KR101700505B1 - 압연 판재를 이용한 집진 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집진 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로 스테인레스 와이어에 알루미늄이 코팅된 SUS-Al 와이어 준비하고, 이를 이용하여 직조 및/또는 편조 방법을 이용하여 집진 필터를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

압연 판재를 이용한 집진 필터 및 그 제조방법{Collect Filter Using Rolling Sheet and Method For Manufacturing the Collect Filter}
본 발명은 집진 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 주름이 형성된 두 개의 메쉬 플레이트 사이에 와이어를 삽입하고 이를 압연한 판재를 이용함으로써 강성 및 내부식성을 향상시킨 집진 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
석탄가스화 복합발전(IGCC) 시스템은 기존의 미분탄 화력발전시스템에 비해서 NOX, SOX, CO2 분진 등의 대기오염물질을 현저히 줄일 수 있으면서도 발전효율이 높은 청정석탄 이용기술이다.
IGCC 시스템은 고온/고압으로 운전되는 가스화기에서 미분탄을 산소와 함께 가스화하여 주로 CO 및 H2를 생성하고, 이때 발생되는 먼지 및 황성분을 각각 집진기 및 탈황장치에서 제거하며, 석탄 회분은 고온에서 용융되어 슬래그의 형태로 배출되는 방식을 이용하며, 이 과정에서 H2S, SO2 등의 복잡한 합성가스가 발생한다.
이들 합성가스를 제거하기 위해 종래에는 세라믹코팅 금속필터를 사용하여 왔으나 IGCC 시스템에 사용되기 위한 필터 성능을 갖추기 위해 5겹 이상의 필터를 소결/압착하여 하나의 필터 판재를 만들어야 하는 제작 공정의 복잡함과 고비용의 문제가 있었다.
또한 세라믹코팅 금속필터가 합성가스에 쉽게 부식되어 설비 부품의 수명이 짧은 문제도 있었다.
이에 종래 필터를 대체할 새로운 형태의 필터 및 그 제조방법이 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-0366378호 "다공 금속박막으로 구성된 필터" 한국등록특허 제10-0605367호 "집진용 금속박막필터"
본 발명의 목적은 주름이 형성된 두 개의 메쉬 플레이트 사이에 와이어를 삽입하고 이를 압연한 판재를 이용함으로써 강성을 향상시키고 제조방법을 간소화 할 수 있는 집진 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이속압연 방법을 이용함으로써 강성을 향상시킬 수 있는 집진 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내부식성 나노 파우더를 금속 플레이트 내부에 분산시킴으로써 내부식성이 향상된 집진 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 와이어에 내부식성 금속 코팅을 함으로써 내부식성이 향상된 집진 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 집진 필터 및 그 제조방법에 의해 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터는 주름이 형성된 다공성 플레이트인 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트; 및 상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이에 배치되는 와이어를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어를 사이에 두고 상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트를 압연하여 형성된다.
상기 와이어는 상기 제1 메쉬 플레이트의 주름이 형성하는 공간 및 상기 제2 메쉬 플레이트의 주름들 사이 공간에 일정 간격으로 위치할 수 있다.
상기 제1 메쉬 플레이트와 상기 제2 메쉬 플레이트는 상기 와이어를 사이에 두고 서로의 주름과 주름 사이의 공간에 끼워맞춤되어 있을 수 있다.
상기 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트 중 적어도 하나는 내부식성 나노 파우더가 내부에 분산된 금속 플레이트일 수 있다.
상기 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트는 Fe 또는 Ni 플레이트이며, 상기 나노 파우더는 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 나노 파우더일 수 있다.
상기 와이어는 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 코팅된 와이어일 수 있다.
상기 와이어는 상기 금속의 용탕에 금속 와이어를 핫 딥핑하는 방법으로 코팅된 와이어일 수 있다.
상기 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트 중 적어도 하나는 이속압연 처리된 금속 메쉬 플레이트일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터 제조 방법은 주름이 형성된 다공성 플레이트인 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이에 와이어를 배치하는 배치단계; 및 상기 와이어를 사이에 두고 상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트가 밀착되도록 압연하는 압연단계를 포함하여 이루어진다.
상기 배치단계 이전에 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트를 이속압연하는 이속압연 단계; 및 이속압연한 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트에 주름을 형성하는 주름형성 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트에 주름을 형성하기 이전에 메쉬 플레이트에 내부식성 나노 파우더를 뿌리고 ARB(accumulative roll bonding)하여 메쉬 플레이트 내부에 내부식성 나노 파우더를 분산시키는 내부식성 처리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 내부식성 처리 단계 이후에 고온 안정화처리를 하는 안정화 처리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 내부식성 처리 단계를 복수 회 반복할 수 있다.
