KR102661507B1 - 고효율 ptfe 멤브레인 촉매 필터 - Google Patents

고효율 ptfe 멤브레인 촉매 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 촉매 코팅을 위한 담지액이 일정한 농도를 유지할 수 있도록 수욕조 내 촉매 입자를 순환시킴으로 인해 균일 촉매 분포를 가지는 PTFE 멤브레인 촉매 필터를 개시한다.

Description

고효율 PTFE 멤브레인 촉매 필터 {HIGH-EFFICIENCY PTFE MEMBRANE CATALYST FILTER}
본 발명은 고효율 PTFE 멤브레인 촉매 필터 생산 방법에 의해 생산된 PTFE 멤브레인 촉매 필터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 촉매 코팅을 위한 담지액이 일정한 농도를 유지할 수 있도록 수욕조 내 촉매 입자를 순환시킴으로써 필터 내 촉매의 분포를 균일하게 하여 효율을 높인 PTFE 멤브레인 촉매 필터에 관한 것이다.
대기환경오염을 최소화 하기 위해 전세계적으로 법률 및 규제를 점점 강화하는 추세이다. 이에 따라 각국에서는 배기가스에 포함된 분진 및 다양한 연소생성물 등 배출 저감하기 위해 다양한 집진 시설 및 고성능 소재 개발 등에 높은 관심을 보이고 있다.
대기오염을 방지하기 위해 다양한 부직포 원단들에 PTFE 멤브레인을 합지한 백필터 제품들이 출시되었으며, 최근에는 이러한 PTFE 멤브레인 필터에 배가스 내의 연소생성물을 함께 제거할 수 있는 PTFE 촉매 필터 제품이 상용화 되고 있다.
PTFE 촉매 필터의 여과효율을 향상 시키기 위해서는 PTFE 멤브레인이 부직포 원단과 원활하게 합지되어야 하는데, 소수성 PTFE 원료의 특성상 부직포와 PFFE 멤브레인의 라미네이션을 진행하기 위해 부직포에 PTFE 분산(dispersion) 코팅액의 균일한 코팅 및 열처리가 필수적이다.
종래에는 PTFE 분산 코팅액을 담지하기 위해 함침 코팅기를 이용하여 원단 전부를 분산 코팅액에 담지하고 열처리 시킨 후 스퀴징을 통해 부직포 내에 분산 코팅액 함침량을 조절하여 균일한 양을 코팅하는 방법을 이용하였다.
종래에는 롤러와 수욕조의 높이 차이가 나는 구조로 인해 코팅 작업이 끝난 후 많은 양의 용액이 버려지게 되어 경제적 손실이 발생하곤 하였다. 또한, 코팅액의 혼합물이 가라앉아 수작업으로 계속 용액을 저어주어야 한다는 문제가 있었다.
아울러, PTFE 부직포 원단에 담지액이 함침됨에 따라 담지액의 농도가 감소되어 제품의 균일성이 떨어진다는 문제점도 제기되었다.
