 온도의 제어 또는 조절의 수단에 의해 불활성 가스 유동의 존재 시에 탈착된다.

아울러, EP 0 532 814 B1은 적어도 하나의 구성 성분이 함유되는 유체를 처리하기 위한 디바이스를 기술한다. 이러한 공지의 디바이스는 흡착제에 의해 흡착 가능한 구성 성분을 흡착하도록 유체의 유동에 의해 횡단되는 흡착 물질로 만들어진 구조체를 가지며, 상기 구조체는 처리 용기에 배치된다. 디바이스는 주울-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)에 의해 흡착 물질을 주기적으로 재생하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 구조체의 층들 중 적어도 하나에 전류를 전도시키는 단계로 이루어진 탈착 위상 동안 구조체와 협동하기 위해 사용된다. 상기 구조체는 전기 전도성 섬유를 직조하는 것에 의해 얻어지는 전기 전도성 활성 탄소의 지그재그 형상으로 중첩되어 연결되는 층들을 포함한다. 층들은 서로 이격되어서, 처리될 유체가 층들을 관통하여 유동할 때 난류가 발생된다. 전류는 활성 탄소로 만들어진 층들의 단부들 또는 각각의 층의 단부들에 인가되는 전위차를 통해 섬유 방향으로(길이 방향으로) 섬유들을 통해 흐른다. 처리될 가스는 다공 파이프(perforated pipe)를 통하여 파이프 주위에 권취된 층들 내로 공급된다.

아울러, DE 41 04 513 C2는, 전기 전도성이며 흡착 물질이 탈착되는 온도로 [0007] 전류의 수단에 의해 가열될 수 있는 흡착 물질로 만들어진 흡착기(adsorber)를 기술한다. 오염물 함유 유체가 유동할 수 있는 튜브, 중공 섬유, 또는 매트의 형태로 존재하는 가압 또는 섬유 활성 탄소는 흡착성의 전기 전도성 물질로서 사용된다. 튜브, 중공섬유, 또는 매트들은 2개의 전극들 사이의 그 단부면들에서 클램핑되고, 전류는 튜브, 중공 섬유, 또는 매트를 통해 그 길이 방향으로 흐른다.

US 4 737 164 A는 가스로부터 휘발성 불순물을 회수하기 위한 방법을 개시하며, 가스는, 말아 올려지고(rolled up) 그 흡착 용량을 증가시키고 탈착을 위하여 DC 전류의 수단에 의해 가열되는 활성 탄소 섬유 직물을 통하여 유동한다. 말아 올려진 활성 탄소 섬유 직물은 그 단부면에서, DC 전압원에 연결된 전극에 연결된다.

아울러, DE 698 27 676 T2는 전기적으로 재생 가능한 공기 필터 매체를 개시하며, 필터 매체는 다음과 같은 것 을 포함한다:

(A) 비허용 가능 유입 공기 유동(non-acceptable, inflowing air flow)으로부터 불순물의 흡착을 위한 탄소 섬유 복합 분자체(carbon fiber composite molecular sieve)를 포함하고, 허용 가능 공기 유동의 유출을 허용하는 전기 전도성 필터 매체로서, 탄소 섬유 복합 분자체로 만들어진 상기 탄소 매체는, 탄화 가능한 유기 결합제의 수단에 의해 개방된 투과성 구조에 결합되는 다중의 다공성 탄소 섬유(multiple porous carbon fiber)들을 추가로 함유하는 활성 탄소 섬유 복합 물질이며, 상기 복합 물질은 활성화 전에 대략 82-86%의 범위의 다공도(porosity) 및 1000 ㎡/g보다 큰 표면적을 가지는, 상기 전기 전도성 필터 매체;

(B) 흡착된 불순물을 필터 매체로부터 탈착하기 위하여 전류가 필터 매체를 통과하도록 하는, 전류를 위한 발전기를 포함하는 재생 수단; 및

(C) 탈착된 불순물을 허용 가능 공기로부터 멀리 전도시키기 위한 캡슐화 수단(encapsulation means)

