KR100900406B1 - 케미컬 필터 - Google Patents

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임계규
박영태
노재현
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호서대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 케미컬 필터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프리필터, 인산-첨착활성탄으로 충진시킨 제1필터, 요오드화 칼륨-첨착활성탄으로 충진시킨 제2필터 및 헤파필터를 하우징 내에 순차적으로 포함하고, 상기 제1필터 및 제2필터는 각각 1개 이상이 1개씩 교대로 장착됨으로써, 염기성 가스와 산성 가스 및 상기 첨착활성탄에서 발생될 수 있는 분진 등의 고체 미립자들을 동시에 제거할 수 있는 케미컬 필터에 대한 것이다.
케미컬 필터, 첨착활성탄

Description

케미컬 필터{Chemical Filter}
본 발명은 반도체 산업 또는 일반 산업분야 등에서 발생되는 유해가스를 제거하기 위한 케미컬 필터에 관한 것이다.
최근 반도체 산업은 고도의 미세공정을 이용하여 집적기술을 향상시키고 있어, 반도체 제조가 이루어지는 크린룸(Clean Room) 내부 대기의 청정도를 향상시킬 수 있는 기술이 매우 중요하게 부각되고 있다. 이에 따라, 크린룸으로 유입되는 공기에 혼재하고 있는 다양한 종류의 오염물들을 제어할 수 있는 필터의 필요성이 날로 커지고 있다. 이 중에서도, 각각의 오염물질을 제거하기 위한 필터들을 따로따로 설치하게 되면, 각각의 케미컬 필터를 설치하기 위한 넓은 공간이 필요하고, 케미컬 필터의 구입비용, 설치비용 및 운전비용 등이 증가하게 되므로, 다양한 오염물질을 동시에 제거할 수 있는 케미컬 필터의 개발이 필요하다.
일반적인 첨착활성탄 케미컬 필터는 첨착활성탄 층을 통과하는 공기에 의한 압력손실이 크기 때문에 유속 감소율이 커진다는 단점과 첨착활성탄의 분진으로 인해 2차 오염을 발생시킨다는 단점이 있다.
ACF 형태의 케미컬 필터 또는 이온교환 부직포는 저농도의 가스 포집에 유리하고, 압력 손실이 적으며, 무게가 가볍다는 장점이 있는 반면 가스 포집량이 첨착활성탄을 이용한 케미컬 필터에 비해 낮고, 가격이 비싸다는 단점이 있다.
대경 연속 기공을 가지는 발포 우레탄 폼의 골격에 첨착활성탄을 접착시킴으로써 통기성을 향상시킨 흡착필터는 발포 우레탄 폼의 연속기공에 의해 통기성을 크게 확보하면서도, 고밀도의 흡착제가 공기와 고효율로 접촉할 수 있어 흡착력이 우수하다는 특성을 지니고 있다. 그러나, 가공이 곤란하고, 발포 우레탄 폼의 내부 공간에 흡착제를 균일하게 부착시키는 것이 용이하지 않아 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다.
금속재료, 무기재료, 유기고분자재료, 복합재료의 다양한 망상 구조를 갖는 지지체와 상기 지지체의 지지사에 흡착제를 부착시킨 공기정화용 케미컬 흡착필터는 지지체의 지지사의 배치가 균일하여 유동손실이 작은 대신에 유해물질의 흡착 및 제거 성능이 부족하다는 단점이 있다. 이에 따라, 유해 물질의 흡착 및 제거 성능을 향상시키기 위하여 케미컬 흡착필터를 여러겹 적층해서 사용해야 하고, 결과적으로 유동유체의 압력손실, 작업량 및 비용의 증가를 야기하는 문제점이 있다.
이외에, 폴리에스테르의 2차원 망체형의 여재에 이온교환수지 등의 흡착제를 접착한 필터가 있으나, 이와 같은 2차원 망체를 사용하는 경우 2차원 여재라는 특성때문에 충분한 양의 흡착제를 망체에 접착시킬 수 없고 흡착제의 대부분은 망체 표면에 노출되어, 상기 필터를 장기간 사용하게 되면 흡착제 탈락 등의 문제가 발생하며, 필터의 내구성이 부족하다는 문제점이 있다.
