KR102541788B1 - 미세섬유 혼합 거품 코팅을 이용한 산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 여과체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세섬유 혼합 거품 코팅을 이용한 산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 여과체를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법은 내열성 수지와 미세 무기섬유가 포함된 원료를 사용하여 거품액을 생성하는 단계; 및 상기 거품액을 지지체 위에 코팅하여 내열성 수지층을 형성하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 미세섬유 혼합 거품 코팅을 이용한 산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 여과체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 미세섬유를 사전 혼합하여 생성된 거품을 원단에 코팅함으로써 여과체에 형성되는 기공의 크기를 줄일 수 있고 그에 따라 차압 상승이 최소화되면서 여과 효율이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있는 산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 여과체에 관한 것이다.
화력발전소, 제철소, 쓰레기 소각장, 시멘트공장 등 다양한 산업시설에서 연소공정에 따른 배가스가 나오게 된다. 이러한 배가스에 의한 대기오염 방지를 위해 대기 방출 전에 배가스에 포함된 오염물질을 걸러내기 위한 다양한 종류의 장치들이 사용되고 있다. 이러한 배가스 처리 장치들에는 입자상 오염물질을 걸러내기 위한 여과체가 사용되며 그 종류 또한 매우 다양하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0135022호(발명의 명칭: 중ㆍ고온 배가스의 입자상 먼지 및 가스상 중금속 제거용 여과체 및 이의 제조방법)에는 그와 같은 여과체의 제조 기술을 소개하고 있는데, 그 기술은 무기질 섬유 지지체 상에 내열성 수지층 및 내열성 수지막을 형성하는 것을 핵심으로 하고 있다.
여기서 내열성 수지막은 내열성 수지 섬유로 이루어진 다공성의 웹(web)의 구조를 갖는 것으로서, 그것의 기공 크기가 내열성 수지층의 기공 크기보다 작기 때문에, 단순히 내열성 수지층 만을 갖는 경우에 비하여 여과체의 집진 성능이 향상되는 효과를 제공한다.
이와 같이 내열성 수지층 위에 내열성 수지막을 추가시킴으로써 여과체의 성능 개선을 기대할 수 있으나, 차압이 상승되는 문제점 및 내열성 수지막을 추가하기 위해 비교적 복잡하고 정밀한 공정이 필요하므로 여과체의 제조 단가가 크게 상승하는 문제점이 수반된다.
본 발명은 전술한 종래기술에서 소개된 내열성 수지막과 같은 층(layer)의 추가 없이, 거품 코팅에 의해 형성되는 내열성 수지층의 기공 크기를 줄이는 효과를 얻을 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
본 발명은 내열성 수지와 미세 무기섬유가 포함된 원료를 사용하여 거품액을 생성하는 단계; 및 상기 거품액을 지지체 위에 코팅하여 내열성 수지층을 형성하는 단계;를 포함하는 산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법에서 상기 미세 무기섬유로서 유리섬유(glass fiber)가 사용될 수 있다.
상기 제조 방법에서 상기 미세 무기섬유는 0.1~10 ㎛의 직경 및 50 ~ 500 ㎛의 길이를 갖는 것일 수 있다.
상기 제조 방법에서 상기 미세 무기섬유는 상기 거품액의 총 중량 대비 약 1.0 ~ 5.0 %의 중량비를 갖는 것일 수 있다.
상기 제조 방법에서 상기 내열성 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지가 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 지지체; 상기 지지체 위에 형성되며 다수의 기공을 가진 내열성 수지층; 및 상기 내열성 수지층에 분포하는 미세 무기섬유;를 포함하는 산업시설 배가스 처리용 여과체를 제공한다.
상기 여과체는 상기 미세 무기섬유가 유리섬유 소재인 것일 수 있다.
