KR100267899B1 - 여과장치 - Google Patents

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Abstract

필터매개체 (55) 가 외측면에 배열된 천공된 튜브 (54) 로 이루어진 관상의 여과요소 (8) 를 갖는 여과장치가 개시된다. 여과될 액체는 상기 튜브에 횡방향으로 필터부 (8) 를 향해 유동한다. 바람직하게는, 필터부 (8) 는 원형링에 배열되며, 상호 케이지내로 링크되고 또한 여과될 액체를 위한 콘테이너 (1) 에서 회전하는 로우터 (5) 를 형성하다. 그러한 복수개의 케이지는 반대방향으로 회전한다. 맥동 흐름이 여과될 액체에 발생함으로써 필터매개체 (55) 가 침전물에 의해 막히는 것을 방지한다.

Description

여과장치
고체-함유 액체의 여과에 있어서, 고체가 필터매체에 신속히 축적되어, 필터케이크 (filter cake) 가 빌드업 (build-up) 됨으로써 필터매체가 막히고 또한 필터매체를 통한 액체의 통과가 급격히 감소한다는 문제가 발생한다. 이러한 이유로 해서, 종래기술은 고체입자가 필터매체에 조기축적되는 것을 방지하기 위하여 필터매체의 표면에 평행한 방향의 유동성분이 여과될 슬러지 (sludge) 에 발생하도록 구성된 횡방향 유동필터기술을 발전시켜왔다.
유럽특허 공고 EP-B-0 178 389 호에 공지된 필터프레스에서, 소위 횡방향 유동은 두 인접한 필터엘리먼트 사이에 위치한 로우터에 의해 발생한다. 필터 다이어프램 (filter diaphragm) 으로 덮혀있거나 내부라이닝된 천공된 파이프섹션을 각각 포함하는 관상의 필터부 (filter bodies) 를 채택한 또 다른 기술에서, 여과될 슬러지를 각각 파이프섹션을 따라 또는 그 내부를 통해 유동시킴으로써 횡방향 유동이 야기되어, 여과물 (filtrate) 이 다이어프램 및 파이프섹션의 천공을 통과한다. 이러한 방식으로 여과물을 배출한 결과로서, 유동속도는 파이프섹션을 따라 그 단부 쪽으로 감소하며, 횡방향 유동의 경우에도 필터 다이어프램에서의 필터케이크의 피할수 없는 축적은 파이프섹션의 전장 (length) 을 따라 불균등하게 진행함으로써, 비경제적인 작동을 초래한다. 이러한 편협된 효과는 파이프섹션을 따른 5 m/sec 에 달하는 고속의 유동속도에도 피할수 없는 것이다.
유럽특허 공개 EP-A-0 370 118 호는 인접한 필터부가 상호 반대방향으로 회전하는, 동심으로 장착된 복수개의 원통형 필터를 채택함으로써, 횡방향 유동이 모든 필터부에 인접하여 발생하도록 하는 여과장치를 개시하고 있다. 이 구성은 비교적 부담이 크며, 또한 부가적으로 필터 부상에서 필터매체를 용이하게 교체할 수 없다. 이 필터부들은 이들의 상이한 사이즈에 대응하여 특수하게 치수선정된 필터매체들 (필터클로스(filter cloths) 또는 다이어프램) 을 요구하는바, 각각의 사이즈는 각각의 필터부에 있어 단 일회 필요한 것이며, 이것의 결과로 공급가격이 다소 고가이다.
본 발명의 목적은 여과될 슬러지로부터 고체입자가 필터매체에 조기 축적되는 것을 방지하고, 또한 추가적으로 필터매체를 용이하게 교체시킬 수 있도록 하는 단순한 구성의 필터부를 채택한 여과장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 에 의해 달성된다. 본 발명의 실시예는 종속항들의 포함대상이다.
본 발명은 외주가 호스형 필터매체로 덮혀 있는 천공된 파이프섹션 또는 세라믹 파이프섹션 일 수 있는 이미 알려진 관형 필터부를 채용한다. 이러한 종류의 필터부들을 제조하는 것은 비교적 단순하며, 또한 그들 위에서 필터매체를 교체하는 것이 용이하게 실행될 수 있다. 필터부는 상업적으로 입수가능한 엘리먼트여서, 여과장치 전체의 비용에도 긍정적인 영향을 미친다.
그런데 종래기술과는 달리, 여과될 액체의 유동은, 필터부의 그 전장에 평행하게 연장되는 회전축선을 중심으로 그 전장에 횡방향으로 상기 필터부가 회전함에 기인하여, 관상의 상기 필터부의 종방향을 향하지 않으며, 오히려 그의 횡방향을 향한다. 소정의 그룹에 속한 필터부들은 실제로 원형단면의 "케이지 (cage)" 를 형성하도록 공통의 원형 어레이 (circular array) 상에 위치하기 때문에, 둘러싼 케이싱내의 필터부들의 회전은 또한 임의의 두 인접한 필터부 간의 공간을 통과하는 반경 방향 유동성분을 발생시키고, 이에 따라 여과될 액체는 필터부 둘레로 그 모든 측방상에서 유동한다. 특별한 장점으로서, 본 발명에서 전형적인 이러한 반경방향 외향 유동성분 (원심유동) 은, 각각의 그룹이 서로 다른 직경을 갖는 다수의 동심 원형어레이중 하나에 위치하는 다수의 그룹으로 필터부들이 배열될때, 예를들어 서로 안착되는 다수의 "케이지" 가 존재할때, 더욱 증진된다. 또 다른 개선된 실시예에서, 본 발명은 두 인접한 필터부의 그룹중 하나가 회전하고, 한편 이와 동심인 다른 그룹은 반대방향으로 회전하도록 배치되어 있도록 한다. 이는 필터부들의 둘레의 공간에 주기적인 압력변동을 발생시켜 여과될 액체의 고체성분이 필터부상에 축적되는 것을 억제하도록 작용하는 주기적인 유동속도의 변동을 초래한다. 실질적으로 균등한 유동조건이 필터부들의 전장에 걸쳐 형성됨으로써, 필터부들 상에 고체가 불가피하게 축적되는 것이 더이상 필터부들의 전장에 걸쳐 불규칙하게 분포되지 않는다는 점이 주목된다.
