KR20030032028A - 물질을 두가지 상태로 분리하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물질을 두가지 상태로 분리하는 장치(1)에 관한 것으로, 이 장치(1)는 축에 하나 이상의 스크루(7,8)가 장착되어 있는 스크루 컨베이어(5)를 포함하며, 스크루 컨베이어는 물질 인입구(9)와 두가지 상태의 물질중 하나의 배출구(16) 사이로 뻗어 있으며, 스크린 개구부들(11)이 형성된 원통형 스크린(10)을 더 포함하고, 스크린 내부에서, 스크루 컨베이어(5)는 상기 인입구(9)에서 유동면을 통해 배출구(16)까지 이송방향으로 물질을 운반하도록 회전 가능하게 배치되며, 상기 유동면은 상기 축, 방사면상에 있는 두개의 연속적인 스크루 나사들 및 스크린 사이에서 상기 방사면상에 있고, 두가지 물질상태중 나머지 하나는 상기 스크린 개구부들(11)을 통해 배출되며, 스크루 컨베이어(5)의 스크루 길이는 스크루를 둘러싼 스크린의 길이에 의해 결정되고, 유동면적은 스크루 길이를 따라 이송방향으로 갈수록 커진다.

Description

물질을 두가지 상태로 분리하는 장치{Device for separating a substance into two phases}

미국특허 4,069,980에는 뼈에서 고기를 분리하는 장치가 기재되어 있다. 스크루 컨베이어는 원통형 스크린 내부에 회전 가능하게 배치되고, 이송 방향으로 갈수록 스크루의 직경은 증가하되 그 피치는 감소된다. 이런 특징의 조합을 통해, 스크린을 통한 재료의 손실을 보전하고자 했다. 스크루 컨베이어를 이렇게 구성하면 분리할 물질이 스크루 컨베이어와 원통형 스크린 사이에 끼일 염려가 있다. 이런 위험은 분리할 재료의 점성이 증가할 수록 커진다.

네덜란드 특허 1005398에 기재된 바와 같이, 이런 장치에 배출구 개폐수단이 장착된 것도 알려져 있다. 이런 개폐수단때문에 스크루 컨베이어와 스크린 사이에 압력을 축적할 수 있고, 그 결과 스크린을 통해 분리가 일어나며, 스크린에 의해 분리되는 물질의 점성이 증가할 수록 이런 스크린은 특히 중요하다. 나머지 물질은 건조할수록 장치를 막을 위험이 커진다.

서문에 언급한 종류의 장치가 미국특허 3,273,495에 기재되어 있다. 이 발명은 오일 압착기에 관한 것으로, 스크린 내부에 3개의 압착구역이 설정되어 있다. 이송 방향을 따라 스크린 길이에 걸쳐 유동면을 먼저 증가시킨 다음, 스크루 피치는 감소시키고 축의 직경은 증가시켜 유동면을 감소시킨다. 이런 구성 결과, 최종 구역의 압력이 상당히 증가하고, 그 결과 이 장치는 한정된 제품을 압착하는데만 안정되며, 제품이 끼일 염려는 여전히 크다. 더 구체적으로, 상기 장치는 야채, 식물, 비료, 종이, 나무, 섬유 등을 탈수하는데는 안정적이지 못하다.

본 발명은 물질을 두가지 상태로 분리하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는 축에 하나 이상의 스크루가 장착되어 있는 스크루 컨베이어를 포함하며, 스크루 컨베이어는 물질 인입구와 두가지 상태의 물질중 하나의 배출구 사이로 뻗어 있으며, 스크린 개구부들이 형성된 원통형 스크린을 더 포함하고, 스크린 내부에서, 스크루 컨베이어는 상기 인입구에서 유동면을 통해 배출구까지 이송방향으로 물질을 운반하도록 회전 가능하게 배치되며, 상기 유동면은 상기 축, 방사면상에 있는 두개의 연속적인 스크루 나사들 및 스크린 사이에서 상기 방사면상에 있고, 두가지 물질상태중 나머지 하나는 상기 스크린 개구부들을 통해 배출되며, 스크루 컨베이어의 스크루 길이는 스크루를 둘러싼 스크린의 길이에 의해 결정된다. 본 발명의 틀 내부에서 상 또는 상태란 말은 밀도가 다른 부분을 의미한다. 명백하게 하기 위해, 유동면이란 스크루의 외경부가 스크린의 내경부와 맞닿는 경우에만 적용되는 말이다. 축의 일단부에 스크루가 없는 곳에서 외경이 축의 외경으로까지 점차 축소될 경우에는 유동면이란 말은 적용되지 않는다.

