KR20210135257A - 물 및 가스를 흡착하기 위한 필터 유닛, 및 그의 시스템과 사용 방법 - Google Patents

물 및 가스를 흡착하기 위한 필터 유닛, 및 그의 시스템과 사용 방법 Download PDF

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KR20210135257A
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마크 토마스 뷜로우
위쉬안 신
파스칼린 트랜
아카시 아브라함
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바스프 코포레이션
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Abstract

충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료 및 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하는 필터 유닛의 실시형태가 개시된다. 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 있다. 필터 유닛을 제조하고 사용하는 방법이 추가로 개시된다.

Description

물 및 가스를 흡착하기 위한 필터 유닛, 및 그의 시스템과 사용 방법
본 개시내용은, 예를 들어 승객실로부터 물 및 가스를 제거하기 위해 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료를 갖는 필터 유닛에 관한 것이다. 본 개시내용은 또한 이러한 필터 유닛을 포함하는 시스템 및 그의 사용 방법에 관한 것이다.
차량의 승객실과 같이 둘러싸인(enclosed) 공간 내에서 공기 품질을 유지하는 것은 중요하지만 에너지 소비가 많은 공정이다. 승객은 상당한 양으로 산소를 소비하고 이산화탄소(CO2)와 습기를 생성한다. 실내 공기는 객실 내로 도입되는 다량의 신선한 외부 공기로 대체되지 않으면 이산화탄소와 습기 수준은 빠르게 증가한다.
실내 공기를 외부 공기로 교체하는 것은 신선한 외부 공기를 조절(conditioning)하기 위해 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템에 필요한 냉방 및 난방 전력, 및 외부 공기의 품질(예를 들어, 높은 수준의 오염물질을 함유하는 고속도로 상의 공기)과 관련하여 문제가 있다. 조절은 특히 전기 자동차의 배터리를 소모하는 상당한 에너지 소비원(최대 50%)이다.
이산화탄소 흡착성 재료는 CO2 농도를 안전한 수준으로 낮추고 HVAC 시스템의 에너지 효율성을 개선하기 위해 개발되었다. 특히, HVAC 시스템은 재순환된 내부 공기에서 CO2를 흡착한 다음 퍼지 공정에 의해 CO2를 외부 공기로 방출하기 위해 CO2 흡착제를 포함하는 CO2 스크러버(scrubber)를 사용했다. 이러한 시스템은 에너지 절약 측면에서 통상적인 HVAC 시스템에 비해 개선되었지만, 흡착성 재료는 작업 용량 및 열 노화 안정성에 대한 장기적인 목표를 충족하지 못한다.
또한 승객실의 습도를 줄여 창문 상의 응축을 줄이기 위해 건조제 시스템이 개발되었다. 그러나 건조제는 단지 제한된 양의 수분을 흡수한다. 낮은 온도와 높은 습도에서, 자동차의 전형적인 환기 시스템은 응축을 효율적으로, 효과적으로 및/또는 신속하게 제거하지 못할 수 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은, 2개의 흡착 라인으로서, 각 흡착 라인이 예를 들어 충전층(packed bed)에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있는, 2개의 흡착 라인; 및 각 흡착 라인의 각 충전층에 결합된 히터를 포함한다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 회전식 흡착 장치를 포함하고, 이 장치는, 하우징; 상기 하우징 내의 복수의 섹터 - 상기 복수의 섹터는 복수의 흡착층을 형성함 -; 및 상기 흡착층들 중 적어도 하나에서 물 흡착성 재료 - 예를 들어 상기 물 흡착성 재료는 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태임 -; 및 상기 흡착층들 중 적어도 하나에서 가스 흡착성 재료 - 예를 들어, 상기 가스 흡착성 재료는 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태임 -를 포함하며, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료는 작동 중에는 가스의 유로가 각 흡착층을 통과할 수 있고 재생 중에는 재생 공기의 역류 유로가 각 흡착층을 통과할 수 있도록 상기 회전식 흡착 장치에 배열된다.
실시형태에 따르면, 시스템이 본원에 개시되는데, 본 시스템은, 승객실; 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC: heating, ventilation and air conditioning) 시스템; 및 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 필터 유닛을 포함하며, 상기 필터 유닛은, 2개의 흡착 라인으로서, 각 흡착 라인이 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있는, 2개의 흡착 라인; 및 각 흡착 라인의 각 충전층에 결합된 히터를 포함한다.
실시형태에 따르면, 전기 자동차 환기 시스템이 개시되는데, 본 전기 자동차 환기 시스템은, 승객실; 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템; 배터리; 및 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 필터 유닛을 포함하며, 상기 필터 유닛은, 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
실시형태에 따르면, 자동차 환기 시스템이 본원에 개시되는데, 본 자동차 환기 시스템은, 승객실; 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템; 및 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 필터 유닛을 포함하며, 상기 필터 유닛은, 2개의 흡착 라인으로서, 각 흡착 라인이 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 있는, 2개의 흡착 라인; 및 각 흡착 라인의 각 충전층에 결합된 히터를 포함한다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛의 사용방법이 본원에 개시되는데, 본 방법은, 상기 필터 유닛의 제1 흡착 라인을 작동시키는 단계 - 상기 제1흡착 라인은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 제1 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 제1 가스 흡착성 재료를 포함하고, 상기 제1 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 제1 물 흡착성 재료의 하류에 있으며, 상기 제1 흡착 라인은 주변 공기로부터 물 및 가스를 흡착함 -; 및 상기 필터 유닛의 제2 흡착 라인을 재생하는 단계 - 상기 제2흡착 라인은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 제2 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 제2 가스 흡착성 재료를 포함하고, 상기 제2 가스 흡착성 재료는 재생 방향으로 상기 제2 물 흡착성 재료의 상류에 있으며, 상기 제2 흡착 라인은 상기 제2 물 흡착성 재료 및 상기 제2 가스 흡착성 재료로부터 물 및 가스를 탈착함 -를 포함한다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은, 물 흡착성 재료 - 상기 물 흡착성 재료는 승객당 약 0.1 L 내지 약 15.0 L, 또는 승객당 적어도 약 0.1 L의 양으로 존재함 -; 및 가스 흡착성 재료 - 상기 가스 흡착성 재료는 승객당 약 0.5 L 내지 약 20.0 L, 또는 승객당 적어도 약 0.5 L의 양으로 존재함 -를 포함하고, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은, 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있고, 상기 물 흡착성 재료 대 상기 가스 흡착성 재료의 중량비는 약 1:10 내지 약 1:1, 또는 약 1:4 내지 약 1:1, 또는 약 1:4이다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 2개의 흡착 라인을 포함하고, 각 흡착 라인은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 2개의 흡착 라인을 포함하고, 각 흡착 라인은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료 - 상기 물 흡착성 재료는 승객당 약 0.1 L 내지 약 7.5 L, 또는 승객당 적어도 약 0.1 L의 양으로 존재함 -; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료 - 상기 가스 흡착성 재료는 승객당 약 0.5 L 내지 약 10.0 L, 또는 승객당 적어도 약 0.5 L의 양으로 존재함 -를 포함하고, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 2개의 흡착 라인을 포함하고, 각 흡착 라인은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있고, 상기 물 흡착성 재료 대 상기 가스 흡착성 재료의 중량비는 약 1:10 내지 약 1:1, 또는 약 1:4 내지 약 1:1, 또는 약 1:4이다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료 - 상기 물 흡착성 입자는 실리카, 알루미나 또는 금속 유기 구조물(framework) 중 적어도 하나를 포함함 -; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료 - 상기 가스 흡착성 입자는 아민, 카바메이트, 아타풀자이트, 금속 유기 구조물(MOF), 제올라이트, 활성탄, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 전술한 것 중 임의의 것의 표면 개질된 유사체 및 이들의 조합을 포함함 -를 포함하며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 입자는 하나 이상의 고 표면적 지지체 상에 함침된 아민 또는 카바메이트 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다. 아민은 아민 작용화된 중합체, 예를 들어 폴리스티렌 중합체를 포함할 수 있으며, 여기서 폴리스티렌 중합체는 예를 들어 벤질아민기를 포함한다. 실시형태에서, 아민은 본원에 기재된 바와 같은 비드(bead) 및/또는 다른 유닛의 형태이다. 카바메이트는 에틸아민과 디메틸 카보네이트 사이의 반응의 하나 이상의 생성물일 수 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 입자는 벌집형 구조의 채널 내에 함유되거나 기재(예를 들어, 벌집형 구조체를 포함) 상에 코팅되며, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛이 본원에 개시되는데, 본 필터 유닛은 예를 들어 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료; 및 예를 들어 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함하며, 상기 가스 흡착성 입자는 약 35 중량% 내지 약 55 중량% 아민(예를 들어, 입자) 및 약 45 중량% 내지 약 65 중량% 실리카(예를 들어, 입자)를 포함하고, 상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있다.
