KR102113721B1

KR102113721B1 - 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치

Info

Publication number: KR102113721B1
Application number: KR1020180090855A
Authority: KR
Inventors: 오순봉
Original assignee: 주식회사 에이런
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-06-02
Also published as: KR20200015257A; CN111971104A; US20210154605A1; EP3831459A4; EP3831459A1; WO2020027383A1

Abstract

본 발명은 와류를 방지하여 여과능력이 높은 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치에 관한 것으로서, 직교류(cross flow)형 수처리 필터에 있어서 금속박판 및 금속박판의 일측에서 흐르는 물의 일부를 여과하도록 금속박판을 관통하는 다수의 미세공극을 포함하며, 미세공극은 금속박판의 일면에 형성되며, 물이 유입되는 유입구, 금속박판의 일면의 반대편에 위치한 타면에 형성되며, 유입구로 유입된 물이 배출되는 배출구 및 미세공극의 내측으로 볼록하게 만곡되어 유입구 및 배출구를 연결하며, 금속박판의 타면과 동일한 면을 형성하는 만곡부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 필터를 제공한다.

Description

수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치{Filter for water treatment and filter apparatus having the same}

본 발명은 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와류를 방지하여 여과능력이 높은 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치에 관한 것이다.

필터는 다공이 형성된 판재를 판형이나 관형으로 만들어지며 유체가 유동하고 있는 관형부에 개재되어 상기 유동하는 유체에 함유된 이물질을 여과하는 기능을 한다. 이러한 필터는 공급된 물로부터 이물질을 제거하는 여과과정을 수행하면 필터에 형성된 미세공극이 이물질에 의해 막히게 된다.

이러한 미세공극이 이물질에 의해 막히는 현상 즉 필터막힘 현상을 방지하기 위한 필터가 한국특허공개 제10-2006-0037051호에 개시된다. 개시된 필터는 측면에 개구가 형성된 통형상의 지지프레임과 지지프레임의 측면을 감싸고 서로 겹쳐지는 복수개의 박판들을 포함하며, 박판에는 다수개의 미세공극들이 형성되고, 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소지경을 가지며, 박판의 지지프레임측에 대향하는 면과 반대의 면에 미세공극들을 연결하는 그루우브가 형성되어 여과효율을 높이도록 되어 있다. 개시된 필터에서는 여과되는 방향에 분출하는 펄스에어에 의해 미세공극에 낀 이물질을 제거하도록 되어 있다.

하지만, 이러한 필터에서는 필터에 형성된 미세공극들은 유체의 이송방향에 평행하게 개구되어 있고, 미세공극을 구획 형성하는 그루우브 내벽이 모래시계모양으로 확경, 축경 및 확경되어 있어서, 그루우부 내벽에 자주 이물질이 붙어 있게 되어 빈번하게 여과공정을 정지시킨 상태에서 펄스 에어에 의해 미세공극들을 역세하여야 한다는 문제점 있다. 더욱이 여과방향에서의 상류단에 위치된 그루우브 내벽에 달라붙은 이물질들은 역세에 의해 상기 그루우브 내벽으로부터 이탈되지 않는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 한국등록특허 제1763916호에 개시되어 있다. 개시된 필터조립체는 고형의 이물질을 함유한 유체의 유동방향에 대하여 수평 또는 하류단으로 갈수록 구경이 좁아지는 테이퍼 형상의 미세공극인 개구를 복수개 구비한 필터를 상기 이물질을 함유한 유체가 유동하는 유통덕트 도증에 상기 유통덕트와 협력하여 필터를 통과한 여과유로와 상기 필터를 통과하지 못한 비여과유로를 형성하게 개지된 분기관의 상류단에 유통 가능하게 장착시킨 필터조립체로 되어 있다.

이러한 구성을 가진 필터 조립체는 이물질을 함유한 오염수가 필터에 의해 여과유체와 비여과유체로 나누어지며, 개구에 낀 이물질이 하류측 노출면보다 상류측 노출면에 많이 접촉한다. 따라서 이물질의 하류측 노출면보다 상류측 노출면에서 빨리 유동함에 따라 베르누이원리에 의해 양력이 이물질에 대하여 발생하며, 개구에 낀 이물질이 양력에 의해 개구로부터 이탈될 수 있다. 따라서, 오염수에 대한 여과처리를 장시간 동안에 수행하여도 필터에 형성된 개구가 막히지 않게 되어서 필터교체나 필터청서 작업이 없이 지속적으로 여과공정을 수행하게 하는 작용효과를 제공한다.

