KR100605367B1 - 집진용 금속박막필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속박막으로 이루어지는 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 최소 120㎛의 두께를 갖는 금속박판과; 상기 금속박판의 상면에서 하면을 향해 일정경사를 이루면서 일정깊이 원형상으로 에칭되어 형성된 상부경사면과; 상기 금속박판의 하면에서 상면을 향해 일정경사를 이루면서 일정깊이 원형상으로 에칭되어 형성된 하부경사면과; 상기 상부경사면과 하부경사면이 만나는 지점에 형성되고 미세기공의 직경을 이루는 돌출부를 갖고, 원통형상으로 말려 형성된다.

본 발명에 따른 금속박막필터는 집진효율이 우수하므로 산업체 현장에서 발생되는 배기가스 내에 함유된 분진을 제거하는 집진필터로서 유용성이 매우 크며, 재질이 금속이기 때문에 기존의 섬유질 필터의 사용이 제한되었던 고온조건에서도 사용할 수 있다는 장점이 있고, 또한 사용후 용융시켜 재활용 할 수 있으므로 기존의 섬유상 필터의 문제점이었던 사용후 폐기 및 소각처리시 발생되는 2차 환경오염을 줄일 수 있다는 장점도 있다.

금속박막, 미세공극, 집진필터, 포토에칭

Description

집진용 금속박막필터 {METAL THIN-FILM FILTER}

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 기공단면을 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 금속박막필터의 용도상 기공간 최소거리를 보인 예시도,

도 3 본 발명에 따른 금속박막필터의 제조과정을 보인 예시적인 공정도,

도 4는 본 발명에 따라 제조된 금속박막필터의 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 금속박막필터의 성능을 평가한 그래프.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

10....금속박판 12....상부경사면

14....하부경사면 16....돌출부

20....미세기공 30....상부캡

32....하부캡

본 발명은 금속박막으로 이루어지는 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속박막에 포토에칭 기술을 이용하여 미세공극을 다수형성하여 집진성능을 월등히 향상시킨 금속박막필터에 관한 것이다.

일반적으로 철강, 소각, 시멘트, 화학, 발전, 제지, 코크스 등의 산업설비에는 공정수행시 발생되는 분진이 그대로 대기중으로 방출되면 환경오염을 야기하게 되므로 필터를 구비한 집진장치를 통해 정화시켜 방출하고 있다.

이와 같이, 산업설비에서 발생된 분진을 제거하기 위해 사용되는 필터는 보통 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 사용되어왔다.

이러한 섬유상의 필터는 주로 여과포의 형태로 이루어지며, 공장에서 발생되는 분진은 여과포 표면에서 대부분의 입자들이 제거되고 일부는 여과포 내부를 통과하면서 제거되며, 이후 여과포의 기공을 통하여 정화되어 대기중으로 방출된다.

그러나, 이러한 섬유질 여과포는 분진을 포집하거나 제거하는 데는 유용하게 사용되지만 열에 약한 섬유로 만들어진다는 재질상의 특징으로 인해 250℃이상에서는 사용할 수 없고, 온도가 올라갈수록 열적, 내화학적 내구성이 급격히 약해지므로 고온에서 사용할 수 없게 된다.

따라서, 고온에서도 사용할 수 있도록 하기 위해서는 냉각설비 등의 전처리 설비를 설치해야 하는데, 이에 따른 설계 및 시공, 유지, 운전비용이 증가되는 문제가 파생된다.

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

뿐만 아니라, 눈막힘과 탈진 공기중의 수분으로 인하여 여과포의 수분응축 및 차압의 증가로 집진효율이 떨어지고, 여과포를 담고 있는 필터백의 수명이 감소되어 교체율이 증가되며, 이는 결국 전반적인 설비운전 및 유지비용을 증대시키는 요인으로 작용하게 된다.

특히, 섬유질 여과포를 사용하는 집진장치는 장기간 운전할 경우 여과포의 기계적, 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.

최근에는, 섬유질 여과포 대신에 금속박막으로 이루어지는 금속박막필터로는 한국 특허공개 제2000-72210호가 있으나 여기에는 개념만 설시되어 있을 뿐 구체적이지 못하여 실용성이 없고, 미세한 다공을 형성시켜 집진효율을 향상시키고자 한 것으로 한국 특허공개 제1998-34693가 있지만 미세 다공의 크기가 한정적이어서 기대만큼의 집진효율을 제공하지는 못한다.

