KR101613132B1 - 금속캡이 용접에 의해 결합된 금속필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 산업현장에서 발생되는 분진과 같은 각종 미세고형물이 포함된 배기가스를 정화처리하기 위하여 통형상 금속필터메디아의 양말단에 금속캡이 용접에 의해 결합된 금속필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 상하가 개방된 통형상의 금속소재 필터미디어; (B) 상기 필터미디어의 개방된 양말단의 내부면과 외부면에 각각 장착된 금속밴드; (C) 상기 필터미디어의 개방된 일측에 고정결합되어 필터미디어를 통과한 공기가 배기되도록 중공이 형성되어 있어 있는 금속소재 플랜지; 및 (D) 상기 필터미디어의 개방된 타측에 고정결합되어 개방면을 폐쇄하는 금속소재 폐쇄캡;을 포함하는 것으로서, 상기 플랜지와 상기 일측의 금속밴드, 상기 폐쇄캡과 상기 타측의 금속밴드가 용접되어 있는 금속필터에 관한 것이다.

Description

금속캡이 용접에 의해 결합된 금속필터{Metal Filter Combined with Metal Cap by Welding}

본 발명은 각종 산업현장에서 발생되는 분진과 같은 각종 미세고형물이 포함된 배기가스를 정화처리하기 위한 금속필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통형상 금속필터메디아의 양말단에 금속캡이 용접에 의해 결합된 금속필터에 관한 것이다.

반도체, 태양전지, 철강, 시멘트, 화학, 발전, 제지, 코크스, 석탁, 금속제련, 유리용해, 실리콘 등 잉곳제조 등 각종 산업 현장이나 쓰레기/음식물/슬러지 소각장 등에는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기화합물(Volatile organic chemicals : VOC's) 등의 유해물질이 대량 발생하는 것이 일반적이다. 이러한 분진이나 가스 등이 그대로 대기로 방출되면 환경오염을 야기하게 되므로 분진 및 유해가스의 제거를 위한 기본적으로 필터와 진공펌프(배기펌프)가 장착된 여과집진장치에 장착된 필터를 통과시켜 오염된 공기를 깨끗하게 정화한 후 대기 중으로 방출한다.

예를 들면, 반도체 또는 태양전지 제조공정 중 실리콘 등을 용융시켜 잉곳으로 성장시키는 결정 성장장치에서는 고온을 유지하면서 잉곳 성장을 위해 산소, 불활성가스 등의 가스가 주입되는데, 이들 가스는 고온환경에서 각종 화학반응에 의해 다양한 가스나 미세입자의 산화물 등이 생성된다. 따라서 결정 성장장치에는 필터를 내장한 여과집진장치가 연결되어 감압 겸 가스를 배기시키면서 각종 산화물과 같은 불순물을 걸러주게 된다.

여과집진장치의 내부에 장착되는 필터는 원통형, 사각통형, 단면이 별모양인 통형, 판형 등 다양한 구조가 가능하며 그 재질도 유리섬유나 부직포, 다공성 세라믹, 금속분말 소결체, 금속망 등 다양하다.

금속소재의 필터(금속필터)는 열적, 물리적, 화학적 내구성이 있기 때문에 고온, 고압이거나 각종 화학물질이 함유된 조건하에서도 사용이 가능하기 때문에 화학, 제약, 약품, 전자, 기계, 반도체 분야 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 이러한 금속필터는 상하가 개방된 통형상의 금속소재의 필터미디어와, 상기 필터미디어의 개방된 일측에 고정결합되어 필터미디어를 통과한 공기가 배기되도록 중공이 형성되어 있어 여과집진장치에 장착되는 부위인 금속소재의 플랜지와, 필터미디어의 개방된 타측에 고정결합되어 개방면을 폐쇄하는 금속소재의 폐쇄캡을 포함한다. 이때 필터미디어는 금속분말을 고온 고압 하에서 소결하여 제조되거나 공극크기가 다른 금속섬유 또는 금속망(이하 '금속망'이라 통칭함)을 단독으로 또는 복수개 적층하여 제조된다.

한편, 금속필터가 내장된 여과집진장치에 유입된 분진 및 유해물질을 함유하는 공기는 누출되지 않고 모두 '필터미디어'를 통과되도록 해야 한다. 따라서 필터미디어와 개방캡 및 폐쇄캡은 매우 기밀하게 결합될 필요가 있다.

