KR20140019636A - 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 탄소 충전 웹층, 및 상기 탄소 충전 웹층을 전부 또는 일부 밀봉하며 물은 통과시키되 탄소는 차단할 수 있는 탄소 차단 메쉬를 포함하는 정수기용 필터를 제공한다.
Description
본 발명은 정수기용 필터에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 탄소 충전 웹(Carbon loaded web; CLW)층을 함유하는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기에 관한 것이다.
일반적으로 정수기는 물을 정수하기 위한 장치로서, 침전, 여과, 살균 등의 과정을 포함한 정수법을 기초로 물에 포함된 중금속이나 기타 유해물질을 제거하여 음용수를 제공하는 장치이다. 정수기에는 물을 정수시키기 위해 다양한 필터들이 구비될 수 있는데, 이러한 필터들은 그 기능에 따라 세디멘트 필터, 활성탄 필터(AC 필터, Activated Carbon), UF 중공사막 필터 또는 RO 멤브레인 필터 등으로 구분된다. 상기와 같은 필터들은 침전 단계, 선카본 단계, 멤브레인 단계, 후카본 단계에 활용된다.
탄소 충전 웹(Carbon loaded web; CLW)층은 정수기용 필터 등에서 매우 낮은 압력 또는 중력의 힘으로 물을 흘려보내면서 불순물 등을 여과시키는 데 사용되어 왔다.
도 1, 도 2는 현재 시판되고 있는, 특허출원 제2011-49811호에 개시된 탄소가 충전된 웹을 포함하는 정수기용 필터의 단면을 나타낸다. 도 1에 도시된 종래의 정수기용 필터는 필터의 상부로부터 제1 스크림(40), 제1 탄소 충전 웹층(10), 제2 탄소 충전 웹층(10), 제2 스크림(40)이 적층된 구조로 되어 있다. 또한, 도 2에 도시된 또 다른 종래의 정수기용 필터는 상기 도 1의 정수기용 필터의 제2 스크림(40) 아래에 나노섬유(30)가 추가로 구비된 구조로 되어 있다.
그런데 이들 필터는 탄소 충전 웹층(10)으로부터 탄소 입자가 새어 나오는 문제가 발생하였다. 다이-커팅 및 조립 과정에서 많은 탄소 입자들이 떨어지고 필터 하우징도 이들 입자로 인하여 쉽게 더러워 졌다. 이로 인하여 사용함에 따라 여과 속도도 감소하게 되었다. 특히 친수성 나노섬유층을 함유하는 필터의 경우 탄소 입자가 기공을 막아버려 물이 더 이상 여과되지 못하는 문제가 나타났다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하여 탄소 입자가 새어 나오지 않으면서도 여과 성능이 우수한 정수기용 필터 및 상기 필터를 포함하는 정수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하나 이상의 탄소 충전 웹층, 및 상기 탄소 충전 웹층을 전부 또는 일부 밀봉하여 물은 통과시키되 탄소는 차단할 수 있는 탄소 차단 메쉬를 포함하는 정수기용 필터를 제공한다.
상기 정수기용 필터에서, 상기 탄소 차단 메쉬는 기공이 30 ~ 75 ㎛인 것이 바람직하며, 40 ~ 70 ㎛인 것이 더 바람직하다. 상기 탄소 차단 메쉬가 상기 탄소 충전 웹층을 일부 밀봉하는 경우 상기 탄소 충전 웹층의 옆면 및 아랫면을 밀봉하는 것이 바람직하다. 상기 밀봉은 초음파 융착, 열융착, 또는 재봉 등에 의하여 이루어진다.
상기 탄소 차단 메쉬는 나일론, 폴리에스테르, 천연섬유, 및 스크림으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 이들 중 나일론이나 폴리에스테르인 것이 더 바람직하다.
