KR20090049676A - 케미컬 필터 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 케미컬 필터용 흡착제; 상기 케미컬 필터용 흡착제를 중심으로 좌측 및 우측에 구비되어 케미컬 필터용 흡착제가 메쉬망(8)에 접촉하며 파쇄되는 것을 방지하기 위한 적어도 두개 이상의 소프트망(10); 상기 각각의 소프트망(10)의 외부에 연결설치되어 케미컬 필터용 흡착제 분말이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 메쉬망(8); 상기 각각의 메쉬망(8)의 외부에 연결설치되어 메쉬망(8)을 지지하는 다공성 금속 망체(6); 및 상기 흡착제, 소프트망(10), 메쉬망(8) 및 다공성 금속 망체(6)를 고정시키는 프레임(4)을 포함하는 케미컬 필터 및 이의 용도에 관한 것이다.
케미컬 필터, 소프트망, 흡착제, 케미컬 필터장치

Description

케미컬 필터 및 이의 용도{Chemical Filters and Use Thereof}
본 발명은 공기 중의 화학물질을 여과 제거하기 위한 케미컬 필터 및 이의 용도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체, 정밀전자부품, 의약품 및 식품 제조공장의 클린룸으로 유입되는 기상 물질, 일반 산업분야의 공조기 및 실내 공기 정화기로 유입되는 공기 중의 유해 가스를 여과 제거하기 위한 케미컬 필터 및 이의 용도에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정이나 정밀제품 또는 전자제품 제조공정은 유해 가스 등의 오염 물질들이 배제된 클린룸 내에서 제조되는데, 이러한 클린룸의 오염정도는 제조되는 제품의 생산 효율에 직결되는 중요한 요소로 작용하고 있다.
더욱이, 최근의 반도체 장치는 고집적화되고 있고, 이러한 반도체 장치를 제조하기 위한 웨이퍼의 구경 또한 증가하고 있는바, 상기 웨이퍼의 불량을 방지하고 생산 효율을 높이기 위해서는 불량품 원인 물질인 F, Cl2, HCl, NOx, SOx, H2S, O3, 유기산 등의 산성가스, 기상으로 존재하는 NH3, 아민류 등의 염기성 가스 및 휘발성 유기금속화합물(VOCs)이 미립자 상태로 공기 중에 존재하여 클린룸으로 유입되는 것을 차단하여야 한다.
이에, 전술한 문제점을 극복하기 위하여 산성가스, 염기성 가스 및 휘발성 유기금속화합물 등의 오염물질을 제거하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있는바, 대표적이 방법으로서 오염물질의 농도가 ppb까지의 저농도일 경우 클린룸 내에 설치된 케미컬 필터를 이용하여 오염물질을 제거하는 방법이 있다.
한편, 유해가스에 포함되어 있는 물질 중 산성가스 및 염기성가스 등의 오염물질을 제거하기 위해 주로 사용하고 있는 활성탄 및 첨착활성탄의 경우, 충격 및 마모에 의한 분진이 발생하는 2차 오염의 문제가 있고, 활성탄과 처리대상 가스의 화학적 결합보다는 물리적 결합을 위주로 흡착반응하여, 활성탄과 가스의 결합력이 약해 고농도의 가스가 활성탄이 충진된 케미컬 필터로 유입되면 유입가스와 활성탄 기공 내의 농도차이에 의해 활성탄 기공 내로 가스가 흡착되지만, 저농도 또는 일반 공기가 유입되면 활성탄 기공 내의 가스 농도가 유입되는 공기의 가스 농도보다 높게 되므로 활성탄 기공 내에 흡착된 가스가 탈리(outgasing)되어 오히려 케미컬 필터를 통과한 공기 내에 오염물의 농도가 증가하는 문제점 등이 있다.
여기서, 상기 첨착활성탄은 활성탄에 KOH, KMnO4, H3PO4 등의 산성 및 알칼리성 화학물질을 첨착한 것 또는 Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Mn(NO3) 등의 금속염을 첨착한 후 300℃ 이상의 온도에서 소성하여 활성탄 기공 내에 Fe2O3, CuO, MnO2 등의 금속 화합물이 첨착되도록 한 것을 의미하는 것으로, 예를 들면 KOH 일정량을 증류수에 용해시킨 후 이 용액을 활성탄과 접촉시켜 활성탄 기공내로 상기 용액을 흡수시키고, 용액이 흡수된 상기 활성탄을 건조시켜 증류수를 증발시켜 활성탄 기공 내에 KOH만이 남도록 하여 첨착활성탄을 제조하는 바, 이와 같이 제조된 첨착활성탄을 구체적으로 KOH 첨착활성탄이라 한다.
특히, 산·알칼리를 첨착한 첨착활성탄의 경우, 산-염기 중화반응에 의해 유해가스를 제거하게 되는데, 상기 산-염기 중화반응에 따라 H+ 및 OH-의 이온이 활성을 갖기 위해 일정량의 수분을 함유하고 있어야 하지만, 건조한 공기가 첨착활성탄에 지속적으로 공급 되면, 상기 활성탄 내의 수분이 증발되어 첨착활성탄의 활성이 급속히 감소하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 첨착된 활성성분과 오염물질 간의 산·알카리 중화반응으로 활성탄의 기공 및 표면에 염이 생성되어 반응시간이 증가할수록 필터의 성능이 감소하고 압력손실이 증가되는 문제점 등이 있다.
