KR100921976B1 - 와류를 발생시키는 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 처리용 여과기 및 각종 수(水)처리용 여과기에 사용되는 여과기의 성능을 대폭 개선하기 위해 내부밀도가 비대칭인 필터를 디스크형으로 제작하여, 간극을 두고 적층시켜 사용함으로써 필터와 여과하고자 하는 공기나 원수의 접촉 표면적을 획기적으로 증가시키면서, 디스크형 필터를 회전시켜 와류를 발생케 하여 필터가 폐색되는 것을 봉쇄하고, 원심력과 마찰력에 의해 필터 표면의 오염물이 제거되도록 한 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리에 관한 것이다.

본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터는, 디스크의 베이스부 전체에 걸쳐 형성되어 있는 기공; 디스크의 중심부에 형성되어 여과된 유체의 통로가 되는 여과구멍; 여과구멍의 외부에 형성하여 필터를 고정시킬 때 사용되는 고정구멍; 고정구멍의 외부에 회전시 와류를 발생시키기 위하여 형성한 와류구멍; 디스크의 베이스부의 반경방향으로는 여과된 유체가 상기 여과구멍으로 원활하게 배출되도록 형성한 배출구; 디스크의 양면에 상기 기공보다 치밀하게 코팅한 코팅부를 포함하여 구성된다.

비대칭 필터, 와류, 초음파 진동자, 역세, 브러시, 여과, 코팅

Description

와류를 발생시키는 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리{Disc type dissymmetry-filter for generating vortex flow and filter assembly using the same}

본 발명은 와류를 발생시키는 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공기 처리용 여과기 및 각종 수(水)처리용 여과기에 사용되는 여과기의 성능을 대폭 개선하기 위해 내부밀도가 비대칭인 필터를 디스크형으로 제작하여, 간극을 두고 적층시켜 사용함으로써 필터와 여과하고자 하는 공기나 원수와의 접촉 표면적을 획기적으로 증가시키면서, 디스크형 필터를 회전시켜 와류를 발생케 하여 필터가 폐색되는 것을 봉쇄하고, 원심력과 마찰력에 의해 필터 표면에 있는 오염물이 제거되도록 한 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리에 관한 것이다.

현재 사용되는 공기 처리용 여과기 및 각종 수(水)처리용 여과기에 사용되는 필터는 크게 재질별로 종이필터, 섬유필터, 금속필터, 고분자화합물 필터, 세라믹 필터로 분류되고, 고분자화합물 필터는 세파필터, 침지형이나 하우징 내에 적층한 중공사막필터와 평막필터로 대별할 수 있으며, 이들 중 미세기공 이하의 필터에 관해서만 언급한다면 고분자화합물 필터와 세라믹 필터가 있다.

고분자화합물 필터는 단위 체적 내에 필터의 집적도가 매우 높아 여과물과의 접촉 표면적이 넓어 운전압력이 낮은 반면 역세가 어렵기 때문에 세파필터는 주기적으로 교체하여 폐기시켜야 하는 문제가 있고, 침지형이나 하우징형 중공사막, 평막 등의 필터는 약액에 담궈 세척 후 재사용해야 하는 등의 번거로움이 있으며, 특히 상기 필터들은 고온에서 사용할 수 없다는 문제가 있다.

