KR101536161B1 - 다층 카본블럭 성형장치, 성형방법 및 이를 이용해 성형된 다층 카본블럭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카본블럭의 원료인 활성탄과 활성탄을 결합시키는 바인더가 혼합된 혼합원료가 투입되는 투입구가 형성되고, 상기 투입구를 통해 상기 혼합원료가 제공되는 혼합배럴, 상기 혼합배럴 내측에 구비되어 상기 혼합원료를 이송시키면서 혼합시키는 이송유닛, 상기 혼합배럴의 장축방향으로 연장되어 구비된 성형배럴, 상기 성형배럴 내측에 구비된 성형샤프트, 상기 성형배럴에서 이송되는 혼합연료의 외부에 열을 가하는 제1가열수단 및 상기 이송되는 혼합원료의 내부에 열을 가하는 제2가열수단을 포함하고, 상기 혼합원료의 내부에 혼합층 및 상기 혼합층의 내, 외측에 커버링층을 형성하도록 상기 혼합원료의 외측면 및 내측면을 기 설정된 깊이 이상 열이 침투하지 않도록 가열하는 가열부를 포함하는 다층 카본블럭 성형장치가 개시된다.

Description

다층 카본블럭 성형장치, 성형방법 및 이를 이용해 성형된 다층 카본블럭{Molding Apparatus for Multilayer Carbon Block, Molding Method Using the Same and Multlayer Carbon Block Using the Same}

본 발명은 카본블럭의 성형장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 다층으로 구성된 카본블럭에 활성탄을 접합시키는 바인더에 의해 커버링되지 않은 층을 구비하여 여과능력이 향상되는 다층 카본블럭 성형장치에 관한 것이다.

카본블럭은 원재료인 기능성 활성탄, 활성 탄소섬유 등의 카본입자에 별도의 바인더(카본입자를 접합시키기 위한 물질) 첨가하여 결합시킴으로써, 카본블럭 내부에 다수의 미세공간을 형성한다. 그리고 카본블럭을 통과하는 물질 중에 포함되어 있는 불순물을 여과한다.

그리고 카본블럭은 필터로의 기능 및 생산성을 고려하여 다양한 방법으로 생산이 되었고, 현재는 압출 성형장치에 의한 압출에 의하여 생산 되는 것이 일반적이다.

도1은 특허공개번호 제10-2009-0025012호의 카본블럭을 압출성형하기 위한 장치를 나타내는 도면이다. 도1을 참조하여 종래 기술의 카본블럭 압출성형장치의 개략적인 구성을 설명하면 아래와 같다.

투입호퍼(1)를 통하여 배럴(5)의 내부로 투입된 원료는 배럴(5) 내부에 위치하는 이송부(2)에 의하여 성형부(3)로 이송된다. 구체적으로 이송부(2)는 샤프트(2a) 및 샤프트(2a)의 둘레를 따라 형성된 스크류(2b)를 포함하고, 샤프트(2a) 및 스크류(2b)의 회전에 따라 원료는 성형부(3)를 통과하고, 카본블럭(10)(4)이 생산된다.

그리고 일반적으로 카본블럭(10)의 원료로는 기능성 활성탄, 활성 탄소섬유 등의 원재료 및 원재료를 접합하기 위한 열가소성 수지 등의 바인더가 사용이 된다. 그리고 상기 공개특허에서는 원료의 가열에 의한 접합을 위하여 샤프트(2a)의 내부에 열선(미도시)이 구비된다. 그리고 상기 공개특허와 달리 배럴에 가열장치가 구비되어 배럴을 통과하는 원료를 가열하는 구성이 적용되기도 한다.

즉 공개특허를 포함한 종래의 카본블럭(10) 압출 성형장치는 스크류(2b)에 의한 이송 및 열선 또는 가열장치에 의한 원료의 가열이 동시에 이루어지게 된다.

하지만 이와 같이 종래의 성형장치에 의해서 성형된 카본블럭(10)은 열선 또는 가열장치에 의해 원료가 가열되며 원료에 포함된 바인더가 용해되어 활성탄에 커버링이 발생한다.

이와 같이 커버링이 발생하는 경우 활성탄의 표면적 및 기공이 감소되어 불순물의 흡착능력이 저하되며 나아가 카본블럭(10)의 정수성능이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 활성탄을 접합시키는 바인더에 의해 커버링되지 않은 혼합층을 구비하여 여과능력이 향상되는 다층 카본블럭 성형장치를 제공함에 있다.

