KR101226091B1 - 필터 엘리먼트 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐기처분할 때 공해를 발생하지 않으며, 용이하게 제조할 수 있고 또한 압력손실이 개량되어 제조비용도 낮출 수 있는 필터 엘리먼트 및 그 제조방법을 제공한다. 합성수지분말, 부직포 또는 펠트로부터 가열·소결하는 연통 다공성 성형체로 이루어진 필터 엘리먼트 모체 표면의 공극구멍에, 평균 분자량이 300만∼1100만이며,, 체적비중 0.15∼0.29이고, 1차 입자의 응집체로서, 1차 입자가 연결되어 있는 부분에 1∼5㎛의 공극을 갖는 형상의 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 충전하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

필터 엘리먼트 및 그 제조방법 {FILTER ELEMENT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 유체 속의 고체입자를 분리 포집하거나, 유체 속에서 고체입자를 제거할 때 사용하는 필터 엘리먼트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공조장치로부터의 미세한 먼지를 포함하는 공기나 연소기관으로부터의 미세한 고체입자를 포함하는 배기가스로부터 미세한 고체입자를 제거하여 청정해진 공기만 외부로 배출하는 필터 엘리먼트 및 오일, 폐수 등의 미세한 고체입자를 포함하는 액체로부터 미세한 고체입자를 제거하여 청정해진 액체만 외부로 배출하는 필터 엘리먼트로서, 예컨대 특허문헌 1(일본국 특허공개공보 소61(1986)-502381호)에는, 가스상 또는 액상의 매체로부터 고체입자를 분리하기 위한 필터 엘리먼트가 개시되어 있다.
상기 필터 엘리먼트는 중분자량 폴리에틸렌과 거대분자량 폴리에틸렌의 혼합물로 이루어진 과립 폴리에틸렌을 금형 속에 충전하고, 가열하여 과립 폴리에틸렌을 서로 소결시켜 견고한 필터 모체(母體)로 성형하며, 이 필터 모체가 갖는 약간 큰 공극구멍을 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 미세분말로 이루어진 충전재를 이용하여 부분 열처리 등의 방법으로 충전함으로써, 백 필터(bag filter)와 같이 진애(塵埃)의 부착에 의한 여과층의 형성에 의존하지 않고, 처음부터 미세한 1차 여과층을 형성하여, 피 여과매체 속의 미세한 고체입자를 제거할 수 있도록 한 것이다. 더욱이, 폴리테트라플루오로에틸렌은 발수성 및 발유성을 가지기 때문에, 필터는 역세정에 의해 부착된 진애(미세한 고체입자의 응집체 등)를 제거하여 여과능력을 회복할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 중분자량 폴리에틸렌과 거대분자량 폴리에틸렌의 혼합물로 이루어진 과립 폴리에틸렌을 가열·소결하여 필터 모체로 성형하고, 상기 필터 모체가 갖는 공극구멍을 폴리테트라플루오로에틸렌의 미세분말로 이루어진 충전재를 이용해 충전하여, 미세한 여과층이 형성된 구조를 갖는 필터 엘리먼트는, 시간의 경과에 따라 필터 모체가 열(熱)열화 혹은 역세정에 따른 진동피로열화(劣化)로 인해 사용이 불가능해진다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 미세분말이 충전된 필터 엘리먼트는, 막혀서 사용할 수 없게 되었을 때, 이것을 소각처분하려고 하면, 모체 표면에 충전된 폴리테트라플루오로에틸렌 분말이 고열에 노출되어 테트라플루오르화 에틸렌, 헥사플루오르화 프로필렌, 퍼플루오로시클로부탄과 같은 유해한 저분자량의 유기 플루오르화 가스로 분해되어, 환경에 악영향을 미치기 때문에 소각처분할 수 없다. 이 때문에 땅속에 매설하는 방법외에 다른 수단이 없으며, 이는 공해의 대상을 토지로 옮기는 것에 지나지 않는다. 더욱이, 폴리테트라플루오로에틸렌은 비중이 2.2로 무거우며, 현저하게 비친수성을 나타내기 때문에, 그 미세분말을 현탁시킨 분산액은 불안정하여, 필터 모체의 공극구멍을 폴리테트라플루오로에틸렌의 미세분말로 충전할 경우, 폴리테트라플루오로에틸렌의 미세분말을 분산시킨 도포액의 매체가 오로지 물로만 이루어진 수성현탁액으로 하기가 곤란하여 에틸알콜 등을 첨가할 필요가 있으며, 또한 브러시에 의한 도포, 혹은 분사도포의 공정 중에 피복 편차가 발생하지 않도록 분산액을 항상 교반하면서 도포할 필요가 있다.