상기 여과체는 상기 내열성 수지층이 0.05 ~ 2.0 mm의 두께를 가지며, 상기 미세 무기섬유가 0.1~10 ㎛의 직경 및 50 ~ 500 ㎛의 길이를 갖는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 미세 무기섬유가 내열성 수지층에 형성되는 기공들의 실질적인 사이즈를 줄이는 역할을 한다. 즉, 미세 무기섬유는 기공을 복수의 파트로 분할하는 작용을 하며, 이에 의해 여과체는 미세 무기섬유가 없는 경우에 비해 보다 작은 기공 사이즈를 갖게 되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 여과체는 보다 작은 사이즈의 입자상 오염물질을 걸러내는 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 미세 무기섬유의 적용을 통한 본 발명의 여과체는 여과 효율 상승에 수반되는 차압의 상승을 최소한으로 줄일 수 있는 방안으로, 에너지 효율 면에서 유리하며 차압 상승에 따른 여과체의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 여과체 제조 방법의 실시예를 보이는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 여과체 제조 방법에 따른 여과체 제조 시스템의 예를 보이는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 적용 가능한 미세 무기섬유의 예로서 유리섬유의 확대하여 보이는 것이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 여과체의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 여과체의 표면을 보이는 확대 사진이다.
도 2는 도 1의 여과체 제조 방법에 따른 여과체 제조 시스템의 예를 보이는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 적용 가능한 미세 무기섬유의 예로서 유리섬유의 확대하여 보이는 것이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 여과체의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 여과체의 표면을 보이는 확대 사진이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 여과체 제조 방법의 실시예를 보이는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 여과체 제조 방법에 따른 여과체 제조 시스템의 예를 보이는 개략도이다.
먼저, 거품액 생성 단계가 진행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 거품액 생성 단계는 미리 준비한 거품액 원료를 거품발생기(1)에 투입하고 그 안에 배치된 교반기(11)를 회전 작동시키는 방식으로 수행될 수 있다. 이때, 거품이 원활하게 생성될 수 있도록 거품발생기(1) 안의 거품액 원료에 약 0.5 ~ 3.0 L/min의 속도로 공기를 투입하는 것이 바람직하다.
거품액 원료는 내열성 수지, 미세 무기섬유, 거품안정제, 발포제 및 증점제가 혼합된 것이 사용될 수 있다.
내열성 수지는 거품액의 주 원료에 해당한다. 내열성 수지로는 테플론이라고 흔히 지칭되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지가 사용될 수 있다.
미세 무기섬유로는 고열성 무기섬유가 사용될 수 있으며, 대표적으로 유리섬유(glass fiber)가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 적용 가능한 미세 무기섬유의 예로서 유리섬유의 확대하여 보이는 것이다. 도 3의 예에서 보여지는 바와 같이 미세 무기섬유는 대략 길고 원형의 단면을 갖는 형상이다.
미세 무기섬유의 크기는 0.1~10 ㎛의 직경 및 50 ~ 500 ㎛의 길이인 것이 바람직하다.
미세 무기섬유는 컷팅밀(cutting mill)과 같은 분쇄기를 이용하여 무기섬유를 분쇄 가공함으로써 준비될 수 있다.
거품액 생성 단계에서 미세 무기섬유는 교반을 통해 내열성 수지에 고르게 분산된다. 내열성 수지로서 PTFE가 사용되는 경우 미세 무기섬유로는 PTFE와 잘 혼합되는 특성을 지닌 유리섬유가 적합하게 사용될 수 있다.
거품액에서 미세 무기섬유는 약 1.0 ~ 5.0 %의 중량비를 갖는 것이 바람직하다.
거품안정제는 수지거품의 유지제로서 작용하며, 하이드로에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 또는 암모늄 스테아레이트가 사용될 수 있다.
발포제는 기포 생성을 촉진하는 물질로서, 소듐라루레이트, 소듐스테아레이트를 포함하는 Anion 계 또는 폴리에틸렌글리콜형, 다가알코올형을 포함하는 Nonion 계열의 발포제가 사용될 수 있다.
증점제는 지지체에 대한 거품의 부착 상태를 유지시키는 작용을 하며, 아크릴계 증점제가 사용될 수 있다.
다음으로, 거품 코팅 단계가 진행된다.
도 2를 참조하면, 거품 코팅 단계에서 지지체(원단)는 언와인더(4)로부터 풀려 이동하여 와인더(5)로 다시 감기게 되는데, 지지체가 언와인더(4)에서 풀린 후 컨베이어벨트(6)를 지나는 도중 그 위에 거품액이 도포된다.
