KR101323181B1 - 섬유층을 다단식으로 적층시키는 필터섬유 적층장치와, 이를 이용한 다단식 필터여과재 제조공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각기 다른 헤드박스농도를 갖는 액상의 필터슬러리들을 높이 간격으로 분리하여 수용한 후 하부에서 상부를 향하는 방향으로 수용된 필터슬러리들을 개구부를 통해 순차적으로 개구부 전면에 설치되는 루프판에 배출시킴으로써 섬유층을 액상으로 적층시키는 필터섬유 적층장치와, 필터섬유 적층장치를 이용하여 층간의 결속을 위한 별도의 공정 없이 층간 결속력 및 포집효율이 우수한 다단식 필터여과재를 제조할 수 있는 다단식 필터여과재 제조공정에 관한 것이다.

Description

섬유층을 다단식으로 적층시키는 필터섬유 적층장치와, 이를 이용한 다단식 필터여과재 제조공정{Laminating apparatus of fiber layer and method of filter medium with multi-layer therefor}

본 발명은 섬유층을 다단식으로 적층시키는 필터섬유 적층장치와, 이를 이용한 다단식 필터여과재 제조공정에 관한 것으로서, 상세하게로는 하나의 헤드박스에서 각기 다른 헤드박스농도를 갖는 필터슬러리 용액들을 별도의 접착부재 없이 다단식으로 적층시키는 필터섬유 적층장치와, 이를 이용하여 층간결속력이 우수할 뿐만 아니라 포집효율 및 분진 수용량이 높은 다단식 필터여과재를 제조할 수 있는 다단식 필터여과재 제조공정에 관한 것이다.

필터여과재(Filter medium)는 미세분진을 필터링 하는 장치로서, 환경오염 및 건강에 대한 관심이 급증되고, 부품들이 집적화 및 소형화됨에 따라 미세분진으로 인한 기기의 고장을 방지하기 위한 목적으로 공기청정기, 청소기, 반도체산업, 자동차산업 및 각종 전자산업 등의 다양한 분야에 사용되고 있다.

필터여과재로는 부직포 필터, 종이 필터, 유리섬유 필터, 금속필터, 세라믹 필터 등이 가장 널리 사용되고 있다.

종이 필터 및 유리섬유 필터는 공기 중의 미세분진을 필터링 하는 장점으로 인해 다양한 분야에 사용되고 있으나, 얇고 조밀한 단층구조로 이루어지기 때문에 포집되는 분진을 수용하는 공간이 적어 교체가 잦으며, 분진이 필터링 되지 않는 단점을 갖는다.

특히 미디엄필터(Medium Filter), 헤파필터( Hepa Filter )는 직경 0.5㎛ 이상의 초극세 단섬유들로 형성되어 미세분진을 포집할 수 있는 장점으로 인해 항공관련, 반도체, 제약회사, 병원 등과 같이 고도의 정밀 위생시설이 필요로 하는 부품 및 장소에 사용되고 있고, 이에 따라 초극세 단섬유들을 다단식(복층식)으로 적층시켜 필터 여과재의 포집효율 및 포집 수용량을 높이기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.

국내등록특허 제10-1000366호(명칭 : 공기 청정용 필터)에서는 공기 유입측으로부터 공기 유출측을 향하는 방향으로 벌키층, 중간층, 조밀층 및 필름층의 4층 구조로 필터를 형성함으로써 섬유층의 공극을 균일하게 유지하여 필터링 되는 대기 중의 분진에 대한 포집효율 및 수용량을 높이기 위한 필터여과재가 기재되어 있으나, 이러한 방식의 필터여과재는 각 섬유층들의 결속을 위해 사용되는 계면활성제가 섬유층들의 공극을 막아 수명이 짧아짐과 동시에 포집효율이 떨어지는 문제점을 발생시킨다.

또한 국내등록특허 제10-0405318호(명칭 : 공기 청정기용 필터 여재와 그 제조방법)에서는 필터가 조밀층, 중간층 및 벌키층의 3층 구조로 형성되어 포집효율 및 수용량이 높은 필터 여재가 기재되어 있으나, 이러한 방식의 필터 여재는 섬유층들 각각의 결합이 열융착에 의해 이루어지기 때문에 열융착을 수행하기 위한 별도의 공정으로 인해 공정이 복잡할 뿐만 아니라 제조비용이 증가되며, 열융착으로 인해 섬유 원형이 파괴되는 단점을 갖는다.

이와 같이 종래에 고안된 다단식 섬유층으로 형성되는 필터 여과재는 각 층이 화학적 고체상(固體相)으로 적층된 후 니들펀칭기, 초음파 결합기, 수지접착제, 계면활성제 및 열융착 등과 같은 별도의 접속수단을 이용하여 섬유층들의 결속이 이루어지기 때문에 포집효율 및 분진 수용량은 높일 수 있으나, 제조비용이 증가됨과 동시에 제조과정이 복잡하며, 접속수단에 의해 필터효율이 떨어지는 한계를 갖게 된다.

또한 종래에 고안된 다단식 필터 여과재는 통상적으로 섬유층 수량에 대응되는 복수개의 헤드박스들 각각에 섬유들이 수용된 후 헤드박스 각각에서 섬유들이 순차적으로 배열됨으로써 섬유들이 복수층으로 적층되는 방식으로 이루어지고 있으나, 이러한 제조방식은 적층되는 섬유층의 수량에 따라 헤드박스의 수량이 증가됨에 따라 제조비용이 증가됨과 동시에 설계가 복잡해지는 문제점이 발생된다.

