KR101626129B1 - 고점도 유체용 필터집합체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고점도 유체용 필터집합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고점도의 유체의 여과 시에 고유량을 수득할 수 있는 동시에 차압발생을 최소화 하여 사용수명이 최대화되고, 높은 여과효율을 가질 수 있으며, 고점도/고농도 유체의 여과에서 필터 여재의 압착을 방지하여 유로가 원활히 형성되고 고압의 조건에서도 사용 가능한 기계적물성이 우수한 고점도 유체용 필터집합체에 관한 것이다.

Description

고점도 유체용 필터집합체 및 그 제조방법{High Viscous fluid filter assemblies and method for manufacturing thereof}
본 발명은 고점도 유체용 필터집합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고점도의 유체의 여과 시에 고유량을 수득할 수 있는 동시에 차압발생을 최소화하여 사용수명이 최대화되고, 높은 여과효율을 가질 수 있는 고점도 유체용 필터집합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
산업발달에 따라 환경문제가 첨예한 문제로 대두되고 있으며, 이에 따라 다양한 방법으로 그 해결책이 모색되고 있다. 이러한 해결책의 하나로서 산업 전반에 걸쳐 실시되고 있는 폐수의 재활용 및 공업용수의 전처리 공정이나 역삼투압막의 가정용 식수 전처리 공정, 화학물질 처리 공정에 사용되는 원통형 카트리지 필터에 대한 다각적인 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
액체용 카트리지 필터는 크게 수처리용 카트리지 필터, 오일 및 화학물질 처리용 카트리지 필터로 분류되며, 또한 그 용도에 따라 세분화되며, 각각의 용도에 따라 다양한 여재의 특성이 요구된다.
상기와 같이 여과하려는 액체의 종류 및 용도 등에 의해 다양한 여재 특성이 요구되며, 이에 따라 수처리용 필터로는 고점도 유체의 필터링이 불가능하다는 문제점이 있으며, 이는 하기와 같은 이유 때문이다.
통상적인 의미의 여과란 액체의 유동이 공극(pore) 크기보다 큰 모든 입자를 보유하는 다공성 부재와 수직으로 만나는 헤드-온 여과(head-on filtration)를 의미한다. 원활하게 여과되어 여과물에 의해 막힘현상이 발생하지 않기 위해서는 유체가 동적 유동으로서 필터링 표면에 대하여 평행하게 흘러서 그 흐름이 방해 받지 않을 필요가 있다. 유체의 동적 유동이 방해 받지 않도록 여과장치의 조건을 조절해 줄 경우 여과액의 유동 입자 보유능력과 관련된 여과기능은 충분히 오랜 기간 동안 일정하게 유지될 수 있다.
그러나 점성 유체의 경우, 물질의 유변학적 성질로 인해 여과가 방해 받을 수 있다. 사실상, 비압축성 액체의 유량은 점도에 반비례하므로 다공성 부재를 통과하는 유체의 흐름에 의해 발생되는 마찰력은 포와즈이유의 법칙(POISEUILLE's Law)에 따라 매우 높다. 이에 따라 유체가 필터링 표면을 막는 것을 피하기 위하여 강제로 동적 유동시키는 경우에 다공성 부재를 통과하는 점성 저항이 상기 마찰력에 더해지므로 여과는 더욱 더 방해 받을 수 있다.
상기와 같은 이유로, 예를 들어 마이크로-여과(micro-filtration), 울트라-여과(ultra-filtration) 또는 나노-여과(nano-filtration)와 같은 전통적인 여과법 및 이에 사용되는 여재들은 순수한 물의 점도, 즉 20℃에서 1mPa.s에 가까운 점도를 갖는 액체에만 적용되는 이유 가운데 하나이다.
또한, 순수한 물을 여과시키는 카트리지로 고점도 유체를 필터링 할 수 없는 다른 이유로 고점도 유체에 의해 카트리지의 외부에 많은 압력이 가해지게 되고 카트리지 외형이 변화하여 카트리지의 손상을 유발할 수 있고, 여재간의 협착을 증가시켜 이로 인해 유로 형성이 현저히 저하되며, 더 나아가 기공까지 막게 되어 유량저하, 차압발생의 문제가 발생한다.
따라서, 순수한 용제가 아닌 경우 유기 액체의 점도는 매우 높으므로 통상적인 액체용 필터로는 고점도 유체의 여과가 불가능하며, 특히 석유 분획, 식물성 또는 동물성 기름으로부터 생기는 미네랄 오일의 경우에 여과가 더 어렵다.
이러한 점성의 액체 특히 고점도 유체에 대한 여과의 방법으로 한국공개특허 제 2001-0006270호는 점성 액체의 탄젠셜 여과방법에 대해 개시하고 있다. 상기 공개특허는 점성 유체의 점도를 저하시키기 위해 제3의 물질로 고점도 유체를 용해시켜 점성을 낮춘 후 여과하여 여과액에서 제3의 물질을 다시 분리하는 방법을 개시하고 있다. 상기 방법에 의해서는 통상의 여과장치 및 여재를 이용할 수는 있으나 제3의 물질로 용해 및 이를 다시 분리하는 별도의 공정을 거쳐야 하는 점에서 고점도 유체의 여과에 대한 직접적인 해결방법으로 보기 어렵다.
이에 따라 고점도 유체용 필터 자체에 연구가 계속되고 있다. 그러나 종래의 고점도 유체용 필터의 경우 필터여과재의 구성에 따라 고유량을 수득할 수는 있으나 차압발생 시에 입자의 여과효율이 저하되는 문제점이 있어 고유량을 수득하는 동시에 높은 여과효율을 가지기 어려웠다.
또한, 여과가 시작되는 필터부분에 입자 포집의 증대로 필터의 여과초기 막힘현상이 빈번히 발생하고 이에 따라 수득되는 유량이 매우 적은 문제점이 있었다.