도 2의 예에서와 같이, 거품액의 도포는 거품발생기(1)에 연결된 공급파이프(7)에 의해 수행될 수 있으며 공급파이프(7)에는 거품액 공급을 위한 펌프(2)가 설치된다.
도 2의 예에서와 같이, 지지체 위에 도포된 거품액은 블레이드(8)에 의해 균일한 두께를 갖게 된다.
지지체 위에 거품액 코팅에 의해 형성된 내열성 수지층은 0.05 ~ 2.0 mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
지지체(원단)로는 유리섬유 소재의 직물이 사용될 수 있다.
마지막으로, 지지체 위에 형성된 내열성 수지층(코팅층)에 대한 경화 단계가 진행된다.
도 2의 예에서와 같이, 내열성 수지층의 경화를 위해 경화로(9)를 사용될 수 있다. 도 2의 예에서는 하나의 경화로(9)가 사용되는 것으로 예시되었으나 2 이상의 경화로가 사용될 수 있다. 경화로(9)는 내열성 수지층의 경화를 위해 건조 또는 열처리를 수행하는 것일 수 있다.
경화 단계를 거치면서 내열성 수지층은 지지체에 견고하게 붙은 상태가 된다.
도 2의 예에서와 같이, 경화로(9)와 와인더(5) 사이에는 평탄롤(10)이 배치될 수 있으며 이에 의해 내열성 수지층의 평탄도가 보다 높아질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 여과체의 종단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 여과체의 표면을 보이는 확대 사진이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 여과체는 지지체(100) 및 그 위에 형성된 내열성 수지층(200)을 포함한다.
내열성 수지층(200)의 두께는 대략 0.05 ~ 2.0 mm이다.
내열성 수지층(200)에는 수많은 기공들(P)이 형성되며, 그것의 평균 크기는 대략 30 ㎛ 정도가 된다.
내열성 수지층(200)에는 거품액 원료의 일 구성인 미세 무기섬유(210)가 내부 및 표면에 삼차원적으로 불특정 방향을 따라 분포하고 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 미세 무기섬유(210)가 내열성 수지층(200)의 내부 및 표면에 존재하나, 대안적인 실시예에서 미세 무기섬유(210)가 내열성 수지층(200)의 표면에만 존재하도록 적용될 수도 있다.
이러한 미세 무기섬유(210)는 기공들(P)의 실질적인 사이즈를 줄이는 역할을 한다. 즉, 미세 무기섬유(210)는 기공(P)을 복수의 파트로 분할하는 작용을 하며, 이에 의해 여과체는 미세 무기섬유(210)가 없는 경우에 비해 보다 작은 기공 사이즈를 갖게 되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 여과체는 보다 작은 사이즈의 입자상 오염물질을 걸러내는 성능을 발휘할 수 있다.
그리고 미세 무기섬유(210)의 적용을 통한 본 발명의 여과체는 여과 효율 상승에 수반되는 차압의 상승을 최소한으로 줄일 수 있는 방안으로서, 에너지 효율 면에서 유리하며 차압 상승에 따른 여과체의 손상을 방지할 수 있다.
100 : 지지체
200 : 내열성 수지층
210 : 미세 무기섬유
P : 기공
200 : 내열성 수지층
210 : 미세 무기섬유
P : 기공
Claims (8)
- 무기섬유를 분쇄 가공하여 형성된 미세 무기섬유를 준비하는 단계;
내열성 수지와 상기 미세 무기섬유가 포함된 원료를 거품발생기에 투입 후 교반하여 거품액을 생성하는 단계; 및
상기 거품액을 지지체 위에 코팅하여 내열성 수지층을 형성하는 단계;를 포함하는,
산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 미세 무기섬유로서 유리섬유(glass fiber)가 사용되는,
산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 미세 무기섬유는 0.1~10 ㎛의 직경 및 50 ~ 500 ㎛의 길이를 갖는,
산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 거품액에서 상기 미세 무기섬유는 1.0 ~ 5.0 %의 중량비를 갖는,
산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내열성 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지가 사용되는,
산업시설 배가스 처리용 여과체의 제조 방법.
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