KR200364904Y1 - 여과부와 침전부를 일체로 갖는 상향류식 여과장치 - Google Patents

Abstract

본고안은 여과부와 침전부를 일체형으로 갖는 상향류식 여과장치에 관한 것이다.

본고안은 유체 속에 함유되어 있는 부유고형물을 고도의 정밀도로 여과 및 역 세정 시킬 수 있는 필터층을 갖고 여과부의 특정 부위에는 전자석 및 영구자석이 설치되어 항상 균일한 조건에서 여과 및 역세 조건을 제공하는 여과부를 이루고 여과부 하부로는 침전조가 일체로 형성되어 유입수 중의 비중이 있는 물질을 아래로 침전 및 제거시키면서 항상 일정한 조건에서 균일한 처리수를 얻을 수 있는 여과 및 역세 가능한 상향류식 여과장치에 관한 것이다.

본고안의 여과장치는 상부로는 원통형으로 되어 가변필터층이 내장되고 하부로는 콘형으로 하우징을 이루도록 설계되어 여과장치의 중하부에서 유입되는 원수 중의 무거운 부유물질은 하부로 침전 제거시키고 상등수는 가변 필터층을 통하여 여과수를 상부로 배출시키는 상 향류식 구조의 정밀 여과장치이다.

Description

여과부와 침전부를 일체로 갖는 상향류식 여과장치{Upstream filtering apparatus}

각종 수처리를 위한 정수처리과정에서는 각종 부유물을 제거하기 위한 여과처리 또는 각종 오·폐수 처리에서의 고도처리(즉, 활성탄, 오존, 광촉매, 막분리 처리)하기 전의 전처리, 또는 1차 사용했던 물을 재활용하기 위한 목적의 각종 수처리에는 유체(특히 물) 속에 포함되어 있는 부유고형물을 여과하는 정밀여과장치 (Micro Filter)가 사용되고 있다.

또한 일반 가정용 정수기에서도 다양한 여과장치가 적용되어 사용되고 있다.

이러한 용도로 사용되는 정밀여과장치는 여과를 수행하는 필터의 세공구조가 일정한 크기로 제작되므로 일정시간 운전한 후에는 여과된 오염물에 의해서 세공이 막히게 되면 역세척이 불가능하게 되거나 역 세척 회복율이 극히 저조하여 대부분의 정밀여과장치는 필터를 일정주기로 교환하지 않으면 안 되었다.

또한 역세를 하고자 하는 경우 필터층의 기공을 에어로만 변동을 주기 때문에 진동 등의 효과가 없어 이물질의 제거에 효율이 떨어지고 이로 인하여 역세주기가 빠르게 되며 결과적으로 청수의 소비량이 많게 되는 문제점을 갖고 있었다.

본고안은 상기의 문제점을 감안하여 여과부와 침전부를 일체형으로 갖는 상향류식 여과장치를 제공하고자 하는 것이다.

본고안은 유체 속에 함유되어 있는 부유고형물을 고도의 정밀도로 여과 및 역 세정 시킬 수 있는 필터층을 갖고 여과부의 특정 부위에는 전자석 및 영구자석이 설치되어 항상 균일한 조건에서 여과 및 역세 조건을 제공하는 여과부를 이루고 여과부 하부로는 침전조가 일체로 형성되어 유입수 중의 비중이 있는 물질을 아래로 침전 및 제거시키면서 항상 일정한 조건에서 균일한 처리수를 얻을 수 있는 여과 및 역세 가능한 상향류식 여과장치를 제공하고자 하는 것이다.

