KR20150021796A - 정밀여과장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

정밀여과장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 폴리비닐리덴 디플루오라이드(Polyvinylidene difluoride) 나노 섬유 소재로 마련되는 제1 여과재와 상기 제1 여과재의 외측에 폴리프로필렌(polypropylene) 소재로 마련되는 제2 여과재를 절곡해서 원통 형상으로 제조되는 여과부 및 내부에 상기 여과부가 수용되는 공간이 마련되는 케이스부를 포함하는 구성을 마련하여, PVDF 나노 섬유 소재의 메인 여과재와 PP 소재의 여과재를 이용해서 캡슐 형상의 정밀여과장치를 제작하여 여과전액에 포함된 1㎛ 이하의 고형입자를 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

정밀여과장치 및 그의 제조방법{MICRO FILTER AND MANUFACTURE METHOD THEREOF}

본 발명은 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노섬유를 이용하여 1㎛ 이하의 고형입자를 제거하는 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 필터는 액체나 기체 상태의 유체에 포함된 불순물이나 인체에 유해한 각종 오염물질을 여과(filtration)하는 것으로, 일상 생활, 공장, 사업장 등 다양한 분야에서 사용된다.

산업이 복합화, 전문화, 정밀화됨에 따라 모든 산업군에 선택적 여과 기술 등 필터의 기능 향상이 불가피한 상황이고, 정밀여과분야(MF)에 있어서 경제성과 효율성을 겸비한 새로운 방식의 필터개발이 요구되고 있다.

일반적으로, 정밀여과를 위해서 고분자분리막(Membrane), 멜트브로운(Melt-blown) 부직포, 기타 부직포, 유리섬유(Glass fiber) 등의 여과재가 사용되고 있다.

고분자분리막(Membrane)의 경우 가격이 고가이며, 처리대상이 고점도, 고농도의 경우 즉각적으로 막힘 현상이 발생함에 따라, 사용대상에 한계성을 가지는 단점이 있었다.

멜트브로운 부직포는 고분자분리막에 비하여 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 제거성능에 한계가 두드러지는 단점이 있었다.

유리섬유는 제거성능이 탁월한 소재로 알려져 있으나, 유리 재질의 특성상 깨지는 위험을 동반하고 있어 제거효율에 한계를 가지는 단점이 있었다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1에는 다기능 복합필터의 제조방법 기술에 관한 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1에는 소정 융점을 갖는 제1 열가소성 고분자와 상기 제1 열가소성 고분자보다 저융점을 갖는 제2 열가소성 고분자로 된 2성분계 복합방사섬유 또는 제1 열가소성 고분자로 된 고융점 단섬유와 제2 열가소성 고분자로 된 저융점 단섬유가 혼합된 혼합 단섬유들로 이루어진 열융착성 부직포 지지체를 준비하는 단계, 부직포 지지체의 상면에 복합방사섬유로 된 단섬유 또는 혼합 단섬유로 이루어진 열융착성 제1 웹을 적층하는 단계, 열융착성 제1 웹의 상면에 탈취분말들을 산포하는 단계, 산포된 탈취분말들의 상면에 복합방사섬유로 된 단섬유 또는 혼합 단섬유로 이루어진 열융착성 제2 웹을 적층하는 단계 및 적층체의 제2 열가소성 고분자 성분을 용융시키도록 열처리하여 적층체를 일체화하는 단계를 포함한다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0888276호(2009년 3월 11일 공고)

그러나 특허문헌 1을 포함하는 종래기술에 따른 필터 제조방법은 열용융 접착법이나 초음파 접착법을 이용해서 여과재를 가열하여 필터를 성형함에 따라, 열에 의한 여과재의 변형이 발생하게 된다.

이로 인해, 종래기술에 따른 필터 제조방법은 열에 의한 여과재의 변형으로 인해 여과재의 손상이 발생하고, 여과막의 모폴로지(morphology) 변형이 발생하는 문제점이 있었다.

