KR20070088702A - 여과 장치 - Google Patents

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KR20070088702A
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미노루 다시로
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가부시키가이샤 분리
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Abstract

여과 장치(10)는 오염액이 도입되는 여과조와, 다수의 금속구(35)를 이용하는 자성구 여과재(33)와, 자석(45)과, 승강 로드(50)를 구비하고 있다. 자성구 여과재(33)는 자성 재료로 이루어지는 다수의 구형의 금속구(35)를 집합시켜 이루어지며, 각 금속구(35)가 서로 움직일 수 있는 상태에서 여과재 수용부(32)에 수용되어 있다. 자석(45)은 자성구 여과재(33)에 대하여 제 1 위치와 제 2 위치로 상대 이동 가능하다. 상기 제 1 위치에 있어서, 금속구(35)에 자계를 부여하여, 각 금속구(35)끼리를 자기적으로 흡착시킴으로써, 금속구(35)끼리를 서로 고정한다. 상기 제 2 위치에 있어서, 각 금속구(35)끼리의 자기적인 흡착을 해제함으로써, 금속구(35)를 움직일 수 있는 상태로 한다. 자석(45)은, 승강 로드(50)에 의해 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치로 상대 이동하게 된다.

Description

여과 장치{FILTRATION DEVICE}
본 발명은, 미립자를 포함하는 오염액을 여과하기 위한 여과 장치에 관한 것이다.
예를 들어 정밀한 가공을 실행하는 공작 기계에서는, 가공부의 윤활 혹은 냉각을 위해 냉각제(coolant) 등의 액이 사용되고 있다. 이러한 종류의 액은 워크의 가공에 따라 절삭 가루 등이 혼입될 뿐만 아니라, 먼지, 카본 등의 미립자도 혼입되는 일이 있어 점차 더러워져 오염액이 되는 일을 피할 수 없다.
오염액을 여과하기 위해, 예를 들어 공작 기계로부터 생기는 절삭 칩을 필터 엘리먼트로서 전자 코일에 의해 자화시킴으로써, 오염액 중의 자성체 불순물을 포착하는 필터 장치가 제안되어 있다. 종래의 필터 장치가 일본 특허 공개 공보 평11-77479호 공보에 기재되어 있다.
상기 종래의 필터 장치는, 절삭 칩으로 이루어지는 필터 엘리먼트를 이용하므로 여과 정밀도의 격차가 크다. 게다가 여과할 수 있는 미립자는, 자성 재료로 이루어지는 칩 등 금속성의 미립자에 한정되어, 카본이나 알루미늄 등의 비자성체 미립자, 특히 수십 ㎛ 정도의 초미립자에 대해서는 여과 능력을 발휘할 수 없다.
또, 절삭 칩으로 이루어지는 필터 엘리먼트를 이용할 경우, 절삭 칩의 표면 상태가 매우 거칠기 때문에, 여과 능력이 저하되었을 때, 여과 능력을 회복시키기 위한 필터 엘리먼트의 세정을 하는 것이 곤란하다. 이로 인해 필터 엘리먼트(절삭 칩) 자체는 비용이 들지 않아도, 이 필터 엘리먼트(절삭 칩)를 빈번하게 교환할 필요가 있어, 그로 인한 수고와 비용이 높다고 하는 문제가 있었다.
발명의 요약
세정을 효과적으로 실행하기 위해서는 여과재의 표면이 매끄러운 쪽이 좋다. 그러나 일반 상식에서는, 여과 성능을 높이기 위해서는 여과재의 표면에 다수의 요철 혹은 포러스가 존재하는 것이 바람직하다고 생각되고 있으므로, 표면이 매끄러운 재료를 굳이 여과재에 사용하는 일은 없었다. 즉, 여과 효율과 세정하기 쉬움은 양립할 수 없다고 생각되고 있었다. 그러나 본 발명자가 예의 연구한 바에 의하면, 본 명세서에서 상세하게 서술한 바와 같이, 표면이 매끄러운 스틸 볼 등으로 이루어지는 구형의 자성 금속구와 자석을 조합함으로써, 정밀 여과에 적합하고 또한 세정이 용이한 고성능의 여과 장치를 얻을 수 있는 것을 찾아냈다.