이에 따라 본 발명의 출원인은 서로 다른 헤드박스농도를 갖는 필터슬러리를 액상으로 적층시킨 후 탈수 및 경화시켜 복수개의 섬유층들이 적층된 다단식 필터 여과재에 대한 특허(국내등록특허 제 10-1201759호, 명칭 : 2층 구조를 갖는 필터 여과재)를 등록받았으나, 서로 다른 헤드박스농도를 갖는 섬유들을 액상으로 적층시키기 위한 제조공정 및 장치에 대한 연구는 미흡한 실정이다.

도 1은 국내공개특허 제10-2009-0068337호(발명의 명칭 : 다중 모드 헤드박스)에 기재된 웹 제조용 헤드박스를 나타내는 측면도이다.

도 1의 헤드박스(이하 종래기술이라고 하기로 함)(500)는 제지 섬유의 수성 현탁액이 각기 다른 농도로 수용되는 분배기(501), (502)들과, 복수개의 노즐(531)이 구비되어 일측이 분배기(501), (502)들에 연결되는 한 쌍의 챔버(503)들과, 화살표(A) 방향으로 헤드박스 사이에서 무단 루프를 형성하며 복수개의 구멍이 형성되는 성형 직물(505)로 이루어진다.

분배기(501), (502)들 각각에 수용된 다른 농도의 제지 섬유의 현탁액은 노즐(531)에 의해 성형 직물(505)의 표면상으로 침착된다.

이와 같이 종래기술(100)은 분배기(501), (502)들 각각에 제지 섬유의 현탁액이 각기 다른 농도로 수용된 후 노즐(531)을 통해 성형 직물(505)에 침착됨으로써 하나의 헤드박스를 이용하여 각기 다른 농도의 현탁액을 침착시킬 수 있게 되는 장점을 갖는다.

그러나 종래기술(100)은 액상으로 형성되는 현탁액이 고가의 노즐(531)들에 의해 성형 직물(505)로 분사되기 때문에 제조비용이 높고, 분사가 지속될 때 노즐(531) 구멍 내부에 제지 섬유들이 엉켜 막히게 되어 분사가 이루어지지 않는 일이 빈번하게 발생됨으로써 장비 교체 및 점검으로 인해 공정이 지체되는 일이 빈번하게 발생한다.

또한 종래기술(100)은 제지 섬유들을 적층시키기 위하여 고안된 것이 아니라 단순히 다른 농도의 제지 섬유 혼탁액들을 선택적으로 침착시키기 위해 고안된 것이기 때문에 필터 여과재의 포집효율을 높이기 위해 다단 구조로 섬유들을 적층시킬 수 없는 한계를 갖게 된다.

또한 종래기술(100)을 필터 여과재에 적용시키더라도 분배기(502)에서 분사된 섬유층 상부에 분배기(501)에서 분사된 섬유를 분사시킬 때 각 층간을 결속시키기 위한 별도의 구성이 구비되지 않아 필터 여과재의 성능을 발휘할 수 없는 문제점이 발생한다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 수용부가 서로 다른 헤드박스농도를 갖는 필터슬러리 용액들 각각을 높이 간격으로 분리되게 수용하며, 일측에 형성된 개구부를 통해 개구부 전면에 설치된 루프판으로 수용된 필터슬러리 용액들을 배출시키되 루프판이 상향 이동됨으로써 수용부의 하부에서 상부를 향하는 방향으로 필터슬러리 용액들 각각의 섬유들이 루프판에 순차적으로 적층되도록 하는 필터섬유 적층장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결수단은 루프판에 복수개의 배수홈이 구비되어 수용부의 개구부로부터 배출되어 루프판의 상부에 적층된 필터슬러리 용액의 물이 배수홈을 통해 하부로 배수됨으로써 루프판의 상부에 필터슬러리의 필터조성물만이 남아 적층이 효율적으로 이루어지는 필터섬유 적층장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결수단은 수용부의 개구부 및 루프판이 경사지게 설치됨으로써 배수가 용이하게 이루어짐과 동시에 필터슬러리의 필터조성물들의 적층이 용이하게 이루어지는 필터섬유 적층장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결수단은 수용부의 개구부의 직하부 및 루프판의 하부에 흡입부가 설치됨으로써 흡입부가 개구부를 통해 루프판의 상부로 배출된 필터슬러리의 물을 흡입함으로써 물 제거가 더욱 효율적으로 이루어지는 필터섬유 적층장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결수단은 서로 다른 헤드박스농도를 갖는 필터슬러리 용액들을 액상으로 적층시킴으로써 압력손실이 낮을 뿐만 아니라 포집효율 및 분진 수용량이 높은 필터여과재를 제조하기 위한 다단식 필터여과재 제조공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 액상으로 적층된 섬유층들은 탈수단계를 통해 물이 제거되고, 경화단계를 통해 서로 엉킨 상태로 굳어지기 때문에 별도의 결합수단 없이 견고하게 층간결속이 이루어지며, 섬유 공극 및 원형이 파괴되지 않고 그대로 유지되는 필터여과재를 제조하기 위한 다단식 필터여과재 제조공정을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 복수개의 섬유층으로 형성되는 다단식 필터여과재를 제조하기 위한 필터여과재 제조공정에 있어서: 적어도 하나 이상의 섬유들이 기 설정된 원료 함유비율에 따라 혼합된 필터조성물을 분산액에 교반시켜 필터슬러리를 제조하는 교반단계; 상기 교반단계에 의해 제조된 상기 필터슬러리를 물에 혼합시켜 적어도 하나 이상의 필터슬러리 용액을 제조하는 적어도 하나 이상의 혼합단계들; 상기 혼합단계들에 의해 제조된 필터슬러리 용액들을 액상으로 적층시키는 액상적층단계; 상기 액상적층단계에 의해 적층된 필터슬러리 용액들의 물을 제거하는 탈수단계; 상기 탈수단계를 통해 물이 제거된 필터슬러리 용액들을 경화시키는 경화단계를 포함하고, 상기 액상적층단계에 적용되는 필터섬유 적층장치는 내부에 수용공간을 갖되 일측면이 경사진 개구부를 형성하는 함체; 평평한 판재로 형성되어 함체 내부에 수평으로 설치되되 단부가 상기 함체의 개구부에 노출되도록 설치되어 상기 함체의 수용공간을 적어도 하나 이상으로 분리시키는 적어도 하나 이상의 분리부; 상기 혼합단계들에 의해 제조된 필터슬러리 용액들 각각을 상기 분리부에 의해 분리된 상기 함체의 수용공간들 각각으로 유입시키는 적어도 하나 이상의 유입로; 내부에 양면을 관통하는 복수개의 배수홈을 갖는 판재로 형성되며, 양단부가 서로 연결되어 상기 경사진 개구부에 간격을 두고 설치되는 루프판; 상기 루프판을 상향 이동시키는 회전부를 포함하고, 상기 함체의 수용공간들 각각에 수용된 필터슬러리 용액들은 상기 개구부를 통해 상기 개구부에 인접한 루프판 영역으로 배출되고, 상기 루프판이 상향 이동됨에 따라 상기 필터슬러리 용액들이 저장된 수용공간의 설치높이에 따라 순차적으로 적층되는 것이다.

