KR100880947B1 - 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치 - Google Patents

필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 필터의 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치는, 원추형의 원통 형상을 가지며, 양 단부들 중 작은 직경의 단부에는 고형물과 액체의 혼합물(8)이 투입되는 입구(40a)가 형성되고, 큰 직경의 단부에는 상기 혼합물(8)에서 액체가 탈수된 후의 고형물(8a)이 배출되는 출구(40b)가 형성된 회전 드럼(4); 회전 드럼(4)을 회전시키는 회전구동수단; 회전 드럼(4)의 입구(40a) 안으로 고형물과 액체의 혼합물(8)을 투입하는 혼합물 공급부; 및 회전 드럼의 출구(40b)측 원주를 따라 설치되고 상기 회전 드럼(4)의 회전시 발생하는 원심력에 의해 상기 혼합물 중의 액체를 분리하여 회전 드럼의 외부로 배출하는 복수 개의 필터 엘리먼트들(9);을 포함하며, 상기 각 필터 엘리먼트(9)는 회전 드럼(4)의 출구(40b) 쪽을 향하여 무한궤도 방식으로 회전가능하게 배치된 벨트형 필터(95)를 가지고, 상기 벨트형 필터(95)는 회전 드럼의 회전으로 인한 원심력에 의해 혼합물(8)이 벨트형 필터(95)의 표면에 접촉된 상태에서 출구(40b) 쪽으로 진행함에 따라 회전하게 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 원심식 탈수기에 진공벨트형 탈수기의 원리를 거꾸로 적용함으로써 동력 소요가 작고 탈수율이 높으며 연속 작업이 가능하고 부피가 작아 설비비와 운영비가 작게 소요되는 장점이 있다.
Figure R1020080001853
탈수장치, 고형물, 혼합물, 슬러리, 탈황설비, 회전 드럼, 드럼, 필터, 엘리먼트, 진공벨트, 원심분리기, 자동세정, 평활판, 스크레이퍼

Description

필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치{Centrifugal de-watering apparatus for separating solid matter from a liquid, capable of continuous automatic cleaning of its filters}
본 발명은 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치에 관한 것으로서, 특히 원심식 탈수기에 진공벨트의 원리를 적용하여 회전 드럼의 둘레에 벨트형 필터들을 설치함으로써 드럼의 회전시 원심력을 받는 고형물과 액체의 혼합물이 벨트형 필터에 의해 자동적으로 걸러지면서 탈수되도록 함과 동시에 그 탈수된 액체에 의해 벨트형 필터가 저절로 세척되도록 하여 저비용 고효율의 연속 탈수작업을 가능하게 한 원심식 고형물 탈수장치에 관한 것이다.
일반적으로 고체와 액체가 혼합된 슬러리(slurry) 상태의 원수(原水)로부터 고체와 액체를 분리하는 고액 분리기 혹은 고형물 탈수장치는 축산 폐수나 오폐수 처리용도로 널리 사용되어 왔으며, 그밖에 보다 전문적으로는 석탄화력 발전소 및 각종 용해로의 탈황설비 후단에서 아황산가스와 석회석 분말 및 물이 반응하여 생성된 석고 슬러리를 탈수하는 장치로서도 널리 사용되고 있다.
이와 같은 고형물 탈수장치라 함은 고형물과 액체가 혼합된 것이면 그 성분 이 무엇이든 상관없이 그 혼합물 안의 고형물과 액체를 분리하기 위한 용도로 사용되는 다양한 종류의 장치들을 모두 통틀어 말한다. 고형물 탈수장치는 탈수작업의 연속성 여부에 따라 연속식(連續式)과 단속식(斷續式)으로 나눌 수 있는데, 이 중 단속식은 가정용 세탁기나 압착 탈수장치와 같이 작업물을 장입하고 탈수한 후 작업물을 빼내고 다시 작업물을 장입하는 등 전반적인 작업공정이 단속적으로 행해지는 방식을 말하고, 이에 반해 연속식은 원심분리기나 진공벨트 필터를 이용한 장치들 혹은 가열건조나 통풍건조 방식을 적용한 장치들과 같이 탈수장치의 한 쪽에서 작업물을 장입해 넣으면 그 작업물의 이동중 탈수가 이루어지고 다른 쪽에서 그 탈수된 작업물이 연속적으로 배출되는 방식을 말한다.
종래의 원심식 탈수장치 및 진공벨트식 탈수장치를 도1 및 도2를 참고하여 각각 설명한다.
우선, 도1은 종래의 원심식 탈수장치(600)의 개략도이다. 도1에 도시된 원심식 탈수장치(600)는 케이싱(605)안에 회전 드럼(606)이 회전가능하게 설치되고, 상기 회전 드럼(606)의 내부에는 스크류(607b)가 형성된 스크류 콘베이어(607)가 설치된다.
상기 회전 드럼(606)은 베어링 블록(604)에 의해 프레임(601)상에 지지된 상태에서 드럼구동수단(602)에 의해서 회전되며, 회전 드럼(606)안의 스크류 콘베이어(607)는 콘베이어 구동수단(611)에 의해서 발생한 회전력을 기어박스(611a)를 통해 전달받아 회전한다. 이때, 상기 회전 드럼(606)과 스크류 콘베이어(607)는 따로 회전함으로써 회전 드럼(606)안에 존재하는 고형물과 액체의 혼합물(608) 중의 고 형물(608a)이 스크류(607b)에 의해서 긁혀져서 도1에서 우측방향으로 이동된다. 고형물과 액체의 혼합물(608)은 스크류 콘베이어(607)의 투입구(603)를 통해 스크류 콘베이어(607)의 관 내부로 투입되며, 이어서 혼합물 배출구(607a)를 통해 회전 드럼(606)의 내벽면 및 스크류 콘베이어(607)의 외부 표면 사이의 공간으로 빠져나온다.
혼합물(608)은 회전드럼(606)의 회전으로 인해 회전드럼(606)의 내주면에 밀착하게 되는데, 혼합물 중 비중이 작은 액체 성분은 회전드럼(606)의 회전력에 의해 그대로 진행하여 분리액(608b)으로서 분리액 배출구(610)를 통해 케이싱(605)의 외부로 배출되고, 고형물(608a)은 분리액 배출구(610)의 반대쪽에서 배출되어 고형물 저장소(609)에 임시로 저장된다. 도1에서 미설명부호 612는 상기 프레임(601)의 진동을 흡수하는 방진장치를 가리킨다.
도1에서 설명된 바와 같이 원심식 탈수장치는 고형물과 액체의 혼합물을 회전시킨 상태에서 원심력을 작용받는 고형물과 액체가 비중의 차이에 의해 서로 분리되도록 함으로써 고형물을 탈수시킨다. 그러나, 원심분리기에 의한 탈수작업은, 고형물의 내부에 존재하는 공간들 혹은 고형물과 고형물의 입자 사이에 존재하는 공간들 안에 채워진 액체를 빼내기가 어려워서, 배출되는 고형물의 함수율을 일정 한도 이하로 낮출 수 없는 문제가 있었다.
종래의 원심분리기 중에는 원심 분리기의 외부(즉, 도1에서 회전드럼(606))가 철망이나 섬유질로 되어 있어서 액체는 그대로 통과하고 고형물은 철망 등에 걸러지도록 하여 고형물의 함수율을 더 낮출 수 있는 설비도 있었으나, 이러한 종류 의 원심분리기는 고형물의 입자가 비교적 큰 경우에만 사용이 가능한 단점이 있었다. 그리고 고형물의 입자가 큰 경우라 하더라도 고형물 입자가 부스러져 철망이나 섬유질의 틈새를 막게 되면 액체가 제대로 빠져나가지 못하므로 탈수기 출구에서 배출되는 고형물의 함수율이 나빠지는 문제가 있었고, 또 자주 청소를 위해 정지시켜야만 했으므로 연속적인 탈수작업을 수행하기에 부적합하였다.
다음으로, 도2는 종래의 진공벨트식 탈수장치(500)의 단면도이다. 도2를 참고하면, 진공벨트식 탈수장치(500)는 무한궤도 방식으로 계속적으로 이동하는 섬유필터(509)위에 고형물과 액체의 혼합물(507)을 적재하고 상기 섬유필터(509)의 아래에 밀착된 씰벨트(seal belt, 510)에 부압(負壓)을 걸어줌으로써, 섬유필터(509) 위의 혼합물(507) 중에 포함되어 있는 액체들이 섬유필터(509)의 밑으로 빠져나오도록 한다.
상기 씰벨트(510)는 표면에 철부(凸部, 510a) 및 요부(凹部, 510b)가 교대로 형성되어 있어서 요부(510b)가 형성된 홈 부분에 부압을 걸어주면 섬유필터(509)의 위로 부압이 전달되어 액체가 빨려나오게 된다.
