KR20050116379A - 세라믹 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 세라믹 필터는 한쪽 단부면(4a)으로부터 다른 쪽 단부면(4b)까지 관통하는 피정화 유체의 주 유로(3)가 복수 개 형성된 다공질체(2)와, 주 유로(3)의 내벽면에 배열된 여과막(5)으로 구성되며, 주 유로(5)의 제1 개구부(11)로부터 유입된 피정화 유체를 다공질체(2)의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 다공질체(2)의 외주면(6)으로부터 정화 유체로서 취출하는 세라믹 필터(1)로서, 피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 주 유로(3)의 유로 직경의 크기가 제1 개구부(11)에 있어서의 개구 직경(a1, a2, a3)으로부터 제2 개구부(12)에 있어서의 개구 직경(b1, b2, b3)까지 연속해서 점감되어 이루어지는 것을 특징으로 하며, 필터 상에 퇴적된 퇴적물을 역세척에 의해 용이하게 제거할 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 액체 및 가스 등의 유체 여과에 이용되는 세라믹 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필터 상에 퇴적된 퇴적물을 역세척에 의해 용이하게 제거할 수 있는 세라믹 필터에 관한 것이다.
세라믹 필터는 세라믹 다공체를 이용한 필터로서, 물리적 강도, 내구성, 내식성 등이 우수하기 때문에, 예컨대 수처리나 배출 가스 처리 또는 의약 및 식품 분야 등의 광범위한 분야에서 액체나 가스중의 현탁 물질, 세균, 분진 등의 제거에 이용되고 있다.
세라믹 필터에 있어서는, 세라믹 다공체를 그대로 여과재로서 이용하는 경우도 있지만, 여과 성능, 유체 투과량(즉 처리 능력) 모두를 향상시키기 위해 세라믹으로 이루어진 다공질체(기재)의 표면에 동일하게 세라믹으로 이루어진 여과막을 형성하는 것이 일반적이다. 예컨대 여과막의 평균 세공 직경을 0.01∼1.O ㎛ 정도로 작게 구성하여 여과 성능을 확보하는 한편, 기재의 평균 세공 직경을 1 내지 수백 ㎛ 정도로 크게 구성하여 기재 내부의 유동 저항을 저하시키고, 유체 투과량(즉 처리 능력)을 향상시키고 있다.
또한, 세라믹 필터는 기재를 여과 목적에 따라 여러 가지 형상으로 가공한 것을 이용할 수 있지만, 기재를 단일 유로를 갖는 튜브형, 또는 나란한 다수의 유로를 갖는 허니컴형(모노리스형도 포함함)으로 한 것이 범용되고 있다. 튜브형 또는 허니컴형 기재의 표면, 예컨대 유로의 내벽면에 여과막을 형성한 필터를 하우징 내에 수용하고, 기재 외주면측과 유로가 개구되는 기재 단부면측을 0링 등에 의해 기밀하게 격리시키는 구조로 함으로써, 크로스 플로우형 또는 데드 엔드형 필터로서 이용되고 있다.
이러한 세라믹 필터에 있어서는, 정기적으로 통상 사용시와는 반대 방향으로 압력을 부하하고, 유로 내에 층상으로 퇴적시킨 피여과물(퇴적물)을 유로(셀)의 내벽으로부터 박리하는 동시에 유로의 단부로부터 배출 및 제거하는 역세척을 실시할 필요성이 있다. 그러나, 유로의 단부에 있어서 피여과물이 클로깅을 일으키기 쉬워 역세척이 불충분하다고 하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해소하고, 역세척에 의한 퇴적물의 배출 및 제거를 쉽게 하기 위한 관련 기술로서, 유로의 적어도 일단부의 개구 직경을 유로의 단부 이외의 내경에 비하여 크게 형성한 세라믹 필터가 개시되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제2002-210314호 공보 참조).
