WO2021049691A1 - 메탈필터의 세척장치 및 세척방법 - Google Patents

메탈필터의 세척장치 및 세척방법 Download PDF

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water
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cleaning
washing
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김현욱
장상수
박영수
김성배
임이랑
박경완
김은희
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cleaning apparatus and a cleaning method for a metal filter, and more particularly, cleaning, rinsing and drying are performed in a single cleaning tank, thereby reducing space utilization compared to conventional cleaning methods, reducing cleaning time, and cleaning. It relates to a cleaning apparatus and a cleaning method for a metal filter with increased efficiency.
  • the cathode active material for a secondary battery is prepared by mixing a lithium raw material and a precursor, and the precursor is mainly prepared through a precipitation method in which a solid state is precipitated in a chemical reactor.
  • the precursor is precipitated by co-precipitation reaction with a metal mixture solution, caustic soda, ammonia, etc. in a chemical reactor.
  • a metal mixture solution caustic soda, ammonia, etc.
  • the reactant precursor
  • the filtrate liquid other than the reactant
  • the metal filter is a mesh filter structured so that the steel wire forms a mesh (net net) shape, an outer cylinder having a mesh filter shape, and an inner cylinder inserted into the outer cylinder but having a smaller diameter than that of the outer cylinder. It can be classified into a fiber filter and a metal sintered filter manufactured in the form of a pipe by sintering metal powder under high temperature and high pressure.
  • the metal filter is used in a manner that filters large foreign matter contained in the liquid, that is, the liquid passes through the through hole, but the foreign material does not pass through the through hole. As it becomes increasingly difficult, periodic cleaning is required.
  • the metal filter used during the precursor manufacturing process was cleaned through an ultrasonic cleaning method.
  • the ultrasonic cleaning method is a method in which a cleaning solution to which NaOH is added is placed in an ultrasonic cleaning machine, and the used metal filter is immersed for about 1 to 3 hours, and then ultrasonic waves are applied to the cleaning solution. After ultrasonic cleaning, the metal filter was moved to a rinsing tank where water is sprayed, rinsed, and dried to complete the cleaning.
  • An object of the present invention is to provide a cleaning apparatus and a cleaning method for a metal filter that occupies a smaller installation area, improves cleaning efficiency, and shortens cleaning time compared to a conventional ultrasonic cleaning method.
  • the present invention for achieving the object as described above is formed in a cylindrical shape with an opening provided on one side, and a through hole is formed on the side surface so that when a fluid containing a foreign substance flows into the opening, foreign substances are filtered out of the through hole and only the fluid becomes the through hole. Provides a method of cleaning the discharged metal filter.
  • the cleaning method of the present invention includes the steps of mounting a metal filter so that the opening faces downward in a jig that can be lifted up and down in a cleaning tank and slid left and right; Lowering the jig so that the nozzle installed in the washing tank enters the inside of the opening; Adding a predetermined amount of water and a cleaning liquid to the cleaning tank so that the metal filter is immersed; Injecting compressed air through a nozzle to blow out bubbles toward the inner surface of the metal filter; Draining the washing tank; Washing the cleaning liquid by spraying water through the nozzle; And drying the metal filter by spraying compressed air through the nozzle.
  • an air nozzle spraying compressed air and a water nozzle spraying water are installed separately from the washing tank, and before the compressed air or water is sprayed, the jig is air nozzle or water from the bottom of the metal filter to the inside of the opening. It is configured to lift and slide to allow the nozzle to enter.
  • the foreign material filtered by the metal filter is a metal oxide, and the cleaning solution and water are mixed to have a pH concentration in the range of 1 to 2.
  • compressed air may be sprayed while heated to 100 to 150°C.
  • the jig When compressed air or water is sprayed onto the inner surface of the metal filter, the jig may repeatedly rise and fall, and alternatively or at the same time, the metal filter may rotate axially.
  • the metal filter to be cleaned in an embodiment of the present invention includes an outer cylinder having a pipe shape and having a plurality of holes formed therein, and an inner cylinder having a pipe shape but having a through hole having a size smaller than that of the outer cylinder while being fitted to the inner circumferential surface of the outer cylinder. .
  • the washing apparatus comprises: a washing tank having a capacity of a predetermined size and connected to a washing liquid tank; A jig capable of moving up and down in the washing tank, slidable left and right, and fixing a metal filter; A nozzle mounted so that the jetting port faces upward in the washing tub, and spraying compressed air or water supplied from the outside into the washing tub; A control unit for controlling supply and blocking of the cleaning liquid from the cleaning liquid tank to the cleaning tank, controlling supplying and blocking of compressed air or water through the nozzle, controlling the movement of the jig, and controlling whether the cleaning tank is fresh or drained Including; in a state where the metal filter is mounted on the jig so that the opening of the metal filter faces downward, the control unit controls the movement of the jig so that the nozzle enters the metal filter through the opening, and selectively selects water, cleaning liquid, and compressed air.
  • the nozzle includes an air nozzle through which compressed air is injected, and a water nozzle that is installed to be spaced apart from the air nozzle and through which water is sprayed.
  • the air nozzle is connected to an air tank in which compressed air is stored, and the water nozzle is connected to a water tank in which water is stored, and a valve installed between the air nozzle and the air tank and a valve installed between the water nozzle and the water tank are a control unit. Opening and closing is controlled by
  • the air nozzle forms a bubble in water when spraying compressed air while water is immersed in the washing tank, but the bubble is positioned at a higher point in contact with the inner surface of the metal filter than the point formed in the air nozzle. Is sprayed.
  • the metal filter may be rotated by rotation of a gripper coupled to an upper end.
  • the cleaning tank has an open upper side and is opened and closed by a cover covering the upper side, and the cleaning tank is a release that discharges air or liquid when the internal pressure is increased by cleaning while the cover is closed. Includes a valve.
  • the air nozzle when the air nozzle injects compressed air in a state in which water is immersed in the cleaning tank, it forms bubbles in water, so that the cleaning effect can be increased by the bubbles.
  • the metal filter when washing or drying is performed, the metal filter may be selectively raised or lowered or rotated to remove water and foreign substances by centrifugal force and/or inertia, so that washing and drying efficiency may be further increased.
  • the washing tank may be cleaned in a closed state by a cover to prevent water from splashing to the outside, and an internal pressure that rises due to the injection of compressed air may be relieved by a release valve.
  • FIG. 1 is a simplified view showing an overall appearance of a cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of an air nozzle and a water nozzle installed in a washing tank.
  • FIG. 3 is a front view showing a state in which nozzles (air nozzles, water nozzles) are inserted into metal filters mounted on a jig in a cleaning tank and a state in which the metal filters rotate.
  • FIG. 4 is a flow chart of a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph of a surface state (a) of a metal filter cleaned by a conventional ultrasonic method and a surface state (b) of a metal filter washed with an acidic cleaning solution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a surface state (c) of a metal filter washed only with water without using a cleaning solution, and a metal filter washed by using a sodium hydroxide (NaOH) cleaning solution, except that the metal filter is washed by the cleaning method according to the embodiment of the present invention.
  • a photograph of the surface state (d) of and the surface state (b) of the metal filter washed with an acidic cleaning solution according to the method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows the recovery rate before and after washing with the washing method according to the present invention [%: 100-(weight increment / weight of the original metal filter fabric) when the pore size of the inner cylinder is 3 micrometers ( ⁇ m) and 5 micrometers ) X 100] is shown; And a graph showing an increase in weight before washing and after washing with the washing method according to the present invention.
  • the present invention is formed in a cylindrical shape with an opening at one end (top or bottom), and a through hole is formed in the side (outer circumferential surface) to open the inside and outside, so that when a fluid containing foreign substances flows into the opening, foreign substances are filtered from the inner wall surface.
  • An apparatus for cleaning a metal filter in which only fluid is discharged to the outside through a through hole is provided in Example 1, and a cleaning method is provided in Example 2.
  • the present invention provides an apparatus for cleaning a metal filter as Example 1.
  • Example 1 is a simplified diagram illustrating the overall components of a cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the cleaning apparatus of the present invention includes a cleaning tank 10, a jig 20 capable of ascending and descending and sliding left and right in the cleaning tank 10, an air nozzle 30 and a water nozzle 40. It includes a nozzle including and a control unit 50 for controlling the operation of the nozzle and the jig 20.