섬유필터(509)와 씰벨트(510)는 서로 밀착된 상태에서 벨트 콘베이어 방식으로 이동되며, 그 측면에 설치된 진공탈수부(505)에 의해 씰벨트(510)의 요부들(510b)의 사이로 부압을 적용받는다. 진공발생기(506)에서 발생된 부압은 진공 및 드레인 매니폴드(505a)를 거쳐 진공탈수부(505)로 가해지며, 고형물 슬러리(507)로부터 분리된 액체는 진공 및 드레인 매니폴드(505a)를 거쳐 드레인 파이프(505c)로 배출되고, 탈수된 후의 고형물(507a)은 벨트 콘베이어의 끝에서 낙하되 어 고형물 저장소(514)로 들어간다.
도2의 진공벨트식 탈수장치(500)는 위쪽 벨트 콘베이어의 끝, 즉 종동롤러(503)의 부근에서 고형물(507a)을 하역한 후에는 섬유필터(509)와 씰벨트(510)가 서로 분리되어, 섬유필터(509)는 섬유세정노즐(511)에 의해 깨끗이 세척된 후 안내롤러들(512)을 거쳐 구동롤러(502)로 전달되고, 씰벨트(510)는 구동롤러(502)에서 다시 섬유필터(509)와 합쳐진다. 이와 같이 진공벨트식 탈수장치(500)는 섬유필터(509)가 탈수된 고형물(507a)을 하역하고 되돌아가는 도중에 세척되어 탈수 능률을 회복하도록 되어 있다. 도2에서 미설명부호 505b는 진공탈수부(505)와 진공 및 드레인 매니폴드(505a)간의 연결파이프이며, 501은 전체 설비를 지지하는 프레임이고, 504는 혼합물 투입구를 가리킨다.
도2에서 설명한 바와 같이, 진공벨트 필터를 이용한 탈수장치는, 회전하는 천(cloth)(즉, 섬유필터(509))의 수평 부위에 고형물과 액체의 혼합물을 고르게 편 다음 섬유필터의 아래에 진공을 걸어 줌으로써 고형물은 섬유필터에 걸려 통과하지 못하고 액체만이 섬유필터를 통과하도록 하여 탈수하는 원리로 되어 있다.
또한, 도2에는 도시되지 않았지만, 진공벨트 필터를 이용한 탈수장치는 부압에 의해서 초기에 어느 정도 액체가 제거된 후에도 고형물이 하역될 때까지 계속적으로 이송되는 동안에 섬유필터 아래에 걸리는 진공에 의해 고형물의 사이로 공기가 통과하면서 고형물 입자 사이에 남아있는 액체를 추가로 제거해 준다. 그리고, 탈수된 고형물 중에 포함된 염분과 같은 불필요한 성분의 농도가 높을 때에는 섬유필터 위의 1차 탈수된 고형물 위에 다시 물을 공급하여 불필요한 성분을 녹여 내도 록 되어 있다.
이러한 진공벨트 필터를 이용한 탈수장치는 탈수기 출구에서의 고형물의 함수율을 비교적 낮게 유지할 수 있다는 점은 장점이라고 할 수 있었지만, 장치가 복잡하고 체적이 크며 동력을 많이 소모하고 장비의 가격이 비싸다는 등의 설비 및 유지관리상의 불리한 단점들도 많았다.
상술한 바와 같이 종래의 대표적인 고형물 탈수장치들인 원심분리기(도1 참조)와 진공벨트 필터 장치(도2 참조)는 각각의 장점에도 불구하고 함수율을 일정한도 이하로 내릴 수 없다는 문제점 혹은 장치가 복잡하고 비싸며 운전비용이 많이 든다는 등의 문제점으로 인해 완전히 만족스러운 탈수효과를 내기가 어려웠다.
이에 따라 종래의 원심분리기와 진공벨트 필터장치의 장점만을 결합하여 설비구조가 간단하고 탈수 능력이 좋으면서도 동력소요가 작고 제품 가격이 저렴하여 산업계에서 널리 사용될 수 있는 새로운 타입의 고형물 탈수장치를 개발할 필요가 있었다.
본 발명은 원심식 탈수기에 진공벨트의 원리를 적용하여 회전 드럼의 둘레에 무한궤도 방식으로 회전가능한 벨트형 필터들을 설치함으로써 드럼의 회전시 원심력을 받는 고형물과 액체의 혼합물이 벨트형 필터에 의해 자동적으로 걸러져 탈수가 이루어지고 그 탈수된 액체에 의해 벨트형 필터가 저절로 세척되도록 한 고효율 저비용의 원심식 고형물 탈수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치는, 원추형의 원통 형상을 가지며, 양 단부들 중 작은 직경의 단부에는 고형물과 액체의 혼합물(8)이 투입되는 입구(40a)가 형성되고, 큰 직경의 단부에는 상기 혼합물(8)에서 액체가 탈수된 후의 고형물(8a)이 배출되는 출구(40b)가 형성된 회전 드럼(4); 상기 회전 드럼(4)을 회전시키는 회전구동수단; 상기 회전 드럼(4)의 입구(40a) 안으로 고형물과 액체의 혼합물(8)을 투입하는 혼합물 공급부; 및 상기 회전 드럼의 출구(40b)측 원주(圓周)를 따라 설치되고, 상기 회전 드럼(4)의 회전시 발생하는 원심력에 의해 상기 혼합물 중의 액체를 분리하여 회전 드럼의 외부로 배출하는 복수 개의 필터 엘리먼트들(filter elements, 9);을 포함하며, 상기 각 필터 엘리먼트(9)는 상기 회전 드럼(4)의 출구(40b) 쪽을 향하여 무한궤도 방식으로 회전가능하게 배치된 벨트형 필터(95)를 가지고, 상기 벨트형 필터(95)는 상기 회전 드럼의 회전으로 인한 원심력에 의해 상기 혼합물(8)이 상기 벨트형 필터(95)의 표면에 접촉된 상태에서 상기 출구(40b) 쪽으로 진행함에 따라 회전하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 필터의 연속 자동세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치는 기존의 원심분리기의 원리에 진공벨트형 탈수기의 원리를 거꾸로 적용하여 개량한 것으로서, 기존의 탈수장치들이 갖고 있던 문제점들을 해결하여 동력 소요가 작으며 탈수율이 높고 연속 작업이 가능하며 부피가 작아져서 설비비와 운영비가 작게 소요되는 장점이 있다.
즉, 본 발명에서 액체는 배출되고 고형물은 통과하지 못하는 섬유질 필터를 사용함으로써 고형물의 함수율을 낮출 수 있으며, 또한 연속 회전하는 벨트형 필터에 의해 분리된 액체를 이용하여 벨트형 필터를 자동 연속으로 세정함으로써 벨트형 필터의 청결 상태를 유지할 수 있다. 그리고 본 발명은 고형물과 액체의 혼합물이 원심력에 의해 벨트형 필터를 자연적으로 통과하도록 하는 방식을 채택함으로써 전체적인 장치의 구조를 간단하게 하고 동력소모를 줄이는 장점이 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치의 구성 및 작용효과에 대하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치(1)의 개략도이다. 도3을 참고하면, 본 발명의 원심식 고형물 탈수장치(1)는 크게 보아서 구동모터(5)에 의해 회전되는 회전 드럼(4)과 상기 회전 드럼의 출구(40b)측 원주를 따라 배치된 복수 개의 필터 엘리먼트들(9)로 구성되어 있다.
상기 회전 드럼(4)은 원추형의 원통 형상을 가지며, 그 원통 형상의 양단은 각각 입구(40a)와 출구(40b)로서 개방되어 있다. 입구(40a)를 통해서는 고형물과 액체가 혼합된 고형물 슬러리 혹은 혼합물(8)이 회전 드럼(4)안으로 투입되고, 회전 드럼(4) 내에서 탈수가 완료된 고형물(8a)은 출구(40b)를 통해 회전 드럼(4)의 외부로 빠져나온다. 회전 드럼(4)은 입구(40a)로부터 출구(40b)쪽으로 갈수록 큰 직경을 가진 원추형의 원통이므로, 회전 드럼(4)이 회전하는 동안 회전 드럼(4)의 내부에 존재하는 혼합물(8)은 원심력의 작용에 의해 보다 직경이 큰 쪽(즉, 출구(40b)쪽)으로 점차적으로 이동하게 된다.
