KR101506584B1

KR101506584B1 - 가스하이드레이트 탈수기

Info

Publication number: KR101506584B1
Application number: KR1020140121098A
Authority: KR
Inventors: 우양호; 우타관
Original assignee: 주식회사 성일터빈
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2015-03-27

Abstract

본 발명은, 가스하이드레이트 슬러리가 투입되는 투입관(12)과, 탈수된 가스하이드레이트 케익이 배출되는 배출관(14)과, 탈수액이 빠져나가는 배수관(16)이 구비되는 금속재질의 하우징(10)과; 하우징(10)의 일측면 외부에 설치되는 구동모터(20)와; 하우징(10) 내부의 중앙부위 상측에 설치되되 구동모터(20)의 구동축과 축연결되는 구동롤러(32)와; 하우징(10) 내부에 설치되는 피동롤러(34) 및 가압롤러(36)와; 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어지며, 피동롤러(34) 및 구동롤러(32) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하는 이송벨트(42)와; 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어져, 가압롤러(36), 피동롤러(34), 구동롤러(32) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하되, 이송벨트(42)에 의해 이동하는 가스하이드레이트 슬러리를 가압하는 가압벨트(44)를; 포함하여 이루어지는 가스하이드레이트 탈수기를 제공한다.

Description

가스하이드레이트 탈수기{An apparatus for dehydrating gasdehydrate}

본 발명은 가스하이드레이트 탈수기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스하이드레이트 슬러리를 연속방식으로 탈수함에 있어 탈수과정에 투입되는 가스하이드레이트의 양을 용이하게 조절하고, 가스하이드레이트를 보다 완전하게 탈수시킴은 물론 탈수과정에서 가스하이드레이트 결정의 부착으로 인한 문제점이 발생하지 않는 가스하이드레이트 탈수기에 관한 것이다.

가스하이드레이트(gas Hydrate)는 수소 결합에 의해 고체상의 격자를 이루는 주체 분자와 이들 안에 포집되는 객체 분자 등의 두가지 성분으로 구성되며, 물 분자들이 수소 결합을 통해 형성하는 3차원 격자구조에 메탄, 에탄, 이산화탄소 등의 저분자들이 화학적인 결합을 하지 않고 물리적으로 포획하여 형성된 결정성 화합물을 가리킨다.

이 가스하이드레이트는 영구 동토(凍土)나 심해저의 저온과 고압 상태에서 천연가스가 물과 결합해 생기는 고체 에너지원으로써, 외관이 드라이아이스와 비슷하며 불을 붙이면 타는 성질이 있는데 화석에너지에 비해 2배 이상의 유기탄소를 함유하고 있을 뿐 아니라, 연소과정에서 화석에너지에 비해 이산화탄소를 거의 배출시키지 않는다는 점에서 미래에너지 보고로 주목받고 있다.

산업적 성장 잠재력이 큰 가스하이드레이트 중에서 필요한 성분을 추출하기 위해서는 탈수과정이 필수적으로 동반되는데, 탈수를 보다 효과적으로 수행하여 가스하이드레이트 케익(cake)을 대량 생산하기 위한 방편으로 대한민국 등록특허 제0633385호 및 대한민국 등록특허 제1315484호와 같이 스크류를 이용한 연속방식의 탈수기가 각광받고 있다.

하지만, 가스하이드레이트는 가스하이드레이트 상평형 이상의 압력 및 그 이하의 온도에서 생성되기 때문에, 탈수기 내부의 압력 및 온도 조건은 가스하이드레이트 상평형 조건 이상을 유지해야 하는데, 제안되고 있는 대부분의 기술은 금속재질의 스크류를 사용하고 있다는 점에서 탈수기를 장시간 작동하는 경우 탈수기 내부의 벽면이나 스크류의 일면에 가스하이드레이트 결정이 부착되는 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 스크류의 일면에 가스하이드레이트 결정이 부착되면, 탈수된 가스하이드레이트 케익이 스크류의 축과 함께 맴돌면서 제대로 배출되지 못한다는 점에서 생산성이 현저히 떨어지는 단점이 있었다.

대한민국 등록특허 제1315484호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 연속방식으로 탈수된 가스하이드레이트 케익을 정체됨이 없이 순차적으로 배출시킬 수 있을 뿐 아니라, 탈수과정에 투입되는 가스하이드레이트의 양을 용이하게 조절할 수 있고, 가스하이드레이트를 보다 완전하게 탈수시킬 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 후면 하부에 설치되어 가스하이드레이트 슬러리가 투입되는 투입관(12)과, 전면 하부에 설치되어 탈수된 가스하이드레이트 케익이 배출되는 배출관(14)과, 하면 후방에 설치되어 탈수액이 빠져나가는 배수관(16)이 구비되는 금속재질의 하우징(10)과; 하우징(10)의 일측면 외부에 설치되는 구동모터(20)와; 하우징(10) 내부의 중앙부위 상측에 설치되되 구동모터(20)의 구동축과 축연결되는 구동롤러(32)와; 하우징(10) 내부에 각각 설치되되, 후방부위 하측에 설치되는 제1피동롤러(342)와, 제1피동롤러(342)와 일정거리 이격되어 전방부위 하측에 설치되는 제2피동롤러(344)와, 제2피동롤러(344) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되는 제3피동롤러(346)를 포함하는 피동롤러(34)와; 하우징(10) 내부에 각각 설치되되, 제1피동롤러(342) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되는 제1가압롤러(362)와, 제3피동롤러(346) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되는 제2가압롤러(364)를 포함하는 가압롤러(36)와; 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어지며, 제1, 2, 3피동롤러(342, 344, 346), 구동롤러(32) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하며 하우징의 투입관(12)을 통해 투입되는 가스하이드레이트 슬러리를 이동시키는 이송벨트(42)와; 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어져, 제1가압롤러(362), 제2, 3피동롤러(344, 346), 구동롤러(32), 제2가압롤러(364) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하되, 이송벨트(42)와 제2피동롤러(344) 부위에서 만난 다음 구동롤러(32)에서 분리되면서 이송벨트(42)에 의해 이동하는 가스하이드레이트 슬러리를 가압하는 가압벨트(44)와; 하우징(10)의 일 측면 상부에 마련되는 온도계(92) 및 압력계(96)를; 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

