KR20140062115A - 필터 시스템용 난연제 및 필터 시스템에서의 난연성 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터 시스템에서 난연성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법의 경우 가연성 에어로졸로 오염된 기류가 필터로 공급된다. 필터는 기류로 유입되지 않게 에어로졸을 적어도 실질적인 부분까지 억류한다. 과립상 난연제는 필터로 공급되는 기류로 공급된다. 난연제는 실질적인 성분으로서 다공성 무기물 과립을 함유한다.

Description

필터 시스템용 난연제 및 필터 시스템에서의 난연성 향상 방법{FLAME RETARDANT FOR FILTER SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING FLAME RESISTANCE IN FILTER SYSTEMS}

본 발명은 필터 시스템용 난연제 및 필터 시스템에서 난연성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것이다.

많은 기술 및 산업 분야에서, 에어로졸로 오염된 배출 기류(exhaust air stream)가 발생한다. 이 경우, 에어로졸은, 배출 기류 내에서 함께 이동되고 대개는 배출 기류로부터 분리되어야만 하는 미세하게 분포된 고체 또는 액체 현탁 입자이다.

기류로부터 에어로졸 입자를 분리하기 위해, 보통, 에어로졸 입자를 억류하는 필터 시스템이 이용된다. 에어로졸은 흔히 가연성이고 그 큰 비표면적(specific surface)으로 인해 쉽게 발화될 수 있기 때문에, 이 경우, 보통 상기 필터 시스템에서 화재 또는 폭발 내지 폭연이 발생한다. 이러한 유형의 화재는 보통 필터 시스템에서의 높은 손상과 결부되는데, 그 이유는 화재가 대개 매우 늦은 시점에 비로소 인지되며, 그리고 에어로졸의 유형에 따라서는, 특히 예컨대 작은 금속 입자가 에어로졸 입자로서 존재하고 그에 상응하게 높은 화재 온도에 도달한다면, 화재를 소화시키기에는 매우 어렵기 때문이다.

그러므로 본 발명의 과제는, 필터 시스템용 난연제 및 난연성의 향상 방법에 있어서, 필터 시스템에서 화재 및/또는 폭발의 위험을 감소시키는 상기 난연제 및 상기 향상 방법을 명시하는 것에 있다.

상기 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 포함하는, 필터 시스템을 위한 난연제뿐 아니라, 청구항 제5항의 특징들을 포함하는, 필터 시스템에서 난연성을 향상시키기 위한 방법에 의해 해결된다. 독립 청구항들의 특징들은 바람직한 실시예들에 관계한다.

본 발명에 따른 방법의 경우, 가연성 에어로졸로 오염된 기류가 필터로 공급되고, 필터는 기류로 유입되지 않게 에어로졸을 적어도 실질적인 부분까지 억류하며, 과립상 난연제는 필터로 공급되는 기류로 공급된다. 이 경우, 과립상 난연제는 기류 내에서 분포되고 과립은 에어로졸과 상호 작용하며, 그럼으로써 에어로졸의 가능한 반응 표면은 감소되고 그 결과 발화 위험은 낮아진다. 그 다음, 난연제는 에어로졸과 더불어 필터 내에서 분리되고 이후 분리된 에어로졸과 함께 폐기처리부 또는 재활용부로 공급될 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 난연제는 실질적인 성분으로서 다공성 무기물 과립, 바람직하게는 비스킷 및/또는 칩(chip) 형태인 과립의 파편들을 함유한다. 다공성을 통해, 과립은, 에어로졸과 상호 작용할 수 있고 그에 따라 많은 양의 에어로졸 입자에 결합될 수 있는 큰 표면을 보유한다. 이 경우, 무기물 재료는, 그 자체로 쉽게 발화되지 않음으로써 난연제 자체의 표면을 통해 새로운 발화원이 발생하지 않는다는 장점을 제공한다. 그에 따라, 기류 내 난연제 입자를 통해, 필터 자체 내 화재의 위험뿐 아니라, 이미 필터로 이동되는 도중에 기류 내에서 에어로졸의 발화의 위험도 감소된다.

