KR20190023964A - 필터 제조방법 및 이를 이용한 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 필터 제조방법은 원단 공급롤러로부터 적어도 하나 이상의 필터 원단이 구동롤러에 공급되어 적층되는 제1 단계; 상기 구동롤러에 공급된 상기 적층된 필터 원단에, 가열된 상태의 유동 샤프트가 놓여지는 제2 단계; 상기 구동롤러의 회전에 따라 상기 유동 샤프트가 연동하여 회전할 때, 상기 적층된 필터 원단이 상기 유동 샤프트가 가하는 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 상기 유동 샤프트에 감겨지는 제3 단계; 상기 적층된 필터 원단이 상기 유동 샤프트에 설정된 길이 또는 두께만큼 권취되면, 상기 원단 공급롤러로부터 공급되는 상기 하나 이상의 필터 원단을 각각 절단하는 제4 단계; 및 상기 유동 샤프트가 상기 열융착된 필터 원단으로부터 토출되어 분리되는 제5 단계;를 포함하여, 샤프트와 보조적인 가열롤러의 간격의 차가 일정하지 않더라도, 샤프트에 균등한 하중과 열을 가할 수 있는 기술과, 샤프트에서 제작이 완료된 필터가 분리되는 공정이 지연됨 없이 이루어질 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명에 의하면, 샤프트와 가열롤러의 간격이 일정치 않을 경우에도, 권취되는 필터 원단에 균형적인 가압 하중과 가열 열량을 공급할 수 있어, 균일한 품질의 필터를 제공할 수 있고, 필터 원단을 감는 권취 속도, 가압 하중, 가열 온도를 제어하여, 제품의 목적에 맞는 공극의 선형적인 밀도 구배를 구현할 수 있으며, 권취된 필터가 샤프트와 함께 이송방향으로 분리되어 제조 공정이 지체되는 것을 방지함으로써, 제품 생산성 향상을 기대할 수 있다.

Description

필터 제조방법 및 이를 이용한 필터{Filter manufacturing method and filter manufactured by the same}

본 발명은 필터를 제조하는 방법과 이를 이용하여 제조된 필터에 관한 것이다.

최근 산업이 고도화됨에 따라 산업폐수, 축산폐수, 생활하수 등이 식수원에 유입되어 수질이 저하됨에 따라, 가정이나 산업체 등에 공급되는 수돗물은 각 하천의 수계에서 정수처리되어 상수도관을 통하여 공급되고 있다.

그러나, 정수처리되는 과정에서 다량의 소독약품을 사용하여 취음시 오취가 나거나, 노후화된 상수도관에 의해 불순물이 유입되거나, 또는 정수된 물에 미생물이 쉽게 발생하는 문제 등의 2차 오염으로 인해, 가정이나 산업체는 공급되는 수돗물을 그대로 사용하기 보다는 수돗물을 다시 정수하여 사용하는 것이 일반화되었다.

일반적으로 사용되는 정수기는 여과 면적의 확보와 그 여과 면적에 균일한 수압이 유지되도록, 내부가 중공된 원통형 필터의 외주연부에서 내주연부 또는 내주연부에서 외주연부로 물을 침투시켜 여과 과정이 수행되도록 한다.

그러나, 필터의 외주연부와 내주연부의 공극 밀도가 일정하게 형성됨으로써, 입자가 큰 불순물이 필터의 외주연부에 침적되어 필터의 성능 일부가 유실되거나 필터의 내구 수명이 단축되는 문제가 있었다.

『대한민국등록특허공보 제10-1026928호, (공고일: 2011년04월04일, 조대행), 발명의 명칭: 정수필터 및 그 제조방법』에는 원통형의 다수 계층으로 형성되는 필터 구조와 함께, 열가압식으로 다수개의 필터층을 압착시킴으로써, 필터의 두께 방향으로 공극의 선형적인 밀도 구배가 형성되도록 하여 상술한 필터 성능의 유실을 경감하는 필터 제조방법을 개시하고 있다.

또한, 『대한민국공개특허공보 제10-2008-0092708호, (공개일: 2008년10월16일), 발명의 명칭: 중공 원통형 필터의 제조방법』에는 중공 원통형 필터를 제조할 때, 접촉가열롤이 필터 두께 변화에 따라 유동하여 필터의 내주연부 및 외부주연부를 가열함으로써, 공극의 선형적 밀도 구배를 형성하는 제조 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상술한 종래 기술들은 필터 원단이 고정된 샤프트에 구속되어 권취되록 함으로써, 권취되는 필터의 외경 변화에 따라 연동하는 보조 가열롤러의 불균일한 가압 및 가열, 즉, 유동 경로의 초기 설정 오차 또는 기기의 노후화로 인한 오차 등을 고정된 샤프트의 필터 원단이 수용할 수 없어, 필터의 선형적인 공극의 밀도 구배를 구현하기 어렵고, 이에 따라 생산 제품의 품질이 균일하지 않은 문제가 있었다.

