KR20090006213A

KR20090006213A - 주름형 필터 카트리지

Info

Publication number: KR20090006213A
Application number: KR1020087028712A
Authority: KR
Inventors: 요시끼 노무라
Original assignee: 엔테그리스, 아이엔씨.
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2009-01-14
Also published as: WO2007122909A1; US20090283468A1; TW200815086A; JPWO2007122909A1

Abstract

[과제] 본 발명은 필터 재료(다공질 여과막)의 단위 부피 당 표면적을 증대시킨 주름형 필터 카트리지이며, 동일한 부피에 대하여 종래보다 큰 유량을 가능하게 하는 필터 카트리지에 관한 것이다. [해결수단] 본 발명의 필터 카트리지는 주름 형성된 다공질막, 상기 막의 상류측의 주름 형성된 부직 네트, 상기 막의 하류측의 주름 형성된 직조 네트가 이들의 연부에서 함께 접합된 필터재를 수납한 필터 카트리지이다. 이 필터 카트리지는 주름 형성된 다공질막, 상기 막의 상류측의 주름 형성된 직조 네트, 상기 막의 하류측의 주름 형성된 직조 네트가 이들의 연부에서 함께 접합된 필터재를 수납한 기준 필터 카트리지에 비해 높은 유량을 갖는다.

주름형 필터 카트리지, 다공질막, 부직 네트, 직조 네트

Description

주름형 필터 카트리지{PLEATED FILTER CARTRIDGE}

본 발명은 주름형 필터 카트리지에 관한 것이다. 본 발명은 특히 필터 재료의 단위 부피 당 표면적을 증대시킨 주름형 필터 카트리지에 관한 것이다.

막형 필터 카트리지에서는, 필터 재료의 단위 부피 당 표면적을 증대시키기 위해 주름 형성이 이용되며, 그에 따라 카트리지의 입자 보유 용량을 향상시키게 된다. 이들 주름형 필터 카트리지에서는, 카트리지 내에서 드레인층 및 분리층으로서 부직포를 이용할 수 있다.

미국 특허 제5279731호는, 주름형 필터의 최적 성능을 달성하기 위해, 비교적 눈이 성긴 상류측 드레인층을 설치하여 주름 사이를 유체가 유통하기 위한 유체 통로와 고형분을 수집하기 위한 공간을 제공할 필요가 있다는 것을 기재하고 있다. 또한, 동 특허는, 비교적 눈이 성긴 하류측 드레인층을 설치하여 여과액을 내측 필터층으로부터 주름 사이를 유통시키는 것이 필요하고, 인가되는 압력에 대항하도록 필터 매체를 지지시키는 것이 필요하다는 것을 기재하고 있다. 또한, 동 특허에는, 종래부터 이들 드레인층이 필터막과는 별개로 필터막의 양면에 배치되는 부직포 또는 네트재로 형성된다고 기재되어 있다(GB-A-1460925호 참조).

미국 특허 제5543047호는, 상류측 드레인층과 하류측 드레인층이 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있는 2개의 드레인층을 구비한 필터를 기재하고 있다. 동 특허는, 양 드레인층이 실질적으로 동일한 면 방향(연부로부터 연부로의 방향)의 흐름 저항을 가질 때, 필터막을 횡단하는 압력 강하가 최소가 되고, 필터의 내용수명이 최장이 된다는 것을 기재하고 있다. 또한, 동 특허는, 드레인층이 동일한 재료로 제조되어 있는지의 여부에 상관없이, 동일한 면 방향의 흐름 저항을 갖도록 선택되는 것이 바람직하다는 것을 기재하고 있다. 제조를 용이하게 하기 위해서는 양 드레인층에 대하여 동일한 재료를 사용하는 것이 유리하며, 그에 따라 양 드레인층을 통과하는 동일한 연부 방향의 흐름 저항을 확보할 수 있다.

또한, 동 특허는, 상류측 및 하류측 드레인층이 상이한 특성을 가질 수도 있고, 이들의 특성은 원하는 작용을 얻기 위해 변경하는 것이 가능하다는 것을 기재하고 있다. 예를 들면, 용기 내에서 필터막의 여과 면적을 고정시키기 위해 필터재(필터막과 드레인층의 복합체)의 두께가 고정되어 있는 경우, 상류측 드레인층의 두께는 하류측 드레인층의 두께보다 두꺼워지는 경우가 있다.

