KR100437344B1 - 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터와 그 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터와 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 세라믹 입자와 용융 상태의 접합제로 혼합된 혼합물을 상기 집진필터의 표면에 도포하여 표면층을 형성시키고, 형성된 상기 집진필터의 표면층의 두께를 상기 세라믹 크기에 따른 두께로 잘라낸 후에, 상기 표면층의 배면으로부터 고온의 공기를 고속으로 흡입하여 상기 표면층에 기공을 형성시키며, 기공이 형성된 집진필터를 건조시켜 집진필터의 표면층을 제조한다.

Description

먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터와 그 제조 방법 및 장치{Fabric filter coated with surface layer for preventing dust from penetrating, and method and apparatus for producing the same}

본 발명은 먼지를 포집 제거하기 위한 집진 필터에 관한 것으로, 특히, 먼지입자의 필터 침투를 막고 내마모 성능을 강화시킨 집진 필터 표면층 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

근래에 대기 오염의 심각성이 한층 고조됨에 따라 대기오염물질에 대한 배출허용기준이 강화되고 있어, 그 대기오염 규제치를 만족시키기 위하여 먼지 배출량이 많은 산업체에서는 필터에 먼지를 포집 제거하는 여과집진장치를 많이 사용한다.

여과집진장치는 먼지의 특성이나 작업조건에 크게 의존하지 않으면서도 안정적이고 높은 집진효율을 유지하므로 전기집진장치나 스크러버 등의 다른 집진장치를 대치할 수 있는 가능성이 인정된다. 하지만, 여과집진장치는 높은 집진효율에 반하여, 여과조작이 진행됨에 따라 미세먼지 입자가 필터 내부로 침투하면 필터의 압력손실이 증가되어 정상적인 여과조작이 불가능한 단점을 가진다. 따라서, 이러한 단점을 해소하기 위해서는 주기적인 탈진조작(cleaning)에 의하여 필터에 침투된 먼지를 제거해 주어야 한다.

이때, 탈진조작은 주로 물리적인 운동이나 강한 에너지를 가하여 필터 표면에 포집된 먼지층을 털어주는 조작인데, 관리자는 유입되는 먼지의 농도가 높거나 여과속도가 빠른 경우 또는, 잘 털어지지 않는 먼지를 제거하는 경우에 탈진조작의 빈도를 늘리거나 또는, 탈진용 고압 압축공기를 다량으로 분사하여 탈진조작을 수행하고 있다.

그러나, 이와 같은 과도한 탈진조작의 적용으로 인하여 필터의 기공이 커지게 되고, 커진 필터의 기공을 통하여 먼지입자들이 더욱 많이 침투하여 필터의 압력손실을 급격히 증가시키며, 일부는 그대로 필터를 통과하여 대기중에 배출됨으로써 집진효율이 저하되는 요인이 되고, 또한 빈번한 탈진조작으로 인하여 필터와 필터 지지틀(bag cage)의 접촉 충돌이 발생되어 필터가 마모 및 파손되므로 필터의 수명이 단축되는 요인이 된다.

이와 같은 먼지입자의 필터 침투를 방지하여 필터의 압력 손실 증가를 억제하고, 집진 효율을 증가시키며, 필터의 수명을 연장시키기 위해 창안된 것이 필터 표면에 다공질 막을 접합시킨 형태의 표면층 접합 필터이다.

필터 표면에 다공질 막을 접합시키면 먼지입자가 필터내부로 침투하는 것이 근본적으로 차단되어 먼지입자 침투에 의한 필터 압력 소실 상승 및 통과 먼지의 배출을 억제할 수 있으며, 탈진시 먼지층이 필터로부터 쉽게 분리되므로 탈진 에너지의 소모를 줄이고, 이로 인해 필터의 수명을 증대시킬 수 있다.

현재 개발되어 주로 사용되고 있는 표면층의 재질로는 셀룰로스, 아크릴, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 테플론 수지 등이 있다. 이들 재질을 사용하여 제조된 기존의 표면층 필터의 표면 확대도를 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.