또한, 필터 원단의 권취와 가열을 위한 전원을 공급하기 위하여, 샤프트의 일단을 고정단으로 구성함으로써, 샤프트에 권취되어 제조가 완료된 필터를 분리하는 과정은 필연적으로 필터의 권취 방향 또는 이송 방향과 일치하지 않은 방향으로 이루어질 수밖에 없다.

이로 인해, 권취되어 제조가 완료된 필터를 분리하는 과정에서 제조 공정이 지체되거나 그에 따른 작업자의 수작업 비중이 증가함으로써, 생산성 저하는 물론 공정의 자동화를 구현하기 어려운 문제를 안고 있다.

특허문헌 (0001), 『대한민국등록특허공보 제10-1026928호, (공고일: 2011년04월04일, 조대행), 발명의 명칭: 정수필터 및 그 제조방법』 특허문헌 (0002), 『대한민국공개특허공보 제10-2008-0092708호, (공개일: 2008년10월16일), 발명의 명칭: 중공 원통형 필터의 제조방법』

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 샤프트와 보조적인 가열롤러의 간격의 차가 일정하지 않더라도, 샤프트에 균등한 하중과 열을 가할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 샤프트에서 제작이 완료된 필터가 분리되는 공정이 지체됨 없이 이루어질 수 있는 기술을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로, 원단 공급롤러로부터 적어도 하나 이상의 필터 원단이 구동롤러에 공급되어 적층되는 제1 단계; 상기 구동롤러에 공급된 상기 적층된 필터 원단에, 가열된 상태의 유동 샤프트가 놓여지는 제2 단계; 상기 구동롤러의 회전에 따라 상기 유동 샤프트가 연동하여 회전할 때, 상기 적층된 필터 원단이 상기 유동 샤프트가 가하는 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 상기 유동 샤프트에 감겨지는 제3 단계; 상기 적층된 필터 원단이 상기 유동 샤프트에 설정된 길이 또는 두께만큼 권취되면, 상기 원단 공급롤러로부터 공급되는 상기 하나 이상의 필터 원단을 각각 절단하는 제4 단계; 및 상기 유동 샤프트가 상기 열융착된 필터 원단으로부터 토출되어 분리되는 제5 단계;를 포함한다.

상기 제3 단계는, 상기 구동롤러가 발열하여 상기 유동 샤프트에 권취되는 상기 적층된 필터 원단의 외주에, 상기 열융착을 위한 부가적인 열을 가하는 단계;를 포함한다.

상기 제3 단계는, 상기 유동 샤프트에 권취되는 상기 적층된 필터 원단의 변화되는 외경에 따라 상기 구동롤러의 간격 및 상기 간격에 따른 가압 하중이 조절되는 단계;를 포함한다.

상기 제3 단계는, 상기 구동롤러가 발열하여 상기 유동 샤프트에 권취되는 상기 적층된 필터 원단의 외주에, 상기 열융착을 위한 부가적인 열을 가하는 단계; 및 상기 구동롤러의 회전 속도에 따라, 상기 구동롤러로부터 상기 적층된 필터 원단에 가해지는 열 및 가압 하중의 전달 시간이 조절되는 단계;를 포함한다.

상기 열융착되는 필터 원단의 열융착 온도는 130℃ ~ 200℃ 일 수 있다.

상기 열융착되는 필터 원단에 가해지는 가압 하중은 3 bar ~ 6 bar 일 수 있다.

상기 구동롤러의 회전에 따른 상기 유동 샤프트의 권취 속도는 1m/min ~ 7m/min 일 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 태양으로, 상기 필터 제조장치에 의해 제조되는 필터가 마련되며, 상기 필터는, 세디먼트 필터층, ACF 필터층, 및 멤브레인 필터층의 필터 원단이 열융착되어 구성되며, 상기 세디먼트 필터층 및 상기 멤브레인 필터층은, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌을 포함하는 폴리올레핀, 폴리설폰(PSF), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르계, 나일론, 폴리아미드(PA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 셀룰로오스, 셀룰로스아세테이트(CA), 테플론(PTFE), 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이거나, 이들의 공중합체 또는 블렌드일 수 있다.

