KR920007853B1 - 기체용 필터엘리멘트(氣體用 filter element) - Google Patents

기체용 필터엘리멘트(氣體用 filter element) Download PDF

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요시도모 하세가와
데루아끼 쯔찌야
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에스엠씨 가부시기가이샤
다까다 요시유끼
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Abstract

내용 없음.

Description

기체용 필터엘리멘트(氣體用 filter element)
도면은, 본 발명의 실시예를 표시하며, 제1도는 홀더의 요부평면도.
제2도는 동 이면도.
제3도 및 제4도는 필터엘리멘트 유니트에 있어서의 제1도의 A-A 및 B-B 위치에서의 단면도.
제5도는 상기한 홀더에 있어서의 리브의 상세를 표시하는 요부단면도.
제6도는 필터엘리멘트의 절반단면도.
제7도는 상기한 필터엘리멘트를 케이스안에 수용한 필터의 절반단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 필터엘리멘트 2A, 2B : 유니트
7 : 원판형상홀더 8a, 8b : 여과막
10 : 중심개구 11a, 11b : 고리형상연결부
12a, 12b : 내측여과막 융착부 13a, 13b : 외측여과막 융착부
14 : 격판 15a, 15b : 원주방향리브
18 : 제1유통공 21 : 제2유통공
22 : 제3유통공 25 : 유입간극
26 : 유출유로
본 발명은, 기체중의 미세한 이 물질을 제거하는 기체용 필터엘리멘트에 관한 것이다. 종래, 액체용의 필터엘리멘트로서, USP 4,501,663호 명세서에 개시된 것이 공지되어 있다.
상기한 공지의 액체용 필터엘리멘트는, 편평한 홀더의 양면에 여과막을 장설고착한 얇은 원판형상의 유니트의 복수개를 대향하는 여과막 사이에 여과액체의 유입간극을 두고 축선방향으로 겹쳐, 그들을 연결한 것이다.
이 필터엘리멘트는, 각 유니트사이의 간격에 유입된 액체를 간극양쪽의 면적이 비교적 넓은 여과막에 의하여 여과하도록 된것으로 엘리멘트 전체의 용적에 비하여 여과면적이 비교적 넓다는 이점을 갖고 있다. 그러나, 여과막의 강도를 유지하기 위하여, 그 여과막을 홀더 안밖 가장자리의 부착부뿐만이 아니라, 그들의 부착부사이에 좁은 간격으로 병설한 다수의 리브(rib)에 접합고착 시켰으므로, 다수의 리브와 여과막과의 접합부면적이 여과막 전체의 면적에 대하여 점유하는 비율이 비교적 많아서 무시할 수 없는 것으로 되어, 유효여과면적이 감소된다는 문제가 있다. 이 감소는 최소한 15% 정도가 된다고 생각된다.
또, 여과막과 홀더를 다수의 리브로 접합함에 있어서, 홀더를 구성하는 합성수지의 일부를 녹이기 위한 용제를 사용한다던지, 접착제를 사용하여 접착시키는 경우에는, 상기한 용재나 접착제의 과잉량이 여과막의 통공을 폐쇄시킬 우려가 있기 때문에, 그 접합작업을 아주 조심스럽게 행할 필요가 있다.
또, 그 접착부분의 건조를 충분히 시키지 않으면, 필터엘리멘트의 사용시에 여과된 유체중에 용제가 혼입되어 청정한 여과유체를 얻을 수 없게 된다는 문제도 있다.
이와 같은 문제를 피하기 위하여서는, 여과막의 홀더의 리브를 열융착하는 것이 소망스러우나, 좁은 간격으로 배열한 다수의 리브를 여과막과 열융착시키는 것은 매우 곤란하여, 여과막이 부분적으로 용단(溶斷)되는 등의 문제가 발생되기 쉽다.