특허 문헌 1: 미국 특허 제5279731호 명세서

특허 문헌 2: GB-A-1460925

특허 문헌 3: 미국 특허 제5543047호 명세서

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 필터 재료(다공질 여과막)의 단위 부피 당 표면적을 증대시킨 주름형 필터 카트리지이며, 동일한 부피에 대하여 종래보다 큰 유량을 가능하게 하는 필터 카트리지에 관한 것이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명의 한 형태에 따르면, 본 발명은 주름 형성된 다공질 여과막, 상기 막의 상류측에 배치된 주름 형성된 부직 네트 또는 천공 필름 네트, 상기 막의 하류측에 배치된 주름 형성된 직조 네트 또는 드레인층이 이들의 연부에 따라 서로 결합한 여과재를 갖는 필터 카트리지를 제공한다. 본 발명의 어느 실시 형태에서는, 상류측의 부직 네트 또는 천공 필름 네트의 두께가 카트리지를 유통하는 액체의 유량을 증대시키도록 선택된다. 다른 실시 형태에서는, 하류측 직조 네트의 두께보다 두꺼운 상류측의 부직 네트 또는 천공 필름 네트를 사용할 수 있다.

본 발명의 각종 형태에서 필터 카트리지는 임의의 부피를 갖고, 주름 형성된 다공질 여과막과, 상기 여과막의 상류측에 배치된 주름 형성된 직조 네트 또는 드레인층(이들 여과막과 양 네트는 모두 주름 형성되어 있으며, 이들의 연부에 따라 결합되어 있음)을 수용하고 있으며, 이 필터 카트리지를 흐르는 유체의 유량은 그것과 동일한 부피를 갖고, 동일한 주름수를 갖는 다공질막, 그 상류측에 설치된 주름 형성된 직조 네트 및 그 하류측에 설치된 주름 형성된 직조 네트로 이루어지는 기준(대조) 필터 카트리지보다 큰 유량을 허용한다.

본 발명의 어느 실시 형태에 따르면, 상류측에 부직 네트를 갖는 필터 카트리지는 제1 막 면적을 포함하고 있고, 상기 기준 필터 카트리지는 제2 막 면적을 포함하고 있고, 제1 막 면적/제2 막 면적의 비를 제1 막의 유량/제2 막의 유량의 비보다 작게 선택할 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기 부직 드레인층은 직조 드레인층과 동일한 주름 형성 장치를 이용하여 막과 함께 주름 가공될 수 있다.

본 발명의 어느 실시 형태에 따르면, 필터 카트리지는 막의 상류측에 직조 네트를 설치하고, 막의 하류측에 직조 네트를 설치한 고정 부피의 카트리지에 대한 막 면적의 더욱 큰 증대에 의해, 고정된 한 조의 흐름 조건 및 압력 조건하에 필터를 유통하는 유체 유량의 감소가 초래되는 부피를 갖는다.

본 발명의 어느 실시 형태에 따르면, 필터 카트리지는 막의 보유측에 직조 네트를 설치하고, 여과액측에 직조 네트를 설치한 주름 밀도의 더욱 큰 증대에 의해, 한 조의 고정된 공급 흐름 조건 및 압력 조건하에 필터를 유통하는 유체류의 감소가 초래되는 부피를 갖는다.

막의 상류측에 부직 네트를, 막의 하류측에 직조 네트를 가지면 보다 큰 면적의 막을 카트리지 내에 고밀도로 충전할 수 있으며, 그 결과 막의 상류측에 직조 네트를, 막의 하류측에 직조 네트를 갖는 동일한 부피의 기준 카트리지에 비해 큰 유량을 달성할 수 있다.

필터 카트리지의 다른 형태에서는, 막의 상류측에 부직 네트를 사용하지 않고 하류측에 직조 네트를 사용하면, 고정 부피에 대한 막 면적의 더욱 큰 증대가 한 조의 고정된 공급 흐름 조건 및 압력 조건하에 필터를 유통하는 유체 유량의 감소를 초래하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 어느 실시 형태에 따르면, 막의 보유측에 부직 네트를 사용하지 않고 여과액측에 직조 네트를 사용하여, 막의 주름 밀도(단위 원주 길이 당 주름수)를 더욱 증대시키면, 한 조의 고정된 공급 흐름 조건 및 압력 조건하에 필터를 유통하는 유체류의 감소가 발생한다.

본 발명의 이들 실시 형태는, 특히 막 면적의 더욱 큰 증대가 주름형 필터 카트리지의 흐름을 감소시키는 경우, 카트리지를 다공질막의 한쪽에 직조 네트를, 다른쪽에 부직 네트를 갖는 주름형 필터 카트리지를 사용함으로써, 필터 카트리지를 통과하는 흐름을 개선한다. 어느 실시 형태에서는, 막은 미세 다공질 평면형 시트이다. 부직 네트 재료는 다공질막의 내면 또는 외면에 배치할 수 있으며, 막과 함께 주름 형성될 수 있다.

하나의 형태의 주름형 필터 카트리지에서는 부직 재료를 막의 보유측에 배치할 수 있으며, 한편 직조 또는 비수축성의 재료를 포함하는 네트를 막의 여과액측에 배치할 수 있고, 이 조합체(적층체)는 함께 주름 형성될 수 있다. 하나의 형태의 주름형 필터 카트리지에서는 부직 재료를 막의 외측에 배치할 수 있으며, 한편 직조 또는 비수축성의 재료를 포함하는 네트는 막의 내측에 배치할 수 있고, 이 조합체(적층체)는 함께 주름 형성될 수 있다.

