KR20160001021A - 열교환이 가능한 필터가 적용된 여과집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 산업현장에서 발생되는 분진과 같은 각종 미세고형물이 포함된 배기가스를 정화처리하기 위한 여과집진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부공간을 제공하는 하우징과, 전단의 제조장비와 연결되어 제조장비에서 배출되는 가스가 상기 내부공간으로 유입되는 가스유입구와, 상기 내부공간에 설치되고 상기 가스를 통과시켜 상기 가스에 포함된 미세고형물을 여과하는 필터와, 상기 필터를 통과한 가스를 배기시키는 가스배기구와, 상기 가스를 상기 가스유입구로부터 가스배기구 방향으로 강제유동시키는 공기펌프를 포함하는 여과집진장치에 있어서, 상기 필터의 전면(가스유입구측의 면)이나 후면(가스배기구측의 면) 또는 전면과 후면 사이에 열교환수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 여과집진장치에 관한 것이다.

Description

열교환이 가능한 필터가 적용된 여과집진장치{Filter Dust Collector with Heat-Exchangeable Filter}

본 발명은 각종 산업현장에서 발생되는 분진과 같은 각종 미세고형물이 포함된 배기가스를 정화처리하기 위한 여과집진장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환이 가능한 필터가 적용된 여과집진장치에 관한 것이다.

반도체, 태양전지, 철강, 시멘트, 화학, 발전, 제지, 코크스, 석탁, 금속제련, 유리용해, 실리콘 등 잉곳제조 등 각종 산업 현장이나 쓰레기/음식물/슬러지 소각장 등에는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기화합물(Volatile organic chemicals : VOC's) 등의 유해물질이 대량 발생하는 것이 일반적이다. 이러한 분진이나 가스 등이 그대로 대기로 방출되면 환경오염을 야기하게 되므로 분진 및 유해가스의 제거를 위해 기본적으로 필터와 진공펌프(배기펌프)가 장착된 여과집진장치를 통과시켜 오염된 공기를 깨끗하게 정화한 후 대기 중으로 방출한다.

예를 들면, 반도체 또는 태양전지 제조공정 중 실리콘 등을 용융시켜 잉곳으로 성장시키는 결정 성장장치에서는 고온을 유지하면서 잉곳 성장을 위해 산소, 불활성가스 등의 가스가 주입되는데, 이들 가스는 고온환경에서 각종 화학반응에 의해 다양한 가스나 미세입자의 산화물 등이 생성된다. 따라서 결정 성장장치에는 여과집진장치가 연결되어 감압 겸 가스를 배기시키면서 각종 산화물과 같은 불순물을 걸러주게 된다.

여과집진장치의 내부에 장착되는 필터는 그 구조와 재질이 다양하다.

도 1에 전형적인 여과집진장치의 개념적 단면도를 도시하였는데, 여기서 필터는 원통형인 것이 예시되어 있지만 이외에도 사각통형, 단면이 별모양인 통형, 판형 등 다양한 구조가 가능하다. 필터 재질로는 유리섬유나 부직포, 다공성 세라믹, 금속분말 소결체, 금속망 등이 사용되고 있다. 설명의 편의를 위해 필터의 양면 중에서 필터링되기 전쪽면(미세고형물 발생원 쪽)을 필터전면, 그 반대쪽면을 필터후면이라 칭하기로 한다.

도 1을 참조하여 여과집진장치의 작동과정을 설명한다.

여과집진장치는 예를 들면, 실리콘 잉곳 성장 챔버와 같은 제조장비와 연결되어 있고 진공펌프(공기펌프)가 작동하면서 챔버내의 각종 분진이나 가스 등을 함유한 공기를 빨아들이게 된다. 빨아들여진 공기는 필터를 통과하면서 미세고형물이 필터에 흡착되거나 필터의 공극을 통과하지 못하여 필터의 전면에 부착되거나 바닥으로 떨어져 제거되고 거의 기체성분만 필터를 통과하게 된다. 필터를 통과한 기체성분 중 유해성분은 또 다른 공정에 의해 처리되어 최종적으로 분진, 매연, 폐가스, 연기, VOC 등의 유해물질이 모두 제거된 정화공기만이 외부로 배출된다.

