KR102572138B1 - 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법 - Google Patents

유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법은, 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저건을 매개로 대상면을 레이저 블라스트 처리하는, 블라스트 처리 단계; 상기 레이저건에 장착된 흡입 노즐을 매개로 상기 대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는, 비산물 흡입 단계; 필터부를 매개로 여과 처리하고 배출부를 통해 배출하는, 비산물 여과 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법에 따르면, 레이저 블라스트를 통해 대상면을 효과적으로 박리할 수 있을 뿐 아니라, 박리에 따라 발생될 수 있는 비산물을 흡입하여 작업 환경을 청결히 유지할 수 있을뿐더러 비산물에 포함된 유해 물질 및 유해 가스를 필터링할 수 있도록 하여 작업자를 보호할 수 있다.

Description

유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법{Laser blast method with harmful substance removal function}
본 발명은 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 레이저 블라스트 공법 과정에서 발생할 수 있는 비산물을 흡입하여 작업 현장을 청결히 유지함과 동시에 비산물에 포함된 유해 물질에 대한 여과 기능을 겸비하여 유해 물질을 제거하고 작업 현장의 안전성을 높인, 신규하고 진보한 레이저 블라스트 공법에 관한 것이다.
통상 수처리 콘크리트 구조물(concrete structure) 및 강 구조물(steel structure)은 고습윤 환경에 노출되어 있기 때문에 내수성, 내식성, 내구성, 내굴곡성, 내마모성, 내약품성, 내충격성 등을 만족해야 하고, 특히, 금속 산화로 인한 녹 발생을 방지하기 위해 코팅제(도료)로 도장하는 것이 일반적이었다.
그리고 시간이 경과하여 수처리 콘크리트 구조물의 코팅제 및 강구조물 표면에 녹이 발생되어 보수해야 할 경우, 강구조물 표면의 기존 도장이나 녹을 제거하는 전처리 과정을 통해 강구조물의 표면을 청소한 후 표면 도막제 등을 도포하는 방식으로 보수 공사가 이루어진다.
기존 표면 도장이나 녹을 연삭 제거하는 전처리 과정이 그라인더 방식, 샌드 블라스트 방식으로 이루어지는바, 그라인더 방식은 모체 손상이 심하고, 볼트부, 모서리부를 포함하는 협소한 구간에서 도장이나 녹의 완전 제거에 어려움이 있고, 또 샌드 블라스트의 경우 연마재, 페인트를 포함하는 비산 분진이 대량으로 발생되는 실정이다.
이에 종래에 개시된 등록특허 10-2012647호에서, 레이저 블라스터 장치를 이용하여 강구조물 표면의 이물질 또는 녹을 제거하는 전처리 단계와, 제거된 부위의 홈이나 균열을 에폭시 퍼티를 이용하여 바탕면 처리하는 단계와, 바탕면 처리된 강구조물 표면에 고습윤 경화성 세라믹 에폭시 조성물을 1~3회 도장하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 블라스터 장치는 교량의 지지보에 마련되는 도장층이 형성된 마감패널을 따라 설치되는 레일부와, 상기 레일부를 따라 이동되며 상부에 작동패널이 마련된 이동대차와, 상기 이동대차의 작동패널에 설치되어 상기 마감패널에 형성되는 도장층을 제거하도록 된 레이저건과, 상기 이동대차와 상기 레이저건의 구동을 제어하는 제어부로 이루어진 고습윤 환경의 강 구조물 보수 공법에 있어서, 상기 이동대차에는 상기 레이저건을 이동하여 상기 마감패널의 도장층을 제거하도록 이송부가 더 마련되며, 상기 이송부는 상기 작동패널의 상부에 형성되는 수평레일과, 상기 수평레일에 안내되게 하부에 수평홈이 형성된 이송패널과, 상기 이송패널에 형성되며 이송기어를 갖는 이송모터와, 상기 작동패널의 상부에 형성되며 상기 이송기어와 치압되는 이송래크부와, 상기 이송패널에 하단부가 고정되어 상기 레이저건을 승강시키는 승강실린더로 이루어지는 기술이 선 제시된 바 있다.
그러나 상기 종래기술은 강구조물의 표면 이물질 및 녹 제거 과정에 먼지 발생을 최소화하려는 것이나, 블라스트 작업 중에 발생되는 연기를 포함하는 이물질이 외부로 비산되어 주변 환경오염이 심각하며 연기에 포함된 유해물질로 인해 작업자의 안전 역시 보장되지 못한다는 문제점이 있었다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 레이저 블라스트 공법 과정에서 발생하는 비산물을 흡입할 수 있도록 함과 동시에 비산물에 포함된 유해물질에 대한 필터링 기능을 더해 작업 안전성을 높인, 신규하고 진보한 레이저 블라스트 공법을 제공할 필요성이 대두되는 실정이다.