본 발명자등은, 상술한 여과면적이 넓은 필터엘리멘트를 기체의 여과용으로서 개발하고자, 시험연구를 추진한 결과, 기체용의 필터엘리멘트에 있어서는, 홀더에 있어서의 리브를 적절한 형상으로 함에 의하여, 다수의 리브와 여과막을 접합시킬 필요가 없다는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 액체를 여과할 경우에는, 액체의 성질상, 흐름을 멈추면 심한 역압, 즉 역류가 발생되므로, 그 대책상, 다수의 리브를 병설하여 여과막과 강고하게 접합시킴에 의하여, 여과막의 강도를 높일 필요가 있으나, 기체를 여과할 경우에는, 액체의 경우와 같은 심한 역압이나 역류가 발생되지 않으므로, 여과막과 리브와의 거듭되는 접리(接離)에 대한 대응책을 고려하면, 다수의 리브와 여과막을 접합하지 않아도 지장을 초래하지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은, 이러한 지견에 의거한 것으로 그 주된 목적은 필터엘리멘트를 구성하는 각 유니트의 홀더 양면에 장설하는 여과막을, 홀더 안밖가장자리의 부착부에만 접합하고, 중간부분에 있어서는 다수의 리브와 여과막을 접합할 필요가 없도록 한 기체용 필터엘리멘트를 얻게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 필터엘리멘트의 전후에 있어서의 기체압력의 변동에 의하여, 상기한 여과막이 홀더의 리브에 접리를 반복하는 일이 있어도, 여과막이 쉽게 파손되지 않는 구조의 홀더를 구비한 기체용 필터엘리멘트를 얻는데에 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 상기한 여과막을 홀더 안밖 가장자리의 부착부에만 접합시켜, 다수의 리브와 여과막과의 접합부면적을 실질적으로 없애서, 유효여과면적을 넓게한 기체용의 필터엘리멘트를 얻는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 여과막을 홀더 안밖 가장자리의 부착부에만 접합시켜, 다수의 리브와 여과막과의 접합부를 없애, 홀더에 대한 여과막의 접합을 매우 용이하게 한 필터엘리멘트를 얻는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 여과막을 안밖 가장지리에서만 홀더의 부착부에 접합시킴에 의하여, 홀더와 여과막과의 접합을 열융착에 의해서도 쉽게 할수 있게 한 필터엘리멘트를 얻는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 여과막과 홀더를 열융착에 의하여, 또, 필터엘리멘트의 각 유니트상호를 초음파융착에 의하여 각 접합하고, 접착제등을 사용하는 경우와 같이 사용중에 용제가 기체중에 혼입될 염려가 없도록 한 필터엘리멘트를 얻는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 필터엘리멘트는 편평한 홀더의 양면에 여과막을 접합시켜 되는 유니트의 복수개를, 대향하는 여과막사이에 여과기체의 유입간극를 두고, 중심개구를 상호 연통시킨 상태로서 축선방향으로 연결한 기체용 필터엘리멘트에 있어서 상기한 홀더의 구조를 개선함과 동시에 그 홀더에 대하여 여과막을 안밖 가장자리의 부착부에서만 접합하도록 구성하고 있다.
즉, 상기한 홀더는 여과된 기체를 유니트의 연결방향으로 유출시키기 위한 중심개구와, 그의 외측에 설치되어서 각 유니트를 여과기체의 유입간극을 두고 상기한 중심개구가 연통되도록 연결하기 위한 고리형상 연결부와, 그 외측의 양면에 형설(形設)한 고리형상의 내측여과막 융착부와, 외주의 양면에 형설한 외측여과막 융착부와, 이들의 융착부를 연결하는 격판과, 그 격판의 양면에 좁은 간극을 두고 병설되고, 단면에 있어서 선단쪽이 점차 가늘어져서 선단가장자리의 단면이 미소한 반경의 원호면으로 되어 있는 다수의 리브와, 이들의 리브사이에 형성된 다수의 유통구와, 이들의 유통구를 중심개구에 연통시키는 유로를 구비하고, 상기한 여과막은 이 홀더에 대하여 안밖 양 융착부에서만 열융착시켰다.
상기한 구성을 가진 필터엘리멘트에 있어서는, 그의 외측에서 복수의 유니트사이에 유입된 기체를, 홀더의 양면에 설치한 여과막을 통하여, 홀더의 리브사이에 형성된 유통구내에 유입시키고, 그때에 여과막에 의하여 미세한 이 물질등이 제거되어서, 청정한 기체로 되어 유로를 통하여 중심개구에서 유출된다.
