KR101724623B1 - 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 및 그 제조방법 - Google Patents

요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치는 요소수가 저장되는 탱크 본체에 설치되어 상기 탱크 본체 내부의 가스를 외부로 방출하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치이고, 상기 탱크 본체 내부에서 발생된 가스는 외부로 신속하게 방출하고 외부의 먼지, 이물질 및 수분이 탱크 본체 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터유닛을 포함한다.

Description

요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 및 그 제조방법{NANOFIBER VENT SYSTEM OF UREA TANK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 요소수 탱크에 설치되어 요소수 탱크 내부에서 발생되는 가스를 신속하게 배출하면서 외부로부터 먼지, 이물질 등의 오염물질과 수분이 탱크 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤 엔진의 배기 시스템은 배기가스 중에 함유된 유해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF((Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction), LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치를 구비하고 있다.
디젤 엔진용 배기가스 후처리 시스템 중 선택적 촉매 환원(Selective Catalyst Reduction: 이하 'SCR'로 칭함) 장치를 적용한 배기가스 후처리장치는 배기 파이프 내부로 요소수용액과 같은 환원제를 분사하여 배기가스 중의 질소산화물을 질소와 물로 환원시키는 기능을 하게 된다. 즉, SCR 장치는 배기 파이프의 내부로 환원제가 분사되면, 그 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 인체 및 환경에 무해한 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시킬 수 있다.
이와 같이 SCR 장치를 부착한 차량(트럭, 버스, 승용차, 오토바이 등)과 선박, 건설용 기계 및 농기계 등은 요소수 탱크를 필수적으로 부착해 운행하고 있다.
요소수 탱크에는 요소수 용액을 배기 파이프의 내부로 분사하여 SCR 장치로 공급하기 위한 요소수용액 공급 시스템이 필요하다. 그러나 요소수의 주요 성분은 요소와 물(Urea+water)로 구성되어 있으며 온도에 따라 어는점의 변화가 매우 큰데 요소수의 농도가 32.5%일 때 어는점이 -11.5로 가장 낮기 때문에 요소수의 농도를 32.5%로 정하여 판매하고 있다. 따라서 겨울철 추운지역의 저온 조건에서 운행되는 차량의 경우 요소수 탱크의 결빙을 예방하기 위해 히팅 장치나 온도 및 레벨 등 각종 센서가 부착되어 있으며, 결빙방지를 위해 부동액이나 기타 첨가물을 함유할 수 있다. 이러한 경우 요소수내 탱크내 가스 등이 발생하여 부피변화가 생길 가능성이 있어 요소수 탱크의 압력평형을 항상 유지할 필요가 있다.
종래의 요소수 탱크는 등록특허공보 10-1205232(2012년 11월 27일)에 개시된 바와 같이, 요소수가 저장되는 탱크하우징과, 상기 센서설치공에 끼움설치되고 탱크하우징에 저장된 요소수의 수위, 농도, 온도를 측정하면서 요소수를 요소수분무장치로 공급하는 센서모듈과, 상기 탱크하우징의 상부 좌우양측에 각각 설치되면서 탱크하우징 내부의 가스를 외부로 배출시키는 좌우측 에어벤트부로 구성되며, 상기 좌우측 에어벤트부는 탱크하우징의 내측면 천정부에 전후수평방향으로 고정부착되는 수평파이프가 구비되고 수평파이프의 일측끝단에는 수직하방으로 가스유입파이프가 일체로 절곡형성되며 수평파이프의 타측끝단에는 수직상방으로 가스배출파이프가 일체로 절곡형성되고 상기 가스배출파이프는 탱크하우징의 상면부를 관통하여 상부외측으로 돌출설치되어 있되, 좌측 에어벤트부와 우측 에어벤트부는 좌우 나란히 설치된 상태로 좌측 에어벤트부의 가스유입파이프 및 가스배출파이프와 우측 에어벤트부의 가스유입파이프 및 가스배출파이프가 서로 반대편에 위치되게 설치된다.
하지만, 종래의 요소수 탱크의 에어벤트부는 파이프 형태로 형성되어 탱크하우징에 설치되므로 외부의 먼지, 이물질 등의 오염물질과 수분이 탱크 내부로 유입되는 탱크하우징에 저장된 요소수를 오염시키는 문제가 있다.