  • the cleaning tank 10 has a certain size and is connected to the cleaning liquid tank 60 disposed outside, so that the cleaning liquid can be selectively introduced into the inside, and the opened upper part is covered with a cover 21 and the inside is closed. Can be.
  • the cleaning tank 10 is connected to not only the cleaning liquid tank 60, but also the air tank 31 containing compressed air and the water tank 41 containing water, and valves 32 that are opened and closed by the control unit 50. , 33) inflow and outflow are controlled.
  • the jig 20 is configured to be movable up and down in the washing tank 10 and slidable left and right, and is preferably coupled to the cover 21 to be movable.
  • the cover 21 may be provided with a dedicated rail or a sliding groove through which a jig is slid, and the jig 20 can be slid by a moving drive unit 22 operated by hydraulic pressure or a motor force.
  • it may be configured such that only the portion on which the metal filter 1 is mounted can be moved up and down while the movement is fixed in the dedicated rail or the sliding groove.
  • the jig 20 is configured so that a plurality of metal filters 1 can be mounted at the same time, but the nozzles 30 and 40 enter from the lower portion of the jig 20 to spray compressed air and water. .
  • a gripper 23 to which the upper end of the metal filter 1 is inserted or fixed is disposed inside the jig 20, and the gripper 23 is selectively rotatable while the upper end of the metal filter 1 is fixed. It can also be configured.
  • the nozzles (30, 40) are mounted inside the washing tank (1), and the outlet is mounted upward (or even if some of the nozzles are located outside the washing tank, at least the outlet is mounted upward in the washing tank) and supplied from the outside. It is configured to spray the compressed air or water into the washing tank 10 from the bottom to the top.
  • the nozzle includes an air nozzle 30 through which compressed air is injected, and a water nozzle 40 that is installed to be spaced apart from the air nozzle 30 and through which water is sprayed.
  • the air nozzle 30 is connected to an air tank 31 in which compressed air is stored, and the water nozzle 40 is connected to a water tank 41 in which water is stored, and a valve 32 installed on a path through which compressed air is supplied. ) And the valve 33 installed on the path to which water is supplied are opened and closed by the control unit 50.
  • FIG. 1 and 2 show that the air nozzle 30 and the water nozzle 40 are separated and installed, but if a distribution pipe (not shown) for selectively distributing water and compressed air is added, the water nozzle 40 And the air nozzle 30 may be integrated. That is, the inlet side of the distribution pipe is connected to the water tank 41 and the air tank 31, and the outlet side of the distribution pipe is connected to the air nozzle 30 and the water nozzle 40, and the inlet side of the distribution pipe is If controlled, it could be configured to selectively spray compressed air or water from the nozzle on the outlet side.
  • the size of the washing tank 10 may be reduced and the washing time may be shortened, but the air nozzle 30 and the water nozzle Since the allowable injection pressure of water and compressed air may be reduced rather than the configuration in which 40 is installed independently, whether to separate or integrate the air nozzle 30 and the water nozzle 40 as shown in FIG. It may be selected according to the required design specifications.
  • each of the air nozzle 30 and the water nozzle 40 is configured to spray from the bottom to the top when spraying compressed air and water so that foreign matter adhered to the inner circumferential surface of the metal filter 1 can be easily removed. That is, as shown in Fig. 3, the injection port which is located at the top of the nozzles 30 and 40 and through which water or compressed air is discharged is the compressed air or the injected air injected to the inner circumference of the metal filter 1 than the height at which the injection starts. It is configured to be located at a higher height at the point of water contact.
  • the cleaning tank 10 is opened and closed by a cover 21 covering the upper side having an open upper side.
  • the cover 21 has a sufficient size to cover all of the upper side of the washing tub 10, and a sealing is provided at a portion in contact with the washing tub 10 to prevent leakage. Therefore, when cleaning is performed while the cover 21 is closed, when compressed air or water is supplied into the cleaning tank 10, the internal pressure increases.
  • the washing tank 10 may be equipped with a release valve 11 that discharges air or liquid when the internal pressure rises above a certain level.
  • the release valve 11 may be opened or closed by the control unit 50 and may be configured to be opened and closed automatically in response to an internal pressure separately from the control unit 50.
  • the control unit 50 of the present invention includes a valve installed on a pipe connecting the cleaning liquid tank 60 and the washing tank 10, a valve 32 installed on the pipe connected to the air nozzle, and a valve 33 installed on the pipe connected to the water nozzle. ), etc., by controlling the opening and closing of all controllable valves installed in the cleaning device and controlling the movement of the jig 20 to control the operation of the cleaning device. That is, the control unit 50 controls supplying and blocking the cleaning liquid from the cleaning liquid tank 60 to the cleaning tank 10, and controlling supplying and blocking compressed air or water to the nozzles 30 and 40, and , Controls the movement of the jig 20, and controls whether the washing tank 10 is fresh water or drained.
  • the control unit 50 may be selectively adopted from known control devices or control methods, but it is preferable to select a programmable logic controller programmed to control the operation of each component according to a predetermined logic. It is preferable that the mentioned valves 32 and 33 are composed of a solenoid valve whose opening and closing can be controlled by an electric signal.
  • the control unit 50 in a state where the opening of the metal filter 1 is mounted on the jig 20 so that the opening of the metal filter 1 faces downward, the control unit 50 has the nozzles 30 and 40 The movement of the jig 20 is controlled to enter the filter 10, and water, cleaning liquid, and compressed air are selectively supplied and blocked, and the drainage of the cleaning tank 10 is controlled according to a predetermined logic. In the washing and drying of the metal filter (1) is performed sequentially.
  • the present invention provides a method for cleaning a metal filter as Example 2.
  • the cleaning method of the present invention is performed according to the sequence shown in FIG. 4.
  • the metal filter 1 is mounted on a jig 20 that can be lifted up and down in the washing tank 10 and slid left and right. At this time, the opening of the metal filter 1 is mounted to face downward, and the jig 20 has a hole drilled in the portion where the opening is located so that the nozzles 30 and 40 can enter from the lower side. Has a shape.
  • the jig 20 is lowered so that the nozzles 30 and 40 installed in the washing tank 10 enter the opening as shown in FIG. 3. At this time, the first nozzle that the metal filter 1 descends and enters into the interior is the air nozzle 30.
  • the cleaning solution and water have a pH concentration in the range of 1 to 2 so that the metal oxide is more easily dissolved. That is, when the pH concentration exceeds 2, the cleaning efficiency may be lowered, and when the pH concentration is less than 1, chemical changes of the metal filter 1 may be made, and thus an appropriate amount is supplied to have a pH concentration in the range of 1 to 2.
  • the air nozzle 30 injects compressed air toward the inner wall surface of the metal filter 1.
  • the compressed air forms bubbles in the liquid so that the bubbles hit the inner wall surface of the metal filter 1.
  • the bubbles separate foreign substances adsorbed from the inner wall surface of the metal filter 1 to increase the cleaning effect.
  • the injection hole through which the compressed air is discharged from the air nozzle 30 is configured to be located at a higher height of the point at which the bubble sprayed on the inner circumferential surface of the metal filter 1 touches the height at which the injection starts ( See enlarged part in FIG. 3).
  • the jig 20 may repeatedly rise and fall.
  • the gripper 23 holding the upper end of the metal filter 1 in the jig 20 rotates to rotate the metal filter 1
  • the gripper 23 holding the upper end of the metal filter 1 in the jig 20 rotates to rotate the metal filter 1
  • the gripper 23 can also rotate.
  • the inner wall surface of the metal filter 1 can be hit by bubbles in both high and low places, and the injection port of the air nozzle 30 by the rotation of the gripper 23 Bubbles can be struck along any perimeter regardless of the position of.
  • the effect of removing foreign substances fixed to the outer circumferential surface of the metal filter 1 by centrifugal force can also be expected.
  • the jig 20 rises and falls and the gripper 23 rotates not only when the air nozzle 30 enters the metal filter 1, but also when the water nozzle 40 enters (the inner wall surface of the metal filter). E) The same can be applied to the case where water is sprayed.
  • the water and the washing liquid freshly watered in the washing tank 10 are drained. While the washing tank 10 is drained or after the washing tank is drained, the jig 30 rises and moves to the water nozzle 40 after leaving the air nozzle 30, and the water nozzle 40 becomes a metal filter. (1) It descends as shown in FIG. 3 to enter the interior.
  • the water nozzle 40 sprays water and the washing liquid and foreign matter residues remaining on the surface of the metal filter 1, etc.