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또한 본 발명에서 상기 교반단계는 입도 0.1 ~ 2.7㎛의 섬유로 형성되는 55 ~ 75 중량%의 극세섬유와, 입도 1.0 ~ 5.0㎛의 섬유로 형성되는 10 ~ 25 중량%의 미세섬유와, 입도 5.0㎛ 이상의 섬유로 형성되는 35 중량% 미만의 촙 유리섬유를 혼합시킨 필터조성물을 제조하는 필터조성물 제조단계; 용해액인 물에 농도 PH 2 ~ 4의 산 또는 분산제 중 어느 하나를 혼합한 분산액을 제조하는 분산액 제조단계; 상기 필터조성물 제조단계에 의해 제조된 상기 필터조성물 1.5 ~2.5 중량%와, 상기 분산액 제조단계에 의해 제조된 상기 분산액 97.5 ~ 98.5 중량%를 교반시켜 필터슬러리를 제조하는 필터슬러리 제조단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 다른 해결수단은 각기 다른 입도를 갖는 섬유들을 기 설정된 혼합비에 따라 혼합시킨 후 물 또는 교반액에 교반시킨 필터슬러리 용액들을 다단식으로 적층시키는 필터섬유 적층장치에 있어서: 내부에 수용공간을 갖되 일측면이 경사진 개구부를 형성하는 함체; 평평한 판재로 형성되어 함체 내부에 수평으로 설치되되 단부가 상기 함체의 개구부에 노출되도록 설치되어 상기 함체의 수용공간을 적어도 하나 이상으로 분리시키는 적어도 하나 이상의 분리부; 기 제조된 필터슬러리 용액들 각각을 상기 분리부에 의해 분리된 상기 함체의 수용공간들 각각으로 유입시키는 적어도 하나 이상의 유입로; 내부에 양면을 관통하는 복수개의 배수홈을 갖는 판재로 형성되며, 양단부가 서로 연결되어 상기 경사진 개구부에 간격을 두고 설치되는 루프판; 상기 루프판을 상향 이동시키는 회전부를 포함하고, 상기 함체의 수용공간들 각각에 수용된 필터슬러리 용액들은 상기 개구부를 통해 상기 개구부에 인접한 루프판 영역으로 배출되고, 상기 루프판이 상향 이동됨에 따라 상기 필터슬러리 용액들이 저장된 수용공간의 설치높이에 따라 순차적으로 적층되는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 함체의 개구부는 10 ~ 45도로 경사지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 분리부는 평평한 판재로 형성되어 일측면을 제외한 타측면들이 상기 함체의 내측면들에 대접되게 설치되는 고정판; 상기 고정판의 일측면에 결합되되 상기 고정판으로부터 회전 가능하도록 설치되는 판재 형상의 회전판을 포함하고, 상기 회전판의 회전각도에 따라 상기 필터슬러리 용액들이 혼합되는 지점이 변형되어 섬유층들 각각의 두께가 조절되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 함체의 개구부에 인접한 루프판의 하부에 설치되어 상기 루프판으로 배출된 필터슬러리 용액의 물을 흡입하는 흡입부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상부가 개구된 함체로 형성되어 상기 루프판의 직하부의 지면에 설치되어 상기 루프판의 배수홈 및 상기 흡입부를 통해 배수되는 수분을 수용하는 저장부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 압력손실이 낮으며, 포집효율이 높은 다단구조의 필터여과재를 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 복수개의 섬유층들이 액상으로 적층된 후 탈수 및 경화되기 때문에 별도의 결합부재 없이도 층간 결속력이 높을 뿐만 아니라 섬유층의 공극 및 원형이 변형되지 않는 필터여과재를 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 섬유층의 수량에 대응하여 수용부의 내부에 설치되는 분리부의 수량이 결정되어 수용부의 내부에 각 섬유층을 형성하는 필터슬러리 용액이 분리되어 저장되고, 분리부의 단부는 수용부의 개구부에 인접하게 위치되도록 설치되어 개구부를 통해 루프판으로 유출됨으로써 간단한 공정을 통해 필터슬러리들을 액상으로 적층시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 분리부의 회전판이 회전수단에 의해 지지판으로부터 회전 가능하게 설치됨으로써 분리부의 회전각도에 따라 섬유층들의 두께를 제어할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 필터슬러리들이 액상으로 적층된 후 단순한 탈수 및 경화 공정을 통해 섬유층들 사이의 섬유들이 엉킨 상태로 경화됨으로써 별도의 접착수단 없이도 섬유층들이 견고하게 결속된다.