하지만 고형의 이물질이 고농도로 함유된 유체가 여과되는 경우, 여과과정에서 고농도의 유체에 함유된 기포가 필터의 내외면과 필터에 형성된 복수개의 개구의 내면에 붙어서 표면 장력을 발생시키면서 고농도의 유체에 함유된 고형의 이물질들이 필터에 달라 붙게 되어 여과효율을 저하시킨다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 필터는 박판과 박판을 관통하는 개구를 포함하며, 개구가 끝나는 지점에서 개구의 내측면과 박판의 일면과의 각도가 급격하게 변한다. 이에 따라 필터로부터 배출되는 유체는 개구가 끝나는 지점에서 와류(turbulence, vortex)를 형성한다. 와류는 개구를 통과하는 유체에 저항으로 작용하여 여과량을 감소시키는 문제점이 있었다.

또한, 필터는 유통덕트 내부에 구비되어 오염수를 여과한다. 이 경우 필터의 외측면과 유통덕트의 내주면 사이에는 층류(laminar[streamline] flow)가 형성된다. 이러한 층류는 직교류(cross flow)형 필터에 적층된 이물질(cake)을 제거하는 기능을 하기도 한다. 층류가 필터의 외주면을 따라 유속이 다른 경우, 층류의 일부 구간에서 와류가 발생한다. 생성된 와류는 층류에 저항으로 작용하고 결국 층류 전체의 유속을 감소시켜 층류의 이물질(cake) 제거 기능을 감소시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 일 실시예를 통하여, 여과과정 동안 필터에 부착된 이물질을 제거하는 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 일 실시예를 통하여, 필터를 통과하는 유체에서 와류 형성을 감소시켜 여과량을 증가시키는 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 일 실시예를 통하여, 필터와 필터가 수용되는 유통덕트 사이의 층류에서 와류 형성을 감소시켜 층류의 유속 감소를 최소화 하는 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 일 실시예를 통하여, 필터의 막힘을 감지하여 적절한 시점에 필터의 막힘을 제거하는 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 직교류(cross flow)형 수처리 필터에 있어서, 금속박판; 및 상기 금속박판의 일측에서 흐르는 물의 일부를 여과하도록 상기 금속박판을 관통하는 다수의 미세공극;을 포함하며, 상기 미세공극은 상기 금속박판의 일면에 형성되며, 물이 유입되는 유입구; 상기 금속박판의 일면의 반대편에 위치한 타면에 형성되며, 상기 유입구로 유입된 물이 배출되는 배출구; 및 상기 미세공극의 내측으로 볼록하게 만곡되어 상기 유입구 및 배출구를 연결하며, 상기 금속박판의 타면과 동일한 면을 형성하는 만곡부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 필터를 제공한다.

상기 만곡부는 상기 금속박판의 일면과 동일한 면을 형성될 수 있다.

상기 금속박판의 타면에 구비되며, 가장 가까운 두 개의 미세공극 사이에 위치한 배출근접부를 더 포함하며, 상기 배출근접부는 상기 금속박판으로부터 멀어지는 방향으로 볼록하게 형성될 수 있다.

상기 배출근접부는 상기 만곡부와 함께 동일한 면을 형성될 수 있다.

상기 미세공극은 상기 만곡부의 일 영역에서 최소 직경이 형성되며, 상기 유입구의 직경 대 상기 최소 직경 대 상기 배출구의 직경 간의 비율은 2:1:2일 수 있다.

상기 미세공극은 상기 만곡부의 일 영역에서 최소 직경이 형성되며, 상기 유입구의 직경 대 상기 최소 직경 대 상기 배출구의 직경 간의 비율은 5:1:5일 수 있다.

상기 미세공극은 상기 만곡부의 일 영역에서 최소 직경이 형성되며, 상기 금속박판의 두께에 대한 상기 최소 직경의 비율은 50% 이상일 수 있다.

또한, 본 발명은 이물질이 포함된 오염수가 흐르는 유통덕트; 상기 유통덕트의 길이방향으로 연장 형성되는 필터하우징과, 상기 필터하우징의 외주면에 구비되며 상기 오염수 일부를 여과하여 상기 필터하우징 내부로 안내하는 직교류(cross flow)형 수처리 필터를 포함하며, 상기 유통덕트의 내부에 구비되는 필터어셈블리; 상기 하우징의 외주면과 상기 유통덕트의 내주면의 이격거리가 상기 하우징의 외주연을 따라 일정하게 유지되도록 상기 필터부의 외주연을 따라 일정한 간격으로 구비되는 이격부; 를 포함하는 필터장치를 제공함으로써 상술한 과제를 해결한다.

상기 이격부는 상기 필터어셈블리의 길이방향으로 연장될 수 있다.

상기 이격부는 유선형으로 형성될 수 있다.

상기 수처리 필터는 질량중심이 상기 필터하우징의 질량중심으로부터 상류측으로 이격 배치될 수 있다.