그리고 다층 카본블럭 성형장치를 통해 카본블럭의 내측면 및 외측면만 가열하여 활성탄이 바인더에 의해 커버링되지 않은 층을 구비한 다층 카본블럭 성형방법을 제공함에 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다층 카본블럭 성형장치는 카본블럭의 원료인 활성탄과 활성탄을 결합시키는 바인더가 혼합된 혼합원료가 투입되는 투입구가 형성되고, 상기 투입구를 통해 상기 혼합원료가 제공되는 혼합배럴, 상기 혼합배럴 내측에 구비되어 상기 혼합원료를 이송시키면서 혼합시키는 이송유닛, 상기 혼합배럴의 장축방향으로 연장되어 구비된 성형배럴, 상기 성형배럴 내측에 구비된 성형샤프트 및 상기 성형배럴에서 이송되는 혼합연료의 외부에 열을 가하는 제1가열수단 및 상기 이송되는 혼합원료의 내부에 열을 가하는 제2가열수단을 포함하고, 상기 혼합원료의 내부에 혼합층 및 상기 혼합층의 내, 외측에 커버링층을 형성하도록 상기 혼합원료의 외측면 및 내측면을 기 설정된 깊이 이상 열이 침투하지 않도록 가열하는 가열부를 포함한다.

또한, 상기 제2가열수단은 상기 성형사프트의 길이방향에 따른 적어도 일부에 구비되어 상기 혼합원료의 내측면을 가열할 수 있다.

또한, 상기 이송유닛은 상기 혼합배럴에 회전 가능하게 구비되는 회전샤프트 및 상기 회전샤프트 일부분의 둘레를 따라 형성되는 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 상기 성형샤프트는 상기 회전샤프트의 길이방향에 따른 일단부와 연결되어 함께 회전하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2가열수단은 상기 성형배럴의 길이방향을 따라 상기 제1가열수단의 후방에 배치되며 적어도 일부가 상기 제1가열수단과 중첩되어 이송되는 상기 혼합원료를 함께 가열하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 성형배럴상에 구비되며, 상기 가열부를 경유하는 상기 혼합원료를 냉가하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각부는 상기 성형배럴의 길이방향을 따라 상기 제2가열수단의 후방에 배치되며 적어도 일부가 서로 중접되어 상기 제2가열수단이 상기 혼합원료의 내측면을 가열함과 동시에 상기 혼합원료의 외측면을 냉각시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 다층 카본블럭 성형방법은 활성탄과 바인더를 혼합하여 혼합원료를 만드는 혼합단계, 상기 혼합단계에서 혼합된 상기 혼합원료를 이송시키며 가압하여 내부에 중공이 형성되도록 하는 형상조절단계 및 상기 형상조절단계를 거친 상기 혼합원료의 내측면 및 외측면을 가열하여 기 설정된 깊이만큼 열을 전달하며, 상기 혼합원료의 내부에 혼합층 및 상기 바인더의 용해에 의해 상기 혼합층의 내, 외측에 커버링층을 형성하는 성형단계를 포함한다.

또한, 상기 성형단계는 상기 혼합원료의 외측면을 가열하는 제1과정, 상기 혼합원료의 외측면과 내측면을 동시에 가열하는 제2과정, 상기 혼합원료의 내측면만 가열하는 제3과정, 상기 혼합원료의 내측면을 가열함과 동시에 상기 혼합원료의 외측면을 냉각하는 제4과정 및 상기 혼합원료의 외측면을 냉각하는 제5과정을 포함할 수 있다.

또한, 상기 성형단계를 거친 상기 혼합원료는, 내 외측면에 포함된 상기 바인더가 용해되어 다시 응고됨으로써 상기 활성탄에 상기 바인더가 커버링된 상기 커버링층 및 상기 커버링층 사이에 구비되며 상기 바인더가 용해되지 않고 상기 활성탄과 혼합된 상태로 유지된 혼합층을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 다층 카본블럭은 다층 카본블럭 성형장치에 의해 활성탄과 바인더의 혼합원료를 이용하여 제조된 다층 카본블럭에 있어서, 상기 다층 카본블럭은 중공이 형성되며, 내측면 및 외측면의 가열에 의해 상기 바인더가 용해되어 상기 활성탄에 커버링이 발생한 커버링층 및 상기 커버링층 사이에 구비되며 상기 바인더가 용해되지 않고 상기 활성탄과 혼합된 상태로 유지된 혼합층을 포함한다.

상기한 구성을 가지는 본 발명에 따른 카본 블럭 압출 성형장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 활성탄과 바인더의 혼합원료를 이용하여 카본블럭의 성형 시 혼합원료의 외측면과 내측면 사이에 바인더에 의한 커버링이 발생하지 않은 혼합층을 구비하여 정수성능의 저하를 방지하는 이점이 있다.