한편, 회전 드럼(4)의 내벽면에는 복수 개의 안내날개들(4a)이 회전 드럼(4)의 중심축(5a)과 같은 방향으로 돌출되어 형성되어 있다. 상기 안내날개들(4a)은 혼합물(8)이 회전 드럼의 내벽면에서 원주를 따라 고르게 펴질 수 있도록 함과 동시에 혼합물이 회전 드럼(4)내에서 불필요한 회전 운동을 하지 않도록 방지하는 역할을 담당한다. 또한, 바람직하게는 상기 안내날개들(4a)은 회전 드럼(4)의 회전에 의한 원심력이 고형물과 액체의 혼합물(8)에 보다 잘 전달될 수 있도록, 마치 일반적인 펌프의 임펠러 형상처럼, 회전 드럼(4)의 내벽면상에 나선형으로 설치할 수 있다.
상기 회전 드럼(4)의 입구(40a)에는 공급관(7)을 통하여 고형물과 액체의 혼합물(8)이 투입되며, 회전 드럼(4)안으로 들어온 혼합물(8)은 회전 드럼(4)의 회전으로 인해 회전 드럼(4)의 내벽면 상에 펴져서 위치한다. 원심력의 작용에 의해 혼합물(8)은 회전 드럼(4) 내에서 보다 직경이 큰 부분으로 이동하여, 결국 회전 드럼(4)의 출구(40b)측 원주에 배치된 복수 개의 필터 엘리먼트들(filter element, 9) 위로 이동한다.
필터 엘리먼트(9)는 상기 회전 드럼(4)의 회전시 발생하는 원심력에 의해 혼합물(8) 중의 액체(8b)만을 분리하여 회전 드럼(4)의 외부로 배출하고, 고형물(8a)은 그대로 회전 드럼(4)의 출구(40b)쪽으로 이동시켜 배출하는 역할을 담당한다.
각각의 필터 엘리먼트(9)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 무한궤도 방식으 로 회전가능하게 배치된 벨트형 필터(95)를 가지고 있다. 도3 내지 도5를 참고하면, 상기 벨트형 필터(95)는 상기 회전 드럼(4)의 출구(40b)쪽을 향하여 무한궤도 방식으로 회전운동을 할 수 있도록 배치된다. 회전 드럼(4) 내의 혼합물(8)이 원심력에 의해 벨트형 필터(95)의 표면에 접촉한 상태에서 출구(40b)쪽으로 이동하면, 그때의 혼합물(8)이 벨트형 필터(95)의 표면을 미는 힘에 의해서 벨트형 필터(95)가 회전하게 된다.
상기 필터 엘리먼트(9)의 벨트형 필터(95)는 섬유, 금속 기타 합성수지 계열의 적절한 재료로 제작되고, 표면에 고형물(8a)의 입자보다 크기가 작은 구멍들이 형성되어 있어서, 혼합물(8) 중의 고형물(8a)은 벨트형 필터(95)에 걸리고 액체(8b)만이 벨트형 필터(95)를 통과하여 빠져나간다. 따라서 회전 드럼(4)에서 필터 엘리먼트(9)가 배치된 부분들에서는 혼합물(8)의 탈수가 진행되어 액체(8b)가 필터 엘리먼트(9)를 통과해 회전 드럼(4)의 외부로 배출되는 한편 고형물(8a)이 벨트형 필터(95)를 밀고 가서 출구(40b)에서 낙하하여 배출된다.
한편, 회전 드럼(4)의 필터 엘리먼트들(9)을 부착한 외부는 탈수 과정에서 액체(8b)가 비산되므로 이를 방지하기 위해 밀폐할 필요가 있다. 이를 위하여, 상기 필터 엘리먼트들(9)이 설치된 위치들을 포함하여 회전 드럼(4)의 외부는 후드(hood, 10)로 둘러싸여 있으며, 후드(10)내에 비산된 액체(8b)는 아래로 모여서 분리액 배출구(10b)를 통해 외부로 배출된다.
그리고 회전 드럼(4)의 출구(40b)를 포함하여 회전 드럼의 바깥쪽으로는 외부 케이싱(11)이 설치되어, 탈수된 고형물(8a)을 모아 고형물 저장소(80)로 안내한 다.
한편, 상기 회전 드럼(4)과 필터 엘리먼트들(9)의 바깥쪽은 필터 엘리먼트들(9)이 부착됨으로 인하여 원심 송풍기와 같이 공기를 바깥쪽으로 밀어내는 특성을 갖는다. 따라서, 회전 드럼(4)이 회전하면 후드(10) 내부의 공기가 회전하여 통풍력이 발생하는데, 이러한 통풍력을 가진 공기를 외부로 배출해주기 위하여 후드(10)에 가스배출수단(10a)을 설치한다. 상기 가스배출수단(10a)은 밸브(valve)나 댐퍼(damper)와 같은 적당한 장치를 이용하여 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 후드(10) 안에서 회전 드럼(4)과 필터 엘리먼트(9)의 움직임에 의해 발생하는 공기를 외부로 빼주면, 회전 드럼의 입구(40a) 혹은 기타 회전 드럼의 다른 부분들을 통해 새로운 공기가 회전 드럼(4)의 내부로 유입되게 되고, 이렇게 새로 유입된 공기는 필터 엘리먼트(9)에서 어느 정도 탈수된 고형물의 틈새를 통과한 다음 다시 가스배출수단(10a)을 통해 배출된다. 이러한 과정을 통해 고형물 입자 사이에 계속적으로 바람이 통하게 되면 고형물 입자 사이에 남아 있던 액체가 공기의 흐름과 함께 동반하여 배출되므로 기존의 원심식 탈수장치(도1 참조)에 비해 탈수효과를 더욱 높일 수 있다.
상기 가스배출수단(10a)과 같은 공기량 조절 장치의 도움으로 회전 드럼(4)의 통풍량이 많으면 고형물의 함수율을 내릴 수 있게 되지만, 반면 동력 증가의 요인도 되므로, 고형물의 최종 함수율에 따라 적절히 통풍량을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가스배출수단(10a)은 단순히 후드(10)의 공기를 외부로 배출하는 것 뿐 만 아니라 그 배출되는 통풍량을 조절하는 기능까지 갖도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 후드(10)의 하단에 설치된 분리액 배출구(10b)는 필터 엘리먼트들(9)을 통해 배출된 분리액(8b)을 수집하여 외부로 배출하는 역할을 한다.
한편, 도3에서 상기 회전 드럼(4)의 중심축(5a)은 구동모터(5)와 연결되어 회전력을 전달받으며, 상기 중심축(5a)은 입구(40a)측에서는 지지베어링(6)에 의해서 프레임(2) 상에 지지되고 출구(40b)측에서는 지지베어링(3a)에 의해 지주(3)상에 지지되어 있다. 상기 회전 드럼의 중심축(5a)은 중심축 지지부(6a) 및 지지부재들(41, 도6 참조)과의 결합에 의해 회전 드럼(4)을 지탱한다.
상기 중심축(5a)은 회전 드럼(4a)을 지탱하고 회전시키는 역할 외에도 물 파이프(12a) 및 전기접속자(13)와 연결되어 회전 드럼의 내부에 물 및 전기를 전달하는 역할도 수행한다. 바람직하게는 상기 물 파이프(12a)는 본 발명에서 2갈래의 용도로 활용될 수 있는데, 하나는 상기 물 파이프(12a)가 중심축(5a)의 내부 혹은 외부 인근에서 중심축(5a)에 의해 지지되어 필터 엘리먼트(9)의 위치까지 안내된 다음 필터 엘리먼트(9) 중의 제1세정노즐(901, 도4 참조)까지 연결되어 그 제1세정노즐(901)에 세정액체로서의 물을 공급하는 것이고, 또 다른 하나는 상기 회전 드럼(4)의 내부에서 제2세정노즐(12b)에 연결되어 상기 필터 엘리먼트(9)의 표면을 향하여 물을 공급함으로써 고형물(8a) 중에 미처 분리되지 못하고 남아 있는 불필요한 성분들(예를 들어, 염분)을 녹여서 추가적으로 분리될 수 있도록 해주는 것이다. 도3에서 미설명부호 12는 상기 중심축(5a)과 연결되어 상기 제1세정노즐(901, 도4 참조)로 세정액 혹은 물을 공급하는 액체공급장치를 가리킨다.
한편, 도3에서 도시된 전기접속자(13)는 도10과 관련하여 후술되는 본 발명의 또 다른 실시예와 관련이 있다. 본 발명에서는 기본적으로 상기 필터 엘리먼트(9)의 벨트형 필터(95, 도4 및 도5 참조)가 강제적으로 구동되는 것이 아니라 고형물과 액체의 혼합물(8)이 원심력을 받아 이동됨에 의해 저절로 함께 회전되도록 하도록 하고 있다. 그러나, 반드시 필터 엘리먼트가 자연적으로 회전하도록 한정할 필요는 없으며, 본 발명의 원심식 고형물 탈수장치(1)가 적용되는 구체적인 용도 및 각 현장의 상황에 따라, 즉 예를 들어 배출되는 고형물의 함수율을 조정하거나 배출되는 고형물의 양을 조절하기 위하여, 필터 엘리먼트(9)에 동력을 공급하여 강제적으로 회전되도록 하거나 일정속도로 회전하도록 억제하는 것도 가능하다.