한편, 고온에서 사용이 가능한 세라믹필터 중 튜브형 세라믹필터는 집적도가 상대적으로 낮아 집적도를 높여 접촉 표면적을 넓히려면 설비가 커지므로 운전압력을 높여 운전함으로써 구조적으로 쉬웠던 역세가 어려워지고, 집적도를 튜브형보다는 상대적으로 높인 연탄형 세라믹필터는 제조가 쉽지 않고 고가이며 튜브형 보다 역세가 어려워 일반적인 용도로 사용하기엔 부담스럽다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 대기(大氣)처리시설, 집진기, 공기청정기, 폐수처리시설, 정수처리시설 또는 생산공정의 고액(固液)분리공정이나 클린룸 설비 등에 사용하는 여과기의 성능을 대폭 개선하기 위해서, 필터를 구조적으로 디스크형으로 제작하여 간극을 두고 적층하여 사용함으로써 여과하고자 하는 공기나 원수와의 접촉 표면적을 획기적으로 증가시키면서, 상기와 같은 디스크형 필터를 회전시켜 와류를 발생케 하여 내부밀도가 비대칭인 필터의 폐색을 봉쇄시키며, 원심력과 마찰력에 의해 필터 표면의 오염물이 제거될 수 있는 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적 달성을 위하여 본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터는, 디스크의 베이스부 전체에 걸쳐 형성되어 있는 기공; 상기 디스크의 중심부에 형성되어 여과된 공기나 액체의 통로가 되는 여과구멍; 상기 여과구멍의 외부에 형성하여 필터를 고정시킬 때 사용되는 고정구멍; 상기 고정구멍의 외부에 회전시 와류를 발생시키기 위하여 형성한 와류구멍; 상기 디스크의 양면에는 상기 베이스부에 형성된 기공보다 치밀하게 코팅한 코팅부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 필터어셈블리는, 고정롯드(rod)에 끼워서 일정한 간격으로 배치시켜 양단(兩端)에서 고정수단에 의해 고정시킨 다수 개의 디스크형 비대칭 필터; 상기 디스크형 비대칭 필터의 사이 사이에 끼워지는 간격유지수단; 상기 다수 개의 디스크형 비대칭 필터의 양단 외측에 각각 설치되는 회전축 연결커버; 상기 각 회전축 연결커버에 연결되어 상기 디스크형 비대칭 필터를 회전시키기 위한 회전력을 전달받고, 내부로는 여과된 유체를 배출시키는 회전축; 상기 디스크형 비대칭 필터가 내장되는 하우징; 여과시키기 위한 유체를 유입시키기 위하여 상기 하우징의 일단(一端)에 형성된 유체입구; 여과되지 않은 유체를 배출시키기 위하여 상기 하우징의 타단(他端)에 형성한 유체출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 필터어셈블리의 하우징 하면에는 초음파 진동자가 설치되고, 디스크형 비대칭 필터의 사이 사이에는 하우징의 내면에 일단(一端)을 고정시킨 브러시 또는 역세노즐이 설치된다.

바람직하게는, 디스크형 비대칭 필터에서 디스크의 베이스부의 반경방향으로는 여과된 공기나 액체가 여과구멍으로 원활하게 배출되도록 배출구를 형성한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터 및 그 필터를 사용하는 필터어셈블리는, 디스크형 필터의 내부밀도를 비대칭으로 제작함으로써 폐색을 근본적으로 줄이고, 상기와 같은 디스크형 비대칭 필터를 오링(O-Ring) 등으로 간극을 두고 적층시키므로 여과하고자 하는 공기나 원수와의 접촉 표면적을 넓혀 운전압력을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 필터와 필터 사이에 간극이 있어 청소나 역세가 용이하다. 또한 적층된 디스크형 비대칭 필터를 결합시킨 회전축을 하우징 양단에서 베어링으로 고정하여 필터어셈블리를 제작하고, 회전축을 회전시키므로 와류구멍에서 강한 와류가 발생되어 필터의 폐색을 봉쇄시키기 때문에 효율적인 여과가 이루어지며, 한편으로는 회전에 의한 원심력과 마찰력에 의해 운전 중에도 필터 표면의 청소는 계속해서 이뤄진다.

또한, 필터를 회전시킬 때 발생되는 와류가 필터의 기공이 폐색되고 표면에 오염물이 쌓이는 것을 원천적으로 봉쇄시키기 때문에 대기처리시설, 집진기, 공기청정기, 폐수처리시설, 정수처리시설 또는 생산공정의 고액분리공정이나 클린룸 설비와 같은 공기 처리용 여과기 및 각종 수(水)처리용 여과기에 사용되는 필터의 성능을 대폭 개선함은 물론 장기간 안정적으로 운영할 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터에 대하여 설명하면, 디스크형 비대칭 필터는 공기 처리용 여과기 및 수(水)처리용 여과기에 사 용되는 고분자화합물 필터나 세라믹 필터인데, 그 구성은 디스크의 베이스부(11)와 코팅부로 구분된다.

베이스부(11)에는 전체에 걸쳐 형성되어 있는 기공과, 디스크의 중심부에 형성되어 여과된 유체인 공기나 액체의 통로가 되는 여과구멍(15)과, 상기 여과구멍(15)의 외부에 형성하여 필터를 고정시킬 때 사용되는 고정구멍(16) 및 상기 고정구멍(16)의 외부에 회전시 와류를 발생시키기 위하여 형성한 와류구멍(17)이 기본적으로 형성되고, 상기 베이스부(11)의 반경방향으로는 여과된 공기나 액체가 상기 여과구멍(15)으로 원활하게 배출되도록 형성한 배출구(14)가 형성되어 있다.

