KR200175634Y1 - 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 생활용수나 공업용수중에 포함된 이물질을 걸러내어 깨끗한 물을 얻는 데 사용되는 수처리용 카트리지 필터에 관한 것이다.

본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 및 폴리아마이드등의 열가소성 수지를 가열하여 용융시킨 상태에서 공기압출기의 분사노즐을 통하여 그 전방에 위치한 타켓면에 방사 사출함에 의해서 제작되는 통상의 원통형 카트리지 필터(4)에 있어서, 그 외주면에 일련의 연속적인 제조 공정을 통해서 외주면 전체를 편평한 상태로 가공하고 그 원주면을 따라 일정한 간격으로 다수의 홈(11)이 형성된 구조로 이루어져 있다.

본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터는 원통형 또는 파이프 형태의 수처리용 카트리지 필터의 편평한 외주면상에 형성된 홈에 의해서 필터의 여과면적이 증가하게 되고 여과면적의 증가에 의한 카트리지 필터 내·외의 압력손실 감소로 인하여 필터의 여과효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있음과 아울러 필터 외주면의 여과면적이 증대됨에 따른 필터 표면의 이물질 흡착량이 증가되므로써 카트리지 필터의 수명이 연장되도록 하는 이점이 있다.

Description

홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터{Water cleaning cartridge filter having a groove}

본 고안은 생활용수나 공업용수중에 포함된 이물질을 걸러내어 깨끗한 물을 얻는 데 사용되는 수처리용 카트리지 필터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 열가소성 수지사를 방사 사출하여 여러겹의 부직포층이 적층형성된 원통형 또는 파이프 형태의 다공성 수처리용 카트리지 필터의 외주면에 일정한 간격으로 다수의 홈이 형성되어 카트리지 필터의 여과면적을 극대화 시킴으로써 필터의 여과성능을 향상시킬 수 있도록 한 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터에 관한 것이다.

근래에 산업의 발달과 더불어 인구의 과밀 현상으로 인하여 환경오염 문제가 중요한 관심사로 대두되고 있으며, 특히 환경오염 중에서도 각종 오폐수의 유입 및 각 가정의 세제 사용량 증가에 의한 하천오염은 생태계의 파괴나 식수로의 사용등에 많은 문제점을 일으키고 있다.

그로인해, 상수원의 수질이 예전에 비해서 떨어지고 용수공급 관로가 노후화됨에 따라 각 가정이나 공장으로 공급되는 생활용수나 공업용수중에는 각종 이물질 을 비롯한 유해 성분의 함량이 높아져서 이에 대한 대책이 요구되고 있는 실정이다.

이러한, 용수의 수질오염에 대하여 용수 사용자측에서 취할 수 있는 가장 대표적인 대책중의 하나로 정수설비나 정수기를 설치하여 원수중에 포함된 이물질등을 걸러내는 형태가 일반적으로 행해지고 있으며, 현실적으로 여러 종류 및 다양한 방식의 정수장치 및 정수필터가 개발되어 사용되고 있다.

도1은 종래의 수처리 장치중에서 원통형 필터 방식의 정수기 구조를 개략적으로 보인 종단면도이고, 도2는 상기 장치에 사용되는 종래의 카트리지 필터에 대한 사시도로서, 이에 의거하여 종래 정수기의 정수과정 및 카트리지 필터의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와같이, 종래 정수기는 밀폐형 외부하우징(1)의 내부에 상·하 분리격벽(2)(2')이 형성되어 그 사이에 챔버(3)가 구비되고, 챔버(3)의 내부에는 다수개의 원통형 카트리지 필터(4)가 설치되는 한편, 외부하우징(1)의 챔버(3)측 외주면에는 용수를 챔버로 공급하는 용수유입구(5)가 형성되고 하부 분리격벽(2')의 아랫쪽에 위치하는 정수저장조(6)의 외주면상에는 정수의 출수를 위한 정수 출구(7)가 구비되어 이루어진 구조를 취하고 있다.

