KR100442691B1 - 멀티 멤브레인 필터 - Google Patents

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KR100442691B1 KR10-1998-0708608A KR19980708608A KR100442691B1 KR 100442691 B1 KR100442691 B1 KR 100442691B1 KR 19980708608 A KR19980708608 A KR 19980708608A KR 100442691 B1 KR100442691 B1 KR 100442691B1
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Abstract

필터 엘리먼트(28)는 다수의 멤브레인 층(90,92)을 갖는다. 필터 엘리먼트는 다공성 측벽을 갖는 필터부재를 갖는다. 측벽은 가스가 통과하는 외부표면(78)과 내부표면(80)을 갖는다. 제 1 멤브레인(90)은 미립자 물질이 외부표면을 침투하는 것을 방지하기 위해 외부표면과 소통한다. 제 2 멤브레인(92)은 미립자 물질이 내부표면을 침투하는 것을 방지하기 위해 내부표면과 소통한다.

Description

멀티 멤브레인 필터
가스에서 미립자 물질을 정화하도록 수행되는 고온가스 정화 시스템은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 이를 시스템은 현재 석탄 연소가스, 가압 유동상 연소가스, 기화가스 및 쓰레기 소각가스를 정화하는데 사용된다. 부가적으로, 이들 가스정화 시스템은 촉매와 귀금속 회수, 석회소성, 촉매 열분해, 및 화학공정 중에 물질을 회수하는데 적용할 수 있다.
종래의 고온가스 정화 시스템은 일반적으로 압력용기내에 장착되는 필터 조립체를 포함한다. 필터 조립체는 다수의 필터 엘리먼트(filter elements), 필터 엘리먼트를 지지하기 위한 다수의 튜브시트, 플리넘 파이프(plenum pipes) 및 필터 엘리먼트로부터 미립자 물질을 제거하는 백 펄스 시스템(back pulse system)을 포함한다. 이들 시스템은 가스에서 더러운 미립자를 여과하는 여러 필터 엘리먼트를 사용할 수 있다.
일반적으로 사용되는 필터 엘리먼트의 예들은 여기에 참조로 도입된 실리버티(ciliberti)의 미국 특허 제 4,737,176호에 기술된 크로스-플로 필터(cross-flow filters), 여기에 참조로 도입된 실리버티의 미국 특허 제 4,764,190호에 기술된 필터 백(filter bag), 다공성 금속 필터, 단층 멤브레인 필터, 단부와 밀폐단부 또는 두 개의 개방단부 중 하나 즉 아사히(ASAHI) 필터 엘리먼트를 갖는 세라믹 원통형 필터(캔들(candle)과 튜브 필터)를 포함한다.
필터 엘리먼트는 일반적으로 압력용기내에 장착되어 가스가 필터 엘리먼트를 통과하므로서 가스에 있는 더럽고 미세한 미립자의 대부분이 필터 엘리먼트에서 제거된다. 일반적으로, 가스가 필터 엘리먼트를 통과하기 때문에, 더럽고 미세한 미립자가 필터의 외측에 포집되어, 청정 가스가 필터 매개체를 통해 플리넘 파이프로 유동하고 튜브시트의 청정 가스쪽으로 배출된다. 필터 엘리먼트의 외측에 포집되는 더럽고 미세한 미립자의 대부분은 필터 엘리먼트의 미립자를 제거하는 백 펄스 시스템에 의해 제공된 역전 가스 펄스에 의해 필터 엘리먼트에서 제거된다. 제거된 더럽고 미세한 미립자는 그 후 호퍼에서 포집되고 배출된다.
사용되는 튜브형 필터 엘리먼트의 다른 타입은 보어와 2개의 개방 단부를 한정하는 측벽들과, 내측면에 있는 멤브레인을 갖는 것 즉 아사히 시스템이다. 더러운 가스는 벽을 통과하여 청정 가스로 여과되도록 튜브의 내경을 따라 통과하고 필터 엘리먼트의 외경을 따라 배출된다.