본 발명의 목적은, 자성을 갖는 미립자뿐만 아니라 비자성의 미립자도 제거할 수 있고, 게다가 세정을 용이하게 실행할 수 있는 여과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 여과 장치는, 미립자를 포함하는 오염액을 여과하기 위한 여과 장치에 있어서, 상기 오염액이 도입되는 여과조와, 자성 재료로 이루어지는 다수의 구형의 금속구를 집합시켜 이루어지며, 각 금속구가 서로 움직일 수 있는 상태에서 상기 여과조의 내부에 수용된 자성구 여과재와, 상기 자성구 여과재에 대하여 제 1 위치와 제 2 위치로 상대 이동 가능하고 상기 제 1 위치에 있어서 상기 금속구에 자계를 부여함으로써 상기 각 금속구끼리를 자기적으로 흡착시켜서 서로 고정하고, 상기 제 2 위치에 있어서 상기 각 금속구끼리의 자기적인 흡착을 해제하는 자석과, 상기 자석을 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치로 상대 이동시키기 위한 유지 수단을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 자성구 여과재에 자계를 부여했을 때에 각 금속구가 서로 접한 상태에서 고정되고, 구면끼리의 접촉점을 향해서 속이 좁아진 협소한 간극이 형성된다. 이 간극 등에 미립자를 포획할 수 있으므로, 자성, 비자성을 막론하고 미립자를 포착할 수 있다. 게다가 자성구 여과재에 표면이 매끄러운 금속구를 이용하고 있으므로, 세정을 실행할 때에 자계를 해제해서 금속구끼리를 움직일 수 있는 상태로 함으로써, 금속구의 표면에 포착되어 있었던 미립자가 용이하게 금속구로부터 분리될 수 있어, 세정을 효과적으로 실행할 수 있다.
본 명세서에서 말하는「구」는 이상적으로는 기하학에서 말하는 구형의 입체이지만, 그 지름(구경)이나 진구도에 대해서, 구체를 제조하는 면에서의 오차 등의 불가피적 요인에 의한 다소의 격차가 있어도 지장은 없다. 상기 금속구의 일 예는, 표면이 매끄럽게 마무리된 스틸 볼이며, 이들 스틸 볼의 지름이 서로 동등한 것이 바람직하다. 그러나 서로 지름이 다른 복수 종류의 스틸 볼이 혼합되어 있어도 좋다.
상기 금속구는, 파형으로 형성된 메쉬 부재로 이루어지는 구획판 사이에 수용되면 좋다. 이 경우, 메쉬 부재의 구멍 지름을 상기 스틸 볼의 지름보다도 작게 한다. 이 구성에 의해, 메쉬 부재의 구멍이 스틸 볼에 의해 막혀 버리는 것을 회피할 수 있어, 액이 통과하는 개구부를 항상 확보할 수 있다.
상기 여과조는, 상기 자성구 여과재의 아래쪽에 형성된 오염실과, 상기 자성구 여과재의 위쪽에 형성된 클린실을 갖고 있으면 좋다. 이 경우, 상기 자성구 여과재의 세정시에 상기 클린실 내의 클린액이, 상기 자성구 여과재를 지나 상기 오염실로 낙하하게 된다. 상기 금속구간의 간극에 포착되어 있었던 미립자는, 이 액에 의해 씻겨져 버려, 슬러지 처리 장치 등으로 보내진다. 이렇게 함으로써, 필요에 따라 여과조 내의 클린액을 이용해서 자성구 여과재의 세정을 쉽게 실행할 수 있어, 여과 능력을 회복시킬 수 있다. 이 경우, 여과 장치를 그대로 세정에 이용할 수 있으므로 운전 비용이 저렴해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 여과 장치의 종단면도,
도 2는 도 1 중의 F2-F2선을 따르는 여과 장치의 종단면도,
도 3은 도 1에 도시된 여과 장치의 여과재 유닛의 일부를 확대해서 도시하는 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 여과 장치를 구비한 여과 설비의 여과시의 상태를 개략적으로 도시하는 단면도,
도 5는 도 1에 도시된 여과 장치의 자성구 여과재의 여과시의 작용을 도시하는 측면도,
도 6은 도 1에 도시된 여과 장치를 구비한 여과 설비의 세정시의 상태를 개략적으로 도시하는 단면도,
도 7은 도 1에 도시된 여과 장치의 자성구 여과재의 세정시의 작용을 도시하는 측면도,
도 8은 자성체 미립자를 포함하는 오염액의 여과 전과 여과 후의 미립자수를 도시한 도면,
도 9는 비자성체 미립자를 포함하는 오염액의 여과 전과 여과 후의 미립자수를 도시한 도면.