그리고, 일반적인 케미컬 필터의 여과필터체나 하우징은 부식 방지를 위한 고가의 알루미늄으로 이루어져 케미컬 필터의 단가를 상승시키는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 염기성 가스와 산성 가스를 동시에 제거할 수 있고, 첨착활성탄에서 발생할 수 있는 분진 또는 공기 중에 있는 미세먼지 등의 고체 미립자(약 0.3㎛ 크기의 입자)를 99.97% 이상 제거할 수 있으며, 하우징 내에 각각의 필터를 가역적으로 장착할 수 있게 함으로써 필터 교체가 용이한 케미컬 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 평균 입경(Φ)이 4㎜ 이상인 입상활성탄과 적절한 두께의 필터를 사용함으로써 압력 손실을 줄이고, 필터에 결합홈과 고정판을 구비시켜 첨착활성탄의 유동을 방지함으로써 흡착제의 사용이 불필요한 케미컬 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프리필터, 인산-첨착활성탄으로 충진시킨 제1필터, 요오드화 칼륨-첨착활성탄으로 충진시킨 제2필터 및 헤파필터가 하우징 내에 순차적으로 포함되는 케미컬 필터로서, 상기 인산-첨착활성탄 또는 상기 요오드화 칼륨-첨착활성탄은 평균 입경(Φ)이 4㎜ 내지 6mm이고, 상기 제1필터 및 제2필터의 두께는 각각 20㎜ 내지 70㎜인 것을 특징으로 하는 케미컬 필터를 제공한다.
또한, 상기 제2필터와 헤파필터의 사이에 인산-첨착활성탄으로 충진시킨 제1'필터와 요오드화 칼륨-첨착활성탄으로 충진시킨 제2'필터의 세트가 하나 이상 더 포함되는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터를 제공한다.
또한, 상기 프리필터, 제1필터, 제2필터 및 헤파필터는 바깥면에 형성되는 긴 원통형의 홈인 결합홈이 구비되고, 상기 하우징은 상기 결합홈과 맞물릴수 있도록 형성된 결합돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 케미컬 필터를 제공한다.
또한, 상기 제1필터 및 제2필터는 고정판이 구비되는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터를 제공한다.
또한, 상기 헤파필터는 외측 커버의 내부면에 수직으로 돌출된 긴 막대모양의 간격유지링이 구비되는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터를 제공한다.
또한, 상기 필터의 지지체 또는 하우징은 폴리카보네이트계 수지, 폴리아마이드계 수지 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 케미컬 필터를 제공한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 본 발명에 의하는 경우, 첨착활성탄에서 발생할 수 있는 분진 또는 공기 중에 있는 미세먼지 등의 고체 미립자(약 0.3㎛ 크기의 입자)를 99.97% 이상 제거할 수 있고, 염기성 가스와 산성 가스를 동시에 제거할 수 있으며, 케미컬 필터 하우징 내에 각각의 필터를 가역적으로 장착할 수 있게 함으로써 필터 교체가 용이하므로 비용이 저감되는 효과가 있다.
또한, 평균 입경(Φ)이 4㎜ 내지 6mm인 입상활성탄과 적절한 두께의 필터를 사용함으로써 압력 손실을 줄일 수 있다. 그리고, 필터에 결합홈과 고정판을 구비시켜 첨착활성탄의 유동을 방지함으로써, 여재를 부착시키기 위한 흡착제의 사용이 불필요하게 되어 작업여건이 향상되고 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터의 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 케미컬 필터의 구조는 크게 프리필터(110), 인산-첨착활성탄으로 충진시킨 제1필터(121), 요오드화 칼륨-첨착활성탄으로 충진시킨 제2필터(122) 및 헤파필터(130)로 이루어져 있다. 본 발명에서 '필터'란 여재와 지지체로 이루어진 것으로, 유해가스를 걸러주는 역할을 할 수 있는 기구를 의미한다. 또한, 본 발명에 따른 필터의 지지체는 다공판으로 이루어져 있고, 상기 다공판의 구멍 크기로는 대략 20 내지 30 메쉬가 바람직하다. 상기 범위가 압력 손실이 6mmAq/10mm 이내가 되게 하고 여재인 첨착활성탄이 빠져나오지 않는 적당한 범위이다.