필터 엘리먼트는 미립자 재(particulate ash)가 쌓이거나 브리지(bridge)될 때 또는 물질 붕괴 즉 열 충격, 열 응력, 크리프(creep) 또는 크랙 성장 때문에 파손될 수 있다. 필터 엘리먼트가 파손되는 경우, 더러운 미립자가 계속해서 튜브시트의 청정 가스쪽으로 이동하여 다소의 문제를 발생시킨다. 더러운 미립자가 청정 가스쪽으로 들어가면, 백 펄스 시스템이 활성화될 때 더러운 미립자가 인접한 손상되지 않은 필터 엘리먼트의 내부로 들어가 필터 엘리먼트의 기공을 채우거나 막음으로서 손상되지 않은 필터 엘리먼트를 오염시킨다.
일반적으로, 필터 엘리먼트가 파손되거나 고장났을 때, 전체 정화 시스템은 파손된 필터 엘리먼트의 위치를 찾고 교체하도록 몇 일 동안 정지되어야 한다. 그러나, 오염된 필터 엘리먼트가 그대로 방치될 수 있다. 불행하게도, 시스템에 여전히 오염된 필터 엘리먼트가 있을 경우, 전체 시스템의 필터링 성능에 손실이 발생한다. 따라서 필터 오염 기회를 최소화하고 전체 정화 시스템의 필터링 성능을 향상시키는 개선된 필터 엘리먼트를 제공하는 것이 바람직하다.
발명의 요약
본 발명에는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트가 제공된다. 필터 엘리먼트는 다공성 측벽을 갖는 필터부재를 포함한다. 측벽은 더러운 미립자를 포함하는 가스를 통과시켜 미립자가 여과되는 외부표면과 내부표면을 포함한다. 제 1 멤브레인은 외부표면과 소통하여 더러운 미립자 물질이 외부표면에 침투하는 것을 방지한다. 제 2 멤브레인은 내부표면과 소통하여 더러운 미립자 물질이 내부표면에 침투하는 것을 방지한다.
명세서에 도입되고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 본 발명의 일 실시예를 도시한 것이고 상세한 설명과 함께 발명의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
본 발명은 일반적으로 고온가스 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는 더럽고 미세한 미립자 물질(particulate matter)을 가스로부터 여과하고 고장난 필터 엘리먼트가 있는 상태에서 돌이킬 수 없는 막힘작용으로 손상되지 않은 필터 엘리먼트를 보호하는 고온가스 정화멀티-멤브레인 필터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 멤브레인 필터 엘리먼트를 포함하는 압력 용기의 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 압력 용기내부의 튜브시트에 커플링된 멀티 멤브레인 필터 엘리먼트 배열의 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 멤브레인 필터 엘리먼트의 사시도.
도 4는 도 3의 도시된 멀티 멤브레인 필터의 4-4선에 따른 단면도.
도 1은 가스로부터 미립자 물질을 분리하는 필터링 장치(20)를 도시한 것이다. 필터링 장치는 다수의 클러스터(24)가 장착되는 압력용기(22)를 포함한다. 각각의 클러스터(24)는 다수의 필터 엘리먼트 배열(26)을 포함한다. 각각의 필터 엘리먼트 배열(26)은 다수의 필터 엘리먼트(28)를 포함한다.
압력용기(22)는 반구형 헤드(30)와 본체(32)를 갖는다. 본체(32)는 배출구멍을 한정하는 선형 정점(34) 또는 압력용기(22)에서 처리된 가스용 노즐(36)에서 끝난다. 본체(32)는 오염가스 유입구(25)와 원추형 하부(40)에 의해 결합된 원통형상을 갖는 상부(38)를 포함한다. 하부(40)는 미립자 물질을 수용하도록 형성된다. 하부(40)는 구멍을 한정하는 선형 정점 또는 미립자 물질을 포집하기 위한 호퍼(도시하지 않음)에 연결되는 노즐(42)을 포함한다. 다수의 포트(44)는 반구형 헤드(30)에서 연장된다. 포트(44)는 장치를 끼우고 정지기간동안 반구형 헤드(30)의 내부를 관찰하는 사이트(site)를 제공한다. 캔들 필터(28)를 정화하기 위한 가스의 백 펄스 폭발(back pulse burst)을 공급하는 튜브(46)는 대응포트(44)에 커플링된다.