베이스부(11) 전체에 걸쳐 형성된 기공은 베이스부(11)의 외측에 코팅한 1차 코팅부(12) 및 2차 코팅부(13)와 기공의 크기와 밀도가 다르기 때문에 비대칭 필터라고 하는데, 최외측인 2차 코팅부(13)로부터 내측에 위치하는 1차 코팅부(12) 및 베이스부(11)로 갈수록 기공 구조가 대폭 커지기 때문에 필터 내부에서의 폐색을 원천적으로 방지할 수 있으며, 이러한 기공은 여과된 유체의 통로 역할을 한다. 본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터는 베이스부(11)의 큰 기공이 유체의 통로 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 여과된 유체가 더욱 원활하게 여과구멍(15)으로 배출되도록 디스크의 내부에 배출구(14)를 더 설치한 구조이다.

또한, 와류구멍(17)을 형성해 놓았기 때문에 필터를 회전시키면 와류가 발생 하게 되고, 발생된 와류는 마찰력으로 필터 표면을 청소함은 물론 전량여과(Dead-end filtration)방법을 사용하더라도 필터와 여과된 유체는 서로 십자류여과(Closs-flow filtration)방법이 되어 폐색을 현저히 줄여 주며, 필터어셈블리는 필터와 필터 사이가 적당히 떨어져 있어서 어떤 필터보다 구조적으로 역세를 원활하게 할 수 있다.

와류구멍(17)은 디스크의 2∼5개의 동심원 상에, 각 동심원마다 일정한 간격으로 복수 개씩을 형성하는데, 와류구멍(17)의 직경은 필터의 두께보다 작게 하여 그 개수를 늘릴수록 접촉 표면적이 늘어나 와류구멍으로 인한 효과를 높일 수 있다.

고정롯드(rod)(27)가 끼워져서 디스크형 비대칭 필터(10)을 고정시키게 되는 고정구멍(16)은 디스크의 동심원 상에 일정한 간격으로 2∼8개를 형성하는데, 고정구멍(16)을 형성한 동심원의 직경은 여과구멍(15)의 직경보다는 크고 와류구멍(17)을 형성한 가장 작은 동심원의 직경보다는 작아서, 결국 고정구멍(16)은 여과구멍(15)과 와류구멍(17) 사이에 형성된다(도 1 참조). 고정구멍(16)에 고정롯드(27)를 끼워서 필터를 고정시키기 때문에 디스크의 중심에 형성된 여과구멍(15) 내에는 여과구멍(15) 끼리를 연결하기 위한 별도의 축이 필요 없으므로 여과된 유체가 여과구멍(15)으로 원활하게 흐를 수 있도록 해준다.

코팅부는 디스크의 양면에 베이스부(11)에 형성된 기공보다 치밀하게 코팅한 부분을 말하는데, 상기 코팅부는 디스크의 내부로부터 1차 코팅부(12)와 2차 코팅부(13)로 구분되어 형성하는 것이 바람직하며, 가장 외부에 위치하는 2차 코팅부(13)는 1차 코팅부(12)보다 더 치밀한 구조를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 이 코팅부는 여과구멍(15) 주위, 즉 오링(23) 안쪽부는 코팅을 하지 않아 여과된 유체가 효과적으로 여과구멍(15)으로 흐를 수 있도록 유로를 형성하는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 필터어셈블리에 대하여 설명하면, 필터어셈블리는, 지금까지 설명한 디스크형 비대칭 필터(10)를 고정롯드(27)에 끼워서 일정한 간격으로 배치(적층)시키고, 고정롯드(27)의 양단(兩端)에서 고정너트(28)와 같은 고정수단에 의해 고정시키며, 일정간격으로 배치된 디스크형 비대칭 필터(10)의 사이 사이에는 오링(23)과 같은 간격유지수단을 삽입시켜 필터 사이가 일정 간격이 유지되도록 하며, 또한 여과 하고자 하는 공기나 액체와 여과된 유체 사이에 기밀을 유지토록 한다.