본 발명의 목적은 이상과 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 이송 방향을 따라 스크루 전장에 걸쳐 유동면적이 증가하는 것을 특징으로 한다. 그 결과,스크루 컨베이어와 스크린 사이에 물질이 없는 공간이 생기고, 이로 인해 유동면적이 아무리 조금 증가해도 사용중에 막히는 문제가 방지된다. 이로 인해 분리공정중에 비교적 높은 (대응) 압력을 이용하여 분리공정의 효율을 증가시킬 수 있다.

바람직하게, 스크루 컨베이어는 압력실까지 이어지고, 압력실에 배출구가 형성된다. 이 압력실은 버퍼 기능을 하여 압력을 축적하고, 그 결과 스크린 내부압력이 한계치 내에 유지될 수 있다. 따라서, 이런 스크린은 대개 매우 비싸고 약하다는 것을 알아야 한다.

압력실의 내경은 이송방향으로 갈수록 증가하여 압력실내에 물질이 막히는 것을 감소시키고 다양한 종류의 물질을 분리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 장치는 배출구 개폐수단을 더 포함하는 것이 좋다. 이 개폐수단으로 인해 특히 압력실에 분리대상 물질의 특성에 맞는 압력을 축적할 수 있다. 그 결과, 압력축적은 한쪽의 분리대상 물질과 다른쪽의 스크루 프랭크와 스크린 벽면 사이의 마찰에 더이상 좌우되지는 않지만, 개폐수단은 물질에 미치는 기계적 저항의 영향을 받는다.

이송방향을 따라 하나 이상의 스크루의 피치는 증가하고 상기 축의 직경은 감소하며 및/또는 스크린과 스크루의 직경이 증가하면, 유동면적이 증가할 수 있다.

이중나선형의 두개의 스크루를 축에 장착하여, 스크루에 미치는 축선상 하중을 한계치 내에 유지하는 것이 바람직하다. 이점은 비교적 높은 압력이 작용할 때 특히 중요하다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 스크루 컨베이어가 배출구 쪽에서 스크루 외부까지 뻗어 있다. 이로 인해 스크루 컨베이어의 운반기능이 스크린 너머까지 유지되고, 그 결과 특히 비교적 건조한 물질이 스크린 끝에서 배출구에 막히는 것이 방지된다. 또, 스크루 컨베이어가 스크린 너머로 돌출하는 부분에 의해 스크린 외부에 압력을 축적할 수 있고, 그 결과 스크린에 미치는 기계적 부하를 줄일 수 있다.

바람직하게, 스크루 컨베이어가 스크린 외부로 돌출한 길이는 0.05 내지 0,15m이다. 이 범위내에서, 본 발명에 따른 장치에 의해 많은 물질이 효과적으로 두가지 상태로 분리될 수 있다. 돌출길이를 하한치로 유지하면 스크루 컨베이어에 물질이 막힐 위험이 감소되지만, 스크루 컨베이어가 스크린 너머로 너무 길게 돌출하면 스크린을 통해 분리될 물질이 너무 긴 거리에 걸쳐 스크린으로 되돌아가 분리작업을 할 수 없게 된다.

특히 압력실을 사용하면 스크루 컨베이어의 돌출 길이 부분에서 막힐 위험이 최대화되기 때문에, 스크루 컨베이어가 스크린 외부로 돌출하는 부분의 유동면적은 이송방향을 따라 증가하는 것이 바람직하다. 이 경우 유동면적이 스크린에 의해 제한되기는 하지만, 압력실 표면과 같은 다른 표면이 스크린과 동일선상에 있게된다.

분리공정을 일정하게 하려면, 적어도 컨베이어 스크루의 스크루 길이를 따라 유동면적의 증가가 연속적인 것이 바람직하다.

특별한 형태의 물질, 즉 액체중에 고체입자들이 다소간 부유하고 있는 물질의 경우에는, 스크린 컨베이어를 둘러싼 스크린의 벽면부에 우회통로를 형성하는것이 바람직하다. 이런 우회통로가 없으면, 압력 축적중에 배출구를 향해 있는 스크린쪽에 부유입자가 되돌아갈 위험이 있고, 그 결과 스크린에 덩어리가 형성되어, 스크린을 막을 위험이 있다.