특허문헌 1: 등록특허공보 10-1205232(2012년 11월 27일)
따라서, 본 발명의 목적은 전기 방사방법에 의해 제조되는 나노섬유 웹 형태의 필터유닛을 밴트장치에 설치하여 요소수 탱크 내부의 가스는 외부로 방출하면서 외부의 먼지, 이물질 등의 오염물질과 수분이 탱크 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치는 요소수가 저장되는 탱크 본체에 설치되어 상기 탱크 본체 내부의 가스를 외부로 방출하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치로서, 상기 탱크 본체 내부에서 발생된 가스는 외부로 방출하고 외부의 먼지, 이물질 및 수분이 탱크 본체 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 밴트장치는 탱크 본체의 상면에 형성되는 개구부에 밀봉 가능하게 장착되고 그 내부의 가스의 통과하는 통로에 필터유닛이 설치되는 밴트 하우징과, 상기 밴트 하우징의 일측에 연통되게 설치되는 밴트 파이프를 포함할 수 있다.
상기 필터유닛은 고분자 물질을 전기방사하여 나노섬유를 만들고, 상기 나노섬유가 축적되어 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹으로 형성되는 필터부재가 사용될 수 있다.
상기 나노섬유의 직경은 0.1~1.5㎛ 범위이고, 평균 기공의 사이즈는 1㎛ 이하로 형성될 수 있다.
상기 필터부재의 표면에는 발유 가공 처리하거나, 발수 코팅 처리를 할 수 있다.
상기 필터유닛은 고분자 물질을 전기방사하여 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹으로 형성되는 필터부재와, 상기 필터부재의 일면 또는 양면에 적층되어 필터부재를 지지하는 다공성 기재를 포함할 수 있다.
상기 다공성 기재는 부직포, 직포, 종이, 메쉬 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 필터유닛은 다공성 기재와, 상기 다공성 기재의 일면에 적층되고 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹으로 형성되는 제1필터부재와, 상기 다공성 기재의 타면에 적층되고 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹으로 형성되는 제2필터부재을 포함할 수 있다.
상기 필터유닛은 다공성 기재와, 상기 다공성 기재의 일면에 형성되고 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹으로 형성되는 필터부재와, 상기 다공성 기재 또는 필터부재의 가장자리에 적층되는 점착층을 포함할 수 있다.
상기 점착층은 점착물질과 고분자 물질이 혼합된 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유 웹으로 형성될 수 있다.
본 발명의 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 제조방법은 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹 형태의 필터부재를 제조하는 단계와, 상기 필터부재에 발유 가공 처리 또는 발수 코팅 처리를 하는 단계와, 상기 필터부재를 밴트장치의 밴트 하우징의 내면 사이즈와 동일한 사이즈로 커팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치는 전기 방사방법에 의해 제조되는 나노섬유 웹 형태의 필터유닛을 밴트장치에 설치하여 요소수 탱크 내부의 가스는 외부로 신속하게 방출하면서 외부의 먼지, 이물질 등의 오염물질과 수분이 탱크 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 요소수 탱크의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 밴트장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 필터유닛의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 필터유닛의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기방사장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 필터유닛의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 필터유닛의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 필터유닛의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 필터유닛의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 요소수 탱크의 사시도이다.
본 발명의 요소수 탱크는 내부에 요소수가 저장되는 공간을 갖는 탱크 본체(10)와, 탱크 본체(10)의 상면 일측에 형성되고 마개(14)에 의해 개폐되며 요소수가 투입되는 입구부(12)와, 탱크 본체(10)에 설치되어 요소수의 수위, 온도 및 농도 등을 측정하는 센서모듈과, 탱크 본체(10)의 상면에 설치되어 탱크 본체(10) 내부의 가스를 외부로 방출하는 밴트장치(20)를 포함한다.
센서모듈은 동절기에 동결된 요소수를 해빙하는 히트 파이프와, 요소수의 수위를 측정하는 수위센서와, 요소수의 농도 및 온도를 측정하는 퀼리티센서 등이 구비될 수 있다.
그리고, 탱크 본체(10)의 하측에는 탱크 본체(10)에 저장된 요소수를 외부로 배출하는 드레인 장치가 설치될 수 있다.
밴트장치(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 탱크 본체(10)의 상면에 형성되는 개구부에 밀봉 가능하게 장착되는 밴트 하우징(22)과, 밴트 하우징(22)의 일측에 연통되게 설치되는 밴트 파이프(24)와, 밴트 하우징(22) 내부에 장착되어 탱크 본체(20) 내부에서 발생된 가스는 외부로 방출하면서 외부의 먼지, 이물질 등의 오염물질과 수분이 탱크 본체(10) 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터유닛을 포함한다.
필터유닛은 그 가장자리가 밴트 하우징(22)의 내면에 접착 등의 방법에 고정되고 가스가 통과하는 통로 상에 설치된다.
제1실시예에 따른 필터유닛은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전기 방사에 의해 형성되는 다수의 기공(16)을 갖는 다공성 나노섬유 웹으로 형성되는 필터부재(26)로 구성된다.
