KR20210081089A - 수처리용 관형필터 및 이를 포함하는 수처리용 필터모듈 - Google Patents

수처리용 관형필터 및 이를 포함하는 수처리용 필터모듈 Download PDF

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Abstract

수처리용 관형필터가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 관형필터는 양 단이 관통된 관형 필터로서 관형필터 외측에서 내측으로 또는 내측에서 외측으로 여과흐름이 형성되며, 외측에서 내측방향으로 평균공경이 서로 상이한 제1섬유웹과 제2섬유웹을 포함하는 여재층을 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 평막에 대비해 여과유효면적이 현저히 향상되고, 여과효율이 높으면서도 오염 물질이 필터 표면에 쉽게 포집되지 않으며, 역세척이 용이하고, 장기적으로 안정된 통수량 및 성능을 유지할 수 있다. 또한, 다중분포 기공구조를 가지므로 사용목적에 따라서 다양한 제품을 구현할 수 있는 이점이 있다. 더불어 내구성이 우수해 필터의 교체주기가 연장되며, 역세척 시에도 필터의 내구성이 유지됨에 따라서 수처리 분야에 널리 응용될 수 있다.

Description

수처리용 관형필터 및 이를 포함하는 수처리용 필터모듈{Tublar filter for water-treatment and water-treatment filter module comprising thereof}
본 발명은 관형필터에 관한 것으로서, 구체적으로는 수처리용 관형필터에 관한 것이다.
종래 고액 분리용 필터여재는 주로 부직포나 섬유상 평막이나 중공사막을 사용했으나 평막은 주로 입자가 큰 원수를 정화하며 1회용으로써 교체 비용 및 교체 시간이 많이 소요되며, 이로 인한 여과공정의 중단이 불가피한 문제가 있다. 또한, 뎁스(depth) 필터로써 작용하여 필터여재의 외부표면에 입자가 포집되면 더 이상의 성능 발휘가 어려워 폐기해야 하므로 경제성 및 환경오염에 악영향을 미치는 문제가 있다. 나아가 단위 부피당 여과 면적이 크지 않고, 낮은 투과 유속과 유량으로 여과시스템의 효율이 좋지 않으며, 역세척이 어려운 단점이 있다.
종래의 UF/MF(ultra-filtration/micro-filtration) 중공사막은 여과 정밀도는 우수하지만, 오염에 대한 세정효과가 적으며, 장기 운전 시 원수 중의 입자나 부유물 등이 중공사막 다발을 오염시켜 중공사막의 단사가 발생하기 쉬우며, 운전조건 상 역세척이 용이하지 못한 문제점이 있었다.
이러한 종래의 평막이나 중공사막은 낮은 투과 유속과 여과 동력 그리고 막의 막힘 현상 등에 의해 초기 설치비용 대비 낮은 여과 효율 및 막 교체와 세척에 따른 유지관리비가 높은 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1908704호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 평막에 대비해 여과유효면적이 현저히 향상되고, 오염 물질이 필터 표면에 쉽게 포집되지 않으면서도 역세척이 용이하고, 장기적으로 안정된 통수량 및 성능을 유지할 수 있는 수처리용 관형필터 및 이를 포함하는 수처리용 필터모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 내구성이 우수해 필터의 교체주기가 연장되며, 역세척 시에도 필터의 내구성이 유지되는 수처리용 관형필터 및 이를 포함하는 수처리용 필터모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 양 단이 관통된 관형 필터로서 외측에서 내측으로, 또는 내측에서 외측으로 여과흐름이 형성되며, 외측에서 내측방향으로 평균공경이 서로 상이한 제1섬유웹과 제2섬유웹을 포함하는 여재층을 포함하는 관형필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 관형필터의 외측에서 내측방향으로 제1섬유웹-제2섬유웹, 제2섬유웹-제1섬유웹, 제1섬유웹-제2섬유웹-제1섬유웹, 또는 제2섬유웹-제1섬유웹-제2섬유웹 순서로 배치될 수 있다.
또한, 상기 관형필터는 제1방향을 따라서 일정한 내경을 형성하도록 슬리팅사를 제1방향에 대해서 사선으로 권취하여 형성된 것으로서, 상기 슬리팅사는 제1섬유웹과 제2섬유웹이 일체화된 적층체를 소정의 폭으로 절단한 것일 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사는 대향하는 가장자리 일정부분이 서로 겹치도록 권취되며, 겹쳐진 부분은 열 또는 초음파를 통해 접합되거나, 또는 별도의 접착성분을 개재하여 접합될 수 있다.
또한, 상기 제1섬유웹은 직경이 5 ~ 30㎛인 제1섬유로 형성된 공경이 10 ~ 100㎛인 섬유웹이고, 상기 제2섬유웹은 직경이 0.1 ~ 1.0㎛인 제2섬유로 형성된 공경이 0.1 ~ 1.0㎛인 섬유웹일 수 있다.
또한, 상기 제1섬유웹은 상기 제2섬유웹 보다 평균공경 크고, 상기 제1섬유웹은 두께가 50 ~ 200㎛이고, 상기 제2섬유웹은 두께가 5 ~ 100㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 제1섬유웹은 폴리올례핀계, 폴리비닐계, 폴리스티렌계, 폴리에스터계, 불소계, 폴리아미드계, 폴리설폰계 및 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 형성되며, 상기 제2섬유웹은 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리이더술폰(PES) 및 폴리술폰(PS)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사는 폭이 10 ~ 50㎜일 수 있다.