이 경우, 과립은 바람직하게는 80% 이상의 기공 부피, 특히 바람직하게는 90% 이상의 기공 부피를 보유한다. 이 경우, 기공 부피는 과립 알갱이의 총 부피에 대한 과립 알갱이의 기공들의 부피의 몫으로서 정의된다. 상기 유형으로 고다공성인 재료들은 한편으로 큰 표면을 제공한다는 장점을 가지며, 다른 한편으로, 상기 재료들은 그 낮은 밀도를 바탕으로 기류에 의해 원활하게 함께 이동되고, 그럼으로써 기류로부터 의도하지 않은 분리는 방지될 수 있다.

바람직하게는, 과립은 실질적인 성분으로서 특히 60 내지 80중량 퍼센트의 농도로 이산화규소를 함유한다. 이는, 그 불활성(inactivity) 외에도 건강상 안전하고 본질적으로 저렴한 원료로서 실제로 무한한 양으로 가용하다는 장점이 있다. 바람직하게는, 이는, 팽창된 진주암(swelled perlite rock)으로 이루어진 과립이다. 천연으로 존재하는 저렴한 원료로서 가용한 천연 진주암으로부터, 팽창 공정에서 간단한 방식으로 팽창된 진주암이 획득된다. 이를 위해, 천연으로 존재하는 진주암은, 상기 팽창 공정에서 증발되고 그에 따라 고다공성 과립 재료를 생성하는 수분 보유부(water retention)를 포함하기 때문에, 진주암이 점성을 띠는 정도로 진주암을 가열하기만 하면 된다.

바람직하게는, 난연제는 기류로 공급되기 전에, 또는 기류 내에서 파쇄된다. 난연제의 과립이 더 작아질수록, 과립은 더욱 수월하게 기류에 의해 인입될 수 있고 기공들 내에 존재하는 표면들에 대한 접근성도 더욱더 우수해진다. 일반적으로 난연제의 유효 표면이 확대된다. 이 경우, 파쇄는 별도의 방법 단계의 형태로, 또는 과립들의 상호 간 충돌의 결과로서, 또는 기류 내 장애물, 예컨대 튜브 벽들에 의해 수행될 수 있다.

필터는 케이크 필터(cake filter), 횡류 필터, 또는 딥 베드형 필터(deep-bed filter)일 수 있다. 이 경우, 케이크 필터에서 입자들의 억류는, 필터 매체 상에 형성된 필터 케이크 내에서 개시된다. 딥 베드형 필터의 경우, 입자들은 필터 매체 내로 침입한 후에 필터 매체 자체에서 분리되며, 그에 반해 횡류 필터의 경우에는, 결과적으로 필터 매체를 통한 낮은 압력 손실을 가능하게 하기 위해, 편평각(flat angle)으로 필터 매체에 유입되는 것을 통해 케이크 형성뿐 아니라 필터 매체 내 입자들의 침입이 방지된다.

필터의 필터 매체는, 펠트(felt), 섬유 배향 플리스, 스펀본드 섬유(spun-bonded fiber), 무배향 부직포, 모노 필라멘트 직물, 또는 폴리 필라멘트 직물일 수 있다. 그러나 마찬가지로 다공성 고형물, 예컨대 충전물 또는 소결 금속도 필터 매체로서 이용될 수 있다. 또한, 멤브레인, 또는 실(yarn)로 권취된 필터 매체도 생각해볼 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 난연제에서 바람직하게는, 일반적으로 추가 방염제를 통해 필터 매체에 대해 증가된 요건을 설정하지 않아도 된다. 오히려, 많은 경우에, 특히 케이크를 형성하는 필터들의 경우, 난연제의 과립들이 필터 케이크의 관류성에 긍정적으로 작용하는 것으로 기대되거나, 또는 케이크를 형성하지 않는 여과 방법의 경우에는, 필터 매체의 접착 및 첨가가 방지되거나 적어도 방해되는 것으로 기대된다. 후자의 장점은 특히, 에어로졸이 탄화수소이고, 특히 오일 또는 그리스일 때, 효과가 있다.

난연제는 예컨대 다음 업종들에서 이용될 수 있다: 목재 및 목질 재료 가공, 종이 가공 및 인쇄, 플라스틱 가공, 직물 가공, 가죽 가공, 고무 가공, 금속 가공, 공압 이송 기술, 자동차 및 액세서리 공학, 금속 기계 가공, 레이저 기술, 화학, 약학, 폐기처리 및 재활용. 상기 업종들에서는 보통 고체 또는 액체 에어로졸로 오염된 배출 기류가 발생하며, 이런 배출 기류에서 난연제가 효과적으로 이용될 수 있다.

