KR100628990B1 - 대면적 일체형 금속필터 - Google Patents

Abstract

측면에 개구가 형성된 통형상의 지지 프레임과, 지지 프레임의 측면을 감싸고 서로 겹쳐지는 복수개의 금속박판들을 포함하며, 금속박판에는 다수개의 미세공극들이 형성되고, 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소 직경을 가지며, 금속박판의 지지 프레임측에 대향하는 면과 반대의 면에 미세공극들을 연결하는 그루우브가 형성되는 대면적 일체형 금속필터가 개시된다.

필터, 포집, 공극, 아령, 깔때기, 호퍼, 테이퍼, 중첩, 정렬

Description

대면적 일체형 금속필터{Large-sized one body metal filter}

도 1은 본 발명에 따른 금속필터를 보여주는 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 금속박판의 구성을 보여주는 절단 사시도이다.

도 3은 본 발명의 금속필터를 이용하여 미세먼지를 필터링하는 동작을 설명하는 단면도이다.

본 발명은 대면적 일체형 금속필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속필터의 미세공극보다 작은 사이즈의 미세먼지를 효율적으로 차단하고 제거할 수 있는 대면적 일체형 금속필터에 관한 것이다.

일반적으로, 산업 현장의 여러 공정에서 발생하는 대용량의 함진 가스로부터 오염물질 및 먼지를 제거하기 위하여 여과 집진장치에 필터를 장착함으로써 오염된 공기를 깨끗하게 정화한 후 대기 중으로 방출한다.

한편, 쾌적한 대기환경을 위하여 대기 환경보전법은 산업시설 및 기타 먼지발생시설의 배출허용기준을 강화하고 있다. 이에 따라, 산업현장에서는 배출허용기 준 만족과 환경문제가 기업이미지에 미치는 효과를 고려하여 산업공정에서 발생하는 먼지를 저 비용으로 효과적으로 처리하기 위하여 많은 처리비용과 시설 투자를 하고 있다.

종래에 산업현장에서 일반적으로 사용되는 여과 집진장치에서는 섬유필터를 사용하는 바, 섬유필터는 세라믹 재질의 섬유망에 의해 격자형태로 구성되고, 필요에 따라 판형 또는 원통형으로 형성되어 여과 집진장치에 장착된다.

이러한 섬유필터에 의한 먼지 포집은 각 필터 섬유들에서의 먼지 포집과 공극에 기인하며 필터 섬유들 사이 간격이나 공극의 크기보다 더 적은 입자는 케이크에 의해 포집된다. 또한 섬유필터는 먼저 필터여과재를 통하여 안정화 단계를 거침으로써 높은 집진 효율을 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 섬유필터는 사용할 수 있는 온도의 범위가 80 내지 250℃로 제한되고 열적, 화학적 내구성이 약하기 때문에, 고온운전을 방지하기 위한 냉각설비 등 전처리 시설이 필요하고, 이에 따라 설계 및 시공, 유지, 운전비용이 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 고온·고압에 강하고, 열적, 화학적 내구성이 강한 새로운 필터백(filter bag)의 재질 필요하며, 여과 효율 증대와 운전비용 절감을 위한 여과 집진장치의 필요성이 대두되었다.

이러한 필요성에 의해 한국특허공개공보 제2000-72210호에서는 유체의 유로에 설치되는 금속박막과, 이 금속박막에 형성되어 유체는 통과시키고 불순물만이 걸러지도록 하는 다수개의 미세공극이 포함된 필터에 있어서, 미세공극은 다각형을 이루고, 각각 다른 모양의 미세공극이 형성된 다수개의 금속박막이 겹쳐져 복합층을 이루도록 한 다공 금속박막으로 구성된 필터가 제안되고 있다.

그러나, 종래의 금속필터에 있어서는 미세공극의 직경 이하의 미세먼지는 차단할 수 없어 흡입되는 미세먼지가 공극 입구에서 부딪혀 더 작은 크기의 미세먼지가 형성되어 통과할 가능성이 크다는 문제점이 있다. 미세공극의 직경을 더욱 작게 하는 것도 고려할 수 있으나, 제작상의 문제로 그 한계성을 갖는다.

