다공성 금속 부품인 튜브, 플레이트, 디스크는 여과 장치, 가스 분배 시스템, 유량 제어 부품, 전기화학 셀 등에 사용되는 기본 구성 요소입니다. 어떤 형상을 선택할지는 그 부품이 시스템 내 어디에 위치하는지, 그리고 어떤 기능을 해야 하는지에 따라 달라집니다. 이 가이드에서는 세 가지 표준 형상, 치수 범위, 그리고 각각이 가장 잘 맞는 적용 분야를 정리합니다.
재질과 기공 구조
세 가지 형상 모두 금속 분말(316L 스테인리스강 또는 순 티타늄 Grade 2)을 1000-1200°C의 진공로에서 소결해 제조합니다. 이렇게 만들어진 구조는 벽 또는 몸체 두께 전체에 걸쳐 상호 연결된 기공을 가지며, 초기 분말 입도와 소결 조건에 따라 0.22-100 µm 범위에서 기공 크기를 제어할 수 있습니다. 일반적인 기공률은 30-45%이며, 이는 부품 체적의 약 3분의 1이 열린 기공 공간이라는 뜻입니다.
316L과 티타늄 중 무엇을 선택할지는 공정 유체가 결정합니다. 316L은 물, 공기, 질소, 탄화수소, 약산, 가성 용액 등 대부분의 산업용 유체에 대응할 수 있습니다. 반면 염화물, 강한 무기산(HCl, H2SO4), 해수, 또는 제약 용도의 생체적합성이 필요한 경우에는 티타늄이 지정됩니다.
다공성 튜브
외경 범위: 14 – 200 mm (티타늄) / 20 – 200 mm (316L)
길이: 100 – 1200 mm
벽 두께: 2 - 10mm
기공률: 30 – 45%
기공 크기: 0.22 – 100 µm
다공성 튜브는 가장 범용성이 높은 형상입니다. 원통형 구조 덕분에 배관에 직접 설치하거나, 하우징 안에 삽입하거나, 용기 내부에 수직 장착하기 쉽습니다. 유체는 외부에서 내부로 흐를 수도 있고(여과 모드), 내부에서 외부로 흐를 수도 있습니다(스파징/폭기 모드).
가스 스파징 및 폭기
다공성 튜브 내부에 가스를 가압하면, 가스는 기공 통로를 통해 외부 표면으로 균일한 미세 기포 형태로 방출됩니다. 기포 크기는 튜브의 기공 크기에 의해 제어되며, 더 미세한 기공일수록 더 작은 기포가 형성되어 단위 가스 부피당 표면적이 증가하고 물질 전달 효율이 향상됩니다. 대표적인 스파징 용도는 폐수 산소 공급, 음료 탄산화, 화학 공정의 기액 반응입니다. 폭기 용도에서는 10-50 µm가 흔하고, 바이오리액터의 미세 기포 확산에는 2-10 µm가 일반적입니다.
유동화
유동층 반응기나 분체 취급 시스템에서는 다공성 튜브가 길이 방향으로 균일하게 가스를 분배해 균일한 유동화를 유지합니다. 다공성 벽의 압력 강하는 자연스러운 유량 저항 역할을 해 채널링을 방지합니다. 즉, 베드 밀도가 위치별로 달라져도 가스 분배는 상대적으로 균일하게 유지됩니다. 이는 저항이 낮은 구멍으로 가스가 편중되기 쉬운 천공 배관식 디스트리뷰터보다 큰 장점입니다.
인라인 여과
다공성 튜브를 인라인 필터 엘리먼트로 사용할 때는 외부에서 내부로 유체가 흐르며, 유체가 튜브 벽을 통과해 내부 보어로 들어가는 동안 입자를 포집합니다. 원통형 구조는 하우징 직경 대비 큰 여과 면적을 제공합니다. 여러 개의 튜브를 하나의 하우징 안에 병렬 배치해 총 유량 용량을 높일 수도 있습니다.
다공성 플레이트
최대 크기: 600 x 400 mm (티타늄) / 300 x 300 mm (316L)
두께: 0.5 – 20 mm (티타늄) / 0.5 – 10 mm (316L)
기공률: 30 – 45%
기공 크기: 0.22 – 100 µm
다공성 플레이트는 직사각형 또는 정사각형의 평판형 부품으로, 전체 두께 방향에 걸쳐 균일한 기공을 갖습니다. 원통형이 아니라 평평한 투과면이 필요한 곳에 사용됩니다.
