KR101186677B1 - dehydrator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상호 대향되게 설치되는 제1전극체와 제2전극체를 통해 인가된 전압차에 의해 제1전극체와 제2전극체 사이로 이송되는 슬러지의 탈수를 수행하는 전기 침투 탈수장치에 관한 것으로서, 삼상교류전원을 정류하는 정류부와, 정류부에 의해 정류된 전기에너지를 충전하는 충전부와, 충전부에 충전된 전압을 선택적으로 인가받을 수 있도록 된 제1코일부와, 제1코일부와 커플링되어 유기된 기전력을 출력하는 제2코일부와, 충전부에 충전된 전력을 제1코일부로 공급 및 차단할 수 있도록 접속된 스위칭부, 스위칭부를 온/오프 제어하는 제어부와, 제2코일부의 일단과 상기 제1전극체로 이어지는 제1출력단 사이에 접속된 2차 다이오드를 구비하고, 제2코일부의 타단은 제2전극체와 접속된다. 이러한 전기 침투 탈수장치에 의하면, 3상교류전원으로터 단상의 펄스형 전압을 생성할 수 있어 전극 분할이 요구되지 않는 장점과, 슬러지의 종류에 따라 인가 전압 패턴을 가변시킬 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to an electropenetrating dehydration apparatus for dewatering sludge conveyed between a first electrode body and a second electrode body by a voltage difference applied through a first electrode body and a second electrode body which are installed to face each other. And a rectifying part for rectifying the three-phase AC power supply, a charging part for charging the electric energy rectified by the rectifying part, a first coil part for selectively applying a voltage charged in the charging part, and a first coil part. A second coil unit for outputting the induced electromotive force, a switching unit connected to supply and cut off the power charged in the charging unit to the first coil unit, a control unit for controlling the on / off switching unit, one end of the second coil unit and the A secondary diode is connected between the first output terminals leading to the first electrode body, and the other end of the second coil portion is connected to the second electrode body. According to the electro-osmotic dehydration device, it is possible to generate a single-phase pulsed voltage from a three-phase AC power supply, which does not require electrode division and provides an advantage of varying the applied voltage pattern according to the type of sludge. .
전기 침투 탈수기, 정류부, 충전부, 펄스변조 Electric penetration dehydrator, rectifier, charging part, pulse modulation
Description
본 발명은 탈수 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 탈수효율을 높일 수 있게 전압을 인가하는 전기 침투 탈수 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a dehydration device, and more particularly, to an electrical penetration dewatering device for applying a voltage to increase the dewatering efficiency.
통상적으로 폐수 및 하수처리장에서 발생하는 슬러지(오니)들은 물의 정화를 위해 고분자응집제를 사용하게 되는데, 고분자 응집제에 의해 응집된 상태의 슬러지는 여간해서는 탈수시키기가 곤란하다. 슬러지의 탈수율에 따라 슬러지의 폐기비용 및 재활용 범위 등에 있어서 큰 차이를 발생하게 되고, 또한 슬러지가 갖는 함수율을 현저하게만 줄일 수 있다면 폐기비용이 절감될 뿐만 아니라, 오히려 슬러지의 고형성분들을 연료로도 재활용할 수 있게 되는 등 매우 경제적인 부가가치를 갖게 되는 것이다. 그러나 종래의 일반적인 단순 압착식 탈수장치로는 폐수 슬러지의 탈수에 한계가 있으므로 최근에는 슬러지의 탈수에 탈수효율이 좋은 전기침투식 탈수장치가 활용되고 있다.In general, sludge (sludge) generated in wastewater and sewage treatment plants uses a polymer flocculant to purify water, and sludge aggregated by the polymer flocculant is difficult to dehydrate. According to the sludge dewatering rate, there is a big difference in sludge disposal cost and recycling range. Also, if the water content of sludge can be significantly reduced, not only the waste cost is reduced but also the solid components of the sludge are fueled. It is also very economically added value, such as being able to recycle into a furnace. However, the conventional simple pressurized dewatering device has a limitation in the dewatering of the wastewater sludge, so in recent years, an electropenetrating dewatering device having good dewatering efficiency for dewatering the sludge has been utilized.
