KR20030079862A - 멀티형 공극제어 섬유여과기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일측에 형성된 원수 유입관으로 원수가 유입되는 여과조와; 상기 여과조내에 복수개 설치되며, 상기 여과조로 유입된 원수를 원통체 외주면에 형성된 여과층을 통하여 여과시키면서 원통체 내부로 여과처리된 여과수를 배출시키는 단위 여과기로; 구성되어 상기 여과조내에 복수개 설치되는 단위 여과기의 갯수에 따라 여과 용량이 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기에 관한 것이다.

본 발명에 의하여, 상기 단위 여과기의 직경과 길이의 제한을 극복하고 대용량의 여과수를 여과시킬 수 있으며, 여과수의 용량에 따라 대응설치가 가능하고 유지보수 및 제어가 간편한 멀티형 공극제어 섬유여과기가 제공되는 이점이 있다.

Description

멀티형 공극제어 섬유여과기{Multy type air gap controlling fiber filter}

본 발명은 일측에 형성된 원수 유입관으로 원수가 유입되는 여과조와; 상기 여과조내에 복수개 설치되며, 상기 여과조로 유입된 원수를 원통체 외주면에 형성된 여과층을 통하여 여과시키면서 원통체 내부로 여과처리된 여과수를 배출시키는 단위 여과기로; 구성되어 상기 여과조내에 복수개 설치되는 단위 여과기의 갯수에 따라 여과 용량이 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기를 기술적 요지로 한다.

일반적으로 여과장치의 운전은 여과공정과 세척공정으로 나누어 지는데, 여과공정이란 부유물질을 함유한 원수를 여과장치에 유입시켜 부유물질이 제거된 깨끗한 여과수를 배출시키는 공정으로, 원수중의 부유물질을 여과장치의 여과층 내의 공극에 체분리, 침전, 관성충돌, 차단, 흡착, 응집 등의 복잡한 메카니즘으로 억류·포획시키고, 깨끗한 물만 여과수로서 배출시키는 과정이다.

상기 여과공정을 계속하게 되면 여과층 내의 공극은 점점 부유물질로 채워지고 여과저항이 증가하여 더 이상 여과공정을 계속할 수 없는 상태에 이르게 된다.

이때 깨끗한 세척수와 공기 등을 주입하여 공극에 포획된 부유물질을 배제시키기 위한 세척공정이 필요하다.

따라서 여과장치의 성능은 부유물질의 제거효율, 여과속도, 여과지속시간, 세척수 사용량, 세척빈도 및 세척시간 등에 의하여 결정된다.

여과층에 충전하는 여재는 모래, 안스라사이트, 무연탄 등과 같은 무기 입상의 재질이 주로 사용되어 왔다.

이러한 여재는 쉽게 구할 수 있다는 장점과 이들에 의하여 형성되는 공극의 크기보다 작은 입자도 제거할 수 있다는 특징을 가지고 있으나, 이러한 여재로 형성된 여과층은 부유물질을 포획할 수 있는 공간이 표층 부근에 한정되어 있기 때문에 공극의 폐색으로 인한 여과저항의 급속한 증가를 초래하여, 역세척을 자주 해주어야 하는 문제점이 있었다.

상기 부유물질이 여과층의 표면 부근에서 주로 포획되는 문제점을 해결하기 위하여 여과층을 복층 또는 다층으로 개선한 여과장치도 개발되어 있으나, 각 층에는 서로 다른 입경과 밀도를 가지는 여재가 사용되고 있으며 층별 구분이 완전하지 않기 때문에 세척공정을 반복하면 여과층간의 경계가 애매해져 처음의 목적을 달성하기 어려웠다.

또 입상 여재를 사용할 때에는 역세척시 여재가 유실되는 문제점이 여전히 남게된다.

상기한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 여과장치의 성능을 보다 향상시키기 위하여 섬유사를 여재로 사용하고, 여과기의 하단에 섬유사를 고정시켜, 원수 공급압력으로 여재를 압착시키고, 공기와 세척수 공급압력으로 여재를 팽창시키는여과장치가 개발(등록번호 10-0241198)되어 있으나, 이 방법은 여과층이 단층이고 여재의 압착 정도가 원수 공급압력에 의하여 결정되기 때문에, 부유물질의 포획공간이 적어 여과지속시간이 짧고 세척빈도가 잦으며 유입수의 수질변동에 대처하기가 쉽지 않고 목적하는 수질과 수량을 임의로 조절하기가 어렵다.