상기 필터는, 세디먼트 필터층, ACF 필터층, 및 멤브레인 필터층의 필터 원단이 열융착되어 구성되며, 상기 멤브레인 필터층은, 폴리이민, 나노알루미나화이버, 및 금속양이온 중 하나가 첨착될 수 있다.

상기 필터는, 세디먼트 필터층, ACF 필터층, 및 멤브레인 필터층의 필터 원단이 열융착되어 구성되며, 상기 ACF 필터층은, 팬(PAN)계 활성탄소섬유, 피치(Pitch)계 활성탄소섬유, 레이온계 활성탄소섬유 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.

상기 세디먼트 필터층, 상기 ACF 필터층, 및 상기 멤브레인 필터층은, 항균제, 미네랄제, PH조절제, 유기산제 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 첨착제가 첨가될 수 있다.

상술한 과제의 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 샤프트와 가열롤러의 간격이 일정치 않을 경우에도, 권취되는 필터 원단에 균형적인 가압 하중과 가열 열량을 공급할 수 있어, 균일한 품질의 필터를 제공할 수 있다.

둘째, 필터 원단을 감는 권취 속도, 가압 하중, 가열 온도를 제어하여, 제품의 목적에 맞는 공극의 선형적인 밀도 구배를 구현할 수 있다.

셋째, 권취된 필터가 샤프트와 함께 이송방향으로 분리되어 제조 공정이 지체되는 것을 방지함으로써, 제품 생산성 향상을 기대할 수 있다.

넷째, 제조 작업의 반경을 크게 줄일 수 있고, 수작업자의 비중을 경감함으로써, 공정의 자동화를 용이하게 구현하여 생산 단가의 절감은 물론, 제품의 생산성을 크게 높일 수 있는 효과를 포함한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수개의 계층으로 이루어진 원통형 필터의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 필터를 제조하는 제조장치를 세부 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 원단을 권취하는 구성 원리를 설명하기 위한 부분 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 원단을 권취하는 구성 원리를 설명하기 위한 부분 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

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

본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위해, 다수개의 계층으로 형성되는 필터의 구조, 상기 다층 구조의 필터를 제조하는 필터 제조장치, 상기 필터에 공극의 선형적 밀도 구배를 형성하는 열융착 원리, 및 상기 선형적 밀도 구배를 갖는 필터를 제조하는 필터 제조방법을 순차적으로 설명한다.

우선, 다수개의 계층으로 형성되는 필터 구조에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수개의 계층으로 이루어진 원통형 필터의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다층 구조의 정수필터(100)는 내부가 중공된 원통형 구조체로, 세디먼트 필터층(110), ACF 필터층(120), 멤브레인 필터층(130), 및 중공부(140)의 계층으로 구성되는 필터이다.

세디먼트(Sediment) 필터층(110)은 항균성이 우수하고 정전기의 발생이 적은 부직포 재질의 원자재로 마련되며, 교환효율이 우수하면서도 포집량(Dirt Holding Capacity)이 우수한 침전층을 형성하는 필터 계층으로, 물속에 존재하는 흙가루, 배관자재에서 나오는 부식된 물질 등과 같은 고형물질의 침전 상태를 제거한다.

세디먼트 필터층의 구성을 통해, ACF(활성탄) 필터층(120)과 멤브레인 필터층(130)의 성능 손실을 저감함으로써, 상기 필터층(120, 130)들의 기능을 극대화하는 것은 물론, 필터의 내구 수명을 연장하고 기타 기능성 첨착제의 기능 제고 및 필터의 내구 수명이 연장되도록 할 수 있다.

여기서, 세디먼트 필터층(110)은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌을 포함하는 폴리올레핀, 폴리설폰(PSF), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르계, 나일론, 폴리아미드(PA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 셀룰로오스, 셀룰로스아세테이트(CA), 테플론(PTFE), 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종, 또는 이들의 공중합체 또는 블렌드로 구성될 수 있다.

ACF 필터층(Activated Carbon Fiber filter)(120)은 물속에 용존된 염소를 비롯한 트리할로메탄 등의 염소 화합물과, 화공 오염물(Chemical contamination) 및 냄새 등을 제거하는 필터 계층이다.

여기서, ACF 필터층(120)은 팬(PAN)계 활성탄소섬유, 피치(Pitch)계 활성탄소섬유, 레이온계 활성탄소섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 구성될 수 있다.

