KR100511071B1 - 세라믹 필터의 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 필터의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로 진동기(6)의 상면에 고정되어 금형(1)을 고정시키는 고정판(4)과; 상기 고정판(4)에 형성된 홈에 고정되어 세라믹 필터를 성형하기 위해 탄화규소 70~75중량%, 무기결합체 12.5~15중량%, 에폭시수지 12.5~15중량%를 혼합한 반건조상태의 혼합물을 수용하며, 두 개의 분리되어 분리/결합되는 금형(1)과; 상기 금형(1)의 외측에 금형(1)에 수용된 혼합물을 배출되지 않도록 금형(1)을 견고하게 결합시키는 클램프(3)와; 상기 금형(1)의 상면에 삽입되어 금형(1) 내부의 심봉(5)을 고정시키는 캡(2);으로 이루어져 진동기(6)를 1~5분간 진동시켜 세라믹 필터를 성형하여 고온·고압용 세라믹 필터는 진동기를 이용하여 케스팅 방법으로 세라믹 필터의 제조가 용이하고, 집진장치나 수처리장치에 장착할 때 필요로 하는 크기로 제조가 가능하며, 사용용도에 따라서 기공의 크기를 조절할 수 있다.

Description

세라믹 필터의 제조방법 및 그 제조장치 {the manufacturing method of the ceramic single-tube filter and manufacture apparatus}

1. 발명의 분야본 발명은 세라믹 필터의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 탄화규소 70~75중량%, 무기결합체 12.5~15중량%, 주제와 에폭시경화제를 혼합한 에폭시수지 12.5~15중량%를 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합된 분말을 반건조상태로 진동기에 고정된 금형에 넣어 1~5분간 진동시켜 필터를 성형하는 성형단계와; 상기 성형단계를 거친 세라믹 필터를 1100~1300℃로 소성하는 소성단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법 및 이를 위한 제조장치에 관한 것이다. 2. 발명의 배경필터의 용도를 보면 각종 쓰레기 소각로, 보일러, 석탄 화력 발전소, 석탄 가스화 복합 발전 등이 있고, 분진 등의 포집은 여과포(Bag Filter)나 전기 집진 장치를 사용하여 왔는테 이중 전기 집진 장치는 시설비가 많이 들고, 공정에 따라 효율이 떨어져 적용하기 힘들고 여과포는 주로 고분자 계로 만들어져 그 사용 온도가 250 ℃를 넘을 경우 사용할 수가 없어 반드시 냉각 장치를 설치하여야만 한다.이에 비해 세라믹 필터는 내열성이 우수하여 냉각 장치 등의 추가 설비가 필요 없어 설치비용의 부담이 없고 중·소형의 집진장치 및 배기 가스 정화 장치에 적합하다. 또한 석탄 가스화 복합 발전의 용도 등에서와 같이 고온의 배기 가스를 이용하여 복합 발전을 할 경우 가스층의 입자상 물질이 터빈 블레이드를 손상시킬 우려가 있기 때문에 필터가 필수적인데 그 배기가스의 온도가 매우 높기 때문에 세라믹 필터 외의 다른 대안이 없는 실정이다.일반적으로 세라믹 필터는 세라믹 화이버(Fiber)를 이용한 튜브 타입을 성형해서 가장 보편적으로 쓰이고 있으나, 이는 여과 효율과 배압 특성은 비교적 우수하나 제조되는 비용이 높아 고가여서 집진장치의 가격을 상승시키는 주요인이 되는 단점이 있으며, 장시간 사용할 때 세라믹 화이버의 열화로 인해 필터의 내구성이 떨어져 여과 효율이 감소할 뿐만 아니라 화이버가 배기가스 중에 포함 배출되어 이차 공해를 발생하는 문제점이 있었다.본 발명자는 이와 같은 문제점을 해결 하기 위하여, 탄화규소 70~75중량%, 무기결합체 12.5~15중량%, 주제와 에폭시경화제를 혼합한 에폭시수지 12.5~15중량%를 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합된 분말을 반건조상태로 진동기에 고정된 금형에 넣어 1~5분간 진동시켜 필터를 성형하는 성형단계와; 상기 성형단계를 거친 세라믹 필터를 1100~1300℃로 소성하는 소성단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법 및 이를 위한 제조장치를 개발하기에 이른 것이다. 따라서 본 발명에 의하면 기체나 액체, 즉 유체 중의 분진 내지 입자상 물질을 제거, 저감 그리고 분리시키는 용도의 파이프(PIPE) 형태의 다공성 세라믹 필터를 제조하고, 이것들을 일정한 두께 형태의 크기로 나열하여 고온·고압에서 최대의 필터링(filtering) 효과를 얻을 수 있도록 장치함으로써, 현재 사용되는 필터의 문제점인 내열성, 내화학성, 내마모성 등의 문제점을 보안한 파이프 형태의 다공성 세라믹 튜브필터를 얻을 수 있다.