상기 하우징(10) 내부에는, 구동롤러(32) 후방으로 일정거리 이격되어 설치되는 제1보조롤러(382)와, 구동롤러(32)와 제3피동롤러(346) 사이에 설치되는 제2보조롤러(384)와, 구동롤러(32) 상방으로 일정거리 이격되어 설치되는 제3보조롤러(386)를 포함하는 보조롤러(38)와; 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어져, 제1, 2보조롤러(382, 384), 구동롤러(32), 제3보조롤러(386) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하되, 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이에 압착되어 이동하는 가스하이드레이트 슬러리를 가압하는 보조가압벨트(46)가; 마련될 수 있다.

이때, 상기 하우징(10)에는, 타측면 하부에는 제1투명창(11)이 마련되고, 제1투명창(11)과 일정거리 이격된 타측면 상부에는 제2투명창(13)이 마련되며, 제1투명창(11)과 제2투명창(13) 사이에는 제3투명창(15)이 마련되고, 배출관(14)이 위치하는 전면 상부에는 제4투명창(17)이 마련될 수 있다.

또한, 상기 배출관(14) 일측 단부가 결합되는 하우징(10)의 내부 일측에는 이송벨트(42)가 무한궤도 운동하는 제4피동롤러(348)가 설치되며, 상기 배출관(14)의 일측 단부 내부에는 이송벨트(42)에 압착된 가스하이드레이트 케익을 이송벨트(42)로부터 분리하기 위해 일측 단부가 이송벨트(42)의 일면과 접하는 제1분리수단(50)이 마련될 수 있다.

또한, 상기 하우징(10)의 내부 전방부위 상측에는, 가압벨트(44)의 일면에 잔존하는 가스하이드레이트를 분리하기 위하여 일측 단부가 가압벨트(44)이 일면과 접하는 제2분리수단(70)이 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1피동롤러(342)와 제2피동롤러(344) 사이에는, 상기 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이공간으로 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 양을 조절할 수 있는 조절롤러(60)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 제1가압롤러(362) 하부에는, 하단부위가 하우징(10)의 내벽에 고정설치되는 고정프레임(82)과, 상부에는 제1가압롤러(362)의 구동축(85)이 마련되어 고정프레임(82)에 대하여 전후방향으로 슬라이드 운동하는 가동프레임(84)과, 일단부위는 가동프레임(84)에 고정결합되며 연장되는 타단부위는 하우징(10)의 후면을 관통하여 외부로 노출되는 이동봉(86)이 마련될 수 있다.

상기 구동롤러(32)와, 상기 피동롤러(34) 및 가압롤러(36) 각각은 양단부위보다 중앙부위가 볼록하게 형성될 수 있으며, 상기 보조롤러(38) 각각은 양단부위보다 중앙부위가 볼록하게 형성될 수 있다.

상기 이송벨트(42) 및 가압벨트(44) 각각에는 복수 개의 탈수공이 형성될 수 있다.

본 발명은 무한궤도 운동하는 복수 개의 합성수지 재질의 벨트를 상호 가압하여 가스하이드레이트 슬러리를 연속방식으로 탈수시키는 구성을 제안함으로써, 가스하이드레이트 결정이 압착 수단에 부착되어 탈수효율이 저하되거나 작업 자체가 중단되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 탈수작업에 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 양을 조절하는 수단을 이용하여 보다 완전한 탈수작업을 수행할 수 있음은 물론 의도하는 두께를 가지는 가스하이드레이트 케익을 용이하게 생산할 수 있도록 해준다.

또한, 본 발명은 가압벨트의 장력을 조절하는 수단을 마련함으로써, 장시간 작동에 따라 가압벨트의 장력이 달라지거나 또는 투입되는 슬러리의 양이 달라지더라도 보다 완전한 탈수작업을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 각 롤러의 중앙부위를 볼록하게 형성함으로써 롤러를 따라 무한궤도 운동하는 벨트가 롤러에 더욱 긴밀하게 밀착되어 탈수작업을 수행할 수 있을 뿐 아니라 벨트가 롤러로부터 분리되어 작업이 중단되는 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 이송벨트로부터 탈수된 가스하이드레이트 케익을 완전히 분리하는 수단을 부가함으로써 이송벨트에 잔존하는 가스하이드레이트에 의해 다음 작업이 방해받지 않는다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 높이를 달리하는 롤러에 의해 무한궤도 운동하는 벨트에 탈수공을 형성하여 낙하하는 탈수액이 이동하는 가스하이드레이트 슬러리에 자연스럽게 스며든 다음 벨트에 의해 가압 및 탈수되는 과정을 반복하도록 구성함으로써, 가스하이드레이트 슬러리에 함유되어 있는 염분 등이 벨트에 의해 이동하는 과정에서 자연스럽게 희석되어 제거될 수 있도록 해준다.