이러한 모든 공지의 해결책들은 전류가 그 길이 방향 연장부(섬유 축들)를 따라서 활성 탄소 섬유들에 인가되며, 이에 의해, 흡착기 모듈에서활성 탄소 섬유들의 축선 길이를 따라서 활성 탄소 섬유들의 불균일한 가열이 유도되며, 그러므로, 활성 탄소 섬유들로부터 오염물의 탈착은 악영향을 미치며, 심지어 불완전한 채로 남아있을 수 있다는 결점을 가진다. 그러므로, 전기 재생을 이용하는 활성 탄소 섬유들의 매트, 중공 섬유들, 또는 튜브들을 가지는 흡착기 모듈들은 지금까지 성공하지 못하였다.

아울러, 활성 탄소 섬유들로 만들어진 중공 섬유들, 튜브들 또는 랩-어라운드 매트(wrapped-around mat)들을 가지는 이러한 흡착기 모듈들은 그 축선 길이를 따라서 가스의 상이한 압력 분포를 유도하며, 이러한 것은 국부적인 포화의 영역들을 가지는 불균일한 유동 프로파일 및 불균일한 충전을 유발하고, 이에 의해, 유동에 의해 횡단되도록 이용 가능한 흡착기 표면과 유동에 의해 실질적으로 횡단되는 흡착기 표면적의 빈약한 비율을 유발한다.

또한, 오염물 함유 가스가 활성 탄소 섬유들로 만들어진 매트들, 중공 섬유들, 또는 튜브들을 통하여 유동하는 동안 정전기 방전이 일어나며, 이러한 것은 제어되지 않은 전기 쇼크 및 방전이 화재를 유발하고 흡착 시스템의 안전성을 위태롭게 하는 위험을 유발한다.

또한, 활성 탄소 섬유들로 만들어진 중공 섬유들, 튜브들, 및 랩-어라운드 매트들은 충분한 기계적 안전성을 가지지 못하며, 보수유지 및 교체의 목적을 위한 취급이 용이하지 않다. 그러므로, 공지된 흡착기 모듈들은 간섭에 취약하고, 불만족스러운 효율을 가지며, 그러므로 궁극적으로 비용 효과가 없다.

DE 100 32 385 A1 EP 1 284 805 B1 EP 0 532 814 B1 DE 41 04 513 C2 US 4 737 164 A DE 698 27 676 T2 KR 2017 0095746 A US 8 636 829 B2 KR 2004 0077678 A EP 1 137 476 B1

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 피치계 활성탄소섬유(active carbon fiber)를 이용하여 유해가스를 흡착하고 흡착모드에서 하우징 외면에 구비된 냉각수단에 의해 흡착효율을 향상시킬 수 있고, 재생모드시 전압인가부에 의한 통전을 통해 별도의 수증기 투입 등의 비대한 가열수단 없이 신속하게 ACF 가열하여 재생시킬 수 있는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치 및 흡착방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 흡착장치에 있어서, 유해가스가 유입되는 유입단과, 흡착처리 기체가 배출되는 배출단을 갖는 하우징; 및 상기 하우징 내에 구비되어 상기 유해가스를 흡착하고, 활성탄소섬유와, 상기 활성탄소섬유 양단 각각에 접촉되는 전극판을 갖는 ACF 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치로서 달성될 수 있다.

그리고 ACF 모듈은 이격공간부를 갖도록 상기 하우징의 길이방향으로 복수로 배열되고, 상기 전극판은 타공판 또는 매쉬 형태로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 전극판과 연결되어 상기 활성탄소섬유를 통전시키는 전압인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 하우징 일측에 구비되어, 흡착모드로 작동되는 흡착장치에서 상기 ACF 모듈을 냉각시키는 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 냉각수단은 하우징 외면을 감싸는 중공관 형태로 구성되어 내부에 냉각매체를 유동시키는 냉각매체 유동부와, 상기 냉각매체 유동부 일측에 구비되어 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입부와, 상기 냉각매체 유동부 타측에 구비되어 상기 냉각매체가 토출되는 냉각매체 토출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 냉각매체 유동부 내부에 구비되어 상기 냉각매체가 나선유동되도록 가이드 하는 유동가이드부와, 유입되는 상기 냉각매체의 유량을 조절하는 냉각매체조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 유입단 측에 구비되어 유입되는 상기 유해가스의 이물질을 제거하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.

