KR200172067Y1 - 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스터빈(Gas Turbine)을 사용하는 화력발전소에서 상기 가스터빈의 압축기로 유입되는 공기를 정화시켜 주기 위한 흡기 정화용 에어필터에 관한 것이다. 본 고안의 에어필터는 다수의 내외측 주름부를 갖는 필터메디아와, 상기 필터메디아를 수용하는 케이싱 역할을 하며 상하부캡과 내외측코어로 구성되는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터에 있어서,

상기 필터메디아의 내측 주름부에 그 주연을 따라서 일정한 간격(약 25mm)으로 수지를 핫멜트(Hot Melt, 열융착) 처리하여 고정시키고, 상하부캡과 내외측코어를 합성수지재로 사출 성형하며, 상기 필터메디아를 상하부캡과 내외측코어에 삽입한 상태에서 이들 케이싱을 에폭시 수지로 접착하고, 상기 내외측코어의 외측에서 필터메디아의 주름부를 향하여 일정한 간격(약 120mm)으로 합성수지재를 핫멜트 처리하여 핫멜트부가 형성되도록 한 것이다. 상기와 같이 구성된 본 고안은 핫멜트로 인해 주름부의 간격이 일정하게 유지되어 필터메디아의 휨, 쏠림, 뒤틀림등이 방지되고, 차압상승의 억제로 필터링 효과가 뛰어나며, 또한 케이싱이 합성수지재인 관계로 사출제작이 가능하여 원가절감과 함께 대기중의 염분 및 수분에 강하여 부식이나 찌그러지지 않고, 필터메디아의 교체시 완전 소각처리가 가능하고, 재활용이 가능하다.

Description

가스터빈의 흡기 정화용 에어필터{AIR FILTER FOR GAS TURBINE}

본 고안은 가스터빈(Gas Turbine)을 사용하는 화력발전소에서 상기 가스터빈의 압축기로 유입되는 대기중의 공기를 정화시켜 주기 위한 흡기 정화용 에어필터에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 필터메디아(Filter Media, 여과지)의 성형시 여과지를 주름지게 절곡함과 동시 그 주름부에 일정한 간격으로 합성수지를 핫멜트(Hot Melt, 열융착) 처리하여 주름부 간격이 항상 일정하게 유지도록 하므로써 에어필터의 수명연장과 포집효과의 극대화에 기여하고, 케이싱 역할을 하는 상하부캡과 내외측코어를 각각 합성수지재(나일론 포함)로 사출 성형하여 완전소각이 가능토록 하며, 제작원가의 절감에 기여하도록 한 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터에 관한 것이다.

일반적으로 화력발전소에서 사용하는 가스터빈은 외부로 부터 정화된 공기를 흡입하여 압축한 뒤, 압축된 공기를 연료와 함께 연소기 내로 분사하여 혼합하고, 혼합된 공기와 연료를 연소시켜 고온, 고압의 연소가스를 얻은 다음, 이 고온, 고압의 연소가스를 터빈의 베인(Vane)에 분사하여 회전력을 얻는 회전식 내연기관의 일종이다.

이러한 가스터빈은 왕복식 내연기관이나 증기터빈에 비해서 기구가 간단하고 경량인 관계로 취급이 용이하며, 대마력을 얻을수 있다는 잇점 외에 저품위의 연료사용이 가능하고, 고장이나 진동이 적다는 장점이 있기 때문에 발전용, 기관차용, 선박용, 항공기용 등으로 널리 사용된다.

그리고, 가스터빈은 대형이면서도 매우 정밀한 부품으로 구성되어 있기 때문에 주기적인 계획 예방정비를 실시하며, 전술한 바와 같이 압축기로 유입되는 대기중의 공기를 정화시켜 주기 위한 전처리용으로 에어필터를 사용한다.

상기와 같은 에어필터는 가스터빈으로 흡입되는 연소용 공기를 대기중에서 취할 때 대기중에 포함된 먼지, 분진 등의 이물질을 제거하여 깨끗이 정화시킨 다음 가스터빈에 공급하는 역할을 하며, 오염물질에 항상 노출되어 있으므로 주기적인 청소 및 교체를 필요로 하는 소모성 부품으로 필터가 오염되었을 시에는 가스터빈의 효율저하와 발전설비의 신뢰도가 떨어지기 때문에 일정기간 사용한 후에는 교체토록 되어 있다.특히, 화력발전소는 해안가에 위치하고 있는 경우가 많아서 염분(용매액)으로 인한 필터메디아의 오염과 압축기의 블래드(Blade) 및 베인(Vane), 흡기용 매니폴드(Inlet Manifold) 부분에 부식된 퇴적물이 많이 발생한다.따라서, 발전소에서는 흡기 정화용 에어필터를 사용하므로써 가스터빈의 압축기에 항상 정화된 공기만 유입하어 압축 및 연소효율의 향상은 물론 터빈을 구성하는 부품의 조기마모를 미연에 방지하여 수명을 연장시키고, 성능을 향상시키게 된다.

