KR20070001908A - 주걱 휠을 가진 물질 분류기 - Google Patents

Abstract

분리되어야 하는 고체 물질을 포함하는 액체-고체 혼합물을 분류하는 물질 분류기가 제공된다. 물질 분류기는 액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크 및 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 회전중에 탱크로부터 퍼올려진 물질을 배출하도록 원주방향으로 이격된 복수의 주걱들을 포함하는 주걱 바퀴를 포함한다. 또한, 분류 시스템 및 물질의 분류 방법이 제공된다.

물질 분류기, 주걱 휠(scoop wheel)

Description

주걱 휠을 가진 물질 분류기{Material classifier having a scoop wheel}

본 발명은 물질 분류기, 물질 세척기 및 탈수 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 주걱 휠(scoop wheel)을 가진 물질 분류기에 관한 것이다.

물질 분류기들은 크기 및/또는 입자 밀도에 따른 고체물들의 분류나 분리를 포함하는 많은 다른 용도를 위하여 사용된다. 물질 분류기들의 많은 다른 유형들이 알려져 있으며, 이는 기계적 및 비기계적인 유형들을 포함한다.

물질 분류기 중 한가지 유형에 따르면, 분리되어야 할 고체들은 물과 같은 적당한 액체에 혼합되어 있어서 액체-고체 혼합물 또는 펄프(pulp)를 생성한다. 그리고 나서 혼합물들은 분류기 탱크로 들어간다. 큰 입자들은 분류기 탱크의 바닥에 침전되는 반면 미세한 입자들은 액체 매체내에 떠 있는 상태로 존재한다.(오버플로우(overflow)라고 불린다) 플라이트(flight), 리프트(lift), 드래그(drag), 블레이드, 주걱(scoop), 스크래퍼(scrapper) 또는 기타 수단들은 탱크의 바닥에 가라앉아 있는 고체 물질들을 떠올리고, 그것을 배출 슈트(chute), 컨베이어 벨트나 다른 수집 및 운송 수단들에 배출시키는데 사용된다. 또한 이런 유형의 물질 분류기들은 고체 입자들을 세척하는데 사용될 수 있다.

이러한 첫번째 유형의 공지된 물질 분류기(예로서, 1914년 8월 18일에 발행 된 미국 특허공보 제1,107,472호에서 볼 수 있다.)는 실린더형의 분류기 탱크나 통(vessel)의 외주 방향으로 이격된 V자형의 트로우(trough)("버킷"이라고도 함)나 스크래퍼(scrapper)를 사용한다. 통에는 부분적으로 물이 채워져 있으며, 통은 천천히 회전한다. 물보다 가벼운 물질들은 물의 표면에 떠 오를 것이고 오버플로우 트로우를 통하여 통으로부터 배출된다. 무거운 물질들은 통의 바닥으로 가라앉고 회전할 때 버킷에 의하여 퍼 올려진다. 버킷이 통 내에서 소정의 높이에 도달하면, 버킷의 내용물은 통으로부터 물질을 배출하는 배출관(spout)으로 버려진다.

이러한 첫번째 유형의 또다른 공지된 물질 분류기(예로서, 1940년 12월 31에 발행된 미국 특허공보 제2,226,750호에서 볼 수 있다.)는 반경방향으로 이격된 블레이드(blade)를 갖는 환형 휠을 사용한다. 블레이드에 의해 퍼 올려진 무거운 고체들은 배출 립(lip)으로 떠밀어진다. 가벼운 고체들은 떠 있는 상태로 유지되며, 둑벽(weir)과 같은 오버플로우 지점에서 분류기를 빠져나간다. 분류기의 블레이드는 블레이드가 배출 립을 넘어 위쪽으로 이동할 때 블레이드가 수축되도록 하는 캠 매커니즘을 가진다. 아랫 방향으로 회전할 때에는 물로 들어가는 블레이드들에 의해 발생된 액체 서지(surge)를 최소화하기 위하여 블레이드들은 가장 자리방향의 물쪽으로 낮아진다.

전형적으로 모래를 분류하고 골재(aggregate) 세척을 위하여 사용되는 또 다른 유형의 물질 분류기는 분류기를 따라 모래를 이동시키고 모으기 위하여 스크류 매커니즘을 사용한다. 이러한 설계는 주로 회전 드럼 또는 스크류-컨베이어 타입 분류기로 알려져 있으며, 그 예는 1979년 4월 24일에 발행된 미국 특허공보 제 4,151,074호에서 볼 수 있다. 스크류 분류기들은 복잡하고, 마모되기 쉬우며, 비싸고 유지 및 설치에 많은 비용이 소모된다.

물질 분류기의 또 다른 유형은 길다란 분류기 탱크 또는 트로우를 사용한다. 액체-고체 혼합물은 비교적 높은 흐름 속도로 분류기 탱크의 일단에 들어온다. 많은 배출 파이프/출구들이 그 길이를 따라 분류기 탱크의 바닥 근처에 제공된다. 길고 무거운 입자들은 분류기 입구에서 가까운 곳에 침전된다. 작고 가벼운 입자들은 무겁고 큰 입자들보다 더 오래 떠 돌아다니며 침전되기 전까지 입구로부터 멀리 이동한다. 액체는 오버플로우 또는 다른 장치를 사용하여 분류기 탱크를 빠져 나간다. 적당한 배출 파이프를 개방함으로써 원하는 입자 크기/밀도를 가진 고체 물질을 분류기로부터 뽑아낼 수 있다. 전형적으로, 뽑아진 물질은 수분을 제거하기 위하여 스크류 컨베이어와 같은 탈수 장치에 의하여 가공된다.

