KR101734945B1 - 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법 및 이로부터 제조된 여과체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법 및 이로부터 제조된 여과체에 관한 것으로, 제1면 및 먼지 함유 가스가 도입되는 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성한 후 상기 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시키는 방식으로 제2면에 양각의 엠보싱이 형성된 여과체를 제조함으로써, 상기 여과체의 제2면에 먼지 함유 가스가 도입되도록 사용할 때 엠보싱에 의하여 유효여과면적을 증가시켜 먼지 포집 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 먼지 포집 후 탈진시 압력손실을 줄이고 탈진효율도 높일 수 있는 재생형 여과체를 제공할 수 있다.

Description

먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법 및 이로부터 제조된 여과체{Preparation method of regenerable filter media for easy dust collection, and filter media prepared by the same}

본 발명은 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법 및 이로부터 제조된 여과체에 관한 것이다.

산업체에서 배출되는 배기가스내에 포함된 먼지를 제거하는 데는 폴리에스터, 폴리프로필렌 등의 저온용 여과체, NOMEX, P84, PPS, Laminated membrane filter, 테플론 부직포 필터 등의 중온용 여과체, 및 유리섬유필터, PTFE 폼코팅 복합필터 등의 중고온용 여과체가 널리 사용되어지고 있다.

이들은 대부분 도 1a와 같이 원통형 여과백의 형태로 Pulse Jet형 여과집진장치에 장착되어 여과백의 외부로부터 내부로 배기가스가 통과하면서 먼지가 제거되는 원리를 가지고 있다. 배기가스의 여과가 진행됨에 따라 먼지가 여과백의 표면에 부착되고 이로 인해 압력손실이 높아지게 된다. 이는 흡인팬의 동력비를 증가시키는 원인이 되므로 여과백의 내부에 압축공기를 공급하여 여과백의 외부에 포집된 먼지층을 탈리시키게 된다. 탈리된 먼지는 하부의 호퍼에 수집되게 된다.

최근에는 동일한 유량을 처리하는데 여과집진장치의 설치면적을 줄이기 위하여 원통형 여과백 대신에 도 1b와 같은 절곡형 여과백을 사용하고 있다. 절곡형 여과백은 여과체를 절곡함으로써 여과면적을 원통형 여과백에 비해 3~4배 늘릴 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 동일한 여과속도로 운전하게 되면 일정한 유량의 배기가스를 처리하는데 요구되는 여과백의 수를 줄일 수 있다.

그러나, 최근의 연구결과에 의하면, 이러한 절곡형 여과백의 경우 이론적인 여과면적을 100% 사용하지 못하고 약 60%가 유효여과면적임을 보여주고 있다. 절곡에 의하여 약 40%의 여과면적은 사용하지 못한다는 결론에 도달할 수 있으므로 이를 해결할 수 있는 새로운 방법론이 필요하다.

본 발명의 목적은 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법, 이로부터 제조된 여과체, 및 이의 사용방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1양태는 제1면 및 먼지 함유 가스가 도입되는 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성하는 제1단계; 및 상기 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시켜 제2면이 양각의 엠보싱을 갖게 하는 제2단계를 포함하는 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제2양태는 상기 제1양태에 따른 방법으로 제조되어 제1면의 평균 기공 크기가 엠보싱을 형성하기 전에 비해 더욱 커진 것이 특징인 여과체를 제공한다.

