KR20210038944A - 흡착제 장치 - Google Patents

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KR20210038944A
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마이클 그린뱅크
로버트 에이치. 보근
로버트 제바드
스티븐 에바노비치
월터 지. 트램포쉬
데이비드 티. 도우티
앤드류 헐만
매튜 아도메이티스
리차드 에이. 밈나
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칼곤 카본 코포레이션
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Abstract

흡착제 물질 시트는 추가 흡착제를 포함하는 재료의 중심 코어 주위에 권취되어 있다. 이러한 구성은 전체 하우징 또는 장치의 일부로서 흡착제 물질 시트의 포장 효율 및 성능을 더욱 증가시킨다. 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 적층형 구성으로 배열되어 있다. 캐니스터의 일부로서의 흡착제 물질 시트의 구성이 또한 설명된다.

Description

흡착제 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 8월 2일에 출원된 미국 가출원 제62/713,868호 및 2018년 9월 24일에 출원된 미국 가출원 제62/735,389호의 이익을 주장한다. 이들 출원 각각의 개시는 본원에 참조로서 통합된다.
가솔린 및 기타 액체 탄화수소 연료로부터의 증발 배기가스는 대기 오염의 중요한 원인인데, 그 이유는 연료에 함유된 다양한 탄화수소가 태양광 노출 시 광화학 스모그를 형성할 수 있기 때문이다. 이러한 스모그의 화합물 및 탄화수소 자체가 인간과 동물의 건강에 해로운 영향을 끼칠뿐만 아니라 환경 피해를 일으킨다. 증발 배기가스는, "빈" 연료 탱크가 사실상 연료 증기로 채워지고, 탱크를 액체 연료로 채우는 행위가 탱크에서 증기를 배기시키기 때문에, 차량 재급유 중에 특히 문제가 된다. 증발 배기가스는 또한 탱크 내의 연료가 가열될 때, 예컨대 뜨거운 주변 조건으로부터 또는 근처의 뜨거운 배기 시스템 구성부품으로부터 발생한다. 통제가 없다면, 연료 증기는 대기 중으로 오염으로 방출될 것이다.
자동차 부문에서, 가솔린 증기는 일반적으로 재급유 중에 온보드 재급유 증기 회수(Onboard Refueling Vapor Recovery, ORVR) 캐니스터 시스템에 의해 회수된다. 이러한 장치는 가솔린 재급유에서 배기된 증기를 포착하여 엔진이 나중에 이를 태울 수 있도록 설계된 여러 구성부품을 포함한다. 증기는 특별히 설계된 탱크 및 연료 필러 넥에 의해 연료 탱크 내에서 밀봉된 상태로 유지되고, 과량의 증기는 화학 캐니스터 내에 포착되고 흡착된다. 엔진 작동 중에, 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit, ECU)은 흡착된 증기가 캐니스터로부터 엔진 연료 시스템으로 방출되도록 하여, 가솔린 증기를 정상적으로 태우고, 캐니스터를 다시 사용하게 한다.
ORVR 시스템은 성공적으로 증기 배기가스를 감소시켰지만 여전히 단점이 있다. 캐니스터는 활성탄 또는 챠콜 같은 풀어진 흡착 입자들로 채워져 있으며, 취급 및 포장하기 지저분하게 할 수 있다. 이러한 캐니스터는 부피가 크고 무거운데, 흡착 입자들이 그 자체를 물리적으로 지지할 수 없고, 엄격한 배출가스 규제가 이제 소량의 증기 배기가스도 금지하므로, 더 높은 흡착 용량이 필요하기 때문이다. 캐니스터의 제조, 유지보수 및 폐기 또한 풀어진 흡착제 미립자들로 인해 번거롭고, ORVR 장치의 복잡성이 각각의 차량의 비용을 증가시키는 한편, 귀중한 승객 및 화물 공간이 줄어들게 된다. 증가하는 연료 효율 목표, 비용 절감, 승객 및 화물 공간의 확대를 충족하기 위해 자동차 제조업체가 모든 구성부품에서 더 가벼운 무게를 요구함에 따라, 더 작고, 더 가볍고, 더 간단하고, 더 비용 효율적이면서 여전히 더 엄격한 배기가스 목표를 준수할 새로운 ORVR 장치가 필요하다.
일 실시예에서, 본 발명은 분말, 펠릿 또는 과립으로 제공된 흡착 화합물의 등가량에 비해 개선된 성능을 갖는 흡착제 물질 시트를 개시한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 하우징 내에 봉입된 흡착제 물질 시트를 개시한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 하우징을 생략하고 대신에 연료 탱크 내에 직접 함유되는 흡착제 물질 시트를 개시한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 흡착제 물질 시트를 포함하는 ORVR과 같은, 배기가스 제어 시스템을 개시한다. ORVR 내의 흡착제 물질 시트는 하우징 내에 봉입될 수 있거나 하우징이 생략될 수 있다.
본 발명은 또한 이하에 열거된 실시예들에 관한 것이다.
실시예 1: 흡착제 물질 시트 제품을 포함하는 증기 흡착 캐니스터로서, 여기서 상기 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 흡착제와 결합제를 포함하는 롤형 시트, 흡착제와 결합제의 파쇄된 스트립을 포함하는 파쇄된 시트, 흡착제와 결합제의 절단된 형상을 포함하는 절단된 시트, 결합제 중합체와 흡착제의 피브릴화로부터 형성된 물질의 스트랜드, 적층형 시트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 상기 흡착제 물질 시트 제품은 활성탄, 탄소 나노튜브, 그래핀, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 지르코니아, 규조토, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 흡착제를 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 3: 실시예 1 또는 2에 있어서, 상기 결합제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드 중합체, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 또는 이들의 공중합체 또는 조합을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 4: 실시예 1 내지 3에 있어서, 상기 중합체 결합제는 소수성인, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 5: 실시예 1 내지 4에 있어서, 상기 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 가요성이고 가요성 캐니스터 내에 포함되는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 6: 실시예 1 내지 5에 있어서, 상기 가요성 캐니스터는 백 형상, 불규칙한 형상, 직사각형 프리즘, 실린더, 타원체, 절두 원추형 형상, 또는 이들의 조합인, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 7: 실시예 1 내지 6의 증기 흡착 캐니스터를 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
실시예 8: 롤형 흡착제 물질 시트 제품으로, 상부 표면 및 하부 표면을 정의하고, 총 표면적을 가지며, 흡착제 물질 및 결합제를 포함하는, 흡착제 물질 시트를 포함하고, 여기서 상기 흡착제 물질 시트 제품은 나선형으로 권취되어서, 인접 시트 층들 주위 및 이들 사이에서 유체 흐름을 허용하는 인접 시트 층들을 형성하고; 여기서 상기 나선형으로 권취된 흡착제 물질 시트 제품은 추가 흡착제 물질을 수용하는 중공형 중심 코어를 정의하는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 9: 실시예 8에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 상기 흡착제 시트 내에 실질적으로 동일한 양의 흡착제 물질의 펠릿화되거나, 입상, 또는 분말 형태의 BWC보다 적어도 10% 더 높은 BWC를 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 10: 실시예 8 또는 9에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 그의 직경보다 큰 길이를 갖는 일반적으로 원통형 형상을 갖는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 11: 실시예 8 내지 10에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 500-700kg/m3의 평균 롤 밀도로 권취되어 있는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 12: 실시예 8 내지 11에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 약 10g/100cm3 초과의 BWC를 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 13: 실시예 8 내지 12에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 약 7.0g/100cm3 내지 약 30g/100cm3의 BWC를 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 14: 실시예 8 내지 13에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트는 흡착제 물질 입자의 적어도 2개의 집단을 포함하고, 여기서 상기 적어도 2개의 집단의 각각은 상이한 평균 입자 직경을 갖는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 15: 실시예 8 내지 14에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트는 상이한 평균 입자 직경을 갖는 적어도 2개의 집단을 갖는 흡착제 물질 입자를 포함하고, 여기서 상기 2개의 집단의 평균 입자 직경은 약 1:1 내지 약 1:10의 비율을 갖는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 16: 실시예 8 내지 15에 있어서, 상기 결합제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드 중합체, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 또는 이들의 공중합체 또는 조합을 포함하는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 17: 실시예 8 내지 16에 있어서, 인접 표면들 사이에 균일한 간격을 생성하는 스페이서 재료를 더 포함하는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 18: 실시예 8 내지 17에 있어서, 상기 스페이서 재료는 직조, 부직포, 직물, 입상화된 흡착제 물질, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
실시예 19: 증기 흡착 캐니스터로서, 실시예 1의 상기 흡착제 물질 시트 제품, 및 실시예 1의 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 하우징을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 20: 실시예 19에 있어서, 상기 하우징은 가요성인, 증기 흡수 캐니스터.
실시예 21: 실시예 19 또는 20에 있어서, 상기 하우징은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 및 이들의 공중합체 및 조합을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 22: 실시예 19 내지 21에 있어서, 상기 하우징의 형상은 실시예 1의 봉입된 흡착제 물질 시트 제품의 형상에 실질적으로 부합하는, 증기 흡수 캐니스터.
실시예 23: 실시예 19 내지 22에 있어서, 튜브, 유입구 포트, 유출구 포트, 센서, 밸브, 및 유체 채널로부터 선택된 적어도 하나의 구조를 더 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 24 - 증기 흡착 캐니스터로서,
a. 실시예 8 내지 18 중 어느 하나의 롤형 흡착제 물질 시트 제품, 및
b. 실시예 8 내지 18 중 어느 하나의 롤형 흡착제 물질 시트 제품을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 하우징을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 25 - 실시예 24에 있어서, 상기 하우징은 가요성인, 증기 흡수 캐니스터.
실시예 26 - 실시예 24 또는 25에 있어서, 상기 하우징은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 및 이들의 공중합체 및 조합을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 27 - 실시예 24 내지 26에 있어서, 상기 하우징의 형상은 실시예 16의 봉입된 롤형 흡착제 물질 시트 제품의 형상에 실질적으로 부합하는, 증기 흡수 캐니스터.
실시예 28 -실시예 24 내지 27에 있어서, 튜브, 유입구 포트, 유출구 포트, 센서, 밸브, 및 유체 채널로부터 선택된 적어도 하나의 구조를 더 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
실시예 29 - 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크로서, 탱크 구조, 및 조합된 총 표면적을 갖는 정의된 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 적어도 하나의 흡착제 물질 시트를 포함하고, 여기서 각각의 흡착제 물질 시트는 흡착제 물질 및 결합제, 및 상기 탱크 내에 함유되는 휘발성 액체에 정기적으로 침지되지 않는 상기 탱크의 표면에 상기 흡착제 물질 시트를 체결시키는 적어도 하나의 체결 장치를 포함하는, 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크.
실시예 30 - 실시예 29에 있어서, 상기 체결 장치는 상기 흡착제 물질 시트의 한 표면과 상기 탱크의 벽면 사이에 형성되어 있는 접착층인, 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크.
실시예 31 - 실시예 29 또는 30에 있어서, 상기 접착제는 압력 감지 접착제, UV 경화 접착제, 열 경화 접착제, 핫 멜트 접착제, 반응성 멀티-파트 접착제, 아크릴 및 (메트)아크릴 접착제, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 접착제, 1- 및 2-파트 제형의 에폭시 접착제, 우레탄 접착제, 및 이들의 공중합체 및 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크.
실시예 32 - 실시예 29 내지 31에 있어서, 상기 탱크는 적어도 하나의 연료 펌프(들), 연료 송출 라인(들), 연료 회수 라인(들), 대기 벤트 라인, 포트(들), 밸브(들), 센서(들), 공기 흡입구(들), 개방 셀 발포체, 배플(들), 블래더(들) 및 이들의 조합을 더 포함하는, 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크.
실시예 33 - 실시예 29 내지 32에 있어서, 상기 탱크는 "병 속의 배" 구성을 갖는 연료 탱크인, 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크.
실시예 34 - 실시예 1 내지 7 중 어느 하나의 흡착제 물질 시트 제품을 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
실시예 35 - 실시예 8 내지 18 중 어느 하나의 롤형 흡착제 물질 시트 제품을 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
실시예 36 - 실시예 19 내지 23 중 어느 하나의 증기 흡착 캐니스터를 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
실시예 37 - 실시예 24 내지 28의 증기 흡착 캐니스터를 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
실시예 38 - 실시예 29 내지 33 중 어느 하나의 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크를 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
도 1은 흡착제 코어를 이용하는 본 발명의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 흡착제 코어를 이용하는 본 발명의 추가 실시예를 도시한다.
