KR20000059933A - 차등원심가속여과기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식품, 환경, 화공산업 등에서 발생되는 부유성, 침강성 고액 혼합물에 원심력을 주어 연속적으로 여과하면서 고형물을 배출하는 차등원심가속여과기에 관한 것으로서, 지지 프레임, 구동전동기, 원추형 여과체, 케이싱, 샤프트, 지지베어링, 중공축 고액 공급관 등으로 구성되어 있으며, 작동부분이 적고 단순화, 소형화, 경량화한 장치의 특성으로 인해 동력이 적게 소모되며, 슬러지의 성상에 따라 원추형 여과체(15)내에 내장되어 있는 여과망(23)을 선택적으로 교환할 수 있을 뿐만 아니라 분해 및 조립을 매우 쉽게 할 수 있는 기계장치이다.

원추형 여과체(15)가 장착되어 있는 구동 샤프트와 평행하게 배열되어 있는 구동 전동기(1)는 브이벨트를 이용하여 구동측 풀리(3)에 동력을 전달하게 된다. 이때 인버터(22)에 의해서 회전속도를 구동전동기(1)의 최고속도까지 조정할 수 있고 물성과 걸리는 토크의 정도에 따라 적절한 풀리로 교체할 수 있다.

풀리 후단과 원추형 여과체(15) 양쪽끝단에는 샤프트 지지 및 회전을 위한 분리단 회전축 지지 베어링(7)과 공급단 중공축 지지 베어링(18)이 위치하고 있으며 그리스 윤활 방법으로 윤활하도록 하였다.

원추형 여과체(15)의 분해 및 조립이 용이하도록 함과 동시에 변위보상, 진동감쇄를 위하여 축방향으로 제 1 플렌지 커플링(9), 제 2 플렌지 커플링(10), 원추형 여과체 소단부 고정 플렌지(13), 원추형 여과체 로터리식 프레임(16)을 설치하였고 키와 볼트를 이용하여 견고하게 고정하였다. 원추형 여과체(15)의 소단부 지점의 공급단 중공축(14)을 통하여 들어온 고액혼합액은 원추형 여과체(15)의 소단부에서 축을 중심으로 형성된 혼합액 토출구(24)에서 토출되어 소단부의 여과망(23)에 분출되어 원심력에 의해서 넓게 퍼짐과 동시에 고형분은 여과망(23)에 걸리게 되고 액상은 여과망(23)을 통과하여 외부 케이싱인 상부커버(20) 및 하부프레임(21)에 부딪쳐 낙하하면서 수집 관로를 따라 집수되어 기계외부로 배출된다.

원추형 여과체(15)는 원추형 구조 때문에 회전체의 직경이 소단부에서 대단부로 갈수록 커짐에 따라 차등원심력이 소단부에 비해서 대단부가 4배로 크게 발생되어 슬러지는 원추형 경사와 차등원심력으로 인하여 경사면을 따라 이동하며 배출관을 따라 기계외부로 배출된다.

원추형 여과체(15) 대단부는 자중과 회전에 의해서 형상이 변화되는 것을 막기위해 공급단 중공축(14) 위에 원추형 여과체 로터리식 프레임(16)을 채택하여 고정하였고 외부 케이싱은 안전과 분해 및 조립 용이성에 주안점을 두었으며 장치에서 오는 진동감쇄를 위해서 하부프레임(21)에 지지프레임 진동 흡수스프링(25)과 지지프레임 방진고무(26)를 설치하였다.

인버터(22)와 구동측 풀리(3)의 비율변화로 물성분리에 필요한 최적 윈심가속도를 사용자가 직접 찾을 수 있어 물성에 따라 설계 및 제작을 달리해야하는 불편함을 해소하였고 생산공정을 단순화하여 원가절감이 가능하다. 축의 토크 감지를 통하여 공급량의 조절이 가능하다.

