KR20120027266A - 원통형 필터 - Google Patents

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KR20120027266A
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야마구찌 히로아끼
사또시 이시이
모리유끼 고마쯔
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

원통형 필터의 입자 포획 성능 및 분류 여과 능력을 향상시키기 위함이다. 원통형 필터는 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 포함하고 상호 상이한 내경을 갖는 복수의 원통형 제1 필터 섹션과 주요 성분으로서 수지 섬유를 각각 포함하고 상호 상이한 직경을 갖는 복수의 원통형 제2 필터 섹션을 적절히 조합함으로써 구성된 중공 원통형 필터 몸체를 포함한다. 제1 필터 섹션과 제2 필터 섹션은 동심방향으로 중첩 방식으로 배열되고 서로에 대해 반경방향으로 교대로 배열된다. 원통형 필터는 제1 및 제2 필터 섹션의 마주보는 축방향 단부에 고정되게 제공된 한 쌍의 밀봉 부재를 추가로 포함한다.

Description

원통형 필터{CYLINDRICAL FILTER}
본 발명은 원통형 필터에 관한 것이다.
액체 또는 기체용 여과 시스템의 분야에서, 중공 원통형 또는 관형 필터(하기에서 원통형 필터로서 지칭됨)가 종종 사용된다. 필터는 동심방향으로 중첩된 구조로 서로 연계되고 상이한 여과 기능을 갖는 복수의 필터 매체를 조립함으로써 구성된다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제55-024575호에는 열-융착성 복합 섬유로 구성된 고정된 폭의 섬유 층이 열-융착성 온도로 예비가열되고 권취 코어상으로 권취되어 시트-지지 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 "정밀 여과용 카트리지 필터를 제조하는 방법"이 기재된다. 섬유 층과 동일한 폭을 갖는 다공성 시트 물질이 적어도 1.5 회 섬유 층 둘레에 권취되어 정밀 여과 층을 형성한다. 그 후, 제2 섬유 층이 정밀 여과 층 둘레에 권취되어 예비-여과 층을 제공한다. 권취 코어는 그 뒤 제거된다.
일본 특허 공개 제09-122414호에는 "유리 섬유 부직포 층"이 정밀 여과 층인 전술된 일본 특허 공개 제55-024575호에 기재된 정밀 여과를 위한 카트리지 필터와 유사한 형상을 갖는 "원통형 필터"가 기재된다.
전술된 일본 특허 공개에 기재된 원통형 필터는 소위 무-코어 형상을 가지며, 전체 필터의 필요한 강성이 섬유 집합 층들을 열-융착 또는 접합함으로써 보장될 수 있기 때문에 권취 코어는 필터를 성형 및 냉각한 뒤에 제거될 수 있다.
또 한편으로는, 소위 코어-유형 원통형 필터, 즉 천공된 원통형 벽을 갖는 코어 상으로 열-융착성 복합 섬유를 포함하지 않는 통상 부직포 필터 매체를 권취함으로써 구성된 원통형 필터도 또한 공지되었다.
예를 들어, 일본 실용신안 공개 제01-170417호에는 부직포의 일 측면에 적용된 조대 네트(coarse net)와 함께 부직포를 천공된 코어 상으로 권취함으로써 구성된 "부직포 권취 및 박층형 카트리지 필터"가 기재된다.
또한, 일본 실용신안 공개 제07-009414호에는 전술된 일본 실용신안 공개 제01-170417호에 기재된 바와 같이 부직포 권취 및 박층형 카트리지 필터와 유사한 형상을 갖는 "다-층 여과 원통"이 기재된다. 그러나, 실용신안 공개 제07-009414호에는 부직포 층으로서 채택된 유리 섬유 부직포와 조대 네트로서의 유기 용매-저항 시트가 기재된다. 유리 섬유 부직 섬유들은 이들의 교차점에서 페놀 수지와 같은 유기 용매-저항 결합제에 의해 서로 접합된다.
통상적인 원통형 필터는 입자-포획 성능이 불충분할 수 있는 특정 응용예서 문제점을 나타낸다. 또한, 사전정해진 치수와 동일하거나 또는 이보다 큰 직경을 갖는 입자들을 포획하는 반면 사전정해진 치수보다 작은 직경을 갖는 입자들을 통과시키기 위한 소위 분류 여과 능력을 향상시키는 필터를 제공하는 것이 선호된다.
본 발명의 목적은 우수한 입자 포획 성능뿐만 아니라 우수한 분류 여과 능력을 갖는 원통형 필터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 상호 상이한 내경을 갖는 복수의 원통형 제1 필터 섹션 - 각각의 제1 필터 섹션은 주요 성분으로서 유리 섬유를 포함함 - ; 상호 상이한 내경을 갖는 복수의 원통형 제2 필터 섹션 - 각각의 제2 필터 섹션은 주요 성분으로서 수지 섬유를 포함하고, 상기 제2 필터 섹션은 동심방향으로 배치되고 상기 제1 필터 섹션에 대해 반경방향으로 교대로 배열됨 - ; 및 상기 제1 필터 섹션과 상기 제2 필터 섹션의 마주보는 축방향 단부상에 고정되게 제공된 한 쌍의 밀봉 부재를 포함하는 원통형 필터를 제공한다.
발명의 효과
본 발명에 따르는 원통형 필터는, 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 포함하는 복수의 제1 필터 섹션과 주요 성분으로서 수지 섬유를 각각 포함하는 복수의 제2 필터 섹션이 동심방향으로 배치되고 서로에 대해 반경방향으로 교대로 배열되는 형상을 갖기 때문에, 제1 및 제2 필터 섹션은 여과되는 유체에 대해 다층 방식으로 여과 능력을 나타낼 수 있다. 그 결과, 높은 수준의 입자 포획 성능이 원통형 필터에 부여될 수 있다. 각각의 제1 필터 섹션과 제2 필터 섹션이 성형 공정 또는 재료의 적절한 선택에 의해 원하는 여과 정밀도를 갖도록 설계 및 형성될 수 있기 때문에, 원하는 분류 여과 능력이 원통형 필터에 의해 달성될 수 있다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 제1 실시 양태에 따르는 원통형 필터를 도시하는 사시도;
<도 2>
도 2는 선 II-II을 따라 취해진, 도 1의 원통형 필터의 단면도;
<도 3>
도 3은 선 III-III을 따라 취해진, 도 1의 원통형 필터의 단면도;
<도 4>
도 4는 필터 몸체의 구조를 도시하는, 도 1의 원통형 필터의 단면도;
<도 5>
도 5는 본 발명의 제2 실시 양태에 따르는 원통형 필터를 도시하는 사시도;
<도 6>
도 6은 선 VI-VI을 따라 취해진, 도 5 원통형 필터의 단면도;
<도 7>
도 7은 선 VII-VII을 따라 취해진, 도 5 원통형 필터의 단면도;
<도 8>
도 8은 필터 몸체의 구조를 도시하는, 도 5의 원통형 필터를 부분적으로 절단한 사시도;
<도 9>
도 9는 도 5의 원통형 필터의 필터 몸체의 구조를 도시하는 부분적인 확대 단면도;
<도 10>
도 10은 도 5의 원통형 필터의 필터 몸체를 제조하는 공정을 도시하는 예시적인 도면;
<도 11>
도 11은 본 발명의 제3 실시 양태에 따르는 원통형 필터 카트리지를 도시하는 정면도;
<도 12>
도 12는 도 11의 원통형 필터의 단면도;
<도 13>
도 13은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 필터의 입자 포획 성능을 도시하는 도면;
<도 14>
도 14는 도 5에 도시된 바와 같이 원통형 필터의 입자 포획 성능을 도시하는 도면.