이와같은 구조로 이루어진 종래 정수기에서 용수의 정수가 이루어지는 과정은, 먼저 용수유입구(5)를 통해서 챔버(3)의 내부로 유입된 용수는 챔버(3) 내부에 유지되는 수압에 의해서 원통형 카트리지 필터(4)를 구성하고 있는 여러 겹의 부직포층을 통과하는 과정에서 용수중에 포함되어 있는 이물질의 제거가 이루어지게 되 고, 이물질이 걸러진 상태로 필터(4) 내부로 유입된 물은 정수저장조(6)를 거쳐 정수 출구(7)로 배출됨으로써 용수의 정수가 이루어지게 된다.

이때, 상기 원통형 카트리지 필터(4)는 도2에 도시된 바와같이 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 아크릴사등과 같은 합성섬유사나 천연섬유사가 방사사출되어 이루어진 부직포층이 여러겹으로 적층형성되어 소정의 두께로 권취된 구조로 이루어져 있다.

즉, 종래의 원통형 카트리지 필터(4)의 구조에서는 원통형으로 권회된 여러겹의 부직포층에서 이물질의 여과작용이 이루어지게 되며 부직포층 자체가 단단한 결합을 이루게 되므로 내부 코어를 필요로 함이 없이 필터(4)만으로 정수기내에 고정되는 지지체의 역할을 하게 된다.

한편, 상기 원통형 카트리지 필터(4)는 대개 가는 합성섬유사가 용융된 상태에서 연속적인 방사사출(Melt-blown)에 의해서 형성되기 때문에 그 외주면의 표면부가 비교적 평탄하게 구성된다.

이러한, 종래의 원통형 카트리지 필터(4)는 0.1∼200㎛의 여과범위를 가지도록 제작되어 용수중의 이물질을 효과적으로 걸러낼 수는 있지만, 외주면이 평탄면으로 이루어져 있기 때문에 카트리지 필터의 여과면적이 충분하지 않다는 단점이 지적되고 있다.

일반적인 정수 시스템에서 카트리지 필터의 여과면적이 적을 경우에는 필터의 내·외측을 지나는 용수의 수압차에 의해 필터의 내구성이 현저히 감소됨과 동시에 일정한 통수량하에서 큰 압력손실이 유발되므로써 종래의 카트리지 필터를 통 수량이 비교적 많은 산업용 정수기내에 적용시키기에는 제약이 따르는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 원통형 카트리지 필터는 정수기 내에 설치되어 정수되는 용수의 양이나 종류에 따라서 일정시간이 지나면 새 필터로 교체해야 되는데, 이때 정수기 내에 설치되어 있던 수명이 다한 카트리지 필터를 제거할 때에 필터의 평탄한 외주면상에 흡착되어 있던 오염물질들이 떨어지면서 정수 저장조의 물을 오염시키게 되는 단점이 있다.

따라서,본 고안은 종래의 카트리지 필터에서 제기되고 있는 상기 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 합성섬유사를 용융 방사 사출하여 여러겹의 부직포층이 적층형성되고 0.1∼200㎛의 여과범위를 가지도록 제작된 수처리용 카트리지 필터의 외주면상에 일정한 간격을 이루어 소정의 형상으로 홈이 형성되도록 구성하므로써 필터의 여과면적을 극대화시켜 우수한 여과특성을 나타내도록 함과 아울러 압력손실의 감소로 인하여 카트리지 필터의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터를 제공함에 고안의 목적이 있다.

도1은 일반적인 정수기의 개략구조를 보인 종단면도.

도2는 종래의 카트리지 필터에 대한 사시도.

도3은 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터의 사시도.

도4는 도3의 'A' 부분의 확대사시도.

도5의 (가)와 (나)는 본 고안에 따른 다른 실시예의 정면도로서,

(가)는 홈의 단면이 삼각형으로 이루어진 필터의 정면도.

(나)는 홈의 단면이 반원형으로 이루어진 필터의 정면도.

도6는 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터의 통수량 실험에 대한 그래프.

도7는 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터의 내구성 실험에 대한 그래프.

도8는 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터의 여과효율 실험에 대한 그래프.

((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))

10. 카트리지 필터 11,21,31. 홈

12. 부직포층

본 고안의 상기 목적은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 및 폴리아마이드등의 열가소성 수지를 가열하여 용융시킨 상태에서 공기 압출기의 공기 분사노즐을 통해서 그 전방에 위치하는 타켓면에 방사 사출함에 의해서 제작되는 카트리지 필터의 외주면에 일련의 연속적인 제조 공정을 통해서 일정한 간격으로 소정의 형상을 이루는 다수의 홈이 형성되도록 한 구조에 의해서 달성된다.