둘째, 혼합원료의 외측면 및 내측면을 가열하며 외측면 및 내측면에 전달되는 열은 기 설정된 깊이만큼만 전달되도록 함으로써, 바인더의 용해에 의해서 활성탄의 커버링이 발생되는 커버링층과 바인더가 용해되지 않는 혼합층을 포함하여 안정적으로 카본블럭의 형상을 유지함과 동시에 정수성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 종래에 개발된 카본블럭을 압출성형하기 위한 장치를 나타내는 도면;
도2는 도 2의 압출 성형장치에 의해 성형된 카본블럭을 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층 카본블럭 성형장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 도 3의 다층 카본블럭 성형장치에서 다층 카본블럭이 가열 및 냉각되어 성형되는 상태를 나타낸 도면;
도 5는 도 3의 다층 카본블럭 성형장치에 의해서 성형된 다층 카본블럭을 개략적으로 나타낸 도면; 및
도 6은 도 5의 다층 카본블럭과 종래의 카본블럭의 정수과정을 나타낸 도면.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다층 카본블럭 성형장치의 구성에 대해서 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층 카본블럭 성형장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 다층 카본블럭 성형장치에서 다층 카본블럭이 가열 및 냉각되어 성형되는 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 3의 다층 카본블럭 성형장치에 의해서 성형된 다층 카본블럭을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 다층 카본블럭 성형장치는 투입되는 원료를 특정 경로를 따라 이송시키고, 이송되는 원료가 작업자가 원하는 형태를 가지는 성형부를 통과하면서 상기 형태와 동일한 단면적을 가지는 부재를 생산하는 장치이다. 구체적으로 본 발명에서의 다층 카본블럭 성형장치는 투입호퍼(미도시), 혼합배럴(100), 이송유닛(200), 성형배럴(300), 성형샤프트 및 가열부를 포함한다.

상기 투입호퍼는 후술하는 혼합배럴(100)의 투입구(110)와 연통되고, 공급되는 원료는 상기 투입호퍼를 통하여 투입구(110)로 투입된다.

한편, 도시되지는 않았지만, 상기 투입호퍼에는 투입구(110)로 투입되기 전에 수용되는 원료를 혼합할 수 있는 교반기 등이 구비될 수 있다. 그리고 상기 투입호퍼로 투입되기 전에 혼합이 될 수 있다.

그리고 본 발명의 투입되는 혼합원료(M)는 분말 또는 입자 형태로 구비되는 원재료 및 후술하는 가열부(320)에 의하여 가열됨에 따라 녹으면서 상기 원재료간을 결합하기 위한 접합재료로 구성된다.

상기 원재료 및 접합재료는 본 발명의 카본블럭 성형장치를 통하여 생산하고자 하는 제품에 따라 다양하게 구비될 수 있고, 구체적으로 본 실시예에서는 정수기 등에 사용되어 물의 불순물 등을 필터링하기 위한 카본블럭을 생산하는 경우로 한정하여 설명한다. 따라서 원재료로는 카본블럭 제조를 위하여 일반적으로 사용되는 기능성 활성탄, 활성 탄소섬유 등이 사용되고, 접합재료로는 열가소성 바인더 등이 사용되며, 이하 원재료는 활성탄으로, 접합재료로는 바인더로 하여 설명한다.

혼합배럴(100)은 활성탄 및 바인더가 포함된 혼합원료(M)가 투입되는 투입구(110) 및 투입된 혼합원료(M)가 고르게 혼합되며 이송되는 혼합공간부(120)가 형성된다.

투입구(110)는 혼합배럴(100)의 다양한 위치에 형성될 수 있고, 구체적으로 본 실시예에서는 혼합배럴(100)의 상부에 형성되고, 혼합원료(M)는 투입구(110)와 연통된 상기 투입호퍼를 통하여 상부에서 하부로 공급된다.

혼합공간부(120)는 혼합배럴(100)의 내부에 형성되며, 이송되는 혼합원료(M)의 종류, 이송속도, 후술하는 성형공간부(310)의 형상 등에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로 본 실시예에서는 수직면과 평행한 단면을 가지는 원기둥 형상으로 좌, 우 방향으로 길게 형성된다.

그리고 혼합공간부(120)는 후술하는 회전샤프트(210) 및 스크류(220)의 회전을 따라 혼합원료(M)가 이동하며 성형공간부(310)의 형상에 대응하여 압축되도록 한다.

이송유닛(200)은 혼합배럴(100) 내부로 투입된 혼합원료(M)를 이송시키면서 혼합하는 구성으로써, 혼합공간부(120) 내부에서 혼합원료(M)가 혼합되며 이송되도록 한다.

구체적으로 본 실시예에서 이송유닛은(200) 혼합공간부(120)에 회전 가능하게 구비되는 회전샤프트(210) 및 회전샤프트(210) 일부분의 둘레를 따라 형성되는 스크류(220)를 포함한다.

회전샤프트(210)는 혼합공간부(120)의 길이에 대응하는 하는 길이로 형성된다. 그리고 회전샤프트(210)의 크기에 따라 본 실시예의 카본블럭(400: 도 5참조)의 내경이 결정된다.

스크류(220)는 회전샤프트(210)의 회전을 따라 회전을 하면서 혼합공간부(120)의 혼합원료(M)를 이송시킨다. 그리고 회전을 하면서 바인더가 활성탄 사이에 균일하게 위치할 수 있도록 혼합원료(M)를 혼합시킨다.

본 실시예에서 스크류(220)는 혼합원료(M)의 이송방향을 기준으로 회전샤프트(210)상에서 혼합공간부(120)의 길이에 대응하는 만큼 형성되어 투입구(110)를 통해 투입된 혼합원료(M)를 혼합하며 후술하는 성형배럴(300)로 전달한다.

하지만 이와 달리 스크류(220)가 회전샤프트(210)상에 혼합공간부(120)의 길이에 대응하지 않고 일부에만 형성될 수도 있다.

