KR20020073012A - Method for making ceramic filter and manufacturing apparatus for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오염된 물을 여과 및 정화하여 청정수나 청정음료를 취득하기 위한 세라믹 필터에 관한 것으로서, 특히 세라믹 필터를 프레스성형함에 있어 초음파장치를 이용하여 필터의 미립자의 밀도를 치밀하게 분포시킴으로써 여과 및 정화성능이 향상되도록 한 세라믹 필터 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic filter for filtering and purifying contaminated water to obtain clean water or a clean beverage. Particularly, in the press molding of the ceramic filter, the ceramic filter is precisely distributed by finely distributing the density of fine particles of the filter using an ultrasonic device. The present invention relates to a ceramic filter manufacturing method and apparatus for improving the purification performance thereof.
여과 및 정화장치는 하천수나 해수 또는 배수로부터 음료수를 취득하거나, 우물이나 수도수 중에서 유기물이나 무기물 등의 불순물을 여과 및 정화하거나, 또한 술이나 간장 등과 같은 발효 생성물 및 음료수로부터 불순물을 제거하는 등 고도한 수준에서 낮은 수준의 수처리에 광범위하게 사용된다. 그리고 여과 및 정화장치의 여과재로써 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 것은 다공질의 세라믹 필터이다.Filtration and purification equipment can be used to obtain drinking water from river water, seawater or drainage, to filter and purify impurities such as organic and inorganic substances from wells and tap water, and to remove impurities from fermentation products and drinks, such as alcohol and soy sauce. Widely used for one to low level water treatment. The most widely used filter medium for filtration and purification devices is a porous ceramic filter.
다공질의 세라믹 필터는 입체적으로 형성된 대단히 미세한 여과 구멍을 이용하여 유기물, 조직, 단백질, 세균 및 바이러스 등까지 여과하는 정화능력을 갖추고 있다.Porous ceramic filters have the ability to purify organic matter, tissues, proteins, bacteria, viruses, etc. using very fine filtration holes formed three-dimensionally.
이러한 세라믹 필터는 조성물의 미립자가 조밀하고 균일할수록 우수한 정화능력을 갖추게 되는바, 이를 위하여 대한민국 등록특허공보 제 1999-6435호(1994. 7. 20)에는 본 출원인에 의해 선출원된 "세라믹 필터의 제조방법 및 장치"가 개시되어 있다.Such ceramic filters have excellent purification ability as the fine particles of the composition are more dense and uniform. For this purpose, Korean Patent Publication No. 1999-6435 (July 20, 1994) provides a preparation of the "ceramic filter" filed by the present applicant. Methods and devices. "
상기 공보에 개시된 세라믹 필터의 제조방법 및 장치는 반건식방법에 의한 프레스 성형과 고온 소성으로 필터 조직의 평균 입도 및 입자 배열을 조밀화 및 균일화할 수 있었다. 그러나 세라믹 필터의 정화능력은 평균 입도 뿐아니라, 조성물 중에서 특히 필터 표면의 미립자가 조밀하고 균일할수록 우수한 정화능력을 갖추게 되는바 종래에는 이를 소홀히한 단점이 있었다.The method and apparatus for manufacturing a ceramic filter disclosed in the above publication can densify and uniformize the average particle size and particle arrangement of the filter structure by press molding and high temperature firing by a semi-dry method. However, the purification ability of the ceramic filter is not only an average particle size, but also has a disadvantage of neglecting the conventional bar as the finer particles are more dense and uniform in the composition.
예를 들어 종래의 세라믹 필터는 여과시 표면으로부터 속 깊은 곳까지 불순물이 파고 들어가 여과 구멍이 막히게 되는데, 이로 인하여 필터의 여과 및 정화 성능이 급격히 떨어지고 수명이 단축되는 문제점이 있다. 반면 필터의 표면 입자의 밀도가 특히 치밀할 경우에는 여과 구멍이 막히는 문제점을 해결할 수 있고, 역세척에 의해 필터를 재사용할 수 있는 장점이 있는 것이다.For example, in the conventional ceramic filter, impurities penetrate deep into the depth from the surface during filtration, thereby clogging the filtration hole. As a result, there is a problem in that the filtration and purification performance of the filter is drastically deteriorated and the life is shortened. On the other hand, when the density of the surface particles of the filter is particularly dense, the problem of clogging the filtration holes may be solved, and the filter may be reused by backwashing.