다수 개가 배치된 디스크형 비대칭 필터(10)의 양단 외측에는 각각 회전축 연결커버(26)를 배치하여, 양단에 설치되는 회전축 연결커버(26)와 다수 개가 배치된 디스크형 비대칭 필터(10)가 일체가 되도록 고정롯드(27)로 체결시킨다. 회전축(24)은 중공(中空)의 배관인데, 일단이 회전축 연결커버(26)에 연결되고 베어 링(25)으로 지지되어, 일체화시킨 디스크형 비대칭 필터(10)를 회전시키기 위한 회전력을 모터(50)로부터 전달받고, 배관 내부로는 여과구멍(15)으로 배출된 여과된 유체를 필터어셈블리의 외부로 배출시키는 통로가 된다.

회전축 연결커버(26)와 디스크형 비대칭 필터(10)를 체결시킨 고정롯드(27)를 고정너트(28)로 조여 필터 사이가 기밀을 유지토록 한 후 하우징(20) 내부에 넣고 하우징(20)의 양단에서 베어링(25)으로 회전축(24)을 고정하고 기밀을 유지하게 한 다음, 외부에서 모터(50)로 회전축(24)을 회전시키며 하우징(20)에 운전압을 가하여 여과한다.

디스크형 비대칭 필터(10)는 하우징(20)에 내장되는데, 하우징(20)에는 여과시키기 위한 유체를 유입시키기 위하여 하우징(20)의 일단(一端)에 형성된 유체입구(21)와, 여과되지 않은 유체를 배출시키기 위하여 유체입구(21)의 반대쪽에 형성한 유체출구(22)가 구비된다.

하우징(20)의 내부에는 고정롯드(27)가 쳐지거나 변형되는 것을 방지하기 위하여 적절한 개소에 베어링과 같은 축받침(29)을 더 설치하는 것이 바람직하며, 다수 개가 배치된 디스크형 비대칭 필터(10)의 사이 사이에는 하우징(20)의 내면에 일단(一端)을 고정시킨 브러시 고정자에 브러시(40)를 부착하거나 또는 역세노즐(미도시)을 부착하여 디스크형 비대칭 필터(10)의 표면에 오염물이 축적되지 못하 도록 하는 것이 바람직하다.

일정 시간 여과하면 필터 표면에 여과되지 않는 오염물이 축적되어 여과성능의 저하를 가져오는데, 이를 개선하기 위하여 본 발명에서는 브러시(40) 또는 역세노즐을 설치했는데, 브러시(40)는 필터와 필터 사이에 설치되어 있어서 디스크형 비대칭 필터(10)가 회전함에 따라 평소 여과할 때도 필터 외측 표면을 계속 청소 해 줄 수 있게 되고, 만일 필터가 더 오염되면 여과된 유체나 압축공기를 여과구멍(15)으로 역류시켜 역세한다. 이때 역세 효율을 더욱 높일 필요가 있을 때는 역세노즐을 디스크형 비대칭 필터(10) 사이에 설치하여 여과된 유체나 압축공기를 불어 넣음으로써 필터 내·외측에서 청소를 동시에 해주는 것이 바람직하다. 역세노즐의 가장 간단한 구조는 배관 주위에 다수의 노즐구멍을 형성한 것인데, 다양한 형태로 변형이 가능할 것이다.

필터어셈블리의 하우징(20) 하면에는 전체 길이에 걸쳐 초음파 진동자(30)를 더 설치하여 디스크형 비대칭 필터(10)의 표면 또는 기공에 축적된 오염물을 제거하도록 하는 것이 바람직하다. 역세작업을 할 때 초음파 진동자(30)를 진동시키면 필터가 회전하므로 적은 수의 초음파 진동자로도 완벽한 초음파 세척이 가능하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터의 평면도 및 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 디스크형 비대칭 필터의 비대칭 구조 및 적층구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 필터어셈블리의 단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 디스크형 비대칭 필터 11 : 베이스부

12 : 1차 코팅부 13 : 2차 코팅부

14 : 배출구 15 : 여과구멍

16 : 고정구멍 17 : 와류구멍

20 : 하우징 21 : 유체입구

22 : 유체출구 23 : 오링(O-Ring)

24 : 회전축 25 : 베어링

26 : 회전축 연결커버 27 : 고정롯드(rod)