전기침투식 탈수장치는 슬러지와 결합된 물을 이온이동성으로 제거하기 위한 것으로, 양극전극을 겸한 회전 드럼과, 회전드럼의 외주면을 감싸도록 형성된 통수성의 압착 벨트와, 회전드럼과 압착벨트의 탈수영역 표면에 중첩되도록 형성된 여 과벨트로 이루어진다. The electro-osmotic dewatering device is to remove the sludge-related water by ion mobility. It is a rotating drum which serves as an anode electrode, a water-permeable compression belt formed to surround the outer circumferential surface of the rotating drum, and a dewatering area of the rotating drum and the pressing belt. It consists of a filtration belt formed to overlap the surface.
일본 특개소 56-60604호 및 국내 특허출원 1993-0010856호에는 전기 침투식 슬러지 탈수장치가 개시되어 있다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-60604 and Korean Patent Application No. 1993-0010856 disclose an electroosmotic sludge dewatering apparatus.
개시된 전기 침투식 슬러지 탈수장치는 드럼과 압착벨트 사이에 일정한 전압을 인가하여 전기장을 형성함으로써 전기장 속에서 대전된 물이 전기 영동과 모세관 현상에 의해 슬러지 입자가 띠고 있는 전하와 반대 전극 측으로 이동하여 수분이 분리되어지므로 슬러지로부터 탈수가 이루어지는 것이다.The disclosed electro-osmotic sludge dewatering device forms an electric field by applying a constant voltage between the drum and the pressing belt so that the charged water in the electric field moves to the electrode opposite to the charge carried by the sludge particles by electrophoresis and capillary action. As it is separated, dehydration is carried out from the sludge.
한편, 최근에는 전압강하가 발생하지 않도록 삼상교류를 각 상(R, S, T)별로 정류하여 직류 전압펄스로 변환한 다음 위상 차에 의한 순차적인 전압을 전극에 인가함으로써 탈수되는 과정 동안 전압의 손실이 발생하지 않도록 하고, 또한 항상 일정한 전압이 유지되도록 하여 탈수성능을 증대시킨 전기침투 탈수식 탈수장치를 본 출원인에 의해 출원된 10-2005-0108803호를 통해 제안된 바 있다.On the other hand, in recent years, three-phase alternating current is rectified for each phase (R, S, T) so that a voltage drop does not occur, and then converted into a DC voltage pulse. An electropenetrating dewatering dehydration device which prevents losses from occurring and also maintains a constant voltage at all times to increase dewatering performance has been proposed by the applicant of 10-2005-0108803 filed by the present applicant.
그런데, 3상 교류전원을 각각 정류하는 방식의 경우 드럼 또는 압착벨트가 각 상에 대해 정류된 전압을 각각 인가받을 수 있도록 전극이 분할된 구조로 되어야 하는데 이 경우 구조가 복잡해지고, 슬러지의 종류에 따라 전압인가 패턴을 달리 적용하고자 할 때 이를 조정하기 복잡한 단점이 있다.However, in the case of rectifying the three-phase AC power source, the electrodes should be divided so that the drum or the pressing belt can receive the rectified voltage for each phase. In this case, the structure becomes complicated and the type of sludge Therefore, there is a complicated disadvantage of adjusting it when a different voltage application pattern is to be applied.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 인가하고자 하는 전압 패턴을 조정할 수 있으면서 3상교류전원으로부터 단상의 펄스 전압을 제공할 수 있는 전기침투 탈수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electropenetrating dehydration apparatus capable of providing a single-phase pulse voltage from a three-phase AC power supply while adjusting a voltage pattern to be applied.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기 침투 탈수 장치는 상호 대향되게 설치되는 제1전극체와 제2전극체를 통해 인가된 전압차에 의해 상기 제1전극체와 제2전극체 사이로 이송되는 슬러지의 탈수를 수행하는 전기 침투 탈수장치에 있어서, 삼상교류전원을 정류하는 정류부와; 상기 정류부에 의해 정류된 전기에너지를 충전하는 충전부와; 상기 충전부에 충전된 전압을 선택적으로 인가받을 수 있도록 된 제1코일부와; 상기 제1코일부와 커플링되어 유기된 기전력을 출력하는 제2코일부와; 상기 충전부에 충전된 전압을 상기 제1코일부로 공급 및 차단할 수 있도록 접속된 스위칭부; 상기 스위칭부를 온/오프 제어하는 제어부와; 상기 제2코일부의 일단과 상기 제1전극체로 이어지는 제1출력단 사이에 접속된 2차 다이오드;를 구비하고, 상기 제2코일부의 타단은 상기 제2전극체와 접속된다.In order to achieve the above object, the electroosmotic dewatering device according to the present invention is transferred between the first electrode body and the second electrode body by a voltage difference applied through the first electrode body and the second electrode body which are installed to face each other. An electroosmotic dewatering apparatus for performing dewatering of sludge, comprising: a rectifying unit for rectifying three-phase AC power; A charging unit charging electric energy rectified by the rectifying unit; A first coil part configured to selectively receive a voltage charged in the charging part; A second coil part coupled to the first coil part to output the induced electromotive force; A switching unit connected to supply and cut off the voltage charged in the charging unit to the first coil unit; A control unit which controls the switching unit on / off; And a secondary diode connected between one end of the second coil part and a first output end leading to the first electrode body, and the other end of the second coil part is connected to the second electrode body.