도 1은 용융된 수지를 단순히 필터 표면에 얇게 도포하여 필터 섬유간의 공간을 메움으로써 필터 표면 기공의 크기를 줄여 표면여과 효과를 얻고자 제조된 것이다. 도 2는 수지를 고온에서 용융시킨 상태로 내부에 공기를 고압으로 주입하고 혼합하여 10∼30 ㎛ 크기의 미세한 기공을 발생시켜 거품과 같은 형태로 가공한 후 필터 포면에 얇게 도포하여 제조한 것이다. 도 3은 수지를 얇은 막 형태로 먼저 가공한 후 용융 직전의 온도에서 한쪽 방향으로 잡아 늘여 기공을 만들고 이것을 필터 표면에 접합시켜 제조한 것이다.

그러나, 도 1에 도시된 종래 기술은 제조가 쉬운 장점이 있는 반면에, 필터 섬유조직의 구조에 따라 기공의 크기가 좌우되므로 기공의 크기를 일정수준 이하로 조절할 수 없으며, 수지를 필터 표면에 도포할 때 섬유간의 공간이 막히지 않도록 하기 위해서 도포되는 수지의 양을 최소화하여야 하는데, 이의 조절이 쉽지 않아 도포된 필터 표면이 불균일해지기 쉽다. 도포되는 수지의 양이 과다할 경우 필터 표면의 기공이 수지에 의해 막혀 필터의 압력 손실이 증가하게 되며, 반대로 도포량이 부족한 경우 기공의 크기가 커져 표면 여과 효과가 떨어지는 단점이 있다.

도 2에 도시된 종래기술은 기포나 액적을 사용하여 기공을 만들게 되는데 표면층의 공기 투과율을 높게 유지하면서 기공의 크기를 줄이는 것은 현재의 기술로서는 한계가 있다. 즉, 공기 투과율을 높이고자 하면 기공의 크기를 키워야 하며, 반대로 기공의 크기를 줄이고자 할 경우는 공기 투과율이 낮아진다. 따라서, 공기 투과율을 높게 유지하면서 높은 집진효율을 달성하기 위해서는 표면층을 두껍게 제조하는데, 이로 인해 필터의 압력손실이 높아지는 단점이 있다. 이 경우 미세 먼지입자가 표면층에 침투하여 탈진조작에도 밖으로 떨어지지 않고 잔류하는 현상이 발생하기도 한다. 또한, 표면층은 용융상태에서 높은 점도를 유지하는 재질을 사용하여야만 다공질체로 제조할 수 있는데, 이러한 성질을 가지는 재질은 특성상 150°C 이상의 고온조건에 적용이 불가능하다.

도 3에 도시된 종래기술은 기공의 분포를 균일하게 제조하기 힘들며, 표면층과 섬유필터를 접합시키기 위해 사용하는 접합제에 의해 기공이 막히는 경우가 발생한다. 또한, 주물사나 시멘트 등과 같이 마모성이 강한 먼지를 포집하는 경우에 표면층의 마모로 인한 손실로 인해 필터는 표면여과 효과를 상실하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 필터의 압력손실 상승을 억제하고 높은 집진효율을 유지하기 위해 필터 표면에 접합하여 먼지입자의 필터 침투를 방지하는 다공질 표면층 제조 방법및 장치의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 마모성이 강한 먼지의 포집시에도 마모에 견딜 수 있도록 하는 표면층 재질을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 표면층 접합에 의한 압력손실의 증가를 최소화할 수 있는 집진필터 표면층 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 수지 도포에 의한 표면층 접합 필터의 표면을 확대한 도면이다.

도 2는 종래의 거품 도포에 의한 표면층 접합 필터의 표면을 확대한 도면이다.