일본 특허 공개 제2002-210314호 공보에 있어서 개시된 세라믹 필터에 따르면, 셀의 단부에 있어서 야기되는 퇴적물에 의한 클로깅을 용이하게 해소할 수 있다. 단, 일본 특허 공개 제2002-210314호 공보에 개시된 세라믹 필터의 경우에도, 역세척을 실시하여도 셀 내벽으로부터 퇴적물이 쉽게 박리되지 않아, 퇴적물이 완전히 배출되지 않는 셀(역세척 불능 셀)이 잔존하는 경우가 있다. 이러한 역세척 불능 셀의 잔존을 방지하기 위해서는 이론적으로는 보다 강력한 역세척 압력을 세라믹 필터에 대하여 부여하면 된다고도 생각할 수 있지만, 이것을 가능하게 하는 역세척 압력 공급 설비에도 제약이 있기 때문에 실용적이지 못하다고 하는 문제가 있다.
도 1a, 도 1b은 본 발명의 세라믹 필터의 일 실시 형태를 도시한 도면으로서, 도 1a은 사시도, 도 1b은 부분 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 세라믹 필터의 다른 실시 형태를 도시한 사시도.
도 3은 성막 방법의 일례를 모식적으로 도시한 도면.
도 4는 하우징 내에 수용된 세라믹 필터의 개략 단면도.
도 5는 실시예 1의 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타낸 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프.
도 6은 실시예 2의 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타낸 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프.
도 7은 실시예 3의 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타낸 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프.
도 8은 실시예 4의 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타낸 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프.
도 9는 실시예 5의 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타낸 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프.
도 10은 비교예 1의 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타낸 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프.
본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 필터 상에 퇴적된 퇴적물을 역세척에 의해 용이하게 제거할 수 있는 세라믹 필터를 제공하는 데에 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 2개의 단부면과 외주면을 가지며, 한쪽 상기 단부면으로부터 다른 쪽 상기 단부면까지 관통하는 피정화 유체의 주 유로가 복수 개 형성된 다공질체와, 상기 주 유로의 내벽면에 배열된 여과막으로 구성되며, 상기 주 유로의 상기 한쪽 단부면측의 개구부(제1 개구부)로부터 유입된 상기 피정화 유체를 상기 다공질체의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 상기 다공질체의 외주면으로부터 정화 유체로서 취출하는 세라믹 필터로서, 상기 피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 주 유로의 유로 직경의 크기가 상기 제1 개구부에 있어서의 개구 직경으로부터 상기 다른 쪽 단부면측의 개구부(제2 개구부)에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지는 세라믹 필터가 제공된다.
본 발명에 있어서는, 주 유로의 제1 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(A)와 제2 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(B)가 (A-B)/B≥0.025의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 다공질체의 외주면을 포함하는 부분에 주 유로 중의 소정 주 유로(특정 주 유로)가 외부 공간과 연통하도록 슬릿형의 보조 유로가 형성되어 이루어지는 동시에, 특정 주 유로는 그 양 단부면의 개구부가 밀봉되어 이루어지며, 주 유로의 한쪽 단부면측의 개구부로부터 유입된 피정화 유체를 다공질체의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 다공질체의 외주면 및 보조 유로의 출구로부터 정화 유체로서 취출하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자의 통상적인 지식에 기초하여 적절하게 설계의 변경, 개량 등이 가해지는 것을 이해할 수 있어야 한다.
본 발명은 2개의 단부면과 외주면을 가지며, 한쪽 단부면으로부터 다른 쪽 단부면까지 관통하는 피정화 유체의 주 유로가 복수 개 형성된 다공질체와, 주 유로의 내벽면에 배열된 여과막으로 구성되며, 주 유로의 제1 개구부로부터 유입된 피정화 유체를 다공질체의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 다공질체의 외주면으로부터 정화 유체로서 취출하는 세라믹 필터로서, 주 유로의 피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 유로 직경의 크기가 제1 개구부에 있어서의 개구 직경으로부터 제2 개구부에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지는 것이다. 이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1a, 도 1b은 본 발명의 세라믹 필터의 일 실시 형태를 도시한 도면으로서, 도 1a은 사시도, 도 1b은 부분 확대 단면도이다. 본 실시 형태의 세라믹 필터(1)는 한쪽 단부면(4a)으로부터 다른 쪽 단부면(4b)까지 관통하는 주 유로(3)가 복수 개 형성된 다공질체(2)와, 주 유로(3)의 내벽면에 배열된 여과막(5)으로 구성되어 있다. 이 세라믹 필터(1)를 이용하여 액체 및 가스 등의 유체를 여과하여 정화하는 경우에는, 정화해야 할 유체(피정화 유체)를 주 유로(3)의 한쪽 단부면(4a)측의 개구부{제1 개구부(11)}로부터 유입시켜, 다공질체(2)의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 다공질체(2)의 외주면(6)으로부터 정화 유체로서 취출한다.