종래에는 가스터빈으로 유입되는 공기를 정화시켜 주기 위한 전처리용으로 도 1 내지 도 3과 같은 구조의 에어필터를 사용하였다.

즉, 종래의 에어필터는 도 3과 같이 여과지에 열을 가하면서 주름지게 절곡하여 필터메디아(Filter Media, 110)를 형성하였던 것이다.그리고, 필터메디아의 내외측 주름부(111,112)가 풀어지는 것을 방지하고 서로 일정한 간격을 갖도록 하기 위하여 도 1 및 도 2와 같이 복수개의 엠보싱(Embossing;113,114) 가공을 실시하고, 패킹(160)이 부착되는 상부캡(120)과 하부캡(130)을 각각 금속재로 절곡 성형하며, 내외측코어(140,150)를 철망으로 형성하였던 것이다.

조립시에는 필터메디아(110)의 내외측에 각각 내외측코어(140,150)를 삽입하고, 내외측코어의 상하단에 각각 상부캡(120)과 하부캡(130)을 씌워 에폭시 수지로 접착시키므로서 내외측코어의 상하단이 각각 상하부캡(120,130)의 내외측플랜지 (121,122,131,132)에 고정되어 케이싱 역할을 하는 상하부캡과 내외측코어가 모두 일체로 고정되게 하였던 것이다.

따라서, 이와 같은 에어필터는 케이싱 역할을 하는 상하부캡(120,130)과 내외측코어(140,150)가 모두 금속재로 형성되고, 더욱이 상하부캡은 아연도금된 철판을 사용하기 때문에 제작원가를 상승시킬 뿐만 아니라 사용할 때에는 대기중에 포함된 염분 및 습기에 노출되어 부식과 이물질에 의한 오염이 쉽게 이루어지므로 에어필터의 수명을 단축시키는 결점이 있었다.

또한, 필터메디아(110)를 형성할때는 주름부(111,112)의 풀림방지를 위하여 실시하는 열처리 때문에 표면의 코팅층이 파괴되어 기공의 수축 및 파괴를 초래하므로써 차압이 상승하는 문제점이 있었다.그리고, 주름부(111,112)의 간격유지를 위하여 실시하는 엠보싱(113,114) 가공은 기공의 막힘 및 강도저하를 야기시켜 필터메디아 1개당 약 20%의 공기통로를 차단하므로써 이 또한 차압상승과 효율저하의 원인이 되었던 것이다.또한, 필터메디아 자체가 종이 재질인 관계로 주름부의 간격이 불규칙하게 형성될 뿐만 아니라 이를 장기간 사용하게 되면, 흡수된 수분과 먼지 등에 의해 엠보싱(113,114)이 쉽게 풀어지므로 결국, 한 쪽으로의 쏠림 및 처짐현상이 발생하고, 이 때문에 필터링 효과의 감소와 공기의 흡입량 저하 및 차압상승으로 인한 모터의 과부하를 초래하는 원인이 되었던 것이다.

아울러, 이러한 에어필터는 사용도중 필터메디아의 표면에 먼지가 과다하게 쌓일 경우, 포집효과가 떨어지기 때문에 흡입시의 역방향으로 탈진공기를 분사하여 쌓인 먼지를 털어내고 재사용하게 되는데, 같은 동작을 반복하여도 포집효과가 떨어질때는 필터메디아의 수명이 다한 것으로 판단하여 새것으로 교체한 뒤 빼낸 에어필터는 소각처리를 하게 된다.

통상, 필터메디아의 교체시기는 연 1회 정도가 바람직한데, 상기와 같은 종래의 일체형 구조에서는 필터메디아를 소각처리 하기 위하여 금속재인 케이싱(상하부캡과 내외측코어)을 억지로 분해하여야 하는 번거로움이 따르고, 일단 분해한 케이싱은 재사용이 곤란할 뿐만 아니라 소각처리가 불가능하므로 오히려 산업 폐기물만을 양산하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로 한국 실용신안공보 제 2393호에 게재된 공고번호 제 96-7491호의 '가스터빈용 흡기 정화장치'가 있다.