대한민국 등록특허 제10-2478940호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, DeNOx 제거 효율이 향상된 PTFE 멤브레인 촉매 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 촉매와 용매를 혼합하여 균일한 농도의 코팅액을 생성하는 교반기와, 상기 코팅액이 유입되는 수욕조의 제1 영역과, 상기 제1 영역에서 배출된 농도가 낮아진 코팅액이 저장되는 수욕조의 제2 영역과, 상기 제1 영역의 코팅액에 담가져 촉매 입자가 함침되는 PTFE 부직포 원단과, 상기 부직포 원단을 이동시키고 상기 제1 영역의 코팅액을 제2 영역을 향해 밀어내는 롤러와, 상기 제1 영역의 코팅액을 순환시키며 농도가 낮아진 코팅액을 제2 영역으로 가이드하는 순환부와, 상기 제2 영역에 저장된 코팅액을 상기 교반기로 유입시키는 순환펌프를 포함하는 수욕조에서 PTFE 부직포 원단을 함침시키는 단계와, 상기 촉매가 함침된 PTFE 부직포 원단을 라미네이션 하여 PTFE 멤브레인 촉매필터를 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 순환부는 제1 영역과 제2 영역을 구분하는 경계벽과, 상기 경계벽의 상단에서 제1 영역의 바닥을 향해 경사져 코팅액에 담가지도록 연장되며, 상기 롤러와 대면하도록 형성되는 배출가이드 사면을 포함하는PTFE 멤브레인 촉매필터 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경계벽에 인접하여 위쪽 방향으로 코팅액의 흐름을 생성시키는 순환팬을 포함하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 영역의 높은 일단부에 형성되어 교반기의 코팅액이 유입되게 하는 교반기 펌프홀과, 상기 제2 영역의 낮은 일단부에 형성되어 제2 영역으로 넘어온 코팅액이 상기 교반기로 배출되게 하는 수환펌프홀을 포함하는 수욕조 코팅액 순환모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경계벽에 인접하여 위쪽 방향으로 코팅액의 흐름을 생성시키는 순환팬을 포함하는 수욕조 코팅액 순환모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 순환팬의 위쪽에 배치되고 상기 배출가이드 사면의 아랫면에 형성되는 순환가이드 곡면을 포함하는 수욕조 코팅액 순환모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경계벽에 인접하여 배치되고, 상기 롤러의 좌측 단부를 향해 공기를 배출하는 제1 분사홀과, 상기 경계벽을 향해 공기를 배출하는 제2 분사홀을 구비하는 에어레이션 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 수욕조 코팅액 순환모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에어레이션 모듈은 상기 롤러의 회전 속도에 따라 일정 각도 회전하여 코팅액의 순환을 돕는 것을 특징으로 하는 수욕조 코팅액 순환모듈을 개시한다.
또한, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 촉매와 용매를 혼합하여 균일한 농도의 코팅액을 생성하는 교반기와, 상기 코팅액이 유입되는 수욕조의 제1 영역과, 상기 제1 영역에서 배출된 농도가 낮아진 코팅액이 저장되는 수욕조의 제2 영역과, 상기 제1 영역의 코팅액에 담가져 촉매 입자가 함침되는 PTFE 부직포 원단과, 상기 부직포 원단을 이동시키고 상기 제1 영역의 코팅액을 제2 영역을 향해 밀어내는 롤러와, 상기 제1 영역의 코팅액을 순환시키며 농도가 낮아진 코팅액을 제2 영역으로 가이드하는 순환부와, 상기 제2 영역에 저장된 코팅액을 상기 교반기로 유입시키는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 교반 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 순환부는 제1 영역과 제2 영역을 구분하는 경계벽과, 상기 경계벽의 상단에서 제1 영역의 바닥을 향해 경사져 코팅액에 담가지도록 연장되며, 상기 롤러와 대면하도록 형성되는 배출가이드 사면을 포함하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 교반 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경계벽에 인접하여 위쪽 방향으로 코팅액의 흐름을 생성시키는 순환팬을 포함하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 교반 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경계벽에 인접하여 배치되고, 상기 롤러의 좌측 단부를 향해 공기를 배출하는 제1 분사홀과, 상기 경계벽을 향해 공기를 배출하는 제2 분사홀을 구비하는 에어레이션 모듈을 포함하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 교반 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에어레이션 모듈이 상기 롤러의 회전 속도에 따라 일정 각도 회전하여 코팅액의 순환을 돕도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 교반 시스템을 개시한다.
또한, 본 발명의 상기의 시스템을 이용하여 PTFE 멤브레인 촉매필터를 제조하는 방법과 이러한 방법으로 생산되는 PTFE 멤브레인 촉매필터를 개시한다.
본 발명에 따르면 수욕조에 기울기를 부여함으로서 침전되는 촉매를 한 곳으로 이동하도록 유도하고 촉매가 이동된 장소에 작은 교반기를 설치하여 촉매입자가 침전되지 않고 용액 내에 균일하게 분산될 수 있게 한다.
또한, 수욕조 내부 가이드벽 구조에 의하여 촉매 입자가 부직포 원단에 부착될 때 촉매 입자 손실로 인하여 농도가 낮아지는 용액을 수욕조 밖으로 흘러넘치게 한다. 이를 통해 수욕조 내 담지액의 농도를 일정하게 유지키실 수 있다.
