KR19990079384A - 교체가능한 필터카트리지를 갖는 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 교체가능한 필터카트리지를 갖는 여과장치는, 유입포트, 유출포트, 상기 유입포트와 연통된 제 1챔버와, 상기 유출포트와 연통되어 상기 제 1챔버와 동축적으로 연장되며, 상기 제 1챔버보다 작은 단면적을 갖는 제 2챔버를 가진 카트리지헤드와; 중공의 필터와, 외향돌출되어 상기 제 1챔버내에 삽입되는 네크를 가지고 상기 필터를 수용하는 하우징과, 상기 하우징내에 수용되어 상기 필터의 내부공간과 연통되며 상기 네크와의 사이에 유동틈새를 두고 외향연장되어 상기 제 2챔버에 삽입되는 내부튜브를 가진 필터카트리지와; 상기 카트리지헤드와 상기 필터카트리지를 상호 결합하는 수단을 포함한다. 이에 의해, 구조 및 물의 유동경로가 단순화되어, 제조 및 조립이 용이할 뿐만아니라, 물의 유동저항을 줄일 수 있다.

Description

교체가능한 필터카트리지를 갖는 여과장치

본 발명은 교체가능한 필터카트리지를 갖는 여과장치에 관한 것이다.

커피 등의 자동판매기나 가정용 워터디스펜서는 일반적으로 물을 여과하는 장치를 구비하고 있다. 이러한 여과장치는 활성탄 등의 다공질재료나 역삼투막으로 된 필터를 가지고 있으며, 이 필터는 그 수명이 한정되어 있으므로 빈번한 교체를 요한다.

필터의 교체를 신속히 할 수 있도록 하기 위해 제안된 US4,735,716호에 따른 여과장치는, 도 9에 단면도로서 도시되어 있는 바와 같이, 소정의 지지부에 영구고정되는 헤드(112)와, 헤드(112)에 착탈가능하게 결합되는 필터캐니스터(114)를 구비하고 있다. 헤드(112)는 직립방향의 원통형 중앙챔버(134)를 가지고, 이 중앙챔버(134)에 유입포트(136)와 유출포트(138)가 연통되어 있다. 헤드(112)는 또한 저면로부터 하향연장되며 직경방향에서 상호 대향배치되는 한쌍의 원호상 탭리셉터클(122 및 124)을 가진다. 필터캐니스터(114)는 필터재료(178)를 수용하는 원통형상의 하우징(154)을 가지고, 이 하우징(154)의 상단부에는 중앙챔버(134)내에 여유를 두고 수용되는 원통형의 네크(164)가 축선방향으로 돌출되어 있고, 탭리셉터클(122, 124)에 각각 맞물리는 한쌍의 탭(158, 160)가 반경방향 외측으로 돌출되어 있다. 네크(164)의 외벽면에는 한쌍의 O링(166, 168)이 축선방향을 따라 간격을 두고 장착되어 있다. 이들 O링(166, 168) 사이에 유입개구(170)들이 형성되어, 유입포트(136)를 통해 유입된 물이 네크(164)의 내부로 흘러 들어갈 수 있도록 한다. 네크(164)의 내부에는 필터재료(178)를 통과하여 연장된 튜브(176)의 상단부가 수용되어 있으며, 네크(164)의 내벽면과 튜브(176)의 외벽면 사이에는 환상의 공간(182)(annular clearance)이 형성되어 있고, 이 환상공간(182)은 튜브(176)와 네크(164)의 말단부에서 밀봉되어 있다. 물은 유입개구(170)를 통해 환상공간(182)내에 유입되어 화살표를 따라 필터재료(178)를 향하여 이동한다. 필터재료(178)를 통과한 물은 필터재료(178)의 하단부에서 튜브(176)의 내부로 흘러들러 상승한다. 튜브(176)를 따라 상승한 물은 튜브(176)의 상단에 마련된 튜브개구(172)를 통하여 유출포트(138)로 흐른다.

