KR100388088B1 - 마이크로 필터의 막힘현상을 방지하는 마이크로 필터 장치 - Google Patents

마이크로 필터의 막힘현상을 방지하는 마이크로 필터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 필터의 막힘형상을 근본적으로 방지하는 마이크로 필터 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 필터 장치는 상측에서 일측이 피여과수 유입용 입구(11)가 형성되어 있고, 타측이 상기 배출관(8)과 통하고 있는 여과된 피여과수 유출용 출구(12)가 형성되어 있으며, 하측에서 일측이 찌꺼기를 배출하기 배출구(13)가 형성되어 있는 원통형 중공체(2); 둘레에 다수의 미세한 관통구멍(20)이 형성되어 있고 그리고 상하부에 개구(3a, 3b)를 구비하고서 상기 원통형 중공체(2) 내부에 위치되어 있는 절두원추형부(3); 상기 절두원추형부(3)의 상하부에 위치된 두개의 제 1흡음부(4a, 4b); 상기 절두원추형부(3) 밑에 부착된 초음파진동장치(50); 상기 원통형 중공체(2)의 상단부 내부에 위치된 제 2흡음부(7); 및 상기 제 2흡음부(7)와 상기 제 1흡음부(4a) 사이에 형성되어 있고, 상기 출구(12)와 통하고 있는 배출관(8)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 필터의 막힘현상을 방지하는 마이크로 필터 장치{micro filter apparatus for preventing obstructing of micro filter}
본 발명은 마이크로 필터의 막힘현상을 근본적으로 방지하는 마이크로 필터 장치에 관한 것이다.
마이크로 필터을 이용한 여과공정은 산업현장 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 공정중 하나이다.
하지만, 상기 마이크로 필터는 공정중에 여과되고 남은 찌꺼기에 의해 상기 마이크로 필터의 다공부들이 자주 막혀, 여과기능을 정상적으로 발휘하지 못하여, 공정효율을 저하시키고, 상기 다공부에 찌꺼지간 낀 것을 세척수에 의한 세정에 의해 제거하는 공정이 추가되게 하여, 경제적인 손실을 야기한다.
따라서, 본 발명은 종래의 마이크로 필터의 막힘현상을 근본적으로 방지할 수 있는 장치가 부착된 마이크로 필터 장치를 제공하는 것이다.
여기에서, 초음파란 사람의 귀에 들리지 않을 정도의 높은 주파수(약 16khz 이상)를 말하며, 이 초음파는 강한 에너지를 가진 음의 진동에 의해 발생하는 캐비테이션, 음파의 진동가속도 및 음압의 특성을 이용하여 물체를 세척하는 데 적용될 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 도 2에 도시한 바와 같이, 원판형 진동자를 수중에 대고 이 진동자를 실로 매달고, 방사면의 한쪽에는 발포 폴리에틸렌 등을 부착하여 음파가 나오지 않도록 해서, 한쪽면에서만 초음파가 나오도록 하면, 진동자는 초음파가 나오지 않는 쪽으로 밀려 실은 θ만큼 경사를 이루게 된다.
또, 도 3에 도시한 바와 같이, 수조의 밑에 진동자를 두고, 위로 향하여 초음파를 출력하고 그 음장내에 구슬 등을 매달아 이것을 천칭의 한쪽 팔에 걸어 천칭을 평형시킨다. 이렇게 해두고 초음파를 강하게 하면 구슬이 뜨게 되므로 이것과 평형시키려면 다시 한쪽의 분동을 감하지 않으면 안된다.
이와 같은 현상은 초음파가 나오고 있는 경우와 초음파없이 정지하고 있는 장소에서는 정압(평균압력)에 차이가 있고 액체속에서는 음의 강도에 비례하여 압력이 증가하기 때문에 일어나는 것이다.