미세 다공질막의 케이지에 마주보는 상류측에 직조 네트를 배치하고, 코어에 마주보는 하류측에 직조 네트를 배치하는 조합은, 필터 카트리지의 일정한 부피(케이지와 코어 사이의 공간) 내에서 이용 가능한 막 면적을 증대시킬 수 있다. 본 발명의 어느 실시 형태에서 이용 가능한 유량과 여과 면적은, 동일한 주름 구조와 막 면적과 부피를 갖지만 다공질막의 양면에 직조 드레인층을 갖는 필터 카트리지에 비해, 어느 실시 형태에서는 약 18 ％ 이상, 다른 형태에서는 약 20 ％ 이상, 또 다른 형태에서는 약 30 ％ 이상, 또 다른 형태에서는 약 40 ％ 이상이나 증대시킬 수 있다.

어느 실시 형태에서는, 부직 네트 또는 천공 네트 재료를 사용할 수 있다. 이 부직 네트 또는 천공 네트는 직조 네트보다 두껍다. 부직 네트는 예를 들면 Dexmet 2TF9-100H 두께 270 ㎛, Dexmet 5TF8-105 두께 390 ㎛(상품명, 미국 소재의 Dexmet사 제조)를 사용할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 어떤 경우에는 부직 네트가 열가소성이고, 어떤 경우에는 접합 가능한 퍼플루오로화 재료이고, 어떤 경우에는 네트는 주름 형성이 가능하며, 다공질막과 연부에서 접합할 수 있는 열가소성 재료이다. 본 발명의 어느 실시 형태에서의 직조 재료로서는 열가소성 재료를 사용할 수 있지만, 이것으로 한정되지 않으며, 어떤 경우에는 Gunze(부직 네트의 상품명, 군제 가부시끼가이샤 제조)와 같은 퍼플루오로화 재료이다.

증가한 여과 면적 및/또는 유량은 유체 압력을 상승시키거나, 필터 카트리지의 치수를 증가시키지 않고 얻을 수 있다. 이에 따라 대형의 펌프를 사용하지 않고 처리 능력(작업 처리량)을 향상시키거나, 필터 카트리지의 설치 면적(풋프린트)을 증대시키지 않고 입자 보유 용량을 증대시킬 수 있다.

도 1은 각종 직조 네트 재료 및 부직 네트 재료에 대한 유량을 예시한다. 시험은 엔테그리스사(미국 소재)로부터 시판되어 있는 ATX 및 ATM 필터 카트리지를, 보다 다수의 주름을 갖고, 네트의 종류와 구성을 변경한 것에 대하여 실시하였다.

도 2는 미세 다공질막의 케이지에 마주보는 외측(상류측)에 직조 네트를, 코어에 마주보는 내측(하류측)에 직조 네트를 배치한 조합체(적층체)를 주름 형성하여, 필터 카트리지 내의 공간(케이지와 코어 사이의 공간)에서 이용할 수 있는 여과막 면적을 증대시킨 것을 예시한다.

도 2는 형식 A의 필터 카트리지가 작은 막 면적을 갖고, 동일한 부피의 형식 B의 카트리지보다 적은 주름(단위 원주 당 수)을 갖는 것을 나타낸다. 도 2는 주름 형성된 상류측 및 하류측막 표면에 있는 직조 네트에 대하여, 일정한 부피의 형식 A의 카트리지의 막 면적을 그와 동일한 부피의 형식 B의 카트리지를 형성하도록 증대시키면, 공급 조건이 일정한 경우 유체 흐름이 감소하는 것을 나타낸다.

이에 대하여, 본 발명에 따라 형식 A의 필터 카트리지의 막의 상류측에 주름 형성된 부직 네트를, 하류측에 주름 형성된 직조 네트를 접합하고, 일정한 부피의 형식 A의 카트리지의 막 면적을 동일한 일정 부피의 형식 B의 카트리지가 되도록 증대시키면, 일정한 공급 조건하에 증대된 유체류가 유도된다.

도 3은 본 발명의 실시 형태에 사용하는 필터 카트리지가 코어, 주름 형성된 내측 네트, 주름 형성된 막 및 지지 케이지 내측의 주름 형성된 외측 네트를 갖는 것을 예시한다.