이를 위하여 종래에는 성형된 세라믹 필터의 표면에 초미세입자를 갖는 화합물을 도포, 건조 및 소결하여 초미세입자층을 형성시키고 있기는 하지만, 이러한 제조방법은 공정이 복잡하고 어려우며 제조비용이 상승하게되는 문제점을 수반하게 된다.To this end, conventionally, the ultrafine particle layer is formed by applying, drying and sintering a compound having ultrafine particles on the surface of the molded ceramic filter. However, such a manufacturing method has a problem that the process is complicated and difficult and the manufacturing cost increases. It is accompanied.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 기술적 목적은 필터의 조성물 특히 피정화액이 유입되는 표면 부분의 조성물 미립자의 밀도가 치밀하고 그 내부 미립자는 입경이 큰 이상적인 입도 분포를 갖도록 프레스 성형함으로써, 세라믹 필터의 여과 및 정화 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 세라믹 필터 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, the technical purpose of the composition of the filter, especially the surface of the composition portion of the surface to which the purified liquid flows in dense density and the internal fine particles have an ideal particle size distribution having a large particle size The present invention provides a method for manufacturing a ceramic filter and an apparatus for manufacturing the same, which can be press-molded to improve the filtration and purification performance of the ceramic filter.
이에 따라 본 발명에서는 미세한 입도로 분쇄한 세라믹 조성물 분말에 점결제를 용해한 수용액을 혼합하여 습윤성의 원료 분말을 조성하고, 상기 원료 분말을 프레스 금형의 암금형에 충진하고 이를 숫금형으로 압착하여 반건식법에 의한 미소성 세라믹 필터를 프레스 성형하며, 상기 프레스 성형 중에 혹은 성형 후에 상기 금형에 초음파 진동을 부여하여 성형품의 표면에 진동이 가해지도록 하고, 상기 단계에서 얻어진 성형품을 산화분위기에서 소성하여 제조하는 세라믹 필터 제조방법을 제안한다.Accordingly, in the present invention, by mixing the aqueous solution in which the binder is dissolved in the powder of the ceramic composition pulverized to a fine particle size to form a wet raw material powder, the raw material powder is filled in the female mold of the press die and pressed into a male mold semi-dry method Ceramic that is produced by press molding an unfired ceramic filter by applying ultrasonic vibration to the mold during or after the press molding so that vibration is applied to the surface of the molded article, and firing the molded article obtained in the step in an oxidizing atmosphere. We propose a filter manufacturing method.
상기 세라믹 필터 제조방법에 있어서, 초음파 진동은 특히 금형을 통해 성형품의 표면으로부터 진동이 전달되므로, 전체 조성물 미립자의 밀도가 치밀화함은 물론 특히 표면 부분은 작고 내부는 큰 미립자의 이상적인 입도 분포를 갖는 세라믹 필터를 얻을 수 있다.In the ceramic filter manufacturing method, the ultrasonic vibration is transmitted from the surface of the molded article, in particular through the mold, so that the density of the total composition fine particles, as well as the ceramic having an ideal particle size distribution of the small particle in the surface portion and large particles inside You can get a filter.
바람직하게 상기 원료 분말은 SiO2또는 규조토, 점토, 탄산칼슘, Al2O3, 은 또는 은염, 유기점결재를 용해한 수용액을 혼합하여 프레스 성형에 적합한 습윤성을 갖도록 한다.Preferably, the raw material powder is mixed with an aqueous solution of SiO 2 or diatomaceous earth, clay, calcium carbonate, Al 2 O 3 , silver or silver salt, and an organic binder to have wettability suitable for press molding.
또한 본 발명에서는 세라믹 조성물 분말에 점결재 수용액을 혼합한 습윤성의 원료 분말을 프레스 성형함에 있어서, 상기 원료 분말이 충진되는 성형공을 갖춘 암금형과, 상기 암금형의 내측 상부로부터 가압되어 세라믹 필터를 성형하는 숫금형과, 상기 암금형의 성형공 주변과 상기 숫금형 내부에 설치된 다수의 초음파 진동자와, 상기 암금형에서 필터 성형품을 취출하기 위해 상승 작동되는 피스톤을 포함하여 구성된 세라믹 필터 제조장치를 제안한다.In the present invention, in press molding wet material powder mixed with a caking additive solution to a ceramic composition powder, a female mold having a molding hole filled with the raw material powder and a pressurized mold is pressed from an inner upper portion of the female mold. The present invention proposes a ceramic filter manufacturing apparatus including a male mold to be formed, a plurality of ultrasonic vibrators installed around the female mold and the inside of the male mold, and a piston which is lifted to take out a filter molded product from the female mold. do.