나아가, 필터에 차압이 과도하게 발생할 경우, 여과효율의 저하뿐만 아니라 필터수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
더 나아가, 종래의 고점도 유체용 필터와 같이, 섬도가 10μm이하의 얇은 섬유로 제조된 여재만을 포함하는 경우 여과효율을 향상시킬 수는 있어도 기계적 강도가 약해 고압의 환경에서 사용하기 불가능하고 고유량을 동시에 수득할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 첫 번째로 해결하려는 과제는 고유량을 수득할 수 있는 동시에 차압 발생을 최소화하여 향상된 사용수명을 가지고, 높은 여과효율을 가지며, 다양한 입경을 가지는 입자에 대해 입경별로 필터내 포집부분을 달리하여 필터내 유체스트림의 방해를 최소화한 고점도 유체용 필터집합체를 제공하는 것이다.
또한, 고점도 및/또는 고압의 환경조건에서도 사용이 가능하도록 기계적 강도가 보유된 고점도 유체용 필터집합체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 두 번째로 해결하려는 과제는 본 발명에 따른 고점도 유체용 필터집합체를 이용하여 향상된 유량을 수득할 수 있고, 높은 여과효율을 가지는 여과장치를 제공하는 것이다.
상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 고점도 유체용 필터 집합체에 있어서, 여과된 유체가 배출되는 코어부; 여과기능을 갖는 제1 여재가 상기 코어부 외주연에 나권형으로 권취되어 형성된 제1 필터층; 및 여과기능을 갖는 제2 여재가 상기 제1 필터층의 외주연에 나권형으로 권취되어 형성된 제2 필터층;을 포함하며, 고점도 유체가 제2 필터층, 제1필터층을 거쳐 코어부를 통해 여과되어 배출되고, 상기 제2 여재는 제1 여재가 포함하는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5 배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 필터집합체를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 여재 및 제2 여재는 부직포일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 여재 및 제2 여재는 각각 독립적으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 1 ~ 20μm이며, 제1 여재의 평량은 20 ~ 40 g/m2일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제 2 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 21 ~ 40μm, 제2 여재의 평량은 30 ~ 100 g/m2 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 필터집합체의 단면중심에서 제2 필터층의 최외각까지의 거리는 상기 필터집합체의 단면중심에서 제1 필터층의 최외각층까지의 거리의 1.4 ~ 1.55배일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 필터층 및 제2필터층 중 어느 하나 이상의 필터층에 스페이서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 인장강도가 10 kg·f/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 폴리올리핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 스페이서는 두께가 0.8 ~ 1.2 mm이고, 공경이 1 ~ 5mm인 메쉬시트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 필터집합체는 하기 조건 (1) 및 (2)를 만족할 수 있다.
(1) 유체의 점도가 8,000 cps인 4L/min의 유량 하에서, 필터차압이 5 kg·f/cm2에 도달까지 하는데 소요시간이 입자조건 1에서 200분 이상이고, 입자조건 2에서 40 분 이상이며, (2) 입자조건 1 및 입자조건 2에서의 여과효율 98% 이상이다.
* 입자조건 1 : 순수한 물을 용매로 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50 ~ 100μm인 탄화규소입자를 유체 내 입자 농도가 10wt% 되도록 혼합한 최종 점도가 8,000 cps 인 점도액
* 입자조건 2 : 순수한 물에 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50~100μm 인 탄화규소입자를 유체 내 입자 농도가 70wt% 되도록 혼합한 최종 점도가 8,000 cps 인 점도액
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 필터집합체는 엔드캡(end cap)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은 (1) 코어부의 외주연 제 1여재를 나권형으로 권취하여 제1 필터층을 형성하는 단계; 및 (2) 상기 제1 필터층의 외주연에 제2 여재를 나권형으로 권취하여 제2필터층을 형성하는 단계;를 포함하여 고점도 유체용 필터 집합체를 제조하되, 상기 제2 여재는 제1 여재가 포함하는 섬유의 섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70%이상 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터 집합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 제1 여재는 섬유의 평균섬도가 1 ~ 20μm이며, 평량이 20 ~ 40 g/m2인 부직포이고, 상기(2)단계의 제2 여재는 섬유의 평균섬도가 21 ~ 40μm이며, 평량이 30 ~ 100/m2인 부직포일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 제1 필터층 및 상기 (2) 단계의 제2 필터층 중 어느 하나 이상의 필터층에 인장강도가 10 kg·f/cm2 이상인 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 코어부 중심에서 제1 필터층의 최외각까지의 거리와 코어부의 중심에서 상기 (2) 단계의 제2 필터층 최외각까지의 거리는 1 : 1.4 ~ 1.55일 수 있다.
상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 고점도 유체용 필터집합체를 포함하는 고점도 유체용 여과장치를 제공한다.
