KR100368825B1 - 자석식 여과필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자석식 여과필터에 관한 것으로서.

유입구(6)로 유입된 오염액이 내부의 여과재를 통과하면서 여과된 후 배출구(7)를 통하여 배출되도록 구성된 여과필터(1)에 있어서, 상기 여과재로써 굴곡가공된 연자성 금속박대(3)와 자석조각(4)을 혼합하여 충진시킨 카세트를 사용하고, 상기 여과재를 통과한 오염액이 펄프필터(5)를 통과하면서 2차적으로 여과된 후 배출구(7)를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하며,

필터 카세트 내부에 균일하면서도 높은 자속밀도를 형성시킴으로써 자동차, 선박, 산업기계, 제철공정 등에서 발생하는 오염액 중에 함유된 미세 철분입자에 대한 여과작업을 보다 향상된 성능으로 행하며, 결과적으로 여과필터의 수명을 연장시키는 효과를 제공한다.

Description

자석식 여과필터{Magnetic filter}

본 발명은 자석식 여과필터, 보다 상세하게는 자동차, 선박, 각종 산업기계 등에 있어서 오일 또는 각종 수용액을 포함하는 오염액을 여과하기위해 사용하는 여과필터에 관한 것으로, 특히 여과재로써 자석조각이 부착된 연자성 금속박대로 구성된 카세트에 펄프필터를 조합하여 사용함으로써 오염액 내의 자성을 가진 이물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 한 자석식 여과필터에 관한 것이다.

내연기관, 공작기계 등에 사용되는 오일은 금속부품의 기계적 마모에서 발생되는 철분입자와 녹 등에 의하여 오염되고, 제철설비의 냉연공정의 윤활유, 세정액 등은 강판 표면의 기계적 마모와 전 공정인 열연공정에 의한 산화녹에 의하여 액이 오염되게 된다.

이렇게 오염된 액들은 필터를 사용하여 여과하여 순환 사용하여야 하는데, 종래의 여과필터는 여과재로써 멤브레인이나 펄프필터 만을 사용하기 때문에 미세 자성물질에 대한 제거능력이 미흡하였고, 장기간 사용시에는 펄프필터에 이물질이 부착하므로 통기도가 저하되어 수명이 짧은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 자석이 부착된 여과필터가 다양한 형태로 고안되었는데, 최근의 예를 보면 일본에서는 금속박대인 비정질스트립 카세트의 상하단에 자석을 부착시키는 방법이 적용된 바 있고, 미국에서는 여과필터의 상부에 자석을 부착시켜 철분 등의 이물질을 제거하는 특허가 출원된 바 있다.

그러나, 상기와 같이 자석을 여과필터의 상부 또는 상하부에 부착하는 구성을 취할 경우에는 필터 내부의 자성 분포가 균일하지 못하고, 필터의 중앙부에서는 자속밀도가 낮아져 필터의 효율이 저하되는 문제점이 수반될 수 밖에 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 여과재로써 굴곡가공된 연자성 금속박대와 자석조각을 혼합하여 충진한 카세트를 사용하거나 이와 펄프필터를 조합시켜 사용함으로써, 여과필터 내부의 자성 분포를 균일화시키고 여과필터의 중앙부에서도 높은 수준의 자속밀도가 유지되게 하여 여과 효율을 개선시킨 자석식 여과필터를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 자석식 여과필터의 실시예를 도시한 정단면도,

도 2는 본 발명의 자석식 여과필터의 자석조각과 혼합되어 있는 연자성 금속박대층의 형상을 보여주는 조직단면도,

도 3은 본 발명의 자석식 여과필터와 종래의 외부에 자석을 거치한 여과필터에 있어서 필터 카세트 내부의 자속밀도 분포를 비교한 도표,

도 4는 본 발명의 자석식 여과필터의 여과 시간에 따른 오염된 세정액의 고형분(불순물)의 농도변화를 나타낸 도표이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 여과필터 2: 안전밸브