이 종래기술에서는, 네크(164)와 중앙챔버(134) 사이에 2개의 O링(166, 168)가 마련되어 있고, 네크(164)와 튜브(176)의 말단부들 사이도 시일링되어 있으므로, 총 3개소에서 시일링이 이루어진다. 이와 같이 시일링하여야 할 개소가 많으므로, 조립작업성이 떨어지고, 누설의 가능성이 높아진다는 문제가 있다. 또한, 네크(164)와 중앙챔버(134) 사이에 물의 유동을 위한 충분히 큰 여유틈새가 존재하여야 하고, 또 그 영역에서 네크(164)의 축선방향에 가로로 유입개구(170)들이 형성되어 있으므로, 하우징(154)의 성형을 위한 금형의 구조가 복잡해진다는 문제점이 있다. 또한, 물의 유동구조가 비교적 복잡하여 유동저항이 증대한다는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 구조를 단순화하여 제조비용을 절감하는 동시에 조립작업성을 향상시키며 유동저항을 줄일 수 있는 교체가능한 필터카트리지를 갖는 여과장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치에 채용되는 헤드와 필터카트리지의 사시도,

도 2는 도 1의 조립상태 단면도,

도 3은 도 2의 요부확대단면도,

도 4는 도 1의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도,

도 5는 부시의 확대사시도,

도 6은 다른 실시예의 부분확대단면도,

도 7은 도 6에 따른 실시예에 채용된 부시의 사시도,

도 8은 또 다른 실시예의 단면도,

도 9는 종래 여과장치의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 헤드 12 : 플레이트

14 : 상면 16 : 하면

18 : 스크류홀 20 : 유입튜브

22 : 유입포트 24 : 유출튜브

26 : 유출포트 30 : 탭리셉터클

32 : 원호상 벽 34 : 내향절곡벽

36 : 경사부 38 : 멈춤블록

40 : 제 1챔버 42 : 제 2챔버

50 : 필터카트리지 52 : 본체

53 : 필터 54, 90 : 여과부재

55, 92 : 지지튜브 56, 94 : 관통공

60 : 캡부재 62 : 네크

64 : 제 1 O링 66 : 탭

70, 75 : 부시 80 : 내부튜브

82 : 제 2 O링

상기 목적은, 본 발명에 따라, 여과장치에 있어서:

유입포트, 유출포트, 상기 유입포트와 연통된 제 1챔버와, 상기 유출포트와 연통되어 상기 제 1챔버와 동축적으로 연장되며, 상기 제 1챔버보다 작은 단면적을 갖는 제 2챔버를 가진 카트리지헤드와;

중공의 필터와, 외향돌출되어 상기 제 1챔버내에 삽입되는 네크를 가지고 상기 필터를 수용하는 하우징과, 상기 하우징내에 수용되어 상기 필터의 내부공간과 연통되며 상기 네크와의 사이에 유동틈새를 두고 외향연장되어 상기 제 2챔버에 삽입되는 내부튜브를 가진 필터카트리지와;

상기 카트리지헤드와 상기 필터카트리지를 상호 결합하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제 1 및 제 2챔버의 내벽면, 상기 네크와 상기 내부튜브의 외벽면은 원통형인 것이 바람직하며, 상기 제 1챔버의 내벽면과 상기 네크의 외벽면 사이, 및 상기 제 2챔버의 내벽면과 상기 내부튜브의 외벽면 사이에는 기밀용 O링을 설치하는 것이 바람직하다.

내부튜브와 네크는 상호 동심적으로 배치되는 것이 바람직하며, 이들 사이에는 동심유지를 위한 수단을 마련하는 것이 유리하다. 이 동심유지수단은 상기 네크의 내벽면 또는 상기 내부튜브의 외벽면으로부터 반경방향으로 돌출한 복수의 리브로 구성될 수 있다. 혹은, 상기 유지수단은 상기 내부튜브와 상기 네크 사이에 삽입되며 반경방향으로 돌출된 복수의 리브를 갖는 원통상의 부시로 구성할 수 있다. 이 부시는 상기 네크의 내벽면에 본딩이나 나사결합에 의해 고정될 수 있다.

헤드와 하우징간의 결합수단은, 상기 하우징에 반경방향으로 돌출된 물림탭과, 상기 헤드에 형성되어 상기 물림탭을 원주방향에서 수용하는 탭리셉터클로 구성될 수 잇으며, 이때, 탭리셉터클은 상기 물림탭이 삽입을 안내하는 확장된 입구를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 하우징은 거의 원통형상의 본체와, 상기 본체의 일측단부에 결합되며 상기 네크가 형성되어 있는 캡부재로 이루어지는 것이 실제에서 바람직하며, 본체와 캡부재는 본딩에 의해, 더욱 바람직하게는 스핀융착에 의해 상호 결합될 수 있다.

