KR101668662B1 - 여과 및 역세척 성능이 향상된 섬유사 여재를 포함하는 섬유여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여과 및 역세척 성능이 향상된 섬유사 여재 및 이를 이용한 섬유여과장치에 관한 것으로서, 자세하게는 섬유사들의 엉킴을 방지하고, 섬유사 여재에 다양한 크기의 공극을 구현하여 여과 및 역세척 효율을 높인 섬유사 여재 및 이를 이용한 섬유여과장치에 대한 것이다.

Description

여과 및 역세척 성능이 향상된 섬유사 여재를 포함하는 섬유여과장치 {Fiber filtering apparatus comprising fiber filter element}

본 발명은 여과 및 역세척 성능이 향상된 섬유사 여재 및 이를 이용한 섬유여과장치에 관한 것으로서, 자세하게는 섬유사들의 엉킴을 방지하고, 섬유사 여재에 다양한 크기의 공극을 구현하여 여과 및 역세척 효율을 높인 섬유사 여재 및 이를 이용한 섬유여과장치에 대한 것이다.

일반적으로 여과장치는 오염된 원수를 필터를 통해 여과시켜 깨끗한 처리수로 만들어 공급하는 장치로서, 음용을 위한 식수뿐 아니라 상하수나 공장용수의 처리에 이르기까지 널리 사용되고 있다. 특히, 하천수나 공장폐수의 처리 또는 해수의 담수화 설비에 사용되는 여과장치는 처리수량의 확대와 수질의 개선을 위하여 점차 대형화되는 추세에 있다.

여과장치에 사용되는 여과재로는 과거 모래나 무연탄 등이 활용되었으나, 부유물질의 포획공간이 표층부근에 한정된다는 점, 폐색이 쉽게 일어난다는 점, 세척이 어렵다는 점 등의 문제점 때문에 근래에는 공극제어 섬유사 여재(Pore Controlled Fiber Filter)가 사용되고 있다.

상기 섬유사 여재는 미세한 필라멘트를 가진 섬유사를 다발로 묶어 이를 유수의 경로 상에 배치하여 여과재료로 사용하는 것으로, 물리적인 제어에 의하여 필라멘트가 형성하는 공극이 쉽게 조절되어 여과성능이 우수할 뿐만 아니라, 세척이 쉬워 그 수명이 오래가는 장점이 있다. 특히, 물속에 현탁 물질로 존재하는 입자 크기별 제거효율, 조류의 제거 효율 등이 여타 여과방식에 비하여 뛰어난 효과가 있다.

일반적으로, 섬유사 여재를 이용한 섬유여과장치는 하우징 중앙부에 다공관을 배치하고 상기 다공관 외부에 섬유사 여재를 배치하여 원수가 섬유사 여재를 통과하도록 하는 방식으로 구성된다. 이때, 상기 섬유사 여재의 하단과 상단은 각각 하측고정수단 및 상측고정수단에 결합되며, 상기 상측고정수단이 상하로 이동하거나 좌우로 회전하면서 섬유사 여재의 공극 크기가 제어되는 것이 일반적이다.

일 예로, 상측고정수단이 상향이동하는 경우 섬유사 여재가 당겨져 다공관에 압착되면서 공극의 크기가 줄어들게 되고, 공극의 크기가 줄어든 상태에서 유입수의 여과공정이 이루어지게 된다. 역세척시에는 상측고정수단이 하향 이동하면서 섬유사 여재가 이완되어 공극의 크기가 커지게 되며, 공극의 크기가 커진 상태에서 역세수가 다공관으로부터 역으로 유입되고 압축공기가 하우징 하부로부터 공급되어 이물질이 섬유사 여재로부터 제거되게 된다.