본 발명의 실시 양태는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기재될 것이다. 도면 전체를 통해서, 대응하는 구성요소는 공통의 도면부호에 의해 나타내어져 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 실시 양태에 따르는 원통형 필터(10)를 예시적으로 도시하는 사시도이고, 도 2 및 도 3은 원통형 필터(10)의 단면도이다.
원통형 필터(10)는 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 포함하고 상이한 내경을 갖는 복수의(도면에서, 2개) 원통형 제1 필터 섹션(12)과 주요 성분으로서 수지 섬유를 각각 포함하고 상이한 내경을 갖는 복수의(도면에서, 3개) 원통형 제2 필터 섹션(14)을 적절히 조합함으로써 구성된 중공 원통형 또는 관형 필터 몸체(16)을 포함한다. 중공 부분(18)은 필터 몸체(16)의 중심에 형성되어 축방향으로 이를 관통한다.
제1 필터 섹션(12)과 제2 필터 섹션(14)은 동심방향의 중첩 방식으로 배치되고, 서로에 대해 반경방향으로 교대로 배열된다. 도시된 실시 양태에서, 가장 큰 내경을 갖는 하나의 제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(16)의 최외측 주변부에 배치되고, 가장 작은 내경을 갖는 다른 제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(16)의 최내측 주변부에 배치되며, 중간 내경을 갖는 또 다른 제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(16)의 중간에 배치된다. 더 큰 직경을 갖는 하나의 제1 필터 섹션(12)은 최외측 제2 필터 섹션(14)과 중간 제2 필터 섹션(14) 사이에 보유되고, 반면 더 작은 직경을 갖는 다른 제1 필터 섹션(12)은 최내측 제2 필터 섹션(14)과 중간 제2 필터 섹션(14) 사이에 보유된다.
원통형 필터(10)는 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 마주보는 축방향 단부(12a, 14a)(즉, 필터 몸체(16)의 마주보는 축방향 단부) 상에 고정되게 제공된 한 쌍의 밀봉 부재(20)를 추가로 포함한다. 각각의 밀봉 부재(20)는 이 내에 중심 개구(22)를 갖는 플레이트-형 부재이며, 접착제, 열 접합, 등에 의해 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 각각의 축방향 단부(12a, 14a)에 고정된다. 밀봉 부재(20)의 중심 개구(22)는 필터 몸체(16)의 중공 부분(18)의 직경보다 다소 작은 직경을 가질 수 있으며, 밀봉 부재(20)는 필터 몸체(16)의 외경보다 다소 큰 외경을 가질 수 있다. 밀봉 부재(20)는, 중심 개구(22)가 중공 부분(18)과 동축을 이루어 정렬된 상태에서, 필터 몸체(16)에 고정된다. 이 상태에서, 밀봉 부재(20)의 외측 주변 영역은 도면에 도시된 바와 같이 필터 몸체(16)의 외측 원주부로부터 외측을 향하여 돌출될 수 있다. 그 외의 다른 실시 양태에서, 밀봉 부재(20)는 필터 몸체(16)로부터 외측을 향하여 돌출되지 않을 수 있다.
원통형 필터(10)는 전술된 바와 같이 무-코어 형상(coreless configuration)을 가지며, 사용 시 개별 하우징(도시되지 않음) 내에 배치되도록 의도된 소위 카트리지 유형의 필터이다. 카트리지 유형의 필터는, 일반적으로 필터가 하우징으로부터 제거될 수 있고 막힘(clogging), 등의 경우에 새로운 필터로 교체될 수 있는 형상을 갖는다. 따라서, 원통형 필터(10)의 전술되거나 또는 예시된 형태와 치수적 상관관계는 단지 예시적인 것으로 의도되고, 원통형 필터(10)의 원하는 응용에 따라(예를 들어, 하우징의 형태에 따라) 적절히 수정될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "원통" 또는 "원통형"은 도시된 바와 같이 원형 원통뿐만 아니라 다각형 원통의 형태를 포함한다.
원통형 필터(10)가 사용을 위해 하우징(도시되지 않음) 내에 배치될 때, 필터(10)는 하우징 내에 제공된 위치설정 및 고정 돌출부를 밀봉 부재(20)들 중 하나의 밀봉 부재의 중심 개구(22) 내로 밀접하게 끼워맞춤함으로써 하우징 내의 사전정해진 위치에 고정된다. 이 상태에서, 외측 원주방향 표면(도면에서, 가장 큰 내경을 갖는 제2 필터 섹션(14)의 외측 원주방향 표면)은 유체 입구 측면(소위 1차 측면)에서 하우징의 내측 공간에 대해 노출되도록 배치되고, 필터 몸체(16)의 내측 원주방향 표면(도면에서, 가장 작은 내경을 갖는 제2 필터 섹션(14)의 내측 원주방향 표면)은 유체 출구 측면(소위 2차 측면)에서 또 다른 밀봉 부재(20)의 중심 개구(22)를 지나서 배치된다.
따라서, 원통형 필터(10) 내에서, 여과되는 유체는 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)을 통해 필터 몸체(16)의 중공 부분(18) 내로 이동하도록 필터 몸체(16)의 외측 원주방향 표면으로부터 유동한다. 이 유동 동안, 원치 않고 과도한 크기의 입자들이 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 여과 정밀도에 따라 유체로부터 제거된다. 한 쌍의 밀봉 부재(20)는 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 마주보는 축방향 단부들을 빈틈없이 밀봉하여 여과되는 유체의 전체 체적이 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)을 통과해야 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 필터 몸체(16) 내에서 각각의 제1 필터 섹션(12)은 유리 섬유를 포함하는 제1 필터 매체 시트(24)를 적어도 한 겹으로 원통형의 형태로 권취함으로써 형성되며, 각각의 제2 필터 섹션(14)은 수지 섬유를 포함하는 제2 필터 매체 시트(26)를 적어도 한 겹으로 원통형의 형태로 권취함으로써 형성된다. 이러한 형상을 갖는 필터 몸체(16)는 특정 폭과 길이로 사전 절단된 복수의 제1 필터 매체 시트(24)와 특정 폭과 길이로 사전 절단된 복수의 제2 필터 매체 시트(26)를 성형 코어(shaping core)(도시되지 않음) 둘레에 사전정해진 순서로 초기에 권취함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 필터 몸체(16)는 또한 특정 폭을 가지는 길고 연속적인 제2 필터 매체 시트(26)를 성형 코어 둘레에 연속적으로 권취하고 특정 폭과 길이를 갖는 제1 필터 매체 시트(24)를 내측 겹과 외측 겹 사이의 제2 필터 매체 시트(26)의 사전정해진 권취 위치에 삽입시킴으로써 제조될 수 있다. 후자의 공정에 따라서, 긴 제2 필터 매체 시트(26)는 제1 필터 섹션(12)을 구성하는 제1 필터 매체 시트(24)의 인접한 겹들 사이에 부분적으로 개재된다. 어느 하나의 공정에서, 제1 필터 매체 시트(24)와 제2 필터 매체 시트(26)는 동일한 폭을 갖는다.