상기 배치단계 이전에 금속 와이어를 내부식성 금속 용탕에 핫딥핑하여 상기 와이어를 만드는 와이어 코팅 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 주름이 형성된 두 개의 메쉬 플레이트 사이에 와이어를 삽입하고 이를 압연한 판재를 이용함으로써 강성을 향상시키고 제조방법을 간소화 할 수 있으며, 이속압연 방법을 이용함으로써 강성을 향상시킬 수 있는 집진 필터 및 그 제조방법을 제공하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 내부식성 나노 파우더를 금속 플레이트 내부에 분산시키고 와이어에 내부식성 금속 코팅을 함으로써 내부식성이 향상된 집진 필터 및 그 제조방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터의 사시도 및 일부 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터 제조방법을 사용하여 집진필터를 제조하는 것을 상세히 보여주는 도면이다.
도 4는 이속압연 처리를 하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 메쉬 플레이트에 주름을 형성하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 내부식성 처리를 하는 과정을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 집진필터 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 집진필터의 구성 및 그 제조방법을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 집진필터(100)는 제1 메쉬 플레이트(10), 제2 메쉬 플레이트(20), 및 제1, 2 메쉬 플레이트 사이에 배치된 와이어(30)를 포함하여 이루어진다.
제1, 2 메쉬 플레이트(10, 20)는 집진 필터의 기능을 할 수 있도록 다수의 홀이 형성되어 있는 다공성 플레이트이다. 제1, 2 메쉬 플레이트로 Fe, Ni 등의 금속 플레이트를 사용할 수 있으며, 집진 필터(100)의 필터링 면적을 넓힘과 동시에 기계적 강도를 높일 수 있도록 주름(11, 21)이 형성되어 있다.
와이어(30)는 집진 필터의 내부식성과 기계적 강도 등을 높이기 위한 구성으로서 제1, 2 메쉬 플레이트 사이에 일정한 간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
와이어는 일반 금속 와이어를 사용할 수 있으나 집진필터의 내부식성을 향상시키기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 코팅(31)된 금속 와이어인 것이 바람직하다. 특히 SUS 와이어를 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속이 용융된 용탕에 침지시켜 코팅하는 핫 딥핑 방법으로 코팅할 경우 내부식성 금속 코팅층을 두껍게 형성할 수 있으며, 와이어 표면에 SUS와 내부식성 금속 사이의 금속간 화합물층이 형성되어 우수한 내부식성을 갖게 된다.
집진 필터의 내부식성과 기계적 강도 등을 높이는 와이어(30)는 제1 메쉬 플레이트(10)와 제2 메쉬 플레이트(20) 사이에 일정 간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 제1, 2 메쉬 플레이트의 주름(11)도 일정 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 와이어(30)는 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이의 공간에 위치하며, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 메쉬 플레이트(10)의 주름(11)이 형성하는 공간 및 제2 메쉬 플레이트의 주름(12)들 사이의 공간일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 메쉬 플레이트(10)의 주름(11)이 형성하는 공간 내에 와이어(30)가 위치되도록 하기 위해 제1 메쉬 플레이트 주름(11)의 폭과 높이는 와이어(30)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉 와이어는 바람직하게 직경 0.1~0.2㎝로 형성될 수 있으며 이때 주름(11)의 높이와 폭은 0.15~0.25㎝로 형성될 수 있다.
또한 제2 메쉬 플레이트(20)의 주름(21)은 주름들 사이의 공간에 와이어(30)가 위치할 수 있도록 와이어의 직경 보다 큰 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.
와이어(30)를 사이에 두고 제1 메쉬 플레이트와 견고하게 결합되도록 하기 위해 제2 메쉬 플레이트(20)의 주름(21)은 제1 메쉬 플레이트(10)의 주름(11)과 동일한 간격으로 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트가 서로의 주름과 주름 사이의 공간에 끼워맞춤될 수 있을 정도의 폭과 높이로 주름(21)이 형성되는 것이 바람직하다.
제1, 2 메쉬 플레이트(10, 20)는 금속 플레이트이며, IGCC 시스템에 사용되기 위한 내부식성을 가질 수 있도록 Fe 또는 Ni 플레이트에 내부식성을 갖는 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si 나노 파우더가 내부에 분산된 것이 바람직하다.
또한 제1, 2 메쉬 플레이트(10, 20)는 여과효율 개선, 강도 및 연신율 증가 등의 효과를 위해 이속압연 처리된 플레이트인 것이 바람직하다.
이하에서는 위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터(100)의 제조방법에 대해 도 2 내지 7을 참조로 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터(100)는 배치단계(S100) 및 압연단계(S200)로 제조될 수 있다.