도 4는 필터 카트리지의 코어와 케이지 사이의 공간(상하 단부판은 도시하지 않음) 내에 내측 및 상류측 네트에 접합된 주름 형성된 미세 구멍막을 수용한 상태를 예시하는 단면도이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 구성과 방법을 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 특정한 분자, 조성물, 방법 또는 방식으로 한정되지 않으며, 이들의 변형이 가능하다. 또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용한 것이며, 본 발명은 특허 청구의 범위에 의해 한정되는 경우를 제외하고는 제한되지 않는다.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 본 명세서에서 사용하는 기술 용어는 당업자에게 폭넓게 사용되고 있는 용어와 동일한 의미이다. 본 명세서에 기재되어 있는 방법 및 재료와 유사하거나 균등한 방법 및 재료는, 본 발명의 실시예의 실시 또는 시험에 사용할 수 있지만, 바람직한 방법, 장치 및 재료는 이하에 설명한다. 여기에 기재되는 모든 간행물은 인용에 의해 본 명세서의 일부가 된다. 이러한 인용은 본 발명이 선행 발명에 의한 개시에 대하여 신규가 아니면 인정되지 않는다.

본 발명의 하나의 실시 형태에서는 주름형 필터 카트리지, 특히 M형 주름(예를 들면 실용 실안 공개(소)62-87710과 같이, 코어측보다 케이지측에 많은 주름수가 설정된 것), W형 주름(코어측보다 케이지측에 적은 주름수가 설정된 것), 이들의 조합형의 주름을 갖는 필터 카트리지에 있어서의 유체의 흐름을 직조 네트 대신에 부직 네트 재료로 치환함으로써 개선하는 것이다. 부직 네트 재료는 다공질막의 내외면에 배치되며, 다공질막과 함께 주름 형성된다. 어느 실시 형태에서는 부직 네트 재료가 다공질막의 한쪽면에, 직조 또는 비수축성 네트 재료가 다른쪽면에 배치되며, 이 조합체가 주름 형성된다. 주름형 필터 카트리지의 다른 실시 형태에서는, 부직 네트 재료를 막의 필터 카트리지의 외면(외경면)에 마주보는 측에 배치하고, 직조 네트 재료 또는 비수축성 재료를 막의 필터 카트리지의 내면(내경면)에 마주보는 측에 배치하여, 이들 네트 재료와 막의 조합을 함께 주름 형성하여, 접합할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서의 필터 요소는, 유체의 여과를 행하기 위해 사용되는 주름 형성된 미세 다공질막을 포함하고 있다. 여과는, 미세 다공질막에 의한 체 분류나 막 내부로의 포착 등에 의한 입상물의 제거, 이온 교환 수지 또는 흡착제 또는 킬레이트제 등에 의한 불순물 분리 등을 포함한다. 본 발명의 어느 실시 형태에서는, 복수의 주름을 포함하는 주름 형성된 필터 요소가 관상 코어의 주위에 배치되어 원통체를 형성한다. 예를 들면, 도 4에 모식적인 단면도로 도시한 바와 같이, 각 주름은 코어로부터 필터 요소의 외면을 향해 신장되어 있다.

주름 밀도란, 카트리지의 단위 원주 길이 또는 단위 선 길이 당 주름수(주름의 피크로부터 피크의 수, 또는 밸리로부터 밸리의 수)를 나타낸다. 원주는 2개의 점을 연결하는 임의의 매끄러운 곡선이며, 원주 길이는 그의 길이이다. 어느 주름 구조에서는, 카트리지의 부피 내(원통형의 필터 카트리지의 케이지와 코어 사이의 공간)의 상류측 및 하류측 직조 네트 또는 드레인층을 갖는 막의 면적 또는 주름 밀도가 어느 임계값 이상의 값을 갖는다. 이 경우, 예를 들면 인접 주름의 각부(脚部)(코어측으로부터 케이지측까지의 여과막의 길이)는, 필터 카트리지 내의 막을 위해 이용할 수 있는 일정 부피의 필터 카트리지의 부피에 대하여 특정한 막 주름 밀도 이상이 되어 유량이 감소하기 시작하는 경우, 인접 주름은 서로 접촉하기 시작한다. 막의 상류측에 접착된 주름 형성된 부직 네트를 갖지 않고, 막의 하류측에 직조 네트를 갖는 카트리지의 부피에 대한 막 면적 또는 주름 밀도(단위 원주 길이 또는 선 길이 당 주름수)의 더욱 큰 증대는, 필터를 흐르는 유체 또는 액체의 흐름을 감소시킨다.

본 발명의 필터 카트리지를 제조하기 위해서는 각종 주름을 사용할 수 있다. 예를 들면, 한정하고자 하는 의도는 없지만, 주름에는 W형(높은 피크 사이에 케이지 내면에 도달하지 않는 낮은 피크가 있고, 코어측이 주름수가 많은 형태), M형(높은 피크 사이에 코어 외면에 도달하지 않는 밸리가 있고, 케이지측이 주름수가 많은 형태) 및 이들의 조합이 가능하다. 어느 실시예에서, 주름은 인접 주름이 밀착하는 밀착형(미국 특허 제5543047호 참조)일 수도 있다.