또한, 수욕조에 에어레이션 모듈을 추가하여 분산 코팅액의 혼합물이 바닥에 가라앉지 않고 순환하게 하여 PTFE 멤브레인 라미네이팅 공정의 품질을 향상시키고 버려지는 코팅액을 감소시켜 비용을 절감할 수 있게 한다.
아울러, 롤러의 회전 속도에 따라 에어레이션 모듈의 공기분사 방향을 조절하여 코팅액의 순환이 보다 원활하게 이루어지게 하여 라미네이팅 공정의 효율을 향상시킬 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 교반 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수욕조의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 담지액 농도 조절 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 입자 순환부 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촉매 입자 순환부의 에어레이션 모듈 구동 매커니즘을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에서 롤러 속도 증가에 따른 에어레이션 모듈의 구동 매커니즘을 나타낸 도면이다.
도 8은 수욕조 교반을 실시하지 않았을 경우(a)와 실시하였을 경우(b) 담지된 PTFE 부직포 원단의 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조(100) 교반 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 수욕조(100) 교반 시스템은 수욕조(100)와, 교반기(300)를 포함한다.
수욕조(100)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)으로 이루어진다.
제1 영역(I)에는 교반기(300)에서 혼합된 촉매/용매 코팅액(20)이 유입되고, 촉매 입자(21)가 침전되지 않도록 코팅액(20)을 순환시킨다. 또한, 제1 영역(I)에는 PTFE 부직포 원단(10)에 촉매 입자(21)를 함침시키기 위한 롤러(120)가 배치된다.
교반기(300)에서 혼합된 촉매/용매 코팅액(20)은 교반기 펌프(310)를 이용해 제1 영역(I)에 공급된다.
제2 영역(II)에는 PTFE 부직포 원단(10)에 촉매 입자(21)가 함침되면서 농도가 낮아지는 코팅액(20)이 유입된다. 본 발명의 실시예에 따르면 롤러(120)의 회전력과 순환부(140)의 구조의 유기적 결합에 의하여 제1 영역(I)의 코팅액(20)이 제2 영역(II)으로 유입된다.
제2 영역(II)에 모인 농도가 낮아진 코팅액(20)은 순환펌프(320)를 이용해 교반기(300)로 공급된다. 이러한 순환을 통해 버려지는 용액을 다시 회수하고 재활용할 수 있게 되며 코팅액(20)의 농도를 일정하게 유지하여 PTFE 멤브레인 촉매필터의 균일한 성능을 기대할 수 있게 한다.
수욕조(100) 내에서 교반(촉매 입자(21) 순환)을 실시함에 따른 코팅액(20)의 농도가 어떻게 변화되는지에 대해 실험을 진행하였다.
교반 실시 여부에 따라 담지액이 일정 농도를 유지하는지 확인하기 위하여 일정농도로 만들어 놓은 새로운 담지액을 지속적으로 교반한 군과 교반하지 않은 군을 수욕조(100)에 투입하고 수욕조(100) 내부에 순환팬(150)을 달아 교반을 한 실험군과 교반을 실시하지 않은 대조군을 대상으로 실험을 진행하였다.
이 실험에서 실험군은 일정 농도로 제조하고 지속적인 교반이 이루어진 코팅액(20)을 수욕조(100) 내부에서 지속적으로 교반시킨 그룹이고, 대조군은 수욕조(100) 내부에서 교반을 실시하지 않은 그룹니다.
실험 결과 아래 표 1과 같은 결과를 확인할 수 있었다.
아래 표 1에서 담지율 측정 방법은 아래와 같다.
담지율 = (담지 후 시편무게 - 담지 전 시편무게)/담지 전 시편무게*100
위 실험에 따르면 지속적인 특정 농도의 담지액 추가는 담지액의 농도를 일정하게 유지시켜준다는 것과, 담지율이 농도 의존적으로 증감함을 확인할 수 있다. 또한, 교반을 하지 않은 대조군과 교반을 실시한 실험군에 대한 차이를 평균 오차 값을 통해 확인하였을 때, 대조군의 오차 값은 0.9 이상, 실험군의 오차 값은 0.3 이하로 나타났음. 이러한 결과를 통해 교반을 실시하였을 때, 오차를 더욱 줄일 수 있음을 알 수 있다. 위 실험에 따르면 수욕조(100) 내 교반이 제품 담지에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 또한, 잘 혼합된 담지액의 경우 새로 투입되는 담지액의 흐름과 교반기(300)로 인한 유동 흐름으로도 침전이 이뤄지지 않는다는 것을 알 수 있다.