본 발명의 제3양태는 상기 제2양태에 따른 여과체를 통해 먼지 함유 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 먼지 함유 가스의 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 제4양태는 상기 제2양태에 따른 여과체를 포함하는 여과집진장치를 제공한다.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명에서는 여과체의 표면에 엠보싱(Embossing)을 형성하여 표면에 엠보싱 구조를 갖는 여과체를 제조하되, 제1면 및 제1면의 반대에 위치하는 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성하고 이에 대응하는 제2면에 음각의 엠보싱을 형성한 후 상기 제1면의 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시키는 방식으로 상기 여과체의 제2면에 양각의 엠보싱을 형성시킨 다음, 상기 여과체의 제2면에 먼지 함유 가스가 도입되도록 사용하는 경우, 엠보싱에 의하여 유효여과면적을 증가시켜 먼지 포집 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 먼지 포집 후 탈진시 압력손실을 줄이고 먼지의 탈진효율도 높여 재생이 가능한 여과체를 제조할 수 있음을 발견하였다. 특히, 본 발명에서는 전술한 방식과 같이 제1면에 양각의 엠보싱을 형성시킨 다음 이를 음각의 엠보싱으로 전환시켜 최종적으로 제2면에 양각의 엠보싱을 형성시킨 경우(실시예 1), 처음부터 제2면에 양각의 엠보싱을 형성시킨 경우(비교예 1)에 비해, 먼지 함유 가스가 도입되는 제2면의 평균 기공 크기가 더욱 작고 이의 반대면인 제1면의 평균 기공 크기는 더욱 커서 먼지 포집시 먼지의 포집효율은 더욱 증가시키면서 탈진시에는 압력 손실을 더욱 줄일 수 있다는 점을 확인하였다(실험예 1 및 실험예 3). 본 발명은 이에 기초한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법은 하기 단계를 포함한다:

제1면 및 먼지 함유 가스가 도입되는 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성하는 제1단계; 및

상기 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시켜 제2면이 양각의 엠보싱을 갖게 하는 제2단계.

일 구체예로서, 여과백 형태의 여과체를 제조하는 경우, 본 발명에 따른 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법은 상기 제2단계 이후에 상기 여과체의 제1면이 내벽을 형성하도록 원통 형태의 여과체를 제조하는 제3단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 제1단계는 제1면 및 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 유효여과면적을 증가시키기 위하여 양각의 엠보싱을 형성하는 단계이다.

본 발명에서 사용되는 용어, "제1면 및 제2면을 갖는 여과체"는 서로 다른 두 물질 사이에 각각 제1면 및 제2면이 서로 반대로 위치하여 서로 다른 두 물질에 대한 장애물(barrier)의 역할을 할 수 있는 구조물을 의미할 수 있다. 본 발명에서 여과체는 입자상 먼지에 대한 선택적인 장애물, 즉 입자상 먼지를 선택적으로 배제시키는 역할을 하는 구조물을 의미할 수 있다.

본 발명에서 여과체는 입자상 먼지가 도입되는 면을 제2면으로 하고 이의 반대면을 제1면으로 한다.

상기 제1단계에서 엠보싱은 도 2와 같이 엠보싱 롤러(embossed roller)에 의해 형성될 수 있다. 여과체는 엠보싱 롤러와의 사이에 일정한 장력이 유지되도록 한다. 엠보싱 롤러의 온도에 따라 엠보싱 높이가 달라지므로, 제조에 있어서 온도가 중요한 제조인자로 사용된다. 사용하는 여과체가 두꺼운 경우에는 엠보싱 롤러의 온도를 상승시켜 원하는 높이의 엠보싱을 형성시킬 수 있다. 사용하는 여과체의 소재가 기계적인 압착만으로 엠보싱이 형성되기 어려운 소재이면 엠보싱 롤러의 온도를 상승시켜 원하는 높이의 엠보싱을 형성시킬 수 있다. 이러한 방식으로 다양한 두께 및/또는 소재의 여과체에 대하여 엠보싱을 형성시킬 수 있다.

상기 엠보싱 롤러의 온도는 20℃ 내지 150℃일 수 있으며, 바람직하기로 50℃ 내지 100℃, 예컨대 70℃ 내지 100℃, 또는 80℃ 내지 90℃일 수 있다.

상기 제1단계에서는 표면에 양각의 엠보싱이 형성되어 있는 엠보싱 롤러(embossed roller)를 제2면으로부터 제1면의 방향으로 눌러 제1면에 양각의 엠보싱을 형성시킬 수 있다. 상기 제1단계의 엠보싱 형성 과정에서 제1면의 면적/부피가 확대되어 제1면의 평균 기공 크기가 더욱 커지게 되고, 이러한 평균 기공 크기의 증가 정도가 제1면이 양각의 엠보싱의 외주면을 이루기 때문에 제2면에 비해 더욱 커지게 된다.

일 구체예로서, 제1단계에서 사용하는 상기 제1면 및 제2면을 갖는 여과체는 무기질 섬유 지지체; 및 상기 지지체의 상부 표면에 거품 코팅된 평균 기공 크기가 30㎛ 이하이며 먼지를 포집하는 내열성 수지 층을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 무기질 섬유 지지체가 여과체의 제1면을 구성하고 상기 내열성 수지 층이 여과체의 제2면을 구성할 수 있다.

