KR20230162017A - 필터를 건조 분말로 코팅하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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플로라 첸
리 리우
마이클 레오나르드 윌리엄 스펜서
크레이그 톰슨
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존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니
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Abstract

필터(2)를 건조 분말로 코팅하는 장치(1)는, i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더; ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로(5)로서, 상기 입구 통로(5)는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터(2)의 입구 면(3)과 사용 중에 연통되는 입구 통로(5); 및 iii) 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터(2)의 출구 면(4)과 사용 중에 연통되는 제1 단부(31) 및 진공 발생기(9)와 연통되는 제2 단부(32)를 포함하는 출구 통로(6)를 포함한다. 입구 통로(5)는 확산기(21) 및 확산기(21)의 하류에 있는, 필터(2)의 입구 면(3)을 향해 외향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 발산 부분(22)을 포함한다.

Description

필터를 건조 분말로 코팅하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 입구 면 및 출구 면을 갖는 다공성 기판을 포함하는 필터를 코팅하는 것에 관한 것으로, 여기서 면은 다공성 구조에 의해 분리되어 있다. 필터는, 예를 들어 내연 기관의 배출 제어 장치를 위한 벽 유동 필터일 수 있다.
내연 기관, 특히 자동차 응용 분야의 디젤 및 가솔린 엔진으로부터의 일반적으로 수트(soot)라고 지칭하는 미립자 물질(PM: particulate matter)의 배출에 대한 우려가 있다. 주된 우려는 잠재적인 건강 영향과 연관되며, 특히 나노미터 범위의 크기인 매우 작은 입자와 연관된다.
디젤 미립자 필터(DPF) 및 가솔린 미립자 필터(GPF)는 소결 금속, 세라믹, 또는 금속 섬유 등을 포함하여 다양한 재료를 사용하여 제작되었으며, 실제 대량 생산에서 가장 일반적인 유형은 몸체의 길이를 따라 이어지는 많은 작은 채널들의 모놀리식 배열 형태로 제작된 다공성 세라믹 재료로 만들어진 벽 유동 유형이다. 대안적인 채널은 일 단부에서 막혀 있어서, 대부분의 미립자가 통과하지 못하게 하는 다공성 세라믹 채널 벽을 통해 배기가스가 통과하도록 강제되어, 오로지 여과된 가스만 환경으로 들어가게 된다. 상업적 생산의 세라믹 벽 유동 필터는 코디에라이트, 다양한 형태의 탄화규소, 및 티탄산알루미늄으로 만들어진 필터를 포함한다. 차량 상의 실제 필터의 실제 모양 및 치수와, 채널 벽 두께와 이의 다공성 등과 같은 특성은 관련된 응용 분야에 달려있다. 가스가 통과하는 세라믹 벽 유동 필터의 필터 채널 벽에 있는 기공의 평균 치수는 전형적으로 5 내지 50 μm 범위이고, 일반적으로는 약 20 μm이다. 대조적으로, 현대 승용차 고속 디젤 엔진에서 나오는 대부분의 디젤 미립자 물질의 크기는 매우 훨씬 더 작은데, 예를 들어 10 내지 200 nm이다.
일부 PM은 필터 벽의 기공 구조체 내에 유지될 수 있으며, 이는 일부 응용 분야에서 기공들이 PM 네트워크에 의해 연결될 때까지 점진적으로 축적될 수 있으며, 이러한 PM 네트워크는 필터 채널의 내부 벽에 미립자 케이크가 용이하게 형성되게 한다. 미립자 케이크는 우수한 필터 매체이며 이의 존재는 매우 높은 여과 효율을 제공한다. 일부 응용 분야에서, 수트는 침착됨에 따라 필터에서 연속적으로 연소되는데, 이는 미립자 케이크가 필터에 쌓이는 것을 방지한다.
일부 필터의 경우, 예를 들어, 소형 디젤 미립자 필터의 경우, 엔진 성능에 해롭고 연비를 나쁘게 할 수 있는 과도한 배압의 축적을 방지하기 위해, 포집된 PM을 필터에서 주기적으로 제거하는 것이 필요하다. 따라서, 디젤 응용 분야에서, 유지된 PM을 점화시키는데 필요한 고온을 달성하는데 사용되는 과잉 연료의 양 및 이용가능한 공기의 양이 매우 조심스럽게 제어되는 공정에서, 유지된 PM을 공기 중에서 연소함으로써 유지된 PM은 필터로부터 제거된다. 일반적으로 재생이라고 불리는 이 과정이 끝날 무렵에는, 필터에 마지막으로 남아 있는 미립자의 제거는 여과 효율의 현저한 감소로 이어지며 환경으로의 많은 작은 입자의 버스트(burst)의 방출로 이어질 수 있다. 따라서, 필터는 처음 사용될 때와, 그 이후의 각각의 재생 이벤트 후에, 그리고 각각의 재생 공정의 후반부 동안에도, 낮은 여과 효율을 가질 수 있다.
따라서, 항상 - 예를 들어 필터를 처음 사용할 때 필터의 초기 수명 동안, 그리고/또는 재생 중 및 그 직후에, 그리고/또는 필터에 수트가 로딩된 때에 - 여과 효율을 개선하고/하거나 유지하는 것이 바람직할 것이다.
본 출원인은 필터를 처음 사용할 때 필터의 초기 수명 동안, 또는 재생 중 및/또는 그 직후, 및/또는 필터에 수트가 로딩된 경우 여과 효율이 향상된 필터를 다음 단계를 포함하는 처리 방법에 의해 얻을 수 있음을 발견하였다(전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 출원서 WO2021028691A1호에 충분히 기재된 바와 같이);
a) 저장소에 건조 분말을 수용하는 단계;
b) 입구 면과 출구 면을 가지며 상기 입구 면과 상기 출구 면이 다공성 구조체에 의해 분리된 다공성 기재(substrate)를 포함하는 필터를 필터 홀더에 위치시키는 단계;
c) 상기 필터의 출구 면에 감압을 적용함으로써 상기 필터의 다공성 구조체를 통한 1차 가스 유동을 확립하는 단계;
d) 상기 건조 분말을 상기 저장소로부터 상기 필터의 상기 입구면의 상류에 위치된 분무 장치로 이송하는 단계; 및
e) 건조 분말이 1차 가스 유동에 동반되고 필터의 입구면을 통과하여 다공성 구조체와 접촉하도록 분무 장치를 사용하여 건조 분말을 필터의 입구면을 향해 분무하는 단계.
WO2021028691A1호에서, 본 출원인은 건조 분말이 선택적으로 건식(fumed) 알루미나, 건식 실리카, 건식 티타니아, 실리카 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 탄소 에어로겔, 티타니아 에어로겔, 지르코니아 에어로겔 또는 세리아 에어로겔 중 하나 이상을 포함할 수 있는 방법을 기재한다. 특히, 탭 밀도가 0.05 g/l이고 d50이 5.97 마이크로미터인 건식 산화알루미늄으로 코팅된 필터의 실시예가 기재되어 있다.
이러한 처리 방법은 개선된 여과 효율 특성을 갖는 필터를 생성하는 것으로 밝혀졌지만, 특히 처리된 필터의 내구성을 개선하기 위해 이러한 필터의 처리를 추가로 개선하려는 요구가 여전히 존재한다.
결과적으로, 본 출원인은 (전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2020년 2월 21일에 출원된 본 출원인의 출원 GB2002483호에 충분히 기재된 바와 같이), 열 분해에 의해 금속 산화물을 형성하기 위한 금속 화합물을 포함하거나 이로 이루어지는 건조 분말을 분무 공정에 사용함으로써, 처리된 필터의 내구성이 개선될 수 있음을 발견하였다.
GB2002483호에서, 본 출원인은, 어떻게, 금속 산화물로 열 분해되는 금속 화합물을 건조 분말로서 사용하는 것이, 예를 들어, 건식 산화알루미늄을 포함하는 금속 산화물을 사용한 처리와 비교하여, 처리된 필터의 내구성에 있어서, 특히 건조 분말이 다공성 구조체에 부착된 상태로 유지되고 필터의 후속 작동 동안 다공성 구조체로부터 탈착되는 것에 저항하는 능력에 있어서 상당한 개선을 가져올 수 있는지를 설명한다.
놀랍게도, 본 출원인은 이러한 건조 분말의 개선된 접착력이 어떠한 추가 결합제 또는 접착 촉진제의 존재 또는 필터의 어떠한 고온 소결에 대한 필요성도 없이 달성될 수 있음을 발견하였다. 특히, 놀랍게도 그러한 건조 분말을 사용하면 높은 여과 효율을 유지하면서 허용가능한 저온 유동 배압을 이용하여 양호한 접착력을 초래할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
WO2021028691A1호 및 GB2002483호에서, 처리 방법이 향상된 필터를 생성하는 데 효과적인 것으로 밝혀졌지만, 특히 건조 분말을 필터의 다공성 구조에 및/또는 다공성 구조로 더 바람직한 분배를 달성하기 위해 건조 분말로 필터를 코팅하는 장치 및 방법을 개선하려는 열망이 여전히 있다.
제1 양태에서, 본 발명은 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치를 제공하며, 상기 장치는,
i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더;
ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로로서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 입구 면과 사용 중에 연통되는 입구 통로; 및
iii) 필터 홀더에 의해 유지되는 필터의 출구 면과 사용 중에 연통되는 제1 단부 및 진공 발생기와 연통되는 제2 단부를 포함하는 출구 통로를 포함하고;
상기 입구 통로는,
확산기; 및
상기 확산기의 하류에 있는, 상기 필터의 상기 입구 면을 향해 외향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 발산 부분을 포함한다.
유리하게는, 발산 부분과 조합된 확산기를 사용하면 건조 분말이 필터의 다공성 구조에 및/또는 필터 내부로 분포되는 것을 개선하는 것으로 밝혀졌다. 특히, 건조 분말의 분포는 필터의 입구 면을 걸쳐 더 균일하게 이루어질 수 있다. 또한, 건조 분말은 헤비 듀티 디젤 필터와 같은 직경이 큰 필터의 경우에도 필터 입구 면의 주변 에지에 효과적으로 분포될 수 있다.