상기 탄소 충전 웹층은 두 개의 층으로 이루어진 것이 바람직하고, 이 탄소 충전 웹층위에 나노섬유층을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 나노섬유층은, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 열가소성 폴리우레탄, 나일론, 친수성 PVDF, 친수성 PTFE로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 나노섬유가 부직포 기재 상에 적층되어 있는 것을 사용하는 것이 여과 성능 면에서 바람직하며, 그 중, 폴리아크릴로니트릴이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재 상에 적층되어 있고 이 나노 섬유 위에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재가 다시 적층된 형태가 여과 성능면에서 더 바람직하다. 또한, 상기 나노섬유층의 기공크기는 0.5~2.5 ㎛인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 상기 정수기용 필터를 포함하는 정수기를 제공한다.
본 발명에 따르면 탄소 입자가 새어 나오지 않으면서 여과 성능도 우수한 정수기용 필터 및 상기 필터를 포함하는 정수기를 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 탄소 충전 웹층을 포함하는 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 2는 또 다른 종래기술에 따른 탄소 충전 웹층을 포함하는 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 3은 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층 전부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 하나의 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 4는 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층 전부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 5는 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층의 일부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 또 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 6은 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층의 일부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 또 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 2는 또 다른 종래기술에 따른 탄소 충전 웹층을 포함하는 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 3은 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층 전부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 하나의 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 4는 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층 전부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 5는 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층의 일부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 또 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
도 6은 탄소 차단 메쉬가 탄소 충전 웹층의 일부를 밀봉하는 구조의 본 발명의 또 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 하나의 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 하나 이상의 탄소 충전 웹층(10), 및 상기 탄소 충전 웹층(10)을 밀봉하여 물은 통과시키되 탄소는 차단할 수 있는 탄소 차단 메쉬(20)를 포함하는 정수기용 필터(100)를 제공한다.
상기 정수기용 필터(100)에서, 상기 탄소 차단 메쉬(20)는 기공이 30 ~ 75 ㎛인 것이 바람직하며, 40 ~ 70 ㎛인 것이 더 바람직하다. 기공의 크기가 30㎛ 이상인 경우 여과속도면에서 바람직하며 기공의 크기가 75㎛ 이하인 경우 활성탄 차단 성능면에서 바람직하다.
상기 탄소 차단 메쉬(20)는 상기 탄소 충전 웹층(10)의 윗면, 옆면, 아랫면을 모두 감싸서 상기 탄소 충전 웹층(10)을 전부 밀봉할 수도 있고(도 3, 도 4 참조), 상기 탄소 충전 웹층(10)의 옆면 및 아랫면만 밀봉할 수도 있다(도 5, 도 6 참조). 이와 같이 밀봉함으로써 외부로부터 유입되는 물은 통과시키되 탄소 충전 웹층(10)으로부터 분리되는 탄소 입자는 탄소 차단 메쉬(20) 내에 함유된다.
밀봉방법은 통상의 방법을 사용할 수 있으며, 예컨대, 초음파 융착, 열융착, 또는 재봉 등의 방법을 사용할 수 있으며, 기타 점착성의 결합제, 열 결합제, 또는 초음파 결합제를 이용하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 탄소 차단 메쉬(20)는 외부로부터 유입되는 물은 통과시키되 탄소 충전 웹(10)으로부터 분리되는 탄소 입자를 차단할 수 있는 재료라면 어떠한 것이든 사용될 수 있으나, 나일론, 폴리에스테르, 천연섬유, 및 스크림으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 특히 나일론 또는 폴리에스테르가 바람직하다.
상기 탄소 충전 웹층(10)은 매우 낮은 압력 또는 중력의 힘으로 공급수를 흘려 보낼 때 불순물을 여과하는 역할을 한다. 탄소 충전 웹층(10)을 위한 재료에는 특별한 제한은 없지만 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(Nylon) 등의 재료에 탄소 입자가 충진된 것을 사용할 수 있다. 탄소 충전 웹층(10)의 두께에도 특별한 제한은 없으며, 일반적으로 3.0 내지 5.0 ㎜범위일 수 있다. 탄소 충전 웹(10)은 유체의 유동에 대한 저항이 낮다는 점에서 장점이 있으며 특히 높은 유량을 흘려 보낼 때에 장점이 부각될 수 있다. 탄소 충전된 웹은 성긴 다공성 특성을 갖고 있기 때문이다. 탄소로는 바람직하게는 활성탄이 사용될 수 있다. 탄소 충전량에는 특별한 제한은 없다. 충전 웹층의 수 전체를 기준으로 탄소 충전량이 40중량% 이상일 수 있으며 90중량%를 초과할 수도 있다. 상기 탄소 충전 웹층(10)은 하나 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 탄소 충전 웹층(10)의 개수는 여과 속도, 정수 성능 등을 고려하여 결정할 수 있다. 본 발명의 하나의 태양에서는 탄소 충전 웹층(10)은 2개의 층으로 이루어진다.