제1 필터 섹션(12)을 구성하는 제1 필터 매체 시트(24)는, 예를 들어 1 ㎛ 이상 내지 35 ㎛ 이하, 또는 2 ㎛ 이상 내지 20 ㎛ 이하인, 특정 방법(ASTM F316-86)에 따라 측정된 평균 유공 크기(mean flow pore size)(MFP)를 갖는 유리 섬유 부직포로부터 형성될 수 있다. 제1 필터 매체 시트(24)는 또한 예를 들어 두께 방향으로 가해진 55 ㎪의 압력에 노출 시에 0.5 ㎜ 이상 내지 1.2 ㎜ 이하의 평균 두께를 갖는 유리 섬유 부직포로부터 형성될 수 있다. 각각의 제1 필터 섹션(12)에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 예를 들어 1 이상 내지 10 이하일 수 있다. 예를 들어, 각각의 제1 필터 섹션(12)은 권취에 앞서서 제조된 이중-층의 제1 필터 매체 시트(24)를 3회 권취함으로써 형성되는 권취된 제1 필터 매체 시트(24)의 6개의 겹으로부터 구성될 수 있다. 필터 몸체(16) 내에서 제1 필터 섹션(12)이 개수는 2개 이상이 제공되며, 제1 필터 매체 시트(24)의 전술된 파라미터는 원통형 필터(10)의 요구된 입자 포획 성능과 분류 여과 능력 및 원통형 필터(10)의 형태 또는 치수에 따라 적절히 설정될 수 있다.
일부 실시 양태에서, 제1 필터 매체 시트(24)에 대해 사용된 유리 섬유 부직포는 열경화성 수지 결합제를 포함하지 않는다. 이러한 경우, 각각의 제1 필터 섹션(12)은 전형적으로 열경화성 수지 결합제를 포함하지 않을 것이다. 유리 섬유가 결합제를 사용하여 서로 부분적으로 접합되는 실시 양태에서, 유체가 제1 필터 매체 시트(24)를 통과함에 따라 유동 속도의 감소 및 압력 증가가 발생될 수 있다. 게다가, 물질들이 결합제로부터 생성될 수 있고, 여과되는 유체의 특성에 영향을 미칠 수 있다.
제2 필터 섹션(14)을 구성하는 제2 필터 매체 시트(26)는 예를 들어, 열-융착성(heat-fusible) 또는 접합성 복합 수지 섬유, 즉 소위 코어/시스 유형 또는 평행한 유형의 복합 수지 섬유를 포함하는 부직포로부터 형성될 수 있으며, 이 내에서 시트 성형 온도에 노출 시에 열 용접 또는 열 변형이 야기되지 않고 섬유형 상태를 유지할 수 있는 제1 섬유 물질이 시트 성형 온도에 노출 시에 열 용접 또는 열 변형이 야기되는 제2 섬유 물질에 부착된다. 이 경우, 각각의 제2 필터 섹션(14)은 상이한 열 특성을 갖는 섬유 물질들을 결합시킴으로써 구성된 열-융착성 복합 수지 섬유를 포함한다. 각각의 제2 필터 섹션(14) 내에서 제2 필터 매체 시트(26)의 권취 횟수는 예를 들어 1 이상 내지 10 이하일 수 있으며, 이에 따라 형성된 제2 필터 섹션(14)의 두께는 예를 들어 적어도 1 ㎜일 수 있다.
제2 필터 섹션(14)의 열-융착성 복합 수지 섬유에 대해 사용가능한 전형적인 물질에는 (1) 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 등, 나일론？, 폴리에스테르, 폴리에테르설폰, 아크릴, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 설파이드, 플루오로수지, 열가소성 폴리우레탄 수지, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리아크릴로니트릴과 같은 열가소성 폴리아미드, 등과 같은 열가소성 수지 물질, (2) 폴리우레탄, 등과 같은 열경화성 수지 물질, (3) 레이온, 아세테이트, 목재 펄프, 셀룰로오스, 등과 같은 자연 발생 물질 또는 반-합성 물질이 포함된다. 열-융착성 복합 수지 섬유 부직포는 원통형 필터(10)의 응용에 따라 전술된 물질로부터 제1 및 제2 섬유 물질의 조합을 적절히 선택하고, 서로 부착된 제1 및 제2 섬유 물질을 갖는 코어-시스 유형 또는 평행한 유형의 복합 섬유를 형성함으로써 제조될 수 있다.
전술된 바와 같은 형상을 갖는 필터 몸체(16)는 열-융착성 복합 수지 섬유의 제2 필터 매체 시트(26)를 원통형 형태로 권취시키면서 이의 물질에 의해 정해진 시트 성형 온도와 사전정해진 압력에 노출시킴으로써 형성되어 제2 필터 매체 시트(26)의 인접한 겹들은 필터 몸체(16)의 필요한 강성을 구현할 수 있는 열-융착 접합에 의해 서로 부착된다. 따라서, 필터 몸체(16)를 성형하기 위해 사용된 성형 코어는 필터 몸체(16)가 완전히 성형된 후 제거될 수 있다. 이러한 특성들을 갖는 제2 필터 매체 시트(26)의 평균 유공 또는 평균 두께가 시트 성형 온도로 가열로 인해 변화될 수 있기 때문에, 제2 필터 매체 시트(26)의 물질, 치수, 등은 성형 이후 예상된 제2 필터 섹션의 여과 정밀도를 고려하면서 선택되어야 한다. 가령 제2 필터 매체 시트(26)의 제2 섬유 물질이 열 접합될 때, 상호 중첩된 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)는 열-융착에 의해 접합되지 않지만 유리 섬유와 수지 섬유 사이에 접촉 상태를 유지시킨다.
밀봉 부재(20)는 필터 몸체(16)의 마주보는 축방향 단부상에서 필요한 밀봉 능력을 나타낼 수 있는 한 다양한 물질로부터 형성될 수 있다. 특히, 밀봉 부재(20)가 열 접합에 의해 필터 몸체(16)에 고정되는 경우에, 밀봉 부재(20)는 폴리에틸렌 폼, 폴리프로필렌, 등과 같은 열가소성 물질로부터 형성될 수 있다. 이 형상에서, 밀봉 부재(20)는 성형 이후 밀봉 부재(20)를 필터 몸체(16)의 각각의 축방향 단부에 대해 적합한 상대적인 배열로 접하게 하고 필터 몸체(16)와 밀봉 부재(20) 사이의 접촉 영역을 적절한 온도로 국부적으로 가열함으로써 필터 몸체(16)에 열 접합될 수 있다. 이 경우, 필터 몸체(16)에 대한 밀봉 부재(20)의 열 접합에 의해 얻어진 고정력은 제2 필터 섹션(14)에 대한 고정력이 제1 필터 섹션(12)에 대한 고정력보다 상당히 크도록 형성된다. 따라서, 주요하게 제2 필터 섹션(14)에 대한 고정력으로 인해 밀봉 부재(20)는 진동, 유체 압력 변화, 등과 같은 충격에 대하여 필터 몸체(16)와 밀접하게 접촉한 상태로 및 이에 확고히 고정된 상태로 유지된다.