본 발명의 고점도 유체용 필터집합체는 고점도의 유체의 여과 시에 고유량을 수득할 수 있는 동시에 차압발생에 따른 필터의 사용수명 저하를 방지하기 위해 차압발생이 최소화할 수 있다. 또한, 유체 스트림이 맞닿는 필터의 여과 유효면적이 넓어 고점도 유체내 포함된 미립자의 농도에 관계 없이 우수한 여과효율을 가질 수 있고, 입경별로 필터내 포집부분을 달리하여 필터내 유체스트림의 방해를 최소화하여 여과속도를 향상시킬 수 있다. 나아가 고점도/고농도 유체의 여과에서 필터 여재의 압착을 방지하여 유로를 원활히 형성시킴으로써 유량저하를 방지할 수 있고, 고점도 및/또는 고압의 환경조건에서도 사용이 가능한 우수한 기계적 강도를 보유하여 내구성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 부분종단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 코어부의 사진이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 분해사시도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 고점도 유체의 필터링에 있어서 일반 액체용 필터를 사용할 수 없고, 종래의 고점도용 필터의 경우 필터여과재의 구성에 따라 고유량을 수득할 수는 있으나 차압발생 시에 입자의 여과효율이 저하되는 문제점이 있어 고유량을 수득하는 동시에 높은 여과효율을 가지기 어려웠다. 또한, 여과가 시작되는 필터부분에 입자 포집의 증대로 필터의 여과초기 막힘현상이 빈번히 발생하고 이에 따라 수득되는 유량이 매우 적은 문제점이 있었다. 나아가, 필터에 차압이 과도하게 발생할 경우, 여과효율의 저하뿐만 아니라 필터수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 고점도 유체용 필터 집합체에 있어서, 코어부; 여과기능을 갖는 제1 여재가 상기 코어부 외주연에 나권형으로 권취되어 형성된 제1 필터층; 및 여과기능을 갖는 제2 여재가 상기 제1 필터층의 외주연에 나권형으로 권취되어 형성된 제2 필터층;을 포함하며, 고점도 유체가 제2 필터층, 제1필터층을 거쳐 코어부를 통해 여과되어 배출되고, 상기 제2 여재는 제1 여재가 포함하는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5 배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 필터집합체를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
이를 통해 고점도의 유체의 여과 시에 고유량을 수득할 수 있는 동시에 차압발생이 최소화되어 필터의 사용수명이 길어지며 유체 스트림이 맞닿는 필터의 여과 유효면적이 넓어 우수한 여과효율을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 사시도로써, 원통형의 필터집합체(10)는 코어부를 중심으로 제1 필터층 및 제2 필터층이 나권형으로 권취되어 포함되며 말단캡(5)을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 횡단면도로써, 코어부(1)와 동심원상에 제1 필터층(2)이 코어부 외각으로 형성되고, 제2 필터층(3)이 제1 필터층(2)의 외각에 형성된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체의 부분종단면도로써, 여과될 고점도 유체(A)가 필터집합체의 최외각표면을 통해 제2필터층(3)으로 유체스트림이 생성되어 1차 여과되고, 이후 제1 필터층(2)을 통과하여 2차 여과된 후, 코어부(1)를 통해 여과된 고점도 유체(B)가 배출되게 된다. 배출되는 여과된 유체(B)의 경우 필터집합체를 포함하는 여과장치의 구성에 따라 양방향으로 배출될 수도 있고 어느 일방향으로 배출될 수도 있다.
이하, 유체의 흐름에 따라 필터집합체의 각 구성을 설명하기로 한다.
먼저, 제1 필터층(2) 외주연에 나권형으로 권취되어 형성되는 제2 필터층(3)에 대해 설명한다.
상기 제2 필터층은(3) 여과시킬 고점도 유체가 1차로 여과되는 필터층으로써, 여과기능을 가지는 제2 여재를 포함하고, 제2 여재는 하기 설명한 제1 필터층(2)의 외주연에 나권형으로 권취되어 제2 필터층(3)을 형성한다.
본 발명에 포함되는 필터층은 여재가 나권형으로 권취되어 형성되는데 이를 통해 나권형으로 권취되는 여재들 사이에 유로가 형성됨으로써 여과시킬 유체의 여과 유효면적을 극대화할 수 있어 여과효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 제2 여재는 바람직하게는 평량이 30 ~ 100 g/m2 일 수 있으며, 만일 30 g/m2 미만일 경우 기계적 강도가 약해 권취 시에 찢어지거나 기공이 적은 여재로 인해 필터 초기 막힘 현상이 있을 수 있고 또한 적은 섬도의 여래로 인해 점도에 의해 여재간 흡착이 일어날 수 있다. 만일 100 g/m2를 초과하는 경우 한정된 부피내로 권취 시에 포함되는 여재의 면적이 감소하여 유체의 여과 유효면적 감소 및 큰 기공의 여재로 인해 여과효율이 저하될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제2 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 21 ~ 40μm일 수 있다. 만일 평균섬도가 21μm이하일 경우 입경의 큰 입자뿐만 아니라 입경이 작은 입자도 제2 필터층에 포집되어 필터의 초기 막힘현상이 발생하고, 유량이 감소하는 문제점이 있으며, 만일 평균섬도가 40μm를 초과하는 경우 제2 필터층에서의 입자 포집능력이 저하되어 제1 필터층에서의 필터 막힘이 발생할 수 있는 문제점이 있고 수득되는 유량 또한 저하될 수 있다.
상기 제2 여재에 포함되는 섬유는 상기 섬도 범위를 만족하는 동일한 섬도를 가지는 섬유만 포함될 수 있거나 상기 섬도 범위를 만족하는 상이한 섬도를 가지는 섬유들을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2 여재에 포함되는 섬유들의 길이는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제2 여재는 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게는 내화학성을 향상시키고 다양한 종류의 유체에 대한 여과에 사용이 가능하며, 내구성을 향상을 위한 인장강도 우수한 폴리올레핀계 섬유를 포함할 수 있고 보다 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 공중합된 폴리에틴렌, 공중합된 폴리프로필렌 섬유 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 제2 여재는 종횡의 방향성이 없는 부직포 또는 종횡의 방향성이 있는 직포일 수 있으나, 바람직하게는 부직포일 수 있다.
상기 부직포는 평균기공이 100 ~ 1000㎛일 수 있으며, 바람직하게는 300 ~ 800㎛를 만족할 때, 원활히 고점도 유체의 1차 여과가 가능하며, 향상된 유량을 제1 필터층(2)으로 공급할 수 있다. 만일 평균기공이 100 ㎛미만인 경우 제2 필터층(3)에 포집되는 입자가 증대되어 필터의 초기 막힘 현상이 발생할 수 있으며, 만일 평균 기공이 1000㎛를 초과하는 경우 제2 필터층에 의한 여과효율이 현저히 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 부직포는 바람직하게는 용융방사되어 제조된 부직포일 수 있다. 그러나 부직포의 제조방법의 경우 고점도 유체용 필터에 통상적으로 사용하는 부직포의 제조방법으로 제조될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 멜트블로운법, 스펀본드, 열접착, 스펀레이스, 플래시스펀, 니들펀칭 등을 포함하는 다양한 방법으로 제조되는 부직포가 본 발명의 여재로 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 제2 여재는 하기에 설명할 제1 여재가 포함하는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5 배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70%이상 포함 해야 한다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 섬유의 섬도 구성을 통해 종래의 고점도 유체용 필터에서 발생하는 여과 초기과정에서 필터의 과다 입자 포집으로 인한 필터 초기 막힘의 문제점이나 차압의 발생으로 인해 단축되는 필터 사용수명의 문제점을 해결하였다.