그리고 일측 끝단이 상기 이격공간부 측 각각에 개제되는 연결관과, 상기 연결관 각각이 합류되는 합류관과, 상기 합류관 일측에 구비되는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 유입단 전방측에 구비되어 상기 유해가스의 유입을 조절하는 밸브; 및상기 밸브, 상기 전압인가부, 상기 냉각매체 조절부, 및 상기 진공펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 재생모드로 작동되는 경우, 제어부는 상기 밸브를 닫아 유해가스 유입을 차단하고, 상기 냉각수단의 작동을 중단하며, 상기 전압인가부를 작동시켜 상기 ACF 모듈을 통전하여 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 ACF 모듈 측의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서;를 더 포함하고, 흡착모드에서 상기 제어부는 온도센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 냉각매체 조절부를 제어하여 상기 ACF 모듈이 설정된 흡착온도범위를 유지하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 유해가스는, 불소화합물이 포함된 기체인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 활성탄소섬유는 피치계의 와이어가 뭉쳐진 형태로 구성되며, BET1300, BET1500, 및 A7 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 흡착장치를 이용한 흡착방법에 있어서, 하우징의 유입단을 통해 유해가스가 유입되는 제1단계; 하우징 내에, 이격공간부를 갖고 배치된 ACF 모듈을 상기 유해가스가 단계적으로 통과하면서 흡착되는 제2단계; 및 복수의 상기 ACF 모듈을 통과한 처리기체가 상기 하우징의 기체배출단을 통해 배출되는 제3단계;를 포함하고, 상기 하우징 외면에 구비된 냉각수단에 의해 상기 ACF 모듈을 냉각하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법으로서 달성될 수 있다.

그리고 제어부가 상기 냉각수단의 냉각매체 조절부를 제어하여 냉각매체 유동부로 유입되는 냉각매체의 유량을 조절하여 흡착모드에서 상기 ACF가 설정된 흡착온도로 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 흡착모드에서 재생모드로 전환되는 경우, 밸브를 닫고, 냉각수단의 구동을 정지하는 제4단계; 전압인가부를 통해 ACF 모듈을 통전시키는 제5단계; 상기 ACF 모듈의 활성탄소섬유가 가열되어 흡착된 유해가스가 탈착되어 이격공간부로 토출되는 제6단계; 및 진공펌프에 의해 상기 유해가스가 연결관, 합류관을 통해 배출되는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 재생이 완료되어 흡착모드로 재전환되는 경우, 전압인가부, 진공펌프의 구동을 정지하고, 밸브를 열고 냉각수단을 작동시키고 상기 제1 내지 제3단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법.

본 발명의 제3목적은 흡착시스템에 있어서, 각각이 독립적으로 병렬로 연결된 복수의 제1목적에 따른 흡착장치; 상기 흡착장치 각각의 유입단 측에 구비되는 밸브; 및 흡착모드로 작동시킬 흡착장치의 밸브를 개방하고, 재생모드로 작동될 흡착장치의 밸브를 닫도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착시스템으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치 및 흡착방법에 따르면, 피치계 활성탄소섬유(active carbon fiber)를 이용하여 유해가스를 흡착하고 흡착모드에서 하우징 외면에 구비된 냉각수단에 의해 흡착효율을 향상시킬 수 있고, 재생모드시 전압인가부에 의한 통전을 통해 별도의 수증기 투입 등의 비대한 가열수단 없이 신속하게 ACF 가열하여 재생시킬 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡착모드에서의 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 재생모드에서의 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법의 흐름도,
도 6은 다양한 소재에 대한 TGA 분석 그래프,
도 7은 BET1300에 대한 연속실험 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착시스템의 단면도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)의 단면도를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)는 전체적으로 하우징(10), 복수의 ACF 모듈(30), 전압인가부(60), 냉각수단(20) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