최근에는 전술한 첨착활성탄으로 인하여 발생되는 흡착성능의 저하, 마모에 의한 분진발생 및 압력손실 등의 문제점을 극복하기 위하여 작은 입자 형태인 이온교환수지 및 활성탄소 섬유 등을 이용한 케미컬 필터가 제시되고 있다.
이러한 일례로서 대한민국 특허 제0464816호에는 이온교환수지를 사용하여 굴곡형 케미컬 구조 형태로 제작된 케미컬 필터가 개시되어 있는바, 상기 이온교환수지를 이용한 케미컬 필터는 극성가스와 이온교환 할 수 있도록 화학 처리한 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지를 금속 망체에 부착시켜 연속 기공에 의해 충분 한 가스흐름을 확보하여 압력손실 감소 및 제거효율 상승의 효과를 기대할 수 있고, 대한민국 특허 제0488410호에는 염기성 가스를 제거할 수 있는 인산 또는 황산으로부터 선택되는 산 물질을 구비하는 첨착활성탄으로 이루어진 제1 흡착층과, 산성가스를 제거할 수 있는 염기성 물질인 KI를 구비하는 첨착활성탄으로 이루어진 제 2 흡착층과, 상기 제 1 흡착층과 제 2 흡착층 사이에 하나 이상의 양이온 또는 음이온 교환수지로 이루어지는 이온교환수지 망체를 포함하여 구성된 케미컬 필터가 개시되어 있다.
그러나 이온교환 수지를 이용한 케미컬 필터는 우수한 유해가스 제거효율을 갖기 위해 이온교환수지 자체의 흡착성능 뿐만 아니라 이온교환수지가 금속 망체에 균일하게 분포되어야만 하지만, 상기 이온교환수지를 충진하는 지지체의 두께가 수 밀리미터(mm) 범위로 매우 얇기 때문에 이온교환수지를 이용한 케미컬 필터를 제조하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.
또한, 상기 이온교환수지를 이용한 케미컬 필터의 다른 문제점으로는 이온교환수지를 지지체에 부착시키기 위해 폴리비닐아세테이트(PVA), 에틸비닐아세테이트(EVA), 우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 우레탄 등의 접착제를 사용하는바, 상기 접착제가 이온교환수지에 코팅됨에 따라 이온교환수지와 유해가스의 접촉을 차단하게 되고, 상기 이온교환수지를 지지체에 접착시키거나, 이온교환수지가 접착된 메쉬망을 필터 케이스에 고정시키기 위해 사용하는 접착제가 유기금속화합물로 이루어져있으므로, 상기 접착제의 사용에 따라 접착제로부터 휘발성 가스 성분 배출되는 문제점 등이 있다.
또한, 상기 이온교환수지를 이용한 케미컬 필터는 볼(ball) 형태의 이온교환수지가 금속 망체에 균일하게 분포하지 않으면, 이온교환수지가 상대적으로 적게 충진된 쪽으로 유입공기가 흐르게 되어 이온교환수지의 흡착성능이 급격히 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 이온교환수지를 이용한 필터의 운반 및 설치시 진동이나 물리적인 충격에 의해 지지체로부터 흡착제가 탈리되어 유해가스를 흡착할 수 있는 흡착제의 양이 감소되고, 이로 인해 흡착제가 탈리된 부분으로 유입가스의 흐름이 증가하게 되어 이온교환수지를 이용한 케미컬 필터의 유해가스 제거효율이 감소되는 문제점 등이 있다.
아울러, 전술한 케미컬 필터에 충진되는 흡착제는 공기의 흐름에 따라 필터가 진동하며 흡착제가 금속 망체와 서로 접촉하여 흡착제의 일부가 손실됨으로써, 상기 흡착제가 손실된 부분으로 흐르는 오염물질의 제거가 곤란하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 상기 케미컬 필터에 충진되는 흡착제가 중력 및 충진방법에 따라 케미컬 필터의 한쪽 방향으로 집중되도록 분포되면, 흡착제가 드물게 충진된 부분을 통과하는 오염물질이 제거되지 못하는 문제점이 있다.
이에, 전술한 흡착제와 금속 망체의 접촉에 따른 흡착제의 파손을 극복하기 위하여 케미컬 필터에 충진되는 흡착제와 망체 사이에 부직포 또는 이온교환부직포 등을 설치할 수 있지만, 이러한 경우 흡착제의 파손을 일부 방지할 수는 있으나, 그 효과가 미미하고, 설치된 부직포에 의하여 오염물질을 포함한 공기의 흐름을 방 해하여 압력강하가 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 케미컬 필터에 구비된 케미컬 필터용 흡착제가 케미컬 필터의 금속 망체에 접촉하며 파손되는 것을 방지하고, 케미컬 필터에 흡착제가 충진될 경우, 흡착제가 케미컬 필터 내부에 균일하게 분포하도록 하며, 케미컬 필터의 사용 중 흡착제가 케미컬 필터의 일측으로 집중되어 분포되는 현상을 방지하고자 하는 것에 해결하고자 하는 과제가 있다.