또한, 유리하게는 발산 부분과 조합된 확산기를 사용하면, 입구 통로로 유입되는 건조 분말과 가스의 유입 혼합물 매개변수 변화에 더 내성인 향상된 건조 분말의 분포를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 건조 분말을 가스 유동에 분무하거나 다른 방식으로 주입하기 위한 노즐의 다양한 기하학적 형태를 이용하여 향상된 분포를 구현할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 장치를 사용할 때, 건조 분말용 노즐은 가스의 유동에 대해 균일한 분말 분포를 얻을 수 있는 노즐의 능력에 지나치게 신경 쓸 필요 없이 분말 유량과 같은 사양 요건을 충족하도록 선택될 수 있다. 오히려, 확산기 및 발산 부분은 필터의 입구 면에서 건조 분말의 개선된 분포가 달성되는 데 주요 역할을 담당한다. 이러한 배열은, 노즐 및 확산기/발산 부분이 각각 다른 부품의 선택에 영향을 주지 않고 그 자체의 기능적 요건을 충족하도록 선택될 수 있기 때문에 장치를 더 잘 최적화할 수 있다. 따라서, 장치는 건조 분말의 개선된 분포를 달성하기 위한 유연한 모듈식 접근법을 제공한다.
발산 부분은 원추형일 수 있다. 발산 부분은 10° 내지 80°, 선택적으로 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도로 외향으로 테이퍼 형성될 수 있다. 발산 부분은 축 방향 길이가 50 내지 300 mm일 수 있다.
입구 통로는 확산기와 발산 부분 사이에 있는 목 부분을 추가로 포함할 수 있다. 목 부분은 원통형일 수 있다. 목 부분은 축 방향 길이가 0 내지 40 mm, 선택적으로 5 내지 40 mm, 선택적으로 10 내지 30 mm, 선택적으로 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm 또는 25 mm일 수 있다. 목 부분은 내경이 40 내지 100 mm일 수 있다. 목 부분의 내경은 확산기의 외경 이하일 수 있다.
확산기는 목 부분의 입구에 배치되거나 이에 인접하게 배치되며, 또는 목 부분이 없는 발산 부분에 배치되거나 이에 인접하게 배치될 수 있다.
입구 통로는 확산기와 입구 통로의 벽 사이의 바이패스 유동 간격을 추가로 포함할 수 있다. 바이패스 유동 간격은 확산기의 환형 외부 에지와 입구 통로의 관형 벽 사이의 환형 간격일 수 있다. 환형 간격의 폭은 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm일 수 있다.
입구 통로는 목 부분의 출구에 배치되거나 이에 인접하게 배치된 제2 확산기를 추가로 포함할 수 있다.
장치는 확산기 홀더를 추가로 포함할 수 있다. 확산기 홀더는 확산기의 환형 외부 에지와 입구 통로의 관형 벽 사이에 중단되지 않은 환형 간격이 존재하도록 확산기를 위 또는 아래로부터 지지할 수 있다.
유리하게는, 중단되지 않은 환형 간격을 사용하면, 필터의 입구 면, 특히 입구 면의 주변 영역에 대한 건조 분말의 향상된 분포를 제공할 수 있다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 중단되지 않은 환형 간격을 통한 가스 및 건조 분말의 환형 유동은 가스와 건조 분말 혼합물의 적어도 일부가 발산 부분의 내부 면을 따라 필터의 입구 면의 주변 영역을 향해 근접하게 유동할 수 있게 하는 것으로 여겨진다. 확산기의 외부 에지 주위에 장애물이 없으면 큰 와류가 생성되는 것을 줄일 수도 있다.
입구 통로는 확산기를 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 줄어드는 확산기의 상류에 있고/있거나 확산기와 일치하는 수렴 부분을 추가로 포함할 수 있다. 수렴 부분은 원추형일 수 있다. 수렴 부분은 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도로 내향으로 테이퍼 형성될 수 있다. 수렴 부분은 축 방향 길이가 50 내지 300 mm일 수 있다. 확산기는 수렴 부분의 출구에 배치되거나 이에 인접하게 배치될 수 있다.
입구 통로의 총 축 방향 길이는 400 mm 이하, 선택적으로 350 mm 이하일 수 있다.
확산기는 복수의 개구를 포함하는 플레이트를 포함할 수 있다. 확산기는 확산기의 종축에 대해 경사각이 30° 내지 60°, 선택적으로 45°인 안내 표면을 포함할 수 있다.
발산 부분은 확산기의 안내 표면의 경사각과 동일한 각도로 외향으로 테이퍼 형성될 수 있다.
확산기는 장치의 하나 이상의 타이 로드에 연결하기 위한 하나 이상의 장착 지점을 포함할 수 있다.
입구 통로는 필터 홀더 내에 유지된 필터의 입구 면과 선택적으로 맞물릴 수 있는 헤드셋의 일부로 형성될 수 있다.
입구 통로는 조립 및 분해 가능한 두 개 이상의 부품을 갖는 모듈식 시스템으로 구성될 수 있다.
모듈식 시스템은 수렴 부분을 포함하는 제1 부품 및 발산 부분을 포함하는 제2 부품을 포함할 수 있다.
모듈식 시스템은 복수의 상이한 제2 부품을 포함할 수 있으며, 각 제2 부품은 발산 부분의 구성이 상이하다.
제2 양태에서, 본 발명은 코팅 장치를 사용하여 배기 가스로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 필터를 처리하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은,
a) 다공성 구조에 의해 분리된 입구 면과 출구 면을 포함하는 필터를 필터 홀더에 배치하는 단계;
b) 상기 필터의 출구 면에 압력 감소를 인가함으로써 상기 코팅 장치의 입구 통로, 상기 필터의 다공성 구조 및 상기 코팅 장치의 출구 통로를 순차적으로 통과하는 가스 유동을 확립하는 단계;
c) 건조 분말을 필터의 입구 면의 상류 위치에서 가스 유동 내로 분무하여 건조 분말과 가스의 혼합물을 생성하는 단계; 및
d) 건조 분말이 필터의 다공성 구조와 접촉하도록 건조 분말과 가스의 혼합물을 코팅 장치의 입구 통로를 따라 필터의 입구 면을 향해 그리고 입구 면을 통해 흡입하는 단계를 포함하며;
상기 유입 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 확산기를 통해 흡입된 후, 상기 필터의 입구 면으로 향하는 도중에 외향으로 테이퍼 형성되거나, 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 상기 입구 통로의 발산 부분을 통과한다.
상기 입구 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 확산기를 통과한 후 상기 발산 부분으로 유입하기 전에 목 부분을 통해 흡입될 수 있다.
목 부분은 축 방향 길이가 0 내지 40 mm, 선택적으로 5 내지 40 mm, 선택적으로 10 내지 30 mm, 선택적으로 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm 또는 25 mm일 수 있다.
상기 유입 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 일부가 상기 확산기와 상기 입구 통로의 벽 사이를 통과하여 상기 확산기를 바이패스할 수 있다.
상기 입구 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 제2 확산기를 통해 흡입될 수 있다.
상기 입구 통로에서, 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 상기 확산기를 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 줄어드는 상기 확산기의 상류에 있고/있거나 상기 확산기와 일치하는 수렴 부분을 통해 흡입될 수 있다.
필터의 입구 면은 직경 또는 가장 큰 특성 치수가 90 내지 330 mm일 수 있다.
제3 양태에서, 본 발명은 필터를 건조 분말로 코팅하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는,
i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더;
ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로로서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 입구 면과 사용 중에 연통되는 입구 통로; 및
iii) 필터 홀더에 의해 유지되는 필터의 출구 면과 사용 중에 연통되는 제1 단부 및 진공 발생기와 연통되는 제2 단부를 포함하는 출구 통로를 포함하고;
상기 입구 통로는,
확산기; 및
상기 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이의 환형 바이패스 유동 간격을 포함한다.
유리하게는, 전술한 바와 같이, 중단되지 않은 환형 간격을 사용하면 필터의 입구 면에서, 특히 상술한 이유로 입구 면의 주변 영역에서 건조 분말의 개선된 분포가 제공될 수 있다.
환형 바이패스 유동 간격은 폭이 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm일 수 있다.
장치는 환형 바이패스 유동 간격이 확산기의 원주 주위에서 중단되지 않도록 확산기를 위 또는 아래로부터 지지하는 확산기 홀더를 추가로 포함할 수 있다.
확산기는 장치의 하나 이상의 타이 로드에 연결하기 위한 하나 이상의 장착 지점을 포함할 수 있다.
상기 장치에 의해 분무되고 상술한 방법에 사용되는 건조 분말은 하나 이상의 내화성 분말을 포함하거나 이로 구성될 수 있으며, 선택적으로 하나 이상의 건식 내화성 분말 및/또는 하나 이상의 에어로겔을 포함할 수 있다. 하나 이상의 건식 내화성 분말은 발열(pyrogenic) 공정, 예를 들어 화염 열분해(flame pyrolysis)에 의해 생성될 수 있다. 하나 이상의 건식 내화성 분말은 건식 알루미나, 건식 실리카, 건식 티타니아, 기타 건식 금속 산화물, 및 건식 혼합 산화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 에어로겔은 실리카 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 탄소 에어로겔, 티타니아 에어로겔, 지르코니아 에어로겔, 세리아 에어로겔, 금속 산화물 에어로겔, 및 혼합 산화물 에어로겔 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이들 실시예에서, 건조 분말은 0.10 g/cm3 미만, 선택적으로 0.08 g/cm3 미만, 선택적으로 0.07 g/cm3 미만, 선택적으로 0.06 g/cm3 미만, 선택적으로 0.05 g/cm3 미만의 탭 밀도(tapped density)를 가질 수 있다. 건조 분말은 d50(부피 기준)이 25 마이크로미터 미만, 선택적으로 20 마이크로미터 미만, 선택적으로 10 마이크로미터 미만일 수 있다.