  • Rinse (rinse).
  • upward and downward movement of the jig 20 and rotation of the gripper 23 may be selectively performed so that the inner wall surface of the metal filter 1 is washed as a whole.
  • the outer circumferential surface of the metal filter 1 may be washed by water rising from the washing tub 10, and while the washing tub 10 is filled, the air filter 30 selectively injects compressed air to fresh water into the washing tub 10. Eddy currents can be generated in the frozen water. This eddy current may generate a flow of freshwater, thereby further increasing the rinsing efficiency of the metal filter 1.
  • the metal filter 1 since the metal filter 1 has a structure in which foreign matter is caught in the through hole when liquid flows through the opening, the foreign matter is fixed to the inner wall surface, whereas the foreign matter is not easily fixed to the outer circumferential surface. In this case (when the outer circumferential surface is clean), it is not necessary to clean the outer circumferential surface of the metal filter 1, so when water is sprayed from the water nozzle 40, the washing tub 10 is drained to allow water to flow into the washing tub 10. It can also be configured not to fill up. In this case, since the draining step of the washing tank 10 is omitted, the washing time can be shortened.
  • the jig 20 rises again and then moves, and descends so that the air nozzle 30 enters the metal filter 1.
  • the air nozzle 30 blows compressed air to dry the metal filter 1. Compressed air supplied when the metal filter 1 is dried may be sprayed while being heated to 100 to 150°C.
  • the compressed air may be heated in the air tank 31 or during a path passing through a pipe connected to the air tank 31, and the moisture is removed as much as possible and sprayed in a dry state. Even when drying is performed, the jig 20 can optionally be elevated and the gripper 23 can be rotated.
  • the jig 20 When drying is complete, the jig 20 returns to its original position (when the metal filter is mounted), and the metal filter 1 is removed.
  • the jig 20 is slidably mounted on the cover 21 and the gripper 23 is rotatably mounted on the jig 20, but the jig 20 slides on the cover 21 It is configured to be only possible and may be configured to be made to rise and fall by the rise and fall of the cover (21).
  • the gripper 23 is shown to be mounted on the upper end of the metal filter 1, but may be configured to be mounted on the lower end.
  • the metal filter (1) to be washed in the embodiment of the present invention has a pipe shape and is fitted into an outer cylinder ( ⁇ ) having a mesh structure in which a plurality of lattice-shaped through holes are formed, and the inner circumferential surface of the outer cylinder ( ⁇ ).
  • the outer cylinder functions to support the inner cylinder, and the size of the particles of foreign matter to be filtered is determined according to the size of the inner cylinder hole. For example, the smaller the pore size of the inner cylinder, the smaller particles can be filtered out, but the amount of foreign matter to be cleaned will increase in proportion to this.
  • Bubble spraying was performed while the metal filter was immersed in the mixture of hydrogen chloride (HCl) component cleaning solution and water at an appropriate concentration (HCl 0.05 ⁇ 0.1 mole/L). At this time, the metal filter before cleaning is in a state in which foreign substances are fixed inside to a degree similar to that of the metal filter used for ultrasonic cleaning.
  • the mixed solution has a temperature of 50° C. and a pH of 1.0 to 2.0. After the washing liquid is discharged from the washing tank, it is rinsed with water and dried as described above, but at this time, the temperature of the compressed air applied during drying is 100 to 150°C.
  • FIG. 5 is a photograph showing the surface state (a) of the metal filter washed by the ultrasonic method of Comparative Example 1 and the surface state (b) of the metal filter washed with an acidic cleaning solution according to the method according to Example 2 of the present invention. It's a picture. As shown, in the conventional ultrasonic method, while foreign matter fixed in the through hole of the inner cylinder ⁇ remains, pickling is performed at a pH concentration in the range of 1 to 2 with bubble injection, and then washing with water. In the cleaning method of the present invention, in which) is additionally performed, since the cleaning is performed while dissolving the foreign substances fixed chemically and physically, it can be visually confirmed that the cleaning is performed more efficiently.
  • washing and drying of the metal filter were performed, but washing was performed in a state in which the injection of the washing liquid was omitted.
  • the metal filter was immersed in water, the bubble spraying proceeded in the same manner.
  • the water temperature is 50 °C
  • the pH is in the range of 6.5 ⁇ 7.5.
  • the cleaning time was increased as much as the rinsing time, and the temperature of the compressed air applied during drying was 100 to 150°C.
  • Example 2 of the present invention washing, rinsing, and drying of the metal filter were performed, but sodium hydroxide (NaOH) as a basic component was added to the washing solution in place of the washing solution of the acid component to perform washing.
  • NaOH sodium hydroxide
  • the metal filter was immersed in water, the bubble spraying proceeded in the same manner.
  • the water temperature is 50°C, and the pH is in the range of 10 to 11.
  • the washing liquid was discharged from the washing tank, it was rinsed with water and dried as described above.
  • the temperature of compressed air applied during drying is 100 ⁇ 150°C.
  • Bubble spraying was performed while the metal filter was immersed in the mixture of hydrogen chloride (HCl) component cleaning solution and water at an appropriate concentration (HCl 0.05 ⁇ 0.1 mole/L). At this time, the metal filter before cleaning is in a state in which foreign substances are fixed inside to a degree similar to that of the metal filter used for ultrasonic cleaning.
  • the mixed solution has a temperature of 50° C. and a pH of 1.0 to 2.0. After the washing liquid is discharged from the washing tank, it is rinsed with water and dried as described above, but at this time, the temperature of the compressed air applied during drying is 100 to 150°C.
  • FIG. 6 shows the surface state (c) of the metal filter washed with only water without using the cleaning solution of Comparative Example 2, and the surface state (d) and the main surface of the metal filter washed by using the sodium hydroxide (NaOH) cleaning solution of Comparative Example 3
  • the washing state can be checked according to the presence or absence of the washing liquid and characteristics.
  • the washing effect is better than the case where only water is used (c).
  • the case of using the acidic cleaning solution (b) maintains the original state of the inner cylinder (maintains the original surface gloss) and superior cleaning effect to the inside of the inner cylinder than when using the basic cleaning solution (d).
  • a recovery rate (%: 100-(weight increment/original metal filter weight) before washing and after washing with the washing method according to the present invention) when the size of the through hole of the inner cylinder is 3 micrometers ( ⁇ m) and 5 micrometers. ) Is a graph and a graph showing an increase in weight before washing and after washing with the washing method according to the present invention.
  • the indication that the recovery rate is close to 100% means that it is close to the original condition after washing, and the indication that there is little increase in weight after washing means that most of the foreign matter remaining stuck to the metal filter has been washed away.
  • the recovery rate is closer to 100% and the weight increase is smaller, that the cleaning efficiency of the metal filter having 5 micrometers is better than the case where the size of the inner cylinder is 3 micrometers. That is, it can be seen that the cleaning efficiency can be increased when the diameter of the through hole is larger than when the through hole of the inner cylinder is fine.
  • Table 1 is a table comparing the case of using hydrogen chloride (HCl) and the case of using sulfuric acid as a cleaning solution.
  • the air nozzle 30 injects compressed air in a state in which water is immersed in the washing tank, it forms bubbles in water, so that the washing effect can be increased by the bubbles.
  • the metal filter 1 when washing or drying, can be selectively raised or lowered or rotated to remove water and foreign substances by centrifugal force and/or inertia, so that washing and drying efficiency can be further increased.
  • the washing tank 10 is cleaned in a closed state by the cover 21 to prevent water from splashing to the outside, and the internal pressure that increases according to the injection of compressed air is applied to the release valve 11.