도 1은 HVAC 시스템을 사용하여 객실의 공기를 조절하기 위한 표준 시스템을 예시한다.
도 2는 본원에 기재된 실시형태에 따른 필터 유닛 및 시스템을 예시한다.
도 3은 본원에 기재된 실시형태에 따른 필터 유닛 및 시스템을 예시한다.
도 4는 본원에 기재된 실시형태에 따른 필터 유닛 및 시스템을 위한 회전식 휠(wheel) 구성을 예시한다.
승객실로부터 물(예를 들어, 습기) 및 가스를 제거하기 위해 물 흡착성 재료(본원에서 "물 흡착제"로도 지칭됨) 및 가스 흡착성 재료(본원에서 "가스 흡착제"로도 지칭됨)을 갖는 필터 유닛, 그 시스템 및 사용 방법의 다양한 실시형태가 본원에 기재된다. 본 발명은 다음의 설명에 기재된 구성 또는 공정 단계의 세부사항으로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시형태가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시형태", "특정 실시형태", "하나 이상의 실시형태", 또는 "실시형태"에 대한 언급은 실시형태와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나 이상의 실시형태에서", "특정한 실시형태에서", "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"와 같은 문구의 출현이 반드시 본 발명의 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본원에서, 단수 형태는 문맥 상 명백히 다르게 나타내지 않는 한 복수의 언급 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "촉매 재료"에 대한 언급은 단일 촉매 재료뿐만 아니라 둘 이상의 상이한 촉매 재료들의 혼합물을 포함한다.
본원에서, 측정된 양과 관련하여, 용어 "약"은, 측정을 수행하고 측정 목적 및 측정 장비의 정밀도에 상응하는 주의 수준을 실행함에 있어서 당업자에 의해 예상되는 그 측정된 양의 정상적인 변동을 지칭한다. 특정 실시형태에서, 용어 "약"은 언급된 수 ±10%를 포함하므로, "약 10"은 9 내지 11을 포함할 것이다.
측정된 양과 관련하여 용어 "적어도 약"은 측정을 수행하고 측정 목적 및 측정 장비의 정밀도에 상응하는 주의 수준을 실행함에 있어서 당업자에 의해 예상되는 측정된 양의 정상적인 변동, 및 그보다 큰 임의의 양을 지칭한다. 특정 실시형태에서, 용어 "적어도 약"은 언급된 수에서 10%를 뺀 값 및 그보다 큰 임의의 양을 포함하므로, "적어도 약 10"은 9 및 9보다 큰 임의의 것을 포함할 것이다. 이 용어는 또한 "약 10 이상"으로 표현될 수도 있다. 유사하게, 용어 "약 ~ 미만"은 전형적으로 언급된 수에 10%를 더한 값 및 그보다 작은 임의의 양을 포함하므로, "약 10 미만"은 11 및 11보다 작은 임의의 것을 포함할 것이다. 이 용어는 또한 "약 10 이하"로 표현될 수도 있다.
달리 지시되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다. 달리 지시되지 않는 한, "중량%(wt.%)"는 임의의 휘발성 물질이 없는 전체 조성물을 기준으로, 즉 건조 고체 함량을 기준으로 한다.
본원의 개시내용은 특정 실시형태와 관련되어 있지만, 이들 실시형태는 단지 본 발명의 원리 및 적용을 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 조성물 및 방법에 대한 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
필터 유닛 및 시스템
본원에 기재되는 필터 유닛은 무엇보다도 둘러싸인 공간 내의 공기로부터 물 및 가스(예를 들어, CO2)를 제거하는 데 유용하다. 둘러싸인 공간은 차량, 비행기, 헬리콥터 또는 우주선(spacecraft)의 승객실을 포함하지만 이에 제한되지 않는 승객실일 수 있다. 차량이라는 용어는 예를 들어 둘러싸인 객실을 갖는 임의의 이동하는 운송 수단을 포함한다. 실시형태에서, 차량은 자동차, 밴, 버스, 기차, 트럭 또는 잠수함이다. 차량(예를 들어, 자동차)은 전형적으로 HVAC 시스템을 사용하여 객실 내 공기를 조절하고 재순환시킨다.
4명이 탑승하고 외부 공기 순환이 없는 승객실에서, 둘러싸인 공간 내의 CO2 농도는 분당 적어도 300 백만분율(ppm)의 속도로 증가할 수 있다. 약 10분 후 객실 공기의 CO2 농도는 2,500 ppm보다 높을 수 있다. 30분 후에 CO2 농도는 약 4,000 ppm에 도달할 수 있으며, 이는 실내에서 권장되는 CO2 농도 한계인 1,000 ppm을 위험하게도 초과한다. 적당히 상승된 CO2 수준이라도 인간의 인지 기능에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
전형적인 차량 순환 시스템(100)이 도 1에 도시되어 있다. HVAC 시스템(105)은 객실(110)의 공기를 가열, 환기 및 냉각한다. 객실 공기는 재순환 라인(115)을 통해 재순환되고 신선한 외부 공기는 공기 유입 라인(120)을 통해 HVAC 시스템으로 도입된다. 펌프(도시되지 않음)는 전형적으로 신선한 공기를 끌어들여 조절을 위해 HVAC 시스템으로 전달하는 데 사용된다.
실시형태에 따르면, 공기로부터 물 및 가스를 제거하기 위한 필터 유닛이 본원에 개시된다. 필터 유닛은 물 흡착성 재료를 포함할 수 있다. 물 흡착성 재료는 승객당 약 0.05 L 내지 약 30 L, 또는 약 0.1 L 내지 약 20 L, 또는 약 0.5 L 내지 약 15.0 L, 또는 적어도 약 0.1 L, 또는 적어도 약 0.4 L, 또는 적어도 약 0.6 L, 또는 적어도 약 0.8 L, 또는 적어도 약 1.0 L의 양으로 존재할 수 있다. 필터 유닛은 추가로 가스 흡착성 재료를 포함한다. 가스 흡착성 재료는 승객당 약 0.1 L 내지 약 35 L, 또는 약 0.5 L 내지 약 30 L, 또는 약 1.0 L 내지 약 25 L, 또는 약 2.0 L 내지 약 20.0 L, 또는 적어도 약 0.5 L, 또는 적어도 약 1.0 L, 또는 적어도 약 2.0 L, 또는 적어도 약 2.4 L, 또는 적어도 약 3.0 L, 또는 적어도 약 4.0 L, 또는 적어도 약 5.0 L의 양으로 존재할 수 있다. 실시형태에 따르면, 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 위치될 수 있다. 물 흡착성 재료 대 가스 흡착성 재료의 중량비는 약 1:10 내지 약 1:1, 또는 약 1:4 내지 약 1:1, 또는 약 1:2, 또는 약 1:3, 또는 약 1:4, 또는 약 1:5, 또는 약 1:6일 수 있다.
실시형태에 따르면, 본원에 기재되는 필터 유닛은 2개의 흡착 라인을 포함할 수 있으며, 각각의 흡착 라인은 도 3과 관련하여 더 상세히 설명된 바와 같이 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료를 갖는다. 단일 필터 유닛은 2개의 흡착 라인을 가질 수 있는 한편, 각각 단일 흡착 라인을 포함하는 한 쌍의 흡착 필터 유닛은 동등하고 동일하게 기능할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 각각의 흡착 라인에서, 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 위치될 수 있다.
실시형태에 따르면, 물 흡착성 재료는 승객당 약 0.05 L 내지 약 15.0 L, 또는 약 0.1 L 내지 약 10.0 L, 또는 약 0.25 L 내지 약 7.5 L, 또는 적어도 약 0.1 L, 또는 적어도 약 0.2 L, 또는 적어도 약 0.3 L, 또는 적어도 약 0.4 L, 또는 적어도 약 0.5 L, 또는 적어도 약 0.6 L의 양으로 존재할 수 있다. 가스 흡착성 재료는 승객당 약 0.1 L 내지 약 20 L, 또는 약 0.5 L 내지 약 15 L, 또는 약 1.0 L 내지 약 10 L, 또는 적어도 약 0.8 L, 또는 적어도 약 0.9 L, 또는 적어도 약 1.0 L, 또는 적어도 약 1.1 L, 또는 적어도 약 1.2 L, 또는 적어도 약 1.3 L, 또는 적어도 약 1.4 L, 또는 적어도 약 1.5 L의 양으로 존재할 수 있다. 물 흡착성 재료 대 가스 흡착성 재료의 중량비는 약 1:10 내지 약 1:1, 또는 약 1:4 내지 약 1:1, 또는 약 1:4, 또는 약 1:2, 또는 약 1:3, 또는 약 1:4, 또는 약 1:5, 또는 약 1:6일 수 있다.