지속적인 담지액 추가에 따른 담지액 농도 변화 측정 (담지율 기준)
촉매 농도(%) 담지 Interval (min) 시편 무게(g) 촉매 담지 후
시편 무게(g)		 담지율(%) 담지율 평균(%) 평균 오차
교반O 교반X 교반O 교반X 교반O 교반X 교반O 교반X 교반O 교반X
12 0 5.67 5.74 6.23 6.32 9.9 10.1 9.98 10.9 0.26 0.96
1 5.78 5.55 6.38 6.10 10.4 9.89
2 5.05 5.49 5.53 6.04 9.5 9.94
3 5.45 5.71 6.01 6.27 10.3 9.88
4 5.87 5.25 6.46 5.86 10.1 11.6
5 5.25 5.47 5.76 6.06 9.7 10.8
6 5.43 5.39 5.98 6.03 10.1 11.8
7 5.22 5.18 5.75 5.81 10.2 12.2
8 5.67 5.44 6.24 5.98 10.1 9.91
9 5.76 5.68 6.33 6.37 9.9 12.1
10 5.81 5.77 6.38 6.46 9.8 11.9
15 0 5.67 5.48 6.34 6.12 11.8 11.7 11.9 13.1 0.23 0.91
1 5.86 5.69 6.55 6.39 11.8 12.3
2 5.06 5.13 5.7 5.75 11.6 12.1
3 5.56 5.44 6.29 6.19 12 13.8
4 5.78 5.84 6.44 6.63 11.4 13.5
5 5.52 5.16 6.17 5.89 11.8 14.2
6 5.85 5.47 6.53 6.23 11.6 13.9
7 5.87 5.99 6.55 6.86 11.6 14.5
8 5.95 5.15 6.69 5.77 12.1 12.1
9 6.12 5.77 6.82 6.51 11.4 12.9
10 5.89 5.47 6.56 6.19 11.4 13.2
18 0 5.67 5.13 6.44 5.86 13.6 14.2 13.7 14.1 0.27 0.91
1 5.86 5.73 6.67 6.49 13.8 13.2
2 5.06 5.46 5.71 6.27 13.4 14.9
3 5.56 5.71 6.30 6.54 13.3 14.6
4 5.78 5.2 6.57 5.96 13.7 14.7
5 5.52 5.68 6.25 6.38 13.2 12.3
6 5.85 5.35 6.66 6.17 13.8 15.3
7 5.87 5.63 6.69 6.38 14 13.3
8 5.95 5.22 6.79 6.00 14.1 15
9 6.12 5.82 7.01 6.60 13.9 13.4
10 5.89 5.93 6.70 6.80 13.8 14.7
종래의 코팅 방식은 현재 사용하고 있는 함침법과 유사하지만 수욕조(100) 내부에서 지속적으로 촉매와 용매를 섞어 주지 않았다는 차이가 있다.
따라서, 종래 코팅 방식은 제품의 균일성을 유지하기 어려웠으며 오차 값도 평균적으로 높았다. 뿐만 아니라 촉매 입자(21)가 균일하지 않게 분포하여 PTFE 부직포 원단(10)의 부위마다 다른 담지율을 보였으며 제품에 얼룩이 지는 경우를 발생하였다(도 9의 (a) 참조). 이에 반해 본 발명의 방식에 따르면 PTFE 부직포의 균일한 담지율을 확보하는 것이 가능하다(도 9의 (b) 참조).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수욕조(100)의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 수욕조(100)는 촉매 입자(21)들이 앞쪽 방향으로 이동할 수 있도록 기울기가 부여된다. 다시 말해, 도 1에 도시된 것과 같이 제1 영역(I)이 제2 영역(II)보다 높은 위치에 배치되도록 수욕조(100)의 전단부가 아래쪽으로 기울어져 있는 형태를 취한다.