3: 금속박대 4: 자석조각

5: 펄프필터 6: 유입구

7: 배출구 8: 역류방지 고무판

9: 분리판

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유입구(6)로 유입된 오염액이 내부의 여과재를 통과하면서 여과된 후 배출구(7)를 통하여 배출되도록 구성된 여과필터(1)에 있어서, 상기 여과재로써 굴곡가공된 연자성 금속박대(3)와 자석조각(4)을 혼합하여 충진시킨 카세트를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 여과재를 통과한 오염액이 펄프필터(5)를 통과하면서 2차적으로 여과된 후 배출구(7)를 통하여 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 연자성 금속박대(3)에 내부식성 NiP 도금을 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 자석식 여과필터의 실시예를 도시한 정단면도, 도 2는 본 발명의 자석식 여과필터의 자석조각과 혼합되어 있는 연자성 금속박대층의 형상을 보여주는 조직단면도이다.

자동차의 내연기관 또는 각종 산업기계 등을 순환하면서 오염된 윤활유 또는각종 수용액을 포함하는 오염액은 여과필터의 유입구(6)를 통하여 여과필터(1) 내부로 유입된다. 그후 유입된 오염액은 자석조각(4)과 굴곡가공된 금속박대(3)가 혼합되어 구성된 여과재 카세트를 통과하면서 1차적으로 여과되고 2차적으로 펄프필터(5)를 통과하면서 여과되어 배출구(7)를 통하여 배출되게 된다.

만일 오염액의 순환 중 펄프필터(5)의 통기도가 저하되어 내압이 증가하게 되면, 오염액은 펄프필터(5)를 통하지 않고 상부의 안전밸브(2)를 통과하여 여과필터의 배출구(7)로 배출되지 않고 계속적으로 순환되게 된다.

자석조각(4)과 혼합되어 있는 굴곡가공된 금속박대(3)로 구성된 카세트는 그 내부에 높고 균일한 자속밀도를 유지하므로 특히 마이크론 이하의 미세 철분 입자를 우수한 효율로 포집하여 제거할 수 있으며, 후단의 펄프필터(5)를 통과하기전에 오염액을 1차적으로 필터링하므로 전체 필터의 수명을 향상시킨다.

각종 연자성 금속박대의 자기적 특성

구분	최소투자율(μmin)	포화자속밀도(Bs, Gauss)
FeCoSiB 비정질박대	100,000	6,000-16,000
FeNiCrSiB 비정질박대	8,000	10,000-12,000
FeSiB 비정질박대	10,000	15,000-16,000
FeSi 규소강판박대	3,000	7,000-16,000
FeNiMn 펌얼로이박대	40,000	7,000-16,000

각종 페라이트 자석의 자기적 특성

구분	초기투자율(μi)	자속밀도(Gauss)
MnZn 페라이트	5,000	3,500-4,200
CuZn 페라이트	500	2,000-3,000
NiZn 페라이트	70	2,000-2,700
CuZnMg 페라이트	10	1400

연자성 금속박대(3)와 자석조각(4)은 상기 표 1과 표 2에 나온바와 같이 필터의 종류에 맞추어 요구되는 성능, 수명에 따라 소재를 선정하여 사용할 수 있으며, 알칼리나 산의 수용액에서는 NiP의 무전해 도금을 하여 내부식성을 향상시켜 사용한다.

표 1에 기재된 금속박대(3)는 20㎛ 정도 두께의 연자성 금속박대로서, 표 2와 같은 자석조각(4)을 혼합하여 충진한 필터를 설치하면 미세 철분입자의 제거가 용이하여 결과적으로 여과필터(1)의 수명과 효율을 증대시킬 수 있다. 20㎛ 정도의 박대를 사용하는 이유는 필터소재의 접촉 면적을 증가시키고 필터 카세트 내 충진율을 향상시키기 위한 것이다.

한편 박판(薄板)인 연자성 금속박대(3)가 서로 중첩되는 것을 방지하기 위하여, 본 발명의 여과필터(1)에 사용되는 금속박대(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 굴곡 롤링한 후 미세한 자석조각(4)과 혼합시켜 설치되게 된다.

연자성 금속박대(3)는 자체적으로는 자성을 가질 수 없으며 자석조각(4)이 금속박대(3)에 부착함으로써 자화되어 자성을 갖게 된다.

