KR101577107B1 - 막 여과 장치를 위한 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 결합되어 막 패키지(membrane package)를 형성하며, 막 패키지 내에서 서로 평행하고 그리고 이격되어 위치한 복수의 평면 막 필터 요소와, 모든 측면에서 상기 막 패키지를 에워싸며, 그 내부에, 여과될 유체를 공급하기 위해 적어도 하나의 주입구에 연결되는 적어도 하나의 주입 챔버가 막 필터 요소들의 상류에 형성되고, 그리고 여과에 의해 생성된 여과된 유체 부분을 방출하기 위해 적어도 하나의 배출구에 연결되는 적어도 하나의 배출 챔버가 막 필터 요소들의 하류에 형성되는, 벽과, 막 패키지와 벽에 연결되어, 이들을 막 필터 요소들에 평행한 방향으로 진동하게 하는 진동부를 포함하는 막 여과 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 진동부는, 상기 막 패키지를 둘러싸며 막 필터의 평면에 평행하게 연장하는 주 스프링 작용 방향을 갖는 적어도 하나의 스프링에 의해 막 패키지의 벽에 연결되는 프레임에 연결된다.

Description

막 여과 장치를 위한 구동 장치{DRIVE DEVICE FOR A MEMBRANE FILTRATION ARRANGEMENT}

본 발명은 막 여과 장치로서, 결합되어 막 패키지를 형성하며, 막 패키지 내에서 서로 평행하게 그리고 이격되게 배치되는 복수의 평면 막 필터 요소와, 모든 측면에서 막 패키지를 에워싸고, 그 내부에는, 여과될 유체를 공급하기 위해 적어도 하나의 주입구(inlet opening)에 연결된 적어도 하나의 주입 챔버가 막 여과 요소의 상류에 형성되고, 여과에 의해 생성된 여과된 유체부를 방출하기 위해 적어도 하나의 배출구에 연결된 적어도 하나의 배출 챔버가 막 여과 요소의 하류에 형성되는, 벽과, 막 패키지와 벽에 연결되어 이들을 막 필터 요소에 평행한 방향으로 진동하게 하는 진동부를 포함하는 막 여과 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다른 양상은, 농업에서 생물학적으로 오염된 폐수에 대한 분리 방법에 관한 것이다.

현대 농업의 중요한 문제는 오염된 폐수의 처리에 대한 것이다. 더 높아진 환경 표준으로 인해, 그러한 오염된 폐수를 넓은 면적에 걸쳐서 들(field)에 뿌리는 것과 같은 구축된 방법은 전혀 사용될 수 없거나 매우 제한된 범위로만 사용될 수 있다. 그러므로 더 높은 환경 표준을 충족하여 이상적으로는 정상적인 폐수로서 처리될 수 있도록 그러한 오염된 폐수를 효율적으로 처리하기 위한 방법이 필요하다.

이를 달성할 수 있는 한 가지 방식은, 예컨대 폐수를 하수 처리 플랜트에서 처리하는 것이다. 그러나 이러한 방식은 복잡한 장비를 수반하며 그에 따라 비싸고 집중 관리되어야 한다. 하수 처리 플랜트에서의 처리는 그러므로 농업에서 생성된 생물학적으로 오염된 폐수를 처리하는 경제적인 길은 아니다.

콜로이드 부유물(colloidal suspensions)을 처리하기 위한 것으로, 실험실 규모에서 사용할 수 있는 필터 기술이 미국특허(제US4,952,317호)로부터 다른 기술 분야에 대해서는 기본적으로 알려져 있다. 상기 미국특허는, 평행하게 배치된 복수의 막 복합물로 구성된 막 패키지가 진동하도록 되어있고, 그 진동 방향이 막의 표면에 평행한, 막 여과 장치에 관한 것이다. 그 결과로, 전단력이 여과될 콜로이드 부유물과 막 표면 사이에 생성되며, 이것은 고체 입자에 의한 막의 막힘(clogging)을 막고 그에 따라 특정한 동작 기간 동안 여과를 유지하게 한다.

본 장치 및 본 방법의 발명자는, 이러한 막 여과 원리가 기본적으로 농업에서 생물학적으로 오염된 폐수를 여과하는데 또한 적절함을 인식하였다. 그러나 미국특허(제US4,952,317호)에 기재된 장치를 사용할 때, 이러한 종류의 폐수의 효율적인 동작을 막았던 문제들이 발생하였다. 거기에 도시한 장치의 경우, 예컨대 막 패키지를 진동시키기 위한 여러 가지 옵션이 기재되어 있다. 이들 옵션은, 구동 수단에 의해 막 패키지에 직접 가해지는 왕복 병진 진동 또는 원형 진동을 포함한다. 구동 수단은 단단한 키너매틱스(rigid kinematics)를 갖는 회전식 액추에이터나 전자기계식 비틀림 공진기(torsional resonator)이다. 이들은, 이들 진동부 내부에 생성된 임의의 진동이 직접 막 패키지에 전달될 수 있도록, 막 패키지에 단단히 연결된다. 농업에서 생물학적으로 오염된 폐수의 효율적인 막 여과가 이런 식으로는 달성할 수 없음을 알게 되었고, 그 이유는, 막 여과를 위한 에너지 입력이 너무 크기 때문이거나, 모든 막 필터의 필요한 교체 사이의 막 여과 장치의 동작 시간이 너무 짧기 때문이다.

