KR100803971B1

KR100803971B1 - 금속박막필터

Info

Publication number: KR100803971B1
Application number: KR1020010059749A
Authority: KR
Inventors: 황계순; 강신현
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2008-02-15
Also published as: KR20030026667A

Abstract

본 발명의 목적은 집진효율이 개선된 금속박막필터를 제공하는데 있다.

이에 본 발명은 본 발명의 금속박막필터는 미세공극이 다수개 형성된 금속박막필터에 있어서, 금속박막필터를 이루는 금속박막이 적어도 두 개 이상 겹쳐져서 이루어지며, 미세공극의 일부가 공유되어 관통되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

금속박막, 미세공극, 공유부

Description

금속박막필터{METAL THIN-FILM FILTER}

도 1은 본 발명에 따른 금속박막필터를 나타내는 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 금속박막 12 : 미세공극

14 : 공유부

본 발명은 금속박막으로 이루어지는 필터에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 금속박막에 포토에칭기술을 이용하여 미세공극이 다수개 타공된 금속박막필터에 관한 것이다.

산업현장에서 발생되는 분진은 그대로 대기 중으로 방출되면 환경을 오염시키므로 필터가 장착된 집진장치를 통과하여 정화된 후, 대기 중으로 방출된다.

일반적으로 분진을 제거하기위하여 사용되는 필터는 섬유상의 물질을 직포 또는 부직포의 형태로 제작하여 사용하여 왔다.

필터에 사용되는 섬유상의 물질로는 폴리에스테르 섬유가 가장 널리 이용되고, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 나일론, 노멕스, 유리섬유 등이 사용되어 왔다.

이러한 섬유상의 필터는 주로 여과포의 형태로 이루어지며, 공장에서 발생되는 분진은 여과포 표면에서 대부분의 입자들이 제거되고 일부는 여과포 내부를 통과하면서 제거된다. 또한 집진장치 내부로 유입된 가스는 여과포의 기공을 통하여 정화되어 대기중으로 방출된다.

이와 같은 여과포를 사용하여 분진을 제거하는 대표적인 산업공정으로는 철강공정, 소각공정, 시멘트공정, 화학공정, 발전공정, 제지공정, 코크스공정 등의 있다.

그러나 이러한 섬유질 여과포는 분진을 포집하거나 제거하는데는 유용하게 사용되나, 열에 약한 섬유로 만들어진다는 재질상의 특징으로 인해 250℃이상에서는 사용할 수 없고, 온도가 올라갈수록 열적, 내화학적 내구성이 급격히 약해지므로 고온에서 사용할 수 없다. 따라서 고온에서 운전을 방지하기 위하여 냉각설비 등의 전처리설비를 설치해야 하므로 이에 따른 설계 및 시공, 유지, 운전비용이 증가되는 문제가 있다.

또한 배기가스 중에 수분이 다량 포함되므로 이 수분에 의해 여과포의 눈막힘 현상이 발생되고, 탈진된 공기내에도 수분이 함유된다.

이와 같은 눈막힘과 탈진공기중의 수분으로 인하여 여과포의 수분응축 및 차압의 증가로 집진효율이 떨어지고 여과포를 담고 있는 필터백의 수명이 감소되어 교체율이 증가 되며 이로 인하여 전반적인 운전 및 유지비용이 비용이 증가된다.

특히 섬유질 여과포를 사용하는 집진장치는 장기간 운전할 경우 여과포의 기 계적, 열적 내구성이 약화되어 순간적인 파열이 발생할 수 있으며, 이 경우 사고가 발생할 위험성이 있다.

따라서 고온에서 사용될 수 있는 물성을 지닌 필터 개발의 필요성이 요청되고 있으며, 이러한 필터로는 금속박판을 이용한 필터가 물성측면에서 유리할 것이다.

섬유질 여과포 대신에 금속박막으로 이루어지는 금속박막필터로는 대한민국 특허출원 공개번호 제2000-0072210이 있으나 여기에는 개념적인 사항만 개시되어 있다. 그러나 상기 게시된 바에 의하면 구체적인 실험데이터가 제시되지 못하며, 내구성 및 집진효율이 낮아 실용화되지 못했다.