더욱이, 펄스 에어를 이용하여 미세공극에 낀 미세먼지를 제거하는 경우에도 미세공극의 출구측에 펄스 에어가 부딪힘으로써 제거 효율이 저하한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 미세공극 이하의 크기를 갖는 미세먼지의 필터링 효율이 개선된 금속필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세공극에 낀 미세먼지를 효율적으로 제거함으로써 수명을 연장할 수 있는 금속필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 측면에 개구가 형성된 통형상의 지지 프레임과, 지지 프레임의 측면을 감싸고 서로 겹쳐지는 복수개의 금속박판들을 포함하며, 금속박판에는 다수개의 미세공극들이 형성되고, 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소 직경을 가지며, 금속박판의 지지 프레임측에 대향하는 면과 반대의 면에 미세공극들을 연결하는 그루우브가 형성되는 대면적 일체형 금속필터가 개시된다.

바람직하게, 복수의 금속박판들은 미세공극이 정렬되지 않도록 겹쳐지며, 서로 인접한 금속박판들의 미세공극은 10㎛ 이하로 연통되는 폭을 형성하도록 겹쳐질 수 있다.

또한, 지지 프레임과 금속박판은 공기 흡입방향에 대해 시계반대방향으로 예각을 이루도록 경사질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수개의 미세공극들이 형성되고, 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소 직경을 가지는 금속박판들이 복수개 서로 겹쳐지며, 금속박판들 각각의 공기가 흡입되는 면에 미세공극들을 연결하는 그루우브가 형성되는 대면적 일체형 금속필터가 개시된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속필터를 보여주는 분해 사시도이다.

본 발명에 따르는 금속필터는 측면에 개구(110)가 형성된 통형상의 지지 프레임(retainer; 100)과, 지지 프레임(100)의 측면을 감싸며 서로 겹쳐지는 복수 매의 금속박판(200, 300)을 포함한다. 이때 금속박판을 두 매로 구성할 경우, 금속필터의 외측에 형성된 도면부호 200은 제 1 금속박판이라고 하고, 제 1 금속박판(200)과 지지 프레임(100)의 사이에 있는 도면부호 300은 제 2 금속박판이라 한다.

제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)은 전체가 하나의 단일체로 구성되며, 예를 들어, 0.10t(thickness, 두께, 단위는 mm) 내지 1.0t 정도의 두께를 가지고, 전면에 걸쳐 미세한 공극들(230, 330)이 형성된다. 이러한 구성에 의하여 제작비용을 감소할 수 있다는 이점이 있다.

제 2 금속박판(300)과 지지 프레임(100)의 사이, 그리고 제 1 금속박판(200)과 제 2 금속박판(300) 사이는 스폿 용접이나 레이저 용접에 의해 고정될 수 있다.

복수 매의 금속박판들(200, 300)이 겹쳐져서 구성되기 때문에 금속박판 한 매의 두께가 얇더라도 충분한 강도를 확보할 수 있다.

또한, 바람직하게, 금속필터를 집진기에 삽입하기 위해 금속필터의 외측에 있는 제 1 금속박판(200)의 하단은 얇은 철판(240)을 용접하고 고무 등의 본딩 마감처리를 하여 봉임 작업을 병행하여도 무난하다. 이에 따라 필터의 벌어짐을 방지할 수 있고, 충분한 기계적 강도를 확보할 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)이 겹쳐지는 것을 고려하여 후술하는 바와 같이, 금속박판들(200, 300)의 지지 프레임 측에 반대의 면에는 미세공극(230, 330)을 연결하는 그루우브(250, 350)가 형성되어 이 그루우브(250, 350)를 통하여 흡입되는 미세먼지가 진행될 수 있도록 한다.

이와 함께 복수의 금속박판들(200, 300)은 미세공극(230, 330)이 정렬되지 않도록 겹쳐지며, 바람직하게, 서로 인접한 금속박판들의 미세공극은 10㎛ 이하로 연통되는 폭을 형성하도록 겹쳐질 수 있다.

같은 맥락으로 제 1 금속박판(200)에 형성된 미세공극(230)의 패턴과 제 2 금속박판(300)에 형성된 미세공극(330)의 패턴이 정확하게 일치하지 않더라도 무방하다.

바람직하게, 지지 프레임(100)은 화살표로 표시된 것처럼 미세먼지가 흡입되는 방향에 대해 시계반대방향으로 예각을 이루어 필터의 상부가 넓고 하부가 좁은 테이퍼 형상을 이룰 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 화살표로 표시된 펄스 에어(pulse air) 또는 펄스 진동이 필터에 가해질 때, 미세공극(230, 330)이 경사져 있어 펄스 에어에 대해 보다 많은 부분이 대향하므로 미세공극(230, 330)에 끼인 미세먼지가 효과적으로 이탈될 가능성이 훨씬 높아진다.