다른 일 구체예로서, 상기 제1단계에서 사용하는 제1면 및 제2면을 갖는 여과체는 무기질 섬유 지지체; 및 상기 지지체의 상부 표면에 거품 코팅된 평균 기공 크기가 30㎛ 이하이며 배가스의 먼지를 포집하는 내열성 수지 층 이외에, 상기 거품 코팅된 내열성 수지 층 상에 라미네이트된 평균 기공 크기가 2.5㎛ 이하인 내열성 수지 막을 추가로 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 무기질 섬유 지지체가 여과체의 제1면을 구성하고 상기 내열성 수지 막이 여과체의 제2면을 구성할 수 있다.

또 다른 일 구체예로서, 상기 제1단계에서 사용하는 제1면 및 제2면을 갖는 여과체는 폴리아미드 또는 폴리이미드 지지체; 및 상기 지지체의 상에 라미네이트된 평균 기공 크기가 2.5㎛ 이하인 내열성 수지 막을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 폴리아미드 또는 폴리이미드 지지체가 여과체의 제1면을 구성하고 상기 내열성 수지 막이 여과체의 제2면을 구성할 수 있다.

본 발명에서, 상기 제1단계에서 사용하는 상기 제1면 및 제2면을 갖는 여과체는 시판되는 것을 입수하여 사용할 수도 있고 직접 제조하여 사용할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "무기질 섬유 지지체"는 중·고온 연소 배가스의 먼지포집용 여과체에 적합한 내열성 및 내화학성을 갖는 무기질 섬유상의 지지체를 의미한다. 본 발명에서 사용된 무기질 섬유 지지체로는 시판되고 있는 유리섬유가 바람직하다. 본 발명에서, 상기 무기질 섬유 지지체의 두께는 400 내지 1000㎛ 일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "폴리아미드(polyamide)"는 아미드 결합인 -CONH-로 연결된 중합체의 총칭이다. 폴리아미드는 디아민과 2가산의 축합 중합으로 얻을 수 있으며 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 지방족 고리 폴리아미드로 분류된다. 구체적으로, 나일론을 예로 들 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "폴리이미드(polyimide)"는 이미드 단량체의 중합체를 총칭한다. 폴리이미드는 주쇄의 조성에 따라 지방족, 반-방향족, 방향족 폴리이미드로 분류된다. 특히 방향족 폴리이미드는 비교적 결정화도가 낮거나 대부분 비결정성 구조를 갖는 고분자로서, 투명하고, 강직한 사슬구조에 의해 뛰어난 내열성과 내화학성, 우수한 기계적 물성, 전기적 특성 및 치수안정성을 갖고 있는 고분자이다. 구체적으로, 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르이미드 등이 있다.

본 발명에서, 상기 내열성 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)"는 폴리에틸렌의 수소를 모두 불소(fluorine)로 바꾸어 놓은 하기 화학식 1로 표시되는 불소 화합물을 포함하는 불소계 수지를 의미한다. PTFE는 테플론(Teflon)이라는 상품명으로 알려져 있으며, 거의 모든 화학약품에 대해 내화학성이 있으며, 매끄러운 표면을 갖는다.

[화학식 1]

-(CF₂CF₂)n-

상기 화학식 1에서, n은 100~10,000 사이의 정수이다.

본 발명에서 사용되는 용어 "내열성 수지 층"은 내열성 수지를 포함하는 코팅액이 상기 무기질 섬유 지지체 상에 거품 코팅되어 형성되는 평균 기공 크기가 30㎛ 이하인 층을 의미할 수 있다. 상기 내열성 수지 층의 평균 기공 크기는 바람직하기로 1㎛ 내지 30㎛일 수 있다.