그러나, 이와 같이 섬유사 여재의 압착과 이완이 반복하여 이루어지는 경우 섬유사 간의 엉킴 현상이 발생하여 시간이 지날수록 섬유사의 여과능력이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 종래의 섬유사 여재는 도 1과 같이 한 종류의 섬유사로 이루어져 다양한 공극크기를 구현하기 어렵다는 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 등록특허 제0547005호에서는 여재결대의 설치높이를 조절하여 섬유여재의 공극을 조절하는 기술이 개시되어 있으나, 이는 설치 및 조작이 복잡할 뿐만 아니라 여전히 섬유사 간의 엉킴 현상이 발생한다는 한계가 있다.

등록특허 제0547005호 (공고일: 2006.01.26)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 섬유사들의 엉킴을 방지하고, 섬유사 여재에 다양한 크기의 공극을 구현하여 여과 및 역세척 효율을 높인 섬유사 여재 및 이를 이용한 섬유여과장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 섬유사 다발(fiber bundle)을 포함하는 섬유사 여재에 있어서, 상기 섬유사 다발의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 노드(node)가 형성된 섬유사 여재를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 노드는 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있으나, 일 실시예로 섬유사에 매듭을 짓거나, 섬유사의 특정 위치를 가열하거나, 섬유사의 특정 위치에 이물질을 주입하여 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 섬유사 다발(fiber bundle)을 포함하는 섬유사 여재에 있어서, 서로 다른 데니어(denier)를 가지는 섬유들로 이루어진 혼합사 다발을 포함하는 섬유사 여재를 사용하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 섬유여과장치는 하우징(10) 내부에 길이방향을 따라 설치되며 측벽부에 다수개의 통공이 형성된 다공관(20) 및 상기 다공관의 상,하부에 양단이 고정 설치되어 상기 다공관의 외주면을 감싸는 다수개의 섬유사 여재(30)를 포함하도록 구성되며, 상기 섬유사 여재(30)가 다공관에 감겨 압착되거나, 풀려 이완되어 공극이 조절되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 섬유사 여재(30)는 전술한 바와 같이 섬유사 다발의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 노드(node)가 형성된 섬유사 여재 또는 서로 다른 데니어(denier)를 가지는 섬유들로 이루어진 혼합사 다발을 포함하는 섬유사 여재가 사용될 수 있다.

또한, 상기 다공관(20)의 외주면을 감싸는 섬유사 여재(30)는 다단으로 형성되는 것이 바람직하며, 이때 서로 이웃한 단의 섬유사 여재(30)들은 서로 엇갈려서 배열되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 다단으로 형성된 섬유사 여재 중 내측 단을 구성하는 섬유사 여재(30)의 평균 데니어(denier)는 외측 단을 구성하는 섬유사 여재(30)의 평균 데니어에 비하여 작은 것이 바람직하다.

본 발명에 섬유여과장치는 섬유사 다발의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 노드(node)가 형성된 섬유사 여재 또는 서로 다른 데니어(denier)를 가지는 섬유들로 이루어진 혼합사 다발을 포함하는 섬유사 여재를 사용함으로써, 섬유사들의 엉킴을 방지하고, 섬유사 여재에 다양한 크기의 공극을 구현하여 섬유여재의 여과 및 역세척 효율을 높이고, 섬유사 여재의 수명을 늘릴 수 있다.

도 1 - 종래의 섬유사 다발을 보여주는 사진
도 2 - 본 발명에 따라 노드(node)가 형성된 섬유사 다발을 보여주는 사진
도 3 - 본 발명에 따라 혼합사(1300D+1000D)로 이루어진 섬유사 다발을 보여주는 사진
도 4 - 섬유사 여재의 압착과 이완을 보여주는 섬유여과장치 단면도
도 5 - 섬유사 여재의 압착과 이완시 여과층의 크기 변화를 보여주는 모식도

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

일반적으로 섬유사 여재는 도 1과 같이 미세한 필라멘트를 가진 섬유사를 다발로 묶어 이를 유수의 경로 상에 배치하여 여과재료로 사용하는 것으로, 입자 크기별 제거효율, 조류의 제거효율 등이 여타 여과방식에 비하여 뛰어나지만, 섬유사 간의 엉킴 현상이 발생하여 시간이 지날수록 섬유사의 여과능력이 떨어지며, 다양한 공극크기의 구현이 어렵다는 한계가 있다.