미세 기공의 크기를 줄이기 위한 기술로는 금속박판에 포토에칭기술을 이용하여 마이크론 단위 크기의 기공을 형성시킬 수는 있으나 현재까지는 포토에칭에 의해 기공이 형성된 금속박판이 주로 컴퓨터모니터 및 TV 브라운관의 새도우마스크 용으로만 제작되었기 때문에 집진용 금속박막필터는 포토에칭시 기공형성 패턴이 달라져야 하며, 포토에칭된 금속박판을 이용한 필터의 형상 제작이 요구되는 기술상의 한계를 가진다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 한계점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 집진용으로 사용되는 금속박막필터의 기공 패턴을 제작하고, 포토에칭 기술을 이용하여 미세기공을 형성시킨 금속박판을 원통형으로 제작함으로써 산업현장에서 발생되는 분진을 고효율적이면서 고성능으로 집진할 수 있도록 한 집진용 금속박막필터를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 최소 120㎛의 두께를 갖는 금속박판과; 상기 금속박판의 상면에서 하면을 향해 일정경사를 이루면서 일정깊이 원형상으로 에칭되어 형성된 상부경사면과; 상기 금속박판의 하면에서 상면을 향해 일정경사를 이루면서 일정깊이 원형상으로 에칭되어 형성된 하부경사면과; 상기 상부경사면과 하부경사면이 만나는 지점에 형성되고 미세기공의 직경을 이루는 돌출부를 갖고, 원통형상으로 말려 형성된 금속박막필터를 제공함에 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 금속박판을 준비하고, 그 상하면에 미세기공을 형성하기 위한 기공패턴을 설계하는 과정과; 설계된 기공패턴대로 에칭하여 미세기공을 형성하고, 이를 말아 2겹을 이룬후 그 단부를 용접고정하여 원통형상의 관상체를 형성하 는 과정과; 관상체화 된 금속박판의 상단 및 하단에 각각 상부캡 및 하부갭을 끼워 고정하여 필터로 만드는 과정을 포함하여 구성되는 집진용 금속박막필터의 제조방법을 제공함에도 그 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 기공단면을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 금속박막필터의 용도상 기공간 최소거리를 보인 예시도이며, 도 3 본 발명에 따른 금속박막필터의 제조과정을 보인 예시적인 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따라 제조된 금속박막필터의 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 금속박막필터의 성능을 평가한 그래프이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 금속박판(10)에 미세기공(20)을 형성하되, 상기 금속박판(10)의 상부면에서 경사지게 일정깊이 천공하여 상부경사면(12)을 형성하고, 상기 금속박판(10)의 하부면에서 경사지게 일정깊이 천공하여 하부경사면(14)을 형성함으로써 양 경사면(12,14)이 맞닿는 부분이 천공되면서 미세기공(20)을 이루게 된다.

즉, 상기 미세기공(20)의 직경은 상기 상부경사면(12)과 하부경사면(14)이 맞닿는 부위인 돌출부(16)의 테두리를 따라 형성되는 원의 직경을 말하게 된다.

종래 기술에 의하면, 금속박판(10)면에 수직하게 천공하는 형태를 취하였기 때문에 금속박판(10)의 두께보다 작은 미세기공(20)을 형성할 수 없었으나 본 발명에서는 미세기공(20)을 경사가공하는 형태, 즉 한쪽방향에서 일방적으로 천공하는 기술이 아니라 금속박판(10)의 상하 양쪽면에서 천공하는 기술이므로 금속박판(10)의 두께보다도 더 작은 크기의 직경을 갖는 미세기공(20)을 형성할 수 있게 되는 것이다.

나아가, 본 발명이 요구하는 최적의 미세기공(20) 크기는 60㎛ 정도이며, 이러한 크기의 직경을 갖는 미세기공(20)을 형성하기 위해서는 대략 120㎛ 두께를 갖는 금속박판(10)이면 충분하다.

이때, 상부경사면(12)이 하부경사면(14)에 비해 더 완만한 경사면을 갖도록 형성함이 바람직한데 이는 가공의 편의성 때문이다.

상술한 바와 같은 미세기공(20)은 반도체 분야에서 많이 활용되고 있는 에칭(식각)기술을 이용함으로써 용이하게 형성할 수 있다.

한편, 도 2의 도시와 같이, 본 발명의 집진분야에서 최적의 집진효율을 갖추기 위해서는 각 미세기공(20)간 최적의 이격거리를 가져야 하는 바, 예컨대 미세기공(20)의 배열형태에 따라 다르겠지만 최근접 거리는 최소 270㎛, 최대거리는 최소 467㎛가 가장 바람직하다.