이때, 상기 분사노즐로부터 분사되는 마치 거미줄과 같은 고분자 열가소성 수지사(絲)는 용융, 분사, 응고의 연속적인 공정을 통해서 필터의 타켓트면에 불규칙하게 융착되어 응고과정을 거치면서 기공성 카트리지 필터의 구조를 형성하게 된다.

본 고안의 기술적 특징은 공기 압출기의 분사노즐을 통한 용융방사 사출 성형법에 의해 제작된 원통형 또는 파이프 형태의 수처리용 카트리지 필터의 편평한 외주면상에 형성된 다수의 홈에 의해서 필터의 여과면적이 증가되고 그에 따른 압력손실의 감소로 인하여 필터의 여과성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 데 있다.

또한, 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터는 여과면적이 증대됨에 따른 필터 표면에 이물질의 흡착량이 증가되므로써 필터의 수명이 연장되도록 한 데에 기술적 특징이 있다.

본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터의 상기 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 대한 설명은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도3은 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터의 사시도이고, 도4는 도3의 'A' 부분의 확대도이다.

도시된 바와같이, 본 고안의 수처리용 홈 카트리지 필터(10)는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아마이드등의 열가소성 수지를 가열하여 용융시킨 상태에서 분사노즐을 통하여 그 전방에 위치한 타켓면에 방사 사출함에 의해서 제작되는 통상의 원통형 카트리지 필터(4)에 있어서, 그 외주면에 일련의 연속적인 제조 공정을 통해서 외주면 전체를 편평한 상태로 가공하고 그 원주면을 따라 일정한 간격으로 다수의 사각 홈(11)이 형성된 구조로 이루어져 있다.

본 고안의 홈이 구비된 카트리지 필터는 통상적으로 내경이 28∼30㎜정도이고 외경이 62∼65㎜정도로 구성되며 합성섬유사 또는 천연섬유사가 방사 사출되어 이루어지는 여러겹의 부직포층(12)이 적층 형성되므로써 원통형의 카트리지 필터(4)로 제작되고, 상기 카트리지 필터(4)는 홈 제조용 선반장치(도면 미도시)로 이송되어 필터의 외주면이 평편하게 가공되고 그 외주면상에 소정의 형상으로 홈(11)의 성형이 이루어진다.

또한, 상기 홈이 구비된 카트리지 필터(10)는 필터(10) 자체가 다수의 부직포층(12)이 밀착결합되어 구성되므로써 충분한 강도를 지니고 있기 때문에 별도의 지지체 도움없이 정수 장치의 챔버 내에 설치될 수 있을 것이다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터는 종래의 정수 장치에서와 동일한 여과과정을 거치게 되는데, 이때 챔버 내부에 채워진 용수에 가해지는 수압에 의해서 필터(10)의 외주면을 통한 내주면으로 용수의 정수가 이루어지게 되며 그 과정에서 용수중의 이물질이나 유해물질에 대한 지 속적인 여과가 이루어지게 된다.

상기의 여과과정에 있어서, 본 고안의 카트리지 필터(10)는 외주면에 형성된 다수의 사각 홈(11)에 의해서 용수의 여과면적이 홈(11)의 상·하부 벽체(11a)(11b)의 면적만큼 넓어지게 되고, 넓어진 면적만큼의 지속되는 수압에 따른 압력손실이 줄어들게 된다.

한편, 상기 필터(10)에 의해서 걸러지는 용수중의 이물질이나 유해물질은 필터(10) 외주면에 형성되어 있는 홈(11)으로 모여들어 흡착되고 걸러진 이물질이 홈(11)을 따라 채워지게 되며 홈(11)을 가득 채울 때까지 카트리지 필터(10)에 가해지는 압력은 일정한 수준을 유지하게 된다.

다음, 도5의 (가)와 (나)는 본 고안에 따른 다른 실시예의 사시도로서, (가)는 홈의 단면이 삼각형으로 이루어진 필터의 사시도이며, (나)는 홈의 단면이 반원형으로 이루어진 필터의 사시도이다.