도 2를 참조하면, 제 1 금속박판(200)에 형성된 미세공극들(230)은, 예를 들어, 서로 다른 크기의 반구상의 깔때기가 서로 반대방향을 향하여 연통되도록 하여 형성된다. 즉, 직경이 큰 제 1 깔때기(232)와 직경이 작은 제 2 깔때기(234)의 각각 작은 직경부가 접촉되도록 형성됨으로써 경계위치에서 관통공(233)이 형성된다. 이러한 제 1 금속박판(200)의 미세공극들(230)의 구조는 제 2 금속박판(300)의 미세공극들(330)의 구조에도 그대로 반영하여 구성할 수 있다.

바람직하게, 직경이 큰 제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)의 제 1 깔때기(232, 332)가 지지 프레임(100) 측을 향하도록 제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)이 장착된다.

일 예로, 제 1 금속박판(200)의 두께를 100㎛∼120㎛라고 가정하면, 제 1 깔때기(232)와 제 2 깔때기(234)의 깊이의 비는 대략 3:1 정도로 형성할 수 있으며, 제 1 깔때기(232)의 직경을 105 내지 165㎛, 제 2 깔때기(234)의 직경을 80 내지 140㎛ 정도로 형성한다면, 경계위치에서의 관통공(233)의 직경은 30 내지 40㎛의 크기를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 이와 같은 구조의 미세공극(230, 330)은 예를 들어 에칭공정을 통하여 제작할 수 있으며, 반구의 내측면을 매끄럽게 제작할 수 있다. 형성되는 반구는 정확한 반구일 필요는 없으며 대략적인 반구이면 충분하다.

본 발명에 따르면, 제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)의 제 2 깔때기(234, 334)가 형성된 면에 제 2 깔때기들(234, 334)을 연결하는 그루우브(250, 350)가 형성된다.

그루우브(250, 350)의 단면 형상은 반원형이거나 타원형 또는 각형일 수 있다.

이와 같은 본 발명의 금속필터의 동작을 도 3을 참조하여 이하에 설명한다.

도 3을 참조하면, 굵은 화살표로 표시한 바와 같이, 미세먼지가 흡입되는 경우, 화살표 A와 B로 표시된 방향으로 미세먼지가 진행된다.

제 1 금속박판(200)의 미세공극(230)과 제 2 금속박판(300)의 미세공극(330)은 일정한 폭 ℓ만큼 겹쳐지며, 이 폭 ℓ은 경계위치에서의 관통공(233, 333)의 직경이 상기한 것처럼 30 내지 40㎛라고 할 때, 대략 10㎛ 이하로 유지할 수 있다. 또한 도 3에서 제 1 금속박판(200)의 제 2 깔때기(234)와 그루우브(250)의 사이의 간격 및 제 2 금속박판(300)의 제 2 깔때기(334)와 그루우브(350)의 사이의 간격은 차이가 나게 도시되어 있다. 이러한 제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)의 제 2 깔때기(234, 334)와 그루우브(250, 350) 사이의 간격은 서로 동일하게 구성할 수도 있고, 도 3에서와 같이 다르게 구성할 수도 있다.

따라서, 실제 제작된 제 1 및 제 2 금속박판(200, 300)의 유효직경이 30 내지 40㎛이지만, 실제 필터링되는 미세먼지의 크기는 이보다 훨씬 작아 화살표 A로 진행하는 큰 크기의 미세먼지는 1차로 제 1 금속박판(200)의 미세공극(230)의 관통공(233)에서 걸러지고, 2차로 폭 ℓ의 중첩부분에서 작은 크기의 미세먼지가 걸러지게 된다.