이에, 본 발명에서는 도 2에 도시된 것과 같이 섬유사 다발의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 노드(node)를 형성하여 섬유사 간의 엉킴 현상을 최소화하고, 도 3에 도시된 것과 같이 서로 다른 데니어(denier)를 가지는 섬유들로 이루어진 혼합사 다발을 사용하여 하나의 섬유사 여재에 다양한 공극 크기를 구현하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 섬유사 여재는 상기 노드 및 혼합사 중 어느 하나만 포함할 수도 있으며, 바람직하게는 혼합사로 이루어진 섬유사 다발에 길이 방향을 따라 하나 이상의 노드가 형성될 수 있다.

상기 노드는 섬유사 다발을 구성하는 각각의 섬유사들을 서로 모아 고정하기 위한 것으로, 다양한 방법으로 형성될 수 있으며 일 실시예로 섬유사에 매듭을 짓거나, 섬유사의 특정 위치를 가열하여 압착하거나, 섬유사의 특정 위치에 폴리머 수지와 같은 이물질을 주입하여 형성할 수 있다.

상기 혼합사 다발은 도 3에 도시된 것과 같이 서로 다른 직경, 즉 서로 다른 데니어를 가지는 섬유사 다발을 서로 꼬아 만들 수도 있으나, 단순히 서로 다른 데니어를 가진 섬유사들을 혼합하여 균일하게 배열하여 만들 수도 있다.

또한, 서로 다른 데니어를 가지는 섬유사의 종류는 2개 이상이면 제한이 없으며, 그 크기 또한 다양하게 배합할 수 있다. 바람직한 실시예로 900~1100D와 1200~1400D의 혼합섬유가 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 섬유사 다발을 포함하는 섬유사 여재는 여재를 사용하는 다양한 여과장치에 적용될 수 있으며, 일 실시예로 도 4에 도시된 섬유여과장치에 적용될 수 있다.

본 발명의 섬유여과장치는 도 4에 도시된 것과 같이 하우징(10) 중앙부에 다공관(20)을 배치하고 상기 다공관(20) 외부에 섬유사 여재(30)를 배치하여 원수가 섬유사 여재를 통과하도록 하는 방식으로 여과가 이루어지게 된다. 즉, 상기 하우징(10)에 연결된 원수유입관(11)을 통해 상기 하우징(10) 내부에 유입된 원수는 상기 섬유사 여재(30)를 통과하여 상기 다공관(20) 내부로 유입되어 상기 다공관(20) 하부에 연결된 여과수배출관을 통해 빠져나가게 된다.

이때, 상기 섬유사 여재의 하단과 상단은 고정을 위하여 각각 하측고정수단 및 상측고정수단에 결합되며, 상기 상측고정수단이 상하로 이동하거나 좌우로 회전하면서 섬유사 여재의 공극 크기가 제어되는 것이 일반적이다.

즉, 상측고정수단이 상향이동하거나 회전하면 섬유사 여재가 당겨져 다공관에 압착되면서 공극의 크기가 줄어들게 되고, 공극의 크기가 줄어든 상태에서 유입수의 여과공정이 이루어지게 된다. 또한, 역세척시에는 상측고정수단이 하향 이동하거나 반대방향으로 회전하면서 섬유사 여재가 이완되어 공극의 크기가 커지게 되며, 공극의 크기가 커진 상태에서 역세수 및 압축공기가 섬유사 여재에 공급되어 이물질이 제거되게 된다.