이하에 본 발명의 일 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조해서 설명한다.
도 1과 도 2에 도시된 여과 장치(10)는 여과조(11)와 여과재 유닛(12)을 구비하고 있다. 여과조(11)의 재료는 철계 등의 자성 재료이다. 여과조(11)의 상부에 커버 케이싱(13)이 마련되어 있다. 여과조(11)의 내부에, 여과재 유닛(12)의 아래쪽에 위치하는 오염실(15)과, 여과재 유닛(12)의 위쪽에 위치하는 클린실(16)이 형성되어 있다. 클린실(16)의 상부는 격벽(17)에 의해 기밀하게 폐색되어 있다.
여과조(11)의 하부에, 오염실(15)에 개방하는 오염액 입구(20)가 형성되어 있다. 여과해야 할 미립자를 포함하는 오염액은, 이 오염액 입구(20)로부터 오염실(15)로 도입된다. 여과조(11)의 상부에, 클린실(16)에 개구하는 클린액 출구(21)가 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 클린액 출구(21)에 클린액관(22)이 접속되어 있다. 이 클린액관(22)에, 대기압 개방 수단인 에어 밸브(23)를 구비한 에어 공급관(24)이 접속되어 있다. 에어 밸브(23)를 개방함으로써, 클린실(16)을 대기에 개방할 수 있다. 또, 에어 공급관(24)에 압착 공기의 공급원이 접속되어 있어도 좋다. 그 경우에는, 클린실(16) 내에 압착 공기를 공급할 수 있다. 여과조(11)의 바닥부에, 드레인 밸브(25)를 구비한 드레인 포트(26)가 마련되어 있다.
여과재 유닛(12)은 이하에 설명한 바와 같이 구성되어 있다.
도 3은 여과재 유닛(12)의 일부를 확대해서 도시한 단면도이다. 이 여과재 유닛(12)은, 파형으로 형성된 메쉬 부재(펀칭 메탈)로 이루어지는 구획판(30, 31)과, 이들 구획판(30, 31)에 의해 둘러싸이는 케이스인 여과재 수용부(32)와, 여과재 수용부(32)에 수용된 자성구 여과재(33)를 구비하고 있다.
구획판(30, 31)의 재료인 메쉬 부재의 구멍 지름(d)(도 3에 도시함)은, 후술하는 금속구(35)의 지름보다도 작다. 일 예로서, 금속구(35)의 지름이 2.2㎜ 혹은 2.8㎜인 경우에, 메쉬 부재의 구멍 지름(d)는 1.5㎜이다. 이로써, 메쉬 부재에 형성되어 있는 구멍이 금속구(35)에 의해 막혀 버리는 것을 회피할 수 있어, 액이 통과하는 개구부를 반드시 확보할 수 있다.