또한, 본 발명은 이물질이 포함된 오염수가 흐르는 유통덕트; 상기 유통덕트의 내부에 구비되며, 상기 유통덕트의 길이방향으로 연장 형성되는 필터하우징과, 상기 필터하우징의 외주면에 구비되며 상기 오염수 일부를 여과하여 상기 필터하우징 내부로 안내하는 직교류(cross flow)형 수처리 필터를 포함하는 필터어셈블리; 상기 필터어셈블리에 인접하며, 초음파을 생성하는 초음파생성부; 및 상기 필터어셈블리로부터 하류측으로 이격 구비되며, 상기 유통덕트의 수압을 감지하는 압력센서;를 포함하는 필터장치의 제어방법에 있어서, 상기 필터하우징 내부로 미리 여과된 청정수를 공급하는 단계; 미리 여과된 청정수의 공급을 중단하고, 상기 유통덕트에 이물질이 포함된 오염수를 공급하는 단계; 상기 압력센서가 감지한 압력에 의해 상기 필터의 막힘 여부를 판단하는 단계; 상기 필터 막힘 여부 판단단계에서 상기 필터 막힘으로 판단하면, 상기 초음파생성부에서의 초음파 생성 및 미리 여과된 물의 필터하우징 내부로의 공급 중 하나 이상이 실행되어 필터를 청소하는 단계;를 포함하는 필터장치 제어방법을 제공함으로써 상술한 과제를 해결한다.

상기 청정수를 공급하는 단계는 상기 필터의 이물질이 상기 유통덕트로 배출되도록 상기 청정수가 상기 필터를 거치지 않고 필터하우징 내부로 공급될 수 있다.

상기 청정수를 공급하는 단계는 상기 청정수를 공급 시 상기 초음파생성부가 상기 수처리 필터를 향하여 초음파를 생성될 수 있다.

상기 필터를 청소하는 단계는 상기 초음파생성부에서의 초음파 생성이 실행되는 제1필터청소모드; 및 상기 초음파생성부에서의 초음파 생성 및 미리 여과된 물의 필터하우징 내부로의 공급이 실행되는 제2필터청소모드;를 포함될 수 있다.

상기 제1필터청소모드는상기 압력센서가 감지한 압력이 설정범위 내의 값인 경우에 실행되며, 제2필터청소모드는 상기 압력센서가 감지한 압력이 상기 설정범위를 초과하는 값인 경우에 실행될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 여과과정 동안 필터에 부착된 이물질을 제거하는 효과를 제공한다.

둘째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 필터를 통과하는 유체에서 와류 형성을 감소시켜 여과량을 증가시키는 효과를 제공한다.

셋째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 필터와 필터가 수용되는 유통덕트 사이의 층류에서 와류 형성을 감소시켜 층류의 유속 감소를 최소화 하는 효과를 제공한다.

넷째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 필터의 막힘을 감지하여 적절한 시점에 필터의 막힘을 제거하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 수처리 필터 및 이를 포함한 필터장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 필터어셈블리를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 필터을 통과한 유체에서 일반적으로 나타나는 와류를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에서 도시된 필터를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에서 도시된 필터와 필터를 지지하는 제1필터지지부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1에서 도시된 필터어셈블리를 유통덕트로부터 이격시키는 이격부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 유통덕트와 이격부를 통해 유통덕트 내측면으로부터 이격된 필터어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 8은 유통덕트와 필터어셈블리를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 도 9에서 도시된 제어방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.

이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 필터(170) 및 이를 포함한 필터장치(1)에 대해 도 1 및 도2를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 수처리 필터(170) 및 이를 포함한 필터장치(1)를 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 도 1에서 도시된 필터어셈블리(100)를 나타내는 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 필터(170) 및 이를 포함한 필터장치(1)는 이물질이 포함된 오염수가 흐르는 유통덕트(10), 유통덕트(10)의 내부에 구비되며 직교류(cross flow)형 수처리 필터(170)를 포함하는 필터어셈블리(100) 및 필터어셈블리(100)를 유통덕트(10)로부터 이격시키는 이격부(70)를 포함한다.

유통덕트(10)는 내부에 이물질이 포함된 오염수가 흐르도록 형성되며, 오염수가 공급하는 공급덕트(11), 공급덕트(11)와 연통되며 공급덕트(11)와 소정의 각도를 형성하는 연결덕트(12), 연결덕트(12)와 연통하며 연결덕트(12)와 소정의 각도를 형성하는 배출덕트(13)를 포함한다. 오염수는 공급덕트(11), 연결덕트(12) 및 배출덕트(13)를 순차적으로 통과한다. 배출덕트(13)를 통해 흐르는 오염수는 공급덕트(11)로 다시 인입되거나 다른 장치로 배출될 수 있다.

필터어셈블리(100)는 연결덕트(12) 내부에 수용되며 공급된 오염수를 여과하는 기능을 수행한다. 필터어셈블리(100)는 연결덕트(12)의 길이방향으로 연장 형성되는 필터하우징(110), 필터하우징(110)의 외주면에 구비되며 오염수 일부를 여과하여 상기 필터하우징(110) 내부로 안내하는 직교류(cross flow)형 수처리 필터(170)(이하 필터)를 포함한다.

