KR101242607B1 - 지지체를 갖는 세라믹 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지체를 갖는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 다공성 세라믹 필터에 있어서, 상기 다공성 세라믹 필터의 외벽, 내벽 또는 내부에 망상 또는 와이어형 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 세라믹 필터의 제작 또는 사용중에 취급의 부주의 또는 외부의 충격 등에 대하여 저항성을 갖고, 이러한 외력에 의하여 발생할 수 있는 세라믹 필터의 균열, 파손 등을 최소화할 수 있으며, 2차적으로 세라믹 필터의 파손에 따라 발생한 파편이 세라믹 필터로부터 분리되지 않아 흡기구 내로 유입되어 2차 파손이 일어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있고, 상기 지지체를 발열체로 이용하여 집진된 분진의 가열을 통한 연소에 의하여 실시간 분진제거와 필터의 재활용이 용이하고, 공정중의 집진장치 내부에 발생하는 응축수의 발생을 억제하고, 또한 본 발명의 제조방법을 통하여 대형필터를 저가에 용이하게 제조할 수 있으며 눈막힘 현상 및 압력손실의 최소화와 통기도 및 포집효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

세라믹, 필터, 망상, 와이어형, 지지체

Description

지지체를 갖는 세라믹 필터 및 그 제조방법 {CERAMIC FILTER WITH SUPPORTING BODY AND METHOD OF PREPARING THEREOF}

도 1은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 일실시예로서 외벽에 망상 지지체를 갖는 세라믹 필터의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 일실시예로서 외벽과 내벽에 망상 지지체를 갖는 세라믹 필터의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 일실시예로서 외벽에 코일형 와이어형 지지체를 갖는 세라믹 필터의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 일실시예로서 다양한 형태의 망상 지지체를 배치를 나타내는 세라믹 필터의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 일실시예로서 평판 담지체에 세라믹 망사 지지체를 갖는 세라믹 필터의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터가 집진장치에 장착된 실시예를 나타낸 사진이다.

도 7은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법의 일실시예로서 망상 지지체 포함방법을 나타낸 개략도이다.

도 8은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법에 사용되는 성형틀 의 일실시예의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법의 일실시예에 의하여 제조된 내부에 지지체를 갖는 원형 튜브 세라믹 필터의 사진이다.

도 10은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법의 일실시예에 의하여 제조된 내부에 지지체를 갖는 방사형 절곡 튜브 세라믹 필터의 사진이다.

도 11은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법의 일실시예에 의하여 제조된 다층 세라믹 필터의 담체포함 영역의 주사전자현미경 사진이다.

도 12는 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법의 일실시예에 의하여 제조된 다층 세라믹 필터의 추가 코팅영역의 주사전자현미경 사진이다.

도 13은 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법의 일실시예에 의하여 제조된 다층 세라믹 필터의 담체포함 영역과 추가 코팅영역을 상부에서 함께 촬영한 주사전자현미경 사진이다.

본 발명은 지지체를 갖는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 세라믹 필터의 제작 또는 사용중에 취급의 부주의 또는 외부의 충격 등에 대하여 저항성을 갖고, 이러한 외력에 의하여 발생할 수 있는 세라믹 필터의 균열, 파손 등을 최소화할 수 있으며, 2차적으로 세라믹 필터의 파손에 따라 발생한 파편이 세라믹 필터로부터 분리되지 않아 흡기구 내로 유입되어 2차 파손이 일어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있고, 상기 지지체를 발열체로 이용하여 집진된 분진의 가열을 통한 연소에 의하여 실시간 분진제거와 필터의 재활용이 용이하고, 공정중의 집진장치 내부에 발생하는 응축수의 발생을 억제하는 지지체를 갖는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

산업의 발전에 따라 각 산업공정에서 발생하는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기 화합물(Volatile organic chemicals : VOC's)등의 유해물질의 폐해는 더욱 늘어나고 있는 실정이다. 따라서 이러한 공해물질의 방출을 막기 위하여 일부에서는 고분자 필터를 사용하고 있으나 고분자 필터의 경우에는 내열성, 내화학성, 내마모성 및 난연성에 있어서 취약한 문제점이 있기 때문에 이러한 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 필터의 개발이 이루어져 왔는데 세라믹 필터는 고분자 필터에 비하여 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 훨씬 우수한 특징이 있고, 특히, 내열성이 우수하여 배기 장치내에 냉각 장치 등을 별도로 설치할 필요가 없어 설치비 및 유지비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

그러나 세라믹 필터의 경우에는 세라믹 소재가 가지는 낮은 연성과 높은 취성에 따라 취급의 부주의 또는 사용중 외부 물질의 인입 또는 외부에서의 충격 등에 의한 외력에 의하여 쉽게 균열이 발생하거나 파손이 되는 문제가 있고, 대형의 필터의 제작시 세라믹 소재의 상대적으로 높은 비중에 의하여 자체중량에 따른 소결과정에서의 균열발생 또는 파손 등의 문제점이 있다. 따라서 기존의 일반적인 세라믹 필터의 제조방법의 경우에는 장비의 대형화가 어려운 난점 이외에도 세라믹 필터의 대형화시에 발생할 수 있는 상기와 같은 세라믹 필터 자체의 파손 또는 균 열 발생이 또한 필터의 대형 화를 막는 문제점이 되고 있다.

또한, 세라믹 필터의 사용시에도 세라믹 필터의 취성으로 인하여 집진장치에서 발생하는 진동, 외부의 충격, 또는 이물질의 인입 등으로 인하여 세라믹 필터의 균열이나 파손이 발생할 수 있고, 이러한 파손의 경우는 세라믹 필터 자체뿐만 아니라 상기 파손에 따른 파면이 필터 후단에 위치한 장비들을 2차적으로 파손시키는 문제점이 있다. 특히, 복합화력발전설비 등과 같이 고가의 가스 터빈이나 스팀터빈을 사용하는 곳에서는 상기의 파편들이 터빈내의 블레이드나 디스크 등의 회전체를 파손시켜 피해규모를 확대 시키는 문제점이 있다.