종래 필터미디어와 플랜지 및 폐쇄캡을 용접에 의해 결합하는 방법이 제시된 바(공개특허 10-2011-0105108) 있는데, 이 기술자료에 의하면 '필터미디어는 열전도성이 떨어져 용접열에 의한 열적 균열 및 변형이 발생'한다고 한다. 이에 따라 상기 선행기술은 도 1a에 도시된 것처럼, 상기 필터미디어의 열을 방출하기 위한 방열수단(방열홈)이 형성된 지지부재를 독립적으로 추가하거나 캡에 추가로 설치하는 방안을 제시하고 있다. 도면에 표시한 '용착금속'은 용접에 의해 융합응고된 금속을 의미한다. 이 방법에 의하면 '용접되는 부위의 열을 신속하게 방출시킴으로써, 필터미디어의 열적 균열 및 열적 변형을 방지(문단0015)'하는 효과를 얻는다고 한다.

그러나 상기 종래기술에 의하면 플랜지와 폐쇄캡이 용접되는 부위(방열홈과 융착급속 사이에 있는 부위)가 매우 얇아 고압의 운전조건에서 내구성에 문제가 발생할 수 있다.

나아가 본 발명자들의 실험에 의하면 상기 종래기술이 '열방출을 유도하여 필터미디어를 보호'한다는 개념이 타당하지 않았다. 필터미디어는 다공성이기 때문에 공기와의 접촉면이 매우 넓다. 금속(플랜지 및 폐쇄캡)과 필터미디어를 직접, 예를 들어 아크용접을 시도하는 경우, 필터미디어로 공급되는 열이 곧바로 공기와의 접촉면에서 방출되기 때문에 궁극적으로 용접에 필요한 온도를 유지할 수 없어서 '직접 용접'이 불가능하였다.

금속소재의 필터미디어와 금속판을 직접 용접할 수 없기 때문에 수입 유통되고 있는 외국산 금속필터의 경우에는 플랜지 및 폐쇄캡에 필터미디어와 접하는 부분에 홈을 형성하고 이 홈에 필터미디어를 끼워넣은 후 주변 공간을 예를 들면 에폭시 수지와 같은 접착수지를 충진시키는 방식을 적용하고 있다(도 1b 참조). 그러나 이와 같은 수지접착방식에 의하면 고정강도가 용접에 의한 것에 비하여 매우 약할 뿐만 아니라 고온 또는 각종 반응성 가스에 노출되는 경우 접착수지가 부분적으로 녹아내려 홀이 형성되는 상황이 발생한다. 이렇게 되면 형성된 홀을 통해 처리전 가스가 누출되어 여과효과가 감소되며, 녹아내린 접착수지가 유동하는 공기를 따라 진공펌프로 들어가게 되면 진공펌프의 성능을 떨어뜨리고 수명을 단축시키게 된다.

따라서 수지접착방식에 의한 금속필터를 사용하는 경우 여과집진장치를 개방하여 접착수지의 상태가 어떤지를 확인하고 금속필터를 교체하는 작업을 빈번하게 해야 하는 문제가 있다.

공개특허 10-2011-0105108

본 발명은 금속소재의 필터미디어와 플랜지와 폐쇄캡이 용접에 의해 결합된 금속필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 금속소재의 필터미디어와 플랜지와 폐쇄캡을 용접에 의해 결합시켜 금속필터를 제작하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 상하가 개방된 통형상의 금속소재 필터미디어; (B) 상기 필터미디어의 개방된 양말단의 내부면과 외부면에 각각 장착된 금속밴드; (C) 상기 필터미디어의 개방된 일측에 고정결합되어 필터미디어를 통과한 공기가 배기되도록 중공이 형성되어 있어 있는 금속소재 플랜지; 및 (D) 상기 필터미디어의 개방된 타측에 고정결합되어 개방면을 폐쇄하는 금속소재 폐쇄캡;을 포함하는 것으로서, 상기 플랜지와 상기 일측의 금속밴드, 상기 폐쇄캡과 상기 타측의 금속밴드가 용접되어 있는 금속필터에 관한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 금속필터의 각 구성요소들이 용접에 의해 강하게 결합되므로 금속필터의 내구성이 증가되므로 여과집진장치의 1회 운전시간을 대폭 증가시킬 수 있어 생산성 증대에 기여한다.

또한 본 발명에 의하면 금속필터에 접착수지성분이 사용되지 않기 때문에 종래기술에서 발생하던 처리전 공기 누출현상이나 접착수지 성분에 의한 진공펌프 손상문제가 전혀 없다. 따라서 장기간동안 우수한 여과집진효율을 유지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의한 금속필터는, 특히 고온 고압이면서 화학적 성분이 함유된 가스의 여과에 매우 유용하게 활용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 금속필터.
도 2a는 본 발명에 의한 금속필터의 예시적 단면도.
도 2b는 도 2a의 금속필터의 개념적 사시도.
도 3a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 금속필터의 예시적 단면도.
도 3b는 도 3a의 금속필터의 개념적 사시도.
도 3c는 도 3a의 금속필터의 부분 확대도.
도 4는 본 발명에 의한 금속필터의 용접 부위를 나타내는 예시도.
도 5a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 금속필터의 예시적 단면도.
도 5b는 도 5a의 금속필터의 개념적 사시도.
도 6a~6c는 본 발명에 의한 금속필터의 용접예 사진 및 내부 사진.