이런 위험은 우회통로를 이용하면 피할 수 있는데, 이렇게 되면 부유입자들이 스크린을 통해 배출되지 않는 한 액체와 함께 배출되기 때문이다. 우회통로를 통과하는 물질은 장치의 인입구로 되돌아갈 수 있다. 통로의 형상은 대부분 원형이지만 사각형도 가능하다. 통로의 크기는 부유입자들이 자유롭게 막히지 않고 흐를 수 있을 정도로 크기만 하면 된다. 우회통로를 사용하면, 높은 (대응) 압력을 사용할 수 있다는 장점도 있다. 대응압력이란 압력실내의 배출구를 향한 스크루 컨베이어 측에 작용하는 압력을 의미한다.

이와 같은 우회통로의 사용은 스크루 전장에 걸쳐 이송방향으로 유동면적이 증가하는 경우에 쉽게 조합될 수 있지만, 종래 기술에서 채택했던 유동면적을 스크루 전장에 걸쳐 이송방향을 따라 사용할 때, 예컨대 유동면적이 일정하거나 감소할 때에도 우회통로의 장점은 명백하다. 따라서, 이 경우에는, 축에 하나 이상의 스크루가 장착되어 있는 스크루 컨베이어를 포함해 물질을 두가지 상태로 분리하는 장치가 제공되고, 이 스크루 컨베이어는 물질 인입구와 두가지 물질상태중 한가지의 배출구는 물론, 개구부들이 형성된 원통형 스크린 사이로 뻗고, 스크린 내부에서 스크루 컨베이어는 회전 가능하게 배치되어 상기 인입구에서 유동면을 통해 배출구까지 이송 방향으로 물질을 운반하며, 유동면은 상기 축, 두개의 연속적 스크루 부분들 및 스크린 사이의 방사면에 있으며(스크루 부분들은 방사면에 있음), 두가지물질상태중 나머지 물질상태는 상기 스크린 개구부를 통해 배출되고, 스크루 컨베이어를 둘러싼 스크린 벽면에 우회통로가 형성된다.

스크린의 효율을 최적화하기 위해, 스크린의 길이 절반에서 보아 배출구쪽에 우회통로를 배치하는 것이 바람직하다. 우회통로를 통과하는 물질은 더이상 스크린의 영향을 받지 않거나 적어도 스크린을 향하지 않도록 해야만 한다.

스크린의 효율을 더 상승시키기 위해, 스크루 컨베이어가 압력실 내에서 스크린 외부로 돌출한 경우 압력실의 원통형 벽면에 우회통로를 배치하는 것이 바람직하다. 특히 우회통로와 배출구 사이에 압력축적이 일어나고, 그 결과 스크린에 걸리는 부하와 이에 따른 스크린의 마모가 한계치내에 유지되는 것이 다른 장점이다.

우회통로의 직경은 5mm 이상, 바람직하게는 10mm 이상, 더 바람직하게는 20mm 이상이다. 스크린 개구부의 크기와 형상, 스크린의 길이, 압력실의 압력, 분리대상 물질의 특성에 따라 우회통로의 최적 크기가 부분적으로 좌우된다.

스크루 컨베이어의 중앙축에 수직이면서 대칭축선이 스크루 컨베이어의 중앙축을 통해 수평으로 뻗는 사분면상에 상기 우회통로를 배치하는 것이 바람직하다. 우회통로의 위치를 이렇게 선택하면, 스크루 컨베이어 바닥에 남아있을 수 있는 침전물이 어떤 불편함도 일으키지 않으면서도, 부유입자들이 필요한 만큼 우회통로를 통해 흐를 수 있어, 부유입자들의 회귀로 인한 폐색 문제를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 장치의 개략적 종단면도로서 두개의 인접 스크루 구간들이 부분적으로 단면으로 도시된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