하우징(10)은 흡착장치(100)의 본체로서, 중공관 형태를 가질 수 있으며, 일측에 유해가스가 유입되는 기체유입단(11)과, 타측에 흡착처리된 기체가 배출되는 기체배출단(12)이 구비된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 하우징(10) 내부에는 길이방향을 따라 복수의 ACF 모듈(30)이 구비되게 된다. 이러한 ACF 모듈(30)은 하우징(10) 내에 구비되어 유해가스를 흡착하고, 활성탄소섬유(32)와, 활성탄소섬유(32) 양단 각각에 접촉되는 전극판(31)을 포함하여 구성된다.

유해가스는 불소계화합물이 포함된 기체, 악취, VOC, SOx, NOx 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유(32)는 피치계의 와이어가 솜 뭉치와 같이 뭉쳐진 형태로 구성되며, BET1300, BET1500, 및 A7 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유(32)에 의해 흡착되는 대상물질은 불화가스 계열이며, 구체적으로 탄소(C), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 원자들로 구성되는 다양한 분자들일 수 있다. 또한 일례로, 클로로플루오로카본(CFCs), 하이드로클로로플루오로카본(HCFCs) 및 하이드로플루오로카본(HFCs) 등일 수 있다.

그리고 ACF 모듈(30)은 이격공간부(40)를 갖도록 하우징(10)의 길이방향으로 복수로 배열되고, 전극판(31)은 타공판 또는 매쉬 형태로 구성된다. 따라서 기체유입단(11)으로 유입된 유해가스는 ACF 모듈(30)을 연속적, 단계적으로 통과하면서 흡착되게 된다.

그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)의 하우징(10)에 냉각수단(20)이 포함됨을 알 수 있다. 이러한 냉각수단(20)은 흡착모드에서 작동되어 ACF 모듈(30)을 냉각시키게 된다.

이러한 냉각수단(20)은 하우징(10)의 외면에 특정간격 이격된 중공관 형태의 냉각매체 유동부(21)와, 냉각매체 유동부(21) 일측에 구비되어 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입부(22)와, 냉각매체 유동부(21) 타측에 구비되어 상기 냉각매체가 토출되는 냉각매체 토출부를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 유입부(22)를 통해 유입된 냉각매체가 냉각매체 유동부(21)를 유동하면서 하우징(10) 내의 ACF 모듈(30)을 냉각하고, 토출부를 통해 배출되게 된다.

이러한 냉각수단(20)에 의해 흡착모드의 흡착장치(100)를 냉각하게 됨으로써, 흡착효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명의 실시예에서는 열교환효율을 향상시키기 위해 냉각매체 유동부(21)의 내부에 복수의 유동가이드부(24)가 설치되어 냉각매체가 나선형태로 흐르면서 유동되도록 구성될 수 있다. 그리고 냉각매체 유입부(22) 전단 측에 냉각매체 조절부(25)를 구비하여 유입되는 냉각매체의 유량을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기체유입단(11) 측에 필터(13)가 구비되어 유입되는 유해가스의 이물질을 여과하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극판(31)과 연결되어 활성탄소섬유(32)를 통전시켜 가열하기 위한 전압인가부(60)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

그리고 일측 끝단 각각이 이격공간부(40) 측 각각에 개제되는 연결관(50)과, 이러한 연결관(50) 각각이 합류되는 합류관(51)과, 합류관(51) 일측에 구비되는 진공펌프(52)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 기체 유입단(11) 전방측에 밸브(80)가 구비되어 유해가스의 유입을 조절할 수 있으며, 제어부(70)는 이러한 밸브(80), 상기 전압인가부(60), 상기 냉각매체 조절부(25), 및 상기 진공펌프(52)의 작동을 제어하도록 구성된다.