등록특허 10-2012647호
본 발명은 박리 과정에서 발생하는 비산물 및 비산물에 포함된 유해물질을 제거하는 레이저 블라스트 공법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 유해물질 제거 효율을 높이는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유해물질 제거 효율을 극대화하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법은, 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저건을 매개로 대상면을 레이저 블라스트 처리하는, 블라스트 처리 단계; 상기 레이저건에 장착된 흡입 노즐을 매개로 상기 대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는, 비산물 흡입 단계; 필터부를 매개로 상기 비산물을 여과 처리하고 배출부를 통해 배출하는, 비산물 여과 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 필터부는, 중공을 구비한 파이프 형상으로 일 단이 상기 흡입 노즐에 연결되어 설치된 하우징 및, 상기 중공에 설치된 패널 형상의 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 필터는, 제 1 메쉬 사이즈의 제 1 필터와, 상기 제 1 필터와 일정 간격 이격되어 상기 중공에 설치되는 것으로서 상기 제 1 메쉬 사이즈보다 큰 제 2 메쉬 사이즈의 제 2 필터 및, 상기 제 2 필터와 일정 간격 이격되어 상기 중공에 설치되는 것으로서 기 제 2 메쉬 사이즈보다 큰 제 3 메쉬 사이즈의 제 3 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3 필터는, 다공성 재질로 이루어진 기재 및, 상기 기재의 표면에 코팅 처리된 것으로 고분자 전해질을 포함하는 필터링 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법에 따르면,
1) 레이저 블라스트를 통해 대상면을 효과적으로 박리할 수 있을 뿐 아니라, 박리에 따라 발생될 수 있는 비산물을 흡입하여 작업 환경을 청결히 유지할 수 있을뿐더러 비산물에 포함된 유해 물질 및 유해 가스를 필터링할 수 있도록 하여 작업자를 보호할 수 있고,
2) 다중 구조의 필터를 통해 유해 물질 제거 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라,
3) 필터의 기재 표면에 다중 레이어를 코팅 처리하여 집진을 기반으로 한 유해 물질의 제거 및 흡착을 기반으로 한 유해 물질 제거 기능을 겸비하여 유해 물질 제거 기능을 극대화한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 레이저 블라스트 공법의 순서도.
도 2는 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 개념도.
도 3은 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 흡입 모듈의 구성을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 배출부를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 제 3 필터의 적층 구조를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 필터링 코팅층의 적층 구조를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 흡착성 레이어 조성물을 제조하는 단계를 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
본 발명은 구조물의 표면에 형성된 피막을 단시간에 효율적으로 제거하기 위한 소형 경량화 레이저건(140)을 포함하고 작업장 내에서 이동이 가능하도록 구성된 레이저 블라스트 장치(10)를 이용한 레이저 블라스트 공법에 관한 것이다.
여기서 구조물이라 함은 교량, 고속도로, 철도의 고가궤도, 대형탱크, 대형시설물 등과 같이 설치장소에 고정된 것을 포함하며, 또한 구조물에는 다양한 시설에 설치된 파이프라인이 포함될 수 있다.
본 발명은 주로 이러한 구조물의 표면에 형성된 코팅막과 같은 피막을 제거하는 것을 목적으로 하지만, 대형 탱크의 오버홀 검사에서 언더코팅 처리, 대형 기계장치의 사전 용접 처리와 같은 표면 변질에 대한 처리에도 적용될 수 있다. 시설물 등 항만시설물의 오물이나 녹 제거, 또한 콘크리트 표면에 부착된 얼룩, 낙서 등도 블라스트 공법을 통해 제거 가능하다.
도 1은 본 발명의 레이저 블라스트 공법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 개념도이며, 도 3은 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 구성도이다.
도 1 내지 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법은 블라스트 처리 단계, 비산물 흡입 단계 및 비산물 여과 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 이용되는 레이저 블라스트 장치(10)의 구조에 대해 먼저 설명하면, 본 발명의 레이저 블라스트 장치(10)는 기본적으로 레이저 발생 모듈(100)을 포함하여 대상면의 소정의 위치로 레이저를 발생시킬 수 있다.
이때 레이저 발생 모듈(100)은 레이저(laser)를 출력하기 위하여 펄스(pulse)폭 변조 신호를 출력하는 레이저 제어부(110)와, 레이저 제어부(110)로부터 펄스폭 변조 신호를 전달받아 소정의 폭을 가진 펄스 신호를 발생시키는 펄스 발생부(120)와, 펄스 발생부(120)에서 전달받은 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저 출력부(130)와, 레이저 출력부(130)에서 출력되는 레이저를 대상면의 소정의 위치로 출력하는 레이저건(140)을 포함한다.
이때 이용되는 레이저 매질은 고체 레이저(루비 레이저, YAG 레이저 등) 또는 반도체 레이저(레이저 다이오드) 등 제한을 두지 않으나, 바람직하게는 고체 레이저로서 파이버 레이저를 이용할 수 있다.
더불어 레이저 출력부(130)에서 출력된 레이저는 광섬유(141)를 매개로 레이저에 전달될 수 있는데, 다시 말해 레이저 제어부(110)에서 발생된 펄스폭 변조 신호가 펄스 발생부(120)를 통해 펄스 신호로 발생되며, 레이저 출력부(130)에서는 전달된 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하고, 레이저건(140)은 광섬유(141)를 매개로 레이저 출력부(130)에서 출력된 레이저를 전달받아 대상면에 출력하여 블라스트 처리하는 것이다.
더불어 본 발명의 레이저 블라스트 장치(10)는 레이저 블라스트 처리에 의해 대상면에서 발생한 비산물이 주변으로 비산되지 않기 위해 흡입 모듈(200)을 포함한다.
