KR20110030110A - 정수필터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 참숯 분말, 은첨활성탄, 바인더 및 세라믹볼을 혼합하여 수돗물 등을 정수하기 위한 것으로, 참숯 분말 및 은첨활성탄을 함께 압축, 성형하여 수돗물에 포함되어 있는 미생물, 잔류염소, 휘발성 유기오염물질, 등의 불순물을 보다 효율적으로 제거하고, 몸에 이로운 미네랄을 용출하여 물맛을 좋게 하기 위한 정수필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

필터, 정수, 참숯, 미네랄, 은첨활성탄

Description

정수필터 및 그 제조방법{PURIFIER FILTER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 참숯을 이용하여 물을 정수하는 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

물은 인체의 약 70중량% 차지하고 있는 액체로서, 생명현상에 꼭 필요한 물질이다. 하지만 환경오염으로 인하여 이러한 물에는 유기물질, 무기물질 및 유해물질 등의 오염물질이 포함되어 있어서 바로 마시기에는 부적합하다.

특히, 현대사회에서 가장 일반적으로 접할 수 있는 물인 수돗물의 경우, 상수원수에 유입된 오염물질이 정수처리 과정에서 걸러지지 않거나 배수관 및 급수관의 노후화로 인하여 오염물질이 생성되는 수돗물의 2차 오염(tap water contamination)이 발생되어 수도전에서 음용시 인체에 해롭지 않은 물을 공급하기 위한 정수장치가 필요하다.

또한, 건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 단순히 해롭지 않은 물이 아니라 인체에 이로운 물질을 포함하고 있는 물을 필요로 하게 되었다.

그리하여 물에 포함되어 있는 오염물질을 제거하고 인체에 이로운 물질을 포함시키기 위한 선행기술로는 대한민국 등록특허10-0785686호(발명의 명칭: 고성능 카본블럭 필터의 제조방법) 등이 있다.

하지만 상기 인용기술은 PE 바인더, 분말활성탄 및 세라믹 파우더를 구성성분으로 한 압출필터를 이용하여 물을 정수하는 기술을 개시하고 있으나, 이러한 압축필터 자체는 80% 이상의 탄소를 함유하고 있는 유기물 덩어리인 활성탄을 주재료로 사용하기 때문에, 압축필터를 장기간(최소 6개월 이상) 사용할 경우 압축필터의 내부에 미생물이 발생하는 문제점이 있다.

그리고 압축필터에 발생된 미생물이 활성탄의 유기물을 먹이원으로 사용함으로써 암모니아성 질소 등의 분해산물이 형성되는 문제점을 그대로 노출하고 있다.

또한, 정수된 물에 미네랄을 공급하기 위한 세라믹 파우더를 PE 바인더 및 분말활성탄과 함께 혼합하여 200℃ 이상의 높은 온도에서 압축하기 때문에 PE 바인더가 활성탄의 기공을 막고, 세라믹 파우더의 용출을 억제하여 미네랄이 제대로 공급되지 못하는 문제점이 있다.

아울러 PE 바인더 등과 같은 바인더의 함량을 30% 이상 사용함으로써 활성탄의 기공이 막혀 흡착효율이 낮아지는 문제점을 가지고 있다.

그리고 활성탄 및 세라믹 파우더를 200℃ 이상의 높은 온도에서 압축함으로 인하여 보론가스(boron gas)가 생성되고 이러한 보론가스가 수중에 용해되어 먹는 물 수질기준에서 건강상 위해영향 물질로 규제하고 있는 보론으로 검출되는 문제점이 있다.