분리장치(1)의 하우징(2)은 도면에는 일체로 도시되어 있지만, 실제로는 여러개의 부분들을 연결한 것이다. 하우징(2) 내부에 배치된 스크루 컨베이어(5)는 구동장치(4)에 의해 축선(30을 중심으로 회전할 수 있고, 스크루(7,8)가 이중 나선형으로 장착되어 있는 축(6)을 포함하며, 스크루의 피치는 이송방향(P2)으로 갈수록 점점 커진다. 화살표(P1)로 개략적으로 표시된 것 처럼, 분리 대상 물질을 스크루 컨베이어에 공급하기 위한 인입구(9)가 하우징(2)에 형성된다. 스크루(7,8)가 회전하면 물질이 이송방향(P2)으로 움직인다. 스크루 컨베이어(5)는 그 길이의 중앙부에서 원통형 스크린(10)으로 둘러싸이고, 분리대상 물질의 첫번째 물질상태를 통과시키기 위한 개구부들(11)이 스크린에 원주상으로 형성된다. 본 발명의 틀 내부에서, 스크루 컨베이어의 전체 길이를 스크루 길이라 하는데, 이는 스크루 전장에 걸쳐 스크루가 형성되어 있기때문이다. 그러나, 본 발명의 틀 내에서, 스크루는 스크린의 처음 75% 길이에만 걸쳐있을 수 있고, 그 결과 스크루 길이는 스크린의 길이의 75%까지 이른다. 그러나, 이 경우, 축은 스크린의 전장에 걸쳐 뻗거나, 또는 한쪽에 베어링을 장착하기 위해 스크린보다 튀어나올 수도 있다. 상기 스크루 길이는 최대한 스크린의 길이와 같아야 한다.

사용할 수 있는 스크루로는 NL-C01005938이 있다. 첫번째 상태의 물질은 관형 챔버(12)로 들어간다. 챔버(12)에는 배출구(13)가 있고, 배출구를 통해 첫번째 상태의 물질이 화살표(P3) 방향으로 챔버(12)를 빠져나가 용기(14)에 저장되거나 후처리 공정으로 간다. 스크루 컨베이어(5)는 스크린(10)과 동일선상에 위치한 원통형 압력실(15)까지 이어지고, 스크린(10)의 자유단부는 원추부(17)로 개폐를 조정할 수 있는 배출구(16)를 형성한다. 압력실(15)의 벽(20)은 앞으로 갈수록 점점 얇아지고, 그 결과 압력실(15)은 약간 원추형으로 된다. 원추부(17)는 피스톤로드(18)의 끝에 있고, 압력실(15)내의 압력과 실린더(19)의 기능에 의해 화살표(P4) 방향으로 양방향으로 움직일 수 있다. 실린더(19)는 틀(21)에 단단히 연결되고, 틀(21)은 여러개의 관이 서로 연결되어 구성되며 장치의 유지보수를 위해, 구체적으로는 스크린(10)의 교환을 위해 하우징(2)에 분리 가능하게 연결된다. 배출구(16)를 통과하는 물질은 두번째 상태의 물질을 형성하는데, 두번째 상태의 물질은 스크린(10)을 통해 첫번째 상태의 물질에서 분리된 뒤 남아있는 물질이다. 이런 두번째 상의 물질은 틀(21)의 벽면에 형성된 배출구(27)를 통해 화살표(P5) 방향으로 용기(22)로 공급된다.

특히, 물에 야채찌꺼기가 떠있는 물질일 경우에는, 우회통로(28)를 이용하면 많은 장점이 있다. 상기 우회통로(28)는 직경 25mm 정도로서 개폐식으로 구성된다. 압력실(15) 벽면에, 구체적으로는 스크루 컨베이어(5), 더 구체적으로는 스크루(7,8) 둘레의 벽면 부분에 우회통로(28)를 형성한다. 도면상에는 편의상 12시 방향에 우회통로(28)가 위치해 있지만, 3시 방향이나 9시 방향에, 즉 스크루 컨베이어(5)의 중심축에 대해 수직 위치에 우회통로를 여러개 형성해도 된다.

이제, 분리장치(1)의 동작에 대해 자세히 설명한다. 인입구(9)를 통해 화살표(P1) 방향으로 분리대상물질을 스크루 컨베이어(5)에 공급한다. 스크루 컨베이어(5)의 회전으로 물질이 화살표(P2) 방향으로 움직여, 배출구(16)를 통과하고, 이 지점에서 물질은 두번째 상태의 물질로 된다. 분리장치(1)가 동작을 시작할 때는 배출구(16)가 원추부(17)에 의해 완전히 막힌다. 물질의 연속 공급으로 인해 압력실(15) 내의 압력이 소정 제한값까지 상승하면, 원추부(17)는 이중기능 실린더(19)의 작용에 의해 되돌아가고, 그 결과 배출구가 열린다. 물질의 성질과 배출구(16)의 크기에 따라, 압력실(15) 내부에 동적 평형압력이 생성된다. 이런 압력으로 인해, 첫번째 상태의 물질은 스크린(10)의 개구부들(11)을 통해 분리된다. 스크루(7,8)의 피치가 이동방향(P2)으로 갈수록 커지므로, 두개의 연속적인 스크루 나사의 프랭크들(23,24)과 축(6)의 중간부(25)와 스크린(10)의 중간부(26)로 이루어지고 방사면에 놓인 유동면(A)도 커진다. 이렇게 공간이 증가하기 때문에, 막힐 위험도 상당히 감소된다.

