KR870000603B1 - 여과 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

여과 장치

제1a도는 시이트상의 PTFE 다공질막으로 제조한 관상여과막의 예를 도시하는 도면.

제1b도는 튜우브상의 PTFE 다공질막으로 제조한 관상여과막의 예를 도시하는 도면.

제2a도는 PTFE 입체의 소결다공성형관의 예를 도시하는 도면.

제2b도는 불소 수지 구멍관의 예를 도시하는 도면.

제2c도는 불소수지 구멍관의 외측에 불소 수지막이 배치된 구조의 관상지지체의 예를 도시하는 도면.

제3도는 여과장치의 예를 도시하는 단면도.

제4도는 지지판의 예를 도시하는 도면.

제5a도는 접속부품.

제5b도는 접속부품과 관상지지체를 조합한 것.

제5c도는 PTFE 관상 여과막을 융착한 예를 도시하는 도면.

제6도는 시일 방법의 예를 도시하는 도면.

제7도는 호흡밸브가 부착된 여과 장치의 단면도.

제8도는 본 발명의 상세한 실시예를 도시하는 여과 장치의 종단 정면도.

제9도는 동상의 요부를 나타내는 확대단면도.

제10도는 제9도에 있어서의 화살표 Ⅲ-Ⅲ에 따르는 횡단면도.

제11도는 동일한 요부의 분해 사시도.

제12도는 동상에 사용하는 홈시일의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : PTFE 관상여과막 개구단 2 : 접착부분

3 : 불소수지 구멍관 4 : 불소수지망

5, 6 : 바깥 용기 7 : 지지판

8 : 관상여과체 9, 10 : 입구 또는 출구

11 : 시일 1부분 12 : 융착부분

13 : PTFE 관상여과막 14 : 용기

15 : 액체입구 16 : 액체출구

17 : 개구부 18 : 호흡밸브

19 : 여과체 21 : 용기

22 : 관상여과체 23 : 뚜껑구조

24 : 바깥 케이스 25 : 입구

26 : 출구 27 : 지지판

28 : 고정판 30 : 링

31 : 0-링 32 : 시일

33 : 홈시일 38 : 연통홈

38a : 호상부

본 발명은 전부품이 불소수지로 구성되는 내약품성 및 내열성이 우수한 정밀여과 장치에 관한 것이다.

액체나 기체중에 함유되는 미립자를 정밀여과에 의하여 분리하기 위한 여과장치는 많이 알려져 있으나 내약품성, 내열성이 우수한 정밀여과장치에 대해서는 너무나 알려지지 않고 있다. 종래 불소수지제의 여과막을 사용한 경우에 있어서도 여과장치의 타부분에 내약품성, 내열성의 점에서 뒤떨어지는 재료를 사용한 것이 많고, 그들의 재료의 성질로 전체가 규제되는 결과를 초래하고 있다. 또 시일 재료서도 고무 패킹을 사용한 것이 대부분이고 내약품성의 점에서 특히 문제가 많다. 또 여과장치의 단위체적당의 여과막의 면적이 작고, 여과유량을 많이 취할 수 없는 경우가 많다.

본 발명은 이러한 결점을 개선한 내약품성, 내열성이 우수한 전불소수지체 정밀여과 장치를 제공하는 것이다.

이하에 본 발명의 구성을 실시예와 함께 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서의 일단 폐색의 폴리 테트라플르오로 에틸렌(이하 PTEF으로 약칭한다) 관상여과막은 시이트상 또는 튜우브상의 PTEF 다공질막을 일단 폐색의 관상으로 가공한 것이 적당하다. 공경은 통상 0.01-100㎛의 것에서 용도에 따라 선택 사용된다. 특히 연신소결법에 의하여 제조된 시이트상 또는 튜우브상의 PTEF 다공질막을 일단 폐색의 관상으로 구성한 것이 최적이다. 연신소결법에 의하여 PTEF 다공질막을 제조하기 위해서는 기본적으로는 특공소 42-13560호에 기재된 방법이 채용된다. 이 방법으로 제조된 PTEF 다공질막은 섬유와 이 섬유에 의하여 상호 연결된 결절로 구성되는 미크로구조를 가지는 것이 특징이고 기계적 강도가 크고, 미세하고 균일한 공경을 가지고, 큰 기공률의 것도 제조가 가능하므로 단위면적당의 여과유량을 크게 할 수가 있고, 여과막으로는 최적의 것이다.