또한, 개별적인 금형을 사용하여 필터를 제작하기 때문에 정수장치에 사용되는 필터의 크기가 달라질 경우 추가적으로 금형을 제작해야 하는 등 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 필터를 장기간 사용하여 발생되는 미생물로 인한 2차 오염을 방지하고 필터의 제조과정에서 발생되는 유해물질을 억제하며, 미네랄 등와 같은 인체에 이로운 물질을 효과적으로 용출시키는 동시에 생산단가를 절감하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수필터 제조방법은 분말상태의 분말재료를 혼합하는 재료혼합단계; 상기 재료혼합단계를 통하여 혼합된 분말재료를 내부에 구멍이 형성되도록 가열 후 압출(押出)하여 고형필터를 제조하는 고형필터제조단계; 상기 고형필터제조단계를 통하여 제조된 고형필터를 상온에서 냉각 후 일정한 크기로 절단하여 블록필터를 제조하는 블록필터제조단계; 및 상기 블록필터제조단계를 통하여 제조된 블록필터의 구멍에 미네랄의 용출을 위한 세라믹볼을 채우는 세라믹볼첨가단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 고형필터제조단계에서 형성되는 상기 구멍은 상기 고형필터의 내부에 중공 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 재료혼합단계에서 혼합되는 분말재료는 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 분말재료는 상기 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더의 중량비가 22:65:13의 비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹볼첨가단계에서 첨가되는 세라믹볼은 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼을 포함하며, 상기 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼의 중량비가 50:12:20:18의 비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수필터는 분말상태의 분말재료가 압착 후 절단되어 형성된 블록필터; 및 미네랄의 용출을 위한 적어도 하나 이상의 세라믹볼; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 블록필터는 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블록필터는 상기 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더의 중량비가 22:65:13의 비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 세라믹볼은 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼을 포함하며, 상기 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼의 중량비가 50:12:20:18의 비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블록필터의 내부에는 상기 블록필터를 통해 정수된 물이 지나가는 수로가 형성되고, 상기 수로에는 상기 세라믹볼이 채워진 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정수필터는 천연재료인 참숯을 이용하여 물에 포함되어 있는 잔류염소, 휘발성 유기오염물질을 제거할 뿐만 아니라, 참숯 자체의 항균효과 및 함께 혼합되는 은첨활성탄의 항균 작용을 통해 필터의 2차 오염을 방지함과 동시에 정수된 물에 미네랄 등을 첨가하여 인체에 이로운 물을 공급하고 좋은 물맛을 내는 효과가 있다.

그리고 금형제작에 소요되는 비용 및 시간을 절약하여 생산단가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더를 통하여 항균작용이 추가된 필터를 제공할 뿐만 아니라, 천연 미네랄을 공급하는 효과가 있다.

그리고 필터의 기초성분인 바인더의 함량을 낮추고 참숯 백탄을 첨가함으로써 물에 포함되어 있는 녹, 유기물 및 무기물 등의 유해물질을 보다 효율적으로 제거하는 효과가 있다.

또한, 필터의 내부에 중공 형태로 마련되어 물이 이송되는 수로에 세라믹볼을 첨가함으로써 물의 이송 및 미네랄 용출이 동시에 진행되는 효과가 있다.

그리고 참숯 백탄, 화석산호 및 산호사 등의 천연 물질을 사용하기 때문에 친환경적인 효과가 있으며, 이를 통하여 웰빙 미네랄 워터(well-being mineral water)를 공급하는 효과가 있다.

아울러 본 발명에 따른 정수필터 제조방법을 통하여 원하는 사용 용도 (정수 기, 연수기 등)에 따라 일정한 크기로 정수필터를 절단하여 사용할 수 있기 때문에 필터생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 이를 통하여 저렴한 정수필터의 공급이 가능하여 산업발전의 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

<구성에 대한 설명>

본 발명에 따른 정수필터(100)는 물에 포함되어 있는 오염물질을 제거하고, 인체에 이로운 물질을 포함한 물을 제공하는 기술에 관계한다.

도1은 본 발명에 따른 정수필터(100)를 도시한 사시도이며, 도2는 본 발명에 따른 정수필터(100)의 내부를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 정수필터는 블록필터(F) 및 세라믹볼(B)을 포함하여 이루어진다.

블록필터(F)는 분말 상태인 참숯, 은첨활성탄 및 바인더를 포함하는 분말재료가 압착 후 절단되어 마련된다.