그리고 종래기술에 따른 필터 제조방법은 여과막과 앤드캡을 사출방식으로 접착함에 따라 폴리프로필렌 레진(polypropylene resin)에 의해 여과막이 오염되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서로 다른 특성을 갖는 둘 이상의 여과재를 이용하여 1㎛ 이하의 고형입자를 제거할 수 있는 정밀여과장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 여과재의 성형과정에서 열에 의한 여과재의 변형을 최소화할 수 있는 정밀여과장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 캡슐 형상의 정밀여과장치 제조 과정에서 여과재의 오염을 방지하고, 제조작업의 편리성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 정밀여과장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정밀여과장치는 폴리비닐리덴 디플루오라이드(Polyvinylidene difluoride) 나노 섬유 소재로 마련되는 제1 여과재와 상기 제1 여과재의 외측에 폴리프로필렌(polypropylene) 소재로 마련되는 제2 여과재를 절곡해서 원통 형상으로 제조되는 여과부 및 내부에 상기 여과부가 수용되는 공간이 마련되는 케이스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스부는 상부에 노즐이 마련되고 내부에 상기 여과재가 수용되는 공간이 마련되도록 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되는 케이스 및 상기 케이스의 하단에 결합되는 앤드캡을 포함하고, 상기 케이스와 앤드캡은 고용량의 히터를 이용해서 복사열을 발생시켜 직접 용융시킨 후 접합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명으 ㄴ상기 케이스부 외부를 차폐하고 여과하고자 하는 여과전액이 투입되는 투입구와 상기 여과부에 의해 여과된 여과액을 배출하는 배출구가 형성되는 하우징부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징부는 내부에 상기 케이스부가 수용되는 공간이 마련되도록 상면이 개구된 원통 형상으로 형성되는 하우징, 상기 하우징의 상면을 차폐하고 상기 유입구와 배출구가 형성되는 상부캡, 여과전액의 유입 압력을 일정하게 유지하도록 여과전액의 유입 유량에 기초해서 상기 유입구를 개폐하는 제1 밸브조립체 및 상기 배출구를 개폐하는 제2 밸브조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 밸브조립체는 여과전액의 유입 압력에 따라 탄성 변형되는 판 스프링과 상기 판 스프링의 탄성 변형에 따라 상기 유입공을 개방 또는 폐쇄하는 댐퍼를 포함하는 체크밸브로 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 밸브 조립체는 상기 배출구에 설치되는 밸브바디, 일단이 상기 케이스 상부에 마련된 노즐에 결합되는 링 스프링 및 상기 링 스프링의 선단에 일체로 결합되어 상기 밸브바디에 형성된 배출공을 개폐하는 개폐볼을 포함하는 체크밸브로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정밀여과장치의 제조방법은 (a) 서로 다른 특성을 갖는 적어도 둘 이상의 여과재를 절곡해서 원통 형상으로 여과부를 제조하는 단계, (b) 상기 여과부의 양단을 실링하는 단계 및 (c) 내부에 상기 여과부가 수용되는 케이스부의 케이스와 앤드캡을 접합하는 단계를 포함하고, 상기 (a)단계는 폴리비닐리덴 디플루오라이드(Polyvinylidene difluoride) 나노 섬유 소재로 마련되는 제1 여과재와 상기 제1 여과재의 외측에 폴리프로필렌(polypropylene) 소재로 마련되는 제2 여과재를 겹쳐서 상기 여과부를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a)단계는 (a1) 상기 제1 여과재의 굵기와 기공이 일정해지도록 캘링더링하는 단계 및 (a2) 상기 제1 여과재와 제2 여과재를 더블유 형상으로 다단 절곡하여 원통 형상의 주름필터 형상으로 상기 여과부를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)단계는 상기 여과부의 양단을 임펄스 접착 방식으로 충격전류에 의한 열을 이용해서 실링하고, 충격전류 노출시간은 0.3 내지 1.5초로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 (c)단계는 상기 케이스와 앤드캡에 히터에서 발생하는 300 내지 500℃의 복사열을 5 내지 20초 동안 가해서 상기 케이스와 앤드캡의 접합부분을 용융시켜 접합해서 카트리지 형상의 정밀여과장치를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 (d) 내부에 상기 케이스부가 수용되는 하우징부의 하우징과 상부캡을 접합하는 단계를 더 포함하여 캡슐 형상의 정밀여과장치를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 (d)단계는 (d1) 상기 상부캡의 하면에 유입공을 개폐하는 제1 밸브조립체와 배출공을 개폐하는 제2 밸브조립체를 조립하는 단계 및 (d2) 상기 상부캡과 하우징에 히터에서 발생하는 200 내지 500℃의 복사열을 3 내지 10초 동안 가해서 상기 상부캡과 하우징의 접합부분을 용융시켜 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 의하면, PVDF 나노 섬유 소재의 메인 여과재와 PP 소재의 여과재를 이용해서 캡슐 형상의 정밀여과장치를 제작하여 여과전액에 포함된 1㎛ 이하의 고형입자를 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.