PTFE 다공질 시이트는 제1a도와 같이 접착 가공하여 관상으로 할 수가 있다. PTFE 다공질막의 접착은 다공질막을 중합하여 가압하면서 PTFE의 융점(약 327℃) 이상으로 가열하므로써 달성된다. 또 PTEF 다공질막으로 중합한 사이에 다른 불소수지의 필름, 또는 분말을 삽입하여 가압하면서 삽입된 불소수지의 융점 이상으로 가열하여 PTFE 다공질막의 공내에 이 불소수지를 침입시키므로써 달성된다.

이 목적에 사용되는 불소수지의 예로는 테트라플르오로에틸렌-헥사플르오로 프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플르오로에틸렌-퍼플르오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플르오로에틸렌-에틸렌공중합체(ETF), 폴리클르로트리플르오로에틸렌(PCTFE), 폴리불화비닐(PVF), 클로로트리플르오로에틸렌-에틸렌공중합체(ECTFE)등을 들 수 있다. 특히 내열 내약품성이 요구되는 경우에는 FEP 또는 PFA를 사용하는 것이 적당하다.

본 발명에서는 공경이 상이한 2종류의 PTFE 다공질막을 중첩하여 사용하는 것이 좋다. 이 목적은 공경이 큰 쪽의 PTFE 다공질막에 프레필터로서의 역할을 부여하고 막의 눈이 막히는 것을 방지하는 동시에 역압에 대한 강도를 부여하는 것이다. 공경이 각각 0.01-100μ 및 0.1-500㎛의 PTFE 다공질막의 조합이 적당하다.

불소수지 관상 지지체로서 적당한 것은 PTFE 입체의 소결다공성 형관이다. 이것은 PTFE 입체를 성형하여 가열소결하므로써 제조되는 연통공을 가지는 성형체이다. 통상 0.1㎛-1mm의 공경을 가지는 것이 사용되는 여과막보다 큰 공경을 가지는 것을 선택하는 것이 여과 저항을 낮게 하는데에 유효하다. 이 소결다공성형관은 투과성이 양호하고 변형이 잘 안되는 특징이 있으므로 지지체로서 특별히 유용하다.

불소수지관상 지지체의 예로서 다른 적당한 것은 불소수지망상 성형품 또는 부직포로 구성되는 층과 불소수지 구멍관으로 구성되는 층과의 적층체이다. 여기에서 불소수지의 망상성형품 또는 부직포는 여과막의 유효 면적을 많이 취하기 위한 것으로 그 공경을 여과막보다 크게 하는 것이 투과저항을 낮게 하기 위해서 요구된다. 불소수지망상 성형품은 망상으로 일체로 형성된 것도 좋고, 직물 또는 편물이라도 좋다. 또 불소수지 구멍관은 통상 불소수지관에 유로가 되는 직경 0.5-10mm 정도의 구멍을 뚫는 제2b도와 같은 구조의 것이 사용된다. 구멍의 형상은 원형이 일반적이나 다른 형상의 것도 무방하다. 이 불소수지구멍관의 외표면 또는 내표면에 불소수지의 망상성형품 또는 부직포가 배치된다. 관의 외측에서 내측으로 여과되는 외압형 장치의 경우에는 불소수지 구멍관의 외측에 불소수지의 망상성형품 또는 부직포가 배치되고(제2c도) 관의 내측에서 외측으로 여과되는 내압형 장치의 경우에는 불소수지 구멍관의 내측에 불소수지의 망성성형품 또는 부직포가 배치된다. 이들의 관상 지지체의 재료인 불소수지의 예로서는 PTFE, FEP, PFA, ETFE, PCTFE, PVDF, PVF, ECTFE 등을 들 수 있다. 특히 내열성 약품성이 요구되는 경우에는 PTFE, PEP, PFA 등이 유효하다.