전술된 바와 같은 형상을 갖는 원통형 필터(10)가 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 갖는 복수의 제1 필터 섹션(12)과 주요 성분으로서 수지 섬유를 각각 갖는 복수의 제2 필터 섹션(14)을 포함하고, 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)이 동심방향으로 배치되고 반경방향으로 교대로 배열되기 때문에, 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)은 여과되는 유체에 대해 다층 방식으로 여과 능력을 나타낼 수 있다. 그 결과, 우수한 입자 포획 성능이 원통형 필터(10)에 대해 높은 수준으로 부여될 수 있다. 각각의 제1 필터 섹션(12)과 제2 필터 섹션(14)은 물질 또는 성형 공정의 적합한 선택에 의해 원하는 여과 정밀도를 갖도록 형성될 수 있기 때문에, 원통형 필터(10)의 원하는 분류 여과 능력이 달성될 수 있다. 게다가, 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 가지며 주요 성분으로서 수지 섬유를 갖는 각각의 제2 필터 섹션(14)보다 더 높은 여과 정밀도를 갖도록 각각 형성될 수 있는 복수의 제1 필터 섹션(12)은 이의 여과 정밀도가 필터 몸체(16)의 외측 원주방향 측면(또는 1차 측면)으로부터 필터 몸체(16)의 내측 원주방향 측면(또는 2차 측면)을 향하여 단계적으로 증가되도록 설계될 수 있으며(즉, 이의 포획된 입자 직경은 1차 측면으로부터 2차 측면으로 단계적으로 감소됨), 이에 따라 원통형 필터(10)의 유용한 필터 수명이 연장될 수 있다.
특히, 밀봉 부재(20)가 열 접합에 의해 필터 몸체(16)에 고정되는 형상에서, 주요 성분으로서 유리 섬유를 갖는 제1 필터 섹션(12)에 대한 밀봉 부재(20)의 열 접합 부분은 주요 성분으로서 수지 섬유를 갖는 제2 필터 섹션(14)에 대한 밀봉 부재(20)의 열 접합 부분에 비해 진동 또는 유체 압력 변화와 같은 충격으로 인해 더 취약해지기 쉽거나 더 손상을 받기가 쉽다. 추후 언급되는 바와 같이, 제1 필터 섹션(12)의 두께가 증가하고, 이로 인해 단일의 제1 필터 섹션(12)의 입자 포획 성능의 향상이 약속될 수 있음에 따라 이러한 경향은 더 현저해짐을 확인한 바 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 전술된 바와 같은 형상을 갖는 원통형 필터(10) 내에서, 하나의 제1 필터 섹션(12)을 증가시키는 대신에, 복수의 제1 필터 섹션이 제공되며, 제2 필터 섹션(14)은 이들 사이에 개재되어 밀봉 부재(20)와 각각의 제1 필터 섹션(12) 사이의 열 접합 부분의 수명을 증가시킬 수 있으며 그 결과 원통형 필터(10)의 입자 포획 성능이 향상된다.
제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(16)의 최외측 및 최내측 주변부에 각각 배치되기 때문에, 충격, 진동 또는 유체 압력 변화에 대해 상대적으로 취약해지는, 주요 성분으로서 유리 섬유를 갖는 제1 필터 섹션(12)을 보호할 수 있다. 제2 필터 섹션(14)의 주요 성분으로서 수지 섬유를 사용함에 따라 충격에 대한 보호 기능이 제공된다. 바꾸어 말하면, 원통형 필터(10)가 진동 또는 유체 압력 변화와 같은 충격에 노출될 때, 제1 필터 섹션(12)의 마주보는 측면 상의 제2 필터 섹션(14)은 충격을 흡수할 수 있고 제1 필터 섹션(12)의 심각한 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 게다가, 필터 몸체(16)의 최외측 주변부에 배치된 제2 필터 섹션(14)은 제1 필터 섹션(12)에 대한 예비-여과 층으로서 작용하는 반면 필터 몸체(16)의 최내측 주변부에 배치된 제2 필터 섹션(14)은 또한 제1 필터 섹션(12)으로부터 빠져나온 유리 섬유의 파편을 포획하기 위해 제공된다.
제1 필터 섹션(12)이 제1 필터 매체 시트(24)의 적어도 하나의 겹으로부터 형성되고 제2 필터 섹션(14)이 제2 필터 매체 시트(26)의 적어도 하나의 겹으로부터 형성되며, 제2 필터 매체 시트(26)가 제1 필터 매체 시트(24)의 인접한 겹들 사이에 부분적으로 개재되는 형상에 따라서, 필터 몸체(16)는 바람직하게는, 긴 제2 필터 매체 시트(26)가 성형 코어에 연속적으로 권취되고 제1 필터 매체 시트(24)가 제2 필터 매체 시트(26)의 사전정해진 권취 위치에 삽입되도록 상대적으로 단순하고 연속적인 작업에 의해 형성될 수 있다. 열-융착성 복합 수지 섬유 부직포로 구성된 제2 필터 매체 시트(26)가 적합한 압력 하에서 가열되는 열-융착 접합 단계는 또한 당업자가 이해하는 바와 같이 상대적으로 용이하게 수행될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시 양태에 따르는 원통형 필터(30)를 예시적으로 도시한다. 원통형 필터(30)는, 열-융착성 복합 수지 섬유를 포함하지 않는 일반적인 부직포 필터 매체를 원통형 천공된 벽을 갖는 코어 상으로 권취시킴으로써 형성된 코어형 형상을 갖는 것을 제외하고, 전술된 원통형 필터(10)와 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 원통형 필터(10)의 부품들에 대응하는 부품들은 공통 참조 번호로 지시되고, 이의 설명은 적절히 생략된다.
원통형 필터(30)는 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 포함하고 상호 상이한 내경을 갖는 복수의(도면에서, 2개) 원통형 제1 필터 섹션(12)과 주요 성분으로서 수지 섬유를 각각 포함하고 상호 상이한 직경을 갖는 복수의(도면에서, 3개) 원통형 제2 필터 섹션(14)을 적절히 조합함으로써 구성된 중공 원통형 또는 관형 필터 몸체(32)를 포함한다. 천공된 원통형 벽(34)을 갖는 천공된 코어 부재(36)는 필터 몸체(32)의 중심에 제공되며, 중공 부분(18)은 천공된 코어 부재(36) 내에 형성되어 이를 통해 축방향으로 관통한다.
제1 필터 섹션(12)과 제2 필터 섹션(14)은 동심방향의 중첩 방식으로 배치되고, 서로에 대해 반경방향으로 교대로 배열된다. 도시된 실시 양태에서, 가장 큰 내경을 갖는 하나의 제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(32)의 최외측 주변부에 배치되고, 가장 작은 내경을 갖는 다른 제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(32)의 최내측 주변부에 배치되며, 중간 내경을 갖는 또 다른 제2 필터 섹션(14)은 필터 몸체(32)의 중간에 배치된다. 더 큰 직경을 갖는 하나의 제1 필터 섹션(12)은 최외측 제2 필터 섹션(14)과 중간 제2 필터 섹션(14) 사이에 보유되고, 반면 더 작은 직경을 갖는 다른 제1 필터 섹션(12)은 최내측 제2 필터 섹션(14)과 중간 제2 필터 섹션(14) 사이에 보유된다.