또한 기존의 일반적인 세라믹 필터의 제조방법의 경우 세라믹 섬유(Fiber)를 이용한 튜브 형태를 진공성형이나 압출 성형하는 것이 가장 보편적인 방법이며, 이는 여과 효율과 배압 특성은 비교적 우수하나 제조되는 비용이 고가이고, 장시간 사용할 때 세라믹 섬유의 열화로 인해 필터의 내구성이 떨어져 여과 효율이 감소할 뿐만 아니라, 필터의 재생시 압축 공기를 역분사하여 외벽의 분진을 털어 낼 때 세라믹 섬유가 파손되고, 이렇게 파손된 세라믹 섬유가 정상운전시 배기가스 중에 포함되어 배출됨으로써 2차 공해를 발생시키는 문제가 있을 뿐만 아니라, 세라믹 필터 전체가 동일한 기공도를 가지는 구조로 이루어져 내부에 분진이 걸리는 경우에는 필터의 눈막힘 현상의 발생으로 압력손실이 커지고 배압이 증가하는 문제가 있다.

또한 진공성형 공정의 경우는 진공 쳄버 및 진공펌프의 제조에 많은 비용이 소요되며 진공 쳄버의 크기제한에 따라 제작할 수 있는 세라믹 필터의 크기에 제약 을 받게되므로 대형 필터는 제조하지 못하는 문제가 있으며, 진공성형이므로 제조된 세라믹 필터의 크기 제한을 가지며, 세라믹 소재의 심한 마모로 일정 생산량마다 금형을 바꿔야하는 높은 고정비로 생산단가가 높게 된다는 문제점이 있다.

또한 상기 진공성형 방법 이외에도 압출성형, 프레스 성형, 정수압(hydrostatic pressure)성형 등의 방법들이 개발되고 있으나 이 경우에도 제작시 금형제작이 필수적이며 가압장치를 구비해야 하므로 제작비용이 증가하고 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 금형이 결정되면 제작형상의 변경이 용이하지 않고, 대형필터의 생산이 어려운 문제점을 가진다. 또한 상기 성형방식의 경우는 가압방식에 의한 성형이므로 기공도가 낮아 통기성이 떨어지며, 필터 통과시 압력손실을 증가시키는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 외력에 의한 충격에 대하여 저항성을 갖고, 균열이나 파손을 최소화하며, 설령 파손이 발생하더라도 파편이 세라믹 필터로부터 이탈하지 않아 2차적 파손을 최소화하는 세라믹 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 제작시 세라믹 필터의 자체중량에 따라 발생할 수 있는 파손을 최소화하여 필터의 대형화가 가능한 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 특성을 가지면서 분진들을 표면에서 포집하여, 눈막힘 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 압력손실을 낮추고, 통기 도 및 포집효율을 현저히 향상시킬 수 있는 세라믹 필터를 제공하는 것이다.

본 발명은 또 다른 목적은 내마모성 및 내열성이 우수하고, 기공도를 높여 저중량이 가능할 뿐만 아니라 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이하며, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이한 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다공성 세라믹 필터에 있어서, 상기 다공성 세라믹 필터의 외벽, 내벽 또는 내부에 망상 또는 와이어형 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터를 제공한다.

또한, 본 발명은

a) 세라믹 분말을 주재로 하는 제1슬러리를 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계에서 제조한 슬러리를 담지체에 담지시키는 단계;

c) 상기 b)단계의 담지시킨 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키는 단계;

d) 상기 c)단계의 담지체를 건조하는 단계;

e) 상기 d)단계에서 건조된 담지체를 소결하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은

a) 세라믹 분말을 주재로 하는 제1슬러리를 제조하는 단계;

b) 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키는 단계;

c) 상기 a)단계에서 제조한 슬러리를 상기 b)단계의 담지체에 담지시키는 단계;

d) 상기 c)단계의 담지체를 건조하는 단계;

e) 상기 d)단계에서 건조된 담지체를 소결하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터는 다공성 세라믹 필터에 있어서, 상기 다공성 세라믹 필터의 외벽, 내벽 또는 내부에 망상 또는 와이어형 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다공성 세라믹 필터는 여과를 목적으로 하는 다공성 구조를 가지고 세라믹 소재를 주재로 하는 일반적인 모든 형태의 세라믹 필터를 포함한다. 특히, 제조방법에 있어서는 일반적으로 공지되어 있는 진공성형, 압출성형, 프레스성형, 정수압성형 등을 포함하는 공지의 제조방법 뿐만 아니라 본 발명의 하나로 아래에 기술하는 제조방법에 제조되는 세라믹 필터를 포함한다.

상기 다공성 세라믹 필터는 일반적으로는 필터의 기재는 다공도 및 조성이 일정한 세라믹필터이지만 필터의 효율 및 저중량 구현, 재활용의 용이성을 고려하여 다층 구조를 가질 수도 있다. 따라서 다공성 세라믹 필터의 표면층과 세라믹 필터의 대부분을 차지하는 기재부가 다른 기공도, 기공크기, 조성비율을 가질 수 있다. 특히, 필터링에 따른 분진의 집진이 표면에만 이루어지기 위해서는 유동의 유입지역에 해당하는 표층부가 더 미세한 기공크기를 가지는 것이 바람직하고, 제조의 용이성 및 다층구조의 효과측면에서 세라믹 필터는 유체의 유입이 이루어지는 표면과 유체의 인출이 이루어지는 내부로 구성되는 2중층 구조를 가지는 것이 더욱 바람직하고, 상기 표면부의 기공의 크기는 내부의 기공크기에 비하여 더 미세하도록 구성한다.

상기 세라믹 필터에 존재하는 지지체는 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 세라믹 필터의 세라믹 체를 효율적으로 보호하기 위해서 각각의 와이어가 별도로 존재하는 와이어형과 상기 와이어들이 별도로 존재하지 않고 서로 얽히거나 와이어간의 교차점에 용접, 매듭, 꼬인 형태 등의 접합점을 가지는 망상 지지체의 형태로 구성할 수 있다. 상기 와이어형의 경우는 구조의 간편성과 제조의 용이성을 위하여 단순한 직선형 와이어나 코일형 와이어가 적용될 수 있고, 망상의 경우는 상기 결합방법에 의하여 그물구조를 가지고 그물눈의 크기나 모양은 세라믹 필터의 용도나 사양에 따라 다양한 형태로 구성할 수 있다. 바람직하게는 상기 망상 지지체는 편물 또는 직물의 형태로서 와이어들을 얽어 맨 형태를 가지는 것이 좋다.