도 1은 국내공개특허 제10-2009-0068337호(발명의 명칭 : 다중 모드 헤드박스)에 기재된 웹 제조용 헤드박스를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의해 제조되는 2층 구조의 필터여과재를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 필터여과재 제조공정을 나타내는 플로차트이다.
도 4는 도 3의 교반단계에 의해 제조되는 필터슬러리의 제조과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 5는 도 3의 액상적층단계에 적용되는 필터섬유 적층장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 도 5에서 루프판을 제외한 사시도이다.
도 7은 도 1의 분리부가 설치된 수용부의 함체를 나타내는 측면도이다.
도 8은 도 7의 분리부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 회전판을 설명하기 위한 측면도이다.
도 10은 도 9의 정면도이다.
도 11은 도 2의 루프판을 나타내는 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의해 제조되는 2층 구조의 필터여과재를 나타내는 사시도이다.

도 2의 필터 여과재(100)는 후술되는 도 3의 교반단계(S10)에 의해 제조되는 필터슬러리 용액이 각기 다른 헤드박스농도로 적층됨으로써 외부로부터 유입되는 미세먼지 및 분진을 필터링 하는 장치이다. 이때 도 2에서는 설명의 편의를 위해 필터여과재(100)가 2층 구조로 형성되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 필터여과재(100)는 3층 이상의 다층구조로 형성되어도 무방하다.

또한 필터 여과재(100)는 필터조성물(200)이 기 설정된 헤드박스농도(이하 제1 설정농도라고 하기로 함)로 분사되는 조밀층(103)과, 필터조성물(200)이 기 설정된 헤드박스농도(이하 제2 설정농도라고 하기로 함)로 분사되는 벌키층(101)으로 이루어진다. 이때 제1 설정농도는 0.03 ~ 0.06 질량%이고, 제2 설정농도는 0.05 ~ 1.0 질량%인 것이 바람직하다.

벌키층(101)은 조밀층(103)에 비해 낮은 헤드박스농도로 형성되어 조밀층(103)에 비해 큰 구경으로 형성되고, 이에 따라 입도가 큰 분진이나 이물질을 필터링 한다.

조밀층(103)은 벌키층(101)에 비해 높은 헤드박스농도로 형성되어 벌키층(101)에 비해 작은 구경으로 형성됨으로써 벌키층(101)이 필터링 하지 못하는 미세분진을 필터링 한다.

또한 본 발명에 의해 제조되는 필터여과재(100)는 벌키층(101) 및 조밀층(103)이 액상으로 적층된 후 탈수 및 경화됨으로써 각 층간을 결속시키기 위한 별도의 결합수단 없이 견고하게 벌키층(101) 및 조밀층(103)이 결합된다.

도 3은 본 발명의 일실시예인 필터여과재 제조공정을 나타내는 플로차트이다.

도 3의 필터여과재 제조공정(1)은 전술하였던 도 2의 필터여과재(100), 상세하게로는 각기 다른 헤드박스농도를 갖는 필터 슬러리를 액상으로 적층시킨 후 탈수 및 경화시켜 2층 구조를 갖는 필터여과재(1)를 제조하는 공정이다.

또한 필터 여과재 제조공정(1)은 후술되는 도 4의 제조방법에 따라 필터슬러리를 제조하는 단계인 교반단계(S10)와, 교반단계(S10)로부터 제조된 필터슬러리를 기 설정된 제1 설정농도로 물에 혼합시켜 제1 필터슬러리 용액을 제조하는 제1 혼합단계(S20)와, 교반단계(S10)로부터 제조된 필터슬러리를 기 설정된 제2 설정농도로 물에 혼합시켜 제2 필터슬러리 용액을 제조하는 제2 혼합단계(S30)와, 제1 혼합단계(S20) 및 제2 혼합단계(S30)에 의해 제조된 제1 필터슬러리 용액 및 제2 필터슬러리 용액을 액상으로 적층시키는 액상적층단계(S40)와, 액상적층단계(S40)에 의해 2층으로 적층된 섬유들을 탈수시키는 탈수단계(S50)와, 탈수단계(S50)를 통과한 적층된 섬유들을 경화시키는 경화단계(S60)로 이루어진다.

또한 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 필터여과재(100)가 2층 구조를 형성하는 것으로 예를 들어 설명하였고, 이에 따라 혼합단계(S20, S30)가 2회 수행되는 것으로 설명하였으나 필터여과재(100)는 3층 이상의 다층구조로 형성되고, 이에 따라 혼합단계는 필터여과재(100)의 섬유층 수량에 대응하여 3단계 이상으로 구성되어도 무방하다. 예를 들어 필터여과재(100)가 4층 구조로 형성될 때 혼합단계는 제1 혼합단계, 제2 혼합단계, 제3 혼합단계 및 제4 혼합단계로 이루어진다.

교반단계(S10)는 기 설정된 제조방법에 따라 구성물들을 교반시켜 필터슬러리를 제조하는 공정단계이다.

도 4는 도 3의 교반단계에 의해 제조되는 필터슬러리의 제조과정을 설명하기 위한 플로차트이다.

도 4의 교반단계(S10)는 필터조성물 제조단계(S110), 분산액 제조단계(S120) 및 필터슬러리 제조단계(S130)로 이루어진다.

필터조성물 제조단계(S110)는 극세섬유, 미세섬유 및 촙 유리섬유로 구성되는 필터조성물을 제조하는 공정단계이다. 이때 극세섬유는 입도 0.1 ~ 2.7㎛ 및 55 ~ 75 중량%로, 미세섬유는 입도 1.0 ~ 5.0㎛ 및 10 ~ 25 중량%로, 촙 유리섬유는 0 ~ 35 중량%로 형성되는 것이 바람직하다.