이러한 흡입 모듈(200)은 바람직하게 레이저 건의 일 측에 장착되는 흡입 노즐(210)을 구비하여 대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하며, 나아가 흡입 처리된 비산물은 필터부(220)를 통해 여과 처리되고, 필터부(220)를 통해 여과되어 비산물에 포함된 유해 물질, 그 중에서도 유해 가스가 제거된 상태의 이물질은 별도의 배출부(230)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 여기서 흡입 모듈(200) 및 이와 연동되는 필터부(220)의 보다 세부적인 구성, 나아가 배출부(230)의 보다 세부적인 구성에 대해서는 도면과 함께 후술하도록 한다.
더불어 이러한 레이저 블라스트 수행 시에는 좁은 조사 면적에 강한 에너지가 집중됨에 따라 대상면에서 발화가 일어날 수 있으므로, 대상면의 발화 시 이를 소화시키기 위한 소화 모듈(300)이 포함될 수 있다.
이러한 소화 모듈(300)은 소화제 챔버(320)에 저장된 소화제를 분사 노즐(310)을 매개로 대상면에 분사하여 대상면에 발생한 화재를 진압할 수 있는 것으로서, 이때 바람직하게 분사 노즐(310)의 경우 레이저건(140)의 일 측에 장착되어 대상면의 인근에서 소화제를 분사할 수 있다.
블라스트 처리 단계는 상술한 바와 같이 레이저 블라스트 장치(10)에 장착되어 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저건(140)을 매개로 대상면을 레이저 블라스트 처리하는 과정이다.
이때 출력되는 레이저는 바람직하게 100 내지 500W의 출력을 가지고 800 내지 1100nm의 파장을 갖는 것으로서, 빔 사이즈(beam size)는 바람직하게 20 내지 200μm일 수 있고, 에너지 밀도는 바람직하게 1.25×10-4 내지 5×10-4 J/μmΩ·μm 인 것이 화재 발생 가능성 및 구조물에 가해지는 열 손상을 최소화하면서도 박리 성능을 높이기 위해 가장 효과적이라 할 수 있다.
도 4는 흡입 모듈의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4를 더 참조하여 설명하면, 다음으로 비산물 흡입 단계는 레이저건(140)에 장착된 흡입 노즐(210)을 매개로 대상면에서 블라스트 처리에 의해 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는 과정이다. 이때 상술한 바와 같이 레이저건(140)의 일 측에 장착된 흡입 노즐(210)을 매개로 비산물이 흡입 처리될 수 있다.
이를 위해 흡입 노즐(210)과 연결되어 있는 하우징(221)의 일 측에는 비산물을 흡입할 수 있도록 흡입력을 제공하는 팬이나 콤프레셔, 모터 등과 같은 구동수단(223)이 구비될 수 있어, 구동수단(223)에서 제공된 흡입력을 매개로 레이저건(140)의 일 측에 장착된 흡입 노즐(210)로부터 비산물이 흡입 처리된다. 이러한 비산물은 대상면으로부터 박리된 이물질과 함께 유해 가스를 포함하는 유해 물질이 다수 포함할 수 있다.
바람직하게 이러한 하우징(221)은 중공을 구비한 파이프 형상으로 일 단이 흡입관(201)과 연결되어 상술한 흡입 노즐(210)과 연결될 수 있으며, 흡입관(201)의 대향 측, 즉 하우징(221)의 타 단부 일 측에 구동수단(223)이 설치되어 흡입관(201) 및 흡입 노즐(210)에 흡입력을 제공할 수 있다.
비산물 여과 단계는 흡입 노즐(210)을 통해 흡입된 비산물을 필터부(220)를 매개로 여과 처리하는 구성이다. 여기서 필터부(220)는 비산물에 포함된 미세 분진이나 연기에 포함된 휘발성유기화합물(VOC)과 같은 유해 물질에 대한 필터링 역할을 수행하는 것으로, 이때 필터부(220)의 구조에는 제한을 두지 않으므로 공지의 공기청정기용 필터와 같이 패널 형상의 필터(222)가 적용될 수도 있고, 혹은 정수기용 필터(222)와 같이 원통 형상의 필터(222)가 적용되는 것도 가능하다.
일 예시를 들어 설명하면, 필터부(220)는 중공을 구비한 파이프 형상의 하우징(221) 및, 하우징(221)의 중공에 설치된 패널 형상의 필터(222)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 하우징(221)의 중공 중에서 흡입관(201) 인근의 중공에 필터(222)가 설치될 수 있다.
이러한 필터(222)는 패널 형상을 가져 하우징(221)의 중공에 끼움 결합되는 것으로, 하우징(221)의 중공을 통해 유입되는 비산물을 필터링하는 기능을 제공한다. 이를 위해서 바람직하게 하우징(221)은 중공을 향한 면의 둘레를 따라 함입 형성된 함입홈을 포함하고, 함입홈에 필터(222)의 모서리가 끼워져 하우징(221) 내부에 필터(222)가 결합 고정될 수 있다. 그 외에도 하우징(221)의 중공에 필터(222)가 결합 고정되는 방식에는 제한을 두지 않는다.