또한, 상기 제1섬유웹은 멜트블로운 부직포, 스펀본드 부직포, 서멀본드 부직포, 케미컬본드 부직포 및 Ÿ‡ 레이드 부직포로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 하우징 내부에 나란하게 배치된 다수 개의 본 발명에 따른 관형필터를 구비한 수처리용 필터모듈을 제공한다.
본 발명에 의한 평막에 대비해 여과유효면적이 현저히 향상되고, 여과효율이 높으면서도 오염 물질이 필터 표면에 쉽게 포집되지 않으며, 역세척이 용이하고, 장기적으로 안정된 통수량 및 성능을 유지할 수 있다. 또한, 다중분포 기공구조를 가지므로 사용목적에 따라서 다양한 제품을 구현할 수 있는 이점이 있다. 더불어 내구성이 우수해 필터의 교체주기가 연장되며, 역세척 시에도 필터의 내구성이 유지됨에 따라서 수처리 분야에 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 필터모듈의 사시도 및 X-X' 경계선에 따른 단면모식도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터의 사시도 및 X-X' 경계선에 따른 단면모식도와 부분확대도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터의 유체흐름을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터를 구성하는 여과층의 단면 SEM 사진,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터에 포함되는 제2섬유웹의 SEM 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터를 구성하는 여과층의 공경분포를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터를 제조하기 위한 중간체인 적층체 및 슬리팅사의 제조공정 사진,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터의 제조방법을 도시한 모식도, 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형필터의 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수처리용 필터모듈(1000)은 하우징(1)과 상기 하우징 내부에 수용된 다수 개의 관형필터(100)를 포함한다.
상기 하우징(1)은 관형필터(100)가 수용되는 수용부(10), 원수가 유입되는 유입부(30), 여과되지 못한 원수인 반송수가 배출되는 반송수 배출부(20) 및 상기 관형필터(100)를 통해 여과된 여과수가 배출되는 여과수 배출부(40)를 포함한다.
상기 하우징(1)의 형상, 크기, 재질, 구체적 구조 등은 당업계에 공지된 것을 적절히 채용하거나 목적에 따라서 변경할 수 있으므로 본 발명은 이에 대해서 특별히 한정하지 않는다.
한편, 상기 하우징(1)에는 도 1에는 도시하지 않았으나 역세척 시 세척기능을 수행하는 에어버블을 주입할 수 있는 에어 노즐부를 더 구비할 수 있고, 일예로 에어 노즐부는 역세척 시 역세척수가 유입되는 역세척수 유입부(미도시) 측에 위치하거나, 역세척수가 여과수 배출부(40)를 통해 유입될 경우 여과수 배출부(40) 측에 위치할 수 있다. 또한, 에어 노즐부는 역세척 효과를 향상시키기 위해서 하우징 내에서 위치를 달리하며 다수 개로 구비될 수 있으며, 위치 역시 구체적인 하우징의 설계에 따라서 변경될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 관형필터(100)는 하우징(1)의 수용부(10) 내에 다수 개로 구비되며, 각각이 일방향으로 나란하게 배열되도록 배치될 수 있다. 이때, 수용부(10)에 구비되는 관형필터(100)의 개수 및 인접한 관형필터(100) 간 간격은 하우징의 크기, 목적하는 유량, 여과효율, 관형필터의 성능을 고려하여 적절히 변형될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 관형필터(100)는 도 2 내지 도 3에 도시된 것과 같이 양 단이 관통된 구조를 갖는다. 또한, 외측에서 유입되는 원수(A)가 관형필터(100)를 내측방향으로 통과하는 여과흐름을 가지며, 관형필터(100) 내측에 위치하는 여과수(B)는 관형필터(100)의 어느 일단방향, 예를 들어 여과수 배출부(40)가 위치하는 방향 쪽으로 흘러나갈 수 있다.
또한, 상기 관형필터(100)는 외측에서 내측방향으로 제1섬유웹(120)과 제2섬유웹(110)을 포함하는 여재층을 포함하는데, 제1섬유웹(120)과 제2섬유웹(110)의 평균공경은 서로 상이하며, 이를 통해 다중분포 기공구조를 구현할 수 있다. 또는 관형필터(100)의 외측에서 내측방향으로 공경이 작아지는 기공구조, 반대로 공경이 커지는 공경구조, 또는 공경이 커지다가 다시 작아지는 공경 구조 등 다양한 공경구조를 용이하게 설계할 수 있다.
상기 제1섬유웹(120)과 제2섬유웹(110)은 도시된 것과 같이 관형필터(100)의 외측에서 내측방향으로 제1섬유웹(120)-제2섬유웹(110) 순으로 배치될 수 있다. 또는 도 2에서 도시된 것과 다르게 관형필터(100)의 외측에서 내측방향으로 제2섬유웹(110)-제1섬유웹(120), 제1섬유웹(120)-제2섬유웹(110)-제1섬유웹(120), 또는 제2섬유웹(110)-제1섬유웹(120)-제2섬유웹(110) 순서로 배치될 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 상기 제1섬유웹(120)이 제2섬유웹(110) 보다 공경이 큰 경우를 상정하여 설명한다.