도3에 도시된 전기접속자(13)는, 이와 같이 필터 엘리먼트(9)를 강제적으로 구동하는 경우, 회전 드럼(4)의 원주 상에 설치된 전동기(97, 도10 참조)에 전력을 공급하기 위한 장치이며, 상기 전기접속자(13)와 필터 엘리먼트(9) 부근의 전동기의 사이에는 중심축(5a) 및 지지부재들(41, 도6 참조)을 따라 방수처리된 전기케이블이 설치된다.
상술한 바와 같이, 본 명세서 및 도3에서는 일단 필터 엘리먼트(9)의 강제 구동을 위한 동력원으로 전력을 예시하였으나, 상기 필터 엘리먼트(9)의 동력원이 반드시 전력으로 제한될 필요는 없다. 상기 필터 엘리먼트(9)는 전력에 의해서 구동될 수도 있고, 그 밖에도 회전 드럼(4)의 중심축(5a)을 통하여 공급되는 물(액체)을 이용한 수압모터에 의해서 필터 엘리먼트를 강제 구동하는 것도 가능하다. 그리고, 상기 회전 드럼(3)의 중심축(5a)을 이용하여 유압을 공급하고 그 유압에 의해서 작동되는 유압모터를 회전 드럼의 원주상에 설치함으로써 유압모터를 필터 엘리먼트의 구동장치로 사용하는 것도 가능하다.
이와 같이 전력 이외에도 수압 또는 유압을 이용하여 필터 엘리먼트를 구동하는 것이 모두 가능한데, 이 중 특히 수압모터를 이용하여 필터 엘리먼트를 구동하는 것은 실제로도 실용성이 매우 클 것으로 예상된다. 왜냐하면, 본 발명의 원심식 고형물 탈수장치(1)는 이미 각 필터 엘리먼트(9)의 세정을 위해 물(세정수)을 분사하는 제1세정노즐(901, 도4 참조)을 구비하고, 중심축(5a)을 통하여 각 필터 엘리먼트(9)의 제1세정노즐(901)로 고압의 물을 공급하고 있으므로, 이 고압의 물이 제1세정노즐(901)로 공급되기 바로 직전에 수압모터를 거치도록 하면 충분히 수압모터에 의해서 필터 엘리먼트(9)를 구동시킬 수 있을 것이다. 물론 이와 같이 물을 수압모터의 동력원 및 필터 엘리먼트의 세정수로 함께 이용하는 경우에는, 수압모터를 사용하지 않는 경우에 비해 수압을 높여 줄 필요가 있다.
그리고 유압을 이용하여 상기 필터 엘리먼트를 구동하는 경우에는, 압유(壓油)를 회전 드럼(4)의 중심축(5a)을 통해 회전 드럼(4)의 원주 위까지 공급하여 유압모터를 돌리고 난 다음 다시 그 압유를 회수해야 하는데, 이와 같이 압유의 공급과 회수를 위한 배관설비를 추가로 설치함에 있어 약간의 어려움이 있을 수도 있다. 그러나, 본 발명의 고형물 탈수장치와 같이 습기가 많은 환경에서 운전되는 장치의 경우에는, 전동기 대신 유압모터를 사용하는 것이 안전성 및 작동효율 면에서 유리할 수 있을 것으로 예상되므로, 유압설비 제작상의 어려움을 감수하더라도 유압을 필터 엘리먼트의 동력원으로 사용할 만한 장점은 충분히 있다고 할 수 있다.
도4는 도3의 원심식 고형물 탈수장치(1) 중의 1개의 필터 엘리먼트(9)의 각 부의 구성을 보인 도면들로서, 이 중 (a)는 필터 엘리먼트(9)를 상방에서 바라본 상태를 도시하며, (b)는 필터 엘리먼트(9)의 일부인 사이드 프레임(3)을 도시하고, (c)는 도면(a)에서 B-B선을 따라 절단한 상태의 필터 엘리먼트(9)의 내부를 도시한다. 그리고 도5는 도4의 필터 엘리먼트(9)의 분해 사시도이다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 상기 각 필터 엘리먼트(9)는 2개의 롤러들(91, 92)에 의해 양단이 지지된 상태에서 콘베이어 벨트 방식으로 회전하는 벨트형 필터(95)를 구비하며, 필터 엘리먼트(9)는 그 양 옆에 위치하는 사이드 프레임들(93)에 의해 내부 부품들을 고정하고 회전 드럼(4)의 원주상에 장착된다.
상기 벨트형 필터(95)는 섬유질 혹은 금속제 또는 합성수지 재질로 만들어진 다공성의 부재이며, 섬유망 혹은 철망의 형태로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 벨트형 필터(95)의 위에는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 고형물과 액체의 혼합물(8)이 적재되며, 벨트형 필터(95)에 접촉된 혼합물(8)은 이미 회전 드럼(4)의 회전력으로 인한 원심력을 받고 있으므로 고형물은 벨트형 필터(95)에 걸려서 계속 남아 있고 액체만이 벨트형 필터(95)의 구멍들을 통해 밑으로 빠져나가게 된다. 도4 및 도5는 필터 엘리먼트(9)가 똑바로 놓인 상태만을 도시하였지만, 실제로는 회전 드럼(4)의 원주 둘레를 빙 둘러서 설치되는 것이므로 액체는 필터 엘리먼트(9)의 벨트형 필터(95)를 통과해서 회전 드럼의 모든 반경방향들로 배출되게 된다.
도4 및 도5를 참고하면, 상기 필터 엘리먼트(9)는 고형물과 액체의 혼합물(8)이 들어와 분리되는 회전 드럼(4)의 반경방향 안쪽 부분(그림에서 위쪽)이 분 리부이고, 고형물(8a)이 하역된 후 벨트형 필터(95)가 아래쪽에서 제1롤러(92)를 향하여 되돌아가는 부분이 세정부로 구분된다.
그리고, 편의상 상기 벨트형 필터(95)는 2개의 영역, 즉 분리영역(9a)과 세정영역(9b)으로 나눌 수 있다. 상기 분리영역(9a)은 고형물과 액체의 혼합물(8)이 벨트형 필터(95)와 접촉한 상태에서 고형물(8a)과 액체(8b)의 분리가 일어나고 이와 함께 고형물(8a)이 벨트형 필터(95)를 밀고 가는 부분을 의미하며, 상기 세정영역(9b)은 상기 분리영역(9a)의 아래쪽(실제로는 회전 드럼(4)의 반경방향 바깥쪽)에서 제1롤러(91)로 복귀할 때까지의 부분을 의미한다.
상기 벨트형 필터(95)의 회전에 의해서 벨트형 필터(95)의 모든 부분들은 상기 분리영역(9a)과 세정영역(9b)을 계속적으로 경험하게 되므로, 분리영역(9a)과 세정영역(9b)이라는 구분은 단지 벨트형 필터(95)의 각 부의 위치에 따라서 다른 기능들이 수행된다는 것을 나타내는 데에 의미가 있다.
상기 벨트형 필터(95)에 의해서 한정된 내부공간의 양단에는 제1롤러(91) 및 제2롤러(92)가 설치되며, 제1롤러(91) 및 제2롤러(92)의 사이의 공간에는 높은 강성을 가진 분리부 지지블록(900)이 설치된다. 그리고, 상기 벨트형 필터(95)의 아래쪽, 즉 회전 드럼(4)의 반경방향 바깥쪽으로는, 벨트형 필터(95)의 세정영역(9b)을 지지하는 또 하나의 지지블록으로서 세정부 지지블록(910)이 설치된다.
상기 분리부 지지블록(900)과 세정부 지지블록(910)은 금속제 혹은 고강도의 합성수지 재질로 제작되는 것이 바람직하며, 또한 벨트형 필터(95)의 분리영역(9a)에서 분리된 액체가 통과하여 밑으로 빠질 수 있도록 격자(格子, grating) 형태로 제작되는 것이 바람직하다. 도5에는 상기 분리부 지지블록(900) 및 세정부 지지블록(910)에 격자(904, 914)가 형성된 것이 도시되어 있다.
도4 및 도5에 도시된 상태를 기준으로 하여, 상기 분리부 지지블록(900)과 세정부 지지블록(910)의 상면들에는 각각 제1다공판(96) 및 제2다공판(916)이 설치되는데, 상기 제1 및 제2다공판(96, 916)은 벨트형 필터(95)가 마찰이 적은 상태에서 최대한 원활하게 회전할 수 있도록 지지하는 역할을 한다.