일반적으로, 에어로졸로 오염된 모든 배출 기류가 난연제의 이용을 위해 고려된다. 그러나 특히 바람직한 적용 분야는 식품 공학, 식품 공정 공학, 화학적, 열적 또는 기계적 공정 공학 및 제조 공학 분야의 배출 기류에 대한 적용이다. 특히 상기 기술 분야들에서는, 보통 오일, 그리스 또는 또 다른 탄화수소를 함유하고 그 결과 쉽게 탈 수 있지만 본 발명에 따른 난연제와 확실하게 결합되는, 에어로졸로 오염된 배출 기류가 발생한다. 이 경우, 바람직하게는, 난연제가 에어로졸에 의해 습윤화될 수 있을 때에도, 바람직하게는 에어로졸은 난연제와 90° 미만의 접촉 각도(< 90°)를 형성한다. 그 결과로, 에어로졸은 난연제에 특히 확실하게 점착되어, 빠르게 과립들의 기공들 내로 침입할 수 있고, 그리고/또는 과립들의 파편들에 더 확실하게 점착되며, 그럼으로써 기류에 인접하는 에어로졸 입자들의 표면은 원래 표면의 일부로 감소된다.

난연성을 향상시키기 위한 본 발명에 따른 방법이 특히 적합한, 에어로졸로 오염된 배출 기류가 발생하는 제조 공학 분야의 공정에 대한 예시들은 예컨대 일차 성형 공정, 다시 말하면 무형의 재료로부터 공작물이 제조되는 주조나 소결과 같은 공정이다. 이 경우, 특히 제조 시 증발되는 보조제가 에어로졸로서 존재한다. 그 밖에, DIN 8583에 따르는, 단조, 압연, 압출, 딥드로잉, 압축 성형 공정과 같은 성형 공정, DIN 8584에 따르는 인장-압축 성형 공정, DIN 8585에 따르는 인발 공정, DIN 8586에 따르는 굽힘 성형 공정, 및 DIN 8587에 따르는 전단 성형 공정도, 예컨대 분리제의 이용을 바탕으로, 본 발명이 바람직하게 이용될 수 있는, 에어로졸로 오염된 배출 기류의 발생원을 나타낸다.

그 밖에도, 절단 공정들, 특히 예컨대 보링, 밀링, 선삭, 톱질, 연삭, 호닝 또는 래핑(lapping)처럼 기하학적으로 결정되거나 미결정된 커터를 이용한 절삭 가공, 및 특히 용접 또는 납땜과 같은 접합 공정, 모든 코팅 공정, 및 경화, 담금질, 뜨임, 시효 처리(aging) 또는 제련 열처리처럼 재료 특성을 변경하기 위한 공정들이 본 발명에 따른 난연성 향상이 특히 바람직하게 적용되는 배출 기류의 발생원인데, 그 이유는 이 경우 보통 제조 공정에서 증발되고 대개 탄화수소를 함유한 보조제뿐 아니라, 금속 입자들도 배출 기류 내에 존재하며, 그럼으로써 효과적인 난연성에 대해 특히 높은 수요가 존재하기 때문이다.

본 발명은 하기에서 도 1 내지 도 5에 따라 개요와 관련하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 예시의 본 발명에 따른 방법의 개략적 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 난연제의 표면을 도시한 개략도이다.
도 3은 개방 다공성 표면 구조를 보유한 본 발명에 따른 난연제의 단일의 과립을 도시한 개략도이다.
도 4는 예시의 본 발명에 따른 난연제의 표면 구조의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 5는 개방 다공성 표면 구조를 보유한 예시의 본 발명에 따른 난연제의 단일 과립의 주사 전자 현미경 이미지이다.

예시의 방법의 경우, 예시의 공정 및/또는 제조 공학 장치(1)에서 에어로졸로 오염된 배출 기류가 발생한다. 고체 재료를 위한 계량 호퍼(2)를 통해, 배출 기류에는 예시의 본 발명에 따른 난연제가 첨가되고 에어로졸과 함께 필터(3) 내에서 분리된다. 예시의 방법의 경우, 배출 기류는, 바람직하게는 도시된 예시에서 필터의 하류에 배치되는 송풍기(4)를 통해 송출된다. 이처럼 정화된 배출 기류는 예컨대 청정 가스 배출구(5)를 통해 방출될 수 있다. 계량 호퍼(2)는 임의의 인젝터일 수 있으며, 예컨대 난연제가 배출 기류 내로 분사될 수 있다.