바람직하게는 상기 제어부는 상기 스위칭부의 스위칭 주기, 듀티, 반복주기 중 적어도 하나를 설정할 수 있도록 된 조정부와; 상기 조정부에 의해 설정된 값에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 펄스 변조부;를 구비한다.Preferably, the control unit comprises: an adjusting unit configured to set at least one of a switching period, a duty, and a repetition period of the switching unit; And a pulse modulator for controlling the switching unit according to a value set by the adjusting unit.
또한, 상기 제1출력단을 통해 출력되는 전압 또는 전류를 검출하는 센싱부; 를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 센싱부에서 검출된 전압 또는 전류가 설정된 허용 범위를 벗어나는지를 판단하여 상기 스위칭부의 온/오프를 제어하도록 되어 있다.In addition, the sensing unit for detecting the voltage or current output through the first output terminal; Further, the control unit is configured to control the on / off of the switching unit by determining whether the voltage or current detected by the sensing unit is out of the set allowable range.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 충전부는 커패시터이고, 상기 정류부는 상기 삼상 교류 전원의 R, S, T 공급선 각각과 상기 커패시터의 일단과 순방향으로 접속된 제1 내지 제3 다이오드와; 상기 R, S, T 공급선 각각과 상기 커패시터의 타단 사이에 상기 커패시터로의 충전전류 경로가 형성되도록 역방향으로 접속된 제4 내지 제 6다이오드;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, the charging unit is a capacitor, and the rectifying unit comprises: first to third diodes connected in a forward direction to each of the R, S and T supply lines of the three-phase AC power source and the capacitor; And fourth through sixth diodes connected in a reverse direction between each of the R, S, and T supply lines and the other end of the capacitor to form a charge current path to the capacitor.
또한, 상기 스위칭부는 상기 커패시터의 일단과 상기 제1코일부의 일단 사이에 접속되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 온/오프 되는 제1스위치소자와; 상기 콘덴서의 일단과 상기 제1코일부의 타단 사이에 접속되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 온/오프 되는 제2스위치소자;를 구비하고, 상기 제1코일부의 중간과 상기 커패시터의 타단이 상호 접속되어 있다.The switching unit may include: a first switch element connected between one end of the capacitor and one end of the first coil part and turned on / off according to a control signal of the controller; And a second switch element connected between one end of the capacitor and the other end of the first coil part and turned on / off according to a control signal of the controller, wherein the middle of the first coil part and the other end of the capacitor are mutually Connected.
본 발명에 따른 전기 침투 탈수장치에 의하면, 3상교류전원으로터 단상의 펄스형 전압을 생성할 수 있어 전극 분할이 요구되지 않는 장점과, 슬러지의 종류에 따라 인가 전압 패턴을 가변시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the electro-osmotic dehydration device according to the present invention, it is possible to generate a single-phase pulsed voltage from a three-phase AC power source, which does not require electrode division, and the advantage of varying the applied voltage pattern according to the type of sludge. To provide.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기침투 탈수장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail an electroosmotic dewatering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 전기 침투 탈수장치의 일 예를 나타내 보인 사시도이다.1 is a perspective view showing an example of an electroosmotic dewatering device according to the present invention.
도 1을 참조하면, 탈수장치(10)는 다수의 롤러에 의해 무한운동하며 인입되는 슬러지를 가압이송하는 가압벨트(40)와, 가압벨트(40)의 이송경로상에 상호 대향되게 배치된 제1전극체(50)와 제2전극체(60)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the
이러한 전기침투 탈수장치(10)는 본 출원인에 의해 출원된 국내특허 출원 제2007-0098334호 등 다양하게 알려져 있어 상세한 설명은 생략한다.The electro-
한편, 제1전극체(50)는 드럼 형태로 형성되어 있고, 제2전극체(60)는 캐터필러로 되어 있으나, 제1전극체(50) 및 제2전극체(60)는 후술되는 전원인가부(100)로부터 인가된 전위차에 의해 이송되는 슬러지로부터 탈수가 이루어질 수 있는 형태로 형성되면 되고, 도시된 형태로 제한되지 않음은 물론이다.On the other hand, the
이하에서는 제1전극체(50)와 제2전극체(60)에 대해 등가 회로계통으로 표현하여 설명한다.Hereinafter, the
도 2는 본 발명에 따른 전원 인가부를 나타내 보인 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a power applying unit according to the present invention.