이때 중공에 하나의 필터(222)가 결합 고정되어 비산물로부터 유해 가스 및 유해 물질을 걸러내는 것이 가능하나, 바람직하게는 적어도 두 개의 필터(222)가 중공에 결합되어 필터링 효율을 높이는 것이 가능하다. 이때 복수의 필터(222)는 서로 일정 간격 이격되어 설치될 수 있으며, 복수의 필터(222) 간의 이격 거리에 대해서는 제한을 두지 않으므로 하우징(221)의 길이에 따라, 또는 필터(222)를 통한 원하는 유해 물질 제거 정도 및 이물질 배출 속도에 따라 필터(222) 간의 이격 거리 역시 조절될 수 있다.
따라서 하우징(221) 내부에 설치된 필터(222)를 통해 비산물에 포함된 유해 가스 및 유해 분진이 제거되고, 유해 가스 및 유해 분진이 제거된 이물질은 배출부(230)를 통해 외부로 배출될 수 있게 되어 비산물에 포함된 유해 가스, 유해 분진을 포함한 유해 물질을 효과적으로 제거하는 것이 가능하다.
나아가 유해 물질이 제거된 이물질은 하우징(221)과 연결된 배출부(230)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 이러한 배출부(230)는 하우징(221)과 일체로 형성될 수 있는 것으로 바람직하게는 이물질이 수용되는 이물질 챔버(231)를 포함하여 비산물로부터 유해 물질이 제거된 이물질을 수용하는 것이 가능하다.
이때 이물질 챔버(231)는 도어 등을 구비하거나 탈착 가능하게 구비되어 개폐가 가능할 수 있어, 이물질 챔버(231)에 이물질이 가득 찬 경우 이물질 챔버(231)를 분리하고 내부를 비우는 것이 가능하다.
따라서 이와 같은 본 발명의 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법에 따르면, 레이저 블라스트를 통해 대상면을 효과적으로 박리할 수 있을 뿐 아니라, 박리에 따라 발생될 수 있는 비산물을 흡입하여 작업 환경을 청결히 유지할 수 있을뿐더러 비산물에 포함된 유해 물질 및 유해 가스를 필터링할 수 있도록 하여 작업자를 보호할 수 있도록 한 효과를 제공한다.
이때 보다 바람직하게 본 발명의 필터(222)는 단일 개수로 구비될 수도 있으나, 복수의 필터(222)파트를 구비하여 유해 물질에 대한 처리 기능을 높이는 것이 가능한데, 이를 위해 본 발명의 필터(222)는 바람직하게 제 1 필터(222(a)), 제 2 필터(222(b)) 및 제 3 필터(222(c))를 포함할 수 있다.
여기서 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))가 필터(222)를 구성하는 것이라 할 수 있는데, 따라서 이는 복수개의 필터(222)가 서로 일정 간격 이격되어 설치된 것이라 할 수 있으며, 이러한 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))는 하우징(221)의 연장 방향을 따라 중공에 설치되어 흡입된 비산물로부터 연기와 같은 유해 물질을 효과적으로 제거하는 기능을 제공할 수 있다.
여기서 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c)) 사이의 이격 간격에는 제한을 두지 않으므로 하우징(221)의 직경 및 크기에 따라, 나아가 유해 물질 제거 수준에 따라, 또는 비산물에 대한 흡입 유량에 따라 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c)) 사이의 이격 간격이 조절될 수 있다.
더불어 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))는 중공에 설치되는 것으로 이때 설치 방식에는 제한을 두지 않으므로, 상술한 바와 같이 하우징(221)에는 중공을 향한 면의 둘레를 따라 함입 형성된 함입홈이 형성되고, 함입홈에 각각의 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))의 모서리가 끼워져 하우징(221) 내부에 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))가 결합 고정될 수 있다. 그 외에도 하우징(221)의 중공에 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))를 포함하는 필터(222)가 결합 고정되는 방식에는 제한을 두지 않는다.
이때 기본적으로 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))는 서로 이격되어 설치되되 필터(222)의 기능을 갖도록 망체 구조를 가지며, 이때 망체를 형성하는 메쉬 사이즈가 서로 다를 수 있는데, 제 1 필터(222(a))는 제 1 메쉬 사이즈를 갖고, 제 2 필터(222(b))는 제 2 메쉬 사이즈를 가지며, 제 3 필터(222(c))는 제 3 메쉬 사이즈를 갖는다.
이때 바람직하게는 제 1 메쉬 사이즈보다 제 2 메쉬 사이즈가 크고, 제 2 메쉬 사이즈보다 제 3 메쉬 사이즈가 클 수 있어 다시 말해 제 1 필터(222(a))보다 제 2 필터(222(b))가 보다 촘촘한 망체 구조를, 제 2 필터(222(b))보다 제 3 필터(222(c))가 보다 촘촘한 망체 구조를 가질 수 있다.
여기서 바람직하게는 제 1 필터(222(a))가 하우징(221) 내에서 흡입 노즐(210)과 제일 가까운 위치에 설치되고, 제 3 필터(222(c))가 하우징(221) 내에서 흡입 노즐(210)과 제일 먼 위치에 설치되어 바람직하게는 흡입된 비산물에 포함된 연기나 유해 물질이 순차적으로 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))를 거쳐 제거될 수 있도록 하는 것이다.