상기 '가스터빈용 흡기 정화장치'의 내용을 요약하면, 에어필터를 분리형으로 형성하여 소각처리가 용이토록 한 것이다.

즉, 내측코어와 외측코어를 각각 다수의 통공을 갖는 철재 타공망으로 형성한 후 이들 내외측코어의 상하단에 상하부캡을 부착하여 필터메디아를 제외한 케이싱 전체를 2개로 분리되게 형성하고, 외측코어의 상측에 잠금수단인 클립 및 이와 대응하는 상부캡의 주연에 걸고리를 형성한 것이다.

조립시에는 외측코어의 내측에 필터메디아를 삽입하고, 필터메디아의 내측에 내측코어를 삽입한 다음 클립과 걸고리를 결합하여 고정시킨다.

그리고, 사용도중 필터메디아를 교체할 경우에는 잠금수단인 클립을 풀어 걸고리의 록킹상태를 해제한후, 상부캡과 내측코어 및 하부캡과 외측코어를 분리시켜 필터메디아를 인출한 뒤 새것으로 교체하고, 인출된 필터메디아는 소각로에 투입하여 소각 처리하며, 케이싱 역할을 하는 상부캡과 내측코어 및 하부캡과 외측코어는 재사용 하였던 것이다.

그런데, 이와 같은 장치는 필터메디아를 교체하기는 용이하나, 필터메디아를 교체할 때 마다 케이싱을 일일이 분해하여야 하는 번거로움과, 상부캡의 내측코어와 하부캡의 외측코어에 쌓인 분진 및 오물을 세척해야 하는 번거로움이 따르고, 이 엮시 필터메디아가 종이 재질인 관계로 장기간 사용하다 되면 수분침투 등으로 인하여 절곡된 주름부가 풀어지거나 또는 인접한 주름부와 겹쳐지게 접착되어 수축 내지는 한 쪽방향으로의 쏠림 및 처짐현상이 발생하며, 이 때문에 필터링 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 고안에서는 주름부 사이에 접착제를 도포하여 간격유지용 보강띠를 형성한다고 하였으나, 접착제를 균일하게 도포하기도 어렵지만 일단 도포된 접착제는 수분에 매우 취약하기 때문에 사용도중 떨어지거나 흡입되는 공기의 일부를 차단하여 오히려 연소용 공기의 흡입량 감소와 모터의 과부하를 초래하는 역효과가 발생하였다.

그리고, 케이싱을 구성하는 상하부캡과 내외측코어가 모두 금속재이고, 이들 케이싱은 수분 및 대기중에 노출되기 때문에 부식이나 찌그러짐 등이 발생하여 재사용 하는데 상당한 어려움이 있으며, 오히려 불연성 산업 쓰레기만을 양산하는 단점이 있었다.

아울러, 금속재의 케이싱을 형성하기 위해서는 샤링, 벤딩, 판금, 펀칭, 용접 등의 사전작업이 필요하므로 이 또한 제작원가의 상승을 야기시키는 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 에어필터를 구성하는 필터메디아의 주름부 간격을 항상 일정하게 유지하여 필터링 효과가 뛰어나고, 수명이 길며, 케이싱을 사출 성형이 가능한 합성수지재(나일론 포함)로 형성하여 소각 및 재활용이 가능토록 하므로써 포집효과의 향상과 함께 원가절감에 기여할수 있는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터를 제공함에 있다.

도 1은 종래 에어필터의 분해 사시도

도 2는 종래 에어필터의 조립 단면도

도 3은 종래 필터메디아의 일부 사시도도 4는 본 고안의 분해 사시도도 5는 본 고안의 조립 단면도도 6은 본 고안에 따른 필터메디아의 일부 사시도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 필터메디아 11,12 : 주름부

13 : 엠보싱부 20 : 상부캡

21,22 : 내외측 플랜지 30 : 하부캡

31,32 : 내외측 플랜지 40 : 내측코어

50 : 외측코어 60 : 패킹

70,71 : 핫멜트부 80 : 핫멜트부

상기의 과제를 달성하기 위한 본 고안의 에어필터는 절곡되어 길이방향으로 다수의 주름부를 갖는 필터메디아와, 상기 필터메디아를 수용하는 케이싱으로서 상하부캡과 내외측코어로 구성되는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터에 있어서,