이를 위하여, 상기 다공판들(96, 916)은 강성이 높으면서도 마찰력이 작고 내수성(耐水性) 및 내약품성이 뛰어난 재질로 제작하는 것이 바람직한데, 이러한 목적에 부합하는 대표적인 재료가 흔히 테프론이라는 상표명으로 더 잘 알려진 PTFE(polytetra fluoro ethylene) 수지이다. 불소수지의 한 종류인 PTFE 수지는 비점착성, 내열성, 내수성, 내약품성이 뛰어나며, 마찰계수가 작아서 상기 분리부 지지블록(900) 및 세정부 지지블록(910)의 위에서 벨트형 필터(95)를 미끄러짐 가능하게 지지하는데 최적이라고 할 수 있다.
상기 다공판들(96,916)은 각각 상기 분리부 지지블록(900) 및 세정부 지지블록(910)의 위에 놓인 상태에서 벨트형 필터(95)를 충분히 판판하게 지지하며, 또한 물에 의해서 부식되지 않고 특히 본 발명의 탈수장치에서 처리하는 각종 고형물과 액체의 혼합물이 산성 혹은 알칼리성의 성질을 갖는 것에 대해서도 충분히 견딜 수 있다. 또한, 상기 다공판들(96, 916)은 상기 금속제의 분리부 지지블록(900)과 세정부 지지블록(910)이 직접적으로 벨트형 필터(95)와 접촉하는 것을 막는 역할도 한다.
물론, 분리부 지지블록(900)과 세정부 지지블록(910) 자체를 제1 및 제2다공판(96, 916)과 같은 재질로 제작하면 다공판들(96, 916)을 사용하지 않아도 될 것이지만, 테프론과 같은 고가의 재료로 전체 지지블록들(900,910)을 만드는 것은 비용상으로 크게 부담이 되므로, 필터 엘리먼트(9)의 형체를 유지하는 기본적인 골격으로서의 지지블록들(900,910)은 가격이 저렴한 금속제 혹은 기타의 재료로 제작하고, 그 지지블록들(900,910)의 위에 테프론으로 된 다공판들(96,916)을 설치하여 벨트형 필터(95)를 미끄러짐 가능하게 지지하도록 하는 것이 경제적으로 훨씬 유리하다.
도4 및 도5에서 상기 제1롤러(91) 및 제2롤러(92)와 분리부 지지블록(900) 및 세정부 지지블록(910)은 한 쌍의 사이드 프레임들(93)에 의해서 지지된다. 즉, 제1 및 제2롤러들(91,92)의 축들(91a,92a)은 사이드 프레임(93)의 롤러 체결구들(93a,93b)에 끼워져 지지되며, 분리부 지지블록(900)의 지지봉들(902)과 세정부 지지블록(910)의 지지봉들(912)은 사이드 프레임(93)의 지지봉 체결구들(93c)에 끼워져 지지된다.
도4 및 도5에서 상기 벨트형 필터(95)의 전단, 즉 고형물과 액체의 혼합물(8)이 벨트형 필터(95) 위로 처음 진입하는 곳에는 평활판(flattening plate, 94)이 설치되어 벨트형 필터(95)의 분리영역(9a)위로 적재되는 혼합물의 양을 일정하게 펴고 혼합물의 두께를 일정하게 해준다. 상기 평활판(94)은 고무나 합성수지와 같은 재료로 만들며, 평활판 축(94a)이 사이드 프레임(93)의 평활판 체결구(93e)에 회전가능하게 고정되어 있다. 따라서, 회전드럼(4)이 회전하면 평활 판(94) 자체가 원심력을 받아 회전 드럼(4)의 반경 방향 바깥쪽으로 편향되면서 벨트형 필터(95)의 분리영역(9a)과 접촉된다. 그 결과, 고형물과 액체의 혼합물(8)이 원심력에 의해 회전 드럼 내부의 직경이 큰 방향으로 이동하면서 평활판(94)을 통과할 때에, 평활판(94)이 혼합물(8)을 적당히 눌러주어 혼합물(8)이 벨트형 필터(95)의 표면에 고르게 펴지도록 하는 기능을 한다.
한편, 혼합물(8)이 벨트형 필터(95)의 분리영역(9a)을 통과하면서 탈수되어 고형물(8a)이 벨트형 필터(95)의 끝단에 도달하면, 고형물(8a)은 원심력에 의해 회전 드럼(4)의 원주상으로 뿌려지게 되고, 벨트형 필터(95)는 계속해서 세정영역(9b)의 위치로 내려가 회전한다. 이러한 과정을 통해서 벨트형 필터(95)에 붙어있던 고형물(8a)은 원심력에 의해 필터 엘리먼트(9)의 밖으로 계속적으로 뿌려지는 한편 분리영역(9a)의 탈수 과정에서 배출된 액체가 벨트형 필터(95)의 세정영역(9b)에 뿌려짐으로써 벨트형 필터(95)가 저절로 세정된다. 즉, 분리영역(9a)에서 탈수된 액체가 세정영역(9b)을 통과하면서 벨트형 필터(95)를 세정하여, 고형물에 의해 막힌 벨트형 필터(95)의 구멍들을 다시 뚫어주게 되는 것이다.
그리고 도4의 (c) 및 도5에서 도시된 바와 같이 상기 분리부 지지블록(900)의 밑, 즉 분리부 지지블록(900)과, 벨트형 필터(95)의 세정영역(9b)의 사이에는 벨트형 필터(95)의 안쪽에 묻은 고형물(8a)을 긁어내는 고정 스크레이퍼(scraper, 903)가 설치된다. 상기 스크레이퍼(903)는 자동차의 와이퍼와 같은 기능을 수행하는 것으로서 상기 벨트형 필터(95)의 분리영역(9a)에서 새어나오는 고형물(8a)을 제거하여 고형물(8a)이 롤러들(91,92)에 끼지 못하도록 한다. 이때, 상기 스크레이 퍼(903)는 소정의 각도로 한쪽 방향으로 기울어져 있어서, 그 긁어낸 고형물(8a)은 저절로 사이드 프레임(93)의 고형물 배출구(93d)를 통해 필터 엘리먼트(9)의 밖으로 빠져나와 회전 드럼(4)의 안으로 돌려 보내진다.
그러나, 경우에 따라서는 벨트형 필터(95)에 고형물(8a)이 많이 누설되어 고정 스크레이퍼(903)만으로는 고형물(8a)을 제거하는 것이 원활하지 못할 수 있다.
이러한 경우를 대비하여, 본 발명은 도4의 (c)에 도시된 바와 같이, 필터 엘리먼트(9)의 전단부, 즉 혼합물(8)이 처음 벨트형 필터(95) 위로 적재되는 위치 부근의 분리부 지지블록(900)의 밑에 제1세정노즐(901)을 구비하고 있다. 상기 제1세정노즐(901)은 도3에서 설명한 바와 같이 물 파이프(12a)에 연결된 액체공급장치(12)를 통해 외부로부터 공급받은 세정액 혹은 물을 벨트형 필터(95)에 뿌려줌으로써 벨트형 필터(95)를 깨끗이 세정하는 역할을 한다. 상기 제1세정노즐(901)과 액체공급장치(12)의 사이에서 물이 전달되는 경로는 회전 드럼(4)의 중심축(5a) 및 중심축 지지부(6a)와 지지부재들(41, 도6 참조)을 통해 연결된다.
본 발명에서는 벨트형 필터(95)의 분리영역(9a)에서 분리된 액체(8b)가 회전 드럼(4)의 반경방향 바깥쪽(즉, 세정영역(9b)쪽)을 향해 뿌려지는 과정에서 세정영역(9b)의 위치에 있는 벨트형 필터(95)를 자연적으로 세척하도록 하고 또한 고정 스크레이퍼(903)가 벨트에 낀 고형물(8a)을 제거하도록 하는 구성을 취하고 있으나, 벨트형 필터(95)의 오염도가 심한 경우에는 이와 같이 자연적으로 비산되는 액체와 스크레이퍼(903)만에 의해서는 벨트형 필터(95)를 충분히 깨끗하게 세정하기가 어려울 수 있다. 이러한 이유에서, 본 발명의 실시예에서는 1차적으로는 분리영 역(9a)에서 분리된 액체(8b)와 고정 스크레이퍼(903)에 의해 자연적으로 벨트형 필터(95)가 세척되도록 하고, 예비적으로는 분리부 지지블록(900)의 밑면에 제1세정노즐(901)을 설치하여 세정액으로 벨트형 필터(95)를 세척함으로써 벨트형 필터(95)의 청결 상태를 유지하는데 부족함이 없도록 하였다.