더불어 제 1,2,3 필터(222(a),222(b),222(c))로 갈수록 점점 메쉬 사이즈가 커지면서 촘촘한 망체 구조를 가지게 되므로, 제 1 필터(222(a))에서 걸러지지 못한, 보다 직경이 작은 유해 물질이 제 2 필터(222(b))에서 걸러지고, 제 2 필터(222(b))에서 걸러지지 못한, 더욱 직경이 작은 유해 물질이나 연기 등이 제 3 필터(222(c))에서 제거되도록 하여 보다 효율적인 유해 물질 제거 효과를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 배출부를 도시한 개념도이다.
도 5를 통해 설명하면, 본 발명의 배출부(230)는 상술한 하우징(221)과 연결된 것으로, 흡입된 비산물에서 가스와 같은 이물질이 제거된 상태의 이물질을 수용하는 이물질 챔버(231)를 포함한다.
이러한 이물질 챔버(231)는 하우징(221)과 연결된 것으로, 하우징(221) 내부에 설치된 필터부(220)를 통해 연기나 유해 가스, 미세 분진이나 미세 유해 물질이 제거된 이물질을 수용하도록 할 수 있으며, 나아가 이물질 챔버(231)는 하우징(221)에서 탈착 가능하게 분리될 수 있어 이물질 챔버(231)에 일정량 이상의 이물질이 수용된 경우 이물질 챔버(231)를 하우징(221)으로부터 분리하여 이물질을 제거할 수 있다.
따라서 이물질 챔버(231)와 하우징(221)은 서로 끼움 결합될 수 있도록 하우징(221)에는 결합홈이, 이물질 챔버(231)의 일 측에는 결합돌기가 형성되어 결합돌기와 결합홈을 매개로 이물질 챔버(231)와 하우징(221)이 연결될 수 있으며, 나아가 이물질 챔버(231)와 하우징(221)의 연결 부위에는 이물질 챔버(231)에 수용된 이물질이 하우징(221) 내부로 다시 역류해서 들어오지 않도록 이물질 챔버(231)와 하우징(221)의 연결 부위를 개폐하는 개폐 날개가 구비되는 것이 가능하다.
이러한 개폐 날개는 하우징(221) 내부에 구비된 구동수단(223)의 구동에 따라 개폐되도록 할 수 있으며, 이는 전동댐퍼나 수동댐퍼 등에 구비된 역류방지 구조를 참조하면 되므로 보다 상세한 설명은 생략하도록 한다.
나아가 상기 이물질 챔버(231)와 상기 하우징(221)의 연결 부위에는 링 형상을 갖는 탄성 재질의 밀폐 링(232)이 구비될 수 있어, 이물질 챔버(231)와 하우징(221)의 연결 부위 사이를 밀폐 처리하고 외부로 유해 물질이나 이물질이 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해 하우징(221)과 이물질 챔버(231)는 각각 밀폐 링(232)과 맞닿는 연결 부위에서 밀폐 링(232)의 형상에 맞게 형성된 함입 홈을 포함할 수 있어, 하우징(221)과 이물질 챔버(231)의 연결 부위에서 함입 홈에 밀폐 링(232)이 끼워진 상태에서 하우징(221)과 이물질 챔버(231)가 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
혹은 하우징(221)의 중공을 향한 면에 나사산이 형성되고, 이물질 챔버(231)의 외주면 둘레를 따라 나사산이 형성되어 하우징(221)과 이물질 챔버(231)가 나사산을 매개로 탈착 가능하게 나사 결합될 수 있되, 이때 밀폐 링(232)이 연결부위에 끼워진 상태에서 하우징(221)과 이물질 챔버(231)가 나사산 결합을 하는 것 역시 가능함은 물론이다.
이러한 밀폐 링(232)은 탈착 가능한 이물질 챔버(231)의 구조 상 하우징(221)의 연결 부위와 이물질 챔버(231) 사이에서 발생할 수 있는 유해 물질이나 미세 분진의 새어나감을 방지하여 상술한 필터부(220)의 성능 저하를 방지함과 동시에 구조의 밀폐성을 더하기 위한 것이라 할 수 있다.
이때 밀폐 링(232)은 탄성 재질이라면 그 재질에 제한을 두지 않으나 바람직하게는 레이저 블라스트를 통해 강하게 가열되고 박리된 비산물이 흡입되고 이러한 비산물로부터 유해 물질 및 연기가 제거된 이물질이 이물질 챔버(231)에 수용되는 만큼 내열성을 갖는 탄성 재질, 예를 들어 EPDM 고무나 실리콘 고무 등의 재질을 적용할 수 있다.
따라서 이러한 이물질 챔버(231)를 포함하는 배출부(230)의 구조에 따르면 비산물로부터 유해 가스나 연기, 기타 미세 유해 물질이 제거된 이물질을 이물질 챔버(231)를 매개로 수용 및 배출할 수 있을 뿐 아니라 탈착 가능한 이물질 챔버(231)와 하우징(221) 사이의 연결 부위에서 발생할 수 있는 유해 물질의 새어나감 등을 밀폐 링(232)을 통해 한 번 더 방지하여 유해 물질이 필터링 되지 않고 틈새로 새어나가는 것을 추가적으로 방지할 수 있는 기능을 제공한다.