도 3은 종래의 박막 연신에 의한 표면층 접합 필터의 표면을 확대한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터 표면층 제조 장치를 간략화한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터 표면층의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터의 단면 확대 단면도이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은,

집진조작시 필터 표면에 형성되는 먼지층으로 인해 먼지의 필터 침투가 감소하고 집진성능이 향상되는 원리를 응용하여 섬유 필터 표면에 미세한 내마모성 입자를 고르게 분포시키고, 접합제를 사용하여 입자와 입자 및 입자와 섬유간을 결합시켜 필터 표면에 얇은 다공질 층을 형성시켜 먼지층과 유사한 역할을 하도록 한다. 그리고, 내마모성이 강한 세라믹 재질의 입자를 표면층에 사용되는 입자로 사용하여 표면층의 내마모성을 강화시킨다. 또한, 표면층 제조시 필터의 수직방향으로 고속의 공기를 통과시킴으로써 입자와 입자 및 입자와 섬유간의 접합에 사용되는 접합제가 최소량만이 남도록 하여 표면층에 의한 압력 손실 상승을 최대한 억제한다.

따라서, 본 발명에 따른 먼지를 포집하기 위한 집진 필터의 표면층 제조 방법에 있어서, 세라믹 입자와 용융 상태의 접합제로 혼합된 혼합물을 상기 집진필터의 표면에 도포하여 표면층을 형성시키는 과정; 형성된 상기 집진필터의 표면층의 두께를 상기 세라믹 크기에 따른 두께로 잘라내는 과정; 상기 표면층의 배면으로부터 고온의 공기를 고속으로 흡입하여 상기 표면층에 기공을 형성시키는 과정; 및 기공이 형성된 집진필터를 건조시키는 과정을 포함한다.

그리고, 본 발명에 따른 다수의 롤러에 의해 진행되어 권취기에 감기는 집진 필터의 표면층 제조 장치에 있어서, 세라믹 입자와 용융된 접합제를 혼합하고, 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 공급기; 상기 원료 공급기에서 공급하는 혼합물을 상기 집진필터의 표면에 도포하여 표면층을 형성하는 코팅기; 상기 코팅기에 의해 형성된 표면층의 두께를 상기 세라믹 크기에 따른 두께로 잘라내는 칼날; 및 상기 칼날에 의해 소정 두께를 가지는 표면층의 배면으로부터 고온의 공기를 고속으로 흡입하여 표면층에 기공을 형성시키는 공기 흡입기; 및 상기 기공이 형성된 집진필터를 건조시키는 건조기를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 집진필터의 표면층 제조 장치 및 그 방법을 설명한다.

우선, 도 4를 참조로 본 발명의 실시예에 따른 집진필터의 표면층 제조 장치를 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터 표면층 제조 장치의 공정라인을 간략화한 도면이다.

도 4에 도시되어 있듯이, 집진필터의 표면층 제조장치는 원료 공급기(10), 코팅기(20), 칼날(30), 공기 흡입기(40), 건조기(50), 권취기(60), 및 롤러(70)로 구성된다. 따라서, 집진필터(100)는 롤러(70)의 회전에 의해 이송되고, 코팅기(20), 칼날(30), 공기 흡입기(40), 건조기(50)를 각각 거쳐 권취기(60)에 도달된다.

이하, 집진필터 표면층 제조장치에 의해 표면층이 제조되는 과정을 도 5와 도 6을 참조로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터 표면층의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터의 단면 확대 단면도이다.

집진필터(100)가 대응하는 두 개의 롤러(70)를 통과하여 코팅기(20)의 배출구에 도달하면, 코팅기(20)는 표면층 원료를 집진필터(100)의 표면에 코팅(도포하고 접착)시켜 표면층을 형성시킨다.

여기서, 표면층 원료는 원료 공급기(10)에서 공급되는데, 원료 공급기(10)는 내부에 회전팔(도시하지 않음)과 고정팔(도시하지 않음)이 위치하고 있어, 표면층 원료를 공급받은 상태에서 회전팔을 회전시켜 원료를 혼합하고, 혼합한 원료(3)를 이송 관을 통해 코팅기(20)로 전달한다. 집진필터(100)의 표면에 공급되는 원료량은 코팅기(20) 내부의 기어식 펌프의 회전수에 의해 일정하게 조절된다.

이때, 표면층의 원료는 세라믹 입자(1)와 용융된 상태의 접합제(2)이다.