본 발명의 실시예들이 첨부도면을 참조로 한 이하의 예로써 설명된다. 여기서:
제1도는 3개의 그룹의 필터부들을 갖는 본 발명에 따른 여과장치의 제 1 의 실시예의 축방향 단면도.
제2도는 제1도에 따른 여과장치의 개략적인 반경방향 단면도.
제3도는 여과장치의 제 2 의 실시예의 축방향 단면도.
제4도는 제3도에 따른 여과장치의 개략적인 반경방향 단면도.
제4a도는 제4도의 상세부 A 의 확대도.
제5도는 본 발명의 여과장치의 제 3 의 실시예의 축방향 단면도.
제6도는 상기 제 3 의 실시예의 변형예를 도시한 도면.
제7도는 상기 제 3 의 실시예의 또 다른 변형예를 도시한 도면.
제8도는 제7도의 실시예의 상세부의 확대도.
제9도는 유동조건을 도시한 제8도의 실시예의 개략적인 반경방향 단면도.
제10도는 본 발명의 제 4 의 실시예의 부분도.
제11도는 유동패턴을 도시하기 위한 제10도의 실시예의 개략적인 반경방향 단면도.
제12도는 본 발명의 제 5 의 실시예의 축방향 단면도.
제 1 도는 각각의 단부벽 (3 및 4) 에 의해 양 단부가 닫혀진 원통형 측벽 (2) 을 갖는 원통형 케이싱 (1) 을 도시한다. 케이싱 (1) 내에는 부호 5 로 지시된 로우터가 위치한다. 로우터 (5) 는, 상단 케이싱 단부벽 (3) 에 밀봉 및 회전가능하게 장착된 중공샤프트 (7) 로 부터 실질적인 반경방향으로 연장되는 탑재기구 (carrier device)(6) 를 포함한다. 또한 로우터 (5) 는, 탑재기구 (6) 에 결속되고 또한 케이싱 (1) 의 축선 (0) 에 대해 평행하게 연장된 다수의, 도시된 실시예에서는 3 개의 그룹을 형성하는 부호 8 로 표시된 복수개의 필터부를 포함한다. 각 그룹의 필터부는 케이싱 (1) 의 축선 (0) 과 동심인 원형어레이에 위치하며, 중간어레이를 형성하는 필터부 (8b) 의 직경은 최내측 원형어레이를 형성하는 필터부 (8a) 의 직경보다 크며, 또한 최외측 원형어레이를 형성하는 필터부 (8c) 의 직경보다는 작다. 이러한 방식으로 각각의 원형어레이에 동일한 갯수의 필터부를 배열하는 것과, 또한 케이싱 (1) 의 측벽 (2) 을 향한 방향으로 필터부들 (8) 사이에서 케이싱 (1) 의 중심에서 부터 실질적으로 균등한 유동통로를 얻는 것이 가능하다. 사용된 첨자 "a" 내지 "c" 는 단지 서로 다른 그룹에 속하는 필터부들 (8) 을 구별하는 역할을 할 뿐이다.
가늘며, 실질적으로 관상인 필터부의 전술한 배치는, 여과될 액체가 0.1 내지 80 바아의 압력으로 그들을 통과 유동하는데 적절히 견딜 수가 있다. 필터부의 회전에 의해 작동시 얻어질수 있는 높은 유동속도는 미세한 천공이 형성된 필터 다이어프램이 채택된 경우에도 예비-여과장치를 불필요 하게 한다. 이러한 방식으로 우선적으론 상당한 양의 고체성분을 함유하고 있을 액체의 일단계 여과가 가능해진다. 또다른 가능한 적용예는 미세-여과 (micro-filtration) 의 분야이다.
각각의 필터부 (8) 는 그 단부중 하나가 탑재기구 (6) 에 결속되어 있으며, 이 탑재기구는 중공샤프트 (7) 의 내부와 소통하는 내측통로 (9) 를 구비하고 있다. 샤프트 (7) 는 미끄럼 밀봉링을 구비하고 있는 밀봉하우징 (10) 에 의해 둘러싸여 있으며 또한 자체로 부터 연장된 출구 (11) 를 갖는다. 중공샤프트 (7) 는 이 중공샤프트 (7) 가 밀봉하우징 (10) 의 내부와 연결되도록 하는 하나 이상의 횡방향 보어를 갖는다. 필터부들 (8) 의 타단부들은 이 필터부들 (8) 사이에서 천공을 구비하고 있는 공통의 탑재디스크 (12) 에 결속되어 액체가 탑재디스크 (12) 를 통해 유동하는 것을 허용한다. 탑재디스크 (12) 는 하단케이싱 단부벽 (4) 을 통해 연장되는 파이프소켓 (14) 상에 장착된 허브 (13) 를 자체의 중심부에 구비하고 있다. 파이프소켓 (14) 은 여과될 액체를 케이싱 (1) 의 내부로 압력-공급 (pressure-feeding) 하도록 제공된다.
케이싱 (1) 의 측벽 (2) 의 상단부 부근에는, 드로틀밸브 (16) 에 의해 닫혀지도록 구성된 출구 (15) 가 형성되어 있다. 출구 (15) 로부터, (도시안된) 복귀도관은 버퍼 리셉터클 (buffer receptacle) 로 진행하며, 여기서 펌프 (17) 가 여과될 액체를 파이프소켓 (14)에 공급한다.
케이싱 (1) 내부로의 접근을 용이하게 하기 위하여, 하나 이상의 단부벽, 바람직하게는 상단 단부벽 (3) 이 측벽 (2)에 분리가능하게 연결된다.
