KR20000027207A - 필름 제조용 용융수지 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필름 제조용 용융수지 여과 장치에 관한 것이다.

종래의 여과 장치는 디스크필터의 필터지지층 부분에서 수지의 흐름저항이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 용융수지 여과 장치는, 유동수지가 통과하면서 이물이 포집되는 상 하면의 필터미디어와, 각 필터미디어의 안쪽에서 필터미디어의 변형을 방지함과 동시에 여과된 수지가 통과될 수 있도록 천공된 펀칭 플레이트와, 펀칭 플레이트의 사이에서 전체를 지지하며 여과된 유동수지가 이동되는 필터지지층으로 이루어진 디스크 타입의 필터를, 그 내부에 연통되도록 파이프의 외주에 끼워 적층 배열하고, 이를 원통형 하우징의 내측에 설치하여 이루어진 여과 장치에 있어서, 디스크필터의 필터지지층은, 반경 방향으로 방사형으로 배치되는 주 와이어와, 동심형으로 연속적으로 배치되는 보조 와이어가 서로 엇갈리게 직조된 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 수지의 열화에 의한 품질저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 필터의 유효면적 증대 효과에 의해 디스크필터의 수명을 향상시켜 안정적으로 여과기능을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

필름 제조용 용융수지 여과 장치

본 발명은 필름(Film) 제조에 사용되는 용융수지 여과 장치에 관한 것으로, 특히 디스크 타입의 필터를 사용하는 여과 장치에 관한 것이다.

본 발명의 기술적 배경으로서 일반적인 폴리에스테르 필름(Polyester film)의 제조방법을 보면, 먼저 중합반응을 거쳐 생성된 합성의 고체 또는 반고체상의 레진(Resin)을 일정 크기로 잘라 고형화 시키고 진공 상태에서 건조한 후 압출기를 통해 용융 압출시킨다.

압출기를 거친 유동수지는 이물을 제거하기 위한 여과 장치를 통과한 뒤 다이(die)를 거치면서 회전하는 냉각드럼(Drum)에 밀착 고화되고, 고화된 수지는 중간단계로서 시트(Sheet)의 형태을 지니게 된다.

이와 같이 만들어진 시트는 목적하는 물성을 나타낼 수 있도록, 종, 횡방향의 반복적인 연신을 거친 뒤 일정한 온도로 고정되고, 감기, 절단의 과정을 거쳐 최종적으로 목적하는 필름을 얻게 된다.

이러한 과정에서 여과 장치는 유동수지에 포함되어 있는 적정기준 이상의 이물을 제거하는 한편, 각 제품에서 필요한 필러 등의 입자는 통과시킴으로써 필름이 가지는 물리적 특성과 품질을 소망하는 형태로 얻을 수 있게 한다.

도 1은 합성 필름 제조공정에서 사용되는 기존의 여과 장치를 개략적으로 나타낸 것으로, 디스크 타입의 필터를 사용한 것이다.

여과 장치의 구조를 보면, 원통형 하우징(1)의 내측 중앙에 여과된 용융수지의 이동로를 이루는 파이프(4)가 상하 방향으로 설치되어 있고, 이 파이프(4)는 하단이 하우징(1) 외부로 연결된다. 파이프(4)의 외주에는 10mm 정도의 일정한 두께를 지닌 직경이 20∼30cm인 디스크필터(5)를 전체 높이가 50∼200cm 정도가 되도록 적층된 후 캡(3)에 의해 고정되어 있으며, 디스크필터(5)의 내부와 파이프(4)의 내측은 서로 접하는 부분을 통해 연통되어 있다.

도 2a 및 도 2b는 디스크필터의 구조를 나타낸 것이다. 디스크필터(5)는 세 주요부분으로 구성되어 있는데, 각 부분은 디스크필터(5)의 상 하 표면을 이루며 여과가 이루어지는 필터미디어(6) 부분과, 각 미디어(6)의 안쪽에 각각 위치되어 압력 등에 의한 미디어(6)의 변형을 방지하며 여과된 유동수지가 통과할 수 있도록 천공된 펀칭 플레이트(7)와, 양 펀칭 플레이트(7)의 사이에 위치되어 디스크필터(5) 전체를 지지하며 미디어(6) 및 펀칭 플레이트(7)를 통과한 유동수지가 파이프(4) 쪽으로 유동할 수 있도록 유로 역할을 하는 필터지지층(8)으로 이루어져 있다. 여기서 여과에 사용되는 미디어(6)의 면적은 양면의 면적에서 파이프(4)가 끼워지는 내경의 면적을 제외한 부분이 된다.