특히, 본 발명에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 의하면, 일정한 굵기 및 기공을 갖는 PVDF 나노 섬유 소재를 이용함에 따라 정밀한 여과성능을 가질 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 의하면, 원통 형상으로 형성되는 여과부의 양단을 임펄스 접착(impulse current welding) 방식을 이용해서 충격전류를 이용한 순간적인 열을 가해 실링한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 의하면, 기존의 초음파 접착법이나 열용융접착법으로 실링하는 과정에서 열에 의해 여과막의 구조가 미세하게 변화하는 문제점을 해소하고, 여과막의 모폴로지(morphology) 변형을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 의하면, 캡슐 형상의 정밀여과장치 제조 과정에서 여과재의 오염을 방지하고, 제조작업의 편리성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한 본 발명에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법에 의하면, PVDF 나노 섬유 소재의 메인 여과재와 폴리프로필렌 등의 여과재를 여과부에 마련하여 여과성능을 향상시키고, 여과부의 내구성을 향상시켜 여과시간이 경과 하더라도 균일한 여과성능을 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 정밀여과장치의 분해 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 여과부의 단면도,
도 4는 종래의 마이크로 섬유로 구성된 여재의 캘린더링 후 상태를 보인 확대도,
도 5 및 도 6은 나노 섬유 여재의 캘링더링 후 상태를 보인 확대도 및 단면도,
도 7 및 도 8은 종래의 마이크로 섬유로 구성된 여과재와 본 실시 예에 따른 나노 섬유로 구성된 여과재의 기공도를 보인 도면,
도 9는 종래의 마이크로 섬유와 본 실시 예에 따른 PVDF 나노 섬유의 기공분포도 그래프,
도 10은 종래의 마이크로 섬유와 본 실시 예에 따른 PVDF 나노 섬유의 기공분포를 반복적으로 실험한 결과 그래프,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치의 제조방법을 단계별로 설명하는 공정도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치 및 그의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 정밀여과장치의 분해 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 특성을 갖는 적어도 둘 이상의 여과재를 절곡해서 원통 형상으로 제조되는 여과부(10) 및 내부에 여과부(10)가 수용되는 공간이 마련되는 케이스부(20)를 포함한다.

이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치는 케이스부(20) 외부를 차폐하고 여과하고자 하는 여과전액이 투입되는 투입구(31)와 여과부(10)에 의해 여과된 여과액을 배출하는 배출구(32)가 형성되는 하우징부(30)를 포함한다.

즉, 본 실시 예에서 정밀여과장치는 여과부(10)와 케이스부(20)로 구성되어 카트리지 필터 형태로 제조될 수 있고, 하우징부(30)를 더 포함하여 캡슐 필터 형태로 제조될 수도 있다.

여과부(10)는 동일한 조건하에서 여과전액과의 접촉 면적을 최대한 넓히기 위해, 적어도 둘 이상의 여과재 소재가 겹쳐진 상태에서 더블유(W) 형상으로 다단 절곡하여 형성되는 원통 형상의 주름필터(Pleated filter)로 마련될 수 있다.

여과부(10)의 양단은 임펄스 접착(impulse current welding) 방식을 이용해서 충격전류를 이용한 순간적인 열을 가해 실링된다.

이에 따라, 본 발명은 기존의 초음파 접착법이나 열용융접착법으로 실링하는 과정에서 열에 의해 여과막의 구조가 미세하게 변화하는 문제점을 해소하고, 여과막의 모폴로지(morphology) 변형을 최소화할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 여과부의 단면도이다.

여과부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리비닐리덴 디플루오라이드(Polyvinylidene difluoride, 이하 'PVDF'라 함) 나노 섬유 소재로 마련되는 제1 여과재(11)와 제1 여과재(11)의 외측에 폴리프로필렌(polypropylene, 이하 'PP'라 함) 소재로 마련되는 제2 여과재(12)를 포함할 수 있다.