중공샤프트 (7) 는 제 1 도에는 도시안된 회전 구동기구에 의해 회전하도록 구성되어 있다. 작동시에, 여과될 액체가 펌프 (17) 에 의해 케이싱 (1) 으로 압력-공급된다. 동시에 로우터 (5) 가 회전하여 결과적으로, 필터부 (8) 에 인접한 횡방향 유동을 초래하고, 한편 로우터 (5) 의 회전은 중심에서 외측을 지향하는 반경방향 유동성분의 출현을 초래한다. 여과될 액체가 로우터 (5) 의 회전으로 인해 너무 강하게 혼입되는 것을 방지하기 위하여, 측벽 (2) 의 내면에는 축방향으로 필터부 (8) 에 평행하게 연장되는 레일의 형태인 다수의 유동 스포일러 (flow spoilers) 가 결속되어 있다.
전술한 반경방향 유동성분은, 제 2 도에 도시된 바와같이, 필터부들(8a, 8b 및 8c) 사이의 공간을 통해 중심에서 부터 외측을 향하는 액체 유동을 초래한다. 이는 필터부 (8) 둘레로 그 전장에 횡방향인 유동을 발생시킨다. 필터매체 및 천공들을 통하여 관상의 필터부로 유입하는 여과된 액체 (여과물) 는 탑재기구 (6) 의 통로, 중공샤프트 (7) 의 내부 및 밀봉하우징 (10) 을 통해 출구 (11) 로 진행한다. 여과될 액체의 과도한 농후 (thickening) 를 방지하기 위하여, 밸브 (16) 가 부분적으로 개방될 수도 있으며, 이에 따라 그로 부터 연속적으로 배출되는 여과물의 적절한 비율로, 여과될 액체의 케이싱 (1) 을 통한 연속유동이 확보된다. 이는 확실히 여과될 액체의 전술한 버퍼리셉터클에서의 고체농도의 지속적인 증가로 이어진다. 여과될 액체가 소정의 밀도 또는 고체농도에 도달함에 따라, 최종결과의 슬러지는 적절한 방법으로 처리된다.
본 발명에 따른 장치의 필터부의 필터표면 주위의 액체유동은 고강도이며, 이에 따라 여과물의 유동속도가 필터매체상의 고체의 축적에 의해 감소됨이 없이, 비교적 높은 고체농도의 슬러지가 처리되도록 허용한다. 따라서, 필터매체상의 고체의 축적을 방지하는 관점에서 바람직한 10 m/sec 및 그 이상의 유동속도를 확보하는 것이 가능하다.
여과될 액체가 콜로이드형 성분을 함유할 때, 점진적으로 막히는 경향이 있는 관상의 필터매체를 구비하고 있는 필터부의 경우에 있어서, 여과장치의 성능은 필터매체의 모세관의 역류 플러싱 (flushing) 및 재생에 의해 만족스럽게 유지될 수 있다. 이는 로우터 (5) 가 정지 또는 작동상태에서 여과물의 유동을 반전시킴으로써 실행된다. 이에 따라 필터부의 내부로 복귀한 여과물은 따라서 필터매체에 걸쳐 반전된 압력강하를 발생시키며, 이에 따라 여과물의 후방공급의 압력이 여과될 액체의 공급압력보다 높은 한도에서 케이싱내의 여과압력의 감소가 필요하지 않다. 이러한 압력차는 예를들어 0.5 바아 정도로 작을 수 있다. 역류 플러싱 동작의 경우에, 호스형 필터매체는 그 팽창에 따라 팽창되며, 이러한 팽창은 바람직하게는 천공의 팽창으로 이어짐으로써 플러싱작업의 효율을 개선한다.
제 3 도는 공통의 케이싱 (1) 에 배치되면서 케이싱축선 (0) 을 중심으로 서로 반대방향으로 회전하는 두 그룹의 필터부로 이루어진 본 발명의 제 2 의 실시예를 도시한다. 제 1 그룹의 필터부 (8) 는 예를들어 전기모터 (19) 인 제 1 구동원에 의해 회전하도록 구성된 제 1 중공샤프트 (7) 에 본체가 결속된 제 1 의 탑재기구 (6) 에 결속된다. 중공샤프트 (7) 는 제 1 케이싱 단부벽 (3) 을 통해 연장된다.
제 2 그룹의 필터부 (20) 는 제 2 의 전기모터 (23) 에 의해 회전하도록 구성되며 또한 제 2 케이싱의 단부벽 (4) 을 통해 연장된 제 2 의 중공샤프트 (22) 에 본체가 결속된, 제 2 의 탑재기구(21) 에 결속되어 있다. 도시된 바와같이, 각각 탑재기구 (6 및 21) 로부터 떨어져 있는 필터부 (8 및 20) 의 단부는 각각의 중공샤프트 (7 및 22) 의 연장부상의 허브에 의해 장착된 지지디스크에 결속될 수도 있다. 필터부 (20) 의 내부에서부터 제 2 의 중공샤프트 (22) 로의 유동경로는 제 1 의 실시예를 참조로하여 전술한 그것과 유사하다.
제 4 도는 필터부 (8 및 20) 의 배치와 그들의 케이싱 축선 (0) 을 중심으로 서로 반대방향으로의 회전을 도시한 반경방향 단면도이다. 제 4a 도는 상세부 A 의 확대도로 도시된 바와같이 서로 반대방향으로의 회전으로 야기된 유동상태를 이하 후술한다.
제 4a 도는 원형어레이에 배치되며 또한 화살표 B 로 도시된 바와같이 반시계방향으로 회전하는 필터부 (8) 의 외측그룹을 도시한다. 제 2 그룹의 필터부 (20) 는 필터부 (8) 의 원형어레이와 동심이며 더 작은 직경을 갖는 또 다른 원형어레이에 위치한다. 이 제 2 그룹의 필터부 (20) 는 화살표 C 로 도시된 바와같이 케이싱축선을 중심으로 시계방향으로 회전한다. 결과적으로, 필터부 (8 및 20) 는 그들의 회전도중 상호 교차한다. 두 그룹의 필터부 간의 거리는 도시된 바와같이 한 그룹내의 필터부들 사이의 거리와 대략 일치한다. 도시된 실시예에서, 필터부 (8 및 20) 는 동일한 직경을 가지지만, 그들의 직경은 서로 다를 수도 있다. 균등한 직경은 필터매체 공급의 관점에서 더욱 경제적이다.