또한, 본 발명은 케미컬 필터를 구성하는 다공성 금속 망체의 공극 형태를 변화시켜 케미컬 필터를 통과하는 오염물질을 포함하는 공기의 압력강하를 감소시키고자 하는 것에 해결하고자 하는 과제가 있다.
또한, 본 발명은 케미컬 필터의 충진제를 교체할 경우, 케미컬 필터의 정면을 개방하여 흡착제를 충진함으로써, 충진 시간을 단축시키고자 하는 것에 해결하고자 하는 과제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 케미컬 필터의 사용시 케미컬 필터의 진동 등에 의해 흡착제가 금속 망체 또는 메쉬망 등과 접촉하며 파손되는 것을 방지하기 위해 케미컬 필터에 충진되는 흡착제의 양 벽면에 소프트망을 구비시키고, 케미컬 필터의 소프트망 길이방향에 대해 수직으로 적어도 하나 이상의 지지부재를 구비시켜 흡착제가 케미컬 필터의 일측으로 집중되도록 분포되는 것을 방지하며, 상기 케미컬 필터를 구성하는 다공성 금속 망체의 공극 형태를 사각형 또는 허니컴 형태인 육각형으로 형성시켜 압력강하를 감소시키도록 한다.
또한, 본 발명은 케미컬 필터의 정면을 개방 가능하도록 구성하여 케미컬 필터에 흡착제를 충진할 경우, 충진 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명은 케미컬 필터에 충진되는 흡착제의 양 벽면에 소프트망을 구비시켜 케미컬 필터의 사용시 케미컬 필터의 진동 등에 의하여 흡착제가 금속 망체 또는 메쉬망 등과 접촉하며 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 케미컬 필터에 구비되는 흡착제가 충진되는 공간에 케미컬 필터, 바람직하게는 케미컬 필터의 소프트망 길이방향에 대해 수직으로 적어도 하나 이상의 지지부재를 구비시켜 흡착제가 케미컬 필터의 일측으로 집중되도록 분포되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 케미컬 필터를 구성하는 다공성 금속 망체의 공극 형태를 사각형 또는 허니컴 형태의 육각형으로 형성시켜 기존 원형 타공방식의 개방(open) 면적 보다 오염물질이 통과될 수 있는 면적을 증가시킴으로써 압력강하를 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 케미컬 필터의 정면을 개방 가능하도록 구성함으로써, 케미 컬 필터의 정면을 개방하여 짧은 시간동안 흡착제를 용이하게 충진시킬 수 있는 효과가 있다.
한 가지 관점에서, 본 발명은 케미컬 필터용 흡착제; 상기 케미컬 필터용 흡착제를 중심으로 좌측 및 우측에 구비되어 케미컬 필터용 흡착제가 메쉬망에 접촉하며 파쇄되는 것을 방지하기 위한 적어도 두개 이상의 소프트망; 상기 각각의 소프트망의 외부에 연결설치되어 케미컬 필터용 흡착제 분말이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 메쉬망; 상기 각각의 메쉬망의 외부에 연결설치되어 메쉬망을 지지하는 다공성 금속 망체; 및 상기 흡착제, 소프트망, 메쉬망 및 다공성 금속 망체를 고정시키는 프레임을 포함하는 케미컬 필터를 제공한다.
다른 관점에서, 본 발명은 케미컬 필터가 내부에 장착되기 위한 공간을 제공하는 케이스; 케미컬 필터가 케이스의 내부에 수납될 수 있도록 상기 케이스의 일측 내벽면 및 이에 대향되는 타측 내벽면에 서로 대응하도록 일정하게 경사를 갖게 형성된 적어도 하나 이상의 가이드부; 및 상기 케이스의 양측 내면에 형성되는 가이드부의 종단에 연결설치되어 가이드부에 수납된 케미컬 필터를 고정시키도록 케이스 측면을 가로지르도록 연결설치되는 고정부재를 포함하는 케미컬 필터장치를 제공한다.
본 발명에 따른 흡착제, 바람직하게는 케미컬 필터용 흡착제는 반도체, 정밀전자부품, 의약품 및 식품 제조 등의 제조공정 중에서 발생되는 기상의 유해가스, 석유화학, 제철, 제강, 발전소 등의 일반 산업용 공장 등에서 발생하는 기상의 유해가스 및 각종 건축물 또는 산업분야의 공조 시스템 및 공기청정기 등으로 유입되는 기상의 유해가스를 제거하기 위해 사용되는 케미컬 필터에 적용되기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 흡착제, 바람직하게는 활성탄, 첨착활성탄, 제올라이트, 금속화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 흡착제라면 어떠한 것이라도 본 발명의 흡착제에 해당된다.
여기서, 상기 케미컬 필터용 흡착제의 형태는 파쇄형(granular), 볼, 펠렛 또는 테블렛(tablet) 형태 등과 같이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 흡착제 표면 마모가 없고, 유해가스와의 유효접촉 면적을 증가시켜 흡착성능을 향상시킬 수 있는 테블렛 형태로 이루어지는 것이 좋고, 그 크기는 2 내지 8mm의 입경, 바람직하게는 약 3 내지 5mm의 입경을 갖는 테블렛 형태가 좋다.