본 발명에서, 상기 내열성 수지 층은 내열성 수지, 거품안정제, 발포제 및 증점제를 포함하는 코팅액을 사용하여 거품 코팅하여 형성시킨 것일 수 있다. 상기 거품안정제는 수지거품의 유지제로서 작용하는 물질을 의미할 수 있다. 구체적으로, 거품안정제로는 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 암모늄 스테아레이트 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 발포제는 수지 코팅액의 기포를 만들어내는 물질을 의미할 수 있다. 구체적으로, 발포제로는 소듐라우레이트, 소듐스테아레이트를 포함하는 음이온계(anion) 발포제 또는 폴리에틸렌글리콜형, 다가알콜형을 포함하는 비이온계(nonion) 발포제 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 증점제는 수지거품이 섬유에 부착된 상태를 유지시키는 작용을 하는 물질을 의미할 수 있다. 상기 증점제는 아크릴계 증점제일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 코팅액은 먼저 거품 발생기로 처리하여 거품액을 만든 후, 이를 무기질 섬유 지지체 표면에 도포하여 거품상의 내열성 수지 층을 형성시킬 수 있다. 그 다음, 상기 거품액이 도포된 지지체를 건조시켜 건조된 거품상의 내열성 수지 층을 형성시킬 수 있다. 상기 거품액이 도포된 지지체의 건조는 1차 건조 및 2차 건조로 2단계에 걸쳐 수행될 수 있다. 이러한 1차 및 2차 건조과정에서 안정한 미세 다공질 표면층이 형성되게 된다. 상기 거품액이 도포된 지지체의 건조에서 바람직하기로 1차 건조는 80℃ 내지 120℃, 2차 건조는 180℃ 내지 220℃에서 수행할 수 있다. 그 다음, 상기 건조된 지지체를 압착처리하여 미세 다공질 내열성 수지 층의 강도를 높이고 이의 표면을 매끄럽게 할 수 있다. 이러한 압착처리는 선택적으로 수행될 수 있으며, 필수적인 과정은 아니다. 상기 건조된 지지체의 압착처리는 바람직하기로 200 psi 내지 700 psi의 압력으로 수행할 수 있다. 그 다음, 상기 압착처리된 지지체를 열처리하여 경화시킴으로써 표면 강도가 우수한 표면층을 형성시킬 수 있다. 상기 열처리는 바람직하기로 340℃ 내지 400℃에서 처리하여 경화할 수 있다. 그 다음, 상기 열처리된 지지체를 냉각하여 일차적으로 거품 코팅된 내열성 수지 층을 얻을 수 있다.

상기와 같이 무기질 섬유 지지체 표면 상에 일차적으로 내열성 수지 층을 거품 코팅시킴으로써 2중층 구조의 여과체를 얻어 상기 제1단계의 엠보싱 형성을 위한 소재로 사용할 수 있다.

본 발명에서, 상기 거품 코팅된 내열성 수지 층의 두께는 5 내지 100㎛일 수 있다. 상기 내열성 수지 층의 두께가 5 ㎛ 미만이면 입자상 물질의 제거 효율이 떨어질 뿐만 아니라 여과체의 내열성 및 내화학성이 떨어질 수 있고 100㎛ 초과이면 여과체의 압력손실이 커질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 상기 거품 코팅 여과체의 내열성 수지 층 표면에 평균 기공 크기가 2.5㎛ 이하인 내열성 수지 막을 추가로 라미네이트시킨 3중층 구조의 여과체를 얻어 상기 제1단계의 엠보싱 형성을 위한 소재로 사용할 수 있다.

상기 라미네이트 수행시, 하부의 거품 코팅된 내열성 수지 층과 상부의 내열성 수지 막은 동일한 폴리머 소재로 이루어져 있어 이들간의 접착력이 우수하여 서로 잘 붙게 된다. 상기 라미네이트되는 내열성 수지 막의 두께는 바람직하기로 1 내지 50㎛ 일 수 있다. 상기 라미네이트되는 내열성 수지 막은 내열성 수지 섬유로 이루어진 다공성 웹(web)의 구조이다. 이러한 다공성 웹의 구조를 통해 본 발명의 여과체는 초미세먼지도 포집할 수 있게 된다. 상기 내열성 수지 막은 내열성 수지 분말 및 윤활제를 포함하는 혼합물을 압출성형하여 내열성 수지 필름을 제조하는 단계; 및 상기 내열성 수지 필름을 2축 연신하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다. 상기 내열성 수지 분말과 윤활제의 혼합비는 중량 기준으로 9:1 ~ 7:1일 수 있다. 상기 윤활제는 이소파라핀계 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 윤활제는 ISOPAR M(Exxon Mobile, 미국)을 사용할 수 있다. 상기 2축 연신은 먼저 종축방향으로 1차 연신하고, 그 다음 횡축방향으로 2차 연신하여 수행될 수 있다.