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Abstract

본 발명의 세척방법은, 세척조에서 상하로 승강가능하고 좌우로 활주가능한 지그에 개구부가 아랫쪽을 향하도록 메탈필터를 장착하는 단계; 개구부 내부로 세척조에 설치된 노즐이 진입하도록 지그를 하강시키는 단계; 상기 세척조에 상기 메탈필터가 잠기도록 미리 정해진 양만큼의 물과 세정액을 투입하는 단계; 노즐을 통해 압축공기를 분사하여 상기 메탈필터의 내부면을 향해 버블을 뿜어내는 단계; 상기 세척조를 배수하는 단계; 노즐을 통해 물을 분사하여 세정액을 씻어내는 단계; 노즐을 통해 압축공기를 분사하여 메탈필터를 건조시키는 단계;를 포함한다. 본 발명의 세척장치는, 일정 크기의 용량을 가지며 세정액탱크와 연결된 세척조; 상기 세척조 내에서 상하로 승강가능하며 좌우로 활주가능하며 메탈필터가 고정될 수 있는 지그; 상기 세척조 내에서 분출구가 윗쪽을 향하도록 장착되며, 외부에서 공급되는 압축공기 또는 물을 세척조 내부로 분사하는 노즐; 상기 세정액탱크로부터 세정액을 세척조로 공급 및 차단하는 것을 조절하며, 상기 노즐로 압축공기 또는 물을 공급 및 차단하는 것을 조절하고, 상기 지그의 움직임을 제어하며, 세척조의 담수 또는 배수 여부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 지그의 움직임을 제어하고 물과 세정액 및 압축공기를 선택적으로 공급과 차단 및 세척조의 배수를 미리정해진 로직에 따라 제어한다.

Description

메탈필터의 세척장치 및 세척방법
본 발명은 메탈필터의 세척장치 및 세척방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 하나의 세척조 내에서 세척, 헹굼 및 건조가 이루어져 종래의 세척방식들 대비 공간활용도가 놓으며 세척시간을 단축할 수 있고 세척효율이 증대된 메탈필터의 세척장치 및 세척방법에 관한 것이다.
이차전지용 양극활물질은 리튬원료와 전구체가 혼합되어 제조되며, 상기 전구체는 주로 화학 반응기 내에서 고체상태로 침전되는 침전법을 통해 제조된다. 상기 전구체는 화학 반응기 내에서 금속혼합용액, 가성소다, 암모니아 등과 공침 반응되어 침전이 이뤄진다. 이때, 액체 상태의 물질들은 필터를 통해 반응물(전구체)만 상기 화학 반응조에 남게되고 여액(반응물 이외의 액체)은 화학 반응조 밖으로 배출된다.
여러 종류의 필터들이 사용되기도 하나 대규모 생산시설에서는 고온 고압에 대한 내구성 및 경제성 등을 이유로 메탈필터가 사용된다.
상기 메탈필터는 강선이 메쉬(그물망) 형태를 이루도록 조직된 메쉬필터, 메쉬필터 모양을 갖는 외통과 상기 외통 내에 삽입되되 외통의 통공보다 더 촘촘하고 작은 직경을 갖는 통공이 형성되는 내통을 포함하는 메탈화이버필터, 금속분말을 고온고압하에서 소결하여 파이프 형태로 제조되는 메탈소결필터 등으로 분류될 수 있다.
상기 메탈필터는 액체 내에 함유된 크기가 큰 이물질을 걸러내는 방식 즉, 통공을 통해 액체는 통과시키되 이물질은 통공을 통과하지 못하고 걸러지는 방식으로 사용되므로, 이물질이 통공에 걸러진 상태에서는 액체의 통과가 점차적으로 어려워지므로 주기적인 세척이 요구된다.
전구체 제조공정 중 사용되던 메탈필터는 초음파세척 방식을 통해 세척이 이루어졌다. 상기 초음파세척 방식은 NaOH 가 첨가된 세정액을 초음파 세정기에 넣고, 사용하던 메탈필터를 1 ~ 3 시간 정도 담근 후에 상기 세정액에 초음파를 가하여 세척이 이루어지는 방식이다. 초음파 세척 후 메탈필터는 상수가 분사되는 헹굼조로 이동되어 헹궈진 다음 건조되어 세척이 완료되었다.
본 발명은 종래의 초음파세척 방식 대비 설치면적을 더 작게 차지하고 세척효율이 향상되며 세척시간이 단축되는 메탈필터의 세척장치 및 세척방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측에 개구부가 마련된 통 모양으로 형성되며, 옆면에는 통공이 형성되어 이물질이 함유된 유체가 개구부로 유입되면 통공에서 이물질이 걸러지고 유체만 통공으로 배출되는 메탈필터의 세척방법을 제공한다. 본 발명의 세척방법은, 세척조에서 상하로 승강가능하고 좌우로 활주가능한 지그에 개구부가 아랫쪽을 향하도록 메탈필터를 장착하는 단계; 개구부 내부로 세척조에 설치된 노즐이 진입하도록 지그를 하강시키는 단계; 상기 세척조에 상기 메탈필터가 잠기도록 미리 정해진 양만큼의 물과 세정액을 투입하는 단계; 노즐을 통해 압축공기를 분사하여 상기 메탈필터의 내부면을 향해 버블을 뿜어내는 단계; 상기 세척조를 배수하는 단계; 노즐을 통해 물을 분사하여 세정액을 씻어내는 단계; 노즐을 통해 압축공기를 분사하여 메탈필터를 건조시키는 단계;를 포함한다.
상기 노즐은 압축공기가 분사되는 에어노즐과 물이 분사되는 워터노즐이 상기 세척조에서 분리되어 설치되고, 압축공기 또는 물의 분사가 이루어지기 전에 상기 지그는 메탈필터의 아랫쪽에서부터 개구부 내부로 에어노즐 또는 워터노즐이 진입하도록 승강 및 활주하도록 구성된다.
상기 메탈필터에서 걸러지는 이물질은 금속산화물이고, 세정액과 물은 1 내지 2 범위의 pH 농도를 갖도록 혼합된다.
상기 메탈필터가 건조될 때 압축공기는 100 내지 150℃ 로 가열된 상태로 분사될 수 있다.
상기 메탈필터의 내부면으로 압축공기 또는 물이 분사될 때, 상기 지그는 상승하강을 반복할 수 있고, 양자택일적으로 또는 동시에, 상기 메탈필터는 축회전할 수도 있다.
본 발명의 실시예에서 세척되는 상기 메탈필터는 파이프 모양으로 가지며 다수 개 통공이 형성된 외통과 상기 외통의 내주면에 끼워지며 파이프 모양을 갖되 외통의 통공보다 더 작은 크기를 갖는 통공이 형성된 내통을 포함한다.
아울러, 본 발명은 메탈필터의 세척장치를 다른 실시예로써 추가적으로 제공한다. 본 발명에 따른 세척장치는, 일정 크기의 용량을 가지며 세정액탱크와 연결된 세척조; 상기 세척조 내에서 상하로 승강가능하며 좌우로 활주가능하며 메탈필터가 고정될 수 있는 지그; 상기 세척조 내에서 분출구가 윗쪽을 향하도록 장착되며, 외부에서 공급되는 압축공기 또는 물을 세척조 내부로 분사하는 노즐; 상기 세정액탱크로부터 세정액을 세척조로 공급 및 차단하는 것을 조절하며, 상기 노즐로 압축공기 또는 물을 공급 및 차단하는 것을 조절하고, 상기 지그의 움직임을 제어하며, 세척조의 담수 또는 배수 여부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 메탈필터의 개구부가 아래를 향하도록 지그에 장착된 상태에서, 상기 제어부는 개구부를 통해 노즐이 메탈필터 내부로 진입하도록 지그의 움직임을 제어하고 물과 세정액 및 압축공기를 선택적으로 공급과 차단 및 세척조의 배수를 미리정해진 로직에 따라 제어하여 상기 세척조 내에서 메탈필터의 세척과 건조가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 노즐은 압축공기가 분사되는 에어노즐 및 상기 에어노즐과 이격되어 설치되며 물이 분사되는 워터노즐을 포함한다.
상기 에어노즐은 압축공기가 저장된 에어탱크와 연결되고 상기 워터노즐은 물이 저장된 워터탱크와 연결되되, 상기 에어노즐과 에어탱크를 사이에 설치된 밸브와 상기 워터노즐과 워터탱크 사이에 설치된 밸브는 제어부에 의해 개폐가 조절된다.
상기 에어노즐은 세척조에 물이 잠긴 상태에서 압축공기를 분사할 때, 수중에서 버블을 형성하되 상기 버블은 에어노즐에서 형성되는 지점보다 메탈필터의 내부면에 접촉하게되는 지점이 더 높은 곳에 위치하도록 분사된다.
상기 메탈필터 내에 노즐이 진입된 상태에서 상기 메탈필터는 상단에 결합된 그리퍼의 회전에 의해 회전될 수 있다.