도 3은 기존 방식인 외부에 자석을 거치하여 금속박대를 자화시켰을 때 필터 내부의 자속밀도와 본 발명에 의한 자석조각과 금속박대를 도 2와 같이 혼합하여 충진시켰을 때의 필터 내부의 자속밀도를 나타내고 있다.

도 3에 나타난 것과 같이 기존의 방식이 적용된 여과필터는 자석 부근에서는자속밀도가 높으나 자석으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 점차적으로 자속밀도가 감소하여 필터 효율이 저하되고 있다. 그러나 본 발명에 의한 여과필터의 경우 필터 내부의 자속밀도가 균일하게 높게 유지되고 있으므로 전체적으로 필터 효율이 개선된다.

연자성 금속박대에 의한 미세 철분입자의 필터능력(포획력) Fm은 다음의 수학식 1로 표시된다.

Fm = π × V × H × dH/dx

( π: 철분 입자의 자화율, V: 철분 입자의 체적, H: 자장의 강도, dH/dx: 자기구배로서 x는 자석으로부터의 거리 )

본 발명의 자석식 여과필터는 상기의 미세 철분입자에 대한 필터능력 Fm에 있어서 Fm > Fd (Fd: 유체의 유동 에너지)의 조건이 만족된 경우 미세 자성 불순물의 필터링이 가능하다.

본 발명의 여과필터는 도 3에 도시된 바와 같이 필터 내부의 자장의 강도를 획기적으로 또한 균일한 분포를 가지도록 상승시킴으로써 자성 불순물에 대한 포획력 Fm을 증가시켜 여과효율을 향상시키게 된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

<실시예>

FeSiB 20㎛ 두께의 비정질 연자성 금속박대를 폭 3mm로 슬리팅(slitting)하고 5mm 간격으로 굴곡 롤링한 후 NiP 무전해 도금을 하여 금속박대를 만들었다.

또한 MnZn 페라이트를 5mm이하로 파쇄한 후 금속박대와 혼합하고 필터 카세트에 충진하여 내부의 자속밀도를 400 Gauss로 제작하였다.

그후 세정액을 필터링 하기 위한 처리 용량 20 L/min의 로타리 필터에 장착한 후 고형성분의 필터링 성능을 측정하였다. 용액은 제철 공정의 ACT(Acid Cleaning Tank)의 오염된 50L 부피의 세정액을 사용하였으며 고형분은 10g/L 가 포함되어 있으며, 주성분은 FeO(OH), Fe₂O₃, Fe, Fe₃O₄등이다.

도 4는 본 발명의 자석식 여과필터의 여과 시간에 따른 오염된 세정액의 고형분(불순물)의 농도변화를 나타낸 도표이다.

도 4에 나타난 바와 같이 필터링 시간이 경과함에 따라 세정액 속의 불순물인 고형분의 농도는 급격히 감소하여 5분내 90% 이상의 필터링 효율을 나타내고 있다. 이는 필터 카세트 내의 높고 균일한 자속 밀도에 기인한 것이며 순환 시스템으로 효율은 계속적으로 증가할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 자석식 여과필터는, 굴곡된 연자성 금속박대와 자석조각이 혼합되어 충진된 필터 카세트를 사용하여 필터 카세트 내부에 균일하면서도 높은 자속밀도를 형성시킴으로써 자동차, 선박, 산업기계, 제철공정 등에서 발생하는 오염액 중에 함유된 미세 철분입자에 대한 여과작업을 보다 향상된 성능으로 행하며, 결과적으로 여과필터의 수명을 연장시키는 효과를 제공하는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 유입구(6)로 유입된 오염액이 내부의 여과재를 통과하면서 여과된 후 배출구(7)를 통하여 배출되도록 구성된 여과필터(1)에 있어서,

   상기 여과재로써 굴곡가공된 연자성 금속박대(3)와 자석조각(4)을 혼합하여 충진시킨 카세트를 사용하는 것을 특징으로 하는 자석식 여과필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 여과재를 통과한 오염액이 펄프필터(5)를 통과하면서 2차적으로 여과된 후 배출구(7)를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 자석식 여과필터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연자성 금속박대(3)에 내부식성 NiP 도금을 하는 것을 특징으로 하는 자석식 여과필터.