본고안의 여과장치는 상향류식으로 필터의 압착방향을 바꾸어주고 여과부의 특정 부위에는 전자석 및 영구자석이 설치되어 항상 균일한 조건에서 여과를 수행하며 여과부 하부 하우징은 콘형으로 침전부를 이루어 무거운 부유물질을 하부로 침전 배출시키며 상등수만을 여과를 수행하고, 역세 시에는 내용물 전량을 하부로 배출시킬 수 있는 구조의 정밀 여과장치에 관한 것이다. 여과부 하부 하우징은 콘형으로 침전부에 와류를 형성시켜 원심분리 기능을 부여하여 유입원수를 여과하기 전에 필터에 손상을 줄 수 있는 철분가루, 녹가루, 흙탕물속에 잔존하는 모래 등을 침전시켜 제거하고 상등수로만 여과를 실시함으로서 필터의 수명을 연장하고 잦은 고장을 방지하고 역세주기를 늘려주므로 이로 인해 여과시간을 연장시킬 수 있으며 궁극적으로 경제성을 찾으면서도 양질의 수질을 얻을 수 있는 여과장치를 제공하고자 하는 것이다.

기존 하향류식 여과장치는 비중이 있는 부유물질(철가루, 녹분, 흙탕물, 모래 등)이 유입되는 경우 이의 배출구가 없이 필터내부에 축적이 되어 필터층의 장애를 유발하고 또한 강한 공기와 함께 역세를 수행 시에는 극세섬유 필터에 손상을 주어 필터의 수명을 단축시키며 잦은 고장을 일으키고 필터의 교환주기를 빠르게 하고 균일한 여과수질을 얻기가 어려웠으며 그 만큼 역세주기도 빠르게 되어 부작용이 많았었다.

상기 문제를 해결하기 위하여 기존의 여과장치에서는 여과조 앞에 별도의 침전조 등을 설치하여 비중이 있는 모래나 흙탕물 중의 진흙성분을 침전시키고 상등수 만을 여과조에 보내 처리하는 경우도 시도 되어 사용되기도 하였다.

또한 종래에도 일부에서 여과 및 역세정을 한 반응조에서 실시하고자 하는 여과장치가 개시 되었으나 종래의 여과장치는 원수가 유입되면 필터층이 수압으로 압착될 시 화이버나 위사 등으로 이루어진 필터층이 충분히 압착되기 전에 일부가 미여과 상태로 배출구로 유출될 우려가 있었으며 원수의 공급이 연속되어 정상적으로 필터링이 될 때는 정상 여과상태를 유지하다가 공급 중단 상태가 되면 필터층이 탄성과 부력으로 다시 부상되었다가 원수가 재 투입이 되는 경우에 수압에 따라 다시 압착층을 이루는 식으로 주변 여건에 따라 수시로 배출환경이 다르게 되므로 초기의 수질과 중간의 수질이 각각 다르게 방류되어 수질의 균일화 및 안정화를 이루지 못하는 결과를 가져왔었다.

고안인은 이를 해결하고자 여러 장치를 만들어보고 여러 방법을 시도하게 되었고 그 중 전자석이나 영구자석을 이용하여 테스트 한 결과 일정기준의 수질을 얻을 수 있으며 여과부와 침전부를 일체형으로 갖는 상향류식 여과장치를 제공하므로서 필터의 수명을 대폭 개선 시킬 수 있음을 확인하고 본고안을 완성하게 된 것이다.

따라서 본고안은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 유체의 여과나 역세정시에 여과장치에 전자석 및 영구자석을 부설하여 항상 일정한 처리수를 제공하며 또한 여과부와 침전부를 일체형으로 갖는 상향류식 여과장치를 제공하므로서 필터의 수명을 대폭 개선 시키고자 하는 것이다.

본고안의 여과장치는 원수가 여과장치의 중 하단에서 하향경사를 갖고 유입되도록 설치되고 유입 원수는 저면으로 와류를 형성하며 돌다가 모래 등의 비중을 갖는 이물질은 침전시켜 하부로 제거시키며 상등수는 필터층을 통하여 여과되고 원수 유입수의 수압에 의해 필터층 압착이 이루어지고 상단의 특정부에 이르렀을 때 자력감응에 의해 필터위치가 고정 형성되어 수압 등 다른 조건에 영향을 받지 않고 항상 일정한 압착층을 형성하여 균일 수질의 여과수를 제공할 수 있게 되는 여과장치를 이루게 된다.