작동시에, 필터부 (8) 의 반시계방향 회전은 화살표 (25) 로 도시된 바와같이, 그리고 여과될 액체에 제공된 필터부의 돌출영역 (24) 에 따라, 그리고 필터부 (8) 의 회전속도 및 에너지입력에 의존하여 각각의 필터부 (8) 둘레에 강한 유동을 발생시킨다. 유동성분 (25) 은 주로 필터부의 회전방향으로 필터부의 전방을 향하는 표면영역에 충돌하며, 그리고 필터부 (8) 의 전장에 걸쳐 균등한 강도를 가지며, 결과적으로, 관상의 필터부를 통한 축류유동을 구비하고 있는 종래의 여과장치와 비교하여 상당히 개선된 성능을 갖는다.
회전방향에 대해, 후방을 향하는 필터부 (8) 의 표면영역에서, 즉 리이-사이드 (lee-side) 에서, 회전속도에 따라 증가하는 크기의 압력강하가 발생한다. 이런 감소된 압력은 화살표 (26) 의 방향으로 작용하고, 또한 고체가 필터부 (8) 의 리이-사이드에 축적되는 것을 방지하는데 효과적이다. 필터부의 "러프-사이드 (luff-side)" 에서 그 전장의 횡방향 운동에 의해 초래되는 필터부 둘레의 유동성분 (25) 은 횡방향 유동패턴으로 인해 고체의 축적을 방지하며, 리이-사이드에서의 고체의 축적은 "웨이크효과 (wake effect)" 에 의해 방지된다.
단지 회전이 반대방향을 향한다는 사실만을 차이점으로 한다면, 동일한 것이 필터부 (20) 의 제 2 의 그룹에 일치하게 적용될 수 있다. 따라서, 전술한 효과의 설명은 생략한다.
반대로 회전하는 필터부들의 회전 속도는, 회전으로 인한 유동성분, 특히 원심유동성분 및 후술될 현상의 관점에서 보면, 상호 부가된다.
제 4a 도는 필터부 (8 및 20) 의 반대방향 회전으로 인해 여과될 액체에 발생하는 현상을 도시한 것이다. 그들의 회전도중에 필터부 (8 및 20) 는 상호 교번적으로 접근 및 이격된다. 결과적으로, 두 반대로 회전하는 필터부들 (8 과 20) 사이에 존재하는 공극의 폭은 처음엔 감소하고 나중에는 확대된다. 필터부들 (8 과 20) 사이의 공간에서 여과될 액체에 맥동 (pulsating) 의 압력변동을 발생시켜서, 결과적으로 회전방향을 가로지르는 맥동 유동의 발생을 초래하며, 그리고 고체가 필터부 (8 및 20) 에 축적되는 것을 방지하는데 효과적이다. 이러한 횡방향 유동현상의 강도는 회전속도가 증가함에 따라 증가한다. 케이싱축선 (0) 을 중심으로 하는 필터부의 회전은 추가적으로, 원심효과로 인해 여과될 액체의 반경방향의 외향 유동성분 (D) 의 발생을 초래한다.
제 3 도에 또한 도시된 바와같이, 제 2 중공샤프트 (22) 는 이것에 연결되어 여과될 액체에 균등한 수직유동을 발생시키도록 작용하는 교반기 (27) 를 가지며, 이러한 추가적인 유동성분은 또한 필터표면을 고체 축적 없이 유지하는데 기여한다.
필터부 (8 및 20) 의 단부를 중공샤프트상에 보유하는 전술한 지지디스크의 장착은, 동하중 (dynamic loads) 하의 필터부의 가능한 외향의 굽힘에 반발함으로서, 큰 필터표면영역을 갖는 길고 가느다란 필터부의 채택을 허용한다.
제 5 도는 본 발명의 제 3 의 실시예로 이루어진 여과장치의 개략도이다. 중공샤프트 (7) 상에 장착되면서 또한 2 개의 상호 동심의 원형어레이에 두 그룹의 필터부 (8a 및 8c) 가 결속되어 있는 중공탑재부 (6) 를 포함하는 제 1 의 탑재기구가 케이싱 (1) 에 포함된다. 제 1 의 중공샤프트 (7) 는 제 1 구동기구 (19) 에 의해 회전되도록 구성되어 있다. 상기한 제 1 구동기구 (19) 위에 위치하는 제 2 구동기구 (23) 에 의해 회전하도록 구성된 제 2 중공샤프트 (22) 가 제 1 중공샤프트 (7) 를 통해 연장된다. 제 2 중공샤프트 (22) 는 케이싱 (1) 의 반대편 단부 직전의 위치까지 연장되며, 또한 또다른 2 개의 그룹의 필터부 (8a) 와 (8c) 사이에 위치하는 원형어레이와 동심이며 이들 사이에 위치한 원형어레이에 제 3 그룹의 필터부들 (8b) 이 결속되어 있는 탑재기구 (21) 를 장착한다. 2 개의 구동기구 (19 및 23) 는 각각 중공샤프트 (7 및 22) 를 상호 반대방향으로 회전시키도록 작동한다. 이는 서로 반대방향으로 회전하는 필터부들 사이에서 제 4a 도에 도시된 유동조건의 케이싱 (1) 에 포함된 여과될 액체의 생성을 초래한다. 제 2 중공샤프트 (22) 의 하단에는 제 3 도를 참조로 설명한 바와 유사한 방식으로 여과될 액체내에 축류성분을 생성하기 위해 작동하는 교반기 (27) 를 장착하고 있다.
제 3 도에 따른 실시예에서와 마찬가지로, 중공샤프트는 필터부 (8a 및 8c) 로부터 여과물을 배출하기 위한 출구수단에 연결되어 있다. 여과될 액체는 펌프 (17) 에 의해 케이싱 (1) 으로 압력-공급된다.
이 여과장치는 다음의 방법을 수행하는데 유용하다.