상기 장치에 의해 분사되고 상술한 방법에 사용되는 건조 분말은, 금속 산화물을 열 분해하여 형성하기 위한 금속 화합물을 대안적으로 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 건조 분말은 단일 금속 화합물로 이루어질 수 있거나, 둘 이상의 금속 화합물의 혼합물 또는 블렌드 또는 연속적인 도즈(dose)들로 이루어질 수 있다. 상기 또는 각각의 금속 화합물은 하나 이상의 금속 양이온을 함유할 수 있다. 복수의 금속 양이온이 존재하는 경우 이들은 동일하거나 상이한 금속일 수 있다. 금속 화합물은 금속 수산화물, 금속 인산염, 금속 탄산염, 금속 황산염, 금속 과염소산염, 금속 요오드화물, 금속 옥살산염, 금속 아세트산염, 금속 염소산염 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 금속 화합물의 금속은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄, 지르코늄, 망간, 리튬, 철, 코발트, 니켈, 구리 또는 갈륨 중 하나 이상을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 건조 분말은 금속 산화물 또는 혼합 금속 산화물을 추가로 포함할 수 있다. 선택적으로, 건조 분말은 열 분해에 의해 금속 산화물을 형성하기 위한 금속 화합물의 90 중량% 이상 및 금속 산화물 또는 혼합 금속 산화물의 10 중량% 이하를 포함한다. 선택적으로, 건조 분말은 금속 산화물을 열 분해에 의해 형성하기 위한 금속 화합물의 95 중량% 이상 및 금속 산화물 또는 혼합 금속 산화물의 5 중량% 이하를 포함한다. 선택적으로 건조 분말은 열 분해에 의해 금속 산화물을 형성하기 위한 금속 화합물 99 중량% 이상 및 금속 산화물 또는 혼합 금속 산화물 1 중량% 이하를 포함한다. 금속 산화물 또는 혼합 금속 산화물의 금속은 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄, 지르코늄, 망간, 리튬, 철, 코발트, 니켈, 구리 또는 갈륨 중 하나 이상을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 선택적으로 건조 분말은 금속 수산화물, 금속 인산염, 금속 탄산염 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 이로 이루어진다. 금속 수산화물은 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화스트론튬 및 수산화바륨으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 금속 인산염은 인산마그네슘, 인산칼슘, 인산스트론튬 및 인산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 금속 탄산염은 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산스트론튬 및 탄산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
이들 실시예에서, 건조 분말은 탭 밀도가 1 내지 3 g/cm3, 선택적으로 1.5 내지 2.5 g/cm3, 선택적으로 약 2 g/cm3일 수 있다. 건조 분말은 d50(부피 기준)이 10 마이크로미터 미만, 선택적으로 5 마이크로미터 미만, 선택적으로 약 2 마이크로미터일 수 있다.
건조 분말은 단일 분말 유형 또는 분말 유형들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 "필터"라는 용어는 배기가스로부터 미립자 물질을 여과하기에 적합한 다공성 구조체를 갖는 다공성 기재를 지칭한다. 다공성 기재는 예를 들어 소결 금속, 세라믹, 또는 금속 섬유 등으로부터 형성될 수 있다. 필터는 몸체의 길이를 따라 이어지는 많은 작은 채널들의 모놀리식 어레이의 형태로 제작된 다공성 재료, 예를 들어 세라믹으로 제조된 벽-유동형일 수 있다. 예를 들어, 필터는 코디에라이트, 다양한 형태의 탄화규소, 또는 티탄산알루미늄으로 형성될 수 있다.
필터는 "베어" 필터일 수 있거나 대안적으로 산화, NOx-포집(NOx-trapping) 또는 선택적 촉매 환원 활성과 같은 통합된 촉매 기능 능력이 있는 것일 수 있다. 다공성 기재는 필터의 다공성 구조체를 코팅하는 조성물(워시코트로 알려져 있음)을 포함할 수 있다. 워시코트는 촉매 워시코트일 수 있다. 촉매 워시코트는, 탄화수소 트랩, 삼원 촉매(TWC: three-way catalyst), NOx 흡수제, 산화 촉매, 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매, 희박 NOx 촉매, 및 이들 중 임의의 둘 이상의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 촉매를 포함할 수 있다. 촉매, 예를 들어 TWC, NOx 흡수제, 산화 촉매, 탄화수소 트랩 및 희박 NOx 촉매는 하나 이상의 백금족 금속, 특히 백금, 팔라듐, 및 로듐으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것들을 함유할 수 있다.
결과적으로, 코팅된 필터는, 예를 들어, 촉매 수트 필터(CSF), 선택적 촉매 환원 필터(SCRF), 희박 NOx 트랩 필터(LNTF), 가솔린 미립자 필터(GPF), 암모니아 슬립 촉매 필터(ASCF) 또는 이들의 둘 이상의 조합(예를 들어, 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매 및 암모니아 슬립 촉매(ASC)를 포함하는 필터)일 수 있다.
필터의 모양과 치수, 예를 들어 채널 벽 두께 및 다공성 등과 같은 속성은 필터에 대한 의도된 응용분야에 따라 달라질 수 있다. 필터는 내연 기관에 의해 방출된 배기가스를 여과하기 위해 내연 기관과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 내연 기관은 가솔린 스파크 점화 엔진일 수 있다. 그러나, 필터는 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진의 형태의 내연 기관과 함께 사용되도록 구성되는 경우에는 특정 용도를 찾아낸다.
본 명세서에서, 용어 "건조 분말"은 액체에 현탁되거나 용해되지 않은 미립자 조성물을 지칭한다. 이 용어는 반드시 모든 물 분자가 완전히 없는 것을 의미하는 것은 아니다. 건조 분말은 선택적으로 자유 유동성이다.
본 명세서에서, 용어 "탭 밀도"는 1250 탭으로 유럽 약전 7.0의 2.9.35 절의 방법 1에 따라 측정된 분말의 탭 밀도를 지칭한다.
본 명세서에서 "g/l"(리터당 그램)이라는 용어는 건조 분말의 질량을 필터의 부피로 나눈 값을 지칭한다.
본 명세서에서, 건조 분말의 양을 언급할 때 "로딩" 및 "질량 로딩"이라는 용어는 필터에 첨가되는 분말의 질량을 지칭하며, 필터에 분말을 적용하기 전후에 필터를 칭량하여 측정될 수 있다.
본 명세서에서 "d50(부피 기준)"이라는 용어는, 영국 몰번(Malvern) 소재 Malvern Panalytical Ltd로부터 입수가능한 Aero s 분산 유닛을 갖는 Malvern Mastersizer® 3000에 의해서 측정된 바와 같은 d50(부피 기준) 측정값을 지칭한다. 분산 조건: 공기 압력 = 2 barg, 공급 속도 = 65%, 호퍼 간격 = 1.2 mm. Malvern Mastersizer® 3000 사용자 설명서에 제공된 지침에 따라 설정된 굴절률 및 흡수 파라미터.
본 명세서에서 "진공 발생기"라는 용어는 감압을 생성하는 기능을 하는 장치 또는 장치의 조합을 지칭한다. 적합한 장치의 비제한적인 실시예는 벤츄리 원리로 작동되는 진공 발생기, 진공 펌프, 예를 들어 회전 날개(rotary vane) 및 액봉식 진공 펌프(liquid ring vacuum pump), 및 재생 송풍기를 포함한다.
본 명세서에서, "압력 센서"라는 용어는 절대 및/또는 상대 압력을 측정하는 기능을 하는 장치 또는 장치들의 조합을 지칭한다. 적절한 장치의 비제한적인 실시예는 다이어프램 압력 변환기일 수 있는 압력 변환기를 포함한다. 예를 들어, 독일 클링겐베르그 소재의 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG로부터 입수가능한 Wika® P30 압력 트랜스미터가 사용될 수 있다.
본 명세서에서, "제어기"라는 용어는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있는 기능부를 지칭한다. 제어기는 제어 유닛을 포함할 수 있거나, 전용 또는 공유 컴퓨팅 리소스 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램일 수 있다. 제어기는 단일 유닛을 포함할 수 있거나, 작동가능하게 연결된 복수의 서브 유닛으로 구성될 수 있다. 제어기는 하나의 처리 리소스 상에 위치될 수 있거나, 공간적으로 분리된 처리 리소스들에 걸쳐 분산될 수 있다. 제어기는 마이크로제어기, 하나 이상의 프로세서(예컨대 하나 이상의 마이크로프로세서), 메모리, 구성가능한 로직, 펌웨어 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 범위 및 양은 "약" 특정 값 또는 범위로서 표현될 수 있다. 약은 정확한 양을 또한 포함한다. 예를 들어, "약 2 마이크로미터"는 "약 2 마이크로미터" 및 또한 "2 마이크로미터"를 의미한다. 대체적으로, 용어 "약"은 실험 오차 내에 있을 것으로 예상되는 양을 포함한다. 용어 "약"은 제공된 값의 5% 적은 값 내지 5% 많은 값 이내에 있는 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, "약 2 마이크로미터"는 "1.9 마이크로미터 내지 2.1 마이크로미터"를 의미한다.
본 명세서에서, 건조 분말이 "~로 이루어진다"는 표현은 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 보통 발생하는 불가피한 불순물 이외에 오로지 명시된 구성성분(들)으로만 본질적으로 이루어지는 건조 분말을 의미한다.
이제부터는 본 발명의 태양들 및 실시 형태들을 하기와 같은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명한다.
도 1은 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 부품 및 필터의 개략도이다.
도 3은 도 1의 장치 부품의 단면도이다.
도 4는 도 3의 장치의 사시도이다.
도 5는 도 3의 장치의 부품을 형성할 수 있는 확산기의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 확산기의 평면도이다.
도 7은 도 6의 선 A-A에 따라 절단된 확산기의 단면도이다.
도 8은 도 3의 장치의 부품을 형성할 수 있는 확산기의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 확산기의 평면도이다.