우회통로(28)를 이용하고 분리할 물질이 현탁 상태를 갖고 있으면, 압력실(15)내에 조정된 한계값까지 압력이 축적되는 동안 현탁 상태의 물질은 스크린 방향으로 되돌아가지 않고, 우회통로(28)를 통해 압력실(15)을 빠져나간다. 이렇게 빠져나간 부분은 다시 화살표(P1) 방향으로 인입구(9)로 계속 공급된다.

본 발명에 따른 장치의 이상과 같은 설명은 단지 개략적인 설명일 뿐이다. 종래의 장치에 대해서는 국제특허출원 WO98/37942의 도 2-4에 설명되어 있다. 이 장치에 사용된 일정 피치의 싱글 스크루를 스크루 컨베이어의 길이를 따라 이송방향으로 갈수록 피치가 점점 증가하는 싱글 또는 다중 스크루로 대체한 것이 본 발명에 따른 장치이다. 즉, 종래의 장치의 두번째 가능한 실시예가 본 발명이다.

본 발명에 따른 장치는 비료, 캔 산업에서 사용되는 세척액, 종이펄프, 음식물 찌꺼기, 건축 슬러지 등과 같이 대응압력으로 10bar 정도의 비교적 고압을 채택할 수 있는 여러가지 형태의 물질에 사용하기에 적합하고, 그 결과, 장치내에 물질이 끼일 위험이 상당히 줄어들거나 없어지면서도 높은 효율을 얻을 수 있다. 본 발명의 장치는 고체상과 액체상으로 분리되는 물질에 특히 적합하다.

Claims (17)

1. 물질을 두가지 상태로 분리하고; 축에 하나 이상의 스크루가 장착되어 있는 스크루 컨베이어를 포함하며; 상기 스크루 컨베이어는 물질 인입구와 두가지 상태의 물질중 하나의 배출구 사이로 뻗어 있고; 스크린 개구부들이 형성된 원통형 스크린을 더 포함하며; 상기 스크린 내부에서, 스크루 컨베이어는 상기 인입구에서 유동면을 통해 배출구까지 이송방향으로 물질을 운반하도록 회전 가능하게 배치되며, 상기 유동면은 상기 축, 방사면상에 있는 두개의 연속적인 스크루 나사들 및 스크린 사이에 상기 방사면상에 있고; 두가지 물질상태중 나머지 하나는 상기 스크린 개구부들을 통해 배출되며; 스크루 컨베이어의 스크루 길이는 스크루를 둘러싼 스크린의 길이에 의해 결정되는 장치에 있어서:

   상기 유동면의 면적이 스크루 길이 전체에 걸쳐 이송방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스크루 컨베이어가 압력실까지 이어지고, 압력실에 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 압력실의 내경이 이송방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 전항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구의 개폐수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 스크루의 피치가 이송방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 축의 직경이 이송방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스크린과 스크루의 직경이 이송방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 이중나선형의 두개의 스크루가 상기 축에 장착된 것을 특징으로 하는 장치.
9. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스크루 컨베이어가 배출구 쪽에서 스크루 외부까지 뻗어 있고, 이곳에서 스크루 컨베이어가 압력실의 원통벽으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 스크루 컨베이어가 스크린 외부로 돌출한 길이가 0.05내지 0,15m인 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 스크루 컨베이어가 스크린 외부로 돌출한 부분의 유동면적이 이송방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유동면적의 증가가 컨베이어 스크루의 스크루 길이를 따라 연속적인 것을 특징으로 하는 장치.
13. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 스크린 컨베이어를 둘러싼 스크린의 벽면부에 우회통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 우회통로가 스크린의 길이의 절반부를 중심으로 상기 배출구를 향한 쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제9항 또는 제14항에 있어서, 상기 우회통로가 상기 원통벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제13항 내지 15항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 우회통로의 직경이 5mm 이상, 바람직하게는 10mm 이상, 더 바람직하게는 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제13항 내지 16항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 우회통로가 스크루 컨베이어의 중앙축에 수직인 사분면상에 위치하고, 사분면의 대칭축은 스크루 컨베이어의 중앙축을 통해 수평으로 뻗는 것을 특징으로 하는 장치.