현존하는 분류기 설계의 공통적인 단점은 용량을 희생하여야만 분류 능력이 좋아지거나 그 반대로 분류 능력을 희생하여야만 용량이 커진다는 점이다. 전형적으로, 물질 분류기는 좋은 분류 능력을 가지지만 낮은 효율 및 복잡한 재생 시스템을 가지거나 좁은 용량 및 비교적 간단한 재생 시스템을 가지지만 낮은 분류 능력을 가진다. 또한, 대부분의 미세 등급 물질이 별로 사용되지 않지만 좋은 분류 능력을 구비한 물질 분류기들은 전형적으로 요구되는 것보다 훨씬 좋은 분류 능력을 제공한다. 대부분의 물질 분류기들의 또 다른 단점은 그것들이 크고 작업 장소에서 용이하게 휴대할 수 없다는 것이다. 골재 채취장소에 있는 것과 같은 일부 물질 분류기들은 전형적으로 지지 구조를 필요로 하는 큰 설치물이므로 이동될 수 없 다. 예를 들면, 스크류 컨베이어 및 구동 휠 장치와 같은 분류기의 다른 유형들은 이동될 수 있다. 그러나, 이런 유형의 물질 분류기는 전형적으로 지게차, 리프트 트럭이나 크레인을 사용하여 트럭에 실어서 원하는 장소에 이송한 뒤 트럭에서 내려야 한다. 분류기를 사용 할 수 없는 것 뿐만 아니라, 분류기를 싣고 내리는 것은 싣고 내리는 작업을 수행하기 위하여 출발지 및 목적지 양쪽에서 장비가 필요하다. 뿐만 아니라, 이런 유형의 분류기는 수송을 위하여 일부를 분해하여야 하며, 목적지에서는 다시 조립하여야 할 필요가 있게 될 수 있다.

본 발명은 주걱 휠을 가진 물질 분류기를 개시한다. 예시적인 실시예들은 세척, 분리 및 탈수 작용을 수행하는 문질 분류기를 제공하며, 일부 실시예들은 더 쉽고 싸게 제조하고 비교적 쉽게 이송될 수 있는 물질 분류기를 제공한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 주걱 휠은 수평에 대한 일정 각도로 회전한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 일렬로 배치된 다중 주걱 횔을 가진 분류 시스템을 제공하는데, 일부 실시예들에서 주걱 휠들은 각각 별개의 속도로 회전될 수 있도록 독립적으로 구동된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 주걱 휠들은 분류 스트림으로부터 이격되게 위치한다.

본 발명은 다양한 예시적인 실시예들에서, 더욱 비용 절감적이고, 신뢰성있고, 내마모성이 있으며, 유지보수가 적게 요구되며, 고 용량을 가지며, 비교적 소형이고 상대적으로 쉽게 이송될 수 있는 개선된 물질 분류기를 제공하고자 한다. 뿐만 아니라 다양한 예시적인 실시예들에서, 본 발명의 물질 분류기는 모래 및 다른 물질들을 분류하는데 사용될 수 있고, 이송 및 배출이 편리한 설계를 가지며, 용량이나 생산물 또는 고체 물질의 등급분류를 향상시키기 위하여 연속적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 예시에 따르면, 분리될 고체 물질을 함유하는 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 물질 분류기가 개시되며, 물질 분류기는 액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크; 및 수평 기준에 대하여 경사진 휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 배출하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 주걱 휠(scoop wheel)을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 분리될 고체 물질을 함유하는 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 물질 분류기가 개시되며, 물질 분류기는 액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크; 구동 벨트; 및 휠 축에 대하여 회전하기 위하여 탱크내에서 적어도 부분적으로 구동 벨트에 매달리며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 배출하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 주걱 휠을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 내부에 다양한 등급의 고체 물질을 가지는 액체-고체 혼합물을 분류하는 분류 시스템이 개시되며, 분류 시스템은 액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크; 휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 분류하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 제1 주걱 휠; 및 휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 분류하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 제2 주걱 휠;을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 물질을 분류하는 방법이 개시되며, 분류 방법은 소정의 채움 위치까지 탱크내에 액체-고체 혼합물을 받아들이는 단계; 탱크의 바닥으로부터 침전된 고체 물질을 퍼 올리기 위해 휠 축에 대하여 주걱 휠을 회전시키는 단계; 및 퍼 올려진 물질이 탱크의 상부 에지 위에 있을 때 퍼 올려진 물질을 주걱들로부터 배출하기 위하여 주걱 휠을 더 회전하는 단계;를 포함한다. 이때, 휠 축은 수직 기준에 대하여 예각으로 위치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 골재 물질을 분류하기 위한 물질 분류기가 개시되며, 물질 분류기는 지지 프레임; 골재 물질 및 유체의 혼합물을 받아들이기 위하여 지지 프레임에 장착되며, 윗쪽을 향하도록 기울어진 면을 가지는 측벽을 구비하는 탱크; 탱크로부터 골재 물질을 퍼 올리기 위하여 반경방향으로 연장하는 복수 개의 주걱들을 가지며, 윗쪽을 향하도록 기울어진 면에 실질적으로 평행하도록 대향하는 플레이트를 가지는 주걱 휠; 지지 프레임에 고정된 한 쌍의 이격 벨트 가이드와 가이드를 통과하는 무한 벨트를 포함하는 현가(suspension) 구동 시스템; 및 윗쪽을 향하도록 기울어진 면으로부터 휠을 편향(bias)시키기 위하여 주걱 휠의 플레이트에 유압을 가하기 위한 유압원을 포함한다. 여기서, 주걱 휠은 윗쪽을 향하도록 기울어진 면과 실질적으로 평행한 방향으로의 회전을 위하여 가이드 사이의 벨트로부터 매달리며, 사용 시에 주걱들이 측벽의 에지 위에서 탱크로부터 퍼 올려진 골재 물질을 배출하도록 주걱 휠 및 측면이 배치된다.

본 발명의 다른 실시예들은 첨부된 도면들과 함께 후술하는 본 발명의 실시예들을 살펴봄으로써 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명백해질 것이다.

