KR20000059050A - 필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 필터용 금속박판은, 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링과; 상기 여과부링에 대하여 중심부에, 박판을 적층하기 위한 가이드공이 형성된 가이드부와; 상기 여과부링의 내측단과 상기 가이드부를 연결하는 연결판;으로 이루어지는 통상의 필터용 금속박판에 있어서, 상기 여과부링이 다수개의 변곡점을 갖는 단일폐곡선을 따라 형성된 것이다.

본 발명에 의한 금속박판은, 유체와 유체통과홈이 형성된 여과링과의 접촉 면적을 크게 함으로써 많은 양의 유체를 빠른 시간에 여과시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치{Thin metal plate for filtration and filtering apparatus using thereof}

본 발명은 필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치에 관한 것으로, 특히 유체와의 접촉 면적을 크게 하고 유체통과홈의 크기가 정밀하면서도 세밀한 필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치에 관한 것이다.

금속필터는 유체통과홈의 사이즈가 균일하고, 대압 특성이 좋기 때문에 정밀 기기, 예컨대 비행기 연료를 고순도로 정제하는데 이용되거나, 적층되는 박판의 수를 임의로 조정할 수 있기 때문에 유량을 정교하게 조절하는 용도로 이용되고 있다.

종래 기술에 의한 필터용 금속박판 및 금속박판으로 구성된 여과장치의 예는 도 1에 도시된 바와 같이, 미국 특허 공보 제4,267,045호에 개시되어 있다.

상기 종래 기술에 의한 금속박판에 의한 여과장치(204)는 유체를 여과시키도록 다수개의 상기 필터용 금속박판(202)이 적층되어 구성된다. 상기 필터용 금속박판(202)에는 상기 여과장치(204)의 외부로부터 상기 여과장치(204)의 내부로 유체를 이동시키도록 유체통과홈(206)이 형성되어 있다.

상기와 같은 종래의 필터용 금속박판의 작용을 설명한다.

먼저 상술한 바와 같이 여과장치(204)는 다수개의 필터용 금속박판(202)이 적층되어 이루어진다.

상기 여과장치(204)의 외측면의 바닥은 밀폐되어 있고, 상기 여과장치(204)의 내부 공간은 여과된 유체를 필요로 하는 장소에 연결되어 있고, 상기 유체는 예를 들면, 윤활 작용을 위하여 기계 부품에 공급되는 오일이라고 가정한다.

상기 유체가 상기 여과장치(204)의 외측으로부터 유체가 가압공급되면 상기 필터용 금속박판(202)의 유체통과홈(4)을 통하여 여과장치(204)의 내측으로 유체가 이동한다. 이 과정에서 상기 유체에 포함되어 있던 이물질은 상기 유체통과홈(206)을 통과하지 못함으로써 여과장치(204)의 외측에서 잔류하며, 여과된 유체는 상기 여과장치(204)의 내측 공간으로부터 상기 유체를 필요로 하는 장소에 공급된다.

그런데 상기 종래 기술에 의한 필터용 금속박판(202)는 상기 필터용 금속박판(202)의 전체적인 형상이 단순하게 원형으로 형성됨으로써 유체를 통과시키는 유체통과홈(206)과 유체와의 접촉 면적이 작았다. 따라서 단위 시간당 여과시킬 수 있는 유체의 양이 적어 여과 효율이 낮은 문제점이 있었다.

한편, 미국 특허 공보 제5,580,454호에 다수의 굴곡이 있는 여과링(16)이 가이드부(26) 및 연결판(28)에 의해 지지되며, 여과링(16)의 중심방면에 박판을 고정시키기 위한 가이드공(32)이 형성된 금속필터 박판이 개시되어 있다(도 2). 이에 의하면, 다수의 유체통과홈(18)이 상기 여과링(16)을 따라 에칭되어 있다. 상기 종래기술에 의하면, 여과링(16)의 형상이 굴곡진 형태로서 비록 유체와의 접촉면적이 많아지는 장점은 있으나 구조가 매우 복잡하여 제조비용이 증가되는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 유체통과홈과 유체와의 접촉 면적이 크고 유체통과홈의 규격이 정밀한 필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래기술에서 필터용 금속박판이 적층된 상태 일부 파단도,

