KR100845218B1 - 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 필터에 관한 것으로, 카트리지 내부에 세라믹 여과 소자를 실장한 세라믹 필터에 있어서, 상기 세라믹 여과 소자는 카트리지의 출수구에 연결된 내부 중공(中空)을 갖는 다수 개의 세그먼트 여과 소자로 분리된 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 원수(原水)의 침투 면적을 극대화함으로써 여과 소자 및 필터의 부피를 최소화할 수 있고, 세라믹 필터를 휴대용 또는 탁상용 정수기에 사용할 수 있게 될 뿐만 아니라, 장시간동안 살균, 탈취 및 미향과 미네랄 제공의 기능이 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 정수기의 제조 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
세라믹 필터, 세그먼트 여과 소자
Description
도 1은 종래 세라믹 필터의 정단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원판형 세그먼트 여과 소자가 구비된 세라믹 필터의 정단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원판형 세라믹 세그먼트 여과 소자를 구성하는 상부원판 단면도이다.
도 2c는 도 2b에 도시된 상부원판의 저면도이다.
도 2d는 도 2b에 도시된 상부원판 및 상부원판과 대칭구조인 하부원판을 조립 전 상태로 분리하여 도시한 단면도이다.
도 2e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 세그먼트 여과 소자의 단면도이다.
도 2f는 도 2e에 도시된 세라믹 세그먼트 여과 소자의 표면에 탄소층을 형성한 것을 보여 주는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 카트리지 본체 3 : 카트리지 캡
5 : 연결나사 7 : 입수구
9 : 출수구 13 : 일체형 여과 소자
15 : 적층관 17 : 안내홈
18 : 안내공 19 : 밀폐캡
21 : 원판형 세그먼트 여과 소자 23 : 중공(中空)
23a, 23b : 요부(凹部) 25a, 25b : 개구
25 : 투수공(透水孔) 27, 27a, 27b : 관통공
29a, 29b : 외측돌출부 31a, 31b : 내측돌출부
32 : 탄소층 33 : 기밀링
35, 37 : 조립판 39 : 중공
41 : 활성탄 43 : 미향목초
45 : 목입자 47 : 암반입자
49 : 물통 51 : 물통 캡
53, 55 : 호스 57 : 물컵
59 : 밸브 61 : 프레임
본 발명은 세라믹 필터에 관한 것으로, 더 상세하게는 세그먼트 여과 소자(segment filtering element)를 채용하여 원수(原水)의 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터에 관한 것이다.
세라믹 필터는 다공질의 세라믹 분말을 고온에서 소성시켜 만든 세라믹 여과 소자에 의하여 물을 정수하는 필터이다. 통상, 세라믹 여과 소자는 다공질의 세라믹(알루미나 또는 실리카) 입자를 원통형 모양으로 성형하여 고온에서 소결하여 만든다. 이때, 세라믹 입자들간의 간격이 기공으로 형성되는데, 보통 기공의 크기가 최소 0. 1 ㎛- 0.5㎛ 정도이다. 보통, 표면 솔질에 의해 여러번 재사용이 가능한 점과 고압의 압력에 대한 내압성을 가지는 점에서 고분자 섬유를 이용한 멤브레인 보다 활용도가 더 높다.
대표적인 종래 세라믹 필터를 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 종래 세라믹 필터는 단일의 카트리지(1, 3) 내부에 일단이 막힌 대형 관형상의 세라믹 여과 소자(13) 1개를 장치한 구조를 가짐으로써, 원수(原水) 침투 면적이 매우 좁아 충분한 양의 원수를 빠른 속도로 여과하기 위하여 여과 소자 및 카트리지의 크기를 매우 크게 성형할 수 밖에 없었다. 그렇지 않으면 정수량이 미약하였기 때문이다. 뿐만 아니라, 종래 세라믹 필터는 정수시에 완전 살균 처리가 어렵고 또한 장기사용시에는 필터 내부에 악취가 쌓일 뿐만 아니라, 정수시에 미네랄, 미향 등을 제공하기 어려운 단점이 있었다.
상술한 종래 세라믹 필터의 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은 원수(原水)의 침투 면적을 극대화함으로써 여과 소자 및 필터의 부피를 최소화할 수 있는 세라믹 필터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 휴대용 또는 탁상용 정수기에 사용할 수 있을 정도로 세라믹 여과 소자의 부피가 줄어 든 세라믹 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 살균, 탈취 및 미향 제공의 효과를 갖는 세라믹 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 정수기의 제조 비용을 최소화할 수 있는 세라믹 필터를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터는 카트리지 내부에 세라믹 여과 소자를 실장한 세라믹 필터에 있어서, 상기 세라믹 여과 소자를 카트리지의 출수구에 연결된 내부 중공(中空)을 갖는 다수 개의 세그먼트 여과 소자(segment filtering element)로 분리한 것을 특징으로 한다.
