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KR102267445B1 - 오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR102267445B1
KR102267445B1 KR1020170019989A KR20170019989A KR102267445B1 KR 102267445 B1 KR102267445 B1 KR 102267445B1 KR 1020170019989 A KR1020170019989 A KR 1020170019989A KR 20170019989 A KR20170019989 A KR 20170019989A KR 102267445 B1 KR102267445 B1 KR 102267445B1
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회네 게르트
슈리히트 부르크하트
묄머 옌스
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질리카 페어파렌스테크니크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 오염물을 흡착하기 위한 적어도 하나의 흡착 모듈(1,1( a...n ),45)을 포함하는, 오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 장치에 관한 것이며, 흡착 모듈은 흡착 장치(19, 70)에서 이용되며, 흡착된 오염물의 탈착을 위하여 활성 탄소 섬유 매트(7)를 가열하기 위한 전류 회로(17)를 포함하는, 활성 탄소 섬유 매트(7)의 적어도 하나의 전기 전도성층, 및 활성 탄소 섬유 매트(7)를 불활성화하고 헹구기 위한 플러시 가스를 위하여, 흡착 모듈(1,1( a...n ),45)의 중심으로 루팅되고 유출 개구(35, 58)들을 가지는 분배 파이프(34, 57)를 포함한다.
본 발명의 목적은, 활성 탄소 섬유들 또는 활성 탄소 섬유 매트들이 모듈에서 그 축선 길이를 따라서 균일하게 탈착 온도로 가열될 수 있고, 관통하는 가스의 방사 유동 동안 균일한 압력 분포가 달성되며, 활성 탄소 섬유 매트들의 기계적 안정성이 증가되는 한편, 동시에 효율, 안전성, 및 비용 효과가 개선되는, 오염 물질이 함유된 가스를 처리하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 전기 전도성 물질로 만들어진
이러한 것은, 흡착 모듈(1,1( a...n ),45)이, 가스 유입측에서, 가스 유입 개구(4)들을 구비하고 내부층(3)으로 형성되고, 가스 유출측에서, 가스 유출 개구(6)들을 구비하고 외부층(5)으로 형성되며, 상기 내부 및 외부층(3, 5)들에 의해 압축된 상태로 홀딩되는 활성 탄소 섬유 매트(7)로 형성되는 적어도 하나의 활성 탄소 섬유 모듈(45( a...n ))을 포함하며, 외부층(5)은 내부층(3)과 비교하여 가스를 위한 큰 자유 유동 단면(Q2)을 가지며, 내부층과 외부층들(3, 5)은 서로에 대해 전기 절연되고 전압원(16)에 연결되며, 내부층과 외부층들(3, 5)은 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 랩-어라운드(48)와 함께 전류 회로(17)를 형성하며, 전류는 전류 회로에서 활성 탄소 섬유(AR)들의 방향에 대해 횡으로 활성 탄소 섬유들을 통해 흐르고, 활성 탄소 섬유들은 저항으로서 연결되는 것으로 달성된다.

Description

오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 디바이스 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR TREATING A GAS LADEN WITH POLLUTANTS}
본 발명은 오염물을 흡착하기 위한 적어도 하나의 흡착 모듈을 포함하며, 상기 흡착 모듈은 흡착 장치에서 이용되고, 활성 탄소 섬유 매트의 적어도 하나의 전기 전도성층을 포함하며, 흡착된 오염물의 탈착을 위하여 활성 탄소 섬유 매트를 가열하기 위한 전류 회로(electric current circuit)를 포함하고, 활성 탄소 섬유 매트를 불활성화하고 헹구기 위한 플러시 가스(flush gas)를 위하여, 흡착 모듈의 중심으로 루트가 정해지고(routed) 유출 개구들을 가지는 분배 파이프를 포함하는, 오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기에서, 가스는 흡착 장치 내에 있는 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(activated carbon fiber wrap-around)를 포함하는 적어도 하나의 흡착 모듈에 적용되며, 가스는 모듈의 축선 길이를 따라서 균일하게 분포되고, 이에 의해, 오염물은 활성 탄소 섬유들에 흡착되고, 오염물로 충전된(charged) 후에, 활성 탄소 섬유들은 전류가 전도시키는 것에 의해 활성 탄소 섬유들을 가열함으로써 재생되고, 오염물은 이어서 불활성 플러시 가스를 사용하여 활성 탄소 섬유들에서 제거된다.
종래 기술은 오랫동안 활성 탄소 상에서 가스에 함유된 오염물을 흡착하고, 새로운 흡착 공정을 위하여 이러한 활성 탄소를 재생하는 것을 포함한다. 이러한 목적을 위하여 이용되는 활성 탄소는 주로 고정 흡착층(fixed bed)들에서 과립으로 만들어진 충전재의 형태를 하거나, 또는 부직포 섬유, 직포 섬유, 또는 편직 섬유들의 형태를 하는 활성 탄소 섬유들이다.
DE 100 32 385 A1은 전류를 전도시키는 것에 의해 가열되는, 유기 물질이 함유된 전기 전도성 흡착제들을 재생하기 위한 방법을 기술한다. 전류가 전도하는 것에 의해 플러시 가스가 흡착제를 통해 전도되지 않고, 이어서 전류가 꺼져서 플러시 가스가 흡착제를 통해 전도되는 것으로, 흡착제는 교대로 시간적으로 연속하여 가열되며, 이러한 방식으로, 흡착된 유기 물질은 추출되고 흡착제는 동시에 냉각된다.
종래 기술은, 적어도 하나의 활성 탄소 섬유 요소를 포함하고 활성 탄소 섬유 요소가 전류에 의해 가열되는 흡착 유닛을 사용하여 흡착 및 재생하기 위한 방법을 또한 포함한다(EP 1 284 805 B1). 활성 탄소 섬유 요소는 활성 탄소 섬유 요소가 가열을 위하여 충분한 전기 저항을 형성하는 방식으로 디자인된다. 가스 유동은 가스 유동 중 적어도 하나의 성분을 선택적으로 흡착하기 위하여 가열된 활성 탄소 섬유 요소 내로 전도된다. 흡착된 성분은 전류 흐름을 사용하여 탈착을 위한 온도로 활성 탄소 섬유 요소의 온도의 제어 또는 조절의 수단에 의해 불활성 가스 유동의 존재 시에 탈착된다. 방법을 위한 흡착 시스템은 가열을 위한 전기 저항을 달성하기 위하여 충분한 단면 대 길이의 비를 가지는 적어도 하나의 세장형의 환형 활성 탄소 섬유 요소가 배치되는 중공 하우징을 포함하며, 환형 활성 탄소 섬유 요소는 활성 탄소 섬유 요소에 대한 전기 연결부 및 중공 하우징 내로 및 중공 하우징으로부터 가스의 유입 및 유출을 위한 가스 커넥터들을 포함하며, 가스 커넥터들은 가스가 중공의 활성 탄소 섬유 요소 내로 안내되어 이를 침투하고 체적을 통해 유동하는 방식으로 배치된다.
아울러, EP 0 532 814 B1은 적어도 하나의 구성 성분이 함유되는 유체를 처리하기 위한 디바이스를 기술한다. 이러한 공지의 디바이스는 흡착제에 의해 흡착 가능한 구성 성분을 흡착하도록 유체의 유동에 의해 횡단되는 흡착 물질로 만들어진 구조체를 가지며, 상기 구조체는 처리 용기에 배치된다. 디바이스는 주울-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)에 의해 흡착 물질을 주기적으로 재생하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 구조체의 층들 중 적어도 하나에 전류를 전도시키는 단계로 이루어진 탈착 위상 동안 구조체와 협동하기 위해 사용된다. 상기 구조체는 전기 전도성 섬유를 직조하는 것에 의해 얻어지는 전기 전도성 활성 탄소의 지그재그 형상으로 중첩되어 연결되는 층들을 포함한다. 층들은 서로 이격되어서, 처리될 유체가 층들을 관통하여 유동할 때 난류가 발생된다. 전류는 활성 탄소로 만들어진 층들의 단부들 또는 각각의 층의 단부들에 인가되는 전위차를 통해 섬유 방향으로(길이 방향으로) 섬유들을 통해 흐른다. 처리될 가스는 다공 파이프(perforated pipe)를 통하여 파이프 주위에 권취된 층들 내로 공급된다.
아울러, DE 41 04 513 C2는, 전기 전도성이며 흡착 물질이 탈착되는 온도로 전류의 수단에 의해 가열될 수 있는 흡착 물질로 만들어진 흡착기(adsorber)를 기술한다. 오염물 함유 유체가 유동할 수 있는 튜브, 중공 섬유, 또는 매트의 형태로 존재하는 가압 또는 섬유 활성 탄소는 흡착성의 전기 전도성 물질로서 사용된다. 튜브, 중공 섬유, 또는 매트들은 2개의 전극들 사이의 그 단부면들에서 클램핑되고, 전류는 튜브, 중공 섬유, 또는 매트를 통해 그 길이 방향으로 흐른다.
US 4 737 164 A는 가스로부터 휘발성 불순물을 회수하기 위한 방법을 개시하며, 가스는, 말아 올려지고(rolled up) 그 흡착 용량을 증가시키고 탈착을 위하여 DC 전류의 수단에 의해 가열되는 활성 탄소 섬유 직물을 통하여 유동한다. 말아 올려진 활성 탄소 섬유 직물은 그 단부면에서, DC 전압원에 연결된 전극에 연결된다.
아울러, DE 698 27 676 T2는 전기적으로 재생 가능한 공기 필터 매체를 개시하며, 필터 매체는 다음과 같은 것을 포함한다:
(A) 비허용 가능 유입 공기 유동(non-acceptable, inflowing air flow)으로부터 불순물의 흡착을 위한 탄소 섬유 복합 분자체(carbon fiber composite molecular sieve)를 포함하고, 허용 가능 공기 유동의 유출을 허용하는 전기 전도성 필터 매체로서, 탄소 섬유 복합 분자체로 만들어진 상기 탄소 매체는, 탄화 가능한 유기 결합제의 수단에 의해 개방된 투과성 구조에 결합되는 다중의 다공성 탄소 섬유(multiple porous carbon fiber)들을 추가로 함유하는 활성 탄소 섬유 복합 물질이며, 상기 복합 물질은 활성화 전에 대략 82-86%의 범위의 다공도(porosity) 및 1000 ㎡/g보다 큰 표면적을 가지는, 상기 전기 전도성 필터 매체;
(B) 흡착된 불순물을 필터 매체로부터 탈착하기 위하여 전류가 필터 매체를 통과하도록 하는, 전류를 위한 발전기를 포함하는 재생 수단; 및
(C) 탈착된 불순물을 허용 가능 공기로부터 멀리 전도시키기 위한 캡슐화 수단(encapsulation means).