이때, 단일 섬유로 이루어진 종래의 섬유사 여재는 상기 여과 및 역세척 과정이 반복하여 이루어지는 경우 섬유사 간의 엉킴 현상이 발생하게 되며, 다양한 공극크기의 구현이 어려워 여과의 효율이 떨어진다는 한계가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 섬유사 다발의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 노드(node)를 형성하여 섬유사 간의 엉킴 현상을 최소화하고, 서로 다른 데니어(denier)를 가지는 섬유들로 이루어진 혼합사 다발을 사용하여 하나의 섬유사 여재에 다양한 공극 크기를 구현하여 종래의 문제점을 해결한 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 섬유여과장치는 여과 효율을 높이기 위하여, 상기 다공관(20)의 외주면을 감싸는 섬유사 여재(30)를 다단으로 형성하되, 서로 이웃한 단의 섬유사 여재(30)들은 서로 겹치지 않도록 엇갈려서 배열하는 것이 바람직하다.

상기 섬유사 여재(30)들을 엇갈려서 배열함으로써, 섬유사들의 엉킴현상을 최소화하고 공간효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 섬유사 여재(30)의 압축과 이완에 따른 여과층의 두께 변화를 손쉽게 조절하여 여과 및 역세척 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예를 살펴보면, 3단으로 형성된 섬유사 여재(30)가 다공관에 감겨 압착되는 경우 섬유사로 이루어진 섬유층 두께는 50~70mm이고, 섬유사 여재(30)가 풀려 이완되는 경우 섬유사로 이루어진 섬유층 두께는 100~120mm가 되도록 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 여과 효율을 높이기 위하여, 상기 다단으로 형성된 섬유사 여재 중 내측 단을 구성하는 섬유사 여재(30)의 평균 데니어(denier)는 외측 단을 구성하는 섬유사 여재(30)의 평균 데니어에 비하여 작은 것이 바람직하다. 이때, 상기 섬유사 여재(30)는 단일 섬유사로 이루어질 수 있으며, 전술한 바와 같이 혼합사로 이루어질 수도 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 섬유여과장치는 섬유사들의 엉킴을 최대한 방지하고 역과 및 역세척 효율을 높임으로써, 섬유사 여재의 수명을 늘릴 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

10 : 하우징
11 : 원수 유입구
20 : 다공관
30 : 섬유사 여재

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 하우징(10) 내부에 길이방향을 따라 설치되며 측벽부에 다수개의 통공이 형성된 다공관(20); 및
   상기 다공관의 상부 및 하부에 섬유사 여재의 고정을 위하여 각각 하측고정수단 및 상측고정수단이 구비되어, 상기 다공관의 외주면을 감싸는 다수개의 섬유사 여재(30);를 포함하고,
   상기 상측고정수단이 상향 이동하여 섬유사 여재를 당겨져 다공관에 압착되도록 함으로써 공극의 크기를 감소시키고, 공극의 크기가 감소된 상태에서 유입수의 여과공정이 이루어지며,
   상측고정수단이 하향 이동함으로써, 섬유사 여재가 이완되어 공극의 크기를 증가시키고, 공극의 크기가 증가된 상태에서 역세수 및 압축공기가 섬유사 여재에 공급되어 이물질이 제거되는 역세척이 수행되며,
   상기 섬유사 여재에는 섬유사 다발(fiber bundle)을 포함하고, 상기 섬유사 다발의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 노드(node)가 형성되며,
   상기 섬유사 다발은 서로 다른 데니어(denier)를 가지는 섬유들을 포함하는 혼합사 다발이며, 900~1100 데니어와 1200~1400 데니어의 혼합섬유로 이루어지고,
   상기 노드(node)는, 섬유사에 매듭을 지어 형성되거나, 섬유사의 특정 위치를 가열하여 형성되거나, 섬유사의 특정 위치에 이물질을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유여과장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 다공관(20)의 외주면을 감싸는 섬유사 여재(30)가 다단으로 형성되며, 서로 이웃한 단의 섬유사 여재(30)들은 서로 엇갈려서 배열되는 것을 특징으로 하는 섬유여과장치.
8. 제7항에 있어서,
   내측 단을 구성하는 섬유사 여재(30)의 평균 데니어(denier)가 외측 단을 구성하는 섬유사 여재(30)의 평균 데니어에 비하여 작은 것을 특징으로 하는 섬유여과장치.

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