일단 폐색된 PTFE 관상 여과막은 불소수지관상 지지체의 외부를 피복하거나 또는 내부에 삽입된다. 외압형 장치의 경우에는 PTFE 관상여과막은 불소수지 관상 지지체의 외부에 설치되고, 반대로 관의 내측으로부터 외측으로 여과되는 내압형 장치의 경우에는 PTFE 관상여과막은 불소수지관상 지지체의 내부에 설치된다. PTFE 관상여과막은 미리 일단 폐색의 형상으로 구성해 놓아도 되고, 또 PTFE 관상여과막의 단말을 불소수지관상 지지체에 융착하므로써 폐색해도 된다. 이 PTFE 관상 여과막과 불소수지관상지지체와의 조합이 본 발명의 관상여과체를 구성한다. 이 관상여과체는 1개 또는 복수개가 불소수지 용기내에 배치된다. 불소수지의 예로는 관상지지체의 불소수지와 같은 것을 들 수 있다. 배치예를 제3도에 도시했다.

제3도에 있어서, 불소수지용기는 기본적으로는 외용기(5) 및 (6)와 지지판(7)으로 구성되고 a의 용기는 유체의 입구와 출구를 용기의 한쪽에 설치한 것이고, b의 용기는 입구와 출구를 용기의 양측에 설치한 것이다. (8)은 관상여과체이고, 그 개방단은 지지판(7)에 고정시일된다. 제3도에 있어서 관의 외측으로부터 내측으로 여과하는 경우는 유체의 입구는 (9)가 되고, 출구는 (10)이 된다. 반대로 관의 내측으로부터 외측으로 여과되는 경우에는 유체의 입구는 (10)이 되고, 출구는 (9)가 된다. 지지판(7)의 예로는 제4도와 같은 구멍 원판이 일반적이다. 관상여과체를 지지판에 고정시일하는 방법의 예로는 테이퍼나사에 의한 방법이나, 열융착에 의한 방법 또는 양자의 조합이 적당하다. 여기에서 열융착에는 수지의 융점 이상으로 가열한 치구로 압압하는 방법, 고주파 유도가열 또는 초음파에 의한 방법등을 포함하는 것으로 한다. 또 양자의 접속부분에 불소수지체의 접속부품을 사용해도 된다. 그 예를 제5도에 도시한다. 제5도에 있어서, a는 접속부품의 한 예로서 b는 접속부품과 관상 지지체를 조합한 예이다. 관상 여과막은 곤상 지지체 또는 접속부품에 그 개방단을 열 융착하거나 고정나사부에 삽입하므로써 단말시일이 가능했다. 관상여과체의 폐색단은 용기의 바닥(제3a도), 또는 적당한 지지판(제3b도)으로 고정된다. 또 외용기와 지지판의 고정시일은 열융착, 나사, 불소수지 0-링 등을 사용하는 방법이 이용된다. 또 제6도의 도시와 같은 감합(嵌合)구조로 하여 양측에서 압출하는 방법은 특히 효과가 있었다. 양측에서 압축하기 위해서는 금속제 또는 수지체의 플랜지가 붙은 용기내에 이 불소수지 용기를 넣어서 압축하는 것이 적당했다. 이 방법은 용기의 내압을 증진하는 잇점도 있다. 이 경우도 유체에 닿는 것은 불소수지 용기뿐이기 때문에 내약품성은 하등 저하되는 일은 없다.

본 발명의 여과장치의 여과대상 유체로는 물, 유기용매, 각종 용액, 각종 기체등이 있으나 그들중 물, 수용액 및 일부의 유기용매에 대표되는 비교적 표면장력이 큰 액체를 여과대상으로 하는 경우에는 용기에 호흡 밸브가 달린 개구부를 설치하면 된다. 여기에서 호흡밸브란 불소수지다공질체로 구성되는 비투액성이고 통기성이 호흡밸브이다. 따라서 호흡밸브는 여과대상의 액체를 여과의 압력 및 온도조건하에서 투과시키는 일이 없고, 기체는 자유로이 투과시킨다. 이 호흡밸브의 재죠로서도 불소수지다공질체가 가장 적당하다. 불소수지다공질체의 공경은 여과대상 액체의 종류와 온도에 의하여 결정되는 액체의 표면 장력과 여과 압력에 의하여 선택할 것이다.