필터부재(26)는 고분자 물질을 전기 방사하여 나노섬유(18)를 만들고, 이 나노섬유(18)가 축적되어 다수의 기공(16)을 갖는 나노섬유 웹 형태로 형성된다.
본 발명에서 사용되는 고분자물질은 전기방사가 가능한 것으로 예를 들면, 합성 및 천연 고분자가 사용될 수 있으며, 이러한 고분자들을 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
고분자물질 중에서 본 발명의 필터재료로 특히 바람직한 것은 PAN, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리에스테르 설폰(PES: Polyester Sulfone), 폴리스티렌(PS),PVC(Poly Vinychloride), PC(Poly carbonate) 등을 단독으로 사용하거나, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)와 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 혼합하거나, PVdF와 PES, PVdF와 열가소성 폴리우레탄(TPU: Thermoplastic Polyurethane), PVC, PC등을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 적용되는 방사 방법으로는 노즐이 장착된 상향타입, 하향타입 및 노즐이 없이 방사 가능한 Nozzleless 타입이 사용 가능하며, 전기분사나 원심전기방사, 플래쉬 전기방사, 펄스전기방사 및 버블전기방사 방법 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
필터부재(26)는 전기 방사방법으로 제조되므로 고분자 물질의 방사량에 따라 두께가 결정된다. 따라서, 다공성 나노섬유 웹의 두께를 원하는 두께로 만들기가 쉬운 장점이 있다. 즉, 고분자 물질의 방사량을 적게 하면 다공성 나노섬유 웹의 두께를 얇게 만들 수 있고, 방사량이 적기 때문에 그만큼 제조비용을 줄일 수 있게 된다.
여기에서, 필터부재(26)는 두께에 따라 기공수 및 기공의 평균 직경이 결정되므로, 탱크 본체 내부의 가스는 통과하면서 외부의 먼지, 이물질 및 수분은 통과하지 못하도록 한다.
나노섬유(18)의 직경은 0.1~1.5㎛ 범위이고, 평균 기공(16)의 사이즈는 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 필터부재(26)로 다공성 나노섬유 웹을 사용함으로써, 기공 사이즈를 다양하게 만들 수 있어 가스는 통과하면서 먼지, 이물질 및 수분은 통과하지 못하게 할 수 있어 요소수 탱크에 설치되는 밴트장치에 적합하다.
그리고, 제1실시예에 따른 필터부재(26)는 표면에 발유 가공 처리하거나 발수 코팅을 하여 방수, 방유 성능을 더욱 향상시키고 물이 아닌 다양한 오염원이 통과하는 것을 방지하는 방오능력을 향상킬 수 있도록 한다.
발유 가공은 다공성 나노섬유 웹의 표면에 발유제를 처리하여 형성될 수 있고, 발수코팅은 올레오포빅(Oleophobic)에 의해 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 나노섬유 웹을 제조하는 전기 방사장치의 구성도이다.
본 발명의 전기 방사장치는 고분자 용액이 저장되는 저장탱크(30)와, 고전압 발생기가 연결되고 저장탱크(30)와 연결되어 나노섬유를 방사하는 방사팩(Spinning pack)(34)과, 방사팩(34)에서 방사되는 나노섬유가 축적되어 다공성 나노 웹이 만들어지는 콜렉터(36)를 포함한다.
저장탱크(30)에는 방사용액이 일정 점도를 유지하도록 하는 교반기(32)가 구비된다.
콜렉터(36)와 방사팩(34) 사이에는 90~120Kv의 고전압이 인가되고, 방사팩(34)에서 나노섬유(18)가 방사되어, 콜렉터(36) 위에 다공성 나노섬유 웹(10)이 형성된다.
콜렉터(36)의 후방에는 전기 방사방법에 의해 제조된 다공성 나노섬유 웹을 가압하여 일정 두께로 만드는 가압 롤러(40)가 구비되고, 가압 롤러(40)를 통과하면서 가압된 다공성 나노섬유 웹이 감겨지는 나노섬유 웹 롤(42)이 구비된다.
이와 같이 구성되는 전기 방사장치를 이용하여 필터유닛을 제조하는 공정을 살펴보면,
그리고, 콜렉터(36)와 방사팩(34) 사이에 고전압을 인가함에 의해 방사팩(34)에서 고분자 물질을 나노섬유로 만들어 콜렉터(36)에 방사한다. 그러면 콜렉터(36)의 상면에 나노섬유가 축적되어 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹 형태의 필터부재(26)가 형성된다.
그리고, 필터부재(26)가 가압 롤러(40)를 통과하면서 일정 두께로 만들어지고, 나노섬유 웹 롤(42)에 감겨진다.