필터하우징(110)은 연결덕트(12)의 상류측에 위치하는 제1하우징(111) 및 제1하우징(111)보다 하류측에 위치하는 제2하우징(113)을 포함한다. 연결덕트(12) 내부에서 흐르는 오염수는 제1하우징(111)과 제2하우징(113)을 순차적으로 거친다. 필터하우징(110)은 제1여과덕트(41)를 통해 청정수를 공급받으며, 제2여과덕트(42)를 통해 여과된 물을 배출한다. 제1여과덕트(41)는 유통덕트(10)의 외부로부터 청정수를 필터하우징(110)으로 공급하며, 제2여과덕트(42)는 필터하우징(110) 내부에 여과된 물을 유통덕트(10)의 외부로 배출시킨다.

이러한 필터하우징(110)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1여과덕트(41)와 연통하는 제1하우징(111) 및 제2여과덕트(42)와 연통하는 제2하우징(113)을 포함한다. 제1하우징(111)과 제2하우징(113)은 상호 이격되며 제1하우징(111)과 제2하우징(113) 사이에 필터(170)가 구비된다.

제1하우징(111)은 제1여과덕트(41)와 연통하는 제1돌출덕트(111a), 제1돌출덕트(111a)와 연통하며 하류측을 향하여 점차 직경이 증가하는 제1경사부(111b), 외주면이 오염수가 흐르는 방향과 대략 수평으로 형성되는 제1바디부(111c)를 포함한다.

제2하우징(113)은 제2여과덕트(42)와 연통하는 제2돌출덕트(113a), 제2돌출덕트(113a)와 연통하며 하류측을 향하여 점차 직경이 증가하는 제2경사부(113b), 외주면이 오염수가 흐르는 방향과 대략 수평으로 형성되는 제2바디부(113c)를 포함한다. 제1바디부(111c)와 제2바디부(113c)는 각각 필터(170)의 양단이 결합하도록 형성된다.

필터(170)는 직교류(cross flow)형 수처리 필터(170)(170)이며, 금속박판 및 금속박판의 일측에서 흐르는 물의 일부를 여과하도록 금속박판을 관통하는 다수의 미세공극(173)을 포함한다. 필터(170)는 상호 반대편에 위치한 양 단이 만나도록 말려서 필터하우징(110)에 결합할 수 있다. 이 경우 필터(170)와 필터하우징(110)에 의해 내부에 공간이 형성되며, 필터(170)에 의해 여과된 오염수가 필터하우징(110)의 내부 공간에 모인 후 제2여과덕트(42)를 통해 배출된다. 필터(170)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

한편, 필터하우징(110)은 필터(170)를 지지하는 제1지지부(150)와 제2지지부(130)를 더 포함할 수도 있다.

제1지지부(150)는 필터(170)를 접촉 지지하며 일 예로 제1지지부(150)의 관통공(151)이 형성된 허니컴(honeycomb) 구조로 형성될 수 있다. 필터(170)와 마찬가지로 상호 반대편에 위치한 양 단이 만나도록 말려서 필터하우징(110)에 결합한다.

제2지지부(130)는 제1지지부(150)를 접촉 지지하며 일 예로 격자 형태의 구조로 형성될 수 있다. 중공이 형성된 원통 형상이며 양 단이 필터하우징(110)에 결합한다.

이에 따라 오염수는 필터(170), 제1지지부(150) 및 제2지지부(130)를 순차적으로 통과한다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 필터(170)에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 필터(170)을 통과한 유체에서 일반적으로 나타나는 와류를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 1에서 도시된 필터(170)를 나타내는 단면도이며, 도 5는 도 1에서 도시된 필터(170)와 필터(170)를 지지하는 제1지지부(150)를 나타내는 단면도이다.

일반적인 필터(170)는 도 3에서 도시된 바와 같이 미세공극(173)이 형성된 박판으로 이루어지며, 미세공극(173)의 내측면(61)과 박판의 일면(62)이 소정의 각도를 형성하게 된다. 따라서 화살표를 따라 미세공극(173)을 관통하는 유체에서 와류가 형성된다. 이러한 와류는 흐르는 유체에 저항으로 작용하여 흐름을 방해한다. 또한 박판을 지지하는 지지돌출부(63)가 형성될 수도 있으며, 지지돌출부(63)에 의해 와류가 추가적으로 형성될 수도 있다. 따라서 이러한 필터(170)는 단위 시간당 여과량이 높지 않다.

도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 필터(170)의 미세공극(173)은 금속박판의 일면(171)에 형성되며 물이 유입되는 유입구(A), 금속박판의 일면(171)의 반대편에 위치한 타면(172)에 형성되며 유입구(A)로 유입된 물이 배출되는 배출구(C) 및 미세공극(173)의 내측으로 볼록하게 만곡되어 유입구(A) 및 배출구(C)를 연결하며 금속박판의 타면(172)과 동일한 면을 형성하는 만곡부(174)를 포함한다.