그래서 피스톤을 이용한 가변 필터층을 갖는 영구 여과장치(공개번호 특1999-030247)가 개발되었으나, 이 방법은 여재를 피스톤에 의하여 수직 방향으로 압착하고 이완시키기 때문에 장시간 사용하면 여재의 헝컬림 현상으로 세척시 여재의 이완이 불완전하게되어 완벽한 세척이 불가능하다.

또 유동 원판과 고정 원판 사이에 동심원상으로 여재를 설치하고 유동 원판을 회전시켜 여재를 압착하는 방법으로 개발된 여과장치(등록번호 특 1997-0007944)가 있으나, 이 방법은 원판 주위의 여재가 압착될 수 없는 중대한 결점이 있고, 여재가 인장력을 받지 않도록 하기 위하여 유동 원판 자체가 고정 원판 쪽으로 이동하면서 압착되도록 구성되어 있기 때문에 여과조의 크기에 비하여 여과단면적이 너무 작고, 여과조 내외로 회전축이 이동하기 때문에 가압 여과가 현실적으로 곤란하다는 점 등의 구조적 결함을 지니고 있다.

본 출원인은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 섬유여재로 형성되는 여과층의 공극을 제어시키는 공극 제어형 여과장치(특허 10-0362594)를 발명하여 특허등록을 받았었다.

본 발명은 상기 발명의 개선형으로서, 대용량의 여과수를 여과시키는 장치이다.

이하 상기 출원에 개시된 발명에 관하여 살펴보기로 한다.

상기 공극 제어형 여과장치기에 있어서 여과수의 여과용량은 여과수가 배출되는 다공관에 의하여 결정된다.

즉, 다공관의 외주면에 여과수 유출공이 형성됨에 따라, 다공관의 길이와 직경이 크면 클수록, 유입되는 여과수의 양은 많기 때문이다.

그런데, 상기 다공관의 직경은 다공관의 길이와 무관하게 조정되는 것이 아니고, 상호 연동되는 관계이다.

왜냐하면 여과수가 다공관의 외주면에서 균등 유입되기 위해서는 여과수의 양이 그 만큼 더 많아야 하며, 이때 다공관의 측벽에 형성된 통공은 유입구가 되며 다공관의 직경은 유출공이 되므로, 여과수의 유로가 원만하게 확보되기 위해서는 다공관 측벽의 통공의 수가 많아지면 많아질수록 다공관의 직경도 커져야 한다.

따라서 다공관의 길이가 길어지면, 직경은 더 커져야 여과수가 다공관의 측벽에 형성된 통공으로 균등 유입된다.

그런데, 상기 다공관의 직경의 크기는 상기 다공관에 비틀리면서 압착되는 섬유여재의 압착효율과 직접적인 연관성을 가진다.

즉, 다공관의 직경이 너무 크면, 상기 섬유여재가 효율적으로 다공관에 비틀려 압착되지 못한다.

실험적으로는 상기 섬유여재가 효율적으로 비틀리는데 필요한 상기 다공관의 직경과 길이의 비는 대략 1:5 정도이며 아래의 표 1과 같다.

[표 1]

직경(m)	길이(m)	외주면 면적
0.15	0.75	0.1125π
0.3	1.5	0.45π
0.6	3	1.8π
1.0	5	5π

상기의 실험예에서 보여지는 바와 같이 다공관의 직경에 대한 필요길이는 기하급수적으로 커지며, 여과기의 높이를 무한정 높게 할 수는 없기 때문에 그나마 일정한 직경 이상에서는 더 이상 길이를 크게 할 수 없게 된다.

상기 실험은 종래의 트위스트식 공극제어 여과기는 여과수의 여과용량에 물리적인 제한이 있음을 의미한다.

즉, 상기 직경과 섬유여재의 제한에 의하여 다공관의 길이를 무한정 크게 할 수 없을 뿐 만 아니라, 직경을 크게하기 위하여 다공관의 길이가 커져 높아지면 여과기의 제작 비용 및 유지 보수가 힘들게 되어, 상기 트위스트식 공극제어 여과기로는 대용량의 여과수 여과기의 제작이 힘들게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 직경과 길이(높이) 및 섬유여재의 물리적 제한을 극복하고 대용량의 여과수를 여과시킬 수 있는 멀티형 섬유 여과기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기의 역세과정 측면내부도

도 2는 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기의 상측 평면도

도 3은 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기에 내삽되는 트위스트식 공극제어 여과기의 측면 에서 도시한 사시도

도 4는 도 3의 트위스트식 공극제어 여과기를 상측에서 도시한 사시도

도 5는 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기를 단위체 멀티여과기로 형성시킨 평면 구조도

도 6은 도 5의 단위체 멀티 여과기의 실시예시도

도 7은 상기 단위체 멀티 여과기를 설명하기 위한 참고 평면도

*도면의 주요부분에 관한 부호의 설명*

100 : 트위스트식 공극제어 여과기 110 : 하부 여재걸대

120 : 상부 여재걸대 121 : 방사형 가지

126 : 피니언기어 127 : 랙기어

130 : 섬유여재 131 : 고리

132 : 섬유사 다발 150 : 다공관

155 : 여과수 유출공 300 : 여과조

310 : 평면부 320 : 각

350 : 역세수 배출관

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 여과조내에 복수개 설치되는 단위 여과기의 갯수에 따라 여과 용량이 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기를 기술적 요지로 한다.