실시형태에서, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 예를 들어 복수의 유닛 형태인 물 흡착성 재료는 실리카, 알루미나 또는 금속 유기 구조물 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 가스 흡착성 재료는 아민, 카바메이트, 아타풀자이트, 금속 유기 구조물(MOF), 제올라이트, 활성탄, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 전술한 것 중 임의의 것의 표면 개질된 유사체 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 실시형태에 따르면, 가스 흡착성 재료는 하나 이상의 고 표면적 지지체 상에 함침된 아민 또는 카바메이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 물 흡착성 재료(201)(예를 들어, 복수의 유닛의 형태, 충전층에서 입자 형태, 코팅된 기재(들) 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로) 및 가스 흡착성 재료(202)(예를 들어, 복수의 유닛의 형태, 충전층에서 입자 형태, 코팅된 기재(들) 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로)를 갖는 본원에 기재된 바와 같은 필터 유닛(200) 및 시스템의 실시형태를 도시한다. 작동 동안, 조절된 공기는 HVAC 시스템(205)으로부터 가스 흡착성 재료의 상류에 위치한 물 흡착성 재료(201) 내로 흐른다. 임의의 특정 이론에 얽매이지는 않지만, 가스 흡착성 재료(202)에 들어가는 공기가 물 흡착성 재료(201)로 적어도 부분적으로 건조된 경우(즉, 공기 내 물의 적어도 일부가 제거된 경우) 가스 흡착성 재료(202)의 성능은 개선될 수 있음이 밝혀졌다. 가스 흡착성 재료(202)를 빠져나가는 공기는 객실(210)로 향한다. 필터 유닛(200)은 HVAC 시스템(205)으로 재순환되는 객실(210) 내의 공기의 습도 및 CO2 수준을 유지할 수 있다. 신선한 외부 공기는 공기 유입 라인(220)을 통해 HVAC 시스템(205)으로 도입될 수 있다.
선택적으로, 필터 유닛(200)의 흡착 재료(201, 202)는 인시츄(in situ) 재생될 수 있다. 예를 들어, 필터 유닛(200)은 각각의 흡착제층(201, 202)에 연결된 전기 히터(203)를 포함할 수 있다. 재생 동안, 물 흡착성 재료(201) 및 가스 흡착성 재료(202)가 가열되는 한편, 재생 공기(211)는 흡착 재료(201, 202)를 재생 방향으로, 즉 가스 흡착성 재료(202)로부터 물 흡착성 재료(201)로 통과하여 흡착된 가스 및 물을 탈착시킨다. 탈착된 성분을 포함하는 공기는 배출 라인(212)을 통해 빠져나간다. 다른 실시형태에서, 흡착 재료를 직접 가열하는 대신에, 재생 공기(211)가 가열되고 흡착 재료를 통과하여 가스 및 물을 탈착시킬 수 있다. 그러나 재생 공기(211)를 가열하는 것보다 흡착 재료(201, 202)를 직접 가열하는 것이 에너지 소비를 줄여 전기 자동차의 배터리 수명을 연장할 수 있다고 믿어진다.
실시형태에서, 필터 유닛(200)은 선택적으로 각각의 흡착제층(201, 202)의 포화를 검출하기 위한, 또는 승객실의 공기 또는 HVAC 시스템(205)을 빠져나가는 공기 중의 물 및 CO2의 수준을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 흡착제층(201, 202)이 포화되어 있다고 센서가 결정할 때, 필터 유닛은 재생 모드로 전환된다.
추가 실시형태에 따르면, 본원에 기재되는 필터 유닛은 연속 작동을 위해 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 필터 유닛(300)은 한 쌍의 물 흡착성 재료(301A, 301B)(예를 들어, 복수의 유닛의 형태, 충전층에서 입자 형태, 코팅된 기재(들) 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로) 및 한 쌍의 가스 흡착성 재료(302A, 302B)(예를 들어, 복수의 유닛의 형태, 충전층에서 입자 형태, 코팅된 기재(들) 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로)를 포함할 수 있다. 당업자는 각각 단일 흡착 라인을 갖는 2개의 필터 유닛이 2개의 흡착 라인을 갖는 하나의 필터 유닛과 동일하게 기능할 수 있음을 인식할 것이다. 필터 유닛(300)은 물 흡착성 재료(301A) 및 가스 흡착성 재료(302A)가 HVAC(305)로부터 분배된 공기로부터 물 및 가스를 제거하도록 작동하게 할 수 있는 한편, 물 흡착성 재료(301B) 및 가스 흡착성 재료(302B)는 재생된다. 물 흡착성 재료(301A) 및 가스 흡착성 재료(302A) 중 적어도 하나가 소모될 때, 물 흡착성 재료(301B) 및 가스 흡착성 재료(302B)는 HVAC(305)로부터 분배된 공기로부터 물 및 가스를 제거하도록 작동된다. 동시에, 물 흡착성 재료(301A) 및 가스 흡착성 재료(302A)는 재생 공기(311A)를 가스 흡착성 재료(302A)에 도입함으로써 재생되고, 이는 물 흡착성 재료(301A)로 흐르고, 탈착된 가스 및 물을 포함하는 공기는 배출 라인(312A)으로부터 흘러 공기를 차량 외부로 배출한다. 흡착 재료는 도 3에 도시된 바와 같이 전기 히터(303)를 사용하여 열을 가함으로써 또는 위에서 논의한 바와 같이 재생 공기를 가열함으로써 재생될 수 있다. 물 흡착성 재료(301B) 및 가스 흡착성 재료(302B)는 유사하게 재생될 수 있다.
또 추가의 실시형태에서, 필터 유닛은 하우징 및 하우징 내의 복수의 섹터를 갖는 회전식 흡착 장치를 포함할 수 있다. 복수의 섹터는 복수의 흡착층을 형성할 수 있다. 흡착층들 중 적어도 하나는 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료를 포함할 수 있다. 흡착층들 중 적어도 하나는 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함할 수 있다. 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료는 작동 중에는 가스의 유로가 각 흡착층을 통과할 수 있고 재생 중에는 재생 공기의 역류 유로가 각 흡착층을 통과할 수 있도록 회전식 흡착 유닛에 배치될 수 있다.
실시형태에 따르면, 필터 유닛은 도 4에 도시된 바와 같은 회전식 흡착 장치(400)일 수 있다. 회전식 흡착 장치(400)는 4개의 섹터(401A, 401B, 401C 및 401D)를 갖는 휠 형태일 수 있다. 2개의 섹터(401A, 401B)는 흡착을 위해 준비될 수 있고 2개의 섹터(401C, 401D)는 재생을 위해 준비될 수 있다.
휠(400)의 각 섹터(401A, 401B, 401C, 401D)는 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료(도시되지 않음)로 충전될 수 있다. 물 흡착성 재료는 디스크 형상의 충전층에서 입자 형태일 수 있다. 가스 흡착성 재료는 또한 디스크 형상의 충전층에서 입자 형태일 수 있다. 예를 들어, 디스크 형상의 벌집형 지지체 2개가 흡착 재료로 충전되거나 코팅될 수 있다. 가스 흡착성 재료를 포함하는 디스크는 물 흡착성 재료를 포함하는 디스크에 인접하고 평행하게 위치될 수 있다.
HVAC 시스템(405)으로부터의 유출물(406)은 섹터(401A, 401B)의 제1 측면으로 들어가 물 흡착성 재료 및 이어서 가스 흡착성 재료를 가로질러 흐를 수 있다. 섹터(401A, 401B)로부터의 유출물(407)은 객실(410) 내로 흐를 수 있다. 유사하게, 재생 가스(411A, 411B)는 섹터(401C, 401D)의 반대 측면, 즉 가스 흡착 재료를 포함하는 휠의 측면으로 들어갈 수 있다. 재생 가스는 가스 흡착 재료를 통과한 다음, 물 흡착 재료를 통과하고 라인(412A, 412B)을 통해 차량 외부로 배출된다. 재생 가스는 회전식 흡착 장치(400)에 들어가기 전에 가열될 수 있거나 흡착 재료가 직접 가열될 수 있다. 필요한 경우, 재생 후 흡착제를 냉각하기 위해 작은 냉각 섹터(도시되지 않음)가 선택적으로 추가될 수 있다.