바람직한 일 양태로서, 내열성 수지 막은 내열성 수지 분말(F104, Daikin사, 일본)과 윤활제(ISOPAR M, Exxon Mobile, 미국)를 9:1 ~ 7:1의 비율로 혼합하고, 페이스트 상태로 고압에서 압출성형하고 카렌다 가공으로 내열성 수지 필름을 만든 후, 종축방향으로 1차 연신하고 횡축방향으로 2차 연신하여 제조할 수 있다.

상기 내열성 수지 막의 두께를 조절하기 위하여 압출하는 내열성 수지 필름의 두께는 50 내지 500㎛로 한 후, 종축방향의 1차 연신과 횡축방향의 2차 연신에 의해 두께를 1/3~1/10로 얇아지게 한다. 따라서 최종적으로 내열성 수지 막의 두께는 약 1~50㎛가 된다. 상기 내열성 수지 막의 기공 크기는 내열성 수지 막의 두께 및 내열성 수지 웹에서 섬유 한가닥의 직경 및 충진율에 의해 결정된다. 상기 내열성 수지 막의 평균 기공 크기는 2.5㎛ 이하, 더욱 바람직하기로 0.1㎛ 내지 2.5㎛일 수 있다. 상기 내열성 수지 섬유의 직경은 바람직하기로 0.01 내지 1㎛일 수 있다. 만일 동일한 내열성 수지 충진율에서 상기 내열성 수지 섬유의 직경이 상기 하한보다 작으면 초미세먼지의 제거 효율이 높아지게 되고, 상기 내열성 수지 섬유의 직경이 상기 상한보다 크면 집진효율이 낮아지게 된다. 그렇지만 압력손실은 섬유의 직경과 반비례하는 특성을 가진다. 반면, 같은 양의 내열성 수지 필름을 가지고 연신시키게 되면, 연신할수록 내열성 수지 섬유의 직경이 작아지게 된다. 이렇게 만들어진 필터의 경우 상기 내열성 수지 섬유의 직경이 상기 하한보다 작게 되어 다공성 웹의 기공이 너무 커서 초미세먼지의 제거 효율이 떨어지게 되고, 상기 내열성 수지 섬유의 직경이 상기 상한보다 크면 다공성 웹의 기공이 너무 작아서 포집되는 먼지로 인해 여과체가 막힐 수 있다. 상기 라미네이트는 열융착 또는 초음파융착법으로 수행할 수 있다.

상기 제2단계는, 상기 제1단계에서 형성된 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시켜 상기 여과체의 제1면의 반대에 위치하는 제2면에 양각의 엠보싱을 형성시키는 단계이다.

상기 제2단계에서 진공을 가하면서 누름 공정을 통해 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시킬 수 있으며, 이에 제한되지 않고 통상의 방법으로 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시킬 수 있다. 상기 누름 공정은 통상의 기계적인 방법을 이용할 수 있다.

상기 제2단계에서는 제1단계에서 미리 형성된 엠보싱이 단순히 전환될 뿐, 열이 가해지지 않는 조건으로 방향 전환만 되므로 엠보싱의 내부 기공 구조가 변하지 않는다. 이에 따라 상기 제2단계에서 양각의 엠보싱이 음각의 엠보싱으로 전환되어도 제1면 및 제2면의 각각의 평균 기공 크기가 변하지 않으면서 엠보싱의 양각으로부터 음각으로의 전환만 이루어진다.

상기 제3단계는, 입자상 먼지가 도입되는 면의 반대면인 상기 여과체의 제1면이 내벽을 형성하도록 원통 형태의 여과체를 제조하는 단계이다. 즉, 본 발명에 따른 여과체에서 입자상 먼지는 외벽으로부터 내벽의 방향으로 도입되고, 외벽의 표면에 포집되게 된다.