이하 도면과 함께 본 발명에 관하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기의 역세과정 측면내부도이며, 도 2는 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기의 상측 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기에 내삽되는 트위스트식 공극제어 여과기의 측면 에서 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 트위스트식 공극제어 여과기를 상측에서 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 멀티형 공극제어 섬유여과기를 단위체 멀티여과기로 형성시킨 평면 구조도이며, 도 6은 도 5의 단위체 멀티 여과기의 실시예들이며, 도 7은 상기 단위체 멀티 여과기를 설명하기 위한 참고 평면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 복수개의 트위스트식 공극제어 여과기(100)가 하나의 여과조(300)에 삽입되는 것이다.

이하 상기 트위스트식 공극제어 여과기(100)에 관하여 살펴보기로 한다.

상기 트위스트식 공극제어 여과기(100)는 다공관(150)과 상부 여재걸대(120)와 하부 여재걸대(110) 및, 섬유여재(130)와 회전수단(본 발명에 있어서는 125, 126, 127, 128)으로 구성된다.

도 1은 상기 트위스트식 공극제어 여과기(100)의 역세과정이 도시된 것으로 여과과정의 유로는 화살표의 방향이 반대로 형성될 것이다.

즉, 도 1과 함께 정상 유로를 살펴보면 여과공정에서는 원수 유입관(140)으로부터 여과조(300)내로 원수가 유입되어 상기 섬유여재(130)로 형성되는 여과층을 통과한 다음, 다공관(150)의 외주면에 형성된 여과수 유출공(155)을 통하여다공관(150) 내부로 유입되어, 다공관(150) 저면에 연결된 여과수 유출관(340)으로 배출된다.

또한 역세공정에서는 역세수 유입관(341)을 통하여 역세수가 유입되면, 다공관(150)의 여과수 유출공(155)으로 역세수가 균등배출되면서 섬유여재(130)을 세척하고, 세척된 오탁수는 역세수 배출관(350)으로 배출된다.

이하 자세히 살펴보면, 상기 다공관(150)은 원통으로 구성되며 외주면에 여과수 유출공(155)이 조밀형성된다.

상기 다공관(150)의 상부와 하부에는 여재걸대(120, 110)가 방사형 가지(121)를 이루며 형성된다.

한편 본 발명의 상기 섬유여재(130)는 섬유사 다발(132)의 양단을 묶은 후, 양단에 고리(131)를 결합시키고, 상기 고리(131)는 상기 방사형 가지(121)에 걸어 슬라이딩 되도록 결합시킨다.

또한 상기 섬유여재(130)는 상기 다공관(150)의 외층을 구성시킴으로써, 여과층을 형성시킴으로써, 상기 원수가 상기 섬유여재(130)가 형성시키는 여과층을 통과하면서, 상기 다공관(150)의 외주면에 밀집 형성된 여과수 유출공(155)으로 균등 유입되어, 슬러지등이 여과처리 되도록 한다.

본 발명의 트위스트식 공극제어 여과기(100)에서는 상기 섬유여재(130)를 비틀어 여과층의 공극크기를 조절하는데, 이를 위하여 상기 하부 여재걸대(110)는 고정시키고, 상부 여재걸대(120)는 외부장치로 회전시킬 수 있도록 한다.

따라서 여과시에는 상부 여재걸대(120)를 회전시켜 상기 섬유여재(130)가 다공관(150)을 감싸며 비틀어 지도록 하여(수건을 짜는 형상) 공극의 크기를 축소시키고, 역세척시에는 상기 상부 여재걸대(120)를 복원시켜 섬유여재(130)의 공극의 크기를 확대시킨다.

본 발명은 복수개의 상기 트위스트식 공극제어 여과기(100)가 하나의 여과조(300)에 수용되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 관하여 살펴보면, 원통형 여과기의 대표적인 실시예인 상기 트위스트식 공극제어 여과기(100)에 있어서 원수의 여과용량은 섬유여재(130)에 의하여 형성되는 여과층 면적에 의하여 결정된다.