세라믹 입자(1)의 크기는 집진필터(100)의 섬유 간격에 따라 달리할 수 있으나, 부직포 필터인 경우 필터 표면의 섬유간 공간에 위치시킬 수 있지만 필터 내부로 침투하지 못하는 크기인 직경 30㎛ 내외인 입자를 사용한다. 여기서, 입자의 크기가 더 커질 경우 필터의 압력 손실은 줄어들지만 먼지의 포집효율이 떨어지고, 반면에 입자의 크기가 작아질 경우 먼지의 포집효율을 높일 수 있지만 필터의 압력 손실이 상승한다.

접합제(2)는 건조 후 섬유필터의 휘어짐에도 접합력을 유지할 수 있는 유연성과 강도를 지니고 있는 재질을 사용하는데, 필터 사용 온도가 130°C 미만의 저온의 경우에는 아크릴, 250°C 미만의 중온일 경우 테플론, 그 이상의 고온에서는 액상 세라믹 등을 주로 용융시켜 각종 첨가제(습윤제, 증점제, 산도 조절제 등)와 섞어 사용한다. 본 발명에서의 접합제(2)는 상기의 재질 모두 사용할 수 있으나, 내마모성과 내열성능을 높이기 위해 액상 세라믹을 사용한다.

코팅기(20)에 의해 집진필터 위에 접합된 용융상태의 표면층은 칼날(30)에 의해 두께가 조절된다. 표면층의 두께는 사용하는 세라믹 입자(1)의 크기에 따라 달리하여야 하며, 30㎛ 직경 내외의 입자를 사용한 경우 표면층 두께를 100㎛ 내외로 제조한다.

칼날(30)에 의해 소정 두께로 제조된 표면층은 도 5에 도시된 기공(6)이 형성되어 있지 않고 접합제(2)로 막혀져 있다.

따라서, 공기 흡입기(40)는 도 5와 도 6과 같은 기공(6)이 표면층에 형성되도록 집진필터(100)를 기준으로 표면층이 접합된 면의 반대면(표면층의 배면)으로 접합제(2)의 용융온도 정도의 고온 공기(4)를 고속으로 흡입한다. 고온 공기(4)를고속으로 흡입하면, 용융된 상태로 세라믹 입자(1)와 섬유(5) 사이를 채우고 있던 유동성을 가진 접합제(2)가 집진필터(100)의 내부로 들어가고, 일부는 공기 흡입기(40)를 거쳐 외부로 배출되어 기공(6)이 형성된다. 이때, 입자와 입자 사이 그리고, 입자와 섬유(5) 사이에 위치한 접합제(2)는 접합제(2) 자체의 점성과 모세관 현상에 의해 도 5와 같이 남게 된다. 그리고, 세라믹 입자(1)는 크기가 집진필터(100) 내부로 침투하지 않을 정도로 크므로 공기의 흡인력에 의해서 집진필터(100) 내부로 침투하지 않고 도 6에 도시된 바와 같이 필터 표면 및 필터 표면의 섬유간 공간에 잔류하게 된다.

여기서, 공기 흡입기(40)에서의 공기 흡입은 표면층 및 집진필터(100) 내부에 잔류하는 접합제의 양을 최소화하기 위해 집진필터(100)에 수직 방향으로 통과하는 유속이 5m/sec 이상이 되어야 한다.

공기 흡입기(40)를 통과한 집진필터(100)의 표면층이 도 5와 도 6과 같이 제조된 후, 집진필터(100)는 건조기(50)를 통과하면서 표면층이 건조되어 권취기(60)에 도달되고, 이로써 집진필터(100)의 세라믹 입자(1) 표면층 제조공정이 끝난다.

상기와 같이 제조한 본 발명의 세라믹 입자 표면층 접합필터 즉, 집진필터(100)의 작용은 다음과 같다.