본 발명에 따른 여과체는 평판형, 원통형 등의 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상기에서 설명한 바와 같이 여과체의 제2면으로부터 제1면의 방향으로 입자상 먼지가 함유된 가스가 도입되도록 사용된다. 이후 여과체의 제2면의 표면 상에 먼지가 포집되면, 상기 제1면으로부터 제2면으로의 방향으로 압축 공기를 가하여 제2면의 표면 상에 포집된 먼지가 제거되어, 즉 탈진되어 재생이 가능하다. 예컨대, 여과집진장치 내에 여과백의 형태로 삽입되어 사용되는 경우, 여과체의 제1면(내벽)으로부터 제2면(외벽)으로의 방향으로 압축 공기를 가하여 탈진시킬 수 있다. 또한, 여과집진장치 내에 삽입되어 사용되는 평판형의 여과체의 경우, 여과집진장치로부터 여과체를 탈착시켜 여과집진장치 외부에서 여과체의 제1면으로부터 제2면으로의 방향으로 압축 공기를 가하여 탈진을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 여과체는 상기와 같이 제1면 및 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성한 후 상기 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시킴으로써 여과면적이 늘어날 뿐만 아니라 제1면의 평균 기공 크기가 엠보싱을 형성하기 전보다 더욱 커지게 됨으로써 이후 제1면으로부터 제2면으로의 방향으로 압축 공기를 가하여 제2면의 표면 상에 포집된 먼지가 제거시킬 때 압력 손실이 더욱 낮아지는 장점이 있다.

본 발명에 따른 방법으로 제조된 여과체는 여과백 형태일 수 있다.

본 발명에 따른 여과체는 먼지 함유 가스의 처리용으로 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 여과체는 입자상 먼지 함유 중·고온 배가스의 처리용으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 화력발전소에서 배출되는 중·고온 배가스 처리 장치에 사용되는 다기능 필터로 적합하다. 이외에도 본 발명에 따른 여과체는 먼지를 포집하기 위한 다양한 여과집진장치 내에 장착되어 먼지 포집용으로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명은 제1면 및 먼지 함유 가스가 도입되는 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성한 후 상기 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시키는 방식으로 제2면에 양각의 엠보싱이 형성된 여과체를 제조함으로써, 상기 여과체의 제2면에 먼지 함유 가스가 도입되도록 사용할 때 엠보싱에 의하여 유효여과면적을 증가시켜 먼지 포집 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 먼지 포집 후 탈진시 압력손실을 줄이고 탈진효율도 높일 수 있는 재생형 여과체를 제공할 수 있다.

도 1은 기존 원통형 여과백(a) 및 절곡형 여과백(b)의 측면 및 단면 구조를 도식적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 엠보싱 롤러(embossed roller)에 의해 엠보싱을 형성시키는 과정을 도식적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 엠보싱이 형성된 여과체의 표면의 모습을 보여주는 사진도이다.
도 4는 엠보싱 롤러의 압착 방향에 따른 여과체의 표면 특성을 비교한 결과이다.
도 5는 엠보싱 온도에 따른 여과체의 압력 손실 변화를 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과체에 먼지부하시 먼지 부하 방향에 따른 여과체의 압력 손실 변화를 측정한 결과이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1 : 본 발명의 엠보싱을 구비한 여과체의 제조

폭 1,650mm의 롤 형태를 갖고 유리섬유 및 PTFE 거품코팅층을 갖는 여과체(GL-TEX^ⓕ-790, ㈜창명산업, 한국)의 PTFE 거품코팅층 표면에 아래와 같이 PTFE막을 라미네이션시켜 3중층 구조의 여과체를 완성하였다.

PTFE막을 만들기 위하여 먼저 PTFE powder(F104, Daikin사, 일본)와 윤활제(ISOPA M, Exxon Mobile, 미국)를 8:1의 비율로 혼합하여 압출기로 Paste 형태의 PTFE 원료를 만들었다. 이렇게 만들어진 PTFE 원료를 350℃의 고온과 일정한 장력이 유지된 calendering roll을 통과시켜 PTFE 필름을 만들었다. 그리고 PTFE 필름을 종축방향과 횡축방향으로 연신시켜 약 5㎛ 두께의 PTFE막을 만들었다. Foam coating된 glass 직물원단(GL-TEX-790)과 PTFE막을 두 개의 UNWINDER에서 unwinding하면서 함께 calendering roll에 공급하고 4 kgf/cm²의 압력으로 압착하여 3중층 구조의 여과체를 만들었다. 이 때의 작업속도는 12 m/min로 하였다.