상기 필터는, 상기 본체의 내벽면으로부터 여유를 두고 수용되는 원통상의 여과부재와, 상기 여과부재의 내경면에 밀착되며 다수의 관통공이 형성되어 있는 지지튜브를 가질 수 있다. 여기서, 상기 여과부재는 활성탄등의 다공질재료나 역삼투막으로 만들어질 수 있으며, 여과부재가 활성탄인 경우, 그 형상안정적 지지를 위하여, 상기 필터의 양단부에 각각 결합되는 단부캡이 마련되고, 상기 내부튜브는 일측의 단부캡에 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부튜브의 대향측에 있는 단부캡에는 축선방향을 따라 연장된 유지돌기가 돌출형성되어 있으며, 상기 하우징내에는 상기 유지돌기와 맞물리는 물림부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다. 전체 도면들에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호가 부여되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치에 채용되는 헤드와 필터카트리지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 조립상태 단면도이며, 도 3은 도 2의 요부확대단면도이다.

이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 여과장치는, 소정의 지지부에 고정되는 카트리지헤드(10)와, 이 헤드(10)에 착탈가능하게 결합되는 필터카트리지(50)를 구비하고 있다. 헤드(10)는 상면(14)과 하면(16)을 갖는 평탄한 플레이트(12)와, 상면(14)에 상호 대향하도록 형성되어 있는 유입튜브(20)와 유출튜브(24)를 갖는다. 여유의 폐쇄된 튜브(28)들은 설계상의 변경이 있을 경우를 고려하여 마련되어 있는 것이다. 한쌍의 탭리셉터클(30)이 직경방향에서 상호 대향하도록 하면(16)으로부터 하향돌출되어 있다. 도 4는 도 1의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도이다. 이 도면을 도 1과 함께 참조하면, 탭리셉터클(30)은 수직방향의 원호상 벽(32)과 이 원호상 벽(32)으로부터 내향절곡된 벽(34)을 가진다. 내향절곡벽(34)은 탭리셉터클(30)의 입구측에서 얇은 두께를 갖는 경사부(36)를 가지고, 이에 의해 확장된 입구개구를 제공하여 필터카트리지(50)의 장착을 용이하게 하며, 입구개구의 대향측에는 멈춤블록(38)이 마련되어 필터카트리지(50)가 약 90°이상 회전하지 못하도록 한다. 상면(14)에는 또한 네 개의 스크류홀(18)이 마련되어, 헤드(10)는 이를 통해 소정의 지지부에 고정된다.

도 2에서 볼수 있는 바와 같이, 헤드(10)는 유입튜브(20) 및 유출튜브(24)와 각각 연통되는 유입포트(22)와 유출포트(26)가 형성되어 있다. 또한, 헤드(10)는 종축선을 따라 원통형의 형성된 원통상의 제 1챔버(40)와, 제 1챔버(40)로부터 동축적으로 상향 연장된 제 2챔버(42)를 가진다. 제 1챔버(40)는 연결로(44)를 통해 유입포트(22)와 연통되고, 제 2챔버(42)는 유출포트(26)와 연통되어 있다.

필터카트리지(50)의 하우징은, 거의 원통상의 본체(52)와, 본체(52)의 상단에 결합되는 캡부재(60)를 가진다. 본체(52)내에는 원통상의 필터(53)가 본체(52)의 내벽면으로부터 여유를 두고 동축적으로 수용되어 있다. 필터(53)는 다공질재료 바람직하게는 활성탄으로 된 여과부재(54)와, 여과부재(54)의 내부에 수용되며 다수의 관통공(56)이 형성되어 있는 지지튜브(55)로 이루어져 있다. 필터(53)의 양단부에는 단부캡(84 및 57)이 각각 결합되어 있고, 하단의 단부캡(57)에는 축선방향을 따라 연장된 유지돌기(58)가 돌출형성되어 있으며, 이에 대응하여 본체(52)에는 유지돌기(58)를 수용하여 맞물리는 물림부(59)가 형성되어, 필터(53)를 요동하지 않도록 유지한다. 상부 단부캡(84)에는 원통형의 내부튜브(80)가 지지튜브(55)와 연통되도록 축선방향을 따라 연장되어 있다.