필터(170)는 유입구(A)를 통해 미세공극(173)으로 공급된 오염수를 만곡부(174)를 거쳐 여과되도록 한 후 배출구(C)를 통해 필터하우징(110) 내부로 배출되도록 한다. 이 경우 필터(170)는 만곡부(174)가 곡면을 이루며, 만곡부(174)와 금속박판의 타면(172)이 동일한 면을 이루므로 미세공극(173)을 떠나는 유체에서 와류발생이 최소화될 수 있다. 이에 따라 여과량이 증가한다.

한편, 유입구(A)는 도 2에서 미세공극(173)의 길이방향을 가로지르는 단면 상 원형으로 도시되나 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

필터(170)는 금속박판의 타면(172)에 구비되며, 가장 가까운 두 개의 미세공극(173) 사이에 위치한 배출근접부(176)이 형성된다. 배출근접부(176)는 금속박판으로부터 멀어지는 방향으로 볼록하게 형성돌 수 있다. 다시 말하면 금속박판에 형성된 두 개의 미세공극(173) 사이 부분이 유선형으로 이루어질 수 있다. 따라서 미세공극(173)을 떠나는 유체에서 와류발생이 보다 최소화할 수 있다. 이러한 배출근접부(176)는 만곡부(174)와 함께 동일한 면을 형성할 수도 있다.

이러한, 필터(170)는 만곡부(174)가 금속박판의 일면(171)과 동일한 면을 형성하도록 형성될 수도 있다. 이 경우 후술하는 층류에서 와류의 발생이 감소될 수도 있다.

한편, 미세공극(173)은 만곡부(174)의 일 영역에서 최소 직경(B)이 형성된다. 오염수에 포함된 이물질이 최소 직경(B)보다 큰 경우 미세공극(173)을 통과하지 못하므로 최소 직경(B)은 미세공극(173)의 직경으로 정의될 수 있다.

미세공극(173)은 유입구(A)의 직경 대 최소 직경(B) 대 배출구(C)의 직경 간의 비율이 일 예로 2:1:2일 수 있다. 대략 유입구(A)의 직경이 40㎛이며, 최소 직경(B)이 20㎛이며, 배출구(C)의 직경이 40㎛일 수 있다.

물론 유입구(A)의 직경이 40㎛이며, 최소 직경(B)이 14㎛이며, 배출구(C)의 직경이 40㎛이거나, 유입구(A)의 직경이 40㎛이며, 최소 직경(B)이 8㎛이며, 배출구(C)의 직경이 40㎛이거나, 유입구(A)의 직경이 40㎛이며, 최소 직경(B)이 4㎛이며, 배출구(C)의 직경이 40㎛이거나, 유입구(A)의 직경이 40㎛이며, 최소 직경(B)이 1㎛이며, 배출구(C)의 직경이 40㎛인 경우를 배제하는 것은 아니다. 따라서, 유입구(A)의 직경 대 최소 직경(B) 대 배출구(C)의 직경 간의 비율이 5:1:5일 수도 있다.

하지만, 유입구(A)의 직경 대 최소 직경(B) 대 배출구(C)의 직경 간의 비율이 2:1:2 경우 미세공극(173)에 끼인 이물질이 층류에 의해 용이하게 이탈될 수 있다. 이 경우 최소 직경(B)의 비율이 높아질수록 이물질의 이탈이 더 용이하다.

한편, 필터(170)는 금속박판의 두께(T)에 대한 최소 직경(B)의 비율이 50% 이상일 수 있다. 금속박판의 두께(T)가 최소 직경(B)에 비해 지나치게 큰 경우 이물질이 층류에 의해 용이하게 이탈하지 못하게 된다. 일 예로 금속박판의 두께(T)가 20㎛이고 최소 직경(B)이 20㎛일 수 있다. 물론 금속박판의 두께(T)가 23㎛이고 최소 직경(B)이 14㎛, 8㎛, 4㎛, 1㎛인 경우를 배제하는 것은 아니다.

한편, 도 5를 참조하면 제1지지부(150)는 미세공극(173)이 형성된 필터(170)를 지지하기 위해 필터(170)의 타면에 접촉한다. 미세공극(173)을 통과한 오염수는 제1지지부(150)에 형성된 관통공(151)을 통과하면서 제1지지부(150)와 접촉할 수 있다. 이 경우 여과된 오염수는 제1지지부(150)에 의해 와류가 형성될 수도 있다.

여과된 오염수는 제1지지부(150)에 형성된 관통공(151)을 통과하므로 이러한 관통공(151) 둘레를 이루는 부분을 전해연마 등을 통해 각지지 않고 둥글게 형성시키는 경우 와류의 형성을 최소화할 수 있다.