도 2는 종래기술에 의한 필터용 금속박판의 평면도,

도 3 내지 4는 본 발명에 의한 첫 번째 유형의 필터용 금속박판 예의 평면도,

도 5 내지 6은 본 발명에 의한 두 번째 유형의 필터용 금속박판 예의 평면도,

도 7은 본 발명에 의한 세 번째 유형의 필터용 금속박판 예의 평면도,

도 8은 본 발명에 의한 네 번째 유형의 필터용 금속박판 예의 평면도,

도 9는 본 발명에 의한 필터용 금속박판의 유체통과홈의 형태를 예시적으로 나타낸 일부 사시도,

도 10은 본 발명에 의한 필터용 금속박판의 한 예의 평면도 및 돌출부를 표시한 도면,

도 11은 본 발명에 의한 필터용 금속박판의 한 예를 적층한 상태의 개략 사시도,

도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 여과장치의 개략 절단도,

도 13은 본 발명의 적용례에 사용된 금속박판의 유체통과저지부 규격을 보여주는 도면,

도 14는 본 발명의 적용례에 사용된 여과장치의 개략 절단도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 14, 23, 25: 여과링 2, 17: 필터용 금속박판

4, 19, 21: 유체통과홈 6: 유체통과저지부

11: 케이싱 12: 여과장치

13: 유체 공급관 15: 유체 배출관

①, ③: 여과대상 유체가 공급되는 영역

②, ④: 여과된 유체가 배출되는 영역

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 4가지 유형의 새로운 형상의 필터용 금속박판을 제공한다.

본 발명에 의한 첫 번째 유형의 필터용 금속박판은, 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링과; 상기 여과부링에 대하여 중심부에, 박판을 적층하기 위한 가이드공이 형성된 가이드부와; 상기 여과부링의 내측단과 상기 가이드부를 연결하는 연결판;으로 이루어지는 통상의 필터용 금속박판에 있어서, 상기 여과부링이 다수개의 변곡점을 갖는 단일폐곡선을 따라 형성된 것이다. 이러한 유형의 실시예를 도 3 및 도 4에 나타내었는데, 도 3은 가이드공이 1개인 것들에 관한 것이며, 도 4는 가이드공이 복수개인 것에 관한 것이다,

도에서 볼 수 있듯이 첫 번째 유형에서는 유체통과홈이 형성되어 있는 여과부링은 연속된 하나의 폐곡선을 형성한다. 이들 폐곡선은 각각 10개, 20개 및 24개의 변곡점을 갖는 것으로 되어 있으나, 실시예에 따라서는 더 많거나, 더 적은 변곡점이 형성될 수 있다. 또한 가이드공도 필요에 따라 다양한 갯수로 형성되는 것도 가능하다.

이들이 적층되어 여과장치를 이루는 경우, 유체는 상기 적층된 박판의 여과링(14)에 의해 형성된 여과링(14)의 내부에서 외부로 또는 외부에서 내부로 단일 방향으로 이동된다.

본 발명에 의한 두 번째 유형의 필터용 금속박판은, 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링과; 상기 여과부링에 대하여 중심부에, 박판을 적층하기 위한 가이드공이 형성된 가이드부와; 상기 여과부링의 내측단과 상기 가이드부를 연결하는 연결판;으로 이루어지는 통상의 필터용 금속박판에 있어서, 단일폐곡선을 따라 형성된 상기 여과부링이 복수개 상호 인접하여 형성된 것이다. 여기에 속하는 유형 중 하나의 가이드공이 형성된 예를 도 5에, 복수개의 가이드공이 형성된 예를 도 6에 도시하였다.

이 유형에서 여과링(14)은 복수개의 변곡점을 가진 폐곡선을 따라 형성될 수도 있으며, 원이나 타원 또는 직선상에 형성될 수도 있다.

이들이 적층되어 여과장치를 이루는 경우, 유체는 상기 적층된 박판의 여과링(14)에 의해 차단된 공간의 한 쪽에서 인접한 여러개의 공간으로 이동된다. 이러한 유테의 흐름방향을 도에서는 ① -〉 ②, ③ -〉 ④ 등으로 나타내었다.

상기 첫 번째 및 두 번째 유형의 금속박판에서는, 상기 가이드부의 내측에는 다수개의 필터용 금속박판이 적층되었을 경우 다수개의 필터용 금속박판의 위치를 일치시키기 위하여 가이드공이 형성되어 있으며, 상기 가이드부는 연결판에 의해 여과링(14)과 연결되어 있다.