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본 발명의 목적은 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 우수하고 기공은 터널 형태의 3차원 구조를 가지는 세라믹 필터로서 진동기를 이용한 케스팅법에 의한 세라믹 필터 제조시 파이프 형태의 튜브(Tube)를 금형의 틀에 의해 제조하고, 다공성인 외부와 내부 벽체에 기공을 형성하여 기공 특성이 다르며, 필터의 취성 및 장치의 공정조립을 개선한 세라믹 필터의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하기 위한 것이다본 발명의 다른 목적은 파이프 형태 벽체의 기공크기는 0.001 - 500㎛정도 범위에서 선택하여 작은 편차로 기공의 크기 조절이 가능하고, 60% 이상의 높은 기공율을 형성할 수 있으며, 높은 비표면적을 가지고 있어 분진의 성상에 따라 기공크기를 조절하여 분진들이 표면에서 포집하고, 압축 공기를 안쪽에서 불어 털어내는 방식으로 눈막힘 현상을 방지하고, 벽체의 내벽과 외벽의 기공의 크기를 다르게 하여 통기도 및 포집효율을 극대화한 세라믹 필터의 제조방법 및 그 제조장치를 제공하기 위한 것이다.

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상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 세라믹 필터의 제조 방법은 세라믹 필터의 주원료로 사용되는 탄화규소(SiC) 70~75중량%, 무기결합체 12.5~15중량%, 주제와 에폭시경화제를 혼합한 에폭시수지 12.5~15중량%를 혼합한다. 이때, 무기결합체와 탄화규소 입도 변화에 따른 특성, 물성, 미세구조 변화를 살펴보면 다음과 같다.표 1. 무기결합체와 탄화규소 입도 변화에 따른 특성 변화. 다음으로, 필터 제조를 위한 탄화규소 입토에 따른 미세구조 변화를 살펴보면 다음과 같다. 표 2. 탄화규소 입자 혼합과 무기결합체 첨가량에 따른 특성변화 다음으로, 필터 제조를 위한 탄화규소 입도 혼합에 따른 미세구조 변화를 살펴보면 다음과 같다. 도시된 바와 같이, 탄화규소 입자와 무기결합체의 첨가량에 따른 특성변화를 정확하게 인지함에 따라 필터를 제조함에 있어 필요로 하는 크기로 제조가가능해지고, 사용용도에 따라 기공의 크기를 조절할 수 있게 된다. 그리고, 상기와 같은 혼합물을 반건식 상태의 분말로 건조시킨 원료를 두 개로 분리되어 있는 금형(1)에 넣어 진동기(6)에 고정시켜 혼합된 분말을 진동시간 1~5분간 진동시켜 분말 상태의 혼합물을 성형시켜 세라믹 필터를 성형한다. 금형(1)에서 성형된 세라믹 필터를 탈형하여 탄화규소를 원료로 하고 상기 금형의 구멍을 막은 후 1100~1300℃로 소성하여 세라믹 필터를 제조한다.이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.도 1은 본 발명의 제조장치에 사용되는 금형을 나타낸 개략적인 수평단면도이고, 도 2는 본 발명의 제조장치에 사용되는 금형의 개략적인 수직단면도이고, 도 3은 본 발명의 제조장치에 사용되는 캡의 개략적인 평면도이고, 도 4는 본 발명의 제조장치에 사용되는 클램프의 개략적인 평면도이고, 도 5는 본 발명의 제조장치에 사용되는 고정판의 개략적인 정면도이고, 도 6은 본 발명의 제조장치에 사용되는 심봉의 개략적인 정면도이고, 도 7은 본 발명의 제조장치를 나타낸 단면도이고, 도 8은 본 발명의 성형된 세라믹 필터를 나타낸 개략적인 사시도이이다. 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 진동기(6)의 상면에 금형(1)을 삽입시키는 고정판(4)을 고정시키고, 상기 금형(1)은 원형의 중앙을 두 개로 갈라지는 금형(1)의 배부에 심봉(5)을 삽입시켜 금형(1)의 상부에 캡(2)을 삽입시켜 금형(1)으로부터 심봉(5)을 움직이지 않도록 고정시킨다.상기 고정판(4)에 삽입 고정된 금형(1)의 외측에 클램프(3)를 다수개 고정시켜 금형(1)에 투입되는 상기 세라믹 필터의 혼합물을 내부에 투입되어 외부로 빠지지 않도록 하고, 상기 반건식상태의 혼합물을 금형(1)에 일정한 속도로 넣으면서 금형(1) 내부에서 분말의 성형밀도를 좋게 하기 위해서 분말이 금형(1) 안에 차서 올라오는 속도로 금형(1)의 외부에 충격을 주어 밀도를 높인다. 다음으로, 상기 금형(1)에 분말주입이 끝나면 진동기(6)를 구동시켜 1~5분간 진동을 가하여 금형(1) 내부에 있는 분말을 성형하고 난 다음 금형(1)으로부터 클램프(3)와 심봉(5)을 제거하여 탈형을 하여 성형된 세라믹 필터의 하부에 형성되어 있는 구멍을 상기 세라믹 필터의 성형에 사용된 동일한 재질의 원료로 막아준다.이와같이 진동기(6)를 이용한 캐스팅법에 의해 제조된 세라믹 필터는 압출성형법에 의해 제조된 필터보다도 밀도가 낮기 때문에 기공은 터널 형태의 3차원 구조를 하고 있어서 필터의 기능을 향상시킨 것이다. 그리고 제조된 필터는 1100∼1300℃로 소성을 한다.