상기 정수기용 필터(100)은 상기 탄소 충전 웹층(10) 위에 나노섬유층을 추가로 포함할 수 있다. 도 4, 도 6은 나노섬유층을 추가로 포함하는 본 발명의 또 다른 태양에 따른 정수기용 필터의 단면을 나타낸다. 도 4, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정수기용 필터(100)는 하나 이상의 탄소 충전 웹층(10), 상기 탄소 충전 웹층(10)의 아래에 나노섬유층(30), 및 상기 탄소 충전 웹층(10)과 나노섬유층(30)을 전부 또는 일부 밀봉하여 물은 통과시키되 탄소는 차단할 수 있는 탄소 차단 메쉬(20)를 포함한다. 상기 탄소 차단 메쉬(20)는 상기 탄소 충전 웹층(10)과 나노섬유층(30)의 윗면, 옆면, 아랫면을 모두 감싸서 상기 탄소 충전 웹층(10)을 전부 밀봉할 수도 있고(도 4 참조), 상기 탄소 충전 웹층(10)과 나노섬유층(30)의 옆면 및 아랫면만 밀봉할 수도 있다(도 6 참조). 이와 같이 밀봉함으로써 외부로부터 유입되는 물은 통과시키되 탄소 충전 웹층(10)으로부터 분리되는 탄소 입자가 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.
상기 나노섬유층(30)은 탄소 충전 웹층(10)으로부터의 불순물들을 추가로 여과하는 기능을 수행하며, 이에 따라 여과 속도를 늦추지 않으면서도 정수 성능을 높일 수 있다.
상기 나노섬유층(30)은 나노섬유가 부직포 기재 상에 함유되어 있는 형태일 수 있다. 하나의 태양에서, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 열가소성 폴리우레탄, 나일론, 친수성 PVDF, 친수성 PTFE로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 나노섬유가 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 나일론, 레이온(Rayon) 등의 부직포 기재 상에 함유되어 있는 형태일 수 있다. 내구성, 기공크기, 여과 속도를 고려할 때 나노섬유의 무게는 바람직하게는 0.5 ~ 3 gsm일 수 있으며, 더 바람직하게는 0.8 ~ 2 gsm일 수 있다(부직포를 제외한 무게임). 보다 바람직하게는 나노섬유층(30)은 폴리아크릴로니트릴이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재 상에 적층되어 있고 그 위에 다시 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재가 적층된 형태이다.
나노섬유층을 부직포 기재상에 제공하는 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 전기방사(electrospinning)와 같은 방법으로 얻어진 나노섬유를 부직포 기재와 통상의 열접합 방식으로 접합하거나 접착제를 이용하여 접합할 수 있다. 또한, 부직포 기재상에 나노섬유를 직접 방사하는 방식으로 제조될 수도 있다.
하나의 태양에서, 상기 나노섬유층(30)은 기공크기가 0.5~2.5㎛이다.
상기 나노섬유층(30)의 두께는 특별한 제한이 없으며 예를 들면, 하나의 태양에서, 나노섬유층(30)의 두께는 바람직하게는 100 내지 300 ㎛, 더 바람직하게는 150 내지 190 ㎛ 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 정수기용 필터(100)는 그 상부에 분배판을, 그 하부에 필터 하우징이 배치된 형태로 정수기에 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 일태양을 나타내는 것일 뿐 하기 실시예에 의하여 본 발명의 특허청구범위를 한정하거나 축소하여 해석할 수는 없다.