본 발명에 의한 세 번째 유형의 필터용 금속박판은, 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링이 다수개의 변곡점을 갖는 단일폐곡선을 따라 형성된 것이다. 즉, 이 유형은 통상의 필터용 금속박판에서 여과링(14)을 지지하고 적층을 용이하게 하기위한 가이드부 및 가이드공이 생략된 형태이다. 가이드부 및 가이드공을 생략함으로써 유체가 이동할 수 있는 공간을 더 넓게 확보함으로써 여과장치의 여과능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 유형의 예를 도 7에 도시하였다.

도에서 볼 수 있듯이, 이 유형은 다른 구성이 없이 단일의 폐곡선을 따라 형성된 여과링(14)만으로 구성되어 있다.

이것이 적층되어 여과장치를 이루는 경우, 유체는 상기 적층된 박판의 여과링(14)에 의해 차단된 공간의 밖에서 안쪽으로 또는 안에서 밖으로 이동된다. 이를 도에서는 ① -〉 ②로 나타내었다.

본 발명에 의한 네 번째 유형의 필터용 금속박판은, 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있고, 단일폐곡선을 따라 형성된 여과부링이 복수개 상호 인접하여 형성된 금속박판이다. 이 유형은 상기 세 번째 유형의 것과 마찬가지로, 통상의 필터용 금속박판에서 여과링(14)을 지지하고 적층을 용이하게 하기위한 가이드부 및 가이드공이 생략된 형태이다. 가이드부 및 가이드공을 생략함으로써 유체가 이동할 수 있는 공간을 더 넓게 확보함으로써 여과장치의 여과능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

이 유형은, 단일폐곡선을 따라 형성된 여과부링이 복수개가 서로 인접하여 형성되어 있는 점에서 상기 세 번째 유형과 상이하다. 이러한 유형을 도 8에 나타내었다. 본 유형에서 여과부링은 복수개의 변곡점을 가진 폐곡선을 따라 형성될 수도 있으며, 원이나 타원 또는 직선상에 형성될 수도 있다.

이들이 적층되어 여과장치를 이루는 경우, 유체는 상기 적층된 박판의 여과링(14)에 의해 차단된 공간의 한 쪽에서 인접한 여러개의 공간으로 이동된다. 이러한 유테의 흐름방향을 도에서는 ① -〉 ②, ③ -〉 ④ 등으로 나타내었다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상기 도3 내지 도 8에서 유체통과홈이 형성된 여과링(14) 부분은 빗금으로 표시하였는 바, 이하에서 그 구체적인 구조를 설명한다.

필터용 금속박판에 있어서, 여과링(14)의 내측단과 외측단 사이에는 유체가 통과할 수 있도록 유체통과홈(4)이 반복 형성되어 있는데, 유체통과홈(4)의 가능한 형상을 도 9에 도시하였으며, 유체통과홈(4) 및 여과링(14), 가이드부(8), 가이드공(9) 및 연결판(10)이 도시된 본 발명의 첫 번째 유형에 해당하는 필터용 금속박판을 도 10에 도시하였다. 도 10의 A는 금속박판의 평면도이며, 도 10의 B는 지면에 대하여 돌출된 부분만을 도식화한 것이다. 도 10의 B에서 볼 수 있듯이 유체통과저지부(6)와 가이드부(10)만이 동일한 평면상으로 돌출되어 있다. 즉, 이들 금속박판이 적층되어 여과장치를 구성하는 경우, 유체통과홈(4)에 의해 형성된 개구부(여과공)를 통해 유체가 여과되며, 금속박판의 내부 연결판(8)은 상기 유체통과저지부(6) 및 가이드부(10) 보다 단차를 두고 있어, 여과된 유체가 내부에서 자유롭게 유동하도록 되어 있다. 물론, 금속박판이 적층되는 경우 가이드부(10)는 인접한 가이드부(10)와 밀착되므로 이 부분을 통한 유체의 누출이 방지된다.

금속박판에서 상기 유체통과홈(4) 및 연결판(8) 부위는 에칭(식각)에 의해 다른 부위에 대하여 단차가 형성된다. 이때 상기 연결판(8)은 유체통과홈(4) 보다 더 단차를 두는 것이 바람직하다.