Description

차등원심가속여과기{Different Acceleration Percolator}

본 발명은 차등원심가속여과기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속 회전하는 원추형 여과체의 소단부에서 대단부에 걸쳐 발생되는 차등원심력에 의해 고형물과 액체가 연속적으로 분리 및 배출되는 차등원심가속여과기이며 부유성 및 침강성 고형물을 동시에 제거할 수 있는 고액분리 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 원심력을 이용한 고액분리 기술에는 고형물이 침강성인가, 부유성인가에 따라 기술적용이 다르게 나타나는데 침강성인 경우에는 원심침강기로 분류되는 분리판형, 데칸트형, 직통형 등이 사용되어지나 부유성 및 침강성을 동시에 분리할때는 미세목망을 이용하는 원심여과기를 사용하게 된다. 원심여과기는 원심력을 발생시키는 여과체의 형상에 따라 몇 종으로 나누기도 하는데 대표적인 것은 원통형과 원추형이다. 원통형은 여과체가 원통형상이며 피분리물에 일정한 원심력이 작용할 수 있도록 원심력장이 길고 고액분리 효과가 높다. 그러나, 분리된 고형물을 배출하기 위해서 스크류 컨베이어나 스크래파 등의 별도 장치가 필요하다. 원추형을 채택할 경우에는 차등원심력의 발생과 원심력 발생체의 경사각에 의한 피분리물의 이동효과를 얻을 수 있으나 진동감쇄를 위해서는 상당한 기술적 뒷받침이 따라 주어야 한다. 그리고, 원심력 발생체에 주어지는 경사각도와 길이는 공학적 해석과 아울러 물성실험을 통하여 최적해를 산출하여야 한다.

국내에서는 선진국 제품을 모방 제작하여 두부 및 주류의 제조산업에 공급되어져 활용되어지고 있으나 체계적인 연구개발실적과 동분야 지적소유권은 아직까지 발견되지 않았다.

현재 활용되고 있는 원심여과기의 문제점은 장치가 너무 크고(140cm×170cm×180cm), 무거우며 장치 내부에 사용치 않는 공간이 많고 운전중 소음이 심하며 장치의 분해조립이 어렵도록 되어 있다.

종래에는, 상부커버 분해 및 조립에 많은 시간이 소요되었고 철판의 탄력성으로 인하여 분해 및 조립이 힘들고 안전사고의 우려가 있다.

또한, 구동전동기와 분리단 회전축 풀리의 거리가 멀어 브이벨트에 의한 소음이 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 피분리물 공급파이프가 별도로 장착되어 있는 것을 공급단 중공축을 통하여 공급되게하여 장치를 간단하게 구성하고 빈 공간을 줄일 수 있으며 취급할 때 개폐의 용이성과 안전을 도모할 수 있도록 커버 가장자리에 별도의 볼트라인을 두어 안전을 위해 요인을 제거하였다.

또한, 원추형 여과체 내부에 대한 수리의 경우와 분리물성 특성상 여과망 메쉬의 크기를 증가시키거나 감소시길 경우 여과망을 쉽게 교환할 수 있도록 한 여과체 구조와 여과체 대단부의 구조적 변형을 막기 위한 원추형 여과체 로터리식 프레임은 종래의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있으며 0.03mm 이상의 고형물을 분리할 수 있다.

본 발명에서는 평행선상의 짧은 거리를 두어 진동과 소음을 최소로 하였고 풀리의 직경변화와 인버터 사용으로 물성에 따라 최적원심가속도를 사용자가 찾을 수 있는 운전편의성을 부여하였다. 그러므로, 물성에 따라 설계사양을 바꾸는 불편함을 제거하고 아울러 제조공정을 단순화 할 수 있어 생산단가를 낮출 수 있게 하였다.

그리고, 식품, 화공, 환경산업 등의 고액분리공정에서 침강성, 부유성, 고형물을 동시에 분리할 수 있고 장치가 소형이면서 신뢰성있는 경제적인 차등원심가속여과기를 상업화하기 위함이며 사용자의 편의성을 도모하고 안전도를 향상시키기 위해서 기존 장치의 문제점을 발굴하고 공학적인 해석과 아울러 설계에 있어서 장치 규모가 보다 작고 가벼우면서 고효율이 가능하도록 하였고 특히 사용자가 쉽게 수리할 수 있도록 부품의 규격도 일반화하였으며 분해조립이 용이하게 한 것을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 첫째, 운전중에 발생되는 과도한 소음과 진동을 방지하기 위하여 고속으로 회전하는 원추형 여과체와 구동측 풀리의 무게중심을 구조적으로 낮추며 구동전동기와 분리단 회전축 풀리와의 거리를 짧게 하면서 평행선상에 두었고 하부프레임에는 지지프레임 진동흡수 스프링과 지지프레임 방진고무를 설치하였다.