배치단계(S100)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 주름이 형성된 다공성 플레이트인 제1 메쉬 플레이트(10)와 제2 메쉬 플레이트(20) 사이에 와이어(30)를 배치하는 단계이다.
이때 제1 메쉬 플레이트의 주름(11)과 제2 메쉬 플레이트의 주름(21)이 서로 대응되는 위치에 위치하도록 배치하면, 제1 메쉬 플레이트의 주름(11)이 형성하는 공간, 제2 메쉬 플레이트의 주름(21)들 사이에 와이어(30)가 배치될 수 있는 공간이 생기며, 이 공간에 와이어(30)가 위치되도록 한다.
이 후 도 3(b)에 도시된 바와 같이 제1 메쉬 플레이트(10)의 상부와 제1 메쉬 플레이트(20)의 하부에 각각 상부롤(41)과 하부롤(42)을 배치하고 동일한 속도로 회전시켜 압연함으로써 도 3(c)에 도시된 바와 같이 와이어(30)를 사이에 두고 제1 메쉬 플레이트(10)와 제2 메쉬 플레이트(20)가 압착되어 강도 높은 필터 플레이트가 완성된다.
이렇게 완성된 필터 플레이트를 말아 양쪽 단부를 용접하는 방법으로 원통형으로 만듦으로써 도 1에 도시된 바와 같은 IGCC 시스템에 사용되는 집진필터를 만들 수 있다.
위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터(100)는 주름이 형성된 다공성 플레이트인 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이에 와이어를 배치하고 압연하는 간단한 방법으로 5겹 이상의 필터를 소결/압착하여 하나의 필터 판재를 만들어야 하는 종래 집진필터 이상의 강도를 갖는 집진필터를 제공할 수 있다.
특히 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트를 이속압연 처리하여 만들 경우 그 강도를 훨씬 향상시킬 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 메쉬 플레이트를 상부롤(41)과 하부롤(42) 사이에 두고 고온에서 상부롤과 하부롤의 회전 속도를 달리하여 판재의 두께를 원하는 두께로 제작한다. 이때 상부롤의 회전 속도는 하부롤의 회전 속도 보다 2~3배 빠르게 하는 것이 바람직하며 이러한 이속압연 과정에서 메쉬의 크기를 용이하게 조절할 수 있어 집진필터의 여과효율을 개선할 수 있다.
아래 표는 Ni 합금(Inconel 783)을 각각 다른 온도에서 이속압연 및 등속압연한 후 그 강도를 측정한 결과를 나타내는 표이다.
온도(℃) peak stress(Mpa)
이속압연 800 537
등속압연 800 359
이속압연 900 185
등속압연 900 129
이속압연 1000 90
등속압연 1000 62
상기 표에 나타난 바와 같이 이속압연을 할 경우 메쉬 플레이트의 그레인 사이즈(grain size)가 미세화되어 메쉬 플레이트의 강도가 더 향상되며, 연신율도 증가되는 효과가 있다.
이와 같이 메쉬 플레이트를 이속압연 처리한 후 도 5에 도시된 바와 같이 주름을 갖도록 가공함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터에 사용되는 주름이 형성된 다공성 플레이트를 제조할 수 있다.
또한 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 집진필터는 내부식성을 향상하기 위해 제1, 2 메쉬 플레이트로서 내부에 내부식성 파우더(2)가 분산된 메쉬 플레이트를 사용할 수 있다.
메쉬 플레이트에 내부식성 처리를 하는 방법을 보다 상세히 설명하면, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 우선 금속 메쉬 플레이트(1) 위에 내부식성 나노 파우더(2)를 분산시키고 그 위를 다른 금속 플레이트(3)로 덮은 다음 도 6(b)에 도시된 바와 같이 고온에서 ARB(accumulative roll bonding)을 실시한다. 이때 600 내지 900℃의 고온에서 상하부 롤의 속도를 동일하게 하여 ARB를 실시하는 것이 바람직하다.
또한 이러한 내부식성 처리 단계 이후에 메쉬 플레이트를 400 내지 600℃의 온도에서 1~5시간 정도 안정화처리함으로써 나노 파우더가 금속 플레이트 내부로 충분히 확산되고 안정적인 자리를 잡도록 하는 것이 바람직하다.
이후 도 6(c)에 도시된 바와 같이 두 개의 금속 플레이트(1, 3) 사이에 다시 내부식성 나노 파우더를 뿌리고 ARB를 실시하는 과정을 반복할 수 있으며, 이러한 반복 과정으로 통해 도 6(d)에 도시된 바와 같이 더 많은 내부식성 나노 파우더가 내부로 분산된 금속 플레이트를 얻을 수 있다. 이러한 반복 과정은 3회 정도 실시하는 것이 바람직하다.