이와 함께, 여과부(10)는 제1 및 제2 여과재(11,12)의 내측 및 외측에 마련되는 지지부재(13)를 더 포함할 수 있다.

지지부재(13)는 폴리프로필렌재질(PP)의 소재를 이용해서 제작되고, 여과전액 또는 여과액이 용이하게 이동할 수 있도록 메시(mesh) 구조로 형성될 수 있다.

이러한 지지부재(13)는 처리수와 제1 및 제2 여과재(11,12) 사이에 공간을 확보하여 각 층에 처리수가 이동할 수 있는 유로를 형성하고, 처리수를 고르게 분포시키는 기능을 한다.

그리고 지지부재(13)는 각 층에 케이크(cake)가 형성되는 것을 방지하고, 과도하게 높은 압력의 처리수가 유입되는 경우 제1 및 제2 여과재(11,12)의 손상을 방지하도록 완충 기능을 한다.

나노 섬유는 지름이 수십에서 수백 나노미터(㎚)에 불과한 초극세실로서, 전기 방사(Electrospinning) 방식으로 제조될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 PVDF 나노 섬유 소재를 메인 여과재로 사용함에 따라 상전환 또는 이축 연신 방식으로 제조되는 기존의 고분자분리막(Membrane)의 문제점을 개선하고, 고정밀여과를 가능하게 한다.

특히, 제1 여과재(11)로 마련되는 PVDF 나노 섬유는 생성과 동시에 3차원의 네트워크로 용착(welding , 鎔着)되어 적층된 다공성 웹(nanoweb)으로 제작되고, 초박막, 초경량이며, 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적비가 지극히 높고, 높은 기공도를 가진다.

PVDF 나노 섬유 웹은 내산성 및 내약품성이 매우 우수하고, 양호한 기계적, 열적, 전기적 특성을 겸비함에 따라, 화학, 전자, 제약, 식품, 제지 등 각종 분야에 널리 사용되고, 특히 여과막으로 각광받고 있다.

예를 들어, PVDF 나노 섬유 웹은 0.01 내지 1㎜의 두께를 가지고, 2.0㎛ 이하의 섬유 기공(pore)을 가지도록 제조될 수 있다.

이러한 PVDF 나노 섬유 웹은 기공 크기를 낮추고 기공의 안정성을 부여하도록 캘린더링(Calendering) 작업을 거쳐 제조될 수 있다.

도 4는 종래의 마이크로 섬유로 구성된 여과재의 캘린더링 후 상태를 보인 확대도이고, 도 5 및 도 6은 나노 섬유 여과재의 캘링더링 후 상태를 보인 확대도 및 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 섬유(micro fiber)로 구성된 여과재는 가공 전 기공을 형성하는데, 1㎛ 이하의 기공을 형성하기 위해 과도한 캘린더 가공을 할 경우, 기공 막힘 현상이 발생하였다.

반면, 나노 섬유로 구성된 여과재는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 가공 전 기공을 형성하는 과정에서 나노 웹 섬유의 굵기 조절이 가능하며, 미세섬유의 두꺼운 층으로 구성됨에 따라 캘린더 가공 조건을 약하게 조절해서 우수한 여과성능을 갖는 여과재의 제조가 가능하다.

도 7 및 도 8은 종래의 마이크로 섬유로 구성된 여과재와 본 실시 예에 따른 나노 섬유로 구성된 여과재의 기공도를 보인 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 일반적인 멜트블로운(melt-blown, 이하 'MB'라 함) 부직포 소재의 마이크로 섬유의 굵기는 약 1 내지 3㎛이고, 기공도(porosity)는 약 20 내지 35%로 제작되지만, 섬유의 굵기를 조절하는데 한계가 있었다.

반면, PVDF 나노 섬유로 구성된 여과재는 도 7에 도시된 바와 같이, 약 0.2 내지 0.3㎛의 일정한 굵기로 제조되어 약 65 내지 70%의 우수한 기공도를 가진다.

그리고 도 9는 종래의 마이크로 섬유(B)와 본 실시 예에 따른 PVDF 나노 섬유(A)의 기공분포도 그래프이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 마이크로 섬유의 기공분포는 약 1 내지 1.4㎛로 범위가 넓다(bulk).