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본 발명에 따른 세라믹 필터의 제조방법과 제조장치에 의하면 고온·고압용 세라믹 필터를 얻을 수 있고, 진동기를 이용하여 케스팅 방법으로 세라믹 필터의 제조가 용이하고, 집진장치나 수처리장치에 장착할 때 필요로 하는 크기로 제조가 가능하며, 사용용도에 따라서 기공의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 고온에서의 유체냉각을 통한 열교환기 장치가 필요하지 않으며, 50%이상의 다공성 구조로 가볍고 집진효율이 99% 이상이며, 내마모성이 우수하여 필터의 수명이 연장된다. 그리고 본 발명에 의한 세라믹 필터는 고온·고압에서도 필터의 기능 저하나 파손이 없어 쓰레기 소각로, 보일러, 시멘트 제조공정, 석탄 화력 발전소, 석탄가스화 복합 발전 설비 등에서 별도의 냉각장치 없이 사용할 수 있는 효과를 제공한다. 본 발명의 단순하 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

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도 1은 본 발명의 제조장치에 사용되는 금형의 개략적인 수평단면도이다.도 2는 본 발명의 제조장치에 사용되는 금형의 개략적인 수직단면도이다.도 3은 본 발명의 제조장치에 사용되는 캡의 개략적인 평면도이다.도 4는 본 발명의 제조장치에 사용되는 클램프의 개략적인 평면도이다.도 5는 본 발명의 제조장치에 사용되는 고정판의 개략적인 정면도이다.도 6은 본 발명의 제조장치에 사용되는 심봉의 개략적인 정면도이다.도 7은 본 발명의 제조장치를 나타낸 개략적인 단면도이다.도 8은 본 발명의 성형된 세라믹 필터의 개략적인 사시도이다.

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＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 금형

2 : 캡

3 : 클램프

4 : 고정판

5 : 심봉

Claims (2)

1. 세라믹 필터의 제조방법에 있어서,

   탄화규소 70~75중량%, 무기결합체 12.5~15중량%, 주제와 에폭시경화제를 혼합한 에폭시수지 12.5~15중량%를 혼합하는 혼합단계와;

   상기 혼합된 분말을 반건조상태로 진동기에 고정된 금형에 넣어 1~5분간 진동시켜 필터를 성형하는 성형단계와;

   상기 성형단계를 거친 세라믹 필터를 1100~1300℃로 소성하는 소성단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법
2. 금형을 진동시키기 위한 진동기(6);

   상기 진동기(6)의 상면에 고정되어 금형(1)을 고정시키는 고정판(4)과;

   상기 고정판(4)에 형성된 홈에 고정되어 세라믹 필터를 성형하기 위한 탄화규소 70~75중량%, 무기결합체 12.5~15중량%, 에폭시수지 12.5~15중량%를 혼합한 반건조상태의 혼합물을 수용하며, 두 개의 분리되어 분리/결합되는 금형(1)과;

   상기 금형(1)의 외측에 금형(1)에 수용된 혼합물을 배출되지 않도록 금형(1)을 견고하게 결합시키는 클램프(3)와;

   상기 금형(1)의 상면에 삽입되어 금형(1) 내부의 심봉(5)을 고정시키는 캡(2);으로 이루어져 진동기(6)를 1~5분간 진동시켜 세라믹 필터를 성형하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조장치