바람직하게 상기 암금형과 숫금형에는 진동분리부재를 설치하여 암금형을 받치는 지지대 및 숫금형을 구동하는 프레스로의 진동 전달을 차단한다.Preferably, the female mold and the male mold are provided with a vibration separating member to block the vibration transmission to the press for supporting the female mold and the male mold.
도 1 및 도2는 본 발명에 의한 세라믹 필터 제조방법 및 그 제조장치를 도시한 종단면도.1 and 2 are a longitudinal sectional view showing a ceramic filter manufacturing method and a manufacturing apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 세라믹 필터 제조장치의 금형을 도시한 횡단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a mold of the ceramic filter manufacturing apparatus according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1-원료 분말3-암금형1-raw powder 3-mold
5-숫금형7-초음파 진동자5-figure 7-ultrasonic vibrator
9-피스톤13-진동분리부재9-piston 13-vibration separator
31-성형공31-Plaster
이하, 본 발명의 세라믹 필터 제조방법 및 그 제조장치에 대한 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment about the ceramic filter manufacturing method of this invention and its manufacturing apparatus is demonstrated in detail based on an accompanying drawing.
도 1 및 도2는 본 발명에 의한 세라믹 필터 제조방법을 설명하기 위한 제조장치의 작동 상태를 보여주고 있으며, 도 3은 세라믹 필터 제조장치의 프레스 금형의 내부 구조를 보여주고 있다.1 and 2 show the operating state of the manufacturing apparatus for explaining the ceramic filter manufacturing method according to the present invention, Figure 3 shows the internal structure of the press mold of the ceramic filter manufacturing apparatus.
본 발명에 의한 세라믹 필터 제조방법은 본 출원인에 의해 개시된 등록특허공보 제 1994-6435호의 반건식방법을 이용한 프레스 성형을 기본으로 한다. 상기 등록특허에 개시된 세라믹 필터 제조방법을 보면, 먼저 SiO2또는 규조토, 점토, 탄산칼슘, Al2O3, 은 또는 은염, 유기점결재를 용해한 수용액을 혼합하여 프레스 성형에 적합한 습윤성 원료 분말(1)을 조성한다.The ceramic filter manufacturing method according to the present invention is based on press molding using the semi-dry method of the Patent Publication No. 1994-6435 disclosed by the applicant. In the method of manufacturing a ceramic filter disclosed in the above-mentioned patent, first, a wettable raw powder suitable for press molding by mixing an aqueous solution in which SiO 2 or diatomaceous earth, clay, calcium carbonate, Al 2 O 3 , silver or silver salt, and an organic binder is mixed (1 )
이때, 상기 원료 분말(1)은 이물질이 포함되지 않은 고순도의 것을 사용함이 바람직하다.At this time, it is preferable that the raw material powder 1 uses a high purity that does not contain foreign substances.
상기 조성물에서 유기점결재를 용해한 수용액은 성형품의 취출시 균열 및 파손을 방지할 수 있도록 하기 위해 고형성의 분말에 수분을 10-30%로 유지하고, 성형품의 취출시 파손을 방지하기위해 숫금형(5)과 동일형상의 지그(도시되지 않음)가 성형품의 내부에 삽입된다.The aqueous solution in which the organic binder is dissolved in the composition is maintained at 10-30% of moisture in the powder of a solid form to prevent cracking and breakage of the molded article, and a male mold to prevent breakage when the molded article is taken out. A jig (not shown) having the same shape as (5) is inserted into the molded article.
이와 같이 조성된 원료 분말을 프레스 금형의 암금형(3)에 투입 충진하고, 그 상부에 설치된 숫금형(5)을 구동하여 10-30톤의 압력으로 압착하므로써 세라믹 필터의 성형품을 얻는다.The raw material powder thus prepared is charged and filled into the female mold 3 of the press die, and the molded mold of the ceramic filter is obtained by driving the male mold 5 provided on the upper part and pressing it at a pressure of 10-30 tons.