상기 제2 여재는 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5 배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70%이상 포함함으로써, 제2 여재를 포함하는 제2 필터층(3)은 여과될 고점도 유체에 포함되어 있는 입경이 큰 입자들에 대해 선 포집하고, 나머지 입자들은 제1 필터층(2)에서 포집될 수 있도록 하는 유체스트림을 가능케 하여 일정 수준까지의 여과효율은 발휘하면서 종래의 필터초기 막힘 문제를 방지할 수 있다.
또한, 제2 필터층(3)을 통과하여 제1 필터층(2)을 향해 여과되는 고점도 유체의 유량이 증가되어 여과속도를 향상시킬 수 있으며, 필터 차압의 발생을 최소화하여 필터 사용주기를 향상시킬 수 있다. 나아가, 제1 필터층(2)의 제1 여재에 비해 섬도가 증가되어 높은 섬유 강도를 가질 수 있어 고점도 및/또는 압력 조건에서도 내구성이 우수한 이점이 있다. 더 나아가, 제1 필터층(2)의 제1 여재의 경우 제2 필터층(3)의 제2 여재 보다 작은 섬도를 가지는 섬유가 포함됨에 따라 제2 필터층으로부터 1차 여과된 유체에 대해 향상된 여과효율을 발휘함으로써 코어부를 통해 배출되는 유체에 불순물 등을 거의 포함시키지 않게 할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 필터층(3)의 안쪽에 위치하며 코어부(1) 외각으로 형성되어 있는 제1 필터층(2)에 대해 설명한다.
제1 필터층(2)은 여과기능을 가지는 제1 여재를 포함하고, 상기 제1 여재는 상기 코어부(1)의 외주연에 나권형으로 권취되어 제1 필터층(2)을 형성한다.
상기 제1필터층(2)은 제2 필터층(3)에서 1차로 여과된 고점도 유체에 대해 재여과를 거치게 함으로써 향상된 여과효율을 가지게 하는 기능을 한다.
상기 제1 여재는 바람직하게는 평량이 20 ~ 40 g/m2 일 수 있으며, 만일 20 g/m2 미만일 경우 기계적 강도가 약해 권취 시에 찢어지거나 여과효율이 감소되고 본 발명에서 목적하는 제1 여재에 포함되는 섬유의 섬도를 만족하지 못할수 있고, 만일 40 g/m2를 초과하는 경우 한정된 부피내로 권취 시에 포함되는 여재의 면적이 감소하여 유체의 여과 유효면적 감소로 여과효율이 저하되거나 유량이 감소할 수 있고 큰 기공의 여재로 인해 여과효율이 저하될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
상기 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 1 ~ 20μm일 수 있다. 만일 평균섬도가 1μm이하일 경우 합성수지를 용융시켜 전기방사하는 방법으로는 섬유를 제조하기 어려울 수 있고, 기계적 강도가 저하되어 권취공정이 어렵고 내구성이 감소할 수 있는 문제점이 있다. 만일 평균섬도가 20μm를 초과하는 경우 제1 필터층에서의 입자 포집능력이 저하되어 여과효율이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
상기 제1 여재에 포함되는 섬유는 상기 섬도 범위를 만족하는 동일한 섬도를 가지는 섬유만 포함될 수 있거나 상기 섬도 범위를 만족하는 상이한 섬도를 가지는 섬유들을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 여재에 포함되는 섬유들의 길이는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제1 여재는 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게는 내화학성을 향상시키고 다양한 종류의 유체에 대한 여과에 사용이 가능하며, 내구성을 향상을 위한 인장강도 우수한 폴리올레핀계 섬유를 포함할 수 있고 보다 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 공중합된 폴리에틴렌, 공중합된 폴리프로필렌 섬유 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 여재는 종횡의 방향성이 없는 부직포 또는 종횡의 방향성이 있는 직포일 수 있으나, 바람직하게는 부직포일 수 있다.
상기 부직포는 평균기공이 1 ~ 100㎛일 수 있으며, 바람직하게는 20 ~ 80㎛를 만족할 때, 원활히 고점도 유체의 2차 여과가 가능하며, 향상된 유량을 수득할 수 있다. 만일 평균기공이 20 ㎛미만인 경우 제1 필터층(2)에 포집되는 입자가 증대되어 필터의 막힘 현상이 발생하여 유량을 저하시킬 수 있으며, 만일 평균 기공이 80㎛를 초과하는 경우 제1 필터층(2)에 의한 여과효율이 현저히 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 부직포는 바람직하게는 용융방사되어 제조된 부직포일 수 있다. 그러나 부직포의 제조방법의 경우 고점도 유체용 필터에 통상적으로 사용하는 부직포의 제조방법으로 제조될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 멜트블로운법, 스펀본드, 열접착, 스펀레이스, 플래시스펀, 니들펀칭 등을 포함하는 다양한 방법으로 제조되는 부직포가 본 발명의 여재로 사용될 수 있다.
다음으로 제1필터층(2)의 안쪽에 위치하는 코어부(1)에 대해 설명한다.
코어부(1)는 제1 필터층(2) 및 제1 필터층(2)을 통해 여과된 고점도 유체가 배출되는 기재로써, 통상적으로 원통형 고점도 유체용 필터에 사용되는 기재의 재질인 경우 사용에 제한은 없으며, 바람직하게는 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 재질일 수 있다. 상기 코어부(1)의 길이는 10 ~ 50 cm 이고, 외경은 30 ~ 38 mm이며, 내경은 24 ~ 34 mm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 필터집합체가 사용되는 용도, 여과 요구량 등의 목적에 따라 변경하여 사용할 수 있다.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 코어부의 사진으로써, 제1 필터층(2)을 통해 여과된 유체가 코어부(1) 내부로 유입될 수 있도록 복수개의 홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현에에 따르면, 상기 필터집합체(도 2의 10)의 단면중심에서 제2 필터층의 최외각까지의 거리는 상기 필터집합체의 단면중심에서 제1 필터층의 최외각층까지의 거리의 1.4 ~ 1.55배일 수 있다.