도 1은 주걱 휠을 보여주는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분류기의 측면도이고,

도 2는 도 1의 물질 분류기의 평면도이고,

도 3은 도 1의 물질 분류기의 사시도이고,

도 4는 도 1의 물질 분류기의 배면도이고,

도 5는 도 1의 물질 분류기의 주걱 휠의 사시도이고,

도 6은 배출된 고체 물질의 수송을 위한 컨베이어 벨트와 관련된 도 1의 물질 분류기의 개략도이고,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물질 분류기의 측면도이고,

도 8은 본 발명에 따라 구현되는 물질 분류기용 주걱 휠의 대체 실시예의 사시도이고,

도 9a는 작업 중에 탱크내의 수면(water line)을 보여주는 도 1의 물질 분류기의 종단면도이고,

도 9b는 작업 중에 탱크내의 물 선을 보여주는 도 8의 주걱 휠을 가지는 물 질 분류기의 종단면도이고,

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물질 분류기의 종단면도이고,

도 11은 도 10의 11--11 라인을 따라 절개된 도 10의 주걱 휠의 단면도이고,

도 12는 세 개의 주걱 휠 및 현가 구동 시스템을 가지는 본 발명에 따라 구성된 분류 시스템의 개략도이고,

도 13은 원주방향으로 부착된 U자형의 가이드를 가지는 주걱 휠의 부분 배면도이고,

도 14는 원주방향으로 부착된 L자형의 가이드를 가지는 주걱 휠의 부분 배면도이고,

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물질 분류기의 측면도이고,

도 16은 도 15의 16--16라인을 따라 절개된 도 15의 주걱 휠의 단면도이고,

도 17은 도면 부호 17에 의해 지시된 도 16의 주걱 휠 부분의 확대도이고,

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분류기의 개략도이고,

도 19는 내부 허브(hub)에 장착된 내부 및 외부 플레이트들을 보여주는 도 15의 물질 분류기의 주걱 휠의 분해도이고,

도 20은 싱글 플레이트가 내부 허브에 장착되는 것을 제외하고는 도 19에 도시된 것과 유사한 물질 분류기의 주걱 휠의 분해도이고,

도 21은 도 15의 물질 분류기의 주걱 휠의 사시도이고,

도 22a는 배출 슈트(chute)에 부착된 퍼 올려진 물질을 위한 변향기(diverter)를 가지는 물질 분류기의 측면도이고,

도 22b는 배출 슈트에 부착된 퍼 올려진 물질을 위한 변향기를 가지는 물질 분류기의 배면도이다.

도 1 내지 4에 먼저 도면부호가 붙여지며, 도 1 내지 4는 본 발명에 따라 구현된 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 시스템(12)을 보여준다. 시스템(12)은 각각 14a, 14b 및 14c로 지시된 물질 분류기들(14), 지지 프레임(16), 휠들(18), 히치(hitch)(20) 및 혼합 상자(22)를 구비한다. 물질 분류기(14)들은 제1 물질 분류기(14a)부터 시작하여 세 개의 분류 스테이지를 형성하기 위하여 연속적으로 연결된다. 다른 실시예로서, 더 많거나 적은 스테이지들이 사용될 수 있다. 필요하다면, 하나의 물질 분류기(14)가 사용될 수 있다.

각 물질 분류기(14)는 탱크나 호퍼(30) 및 반경 방향으로 연장하며 굴곡된 복수 개의 주걱(scoop)들 또는 리프트(lift)들을 가지며, 각방향으로(angularly) 장착된 주걱 휠(32)을 구비한다. 휠(32)들 및 그것들에 대응하는 주걱(34)들은 탱크(30)들로부터 침전된 물질을 퍼 올리고, 퍼 올려진 물질은 배출 램프(ramp)들 또는 슈트들에 올려 놓는다. 각 배출 슈트(36)는 퍼 올려진 물질을 대응하는 컨베이어 벨트(도 6의 37)쪽으로 향한다. 물질을 이송하는 컨베이어 벨트(37)는 예를 들면 개방된 공간의 배출 더미로 이송한다. 다른 실시예에서, 배출 슈트(36)들은 퍼 올려진 물질을 공통 컨베이어 벨트로 향하게 할 수 있다. 각 휠(32)들은 독립적으로 제어가능한 구동 매커니즘(38)에 의해 구동된다. 예를 들면, 한 실시예에서 각 휠 구동 매커니즘(38)은 유체정역학적인(hydrostatic) 구동부이다. 전기 모터(39) 는 세 개의 유압 펌프들에 전원을 공급하며, 각 펌프는 독립적인 유체정역학적인 구동부를 구동한다. 다른 실시예로서, 대체적인 구동 매커니즘들이 사용되는데, 예를 들면 각 휠용 독립적인 전기 모터들이 사용될 수 있다. 예시적인 실시예로서, 휠(32)들의 회전 속도는 각 스테이지마다 다르며, 제1 스테이지의 휠(32)은 제2 스테이지의 휠(32)보다 높은 회전수를 가지며, 제2 스테이지의 휠(32)은 제3 스테이지의 휠(32)보다 높은 회전수를 가진다. 일반적으로, 저속 회전을 하면 덜 섞이게 되고 가벼운 물질이 탱크(30)의 바닥에 침전된다. 그래서 가벼운 물질이 주걱(34)들에 의해 수집될 수 있다. 그러나, 저속 회전율은 침전된 물질이 탱크들로부터 수집되는 속도를 줄인다. 그러므로 휠(32)들을 위한 적정 회전율을 선택할 때 공정 요구조건이 고려된다.

도 6 및 9a를 참조하여 탱크(30)들이 더욱 상세하게 기술될 것이다. 각 탱크(30)는 각 휠(32)에 인접한 측벽(54) 및 바닥 벽(55)을 가진다. 측벽(54)은 그 상부에 가아드 플레이트(53)를 포함한다. 배출 영역 또는 배출구(51)는 가아드 플레이트(53)에 인접한 측벽(54)의 상부에 구획된다. 배출 슈트(36)들은 배출구(51)와 통하는 측벽(54)의 상부 에지(33)에서 탱크의 각 측벽(54)의 외측면에 부착된다. 드레인(61)은 작업이 없는 동안에 각 탱크(30)들을 비우기 위하여 각 측벽(54)의 하부에 제공된다.

