KR100907049B1 - 고성능 입상카본블럭 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수기에 장착되어 수돗물에 함유된 철, 녹 및 유기물 등의 각종 불순물을 걸러내는 기존의 카본블럭 필터를 대신하여 신규의 입상활성탄과 특수 고분자 입상PE바인더를 주원료로 하여 통수량이 풍부하면서도 여과력이 높은 입상카본블럭 필터로 압축 성형할 수 있도록 하는 입상카본블럭 필터의 제조방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 입자상태의 입상활성탄과 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더를 골고루 혼합하도록 하고, 상기 혼합된 원료를 금형에 충진한 후 압축프레스를 이용하여 가압하면서 입상카본블럭 필터를 압축 성형하도록 하며, 상기 금형 전체를 열처리한 후 냉각과정을 거친 금형으로부터 입상카본블럭 필터를 인출하는 기술을 강구함으로써 이루어진다.

입상카본블럭 필터, 입상활성탄, 입상PE바인더, 금형, 프레스

Description

고성능 입상카본블럭 필터의 제조방법{Manufacturing method of granular carbon block filter}

본 발명은 정수기에 장착되어 수돗물에 함유된 철, 녹 및 유기물 등의 각종 불순물을 걸러내는 입상카본블럭 필터의 제조방법에 관한 것으로, 특히 입상활성탄과 입상PE바인더를 이용하여 통수량과 여과력이 뛰어난 입상카본블럭 필터를 압축성형으로 제조하는 기술분야에 속하는 발명이다.

일반적으로 정수기에 장착되는 필터는 수돗물에 함유된 철, 녹 및 유기물 등의 각종 불순물을 걸러내는 기능과 세균을 살균하고 바이러스를 비활성화시키는 등의 기능을 갖는다.

이러한 필터는 다양한 종류의 것이 제안되고 있으며, 특히 카본블럭 필터는 카본블럭을 필터용기에 내장시켜 물이 상기 카본블럭을 통과하면서 정수가 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

상기 카본블럭 필터를 제조하는 종래의 방법은 분말활성탄과 일반적인 PE바인더를 주원료로 하여 압축프레스 방식 또는 압출방식을 통해 매우 제한적인 형태로 필터를 제조함에 따라 통수량 및 정수성능이 현저하게 저하되고 있는 실정이다.

더욱이 상기 카본블럭 필터의 정수성능을 개선하기 위해서는 필요 이상으로 카본블럭 필터를 크게 제조하여야만 함으로써 카본블럭 필터의 자체적인 부피가 증가하여 취급이 불편함은 물론 정수기 전체의 부피가 커지는 불합리한 문제점이 야기된다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로 본 발명의 출원인에 의해 선출원되어 특허결정된 『특허등록 제785686호 명칭 고성능 카본블럭 필터의 제조방법』이 제안되고 있다.

상기 선등록 발명은 압축프레스 작업으로 고성능의 카본블럭 필터를 제조함으로써 정수성능이 획기적으로 향상됨은 물론 통수량이 많아 필터의 수명이 연장되는 유용한 효과를 제공한다.

그러나 선등록 발명은 입자크기가 미세한 분말활성탄과 고분자 PE바인더를 주원료로 하여 카본블럭 필터를 제조함으로써 공극이 작아 저압이나 수질이 좋지 않은 지역에서는 통수량이 저하되어 필터가 제 성능을 발휘하지 못하는 일부의 개선점이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 종래의 카본블럭 필터가 내포하고 있는 제반 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 입상활성탄과 특수 고분자 입상PE바인더를 주원료로 하여 통수량이 풍부하면서도 여과력이 높은 입상카본블럭 필터를 압축성형할 수 있도록 함을 발명의 해결과제로 한다.

본 발명은 상기한 과제를 적극적으로 해결하기 위한 수단으로 입자상태의 입상활성탄과 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더를 골고루 혼합하도록 하고, 상기 혼합된 원료를 금형에 충진한 후 압축프레스를 이용하여 가압하면서 입상카본블럭 필터를 압축 성형하도록 하며, 상기 금형 전체를 열처리한 후 냉각과정을 거친 금형으로부터 입상카본블럭 필터를 인출하도록 하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따르면, 입상활성탄과 특수 고분자 입상PE바인더를 골고루 혼합한 후 상기 혼합된 원료를 압축프레스 작업을 통해 통수량이 뛰어나면서도 여과력이 우수한 입상카본블럭 필터로 제조할 수 있게 된다.

따라서, 수돗물의 품질 및 상수관의 시설이 노후되거나 수압이 낮은 지역에서도 우수한 정수기능을 발휘하는 효과를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위 한 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

우선적으로 본 발명은 분말활성탄 및 PE분말바인더를 이용하여 카본블럭 필터를 제조하던 종래의 방법을 탈피하여 수압이 낮거나 수질이 좋지 않은 수돗물의 경우에도 원활하게 필터를 통과하면서 정화될 수 있는 통수량이 풍부한 입상카본블럭 필터를 제조함을 발명의 특징적인 요지로 한다.