이러한 모든 공지의 해결책들은 전류가 그 길이 방향 연장부(섬유 축들)를 따라서 활성 탄소 섬유들에 인가되며, 이에 의해, 흡착기 모듈에서활성 탄소 섬유들의 축선 길이를 따라서 활성 탄소 섬유들의 불균일한 가열이 유도되며, 그러므로, 활성 탄소 섬유들로부터 오염물의 탈착은 악영향을 미치며, 심지어 불완전한 채로 남아있을 수 있다는 결점을 가진다. 그러므로, 전기 재생을 이용하는 활성 탄소 섬유들의 매트, 중공 섬유들, 또는 튜브들을 가지는 흡착기 모듈들은 지금까지 성공하지 못하였다.
아울러, 활성 탄소 섬유들로 만들어진 중공 섬유들, 튜브들 또는 랩-어라운드 매트(wrapped-around mat)들을 가지는 이러한 흡착기 모듈들은 그 축선 길이를 따라서 가스의 상이한 압력 분포를 유도하며, 이러한 것은 국부적인 포화의 영역들을 가지는 불균일한 유동 프로파일 및 불균일한 충전을 유발하고, 이에 의해, 유동에 의해 횡단되도록 이용 가능한 흡착기 표면과 유동에 의해 실질적으로 횡단되는 흡착기 표면적의 빈약한 비율을 유발한다.
또한, 오염물 함유 가스가 활성 탄소 섬유들로 만들어진 매트들, 중공 섬유들, 또는 튜브들을 통하여 유동하는 동안 정전기 방전이 일어나며, 이러한 것은 제어되지 않은 전기 쇼크 및 방전이 화재를 유발하고 흡착 시스템의 안전성을 위태롭게 하는 위험을 유발한다.
또한, 활성 탄소 섬유들로 만들어진 중공 섬유들, 튜브들, 및 랩-어라운드 매트들은 충분한 기계적 안전성을 가지지 못하며, 보수유지 및 교체의 목적을 위한 취급이 용이하지 않다. 그러므로, 공지된 흡착기 모듈들은 간섭에 취약하고, 불만족스러운 효율을 가지며, 그러므로 궁극적으로 비용 효과가 없다.
이러한 종래 기술에 의해, 본 발명의 목적은, 활성 탄소 섬유들 또는 활성 탄소 섬유 매트들이 모듈에서 그 축선 길이를 따라서 탈착 온도로 균일하게 가열될 수 있고, 관통하는 가스의 반경 방향 유동(radial flow) 동안 균일한 압력 분포가 달성되며, 활성 탄소 섬유 매트들의 기계적 안정성이 증가되는 한편, 동시에 효율, 안전성, 및 비용 효과가 개선되는, 오염 물질이 함유된 가스를 처리하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 초기에 기술된 형태의 장치와, 청구항 제20항의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 유익한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 해결책은 모듈의 축선 길이를 따라서 균일한 가열을 달성하기 위하여 그 길이 방향 연장부에 대해 횡으로 활성 탄소 섬유층 또는 매트에 전류를 인가하고, 전류 흐름의 방향을 내측으로부터 외측으로의 가스 유동의 방향과 정렬하는 발견에 기초하며, 이에 의해, 활성 탄소 섬유 매트 또는 랩-어라운드를 균일하게 충전하고 탈착하기 위하여 유동 동안 균일한 압력 분포가 동시에 보장된다.
이러한 것은, 흡착 장치가 적어도 하나의 활성 탄소 섬유 모듈을 포함하며, 상기 활성 탄소 섬유 모듈은, 가스 유입측에서, 가스 유입 개구들을 구비하고 전기 전도성 물질로 만들어진 내부층으로 형성되고, 가스 유출측에서, 가스 유출 개구들을 구비하고 전기 전도성 물질로 만들어진 외부층으로 형성되며, 상기 내부 및 외부층들에 의해 압축된 상태로 홀딩되는 활성 탄소 섬유 매트로 형성되며, 상기 외부층은 상기 내부층과 비교하여 가스를 위한 큰 자유 유동 단면(free flow cross section)을 가지며, 상기 내부 및 상기 외부층들은 서로에 대해 전기 절연되고 전압원에 연결되며, 상기 내부 및 상기 외부층들은 활성 탄소 섬유 매트 또는 랩-어라운드와 함께 전류 회로를 형성하며, 전류는 상기 전류 회로에서 상기 활성 탄소 섬유들의 방향에 대해 횡으로 상기 활성 탄소 섬유들을 통해 흐르고, 상기 활성 탄소 섬유들은 저항으로서 연결되는 것으로, 달성된다.
본 발명의 디바이스의 하나의 특히 바람직한 실시예에 따라서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈은:
a) 상기 내부층으로서, 전기 전도성 물질을 포함하고 개구들을 구비하는 내부 원통형 중공체로서, 상기 개구들은 상기 중공체의 길이 방향 축에 대해 횡으로 가스의 자유 통행을 위하여 상기 중공체의 외부면에 걸쳐서 균일하게 분포되고 상기 외부면의 면적의 5% 내지 80%인 유동 단면을 가지는, 상기 내부 원통형 중공체;
b) 상기 활성 탄소 섬유 매트로서, 상기 내부 중공체 주위에 배치된 적어도 하나의 활성 탄소 섬유 랩-어라운드;
c) 상기 외부층으로서, 외측에서 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 둘러싸고 전기 전도성 물질을 포함하고 개구들을 구비하는 원통형 중공체로서, 상기 개구들은 상기 길이 방향 축에 대해 횡으로 가스의 자유 통행을 위하여 상기 중공체의 외부면에 걸쳐서 균일하게 분포되며 상기 중공체의 외부면의 면적의 50% 내지 95%인 유동 단면을 가지며, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드는 반경 방향으로 압축되어 불투과성, 전기 전도성 상태로 상기 내부 및 외부 중공체들 사이에서 홀딩되는, 상기 원통형 중공체; 및
d) 상기 내부 및 외부 중공체들의 전기 절연부를 포함하며, 상기 내부 중공체와 외부 중공체는 상기 전압원에 연결되고 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드와 함께 상기 전류 회로를 형성하며, 전류는 상기 전류 회로에서 상기 활성 탄소 섬유들의 방향에 대해 횡으로 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 통하여 흐르고, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드는 저항으로서 연결된다.
본 발명에 따른 디바이스의 하나의 유익한 실시예에서, 상기 내부 및 상기 외부층들 또는 상기 내부 및 외부 중공체들은, 활성 탄소 섬유들에 흡착된 오염물에 의존하여, 구리, 알루미늄 및 그 합금, 철 또는 비합금강, 스테인리스강, 니켈계 합금(하스텔로이), 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 얇은 금속성 슬롯-, 체(sieve)-, 다공 플레이트(perforated plate)- 또는 그레이팅형 물질(grating-like material)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 하나의 추가적인 바람직한 실시예에 따라서, 상기 모듈의 상기 내부 및 상기 외부층들 또는 상기 내부 및 외부 중공체들이 상기 흡착 장치에 있는 홀더 또는 수용 베이스(accommodating base)에 전기 비전도성으로 고정되는 것이 제공된다. 이러한 것은 상기 내부 및 상기 외부층들 또는 상기 내부 및 외부 중공체들이 서로에 대해 전기 절연되는 것을 보장한다.
상기 내부층 또는 상기 내부 중공체가 상기 전압원의 양극 또는 음극을 위한 커넥터를 포함하고, 상기 외부층 또는 상기 외부 중공체가 음극 또는 양극을 위한 커넥터를 가지며, 상기 전압원이 DC 전압원이며, 상기 음극과 상기 양극 사이에서 그 전위차가 상기 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드의 두께에 의존하여, 그리고 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착된 오염물의 탈착 온도에 의존하여 10 V 내지 400 V에서 선택되는 것은 특히 중요하다.
상기 내부 및 상기 외부층들 또는 상기 내부 및 외부 중공체들은, 그 전압 및 주파수가 상기 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드의 두께에 의존하여, 그리고 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착된 오염물의 탈착 온도에 의존하여 선택되는 AC 전원을 위한 커넥터들을 또한 포함할 수 있다.
활성 탄소 섬유 매트들 또는 랩-어라운드들의 형태에 의존하여, 본 발명에 따른 모듈들은 예를 들어 방향족 화합물, 에스테르, 파라핀족 탄화수소, 할로겐족 탄화수소 등과 같은 무극성 물질(nonpolar substances)과 같은 다른 오염물들에 용이하게 조정될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 하나의 추가적인 바람직한 실시예에 따라서, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드의 반경 방향 압축을 위한 외부 중공체는 상기 활성 탄소 섬유 매트의 랩-어라운드층의 외경보다 0.01배 내지 0.4배 작은 내경을 가진다. 이러한 것은 랩-어라운드층들 사이에 실질적인 중공의 공간을 형성함이 없이 불투과성, 전기 전도성 상태를 유지하는 것을 가능하게 한다.
상기 커넥터들이 연결 라인들을 통하여 DC 또는 AC 전원에 연결되며, 상기 연결 라인들은 자립 가능하고, 기밀성 및 압력 밀착성(pressure-tight) 및 전기 절연된 방식으로 상기 흡착 모듈의 베이스를 통하여 또는 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 상기 내부 중공체의 베이스 플레이트 및 상기 흡착 장치의 베젤 케이싱(vessel casing)을 통하여 루트가 정해지며, 오염물 함유 가스가 상기 연결 라인들을 통하여 유동함에 따라서, 상기 연결 라인들은 정전기 방전을 흘려보내기 위하여 상기 활성 탄소 섬유들 상에서 오염물들의 흡착 동안 스위치들을 통하여 상기 흡착 장치의 접지 연결부에 연결되고, 흡착된 오염물의 탈착 동안 상기 스위치들을 통하여 상기 접지 연결부로부터 전기적으로 분리되는 것이 또한 유익하다.
이러한 것은 정전기 방전, 섬락(flashover), 및 심지어 화재로부터 본 발명에 따른 모듈을 보호하기 위해 중요하다.
본 발명의 하나의 추가의 바람직한 실시예에서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 상기 외부 중공체는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 가열하기 위한 고주파 자기장을 생성하기 위하여 상기 AC 전원에 연결된 인덕터에 의해 둘러싸일 수 있다.