본 발명에 따른 소프트망은 케미컬 필터용 흡착제가 충진되는 장소를 제공하는 동시에 흡착제가 진동 및/또는 유량 등에 의해 파쇄, 특정적으로 진동 및/또는 유량 등에 의해 메쉬망에 접촉하며 파쇄되어 파우더가 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 소프트(soft)한 소재, 예를 들면 스펀지, 천, 비닐 또는 플라스틱, 특정적으로 연질 플라스틱 등 이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 보다 바람직하게는 10 내지 80PPI(Pores per inch)를 갖는 스펀지, 메쉬망 타입의 천, 8 내지 40 메쉬(mesh)를 갖는 메쉬망 등을 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 흡착제가 충진되는 장소를 제공하는 한 쌍의 소프트망 사이에 는 소프트망의 길이방향에 대해 수직으로 연결설치되는 적어도 하나 이상의 지지부재가 구비되어 상기 소프트망 사이에 충진되는 흡착제를 지지함으로써 중력 등에 의해 흡착제가 케미컬 필터의 일측, 즉 한쪽 방향으로 집중되도록 분포되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 지지부재는 전술한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 지지부재라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 길이방향으로 확장된 판상을 갖는 지지부재를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 메쉬망은 상기 소프트망의 외부에 연결설치되어 케미컬 필터용 흡착제 또는 흡착제 분말이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 메쉬망이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 8 내지 40 메쉬로 이루어진 메쉬망을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 금속 망체, 특정적으로 다공성 금속망체는 상기 메쉬망의 외부에 연결설치되어 메쉬망을 지지하는 동시에 케미컬 필터의 외형을 제공하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계의 통상적인 다공성 금속 망체라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 판상, 특정적으로 사각형 판상을 갖고 그 내부에 다수의 공극이 타공되어 있는 형태를 갖는 것이 좋으며, 그 재질로는 플라스틱, 강화종이, 금속 등을 사용할 수 있으나, 내구성 및 부식성을 감안하여 금속, 예를 들면 알루미늄 또는 SUS 등의 금속을 사용하는 것이 좋다.
이때, 상기 다공성 금속 망체에 구비된 다수의 공극은 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 오염물질을 포함하는 공기의 용이한 이동을 위하여 사각형 또는 허니컴 형태의 육각형 모양이 일정 간격으로 다수개 구비되도록 타공된 것이 좋다. 또한, 본 발명에 따른 다공성 금속 망체는 케미컬 필터에 충진되는 흡착제의 충진시 상기 다공성 금속 망체가 개방되어 흡착제를 충진하게 된다.
본 발명에 따른 프레임은 상기 흡착층, 바람직하게는 케미컬 필터용 흡착층을 중심으로 좌측 및 우측에 순차적으로 연결 설치되는 소프트망, 메쉬망 및 금속 망체를 체결하여 케미컬 필터의 외관을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 프레임이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 케미컬 필터의 두께에 대응되는 크기를 갖는 판상의 프레임을 케미컬 필터의 상/하/좌/우에 연결설치한 후 금속 망체의 모서리를 케미컬 필터의 각 측면 경계면에서 프레임에 접촉하도록 절곡시킨 후 상기 프레임과 금속 망체의 일측을 별도의 고정수단, 예를 들면 나사, 못 등의 고정수단으로 고정시키도록 한다.
따라서 본원 발명에 따른 케미컬 필터는 상기 금속 망체와 프레임을 서로 연결시켜 고정하는 고정수단을 제거할 경우, 상기 금속 망체 전체가 케미컬 필터로부터 분리 개방되어 케미컬 필터에 충진된 흡착제, 바람직하게는 케미컬 필터용 흡착제를 신속하고 용이하게 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 흡착제의 교체시 교체된 흡착제가 케미컬 필터 전체에 균일하게 분포되도록 할 수 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 케미컬 필터는 다수개의 케미컬 필터가 수납될 수 있는 케미컬 필터장치에 장착된 후 오염물질을 포함하는 공기가 흐르는 이동경로에 설치되어 반도체 제조 공정이나 정밀제품 또는 전자제품 제조공 정에서 배출되는 오염물질, 예를 들면 F, Cl2, HCl, NOx, SOx, H2S, O3, 유기산 등의 산성가스, 기상으로 존재하는 NH3, 아민류 등의 염기성 가스 및 휘발성 유기금속화합물(VOCs) 등을 제거한다.