도 10은 도 9의 선 A-A에 따라 절단된 확산기의 단면도이다.
도 11은 도 3의 장치의 부품을 형성할 수 있는 확산기의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 11의 확산기의 평면도이다.
도 13은 도 12의 선 A-A에 따라 절단된 확산기의 단면도이다.
도 14는 도 12의 선 B-B에 따라 절단된 확산기의 단면도이다.
도 15는 청구범위에 따르지 않는 장치를 통한 유동을 개략적으로 도시한다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 CFD 분석 결과를 도시한다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 CFD 분석 결과를 도시한다.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예의 CFD 분석 결과를 도시한다.
본 기술에 숙련된 독자는, 직접적인 문맥이 달리 교시하지 않는 한, 본 발명의 일 태양 또는 실시 형태의 하나 이상의 특징이 본 발명의 임의의 다른 태양 또는 실시 형태의 하나 이상의 특징과 조합될 수 있다는 점을 인식할 것이다.
이제, 본 개시에 따른 장치 및 방법의 실시예는 필터, 예를 들어, 배기가스로부터 미립자 물질을 여과하는 필터(2)를 건조 분말로 코팅하는 장치(1)의 개략도를 나타내는 도 1을 먼저 참조하여 설명할 것이다. 필터(2)는 입구 면(3) 및 출구 면(4)을 갖는 다공성 기판을 포함하는 유형으로, 입구 면(3) 및 출구 면(4)은 다공성 구조에 의해 분리된다.
장치(1)는 필터(2)를 유지하기 위한 필터 홀더, 입구 통로(5) 및 출구 통로(6)를 포함한다.
장치는 또한 예를 들어, 건조 분말의 공급원(7), 분무 장치(8) 및 진공 발생기(9)를 포함할 수 있다.
필터 홀더는 코팅하는 동안 필터(2)를 고정된 위치에 유지하도록 기능할 수 있다. 필터 홀더는 필터(2)의 상부 단부 및/또는 하부 단부를 파지할 수 있다. 필터 홀더는 필터(2)의 각 상부 단부 및 하부 단부를 지지하는 팽창성 상부 시일 블래더(13)(상부 팽창성 칼라(collar)로 칭하기도 함) 및/또는 팽창성 하부 시일 블래더(14)(하부 팽창성 칼라로 칭하기도 함)를 포함할 수 있다. 팽창성 상부 시일 블래더(13) 및 팽창성 하부 시일 블래더(14)는 필터(2)의 외부 표면과 접촉 및/또는 맞물릴 수 있다. 각각은 필터(2) 주위에 액밀 또는 기밀 시일을 형성할 수 있다. 팽창성 상부 시일 블래더(13) 및 팽창성 하부 시일 블래더(14)는 하나 이상의 하우징에 의해 지지될 수 있다(예를 들어, 하나 이상의 하우징의 내부 벽에 의해 지지됨). 필터(2)는, 필터(2)의 입구 면(3)이 최상부에 위치하도록 수직 방향으로 필터 홀더 내에 배치될 수 있다.
공급원(7)은 건조 분말을 포함하고 분무 장치(8)로 수송하기 위한 임의의 적합한 공급원일 수 있다. 예를 들어, 공급원(7)은 호퍼와 같은 저장소를 포함할 수 있다. 공급원(7)은 예를 들어 중량, 부피, 입자 수 또는 시간에 따라 건조 분말을 주입하기 위한 주입 장치를 포함할 수 있다. 공급원(7)은 예를 들어, 건조 분말의 중량 공급 또는 부피 공급과 같은 건조 분말을 분무 장치(8)로 수송하기 위한 수송 장치를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 분무 장치(8)는 벤츄리 효과를 통해 건조 분말을 분무 장치(8)를 향하여 흡입할 수 있다.
분무 장치(8)는 건조 분말을 입구 통로(5)로 수송하기 위한 임의의 적합한 장치일 수 있다. 건조 분말은 입구 통로(5) 내로 분무되는 것이 바람직하다. 분무 장치(8)는 건조 분말을 위한 하나 이상의 출구를 포함할 수 있다. 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 출구는 하나 이상의 분무 노즐(10)에 제공될 수 있다. 하나 이상의 출구가 건조 분말을 입구 통로(5)로 향하게 하는 방향으로 입구 통로(5)의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시에에 의해 도시된 바와 같이, 하나 이상의 출구가 입구 통로(5)의 입구 상부에 제공될 수 있으며, 여기서, 분무 노즐(10)은 입구 통로(5)의 입구 바로 위에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 출구가 입구 통로(5) 내부에 배치될 수 있다. 하나 이상의 출구는 입구 통로(5)의 종축에 대해 임의의 적합한 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 출구는 종축에 평행한 방향으로 건조 분말을 분무할 수 있다. 하나 이상의 출구는 종축과 일치하도록 정렬될 수 있다.
분무 장치(8)는 공기와 같은 가압된 가스 공급원(11)을 포함할 수 있으며, 이는 분무 장치(8)의 하나 이상의 출구로부터 건조 분말을 이동시키고 분무하기 위해 제공된다. 예를 들어, 공급원(11)은 공기 입구로부터 공기를 수용하고 공급 라인(12)을 통해 하나 이상의 출구로 압축된 공기를 공급하는 압축기를 갖는 압축 공기 발생기일 수 있다.
출구 통로(6)는 필터 홀더에 의해 유지되는 필터(2)의 출구 면(4)과 사용 중에 연통되는 제1 단부(31) 및 진공 발생기(9)와 연통되는 제2 단부(32)를 포함한다. 진공 발생기(9)는 출구 통로(6)를 통해 필터(2)의 출구 면(4)에 압력 감소를 적용함으로써, 입구 통로(5) 및 필터(2)의 다공성 구조를 통과한 1차 가스 유동을 사용 중에 확립하기 위해 제공될 수 있다. 출구 통로(6)의 제1 단부(31)는 출구 면(4)에 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있다. 제1 단부(31)는 필터(2)의 출구 면(4)에 맞물리는 더 넓은 단부와 진공 발생기(9)로 연결되는 도관(16)과 연통되는 더 좁은 단부를 갖는 깔때기를 정의할 수 있는 진공 콘(15)의 형태일 수 있다. 팽창성 하부 시일 블래더(14)는 필터(2)의 출구 면(4)과 진공 콘(15) 사이에 시일을 형성할 수 있다.
진공 발생기(9)는 도관(16)에 의해 진공 콘(15)에 연결된 진공 펌프(17)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(17)는 1차 가스 유동의 체적 유량(volumetric flow rate)을 제어하도록 제어기에 의해 제어될 수 있다.
진공 발생기(9) 및/또는 출구 통로(6)에는 체적 유량 센서가 제공될 수 있다. 체적 유량 센서는 도관(16)을 따라 배치된 하나 이상의 압력 센서(18)와 조합된 오리피스 플레이트일 수 있다. 장치(1)는 필터(2)의 배압을 모니터링하기 위한 압력 센서를 추가로 포함할 수 있다. 단일 압력 센서가 사용될 수 있다. 단일 압력 센서는 진공 발생기(9), 도관(16) 또는 진공 콘(15)에 배치될 수 있다.
제어기는 예를 들어, 진공 발생기(9) 및 분무 장치(8)의 작동을 제어할 수 있다. 제어기는 또한 진공 발생기(9)에 의해 생성된 1차 가스 유동을 제어하는 것과는 독립적으로 건조 분말을 공급원(7)으로부터 분무 장치(8)로 수송하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 공급원(7)의 주입 장치의 작동을 제어할 수 있다. 제어기는 1차 가스 유동을 제어하는 것과는 독립적으로 건조 분말을 필터(2)의 입구 면(3)을 향해 분무하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 "독립적으로"라는 용어의 사용은 제어기가 건조 분말의 분무 및 1차 가스 유동의 각 변수를 다른 변수의 상태와 관계없이 개별적으로 제어할 수 있는 기능을 의미한다. 예를 들어, 제어기는 건조 분말을 동시에 분무하지 않고 1차 가스 유동을 확립할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 1차 가스 유동의 체적 유량을 변경하지 않고 건조 분말의 분무 속도를 증가시키거나 줄일 수 있다. 예를 들어, 제어기는 건조 분말의 분무 속도를 변경하지 않으고 1차 가스 유동의 체적 유량을 증가시키거나 줄일 수 있다. 예를 들어, 제어기는 진공 발생기(9)의 작동을 제어하는 것과는 독립적으로 분무 장치(8)의 작동을 제어할 수 있다.
입구 통로(5)는 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하는 데 적합하다. 예를 들어, 가스는 진공 발생기(9)의 작동에 의해 생성된 1차 가스 유동 및/또는 분무 장치(8)로부터의 가스 유동일 수 있다. 예를 들어, 진공 발생기(9)의 작동은 가스가 입구 통로(5)의 입구(20)로 흡입되도록 1차 가스 유동을 설정할 수 있다. 입구(20)는 가스가 대기로부터 직접 입구(20)로 흡입되도록 주변 대기에 개방될 수 있다. 대안적으로, 입구(20)는 가스가 상류 도관으로부터 입구(20)로 흡입되도록 상기 상류 도관에 결합될 수 있다.
분무 장치(8)로부터의 가스 유동이 입구 통로(5)로 주입될 수 있다. 도 1의 도시된 실시예에서, 가스는 진공 발생기(9)에 의해 생성된 흡입력에 의해 대기로부터 입구(20)로 흡입되고, 분무 장치(8)에 의해 (건조 분말과 함께) 추가 가스가 주입되는 두 가지 효과로 인해 입구 통로(5)로 유입된다.
건조 분말과 가스의 혼합은 입구 통로(5)에서 발생할 수 있다. 또한, 건조 분말과 가스의 혼합은 건조 분말이 입구 통로(5)에 도달하기 전에, 예를 들어 분무 장치(8) 및/또는 입구 통로(5)의 상류에 연결된 임의의 도관에서 발생할 수 있다.