이하 첨부된 도면과 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면과 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명은, 분진과 같은 각종 미세고형물이 포함된 배기가스를 정화처리하기 위한 금속필터에 관한 것이다. 전술하였듯이, 금속필터는 상하가 개방된 통형상의 금속소재의 필터미디어(11)와, 상기 필터미디어(11)의 개방된 일측에 고정결합되어 필터미디어(11)를 통과한 공기가 배기되도록 중공이 형성되어 있어 여과집진장치에 장착되는 부위인 금속소재의 플랜지(13)와, 필터미디어(11)의 개방된 타측에 고정결합되어 개방면을 폐쇄하는 금속소재의 폐쇄캡(14)을 포함한다. 필터미디어(11)는 금속분말을 고온 고압 하에서 소결하여 제조되거나 공극크기가 다른 금속섬유 또는 금속망(이하 '금속망'이라 통칭함)을 단독으로 또는 복수개 적층하여 제조된 것이다.

본 발명은 필터미디어(11)와 플랜지(13), 필터미디어(11)와 폐쇄캡(14)이 '용접'에 의해 결합된 내구성이 강화된 금속필터 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 '용접'에 의해 제작된 금속필터 및 그 제작방법에 관한 것이므로 필터미디어(11)와 플랜지(13), 폐쇄컵의 구조, 재질에 대한 상세한 설명은 생략한다.

(1) 금속필터

본 발명에 의한 금속필터는 필터미디어(11), 플랜지(13)와 폐쇄캡을 포함하는 금속필터에서, 필터미디어(11)의 개방된 양말단의 내부면과 외부면에 각각 금속밴드(12)가 장착되어 있고, 상기 플랜지(13)와 상기 일측의 금속밴드(12), 상기 폐쇄캡(14)과 상기 타측의 금속밴드(12)가 각각 '용접'되어 있다. 도 2a에 본 발명에 의한 금속필터의 예시적 단면도를 도시하였다. 이하 편의를 위해 도면에 도시된 것에 따라 상하관계를 표현하기로 한다. 또한 금속필터의 수평단면은, 여과면적을 넓히기 위해서 별형태(도 1b 및 하기 제작예 사진 참조)처럼 다양한 형태일 수 있지만 설명의 편의를 위해 원형(즉, 필터미디어(11)가 원통형)인 것으로 가정한다. 상기 금속밴드(12)는 강도를 보강하는 것 보다는 '용접'을 가능하게 하는 수단이므로 취급이 용이하면서도 적절한 강도를 가지는 1.2~1.5mm의 두께인 것이 좋다.

도 2b에 원통형 필터미디어(11)의 상측말단 내부와 외부에 금속밴드(12)가 장착되어 있는 개념적 사시도를 도시하였다. 도시된 예에서, 금속밴드(12)는 필터미디어(11)의 상측말단과 하측말단의 내부면과 외부면에 대칭되도록 장착되어 있다. 즉, 필터미디어(11)의 상측말단과 하측말단은 [내부금속밴드(12)-필터미디어(11)말단-외부금속밴드(12)] 형태의 층상구조로 되어 있는 것이다. 이때 내부면과 외부면의 금속밴드(12)는 상기 필터미디어(11)의 말단을 사이에 두고 소정 간격으로 스팟용접되는 것이 바람직하다(도시 생략). 이에 의해 필터미디어(11)의 열적 손상이 최소화되면서 내부면과 외부면의 금속밴드(12)가 단단하게 고정되어 플랜지(13)와 폐쇄캡(14)을 용접할 수 있는 기초를 이루게 된다.

한편, 도 3a, 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 금속밴드(12)는

형태로 일체로 되어 필터미디어(11)의 상측말단과 하측말단을 '덮는' 형태로 장착될 수도 있다. 이때 위의 예에서처럼 상기 필터미디어(11)의 말단을 덮은 상태에서 내부면과 외부면의 금속밴드(12)를 소정 간격으로 스팟용접할 수 있다(도시 생략). 또한 용접방식이 아니라 도 3c에 표현된 것처럼 상기 필터미디어(11)의 말단을 사이에 두고 말단 반대쪽 끝이 좁아지도록 압착하여 필터미디어(11)의 말단과 금속밴드(12)를 고정결합시킬 수도 있다. 후자에 의하면 열을 전혀 사용하지 않고 금속밴드(12)를 장착하게 되므로 필터미디어(11)의 손상이 전혀 없게 된다.