이와 같은 목적을 갖는 본 발명에 따른 케미컬 필터장치는 케미컬 필터가 내부에 장착되기 위한 공간을 제공하는 케이스; 케미컬 필터가 케이스의 내부에 수납될 수 있도록 상기 케이스의 일측 내벽면 및 이에 대향되는 타측 내벽면에 서로 대응하도록 일정하게 경사를 갖게 형성된 적어도 하나 이상의 가이드부; 상기 케이스의 양측 내면에 형성되는 가이드부의 종단에 연결설치되어 가이드부에 수납된 케미컬 필터를 고정시키도록 케이스 측면을 가로지르도록 연결설치되는 고정부재로 구성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 케미컬 필터의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 케미컬 필터의 구성을 나타내는 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 케미컬 필터의 측단면을 나타내는 도, 도 4는 본 발명에 따른 케미컬 필터의 금속 망체를 나타내는 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 케미컬 필터가 장착되는 케이스의 구성을 나타내는 구 성도, 도 6은 본 발명에 따른 케미컬 필터가 장착되는 케이스의 내부를 나타내는 구성도, 도 7은 본 발명에 따른 케미컬 필터가 장착되는 케이스의 단면을 나타내는 도로서 함께 설명한다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케미컬 필터(2)는 전체적으로 사각형을 갖는 케미컬 필터의 외관을 구성하는 프레임(4) 및 상기 프레임(4)의 내부에 구비되어 흡착제가 충진되는 흡착층 지지체(16)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 케미컬 필터(2)를 구성하는 프레임(2) 및 흡착층 지지체(16) 등의 재질은 케미컬 필터(2)에 적용되는 당업계의 통상적인 재질이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 처리하고자 하는 대상가스 중에 포함된 산성가스 등에 대한 내부식성이 좋은 재질, 추천하기로는 비철 금속제 또는 금속제, 예를 들면 알루미늄 또는 SUS 등을 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에 따른 프레임(4)은 케미컬 필터(2)의 외관을 구성하는 것으로서, 케미컬 필터(2)가 전체적으로 사각형을 갖도록 구성되며, 상기 케미컬 필터(2)의 분해·조립이 용이하도록 하는 당업계의 통상적인 프레임(4)을 사용한다.
특정적으로, 본 발명에 따른 프레임(4)은 상기 흡착제가 충진된 흡착층(14), 바람직하게는 케미컬 필터용 흡착층(14)을 중심으로 좌/우에 순차적으로 연결설치되는 소프트망(10), 메쉬망(8) 및 금속 망체(6)를 체결하여 케미컬 필터(2)의 외관을 제공하는바, 보다 구체적으로 케미컬 필터(2)의 두께에 대응되는 크기를 갖는 판상의 프레임(4)을 케미컬 필터(2)의 상/하/좌/우에 연결설치한 후 금속 망체(6) 의 모서리를 케미컬 필터(2)의 각 측면 경계면에서 프레임(4)과 접촉하도록 절곡시킨 후 상기 프레임(4)과 금속 망체(6)의 일측을 별도의 고정수단(18), 예를 들면 나사, 못 등의 고정수단(18)으로 고정시킨다.
이와 같은 구성을 갖는 본원 발명에 따른 케미컬 필터(2)는 상기 금속 망체(6)와 프레임(4)을 서로 연결시켜 고정하는 고정수단(18)을 케미컬 필터(2)로부터 제거하는 경우, 상기 금속 망체(6) 전체를 개방시켜 케미컬 필터(2)에 충진된 흡착제, 바람직하게는 케미컬 필터용 흡착제를 용이하게 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 흡착제의 교체시 교체되어 충진되는 흡착제가 케미컬 필터(2) 전체에 균일하게 분포되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 흡착층 지지체(16)는 처리하고자 하는 대상가스가 통과하며 처리대상물질이 흡착제거 되도록 하는 것으로서, 상기 흡착층 지지체(16)의 내부에 케미컬 필터용 흡착제가 충진될 수 있는 장소를 제공하기 위하여 상기 흡착제의 크기보다 작은 크기의 직경을 갖는 메쉬망(8)을 일정간격으로 이격되도록 한 쌍을 설치하여 공간을 확보하고, 확보된 상기 공간의 내측에 충진되는 흡착제(4)와 메쉬망(8)이 서로 접촉하며 흡착제(4)가 파쇄되는 것을 방지하기 위한 완충제로서 소프트망(10)를 연결설치하고, 소프트망(10)가 연결설치된 공간에 케미컬 필터용 흡착제(4)를 충진하여 흡착층(14)을 형성시키고, 상기 메쉬망(8)의 외부표면으로 다공성 금속 망체(6)를 연결설치하여 상기 메쉬망(8)을 지지하도록 구성한다.
이에, 전술한 구성을 갖는 흡착층 지지체(16)의 형태는 상기 흡착제가 충진된 흡착층(14)을 기준으로 양면에 소프트망(10), 메쉬망(8) 및 금속 망체(6)를 순 차적으로 연결설치하여 구성된다.
따라서 본 발명에 따른 케미컬 필터(2)를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 케미컬 필터(2)는 케미컬 필터용 흡착제; 상기 케미컬 필터용 흡착제를 중심으로 좌측 및 우측에 구비되어 케미컬 필터용 흡착제가 메쉬망(8)에 접촉하며 파쇄되는 것을 방지하기 위한 적어도 두개 이상의 소프트망(10); 상기 각각의 소프트망(10)의 외부에 연결설치되어 케미컬 필터용 흡착제 분말이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 메쉬망(8); 상기 각각의 메쉬망(8)의 외부에 연결설치되어 메쉬망(8)을 지지하는 다공성 금속 망체(6); 및 상기 흡착제, 소프트망(10), 메쉬망(8) 및 다공성 금속 망체(6)를 고정시키는 프레임(4)으로 구성된다.