한편, 도3에 도시된 제2세정노즐(12b)과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 필터 엘리먼트(9)에서 어느 정도 탈수가 이루어진 고형물 중에는 염분 등과 같은 불필요한 성분이 다량 포함되어 있을 수 있으므로, 본 발명은 필터 엘리먼트(9)의 전체 길이 중 대략 1/3 ~ 중간 정도의 길이에 해당하는 위치에서 제2세정노즐(12b)에 의해 물이나 세정액을 고형물(8a) 위로 공급함으로써 불필요한 성분을 녹여서 배출되도록 할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 벨트형 필터(95)에서 고형물의 1차 탈수가 이루어진 후에 다시 제2세정노즐(12b)로 액체를 뿌려 불필요한 성분을 녹여내고 다시 탈수함으로써 고형물의 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도3 내지 도5를 참고하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치는, 고형물과 액체의 혼합물(8)이 섬유질이나 철망으로 만들어진 벨트형 필터(95)의 위를 통과하게 되면 액체(8b)는 원심력에 의해 벨트형 필터(95)를 통과하게 되고 고형물(8a)은 벨트형 필터(95)에 의해서 걸러지게 되며 그 걸러진 고형물(8a)은 계속하여 원심력을 받으면서 직경이 큰 방향으로 전진하려는 힘에 의하여 벨트형 필터(95)를 밀게 되므로 이러한 힘에 의해 벨트형 필터(95)가 무동력 방식으로 회전하게 된다. 그리고 이와 같이 벨트형 필터(95)의 무동력 방식 회전을 원활하게 하기 위해서는 벨트형 필터(95)를 지지하는 다공판들(96, 916)의 마찰계수 가 충분히 적을 것이 요구된다.
도6은 도3의 A-A선을 따라 고형물 탈수장치(1)의 회전 드럼(4)을 바라본 상태를 도시한 것으로서, 회전 드럼(4)의 원주 둘레에 복수 개의 필터 엘리먼트들(9)이 배치된 상태를 도시한다. 상기 필터 엘리먼트들(9)은 회전 드럼(4)의 원주를 따라 정확히 원형으로 배치되는 것이 아니라, 도6에 도시된 바와 같이 고형물과 액체의 쏠림을 방지하기 위해 회전 드럼(4)의 원주방향에 대해서 일정하게 기울여 배치된다.
예를 들어, 상기 필터 엘리먼트들(9)은 그 설치된 위치의 회전 드럼(4)의 원주 부분에 대하여 일정 각도(예를 들어, 0~60°)만큼 회전 드럼(4)의 회전방향을 따라서 기울어져 있으며, 이때 기울어진 방향은 필터 엘리먼트(9)의 양 사이드 프레임(93) 중 회전 드럼(4)의 회전방향으로 보다 앞쪽에 위치한 사이드 프레임(이를 편의상 리딩 엣지(leading edge, 931)라 칭함)이 원주의 외측 방향으로 기울어지고, 그 반대편의 사이드 프레임(이를 편의상 트레일링 엣지(trailing edge, 932)라 칭함)이 원주의 내측 방향으로 기울어지도록 함이 바람직하다.
이와 같이 상기 필터 엘리먼트들(9)을 회전 드럼(4)의 원주에 대해서 일정 각도로 기울여주면, 고형물과 액체의 혼합물(8)이 드럼 내부(4')에서 벨트형 필터(95)의 안쪽 표면에 고르게 펴지게 되며 그 결과 원심력을 최대로 받게 된다.
상기 회전 드럼(4)은 필터 엘리먼트들(9)이 장착되는 부분들에서는 회전 드럼(4)의 부분이 제거되고, 마치 우산살처럼 격리판들(43)이 뻗어 있어서, 상기 격리판들(43)의 사이에 필터 엘리먼트들(9)이 장착된다. 그리고 필터 엘리먼트들(9) 의 사이드 프레임(93)과 상기 격리판들(43)의 사이의 틈새는 고무 혹은 합성수지 재질의 밀봉 부재로 연결하여 회전 드럼 내부(4')의 혼합물이 밖으로 새나가는 일이 없도록 한다.
한편, 상기 중심축(5a)은 중심축 지지부(6a)에 의해 지지부재들(41)과 연결되며, 상기 지지부재들(41)은 회전 드럼(4)의 원주에 설치된 연결지지부들(42)과 각각 연결된다.
도7은 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치에 있어서 회전 드럼(4)만을 분리하여 도시한 개략적 사시도이다. 도7에 도시된 바와 같이, 상기 필터 엘리먼트들(9)은 그 길이방향이 회전 드럼(4)의 중심축(5a)과 정확히 나란하게는 설치하지 않고 중심축(5a)에 대해서 나선형으로 θ1의 각도만큼 기울어지도록 배치된다. 이처럼 필터 엘리먼트(9)를 나선형으로 기울어지게 배치되는 이유는 고형물(8a)의 전진방향과 맞춰주어서 고형물(8a)이 원활하게 벨트형 필터(95)를 밀고 가면서 배출되도록 하기 위함이다. 한편, 상기 각 필터 엘리먼트(9)가 회전 드럼의 중심축(5a)과 이루는 각도(θ1)는 회전 드럼의 회전속도와 혼합물의 이동속도 및 방향 등을 종합적으로 고려할 때 대략 0~60° 정도로 유지하는 것이 바람직하다.
도8 및 도9는 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치에 있어서 필터 엘리먼트들(9)의 배치상태가 회전 드럼(4)의 반경방향을 따라 변경될 수 있는 것을 도시한다. 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 상기 필터 엘리먼트들(9)은 회전 드럼(4)의 중심축(5a)에 대해서 이루는 각도를 가변할 수 있다. 도8에서는 상기 필터 엘리먼 트(9)가 중심축(5a)에 대해서 비교적 작은 각도(θ2)를 이루고 있지만, 도9에서는 비교적 큰 각도(θ3)를 이루고 있다.
이와 같이 필터 엘리먼트(9)가 회전 드럼의 중심축(5a)과 이루는 각도는 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치(1)의 처리 용량과 고형물의 함수율을 결정하는 요소이다. 필터 엘리먼트(9)가 중심축(5a)과 이루는 각도(θ3)가 클 경우 벨트형 필터(95)의 회전 속도가 올라가 처리 용량은 늘어나지만 배출되는 고형물(8a)의 함수율이 높아지고, 반대로 각도가 작아지면 벨트형 필터(95)의 회전속도가 내려가 처리용량이 줄어들며 고형물(8a)의 함수율은 작아진다.
본 발명에 의한 원심식 고형물 탈수장치는 회전 드럼(4)에 필터 엘리먼트들(9)을 고정하는 부위에 여유 공간이 있어 고형물(8a)의 상태에 따라 필터의 각도를 변경시킴으로써 원하는 처리 용량과 고형물의 함수율을 얻을 수 있도록 할 수 있다.
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도4 및 도5에 도시된 필터 엘리먼트(9)의 롤러(91)를 강제로 구동하기 위한 구동장치 및 동력전달 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명은 기본적으로 회전 드럼(4) 내에서 원심력을 받은 고형물(8a)이 필터 엘리먼트(9)의 벨트형 필터(95)를 밀고 감으로써 벨트형 필터(95)가 회전하는 것을 원칙으로 하고 있다. 그러나, 벨트형 필터(95)의 진행속도를 임의로 조절할 필요가 있는 경우에는, 본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 벨트형 필터들(95)의 롤러축들을 가요성 축들로 연결하고 전동기나 수압모터 도는 유압모터의 회전력을 부여함으로써 필터 엘리먼트를 강제로 구동하거나 혹은 그 회전속도를 구속할 수도 있는 것이다.
도10을 참고하면, 회전 드럼의 원주에 설치된 필터 엘리먼트들(9)의 제1롤러들(91)의 축들(91a)을 플렉서블 조인트(flexible joint, 97c)에 의해 구동수단(97a)의 구동축(97b)과 연결하고, 상기 구동수단(97a)은 전동기(97)와 연결함으로써, 1개의 전동기의 회전력으로 모든 필터 엘리먼트들(9)을 구동시킬 수 있다.
이때, 상기 전동기(97)에 공급되는 전력은 도3에 도시된 바와 같이 회전 드럼의 중심축(5a)과 연결된 전기접속자(13)를 통해 외부로부터 공급된다. 이와 같이, 전동기(97)와 다수개의 벨트형 필터(95)의 롤러들(91)을 가요성 축으로 연결함으로써 상기 벨트형 필터(95)의 회전속도를 임의로 조절할 수 있다.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 필터 엘리먼트(9)의 롤러(91)를 구동하기 위한 구동장치로서 수압모터(98)를 적용하고 필터 세정수의 압력을 이용하여 수압모터(98)를 구동하는 것을 도시한다.