자성구 여과재(33)는 자성 재료로 이루어지는 다수의 구형의 금속구(예를 들어, 스틸 볼)(35)를 집합시킨 것이다. 이들 금속구(35)는 여과재 수용부(32)의 내부에 있어서, 자계를 부여하지 않는 자유 상태의 하에서는 서로 상대적으로 움직일 수 있게 수용되어 있다. 즉, 각 금속구(35)는 위쪽의 구획판(30)과 금속구(35) 사이에, 어느 정도의 간극이 존재하도록 여유를 가지게 해서 수용되어 있다. 이들 금속구(35)는 표면이 매끄럽게 마무리된 스틸 볼이다.
이들 금속구(35)는, 볼 베어링의 구름 이동 부재(볼)를 닮은 외관이다. 금속구(35)의 표면 조도나 지름 격차 등에 관해서, 볼 베어링만큼의 정밀도는 없어도 충분히 사용할 수 있다. 여과재 수용부(32)에 수용되는 모든 금속구(35)의 지름은, 서로 동등하다. 그러나 지름이 다른 복수 종류의 스틸 볼을 섞어서 사용하면 바람직한 경우도 있다.
이 여과재 유닛(12)에 자석 수용부(40)가 형성되어 있다. 자석 수용부(40)에 바닥이 있는 용기 형상을 이루는 자석 가이드(41)가 삽입되어 있다. 자석 가이드(41)는 자석 수용부(40)로부터 여과조(11)의 상부 부근까지 연장되어 있다.
자석 가이드(41)에 자석(45)이 수용되어 있다. 자석(45)의 일 예는, 강력한 영구자석이다. 이 자석(45)은 자석 가이드(41)를 따라 상하 방향으로 상대 이동하는 것이 가능하며, 자성구 여과재(33)에 대하여, 도 1에 실선으로 도시하는 하부측의 제 1 위치(A)와, 도 1에 2점 쇄선으로 도시하는 상부측의 제 2 위치(B)에 걸쳐 이동할 수 있다. 이 자석(45)은, 자성구 여과재(33)에 대하여 제 1 위치(A)에 있을 때, 금속구(35)에 자계를 부여함으로써 각 금속구(35)끼리를 자기적으로 흡착시켜서 서로 고정한다. 또한, 자석(45)이 제 2 위치(B)로 이동하면, 각 금속구(35)끼리의 자기적인 흡착이 해제되어, 금속구(35)가 이동할 수 있는 상태가 된다.
자석(45)을, 제 1 위치(A)와 제 2 위치(B)로 상대 이동시키기 위한 유지 수단은, 각 자석(45)에 부착된 승강 로드(50)와, 각 승강 로드(50)의 상단부끼리를 잇는 수평 방향의 연결 부재(51)와, 연결 부재(51)에 고정되어 위쪽으로 연장되는 조작 부재(52) 등을 구비하고 있다. 조작 부재(52)는, 수동 혹은 도시하지 않은 작동기에 의해 상하 방향으로 구동되어, 자석(45)을 상기 제 1 위치(A)와 제 2 위치(B)로 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다.
도 4와 도 6은, 상기 여과 장치(10)를 갖는 여과 설비(60)의 개요를 도시하고 있다. 이 여과 설비(60)는 오염 탱크(61)와, 클린 탱크(62)와, 상기 여과 장치(10)와, 슬러지 처리 장치(63) 등을 구비하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 여과해야 할 미립자를 포함하는 오염액(Q1)은, 펌프(65)와 배관(66) 및 밸브(67)를 지나 여과 장치(10)의 오염액 입구(20)에 공급된다. 여과 장치(10)의 클린실(16) 내의 클린액(Q2)은, 밸브(70)와 배관(71)을 지나 클린 탱크(62)로 회수된다.
오염액(Q1)을 여과하기 위한 여과 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 밸브(67, 70)를 개방하고, 드레인 밸브(25)를 폐쇄한다. 그리고 오염 탱크(61) 내의 오염액(Q1)을 펌프(65)에 의해 여과 장치(10)의 오염실(15)에 공급한다. 또한, 여과재(12)의 자석(45)을 상기 제 1 위치(A)(도 1에 도시함)로 이동시킴으로써, 자성구 여과재(33)에 자계를 부여한다.