여과집진장치를 운전하는 과정에서 필터전면 및 필터의 기공에 분진 등 미세고형물이 점점 많이 흡착되거나 부착되면서 필터의 공극이 점차 막히게 된다. 필터의 공극이 막히면 차압 증가로 진공펌프의 과부하와 흡착 효율 및 여과 효율의 저하가 초래된다. 이렇게 되면 여과효율 저하뿐만 아니라 장기간 운전 시 기계적, 열적 내구성, 특히 순간적인 파열이나 사고의 위험성 등의 문제점이 있기 때문에 소정 간격으로 필터에 흡착/부착되어 있는 미세고형물을 제거하기 위하여 청소 등의 세척(cleaning) 작업이 필수적으로 요구된다.

종래의 여과집진장치에 사용되는 필터는 다양한 방식으로 세척 작업이 이루어지고 있다. 작업자가 여과집진장치에서 필터를 외부로 꺼내 분리(해체)시키고, 세척 작업이 실시되는 공간으로 이송한 후 고압의 공기나 고압수를 분사하는 방법 또는 진동이나 타격을 가하는 방법 등으로 필터를 세척하는 수작업 방식이 있다. 또한 금속필터수단에 공기를 분사하여 금속필터수단에 흡착된 불순물을 제거하는 공기분사배관 및 금속필터수단에 분사된 공기를 배기시키는 공기배기배관을 포함하고 있어서 필터를 분리(해체)하지 않고서도 흡착된 불순물을 제거하는 방식(공개특허 10-2011-0026702)도 알려져 있다.

한편, 여과집진장치의 전단에 설치된 제조장비의 종류에 따라서 여과집진장치로 유입되는 공기가 고온-저압, 고온-고압, 저온-저압, 저온-고압 등 다양한 특성을 가질 뿐 아니라, 수분을 포함하는 액상성분(이하 '수분'으로 통칭함)이나 액상성분은 아니지만 운전조건에서 고점성을 띠는 미세고형물을 포함하는 경우가 많다. 특히 가스상 오염물질(황산화물, 다이옥신 등)의 제거를 위해 제조장비와 여과집진장치 사이에 습식전처리 시설이 있는 경우에는 유입공기에 수분이 다량 함유되어 있다.

유입공기에 수분이 다량 함유된 경우 동반하는 미세고형물이 수분을 흡수하면서 점성이 높아져서 필터전면에 부착되거나 필터공극을 막는 문제가 발생한다. 또한 고점성의 미세고형물도 동일한 문제를 초래한다. 따라서 이러한 배기공기 특성이 있는 경우에는 여과효율이 급속하게 저하되고, 따라서 더욱 자주 세척을 해야 하는 한계가 있다.

공개특허 10-2011-0026702

본 발명은 수분을 흡수하면서 점성이 높아지거나, 처음부터 고점성인 미세고형물을 포함하는 배기가스를 정화하는 여과집진장치에 있어서, 필터에 부착되는 미세고형물의 점성을 낮게 유지함으로써 운전 중에는 중력에 의해 자동으로 또는 진동이나 타격에 의해 필터에 부착되어 있던 미세고형물이 용이하게 탈락되도록 하거나, 운전하지 않는 상태에서 해체하거나 해체하지 않고 공기의 고압분사에 의해 미세고형물이 용이하게 탈락시킬 수 있는 여과집진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부공간을 제공하는 하우징과, 전단의 제조장비와 연결되어 제조장비에서 배출되는 가스가 상기 내부공간으로 유입되는 가스유입구와, 상기 내부공간에 설치되고 상기 가스를 통과시켜 상기 가스에 포함된 미세고형물을 여과하는 필터와, 상기 필터를 통과한 가스를 배기시키는 가스배기구와, 상기 가스를 상기 가스유입구로부터 가스배기구 방향으로 강제유동시키는 공기펌프를 포함하는 여과집진장치에 있어서, 상기 필터의 전면(가스유입구측의 면)이나 후면(가스배기구측의 면) 또는 전면과 후면 사이에 열교환수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 여과집진장치인 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 다양한 운전조건의 여과집진장치에서 수분을 흡수하여 점성을 띠게 되거나, 애초에 점성이 있어서 필터의 전면에 부착된 미세고형물에 열을 가하거나 이들을 냉각시킴으로써 미세고형물의 점도를 대폭 낮추게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 필터의 전면에 부착된 미세고형물이 중력에 의해서 또는 약간의 진동 등 충격에 의해 용이하게 탈락되어 미세고형물이 필터전면에 부착되거나 필터공극을 막는 현상을 대폭 줄일 수 있게 된다. 또한 해체를 통한 필터의 세척도 매우 용이하게 할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 여과집진장치의 1회 운전시간을 대폭 늘릴 수 있고 세척도 용이하고 신속하게 할 수 있으므로 산업현장에서 원가절감효과를 얻을 수 있다.