도11을 도10과 비교하면, 도10의 전동기(97) 대신 수압에 작동하는 수압모터(98)가 회전력을 발생하여 구동수단(97a)에 전달함으로써, 필터 엘리먼트(9)의 롤러(91)가 회전하게 된다. 그리고, 수압모터(98)는 벨트형 필터(95)를 씻어내는 제1세정노즐(901)에 세정수를 공급하기 위한 세정수 공급라인(98a,98b)을 연결하여, 수압모터(98)를 구동하는데 사용된 세정수가 제1세정노즐(901)로 공급되도록 한다. 도11에서 미설명부호 98c는 세정수 공급라인(98b)과 제1세정노즐(901)의 사 이에 위치하는 연결부재를 도시한다.
또한, 도11에서 수압모터(98) 대신 유압모터를 적용할 수도 있는데, 이 경우에는 제1세정노즐(901)에 연결된 세정수 공급라인(98a,98b)이 유압모터와 별개로 설치되고, 유압모터를 구동하기 위해 압유(壓油)를 공급하고 사용후 회수하기 위한 별도의 유압라인이 설치된다.
상기 필터 엘리먼트의 구동수단에 관해서, 도10과 도11에서는 우선 1개의 구동용 원동장치(전동기(97) 및 수압모터(98))로 모든 필터 엘리먼트들을 구동하는 것을 예시하였으나, 이처럼 꼭 1개의 구동용 원동장치로 전체의 모든 필터 엘리먼트들을 구동시킬 필요는 없다. 따라서, 본 발명에서는 전체의 필터 엘리먼트들을 2그룹으로 나누어 각각의 그룹마다 하나의 구동용 원동장치를 할당하는 것도 가능하고, 혹은 이와 달리 각 필터 엘리먼트마다 개별적으로 구동용 원동장치(전동기, 수압모터 혹은 유압모터)를 장착하는 것도 가능하다. 그리고, 도10 및 도11에 도시된 바와 같이 한 개의 구동용 원동장치(전동기 등)로부터 복수 개의 필터 엘리먼트들에 동력을 전달함에 있어서도 반드시 플렉서블 조인트(97c)를 사용할 필요는 없으며, 플렉서블 조인트가 아닌 벨트 혹은 체인을 적용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 필터의 연속 자동세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치는 기존의 원심분리기의 원리에 진공벨트형 탈수기의 원리를 거꾸로 적용하여 개량한 것으로서, 기존의 탈수장치들이 갖고 있던 문제점들을 해결하였다.
즉, 종래에도 폐기물이나 중간제품 중에 들어있는 물을 제거하는 방법은 여러 가지가 있었고 여러 종류의 장비가 개발되어 사용하고 있었지만, 종래의 방법과 장치들은 탈수기 출구의 수분 함량이 높거나 탈수하는데 소요되는 동력이 많거나 혹은 연속적인 탈수작업이 불가능하고 장비의 부피가 커지는 등의 문제들이 있어서 널리 사용되기에 적당하지 않았는데, 본 발명의 원심식 고형물 탈수장치는 위와 같은 문제들을 모두 해소하여 탈수하는데 동력 소요가 작으며 탈수율이 높고 연속 작업이 가능하며 부피가 작아져서 설비비와 운영비가 작게 소요되는 장점이 있다.
본 발명과 종래기술의 차이점을 살펴보면, 우선 종래의 원심식 분리기에서의 문제였던 고형물 자체와 고형물과 고형물 사이의 틈새에 존재하는 액체에 의해 최종 고형물의 함수율을 낮출 수 없었던 문제는, 본 발명에서 액체는 배출되고 고형물은 통과하지 못하는 섬유질 필터를 사용함으로써 해결하였다.
그리고 필터 혹은 철망을 채용한 종래의 원심분리기에서 필터나 철망에 고형물이 끼었을 때 청소를 위해 작업을 정지해야 함으로써 연속작업이 어려웠던 문제점은, 본 발명에서 연속 회전하는 벨트형 필터를 사용하여 벨트형 필터 자체에서 배출되는 액체에 의해 필터가 자동 연속으로 세정되도록 함으로써 해결하였다. 그 결과 본 발명은 벨트형 필터가 자동 세정되어 항상 청결상태를 유지하므로 본래의 성능을 유지할 수 있는 장점을 갖게 되었다.
또한, 종래의 진공벨트식 탈수기는 고형물과 액체의 혼합물이 얹혀진 벨트의 아래쪽에 진공을 걸어 액체를 빼내므로 장치의 구조가 복잡하고 진공을 걸어주기 위한 동력이 대단히 많이 소모되는 단점이 있었으나, 본 발명은 고형물과 액체의 혼합물에 원심력을 주어 액체가 벨트형 필터를 자연적으로 통과하도록 하는 방식을 채택함으로써 장치 구조를 간단하게 하고 동력소모를 줄이는 효과를 거둘 수 있다.
도1은 종래의 원심식 탈수장치(600)의 개략도이다.
도2는 종래의 진공벨트식 탈수장치(500)의 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 필터의 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치(1)개략도이다.
도4는 도3의 원심식 고형물 탈수장치(1) 중의 필터 엘리먼트(9)의 각 부의 구성을 보인 도면들로서, 이 중 (a)는 필터 엘리먼트(9)를 상방에서 바라본 상태를 도시하며, (b)는 필터 엘리먼트(9)의 일부인 사이드 프레임(3)을 도시하고, (c)는 도면(a)에서 B-B선을 따라 절단한 상태의 필터 엘리먼트(9)의 내부를 도시한다.
도5는 도4의 필터 엘리먼트(9)의 분해 사시도이다.
도6은 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치에 있어서 회전 드럼(4)의 원주 둘레에 복수 개의 필터 엘리먼트들(9)이 배치된 상태를 도시한다.
도7은 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치에 있어서 회전 드럼(4)만을 분리하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도8 및 도9는 본 발명에 따른 원심식 고형물 탈수장치에 있어서 필터 엘리먼트들(9)의 배치상태가 회전 드럼(4)의 반경방향을 따라 변경될 수 있는 것을 도시한다.
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도4 및 도5에 도시된 필터 엘리먼트(9)의 롤러(91)를 강제로 구동하기 위한 구동장치 및 동력전달 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 필터 엘리먼트(9)의 롤러(91)를 구동하기 위한 구동장치로서 수압모터(98)를 적용하고 필터 세정수의 압력을 이용하여 수압모터(98)를 구동하는 것을 도시한다.