한편, 금속박막필터가 높은 집진효율을 얻기 위해서 금속판에 매우 미세한 다공을 형성시키는 것이 중요하며, 이러한 미세한 다공을 형성시키기 위한 기술로는 대한민국 특허공개 1998-034693에 개시되어 있다.

금속박판에 포토에칭기술을 이용하여 마이크론 단위 크기의 기공을 형성시키면 17인치 컴퓨터 모니터의 크기에 수백만개의 기공을 형성시킬 수 있다. 이와 같은 포토에칭 기술로는 타공할 수 있는 최소기공의 크기는 30㎛이다.

그러나 산업공정에서 배출되는 배기가스 입자크기가 30㎛이하가 다량 함유되어 있으므로 포토에칭 기술로 가공된 금속박막필터로는 원하는 집진효율을 얻을 수 없으므로 금속박막필터를 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 집진효 율이 개선된 금속박막필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 금속박막필터는 미세공극이 다수개 형성된 금속박막필터에 있어서, 상기 금속박막필터를 이루는 각 금속박막에 형성된 미세공극은 동일한 위치에 형성되며, 각 금속박막을 적어도 두 장 이상의 겹쳐서 이루어지고, 상기 미세공극의 일부가 상호 공유되어 관통되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속박막필터의 평면도이다.

금속박막(10)은 두께가 500㎛이하의 금속박판으로서 포토에칭 등의 방법에 의해 미세공극(12)이 금속박막(10)을 관통하며 다수개 형성된다.

이와 같은 금속박막(10)은 탄소강, 알루미늄, 동, 스테인레스강 또는 이들의 합금으로 이루어진다.

또한 금속박막(10)은 사용조건에 따라 도장, 주석도금 및 아연도금처리를 하여 사용하고, 특히 고온의 경우에는 내구성의 향상을 위해서 니켈, 크롬, 알루미늄, 동 등으로 표면 처리하여 사용한다.

한편 금속박막(10)은 표면에 다수개의 미세공극(12)을 형성시키며, 현재의 미세공극(12) 형성방법으로는 주로 포토에칭기술이 쓰이고, 형성 가능한 미세공극(12)의 최소 입자크기는 30㎛이다.

이때 한 장의 금속박막(10)에 형성된 미세공극은 일정한 패턴을 갖도록 타공하고 다른 장의 금속박막(10)에 형성된 미세공극 또한 앞서의 금속박막(10)에 형성된 미세공극의 패턴과 동일한 위치를 갖도록 타공한다. 이와 같이 다수의 미세공극의 위치가 일정하게 형성된 금속박막(10)을 최소한 두장 이상 미세공극이 상하 동일하게 위치하도록 겹친 다음, 상, 하의 금속박막(10)을 전, 후 또는 좌, 우로 일정 간격 이격 되도록 이동시킨다.

즉, 본 발명에 따른 금속박막필터는 금속박막필터를 이루는 금속박막(10)이 적어도 두 개 이상이 겹쳐져서 이루어지며, 미세공극(12)의 일부가 공유되어 관통되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

이 때 겹쳐지는 금속박막(10)은 미세공극(12)의 일부가 공유되어 관통되는 공유부(14)가 형성되도록 설치된다.

따라서, 도 1에서 도시된 바와 같이 두 개가 금속박막(10)을 미세공극(12)의 일부가 공유되어 관통되므로 한 장의 금속박막에 형성된 하나의 미세공극(12)의 직경보다 더 작은 직경이 형성되게 된다.

이때 공유(겹쳐서)되어 형성된 하나의 미세공극(14)은 겹치기 전 하나의 미세공극(12)의 단면적에 대하여 그 면적이 5% 미만일 경우에는 공유부(14)의 면적이 너무 작아 입자에 의해 금속박막필터가 막히는 경우가 발생한다.