흡착 용량에 대하여, 상기 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드가 6 ㎛ 내지 50 ㎛의 섬유 지름, 3 ㎜ 내지 150 ㎜의 섬유 길이를 가지는 활성 탄소 섬유 직물로 형성되고 3 내지 300개의 층들로 형성되는 것은 특히 중요하다. 가스 유동이 흡착 및 탈착 동안 내부로부터 외부를 향하여 동일하거나 또는 그 반대이면, 흡착 및 탈착 동안 흡착 및 탈착 표면적의 더욱 양호한 사용이 만들어지며, 탈착은 더욱 균일한 가열로 인하여 더욱 완전하고 효율적이다. 상기 활성 탄소 섬유들의 많은 수의 미세 기공들이 물질 이동 속도(mass-transfer rate)에서 상당한 증가를 유발하며, 그러므로, 처리될 가스에 대해 낮은 분압이 주어지면, 활성 탄소 섬유 직물의 적은 수의 층들만이 높은 흡착 능력을 달성하기 위해 필요하다.
본 발명의 하나의 추가의 바람직한 실시예에서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈은 상업적으로 시판되는 활성 탄소 섬유 직물의 제조 폭(manufactured width)에 대응하는 축선 길이를 가지며, 이러한 방식에 의해, 상당한 폐기물없이 활성 탄소 섬유 직물의 완전한 사용을 만드는 것이 가능한 것이 제공된다.
본 발명으로부터 벗어남이 없이, 제조 폭들을 가지는 다수의 랩-어라운드들은 서로 연결될 수 있으며, 그 인접한 가장자리들에서의 미제어된 불균일한 가스 유동은 스트립의 수단에 의해 방지되고, 랩-어라운드들은 제조 폭들을 가지는 연결된 랩-어라운드들의 제조 폭과 수의 제품에 대응하는 축선 길이를 함께 가진다. 이러한 방식으로, 머지 않아 특정 적용에 따라서 상이한 축선 길이들을 가지는 활성 탄소 섬유 모듈들이 제공될 수 있다.
활성 탄소 섬유 직물의 짧은 제조 폭(200 ㎜ 미만)들의 경우에, 상이한 축선 길이들을 가지는 활성 탄소 섬유 모듈들은 필터 캔들(filter candle)의 경우와 마찬가지로 내부 중공체 주위에서 가교된 방식으로 둘러싸인 활성 탄소 섬유들의 적어도 2개, 바람직하게 3 내지 8개의 층들을 구비할 수 있다.
상기 중공체들 사이에 홀딩되는 상기 활성 탄소 섬유 매트가 교체될 수 있고, 그러므로, 새로운 활성 탄소 섬유 랩-어라운드가 필요에 따라서 상기 활성 탄소 섬유 모듈에 설치될 수 있는 것은 또한 유익하다.
이러한 것은 섬유 지름과 그 흡착 비표면적(specific adsorption surface area) 모두에 대하여 활성 탄소 섬유 모듈를 다른 활성 탄소 섬유 랩-어라운드로 전환할 가능성을 유발한다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 상기 플러시 가스를 위한 상기 분배 파이프는 흡착 모듈 또는 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 길이 방향 축에 배치되고, 그러므로, 상기 플러시 가스는, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드에 플러시 가스를 균일하게 도포하고 상기 모듈로부터 탈착된 오염물을 제거하기 위하여, 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 축선 길이를 따라서 균일하게 분포된, 상기 분배 파이프에 있는 유출 개구들을 통하여 상기 내부 중공체 상으로 안내될 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 흡착 모듈은 기하학적 면적이라는 면에서, 각각의 경우에 2개의 샌드위치 플레이트들로 이루어지며, 상기 샌드위치 플레이트들은 베이스에 대해 외향 경사지고 가스 투과성이며, 전기 전도성 물질로 만들어지고 가스 유입측에 있는 가스 유입 개구들을 구비한 상기 내부층, 상기 활성 탄소 섬유 매트, 및 전기 전도성 물질로 만들어지고 가스 유출측에 있는 가스 유출 개구들을 구비한 상기 외부층으로 형성되며, 상기 샌드위치 플레이트들은 압력 밀착성, 기밀성 및 전기 비전도성으로, 저부에서 상기 베이스에, 상부에서 상기 흡착 장치의 홀더에 고정되며, 3차원 폐쇄 사다리꼴로서 디자인되는 처리 섹션(treatment section)을 둘러싸고, 상기 처리 섹션에서, 상기 플러시 가스를 위한 분배 파이프는 상기 흡착 모듈의 베이스 가까이까지 상기 흡착 모듈의 길이 방향 축을 따라서 루트가 정해진다.
또한, 본 발명에 따라서, 매우 높은 가스 처리율의 경우에, 다수의 흡착 모듈들은 3차원 평행 사변형으로서 디자인된 흡착 장치에서 가스 유동에서 일렬로 수평으로, 그러나, 평행하게 배치될 수 있으며, 가스 유입 연결편(gas inlet connection piece)은 흡착 장치의 단부면에서 흡착 모듈들 위에 배치되고, 가스 유출 연결편(gas outlet connection piece)은 흡착 장치의 다른 단부면에서 흡착 모듈 아래에 배치되며, 탈착을 위한 상기 유출 연결편은 흡착 장치의 베젤 케이싱의 가장 낮은 지점에 배치된다.
본 발명의 하나의 특히 바람직한 실시예에 따라서, 다수의 활성 탄소 섬유 모듈들은 수용 베이스 상에서 삼각형 또는 사각형 피치(triangular or quadrangular pitch)로 홀딩되며, 상기 수용 베이스는 장치 축에 직각으로 배향되고 기밀성 및 압력 밀착성 및 전기 비전도성 방식으로 상기 흡착 장치에 고정되며, 상기 활성 탄소 섬유 모듈들의 상기 내부 및 외부 중공체들은 서로에 대해 전기 절연되고, 모든 내부 중공체는 처리 섹션을 둘러싸고, 상기 처리 섹션에서, 상기 분배 파이프는 각각의 경우에 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 베이스 플레이트 가까이까지 상기 길이 방향 축을 따라서 루트가 정해진다.
전체 흡착 장치는 대응하는 모듈들을 사용하여 수평으로 또는 수직으로 디자인될 수 있다. 본 발명으로부터 벗어남이 없이, 매우 높은 가스 처리율 및 제한된 길이를 가지는 활성 탄소 섬유 모듈들의 경우에, 상기 흡착 장치에서 거울상 배열(mirror-image arrangement)로 상기 모듈들을 설치하는 것이 또한 가능하고, 미처리 가스(raw gas)는 상기 흡착 장치의 양쪽 단부면들에서 축방향으로 들어오고, 정화된 가스는 바람직하게 서로 마주하여 위치된 2개의 가스 유출편들을 통하여 상기 흡착 장치의 중심에서 빠져나가며, 탈착을 위한 유출 연결편은 상기 흡착 장치의 베젤 케이싱에 배치된다.
본 발명은 다음의 단계들을 가지는 방법에 의해 또한 달성된다:
a) 내부 전기 전도성층 또는 내부 전기 전도성 중공체 및 외부 전기 전도성층 또는 외부 전기 전도성 중공체)에 의해 압축된 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 통해 가스를 전도하는 단계로서, 상기 외부층은 상기 내부층의 자유 유동 단면보다 크고 길이 방향 축에 대해 횡단하는, 가스를 위한 자유 유동 단면을 가지거나, 또는 상기 외부 중공체는 상기 내부 중공체의 자유 유동 단면보다 크고 길이 방향 축에 대해 횡단하는, 가스를 위한 자유 유동 단면을 가지는 단계;
b) 오염물을 탈착하는 목적을 위하여 가열 동안, 상기 활성 탄소 섬유들의 방향에 대해 횡으로, 상기 활성 탄소 섬유 매트 또는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 통해 전류가 반경 방향으로 흐르는 전류 회로를 상기 내부 및 상기 외부층들 또는 상기 내부 및 상기 외부 중공체들 사이에 형성하는 단계.
본 발명에 따른 방법의 하나의 실시예에서, 상기 층들 또는 상기 중공체들의 자유 유동 단면이 내측으로부터 외측으로, 102%로부터 최대 300%까지 증가하는 것이 제공된다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 실시예에서, 흡착 모듈은 샌드위치 플레이트들을 포함하거나, 또는, 바람직하게 활성 탄소 섬유 모듈은 DC 전류 또는 저주파수 AC 전류가 인가되는 흡착 모듈로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈은 다음의 단계들을 사용하여 제조된다:
a) 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 내부 및 외부층들로서 서로 매칭되는 상이한 치수를 가지는 내부 및 외부 중공체들을 형성하도록 얇은 금속성 슬롯-, 체-, 다공 플레이트- 또는 그레이팅형 물질을 압연하고 연결하는 단계;
b) 활성 탄소 섬유 매트로 만들어진 적어도 하나의 랩-어라운드층으로 상기 내부 중공체를 둘러싸고 상기 랩-어라운드층을 고정하는 단계로서, 상기 활성 탄소 섬유 매트의 제조 폭이 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 축선 길이를 결정하는 단계; 및
c) 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드 상으로 상기 외부 중공체를 축선 방향으로 슬라이딩시키는 것에 의해 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 반경 방향으로 압축하는 단계로서, 상기 외부 중공체는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드의 외경보다 0.01배 내지 0.4배 작은 내경을 가지며, 그러므로, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드가 반경 방향으로 압축되고, 또한 섬유들의 가로 방향으로 불투과성, 전기 전도성 상태로 홀딩되는 단계.
본 발명에 따른 방법의 추가의 유익한 실시예에 따라서, 구리, 알루미늄, 마그네슘 및 그 합금, 철, 비합금강, 스테인리스강, 니켈계 합금(하스텔로이), 티타늄 또는 티타늄 합금이 오염물의 형태 및 농도에 의존하여 상기 샌드위치 모듈의 내부 및 외부층들 또는 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 내부 및 외부 중공체들을 위한 얇은 금속성 물질로서 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 편리한 추가의 실시예에서, 상기 모듈들에 있는 오염물 함유 활성 탄소 섬유들을 불활성화하고 이어서 재생하기 위하여, 상기 흡착 장치는 초기에 0.1 bar 내지 1.0 bar의 과압(overpressure)까지 질소로 가압되고, 이어서 감압되며, 가압 및 감압은 상기 흡착 장치에서의 산소 함유량이 < 5%로 강하될 때까지 수회 반복되고, 상기 모듈은 그런 다음 상기 활성 탄소 섬유들로부터 오염물을 탈착하기 위하여 플러시 가스로 헹궈지고 전류 회로에서 스위칭하는 것에 의해 탈착 온도로 가열되며, 상기 헹굼 및 가열은 또한 다수의 간격으로 수행될 수 있다.
불활성 가스, 바람직하게 질소가 플러시 가스로서 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 효율에 대하여, 흡착 또는 탈착의 유동 방향이 동일하거나 또는 반대인지가 전기 재생으로 인하여 중요하지 않다는 것은 중요하다. 전류가 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 통해 그 길이 방향으로 흐르지 않고 오히려 가로 방향으로 유동하는 것을 고려하면, 활성 탄소 섬유 매트의 더욱 균일한 가열이 달성될 수 있다. 다시 말하면, 활성 탄소 섬유 매트의 길이가 아닌 두께가 전기 저항을 결정한다.