회전식 흡착 장치(400)를 통한 유동 배열은 휠 내에서 역류 접촉 효과를 생성할 수 있다. 이러한 유동 배열에서, 유동 구성이 가스를 섹터(401A)에서 섹터(401B)로 이동시키는 한편, 휠 회전은 흡착제를 섹터(401B)에서 섹터(401A)로 이동시킬 수 있다. 유사한 역류 접촉 패턴이 재생 섹터(401C)와 재생 섹터 (401D) 사이에서 발생할 수 있다. 다른 실시형태에서, 휠은 흡착될 가스를 갖는 큰 부분 및 재생을 위한 작은 역류 가열 구역으로 순환한다.
실시형태에 따르면, 회전식 흡착 장치는 서로의 대칭 구성 및 거울 상으로 배열된 2개의 휠(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 2개의 휠 각각은 흡착용으로 준비된 2개의 섹터 및 재생용으로 준비된 2개의 섹터를 갖는다. 필요한 경우, 재생 후 흡착제를 냉각시키기 위해 선택적으로 작은 냉각 섹터가 추가될 수 있다(도시되지 않음). 2개의 휠은 통합될 수 있어(즉, 그들 사이의 유동은 결합될 수 있어) 역류 접촉 패턴이 달성될 수 있다.
추가 실시형태에 따르면, 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 필터 유닛을 포함하는 시스템이 본원에 개시된다. 실시형태에서, 필터 유닛은 전기 자동차 환기 시스템의 구성요소일 수 있다. 이러한 시스템은 승객실, 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 HVAC 시스템, 배터리 및 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 필터 유닛을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 필터 유닛은 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하고 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료 및 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함한다. 실시형태에 따르면, 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 필터 유닛은 전기 자동차의 배터리 수명을 필터 유닛이 없는 경우에 비해 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 2% 내지 약 15%, 또는 약 5% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 2% 내지 약 18%, 또는 약 5% 내지 약 15%, 또는 약 8% 내지 약 12%만큼 증가시키도록 작동 가능하다. 실시형태에서, 적어도 하나의 필터 유닛은 또한 HVAC 시스템의 전력 소비를 필터 유닛이 없는 경우에 비해 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 2% 내지 약 15%, 또는 약 5% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 2% 내지 약 18%, 또는 약 5% 내지 약 15%, 또는 약 8% 내지 약 12%만큼 감소시키도록 작동 가능하다.
추가 실시형태에서, 승객실, 승객실 내 공기 품질을 유지하기 위한 HVAC 시스템, 및 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 본원에 기재되는 바와 같은 적어도 하나의 필터 유닛을 포함하는 자동차 환기 시스템이 본원에 개시된다. 필터 유닛은 2개의 흡착 라인을 포함할 수 있으며, 각각의 흡착 라인은 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료 및 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함한다. 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 있다. 일부 실시형태에서, 히터는 각 흡착 라인에서 각 충전층에 결합된다.
물 흡착성 재료
실시형태에 따르면, 필터 유닛은 물 흡착성 재료를 포함한다. 실시형태에서, 물 흡착성 재료는 복수의 유닛 형태일 수 있다. 복수의 유닛은 분말, 비드, 압출물, 정제, 펠렛, 응집체, 과립 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 실시형태에서, 복수의 유닛은 원형, 구형, 구, 타원형, 정형(regular) 과립, 부정형(irregular) 과립 및 이들의 조합인 형상을 갖는다. 실시형태에서, 물 흡착성 재료는 충전층에서 복수의 유닛(예를 들어, 입자 또는 비드)의 형태일 수 있다.
복수의 유닛의 크기와 형상은 압력 강하뿐만 아니라 물 흡수에도 영향을 미칠 수 있다. 복수의 유닛은 약 0.05 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 5 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 4 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 3.5 mm, 또는 약 1 mm 초과 약 3.3 mm 이하, 또는 약 1.6 mm 내지 약 3.3 mm의 크기를 가질 수 있다. 실시형태에서, 복수의 유닛은 약 10 mm 미만, 약 5.0 mm 미만, 약 3.0 mm 미만, 약 2.5 mm 미만, 약 2.0 mm 미만, 약 1.5 mm 미만, 약 1.0 mm 미만, 약 0.5 mm 미만, 약 0.1 mm 미만 또는 약 0.05 mm 미만이다. 또 추가의 실시형태에서, 복수의 유닛은 약 0.05 mm 내지 약 6.0 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 4 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 2 mm의 평균 크기를 갖는다. 실시형태에서, 1.0 mm 초과 약 3.3 mm 이하의 크기를 갖는 복수의 유닛이 물 흡착성 재료에 특히 적합하다. 또한, 흡착 및 탈착의 동역학은 흡착제의 기능에 영향을 미칠 수 있다.
실시형태에서, 물 흡착성 재료는 물에 대한 친화성을 갖는 고 기공도, 고 표면적 재료 및 매우 높은 표면적 재료로 형성될 수 있다. 실시형태에서, 물 흡착성 재료는 실리카, 알루미나, 금속 유기 구조물(MOF), 티타노실리케이트, 하이드로탈사이트, 젤라이트, 황산칼슘, 초흡수성 중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 실시형태에 따르면, 실리카 또는 실리카 및 알루미나 비드를 포함하고 고 기공도, 고 표면적을 갖는 물 흡착성 재료가 필터 유닛에서 물 흡착성 재료로서 적합하다. 또한 MOF는 필터 유닛의 물 흡착성 재료로 적합한 매우 높은 표면적 재료이다.
실시형태에 따르면, 물 흡착제는 지지체 내에 침착, 코팅 또는 함침될 수 있다. 물 흡착성 재료에 적합한 지지체 재료는 실리카, 알루미나, 티타니아, 점토, 아타풀자이트, 벤토나이트, 중합체, 고흡수성 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 실시형태에서, 지지체 재료는 약 0.05 cc/g 내지 약 100cc/g, 또는 약 0.1 cc/g 내지 약 50 cc/g, 또는 약 0.45 cc/g 내지 약 25 cc/g의 기공 부피를 가질 수 있다. 실시형태에 따르면, 지지체 재료는 약 0.05 cc/g 초과, 또는 약 0.1 cc/g 초과, 또는 약 0.5 cc/g 초과, 또는 약 0.8 cc/g 초과의 기공 부피를 가질 수 있다. 이러한 기공 부피는 지지체가 기공을 완전히 채우지 않고도 상당한 양의, 예를 들어 흡착제 과립을 보유할 수 있게 한다.
실시형태에 따르면, 물 흡착성 재료는 부직포 매체 재료의 층 상에 코팅되고/되거나 그 층 내에 포함될 수 있고; 층은 물결형(corrugated)이거나 주름형(pleated)일 수 있다. 예를 들어, 부직포 매체 재료는 본원에 기재된 바와 같은 기재일 수 있다. 적합한 부직포 매체 재료는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 셀룰로스 섬유 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 부직포 매체 재료는 약 500 cm2 내지 약 2,000 cm2, 또는 약 750 cm2 내지 약 1,000 cm2, 또는 약 850 cm2 내지 약 950 cm2, 또는 약 100 cm2, 또는 약 500 cm2, 또는 약 900 cm2, 또는 약 1200 cm2, 또는 약 1,600 cm2, 또는 약 100 cm2 내지 약 10,000 cm2, 또는 약 200 cm2 내지 약 9,000 cm2, 또는 약 300 cm2 내지 약 8,000 cm2, 또는 약 400 cm2 내지 약 7,000 cm2, 또는 약 500 cm2 내지 약 6,000 cm2, 또는 약 1,000 cm2 내지 약 5,000 cm2, 또는 약 2,000 cm2 내지 약 4,000 cm2, 또는 전술한 범위 중 어느 하나 내의 임의의 특정 평방 면적, 예를 들어 약 100 cm2, 또는 약 500 cm2, 또는 약 1,000 cm2, 또는 약 5,000 cm2, 또는 약 10,000 cm2의 단면적을 가질 수 있다.