여과막은, 여과되는 기체의 압력에 의하여 리브에 밀어붙여지고, 또 리브와의 접리를 반복하나, 각 리브의 선단가장자리의 단면을 원호형상으로 하였으므로, 여과막의 파손이 방지된다.
또, 리브와 여과막을 접합시키지 않고, 리브의 선단쪽을 가늘게하여 여과막과의 접촉면적을 가급적 작게 하였으므로, 여과막의 거의 전면적에서 여과할 수 있어서, 유효 여과면적이 넓어져 기체유량을 많게 할 수 있다.
[실시예]
제1도 내지 제4도에 표시하는 필터엘리멘트의 유니트는, 제6도에 표시하듯이 그의 필요수량을 연설한 필터엘리멘트(1)로서 사용되는 것이다. 이 필터엘리멘트(1)는, 유사한 구성을 가진 유니트(2A)와 (2B)를 한개씩 걸러 축선방향으로 연결하여 일체화시킨 연결체(3)에 있어서의 축선방향 양쪽에, 서포트부재(4) 및 보호플레이트(5)를 부착함에 의하여 구성되어 있다.
상기한 유니트(2A)는 제3도 및 제4도로서 알 수 있듯이, 열가소성 합성수지등에 의하여 형성된 편평한 원판형상 홀더(7)와, 그 양면에 열융착에 의하여 접합된 한쌍의 여과막(8a),(8b)을 구비하였다.
이들의 여과막은, 일반적으로 멤브레인(membrane) 필터로 일컬어지는 두께가 0.1mm 정도의 유연한 합성수지(PTFF)(폴리테트라플로로에틸렌)시이트로서 되는 여과막으로 직경이 0.2μm정도의 다수의 통기구를 보유한 것이며, 예컨대 자펜고아텍스주식회사제의 고아텍스멤브레인등이 적절하게 이용된다.
상기한 홀더(7)는 제1도 내지 제4도에 표시하듯이, 여과된 기체를 유니트의 연결방향으로 유출시키기 위한 중심개구(10)와, 그의 외측양면에 있어서 각 유니트의 중심개구(10)가 연통되도록 연결하기 위한 축선방향으로 돌출하는 고리형상의 연결부 (11a),(11b)와 그 연결부(11a)(11b)외측의 내측여과막 융착부(12a),(12b)와, 외주의 외측여과막 융착부 (13a),(13b)와, 이들의 융착부사이를 연결하는 격판(14)과, 그 격판(14)의 양면에 좁은 간극을 두고 상기한 융착부와 동심으로 병설된 단면이 대략 삼각형상의 다수의 리브 (15a) 및 (15b)를 구비하고, 이들의 리브사이에 다수의 원주방향의 유통구(流通溝) (16a)와, (16b)를 형성하였다. 상기한 리브(15a) 및 (15b)는, 제5도에 표시하듯이, 단면에 있어서 선단쪽이 점차 가늘어져서 선단가장자리의 단면이 미소한 반경이 원호면으로 된 것이다.
피치가 1.3mm, 높이가 0.35mm인 도시한 리브에 있어서, 그 원호면의 곡율반경은 통상적으로 0.1내지 0.3mm정도로 설정된다. 이 범위를 초월하여 곡율반경이 작아지면, 그 부분에 대하여 여과막(8a) 또는 (8b)가 밀어붙여지고, 또는 여과막의 접리가 반복되었을때, 그 여과막이 손상될 가능성이 높아지며, 또 상기한 범위를 초월하여 곡율반경이 커지면, 여과막과의 접촉면이 필요이상으로 커져서, 유효여과면적이 감소되게 된다. 격판(14)에는 반대쪽면에 설치한 각 원주방향 유통구(16a)와 (16b)를 상호연통시키는 제1유통공(18)이 직경방향으로 정렬되어서 복수열 개설되어 있다.