참숯은 참나무 계열을 이용하여 제작한 숯으로써, 본 발명에 따른 분말재료에 사용되는 참숯은 다수의 미세기공을 형성하고 있는 참숯이라면 참숯 흑탄 또는 참숯 백탄 중 어떠한 참숯이라도 가능하지만 일반적인 참숯 흑탄에 비해 고온에서 생성되기 때문에 다수의 미세기공들이 형성되어 있으며, 표면의 찌그러짐이 많이 발생하여 표면적이 증가한 참숯 백탄이 바람직하다.

참숯 백탄은 참나무 등을 1,000 ℃ 내외의 가마에서 탄재(炭材)의 열분해를 진행시킨 후 하얗게 달아오른 숯을 가마 밖으로 끄집어 내어 흙, 재 및 숯가루 등을 섞어 물에 적신 소분(消粉)을 끼얹어 생성하는 것으로써, 이러한 미세기공 등을 활성화시킨 참숯 백탄은 흡착력 및 흡수력이 뛰어나 오염물질이 포함된 물을 정화하거나 흡수 후 정화된 상태로 배출하며, 항균작용이 우수하여 물에 포함되어 있는 미생물을 제거한다. 또한, 칼슘 및 칼륨과 같은 천연 미네랄 성분이 풍부하기 때문에 참숯 백탄을 통과하는 물에 천연 미네랄을 공급한다.

아울러 참숯 백탄은 다량의 음이온(약 31~118개/cc)을 방출하기 때문에 환경오염물질인 양이온을 제거하며, 인체에 꼭 필요한 음이온을 공급한다. 또한, 음이온의 항균작용을 통하여 미생물을 억제한다.

이와 같이 참숯 백탄은 미세기공, 음이온, 원적외선을 통하여 물을 정수하고 인체에 이로운 물질을 물에 공급한다.

은첨활성탄은 목재, 숯, 목탄 등의 탄소질에 활성화제를 첨가하여 흡착, 흡수 및 탈취 등의 기능을 향상시킨 활성탄에 항균작용이 뛰어한 은을 첨가한 것으로써, 물에 포함되어 있는 녹 등의 불순물 및 유기오염물질을 제거하고, 미네랄을 용출하며, 필터내 항균기능을 한다. 아울러 원활한 항균기능을 위하여 은첨활성탄에 포함되어 있는 은의 함유량은 0.06%인 것이 바람직하다.

바인더는 필터를 블록의 형태로 제조하기 위한 것으로써, 참숯 백탄 및 활성탄의 연결사슬을 형성시키는 접착제 역할을 한다.

이러한 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더는 적절한 함량으로 혼합되어 분말재료를 형성하는데 이를 보다 상세히 설명하면, 참숯 백탄 17~27중량부, 은첨활성탄 60~70중량부 및 바인더 8~18중량부의 배합비를 갖으며, 물에 포함되어 있는 유해성분의 양 및 블록필터의 정화능력을 고려하여 참숯 백탄 22%, 은첨활성탄 65% 및 바인더 13%의 중량비를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 물에 포함되어 있는 유해성분의 크기를 고려하여 참숯 백탄의 크기는 60*100mesh로 이루어지는 것이 바람직하며, 은첨활성탄의 크기는 80*325mesh로 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러 분말재료를 통하여 형성된 블록필터의 내부에는 정수된 물이 원활히 이송될 수 있도록 수로(W)가 마련되는 것이 바람직하며, 이러한 수로(W)는 원기둥형태의 중공으로 이루어지는 것이 바람직하다.

세라믹볼(B)은 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼 등이 혼합되어 마련되며 미네랄의 용출을 통하여 물맛을 개선한다.

사이언스볼은 규산알루미늄 계열로 이루어지며, 미세한 구멍이 다수개 형성되어 있어서 미립물질을 흡착할 수 있으며, 이온교환성질 및 알칼리성 증가 능력이 있다. 따라서, 물질의 탈취 또는 정수 등에 사용된다.

미네랄볼은 탄산칼슘과 화석산호 성분으로 이루어지며, 다수개의 미세한 구멍을 통하여 유입된 물에 포함되어 있는 단백질, 인 및 질소 등의 물질을 흡수 제 거 하며, 미세한 구멍을 통하여 지나가는 물에 칼슘 등의 미네랄을 공급한다.