추가의 장점 및 상세는 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은 몇몇 예시적인 실시예를 참조하여 다음에 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 가스 유입측으로부터 샌드위치 플레이트의 실시예에 있는 흡착 모듈의 사시도;
도 2는 가스 유출측으로부터 샌드위치 플레이트의 실시예에 있는 흡착 모듈의 사시도;
도 3은 흡착 장치에 있는 본 발명에 따른 디바이스의, 샌드위치 플레이트들을 포함하는 흡착 모듈들의 배열의 개략도;
도 4a 및 도 4b는 흡착 장치에서 샌드위치 플레이트들의 절연부를 고정하는 상세 A 및 B를 도시한 도면;
도 5는 활성 탄소 섬유 모듈의 사시도;
도 6은 도 5의 라인 A-A를 따라서 취한 단면도;
도 7은 전압원에 대한 절연 및 전기 연결을 포함하는 본 발명에 따른 디바이스의 활성 탄소 섬유 모듈의 개략 단면도;
도 8a 및 도 8b는 흡착 장치에서 활성 탄소 섬유 모듈의 중공체들의 고정 및 절연을 도시하는 상세 C 및 D를 도시한 도면;
도 9는 흡착 및 탈착 동안의 회로를 포함하는, 전기 커넥터 및 정전기 방전에 대한 전위 균등화(potential equalization)를 가지는 흡착 장치에 있는 수용 베이스 상에서 활성 탄소 섬유 모듈의 배열의 개략도;
도 10a 내지 도 10c는 상이한 축선 길이들을 가지는 활성 탄소 섬유 모듈들의 변형을 도시한 도면; 및
도 11은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 활성 탄소 섬유 모듈들을 포함하는 흡착 장치의 개략도.
예 1
도 1 및 도 2는 샌드위치 플레이트(2)의 형태를 하는 흡착 모듈(1)의 사시도를 도시한다. 샌드위치 플레이트(2)는 전기 전도성 물질로 만들어지고 가스 유입 개구(4)들을 가지는 얇은 내부층(3), 전기 전도성 물질로 만들어지고 가스 유출 개구(6)들을 가지는 얇은 외부층(5)(도 2 참조), 및 내부층(3)과 외부층(5) 사이에 배치되고 압축된 3개의 층들에 의해 전기 전도성 상태로 홀딩되는 활성 탄소 섬유 매트(7)를 포함한다. 내부층(3)과 외부층(5)은 각각 다공 플레이트(8 및 9)를 포함한다(도 2 참조).
샌드위치 플레이트(2)의 길이 방향 측부들과 단부면들은 커버 플레이트(DB)들에 의해 기밀성 방식으로 폐쇄된다.
내부 다공 플레이트(8)는 활성 탄소 섬유 매트(7) 내로 미처리된 가스를 위한 자유 유동 단면(Q1)을 가지며, 자유 유동 단면은 다공 플레이트(8)에 있는 모든 가스 유입 개구(4)들의 합으로부터 생긴다. 마찬가지로, 외부 다공 플레이트(9)는 다공 플레이트(9)에 있는 모든 가스 유출 개구(6)들의 합으로부터 생기는 자유 유동 단면(Q2)을 가진다.
자유 유동 단면(Q1 및 Q2)들은 다공 플레이트(8 및 9)들의 표면 내로 슬롯들 또는 구멍(10)들을 도입하는 것에 의해 얻어지며, 내부면(5)의 자유 유동 단면(Q1)은 다공 플레이트(8)의 표면의 80%까지이며, 다공 플레이트(9)의 외부면의 자유 유동 단면(Q2)은 50% 내지 95%이며, 즉, 자유 유동 단면은 내측으로부터 외측을 향해 증가한다.
내부 및 외부 다공 플레이트(8 및 9)들은 충전 및 모듈들의 기계적 안정성에 의존하는 물질 두께를 각각 가지며, 전기 전도성 물질, 바람직하게 구리로 구성된다. 상기 물질은 활성 탄소 섬유들에 흡착되는 오염물들에 의존하여 알루미늄, 마그네슘 또는 그 합금, 철, 비합금강, 스테인리스강, 니켈계 합금(하스텔로이), 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 또한 선택될 수 있다.
활성 탄소 섬유 매트(7)는, 예를 들어 100 ㎜의 두께로 존재할 수 있고 6 ㎛ 내지 50 ㎛의 섬유 지름, > 600 ㎡/g 내지 > 3000 ㎡/g의 비흡착 표면적, 및 20 ㎝ 내지 150 ㎝의 제조 폭(KB)을 가지는 활성 탄소 섬유 직물, 부직포 섬유, 편직 섬유, 또는 펠트의 다수의, 예를 들어 3 내지 300, 바람직하게 150개의 층들을 포함한다.
그 사이에 활성 탄소 섬유 매트(7)가 위치될 수 있는 내부 및 외부 다공 플레이트(8 및 9)들은 전기 비전도성인 스페이서(11)들에 의해 거리(AB)만큼 서로 이격되어 홀딩되며, 스페이서들은 다공 플레이트(8 및 9)들의 길이 방향 측부(LS)들을 따라서 배치되고, 그 각각은 다공 플레이트들에 고정된다.
거리(AB)는 활성 탄소 섬유 매트(7)의 두께(d)보다 대략 0.01배 내지 0.4배 작은 방식으로 크기화되고, 그러므로, 활성 탄소 섬유 매트(7)의 활성 탄소 섬유층들은, 활성 탄소 섬유들이 샌드위치 플레이트(2)의 길이 및 가로 방향으로 서로 접촉하여 섬유 방향에 대해 횡으로 전류를 또한 전도시킬 수 있는 범위까지 샌드위치 플레이트(2)의 제조(조립) 동안 압축된다.
내부 다공 플레이트(8)는 그 상부 가로 방향 측부(QS)에 있는 커넥터(12)를 포함하며, 외부 다공 플레이트(9)는 내부 다공 플레이트(8)의 가로 방향 측부(QS) 반대편에 있는 그 하부 가로 방향 측부(QS1) 상에 있는 커넥터(13)를 가지며, 커넥터(12 및 13)들 또는 커넥터(15 및 16)들은 전원을 위한 커넥터들이며, 그러므로, 내부 다공 플레이트(8), 활성 탄소 섬유 매트(7), 및 외부 다공 플레이트(9)는 스위치(18)를 통해 켜지거나 또는 꺼질 수 있는 전류 회로(17)를 가로 방향으로 형성한다.
전류 회로(17)는 400 V까지의 DC 전압 및 AC 전압을 위해 디자인된다.
처리될 가스(Gu)의 유동 방향(Su), 및 탈착된 가스(Gb)의 유동 방향(SB)은 화살표를 사용하여 도 1 및 도 2에서 표시되고, 동일한 방향을 가진다.
다수의 흡착 모듈(1(a...n))들을 도시하는 도 3을 지금 참조하여, 흡착 모듈들은 흡착 장치(19)에서 일렬로 차례로 수평으로 배치되고, 가스 유동은 흡착 모듈들을 통해 평행하게 유동한다. 흡착 모듈(1(a...n))들은 2개의 샌드위치 플레이트(2)들을 각각 포함하며, 샌드위치 플레이트들은 베이스(20)에 대해 외향 경사지며, 축선 길이(L)를 가지는 하나의 사다리꼴의 폐쇄 처리 섹션(21)의 범위를 정한다. 2개의 샌드위치 플레이트(2)들의 외부 다공 플레이트(9)들은 베이스(20)에 의해 저부측에서 기밀성 방식으로 서로에 대해 폐쇄된다. 예를 들어, 흡착 모듈(1a 및 1b)들과 같이, 열에서 서로 인접하는 흡착 모듈들의 외부 다공 플레이트(9)들는 연결 플레이트(22)의 수단에 의해 상부에서 서로 연결되고, 연결 플레이트는 흡착 장치(19)에 고정된 홀더(23)에 전기 절연된 방식으로 놓인다.
베이스(20)와 연결 플레이트(22)는 이용되는 다공 플레이트(9)의 물질과 일치하는 얇은 물질로 구성된다.
적절한 방식으로, 각각의 흡착 모듈(1(a...n))의 2개의 외부 다공 플레이트(9)들은 저부측에서 베이스(20)에 용접되고, 상부측 연결 플레이트(22)는 열에서 서로 인접하는 2개의 흡착 모듈들의 외부 다공 플레이트(9)들에 용접된다. 물론, 본 발명으로부터 벗어남이 없이, 외부층(5), 즉 다공 플레이트(9)가 사다리꼴 프로파일의 형태로 제공되며, 그 측벽들은 구멍(10)들을 구비한다.
흡착 장치(19)는 3차원 평행 사변형(24)으로서 디자인되며, 오염물 함유 가스(Gu)를 위한 가스 유입 연결편(25)은 일렬로 배치되는 흡착 모듈(1a 내지 1d)들 위에서 흡착 장치(19)의 단부면(26)에 수평으로 위치된다. 가스 유출 연결편(27)은 흡착 장치(19)의 다른 단부면(28)에서 가장 낮은 지점(P) 위에 있는 흡착 모듈(1(a...n)) 아래에 위치된다.
축적되는 액체 또는 가스 탈착물을 위한 유출 연결편(30)은 가장 낮은 지점(P)에서 흡착 장치(19)의 베젤 케이싱(29)에 배치된다. 흡착 장치(19)에 들어가는 가스 유동은 미처리 가스(Gu)가 흡착 모듈(1(a...n))들의 유입 영역(32)들을 통하여 처리 섹션(21)들 내로 대략 수직으로 안내되는 방식으로 3차원 평행 사변형(24)의 상부의 내부 베젤 벽(31)에서 반사된다. 가스(Gu)는 그런 다음 오염물의 흡착을 위하여 내부 다공 플레이트(8)에서 균일하게 분포된 구멍(10)들 또는 슬롯들을 통해 활성 탄소 섬유 매트(7)에 들어가고, 내측으로부터 외측으로 가로 방향으로 활성 탄소 섬유 매트(7)를 통해 유동하고, 특히 외부 다공 플레이트(9)에 있는 구멍(10)들을 통하여 흡착 모듈(1(a...n))들을 빠져나간다(도 1 및 도 2 참조).
