KR20040072018A - 고유량 절곡필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 여과용 절곡 필터에 관한 것으로서, 특히 종래의 제품에 비해 높은 제거 효율 및 동일면적당 여과유량을 향상시키는 것을 그 목적으로 하여 안출된 것이다.

본 발명은 여과매체 및 지지체를 다층상으로 절곡시켜 얻어지는 필터 여재층(3)과 외부케이지(2) 및 원통마개(1), 차단마개(4)로 구성된 액체여과용 절곡필터에 있어서, 여과매체의 유효 여과면적이 3 ~ 20㎡이고 내부코어가 없이 여과 유체가 필터의 내부에서 외부로 흐르도록 구성된 고유량 절곡필터에 관한 것이다.

Description

고유량 절곡필터 {PLEATED FILTER WITH HIGH FLOW RATE}

본 발명은 액체여과용 절곡필터에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는, 지지체와 다공성 여재로 구성된 다공성 필터여재층이 다층상으로 절곡되어 외부케이지(cage)에 장착되어 있는 구조의 고유량 절곡필터에 관한 것이다.

최근들어 과학이 고도로 발달함에 따라 대기, 수질 및 토양 오염문제가 사회문제로 떠오르게 되었으며, 그 중에서 수질의 오염은 인간이 먹고 마시는데 직접적인 영향을 주게 됨에 따라 문제의 심각성이 더 크게 부각되어 왔다. 따라서, 오염된 하수의 정화처리 방법과 일반수의 식음료 사용을 위한 정수처리 방법이 다양하게 연구되어 왔으며, 특히 역삼투막이나 한외여과막 등의 막을 이용한 수질처리시스템이 제안되어 사용되고 있다. 상기와 같은 수질처리시스템은 필터의 종류가 다양하고, 그 적용분야도 매우 광범위한데, 그중에서 정밀여과막의 경우는 수질처리시스템의 기초적 필터로서, 제조방법이 매우 다양하여 여러종류의 재질이 사용되고 있는 실정이다. 미국의 경우 폴,오스모닉스, 밀리포어, 일본의 도요여지, 칫소, 로키테크, 유럽의 멤텍과 파커사 등을 중심으로 부직포 및 다양한 종류의 합성수지막을 이용하여 절곡된 형태의 필터를 제조하여 판매하고 있으며, 국내에서는 현재 수입에 주로 의존하고 있는 실정이다.

산업이 고도로 발전하게 됨에 따라 제품들이 집적화, 정밀화되어 제조공정 뿐 만 아니라 일반 사무실의 쾌적한 환경을 조성하기 위하여 공조용 및 액체용 필터의 요구가 급속히 증대되었다. 그러나, 과거 공조용으로 사용되는 일반 장섬유 및 단섬유 부직포여재로 제조된 필터는 반도체 및 원자력발전소 등에서와 같이 공정수 사용이 많은 공정에 적용되기 어려웠고, 또한 잦은 필터 교체에 따른 공정액 및 교체시간 손실이 문제되었다. 이를 해결하기 위해 미국 및 일본 등지에서 멜트블론 부직포의 고기능화를 위한 필터 여재 개발 및 이에 따른 고용량 필터개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 멜트브론 부직포의 경우, 생산량 및 다기능성이 매우 크게 증가되는 추세이며, 그에 따라 적용 범위도 점차 확대되고 있는 실정이다.

액체용 필터는 크게 수처리용과 오일처리용으로 나눌수 있으나, 그 용도에 따라 세분화되어 각각의 용도에 따라 그 여재의 특성 또한 다양하게 요구되어 왔다. 액체용 필터의 경우, 원수에 포함되어 있는 다양한 미생물과 각종 중금속 및 화학 물질등을 높은 효율로 제거할 수 있고, 긴 사용주기를 갖는 필터가 절실히 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로는, 자신을 통하여 흐르는 유체로부터 하나 이상의 물질은 분리하기 위한 필터로, 종방향 축, 제1 및 제2단부면들과 복수의 종방향 주름들을 갖는 원통형 필터를 포함하는 액체 여과용 필터가 공지되어 있으나, 이 경우 여과면적이 작은 통상의 필터를 고유량 여과공정 적용시 잦은교체에 따른 시간손실, 교체시 여과액체손실 및 다량 폐기물발생등 여러 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 특히 기존의 다공성 필터매체를 이용하고 유체의 흐름을 안에서 밖으로 흐르도록 하여 상향 및 하향면에 다포집과 높은 제거효율 및 동일면적당 여과유량을 향상시킨 고유량 필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 절곡필터를 부분적으로 자른 단면도임.