그리고, 상기 세척조는 상측이 개구된 형상을 갖고 상측을 덮는 커버에 의해 개폐가 이루어지고, 상기 세척조는 상기 커버가 세척조를 폐쇄한 상태에서 세척이 이루어져 내부 압력이 상승하면 공기 또는 액체를 배출시키는 릴리즈밸브를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 물과 세정액 및 압축공기가 미리정해진 로직에 따라 자동적 공급 및 배출이 이루어져 하나 세척조 내에서 메탈필터의 세척과 건조가 순차적으로 이루어지므로 종래 설비 대비 설치 공간을 축소할 수 있고 소모되는 물의 양을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명에서 에어노즐은 세척조에 물이 잠긴 상태에서 압축공기를 분사할 때, 수중에서 버블을 형성하므로 상기 버블에 의해 세척 효과를 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기 메탈필터는 세척이 이루어지거나 건조가 이루어질 때, 선택적으로 승강하되거나 회전하여 원심력 및/또는 관성에 의해 물끼 및 이물질을 털어낼 수 있으므로 세척 및 건조 효율이 더욱 증대될 수 있다.
아울러, 상기 세척조는 커버에 의해 폐쇄된 상태에서 세척이 이루어져 외부로 물이 튀는 현상을 방지할 수 있고, 압축공기의 주입에 따라 상승하는 내부 압력은 릴리즈밸브에 의해 해소될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 세척장치의 전체적인 모습이 단순화되어 도시된 도면.
도 2 는 세척조 내에 설치된 에어노즐과 워터노즐의 평면도.
도 3 은 세척조 내에서 지그에 장착된 메탈필터들에 노즐(에어노즐, 워터노즐)이 삽입되는 모습 및 상기 메탈필터들이 회전하는 모습이 도시된 정면도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 세척방법의 순서도.
도 5 는 종래의 초음파 방식으로 세척된 메탈필터의 표면 상태(a)와 본 발명의 실시예에 따른 방법에 따라 산성을 갖는 세정액으로 세척된 메탈필터의 표면 상태(b)가 촬영된 사진.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 세척방법으로 메탈필터를 세척하되, 세정액이 사용되지 않고 물로만 세척된 메탈필터의 표면 상태(c)와 수산화나트륨(NaOH) 세정액이 사용되어 세척된 메탈필터의 표면 상태(d) 및 본 발명의 실시예에 따른 방법에 따라 산성을 갖는 세정액으로 세척된 메탈필터의 표면 상태(b)가 촬영된 사진.
도 7 은 내통의 통공의 크기가 3마이크로미터(㎛)와 5마이크로미터일 때, 세척 전과 본 발명에 따른 세척방법으로 세척한 후의 회복율[% : 100 - (무게 증가분/원래의 메탈필터 원단 무게) X 100]이 나타난 그래프; 및 세척 전과 본 발명에 따른 세척방법으로 세척한 후의 무게증가가 나타난 그래프;가 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은, 일측 끝단(상단 또는 하단)에 개구부가 마련된 원통 모양으로 형성되며 옆면(외주면)에는 내외부를 개통시키는 통공이 형성되어 이물질이 함유된 유체가 개구부로 유입되면 내부벽면에서 이물질이 걸러지고 유체만 통공을 통해 외부로 배출되는 메탈필터의 세척장치를 실시예1로 제공하며 세척방법을 실시예2로 제공한다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
실시예1
본 발명은 메탈필터의 세척장치를 실시예1로써 제공한다. 도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 세척장치의 전체적인 구성요소들이 단순화되어 도시된 도면이다. 도 1 을 참조하면, 본 발명의 세척장치는 하나의 세척조(10), 상기 세척조(10) 내에서 상승하강 및 좌우활주가 가능한 지그(20), 에어노즐(30)과 워터노즐(40)을 포함하는 노즐 및 상기 노즐과 지그(20)의 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
상기 세척조(10)는 일정 크기의 용량을 가지며 외부에 배치된 세정액탱크(60)와 연결되어 선택적으로 세정액이 내부로 유입될 수 있게 구성되고, 개구된 상부는 커버(21)가 덮여 내부가 폐쇄될 수 있다. 상기 세척조(10)는 세정액탱크(60) 뿐만아니라 압축공기가 내장된 에어탱크(31) 및 물이 내장된 워터탱크(41)와도 연결되며 제어부(50)에 의해 개폐가 조절되는 밸브들(32, 33)에 의해 유입과 배출이 제어된다.
상기 지그(20)는 세척조(10) 내에서 상하로 승강가능하며 좌우로 활주가능도록 구성되며 바람직하게는 커버(21)에 결합되어 이동가능하게 구성된다. 가령, 상기 커버(21)에는 지그가 활주가능한 전용레일이나 활주홈 등이 마련될 수 있고 상기 지그(20)는 유압 또는 모터의 힘으로 작동하는 이동구동부(22)에 의해 활주할 수 있다. 또는, 상기 전용레일이나 활주홈에서 움직임이 고정된 상태에서 메탈필터(1)가 탑재된 부분만 상승하강이 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 지그(20)는 복수 개의 메탈필터들(1)이 동시에 장착될 수 있게 구성되되 상기 지그(20)의 하부에서 노즐(30, 40)이 진입하여 압축공기 및 물이 분사될 수 있게 구성된다. 그리고, 상기 지그(20) 내부에는 메탈필터(1)의 상단이 끼워지거나 고정되는 그리퍼(23)가 배치되며 상기 그리퍼(23)는 메탈필터(1)의 상단을 고정한 상태에서 선택적으로 회전가능하게 구성될 수도 있다.
상기 노즐(30, 40)은 세척조(1)의 내부에 장착되되 분출구는 윗쪽을 향하도록 장착되며(또는 일부분은 세척조 외부에 위치하더라도 적어도 분출구는 세척조 내에서 윗쪽을 향하도록 장착되며) 외부에서 공급되는 압축공기 또는 물을 세척조(10) 내부로 아랫쪽에서 윗쪽을 향하여 분사하도록 구성된다.
상기 노즐은 압축공기가 분사되는 에어노즐(30) 및 상기 에어노즐(30)과 이격되어 설치되며 물이 분사되는 워터노즐(40)을 포함한다. 상기 에어노즐(30)은 압축공기가 저장된 에어탱크(31)와 연결되고 상기 워터노즐(40)은 물이 저장된 워터탱크(41)와 연결되되, 압축공기가 공급되는 경로상에 설치된 밸브(32)와 물이 공급되는 경로상에 설치된 밸브(33)는 제어부(50)에 의해 개폐가 조절된다.
도 1 과 도 2 에서 상기 에어노즐(30)과 워터노즐(40)을 분리되어 설치된 것으로 도시되었으나, 물과 압축공기를 선택적으로 분배하는 분배관(미도시)이 추가된다면 상기 워터노즐(40)과 에어노즐(30)은 통합될 수도 있을 것이다. 즉, 상기 분배관의 입구측은 워터탱크(41) 및 에어탱크(31)로 연결되고 분배관의 출구측이 에어노즐(30) 및 워터노즐(40)로 연결된 상태에서 상기 분배관의 입구 측을 제어하면 출구 측 노즐에서 압축공기나 물이 선택적으로 분사되게 구성할 수 있을 것이다.
이와 같이 노즐에서 압축공기나 물을 선택적으로 분사되면 (지그의 이동을 단축시킬 수 있으므로) 세척조(10)의 크기를 축소하고 세척시간을 단축할 수 도 있을 것이나, 에어노즐(30)과 워터노즐(40)이 독립적으로 설치된 구성보다는 허용가능한 물과 압축공기의 분사압력이 저하될 수 있으므로, 에어노즐(30)과 워터노즐(40)을 도 2 에 도시된 것과 같이 분리할지 또는 통합할지 여부는 요구되는 설계사양에 따라 선택될 수 있을 것이다.
아울러, 상기 메탈필터(1) 내주면에 붙어 있는 이물질이 잘 떨어질 수 있도록 상기 에어노즐(30)과 워터노즐(40) 각각은 압축공기와 물을 분사할 때, 아랫쪽에서 윗쪽으로 분사하도록 구성된다. 즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 노즐(30, 40)의 상단에 위치하며 물 또는 압축공기가 토출되는 분사구는 분사가 시작되는 높이 보다 메탈필터(1) 내주면에 분사된 압축공기 또는 분사된 물이 닿는 지점의 높이가 더 높은 곳에 위치하도록 구성된다. 이에 따라, 세척조(10)에 물이 잠긴 상태에서 에어노즐(30)이 압축공기를 분사할 때, 수중에서 버블이 형성되되 상기 버블은 에어노즐(30)에서 형성되는 지점보다 메탈필터(10)의 내부면에 접촉하게되는 지점이 더 높은 곳에 위치하도록 분사된다(도 3 의 화살표 참조).