도 3은 스페이서를 이용하는 본 발명의 추가 실시예를 도시한다.
도 4는 스페이서를 이용하는 본 발명의 추가 실시예를 도시한다.
본 조성물 및 방법을 설명하기 전에, 본 발명은 설명된 특정 공정, 조성물 또는 방법론에 한정되지 않으며, 이들이 다양할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 설명에 사용된 용어는 특정 버전 또는 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것임을 이해해야 한다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 설명된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 물질이 본 발명의 실시예의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법, 장치 및 물질이 이제 설명된다. 본원에 언급된 모든 간행물은 그 전체가 참조로서 원용된다. 본원에서의 어떠한 것도 본 발명이 선행 발명으로 인해 이러한 개시를 선행할 자격이 없다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한, 본원에서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 복수 참조를 포함한다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 예를 들어, "연소 챔버(a combustion chamber)"에 대한 참조는 "하나 이상의 연소 챔버(one or more combustion chambers)" 및 당업자에게 공지된 이들의 등가물 등에 대한 참조이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 사용되는 숫자의 수치의 ±10%를 의미한다. 따라서, 약 50%는 45% 내지 55%의 범위인 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "흡착제 물질(sorbent material)"은 액체 및/또는 가스를 흡착할 수 있는 임의의 공급원으로부터의 모든 공지된 물질을 포함하는 것을 의미한다. 예를 들어, 흡착제 물질은, 이들에 한정되지는 않지만, 활성탄, 탄소 나노튜브, 그래핀, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 지르코니아, 및 규조토를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 다수의 흡착제 물질 시트에 대한 설명 및 청구범위는, 측면들 및/또는 표면들이 서로 근접해 있는 다수의 분리된 시트가 있음을 의미한다. 대안적으로, 다수의 흡착제 물질 시트에 대한 설명 및 청구범위는 단일 시트뿐이지만, 적층되거나, 측면들 및/또는 표면들이 서로 근접해 있는 시트의 권취되거나, 달리 구성된, 덩어리를 생성하도록 그 자체 위로 권취되거나 접혀 있음을 의미한다. 또한, 상기 용어는 다수의 시트가 함께 적층된 다음 권취되거나 달리 위로 접혀서 단일 덩어리로 교번하는 층을 형성하는 것을 고려한다.
흡착제 또는 흡착제 물질 또는 흡착제 물질 시트의 맥락에서 사용되는 바와 같이, 용어 표면이란 그 개별 구성부품의 외부 경계부를 의미한다. 보다 더 구체적으로, 흡착제 물질 시트의 맥락에서, 용어 표면이란, 말리거나 적층될 때 서로 또는 그 자체를 대면하는, 시트들의 가장 큰 평면형 면을 의미한다. 시트에서, 표면은 시트의 두께보다 상당히 큰 부분이다.
본 발명의 실시예는, 흡착제 물질의 하나 이상의 시트를 함유하는 장치, 흡착제 물질 시트, 및 흡착제 물질 시트를 제조하는 방법, 및 이들 시트를 함유하는 장치에 관한 것이다. 다양한 실시예에서, 흡착제 물질 시트는, 흡착제 물질 및 결합제로 구성될 수 있고, 약 2mm 미만, 또는 약 1mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 다양한 실시예의 장치는 하우징 및 하나 이상의 흡착제 물질 시트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치는 하우징의 총 부피의 약 10% 이상의 공극률을 가질 수 있다.
마지막으로, 일부 실시예는 2018년 1월 31일에 출원된 미국 특허 출원 제15/885,317호에 기술된 흡착제 장치에 관한 것이며, 그 전체는 본원에 참조로서 원용된다.
흡착제 물질 시트(Sorbent Material Sheets)
본 발명의 흡착제 물질 시트는, 이에 한정되지 않지만, 활성탄, 탄소 나노튜브, 그래핀, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 지르코니아, 및 규조토를 포함하는 전술한 흡착제 물질 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 소정의 실시예들에서, 흡착제 물질 시트는 활성탄으로 구성될 수 있다. 흡착제는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
활성탄은 성능 요건, 비용, 및 기타 고려사항에 기초하여 선택된 다양한 등급 및 유형일 수 있다. 활성탄은 분말의 재응집으로부터의 입상, 너트쉘, 목재, 석탄 또는 압출에 의해 생성된 펠릿의 파쇄 또는 크기 조정으로부터의 입상, 또는 분말 형태의 활성탄일 수 있다. 활성탄은 탄화 공정에 의해 형성되어 활성화될 수 있다. 목재, 너트쉘, 석탄, 피치 등과 같은 원재료는 스팀 및/또는 기체화된 이산화탄소로 산화되고 탈기화되어 흡착에 유용한 활성탄 내의 기공 구조를 형성한다. 초기 산화 및 탈기화 공정은 인산, 황산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 이들의 조합과 같은 탈수 화학물질을 이용한 화학적 처리를 포함할 수 있다.
다양한 활성화 공정이 당업계에 공지되어 있다. 본 청구된 발명의 흡착제 물질 시트를 위해 활성탄을 제공하기 위한 가장 유용한 공정은 목재 및/또는 목재 부산물을 제공하고, 인산에 노출시켜 목재 및/또는 목재 부산물을 산 처리하고, 및 스팀 및/또는 이산화탄소 기체화를 사용하여 목재 및/또는 목재 부산물을 탄화하는 단계를 포함한다. 이 공정은, 활성탄 성능의 척도인, 최고 부탄 흡탈착 용량(butane working capacity)("BWC")을 갖는 활성탄 입자를 초래한다. BWC 시험 및 결과에 대한 더 상세한 내용은 예시들에 기술되어 있다.
활성탄은, 바가스, 대나무, 코코넛 껍질, 토탄, 톱밥 및 스크랩 형태의 경질목 및 연질목 공급원과 같은 목재, 리그나이트, 합성 중합체, 석탄 및 석탄 타르, 석유 피치, 아스팔트 및 역청, 옥수수 줄기 및 껍질, 밀짚, 주정박, 쌀 외피 및 껍질, 너트쉘 및 이들의 조합을 포함하는 재료로부터 형성될 수 있다.
흡착제 물질 시트는 하나 이상의 결합제(binder)를 더 포함할 수 있다. 실시예들은 특정 결합제에 한정되지 않으며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM)와 같은 플루오로엘라스토머, 파라-아라미드 및 메타-아라미드 중합체와 같은 아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 및 이들의 공중합체 및 조합을 포함할 수 있다. 결합제는 요구되는 조건에 따라 열가소성 또는 열경화성일 수 있고, 열가소성 및 열경화성 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다.
결합제의 양은 총 조성물의 약 1중량% 내지 약 30중량%일 수 있고, 소정의 실시예들에서, 결합제의 양은 총 조성물의 약 1중량% 내지 약 20중량% 또는 약 2중량% 내지 약 10중량%, 또는 이들 예시적인 양을 포함하는 임의의 개별 양 또는 범위일 수 있다. 결합제는 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20% 또는 상기 양 중 임의의 2개 이상으로 만들어진 임의의 범위의 양으로 존재할 수 있으며, 이들 모두는 총 조성물의 중량에 의해 측정된다. 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트는, 예를 들어, 10중량% 미만, 5중량% 미만, 또는 2중량% 미만, 및 약 0.1중량% 또는 0.2중량% 초과의 작은, 잔류 양으로 일반적으로 존재할 수 있는 용매를 포함할 수 있다. 특히, 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 용매를 갖지 않을 수 있다(0%).
일부 실시예에서, 상기 흡착제 물질 시트는 약 2mm 미만, 약 1.8mm 미만, 약 1.6mm 미만, 약 1.4mm 미만, 약 1.2mm 미만, 약 1.0mm 미만, 약 0.01mm 내지 약 2mm, 약 0.01mm 내지 약 1.8mm, 약 0.1mm 내지 약 1.6mm, 약 0.01mm 내지 약 1.4mm, 약 0.01mm 내지 약 1.2mm, 약 0.01mm 내지 약 1.0mm, 약 0.02mm 내지 약 0.90mm, 약 0.05 내지 약 0.95mm, 약 0.05 내지 약 0.90mm 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 개별 두께 또는 범위의 두께를 가진다. 다양한 실시예의 흡착제 물질 시트는 약 0.05g/cm3 내지 약 2.0g/cm3의 밀도를 가질 수 있고, 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 0.08g/cm3 내지 약 1.5g/cm3, 약 0.1g/cm3 내지 약 1.3g/cm3의 밀도, 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 밀도 또는 범위를 가질 수 있다. 밀도는 먼저, 마이크로미터로 시트의 주어진 정사각형 또는 원형 조각의 두께를 측정하고, 표면적을 곱하여 부피를 얻고, 조각을 칭량하여 밀도(중량/부피)를 얻음으로써 계산된다.
각각의 흡착제 물질 시트에 대한 BWC는 약 10g/100cm3를 초과할 수 있고, 일부 실시예에서, BWC는 약 7.0g/100cm3 내지 약 30g/100cm3, 약 8.0g/100cm3 내지 약 25g/100cm3, 약 10g/100cm3 내지 약 20g/100cm3, 약 10g/100cm3 내지 약 15g/100cm3, 약 11g/100cm3 내지 약 15g/100cm3, 12g/100cm3 내지 약 15g/100cm3 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 개별 BWC 또는 범위일 수 있다. 다른 예에서, BWC는 약 9g/100cm3 내지 약 15g/100cm3, 약 12g/100cm3 내지 약 20g/100cm3, 약 13g/100cm3 내지 약 20g/100cm3, 약 14g/100cm3 내지 약 20g/100cm3, 또는 약 15g/100cm3 내지 약 20g/100cm3일 수 있다. 또한, 상기 범위의 임의의 종점들을 합쳐서 새롭고 구별되는 범위를 형성할 수 있는 것으로 고려된다.
본 발명의 흡착제 물질 시트는 분말 또는 다른 미립자 형태로 제공되는 종래의 흡착제 물질보다 BWC에 의해 측정했을 때 더 높은 성능을 갖는다.
실시예들의 흡착제 물질 시트는 임의의 적절한 공정에 의해 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 입상 또는 펠릿화된 흡착제 물질을 분말로 분쇄하고, 분말을 결합제와 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 가열 및 배합하고, 및 혼합물을 말아서 흡착제 물질 시트를 형성함으로써 제조될 수 있다. 분쇄하는 단계는 약 0.001mm 내지 약 0.2mm, 약 0.005mm 내지 약 0.1mm, 약 0.01mm 내지 약 0.075mm의 평균 입자 직경, 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 개별 입자 직경 또는 범위를 갖는 흡착제 입자를 생성할 수 있고, 소정의 실시예에서, 분쇄된 흡착제 입자는 약 0.001mm 내지 약 0.01mm의 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 분말을 결합제와 혼합하는 단계는 흡착제 입자 분말을 총 조성물의 약 2중량% 내지 약 20중량% 또는 약 2중량% 내지 약 10중량%, 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 개별 양 또는 범위와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 가열은, 예를 들어 약 50℃ 내지 약 200℃와 같이, 잔류 용매를 제거하기에 충분한 임의의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 흡착제 물질 시트는, 흡착제 물질 시트 내의 분말의 패킹 효율을 증가시키기 위해 상이한 크기의 입자들의 다양한 분포를 포함할 수 있다. 상이한 크기의 입자들의 선택은 또한 분말 및 주변 결합제의 유동학적 특성을 개선할 수 있으며, 이는 흡착제 물질 시트를 형성하기 전에 개선된 혼합 및 균일한 입자 분포를 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트의 입자는 단일 입자 크기 분포를 가질 수 있고, 다른 실시예에서, 입자들은 2개의 상이한 입자 크기 분포들을 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 입자는 적어도 3개의 상이한 입자 크기 분포들을 가질 수 있다.
각각이 특정 크기 분포를 갖는 적어도 2개의 상이한 입자 집단의 평균 입자 크기는 이들이 약 1:1 내지 약 1:15의 비율을 갖도록 선택될 수 있다: 다른 실시예에서, 2개의 상이한 입자 집단의 평균 입자 크기는 약 1:2 내지 약 1:10의 비율을 가질 수 있다. 평균 입자 크기는 또한 약 1:2 내지 약 1:5의 비율, 또는 상기 열거된 비율 중 어느 하나의 조합을 가질 수 있다.