*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 고형물 탈수장치 2: 프레임
3: 지주 3a: 지지베어링
4: 회전 드럼 4': 드럼 내부
4a: 안내날개 5: 구동모터(동력장치)
5a: 중심축 6: 지지베어링
6a,6b: 중심축 지지부 7: 혼합물 공급관
8: 혼합물(slurry) 8a: 고형물
8b: 액체(분리액) 9: 필터 엘리먼트
9a: 분리영역 9b: 세정영역
10: 후드(hood) 10a: 가스배출수단
10b: 분리액 배출구 11: 외부 케이싱
12: 액체공급장치 12a: 물 파이프
12b: 제2세정노즐 13: 전기접속자
14: 물 및 전기공급관 40a: 입구
40b: 출구 41: 지지부재
42: 연결지지부 43: 격리판
80: 고형물 저장소 91: 제1롤러
91a: 제1롤러축 92: 제2롤러
92a: 제2롤러축 93: 사이드 프레임
93a: 제1롤러 체결구 93b: 제2롤러 체결구
93c: 지지봉 체결구 93d: 고형물 배출구
93e: 평활판 체결구 94: 평활판
94a: 평활판 지지봉 95: 벨트형 필터
96: 다공판 500: 진공벨트 탈수장치
501: 프레임 502: 구동롤러
503: 종동롤러 504: 혼합물 투입구
505: 진공탈수부
505a: 진공 및 드레인 매니폴드(manifold)
505b: 연결파이프 505c: 드레인 파이프(drain pipe)
506: 진공발생기(음압발생기) 507: 혼합물
507a: 탈수후 고형물 509: 섬유필터
510: 씰벨트(seal belt) 510a: 철부(凸部)
510b: 요부(凹部) 511: 섬유세정노즐
512: 안내롤러 513: 세정수 수집부
514: 고형물 저장소 600: 원심식 탈수장치
601: 프레임 602: 드럼 구동수단
603: 투입구 604: 베어링 블록
605: 케이싱 606: 회전 드럼
607: 스크류 콘베이어 607a: 혼합물 배출구
607b: 스크류 608: 혼합물
608a: 고형물 608b: 분리액
609: 고형물 저장소 610: 분리액 배출구
611: 콘베이어 구동수단 611a: 기어박스
612: 방진장치 900: 분리부 지지블록
901: 제1세정노즐 902: 지지봉
903: 스크레이퍼(scraper) 904: 그레이팅(grating)
910: 세정부 지지블록 912: 지지봉
914: 그레이팅 916: 다공판
931: 리딩 엣지 932: 트레일링 엣지

Claims (14)

  1. 원추형(圓錐形)의 원통 형상을 가지며, 양 단부(端部)들 중 작은 직경의 단부에는 고형물과 액체의 혼합물(8)이 투입되는 입구(40a)가 형성되고, 큰 직경의 단부에는 상기 혼합물(8)에서 액체가 탈수된 후의 고형물(8a)이 배출되는 출구(40b)가 형성된 회전 드럼(4);
    상기 회전 드럼(4)을 회전시키는 회전구동수단;
    상기 회전 드럼(4)의 입구(40a) 안으로 고형물과 액체의 혼합물(8)을 투입하는 혼합물 공급부; 및
    상기 회전 드럼의 출구(40b)측 원주(圓周)를 따라 설치되고, 상기 회전 드럼(4)의 회전시 발생하는 원심력에 의해 상기 혼합물 중의 액체를 분리하여 회전 드럼의 외부로 배출하는 복수 개의 필터 엘리먼트들(filter elements, 9);을 포함하며,
    상기 각 필터 엘리먼트(9)는 상기 회전 드럼(4)의 출구(40b) 쪽을 향하여 무한궤도 방식으로 회전가능하게 배치된 벨트형 필터(95)를 가지고, 상기 벨트형 필터(95)는 상기 회전 드럼의 회전으로 인한 원심력에 의해 상기 혼합물(8)이 상기 벨트형 필터(95)의 표면에 접촉된 상태에서 상기 출구(40b) 쪽으로 진행함에 따라 회전하게 되는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벨트형 필터(95)는 섬유 및 금속이 포함된 그룹 중의 적어도 하나의 재질로 제작되고 고형물이 통과하기 어려운 작은 구멍을 가지며, 상기 벨트형 필터(95)의 안쪽 공간에 배치된 제1롤러(91) 및 제2롤러(92)에 의해 회전가능하게끔 지지되는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 벨트형 필터(95)는,
    상기 회전 드럼(4)의 반경반향 안쪽에 위치하여 상기 혼합물 중의 고형물이 걸러지고 액체만이 상기 회전 드럼(4)의 바깥쪽을 향하여 통과하는 분리영역(9a); 및
    상기 분리영역(9a)보다 상기 회전 드럼(4)의 반경방향 바깥쪽에 위치하며 상기 분리영역(9a)을 통과한 액체에 의해서 세정이 이루어지는 세정영역(9b);을 포함하고,
    상기 벨트형 필터(95)의 회전에 의해서 상기 벨트형 필터(95)의 모든 부분은 상기 분리영역(9a)과 세정영역(9b)을 계속적으로 경험하게 되는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 필터 엘리먼트(9)는,
    상기 제1롤러(91) 및 제2롤러(92)의 사이에서 상기 벨트형 필터(95)를 지지하는 분리부 지지블록(900);
    상기 분리부 지지블록(900)과 상기 벨트형 필터의 분리영역(9a) 사이에 설치되며 복수 개의 구멍들이 형성된 다공판(916);
    상기 분리부 지지블록(900)과 상기 벨트형 필터의 세정영역(9b) 사이에 설치되어 상기 벨트형 필터의 표면에 묻은 고형물들을 긁어내는 스크레이퍼(scraper, 903); 및
    상기 벨트형 필터의 세정영역(9b) 보다 상기 회전 드럼의 반경방향 바깥쪽에 위치하여 상기 벨트형 필터의 세정영역(9b)을 지지하는 세정부 지지블록(910); 및
    상기 회전 드럼(4)의 출구(40b) 근처의 원주를 따라 설치되며, 상기 제1롤러(91), 제2롤러(92), 상기 분리부 지지블록(900) 및 상기 세정부 지지블록(910)과 측면에서 결합되는 한 쌍의 사이드 프레임들(side frames, 93);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 필터 엘리먼트는(9), 상기 분리부 지지블록(900)과 상기 벨트형 필터의 세정영역(9b) 사이에 설치되어 상기 세정영역(9b)을 향해 청소용 액체를 분사하는 제1세정노즐(901)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 필터 엘리먼트는(9), 상기 벨트형 필터의 분리영역(9a) 위에 위치하여 상기 벨트형 필터(95)로 인입되는 혼합물의 두께를 일정하게 유지하는 평활판(94)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 회전 드럼(4)의 중심축에 의해 지지된 상태에서 상기 제1세정노즐(901)까지 안내되어 상기 제1세정노즐(901)에 청소용 액체를 공급하는 세정액 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 필터 엘리먼트(9)는, 상기 회전 드럼의 반경방향 바깥쪽에서 상기 회전 드럼의 중심축을 향하여 보았을 때, 그 길이 방향이 상기 회전 드럼의 중심축과 소정의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필터 엘리먼트(9)는, 상기 회전 드럼의 출구(40b)로부터 입구(40a) 쪽을 향하여 보았을 때, 상기 필터 엘리먼트가 설치된 회전 드럼의 원주 부분에 대하여 소정의 각도만큼 기울어져 있으며, 상기 필터 엘리먼트의 길이 방향 양 엣지들(edges) 중 상기 회전 드럼의 회전 방향을 향한 리딩 엣지(leading edge)는 상기 원주의 외측 방향으로 기울어지고, 상기 양 엣지들 중 트레일링 엣지(trailing edge)는 상기 원주의 내측 방향으로 기울어진 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 회전 드럼(4)의 내부에서 상기 필터 엘리먼트의 분리영역(9a) 표면을 향하여 액체를 공급함으로써 고형물로부터 미처 분리되지 못한 불필요한 성분들이 추가적으로 분리될 수 있도록 하는 액체 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 회전 드럼을 둘러싸는 후드(10);
    상기 후드(10)에 설치되고, 상기 필터 엘리먼트(9)의 벨트형 필터(95)에 의해 분리된 액체를 외부로 배출하는 분리액 배출수단; 및
    상기 후드(10)에 설치되고, 상기 회전 드럼(4)의 회전에 의해 발생하는 통풍력을 조절하여 외부로 배출하는 통풍력 배출수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 회전 드럼(4)의 원주상에 설치되어 상기 필터 엘리먼트들의 전부 혹은 일부를 구동시키기 위한 회전력을 발생하는 필터 엘리먼트 구동수단; 및
    상기 필터 엘리먼트 구동수단의 회전력을 상기 필터 엘리먼트의 제1롤러(91)로 전달하는 동력전달수단;을 더 포함하며,
    상기 필터 엘리먼트 구동수단은 전력, 유압 및 수압 중 어느 한 형태의 동력원에 의해 작동되고, 상기 필터 엘리먼트를 작동시키기 위한 동력원은 상기 회전 드럼의 중심축을 통하여 전달되며,
    상기 필터 엘리먼트 구동수단의 회전력 조절이 가능하여 상기 필터 엘리먼트로부터 배출되는 최종 고형물의 액체 함유량 및 배출량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는, 필터의 연속 자동 세정이 가능한 원심식 고형물 탈수장치.
  13. 무한궤도 방식으로 회전가능하게 배치되며 고형물이 통과하기 어려운 작은 구멍을 가진 벨트형 필터(95);
    상기 벨트형 필터(95)의 안쪽 공간에 배치되어 상기 벨트형 필터(95)를 회전가능하게 지지하는 제1롤러(91) 및 제2롤러(92);
    상기 제1롤러(91) 및 제2롤러(92)의 사이에서 상기 벨트형 필터(95)를 지지하는 분리부 지지블록(900);
    상기 벨트형 필터(95)의 양쪽 면들 중 고형물이 적재되는 제1면과 상기 분리부 지지블록(900)의 사이에 설치되며 복수 개의 구멍들이 형성된 다공판(916);
    상기 벨트형 필터의 양쪽 면들 중 상기 제1면의 반대편에 위치한 제2면과 상기 분리부 지지블록(900)의 사이에 설치된 스크레이퍼(903);
    상기 벨트형 필터의 제2면의 바깥쪽에 인접하게 위치하여 상기 벨트형 필터의 제2면을 지지하는 세정부 지지블록(910); 및
    상기 제1롤러(91), 제2롤러(92), 상기 분리부 지지블록(900) 및 상기 세정부 지지블록(910)과 측면에서 결합되는 한 쌍의 사이드 프레임들(93);을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심식 고형물 탈수장치용 필터 엘리먼트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 분리부 지지블록(900)과 상기 벨트형 필터의 제2면의 사이에 설치되어 상기 제2면을 향해 청소용 액체를 분사하는 제1세정노즐(901)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심식 고형물 탈수장치용 필터 엘리먼트.
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