도 1a는 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기의 개략적인 일측면 외관구성도.
도 1b는 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기의 개략적인 전면 외관구성도.
도 1c는 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기의 개략적인 후면 외관구성도.
도 2는 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기 내부에 설치되는 롤러와 벨트 상호간의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기에 있어 조절롤러의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기에 있어 벨트와 접하는 롤러의 개략적인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 가스하이드레이트 탈수기에 있어 벨트의 개략적인 다른 구성도.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 가스하이드레이트 탈수기를 제안함에 있어, 하우징(10)과, 하우징(10) 일측에 마련되는 구동모터(20)와, 하우징(10) 내부에 설치되는 복수 개의 롤러와, 롤러 각각을 무한궤도 운동하는 복수 개의 벨트로 이루어지는 구성을 제안한다. 이들 각 구성을 상세하게 살펴본다.

하우징(10)은 가스하이드레이트를 탈수시키는 각종 장치가 내장되는 부분으로서 그 내부에는 일정크기의 공간이 마련되며, 투입관(12), 배출관(14), 배수관(16)이 각각 연결된다. 투입관(12)은 가스하이드레이트 슬러리가 투입되는 곳으로서 도 1c와 같이 하우징(10)의 후면 하부에 설치되며, 배출관(14)은 탈수된 가스하이드레이트 케익이 배출되는 곳으로서 도 1b와 같이 하우징(10)의 전면 하부에 설치되고, 배수관(16)은 탈수액이 빠져나가는 곳으로서 도 1a와 같이 하우징(10)의 하면 후방에 설치된다.

도면부호 19는 투입관(12)을 통해 하우징(10) 내부로 투입되는 가스하이드레이트 슬러리를 후술할 이송벨트(42)로 가이드판이다. 가이드판(19)의 폭은 이송벨트(42)의 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 하우징(10)에는 제1, 2, 3, 4투명창(11, 13, 15, 17)이 더 마련될 수 있다. 각 투명창은 작업자가 하우징 내부의 작업 상황을 실시간으로 확인하기 위한 수단으로서, 도 1a 내지 도 1b 각각과 같이 제1투명창(11)은 가스하이드레이트 슬러리의 투입유무 및 투입정도를 확인하는 수단으로서 하우징의 타측면 하부에 마련되며, 제2투명창(13)은 가스하이드레이트 슬러리의 탈수정도와 이송벨트를 따라 이동하는 가스하이드레이트 케익의 상태를 확인하기 위한 수단으로서 제1투명창(11)과 일정거리 이격된 타측면 상부에 마련된다.

또한, 제3투명창(15)은 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이로 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 양을 조절하거나 또는 조절된 정도를 확인하는 수단으로서 제1투명창(11)과 제2투명창(13) 사이에 마련되며, 제4투명창(17)은 배출되는 가스하이드레이트 케익의 상태를 확인하기 위한 수단으로서 배출관(14)이 위치하는 전면 상부에 마련될 수 있다.

한편, 본 발명은 하우징(10)을 일정두께의 금속으로 구성하고, 그 내부공간은 투입관(12), 배출관(14), 배수관(16) 부위를 제외하곤 밀폐상태를 이루도록 구성하는 경우를 제안한다. 이는, 가스하이드레이트의 상평형 압력이 수bar 이상으로서 하우징이 이러한 재질 및 구조로 이루어지지 않으면 그 압력을 견디질 못할 수 있음은 물론 탈수가 제대로 이루어질 수 없기 때문이다. 이때, 투입관(12), 배출관(14), 배수관(16) 각각은 가스하이드레이트 투입장치, 케이크 저장장치, 저수통 등과 연결되어 폐쇄상태를 이룬다.

도면부호 92, 96 각각은 온도계 및 압력계로서, 이를 통해 작업자가 하우징(10) 내부의 온도 및 압력 상황을 실시간으로 체크할 수 있다. 도면에는 온도계 및 압력계가 디지털 계기로 이루어지는 경우가 개시되어 있으나, 이와 달리 아날로그 계기로 이루어질 수 있음은 물론이다. 하우징 내부의 온도 및 압력은 별도의 냉각장치 및 고압유지장치를 통해 의도하는 온도범위 및 압력범위를 유지할 수 있다. 냉각장치 및 고압유지장치는 하우징 내부 또는 외부에 설치될 수 있는데, 이러한 장치의 구성은 관련 업계에 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

구동모터(20)는 롤러의 구동원으로서 하우징(10)의 일측면 외부에 위치한다. 구동모터(20)의 회전력은 감속장치를 통해 일정 RPM으로 변환된 다음 구동축을 통해 출력되는 것이 바람직하다. 구동축은 후술할 구동롤러(32)와 축연결되는 부분으로서, 본 발명은 도면과 같이 구동축이 제1구동축(22) 및 제2구동축(26)으로 분리되는 경우를 배제하지 않는다. 이럴 경우, 구동롤러(32)와 축연결되는 것은 제2구동축(26)이다. 도면부호 26은 제1, 2구동축을 연결하는 구동풀리이다.