분산액 제조단계(S120)는 용해액인 물에 PH 2 ~ 4의 농도의 산(염산) 또는 분산제를 첨가한 후 첨가물을 펄퍼(Pulper)에 넣어 분산액을 제조하는 공정단계이다.

필터슬러리 제조단계(S130)는 필터조성물 제조단계(S110)에 의해 제조된 필터조성물과, 분산액 제조단계(S120)에 의해 제조된 분산액을 펄퍼(Pulper)에 유입한 후 교반시켜 필터슬러리를 제조하는 공정단계이다. 이때 필터슬러리는 97.5 ~ 98.5 중량%의 분산액과, 1.5 ~ 2.5 중량%의 필터조성물로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 교반단계(S10)는 도 3에 도시된 바와 같이 필터조성물 제조단계(S110), 분산액 제조단계(S120) 및 필터슬러리 제조단계(S130)의 공정들을 통해 필터슬러리를 제조한다. 이때 교반단계(S10)에 의해 제조된 필터슬러리는 도 3의 제1 혼합단계(S20) 및 제2 혼합단계(S30)에 각각 공급된다.

제1 혼합단계(S20)는 도 3의 교반단계(S10)에 의해 제조된 필터슬러리를 제1 설정농도(TH1)로 물에 혼합시켜 전술하였던 도 2의 벌키층(101)을 형성하는 제1 필터슬러리 용액을 제조하는 공정단계이다. 이때 제1 설정농도는 0.03 ~ 0.06 질량%인 것이 바람직하다.

제2 혼합단계(S30)는 도 3의 교반단계(S10)에 의해 제조된 필터슬러리를 제2 설정농도(TH2)로 물에 혼합시켜 전술하였던 도 2의 조밀층(103)을 형성하는 제2 필터슬러리 용액을 제조하는 공정단계이다. 이때 제2 설정농도는 0.05 ~ 1.0 질량%인 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 혼합단계(S20) 및 제2 혼합단계(S30)는 교반단계(S10)에 의해 제조된 필터슬러리를 각기 다른 헤드박스농도로, 상세하게로는 벌키층(101)을 형성하는 제1 설정농도(TH1)의 제1 필터슬러리 및 조밀층(103)을 형성하는 제2 설정농도(TH2)의 제2 필터슬러리를 제조한다.

액상적층단계(S40)는 제2 혼합단계(S30)에 의해 제조된 제2 필터슬러리 용액의 상부에 제1 혼합단계(S20)에 의해 제조된 제1 필터슬러리 용액을 액상으로 적층시키는 공정단계이다. 이때 액상적층단계(S40)는 후술되는 도 5의 필터섬유 적층장치(300)에 의해 수행된다.

도 5는 도 3의 액상적층단계에 적용되는 필터섬유 적층장치를 나타내는 측면도이고, 도 6은 도 5에서 루프판을 제외한 사시도이다.

도 5와 6의 필터섬유 적층장치(300)는 제1 혼합단계(S20) 및 제2 혼합단계(S30)에 의해 제조된 제1 필터슬러리 용액 및 제2 필터슬러리 용액을 액상으로 적층시키는 장치이다.

또한 필터섬유 적층장치(300)는 일측면 및 상부면이 개구되어 내부 공간을 갖되 개구된 일측면이 경사면으로 형성되는 함체(311) 및 함체(311)의 개구된 상부면에 설치되는 덮개판(313)을 포함하는 수용부(301)와, 판재로 형성되어 수용부(301)의 함체(311) 내부에 설치되어 함체(311)의 내부공간을 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리시키는 분리부(303)와, 함체(311)의 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리를 각각 유입시키는 제1 유입로(304) 및 제2 유입로(305)와, 양단부가 연결되는 판재로 형성되어 함체(311)의 경사진 개구부(331)에 소정 간격을 두고 설치됨으로써 함체(311)의 개구부(331)를 통해 배출되는 필터슬러리들이 상면에 액상으로 적층되는 루프판(306)과, 루프판(306)을 루프(Loop) 회전시키는 회전부(307)와, 함체(311)의 개구부(331)의 직하부에 위치하는 루프판(306) 영역의 하부에 설치되어 루프판(306)에 적층된 필터슬러리의 수분을 흡입하는 흡입부(Suction)(308)와, 상부가 개구된 함체로 형성되되 루프판(306)의 경로에 따라 지면 위에 설치되어 흡입부(308) 및 루프판(306)으로부터 배수되는 물이 수용되는 저장부(309)로 이루어진다.

이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 필터여과재(100)가 2층 구조로 형성되어 분리부(303)가 하나이고, 이에 따라 함체(311)의 내부공간이 하나의 분리부(303)에 의해 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리가 각각 수용되는 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 분리부(303), 유입로 및 함체(311)의 수용공간의 수량은 필터여과재(100)를 형성하는 섬유층의 수량에 대응하여 변경될 수 있다. 예를 들어 필터여과재(100)가 3층 구조일 때 분리부는 2개로 구성되고, 2개의 분리부는 함체(311)의 하부면에 평행하도록 함체(311) 내부에 설치되되 서로 높이 간격을 두고 설치됨으로써 함체(311)의 내부공간이 3개의 수용공간으로 분리된다.

이와 같이 구성되는 필터섬유 적층장치(300)는 분리부(303)에 의해 함체(311)의 내부공간이 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리되고, 제2 수용공간(322)에는 제2 유입로(305)를 통해 제2 필터슬러리가 유입되어 수용되고, 제2 수용공간(322)의 상부에 형성되는 제1 수용공간(321)에는 제1 유입로(304)를 통해 제1 필터슬러리가 유입되어 수용된다.