흡착제 물질 시트는 주어진 부피 및 중량에 대해 선행 기술의 연료 증기 회수 캐니스터보다 상당히 높은 흡착 용량을 갖는다. 이러한 능력은 다양한 방식으로 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 이러한 높은 수준의 제어가 요구되는 관할권에서 향상된 오염 제어를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, ORVR의 전체 크기, 비용 및 중량은 특정 성능 수준을 위해 감소될 수 있다. 추가의 실시예에서, 종래의 흡착 캐니스터에 비해 증가된 성능을 갖는 ORVR 흡착 장치가 설계될 수 있으며, 이에 따라 설계자는 증발 배기가스를 감소시키기 위해 달리 요구될 수 있는 고가의 복잡한 비회수형 연료 펌프 시스템을 생략할 수 있다. 고성능 흡착 장치는 또한 활성 응축 증기 시스템을 불필요하게 할 수 있으며, 이는 압축기 펌프 및 응축물 저장 탱크의 크기, 중량 및 비용을 피하게 한다. 그러나, 본 발명의 흡착제 물질 시트를 사용하는 ORVR 흡착 장치는, 또한, 매우 높은 성능과 종래 시스템에 비해 최소 크기, 중량, 및 반사 비용을 위해 이들 장치와 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
흡착제 물질 시트는, 그들이 반드시 준수해야 하는 물리적 공간, 요구되는 장치 성능, 및 시트에 근접하여 포함되는 특징에 따라 다양한 방식으로 함께 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시트는, 통과하는 유체에 노출되는 흡착제 물질 시트의 표면적을 증가시키기 위해 물결주름질 수 있고, 접힘부를 포함할 수 있고/있거나 구멍 또는 애퍼처를 포함할 수 있으며, 따라서 주어진 총 시트 표면적에 대한 성능을 증가시킨다. 다양한 물결주름, 접힘부, 구멍 및 애퍼처는 또한 유체 채널, 배관, 센서 및 밸브와 같은 내부 및 외부 특징부에 대한 길을 만들기 위해 크기 설정되고 배치될 수 있다. 흡착제 물질 시트의 접힘부는 원통형 또는 타원형 형태의 나선형 포장된 구성과 같은 다양한 형태를 취할 수 있다. 접힘부는 또한, 요구되는 장치 치수 및/또는 임의의 다른 요구되는 내부 또는 외부 특징부에 따라 "S" 형상, 또는 볼록하거나 오목한 "C" 형상의 형태일 수 있다. 흡착제 물질 시트는 또한 평평하거나 만곡된 구성으로 적층될 수 있고, 적층형 시트는 의도된 공간에 맞추기 위해 필요에 따라 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 또는 다른 불규칙적인 형상일 수 있다. 이는, 이하에서 논의되는 하우징 특징과 조합하여, 흡착제 물질 시트로부터 형성된 장치가, 차량 내부 공간을 극대화하는 선행 기술의 캐니스터 장치보다 더 작고 더 불규칙하게 형상화된 공간에 끼워질 수 있게 한다.
전술한 구성에 더하여, 흡착제 물질 시트는 또한 표면 특징부를 가질 수도 있다. 일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 상승된(raised) 부분을 포함할 수 있고, 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 함몰된(depressed) 부분을 포함할 수 있다. 이들 표면 특징부는 동일한 시트 내에서 조합될 수 있다. 시트 내에 상승된 및/또는 함몰된 부분을 포함시키는 것은 적층되고, 포장되는 등에 따라 시트 사이에 다양한 구성을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 시트는 상승된 및/또는 함몰된 부분이 서로 맞춰지도록 정렬될 수 있으며, 이는 인접하는 시트를 함께 더 가깝게 한다. 시트는 또한, 상승된 및/또는 함몰된 부분이 서로 맞춰지지 않도록 정렬될 수 있으며, 이는 인접한 시트들 사이에 갭을 형성한다. 정렬은 시트들 사이의 증기 흡착을 위한 다양한 개방 및 폐쇄 채널을 형성하는 데 사용될 수 있다.
본원에서 논의된 바와 같이, 나선형으로 권취되거나 적층된 흡착제 시트는 압력 강하에 대해 조정하기 어려울 수 있다. 권취된 나선형 상의 장력 또는 시트의 스택 상의 압력을 제어하는 것은 권선 또는 적층 기술을 통해 신중하게 그리고 재현 가능하게 수행될 필요가 있다. 그러나, 일부 상황에서, 압력 강하 요건은 이들 방법에 의해 쉽게 충족되지 않는다.
압력 강하에 더하여, 다른 설계 고려 사항으로는 연료 탱크 증발 손실 응용에 대한 이상적인 조건을 부여하기 위해 상이한 특성을 갖는 흡착제를 연속적인 부피 또는 챔버로 넣는 것을 포함한다.
탄소 시트 성능은, 시트 가공 전 또는 시트 가공 동안 재료를 첨가함으로써 개선될 수 있다. 이들 재료는 압력 강하를 감소시키기 위한 향상된 다공성과 같은 유익한 특성; H2S 또는 다른 바람직하지 않은 가스와 같은 무기 증기의 흡착을 제공한다. 대안적으로, 상이한 흡착제 물질은, 시트의 일 측으로부터 다른 측으로의 구별되는 섹션 또는 성능 구배를 갖는 단일 시트로 동시에 처리될 수 있다. 예를 들어, 증발식 손실 캐니스터에서, 시트는 한 측에 고 BWC 또는 부탄 흡착 용량을 가질 수 있고, 다른 측에 저 BWC 또는 흡착 용량을 가질 수 있어서, 증기가 시트의 일 부분, 또는 시트의 스택, 또는 나선형으로 권취된 시트를 통해 다른 부분으로 이동할 때 연료 탱크로부터의 증기 배출이 상이한 수행 재료를 통과할 수 있게 한다.
적층되거나 나선형으로 권취됨에 관계없이, 탄소 시트의 압력 강하를 제어하기 위해, 시트들 사이의 공간 또는 시트의 밀도를 제어할 수 있으며, 이는 이하에서 더 논의된다. 본 발명은, 이러한 기술을 대신하여 또는 이러한 기술에 더하여, 시트로 가공하기 전 또는 가공하는 동안 혼합물에 대한 첨가제를 허용하며, 이는 추가 가공(예를 들어, 열적 또는 화학적)시 시트에 다공성을 생성한다. 이는 시트 다공성 및 압력 강하를 제어하는 다른 방법을 제공한다.
또한, 이러한 방법론은, 일반적으로 높은 압력 강하로 인해 배제될 수 있는, 모놀리스(monolith)와 같은, 스택 및 나선형보다 시트에 대한 대안적인 형태의 생성을 가능하게 한다. (그러한 모놀리스는, 이하에서 논의되는, 권취된 시트를 위한 흡착제 코어로서 사용될 수 있다.) 이들 형태는 시트를 함께 조립(예를 들어, 접착 또는 달리 연결)하여, 실린더, 직사각형 프리즘, 원추, 및 본 출원에 대한 다른 유익 형상을 포함하는 다양한 형상의 모놀리스를 형성함으로써 생성될 수 있다.
다공성을 제공할 수 있는 첨가제의 예는, 이에 제한되지는 않지만, 발포체-형 중합체 첨가제; 헹구어 기공 뒤에 남길 수 있는 수용성 중합체; 쪼개져 기공 뒤에 남길 수 있는, 의도된 시트 두께보다 큰 입자 크기를 갖는 취성 재료, 시트가 가열될 수 있고 추가된 재료가 증발하여 상기 시트 내에 기공을 생성하도록 열적으로 불안정한 재료 및 흡착제 시트 내에 제어된 다공성을 부여할 수 있는 다른 유사한 공정을 포함한다. 이들 중 어느 하나가 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
흡착제 시트 생산의 대안적인 향상은, 상이한 특성을 갖는 둘 이상의 흡착제가 단일 시트에 포함되지만 시트의 폭을 따라 분리되도록 흡착제 시트를 처리하는 것이다. 예를 들어, 고 BWC 흡착제는 저 BWC 흡착제를 갖는 동일한 시트에 사용될 수 있어서, 연료 탱크 배기가스로부터의 증기가 단일 챔버 내에서 저 BWC 흡착제보다 먼저 고 BWC 흡착제와 접촉하게 된다. 즉, 일부 실시예에서, 저 및 고 BWC 흡착제는 균질하게 혼합될 수 있거나, 일부 실시예에서는, 원하는 대로 저 또는 고 BWC 흡착제의 뚜렷한 섹션이 존재할 수 있다.
또 다른 예는, 예를 들어, H2S 또는 고 BWC 활성탄에 의해 정상적으로 잘 제거되지 않는 다른 바람직하지 않은 증기를 제거하는 흡착제에 포함된, 부탄의 흡착을 위한 고 BWC 흡착제이다.
흡착제 물질 시트 제품
전술한 흡착제 물질 시트는 흡착제 물질 시트 제품으로 조합된다. 흡착제 물질 시트의 조합은 증가된 표면적/부피비, 감소된 빈 공간, 개선된 흡착제 성능 등과 같은 전술한 특징 중 하나 이상을 이용한다. 일반적으로, 개별 흡착제 물질 시트는 서로 옆에 배열되어, 흡착제 물질 시트의 표면이 서로 아주 근접하거나 서로 인접하도록 적층되고, 말리고, 권취되고, 접히고 및/또는 적층되어 있는 시트를 포함하는 흡착제 물질 시트 제품을 형성한다. 배열이 무엇이든 간에, 목표는 증기, 유체 및/또는 가스 스트림에 노출된 시트의 표면적을 최대화하고 이에 따라 흡착제 물질 시트의 성능을 최대화하는 것이다.
적층형 흡착제 물질 시트 제품: 본 발명의 적층형 흡착제 물질 시트 제품은 상부 표면 및 하부 표면을 각각 정의하고, 공지된 조합된 총 표면적을 갖는 2개 이상의 흡착제 시트를 포함하며, 여기서 각각의 흡착제 시트는 흡착제 물질 및 결합제를 포함하고; 인접한 흡착제 시트는 인접한 상부 및 하부 표면들이 서로 실질적으로 일치하도록 적층 및 배열되어 있고, 적어도 인접한 상부 및 하부 표면들 사이에서 유체 흐름을 허용하도록 정렬되어 있다.
본 발명의 적층형 흡착제 물질 시트 제품의 성능 개선은, 펠릿화되거나 분말화된 형태로 캐니스터 내에 제공되는 경우, 동일한 양 및 등급의 활성탄의 성능과 비교하여 주어진 양의 활성탄을 갖는 제품의 성능으로서 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 적층형 흡착제 시트 제품은, 펠릿화되거나 분말화된 형태의 캐니스터 내의 동일한 부피 및 등급의 활성탄보다 약 3% 더 높고, 약 5% 더 높고, 약 7% 더 높고, 약 9% 더 높고, 약 10% 더 높고, 약 12% 더 높고, 약 14% 더 높고, 그리고 약 16% 더 높은 BWC를 갖는다. 약 5-14% 더 높은, 약 5-10% 더 높은, 약 10-16% 더 높은 성능 등과 같은, 이들 양에 기초한 범위가 또한 고려된다.
이들 개선은, 적층형 흡착제 물질 시트 제품의 다른 개선을 고려하지 않고, 펠릿화되거나 분말화된 활성탄 및 적층형 흡착제 물질 시트 제품의 부피들 사이에서만 측정된다는 것을 주목해야 한다. 전술한 하나의 주요 차이점은, 그렇지 않다면 요구되었을 강성 캐니스터 본체의 생략이다. 느슨한 활성탄이 스스로를 지지할 수 없기 때문에, 펠릿화되거나 분말화된 활성탄을 포함하는 선행 기술의 시스템에 필요한, 강성 캐니스터 본체의 생략은 중량을 감소시킨다.