멤브레인(Membrane) 필터층(130)(평막)은 강한 양전하를 부여하여 세균 등의 음전하물을 강제적으로 유인 배출하며, 세디먼트 필터층(110)에서 미처 제거하지 못한 나노 입자의 미세고형물 및 이온 상태의 불순물을 제거하는 필터 계층이다.

여기서, 멤브레인 필터층(130)은 앞서 설명한 세디먼트 필터층(110)에 사용되는 재질들이 공통적으로 사용될 수 있으며, 폴리이민, 나노알루미나화이버 또는 금속양이온의 첨착제가 첨착될 수 있다.

중공부(140)는 내부가 중공된 필터 구조를 형성할 때, 장섬유 형태의 필터 원단이 권취되는 축(샤프트)이 삽입되는 공간으로, 여과될 유체가 원통형 필터의 외주연부를 통해 유입될 때, 내주연부인 중공부(140)가 유출구 역할을 하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서의 다층 구조의 필터(100)는 앞서 설명한 3종류의 필터층 중 2가지 이상의 필터층으로 구성될 수 있다.

더불어, 상술한 3종류의 필터층 각각에는 항균제, 미네랄제, PH 조절제, 유기산제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 첨착제가 첨가될 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에서는 상술한 3가지 종류의 필터층을 상정하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 다층 구조의 필터(100)는 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 기능을 수행하는 별도의 필터 계층이 더 형성될 수 있음은 물론이다.

예를 들어, 상술한 세디먼트 필터층(110), ACF 필터층(120), 멤브레인 필터층(130)의 사이에는 UF(중공사) 필터층이 더 형성되어 각종 세균(E. Coli, Staphyllo Coccus 등)을 걸러낼 수 있다.

다음으로, 상술한 다층 구조의 필터를 제조하는 필터 제조장치에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 필터를 제조하는 제조장치를 세부 구성을 나타내는 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 필터 제조장치(200)는, 원단 공급롤러(210), 열융착 구동롤러(220), 가열 챔버(230), 유동 샤프트(FS), 가이드봉(240), 절단 장치(250), 첨착 롤러(260), 엠보싱 롤러(270) 및 배출 장치(280)로 구성된다.

원단 공급롤러(210)는 장섬유 형태로 마련되는 하나 이상의 필터 원단을 공급하기 위한 것으로, 세디먼트 필터 원단을 공급하는 제1 공급롤러(211), ACF 필터 원단을 공급하는 제2 공급롤러(212), 멤브레인 필터 원단을 공급하는 제3 공급롤러(213)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필터 원단의 종류는 목적에 따라 달리 배치될 수 있으며, 더불어, 추가적인 공급롤러가 구성되어 별도의 필터층이 더 형성될 수 있다.

열융착 구동롤러(220)는 원단 공급롤러(210)로부터 공급되는 복수개의 필터 원단이 적층되어 안내될 때, 권취를 위한 구동력을 제공하는 회전구동체로, 필터 원단의 공급 경로의 상부에 배치되어 상하방향으로 수직 이동함으로써 권취되는 필터 원단들에 가압 하중을 인가하는 제1 구동롤러(221), 필터 원단의 공급 경로 하부에 각각 배치되어 필터 원단과 후술될 유동 샤프트(FS)를 지지 및 회전구동하여 적층된 필터 원단이 유동 샤프트(FS)에 권취되도록 하는 제2 구동롤러(222) 및 제3 구동롤러(223)로 구성된다.

유동 샤프트(FS)는 양 끝단이 자유단으로 마련되어 열융착 구동롤러(220) 내로 안내되는 적층된 필터 원단에 놓여짐으로써, 권취되는 필터 원단들의 권취 축 역할을 함은 물론, 설정된 온도로 가열되어 제공됨으로써, 열융착을 위한 필터 중심의 발열원 역할을 수행한다.

이때, 제2 구동롤러(222) 및 제3 구동롤러(223)는 유동 샤프트와(FS)와 별도로 각각 발열하여, 상기 유동 샤프트(FS)가 권취되는 필터 원단의 내주연부를 가열할 때, 외주연부를 가열하여 필터 원단이 열융착되도록 하게 하며, 이때, 제1 구동롤러(221)는 권취되는 필터 원단의 상부를 가압하여 가압력에 의한 권취 마찰력을 생성함은 물론, 열융착을 위한 압착력을 제공한다.

열융착 구동롤러(220)와 유동 샤프트(FS)의 기능에 따른 열융착 원리는 후술될 도 3 및 도 4에서 다시 상세히 설명하기로 한다.