금속박판에서, 유체를 여과시키도록 상기 유체통과홈(4)은 상기 여과링(14)의 상면과 하면 중 하나의 면에 형성될 수도 있고, 양 면에 대칭되게 형성될 수도 있다. 양 면에 형성되는 경우이 상기 필터용 금속박판(2)의 하면에 형성된 유체통과홈(4)은 인접한 금속박판(2)의 하면에 형성된 유체통과홈(4)과 서로 겹처지도록 적층하는 것이 바람직하다. 상기 유체통과홈(4)의 측면에는 상대적으로 유체의 통과를 저지시키며, 적층에 의해 인접한 여과링(14)의 하면 (또는 상면)에 접하여 유체여과홈(4)를 여과공 형태로 만들어주는 유체통과저지부(6)가 형성되어 있다.

상기 여과링(14)(1)의 두께는 유체를 정밀하게 여과시키고 유체의 양을 정밀하게 조절하도록 0.02 ~ 0.5 mm이며, 유체통과홈(4) 및 연결판(8)의 깊이(단차)는 필요에 따라 상기 여과링(14) 두께의 2/3 ~ 1/2로 정할 수 있다.

상기 필터용 금속박판(2)은 유체를 정밀하게 여과시키고 유체의 양의 정밀하게 조절하도록 금속으로 이루어져 있다. 그러나 비록 '금속'박판이라는 용어를 사용하지만, 필요에 따라서는 내마모성이 있는 세라믹 수지나 고분자 합성수지를 박판의 소재로 사용할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 금속박판을 차례로 적층하여(도 11) 소정의 케이싱에 내장함으로써 정밀한 여과장치를 구성하게 된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 유체를 여과하도록 다수개의 상기 필터용 금속박판(2)이 케이싱(11) 내에 적층되어 있다. 도 12의 내부에는 예를 들면, 도 11에 도시된 금속박판(2) 적층이 가로로 배치되어 있다.

상기 케이싱(11) 내에서, 외부로부터 유체를 공급받는 영역에는 외부로 여과 대상 유체를 공급받도록 유체공급관(13)이 연결되어 있다. 상기 케이싱(11) 내에서, 상기 외부로 유체를 배출하는 영역에는 유체를 외부의 필요한 곳에 배출하도록 유체배출관(15)이 연결되어 있다.

상기 케이싱(11) 내에서, 외부로부터 유체를 공급받는 영역과 외부로 유체를 배출하는 영역은 상기 유체통과홈(4)을 통해서만 서로 연결되도록, 유체공급관(13) 측의 필터용 금속박판(2)의 상면에는 여과링(14)으로 이루어지는 내부면을 차단하는 상부차단판(16)과, 유체배출관(15) 측의 금속박판(2)의 하면에는 금속박판(2) 여과링(14)의 외측면과 케이싱(11)의 내부면으로 이루어지는 면을 차단하는 하부차단판(17)이 각각 밀착되어 있다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 필터용 금속박판(2)이 적층된 여과장치(도 12)의 작용 효과를 설명한다.

먼저 유체가 유체 공급관(13)을 통하여 여과장치(12)의 외측에 가압상태로 공급되면, 유체는 상부차단판(16)의 측면을 거쳐 여과링(14)의 외부로부터 상기 유체통과홈(4)을 통과하여 상기 적층된 박판(2)의 내측으로 이동한다. 이때 유체통과홈(4)에 의해 형성된 공간보다 큰 유체에 포함되어 있던 불순물은 여과장치(12)의 외측에 잔류하게 된다. 상기 여과장치(12)의 내측으로 이동된 유체는 하부차단판(17)이 형성된 부위의 측면을 지나 유체배출관(15)로 배출된다.

이 경우 다수의 상기 유체통과홈(4)은형상이 반복된 고리 형상의 여과링(14)을 따라 형성되어 있어서 상기 유체와 접촉하는 여과링(14)의 전체 면적이 크게 되며, 따라서 시간당 많은 양의 유체가 상기 여과장치(12)를 통과한다.

한편, 상기 유체가 상기 다수의 유체통과홈(4)을 통과할 경우 상기 유체에 포함된 이물질은 유체통과홈(4)의 크기가 작으므로 상기 유체통과저지부(6)에 의해 저지되어 상기 필터용 금속박판(2)의 여과링(14) 외측에서 잔류된다.