상기 세그먼트 여과 소자 표면에는 단당류, 이당류, 또는 다당류 가운데 선택된 당류를 물에 녹여서 흡착시킨 후 무산소 가열하여 탄소층을 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원판형 세그먼트 여과 소자가 구비된 세라믹 필터의 정단면도를, 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원판형 세라믹 세그먼트 여과 소자를 구성하는 상부원판 단면도를, 도 2c는 도 2b에 도시된 상부원판의 저면도를, 도 2d는 도 2b에 도시된 상부원판 및 상부원판과 대칭구조인 하부원판을 조립 전 상태로 분리하여 도시한 단면도를, 도 2e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 세그먼트 여과 소자의 단면도를, 도 2f는 도 2e에 도시된 세라믹 세그먼트 여과 소자의 표면에 탄소층을 형성한 것을 보여 주는 단면도를 각각 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 카트리지(1, 3) 내부에 원판형 세그먼트 여과 소자(21)를 다수개(예를 들어, 2개 내지 100개) 적층함으로써 카트리지(1)의 입수구(7) 측으로 투입되는 원수(原水)의 여과 소자(21) 침투 면적을 극대화 할 수 있다.
도 2b 내지 도 2e를 참조하면, 상기 원판형 세그먼트 여과 소자(21)는 중앙에 관통 공(27)이 형성된 원판형상이고, 그 내부에는 투수공(25)에 의하여 상기 관통공(27)과 연결되는 중공(中空)(23)이 도넛츠 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
도 2b 내지 도 2e를 참조하면, 이러한 구조의 원판형 세그먼트 여과 소자(21)는 맥반석 분말 50-90중량%, 점토 분말 5-25중량%, 황토 분말 5-25중량%를 건식 볼밀에 넣고 약 12-16시간 1㎛이하로 미분쇄하고 이 미세 분말에 폴리비닐알콜(PVA) 등 바인더를 전체 미세 분말 질량에 대하여 1~3중량% 첨가하여 과립형으로 성형한 후, 고압 성형 프레스에 의하여 중간형태로 상부원판(21a) 및 하부원판(21b)을 성형하고, 이 상부원판(21a) 및 하부원판(21b)을 세라믹 접착제로 서로 접합하여 내부에 얇은 도넛츠형 중공(23)을 갖는 원판형 세라믹 여과 소자 성형체를 만든다. 이를 위하여 상기 상부원판(21a) 및 하부원판(21b)은 도 2d에 도시된 바와 같이 대칭 구조를 갖도록 성형한다. 또한, 도 2b 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 상부원판(21a)및 하부원판(21b)에는 서로 접합하는 면의 외주면에 중공(23)의 외측벽을 형성할 외측돌출부(29a, 29b)와 중공(23)의 내측벽(31)을 형성할 내측돌출부(31a, 31b)형성하고, 상기 외측돌출부(29a, 29b) 및 내측돌출부(31a, 31b) 사이에는 요부(凹部)를 형성한다. 또한 상기 내측돌출부(31a, 31b)의 일부를 개방하여 상기 투수공(25)을 형성할 개구(25a, 25b)를 마련한다. 이러한 구조를 갖는 상하원판(21a, 21b)이 접합하여 된 원판형 세라믹 여과 소자 성형체를 건조시킨 후, 900~1200℃의 적절한 온도에서 도기 상태로 소결하면 약0.1 ~ 0.3㎛의 미립자 공간을 형성하게 되어 다공성의 조직을 얻을 수 있게 된다.
본 발명은 세라믹 소재로 인체에 유익한 맥반석 및 황토를 사용함으로써, 맥반석의 게르마늄과 및 황토의 미네랄 성분 등 인체에 유익한 성분이 물에 용해될 수 있는 것이다.
도 2f를 도시된 바와 같이, 원판형 세그먼트 여과 소자의 표면에 물엿 또는 설탕, 포도당 등 단당류, 이당류 또는 다당류에서 선택된 당류를 녹여서 흡착시키고, 이를 건조한 후 약 400℃정도의 온도로 무산소 가열하여 탄소층(32)을 형성하면, 살균과 탈취 기능 뿐만 아니라 정수된 물에 미향을 가미할 수 있게 된다.