재생모드로 작동되는 경우, 제어부(70)는 밸브(80)를 닫아 유해가스 유입을 차단하고, 냉각수단(20)의 작동을 중단하며, 전압인가부(60)를 작동시켜 ACF 모듈(30)을 통전하여 가열되도록 제어하게 된다.

또한, 온도센서(71)를 구비하여, ACF 모듈(30) 측의 온도를 실시간으로 측정할 수 있고, 흡착모드에서 제어부(70)는 온도센서(71)에서 측정된 값을 기반으로 냉각매체 조절부(25)를 제어하여 ACF 모듈(30)이 설정된 흡착온도범위를 유지하도록 할 수 있다.

이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)의 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡착모드에서의 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 재생모드에서의 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부(70)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100)가 흡착모드로 작동되는 상태에서, 전압인가부(60)와, 진공펌프(52)는 작동되지 않으며, 냉각수단(20)이 작동되고, 밸브(80)는 개방되게 된다.

밸브(80)가 개방되어 있으므로, 유해가스가 하우징(10)의 기체유입단(11) 측으로 유입되게 되며(S1), 먼저, 필터(13)에 의해 이물질이 여과되어 ACF 모듈(30) 측을 통과하게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 ACF 모듈(30)은 하우징(10) 내에서 이격공간부(40)를 가지고 서로 이격되어 길이방향으로 배치되며, 유입된 유해가스는 이러한 복수의 ACF 모듈(30)을 단계적, 연속적으로 통과하면서 흡착되게 된다(S3).

그리고 흡착처리된 처리가스가 기체배출단(12)을 통해 배출되게 된다(S4).

이러한 흡착모드에서 냉각수단(20)이 작동되게 된다. 앞서 언급한 바와 같이, 냉각수단(20)은 하우징(10)의 외측에 결합되며, 내부에 냉각매체가 유동되는 냉각매체 유동부(21)를 포함하여 구성된다. 냉각매체 유입부(22)를 통해 유입된 냉각매체는 유동가이드부(24)를 통해 하우징(10) 외측 길이방향으로 나선유동되면서 하우징(10) 내의 ACF 모듈(30)을 냉각하고 냉각매체 배출부(23)를 통해 배출되게 된다.

이때, 온도센서(71)를 통해 하우징(10) 내의 온도를 실시간으로 측정할 수 있으며, 제어부(70)는 이러한 온도센서(71)에서 측정된 온도값을 기준으로 냉각매체 조절부(25)를 통해 냉각매체의 유량을 제어하여 ACF 모듈(30)이 설정된 흡착온도범위를 유지하도록 조절할 수 있다.

그리고 이러한 흡착모드의 흡착장치(100)를 재생모드로 전환하게 되는 경우(S5), 제어부(70)는 밸브(80)를 닫고, 냉각수단(20)의 작동을 중단시키고, 전압인가부(60)와 진공펌프(52)의 구동이 시작되도록 제어하게 된다(S6).

ACF 모듈(30) 각각의 전극판(31)에 연결된 전압인가부(60)가 가동됨에 따라 ACF 모듈(30)의 활성탄소섬유(32)가 통전되어 가열되게 된다(S7). 가열에 의해 탈착 온도에 도달하게 되면, 흡착되었던 유해가스성분이 탈착되어 이격공간부(40)로 토출되게 된다(S8).

진공펌프(52)의 가동에 따라 이격공간부(40)로 토출된 유해가스성분은 연결관(50)과, 합류관(51)을 통해 배출되게 된다(S9).

그리고 탈착, 재생이 완료되어 다시 흡착모드로 전환(S10)하게 되는 경우, 제어부(70)는 전압인가부(60)와 진공펌프(52)의 작동을 중단하고, 밸브(80)를 개방하고 냉각수단(20)을 작동시켜(S11) 다시 하우징(10) 내로 유해가스를 유입시켜 흡착을 진행할 수 있다.

