캔들형 수처리 시스템의
국산화 개발

케이원에코텍의 다음 단계

케이원에코텍은 2006년 설립 이래 물리적 여과 장치를 전문으로 해 온 기업입니다. 국내 최초 가압식 원통형 여과장치를 개발하여 사업에 성공했고, 대용량 수처리를 위한 가압필터 디지털 정수 시스템을 개발·시공해 왔습니다. 기존 사업은 안정적이었지만, 시장의 요구는 변하고 있었습니다.

물놀이장, 실내 수영장, 워터파크 등 레저 수처리 시장에서 캔들형 여과기의 수요가 빠르게 증가하고 있었습니다. 캔들형 여과기는 기존 평판형에 비해 같은 설치 면적에서 훨씬 넓은 여과 면적을 확보할 수 있어 공간 효율이 뛰어납니다. 케이원에코텍이 이 시장에 진입하려면 캔들형 수처리 시스템의 원천기술이 필요했습니다.

그러나 캔들형 여과기의 설계 역량이 사내에 없었습니다. 캔들 엘리먼트 설계, 역세척 메커니즘 개발, 여과포 소재 선정까지 — 처음부터 만들어야 하는 상황이었습니다. 알앤비디파트너스는 국민체육진흥공단의 중소스포츠기업 비즈니스 지원사업을 통해 이 과제를 수행했습니다.

경쟁 제품의 역세척 방식과 구조적 문제

기존 제품들의 역세척 방식을 정밀하게 분석했습니다. 케이원에코텍이 기존에 사용하던 원형 평판 여과기는 별도의 유동 없이 역세수의 흐름만으로 역세척하는 방식이었습니다. 이 방식은 여과포에 엉겨 붙은 여재(규조토 등)를 충분히 떼어내지 못해 역세척 효율이 낮았습니다. 규조토는 물과 혼합 시 점성이 높아 여과포에 강한 점착성을 보이기 때문입니다.

경쟁 외산 캔들형 여과기의 상하 유동 방식도 세 가지 근본적인 문제가 있었습니다. 첫째, 캔들 뭉치와 여과기 내벽 사이에 가장 강한 수류가 형성되어 정작 캔들 표면의 역세척 효과가 미미합니다. 둘째, 유동 시 캔들 뭉치를 감싼 수괴가 함께 움직여 물과 캔들의 상대적 마찰력이 작습니다. 셋째, 상하 유동은 중력을 이겨야 하므로 구동 장치에 과부하가 집중됩니다.

이 분석에서 핵심 인사이트가 도출됐습니다. 역세척의 효율을 높이려면 캔들과 물의 '상대적 마찰력'을 극대화해야 합니다. 기존 방식처럼 물과 같은 방향으로 움직이면 마찰력이 약해집니다. 물의 흐름과 반대 방향으로 캔들을 움직이는 새로운 방식이 필요했습니다.

좌우 호형 유동의 세 가지 장점

기존 상하 유동 방식과 새로운 좌우 호형 유동 방식을 비교했습니다. 좌우 호형 유동의 장점은 세 가지로 명확했습니다. 첫째, 방향을 바꿀 때 물의 흐름과 반대로 캔들 뭉치가 유동하므로 마찰력이 극대화됩니다. 둘째, 뭉치의 유동에 따른 물의 흐름을 방해하는 요소가 없어 여재 탈리 효율이 높습니다. 셋째, 유동 방향이 수평 호형이므로 중력과 상관없이 적은 토크로 안정적인 운전이 가능합니다.

이 호형 반복 운동을 구현하기 위해 DC geared motor와 캠, 로드를 조합하는 방식을 채택했습니다. DC 모터의 원운동을 캠이 받아 호형 반복운동으로 변환합니다. 캔들 뭉치 전체를 한 방향으로 돌리다가 순간적으로 방향을 바꿀 수 있는 구조입니다. 모터 선정에서는 필요 토크(80~120kg/cm)의 1.5~2배를 만족하는 사양을 선정했습니다. 운전 중 수밀을 위해 테프론 립씰을 채택하여, 허용 각속도 대비 충분한 안전율을 확보했습니다.

실제 유동 테스트 결과, 기존 평판형 여과기 대비 역세수 운동에너지가 2배 이상 빠른 속도로 물과 만나는 것이 확인됐습니다. 경쟁 외산 캔들형(상하 유동) 대비로도 200% 이상의 역세척 효율을 보였습니다. 단순한 기계 구조로 이 성능을 달성한 것이 이 메커니즘의 핵심 가치였습니다.

체계적 소재 탐색과 실물 평가

시스템에 맞는 최적의 여과포를 찾기 위해 체계적인 탐색을 진행했습니다. 나노섬유 필터, Woven Filter Fabric, Seamless Woven Cloth Tube, 일반 산업용 필터 등 다양한 소재 유형을 문헌 조사, 논문, 업체 카탈로그를 통해 분석했습니다. 요구 사양은 인장강도 500N 이상, 우수한 통수성(기공 크기 30~50㎛), 수처리 환경에서의 내구성이었습니다.

국내외 22개사를 조사하고 사양서 검토로 9개사를 선정, 전화 상담으로 4개사로 좁힌 후 원단 5종 샘플을 구입하여 실제 평가를 진행했습니다. 통수성, 인장강도, 여재 포집 효율, 세척 후 복원성을 종합 평가한 결과, 튜브직 여과포 웨빙이 최적 소재로 결정됐습니다.

핵심은 봉재가 필요 없는 중공 타입 구조를 채택한 것이었습니다. 일반 여과포는 튜브 형태로 만들기 위해 봉재(재봉)가 필요한데, 봉재 부위는 여과 기능이 떨어지고 제조 비용도 올라갑니다. 중공 타입 웨빙은 처음부터 튜브 형태로 직조되어 봉재가 불필요하고, 전체 표면이 균일한 여과 성능을 보입니다. 이를 통해 제조원가를 목표 수준 이하로 낮출 수 있었습니다.

파일럿 장비 완성과 유동 테스트

상세 설계를 바탕으로 파일럿 장비를 제작했습니다. 본체, 구동부, 분기관, 캔들 뭉치가 통합된 실물 크기의 시스템입니다. 유동 테스트를 통해 호형 반복 운동이 설계대로 구현됨을 확인했습니다.

역세척 효율 평가에서, 기존 디스크형 여과기 대비 역세수 운동에너지가 2배 이상 빠른 속도로 물과 만나는 것이 확인됐습니다. 경쟁 외산 캔들형(상하 유동) 대비로도 200% 이상의 역세척 효율을 보였습니다. 여과 유효면적, 캔들 제조원가 모두 목표를 달성하여 양산 가능성이 확인됐습니다.