도 2에 있어서, 압력용기는 튜브시트(48)를 포함한다. 각각의 튜브시트(48)는 상부판(50)과 매달린 하부판(52)을 포함한다. 각각의 필터 엘리먼트(28)는 필터 홀더와 가스켓 조립체(60)내에 고정되고 대응 하부판(52)에 커플링된다. 필터 엘리먼트(28)는 플리넘 파이프(54)에 의해 구조물 유니트에 집적된다. 각각의 플리넘 파이프(54)는 압력용기(22)내의 중심(동축)에 고정된다. 일반적으로 절두원추형상을 갖는 쉐드(shed) 또는 미립자 디플렉터(56)는 각각의 튜브 시트(50) 위에 부착된다.
도 3에는 본 발명에 따른 필터 엘리먼트(28), 바람직하게는 중공 튜브형 필터 엘리먼트가 도시되어 있다. 필터 엘리먼트(28)는 다공성 측벽(72)을 갖는 캔들 필터부재(282), 밀폐단부(76) 및 개방단부(74)를 포함한다. 다공성 측벽(72)은 외부표면(78)과 내부표면(80 ; 도 4에 도시됨)을 포함한다. 필터 엘리먼트의 바람직한 실시예는 제 1 멤브레인 층(90)과 종래의 가스 정화 시스템에 사용되는 제 2 멤브레인 층(92)을 포함한다. 제 1 멤브레인(90)은 외부표면(78)과 소통한다. 제 2 멤브레인(92)은 내부표면(80;도 4참조)과 소통한다. 멤브레인 층(90,92)은 백 펄스 시스템이 활성화될 때 또는 정상 가스 유동중에 미립자 물질이 필터 기공을 침투하는 것을 방지하도록 제공된다.
도 4에는 다공성 측벽(72), 외부표면(79), 내부표면(80) 및 멤브레인(90,92)이 더 자세하게 도시되어 있다. 측벽(74)은 개방 단부(74)에서 연장되기 시작하여 밀폐단부(76)에서 끝나는 보어(82)를 한정한다. 보어(82)는 청정 가스 또는 미립자를 포함하는 가스용 유동통로를 제공한다.
각각의 멤브레인 층(90,92)은 다공성 세라믹 또는 소결 금속 물질로 이루어지는 것이 바람직하지만, 기초를 이루는 지지 매트릭스, 절단되거나 이어지는 더 미세한 섬유 매트릭스 층, 소결 금속, 피복되거나 또는 피복되지 않은 더 미세하거나 또는 더 치밀한 피복 세라믹 직물(wrapped ceramic yarn), 또는 미립자, CVI 및 졸-겔로 구성되는 섬유단(fiber bundles) 및 동종의 매트릭스와 유사한 더 미세한 입자 물질이 될 수 있다.
멤브레인 층(90,92)은 단일 세라믹 물질, 복합 세라믹 물질, 소결 금속 물질 또는 복합 금속 물질로 이루어진 필터 엘리먼트에 도포된다. 멤브레인 층(90,92)은 필터 엘리먼트 제조공정 중에 필터 엘리먼트에 바람직하게 도포된다. 멤브레인 층(90,92)은 슬러리 공정(slurry process), 등압축 공정, 화학증기 침윤 공정, 와인딩 공정(winding process), 진공 침윤 공정, 슬립 주조 공정 등에 의해 도포된다.
캔들 필터 엘리먼트(28)는 종래의 캔들 필터 또는 "역전된" 캔들 필터일 수 있다. 종래의 캔들 필터가 정화 시스템에 사용되는 경우 미립자를 포함하는 가스가 필터 엘리먼트의 외부표면(78)을 통과하고 내부표면(80)을 통해 배출되어 청정가스가 압력용기의 청정가스쪽으로 이동한다. 반면 "역전된" 캔들 필터 엘리먼트가 정화 시스템에 사용되는 경우 미립자를 포함한 가스가 보어(82)와 내부표면(80)을 통해 여과되므로서 청정가스가 필터 엘리먼트의 외부표면(78)을 통해 밖으로 배출된다.