이하 필터어셈블리(100)와 유통덕트(10) 사이에 형성되는 층류를 유지시키는 특징에 대해 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 6은 도 1에서 도시된 필터어셈블리(100)를 유통덕트(10)로부터 이격시키는 이격부(70)를 나타내는 분해 사시도이며, 도 7은 유통덕트(10)와 이격부(70)를 통해 유통덕트(10) 내측면으로부터 이격된 필터어셈블리(100)를 나타내는 단면도이며, 도 8은 유통덕트(10)와 필터어셈블리(100)를 나타내는 개략도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 필터어셈블리(100)의 외주면과 유통덕트(10)의 내주면 사이에 층류가 형성되는 층류형성공간(80)이 구비된다. 층류형성공간(80)의 두께 즉, 필터어셈블리(100)의 외주면과 유통덕트(10)의 내주면과의 이격 거리가 필터어셈블리(100)의 외주를 따라 동일하게 형성되는 경우, 층류의 유지에 도움이 된다.

다시 말하면 필터어셈블리(100)의 길이방향을 가로지르는 단면 상에서, 필터어셈블리(100)의 외주면과 유통덕트(10)의 내주면과의 이격 거리가 필터어셈블리(100)의 외주를 따라 동일하게 형성되는 경우, 층류의 유지에 도움이 된다.

만약, 필터어셈블리(100)의 외주면과 유통덕트(10)의 내주면과의 이격 거리가 필터어셈블리(100)의 외주를 따라 동일하게 형성되지 않을 경우 층류간에 유속의 차이가 발생한다. 이러한 유속의 차이는 층류를 유지시키지 않고 일부 구간에서 와류를 발생시킨다. 와류가 층류의 저항으로 작용하므로, 층류는 유속이 감소하고 필터(170)에 끼인 이물질을 제거하는 기능이 감소된다.

필터어셈블리(100)의 외주면에는 도 6 내지 도 8에서 도시된 바와 같이 필터어셈블리(100)의 길이방향으로 연장되는 바(bar) 형상의 이격부(70)가 필터어셈블리(100)와 나란하게 구비된다. 이격부(70)는 필터어셈블리(100)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 2개 이상 배치된다. 따라서 이격부(70)의 두께와 층류형성공간(80)의 두께와 거의 일치할 수 있다. 이에 바 형상의 이격부(70)를 사용함에 따라, 간단한 구성으로 층류를 유지할 수 있어 비용이 절감되고 내구성이 향상된다.

이러한 이격부(70)는 양 단이 중심부에서 멀어질수록 직경이 점점 작아지는 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로 이격부(70)는 중앙 부분이 오염수의 흐름과 평행하도록 형성되되 전체적인 형상이 유선형일 수 있다. 이에 따라 이격부(70)는 층류의 간섭을 최소화하여 와류의 발생을 줄일 수 있다.

한편, 오염수에 형성되는 층류는 필터어셈블리(100)의 외주면을 따라 흐르면서 일부는 필터(170)에 의해 여과되며 일부는 여과되지 않고 배출덕트(13)를 통해 배출된다. 오염수의 여과가 시작되면 공급된 오염수 중 일부가 여과되어 필터어셈블리(100)의 내주로 인입된다. 이에 따라 필터어셈블리(100)의 하류측에 형성되는 후단속도는 필터어셈블리(100)의 상류측에 형성되는 전단속도보다 더 작다. 후단속도는 하류측으로 갈수록 더욱 작아진다. 이에 따라 필터(170)는 후단으로 갈수록 이물질에 의해 필터(170)상에 케이크(cake)를 형성하는 이물질 제거율이 낮아진다.

따라서, 필터(170)는 일 예로 질량중심이 필터하우징(110)의 질량중심으로부터 상류측으로 이격 배치될 수 있다. 다시 말하면 필터(170)의 전단부와 필터하우징(110)의 전단부간의 이격거리(L3)가 필터(170)의 후단부와 필터하우징(110)의 후단부간의 이격거리(L4)보다 더 작을 수 있다. 이 경우 필터(170)의 길이(L2) 및 필터하우징(110)의 길이(L1)는 여과량을 고려하여 설정될 수 있다.

한편, 필터하우징(110)은 필터(170)가 장착되는 부분의 직경이 크고 필터(170)가 장착되는 부분으로부터 멀어질수록 직경이 작아진다. 여과량을 증가시키기 위함이다. 특히 필터하우징(110)은 필터(170)가 장착되는 부분의 외주면이 오염수의 흐름에 평행하도록 형성되면, 도 6에서 도시되는 바와 같이 전단부 또는 후단부에서 급격한 경사를 가지는 제1경사부(111b) 및 제2경사부(113b)가 될 수 있다. 이 경우 오염수에는 층류의 일부에 제1경사부(111b) 및 제2경사부(113b)에 의해 와류가 형성될 수 있다.

이 경우 와류의 발생을 최소화하기 위해, 제1경사부(111b)의 외주면을 따라 필터하우징(110)의 길이방향으로 연장되되 필터하우징(110)의 최상부와 최하부에 구비되는 선들과 만나는 지점과 제1경사부(111b)가 끝나는 지점이 간의 길이가 필터하우징(110)의 직경보다 더 크도록 형성될 수 있다.