적층형 흡착제 시트 제품은 흡착제 시트 내의 흡착제 물질의 부피 기준으로 동일한 양의 펠릿화/분말화된 형태의 BWC보다 적어도 10% 더 높은 BWC를 갖는다. 적층형 흡착제 시트 제품은 약 10g/100cm3 초과의 BWC를 갖는다. 적층형 흡착제 시트 제품은 약 7.0g/100cm3 내지 약 30g/100cm3, 또는 약 12g/100cm3 초과, 또는 약 13g/100cm3 초과, 또는 약 14g/100cm3 초과, 또는 약 15g/100cm3 초과, 또는 20g/100cm3 초과의 BWC를 갖는다. 약 10-20g/cm3, 약 10-12g/cm3, 약 10-14g/cm3, 약 12-14g/cm3, 약 12-15g/cm3, 및 약 15-20g/cm3과 같은, 범위가 또한 고려된다.
일부 실시예에서, 적층형 시트는 공극 부피, 유속, 압력 강하, 및 다른 특징 중 하나 이상을 제어하는 이격된 관계로 유지된다. 이러한 간격은, 2개 이상의 흡착제 물질 시트 중 적어도 하나가 물결주름진 일부 실시예에서 달성된다. 간격은 또한 시트 내의 다양한 접힘부로 달성될 수 있고, 또한 시트 사이에 갭을 형성하도록 정렬되어 있는 시트의 대응하는 상승된 및/또는 함몰된 부분에 의해 달성될 수 있다. 시트의 상승된 및/또는 함몰된 부분이 시트들 사이에 맞춰지지 않도록 시트가 의도적으로 배열되어 있는 경우, 이는 시트들 사이에 추가 간격을 초래하고 이들 부분에서 유체 흐름을 허용한다. 적어도 일부의 상승된 및/또는 함몰된 부분이 시트들 사이에 맞춰지도록 의도적으로 배열되어 있는 경우, 이는 시트의 더 타이트한 피팅 스택을 초래하고, 유체 흐름의 대응하는 감소 또는 심지어 정지와 함께 시트들 사이의 간격을 감소시킨다. 이들 특징의 조합은 유체 흐름을 위한 유도 영역 또는 채널, 및 유체 누출을 방지하기 위한 장벽 또는 에지 밀봉부를 갖는 적층형 흡착제 시트 제품을 형성하는 데 사용될 수 있다. 유체 흐름을 위한 이러한 특징은 적층형 흡착제 시트 제품 내의 시트들 중 하나 이상을 통한 구멍, 절단부, 또는 애퍼처를 또한 포함할 수 있다.
각 흡착제 시트는 유체 흐름에 실질적으로 평행한 대향하는 측면 에지를 정의한다. 인접하는 흡착제 시트의 공통된 측면 에지는 서로 분리되거나, 함께 결합되거나, 이들의 일부 조합일 수 있다. 이러한 방식으로, 적층형 흡착제 물질 시트 제품의 에지는 밀봉되거나, 부분적으로 밀봉되거나, 밀봉되지 않을 수 있다. 밀봉되거나 밀봉되지 않은 성질은 유체 흐름 속도 및/또는 패턴 또는 다른 특성을 수정하는 것과 같은 원하는 결과를 달성하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 적층형 흡착제 물질 제품은 약 10% 이하의 공극 부피를 생성한다. 일부 실시예에서, 공극 부피는 약 8% 이하, 일부 실시예에서, 공극 부피는 약 6% 이하, 일부 실시예에서, 공극 부피는 약 4% 이하이다. 일부 실시예에서, 적층형 흡착제 물질 제품은 약 10% 이상, 약 12% 이상, 약 14% 이상, 약 15% 이상, 약 16% 이상, 약 17% 이상, 약 18% 이상, 약 19% 이상, 약 20% 이상, 약 21% 이상, 약 22% 이상, 약 23% 이상, 약 24% 이상, 약 25% 이상, 약 26% 이상, 약 27% 이상, 약 28% 이상, 약 29% 이상, 약 30% 이상 또는 상기 범위를 조합하여 형성된 임의의 범위의 공극 부피를 생성한다. 일부 실시예에서, 적층형 흡착제 물질 제품은 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 또는 약 30%, 또는 상기 범위를 조합하여 형성된 임의의 범위의 공극 부피를 생성한다. 일부 실시예에서, 적층형 흡착제 물질 제품은 약 10-15%, 약 15-20%, 약 20-25%, 약 25-30%, 또는 약 30-35%의 공극 부피를 생성한다.
일부 실시예에서, 각 흡착제 시트는 약 0.08g/cm3 내지 약 1.5g/cm3의 밀도를 갖는다.
일부 경우에, 흡착제 물질 시트 제품은 흡착제 물질 입자의 적어도 2개의 집단을 포함하고, 여기서 적어도 2개의 집단의 각각은 상이한 평균 입자 직경을 갖는다. 개별 흡착제 물질 시트와 관련하여 논의된 이중 모드 입자 크기 분포에 대한 상기 설명을 참조한다. 흡착제 입자의 집단 간의 동일한 분포 비율은 다수의 흡착제 물질 시트로 형성된 제품에 대해 고려된다. 일부 경우에, 적어도 2개의 집단에 의해 달성된 흡착제 물질 입자의 밀도는 어느 하나의 집단에 의해서 달성된 밀도보다 크다. 이중 모드 입자 크기 분포를 포함시키는 것은 또한, 중합체 시트를 전단력에 훨씬 더 저항을 갖기 때문에 흡착제 물질 시트 제품의 기계적 특성을 개선하는 데 사용될 수 있다.
일부 경우에, 흡착제 물질 시트 제품은 적어도 2개의 흡착제 물질 시트들을 포함하고, 이들 각각은 조합된 총 표면적을 갖는 정의된 상부 표면 및 하부 표면을 가지며, 여기서 각각의 흡착제 물질 시트는 흡착제 물질 및 결합제를 포함하고, 각 흡착제 물질 시트는 별도의 시트의 인접한 상부 및 하부 표면들이 실질적으로 평행하고, 적어도 인접한 상부 및 하부 표면들 사이에서 유체 흐름을 허용하기 위해 정렬되도록 적층되고 배열되어 있다.
적층형 흡착제 물질 시트 제품의 맥락에서 사용되는 바와 같이 실질적으로 평행이란 용어는 시트가 전체 면적에 걸쳐 동일한 거리를 유지하지만, 다양한 물리적 특성 및 특징에 대한 예외를 의미한다. 여전히 실질적으로 평행한 범위 내에 속하는 이러한 예외는 스페이서, 센서, 애퍼처, 배관, 포트, 밸브, 채널, 물결주름, 주름, 접힘부, 제조 또는 작동 중에 마주치는 변형, 외부 하우징에 의해 또는 외부 하우징을 통해 적용된 형상 또는 압력으로 인한 변형, 시트의 주변부를 밀봉하는 것과 같은 상이한 포장 기술 등과 같은 구성부품의 변화로 인한 차이를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트 제품은, 펠릿화되거나 분말화된 형태의 흡착제 물질의 동일한 부피보다 약 5%, 약 10%, 약 15%, 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 및 약 50% 더 높은 BWC 값을 갖는다. 이들은 또한 예를 들어, 약 5-25% 더 높은 범위를 형성하도록 조합될 수 있다. 본 발명은 또한 이들 양이 적어도 약 40% 더 높은 것과 같은, 범위 상의 종점임을 고려한다.
흡착제 물질 시트 제품의 흡착제 물질 시트는, 평평하거나, 나선형 실린더로 권취되거나, 타원형 형태로 권취되거나, 세장형 직사각형 막대로 권취되거나, 접히거나, "S" 형상으로 적층되거나, 동심 실린더로 형성되거나, 동심 타원으로 형성되거나, 동심 직사각형 막대로서 형성되거나, 이들 형태의 조합으로서 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트 제품은, 밀도, 빈 공간, 압력 강하, 용량 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 원하는 특성을 달성하기 위해 권취되거나 말리는 단일 흡착제 물질 시트를 포함할 것이다.
권취형/롤형 흡착제 물질 시트 제품: 흡착제 물질 시트 제품은 또한 대안으로서 또는 적층형 실시예와 조합하여 권취되거나 말릴 수 있다. 권취형 또는 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 상부 표면 및 하부 표면을 정의하는 흡착제 시트를 포함하고, 조합된 것은 공지된 총 표면적을 가지며, 여기서 흡착제 시트는 흡착제 물질 및 결합제를 포함하며 이때 흡착제 시트가 인접한 시트 층들 주위 및 이들 사이의 유체 흐름을 허용하는 인접한 시트 층을 생성하도록 나선형으로 권취되어 있다.
적층형 시트 배열과 유사하게, 롤형 흡착제 시트 제품은 펠릿화되거나 분말화된 형태로 제공되는 활성탄의 등가 부피에 비해 개선된 성능을 갖는다.
본 발명의 롤형 흡착제 물질 시트 제품의 성능 개선은, 펠릿화되거나 분말화된 형태로 캐니스터 내에 제공되는 경우, 동일한 양 및 등급의 활성탄의 성능과 비교하여 주어진 양의 활성탄을 갖는 제품의 성능으로서 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 롤형 흡착제 시트 제품은, 펠릿화되거나 분말화된 형태의 캐니스터 내의 동일한 양 및 등급의 활성탄보다 약 3% 더 높고, 약 5% 더 높고, 약 7% 더 높고, 약 9% 더 높고, 약 10% 더 높고, 약 12% 더 높고, 약 14% 더 높고, 약 16% 더 높은 BWC를 갖는다. 약 5-14% 더 높은, 약 5-10% 더 높은, 약 10-16% 더 높은 성능 등과 같은, 이들 양에 기초한 범위가 또한 고려된다.
롤형 흡착제 시트 제품은, 흡착제 시트 내의 흡착제 물질의 부피 기준으로 동일한 양의 펠릿화/분말화된 형태의 BWC보다 적어도 10% 더 높은 BWC를 갖는다. 롤형 흡착제 시트 제품은 약 10g/100cm3 초과의 BWC를 갖는다. 롤형 흡착제 시트 제품은 약 7.0g/100cm3 내지 약 30g/100cm3, 또는 약 12g/100cm3 초과, 또는 약 13g/100cm3 초과, 또는 약 14g/100cm3 초과, 또는 약 15g/100cm3 초과, 또는 20g/100cm3 초과의 BWC를 갖는다. 약 10-20g/cm3, 약 10-12g/cm3, 약 10-14g/cm3, 약 12-14g/cm3, 약 12-15g/cm3, 및 약 15-20g/cm3과 같은, 범위가 또한 고려된다.
본원에서 설명된 바와 같은 롤형 흡착제 시트 제품은 그의 직경보다 실질적으로 더 큰 길이를 갖는 일반적으로 원통형 형상을 갖지만, 원뿔형 또는 절두 원추형 변화뿐만 아니라 타원체 또는 다른 형상을 포함하는 임의의 치수가 사용될 수 있다.
롤형 흡착제 시트 제품의 밀도는 아래의 식에 기초하여 연산될 수 있다:
Figure pct00001
롤형 흡착제 시트 제품은 약 80-1500kg/m3, 약 500-2000kg/m3, 약 750-1500kg/m3, 약 900-1200kg/m3, 약 900-1050kg/m3, 약 400-500kg/m3, 약 500-600kg/m3, 약 500-550kg/m3, 약 600-650kg/m3, 약 650-700kg/m3, 약 700-750kg/m3의 평균 롤 밀도로 권취될 수 있다.
롤형 흡착제 시트 제품은 약 10g/100cm3 초과의 BWC를 갖는다. 일부 실시예에서, 롤형 흡착제 시트 제품은 약 7.0g/100cm3 내지 약 30g/100cm3의 BWC를 갖는다. 롤형 흡착제 시트 제품은, 또한, 롤형이 아닌 전술한 흡착제 시트 제품과 동일한 BWC를 가질 수 있다.