반면, PVDF 나노 섬유 소재는 평균 굵기에 따른 기공분포 범위(A)가 마이크로 섬유 소재의 기공분포 범위(B)에 비해 매우 좁게 나타남에 따라, 더욱 정밀한 여과효과를 가진다.

그리고 PVDF 나노 섬유 소재는 구성이 성하고, 사슬이 나란하면서 강하게 결합되어 있어 높은 인장 강도를 가진다.

이와 같이, 본 발명은 PVDF 나노 섬유 소재의 메인 여과재를 이용함에 따라, 정밀한 여과성능을 가질 수 있고, 여과재의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또 도 10은 종래의 마이크로 섬유(B)와 본 실시 예에 따른 PVDF 나노 섬유(A)의 기공분포를 반복적으로 실험한 결과그래프이다.

도 10에 도시된 바와 같이, PVDF 나노 섬유 소재는 반복적인 실험결과, 일정한 결과 데이터가 나타남에 따라 다른 소재에 비해 재현성이 우수함을 알 수 있다.

제2 여과재(12)는 폴리프로필렌 재질의 멜트블로운 부직포 소재로 마련될 수 있다.

즉, 제2 여과재(12)는 고분자분리막이나 PVDF 나노 섬유 소재에 비해 가격이 저렴한 MB 부직포 소재로 마련되어, 여과전액에 포함된 광범위한 크기의 입자 중에서 선택적으로 일정 크기 이상의 입자를 우선적으로 제거한다.

그리고 제2 여과재(12)는 여과부(10)의 내부로 갈수록 더 높은 효율을 가지게 하고, 제1 여과재(11)에 전달되는 충격을 1차적으로 방어함으로써, 여과부(10)의 수명을 연장하는 기능을 한다.

예를 들어, 제2 여과재(12)로 마련되는 MB 부직포 소재는 약 2㎜ 이하의 두께를 가지고, 3.0㎛ 이하의 섬유 기공(pore)을 가지도록 제조될 수 있다.

다시 도 1 및 도 2에서, 케이스부(20)는 상부에 노즐(22)이 마련되고 내부에 여과부(10)가 수용되는 공간이 마련되도록 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되는 케이스(21) 및 케이스(21)의 하단에 결합되는 앤드캡(23)을 포함할 수 있다.

케이스(21)는 내부에 수용된 여과부(10)의 변형을 방지하고, 하우징부(30) 내부로 유입된 여과전액을 여과부(10)로 전달하는 기능을 한다.

이를 위해, 케이스(21)의 외주면에는 여과전액을 여과재로 전달하도록 복수의 전달공(24)이 형성될 수 있다.

앤드캡(23)은 케이스(21)의 하단에 결합되어 케이스(21)의 하부를 차폐하도록 케이스(21)의 직경과 동일한 직경으로 형성될 수 있다.

케이스(21)와 앤드캡(23)은 고용량의 히터(heater)를 이용해서 복사열을 발생시켜 직접 용융시킨 후 접합된다.

예를 들어, 상기 복사열의 온도는 약 300 내지 500℃로 설정되고, 용착시간은 약 5 내지 20초로 설정될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 케이스와 앤드캡의 접합 부분만을 순간적으로 용융시켜 접합함에 따라, 종래의 사출에 의한 부착 방식의 단점인 폴리프로필렌 레진에 의한 여과막의 오염을 방지하고, 여과재의 완성성을 향상시킬 수 있다.

하우징부(30)는 내부에 케이스부(20)가 수용되는 공간이 마련되도록 상면이 개구된 원통 형상으로 형성되는 하우징(33), 하우징(33)의 상면을 차폐하고 유입구(31)와 배출구(32)가 형성되는 상부캡(34), 상부캡(34)에 형성된 유입구(31)를 개폐하는 제1 밸브조립체(35) 및 상부캡(34)에 형성된 배출구(32)를 개폐하는 제2 밸브조립체(36)를 포함할 수 있다.

제1 밸브조립체(35)는 여과전액의 유입 압력에 따라 유입구(31)를 개방 또는 폐쇄하는 판 스프링(351)과 판 스프링(351)을 상부캡(34)에 고정하는 댐퍼(352)를 포함할 수 있다.