막 면적은 주름의 수와 그의 기하학적 면적에 따라 결정할 수 있다. 별도의 방법으로서, 막 면적은 동일한 구성의 주름 형성된 네트와 막을 대조 기준으로 하여 결정할 수 있다. 즉, 이 방법에서는 알려진 면적의 막을 갖는 필터 카트리지와 시험해야 하는 필터 카트리지 사이에서, 일정 압력에서의 유량을 비교하고, 미리 작성한 교정 곡선에 의해 막 면적을 결정한다.

표 1은 본 발명의 각종 실시예를 예시하는 것이며, 예를 들면 실시예 M3은, 주름 형성된 미세 다공질막의 상류측, 즉 보유측에 주름 형성된 부직 네트, 즉 드레인층을 설치하고, 하류측, 즉 여과액측에 주름 형성된 직조 네트, 즉 드레인층을 설치한 조합체의 예를 나타낸다. 표 1은 다른 필터 카트리지도 나타내고, 예를 들면, 실시예 M1은 M3과 동일한 주름 구조를 갖지만 동일한 카트리지 부피에 대하여 상이한 막 면적을 갖고, 직조 드레인층을 막의 양측에 설치한 것을 예시한다.

표 1 및 도 1은, 예를 들면 실시예 X1과 X4와 같이 일정 부피의 카트리지에 대하여, X4는 막의 상류측에 부직 네트를 설치하고, 막의 하류측에 직조 네트를 사용함으로써, 막 면적이 X1 내지 X4로 증대하고, 그에 따라 한 조의 고정된 흐름 공급 및 압력 조건하에 필터 카트리지를 흐르는 유체가 증대된 결과가 된다는 것을 나타내고 있다. 막 면적이 X1에 대하여 13121 ㎠에서 16632 ㎠로 증대된 것은, 상류측 및 하류측의 직조 네트 또는 드레인층이 사용된 경우, 상류측에 부직 네트 또는 드레인층이 사용되는 본 발명의 실시 형태에 비해, 그다지 증대된 유량은 얻어지지 않는다는 것을 나타낸다. 또한, 버블 포인트 압력은 막의 공경에 반비례하며, 유체와 막의 표면 장력과 접촉각에 비례한다. 따라서, 유체와 막의 재질이 일정하면 버블 포인트 압력의 역수가 공경에 비례한다.

표 1 및 도 1은, 예를 들면 실시예 M1 및 M2 또는 M3과 같이, 일정 부피의 카트리지에 있어서 막 면적의 M1로부터 M2 또는 M3으로의 더욱 큰 증가에 대하여, 막의 상류측에 부직 네트를 사용하고, 막의 하류측에 변성 네트를 사용하면, 한 조의 고정된 흐름 공급 및 압력 조건하에 필터 카트리지를 통과하는 유체의 흐름이 증대된다는 것을 나타내고 있다. M1에 대한 18272 ㎠에서 23285 ㎠로의 막 면적의 증대는, 막의 상류측 및 하류측에 직조 네트 또는 층을 사용하면, 본 발명의 실시예에 비해 그다지 증대된 유량이 발생하지 않는다는 것을 나타낸다.

표 1 및 도 1은 본 발명의 실시예, 예를 들면 실시예 M3에 의한 필터 카트리지에 대한 막 면적을 제2 기준(종래) 필터 카트리지, 예를 들면 실시예 M1에 대한 막 면적으로 나눈 것은, M3의 예비 습윤된 경우의 유량을 M1의 예비 습윤된 경우의 유량으로 나눈 것보다 작다는 것을 나타내고 있다. 이것은 표면적의 근소한 상승으로 유량이 크게 증가되기 때문에 유리하다.

본 발명의 실시예에서는, 도 3에 단면으로 도시되어 있는 바와 같이 필터 카트리지 또는 필터 요소는, 코어 (3), 다공질막 (7)의 코어측 표면에 마주보는 내측(또는 하류측) 네트(드레인층) (5), 상기 다공질막 (7), 상기 다공질막 (7)의 케이지측의 표면에 마주보는 외측(또는 상류측) 네트(드레인층) (9) 및 상기 드레인층과 다공질막의 주위에 배치되는 상기 케이지 (11)로 구성된다. 필터 카트리지는 상하를 밀봉하는 단부캡(도 3에는 도시하지 않음)을 갖고, 이들 단부캡의 적어도 한쪽에는 유체를 위한 개구가 설치된다. 카트리지의 이들 부재(막 및 드레인층)의 단부는, 필터 카트리지에 충분한 일체성과 강도를 부여하는 적당한 수단, 예를 들면 융착 또는 포팅에 의해, 필터 카트리지의 한쪽 또는 양쪽 단부캡에 융착되어 일체의 필터 카트리지를 구성한다. 한쪽 또는 양쪽 단부캡은 카트리지를 매니폴드에 부착하거나(O링 또는 나사 등으로 한정되지 않음) 또는 결합하기 위해, 취부구(取付具)를 구비할 수 있다. 어느 실시예에서는, 필터 카트리지는 하우징과 함께 매니폴드에 결합할 수 있으며, 또는 단부캡의 한쪽 또는 양쪽에 매니폴드 및 상기 매니폴드에 설치할 수 있는 외부 하우징으로의 교환이 가능하도록 밀봉 부착하거나, 또는 제거할 수 있는 취부구를 설치할 수 있다.