측벽(54)의 각도는 휠(32)이 수직 기준(V)에 대하여 장착된 각도(T)에 대응한다. 그러므로 주걱(34)들이 그들의 각 배출 슈트(36)들에 도달할 때까지 휠(32)들에 의해 퍼 올려진 실질적으로 모든 고체 물질이 주걱(34)들상에 머무른다. 대 안으로서, 측벽(54)의 틸트(tilt) 또는 각도는 수평 기준에 관하여 정의될 수 있다. 그런 경우, 측벽(54)은, 예를 들면 지지 프레임(16)의 베이스와 같은 수평 기준에 대하여 각도(θ)로 위치된다.

주걱(34)들이 배출 슈트(36)에 도달하면, 주걱(34)들에 의해 옮겨진 물질이 슈트(36)로 떨어지고 대응하는 컨베이어 벨트(37)에 얹혀진다. 또한 탱크(30)들은 그들 사이의 오버플로우 둑 벽이나 게이트(40)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 게이트(30)들은 분류기 시스템에서 물과 부유 물질이 다음 스테이지로 통과하도록 하는 개구를 구획한다. 다른 실시예들에서, 서로에 개방된 게이트들이나 탱크들(30)은 없다.

도 5를 참조하여, 휠(32)의 일 실시예가 더욱 구체적으로 기술될 것이다. 각 휠(32)은 주걱들 또는 리프트들(34), 내부 허브(44), 스포우크(spoke)(46), 구동 축(48) 및 외부 허브(50)를 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 허브(44)는 실질적으로 원통형의 벽 또는 링을 구비하는데, 주걱들이 상기 내부 허브(44)로부터 연장하며, 적어도 일부의 주걱들의 폭은 원통형 벽의 폭보다 크다. 그러나 다른 실시예들에서 내부 허브(44)는 주걱(34)들의 각각의 단부 에지로부터 삽입된 두 개 이상의 이격 동심 링들을 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 외부 허브(50)는 동심 지지바(52)들을 구비한다. 그러나 다른 구성의 외부 허브(50)도 가능하다. 각 휠(32)의 구동 축(48)은 그 대응되는 구동 매커니즘(38)(도 1 내지 4)에 연결된다. 주걱(34)들로부터 물질의 배출을 용이하게 하기 위하여, 휠(32)들은 수직한 V(틸트 각이라고 불린다)에 대한 T 각에서 대응하는 물질 분류기(14)내 에 적어도 아랫방향으로 향하는 면을 갖기 위하여 각방향으로 장착된다. 그러므로, 각 휠(32)의 회전 축은 수평한 H로부터의 T 각으로 향한다. 다양한 실시예들에서, 틸트 각은 시스템(12)이 사용되는 분류 적용예에 기초하여 선택된다. 예컨대 일 실시예에서, 틸트 각은 수직으로부터 50도 보다 작거나 같다. 다른 예시적인 실시예에서, 틸트 각은 수직으로부터 실질적으로 32도이다. 그러나 그러한 각들은 단지 예시적인 것이며, 틸트 각은 다양한 실시예들에서 분류되는 물질에 대하여 원하는 결과를 달성하기 위하여 다양하게 변화할 수 있다.

각 주걱(34)들은 탱크(30)들의 바닥에 침전된 물질을 잡는 외부 주걱 에지(35)를 포함한다. 주걱(34)들은 주걱(34)의 곡률이 휠(32)들의 이동 방향으로 개방되도록 향하며, 따라서 주걱(34)들이 탱크(30)들의 바닥에 침전된 물질을 퍼 올릴 수 있도록 한다. 주걱(34)들의 다른 형상들도 가능하다. 일 실시예로서, 주걱(34)들은 그 전체 높이를 낮춤으로써 시스템(12)의 운송을 보조하기 위하여 탈착될 수 있다. 그런 실시예에서, 주걱(34)들은 볼트나 다른 탈착 가능한 체결 장치를 사용하여 내부 허브(44)에 부착된다. 다른 예시적인 실시예로서, 외부 허브(50)의 지지바(52)들은 섹션들로 나뉘며, 복수 개의 주걱(34)들이 각 섹션에 부착되어 있다. 그리고 나서 이 섹션들은 필요한 만큼 내부 허브(44)에 부착 및 탈착될 수 있으며, 그럼으로써 시스템(12)의 수송 및 수리를 용이하게 해준다. 예시적인 실시예로서, 내부 허브(44)는 주걱(34)들보다 더 좁아서 내부 허브(44)가 측벽(54)으로부터 이격되는데, 측벽(54)은 휠(32)의 회전 중에 내부 허브(44)를 넘어 연장하는 주걱(34)들의 내부 에지부(42)들로 물이 흘러 나가게 한다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 예시적인 일 실시예로서, 바닥 벽(55)은 측벽(54)에 수직함으로써 바닥벽(55)이 주걱(34)들의 외부 주걱 에지(35)에 실질적으로 평행하고, 그럼으로써 침전된 골재 물질이 휠(32)이 위치하는 탱크(30)부에 수집된다. 주걱(34)들이 꽉 찬 상태로 휠(32)이 윗 방향으로 회전할 때, 주걱(34)들은 주걱(34)들에 가두어진 물질과 함께 물로부터 위로 나오고 측벽(54)에 의해 지지된다. 주걱들이 물에서 나올 때, 주걱(34)들에 의해 가두어졌던 물은 흘러 내려서 탱크(30)로 돌아간다. 주걱(34)들이 더 회전하면, 퍼 올려진 물질은 탈수 과정을 거침으로써 함유된 물이 퍼 올려진 물질로부터 빠져나온다. 탈수는 주걱(34)들이 탱크(30)의 상부에 도달하여 배출될 때까지 계속된다.