이 자계에 의해, 도 5에 도시한 바와 같이 각 금속구(35)가 서로 접한 상태에서 고정되므로, 각 금속구(35)의 구면끼리의 접촉점(C)을 향해, 속이 좁은「쐐기 형상」의 협소한 간극(G)이 형성된다. 오염액(Q1)이 각 금속구(35) 사이의 접촉점(C) 부근을 흐를 때에, 이 간극(G)의 속 등에 미립자(S)가 들어가, 미립자(S)가 포착된다. 이로 인해, 자성, 비자성을 막론하고 미립자(S)를 포착할 수 있다. 이 미립자(S)가 자성체인 경우에는, 자석(45)에 의해 자기를 띤 금속구(35)의 표면에 미립자(S)를 부착시킬 수도 있다.
자성구 여과재(33)에 포착된 미립자(S)의 양이 늘어나면 여과 성능이 저하된다. 여과 성능을 회복시키기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정에서는 도 6에 도시한 바와 같이 밸브(67, 70)를 폐쇄하고, 에어 밸브(23)(도 2에 도시함)를 개방시킴으로써, 클린실(16)의 내부를 대기에 개방한다. 또 펌프(65)를 정지시키고, 드레인 밸브(25)를 개방시킨다. 여과재 유닛(12)의 자석(45)을 상기 제 2 위치(B)(도 1에 도시함)로 이동시킨다. 이와 같이 함으로써, 지금까지의 여과 공정에서 자성구 여과재(33)에 부여되고 있었던 자계가 해제되므로, 도 7에 과장해서 도시한 바와 같이 각 금속구(35)끼리가 움직일 수 있는 상태가 된다.
이와 같이 함으로써, 클린실(16) 내의 클린액(Q2)이, 자중에 의해 여과재 유닛(12)을 지나면서 오염실(15)을 향해 낙하한다. 이때, 에어 공급관(24)(도 2에 도시함)으로부터 압착 에어를 클린실(16)에 공급함으로써, 클린실(16) 내의 클린액(Q2)을 에어의 압력에 의해 빠르게 오염실(15)을 향해 밀어내도 좋다.
클린실(16)로부터 오염실(15)을 향해 클린액(Q2)이 흐름으로써, 금속구(35)의 표면이 클린액(Q2)에 의해 씻겨진다. 즉 도 7에 도시한 바와 같이, 구면 간의 간극(G')이 넓어진다. 이로 인해, 지금까지 금속구(35) 사이에 포착되어 있었던 미립자(S)가 금속구(35)의 매끄러운 표면으로부터 분리될 수 있어, 세정을 용이하게 또한 효과적으로 실행할 수 있다. 드레인 포트(26)로부터 슬러지 처리 장치(63)로 배출된 미립자 등을 대량으로 포함하는 슬러지는, 슬러지 처리 장치(63)에 의해 액으로부터 분리되어서 회수된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태의 여과 장치(10)는, 여과 능력이 저하되었을 때에, 필요에 따라서 여과조(11) 내의 클린액(Q2)을 이용해서 자성구 여과재(33)의 세정을 용이하게 또한 신속하게 행할 수 있고, 단시간에 여과 능력을 회복할 수 있다. 게다가 여과 장치(10) 자체를 그대로 이용해서 세정을 행할 수 있으므로, 운전 비용이 저렴해진다.
도 8은 상기 여과 장치(10)를 이용하여 실제로 샘플액을 여과한 경우에, 여과 전과 여과 후의 액 중의 미립자의 수를 광학 현미경에 의해 관찰한 결과를 도시하고 있다. 샘플액은 자성체 미립자(FCD·절삭 가루)가 혼입되어 있는 유성 냉각제액이며, 유량은 30리터/분이다.