또한, 화살표 B로 진행하는 경우에는 제 1 금속박판(200)의 미세공극(230)을 따라 진행하는 미세먼지가 제 2 금속박판(300)에 가로 막히지만, 제 2 금속박판(300)의 그루우브(350)를 따라 연결된 다른 미세공극(330)을 통하여 흡입되면서 필터링된다. 여기서 금속필터의 흡입효율이란 한번에 얼마나 많은 양의 필터링을 실시할 수 있는지를 말하는데, 미세먼지의 흡입효율에는 전혀 영향을 주지 않게 된다. 즉, 복수개의 금속박판(200, 300)을 사용할 경우에는 금속박판을 하나만 사용할 때 보다 미세공극(230, 330)의 겹칩에 의해 개구 면적이 작아져 흡입효율을 저하시킬 수 있게 되는데, 그루우브(250, 350)에 의해 흡입 통로가 형성되어 흡입효율의 저하를 상쇄시킬 수 있게 되고, 이에 따라 미세먼지의 흡입효율이 저하되는 것을 방지하여 흡입효율에 영향을 주지 않게 된다.

또한 도 3에서, 화살표 B의 진행방향이 수평방향이라고 하면, 제 1 금속박판(200)의 미세공극(230)을 따라 진행하는 미세먼지는 제 2 금속박판(300)의 그루우브(350)에 들어온다. 그러나 제 2 금속박판(300)의 그루우브(350)와 제 2 금속박판(300)의 제 2 깔때기(334)는 수직방향으로 연결되어 있어, 10㎛ 이하의 미세먼지라도 수평방향에서 수직방향으로 진행하기 힘들어 그루우브(350)에 대부분 머물러 있게 된다. 따라서 미세공극(230, 330)과 그루우브(250, 350)에 의해 미세먼지의 필터링 효율이 향상된다.

한편, 미세공극(230, 330)에 끼인 필터링된 미세먼지는 펄스 에어를 이용하여 제거할 수 있으며, 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면 필터 자체가 경사를 이 루고 있기 때문에 펄스 에어가 보다 효과적으로 미세공극에 진입되어 미세먼지의 이탈이 용이하다는 이점이 있다.

더욱이, 그루우브(250, 350)에 낀 먼지는 고압전류를 이용하여 방전에 의해 태움으로써 효율적으로 제거할 수 있다.

이상에서는 집진기용으로 이용할 수 있는 원통형의 금속필터를 예로 들었으나, 필요에 따라서는 지지프레임 없이 단순 박판형태의 다겹 겹침 금속필터를 제작함으로써, 에어컨이나 냉장고, 공기청정기 등의 배기가스 필터로 활용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 국한되어서는 안되며, 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 여러 가지의 이점을 갖는다.

금속박판에 형성되는 미세공극의 크기의 한계에 관계없이 그 보다 작은 크기의 미세먼지를 효율적으로 필터링할 수 있다는 이점이 있다.

이와 함께 미세먼지의 흡입효율에는 전혀 영향을 주지 않는 이점이 있다.

또한, 미세공극에 낀 미세먼지를 펄스 에어를 이용하여 효율적으로 제거할 수 있으며, 고압전류에 의한 방전으로 미세먼지를 태워 제거할 수 있는 이점이 있으며, 이에 따라 수명이 연장되어 필터를 자주 교체할 필요가 없다는 이점이 있다.

부가적으로, 불연성 재질의 금속재질을 이용함으로써 화재를 예방할 수 있고, 리사이클이 가능하므로 환경오염을 시키지 않는 이점이 있다.

또한, 원통형이 아닌 박판형으로 사용하게 되면, 좁은 공간에서 다겹 겹칩 필터로 적용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 측면에 개구가 형성된 통형상의 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 측면을 감싸고 서로 겹쳐지는 복수개의 금속박판들을 포함하며,

   상기 금속박판에는 다수개의 미세공극들이 형성되고, 상기 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소 직경을 가지며,

   상기 금속박판의 상기 지지 프레임측에 대향하는 면과 반대의 면에 상기 미세공극들을 연결하는 그루우브가 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 일체형 금속필터.
2. 제 1 항에 있어서, 서로 인접한 금속박판들의 미세공극은 10㎛ 이하로 연통되는 폭을 형성하도록 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 대면적 일체형 금속필터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 프레임과 금속박판은 공기 흡입방향에 대해 시계반대방향으로 예각을 이루도록 경사진 것을 특징으로 하는 대면적 일체형 금속필터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속박판의 하단은 얇은 철판을 용접하고 본딩 마감처리를 하여 봉임 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 대면적 일체형 금속필터.
5. 다수개의 미세공극들이 형성되고, 상기 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소 직경을 가지는 금속박판들이 복수개 서로 겹쳐지며,

   상기 금속박판들 각각의 공기가 흡입되는 면에 상기 미세공극들을 연결하는 그루우브가 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 일체형 금속필터.

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