여기서 본 발명은 상기 프레스 성형 중에 혹은 성형 후에 상기 프레스 금형에 설치된 초음파 진동자(7)를 작동시켜 초음파 진동을 부여한다. 특히 초음파 진동은 프레스 성형 중에 실시하는 것이 보다 효과적이다.Herein, the present invention applies ultrasonic vibration by operating the ultrasonic vibrator 7 installed in the press mold during or after the press molding. In particular, it is more effective to perform the ultrasonic vibration during press molding.
이러한 초음파 진동은 암금형(3) 및 숫금형(5)을 통해 성형품의 표면으로부터 전달되어 지는바, 상기한 원료 분말은 미립자의 입경차 및 그에 의한 중량차에 의해 보다 작은 미립자가 진동원쪽으로 이동되므로, 도면에서 확대 도시한 주요 부분과 같이 특히 성형품의 표면 부분의 미립자 입경이 작고 내부로 갈수록 입경이 커지는 입도 분포를 형성하며 이상적인 세라믹 필터로 성형되어진다.The ultrasonic vibration is transmitted from the surface of the molded article through the female mold (3) and the male mold (5). The raw material powder moves smaller particles to the vibration source by the particle size difference and the weight difference thereof. Therefore, as shown in the main portion enlarged in the drawing, in particular, the particle size of the particle of the surface portion of the molded article is small and forms a particle size distribution in which the particle diameter increases toward the inside, and is molded into an ideal ceramic filter.
이때 상기 원료 분말의 미립자는 0.01-100㎛ 제품을 사용하는 것이 좋지만, 초음파 진동에 의해 이상적인 입도 분포를 갖게 되므로 비교적 입경이 큰 싼 원료를 사용하더라도 고성능이 제품을 얻을 수 있다.At this time, the fine particles of the raw material powder is good to use a 0.01-100㎛ product, because it has an ideal particle size distribution by the ultrasonic vibration can be obtained a high performance product even when using a cheap raw material having a relatively large particle size.
또한 초음파는 물체나 물질의 변화에 이용할 수 있는 모든 음파로서, 구체적으로는 수㎑ - 수㎒의 주파수 진동을 사용할 수 있다. 여기서 주파수의 진동 및 진동의 부여 시간은 사용할 원료 미립자의 형상이나 입경, 바인더의 종류 및 점도 등에 따라 적절하게 결정한다.In addition, ultrasonic waves are all sound waves that can be used to change an object or a substance, and specifically, frequency vibrations of several Hz to several MHz may be used. Here, the vibration of the frequency and the application time of the vibration are appropriately determined according to the shape and particle diameter of the raw material fine particles to be used, the kind and viscosity of the binder, and the like.
이와 같이 성형된 세라믹 필터는 도 2에 도시한 바와 같이 먼저 숫금형(5)을 제거한 후, 피스톤(9)을 상승 작동시킴으로써 암금형(3)으로부터 취출되어진다. 이후 상기 성형품은 최종단계로 900-1,300℃의 산화분위기 로(爐)에서 소성을 거쳐 본 발명에 의한 세라믹 필터로 완성되어진다. 이때 소성 방법을 굳이 한정할 필요는 없으며 공지의 소성 방법을 이용할 수 있다.The ceramic filter thus formed is taken out of the female mold 3 by first removing the male mold 5 as shown in FIG. Thereafter, the molded product is finished in a ceramic filter according to the present invention after firing in an oxidation atmosphere furnace at 900-1,300 ° C as a final step. At this time, it is not necessary to limit the firing method, and a known firing method can be used.
이와 같은 제조방법에 의해 얻어진 다공성 세라믹 필터는 조성물 미립자가 표면에서 내부 중심으로 갈수록 커지는 분포를 형성하며, 특히 외주면에 근접할수록 점점 치밀한 조직 및 균일도를 갖게 되는 것이다.The porous ceramic filter obtained by such a manufacturing method forms a distribution in which the composition fine particles become larger from the surface to the inner center, and in particular, the closer the outer peripheral surface is, the denser the structure and uniformity are.
한편 본 발명의 제조방법을 실현하기 위한 세라믹 필터 제조장치를 도 1 내지 도 3에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the ceramic filter manufacturing apparatus for realizing the manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 as follows.
도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제조장치는 습윤성의 원료 분말을 반건식방법으로 프레스 성형하기 위해, 암금형(3)과 숫금형(5)을 구비하여 이루어진다.As can be seen from the drawings, the manufacturing apparatus of the present invention comprises a female mold (3) and a male mold (5) in order to press-mold wet material powder in a semi-dry method.