추가 실시형태에서, 물 흡착성 재료(예를 들어, 복수의 입자와 같은 기재)는 벌집형 구조체의 표면 및/또는 벽 상에 코팅될 수 있고/있거나 벌집형 구조의 채널 내에 포함될 수 있다. 벌집형 구조체에 적합한 재료는 세라믹, 근청석, 알루미늄, 폴리프로필렌, 판지, 노멕스, 페크랄로이, 강철, 스테인리스강 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 세라믹 재료의 예에는 근청석, 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아, 멀라이트, 스포듀민, 알루미나-실리카-마그네시아 또는 규산지르코늄이 포함된다. 실시형태에 따르면, 벌집형 구조체는 약 0.1 인치 내지 약 1.5 인치, 또는 약 0.5 인치 내지 약 1.25 인치, 또는 약 0.25 인치 내지 약 1 인치의 직경 또는 폭을 갖는 채널을 가질 수 있다. 스크린 또는 부직포 재료는 벌집형 구조체 내에 물 흡착성 재료(예를 들어, 복수의 입자와 같은 유닛)를 유지시키기 위해 사용될 수 있다. 스크린에 적합한 재료는 세라믹, 근청석, 알루미늄, 폴리프로필렌, 판지, 노멕스, 페크랄로이, 강철, 스테인리스강 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 실시형태에서, 물 흡착성 재료(예를 들어, 복수의 입자와 같은 유닛)이 기재 상에 코팅된다. 예를 들어, 물 흡착성 입자는 기재 상에 워시코팅될 수 있다. 워시코트는 약 0.5 g/in3 내지 약 10 g/in3, 또는 약 0.75 g/in3 내지 약 7.5 g/in3, 또는 약 1 g/in3 내지 약 6 g/in3, 또는 약 1 g/in3 초과, 또는 약 2 g/in3 초과, 또는 약 3 g/in3 초과의 양으로 물 흡착성 재료를 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, 기재 상의 워시코트는 약 1.0 mm 미만, 또는 약 0.75 mm 미만, 또는 약 0.5 mm 미만, 또는 약 0.25 mm 미만, 또는 약 0.2 mm 미만, 또는 약 0.15 mm 미만, 또는 약 0.1 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 기재는 벌집형 구조체, 발포체 또는 부직포 매체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 물 흡착성 입자는 압출된 벌집형 구조체를 형성할 수 있다. 벌집형 구조체는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 방법에 따라 압출될 수 있다. 실시형태에 따르면, 벌집형 구조체는 약 50 셀/in2 내지 약 600 셀/in2, 또는 약 100 셀/in2 내지 약 500 셀/in2, 또는 약 200 셀/in2 내지 약 450 셀/in2, 또는 약 230 셀/in2 내지 약 400 셀/in2 (약 64 cpsi 내지 약 600 cpsi의 범위)의 셀 밀도를 가질 수 있다.
가스 흡착성 재료
실시형태에 따르면, 필터 유닛은 가스 흡착성 재료를 포함한다. 가스 흡착성 재료는 충전층에서 입자(예를 들어, 과립, 분말, 비드, 매트릭스, 압출물 등)의 형태일 수 있다. 가스 흡착성 재료는 본원에서 CO2 흡착제의 형태인 것으로 설명될 것이지만, 다른 유형의 가스, 예를 들어 메탄, 일산화탄소 또는 악취와 같은 승객 승객실에 전형적으로 존재하는 가스를 흡착하도록 구성된 흡착제가 CO2 흡착제 대신에 또는 추가로 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 아민, 카바메이트, 아타풀자이트, 금속 유기 구조물(MOF), 제올라이트, 활성탄, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 전술한 것 중 임의의 것의 표면 개질된 유사체 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 본원에 기재된 바와 같은 지지체(예를 들어, 알루미나) 상에 알칼리 금속 산화물, 예를 들어 수산화나트륨(NaOH)을 포함한다. 실시형태에 따르면, 아민은 아민 작용화된 중합체, 예를 들어 폴리스티렌 중합체를 포함하고, 여기서 폴리스티렌 중합체는 예를 들어 벤질아민기를 포함한다. 특정 실시형태에서, 아민-작용화된 중합체(예를 들어, 벤질아민기를 갖는 폴리스티렌을 포함)는 최대 약 50,000 Da, 또는 최대 약 25,000 Da, 또는 최대 약 15,000 Da, 또는 최대 약 10,000 Da, 또는 최대 약 5,000 Da, 또는 약 1,000 Da 내지 약 50,000 Da, 또는 약 2,500 Da 내지 약 10,000 Da, 또는 약 2,500 Da 내지 약 15,000 Da, 또는 약 2,500 Da 내지 약 25,000 Da, 또는 약 2,500 Da 내지 약 50,000 Da의 분자량을 가질 수 있다. 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 본원에 기재된 바와 같은 지지체(예를 들어, 알루미나) 상에 알칼리 토류 산화물, 예를 들어 바륨 산화물(BaO)을 포함한다. 실시형태에서, 카바메이트는 에틸아민과 디메틸 카보네이트 사이의 반응의 하나 이상의 생성물을 포함한다. 실시형태에서, 알칼리 금속 산화물은 하기 알칼리 금속 중 적어도 하나를 포함한다: 리튬, 칼륨, 나트륨, 루비듐 및 세슘. 실시형태에서 알칼리 토금속 산화물은 다음 알칼리 토금속 중 적어도 하나를 포함한다: 바륨, 스트론튬, 칼슘, 베릴륨, 마그네슘 및 라듐.
추가의 실시형태에서, 가스(예를 들어, CO2) 흡착제는 고 표면적 지지체에 함침된 아민으로 형성될 수 있다. 고급 에틸아민과 디메틸 카바메이트(DMC) 사이의 반응으로 형성된 아민을 함유하는 흡착제는 적절한 가스 흡착성 재료의 예이다. 흡착제는 높은 기공 부피의 실리카와 함께 과립으로 형성될 수 있다. 아민은 또한 미리 형성된 입자(예를 들어, 과립, 분말, 비드, 압출물, 매트릭스 등) 상에 사후 함침될 수 있다.
특정 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 약 10% 내지 약 65% 아민, 또는 약 20% 내지 약 60% 아민, 또는 약 35% 내지 약 55% 아민, 또는 약 40% 내지 약 50% 아민, 또는 약 35% 아민, 또는 약 40% 아민, 또는 약 45% 아민, 또는 약 50% 아민을 포함할 수 있고, 가스 흡착성 재료는 약 20% 내지 약 75% 아민, 또는 약 30% 내지 약 70% 아민, 또는 약 40% 내지 약 65% 아민, 또는 약 50% 내지 약 60% 아민, 또는 약 45% 아민, 또는 약 50% 아민, 또는 약 55% 아민, 또는 약 60% 아민을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 약 45% 아민 및 약 55% 실리카를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 기체 흡착제 입자는 약 35 중량% 내지 약 55 중량% 아민(예를 들어, 입자) 및 약 45 중량% 내지 약 65 중량%의 실리카(예를 들어, 입자), 또는 약 40 중량% 내지 약 50 중량% 아민(예를 들어, 입자) 및 약 50 중량% 내지 약 60 중량% 실리카(예를 들어, 입자), 또는 약 45 중량% 아민(예를 들어, 입자) 및 약 55 중량% 실리카(예를 들어, 입자)를 포함한다.
특정 실시형태에 따르면, 가스 흡착성 재료는 하나 이상의 고 표면적 지지체 상에 함침된 아민 및/또는 카바메이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 아민은 아민 작용화된 중합체, 예를 들어 폴리스티렌 중합체를 포함할 수 있으며, 여기서 폴리스티렌 중합체는 예를 들어 벤질아민기를 포함한다. 카바메이트는 에틸아민과 디메틸 카보네이트 사이의 반응의 하나 이상의 생성물일 수 있다.
입자의 크기 및 형상은 압력 강하뿐만 아니라 CO2 흡착에도 영향을 미칠 수 있다. 입자는 약 0.05 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 5 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 2 mm의 크기를 갖는 과립 형태일 수 있다. 실시형태에서, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm의 크기를 갖는 과립은 CO2를 흡착하는데 특히 적합하다. 또한 흡착 및 탈착의 동역학은 흡착제의 기능에 영향을 미칠 수 있다.