또한 역세시에는 처리수 배출구를 통해 역세수를 주입하게 되면 압착된 필터층은 여과원통체 하부로 다시 복귀하게 되는데 이때 하방에서 나팔관 모양의 공기 분사관으로 공기를 주입하여 공기 버블에 의해 난류를 형성시키며 상하 진동을 형성시키거나 또는 가변 필터층이 특정 부위에 작동. 적용될 수 있도록 여과장치 용기 외부에 전자석을 설치하고 용기 내부에서 가변 필터층을 인도하는 상부롤러부에 대응자력을 보유하도록 하여 상하 진동을 형성시켜 필터 사이에 끼어있는 오염물질을 완벽하게 하향으로 배출시키는 역세를 실시하는 구조를 이루게 된다.

또한 본고안의 여과장치는 가정용 정수기, 산업용 정수기에 전처리 장치로 얼마든지 확대 적용될 수 있으며 전자석을 이용하므로 항상 균일하게 안정적인 정제수를 제공하는 여과장치에 응용되어 사용될 수 있을 것이다.

도1은 본고안의 여과부와 침전부를 일체로 갖는 상향류식 여과장치의 사시도.

도2는 도1의 단면도.

도3은 도1의 여과동작을 보여주는 작동 상태도.

도4는 도1의 역세정의 부분동작을 보여주는 작동 상태도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

1 : 여과부와 침전부를 일체로 갖는 상향류식 여과장치

10 : 여과부 (=가변필터링부) 11 : 전자석 A

12 : 전자석 B 13 : 전자석 C

20 : 침전부 21 : 원수유입관

22 : 여과수 배출구 23 : 공기분사판

24 : 하부 배출구 25 : 내부 투시창

26 : 밴드부 B 27 : 하부 홀더부

30 : 가변 필터링부(=여과부) 31 : 필터층

32 : 상부홀더부 33 : 하부홀더부

34 : 영구자석 35 : 밴드 A

36 : 밴드 B 37 : 공기주입밸브

38 : 에어벤트 밸브

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본고안은 유체 속에 함유되어 있는 부유고형물을 여과 및 역세시키는 방법으로 여과장치 상부로는 필터층을 감싸는 구조의 원통형상을 이루고 하부로는 콘형 깔대기 구조를 이루어 원수가 여과장치의 중 하단에서 하향경사를 이루도록 유입되고 유입 원수는 저면으로 와류를 형성하며 선회하다가 모래 등의 비중을 갖는 이물질은 하부로 침전시켜 제거되고 상등수는 필터층을 통하여 여과를 이루되 유입원수의 수압에 의해 필터층 압착이 이루어지고 상단의 특정위치에 이르렀을 때 자력감응에 의해 필터위치가 고정되도록 함으로서 수압 등 다른 외부조건에 영향을 받지 않고 항상 일정한 압착층을 형성하여 균일 수질의 여과수를 얻을 수 있으며, 처리수 배출구를 통해 세정수를 주입하는 역세 시에는 필터층이 원래의 위치로 복귀한 상태에서 여과장치 하부의 공기주입관 으로부터 인입된 공기가 나팔관 모양의 공기 분사관을 통하여 분산공기를 주입하며 공기 버블에 의해 난류를 형성시키고 상하 진동을 형성시키든지 또는 가변 필터층이 특정 부위에 작동, 적용될 수 있도록 여과장치 용기 외부에 전자석을 설치하고 용기 내부에서 가변 필터층을 인도하는 상부롤러부에 대응자력을 보유하도록 하여 상하 진동을 형성시켜 필터 사이에 끼어있는 오염물질을 완벽하게 하향으로 배출시키는 역세를 실시하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한 본고안은 원통 형상을 이루며 여과 및 역세기능을 수행하는 여과장치에서 여과장치 상부로는 필터층을 감싸는 구조의 원통형상을 이루어 여과 및 역세기능을 담당하고 하부로는 콘형 깔대기 구조를 이루어 부유물을 침전시키는 구조를 이루며, 여과장치의 중 하단에서 하향경사를 이루도록 원수유입관이 설치되고, 여과장치 필터링부의 외부 특정부에는 전자석이 설치되고 필터링부 내부의 하부홀더부에는 영구자석이 설치되어 이들이 상호 연계되고 여과나 역세 수행 시 필터층을 원하는 위치에 고정시켜 수압이나 유체의 흐름에 영향을 받지 않고 항상 일정 압착층을 형성하여 일정수질의 여과수를 얻거나 역세를 실시하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 여과 및 역세장치를 제공하고자 하는 것이다.