원통형 필터(30)는 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 마주보는 축방향 단부(12a, 14a)(즉, 필터 몸체(32)의 마주보는 축방향 단부) 상에 고정되게 제공된 한 쌍의 밀봉 부재(20)를 추가로 포함한다. 각각의 밀봉 부재(20)는 중심 개구(22)를 갖는 플레이트-형 부재이며, 접착제, 열 접합, 등에 의해 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 각각의 축방향 단부(12a, 14a)에 고정된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 필터 몸체(32) 내에서 각각의 제1 필터 섹션(12)은 유리 섬유를 포함하는 제1 필터 매체 시트(24)를 적어도 한 겹으로 원통형의 형태로 권취함으로써 형성되며, 각각의 제2 필터 섹션(14)는 수지 섬유를 포함하는 제2 필터 매체 시트(26)를 적어도 한 겹으로 원통형의 형태로 권취함으로써 형성된다. 이에 관하여, 도 10에 도시된 바와 같이 필터 몸체(32)는 사전정해진 폭을 갖는 긴 연속적인 메쉬-형 보강 물질(38)을 제공하고, 사전정해진 폭과 사전 정해진 길이를 각각 갖는 몇몇의 제1 필터 매체 시트(24)와 몇몇의 제2 필터 매체 시트(26)를 사전정해진 순서로 나란히 보강 물질(38) 상에 배치시키며, 천공된 코어 부재(36) 상에 보강 물질(38)을 연속적으로 권취함과 동시에 이 내에 제1 필터 매체 시트(24)와 제2 필터 매체 시트(26)를 연속적으로 권취함으로써 제조될 수 있다. 이 공정에 따라서, 제1 필터 매체 시트(24)를 기계적으로 지지하는 보강 물질(38)은 제1 필터 섹션(12)을 구성하는 제1 필터 매체 시트(24)의 인접한 겹들 사이에 개재되고, 제2 필터 매체 시트(26)를 기계적으로 지지하는 보강 물질(38)은 제2 필터 섹션(14)을 구성하는 제2 필터 매체 시트(26)의 인접한 겹들 사이에 개재된다.
도 10에 도시된 제조 공정에서, 상호 접해 있는 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)는 도시된 바와 같이 서로 중첩될 수 있거나, 또는 대안적으로 서로 이격될 수 있다. 필터 몸체(32)의 전술된 제조 공정은 제1 필터 매체 시트(24)와 제2 필터 매체 시트(26) 중 하나에 대해 보강 물질(38)을 사용하기 위해 적절히 수정될 수 있다. 대안적으로, 필터 몸체(32)는 보강 물질(38)을 사용하지 않고 원통형 필터(10)의 필터 몸체(16)에 대해 기술된 바와 동일한 방식으로 제조될 수 있다.
제1 필터 섹션(12)을 구성하는 제1 필터 매체 시트(24)는 원통형 필터(10) 내에서 사용된 제1 필터 매체 시트(24)와 동일한 형상을 가지며, 전술된 다양한 파라미터를 갖는 유리 섬유 부직포로부터 형성될 수 있다. 한편, 제2 필터 섹션(14)을 구성하는 제2 필터 매체 시트(26)는 열-융착성 복합 수지 섬유 대신에, (1) 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 등, 나일론？, 폴리에스테르, 폴리에테르설폰, 아크릴, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 설파이드, 플루오로수지, 열가소성 폴리우레탄 수지, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리아크릴로니트릴과 같은 열가소성 폴리아미드, 등과 같은 열가소성 수지 물질, (2) 폴리우레탄, 등과 같은 열경화성 수지 물질, (3) 레이온, 아세테이트, 목재 펄프, 셀룰로오스, 등과 같은 자연 발생 물질 또는 반-합성 물질로부터 적절히 선택된 물질로 제조된 섬유를 포함하는 수지 섬유 부직포로부터 형성될 수 있다. 전술된 물질로부터 선택된 둘 이상의 물질이 수지 섬유 부직포 내로 혼합될 수 있다.
제2 필터 매체 시트(26)는 예를 들어, 32 CFM/㎡ (3 CFM/ft2) 이상 내지 6459 CFM/㎡ (600 CFM/ft2) 이하, 또는 예를 들어 53.8 CFM/㎡ (5 CFM/ft2) 이상 내지 4521 CFM/㎡ (420 CFM/ft2) 이하의 단위 면적당 공기 투과도를 갖는 수지 섬유 부직포로부터 형성될 수 있다. 제2 필터 매체 시트(26)는 예를 들어, 두께 방향으로 가해진 55 ㎪의 압력에 노출 시에 0.3 ㎜ 이상의 평균 두께를 갖는 수지 섬유 부직포로부터 형성될 수 있다.
밀봉 부재(20)는 원통형 필터(10)의 밀봉 부재(20)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 특히, 밀봉 부재(20)가 열 접합에 의해 필터 몸체(32)에 고정되는 형상에서 필터 몸체(32)에 대한 밀봉 부재(20)의 열 접합에 의해 획득된 고정력은 제2 필터 섹션(14)에 대한 고정력이 원통형 필터(10)의 밀봉 부재(20)에서와 같이 제1 필터 섹션(12)에 대한 고정력보다 상당히 크도록 형성된다. 따라서, 주요하게 제2 필터 섹션(14)에 대한 고정력으로 인해 밀봉 부재(20)는 진동, 유체 압력 변화, 등과 같은 충격에 대하여 필터 몸체(32)와 밀접하게 접촉한 상태로 및 이에 확고히 고정된 상태로 유지된다.
천공된 코어 부재(36)는 제2 필터 섹션(14)을 구성하는 제2 필터 매체 시트(26)의 물질과 동일한 물질로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 천공된 코어 부재(36)는 구리, 철, 니켈, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 등과 같은 금속으로부터 형성될 수 있다. 어느 하나의 물질에서, 천공된 코어 부재(36)는 보강 물질(38)과 함께 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)를 권취하는 동안에 가해진 압력 하에서 쉽사리 변형되지 않도록 충분한 강성을 갖는 것이 선호될 수 있다. 또한, 천공된 원통형 벽의 미공의 크기, 형태, 개수, 등은 필터 몸체(32)의 여과 능력에 영향을 미치지 않도록(즉, 여과되는 유체의 압력과 유동 속도의 손실이 발생되지 않음) 선택되는 것이 선호될 수 있다.
보강 물질(38)은 제2 필터 섹션(14)을 구성하는 제2 필터 매체 시트(26)에 대한 물질과 동일한 물질로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 보강 물질(38)은 케브라(Kevlar？) 또는 노멕스(Nomex？)로 공지된 아라미드 섬유로부터 형성될 수 있다. 어느 하나의 물질에서, 보강 물질(38)은 메쉬형 구조를 갖는 직물과 같이 형성될 수 있으며, 개구 면적과 개구 비율은 필터 몸체(32)의 여과 능력에 영향을 미치지 않도록(즉, 여과되는 유체의 압력과 유동 속도의 손실이 발생되지 않음) 선택되는 것이 선호될 수 있다. 예를 들어, 0.79 메쉬/㎝(2 메쉬/인치) 이상 내지 11.8 메쉬/㎝(30 메쉬/인치) 이하의 개구 비율을 갖는 메쉬형 구조가 채택될 수 있다. 성형 이후에 자가-접합으로 인해 충분한 강성이 보장될 수 있는 열-융착성 복합 섬유 부직포와 같은 물질이 사용되지 않는 필터 몸체(32) 내에서, 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)는 여과 공정 동안에 여과되는 유체의 압력으로 인하여 야기되는 필터 몸체(32)의 변형을 가능한 한 방지하기 위하여 천공된 코어(36) 둘레에 빈틈없이 권취되어야 한다. 따라서, 보강 물질(38)은 권취 공정 동안에 가해진 인장 하에서 쉽사리 파괴되는 것을 방지하기 위한 충분한 인장 강도를 갖는 것이 선호될 수 있다.