여과될 액체가 케이싱 (1) 에 공급된다. 여과물이 필터부 (8a 내지 8c) 에 의해 여과될 액체로부터 추출된다. 여과슬러지가 여과물 출구의 하류에 위치한 유량계 (28) 에 의해 여과물 출력 부피를 측정하여 유도할 수 있는 소정의 고체농도에 도달할 때, 케이싱 (1) 의 하단벽 (4) 에 제공된 미끄럼 밸브 (29) 가 작동하여 소정의 폭의 공극을 연다. 이는 소정량의 농축물이 하단벽 (4) 에 연결된 워엄 압출프레스 (30) 로 유입하는 것을 허용하고 또한 액체 내용물이 그로부터 취출되는 것을 허용한다. 이렇게 압출된 비교적 "불순한 (dirty)" 여과물은 복귀 파이프 (31) 를 따라 보존용기 (32) 로 복귀하고 여기서 여과될 액체는 여과장치로 공급된다. 워엄 압출프레스 (30) 로부터 압력 배출된 고체는 연속적으로 처리 리셉터클 (33) 내로 충진된다. 제 2 중공샤프트 (22) 의 하단에 제공된 교반기 (34) 는 여과장치의 작동으로 생성되는 농축물을 전술한 공극을 통해 워엄 압출프레스 (30) 내로 전달하는 것을 보조한다.
제 2 의 공정단계에 따르면, 구동기구 (19 및 23) 는 여과장치에서 소정의 슬러지 농도가 도달되는 것에 반응하여 정지한다. 이어서, 케이싱 (1) 내의 압력은 펌프 (17) 에 의해 연속적으로 증가한다. 이는 더이상의 횡방향 유동이 존재하지 않는다는 사실의 관점에서 보면 필터부 (8a 내지 8c) 에 고체의 신속한 축적을 초래한다. 고체의 축적이 여과물 유량계 (28) 가 더이상 소정의 여과물유동도 탐지할수 없을 정도로 필터부상의 필터매체의 침투성을 감소시킨 직후에는, 밸브 (35) 가 작동하여 공기압력원 (34) (예를들어 개스실린더) 을 개방한다. 밸브 (35) 는 압력도관 (36) 에 의해 케이싱 (1) 에 연결되어 있다. 동시에, 하단벽 (4) 에 제공된 잔류물 배출구 (37) 가 열리며, 또한 공기압력원 (34) 으로부터 유래한 개스유동은 유체잔류물을 불어내어 필터부상에 고체가 축적되는 것을 방지하도록 작동한다. 물-침투성 침전물 (sediment) 은 그 수분성분을 필터매체의 기공을 통해 배출하여 건조된다. 공기-침투성 침전물은 송풍 건조된다. 공기압력은 필터매체상의 침전물을 콤팩트한 필터 케이크의 형태로 응축하는데 효과적이다. 이러한 케이크들을 필터부로 부터 제거하기 위하여, 연속하여 공기압력원 (34) 을 중공샤프트 (7 및 22) 에 연결하는 압력도관 (39) 에 위치한 밸브 (38) 가 초의 분절단위로 열린다. 필터매체는 이렇게 하여 반전방향의 압력 펄스의 작용을 거치면서 팽창하고, 이에 따라 필터케이크가 깨지면서 하단벽 (4) 으로 낙하한다. 이러서, 교반기 (34) 가 작동하여 건조 침전물을 이미 전술한 워엄 압출프레스 (30) 를 향해 이송한다.
또한 필터매체를 백-플러시 (back-flush) 하는 것이 가능하다. 이를 위하여 여과물 수집용기 (40) 에서 중공샤프트 (7 및 22) 로 향하며 또한 펌프 (42) 및 밸브 (43) 가 장착되어 있는 도관 (41) 이 제공된다. 여과물 유량계 (28) 로 향하는 도관이 밸브 (44) 에 의해 닫힌후, 펌프 (42) 에 의해 수집용기 (40) 에서 취출된 여과물은 필터부 (8a 내지 8c) 상의 필터매체의 하류로 압력-공급된다.
제 6 도는 각 필터부 (8a, 8b 및 8c) 가 서로 반대방향으로 회전하는 제 5 도에 도시된 것과 유사한 여과장치를 도시한다. 이 실시예에서 중공샤프트 (7 및 22) 는 케이싱 (1) 의 상단 및 하단 단부벽 (3 및 4) 을 통해 각각 연장된다. 구동기구 (19 및 23) 는 이에 따라 케이싱 (1) 의 양단부에 인접하여 배치된다. 여과될 액체는 케이싱 측벽 (2) 의 하단부에 인접한 입구 (45) 를 통해 공급된다. 하단벽 (4) 은 잔류농축물용의 출구(46) 를 구비하고 있다. 유동-통과모드의 장치의 작동에 있어서, 상단벽 (3) 은 여과될 액체의 순환용의 출구 (47) 를 구비하고 있다. 도시된 실시예에서, 하단케이싱 단부벽 (4) 은, 제 2 의 중공샤프트 (22) 상에 장착된 교반기 (27) 와 상호작용하여 최적의 유동특성을 제공하도록 다소 볼록한 (cambered) 형상이다. 구동기구 (19 및 23) 는 각 필터부 (8a, 8b 및 8c) 를 서로 반대방향으로 회전시키도록 구성된다.
제 7 도에 따른 실시예는, 비록 여과될 액체가 이 경우에는 도시된 실시예에서 평판 형상인 하단케이싱 단부벽 (4) 을 통해 공급되기는 하지만, 실질적으로는 제 6 도에 따른 그것과 유사하다.
제 6 도 및 제 7 도에 따른 실시예에서 케이싱측벽 (2) 은 케이싱축선에 평행하게 연장되는 유동 스포일러 (18) 가 구비된 내측면을 갖는다.
제 8 도는 여과장치가 서로 반대방향으로 회전하는 필터부의 그룹들을 갖는 필터부의 제 1 의 실시예와 그 부속장착품의 상세도이다. 제 8 도에 도시된 바와같이, 제 1 의 중공샤프트 (7) 에는 제 1 탑재기구의 부분을 형성하는 관상의 반경방향 아암 (6) 이 장착되어 있고 그 내부 (9) 는 중공샤프트 (7) 의 내부와 소통한다. 서로 다른 직경의 원을 형성하며 또한 제 1 및 제 3 의 그룹의 필터부 (8a 및 8c) 가 각각 연결되어 있는 2 개의 환상파이프 (48 및 49) 는, 케이싱축선 (0) 과 일치하는 중공샤프트 (7) 의 회전축선과 동심관계에 있는 반경방향 아암 (6) 에 결속된다. 환상파이프 (48 및 49) 는 그 내부를 반경방향 아암 (6) 의 내부와 소통시키는 개구부 (50) 를 구비하고 있다. 필터부가 환상파이프에 연결된 모든 위치에서, 환상파이프에는 보어 (51) 가 형성되어 있고, 연결소켓 (52) 이 그 보어에 결속되며 슬리브너트 (53) 를 지지한다.