한편, 상술한 바와 같이, 상기 세척조(10)는 상측이 개구된 형상을 갖고 상측을 덮는 커버(21)에 의해 개폐가 이루어진다. 상기 커버(21)는 세척조(10)의 상측 모두를 덮을 수 있는 충분한 크기를 가지며, 세척조(10)와 맞닿는 부분에는 누수가 방지되도록 씰링이 마련되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 커버(21)가 닫힌 상태에서 세척이 이루어질 때 세척조(10) 내부로 압축공기 또는 물이 공급되면 내부압력이 상승하게 된다.
이때, 내부압력을 낮출 수 있도록 상기 세척조(10)에는 내부압력이 일정수준 이상으로 상승하면 공기 또는 액체를 배출시키는 릴리즈밸브(11)가 장착될 수 있다. 상기 릴리즈밸브(11)는 제어부(50)에서 개폐가 조절될 수도 있으며, 제어부(50)와는 별도로 내부 압력에 반응하여 자동적으로 개폐가 이루어지게 구성될 수 있다.
본 발명의 제어부(50)는 세정액탱크(60)와 세척조(10)를 연결하는 파이프에 설치된 밸브, 에어노즐과 연결되는 파이프에 설치된 밸브(32), 워터노즐과 연결되는 파이프에 설치된 밸브(33) 등과 같이 세척장치에 설치된 제어가능한 모든 밸브들의 개폐를 제어하고 지그(20)의 움직임을 제어함으로써 상기 세척장치의 작동을 제어한다. 즉, 상기 제어부(50)는 세정액탱크(60)로부터 세정액을 세척조(10)로 공급 및 차단하는 것을 조절하며, 상기 노즐들(30, 40)로 압축공기 또는 물을 공급 및 차단하는 것을 조절하고, 상기 지그(20)의 움직임을 제어하며, 세척조(10)의 담수 또는 배수 여부를 제어한다. 상기 제어부(50)는 공지의 제어기기나 제어방법 중에서 선택적으로 채택가능할 것이나, 미리정해진 로직에 따라 각 구성요소들의 동작을 제어하도록 프로그래밍된 PLC제어기(Programmable Logic Controller)가 선택되는 것이 바람직할 것이며, 위에 언급된 밸브들(32, 33)은 전기적 신호에 의해 개폐가 제어될 수 있는 솔레노이드밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 세척장치는 메탈필터(1)의 개구부가 아래를 향하도록 지그(20)에 장착된 상태에서, 상기 제어부(50)는 개구부를 통해 노즐(30, 40)이 메탈필터(10) 내부로 진입하도록 지그(20)의 움직임을 제어하고 물과 세정액 및 압축공기를 선택적으로 공급과 차단하며 세척조(10)의 배수를 미리정해진 로직에 따라 제어하여 상기 세척조(10) 내에서 메탈필터(1)의 세척과 건조가 순차적으로 이루어진다.
실시예2
본 발명은 메탈필터의 세척방법을 실시예2로써 제공한다. 본 발명의 세척방법은, 도 4 에 도시된 순서에 따라 이루어진다.
필터장착 단계에서는 메탈필터(1)를 세척조(10)에서 상하로 승강가능하고 좌우로 활주가능한 지그(20)에 장착한다. 이때, 상기 메탈필터(1)의 개구부가 아랫쪽을 향하도록 장착되며, 상기 지그(20)는 아랫쪽에서 노즐(30, 40)이 진입할 수 있도록 개구부가 위치하는 부분에 홀(hole)이 타공된 형상을 갖는다.
상기 메탈필터(1)가 장착된 상태에서 도 3 에 도시된 바와 같이 개구부 내부로 세척조(10)에 설치된 노즐(30, 40)이 진입하도록 지그(20)를 하강시킨다. 이때, 상기 메탈필터(1)가 하강하여 내부로 진입되는 첫번째 노즐은 에어노즐(30)이다.
상기 메탈필터(1) 내에 에어노즐(30)이 진입된 상태에서 상기 세척조(10)에 메탈필터(1)가 잠기도록 미리 정해진 양만큼의 물과 세정액이 투입된다. 물은 워터노즐(40)을 통해(또는 별도의 급수관을 통해) 공급되며, 세정액은 세정액탱크(60)로부터 공급된다. 이때, 2차전지의 전구체 제조에 사용되던 메탈필터(1)의 내부에 고착된 이물질은 대부분 금속산화물이다. 따라서, 상기 금속산화물의 용해가 더 쉽게 이루어지도록 세정액과 물은 1 내지 2 범위의 pH 농도를 갖는다. 즉, pH 농도가 2 를 넘는 경우에는 세척효율이 저하될 수 있고, 1 미만인 경우에는 금속필터(1)의 화학적 변화가 이루어질 수 있으므로 1 내지 2 범위의 pH 농도를 갖도록 적정량이 공급된다.
그리고, 물과 세정액에 의해 상기 메탈필터(1)가 잠기게 되면, 상기 에어노즐(30)에서는 메탈필터(1)의 내부벽면을 향하여 압축공기를 분사한다. 상기 압축공기는 액체 내에서 버블을 형성하여 상기 버블은 메탈필터(1)의 내부벽면에 부딪치게 된다. 상기 버블은 흡착되있던 이물질을 메탈필터(1)의 내부벽면에서 분리시켜 세척효과를 증대시킨다.
아울러, 위에서 설명한 바와 같이, 에어노즐(30)에서 압축공기가 토출되는 분사구는 분사가 시작되는 높이 보다 메탈필터(1) 내주면에 분사되는 버블이 닿는 지점의 높이가 더 높은 곳에 위치하도록 구성된다(도 3 에서 확대된 부분 참조). 이러한 구조를 가짐에 따라 버블에 의해 분리된 이물질은 중력에 의해 낙하하여 메탈필터(1)의 개구부 아래로 배출되나, 상기 버블은 메탈필터(1)의 특정부분만 타격할 수 밖에 없다. 이러한 문제를 해소할 수 있도록 본 발명에서는 상기 메탈필터(1)의 내부면으로 압축공기가 분사될 때, 상기 지그(20)는 상승하강을 반복할 수 있다. 그리고, 상기 지그(20)가 상승하강할때 또는 상승하강한 후 멈췄을 때, 상기 지그(20) 내에서 메탈필터(1)의 상단을 잡고있는 그리퍼(23)가 회전하여 상기 메탈필터(1)는 축회전할 수도 있다. 이와 같은 지그(20)의 상승하강에 의해 상기 메탈필터(1)의 내부벽면은 높은 곳과 낮은 곳 모두 버블의 타격을 받을 수 있고, 그리퍼(23)의 회전에 의해 에어노즐(30)의 분사구의 위치에 상관없이 모든 둘레를 따라 버블이 타격될 수 있다. 아울러, 메탈필터(1)가 회전되는 동안 원심력에 의해 메탈필터(1)의 외주면에 고착된 이물질이 털어지는 효과 또한 기대할 수 있다. 이와 같이 지그(20)가 상승하강하고 그리퍼(23)가 회전하는 동작은 메탈필터(1)에 에어노즐(30)이 진입했을 경우 뿐만아니라 워터노즐(40)이 진입하여 (메탈필터의 내부벽면에) 물이 분사되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
버블의 분사가 완료되면 세척조(10)에 담수된 물과 세척액의 배수가 이루어진다. 세척조(10)의 배수가 이루어지는 동안 또는 세척조의 배수가 이루어진 후에 지그(30)는 상승하여 에어노즐(30)을 이탈한 후 워터노즐(40)로 이동한 다음 상기 워터노즐(40)이 메탈필터(1) 내부로 진입하도록 도 3 에 도시된 바와 같이 하강한다.
