KR20150031066A - 중공사막 필터 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공사막 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 중공사막이 나선형으로 감겨지는 필터에 있어서, 내부에 원통형의 중공부가 형성되도록 중공사막 다발이 나선형으로 형성되는 외부 중공사막 및 상기 외부 중공사막의 길이 방향을 따라 상기 중공부에 구비되는 적어도 일부가 직선형인 내부 중공사막 다발을 포함하는 중공사막 필터 및 그 제조방법이 개시된다.

Description

중공사막 필터 및 그 제조 방법{HOLLOW MEMBRANE FILTER AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은, 중공사막 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유효 막면적을 극대화하여 필터 공간의 효율성을 향상시키는 중공사막 필터에 관한 것이다.

일반적으로 중공사 필터는 중공사를 이용하여 액체, 특히 물속에 포함된 각종 오염물질이나 세균 등을 분리하여 제거하는 것이다. 중공사는 표면에 미세한 구멍이 형성되어 있어, 원수(原水)가 그 구멍을 통해 유입되어 중심에 형성된 공간을 통해 중공사의 끝으로 이동한다. 따라서, 각종 이물질은 표면에 형성된 구멍을 통과하지 못하므로 깨끗한 물만 중공사의 중심으로 이동하기 때문에 정수가 이루어진다.

종래의 분리막은 나권형(spiral wound), 관형(tubular), 중공사형(hollow), 판틀형(plat and frame) 등의 형식들이 있는데, 이중에서 중공사형은 중공사의 직경이 0.2~2mm이며 중앙이 비어있는 실관형태이므로 중공사의 단위부피당 막면적비가 다른 형식에 비하여 굉장히 높아서 더 높은 생산성을 가지고 있으며, 다른 형식의 분리막은 분리막을 형성하는 고분자를 코팅할 수 있는 지지체가 필요하지만 중공사형식의 분리막은 직경이 작으므로 자체적으로 형태를 유지할 수 있어서 별도의 지지체가 필요 없다는 장점을 가지고 있다.

이와 같은 중공사형 분리막은 보통 중공사를 다발지어 중공사막 모듈로 형성하고, 상기 중공사막 모듈을 처리하고자 하는 유체의 수조에 직접 침지시키고, 중공사막 내부에 진공을 가하여 유체가 중공사 내부로 투과하게 하여 고액을 분리하는 침지형 중공사막 모듈이 사용되고 있다. 상기 침지형 중공사막모듈은 모듈의 제조 원가를 낮출 수 있고, 유체의 순환을 위한 설비가 필요없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있는 장점이 있다.

한편, 가정용 중공사 필터의 경우, 중공사막 다발을 필터내에 고정하는 방법으로 상단과 하단의 포팅액을 이용하여 고정하고 상단 혹은 하단부를 투수부로 이용하는 "I"자형 방법과, U형태로 중공사 다발을 구부린 형태로 상단부의 포팅액을 이용하여 고정시키는 "U"자형 방법, 나선형으로 특정 간격으로 꼬아두는 방법 등이 있다.

이 중, 나선형으로 꼬아두는 방법의 경우, 투수율의 증대 효과를 가져오는 구조로 최근 많은 가정용 중공사 필터 상용품에서 널리 사용되어지고 있다. 나선형으로 꼬아두는 소위, 사권형(String wound) 방식의 경우 중앙부에 빈 공간이 남겨져 단위 공간에 적치 효율이 떨어지게 된다.

또한, U자 형태로 중공사 다발을 형성하는 경우는 상대적으로 중공사의 외경이 크고, 뻗뻗하면 중공사막이 U자 말단부에 접힘(crack)이 생기는 단점이 있다.

상하단 포팅방법의 경우는 상단 혹은 하단 끝단에서 통수할 수 있으나, 양방향 포팅재의 사용이 필요하다. 상기 사권형 방식의 경우 투수량을 증대시키고, 막면적을 높일 수 있는 방법으로 사용되나, 단위 공간에 적치 효율이 떨어지게 된다.

도 1은 종래의 사권형 방식에 의한 중공사막 필터(100)의 정면도이고, 도 2는 도 1의 측면도이고, 도 3은 도 1의 중공사막 필터(100)의 일부 단면도이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 나선형으로 감겨진 중공사(10)는 카트리지(20)의 내부에 형성되는데, 상기 중공사(10)의 일측은 포팅재에 의해 고정된다. 이때, 상기 고정 방식은 상기 중공사(10) 다발을 나선형으로 꼬아 그 뭉치의 일단부를 포팅액으로 고정시킨 것으로, 커팅 공정을 통해 투수부를 확보하게 된다. 이 때 원심 포팅을 이용해 나선형 중공사 다발을 고정시킬 경우, 편심을 방지하기 위해 중앙부에 원형 구조물(40)을 설치하게 되는데, 편심방지를 위한 중앙부 원형 구조물(40)에 의해 빈 공간(50)이 발생되어 필터 내부 단위 공간에 중공사 적치 효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 중공사막 필터의 단위 공간에 중공사막의 집적도를 증대시킨 중공사막 필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 내부 중앙에 내부 중공사막을 구비하여 편심방지 기능을 갖도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는, 중공사막이 나선형으로 감겨지는 필터에 있어서, 내부에 원통형의 중공부가 형성되도록 중공사막 다발이 나선형으로 형성되는 외부 중공사막 및 상기 외부 중공사막의 길이 방향을 따라 상기 중공부에 구비되는 적어도 일부가 직선형인 내부 중공사막 다발을 포함하는 중공사막 필터가 제공될 수 있다.