도 6은 본 발명의 제 3 필터의 적층 구조를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 필터(222) 중에서도 가장 메쉬 사이즈가 작아 촘촘한 제 3 필터(222(c))는 뛰어난 여과 성능을 제공해야 하는데, 이를 위해 제 3 필터(222(c))는 다공성 재질로 이루어진 기재(410), 그리고 기재(410)의 표면에 코팅 처리된 필터링 코팅층(420)을 포함할 수 있다.
따라서 여기서 바람직하게 기재(410)는 종래의 헤파 필터에 사용되는 소재, 즉 다공성 헤파 필터 소재라면 제한 없이 이용이 가능하며, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 소재의 다공성 헤파 필터를 기재(410)로서 이용할 수 있다.
필터링 코팅층(420)은 기재(410)의 표면에 코팅 처리된 것으로, 여과 성능을 제공할 수 있어 미세 유해 물질에 대한 제거 성능을 나타낼 수 있는 것이라면 그 제한을 두지 않으나, 바람직하게는 고분자 전해질을 포함하여 전기 전도성을 지닌 고분자 전해질이 집진 역할을 수행하여 비산물에 포함된 미세 유해 물질을 제거하는 기능을 제공한다. 이때 고분자 전해질은 양이온성 고분자 전해질 및 음이온성 고분자 전해질 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이를 위해서는 폴리에틸렌이민, 키토산, 폴리아크릴산 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
따라서 이러한 필터링 코팅층(420)을 포함하는 제 3 필터(222(c))에 따르면 헤파 필터의 기능을 갖는 기재(410)를 통해 미세 유해 물질에 대한 제거 기능을 제거함과 동시에 표면에 코팅 처리된 필터링 코팅층(420)을 통하여 집진을 기반으로 한 미세 유해 물질 제거 기능을 극대화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 필터링 코팅층의 적층 구조를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 보다 바람직하게 본 발명의 필터링 코팅층(420)은 양이온 코팅 레이어(421), 음이온 코팅 레이어(422) 및 흡착성 레이어(423)의 3중 구조로 이루어질 수 있다.
이때 양이온 코팅 레이어(421)는 양이온성 고분자 전해질을 포함하고, 음이온 코팅 레이어(422)는 양이온 코팅 레이어(421)의 상면에 코팅 처리된 것으로서 음이온성 고분자 전해질을 포함하며, 흡착성 레이어(423)는 음이온 코팅 레이어(422)의 상면에 코팅 처리된 것으로서 활성탄을 포함할 수 있다.
여기서 양이온 코팅 레이어(421), 음이온 코팅 레이어(422), 흡착성 레이어(423)를 형성하기 위해서는 먼저 기재(410)를 양이온 코팅 용액에 담궈 기재(410)의 표면에 양이온 코팅 레이어(421)를 형성하고, 양이온 코팅 레이어(421)가 형성된 기재(410)를 음이온 코팅 용액에 다시 담궈 양이온 코팅 레이어(421) 표면에 음이온 코팅 레이어(422)를 형성하며, 음이온 코팅 레이어(422)가 형성된 기재(410)를 활성탄 용액에 담궈 음이온 코팅 레이어(422) 표면에 흡착성 레이어(423)를 형성할 수 있다.
예시로 양이온 코팅 용액은 양이온성 고분자 전해질로서 폴리에틸렌이민이나 키토산을 포함할 수 있으며, 음이온 코팅 용액은 음이온성 고분자 전해질로서 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.
더불어 양이온 코팅 용액, 음이온 코팅 용액, 활성탄 용액은 바람직하게 용매로서 정제수, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 벤젠 및 자일렌 중 어느 하나를 포함하여 상술한 양이온성 고분자 전해질, 음이온성 고분자 전해질, 활성탄을 각각 분산시킨 상태에서 기재(410)의 표면에 코팅시킬 수 있다.
따라서 이러한 양이온 코팅 레이어(421), 음이온 코팅 레이어(422), 흡착성 레이어(423)를 포함하는 필터링 코팅층(420)이 기재(410)의 표면에 코팅 처리됨에 따라 고분자 전해질의 집진 기능을 통한 유해 물질 제거 뿐 아니라 활성탄을 기반으로 하는 흡착성 유해 물질 기능을 더하여, 필터링 코팅층(420)의 유해 물질 제거 기능을 더욱 높이는 것이 가능하다.
나아가 흡착성 레이어(423)는 활성탄을 기본적으로 포함하되, 추가적인 조성을 더 포함하여 흡착성을 극대화할 뿐 아니라 필터링 코팅층(420)에 다양한 기능을 부가할 수 있는데, 이러한 흡착성 레이어(423)를 제조하는 단계에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 흡착성 레이어를 제조하는 단계를 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 발명의 흡착성 레이어(423)는 제 1 물질을 제조하는 단계(S11), 제 2 물질을 제조하는 단계(S12) 및 흡착성 레이어(423)를 완성하는 단계(S13)를 통해 제조될 수 있다.
(S11) 제 1 물질을 제조하는 단계
가장 먼저, 100nm 내지 1μm 직경의 활성탄 파우더 10 내지 20 중량부, 카복시메틸스타치나트륨(Sodium Carboxymethyl Starch) 5 내지 15 중량부 및 정제수 60 내지 85 중량부를 혼합하여 제 1 물질을 제조한다.