피정화 유체의 여과를 반복하면, 여과막(5)의 표면상에 피여과물인 퇴적물이 층상으로 퇴적되기 때문에, 정기적으로 통상 사용할 때와는 반대 방향으로 역세척 압력을 부하하여, 주 유로(3) 내의 퇴적물을 배출 및 제거하는 역세척을 실시할 필요가 있다. 여기서, 본 실시 형태의 세라믹 필터(1)는 피정화 유체의 유로 방향, 즉 한쪽 단부면(4a)으로부터 다른 쪽 단부면(4b)의 방향에 수직인 단면에 있어서의 유로 직경의 크기가 제1 개구부(11)에 있어서의 개구 직경으로부터 제2 개구부(12)에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지는 것이다. 따라서, 일반적인 압력 공급 설비를 사용하여 통상적인 역세척 압력을 세라믹 필터(1)에 대하여 부하하는 역세척을 실시한 경우라도, 제1 개구부(11){한쪽 단부면(4a)}로부터 용이하게 퇴적물을 배출할 수 있고, 퇴적물이 배출되지 않고서 폐색되어 여과 기능이 결여되는 역세척 불능 주 유로(폐색 주 유로)가 잔존할 가능성을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 「피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 주 유로의 유로 직경의 크기」란, 단면이 원형인 경우는 직경, 타원 및 장원인 경우는 장축의 길이, 다각형인 경우는 가장 긴 대각선의 길이, 기타 부정형인 경우는 단면 형상의 외주상의 2점을 취했을 때에 가장 길어지는 2점간 거리를 말한다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 세라믹 필터에 있어서는, 주 유로(3)의 제1 개구부(11)에 있어서의 개구 직경(a1, a2, a3)의 평균치(A)와 제2 개구부(12)에 있어서의 개구 직경(b1, b2, b3)의 평균치(B)가 (A-B)/B≥0.025의 관계를 충족시키는 것이 바람직하고, (A-B)/B≥0.027의 관계를 충족시키는 것이 더욱 바람직하며, (A-B)/B≥0.028의 관계를 충족시키는 것이 특히 바람직하다. 「(A-B)/B」의 값이 0.025 미만이면, 역세척에 의해서도 폐색 주 유로가 잔존하는 비율이 상승하기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 본 발명에 있어서는 「(A-B)/B」의 값의 상한치에 대해서는 특별히 한정하지 않지만, 실질적인 제조 및 사용 가능성 등의 관점에서는 1.5 이하이면 좋다.
도 2는 본 발명의 세라믹 필터의 다른 실시 형태를 도시한 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 세라믹 필터(21)에 있어서는, 다공질체(22)의 외주면(26)을 포함하는 부분에 특정 주 유로가 외부 공간과 연통하도록 슬릿형의 보조 유로(25)가 형성되어 이루어지는 동시에, 특정 주 유로는 그 양단부면의 개구부가 밀봉되어 이루어지며, 주 유로(23)의 한쪽 단부면(24a)측의 개구부로부터 유입된 피정화 유체를 다공질체(22)의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 다공질체(22)의 외주면(26) 및 보조 유로의 출구(28)로부터 정화 유체로서 취출하는 것이 바람직하다. 이러한 소정의 보조 유로(25)가 형성되어 이루어지는 본 실시 형태의 세라믹 필터(21)는 다공질체(22)의 중심부 근방의 주 유로(23)로부터 정화 유체의 회수가 용이해지고, 세라믹 필터(21)의 여과 처리 능력을 10배 이상으로 비약적으로 향상시킬 수 있게 되는 점에서 바람직하다. 또한, 세라믹 필터(21) 내의 유량분포, 역세척시의 역세척 압력 분포를 대폭 개선할 수 있는 점에서도 바람직하다.