상기 중공부에는 원통형의 고정 구조물이 형성되고, 상기 고정 구조물의 내부에 내부 중공사막이 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 고정 구조물의 표면은 물이 유출입할 수 있는 통로가 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부 중공사막은, "I"자형 또는 "U"자형의 다발로 형성될 수 있고, 상기 내부 중공사막이 "I"자형의 다발인 경우에는 내부 중공사막의 일 단부가 실링부에 의해 실링되는 것을 특징으로 하며, 상기 실링부는 초음파 융착, 포팅, 포팅 캡에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정 구조물은 플라스틱 재질인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는, 중공사막 필터 제조 방법에 있어서, 카트리지의 내부에 원통형의 중공부가 형성되도록 외부 중공사막 다발을 나선형으로 배치하는 단계, 상기 중공부에 적어도 일부가 직선인 내부 중공사막 다발을 배치하는 단계, 상기 카트리지의 내부에 포팅재를 주입하는 단계, 상기 카트리지의 일 단부를 회전축으로 하여 회전시키면서 주입된 포팅재를 경화시키는 단계 및 상기 경화된 포팅재와 중공사막을 동시에 절단하는 단계를 포함하는 중공사막 필터의 제조 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가정용 수처리 중공사막 필터를 제조함에 있어 유효 막면적을 극대화하여, 모듈의 유효 통수량을 증대시키는 중공사막 필터를 제공함으로써 효율성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한, 중공사막의 내부 공간이 중공사막으로 충진되어 포팅액 주입시에 편심되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 중공사막 필터의 정면도.
도 2는 도 1의 중공사막 필터의 측면도.
도 3은 도 1의 중공사막 필터의 일부 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 필터의 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 필터의 일부 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중공사막 필터의 측면도.
도 7은 도 6의 중공사막 필터의 일부 단면도.

이하, 본 발명에 관련된 중공사막 필터에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 중공사막 필터(100)의 측면도인데, 도 1을 참조하면, 상기 중공사막 필터(100)의 길이 방향으로 외부와 내부에 각각 외부 중공사막(120a) 및 내부 중공사막(120b)이 각각 형성된 것을 알 수 있다.

이때, 상기 외부 중공사막(120a)은 내부에 원통형의 중공부(130)를 형성하며, 중공사막 필터(100)의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨지며, 상기 중공부(130)에는 적어도 일부가 직선형인 내부 중공사막(120b)이 형성되어 있다.

상기 외부 중공사막(120a)이 나선형으로 감겨지므로 상기 외부 중공사막(120a)의 단면은 타원형이 되고, 내부 중공사막(120b)은 직선형이므로 상기 내부 중공사막(120b)의 단면은 대략 원형이 된다. 즉, 상기 외부 중공사막(120a)은 커팅시에 타원형 투수부를 형성하고, 내부 중공사막은 원형 투수부를 형성한다. 도 4에서는 외부 중공사막(120a)의 내부 공간에 내부 중공사막(120b)이 특별한 지지체 없이 배치되어 있는 모습을 도시한 것이다. 이때, 상기 내부 및 외부 중공사막(120a, 120b)은 카트리지(110)에 삽입되어 있다.

도 5는 도 4의 나선형 중공사막 필터의 일부 단면도인데, 도 5를 참조하면, 외부 중공사막(120a)이 도넛 형태로 형성되고, 그 내부에는 직선형의 내부 중공사막(120b)이 형성됨을 알 수 있다. 이때의 내부 중공사막은 편심 방지 역할을 한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 카트리지(110)의 내부에 상기 외부 중공사막(120a) 및 내부 중공사막(120b)을 배치하고, 상기 카트리지(110)의 내부에 포팅재(potting material)를 주입한 다음, 상기 카트리지(110)의 일 단부를 중심으로 원심 회전시키면서 상기 포팅재를 경화시킨다.

즉, 상기 나선형 중공사막 필터(100)를 형성하기 위하여 필터의 일 단부는 실링되는데, 이를 위하여 포팅재를 이용하여 중공사막의 일 단부가 상기 포팅재에 의해 둘러싸여 차단되도록 한다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 상기 카트리지(110)의 내부에 포팅재를 넣고 포팅재가 새지 않도록 원심 회전시킨다. 상기 포팅재로는 액상의 에폭시 또는 폴리우레탄 등의 이액형 접착제가 사용될 수 있다. 상기 포팅재는 상기 중공사막(120)을 묶는 접착제 역할을 한다.

상기 포팅재는 카트리지(110) 내에서 원심 회전에 따라 타 단부로 이동하면서 경화되는데, 상기 외부 중공사막(120a)의 중공부(130)가 빈 공간으로 된 상태에서 카트리지(110)를 회전시키면 포팅재 등이 한쪽으로 치우치게 되는 현상이 발생하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 이와 같은 편심 현상을 방지하기 위하여 상기 중공부(130)에 내부 중공사막(120b)을 배치하였다.