또, 충전재로서 폴리테트라플루오로에틸렌의 미세분말을 사용한 필터 엘리먼트는, 압력손실(압손(壓損)이라고도 함) 및 제조비용에 있어서 더욱 개량이 요구되고 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개공보 소61(1986)-502381호
본 발명은 폐기처분을 할 때 공해가 발생하지 않으며, 필터 모체의 공극구멍을 충전하기 위한 도포액을 쉽게 조제할 수 있어 용이한 제조가 가능하고, 또한 압력손실 및 제조비용면에서 개량된 필터 엘리먼트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 면밀히 검토한 결과, 이하의 구성을 채용함으로써 상기 종래기술의 결점을 극복할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 이하와 같다.
(1) 고체입자를 함유하는 유체로부터 고체입자를 분리하는 필터 엘리먼트에 있어서, 합성수지분말, 부직포 또는 펠트를 가열·소결시키므로써 제조된 연통(連通) 다공성 성형체로 이루어진 상기 필터 엘리먼트 모체 표면의 공극구멍에, 평균 분자량이 300만∼1100만이고, 체적비중이 0.15∼0.29이며, 1차 입자의 응집체이고, 상기 1차 입자가 연결되어 있는 부분에 1∼5㎛의 공극을 갖는 형상의 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 충전하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
(2) 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 평균 입경이 3∼150㎛인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 필터 엘리먼트.
(3) 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 입자에 산화방지제를 함침하여 내열성을 부가시킨 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 내열성 필터 엘리먼트.
(4) 고체입자를 함유하는 유체로부터 고체입자를 분리하는 필터 엘리먼트의 제조방법에 있어서, 합성수지분말, 부직포 또는 펠트를 가열·소결시킴으로써 제조된 연통 다공성 성형체로 이루어진 상기 필터 엘리먼트의 모체 표면의 공극구멍에, 평균 분자량이 300만∼1100만이고, 체적비중이 0.15∼0.29이며, 1차 입자의 응집체이고 상기 1차 입자가 연결되어 있는 부분에 1∼5㎛의 공극을 갖는 형상의 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 적어도 물분산성의 결합제와 함께 물에 분산시킨 수성현탁액으로서 도포ㆍ충전시키는 것을 특징으로 하는 필터 엘리먼트의 제조방법.
본 발명의 필터 엘리먼트는 소각처분을 하여도 테트라플루오르화 에틸렌, 헥사플루오르화 프로필렌, 퍼플루오로시클로부탄 등의 유해가스가 발생하지 않는다.
본 발명의 필터 엘리먼트에서, 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 사용함으로써 안정적인 도포액을 용이하게 조제할 수가 있다.
본 발명의 필터 엘리먼트는 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 사용함으로써, 도포액에 알콜 등을 사용하지 않아도 되므로 제조공정이 용이해진다.