입구 통로(5)는 필터 홀더에 의해 유지된 필터(2)의 입구 면(3)과 사용 중에 연통한다.
도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 입구 통로(5)는 확산기(21) 및 확산기(21)의 하류에 있는 발산 부분(22)을 포함하며, 이는 필터(2)의 유입 면(3)을 향해 외향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가한다. 또한, 입구 통로(5)는 수렴 부분(23) 및 목 부분(24)을 포함할 수 있다.
발산 부분(22)은 가스 및 건조 분말이 필터(2)의 입구 면(3)을 향해 유동하는 것을 제한하고 채널링하는 기능을 한다. 발산 부분(22)은 관형일 수 있다. 발산 부분(22)은 원추형일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발산 부분(22)은 10° 내지 80°, 선택적으로 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도 α로 외향으로 테이퍼 형성될 수 있다. 발산 부분(22)의 벽은 포괄적인 각도가 20° 내지 160°, 선택적으로 80° 내지 120°, 선택적으로 90° 내지 110°일 수 있다.
발산 부분(22)은 축 방향 길이 L a 가 50 내지 300 mm일 수 있다. 발산 부분(22)의 상류 단부(25)는 내경 D a 가 40 내지 100 mm일 수 있다. 이 내경 D a 는 상기 목 부분(24)의 내경 D c 와 동일할 수 있다. 발산 부분(22)의 하류 단부(26)는 내경 D b 가 필터(2)의 입구 면(3)의 직경과 실질적으로 동일할 수 있다. 하류 단부(26)는 원형, 타원형 또는 다른 형태일 수 있다. 하류 단부(26)의 형태는 필터(2)의 입구 면(3)의 형태와 일치할 수 있다.
유입 통로(5)는 하류 단부(26)와 필터(2)의 입구 면(3) 사이에 추가적인 관형 부분(33)을 더 포함할 수 있다. 추가적인 관형 부분(33)은 원통형일 수 있다. 추가적인 관형 부분(33)의 하류 단부는 원형, 타원형 또는 다른 형태일 수 있다. 이 형태는 필터(2)의 입구 면(3)의 형태와 일치할 수 있다.
존재하는 경우, 목 부분(24)은 확산기(21)와 발산 부분(22) 사이에 배치된다. 목 부분(24)은 원통형일 수 있으며, 축 방향 길이 L b 가 0 내지 40 mm, 선택적으로 5 내지 40 mm, 선택적으로 10 내지 30 mm, 선택적으로 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm 또는 25 mm일 수 있다. 목 부분(24)의 내경 D c 는 40 내지 100 mm일 수 있다.
수렴 부분(23)은 목 부분(24) 및/또는 발산 부분(22)을 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 줄어들 수 있다. 수렴 부분(23)은 가스 및 건조 분말이 목 부분(24) 및/또는 발산 부분(22)을 향해 유동하는 것을 제한하고 채널링하는 기능을 한다. 수렴 부분(23)은 관형일 수 있다. 수렴 부분(23)은 원추형일 수 있다. 수렴 부분은 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도 β로 내향으로 테이퍼 형성될 수 있다. 수렴 부분(23)의 벽은 포괄적인 각도가 80° 내지 120°, 선택적으로 90° 내지 110°일 수 있다.
수렴 부분(23)은 축 방향 길이 L c 가 50 내지 300 mm일 수 있다. 수렴 부분(23)의 상류 단부(27)의 내경 D d 는 140 내지 700 mm일 수 있다. 수렴 부분(23)의 하류 단부(28)의 내경 D e 는 40 내지 100 mm일 수 있다. 이 내경 D e 는 목 부분(24)의 내경 D c 와 동일할 수 있다.
입구 통로(5)는 수렴 부분(23)의 상류 단부(27)의 상류에 추가 관형 부분(29)을 추가로 포함할 수 있다. 추가적인 관형 부분(29)은 원통형일 수 있다.
확산기(21)는 수렴 부분(23)의 출구에 배치되거나 이에 인접하게 배치될 수 있으며, 즉 목 부분(24) 또는 발산 부분(22)(목 부분이 존재하지 않는 경우)에 연결되는 하류 단부(28)에 배치되거나 이에 인접하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 확산기(21)는 목 부분(24)에 배치될 수 있다. 그러나, 확산기(21)는 목 부분(24)의 입구, 예를 들어 수렴 부분(23)의 하류 단부(28)에 배치되거나 이에 인접한(예를 들어, 바로 상류에 위치하는) 수렴 부분(23) 내에 배치되는 것이 바람직하다.
목 부분(24)의 내경 D c 는 확산기(21)의 외경 이하일 수 있다.
바람직하게는, 입구 통로(5)는 확산기(21)와 입구 통로(5)의 벽 사이에 바이패스 유동 간격(30)을 추가로 포함한다. 예를 들어, 바이패스 유동 간격(30)은 확산기(21)의 환형 외부 에지와 입구 통로(5)의 관형 벽, 예를 들어 수렴 부분(23)의 원추형 벽 사이의 환형 간격일 수 있다. 환형 간격의 폭은 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm일 수 있다.
일부 실시예에서, 입구 통로(5)는 목 부분(24)의 출구, 바람직하게는 목 부분(24) 내에 배치되거나 이에 인접하게 배치된 제2 확산기를 추가로 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 입구 통로(5)의 실시예를 보다 상세하게 도시하고 추가적인 구조적 세부 사항을 설명한다. 입구 통로(5)는 지지 플레이트(35)에 장착되며, 특히 수렴 부분(23)의 상류 단부(27)의 플랜지는 볼트(36)에 의해 지지 플레이트(35)의 밑면에 고정된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 호퍼 형태의 건조 분말용 공급원(7)은 또한 지지 암(37) 및 지지 링(38)을 통해 지지 플레이트(35)에 장착된다. 분무 노즐(10) 형태의 분무 장치(8)는 클램프 및 시일 배열(39)을 사용하여 호퍼에 의존하도록 장착된다.
확산기(21)는 확산기 홀더를 통해 지지 링(38) 및 지지 플레이트(35)에 장착된다. 도 3 및 도 4의 실시예에서, 확산기 홀더는 추가적인 관형 부분(29)을 통해 그리고 수렴 부분(23) 내에서 하향으로 연장되는 두 개의 L 자형 타이 로드(40)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 타이 로드(40)는 확산기(21)를 위에서부터 지지한다. 이러한 방식으로, 바이패스 유동 간격(30)은 중단되지 않고 유지될 수 있으며, 즉 확산기(21)의 전체 원주 주위에 연속적인 환형 간격을 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 입구 통로(5)는 하나 초과의 피스로 형성될 수 있다. 예를 들어, 입구 통로(5)는 조립 및 분해 가능한 두 개 이상의 부품을 갖는 모듈형 시스템일 수 있다. 예를 들어, 모듈형 시스템은 수렴 부분(23)을 포함하는 제1 부품과 발산 부분(22)을 포함하는 제2 부품을 가질 수 있다. 제1 부품 및/또는 제2 부품은 선택적으로 목 부분(24)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 목 부분(24)은 모듈형 시스템의 제3 부분으로 구성될 수 있다.
제1 부품과 제2 부품을 함께 조립하기 위해 클램프 및 시일 배열 또는 다른 적합한 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 예시적인 실시예에서, 클램프 및 시일 배열(41)은 제1 부품과 제2 부품을 조인트에서 함께 결합하기 위해 제공될 수 있다. 조인트는 목 부분(24) 내에 제공될 수 있다.
모듈형 시스템은 복수의 상이한 제2 부품으로 구성될 수 있으며, 각 제2 부품은 발산 부분(22)의 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 각 제2 부품은 축 방향 길이 La, 내경 Da, 내경 Db, 각도 α 및 하류 단부(26)의 단면 형상 중 하나 이상에서 상이할 수 있다. 제2 부품은 각각 선택적으로 동일한 제1 부품에 조립될 수 있다. 이러한 방식으로, 입구 통로(5)는 예를 들어, 수렴 부분(23)과 확산기(21)를 포함하는 제1 부품의 구성 또는 위치를 변경할 필요 없이, 상이한 필터(2) 및/또는 상이한 공정에 사용하도록 용이하게 구성될 수 있다. 따라서, 제1 부품은 입구 통로(5)의 영구적 또는 베이스 부분으로 구성될 수 있고, 제2 부품은 입구 통로(5)의 교체 가능한 부품으로 구성될 수 있다.
발산 부분(22)의 하류 단부(26)에는 입구 통로(5)를 필터(2)에 결합하기 위한 시일(42), 예를 들어 팽창성 칼라가 제공될 수 있다. 이 시일은 필터 홀더의 팽창성 상부 시일 블래더(13) 또는 추가적인 시일일 수 있다.
입구 통로(5)는 필터(2)의 입구 면(3)과 선택적으로 맞물릴 수 있는 헤드셋의 일부를 형성할 수 있다. 상기 입구 통로의 총 축 방향 길이 L d 는 400 mm 이하, 선택적으로 350 mm 이하일 수 있다.
확산기(21)는 안내 표면 및 개구를 포함한다. 안내 표면은 가스 및 건조 분말이 확산기(21)를 패스 오버 및/또는 통과할 때 유동을 안내하는 기능을 한다. 개구는 가스와 건조 분말이 확산기(21)를 통과할 수 있도록 하는 기능을 한다. 안내 표면은 가스 내 건조 분말의 혼합을 촉진하고, 가스 유동 내에서 건조 분말 입자의 분포를 변경할 수 있다. 따라서, 안내 표면은 가스 유동 내에서 건조 분말의 분포를 변경할 수 있다. 안내 표면은 확산기(21)의 종축에 대해 경사각이 30° 내지 60°, 선택적으로 45°일 수 있다. 안내 표면은 외향으로 테이퍼 형성되는 데, 즉 안내 표면 위를 통과하는 가스 및 건조 분말의 유동이 입구 통로(5)의 관형 벽을 향해 외측으로 향하도록 하는 것이 바람직하다. 발산 부분(22)의 외향 테이퍼 각도 α는 확산기(21)의 안내 표면의 경사각과 동일할 수 있다.