상기 내부 중공사막(120b)은 적어도 일부가 직선형인데, 보다 구체적으로는 "I"자형 또는 "U"자형의 다발로 형성될 수 있는데, 상술한 바와 같이 이들 모두 원형의 투수부를 형성하게 된다.

이때, 상기 외부 중공사막(120a)은 내부 중공사막(120b)을 다발로 한 다음, 상기 내부 중공사막(120b)의 외부를 감싸는 다발 형태로 제조된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 내부 중공사막(120b)이 "I"자형인 경우 중공사막 일 단부를 실링해야 하는데, 상기 실링부는 포팅재 뿐만 아니라, 초음파 융착 또는 포팅 캡에 의해 형성할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나선형 중공사막 필터의 측면도이고, 도 7은 도 6의 중공사막 필터의 일부 단면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 도 4 및 5와 비교할 때, 내부 중공사막(120b)이 원통형의 고정 구조물(140)의 내부에 형성되는 것을 알 수 있다.

도 6 및 7에서와 같이, 내부 중공사막(120b)의 강성이 충분하지 않은 경우에는 포팅재를 이용하여 상기 내부 중공사막(120b)을 고정하기 위한 원심 회전시 내부 중공사막(120b)이 회전 중심에서 이탈될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 고정 구조물(140)을 사용할 수 있다.

상기 고정 구조물(140)은 도 7에 도시된 바와 같이, 표면에는 메시(mesh) 형태의 통로(145)가 다수 형성되어 있어 외부 중공사막(120a)과 내부 중공사막(120b) 사이로 물의 유출입이 가능하도록 되어 있다. 도 7에서는 상기 통로(145)를 사각 형상으로 표현하였으나, 이에 한정할 것은 아니고 물의 유출입이 가능하면 어떤 형태든 가능함은 당연하다. 한편, 상기 고정 구조물(140)은 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 중공사막(120a)의 내부에 내부 중공사막(120b)을 추가적으로 형성함으로써 중공사막 필터(100)의 유효 통수량을 증대시킬 수 있다.

중공사형 분리막은 중공사막 안에서 밖으로 여과되는 가압방식과 그 반대방향으로의 흡입방식으로 사용할 수 있으며 생물학적 처리공정(활성슬러지법)에 적용할 때에는 그 설치 방식에 따라 폭기조 밖에 중공사막을 설치하는 외부순환식과 폭기조 내에 중공사막을 설치하여 처리하는 침적식으로 사용할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서의 중공사막 필터는 상기 가압방식 및 흡입방식 모두에 적용될 수 있다.

이상에서 설명된 중공사막 필터는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

1. 중공사막이 나선형으로 감겨지는 필터에 있어서,
   내부에 원통형의 중공부가 형성되도록 중공사막 다발이 나선형으로 형성되는 외부 중공사막; 및
   상기 외부 중공사막의 길이 방향을 따라 상기 중공부에 구비되는 적어도 일부가 직선형인 내부 중공사막 다발을 포함하는 중공사막 필터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 중공부에는 원통형의 고정 구조물이 형성되고, 상기 고정 구조물의 내부에 내부 중공사막이 배치되는 것을 특징으로 하는 중공사막 필터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정 구조물의 표면은 물이 유출입할 수 있는 통로가 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 중공사막 필터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 내부 중공사막은,
   "I"자형 또는 "U"자형의 다발로 형성된 것을 특징으로 하는 중공사막 필터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 내부 중공사막이 "I"자형의 다발인 경우에는 내부 중공사막의 일 단부가 실링부에 의해 실링되는 것을 특징으로 하는 중공사막 필터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 실링부는 초음파 융착, 포팅, 포팅 캡에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 중공사막 필터.
7. 제3항에 있어서,
   상기 고정 구조물은 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 중공사막 필터.
8. 중공사막 필터 제조 방법에 있어서,
   카트리지의 내부에 원통형의 중공부가 형성되도록 외부 중공사막 다발을 나선형으로 배치하는 단계;
   상기 중공부에 적어도 일부가 직선인 내부 중공사막 다발을 배치하는 단계;
   상기 카트리지의 내부에 포팅재를 주입하는 단계;
   상기 카트리지의 일 단부를 회전축으로 하여 회전시키면서 주입된 포팅재를 경화시키는 단계; 및
   상기 경화된 포팅재와 중공사막을 동시에 절단하는 단계를 포함하는 중공사막 필터의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 중공부에는 원통형의 고정 구조물이 형성되고, 상기 고정 구조물의 내부에 내부 중공사막이 배치되는 것을 특징으로 하는 중공사막 필터의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 고정 구조물의 표면은 물이 유출입할 수 있는 통로가 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 중공사막 필터의 제조 방법.
11. 제8항에 있어서,
    상기 내부 중공사막은 "I"자형 또는 "U"자형의 다발로 형성된 것을 특징으로 하는 중공사막 필터의 제조 방법.

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