상기 제1섬유웹(120)은 제2섬유웹(110) 보다 큰 공경구조를 갖기 위하여 섬도가 큰 섬유들로 형성된 것일 수 있고, 이로 인해 원수의 통과를 원활히 하는 통로 역할과 보조적인 여과기능을 수행할 수 있고, 주된 여과기능을 담당하는 제2섬유웹(110)이 관 형태를 유지할 수 있는 지지층으로써의 기능도 함께 수행할 수 있다. 상기 제1섬유웹(120)은 통상적인 부직포의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 예로 멜트블로운 부직포, 스펀본드 부직포, 서멀본드 부직포, 케미컬본드 부직포 및 Ÿ‡ 레이드 부직포로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1섬유웹(120)은 통상적인 부직포의 재질일 수 있고, 일예로 폴리올례핀계, 폴리비닐계, 폴리스티렌계, 폴리에스터계, 불소계, 폴리아미드계, 폴리설폰계 및 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 제1섬유웹(120)은 일예로 직경이 5 ~ 30㎛인 제1섬유(121)로 형성된, 공경이 10 ~ 100㎛ 분포를 갖는 섬유웹일 수 있다. 또한, 두께가 50 ~ 200㎛로 구현된 것일 수 있으며, 이를 통해 충분한 기계적 강도를 발현할 수 있는 동시에 원수의 흐름을 방해하지 않고 보조적인 여과기능을 수행하기에 유리할 수 있다.
또한, 상기 제2섬유웹(110)은 주된 여과기능을 수행하는 층으로써, 일예로 직경이 0.1 ~ 1.0㎛인 제2섬유(111)로 형성된 공경이 0.1 ~ 1.0㎛의 분포를 갖는 섬유웹일 수 있다. 또한, 두께가 5 ~ 100㎛일 수 있고, 이를 통해 여과효율에 보다 상승된 효과를 발현할 수 있는 이점이 있다.
상기 제2섬유웹(110)은 세섬도의 제2섬유(111)들로 구성된 것으로서, 1㎛ 이하의 섬도를 갖는 섬유를 제조하는 방법을 이용해 제조될 수 있는데, 일예로 해도사의 해성분을 용출하여 제조하거나, 전기방사를 통해 제조할 수 있다.
또한, 상기 제2섬유웹(110)은 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리이더술폰(PES) 및 폴리술폰(PS)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며, 전기방사가 가능하고, 섬유로 형성될 수 있는 화합물의 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
한편, 상기 제1섬유웹(120)과 제2섬유웹(110)은 접합되어 일체로 구현된 것일 수 있다. 일예로 열이나 또는 초음파를 통해 상호 간에 융착되거나, 또는 별도의 접착성분을 제1섬유웹(120)과 제2섬유웹(110) 사이에 개재시켜 일체화시킬 수 있다. 융착을 통한 일체화의 경우 제1섬유웹(120) 및/또는 제2섬유웹(110)에는 융착을 용이하게 하는 이종의 섬유를 더 포함할 수 있고, 상기 이종의 섬유는 당업계에서 LM사로 통칭되는 저융점 성분을 포함할 수 있고, 상기 저융점 성분은 폴리에스테르계 또는 폴리올레핀계일 수 있다. 또한, 상기 이종의 섬유는 저융점 성분 단독의 섬유이거나 지지기능을 하는 코어성분의 외부면을 저융점 성분이 피복해 쉘을 형성한 코어쉘 구조의 섬유일 수 있다. 또한, 상기 별도의 접착성분은 필터분야에 접착성분으로 사용되는 재질의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명은 이에 대해서 특별히 한정하지 않는다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 관형필터(100)는 제1방향, 일예로 관형필터의 길이방향을 따라서 일정한 내경을 형성하도록 슬리팅사(500)를 제1방향에 대해서 사선으로 권취하여 형성된 것일 수 있다. 이때, 일정한 내경을 보다 용이하게 형성시키기 위하여 원통형의 지지체(600)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 슬리팅사(500)는 대향하는 가장자리 일정부분이 서로 겹치도록 권취된 뒤 접합된 접합면(H)을 형성함으로써 관형필터의 구조를 유지할 수 있다.
상기 슬리팅사(500)는 제1섬유웹(120)과 제2섬유웹(110)이 일체화된 적층체(400)를 소정의 폭으로 절단한 것일 수 있는데, 상기 슬리팅사(500)의 폭은 10 ~ 50㎜일 수 있다. 만일 폭이 10㎜ 미만일 경우 후속하는 관형 필터 제조 시 가장자리가 겹쳐져서 접합되는 부분인 접합면(H)의 면적이 증가하고, 이로 인해 필터 유효면적이 현저히 감소할 우려가 있다. 또한, 만일 폭이 50㎜를 초과하는 경우 관형 필터의 기계적 강도가 낮아지고, 관통구조를 유지하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 슬리팅사(500)의 겹쳐진 가장자리 부분은 열 또는 초음파를 통해 접합되거나, 또는 별도의 접착성분을 개재하여 접합될 수 있으며, 가해지는 열, 초음파의 세기, 접착성분의 종류는 재질을 고려해 당업계에서 공지된 조건들을 채용 및 적절히 변경하고, 공지된 접착성분을 채용할 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1000: 수처리용 필터모듈 1: 하우징
20: 반송수 배출부 30: 원수 유입부
40: 여과수 배출부 100: 관형필터
110: 제2섬유웹 120: 제1섬유웹
400: 제1섬유웹과 제2섬유웹의 적층체 500: 슬리팅사
600: 원통형 지지체

