KR19990047603A - 세라믹필터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 세라믹필터는 유동체의 진행방향으로 박판상의 세라믹판이 연속적으로 반복절곡되도록 파상형으로 형성되고 그 표면에 산호초형상의 포집공간이 형성된 세라믹여과판의 다수가 상하로 적층되어 필터의 제조과정에서 여과판의 형상 및 표면구조를 제어하여 효과적으로 유동체내에 포함된 입자의 여과가 가능하여 여과 효율이 높으며 필터의 재생이 대단히 용이하여 내구수명이 효과적으로 연장된다.

Description

세라믹필터

본 발명은 세라믹필터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 필터의 제조과정에서 여과판의 형상 및 표면구조를 제어하여 효과적으로 유동체내에 포함된 입자의 여과가 가능하여 여과 효율이 높으며 필터의 재생이 대단히 용이하여 내구수명이 효과적으로 연장된 세라믹필터에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤엔진에서 발생되는 매연의 제거를 위하여 여러 가지의 필터가 사용되고 있다. 그 일예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 가장 널리 사용되고 있는 세라믹 허니컴필터의 구조는 가스유입구(20)에서 일정길이로 연장되는 다수의 측벽(21)들을 형성하고 상기 가스유입구의 반대쪽에 가스유출구(22)를 형성하고 상기 가스유입구 및 유출구의 구멍을 교대로 막고 상기 측벽(21)들 상에 미세한 세공(23)을 형성하여 가스유입구(20)에서 유입된 가스는 가스유출구(22) 방향으로 진행하면서 측벽(21)의 세공(23)을 통과하게되며 상기 세공(23)의 크기보다 큰 매연입자는 세공을 통과하지 못하고 걸러지는 구조이다. 그러나 이러한 세라믹 허니컴 필터의 구조는 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 측벽(21) 상에 다수의 세공(23)을 형성하고 교대로 인접한 가스유입구(20) 및 유출구(22)의 구성을 폐쇄하여야 하므로 제조가 대단히 난해하므로 국내에서 제조 불가능하여 전량이 수입되고 있으며 그 가격이 대단히 높아 실용화되지 않고, 특히 이러한 세라믹허니컴필터는 시간이 경과되면서 가스가 통과할 수 있는 세공(23)이 폐색되게 되므로서 배기가스의 유출이 어렵게 되어 필터 및 엔진배기구내의 압력이 증가되게 되어 배기가스의 압력이 높아지므로 엔진의 출력이 떨어지고 연료비가 증가되게 되어, 또한 그러한 세라믹 허니컴필터의 폐색현상을 해결하기 위해서는 필터링시스템의 구조가 복잡해지고 제조가가 대단히 높아지게된다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기위한 것으로, 배기가스의 압력이 높아지는 것을 근본적으로 방지하면서도 매연을 충분히 걸어낼 수 있으며 필터의 재생이 용이하여 필터의 수명이 효과적으로 연장되는 세라믹필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 오염된 오수, 오염된 폐수, 및 식수를 효과적으로 정화할 수 있는 세라믹필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 아직 다른 목적은 공기를 정화하거나 냄새의 제거를 위한 여과기로서 이용될 수 있는 세라믹필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 아직 또 다른 목적은 유체의 화학반응을 촉진하는 촉매의 담지체로서 사용되는 세라믹필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 미생물을 고정시켜 발효하는 발효대로서 사용되는 세라믹필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적들은 유동체의 진행방향으로 박판상의 세라믹판이 연속적으로 반복절곡되도록 파상형으로 형성되고 그 표면에 산호초현상의 포집공간이 형성된 세라믹여과판의 다수가 상하로 적층된 본 발명에 따른 세라믹필터에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 세라믹필터를 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징 및 장점들을 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹필터의 사시도