액체의 표면장력이 작을수록, 또 여과압력이 높을수록 호흡밸브에 사용하는 불소수지다공질체의 공경을 작게 할 필요가 있다. 이 불소수지다공질체에 최적의 재료도 또한 PTFE이다. 통상 호흡밸브는 시이트상의 것을 장치의 개구부에 주변을 접착 또는 기계적 시일등의 방법으로 시일하므로써 장치된다. PTFE 다공질체가 0.1mm 두께의 시이트상이고, 액체가 온도 20℃의 물인 경우에는 다공질체의 평균공경 10㎛의 것에 있어서 수압 약 1.1kg/㎤까지 비투수성을 나타내고, 평균 공경 0.45㎛ 및 0.22㎛의 것에 있어서 각각 수압 약 2.5kg/㎤ 및 약 4.5kg/㎤까지 비투수성을 나타냈다. 통기성은 모두 양호했다.

호흡밸브는 여과장치의 개구부 중 최소한 1개소에 설치된다. 통상 여과장치의 액체 입구측 상방부에 설치되나 출구측에도 설치해도 좋다. 제7도는 액체입구측 상방부에 호흡밸브를 설치한 여과장치의 예를 도시하는 도면이다. 호흡밸브의 개구단은 개방해서 사용해도 되고, 또 다른 적당한 배관에 접속해서 사용해도 된다. 실제로 제7도에 도시한 바와같은 여과장치를 사용해서 여과를 실시한 결과 액체 입구로부터 액체와 같이 들어오는 기포는 호흡밸브로부터 배기되어 여과체 상방에 기포가 괴는 일이 없고, 여과 유량의 저하는 발생하지 않았다. 또 여과된 액체중에 기포가 혼힙되는 일도 없고 액체의 여과장치로서 대단히 유효한 것을 알았다. 또 드레인 제거를 할 경우에는 호흡밸브가 공기의 흡입구가 되어 흡입공기는 호흡밸브로 여과되기 때문에 이 물이 여과장치의 내부 및 액체속에 들어가는 일이 없다. 다음에 여과를 개시할때에 있어서 호흡밸브가 공기의 배출구가 되어 원활한 여과 작용을 진행시킨다. 호흡밸브부착 여과장치는 여과체가 발액성(撥掖性)의 경우에는 대단히 효과적이다.

예를들면 여과체가 공경이 작은 불소수지제이고, 액체가 물인 경우 통상 표면장력이 작은 액체로 여과체를 적신 후 물로 치환해서 물의 여과를 실시하는데, 기포가 혼입되고 있으면 여과체의 일부는 그것에 의하여 건조되어 원래의 발수성으로 복귀하기 때문에 여과체의 유효면적은 저하하여 여과유량의 저하를 초래하나 본 발명의 여과장치를 사용하면 호흡밸브로부터 기체는 배출되고, 이러한 작용은 발생하지 않는다. 또 드레인 제거를 실시했을 때도 여과체가 건조되는 일이 많고, 이어서 여과를 실시해도 원래의 유량을 얻을 수 없으나 본 발명의 여과 장치면 드레인 제거 및 액의 재주 입시에 호흡밸브를 통해서 공기의 흡입 및 배출이 실시되기 때문에 여과체는 건조하는 일이 없고, 따라서 유량의 저하는 발생되지 않는다.

본 발명의 여과장치의 보다 구체적인 실시예를 이하에 설명한다.

본 발명의 여과장치의 기본 구조는 제8도에 예시하는 것과 같이 일단이 개방된 용기(21)와 이 용기(21)내에 수납하는 복수 개의 관상여과체(22)와, 관상여과체(22)를 지지하여 용기(21)를 폐쇄하는 뚜껑구조(23)를 불소수지로 제작하고 이들을 스테인레스 등의 외부 케이스(24)내에 압축상태로 장치하여 구성된다.

뚜껑구조(23)에 설치한 입구(25)로부터 용기(21)내로 유입된 유체는 관상여과체(22)의 외부로부터 내부로 여과해서 출구(26)로부터 취출된다.