롤러는 하우징(10) 내부의 공간에 설치되는 것으로서, 각각이 복수 개로 이루어지는 구동롤러(32) 및 피동롤러(34), 그리고 가압롤러(36)로 이루어질 수 있다. 각 롤러의 구체적인 구성을 도 2를 참조하여 살펴본다.

구동롤러(10)는 구동모터(20)의 구동축과 연결되어 각 벨트를 회전시키는 수단으로서, 하우징(10) 내부의 중앙부위 상측에 설치된다. 구동모터(20)의 구동축이 전술한 바와 같이 분리 구성되면, 구동롤러(10)는 제2구동축(24)과 축연결되는 것이 바람직하다.

피동롤러(34)는 후술할 이송벨트(42)가 밀착되어 회전하는 롤러로서, 제1, 2, 3피동롤러(342, 344, 346)로 이루어질 수 있다. 이때, 제1피동롤러(342)는 하우징 내부의 후방부위 하측에 설치되고, 제2피동롤러(344)는 제1피동롤러(342)와 일정거리 이격되어 하우징 내부의 전방부위 하측에 설치되며, 제3피동롤러(346)는 제2피동롤러(344) 상방으로 일정간격 이격되어 설치될 수 있다.

한편, 피동롤러(34)에는 제4, 5, 6, 7피동롤러(348, 343, 345, 347)가 더 마련될 수 있다. 이럴 경우, 제4피동롤러(348)는 배출관(14) 일측 단부가 결합되는 하우징(10)의 내부 일측에 설치되는 것이 바람직하고, 제5피동롤러(343)는 제3피동롤러(346)과 일정거리 떨어진 후방부위의 상측에 설치될 수 있으며, 제6피동롤러(345)는 제3피동롤러(346)과 일정거리 떨어진 후방부위의 하측에 설치될 수 있으며, 제7피동롤러(347)는 제2피동롤러(344) 전방 하측부위에 설치될 수 있다. 도면부호 341은 피동텐션롤러이다.

가압롤러(36)는 후술할 가압벨트(44)가 밀착되어 회전하는 롤러로서, 제1, 2가압롤러(362, 364)로 이루어지며, 이에 제3가압롤러(366)가 더 부가될 수 있다. 제1가압롤러(362)는 제1피동롤러(342) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되며, 제2가압롤러(364)는 제3피동롤러(346) 상방으로 일정간격 이격되어 설치될 수 있다. 또한, 부가되는 제3가압롤러(366)는 제5피동롤러(343)와 인접한 후방에 설치될 수 있으며, 구동모터(20)의 구동축이 분리 구성되는 경우 제1구동축(22)이 제3가압롤러(366)와 축연결될 수 있다. 도면부호 361은 가압텐션롤러이다.

한편, 본 발명은 가압롤러(36)를 따라 무한궤도 운동하는 가압벨트(44)의 장력을 조절하기 위한 수단(80)이 마련되는 경우를 배제하지 않는다. 장력조절수단(80)은 고정프레임(82) 및 가동프레임(84), 그리고 이동봉(88)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이를 첨부된 도 6a 및 도 6b 각각을 참조하여 구체적으로 살펴본다.

고정프레임(82)은 장력조절수단(80)을 지지하는 부분으로서, 하단부위가 하우징(10)의 내벽에 고정설치된다. 내벽에의 고정은 도면과 같이 별도의 설치단(81)을 이용하여 이루어질 수도 있다. 가동프레임(84)은 고정프레임(82)에 대하여 전후방향으로 슬라이드 운동하는 부분이다. 가동프레임(84) 상부에는 제1가압롤러(362)의 구동축(85)이 마련된다.

가동프레임의 슬라이드 운동을 위한 구성으로, 고정프레임과 가동프레임은 엘엠가이드 구조로 결합될 수 있다. 고정프레임(82)과 가동프레임(84) 사이에는 도면과 같이 가이드판(83)이 마련될 수 있으며, 이럴 경우 가이드판(83)은 고정프레임(82) 상면에 고정결합되며, 가동프레임(84)은 가이드판(83)에 대하여 슬라이드 운동하게 되며, 가동프레임과 가이드판이 엘엠가이드 구조로 결합된다.

이동봉(88)은 가동프레임(84)을 전후방향으로 슬라이드 운동시키는 부분으로서, 일단부위는 가동프레임(84)에 고정결합되며 연장되는 타단부위는 하우징(10)의 후면을 관통하여 외부로 노출된다. 외부로 노출되는 이동봉(88)의 타단에는 별도의 조절봉(89)이 삽입 결합될 수 있는데, 이동봉(88)과 조절봉(89)은 나사결합부(88)에 의해 치합되는 것이 바람직하다. 이럴 경우, 작업자가 조절봉(89)을 일방향(타방향)으로 회전시키면 이동봉(88)이 후진(전진)하면서 가동프레임(84)에 장착된 제1가압롤러(361)을 일정거리 후퇴(전진)하면서 가압벨트(44)의 장력을 조절할 수 있게 된다.

가동프레임(84)의 일측에는 고정봉(86)이 매개될 수도 있다. 이럴 경우, 고정봉(86)의 양단부위가 가동프레임(84) 각각에 고정결합되며, 이동봉(88)의 일측단부는 고정봉(86)에 고정결합된다. 하우징(10) 내부가 일정압력 및 온도로 유지되어야 함을 감안하면, 이동봉(88)이 관통하는 하우징(10)의 후면부위에는 도면과 같이 밀폐하우징이 설치되는 것이 바람직하다 할 것이다.