Claims (10)

  1. 양 단이 관통된 관형 필터로서 관형필터 외측에서 내측으로 또는 내측에서 외측으로 여과흐름이 형성되며,
    외측과 내측의 평균 공경이 서로 상이한 제1섬유웹과 제2섬유웹을 포함하는 여재층을 포함하는 수처리용 관형필터.
  2. 제1항에 있어서,
    관형필터의 외측에서 내측방향으로 제1섬유웹-제2섬유웹, 제2섬유웹-제1섬유웹, 제1섬유웹-제2섬유웹-제1섬유웹, 또는 제2섬유웹-제1섬유웹-제2섬유웹 순서로 배치되는 것을 특징을 하는 수처리용 관형필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관형필터는 제1방향을 따라서 일정한 내경을 형성하도록 슬리팅사를 제1방향에 대해서 사선으로 권취하여 형성된 것으로서,
    상기 슬리팅사는 제1섬유웹과 제2섬유웹이 일체화된 적층체를 소정의 폭으로 절단한 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬리팅사는 대향하는 가장자리 일정부분이 서로 겹치도록 권취되며, 겹쳐진 부분은 열 또는 초음파를 통해 접합되거나, 또는 별도의 접착성분을 개재하여 접합되는 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1섬유웹은 직경이 5 ~ 30㎛인 제1섬유로 형성된 공경이 10 ~ 100㎛인 섬유웹이고, 상기 제2섬유웹은 직경이 0.1 ~ 1.0㎛인 제2섬유로 형성된 공경이 0.1 ~ 1.0㎛인 섬유웹인 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1섬유웹은 상기 제2섬유웹 보다 평균 공경이 크고, 상기 제1섬유웹은 두께가 50 ~ 200㎛이고, 상기 제2섬유웹은 두께가 5 ~ 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1섬유웹은 폴리올레핀계, 폴리비닐계, 폴리에스터계, 폴리스티렌계, 불소계 및 셀룰로오스계 고분자로 구체적으로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA, Nylon), 테프론(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리설폰(PES), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 셀룰로오스 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 형성되며,
    상기 제2섬유웹은 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리이더술폰(PES) 및 폴리술폰(PS)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 슬리팅사는 폭이 10 ~ 50㎜인 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1섬유웹은 멜트블로운 부직포, 스펀본드 부직포, 서멀본드 부직포, 케미컬본드 부직포 및 Ÿ‡ 레이드 부직포로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수처리용 관형필터.
  10. 하우징 내부에 나란하게 배치된 다수 개의 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 관형필터를 구비한 수처리용 필터모듈.
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KR101908704B1 (ko) 2012-01-11 2018-10-16 주식회사 엘지화학 중공사 막 모듈

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