상류측 부직층 및 하류측 직조층을 갖는 막 소재는 입자, 이온 또는 이들을 유체 또는 슬러리로부터 제거하기 위해 사용할 수 있다. 어느 실시 형태에서 막은 깊이 소재이며, 다른 실시 형태에서는 미세 다공질 소재이다. 소재는 주름형 필터 카트리지에서 사용되고 있는 임의의 재료로 각각 구성할 수 있다. 이들 재료는 종이, 기타 재생 셀룰로오스 또는 니트로셀룰로오스 등의 셀룰로오스 재료; 단독 중합체, 공중합체 및 삼원 중합체 등의 열가소성의 플라스틱, 예를 들면 폴리에틸렌(예를 들면 초고분자량 폴리에틸렌), 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; PVDF, PTFE 수지, PFA, ECTFE 및 기타 불소화 수지, 특히 퍼플루오로화 열가소성 수지; PVC, 나일론, 폴리아미드, 폴리술폰, 변성 폴리술폰(폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리페닐술폰 등), 폴리이미드, 폴리카르보네이트, PET, 이들의 조합 등이다.

미세 다공질막의 세공은 입자에 대하여 3LRV 이상의 체 유지율을 가질 수 있다. 입자 치수는 약 1 ㎛ 이하이며, 어느 실시 형태에서는 약 0.05 ㎛이고, 다른 실시 형태에서는 약 0.03 ㎛이다. 막은 그 표면에 이온 제거성 관능기, 흡착제 또는 교환성 재료(이온 교환 수지, 탄소 등)를 포함할 수 있다.

직조 네트는, 바람직하게는 단독 중합체, 공중합체 또는 삼원 중합체 등의 열가소성 재료이고, 예를 들면 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; PVDF, PTFE 수지, PFA, ECTFE 및 기타 불소화 수지, 특히 퍼플루오로화 열가소성 수지; PVC, 나일론, 폴리아미드, 폴리술폰, 변성 폴리술폰(폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리페닐술폰 등), 폴리이미드, 폴리카르보네이트, PET, 이들의 조합 등이다. 이러한 네트의 예는 Gunze 네트(상품명, 군제 가부시끼가이샤로부터 시판)이다. 직조 네트(네트는 막 지지체, 드레인층, 메쉬, 스크린으로도 불림)의 위치는 막의 하류측(내측, 여과액측, 투과측, 하류측으로도 불림)에 설치될 수 있다. 어느 실시예에서는, 부직 네트가 직조 네트보다 두껍다.

부직 네트 또는 개구 필름은 플라스틱제, 바람직하게는 열가소성 재료제이다. 이들의 한정되지 않는 재료의 예로는, 단독 중합체, 공중합체 및 삼원 중합체 등의 열가소성의 플라스틱, 예를 들면 폴리에틸렌(예를 들면 초고분자량 폴리에틸렌), 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; PVDF, PTFE 수지, PFA, ECTFE 및 기타 불소화 수지, 특히 퍼플루오로화 열가소성 수지; PVC, 나일론, 폴리아미드, 폴리술폰, 변성 폴리술폰(폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리페닐술폰 등), 폴리이미드, 폴리카르보네이트, PET, 이들의 조합 등이다. 천공 필름의 한정되지 않는 예는, Dexmet 2TF9-H100 0.27 t(두께 270 ㎛), Dexmet 5TF8-105 0.39t(두께 390 ㎛)(모두 미국 코네티컷 소재의 Dexmet사 제조) 등이 있다. 부직 네트(막 지지체, 드레인층, 메쉬, 스크린으로도 불림)는 막의 상류측 또는 보유측에 배치된다.

본 발명의 어느 실시 형태에서는, 부직 네트 드레인층이 직조 드레인층과 동일한 주름 형성 장치를 사용하여 막과 함께 주름 형성된다. 부직 네트 드레인층은 직조 네트와 동일한 주름 형성 장치에서 사용하는 경우, 직조 네트의 경우와 마찬가지로 정전기 소산(dissipation) 특성을 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 부직 또는 천공 네트를 직조 네트보다 두껍게 할 수 있다.