또한, 본 발명은 롤러를 구성함에 있어 보조롤러(38)가 부가되는 경우를 배제하지 않는다. 보조롤러(38)는 하우징(10)의 내부에 설치되어 후술할 보조가압벨트(46)와 밀착되어 회전하는 부분으로서, 제1, 2, 3보조롤러(382, 384, 386)로 이루어질 수 있다. 제1보조롤러(382)는 구동롤러(32) 후방으로 일정거리 이격되어 설치되며, 제2보조롤러(384)는 구동롤러(32)와 제3피동롤러(346) 사이에 설치되고, 제3보조롤러(386)는 구동롤러(32) 상방으로 일정거리 이격되어 설치될 수 있다. 도면부호 381은 보조텐션롤러이다.

벨트는 가스하이드레이트 슬러리를 이동시킴과 동시에 탈수하는 수단으로서, 이송벨트(42)와 가압벨트(44)로 이루어지며, 롤러에 보조롤러가 부가되는 경우 보조가압벨트(46)가 더 구비될 수 있다.

이송벨트(42)는 하우징의 투입관(12)을 통해 투입되는 가스하이드레이트 슬러리를 이동시키는 벨트로서, 제1, 2, 3피동롤러(342, 344, 346), 구동롤러(32) 각각에 순차적으로 밀착되며 무한궤도 운동한다. 피동롤러(34)에 제4, 5, 6피동롤러(348, 343, 345) 및 피동텐션롤러(341)가 부가되면, 이송벨트(42)는 이들 역시도 순차적으로 밀착하며 무한궤도 운동함은 물론이다.

또한, 이송벨트(42)는 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 각 롤러와의 밀착도를 증진시키고 상호 대향하는 벨트에 의한 효율적인 탈수를 도모함은 물론, 일정 온도 이하에서 상평형을 이루는 가스하이드레이트가 벨트의 일면에 부착되는 현상을 원천적으로 방지하기 위함이다.

가압벨트(44)는 이송벨트(42)에 의해 이동하는 가스하이드레이트 슬러리를 가압하는 벨트로서, 제1가압롤러(362), 제2, 3피동롤러(344, 346), 구동롤러(32), 제2가압롤러(364) 각각에 순차적으로 밀착되며 무한궤도 운동한다. 가압롤러(36)에 제3가압롤러(366) 및 가압텐션롤러(361)가 부가되면, 가압벨트(44)는 이들도 순차적으로 밀착하며 무한궤도 운동한다. 이송벨트와 동일하게 가압벨트 역시 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 가압벨트(44)는 무한궤도 운동함에 있어 도면에 된 것과 같이, 이송벨트(42)와 제2피동롤러(344) 부위에서 만난 다음 구동롤러(32)에서 분리되는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 제2피동롤러(344) 부위에서 이송벨트(42)와 만나는 경우 도면과 같이 이송벨트와의 간격을 점차 좁히면서 만나도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 이송벨트(42)에 의해 이동하는 가스하이드레이트 슬러리가 이송벨트(42) 및 가압벨트(44)에 의해 용이하게 압착되도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명은 제1피동롤러(344)와 2피동롤러(346) 사이에 조절롤러(60)가 구비되는 경우를 제안한다. 조절롤러(60)는 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이공간으로 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 양을 조절하는 수단으로서 그 구체적인 구성은 도 3과 같이 이루어질 수 있다.

즉, 양측 부위가 하우징(10)의 각 측면에 관통결합되되 일단부위에 조절핸들(66)이 마련되는 회전봉(62)과, 회전봉(62)의 중앙부위에 일정 폭으로 형성되는 조절판(64)이 그것이다. 조절핸들(66)은 하우징(10)의 일측면을 관통하여 외부로 노출되는 회전봉의 일단부위에 설치되는 것이 바람직하다.

이럴 경우, 작업자가 조절핸들(66)을 일방향으로 일정각도 회전시키면, 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이의 간격이 좁아지게 되고, 이에 따라 이송벨트와 가압벨트 사이로 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 양이 조절되는 것이다. 이는 탈수작업에 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 두께를 적절히 조절함으로써 탈수가 보다 완전하게 이루어지도록 유도함은 물론 의도하는 두께의 가스하이드레이트 케익을 생산하기 위함이다. 조절판(64)의 폭은 각 벨트의 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 가스하이드레이트 슬러리가 이송벨트 및 가압벨트(이에 부가하여 보조가압벨트)에 의해 강하게 압착되어 탈수되면 박막의 케익구조가 되는데, 이럴 경우 압착된 가스하이드레이트 케익의 하면이 이송벨트의 일면과 강하게 밀착되어 분리가 어려울 수 있다. 이를 위하여, 본 발명은 배출관(14)의 일측 단부 내부에 압착된 가스하이드레이트 케익을 이송벨트(42)로부터 분리하기 위한 제1분리수단(50)이 구비되는 경우를 배제하지 않는다.

제1분리수단(50)은 도면에 개시된 것과 같이, 고정편(52)과 분리날(54)로 이루어질 수 있다. 고정편(52)의 양단 부위는 배출관(14)의 일측 단부 내면에 관통결합되며, 분리날(54)의 일측 단부는 이송벨트(42)의 일면과 접하며 타측 단부는 고정편(52)에 고정결합될 수 있다. 이에 따라, 이송벨트(42) 일면과 긴밀하게 접하고 있는 가스하이드레이트 케익은 분리날(54)에 의해 이송벨트로부터 용이하게 분리가 가능해진다.