여과를 향상시키기 위해, 진동 모션이 구동 메커니즘에 의해 부여되는 막 패키지를 포함하는 다른 막 여과 장치가 미국특허(제US6,322,698B1호)로부터 알려져 있다. 본 발명의 근거가 되는 접근법을 사용하여, 농업에서 생물학적으로 오염된 폐수를 여과하는데 적절한 시스템이 이 종래문헌에 또한 기재되더라도, 이 문헌은 어디에도, 어떻게 이 시스템이, 그러한 폐수의 막 여과가 경제적으로 효율적인 방식으로 동작하게 하는 방식으로 개발될 수 있는지에 대해 기재하고 있지 않다.

침전제(precipitator)를 추가하여 금속과 물을 분리하기 위한 막 여과 장치가 미국특허(제US7,297,278B2호)로부터 알려져 있다. 그러나 이러한 장치의 단점은, 침전제를 추가해야 할 필요성이 있다는 점이며, 이점은 프로세스를 지속적으로 진행하기가 더 어렵게 하며, 또한 침전제 형태로 된 소모품을 추가해야 하므로 인해 프로세스의 경제적 효율을 감소시킨다.

그러므로 본 발명의 목적은, 농업에서 생물학적으로 오염된 폐수를 세정하고, 경제적으로 효율적인 방식으로 동작할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 앞서 명시한 종류의 장치로 달성되며, 여기서 진동부는, 막 패키지를 에워싸며, 막 필터의 평면에 평행하게 연장하는 스프링 작용의 주된 방향을 갖는 적어도 하나의 스프링에 의해 막 패키지의 벽에 연결되는 프레임에 연결된다.

적어도 하나의 스프링은, 막 필터 요소의 평면에 평행하게 연장하는 코일 스프링일 수 있다. 리프(leaf) 스프링, 나선형 스프링, 디스크 스프링 등을 택일적으로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 막 여과 장치를 통해, 진동부의 특정한 구성 및 막 패키지로의 결합으로 인해, 심지어 상이한 하중에서도 막 패키지의 효율적인 진동을 허용하는, 종래기술의 막 여과 장치의 개선이 제안된다. 종래기술의 장치와 비교하면, 진동을 생성하도록 입력될 필요가 있는 에너지 양은 상당히 더 적으며, 동시에 더 높은 진동 진폭을 갖는다. 이러한 점에 있어서 한 가지 기술적 관련 특성은, 막 패키지를 에워싸는 외부 프레임에 막 패키지를 결합하는 하나의 또는 복수의 스프링의 사용이다. 진동부는, 그 자체로서, 프레임에 연결된다. 이러한 종류의 결합은 진동부와 막 패키지 사이에 단단한 결합을 갖는 것을 회피케 한다. 대신, 막 패키지 자체는, 적어도 하나의 스프링과 결합되어, 공진 주파수를 갖는 진동 시스템으로 설계된다. 본 발명에 따르면, 이러한 공진 주파수는, 막 표면에 작용하는 전단력이 매우 효율적인 방식으로 이것으로 생성되며, 그 결과로, 막 여과가 마찬가지로 매우 효율적인 방식으로 발생할 수 있도록 하는 것이 된다.

본 발명에 따르면, 그 힘 적용 방향이 막 필터 요소의 평면에 평행하게 연장하고, 특히 스프링이 막 필터 요소의 평면에 평행하게 연장하며, 그 한 단부에서 막 패키지의 벽에 연결되고, 다른 단부에서 프레임에 연결되는 복수의 스프링이 제공되며, 스프링은 적어도 하나의 제1 스프링 세트와 하나의 제2 스프링 세트로 세분되며, 각 스프링 세트 내의 모든 스프링은 서로 평행하게 연장하며, 한 세트에서의 스프링 방향은 다른 세트의 스프링의 방향과 각도를 이루고 바람직하게는 수직으로 연장한다. 이러한 본 발명의 개선을 통해, 본 발명의 원리는 더 개선되어, 적어도 두 개의 세트로 세분되는 복수의 스프링을 제공함으로써, 스프링에 의해 원하는 진동 방향으로 막 패키지를 안내하는 기능이 개선되거나 실제로 완벽히 제공된다. 이러한 점에서, 각 세트에서의 스프링은 한 평면에서나, 여러 평면에서 서로 인접하게 배치될 수 있음을 이해해야 한다. 세트에서의 스프링을 배치하고 세분함으로써, 한정된 방향과 한정된 진폭으로 진동하는 기계적으로 결정된 시스템을 생성할 수 있다.

서로 다른 구성의 스프링이 본 발명의 장점과 효과를 실현하는데 사용될 수 있음을, 기본 원리로서 또한 이해해야 한다. 예컨대, 코일 스프링이 바람직하게는 예컨대 힘 적용 방향이 스프링의 확장 방향과 동일하게 되도록 사용될 수 있다. 택일적으로, 그러나 다른 타입의 스프링, 예컨대, 리프 스프링, 디스크 스프링 등을 사용할 수 있으며, 이들 스프링은 마찬가지로 직선 또는 대략 직선으로 힘을 적용한다. 마지막으로, 나선형 스프링이나 비틀림 막대(tortion bar) 스프링과 같이 축을 중심으로 비틀림 힘을 가하는 타입의 스프링을 사용할 수 도 있으며, 이러한 스프링은 결국 본 발명에 따른 장치에 사용하기 위해 각각의 기계적 연결을 필요로 한다.