이렇게 만들어 진 원판형 세그먼트 여과 소자(21)를 도 2a에 도시된 바와 같이, 조립판(35), 적층관(15), 밀폐캡(19) 및 기밀링(33)에 의하여 다층으로 적층할 경우, 카트리지의 입수구(7)를 통하여 투입된 물은 다수의 원판형 세그먼트 여과 소자(21)에서 여과된 후 여과 소자 내부 중공(23), 투수공(25), 적층관(15)의 안내홈(17) 및 적층관(15)의 안내공(18)을 순차적으로 지나 출수구(9)로 배출된다. 이를 위하여, 상기 원판형의 세그먼트 여과 소자(21)는 적층관(15)에 기밀링(33)을 사이에 두고 적층되고, 상기 적층관(15)에는 상기 원판형의 세그먼트 여과 소자(21)의 투수공(25)과 연결되어 정수된 물을 카트리지의 출수구까지 안내하기 위한 수로로로 안내홈(17) 및 안내공(18)이 마련된다. 상기 적층관(15)은 활성탄입자 1~99질량%, 아연 합금입자 1~99%, 알루미늄 합금입자 1~99%를 혼합하여 성형할 경 우, 적층관(15)의 안내홈(17)을 지나는 물에 살균 작용 및 미향 첨가 기능을 할 수 있다. 상기 조립판(37)은 적층관(15) 및 세그먼트 여과 소자(21) 지지 기능 뿐만 아니라, 입수측과 출수측의 칸 막음 기능도 수행하나, 적층관(15) 하단을 출수구(9) 하단에 직접 연결할 경우에는 불필요하다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 세그먼트 여과 소자는 일단이 개방되고 일단이 폐쇄된 세관(細管)형으로 성형할 수도 있다. 다수개의 세관형 세그먼트 여과소자(35)를 조립판(37)에 길이 방향으로 삽입 설치하고, 이를 카트리지(1, 3) 내부에 장치한다. 이 때도 조립판(37)은 세그먼트 여과 소자(35) 지지기능 뿐만 아니라 입수측과 출수측의 칸 막음 기능도 수행한다. 카트리지(1, 3)의 입수구(7)로 유입된 원수는 세관형 세그먼트 여과소자(35)에 침투한 후 중공(39)으로 유입되고, 중공과 연결된 출수구(9)로 배출된다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 세관형 세그먼트 여과 소자에도 원판형 세그먼트 여과 소자와 마찬가지 방법으로 탄소층(32)을 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹 필터(102, 104)를 1차측 필터로 하고, 활성탄(41), 미향목초(43), 목입자(45), 미네랄보충용 암반입자(47) 등을 포함한 흡착필터(106)를 2차 필터로 하여, 도 5에 도시된 바와 같은 탁상용 혹은 휴대용 정수기를 구성할 수 있다. 이 때 흡착필터(106)는 멸균, 감미, 미네랄 등 영양소 보충 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 세라믹 필터는 여과 소자를 다수의 적층 원판형 여과 소자 또는 다발 세관형 여과 소자로 구성되므로 종래 1 개 카트리지 1개 여과 소자 필터에 비해 침투 표면적을 극대화하여 체적에 비해 정수 능력이 몇 배∼십수배가 증가되므로 초소형화를 이룰 수 있으며 특히 소자 표면 또는 소자층을 탄소층화 하여 살균, 탈취 등을 할 수 있으며, 세라믹 필터만으로 부족한 미향 및 영양소를, 2차 필터에서는 자연 목 입자, 암반입자 등에 의하여 보충하고, 활성탄에 의하여 다시 살균 및 탈취를 하며, 고성능의 정수기를 매우 소형으로 제작할 수 있게 되는 것이다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 원수(原水)의 침투 면적을 극대화함으로써 여과 소자 및 필터의 부피를 최소화할 수 있고, 세라믹 필터를 휴대용 또는 탁상용 정수기에 사용할 수 있게 될 뿐만 아니라, 장시간동안 살균, 탈취 및 미향과 미네랄 제공의 기능이 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 정수기의 제조 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 카트리지 내부에 세라믹 여과 소자를 실장한 세라믹 필터에 있어서,상기 세라믹 여과 소자는 카트리지의 출수구에 연결된 내부 중공(中空)을 갖는 다수 개의 세그먼트 여과 소자로 분리되고, 상기 세그먼트 여과 소자 표면에는 단당류, 이당류, 또는 다당류 가운데 선택된 당류를 물에 녹여서 흡착시킨 후 무산소 가열하여 형성한 탄소층이 포함된 것을 특징으로 하는 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 세그먼트 여과 소자는 중앙에 관통공이 형성된 원판형상이고, 그 내부에는 투수공에 의하여 상기 관통공과 연결되는 중공(中空)이 형성된 것을 특징으로 하는 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 세그먼트 여과 소자는 일단이 개방되고 일단이 폐쇄된 세관형상인 것을 특징으로 하는 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터.
- 제 3 항에 있어서,상기 원판형의 세그먼트 여과 소자는 적층관에 기밀링을 사이에 두고 적층되고, 상기 적층관에는 상기 원판형의 세그먼트 여과 소자의 투수공과 연결되어 정수된 물을 카트리지의 출수구까지 안내하는 수로가 마련된 것을 특징으로 하는 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터.
- 제 5 항에 있어서,상기 적층관은 활성탄입자 1~99질량%, 아연 합금입자 1~99%, 알루미늄 합금입자 1~99%를 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 침투 면적을 극대화한 세라믹 필터.
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