상기 필터메디아의 내측 주름부에 일정한 간격(약 25mm)으로 합성수지를 핫멜트 처리하여 핫멜트부를 형성하고, 상하부캡과 내외측코어를 합성수지재로 분리 형성하며, 필터메디아를 상하부캡과 내외측코어에 삽입하여 에폭시 수지로 접착 고정시키고, 상기 내외측코어의 외측에서 내외측 주름부를 향하여 일정한 간격(약 120mm)으로 합성수지를 핫멜트 처리하여 핫멜트부가 형성되도록 한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 필터메디아의 변형과 쏠림 및 뒤틀림이 2중으로 방지되어 주름부의 간격이 항상 일정하게 유지되어 필터링 효과가 뛰어나게 된다.

또한, 케이싱이 합성수지재인 관계로 사출제작이 가능하여 제작원가의 절감과 함께 대기중에서 부식 및 찌그러지지 않고, 필터메디아의 교체시 소각처리 또는 재활용이 가능한 장점이 있다.

이하에서 본 고안을 첨부된 실시예의 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 고안의 분해 사시도이고, 도 5는 조립 단면도이며, 도 6은 필터메디아의 일부사시도를 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이 본 고안의 에어필터는 절곡되어 길이방향으로 다수의 주름부(11,12)를 갖는 필터메디아(10)와, 상기 필터메디아를 수용하는 케이싱으로서 상하부캡(20,30)과 내외측코어(40,50)로 구성되는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터에 있어서,

상기 필터메디아(10)의 내측 주름부(11)에 그 주연을 따라서 약 25mm 간격으로 복수개의 핫멜트부(80)를 형성하고, 상하부캡(20,30)과 내외측코어(40,50)를 합성수지재로 분리 형성하며, 상기 필터메디아가 삽입된 내외측코어의 상하단을 상하부캡과 에폭시 수지로 접착하여 고정시키고, 상기 내외측코어의 내외측에서 주름부(11,12)를 향하여 약 120mm의 간격으로 합성수지재의 핫멜트부(70,71)를 형성하여서 된 것이다.종이재인 필터메디아(10)의 내측에 형성되는 핫멜트부(80)는 주름부(11)의 절곡과 동시 내측 주름부(11) 상에 약 25mm의 좁은 간격으로 복수개가 형성되고, 상하부캡의 에폭시 수지 접착후 실시하는 핫멜트부(70,71)는 내외측코어의 내외측에서 주름부(11,12)를 향하여 상기 내외측코어 상에 약 120mm의 간격으로 복수개가 실시되므로써 이들 핫멜트부(70,71,80)가 내외측 주름부(11,12)의 간격을 일정하게 유지하고, 필터메디아 전체의 쏠림, 변형, 뒤틀림 등을 2중으로 방지하게 된다.사출성형에 의해 얻어지는 상부캡(20)과 하부캡(30)은 서로 대칭 형태로 형성되며, 마주보는 위치에 내외측코어의 삽입을 위한 내외측플랜지(21,22,31,32)를 갖는다.

사출성형에 의해 얻어지는 내외측코어(40,50)는 벌집모양의 망체로 형성되고, 그 외에 사각형, 원형, 삼각형, 원뿔형 등으로 얼마든지 형태변경이 가능하다.그리고, 내측의 핫멜트부(80)에 의해서는 내측 주름부(11) 끼리의 간격유지와 변형을 방지하지만, 내외측의 핫멜트부(70,71)에 의해서는 내외측 주름부 (11,12) 뿐만 아니라 내외측코어(40,50) 까지도 함께 접착되어 주름부와 필터메디아(10) 전체의 수축, 변형, 쏠림 등을 방지하게 된다.

조립시에는 필터메디아(10)의 내외측에 각각 내외측코어(40,50)를 삽입하고, 내외측코어의 상하단에 상하부캡(20,30)을 씌운 상태에서 상기 내외측코어의 상하단과 내외측 플랜지(21,22,31,32)를 에폭시 수지로 접착하여 고정시킨다.

이후, 외측코어(50)의 내외부에서 필터메디아(10)의 주름부(11,12)를 향하여 핫멜트를 실시하여 핫멜트부(70,71)를 형성하되, 이들 핫멜트부(70,71)의 간격은 약 120mm 정도가 되게 한다.