위와 같은 내부식성 처리 과정에서 메쉬 플레이트를 사용하는 것으로 설명하였으나 일반 플레이트에 내부식성 처리를 한 후에 구멍을 형성할 수도 있다.
이러한 내부식성 처리 과정 이후에 앞서 설명한 주름형성 단계 또는 이속압연 단계 및 주름형성 단계를 거쳐 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터에 사용될 주름이 형성된 다공성 플레이트를 완성할 수 있다.
또한 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이에 배치되는 와이어(30)도 내부식성 처리를 할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면 금속 와이어를 내부식성을 갖는 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si 중 하나 이상의 금속이 용융된 용탕에 담궈 코팅하는 핫 딥핑(Hot dipping)방법으로 와이어(30)의 내부식성을 향상시킬 수 있다. 금속 와이어로서 SUS 와이어를 사용할 수 있으며, 이를 핫 딥핑하는 방법으로 코팅할 경우 와이어(30) 표면에 금속간 화합물층이 형성되어 IGCC 시스템에서 발생되는 복합 가스 분위기 중에서 산화 및 황화부식 방지에 우수한 내부식성을 가지게 된다.
위와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 집진필터는 내부식성 코팅 및/또는 내부식성 처리가 된 다공성 플레이트를 사용함으로써 H2S, SO2 등의 복잡한 합성가스가 발생하는 IGCC 시스템에서 집진필터의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한 주름이 형성된 다공성 플레이트 사이에 와이어를 배치하고 이를 압연한 플레이트를 사용하고, 이속압연 처리한 플레이트를 사용함으로써 집진필터의 강도를 향상시켜 집진필터를 SUS304 또는 더 저렴한 SUS강, 탄소강 등으로도 제조할 수 있으며, 그 제조공정도 간소화할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터 및 그 제조방법을 구체적인 실시예를 참고로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
1, 2: 메쉬 플레이트 3: 내부식성 나노 파우더
10: 제1 메쉬 플레이트 20: 제2 메쉬 플레이트
11, 21: 주름 30: 와이어
31: 코팅층 41: 상부롤
42: 하부롤 100: 집진 필터

Claims (14)

  1. 주름이 형성된 다공성 플레이트인 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트; 및
    상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이에 배치되는 와이어;
    를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어를 사이에 두고 상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트를 압연하여 형성되며, 상기 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트 중 적어도 하나는 이속압연 처리된 집진 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 제1 메쉬 플레이트의 주름이 형성하는 공간 및 상기 제2 메쉬 플레이트의 주름들 사이 공간에 일정 간격으로 위치하는 집진 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 메쉬 플레이트와 상기 제2 메쉬 플레이트는 상기 와이어를 사이에 두고 서로의 주름과 주름 사이의 공간에 끼워맞춤되어 있는 집진 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트 중 적어도 하나는 내부식성 나노 파우더가 내부에 분산된 금속 플레이트인 집진 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 메쉬 플레이트 및 제2 메쉬 플레이트는 Fe 또는 Ni 플레이트이며, 상기 나노 파우더는 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 나노 파우더인 집진 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 Al, Cr, Ni, Mo, Nb, Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 코팅된 와이어인 집진 필터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 금속의 용탕에 금속 와이어를 핫 딥핑하는 방법으로 코팅된 와이어인 집진 필터.
  8. 삭제
  9. 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트를 이속압연하는 이속압연 단계;
    이속압연한 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트에 주름을 형성하는 주름형성 단계;
    주름이 형성된 다공성 플레이트인 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트 사이에 와이어를 배치하는 배치단계; 및
    상기 와이어를 사이에 두고 상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트가 밀착되도록 압연하는 압연단계;
    를 포함하여 이루어지는 집진 필터 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 메쉬 플레이트와 제2 메쉬 플레이트에 주름을 형성하기 이전에 메쉬 플레이트에 내부식성 나노 파우더를 뿌리고 ARB(accumulative roll bonding)하여 메쉬 플레이트 내부에 내부식성 나노 파우더를 분산시키는 내부식성 처리 단계를 더 포함하는 집진 필터 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부식성 처리 단계 이후에 고온 안정화처리를 하는 안정화 처리 단계를 더 포함하는 집진 필터 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내부식성 처리 단계를 복수 회 반복하는 집진 필터 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 배치단계 이전에 금속 와이어를 내부식성 금속 용탕에 핫딥핑하여 상기 와이어를 만드는 와이어 코팅 단계를 더 포함하는 집진 필터 제조 방법.





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