실시형태에 따르면, 가스 흡착제는 지지체 재료 내에 침착, 코팅 또는 함침될 수 있다. 가스 흡착제에 적합한 지지체 재료는 실리카, 알루미나, 티타니아, 점토, 아타풀자이트, 벤토나이트, 중합체, 고흡수성 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 실시형태에서, 지지체 재료는 약 0.05 cc/g 내지 약 100cc/g, 또는 약 0.1 cc/g 내지 약 50 cc/g, 또는 약 0.5 cc/g 내지 약 25 cc/g의 기공 부피를 가질 수 있다. 실시형태에 따르면, 지지체 재료는 약 0.05 cc/g 초과, 또는 약 0.1 cc/g 초과, 또는 약 0.5 cc/g 초과, 또는 약 0.8 cc/g 초과의 기공 부피를 가질 수 있다. 이러한 기공 부피는 지지체가 기공을 완전히 채우지 않고도 상당한 양의 흡착제 과립을 보유할 수 있게 한다. 기공 크기는 아민이 존재하는 경우에도 기공 내로 빠르게 확산되도록 선택된다. 기공 직경은 약 50 Å 내지 약 200 Å, 또는 약 75 Å 내지 약 175 Å, 또는 약 100 Å 내지 약 150 Å일 수 있다. 특정 실시형태에서, 기공 직경은 적어도 약 120 Å, 또는 적어도 약 130 Å, 또는 적어도 약 140 Å, 또는 적어도 약 150 Å, 또는 적어도 약 160 Å, 또는 적어도 약 170 Å, 또는 적어도 약 180 Å, 또는 적어도 약 190 Å, 또는 적어도 약 200 Å일 수 있다.
다양한 결합제가 흡착제 입자 또는 흡착제를 함유하는 코팅에 강도를 부여하기 위해 사용될 수 있다. 이들 결합제는 스티렌 아크릴 중합체와 같은 유기물 또는 규산나트륨과 같은 무기물일 수 있다. 가스 흡착성 재료는 또한 피브릴화된 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 흡착성 재료는 단일체로 성형될 수 있는 필름을 형성하기 위해 피브릴화된 테플론 섬유를 사용하여 형성될 수 있다.
실시형태에 따르면, 가스 흡착성 입자는 부직포 매체 재료의 층 내에 포함될 수 있고; 층은 물결 모양일 수 있다. 적합한 부직포 중간 재료는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 셀룰로스 섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 매체 재료는 약 100 cm2 내지 약 1600 cm2의 단면적을 가질 수 있다. 추가 실시형태에서, 가스 흡착성 입자는 벌집형 구조체의 채널 내에 포함될 수 있다. 필터 유닛은 벌집형 구조체 내에 가스 흡착성 입자를 보유하기 위한 스크린 또는 부직포 재료를 포함할 수 있다. 적합한 스크린 재료는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 셀룰로오스 섬유, 스테인리스 스틸 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 추가 실시형태에서, 가스 흡착성 입자는 기재 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 가스 흡착성 입자는 기재 상에 워시코팅될 수 있다. 워시코트는 가스 흡착성 재료를 약 0.5 g/in3 또는 약 10 g/in3, 또는 약 0.75 g/in3 또는 약 7.5 g/in3, 또는 약 1 g/in3 또는 약 6 g/in3, 또는 약 1 g/in3 초과, 또는 약 2 g/in3 초과, 또는 약 3 g/in3 초과의 양으로 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, 기재 상의 워시코트는 약 1.0 mm 미만, 또는 약 0.75 mm 미만, 또는 약 0.5 mm 미만, 또는 약 0.25 mm 미만, 또는 약 0.2 mm 미만, 또는 약 0.15 mm 미만, 또는 약 0.1 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.
기재는 벌집형 구조체, 발포체 또는 부직포 매체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시형태에 따르면, 가스 흡착성 입자는 압출된 벌집형 구조체를 형성한다. 실시형태에서, 벌집형 기재는 압출, 건조 및 하소될 수 있고, 예를 들어 전술한 바와 같은 세라믹 재료로부터 제조될 수 있다. 실시형태에 따르면, 벌집형 구조체는 약 50 셀/in2 내지 약 600 셀/in2, 또는 약 100 셀/in2 내지 약 500 셀/in2, 또는 약 200 셀/in2 내지 약 450 셀/in2, 또는 약 230 셀/in2 내지 약 400 셀/in2 (약 64 cpsi 내지 약 600 cpsi의 범위)의 셀 밀도를 가질 수 있다.
필터 유닛의 사용 방법
실시형태에 따르면, 전술한 바와 같은 필터 유닛을 사용하는 방법이 본원에 개시된다. 실시형태에서, 사용 방법은 필터 유닛의 흡착 라인을 작동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 흡착 라인은 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 물 흡착성 재료 및 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 가스 흡착성 재료를 포함한다. 실시형태에서, 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 물 흡착성 재료의 하류에 위치될 수 있다. 작동 동안에 흡착제는 주변 공기, 예를 들어, 승객실을 위해 조절된 공기로부터 물과 가스를 흡착한다. 사용 방법은 필터 유닛의 흡착제를 재생하는 단계를 추가로 포함한다. 재생 동안에 흡착 라인은 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료로부터 물 및 가스를 탈착한다. 실시형태에서, 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료 각각은 흡착 재료가 포화되었는지를 검출하기 위한 센서 및/또는 히터에 부착될 수 있다. 히터는 흡착 재료를 재생하거나 재생 공기를 예열하는 데 사용될 수 있다. 센서는 흡착제가 포화되었는지 결정하기 위해 사용될 수 있거나 객실 공기의 습도 및 CO2 수준을 모니터링할 수 있다.
실시형태에서, 사용 방법은 필터 유닛의 제1 흡착 라인을 작동시키는 단계를 포함하며, 제1 흡착 라인은 제1 물 흡착성 재료(예를 들어, 복수의 유닛의 형태, 충전층에서 입자 형태, 코팅된 기재(들) 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로) 및 제1 가스 흡착성 재료(예를 들어, 복수의 유닛의 형태, 충전층에서 입자 형태, 코팅된 기재(들) 등을 포함하는 임의의 적합한 형태로)를 포함한다. 실시형태에서, 제1 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 제1 물 흡착성 재료의 하류에 위치될 수 있다. 제1 물 흡착성 재료 및 제1 가스 흡착성 재료는 HVAC 시스템에서 배출되는 공기로부터 물 및 가스를 흡착한다. 사용 방법은 필터 유닛의 제2 흡착 라인을 재생하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 흡착 라인은 충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 제2 물 흡착성 재료 및 충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 제2 가스 흡착성 재료를 포함한다. 실시형태에서, 제2 가스 흡착성 재료는 재생 방향으로 제2 물 흡착성 재료의 상류에 위치될 수 있다. 재생 동안에 제2 흡착 라인은 제2 물 흡착성 재료 및 제2 가스 흡착성 재료로부터 물 및 가스를 탈착한다. 실시형태에 따르면, 각각의 제1 흡착 라인 및 제2 흡착 라인의 각각의 충전층은 히터에 연결되며, 이는 탈착을 개시하기 위해 흡착제를 가열한다. 실시형태에서, 재생은 외부 공기(즉, 재생 공기)를 제2 가스 흡착성 재료 및 제2 물 흡착제를 통과시키는 단계, 및 탈착된 가스 및 탈착된 물을 포함하는 외부 공기를 외부 대기로 배출하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 재생 공기는 흡착제를 통과하기 전에 예열될 수 있다.
실시형태에 따르면, 제1 흡착 라인의 작동과 제2 흡착 라인의 재생은 동시에 일어날 수 있고; 제2 흡착 라인의 재생이 완료되면, 그것은 제1 흡착 라인이 재생을 필요로 할 때까지 유휴(idle) 상태로 유지될 수 있다. 실시형태에서, 제1 흡착 라인이 작동을 완료하고 재생을 시작할 때, 제2 흡착 라인이 작동을 시작하며; 그 다음 제2 흡착 라인의 흡착제 중 적어도 하나가 포화될 때 공정이 역전된다.