암금형(3)은 지지대(11)에 고정 설치되는 것이고 원료 분말(1)을 충진하기 위하여 성형공(31)을 갖추고 있다. 암금형(3)의 내부에는 성형공(31)의 바닥면을 구성하는 피스톤(9)이 설치되어 있고, 상기 피스톤(9)은 성형이 완료된 성형품을 취출하기 위해 도시생략한 액튜에이터에 의해 승하강 작동되는 것이다.The female mold 3 is fixed to the support 11 and is provided with a molding hole 31 for filling the raw material powder 1. Inside the female die 3, a piston 9 constituting the bottom surface of the molding hole 31 is provided, and the piston 9 is raised and lowered by an actuator not shown in order to take out the molded article after molding is completed. It works.
숫금형(5)은 프레스에 의해 승하강 작동되면서 암금형(3)의 성형공(31)에 충진된 원료 분말을 가압하여 세라믹 필터(20)를 성형하게 된다.The male mold 5 moves up and down by a press to press the raw material powder filled in the molding hole 31 of the female mold 3 to form the ceramic filter 20.
여기서 암금형(3)의 성형공(31) 주변과 상기 숫금형(5) 내부에는 초음파를 발생시키기 위한 초음파 진동자(7)가 설치된다. 초음파 진동자(7)는 암금형(3)의 경우 성형공(31)의 주변을 따라 등간격으로 6-8개 설치하는 것이 좋으며, 6개 이하 혹은 8개 이상으로 설치할 수도 있다.Here, the ultrasonic vibrator 7 for generating an ultrasonic wave is installed in the periphery of the molding hole 31 and the male mold 5 of the female mold 3. In the case of the female mold 3, the ultrasonic vibrator 7 may be installed 6-8 at equal intervals along the periphery of the molding hole 31, and may be installed in six or less or eight or more.
초음파 진동자(7)의 종류는 특히 한정할 필요가 없으며, 자기변형진동자 혹은 전기변형진동자 혹은 압전진동자 등의 공지의 초음파 진동자를 사용한다.The kind of the ultrasonic vibrator 7 does not need to be particularly limited, and a known ultrasonic vibrator such as a magnetostrictive vibrator, an electric strain vibrator or a piezoelectric vibrator is used.
한편 상기한 암금형(3)과 숫금형(5)에는 암금형을 받치는 지지대(11) 및 숫금형을 구동하는 프레스로의 진동 전달을 차단하기 위해 진동분리부재(13)를 설치한다.On the other hand, the female mold (3) and the male mold (5) is provided with a vibration separating member (13) to block the vibration transmission to the support 11 and the press for driving the female mold supporting the female mold.
이상에서 설명한 본 발명의 구성을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 다공성 세라믹 필터는 조성물 미립자가 표면에서 내부 중심으로 갈수록 커지는 분포를 형성하며, 특히 외주면에 근접할수록 점점 치밀한 조직 및 균일도를 갖게 된다.As can be seen through the configuration of the present invention described above, the porous ceramic filter according to the present invention forms a distribution in which the composition fine particles are larger from the surface toward the inner center, and in particular, closer to the outer peripheral surface has a more dense structure and uniformity do.
따라서 본 발명에 의한 세라믹 필터는 오염된 물의 여과 및 정화시 그 표면에 불순물이 집중적으로 포착되는 대단히 높은 정화능력을 갖추게 되며, 상기 불순물은 역세척에 의해 용이하고 양호하게 세척할 수 있으므로 재생 사용이 가능하게 되는 것이고, 그에 따라 수명이 연장되며 교환이 불필요한 제품을 실현할 수 있다.Therefore, the ceramic filter according to the present invention has a very high purification ability in which impurities are concentrated on the surface of the contaminated water during filtration and purification, and the impurities can be easily and well washed by backwashing. This makes it possible to realize a product which extends its life and does not require replacement.
더욱 본 발명에 의하면 피정화액이 유입되는 표면을 치밀하게 형성함으로써, 종래 필터와 달리 초미세입자층을 별도 형성하는 번거로움이 불필요하므로, 생산성의 향상과 제조비용의 절감을 실현할 수 있다.Further, according to the present invention, by forming the surface on which the purified liquid flows in dense form, it is unnecessary to separately form the ultrafine particle layer, unlike the conventional filter, thereby improving productivity and reducing manufacturing cost.
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| KR100445768B1 (en) | 2004-08-25 |
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