그리고, 상기 음압(P)은 음파의 에너지 밀도(E)와 물체의 단면적(S)의 곱이다. 또한, 음파의 에너지 밀도(E)란 단위체적 중에 포함된 진동 에너지로서, 음의 강도(I)와의 관계는 E = I/c 가 된다. 여기에서, c 는 음의 속도이다.
따라서, 상기 음압은 다음과 같은 식이 성립된다.
P = I * S / c
따라서, 본 발명은 상기에서 언급한 초음파의 특성, 즉, 음압과 그리고 음의 속도(진동가속도)를 주로 이용하여 수중에 있는 마이크로 필터의 다공부 막힘을 방지하는 것이다.
또한, 초음파를 액체중에 조사하면, 수를 헤아릴 수 없는 미세한 공동이 발생하였다가 소멸하는 현상이 초당 25.000 내지 30.000회 정도 발생과 소멸을 반복하게 되며, 기포의 진동에 따라 아주 적은 교반과 파괴로 인한 화학적, 열적 작용을 수반하게 되는 캐비테이션작용이 발생된다.
따라서, 필터의 막힘을 야기하는 미세한 찌꺼기를 상기 초음파의 음압과 진동가속도 특성에 의해 제거하지 못하는 것을, 본 발명은 초음파의 상기 캐비테이션 작용에 의해 필터 다공부 주위에 부착되어 있는 이물질, 즉 미세한 구멍에 끼여있는 미세한 찌꺼기까지도 깨끗하게 세정하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 필터 장치의 단면도,
도 2는 방사압의 일실시예도 및
도 3은 방사압의 제 2실시예도.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 마이크로 필터 장치는, 상측에서 일측이 피여과수 유입용 입구가 형성되어 있고, 타측이 상기 배출관 통하고 있는 여과된 피여과수 유출용 출구가 형성되어 있으며, 하측에서 일측이 찌꺼기를 배출하기 배출구가 형성되어 있는 원통형 중공체; 둘레에 다수의 미세한 관통구멍이 형성되어 있고 그리고 상하부에 개구를 구비하고서 상기 원통형 중공체 내부에 위치되어 있는 절두원추형부; 상기 절두원추형부의 상하부에 위치된 두개의 제 1흡음부; 상기 절두원추형부 밑에 부착된 초음파 진동장치; 상기 원통형 중공체의 상단부 내부에 위치된 제 2흡음부; 및 상기 제 2흡음부와 상기 제 1흡음부 사이에 형성되어 있고, 상기 출구와 통하고 있는 배출관을 포함하는 것으로 되어 있다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명에 따른 마이크로 필터 장치(1)가 개략적으로 단면도로 도시되어 있다. 상기 마이크로 필터 장치(1)는 원통형 중공체(2)를 구비하고 있다.
상기 중공체(2)는 둘레면에 다수의 미세한 관통구멍(20)이 형성되고 상부에 개구(3a)를 구비하고 하부에 개구(3b)를 구비한 길다란 절두원추형부(3)를 내부에 가지고 있으며, 또한 상기 절두원추형부(3)의 상하부에 위치된 두개의 제 1흡음부(4a, 4b), 상기 절두원추형부(3) 밑에 초음파진동장치(50) 및 상기 중공체(2)의 상단부에 위치된 제 2흡음부(7)를 내부에 가지고 있다.
여기에서, 상기 흡음부들은 진동판의 진동에 의해 야기된 정제파를 흡수하여 상기 중공체(2)에 대한 정제파의 전달을 방지함과 동시에 상기 중공체(2)의 떨림을 방지하고 소음을 감소시키는 작용을 한다.
상기 초음파진동장치(50)는 진동자(6) 및 상기 진동자(6)에 일체로 부착되어 있는 진동판(5)을 포함하고 있다.