상기와 같이 제조된 3중층 구조의 여과체를 도 2와 같이 엠보싱 롤러(embossed roller)를 통과시켜 엠보싱을 형성시켰다. 구체적으로, 여과체의 PTFE막 표면에 엠보싱 롤러의 양각 엠보싱 구조가 닿도록 unwinder와 winder 사이에 공급하고 80℃의 온도에서 4 kgf/cm²의 압력으로 압착하여 PTFE막 표면의 반대면인 유리섬유 표면에 양각의 엠보싱이 형성되도록 하였다. 이후 상기 엠보싱의 방향을 반대로 전환시켜 PTFE막 표면에 양각의 엠보싱이 형성되도록 하였다. 상기와 같이 엠보싱이 형성된 여과체의 표면의 모습을 도 3에 나타내었다.

그 다음, 상기 엠보싱이 형성된 여과체의 유리섬유 표면(제1면)이 내벽을 형성하도록 원통 형태의 여과백을 제조하였다.

비교예 1 : 엠보싱의 방향이 반대인 여과체의 제조

표면에 양각의 엠보싱 구조를 갖는 엠보싱 롤러의 압착 방향을 상기 실시예 1과 반대로 하고 전환 과정을 생략한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 수행하여 엠보싱의 전환 이후에 최종적으로 양각의 엠보싱이 유리섬유 표면에 형성된 평판형 여과체를 제조하였다.

실험예 1 : 엠보싱 형성을 위한 압착 방향에 따른 여과체의 표면 특성 시험

엠보싱 롤러의 압착 방향에 따른 여과체의 표면 특성을 비교하였다.

먼저, 엠보싱을 형성하기 전에 상기 실시예 1의 3중층 구조의 여과체 표면의 모습을 관찰하였다. 또한, 상기 실시예 1과 비교예 1의 여과체 표면의 모습을 관찰하였다.

그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4a는 엠보싱을 형성하기 전의 PTFE 막 표면의 모습이다. 도 4b 및 도 4c는 각각 비교예 1 및 실시예 1의 여과체의 PTFE 막 표면의 모습이다.

도 4를 통해, 엠보싱 롤러의 양각의 엠보싱 구조가 유리섬유 표면에 닿도록 설정하여 엠보싱을 형성하는 경우(비교예 1) 반대쪽의 PTFE 막이 얇아지고 PTFE 막을 이루는 섬유 사이의 간격이 넓어지며, 엠보싱 롤러의 양각의 엠보싱 구조가 PTFE 막 표면에 닿도록 설정하여 엠보싱을 형성하는 경우(실시예 1), 오히려 PTFE 막을 이루는 섬유 사이의 간격이 더욱 좁아지는 현상을 관찰할 수 있다. 따라서, 입자상 먼지가 포집되는 PTFE 막을 이루는 섬유 사이의 간격이 더욱 좁아지므로 입자상 먼지의 포집 효율이 더욱 증가하고 탈진시 압력 손실도 더욱 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

실험예 2 : 엠보싱 온도에 따른 여과체의 압력 손실 변화

엠보싱 온도를 실온(20℃), 50℃, 60℃, 70℃ 및 80℃로 달리하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 여과백을 제조하고 이들 여과백의 압력손실 변화를 측정하였다. 비교를 위하여, 엠보싱이 형성되지 않은 실시예 1의 3중층 구조의 여과체를 여과백의 형태로 제조하여 이에 대하여도 압력손실을 측정하였다. 이때, 압력손실은 공기를 공급하여 측정하였다.

그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이 동일한 유량의 가스를 처리하는데 있어서, 엠보싱이 되지 않은 여과체의 경우에는 5m/min의 여과속도에서 약 650Pa의 압력손실을 나타내나, 실온에서 엠보싱을 하면 530Pa로 줄어들게 되고, 80℃에서 엠보싱을 하게 되면 약 417Pa로 약 35%의 압력손실 감소효과를 얻을 수 있다. 상기 결과를 통해 동일한 유량의 가스를 처리하는데 있어 엠보싱을 형성함으로써 필요한 여과백의 숫자를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 같은 개수라면 여과백의 사용수명을 늘리는데 기여할 수 있음을 알 수 있다.