도 2는 일부가 절결된 도 1에 도시된 세라믹필터의 측면도

도 3은 도 2의 B 부분의 확대단면도

도 4는 도 3의 C 부분의 확대모식단면도

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹필터 표면의 200배 확대사진

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹필터 표면의 1500배 확대사진

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹필터의 세라믹여과판의 단면도

도 8은 종래의 디젤엔진용 세라믹필터로서,

(a) 사시도이고

(b)는 개략적인 부분단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 세라믹여과판2,20 : 유동통로

3 : 가열수단11 : 포집가지

12 : 포집공

본 발명의 일실시예에 따른 세라믹필터(A)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 동일형상을 갖는 다수의 파상형(波狀形)의 세라믹여과판(1)이 유동체의 유동통로(2)가 형성되도록 일정거리 이격되게 상하로 규칙적으로 배열되어 있고 세라믹필터(A)의 일측 가스유입구(4)와 타측의 가스유출구(5)는 서로 연통되어 있다. 본 실시예에서 상기 세라믹여과판(1)은 코디에라이트(cordierite)계 세라믹이 사용되었으나 다른 성분의 다른 조성비로 제조될 수 있음은 물론이다. 상기 세라믹여과판(1)은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 그 상하면에 산호초형상의 포집가지(11) 및 포집가지에의해 형성되는 포집공(12)이 불규칙적으로 무수히 많이 형성되어 있다. 본 실시예에서 유동통로(2)는 세라믹여과판(1)의 형상과 동일하게 파상형의 유동경로를 가지므로 유동통로를 지나는 유동체는 지그재그로 유동되므로 세라믹여과판(1)에 반복적으로 충돌하게 된다. 본 실시예에서 사용되는 상기 세라믹여과판(1)은 그 두께가 0.5㎜가 사용되며, 상기 세라믹여과판(1) 사이에 형성되는 가스유동통로(2)은 본 실시예에서는, 1.0㎜의 두께로 형성되었으나 여과될 대상에 따라 더 두껍게 또는 더 얇게 형성될 수 있을 것이다. 본 실시예에서 상기 파상형 세라믹여과판(1)의 1피치는 2㎜로 형성되었으나 피치가 작게되면 충돌표면적이 증가하게 되므로 같은 크기의 필터체적에서 더 많은 매연입자를 효과적으로 포획할 수 있게 된다. 본 실시예에서 세라믹여과판(1)이 파상형으로 형성되어 있으나 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 세라믹여과판(10)의 상하면에 일정간격으로 엇갈려돌출된 돌조(111)를 형성하여 성곽상부형상의 유동통로(20)가 형성되어 매입입자가 돌조(111)에 반복적으로 충돌하여 포획되게한 구조로 또는 직선형으로 형성될 수도 있을 것이다. 본 실시예의 세라믹필터(A)에서는 세라믹여과판(1)이 31개가 적층되어 있으나 여과될 대상에 따라 그 수가 증감될 수 있으며 세라믹필터(A)가 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있을 것이다.

상기 세라믹여과판(1)이 다수가 배치된 세라믹필터(A)의 측면에는 상기 세라믹여과판(1)을 가열하는 가열수단(3)이 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 세라믹필터(A)의 작용을 이하에 상세히 설명한다.

디젤엔진(도시하지 않음)에서 배출된 배기가스가 본 발명에 따른 세라믹필터(A)의 가스유입구(4)로 유입되면 배기가스는 파상형의 가스유동통로(2)를 통과하면서 서로 연통된 가스유출구(2)로 배출되게 되는 것이다.

이때 배기가스가 가스유동통로(2)를 통과할 때 가스유동통로내에는 도 4에 도시된 바와 같이, 불규칙적인 수많은 포집가지(11) 및 포집공(12)이 형성되어 있어, 배기가스는 파도치는 모양으로 형성된 가스유동통로(2)를 통과하면서 파상형으로 절곡된 세라믹여과판(1)의 상하 벽면에 반복적으로 충돌하게되므로, 결과적으로 세라믹여과판(1)의 포집가지(11) 및 포집공(12)에 반복적으로 충돌하면서 진행하게 된다. 이 과정에서 배기가스중에 포함된 매연입자(6)는 충돌벽면에 형성된 수많은 포집공(12)내에 포획되게 되는 것이다. 한 개의 매연입자(6)의 관점에서 볼 때 본 발명의 세라믹여과판(1)과의 수회의 충돌로는 걸러지지 않을 수도 있으나 수십회 이상의 충돌을 거치는 과정에서 걸러질 확률은 거의 100%이다.