도 2를 참조하면, 전원 인가부(100)는 삼상교류전원으로부터 펄스형 전압을 생성하여 제1전극체(50)와 제2전극체(60)에 마련된 전극(51)(61)을 통해 인가한다.Referring to FIG. 2, the
도시된 예에서 제1전극체(50)는 드럼 외주면에 형성된 전극(51)이 제1출력단(171)과 접속되게 적용되었고, 제2전극체(60)는 캐터필러 형태로 무한궤도로 순환되며 도전소재로 형성된 제2전극체(60)의 순환을 가이드하도록 접촉되어 회전되는 도전성 롤러가 제2전극체(60)의 전극(61)과 제2출력단(172)를 통해 접속되어 있 다. 제1전극체(50)와 제2전극체(60)로 전위를 인가하기 위한 전극(51)(61)은 도시된 예와 다르게 적용될 수 있음은 물론이다.In the illustrated example, the
전원 인가부(100)는 정류부(110), 충전부, 스위칭부(130), 제어부(140), 제1및 제2코일부(151)(152), 2차 다이오드(161)를 구비한다.The
정류부(110)는 삼상교류전원을 전파 정류하여 충전부로 적용된 커패시터(120)를 충전할 수 있도록 되어 있다.The
정류부(110)는 제1 내지 제6다이오드(111 내지 116)로 되어 있다.The
제1다이오드(111)는 삼상 교류 전원의 R상 공급선(101)과 커패시터(120)의 일단(120a)과 순방향으로 접속되어 있다.The
제2다이오드(112)는 삼상 교류 전원의 S상 공급선(102)과 커패시터(120)의 일단(120a)과 순방향으로 접속되어 있다.The
제3다이오드(113)는 삼상 교류 전원의 T상 공급선(103)과 커패시터(120)의 일단(120a)과 순방향으로 접속되어 있다.The third diode 113 is connected in a forward direction to the T-
제4다이오드(114)는 커패시터(120)로의 충전전류 경로가 형성되도록 R상 공급선(101)과 커패시터(120)의 타단(120b) 사이에 역방향으로 접속되어 있다.The
제5다이오드(115)는 커패시터(120)로의 충전전류 경로가 형성되도록 S상 공급선(102)과 커패시터(120)의 타단(120b) 사이에 역방향으로 접속되어 있다.The
제6다이오드(114)는 커패시터(120)로의 충전전류 경로가 형성되도록 T상 공급선(103)과 커패시터(120)의 타단(120b) 사이에 역방향으로 접속되어 있다.The
이러한 정류부(110)는 삼상교류전원의 각 상의 위상차에 대응되게 인가되는 전압이 순방향 다이오드인 제1 내지 제3다이오드(111 내지 113)와 역방향 다이오드인 제4 내지 제6다이오드(114 내지 116)에 의해 커패시터(120)를 통해 충전이 이루어진다.The
한편, 도시된 예와 다르게 정류부는 삼상교류전원에 대해 반파정류 하는 방식 등 도시된 예와 다른 정류방식이 적용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, unlike the illustrated example, the rectifier may be applied to the rectification method different from the illustrated example, such as the half-wave rectification method for the three-phase AC power supply.