28 : 고정너트 29 : 축받침

30 : 초음파 진동자 40 : 브러시

50 : 모터

Claims (15)

1. 공기 처리용 여과기 및 수(水)처리용 여과기에 사용되는 디스크형 비대칭 필터에 있어서, 상기 디스크형 비대칭 필터는,

   디스크의 베이스부 전체에 걸쳐 형성되어 있는 기공;

   상기 디스크의 중심부에 형성되어 여과된 유체의 통로가 되는 여과구멍;

   상기 여과구멍의 외부에 형성하여 필터를 고정시킬 때 사용되는 고정구멍;

   상기 고정구멍의 외부에 회전시 와류를 발생시키기 위하여 형성한 와류구멍;

   상기 디스크의 양면에 베이스부에 형성한 기공보다 치밀하게 코팅한 코팅부;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크형 비대칭 필터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 코팅부는 디스크의 내부로부터 1차 코팅부와 2차 코팅부로 구분되어 형성되며, 가장 외부에 위치하는 2차 코팅부는 1차 코팅부보다 더 치밀한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디스크형 비대칭 필터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 코팅부는, 상기 여과구멍의 주위에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 디스크형 비대칭 필터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 디스크의 베이스부의 반경방향으로는 여과된 유체가 상기 여과구멍으로 원활하게 배출되도록 배출구를 더 형성한 것을 특징으로 하는 디스크형 비대칭 필터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 와류구멍은, 디스크의 2∼5개의 동심원 상에 형성하고, 각 동심원에는 일정한 간격으로 복수 개씩을 형성하며, 상기 와류구멍의 직경은 디스크형 비대칭 필터의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 디스크형 비대칭 필터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 고정구멍은, 디스크의 동심원 상에 일정한 간격으로 2∼8개를 형성한 것을 특징으로 하는 디스크형 비대칭 필터.
7. 공기 처리용 여과기 및 수(水)처리용 여과기에 사용되는 필터어셈블리에 있어서, 상기 필터어셈블리는,

   고정롯드(rod)에 끼워서 일정한 간격으로 배치시켜 양단(兩端)에서 고정수단에 의해 고정시킨 다수 개의 디스크형 비대칭 필터;

   상기 디스크형 비대칭 필터의 사이 사이에 끼워지는 간격유지수단;

   상기 다수 개의 디스크형 비대칭 필터의 양단 외측에 각각 설치되는 회전축 연결커버;

   상기 회전축 연결커버에 연결되어 상기 디스크형 비대칭 필터를 회전시키기 위한 회전력을 전달받고, 내부로는 여과된 유체를 배출시키는 회전축;

   상기 디스크형 비대칭 필터가 내장되는 하우징;

   여과시키기 위한 유체를 유입시키기 위하여 상기 하우징의 일단(一端)에 형성된 유체입구;

   여과되지 않은 유체를 배출시키기 위하여 상기 하우징의 타단(他端)에 형성한 유체출구;

   를 포함하여 구성되고, 상기 디스크형 비대칭 필터는,

   디스크의 베이스부 전체에 걸쳐 형성되어 있는 기공;

   상기 디스크의 중심부에 형성되어 여과된 유체의 통로가 되는 여과구멍;

   상기 여과구멍의 외부에 형성하여 상기 고정롯드가 끼워지는 고정구멍;

   상기 고정구멍의 외부에 회전시 와류를 발생시키기 위하여 형성한 와류구멍;

   상기 디스크의 양면에는 상기 베이스부에 형성된 기공보다 치밀하게 코팅한 코팅부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.
8. 제7항에 있어서,

   상기 간격유지수단은 오링(O-Ring)인 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제7항에 있어서,

    상기 하우징의 하면에는 초음파 진동자가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.
12. 제7항에 있어서,

    상기 디스크형 비대칭 필터의 사이 사이에는 브러시가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.
13. 제7항 또는 제12항에 있어서,

    상기 디스크형 비대칭 필터의 사이 사이에는 상기 하우징의 내면에 일단(一端)을 고정시킨 역세노즐이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.
14. 제7항에 있어서,

    상기 고정수단은 너트인 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.
15. 제7항에 있어서,

    상기 하우징의 내부에는 상기 고정롯드가 쳐지거나 변형되는 것을 방지하기 위하여 베어링이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 필터어셈블리.

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