본고안의 기술사상을 보다 상세히 설명하기 위하여 제시된 도면에 의해 구체적으로 설명하여 보면,

도1 에서는 본고안의 여과부와 침전부를 일체로 갖는 상향류식 여과장치의 사시도를 나타내고 있다.

여과장치(1)은 외부로 전자석(11)을 갖는 여과부(10)와 침전부(20)로 이루어지고 여과부(10)와 침전부(20)사이에 하향각도를 이루며 유입원수를 공급하는 원수유입구(21), 여과부(10)를 거쳐 여과수를 배출하는 상부배출구(22), 침전 부유물을 제거하는 하부배출구(24), 침전부유물을 확인할 수 있는 투명창(25)을 나타내고 있다.

본고안의 도2는 도1의 단면도로서 본고안의 여과 및 역세기능을 감당하는 여과장치(1)가 상부로는 원통형상을 이루며 가변 필터층(30)을 갖는 여과부(10)와 하부로는 콘형 깔대기 구조를 이루는 침전부(20)로 이루어지고, 여과장치(1)의 중 하단부에서 하향경사를 이루도록 원수유입관(21)이 설치되고 여과된 처리수를 배출하는 배출구(22)를 상부로 갖는 상향류식 여과장치로 유입수의 상등수는 필터층 (31)을 통하여 여과를 이루되 가변 필터링부(30)는 필터층(31)을 리드하는 하부홀더부(33)를 갖되 이 하부홀더부는 유입 원수의 수류를 균일하게 분산시켜 수류를 안정화시키는 기능을 가짐과 동시에 여과부(10) 외부에 설치된 전자석(11)에 대응하는 영구자석(34)이 하부홀더부의 외주연에 삽설되어 외부 전자석(11)과 대응되도록 설치되고 또한 상부홀더부(32)와 하부홀더부(33)사이에는 밴드 A(35), 밴드 B(36)로 인하여 화이버나 위사 등으로 이루어지는 필터층(31)과 체결되는 구조를 이루게 되어 상등수가 필터층을 통하여 여과될 시 원수 유입수의 수압에 의해 필터층 압착이 이루어지고 상단의 특정부(전자석11의 위치)에 이르렀을 때 자력감응에 의해 필터위치가 고정 형성되어 수압 등 다른 조건에 영향을 받지 않고 항상 일정한 압착층을 형성하여 균일 수질의 여과수를 제공할 수 있게 되는 것이다.

또한 역세를 수행하고자 하는 경우에는 필터층(31)하부로는 침전부(20)내에 공기분사판(23)이 설치되어 이 분사판(23)을 통하여 압축공기를 주입하여 공기 버블에 의해 난류를 형성시키며 필터층(31)을 세척하게 되는데 이때 역세수를 일정시간 유입, 정지를 반복하며 여과부(10)외부에 부착된 전자석12과 13사이에 자력에 의해 상하 진동을 반복시키면 더욱 효과적으로 필터 사이에 끼어있는 오염물질을 완벽하게 밖으로 배출시키며 역세정을 수행할 수 있음을 보여주고 있다.