구체적으로, 도 2에서 a는 필터집합체(도 2의 10)의 단면중심에서 제2 필터층의 최외각까지의 거리를 나타내며, b는 필터집합체(도 2의 10)의 단면중심에서 제1 필터층의 최외각까지의 거리를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 상기 거리a와 거리b의 비가 1.4 ~ 1.55 : 1을 만족할 경우 유량이 향상되고 제2 필터층(3)에서 일정수준의 분리효율을 달성할 수 있어 제1 필터층(2)에서의 필터막힘이 감소할 수 있다. 만일 상기 거리비가 1.4 미만으로 작아지는 경우 제2 필터층(3)에서의 여과효율이 저하되어 제1 필터층(2)에서의 필터 막힘 현상이 발생할 수 있고 제1필터층(2)이 상대적으로 두꺼워짐에 따라 여과속도가 저하될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 만일 거리 a가 거리b의 1.55를 초과하여 길어질 경우 제1 필터층의 두께가 얇게 되어 여과효율이 현저하게 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 제1 필터층 및 제2필터층 중 어느 하나 이상의 필터층에 스페이서;를 더 포함할 수 있다.
종래의 고점도 유체용 필터의 경우 고점도, 고압의 여과조건에서 여재간의 밀착에 따라 유량이 현저히 감소하는 문제점이 있었다. 본 발명의 발명자들은 상기 제1 필터층 및 제2필터층 중 어느 하나 이상의 필터층에 스페이서를 포함시킴으로써 여재의 압착에 따른 유로 감소를 문제점을 해결하여 고점도, 고압의 여과조건에서 목적하는 유량의 수득이 가능하게 되었다.
구체적으로, 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 고점도 유체용 필터집합체(20)의 분해사시도로써, 필터층에 여재(21)와 스페이서(22)를 포함할 수 있다.
상기 스페이서(22)가 제1 필터층(2) 및 제2 필터층(3) 양자에 모두 포함되는 경우 포함되는 스페이서(22)의 두께, 재질 및 공극 등은 서로 상이 하거나 동일할 수 있다.
상기 스페이서(22)는 폴리올리핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함할 수 있으며, 다양한 종류의 유체에 사용가능하고 내화학적 특성이 보유할 수 있도록 바람직하게는 폴리올레핀계 섬유를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 공중합된 폴리에틴렌, 공중합된 폴리프로필렌 섬유 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 스페이서(22)는 제1 필터층(도2의 2)에 포함되는 제1 여재 및 제2 필터층(도2의 3)에 포함되는 제2 여재 중 어느 하나 이상과 동일한 소재의 섬유를 포함할 수 있고, 상이한 섬유를 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 스페이서는 두께가 0.8 ~ 1.2 mm이고, 공경이 1 ~ 5 mm인 메쉬시트일 수 있다. 만일 스페이서의 두께가 0.8mm 미만일 경우 고압력에 의한 여재간 흡착에 따른 감소되는 유로를 향상시킬 수 없는 문제점이 있으며, 만일 1.2mm를 초과할 경우 하기에 설명할 여과장치는 한정된 부피를 가짐에 따라 한정된 부피에 포함되는 필터층에 포함되는 여재의 함량이 감소하여 여과 유효면적의 감소에 따른 유량의 감소 및 여과속도 저하 등의 문제점이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 인장강도가 10 kg·f/cm2 이상인 스페이서가 필터층에 포함될 수 있다. 만일 인장강도가 10 kg·f/cm2 미만일 경우 고점도 및/또는 고압에 의한 스페이서 지지능력 저하에 따라 유로형성이 원활하지 못하고 이에 따라 스페이서가 포함됨에도 불구하고 유량이 증가 되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 본 발명에 따른 필터집합체는 하기 조건 (1) 및 (2)를 만족할 수 있다.
(1) 유체의 점도가 8,000 cps인 4L/min의 유량 하에서, 필터차압이 5 kg·f/cm2에 도달까지 하는데 소요시간이 입자조건 1에서 200분 이상이고, 입자조건 2에서 40 분 이상이며, (2) 입자조건 1 및 입자조건 2에서의 여과효율(입자제거율)이 98% 이상이다.
* 입자조건 1 : 순수한 물에 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50~100μm인 탄화 규소 입자를 유체 내 입자 농도가 10wt%되도록 혼합한 점도가 8,000 cps인 점도액
* 입자조건 2 : 순수한 물에 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50~100μm인 탄화 규소 입자를 유체 내 입자 농도가 70wt% 되도록 혼합한 점도가 8,000 cps인 점도액
먼저, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 본 발명에 따른 필터집합체는 조건(1)로써, 유체의 점도가 8000 cps인 4L/min의 유량 하에서, 필터차압이 5 kg·f/cm2에 도달까지 하는데 소요시간이 입경이 50~100μm, 유체 내 입자 농도가 10wt%인 입자조건 1에서 200분 이상이고, 입경이 50~100μm인 유체 내 입자 농도가 70wt%인 입자조건 2에서 40 분 이상 소요될 수 있다.
필터에 차압이 상승하게 되면 그 만큼 카트리지 내 기공의 존재가 작아지게 된다. 그로 인해 필터의 유량은 저하되며 사용수명이 단축되는 문제점이 있을 수 있어 필터 차압이 최소화된 필터일수록 고점도 유체의 여과에 우수한 필터로 평가할 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 필터집합체는 상기 조건 (1)을 만족함으로써 종래의 고점도 유체용 필터집합체에 비해 향상된 사용수명을 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 본 발명에 따른 필터집합체는 조건(2)로써, 상기 입자조건 1 및 입자조건 2에서의 여과효율 98% 이상을 만족할 수 있다.
구체적으로 하기 비교예 1의 필터집합체의 경우 입자조건 1에서 필터차압이 5 kg·f/cm2 미만으로 발생하였고, 입자조건 2에서 필터차압이 5 kg·f/cm2 에 도달하는데 소요되는 시간이 111분으로 하기 실시예에 비해 우수한 필터차압 방지 효과를 가지고 있는 것으로 나타났으나, 여과효율이 입자조건 1에서는 43%, 입자조건 2에서는 82.7%에 불과하여 여과효율은 현저히 저하되는 것으로 나타났다.