또한 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)에 수용된 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리는 분리부의 단부로 이동되어 함체(311)의 경사지게 형성된 개구부(331)를 통해 루프판(306)의 상부로 유출된다. 이때 루프판(306)은 하부에서 상부를 향하는 방향(A)으로 이동되기 때문에 루프판(306)의 상면에 최초 제2 필터슬러리가 안착되면 제2 필터슬러리의 상부에 제1 필터슬러리가 적층되게 된다.

또한 함체(311)의 개구부(331) 및 루프판(306)의 경사각은 10 내지 45도로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 개구부(331) 및 루프판(306)의 경사각이 만약 10도 미만이면 섬유층들이 평평한 상태로 적층되기 때문에 공기투과도가 소망의 값보다 증가하게 되고, 만약 45도 이상이면 루프판이 과도하게 경사짐에 따라 루프판 상면으로 배출되는 필터슬러리 용액의 필터섬유들이 적층되지 못한 상태로 루프판을 따라 하향 이동되기 때문에 적층공정이 효율적으로 이루어지지 않게 된다.

또한 루프판(306)의 상부에 적층된 필터슬러리 용액의 수분은 배수홈(미도시)을 통하여 루프판(306)의 하부로 배수되되 필터슬러리 용액의 필터조성물(섬유)들은 배수홈을 통과하지 못한 상태로 루프판(306)의 상부에 침착된다. 이때 함체(311)의 개구부의 직하부 영역의 루프판(306)의 하부에 설치되는 흡입부(308)는 루프판(306)에 적층 형성된 필터슬러리 용액의 수분을 흡입함으로써 적층된 필터슬러리의 수분이 효율적으로 제거되게 된다.

도 7은 도 1의 분리부가 설치된 수용부의 함체를 나타내는 측면도이다.

함체(311)는 도 7에 도시된 바와 같이 상부면이 개구되며 일측면이 개구된 경사면(331)으로 형성되어 내부에 수용공간을 갖는다. 이때 함체(311)의 개구된 상부면에는 덮개판(313)이 설치된다.

또한 함체(311)의 일측면에 형성되는 개구부(313)는 상부에서 하부를 향할수록 내측을 향하도록 경사지게 형성된다. 이때 개구부(313)의 전방에는 회전부(307)에 의해 상향 이동되는 루프판(306)이 경사지게 설치됨으로써 수용공간에 수용되어 개구부(331)를 통해 루프판(306)으로 배출되는 필터슬러리들은 루프판(306)의 상면에 적층되게 된다.

또한 함체(311)는 개구부(331)에 대향되는 타측면에 제1 유입로(304) 및 제2 유입로(305)가 높이 방향으로 간격을 두고 형성된다. 이때 제1 유입로(304)는 일단부가 제1 혼합단계(S20)에 의해 제조된 제1 필터슬러리 용액이 저장된 저장부(미도시)에 연결되되 타단부가 함체(311)의 제1 유입공(335)에 연결됨으로써 함체(311) 내부로 제1 필터슬러리가 유입되고, 제2 유입로(305)는 일단부가 제2 혼합단계(S30)에 의해 제조된 제2 필터슬러리 용액이 저장된 저장부(미도시)에 연결되되 타단부가 함체(311)의 제2 유입공(336)에 연결됨으로써 함체(311) 내부로 제2 필터슬러리가 유입된다.

또한 함체(311)의 내부 공간에는 후술되는 도 9의 분리부(303)가 하부판(333)에 평행하되 하부판(333)으로부터 이격되게 설치되어 함체(311)의 내부공간은 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)으로 분리된다. 이때 제1 수용공간(321)을 형성하는 함체(311)의 일측면에 제1 유입공(335)이, 제2 수용공간(321)을 형성하는 함체(311)의 일측면에 제2 유입공(336)이 형성됨으로써 제1 수용공간(321)에는 제1 유입공(304)을 통해 유입되는 제1 필터슬러리 용액이 수용되고, 제2 수용공간(322)에는 제2 유입공(305)을 통해 유입되는 제2 필터슬러리 용액이 수용된다.

도 8은 도 7의 분리부를 나타내는 사시도이다.

도 8의 분리부(303)는 판재 형상으로 형성되어 함체(311)의 하부판(333)에 수평되도록 함체(311) 내부에 설치되는 고정판(341)과, 판재로 형성되되 고정판(341)의 일측면에 고정판(341)으로부터 회전 가능하게 결합되는 회전판(343)과, 고정판(341) 및 회전판(343)의 연결부위에 삽입되는 회전핀(345)으로 이루어진다.

또한 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 고정판(341) 및 회전판(343)의 연결부위에 회전핀(345)이 삽입 설치되어 회전판(343)이 고정판(341)으로부터 회전되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 분리부(303)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 회전판(343)이 고정판(341)에 회전 가능하도록 결합될 수 있는 다양한 방법 및 형상으로 구성되어도 무방하다.

고정판(341)은 판재로 형성되며, 회전판(343)에 결합되는 일측면을 제외한 타측면들이 함체(311)의 내측면에 대접되게 설치된다.

또한 고정판(341)은 일측면에 일측면으로부터 외측으로 원기둥 형상으로 돌출되는 돌출면(351)과, 일측면으로부터 내측으로 원기둥 형상으로 절곡되는 절곡면(353)이 형성된다.

또한 돌출면(351)에는 측면의 길이방향으로 내부에 회전핀(345)이 관통되는 핀 삽입공(355)이 형성된다.

회전판(343)은 판재로 형성되며, 일측면이 고정판(341)의 일측면에 결합, 상세하게로는 일측면에 대향되는 타측면은 함체(311)의 개구부(333)를 향하도록 고정판(341)의 일측면에 결합된다.

또한 회전판(343)의 일측면에는 고정판(341)과 동일한 형상의 돌출면(361) 및 절곡면(363)이 형성된다. 이때 돌출면(361)은 일측면을 따라 내부를 관통하여 회전핀(345)이 삽입되는 핀 삽입공(미도시)이 형성된다.