플러시 가스, 바람직하게 질소를 위한 분배 파이프(34)는 공통 공급 라인(33)에 연결되고, 일렬로 배치된 흡착 모듈(1(a...n))들의 각각의 처리 섹션(21) 내로 루트가 정해지며, 흡착 모듈(1(a...n))들의 길이 방향 축(LA)을 따라서 베이스(20) 가까이까지 연장한다. 분배 파이프(34)는 그 단부가 폐쇄되고, 그 외부면에 걸쳐서 균일하게 분포된 플러시 가스를 위한 유출 개구(35)들을 가진다. 이러한 것은 플러시 가스가 활성 탄소 섬유 매트(7) 상에 균일하게 분포되고 탈착된 오염물이 활성 탄소 매트(7)에 걸쳐서 고르게 제거되는 것을 보장한다.
유동 커넥터는 도 1 및 도 2에 도시된 커넥터에 대응한다.
도 4a 및 도 4b는 활성 탄소 섬유 모듈들의 내부 및 외부 다공 플레이트(8 및 9)들의 서로에 대한 전기 절연 및 흡착 장치(19)에서의 그 고정의 상세를 도시한다.
흡착 장치(19)의 단부면(26)을 마주하는 외부 다공 플레이트(9)는 그 상부측에 외향하여 굽어진 다리(36)를 가지며, 외향하여 굽어진 다리는 스크루 피팅(screw fitting)(39)의 수단에 의해 상부의 전기 비전도성인 연결 플레이트(37)와 하부의 절연 플레이트(38), 예를 들어 테프론 또는 폴리에틸렌 플레이트 사이에서 홀딩되며, 하부 절연층(38)은 흡착 장치(19)에 고정된 홀더(23)에 놓여진다.
활성 탄소 섬유 매트(7)를 가지는 내부 다공 플레이트(8)가 그 단부면에 놓이는 하부 절연 플레이트(40)는 각각의 흡착 모듈(1(a...n))의 베이스(20)에 배치되고, 그러므로, 내부 다공 플레이트(8)와 외부 다공 플레이트(9)는 서로에 대해 전기 절연된다. 절연 플레이트(40)는 바람직하게 테프론 또는 폴리에틸렌으로 만들어진다.
인접한 외부 다공 플레이트(9)들의 상부측 연결 플레이트(22)는 상부 절연 플레이트(41)의 수단에 의해 내부 다공 플레이트(8)에 대해, 하부 절연 플레이트(42)의 수단에 의해 홀더(23)에 대해 전기 절연된다(도 3 참조).
그러므로, 전압원(16)으로부터 내부 다공 플레이트(8)의 커넥터(12) 및 외부 다공 플레이트(9)의 커넥터(13)에 인가되는 전류 회로(17)에서의 전류는 활성 탄소 섬유 매트(7)를 통하여 내측으로부터 외측으로 또는 그 반대로 가로 방향으로만 흐를 수 있다. 전압원(16)에 의해 전달되는, 극(15 및 14)들 사이의 전위차는 활성 탄소 섬유 매트(7)의 두께(d), 오염물을 위해 요구되는 탈착 온도, 및 미처리된 가스에서 오염물의 농도에 의존하여 선택된다. 전위차는 10 V 내지 400 V일 수 있다.
커넥터(12 및 13)들은 특정 흡착 모듈(1(a...n))의 베이스(20)와 흡착 장치(19)의 베젤 케이싱(29)을 통하여, 기밀성 방식으로 루트가 정해지는 전기적으로 비절연된 연결 라인(44)들의 수단에 의해 스위치(43)를 통하여 전압원(16)에 연결된다.
본 예에서, 본 발명에 따른 방법은 다음과 같이 실시된다. 미처리 가스(Gu), 예를 들어 헥산 함유 배기 가스는 일렬로 배치된 흡착 모듈(1(a...n))들 위에서 수평 유동 방향으로 배치된 가스 유입 연결편(25)을 통해 흡착 장치(19)로 공급되고, 흡착 모듈(1(a...n))들의 특정 처리 섹션(21)들 내로 안내된다. 미처리 가스(Gu)는 내부 다공 플레이트(8)의 구멍(10)들을 통하여 오염물 흡착 활성 탄소 섬유 매트(7) 내로 유동하고, 정화 가스 유동(GB)으로서 외부 다공 플레이트(9)의 구멍(10)들을 통하여 이러한 매트를 빠져나간다. 그러므로, 본 예에서, 흡착은 활성 탄소 섬유 매트(7)를 통해 가로 방향으로 내측으로부터 외측을 향해 일어난다.
활성 탄소 섬유 매트(7)의 전체 표면적은 배출 공기에서의 오염물 농도에 의존하여 선택되고, 예를 들어 1000 ㎥/h의 공기 체적, 35 mbar의 동작 압력, +254℃의 온도, 및 100 ㎎/㎥의 오염물 농도가 주어지면 대략 9 ㎡이다.
활성 탄소 섬유 매트(7)가 충전된 후에, 미처리 가스(Gu)의 공급은 도시되지 않은 밸브에 의해 중단되고, 흡착으로부터 재생으로의 전환이 실시된다. 이러한 목적을 위하여, < 5%의 최대 산소 함유량을 가지는 플러시 가스, 본 예에서 질소는 분배 파이프(34)를 통하여 각각의 처리 섹션(21)의 중심으로 전도되고, 활성 탄소 섬유 매트(7) 내로 균일하게 분포되며, 흡착 장치는 이에 의해 불활성화된다. 활성 탄소 섬유 매트(7)는 이어서 탈착 온도로 가열된다. 가열은 전기적으로 일어나고, 즉, 내부 다공 플레이트(8), 활성 탄소 섬유 매트(7), 및 외부 다공 플레이트(9)를 포함하는 전류 회로(17)가 켜지고, 그러므로, 전류는 내부 다공 플레이트(8)로부터 활성 탄소 섬유 매트(7)를 통해 가로 방향으로 외부 다공 플레이트(9)로 흐른다. w전력의 레벨은 오염물을 위해 요구되는 탈착 온도, 가스에서의 오염물의 농도에 의존하여 선택된다. 본 예의 조건 하에서, 레벨은 대략 5 ㎾이다.
예 2
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 형태를 하는 흡착 모듈(45)의 특히 바람직한 실시예의 사시도 및 개략도들을 도시한다. 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))은 내부 원통형 중공체(46), 외부 원통형 중공체(47), 및 내부 중공체(46)와 외부 중공체(47) 사이에 배치된 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 포함한다. 내측으로부터 외측을 향하여 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 통한 반경 방향 가스 유동이 도 6에 도시된다.
내부 중공체(46)와 외부 중공체(47)는 전기 전도성 물질, 바람직하게 구리로 구성된다. 미처리된 가스에서의 오염물의 형태와 농도에 의존하여, 중공체(47)를 위한 전기 전도성 물질은 알루미늄, 마그네슘 또는 그 합금, 철, 미합금강, 스테인리스강, 니켈계 합금(하스텔로이) 또는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 또한 선택될 수 있다.
내부 중공체(46)의 치수들은 예를 들어 1 ㎜ 내지 2.5 ㎜의 벽 두께, 80 ㎜ 내지 600 ㎜의 지름, 및 1400 ㎜ 내지 3000 ㎜의 길이일 수 있다.
내부 중공체(46)는 그 저부측 단부면(51)에서 중공체(46)의 케이싱(50)에 용접되는 베이스 플레이트(49)의 수단에 의해 압력 밀착성 및 기밀성 방식으로 저부측에서 폐쇄되고, 그러므로, 중공체(46)에 있는 처리 섹션(52)을 형성한다. 베이스 플레이트(49)는 내부 중공체(46)이 물질에 일치하는 물질로 구성된다.
상부측에서, 외부 중공체(47)는 용접된 조인트 지점(welded joint point)의 수단에 의해 그 단부면(55)에서 외부 중공체(47)의 케이싱(54)에 고정된 외향 환형 플랜지(53)를 가진다. 환형 플랜지(53)는 외부 중공체(47)의 물질에 일치하는 물질로 구성된다. 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))은 전기 비전도성인 스크루 피팅의 수단에 의해 흡착 장치(19)에 장착된 수용 베이스(56)에 환형 플랜지(53)의 수단에 의해 고정된다.
케이싱 표면에 걸쳐서 균일하게 분포된 구멍들 또는 슬롯(10)들의 형태를 하는 가스 유입 개구(4)들은 내부 중공체(46)의 케이싱(50) 내로 도입된다. 그 길이 방향 축(LA)을 가로지르는 내부 중공체(46)의 이러한 구멍(10)들의 자유 유동 단면(Q1)은 케이싱 표면의 5% 내지 80%이다.
활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 내부 중공체(46)의 케이싱(50) 주위에 배치되며, 가스에 있는 오염물의 형태와 농도에 의존하여 대략 6 ㎛ 내지 50 ㎛의 섬유 지름, 및 20 ㎝ 내지 150 ㎝의 제조 폭(KB)을 가지는 활성 탄소 섬유 직물, 부직포 섬유, 편직 섬유, 또는 펠트의 다수의 랩-어라운드층들, 예를 들어 3 내지 300개의 층들, 바람직하게 150개의 층들을 포함할 수 있다.
외부 중공체(47)는 내부 중공체(46)의 경우와 마찬가지로 중공체(47)의 전기 전도성 물질에 일치하는 전기 전도성 물질로 구성된다.
외부 중공체(47)의 케이싱 표면에 걸쳐서 균일하게 분포된 구멍들, 슬롯들 또는 그레이팅(10)들의 형태를 하는 가스 유출 개구(6)들은 외부 중공체(47)의 케이싱(54) 내로 도입된다. 그 길이 방향 축(LA)을 가로지르는 외부 중공체(47)의 이러한 구멍(10)들의 자유 유동 단면(Q2)은 케이싱 표면의 50% 내지 95%이다(또한 도 1 및 도 2 참조).
이러한 것은 자유 유동 단면(Q1)이 내측으로부터 외측을 향해 유동 단면(Q2)으로 반경 방향으로 증가한다는 것을 의미한다.
활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))은 다음의 작업 단계들에서 편리하게 제조될 수 있다:
a) 활성 탄소 섬유 모듈의 내부 및 외부층들로서 서로 매칭되는 다른 지름들을 가지는 내부 및 외부 중공체(46 및 47)들을 각각 형성하도록 얇은 금속성 슬롯-, 체-, 다공 플레이트- 또는 그레이팅형 물질을 압연하고 연결하는 단계;
b) 활성 탄소 섬유 매트로 만들어진 적어도 하나의 랩-어라운드층(48)으로 내부 중공체(46)를 둘러싸고 랩-어라운드층을 고정하는 단계로서, 활성 탄소 섬유 매트의 제조 폭(KB)이 활성 탄소 섬유 모듈의 축선 길이(L)를 결정하는 단계; 및
c) 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48) 상으로 외부 중공체(47)를 축선 방향으로 슬라이딩시키는 것에 의해 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 반경 방향으로 압축하는 단계로서, 외부 중공체(47)는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 외경(AD)보다 0.01배 내지 0.4배 작은 내경(ID)을 가지며, 그러므로, 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)가 반경 방향으로 압축되고, 또한 섬유들의 가로 방향으로 불투과성, 전기 전도성 상태로 홀딩되는 단계.