제1분리수단(50) 외에 본 발명은 제2분리수단(70)이 부가되는 경우도 배제하지 않는다. 제2분리수단(70)은 구동롤러(32)로부터 분리되는 가압벨트(44)의 일면에 잔존하는 가스하이드레이트를 제거하기 위한 수단이다. 즉, 가압벨트(44)가 이송벨트(42) 일면에 안치된 가스하이드레이트 슬러리의 상면을 강하게 압착한 다음, 가스하이드레이트 상면으로부터 분리되면 가스하이드레이트와 접한 가압벨트 일면 부위에는 가스하이드레이트 일부가 잔존할 수 있는데 제2분리수단(70)은 이를 제거하게 된다.

제2분리수단(70)은 전술한 제1분리수단(50)과 대동소이한 구성으로 이루어질 수 있으며, 하우징(10) 내부의 전방부위 상측에 고정결합되는 결합편(72)에 설치될 수 있다. 이때 제2분리수단(70)의 일측 단부부위는 도면에 개시된 것과 같이 가압벨트(44) 일면 부위와 접하도록 구성되는 것이 바람직하다.

보조가압벨트(46)는 제1, 2보조롤러(382, 384), 구동롤러(32), 제3보조롤러(386) 각각에 밀착되어 순차적으로 무한궤도 운동하며, 제2보조롤러(382)와 구동롤러(32) 사이를 지나는 이송벨트(42) 및 가압벨트(44)를 강하게 압박하는 벨트이다. 보조가압벨트(46)가 부가되면, 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이에 압착되어 이동하는 가스하이드레이트 슬러리의 탈수를 더욱 촉진시킬 수 있게 된다. 보조가압벨트 역시 이송벨트와 동일하게 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 이송벨트(42) 및 가압벨트(44) 각각에 복수 개의 탈수공이 형성되는 경우를 배제하지 않는다. 탈수공은 가스하이드레이트 슬러리가 벨트에 의해 압착되는 과정에서 생성되는 탈수액을 용이하게 배출하기 위한 것으로서, 탈수공을 통해 배출되는 탈수액은 하우징의 하방으로 낙하하여 배수관을 통해 외부로 배출된다. 도 5에는 이송벨트(42)에 형성되는 탈수공(43)의 일례가 개시되어 있다. 탈수공은 도면과 달리 메쉬망 구조로 이루어질 수도 있다. 이송벨트, 가압벨트 뿐 아니라 보조가압벨트에도 탈수공이 형성될 수 있음은 물론이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 이송벨트 및 가압벨트는 수직높이를 달리하며 위치하는 각 롤러를 무한궤도 운동하는 방식이며, 이송벨트 및 가압벨트 등에 탈수공이 형성되면 각 벨트에 의해 생성되는 탈수액은 직하방으로 낙하하게 되는데, 이럴 경우 상대적으로 높은 위치에서 낙하하는 탈수액은 그 보다 낮은 위치에서 이동하는 가스하이드레이트 슬러리에 자연스럽게 스며든 다음 벨트에 의해 가압되어 다시 탈수된다. 이러한 과정이 반복되면서 가스하이드레이트 슬러리에 함유되어 있는 염분 등은 그 이동과정에서 자연스럽게 희석되면서 가스하이드레이트 슬러리로부터 제거된다.

또한, 본 발명은 구동롤러(32)와, 피동롤러(34) 및 가압롤러(36), 그리고 보조롤러(38) 각각을 구성하는 개별 롤러들이 양단부위보다 중앙부위가 볼록하게 형성되는 경우를 제안한다. 제3피동롤러(346)와 제2보조롤러(384)에 긴밀하게 밀착되어 무한궤도 회전하는 이송벨트(42)의 경우(이송벨트 하부에는 가압벨트가 위치)가 개시되어 있는 도 4를 참조하여 그 이유를 살펴본다.

제3피동롤러(346) 및 제2보조롤러(384) 각각이 중앙부위가 양단부위보다 볼록하게 형성된 상태에서 이송벨트(42)가 제3피동롤러 및 제2보조롤러에 긴밀하게 밀착되면, 탄성체로 이루어지는 이송벨트(42) 특성상 이송벨트의 중앙부위(L1)가 그 외측부위(L2)보다 조금 더 당겨져서 제3피동롤러 및 제2보조롤러에 밀착된다. 즉, 제3피동롤러 및 제2보조롤러 사이 기점에서 이송벨트(42)는 L1 > L2 상태가 되며, 이에 의한 장력은 F1 > F2가 된다.

제3피동롤러 및 제2보조롤러 사이 기점에 위치한 이송벨트에 있어 각 부위별 장력이 F1 > F2가 된다는 것은, 이송벨트가 제3피동롤러 및 제2보조롤러 사이 기점을 지남에 있어 이송벨트의 중앙부위로 힘이 집중됨을 의미하며, 이는 곧 이송벨트의 중심축이 제3피동롤러 및 제2보조롤러 각각의 중심축을 벗어남이 없이 원래 위치에서 무한궤도 운동을 하게 됨을 의미한다. 따라서, 각 롤러의 형상을 이와 같이 구성하게 되면, 각 벨트들은 각 롤러의 폭을 벗어나지 않고 정위치를 고수하며 무한궤도 운동을 할 수 있게 되는 것이다.