또한, 상기 제 2흡음부(7)와 상기 제 1흡음부(4a) 사이에는 배출관(8)이 형성되어 있고, 상기 절두원추형부(3)의 내부 중앙에는 진동 반사부 역활을 하는 역원추형부(9)가, 일측이 제 2흡음부(7)에 고정되어 있고 타측이 상기 역원추부(9)의상단부에 고정되어 있는 고정봉(10)에 의해 고정되어 배치되어 있다.
상기 중공체(2)는 상측에서 일측에 피여과수 유입용 입구(11)가 형성되어 있고 타측에 상기 배출관(8)과 통하고 있는 여과된 피여과수 유출용 출구(12)가 형성되어 있다. 또한, 상기 중공체(2)는 하측에서 일측에 상기 절두원추형부(3)의 다수의 구멍(20)을 관통하지 못한 찌꺼기를 배출하기 배출구(13)가 형성되어 있다.
상기 입구(11)는 제 1밸브를 가지고 있는 유입관(14)과 통하고 있고, 상기 출구(12)는 제 2밸브를 가지고 있는 유출관(15)과 통하고 있고, 그리고 배출구(13)는 제 3밸브를 가지고 있는 방출관(16)과 통하고 있다.
상기 절두원추형부(3) 스테인레스 재질로 되어 있어, 내식성이 강하며, 상기 역원추형부(9)는 스테인레스 또는 플라스틱 재질로 되어 있다.
상기 제 1흡음재(4a, 4b)들은 중앙에 중공부(17, 18)를 가지고 있고, 상기 중공부(17)에는 절두원추형부(3)의 상반부가 관통되어 있고, 상기 중공부(18)에는 절두원추형부(3)의 하반부가 관통되어 있다.
상기 초음파진동장치(50)는 진동자(6)와 상기 진동자(6)에 일체로 고정된 진동판(5)을 포함하고 있다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2흡음재(4, 7)들은 상기 진동판(5)에 의해 발생된 소음을 방지하는 작용을 한다.
상기 진동판(5)은 본 실시예에서 평탄부로 되어 있으나, 피여과수의 전역에 걸처 초음파 진동을 전달하기 위해, 변경 실시예로서, 둘레 에지가 일정 곡률 반경을 가지고서 만곡되어 있을 수 있으며, 다른 변경 실시예로서 전체가 일정 곡률 반경을 가지고서 만곡되어 있을 수 있다.
상기 진동판(5)이 일정 반경을 가지고서 만곡되어 있으면, 상기 절두원추형부(3) 내부 공간에 상기 진동자(6)의 음압, 진동가속도 및 캐비테이션 작용이 미치지 않는 부분까지도 초음파의 영향을 미치게 하여, 보다 더 상기 절두원추형부(3)에 형성되어 있는 다수의 미세한 관통구멍(20)의 거의 전부가 찌꺼기로 끼이는 경우가 방지된다.
이하, 상기와 같이 구성된 마이크로 필터 장치에 대한 작동을 도 1을 참조하여 설명한다.
찌꺼기가 함유된 피여과수가 입구(11)와 통하고 있는 유입관(14)을 경우하여 중공체(2) 내부에 유입되면, 상기 피여과수에 함유된 찌꺼기는 상기 절두원추형부(3)에 형성되어 있는 다수의 미세한 관통구멍(20)을 통과하지 못하고 배출구(13)를 경유하여 방출관(16)으로 방출된다. 상기 방출관(16)은, 도시되어 있지 않지만, 선택적으로 유입관(14)에 연결되어, 상기 방출관(16)에 있는 찌꺼기를 다시 상기 마이크로 필터 장치(1)를 경유하게 하거나, 또는 찌꺼기 저장소에 연결된 라인을 통하여 찌꺼기 저장소로 방출된다.