상기한 특징적인 요지를 달성하기 위한 본 발명에 의한 입상카본블럭 필터의 제조방법을 각각의 공정별로 상세하게 설명하기로 한다.

1)원료 혼합공정

본 발명은 입상카본블럭 필터의 성분원료인 입상활성탄(Granular Activated Carbon)에 인장응력, 입자크기, 밀도가 다른 2종류의 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더를 첨가하여 산업용 믹서기에 투입한 후 460RPM으로 30분간 골고루 혼합함으로써 입상카본블럭 필터를 성형하기 위한 혼합원료를 준비한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 입상활성탄은 물속의 염소 및 냄새를 제거하고, 휘발성 유기화합물 및 일부 중금속을 제거하며, 물맛을 개선하는 입상의 활성탄으로, 아래의 일람표 1과 같은 특성을 갖는 상업적으로 이용되는 제품인 신광활성탄(Shin Kwang 사의 제품)을 사용한다.

[표 1]

Granular Activated Carbon	Mesh Size (㎛)	Bulk Density g/ cc	Iodine Adsorption mg /g
신광활성탄	30~60	0.52이하	1050이상

또한, 본 발명에서 사용되는 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더는 열처리과정에서 필터를 블럭의 형태로 성형하기 위해 입상활성탄의 연결사슬을 형성시키는 접착제의 역할을 수행하는 것으로, 아래의 일람표 2와 같은 특성을 갖는 상업적으로 이용되는 제품인 GUR X 155(제1 입상PE바인더) 및 GUR4022-6(제2 입상PE바인더)(Ticona Engineering 사의 제품)을 사용한다.

[표 2]

UHMW PE(Ticona) 초고분자 폴리에틸렌	Elongational Stress (인장응력)	Particle Size (입자크기)	Bulk Density (밀도)
GUR X 155	0.25 Mpa	585㎛	0.46g/㎤
GUR 4022-6	-0.3~0.5 Mpa	340㎛	0.45g/㎤

이하, 상기한 입상활성탄, 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더를 적정비율로 혼합하여 10~30㎛ 기공크기를 갖는 입상카본블럭 필터를 제조하기 위한 본 발명의 혼합 원료를 생성하는 다양한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.

① 제1 실시예

본 발명의 제1 실시예는, 주원료인 입상활성탄에 대하여 부원료인 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 첨가비율이 중량대비 10: 3: 3의 비율이 되도록 첨가하여 골고루 혼합한다.

여기에서 585㎛의 입자크기를 갖는 제1 입상PE바인더와 340㎛의 입자크기를 갖는 제2 입상PE바인더는 상호 동일한 비율로 혼합되는 경우 최종적으로 완성되는 입상카본블럭 필터의 기공은 약 30㎛를 형성하여 통수량이 매우 우수하다.

② 제2 실시예

본 발명의 제2 실시예는, 주원료인 입상활성탄에 대하여 부원료인 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 첨가비율이 중량대비 10: 2: 4의 비율이 되도록 첨가하여 골고루 혼합한다.

여기에서 제1 실시예와 다른 점은 585㎛의 입자크기를 갖는 제1 입상PE바인더의 비율은 감소한 반면, 340㎛의 입자크기를 갖는 제2 입상PE바인더의 비율은 증가한 점으로써 입자의 크기가 작은 제2 입상PE바인더의 증가로 인해 최종적으로 완성되는 입상카본블럭 필터의 기공은 줄어들면서 약 20㎛을 형성한다.

따라서, 상기 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 비율에 따라 기공크기를 자유롭게 조절함으로써 각기 통수량이 다른 입상카본블럭 필터를 제조하는 효과를 제공한다.

③ 제3 실시예

본 발명의 제3 실시예는, 주원료인 입상활성탄에 대하여 부원료인 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 첨가비율이 중량대비 10: 1: 5의 비율이 되도록 첨가하여 골고루 혼합한다.

여기에서 제2 실시예와 다른 점은 제1 입상PE바인더의 비율은 더욱 감소하고, 제2 입상PE바인더의 비율은 더욱 증가한 점이다.

따라서, 입자의 크기가 작은 제2 입상PE바인더의 비율이 더욱 증가하여 최종적으로 완성되는 입상카본블럭 필터의 기공은 줄어들면서 약 10㎛를 형성함으로써 통수량이 제2 실시예보다 낮아진다.

2) 필터 성형공정

본 발명은 상기한 입상활성탄, 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더를 골고루 혼합하여 생성한 혼합원료를 이용하여 도 1과 같은 원통형의 입상카본블럭 필터(1)를 성형한다.

이와 같은 필터 성형공정은 상, 하부가 개방된 알루미늄 금형(3)의 내부에 입상카본블럭 필터(1)의 통수공(2)을 형성하기 위한 내부 코어(4)를 삽입 설치한다.

