KR100496441B1 - 벨로우즈 필터 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기중의 이물질을 걸러내는 필터 시스템에 관한 것으로, 하부에 드레인홀(12)이 형성되고 그 상부 일측에 공기유입구(14)가 형성되며 상부 타측에 공기유출구(16)가 형성된 하우징(10)내에 벨로우즈관(40)을 상하 방향으로 설치하고, 그 하부에는 필터(20)가 교체가능하도록 설치되는 필터지지체(30)를 설치하며, 상기 필터지지체(30)는 벨로우즈관(40) 중심을 관통하여 설치되는 실린더(60)에 의하여 승/하강하는 로드(50)에 연결하고, 상기 실린더(60)는 타이머(70)에 의하여 일정시간간격으로 동작되도록 하고, 상기 벨로우즈관(40)내부로 벨로우즈관(40)의 수축과 동시에 역세공기를 주입시키며, 상기 하우징(10)에는 벨로우즈관(40)의 수축시에 필터(20)및 벨로우즈관(40)에 진동을 가하여 오염물질의 이탈을 촉진시키는 초음파 발생장치(80)를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 필터 시스템을 제공하여, 필터(20)에 부착된 오염물이 효율적으로 떨어져서 드레인되도록 함으로써 종래의 필터 교체로 인한 작업시간과 작업인력의 낭비가 발생되지 않도록 함과 아울러 필터의 영구사용이 가능하도록 하는 것이다.

Description

벨로우즈 필터 시스템{bellows filter system}
본 발명은 반도체, 기계가공, 연구장비 등에 사용되는 공기(air)나 용매 등에서 이물질이나 오염물질을 제거하는 필터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필터를 벨로우즈관의 하단에 부착하고, 일차적으로 공기에 유입된 수분이나 유분이 벨로우즈관 벽면에 충돌하면서 아래로 흘러내려 어느 정도 여과된 다음 벨로우즈관 하단에 설치된 필터를 통과하면서 2차 여과가 일어나도록 하고, 미세한 먼지 등 오염물질은 벨로우즈관 하단 필터에서 여과되어 필터가 막힐 경우 이를 효과적으로 제거하기 위하여 벨로우즈관을 일정한 시간간격으로 상/하로 이동시키고, 상/하 이동과 동시에 필터주위에 진동을 부가하면서 벨로우즈 내부로 역세 공기압을 주입하여 필터에 묻은 이물질과 수분등을 효과적으로 제거하고, 기존 섬유제나 폴리계열 필터를 금속제나 세라믹스제 필터로 교체하여 반영구적으로 필터의 교체시기를 연장하는 벨로우즈 필터 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체, 기계가공, 연구장비 등에 사용되는 필터는 공기(air)나 용매 등에서 이물질이나 오염물질을 제거하여 공정중에 이물질이 들어가는 것을 방지하고 외부로 오염물질이 배출되는 것을 방지하는데, 종래의 폴리프로필렌, 폴리에칠렌, 섬유 등의 필터를 사용 할 경우 압축공기 등으로부터 배관에서 물방울 등이 형성되어 완벽한 필터링(filtering)이 일어나지 않아 이물질이 제조장치 등에 공급될 경우 불량 등의 요인이 된다.