따라서, 여과 장치 내에서의 수지의 이동 경로를 보면 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 하우징(1) 상부의 유입구(2)로부터 유입된 유동수지는 하우징(1) 내벽과 디스크필터(5) 외경 사이의 공간을 통해 이동, 각 디스크필터(5) 사이로 유입되고, 디스크필터(5)의 미디어(6)를 거치면서 여과된 후 펀칭 플레이트(7)와 필터지지층(8)을 통해 반경 반향으로 진행하여 파이프(4)로 유입된 뒤, 이를 따라 외부로 유출된다.

한편, 이와 같이 유동수지가 필터(5)를 통과하는 과정에서는 이물의 제거와 함께 유동압력의 강하 및 체류시간 증대 등의 현상이 수반되는 것이 일반적이다.

수지의 유동압력은 압출기 또는 여과 장치의 안정성, 기기의 내구연한 증대를 위해 일정수준 이하로 관리되는 것이 중요한데, 제품의 품질을 높이기 위해서는 필터미디어(6)의 여과망(Mesh)이 조밀해져야하고 이는 유동압력의 상승을 유발하게 된다. 그러므로, 수지의 유동량이 많은 공정에서는 많은 수의 디스크필터를 겹쳐 사용함으로써 단면적을 증대시켜 필터를 통과하는 유속을 느리게하여 압력을 감소시키게 된다.

또한, 필터의 면적을 늘리는 또 다른 이유는 사용 시간의 증대에 있다. 필터는 사용 시간이 경과할수록 이물의 포집량이 증대하여 유효면적이 감소하게 되는데, 유효면적이 일정이하로 감소하게 되면 압력이 급격히 증대하게 되므로 필터의 교환주기가 빨라지게 된다. 그러나, 디스크필터(5)를 무한정 적층하여 면적을 늘리는 것은 유속의 감소를 초래하고 체류시간 증대에 따른 용융수지의 열화를 촉진하게 되어, 제품의 물리적 특성 및 품질에 치명적인 문제를 일으키게 된다. 따라서, 일반적으로는 필터의 면적과 체류시간이 일정 조건을 충족하는 시점에서 필터의 면적이 정해지게 된다.

그런데, 종래의 디스크필터(5)에 있어 필터지지층(8)의 구조를 보면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 필터지지층(8)을 이루는 와이어의 직조형태가 직교좌표 형태를 이루고 있어 필터미디어(6)를 통과한 유동수지의 반경 방향으로의 진행에 저항 요소가 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 필터의 투과력을 향상시켜 유동수지의 체류시간을 단축시킴으로써 품질저하를 방지할 수 있게 함과 동시에 디스크필터의 사용 시간을 늘릴수 있게 한 여과 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용융수지 여과 장치는, 유동수지가 통과하면서 이물이 포집되는 상 하면의 필터미디어와, 각 필터미디어의 안쪽에서 필터미디어의 변형을 방지함과 동시에 여과된 수지가 통과될 수 있도록 천공된 펀칭 플레이트와, 펀칭 플레이트의 사이에서 전체를 지지하며 여과된 유동수지가 이동되는 필터지지층으로 이루어진 디스크 타입의 필터를, 그 내부에 연통되도록 파이프의 외주에 끼워 적층 배열하고, 이를 원통형 하우징의 내측에 설치하여 이루어진 여과 장치에 있어서, 디스크필터의 필터지지층은, 반경 방향으로 방사형으로 배치되는 주 와이어와, 동심형으로 연속적으로 배치되는 보조 와이어가 서로 엇갈리게 직조된 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 필터지지층의 주 와이어가 디스크의 중심측으로부터 반경 방향으로 방사형태로 배치됨으로써, 필터미디어를 거쳐 여과된 유동수지가 필터지지층을 따라 반경 방향으로 이동하는 과정에서의 저항이 감소되어 원활한 흐름을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 수지의 정체에 의한 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 필터의 유효면적을 증대시키는 효과를 얻게 됨으로써 디스크필터의 사용 시간을 늘릴 수 있게 된다.