실시형태에 따르면, 본원에 기재된 바와 같은 필터 유닛을 사용하는 방법은 약 50℃ 내지 약 200℃, 또는 약 60℃ 내지 약 190℃, 또는 약 70℃ 내지 약 180℃, 또는 약 80℃ 내지 약 170℃, 또는 약 90℃ 내지 약 160℃, 또는 약 100℃ 내지 약 150℃, 또는 약 50℃, 또는 약 55℃, 또는 약 60℃, 또는 약 65℃, 또는 약 70℃, 또는 약 75℃, 또는 약 100℃, 또는 약 150℃, 또는 약 200℃의 온도에서 흡착성 재료를 재생하는 것을 포함한다. 재생은 탈착된 물 및 가스를 외부 대기로 배출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 필터 유닛 및 시스템은 승객실과 같은 둘러싸인 공간에서 공기의 습도 및 CO2 수준을 유지하는 데 특히 유용하다. 실시형태에 따르면, 단일 흡착 라인(즉, 하나의 물 흡착성 재료 및 하나의 가스 흡착성 재료)을 갖는 필터 유닛은 HVAC 시스템과 관련하여 작동되어 HVAC로 조절된 공기로부터 물 및 CO2를 제거한 후에 도 2에 도시된 바와 같은 승객실에 들어갈 수 있다(위에서 논의됨). 실시형태에서, 그러한 필터 유닛이 차량(예를 들어, 전기 자동차)의 승객실의 공기를 조절하는 데 사용되는 경우, 필터 유닛은 포화될 때까지 작동할 수 있으며, 그 시점에서 재생 모드로 전환되어 물 및 CO2를 탈착하고 외부 대기로 배출할 것이다. 필터 유닛이 재생되는 동안, 차량은 필터 유닛이 설치되지 않은 것처럼 작동할 수 있으며, 즉, HVAC 시스템 내로 신선한 외부 공기를 도입함으로써 객실 공기를 정화할 것이다.
추가 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 필터 유닛은 차량(예를 들어, 전기 자동차)의 객실에서 CO2 수준을 CO2 독성 수준보다 충분히(예를 들어, 약 20% 아래) 아래(즉, 권장 CO2 농도 한계인 실내 1000 ppm보다 충분히 아래)로 감소시키도록 작동될 수 있다. 유사하게, 필터 유닛은 습도 수준을 약 50% r.h.의 표준 상대 습도보다 충분히 아래(예를 들어, 약 20% 아래)로 감소시키도록 작동될 수 있다. 센서가 승객실 공기의 습도 및 CO2 수준을 감지하는데 사용될 수 있다. 이 하한을 달성할 때, 필터 유닛의 작동과 HVAC 시스템에 의한 신선한 공기 흡입은 에너지 절약을 위해 중지될 수 있다. 이 때 필터 유닛이 포화되면(예를 들어, 센서로 측정할 때) 필터 유닛은 재생될 수 있다. 습도 및 CO2 수준 중 하나 또는 둘 모두가 특정된 목표(예를 들어, 900 ppm CO2 및/또는 55% r.h.)에 도달하면, 필터 유닛은 다시 작동되어 공기에서 습기와 CO2를 제거할 수 있다.
또 추가의 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 필터 유닛은 미리 결정된 작동 시간(즉, 재생이 요구되기 전의 시간 길이), 예를 들어, 적어도 1시간, 적어도 2시간, 적어도 3시간, 적어도 4시간, 적어도 5시간, 적어도 6시간, 적어도 7시간, 적어도 8시간, 적어도 12시간, 적어도 20시간 또는 적어도 24시간을 가능하게 하는 크기로 될 수 있다. 예를 들어, 필터 유닛은 차량이 작동하는 동안 차량(예를 들어, 전기 자동차)의 객실 내 물 및 CO2 수준을 허용 가능한 수준(예를 들어, 300 ppm CO2 및 50% r.h.)으로 유지하도록 작동될 수 있다. 점화 키가 제거되거나 전기차의 경우 배터리가 플러그인될 때 필터 유닛이 재생될 수 있다. 차량이 꺼지거나 플러그인되기 전에 필터 유닛이 포화 상태가 되면, 필터 유닛은 재생될 수 있으며 차량은 필터 유닛이 설치되지 않은 것처럼 기능할 수 있거나(즉, 신선한 외부 공기를 흡입함으로써), 제2 필터 유닛이 설치되면 제1 유닛이 재생되는 동안 제2 필터 유닛이 작동을 시작할 수 있다.
실시예
실시예 1 - 가스 흡착성 재료
과립이 45 중량%의 아민과 55 중량%의 실리카를 직경 약 1 mm의 크기로 조합함으로써 형성되었다. 아민은 펜타에틸렌헥사민과 디메틸 카보네이트를 1:1 몰비로 반응시켜 형성되었다. 이 재료는 공기 중 1000 ppm으로 70℃에서 사전 재생한 후 30℃에서 공기 중 1000 ppm CO2에 노출되었을 때 흡착제 중량당 5.6 중량%의 CO2 용량을 갖는다.
실시예 2 - 가스 흡착성 재료
직경이 약 0.5 mm인 구형 비드가 형성되었다(재료의 90%가 0.3 mm 내지 1.25 mm 범위에 있음). 비드는 재료 그램(건조 기준)당 약 0.01 몰(예를 들어, 0.008 몰 내지 0.012 몰 범위)의 아민기를 갖는 벤질아민기로 작용화된 폴리스티렌 중합체로 구성되었다. 이 재료는 공기 중 1000 ppm으로 70℃에서 사전 재생한 후 30℃에서 공기 중 1000 ppm CO2에 노출되었을 때 흡착제 중량당 3.0 중량%의 CO2 용량을 갖는다.
실시예 3 - 물 흡착성 재료
SiO2/Al2O3(97:3)의 구형 비드가 제조되었고 약 2 mm의 직경, 약 650 m2/g의 표면적, 약 0.45 cc/g의 기공 부피를 가졌다. 이 재료는 25℃에서 10% 상대 습도에서 흡착제 중량당 4 중량% 및 25℃에서 80% 상대 습도에서 42 중량%의 H2O 수증기에 대한 평형 용량을 갖는다.
앞의 설명은 본 발명의 여러 실시형태에 대한 양호한 이해를 제공하기 위해 특정 시스템, 구성요소, 방법 등의 예와 같은 수많은 특정 세부사항을 기재한다. 그러나, 본 발명의 적어도 일부 실시형태는 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 구성요소 또는 방법은 상세하게 설명되지 않는다. 따라서, 기재된 구체적인 세부사항은 예시적이다. 특정 실시형태는 이러한 예시적인 세부사항과 다를 수 있고 여전히 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
본원에서 방법의 작동이 특정 순서로 설명되어 있지만, 각 방법의 작동 순서는 특정 동작이 역순으로 수행되거나 특정 동작이 적어도 부분적으로 다른 작동과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 실시형태에서, 별개의 작동의 명령 또는 하위 작동은 간헐적 및/또는 교호적 방식일 수 있다.
상기 설명은 예시적인 것이지 제한적이지 않은 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 많은 다른 실시형태가 상기 설명을 읽고 이해할 때 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 부여되는 등가물의 전체 범위와 함께 이러한 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (52)

  1. 필터 유닛으로서,
    2개의 흡착 라인으서, 각각의 흡착 라인이
    물 흡착성 재료; 및
    가스 흡착성 재료를 포함하고,
    상기 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 물 흡착성 재료의 하류에 있는, 2개의 흡착 라인; 및
    각각의 흡착 라인에서 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료에 결합된 히터를 포함하는, 필터 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나는 복수의 유닛 형태인, 필터 유닛.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 분말, 비드, 압출물, 정제, 펠렛, 응집체 및 과립 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 원형, 구형, 구, 타원형, 정형(regular) 과립 및 부정형(irregular) 과립 중 적어도 하나의 형상을 포함하는, 필터 유닛.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 약 0.05 mm 내지 약 10 mm의 크기를 가지는, 필터 유닛.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 약 10 mm 미만의 크기를 갖는, 필터 유닛.
  7. 제2항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 약 0.05 mm 내지 약 6.0 mm의 평균 크기를 갖는, 필터 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나는 충전층(packed bed)에서 복수의 유닛 형태인, 필터 유닛.
  9. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나는 부직포 매체 재료 상에 코팅된 것 및 상기 부직포 매체 재료의 층 내에 포함된 것 중 적어도 하나인, 필터 유닛.
  10. 제9항에 있어서, 부직포 재료의 층은 물결형(corrugated) 및 주름형(pleated) 중 적어도 하나인, 필터 유닛.
  11. 제9항에 있어서, 상기 부직포 매체 재료는 약 100 cm2 내지 약 10,000 cm2의 단면적을 갖는, 필터 유닛.
  12. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나는 벌집형 기재 상에 코팅된 것 및 상기 벌집형 기재의 채널 내에 포함된 것 중 적어도 하나인, 필터 유닛.
  13. 제12항에 있어서, 상기 벌집형 구조체 내에 물 흡착성 재료 및 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나를 유지하기 위한 스크린 또는 부직포 재료를 추가로 포함하는, 필터 유닛.