또, 격판(14)의 리브(15b)쪽(이면쪽)에는, 리브(15b)와 같은 높이의 각 3본의 직경방향 리브(19)를 몇개소에 설치하고, 그 3본의 직경방향 리브(19)사이의 원주방향 리브(15b)를 제거함에 의하여, 2본의 직경방향 유통구(20),(20)가 형성되어 있다.
이들의 직경방향 유통구(20)는, 홈속의 격판(14)에 개설한 다수의 제2유통공 (21)에 의하여 반대쪽면의 각 원주방향구(16a)에 연통시킴과 아울러, 중심쪽의 제3유통공(22)에 의하여 중심개구(10)에 연통시켰다. 그리고, 이들의 각 유통공(18),(21), (22)과 각 직경방향 유통구(20)에 의하여, 원주방향유통구(16a),(16b)를 중심개구 (10)에 연통시키는 유로가 구성되어 있다.
여과막(8a)와 (8b)는, 안밖 양 가장자리가 홀더의 내측융착부(12a),(12b)와 외측융착부(13a),(13b)에 열융착에 의하여 부착되고, 중간부분은, 리브(15a),(15b)에 고정하지 않고, 단지 그들에게 당접되어 있다. 따라서, 리브(15a),(15b)를 대략 삼각형상으로 하여 여과막(8a),(8b)과의 당접면적을 작게한것과 상관되어, 여과막(8a), (8b)의 거의 전면에서 여과되므로서, 유효여과면적이 증대되며, 게다가 여과막의 열융착이 용이하게 실시가능해 진다.
또, 홀더(7)와 여과막(8a),(8b)를 열융착하면, 접착제로서 접합하는 경우와 상이하게, 용제가 잔류되어 여과기체중에 기화된 용제가 혼입되는 일도 없다.
상기한 홀더(7)에 있어서의 고리형상의 연결부(11a)에는, 아래에 설명하는 여과유니트(2b)를 연결하기 위한 고리형상의 단면이 삼각형상인 융착부(23)가 일체로 돌설되어 있다. 이 융착부(23)는, 그 자체의 열융융에 의하여, 인접하는 유니트와의 연결에 공여하는 것이다.
이와 같은 연결부에 있어서의 유니트의 연결에 의하여, 대향하는 여과막사이에 여과기체의 유입간극(25)을 두고, 중심개구를 서로 연통시킨 상태로서 각 유니트가 축선방향으로 연결된다.
홀더(7)외주의 복수개소에 있어서 표리면쪽으로 돌출되도록 설치한 이간부재 (24)는, 어떠한 이유에 의하여 유니트(2A)와 (2B)가 경사되어도, 인접한 여과유니트의 여과막사이에 여과기체의 유입간극(25)을 정확하게 유지하기 위한 것이다.
상기한 구성을 가진 여과유니트(2A),(2B)는 표면끼리 또는, 이면끼리를 대면시켜, 연결부(11a)끼리 또는, 연결부 (11b)끼리를 대향시켜서, 융착부(23)를 초음파에 의하여 융해시켜, 중심개구(10)가 서로 연통되도록 축선방향으로 연결하고, 필요한 수량의 연결에 의하여 상기한 필터연결체(3)가 구성된다. 이와 같이, 여과유니트(2A)과 (2B)를 열융착하면, 접착제로서 접착시킨 경우와 상이하여, 여과기체중에 용제가스가 혼입되는 일은 없다. 필터연결체(3)에 부착되는 상기한 서포트(4)는, 제6도로서 알 수 있듯이, 필터연결체(3)의 일단면에 당접되고, 중심개구(10)의 일단에 기밀하게 연통되는 여과기체의 유출유로(26)를 가진 통체(27)를 구비하였다. 이 통체(27)의 외주는, 후술하는 케이스와의 사이를 0링(28)에 의하여 시일 한다, 또, 필터연결체(3)의 중심개구(10)의 타단은, 보호플레이트(5)에 의하여 폐쇄되어 있다.