즉, 다공관(150)의 외주면에 섬유여재(130)에 의한 여과층이 형성됨에 따라, 다공관(150)의 직경과 길이가 크면 클수록, 여과되는 여과면적이 커지게 되고. 이에 비례하여 유출되는 여과수의 양은 많기 때문이다.

그런데, 상기 다공관(150)의 직경은 길이와 무관하게 조정되는 것이 아니고, 상호 연동되는 관계이다.

왜냐하면 상기 다공관(150)의 길이가 길어지면, 다공관(150)의 외주면에 형성된 여과수 유출공(155) 전체면적이 커지므로, 여과수가 균등 유입되기 위하여 유출구에 해당되는 다공관(150)의 직경이 연동되어 커져야 하기 때문이다.

또한, 상기 다공관(150)의 직경과 길이의 크기는 상기 다공관(150)에 비틀리면서 압착되는 섬유여재(130)의 압착효율과 연관성을 가지고, 상기 압착효율은 여과효율과 밀접한 관계를 가지는데, 다공관의 길이에 비해 직경이 너무 크면 섬유여재가 효율적으로 다공관에 비틀려 압착되지 못하게 되어, 여과처리 효율이 낮아지게 된다.

따라서, 다공관(150)의 직경에 대한 상기 섬유여재(130)의 효율적 압착의 필요 길이는 기하급수적으로 커지며, 그나마 일정한 길이 이상에서는 더 이상 길이를 크게 할 수 없음을 알 수 있으며, 이는 종래의 트위스트식 공극제어 여과기(100)는 원수의 여과용량에 물리적인 제한이 있음을 의미한다.

그런데 상기 설명한 본 발명과 같이 멀티형으로 구성할 경우에는, 비교적 제작이 쉽고 관리비용이 저렴한 소형의 트위스트식 공극제어 여과기(100)들로 대용량 여과수의 여과가 가능하게 된다.

한편 본 발명에 의할 경우 삽입된 소형의 트위스트식 공극제어 여과기(100)를 동시에 제어시킬 필요가 있다.

이를 위하여 본 발명은 상기 여과조(300) 내측에 하부 여재걸대(110)를 고정시켜 회전 지지점이 되도록 하고, 상기 상부 여재걸대(120)를 다공관(150)과 베어링(125)으로 결합시켜 회전되도록 한다.

그리고, 상기 여과조(300)의 상측 외부로 상기 상부 여재걸대(120)의 축을 연장 형성시키고, 외부에 노출된 축에 피니언기어(126)를 결합시킨다.

이 상태의 외부 상측은 복수개의 상부 여재걸대(120) 축에 결합된 피니언기어(126)의 배열이 형성되는 데, 상기 피니언기어(126)를 하나의 랙기어(127)와 기어 결합시킨다.

그리고 상기 랙기어(127)는 피스톤(128)으로 직선운동을 시키면, 상기 피스톤(128)의 직선운동이 랙기어(127)에 연결된 각 피니언기어(126)에 전달되어, 내삽된 트위스트식 공극제어 여과기(100)의 상부 여재걸대(120)가 일체로 회전 제어된다.

따라서 하나의 피스톤 운동만을 제어시킴으로써, 내삽된 복수개의 트위스트식 공극제어 여과기(100)의 섬유여재 공극을 제어 시킬 수 있다.

본 발명은 또한 상기 여과조(300)에 특히, 4개의 트위스트식 공극제어 여과기(100)가 수용되어 도 5에 도시된 바와 같은 하나의 단위체 멀티여과기가 되는 것을 특징으로 한다.

이로 인해, 멀티형 공극제어 섬유여과기 자체를 단위조립시킴으로써, 대용량의 여과처리가 필요한 현장에서 필요한 용량에 따른 효율적 대응 설계가 가능하다.

즉, 여과용량에 따라 상기 단위체 멀티여과기를 서로 접하도록 복수개 병렬연결시켜 구성시키고, 상기 상부 여재걸대(120)를 공통제어시킴으로써, 도 6에 도시된 실시예와 같이 대량의 여과용량에 따라 적절한 대응설치가 이루어 지게 된다.

한편 상기 멀티형 공극제어 섬유여과기는 단위체 멀티여과기들의 상기 여과조(300)들이 서로 접하는 부분은 평면으로 형성시켜 밀착된 원통체로 구성하되, 접하는 면의 모서리에는 각(320)을 형성시킨다.

상기 멀티형 공극제어 섬유여과기는 공통의 여과조(300)를 가지게 되므로 수압이 집중되게 된다.