그러나 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 필터집합체의 경우 여과효율이 98%이상으로써, 필터 차압발생의 최소화(조건 1)에 따라 향상된 필터 사용수명을 가짐과 동시에 우수한 여과효율을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 필터집합체는 엔드캡(end cap)을 더 포함할 수 있다. 엔드켑은 필터집합체의 상부와 하부에 장착될 수 있고, 구체적으로 도 1에서 엔드캡(5)이 필터집합체(10)의 상부와 하부에 장착될 수 있다.
상기 엔드캡은 카트리지의 형태 유지를 도와주는 기능을 담당하고, 재질, 두께, 구체적인 형상은 목적에 따라 변형하여 사용할 수 있으며, 통상적인 고점도 유체용 필터에 장착되는 엔드캡을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고점도 유체용 필터집합체는 (1) 코어부의 외주연 제 1여재를 나권형으로 권취하여 제1 필터층을 형성하는 단계; 및 (2) 상기 제1 필터층의 외주연에 제2 여재를 나권형으로 권취하여 제2필터층을 형성하는 단계;를 포함하여 고점도 유체용 필터 집합체를 제조하되, 상기 제2 여재는 제1 여재가 포함하는 섬유의 섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5 배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70%이상 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터 집합체의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
먼저, (1) 단계로써, 코어부의 외주연 제 1여재를 나권형으로 권취하여 제1 필터층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 제1 여재는 섬유의 평균섬도가 1 ~ 20μm이며, 평량이 20 ~ 40 g/m2인 부직포일 수 있다. 상기 코어부, 제1 여재의 섬유 재질, 부직포 제조방법 및 권취되는 제1 여재의 두께 등에 대한 구체적인 설명은 상술한 내용과 동일한바 생략한다.
또한, 상기 (1) 단계에서 제1 여재를 권취할 때 상술한 스페이서를 함께 코어부의 외주연에 권취할 수 있으며, 상기 스페이서는 고점도/고압력 조건에서의 여과가 가능하도록 인장강도가 10 kg·f/cm2 이상일 수 있다.
상기 스페이서의 구체적인 설명은 상술한 내용과 동일한바 이하 생략하기로 한다.
다음으로 (2) 단계로써, 상기 제1 필터층의 외주연에 제2 여재를 나권형으로 권취하여 제2필터층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 제2 여재는 섬유의 평균섬도가 21 ~ 40μm이며, 평량이 30 ~ 100 g/m2인 부직포일 수 있다. 상기 섬유의 재질, 부직포이 제조방법 등은 상술한 내용과 동일한 바, 이하 생략하기로 한다.
상기 (2) 단계에서의 제2 여재는 상기 (1)단계에서의 제1 여재가 포함하는 섬유의 섬도(μm)에 대해 1.5 내지 5 배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70% 이상 포함해야 한다.
제2 여재에 포함되는 섬유와 제1 여재에 포함되는 섬유의 섬도에 대해 상기 조건을 만족시킴으로써, 종래의 고점도 유체용 필터에서 발생하는 여과 초기과정에서 필터의 과다 입자 포집으로 인한 필터 초기 막힘의 문제점이나 차압의 발생으로 인해 단축되는 필터 사용수명의 문제점을 해결할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 상술한 내용과 동일한 바 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제2 여재를 권취한 이후에는 히팅롤 등을 이용해 열을 가해 마감처리 및 카트리지를 고정시킬 수 있다.
상기 (1)단계 및 (2)단계에서 각각 권취되는 제1필터층 및 제2 필터층에 대해 바람직하게는 상기 (1) 단계의 코어부 중심에서 제1 필터층의 최외각까지의 거리와 코어부의 중심에서 상기 (2) 단계의 제2 필터층 최외각까지의 거리비가 1 : 1.4 ~ 1.55를 만족할 수 있다.
만일 상기 거리비가 1.4 미만으로 작아지는 경우 제2 필터층(3)에서의 여과효율이 저하되어 제1 필터층(2)에서의 필터 막힘 현상이 발생할 수 있고 제1필터층(2)이 상대적으로 두꺼워짐에 따라 여과속도가 저하될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 만일 거리비가 1.55를 초과하여 길어질 경우 제1 필터층의 두께가 얇게 되어 여과효율이 현저하게 저하될 수 있는 문제점이 있다.
한편, 본 발명은 본 발명에 따른 고점도 유체용 필터집합체를 포함하는 고점도 유체용 여과장치를 포함한다.
상기 여과장치는 내부가 비어있는 하우징에 여과될 유체가 유입되는 유입구와 여과된 유체가 배출되는 배출구를 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 고점도 유체용 필터집합체를 장착할 수 있는 장착부를 포함할 수 있다. 이외의 여과장치 구성의 경우 통상적으로 고점도 유체용 여과장치에 포함되는 구성들을 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 구현예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
먼저, 제1 필터층을 형성하기 위해 평균 섬도가 10μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 25g/m2인 멜트블로운방식으로 제조된 부직포를 제1 여재로 준비하였다. 또한, 제2 필터층을 형성하기 위해 평균 섬도가 30 μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 30g/m2인 멜트블로운 방식으로 제조된 부직포를 제2 여재로 준비하였다. 다만, 상기 제2 여재에 포함되는 섬유의 경우 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도 3배인 섬도를 가지를 섬유를 90% 포함하도록 하였다.