도 1은 통상적인 여과집진장치의 개념적 단면도.
도 2a, 2b는 각각 본 발명에 의한 여과집진장치에 있어서 열교환수단이 필터의 후면에 설치된 예와 전면과 후면 사이에 설치된 예의 개념적 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

전술하였듯이, 본 발명은 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기화합물 등과 같이 미세고형물(불순물, 분진)을 함유하는 오염가스를 배출하는 시설이나 장치, 장비의 후단에 연결되어 오염가스 중의 미세고형물을 제거하여 정화된 공기를 방출하도록 하는 여과집진장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 여과집진장치는, 통상의 것과 동일하게 내부공간을 제공하는 하우징과, 전단의 제조장비와 연결되어 제조장비에서 배출되는 가스가 상기 내부공간으로 유입되는 가스유입구와, 상기 내부공간에 설치되고 상기 가스를 통과시켜 상기 가스에 포함된 미세고형물을 여과하는 필터와, 상기 필터를 통과한 가스를 배기시키는 가스배기구와, 상기 가스를 상기 가스유입구로부터 가스배기구 방향으로 강제유동시키는 공기펌프(진공펌프)를 포함하고 있다. 필요에 따라서는 여과조건이 다른 복수개의 여과집진장치가 직렬 또는 병렬로 배치되거나, 여과집진장치의 전단이나 후단에 유해가스 제거장비가 추가될 수도 있다.

본 발명은 상기와 같은 여과집진장치에 있어서 미세고형물을 포집(제거)하는 필터에 열에너지를 가하거나 빼앗는 열교환수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 열교환수단은 필터의 전면(가스유입구측의 면)이나 후면(가스배기구측의 면)에 설치될 수도 있고, 또는 전면과 후면 사이에 설치될 수도 있다. 다만 필터의 전면에 열교환수단이 설치되는 경우에는 열교환수단의 표면이나 열교환수단과 필터 사이에 미세고형물이 부착되어 열교환효율이 감소될 수 있고 세척에도 어려움이 있으므로 열교환수단은 필터의 후면이나 전면과 후면 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 열교환수단이 필터의 후면에 설치된 예와 전면과 후면 사이에 설치된 예의 개념적 단면도를 각각 도 2a, 2b에 도시하였다. 도면에서 필터의 구조가 위상학적으로 원통형인 것을 예시하였으나, 위상학적 평판형인 것에도 본 발명에 의한 열교환수단이 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다. 열교환수단은 열제어부와 열교환부로 이루어질 수 있으며, 열제어부를 조절함으로써 필터와의 열교환이 상시적으로 이루어지거나, 필요한 시간만큼만 이루어지도록 할 수도 있고, 열교환의 정도(가열정도, 냉각정도)도 제어할 수 있다.

본 발명에서 상기 열교환수단은 유입되는 가스의 특성에 따라서 필터로 열을 공급하여 가열하는 열공급형일 수도 있고, 필터로부터 열을 빼앗아 필터를 냉각시키는 열흡수형일 수 있다. 예를 들면, 가스에 수분을 포함하는 액상성분이 포함되어 있어 미세고형물이 수분을 흡수하여 점성을 띠게 되는 경우에는 열공급형으로 하여 필터를 가열함으로써 미세고형물을 건조시켜 공극막힘을 줄이거나 용이하게 탈락될 수 있도록 한다. 또한 가스에 포함된 미세고형물 자체가 고점성인 경우에는 필터로부터 열을 빼앗는 열흡수형을 채택하여 미세고형물의 점성을 낮추어 줌으로써 역시 공극막힘을 줄이거나 용이하게 탈락될 수 있도록 한다.