스프링의 평행 배치란, 명시적으로, 관련된 경우 각 편향 메커니즘을 고려하여, 막 패키지에서의 스프링의 작용 선의 평행 배치인 것으로 이해된다. 스프링은 마찬가지로 공간적으로 평행하게 배치될 수 있지만, 특정한 타입의 스프링을 통해 공간 배치는 그러한 평행 배치로부터 벗어날 수 도 있다.

두 세트의 스프링을 서로 90˚의 각도로 배치함으로써, 일정한 진폭의 한정된 진동 모션을 얻을 수 있다. 만약, 이와는 대조적으로, 두 세트가 서로 다른 각도로 배치된다면, 연속적인 일련의 진동에서 상이한 진폭의 진동을 실행하는, 다양하게 결정되어 있지않은(multiply undetermined) 기계 시스템을 형성할 수 있다. 어떤 타입의 폐수가 처리될 지와, 특히 폐수의 밀도 그리고 고체 입자에 따른 그 오염도에 따라, 스프링 세트의 서로에 대한 하나의 또는 다른 배치가 바람직할 수 있다. 더 구체적으로, 코일 스프링이 총 4개의 세트로 세분되고, 그 중 두 개의 세트가 서로 평행하고 그리고 이격되며, 각 세트는 다른 세트와 90˚의 각도를 이루어, 세트들이 횡단면에서 직사각형을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

진동부 및 스프링의 스프링 상수, 길이 및 수량은, 막 패키지의 질량에 대해, 진동부가 적어도 하나의 스프링과 막 패키지로 구성된 진동 시스템이 그 공진 주파수 중 하나에서 진동하게 할 수 있는 방식으로 적응되는 것이 또한 더 바람직하다. 이런 방식으로 구성될 때, 막 패키지는 공진 주파수에서 진동하도록 될 수 있으며, 그 결과, 매우 작은 양의 에너지 입력이 매우 큰 진동 진폭을 달성하는데 필요하게 된다.

프레임과 막 패키지 사이의 스프링의 바이어스, 스프링 상수, 유효 수량 및/또는 유효 길이는, 적어도 하나의 스프링과 막 패키지로 형성한 진동 시스템의 공진 주파수를 설정하기 위해 조정될 수 있는 것이 매우 바람직하다. 이러한 본 발명의 개선으로, 막 여과에 매우 효과적인 공진 주파수를 설정할 수 있고, 진동 특성이, 여과될 매질의 상이한 볼륨이나 밀도와 같은 상이한 하중에 따라, 적절히 조정될 수 있는 방식으로 진행 중인 동작 동안에도 공진 주파수를 설정할 수 있다. 이러한 동작은, 스프링을 내부나 외부로 결합함으로써 가장 간단히 이루어질 수 있다. 다른 변형으로, 스프링의 유효 길이는 스프링을 부분적으로 차단함으로써 변경할 수 있다. 진동 시스템의 원하는 공진 주파수를 설정하기 위한 여러 가지 옵션이 전술한 종류의 단일 조치나, 그러한 조치의 조합으로 달성할 수 있음을 이해해야 한다.

막 패키지는 프레임 내부에서 트랙션(traction) 부재, 바람직하게는 와이어 케이블에 의해 현가되는 것이 더 바람직하며, 그러한 부재는 막 패키지의 웨이트 힘(weight force)을 프레임에 전달한다. 이러한 구성은, 원하는 공진 효과에 매우 유익하며, 또한 막 패키지가, 유지관리 목적을 위해, 프레임 밖으로 간단한 방식으로 움직여져 해체되게 하는, 막 패키지의 웨이트를 견디는 방식을 제공한다. 트랙션 부재는 막 패키지의 정상부 에지로부터 그 위의 프레임 스트럿(strut)으로 연장할 수 있다. 다른 한편, 트랙션 부재의 서스펜션은, 적절한 서스펜션 포인트와 트랙션 부재 길이의 결과로서 원하는 평면에서 공진 진동 모션을 허용할 수 있다. 다른 한편, 그러한 트랙션 부재 서스펜션의 댐핑 효과는 실제 동작에서는 무시할 수 있으며, 이로 인해 내구성이 있는 서스펜션과 동시에 낮은 양의 에너지 입력이 진동을 달성하게 한다.

본 발명에 따른 막 여과 장치는, 막 여과 장치를 바닥면 상에 위치시키기 위해 프레임의 밑면 상에 배치된 하나 이상의 댐핑 부재를 제공함으로써 더 개선될 수 있다. 댐핑 부재는 이러한 환경에서, 순수히 탄성 속성을 보이기보다는 적어도 점탄성(viscoelastic) 거동을 갖는, 즉 변형 속도에 의존적인 스티프니스(stiffness)를 특히 갖는 부재인 것으로 이해되어야 한다. 이러한 구성으로 인해, 특히 막 패키지의 진동이 인접하여 설치한 장치와 간섭을 초래하지 않고도, 본 발명의 막 여과 장치를 바닥면에 위치시킬 수 있다.