또한 상기 지지체의 재질로는 금속, 비금속, 세라믹, 무기물 또는 발열체 등의 재질이 사용될 수 있고, 바람직하게는 세라믹 필터의 제조과정에서 녹지 않고 지지체로서의 강도를 유지할 수 있고, 세라믹 필터의 사용온도에서는 세라믹 필터보다 연성 및 인성을 가지는 재질이 사용되며, 금속의 경우에는 고온용 스테인리스 스틸이나 Ni-합금, Co-합금, 고온내열강, 인코넬 합금강 또는 이와 유사한 고온용 초합금의 와이어를 그대로 사용하거나 직조하거나 꼬아 사용될 수 있고, 세라믹의 경우는 세라믹 파이버나 세라믹 울, 세라믹 로프 등이 사용되어질 수 있고, 발열체로는 탄화규소(SiC), Ni기지의 발열체 합금, 텅스텐 또는 그 합금, 니크롬선 등이 사용될 수 있다.

특히, 상기 지지체의 재질이 금속 또는 발열체인 경우에는 상기 지지체의 양 끝단에 전기공급장치를 추가로 연결하여 상기 지지체에 전원을 공급할 수 있다. 이를 통하여 금속 또는 발열체 자체의 내부저항에 의하여 지지체가 발열을 하므로 상기 지지체가 세라믹 필터의 가열장치 역할을 할 수 있어 자체 가열장치를 구비하는 효과를 가진다. 이를 통하여 세라믹 필터가 분진 또는 폐가스를 여과하는 중에 세라믹 필터 내부 또는 외부에 잔류하게 되는 분진, 미연소 카본 또는 폐가스를 가열에 의한 연소에 의해 제거할 수 있다. 즉, 상기 집진되거나 잔류하는 분진 또는 미연소 카본이 세라믹 필터에 다량 잔류하는 경우에는 필터의 차압이 크게 발생하므로 상기 자체 가열방식의 세라믹 필터의 경우는 차압을 발생시키는 분진을 즉시 처리하여 필터의 차압을 일정하게 유지하고, 필터의 사용주기를 늘릴 수 있다. 뿐만 아니라 집진대상이 되는 공정 중에 발생하는 폐가스에 수분을 함유하는 경우에는 집진과정에서 집진장치 내부에 응축수가 발생할 수 있으나 이러한 응축수의 발생을 상기 발열체를 통하여 억제할 수 있다.

상기의 지지체는 다공성 세라믹 필터의 기재와 결합하여 이루어질 수 있으며, 이는 상기 지지체의 재질이 세라믹인 경우는 소결결합이 일어나는 형태이고, 상기 지지체의 재질이 금속인 경우는 소결과정중에 확산 또는 접촉결합에 의하여 결합이 이루어질 수 있다.

상기 지지체는 세라믹 필터 기재의 외벽 또는 내벽 또는 내벽과 외벽 모두에 위치할 수 있고, 필요에 따라서는 외벽 또는 내벽과 별도로 또는 함께 기재 내부에 존재할 수도 있다. 일반적인 진공, 압출, 프레스, 정수압 성형의 방법을 적용하는 경우에는, 상기 지지체를 포함시키고자 하는 특정 위치에 고정한 후에 세라믹 분말 등을 금형에 주입하는 방법 등을 통하여 상기 지지체를 세라믹 필터에 포함시킬 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법을 통하여 지지체를 포함하는 경우는 하기에 설명하도록 한다. 상기 지지체의 위치는 각 지지체의 용도에 따라 결정될 수 있고 도 1에 나타낸 바와 같이 외벽에만 포함시키거나, 도 2와 같이 외벽 및 내벽에 모두 지지체를 포함할 수도 있다. 또한 도 4에 나타낸 바와 같이 내부에도 포함할 수 있는데 내부에 포함하는 경우에 내부에 동심원 상 또는 나선형상 등으로 포함할 수 있다. 이외에 평면형상의 세라믹 필터의 경우는 전면, 후면 또는 전후면에 지지체를 포함할 수도 있는데 이는 도 5에 나타낸 바와 같다.

상기 지지체의 용도에 따라서는 발열체의 역할을 위해서는 내부에 위치하는 것이 바람직하고, 2차 파손을 줄이기 위해서는 유입 유체의 출구쪽 벽면에 위치하는 것이 바람직하고, 취급의 부주의나 제작중 파손을 막기 위해서는 외벽 또는 외벽과 내벽에 동시에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터는 일반적으로 각 산업의 후처리장치로 사용될 수 있고, 도 6에 나타낸 바와 같이 각종 집진설비의 집진필터로 사용될 수 있으며, 특히 소각로의 집진장치, 화장터의 집진장치, 화력발전소 흡기구, 엔진 배기가스의 집진장치, 자동차 배기가스의 공기정화장인 촉매담체, 또는 공기청정기내의 광촉매 작용에 의한 휘발성 유기화합물(VOC's) 제거장치 등에 사용될 수 있다.

또한 본 발명은 지지체를 갖는 세라믹 필터를 제공하는 바, 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터는 세라믹 분말을 주재로 하는 제1슬러리를 제조하고, 상기 제조한 슬러리를 담지체에 담지시키고, 상기 담지시킨 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키고, 상기 담지체를 건조하여, 상기 건조된 담지체를 소결하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터는 세라믹 분말을 주재로 하는 제1슬러리를 제조하고, 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키고, 상기 제조한 슬러리를 상기 담지체에 담지시키고, 상기 담지체를 건조하여 소결하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제1제조방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.

a) 제1슬러리 제조

본 단계는 세라믹 분말을 주재로 하는 슬러리를 제조하는 것으로 상기 슬러 리는 바람직하게는 ⅰ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 규조토, 고로슬래그 및 폐주물사로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말 25 내지 60 중량부, ⅱ) 점토 10 내지 40 중량부, ⅲ) 조공제 5 내지 40 중량부, ⅳ) 바인더 1 내지 20 중량부, 및 ⅴ) 분산액 20 내지 60 중량부를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅰ)의 세라믹 분말은 소결 후 세라믹 필터의 기본 구조를 이루는 성분으로, 세라믹 필터의 지지체 역할을 한다.

상기 세라믹 분말은 당업계에서 사용되는 통상의 다양한 형태의 세라믹 분말이 사용될 수 있다. 상기 세라믹 분말은 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트(sillimanite group, Al₂O₃·SiO₂), 카올린(kaolin group, Al₂ O₃·2SiO₂·2H₂O), 실리카(SiO₂), 티타니아, 규조토, 고로슬래그 또는 폐주물사 등을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 알루미나, 탄화규소 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이다.