도면중, 미설명 부호 60은 패킹이다.

상기와 같이 조립된 본 고안의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 조립이 완료된 에어필터를 가스터빈의 흡입구쪽에 설치하여 압축기로 유입되는 공기를 여과시킨다.

에어필터를 사용도중 필터메디아(10)의 표면에 먼지가 과다하게 쌓이면 포집효과가 떨어지는데, 이때는 흡입시의 역방향으로 탈진공기를 분사하여 쌓인 먼지를 털어낸다.

같은 동작을 반복하여도 포집효과가 떨어질때는 필터메디아(10)의 수명이 다한 것으로 판단하여 새것으로 교체한다.

교체할때는 에어필터를 흡기구로 부터 떼내어 새것으로 교체한후 떼어낸 에어필터를 통채로 소각로에 투입하여 소각처리 한다.

이때, 에어필터를 통채로 소각시키지 않고 필터메디아(10)만을 분리하여 소각처리 한다음, 케이싱 역할을 하는 상하부캡(20,30)과 내외측코어(40,50)는 재활용해도 된다.

본 고안에 의하면, 필터메디아의 내외측에 합성수지가 핫멜트 처리되어 있어 사용도중 수분이나 먼지가 침투하더라도 필터메디아에 형성된 주름부의 간격이 항상 일정하게 유지되어 수축이나 한쪽 방향으로의 쏠림 및 처짐현상이 발생하지 않는다.따라서, 필터메디아의 수명이 길고 필터링 효과가 뛰어난 효과가 있다.

그리고, 케이싱 자체가 사출 성형이 가능한 나일론 및 합성수지재로 형성되기 때문에 제작이 용이할 뿐만 아니라 완전 소각 및 재활용이 가능한 장점이 있고, 수분 및 대기중에 노출되더라도 부식이나 찌그러질 염려가 없으며 내구성이 뛰어나다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 종이재인 필터메디아의 내측 주름부에 약 25mm 간격으로 핫멜트부를 형성하고, 상기 필터메디아를 수용하는 상하부캡과 내외측코어를 나일론 및 합성수지재로 형성하여 필터메디아의 내외측에 씌워진 내외측코어와 상하부캡을 에폭시 수지로 접착하여 고정시키며, 접착된 상태에서 내외측코어의 외측에서 필터메디아를 향하여 약 120mm의 간격으로 핫멜트 처리하여 핫멜트부가 형성되도록 하는 것이다.따라서, 본 고안은 핫멜트부에 의해 필터메디아의 수명이 다할 때 까지 주름부의 간격이 항상 일정하게 유지되고, 수축이나 한쪽으로의 쏠림 및 처짐이 방지되어 주름부 간의 접착이 방지되므로 불필요한 차압상승이 방지되며, 필터링 효과가 뛰어나고, 수명이 긴 효과가 있다.

또한, 케이싱 자체가 나일론 및 합성수지재이므로 소각 및 재활용이 가능하고, 제작이 용이하며, 수분 및 대기중의 염분에 의해서 부식 또는 변형되지 않으므로 제품의 수명연장과 함께 신뢰성 향상에도 기여할수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 절곡되어 길이방향으로 다수의 내외측 주름부(11,12)를 갖는 필터메디아(10)와, 상기 필터메디아를 수용하는 케이싱으로서 상하부캡(20,30)과 내외측코어 (40,50)로 구성되는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터에 있어서,

   상기 필터메디아(10)의 내측 주름부(11)에 주연을 따라서 일정한 간격으로 핫멜트 처리하여 복수개의 핫멜트부(80)를 형성하고, 상하부캡(20,30)과 내외측코어(40,50)를 나일론 및 합성수지재로 분리 형성하며, 상기 필터메디아가 삽입된 상하부캡의 내외측 플랜지(21,22,31,32)와 내외측코어의 상하단을 에폭시 수지로 접착하여 고정시키고, 내외측코어의 외측에서 주름부(11,12)를 향하여 합성수지를 핫멜트 처리하여 일정한 간격으로 핫멜트부(70,71)가 형성되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 필터메디아(10)의 내측 주름부(11)에 형성되는 핫멜트부(80)는 약 25mm의 간격으로 형성되고, 내외측 주름부(11,12)와 내외측코어에 형성되는 핫멜트부(70,71)는 약 120mm의 간격으로 형성됨을 특징으로 하는 가스터빈의 흡기 정화용 에어필터.