이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 개략적인 작동구성을 전술한 설명 및 첨부된 도 2를 참조하여 살펴본다.

미도시된 제어장치에서 신호가 입력되면 구동모터(20)가 작동하며, 구동모터(20)의 작동에 따라 구동롤러(32) 및 제3가압롤러(366)가 회전하면, 이들 각각에 밀착되어 있던 이송벨트(42), 가압벨트(44), 보조가압벨트(46)가 무한궤도 운동하고, 이의 무한궤도 운동에 따라 각 롤러들이 회전한다. 각 벨트들이 무한궤도 운동하면, 작업자가 이들 각 롤러 및 벨트 각각의 운전상태를 확인하고 미도시된 투입장치를 가동시킨다.

투입장치가 작동되면, 가스하이드레이트 슬러리가 투입관(12)을 통해 하우징(10) 내부로 연속 공급되며(①), 하우징(10)의 가이드판(17)에 의해 그 이동이 안내된 다음(②), 제1피동롤러(342)와 인접한 이송벨트(42) 일면으로 연속해서 투입된다. 가스하이드레이트 슬러리의 투입상태는 제1투명창(11)을 통해 확인하며 그 투입정도를 조절한다.

이송벨트(42) 일면으로 투입된 가스하이드레이트 슬러리는 제5피동롤러(345)를 지나면서 조절롤러(60)의 조절판(64)에 의해 그 이동양이 조절되며(③), 이송벨트(42)에 의해 이동하는 가스하이드레이트 슬러리는 조절판(64)을 지나면서 가압벨트(44)와 이송벨트(42) 사이 간격이 서서히 좁혀짐에 따라 조금씩 압착된다. 조절판(64)에 의한 이동하는 양은 제3투명창(15)에 의해 점검된다.

이후, 가스하이드레이트 슬러리는 제2피동롤러(344), 제5피동롤러(343), 제6피동롤러(346)을 순차적으로 지나게 되고(④), 이 과정에서 가압벨트(44)의 일면이 이송벨트(42)의 일면을 가압하게 되고, 이에 따라 이송벨트(42) 일면에 일정두께로 얻혀져 있는 가스하이드레이트 슬러리는 압착 작용으로 1차 탈수된다. 탈수액은 각 벨트에 형성되는 탈수공을 통해 하방으로 낙하하며, 배수관(16)을 통해 외부로 배출된다.

가스하이드레이트 슬러리가 제2보조롤러(384) 근방으로 이동하게 되면, 보조가압벨트(46)가 가압벨트(44) 타면에 밀착되면서, 이송벨트(42), 가압벨트(44), 보조가압벨트(46)가 함께 제2보조롤러(384), 구동롤러(32)를 순차적으로 지나게 되며(⑤), 이 과정에서 이송벨트(42) 일면에 위치하는 1차 탈수된 가스하이드레이트 슬러리는 가압벨트(44) 및 보조가압벨트(46)에 의해 압착되어 2차 탈수된다. 탈수액은 각 벨트에 형성되는 탈수공을 통해 하방으로 낙하하여 배수관(16)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 가압벨트(44)는 구동롤러(32)를 지나면서 이송벨트(42)와 분리되어 제2가압벨트(364), 제3보조롤러(386), 제1가압롤러(362)로 무한궤도 이동하면서 다음 탈수를 준비하게 되고, 보조가압벨트(46)는 구동롤러(32)를 지나면서 이송벨트(42)와 분리되어 제3보조롤러(386), 제1보조롤러(382)로 무한궤도 이동하면서 다음 탈수를 준비하게 된다.

가압벨트에 의한 1차 탈수과정, 그리고 가압벨트 및 보조가압벨트에 의한 2차 탈수과정을 거친 가스하이드레이트는 박막구조의 케익 형태로 되어 이송벨트(42)를 따라 이동하게 되며(⑥), 이 상태는 제2투명창(13) 또는 제4투명창(17) 각각에 의해 그 과정이 일일이 체크될 수 있다.

한편, 배출관(14)의 일측 단부 내부에는 제1분리수단(50)이 마련되며, 제1분리수단(50)에 있어 분리날(54)의 일측 단부는 이송벨트(42)의 일면과 접한 상태이기 때문에, 이송벨트(42)가 제4피동롤러(348)를 지나게 되면, 이송벨트(42) 일면과 긴밀하게 접하고 있는 가스하이드레이트 케익은 분리날(54)에 의해 이송벨트로부터 분리되며, 분리된 가스하이드레이트 케익은 배출관(14)을 통해 외부로 최종 배출된다(⑦).