본고안의 도3은 본고안의 여과실시 상태도를 나타내고 있다.

여과장치(1)의 중 하단부에서 하향경사를 이루도록 설치된 원수유입관(21)을 통하여 원수가 유입되고 유입 원수는 저면으로 와류를 형성하며 선회하다가 모래 등의 비중을 갖는 이물질은 하부로 가라앉히고 침전된 이물질은 이물질 제거밸브(24)를 통하여 수시 제거시키게 되며, 상등수는 필터층(31)을 통하여 여과를 수행하는 구조를 보이고 있는 것으로 가변 필터링부(30)의 필터층(31) 하부홀더부(33)에 삽설된 영구자석(34)이 여과부(10)의 외부에 설치된 전자석(11)과 대응하여 일정 압착층을 형성하여 여과수를 배출구(22)를 통하여 정제수를 제공하는 구조를 나타내고 있다.

본고안의 도4는 역세실시 상태도를 나타내고 있다.

역세를 수행하고자 하는 경우 여과처리수 배출구(22)로 세정수를 주입하여 침전물 제거구(24)로 역세수를 방류시키며 필터층(31)은 원위치로 회귀하게 되는데 필터층 하부로는 침전부(20)내에 공기분사판(23)이 설치되어 이 분사판(23)을 통하여 압축공기를 주입하여 공기 버블에 의해 난류를 형성시키며 필터층(31)을 세척하게 되는데 공기조절밸브(37)를 통하여 공기배출량을 조절하게 되며 역세수와 공기버블의 확산효율을 높이기 위하여 세정수를 수초동안 유입, 수초동안 정지를 반복하며 오염물질을 필터링부에 부착된 오염물질을 분리시키며 역 세정을 수행하거나 공기 버블에 의해 난류를 형성시키며 필터층(31)을 세척할 시 하부홀더부의 외주연에 삽설된 영구자석(34)과 여과부(10)외부로 부착된 전자석12과 13사이에 대응하는 자력을 연속 교호적으로 변화시켜 상하 진동을 반복시켜 줌으로 효과적으로 필터 사이에 끼어있는 오염물질을 완벽하게 분리시키고 오염물질배출구(24)를 통하여 밖으로 배출시키며 역세정을 수행할 수 있는 구조를 나타내 보여주고 있으며, 또한 침전부(20)의 이물질 적층상태를 외부에서 수시로 관찰하고 제거할수 있도록 침전부의 일부에 투시창(25)을 설치한 구조를 나타내고 있는바 이는 마치 실험실에서 세퍼레이터(Separator)를 이용하여 비중차가 있는 물질을 흔들어 혼합시킨 후 정치하여 잠금콕을 이용하여 분리해 냄과 똑 같은 기능을 수행하고자 함이다.

또한 이 투시창 뿐만 아니라 도1 내지 도4에 개시한 기술사상들은 서로간에 변형 적용 설치할 수 있음은 당업자에게 당연한 기술사상이고 본고안의 여과장치(1)와 그 기술사상은 가정용이나 산업용 정수기의 전처리 장치로 사용되는 UF(ultra filter) 나 NF(nano filter), RO(revers osmosis)필터 등의 전처리 시설로 적용되어 유용하게 사용될 수 있음 또한 당업자에게 자명한 기술사상이라 할 것이다.

이하 본고안의 사상을 보다 더 구체화하기 위하여 바람직한 실시예를 제시하고 그 결과를 제시한다.

(실시예1)

아래의 조건에서 타사제품(A)과 본고안품(B)을 실험을 하였다.