도 1 및 도 6을 참조하여 시스템(12)에 의해 수집된 고체 물질의 배출에 대하여 설명한다. 도시된 실시예에서, 각 스테이지의 배출 슈트(36)들은 대응하는 컨베이어 벨트(37)에 연결된다. 그러나 단일 컨베이트 벨트도 사용될 수 있다. 배출 슈트(36)들은 배출을 용이하게 하기 위하여 컨베이어 벨트(37)들쪽으로 아랫 방향으로 향해진다. 수직 가이드(58)들이 배출 슈트(36)들의 일면 또는 양면에 직접 제공될 수 있고, 슈트(36)들의 하부 단 및 대응 컨베이어 벨트(37)들을 향하는 퍼 올려진 물질을 위한 채널에 제공될 수 있다. 다른 실시예로서, 배출 슈트(36)들은 퍼 올려진 물질을 단일 컨베이어 벨트로 향하게 할 수 있다. 일부 적용예들에서, 각 분류기 스테이지들로부터 물질을 위한 별도의 채널들을 가지는 단일 컨베이어가 사용될 수 있다. 공통 컨베이어 벨트를 사용함으로써 퍼 올려진 물질이 재조합되어 제품 오차내에서의 입자 크기/밀도 분포를 가지는 혼합 골재를 형성한 다. 예를 들면, 일부 적용예들에서 각 분류기 스테이지로부터 퍼 올려진 물질의 양은 재결합될 때, 최종 제품이 각 입자의 크기/밀도 범위내에서 물질의 필요한 양을 가지도록 선택될 수 있다. 이러한 접근법을 사용함으로써, 다른 적용예들을 위한 바람직한 특성을 갖는 세척 및 탈수된 골재가 생산될 수 있다.

도 22a 및 22b를 참조하면, 주걱 휠에 의해 수집된 물질은 제거(또는 scalp)될 수 있다. 도시된 실시예에서, 배출 슈트(36)는 변향기(270)를 포함한다. 변향기(270)는 일단에서 배출 슈트(36)의 개구(271)와 통하는 속이 빈 관이나 튜브를 구비한다. 휨 가능한 튜브(272)는 변향기(270)의 타단에 부착될 수 있다. 슈트(36)에 배출된 퍼 올려진 물질 부분은 변향기(270) 및 튜브(272)를 통하여 떨어진다. 튜브(272)는 변향기의 물질을 어떤 곳으로 이송하기 위하여 컨베이어 벨트(274)에 배출하는데, 예를 들면 별도의 배출 더미에 이송하기 위함이다. 변향기(270)를 회피하거나 비켜가며 최종 제품의 부분으로서 수집하기 위한 컨베이어 벨트(37)들에 들어가는 물질의 궤도는 도면 부호 "d"로 나타내어진다. 변향기(270)를 사용함으로써 주걱 휠(32)에서 수집된 퍼 올려진 물질의 필요한 양이 최종 제품의 사양을 맞추기 위하여 초과적인 부분을 제거하거나 변향함으로써 얻어질 수 있다. 다른 실시예로서, 회전가능하게 장착된 바(bar) 나 암(arm)이 변향기 튜브대신에 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 바는 그 축에 대하여 회전가능하도록 피봇 장착될 수 있다. 회전가능하게 장착된 바는 예를 들면, 핑거 게이트(finger gate)일 수 있다. 바의 위치를 조정함으로써 변향된 물질의 양을 증가하거나 감소시키기 위하여 최종 제품의 일부로서 컨베이어 벨트(37)로 배출시키는 배출 슈 트(36)의 메인부로부터 변향되는 퍼 올려진 물질 부분을 변화시킨다.

도 1 내지 4를 참조하여 시스템(12)의 실시예의 작동을 이하에서 자세하게 설명한다. 휠(32)들의 이동 방향은 부호 56으로 표시된다. 이 실시예에서, 각 분류기(14)의 휠(32)들은 혼합 상자(22) 방향으로 회전한다. 골재 물질은 컨베이어 벨트(미도시)나 다른 운송 수단에 의하여 혼합 상자(22)로 이송된다. 골재 물질은 돌과 같이 적용예에서의 허용 오차보다 큰 입자들을 제거하기 위하여 미리 걸러질 수 있다. 물은 입구 파이프(미도시)를 통하여 연속적으로 혼합 상자(22)에 주입된다. 물과 골재 물질은 혼합 상자(22)를 통과하는 액체-고체 혼합물이나 펄프를 형성한다. 액체-고체 혼합물은 제1 분류기(14a)의 탱크로 주입된다. 게이트(40)는 제1 분류기(14a)의 탱크(30) 및 제2 분류기(14b)의 탱크(30)의 사이에 개구를 제공하는데, 개구는 물과 부유된 물질이 제1 스테이지로부터 제2 스테이지에 흘러가게 한다. 이와 유사하게, 케이트(40)는 제2 분류기(14b)의 탱크(30) 및 제3 분류기(14c)의 탱크(30)의 사이에 개구를 제공하는데, 개구는 물과 부유된 물질이 제2 스테이지로부터 제3 스테이지로 흘러가게 한다. 또한, 게이트(40)는 최종 스테이지(14c)의 탱크(30)의 배출 단에 제공될 수 있다. 다른 실시예들로서, 출구 체임버(59)(도 2)는 혼합 상자 또는 공급 탱크(22)의 반대쪽에 위치된다. 제3 탱크의 액체는 탱크의 단부 벽의 립(lip)이나 둑 벽에 오버플로우되어, 출구 체임버(59)로 흘러들어간다. 출구 체임버(59)에서의 개구는 후미 연못(미도시)으로 흘러 나가는 휨 가능한 호스나 튜브에 연결된다.

게이트(40)들은 케이트(40)들을 높이거나 낮춤으로써 게이트 개구가 확대되 거나 수축될 수 있도록 하는 제어 매커니즘을 포함한다. 게이트 개구들의 크기를 조절함으로써 분류기 스테이지들 사이의 물과 부유된 고체들의 흐름 속도가 제어되고, 그 결과 각 탱크(30)들에서의 수위가 유지될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 물은 수위가 제1 스테이지로부터 제2 스테이지까지 떨어지고 나서 제2 스테이지로부터 제3 스테이지까지 떨어지도록 시스템(12)을 통과하여 흐르는 물 흐름이 조절된다. 다른 실시예에서, 수위는 제1 스테이지로부터 최종 스테이지까지 증가할 수 있다. 시스템(12)을 통과하는 흐름을 제어하는 다른 수단이 게이트(40)들 대신에 또는 추가로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 또한 탱크(30)들의 수위는 하나 이상의 이후 스테이지들로부터 이전 스테이지들로 물의 일부를 펌핑하므로써 제어될 수 있다. 또한, 탱크(30)들 사이의 물의 흐름은 분류 시스템(12)의 평평도에 의하여 영향받을 수 있다. 분류 시스템이 평평하지 않으면, 각 탱크에서의 수위는 시스템의 평평도에 의하여 영향받을 것이다.