먼저, 케미컬 필터의 가장 외부에 있는 프리필터(110)는 유입되는 공기 중에서 일정한 크기 이상의 입자를 1차적으로 걸러주어 활성탄 필터(121,122)와 헤파필터(130)에서는 냄새 또는 유해가스와 미세입자만을 제거하는데 전념할 수 있도록 하기 때문에 케미컬 필터 전체의 성능을 유지시키는데 중요한 역할을 한다. 이러한 프리필터(110)의 성능이 충분치 못한 경우에는 큰 입자가 프리필터(110)에서 충분히 걸러지지 않기 때문에 케미컬 필터를 사용한지 얼마 지나지 않아서 활성탄 필터(121,122)와 헤파필터(130)가 막히게 되므로 제 성능을 발휘할 수 없게 된다. 상기 프리필터(110)의 재질로는 일반적인 케미컬 필터의 프리필터에 사용되는 재질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 첨착활성탄 필터(121,122)로는 염기성가스 제거용 첨착활성탄 필터(121)와 산성가스 제거용 첨착활성탄 필터(122)가 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터는 특별히 제한되지는 않으나 염기성가스를 제거하기 위한 인산-첨착활성탄이 충진된 제1필터(121)와 산성가스를 제거하기 위한 요오드화 칼륨-첨착활성탄이 충진된 제2필터(122)를 장착하고, 상기 제2필터(122)와 헤파필터(130) 사이에 인산-첨착활성탄이 충진된 제1'필터(121)와 요오드화 칼륨-첨착활성탄이 충진된 제2'필터(122)의 세트를 하나 이상 장착하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1필터(또는 제1'필터) 및 제2필터(또는 제2'필터) 사이에 40mm 내지 70mm 정도의 적절한 공간을 줌으로써, 염기성가스와 산성가스를 동시에 제거할 뿐 아니라, 가스가 한번 재순환되게 하여 필터의 효율성 및 수명을 증가시킬 수 있다. 즉, 케미컬 필터 내부로 유입되는 공기를 필터와 필터 사이의 공간에서 순환하게 하여 중앙으로 집중되는 공기의 흐름을 분산시키고, 케미컬 필터의 전면적을 통해 공기에 포함된 유해 성분을 필터링하는 것이다. 따라서, 상기와 같이 필터 사이에 적절한 공간을 주면 근접한 공기의 유속이 높은 경우 유해물질의 제거를 보다 효율적으로 할 수 있고, 필터의 수명 또한 연장시킬 수 있다. 상기 필터 사이의 적절한 거리의 범위는 유해가스의 유속 300L/min을 기준으로 하여 케미컬 필터에서 3 내지 5초 동안 이동한 거리를 기준으로 한 것이다.
상기 필터(121,122)는 20㎜ 내지 70㎜의 두께인 것이 바람직하다. 필터(121,122)의 두께가 상기 범위인 경우 손으로 쥐기가 수월하고, 필터를 통과하는 공기에 의한 압력 손실을 6mmAq/10mm 이내로 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 필터(121,122)는 직경(Φ)이 4㎜ 이상인 입상 활성탄으로 충진됨으로써 압력 손실을 보다 효과적으로 줄일 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 필터의 구조를 나타내기 위한 사시도이다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 필터는 다공판으로 이루어진 외측 커버(210)와 내측 커버(220)을 결합시킨 충진형 케이스의 형태로 제작된다. 도 2b는 본 발명에 따른 첨착활성탄의 유동을 방지하는 고정판을 나타내기 위한 사시도이고, 도 2c는 첨착활성탄으로 충진되어 있는 필터의 모습을 나타내기 위한 사시도이다.