본 발명이 크로스-플로 필터 엘리먼트, 아사히 시스템과 같이 2개의 개방 단부를 갖는 튜브형 필터 엘리먼트와 같은 다른 타입의 필터 엘리먼트에 적용될 수 있고 이 모든 것이 가스 정화 시스템에 사용될 수 있다는 것을 이 분야에 기술을 가진 사람이라면 알 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정화 시스템은 미립자를 포함한 가스가 오염 가스 유입구(25)를 통해 유입되게 한다. 가스의 미립자 물질은 필터 엘리먼트(28)의 외부표면(78)에 포집된다. 여과된 청정 가스는 보어(82)를 통해 튜브 시트(50)의 청정 가스쪽으로 진행된다. 그 후 청정 가스는 반구형 가스 배출구(36)에 도달하여 배출될 때 까지 각각의 플리넘 파이프(54)를 통해 이동한다. 정기적으로, 미립자 물질은 백 펄스 시스템에 의해 제공되는 압축가스의 짧은 펄스에 의해 필터 엘리먼트(28)로부터 제거된다.
본 발명은 본 발명의 정신 또는 특징에 벗어남없이 다른 형태로 실시될 수 있고 따라서, 본 발명의 범위는 앞의 상세한 설명보다 첨부한 청구의 범위를 참조하여 이루어져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 개방단부, 밀폐단부 및 상기 개방단부의 시작위치에서 연장되어 밀폐단부에서 끝나는 가스를 유동시키기 위한 보어를 한정하고, 가스가 통과하는 외부표면과 내부표면을 갖는 다공성 측벽을 갖는 필터부재,
    미립자 물질이 외부표면을 침투하는 것을 방지하기 위해 상기 외부표면과 소통하는 제 1 멤브레인, 및
    미립자 물질이 내부표면을 침투하는 것을 방지하기 위해 상기 내부표면과 소통하는 제 2 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 멤브레인 층은 기초를 이루는 지지 매트릭스, 소결 금속, 더 미세한 직물 절단 매트릭스 층, 더 미세한 직물 연속 매트릭스 층, 미립자, CVI, 졸-겔을 포함하는 피복 세라믹 직물, 미립자, CVI, 및 졸-겔을 포함하는 코팅 피복 세라믹 직물과 유사한 더 미세한 다공성 세라믹 입자물질로 구성되는 그룹 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 부재는 단일 세라믹, 복합 세라믹 및 소결 금속 물질로 구성되는 그룹 중 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 부재는 실질적으로 원통형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
  5. 가스가 통과하는 외부표면과 내부표면을 갖는 다공성 측벽을 갖는 필터 부재,
    미립자 물질이 외부표면에 침투하는 방지하기 위해 상기 외부표면과 소통하는 제 1 부재, 및
    미립자 물질이 내부표면에 침투하는 것을 방지하기 위해 상기 내부표면과 소통하는 제 2 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 멤브레인 층은 기초를 이루는 지지 매트릭스, 소결 금속, 더 미세한 직물 절단 매트릭스 층, 더 미세한 직물 연속 매트릭스 층, 미립자, CVI, 졸-겔을 포함하는 피복 세라믹 직물, 미립자, CVI, 및 졸-겔을 포함하는 코팅 피복 세라믹 직물과 유사한 더 미세한 다공성 세라믹 입자물질로 구성되는 그룹 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 부재.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 필터 부재는 단일 세라믹, 복합 세라믹 및 소결 금속 물질로 구성되는 그룹 중 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 필터 부재는 크로스-플로 필터인 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 측벽은 2개의 대향 개방 단부들과 개방 단부들 사이의 보어를 한정하는 것을 특징으로 하는 다수의 멤브레인 층을 갖는 필터 엘리먼트.
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