하류측 네트 또는 드레인층은 필터 장치의 코어에 근접하여 배치되며, 상류측 네트 또는 드레인층은 필터 장치의 케이지에 근접하여 배치할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 있어서 주름 형성된 막의 상류측에 부직 드레인층을 배치하면, 필터 매체끼리의 접촉이 방지되며, 유체는 주름 형성된 막의 실질적으로 모든 부분에 동일하게 유입되고, 그로부터 유출할 수 있다. 이렇게 하여 필터 매체가 높은 표면적을 여과를 위해 유효하게 이용할 수 있다.

필터 카트리지의 코어, 케이지 및 단부캡은 플라스틱으로 제작될 수 있다. 어느 실시 형태에서는 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 이들의 한정되지 않는 예로는, 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀의 공중합체 또는 삼원 중합체, 나일론, PTFE 수지, PFA, PVDF, ECTFE 및 기타 불소화 수지, 특히 퍼플루오로화 열가소성 수지, 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 변성 폴리술폰(폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰, 폴리페닐술폰 등), 이들의 혼합물이 있다.

도 1은 직조 및 부직 네트 재료의 각종 형태에 대한 물의 유량을 예시하는 그래프이다. 시험은 엔테그리스(미국 소재)로부터 시판되고 있는 ATX 및 ATM 필터 카트리지(상품명)를, 보다 다수의 주름과 각종 직조 및 부직 네트 배치를 갖는 것으로 개조한 것을 사용하여 행하였다.

X1 내지 X3은 도 2에 도시한 바와 같이, X4(타입 B)보다 좁은 전체 막 면적을 갖는 주름 구조를 갖는 ATX 카트리지(타입 A)를 나타낸다. 한편, X4(타입 B)는 도 2에 도시한 바와 같이 X1 내지 X3보다 높은 주름 밀도를 갖고, X1에 비해 약 27 ％ 큰 전체 막 면적과 약 18 ％ 증대된 유량을 갖는다.

표 1에서, M1은 X1 카트리지보다 약 40 ％ 큰 막 면적(18278 ㎠)을 갖는 ATM 카트리지이다. 그 주름 구조는 X1과는 상이하다.

X1 내지 X4에 대한 흐름 시험의 결과는, 네트의 종류와 위치(상류측 또는 하류측)가 유량에 영향을 준다는 것을 나타내고 있다. X3과 X4에 대한 결과는 주름 형성된 막의 상류측에 부직 또는 천공 필름을 배치하면, 고정된 카트리지의 부피에 대하여, 증대된 필터 면적에서 증대된 흐름이 가능해진다는 것을 나타내고 있다.

M1 내지 M3에 대한 흐름 시험의 결과는, 주름 형성된 막의 상류측에 부직 네트 또는 천공 필름을 배치하면, 고정 부피의 필터 카트리지에 대하여, 필터 면적의 증대로 증대된 유량이 가능해진다는 것을 나타내고 있다. M2의 결과는 주름의 상류측에 부직 네트를 배치하면, 27 ％ 증가된 필터 면적이 20 ％ 증가된 유량을 제공한다는 것을 나타내고 있다. M3의 결과는, 부직 네트를 주름 형성된 막의 상류측에 배치한 경우, 20 ％의 필터 면적의 증가가 약 32 내지 40 ％의 유량 증가를 제공한다는 것을 나타내고 있다. 이들의 결과는, 주름 형성된 여과막의 상류측에 부직 네트를 설치하고, 하류측에 직조 네트를 설치하고, 이들을 주름 구조 또는 막 면적과 조합하여, 장치를 유통하는 유체가 높은 유량을 제공할 수 있다는 것을 나타내고 있다.

이들의 결과는, 필터막의 상류측에 부직 네트를 및 하류측에 직조 네트를 설치하고, 이들을 주름 구조 및/또는 막 면적과 조합함으로써, 필터막의 상류측과 하류측에 직조 네트를 설치한 동일한 여과 장치에 비해, 보다 다량의 유체를 여과 장치에 통과시키는 것이 가능해진다는 것을 나타내고 있다. 유량의 이러한 증대가 네트 재료의 위치 및 주름 형성의 조합에 의해 얻어지는 것은, 종래에는 예측할 수 없었던 것이었다.

이들의 결과는, 필터막의 상류측 또는 보유측에 부직 네트를, 하류측 또는 여과액측에 직조 네트를 설치하고, 이들을 주름 구조(치수, 밀도, 형식(M형, W형 또는 이들의 조합))와 조합함으로써 필터막의 상류측과 하류측에 직조 네트를 설치한 동일한 여과 장치에 비해, 보다 다량의 유체를 여과 장치에 통과시키는 것이 가능해진다는 것을 나타내고 있다. 유량의 이러한 비선형인 증대가 네트 재료의 위치, 네트 재료의 형상 및 주름 밀도의 조합에 의해 얻어지는 것은, 종래에는 예측할 수 없었던 것이었다.