또한 회전판(343)은 돌출면(361)이 고정판(341)의 절곡면(353)에 대접되며, 절곡면(363)이 돌출면(351)에 대접되도록 고정판(341)에 결합된다. 이때 고정판(341)의 돌출면(351) 및 회전판(343)의 돌출면(361)들 각각에 형성된 회전핀 삽입공으로 회전핀(345)이 삽입됨으로써 회전판(343)은 고정판(341)으로부터 회전핀(345)을 회전축으로 회전하게 된다.

또한 회전판(343)은 단부가 함체(311)의 개구부(333)를 통해 외부로 노출되도록 설치되기 때문에 함체(311)의 제1 수용공간(321) 및 제2 수용공간(322)들 각각에 수용된 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리들이 배출되는 지점, 상세하게로는 필터여과재(100)의 벌키층(101) 및 조밀층(103)의 두께가 회전판(343)의 회전각도에 따라 결정되게 된다.

도 9는 도 8의 회전판을 설명하기 위한 측면도이고, 도 10은 도 9의 정면도이다.

회전판(343)은 도 9와 10에 도시된 바와 같이 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리들이 혼합되는 지점을 결정한다.

즉 회전판(343)이 함체(311)의 하부판에 평행하여 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리 용액들이 혼합되는 지점을 'P'라고 할 때 회전판(343)이 기준방향으로부터 하향 회전되면 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리가 혼합되는 지점(P')은 기준방향일 때의 혼합지점(P) 보다 하부에 형성됨으로써 제2 필터슬러리에 의해 형성되는 필터여과재(100)의 조밀층(103)의 두께가 감소하게 되고, 회전판(343)이 기준방향으로부터 상향 회전되면 제1 필터슬러리 및 제2 필터슬러리가 혼합되는 지점(P'')은 기준방향일 때의 혼합지점(P) 보다 상부에 형성됨으로써 제2 필터슬러리에 의해 형성되는 필터여과재(100)의 조밀층(103)의 두께는 증가하게 된다.

예를 들어 미세분진의 필터효율을 높이기 위해 조밀층(103)의 두께를 증가시키고자 할 때 분리부(303)는 회전판(343)을 기준방향보다 상향 회전시킴으로써 조밀층(103)을 형성하는 제2 필터슬러리가 개구부를 통해 배출되는 공간을 확장시키고, 벌키층(101)의 두께를 증가하고자 할 때 회전판(343)을 기준방향보다 하향 회전시킴으로서 벌키층(101)을 형성하는 제1 필터슬러리 용액이 배출되는 공간을 확장시킨다.

도 11은 도 2의 루프판을 나타내는 평면도이다.

도 11의 루프판(306)은 양면을 관통하는 배수홈(370)들이 복수개가 형성되는 판재 형상으로 형성되며, 일측 단부와 타측 단부가 결합되어 회전부(307)에 의해 루프 회전된다. 이때 배수홈(370)은 필터슬러리의 필터조성물들이 통과하지 않도록, 즉 필터슬러리의 수분만 통과되도록 작은 구경으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 루프판(306)은 함체(311)의 개구부(333)의 경사각도에 대응하여 경사지며 개구부(333)로부터 소정의 거리를 두고 이격되게 설치됨으로써 함체(311)의 개구부(333)를 통해 배출되는 제2 필터슬러리 및 제1 필터슬러리 용액들이 상부에 적층되게 된다. 이때 루프판(306)의 상부로 적층된 필터슬러리 용액의 수분은 루프판(306)의 배수홈(370)들을 통해 하부로 배수됨으로써 루프판(306)의 상부에는 필터슬러리 용액을 형성하는 필터조성물(섬유)들이 적층되게 된다.

또한 루프판(306)은 회전부(307)에 의해 경사면이 하부에서 상부를 향하여 이동됨으로써 최초 루프판(306)의 상부에 제2 필터슬러리가 침착되면 그 상부로 제1 필터슬러리가 적층되게 된다.

흡입부(308)는 함체(311)의 개구부(333)의 직하부에 위치하는 루프판(306) 영역의 하부에 위치하도록 함체(311)에 결합된다.

또한 흡입부(308)는 공지된 바와 같이 특정 방향의 가스, 공기 및 수분 등의 구성물들을 흡입하기 위한 흡입수단(미도시)을 구비하며, 흡입 방향이 루프판(306)을 향하도록 설치됨으로써 흡입수단에 의해 루프판(306)의 상부로 배출된 필터슬러리 용액의 수분이 효율적으로 제거되도록 한다.

또한 루프판(306)의 상부에 적층된 제2 필터슬러리 및 제1 필터슬러리는 루프판(306)이 이동에 따라 탈수단계(S50)로 이동된다.

이와 같이 본 발명에 적용되는 필터섬유 적층장치(300)는 간단한 구조로 필터슬러리 용액들을 액상으로 적층시킴으로써 별도의 결속수단 없이 섬유층들 간의 결속이 견고하게 이루어지는 필터여과재(100)를 제조할 수 있게 된다.

탈수단계(S50)는 액상적층단계(S40)에 의해 적층된 섬유층들의 수분을 제거하는 공정단계이고, 탈수가 완료된 섬유층들은 경화단계(S60)로 이동된다.

경화단계(S60)는 탈수단계(S50)에 의해 수분이 제거된 섬유층들을 열을 이용하여 경화시킴으로써 남아있는 수분을 확실하게 제거함과 동시에 섬유층들간의 결속이 견고하게 이루어지도록 하는 공정단계이다.