또한, 수욕조(100)는 제1 영역(I)과 제2 영역(II)으로 이루어진다.
제1 영역(I)의 단부에는 교반기 펌프홀(311)이 형성되어 교반기(300)에서 혼합된 촉매/용매 코팅액(20)이 유입된다.
PTFE 부직포 원단(10)은 제1 영역(I)에 받아진 코팅액(20)에 담가지며 이 때 촉매 입자(21)가 PTFE 부직포 원단(10)에 함침된다. 상기 함침이 완료된 PTFE 포직포 원단은 롤러(120)에 의하여 이동하게 된다.
이를 위해 PTFE 부직포 원단(10)과 롤러(120)의 적어도 일부가 코팅액(20)에 잠겨있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 수욕조(100)가 기울어져 있기 때문에 촉매 입자(21)가 아래쪽으로 몰릴 수 있다. 이렇게 몰리는 촉매 입자(21)를 순환시키기 위해 수욕조(100) 제1 영역(I)의 단부에는 순환부(140) 구조가 적용될 수 있다. 이는 아래에서 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
제2 영역(II)에는 제1 영역(I)에서 넘쳐 흐른 코팅액(20)이 저장된다.
제1 영역(I)에서 PTFE 부직포 원단(10)에 촉매 입자(21)가 함침되면서 코팅액(20)의 농도가 낮아지게 된다. 본 발명에서는 촉매 입자(21)가 PTFE 부직포 원단(10)에 함침되고 나서 농도가 낮아진 용액을 제2 영역(II)으로 흘러넘치게 하는 구조가 적용된다. 이러한 구조에 대해서도 아래에서 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
제2 영역(II)에 모인 농도가 낮아진 코팅액(20)은 순환펌프홀(321)에 연결된 순환펌프(320)에 의하여 배출된다. 배출되는 코팅액(20)은 교반기(300)로 유입된다. 즉, 순환펌프홀(321)과 교반기(300)가 호스(또는 파이프) 등으로 연결되고 중간에 순환펌프(320)가 장착되어, 낮은 곳에 위치한 코팅액(20)을 다시 교반기(300)로 유입시킬 수 있다.
농도가 낮아진 코팅액(20)을 다시 교반기(300)로 유입시켜 용액이 버려지지 않고 재사용될 수 있게 한다. 농도가 낮아진 코팅액(20)에는 촉매와 용매가 더해져 일정 농도를 유지하게 된다. 이를 위해 본 시스템에서는 농도 감지 센서가 장착될 수 있으며 제어부는 농도 감지 센서에서 감지된 농도에 맞춰 투입되는 촉매와 용매의 비중을 조절할 수 있다. 이러한 과정을 통해 코팅액(20)을 절약하여 비용을 절감할 수 있으며, PTFE 부직포 원단(10) 코팅액(20)의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있어 PTFE 멤브레인 촉매필터의 균일한 성능을 기대할 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 담지액 농도 조절 방법을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 입자(21) 순환부(140) 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 수욕조(100)는 상대적으로 높은 위치에 배치된 제1 영역(I)과, 상대적으로 낮은 위치에 배치된 제2 영역(II)을 포함한다. 도면을 참조하면 수욕조(100)가 아래쪽으로 기울어져 있기 때문에 촉매 입자(21)들은 아래쪽 화살표 방향(도면 상 우측 아래쪽 방향)으로 이동하게 된다. 이하에서 좌측, 우측, 상부, 하부 등의 방향은 도면에 도시된 방향을 말하며 실제 시스템에서의 방향을 한정하는 것이 아니다.
도시된 바에 따르면 제1 영역(I)의 우측 끝에는 순환부(140)가 배치된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 순환부(140)는 경계벽(141)과, 배출 경계면(142)과, 배출가이드 사면(143)과, 순환가이드 곡면(144) 등을 포함할 수 있다.
경계벽(141)은 제1 영역(I)과 제2 영역(II)을 구획하는 측벽 역할을 한다.
배출 경계면(142)은 순환부(140)의 상단부에 배치되며 배출가이드 사면(143)을 거쳐 올라온 코팅액(20)이 제2 영역(II)으로 넘어가는 경계를 이룬다.