확산기(21)는 회전 대칭 순서가 2, 3, 4 또는 그 이상일 수 있다.
도 5 내지 도 7은 장치(1)의 확산기(21)의 일 실시예를 나타낸다. 확산기(21)는 복수의 개구(51)를 포함하는 플레이트(50)를 포함한다. 플레이트(50)는 원형과 같은 원판형일 수 있다. 플레이트(50)는 사이에 개구(51)가 배치된 외부 링(52)과 내부 링(53)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 리브(54)는 외부 링(52)과 내부 링(53)을 연결할 수 있다. 도시된 바와 같이, 네 개의 개구(51)를 정의하는 네 개의 리브(54)가 제공될 수 있으며, 리브(54)는 방향이 방사형일 수 있다. 내부 링(53)은 중앙 개구(55)를 포함할 수 있다.
외부 링(52) 및 내부 링(53)의 표면은 확산기(21)의 안내 표면을 구성한다. 특히, 상부 표면(사용 시 상류를 향하는 표면)이 안내 표면을 형성할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 링(52) 및 내부 링(53)의 상부 면은 확산기(21)의 종축에 대해 경사각이 30° 내지 60°, 선택적으로 45°일 수 있다.
이 확산기(21)의 회전 대칭 순서는 4이다.
도 8 내지 도 10은 장치(1)의 확산기(21)의 다른 실시예를 나타낸다. 확산기(21)는 이전 실시예와 유사하지만 네 개의 링, 외부 링(52), 내부 링(53) 및 두 개의 중간 링(56, 57)을 포함한다. 따라서, 세 개의 환형 배열의 개구(51)가 중앙 개구(55)와 함께 제공된다.
도 11 내지 도 14는 장치(1)의 확산기(21)의 다른 실시예를 나타낸다. 확산기(21)는 제1 실시예와 유사하지만 네 개가 아닌 세 개의 리브(54)를 포함한다. 또한, 타이 로드(40)에 연결하기 위한 장착 지점(58)이 확산기(21)의 상면에 제공된다.
이 확산기(21)는 회전 대칭 순서가 3이다.
장치(1), 및 특히 유입 통로(5)는 하나 이상의 내화 분말을 포함하거나 이로 구성된 건조 분말, 선택적으로 하나 이상의 건식 내화 분말 및/또는 하나 이상의 에어로겔을 포함하는 건조 분말로 필터를 코팅하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치(1)는 금속 산화물을 열 분해하여 형성하기 위한 금속 화합물을 포함하거나 또는 이로 구성된 건조 분말로 필터를 코팅하는 데 사용될 수 있다. 실시예에서, 금속 화합물은 금속 수산화물, 금속 인산염, 금속 탄산염, 금속 황산염, 금속 과염소산염, 금속 요오드화물, 금속 옥살산염, 금속 아세트산염, 금속 염소산염 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다.
건조 분말로 코팅되는 필터(2)는 건조 분말로 코팅되기 전에 당업계에 알려진 바와 같은 촉매 코팅이 제공될 수 있다. 당업계에 알려진 바와 같은 방법에 따라 촉매 슬러리로부터 제조된 워시코트가 사용될 수 있다. 워시코트는 예를 들어 탄화수소 트랩, 삼원 촉매(TWC), NOx 흡수제, 산화 촉매, 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매, 희박 NOx 촉매, 및 이들 중 임의의 둘 이상의 조합일 수 있다. 필터(2)는 촉매 코팅을 도포한 후에 하소될 수 있다.
장치(1)의 사용 예에서, 필터(2)는 먼저 필터 홀더 내에 로드될 수 있다. 필터(2)는 처리 동안 고정 위치에 유지될 수 있다. 필터(2)는 필터 홀더에 의해 필터(2)의 상부 단부 및/또는 하부 단부에 파지될 수 있다. 팽창성 상부 시일 블래더(13) 및 팽창성 하부 시일 블래더(14)는 필터(2)의 외부 표면과 접촉 및/또는 맞물리도록 팽창될 수 있다. 필터(2)는 필터의 입구 면(3)이 최상부에 있는 수직 방향으로 유지될 수 있다. 필터 홀더의 작동, 예를 들어 팽창성 상부 시일 블래더(13) 및 팽창성 하부 시일 블래더(14)의 팽창은 제어기에 의해 제어될 수 있다.
진공 발생기(9)는 입구 통로(5), 필터(2) 및 출구 통로(6)를 통해 1차 가스 유동을 확립하기 위해 제어기에 의해 활성화될 수 있다. 선택적으로, 1차 가스 유동은 건조 분말이 분무 장치(8)의 분무 노즐(10)로 수송되어 필터(2)의 입구 면(3)을 향해 분무되기 전에 확립된다. 진공 발생기(9)에 의해 생성된 압력 감소의 수준은 공급원(7)으로부터 분무 장치(8)로의 건조 분말의 수송 속도 또는 질량 속도와 무관하게 제어기에 의해 제어될 수 있다. 1차 가스 유동은 10 m3/hr 내지 5,000 m3/hr, 선택적으로 400 m3/hr 내지 2,000 m3/hr, 선택적으로 600 m3/hr 내지 1000 m3/hr의 체적 유량을 가질 수 있다.
건조 분말은 분무 장치(8)에 의해 필터(2)의 입구 면(3)을 향해 입구 통로(5)로 분무될 수 있다. 건조 분말은 추가적인 관형 부분(29)과 수렴 부분(23)을 따라 확산기(21)를 향해 통과한다.
가스와 건조 분말이 수렴 부분(23)을 통과할 때, 건조 분말의 입자는 가스 유동에서 입자가 혼합되는 혼합 효과(blending effect)를 겪을 수 있다.
확산기(21)에 도달하면, 가스 및 건조 분말의 적어도 일부가 확산기(21)의 안내 표면을 패스 오버하고 확산기(21)의 개구(51)를 통과할 수 있다. 가스 및 건조 분말의 일부가 중앙 개구(55)를 통과할 수 있다. 일부 가스 및 건조 분말은 안내 표면에 의해 확산기의 외부 주위를 유동하여, 즉 환형 바이패스 유동 간격(30)을 통과하도록 안내될 수 있다. 예를 들어, 외부 링(52)에 접촉하는 가스 및 건조 분말에 대해 이것이 발생할 수 있다. 가스 및 건조 분말의 일부는 확산기(21)에 먼저 접촉하지 않고 환형 바이패스 유동 간격(30)을 통과할 수 있다. 예를 들어, 이는 입구 통로의 관형 벽에 가깝게 유동하는 가스 및/또는 건조 분말, 즉 관형 벽을 따른 층류의 경우 발생할 수 있다.
확산기는 가스 유동에서 건조 분말을 추가로 혼합하고 재분배하는 역할을 한다.
확산기(21)를 빠져나오거나 바이패스한 후, 가스 및 건조 분말은 추가 혼합이 발생할 수 있는 목 부분(24)을 통과한다.
이어서, 가스 및 건조 분말은 발산 부분(22)을 통과한다. 유리하게는, 발산 부분(22)은 유동 단면에 걸쳐 건조 분말 입자를 더 균일하게 분배하는 작용을 할 수 있고, 특히 필터(2)의 입구 면(3)의 주변 에지로 건조 분말의 유동에 도움이 될 수 있다. 이는 필터(2)로 유입되는 건조 분말이 입구 면(3)을 걸쳐 더 균일하게 분포되도록 하는 데 도움이 될 수 있다.
코팅하는 동안 필터(2)의 배압을 모니터링할 수 있다. 배압은 압력 센서를 사용하여 모니터링할 수 있다. 제어기는 예를 들어, 미리 결정된 배압에 도달하면 필터(2)의 입구 면(3)을 향한 건조 분말의 분무를 중지하도록 구성될 수 있다. 미리 결정된 배압은 절대 배압일 수 있다. 절대 배압은 600 m3/hr의 유량에서 20 내지 180 mbar 일 수 있다. 대안적으로, 미리 결정된 배압은 상대 배압일 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 필터(2)의 입구 면(3)을 향한 건조 분말의 분무는 미리 결정된 총 분무 시간에 도달하면 중지될 수 있다.
본 방법은 건조 분말의 10 내지 40 g/l, 선택적으로 15 내지 30 g/l, 선택적으로 약 20 g/l의 필터의 최대 로딩을 전달하도록 구성될 수 있거나; 또는, 건조 분말의 <10 g/l, 선택적으로 < 5 g/l, 선택적으로 <2 g/l 의 필터의 최대 로딩을 전달하도록 구성될 수 있다.
실시예
도 15는 확산기가 제공되지 않은 입구 통로를 통한 건조 분말 및 가스의 유동을 나타낸다. 목 부분과 발산 부분의 존재로 인해 가스 유동에서 건조 분말이 일부 확산되고 혼합되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 그 결과 분말 분산물은 필터 입구 면의 중앙 영역에 심하게 집중되며, 입구 면의 주변 영역에 도달하는 건조 분말은 거의 없다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 장치(1)의 제1 실시예에 대한 CFD 분석 결과를 나타낸다. 이 실시예에서, 목 부분(24)의 축 방향 길이 L b 는 5 mm이다. 확산기(21)는 도 8 내지 도 10에 도시된 유형이다.
CFD 분석에 따르면, 도 15의 실시예에 비해, 건조 분말이 필터의 전체 입구 면에 걸쳐 더 균일하게 분포된다는 것을 보여준다. 특히, 확산기와 발산 부분의 조합 효과로 인해 건조 분말이 입구 면의 주변 영역에까지 도달할 수 있다. 또한, 발산 부분의 유동에 일부 비교적 큰 규모의 와류가 포함되어 있음을 알 수 있다. 이러한 와류는 건조 분말과 가스 유동의 혼합을 촉진하는 데 유익할 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 이들은 또한 중앙과 주변부 사이의 입구 면의 중간 영역에서 입구 면을 실질적으로 따라(예를 들어, 종축을 걸쳐) 입구 면의 영역에서 일부 유동을 초래할 수 있다. 이러한 유동은 입구 면 표면의 채널 벽에 쌓인 건조 분말을 제거하는 역할을 할 수 있다는 점에서 유익할 수 있다. 그러나, 입구 면을 걸쳐 채널에 유입되는 건조 분말의 양이 일부 불균일해지는 결과를 초래할 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 장치(1)의 제2 실시예에 대한 CFD 분석 결과를 나타낸다. 이 실시예에서, 목 부분(24)의 축 방향 길이 L b 는 10 mm이다. 확산기(21)는 도 8 내지 도 10에 도시된 유형이다.