도시된 바와같이, 본 실시예의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터(20)(30)는 도3의 카트리지 필터(10)와 동일하게 합성섬유사의 용융 방사사출에 의하여 제작되며 그 외주면에 삼각단면(21) 또는 반원형 단면(31)의 홈이 형성되도록 하는 구조로 이루어져 있다.

상기 실시예에 대한 실험예를 이용하여 본 고안을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서 실시재 1∼3은 열가소성 수지의 일종인 폴리프로필렌(PP : Polypropylene)을 용융시켜 분사노즐을 통한 방사사출에 의해 내경 30㎜, 외경 65 ㎜와 10inch의 길이로 제작되어 5㎛의 이물질 입자 제거를 기준으로 하고 그 외주면에 소정의 형상으로 다수의 홈이 형성되어 있다.

실시재 1 내지 3에서 각각의 홈의 형상으로서, 실시재1은 필터의 외주면에 사각단면 형상의 홈이 형성되고 실시재2는 삼각형단면의 홈이 형성되며, 실시재3은 외주면 전체에 반원형의 홈이 구성된 구조로 이루어져 있다.

또한, 비교재1은 상기 실시재와 동일한 제조공정을 거쳐 필터의 외주면에 홈이 구성되지 않은 편평한 상태의 내경 30㎜, 외경 65㎜ 및 10inch의 길이로 제작되어 5㎛ 크기의 이물질 입자제거를 기준으로 하고 있다.

실시재 1 내지 3 및 비교재 1은 동일한 조건 하에서 통수량 시험과 내구성 시험 및 여과효율 시험을 각각 수행하여 각 카트리지 필터의 여과특성 및 성능을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 표1은 오염입자의 첨가 없이 깨끗한 용수의 양에 따라 각 카트리지 필터의 압력손실 변화를 나타낸 것으로서, 각각의 카트리지 필터를 시험기에 장착시킨 후 용수의 양을 2 l/min에서 16 l/min까지 증가시키면서 매 분마다 카트리지 필터 내·외의 압력차를 측정하였다.

통수량 시험결과(㎏/㎠)

	용수의 양(l/min)
	2	4	6	8	10	12	14	16
실시재1	0.010	0.027	0.045	0.070	0.089	0.110	0.130	0.150
실시재2	0.010	0.030	0.050	0.075	0.095	0.116	0.137	0.159
실시재3	0.010	0.032	0.051	0.075	0.096	0.118	0.139	0.163
비교재1	0.030	0.080	0.110	0.150	0.200	0.260	0.310	0.360

상기 표1에서 알 수 있는 바와같이, 필터의 외주면에 홈이 없는 비교재1은 유량이 증가함에 따라 필터의 압력차에 따른 압력손실이 급격히 증가하는 반면에 홈이 형성되어 있는 각각의 실시재 1 내지 3은 비교재1에 비해 유량에 따른 압력손실이 완만히 증가되고 있음을 나타내고 있다.

이는, 카트리지 필터의 외주면에 일정 간격으로 형성되어 있는 다수의 홈에 의해서 필터의 여과면적이 증가되어 원활한 용수의 정수가 이루어짐을 알 수 있으며, 도6는 상기 실험에 대한 데이터를 그래프로 나타낸 것이다.

다음, 표2는 각 카트리지 필터에 오염입자의 증가에 따른 압력손실의 변화를 측정한 것으로서, 각 실시재 및 비교재의 카트리지 필터에 일정한 통수량(10 l/min)하에서 용수중에 분당 1g씩의 카아버런덤(#600)을 첨가하여 40분동안 총 40g의 카아버런덤으로 인위적인 오염입자를 첨가하고, 오염입자의 증가에 따른 필터 내·외의 압력차를 5분마다 측정하였다.

내구성 시험 결과(㎏/㎠)

	오염입자의 양(g)
	5	10	15	20	25	30	35	40
실시재1	0.090	0.090	0.091	0.091	0.092	0.093	0.093	0.094
실시재2	0.100	0.100	0.101	0.101	0.102	0.102	0.103	0.103
실시재3	0.121	0.121	0.121	0.122	0.122	0.123	0.123	0.123
비교재1	0.200	0.210	0.230	0.250	0.260	0.300	0.340	0.370

상기 표2에서 알 수 있는 바와같이, 일반적인 카트리지 필터는 오염입자의 증가에 따라서 압력손실이 증가하는 경향을 보이게 되며, 압력손실의 증가치에 따라 카트리지 필터의 내구성을 추정할 수 있다.