진동 장치가, 폄심 웨이트(eccentric weight)가 위치한 샤프트를 구동하는 모터를 포함하고, 모터가, 프레임과 막 패키지 사이의 적어도 하나의 스프링 및/또는 총 스프링 합의 스프링 상수보다 크기가 적어도 한 차수 및 바람직하게는 여러 차수 더 강고한(stiffer) 스프링 상수를 갖는 연결에 의해 프레임에 바람직하게는 연결됨이 또한 더 바람직하다. 그러한 구성으로, 진동은, 제조 및 생산 엔지니어링 측면에서 또한 비용-효율적인 강력한 방식으로 시뮬레이트된다. 모터 및 그 폄심 웨이트는 프레임에 상당히 단단히 연결된다. 이러한 점에서, 모터와 프레임 사이의 단단한 연결의 스티프니스는 막 패키지와 프레임 사이의 연결의 스티프니스에 대하여 고려되어야 함을 이해해야 한다. 이러한 관계에서, 스프링 상수의 크기가, 프레임과 막 패키지 사이의 연결에서보다 프레임과 진동 장치 사이의 연결에서 한 차수 및 더 상세하게는 여러 차수로 더 강고한(stiffer) 것이 바람직하다. 기본 원리로서, 이러한 스티프니스 비, 및 단단한 또는 강고한 연결의 정의로서 그에 따라 구축한 관계는 진동 장치의 프레임으로의 어떤 종류의 결합에 적용할 수 있음을 이해해야 한다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 프레임과 막 패키지 사이의 적어도 하나의 스프링 및/또는 바람직하게는 모든 스프링은 바이어스되어 압력을 가한다. 본 발명을 이런 식으로 개선하면, 유도된 진동으로 인해 막 패키지와 프레임 사이에 상대 움직임이 있더라도, 스프링이 압력 하중으로부터 인장 하중으로 바뀌는 것과, 전체적으로 혼잡한 진동 거동을 초래할 수 있는 그 공칭 길이 형태에서 중간 포인트를 통과하는 것이 방지된다. 게다가, 스프링을 바이어스시키면, 더 높은 공진 주파수를 생성하는 경향이 있으며, 이는 프레임과 막 패키지 사이에 작용하는 힘이 전체적으로 더 강하기 때문이다.

진동 장치가, 막 패키지의 진동 진폭을 설정하기 위해 조정 가능한 편심도를 갖는 폄심 웨이트가 위치한 샤프트를 구동하는 모터를 포함하는 것이 더 바람직하다. 폄심 웨이트의 편심도를 조정하는 것, 즉 회전 축으로부터의 웨이트 질량의 중심의 상이한 방사상 거리를 조정하는 것은, 진동 진폭을 설정하며, 그에 따라 세정할 매질과 막 패키지의 막 표면 사이의 전단력의 세기를 설정하는 효율적인 방식이다. 특히, 편심도는 또한, 더 빠르거나 늦은 모터 속도를 설정할 목적으로 설정될 수 있다. 이러한 점에서, 장치의 총 하중-인내 용량은, 단지 주어진 한계에 있는 한, 모터 속도를 동시 증가 또는 유지하면서, 편심도를 증가시킴을 이해해야 한다. 여과 장치의 피로 한계를 초과하지 않기 위해, 뵈흘러(Wohler) 곡선이 구성요소의 설계 및 치수에 따라 각 편심도에 대한 최대 속도를 명시하는데 사용될 수 있다. 이 조정 범위 내에서, 웨이트의 편심도, 및 적절한 경우 또한 모터의 속도는 특정 공진 주파수 및 진동 진폭에 도달하도록 변경할 수 있다.

폄심 웨이트가 있는 샤프트를 갖는 모터가 있는 실시예는, 샤프트를 막 필터 요소의 평면에 수직으로 연장시킴으로써, 더 개선할 수 있다. 이 구성에서, 샤프트 축을 중심으로 한 폄심 웨이트의 모션에 의해 생성된 진동 힘은, 막 필터 요소에 평행한 평면에 작용하는 방식으로 직접 배향되며, 그 결과, 원하는 방향에서의 진동은 매우 효과적인 방식으로 직접 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 막 여과 장치는 더 개선될 수 있고, 결국에는, 막 패키지의 웨이트 힘이, 중력 방향에서 막 필터 요소의 질량 중심 위에 있는 프레임의 하나 이상의 포인트로 전달되게 된다. 본 실시예에 의해, 막 패키지의 웨이트는 구조적으로 유리한 방식으로 프레임에 전달되어, 본 발명의 막 여과 장치의 간단한 생산 및 조립을 허용하는 동시에, 댐핑 효과가 막 패키지의 원하는 진동 모션을 상쇄시키지 않게 된다.

끝으로, 진동 장치가 프레임의 한 측면에 고정되고, 진동 장치의 질량과 바람직하게는 동일한 질량을 갖는 카운터웨이트(counterweight)가 그 반대 측면에서 프레임에 단단히 고정되는 것이 또한 더 바람직하다. 진동 장치를 프레임의 한 측면에 고정시키고, 진동 장치의 질량과 바람직하게는 동일한 질량을 갖는 카운터웨이트를 프레임의 반대 측면에 단단히 고정함으로써, 프레임의 진동 거동 및 그에 따라 막 패키지의 공진 진동의 생성은, 일정한 진동에 의해 프레임에 초래되는 어떤 손상을 방지하는 동시에, 효과적인 방식으로 최적화된다. 이러한 점에서, 카운터웨이트는 바람직하게는, 프레임에 이것을 용접하거나 볼트 결합시킴으로써 단단히 연결될 수 있다. 진동 장치와 카운터웨이트는 모두 바람직하게는 그 높이가 조정될 수 있어서, 진동 장치의 진동 효과 및 카운터웨이트 질량의 막 패키지의 하중 상태, 프레임 내의 그 배치 및 프레임의 진동 거동에 대한 효과를 조정할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은, 가축을 가둬둠으로 인해 발생한 생물학적으로 오염된 폐수의 막 여과를 위한 앞서 기재한 타입의 막 여과 장치의 사용에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 양상은, 실험실 규모에서 여기에 주로 사용되는 막 여과 장치가, 적절히 구성하고 조정하면, 농업에서의 산업용 세정 목적에, 그리고 상세하게는 생물학적으로 오염된 폐수를 세정하는데 또한 적절하다는 인식에 기초를 둔다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 농업용 가축 사육으로 인해 발생한 생물학적으로 오염된 폐수를 세정하는 방법이 제안되며, 이 방법은,