본 발명에서 상기 플랜지(13)와 폐쇄캡(14)은 내부면과 외부면 (및 상부면)이 금속밴드(12)에 의해 단단하게 필터미디어(11)의 양측 말단에 접촉된 상태에서 통상의 용접방법으로 결합되어 있다. 본 발명에 의하면 종래기술(공개특허 10-2011-0105108)과는 달리 금속밴드(12)에 의해서 필터미디어(11)가 감싸져 보호되는 상태에서 용접을 위한 열이 가해지므로 "공급되는 열이 곧바로 공기와의 접촉면에서 방출되는" 현상이 일어나지 않고 금속밴드(12)와 플랜지(13), 금속밴드(12)와 폐쇄캡(14)이 용접에 의해 접합된다.

금속밴드(12)와 플랜지(13), 금속밴드(12)와 폐쇄캡(14)에서 실제 용접되는 부위는 용접방법에 따라 도 4a에 개념적으로 예시한 것처럼 다양하게 결정될 수 있다. 용접방법으로는 통상적으로 널리 활용되고 있는 아크용접이나 가스용접, 저항용접 방식을 선택할 수 있다.

한편, 금속필터의 성능은 필터기능을 가지는 영역의 면적에 비례한다. 따라서 필터미디어(11)의 면적을 최대한 넓히는 것이 좋다. 이를 위해 본 발명에서는 폐쇄캡(14)이 필터기능을 가지도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일예에서 상기 폐쇄캡(14)은 상기 필터미디어(11)의 타측 개방구에 대응되는 크기의 원형필터미디어(15)와, 상기 원형필터미디어(15)의 말단 외주면 상하면에 각각 장착된 금속소재 환형밴드(16)(도 5a 참조) 또는 상기 원형필터미디어(11)의 말단 외주면을 감싸는 금속소재 ㄷ형 환형밴드(16)(도 5b 참조)로 구성될 수 있다 이때 환형밴드(16)와 원형필터미디어(15)는 전술한 바와 같이 스팟용접 또는 ㄷ형 환형밴드 말단부 압착의 방법으로 고정결합시킬 수 있다.

도 6a~6c에 본 발명에 의한 금속필터에서 [필터미디어(11)-금속밴드(12)-폐쇄판] 부분의 용접예 사진과, 금속필터의 폐쇄캡(14) 쪽 내부사진을 첨부하였다. 도 6a는 수평단면이 별형상으로 주름진 통 형상의 필터미디어(11)의 단면과 일치하는 형태의 폐쇄캡을 사용하여 도 4에서의 B와 같은 부위를 아크용접한 것이며, 6b는 수평단면이 별형상으로 주름진 통 형상의 필터미디어(11)의 단면과 달리 원판형태의 폐쇄캡(14)을 사용하여 도 4에서의 C와 같은 부위를 아크용접한 것이다. 도 6a~6c에서 볼 수 있듯이, 외부와 내부 모두에서 완벽하게 용접이 이루어졌음을 알 수 있다.

사진으로 확인되고, 면밀한 육안확인 및 소정의 충격검사로 확인되었듯이, 본 발명에 의한 금속필터에서는 필터미디어(11)의 열손상 없이 금속필터를 제작할 수 있었다.

(2) 금속필터 제작방법

본 발명은 전술한 금속필터를 제작하는 방법에 관한 것이다.

즉 본 발명은, (A) ① 상기 필터미디어(11)의 개방된 양말단의 내부면과 외부면에 각각 금속밴드(12)를 댄 후 소정 간격으로 내부와 외부의 금속밴드(12)를 스팟용접하거나, ② 상기 필터미디어(11)의 개방된 양말단에

형태로 일체화된 금속밴드(12)를 끼운 후 소정 간격으로 금속밴드(12)의 내부와 외부를 스팟용접하거나,

형태로 일체화된 금속밴드(12)의 말단 반대쪽 끝이 좁아지도록 압착하는 금속밴드(12)장착단계; 및 (B) 금속밴드(12)가 장착된 상기 필터미디어(11)의 개방된 일측말단에 상기 플랜지(13)를 대고 플랜지(13)와 그에 접촉하고 있는 금속밴드(12)를 용접하고, 금속밴드(12)가 장착된 상기 필터미디어(11)의 개방된 타측말단에 상기 폐쇄캡(14)을 대고 폐쇄캡(14)과 그에 접촉하고 있는 금속밴드(12)를 용접하는 용접단계;를 포함하는 금속필터의 제작방법에 관한 것이다.