적층형 흡착제 물질 시트와 관련하여 상기 논의와 유사하게, 권취형 또는 롤형 흡착제 물질 시트는 다수의 입자 크기 분포 또는 흡착성이 있는 펠릿화되거나 분말화된 활성탄의 집단을 포함할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이 동일한 비율이 고려된다. 전술한 논의와 유사하게, 이는 더 많은 양의 활성탄이 롤형 흡착제 시트 제품으로 형성되어 있는 시트 내에 통합될 수 있기 때문에 더 큰 성능을 초래한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 권취형 또는 롤형 흡착제 시트 제품은 관형의 (예를 들어, 원형, 타원형, 사각형, 삼각형, 직사각형 등과 같은 임의의 단면 형상의) 권선, 나선형 권선, 동심 레이어링 또는 이들의 조합으로 인한 하나 이상의 흡착제 물질 시트의 임의의 형태의 레이어링을 지칭한다. 예를 들어, 단일 흡착제 물질 시트는 그 길이를 따라 나선형으로 권취되어 원통 형상의 롤형 흡착제 물질 시트 제품을 형성할 수 있다. 다른 예로서, 복수의 흡착제 물질 시트가 적층된 다음 함께 권취되어 유사한 원통형 형상을 형성할 수 있다. 또 다른 대안으로서, 다음과 약간 상이한 직경을 갖는 실린더로 각각 형성된 여러 개의 시트는 유사한 크기의 실린더의 단면에 있는 동심 링으로부터 배열될 수 있다. 본원의 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 이들 및 다른 배열의 다양한 조합이 하우징 또는 캐니스터의 임의의 형상 내에서 공간을 채우기 위해 사용될 수 있다.
권취형 또는 롤형 흡착제 물질 시트 또는 시트들의 맥락에서 사용되는 바와 같이, 실질적으로 평행이란 용어는, 미미한, 엄청 작은 치수에서, 2개의 시트들 또는 동일한 시트의 부분들이 모든 방향으로 서로로부터 동일한 거리에 있음을 의미하는데 사용된다. 그러나, 권취형 또는 롤형 흡착제 물질 시트의 맥락, 특히 중심 또는 코어 주위의 나선형으로 권취된 단일 시트의 맥락에서, 이는 시트들이 서로 마주하는 전체 영역에 걸쳐 서로로부터 정확하게 동일한 이격 거리에 있지 않음을 의미한다는 것도 이해된다. 또한, 이러한 맥락에서, 스페이서, 센서, 애퍼처, 배관, 포트, 밸브, 채널, 물결주름, 주름, 접힘부, 제조 또는 작동 중에 마주치는 변형, 외부 하우징에 의해 또는 외부 하우징을 통해 적용된 형상 또는 압력으로 인한 변형, 시트의 주변부를 밀봉하는 것과 같은 상이한 포장 기술 등과 같은 구성 요소로 인해 시트 또는 시트들 사이에서 유사한 거리 변화가 고려되는 것으로 이해된다.
상기 흡착제 물질 시트에 대하여 언급한 바와 같이, 결합제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드 중합체, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 및 이들의 공중합체 및 조합으로부터 선택된다.
추가 실시예가 또한 고려된다. 일 실시예에서, 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 흡착제 물질 시트를 포함하는 롤형 시트이다. 또 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 흡착제 물질 시트의 파쇄된 스트립을 포함하는 파쇄된 시트이다. 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 다양한 형상으로 흡착제 물질 시트의 시트를 절단한다. 시트가 파쇄되거나 절단될 때, 시트의 x 및 y 치수는 시트의 두께보다 크다.
또 다른 실시예에서, 흡착제의 형태는 시트 제품이 아니라, 대신에 결합제 및 흡착제의 스트랜드(strand)이다. 스트랜드는 개별적이거나, 직조되거나, 부직포이거나, 로프 또는 얀을 포함하는 다른 형태일 수 있다. 이들 형태는, 얇은 스트랜드를 형성하기 위해 흡착제와 결합제를 피브릴화한 다음 다른 형태로 조합됨으로써 달성될 수 있다.
상기 실시예들 모두에서, 흡착제는 가요성으로 제조되고, 이를 통과하는 증기 및 가스에 대해 이용 가능한 높은 표면적을 갖는다. 이는, 흡착제가 작은 캐니스터, 작은 캐니스터 챔버, 가요성 배관, 곡선형 배관, 불규칙한 형상, 뱀 모양 또는 달리 불규칙적인 배관, 및 종래의 형태의 흡착제에 맞추기 어려운 다른 형상과 같은 제한된 공간에 맞도록 제조될 수 있음을 의미한다. 이러한 장점은, 종래의 분말형, 입상 또는 펠릿형 흡착제로는 가능하지 않은 다양한 구성으로 흡착제 물질 시트가 사용될 수 있게 한다.
롤형 시트는 통상적으로 고체, 중앙, 원통형 스핀들 주위에 시트를 감음으로써 제조된다. 이는 일부 고체 중합체 또는 다른 물질이다. 스핀들은 고체이고 부피를 차지한다. 다른 경우에, 시트는 강성 또는 반-강성 튜브와 같은 개방 중심 코어 주위에 권취되어 있다. 어느 경우든, 중심은 흡착제 장치의 성능에 기여하지 않는다. 본 출원은 그 중심 코어를 잘 사용하는 것에 관한 것이다. 활성탄 시트는 흡착성 코어 물질 주위에 권취되어 추가적인 흡착 용량을 갖는 나선형 권취 장치를 생성한다.
중심 코어는 흡착제 물질로 제조되거나 흡착제 물질로 채워진 내부 부피를 갖는 코어로서 기능하는 구조로서 제조된다. 이의 장점은 장치 내의 흡착제의 양을 증가시킴으로써 성능을 증가시키는 것이다. 중심 코어는 개방 공간, 중공형 튜브, 천공된 중공형 튜브, 또는 추가 흡착제 물질을 보유하는 공간을 정의하는 데 사용되는 다른 구조의 형태를 취할 수 있다. 흡착제 물질의 증가는 더 나은 성능을 가져올 것이다.
중심 코어는 전술한 시트뿐만 아니라, 절단되거나 파쇄된 시트, 로프, 얀 등과 같은, 흡착제 물질의 다른 형태도 포함할 수 있다.
또 다른 개선은 나선형 권취된 시트 또는 시트들 사이의 흐름을 개선하는 것에 관한 것이다. 탄소 시트를 나선형으로 감아 흡착기를 형성하는 것은 권취 공정의 장력을 제어함으로써 달성되었다. 시트가 가요성이고 낮은 인장 강도이기 때문에, 이는 때때로 권취된 시트들 사이의 간격이 일관되지 않거나, 제어하기 어렵거나, 존재하지 않는 흡착기로 이어진다. 예를 들어, 직조 또는 부직포, 편직 또는 다른 직물의 형태로 스페이서를 사용하거나, 또는 그 직경이 시트 두께보다 큰 입자를 시트 내에 혼입시키는 것은 권취된 층들 사이에 미리 정의된 간격을 갖는 더 높은 인장 강도 재료를 초래한다. 시트는 또한, 탄소가 벗어나는 것과 우회를 방지하는 권취된 층들 사이에 경로를 제공함으로써, 일관되지 않은 권선 간격에 관한 문제를 극복하도록 천공될 수 있다.
이중 평면 스페이서는 권선 공정 동안 나선형 권취형 흡착기에 통합될 수 있다. 중합체, 직물, 금속, 탄소 섬유 또는 활성탄 섬유 또는 이들의 조합 중 하나로 제조된, 별도의 이중 평면 스페이서는 탄소 시트로 권취되어 최종 조립체를 형성할 것이다. 스페이서는, 흡착기에 걸친 크기 및 압력 강하를 제어하기 위해 상이한 두께를 가질 수 있다. 스페이서의 배향은 유체 탄소 접촉 시간을 반드시 증가시키는 최단 거리가 아닌 경로에서 유체의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이는 또한 유닛의 인장 강도를 증가시킬 것이다.
일부 실시예에서, 스페이서는 부직포 다공성 재료일 수 있다. 부직포 다공성 재료는 제어된 압력 강하로 균일한 간격을 허용할 수 있는 권취된 구조 내에 통합될 수 있다. 인장 강도가 또한 개선될 것이다.
탄소 시트의 인장 강도를 증가시키기 위해, 롤 밀링 공정 동안 중합체 또는 섬유 편직이 탄소 시트 내에 혼입될 수 있다. 편직은 최종 시트의 원하는 특성에 따라 다양한 구성 및 두께를 가질 수 있다. 목표는 물질의 인장 강도를 증가시켜 보다 신뢰성 있는 권선을 통해 분리 및 제조 용이성을 유지하는 것이다.
일부 실시예는 천공된 시트를 통합함으로써 유사한 결과를 달성한다. 권선 공정에서의 결함이 완화되고, 흡착제를 통한 유체 흐름을 위한 대안적인 경로를 제공하도록 권선 전에, 권취형 흡착제 시트는 천공될 수 있다.
직조 또는 부직포 재료보다는, 입상 또는 펠릿형 활성탄이 스페이서로서 사용될 수 있다. 활성탄 또는 일부 다른 강성 입상 재료, 바람직하게는 흡착제 물질이, 스페이서로서의 역할을 하고 흡착 능력을 추가하기 위해 밀링 전 또는 후에 탄소 시트에 첨가될 수 있다.
이들 스페이서 중 임의의 것은 적층형 시트뿐만 아니라 동일한 이점을 갖는 권취된 시트와 함께 사용될 수 있다. 어느 구조에서든, 공간은 균일한 간격을 생성한다. 물결주름 또는 다른 표면 특징과 같은 질감도 원하는 특성 및 흐름을 달성하기 위해 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트, 스페이서, 직조 및/또는 부직포 재료, 천공된 또는 비천공된 시트, 추가 흡착제 물질, 및 다른 구성부품과 같은 다양한 구성부품은 교번 방식으로 말릴 수 있으며, 이는 교번 구성부품이 서로 평행하고 반복 밴드에서 코어 주위에 나선형으로 유지됨에 따라 때때로 "젤리 롤" 구조로서 지칭된다. 이 실시예는, 시트들 사이의 간격을 정밀하게 제어하여 압력 강하 및 성능을 제어하기 위해, 흡착제 시트들 사이에 스페이서 또는 다른 주름형, 질감형, 또는 물결주름형 구성요소를 매립하는 데 가장 유용하다. 또 다른 실시예에서, 구성부품은 튜브로서 서로 함께 맞춰질 수 있고 나선형으로 권취되지 않을 수 있다.
다양한 실시예가 도면에 도시되어 있다. 도 1은 권취된 흡착제 물질 시트의 중심 코어 내에 흡착제를 포함하는 것의 개선사항을 보여준다. 도 1에서, 권취된 흡착제 물질 시트(1)는 흡착제(3)의 중심 코어 주위에 래핑되어 있는 흡착제 물질 시트(2)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 또 다른 실시예에서, 도 2는 흡착제(3)의 중심 코어 주위에 재차 래핑되어 있는, 흡착제 물질 시트(2)를 포함하는 권취된 흡착제 물질 시트(1)를 도시한다. 그러나, 도 2의 실시예는 흡착제(3)를 둘러싸는 튜브(4) 또는 다른 유사한 구조를 더 포함한다. 튜브(4)는 적어도 일부 가스 또는 증기가 중심 코어 내에 함유되어 있는 흡착제 및 외부 부분의 흡착제 시트 재료 사이를 통과할 수 있게 하는 천공, 파열, 애퍼처, 또는 다른 유사한 특징부(미도시)를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 3은 흡착제 물질 시트(2)를 포함하고, 간격 및 그에 따른 권취된 시트의 압력 강하 및 다른 성능 특성을 정밀하게 제어하기 위해 포함되는 스페이서(5)를 더 포함하는, 권취된 흡착제 물질 시트(1)를 도시한다. 도 4는 적층형 흡착제 물질 시트(6)가 여러 적층형 흡착제 물질 시트(2)를 포함하는 추가 실시예를 도시한다. 각각의 쌍의 흡착제 물질 시트들(2) 사이에는, 적층형 시트의 간격 및 그에 따른 압력 강하 및 다른 성능 특성을 정밀하게 제어하는 데 사용되는 스페이서(5)가 있다.
하우징
본 발명은 또한 흡착제 물질 시트를 부분적으로 또는 완전히 캡슐화하는 하우징의 사용을 고려한다. 본 명세서에서 용어 "하우징"은 흡착제 물질 시트를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 전체 외부 구조를 설명하는 데 사용되지만, 이러한 구조는 당업자에게 많은 다른 용어로 알려져 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 배기가스가 제어되어야만 하는 자동차 또는 다른 분야에서, 하우징은 캐니스터, 카트리지, 스크러버 등으로 지칭될 수 있다. 따라서, 용어 "하우징"은 배기가스 제어 분야에서 사용되는 캐니스터, 카트리지, 스크러버, 가요성 백, 성형된 중합체 케이싱, 금속 케이싱 등을 포함하는 다양한 용어 및 구조를 광범위하게 포함하는 것으로 고려된다. 또한, 하우징이라는 용어는, 흡착제, 즉, 미완성된 부분, 또는 캐니스터, 카트리지, 스크러버, 가요성 백 등에 함유되어 있는 흡착제를 포함하는 완성된 배기가스 제어 부분이 포함되기를 기다리는 빈 구조를 지칭할 수 있다. 이들 부품은 설계 요건에 따라 상호 교환되거나 조합될 수 있는 것으로 고려된다.