<실시예1>
실시예1은 두 층의 탄소 충전 웹(10)을 탄소 차단 메쉬(20)가 전부 감싸는 구조의 필터로서 도 3에 도시된 필터이다. 여기서 탄소 차단 메쉬(20)로는 나일론 소재 나일론 메쉬(Yueqing Sailaoau Gauze Filter Co. Ltd.)를 사용하였으며 이 나일론 메쉬는 초음파 융착 방법으로 탄소 충전 웹층(10)을 밀봉하였다. 사용된 나일론 메쉬의 특성은 하기 표 1과 같다.
성질 | 측정장비 | 데이터 |
섬유 직경(㎛) | 마이크로미터 | 47 |
메쉬 기공(㎛) | 마이크로미터 | 64 |
전체 기본 중량(Gsm) | Weighing Balance | 37 |
두께(Cfm) | 막 두께계 (Thickness Meter) | 75 |
<실시예2>
실시예2는 두 층의 탄소 충전 웹(10) 중 아래 층의 탄소 충전 웹(10) 하부에 나노섬유(30)층을 구비하고 탄소 차단 메쉬(20)가 상기 탄소 충전 웹층(10), 나노섬유(30)층을 전부 감싸는 구조의 필터로서 도 4에 도시된 필터이다. 사용된 탄소 차단 메쉬(20)는 실시예1과 동일하다. 사용된 나노섬유층(30)은 폴리아크릴로니트릴이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재 상에 적층되어 있고 그 위에 다시 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재가 적층된 형태이다. 사용된 나노섬유의 특성은 하기 표 2와 같다.
막의 특성 | 측정장비 | 데이터 |
섬유 직경(nm) | FE-SEM | 270 |
전체 두께(㎛) | 마이크로미터 | 170 |
전체 기본 중량(gsm)* | Weighing balance | 42 |
공기 투과율(cfm) | TEXT3300(125KPa) | 27.8 |
기공 크기(㎛) | Porometer-Galwick agent | 2.0 |
<비교예1>
비교예1은 필터의 상부로부터 스크림(40), 탄소 충전 웹층(10), 탄소 충전 웹층(10), 스크림(40)의 순으로 적층된 종래 기술에 따른 필터로서 도 1에 도시된 필터이다.
<비교예2>
비교예2는 비교예1의 하부 스크림(40) 아래에 나노섬유층(30)이 구비된 종래기술에 따른 필터로서 도 2에 도시된 필터이다. 사용된 나노섬유층(30)은 폴리아크릴로니트릴과 열가소성 폴리우레탄의 7:3 중량비의 블랜드가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재 상에 적층된 형태이다. 사용된 나노섬유의 특성은 하기 표 3과 같다.
막의 특성 | 측정장비 | 데이터 |
섬유 직경(nm) | FE-SEM | 181 |
전체 두께(㎛) | 마이크로미터 | 195 |
전체 기본 중량(gsm) | Weighing balance | 40 |
공기 투과율(cfm) | TEXT3300(125KPa) | 14.1 |
기공 크기(㎛) | Porometer-Galwick agent | 1.05 |
<평가예>
시험예1
- 필터
하우징의
탄소 잔류 여부 관찰
도 1, 2에 도시된 종래기술에 따른 필터(비교예 1, 2)와, 도 3, 4에 도시된 본 발명에 따른 필터(실시예1, 2)에 수용액 샘플을 공급하여 필터 하우징에 탄소 입자가 잔류하고 있는지 여부를 관찰하였다.
(1) 비교예1과 실시예1의 비교
비교예1과 실시예1을 비교한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
상기 표 4에서 보듯이 비교예1의 필터에서는 필터하우징과 분배판의 경계 부분에 검은 탄소 입자가 많이 관찰된 반면 실시예1의 필터에서는 발견되지 않았다.
(1) 비교예2와 실시예2의 비교
비교예2와 실시예2를 비교한 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
상기 표 5에서 보듯이 비교예2의 필터에서는 필터하우징과 분배판의 경계 부분에 검은 탄소 입자가 많이 관찰된 반면 실시예2의 필터에서는 발견되지 않았다.