폴리테트라플루오로에틸렌의 코팅에서는, 도포방법에 따라 그 막두께가 두꺼워지거나 얇아져 편차가 크다. 두꺼워지면, 필터 엘리먼트의 초기 압력손실이 높아져 바람직하지 않다. 즉, 설치 운전시에 과잉의 에너지가 필요하게 되고, 역세정을 위한 펄스에어에 의해 필터 엘리먼트의 파손으로 이어진다. 얇아지면, 가루가 새거나 표면여과가 아닌 내부여과가 되어, 구동개시후 압력손실이 계속해서 높아지는 등의 현상이 발생하여 제품수명이 단축된다. 이에 대하여, 본 발명에서 이용하는 1차 입자의 응집체로서, 상기 1차 입자가 연결되어 있는 부분에 1∼5㎛의 공극을 갖는 형상의 초고분자량 폴리 에틸렌 미세분말은, 적합한 공극을 가짐으로써 압력손실을 낮게 억제할 수 있으며, 가루가 새지 않는 코팅이 가능하다. 도포방법에 따른 편차도 작게 할 수 있다. 초미세분말을 포집할 때, 폴리테트라플루오로에틸렌 코팅의 경우에는, 2회 도포하는 경우도 있는데, 포집성능은 양호해지지만 초기 압력손실이 높아져 과잉의 구동에너지가 필요해진다. 동일한 경우에 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 사용하면, 높은 포집성능을 유지하면서 압력손실을 저하시킬 수 있으며, 낮은 운전 에너지로 가동이 가능하다.
초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은, 폴리테트라플루오로에틸렌보다 kg당 단가가 반이하로 저렴하여 비용절감이 가능하다.
상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 사용함으로써, 제조공정에서 사용한 후의 나머지 도포액의 폐기처리는 매립처분이 아닌, 소각처분이 가능해지며, 경우에 따라서는 에너지 회수(thermal recycle)의 원료가 되어 환경을 배려할 수 있게 된다. 처분비용도 저렴해진다.
이하, 본 발명에 관계된 필터 엘리먼트 및 그 제조방법의 실시형태를 적절한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 있어서 예컨대 금형에 충전하고 가열·소결하여 필터 엘리먼트의 모체인 연통 다공성 성형체를 구성하기 위해 사용하는 합성수지분말의 소재로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌과 프로필렌의 공중합물, 폴리스티렌 및 폴리카보네이트 등의 할로겐을 포함하지 않는 열가소성 수지를 들 수 있다. 또한, 부직포 또는 펠트로부터 가열성형하여 필터 엘리먼트의 모체인 연통 다공성 성형체를 구성하기 위해 사용하는 합성수지 섬유의 소재로는, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등 마찬가지로 할로겐을 포함하지 않는 합성수지를 들 수 있다.
또한, 이들 합성수지에 의해 성형되는 상기 연통 다공성 성형체의 공극구멍의 크기는 5∼500㎛의 범위인 것이 바람직한데, 이는 후공정에서 상기 연통 다공성 성형체(필터 엘리먼트 모체)의 공극구멍에 충전되는 미세분말의 평균 입경의 범위가, 완성된 필터 엘리먼트에 의해 여과 분리될 미립자 고체의 크기로부터, 3∼50㎛의 범위에 있는 것이 바람직하기 때문이다.
연통 다공성 성형체는, 산화방지제를 연통 다공성 성형체 100 중량부에 대해 0.1∼3 중량부 함유하며, 0.5∼1 중량부 함유하는 것이 바람직하다.
산화방지제를 상기 범위로 함유함으로써, 본 발명의 필터 엘리먼트 모체를 구성하는 연통 다공성 성형체의 내열성이 향상되어, 예컨대 성형체의 합성수지소재가 폴리에틸렌일 경우, 70℃∼130℃, 특히 90℃∼110℃정도의 고온 환경하에서도 연속적으로 사용할 수 있게 된다. 산화방지제의 함유량이 지나치게 적으면, 내열성이 충분히 향상되지 못하며, 지나치게 많으면 비용이 높아진다.
산화방지제로는 페놀계 산화방지제, 방향족 아민계 산화방지제, 유황계 산화방지제 및 인계 산화방지제 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용되거나 혹은 2종 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
상기 산화방지제의 구체적인 예로서, 가령 페놀계 산화방지제로는 장애된 페놀, 고분자량의 장애된 페놀, 고분자량의 장애된 폴리시클릭 페놀, 모노에스테르계의 고분자량의 장애된 페놀, 테트라에스테르계의 고분자량의 장애된 페놀, 디에스테르계의 고분자량의 장애된 페놀 등을 들 수 있고, 방향족 아민계 산화방지제로는 아랄킬화 디페닐아민류, 페닐렌디아민계, 디하이드로퀴놀린계 등을 들 수 있다. 또, 유황계 산화방지제로는 테트라에스테르계의 고분자량의 과산화물 분해제, 티오에테르계의 과산화물 분해제 등을 들 수 있고, 인계 산화방지제로는 포스파이트, 트리스(모노노닐페닐, 디노닐페닐) 포스파이트, TNP(트리스노닐페닐포스파이트), 알킬알릴 포스파이트, 트리 알킬 포스파이트, 알릴포스파이트 등을 들 수 있다.