세정액과 물의 배수가 완료되고 워터노즐(40)이 메탈필터(1) 내부로 진입된 상태에서, 상기 워터노즐(40)은 물을 분사하여 메탈필터(1) 표면에 잔류하는 세정액 및 이물질 찌꺼기 등을 씻어낸다(헹군다). 이때, 메탈필터(1)의 내부벽면이 전체적으로 씻어질 수 있도록 상기 지그(20)의 상승하강 및 그리퍼(23)의 회전이 선택적으로 이루어질 수 있다. 상기 메탈필터(1)의 외주면은 세척조(10)에서 차오르는 물에 의해 씻겨질 수 있으며, 상기 세척조(10)가 차오르는 동안 에어필터(30)에서는 선택적으로 압축공기를 분사하여 세척조(10)에 담수된 물에서 와류를 발생시킬 수 있다. 이러한 와류는 담수된 물의 흐름을 발생시켜 메탈필터(1)의 헹굼 효율을 더 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 메탈필터(1)는 개구부를 통해 액체가 유입되면 통공에서 이물질이 걸리지는 구조를 가지므로 내부벽면에는 이물질이 고착되는 반면 외주면에는 이물질의 고착이 잘 이루어지지 않는다. 이럴 경우(외주면이 깨끗한 경우)에는, 메탈필터(1)의 외주면까지 세척할 필요가 없으므로 워터노즐(40)에서 물이 분사될 때, 세척조(10)를 배수시켜 상기 세척조(10) 내에 물이 차오르지 않게 구성할 수도 있다. 이러한 경우에는 세척조(10)의 배수단계가 생략되므로 세척시간을 단축시킬 수 있다.
물세척이 완료되면, 상기 지그(20)는 다시 상승한 후 이동하여, 에어노즐(30)이 메탈필터(1) 내부로 진입하도록 하강한다. 하강이 완료된 상태에서, 상기 에어노즐(30)에서는 압축공기를 분사하여 메탈필터(1)를 건조시킨다. 상기 메탈필터(1)가 건조될 때 공급되는 압축공기는 100 내지 150℃ 로 가열된 상태로 분사될 수 있다.
상기 압축공기는 에어탱크(31) 내에서 또는 에어탱크(31)로 연결되는 파이프를 지나는 경로 중에 가열될 수 있으며, 습기는 최대한 제거된 건조한 상태로 분사가 이루어진다. 건조가 이루어질 때도 선택적으로 상기 지그(20)는 승강이 가능하고 그러퍼(23)는 회전이 이루어질 수 있다.
건조가 완료되면 상기 지그(20)는 (메탈필터가 장착될 때의) 원위치로 복귀하며 메탈필터(1)는 탈거된다.
참고적으로, 상기 지그(20)는 커버(21)에서 활주 및 승강가능하게 장착되고 그리퍼(23)는 지그(20)에서 회전가능하게 장착되되, 상기 지그(20)는 커버(21)에서 활주만 가능하게 구성되고 커버(21)의 상승하강에 의해 상승하강이 이루어지게 구성될 수 있다. 그리고, 상기 그리퍼(23)는 메탈필터(1)의 상단에 장착되는 것으로 도시되었으나 하단에 장착되게 구성될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에서 세척되는 상기 메탈필터(1)는 파이프 모양으로 가지며 격자모양의 다수 개 통공이 형성된 메쉬구조를 갖는 외통(β)과 상기 외통(β)의 내주면에 끼워지며 파이프 모양을 갖되 외통(β)의 통공보다 더 작은 크기 통공을 가지며 실타래 모양을 갖는 내통(α)을 포함하는 메탈화이버필터이다. 상기 메탈화이버필터는 외통은 내통을 지지하는 기능을 하고 내통 통공의 크기에 따라 여과되는 이물질 입자 크기가 결정된다. 가령, 내통의 통공 크기가 작으면 작을 수록 보다 작은 입자까지 걸러낼 수 있으나 이에 비례하여 세척되어야할 이물질의 양은 증가할 것이다.
[시험예1]
초음파 세척과 본 발명 실시예2 에 따른 세척방법의 세척 상태 비교
초음파 세척(비교예1)
수산화나트륨 기반의 세정액이 일정량 첨가된 물을 초음파 세정기에 넣고 이물질이 내부에 고착된 메탈필터를 담수 시킨 후, 상기 필터를 3시간 동안 세정하였다(초음파 진동 수는 40 Khz). 그리고, 초음파 세정기에서 메탈필터를 빼낸 후 물을 분사해 헹군는 작업을 1시간 동안한 다음에 건조하였다.
본 발명의 실시예2에 따른 세척
염화수소(HCl) 성분의 세정액과 물을 적정한 농도(HCl 0.05 ~ 0.1 mole/L)로 혼합한 혼합액에 메탈필터가 잠긴 상태에서 버블 분사가 진행되었다. 이때, 세척 전 메탈필터는 초음파 세척에 사용된 메탈필터와 거의 유사한 정도로 이물질이 내부에 고착된 상태이다. 상기 혼합액은 온도가 50℃ 이고, pH는 1.0 ~ 2.0 이다. 세척조에서 세정액이 배출된 후 위에 설명된 방법과 같이 물로 헹궈지고 건조가 이뤄지되 이때, 건조 시 가해지는 압축공기의 온도는 100 ~ 150℃ 이다.
도 5 는 비교예1의 초음파 방식으로 세척된 메탈필터의 표면 상태(a)와 본 발명의 실시예2에 따른 방법에 따라 산성을 갖는 세정액으로 세척된 메탈필터의 표면 상태(b)가 촬영된 사진이다. 도시된 바와 같이, 종래의 초음파 방식은 내통(α)의 통공에 고착된 이물질이 남아있는 반면에, 버블분사와 함께 1 내지 2 범위의 pH 농도로 산세(酸洗)가 진행된 후, 수세(水洗)가 추가적으로 진행된 본 발명의 세척방법에서는 화학적, 물리적으로 고착된 이물질을 녹여내며 세척이 이루어지므로 보다 더 효율적으로 세척이 이루어진 것을 시각적으로 확인할 수 있다.
[시험예2]
세정액에 따른 세척 상태 비교
물만 이용한 세척(비교예2)
본 발명의 실시예2에 따른 세척방법으로 메탈필터의 세척 및 건조가 이뤄지되 세정액의 투입이 생략된 상태로 세척이 이루어졌다. 메탈필터가 물에 잠긴 상태에서 버블 분사는 동일하게 진행되었다. 이때, 수온은 50℃ 이고, pH는 6.5 ~ 7.5 범위이다. 별도의 헹굼 과정은 생략되는 대신 헹굼 시간만큼 세척시간을 증가시켜 진행하였으며, 건조 시 가해지는 압축공기의 온도는 100 ~ 150℃ 이다.
염기성 세정액이 투입된 세척(비교예3)
본 발명의 실시예2에 따른 세척방법으로 메탈필터의 세척, 행굼, 건조가 이뤄지되 산성분의 세정액을 대신하여 염기성 성분의 수산화나트륨(NaOH)이 세정액으로 투입되어 세척이 이루어졌다. 메탈필터가 물에 잠긴 상태에서 버블 분사는 동일하게 진행되었다. 이때, 수온은 50℃ 이고, pH는 10 내지 11 범위이다. 세척조에서 세정액이 배출된 후 위에 설명된 방법과 같이 물로 헹궈지고 건조가 이뤄졌다. 건조 시 가해지는 압축공기의 온도는 100 ~ 150℃ 이다.
본 발명의 실시예2에 따른 세척
염화수소(HCl) 성분의 세정액과 물을 적정한 농도(HCl 0.05 ~ 0.1 mole/L)로 혼합한 혼합액에 메탈필터가 잠긴 상태에서 버블 분사가 진행되었다. 이때, 세척 전 메탈필터는 초음파 세척에 사용된 메탈필터와 거의 유사한 정도로 이물질이 내부에 고착된 상태이다. 상기 혼합액은 온도가 50℃ 이고, pH는 1.0 ~ 2.0 이다. 세척조에서 세정액이 배출된 후 위에 설명된 방법과 같이 물로 헹궈지고 건조가 이뤄지되 이때, 건조 시 가해지는 압축공기의 온도는 100 ~ 150℃ 이다.
도 6 은 비교예2의 세정액이 사용되지 않고 물로만 세척된 메탈필터의 표면 상태(c)와 비교예3의 수산화나트륨(NaOH) 세정액이 사용되어 세척된 메탈필터의 표면 상태(d) 및 본 발명의 실시예2에 따른 방법에 따라 산성을 갖는 세정액으로 세척된 메탈필터의 표면 상태(b)가 촬영된 사진이다. 도 6 에서는 세정액의 유무와 특성에 따라서 세척상태를 확인할 수 있다. 도시된 바와 같이 염기성 세정액을 사용하는 경우(d)에도 물만 사용되는 경우(c) 보다는 세척효과가 좋은 것을 확인할 수 있다. 하지만, 산성 세정액을 사용하는 경우(b)가 염기성 세정액을 사용하는 경우(d) 보다 내통의 원상태를 유지하며(원래의 표면광택 유지) 내통의 내부까지 세척효과가 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
[시험예3]
내통의 통공 크기에 따른 세척효율 비교
도 7 은 내통의 통공의 크기가 3마이크로미터(㎛)와 5마이크로미터일 때, 세척 전과 본 발명에 따른 세척방법으로 세척한 후의 회복율(% : 100 - (무게 증가분/원래의 메탈필터 무게))이 나타난 그래프 및 세척 전과 본 발명에 따른 세척방법으로 세척한 후의 무게증가가 나타난 그래프가 도시된 도면이다.