물론 매연입자의 수는 무수히 많고 크기도 다양하지만 세라믹여과판(1)에 만들어져있는 3차원적인 틈새인 포집공(12)은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 크기의 많은 수의 매연입자를 충분히 포획할 수 있게 만들어져 있다. 시간이 지나면서 가스유입구(4) 부근의 세라믹여과판(1)에는 매연입자가 많이 축적되고 점차 그 영역이 가스배출구쪽으로 확대된다. 장시간 경과하면 전체 세라믹여과판(1)에 걸쳐 매연입자가 축적되어 더 이상 필터로서의 성능을 발휘하지 못하게 되나 이 경우에도 배기가스의 압력이 증가하여 출력에 영향을 주는 일은 없다. 그러나 필터로서의 기능을 상실하면 안되기 때문에 도 1에 나타난 것과 같이 측면에 가열수단(3)을 설치하여 포집된 매연입자를 연소, 기화시켜준다. 그렇게하여 축적되는 매연입자의 양보다 태워서 제거되는 매연입자의 양이 더 많도록 적당히 가열해주면 작은 에너지로 매연입자를 충분히 제거할 수 있는 필터의 성능을 유지할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 세라믹필터는 폐색현상이 없이 장기적으로 효과적으로 유동체에 포함된 매연 등의 미립자를 여과할 수 있으므로 여과효율이 향상됨은 물론 필터의 재생이 용이하므로 필터의 내구수명이 연장되는 등의 우수한 효과가 있을 것이다

본 발명은 상술한 디젤엔진의 배기가스중 포함되는 매연입자를 제거하는 장치로 이용할 수 있을 뿐만 아니라 세라믹여과판의 크기를 조절하고, 세라믹 막이 포함하는 틈새의 크기 및 크기분포를 잘 조절함으로써 소각로, 공장 등에서 발생하는 매연 및 분진을 제거하는 필터로 사용할 수 있고, 폐수, 오수, 식수 등의 수질개선을 위한 필터로 사용할 수 있고, 공기정화 및 냄새제거를 위한 필터로 사용할 수 있고 오일 및 용융금속 등의 유체에 포함되어 있는 이물질을 걸르는 필터로 사용할 수도 있다. 또한 화학반응을 촉진하는 촉매담지체로서 사용할 수 있고, 미생물을 고정시켜 발효 등을 촉진하는 목적으로 사용할 수도 있다.

위에서 기술된 예들로 본 발명을 한정하려는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정, 예를 들면, 세라믹이 아닌 합성수지, 금속, 종이 등의 유사한 재료를 사용하는 경우와 같은 변경 및 수정도 수행될 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 유동체내에 포함된 입자가 반복적으로 충돌포집되도록 유동체 진행방향으로 박판상의 세라믹판이 연속적으로 반복절곡되는 파상형으로 형성되고 그 표면에 무수히 많은 포집공이 형성된 세라믹여과판의 다수가 상하로 적층된 것을 특징으로 하는 세라믹필터.
2. 제 1 항에 있어서, 다수의 상기 세라믹여과판은 가열수단을 구비한 히터내에서 설치되는 것을 특징으로 하는 세라믹필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 세라믹필터는 직렬 또는 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹필터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹여과판은 평판상에 상하로 엇갈려 돌출되는 다수의 돌조가 형성되어 지그제그형의 유동통로가 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹필터.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹필터는 유체의 화학반응을 촉진하는 촉매의 담지체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 세라믹필터.
6. 제 1 항에 있어서, 상기의 세라믹필터는 미생물을 고정시켜 발효 촉진하는 발효 촉진용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 세라믹필터.