상기 세라믹 분말은 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있고, 일정성분이 동일한 입도를 가질 수도 있고, 각각 다른 입도를 가지는 동일성분을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.001 ㎛ 내지 1 ㎜의 입도인 것이 바람직하다. 상기 세라믹 분말의 입도가 상기 범위내일 경우에는 세라믹 필터의 기공형성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 세라믹 분말은 슬러리 조성물에 25 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바 람직하며, 더욱 바람직하게는 30 내지 50 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 세라믹 필터의 물리적 강도 및 형상을 유지할 수 있는 효과가 있으며, 동시에 여과효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 소결시 뒤틀림 및 균열을 방지하고 세라믹 필터의 내마모성을 증대할 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅱ)의 점토는 소결 후 세라믹 필터의 기본 구조를 이루는 성분으로 소결시 세라믹 입자간의 결합을 용이하게 하는 작용을 한다.

상기 점토는 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있고, 일정성분이 동일한 입도를 가질 수도 있고, 각각 다른 입도를 가지는 동일성분을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.001 ㎛ 내지 1 ㎜의 입도인 것이 바람직하다. 상기 점토의 입도가 상기 범위내일 경우에는 세라믹 필터의 기공형성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 점토는 슬러리 조성물에 10 내지 40 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 세라믹 필터의 물리적 강도 및 형상을 유지시킬 수 있는 효과가 있으며, 동시에 여과효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 소결시 뒤틀림 및 균열을 방지하고 세라믹 필터의 내마모성을 증대할 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅲ)의 조공제는 세라믹 필터의 기공을 형성하는 작용을 한다.

상기 조공제는 탄소, 활성탄, 목재분말, 톱밥, 소금, 나프탈렌, 또는 활석 등을 사용할 수 있다.

상기 조공제는 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.001 ㎛ 내지 1 ㎜의 입도인 것이 바람직하다. 상기 조공제의 입도가 상기 범위내일 경우에는 세라믹 필터의 적절한 크기의 기공형성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 조공제는 소결과정에서 연소되어 없어져 세라믹 필터의 기공을 형성하며, 그 함량은 슬러리 조성물에 5 내지 40 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 소결시 완전히 연소되어 세라믹 필터의 기공을 효과적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅳ)의 바인더는 슬러리와 담체의 결합을 이루는 작용을 한다.

상기 바인더는 통상의 유기바인더, 무기바인더, 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있으며, 특히 무기바인더와 유기바인더의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 바인더는 프리트(frit), 또는 탄산바륨(BaCO₃)의 무기바인더 또는 MAP(Mono aluminium phosphate), 물풀(water binder), 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알코올, 또는 폴리비닐아세테이트 등의 유기바인더를 사용할 수 있으며, 특히 프리트와 물풀을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 바인더는 슬러리 조성물에 1 내지 20 중량부로 포함되는 것이 바람직하 며, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 슬러리와 담체를 효과적으로 결합시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅴ)의 분산액은 바인더의 종류에 따라 그 종류를 달리할 수 있으며, 특히 물 또는 알코올을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 분산액은 슬러리 조성물에 20 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 슬러리에 포함되는 각 성분을 효과적으로 혼합할 수 있으며, 슬러리가 적정한 점도를 유지하여 담체에 효과적으로 결합할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 세라믹 분말, 점토, 조공제, 및 바인더는 분산액에 동시투입하여 혼합할 수도 있으며, 일정간격으로 순차적으로 분리투입하여 혼합할 수도 있다. 특히, 상기 성분의 혼합은 분산액에 세라믹 분말, 점토, 조공제, 및 무기바인더(무기바인더를 사용할 경우에만 혼합)를 혼합한 후, 상기 혼합물에 유기바인더를 혼합하는 것이 혼합의 편의성을 위해 더욱 좋다.

상기 혼합물의 혼합시간은 1 내지 10 시간 동안 실시되는 것이 좋다.

상기와 같이 혼합된 슬러리는 안정화를 위하여 1 시간 이상의 숙성을 시키면 더욱 좋다.

b) 담지

본 단계는 상기 a)단계에서 제조된 슬러리를 담지체에 담지시켜 성형물을 제조하는 단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 담지체는 제조하고자 하는 세라믹 필터의 크기에 따라 그 크기를 달리할 수 있음은 물론이다.

상기 담지체는 슬러리를 담지할 수 있는 다공성 구조인 것은 모두 사용 가능하며, 특히 부직포, 직포, 또는 스폰지 등을 사용하는 것이 적용의 용이성을 위해 보다 바람직하다.

상기 부직포는 단섬유를 웹(web)상 또는 쉬트(sheet)상의 섬유 집합체를 기본으로 하여 접착제로 결합시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 섬유간 접착을 시키거나 니들 펀칭, 봉제 등으로 섬유를 얽히게 하여 만든 형태인 것으로, 특히 폴리에스테르, 아라미드(aramid), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 홈-아크릴(home-acrylic), 폴리이미드(polyimide), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 비스코스(biscose), 천연섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 또는 금속섬유 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 직포는 방적, 제직(制織), 면조(綿造) 등에 의하여 제조되는 것으로, 상기 슬러리의 담지를 위하여 느슨하게 직조되어 직포내에 슬러리 담지를 위한 충분한 기공을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 담지체는 제작하고자 하는 세라믹 필터의 필요한 두께 확보를 위해서 필요한 만큼의 담지체를 다수 포개거나 수 차례 감는 방법을 이용하여 적정 두께의 성형물 제조가 용이하도록 하고, 필터의 강도 또는 통기도 조절이 용이하도록 하기 위하여 얇은 두께를 가지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 제작의 용이성을 고려하여 두께가 2 내지 3 ㎜인 것이 좋다.

본 단계의 담지는 상기 슬러리를 담지체에 도포하거나 상기 슬러리에 담지체 를 침지시키거나, 상기 슬러리를 담지체에 살포(스프레이)하는 방법을 사용할 수 있다.