(3) 금속소재 필터미디어(11)와 금속을 결합하는 방법

또한 본 발명은 금속분말을 고온 고압 하에서 소결하여 제조되거나 공극크기가 다른 금속섬유 또는 금속망을 단독으로 또는 복수개 적층하여 제조된 금속소재 필터미디어(11)의 말단과 금속을 결합하는 방법에 관한 것이다.

즉 본 발명은, 금속소재 필터미디어(11)의 말단과 금속을 결합하는 방법으로서, (A) ① 상기 필터미디어(11)의 말단의 양면에 각각 금속밴드(12)를 댄 후 소정 간격으로 내부와 외부의 금속밴드(12)를 스팟용접하거나, ② 상기 필터미디어(11)의 말단에

형태로 일체화된 금속밴드(12)를 끼운 후 소정 간격으로 금속밴드(12)의 내부와 외부를 스팟용접하거나,

형태로 일체화된 금속밴드(12)의 말단 반대쪽 끝이 좁아지도록 압착하는 금속밴드(12)장착단계; 및 (B) 금속밴드(12)가 장착된 상기 필터미디어(11)의 말단에 상기 금속을 접하게 하여 금속과 상기 금속밴드(12)를 용접하는 용접단계;를 포함하는 금속소재 필터미디어(11)의 말단과 금속을 결합하는 방법에 관한 것이다.

11. 필터미디어 12. 금속밴드
13. 플랜지 14. 폐쇄캡
15. 원형필터미디어 16. 환형밴드

Claims (7)

1. (A) 상하가 개방되어 있고 수평단면이 별형상으로 주름진 통형상의 금속소재 필터미디어;
   (B) 상기 필터미디어의 내부면과 외부면 형상에 각각 대응하는 주름진 형상으로, 상기 필터미디어의 개방된 양말단의 내부면과 외부면에 각각 주름 형상이 대응하도록 접하여 장착된 금속밴드;
   (C) 상기 필터미디어의 개방된 일측에 고정결합되어 필터미디어를 통과한 공기가 배기되도록 중공이 형성되어 있어 있는 금속소재 플랜지; 및
   (D) 상기 필터미디어의 개방된 타측에 고정결합되어 개방면을 폐쇄하는 금속소재 폐쇄캡;을 포함하는 것으로서,
   상기 플랜지와 상기 일측의 금속밴드, 상기 폐쇄캡과 상기 타측의 금속밴드가 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 금속필터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부면과 외부면의 금속밴드는
   상기 필터미디어의 말단을 사이에 두고 스팟용접되어 있는 것을 특징으로 하는 금속필터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속밴드는

   

   형태로 일체화 되어 있는 것을 특징으로 하는 금속필터.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 금속밴드는
   상기 필터미디어의 말단을 사이에 두고 스팟용접되어 있거나,
   상기 필터미디어의 말단을 사이에 두고 말단 반대쪽 끝이 좁아지도록 압착되어 있는 것을 특징으로 하는 금속필터.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 폐쇄캡은
   상기 필터미디어의 타측 개방구에 대응되는 크기의 원형필터미디어와,
   상기 원형필터미디어의 말단 외주면 상하면에 각각 장착된 금속소재 환형밴드 또는 상기 원형필터미디어의 말단 외주면을 감싸는 금속소재 ㄷ형 환형밴드인 것을 특징으로 하는 금속필터.
   
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 금속필터의 제작방법으로서,
   (A) ① 상기 필터미디어의 개방된 양말단의 내부면과 외부면에 각각 금속밴드를 댄 후 소정 간격으로 내부와 외부의 금속밴드를 스팟용접하거나, ② 상기 필터미디어의 개방된 양말단에

   

   형태로 일체화된 금속밴드를 끼운 후 소정 간격으로 금속밴드의 내부와 외부를 스팟용접하거나,

   

   형태로 일체화된 금속밴드의 말단 반대쪽 끝이 좁아지도록 압착하는 금속밴드 장착단계;
   (B) 금속밴드가 장착된 상기 필터미디어의 개방된 일측말단에 상기 플랜지를 대고 플랜지와 그에 접촉하고 있는 금속밴드를 용접하고, 금속밴드가 장착된 상기 필터미디어의 개방된 타측말단에 상기 폐쇄캡을 대고 폐쇄캡과 그에 접촉하고 있는 금속밴드를 용접하는 용접단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속필터의 제작방법.
   
7. 삭제

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