기존 필터는 카트리지 1회용으로 반도체 라인의 경우 2일에 1회 교체하여하고, 이에 따라 생산현장에서는 교체시간동안 기계의 가동을 정지하여야 하므로 생산성 저하의 문제점을 발생하고, 자주 필터를 교체하여야 하므로 필터 소모량이 증가하게 되어 생산현장에서 생산되는 제품의 원가상승 요인으로 작용하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 배관라인에는 수분이나 유분이 생성되어 공급 파이프를 타고 연속적으로 들어오며, 배관라인의 유분이나 수분이 완전히 필터링(filtering)되지 않고 제조 공정으로 유입되어 제품의 품질 저하를 일으키는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기존 일회용 카트리지형 필터의 경우 공기중에 유입되는 수분이나 유분이 1차적으로 카트리지 폴리계 필터나 섬유계 필터에 흡착되고 완전히 제거되지 않아 유출되었으나 본 발명에서는 벨로우즈관을 부착하여 일차로 유분이나 수분이 벨로우즈관에 충돌하여 아래로 떨어지게 하고, 벨로우즈관 하단부에 금속이나 세라믹스 필터를 부착하여 유분, 수분 및 오염물질을 여과하고자 하는 것이다. 그리고, 벨로우즈관 하단부에 설치된 필터에 부착된 오염물질을 효과적으로 제거하기 위하여 이 벨로우즈관을 일정시간간격으로 상/하로 이동시켜 공기의 흐름과 반대 방향으로 압력이 걸리게 하여 필터에 부착된 오염물질을 제거하며, 오염물질의 제거 효과를 더 높이기 위하여 벨로우즈관 내부에 역세 공기압을 강제로 주입하면서 필터 주위에 진동을 첨가하여 오염물질의 이탈을 촉진한다. 이러한 작용에 의해 수분이나 유분 및 필터에 묻은 이물질 등을 제거함으로써, 필터의 교체시기를 연장하는 벨로우즈 필터 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한 기존 필터시스템은 카트리지 형태로 내부 필터 전체를 교체하여야 하나 본 발명에서는 벨로우즈관 하단에 설치한 금속이나 세라믹스 필터만 교체 해 주어 반영구적으로 사용할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 하기에서 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 벨로우즈 필터 시스템을 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 벨로우즈 필터 시스템은 하부에 드레인홀(12)이 형성되고 그 상부 일측에 공기유입구(14)가 형성되며 상부 타측에 공기유출구(16)가 형성된 하우징(10)과, 필터(20)가 교체가능하도록 설치되는 필터지지체(30)와, 상기 필터지지체(30)가 하종단에 설치되어 하우징(10)내에 상하 방향으로 설치되며 공기유출구(16)와 연결되는 벨로우즈관(40)과, 상기 벨로우즈관(40) 중심을 관통하여 필터지지체(30)에 연결된 로드(50)와, 상기 로드(50)를 승/하강시키는 실린더(60)와, 상기 실린더(60)가 일정시간간격으로 로드(50)를 승/하강시키도록 실린더(60)의 동작을 제어하는 타이머(70)로 구성된다.
한편 상기한 구성에서, 필터(20) 아래로 오염물질을 떨어뜨리는 효과를 증가하기 위하여 벨로우즈관(40) 내부로는 벨로우즈관(40)의 수축과 동시에 공기유출구(16) 뒷면에 부착된 역세공기 주입구(미도시)를 통하여 일정압력을 가진 외부 공기를 순간적으로 벨로우즈관(40) 내로 주입하면 벨로우즈관(40) 하단에 설치된 필터(20)에 공기의 흐름과 반대방향으로 순간적인 압력이 걸리게 됨에 따라 상기 외부공기는 필터에 충격공기로서 작용하게 되어, 결국 필터(20)에 부착된 이물질을 아래로 쉽게 떨어뜨릴 수 있게 되는 것이다.
또한 상기 하우징(10)에는 벨로우즈관(40)의 수축시에 필터(20)및 벨로우즈관(40)에 진동을 가하여 오염물질의 이탈을 촉진시키는 초음파 발생장치(80)를 더 설치하며, 상기 초음파 발생장치(80)는 도 1에 나타내는 바와 같이 일정거리를 움직일 수 있도록 코일형으로 설치함으로써, 하우징(10) 상부에 부착된 실린더(60)가 수축하면서 로드(50)가 위로 상승하면 벨로우즈관(40)은 상부로 수축이 일어나고 이때 외부에 설치한 초음파 발생장치(80)에서 발생한 진동이 코일형 진동전달장치(82)를 타고 필터(20)에 전달되어 필터(20)에 부착된 오염물질의 이탈을 촉진한다. 이때 상부에서 유입되는 충격 역세공기에 의해 필터(20)에 부착된 이물질이 쉽게 아래로 떨어져 나온다. 코일형 진동전달장치(82)는 실린더(60)가 수축되면서 로드(50)의 상승거리만큼 벨로우즈관(40)의 수축이 일어날 수 있도록 하기 위하여 유연성을 가진 코일형으로 형성한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 하기에서 살펴본다.