전술된 바와 같은 형상을 갖는 원통형 필터(30)는 원통형 필터(10)와 실질적으로 동일한 메커니즘일지라도 입자 포획 성능 및 분류 여과 능력이 향상될 수 있도록 원통형 필터(10)의 효과와 동일한 효과를 획득할 수 있다. 보강 물질(38)이 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)의 인접한 겹들 사이에 개재되는 형상에 따라서, 필터 몸체(32)는 바람직하게는, 긴 보강 물질(38)이 천공된 코어 부재(36)에 연속적으로 권취하는 동시에 이 내에 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 24)를 연속적으로 권취하도록 상대적으로 단순하고 연속적인 공정에 의해 형성될 수 있다. 원통형 필터(30)의 입자 포획 성능과 분류 여과 능력은 추후에 더 상세히 언급될 것이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시 양태에 따르는 원통형 필터(40)를 예시적으로 도시한다. 원통형 필터(40)는, 사용 중에 개별 하우징 내에 수용된 카트리지 유형의 필터는 아니지만 하나로 성형된 케이스가 일체로 제공된 소위 캡슐 유형의 카트리지인 것을 제외하고, 전술된 원통형 필터(30)와 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 원통형 필터(30)의 부품들에 대응하는 부품들은 공통 참조 번호로 지시되고, 이의 설명은 적절히 생략된다. 일반적으로, 캡슐 유형의 필터는 막힘, 등의 경우에 새로운 필터로 전체적으로 교체될 수 있는 형상을 갖는다.
원통형 필터(40)는 주요 성분으로서 유리 섬유를 각각 포함하고 상호 상이한 내경을 갖는 복수의(도면에서, 2개) 원통형 제1 필터 섹션(12), 주요 성분으로서 수지 섬유를 각각 포함하고 상호 상이한 직경을 갖는 복수의(도면에서, 3개) 원통형 제2 필터 섹션(14), 및 필터 몸체(32)의 중심에 제공된 천공된 코어 부재(36)를 적절히 조합함으로써 구성된 중공 원통형 또는 관형 필터 몸체(32)를 포함한다. 도시되지 않을지라도, 필터 몸체(32)는 천공된 코어 부재(36) 상에 보강 물질(38)을 연속적으로 권취하는 동시에 이 내에 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)를 연속적으로 권취함으로써 원통형 필터(30)의 필터 몸체(32)와 동일한 방식으로 제조될 수 있다.
원통형 필터(40)는 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 하나의 축방향 단부(도면에서, 상측 단부) 상에 고정되게 제공된 밀봉 부재(42), 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 그 외의 다른 축방향 단부(도면에서, 하측 단부) 상에 고정되게 제공된 2차 측면 케이스 부재(44) 및 2차 측면 케이스 부재(44)에 고정되고 필터 몸체(32)를 수용하는 1차 측면 케이스 부재(46)를 추가로 포함한다. 밀봉 부재(42)는 중심 개구를 갖지 않는 플레이트-형 부재이며, 접착제, 열 접합, 등에 의해 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 하나의 축방향 단부에 고정된다. 2차 측면 케이스 부재(44)는 여과되는 유체에 대한 출구 포트(48)를 갖는 리드-형 부재이고, 접착제, 열 접합, 등에 의해 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 그 외의 다른 축방향 단부에 고정된다. 1차 측면 케이스 부재(46)는 여과되는 유체에 대한 입구 포트(50)를 갖는 컵-형 부재이고, 접착제, 열 접합, 등에 의해 2차 측면 케이스 부재(44)에 고정된다.
원통형 필터(40) 내에서 여과되는 유체는 입구 포트(50)를 통해 1차 측면 케이스 부재(44)와 필터 몸체(32) 사이의 공간 내로 유입되고, 필터 몸체(32)의 외측 원주방향 표면으로부터 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)을 통과하여 필터 몸체(32)의 중공 부분(18) 내로 유동하며, 2차 측면 케이스 부재(44)의 출구 포트(48)를 통해 외측으로 배출된다. 밀봉 부재(42)와 2차 측면 케이스 부재(44)는 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)의 마주보는 축방향 단부를 빈틈없이 밀봉하여 전체 유체가 제1 및 제2 필터 섹션(12, 14)을 확실하게 통과한다.
전술된 바와 같은 형상을 갖는 원통형 필터(40)는 원통형 필터(10)와 실질적으로 동일한 메커니즘일지라도 입자 포획 성능 및 분류 여과 능력이 향상될 수 있도록 원통형 필터(10)의 효과와 동일한 효과를 획득할 수 있다.
본 발명에 따르는 원통형 필터(예를 들어, 원통형 필터(10, 30, 40))는 0.1 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하의 치수를 갖는 입자들을 포획할 필요가 정밀한 여과를 위한 응용에 사용될 수 있다. 전형적인 정밀 여과 응용은 반도체 제조 공정에서 표면 폴리싱을 위해 사용된 CMP(화학 기계적 평탄화) 슬러리의 제조이다. CMP 슬러리는 콜로이드성 실리카, 퓸드 실리카, 세륨 옥사이드, 등과 같은 입자들이 화학적 용액 내에 분산되고 화학적 용액에 의한 화학적 폴리싱 작용과 미세 입자에 의한 기계적 폴리싱 작용을 갖는 폴리싱 액체이다. 비표준 과도한 크기의 입자가 용액 내에 존재한다면, 웨이퍼의 표면은 웨이퍼를 폴리싱하는 동안 손상될 수 있다. 따라서, CMP 슬러리의 제조 공정에서, 화학적 용액 내에 폴리싱을 위해 필요한 충분한 입자들을 잔류시키기 위한 분류 여과 능력과 과도한 크기의 입자를 확실히 제거하기 위한 입자 포획 능력을 갖는 고성능 필터를 사용할 필요가 있으며, 최근에 요건들이 고 수준으로 높아졌다. 본 발명에 따르는 원통형 필터(예를 들어, 원통형 필터(10, 30, 40))는 이러한 요건에 부합될 수 있다. 본 발명에 따르는 원통형 필터는 컬러 레지스트(color resist), 잉크, 음료, 또는 식품 가공, 등과 같은 그 외의 다른 응용에 대해 사용될 수 있다.
실시예
본 발명에 따르는 원통형 필터의 효과를 추가로 명확히 하기 위하여, 발명자에 의해 수행된 실험의 내용 및 결과는 도 13 및 도 14를 참조하여 하기에서 기술될 것이다.