- 복수의 막 필터 요소의 상류에 위치한 하나의 또는 복수의 주입 챔버에 폐수를 공급하는 단계,

- 폐수를 막 필터 요소에 의해 여과하는 단계,

- 막 필터 요소의 하류에 위치한 배출 챔버나 챔버들로부터 여과된 폐수를 방출하는 단계를 포함하며,

막 필터 요소가, 진동 방향이 막 필터 요소의 평면에 평행하도록, 진동하게 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 방법은, 막 필터 요소가, 강한 전단력이 막 필터 요소와 세정될 폐수 사이에서 생성되도록, 매우 효과적이고 효율적인 방식으로 진동하게 된다면, 농업용 가축 사육으로 인한 생물학적으로 오염된 폐수가 복수의 막 필터 요소를 사용하여 매우 효율적으로 여과될 수 있다는 인식을 기초로 한다. 이러한 점에서, 진동은, 어떤 구조적인 방식으로, 특히 막 필터 요소에 단단히 연결된 진동원으로부터의 직접 자극에 의해, 막 필터 요소에 기본적으로 전달될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

그러나 막 필터 요소는, 막 필터 요소를 에워싸는 프레임에 강고하게 연결되는 진동 장치, 바람직하게는 회전 언밸런스(rotating unbalance)에 의해 진동하게 되고, 진동이, 압력을 가하도록 바람직하게는 바이어싱되는 스프링에 의해 프레임으로부터 막 필터 요소에 전달되는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 이러한 개선은, 언급한 목적에 특히 효율적이고 경제적이며, 또한 높은 고체 입자 비율을 포함한 매우 오염된 폐수를 여과시키는 방식으로 본 발명의 방법에 대한 진동을 자극한다.

끝으로, 막 필터 요소와 스프링에 의해 형성된 진동 시스템의 공진 주파수가 프레임과 막 패키지 사이의 스프링의 바이어스, 스프링 상수, 유효 수량 및/또는 유효 길이를 조정함으로써 설정되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 본 발명의 개선은, 진동 방향에서 프레임 내에서 막 패키지를 지지하는 스프링과 막 패키지를 포함하는 진동 시스템의 공진 주파수를, 진동에 관련한 설계 파라미터를 조정함으로써 달성한다. 이러한 방식으로, 매우 강한 진동 효과를, 필요한 에너지 입력의 최대 감소를 통해 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 막 여과 장치의 바람직한 실시예가 이제 도면을 참조하여 기재될 것이다.

본 발명에 의하면, 농업에서 생물학적으로 오염된 폐수를 세정하고, 경제적으로 효율적인 방식으로 동작할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 위 및 뒤에서 각을 이루고 보았을 때의 본 발명에 따른 막 여과 장치의 제 1 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는, 정면에서 각을 이루고 보았을 때의 본 발명에 따른 막 여과 장치의 제 2 실시예의 사시도를 도시한다.
도 3은, 뒤에서 각을 이루고 보았을 때의 도 2의 막 여과 장치의 사시도를 도시한다.
도 4는, 도 2에 도시한 본 발명에 따른 막 여과 장치의, 수평으로 부분적으로 절개한 개략 평면도를 도시한다.

이제 도면들을 참조하면, 두 실시예는, 카운터웨이트와 모터 하우징이 프레임에 고정된다는 방식에서 단지 상이하며, 이제 그들의 공통 특성부에 관해 함께 기재할 것이다. 본 발명의 막 여과 장치는 베이스 플레이트(10)에 위치하며, 베이스 플레이트(10)는 여러 더블-T 프로파일에 의해 플로어 위에 거리를 두고 유지되며, 더블-T 프로파일을 그러한 플로어에 볼트 결합함으로써 플로어에 고정되게 정착될 수 있다.

입방체 프레임(20)이 진동부재(31-34)에 의해 베이스 플레이트(10)의 정상면에 고정된다. 그 밑면에서, 입방체 프레임(20)은 네 개의 프로파일을 가지며, 이들 프로파일은 바람직하게는 L-프로파일(21-24) 형태이며, 이들 프로파일은 함께 용접되어 직사각형 및 바람직하게는 정사각형을 형성한다. 진동부재(31-34)는 각각, 베이스 플레이트(10)와 L-프로파일 요소 사이에서 고무 탄성 요소(31-34)로서, L-프로파일(21-24)에 의해 형성된 정사각형의 밑면에서 각자의 코너에 삽입되며, 양단부에서 그에 체결된다(fasten).

L-프로파일(21-24)에 의해 형성된 정사각형의 각 코너로부터, 프레임 프로파일(41-44)이 상부 커버 플레이트(50)까지 수직 방향으로 연장하며, 커버 플레이트(50) 자체로서는 정사각형을 형성하는 네 개의 프로파일(51-54)에 용접된다. 프레임 프로파일(41-44)의 상단부는 그러한 정사각형의 코너에서 프로파일(51-55)에 용접된다.