여기서 활성탄 파우더는 흡착성 레이어(423)의 흡착력을 기본적으로 제공함과 동시에 탈취력을 제공하는 물질로, 여기서 흡착성을 극대화하면서도 기재(410)의 여과 기능을 방해하지 않기 위해서는 활성탄 파우더의 직경이 100nm 내지 1μm인 것이 바람직하다.
카복시메틸스타치나트륨은 점도를 증가시키고 유화 안정성을 증진시키는 증점제이며, 활성탄 파우더가 혼합된 제 1 물질, 나아가 흡착성 레이어(423) 조성물의 점도를 증가시켜 기재(410) 표면에 대한 부착력을 높임과 동시에 안전한 분산상을 만들기 위해 첨가된다. 정제수는 제 1 물질의 용매로 작용한다.
(S12) 제 2 물질을 제조하는 단계
다음으로, 제 1 물질 80 내지 90 중량부, 아타풀자이트(Attapulgite) 1 내지 10 중량부 및 에리스리톨(Erythritol) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 제 2 물질을 제조한다.
아타풀자이트는 마그네슘 및 알루미늄 규산염을 포함하는 점토광물의 일종으로 기공성이 큰 까닭에 높은 흡착력을 나타내며, 그와 동시에 고온에서도 안정하다는 장점을 가지는 물질이다. 따라서 흡착성 레이어(423)의 흡착력을 높임과 동시에 열안정성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
에리스리톨은 표면 장력을 감소시켜 확산력을 보다 증대시킬 수 있는 습윤제로서 기능할 수 있는 물질로, 내열성이 뛰어나 200℃, 1시간 가열 하에서도 분해되지 않는다는 특성을 나타낸다. 따라서 에리스리톨 첨가에 따라 흡착성 레이어(423)의 내열성을 보다 강화하는 효과를 제공할 수 있다.
(S13) 흡착성 레이어를 완성하는 단계
마지막으로, 제 2 물질 85 내지 95 중량부, γ-오리자놀(γ-Oryzanol) 1 내지 5 중량부 및 옥타데실알코올(octadecyl alcohol)을 포함하는 안정성 개선제 1 내지 10 중량부를 혼합하여 흡착성 레이어(423) 조성물을 완성한다.
γ-오리자놀은 미강, 배아유 등으로부터 얻을 수 있는 물질로서, 산화 작용을 억제 및 지연시키는 산화방지제로 이용될 수 있음과 동시에 탁월한 내열성을 가져 흡착성 레이어(423)의 산화를 방지함과 동시에 내열성을 보다 강화하는 기능을 제공한다.
안정성 개선제의 유효 성분인 옥타데실알코올은 스테아르산을 수소화 과정을 거쳐 얻는 고급 지방족포화알코올으로서, 혼합성을 높이는 유화안정제의 기능이 있으며 점도를 조절하고, 제형에 거품이 생기는 것을 방지하는 기능을 제공한다.
따라서 이러한 흡착성 레이어(423) 조성물의 경우 흡착력이 뛰어남과 동시에 내열성, 안정성이 뛰어나며 산화방지 기능이 있음과 더불어 표면에서의 기포 생성을 방지하여 고른 코팅막 형성이 가능하며, 이러한 흡착성 레이어(423) 조성물에 기재(410)를 담구어 기재(410)의 표면에 흡착성 레이어(423)를 코팅 처리할 수 있다.
이러한 흡착성 레이어(423)의 조성에 따른 물성을 설명하기 위해, 실시예 및 비교예의 평가 결과를 비교하여 설명하도록 한다. 실시예는 본 발명의 흡착성 레이어(423)가 코팅 처리된 필터(222)의 바람직한 실시예 1,2로 구성되어 있고, 비교예는 흡착성 레이어(423)가 코팅 처리되어 있지 않은 필터(222)이다.
[실시예 1]
필터로 사용될 부직포(PET 소재)를 기재로서 준비하였다.
평균 직경 500nm의 활성탄 파우더 5g과 정제수 95g을 혼합하여 흡착성 레이어(423) 조성물을 제조하였다.
준비된 조성물을 용기에 넣어 준비한 후, 기재를 흡착성 레이어 조성물에 1분 동안 침지시킨 후 꺼내어 건조시켰다. 이때 흡착성 레이어의 적층 이후, DI water에 1분간 침지하여 과량으로 흡수된 용액을 제거하였다.
[실시예 2]
필터로 사용될 부직포(PET 소재)를 기재로서 준비하였다.
평균 직경 500nm의 활성탄 파우더 10g, 카복시메틸스타치나트륨 5g, 정제수 85g을 혼합하여 제 1 물질을 제조하였다.
제 1 물질 90g, 아타풀자이트 5g, 에리스리톨 5g을 혼합하여 제 2 물질을 제조하였다.
제 2 물질 95g, γ-오리자놀 2g, 옥타데실알코올 3g을 혼합하여 흡착성 레이어 조성물을 완성하였다.
준비된 조성물을 용기에 넣어 준비한 후, 기재를 흡착성 레이어 조성물에 1분 동안 침지시킨 후 꺼내어 건조시켰다. 이때 흡착성 레이어의 적층 이후, DI water에 1분간 침지하여 과량으로 흡수된 용액을 제거하였다.