상기에서 필터의 외주면에 홈이 없는 비교재1의 경우 오염입자인 카바아런덤의 첨가량이 증가할수록 카트리지 필터 내·외의 압력차에 따른 압력손실이 급격히 증가하는 반면에 외주면에 홈이 형성되어 있는 각각의 실시재 1 내지 3은 압력손실이 거의 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다.

이는, 카트리지 필터의 단위면적이 넓어짐에 따른 용수의 여과면적이 증가하게 됨으로써 오염물질의 증가에도 불구하고 비교적 일정한 압력차를 유지할 수 있으며 카트리지 필터의 내구성 향상으로 인한 필터의 수명이 연장되는 결과를 가져올 수 있을 것이다.

도7은 상기 내구성 시험에 대한 데이터를 그래프로 도시한 것이다.

한편, 표3은 각 카트리지 필터를 통과하는 오염입자의 크기에 따른 여과효율을 나타낸 것으로서, 내구성 시험과 동일하게 인위적인 오염물질로 카아버런덤(#600)을 1분당 1g씩 40분동안 첨가하여 총40g의 카아버런덤이 첨가된 후 5㎛의 카아바런덤 입자를 기준으로 하여 단위부피당(0.5cc) 오염입자 갯수를 측정하여 계산하였다.

여과효율 실험 결과(%)

	입자의 크기(㎛)
	2	4	6	8	10	12	14
실시재1	82	92	97	99	100	100	100
실시재2	81	90	95	96	99	100	100
실시재3	80	90	94	95	99	100	100
비교재1	75	86	91	92	98	99	100

상기 표3에서 알 수 있는 바와같이, 5㎛의 카아바런덤 입자를 기준으로 외주 면에 홈이 없는 비교재1은 90%의 여과효율에 못미치는 반면, 실시재 1 내지 3은 4㎛ 입자크기의 이물질 제거에서 90%이상의 여과효율을 나타내고 있음을 알 수 있다.

이는, 실시재 1 내지 3의 카트리지 필터 외주면에 형성되어 있는 홈에 의해서 표2에서 표시된 바와같이 여과면적의 증가에 따른 필터 내·외주면의 압력차, 즉 압력손실이 적어지게 되므로 작은 크기의 이물질도 효과적을 걸러낼 수 있는 것이다.

도8은 상기 각 카트리지 필터의 여과효율 차이를 도시한 그래프이다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 고안의 홈이 구비된 카트리지 필터는 분사노즐을 통한 용융방사 사출 성형에 의해 제작된 원통형 또는 파이프 형태의 수처리용 카트리지 필터의 편평한 외주면상에 형성된 홈에 의해서 필터의 여과면적이 증가하게 되고 여과면적의 증가에 의한 카트리지 필터 내·외의 압력손실 감소로 인하여 필터의 여과효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있음과 아울러 통수량이 비교적 많은 산업용 정수장치에 장착되는 카트리지 필터 시스템에 적용이 가능할 것이다.

또한, 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터는 필터 외주면의 여과면적이 증대됨에 따른 필터 표면의 이물질 흡착량이 증가되므로써 카트리지 필터의 수명이 연장되도록 하는 이점이 있다.

그리고, 본 고안의 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터는 필터의 원주면을 따라 일정간격으로 형성되어 있는 다수의 홈에 이물질이 모여들어 흡착되므로써 정수장치 내에서 필터를 교체할때 이물질이 정수장치 내부로 떨어져서 정수 저장조의 용수를 다시 오염시키게 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 열가소성 수지를 가열하여 용융시킨 상태에서 분사노즐을 통하여 그 전방에 위치한 타켓면에 방사 사출함에 의해서 제작되는 통상의 원통형 카트리지 필터(4)에 있어서, 그 외주면에 일련의 연속적인 제조 공정을 통해서 외주면 전체를 편평한 상태로 가공하고 그 원주면을 따라 일정한 간격으로 다수의 홈(11)이 형성된 것을 특징으로 하는 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 카트리지 필터 외주면의 홈(21)이 삼각단면의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터.
3. 제1항에 있어서, 상기 카트리지 필터 외주면의 홈(31)이 반원형 단면의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 홈이 구비된 수처리용 카트리지 필터.