본 발명의 실시예가 많은 다른 형태의 물질을 분류하는데 사용될 수 있지만(예를 들면, 하수 오물 또는 폐수 처리 작업으로부터의 다양한 형태의 골재 및 재생 고체), 이하에서는 모래 분류기로서 시스템(12)이 사용되는 것을 기술한다.

분류 시스템의 제1 스테이지(14a)에서, 원하는 침전 고체들의 양 또는 원하는 등급이 제1 스테이지(14a)에서 수집되도록 휠(32)의 속도가 선택된다. 일부 실시예들에서, 휠(32)의 회전은 제1 분류기(14a)의 탱크(30)에서 물을 섞어주는데 이용됨으로써 특정 질량보다 일반적으로 작은 질량의 모래 입자들은 부유되는 반면, 특정 질량보다 일반적으로 큰 질량의 모래 입자들은 탱크(30)의 바닥에 가라앉아서 주걱(34)들에 의하여 퍼 올려진다. 휠(32)이 회전함에 따라 윗 방향으로 움직이는 주걱(34)들은 물에서 나온다. 주걱(34)들이 나옴에 따라 주걱(34)들에 담겨진 물은 배수되고 탱크(30)에 회수된다. 일부 부유 입자들은 물과 함께 탱크(30)로 되돌아간다. 휠(32)이 더욱 회전함에 따라 담겨진 물은 주걱(34)들이 배출 개구(51)에 도달할 때까지 퍼 올려진 물질로부터 빠져나간다. 배출 개구에서 일단 주걱(34)들에 의해 이송된 퍼 올려진 물질은 미끄러져 배출 슈트(36)로 내려와 컨베이어 벨트(37)(도 7)와 같은 수집 장치에 올려진다. 그리고 나서 제1 스테이지의 물에 부유된 채로 있는 가벼운 입자들은 게이트(40)를 통하여 제2 스테이지의 탱크(30)로 이동한다.

제1 스테이지와 유사하게, 제2 스테이지에서도 휠(32)이 원하는 침전 고체들의 양 또는 등급이 제2 스테이지(14b)에 수집되도록 어떤 속도로 회전한다. 일부 실시예들에서, 휠(32)의 회전은 제2 분류기(14b)의 탱크(30)에서 물을 섞어주는데 이용됨으로써 일정 질량보다 일반적으로 작은 질량의 모래 입자들은 부유되는 반면, 특정 질량보다 일반적으로 큰 질량의 모래 입자들은 탱크(30)의 바닥에 가라앉아서 주걱(34)들에 의하여 퍼 올려진다. 휠(32)이 회전함에 따라 윗 방향으로 움직이는 주걱(34)들은 물에서 나온다. 제1 스테이지와 마찬가지로, 휠(32)이 회전함에 따라 주걱(34)들이 물에서 나올 때 주걱(34)들에 담겨진 물은 초기에 배수되어져서 탱크(30)에 회수된다. 휠(32)이 더욱 회전함에 따라, 담겨진 물은 주걱(34)들이 배출 개구(51)에 도달할 때까지 퍼 올려진 물질로부터 빠져나간다. 배출 개구에서 일단 주걱(34)들에 의해 이송된 퍼 올려진 물질은 미끄러져 배출 슈 트(36)로 내려와 컨베이어 벨트(37)와 같은 수집 장치에 올려진다. 그리고 나서 제2 스테이지의 물에 부유된 채로 있는 가벼운 입자들은 다음 게이트(40)를 통하여 제3 스테이지의 탱크(30)으로 이동한다.

제3 스테이지(14c)에서, 매우 미세한 입자들이나 실트(silt)는 제거된다. 제3 분류기(14c)의 휠(32)은 적어도 일부의 실트 입자들이 탱크(30)의 바닥에 가라앉을 정도로 늦은 속도로 회전하는데, 바닥에서 실트 입자들이 휠(32)의 주걱(34)들에 의하여 퍼 올려지고 제3 스테이지의 배출 슈트(36)에 퇴적된다. 물은 최종 게이트(40)(도 9a)에 의하여 제3 스테이지를 떠나서 후미 연못(미도시)에 보내진다. 이 물은 제3 스테이지의 탱크(30) 바닥에 가라앉지 않은 잔유 부유 고체들을 포함한다. 소정 비율의 실트 입자들이 제거되도록 제3 스테이지(14c)에서의 휠(32)의 회전율이 선택된다. 일 실시예로서, 휠(32)의 속도는 실트 입자들의 20%의 복원을 달성하기 위하여 선택될 수 있다. 실트 입자들을 복원함으로써 후미 연못으로부터 실트를 복원하는데 관련된 비용 및 필요성을 감소시킨다.

다른 실시예로서, 예를 들어 400㎛ 미만의 직경을 가진 입자들과 같은 대부분의 실트 입자들이 부유된 상태인 반면, 더욱 미세한 입자들은 제3 분류기 스테이지로부터 제거된다. 실트 입자들은 오버플로우로서 분류기 시스템을 빠져 나가서 후미 연못으로 보내진다.

따라서 이 실시예에서 시스템(12)을 통과하는 모레가 세척되고 상이한 크기들로 분류되고 적어도 부분적으로 탈수된다는 것이 이해될 것이다. 각 스테이지에서 추출된 크기의 범위는 많은 변수들, 예컨대 골재 물질과 물이 시스템(12)에 공 급되는 속도, 혼합 상자(22)에서의 교반, 혼합 상자(22)로부터의 거리, 휠(32)들이 회전하는 속도, 휠(32)들의 주걱(34)들의 크기 및 개수, 스테이지들 간의 게이트 개구들의 위치 및 크기와 같은 변수들에 따라 달라진다.