특히, 담지체에 충분한 세라믹 혼합물이 포함되고, 안착될 수 있도록 슬러리 용액에 담지체를 침지시키고 짜는 과정을 2∼3 회 반복하여 실시하거나, 상기 슬러리를 담지체에 도포 또는 살포하고 짜는 과정을 2∼3 회 반복하여 슬러리 용액이 담지체에 충분히 담지되도록 하는 것이 더욱 좋다.

c) 지지체를 포함하는 담지체 제조

본 단계는 상기 b)단계의 담지시킨 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키는 단계로서 담지가 완료된 담지체의 외벽 또는 내벽에 지지체를 도 5에 일실시예로서 나타낸 바와 같은 형태로 포함시키거나 담지체를 일정한 형태로 성형한 후에 상기 성형물에 대하여 도 7에 일실시예로 나타낸 바와 같은 방법으로 지지체를 포함시킬 수 있다. 상기 담지체의 성형의 경우에는 담지체를 성형틀을 이용한 성형 및 클램핑으로 결합하여 제조하고자 하는 세라믹 필터 형태로 제조할 수 있다. 상기 성형에 이용되는 성형틀로는 원형 튜브, 방사형 튜브 등이 이용될 수 있고 그 일실시예가 도 8에 나타나 있다. 또한, 상기 지지체의 포함단계에서 사용되는 지지체는 상기 기술한 바와 같은 종류와 형태가 포함될 수 있으며, 망상 지지체의 경우는 망상 지지체가 슬러리를 담지할 수 있을 정도로 그물눈이 미세하거나 직조간격이 미세한 경우에는 상기 포함단계전에 망상 지지체에 슬러리를 도포한 후에 담지체와 망상지지체를 결합할 수 있다.

또한 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함하도록 할 수 있고, 이 경우에는 여러 장의 담지체와 지지체를 상호 교대로 포개거나 삽입한 후 클램핑 등의 방법을 통하여 고정하여 제작하거나 담지체와 지지체를 포개거나 삽입한 후 이를 성형틀을 이용하여 말은 후에 상기 결합방법을 통하여 제작할 수 있다. 상기 성형에는 복잡한 형태로의 성형뿐만 아니라 도 5와 같이 단순히 지지체를 담지체에 결합하는 경우도 포함할 수 있다.

상기 슬러리가 담지된 담지체는 목적에 따라 원하는 형태대로 다양하게 성형할 수 있음은 물론이며, 특히, 원형튜브, 방사형 절곡튜브, 또는 사각튜브 형태의 성형틀에 담지체를 밀착하여 결합시키고, 클램프 등으로 고정하여 원형튜브 형상, 방사형 튜브 형상, 또는 사각 튜브형상 등으로 성형할 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같은 상기 방사형 절곡튜브 형상의 성형틀을 이용하여 방사형 절곡튜브 형상의 세라믹 필터를 제조하는 경우에는 원형 튜브가 적용되는 곳에 동일하게 적용이 가능하면서도 여과 면적을 최대화하여 필터링 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 성형틀에 담지체를 밀착 결합하는 경우에 건조후 성형틀과 담지체의 분리를 용이하게 하기 위하여 담지체와 성형틀 사이에 탈형필름을 추가할 수 있다. 상기 탈형 필름에는 바람직하게는 고무, 우레탄 수지, 또는 에폭시 수지 등을 재질로 하는 수지 필름이나 크라프트지와 같은 종이필름을 사용할 수 있다.

d) 건조

본 단계는 상기 c)단계후 슬러리의 담지와 성형이 완료된 슬러리가 담지된 성형물을 건조하는 단계이다. 이때, 건조는 안전한 소결과 소결 준비과정 및 소결 과정 중에 성형물의 형상 변형을 방지하는 작용을 한다.

상기 건조는 자연건조, 열풍건조, 일광건조, 또는 응달건조시켜 실시할 수 있으며, 특히 건조시간의 단축 및 성형물의 변형 방지와 크랙이 발생하지 않도록 적외선 건조를 실시하는 것이 바람직하다.

e) 소결

본 단계는 상기 d)단계에서 건조된 성형물을 소결하는 단계이다.

상기 소결은 건조된 성형물의 성형틀을 제거하고 소결로에 넣은 후, 소결로의 온도를 소결온도까지 승온시켜 일정한 온도에서 소결시킬 수 있다.

또한 상기 소결은 제조하고자 하는 세라믹 필터의 크기로 절단하여 필터의 몸체를 만드는 가공단계를 추가로 실시한 후에 소결할 수도 있고, 몸체 외경크기에 맞는 하부 캡과 턱 받침 날개가 있는 형태의 상부 캡을 담체에 슬러리를 담지하여 건조하여 제작하고, 상기 상부 및 하부 캡을 세라믹 본드로 조립하여 하부는 막히고, 상부는 날개 형태로 열린 형태로 조립하는 조립단계를 추가로 실시한 후, 소결시킬 수도 있다. 뿐만 아니라 상기 가공 단계 및 조립단계를 모두 실시한 후에 소결시킬 수도 있다.

상기 소결은 슬러리의 성분 및 성분비에 따라 적정한 소결온도를 설정하여 소결을 진행할 수 있으며, 특히 상기 소결시 승온 중 발생할 수 있는 성형물 변형, 쪼그라듬, 및 파손을 방지할 수 있도록 상온∼500 ℃까지는 0.5∼3 ℃/min의 속도로 승온시키는 것이 바람직하며, 특히 150∼450 ℃의 온도에서는 0.5∼1 ℃/min의 속도로 천천히 승온시키는 것이 바람직하며, 최종적으로 세라믹 분말의 조성에 따 라 900∼1,300 ℃의 소결온도까지 승온시켜 2∼48 시간 동안 유지시켜 소결을 완료하는 것이 좋다.