제1분리수단(50)에 의해 가스하이드레이트 케익이 분리되면, 이송벨트(42)는 제2피동롤러(344), 제1피동롤러(342)를 순차적으로 거쳐 무한궤도 이동하면서 투입되는 가스하이드레이트 슬러리에 대한 다음 이송 작업을 준비하게 된다. 이송벨트의 경우에는 분리날에 의해 가스하이드레이트 케익이 깨끗하게 제거되며, 가압벨트의 경우에는 그 재질이 합성수지로서 가스하이드레이트 결정이 부착되는 현상이 발생하지 않음은 물론 제2분리수단(70)에 의해 잔존하는 가스하이드레이트가 완전히 제거되기 때문에 탈수기는 중단없이 추후 연속되는 탈수 작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

10 : 하우징 20 : 구동모터
32 : 구동롤러 34 : 피동롤러
36 : 가압롤러 38 : 보조롤러
42 : 이송벨트 44 : 가압벨트
46 : 보조가압벨트 50 : 제1분리수단
60 : 조절롤러 70 : 제2분리수단

Claims

후면 하부에 설치되어 가스하이드레이트 슬러리가 투입되는 투입관(12)과, 전면 하부에 설치되어 탈수된 가스하이드레이트 케익이 배출되는 배출관(14)과, 하면 후방에 설치되어 탈수액이 빠져나가는 배수관(16)이 구비되는 금속재질의 하우징(10)과;
하우징(10)의 일측면 외부에 설치되는 구동모터(20)와;
하우징(10) 내부의 중앙부위 상측에 설치되되 구동모터(20)의 구동축과 축연결되는 구동롤러(32)와;
하우징(10) 내부에 각각 설치되되, 후방부위 하측에 설치되는 제1피동롤러(342)와, 제1피동롤러(342)와 일정거리 이격되어 전방부위 하측에 설치되는 제2피동롤러(344)와, 제2피동롤러(344) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되는 제3피동롤러(346)를 포함하는 피동롤러(34)와;
하우징(10) 내부에 각각 설치되되, 제1피동롤러(342) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되는 제1가압롤러(362)와, 제3피동롤러(346) 상방으로 일정간격 이격되어 설치되는 제2가압롤러(364)를 포함하는 가압롤러(36)와;
일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어지며, 제1, 2, 3피동롤러(342, 344, 346), 구동롤러(32) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하며 하우징의 투입관(12)을 통해 투입되는 가스하이드레이트 슬러리를 이동시키는 이송벨트(42)와;
일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어져, 제1가압롤러(362), 제2, 3피동롤러(344, 346), 구동롤러(32), 제2가압롤러(364) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하되, 이송벨트(42)와 제2피동롤러(344) 부위에서 만난 다음 구동롤러(32)에서 분리되면서 이송벨트(42)에 의해 이동하는 가스하이드레이트 슬러리를 가압하는 가압벨트(44)와;
하우징(10)의 일 측면 상부에 마련되는 온도계(92) 및 압력계(96)를;
포함하여 이루어지는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항에 있어서,
상기 하우징(10) 내부에는,
구동롤러(32) 후방으로 일정거리 이격되어 설치되는 제1보조롤러(382)와, 구동롤러(32)와 제3피동롤러(346) 사이에 설치되는 제2보조롤러(384)와, 구동롤러(32) 상방으로 일정거리 이격되어 설치되는 제3보조롤러(386)를 포함하는 보조롤러(38)와; 일정 탄성을 가지는 합성수지 재질로 이루어져, 제1, 2보조롤러(382, 384), 구동롤러(32), 제3보조롤러(386) 각각에 순차적으로 밀착되어 무한궤도 운동하되, 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이에 압착되어 이동하는 가스하이드레이트 슬러리를 가압하는 보조가압벨트(46)가; 마련되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하우징(10)에는, 타측면 하부에는 제1투명창(11)이 마련되며, 제1투명창(11)과 일정거리 이격된 타측면 상부에는 제2투명창(13)이 마련되고, 제1투명창(11)과 제2투명창(13) 사이에는 제3투명창(15)이 마련되며, 배출관(14)이 위치하는 전면 상부에는 제4투명창(17)이 마련되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배출관(14) 일측 단부가 결합되는 하우징(10)의 내부 일측에는 이송벨트(42)가 무한궤도 운동하는 제4피동롤러(348)가 설치되며, 상기 배출관(14)의 일측 단부 내부에는 이송벨트(42)에 압착된 가스하이드레이트 케익을 이송벨트(42)로부터 분리하기 위해 일측 단부가 이송벨트(42)의 일면과 접하는 제1분리수단(50)이 마련되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하우징(10)의 내부 전방부위 상측에는, 가압벨트(44)의 일면에 잔존하는 가스하이드레이트를 분리하기 위하여 일측 단부가 가압벨트(44)이 일면과 접하는 제2분리수단(70)이 마련되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1피동롤러(342)와 제2피동롤러(344) 사이에는, 상기 이송벨트(42)와 가압벨트(44) 사이공간으로 투입되는 가스하이드레이트 슬러리의 양을 조절할 수 있는 조절롤러(60)가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1가압롤러(362) 하부에는, 하단부위가 하우징(10)의 내벽에 고정설치되는 고정프레임(82)과, 상부에는 제1가압롤러(362)의 구동축(85)이 마련되어 고정프레임(82)에 대하여 전후방향으로 슬라이드 운동하는 가동프레임(84)과, 일단부위는 가동프레임(84)에 고정결합되며 연장되는 타단부위는 하우징(10)의 후면을 관통하여 외부로 노출되는 이동봉(86)이 마련되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항에 있어서,
상기 구동롤러(32)와, 상기 피동롤러(34) 및 가압롤러(36) 각각은 양단부위보다 중앙부위가 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제2항에 있어서,
상기 보조롤러(38) 각각은 양단부위보다 중앙부위가 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.
제1항에 있어서,
상기 이송벨트(42) 및 가압벨트(44) 각각에는 복수 개의 탈수공이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트 탈수기.