둘째, 장치 규모를 작게하면서 고효율화를 추진하기 위해 부품 및 결합체의 연결선을 가능한 범위에서 짧게 하였고 하부프레임내에 사용치 않는 공간을 최소로 하였다. 또한, 고액혼합물이 공급되는 파이프라인 배열에서 오는 장치의 복잡성과 비효율성을 개선하기 위해서 구동축을 2단계로 구분하여 1단계와 2단계에서는 제 1 분리단 회전축, 제 2 분리단 회전축을 각각 적용하여 단순화하였다.

셋째, 다양한 물성에 적용할 수 있도록 원추형 여과체에 취부된 여과망을 쉽게 교체할 수 있는 구조로 하였고 원추형 여과체 역시 분해조립이 용이하도록 하였다. 특히, 구동측 풀리의 비율변화와 인버터 적용으로 물성분리의 최적원심력 값을 사용자가 직접 찾을 수 있으므로 생산단가를 감소시키고 제조공정을 단순화할 수 있다.

또한, 하부프레임과 상부커버는 반원형으로 회전체를 중심으로 견고하게 조립되어져 기계 작동중에 발생되는 안전을 위해 요인으로부터 인명 및 장치가 안전할 수 있도록 하였다.

도 1 은 본 발명 차등원심가속여과기의 전체 구성도를 나타낸 조립도

도 2 는 본 발명중 회전축을 중심으로 한 회전체 부위에 대한 부분조립도

도 3 은 본 발명의 지지 프레임 부분조립도

도 4 는 본 발명의 외부 케이싱에 대한 부분조립도

도 5 는 본 발명의 회전축에 대한 부품도

도 6 은 본 발명의 원추형 여과체 부분에 대한 부품도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

(1) : 구동전동기 (2) : 구동측 풀리 고정키

(3) : 구동측 풀리 (4) : 분리단 회전축 풀리 고정키

(5) : 분리단 회전축 풀리 (6) : 제 1 분리단 회전축

(7) : 분리단 회전축 지지베어링 (8) : 제 1 플렌지 커플링 고정키

(9) : 제 1 플렌지 커플링 (10) : 제 2 플렌지 커플링

(11) : 제 2 플렌지 커플링 고정키 (12) : 제 2 분리단 회전축

(13) : 원추형 여과체 소단부 고정플렌지 (14) : 공급단 중공축

(15) : 원추형 여과체

(16) : 원추형 여과체 로터리식 프레임

(17) : 로터리식 프레임 고정플렌지 (18) : 공급단 중공축 지지베어링

(19) : 공급파이프 (20) : 상부커버

(21) : 하부프레임 (22) : 인버터

(23) : 여과망 (24) : 혼합액 토출구

(25) : 지지프레임 진동흡수 스프링 (26) : 지지프레임 방진고무

(27) : 상부커버 고정용 볼트

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 전체장치와 핵심부를 볼 수 있는 정면도, 평면도, 측면도를 나타낸 것이고 도 3, 도 4, 도 5, 도 6은 도 1과 도 2의 별도 부분을 세부적으로 나타낸 것으로 도 3, 도 4는 프레임 및 커버, 도 5는 원추형 여과체(15)가 장착된 피구동 샤프트, 도 6은 원추형 여과체를 나타낸 것이다.

직사각형의 하부프레임(21) 중간부분에는 구동전동기(1)가 장착되어 있고 구동전동기(1)의 축에는 구동측 풀리(3)가 결합되어 있다. 구동전동기의 동력을 전달하는 브이벨트는 피구동측인 제 1 분리단 회전축(6)을 구동시키기 위하여 브이벨트를 체결할 수 있는 분리단 회전축 풀리(5)와 연결되고 이것은 분리단 회전축 풀리 고정키(4)에 의해서 축에 고정되어진다.

원추형 여과체(15)의 소단부에 위치한 분리단 회전축 지지베어링(7)과 대단부 측에 위치한 공급단 중공축 지지베어링(18)은 회전축을 지지프레임에 고정시키고 고속으로 회전하는 분리단의 회전을 원할하게 하는 베어링이 위치하고 있으며 이것은 그리스 윤활을 한다.