내부 중공체(46)는 그 상부측 단부면(55) 상에 커넥터(12)를 가지며, 외부 중공체(47)는 그 저부측 단부면(51) 상에 커넥터(13)를 가지며, 커넥터(12)는 커넥터(15)에 연결되고 커넥터(13)는 커넥터(14)에 연결되며, 커넥터(14 및 15)들은 전압원(16)에 연결되며, 그러므로, 내부 중공체(46), 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48), 및 외부 중공체(47)는 스위치(18)의 수단에 켜지고 꺼질 수 있는 전류 회로(17)를 형성한다. 전류 회로(17)는 10 V 내지 400 V의 DC 전압을 위해 디자인된다. 이러한 것은 본 발명에 따라서 DC 전류 대신에 저주파수 AC 전류 또는 적절한 전류 구성을 사용하도록 또한 제공된다.
아울러, 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 외부 중공체(47)는, AC 전원에 연결되고 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 탈착 온도로 가열하는 도시되지 않은 인덕터로 둘러싸일 수 있다.
불활성 플러시 가스, 예를 들어 질소를 위한 분배 파이프(57)는 각각의 활성 탄소 섬유 모듈의 처리 섹션(52)으로 돌입하며, 활성 탄소 섬유 모듈의 길이 방향 축(LA)을 따라서 베이스 플레이트(49) 가까이까지 루트가 정해진다. 분배 파이프(57)는 베이스 플레이트(49)를 마주하는 그 단부에서 폐쇄되고, 플러시 가스를 위한 유출 개구(58)들을 가지며, 유출 개구들은 분배 파이프의 케이싱 표면에 걸쳐서 균일하게 분포된다. 이러한 것은 플러시 가스가 내부 중공체(46)의 구멍/슬롯(10)들을 통하여 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48) 내로 균일하게 분포되고 탈착된 오염물이 재생 동안 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)로부터 제거되는 것을 보장한다.
도 8a 및 도 8b는 서로에 대하여 내부 및 외부 중공체(46 및 47)들의 전기 절연, 및 흡착 장치(19)에 있는 수용 베이스(56) 상에서 그 고정의 상세를 도시한다.
도 8a는 수용 베이스(56) 상에서 외부 중공체(47)의 고정을 도시하며, 여기에서, 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 길이 방향 축(LA)이 미처리 가스(Gu)의 유동 방향(SU)에 직각으로 연장하는 방식으로 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))이 장착되는 적어도 하나의 설치 개구(59)가 제공되며, 외부 중공체(47)의 환형 플랜지(53)는 유동 방향(SU)을 마주하는 수용 베이스(56)의 측부(60)에 배치된다. 전기 전도성 환형 플랜지(53)는 테프론 또는 폴리에텔렌으로 만들어진 하부의 전기 비전도성인 환형 플레이트(61)와 테프론 또는 폴리에텔렌으로 만들어진 상부의 전기 비전도성인 환형 플레이트(62) 사이에 위치된다. 상부 환형 플레이트(62), 환형 플랜지(53), 및 하부 환형 플레이트(61)는 설치 개구(59)에 근접하여 스크루 피팅(63)의 수단에 의해 수용 베이스(56)에 고정된다. 하부 환형 플레이트(61)는, 플레이트가 내부 중공체(46)의 전기 전도성 환형 플랜지(53)의 밑을 완전히 단단히 고정하는 방식으로 디자인되고, 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)와 외부 중공체(47)의 전기 전도성 케이싱(54)의 상부 단부면(55)을 덮으므로, 이것들을 서로에 대하여 전기 절연한다.
도 8b는 내부 중공체(46)의 전기 전도성 케이싱(50) 및 외부 중공체(47)의 전기 전도성 케이싱(54)의 전기 절연부를 도시한다. 전기 절연부는 테프론 또는 폴리에틸렌으로 만들어진 베이스 환형 플레이트(64)를 포함하며, 환형 플레이트의 환형 표면은 내부 케이싱(50)의 저부측 단부면(51), 외부 케이싱(54), 및 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 덮고, 스크루 피팅(65)의 수단에 의해 베이스 플레이트(49)에 고정된다.
도 6 및 도 7을 한번 더 참조하여, 내부 중공체(46)의 커넥터(12)와 외부 중공체(47)의 커넥터(13)는 연결 라인(66 및 67)들의 수단에 의해 전압원(16)에 연결되고, 연결 라인(66)은 전압원(16)의 극(14)에 연결되고, 연결 라인(67)은 극(15)에 연결된다.
연결 라인(66)은 베이스 플레이트(49)를 통하여 기밀성 및 전기 비전도성인 방식으로 루트가 정해지고, 자기 지지 방식으로 내부 중공체(46)의 처리 섹션(52)에 배치된다.
전압원(16)은 스위치(68)를 사용하여 켜지고 꺼질 수 있다.
도 9는 삼각형 또는 사각형 피치로 수용 베이스(56)에 배치되고 수용 베이스(56)에 배치된 많은 수의 활성 탄소 섬유 모듈들을 대표하는 2개의 활성 탄소 섬유 모듈(45a 및 45b)들을 예의 방식으로 도시한다. 활성 탄소 섬유 모듈(45a 및 45b)들은 들어오는 미처리 가스(Gu)의 유동 방향(Su)에 직각으로 배향된다. 가스는 유동 방향으로 내부 종공체(46)들에 의해 한정된 처리 섹션(52)들에 들어가고, 특정 활성 탄소 섬유 모듈의 축선 길이(L)를 따라서 내부 종공체(46)의 구멍/슬롯(10)들을 통하여 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48) 내로 균일하게 전도된다. 가스에 있는 오염물은 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 통하여 유동하는 동안 활성 탄소 섬유들 상에 반경 방향으로 흡착된다. 처리된 가스는 외부 중공체(47)의 구멍/슬롯(10)들을 통하여 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 빠져나간다.
미처리 가스(Gu)의 유동 방향(SU)과 탈착된 가스(Gb)의 유동 방향(SB)은 화살표들을 사용하여 도 9에 표시된다.
처리 섹션 (52)을 통한 오염물 함유 가스가 유동 동안 정전기 방전이 발생할 수 있으며, 이러한 것은 전위 균등화를 필요하게 한다. 전위 균등화는 스위치(68)를 통하여 흡착 장치(70)의 접지 연결부에 대한 연결 라인(66 및 67)들을 통해 달성되고, 이에 의해, 활성 탄소 섬유 모듈(45a 및 45b)들은 단지 불활성 플러시 가스, 예를 들어 질소가 모듈들을 통해 유동하기 때문에 탈착 동안 접지 연결부로부터 분리된다. 탈착이 종료되고 오염물이 제거된 후에, 접지 연결부는 플러시 가스 분위기 하에서, 즉 정전기 방전을 흘려보내기 위하여 흡착의 개시 전에 여전히 폐쇄된다.
도 10a 내지 도 10c는 상이한 축선 길이(L)들을 가지는 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))들에서 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 배열의 변형예들을 도시한다. 활성 탄소 섬유 모듈(45a)의 축선 길이(L)는 이용 가능한 활성 탄소 섬유 직물, 부직포 섬유, 편직 섬유, 또는 펠트의 제조 폭(KB)에 편리하게 기초한다(도 10a 참조).
예를 들어, 제조 폭(KB)보다 상당히 큰 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))들의 축선 길이(L)가 요구되면, 서로 이웃하여 밀린 몇몇 랩-어라운드 제조 폭(KB)들은 하나의 전체 랩-어라운드로서 서로 연결되며, 상기 제조 폭들은 서로 연결된 상기 랩-어라운드들의 제조 폭(KB) 및 수량의 제품에 대응하는 축선 길이(L)를 함께 가진다.
미제어된 불균일한 가스 처리량은 인접한 가장자리들에 배치된 스트립(69)의 수단에 의해 방지된다.
활성 탄소 섬유 모듈의 축선 길이가 제조 폭(KB)보다 작거나 크면, 필터 캔들(filter candle)들의 경우와 같이, 활성 탄소 섬유들의 적어도 2개의, 바람직하게 3개보다 많은 십자형 층들은 내부 중공체(46) 주위를 감싼다(도 10c 참조).
도 11은 예를 들어 2개의 수용 베이스(56)들이 고정되는 비교적 짧은 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))들을 가지는, 높은 가스 처리량을 위한 흡착 장치(70)를 도시한다. 각각의 수용 베이스(56)는 10개의 활성 탄소 섬유 모듈들을 지지하고, 활성 탄소 섬유 모듈들은 삼각형 또는 사각형 분포로 배치되며, 예를 들어, 그 모듈(45(a...j))들이 도시되며, 모듈들의 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 미처리 가스의 유동 방향에 직각으로 놓이며, 미처리 가스는 각각 흡착 장치(70)의 길이 방향 축(LB) 상에서 베젤 베이스(71 및 72)에서 중심에 배치된 각각의 가스 유입 연결편(73 및 74)을 통해 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...j))들의 방향으로 유동한다. 가스 유출 연결편(75/76)들은 흡착 장치(70)의 케이싱(77)의 중심에서 서로 반대로 배치된다. 이러한 배열에서, 회로에서 플러시 가스, 이 경우에 질소를 더욱 많은 양으로 전도하고 새로운 플러시 가스의 오직 소량만을 공급하거나 제거하는 것이 유익할 수 있다(도 11). 가스 또는 액체 탈착제를 위한 유출 연결편(78)은 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...j))들 아래에 위치된다.
플러시 가스, 바람직하게 질소는 압력 밀착성 및 기밀성 방식으로 흡착 장치(70)의 케이싱(77)을 통해 연장하는 공통 공급 라인(79)을 통하여 처리 섹션(52) 내로 돌입하는 각각의 분배 파이프(57)에 공급된다. 내부 중공체(46), 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48), 및 외부 중공체(47) 사이의 전류 회로(17)는 도 5에 따른 설명에 대응한다.
흡착 장치(70)에서 수행되는 본 발명에 따른 방법은 2개의 추가의 예들을 참조하여 다음에 더욱 상세하게 설명된다.
예 A
용제 - 처리 작업은 예를 들어, 포일의 코팅 동안 사용되는 용제를 제거하기 위하여, 그러므로 배기 공기를 정화하기 위하여 배기-공기 정화 유닛을 갖는다. 아울러, 자유 배출은 지붕에 있는 배기 유닛을 통하여 홀의 최대 작업장 집중(maximum workplace concentration) 준수를 보장하는 생산 시설에서 일어날 수 있다.