막 패키지(60)가, 바닥 및 정상에서 함께 결합되어 정사각형을 형성하는 프레임 프로파일(41-44)과 L-프로파일에 의해 형성된 프레임 내부에 위치한다. 막 패키지(60)는, 동일한 구조이며 위아래로 적층되며 수직 방향으로 가해진 클램핑 힘에 의해 서로 가압되는 복수의 막 지지 플레이트를 포함한다. 그 결과, 막 지지 프레임은, 모든 측면에서 막 패키지를 에워싸는 막 패키지의 벽을 형성한다. 하부 베이스 플레이트와 상부 커버 플레이트는 정상 및 바닥에서 막 패키지를 닫는다. 각 막 지지 프레임 내부에서, 서로 평행하며 그리고 이격되게 놓이며, 그 사이에서 주입 챔버를 에워싸는 두 개의 막 필터 요소가 위치한다. 배출 챔버가 막 홀딩 프레임의 각 상부 막 필터 요소와 이웃한 막 홀딩 프레임의 각 하부 막 필터 요소 사이에 위치한다. 막 패키지에서 모든 막 필터 요소가 서로 평행하고 그리고 이격되어 위치하며, 프레임 프로파일(41-44)의 연장 방향이 막 필터 요소의 평면에 수직이도록 배향된다. 그에 따라 막 패키지는 복수의 주입 챔버를 형성하고, 이들 챔버는 서로 직접 유체 전달을 하며, 막 패키지 상에 형성된 주입구에 연결된다. 막 패키지 내부에는, 복수의 배출 챔버가 또한 있으며, 이들은, 그 자체로서는 서로 직접 유체 전달을 하며, 막 패키지 상에 형성된 배출구에 연결된다. 주입 및 배출 챔버는 막 필터 요소를 통해 서로 간접적으로 연결되며, 그에 따라 유체는 주입 챔버로부터 막 필터 요소를 통과하여 배출 챔버로 흐를 수 있다. 막 필터 요소와 이들에 의해 형성된 막 패키지의 설계는 특히 미국특허(제US4,952,317호 또는 제US6,322,698호)에 기재된 설계와 동일할 수 있으며; 이들 문헌은 본 개시에 참조로서 충분히 병합되어 있다.

막 패키지(60)는, 원통형 튜브 형태이며, 수직 대칭 축을 따라 연장하며, 결과적으로 수평 평면에서 둥근 횡단면을 갖는 막 하우징에 위치한다. 막 하우징의 외부 주변에서, 수직으로 연장하는 측면 스트립(61-64)이 위치하며, 이들은 막 하우징의 주변부 주위에서 서로로부터 90°의 각 간격으로 분포되며, 튜브의 전체 길이에 걸쳐서 연장한다. 기본 원리로서, 막 패키지가 위치한 막 하우징의 내부 횡단면이 막 윤곽과 동일해야 하며, 그러므로, 만약 막 윤곽이 직사각형이라면, 내부 횡단면 또한 직사각형 횡단면일 수 있음을 이해해야 한다. 막 하우징은, 여기서 도시한 바와 같이, 그 정상면과 밑면에서 직사각형 플레이트에 의해, 그리고 정사각형 플레이트에 의해 닫힌다. 막 하우징은 수직 방향으로 연장하며, 따라서 막 패키지(60)는 프레임 프로파일(41-44)보다 더 작은 길이를 갖는다. 막 패키지(60)는 프레임 쪽으로 측면 스트립(61-64)의 위치에 대해 45˚만큼 그 수직 축에 대해 선회하며, 막 패키지(60)의 측면 스트립(61-64)이 두 개의 각 프레임 프로파일(41-44) 사이의 정확히 중간에 놓이게 되도록 프레임 내부에 위치한다. 도 2로부터 볼 수 있는 바와 같이, 프레임 프로파일(41-44)과, 측면 스트립을 연결하여 형성한 금속 횡단면은 따라서 수평 횡단면에서 그 내부에 마름모꼴을 위치시킨 정사각형을 형성한다.

각 측면 스트립(61-64)은, 막 패키지의 외표면에 대해 90˚의 각도를 이루는, 즉 방사 평면에 놓이는 외부로 돌출하는 막대를 갖는다.

막 하우징의 측면 스트립(61-64)에는 복수의 보어 홀(bore hole)이 구비되며, 각 보어 홀 내로는, 수평 방향으로 막 필터 요소에 평행하게 연장하는 각각의 가이드 볼트가 확고히 삽입되어 체결된다.

도시한 실시예에서, 각 프레임 프로파일(41-44)은 L-프로파일 형태이며, 마찬가지로 "L"의 각 림에는 복수의 관통 보어가 있다. "L"의 각 림에서 보어 홀의 수량은 막 패키지 스트립에서 형성된 보어 홀의 수량의 절반과 같으며, L-프로파일에서 보어 홀 간의 거리는 막 패키지 스트립에서 보어 홀 간의 거리의 두 배이다. 프레임 프로파일(41-44)에서 보어 홀은, 프레임 프로파일(41-44)에서 각 보어 홀이 막 패키지 스트립에서 하나의 보어 홀의 정확히 맞은편에 놓이고, 동일한 관통 보어 홀의 맞은편에 결코 놓이지 않도록 설계된다.

프레임 프로파일(41-44)의 각 관통 보어에서, 막 패키지 스트립의 맞은편 관통 보어에서 각 가이드 볼트에 관해 동축으로 배향되는 가이드 볼트가 삽입되고 체결된다.