또한, 본 발명의 세라믹 필터의 제 2 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

a) 슬러리 제조

상기 세라믹 필터의 제 1 제조방법의 a)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

b) 망상 지지체를 포함하는 담지체 제조

본 단계는 담지체 또는 상기 담지체를 일정형태로 성형한 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함하거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키는 단계로서 담지체의 표면에 상기 기술한 종류와 형상의 지지체를 덧붙이거나 담지체를 접착, 융착, 봉제, 자체결합 또는 성형틀을 이용한 성형 등을 통하여 제조하고자 하는 세라믹 필터 형태로 제조하고, 상기 일정한 형태로의 성형시에 담지체 내부에 지지체를 포함시키거나, 성형후에 성형물의 외벽 또는 내벽 또는 외벽/내벽 모두에 지지체를 결합한 후, c)단계의 슬러리 담지를 하도록 할 수도 있다. 이때 담지체 내부에 상기 지지체를 포함하는 경우에는 여러장의 담지체와 지지체를 상호 교대로 포개거나 삽입한 후 니들 펀칭이나 접착, 융착, 봉제, 자체결합 등의 방법을 통하여 제작하거나 담지체와 지지체를 포개거나 삽입한 후 이를 만 후에 상기 결합방법을 통하여 제작할 수 있다. 상기 성형에는 복잡한 형태로의 성형뿐만 아니라 단순히 지지체를 담지체에 결합하는 경우도 포함한다.

c) 담지

상기 세라믹 필터의 제 1 제조방법의 b)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

d) 건조

상기 세라믹 필터의 제 1 제조방법의 d)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

e) 소결

상기 세라믹 필터의 제 1 제조방법의 e)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

이상의 제조방법에 의하여 동일한 내부 구조를 가지는 단일층 세라믹 필터를 제조할 수 있고 아래에는 기공의 크기를 달리하는 층을 내부에 포함하는 다중층 세라믹 필터의 제조방법에 대하여 설명한다.

기공의 크기를 달리하는 다중층 세라믹 필터의 제조방법에는 소결전에 다중층을 형성하는 방법과 소결후에 다중층을 형성하고 2차 소결을 하는 방법이 있다.

<소결전 다중층 형성방법>

d-1) 추가도포

본 단계는 상기 d)단계에서 건조된 성형물의 내부 또는 외부에 제2슬러리를 추가도포하는 단계로서 제2슬러리의 성분은 상기 기술한 제1슬러리의 조성범위와 동일한 범위내의 슬러리를 사용할 수도 있고, 바람직하게는 ⅰ) 세라믹 분말 40 내지 80 중량부, ⅱ) 조공제 10 내지 40 중량부, ⅲ) 바인더 7 내지 30 중량부, 및 ⅳ) 분산액 10 내지 50 중량부를 혼합하여 제조한 슬러리를 추가도포하는 단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅰ)의 세라믹 분말은 상기 a)단계의 ⅰ)의 세라믹 분말과 동일한 성분을 사용할 수 있다.

상기 세라믹 분말은 슬러리 조성물에 40 내지 80 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 성형층의 외부 또는 내부에 더욱 미세한 기공을 형성함으로써 필터 내부의 눈막음 현상을 줄일 수 있고, 필터의 재활용이 용이하다는 효과가 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅱ)의 조공제는 상기 a)단계의 ⅲ)의 조공제와 동일한 성분을 사용할 수 있다.

상기 조공제는 슬러리 조성물에 10 내지 40 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 소결시 완전히 연소되어 세라믹 필터의 기공을 효과적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅲ)의 바인더는 상기 a)단계의 ⅳ)의 바인더와 동일한 성분을 사용할 수 있다.

상기 바인더는 슬러리 조성물에 7 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 슬러리가 성형물에 효과적으로 결합될 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅳ)의 분산액은 상기 a)단계의 ⅴ)의 분산액과 동일한 성분을 사용할 수 있다.

상기 분산액은 슬러리 조성물에 10 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위내인 경우에는 슬러리에 포함되는 각 성분을 효과적으로 혼합할 수 있으며, 슬러리가 적정한 점도를 유지하여 성형물에 효과적으로 결합할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 성분으로 이루어지는 추가도포용 슬러리는 필요에 따라 ⅴ) 점토를 추가로 포함할 수 있다.

상기 점토는 상기 a)단계의 ⅱ)의 점토와 동일한 성분을 사용할 수 있으며, 그 함량은 슬러리 조성물에 10 내지 40 중량부로 포함되는 것이다.

상기와 같은 성분을 포함하는 슬러리는 상기 c)단계에서 건조된 성형물의 내부 또는 외부에 추가도포되며, 상기 추가도포는 세라믹 필터의 필요사양 및 각 층이 요구하는 목적에 따라 달리하여 2 회 이상 반복하여 실시할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 추가도포시 슬러리는 세라믹 필터의 용도에 따라 표면층의 기공도, 표면층의 강도, 추가 도포에 필요한 슬러리 용액의 점도, 또는 표면층의 기능성 등을 달리하기 위하여 그 함량 및 두께를 달리할 수 있음은 물론이다. 특히, 조공제의 함량 및 입도를 조절하여 기공도 및 기공의 크기를 조절할 수 있다.

상기 추가도포는 붓으로 덧칠하는 등의 도포하는 방법, 성형물을 슬러리에 침지시키는 방법, 또는 스프레이 등을 이용한 분사하는 방법 등으로 실시할 수 있다.

본 단계의 추가도포는 담지체를 포함하지 않는 소결층을 형성함으로써 조밀 한 소결층이 표면에 형성되어 세라믹 필터의 강도를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 표면층에 조공제 또는 바인더만으로 기공이 조절되므로 더욱 미세한 기공을 가지는 표면층이 형성되어 집진이 표면에서 주로 이루어지게 하여 필터의 내부의 눈막음 현상을 줄일 수 있고, 이를 통하여 필터의 재활용이 용이하게 이루어질 수 있으며, 특히 고온고압형에 적용가능한 효과가 있고 담지체를 포함하는 영역의 소결층에 비하여 표면조도가 개선되어 이후의 추가도포가 용이하다는 효과가 있다.

d-2) 건조

본 단계는 상기 d-1)단계에서 추가도포된 성형물을 건조하는 단계로, 상기 건조는 상기 d)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

<소결후 다중층 형성방법>

f) 추가도포

본 단계는 상기 e)단계에서 소결된 성형물의 내부 또는 외부에 제2슬러리를 추가도포하는 단계로서 제2슬러리의 성분은 상기 기술한 제1슬러리의 조성범위와 동일한 범위내의 슬러리를 사용할 수도 있고, 바람직하게는 ⅰ) 세라믹 분말 40 내지 80 중량부, ⅱ) 조공제 10 내지 40 중량부, ⅲ) 바인더 7 내지 30 중량부, 및 ⅳ) 분산액 10 내지 50 중량부를 혼합하여 제조한 슬러리를 추가도포하는 단계이다.

상기 추가도포 단계는 세라믹 필터의 제조방법의 d-1)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

g) 건조

본 단계는 상기 f)단계에서 추가도포된 성형물을 건조하는 단계로, 상기 건조는 상기 d-2)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

h) 소결

본 단계는 상기 g)단계에서 건조된 성형물을 소결하는 단계로, 상기 소결은 상기 제조방법의 e)단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.