시험예2
- 여과한 수용액 샘플 중의 탄소 잔류 여부 관찰
비교예 1의 필터를 사용하여 여과한 이후의 수용액 샘플과, 실시예 1의 필터를 사용하여 여과한 이후의 수용액 샘플 중의 탄소 입자 포함 여부를 관찰하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
상기 표 6에서와 같이, 비교예 1의 필터를 사용하여 여과한 용액에는 검은 탄소 입자가 관찰되었으나 실시예 1의 필터를 사용하여 여과한 용액에는 관찰되지 않았다.
시험예3
- 여과속도시험
물 2리터를 비교예2의 필터와 실시예2의 필터에 흘려 보냈을 때 물이 통과하는 속도를 측정하여 필터의 여과속도를 시험하였다. 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
측정장치 | 시간(초) | |
비교예2의 필터 | 스톱워치 | 250 |
실시예2의 필터 | 스톱워치 | 130 |
상기 표 7에서와 같이 비교예2의 필터에 비하여 나노섬유가 상이한 실시예2의 필터가 여과속도가 약 2배 정도 더 빠른 것으로 관찰되었다.
시험예4
- 여과성능시험
실시예1의 필터에서 탄소 차단 메쉬의 기공 크기만을 달리하여 물을 여과시킨 후 탄소 충전 웹을 들고 10번 털었을 때 잔류하는 탄소를 촬영하고 그 중량을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
상기 표 8에서와 같이 기공 크기가 75㎛인 경우 잔류 탄소가 의 발견되지 않았고, 70㎛인 경우 잔류 탄소가 전혀 발견되지 않았다.
10: 탄소 충전 웹층
20: 탄소 차단 메쉬
30: 나노섬유층
40: 스크림
100: 정수기용 필터
20: 탄소 차단 메쉬
30: 나노섬유층
40: 스크림
100: 정수기용 필터
Claims (14)
- 하나 이상의 탄소 충전 웹(carbon-loaded web) 층, 및
상기 탄소 충전 웹층을 전부 또는 일부 밀봉하여 물은 통과시키되 탄소는 차단할 수 있는 탄소 차단 메쉬
를 포함하는 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 차단 메쉬는 기공크기가 30 ~ 75 ㎛인 정수기용 필터. - 제2항에 있어서,
상기 탄소 차단 메쉬는 기공크기가 40 ~ 70 ㎛인 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 차단 메쉬가 상기 탄소 충전 웹층을 전부 밀봉하는 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 차단 메쉬가 상기 탄소 충전 웹층의 옆면 및 아랫면을 밀봉하는 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 밀봉이 초음파 융착, 열 융착, 또는 재봉에 의하여 이루어지는 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 차단 메쉬는 나일론, 폴리에스테르, 천연섬유, 및 스크림으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 차단 메쉬가 나일론 또는 폴리에스테르인 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 충전 웹층이 두 개의 층으로 이루어진 정수기용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 충전 웹층 위에 나노섬유층을 추가로 포함하는 정수기용 필터. - 제10항에 있어서,
상기 나노섬유층은, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 열가소성 폴리우레탄, 나일론, 친수성 PVDF, 친수성 PTFE로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 나노섬유가 부직포 기재 상에 적층되어 있는 것인 정수기용 필터. - 제11항에 있어서,
상기 나노섬유층은 폴리아크릴로니트릴이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포 기재 상에 적층되어 있고, 상기 나노섬유층 위에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포가 다시 적층되어 있는 것인 정수기용 필터. - 제10항에 있어서, 상기 나노섬유층은 기공크기가 0.5~2.5 ㎛인 것인 정수기용 필터.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 정수기용 필터를 포함하는 정수기.
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KR20120086011A KR20140019636A (ko) | 2012-08-06 | 2012-08-06 | 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기 |
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KR20120086011A KR20140019636A (ko) | 2012-08-06 | 2012-08-06 | 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기 |
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