따라서, 상기 코어(4)는 하단부에 형성된 밀폐판(5)이 금형(3)의 하부를 밀폐한 상태에서 금형(3) 내부의 중심에 위치한다.

상기 코어(4)의 설치가 완료된 후 혼합원료(6)를 용기에 담아 정밀 전자저울을 이용하여 정량을 확인한 후 금형(3)의 내부에 혼합원료(6)를 충진한다.

그리고 프레스(7)를 가동하면 프레스(7)에 설치된 프레져(8)가 하부로 이동하면서 금형(3)의 내부로 투입되어 혼합원료(6)를 가압함으로써 원통형의 입상카본블럭 필터(1)를 성형할 수 있게 된다.

3) 열처리공정

본 발명은 열처리를 시행함에 있어서 상기 금형(3)으로부터 성형된 입상카본블럭 필터(1)를 분리하지 않고, 금형(3) 전체를 열처리로에 투입하여 전체 열처리를 시행함을 특징으로 한다.

이는 고온의 열처리 과정에도 금형(3)이 입상카본블럭 필터(1)의 형태를 그대로 유지함으로써 제품의 외관이 우수하면서도 뛰어난 압축성 및 강성을 갖도록 하기 위함이다.

이러한 열처리 작업은 수백 개의 필터를 동시에 열처리할 수 있는 크기의 전기로에서 200℃의 온도 조건하에 열처리를 한다.

이와 같은 열처리공정은 기존의 압출방식에 의해 제조된 카본블럭 필터가 순간적으로 고분자 PE가 열에 녹아 카본블럭의 표면을 코팅함으로써 여과력이 저하되던 문제점을 해소하여 여과력을 가일층 향상하는 효과를 제공한다.

4) 냉각 및 분리공정

상기 열처리공정이 완료되면 각각의 금형을 외부로 인출한 후 냉풍을 이용하여 가열된 금형을 식힌다.

그리고 별도의 지그를 이용하여 금형(3)과 내부 코어(4)를 분리하여 인출하면 기존의 카본블럭 필터에 비하여 통수량이 매우 풍부하면서도 여과력이 우수한 원통형의 입상카본블럭 필터(1)를 제조할 수 있게 된다.

5) 절단 및 포장공정

상기와 같이 제조된 입상카본블럭 필터는 절단기를 이용하여 규격에 맞추어 절단한 후 포장을 통해 비로소 완성된 제품을 생산할 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용된 입상카본블럭 필터의 사시도

도 2는 본 발명의 금형에 내부에 코어가 삽입되는 상태의 종단면도

도 3는 본 발명의 금형에 혼합원료를 투입한 후 프레스를 가동하여 입상카본블럭 필터를 성형하는 상태의 종단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 입상카본블럭 필터 3: 금형

4: 코어 8: 프레져

Claims (5)

1. 입상활성탄, 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더로 조성된 원료를 골고루 혼합하는 원료 혼합공정과;

   상기 혼합된 원료를 내부 코어가 삽입된 금형의 내부에 충진한 후 압축프레스를 가동하여 프레져가 혼합원료를 가압하면서 원통형의 입상카본블럭 필터로 압축 성형하는 필터 성형공정과;

   상기 입상카본블럭 필터가 내부에 성형된 금형 전체를 전기로에서 열처리하는 열처리공정과;

   상기 열처리된 금형을 냉각한 후 지그를 이용하여 금형과 내부 코어를 분리하여 입상카본블럭 필터를 외부로 인출하는 냉각 및 분리공정과;

   상기 입상카본블럭을 규격에 맞추어 절단한 후 포장을 통해 완성된 제품을 생산하는 절단 및 포장공정을 포함하여 이루어지는 한편;

   상기 입상활성탄은 메쉬크기가 30~60㎛이고, 밀도가 0.52g/cc이하이며, 요오드흡착력이 1050mg/g이상으로 이루어지고;

   상기 제1 입상PE바인더는 인장응력이 0.25 Mpa, 입자크키가 585㎛, 밀도가 0.46g/㎤로 이루어지며;

   상기 제2 입상PE바인더는 인장응력이 -0.3~0.5 Mpa, 입자크기가 340㎛, 밀도가 0.45g/㎤로 이루어진 것을 특징으로 하는 고성능 입상카본블럭 필터의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   혼합 원료는 입상활성탄에 대하여 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 첨가비율이 중량대비 10: 3: 3의 비율이 되도록 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 입상카본블럭 필터의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   혼합 원료는 입상활성탄에 대하여 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 첨가비율이 중량대비 10: 2: 4의 비율이 되도록 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 입상카본블럭 필터의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   혼합 원료는 입상활성탄에 대하여 제1 입상PE바인더 및 제2 입상PE바인더의 첨가비율이 중량대비 10: 1: 5의 비율이 되도록 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 입상카본블럭 필터의 제조방법.
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