그런데 여과장치는 유체통로의 접속부분이나 폐쇄부분의 시일성이 여과성능 그 자체에 큰 영향을 받는 것으로 상기와 같은 정밀여과장치에 있어서도 관상여과체(22)와 출구(26)의 접속부분이나 뚜껑구조(23)에 의한 용기(21)의 폐쇄부분등에 완전한 기밀 또는 수밀이 접속구조나 시일구조를 채용해야 한다. 그러나, 뚜껑구조(23)나 그밖의 부분의 형성재료로서 사용되는 4불화 에틸렌수지와 같은 불소수지는 압축에 의하여 영구변형을 발생하기 쉬운 성질이 있고, 이로 인해 뚜껑구조(23)에는 통로 접속부분의 형성에 있어서 변형발생을 곤난하게 하는 구조의 채용이 필요하다.

본 실시예의 구성은 관상여과체를 수납하는 용기를 뚜껑구조로 폐쇄하고 이 뚜껑구조에 입구 또는 출구의 한쪽을 관상여과체에 도통시키는 연통홈을 설치하고, 연통홈을 일부가 절리(切離)된 환상으로 형성하고 뚜껑구조의 구성재료의 감소를 최소한으로 해서 변형의 발생을 방지하도록 한 것이다.

도면과 같이 용기(21)의 구부를 폐쇄하는 뚜껑구조(23)는 복수개의 관상여과체(22)를 장치하는 지지판(27)과 이 지지판(27)의 외면에 중첩하는 고정판(28)의 조합으로 구성되고 지지판(27)과 고정판(28)은 다같이 불소수지를 사용하고 용기(21)의 외경과 동일한 원판상으로 형성된다.

상기 지지판(27)에는 중앙부와 그 주위에 복수의 통공(29)이 형성되고 각 통공(29)에 관상여과체(22)의 상단이 제9도와 같이 연결된다.

상기 지지판(27)과 용기(21)의 중첩면 및 지지판(27)과 고정판(28)의 중첩면에 있어서의 외주에 편의(偏倚)된 위치에는 각각의 중첩면을 기밀, 수밀상으로 하는 시일구조가 설치된다.

이 시일구조는 불소수지를 사용해서 단면 그 자상으로 형성한 링(30)의 내부에 0 링 (31)을 장치한 시일(32)과 그 내측 위치에 홈시일(33)을 병설하고 시일효과의 향상을 도모하도록 형성된다.

상기 홈 시일(33)은 제13도의 도시와 같이 중첩면의 한쪽에 V자형의 홈(34)과 다른쪽에 이 홈(34)보다 넓은 각도의 V자형 돌기(35)를 형성하여 양측 2개소의 압접부에서 시일을 하도록 구성된다.

상기 뚜껑구조(23)에는 고정판(28)과 지지판(27)을 상하로 관통해서 용기(21)의 내부와 연통하는 입구통(36)과 고정판(28)에 접속되는 출구통(37)이 장치되고 고정판(28)의 지지판(27)과의 중첩면에 출구통(37)과 관상여과체(22)군을 접속하는 연통홈(38)이 설치된다.

상기 연통홈(38)은 제10도와 제11도의 도시와 같이 입구통(36)이 관통하는 부분에서 절리된 호상부(38a)와 이 호상부(38a)와 중앙에 위치하는 관상여과체를 접속하기 위한 직선부(36b)로 형성되고 호상부(38a)는 지지판(27)에 고정판(28)을 중첩했을때 원상으로 배치한 관상여과체(22)군의 전부와 연통된다. 따라서, 입구(25)로부터 용기(21)내에 유입한 유체는 관상여과체(22)를 외부로부터 내부로 통과하여 여과된 후 연통홈(38)에 집결되어 출구(26)로부터 취출된다.

본 발명의 여과장치는 정밀여과막으로서 가장 우수한 PTFE 다공질막의 특정 형상의 불소수지 지지체를 사용하고 또한 전부품이 불소수지로 구성되기 때문에 유체중의 미립자 제거성능, 여과유량, 내약품성, 내열성이 우수한 장치이다. 따라서 거의 모든 유체의 정밀여과에 이용이 가능하고 종래 여과가 곤난했던 부식성 또는 고온의 유체도 효율적으로 처리할 수 있다.