성형배럴(300)은 혼합배럴(100)의 장축방향으로 연장되어 연속적으로 배치되며 이송유닛(200)에 의해서 이송되는 혼합원료(M)의 형상을 잡아주며 카본블럭(400)이 성형되도록 하는 구성으로써 내부에 혼합원료(M)가 이송되는 성형공간부(310)가 구비된다.

성형공간부(310)는 혼합배럴(100)의 길이방향을 따라 연장 형성되어 혼합원료(M)가 이동하는 공간으로써, 상술한 혼합공간부(120)와 연통된다.

성형샤프트(312)는 성형배럴(300) 내측에 형성되어 혼합원료(M)의 형상을 잡아주는 구성으로써, 성형공간부(310) 내부에 구비된다.

즉, 성형공간부(310)에는 상술한 회전샤프트(210)와 연결되어 카본블럭(400)의 내경을 형성하는 성형샤프트(312)가 구비된다. 성형샤프트(312)는 성형되는 제품의 형상에 따라서 회전샤프트(210)와 다른 단면적을 갖도록 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서의 성형공간부(310)는 혼합공간부(120)와 동일한 단면적을 갖도록 형성되고, 성형샤프트(312) 역시 회전샤프트(210)와 동일한 단면적을 갖도록 형성된다. 그리고 본 실시예에서 성형샤프트(312)는 회전샤프트(210)와 일체로 연결되어 구성되어 있지만 이와 달리 별도로 분리되어 구성될 수도 있다.

즉 성형샤프트(312)와 회전샤프트(210)는 일체로 연결되어 함께 회전할 수 있도록 구성될 수도 있고 이와 달리 성형샤프트(312)와 회전샤프트(210)가 별도로 분리되어 회전샤프트(210)만 회전하도록 구성될 수도 있다.

가열부(320)는 성형배럴(300)에서 이송되는 혼합원료(M)의 내부에 혼합층 및 상기 혼합층의 내, 외측에 커버링층을 형성하도록 혼합원료(M)의 외측면 및 내측면을 기 설정된 깊이 이상 열이 침투하지 않도록 가열하는 구성이다.

구체적으로 가열부는(320) 성형공간부(310) 내부로 투입된 혼합원료(M)의 일부를 가열하여 포함된 바인더를 용해시킴으로써 활성탄과 바인더가 안정적으로 접합되도록 하는 구성이다.

가열부(320)는 성형공간부(310)의 길이방향 따른 일부에 배치되어 이송되는 혼합원료(M)의 외측면 및 내측면을 기 설정된 깊이 이상 열이 침투하지 않도록 가열하여 바인더를 용해시킴으로써 커버링층(410)을 형성한다.

여기서, 커버링이라 함은 혼합원료(M)에 포함된 바인더가 용해되어 활성탄을 감싼 상태를 의미하며, 실질적으로 활성탄이 커버링됨으로써 커버링되지 않은 상태보다 불순물을 필터링하는 효과가 감소하게 된다.

구체적으로 성형공간부(310) 내부에서 혼합원료(M)는 성형샤프트(312)에 의해서 중공(430)이 형성된 형태로 형상이 고정되며 가열부(320)에 의해서 외측면 및 중공(430)이 형성된 내측면이 가열된다.

여기서 도면에 도시되지는 않았지만 가열부(320)는 별도의 제어부를 구비하여 혼합원료(M)에 전달하는 열이 기 설정된 깊이 이상 침투되지 않도록 가열온도 및 가열시간이 조절된다.

이와 같이 가열부(320)가 혼합원료(M)의 외측면 및 내측면을 가열하되 일정 깊이 이상 열이 전달되지 않도록 함으로써, 혼합원료(M)의 외측면 및 내측면과 인접한 영역에 커버링층(410)이 형성된다.

본 실시예에서 가열부(320)는 크게 제1가열수단(322) 및 제2가열수단(324)으로 구성되며 제1가열수단(322)은 성형배럴(300)의 길이방향에 따른 일부에 배치되어 상기 혼합원료(M)를 감싸며 외측면을 가열한다.

즉 제1가열수단(322)은 성셩공간부(310)의 내부 또는 외부에 구비되어 성형공간부(310) 내부로 이송되는 혼합원료(M)의 외측면을 가열하며 외측부의 바인더를 용해시켜 활성탄을 커버링하도록 한다.

그리고 제2가열수단(324)은 성형배럴(300)의 길이방향에 따른 중심선 상에 위치하여 이송되는 혼합원료(M)의 중앙에 중공(430)을 형성함과 동시에 혼합원료(M)의 내측면을 가열하는 한다.

즉 제2가열수단(324)은 성형공간부(310) 내부로 이송되는 혼합원료(M)의 내측면을 가열하여 바인더를 용해시켜 활성탄을 커버링하도록 한다.

여기서, 제2가열수단(324)은 상술한 성형샤프트(312)와 일체로 구성될 수 있으며 성형샤프트(312)의 길이방향에 따른 일부에 배치되어 성형샤프트(312)에 의해서 형성된 중공(430)의 내측면을 가열한다.