＜도면의 주요부분에 대한 부호설명＞

1: 원통마개 2: 외부 케이지 3:필터여재층

4: 차단마개 A: 필터내부에서 외부로 흐르는 유체흐름

본 발명은 여과매체 및 지지체로 구성된 다공성 여재층이 다층상으로 절곡되어 있는 액체여과용 절곡필터에 있어서, 여과매체의 유효여과면적이 3 ~ 20㎡이고 여과유체가 필터의 내부에서 외부로 흐르도록 한 것을 특징으로 한 절곡필터에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명에서는 필터의 유효여과면적을 극대화하기 위해 도1에 나타낸 바와같이 종래 절곡 필터의 내부에 사용되는 내부코어(core)를 삽입시키지 않은 상태에서 외부케이지(2) 만으로 지지체와 다공성 여과매체로 구성된 필터여재층(3)의 형태를 유지시키고, 필터여재층(3)과 외부케이지(2)의 길이 방향의 상하 끝부분 중 유체가 유입되는 부위는 가운데 부위가 뚫려있는 원통마개(1)로 접합시키고 반대 부위는 가운데 부위가 막혀있는 차단마개(4)로 접합시킨 구조의 액체 여과용 절곡 필터를 개시한다. 따라서, 상기 구조를 지닌 필터는 내부코어(5)가 없기 때문에 유체의 흐름을 안에서 밖으로 흐르도록 할 수 있어 단위면적당 여과유량을 최대한 증대시키는 것이 가능하며 또한 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에 필터 장착, 탈착시 발생되는 경제적 손실을 최대한 줄일 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

본 발명에서 필터여재층(3)을 형성하는 지지체와 여과매체는 각각 3 ~ 5개층의 다층구조로 절곡시킨 것을 사용하는 것이 바람직하며, 그 재질로는 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리술폰계, 폴리테트라플루오르에틸렌계등의 고분자 재료로 된 섬유 필터매체 또는 부직포와 같은 다공성 필터매체가 사용 가능하다. 이 때 지지체는 평균 중량이 대략 30 ~ 90g/㎡이 바람직하나 본 발명에서는 특별히 제한되지 않으며, 마찬가지로 여과매체의 경우도 특별히 제한되지는 않으나 대략 50 ~ 200g/㎡, 평균기공크기 0.05 ~ 10㎛, 두께 30 ~ 300㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 절곡필터는 그 크기에 있어 유효 여과면적이 3.0 ~ 20.0㎡ 되도록 제작하는 것이 유리한데, 3.0㎡ 미만인 경우에는 고유량 발현이 어렵고 20.0㎡ 초과시에는 필터의 부피 증가에 의해 공정적용이 어렵고 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

이하에서 본 발명을 실시예 및 비교실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하며, 이 때 제반 물성의 측정은 하기 방법에 의해 행하였다.

(1)유량(flow rate): 순수 tank에 18megaΩ의 순수를 넣고, 초기압력에 따른 처리유량을 플로우미터로 측정하여 유효면적당 유량으로 환산하였다.(측정단위:GPM/PSID/M²)

(2)제거효율(Removal efficiency): 오수 탱크에 폴리스틸렌(polybead ™) bead를 넣고 일정비율로 순수와 섞어서 기어 펌프를 통하여 투여시킨후,upstream sensor를 통하여 필터 통과전의 입자 수를 입자크기별로 측정한후, 필터를 통과한 유체를 downstream sensor를 통하여 유체의 입자수를 측정하여 입자개수의 변화로 측정하였다.(측정단위:%, β-ratio)

(3)버블포인트(Bubble point): 필터여재의 모든 공극에 액체가 찰 정도로 충분히 적신후, 압력을 천천히 가하면 공극에 거품이 생기는데 이때 거품이 터질때의 압력을 측정하여 필터여재의 최대 공극 크기를 평가하였다.(측정단위:PSID)

(4)필터여재 기공크기: ASTM 평가 규격인 F316-86, E1294-89 방법에 의하여 폴리프로필렌을 가공한 후 여재 상태에서의 기공크기를 평가하였다. 즉, 미국 PMI의 포어윅(Porewick)(표면장력: 16 DYNES/㎝)에 평가할 가공된 필터 여재를 충분히 적신후 25℃에서 천천히 압력을 증가 시키면서 공기투과도를 측정하고, 기공표면의거품이 최초 터질때의 압력을 측정하여 기공의 분포량 및 크기를 평가하였다.