실험 1
실시예 1(E1)로서, 제1 실시 양태에 따르는 원통형 필터(10)를 하기 구성을 갖도록 제공하였다. 폴리프로필렌으로 제조된 제1 섬유 물질과 폴리에틸렌으로 제조된 제2 섬유 물질을 포함하는 코어-시스 유형의 열-융착성 복합 수지 섬유로부터 형성된 제2 필터 매체 시트(26)에 열 및 인장력을 가하면서 이 제2 필터 매체 시트를 성형 코어 상으로 연속적으로 권취하고, 제2 필터 매체 시트(26)의 각각의 2개의 이격된 권취 위치에서 내측 겹과 외측 겹 사이에 삽입된 사전정해진 크기를 갖는 제1 필터 매체 시트(24)(각각이 약 1.26 ㎜의 두께가 획득되도록 0.63 ㎜의 평균 두께와 3.0 ㎛의 MFP를 각각 갖는 2개의 시트 부분을 중첩시킴으로써 형성됨)를 삽입하고, 그 후에 성형 코어를 분리시킴으로써 마스터 필터 몸체를 제조하였다. 마스터 필터 몸체를 약 5 ㎝의 길이로 절단하여 필터 몸체(16)를 제조하였으며, 폴리프로필렌으로 제조된 밀봉 부재(20)를 열 접합에 의해 필터 몸체(16)의 마주보는 축방향 단부에 고정하여 원통형 필터(10)를 획득하였다. 작은 직경을 갖는 내측 제1 필터 섹션(12) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 8이었고, 큰 직경을 갖는 외측 제1 필터 섹션(12) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 6이었다. 제1 필터 섹션(12)들 사이의 제2 필터 섹션(14)의 두께는 4.0 ㎜이었고, 필터 몸체(16)는 27 ㎜의 내경과 64 ㎜의 외경을 가졌다.
비교 실시예 1(CEl)로서, 필터 몸체가 실시예 1에서의 제1 필터 섹션(12)과 동일한 형상을 갖는 단지 하나의 제1 필터 섹션만을 포함하는, 원통형 필터를 제공하였다. 제1 필터 섹션 내에서 제1 필터 매체 시트의 권취 횟수는 약 7이었다.
비교 실시예 2(CE2)로서, 필터 몸체가 실시예 1에서의 제1 필터 섹션(12)으로부터 단지 두께만이 상이한 단지 하나의 제1 필터 섹션만을 포함하는, 원통형 필터를 제공하였다. 4개의 시트 부분을 사용하여 획득된 제1 필터 섹션에서 제1 필터 매체 시트의 두께는 약 2.52 ㎜이었고, 이의 권취 횟수는 약 14이었다.
실시예 2로서, 제1 필터 매체 시트(24)가 실시예 1에서의 제1 필터 매체 시트(24)와 상이한 형상을 갖는 것을 제외하고, 실시예 1에서와 같은 실질적으로 동일한 형상을 갖는 원통형 필터(10)를 제공하였다. 약 1.52 ㎜의 두께를 획득하기 위하여 0.76 ㎜의 평균 두께와 2.0 ㎛의 MFP를 각각 갖는 2개의 시트 부분을 중첩시킴으로써 실시예 2의 제1 필터 매체 시트(24)를 형성하였다. 작은 직경을 갖는 내측 제1 필터 섹션(12) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 4.5이었고, 큰 직경을 갖는 외측 제1 필터 섹션(12) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 3.5이었다.
실시예 1 및 2와 비교 실시예 1 및 2에 관해, 각각의 원통형 필터의 입자 포획 성능과 분류 여과 능력이 하기 공정을 통해 확인되었다. 100 ppm/물의 농도를 갖는 수돗물(0.1 ㎛ 여과된 물, 25℃) 중에 0.2 ㎛ 내지 0.4 ㎛의 MFP(D50)를 갖는 퓸드 실리카를 분산시킴으로써 제조된 샘플 액체를 3 분 동안 100 ㎖/분의 유동 속도로 원통형 필터를 통과시키고, 그 뒤 여과 이후에 액체를 빼냈다. 각각의 입자 크기에 대해 여과 이전 및 이후에 샘플 액체 내에 포함된 입자의 개수를 산출함으로써 얻어진 입자 제거 성능(LRV: 대수 감소값)을 이용하여 입자 포획 성능을 확인하였다. 확인 결과를 도 13에 예시하였다.
도 13에서 볼 수 있듯이, E1의 원통형 필터(10)는 단지 하나의 제1 필터 섹션만을 포함하는 CE1의 원통형 필터보다 모든 입자 크기에 있어서 더 높은 입자 포획 성능을 나타낸다. 또 한편으로는, 2배의 두께를 갖는 제1 필터 섹션을 포함하는 CE2의 원통형 필터의 입자 포획 성능은 원통형 필터(CE1)의 성능보다 낮다. 따라서, 원통형 필터(10)의 입자 포획 성능은 몇몇의 제1 필터 섹션이 제공되고 제2 필터 섹션이 단일의 제1 필터 섹션의 두께를 단순히 증가시키는 대신에 제1 필터 섹션 사이에 개재되는 형상을 채택함으로써 향상되는 것으로 입증되었다. E2의 원통형 필터를 고려할 때, 이의 제1 필터 매체 시트(24)의 물질은 원통형 필터(E1, CE1, CE2)의 물질과 상이하며, 따라서 E2는 도 13에 도시되지 않는다. 그러나, 원통형 필터(E2)는 원통형 필터(E1)의 입자 포획 성능에 비교할만한 입자 포획 성능을 갖는 것으로 확인되었다. 필요한 입자들을 잔류시키기 위한 분류 여과 성능에 관하여, 원통형 필터(E1, E2, CE1, CE2)들 간에 상당한 차이가 실질적으로 발견되지 않으며, 이들은 분류 여과 성능의 필요한 수준을 나타내는 것으로 확인되었다.
실험 2
실시예 3(E3)으로서, 제2 실시 양태에 따르는 원통형 필터(30)를 하기 구성을 갖도록 제공하였다. 폴리프로필렌으로 제조된 천공된 코어 부재(36)(내경이 28 ㎜, 외경이 33 ㎜)에 열 접합된 폴리프로필렌으로 제조된 보강 물질(38)(개구 비율이 12 메쉬/인치, 두께가 0.8 ㎜)의 리딩 단부를 열 접합시키고; [A] 폴리프로필렌 부직포로부터 형성된 제2 필터 매체 시트(26)(약 0.8 ㎜의 두께: 40 ㎝의 길이가 획득되도록 0.4 ㎜의 평균 두께와 1615 CFM/㎡ (150 CFM/ft2)의 공기 투과도를 각각 갖는, 2개의 시트 부분을 중첩시킴으로써 형성됨), [B] 유리 섬유 부직포로부터 형성된 제1 필터 매체 시트(24)(약 1.52 ㎜의 두께: 30 ㎝의 길이가 획득되도록 0.76 ㎜의 평균 두께와 2.0 ㎛의 MFP를 각각 갖는, 2개의 시트 부분을 중첩시킴으로써 형성됨) 및 [C] 내측으로부터 외측으로 A-(12 ㎝ 오버랩)-B-(14 ㎝ 오버랩)-A(18 ㎝ 오버랩)-C(20 ㎝ 오버랩)-A의 순서로 천공된 코어 부재(36)를 대향하는 보강 물질(38)의 표면상에서 유리 섬유 부직포로부터 형성된 제1 필터 매체 시트(24)(약 1.26 ㎜의 두께: 50 ㎝ 길이가 획득되도록 0.63 ㎜의 평균 두께와 3.0 ㎛의 MFP를 각각 갖는, 2개의 시트 부분을 중첩시킴으로써 형성됨)를 배치시키고; 인장 하에서 천공된 코어 부재(36) 상에 보강 물질(38)을 권취하는 동시에 이 내에서 제1 및 제2 필터 매체 시트(24, 26)를 연속적으로 권취시키며, 보강 물질(38)의 트레일링 단부를 열 접합시킴으로써 마스터 필터 몸체를 제조하였다. 마스터 필터 몸체를 약 5 ㎝의 길이로 절단하여 필터 몸체(32)를 제조하였으며, 폴리프로필렌으로 제조된 밀봉 부재(20)를 열 접합에 의해 필터 몸체(32)의 마주보는 축방향 단부에 고정하여 원통형 필터(30)를 획득하였다. 작은 직경을 갖는 내측 제1 필터 섹션(12(B)) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 2이었고, 큰 직경을 갖는 외측 제1 필터 섹션(12(C)) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 6이었다. 제1 필터 섹션(12)들 사이의 제2 필터 섹션(14)의 두께는 2.4 ㎜이었고, 필터 몸체(32)의 외경은 64 ㎜이었다.