필터부는 외측면에 필터매체 (55) 를 장착한 천공된 파이프섹션 (54) 을 포함한다. 일단부가 파이프 (54) 로 부터 돌출하며 또한 나사체결될 슬리브너트 (53) 용의 나사산을 구비하고 있는 부싱 (56) 이 천공 파이프섹션 (54) 의 일단부내로 삽입된다. 돌출된 나사산형성 스터드 (threaded stud) (58) 를 갖는 덮개플러그 (57) 가 파이프섹션 (54) 의 타단에 결속된다. 나사산형성 스터드 (58) 는 모든 필터부 (8c) 에 공통인 탑재링 (59) 내에 형성된 나사산형성 보어내로 나사체결된다. 필터부 (8a) 의 구성 및 배열은 필터부 (8c) 를 참고로한 전술한 그것과 일치한다. 동일한 방식이 필터부 (8b) 에 채택되는바, 그들이 환상파이프 (48 및 49) 에 의해 형성된 원들 사이에 놓인 반경을 갖는 환상파이프 (60) 에 결속된다는 점은 제외한다. 환상파이프 (60) 는 제 2 의 중공샤프트 (22) 에 결속된 관상의 반경방향 아암 (61) 상에 장착된다. 환상파이프 (60) 의 내부는 중공샤프트 (22) 의 내부와 소통하는 반경방향 아암 (61) 의 내부로 개구부를 통해 연결된다. 필터부 (8b) 의 나사산형성 스터드 (58) 는 환상파이프 (48 및 49) 사이로 연장된 제 2 의 탑재링 (62) 내에 형성된 나사산형성 보어내로 나사체결된다.
단지 슬리브너트 (53) 를 풀고 필터부를 그들의 각각의 탑재링 (59 및 62) 으로부터 해제하여 필터부를 제거할 수 있다. 필터부 (8a) 의 경우에 탑재링 (59) 과는 상이한 또다른 탑재링 (63) 이 제공된다는 점이 주목된다.
여과될 액체내에서의 서로 반대방향으로의 필터부 (8a, 8b 및 8c) 의 각각의 회전으로 초래되는 유동조건이 제 9 도에 반경방향 단면도로 간략히 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와같이 내측그룹의 필터부 (8a) 는 반시계방향으로 회전하고, 중간그룹의 필터부 (8b) 는 시계방향으로 회전하며, 또한 필터부 (8c)의 외측그룹은 케이싱측벽 (2) 의 내면에 결속된 유동 스포일러 (18) 에 매우 근접하여 다시 반시계방향으로 회전한다. 각각의 필터부들은 그들의 회전변위로 인하여 둘러싼 액체에 필터부 (8a) 중 하나를 참고로하여 예로써 제 9 도에 도시된 바와같이 그의 직경으로 결정되는 유효 단면영역을 제공한다. 이 개략도는 회전방향을 향해 있는 필터부의 측면으로 직접 향하는 유동성분 a, 필터부의 회전방향의 반대방향으로 필터부의 옆을 지나는 유동성분 b, 그리고 필터부간의 공간을 통해 외향하는 대략 반경방향 유동성분 c 를 도시한다. 이러한 다양한 유동성분은 필터부의 모든 측면둘레로의 실질적인 균등한 유동을 발생시키며, 또한 필터부의 상호간의 반대방향 회전에 의하여 초래되는 전술한 주기적 압력 펄스와 조합하여 필터부에 침전물이 과도 축적되는 것을 미연에 방지하도록 작용한다. 유동스포일러 (18) 는 액체의 과도한 원주방향 유동이 주위지역에서 발생하는 것을 방지하는바, 그렇지 않다면, 여과될 액체와 최외측 그룹의 필터부 (8c) 간의 상대속도의 감소가 초래된다.
제 10 도는 서로 반대방향으로 회전하는 필터부들을 각각의 중공샤프트에 연결하는 제 2 의 실시예를 도시한다. 이 도면에서 도시된 바와 같이, 서로 다른 곡률반경을 갖는 2 개의 환상파이프 (48 및 49) 는 제 1 의 관상 반경방향 아암 (6) 에 결속되며, 이 아암은 환상파이프 (48) 를 통과하며 또한 환상파이프 (49) 내로 연장된다. 환상파이프 (48) 내에서, 반경방향 아암 (6) 은 이 반경방향 아암 (6) 의 내부와 환상파이프 (48 및 49) 사이의 소통을 확보하기 위한 횡방향 보어 (도시안됨) 를 구비하고 있으며, 이 환상 파이프는 각각의 필터부용의 나사산형성 보어(64)를 구비하고 있다.
각각의 필터부는 천공된 파이프섹션 (54) 및 그 위에 장착된 필터 매체 (55) 를 포함한다. 칼러 (collar) (65) 를 구비하고 있는 플러그 (66) 가 천공 파이프섹션 (54) 의 일단부내에 삽입되어 이에 견고히 결속된다. 칼러 (65) 로 부터 연장된 나사산형성 스터드 (67) 는 각각의 환상파이프의 나사산형성 보어 (64) 내로 나사체결되며, 밀봉와셔 (68) 가 이들사이에 개재된다. 대응하는 보어를 구비하고 있는 탑재링 (59) 에 필터부를 결속하기 위하여, 한쌍의 너트 (70) 에 의해 결합되는 스크류 나사가 형성되어 있는 파이프섹션 (54) 에서 돌출한 단부를 갖는 덮개 플러그 (69) 가 천공 파이프섹션 (54) 의 타단부에 삽입되어 이에 견고히 결속된다. 환상파이프 (48) 에 결속되는 필터부 (8a) 에 대해 동일한 장착방식이 이용된다.