상기의 산화방지제 중에서도 페놀계의 고분자량의 장애된 페놀이 특히 바람직하다.
또한, 페놀계 산화방지제는 특히 열산화 열화(劣化)에 의해 합성수지가 물러지는 주요 인자가 되는 라디칼형 분해 열화를 저지하는 효과가 있고, 방향족 아민계 산화방지제는 산소흡수 유도기간이 길고 내산화성이 우수하며, 유황계 산화방지제는 불활성의 화합물로 분해하여 합성수지의 취화(脆化) 착색을 저지하고, 특히 페놀계 산화방지제와 병용하였을 경우에, 그 상승효과에 의해 산화방지효과가 대폭 향상된다. 인계 산화방지제는 산화 열화 방지효과를 비롯하여 착색 방지, 가공안정성의 향상, 수지내의 촉매 잔사(殘渣)의 불활성화와 같은 효과가 있으며, 예컨대 페놀계 산화방지제의 착색의 문제, 혹은 유황계 산화방지제의 악취의 문제가 있을 경우, 이들의 포스파이트를 대용함으로써 용이하게 대처할 수 있다.
연통 다공성 성형체의 공극구멍에 충전되는 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은, 평균 분자량이 300만∼1100만이고, 체적비중이 0.15∼0.29이고, 1차 입자의 응집체로서 상기 1차 입자가 연결되어 있는 부분에 1∼5㎛의 공극을 갖는 형상의 것이다. 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 평균 입경이 3∼150㎛인 것이 바람직하다. 이러한 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말로는 가령 도 5의 전자현미경 사진에 나타낸 바와 같은 포도송이 형상 혹은 콜리플라워(cauliflower)형상의 것을 들 수 있다.
상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 1차 입경은 3∼10㎛의 범위이다.
상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 제조방법으로는, 특별히 한정되지는 않지만 지글러(ziegler)법 중합기술 등이 바람직하다.
또한, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 상기 산화방지제를 함침시킴으로써 내열성을 부가하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 필터 엘리먼트의 제조방법을 설명한다.
먼저 합성수지분말, 부직포 또는 펠트를 가열·소결함으로써 연통 다공성 성형체를 성형한다.
합성수지분말을 가열·소결하여 연통 다공성 성형체를 성형하는 방법으로는 가령 합성수지분말을 금형에 충전하고, 상기 금형을 가열하여 합성수지분말들이 분말표면에서 부분적으로 융착하여 일체화된 구조의 연통 다공성 성형체를 형성하는 방법을 들 수 있다. 금형은, 예컨대 내열 알루미늄합금제의 금형으로서, 내면을 연통 다공성 성형체의 형상에 맞춘 것이다. 또한, 이 때의 충전작업은 통상적으로 진동과 함께 실시되는데, 이 진동의 진폭 및 진동 수는 특별히 한정되는 것은 아니다.
합성수지분말이 충전된 금형은 예를 들어, 가열로에서 가열되며, 가열 온도는 합성수지분말을 중심으로 하여 구성되는 합성수지의 융점 이상, 바람직하게는 융점보다 50℃ 이상이며, 더욱이 가열되고 있는 동안에 실질적으로 합성수지분말이 유동하지 않고 그 형상이 유지되는 온도범위로 가열된다. 이러한 온도범위는 합성수지의 종류에 따라 다르다. 특히 폴리에틸렌은 분자량에 따라 변하며, 고분자량일수록, 즉 점도수가 커질수록 보다 높은 온도로 가열하여도 유동화가 발생하기 어려워 합성수지분말은 그 형상을 유지할 수 있다.