이때, 밸브(80)를 개방하기 전에 먼저, 가열된 하우징(10)을 냉각수단(20)을 통해 냉각하여 하우징(10) 내의 ACF 모듈(30)이 설정된 흡착범위온도에 도달한 후, 밸브(80)를 개방하여 흡착을 시작하도록 할 수 있다.

도 6은 다양한 소재에 대한 TGA 분석 그래프를 도시한 것이고, 도 7은 BET1300에 대한 연속실험 그래프를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, BET1300, BET1500, A7, Active Carbon, A15, A20를 하여 양단에 타공판 형태의 전극판(31)을 접촉하여 흡착과 탈착 과정을 나타낸 것으로 흡착효율은 BET1300, BET1500, A7이 높음을 알 수 있고, 50분 경과 후 전압인가부(60)를 구동하여 통전, 가열하게 되는 경우 약 10 ~ 12분정도의 시간 내에 탈착이 완료되어 통전에 따른 탈착효율이 높음을 알 수 있다. 또한, 흡착효율이 가장 좋은 BET1300은 도 7에 도시된 바와 같이, 연속실험에 의해서도 흡착효율, 탈착속도가 크게 감소되지 않음을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착시스템(200)의 단면도를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 흡착시스템(200)은 앞서 언급한 흡착장치(100)를 단위모듈로 하여 서로 병렬로 연결하여 설치될 수 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 활성탄소섬유를 이용한 흡착시스템(200)은 앞서 언급한 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치(100) 각각이 독립적으로 병렬로 연결된 구조로 구성될 수 있다. 그리고 이러한 흡착장치(100) 각각의 기체 유입단(11) 측에 밸브(80)가 구비되게 되며, 제어부(70)는 흡착모드로 작동시킬 흡착장치(100)의 밸브(80)를 개방하고, 재생모드로 작동될 흡착장치(100)의 밸브(80)를 닫도록 제어하게 된다. 즉, 제어부(70)는 복수의 흡착장치(100) 각각을 제어하게 되며, 앞서 언급한 바와 같이, 흡착모드로 작동되는 흡착장치(100)에 대해서는 밸브(80) open, 냉각수단(20) on, 전압인가부(60) off, 진공펌프(52) off가 되도록 제어하고, 재생모드로 작동되는 흡착장치(100)에 대해서는 밸브(80) close, 냉각수단(20) off, 전압인가부(60) on, 진공펌프(52) on이 되도록 제어하게 된다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10:하우징
11:기체유입단
12:기체배출단
13:필터
20:냉각수단
21:냉각매체 유동부
22:냉각매체 유입부
23:냉각매체 배출부
24:유동가이드부
25:냉각매체 조절부
30:ACF모듈
31:전극판
32:활성탄소섬유
40:이격공간부
50:연결관
51:합류관
52:진공펌프
60:전압인가부
70:제어부
71:온도센서
80:밸브
100:활성탄소섬유를 이용한 흡착장치
200:활성탄소섬유를 이용한 흡착시스템