  14. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나는 기재 상에 코팅되는, 필터 유닛.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기재는 벌집형 구조체, 발포체 및 부직포 매체 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  16. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료 중 적어도 하나는 압출된 벌집형 구조체이거나 압출된 벌집형 구조체 상에 코팅되는, 필터 유닛.
  17. 제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 재료는 하나 이상의 고 표면적 지지체 상에 함침된 아민 및 카바메이트 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  18. 제17항에 있어서, 상기 카바메이트는 에틸아민과 디메틸 카보네이트 사이의 반응 생성물인, 필터 유닛.
  19. 제17항에 있어서, 상기 아민은 아민 작용화된 중합체를 포함하고, 선택적으로 상기 중합체는 폴리스티렌 중합체이고, 선택적으로 상기 폴리스티렌 중합체는 벤질아민기를 포함하는, 필터 유닛.
  20. 제17항에 있어서, 상기 고 표면적 지지체는 비드, 과립 및 압출물 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  21. 제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 재료는 아민, 카바메이트, 아타풀자이트, 금속 유기 구조물(MOF), 제올라이트, 활성탄, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 전술한 것 중 임의의 것의 표면 개질된 유사체 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  22. 제21항에 있어서, 상기 아민은 아민 작용화된 중합체를 포함하고, 선택적으로 상기 중합체는 폴리스티렌 중합체이고, 선택적으로 상기 폴리스티렌 중합체는 벤질아민기를 포함하는, 필터 유닛.
  23. 제21항에 있어서, 상기 카바메이트는 에틸아민과 디메틸 카보네이트 사이의 반응의 하나 이상의 생성물을 포함하는, 필터 유닛.
  24. 제21항에 있어서, 상기 알칼리 금속 산화물은 리튬, 칼륨, 나트륨, 루비듐 및 세슘 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  25. 제21항에 있어서, 상기 알칼리 토금속 산화물은 바륨, 스트론튬, 칼슘, 베릴륨, 마그네슘 및 라듐 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  26. 제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 재료는 약 35 중량% 내지 약 55 중량%의 아민 및 약 45 중량% 내지 약 65 중량%의 실리카, 또는 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 아민 및 약 50 중량% 내지 약 60 중량%의 실리카, 또는 약 45 중량%의 아민 및 약 55 중량%의 실리카를 포함하는, 필터 유닛.
  27. 제26항에 있어서, 상기 복수의 유닛은 원형, 구형, 구, 타원형, 정형 과립, 부정형 과립 및 이들의 조합인 형상을 갖는, 필터 유닛.
  28. 제17항에 있어서, 상기 고 표면적 지지체는 약 0.8 cc/g 초과의 기공 부피를 포함하는, 필터 유닛.
  29. 제17항에 있어서, 상기 고 표면적 지지체는 약 100 Å 초과의 평균 기공 직경을 갖는, 필터 유닛.
  30. 제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 재료는 하나 이상의 결합제를 추가로 포함하는, 필터 유닛.
  31. 제30항에 있어서, 상기 하나 이상의 결합제는 유기 결합제, 스티렌 아크릴 중합체, 무기 결합제 또는 규산나트륨 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  32. 제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 재료는 피브릴화된 폴리머 섬유를 추가로 포함하는, 필터 유닛.
  33. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료는 고 기공도 및 고 표면적 재료를 포함하는, 필터 유닛.
  34. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료는 실리카, 알루미나 및 금속 유기 구조물 중 적어도 하나를 포함하는, 필터 유닛.
  35. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료 대 상기 가스 흡착성 재료의 중량비는 약 1:10 내지 약 1:1인, 필터 유닛.
  36. 제1항에 있어서, 상기 물 흡착성 재료는 승객당 약 0.1 L 내지 승객당 약 15.0 L의 양으로 존재하고, 상기 가스 흡착성 재료는 승객당 약 0.5 L 내지 승객당 약 20.0 L의 양으로 존재하는, 필터 유닛.
  37. 필터 유닛으로서,
    회전식 흡착 장치로서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 있고 복수의 흡착층을 형성하는 복수의 섹터; 및
    상기 흡착층들 중 적어도 하나에서의 물 흡착성 재료를 포함하는, 회전식 흡착 장치; 및
    상기 흡착층들 중 적어도 하나에서의 가스 흡착성 재료를 포함하고,
    상기 물 흡착성 재료 및 상기 가스 흡착성 재료는 작동 중에는 가스의 유로가 각 흡착층을 통과할 수 있고 재생 중에는 재생 공기의 역류 유로가 각 흡착층을 통과할 수 있도록 상기 회전식 흡착 장치에 배열되는, 필터 유닛.
  38. 시스템으로서,
    승객실;
    상기 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC: heating, ventilation and air conditioning) 시스템; 및
    상기 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 제1항에 따른 필터 유닛을 포함하는, 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 상기 승객실은 차량, 비행기, 헬리콥터 또는 우주선(spacecraft)에 있는, 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 상기 차량은 자동차, 밴, 버스, 기차, 트럭 또는 잠수함인, 시스템.
  41. 전기 자동차 환기 시스템으로서,
    승객실;
    상기 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템;
    배터리; 및
    상기 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 제1항에 따른 필터 유닛을 포함하는, 전기 자동차 환기 시스템.
  42. 제41항에 있어서, 상기 필터 유닛은 필터 유닛이 없는 경우에 비해 약 1% 내지 약 20%만큼 배터리의 수명을 증가시키는, 전기 자동차 환기 시스템.
  43. 제41항에 있어서, 상기 필터 유닛은 필터 유닛이 없는 경우에 비해 상기 HVAC 시스템의 소비 전력을 약 1% 내지 약 20%만큼 감소시키는, 전기 자동차 환기 시스템.
  44. 자동차 환기 시스템으로서,
    승객실;
    상기 승객실의 공기 품질을 유지하기 위한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템; 및
    상기 승객실 내 습도 및 이산화탄소 수준을 유지하기 위한 제1항에 따른 필터 유닛을 포함하는, 자동차 환기 시스템.
  45. 필터 유닛의 사용 방법으로서,
    상기 필터 유닛의 제1 흡착 라인을 작동시키는 단계로서, 상기 제1 흡착 라인은
    제1 물 흡착성 재료; 및
    제1 가스 흡착성 재료를 포함하고,
    상기 제1 가스 흡착성 재료는 작동 방향으로 상기 제1 물 흡착성 재료의 하류에 있으며,
    상기 제1 흡착 라인은 주변 공기로부터 물 및 가스를 흡착하는, 작동 단계; 및
    상기 필터 유닛의 제2 흡착 라인을 재생시키는 단계로서, 상기 제2 흡착 라인은
    충전층에서 물 흡착성 입자의 형태인 제2 물 흡착성 재료; 및
    충전층에서 가스 흡착성 입자의 형태인 제2 가스 흡착성 재료를 포함하고,
    상기 제2 가스 흡착성 재료는 재생 방향으로 상기 제2 물 흡착성 재료의 상류에 있으며,
    상기 제2 흡착 라인은 상기 제2 물 흡착성 재료 및 상기 제2 가스 흡착성 재료로부터 물 및 가스를 탈착하는, 재생 단계를 포함하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제1 물 흡착성 재료, 상기 제1 가스 흡착성 재료, 상기 제2 물 흡착성 재료 및 상기 제2 가스 흡착성 재료 각각은 적어도 하나의 히터에 결합되는, 방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 제2 흡착 라인을 재생하는 단계는 약 50℃ 내지 약 200℃의 온도에 있는, 방법.
  48. 제45항에 있어서, 재생 단계는 탈착된 물 및 가스를 외부 대기로 배출하는 것을 포함하는, 방법.
  49. 제45항에 있어서, 상기 제1 흡착 라인을 작동시키는 단계와 상기 제2 흡착 라인을 재생하는 단계는 동시에 일어나는, 방법.
  50. 제45항에 있어서, 상기 제2 흡착 라인의 재생이 완료될 때, 상기 제2 흡착 라인은 상기 제1 흡착 라인이 재생을 필요로 할 때까지 유휴(idle) 상태로 유지되는, 방법.
  51. 제45항에 있어서, 상기 제1 흡착 라인은 작동을 완료하고 재생을 시작하며, 상기 제2 흡착 라인은 재생을 완료하고 작동을 시작하는, 방법.
  52. 제45항에 있어서, 재생 단계는 외부 공기를 상기 제2 가스 흡착성 재료 및 상기 제2 물 흡착성 재료를 통과시키는 단계, 및 탈착된 가스 및 탈착된 물을 포함하는 상기 외부 공기를 외부 대기로 배출하는 단계를 포함하는, 방법.
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