캡부재(60)는 헤드(10)의 하면(16)과 접촉하는 원형의 상면과, 상면으로부터 직경방향에서 상호 대향하게 돌출된 한쌍의 탭(66)을 가진다. 탭(66)은 도 2에 도시된 바와 같이, 탭리셉터클(30)에 맞물려 축선방향에서 구속되어 있다. 캡부재(60)는 축선방향을 따라 상향 돌출된 원통형의 네크(62)를 가지고, 네크(62)는 헤드(10)의 제 1챔버(40)내에 수용된다. 네크(62)와 제 1챔버(40) 사이에는 기밀을 위한 제 1 O링(64)이 개재되어 있다. 제 1 O링(64)은 네크(62)의 외주면에 형성된 환상의 그루브내에 수용되어 있다.

내부튜브(80)는 네크(62)의 내부에 환상의 여유를 두고 동축적으로 수용되어 있고, 네크(62)의 말단부를 넘어 연장되어 제 2챔버(42)내에 삽입된다. 내부튜브(80)와 제 2챔버(42) 사이에는 기밀을 위한 제 2 O링(82)이 개재되어 있다. 제 2 O링(82)은 내부튜브(80)의 외주면에 형성된 환상의 그루브내에 수용되어 있다. 내부튜브(80)와 네크(62) 사이에는 물의 유동을 허용하는 한편, 내부튜브(80)를 네크(62)에 대해 동심적으로 유지하는 부시(70)가 개재되어 있다.

도 5는 부시(70)의 확대사시도이다. 부시(70)는 네크(62)의 내벽면에 접촉하는 원통부(71)와, 그 내벽면에 돌출되어 내부튜브(80)의 외벽면에 접촉하는 다수의 유지리브(72), 및 원통부(71)의 상단부에서 반경방향 외측으로 연장되어 네크(62)에 마련된 계단부에 걸리는 플랜지부(73)를 갖는다.

캡부재(60)는 그 일부가 본체(52)내에 삽입되어 본딩이나 고주파융착에 의해 결합된다. 본 발명에 따르면, 부시(70)의 삽입전에 캡부재(60)를 본체(52)에 삽입한 상태에서 상대회전시켰을 때의 마찰열에 의한 스핀융착기법에 의해 비교적 저렴하게 상호 결합할 수도 있다. 종래기술에서는 내부튜브와 네크의 말단부가 시일링되어야 하기 때문에, 본체와 캡부재의 스핀융착은 불가능하였다.

도 3을 참조하면, 화살표로 표시되어 있는 바와 같이, 유입포트(22)로 공급되는 물은 연결로(44)를 거쳐 제 1챔버(40)로 흐르고, 그런 다음, 내부튜브(80)와 네크(62) 사이의 부시(70)를 거쳐 하향한 다음 본체(52)의 내부로 흘러들어간다. 본체(52)내에 채워진 물은 여과부재(54)를 거치면서 여과된 다음 관통공(56)을 통하여 지지튜브(55)의 내부로 흘러들어간다. 지지튜브(55) 내부의 물은 상향유동하여, 내부튜브(80)를 거쳐 제 2챔버(42)에 도달하고, 이어서 유출포트(26)를 통해 배출된다.

전술한 바와 같이, 네크(62)와 내부튜브(80)의 구조가 비교적 단순하여 제조 및 조립이 용이하고, 물의 유동경로도 단순화되어 유동저항을 줄일 수 있다. 도 5의 부시(70)는, 본체(52)와 캡부재(60)의 스핀융착을 위하여 별도로 성형되어 삽입되는 것으로서, 네크(62)의 내벽면 혹은 내부튜브(80)의 외벽면으로부터 일체로 돌출한 유지리브에 의해 대체될 수 있음은 당연하다.

도 6은 도 5의 부시(70)와 상이한 부시(75)를 채용한 필터카트리지(50)의 확대단면도이다. 이 실시예에 채용된 부시(75)는, 도 7에 확대사시도로서 도시되어 있는 바와 같이, 전술한 실시예의 부시(70)와 실질적으로 동일한 형상을 가지지만, 원통부(76)의 외벽면에 숫나사부(77)가 형성되어 있고, 네크(62)의 내벽면에는 그에 대응하는 암나사부가 형성되어 있다. 이에 의해, 부시(75)는 본딩등에 의하지 아니하고 네크(62)에 용이하게 나사결합될 수 있다.