여기서, 본 발명에 따른 소프트망(10)은 케미컬 필터용 흡착제가 충진되는 장소를 제공하는 동시에 흡착제가 메쉬망(8)에 접촉하며 파쇄되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 소프트망(10)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 흡착제가 충진되는 장소를 제공하는 한 쌍의 소프트망(10) 사이에는 소프트망(10)의 길이방향에 대해 수직으로 연결설치되는 적어도 하나 이상의 지지부재(12)가 구비되어 상기 소프트망(10) 사이에 충진되어 흡착제층(14)을 형성하는 흡착제를 지지하여 중력 등에 의해 흡착제가 케미컬 필터(2)의 일측, 즉 한쪽 방향으로 집중되어 분포되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 지지부재(12)는 전술한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 지지부재(12)라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 길이방향으 로 확장된 판상 형태를 갖는 것이 좋다.
본 발명에 따른 메쉬망(8)은 상기 소프트망(10)의 외부에 연결설치되어 케미컬 필터용 흡착제 또는 파쇄된 흡착제 분말이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 메쉬망(8)이라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 8 내지 40메쉬로 이루어진 메쉬망(8)을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 다공성 금속 망체(6)는 상기 메쉬망(8)의 외부에 연결설치되어 메쉬망(8)을 지지하는 동시에 케미컬 필터(2)의 외형을 제공하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계의 통상적인 다공성 금속 망체(6)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 판상, 특정적으로 사각형 판상을 갖고 그 내부에 다수의 공극이 타공되어 있는 형태를 갖는 것이 좋으며, 그 재질로는 금속, 예를 들면 알루미늄 또는 SUS 등의 금속을 사용하는 것이 좋다.
이때, 상기 다공성 금속 망체(6)에 구비된 다수의 공극은 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 오염물질을 포함하는 공기의 용이한 이동을 통해 압력강하를 방지하기 위해 사각형 또는 육각형, 특정적으로 육각형의 허니컴 모양이 일정 간격으로 다수개 구비되도록 타공된 것이 좋다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 케미컬 필터(2)는 처리하고자 하는 대상가스의 이동경로에 단독으로 설치되어 사용될 수 있지만, 필요에 따라 복수개를 트레이 형태로 케미컬 필터장치에 수납되도록 설치한 후 오염물질을 포함하는 공기가 흐르는 이동경로에 설치되어 반도체 제조 공정이나 정밀제품 또는 전자제품 제조공정에서 배출되는 오염물질, 예를 들면 F, Cl2, HCl, NOx, SOx, H2S, O3, 유기산 등의 산성가스, 기상으로 존재하는 NH3, 아민류 등의 염기성 가스 및 휘발성 유기금속화합물(VOCs) 등을 제거한다.
본 발명에 따른 케미컬 필터장치는 케미컬 필터(2)가 내부에 장착되기 위한 공간을 제공하는 케이스(20); 케미컬 필터(2)가 케이스(20)의 내부에 수납될 수 있도록 상기 케이스(20)의 일측 내벽면 및 이에 대향되는 타측 내벽면에 서로 대응하도록 일정하게 경사를 갖게 형성된 적어도 하나 이상의 가이드부(22); 상기 케이스(20)의 양측 내면에 형성되는 가이드부(22)의 종단에 연결설치되어 가이드부(22)에 수납된 케미컬 필터(2)를 고정시키도록 케이스(20) 측면을 가로지르도록 연결설치되는 고정부재(24)로 구성된다.
여기서, 상기 가이드부(22)가 다수개 구비되는 경우, 길이방향으로 확장된 하나의 가이드부(22)의 일측 종단으로부터 길이방향으로 확장된 다른 하나의 가이드부(22)가 일정 경사를 갖도록 지그 형상으로 형성되고, 상기 하나의 가이드부(22)에 연결설치되는 다른 가이드부(22)의 종단으로 또 다른 가이드부(22)가 일정 경사를 갖도록 지그 형상으로 형성되도록 하여 다수의 가이드부(22)를 갖는 케이스(20)의 내벽면이 전체적으로 지그재그 형태로 형성되도록 가이드부(22)를 구성할 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
수산화칼륨[KOH(95.0%), Samchun Chemicals, 대한민국] 4g을 증류수 100g에 용해시킨 후 약 30분 동안 교반기로 균일하게 혼합시켜 KOH 용액을 제조하였다.
그 다음, 공극 크기(pore size)가 20Å 이하인 야자계 활성탄[SGF-100, 삼천리, 대한민국] 50g을 KOH 용액에 첨가하여 24시간 동안 상온에서 방치하였다.
그 다음, K+ 이온이 첨착된 활성탄의 불순물을 제거하기 위해 증류수로 야자계 활성탄을 세척한 뒤 120℃에서 24시간 동안 건조하였다.
그 다음, 야자계 활성탄을 활성화시키기 위해 상기 야자계 활성탄을 약 3시간 동안 질소로 퍼지(purge)하여 최종적인 케미컬 필터용 흡착제를 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1에 따라 제조된 흡착제를 중심으로 두 개를 한 쌍으로 하여 소프트망으로서 25PPI를 갖는 스펀지[25PPI, FOAMEX, 미국], 16메쉬를 갖는 메쉬망[SUS 16mesh, (주)신일금망, 대한민국] 및 300mm X 300mm X 30mm 크기를 갖고, 22.68%의 개방면적(open area)으로 다수개의 원형(직경 4mm, 구심간의 간격 10mm)으로 제조된 다공성 금속망체를 순차적으로 적층하고, 그 외곽으로 300mm X 300mm X 30mm 크기를 갖는 사각의 SUS 프레임을 연결설치하여 케미컬 필터를 제조하였다.