그러나, 가열온도는 250℃ 이하가 바람직하고, 240℃ 이하로 제어하는 것이 더욱 바람직하다. 250℃를 초과하여 가열하면 합성수지분말의 산화열화가 현저해져 연통 다공성 성형체가 형성되기 어려워진다.
가열시간은 합성수지분말의 점도수나 가열온도에 의존하며, 양호한 연통 다공성 성형체가 형성되도록 적절히 설정된다. 통상적으로 1∼6시간동안 가열처리가 이루어지며, 1.5∼3시간동안 이루어지는 것이 바람직하다.
소정시간 가열한 후, 금형을 가열로로부터 꺼내어 충분히 냉각한 다음, 금형으로부터 성형체를 꺼낸다. 이렇게 하여 충분한 강도와 적당한 다공성을 가지며, 합성수지분말이 그 분말표면에서 부분적으로 융착됨으로써 일체화된 연통 다공질 성형체가 얻어진다. 또, 성형된 필터 엘리먼트 모체는 유연성을 가지며 외부 힘에 강하다.
연통 다공성 성형체를 성형할 때, 합성수지분말에 산화방지제를 함유시킴으로써 연통 다공성 성형체에 산화방지제를 함유시킬 수 있다.
합성수지분말에 산화방지제를 함유시키려면, 우선 합성수지분말에 소정량의 분말화된 산화방지제를 분산시키는 공정이 실시된다. 이 공정은 덤블러 믹서(tumbler mixer), 헨셀믹서(Henschel mixer), 프로셰어믹서(plowshare mixer), 레디게믹서(Redige mixer)와 같이 수지와 첨가제를 건식혼합할 때 사용되는 통상적인 혼합기가 이용되어 실시된다. 이 공정에서 합성수지분말에 산화방지제가 분산된 혼합물이 얻어진다. 이 때, 산화방지제는 테트라히드로푸란, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 아세톤과 같은 저비점의 유기용매에 용해하여 수지입자에 혼합하여도 된다. 혼합 후, 용매는 제거된다.
이어서, 합성수지분말에 분산된 산화방지제를 합성수지분말에 침투시키는 공정이 실시된다. 이 공정에서는, 산화방지제가 액화되는 융점 보다 높고, 합성수지분말이 실질적으로 그 형상을 유지할 수 있는 온도범위 내, 바람직하게는 산화방지제의 융점보다 높고, 합성수지분말의 융점 보다 낮은 온도로 가열하며, 그 온도 하에서 바람직하게는 15∼120분간, 보다 바람직하게는 30∼120분간 유지하여 산화방지제를 합성수지분말에 침투시킨다. 산화방지제를 합성수지분말에 침투시키기 위한 가열은, 예컨대 합성수지분말을 금형에 충전하기 전에 가열로에서 수행될 수도 있거나 합성수지분말을 금형에 충전시킨 후에 가열로에서 수행될 수도 있다.
다음으로, 상기와 같이 형성된 연통 다공성 성형체의 표면에 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 코팅층을 형성하는 공정, 즉 표면처리공정을 실시한다.
상기에서 얻어진 연통 다공성 성형체는 그 자체로 필터 엘리먼트로서 사용이 가능하지만, 도 1에 본 발명에 관계된 필터 엘리먼트의 표면을 도해적으로 나타낸 바와 같이, 연통 다공성 성형체는 골격을 이루는 합성수지분말(A)의 결합체이며, 연통 다공성 성형체의 내부에는 50∼500㎛의 비교적 큰 공극(B)이 다수 존재하기 때문에, 필터로서 사용했을 경우에 미세한 분진(C)이 누출되고 만다. 이를 방지하기 위하여, 연통 다공성 성형체의 표면에 미세한 입자층, 즉 1∼5㎛의 공극을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 코팅층(D)을 형성한다. 이로써, 여과효율을 향상시킬 수가 있다.
초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 코팅층을 형성하는 방법으로는, 가령 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말에 결합제로서 폴리비닐 아세테이트 등의 합성수지 및 물을 혼합한 현탁액을 연통 다공성 성형체의 표면에 분무·도포하여 가열하는 방법을 들 수 있다. 상기 현탁액을 분무·도포한 후에 결합제에 의해 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 연통 다공성 성형체의 표면에 단단히 부착시키기 위한 가열온도는, 40∼60℃인 것이 바람직하고, 가열시간은 90∼150분인 것이 바람직하다.