CFD 분석은, 도 15의 실시예에 비해, 건조 분말이 필터의 입구 면 전체에 걸쳐 더 균일하게 분포되어 있음을 다시 한 번 나타낸다. 특히, 확산기와 발산 부분의 조합 효과로 인해 건조 분말이 입구 면의 주변 영역에까지 도달할 수 있다. 또한, 도 16 및 도 17의 실시예에 비해 발산 부분 내의 와류가 현저히 감소한 것을 알 수 있다. 유리하게는, 입구 면 근처의 영역에서 전체 입구 면을 걸쳐 유동은 종축에 실질적으로 평행하고, 도 16 및 도 17의 실시예에서 경험한 횡방향 유동이 제거되었다. 그러나, 입구 필터의 표면을 걸쳐 건조 분말의 양에 일부 불균일성이 있는 것이 분명하다. 예를 들어, 중앙과 주변부에 유입되는 건조 분말의 양이 중간 영역보다 약간 더 많다.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 장치(1)의 제3 실시예에 대한 CFD 분석 결과를 나타낸다. 이 실시예에서, 목 부분(24)의 축 방향 길이 L b 는 10 mm이다. 확산기(21)는 도 5 내지 도 7에 도시된 유형이다.
CFD 분석은 건조 분말이 필터의 입구 면 전체에 걸쳐 더 균일하게 분포되어 있음을 나타낸다. 도 18 및 도 19의 실시예와 유사하게, 입구 면에 유입되는 유동은 전체 입구 면을 걸쳐 종축에 실질적으로 평행한다. 또한, 유동은 입구 면에 걸쳐 매우 균일하며 도 18 및 도 19의 실시예보다 더 균일하다. 발산 부분에서의 와류가 실질적으로 제거되고, 입구 면으로 유입되는 유동이 매우 안정적이라는 것은, 입구 면 위의 상당한 거리 동안 입구 면에 걸쳐 유동 라인이 직선으로 평행하다는 사실에서 알 수 있다.
본 발명의 장치는 다양한 형태 및 크기의 필터를 코팅하도록 구성될 수 있다.
비제한적인 일 실시예에서, 입구 통로(5)는 직경 330.2 mm의 기판을 코팅하기 위해 다음과 같은 치수로 구성된다:
Figure pct00001
발산 부분(22)은 55°의 각도 α로 외향으로 테이퍼 형성되어 발산 부분(22)의 벽의 포괄적인 각도는 70°이고;
발산 부분(22)의 축 방향 길이 L a 는 225 mm이며;
발산 부분(22)의 상류 단부(25)는 내경 D a 가 73 mm이고;
발산 부분(22)의 하류 단부(26)는 내경 D b 가 335 mm이며;
목 부분(24)의 축 방향 길이 L b 는 28 mm이고;
목 부분(24)의 내경 D c 는 73 mm이며;
수렴 부분은 수렴 부분(23)의 벽이 90°의 포괄적인 각도를 갖도록 45°의 각도 β로 내향으로 테이퍼 형성되고;
수렴 부분(23)의 축 방향 길이 L c 는 112 mm이며;
수렴 부분(23)의 상류 단부(27)는 내경 D d 가 196 mm이고; 및
수렴 부분(23)의 하류 단부(28)는 내경 D e 가 73 mm이다.
본 개시내용의 추가의 태양 및 실시 형태가 하기의 항목에 제시되어 있다:
항목 A1. 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치로서, 상기 장치는,
i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더;
ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로로서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 입구 면과 사용 중에 연통되는 입구 통로; 및
iii) 필터 홀더에 의해 유지되는 필터의 출구 면과 사용 중에 연통되는 제1 단부 및 진공 발생기와 연통되는 제2 단부를 포함하는 출구 통로를 포함하고;
상기 입구 통로는,
확산기; 및
상기 확산기의 하류에 있는, 상기 필터의 상기 입구 면을 향해 외향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 발산 부분을 포함하는, 장치.
항목 A2. 항목 A1에 있어서, 발산 부분은 원추형인, 장치.
항목 A3. 항목 A1 또는 항목 A2에 있어서, 상기 발산 부분은 10° 내지 80°, 선택적으로 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도로 외향으로 테이퍼 형성되는, 장치.
항목 A4. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 발산 부분은 축 방향 길이가 50 내지 300 mm인, 장치.
항목 A5. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 확산기와 상기 발산 부분 사이에 목 부분을 추가로 포함하는, 장치.
항목 A6. 항목 A5에 있어서, 상기 목 부분은 원통형인, 장치.
항목 A7. 항목 A5 또는 항목 A6에 있어서, 상기 목 부분은 축 방향 길이가 0 내지 40 mm, 선택적으로 5 내지 40 mm, 선택적으로 10 내지 30 mm, 선택적으로 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm 또는 25 mm인, 장치.
항목 A8. 항목 A5 내지 항목 A7 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 목 부분은 내경이 40 내지 100 mm인, 장치.
항목 A9. 항목 A5 내지 항목 A8 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 목 부분은 내경이 상기 확산기의 외경 이하인, 장치.
항목 A10. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 확산기는 목 부분의 입구에 배치되거나 이에 인접하게 배치되며, 또는 목 부분이 없는 발산 부분에 배치되거나 이에 인접하게 배치되는, 장치.
항목 A11. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 확산기와 상기 입구 통로의 벽 사이의 바이패스 유동 간격을 추가로 포함하는, 장치.
항목 A12. 항목 A11에 있어서, 상기 바이패스 유동 간격은 상기 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이의 환형 간격인, 장치.
항목 A13. 항목 A12에 있어서, 상기 환형 간격의 폭은 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm인, 장치.
항목 A14. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 목 부분의 출구에 배치되거나 이에 인접하게 배치된 제2 확산기를 추가로 포함하는, 장치.
항목 A15. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 장치는 확산기 홀더를 추가로 포함하는, 장치.
항목 A16. 항목 A15에 있어서, 상기 확산기 홀더는 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이에 중단되지 않은 환형 간격이 존재하도록 상기 확산기를 위 또는 아래로부터 지지하는, 장치.
항목 A17. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 확산기를 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 줄어드는 상기 확산기의 상류에 있고/있거나 상기 확산기와 일치하는 수렴 부분을 더 포함하는, 장치.
항목 A18. 항목 A17에 있어서, 상기 수렴 부분은 원추형인, 장치.
항목 A19. 항목 A17 또는 항목 A18에 있어서, 상기 수렴 부분은 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도로 내향으로 테이퍼 형성되는, 장치.
항목 A20. 항목 A17 내지 항목 A19 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 수렴 부분은 축 방향 길이가 50 내지 300 mm인, 장치.
항목 A21. 항목 A17 내지 항목 A20 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 확산기는 상기 수렴 부분의 출구에 배치되거나 이에 인접하게 배치되는, 장치.
항목 A22. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로의 총 축 방향 길이는 400 mm 이하, 선택적으로 350 mm 이하인, 장치.
항목 A23. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 확산기는 복수의 개구를 포함하는 플레이트를 포함하는, 장치.
항목 A24. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 확산기는 상기 확산기의 종축에 대해 경사각이 30° 내지 60°, 선택적으로 45°인 안내 표면을 포함하는, 장치.
항목 A25. 항목 A24에 있어서, 상기 발산 부분은 상기 확산기의 안내 표면의 경사각과 동일한 각도로 외향으로 테이퍼 형성되는, 장치.
항목 A26. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 확산기는 상기 장치의 하나 이상의 타이 로드에 연결하기 위한 하나 이상의 장착 지점을 포함하는, 장치.
항목 A27. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더 내에 유지된 필터의 입구 면과 선택적으로 맞물릴 수 있는 헤드셋의 일부로 형성되는, 장치.
항목 A28. 임의의 선행하는 항목에 있어서, 상기 입구 통로는 조립 및 분해 가능한 두 개 이상의 부품을 갖는 모듈형 시스템으로 구성되는, 장치.
항목 A29. 항목 A28에 있어서, 상기 모듈형 시스템은 상기 수렴 부분을 포함하는 제1 부품 및 발산 부분을 포함하는 제2 부품을 포함하는, 장치.
항목 A30. 항목 A29에 있어서, 상기 모듈형 시스템은 복수의 상이한 제2 부품을 포함하며, 각 부품은 발산 부분의 구성이 상이한, 장치.
항목 B1. 코팅 장치를 사용하여 배기 가스로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 필터를 처리하는 방법으로서, 상기 방법은,
a) 다공성 구조에 의해 분리된 입구 면과 출구 면을 갖는 필터를 필터 홀더에 배치하는 단계;
b) 상기 필터의 출구 면에 압력 감소를 인가함으로써 상기 코팅 장치의 입구 통로, 상기 필터의 다공성 구조 및 상기 코팅 장치의 출구 통로를 순차적으로 통과하는 가스 유동을 확립하는 단계;
c) 건조 분말을 필터의 입구 면의 상류 위치에서 가스 유동 내로 분무하여 건조 분말과 가스의 혼합물을 생성하는 단계; 및
d) 건조 분말이 필터의 다공성 구조와 접촉하도록 건조 분말과 가스의 혼합물을 코팅 장치의 입구 통로를 따라 필터의 입구 면을 향해 그리고 입구 면을 통해 흡입하는 단계를 포함하며;
상기 유입 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 확산기를 통해 흡입된 후, 상기 필터의 입구 면으로 향하는 도중에 외향으로 테이퍼 형성되거나, 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 상기 입구 통로의 발산 부분을 통과한다.