[비교예]
부직포 필터(PET 소재)
<실험예>
실시예 1,2 및 비교예의 필터를 이용하여 휘발성 유기화합물(VOCs)의 대표적인 유해가스인 포름알데히드의 흡착율을 KS M 0062 규격에 의거하여 검지관식 가스측정 방식으로 실시하였다.
5L 용량의 용기에 20cm의 크기로 제조한 실시예 및 비교예의 필터에 50ppm의 포름알데히드 가스를 주입하여, 30분, 60분, 90분, 120분에 달한 시점에 내부의 포름알데히드가스의 농도 변화 양상을 살펴보았으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
표 1은 유해 물질 제거 실험 결과를 나타낸 표이다.
반응시간
0분 30분 60분 90분 120분
실시예 1 50ppm 25ppm 23ppm 20ppm 19ppm
실시예 2 50ppm 21ppm 19ppm 16ppm 15ppm
비교예 50ppm 50ppm 49ppm 48ppm 48ppm
상술한 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 2의 필터는 비교예의 필터에 비해 유해 물질 제거 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다.
나아가 실시예 1 내지 2의 상호 비교를 수행하면, 흡착성 레이어 조성물로서 활성탄만을 사용한 실시예 1에 비해 복합 조성의 흡착성 레이어 조성물을 적용한 실시예 2의 유해 물질 제거 성능이 더욱 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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10 : 레이저 블라스트 장치 100 : 레이저 발생 모듈
110 : 레이저 제어부 120 : 펄스 발생부
130 : 레이저 출력부 140 : 레이저건
141 : 광섬유 200 : 흡입 모듈
201 : 흡입관 210 : 흡입 노즐
220 : 필터부 221 : 하우징
222 : 필터 222(a) : 제 1 필터
222(b) : 제 2 필터 222(c) : 제 3 필터
223: 구동수단 230 : 배출부
231 : 이물질 챔버 232 : 밀폐 링
300 : 소화 모듈 301 : 분사관
310 : 분사 노즐 320 : 소화제 챔버
410 : 기재 420 : 필터링 코팅층
421 : 양이온 코팅 레이어 422 : 음이온 코팅 레이어
423 : 흡착성 레이어

Claims (8)

  1. 유해 물질 제거 기능을 구비한 레이저 블라스트 공법으로서,
    펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저건을 매개로 대상면을 레이저 블라스트 처리하는, 블라스트 처리 단계;
    상기 레이저건에 장착된 흡입 노즐을 매개로 상기 대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는, 비산물 흡입 단계;
    중공을 구비한 파이프 형상으로 일 단이 상기 흡입 노즐에 연결되어 설치된 하우징과 상기 중공에 설치된 패널 형상의 필터를 포함한 필터부를 매개로 상기 비산물을 여과 처리하고 여과된 이물질을 배출부를 통해 배출하는, 비산물 여과 단계;를 포함하고,
    상기 필터는,
    제 1 메쉬 사이즈의 제 1 필터와,
    상기 제 1 필터와 일정 간격 이격되어 상기 중공에 설치되는 것으로서 상기 제 1 메쉬 사이즈보다 큰 제 2 메쉬 사이즈의 제 2 필터 및,
    상기 제 2 필터와 일정 간격 이격되어 상기 중공에 설치되는 것으로서 기 제 2 메쉬 사이즈보다 큰 제 3 메쉬 사이즈의 제 3 필터를 포함하며,
    상기 제 3 필터는,
    다공성 재질로 이루어진 기재 및,
    상기 기재의 표면에 코팅 처리된 것으로 고분자 전해질을 포함하는 필터링 코팅층을 포함하고,
    상기 필터링 코팅층은,
    양이온성 고분자 전해질을 포함하는 양이온 코팅 레이어와,
    상기 양이온 코팅 레이어의 상면에 코팅 처리된 것으로서, 음이온성 고분자 전해질을 포함하는 음이온 코팅 레이어와,
    상기 음이온 코팅 레이어의 상면에 코팅 처리된 것으로서, 활성탄을 포함하는 흡착성 레이어를 포함하며,
    상기 흡착성 레이어는,
    100nm 내지 1μm 직경의 활성탄 파우더 10 내지 20 중량부, 카복시메틸스타치나트륨(Sodium Carboxymethyl Starch) 5 내지 15 중량부 및 정제수 60 내지 80 중량부를 혼합하여 제 1 물질을 제조하는 단계;
    상기 제 1 물질 80 내지 90 중량부, 아타풀자이트(Attapulgite) 1 내지 10 중량부 및 에리스리톨(Erythritol) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 제 2 물질을 제조하는 단계;
    상기 제 2 물질 85 내지 95 중량부, γ-오리자놀(γ-Oryzanol) 1 내지 5 중량부 및 옥타데실알코올(octadecyl alcohol)을 포함하는 안정성 개선제 1 내지 10 중량부를 혼합하여 흡착성 레이어 조성물을 완성하는 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배출부는,
    상기 하우징과 연결된 것으로 상기 이물질이 수용되는 이물질 챔버 및,
    상기 이물질 챔버와 상기 하우징의 연결 부위에는,
    링 형상을 갖는 탄성 재질의 밀폐 링이 포함된 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
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