초고분자량 폴리에틸렌 미세분말에 산화방지제를 함유시킴으로써 필터 엘리먼트의 내열성을 향상시킬 수 있다. 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말에 산화방지제를 함유시키는 방법으로는, 가령 상기 합성수지분말에 산화방지제를 함유시키는 방법과 동일한 방법을 들 수 있다.
이상의 공정으로 제조된 본 발명의 필터 엘리먼트는 도 6의 전자현미경 사진으로 나타낸 것과 같은 표면을 가지고, 도 7의 전자현미경 사진으로 나타낸 것과 같은 표면부의 단면구조를 가지며, 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말에 의한 1∼5㎛의 공극이 형성되어 있다.
이에 대하여, 충전재로서 폴리테트라플루오로에틸렌 미세분말을 사용한 필터 엘리먼트는, 도 8의 전자현미경 사진으로 나타낸 것과 같은 표면을 가지고, 도 9의 전자현미경 사진으로 나타낸 것과 같은 표면부의 단면구조를 가지며, 표면에 형성되는 공극이 작다.
본 발명의 필터 엘리먼트는, 상기와 같은 표면구조를 가짐으로써 압력손실이 작고 초기 누출이 적다.
본 발명의 필터 엘리먼트(24)가 조립된 집진기의 개략적인 구성의 일례를 도 2에 나타낸다. 상기 집진기(10)는 밀폐된 케이싱(12)을 가지며, 그 내부는 구획벽인 상부 천정판(14)에 의해 하부의 집진실(16)과, 상부의 청정공기실(18)로 나뉘고, 케이싱(12)의 중반부에 하부의 집진실(16)과 통하는 먼지를 함유한 공기의 공급구(20)가 형성되어 있고, 또, 케이싱(12)의 상부에 청정공기실(18)과 통하는 청정공기의 배출구(22)가 형성되어 있다. 더욱이, 상부 천정판(14)의 하면에는, 중공의 편평한 형상의 필터 엘리먼트(24)가 소정의 간격으로 부착되어 있으며, 케이싱(12)의 하부에는 먼지가 제거된 분진을 배출하는 호퍼(26)와, 그 분진의 인출구(28)가 형성되어 있다.
필터 엘리먼트(24)는 도 3에 그 외관을 개략적으로 나타낸 바와 같이, 상단부에 큰 지름부(32)가 형성되어 있고, 큰 지름부(32)는 프레임(34)을 수용하도록 불룩한 형상으로 형성되어 있다. 큰 지름부(32)내에 수용된 프레임(34)의 양단부는, 체결볼트(36)를 통해 큰 지름부(32)와 일체적으로 상부 천정판(14)에 부착되어 있다. 또한, 상부 천정판(14)과 프레임(34)의 사이에는 패킹(38)이 장착되어 있다.
그리고, 도 4에 도 3의 필터 엘리먼트(24)의 P-P 단면을 사시도로 나타낸 바와 같이, 필터 엘리먼트(24)의 내부는, 상단부가 개구된 중공의 챔버(24a)가 복수 형성되어 있으며, 엘리먼트의 분진 부착 표면은 물결형상 혹은 주름형상이 되어 부착면적이 증대되어 있다.
공급구(20)로부터 케이싱(12)의 집진실(16)내에 공급된 먼지를 함유한 공기는, 중공형상의 필터 엘리먼트(24)의 여과체를 통과하여 내측으로 유입된다. 이 때 분진은, 필터 엘리먼트(24)의 표면에 부착·퇴적되어 포집되며, 필터 엘리먼트(24)의 내측으로 유입된 청정공기는 프레임(34)의 통로를 거쳐 케이싱(12) 상부의 청정공기실(18)로 들어가 그 배출구(22)로부터 소정의 장소로 안내된다.