시설 및 배기 공기 정화 유닛으로부터 오는 배기 공기는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 정제되거나 처리될 것이다.
다음의 작업 데이터를 적용한다:
공기량 : 20,000 ㎥/hour
작동 압력 : 30 mbar
온도 : +25℃
공기 중의 오염물 : 헥산
오염물 농도 : 140 ㎎/㎥.
목적은 정화된 배기 가스 중에 < 50 ㎎/㎥의 오염물 농도를 달성하는 것이다.
본 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 다음과 같이 수행된다. 미처리된 배기 공기는 수평 유동 방향으로 가스 입구 연결편(73)을 통해 흡착 장치(70)로 공급된다.
흡착 장치(70)는 2.4m의 지름, 3m의 길이를 가진다. 흡착 장치(70)에서, 400 ㎜의 내부 중공체 지름 및 1600 ㎜의 축선 길이(L)를 가지는 10개의 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...j))들이 존재한다. 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 두께(d)는 100 ㎜이다. 흡착의 목적을 위해, 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...j))들은 총 6시간 동안 충전되고, 4시간 동안 재생된다. 재생은 가열되는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 통해 전기적으로 수행된다. 필요한 전기 에너지의 양은 모듈 및 시간당 4.0 ㎾이다.
수집된 탈착 가스는 약 20 g/㎥의 헥산을 함유하며, 이러한 것은 호일 제조에 요구되는 이용 가능한 배기 공기 정화 유닛에 공급될 수 있다.
예 B
예 A에서의 설명과 유사하게, 단지 약간의 공통의 오염물을 명명하기 위해 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 에탄올과 같은 다른 용제를 함유하는 농축 배기 공기가 또한 유사한 형태로 준비될 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 사용하여 달성된 잔류 농도는 현재의 법적 요건, 예를 들어 20 ㎎/㎥ 또는 50 ㎎/㎥에 대응한다.
내측으로부터 외측을 향한 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)들의 전기적 재생 및 약 1:1000까지의 탈착 가스 내의 오염물의 관련 농도로 인하여, 탈착 가스를 응축기로 직접 공급하고, 무수 형태(anhydrous form)로 함유된 용매를 얻는 것이 가능하다. 응축되지 않는 성분들은 응축기로부터 하류의 배기 공기로 복귀된다.
1(a...n) : 흡착 모듈 2 : 샌드위치 플레이트
3 : 2의 가스 유입측(내부) 층 4 : 3에 있는 가스 유입 개구
5 : 2의 가스 유출측(외부) 층 6 : 5에 있는 가스 유출 개구들
7 : 활성 탄소 섬유 매트 8 : 내부 다공 플레이트
9 : 외부 다공 플레이트 10 : 8에 있는 구멍들/슬롯들
11 : 스페이서 12 : 8 또는 46의 커넥터 12
13 : 9 또는 47의 커넥터 14 : 커넥터, 극
15 : 커넥터, 극 16 : 전압원
17 : 전류 회로 18 : 스위치
19 : 흡착 장치 20 : 베이스
21 : 사다리꼴 처리 섹션 22 : 연결 플레이트
23 : 홀더 24 : 3차원 평행사변형
25 : 24의 가스 유입 연결편 26, 28 : 19/24의 단부면
27 : 24의 가스 유출 연결편 29 : 19의 베젤 케이싱
30 : 탈착을 위한 유출 연결편 31 : 내부 상부 베젤 벽
32 : 미처리 가스를 위한 유입 영역 33 : 플러시 가스를 위한 공급 라인
34 : 플러시 가스를 위한 분배 파이프 35 : 34에 있는 유출 개구들
36 : 9의 외향 곡선 다리 37 : 상부 연결 플레이트
38 : 하부 절연 플레이트 39 : 스크루 피팅
40, 42 : 하부 절연 플레이트 41 : 상부 절연 플레이트
43 : 스위치 44 : 연결 라인들
45 : 흡착 모듈 45(a...n) : 활성 탄소 섬유 모듈
46 : 내부 중공체 47 : 외부 중공체
48 : 활성 탄소 섬유 랩-어라운드, 랩-어라운드층
49 : 베이스 플레이트 50 : 46의 외부면
51 : 46의 저부측 단부면 52 : 46에 있는 처리 섹션
53 : 환형 플랜지 54 : 47의 외부면
55 : 47의 상두 단부면 56 : 70에 있는 분배 파이프
57 : 45, 45a, 45b에 있는 분배 파이프 58 : 57에 있는 유출 개구
59 : 56에 있는 설치 개구 60 : 56의 유동향 측부
61 : 하부 환형 플레이트 62 : 상부 환형 플레이트
63 : 스크루 피팅 64 : 베이스 환형 플레이트
65 : 스크루 피팅 66, 67 : 연결 라인
68 : 스위치 69 : 스트립
70 : 흡착 장치 71 , 72 : 70의 베젤 베이스
73, 74 : 70에 있는 가스 유입 연결편 75, 76 : 70에 있는 가스 유출 연결편
77 : 70의 베젤 케이싱 78 : 탈착을 위한 유출 연결편
79 : 플러시 가스용 공급 라인 AB : 8과 9 사이의 거리
AD : 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 외경
AR : 활성 탄소 섬유 방향
d : 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 랩-어라운드의 두께
DB : 커버 플레이트 Gb : 처리 가스, 탈착 가스
Gu : 미처리 가스 ID : 47의 내경
KB : 제조 폭 L : 1(a...n)의 축선 길이
LA : 1(a...n), 46의 길이 방향 축 LB : 70의 길이 방향
LS : 8, 9의 길이 방향 측부 P : 24의 가장 낮은 지점
Q1 : 8, 46에서의 자유 유동 단면
Q2 : 9, 47에서의 자유 유동 단면 QS : 8의 상부 가로 방향 측부
QS1 : 9의 하부 가로 방향 측부 Sb : 처리 가스의 유동 방향
SU : 미처리 가스의 유동 방향

Claims (28)

  1. 오염물을 흡착하기 위한 적어도 하나의 흡착 모듈(1,1(a...n),45)을 포함하며, 상기 흡착 모듈은 흡착 장치(19, 70)에서 이용되고, 활성 탄소 섬유 매트(7)의 적어도 하나의 전기 전도성층을 포함하며, 흡착된 오염물의 탈착을 위하여 상기 활성 탄소 섬유 매트(7)를 가열하기 위한 전류 회로(17)를 포함하며, 상기 활성 탄소 섬유 매트(7)를 불활성화하고 헹구기 위한 플러시 가스를 위하여, 상기 흡착 모듈(1,1(a...n),45)의 중심으로 루트가 정해지고 유출 개구(35, 58)들을 가지는 분배 파이프(34, 57)를 포함하는, 오염물이 함유된 가스를 처리하기 위한 디바이스에 있어서,
    상기 흡착 모듈(1,1(a...n),45)은 적어도 하나의 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))을 포함하며, 상기 활성 탄소 섬유 모듈은 가스 유입측에서, 가스 유입 개구(4)들을 구비하고 전기 전도성 물질로 만들어진 내부층(3)으로 형성되며, 가스 유출측에서, 가스 유출 개구(6)들을 구비하고 전기 전도성 물질로 만들어진 외부층(5)으로 형성되며, 상기 내부 및 외부층(3, 5)들에 의해 압축된 상태로 홀딩되는 활성 탄소 섬유 매트(7)로 형성되며, 상기 외부층(5)은 상기 내부층(3)과 비교하여 가스를 위한 큰 자유 유동 단면(Q2)을 가지며, 상기 내부 및 상기 외부층(3, 5)들은 서로에 대해 전기 절연되고 전압원(16)에 연결되며, 상기 내부 및 상기 외부층(3, 5)들은 상기 활성 탄소 섬유 매트(7)와 함께 상기 전류 회로(17)를 형성하며, 전류는 상기 활성 탄소 섬유(AR)들의 방향에 대해 횡으로 상기 활성 탄소 섬유들을 통해 흐르고, 상기 활성 탄소 섬유들은 저항으로서 연결되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))은:
    a) 상기 내부층(3)으로서, 전기 전도성 물질을 포함하고 개구(4)들을 구비하는 내부 원통형 중공체(46)로서, 상기 개구들은 상기 중공체의 길이 방향 축(LA)에 대해 횡으로 가스의 자유 통행을 위하여 상기 중공체의 외부면(50)에 걸쳐서 균일하게 분포되고, 상기 외부면(50)의 면적의 5% 내지 80%인 유동 단면(Q1)을 가지는, 상기 내부 원통형 중공체(46);
    b) 상기 활성 탄소 섬유 매트(7)로서, 상기 내부 중공체(46) 주위에 배치된 적어도 하나의 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48);
    c) 상기 외부층(5)으로서, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 둘러싸고 전기 전도성 물질을 포함하고 개구(6)들을 구비하는 원통형 중공체(47)로서, 상기 개구들이 상기 길이 방향 축(LA)에 대해 횡으로 가스의 자유 통행을 위하여 상기 중공체의 외부면(54)에 걸쳐서 균일하게 분포되며, 상기 중공체의 외부면(54)의 면적의 50% 내지 95%인 유동 단면(Q2)을 가지며, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)가 반경 방향으로 압축되어 불투과성, 전기 전도성 상태로 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들 사이에서 홀딩되는, 상기 원통형 중공체(47); 및
    d) 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들의 전기 절연부를 포함하며,
    상기 내부 중공체(46)와 상기 외부 중공체(47)는 상기 전압원(16)에 연결되고, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)와 함께 상기 전류 회로(17)를 형성하며, 상기 전류 회로에서 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 상기 활성 탄소 섬유(AR)들의 방향에 대해 횡으로 저항으로서 연결되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 및 상기 외부층(3, 5)들 또는 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들은, 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착된 오염물에 의존하여, 구리, 알루미늄, 마그네슘 및 그 합금, 철 또는 비합금강, 스테인리스강, 니켈계 합금(하스텔로이), 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속성 슬롯-, 체-, 다공 플레이트- 또는 그레이팅형 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 및 상기 외부층(3, 5)들 또는 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들은 상기 흡착 장치(19, 70)에 있는 홀더(23) 또는 수용 베이스(56)에 전기 비전도성 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부층(3) 또는 상기 내부 중공체(46)는 상기 전압원의 한쪽 극(15)을 위한 커넥터(12)를 포함하고, 상기 외부층(5) 또는 상기 외부 중공체(47)는 다른쪽 극(14)을 위한 커넥터(13)를 가지며, 상기 전압원(16)은 DC 전압원(16)이며, 상기 극(14)과 상기 극(15) 사이에서 그 전위차는 상기 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 두께(d)에 의존하여, 그리고 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착된 오염물의 탈착 온도에 의존하여 10 V 내지 400 V에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 및 상기 외부층(3, 5)들 또는 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들은 AC 전원(16)에 연결되고, 상기 AC 전원의 전압 및 주파수는 상기 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 두께(d)에 의존하여 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착된 오염물을 위한 탈착 온도로 조정되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제2항에 있어서, 반경 방향 압축의 목적을 위하여, 상기 외부 중공체(47)의 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 외경(AD)보다 0.01배 내지 