가열 챔버(230)는 유동 샤프트(FS)가 권취되는 필터 원단의 내주연부에서 발열원 역할을 하도록 유동 샤프트(FS)를 설정 온도까지 가열하여 유지시키는 것은 물론, 적층된 필터 원단이 열융착 구동롤러(220) 내로 안내될 때마다 내부에 수용하고 있던 복수개의 유동 샤프트(FS)를 적층된 필터 원단 상면으로 하나씩 토출한다.

가이드봉(240)은 적층된 필터 원단이 유동 샤프트(FS)의 온도에 의해 열융착되어 감겨질 때, 유동 샤프트(FS)에 권취되는 필터 원단의 끝단이 유동 샤프트(FS)의 외주에 접하여 권취되도록, 필터 원단의 끝단을 유동 샤프트(FS) 방향으로 밀어주는 막대 형상 또는 평판 형상의 가이더이다.

절단 장치(250)는 적층된 필터 원단이 유동 샤프트(FS)에 설정된 길이 또는 두께 이상으로 권취되고 난 후, 공급되는 하나 이상의 필터 원단을 각각 절단하여 권취되는 필터 원단의 끝단을 마감한다.

여기서, 절단 장치(250)는 열융착 구동롤러(220)의 유입부 부근에 마련되어 유입되는 원단 모두를 절단하는 제1 절단기(251), 제2 및 제3 공급롤러(212, 213)에서 공급되는 필터 원단을 개별적으로 각각 절단하는 제2 및 제3 절단기(252, 253)로 구성된다.

첨착 롤러(260)는 원단 공급롤러(210)와 열융착 구동롤러(220) 사이의 필터 원단의 공급 경로상에 마련되어 상술한 항균제, 미네랄제, PH 조절제, 유기산제 등의 첨착제를 첨가한다. 이때, 첨착 롤러(260)는 다른 기초 원단이나 부가적으로 제공되는 원단을 공급할 수 있음은 물론이다.

엠보싱 롤러(270)는 권취된 필터 원단의 외표면에 일정한 문양을 새겨 넣기 위해 마련되는 것으로, 수직방향으로 이동하여 문양을 새기기 위한 가압 하중을 제공하는 제1 엠보싱롤러(271), 필터 원단이 감겨진 유동 샤프트(FS)를 지지하며, 회전 및 이송 구동력을 제공하는 제2 및 제3 엠보싱롤러(272, 273)로 구성된다.

배출 장치(280)는 엠보싱 롤러(270)에서 전달되는 유동 샤프트(FS)와 그에 감겨진 필터 원단을 상호 분리한다. 이때, 유동 샤프트(FS)는 종래의 샤프트의 외경이 수축되어 권취된 필터 원단이 분리되던 방식과 달리, 표면이 카본 코팅되어 권취된 필터 원단이 유동 샤프트(FS)의 길이방향으로 따라 미끄러져 유동 샤프트(FS)와 분리될 수 있다.

도 2의 내용을 정리하면, 본 발명의 필터 제조장치(200)는 원단 공급롤러(210)에서 공급된 하나 이상의 필터 원단이 적층되어 유동 샤프트(FS)에 권취될 때, 유동 샤프트(FS)에 권취된 상태로 배출장치(280)로 토출되어 분리 과정이 수행됨으로써, 종래의 고정된 샤프트에서 권취된 필터 원단을 토출하는 것과 달리, 제조 공정의 경로를 거스르지 않고서 제조된 필터를 분리할 수 있다.

이에 의해, 필터 제조 공정은 정체 또는 지연됨 없이 가동될 수 있어, 제조 공정의 자동화를 구현하기 용이함은 물론, 제조되는 필터의 생산성이 크게 높아질 수 있다.

아래에서는, 상기 필터에 형성되는 공극이 선형적 밀도 구배를 갖도록 하는 열융착 원리에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 원단을 권취하는 구성 원리를 설명하기 위한 부분 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 원단을 권취하는 구성 원리를 설명하기 위한 부분 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 열융착 과정은 양 끝단이 자유단인 유동 샤프트(FS)에 적층된 필터 원단을 위치시키고, 적층된 필터 원단이 유동 샤프트에 권취되어 제조된다.

여기서, 본 발명의 유동 샤프트(FS)는 종래의 권취를 위해 일단이 구동축에 결합되어 고정단으로 마련되는 샤프트와 다르게 양 끝단이 모두 자유단으로 마련됨으로써, 일정한 위치에 지지될 수도 없음은 물론, 회전 구동력이 축방향으로 전달될 수도 없는 구성이다.