배출가이드 사면(143)은 롤러(120)가 회전하여 PTFE 부직포 원단(10)이 위쪽으로 이동할 때 발생하는 코팅액(20)의 흐름을 가이드하여 촉매 입자(21)가 제거된 코팅액(20)이 아래쪽으로 순환하여 제1 영역(I) 내부로 들어가지 않고 배출 경계면(142) 방향으로 이동하여 제2 영역(II)으로 흘러 넘치게 한다.
순환가이드 곡면(144)은 배출가이드 사면(143)과 배출 경계면(142)의 아래쪽에 형성된다.
순환가이드 곡면(144)의 아래쪽에는 순환팬(150)이 배치된다.
순환팬(150)은 아래쪽 화살표 방향으로 이동하여 침전되는 촉매 입자(21)들을 순환시킨다. 순환팬(150)은 위쪽 방향으로 유체 흐름을 만들어 촉매 입자(21)들이 코팅액(20)에 균일하게 퍼질 수 있게 한다. 이 때 순환가이드 곡면(144)에 의하여 위쪽 방향의 유체 흐름을 좌측(제1 영역(I) 중앙부)으로 가이드한다.
순환팬(150)의 위치는 다른 곳으로 변경될 수 있지만 교반기 펌프홀(311) 앞과, 수욕조(100) 제1 영역(I)의 중간부와, 경계벽(141) 앞 세 군데서 실험을 진행해 본 결과, 교반기 펌프홀(311) 앞에서 설치할 경우 수욕조(100) 내 약한 유동 흐름이 생기지만 지속적으로 작업 시 경계벽(141) 앞에 촉매가 침전되어 전체적인 농도가 유지되지 않았다. 수욕조(100) 제1 영역(I)의 중간부에 설치할 경우 앞의 경우보다 전체적인 농도 유지가 잘되었지만 부직포 원단(10)에 직접적인 영향을 미치기 때문에 생산에 차질이 있었다. 경계벽(141) 앞에 설치할 경우 교반기 펌프홀(311)로 유입되는 코팅액(20)의 유속으로 인한 순환과 더불어 수욕조(100) 전체적인 유동 흐름을 생성한다는 것을 확인할 수 있었다.
제2 영역(II)에는 상기 배출 경계면(142)을 거쳐 흘러넘친 코팅액(20)이 저장된다.
제2 영역(II)에 모인 코팅액(20)은 순환펌프(320)에 의하여 교반기(300)로 다시 유입되며, 농도가 낮아진 코팅액(20)에는 촉매와 용매가 더해져 일정 농도를 유지하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부가 일정 농도 유지를 위해 교반기(300)로 다시 유입되는 코팅액(20)의 양과 투입되는 속도를 조절하고, 교반기(300)로 유입되는 코팅액(20)의 농도를 체크한 후 촉매와 용매를 적절히 투입할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 PTFE 멤브레인 촉매필터 생산을 위한 수욕조(100) 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 수욕조(100)는 하우징(110)과, 롤러(120)와, 퇴수구(112)와, 에어레이션 모듈(130) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 하우징(110)은 종래의 하우징(110)과는 달리 바닥쪽으로 갈수록 좁아지는 형태를 취한다. 이렇게 좁아지는 하우징(110)의 바닥부에 에어레이션 모듈(130)이 배치되어 코팅액이 원활하게 순환할 수 있게 한다.
도시된 바에 따르면, 하우징(110)은 경사가 큰 측벽과 상대적으로 경사가 적은 바닥면을 포함한다. 바닥면은 측벽의 단부에서 안쪽으로 절곡되어 연장되는 형태를 이룬다.
좌측 바닥면과 우측 바닥면이 만나는 지점이 하우징(110)의 가장 낮은 위치(바텀부)를 형성한다. 상기 바텀부에 에어레이션 모듈(130)이 배치된다.
라미네이팅 공정 중 롤러도 분산 코팅액에 잠길 수 있다. 다만, 에어레이션이 없는 경우 혼합물은 대부분 바텀부 쪽으로 가라앉기 때문에 혼합물을 순환시키지 않는 경우 라미네이팅 공정에서 멤브레인과 부직포에 코팅액이 균일하게 침지되지 않을 수 있다.
