KR102056096B1 - 자석 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자석 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 유출구 및 필터 공간을 갖는 하우징; 및 상기 필터 공간에 배치되며, 유입구를 통해 유입된 유체 내 자성체를 포집하기 위하여 상기 필터 공간의 중앙영역 및 둘레영역에 각각 배치된 복수 개의 자석을 포함하며, 상기 하우징은 필터 공간이 중앙영역 및 둘레영역에 배치된 각각의 자석의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면이 제1 간격을 갖도록 마련되고, 상기 제1 간격은 필터 공간 내 유체 내부에서 자성체의 마찰력 및 각각의 자석에 의한 자기력에 기초하여 결정된 자석 필터가 제공된다.

Description

자석 필터 및 이의 제조방법{Magnetic filter and manufacturing method thereof}

본 발명은 자석 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

금속성 이물질은 다양한 공정에서 많은 문제들의 원인이 된다.

이러한 금속성 이물질은 원료 자체에 포함되거나 공정과 관련한 시설물에서 발생할 수 있고, 일반적으로 자석 필터에 의해 제거된다. 또한, 상기 자석 필터는 전기에 의해 유도되는 자기력을 이용한 것과 영구 자석을 이용한 것으로 구분될 수 있다. 자석 필터는 파이프로 원료를 공급하는 방식의 모든 작업장에 적용이 가능하며, 파이프를 따라 흐르는 액체로부터 자성체를 걸러주는 장치이다.

도 1은 일반적인 자석 필터(10)를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 상기 자석 필터(10)는 하우징(10)과 하우징(10) 내부에 배열된 복수 개의 단위 자석(30)을 포함한다. 또한, 하우징(10)은 유입구(21)과 유출구(22)를 가지며, 필터 공간의 내주면(23)은 단위 자석들을 둘러싸는 대략 원 형상을 갖도록 마련된다.

한편, 이러한 자석 필터(10)는 자석에 의한 자기장 분포 및 유체의 유동 분포 측면에서 비효율적인 측면을 갖고 있어, 자성체 이물질을 완전히 걸러주지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 자성체 이물질의 포집 능력을 향상시킬 수 있는 자석 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 필터 공간 전체 영역에 걸쳐 자기장의 분포를 균일하게 할 수 있는 자석 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 유출구 및 필터 공간을 갖는 하우징; 및 상기 필터 공간에 배치되며, 유입구를 통해 유입된 유체 내 자성체를 포집하기 위하여 상기 필터 공간의 중앙영역 및 둘레영역에 각각 배치된 복수 개의 자석을 포함하며, 상기 하우징은 필터 공간이 중앙영역 및 둘레영역에 배치된 각각의 자석의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면이 제1 간격을 갖도록 마련되고, 상기 제1 간격은 필터 공간 내 유체 내부에서 자성체의 마찰력 및 각각의 자석에 의한 자기력에 기초하여 결정된 자석 필터가 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 자석 필터 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

필터 공간 전체 영역에 걸쳐 자기장의 분포를 균일하게 할 수 있고, 자성체 이물질의 포집 능력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 자석 필터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 자석 필터를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 제1 간격을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명과 관련된 자석 필터의 성능을 나타내는 시뮬레이션 결과들이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 필터 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 자석 필터(100)를 나타내는 사시도이고, 도 3 및 도 4는 제1 간격을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

또한, 도 5 내지 도 6은 본 발명과 관련된 자석 필터의 성능을 나타내는 시뮬레이션 결과들이다.

상기 자석 필터(100)는 유입구(121)와 유출구(122) 및 필터 공간을 갖는 하우징(120) 및 상기 필터 공간에 배치되며, 유입구(121)를 통해 유입된 유체 내 자성체(P)를 포집하기 위하여 상기 필터 공간의 중앙영역 및 둘레영역에 각각 배치된 복수 개의 자석(130)을 포함한다. 상기 필터 공간은 유입구(121)와 유출구(122) 사이에 마련된다.

상기 하우징(120)은 필터 공간이 중앙영역 및 둘레영역에 배치된 각각의 자석(130)의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면(123)이 제1 간격을 갖도록 마련된다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 간격은 필터 공간 내 유체 내부에서 자성체(P)의 마찰력(F_D)(Drag force) 및 각각의 자석에 의한 자기력(F_M)(Magnetic force)에 기초하여 결정된다. 이때, 자성체(P)에 작용하는 중력(F_G)의 영향을 무시할 수 있다.

이때, 제1 간격은 자성체(P)를 포집할 수 있는 자기력이 미치는 한계 영역과 관련된다. 즉, 제1 간격을 벗어난 위치에 자성체가 위치하면, 상기 자성체는 자석에 의해 걸러지지 않게 된다. 구체적으로, 상기 제1 간격은 각각의 자석에 의한 자기력(F_M)과 유체 내부에서의 자성체의 마찰력(F_D)이 평형을 이루는 구간까지의 거리로 결정될 수 있다. 한편, 상기 자기력과 마찰력은 일반적으로 사용되는 수식 등을 이용하여 산출할 수 있다(예, A. Shinha et al., “Single magnetic particle dynamics in a microchannel”, Phys. Fluids 19, 117102(2007), G. K. Batchelor, “An introduction to fluid dynamics”, Cambridge University Press, Cambridge, England(2000), N. Pamme, “Magnetism and microfluidics”, Lab Chip, 6, 24(2006))

도 4를 참조하면, 자성체의 직경이 약 1㎛인 경우, 상기 제1 간격은 약 9mm일 수 있다. 즉, 필터 공간의 중앙영역 및 둘레영역에 배치된 각각의 자석(130)의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면(123)은 9mm의 간격을 갖도록, 필터 공간이 형성될 수 있다.