하우징은 다양한 형상, 예를 들어 사면체, 입방체 및 입방 형상, 실린더, 구체, 단일 시트의 쌍곡면, 원추형 형상, 타원 형상, 직사각형 형상, 쌍곡 포물면 형상, 세장형 막대 형상, 포물면, 및 이들 형상의 조합체로 구성될 수 있다. 조합은 각각 상이한 형상 또는 상이한 형상의 부분을 갖는 상이한 섹션을 갖도록 선택될 수 있다. 하우징은 또한 분리되어 있고 추가 부품, 예를 들어 필요에 따라 연료 증기를 전달하도록 설계된 적어도 하나의 호스 또는 튜브, 또는 흡착제 물질 시트를 함유하는 하우징의 얇은 부분에 의해 연결되어 있는 섹션을 포함할 수 있다. 하우징은 또한 형상이 없는, 예를 들어 흡착제 물질 시트를 함유하는 가요성 백 또는 파우치로서 구성될 수 있다.
본 발명의 한 가지 주요 장점은, 흡착제 물질 시트가 가요성이고 자체 지지성 둘 다이며, 차량의 좁은 범위 내의 상이한 기계적 요건을 충족하기 위해 하우징 내의 다양한 구성으로 적층, 롤링, 권취, 접힘 또는 적층될 수 있다는 것이다. 이러한 실시예에서, 하우징은 저장될 장치에 대해 이용 가능한 공간을 따르거나 끼워 맞춤하도록 설계될 것이다. 예를 들어, 상기 하우징은 휠 웰, 구동축, 하이브리드 파워트레인용 배터리, 여분의 타이어, 타이어 교체 도구, 타이어 패칭 도구, 차량 트렁크 또는 기타 보관 공간, 차량 범퍼 및 차체 패널, 배기 시스템, 우레아 또는 기타 주입 탱크와 같은 기타 배기가스 제어 장비, 연료 라인, 차량 프레임, 서스펜션 성분, 엔진실, 승객실 좌석 아래, 승객실 좌석, 및 승객 공간 또는 화물 공간에 효과적으로 활용되기에는 너무 작거나 또는 접근하기 너무 어려운 다른 공간들의 내부 또는 그것들을 둘러싼 공간에 끼워 맞춰지도록 크기 및 형상을 가질 수 있다.
중량 및 크기를 더욱 감소시키고 자체 지지형 흡착제 물질 시트를 이용하기 위해, 하우징은 얇은 벽면형 백 또는 파우치 형태일 수 있다. 이는, 흡착제 물질 시트가 일부 기계적 구조를 가지고, 자체 지지되고, 종래의 캐니스터에서와 같이 강성 외부 용기를 필요로 하지 않기 때문에 가능하다. 백을 형성하는 필름 재료는 약 10μm 내지 약 250μm의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 백 필름은 약 20μm 내지 약 175μm의 두께를 가질 수 있고, 백 필름은 약 50μm 내지 약 125μm의 두께를 가질 수 있다.
백 또는 파우치는 연료 시스템에 사용되는 임의의 재료로 형성될 수 있고, 특히 함유되어 있는 연료 증기의 화학적 효과를 견디도록 설계된 재료로 형성된다. 백 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머, 예를 들어 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 파라-아라미드 및 메타-아라미드 중합체와 같은 아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 및 이들의 공중합체 및 조합을 포함한다. 백은 일반적으로 가요성을 위해 열가소성 수지이지만, 또한 열경화성 수지의 양과 조합될 수 있거나 경화된 고무 또는 엘라스토머의 형태일 수 있다.
하우징, 백 또는 파우치는 또한 내부에 함유되어 있는 흡착된 연료 증기에 대한 증기 장벽으로서 작용하도록 설계될 수 있다. 이러한 장벽 특성은 중합체 자체에 고유할 수 있거나, 적어도 하나의 장벽 첨가제 및/또는 적어도 하나의 장벽 층의 사용을 통해 달성될 수 있다. 층으로서 또는 미립자 필러로서 형성될 수 있는 장벽 첨가제의 예는 에폭시, 폴리아미드, 폴리아미드 이미드, 플루오로중합체, 플루오로고무, 및 이들의 조합과 같은 중합체를 포함한다. 장벽 층은 또한 알루미늄, 강, 티타늄, 및 이들의 합금과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 금속 장벽 층은 하우징의 다른 층과의 공압출 또는 접착과 같은 종래의 기계적 수단에 의해 형성될 수 있거나, 화학 증착 또는 전기 도금과 같은 화학적으로 증착될 수 있다. 금속 장벽 층은 약 25μm 미만, 약 20μm 미만, 약 15μm 미만, 약 10μm 미만, 또는 약 5μm 미만의 두께를 갖는 호일로 형성될 수 있다.
하우징 및 그 재료는 또한 "병 속의 배" 연료 시스템과 호환되도록 선택될 수 있다. 이러한 시스템에서, 연료 펌프, ORVR, 연료 필터, 밸브, 및 기타 구성부품을 포함하는 연료 시스템 구성부품의 대부분 또는 전부가 차량 연료 탱크 내에 장착되어 있다. 이러한 시스템은 조립 시간 및 연료 시스템에 필요한 공간의 양을 감소시키기 때문에 유리하다. 이러한 시스템에서, 하우징은 차량 연료 탱크 내에서 연장된 기간 동안 선택된 연료, 통상적으로 가솔린에 침지될 수 있는 물질을 가져야 하는 한편, 내부에 흡착된 연료 증기의 효과를 또한 견딜 수 있어야 한다.
하우징은 또한 얇은 금속 하우징일 수 있다. 얇은 금속 하우징은 강, 알루미늄, 티타늄, 및 이들의 합금과 같은 가요성 또는 강성 금속으로 형성될 수 있다. 금속 하우징은 약 5 내지 100μm, 또는 약 10 내지 250μm의 두께를 갖는 호일로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 호일은 약 1mm만큼 두꺼울 수 있다. 하우징이 가요성인지 강성인지 여부는 재료의 선택, 두께, 및 열처리 또는 고온 또는 저온 작업과 같이 금속에 도포된 임의의 처리에 의존한다.
일부 실시예에서, 흡착제 물질 시트를 위한 하우징은 연료 탱크 자체 내에 함유되어 있는 흡착제 물질 시트와 함께 전체적으로 생략될 수 있다. 이러한 구성에서, 흡착제 물질 시트는 액체 연료와 정기적으로 접촉하지 않고 연료 증기를 자유롭게 흡착하는 연료 탱크 내부의 일부분에 부착될 수 있다. 이 부분은 일반적으로 연료 탱크의 상부 또는 측면, 또는 이들의 조합이다. 연료 탱크는, 또한, 흡착제 물질 시트를 포함하도록 설계되고 흡착제 물질 시트가 연료 증기를 흡착할 수 있게 하는 오목부를 상부 또는 측면에 포함할 수 있다. 흡착제 물질 시트가 연료 탱크의 내부 부분에 부착되는 이러한 실시예는 캐니스터 구조를 생략함으로써 최대 공간 절약 및 중량 절약을 제공할 뿐만 아니라, 시트가 차량 조립 동안 연료 탱크 내에 이미 설치되어 있기 때문에 제조 및 설치를 단순화한다.
하우징은 또한, 말리거나 접힌 흡착제 시트를 형성한 다음, 외부 시트를 선택적으로 경화시켜 내부에 말리거나 접힌 흡착제 시트를 지지하는 역할을 하는 내구성의 경화된 쉘을 형성함으로써 제거될 수 있다. 이러한 선택적 경화는 열적으로 달성될 수 있거나 화학 욕을 사용하거나, 또는 자외선 광과 같은 화학 방사선을 통해, 또는 전자 빔 경화에 의해 달성될 수 있다.
흡착제 물질 시트가 하우징을 생략하고 차량 연료 탱크 자체 내에 함유되어 있는 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 다양한 방식으로 연료 탱크에 부착될 수 있다. 흡착제 물질 시트는 나사, 리벳 또는 클램프와 같은 기계적 패스너를 사용하여 고정될 수 있거나, 흡착제 물질 시트는 연료 탱크 벽면과 흡착제 물질 시트 사이에 위치되어 있는 접착제 배킹(backing)을 사용하여 고정될 수 있다. 접착제 배킹은 접착제의 단일 층 또는 양면 접착 테이프 또는 시트일 수 있다. 접착제 배킹에 사용되는 접착제는 감압 접착제, UV 경화 접착제, 열 경화 접착제, 핫 멜트 접착제, 및 반응성 멀티-파트 접착제를 포함할 수 있다. 접착제 조성물은 아크릴 및 (메트)아크릴, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트, 1- 및 2-파트 제형의 에폭시, 및 우레탄을 포함한다.
흡착제 물질 시트는 다양한 방식으로 제조 중에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 연료 탱크가 형성될 수 있고, 흡착제 물질 시트는 접착제가 도포되고, 이어서 흡착제 물질 시트가 도포되는 별도의 단계에서 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트는, 적절한 경우 접착제 배킹의 유무에 관계없이, 몰드의 내부에 배치되어 있고, 연료 탱크는 흡착제 물질 시트 주위에 주입되거나 취입 성형된다. 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 연료 탱크의 측면을 구성하는 물질 패널과 함께 공압출될 수 있고, 이들 패널의 에지는 함께 접착되거나 용접되어 내부에 흡착제 물질 시트로 최종 탱크를 밀봉한다.
흡착제 물질 시트가 하우징 없이 차량 연료 탱크 내에 함유될 때, 연료 탱크는 연료 탱크 내의 연료 증기의 흡착 및 탈착을 수용하기 위한 추가 밸브 및 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진 작동 중에, 공기가 연료 탱크 내로 도입되어 흡착제 물질 시트 내에 함유되어 있는 연료 증기뿐만 아니라 탱크 내에 존재하는 연료 증기를 탈착시킬 수 있다. 그런 다음, 이러한 탈착된 연료 증기는 ECU에 의해 요구되는 최적의 사이클 동안 연소를 위해 엔진으로 보내진다.
흡착제 물질 시트가 하우징 없이 제공되고 차량 연료 탱크와 같은 탱크 내에 함유될 때, 이들은 탱크 내에 통상적으로 함유되어 있는 휘발성 액체에 정기적으로 침지되지 않도록 위치될 수 있다. 이는 흡착제 물질 시트가 조기에 포화되지 않도록 보장하고, 또한 충분한 표면적이 연료 탱크 내의 증기에 노출되어 증기의 흡착에 영향을 미치는 것을 보장한다. 특징부는, 흡착제 물질 시트가 탱크의 누손 또는 헤드스페이스와 같이 채워지지 않은 탱크의 일부에, 또는 흡착제 물질 시트 상의 액체의 슬로싱을 방지하는 배플 근처에 배치될 수 있음을 고려한다. 흡착제 물질 시트들은 또한 액체가 진입할 수 없는 작은 챔버 또는 틈새와 같은 탱크의 전용 부분에 배치될 수 있다.