예시의 난연제는 팽창된 진주암이다. 팽창 공정을 통해, 진주암은 20℃에서 70 +/- 20㎏/㎥의 충전 밀도를 달성한다. 이 경우, 진주암의 과립들의 내부에는 개방 기공 구조를 갖는 높은 다공성이 발생하며, 표면에서 기공 개구부들은 5 내지 40㎛ 크기 범위의 지름을 보유한다. 기공들은 원형 형태를 보유하지 않으므로, 여기서 지름이란 개념은 등가 지름의 의미에서 평가되며, 다시 말하면 원형 형태에서 동일한 크기의 기공이 보유할 수도 있는 지름으로서 간주된다. 여기서, 과립 입자의 표면 쪽으로 향하는 기공 개구부의 횡단면이 크기로서 평가되는데, 그 이유는 상기 개구부의 크기가 다공성 과립 입자 내로 이루어지는 에어로졸의 가능한 침입에 대해 결정적인 요소이기 때문이다.

도시된 바람직한 경우에, 기공들 사이의 셀 벽들은 과립들의 달성된 높은 다공성을 바탕으로 약 1㎛ 크기 범위의 벽 두께를 보유한다. 이처럼 경질의 취성 재료로 이루어진 매우 얇은 셀 벽들은 쉽게 파괴될 수 있으며, 그럼으로써 도 4와 특히 도 5에서 잘 확인되는 것처럼 조각나서 여전히 과립들 상에 점착된 다수의 셀 벽 파편이 존재하며, 이들 셀 벽 파편은 예컨대 미세한 오일 액적들의 표면들 상에 특히 확실하게 점착되고 그에 따라 상기 표면들은 발화 억제 층으로 덮일 수 있다.

Claims (12)

1. 실질적인 성분으로서 다공성 유기물 과립을 함유하는 필터 시스템용 난연제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 과립은 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상의 기공 부피를 보유하는 것을 특징으로 하는 난연제.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 과립은 실질적인 성분으로서 이산화규소를 함유하는 것을 특징으로 하는 난연제.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과립은 팽창된 진주암인 것을 특징으로 하는 난연제.
5. 필터 시스템에서 난연성을 향상시키기 위한 방법으로서, 가연성 에어로졸로 오염된 기류가 필터로 공급되며, 필터는 기류로 유입되지 않게 에어로졸을 실질적인 부분까지 억류하는, 상기 방법에 있어서,
   과립상 난연제, 바람직하게는 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따르는 난연제가 상기 필터로 공급되는 상기 기류로 공급되는 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 난연제는 상기 기류로 공급되기 전에, 또는 기류 내에서 파쇄되는 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 에어로졸은 탄화수소이며, 특히 오일 또는 그리스인 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류는, 식품 공학, 식품 공정 공학, 화학적, 열적 또는 기계적 공정 공학, 또는 제조 공학 분야의 배출 기류인 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터는 케이크 필터, 횡류 필터, 또는 딥 베드형 필터인 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
10. 제 5항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류는 상기 필터를 통과할 때 적어도 부분적으로 필터 매체를 통과하며, 상기 필터 매체는 바람직하게는 체(sieve), 펠트, 섬유 배향 플리스, 스펀본드 섬유, 무배향 부직포, 충전물, 다공성 고형물, 특히 소결 금속, 실로 권취된 필터 매체, 멤브레인, 모노 필라멘트 직물 또는 폴리 필라멘트 직물인 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
11. 제 5항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연제는 상기 에어로졸에 의해 습윤화될 수 있으며, 바람직하게는 상기 에어로졸은 상기 난연제와 90° 미만의 접촉 각도(< 90°)를 형성하는 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.
12. 제 5항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류는, 일차 성형 공정, 성형 공정, 절단 공정, 접합 공정, 코팅 공정, 또는 재료 특성을 변경하는 공정의 가공 분야에서 발생하는 것을 특징으로 하는 난연성 향상 방법.

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