다음에, 본 발명의 세라믹 필터의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 세라믹 필터는 종래 공지의 세라믹 필터의 제조 방법에 준하여 제조하는 것이 가능하다. 우선, 골재, 소결 조제 이외에 분산매, 유기 바인더, 필요에 따라 계면활성제, 가소제 등을 첨가하고, 반죽하여 이루어지는 배토를 압출 성형하여 이루어지는 성형체를 얻는다. 골재는 다공질체의 주된 구성 요소로서, 평균 입자 직경 5∼200 ㎛ 정도의 세라믹 입자로 이루어진다. 골재를 포함하는 배토를 성형하고, 소성함으로써, 골재의 입자 직경에 따른 세공을 갖는 다공질체가 형성된다. 골재의 재질은 여과의 목적에 맞도록 적절하게 선택하면 좋지만, 예컨대 알루미나, 멀라이트, 코디어라이트, 탄화규소, 도자기 부스러기 등을 이용할 수 있다.
또한, 소결 조제는 골재끼리의 결합을 강화하기 위한 첨가재로서, 평균 입자 직경 5 ㎛ 미만의 세라믹 입자로 이루어진다. 소결 조제를 골재와 함께 배토에 첨가함으로써, 골재간의 결합이 강화되어 강고한 다공질체가 형성된다. 소결 조제의 재질도 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 유리 프리트(glass frit), 장석, 코디어라이트 등을 이용할 수 있다. 통상적으로는 골재끼리의 결합 강도를 확보하고, 다공질체의 세공 폐색을 방지하기 위해서 골재 및 소결 조제의 전 질량에 대하여 10∼35 질량% 정도 첨가하면 좋다.
압출 성형하여 얻어진 성형체를 건조시켜 이것을 유로 방향과 수직으로 소정 길이로 절단한 후에 소성하여 다공질체를 얻을 수 있다. 또한, 얻어지는 다공질체의 평균 세공 직경은 1∼30 ㎛ 정도이다. 계속해서, 얻어진 다공질체의 주 유로의 내벽면에 여과막을 형성한다. 여기서, 본 발명에서 말하는 여과막이란, 다공질체에 비하여 평균 세공 직경이 작은 박막형 세라믹 다공체를 말하며, 경우에 따라서는 2층 이상 형성하여 복층 구조로 하여도 좋다. 일반적으로, 여과막이란 세라믹 필터의 여과 기능을 확보하기 위한 부재를 말하지만, 본 발명에서 말하는 여과막에는 복층 구조로 한 경우에 있어서의 중간층(최상층 이외의 층)도 포함된다.
여과막은 다공질체를 구성하는 골재에 비하여 평균 입자 직경이 작은 예컨대 평균 입자 직경 0.1∼5 ㎛ 정도의 세라믹 입자를 포함하는 슬러리를 이용하여 다공질체의 주 유로의 내벽면에 막을 형성한 후, 소성함으로써 형성할 수 있다. 구체적으로는 세라믹 입자를 물 등의 분산매 속에 분산시키고, 필요에 따라, 소결 조제, 유기 바인더, pH 조정제, 계면활성제 등을 첨가함으로써 여과막용 슬러리(성막용 슬러리)를 조제하여 이것을 이용하여 주 유로의 내벽면에 막을 제조한 후, 건조 및 소성하여 여과막을 형성한다. 여과막의 평균 세공 직경은 0.1∼5 ㎛ 정도이다.
본 발명의 세라믹 필터는 피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 주 유로의 유로 직경의 크기가 제1 개구부에 있어서의 개구 직경으로부터 제2 개구부에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지는 구조, 소위 테이퍼 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다. 이러한 테이퍼 구조로 하기 위해서는 다공질체 자체의 형상이 테이퍼 구조가 되도록 압출 성형 등을 행하여도 좋지만, 주 유로의 내벽면에 형성하는 여과막의 막 두께를 제2 개구부로부터 제1 개구부를 향함에 따라 서서히 얇아지도록 형성함으로써 개구 직경을 조정하여 테이퍼 구조로 하는 것이 제조 용이성 등의 관점에서 바람직하다. 이하, 여과막의 형성 방법에 대해서 설명한다.