상기 도 2a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 필터(121,122)는 결합홈(211)이 형성된다. 상기 결합홈(211)은 필터 지지체의 외측 커버(210)와 내측 커버(220)의 바깥면에 형성되는 긴 원통형의 홈을 뜻하고, 필터 하우징에 구비된 결합 돌기와 맞물려 필터 하우징 안에 각각의 필터를 장착시키기 위한 것으로, 이 홈에 의해 고정판(230)이 고정된다. 상기 고정판(230)은 사출성형에 의해 필터의 바깥면에 형성되는 결합홈(211)에 의해 고정되는 것으로, 첨착활성탄이 필요없는 필터의 상단부분으로 첨착활성탄이 들어가지 못하게 하는 역할을 할 뿐 아니라, 유해가스의 흐름에 의해 첨착활성탄이 상부로 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 필터(121,122)의 바깥면에 결합홈(211)을 형성시키고, 상기 필터(121,122)의 내부에 충진시킨 첨착활성탄을 고정판(230)으로 가압하면 첨착활성탄의 유동을 방지할 수 있다. 이에 따라, 허니컴이나 망상 구조를 갖는 지지체 또는 상기 지지체의 지지사에 여재를 부착시키기 위한 발포 우레탄폼, 실리콘 수지 등의 첨착활성탄 바인더를 사용하지 않고도 낮은 압력 손실을 갖는 첨착활성탄 필터를 제공할 수 있게 된다. 또한, 상기 필터의 지지체(121, 122)의 재질은 고가의 알루미늄이 아닌 PC(폴리카보네이트), PA(폴리아마이드) 또는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌수지) 등의 기계적 강도와 내열성이 우수한 플라스틱재로 함으로써, 재료비가 저렴 해질 뿐아니라 무게는 가벼워지고, 탄성력에 의해 찌그러짐을 방지할 수 있으며, 부식될 염려가 없다. 또한, 상기와 같은 플라스틱재로 필터 지지체(121,122,130)를 제조하면 내,외측 커버를 초음파로 용착시킴으로써 흡착제 또는 오염가스가 이음새를 통하여 빠져나올 수 없게 할 수 있다.
상기 첨착활성탄 필터(121,122)에 충진되는 첨착활성탄은 직경(Φ)이 4㎜ 내지 6mm인 것이 바람직하다. 상기 첨착활성탄의 직경(Φ)이 4㎜ 이하인 경우에는 압력 손실이 커지게 되고, 6mm 이상인 경우에는 유해가스 처리속도가 너무 느리게 된다.
상기 첨착활성탄을 제조하는 방법은 먼저, 활성탄과 활성탄 부피의 0.5배 내지 0.8배의 물을 용기에 넣은 후, 첨착제(식첨)을 붓고 교반하여 상기 첨착제를 용해시킨다. 이때, 염기성가스를 제거하기 위한 인산-첨착활성탄을 제조하는 경우에는 첨착제로 인산을 활성탄 중량대비 5 내지 10 중량부로 첨가하고, 산성가스를 제거하기 위한 요오드화 칼륨-첨착활성탄을 제조하는 경우에는 첨착제로 요오드화 칼륨을 활성탄 중량대비 5 내지 15 중량부로 첨가한다. 상기와 같이 인산 또는 요오드화 칼륨 등의 첨착제를 용해시킨 후에는, 물을 조금씩 부어주면서 기포가 발생하지 않을 때까지 교반하고 함침, 배수시킨 다음, 첨착활성탄에 있는 수분이 첨착활성탄의 중량대비 5 중량부 이하가 될 때까지 첨착활성탄을 2회에 걸쳐 건조시킨다.
본 발명에 따른 케미컬 필터의 헤파필터(130)는 도 1에 나타낸 바와 같이 첨 착활성탄 필터의 뒤에 위치시킴으로써 첨착활성탄에서 발생될 수 있는 분진 또는 공기 중에 있는 미세먼지 등의 고체 미립자가 케미컬 필터 후단으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 헤파필터(HEPA Filter; High Efficiency Particulate Air Filter)란 0.3㎛ 가량의 미세입자를 99.97% 이상 제거할 수 있는 고효율 필터를 말한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파필터(130)의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도3a는 상기 헤파필터의 사시도이고, 도 3b는 상기 헤파필터를 위에서 본 모습을 확대한 단면도이다. 본 발명의 헤파필터(130)는 다공판으로 이루어진 외측 커버(310)와 내측 커버(330)를 결합시킨 충진형 케이스의 형태로 제작된다. 즉, 헤파필터(130)는 첨착활성탄처럼 필터 지지체 내에 조금씩 채우는 것이 아니라 헤파필터 여재(320)를 사이에 두고 지지체의 외측 커버(310)와 내측 커버(330)를 접합시킴으로써 제작하게 된다.