Claims (16)

1. 일단 폐색의 폴리테트라플르오로 에틸렌 관상 여과막이 불소수지 관상 지지체의 외부를 싸거나 또는 내부에 삽입된 구조의 관상여과체를 유체의 입구 및 출구를 가지는 불소수지 용기내에 배치된 것을 특징으로 하는 여과장치.
2. 제1항에 있어서, 폴리테트라플보오로 에틸렌 관상 여과막이 0.01-100㎛의 공경을 가지는 것을 특징으로 하는 여과장치.
3. 제1항에 있어서, 폴리테트라플르오로 에틸렌 관상 여과막이 섬유와 이 섬유에 의하여 상호 연결된 결절(結節)로 구성되는 미크로 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 여과장치.
4. 제1항에 있어서, 폴리테트라플르오로에틸렌 관상여과막이 공경이 상이한 2종류의 폴리테트라플르오로 에틸렌 다공질막을 중첩한 구조인 것을 특징으로 하는 여과장치.
5. 제4항에 있어서, 공경이 상이한 2종류의 폴리테트라플르오로 에틸렌 다공질막이 각각 0.01-100㎛ 및 0.1-500㎛의 공경을 가지는 것을 특징으로 하는 여과장치.
6. 제1항에 있어서, 불소수지관상 지지체가 폴리테트라플르오로 에틸렌 입체의 소결다공 성형관인 것을 특징으로 하는 여과장치.
7. 제6항에 있어서,소결다공성형관이 0.1㎛-1mm의 공경을 가지는 것을 특징으로 하는 여과장치.
8. 제1항에 있어서, 불소수지 관상지지체가 여과막보다 큰 공경을 가지는 불소수지의 망상성형품 또는 부직포로 구성되는 층과 불소수지 구멍관으로 구성되는 층과의 적층체이고, 또 이 불소수지 망성성형품 또는 부직포로 구성되는 층이 여과막측으로 배치되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
9. 제1항에 있어서, 불소수지 관상지지체가 일단 폐색의 형상인 것을 특징으로 하는 여과장치.
10. 제1항에 있어서, 폴리테트라플르오로에틸렌 관상여과막의 개구단이 불소수지 관상지지체에 융착되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
11. 제1항에 있어서, 불소수지용기가 유체의 입구 및 출구 이외에 최소한 1개소에 개구부를 가지고 이 개구부중 적어도 1개소에 불소수지다공질체로 구성되는 비투액성이고, 또 통기성의 호흡밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 여과장치.
12. 제11항에, 불소수지다공질체가 섬유와 이 섬유에 의하여 상호 연결된 결절로 구성되는 미크로 구조를 가지는 폴리테트라플르오로에틸렌 다공질체인 것을 특징으로 하는 여과장치.
13. 제11항에 있어서, 불소수지다공질체가 폴리테트라플르오로에틸렌 부직포인 것을 특징으로 하는 여과장치.
14. 제11항에 있어서, 비투액성이고 또 통기성의 호흡밸브를 용기의 액체입구측에 설치한 것을 특징으로 하는 여과장치.
15. 제1항에 있어서, 액체의 입구와 출구를 가지는 뚜껑구조에 자유단이 폐색된 복수개의 관상여과체를 장치하고 이 관상여과체를 수납하는 용기의 구부를 뚜껑구조로 밀폐한 여과장치로서, 관상여과체를 장치한 뚜껑구조에 관상여과체군과 입구 또는 출구의 한쪽을 도통시키는 연통홈을 형성하고, 이 연통홈을 일부가 절리된 호상으로 형성한 것을 특징으로 하는 여과장치.
16. 15항에 있어서, 뚜껑구조가 관상여과체를 장치한 용기 밀폐용의 지지판과 이 지지판의 외면에 시일구조를 사이에 두고 중첩하는 고정판으로 구성되고 연통홈이 고정판의 지지판 중첩면에 형성되는 것을 특징으로 하는 여과장치.

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