즉, 회복율이 100%에 가깝다는 표시는 세척후에 원래의 상태와 가깝다는 의미이고, 세척후 무게증가가 거의 없다는 표시는 메탈필터에 고착되어 남아 있는 이물질 거의 대부분 씻겨져 제거됐다는 의미이다.
따라서, 회복율이 100% 에 더 가깝고 무게증가가 더 작게 나타난 도 7 로부터 내통 통공의 크기가 3마이크로미터인 경우 보다 5마이크로미터를 갖는 메탈필터의 세척효율이 더 좋음을 확인할 수 있다. 즉, 내통의 통공이 미세한 경우 보다 통공의 직경이 커지면 세척효율이 증가될 수 있음을 확인할 수 있다.
[시험예4]
세정액의 성분에 따른 세척효율 비교
아울러, 하기의 표 1 는 세정액으로써 염화수소(HCl)를 사용할 경우와 황산을 사용할 경우를 비교한 표이다.
산 종류 산 농도 구분 Unit 교반 시간
1시간 2시간 3시간
HCl 0.06M 용해도 g/g 0.067 0.084 0.090
용해 무게 g 1.34 1.69 1.81
H2SO4 0.06M 용해도 g/g 0.046 0.043 0.038
용해 무게 g 0.99 0.92 0.81
0.11M 용해도 g/g 0.078 0.074 0.077
용해 무게 g 1.79 1.71 1.78
0.23M 용해도 g/g 0.126 0.129 0.130
용해 무게 g 3.25 3.35 3.38
상기의 표 1 에 나타난 바와 같이 동일한 산 농도(0.06M)일 때 황산보다 염화수소의 용해도가 약간 더 높은 결과가 나왔다. 즉, 동일한 양이 투입될 때 이물질을 용해시키는 효과는 염화수소가 더 높으나, 투입량을 증대시키면 이에 비례하여 용해도가 증가하므로 가격 대비 효과를 고려하면 상대적으로 더 저렴한 황산을 세정액으로 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 물과 세정액 및 압축공기 미리정해진 로직에 따라 자동적 공급 및 배출이 이루어져 하나 세척조(10) 내에서 메탈필터(1)의 세척과 건조가 순차적으로 이루어지므로 종래 설비 대비 설치 공간을 축소할 수 있고 소모되는 수량을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명에서 에어노즐(30)은 세척조에 물이 잠긴 상태에서 압축공기를 분사할 때, 수중에서 버블을 형성하므로 상기 버블에 의해 세척 효과를 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기 메탈필터(1)는 세척이 이루어지거나 건조가 이루어질 때, 선택적으로 승강하되거나 회전하여 원심력 및/또는 관성에 의해 물끼 및 이물질을 털어낼 수 있으므로 세척 및 건조 효율이 더욱 증대될 수 있다.
아울러, 상기 세척조(10)는 커버(21)에 의해 폐쇄된 상태에서 세척이 이루어져 외부로 물이 튀는 현상을 방지할 수 있고, 압축공기의 주입에 따라 상승하는 내부 압력은 릴리즈밸브(11)에 의해 해소될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

Claims (14)

  1. 일측에 개구부가 마련된 통 모양으로 형성되며, 옆면에는 통공이 형성되어 이물질이 함유된 유체가 개구부로 유입되면 통공에서 이물질이 걸러지고 유체만 통공으로 배출되는 메탈필터의 세척방법에 있어서,
    세척조에서 상하로 승강가능하고 좌우로 활주가능한 지그에 개구부가 아랫쪽을 향하도록 메탈필터를 장착하는 단계;
    개구부 내부로 세척조에 설치된 노즐이 진입하도록 지그를 하강시키는 단계;
    상기 세척조에 상기 메탈필터가 잠기도록 미리 정해진 양만큼의 물과 세정액을 투입하는 단계;
    노즐을 통해 압축공기를 분사하여 상기 메탈필터의 내부면을 향해 버블을 뿜어내는 단계;
    상기 세척조를 배수하는 단계;
    노즐을 통해 물을 분사하여 세정액을 씻어내는 단계;
    노즐을 통해 압축공기를 분사하여 메탈필터를 건조시키는 단계;를 포함하는 메탈필터의 세척방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 압축공기가 분사되는 에어노즐과 물이 분사되는 워터노즐이 상기 세척조에서 분리되어 설치되고, 압축공기 또는 물의 분사가 이루어지기 전에 상기 지그는 메탈필터의 아랫쪽에서부터 개구부 내부로 에어노즐 또는 워터노즐이 진입하도록 승강 및 활주하는 것을 포함하는 메탈필터의 세척방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탈필터에서 걸러지는 이물질은 금속산화물이고, 세정액과 물은 1 내지 2 범위의 pH 농도를 갖도록 혼합되는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탈필터가 건조될 때 압축공기는 100 내지 150℃ 로 가열된 상태로 분사되는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탈필터의 내부면으로 압축공기 또는 물이 분사될 때, 상기 지그는 상승하강을 반복하는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탈필터의 내부면으로 압축공기 또는 물이 분사될 때, 상기 메탈필터는 축회전하는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탈필터는 파이프 모양으로 가지며 다수 개 통공이 형성된 외통과 상기 외통의 내주면에 끼워지며 파이프 모양을 갖되 외통의 통공보다 더 작은 크기를 갖는 통공이 형성된 내통을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척방법.
  8. 일정 크기의 용량을 가지며 세정액탱크와 연결된 세척조;
    상기 세척조 내에서 상하로 승강가능하며 좌우로 활주가능하며 메탈필터가 고정될 수 있는 지그;
    상기 세척조 내에서 분출구가 윗쪽을 향하도록 장착되며, 외부에서 공급되는 압축공기 또는 물을 세척조 내부로 분사하는 노즐;
    상기 세정액탱크로부터 세정액을 세척조로 공급 및 차단하는 것을 조절하며, 상기 노즐로 압축공기 또는 물을 공급 및 차단하는 것을 조절하고, 상기 지그의 움직임을 제어하며, 세척조의 담수 또는 배수 여부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 메탈필터의 개구부가 아래를 향하도록 지그에 장착된 상태에서, 상기 제어부는 개구부를 통해 노즐이 메탈필터 내부로 진입하도록 지그의 움직임을 제어하고 물과 세정액 및 압축공기를 선택적으로 공급과 차단 및 세척조의 배수를 미리정해진 로직에 따라 제어하여 상기 세척조 내에서 메탈필터의 세척과 건조가 순차적으로 이루어지는 메탈필터의 세척장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노즐은 압축공기가 분사되는 에어노즐 및 상기 에어노즐과 이격되어 설치되며 물이 분사되는 워터노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 에어노즐은 압축공기가 저장된 에어탱크와 연결되고 상기 워터노즐은 물이 저장된 워터탱크와 연결되되, 상기 에어노즐과 에어탱크를 사이에 설치된 밸브와 상기 워터노즐과 워터탱크 사이에 설치된 밸브는 제어부에 의해 개폐가 조절되는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 에어노즐은 세척조에 물이 잠긴 상태에서 압축공기를 분사할 때, 수중에서 버블을 형성하되 상기 버블은 에어노즐에서 형성되는 지점보다 메탈필터의 내부면에 접촉하게되는 지점이 더 높은 곳에 위치하도록 분사되는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 메탈필터 내에 노즐이 진입된 상태에서 상기 메탈필터는 상단에 결합된 그리퍼의 회전에 의해 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 세척조는 상측이 개구된 형상을 갖고 상측을 덮는 커버에 의해 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 세척조는, 상기 커버가 상기 세척조를 폐쇄한 상태에서 세척이 이루어져 내부 압력이 상승하면 공기 또는 액체를 배출시키는 릴리즈밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈필터의 세척장치.
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