여과 전의 오염액에서는, 등가원 지름이 2.6㎛로부터 56.8㎛까지 크기의 자성체 미립자가 다수 관찰되었다. 그러나 여과 후의 클린액에서는, 2.6㎛로부터 5.8㎛의 자성체 미립자가 소수 관찰된 것에 지나지 않아, 비교적 큰 미립자로부터 10㎛ 부근까지의 초미립자를 충분히 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 본 예에서는, 오염액의 SS 농도(mg/리터) 299ppm, 클린액의 SS 농도 4ppm에서, 미립자의 제거율(절삭 가루 제거율)이 98.7%였다.
도 9는 상기 여과 장치(10)를 이용하여 비자성체(알루미늄)로 이루어지는 미립자를 포함하는 수용성의 샘플액을 여과한 경우에, 액 중의 미립자의 수를 광학 현미경에 의해 관찰한 결과를 도시하고 있다. 유량은 20리터/분이다. 여과 전의 오염액에서는, 2.6㎛로부터 50.9㎛까지 크기의 미립자가 다수 관찰되었다. 그러나 여과 후의 클린액에서는, 2.6㎛로부터 9.8㎛의 비자성체 미립자가 소수 관찰된 것에 지나지 않아, 비교적 큰 미립자로부터 10㎛ 부근까지의 초미립자도 충분히 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 본 예에서는 오염액의 SS 농도가 123ppm, 클린액의 SS 농도가 2ppm에서, 미립자의 제거율이 98.4%였다.
본 발명을 실시하는 데 있어서, 여과조나 자성구 여과재의 금속구, 자석, 유지 수단 등의 본 발명의 구성 요소를, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경해서 실시할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (6)

  1. 미립자를 포함하는 오염액을 여과하기 위한 여과 장치에 있어서,
    상기 오염액이 도입되는 여과조(11)와,
    자성 재료로 이루어지는 다수의 구형의 금속구(35)를 집합시켜 이루어지며, 각 금속구(35)가 서로 움직일 수 있는 상태에서 상기 여과조(11)의 내부에 수용된 자성구 여과재(33)와,
    상기 자성구 여과재(33)에 대하여 제 1 위치와 제 2 위치로 상대 이동 가능하고, 상기 제 1 위치에 있어서 상기 금속구(35)에 자계를 부여함으로써 상기 각 금속구(35)끼리를 자기적으로 흡착시켜 서로 고정하고, 상기 제 2 위치에 있어서 상기 각 금속구(35)끼리의 자기적인 흡착을 해제하는 자석(45)과,
    상기 자석(45)을 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치로 상대 이동시키기 위한 보유 유지 수단(50)을 구비한 것을 특징으로 하는
    여과 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성구 여과재(33)를 구성하는 상기 금속구(35)는, 표면이 평활한 스틸 볼이며, 또한 이들 스틸 볼의 지름이 서로 동등한 것을 특징으로 하는
    여과 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성구 여과재(33)를 구성하는 상기 금속구(35)는, 표면이 평활한 스틸 볼이며, 또한 서로 지름이 다른 복수 종류의 스틸 볼이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는
    여과 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속구(35)는 파형으로 형성된 메쉬 부재로 이루어지는 구획판(30, 31)에 의해 둘러싸이는 여과재 수용부(32)에 수용되고, 상기 메쉬 부재의 구멍 지름이 상기 스틸 볼의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는
    여과 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속구(35)는 파형으로 형성된 메쉬 부재로 이루어지는 구획판(30, 31)에 의해 둘러싸이는 여과재 수용부(32)에 수용되고, 상기 메쉬 부재의 구멍 지름이 상기 스틸 볼의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는
    여과 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과조(11)는 상기 자성구 여과재(33)의 아래쪽에 형성되어 상기 오염 액을 도입하는 오염실(15)과, 상기 자성구 여과재(33)의 위쪽에 형성되어 상기 자성구 여과재(33)를 통해 여과된 클린액을 수용하는 클린실(16)을 갖고, 상기 자성구 여과재(33)의 세정시에 상기 클린실(16) 내의 클린액을 상기 자성구 여과재(33)를 지나 상기 오염실(15)로 낙하시킴으로써, 상기 금속구에 부착되어 있는 미립자를 씻어내는 것을 특징으로 하는
    여과 장치.
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