여과막의 막 두께를 제2 개구부로부터 제1 개구부를 향함에 따라 서서히 얇아지도록 형성하는 방법으로서는, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같은 성막 장치(37)를 이용하는 방법을 들 수 있다. 구체적으로는, 전술한 성막용 슬러리(33)를 준비하고, 다공질체(32)의 다른 쪽 단부면(4b)으로부터 한쪽 단부면(4a)의 방향으로 성막용 슬러리(33)를 유통시키는 것과 거의 동시에, 진공 펌프(P)에 의해 외주면(36)측을 감압 상태로 하면, 성막용 슬러리(33)에 포함되는 고형분이 주 유로의 내벽면에서 층상으로 퇴적되어 성막층이 형성된다. 여기서, 성막용 슬러리(33)를 유통시킬 때에는, 그 유통 선속(線束)이 작고 외주면측의 감압도가 클수록, 양 개구부에 있어서의 성막층의 막 두께 차는 커진다. 따라서, 성막용 슬러리(33)의 유통 선속과 감압도를 제어함으로써, 여과막의 막 두께를 제2 개구부로부터 제1 개구부를 향함에 따라 서서히 얇아지도록 제조할 수 있다.
성막용 슬러리(33)의 유통과 거의 동시에 감압 상태로 함으로써, 형성되는 성막층의 막 두께는 성막용 슬러리(33)가 유입되는 다른 쪽 단부면(4b)으로부터 한쪽 단부면(4a)을 향함에 따라 서서히 얇아지도록 형성된다. 성막층 전체가 원하는 막 두께가 되는 만큼에 해당하는 양의 여과수(34)를 다공질체(32)의 외주면(36)으로부터 배출한다. 또한, 다공질체(32)의 한쪽 단부면(4a)측으로부터 유출된 성막용 슬러리(33)를 순환시키면 좋다. 그 후, 성막층의 형상이 유지되도록 여과수(34)가 다 배출된 후, 여과수측을 감압 상태로 하여 다공질체(32)를 진공 탈수한다. 계속해서, 건조 및 소성함으로써 여과막을 형성할 수 있고, 본 발명의 세라믹 필터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 필터는 경우에 따라 소정 개소에 시일재를 구비하여 이루어지는 것이어도 좋다. 본 발명에서 말하는 시일재란, 다공질체의 단부면, 구체적으로는 도 1b에 있어서의 한쪽 단부면(4a)으로부터 피정화 유체가 다공질체(2) 내부로 침입하는 것을 방지하기 위한 부재를 말하며, 다공질체(2)의 한쪽 단부면(4a) 및 한쪽 단부면(4a) 근방의 여과막(5)을 피복하도록 형성하는 것이 바람직하다.
시일재는 예컨대 붕규산유리, 규산유리, 장석질 유리 등의 유리형 물질(유리 프리트 등)로 이루어진 유약을 소정 개소에 도포한 후, 소성함으로써 형성할 수 있다. 단, 여과막과 동등 이하의 세공 직경을 갖는 것에 한해서 유약은 특별히 한정되지 않고, 경우에 따라서는 시일재 대신에 여과막을 형성함으로써, 다공질체의 단부면으로부터 피정화 유체가 다공질체 내부로 침입하는 것을 방지하는 것도 가능하다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같은 소정의 보조 유로(25)가 형성된 세라믹 필터(21)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 슬릿형의 보조 유로(25)는 다공질체(22)의 소성 전 또는 소성 후에, 다이아 전착 커터 등의 칼날이 달린 것에 의해 보조 유로(25)를 형성해야 할 특정 주 유로의 열(列)이 외부 공간과 연통하도록 파단하여 형성하면 좋다. 여기서, 보조 유로(25)에 연통하는 특정 주 유로에 대해서는 정화 유체에 피정화 유체가 혼입되는 것을 방지하기 위해서 다공질체(22)의 양 단부면의 개구부를 클로깅 부재 등에 의해 밀봉하는 밀봉부(27)를 형성한다. 즉, 또한, 특정 주 유로의 내벽면에는 여과막을 형성할 필요는 없다.