실시예 4(E4)로서, 실시예 3에서 2개의 제1 필터 섹션(12)이 상호 동일한 제1 필터 매체 시트(24)(각각이 약 1.26 ㎜의 두께가 획득되도록 0.63 ㎜의 평균 두께와 3.0 ㎛의 MFP를 각각 갖는, 2개의 시트 부분을 중첩시킴으로써 형성됨)로부터 형성되는 것을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 형상을 갖는 원통형 필터(30)를 제공하였다. 작은 직경을 갖는 내측 제1 필터 섹션(12) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 7이었고, 큰 직경을 갖는 외측 제1 필터 섹션(12) 내에서 제1 필터 매체 시트(24)의 권취 횟수는 약 6이었다. 제1 필터 섹션(12)들 사이의 제2 필터 섹션(14)의 두께는 2.3 ㎜이었고, 필터 몸체(32)의 외경은 65 ㎜이었다.
비교 실시예 3(CE3)로서, 필터 몸체가 제3 실시예에서의 외측 제1 필터 섹션(12(C))과 동일한 형상을 갖는 단지 하나의 제1 필터 섹션만을 포함하는 원통형 필터를 제공하였다. 제1 필터 섹션에서 제1 필터 매체 시트의 권취 횟수는 약 6.5이었다. 필터 몸체의 외경은 63 ㎜이었다.
비교 실시예 4(CE4)로서, 필터 몸체가 제3 실시예에서의 내측 제1 필터 섹션(12(B))과 동일한 형상을 갖는 단지 하나의 제1 필터 섹션만을 포함하는 원통형 필터를 제공하였다. 제1 필터 섹션에서 제1 필터 매체 시트의 권취 횟수는 약 3.5이었다. 필터 몸체의 외경은 64 ㎜이었다.
실시예 3 및 4와 비교 실시예 3 및 4에 관하여, 실험 1에서의 조건과 동일한 조건에서 동일한 샘플 액체를 각각의 원통형 필터를 통해 통과시키고 여과 이후 액체를 빼냄으로써 입자 포획 성능과 분류 여과 능력을 확인하였다. 각각의 입자 크기에 대해 여과 이전 및 이후에 샘플 액체 내에 포함된 입자의 개수를 산출함으로써 얻어진 입자 제거 성능(LRV: 대수 감소값)을 이용하여 입자 포획 성능을 확인하였다. 확인 결과를 도 14에 예시하였다.
도 14에서 볼 수 있듯이, E3 및 E4의 원통형 필터(30)는 단지 하나의 제1 필터 섹션만을 포함하는 CE3 및 CE4의 원통형 필터보다 모든 입자 크기에 있어서 더 높은 입자 포획 성능을 나타낸다. 필요한 입자들을 잔류시키기 위한 분류 여과 성능에 관하여, 원통형 필터(E3, E4, CE3, CE4)들 간에 상당한 차이가 실질적으로 발견되지 않으며, 이들은 분류 여과 성능의 필요한 수준을 나타내는 것으로 확인되었다.

Claims (12)

  1. 상호 상이한 내경을 갖는 복수의 원통형 제1 필터 섹션 - 각각의 제1 필터 섹션은 주요 성분으로서 유리 섬유를 포함함 - ;
    상호 상이한 내경을 갖는 복수의 원통형 제2 필터 섹션 - 각각의 제2 필터 섹션은 주요 성분으로서 수지 섬유를 포함하고, 상기 제2 필터 섹션은 동축방향으로 배치되고 상기 제1 필터 섹션에 대해 반경방향으로 교대로 배열됨 - ; 및
    상기 제1 필터 섹션과 상기 제2 필터 섹션의 마주보는 축방향 단부상에 고정되게 제공된 한 쌍의 밀봉 부재
    를 포함하는 원통형 필터.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 필터 섹션은 상기 유리 섬유를 포함하는 제1 필터 매체 시트를 하나 이상의 겹으로 원통형 형태로 권취시킴으로써 형성되는 원통형 필터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 필터 매체 시트를 기계적으로 지지하는 메쉬-형 보강 물질이 상기 제1 필터 매체 시트의 인접한 겹들 사이에 개재되는 원통형 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 제2 필터 섹션은 상기 수지 섬유를 포함하는 제2 필터 매체 시트를 하나 이상의 겹으로 원통형 형태로 권취시킴으로써 형성되는 원통형 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 필터 매체 시트를 기계적으로 지지하는 메쉬-형 보강 물질이 상기 제2 필터 매체 시트의 인접한 겹들 사이에 개재되는 원통형 필터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 필터 섹션과 상기 제1 필터 섹션을 포함하는 원통형 필터 몸체의 중심에 제공된 천공된 코어 부재를 추가로 포함하는 원통형 필터.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 필터 섹션은 상기 유리 섬유를 포함하는 제1 필터 매체 시트를 하나 이상의 겹으로 원통형 형태로 권취시킴으로써 형성되고, 각각의 상기 제2 필터 섹션은 상기 수지 섬유를 포함하는 제2 필터 매체 시트를 하나 이상의 겹으로 원통형 형태로 권취시킴으로써 형성되며, 상기 제2 필터 매체 시트는 상기 제1 필터 매체 시트의 인접한 겹들 사이에 부분적으로 개재되는 원통형 필터.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 상기 제2 필터 섹션은 열-융착성 복합 수지 섬유를 포함하는 원통형 필터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 제1 필터 섹션은 열경화성 수지 결합제를 포함하지 않는 원통형 필터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 필터 섹션 중 하나는 상기 제1 필터 섹션과 상기 제2 필터 섹션을 포함하는 원통형 필터 몸체의 최외측 주변부에 배치되는 원통형 필터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 필터 섹션 중 하나는 상기 제1 필터 섹션과 상기 제2 필터 섹션을 포함하는 원통형 필터 몸체의 최내측 주변부에 배치되는 원통형 필터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 필터 섹션은 상기 밀봉 부재의 쌍과 열 접합되는 원통형 필터.
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