한편, 상기 필터용 금속박판을 내장한 여과장치(12)를 사용할 경우, 유체를 상술한 설명과는 반대 방향으로 공급할 수도 있다. 즉, 적층된 필터용 금속박판(2)의 내측으로 유체를 가압공급하고, 상기 유체통과홈(4)을 통하여 상기 필터용 금속박판(2)의 외측으로 유체를 이동시킬 수도 있다. 이 경우에는 상기 여과장치(12)의 유체 배출관(15)을 통하여 상기 여과장치(12) 안으로 유체가 공급되고, 상기 유체 공급관(13)을 통하여 상기 여과장치(12)로부터 외부로 유체가 배출된다.

이하 본 발명에 의한 첫 번째 형태의 필터용 금속박판을 실제 유체의 여과에 적용한 예를 설명한다.

적용례

(1) 사용한 금속박판의 규격

도 10에 도시된 형태의 것(변곡점이 24개)으로서 유체통과저지부는 도 13에 도시된 바와 같은 형상과 규격으로 제작하였다(단위는 mm). 박판의 전체 두께는 10㎛, 유체통과저지부와 유체통과홈 사이의 단차는 10㎛로 하였다.

아래 식에서 계산되듯이 여과링의 전체면적의 약 29%에 유체통과홈이 형성되도록 하였다.

(가공된 면적 / 전체면적) ×100

= [ 108.0816(㎟) / 373.4707(㎟) ] × 100 ≒ 29(%)

(2) 여과장치의 규격

도 14에 도시된 형태의 여과장치 하우징 내에 상기 필터 1800개를 적층(총 90mm 두께)하였다(단위는 mm). 하우징의 유체공급관은 적층된 필터의 내부와, 유체배출관은 적층된 필터의 외부와 개방되어 연결시켰다.

(3) 여과조건 및 결과

18 DI - 순수에 SiC 분말의 농도가 200PPM되도록 혼합하여 제조한 실험용 유체를 10㎏f/㎠의 압력으로 유체공급관으로 공급하여 여과하면서 여과 전후에 걸처 입자 크기별로 입자의 갯수를 측정하여 여과효율을 계산하였다(표 1 참조).

표 1에서 볼 수 있듯이 거의 모든 입자 크기에서 97% 이상이 제거되었고 전체적으로는 거의 100% 여과되는 것을 확인할 수 있다.

한편, 상기 장치에서 공급유량을 13ℓ/분의 속도로 하더라도 압력강하가 거의 나타나지 않았다(도시 생략).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 필터용 금속박판 및 그것을 이용한 여과장치에 의하면, 유체와 유체통과홈과의 접촉 면적을 크게 함으로써 많은 양의 유체를 압력강하 없이 빠른 시간에 완벽하게 여과시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링과;

   상기 여과부링에 대하여 중심부에, 박판을 적층하기 위한 가이드공이 형성된 가이드부와;

   상기 여과부링의 내측단과 상기 가이드부를 연결하는 연결판;으로 이루어지는 필터용 금속박판에 있어서,

   상기 여과부링은 다수개의 변곡점을 갖는 단일폐곡선을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 필터용 금속박판.
2. 표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링과;

   상기 여과부링에 대하여 중심부에, 박판을 적층하기 위한 가이드공이 형성된 가이드부와;

   상기 여과부링의 내측단과 상기 가이드부를 연결하는 연결판;으로 이루어지는 필터용 금속박판에 있어서,

   단일폐곡선을 따라 형성된 상기 여과부링이 복수개 상호 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 필터용 금속박판.
3. 필터용 금속박판에 있어서,

   표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있는 여과부링이 다수개의 변곡점을 갖는 단일폐곡선을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 필터용 금속박판.
4. 필터용 금속박판에 있어서,

   표면에 내측단과 외측단을 관통하여 미세한 유체통과홈이 다수개 형성되어 있고, 단일폐곡선을 따라 형성된 여과부링이 복수개 상호 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 필터용 금속박판.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 필터용 금속박판이 케이싱 내에 적층되어 있고,

   상기 케이싱 내에서, 외부로부터 유체를 공급받는 영역과 외부로 유체를 배출하는 영역은 상기 유체통과홈을 통해서만 서로 연결되도록 상기 필터용 금속박판의 상측 부분과 하측 부분은 밀폐되어 있으며,

   상기 케이싱 내에서, 상기 외부로부터 유체를 공급받는 영역에는 외부로 여과되지 않은 유체를 공급받도록 유체 공급관이 연결되어 있고, 상기 외부로 유체를 배출하는 영역에는 여과된 유체를 외부의 필요한 곳에 배출하도록 유체 배출관이 연결된 것을 특징으로 하는 여과장치.