한편, 오염수의 원활한 여과를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 필터장치(1)의 제어방법에 대해 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터장치(1)의 제어방법을 나타내는 순서도이며, 도 10은 도 9에서 도시된 제어방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.

이 경우 필터장치(1)는 이물질이 포함된 오염수가 흐르는 유통덕트(10), 유통덕트(10)의 내부에 구비되며 유통덕트(10)의 길이방향으로 연장 형성되는 필터하우징(110), 필터하우징(110)의 외주면에 구비되며 오염수 일부를 여과하여 상기 필터하우징(110) 내부로 안내하는 직교류(cross flow)형 수처리 필터(170)를 포함하는 필터어셈블리(100), 필터어셈블리(100)에 인접하며 초음파를 생성하는 초음파생성부(20), 필터어셈블리(100)로부터 하류측으로 이격 구비되며 유통덕트(10)의 수압을 감지하는 압력센서(32) 및 압력센서(32)로부터 수신된 신호를 통해 필터(170)청소를 제어하는 제어부(55)를 포함한다.

제어부(55)는 사용자로부터 제어명령을 입력 받는 입력부(미도시)와 입력된 제어명령을 표시하는 표시부(미도시)가 형성될 수 있다. 제어부(55)는 압력센서(32)로부터 수신된 신호를 통해 개폐밸브 및 초음파생성부(20)를 제어한다.

필터장치(1)는 필터어셈블리(100)로부터 상류측으로 이격 구비되며 유통덕트(10)의 수압을 감지하는 압력센서(31)를 더 포함할 수 있으며, 상류측으로 이격되는 압력센서(31)를 제1압력센서(31)로 지칭하고, 하류측으로 이격되는 압력센서(32)를 제2압력센서(32)로 지칭한다.

도 9를 참조하면, 제어방법은 필터기포제거단계(S101), 오염수공급단계(S102), 여과단계(S103), 필터막힘여부판단단계(S104), 필터청소단계(S105)를 포함한다.

필터기포제거단계(S101)는 유체의 공급 시 형성될 수 있는 기포를 제거하는 단계이다. 이는 공기에 노출된 필터(170)에 오염수를 최초로 공급하는 경우 발생할 수 있는 기포를 예방하는 것으로서, 이미 형성된 기포를 제거하는 것이 아닌 기포의 형성을 예방하는 단계이다.

오염수공급단계(S102) 제3개폐밸브(53) 및 제4개폐밸브(54)를 개방하여 오염수가 유통덕트(10) 내부를 흐르게 하는 단계이다.

여과단계(S103)는 유통덕트(10) 내부를 흐르는 오염수가 필터(170)를 통과하는 단계이다.

필터막힘여부판단단계(S104)는 제1압력센서(31) 및 제2압력센서(32)가 감지한 수압을 이용하여 제어부(55)가 필터(170)막힘여부를 판단하는 단계이다.

필터청소단계(S105)는 제어부(55)가 필터막힘여부판단단계(S104)로 판단하면, 제1개폐밸브(51) 및 제2개폐밸브(52)를 개방하거나 이와 동시에 초음파생성부(20)가 초음파를 생성하도록 제어한다.

이하 도 10을 참조하며 제어방법에 대해 보다 상세하게 설명한다.

필터기포제거단계(S1110)는 제1여과덕트(41)의 개폐밸브를 개방하여 미리 여과된 청정수를 필터하우징(110) 내부로 공급하는 청정수공급단계(S1111)와 청정수를 공급 시 초음파생성부(20)가 필터(170)를 향하여 초음파를 생성하는 초음파생성단계(S1112)를 포함한다. 도 11에서는 순차적으로 실행되는 것으로 표시되나 동시에 실행될 수 있으며 필요에 따라 어느 하나만 실행될 수도 있다. 이러한 설명은 청정수를 공급하는 단계(S1111)에서 초음파생성부(20)가 필터(170)를 향하여 초음파를 생성하는 것을 배제하는 것은 아니다.

청정수를 공급하는 단계(S1111)는 필터(170)에 미리 쌓여 있는 이물질이 유통덕트(10)로 배출되도록 청정수가 필터(170)를 거치지 않고 필터하우징(110) 내부로 공급되는 단계이기도 하다.

이후 제3개폐밸브(53) 및 제4개폐밸브(54)가 개방되어 오염수가 유통덕트(10) 내부를 흐르며 제1개페밸브가 폐쇄되어 청정수 공급이 중단되는 단계가 실행된다(S1121). 이후, 오염수 여과기 실행된다(S1122).

이후 제어부(55)는 여과경과시간을 측정하며, 측정시간이 입력부를 통해 입력된 작업설정시간을 경과하는지 여부를 판단한다(S1130).

제어부(55)는 측정시간이 작업설정시간을 경과하였다고 판단하면(S1130-Y) 후술하는 제2청소모드(S1160)를 실행한 후 종료하도록 제어한다.