다음에, 피정화 유체로서 물(피정화수)을 이용하는 경우에 있어서의 본 발명의 세라믹 필터의 사용 방법에 대해서 개략적으로 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 세라믹 필터(41)는 다공질체(42)의 주 유로의 내벽면에 소정의 여과막(45)이 형성되어 이루어지고, 다공질체(2)의 한쪽 단부면(4a) 및 그 근방의 여과막(45)에 시일재(43)가 피복 형성되어 있으며, 이 시일재(43)의 부분에 있어서, O링(46)을 통해 하우징(44) 내에 수용되어 있다. 이 세라믹 필터(41)를 이용하여 피여과수를 정화하는 경우에는, 주 유로의 한쪽 단부면(4a)측의 제1 개구부로부터 피정화수를 유입시켜 여과막(45)과 다공질체(42)의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 다공질체(42)의 외주면(6)으로부터 정화수로서 취출한다.
여과의 반복에 따라, 여과막(45)의 표면상에 퇴적물이 층상으로 퇴적되기 때문에, 정기적으로 통상 사용시와는 반대 방향으로 역세척 압력을 부하하여 역세척한다. 역세척에 있어서는 우선 다공질체(42)의 외주면(6)측으로부터 1차적인 역세척 압력을 부하하여 퇴적물을 여과막(45)으로부터 박리시킨 후, 계속해서 다른 쪽 개구부(제2 개구부)측으로부터 2차적인 역세척 압력을 부하함으로써, 제1 개구부로부터 퇴적물을 배출하여 제거할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1∼5)
골재로서, 입자 직경이 5∼300 ㎛가 되도록 체질을 하여 분류한 알루미나를 사용하고, 이 골재에, 소결 조재로서 입자 직경 0.5∼5 ㎛의 장석, 분산매로서 물, 유기 바인더로서 메틸셀룰로오스를 첨가하여, 반죽하여 얻어진 배토를 압출 성형함으로써 복수의 주 유로를 갖는 허니컴형의 성형체를 얻었다. 이 성형체를 건조시킨 후 소정 길이가 되도록 유로 방향과 수직으로 절단하고, 이것을 소성함으로써 내경 180 ㎜, 유로의 내경 2.2 ㎜, 길이 1000 ㎜, 주 유로의 수가 약 2000개인 허니컴형 다공질체를 얻었다. 수은 압입법에 의해 측정한 다공질체의 평균 세공 직경은 10 ㎛였다.
계속해서, 입자 직경이 0.5∼10 ㎛가 되도록 체질을 하여 분류한 알루미나를 사용하고, 분산매로서 물, 소결 조제로서 유리 프리트, 유기 바인더로서 다당류 수용성 검을 첨가하여 이루어지는 성막용 슬러리(중간막 성막용 슬러리)를 조제하며, 도 3에 도시된 바와 같은 성막 장치(37)를 사용하여 다공질체(32)의 주 유로의 내벽면에 성막한 후, 건조 및 소성하여 중간막을 형성하였다. 또한, 성막용 슬러리(33)(중간막 성막용 슬러리)를 다공질체(32)의 주 유로 내를 유통시키는 것에 있어서는, 유통과 동시에 진공 펌프(P)에 의해 외주면(36)측을 감압 상태로 하였다. 이 때의 유통 선속 및 외주면의 감압도를 표 1에 나타낸다.