여과 집진기의 흡입장치에 의해 필터로 유입된 먼지는 세라믹 입자 표면층에 도달하여, 세라믹 입자 표면층의 기공이 작으므로, 필터 내부로 침투하지 못하고 필터 표면에 포집된다. 필터 표면에 포집된 먼지는 낮은 탈진 에너지로도 쉽게 탈진된다. 또한, 내마모성과 내열성이 강한 표면층 재질을 사용하여 마모성이 강한먼지의 포집이 가능하며, 250°C 이상의 고온 조건에서도 표면층의 변형이나 성능 저하가 발생하지 않는다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 섬유 필터(집진 필터)의 표면에 세라믹 입자 표면층을 접합함으로써 집진 조작시 표면층에 의해 먼지가 필터 내부로 침투하지 못하고, 필터의 잔류압력 손실을 증가시키지 않는다.

또한, 본 발명은 포집된 먼지를 낮은 탈진에너지로도 쉽게 탈진시킬 수 있으므로 여과집진장치에 소요되는 동력비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 집진필터의 표면층 원료로 사용되는 세라믹 입자 및 세라믹 재질의 접합제가 내마모성이 크므로 주물사나 시멘트와 같은 마모성이 강한 먼지를 포집할 경우에도 표면층의 마모가 쉽게 일어나지 않아 필터의 수명을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 집진필터의 표면층의 재질로 용융점이 높은 세라믹 입자와 세라믹 재질의 접합제를 사용함으로써 내열성이 높은 필터와 조합할 경우 250°C 이상의 고온에서도 사용이 가능하다.

Claims (13)

1. 먼지를 포집하기 위한 집진 필터의 제조 방법에 있어서,

   세라믹 입자와 용융 상태의 접합제가 혼합된 혼합물을 상기 집진필터의 표면에 도포하여 표면층을 형성시키는 단계;

   상기 표면층의 배면으로부터 고온의 공기를 고속으로 흡입하여 상기 표면층에 기공을 형성시키는 단계; 및

   기공이 형성된 집진필터를 건조시키는 단계를

   포함하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에서,

   상기 접합제는 주 성분이 액상 세라믹인 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터의 제조 방법.
4. 제 1 항에서,

   상기 세라믹 입자의 크기는,

   직경이 30㎛ 내외인 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터의 제조 방법.
5. 제 1 항에서,

   상기 표면층의 두께는,

   30㎛ 직경 내외의 세라믹 입자를 사용한 경우에, 100㎛ 내외로 제조하는 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터의 제조 방법.
6. 제 1 항에서,

   상기 공기의 온도는,

   상기 접합제의 용융 온도 내외인 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터의 제조 방법.
7. 필터의 섬유상에 도포된 세라믹 입자와 용융 상태의 접합제와, 상기 세라믹 입자와 상기 접합제 사이에 형성된 기공으로 이루어진 표면층을 가지며, 상기 세라믹 입자는 섬유의 내부로 침투되지 않을 정도의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터.
8. 삭제
9. 제 7 항에서,

   상기 표면층의 두께는

   30㎛ 직경 내외의 세라믹 입자를 사용한 경우에, 100㎛ 내외인 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터.
10. 제 7 항에서,

    상기 접합제는 주 성분이 액상 세라믹인 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터.
11. 다수의 롤러에 의해 진행되어 권취기에 감기는 집진 필터 제조 장치에 있어서,

    세라믹 입자와 용융된 접합제를 혼합하고, 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 공급기;

    상기 원료 공급기에서 공급하는 혼합물을 상기 집진필터의 표면에 도포하여 표면층을 형성하는 코팅기;

    상기 코팅기에 의해 형성된 표면층의 배면으로부터 고온의 공기를 고속으로 흡입하여 표면층에 기공을 형성시키는 공기 흡입기; 및

    상기 기공이 형성된 집진필터를 건조시키는 건조기를 포함하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터 제조 장치.
12. 삭제
13. 제 11 항에서,

    상기 공기 흡입기는,

    상기 접합제의 용융 온도의 공기를 유속이 5m/sec 이상 되도록 하여 흡입동작을 하는 것을 특징으로 하는 먼지가 내부로 침투하는 것을 방지하는 표면층을 구비한 집진필터 제조 장치.