제 1 분리단 회전축(6)과 제 2 분리단 회전축(12)은 제 1 플렌지 커플링(9)에 의해서 연결되어 있고 양쪽 축에는 제 1 플렌지 커플링 고정키(8)와 제 2 플렌지 커플링 고정키(11)에 의해서 고정되어지는데 이것은 원추형 여과체(15) 분해 및 조립과 여과망(23)을 교환하기에 용이하도록 하기 위해 분리축을 적용하였다.

또한, 제 2 분리단 회전축(12)은 중공축으로 되어 있고 축의 끝단에서 분무될 수 있도록 원추형 여과체(15) 소단부 지점의 중공축을 중심으로 혼합액 토출구(24)가 위치한다.

제 1 분리단 회전축(6)과 제 2 분리단 회전축(12)의 이음부를 테이퍼 가공하여 결합시키고 두축을 결합하여 고정한 후 원추형 여과체 로터리식 프레임(16), 원추형 여과체(15), 원추형 여과체 소단부 고정 플렌지(13)를 조립함으로써 견고하게 고정될 수 있다.

원추형 여과체(15)는 원추형 여과체 소단부 고정플렌지(13)와 원추형 여과체 로터리식 프레임(16)에 의해서 공급단 중공축(14) 위에 고정되어 구동전동기(1)에서 전달된 회전수만큼 회전하여 차등원심력을 발생시키며 고액혼합물을 여과시키고 고형분(슬러지)은 경사와 차등원심력의 영향으로 원추형 여과체(15) 밖으로 배출된다.

공급단 중공축(14)으로 공급된 고액혼합물이 혼합액 토출구(24)를 통하여 토출되는데 토출압력과 원심가속도에 의해서 망표면에 넓게 퍼지면서 깔리게 되고 망의 메쉬 보다 작은 고상과 액상은 망을 통하여 빠져나가고 망에 걸려 남아 있는 고형물은 원추형 여과체(15)의 경사와 작용원심력 차이에 의해서 소단부에서 대단부로 이동되어지면서 망에 걸려있는 고형물은 계속되는 원심력으로 인하여 잔류액체는 여과되어진다.

고액혼합물은 정량공급펌프로 강제 이송되어 공급단 중공축(14)을 통하여 공급되어지게 된다. 원추형 여과체(15) 소단부 지점의 공급단 중공축(14)에 위치한 혼합액 토출구(24)에서 공급된 혼합액이 토출되어지는 순간 원추형 여과체(15)의 원심력장으로 피분리물은 공급되어져 큰 원심력에 의해서 고액혼합물은 매우 빠른 속도로 원추형 여과체(15)의 소단부에서 대단부 쪽으로 넓게 퍼지면서 여과망(23)에 걸리게 되고 여과망(23)의 메쉬보다 작은 입자와 액체는 여과망(23) 밖으로 빠져나가 상부커버(20)와 하부프레임(21)에 부딪치고 커버의 형상 때문에 한곳에 모여진 액상과 고상은 수집 관로를 따라 기계외부로 배출되어진다.

공급단은 2개의 회전축 즉 제 1 분리단 회전축(6), 제 2 분리단 회전축(12)은 제 1 플렌지 커플링(9), 제 2 플렌지 커플링(10), 원추형 여과체 소단부 고정플렌지(13), 원추형 여과체 로터리식 프레임(16)으로 연결되어 있는데 고속회전에 의해서 추력이 작용하는 점을 감안하여 고정부위의 가공 공차를 최소로 하였고 특히 제 1 분리단 회전축(6)과 제 2 분리단 회전축(12)의 연결부에는 씰링을 사용하여 공급되는 고액혼합물이 누수되는 일이 없도록 하였다.

상부커버(20)와 하부프레임(21)은 회전하는 분리단으로부터 발생될 수 있는 인적, 물적 안전을 위해 요인으로부터 예방하는 안전판 역할과 아울러 여과되어져 나오는 액상과 여과되어 공급단 중공축 지지베어링(18)쪽으로 배출되어지는 고형물을 수집하여 기계외부로 각각 배출할 수 있는 관로형상으로 설계하였다. 하부프레임(21)은 커버가 장착되어 있고 상부커버(20)는 개폐식으로 하되 가장자리에는 림을 두고 상부커버 고정용 볼트(27)로 체결하여 분해 및 조립이 용이하도록 하였다.