실험예 3 : 먼지 부하 방향에 따른 여과체의 압력 손실 변화

석탄화력발전소로부터 얻어진 비산재를 14mg/min(4.5 g/m³)로 발생시켜 상기 실시예 1에 따른 여과체에 먼지부하시 먼지 부하 방향에 따른 여과체의 압력 손실 변화를 측정하였다.

그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6을 통해, 동일한 양의 먼지를 통과시켰는데도 불구하고, 압력손실의 상승 정도가 먼지 부하 방향에 따라 서로 다름을 알 수 있다. 즉, 더욱 미세한 평균 기공 크기를 갖는 제2면(PTFE 막)으로 먼지를 통과시키는 경우, 이에 비해 더욱 큰 평균 기공 크기를 갖는 제1면(유리섬유 층)으로 통과시키는 경우보다 여과체에 걸리는 압력손실 값이 더욱 낮음을 확인할 수 있다. 따라서, 이러한 평균 기공 크기에 따른 압력손실 변화의 경향을 적용해보면, 상기 실시예 1과 비교예 1의 여과체에 대해 제2면(PTFE 막)으로 각각 먼지를 통과시키는 경우, 제2면의 평균 기공 크기가 더욱 작은 실시예 1의 여과체가 비교예 1의 여과체에 비해 압력손실 값이 더욱 낮음을 알 수 있다.

Claims (15)

1. 제1면 및 먼지 함유 가스가 도입되는 제2면을 갖는 여과체의 제1면에 양각의 엠보싱을 형성하는 제1단계; 및
   상기 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시켜 제2면이 양각의 엠보싱을 갖게 하는 제2단계를 포함하여,
   상기 제2단계 후, 제1면의 평균 기공 크기가 상기 제1단계 전에 비해 커지고 제2면의 평균 기공 크기가 상기 제1단계 전에 비해 작아지는
   먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계 이후에 상기 여과체의 제1면이 내벽을 형성하도록 원통 형태의 여과체를 제조하는 제3단계를 추가로 포함하는 먼지포집이 용이한 재생형 여과체의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 엠보싱은 엠보싱 롤러(embossed roller)에 의해 형성되는 것이 특징인 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 여과체는 무기질 섬유 지지체; 및 상기 지지체의 상부 표면에 거품 코팅된 평균 기공 크기가 30㎛ 이하이며 먼지를 포집하는 내열성 수지 층을 포함하는 것이 특징인 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 거품 코팅된 내열성 수지 층 상에 라미네이트된 평균 기공 크기가 2.5㎛ 이하인 내열성 수지 막을 추가로 포함하는 것이 특징인 제조방법.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 여과체는 폴리아미드 또는 폴리이미드 지지체; 및 상기 지지체의 상에 라미네이트된 평균 기공 크기가 2.5㎛ 이하인 내열성 수지 막을 포함하는 것이 특징인 제조방법.
   
7. 제4항에 있어서, 상기 무기질 섬유 지지체가 여과체의 제1면을 구성하는 것이 특징인 제조방법.
   
8. 제4항에 있어서, 상기 무기질 섬유 지지체가 유리섬유인 것이 특징인 제조방법.
   
9. 제4항에 있어서, 상기 내열성 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)인 것이 특징인 제조방법.
   
10. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 진공을 가하면서 누름 공정을 통해 양각의 엠보싱을 음각의 엠보싱으로 전환시키는 것이 특징인 제조방법.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되어 제1면의 평균 기공 크기가 엠보싱을 형성하기 전에 비해 더욱 커진 것이 특징인 여과체.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 여과체의 제2면의 표면 상에 먼지가 포집되면, 상기 제1면으로부터 제2면으로의 방향으로 압축 공기를 가하여 제2면의 표면 상에 포집된 먼지가 제거되어 재생이 가능한 것이 특징인 여과체.
    
13. 제11항에 있어서, 여과백 형태인 것이 특징인 여과체.
    
14. 제11항의 여과체를 통해 먼지 함유 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 먼지 함유 가스의 처리 방법.
    
15. 제11항의 여과체를 포함하는 여과집진장치.

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