여기서, 상기 케미컬 필터에 충진되는 흡착제의 충진밀도는 0.47이었다.
상기 케미컬 필터의 구성을 표 1로 나타냈다.
<실시예 3>
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 22.68%의 개방면적으로 다수개의 원형이 타공된 다공성 금속망체 대신 34.43%의 개방면적으로 다수개의 원형이 타공된 다공성 금속망체를 사용하였다.
상기 케미컬 필터의 구성을 표 1로 나타냈다.
<실시예 4>
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 300mm X 300mm X 30mm 크기를 갖고 22.68%의 개방면적으로 다수개의 원형이 타공된 다공성 금속망체 대신 552mm X 487mm X 30mm 크기를 갖고 40.14%의 개방면적으로 다수개의 사각형(가로 10mm, 세로 10mm, 간격 5mm)으로 제조된 다공성 금속망체를 사용하였고, 두 개를 한 쌍으로 하는 소프트망 내부에 소프트망의 길이방향에 대해 수직으로(가로로) 두 개의 지지부재(가로 550mm, 세로 30mm, 두께 2mm)를 설치하였다.
상기 케미컬 필터의 구성을 표 1로 나타냈다.
<비교실시예 1>
실시예 1에 따라 제조된 흡착제를 중심으로 두 개를 한 쌍으로 하여 부직포[CX-2, 삼성부직포, 대한민국] 및 300mm X 300mm X 30mm 크기를 갖고, 22.68%의 개방면적(open area)으로 다수개의 원형이 타공된 다공성 금속망체(직경 4mm, 구심간의 간격 10mm)으로 제조하여 순차적으로 적층하고, 그 외곽으로 300mm X 300mm X 30mm 크기를 갖는 사각의 SUS 프레임을 연결설치하여 케미컬 필터를 제조하였다.
여기서, 상기 케미컬 필터에 충진되는 흡착제의 충진밀도는 0.47이었다.
상기 케미컬 필터의 구성을 표 1로 나타냈다.
<비교실시예 2>
비교실시예 1과 동일하게 실시하되, 부직포[CX-2, 삼성부직포, 대한민국] 대신 16메쉬를 갖는 메쉬망[SUS 16mesh, (주)신일금망, 대한민국]을 사용하였다.
상기 케미컬 필터의 구성을 표 1로 나타냈다.
<비교실시예 3>
비교실시예 1과 동일하게 실시하되, 부직포[CX-2, 삼성부직포, 대한민국] 대신 16메쉬를 갖는 메쉬망[SUS 16mesh, (주)신일금망, 대한민국]을 사용하였고, 300mm X 300mm X 30mm 크기를 갖고 22.68%의 개방면적(open area)으로 다수개의 원형이 타공된 다공성 금속망체(직경 4mm, 구심간의 간격 10mm) 대신 552mm X 487mm X 30mm 크기를 갖고 22.68%의 개방면적으로 다수개의 원형이 타공된 다공성 금속망 체(직경 4mm, 구심간의 간격 10mm)를 사용하였다.
또한, 상기 16메쉬를 갖는 메쉬망의 내부에 그 길이방향과 평행하게(세로로) 두 개의 지지부재(직경 4mm, 구심간의 간격 10mm)를 설치하였다.
상기 케미컬 필터의 구성을 표 1로 나타냈다.
케미컬 필터의 구성
실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교실시예 1 비교실시예 2 비교실시예 3
충진밀도 0.47 0.47 0.47 0.47 0.47 0.47
부직포 - 　- 　- 　Model CX-2 　- -
메쉬망 　SUS 16메쉬 SUS 16메쉬 SUS 16메쉬 SUS 16메쉬 SUS 16메쉬 SUS 16메쉬
소프트망 스펀지 25PPI 스펀지 25PPI　 스펀지 25PPI - - -
지지부재 - - 가로 2열 - - 세로 2열
Open Area 22.68% (타공: ○) 34.43% (타공: ○) 40.14% (타공: □) 22.68% (타공: ○) 34.43% (타공: ○) 22.68% (타공: ○)
크기 (HxWxDmm) 300x300x30 300x300x30 552x487x30 300x300x30 300x300x30 552x487x30
<실시예 5>
실시예 4에 따라 제조된 케미컬 필터 8개를 600mm X 600mm X 500mm 크기의 Tray 8EA/Moule[코캣, 대한민국]에 장착하여 케미컬 필터가 장착된 케이스를 제조하였다.
<비교실시예 4>
비교실시예 3에 따라 제조된 케미컬 필터 8개를 600mm X 600mm X 500mm 크기의 Tray 8EA/Moule[코캣, 대한민국]에 장착하여 케미컬 필터가 장착된 케이스를 제조하였다.
<실험>
차압 실험
먼저 SUS 304로 이루어진 높이 600mm, 너비 600mm, 길이 1,000mm인 직사각형 시험장치를 제작한 뒤 그 내부에 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교실시예 1 내지 비교실시예 3에 따른 케미컬 필터를 번갈아 설치하여 실험하였으며, 별도로 실시예 5 또는 비교실시예 4에 따른 케미컬 필터가 장착된 케이스를 설치하여 실험하였다.