다음으로 필터 집합체를 제조하기 위해 폴리올레핀 재질의 외경 38mm, 내경 34cm, 길이 24cm인 코어부의 외주연에 상기 제1 여재와 폴리프로필렌 소재의 두께가 1mm이고, 공경이 1.5mm이며, 인장강도가 14.5 kg·f/cm2 인 메쉬시트를 코어부를 포함하여 직경 46mm가 될 때까지 나권형으로 함께 권취하여 제1 필터층을 형성하였다. 이후 상기 제2 여재와 폴리프로필렌 소재의 두께가 1mm이고, 공경이 1.5mm이며, 인장강도가 14.5 kg·f/cm2 인 메쉬시트를 코어부를 포함하여 직경 65mm가 될 때까지 나권형으로 권취 후 제2 필터층을 형성하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 제1여재로 평균 섬도가 10μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 25g/m2인 부직포 대신에 평균섬도가 30 μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 35g/m2인 부직포를 사용하였고, 상기 제2 여재로 평균 섬도가 30μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 30g/m2인 부직포 대신에 평균섬도가 60 μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 100g/m2인 부직포를 사용하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 제1여재로 평균 섬도가 10μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 25g/m2인 부직포 대신에 평균섬도가 5 μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 15g/m2인 부직포를 사용하였고, 상기 제2 여재로 평균 섬도가 30μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 30g/m2인 부직포 대신에 평균섬도가 15 μm인 폴리프로필렌 섬유를 사용한 단위면적당 중량 30g/m2인 부직포를 사용하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스페이서로 인장강도가 14.5 kg·f/cm2 인 메쉬시트 대신에 인장강도가 4.4인 kg·f/cm2 인 메쉬시트를 사용하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 5, 6>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제1 필터층을 코어부를 포함하여 직경이 46mm가 되도록 형성하는 대신에, 각각 직경이 54mm, 39.4mm가 되도록 형성하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<실시예 7>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스페이서를 포함시키지 않고 여재만으로 필터층을 형성하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 제1 여재를 권취시켜 제1 필터층을 형성하는 대신에 제2 여재를 권취시켜 제1필터층을 형성하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 제2 여재를 권취시켜 제2 필터층을 형성하는 대신에 제1 여재를 권취시켜 제2필터층을 형성하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 제1 여재를 권취시켜 제1 필터층을 형성하고, 상기 제2 여재를 권취시켜 제2 필터층을 형성하는 대신에 제2여재를 권취시켜 제1필터층을 형성하고, 제1 여재를 권취시켜 제2필터층을 형성하여 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 4>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 제2 여재에 포함되는 섬유로 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도 3배인 섬도를 가지는 섬유를 90% 포함하도록 하는 대신에 평균섬도 1.3배 섬유를 90% 포함시켜 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<비교예 5>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 제2 여재에 포함되는 섬유로 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도 3배인 섬도를 가지를 섬유를 90% 포함하도록 하는 대신에 평균섬도 3배 섬유를 50% 포함시켜 고점도 유체용 필터집합체를 제조하였다.
<실험예>
1. 고점도 유체용 여과장치의 제조
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고점도 유체용 필터집합체를 폴리 프로올레핀 소재의 외경 68cm, 내경 30cm의 유체의 유입구와 배출구를 가지는 통상적인 고점도 유체용 여과장치에 사용되는 하우징에 장착하여 하기 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
2. 물성평가
(1) 유량측정
1) 여과액의 제조
카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 순순한 물에 용해시켜 교반형 점도계를 이용하여 50rpm으로 측정 시 점도가 6000cps인 점도액을 제조하였다.
2) 측정방법
상기 제조된 여과액을 고점도 유체용 여과장치에 투입 후, 3kgf/cm2 일정 압력하에서 24시간 동안의 총 여과량을 측정하였다.
(2) 사용수명, 여과효율 및 필터손상 측정
1) 여과액의 제조
카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 순순한 물에 용해시킨 용액에 입경이 50~100μm인 탄화 규소 입자(showa denko,GC-240)를 혼합하여 입자 농도가 각각 10wt%(입자조건 1) 및 70wt%(입자조건 2)이며, 상기 혼합용액을 교반형 점도계를 이용하여 50rpm으로 측정 시 점도가 8000 cps인 점도액을 제조하였다.
2)사용수명 및 여과효율 측정
상기 제조된 입자조건 1 및 입자조건 2의 여과액을 각각 4L/min 일정유량으로 고점도 유체용 여과장치에 투입 후, 필터 차압이 5kgf/㎠ 도달하는 데까지 소요 시간을 정유량 방법으로 측정하였다. 또한, 여과효율은 여과장치에서 배출되는 유체에 대해 광학탁도계(EPA Method)를 이용하여 측정하였고 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다. 사용수명의 경우 필터 차압이 5kgf/㎠ 도달하는 데까지 소요 시간이 길수록 우수하다.
3) 필터손상 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고점도 유체용 필터집합체에 대해 기계적 물성을 알아보기 위하여, 필터링 이후의 손상 정도에 대해 관능평가를 실시하였으며, 육안으로 관찰 시에 필터 외형 변형이 관찰되지 않은 경우를 0으로 표기하고 변형이 커지는 정도에 따라 1 내지 5로 표기하였다.
Figure 112013116672988-pat00001
구체적으로 필터 카트리지를 제2 여재만으로 구성한 비교예 1은 높은 유량을 가지고 및 각 입자조건에서 차압발생이 현저히 감소하는 것을 알 수 있으나, 여과효율이 80% 미만으로 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 필터카트리지를 제1 여재만으로 구성한 비교예 2는 높은 여과효율을 가지는 대신에 유량이 현저히 감소되고 사용초기에 차압이 발생할 수 있으며, 차압발생에 따라 필터의 사용주기가 감소할 수 있는 문제점이 있다는 것을 확인할 수 있다.
다음으로 실시예 1내지 실시예 3는 제2 여재가 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 3배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 90% 포함하는 경우이나, 실시예 1보다 제1 및 제2 여재에 평균섬도가 큰 섬유를 사용한 실시예 2는 유량은 증가하였으나 분리효율이 현저히 감소하는 것을 알 수 있고, 반대로 실시예 1보다 제1 및 제2 여재에 평균섬도가 작은 섬유를 사용한 실시예 3은 분리효율은 증가하였으나 유량이 현저히 감소되고 사용초기에 차압이 발생할 수 있으며, 차압발생에 따라 필터의 사용주기가 감소할 수 있는 문제점이 있다는 것을 확인할 수 있어 분리효율과 유량을 동시에 수득하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
또한, 제2 여재가 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 1.3배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 90% 포함하는 비교예 4는 실시예 1과 분리효율은 유사하나 실시예 1보다 유량이 감소하고 필터링 초기에 차압발생에 따라 사용주기가 감소할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 제2 여재가 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 3배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 50% 포함하는 비교예 4는 실시예 1에 비해 분리효율은 유사하나 실시예 1 보다 유량이 감소하고 필터링 초기에 차압발생에 따라 사용주기가 감소할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 인장강도가 낮은 스페이서를 포함하는 실시예 4의 경우 분리과정 중에 필터 카트리지에 가해지는 압력을 견디는 힘이 미약하여 원활한 유로형성이 저하될 수 있고 이에 따라 유량이 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다.