공기유입구(14)로 들어오는 공기는 어느 정도의 오염물질(분진 등)을 함유하고 있으며, 배관라인 등에서 발생한 유분과 수분을 가지고 하우징(10) 내부로 들어오게 되는데, 이와 같이 공기유입구(14)로 들어온 공기는 1차적으로 벨로우즈관(40)에 충돌하면서 유분 또는 수분이 벨로우즈관(40)벽에 부착되어 아래로 떨어짐으로써 드레인(drain)된다.
그리고, 벨로우즈관(40) 벽면에 충돌한 공기는 금속 및 세라믹스 필터(20)를 통과하면서 필터(20)의 기공 이상 크기의 오염물질이 필터(20)에 의하여 걸러지게 되므로, 필터(20)를 통과하지 못한 오염물질은 하부로 떨어져서 드레인되고, 필터(20)를 통과한 오염물이 제거된 공기는 공기유출구(16)로 배출되어 생산라인으로 공급된다.
이와 같은 필터링과정을 거치면서 필터(20) 및 벨로우즈관(40)에는 하부로 떨어지지 않은 오염물질(유분, 수분등)이 부착하게 되므로, 타이머(70)에서 일정한 시간 간격으로 실린더(60)에 전원을 공급하여 이 실린더(60)에 부착된 로드(50)를 승/하강시켜(통상 벨로우즈관 크기의 최대 5%까지 수축) 필터(20)에 역압이 걸리게 하면 필터(20)및 벨로우즈관(40)에 부착된 오염물질이 아래로 떨어진다.
한편, 상기한 벨로우즈관(40)의 수축과정에서 필터(20)아래로 오염물질을 떨어뜨리는 효과를 증가하기 위하여 벨로우즈관(40)이 수축할때 상부공기를 강제로 파이프를 통해서 불어넣음과 동시에 초음파 발생장치를 필터(20)부위에 접촉하게 하여 진동을 발생시킴으로써 오염물질의 이탈을 촉진할 수 있다.
상기한 바와 같은 벨로우즈 필터 시스템의 동작에 따른 결과를 하기에서 살펴본다.
도 2내지 도 5는 본 발명에 따른 벨로우즈 필터 시스템의 공기유입구의 공기압 변화를 조사한 그래프로써, 10~15㎛ 정도의 분진이 소량 첨가된 공기를 일정한 속도로 공기유입구(14)를 통하여 주입한 결과를 나타낸다.
도 2는 벨로우즈관(40)의 수축이나 다른 처리를 하지 않은 경우를 나타내는 그래프로써 전 기간에서 압력이 거의 일정하게 됨을 알 수 있다.
그리고, 도 3은 2시간 간격으로 벨로우즈관(40)을 수축할 경우를 나타내는 그래프로써, 수축이 일어나는 시간에서는 필터(20)에 부착된 이물질이 이탈됨에 따라 압력이 감소하여 공기의 흐름이 원활하게 된다.
도 4는 벨로우즈관(40)을 수축하면서 역세공기를 3kgf/㎠ 압력으로 주입 할 경우를 나타내는 그래프로써, 압력감소량이 벨로우즈관(40)만을 수축하였을 때에 비하여 증가하여 이물질의 이탈율이 벨로우즈관(40)만을 수축하였을 때에 비하여 증가됨을 알 수 있다.