판 스프링(351)은 하방을 향해 볼록하게 형성되고, 여과전액의 유입 압력이 높아지면 평면에 가깝게 탄성 변형되면서 유입구(31)의 개도량을 감소시킬 수 있다.

그리고 판 스프링은(351)은 여과전액의 유입 압력이 낮아지면 본래의 형상으로 복원되면서 유입구(31)의 개도량을 증가시켜 하우징(33) 내부로 유입되는 여과전액의 압력을 일정하게 유지하는 기능을 한다.

댐퍼(352)는 도 2에 도시된 바와 같이, 판 형상으로 형성되고, 댐퍼(352)의 양측에는 각각 상부캡(34)에 결합되도록 결합공(353)이 형성될 수 있다.

이를 위해, 상부캡(34)의 유입구(31) 주변에는 댐퍼(352)의 결합공(353)과 대응되는 위치에 한 쌍의 결합돌기(341)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 제1 밸브조립체(35)는 하우징(33) 내부로 유입되는 여과전액의 압력을 일정하게 유지시킨다.

제2 밸브 조립체(36)는 상부캡(34)의 배출구(32)에 설치되는 밸브바디(361), 일단이 케이스(21) 상부에 마련된 노즐(22)에 결합되는 링 스프링(362) 및 링 스프링(362)의 선단에 일체로 결합되어 밸브바디(361)에 형성된 배출공(364)을 개폐하는 개폐볼(363)을 포함할 수 있다.

이를 위해, 상부캡(34)의 배출구(32) 주변에는 밸브바디(361)가 삽입되도록 내부에 공간이 형성되는 결합통부(342)가 마련될 수 있다.

이와 같이, 제2 밸브조립체(36)는 여과 동작시 여과액을 하우징(33) 외부로 배출하고, 정밀여과장치의 폐기시에는 개폐볼(363)에 의해 배출구(31)를 폐쇄한다.

이에 따라, 본 발명은 폐기시 하우징 내부에 남아 있는 여과액이나 여과전액 배출을 차단하여 작업자의 안정성을 높이고, 용이하게 폐기할 수 있다.

다음, 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치의 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치의 제조방법을 단계별로 설명하는 공정도이다.

도 11에서, 작업자는 PVDF 나노 섬유 소재의 캘린더링 작업을 통해 일정한 굵기 및 기공의 제1 여과재(11)를 제작하고, 제1 여과재(11)와 PP 재질을 이용한 MB 부직포 소재의 제2 여과재(12)를 겹친 상태에서 절곡장치(도면 미도시)를 이용해서 여과부(10)를 다단으로 절곡한다(S10).

이때, 여과부(10)는 동일한 조건하에서 여과전액과의 접촉 면적을 최대한 넓히기 위해, PVDF 나노 섬유 소재를 더블유(W) 형상으로 다단 절곡하여 원통 형상으로 제작된다.

물론, 제1 여과재(11)와 제2 여과재(12)의 내측 및 외측에는 지지부재(13)가 마련될 수도 있다.

S20단계에서 작업자는 원통 형상으로 제작된 여과부(10)의 양단을 실링한다.

이때, 여과부(10)의 내측 및 외측에는 여과부(10)의 변형을 방지하도록 지지부재가 설치될 수 있다.

여과부(10)의 양단은 임펄스 접착 방식을 이용해서 순간적으로 열을 가해 실링된다.

예를 들어, 표 1은 실링된 부분의 버블 테스트 결과 테이블이다.

충격전류 노출시간(s)	공기압(bar)	버블 포인트(bar)	표준편차
1.2	2.5	1.8	0.86
1.2	3.0	3.7	0.26
1.2	4.0	4.2	0.12
1.3	2.5	4.2	0.13
1.3	3.2	4.3	0.21
1.3	4.0	3.2	0.54

표 1의 테스트 결과에 따라, 본 실시 예에서 공기압은 약 1 내지 5bar로 설정되고, 충격전류 노출시간은 약 0.3 내지 1.5초로 설정될 수 있다.

S30단계에서 작업자는 케이스(21)의 내부 공간에 여과부(10)를 삽입하고, 개구된 케이스(21)의 하단에 앤드캡(23)을 접합한다.