골재 물질이 시스템(12)에 공급되는 속도, 물이 시스템(12)에 공급되는 속도, 휠(32)들의 회전 속도, 및 스테이지들 사이의 게이트 개구들의 가능한 크기들과 관련하여 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)나 다른 적당한 컨트롤러가 공정 제어를 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.

시스템(12)의 다양성에 대하여 이하에서 설명한다. 일 실시예로서, 제1 스테이지에서의 휠(32)은 8 ~ 12rpm으로 회전하고, 제2 스테이지에서의 휠(32)은 4 ~ 6rpm으로 회전하며, 제3 스테이지에서의 휠(32)은 4rpm 이하로 회전한다. 이런 속도들은 단지 예시로서 제공되는 것이며, 휠 크기, 탱크 크기, 주걱들의 개수 및 크기, 틸트 각 및 분류될 물질에 따라 휠 속도는 다른 속도로도 가능하다. 뿐만 아니라 각 휠(32)들에서의 속도는 선택 가능한 파라미터이며, 본 실시예에서와 같이 연속적인 스테이지들 사이에 감소될 필요는 없다. 일부 실시예들에서, 각 휠(32)는 동일한 속도로 회전한다.

다른 것들 중에서 휠 속도, 휠 크기, 주걱들의 개수, 주걱 크기, 형상 및 간격, 틸트 각, 탱크 크기, 게이트 크기 및 개구는 분류될 물질에 대한 바람직한 결과를 달성하기 위하여 발명의 다른 실시예들에서 변화할 수 있는 파라미터이고, 일부 실시예들에서 분류기 스테이지들마다 변화할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 제3 스테이지의 휠(32)은 제1 및 제2 스테이지의 휠(32)보다 더 좁은 주 걱(34)들을 가진다. 이 스테이지에서 제거된 골재 물질의 부피가 큰 물질이 제거되는 제1 및 제2 스테이지들과 비교하여 작기 때문에 더 짧은 주걱(34)들이 제3 스테이지에서 사용될 수 있다.

일반적으로, 휠 속도는 가능한 빠르게 설정되지만 적어도 일부의 탈수가 발생할 정도로는 느리게 설정된다. 만약 휠 속도가 지나치게 높게 설정되면, 퍼 올려진 물질에 너무 많은 물이 함유될 것이고, 어떤 경우에서는 주걱(34)들에 담겨진 물이 배출되지 않고 배출되는 물질과 함께 탱크(30)들로부터 퍼 올려질 것이다. 휠당 주걱(34)들의 개수는 휠(32)이 채워질 정도로 설정되지만, 주걱(34)들은 너무 꽉 차게 있어서 하나의 주걱(34)의 동작이 인접한 주걱(34)들의 동작을 간섭하지 않을 정도로 설정된다. 주걱(34)들의 길이는 전형적으로 시간당 수 톤의 용량을 달성하도록 설정된다. 휠 직경은 전형적으로 용량을 증가시키기 위하여 가능한한 크지만, 시스템(12)이 이송되고(예를 들면 화물 커테이너에서) 최종 사용자에 의해서 관리 가능하게 설정될 수 있을 정도로 작다.

도 1 내지 4에 도시된 실시예에서, 시스템(12)은 그 일단에서의 휠(18)들을 가지는 공통 프레임(16)에 의해 지지되고 그 반대단에서의 히치(20)에 의해 지지되어서 분류기는, 예를 들면 화물 트럭을 사용하여 시스템(12)을 견인함으로써 쉽게 움직여질 수 있다. 무제한적인 예시적 실시예로서, 시스템(12)은 표준 화물 컨테이너에서 쉽게 이송될 수 있는 크기이다.(예를 들면, 약 7＇-6″ㅧ 39＇-6″의 내부 치수를 갖는 컨테이너) 그러한 경우에, 시스템은 특별한 하중의 제한없이 보통의 법적인 하중으로서 이송될 수 있다. 다른 실시예로서, 시스템은 정지된 환경을 가지며 이송가능하지 않도록 될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 분류기(14)들은 공통 프레임을 공유하지 않는 개별적인 유닛들일 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체-고체 혼합물을 분류하는 시스템(60)을 도시한다. 시스템(60)은 시스템(12)과 유사하지만, 휠(32)들의 방향이 다른 점에서 차이가 있다. 시스템(60)은 도면부호 62, 64 및 66으로 개별적으로 지시된 세 개의 물질 분류기들을 구비한다. 제1 및 제2 분류기들(62, 64)은 히치(20) 방향, 예를 들면 아랫 방향으로 회전하는 반면, 제3 분류기(66)는 혼합 상자(22) 방향, 예를 들면 윗 방향을 향하여 반대 방향으로 회전한다. 휠(32)들의 움직임 방향은 도면 부호 72, 74, 및 76으로 각각 지시된다. 시스템(12)에서와 마찬가지로, 주걱(34)들은 탱크(30)들의 바닥에 침전된 물질을 퍼 올리기 위하여 휠(32)들의 움직임 방향으로 굴곡되어져 있다. 다른 실시예로서, 제1 및 제2 분류기들은 혼합 상자(22)쪽으로 회전하고, 제3 분류기는 혼합 상자(22) 반대 방향으로 회전한다.

도 8 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물질 분류기(80)를 도시한다. 물질 분류기(80)는 물질 분류기(14)와 유사하지만, 주걱 휠들에 부착된 주걱들의 형상이 다르다는 점에서 차이가 있다. 각 물질 분류기(80)는 측벽(54)을 갖는 탱크나 호퍼(30), 및 반경 방향으로 연장하고 굴곡된 복수개의 주걱들 이나 리프트(84)를 가지고, 각방향으로 장착된 휠(82)을 구비한다. 각 주걱(84)은 탱크(30)들의 바닥에 있는 침전 물질을 잡는 외측 주걱 에지(85)를 가진다. 이전과 같이, 휠(82)들 및 그에 대응하는 주걱(84)들은 각 탱크(30)들의 내용물을 섞는 목 적과, 탱크(30)들로부터 물질을 퍼 올리고 그것을 배출 램프들이나 슈트들(36)에 퇴적시키는 목적의 두 가지 목적을 수행한다.