본 발명은 기술적인 측면에서 볼 때 장치가 매우 단순화되었고 중량과 체적이 절반정도로 줄어들었고 내구성이 증가되었다. 또한, 사용자의 편의성을 도모하기 위해서 분해 및 조립과 부품교체가 용이하며 분리물성에 따라 최적 원심력을 산출할 수 있도록 하였기 때문에 제작사 입장에서도 피분리물성에 따라 설계를 달리해야되는 번거로움을 덜고 제작단가를 줄일 수 있다.

피분리물은 제 1 분리단 회전축과 제 2 분리단 회전축을 통하여 직선으로 공급되므로 막힘 현상이 거의 발생되지 않고 막힘이 있을 경우에도 관통이 용이하므로 운전중 막힘 현상을 쉽게 해결할 수 있고 운전후 정지중에는 세관청소가 용이하므로 관내에 슬러지 잔류에 의한 위생상의 문제점도 없앨 수 있다.

원추형 여과체의 여과망은 물성에 따라 손쉽게 교환이 가능하므로 피분리물의 입경 0.03mm 이상의 부유성, 침강성 고형분을 분리해 낼 수 있어 식품, 환경, 화공 등 거의 전 산업분야에 널리 활용될 수 있다.

또한, 연속운전에 대한 신뢰성과 안전성이 확보되어 있어 자동화 운전에 적용하기에 적합하다.

지지프레임 진동흡수 스프링과 지지프레임 방진고무는 운전의 정숙성은 물론 분리단 회전축의 진동에 의한 축의 피로현상과 베어링 마손을 상당히 줄일수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 지지프레임 진동흡수 스프링(25)과 지지프레임 방진고무(26)가 장착된 하부프레임(21) 및 분리단 회전축 지지베어링(7)과 공급단 중공축 지지베어링(18)이 조립 설치되고 이 하부프레임(21) 상부에 상부커버(20)가 취부된 설치 프레임 위에 제 1 분리단 회전축(6)에는 분리단 회전축 풀리(5)가 분리단 회전축 풀리 고정키(4)에 의해 고정되며 상기, 제 1 분리단 회전축(6)은 분리단 회전축 지지베어링(7)을 통과하여 제 2 분리단 회전축(12)과 결합하기 위해 제 1 플렌지 커플링(9)과 제 2 플렌지 커플링(10)이 사용되어지며 양축을 결합 고정시키기 위하여 제 1 플렌지 커플링 고정키(8)와 제 2 플렌지 커플링 고정키(11)를 사용하여 결합하며,

   피분리물인 고액혼합물은 공급단 중공축(14)을 통하여 공급되어지고 원추형 여과체(15) 내부는 소단부 지점의 공급단 중공축(14)에 위치한 혼합액 토출구(24)를 통하여 원추형 여과체(15)내에 형성된 원심력장내로 고액혼합물을 토출할 수 있으며,

   상기, 공급단 중공축(14)은 공급단 중공축 지지베어링(18) 및 제 1 분리단 회전축(6)과 원추형 여과체(15), 제 1 플렌지 커플링(9), 제 2 플렌지 커플링(10)과 결합되며,

   상기, 제 2 분리단 회전축(12)에 원추형 여과체(15)가 결합 설치되고 원추형 여과체(15) 대단부에서는 원추형 여과체 로터리식 프레임(16)이 로터리식 프레임 고정플렌지(17)에 의해 고정되어지며 소단부에서는 원추형 여과체 소단부 고정플렌지(13)에 의해 고정되어 원심력에 의해서 고액혼합물을 여과하여 분리하는 것을 특징으로 하는 차등원심가속여과기.
2. 제 1 항에 있어서, 인버터(22)나 구동측 풀리(3) 직경변화 또는 인버터(22)와 구동측 풀리(3) 양자를 이용하여 원심력을 변화시키는 장치로 구동전동기(1)와 브이벨트로 연결 구성되어 원심력에 의해서 고액혼합물을 여과하여 분리하는 것을 특징으로 하는 차등원심가속여과기.