항목 B2. 항목 B1에 있어서, 상기 입구 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 상기 확산기를 통과한 후 상기 발산 부분으로 유입하기 전에 목 부분을 통해 흡입되는, 방법.
항목 B3. 항목 B2에 있어서, 상기 목 부분은 축 방향 길이가 0 내지 40 mm, 선택적으로 5 내지 40 mm, 선택적으로 10 내지 30 mm, 선택적으로 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm 또는 25 mm인, 방법.
항목 B4. 항목 B1 내지 항목 B3 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 유입 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 일부가 상기 확산기와 입구 통로의 벽 사이를 통과하여 상기 확산기를 바이패스하는, 방법.
항목 B5. 항목 B1 내지 항목 B4 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 입구 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 제2 확산기를 통해 흡입되는, 방법.
항목 B6. 항목 B1 내지 항목 B5 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 입구 통로에서, 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 상기 확산기를 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 감소하는 상기 확산기의 상류에 있고/있거나 상기 확산기와 일치하는 수렴 부분을 통해 흡입되는, 방법.
항목 B7. 항목 B1 내지 항목 B6 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 필터의 입구 면은 직경 또는 최대 특성 치수가 90 내지 330 mm인, 방법.
항목 C1. 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치로서, 상기 장치는,
i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더;
ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로로서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 입구 면과 사용 중에 연통되는 입구 통로; 및
iii) 필터 홀더에 의해 유지되는 필터의 출구 면과 사용 중에 연통되는 제1 단부 및 진공 발생기와 연통되는 제2 단부를 포함하는 출구 통로를 포함하고;
상기 입구 통로는,
확산기; 및
상기 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이의 환형 바이패스 유동 간격을 포함하는, 장치.
항목 C2. 항목 C1에 있어서, 상기 환형 바이패스 유동 간격은 폭이 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm인, 장치.
항목 C3. 항목 C1 또는 항목 C2에 있어서, 상기 환형 바이패스 유동 간격이 상기 확산기의 원주 주위에서 중단되지 않도록 확산기를 위 또는 아래로부터 지지하는 확산기 홀더를 추가로 포함하는, 장치.
항목 C4. 항목 C1 내지 항목 C3 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 확산기는 장치의 하나 이상의 타이 로드에 연결하기 위한 하나 이상의 장착 지점을 포함하는, 장치.
항목 D1. 항목 A1 내지 항목 A30 또는 항목 B1 내지 항목 B7 또는 항목 C1 내지 항목 C4 중 어느 한 항목에 있어서, 건조 분말은,
a) 열 분해에 의해 금속 산화물을 형성하기 위한 금속 화합물;
b) 금속 산화물; 또는
c) 에어로겔을 포함하거나 이로 이루어지는, 장치 또는 방법.
항목 D2. 항목 D1에 있어서, 금속 화합물은 금속 수산화물, 금속 인산염, 금속 탄산염, 금속 황산염, 금속 과염소산염, 금속 요오드화물, 금속 옥살산염, 금속 아세트산염, 금속 염소산염 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 이로 구성되는, 장치 또는 방법.
항목 D3. 항목 D1 또는 항목 D2에 있어서, 금속 화합물의 금속은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄, 지르코늄, 망간, 리튬, 철, 코발트, 니켈, 구리 또는 갈륨 중 하나 이상을 포함하거나 이로 구성되는, 장치 또는 방법.
항목 D4. 항목 D1 내지 항목 D3 중 어느 한 항목에 있어서, 옵션 c)의 금속 산화물은 하나 이상의 건식 금속 산화물 또는 건식 알루미나, 건식 실리카 또는 건식 티타니아와 같은 건식 혼합 산화물을 포함하는, 장치 또는 방법.
항목 D5. 항목 D1 내지 항목 D4 중 어느 한 항목에 있어서, 에어로겔은 실리카 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 탄소 에어로겔, 티타니아 에어로겔, 지르코니아 에어로겔, 세리아 에어로겔, 금속 산화물 에어로겔 및 혼합 산화물 에어로겔 중 하나 이상을 포함하는, 장치 또는 방법.
항목 D6. 항목 D1 내지 항목 D5 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 건조 분말은 탭 밀도가 1 내지 3 g/cm3, 선택적으로 1.5 내지 2.5 g/cm3, 선택적으로 약 2 g/cm3인, 장치 또는 방법.
항목 D7. 항목 D1 내지 항목 D6 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 건조 분말은 d50(부피 기준)이 10 마이크로미터 미만, 선택적으로 5 마이크로미터 미만, 선택적으로 약 2 마이크로미터인, 장치 또는 방법.

Claims (25)

  1. 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치로서, 상기 장치는,
    i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더;
    ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로로서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 입구 면과 사용 중에 연통되는 입구 통로; 및
    iii) 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 출구 면과 사용 중에 연통되는 제1 단부 및 진공 발생기와 연통되는 제2 단부를 포함하는 출구 통로를 포함하고;
    상기 입구 통로는,
    확산기; 및
    상기 확산기의 하류에 있는, 상기 필터의 상기 입구 면을 향해 외향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 발산 부분을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발산 부분은 원추형인, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발산 부분은 10° 내지 80°, 선택적으로 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도로 외향으로 테이퍼 형성되는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 확산기와 상기 발산 부분 사이에 목 부분을 추가로 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 목 부분은 축 방향 길이가 0 내지 40 mm, 선택적으로 5 내지 40 mm, 선택적으로 10 내지 30 mm, 선택적으로 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm 또는 25 mm인, 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 목 부분은 내경이 40 내지 100 mm인, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산기는 목 부분의 입구에 배치되거나 이에 인접하게 배치되며, 또는 목 부분이 없는 상기 발산 부분에 배치되거나 이에 인접하게 배치되는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 확산기와 상기 입구 통로의 벽 사이의 바이패스 유동 간격을 추가로 포함하는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바이패스 유동 간격은 상기 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이의 환형 간격인, 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 환형 간격의 폭은 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm인, 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 확산기 홀더를 추가로 포함하고, 상기 확산기 홀더는 상기 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이에 중단되지 않은 환형 간격이 존재하도록 상기 확산기를 위 또는 아래로부터 지지하는, 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 통로는 상기 확산기를 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 줄어드는 상기 확산기의 상류에 있고/있거나 상기 확산기와 일치하는 수렴 부분을 추가로 포함하는, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수렴 부분은 원추형인, 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 수렴 부분은 40° 내지 60°, 선택적으로 45° 내지 55°의 각도로 내향으로 테이퍼 형성되는, 장치.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산기는 상기 수렴 부분의 출구에 배치되거나 이에 인접하게 배치되는, 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 통로의 총 축 방향 길이는 400 mm 이하, 선택적으로 350 mm 이하인, 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산기는 상기 확산기의 종축에 대해 경사각이 30° 내지 60°, 선택적으로 45°인 안내 표면을 포함하는, 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 발산 부분은 상기 확산기의 상기 안내 표면의 상기 경사각과 동일한 각도로 외향으로 테이퍼 형성되는, 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산기는 상기 장치의 하나 이상의 타이 로드에 연결하기 위한 하나 이상의 장착 지점을 포함하는, 장치.
  20. 코팅 장치를 사용하여 배기 가스로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 필터를 처리하는 방법으로서, 상기 방법은,
    a) 다공성 구조에 의해 분리된 입구 면과 출구 면을 갖는 필터를 필터 홀더에 배치하는 단계;
    b) 상기 필터의 출구 면에 압력 감소를 인가함으로써 상기 코팅 장치의 입구 통로, 상기 필터의 다공성 구조 및 상기 코팅 장치의 출구 통로를 순차적으로 통과하는 가스 유동을 확립하는 단계;
    c) 건조 분말을 상기 필터의 입구 면의 상류 위치에서 상기가스 유동 내로 분무하여 건조 분말과 가스의 혼합물을 생성하는 단계; 및
    d) 상기 건조 분말이 상기 필터의 다공성 구조와 접촉하도록 상기 건조 분말과 가스의 혼합물을 상기 코팅 장치의 입구 통로를 따라 상기 필터의 입구 면을 향해 그리고 입구 면을 통해 흡입하는 단계를 포함하며;
    상기 유입 통로에서 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 확산기를 통해 흡입된 후, 상기 필터의 입구 면으로 향하는 도중에 외향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 증가하는 상기 입구 통로의 발산 부분을 통과하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 입구 통로에서 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 상기 확산기를 통과한 후，상기 발산 부분으로 유입하기 전에 목 부분을 통해 흡입되는, 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 유입 통로에서 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 일부가 상기 확산기와 상기 입구 통로의 벽 사이를 통과하여 상기 확산기를 바이패스하는, 방법.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 통로에서 상기 건조 분말과 가스 혼합물의 적어도 일부가 상기 확산기를 향해 내향으로 테이퍼 형성되거나 다른 방식으로 유동을 위해 면적이 줄어드는 상기 확산기의 상류에 있고/있거나 상기 확산기와 일치하는 수렴 부분을 통해 흡입되는, 방법.
  24. 필터를 건조 분말로 코팅하는 장치로서, 상기 장치는,
    i) 필터를 유지하기 위한 필터 홀더;
    ii) 건조 분말과 가스의 혼합물을 수용하기 위한 입구 통로로서, 상기 입구 통로는 상기 필터 홀더에 의해 유지되는 상기 필터의 입구 면과 사용 중에 연통되고; 및
    iii) 필터 홀더에 의해 유지되는 필터의 출구 면과 사용 중에 연통되는 제1 단부 및 진공 발생기와 연통되는 제2 단부를 포함하는 출구 통로를 포함하고;
    상기 입구 통로는,
    확산기; 및
    상기 확산기의 환형 외부 에지와 상기 입구 통로의 관형 벽 사이의 환형 바이패스 유동 간격을 포함하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 환형 바이패스 유동 간격은 폭이 1 내지 5 mm, 선택적으로 3 mm인, 장치.
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