항균볼은 규산마그네슘을 담체(carrier)로 하여 은, 아연 등이 포함되어 있는 물질로써, 세라믹볼(B)을 통과하는 물에 포함되어 있는 세균 등을 제거한다.

산호사세라믹볼은 탄산칼슘으로 구성된 산호사를 이용하여 마련되며, 산호사에 형성된 기공을 통과하는 물에 칼슘을 공급한다.

아울러 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼은 통과하는 물에 미네랄 등의 물질을 공급하기 위하여 적절한 함량으로 혼합되어 세라믹볼(B)을 형성하는데 이를 보다 상세히 설명하면, 사이언스볼 76~84중량부, 미네랄볼 6~14중량부, 산호사세라믹볼 1~9중량부 및 항균볼 1~9중량부의 배합비를 갖으며, 바람직하게는 사이언스볼 50%, 미네랄볼 12%, 산호사세라믹볼 20% 및 항균볼 18%의 중량비를 갖는다.

이와 같은 세라믹볼(B)은 블록필터(F)의 미세기공으로 인하여 미네랄이 걸러지는 것을 방지하고 정수된 물에 미네랄을 공급하기 위하여 블록필터(F)의 내부에 형성된 수로에 채워지는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹볼(B)의 형태는 수로(W)를 통하여 이송되는 물의 역류 및 수로(W)의 막힘을 방지할 수 있는 형태면 어떠한 형태라도 가능하지만 다수의 공극을 형성할 수 있는 구(球, sphere)의 형태로 마련되는 것이 바람직하다.

즉, 도3에 도시된 바와 같이, 세라믹볼(B)은 블록필터(F)를 통과 후 정수된 물이 수로를 따라 흐르는 과정에서 미네랄이 용출되도록 배치된다.

<방법에 대한 설명>

이하에서는 상기에서 설명한 블록필터(F) 및 세라믹볼(B)을 이용한 정수필터(100)의 제조방법에 대해 도4에 도시된 흐름도를 따라 편의상 순서를 붙여 설명하되, 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다.

1. 재료혼합단계<S401>

분말 상태의 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더로 이루어지는 분말재료를 혼합한다. 이때, 미생물로 인한 오염 방지 및 항균효과를 위해 은첨활성탄과 참숯 백탄은 60~70중량부 및 17~27중량부의 배합비를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 바인더로 인하여 은첨활성탄의 미세기공이 막히는 것을 방지하기 위하여 바인더는 8~18중량부의 배합비를 갖는 것이 바람직하다.

2. 재료삽입단계<S402>

단계S401을 통해 마련된 분말재료를 압력을 가하여 고형필터(미도시)를 뽑아내기 위한 압출(押出)기에 삽입한다.

이때, 압출기는 분말재료의 내부에 구멍 또는 수로(W)를 형성하기 위한 기둥(미도시) 등을 포함하고 있는 것이 바람직하다.

이러한 구멍 또는 수로(W)를 통하여 정수된 물이 원활히 이송될 수 있다.

3. 온도조절단계<S403>

단계S402를 통하여 삽입된 분말재료를 가열하기 위하여 압출기의 온도를 150℃ 내지 250℃로 가열한다. 이때, 분말재료의 가열시간 및 결합력 등을 고려하여 온도를 180℃로 유지하는 것이 바람직하다.

아울러 압출기의 온도를 180℃로 유지하기 때문에 바인더로 인하여 은첨활성탄의 미세기공이 막히는 것을 방지하고 미네랄의 용출을 원활히 한다.

또한, 보론가스의 생성을 억제하여 먹는 물 수질기준에서 건강상 위해영향 물질로 규제하고 있는 보론이 검출되는 것을 방지한다.

4. 고형필터제조단계<S404>

단계S403에서 가열된 분말재료를 일정한 속력으로 압출하여 고형필터(미도시)를 생성한다. 이때, 분말재료의 강도 및 경제성을 고려하여 300mm/min의 속력(1시간에 18m)으로 압출하는 것이 바람직하다.