이하, 도 3에 도시된 실시예를 중심으로 본 발명에 따른 금속박막필터의 제조방법에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

도 3에서와 같이, 먼저 금속박막필터의 미세기공(20)을 형성시키기 위해 마련된 금속박판(10)에 기공패턴을 설계하고 제작하여 포토에칭을 수행하였다.

포토에칭에 의한 기공 형성시 금속박판(10)의 두께는 120㎛, 미세기공(20)의 직경은 큰 단면의 직경이 230 ㎛이고, 작은 단면의 직경이 60㎛로 제작하였다.

이때, 큰 단면의 직경이란 도 1에서 상부경사면(12)을 형성하는 상면 원주를 말한다.

아울러, 미세기공(20)들 간의 수직 및 수평 거리는 467㎛이었으며, 경사거리는 270㎛로 설계하여 제작하였다.

이렇게 하여 미세기공(20)이 다수 형성된 금속박판(10)을 말아 원통형상으로 만들고, 그 일부를 용접하여 금속박막필터로 제작하였다.

상기 원통형상의 금속박막필터는 길이 2000mm , 직경이 150mm로 제작하였으며, 높은 집진효율을 얻기 위해 2겹으로 제작하였다.

이어, 금속박막필터의 하부와 상부는 하부캡(32)과 상부캡(30)을 부착하여 집진기 설치시 용이성을 확보하였음은 물론 이 부분의 틈새를 통한 분진의 유출을 방지하였다.

그리하여, 도 4의 도시와 같은 최종형태의 금속박막필터(F)를 완성하였다.

이렇게 완성된 금속박막필터(F)의 성능을 테스트하기 위해 집진실험장치를 이용하여 집진실험을 수행하였다.

집진실험장치는 펄스-젯 형식의 집진실험장치였으며, 직경 150 mm, 길이 2m인 원통형 필터를 4개 설치하도록 제작된 장치이다.

금속박막필터는 상기 장치에 맞게 4개를 장착하였고, 실험에 사용된 분진은 석회석 분진으로 산업체 현장에서 직접 샘플링 하여 사용하였으며, 평균직경이 60.8㎛인 분진을 사용하였다.

이때, 실험조건은 다음과 같다.

- 먼지 종류: 석회석 분진(평균입도 60.8㎛)

- 여과속도: 1.5 m/min

- 먼지 입구농도: 3 g/m³

- 탈진주기: 3 min

- 탈진압력: 5 기압

- 가스온도: 상온

상기와 같은 실험조건에서 수행된 집진실험 결과는 도 5의 그래프로 나타내었다.

실험결과, 분진 배출농도는 14.2 mg/m³, 13.9 mg/m³, 11.2 mg/m³으로 나타났으며, 이는 집진효율로 계산하며 약 99.5% 정도의 높은 집진효율임을 확인하였다.

통상, 산업현장에서 발생되는 분진을 제거하기 위해서는 95%이상의 집진효율이 필요한데, 본 발명에 따른 금속박막필터를 이용한 집진실험 결과 집진효율이 우수하여 산업용 집진필터로 충분히 사용가능하다고 판단되었다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 금속박막필터는 집진효율이 우수하므로 산업체 현장에서 발생되는 배기가스 내에 함유된 분진을 제거하는 집진필터로서 유용성이 매우 크며, 재질이 금속이기 때문에 기존의 섬유질 필터의 사용이 제한되었던 고온조건(250℃이상)에서도 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 금속박막필터는 사용후 용융시켜 재활용 할 수 있으므로 기존의 섬유상 필터의 문제점이었던 사용후 폐기 및 소각처리시 발생되는 2차 환경오염을 줄일 수 있다는 장점도 있다.

Claims (4)

1. 최소 120㎛의 두께를 갖는 금속박판과;

   상기 금속박판의 상면에서 하면을 향해 일정경사를 이루면서 일정깊이 원형상으로 에칭되어 형성된 상부경사면과;

   상기 금속박판의 하면에서 상면을 향해 일정경사를 이루면서 일정깊이 원형상으로 에칭되어 형성된 하부경사면과;

   상기 상부경사면과 하부경사면이 만나는 지점에 형성되고 미세기공의 직경을 이루는 돌출부를 갖고, 원통형상으로 말려 형성된 것을 특징으로 하는 집진용 금속박막필터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 돌출부에 의해 형성된 미세기공은 그 직경이 최소 60㎛인 것을 특징으로 하는 집진용 금속박막필터.
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4. 삭제

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