이에, 본 발명의 필터 제조장치(200)은 적어도 3개 이상의 구동롤러가 구비된 열융착 구동롤러(220)을 마련하여 그 3개 이상의 구동롤러가 제공하는 내부 공간에 유동 샤프트(FS)를 안착시킴으로써, 유동 샤프트(FS)의 지지 구조는 물론, 회전 구동력을 제공하도록 구성한다.

앞서 설명한 바와 같이, 열융착 구동롤러(220)는 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)가 필터 원단의 공급 경로의 하부에 나란하게 마련되어 유동 샤프트(FS)의 지지력을 형성하고, 제1 구동롤러(221)가 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)를 지지하여 유동 샤프트(FS)를 가압함으로써, 세개의 축에 의한 가압력으로 회전 구동력이 전달될 수 있는 마찰력을 형성한다.

이에 의해, 제1 내지 제3 구동롤러(221, 222, 223)의 가압력과 회전력에 의해 유동 샤프트(FS)는 회전하게 되고, 적층된 필터 원단은 유동 샤프트(FS)를 축으로 회전하여 권취된다. 또한, 가열된 유동 샤프트(FS)의 가열 온도에 의해 적층된 필터 원단은 유동 샤프트(FS)와 열융착되어 상술한 마찰력을 부가할 수 있다.

이때, 유동 샤프트(FS)는 가열 챔버(230)에서 제공된 열량을 권취되는 필터 원단에 전달하여, 원통형 필터 내주연부에서 외주연부로 갈수록 공극의 밀도가 선형적으로 낮아지는 공극의 밀도 구배를 형성할 수 있다.

또한, 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)가 유동 샤프트(FS)와 별개로 권취되는 필터 원단의 외주면을 가열함으로써, 유동 샤프트(FS)에 의해 내주연부를 가열하는 열량과 함께, 권취되는 필터 원단의 선형적인 밀도 구배를 형성할 수 있다.

한편, 제1 구동롤러(221)는 권취되는 필터 원단의 외반경이 커질수록 상부로 이동하여, 유동 샤프트(FS)와의 간격을 조절하고, 그 간격에 따른 조절된 가압 하중을 권취되는 필터 원단에 인가한다.

이때, 유동 샤프트(FS)에 가해지는 가압 하중은 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)를 지지하여 제1 구동롤러(221)를 통해 전달되므로, 편심된 가압 하중이 인가될 수 있다.

그러나, 본 발명의 유동 샤프트는(FS) 일단이 고정단으로 구성되는 종래의 샤프트와 달리, 3개의 구동롤러 사이에서 자유로이 유동되는 유동 샤프트(FS)로 구성됨으로써, 그 편중된 하중이 유동 샤프트(FS)의 자유로운 유동에 의해 수용될 수 있다.

보다 상세하게는, 권취되는 필터 원단의 두께가 증가하거나, 제1 구동롤러에 의한 편심된 하중이 유동 샤프트(FS)에 전달될 때, 양단이 자유단으로 구성되는 유동 샤프트(FS)의 중심축이 전달되는 하중에 의해 자유로이 유동되어 제1 내지 제3 구동롤러(221, 222, 223) 사이의 한 가운데로 이동함으로써, 상기 제1 내지 제3 구동롤러(221, 222, 223)의 하중이 균등하게 전달되도록 할 수 있다.

이를 통해, 편심된 하중에 의한 필터 공극의 밀도 구배의 불균일함을 경감할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 도 3의 구성 및 기능과는 다르게, 제1 내지 제3 구동롤러(221, 222, 223)는 각각 이동하거나 각각 발열하여 균등한 3개의 가압 축과 가열 축을 형성할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 도 3에서의 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)는 고정 및 발열하는 구성이였고, 제1 구동롤러(221)는 이동되되 발열하지 않는 구성이였으나, 도 4에서는 제1 내지 제3 구동롤러(221, 222, 223)는 각각 이동과 발열 기능을 수행할 수 있는 구성으로 마련될 수 있다. 이로 인해, 필터 제조장치(200)의 열융착 구성은 도 3의 열융착 구성에 비해 조금 복잡할 수는 있겠으나, 권취되는 필터 원단에 보다 균일한 하중과 열을 전달할 수 있다.

이때, 제1 내지 제3 구동롤러(221, 222, 223)는 각각 발열하되, 120°간격으로 각각 필터 원단의 접선과 수직한 방향으로 이동하여 각각 권취되는 필터 원단을 각각 가압 및 가열함으로써, 권취되는 필터 원단에 보다 균등한 가압 하중과 가열 열량을 공급할 수 있다. 이에, 완성된 필터 공극의 선형적 밀도 구배는 보다 균일하게 형성될 수 있다.