또한, 제1 필터층의 두께가 증가한 실시예 5의 경우 상대적으로 제2 필터층의 두께가 감소하고 이에 따라 분리효율은 증가하나 유량이 감소하고 필터차압이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 제1 필터층의 두께가 감소한 실시예 6의 경우 상대적으로 제2 필터층의 두께가 증가하고 이에 따라 유량이 현저히 증가하나 분리효율이 감소하여 분리효율과 유량을 동시에 수득하기 어렵다는 것을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. 고점도 유체용 필터 집합체에 있어서,
    여과된 유체가 배출되는 코어부;
    여과기능을 갖는 제1 여재가 상기 코어부 외주연에 나권형으로 권취되어 형성된 제1 필터층; 및
    여과기능을 갖는 제2 여재가 상기 제1 필터층의 외주연에 나권형으로 권취되어 형성된 제2 필터층;을 포함하며,
    상기 제1 필터층 및 제2필터층 중 어느 하나 이상의 필터층은 인장강도가 10 kg·f/cm2 이상인 스페이서;를 더 포함하고,
    상기 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 1 ~ 20μm이고, 상기 제1 여재의 평량은 20 ~ 40 g/m2이며,
    고점도 유체가 제2 필터층, 제1필터층을 거쳐 코어부를 통해 여과되어 배출되고, 상기 제2 여재는 제1 여재가 포함하는 섬유의 평균섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70%이상 포함하며,
    상기 필터집합체의 단면중심에서 제2 필터층의 최외각까지의 거리는 상기 필터집합체의 단면중심에서 제1 필터층의 최외각층까지의 거리의 1.4 ~ 1.55배이고,
    하기 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터집합체.
    (1) 유체의 점도가 8,000 cps인 4L/min의 유량 하에서, 필터차압이 5 kg·f/cm2에 도달까지 하는데 소요시간이 입자조건 1에서 200분 이상이고, 입자조건 2에서 40 분 이상
    (2) 입자조건 1 및 입자조건 2에서의 여과효율 98% 이상
    * 입자조건 1 : 순수한 물을 용매로 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50 ~ 100μm인 탄화규소입자를 유체 내 입자 농도가 10wt% 되도록 혼합한 최종 점도가 8,000 cps 인 점도액
    * 입자조건 2 : 순수한 물에 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50~100μm 인 탄화규소입자를 유체 내 입자 농도가 70wt% 되도록 혼합한 최종 점도가 8,000 cps 인 점도액
  2. 제1항에 있어서
    상기 제1 여재 및 제2 여재는 부직포인 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터집합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 여재 및 제2 여재는 각각 독립적으로 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터집합체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서
    상기 제 2 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 21 ~ 40μm, 제2 여재의 평량은 30 ~ 100 g/m2 인 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터집합체.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 폴리올리핀계, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터 집합체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 두께가 0.8 ~ 1.2 mm이고, 공경이 1 ~ 5mm인 메쉬시트인 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터집합체.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 필터집합체는 엔드캡(end cap)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터 집합체.
  13. (1) 코어부의 외주연 제 1여재를 나권형으로 권취하여 제1 필터층을 형성하는 단계; 및
    (2) 상기 제1 필터층의 외주연에 제2 여재를 나권형으로 권취하여 제2필터층을 형성하는 단계;를 포함하여 고점도 유체용 필터 집합체를 제조하되,
    상기 (1) 단계의 제1 필터층 및 상기 (2) 단계의 제2 필터층 중 어느 하나의 필터층은 인장강도가 10 kg·f/cm2 이상인 스페이서를 더 포함하며,
    상기 제1 여재에 포함되는 섬유의 평균섬도는 1 ~ 20μm이고, 제1 여재의 평량은 20 ~ 40 g/m2이며,
    상기 제2 여재는 제1 여재가 포함하는 섬유의 섬도(μm)에 대해 1.5 ~ 5배인 섬도(μm)를 가지는 섬유를 70%이상 포함하고,
    상기 (1) 단계의 코어부 중심에서 제1 필터층의 최외각까지의 거리와 코어부의 중심에서 상기 (2) 단계의 제2 필터층 최외각까지의 거리비가 1 : 1.4 ~ 1.55며,
    상기 필터 집합체는 하기 조건 (a) 및 (b)를 만족하는 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터집합체의 제조방법.
    (a) 유체의 점도가 8,000 cps인 4L/min의 유량 하에서, 필터차압이 5 kg·f/cm2에 도달까지 하는데 소요시간이 입자조건 1에서 200분 이상이고, 입자조건 2에서 40 분 이상
    (b) 입자조건 1 및 입자조건 2에서의 여과효율 98% 이상
    * 입자조건 1 : 순수한 물을 용매로 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50 ~ 100μm인 탄화규소입자를 유체 내 입자 농도가 10wt% 되도록 혼합한 최종 점도가 8,000 cps 인 점도액
    * 입자조건 2 : 순수한 물에 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)를 용해시킨 용액에 입경이 50~100μm 인 탄화규소입자를 유체 내 입자 농도가 70wt% 되도록 혼합한 최종 점도가 8,000 cps 인 점도액
  14. 제13항에 있어서,
    상기(2)단계의 제2 여재는 섬유의 평균섬도가 21 ~ 40μm이며, 평량이 30 ~ 100 g/m2인 부직포인 것을 특징으로 하는 고점도 유체용 필터 집합체의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제9항, 제10항 및 제12항 중 어느 한 항에 따른 고점도 유체용 필터집합체를 포함하는 고점도 유체용 여과장치.
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