100:필터슬러리 제조공정 300:필터섬유 적층장치
301:수용부 303:분리부
304:제1 유입로 305:제2 유입로
306:루프판 307:회전부
308:흡입부 309:저장부
311:함체 313:덮개판
341:고정판 343:회전판

Claims (8)

1. 복수개의 섬유층으로 형성되는 다단식 필터여과재를 제조하기 위한 필터여과재 제조공정에 있어서:
   적어도 하나 이상의 섬유들이 기 설정된 원료 함유비율에 따라 혼합된 필터조성물을 분산액에 교반시켜 필터슬러리를 제조하는 교반단계;
   상기 교반단계에 의해 제조된 상기 필터슬러리를 물에 혼합시켜 적어도 하나 이상의 필터슬러리 용액을 제조하는 적어도 하나 이상의 혼합단계들;
   상기 혼합단계들에 의해 제조된 필터슬러리 용액들을 액상으로 적층시키는 액상적층단계;
   상기 액상적층단계에 의해 적층된 필터슬러리 용액들의 물을 제거하는 탈수단계;
   상기 탈수단계를 통해 물이 제거된 필터슬러리 용액들을 경화시키는 경화단계를 포함하고,
   상기 액상적층단계에 적용되는 필터섬유 적층장치는
   내부에 수용공간을 갖되 일측면이 경사진 개구부를 형성하는 함체;
   평평한 판재로 형성되어 함체 내부에 수평으로 설치되되 단부가 상기 함체의 개구부에 노출되도록 설치되어 상기 함체의 수용공간을 적어도 하나 이상으로 분리시키는 적어도 하나 이상의 분리부;
   상기 혼합단계들에 의해 제조된 필터슬러리 용액들 각각을 상기 분리부에 의해 분리된 상기 함체의 수용공간들 각각으로 유입시키는 적어도 하나 이상의 유입로;
   내부에 양면을 관통하는 복수개의 배수홈을 갖는 판재로 형성되며, 양단부가 서로 연결되어 상기 경사진 개구부에 간격을 두고 설치되는 루프판;
   상기 루프판을 상향 이동시키는 회전부를 포함하고,
   상기 함체의 수용공간들 각각에 수용된 필터슬러리 용액들은 상기 개구부를 통해 상기 개구부에 인접한 루프판 영역으로 배출되고, 상기 루프판이 상향 이동됨에 따라 상기 필터슬러리 용액들이 저장된 수용공간의 설치높이에 따라 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 필터슬러리 제조공정.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 교반단계는
   입도 0.1 ~ 2.7㎛의 섬유로 형성되는 55 ~ 75 중량%의 극세섬유와, 입도 1.0 ~ 5.0㎛의 섬유로 형성되는 10 ~ 25 중량%의 미세섬유와, 입도 5.0㎛ 이상의 섬유로 형성되는 35 중량% 미만의 촙 유리섬유를 혼합시킨 필터조성물을 제조하는 필터조성물 제조단계;
   용해액인 물에 농도 PH 2 ~ 4의 산 또는 분산제 중 어느 하나를 혼합한 분산액을 제조하는 분산액 제조단계;
   상기 필터조성물 제조단계에 의해 제조된 상기 필터조성물 1.5 ~2.5 중량%와, 상기 분산액 제조단계에 의해 제조된 상기 분산액 97.5 ~ 98.5 중량%를 교반시켜 필터슬러리를 제조하는 필터슬러리 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터슬러리 제조공정.
4. 각기 다른 입도를 갖는 섬유들을 기 설정된 혼합비에 따라 혼합시킨 후 물 또는 교반액에 교반시킨 필터슬러리 용액들을 다단식으로 적층시키는 필터섬유 적층장치에 있어서:
   내부에 수용공간을 갖되 일측면이 경사진 개구부를 형성하는 함체;
   평평한 판재로 형성되어 함체 내부에 수평으로 설치되되 단부가 상기 함체의 개구부에 노출되도록 설치되어 상기 함체의 수용공간을 적어도 하나 이상으로 분리시키는 적어도 하나 이상의 분리부;
   기 제조된 필터슬러리 용액들 각각을 상기 분리부에 의해 분리된 상기 함체의 수용공간들 각각으로 유입시키는 적어도 하나 이상의 유입로;
   내부에 양면을 관통하는 복수개의 배수홈을 갖는 판재로 형성되며, 양단부가 서로 연결되어 상기 경사진 개구부에 간격을 두고 설치되는 루프판;
   상기 루프판을 상향 이동시키는 회전부를 포함하고,
   상기 함체의 수용공간들 각각에 수용된 필터슬러리 용액들은 상기 개구부를 통해 상기 개구부에 인접한 루프판 영역으로 배출되고, 상기 루프판이 상향 이동됨에 따라 상기 필터슬러리 용액들이 저장된 수용공간의 설치높이에 따라 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 필터섬유 적층장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 함체의 개구부는 10 ~ 45도로 경사지는 것을 특징으로 하는 필터섬유 적층장치.
6. 청구항 4 또는 5에 있어서, 상기 분리부는
   평평한 판재로 형성되어 일측면을 제외한 타측면들이 상기 함체의 내측면들에 대접되게 설치되는 고정판;
   상기 고정판의 일측면에 결합되되 상기 고정판으로부터 회전 가능하도록 설치되는 판재 형상의 회전판을 포함하고,
   상기 회전판의 회전각도에 따라 상기 필터슬러리 용액들이 혼합되는 지점이 변형되어 섬유층들 각각의 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 필터섬유 적층장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 함체의 개구부에 인접한 루프판의 하부에 설치되어 상기 루프판으로 배출된 필터슬러리 용액의 물을 흡입하는 흡입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터섬유 적층장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상부가 개구된 함체로 형성되어 상기 루프판의 직하부의 지면에 설치되어 상기 루프판의 배수홈 및 상기 흡입부를 통해 배수되는 수분을 수용하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터섬유 적층장치.

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