그런데 도 7에 도시된 바와 같이 상기 여과조(300)가 원통형일 경우에는 수압이 균등 배분되나, 상기한 바와 같은 단위체 멀티여과기로 구성될 경우, 공간소모를 없애기 위해서 서로 대접시키게 되면 평면부(310)가 필연적으로 형성된다.

상기 평면부(310)는 서로 대접하는 면에 있어서는 양방향으로 동일한 수압이 발생되어 힘의 균형이 이루어지므로 문제가 없으나, 대접하지 않는 면에서는 내부의 수압으로 평면의 찌그러짐이 발생된다.

이러한 여과조의 변형은 외관을 망치고 수명을 단축시키는 원인이 되는데, 이를 예방하기 위하여, 평면의 모서리에 각(320)을 형성시킨다.

상기 모서리의 각은 서로 대접하는 두 단위체 멀티여과기에서 여과조의 내부 수압에 대항하는 구조를 가지게 되어 면의 왜곡을 방지하며, 여과조 내부의 공간소모를 보상시킨다.

본 발명의 상기 설명에 있어서 단위체 멀티여과기를 4개의 트위스트식 공극제어 여과기를 실시예로 설명하였으나, 본 발명의 요지가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 갯수의 변형 실시가 가능함은 물론이다.

또한, 상부 여재걸대의 동시 제어수단이 랙기어(127)와 피니언기어(126)를 이용하는 것을 예시하였으나, 동일한 기술적 사상의 범주내에서 얼마든지 변형 실시가 가능할 것이다.

이상 설명한 본 발명에 의하여, 단위 여과기의 직경과 길이에 따른 물리적 제한을 극복하고 대용량의 원수를 여과시킬 수 있는 멀티형 섬유 여과기가 제공되는 이점이 있다.

또한 원수의 용량에 따라 대응설치가 가능하고 유지보수 및 제어가 간편한 멀티형 공극제어 섬유여과기가 제공되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 일측에 형성된 원수 유입관으로 원수가 유입되는 여과조와;

   상기 여과조내에 복수개 설치되며, 상기 여과조로 유입된 원수를 원통체 외주면에 형성된 여과층을 통하여 여과시키면서 원통체 내부로 여과처리된 여과수를 배출시키는 단위 여과기로;

   구성되어 상기 여과조내에 복수개 설치되는 단위 여과기의 갯수에 따라 여과 용량이 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기.
2. 제1항에 있어서 상기 단위 여과기는,

   원통체로서 외주면에 여과수 유출공이 조밀형성된 다공관과;

   상기 다공관 상부에 방사형 가지로 형성되며, 상기 다공관과는 회전되게 결합된 상부 여재걸대와;

   상기 다공관에 고정 결합된 방사형 가지의 하부 여재걸대 및;

   상기 상부 여재걸대와 하부 여재걸대에 슬라이딩 되도록 고리로 연결된 섬유사 다발로서, 상기 상부 여재결대의 회전에 의한 조임과 풀림에 의해 공극이 조절되는 여과층을 형성시켜, 상기 여과조에 연결된 원수 유입관을 통하여 원수가 유입되어 상기 다공관 외주면의 여과수 유출공으로 유류가 형성되면 원수를 여과시키는 섬유여재와;

   상기 여과조의 상측 외부로 연장형성된 상부 여재걸대의 축과;

   기어결합과 피스톤으로 구성되며, 상기 여과조의 상측 외부에서 상기 상부 여재걸대의 축에 기어결합되어 상기 상부 여재걸대를 회전시키는 회전수단으로;

   구성되어 상기 회전수단으로 상기 여재걸대를 회전시킴으로써, 상기 섬유여재의 공극을 제어시키는 트위스트식 공극제어 여과기인 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기.
3. 제2항에 있어서 회전수단은

   상기 여과조의 상측 외부로 연장형성된 상부여재걸대의 축에 피니언 기어와;

   상기 여과조에 내삽된 각 트위스트식 공극제어 여과기의 피니언기어 모두와 연결되는 랙기어와;

   상기 랙기어 연결되어 직선운동을 발생시키는 피스톤으로; 구성되어

   상기 피스톤의 직선운동이 랙기어에 연결된 각 피니언기어에 전달되어, 상기 상부여재걸대가 일체로 회전제어되는 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기.
4. 제1항에 있어서 상기 여과조에는,

   복수개의 트위스트식 공극제어 여과기가 수용되어 단위체 멀티여과기를 구성시키고,

   상기 단위체 멀티여과기를 복수개 병렬연결시켜 구성함으로써, 여과용량에 따른 대응설치가 가능한 것을 특징으로 하는 멀티형 공극제어 섬유여과기.