따라서, 필터 공간의 단면은 도 1에서 설명한 바와 같이, 원형을 갖는 것이 아니고, 복수 개의 자석이 배열된 형태에 대응하는 형상을 갖는다. 즉, 중앙 영역에 배치된 자석과 적어도 일부 영역에서 제1 간격을 유지하고, 둘레 영역에 배치된 자석들과 적어도 일부 영역들에서 제1 간격을 유지하기 위하여, 하우징의 필터 공간은 둘레방향을 따라 오목해지는 영역과 볼록해지는 영역이 교대로 반복되는 형상을 가질 수 있다.

또한, 각각의 자석(130)은 소정 직경 및 높이를 갖는 원 기둥 형상을 갖고, 제1 간격은 자석(130)의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면(123) 사이의 직선 거리로 결정될 수 있다. 자석의 개수 및 배열 형태는 다양하게 결정될 수 있고, 예를 들어, 중앙영역에는 1개의 자석이 배치되고, 둘레영역에는 4개의 자석이 원주방향을 따라 동일한 간격으로 배치될 수 있다.

또한, 유입구(121) 및 유출구(122)는 유체의 유입 및 유출 방향이 자석의 중심축에 대하여 각각 직교하도록 마련될 수 있고, 유입구(121) 및 유출구(122)는 자석(130)의 높이방향을 따라 서로 다른 높이에 마련될 수 있다. 또한, 상기 필터 공간은 인접하는 자석(130) 사이의 공간이 유체 이동 가능하게 개방될 수 있다.

이하, 상기와 같은 구조를 갖는 자석 필터(100)의 제조방법을 설명한다. 상기 자석 필터의 제조방법은, 필터 공간 내 유체 내부에서 자성체의 마찰력 및 각각의 자석에 의한 자기력에 기초하여 제1 간격을 결정하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제1 간격은 각각의 자석에 의한 자기력과 유체 내부에서의 자성체의 마찰력이 평형을 이루는 구간까지의 거리로 결정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 경우, 단위 부피당 자기장 평균과 자기장 표준 편차 및 자기장 분포(자기장 표준편자/평균)이 종래 대비 모두 개선된 것을 확인할 수 있다.

도 6은 입자가 받는 자기장의 크기를 나타내며, 본 발명의 경우, 종래 대비 자기장의 크기가 향상된 것을 확인할 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 자석 필터

Claims (9)

1. 유입구와 유출구 및 필터 공간을 갖는 하우징; 및
   상기 필터 공간에 배치되며, 유입구를 통해 유입된 유체 내 자성체를 포집하기 위하여 상기 필터 공간의 중앙영역 및 둘레영역에 각각 배치된 복수 개의 자석을 포함하며,
   상기 하우징은 필터 공간이 중앙영역 및 둘레영역에 배치된 각각의 자석의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면이 제1 간격을 갖도록 마련되고,
   상기 제1 간격은 필터 공간 내 유체 내부에서 자성체의 마찰력 및 각각의 자석에 의한 자기력이 평형을 이루는 구간까지의 거리로 결정되며,
   상기 필터 공간은 둘레 방향을 따라 오목해지는 영역과 볼록해지는 영역이 교대로 반복되는 형상을 가지는 자석 필터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   각각의 자석은 소정 직경 및 높이를 갖는 원 기둥 형상을 갖고,
   제1 간격은 자석의 중심을 기준으로 반경방향에 따른 자석 표면과 필터 공간의 내주면 사이의 직선 거리로 결정되는 자석 필터.
4. 제 3 항에 있어서,
   유입구 및 유출구는 유체의 유입 및 유출 방향이 자석의 중심축에 대하여 각각 직교하도록 마련된 자석 필터.
5. 제 4 항에 있어서,
   유입구 및 유출구는 자석의 높이방향을 따라 서로 다른 높이에 마련된 자석 필터.
6. 제 1 항에 있어서,
   중앙영역에는 1개의 자석이 배치되고,
   둘레영역에는 원주방향을 따라 4개의 자석이 동일한 간격으로 배치된 자석 필터.
7. 제 1 항에 있어서,
   필터 공간은 인접하는 자석 사이의 공간이 유체 이동 가능하게 개방된 자석 필터.
8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 자석 필터의 제조방법으로서,
   필터 공간 내 유체 내부에서 자성체의 마찰력 및 각각의 자석에 의한 자기력이 평형을 이루는 구간까지의 거리로 제1 간격을 결정하는 단계를 포함하는 자석 필터의 제조방법.
   
   
9. 삭제

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