제 2 그룹의 필터부 (8b) 이외에도, 제 10 도의 실시예는 제 4 그룹의 필터부 (8d) 를 포함한다. 이러한 2 개의 그룹의 필터부들은 제 2 중공샤프트 (22) 로부터 연장된 관상의 반경방향 아암 (21) 에 결속된다. 필터부 (8b 및 8d) 의 타단부들은 탑재링 (59 및 63) 에 대응하는 탑재링 (62 및 71) 에 각각 나사연결된다. 작동시에, 반경방향 아암 (6) 에 결속된 필터부 (8a 및 8c) 는 반경방향 아암 (21) 에 결속된 필터부 (8b 및 8d) 의 회전방향과 반대방향으로 회전한다.
필터부 (8b) 에 의해 도시된 바와같이 필터부의 변형예가 또한 제 10 도에 도시되어 있다. 이 변형예는 필터부 (8c) 의 것과 유사한 나사산형성 연결부를 구비하는 필터 엘리먼트 (89) 를 포함하며, 이 필터 엘리먼트는 여과될 액체가 실질적으로 필터엘리먼트 (89) 에 비제한적으로 접근할수 있도록 허용하는 비교적 넓은 관통구 (91) 가 형성되어 있는 강성의 지지슬리브 (90) 안에 수용되어 있다. 이러한 구성은 여과장치의 작동중에 발생하는 원심력과 같은 측방향으로 작용하는 하중에 견디지 못하는 세라믹 또는 이와 유사한 깨지기 쉬운 필터엘리먼트에 사용되도록 만들어져 있다. 강성의 지지슬리브 (90) 는 이러한 하중을 흡수하여 필터엘리먼트 (89) 를 보호한다.
제 10 도 및 제 11 도에 도시된 그의 반경방향 단면도는 추가적으로 각각의 그룹의 필터부의 상호 브레이싱 (mutual bracing) 을 예시하는바, 이들은 각각의 그룹의 필터부들의 원형어레이내에 배치됨으로써 필터부의 내향측면부와 결합하는 후프 (hoop) (72) 를 포함하고, 선택적으로 필터매체 (55) 가 상기 후프 (72) 에 의해 손상을 입지않도록 그들사이에 완충 스트립 (73)을 개재시킨다. 필터부들의 외향측면부들은 너트 (76) 를 구비하고 있는 장력나사 (75) 에 의해 후프 (72) 에 연결된 클램프링 (74) 에 의해 결합된다. 이 구조는 필터부가 그 회전에 의해 발생한 원심력의 영향하에서 외향하여 굽혀지지 않도록 고정하며, 이에 따라 비교적 길고 가느다란 필터부를 채택하는 것이 가능해진다. 필요시에 그러한 다수의 후프 및 클램프링 구조가 필터부의 그 전장을 따라 간격을 두고 이격되어 필터부의 그룹에 제공될 수도 있다.
제 12 도에 예시된 본 발명의 실시예는 각각 필터부 (8c 및 8a) 의 외측 및 내측 원형어레이 사이에 위치한 원형어레이의 필터부 (8b) 가 여과물을 필터부 (8b) 로 부터 배출하기 위한 출구 (78) 와 소통하는 정지된 관상의 탑재부 (77)에 결속되어 있다는 점에서 근본적으로 제 7 도에 예시된 실시예와 상이하다. 이 여과장치는 또한 감소된 구조적 비용에도 만족할만한 여과출력을 수행한다.

Claims (22)

  1. 원통형 케이싱 (1), 여과될 액체를 상기 케이싱 (1) 에 압력-공급하기 위한 수단 (17, 14), 상기 케이싱 (1) 에 그 동심축선 상에 장착되고 또한 회전 구동수단 (19) 에 연결되어 이에 의해 상기 케이싱의 축선 (0) 을 중심으로 회전하는 하나 이상의 로우터 (5) 로서, 반경방향으로 연장된 탑재기구 (6) 가 결속되며 상기 케이싱 (1) 의 단부벽 (3) 에 회전가능하게 장착되는 중공샤프트 (7) 로 구성되는 로우터 (5), 및 상기 케이싱축선 (0) 과 동심축상에 있는 하나이상의 폐쇄된 원형어레이에 위치하면서 그에 평행하게 연장되는 복수의 가느다란 관상의 필터부 (8) 를 포함하고, 상기 필터부들의 단부중 하나는 상기 탑재기구 (6) 에 결속되고 또한 그 내부는 상기 탑재기구 (6) 내에 형성된 통로를 통해 상기 중공샤프트 (7) 의 내부와 소통하고, 일부분상의 상기 중공샤프트 (7) 의 내부는 상기 필터부 (8) 로 부터의 여과물을 배출시키기 위한 출구 (11) 와 연결되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탑재기구 (6) 로부터 떨어져 있는 상기 필터부 (8) 의 단부들은, 그들에 모두 공통인 링 (59; 62; 63) 에 결속되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터부 (8) 는 원통형이며, 동등한 갯수의 필터부들이 다수의 동심의 원형어레이의 각각에 위치하고, 상기 필터부 (8a, 8b, 8c) 의 직경은 그들을 포함하는 원형어레이의 반경이 증가함에 따라 증가하여, 인접한 필터부들 사이에 실질적으로 동등한 공간이 확보되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탑재기구 (6) 로부터 떨어져 있는 상기 필터부 (8a, 8b, 8c) 의 단부들은, 상기 필터부들 사이에서 천공을 구비하며 또한 자체의 중심부에서 케이싱 단부벽 (4) 내에 결속된 소켓 (14) 상에 회전가능하게 장착되어 있는 허브 (13) 를 갖는, 공통의 탑재디스크 (12) 에 의해 보유되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  5. 제1항에 있어서, 제 2 그룹의 필터부 (20) 는 제 1 그룹의 필터부 (8) 로 형성된 원형어레이와 동심인 원형어레이내에 위치하고, 상기 제 2 그룹의 상기 필터부 (20) 는, 상기 케이싱 단부벽들 (4) 중 하나에 회전가능하게 장착되며 또한 회전 구동수단 (23) 에 의해 상기 제 1 중공샤프트 (7) 의 회전방향과 반대방향으로 회전하는, 제 2 중공샤프트 (22) 로 부터 반경방향으로 연장되고 또한 그에 의해 지지되는 제 2 탑재기구 (21) 에 의해 보유되며, 제 2 그룹의 상기 필터부 (20) 의 내부는 상기 제 2 탑재기구 (21) 내의 통로를 통해 상기 제 2 중공샤프트 (22) 의 내부와 연결되며, 또한 여과물을 상기 제 2 그룹의 필터부 (20) 로부터 배출하기 위한 출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  6. 제5항에 있어서, 제 3 그룹의 필터부 (8c) 는 상기 제 2 그룹의 필터부 (8b) 의 원형어레이와 동심인 원형어레이내에 위치하고, 또한 상기 제 1 그룹의 필터부 (8a) 의 상기 탑재기구 (6) 에 결속되고, 상기 제 2 그룹의 필터부 (8b) 는 상기 제 1 및 제 3 그룹의 필터부들 (8a, 8c) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 (1) 의 원주방향측벽 (2) 의 내면에는, 여과될 액체가 최외측 그룹의 회전하는 필터부 (8) 에 의해 원주방향으로 혼입되는 것을 방지하도록 실질적으로 축선방향으로 연장된 다수의 유동스포일러 (18) 가 결속되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  8. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 탑재기구 (6, 21) 는, 각각의 중공샤프트 (7; 22) 로부터 반경방향으로 멀리 연장되며 또한 각 그룹의 필터부 (8a, 8b, 8c) 에 대한 환상파이프 (48, 49, 60) 가 결속된 복수개의 관상아암 (6, 61) 으로 구성되며, 상기 반경방향 탑재기구 (6; 61) 의 내부는 이들을 탑재한 중공샤프트 (7, 22) 의 내부와 또한 상기 환상파이프 (48, 49, 60) 의 내부와 소통하며, 상기 필터부 (8a, 8b, 8c) 는 상기 환상파이프 (48, 49, 60) 에 결속되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  9. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 여과될 액체내에 축방향 유동성분을 발생시키도록 작용하는 교반기 (27) 가, 상기 케이싱 (1) 내에서 그 단부벽 (4) 중 하나에 인접하여 제공되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  10. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 공통의 원형어레이에 위치한 그룹을 이루는 필터부 (8) 는, 케이싱축선 (0) 과 대면하는 자체의 측면이 하나이상의 후프 (72) 상에 지지되고, 이 후프상에서 필터부들은 각각의 그룹을 둘러싸는 클램프링 (74) 및 이 클램프링 (74) 을 상기 후프 (72) 에 연결하는 복수개의 장력스크류 (75) 에 의해 보유되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 두 중공샤프트 (7, 22) 는 상호 동심으로 장착되고, 또한 하나의 동일한 케이싱 단부벽을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 두 중공샤프트 (7, 22) 는 상호 대면하도록 위치하며 또한 상기 케이싱 단부벽들중 하나의 단부벽 (3) 을 통해 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중공샤프트들중 하나는, 케이싱 단부벽 (4) 에 인접하여 그 중공 샤프트에 결속되고 또한 여과될 액체내에 축방향 유동성분을 발생시키도록 작용하는 교반기 (27) 를 탑재하고 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  14. 제1항에 있어서, 제 2 그룹의 필터부 (8b) 는 제 1 그룹을 형성하는 필터부 (8a) 의 원형어레이와 동심인 제 2 원형어레이에 위치하며, 상기 제 2 그룹은 상기 케이싱 (1) 내에 고정 보유되며 또한 상기 제 2 그룹의 필터부 (8b) 로 부터 여과물을 배출하기 위한 배출수단 (77) 에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  15. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터부 (8) 는, 이 필터부 (8) 에 형성된 나사부에 체결되는 슬리브너트 (53) 에 의해 상기 탑재기구 (6, 61) 에 결속되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  16. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 필터부 (8) 는 단부와 상기 케이싱 (1) 의 내부 사이에서 덮개수단을 구비하고 있는 천공된 파이프섹션 (54), 그리고 상기 파이프섹션 (54) 의 외면상에 위치한 호스형 필터매체 (55) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 필터매체 (55) 는 그 각각의 단부가, 상기 필터부 (8) 의 천공된 파이프섹션 (54) 에 또는 상기 파이프섹션을 탑재한 리테이너 수단 (56, 57) 에 결속되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  18. 제16항에 있어서, 각각의 필터부 (8) 의 천공된 파이프섹션 (54) 은 그 단부들중 하나에, 돌출된 칼러 (65) 를 구비하고 있는 플러그 (66) 가 삽입되고, 상기 플러그 (66) 는 상기 파이프섹션 (54) 에 견고히 결속되며, 또한 상기 칼러 (65) 로 부터 돌출되면서 상기 탑재기구 (6, 48, 49) 의 나사산형성 보어내에 결합되는 수나사부가 형성되어 있는 자유단부 (67) 를 갖는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  19. 제16항에 있어서, 각각의 필터부 (8) 의 천공된 파이프섹션 (54) 은, 상기 탑재기구 (6) 로부터 떨어져 있는 그의 단부내로, 상기 파이프섹션 (54) 에 견고히 연결되며 또한 상기 파이프섹션 (54) 에서 돌출한 자유단부를 갖는 플러그 (69) 가 삽입되며, 또한 상기 자유단부에는 스크류 나사부가 형성되어 이를 너트 (70) 에 의해 각각의 공통인 링 (59) 또는 상기 탑재디스크 (12) 에 결속하는 스크류 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  20. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 필터부 (8) 는, 비교적 넓은 개구 (91) 를 구비하고 있는 강성의 지지슬리브 (90) 내에 수용되어 있는 필터엘리먼트 (89) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 필터엘리먼트 (89) 는 세라믹 파이프섹션인 것을 특징으로 하는 여과장치.
  22. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터부는 원형, 다각형, 렌즈형에서 선택되는 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 여과장치.
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