- 비교제품

A.타사제품 :165 X 1700m/m(하향류식-아래방향으로 압착하여 여과)

(역세수는 윗방향으로 배출)

B.본고안품 :100 X 900m/m(상향류식-윗방향으로 압착하여 여과)

(역세수는 아랫방향으로 배출)

- 실험조건 및 비교항목

1.실험조건은 동일한 원수와 모든조건을 동등하게하여 실험실시

2.비교항목

-처리유량,처리수질,역세수량,역세효율(역세후 초기유량 회복율)

3.시료:흙탕물(모래가 함유됨) 원수탁도 : 5NTU구분

[실험결과 분석]

*기존하향류식의 필터수명보다 2배이상 연장시킬수 있다.

- 비중이 1이상의 입자가 기존제품의 경우 역세시 엄청난 와류와 난류에의해 외부를 배출되기전에 화이버에 손상을 입혀 수명을 단축시킨다.(비중이 높은 경우 역방향으로 배출되기가 어려우며 시간이 흐를수록 내부에 축적이 되든지 처리수방향으로 배출이 된다.)

*본개발품은 위사항을 완벽하게 처리가 가능하며 이는 비중이 높은 경우 하부에서 1차적으로 걸음장치에 의해 제거가 된후 여과방향으로 진행되며 역세시에도 하향으로 역세수를 배출하기 때문에 비중이 높은 입자의 경우에는 100% 외부로 배출이 가능하다.

*위 데이터에서 보여주듯이 초기시설용량을 기존시설에 비해 50%가까이 축소가 가능하여 초기 설비비를 대폭 줄일수 있다. 또한 설비공간을 축소할수 있어 부수적인 공간 활용 및 부지절감효과도 기대할수 있다.

*역세수를 절감함으로서 제2의 오염부생성물을 줄이는 경제적효과를 기대할 수 있다.

본고안의 전자석 필터를 이용하게 되는 효과로서는 초기 원수 여과를 원할 시 사전에 전자석을 이용하여 여과에 필요 충분한 조건을 갖는 압착된 위치(전자석 11)에 필터층을 형성하여 놓은 후 원수가 투입되게 되므로 초기 원수의 필터링이 효과적으로 이루어질 수 있으며 또한 유입 원수중 이물질은저면으로 와류를 형성하며 돌다가 모래 등의 비중을 갖는 이물질은 침전시켜 하부로 제거시킬 수 있으며, 또한 여과중 원수의 공급이 중단되어도 필터링 면사나 화이버 필터층이 원위치되지 않도록 전자석이 붙잡아줌으로서 수질이 안정적으로 일정하게 정수효과를 얻을수 있으며 역세정을 실시하는 경우에는 정수장치의 하부가 콘형으로 되어 있어 이물질을 남김없이 제거시키며 역세정 시킬 수 있는 것으로 결과적으로 원수의 수압에 의해 정수의 량과 질에 전혀 변화가 없이 일정하게 항상 안정적으로 양질의 정수기능을 수행 할 수 있는 정수장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 원통 형상을 이루며 여과 및 역세기능을 수행하는 정수장치에 있어서,

   여과부와 침전부를 일체로 갖는 상향류식 여과장치.
2. 제1항에 있어서,

   여과장치의 여과부는 필터층을 감싸는 구조의 원통형상을 이루어 여과 및 역세기능을 담당하고 침전부는 콘형 깔대기 구조를 이루어 부유물을 침전시키는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 상향류식 여과장치.
3. 제1항에 있어서,

   여과장치의 중 하단에서 하향경사를 이루도록 원수유입관이 설치되고, 여과부의 외부 특정부에는 전자석이 설치되며 여과부 내부의 상부홀더부에는 영구자석이 설치되어 이들이 상호 감응하여 여과나 역세 수행 시 필터층을 원하는 위치에 고정시켜 수압이나 유체의 흐름에 영향을 받지 않고 항상 일정 압착층을 형성하여 일정수질의 여과수를 얻는 것을 특징으로 하는 상향류식 여과장치.