필터 엘리먼트(24)의 표면에 분진이 부착·퇴적되면, 공기통로가 폐색되어 압력손실이 증가하기 때문에, 필터 엘리먼트(24)를 각각 일정한 시간간격을 두고 순차적으로 역세정하여, 필터 엘리먼트(24)의 표면으로부터 부착·퇴적된 분진을 제거한다. 즉, 타이머제어 등에 의해 일정한 간격을 두고 도시되지 않은 역세정 밸브를 순차적으로 개폐하여 각각의 대응하는 분사 파이프로부터 역세정을 위한 펄스에어를 분사한다. 이로써, 펄스에어가 각각의 필터 엘리먼트(24)의 내측으로부터 외측을 향해 역류하여, 필터 엘리먼트(24) 표면에 부착·퇴적된 분진이 흩날리지 않고 퇴적된 그 상태로 제거된다. 이로써 제거된 분진은 호퍼(26)를 통해 인출구(28)로부터 회수된다.
본 발명의 필터 엘리먼트(24)는 가령 원통형, 박스형, 혹은 표면적을 크게 하기 위해 그 단면이 물결형상인 박스형으로 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 필터 엘리먼트의 표면을 모식적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 필터 엘리먼트가 조립된 집진기의 개략구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 필터 엘리먼트의 개략적인 외관을 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 도시된 필터 엘리먼트의 P-P단면에 대한 사시도.
도 5는 본 발명에서의 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 형상을 나타낸 전자현미경 사진.
도 6은 본 발명의 필터 엘리먼트의 표면을 나타낸 전자현미경 사진.
도 7은 본 발명의 필터 엘리먼트의 표면부의 단면구조를 나타낸 전자현미경 사진.
도 8은 충전재로서 폴리테트라플루오로에틸렌 미세분말을 사용한 필터 엘리먼트의 표면을 나타낸 전자현미경 사진.
도 9는 충전재로서 폴리테트라플루오로에틸렌 미세분말을 사용한 필터 엘리 먼트 표면부의 단면구조를 나타낸 전자현미경 사진.
도 10은 본 발명의 필터 엘리먼트 및 비교예의 필터 엘리먼트에 대한 압력손실 시험결과를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 필터 엘리먼트 및 비교예의 필터 엘리먼트에 대한 초기 누출물에 함유된 먼지 농도시험의 결과를 나타낸 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
A : 합성수지분말 B : 공극
C : 분진 D : 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말(코팅층)
10 : 집진기 12 : 케이싱
24 : 필터 엘리먼트
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
밀도 0.95g/㎖, 용융지수 0.1g/10분(分) 및 평균 입경 300㎛의 고밀도 폴리에틸렌수지의 분말을 금형에 충전하고, 230℃로 2시간동안 가열하여 소결함으로써, 두께 62mm, 폭 500mm, 높이 500mm의 도 3에 도시된 연통 다공성 성형체를 성형하였다. 이 필터 엘리먼트 모체 표면의 공극구멍의 크기는, 레이저현미경으로 측정한 결과, 평균 지름은 85㎛였다.
이 필터 엘리먼트 모체의 표면을 평균 분자량 450만, 소재의 밀도 0.93g/㎖, 평균 입경 30㎛ 및 체적비중 0.25 이하인 1차 입자의 응집체이며, 1차 입자가 연결되어 있는 부분에 1∼5㎛의 공극을 갖는 형상의 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말 20.6 중량부; 폴리비닐 아세테이트 4.5 중량부; 및 이온교환수 74.9 중량부를 호모믹서에서 5,000rpm으로 10분간 교반하여 얻은 도포액으로 브러시에 의해 도포했다. 이어서, 50℃의 전기로에서 2시간동안 유지하여 폴리비닐 아세테이트의 접착작용을 발현시키고, 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 필터 엘리먼트 모체 표면의 공극구멍에 충전·부착하여 본 발명의 필터 엘리먼트를 완성하였다.
(비교예 1)
필터 엘리먼트 모체 표면의 공극구멍에 충전·부착시키는 것으로서 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말 대신에, 평균 입경 3.6㎛ 및 체적비중 0.28g/㎖의 폴리테트라플루오로에틸렌 분말을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제법으로 비교예의 필터 엘리먼트를 완성하였다.