제어부(55)는 측정시간이 작업설정시간을 경과하지 않았다고 판단하면(S1130-N), 제2압력센서(32)의 압력에 따라 필터(170)의 청소를 개시한다

필터(170)가 막히면 제2압력센서(32)가 위치한 수압이 상승한다. 필터(170)의 막힘으로 인해 필터(170)를 관통하는 오염수의 양이 줄어들기 때문이다.

제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 상승하여 특정한 범위 내에 있으면, 예를 들면 제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 제1기준치(Pr1) 이상 제2기준치(Pr2) 미만인 경우(S1141-Y) 제1필터청소모드가 실행된다(S1142).

제1필터청소모드는 초음파생성부(20)에서의 초음파 생성이 실행되는 단계이다.

제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 특정한 범위 내에 없으면, 다시 말하면, 제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 제1기준치(Pr2) 미만인 경우(S1141-N) 제1필터청소모드는 실행되지 않는다.

제1필터청소모드에 의해 필터(170)의 청소가 종료되면 이후 오염수 여과가 계속해서 실행된다(S1143).

이후 제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 특정한 범위 내에 없으면(S1151-Y), 다시 말하면, 제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 제2기준치(Pr2)를 초과한 경우 제2필터청소모드가 실행된다.

제2필터청소모드는 초음파생성부(20)에서의 초음파 생성 및 미리 여과된 물의 필터하우징(110) 내부로의 공급이 실행되는 단계이다. 압력이 높다는 것은 필터(170)의 막힘이 심하다는 것을 의미한다.

제2압력센서(32)가 감지한 압력 값이 제2기준치를 초과하지 않으면(S1151-N) 제2필터청소모드가 실행되지 않는다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1: 본 발명의 일 실시예에 따른 필터장치
10: 유통덕트 11: 공급덕트
12: 연결덕트 13: 배출덕트
70: 이격부 100: 필터어셈블리
110: 필터하우징 130: 제2지지부
150: 제1지지부 170: 필터
173: 미세공극

Claims

직교류(cross flow)형 수처리 필터에 있어서,
일면과 상기 일면의 반대편에 위치한 타면을 포함하는 금속박판; 상기 금속박판의 일측에서 흐르는 물의 일부를 여과하도록 상기 금속박판을 관통하는 다수의 미세공극; 및 상기 금속박판의 타면에 구비되며, 상기 다수의 미세공극 중 가장 가까운 두 개의 미세공극 사이에 위치한 배출근접부;를 포함하며,
상기 미세공극은
상기 금속박판의 일면에 형성되며, 물이 유입되는 유입구;
상기 금속박판의 타면에 형성되며, 상기 유입구로 유입된 물이 배출되는 배출구; 및
상기 미세공극의 내측으로 볼록하게 만곡되어 상기 유입구 및 배출구를 연결하며, 상기 금속박판의 타면과 동일한 면을 형성하는 만곡부;를 포함하며,
상기 배출근접부는 상기 금속박판으로부터 멀어지는 방향으로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 수처리 필터.
제1항에 있어서,
상기 만곡부는 상기 금속박판의 일면과 동일한 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 수처리 필터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배출근접부는 상기 만곡부와 함께 동일한 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 수처리 필터.
제1항에 있어서,
상기 미세공극은 상기 만곡부의 일 영역에서 최소 직경이 형성되며,
상기 유입구의 직경 대 상기 최소 직경 대 상기 배출구의 직경 간의 비율은 2:1:2인 것을 특징으로 하는 수처리 필터.
제1항에 있어서,
상기 미세공극은 상기 만곡부의 일 영역에서 최소 직경이 형성되며,
상기 유입구의 직경 대 상기 최소 직경 대 상기 배출구의 직경 간의 비율은 5:1:5인 것을 특징으로 하는 수처리 필터.
제1항에 있어서,
상기 미세공극은 상기 만곡부의 일 영역에서 최소 직경이 형성되며,
상기 금속박판의 두께에 대한 상기 최소 직경의 비율은 50% 이상인 것을 특징으로 하는 수처리 필터.
이물질이 포함된 오염수가 흐르는 유통덕트;
상기 유통덕트의 길이방향으로 연장 형성되는 필터하우징과, 상기 필터하우징의 외주면에 구비되며 상기 오염수 일부를 여과하여 상기 필터하우징 내부로 안내하는 직교류(cross flow)형 수처리 필터를 포함하며, 상기 유통덕트의 내부에 구비되는 필터어셈블리;
상기 하우징의 외주면과 상기 유통덕트의 내주면의 이격거리가 상기 하우징의 외주연을 따라 일정하게 유지되도록 상기 필터의 외주연을 따라 일정한 간격으로 구비되는 이격부;를 포함하며,
상기 이격부는 상기 필터어셈블리의 길이방향으로 연장되되 유선형으로 형성되는 필터장치.
삭제
삭제
제8항에 있어서,
상기 수처리 필터는 질량중심이 상기 필터하우징의 질량중심으로부터 상류측으로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 필터장치.
삭제
삭제
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삭제
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