제7도는 상기한 필터엘리멘트(1)를 장착한 필터(30)를 표시하고, 그 필터(30)의 케이스(31)는 입구관(32)을 고착한 입구캡(33)과, 출구관(34)을 고착한 출구캡 (35)에 의하여 구성되고, 입구관(32)과 출구관(34)에는 여과기체의 유입통로(32a)와 유출통로(34a)가 대략 동일축선상에 형성되어 있다.
상기한 필터엘리멘트(1)는, 서포트(4)의 통체(27)외주에 있어서의 단부에 설치한 0링(28)을 유출통로(34a)속의 절결단부(36)와의 사이에 협탁시킴에 의하여 케이스(31)에 장착되고, 일단이 입구관(32)에 끼워진 스페이서(38)의 타단으로 보호플레이트(5)를 압압함에 의하여 케이스(31)내에 고정되어 있다. 스페이서(38)에는, 입구관(32)을 통하여 송입된 기체를 필터엘리멘트의 주위에 유도하기 위한 몇개의 개구(39)를 개설하였다. 그리고, 필터엘리멘트(1)와 스페이서(38)의 장착후에 캡(33 )과 (35)를 용접에 의하여 일체화시켜, 엘리멘트(1)를 내장한 1회용필터(30)가 형성된다.
상기한 케이스(31)의 용접에서는, 캡(33),(35)의 용접위치(40)를 입구쪽으로 기울게하여 용접시에 케이스(31)내에 불활성가스를 흐르게하여 용접열의 필터엘리멘트(1)에의 영향을 가급적 줄여서, 케이스 내면의 산화를 방지할 수 있다.
상기한 스페이스(38)는, 필터엘리멘트(1)의 고정에 중요한 역할을 하고 있다. 즉, 필터엘리멘트(10를 출구관(34)의 절결단부(36)를 향해 압압함에 의하여, 0링 (28)으로서 스포트(5)와 출구유로(34a)와의 사이를 기밀하게 시일할 수 있다.
또, 상기한 필터엘리멘트(1)는, 유니트(2A),(2B)를 융착부(23)의 초음파융착에 의하여 고정하였으므로, 축선방향의 길이가 약간 상위할 경우가 있으나, 스페이서 (38)에 의하여 이 치수오차를 흡수한다. 따라서, 이 스페이서로서는, 코일스프링을 사용하는 것도 가능하다. 그리고 또, 상기한 케이스(31)안은 이 물질의 부착을 방지하기 위하여 충분한 연마 및 세정을 할 필요가 있다.
스페이서(38)을 설치하여, 입구관(320 및 출구관 (34)의 캡(33),(35)안의 돌출길이를 짧게한 것은, 캡내부의 청정도(연마성, 세정성)를 형사시키기 위하여 매우 유효하다.
또, 입구관(32)과 입구캡(33) 및 출구관(34)과 출구캡(35)의 외측부를 용접하여, 이들 사이의 극간을 없게 하였으므로, 연마, 세정등의 작업시에 있어서의 이 물질의 침입을 방지하여, 부식등의 불편이 발생되는 것을 방지할 수도 있다.
상기한 필터(30)에 있어서는 입구관(32)에서 유입된 기체가, 스페이서(39)에 설치한 개구(39)에서 케이스(31)내에 유출되어, 필터엘리멘트(1)를 구성하는 각 유니트(2A),(2B)사이의 각 간극(2%)에 유입하여, 간극에 대향하고 있는 여과막(8a),(8a) 및 (8b),(8b)에 의하여 미세한 고형물등이 제거된다.
이런 경우, 여과막(8a),(8a)은 리브(15a),(15b)에 고착되어 있지 않는 것과 각 리브선단의 단면적이 좁은 것에 의하여, 유효여과면적이 넓고 따라서 기체유량을 많게 할 수 있다.
여과막(8a)을 통하여 홀더의 원주방향유통구(16a)에 유입된 기체는, 제2유통공(21)을 통하여 직경방향 유통구(20)에 유입되어, 제 3유통공(22)에서 중심개구 (10)로 유출된다. 또, 여과막(8b)을 통하여 원주방향 유통구(16b)에 유입된 기체는, 제 1유통공(18)을 통하여 배향하는 원주방향 유통구(16a)에 유입되어, 이하 동일한 유로를 통하여 중심개구(10)로 유출되며, 이들의 기체는 출구관(34)에서 필터(30)밖으로 유출한다.