0.4배 작은 내경(ID)을 가지는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제5항에 있어서, 상기 커넥터(12, 13)들은 연결 라인(44, 66, 67)들을 통하여 DC 또는 AC 전원(16)에 연결되며, 상기 연결 라인들은 자립 가능하고, 기밀성 및 압력 밀착성 및 전기 절연된 방식으로 상기 흡착 모듈(1a...n)의 베이스(20)를 통하여 또는 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 상기 내부 중공체(46)의 베이스 플레이트(49) 및 상기 흡착 장치(19, 70)의 베젤 케이싱(29, 77)을 통하여 루트가 정해지며, 오염물 함유 가스가 상기 연결 라인들을 통하여 유동함에 따라서, 상기 연결 라인들은 정전기 방전을 흘려보내기 위하여 상기 활성 탄소 섬유들 상에서 오염물들의 흡착 동안 스위치(68)들을 통하여 상기 흡착 장치(19, 70)의 접지 연결부에 연결되고, 흡착된 오염물의 탈착 동안 상기 스위치(68)들을 통하여 상기 접지 연결부로부터 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제6항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 상기 외부 중공체(47)는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 가열하기 위한 고주파 자기장을 생성하기 위하여 상기 AC 전원(16)에 연결된 인덕터에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 6 ㎛ 내지 50 ㎛의 섬유 지름, 3 ㎜ 내지 150 ㎜의 섬유 길이를 가지는 활성 탄소 섬유 직물로 형성되고 3 내지 300개의 층들로 형성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유 직물은 상기 내부 또는 외부 중공체(46, 47)의 축선 길이(L)에 대응하는 제조 폭(KB)을 가지는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 서로 이웃하여 밀린 몇몇 랩-어라운드 제조 폭(KB)들은, 하나의 전체 랩-어라운드로서 서로 연결되며, 서로 연결된 상기 랩-어라운드들의 제조 폭(KB) 및 수량의 제품에 대응하는 축선 길이를 함께 가지며, 그 인접한 가장자리들 상의 스트립(69)을 통해, 제어 가능하지 않고 불균일한 가스 처리량이 방지되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 제조 폭(KB)보다 작은 축선 길이(L)를 가지는 중공체(46, 47)들의 경우에, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 십자형 패턴으로 상기 내부 중공체(46) 주위를 둘러싸는 적어도 2개의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  14. 제2항에 있어서, 상기 중공체(46, 47)들 사이에서 홀딩된 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 교체 가능한 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제2항에 있어서, 상기 플러시 가스를 위한 상기 분배 파이프(34, 57)는 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 상기 길이 방향 축(LA)에 배치되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 흡착 모듈(1(a...n))은 기하학적 면적이라는 면에서, 각각의 경우에 2개의 샌드위치 플레이트(2)들로 이루어지며, 상기 샌드위치 플레이트들은, 베이스(20)에 대해 외향 경사지고 가스 투과성이며, 전기 전도성 물질로 만들어지고 가스 유입측에 있는 가스 유입 개구(4)들을 구비한 상기 내부층(3), 상기 활성 탄소 섬유 매트(7), 및 전기 전도성 물질로 만들어지고 가스 유출측에 있는 가스 유출 개구(6)들을 구비한 상기 외부층(5)으로 형성되며, 상기 샌드위치 플레이트들은 저부에서 상기 베이스(20)에, 상부에서 상기 흡착 장치(19)의 홀더(23)에 압력 밀착성, 기밀성 및 전기 비전도성으로 고정되고, 3차원 폐쇄 사다리꼴로서 디자인되는 처리 섹션(21)을 둘러싸고, 상기 처리 섹션에서, 상기 플러시 가스의 분배 파이프(34)는 상기 흡착 모듈(1(a...n))의 베이스(20) 가까이까지 상기 흡착 모듈(1(a...n))의 길이 방향 축(LA)을 따라서 루트가 정해지는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 다수의 흡착 모듈(1(a...n))들은 평행 사변형(24)의 단면 형상을 가지는 흡착 장치(19)에서 일렬로 차례로 수평으로 배치되며, 가스 유입 연결편(25)은 상기 흡착 장치(19)의 단부면(26)에서 상기 흡착 모듈(1(a...n))들 위에 배치되고, 가스 유출 연결편(27)은 상기 흡착 장치(19)의 다른 단부면(28)에서 상기 흡착 모듈(1( a...n ))들 아래에 배치되며, 탈착을 위한 유출 연결편(30)은 베젤 케이싱(29)의 가장 낮은 지점(P)에 배치되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제1항에 있어서, 다수의 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))들은 수용 베이스(56) 상에서 삼각형 또는 사각형 피치로 홀딩되며, 상기 수용 베이스는 상기 흡착 장치(70)의 길이 방향 축(LB)에 직각으로 배향되고 기밀성 및 압력 밀착성 및 전기 비전도성으로 상기 흡착 장치에 고정되며, 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))들의 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들은 서로에 대해 전기적으로 절연되고, 모든 내부 중공체는 처리 섹션(52)을 둘러싸고, 상기 처리 섹션에서, 상기 분배 파이프(57)는 각각의 경우에 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 내부 중공체(46)의 베이스 플레이트(49) 가까이까지 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 길이 방향 축(LA)을 따라서 루트가 정해지는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 흡착 장치(70) 내로의 가스 유입 연결편(73, 74)은 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))들의 유입 영역(32)의 방향으로 수평으로 배향되고, 상기 흡착 장치(70)로부터의 가스 유출 연결편(75, 76)은 상기 가스 유입 연결편(73, 74)의 반대로 배향되고, 탈착제를 위한 유출 연결편(78)은 상기 흡착 장치(70)의 하부 베젤 케이싱에 배치되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 가스는 흡착 장치(19, 70) 내에서 활성 탄소 섬유 매트 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드를 포함하는 적어도 하나의 흡착 모듈(1(a...n),45)에 적용되며, 가스는 상기 모듈(1,1( a...n ),45)의 축선 길이(L)를 따라서 균일하게 분포되며, 이에 의해 오염물이 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착되며, 오염물이 충전된 후에, 상기 활성 탄소 섬유들은 전류를 인가함으로써 상기 활성 탄소 섬유들을 가열하는 것에 의해 재생되고, 오염물은 불활성 플러시 가스를 사용하여 상기 활성 탄소 섬유들로부터 후속적으로 제거되는, 제1항에 따른 디바이스에서 오염물 함유 가스를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    a) 내부 전기 전도성층(3) 또는 내부 전기 전도성 중공체(46) 및 외부 전기 전도성층(5) 또는 외부 전기 전도성 중공체(48)에 의해 압축된 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 통해 가스를 전도하는 단계로서, 상기 외부층(5)은 상기 내부층(3)의 자유 유동 단면보다 크고 상기 중공체의 길이 방향 축(LA)에 대해 횡단하는, 상기 가스를 위한 자유 유동 단면(Q2)을 가지는 단계; 및
    b) 오염물을 탈착하는 목적을 위하여 가열 동안, 상기 활성 탄소 섬유(AR)들의 방향에 대해 횡으로, 상기 활성 탄소 섬유 매트(7) 또는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 통해 전류가 반경 방향으로 내측으로부터 외측으로 흐르는 전류 회로를 상기 내부 및 상기 외부층(3, 5)들 또는 상기 내부 및 상기 외부 중공체(46, 47)들 사이에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 내,외부층(3, 5)들 또는 상기 중공체(46, 47)들의 자유 유동 단면은 내측으로부터 외측으로, 102%로부터 최대 300%까지 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 흡착 모듈(1(a...n),45)은 샌드위치 플레이트(2)들을 포함하거나, 또는 DC 전류나 저주파수 AC 전류가 인가되는 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))은:
    a) 상기 활성 탄소 섬유 모듈의 상기 내부 및 외부층(3, 5)들로서 서로 매칭되는 다른 지름들을 가지는 내부 및 외부 중공체(46, 47)들을 각각 형성하도록 금속성 슬롯-, 체-, 다공 플레이트- 또는 그레이팅형 물질을 압연하고 연결하는 단계;
    b) 활성 탄소 섬유 매트로 만들어진 적어도 하나의 랩-어라운드층(48)으로 상기 내부 중공체(46)를 둘러싸고 상기 랩-어라운드층을 고정하는 단계로서, 상기 활성 탄소 섬유 매트(7)의 제조 폭(KB)이 상기 활성 탄소 섬유 모듈(45(a...n))의 축선 길이(L)를 결정하는 단계; 및
    c) 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48) 상으로 상기 외부 중공체(47)를 축선 방향으로 슬라이딩시키는 것에 의해 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)를 반경 방향으로 압축하는 단계로서, 상기 외부 중공체(47)는 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)의 외경(AD)보다 0.01배 내지 0.4배 작은 내경(ID)을 가지며, 이에 따라, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)가 반경 방향으로 압축되고, 또한 섬유들의 가로 방향으로 불투과성, 전기 전도성 상태로 홀딩되는 단계들에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 내부 및 외부층(3, 5)들 또는 상기 내부 및 외부 중공체(46, 47)들을 위한 금속 물질은 상기 활성 탄소 섬유들에 흡착되는 오염물에 의존하여, 구리, 알루미늄, 마그네슘 및 그 합금, 철 또는 비합금강, 스테인리스강, 니켈계 합금(하스텔로이), 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제20항에 있어서, 상기 모듈들에 있는 오염물 함유 활성 탄소 섬유들을 재생하기 위하여, 상기 흡착 장치는 초기에 불활성화하기 위하여 0.1 bar 내지 1.0 bar의 과압까지 질소로 가압되고, 이어서 감압되며, 그런 다음 가압 및 감압은 상기 흡착 장치에서의 산소 함유량이 < 5%로 강하될 때까지 수회 반복되고, 상기 활성 탄소 섬유들은 그런 다음 전류 회로를 스위칭하는 것에 의해 오염물을 탈착하기 위하여 가열되고 불활성 가스로 헹궈지며, 상기 헹굼 및 가열은 다수의 간격으로 또한 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제20항에 있어서, 불활성 가스가 플러시 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제11항에 있어서, 제조 폭(KB)보다 작은 축선 길이(L)를 가지는 중공체(46, 47)들의 경우에, 상기 활성 탄소 섬유 랩-어라운드(48)는 십자형 패턴으로 상기 내부 중공체(46) 주위를 둘러싸는 3개의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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