본 실시예에서 제2가열수단(324)은 성형샤프트(312)에 구비되며, 성형샤프트(312)는 회전샤프트(210)와 일체로 연결되어 함께 회전하도록 구성될 수도 있으며 이와 달리 별도로 분리되어 구성될 수도 있다.

이와 같이 제1가열수단(322) 및 제2가열수단(324)이 구비됨에 따라 각각이 구동하여 성형공간부(310) 내에서 이송되는 혼합원료(M)의 내측면 및 외측면을 가열하여 각각에 포함된 바인더를 용해시키며 활성탄에 커버링이 발생하도록 한다.

즉 제1가열수단(322)은 혼합원료(M)의 외측면을 가열하고 제2가열수단(324)은 혼합원료(M)의 내측면을 가열하여 각각에 포함된 바인더를 용해시키며 활성탄을 커버링하는 커버링층(410)을 형성한다. 이때, 제1가열수단(322) 및 제2가열수단(324)은 상기 제어부에 의해서 가열온도 및 가열시간이 제어되며 이에 따라 제1가열수단(322) 및 제2가열수단(324)에 의해서 발생된 열은 혼합원료(M)의 외측면 및 내측면에서부터 기 설정된 깊이 이상 침투되지 않는다.

이에 따라 가열부(320)에 의해서 가열된 혼합원료(M)는 커버링층(410)을 제외한 중간부에 포함된 바인더는 용해되지 않으며 단순히 혼합된 상태인 혼합층(420)을 포함하게 된다.

한편, 본 발명의 가열부(320)는 바인더의 종류에 따라서 적절한 온도를 제공할 수 있는 다양한 가열장치가 사용될 수 있다. 그리고 성형배럴(300)의 내부 또는 성형배럴(300)의 둘레에 설치되어 성형공간부(310)에서 가열을 할 수 있다.

냉각부(330)는 성형배럴(300)상에 구비되며 가열부(320)를 경유하여 이송되는 혼합원료(M)를 냉각한다.

구체적으로 냉각부(330)는 가열부(320)에 의해서 가열된 혼합원료(M)를 빠르게 냉각하여 형상을 유지할 수 있도록 하는 구성으로써, 본 실시예에서 냉각부(330)는 혼합원료(M)의 이송방향에 따른 후방에 위치하여 가열부(320)를 경유한 혼합원료(M)를 냉각한다.

이와 같은 구성에 따라 혼합배럴(100)에서 혼합되어 이송되는 혼합원료(M)를 가열 및 냉각하여 카본블럭(400)을 성형한다.

이어서, 도 3을 살펴보면 성형배럴(300)로 이송된 혼합원료(M)가 가열부(320) 및 냉각부(330)를 경유하여 커버링층(410) 및 혼합층(420)이 형성되는 상태를 나타낸 것으로써, 성형배럴(300)의 길이방향을 따라 제1가열수단(322), 제2가열수단(324) 및 냉각부(330)가 연속적으로 일부 중첩되어 배치되어 있다.

보다 구체적으로 살펴보면 먼저 제1가열수단(322)은 성형배럴(300)상에서 혼합원료(M)가 이송되는 경로상에 배치되며 외측면을 가열하도록 배치된다. 구체적으로 도시된 바와 같이 제1가열수단(322)은 성형공간부(310)의 길이방향을 따라 일부 구간에서 혼합원료(M)의 외측면을 감싸도록 배치되어 가열한다.

그리고 제2가열수단(324)은 성형공간부(310)의 길이방향을 따라 제1가열수단(322)의 후방에 배치되며 적어도 일부가 제1가열수단(322)과 중첩되어 이송되는 혼합원료(M)의 내 외측면을 동시에 가열할 수 있도록 한다.

즉 제1가열수단(322)과 제2가열수단(324)은 일부 구간이 중첩되어 혼합원료(M)가 해당 구간을 통과하는 경우 내측면과 외측면을 동시에 가열할 수 있도록 구성된다.

그리고 냉각부(330)는 성형공간부(310)의 길이방향을 따라 제2가열수단(324)의 후방에 배치되며 적어도 일부가 서로 중접되어 제2가열수단(324)이 혼합원료(M)의 내측면을 가열함과 동시에 혼합원료(M)의 외측면을 냉각시킨다.

구체적으로 냉각부(330)는 제1가열수단(322)을 경유한 후 제2가열수단(324)을 경유하는 과정에 있는 혼합원료(M)의 외측면을 냉각시키도록 구성된다.

이와 같이 냉각부(330)가 혼합원료(M)의 외측면을 냉각함에 따라 용해된 바인더에 활성탄이 커버링된 상태에서 다시 바인더가 응고되며 활성탄을 접착시킨다. 이에 따라 커버링층(410)이 응고되며 혼합원료(M)가 성형공간부(310)를 통과하며 형성된 형태로 고정된다.

여기서, 냉각부(330)는 상온의 공기와 열교환을 통해 가열된 혼합원료(M)를 냉각시킬 수도 있고 이와 달리 별도의 냉각장치나 냉매를 이용하여 냉각시킬 수도 있다.