상기 헤파필터(130)의 외측(유해공기가 들어오는 쪽) 커버(310) 내부면에는 수직으로 돌출된 긴 막대모양의 간격유지링(311)이 구비되어 있어, 상기 외측 커버(310)와 내측 커버(330)의 접합 작업시 외측 커버(310)와 내측 커버(330)가 눌리면서 헤파필터 여재(320)의 형태를 손상시키는 것을 방지한다. 또한, 헤파필터 여재(320)를 사이에 두고 내측 커버(330)와 접합시 상기 외측 커버(310)에 구비된 간격유지링(311)이 헤파필터 여재(320)의 마지막 부분(321)을 가압함으로써 헤파필터 여재(320)의 유동 및 가스 누출을 방지할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터 하우징을 나타내는 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터 하우징에 필터가 장착되어 있는 모습을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 상기 케미컬 필터 하우징은 각각의 필터가 케미컬 필터 하우징 안에 가역적으로 장착될 수 있도록 제조됨으로써, 하나의 필터가 오염된 경우 케미컬 필터 전체를 교체하는 것이 아니라, 오염된 각각의 필터만을 따로 교체할 수 있어 경제적이다. 그리고, 상기 케미컬 필터 하우징의 재질 또한 첨착활성탄 필터 지지체와 마찬가지로 PC(폴리카보네이트), PA(폴리아마이드) 또는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌수지) 등의 기계적 강도와 내열성이 우수한 플라스틱재로 제조함으로써 재료비를 절감하고 무게가 가벼운 케미컬 필터를 제공할 수 있다. 또한, 상기와 같은 플라스틱재로 케미컬 필터 하우징을 제조하는 경우, 각각의 필터들을 가역적으로 장착할 수 있게 하는 결합홈(211)과 결합돌기(440)를 구성하기가 용이하다.
상기 도 4b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 케미컬 필터 하우징의 돌출된 홈과 인접하여 구비된 결합돌기(440)에 본 발명에 따른 필터에 형성된 결합홈(211)이 맞물려서 각각의 필터가 하우징에 장착되게 된다. 즉, 필터를 하우징 안에 장착하는 방법은 필터의 결합홈(211)과 하우징의 결합돌기(440)가 맞물리도록 하우징 안으로 필터를 밀어넣는 방식이다. 이에 따라, 본 발명의 케미컬 필터는 필터 교체가 간편하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터의 구조를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 구조를 나타내기 위한 사시도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 첨착활성탄의 유동을 방지하는 고정판을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2c는 첨착활성탄으로 충진된 필터의 모습을 나타내기 위한 사시도이며,
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤파필터의 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터 하우징을 나타내는 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 필터 하우징에 필터가 장착되어 있는 모습을 확대하여 나타낸 단면도이다.

Claims (6)

  1. 프리필터, 인산-첨착활성탄으로 충진시킨 제1필터, 요오드화 칼륨-첨착활성탄으로 충진시킨 제2필터 및 헤파필터가 하우징 내에 순차적으로 포함되는 케미컬 필터로서,
    상기 인산-첨착활성탄 또는 상기 요오드화 칼륨-첨착활성탄은 평균 입경(Φ)이 4㎜ 내지 6mm이고, 상기 제1필터 및 제2필터의 두께는 각각 20㎜ 내지 70㎜인 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2필터와 헤파필터의 사이에 인산-첨착활성탄으로 충진시킨 제1'필터와 요오드화 칼륨-첨착활성탄으로 충진시킨 제2'필터의 세트가 하나 이상 더 포함되는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프리필터, 제1필터, 제2필터 및 헤파필터는 바깥면에 형성되는 긴 원통형의 홈인 결합홈이 구비되고, 상기 하우징은 상기 결합홈과 맞물릴수 있도록 형성된 결합돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1필터 및 제2필터는 고정판이 구비된 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 헤파필터는 외측 커버의 내부면에 수직으로 돌출된 긴 막대모양의 간격유지링이 구비되는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필터의 지지체 또는 하우징은 폴리카보네이트계 수지, 폴리아마이드계 수지 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
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