표 1은 상이한 구조의 직조 및 부직 지지체를 주름 형성함으로써 얻어지는 필터에 대한 필터 면적, 버블 포인트 및 유량을 나타낸다.

Gunze(상품명)는 두께가 200 ㎛인 직조 네트이고, Dexmet 2TF9-H100(상품명)은 두께가 270 ㎛인 부직 네트이다.

다공질막의 면적 증가율은 X 계열은 X1, X2의 평균값에 대한 증가 비율(％)이다. M 계열의 면적 증가율은 M1에 대한 증가 비율이다.

수동 버블 포인트는 버블의 발생을 관측한 시점에서의 다공질막의 상하류면간의 압력차이다.

결과는 도 1에 도시되어 있다. 유량 증가율(％)은 실험 X 계열은 X1과 X2의 평균값을 기준으로 한 증가율이고, 실험 M 계열은 M1을 기준으로 하였다. 본 발명은 기준 필터 카트리지에 비해 큰 처리 유량을 가능하게 한다는 것을 알 수 있었다.

본 발명을 몇 개의 바람직한 실시예에 관련하여 상세히 설명하였지만, 그 이외에도 변형예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 목적 및 청구의 범위의 범위는, 본 명세서의 기재, 바람직한 실시예 및 실시 양태로 한정되지 않는다.

[도 1] 주름 형성된 미세 다공질막의 양면에 각종 직조 및 부직 네트를 배치한 필터 카트리지에 있어서의 네트의 종류와 다공질막의 면적과 유량의 관계를 예시한다.

[도 2] 미세 다공질막의 케이지에 마주보는 외측(상류측)에 직조 네트를, 코어에 마주보는 내측(하류측)에 직조 네트 배치한 조합체를 주릅 형성하고, 필터 카트리지 내의 공간(케이지와 코어 사이의 공간)에서 이용할 수 있는 여과막 면적을 증대시키고, 주름 형성된 상류측 및 하류측막 표면에 있는 직조 네트에 대하여, 고정 부피의 카트리지의 형식 A에 형식 B의 카트리지를 제공하도록 막 면적을 증대시키면, 고정 공급 조건하에 유체 흐름을 감소시킬 수 있다는 것을 설명한다.

[도 3] 본 발명의 실시 형태에 사용하는 필터 카트리지가 코어, 주름 형성된 내측 네트, 주름 형성된 막 및 지지 케이지 내측의 주름 형성된 외측 네트를 갖는 것을 예시한다.

[도 4] 필터 카트리지의 코어와 케이지 사이의 공간(상하 단부판은 도시하지 않음) 내에 내측 및 상류측 네트에 접합된 주름 형성된 미세 구멍막을 수용한 상태를 예시하는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

3: 코어

5: 하류측 네트

7: 다공질막

9: 상류측 네트

11: 케이지

Claims

주름 형성된(pleated) 다공질막, 상기 막의 상류측의 주름 형성된 부직 네트, 상기 막의 하류측의 주름 형성된 직조 네트가 이들의 연부에서 함께 접합된 필터재를 수납한 필터 카트리지이며, 상기 필터 카트리지는, 주름 형성된 다공질막, 상기 막의 상류측의 주름 형성된 직조 네트, 상기 막의 하류측의 주름 형성된 직조 네트가 이들의 연부에서 함께 접합된 필터재를 수납한 기준 필터 카트리지의 유량에 비해 높은 유량을 갖는 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 필터 카트리지는 제1 막 면적을 갖고, 상기 기준 필터 카트리지는 제2 막 면적을 갖고, 상기 제1 막 면적/제2 막 면적의 비가 상기 필터 카트리지의 유량/상기 기준 필터 카트리지의 유량의 비보다 작은 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 부직 네트는 상기 막과 함께 상기 직조 네트와 동일한 주름 형성 장치(pleater)에 의해 주름 형성된 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 주름 형성된 다공질막, 상기 막의 상류측의 주름 형성된 직조 네트, 상기 막의 하류측의 주름 형성된 직조 네트가 이들의 연부에서 함께 접합된 상기 기준 필터재를 수납한 필터 카트리지는, 그의 부피가 일정한 상태에서 상기 막의 면적을 증가시키면, 일정한 유량 공급 및 압력 조건하에 필터 카트리지를 유통하는 유량이 감소하는 부피를 갖는 것인 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 주름 형성된 다공질막, 상기 막의 상류측의 주름 형성된 직조 네트, 상기 막의 하류측의 주름 형성된 직조 네트가 이들의 연부에서 함께 접합된 필터재를 수납한 기준 필터 카트리지는, 그 부피가 일정한 상태에서 상기 막의 주름 밀도를 증가시키면, 일정한 유량 및 압력 조건하에 필터 카트리지를 유통하는 유량이 감소하는 부피를 갖는 것인 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 다공질막은 평탄한 시트형의 미세 다공질막인 필터 카트리지.