계속해서, 입자 직경이 O.1∼1.O ㎛가 되도록 체질을 하여 분류한 티타니아를 사용하고, 분산매로서 물, 유기 바인더로서 다당류 수용성 검 및 폴리비닐알코올을 첨가하여 이루어지는 여과막 성막용 슬러리를 조제하며, 도 3에 도시된 바와 같은 성막 장치(37)를 사용하여 다공질체(32)의 주 유로의 내벽면에 미리 성막된 중간막 표면에 성막한 후, 건조, 소성하여 여과막을 형성하고, 세라믹 필터(실시예 1∼5)를 제조하였다. 또한, 성막용 슬러리(33)(여과막 성막용 슬러리)를 다공질체(32)의 주 유로 내를 유통시킬 때에는, 유통과 동시에 진공 펌프(P)에 의해 외주면(36)측을 감압 상태로 하였다. 이 때의 유통 선속 및 외주면의 감압도를 표 1에 나타낸다. 또한, 수은 압입법에 의해 측정한 여과막(중간막을 포함함)의 평균 세공 직경은 O.1 ㎛였다.
(비교예 1)
중간막 성막용 슬러리 및 여과막 성막용 슬러리를 한쪽 단부면(4a)으로부터 다른 쪽 단부면(4b)의 방향으로 유통시키는 것(도 3 참조)과 유통 선속 및 외주면의 감압도를 표 1에 나타내는 값으로 하는 것 이외에는 전술한 실시예 1∼5와 동일한 방법에 의해 세라믹 필터(비교예 1)를 제조하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | ||
| 중간막 | 유통선속(m/min) | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| 감압도(kPa) | -100 | -100 | -100 | -50 | -50 | -50 | |
| 여과막 | 유통선속(m/min) | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| 감압도(kPa) | -100 | -100 | -100 | -50 | -50 | -50 | |
또한, 각 세라믹 필터에 대한 제2 개구부에 있어서의 여과막의 막 두께(X)(도 1b 참조), 제1 개구부에 있어서의 여과막의 막 두께(Y)(도 1b 참조), 평균 막 두께, X-Y, 제1 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(A), 제2 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(B), (A-B)/B를 표 2에 나타낸다.
(실제 기계 운전)
제조한 실시예 1∼5, 비교예 1의 세라믹 필터를 하우징 내에 수용하여 구성한 정수 장치를 사용하여 실제 기계 운전을 행하였다. 구체적으로는, 중부 지구 하천의 입수 취수구로부터 물을 빼서 통상적인 방법에 따라 응집 처리한 후에, 실시예 1∼5, 비교예 1의 세라믹 필터를 사용하여 여과하였다. 이 때의 여과 유속(流束)은 2 m/1일, 역세척은 4시간마다 실시하였다. 역세척은 (1) 외주면으로부터 여과막의 방향으로 1.51/㎡의 물을 500 kPa의 압력에 의해 흐르게 하여 유통로 내에 퇴적되어 있는 여과물을 여과막으로부터 박리한 후, (2) 제2 개구부로부터 제1 개구부의 방향으로 0.51/㎡의 물을 150 kPa의 블로우 압력에 의해 흐르게 하는 조건으로 실시하였다. 이 때, 역세척 1회당 배출된 퇴적물은 건조 중량으로 25.2∼152.1 g이었다. 또 상기 수치에 차가 존재하는 것은 처리수에 포함되는 오니(汚泥)의 양에 차가 있기 때문이다. 1개월간 계속 운전한 후, 세라믹 필터의 주 유로의 폐색 상황을 육안으로 관찰하였다.
상기 (1), (2)의 역세척 조건으로 퇴적물이 배출 및 제거된 주 유로를 「미폐색 주 유로」, 상기 (1), (2)의 역세척 조건으로도 퇴적물이 배출 및 제거되지 않은 주 유로를 「폐색 주 유로」로 하여 각 세라믹 필터마다의 주 유로수를 계측하였다. 폐색 주 유로 수 및 폐색 주 유로 비율(주 유로 수에 대한 폐색 주 유로 수의 비율)을 표 2에 나타낸다. 또한, 각 세라믹 필터의 역세척 결과를 나타내는 「{(A-B)/B}×100」의 값에 대하여 주 유로의 수를 플롯한 그래프를 도 5 내지 도 10에 도시한다.