도 1은 디스크필터를 사용하는 기존의 합성 필름 제조용 용융수지 여과 장치의 구조를 나타낸 개략도,

도 2a, 도 2b는 디스크필터의 구조를 나타낸 부분 절개 평면도 및 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 용융수지 여과 장치의 디스크필터를 나타낸 평면도,

도 4a, 도 4b는 도 3에서 필터지지층의 구조를 각각 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ; (여과 장치의) 하우징(Housing) 2 ; (유동 수지의) 유입구

3 ; 캡(Cap) 4 ; 파이프(Pipe)

5, 20 ; 디스크필터(Disk filter) 6, 21 ; 필터미디어(Media)

7, 22 ; 펀칭 플레이트(Punching plate) 8, 24 ; 필터지지층

9, 25, 26 ; 와이어(Wire)

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

한편, 본 발명은 여과 장치에 설치되는 디스크필터의 구조에 관한 것으로, 설치 구조에 있어서는 종래와 동일하다. 따라서, 본 발명의 구성 및 작용효과를 설명함에 있어 종래 기술을 설명한 도 1을 참조하였으며, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하였다.

도 3은 본 발명에 따른 용융수지 여과 장치의 디스크필터를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 디스크필터(20)는 유동수지가 통과하면서 수지에 포함된 이물을 여과시키는 필터미디어(21)와, 필터미디어(21)의 변형을 방지하며 여과된 수지를 통과시킬 수 있도록 다공부(23)를 가지는 펀칭 플레이트(22)와, 디스크 전체를 지지하며 여과된 유동수지가 반경 방향을 따라 이동하는 필터지지층(24)으로 구성되며, 각 부분은 두께의 중심에 필터지지층(24)이 위치되고, 필터지지층(24)의 상 하측에 펀칭 플레이트(22)가 위치된 뒤, 디스크필터(20)의 상 하부 표면에 필터미디어(21)가 위치되는 구조로 되어 있다.

여과 장치내에서 수지의 이동경로를 보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(1) 상부의 유입구(2)로부터 유입된 유동수지는 하우징(1) 내벽과 디스크필터() 외경 사이의 공간을 통해 이동, 각 디스크필터(20) 사이로 유입되어 필터미디어(21)를 거쳐 여과된 후, 필터지지층(24)을 따라 진행하여 파이프(4)로 유입된 뒤, 이를 따라 외부로 유출된다.

이러한 과정에서 용융수지는 필터미디어(21), 펀칭 플레이트(22), 필터지지층(24)을 통과하면서 압력강하를 초래하게 되는데, 필터지지층(24)의 흐름저항은 필터미디어(21)에 비해 상대적으로 작지만, 필터미디어(21)에서는 용융수지의 이동거리가 1mm 정도에 불과한 반면, 필터지지층(24)에서는 디스크 내경과 외경 사이의 평균적인 거리값인 100mm 정도를 이동하게 됨으로써 결과적으로 유사한 압력분포를 나타내게 된다.

또한, 용융수지는 하우징(1) 내벽과 디스크필터(20) 외경 사이의 공간을 따라 유입되어 디스크필터(20)의 중심 방향으로 이동하게 되는데, 이때 필터지지층(24)의 흐름저항이 크면 수지가 디스크필터(20)의 바깥측으로부터 유입되지 않고 파이프(4)와 가까운 곳까지 이동하여 필터미디어(21)를 통과하게 된다. 이러한 경우 디스크필터(20)의 반경에 따라 압력편차가 발생하게 되고, 흐름저항이 작은 쪽에서 이물이 많이 포집되어 필터미디어(21)의 여과기능을 저하시키게 된다. 이와 같이, 일부 국소면적에서 집중적으로 이물이 포집된 후, 다른 영역으로 필터링(Filtering)이 진행되기 때문에 필터미디어(21)를 통과하는 평균 유속이 증대하여 압력의 급상승을 초래하게 되고, 결과적으로 필터의 수명을 단축시키게 된다.

본 발명의 디스크필터(20)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 필터지지층(24)의 구조를 디스크필터(20)의 반경 중심측으로부터 외경 방향으로 최단의 거리로써 방사형태로 배치되는 주 와이어(25)와, 동심형으로 연속적으로 배치되는 보조 와이어(26)를 상 하로 엇갈리게 교차시켜 직조한 형태로서, 필터미디어(21)를 거친 수지가 필터지지층(24)을 따라 디스크필터(20)의 반경 중심방향으로 이동하는 과정에서의 흐름저항을 감소시킬 수 있게 하고 있다.

필터지지층(24)을 바람직한 실시예로써 구성하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 주 와이어(25)의 형태를 한 변의 길이가 1∼5mm인 사각 또는 육각형의 단면형상을 지니게 함으로써, 펀칭 플레이트(22)와의 접촉면적을 늘려 디스크필터(20)에 작용하는 물리력에 대한 구조적인 안정성을 강화 할 수 있다.