이와 같이 가열부(320) 및 냉각부(330)가 구비됨에 따라 혼합원료(M)의 내측면과 외측면에 커버링층(410)을 형성하여 형상을 유지시켜주며, 가열부(320)에 의해 열이 전달되지 않아 커버링이 발생하지 않은 혼합층(420)을 구비할 수 있다.

이때, 제1가열수단(322) 및 제2가열수단(324)의 일부는 서로 중첩되도록 배치되어 혼합원료(M)의 내측면과 외측면을 동시에 가열함으로써, 혼합원료(M)의 형상을 보다 안정적으로 유지시켜줄 수 있다.

그리고 제2가열수단(324)과 냉각부(330)의 일부가 성형공간부(310)의 길이방향을 따라 일부가 중첩되도록 배치됨으로써, 외측면에 위치한 커버링층(410)을 먼저 완성하여 안정적으로 다층 카본블럭(400)의 형태를 유지시켜주며 내측면에 위치한 커버링층(410)을 형성할 수 있도록 한다.

즉 본 실시예에서 가열부(320) 및 냉각부(330)는 이송되는 혼합원료(M)를 단독으로 가열 또는 냉각할 뿐만 아니라 서로 동시에 중첩되도록 배치되어 혼합원료(M)를 가열 및 냉각할 수 있도록 구성되어 안정적으로 다층 카본블럭(400)이 형상을 유지하며 성형될 수 있도록 한다.

이와 같이 제1가열수단(322), 제2가열수단(324) 및 냉각부(330)에 의해서 혼합원료(M)가 가열 및 냉각되는 영역은 총 5단계로 구획된다.

먼저, 제1가열수단(322)에 의해서 혼합원료(M)의 외측면이 가열되는 제1과정을 거친다. 이는 도 4에 도시된 A구간에서 일어나는 과정으로써 제1가열수단(322)이 혼합원료(M)의 외측면에 열을 가하여 바인더를 용해시키며 커버링층(410)을 형성한다.

그리고 B구간에서는 제1가열수단(322)과 함께 제2가열수단(324)이 혼합원료(M)의 외측면과 내측면을 동시에 가열하는 제2과정이 진행된다.

여기서는 제1가열수단(322)이 혼합원료(M)의 외측면을 지속적으로 가열하여 발생된 열이 혼합원료(M)의 외측면에서부터 기 설정된 깊이까지 침투하도록 함으로써 외측부에 위치한 커버링층(410)의 두께를 조절한다. 이와 동시에 2가열수단이 함께 혼합원료(M)의 내측면을 가열하여 커버링층(410)이 발생되도록 한다.

C구간은 제1가열수단(322)이 더 이상 혼합원료(M)의 외측면을 가열하지 않으며 제2가열수단(324)만 혼합원료(M)의 내측면을 가열하는 구간으로써, 제2가열수단(324)이 혼합원료(M)의 내측면만 가열하는 제3과정이 진행된다. 여기서, 제1가열수단(322)은 이미 기 설정된 깊이만큼 열을 침투시켜 혼합원료(M)의 외측부에 형성되는 커버링층(410)의 바인더를 용해시킨 상태이다. 그리고 제2가열수단(324)은 내측면에 열을 가하여 기 설정된 깊이만큼 열을 침투시킨다.

여기서, 외측부에 위치한 커버링층(410)의 두께는 설정이 완료된 상태이며 내측부에 위치한 커버링층(410)은 형성되어 가는 과정이다. 다만 커버링층(410)을 형성하기 위한 바인더가 용해된 상태일 뿐 아직 응고되지는 않은 상태이기 때문에 경화되지 않은 상태이다.

D구간은 외측부에 위치한 커버링층(410)을 경화시켜 형성하기 위한 단계로써 바인더가 용해된 혼합원료(M)의 외측면을 냉각부(330)가 냉각시킴과 동시에 제2가열수단(324)이 혼합원료(M)의 내측면을 지속적으로 가열하는 제4과정이 진행된다.

도시된 바와 같이 제1가열수단(322)에 의해서 가열되며 기 설정된 깊이만큼 바인더가 용해되어 활성탄을 커버링한 상태에서 냉각부(330)에 의해 바인더가 냉각됨에 따라 활성탄의 접착이 완료되며 커버링층(410)이 경화된다.

이와 동시에 제2가열수단(324)는 혼합원료(M)의 내측면에 지속적으로 열을 가하여 기 설정된 깊이만큼 열이 침투되도록 함으로써 내측부의 커버링층(410) 두께를 조절한다.

마지막으로 E구간은 다층 카본블럭(400) 성형의 마지막 단계로써 혼합원료(M)의 외측면이 냉각되는 제5과정이 진행되고 있으며, 제1가열수단(322) 및 제2가열수단(324)은 더 이상 혼합원료(M)에 열을 제공하지 않는다.