그리고, 필터부재(26)의 표면에 발유 가공 처리하거나 발수 코팅 처리를 하여 방수 및 방유 성능을 향상시킨다.
그리고, 필터부재(26)를 타발하여 밴트 하우징(22)의 내면과 동일한 형태 및 사이즈로 제작한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 필터유닛의 단면도이다.
제2실시예에 따른 필터유닛은 필터부재(26)와, 필터부재의 일면에 적층되는 다수의 기공을 갖는 다공성 기재(50)를 포함한다.
필터부재(26)는 위의 일 실시예에서 설명한 필터부재(26)와 동일한 구조를 갖는다.
다공성 기재(50)는 써멀본드 부직포, 스펀본드 부직포, 케미칼본드 부직포, 에어레이드 부직포 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 다공성 기재는 부직포 이외에도 직포, 기공을 가지는 직물지, 종이, 메쉬 등이 사용될 수 있다.
이와 같이, 제2실시예에 따른 필터유닛은 필터부재의 일면에 다공성 기재(50)가 적층되어 필터유닛의 핸들링 특성을 좋게 하고, 필터유닛의 강도를 보강한다.
제3실시예에 따른 필터유닛은 도 7에 도시된 바와 같이, 필터부재(26)의 일면에 제1다공성 기재(52)가 적층되고, 필터부재(26)의 타면에 제2다공성 기재(54)가 적층되는 구조를 가질 수 있다.
제4실시예에 따른 필터유닛은 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재(50)와, 다공성 기재(50)의 일면에 적층되고 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹으로 형성되는 제1필터부재(60)와, 다공성 기재(50)의 타면에 적층되고 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹으로 형성되는 제2필터부재(62)을 포함한다.
제5실시예에 따른 필터유닛은 도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재(50)와, 다공성 기재(50)의 일면에 형성되고 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹으로 형성되는 필터부재(26)와, 다공성 기재(50) 또는 필터부재(26)에 적층되는 점착층(70)을 포함한다.
점착층은 필터부재(26) 또는 다공성 기재(50)의 가장자리에 형성되어 필터유닛을 밴트 하우징(22)의 내면에 점착하여 필터유닛을 밴트 하우징(22)에 고정시키는 역할을 한다.
점착층(70)은 열에 의해 접합되는 열 접합 또는 양면 점착 테이프가 사용될 수 있고, 전기 방사방법으로 형성될 수 있다.
전기 방사방법으로 형성할 경우, 점착층(70)은 점착물질과 고분자 물질이 혼합된 방사용액을 전기 방사하여 나노 섬유로 만들고, 나노섬유를 축적하여 나노 섬유 웹으로 형성된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10: 탱크 본체 12: 입구부
14: 마개 20: 밴트장치
22: 밴트 하우징 24: 밴트 파이프
26: 필터부재 50: 다공성 기재

Claims (14)

  1. 요소수가 저장되는 탱크 본체에 설치되어 상기 탱크 본체 내부에서 발생하는 가스는 외부로 방출하고 외부의 먼지, 이물질 및 수분이 탱크 본체 내부로 유입되는 것을 방지하는 필터유닛을 포함하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치로서,
    상기 필터유닛은 다공성 기재와, 상기 다공성 기재의 일면 또는 양면에 형성되고 고분자 물질의 전기방사에 의해 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹으로 형성되는 필터부재와, 상기 다공성 기재의 가장자리에 적층되는 점착층을 포함하고,
    상기 점착층은, 점착물질과 고분자 물질이 혼합된 방사용액의 전기방사에 의해 나노섬유 웹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밴트장치는 탱크 본체의 상면에 형성되는 개구부에 밀봉 가능하게 장착되고 그 내부의 가스의 통과하는 통로에 필터유닛이 설치되는 밴트 하우징과,
    상기 밴트 하우징의 일측에 연통되게 설치되는 밴트 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유의 직경은 0.1~1.5㎛ 범위이고, 평균 기공의 사이즈는 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필터부재의 표면에는 발유 가공 처리하거나, 발수 코팅 처리를 하는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 기재는 부직포, 직포, 직물지, 종이, 메쉬 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 고분자 물질을 전기 방사하여 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹 형태의 필터부재를 제조하는 단계;
    상기 필터부재에 발유 가공 처리 또는 발수 코팅 처리를 하는 단계;
    상기 필터부재의 일면 또는 양면에 다공성 기재를 부착하는 단계; 및
    상기 다공성 기재의 가장자리에 점착층을 적층하는 단계;를 포함하고,
    상기 점착층을 적층하는 단계는, 점착물질과 고분자 물질이 혼합된 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 나노섬유 밴트장치 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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