이와 같은 압출을 통하여 고형필터(미도시)를 생성함으로써, 개별적인 금형을 사용하여 필터를 제작하는데 소요되는 금형제작 비용 및 시간을 절약할 수 있으며, 별도의 금형을 제작하지 않고 원하는 크기의 고형필터(미도시)를 제조할 수 있다. 또한, 단계S403을 통하여 가열된 압출기를 이용하여 연속으로 분말재료를 가열하기 때문에 분말재료가 삽입될 때마다 압축기를 재가열하는 것을 방지하여 분말재료의 온도를 조절하기 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

5. 냉각단계<S405>

단계S403 및 단계S404를 통하여 제조된 고형필터(미도시)를 상온(20~25℃)에서 냉각시켜 열기를 제거한다.

6. 블록필터제조단계<S406>

단계S405를 통하여 열기가 제거된 고형필터(미도시)를 사용 용도 (정수기, 연수기 등)에 따라 일정한 크기로 절단하여 블록필터(F)를 제조한다.

7. 세라믹볼첨가단계<S407>

단계S406을 거쳐 일정한 크기로 절단된 블록필터(F)의 구멍 또는 수로(W)에 미네랄을 공급하기 위한 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼을 혼합하여 형성된 세라믹볼(B)을 첨가한다.

이와 같이 세라믹볼(B)을 단계S406 이후에 첨가하기 때문에 사용용도(정수기, 연수기 등)에 따른 적정한 수량의 세라믹볼을 첨가할 수 있다.

또한, 미리 형성된 블록필터의 구멍 또는 수로에 세라믹볼을 첨가하기 때문에, 분말재료와 세라믹볼을 함께 혼합하여 제조할 경우 발생되는 현상(세라믹볼에서 용출된 미네랄이 블록필터를 통해 걸러지는 것)을 방지할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 정수필터의 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 정수필터의 단면도이다.

도3은 본 발명에 따른 정수필터의 작동상태를 나타낸 작동상태도이다.

도3은 본 발명에 따른 정수필터 제조방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>

100 : 정수필터

F : 블록필터 B : 세라믹볼

W : 수로

Claims (10)

1. 분말상태의 분말재료를 혼합하는 재료혼합단계;

   상기 재료혼합단계를 통하여 혼합된 분말재료를 내부에 구멍이 형성되도록 가열 후 압출(押出)하여 고형필터를 제조하는 고형필터제조단계;

   상기 고형필터제조단계를 통하여 제조된 고형필터를 상온에서 냉각 후 일정한 크기로 절단하여 블록필터를 제조하는 블록필터제조단계; 및

   상기 블록필터제조단계를 통하여 제조된 블록필터의 구멍에 미네랄의 용출을 위한 세라믹볼을 채우는 세라믹볼첨가단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   정수필터 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고형필터제조단계에서 형성되는 상기 구멍은 상기 고형필터의 내부에 중공 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는

   정수필터 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 재료혼합단계에서 혼합되는 분말재료는 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는

   정수필터 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 분말재료는 상기 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더의 중량비가 22:65:13의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는

   정수필터 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 세라믹볼첨가단계에서 첨가되는 세라믹볼은 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼을 포함하며,

   상기 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼의 중량비가 50:12:20:18의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는

   정수필터 제조방법.
6. 분말상태의 분말재료가 압착 후 절단되어 형성된 블록필터; 및

   미네랄의 용출을 위한 적어도 하나 이상의 세라믹볼; 을 포함하는 것을 특징으로 하는

   정수필터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 블록필터는 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더를 포함하는 것을 특징으 로 하는

   정수필터.
8. 제7항에 있어서,

   상기 블록필터는 상기 참숯 백탄, 은첨활성탄 및 바인더의 중량비가 22:65:13의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는

   정수필터.
9. 제6항에 있어서,

   상기 세라믹볼은 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼을 포함하며,

   상기 사이언스볼, 미네랄볼, 항균볼 및 산호사세라믹볼의 중량비가 50:12:20:18의 비율로 배합되는 것을 특징으로 하는

   정수필터.
10. 제6항에 있어서,

    상기 블록필터의 내부에는 상기 블록필터를 통해 정수된 물이 지나가는 수로가 형성되고,

    상기 수로에는 상기 세라믹볼이 채워진 것을 특징으로 하는

    정수필터.

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