즉 A~E구간을 살펴보면 먼저 외측면을 가압하여 외측부의 커버링층(410)을 먼저 형성한 후 내측부의 커버링층(410)이 형성되도록 함으로써 혼합원료(M)의 외측 형상을 먼저 안정적으로 유지시킨 후 내측의 형상을 형성한다. 이는 혼합공간부(120)에서부터 지속적으로 공급되는 혼합원료(M)의 압력에 의해 성형공간부(310)에서 형성된 카본블럭(400)의 형상을 유지시키는데 이점이 있다.

이와 같이 혼합배럴(100)에서 혼합된 혼합원료(M)는 상술한 바와 같이 성형배럴(300)에서 가열부(320) 및 냉각부(330)를 거치며 가열 및 냉각되어 카본블럭(400)이 성형된다.

성형된 카본블럭(400)은 도 5에 도시된 바와 같이 외측부 및 내측부에는 바인더가 용해됨에 따라 활성탄을 커버링하며 다시 응고된 커버링층(410)이 형성되고 커버링층(410) 사이에는 단순히 활성탄과 바인더가 혼합된 혼합층(420)이 형성된다.

일반적으로 활성탄에 커버링이 발생하면 내구성 등은 향상되어 그 형태를 안정적으로 유지할 수 있지만 흡착성능은 줄어들게 된다.

이에 따라 본 발명에 따른 다층 카본블럭 성형장치에 의해 성형된 다층 카본블럭(400)은 총 3층의 레이어로 구성되며 외측부와 내측부에 형태유지를 위한 커버링층(410)이 구비되고, 커버링부 사이에는 불순물의 필터링을 위한 혼합층(420)이 형성된다.

이어서, 도 6을 살펴보면 도 6은 도 5의 다층 카본블럭(400)과 종래의 카본블럭(400)의 정수과정을 나타낸 도면으로써, 도 6의 (a)는 바인더가 활성탄을 커버링 한 하나의 층으로 구성된 카본블럭(400)이다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 종래에 개발된 카본블럭(400)을 이용하여 정수를 하는 경우 카본블럭(400)의 외측면을 통해 흡수되는 물(W)은 카본블럭(400)을 경유하여 중앙부에 형성된 중공(430)을 통해 배출된다.

이 과정에서 물(W)이 카본블럭(400)을 경유하며 불순물이 제거된다. 하지만, 도 6의 (a)와 같이 단순히 활성탄이 바인더에 의해 커버링된 하나의 층으로 이루어진 카본블럭(400)은 내구성은 뛰어나게 되지만 정수성능이 저하된다.

하지만 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다층 카본블럭(400)은 활성탄이 커버링된 커버링층(410) 및 활성탄과 바인더가 혼합된 혼합층(420)을 포함하여 구성된다.

구체적으로 본 발명에 따른 카본블럭(400)을 이용하여 물을 정수하는 경우 물(W)은 먼저 외측에 위치한 커버링층(410)을 통해서 내부로 침투하게 된다. 그리고 커버링층(410)을 통해 침투한 물(W)은 다시 혼합층(420)을 경유하게 된다.

여기서 혼합층(420)은 바인더에 활성탄에 의한 커버링이 발생하지 않았기 때문에 흡착성능이 저하되지 않은 상태로써 보다 안정적으로 물(W)에 포함된 불순물을 제거한다.

그리고 혼합층(420)을 경유한 물(W)은 다시 중공(430)에 인접하게 형성된 커버링층(410)을 침투하여 중공(430)을 통해 배출된다.

이와 같이 본 발명에 따른 다층 카본블럭(400)은 종래와 다르게 바인더에 의한 커러링이 발생하지 않은 별도의 혼합층(420)을 구비함으로써 정수성능을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

즉, 본 발명에 따른 다층 카본블럭(400)은 내 외측면에 인접하게 위치하며 정수성능은 떨어지지만 형상을 안정적으로 유지하기 위한 커버링층(410) 및 커버링층(410) 사이에서 정수성능을 증가시키기 위한 혼합층(420)을 구비함으로써 전체적인 정수성능을 유지함과 동시에 내구성을 증가시킬 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 다층 카본블럭 성형장치에 의해 다층 카본블럭(400)이 제조되는 과정에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 활성탄과 바인더를 혼합하여 혼합원료(M)를 만드는 혼합단계가 진행된다. 상술한 바와 같이 혼합원료(M)는 원재료 및 접합재료를 포함하여 투입호퍼를 통해 혼합배럴(100) 내부의 혼합공간부(120)로 투입된다. 이때 투입호퍼에 수용되는 원재료 및 접합재료는 교반기(미도시)를 통하여 1차적으로 혼합이 될 수 있다.

그리고 혼합단계에서 혼합된 혼합원료(M)를 이송시키며 가압하여 내부에 중공(430)이 형성되도록 하는 형상조절단계가 진행된다.

구체적으로, 혼합배럴(100) 내부에 유입된 혼합원료(M)는 혼합공간부(120)로 유입되고, 회전샤프트(210) 및 스크류(220)의 회전을 따라 성형공간부(310)측으로 이송된다. 그리고 이송과정에서 혼합원료(M)는 2차적으로 혼합됨과 동시에 압축되어 형상이 형성된다.