다양한 실시예의 장치는 하우징 및 전술한 흡착제 물질 시트를 포함할 수 있다. 하우징은 임의의 형상일 수 있고, 가스 또는 액체를 정제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하우징은 예를 들어, 입방, 입방체, 또는 원통형과 같은 임의의 형상일 수 있다. 흡착제 물질 시트는 하우징 내에 끼워지고, 가스 또는 액체가 통과하는 하우징 내의 공간을 실질적으로 채우도록 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 2개 이상의 흡착제 물질 시트들이 적층되어 하우징을 실질적으로 채울 수 있고, 다른 실시예에서, 흡착제 물질 시트는 롤링되어 나선형 권취된 시트를 형성하거나 가압되어 적층형 시트를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층되거나 가압된 시트는 인접 시트의 측면이 실질적으로 인접하도록 될 수 있다. 다른 실시예에서, 적층되거나 가압된 시트는 인접한 시트가 이격되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예들에서, 시트는, 일련의 또는 평행한 융기와 고랑을 형성하는 흡착제 물질 시트를 갖고, 물결주름질 수 있으며, 일부 실시예들에서, 물결주름진 흡착제 물질 시트는 평평한 흡착제 물질 시트에 의해 분리될 수 있다. 물결주름진 흡착제 물질 시트는 적층되거나 롤형/나선형 권취 형태로 하우징 내에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에서, 공극률은 현재 장치에 대한 공극률보다 약 30% 내지 약 32% 작을 수 있고, 일부 실시예에서, 공극률은 약 10%만큼 낮을 수 있다. 예를 들어, 장치는 약 45% 내지 약 10%, 약 35% 내지 약 10%, 약 25% 내지 약 10%의 공극률, 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 개별 공극률 또는 범위를 가질 수 있다. 다양한 실시예의 장치는 입상 또는 펠릿형 흡착제 물질을 갖는 장치보다 더 적은 흐름 제한, 예를 들어 압력 강하를 나타낼 수 있다. 따라서, 더 많은 흡착성 물질이 장치의 유속을 감소시키지 않고 이러한 장치에 통합될 수 있다.
이러한 실시예의 장치는 약 5.0g/100cm3 초과의 BWC를 가질 수 있고, 일부 실시예에서, 장치는 약 4.0g/100cm3 내지 약 20g/100cm3, 5.0g/100cm3 내지 약 18g/100cm3, 약 7.0g/100cm3 내지 약 16g/100cm3, 또는 약 8.0g/100cm3 내지 약 15g/100cm3의 BWC 또는 이들 예시적인 범위에 포함되는 임의의 개별 BWC 또는 범위를 가질 수 있다. 장치는 분말, 펠릿, 또는 활성탄 또는 다른 활성화된 화합물의 입상으로 이루어진 종래의 조밀 팩 베드와 최대한 동일한 압력 강하를 나타낼 수 있다. 이러한 특징은, 적층형, 롤형, 권취형, 또는 달리 구성된 것이든 간에, 본 발명의 흡착제 물질 시트 제품이, 증가된 흡착제 성능에도 불구하고, 종래의 장치와 동일한 증기 및 가스를 처리하고 전달하는 능력을 여전히 보장하므로 유리하다.
적층형 또는 롤형인, 흡착제 물질 제품을 하우징과 조합할 때, 이는 증기 손실 캐니스터 또는 다른 장치로서 유용하다. 전술한 바와 같이, 적층형 또는 롤형 제품을 통해 달성된 형상 및 특성은 독특한 배치 및 개선된 성능을 허용한다.
일부 실시예에 따르면, 증기 손실 캐니스터는 내부 공간을 정의하는 적어도 하나의 측벽면을 갖는 하우징, 흡착제 시트 제품을 포함하여, 흡착제 시트 매질은 하우징 내에 끼워맞춰지고 하우징 내의 실질적으로 전체 내부 공간을 채우도록 크기 설정되고 구성되며, 여기서 내부 공간은 흡착제 시트 매질 이외의 추가 내부 재료가 실질적으로 없다. 즉, 전통적인 증기 손실 캐니스터는 풀어진 탄소 분말 또는 펠릿을 붙들고 유지하기 위해 스프링, 필터, 지지 기판 등을 필요로 한다. 흡착제 시트는 실질적으로 자체 지지되기 때문에, 이들 추가 지지 구조는 필요하지 않다. 이는 성능을 희생시키지 않으면서 더 많은 재료를 포함하거나 더 작은 캐니스터를 사용할 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 흡착제 시트 제품은 전술한 바와 같이 포함된 적층형 흡착제 시트 매질을 포함한다. 이러한 경우에, 하우징 또는 캐니스터는 상기 논의된 바와 같이 임의의 형상을 취할 수 있지만, 일부 실시예에서, 그의 길이 또는 폭보다 실질적으로 작은 높이를 갖는 적층형 흡착제 시트 매질을 수용하기 위해 비교적 평평하고 가요성이다. 이러한 경우에, 하우징은 상기 논의된 바와 같이 가요성 백 또는 파우치일 수 있다.
일부 경우에, 캐니스터는 연료 탱크의 상단부 또는 심지어 내부에 배치하기에 적합하다.
일부 실시예에서, 흡착제 시트 물질 제품은 전술한 바와 같은 롤형 흡착제 시트 제품을 포함한다. 일부 경우에, 하우징 측벽면의 적어도 일부는 임의의 내부 캐니스터 공간을 점유하지 않고 실질적으로 필터를 정의한다.
일부 실시예에서, 연료 탱크에는 일체형 증기 흡착이 제공될 수 있다. 이러한 탱크는 탱크 구조, 및 탱크 내에 함유되어 있는 휘발성 액체에 규칙적으로 침지되지 않는 탱크의 표면에 흡착제 물질 제품을 고정시키는 적어도 하나의 고정 장치를, 적층형 또는 롤형인, 적어도 하나의 흡착제 시트 물질 제품을 포함한다. 고정 장치는 흡착제 물질 제품의 한 표면과 탱크의 벽면 사이에 형성되어 있는 접착층일 수 있다.
이러한 접착제는 감압 접착제, UV 경화 접착제, 열 경화 접착제, 핫 멜트 접착제, 반응성 멀티-파트 접착제, 아크릴 및 (메트)아크릴 접착제, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 접착제, 1- 및 2-파트 제형의 에폭시 접착제, 우레탄 접착제, 및 이들의 공중합체 및 조합 중 적어도 하나일 수 있다.
탱크는 적어도 하나의 연료 펌프(들), 연료 전달 라인(들), 연료 회수 라인(들), 대기 벤트 라인, 포트(들), 밸브(들), 센서(들), 흡입구(들), 개방 셀 발포체, 배플(들), 블래더(들) 및 이들의 조합 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 탱크는 "병 속의 배" 구성을 갖는 연료 탱크이다.
일부 실시예는 본원에 기술된 바와 같은 흡착제 물질 시트 제품을 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치를 제공한다. 온보드 재급유 증기 회수 장치는 본원에 기술된 바와 같은 증기 흡착 캐니스터를 포함할 수 있다. 온보드 재급유 증기 회수 장치는 본 명세서에 기술된 바와 같이 일체형 증기 흡착을 갖는 탱크를 포함할 수 있다.
추가 구성부품
본 발명은 연료 조성물 센서와 같은 센서를 포함할 수 있다. 연료 조성물 센서는 하우징 및 흡착제 물질 내에 함유되어 있는 가솔린과 에탄올의 혼합물을 검출하는 데 사용될 수 있고, 이 정보는 ECU에 전달되어 나중에 엔진에 방출되는 증기가 엔진 연소 중에 더욱 정밀하게 사용될 수 있다. 다른 센서는 온도 센서, 증기 압력 센서, 산소 센서 등을 포함한다. 센서는 ECU에 필요한 정보의 유형에 따라 열전대, 전기기계, 굴절률, 적외선 분광법 등과 같은 전기화학 상호작용, 전자의 원리에 따라 작동할 수 있다. 센서는 하우징 내에 단독으로 또는 조합하여 포함될 수 있거나, 하우징이 명시되지 않은 경우, 흡착제 물질 시트를 함유하는 영역 내에 포함될 수 있다. 센서는 시트로부터 절단되는 구멍 또는 노치에 포함될 수 있거나, 시트를 센서 주위로 감싸거나 접는 시트들 사이의 공간에 포함될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 흡착제 물질로의 그리고 이로부터 연료 증기의 흐름을 제어하기 위한 유입구, 유출구, 호스, 및 관련 밸브를 포함할 수 있다. 개구는 정적일 수 있거나, ECU에 의해 요구되는 바와 같이 개방되고 폐쇄되는 밸브를 가져서 본 발명의 흡착제 시트 내외로의 증기의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들어, 재급유하는 동안, 유출구 밸브는 배기된 연료 증기가 대기 중으로 빠져나가지 않도록 폐쇄된 상태로 유지된다. 그러나, 엔진이 작동하고 ECU가 이를 요청할 때, 적어도 하나의 유출구 밸브가 개방되어 흡착된 증기가 엔진 내로 방출되어 엔진의 연소를 허용할 수 있다. 또한, 본 발명의 흡착제 물질 시트가 안전하게 흡착하기에 너무 많은 연료 증기가 존재하는 경우에 대기로 가는 벤트 및 밸브가 포함될 수 있다. 연소를 위해 엔진으로 보내질 때 연료 증기를 탈착하는 데 사용되는 불활성 배기 가스와 같은 공기 또는 다른 가스용 유입구 및 밸브가 추가로 포함될 수 있다.
본 발명은 또한 ORVR 시스템 및 장치를 구성하는 다른 구성부품의 포함 및 이와의 통합을 고려한다. 이들 다른 구성부품은 활성 압축기 및 응축기, 연료 탱크 히터, 연료 탱크 가열기, 봉입 연료 냉각용 연료 탱크 열 교환 코일, 연료 필러 넥, 무캡 연료 필러 포트를 포함하는 연료 필러 포트, 연료 증기용 벤트, 연료 송급용 연료 라인, 연료 회수 라인, 벤트 및 차량 롤오버 밸브, 연료 펌프, 및 공기 흡입구 또는 퍼지 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명은 유체 및 가스의 흡착 및 탈착을 개선하거나 제어하기 위해 흡착제 물질 시트와 조합될 수 있는 장치 및 구조를 추가로 고려한다. 예를 들어, 팬 또는 펌프는 조립될 때 유체 또는 증기가 흡착제 물질 시트 위로 강제하도록 포함될 수 있어서, 흡착제 물질 시트가 포장되거나 더 단단히 권취될 수 있게 하거나, 그렇지 않으면 시트 위로 유체 확산의 동일한 양으로 가능한 것보다 더 큰 장치를 허용하게 한다. 대안적으로, 장치는 유체를 가열 및/또는 냉각하도록 설계되고 따라서 청구된 본 발명의 흡착제 물질 시트 위로 이들의 이동을 강제하는 저항 요소 히터, 또는 펠티에 효과 히터 또는 냉각기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열되고, 팽창하는 유체는 위로 환기되고, 중력의 효과를 이용하도록 수직으로 배향된 롤형 또는 권취형 물품의 바닥에서 더 많은 유체로 흡인될 수 있다.
기타 용도
자동차 사용에 더하여, 청구된 본 발명의 흡착제 시트는 탱크 또는 다른 밀폐 공간이 휘발성 액체, 특히 연료, 용매 및 기타 휘발성 화합물과 같은 휘발성 탄화수소를 함유하도록 설계된 임의의 경우에 사용될 수 있음을 고려한다. 예를 들면, 항공기 내 연료 탱크, 선박 및 기타 선박 내 연료 탱크, 트럭 내 연료 탱크, 철도 차량 내 화학 탱크, 바지선, 배, 트럭, 차량 및 기타 벌크 운반선, 및 고정식 화학 탱크를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 청구된 본 발명의 흡착제 물질 시트는 예를 들어, 작업자 및 유지보수 직원이 주기적으로 그 공간에 접근해야 하는 화학 시설에서 휘발성 화합물의 존재가 해로울 수 있는 밀폐 공간의 벽면에 부착 또는 접착될 수 있다. 이러한 흡착제 물질 시트는, 이러한 조합된 공간에서 사용될 때, 작업자 및 유지보수 직원의 안전을 증가시킬 뿐만 아니라, 번거로운 보호 기어에 대한 필요성을 감소시킬 수 있다.
예
본 발명은 특정 바람직한 실시예를 참조하여 상당히 상세히 설명되었지만, 다른 버전도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위는 본 명세서 내에 포함된 설명 및 바람직한 버전에 한정되지 않아야 한다. 본 발명의 다양한 측면은 다음의 비제한적인 실시예들을 참조하여 예시될 것이다.
위에서 논의된 바와 같이, 부탄 흡탈착 용량(BWC)은 활성탄의 성능의 척도이다. BWC는 특정 조건 하에서 건조 공기로부터 부탄을 흡착 및 탈착하는 활성탄의 능력을 측정함으로써 샘플에 대해 결정되며, 포화 상태에서 흡착된 부탄과 특정 퍼지 후 탄소 단위 부피당 보유된 부탄 사이의 차이를 측정한다. BWC는 ASTM International에 의해 명시되고 당업자에게 공지된 절차를 포함하여 여러 가지 방식으로 시험될 수 있다. 구체적으로, 시험은 ASTM D5228을 따를 수 있으며, 이는 개정 D5228-16, D5228-92(2015), D5228-92(2005), 및 D5228-92(2000)를 포함한다.