이상에 있어서는, 본 발명의 바람직한 일예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 그 특허청구의 범위에 기재된 취지를 이탈하지 않는 범위내에 있어서 그의 설계를 변경할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (7)

  1. 편평한 홀더(7)의 양면에 여과막(8a),(8b)을 접합하여 된 유니트(2A),(2B)의 복수개를, 대향하는 여과막 사이에 여과기체의 유입간극(25)을 두고, 중심개구(10)를 상호 연통시킨 상태로서 축선방향으로 연결한 기체용 필터엘리멘트(1)에 있어서, 상기한 홀더는 여과된 기체를 유니트 연결방향으로 유출시키기 위한 중심개구(10)와, 그의 외측에 설치되어서 각 유니트를 여과기체의 유입간극을 두고 상기한 중심개구가 연통되도록 연결하기 위한 고리형상의 연결부(11a),(11b)와, 그 외측의 양면에 형설한 고리형상의 내측여과막 융착부(12a),(12b)와, 외주의 양면에 형설한 외측여과막 융착부 (13a),(13b)와, 이들의 융착부를 연결하는 격판(14)과, 그 격판의 양면에 좁은 간극을 두어서 병설되고, 단면에 있어서, 선단쪽이 점차 가늘어져서 선단가장자리의 미소한 반경의 원호면으로 되어 있는 다수의 리브와, 이들의 리브사이에 형성된 다수의 유통구와, 이들의 유통구를 중심개구에 연통시키는 유로(26)를 구비하고, 상기한 여과막은, 안밖의 양 융착부에만 홀더에 열융착되고, 상기한 각 유니트는 상기한 연결부에 있어서 열융착에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 기체용 필터엘리멘트.
  2. 청구범위 제1항에 있어서, 홀더에 접합하는 여과막(8a),(8b)을, 두께가 0.1mm정도의 유연한 합성수지 시이트로서, 직경이 0.2μm정도의 다수의 통기구(通氣口)를 보유한 막에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 기체용 필터엘리멘트,
  3. 청구범위 제1항에 있어서, 홀더에 있어서의 격판의 양면에 설치하는 리브 (15a),(15b)를 동심원형상으로 병설하고, 이들의 리브사이에 다수의 원주방향 유통구 (流通溝)를 형성한 것을 특징으로 하는 기체용 필터엘리멘트.
  4. 청구범위 제1항에 있어서, 홀더에 있어서의 격판의 양면에 설치한 리브의 선단가장자리를, 단면의 반경 0.1 내지 0.3mm의 원호면으로 한 것을 특징으로 하는 기체용 필터엘리멘트.
  5. 홀더에 있어서, 격판에, 반대쪽면에 설치한 원주방향의 유통구(流通溝)(16a), (16b)를 상호연통시키는 제 1 유통공(18), 리브와 같은 높이의 복수의 직경방향의 리브사이에 형성한 복수의 직경향의 유통구(20), (20), 그들의 직경방향유통구속의 격판 (14)에 개설한 다수의 제2유통공(21) 및 상기한 직경방향의 유통구를 중심개구에 연통시키는 제 3 유통공(22)를 설치하여, 이들의 각 유통공과 직경방향의 유통구에 의하여, 원주방향의 유통구를 중심개구에 연통시키는 유로를 구성한 엘리멘트.
  6. 청구범위 제1항에 있어서, 홀더에 있어서의 고리형상의 연결부에, 다른 여과유니트를 연결하기 위하여 열용융시키는 고리형상의 단면이 삼각형상인 융착부를 일체로 돌설한 것을 특징으로 하는 기체용 필터엘리멘트.
  7. 청구범위 제1항에 있어서, 홀더위주의 복수개소에 있어서, 표리면쪽으로 돌출되도록 이간부재를 설치하여, 인접한 유니트의 여과막 사이에 여과기체의 유입간극(25)을 확보한 것을 특징으로 하는 기체용 필터엘리멘트.
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