상기 입구(11)를 통하여 유입된 찌꺼기가 함유된 피여과수는 상기 절두원추형부(3)에 형성된 상기 관통구멍(20)에 의해 찌꺼기가 여과되어 상기 절두원추형부(3) 내부에 유입되며, 상기 찌꺼기가 여과되어 상기 절두원추형부(3) 내부에 유입된 피여과수는 상기 절두원추형부(3)의 내부 공간에 저장되었다가, 그 레벨이 상기 절두원추형부(3)의 상부에 형성된 개구(3a)를 넘으면, 상기 개구(3a),배출관(8) 및 유출관(15)을 경유하여 다음 처리를 위해 후속 처리장치로 이송된다.
진동자(6)가 초음파 진동을 하게 되고, 상기 초음파 진동이 진동판(5)에 전달되고, 상기 진동판(5)에 전달된 상기 초음파 진동이 역원추형부(9)의 조력에 의해, 상기 절두원추형부(3) 내부에 저장된 피여과수 전역에 전달되어, 상기 절두원추형부(3) 내부에 저장된 피여과수에는 전역에 걸쳐 음압, 진동가속도 및 캐비테이션 현상이 발생한다.
이때, 상기 절두원추형부(3)에 형성된 관통구멍(20)이 상기 음압, 진동가속도 및 캐비테이션 작용을 받게 된다. 이에 의해, 상기 관통구멍(20)에 끼어 있는 찌꺼기가 제거된다.
상기 실시예와 같이 초음파 진동장치를 구비한 마이크로 필터 장치는 산업현장 전반에 걸쳐 유용하게 활용 될 수 있으며, 특히 화학, 식품, 환경분야의 전처리 및 여과, 농축 공정과 그리고 기계, 전기, 전자분야에서의 유틸리티 설비 전처리 및 후처리 공정에 유용하게 사용될 수 있다.
상기와 같이 구성된 마이크로 필터 장치는, 종래의 마이크로 필터의 막힘현상을 초음파의 특성을 이용하여 근본적으로 방지하여, 생산공정 및 유틸리티공정에서의 효율 증대화와 이에 따른 경제적인 이익을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 마이크로 필터의 막힘형상을 방지하는 마이크로 필터 장치에 있어서,
    상측에서 일측이 피여과수 유입용 입구(11)가 형성되어 있고, 타측이 상기 배출관(8)과 통하고 있는 여과된 피여과수 유출용 출구(12)가 형성되어 있으며, 하측에서 일측이 찌꺼기를 배출하기 배출구(13)가 형성되어 있는 원통형 중공체(2);
    둘레에 다수의 미세한 관통구멍(20)이 형성되어 있고 그리고 상하부에 개구(3a, 3b)를 구비하고서 상기 원통형 중공체(2) 내부에 위치되어 있는 절두원추형부(3);
    상기 절두원추형부(3)의 상하부에 위치된 두개의 제 1흡음부(4a, 4b);
    진동자(6)와 그리고 상기 진동자(6)와 일체로 고정된 진동판(5)을 포함하고 있고, 상기 절두원추형부(3) 밑에 부착된 초음파진동장치(50);
    상기 원통형 중공체(2)의 상단부 내부에 위치된 제 2흡음부(7); 및
    상기 제 2흡음부(7)와 상기 제 1흡음부(4a) 사이에 형성되어 있고, 상기 출구(12)와 통하고 있는 배출관(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 필터 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 절두원추형부(3)는 스테인레스 재료로 만들어져 있으며, 상기 절두원추형부(3)의 내부 중앙에는 진동반사부 작용을 하는 스테인레스 재료 또는 플라스틱 재료의 역원추형부(9)가 배치되어 있으며, 상기 역원추형부(9)는 일측이 제 2흡음부(7)에 고정되어 있고 타측이 상기 역원추형부(9)의 상단부에 고정되어 있는 고정봉(10)에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 필터 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 진동판(5)은 편평한 판이거나, 둘레 에지가 일정 곡률 반경을 가지고서 만곡되어 있는 만곡부를 가지고 있거나 또는 전체가 일정 곡률반경을 가지고 있는 만곡부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 필터 장치.
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