[실시예 1]

평량 90g/㎡, 평균두께 150㎛ , 평균기공 1.8㎛의 폴리프로필렌 재질의 부직포를 제 1여과매체로 하였고, 평량이 90g/㎡이고, 평균두께가 140㎛이고, 평균기공 1.2㎛의 폴리프로필렌 재질의 부직포를 제 2여과매체로 하였다. 상기 제 1여과매체와 제 2여과매체의 상향 및 하향면 지지체를 폴리프로필렌 장섬유 부직포로 하여 4층의 필터여재층으로 하고, 여과매체의 유효 여과면적 6㎡ 조건에서 통상의 방법으로 절곡, 절단 및 초음파 공정을 거친 후 외부케이지(cage)에 삽입시키고, 내부 코어는 없는 상태에서 원통마개와 차단마개를 장착한 후 열접합공정을 거쳐 절곡 필터를 제작하였다. 상기 필터의 유체의 흐름은 안에서 밖으로 향하도록 하였으며, 제거효율 평가물질을 3 ㎛ 크기로 한 것에 대한 물성 및 순수투과 유량을 평가하여 결과를 표1에 명기하였다.

[실시예 2]

제2여과매체 평량을 90g/㎡, 평균두께 130㎛ , 평균기공 1.0㎛로 변경하고, 제거효율 평가물질을 1 ㎛으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 물성평가 결과를 표1에 명기하였다.

[비교 실시예 1]

여과매체의 유효 여과면적을 0.6㎡ 조건으로 하고, 내부 코어를 삽입시켰으며, 유체의 흐름을 밖에서 안으로 흐르도록 변경한 것 이외에는 실시예1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 물성평가 결과를 표1에 명기하였다.

[비교 실시예 2]

유체흐름을 밖에서 안으로 흐르게 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 물성평가 결과를 표1에 명기하였다.

[비교 실시예 3]

여과매체의 유효 여과면적을 6㎡ 에서 0.6㎡로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 물성평가 결과를 표1에 명기하였다.

[비교 실시예 4]

실시예 2에 있어서 유체흐름을 밖에서 안으로 흐르게 변경한 것 이외에는 실시예 2와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실시하였으며, 물성평가 결과를 표1에 명기하였다.

[표 1]

상기 실시예와 비교실시예의 결과에서 확인되듯이 본 발명에 따른 절곡필터는 여과면적이 작은 통상의 필터보다 유효면적을 극대화시키고 유체의 흐름을 필터 내부에서 외부로 흐르도록 하는 "인(in) →아웃(out)"의 여과방식으로 여과함으로써 단위면적당 여과유량의 증가 및 높은 제거효율을 동시에 달성할 수 있는 장점을 지닌다.

Claims (4)

1. 여과매체 및 지지체를 다층상으로 절곡시킨 필터여재층과 케이지 및 마개로 구성된 액체여과용 절곡필터에 있어서, 여과매체의 유효여과면적이 3 ~ 20㎡이고, 내부코어가 없이 여과유체가 필터의 내부에서 외부로 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 고유량 절곡필터.
2. 제 1항에 있어서, 여과매체 및 지지체는 3 ~ 5개층의 다층구조로 된 것임을 특징으로 하는 고유량 절곡필터.
3. 제 1항에 있어서, 지지체는 평균중량이 30 ~ 90g/㎡ 범위에 있고, 여과매체는 평균중량 50 ~ 200g/㎡, 평균기공크기 0.05 ~ 10㎛, 두께 30 ~ 300㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 고유량 절곡필터.
4. 제 1항에 있어서, 여과매체 및 지지체의 재질은 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 유리섬유계, 폴리술폰계, 폴리테트라플루오르에틸렌계 고분자 재료중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 고유량 절곡필터.