또한 상기의 소결후에 추가도포하는 제조방법은 상기 기술한 바와 같이 소결전에 추가도포를 실시하지 않은 경우는 물론이고, 소결전에 추가도포가 이루어진 경우에도 적용될 수 있다. 또한 상기 소결후에 추가 도포하는 방법도 2 회 이상 반복하여 실시하는 것이 가능하며, 소결후에 2차 소결전에 상기 소결전 추가도포의 방법을 적용하여 소결 2차 소결전에 추가도포를 2 회 이상 실시할 수도 있다.

상기와 같은 방법에 따라 제조된 최종 세라믹 필터는 도 9, 10에 나타낸 바와 같이 다양한 형태로 제작이 가능하고, 도 11 내지 13에 나타낸 바와 같은 담지체를 포함한 영역은 높은 기공도와 큰 기공크기를 가지고, 추가도포층의 경우는 조밀한 기공도와 미세한 기공크기를 가진 구조로 제작할 수 있다. 또한, 이외에 2 개 이상의 세라믹 필터를 접착제로 접착하여 길이가 확장된 형태의 세라믹 필터로도 사용할 수 있다. 이때, 세라믹 필터의 사이에는 세라믹 필터의 내주면보다 작은 크기의 파이프가 투입될 수 있다.

상기 접착제는 당업계에서 사용하는 통상의 접착제를 사용할 수 있음은 물론이며, 바람직하게는 세라믹 접착제를 사용하는 것이다.

또한 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터는 세라믹 필터의 기능성을 향상 시키기 위하여 상기 (c)건조된 세라믹 필터, 추가 도포되어 건조된 세라믹 필터, (d)소결된 세라믹 필터, (d)소결후 추가 도포되어 건조된 세라믹 필터, 또는 (d)소결후 추가 도포되어 건조, 소결된 세라믹 필터의 내부 또는 외부에 기능성 물질을 추가로 도포한 후, 건조하는 단계를 더욱 포함할 수 있고, 상기 기능성 물질의 도포는 상기 기능성 물질과 세라믹 필터간에 적절한 결합이 이루어질 수 있는 공지의 다양한 코팅방법을 적용할 수 있음은 물론이며 특히, (d)소결후에 기능성 물질의 도포, 건조후에는 소결단계를 더 포함하도록 할 수 있다.

상기 기능성 물질은 제올라이트, 백금, 팔라듐, 로듐, 은, TiO₂, 또는 ZnO 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 세라믹 필터의 내부 또는 외부에 도포되는 기능성 물질은 세라믹 필터의 내부 및 외부를 동일한 성분으로 코팅할 수도 있고, 내부와 외부의 성분을 달리하여 코팅할 수도 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법은 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이하고, 내마모성, 내열성, 및 기공도 조절범위가 상대적으로 우수한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법 중 추가도포를 포함하는 경우는 세라믹 필터의 내부 또는 외부의 표면에 조밀한 소결층을 형성하어 세라믹 필터의 강도를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 더욱 미세한 기공을 가지는 표면층을 형성하여 필터의 내부의 눈막음 현상을 줄일 수 있고, 필터의 재활용이 용이하게 이루 어질 수 있으며, 특히 고온고압형에 적용가능한 효과가 있고 담지체를 포함하는 영역의 소결층에 비하여 조도가 개선되어 추가도포가 용이하다는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

혼합기에 물 50 중량부를 첨가하고, 여기에 알루미나(Al₂O₃) 40 중량부, 점토 25 중량부, 활성탄 25 중량부, 및 무기바인더로 프리트(VA950, 덕림소재) 5 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 상기 혼합물에 유기바인더로 물풀 5 중량부를 첨가한 후, 혼합기에서 2 시간 동안 혼합하여 제1슬러리 용액을 제조하였다.

상기 제조한 제1슬러리 용액이 가로 1000 mm×세로 1500 mm×두께 2 mm 크기의 부직포에 충분히 담지되도록 도포하였다.

그 다음, PVC로 원형튜브 형태의 성형틀을 만들고, 상기 성형틀 표면에 탈형필름을 결합한 후, 상기 슬러리 용액에 침지시킨 부직포를 성형틀의 형태대로 감아 성형물을 제조하고, 상기 성형물의 외벽에 도 7에 나타낸 바와 같은 스테인레스 망상 지지체를 감아 성형물을 완성하고, 30∼90 ℃의 온도에서 1 시간 동안 열풍건조하였다.

상기 건조된 성형물에서 성형틀 및 탈형필름을 제거한 후, 상기 성형물을 전 기로에 넣어 상온∼150 ℃까지는 3 ℃/min의 속도로 승온시키고, 150∼450 ℃까지는 0.5∼1 ℃/min의 속도로 천천히 승온시키고, 900∼1,300 ℃의 온도에서 2 시간 동안 유지시켜 소결을 완료하여 망상 지지체를 갖는 세라믹 필터를 제조하였다.

본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터는 세라믹 필터에 지지체를 포함하므로써 세라믹이 갖는 높은 취성과 낮은 인성에 따라 취급상 부주의, 사용중 진동 또는 이물질 투입 등의 외력에 의한 충격에 대하여 저항성을 가짐으로써 균열이나 파손을 최소화하며, 설령 파손이 발생하더라도 파편이 세라믹 필터로부터 이탈하지 않아 필터 후단의 장비를 파손시키는 2차적 파손을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에서 제안하는 제조방법은 물론 일반적인 세라믹 필터의 제조방법에 있어서 세라믹의 높은 비중에 따른 세라믹 필터의 자체중량에 따라 제작시 발생할 수 있는 균열, 파손 또는 소결시 붕괴 등을 최소화하여 필터의 대형화가 가능하며, 특히, 지지체가 발열체를 소재로 하는 지지체인 경우는 지지체를 세라믹 필터의 가열장치로 활용함으로써 필터내의 집적 분진을 즉각적으로 제거하여 필터에 의한 차압발생을 최소화하여 필터의 사용주기를 높이고, 재활용을 용이하게 하며, 필터내 폐가스의 처리도 용이하게 할 뿐만 아니라 공정중의 집진장치 내부에 발생하는 응축수의 발생을 억제하는 효과가 있다.