에어레이션 모듈(130)의 끝에는 에어펌프가 연결되어 수욕조(100) 내부로 공기를 주입시킬 수 있다.
도 6과 도 7에 도시된 것과 같이 도 5의 에어레이션 모듈(130)도 중공(132)이 형성된 긴 원통 형태의 바디(131)를 구비할 수 있다. 바디(131)에는 상기 중공(132)과 연결되는 분사홀들이 형성된다.
분사홀들은 에어펌프에서 중공(132)을 통해 공급되는 공기가 빠져나가는 통로 역할을 하여 수욕조(100) 바텀부의 코팅액이 순환하게 한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촉매 입자 순환부의 에어레이션 모듈 구동 매커니즘을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에서 롤러 속도 증가에 따른 에어레이션 모듈의 구동 매커니즘을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 분사홀들은 도면 상 바디(131)의 좌측 상부에 형성되는 제1 분사홀(133)과, 바디(131)의 우측 하부에 형성되는 제2 분사홀(134)을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 분사홀(133)과 제2 분사홀(134)을 통해 분사되는 공기에 의하여 바닥에 가라앉은 촉매 입자가 순환하게 되는 것을 확인할 수 있다.
도시된 바에 따르면 제1 분사홀(133)은 도면 상 바디(131)의 좌측 상부에서 롤러의 좌측 단부를 향하도록 형성되고, 제2 분사홀(134)은 바디(131)의 우측 하부에서 경계벽을 향하도록 형성된다.
제2 분사홀(134)이 바디의 우측 상부에 형성될 경우 롤러(120) 주변의 흐름이 강해져 오히려 경계벽을 따라 아래쪽으로 내려가는 흐름이 생기게 되어 촉매 입자 순환이 원활하지 않게 된다.
분사홀의 방향과 위치를 바꿔가며 여러번 실험을 수행한 결과 제1 분사홀(133)은 바디의 좌측 상부에 형성되고 제2 분사홀(134)은 바디의 우측 하부에 형성되는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다. 제2 분사홀(134)이 우측 하부를 향하는 경우에도 코팅액의 순환이 이루어지긴 했으나 좌측에서 유입되는 흐름을 방해하는지 우측을 향해 있는 것에 비해 순환 효율이 떨어지는 것을 확인하였다.
제1 분사홀(133)로 배출되는 공기(F1)는 롤러의 회전에 의하여 생기는 흐름(f1)을 좌측 바닥면을 향하는 흐름(f2)으로 바꾸어 침전된 촉매 입자를 강한 압력(f3)으로 밀어내게 된다.
f3 흐름에 의하여 떠올려진 혼합물은 제2 분사홀(134)로 배출되는 공기(F2)에 의하여 경계벽 따라 올라가게 되고(f4) 롤러에 의하여 형성되는 흐름이 더해져 강한 순환 흐름(f5)이 만들어진다.
도 7을 참조하면, 롤러의 회전 속도를 증가시킬 경우 롤러(120) 주변의 흐름이 더 강해져 에어레이션 모듈(130)의 분사 각도를 조정할 필요가 있다.
본 실시예에서는 롤러의 회전 속도에 대응하여 에어레이션 모듈(130)이 반시계 방향으로 회전하는 구성을 추가하였다.
구체적으로, 롤러(120)의 회전속도가 R'로 증가할 때 롤러(120) 주변에서 코팅액의 흐름(f1') 속도가 증가하게 되므로 아래쪽으로 흐르는 흐름(f2')을 강하게 하기 위해서 제1 분사홀(133)의 분사(F1) 방향을 조금 더 좌측 방향으로 변경시키고 강한 f4'의 흐름을 방해하지 않도록 제2 분사홀(134)의 분사(F2) 방향을 우측 상부로 변경시킨다.