이때, 주 와이어(25)는 방사형태로 배치되므로, 디스크필터(20)의 내경과 외경부분에서 1∼3mm의 간격을 지니도록 배치되어 용접 등으로 고정되고, 보조 와이어(26)는 0.5∼3mm의 직경으로 각각 3∼10mm의 간격으로 배치된다.

또한, 주 와이어(25)에는 보조 와이어(26)와 접하는 부분에 홈을 형성하고 이 홈에 보조 와이어(26)가 끼워지게 함으로써, 필터지지층(24)의 적층두께를 줄일 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 기존의 필터지지층에 비해 디스크 반경 방향으로의 충분한 유동성을 확보할 수 있게 된다. 단면으로 본 경우와 비교하면 기존의 배치형태에 비해 약 2배의 수지 유동공간을 확보할 수 있으며, 투과력은 10배 이상 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 출원인은 이와같은 본 발명의 효과를 조사하기 위해, 직경 30cm의 디스크필터 1매를 사용하고, 유랑 10kg/hr의 PET(Polyethylene terephthalate) 용융수지를 통과시키는 여과 시스템에서의 실험을 통해 기존의 디스크필터와 본 발명에 의한 디스크필터를 비교하였다.

본 발명에 의한 디스크필터는 기존의 디스크필터와 동일한 필터미디어, 펀칭 플레이트를 사용하고 필터지지층만을 변경한 것으로, 비교대상은 사용 시간 및 압력차로 하였다.

압력의 분포는 유동수지의 유입구와 출구의 압력을 측정하여 비교하였으며, 사용 시간은 두 경우 공히 압력이 일정수준에 이르는 시간을 비교하여 결정하였다. 필터의 특성상 오차의 범위가 크다는 것을 감안하여 5회 실시한 결과를 평균하여 나타내었으며 압력분포와 사용시간은 표와 같다.

구분	압력	사용시간
종래의 디스크필터	40kg-force	15시간
본 발명의 디스크필터	32kg-force	18시간

위의 결과를 보면, 본 발명에 의한 디스크필터를 사용할 때 압력 및 사용시간에서 20% 향상된 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 필터지지층의 주 와이어가 디스크의 중심측으로부터 반경 방향으로 방사형태로 배치됨으로써, 필터지지층을 따라 반경 방향으로 이동하는 수지의 유동저항이 감소되어 디스크필터의 투과력이 현저히 향상될 수 있게 된다.

따라서, 수지의 열화에 의한 품질저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 필터의 유효면적 증대 효과에 의해 디스크필터의 수명을 향상시켜 안정적으로 여과기능을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 유동수지가 통과하면서 이물이 포집되는 상 하면의 필터미디어와, 각 필터미디어의 안쪽에서 필터미디어의 변형을 방지함과 동시에 여과된 수지가 통과될 수 있도록 천공된 펀칭 플레이트와, 펀칭 플레이트의 사이에서 전체를 지지하며 여과된 유동수지가 이동되는 필터지지층으로 이루어진 디스크 타입의 필터를, 그 내부에 연통되도록 파이프의 외주에 끼워 적층 배열하고, 이를 원통형 하우징의 내측에 설치하여 이루어진 여과 장치에 있어서,

   상기 디스크필터의 필터지지층은, 반경 방향으로 방사형으로 배치되는 주 와이어와, 동심형으로 연속적으로 배치되는 보조 와이어가 서로 엇갈리게 직조된 형태를 이룸으로써, 상기 필터미디어를 거치면서 여과된 유동수지의 반경 방향으로의 진행을 용이하게 한 것을 특징으로 하는 필름 제조용 용융수지 여과 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 필터지지층의 주 와이어는 한 변의 길이가 1∼5mm인 사각 또는 육각형의 단면형상을 지님으로써 펀칭 플레이트와의 접촉면적을 늘릴 수 있게 함과 동시에, 디스크 필터 내부에서 각각 1∼3mm의 간격을 지니도록 배치된 것을 특징으로 하는 필름 제조용 용융수지 여과 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 필터지지층의 보조 와이어는 0.5∼3mm의 직경을 지님과 동시에, 각각 3∼10mm의 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 필름 제조용 용융수지 여과 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서,

   상기 주 와이어는 보조 와이어와 접하는 부분에 홈이 형성되어 이에 보조 와이어가 끼워져 결합되게 한 것을 특징으로 하는 필름 제조용 용융수지 여과 장치.