그 다음, 상기 시험장치 전단에 공기 유량 70Nm3/min인 송풍기[KC-70, 한이텍, 대한민국]를 설치한 후, 공기 유량을 0 내지 70Nm3/min로 조절하면서 실험하였다. 이때, 유량별 동압은 케미컬 필터 전단에서 측정하였으며, 필터의 차압은 케미컬 필터가 장착되는 위치의 전단 및 후단에서 측정하였다.
여기서, 사용된 동압분석기는 pitot tube[H-11, Dwyer, 미국]와 Inclined Manometer[MM80, Dwyer, 미국]를 이용하여 압력을 측정하였으며, 필터전후단의 차압분석기는 Inclined Manometer[246, Dwyer, 미국]를 사용하였다.
그 결과, 실시예 및 비교실시예의 차압성능은 도 8 내지 10으로 나타냈다.
도 8에 나타난 바와 같이, 종래의 케미컬 필터로 구성된 비교실시예 1 및 비교실시예 2와 비교하여 본 발명이 실시예 1 및 실시예 2의 필터 차압성능이 높게 나타났음을 알 수 있었다.
또한, 도 9에 나타난 바와 같이, 원형으로 타공된 금속망체를 사용한 비교실시예 3과 비교하여 사각형으로 타공된 금속망체를 사용하여 개방면적을 증가시킨 본 발명의 실시예 4의 필터 차압성능이 높게 나타났음을 알 수 있었다.
또한, 도 10에 나타난 바와 같이, 실제 반도체 현장에서 사용되는 유속인 2.5m/s에서 실시예 5는 12mmAq의 차압을, 비교실시예 4는 14mmAq의 차압을 나타냈으며, 모든 유속범위에서 실시예 5가 비교실시예 4 보다 양호한 차압성능을 나타냈다.
도 1은 본 발명에 따른 케미컬 필터의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 케미컬 필터의 구성을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 케미컬 필터의 측단면을 나타내는 도,
도 4는 본 발명에 따른 케미컬 필터의 금속 망체를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 케미컬 필터가 장착되는 케이스의 구성을 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 케미컬 필터가 장착되는 케이스의 내부를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 케미컬 필터가 장착되는 케이스의 단면을 나타내는 도,
도 8은 본 발명에 따른 실시예 2 및 실시예 3과 비교실시예 1 및 비교실시예 2의 차압성능 결과를 나타내는 도,
도 9는 본 발명에 따른 실시예 4 및 비교실시예 3의 차압성능을 나타내는 도,
도 10은 본 발명에 따른 실시예 5 및 비교실시예 4의 차압성능을 나타내는 도,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 케미컬 필터 4 : 프레임
6 : 금속 망체 8 : 메쉬망
10 : 소프트망 12 : 지지부재
14 : 흡착제 16 : 흡착층 지지체
18 : 고정수단 20 : 케이스
22 : 가이드부 24 : 고정부재

Claims (8)

  1. 케미컬 필터용 흡착제; 상기 케미컬 필터용 흡착제를 중심으로 좌측 및 우측에 구비되어 케미컬 필터용 흡착제가 메쉬망에 접촉하며 파쇄되는 것을 방지하기 위한 적어도 두개 이상의 소프트망; 상기 각각의 소프트망의 외부에 연결설치되어 케미컬 필터용 흡착제 분말이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 메쉬망; 상기 각각의 메쉬망의 외부에 연결설치되어 메쉬망을 지지하는 다공성 금속 망체; 및 상기 흡착제, 스펀지, 메쉬망 및 다공성 금속 망체를 고정시키는 프레임을 포함하는 케미컬 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케미컬 필터용 흡착제가 충진되는 장소를 제공하는 적어도 두개 이상의 소프트망 사이에 소프트망의 길이방향에 대해 수직으로 연결설치된 적어도 하나 이상의 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소프트망이 스펀지, 천, 비닐 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 금속 망체의 다공이 사각형 또는 육각형 구멍인 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 케미컬 필터용 흡착제가 활성탄, 첨착활성탄, 제올라이트, 금속화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케미컬 필터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 케미컬 필터에 구비되는 흡착제를 충진하기 위해 케미컬 필터를 구성하는 프레임 및 금속 망체를 서로 분리하여 케미컬 필터용 흡착제를 용이하게 교체할 수 있도록 하는 케미컬 필터.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 케미컬 필터가 구비된 케미컬 필터장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 케미컬 필터장치가 케미컬 필터가 내부에 장착되기 위한 공간을 제공하는 케이스; 케미컬 필터가 케이스의 내부에 수납될 수 있도록 상기 케이스의 일측 내벽면 및 이에 대향되는 타측 내벽면에 서로 대응하도록 일정하게 경사를 갖게 형성된 적어도 하나 이상의 가이드부; 및 상기 케이스의 양측 내면에 형성되는 가이 드부의 종단에 연결설치되어 가이드부에 수납된 케미컬 필터를 고정시키도록 케이스 측면을 가로지르도록 연결설치되는 고정부재를 포함하는 케미컬 필터장치.
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