이때, 케이스(21)와 앤드캡(23)은 고용량의 히터에서 발생하는 약 300 내지 500℃의 복사열이 약 5 내지 20초의 시간 동안 순간적으로 직접 가해짐에 따라 용융되어 접합될 수 있다.

물론, 케이스(21)와 앤드캡(23)의 크기에 따라 가열시간은 가변될 수 있다.

S40단계에서 작업자는 상부캡(34)의 하면에 제1 및 제2 밸브조립체(35,36)를 조립한 후, 하우징(33)의 상단에 상부캡(34)을 접합한다.

이때, 하우징(33)과 상부캡(34)은 고용량의 히터에서 발생한 약 200 내지 500℃의 복사열에 의해 약 3 내지 10초의 시간 동안 순간적으로 용융되어 접합될 수 있다.

물론, 하우징(33)과 상부캡(34)의 크기에 따라 가열시간은 가변될 수 있다.

이와 같은 과정을 통해서, 정밀여과장치는 캡슐 형상을 이루게 되고, 여과부(10)를 이용해서 유입구(31)를 통해 유입된 여과전액을 여과하여 배출구(32)를 통해 여과액을 배출한다.

여기서, 제1 밸브조립체(35)는 유입되는 여과전액의 유압을 일정하게 유지한다.

그리고 제2 밸브조립체(36)는 여과 동작시 배출구(32)에 결합된 지그(도면 미도시)에 의해 개폐볼(363)이 개방됨에 따라 여과액을 배출하고, 지그에서 분리되면 개폐볼(363)이 링 스프링(362)의 복원력에 의해 배출구(32) 측으로 이동면서 배출구(32)를 폐쇄한다.

표 2는 종래기술에 따른 유리 섬유 소재를 이용한 여과장치와 본 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치의 여과성능 테스트를 수행한 결과 테이블이다.

측정시간(min)	대조예 여과효율(%)	본 발명 여과효율(%)
2	99.22	99.61
5	99.55	99.72
10	96.83	99.68
20	96.77	99.56
30	96.35	99.52
40	94.66	99.47
50	94.84	99.45
60	94.80	99.56
평균	96.63	99.56

표 2에서, 종래기술에 따른 마이크로 섬유 소재를 이용한 여과장치와 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치는 동일한 샘플 포인트인 경우, 초기에는 유사한 여과성능을 가짐을 알 수 있다.

여기서, 마이크로 섬유 섬유와 PVDF 나노 섬유의 평균 기공이 약 0.6㎛로 거의 유사하지만, 마이크로 섬유의 최대 기공은 약 2.4 내지 2.8㎛이고, PVDF 나노 섬유의 최대 기공은 약 0.9㎛이다.

이와 같은 마이크로 섬유와 PVDF 나노 섬유의 최대 기공 크기 차이로 인해, 마이크로 섬유 소재를 이용한 여과장치는 측정시간이 경과 할수록 큰 입자들이 기공을 통과하면서 여과효율이 저하됨에 따라 균일한 여과성능을 얻을 수 없었다.

반면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀여과장치는 균일한 기공 크기로, 측정 초기뿐만 아니라, 측정시간이 경과하더라도 균일한 여과효율을 얻을 수 있었다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 PVDF 나노 섬유 소재의 여과재를 이용해서 캡슐 형상의 정밀여과장치를 제작하여 여과전액에 포함된 1㎛ 이하의 고형입자를 제거할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 PVDF 나노 섬유 소재의 메인 여과재와 다른 여과재를 이용해서 캡슐 형상의 정밀여과장치를 제작하여 반도체(CMP), 전자(MLCC), 식음료, 의약품 원료 중 1㎛이하의 고형입자를 제거하는 정밀여과 기술에 적용된다.