가이드 볼트는 코일 스프링(91-98)을 수용하여 안내하는데 사용된다. 서로 상호 간에 대향하는 두 개의 동축 가이드 볼트 사이에는, 나선형 압축 스프링이 막 패키지 스트립과 프레임 프로파일 사이에서 바이어싱된 상태로 삽입된다. 복수의 나선형 압축 스프링은 이런 방식으로 각 막 패키지 스트립과 각 프레임 프로파일 사이에서 연장하여, 막 패키지 스트립은 프레임 프로파일에 의해 수평 방향 양쪽에서 지지되며, 이들 프레임 프로파일 사이에서, 그러한 패키지 스트립이 각각 위치한다.

이러한 배열의 결과로서, 막 패키지(60)는 프레임 내부에서 나선형 압축 스프링의 총 8개의 세트에 의해 고정된다. 이들 8개의 세트 중, 네 개의 세트가 서로 평행하게 배향되며, 다른 네 개의 세트는 상기 첫 번째 네 개의 세트와 수직이며 마찬가지로 서로 평행하게 배향된다. 나선형 압축 스프링 세트 각각은, 두 개의 이웃한 프레임 프로파일(41-44) 사이에 형성될 수 있는 가상의 측벽의 한 평면에 배치된다.

막 패키지(60)는 네 개의 스틸 케이블(71-74)에 의해 현가되고, 이들 케이블(71-74)은 프레임의 상부 프로파일(51-54)로부터 막 패키지의 정상부 네 개의 코너에 체결된다. 네 개의 스틸 케이블(71-74)은 막 패키지의 전체 웨이트 힘을 견디며, 따라서 압력을 가하도록 바이어싱된 코일 스프링은 어떤 수직 하중을 견디지 않아도 된다.

상부 및 하부의 교차-부재(85, 86)는 프레임 프로파일(43, 44)에 용접된다. 수직 방향으로 연장하는 두 개의 종방향 프로파일(87, 88)이 두 개의 삽입된 교차-부재(85, 86) 사이에 삽입되어 교차-부재(85, 86)에 단단히 용접된다.

전기 모터(93)가 하우징(90) 내부에 위치한다. 하우징(90)과 전기 모터(93)는 두 종방향 프로파일(87, 88)에 연결되고, 하우징은, 종방향 프로파일에서 네 개의 대응하는 보어 홀에서 네 개의 패스너에 의해 직접 그리고 단단히 체결된다. 전기 모터는 이런 방식으로 프레임 프로파일(41-44)에 의해 형성된 프레임에 직접 그리고 단단히 연결되며, 그 출력 샤프트는 수직 축(91)을 중심으로 회전하도록 배향된다. 축(91)은 막 필터 요소에 수직으로 나있다. 전기 모터가 회전할 때 언밸런스를 생성하는 웨이트(92)는 출력 샤프트에 편심적으로 고정된다. 전기 모터(90)와 그 출력 샤프트에서의 편심 웨이트는, 언밸런스의 회전으로 인해 생긴 힘을 흡수하기 위해 출력 샤프트가 또한 적절히 탑재될 수 있는 하우징에 의해 완벽히 캡슐화된다.

복수의 보어 홀은 종방향 프로파일(87, 88)에서 서로 수직으로 이격되어 배치되어, 하우징(90)과 거기에 위치한 모터의 배치는 종방향 프로파일을 따라서 몇 개의 이산 간격(discrete interval)으로 수직으로 조정될 수 있다. 이런 방식으로, 진동 효과가 입력된 위치는 이산 간격으로 수직으로 조정될 수 있고, 하우징은 종방향 프로파일(87, 88)을 따라 복수의 수직으로 이격된 위치에서 체결될 수 있다. 하우징(90) 내부에는, 전기 모터가 편심 웨이트 아래에 위치한다. 이로 인해, 편심 웨이트는, 막 패키지와 이를 둘러싸는 막 하우징의 중심이 또한 놓인 평면에서 회전하도록 배치될 수 있다. 이로 인해, 막 패키지는 매우 효율적인 진동, 즉 적은 에너지 입력으로 생성될 수 있고 막 패키지 내부의 모든 막 표면에 효율적인 전단 모션을 생성하는 진동을 야기한다.

측면 반대편에 있는 프레임 프로파일(43, 44)에서, 상부 및 하부 교차-부재(81, 82)는 동일한 방식으로 용접에 의해 프레임 프로파일(41, 42)에 단단히 연결된다.

도 1에 따른 제 1 실시예에서, 플레이트-형상 카운터웨이트(100)가 그러한 교차-부재(81, 82)에 직접 그리고 단단히 체결된다.

도 2-도 4에 따른 제 2 실시예에서, 수직 방향으로 연장하는 두 종방향 프로파일(87, 88)은 두 삽입된 프로파일(81, 82) 사이에 삽입되며 교차-부재(85, 86)에 단단히 용접된다. 이 실시예에서, 카운터웨이트(100)는, 다른 측면의 전기 모터처럼, 종방향 지지부(83, 84)의 복수의 보어 홀에 의해 상이한 조정 가능한 높이에 탑재될 수 있고, 그러므로 편심 웨이트의 위치로 조정될 수 있다.

카운터웨이트(100)의 질량은 전기 모터, 편심 웨이트 및 수평 L-프로파일(83, 84)의 추가된 질량과 같다. 이 카운터웨이트는, 막 패키지가 진동하는 서스펜션 내부에서 공진 주파수로 진동하게 될 수 있도록, 회전하는 편심 질량에 의해 생성된 프레임의 진동 거동의 균형을 잡는데 사용된다.