Claims

흡착장치에 있어서,
유해가스가 유입되는 유입단과, 흡착처리 기체가 배출되는 배출단을 갖는 하우징; 및
상기 하우징 내에 구비되어 상기 유해가스를 흡착하고, 활성탄소섬유와, 상기 활성탄소섬유 양단 각각에 접촉되는 전극판을 갖는 ACF 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 1항에 있어서,
상기 ACF 모듈은 이격공간부를 갖도록 상기 하우징의 길이방향으로 복수로 배열되고, 상기 전극판은 타공판 또는 매쉬 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 2항에 있어서,
상기 전극판과 연결되어 상기 활성탄소섬유를 통전시키는 전압인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 3항에 있어서,
상기 하우징 일측에 구비되어, 흡착모드로 작동되는 흡착장치에서 상기 ACF 모듈을 냉각시키는 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 4항에 있어서,
상기 냉각수단은
상기 하우징 외면을 감싸는 중공관 형태로 구성되어 내부에 냉각매체를 유동시키는 냉각매체 유동부와, 상기 냉각매체 유동부 일측에 구비되어 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입부와, 상기 냉각매체 유동부 타측에 구비되어 상기 냉각매체가 토출되는 냉각매체 토출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 5항에 있어서,
상기 냉각매체 유동부 내부에 구비되어 상기 냉각매체가 나선유동되도록 가이드 하는 유동가이드부와, 유입되는 상기 냉각매체의 유량을 조절하는 냉각매체조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 1항에 있어서,
상기 유입단 측에 구비되어 유입되는 상기 유해가스의 이물질을 제거하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 6항에 있어서,
일측 끝단이 상기 이격공간부 측 각각에 개제되는 연결관과, 상기 연결관 각각이 합류되는 합류관과, 상기 합류관 일측에 구비되는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 8항에 있어서,
상기 유입단 전방측에 구비되어 상기 유해가스의 유입을 조절하는 밸브; 및
상기 밸브, 상기 전압인가부, 상기 냉각매체 조절부, 및 상기 진공펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 9항에 있어서,
재생모드로 작동되는 경우, 제어부는 상기 밸브를 닫아 유해가스 유입을 차단하고, 상기 냉각수단의 작동을 중단하며, 상기 전압인가부를 작동시켜 상기 ACF 모듈을 통전하여 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 10항에 있어서,
상기 ACF 모듈 측의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서;를 더 포함하고,
흡착모드에서 상기 제어부는 온도센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 냉각매체 조절부를 제어하여 상기 ACF 모듈이 설정된 흡착온도범위를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 1항에 있어서,
상기 유해가스는, 불소계화합물이 포함된 기체, 악취, VOC, SOx, NOx 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 1항에 있어서,
상기 활성탄소섬유는 피치계의 와이어가 뭉쳐진 형태로 구성되며, BET1300, BET1500, 및 A7 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착장치.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 흡착장치를 이용한 흡착방법에 있어서,
하우징의 유입단을 통해 유해가스가 유입되는 제1단계;
하우징 내에, 이격공간부를 갖고 배치된 ACF 모듈을 상기 유해가스가 단계적으로 통과하면서 흡착되는 제2단계; 및
복수의 상기 ACF 모듈을 통과한 처리기체가 상기 하우징의 기체배출단을 통해 배출되는 제3단계;를 포함하고,
상기 하우징 외면에 구비된 냉각수단에 의해 상기 ACF 모듈을 냉각하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법.
제 14항에 있어서,
제어부가 상기 냉각수단의 냉각매체 조절부를 제어하여 냉각매체 유동부로 유입되는 냉각매체의 유량을 조절하여 흡착모드에서 상기 ACF가 설정된 흡착온도로 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법.
제 15항에 있어서,
흡착모드에서 재생모드로 전환되는 경우,
밸브를 닫고, 냉각수단의 구동을 정지하는 제4단계;
전압인가부를 통해 ACF 모듈을 통전시키는 제5단계;
상기 ACF 모듈의 활성탄소섬유가 가열되어 흡착된 유해가스가 탈착되어 이격공간부로 토출되는 제6단계; 및
진공펌프에 의해 상기 유해가스가 연결관, 합류관을 통해 배출되는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법.
제 16항에 있어서,
재생이 완료되어 흡착모드로 재전환되는 경우,
전압인가부, 진공펌프의 구동을 정지하고, 밸브를 열고 냉각수단을 작동시키고 상기 제1 내지 제3단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착방법.
흡착시스템에 있어서,
각각이 독립적으로 병렬로 연결된 복수의 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 흡착장치;
상기 흡착장치 각각의 유입단 측에 구비되는 밸브; 및
흡착모드로 작동시킬 흡착장치의 밸브를 개방하고, 재생모드로 작동될 흡착장치의 밸브를 닫도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유를 이용한 흡착시스템.