형상조절단계를 거친 혼합원료(M)의 내측면 및 외측면을 가열하여 포함된 바인더를 용해시킨 후 냉각하여 응고시키는 성형단계를 거친다.

구체적으로 성형단계는 가열부(320)를 통해 혼한원료의 내측면 및 외측면을 가열함으로써 혼합원료(M)에 포함된 바인더를 용해시키며 다시 냉각하여 응고되는 과정을 통해 혼합원료(M)를 성형한다.

이때 가열부(320)는 혼합원료(M)의 내측면과 외측면에서 기 설정된 깊이만큼 열이 침투되어 바인더를 용해시키도록 함으로써 혼합원료(M) 내부에 열이 침투되는 구간과 침투되지 않는 구간이 발생하도록 한다.

즉 열이 침투된 영역의 바인더는 용해되고 열이 침투되지 않은 영역의 바인더는 용해되지 않으며 이에 따라 커버링층(410)과 혼합층(420)으로 분리된다.

구체적인 과정은 상술한 제1과정 내지 제5과정을 통해서 혼합원료(M)의 내측면과 외측면을 가열 및 냉각시킨다.

이와 같은 성형단계를 거친 혼합원료(M)는 내 외측면에 포함된 바인더가 용해되어 다시 응고됨으로써 활성탄에 바인더가 커버링 된 커버링층(410) 및 커버링층(410) 사이에 구비되며 바인더가 용해되지 않고 활성탄과 혼합된 상태로 유지된 혼합층(420)을 포함한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 혼합배럴 110: 투입구
120: 혼합공간부 200: 이송유닛
210: 회전샤프트 220: 스크류
300: 성형배럴 310: 성형공간부
320: 가열부 330: 냉각부
400: 다층 카본블럭 410: 커버링층
420: 혼합층 M: 혼합원료

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 활성탄과 바인더를 혼합하여 혼합원료를 만드는 혼합단계;
   상기 혼합단계에서 혼합된 상기 혼합원료를 이송시키며 가압하여 내부에 중공이 형성되도록 하는 형상조절단계; 및
   상기 형상조절단계를 거친 상기 혼합원료의 내측면 및 외측면을 가열하여 기 설정된 깊이만큼 열을 전달하며, 상기 혼합원료의 내부에 혼합층 및 상기 바인더의 용해에 의해 상기 혼합층의 내, 외측에 커버링층을 형성하는 성형단계;
   를 포함하는 다층 카본블럭 성형방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 성형단계는,
   상기 혼합원료의 외측면을 가열하는 제1과정;
   상기 혼합원료의 외측면과 내측면을 동시에 가열하는 제2과정;
   상기 혼합원료의 내측면만 가열하는 제3과정;
   상기 혼합원료의 내측면을 가열함과 동시에 상기 혼합원료의 외측면을 냉각하는 제4과정; 및
   상기 혼합원료의 외측면을 냉각하는 제5과정;
   을 포함하는 다층 카본블럭 성형방법;
10. 제8항에 있어서,
    상기 성형단계를 거친 상기 혼합원료는,
    내 외측면에 포함된 상기 바인더가 용해되어 다시 응고됨으로써 상기 활성탄에 상기 바인더가 커버링된 상기 커버링층 및 상기 커버링층 사이에 구비되며 상기 바인더가 용해되지 않고 상기 활성탄과 혼합된 상태로 유지된 혼합층을 포함하는 다층 카본블럭 성형방법.
11. 다층 카본블럭 성형장치에 의해 활성탄과 바인더의 혼합원료를 이용하여 제조된 다층 카본블럭에 있어서,
    상기 다층 카본블럭 성형장치는 카본블럭의 원료인 활성탄과 활성탄을 결합시키는 바인더가 혼합된 혼합원료가 투입되는 투입구가 형성되고, 상기 투입구를 통해 상기 혼합원료가 제공되는 혼합배럴, 상기 혼합배럴 내측에 구비되어 상기 혼합원료를 이송시키면서 혼합시키는 이송유닛, 상기 혼합배럴의 장축방향으로 연장되어 구비된 성형배럴, 상기 성형배럴 내측에 구비된 성형샤프트 및 상기 성형배럴에서 이송되는 혼합연료의 외부에 열을 가하는 제1가열수단 및 상기 이송되는 혼합원료의 내부에 열을 가하는 제2가열수단을 포함하고, 상기 혼합원료의 내부에 혼합층 및 상기 혼합층의 내, 외측에 커버링층을 형성하도록 상기 혼합원료의 외측면 및 내측면을 기 설정된 깊이 이상 열이 침투하지 않도록 가열하는 가열부를 포함하며,
    상기 다층 카본블럭은,
    중공이 형성되며, 내측면 및 외측면의 가열에 의해 상기 바인더가 용해되어 상기 활성탄에 커버링이 발생한 커버링층; 및
    상기 커버링층 사이에 구비되며 상기 바인더가 용해되지 않고 상기 활성탄과 혼합된 상태로 유지된 혼합층;
    을 포함하는 다층 카본블럭.
    

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