이는 롤러의 회전 속도를 감지하고 에어레이션 모듈(130)을 구동시키는 시스템(또는 제어부)을 이용하여 구현 가능하다. 시스템(또는 제어부)은 롤러의 회전 속도가 증가하는 것에 비례하여 에어레이션 모듈(130) 바디(131)를 반시계 방향으로 일정 각도 회전시켜 이러한 실시예를 구현한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 제2 영역으로 배출되는 코팅액의 양에 따라 에어레이션 모듈(130)의 회전 방향과 각도를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 위의 실시예에서는 롤러의 회전 속도가 증가함에 따라 에어레이션 모듈(130)이 반시계 방향으로 회전하는 것을 기술하였는데, 반시계 방향으로 회전하여 제2 영역으로 배출되는 코팅액의 양이 적정량의 범위에서 벗어나는 경우 반대 방향(시계 방향)으로 회전시킬 수도 있다. 시스템(또는 제어부)는 회전 방향과 회전 각도를 제어할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면 수욕조에 기울기를 부여함으로서 침전되는 촉매를 한 곳으로 이동하도록 유도하고 촉매가 이동된 장소에 작은 교반기를 설치하여 촉매입자가 침전되지 않고 용액 내에 균일하게 분산될 수 있게 하고, 수욕조 내부 가이드벽 구조에 의하여 촉매 입자가 부직포 원단에 부착될 때 촉매 입자 손실로 인하여 농도가 낮아지는 용액을 수욕조 밖으로 흘러넘치게 하여 수욕조 내 담지액의 농도를 일정하게 유지키실 수 있으며, 수욕조에 에어레이션 모듈을 추가하여 분산 코팅액의 혼합물이 바닥에 가라앉지 않고 순환하게 하여 PTFE 멤브레인 라미네이팅 공정의 품질을 향상시키고 버려지는 코팅액을 감소시켜 비용을 절감할 수 있으며, 롤러의 회전 속도에 따라 에어레이션 모듈의 공기분사 방향을 조절하여 코팅액의 순환이 보다 원활하게 이루어지게 하여 라미네이팅 공정의 효율을 향상시킬 수 있게 하는 등 종래기술에 비해 향상된 효과를 기대할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : PTFE 부직포 원단
20 : 코팅액
21 : 촉매 입자
100 : 수욕조
110 : 하우징
112 : 퇴수구
120 : 롤러
130 : 에어레이션 모듈
131 : 에어레이션 모듈 바디
132 : 중공
133 : 제1 분사홀
134 : 제2 분사홀
140 : 순환부
141 : 가이드벽
142 : 배출 경계면
143 : 배출가이드 사면
144 : 순환가이드 곡면
150 : 순환팬
300 : 교반기
310 : 교반기 펌프
311 : 교반기 펌프홀
320 : 순환펌프
321 : 순환펌프홀
I : 제1 영역
II : 제2 영역

Claims (3)

  1. 촉매와 용매를 혼합하여 균일한 농도의 코팅액을 생성하는 교반기와, 상기 코팅액이 유입되는 수욕조의 제1 영역과, 상기 제1 영역에서 배출된 농도가 낮아진 코팅액이 저장되는 수욕조의 제2 영역과, 상기 제1 영역의 코팅액에 담가져 촉매 입자가 함침되는 PTFE 부직포 원단과, 상기 부직포 원단을 이동시키고 상기 제1 영역의 코팅액을 제2 영역을 향해 밀어내는 롤러와, 상기 제1 영역의 코팅액을 순환시키며 농도가 낮아진 코팅액을 제2 영역으로 가이드하는 순환부와, 상기 제2 영역에 저장된 코팅액을 상기 교반기로 유입시키는 순환펌프를 포함하는 수욕조에서 PTFE 부직포 원단을 함침시키는 단계; 및
    상기 촉매가 함침된 PTFE 부직포 원단을 라미네이션 하여 PTFE 멤브레인 촉매필터를 생산하는 단계를 거쳐 생산된 PTFE 멤브레인 촉매필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환부는,
    제1 영역과 제2 영역을 구분하는 경계벽; 및
    상기 경계벽의 상단에서 제1 영역의 바닥을 향해 경사져 코팅액에 담가지도록 연장되며, 상기 롤러와 대면하도록 형성되는 배출가이드 사면을 포함하는PTFE 멤브레인 촉매필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경계벽에 인접하여 위쪽 방향으로 코팅액의 흐름을 생성시키는 순환팬을 포함하는 PTFE 멤브레인 촉매필터.
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