커패시터(120)는 정류부(110)에 의해 정류된 전기에너지를 충전하는 충전부로 적용되었다.The
제1코일부(151)는 커패시터(120)에 충전된 전력을 스위칭부(130)의 스위칭에 의해 선택적으로 인가받아 커플링된 제2코일부(152)로 유기시킨다.The
제2코일부(152)는 제1코일부(151)와 커플링되어 유기된 기전력을 출력한다.The
스위칭부(130)는 후술되는 제어부(140)의 제어에 의해 커패시터(120)에 충전된 전력을 제1코일부(151)로 공급 및 차단할 수 있도록 접속되어 있다.The
스위칭부(130)는 제1 및 제2스위치 소자(131)(132)가 적용되었다.As the
제1스위치 소자(131)는 커패시터(120)의 일단(120a)과 제1코일부(151)의 일단 사이에 접속되어 제어부(140)의 제어신호에 따라 온/오프 된다.The
제2스위치 소자(132)는 커패시터(120)의 일단(120a)과 제1코일부(151)의 타단 사이에 접속되어 제어부(140)의 제어신호에 따라 온/오프 된다.The
여기서 제1 및 제2 스위치소자(131)(132)는 제어신호에 따라 스위치 온/오프 되는 반도체 소자로 예를 들면 트랜지스터가 적용될 수 있다.Here, the first and
여기서, 제1 스위치소자(131)가 온될 때 제2 스위치소자(132)는 오프되고, 제1 스위치소자(131)가 오프될 때 제2 스위치소자(132)는 온되게 제어된다.Here, the
제1코일부(151)의 중간과 커패시터(120)의 타단(120b)이 상호 접속되어 있다.The middle of the
여기서 제1코일부(151)와 제2코일부(152)로 이루어지는 트랜스포머는 수KHz 이상의 고주파용 트랜스 포머가 적용되는 것이 바람직하다.Here, the transformer consisting of the
도시된 예와 다르게 스위칭부(130)는 하나의 스위치소자만 적용될 수 있고, 이 경우 제1코일부(151)의 양단은 커패시터(120)의 양단에 대응되게 접속되고, 스위치소자는 제1코일부(151)로 이어지는 전류도통 경로를 온/오프 할 수 있도록 접속되면 된다.Unlike the illustrated example, only one switch element may be applied to the
센싱부(180)는 제1출력단(171)을 통해 출력되는 전압 또는 전류를 검출하여 제어부(140)로 출력한다.The
제어부(140)는 스위칭부(130)를 설정된 펄스변조신호에 따라 온/오프 제어한다.The
제어부(140)는 스위칭부(130)의 스위칭 주기, 듀티, 반복주기 중 적어도 하나를 사용자가 설정할 수 있도록 조작키가 마련된 조정부(142)와, 조정부(142)에 의해 설정된 펄스변조신호에 따라 스위칭부(130)를 제어하는 펄스 변조부(141)를 구비한다.The
또한, 제어부(140)는 센싱부(180)에서 검출된 전압 또는 전류가 설정된 허용 범위를 벗어나는지를 판단하여 스위칭부(130)의 온/오프를 제어한다.In addition, the
일 예로, 제어부(140)는 센싱부(180)에서 검출된 전압이 설정된 전압 이상의 과전압 이거나 설정된 허용 전류 이상의 과전류가 출력되는 것으로 판단되면, 스위칭부(130)의 구동 듀티를 강제적으로 줄이거나 오프되게 제어한다.For example, if it is determined that the voltage detected by the
2차 다이오드(161)는 제2코일부(152) 일단과 제1전극체(50)로 이어지는 제1출력단(171) 사이에 순방향으로 접속되어 제2코일부(152)에 유기된 전기 에너지를 반파 정류하여 출력한다.The
또한, 제2코일부(152)의 타단은 제2출력단(172)이 되며 제2전극체(60)와 접속되어 있다.The other end of the
이러한 전기 침투 탈수장치(10)는 일 예로 도 3에 도시된 바와 같이 펄스 변조부(141)의 스위칭부(130)에 대한 구동 주기(T) 및 듀티(a/T)에 따라 제1 및 제2출력단(171)(172)을 통해 펄스 형태의 전압을 발생시킨다.For example, as shown in FIG. 3, the electric
따라서, 전기 침투 탈수장치(10)는 적용되는 슬러지의 종류에 따라 제1 및 제2 출력단(171)(172)를 통해 출력되는 전압파형의 진폭, 주기, 듀티, 반복주기등을 조정할 수 있어 슬러지의 특성에 대응한 전압 인가조건을 적용할 수 있다.Therefore, the
도 1은 본 발명에 따른 전기 침투 탈수기의 일 예를 나타내 보인 사시도이고,1 is a perspective view showing an example of an electroosmotic dehydrator according to the present invention;
도 2는 도 1의 제1 및 제2 전극체에 전위를 인가하는 전원 인가부를 나타내 보인 회로도이고,FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a power supply unit for applying a potential to the first and second electrode bodies of FIG. 1.
도 3은 도 2의 전위 인가부에서 출력되는 출력파형을 나타내 보인 파형도이다.3 is a waveform diagram illustrating an output waveform output from the potential applying unit of FIG. 2.
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