| X(㎛) | Y(㎛) | 평균 막 두께(㎛) | X-Y(㎛) | A(㎛) | B(㎛) | (A-B)/B | 주유로의 수 | 폐쇄유로의 수 | 폐쇄 주 유로의 비율 | |
| 실시예1 | 130 | 96 | 113 | 35 | 2489 | 2419 | 0.029 | 2000 | 0 | 0 |
| 실시예2 | 131 | 97 | 114 | 34 | 2486 | 2418 | 0.028 | 2000 | 0 | 0 |
| 실시예3 | 134 | 96 | 115 | 37 | 2487 | 2413 | 0.031 | 2000 | 0 | 0 |
| 실시예4 | 116 | 114 | 115 | 2 | 2452 | 2448 | 0.002 | 2000 | 79 | 4.0 |
| 실시예5 | 112 | 110 | 111 | 2 | 2460 | 2456 | 0.002 | 2000 | 95 | 4.8 |
| 비교예1 | 110 | 111 | 110 | -1 | 2459 | 2461 | -0.001 | 2000 | 107 | 5.4 |
표 2 및 도 5 내지 도 10에 도시된 결과로부터, 제1 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(A)가 제2 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(B)에 비하여 큰 세라믹 필터, 즉 주 유로의 피정화수의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 유로 직경의 크기가 제1 개구부에 있어서의 개구 직경으로부터 제2 개구부에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지는 실시예 1 내지 실시예 5의 세라믹 필터는 반대로 A의 값이 B의 값에 비하여 작은 비교예 1의 세라믹 필터보다도, 역세척 실시후의 폐색 주 유로수의 값 및 폐색 주 유로 비율이 작아서 퇴적물이 용이하게 제거되는 것이 분명하다. 따라서, 본 발명의 세라믹 필터의 우위성을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 3의 세라믹 필터는 역세척에 의해 모든 주 유로의 퇴적물이 제거되는 것으로 판명되었다. 따라서, A의 값과 B의 값이 (A-B)/B≥0.025의 관계를 충족시키는 경우에는 역세척에 의한 퇴적물의 제거가 더욱 용이한 것이 분명하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 필터는 주 유로의 피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 유로 직경의 크기가 제1 개구부에 있어서의 개구 직경으로부터 제2 개구부에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지기 때문에, 필터 상에 퇴적된 퇴적물을 역세척에 의해 용이하게 제거할 수 있는 것이다. 따라서, 예컨대 수처리나 배출 가스 처리 또는 의약 및 식품 분야 등의 광범위한 분야에서 액체나 가스중의 현탁 물질, 세균, 분진 등을 제거하기 위한 필터로서 적합하다.
Claims (3)
- 2개의 단부면과 외주면을 가지며, 한쪽의 상기 단부면으로부터 다른 쪽의 상기 단부면까지 관통하는 피정화 유체의 주 유로가 복수 개 형성된 다공질체와, 상기 주 유로의 내벽면에 배열된 여과막으로 구성되며, 상기 주 유로의 상기 한쪽 단부면측의 개구부(제1 개구부)로부터 유입된 상기 피정화 유체를 상기 다공질체의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 상기 다공질체의 외주면으로부터 정화 유체로서 취출하는 세라믹 필터로서,상기 피정화 유체의 유로 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 주 유로의 유로 직경의 크기가 상기 제1 개구부에 있어서의 개구 직경으로부터 상기 다른 쪽 단부면측의 개구부(제2 개구부)에 있어서의 개구 직경까지 연속해서 점감되어 이루어지는 것인 세라믹 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 주 유로의 상기 제1 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(A)와 상기 제2 개구부에 있어서의 개구 직경의 평균치(B)가 (A-B)/B≥0.025의 관계를 충족시키는 것인 세라믹 필터.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공질체의 외주면을 포함하는 부분에 상기 주 유로 중의 소정 주 유로(특정 주 유로)가 외부 공간과 연통하도록 슬릿형의 보조 유로가 형성되어 이루어지는 동시에, 특정 주 유로는 그 양 단부면의 개구부가 밀봉되어 이루어지고, 상기 주 유로의 상기 한쪽 단부면측의 개구부로부터 유입된 상기 피정화 유체를 상기 다공질체의 내부를 투과시킴으로써 정화하고, 상기 다공질체의 상기 외주면 및 상기 보조 유로의 출구로부터 정화 유체로서 취출하는 것인 세라믹 필터.
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