또한 공유부(14)의 비율이 30% 초과일 경우에는 공유부(14)의 면적이 너무 커서 집진효율이 크게 떨어진다.

따라서 미세공극(12)은 공유되는 공유부(14)의 면적 비율이 하나의 미세공극(12) 단면적에 대하여 5% 내지 30% 로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 두 장 이상의 금속박막(10)을 겹쳐서 공유부의 단면적 비율을 맞춘다음, 각 금속박막을 용접하거나 접착제를 이용하여 접착하거나 기타 기계적인 가공을 통하여 결합시켜 금속박막필터를 완성한다.

그리고 공유부(14)의 단면적 비율을 만족하는 범위에서 두 장의 금속박막(10)을 사용하거나 세 장의 금속박막을 지그제그 형식으로 겹치거나 네 장의 금속박막을 교차하도록 겹쳐서 금속박막필터를 제작할 수 있다.

실시예

본 발명에 따라 금속박막을 겹쳐서 사용할 경우 집진효율의 증가를 시험하기 위해 금속박막을 한 개 사용할 경우와 두 개를 겹쳐서 사용할 경우의 집진효율을 시험하였다.

표 1은 금속박막을 한 개 사용할 경우와 두 개를 겹쳐서 사용할 경우의 집진효율을 나타낸다.

본 실험에 사용된 금속박막필터는 미세공극의 크기를 40㎛로 제작되었고, 필터의 형상은 직경 150㎜, 길이 3000㎜의 원통형으로 제작되었다.

또한 사용된 분진은 석회석 분진으로 평균직경이 22.4㎛로, 10㎛ 미만의 분진이 5.1%, 10㎛ 내지 20㎛가 25.7%, 20㎛ 내지 30㎛가 50.2%, 30㎛ 내지 50㎛가 19.0%이다.

한편 여과속도는 1.7m/min이고, 온도는 26℃이며, 분진의 입구농도를 3g/N㎥, 5g/N㎥, 7g/N㎥로 변화시켜 집진효율을 측정하였다.

또한 본 실험에서 공유부의 비율은 단면적의 20% 이다.

분진입구농도 (g/N㎥)	금속박막을 한 개 설치할 때의 집진효율 (%)	금속박막을 두 개 겹쳐서 설치할 때의 집진효율 (%)
3	53.3	95.7
5	62.8	97.3
7	73.5	98.8

표 1에서 나타난 바와 같이 금속박막 한 개 설치할 때의 집진효율 보다 금속박막을 두 개 겹쳐서 설치할 때의 집진효율이 월등히 높다.

일반적으로 산업현장에서 사용되는 발생분진을 제거하기 위해서는 95%이상의 집진효율이 필요한데, 금속박막을 두 개 이상 겹쳐서 설치할 때 금속박막필터의 집진효율이 증대되어 95%이상이 되므로 산업현장에서 사용이 가능하다.

또한 금속박막을 세 개이상 겹쳐서 설치하여도 가능하지만 겹쳐지는 층수가 증가할수록 압력이 강하되므로 사용공정의 허용하는 압력강하를 초과하지 않는 범위 내에서 금속박막을 여러층으로 겹쳐서 사용하여 집진효율을 향상시키는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면 금속박막필터는 금속박막이 적어도 두 개 이상의 겹쳐지고 미세공극의 일부가 공유되어 관통되도록 설치되므로 미세공극의 입자보다 더 작은 입자의 분진을 제거시킬 수 있어 집진효율이 향상된다.

또한 사용된 금속박막필터는 사용 후, 용융시켜 재활용 할 수 있으므로 자원을 절약할 수 있다.

Claims

미세공극이 다수개 형성된 금속박막필터에 있어서,

상기 금속박막필터를 이루는 각 금속박막에 형성된 미세공극은 동일한 위치에 형성되며, 각 금속박막을 적어도 두 장 이상 겹쳐서 이루어지고, 상기 미세공극의 일부가 상호 공유되어 관통되도록 형성되고, 상기 겹쳐서 공유된 미세공극의 단면적이 하나의 미세공극 단면적의 5% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 금속박막필터.
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