본 발명의 필터 엘리먼트 및 비교예의 필터 엘리먼트에 대해, 「JIS L 1096:1999 (섬유) 명칭 「일반직물시험방법」 8.27 통기성 8.27.1 A법(프래질(Frazil)형법)」에 의해 통기성을 시험한 바, 하기의 표 1과 같이 본 발명의 필터 엘리먼트는 통기성이 명백히 우수하였다.
표 1. 통기도 측정결과

 통기도 ㎤/㎠·sec 코팅전후비율
코팅 전 코팅 후
비교예의 필터 엘리먼트 4.65 1.35 29%
본 발명의 필터 엘리먼트 4.65 2.63 57%
본 발명의 필터 엘리먼트 및 비교예의 필터 엘리먼트에 대해, 압력손실시험(여과속도 1m/min; 역세정용 펄스에어 0.49MPa/120sec; 먼지함유농도 5g/㎥(탄산칼슘 D50 = 10.4㎛))을 실시하였더니 도 10과 같았다.
본 발명의 필터 엘리먼트 및 비교예의 필터 엘리먼트에 대해 상기 조건으로 초기 누출된 먼지 농도 시험을 실시한 바, 도 11과 같았다.
도 10 및 도 11의 결과를 통해, 본 발명의 필터 엘리먼트는 압력손실이 계속해서 상승하지 않고 낮은 값으로 안정되어 있으며, 초기 누출은 비교예의 필터 엘리먼트와 큰 차이가 없어 포집성능이 높음이 분명하다.
본 발명에 의해, 폐기처분을 할 때 공해가 발생하지 않고, 필터 모체의 공극구멍을 충전하기 위한 도포액을 쉽게 조제할 수 있어 용이한 제조가 가능하며, 압력손실이 개량되고 제조비용도 낮아진 필터 엘리먼트를 제공할 수가 있다.

Claims (4)

  1. 고체입자를 함유하는 유체로부터 고체입자를 분리하는 필터 엘리먼트로서,
    상기 필터 엘리먼트가, 필터 엘리먼트 모체로서 열린 셀(open cell) 다공성 성형체 및 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말을 포함하며,
    상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 중량 평균 분자량이 300만 내지 1100만이고, 체적비중이 0.15 내지 0.29이고,
    상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 1차 입자의 응집체이고, 상기 응집체는 포도 다발 또는 콜리플라워(cauliflower)의 모양이며 상기 응집체는 상기 1차 입자가 연결되어 있는 부분에서 1 내지 5㎛의 공극을 가지며,
    상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 상기 열린 셀 다공성 성형체의 표면 상의 공극에 채워지거나 코팅되고, 상기 열린 셀 다공성 성형체는 합성수지분말, 부직포 또는 펠트를 가열 및 소결시킴으로써 제조된, 필터 엘리먼트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말의 평균 입경이 3 내지 150㎛임을 특징으로 하는 필터 엘리먼트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말이, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말에 가열에 의해 함침된 산화방지제를 추가로 함유하여, 이의 내열성을 개선시킴을 특징으로 하는, 필터 엘리먼트.
  4. 고체입자를 함유하는 유체로부터 고체입자를 분리하는 필터 엘리먼트의 제조방법으로서,
    열린-셀 다공성 성형체를 만들기 위해 합성수지분말, 부직포 또는 펠트를 가열 및 소결시킴으로써 필터 엘리먼트 모체를 제공하는 단계; 및
    가열 후 상기 열린-셀 다공성 성형체의 표면에, 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말, 물 및 수분산성 바인더를 함유하는 현탁액을 적용시키는 단계를 포함하며,
    상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 중량 평균 분자량이 300만 내지 1100만이고, 체적비중이 0.15 내지 0.29이며,
    상기 초고분자량 폴리에틸렌 미세분말은 1차 입자의 응집체의 형태이고, 여기서 상기 응집체가 포도 다발 또는 콜리플라워(cauliflower)의 모양이고, 상기 1차 입자가 연결되어 있는 부분에서 1 내지 5㎛의 공극을 갖는, 방법.
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