더욱이, 도 5는 벨로우즈관(40)을 수축할 때 상기와 같이 역세공기를 주입하면서 초음파 발생장치(80)를 더 구동한 경우를 나타내는 그래프로써, 이 경우 압력 감소량이 상기 도 4에 나타내는 결과에 비하여 더욱더 감소하여 필터(20)의 오염물질 제거가 더 잘 일어남을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 필터시스템 외부에서 유입되는 대상물에 혼합된 수분 또는 유분등이 일차적으로 벨로우즈관 벽에 충돌하여 벽면을 타고 아래로 흘러내려 드레인되고 2차적으로 금속망 및 세라믹스 필터에서 필터링이 일어나므로 여과효율이 대폭 상승되며, 벨로우즈관의 수축 팽창 원리를 이용하여 수축 팽창에 의해 벨로우즈관 및 필터에 여과된 이물질을 아래로 드레인시켜 필터 교환을 하지 않고 반영구적으로 사용할 수 있으며, 금속망 및 세라믹스 필터에 역세 공기를 주입하거나 부수적으로 초음파를 부여하여 필터의 이물질 이탈을 촉진시킴으로써 필터의 영구사용이 가능하도록 함과 아울러, 필터의 교체로 인한 작업시간 및 인력을 대폭 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 벨로우즈 필터 시스템을 나타내는 단면도
도 2는 벨로우즈관의 수축이나 다른 처리를 하지 않은 경우 공기유입구의 공기압 측정결과를 나타내는 그래프
도 3은 2시간 간격으로 벨로우즈관을 수축할 경우 공기유입구의 공기압 측정결과를 나타내는 그래프
도 4는 벨로우즈관을 수축하면서 역세공기를 주입 할 경우 공기유입구의 공기압 측정결과를 나타내는 그래프
도 5는 벨로우즈관을 수축할 때 역세공기를 주입하면서 초음파 발생장치를 더 구동한 경우 공기유입구의 공기압 측정결과를 나타내는 그래프
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 하우징 12 : 드레인홀
14 : 공기유입구 16 : 공기유출구
20 : 필터 30 : 필터지지체
40 : 벨로우즈관 50 : 로드
60 : 실린더 70 : 타이머
80 : 초음파 발생장치 82 : 코일형 진동전달장치

Claims (4)

  1. 필터 시스템에 있어서,
    하부에 드레인홀(12)이 형성되고 그 상부 일측에 공기유입구(14)가 형성되며 상부 타측에 공기유출구(16)가 형성된 하우징(10)과;
    필터(20)가 교체 가능하도록 설치되는 필터지지체(30)와, 상기 필터지지체(30)가 하종단에 설치되어 하우징(10)내에 상하 방향으로 설치되며 공기유출구(16)와 연결되는 벨로우즈관(40)과;
    상기 벨로우즈관(40) 중심을 관통하여 필터지지체(30)에 연결된 로드(50)와;
    상기 로드(50)를 승/하강시키는 실린더(60)와;
    상기 실린더(60)가 일정시간간격으로 로드(50)를 승/하강시키도록 실린더(60)의 동작을 제어하는 타이머(70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 필터 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 벨로우즈관(40) 내부로 벨로우즈관(40)의 수축과 동시에 공기유출구(16) 뒷면에 부착된 역세공기 주입구를 통하여 일정압력을 가진 외부 공기를 순간적으로 벨로우즈관(40) 내로 주입하여 벨로우즈관(40) 하단에 설치된 필터(20)에 공기의 흐름과 반대방향으로 순간적인 압력이 걸리게 하여 필터(20)에 부착된 이물질을 아래로 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 필터 시스템.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징(10)에는 벨로우즈관(40)의 수축시에 필터(20) 및 벨로우즈관(40)에 진동을 가하여 오염물질의 이탈을 촉진시키는 초음파 발생장치(80)를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 필터 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 초음파 발생장치(80)로부터 발생된 진동은 코일형 진동전달장치(82)를 통해서 벨로우즈관(40)및 필터(20)로 전달되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 필터 시스템.
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