Claims (21)

1. - 결합되어 막 패키지(membrane package)를 형성하며, 상기 막 패키지 내에서 서로 평행하고 그리고 이격되어 위치한 복수의 평면 막 필터 요소,
   - 모든 측면에서 상기 막 패키지를 에워싸며, 그 내부에,
   o 여과될 유체를 공급하기 위해 적어도 하나의 주입구에 연결되는 적어도 하나의 주입 챔버가 상기 막 필터 요소들의 상류에 형성되고, 그리고
   o 여과에 의해 생성된 여과된 유체 부분을 방출하기 위해 적어도 하나의 배출구에 연결되는 적어도 하나의 배출 챔버가 상기 막 필터 요소들의 하류에 형성되는, 벽,
   - 상기 막 패키지와 상기 벽에 연결되어, 이들을, 상기 막 필터 요소들에 평행한 방향으로 진동하게 하며, 상기 막 패키지를 둘러싸며 상기 막 필터의 평면에 평행하게 연장하는 스프링 작용의 주 방향을 갖는 적어도 하나의 스프링에 의해 상기 막 패키지의 벽에 연결되는 프레임에 연결되는 진동부를 포함하되,
   - 그 힘의 적용 방향이 상기 막 필터 요소들의 평면에 평행하게 연장하고,
   - 스프링들의 한 단부에서 상기 막 패키지의 벽에 연결되고 스프링들의 다른 단부에서 상기 프레임에 연결되는, 복수의 스프링과,
   상기 스프링들이 적어도 하나의 제 1 스프링 세트와 하나의 제 2 스프링 세트로 나눠지며, 각 스프링 세트 내의 모든 스프링들은 서로 평행하게 연장하며, 한 세트에서 스프링들의 방향은 다른 세트의 스프링들의 방향과 각을 이루며 연장하는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 한 세트에서 스프링들의 방향은 다른 세트의 스프링들의 방향과 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 진동부 및 상기 스프링들의 스프링 상수들, 길이 및 수량이, 상기 막 패키지의 질량에 대해, 조정되어, 상기 진동부가 상기 적어도 하나의 스프링과 상기 막 패키지로 구성된 진동 시스템을 그 공진 주파수들 중 하나로 진동하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 프레임과 상기 막 패키지 사이의 상기 스프링들의 바이어스, 스프링 상수들, 유효 수량 및 유효 길이 중 하나 이상이, 상기 적어도 하나의 스프링과 막 패키지에 의해 형성된 진동 시스템의 공진 주파수를 설정하기 위해 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 막 패키지는 상기 프레임 내부에서 트랙션(traction) 부재들에 의해 현가되며, 이들 부재들은 상기 막 패키지의 웨이트 힘(weight force)을 상기 프레임에 전달하는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 트랙션 부재들은 와이어 케이블들인 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 막 여과 장치를 바닥면에 위치시키기 위해 상기 프레임의 밑면에 배치되는 하나 또는 복수의 댐핑 부재를 특징으로 하는 막 여과 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   진동부가, 편심 웨이트(eccentric weight)가 위치한 샤프트를 구동하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 모터가 상기 프레임과 상기 막 패키지 사이의 상기 적어도 하나의 스프링의 스프링 상수보다 크기가 적어도 한 차수 더 강고한(stiffer) 스프링 상수를 갖는 연결부에 의해 상기 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 연결부가 상기 프레임과 상기 막 패키지 사이의 상기 적어도 하나의 스프링의 스프링 상수보다 크기가 여러 차수 더 강고한(stiffer) 스프링 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임과 상기 막 패키지 사이의 상기 적어도 하나의 스프링이 압력을 가하도록 바이어싱되는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 프레임과 상기 막 패키지 사이의 모든 스프링이 압력을 가하도록 바이어싱되는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
13. 청구항 1에 있어서,
    진동부가, 편심 웨이트가 위치한 샤프트를 구동하는 모터를 포함하고, 상기 편심 웨이트의 편심도가 상기 막 패키지의 진동 진폭을 설정하기 위해 조정 가능한 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
14. 청구항 8, 청구항 9, 청구항 10 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 샤프트가 상기 막 필터 요소들의 평면에 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
15. 청구항 1에 있어서,
    진동부가, 축을 중심으로 회전하고, 상기 축에 편심되어 위치한 웨이트를 포함하고, 상기 막 패키지의 질량 중심이 상기 웨이트가 회전하는 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
16. 청구항 1에 있어서,
    상기 막 패키지의 웨이트 힘이, 중력 방향에서 상기 막 필터 요소의 질량 중심 위에 놓인 상기 프레임 상의 하나 이상의 포인트들에 전달되는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
17. 청구항 1에 있어서,
    진동부가 상기 프레임의 한 측면에 고정되는 것과, 카운터웨이트(counterweight)가 그 반대 측면 상에서 상기 프레임에 단단히 고정되는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 카운터웨이트 질량이 상기 진동부의 질량과 같은 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
19. 청구항 1에 있어서,
    상기 스프링들이 상기 막 필터 요소들의 평면에 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.
20. 청구항 1에 있어서, 농업용 가축 사육으로 인해 생물학적으로 오염된 폐수를 여과하기 위한 것인, 막 여과 장치.
21. 청구항 15에 있어서,
    상기 평면이, 상기 편심 웨이트와 상기 프레임 사이의 무한히 가변 가능한 또는 개별적으로 조정 가능한 연결부에 의해 상기 막 패키지에 대해 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 막 여과 장치.

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