PEM 전해조 부품
PEM 수전해 장치에서는 다공성 티타늄 플레이트가 애노드 측의 다공성 전달층(PTL)과 유로 플레이트로 사용됩니다. 플레이트는 물을 촉매층까지 전달하고 전류를 흐르게 하며 산소 기포를 배출해야 합니다. 애노드 환경은 산성 조건에서 높은 전위와 순산소가 존재하는 강한 산화 환경이므로 티타늄이 필요합니다. PTL 용도의 플레이트 두께는 일반적으로 0.5-2 mm이며, 기공률은 셀 설계에 맞게 조정됩니다.
유동 분배
예를 들어 충전층 반응기에 유체를 공급하거나 열교환기 면 전체에 가스를 균일하게 퍼뜨려야 하는 경우, 다공성 플레이트는 수동형 유동 분배기로 동작합니다. 플레이트의 압력 강하가 유체를 통과 전에 측방향으로 퍼지게 만들어, 단순 노즐식 분배기에서 발생하는 제트 현상을 줄일 수 있습니다.
다공성 디스크
직경: 5 – 400 mm (티타늄) / 5 – 300 mm (316L)
두께: 0.5 – 20 mm
공차: 외경 ±0.1 mm, 두께 ±0.05 mm
기공률: 30 – 45%
기공 크기: 0.22 – 100 µm
다공성 디스크는 원형 하우징, 플랜지, 배관 연결부에 끼워 넣는 원판형 부품입니다. 시트에 넣고 클램프하거나 볼트로 고정하면 되므로 설치가 가장 간단한 형상이며, 소형 장비와 실험실 용도에서 가장 흔히 사용됩니다.
시료 여과 및 실험실 용도
분석화학 및 품질관리 실험실에서는 소결 금속 디스크가 진공 여과 장치, 인라인 샘플 홀더, 부흐너형 깔때기에서 재사용 가능한 필터 지지체 및 필터 엘리먼트로 사용됩니다. 25-50 mm 직경의 0.22-1 µm 등급 디스크는 일회용 멤브레인 필터의 지속 비용 없이 시료 준비용 고정밀 여과를 제공할 수 있습니다.
가스 확산
5-50 mm 직경의 소형 다공성 디스크는 센서, 분석기, 소규모 기액 접촉기에서 가스 확산 엘리먼트로 사용됩니다. 밸브나 능동 유량 제어 없이도 측정 챔버나 액상으로 가스가 침투하는 속도를 안정적이고 반복 가능하게 제어할 수 있습니다.
압력 평형
전자 하우징, 압력 트랜스듀서, 배터리 팩 같은 밀폐 구조물은 온도 변화나 고도 변화 시 내부와 외부의 공기 압력을 평형시킬 필요가 있습니다. 작은 다공성 디스크(일반적으로 직경 5-15 mm, 기공 크기 0.22-5 µm)는 천천히 가스를 교환하면서 액체 물, 먼지, 오염물은 차단할 수 있습니다. 원리는 고어텍스 벤트 플러그와 유사하지만, 금속 디스크이기 때문에 더 높은 온도와 기계적 하중을 견딜 수 있습니다.
형상 선택 방법
실제 선택은 보통 설치 형상에 의해 결정됩니다.
- 튜브: 부품이 배관, 용기 또는 원통형 하우징 내부에 들어갈 때, 길이 방향으로 분산된 스파징이나 인라인 여과가 필요할 때, 또는 엔드 피팅(용접 캡, 나사, 플랜지)으로 직접 연결해야 할 때.
- 플레이트: 직사각형 또는 정사각형 단면을 가로지르는 평평한 투과면이 필요할 때, 전해조 셀 스택 부품용일 때, 또는 대면적 유동 분배가 필요할 때.
- 디스크: 원형 시트나 플랜지에 삽입되는 구조일 때, 실험실 및 벤치 스케일 장비용일 때, 벤트 플러그나 소형 가스 디퓨저용일 때, 또는 요구 크기가 약 300 mm 이하일 때.
세 가지 형상 모두 맞춤 치수로 제작할 수 있습니다. 비표준 크기, 기공 등급, 또는 단부 형상이 필요하다면 다공성 부품 제품 페이지를 확인하거나 문의해 주세요.