이하에서는, 상기 선형적 밀도 구배를 갖는 필터를 제조하는 필터 제조방법을 순차적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 필터 제조방법은, 원단 공급롤러(210)로부터 적어도 하나 이상의 필터 원단이 열융착 구동롤러(220) 사이로 공급되어 적층된다.(S1000)

가열 챔버(230) 내에서 가열되며, 끝단이 자유단으로 마련되는 유동 샤프트(FS)는 열융착 구동롤러(220)로 안내된 적층된 필터 원단의 상면에 안착된다.(S2000)

열융착 구동롤러(220)의 제1 구동롤러(221)가 하강하여 유동 샤프트(FS)의 상부에 가압 하중을 인가함으로써, 인가되는 하중과 유동 샤프트(FS)의 가열 열량에 의해 적층된 필터 원단은 유동 샤프트(FS)를 축으로 감겨지게 된다.(S3000)

이때, 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)가 발열하여 유동 샤프트(FS)에 감겨지는 적층된 필터 원단의 외주에 부가적인 열을 가할 수 있다.(S3100)

여기서, 열융착되는 필터 원단의 열융착 온도는 50℃ ~ 250℃일 수 있다.

또한, 유동 샤프트(FS)에 감겨진 적층된 필터 원단의 변화되는 외경에 따라 제1 구동롤러(221)가 상승하여 유동 샤프트(FS)와의 간격과 그 간격에 따른 가압 하중이 조절될 수 있다.(S3200)

여기서, 열융착되는 필터 원단에 가해지는 가압 하중은 2 bar ~ 10 bar 일 수 있다.

그리고, 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)의 회전 속도에 따라, 열융착되는 필터 원단에 가해지는 열 및 가압 하중의 전달 시간이 조절될 수 있다.(S3300)

여기서, 제2 및 제3 구동롤러(222, 223)의 회전에 따른 상기 유동 샤프트(FS)의 권취 속도는 1m/min ~ 7m/min 일 수 있다.

적층된 필터 원단이 유동 샤프트(FS)를 축으로 권취되어 열융착된 상태로 설정된 길이 또는 두께만큼 권취되면, 절단 장치(250)는 원단 공급롤러(210)로부터 공급되는 필터 원단을 절단하게 된다.(S4000)

열융착된 필터 원단은 엠보싱롤러로 안내되어 외표면에 문양이 새겨진다.(S5000)

문양이 새겨진 열융착된 필터 원단은 배출 장치(280)로 이동되며, 열융착된 필터 원단 내부에 끼워진 유동 샤트프가 열융착된 필터 원단으로부터 분리되어 필터 제조가 완료된다.(S6000)

마지막으로, 상술한 제조장치와 제조방법을 통해 제작된 필터의 작용 효과에 대해 설명한다.

좋은 필터의 요구 조건은, 잘 여과시킬 수 있을 것(Good filtration), 많은 여과를 할 것(Large dirt hold capacity), 2차 오염이 없을 것, 세균 번식이 극소화 될 것, 기능성을 부여할 것 등이라 요약할 수 있다.

본 발명의 다층 구조의 필터(100)는 열융착 방식에 의해 공극의 선형적 밀도 구배가 구현되어 외측으로부터 내측으로 갈수록 밀도가 치밀해져 여과물의 다양한 크기에 대응할 수 있으므로, 여과 효율이 높아짐은 물론 다른 계층의 기능성을 보장함과 동시에 필터 전부분을 고르게 사용할 수 있어 내구 수명 역시 연장되는 효과가 있다.

또한, 공극의 선형적 밀도 구배에 의해 여과물의 정체나 편중된 흐름이 방지되어 미생물 번식이 최대로 억제될 수 있다.

더불어, 열융착 방식에 의해 다층 구조의 필터(100)가 상호 열융착되어 제작됨으로써, 바인더(binder), 유리섬유, 방사유, 계면활성제 등이 첨가되어 발생하는 2차 오염을 저감할 수 있다.

나아가, 원단 공급 과정에서 첨착제를 첨가할 수 있어 다양한 기능성을 부가할 수 있음은 물론이다.