10: 여과재 11: 제1 여과재
12: 제2 여과재 13: 지지부재
20: 케이스부 21: 케이스
22: 노즐 23: 앤드캡
24: 전달공 30: 하우징부
31: 유입구 32: 배출구
33: 하우징 34: 상부캡
341: 결합돌기 342: 결합통부
35: 제1 밸브조립체 351: 판 스프링
352: 댐퍼 353: 결합공
36: 제2 밸브조립체 361: 밸브바디
362: 링 스프링 363: 개폐볼
364: 배출공

Claims (12)

1. 폴리비닐리덴 디플루오라이드(Polyvinylidene difluoride) 나노 섬유 소재로 마련되는 제1 여과재와 상기 제1 여과재의 외측에 폴리프로필렌(polypropylene) 소재로 마련되는 제2 여과재를 절곡해서 원통 형상으로 제조되는 여과부 및
   내부에 상기 여과부가 수용되는 공간이 마련되는 케이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이스부는 상부에 노즐이 마련되고 내부에 상기 여과재가 수용되는 공간이 마련되도록 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되는 케이스 및
   상기 케이스의 하단에 결합되는 앤드캡을 포함하고,
   상기 케이스와 앤드캡은 고용량의 히터를 이용해서 복사열을 발생시켜 직접 용융시킨 후 접합되는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 케이스부 외부를 차폐하고 여과하고자 하는 여과전액이 투입되는 투입구와 상기 여과부에 의해 여과된 여과액을 배출하는 배출구가 형성되는 하우징부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 하우징부는 내부에 상기 케이스부가 수용되는 공간이 마련되도록 상면이 개구된 원통 형상으로 형성되는 하우징,
   상기 하우징의 상면을 차폐하고 상기 유입구와 배출구가 형성되는 상부캡,
   여과전액의 유입 압력을 일정하게 유지하도록 여과전액의 유입 유량에 기초해서 상기 유입구를 개폐하는 제1 밸브조립체 및
   상기 배출구를 개폐하는 제2 밸브조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 밸브조립체는
   여과전액의 유입 압력에 따라 탄성 변형되는 판 스프링과
   상기 판 스프링의 탄성 변형에 따라 상기 유입공을 개방 또는 폐쇄하는 댐퍼를 포함하는 체크밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제2 밸브 조립체는
   상기 배출구에 설치되는 밸브바디,
   일단이 상기 케이스 상부에 마련된 노즐에 결합되는 링 스프링 및
   상기 링 스프링의 선단에 일체로 결합되어 상기 밸브바디에 형성된 배출공을 개폐하는 개폐볼을 포함하는 체크밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치.
7. (a) 서로 다른 특성을 갖는 적어도 둘 이상의 여과재를 절곡해서 원통 형상으로 여과부를 제조하는 단계,
   (b) 상기 여과부의 양단을 실링하는 단계 및
   (c) 내부에 상기 여과부가 수용되는 케이스부의 케이스와 앤드캡을 접합하는 단계를 포함하고,
   상기 (a)단계는 폴리비닐리덴 디플루오라이드(Polyvinylidene difluoride) 나노 섬유 소재로 마련되는 제1 여과재와
   상기 제1 여과재의 외측에 폴리프로필렌(polypropylene) 소재로 마련되는 제2 여과재를 겹쳐서 상기 여과부를 제조하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 (a)단계는
   (a1) 상기 제1 여과재의 굵기와 기공이 일정해지도록 캘링더링하는 단계 및
   (a2) 상기 제1 여과재와 제2 여과재를 더블유 형상으로 다단 절곡하여 원통 형상의 주름필터 형상으로 상기 여과부를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치의 제조방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 (b)단계는 상기 여과부의 양단을 임펄스 접착 방식으로 충격전류에 의한 열을 이용해서 실링하고,
   충격전류 노출시간은 0.3 내지 1.5초로 설정되는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치의 제조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 케이스와 앤드캡에 히터에서 발생하는 300 내지 500℃의 복사열을 5 내지 20초 동안 가해서 상기 케이스와 앤드캡의 접합부분을 용융시켜 접합해서 카트리지 형상의 정밀여과장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,
    (d) 내부에 상기 케이스부가 수용되는 하우징부의 하우징과 상부캡을 접합하는 단계를 더 포함하여 캡슐 형상의 정밀여과장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 (d)단계는 (d1) 상기 상부캡의 하면에 유입공을 개폐하는 제1 밸브조립체와 배출공을 개폐하는 제2 밸브조립체를 조립하는 단계 및
    (d2) 상기 상부캡과 하우징에 히터에서 발생하는 200 내지 500℃의 복사열을 3 내지 10초 동안 가해서 상기 상부캡과 하우징의 접합부분을 용융시켜 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀여과장치의 제조방법.

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