실제 열교환이 일어나는 열교환부는, 열공급형인 경우에는 전원공급에 의해 발열하는 열선 또는 고열의 열매체(물 또는 세라믹유 등)가 순환하는 순환관 형태일 수 있으며, 열흡수형인 경우에는 냉매(물 또는 각종 냉매 등)가 순환하는 순환관 형태일 수 있다. 순환관 형태인 경우에는 순환관과 필터 사이의 열교환 효율을 높이기 위해 순환관과 필터가 확실하게 접촉하도록 하는 것이 적절하며, 필터가 금속성인 경우에는 용접으로 순환관과 필터를 고정결합시킬 수도 있을 것이다. 필터에 열교환부가 분포하는 방식이나 밀도는 공정특성에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

본 발명에서 상기 필터는 위상학적으로 평판형 또는 원통형이며, 유리섬유, 부직포, 다공성 세라믹, 금속분말 소결체 또는 금속망 소재이거나 이들 중 둘 이상 소재의 층상구조일 수 있다.

위상학적으로 평판형 또는 원통형이라 함은 필터의 면을 최대한 평탄화하였을 때 평판 또는 원통으로 환원될 수 있다는 의미이다.

필터의 소재는 위에서 언급한 것 이외에도 미세고형물의 통과는 방지하면서 가스는 통과시키는 어떠한 것이라도 가능할 것이다. 층상구조라 함은 예를 들면, [부직포-금속망] 형태, [금속분말 소결체-유리섬유-금속망] 형태 또는 [공극이 큰 금속망-공극이 중간인 금속망-공극이 작은 금속망] 형태로 적층되어 있는 것을 의미한다. 이 또한 당업자가 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

필터가 층상구조인 경우에 상기 열교환수단(열교환부)이 필터의 층상구조 사이에 개재되도록 할 수도 있다.

이외에도 세라믹분말 또는 금속분말을 성형하여 소결하여 필터를 제조하는 경우에, 성형 시에 분말 사이에 열교환수단(열교환부; 열선 또는 매체이동관 등)을 설치하고 소결하여 열교환수단이 필터에 내장되는 형태(열교환수단이 필터의 전면과 후면 사이에 설치되는 형태)가 가능하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 여과집진장치는, 처리되는 유입가스의 특성에 따라 내장되는 필터에 열을 가하거나 필터를 냉각시킴으로써 필터에 부착되어 공극을 막는 분진을 포함하는 각종 미세고형물을 건조시키거나 차갑게 하여 필터와 미세고형물의 접착력을 감소시키는 기능을 부여한다.

이에 따라 필터의 전면에 부착되어 있는 미세고형물이 필터에서 쉽게 탈락될 수 있도록 함으로써 여과집진장치의 연속 운전시간을 늘리고 필터의 세척을 용이하게 할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 내부공간을 제공하는 하우징과, 전단의 제조장비와 연결되어 제조장비에서 배출되는 가스가 상기 내부공간으로 유입되는 가스유입구와, 상기 내부공간에 설치되고 상기 가스를 통과시켜 상기 가스에 포함된 미세고형물을 여과하는 필터와, 상기 필터를 통과한 가스를 배기시키는 가스배기구와, 상기 가스를 상기 가스유입구로부터 가스배기구 방향으로 강제유동시키는 공기펌프를 포함하는 여과집진장치에 있어서,
   상기 필터의 전면(가스유입구측의 면)이나 후면(가스배기구측의 면) 또는 전면과 후면 사이에 열교환수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 여과집진장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환수단은 열공급형인 것을 특징으로 하는 여과집진장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환수단은 열흡수형인 것을 특징으로 하는 여과집진장치.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필터는 위상학적으로 평판형 또는 원통형이며,
   유리섬유, 부직포, 다공성 세라믹, 금속분말 소결체 또는 금속망 소재이거나 이들 중 둘 이상 소재의 층상구조인 것을 특징으로 하는 여과집진장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 열교환수단이 상기 필터의 층상구조 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 여과집진장치.
   

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