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 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100 : 정수필터(다층 구조의 필터)
110 : 세디먼트 필터층
120 : ACF 필터층
130 : 멤브레인 필터층
140 : 중공부
200 : 필터 제조장치
210 : 원단 공급롤러
211 : 제1 공급롤러
212 : 제2 공급롤러
213 : 제3 공급롤러
220 : 열융착 구동롤러
221 : 제1 구동롤러
222 : 제2 구동롤러
223 : 제3 구동롤러
230 : 가열챔버
240 : 가이드봉
250 : 절단 장치
251 : 제1 절단기
252 : 제2 절단기
253 : 제3 절단기
260 : 첨착 롤러
270 : 엠보싱 롤러
271 : 제1 엠보싱롤러
272 : 제2 엠보싱롤러
273 : 제3 엠보싱롤러
280 : 배출 장치
FS : 유동 샤프트

Claims (12)

1. 여과를 위한 필터의 제조방법에 있어서,
   원단 공급롤러로부터 적어도 하나 이상의 필터 원단이 구동롤러에 공급되어 적층되는 제1 단계;
   상기 구동롤러에 공급된 상기 적층된 필터 원단에, 가열된 상태의 유동 샤프트가 놓여지는 제2 단계;
   상기 구동롤러의 회전에 따라 상기 유동 샤프트가 연동하여 회전할 때, 상기 적층된 필터 원단이 상기 유동 샤프트가 가하는 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 상기 유동 샤프트에 감겨지는 제3 단계;
   상기 적층된 필터 원단이 상기 유동 샤프트에 설정된 길이 또는 두께만큼 권취되면, 상기 원단 공급롤러로부터 공급되는 상기 하나 이상의 필터 원단을 각각 절단하는 제4 단계; 및
   상기 유동 샤프트가 상기 열융착된 필터 원단으로부터 토출되어 분리되는 제5 단계;
   필터 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제3 단계는,
   상기 구동롤러가 발열하여 상기 유동 샤프트에 권취되는 상기 적층된 필터 원단의 외주에, 상기 열융착을 위한 부가적인 열을 가하는 단계;를 포함하는
   필터 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제3 단계는,
   상기 유동 샤프트에 권취되는 상기 적층된 필터 원단의 변화되는 외경에 따라 상기 구동롤러의 간격 및 상기 간격에 따른 가압 하중이 조절되는 단계;를 포함하는
   필터 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제3 단계는,
   상기 구동롤러가 발열하여 상기 유동 샤프트에 권취되는 상기 적층된 필터 원단의 외주에, 상기 열융착을 위한 부가적인 열을 가하는 단계; 및
   상기 구동롤러의 회전 속도에 따라, 상기 구동롤러로부터 상기 적층된 필터 원단에 가해지는 열 및 가압 하중의 전달 시간이 조절되는 단계;를 포함하는
   필터 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 열융착되는 필터 원단의 열융착 온도는 50℃ ~ 250℃ 인 것을 특징으로 하는
   필터 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 열융착되는 필터 원단에 가해지는 가압 하중은 2 bar ~ 10 bar 인 것을 특징으로 하는
   필터 제조방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 구동롤러의 회전에 따른 상기 유동 샤프트의 권취 속도는 1m/min ~ 7m/min 인 것을 특징으로 하는
   필터 제조방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 필터 제조방법에 의해 제조된
   필터.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 필터는,
   세디먼트 필터층, ACF 필터층, 및 멤브레인 필터층의 필터 원단이 열융착되어 구성되며,
   상기 세디먼트 필터층 및 상기 멤브레인 필터층은,
   폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌을 포함하는 폴리올레핀, 폴리설폰(PSF), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르계, 나일론, 폴리아미드(PA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 셀룰로오스, 셀룰로스아세테이트(CA), 테플론(PTFE), 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이거나, 이들의 공중합체 또는 블렌드인 것을 특징으로 하는
   필터.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 필터는,
    세디먼트 필터층, ACF 필터층, 및 멤브레인 필터층의 필터 원단이 열융착되어 구성되며,
    상기 멤브레인 필터층은,
    폴리이민, 나노알루미나화이버, 및 금속양이온 중 하나가 첨착된 것을 특징으로 하는
    필터.
11. 제 8항에 있어서,
    상기 필터는,
    세디먼트 필터층, ACF 필터층, 및 멤브레인 필터층의 필터 원단이 열융착되어 구성되며,
    상기 ACF 필터층은,
    팬(PAN)계 활성탄소섬유, 피치(Pitch)계 활성탄소섬유, 레이온계 활성탄소섬유 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는
    필터.
12. 제 8항에 있어서,
    상기 세디먼트 필터층, 상기 ACF 필터층, 및 상기 멤브레인 필터층은,
    항균제, 미네랄제, PH조절제, 유기산제 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 첨착제가 첨가되는 것을 특징으로 하는
    필터.

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