실시예 1 내지 4에서, 탄소 시트를 나선형으로 권취되어 10%의 공극률을 수득하였고, 이는 활성탄 단독에 비해 약 30%의 성능 개선을 제공하였다. 비교예 1과 유사하게, 활성탄의 비교적 입상 또는 분말화된 베드의 공극률은 부피 기준으로 약 40%의 공극률이었다. 실시예 및 비교예가 아래에 기술된다.
실시예 1
목재 기반인 활성탄이고 인산을 사용하여 활성화되는, CPL(CT#14299-8)로부터 활성탄 시트를 제조하였다. 또한, 목재 기반인 활성탄이고 인산을 사용하여 활성화되는, CPW(CT#14299-10)로부터 시트를 제조하였다. 활성탄을 기계식 모르타르 및 막자에서 분쇄하여 9% PTFE 분말과 혼합하였다. 생성된 조성물은 빵 반죽-유사 점조도를 가졌다. 조성물을 말아서 0.448mm(CT#14299-8 1), 0.411mm(CT#14299-8 2), 0.459mm(CT#14299-10 1), 및 0.439mm(CT#14299-10 2)의 두께를 갖는 시트를 형성하였다. 본원에서 사용되는 바와 같이, GAC는 입상 활성탄을 나타내는 데 사용되고, PAC는 분말화된 활성탄을 나타내는 데 사용된다.
실시예 2
인산으로 활성화되는 너트쉘계 활성탄인, BVC-11 8x25 활성탄을 사용하여 실시예 1에 기술된 바와 같이 활성탄 시트를 제조하였다. 이는 샘플 CT#14266-1을 형성하였다. 또한 인산으로 활성화되는 너트쉘계 활성탄인, BVC-11 8x35로 시트를 형성하였다. 이는 샘플 CT#14266-2를 형성하였다. 형성된 시트는 0.330mm(CT#14266-1 1), 0.334mm(CT#14266-1 2), 0.327mm(CT#14266-1 3), 0.317mm(CT#14266-2 1), 0.307mm(CT#14266-2 2), 및 0.328mm(CT#14266-2 3)의 두께를 가졌다.
부탄 흡탈착 시험 - 실시예 1 및 2
실시예 1 및 2에서 제조된 활성탄 시트를 부탄 흡탈착 시험을 사용하여 부탄 흡착에 대해 시험하였다. 이 시험에서, 시트를 말아서 튜브에 넣었다. 부탄을 튜브에 첨가하고, 부탄 흡착을 측정하였다. 결과가 표 1 및 2에 예시되어 있다:
(실시예 2)
14266-1 14266-2
튜브 부피 (cm3) 3.8485 3.8485
시트 중량 (g) 6.3604 6.0009
시트 두께 (mm) 0.330 0.315
시트 부피 (cm3) 11.22 10.71
시트 밀도 (g/cm3) 0.567 0.567
측정된 BWC 시트 (g/100cm3) 16.10 14.14
측정된 BWC GAC (g/100cm3) 12.10 12.2
(실시예 1)
CT-14299-8 CT-14299-10
튜브 부피 (cm3) 16.504 16.504
시트 중량 (g) 4.10 3.16
시트 두께 (mm) 0.411 0.439
시트 부피 (cm3) 9.92 7.9
시트 밀도 (g/cm3) 0.413 0.404
측정된 BWC 시트 (g/100cm3) 12.32 12.41
측정된 BWC PAC (g/100cm3) 7.9 9.6
실시예 3
활성탄 시트를 실시예 1 및 2에서와 같이 제조하였으나, 입상 활성탄 #3445-32-4를 사용하였다. 활성탄 시트를 또한 이전의 실시예 1 및 2에서와 같이 단단히 말지 않고, 결과 시트를 BWC 시험을 사용하여 부탄 흡착에 대해 시험하였다. 이들 2개의 시험에서, 0.45mm 두께의 20개의 시트로 이루어진 2개의 별도의 스택을 0.05mm 두께 및 2mm 폭의 양면 테이프로 측면 에지에서 밀봉된 2.2cm X 7.5cm±10%의 직사각형으로 절단하였다. 이러한 구성에서, 테이프 두께는 평균 시트 간격을 정의하였다. 테이프 스페이서를 갖는 20개의 시트의 스택 각각의 총 높이는 1cm였다. 그런 다음, 이들 시트의 스택을 부탄 흡착/탈착 시험을 위해 2.54cm 직경의 큰 원통형 유리 튜브에 넣었다. 시트의 직사각형 스택과 원통형 유리 튜브의 벽면 사이의 초과 부피를, 초과 부피를 차지하기 위해 폐쇄 셀 팽창 발포체로 채우고, 삽입된 시험 샘플을 지나는 우회 가스 흐름을 피하기 위해 밀봉하였다. 부탄 또는 공기를 20개의 시트들 사이의 0.05mm 갭 내에서 강제로 흐르게 했다. 시트의 스택의 유속 및 부피는 BWC 절차를 따르도록 선택하였다. BWC 절차는 입상 베드가 아닌 시트의 스택의 사용, 밀봉용 폐쇄 셀 팽창 발포체의 사용, 및 시트의 직사각형 스택을 수용하기 위해 요구되는 더 큰 원통형 유리 튜브 배열을 제외하고 수행하였다.
변형된 BWC 절차 동안, 부탄 또는 공기는 20개의 시트들 사이의 0.05mm 갭에서 강제로 흐르게 했고, 시트의 스택의 유속 및 부피는 흡탈착 용량에 대한 BWC 절차대로 유지했다. 실시예 3의 결과가 하기 표 3에 있다.
비교예 1
비교예는 또한 실시예 4에서와 동일한 입상 활성탄 #3445-32-4를 사용해 제조하였지만, 시트 또는 롤의 일부로서 입상 활성탄을 형성하지 않았다. 입상화된 활성탄을 BWC 절차에 따라 시험하였다. 이 시험의 결과가 하기 표 3에 있다.
(실시예 3 및 비교예 1)
입상 활성탄
(비교예 1)		 적층형 0.45mm 시트
(실시예 3)
#3445-32-4 #3445-32-4-스택1 #3445-32-4-스택2
존재하는 경우,
튜브 부피 -
발포체 부피 (cm3)		 16.7 16.4 15.5
탄소 중량 (g) 6.513 7.885 7.465
시트 두께 (mm) --- 0.45 0.45
입상 베드 또는
적층 시트 부피 (cm3)		 16.7 16.4 15.5
입상 베드 또는
개별 시트 밀도 (g/cm3)		 0.389 0.534 0.534
BWC (g/100cm3) 9.33 10.25 10.83
BWC % 개선 --- 9.90% 16.00%
실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 결론 및 요약
관련 데이터의 요약이 아래 표 4에 나타나 있다:
데이터 요약
실시예 시험 설명 시트 두께 (mm) 밀도 (g/cm 3) BWC (g/100cm 3 )
예1 CT#14299-8 목재 기반 활성탄 CPL 0.411 0.413 12.32
예1 CT#14299-10 목재 기반 활성탄 CPW 0.439 0.404 12.41
예2 CT#14266-1 BVC-11(너트쉘) 활성탄 8x25 0.33 0.567 16.1
예2 CT#14266-2 BVC-11(너트쉘) 활성탄 8x35 0.315 0.567 14.14
예3 #3445-32-4-스택1 GAC, 20 시트 스택 0.45 0.534 10.25
예3 #3445-32-4 스택2 GAC, 20 시트 스택 0.45 0.534 10.83
비교예 1 #3445-32-4 입상 활성탄 (GAC) N/A 0.389 9.33

Claims (23)

  1. 흡착제 물질 시트 제품을 포함하는 증기 흡착 캐니스터로서, 여기서 상기 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 흡착제와 결합제를 포함하는 롤형 시트, 흡착제와 결합제의 파쇄된 스트립을 포함하는 파쇄된 시트, 흡착제와 결합제의 절단된 형상을 포함하는 절단된 시트, 결합제 중합체와 흡착제의 피브릴화로부터 형성된 물질의 스트랜드, 적층형 시트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 증기 흡착 캐니스터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡착제 물질 시트 제품은, 활성탄, 탄소 나노튜브, 그래핀, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 지르코니아, 규조토, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 흡착제를 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드 중합체, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 또는 이들의 공중합체 또는 조합을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합체 결합제는 소수성인, 증기 흡착 캐니스터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 흡착제 물질 시트 제품의 형태는 가요성이고 가요성 캐니스터 내에 포함되는, 증기 흡착 캐니스터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가요성 캐니스터는 백의 형상, 불규칙한 형상, 직사각형 프리즘, 실린더, 타원체, 절두 원추형 형상, 또는 이들의 조합인, 증기 흡착 캐니스터.
  7. 제1항의 증기 흡착 캐니스터를 포함하는 온보드 재급유 증기 회수 장치.
  8. 롤형 흡착제 물질 시트 제품으로,
    상부 표면 및 하부 표면을 정의하고, 총 표면적을 가지며, 흡착제 물질 및 결합제를 포함하는, 흡착제 물질 시트를 포함하고,
    여기서 상기 흡착제 물질 시트 제품은 나선형으로 권취되어서, 인접 시트 층들 주위 및 이들 사이에서 유체 흐름을 허용하는 인접 시트 층들을 형성하고;
    여기서 상기 나선형으로 권취된 흡착제 물질 시트 제품은 추가 흡착제 물질을 수용하는 중공형 중심 코어를 정의하는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  9. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 상기 흡착제 시트 내에 실질적으로 동일한 양의 흡착제 물질의 펠릿화되거나, 입상, 또는 분말 형태의 BWC보다 적어도 10% 더 높은 BWC를 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 그의 직경보다 큰 길이를 갖는 일반적으로 원통형 형상을 갖는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  11. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 500-700kg/m3의 평균 롤 밀도로 권취되어 있는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  12. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 약 10g/100cm3 초과의 BWC를 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  13. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품은 약 7.0g/100cm3 내지 약 30g/100cm3의 BWC를 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  14. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트는 흡착제 물질 입자의 적어도 2개의 집단을 포함하고, 여기서 상기 적어도 2개의 집단의 각각은 상이한 평균 입자 직경을 가지는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  15. 제8항에 있어서, 상기 롤형 흡착제 물질 시트는 상이한 평균 입자 직경을 갖는 적어도 2개의 집단을 갖는 흡착제 물질 입자를 포함하고, 여기서 상기 2개의 집단의 평균 입자 직경은 약 1:1 내지 약 1:10의 비율을 갖는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  16. 제8항에 있어서, 상기 결합제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드 중합체, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 또는 이들의 공중합체 또는 조합을 포함하는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  17. 제8항에 있어서,
    인접 표면들 사이에 균일한 간격을 생성하는 스페이서 재료를 더 포함하는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 스페이서 재료는 직조, 부직포, 직물, 입상화된 흡착제 물질, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 롤형 흡착제 물질 시트 제품.
  19. 증기 흡착 캐니스터로서,
    제1항의 상기 흡착제 물질 시트 제품, 및
    제1항의 상기 롤형 흡착제 물질 시트 제품을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 하우징을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하우징은 가요성인, 증기 흡수 캐니스터.
  21. 제19항에 있어서, 상기 하우징은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE 또는 TEFLON), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVF2 또는 PVDF), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 폴리에틸렌 산화물(PEO), UV 경화성 아크릴레이트, UV 경화성 메타크릴레이트, 열 경화성 다이비닐 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 수지, 플루오로엘라스토머 퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 및/또는 테트라플루오로 에틸렌/프로필렌 고무(FEPM), 아라미드 중합체, 파라-아라미드, 메타-아라미드 중합체, 폴리 트리메틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 아크릴 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리우레탄, 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축 배향된 폴리프로필렌(BoPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET), 폴리클로로프렌, 및 이들의 공중합체 및 조합을 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
  22. 제19항에 있어서, 상기 하우징의 형상은 제1항의 봉입된 흡착제 물질 시트 제품의 형상에 실질적으로 부합하는, 증기 흡수 캐니스터.
  23. 제19항에 있어서, 튜브, 유입구 포트, 유출구 포트, 센서, 밸브, 및 유체 채널로부터 선택된 적어도 하나의 구조를 더 포함하는, 증기 흡착 캐니스터.
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