도 8은 역삼투막으로 된 여과부재(90)를 채용한 실시예의 단면도이다. 여과부재(90)는 다수의 관통공(94)을 갖는 지지튜브(92)의 외벽면에 직접 고정되어 있다. 내부튜브(80)는 지지튜브(92)의 내부에 삽입되어 있고, 내부튜브(80)와 지지튜브(92) 사이에는 기밀을 위한 O링(87)이 개재되어 있다. 내부튜브(80)의 외벽에 반경방향으로 연장된 멈춤플랜지(88)는 지지튜브(92)에 대한 내부튜브(80)의 삽입깊이를 제한하는 역할을 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구조 및 물의 유동경로가 단순화되어, 제조 및 조립이 용이할 뿐만아니라, 물의 유동저항을 줄일 수 있는 교체가능한 필터카트리지를 갖는 여과장치가 제공된다.

Claims (24)

1. 여과장치에 있어서,

   유입포트, 유출포트, 상기 유입포트와 연통된 제 1챔버와, 상기 유출포트와 연통되어 상기 제 1챔버와 동축적으로 연장되며, 상기 제 1챔버보다 작은 단면적을 갖는 제 2챔버를 가진 카트리지헤드와,

   중공의 필터와, 외향돌출되어 상기 제 1챔버내에 삽입되는 네크를 가지고 상기 필터를 수용하는 하우징과, 상기 하우징내에 수용되어 상기 필터의 내부공간과 연통되며 상기 네크와의 사이에 유동틈새를 두고 외향연장되어 상기 제 2챔버에 삽입되는 내부튜브를 가진 필터카트리지와,

   상기 카트리지헤드와 상기 필터카트리지를 상호 결합하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2챔버의 내벽면, 상기 네크와 상기 내부튜브의 외벽면은 원통형인 것을 특징으로 하는 여과장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1챔버의 내벽면과 상기 네크의 외벽면사이에 개재되는 제 1O링을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 제 2챔버의 내벽면과 상기 내부튜브의 외벽면사이에 개재되는 제 2O링을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 내부튜브는 상기 네크내에 동심적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 내부튜브를 상기 네크에 대해 동심적으로 유지하기 위한 수단(means for retaining)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 유지수단은 상기 네크의 내벽면으로부터 반경방향 내측으로 돌출되어 상기 내부튜브의 외벽면에 접촉하는 복수의 리브인 것을 특징으로 하는 여과장치.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 유지수단은 상기 내부튜브의 외벽면으로부터 반경방향 외측으로 돌출되어 상기 네크의 내벽면에 접촉하는 복수의 리브인 것을 특징으로 하는 여과장치.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 유지수단은 상기 내부튜브와 상기 네크 사이에 삽입되며 반경방향으로 돌출된 복수의 리브를 갖는 원통상의 부시인 것을 특징으로 하는 여과장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 부시는 상기 네크의 내벽면에 본딩되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 부시와 상기 네크는 상호 나사결합되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 결합수단은, 상기 하우징에 반경방향으로 돌출된 물림탭과, 상기 헤드에 형성되어 상기 물림탭을 원주방향에서 수용하는 탭리셉터클을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 탭리셉터클은 상기 물림탭의 삽입을 안내하는 확장된 입구를 갖는 것을 특징으로 하는 여과장치.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 하우징은 거의 원통형상의 본체와, 상기 본체의 일측단부에 결합되며 상기 네크가 형성되어 있는 캡부재를 갖는 것을 특징으로 하는 여과장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 본체와 상기 캡부재는 본딩에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
16. 제 14항에 있어서,

    상기 본체와 상기 캡부재는 스핀융착에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
17. 제 14항에 있어서,

    상기 필터는, 상기 본체의 내벽면으로부터 여유를 두고 수용되는 원통상의 여과부재와, 상기 여과부재의 내경면에 밀착되며 다수의 관통공이 형성되어 있는 지지튜브를 가지는 것을 특징으로 하는 여과장치.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 여과부재는 다공질재료로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 여과부재는 활성탄으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 필터의 양단부에 각각 결합되는 단부캡을 더 포함하며, 상기 내부튜브는 일측의 단부캡에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 내부튜브의 대향측에 있는 단부캡에는 축선방향을 따라 연장된 유지돌기가 돌출형성되어 있으며, 상기 하우징내에는 상기 유지돌기와 맞물리는 물림부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
22. 제 17항에 있어서,

    상기 여과부재는 역삼투막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 지지튜브와 상기 내부튜브는 축선방향에서 상호 끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 하우징내에는 상기 내부튜브와 대향한 상기 지지튜브의 단부와 맞물리는 물림부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.