이외에 본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터가 추가도포에 따른 다중층 구조를 가짐으로써 세라믹 필터의 기공이 표면에는 조밀하고 내부는 성긴 구조를 가짐으로써 표면은 내마모성 및 내열성이 뛰어나 고온 고압하에서 사용이 가능하고, 여과층은 조밀한 구조를 가지면서도 후면은 성긴 구조를 가져 전체중량을 줄이고, 분진들을 표면에서 포집하여, 세라믹 필터 내부의 눈막힘 현상을 방지하고, 세라믹 필터 전체적으로는 낮은 압력손실과 높은 통기도 및 포집효율을 가지는 세라믹 필터를 용이하게 제조할 수 있고, 일정시간 사용후에 상기 세라믹 필터를 고온 가열하여 분진을 소각, 제거하는 세라믹 필터의 재활용이 용이한 장점이 있다.

본 발명의 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법을 통하여 세라믹 필터의 제작에 별도의 고가의 금형제작이 필요 없고 가압장치 또는 진공장치가 필요 없음에 따라 세라믹 필터의 제작비용이 저렴하며, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라 형상변경이 용이하고, 소결로의 크기가 허용하는 한도내에서 대형필터의 생산이 가능하다. 또한 가압이나 진공 공정이 없으므로 기공도 조절범위를 상대적으로 넓게 가질 수 있고, 담체의 밀도, 조공제의 크기 및 양에 따라 0.001 - 5 mm정도 범위에서 선택하여 적은 편차로 기공 크기 조절하여 제작가능하고, 40 % 이상 높은 기공율을 성형 할 수 있고, 이에 따라 제조되는 세라믹 필터는 저중량의 다공성 필터가 제조될 수 있다.

또한 본 발명은 형상 변경이 용이하며, 복잡한 형상의 제조가 용이하므로 일정 공간내에서 필터의 여과면적을 극대화할 수 있는 세라믹 필터를 제조할 수 있다.

이외에 본 발명의 제조방법을 통해 제작된 세라믹 필터는 고온에서의 유체냉각을 통한 열교환기 장치가 필요하지 않으며, 40 % 이상의 다공성 구조로 매우 가볍고 집진효율이 99.8 %이상이며, 기존 집진 필터보다 빠른 여과 속도로 집진이 가 능하며 고온·고압에서도 필터의 기능 저하나 파손이 없고 불꽃 발생으로 인한 화재에서도 염려가 없어 쓰레기 소각로, 화장터, 보일러, 시멘트 제조공정, 석탄 화력 발전소, 석탄가스화 복합 발전 설비 등에 용이하게 적용할 수 있다.

Claims (21)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. a) 세라믹 분말을 주재로 하는 제1슬러리를 제조하는 단계;

   b) 상기 a)단계에서 제조한 슬러리를 담지체에 담지시키는 단계;

   c) 상기 b)단계의 담지시킨 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키는 단계;

   d) 상기 c)단계의 담지체를 건조하는 단계;

   e) 상기 d)단계에서 건조된 담지체를 소결하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
10. a) 세라믹 분말을 주재로 하는 제1슬러리를 제조하는 단계;

    b) 담지체 또는 상기 담지체의 성형물의 외벽 또는 내벽에 지지체를 포함시키거나, 상기 담지체를 일정형태로 성형하여 담지체의 내부에 지지체를 포함시키는 단계;

    c) 상기 a)단계에서 제조한 슬러리를 상기 b)단계의 담지체에 담지시키는 단계;

    d) 상기 c)단계의 담지체를 건조하는 단계;

    e) 상기 d)단계에서 건조된 담지체를 소결하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 d)단계이후에

    d-1) 상기 d)단계에서 건조된 성형물의 내부 또는 외부에 제2슬러리를 추가도포하는 단계; 및,

    d-2) 상기 d-1)단계에서 추가 도포된 성형물을 건조하는 단계

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 e)단계이후에

    f) 상기 e)단계에서 소결된 성형물의 내부 또는 외부에 제2슬러리를 추가도포하는 단계;

    g) 상기 f)단계에서 추가 도포된 성형물을 건조하는 단계; 및,

    h) 상기 g)단계에서 건조된 성형물을 2차 소결하는 단계

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 a)단계의 제1슬러리는

    ⅰ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 규조토, 고로슬래그, 폐주물사 또는 이들의 혼합물로 구성되는 세라믹 분말 25 내지 60 중량부;

    ⅱ) 점토 10 내지 40 중량부;

    ⅲ) 조공제 5 내지 40 중량부;

    ⅳ) 바인더 1 내지 20 중량부; 및,

    ⅴ) 분산액 20 내지 60 중량부

    를 혼합한 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
14. 제11항에 있어서,

    상기 제2슬러리는

    ⅰ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 규조토, 고로슬래그, 폐주물사 또는 이들의 혼합물로 구성되는 세라믹 분말 40 내지 80 중량부;

    ⅱ) 조공제 10 내지 40 중량부;

    ⅲ) 바인더 7 내지 30 중량부; 및,

    ⅳ) 분산액 10 내지 50 중량부

    를 혼합한 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
15. 제12항에 있어서,

    상기 제2슬러리는

    ⅰ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 규조토, 고로슬래그, 폐주물사 또는 이들의 혼합물로 구성되는 세라믹 분말 40 내지 80 중량부;

    ⅱ) 조공제 10 내지 40 중량부;

    ⅲ) 바인더 7 내지 30 중량부; 및,

    ⅳ) 분산액 10 내지 50 중량부

    를 혼합한 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
16. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 b)단계의 담지체가 상기 a)단계의 슬러리를 담지하는 기공을 가지는 부직포, 직포, 또는 스폰지인 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
17. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 b)단계의 담지체의 두께가 2 내지 3 ㎜인 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
18. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 c)단계의 성형물이 성형틀에 탈형필름을 결합한 후 상기 b)단계의 담지체를 결합하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
19. 제14항에 있어서,

    상기 제2슬러리가 ⅴ) 점토 10 내지 40 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
20. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 소결이 150∼450 ℃의 온도에서는 0.5 내지 1 ℃/min의 속도로 승온시키는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.
21. 제12항에 있어서,

    상기 2차 소결이 150∼450 ℃의 온도에서는 0.5 내지 1 ℃/min의 속도로 승온시키는 것을 특징으로 하는 지지체를 갖는 세라믹 필터의 제조방법.

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