시스템(12)의 주걱(34)들과 유사하게, 주걱(84)들은 탱크(30)들의 바닥에 침전된 물질을 퍼 올리기 위하여 휠(82)들의 움직임 방향으로 굴곡된다. 그러나, 외측 주걱 에지(85)가 탱크(30)내의 물의 표면에 실질적으로 평행하도록 주걱(84)들은 측벽(54)으로부터 테이퍼진다. 이런 방식으로, 각 주걱(84)의 테이퍼는 휠(82)들이 탱크(30)들 내에 장착된 틸트 각에 대응한다. 주걱(84)들을 테이퍼지게 함으로써 배출 동작 동안 그것들이 물에서 나올 때 주걱(84)들에 의해 이송된 물의 배출이 향상된다.

도 9a 및 9b를 참조하여 주걱(84)들의 테이퍼짐을 더욱 상세히 설명한다. 도 9a는 모래와 물 같은 액체-고체 혼합물을 가진 물질 분류기(14)의 휠(32)을 도시한다. 탱크(30)의 수면(water line)은 도면부호 86으로 지시된다. 편의상 하나의 주걱(34)만이 도시된다. 유사하게, 도 9b는 모래와 물 같은 액체-고체 혼합물을 가진 물질 분류기(80)의 휠(82)를 도시한다. 탱크(30)에서의 수면은 도면 부호 86으로 지시된다.

도 9a를 참조하면, 휠(32)이 수면(86)에서 물로부터 나올 때 주걱(34)의 전체 외측 주걱 에지(35)는 한 번에 물로부터 나오지 아니하며, 오히려 주걱(34)의 상부(88)가 먼저 나온다. 도 9b를 참조하면, 테이퍼져서 주걱(84)의 전체 외측 주걱 에지(85)가 한번에 물로부터 나오도록 함으로써 담겨진 물이 양측에서 주걱(84)들로부터 고르게 배출될 수 있게 한다.

물질 분류기에 관한 다른 변형 또한 가능하다. 각 휠(32)마다 개별적인 탱크들을 사용하는 대신, 하나의 큰 탱크가 모든 휠(32)들을 수용하도록 사용될 수 있다. 단일 탱크를 사용하는 구성을 위하여 조그만 변형만 가하면 된다. 예를 들면 분류기 스테이지마다 분리되게 하기 위하여 파티션이나 배플(baffle)들이 필요할 수 있다. 이 실시예에서, 부유된 상태로 있는 가벼운 입자들은 최종 휠(32)에 가장 가깝게 탱크의 먼쪽으로 흘러가도록 허용된다. 다른 실시예로서, 많거나 적은 분류기 스테이지들이 사용되는데, 예를 들면 두 개의 분류기 스테이지들만이 매우 미세한 입자들이나 실트를 포함하는 제2 스테이지로부터의 오버플로우와 함께 사용되며, 이 입자들은 후미 연못에 보내진다. 또 다른 실시예들로서, 오직 하나의 분류기 스테이지 및 휠이 사용된다. 또 다른 실시예로서, 다수의 분류기 스테이지들이 사용되는데, 휠(32)들은 다른 속도로 작동하고, 틸트 각은 실질적으로 수직 V로부터 0도이고, 휠들이 물질 배출을 허용하기 위하여 직렬로 오프셋되어 있다. 예를 들면, 세 개의 수직 편향된 물질 분류기들이 직렬로 사용될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 휠(32)들이 시스템(12)을 통과하는 분류 스트림의 흐름, 예를 들면 액체-고체 혼합물의 흐름으로부터 한 쪽으로 오프셋되어 각 탱크에서 분류 스트림이 혼합 상자에서의 입구로부터 분류 시스템의 반대단에서의 출구까지 오프셋 주걱 휠을 거쳐 흐를 수 있다는 것을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이해할 수 있을 것이다. 특정 실시예에 따라서, 휠(32)들의 오프셋은 분류 스트림으로부터 휠(32)들이 부분적으로 또는 전체적으로 분리될 수 있다. 그러한 경우, 휠(32)들의 회전은 약간 있더라도 분류 스트림의 교반에 거의 영향을 미치지 아니하며, 혼합 상자(22)로부터의 거리는 다른 변수들이 일정할 때 특정 스테이지에서 침전된 입자들의 침전율 및 크기에 영향을 주는 주요한 요소중 하나가 된다. 이 실시예들에서, 분류 시스템은 길이 방향으로 연장하는 파티션을 포함할 수 있으며, 이 파티션은 분류 스트림으로부터 주걱 휠(32)들을 더욱 분리시키기 위하여 액체-고체 혼합물을 받아들이는 입구 채널을 구획한다. 길이 방향 파티션은 주걱 휠들의 반대쪽에 배치될 수 있고, 측벽(54) 및/또는 주걱 휠(32)들의 내부측에 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 길이 방향 파티션은 측벽(54)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 일부 적용예들에서, 액체-고체 혼합물은 높은 흐름 속도로 입구 채널에 들어올 수 있다. 그러한 적용예들에서, 주걱 휠들을 둘러싸는 액체-고체 혼합물들이 상대적으로 조용하게 침전이 되는 반면, 입구 채널은 비교적 격렬하다.

도 10 및 11을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액체-고체 혼합물을 분류하는 분류 시스템(100)을 설명한다. 시스템(100)은 기능 및 작동 면에서앞에서 설명한 시스템(12 및 60)과 유사하지만 시스템(12, 60)에서 사용된 구동 축을 사용하여 구현된 구동 시스템을 사용하는 대신 주걱 휠을 회전하기 위하여 현가 구동 시스템을 사용한다는 점에서 차이가 있다. 시스템(100)은 분리된 고체 물질을 포함하는 액체-고체 혼합물을 분류하는 하나 이상의 물질 분류기(102)들을 포함한다. 물질 분류기(102)는 액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 측벽(106) 및 바닥벽(108)을 가지는 탱크(104)를 포함한다. 측벽(106)은 수평 기준(예를 들면, 지지 프레임(16)의 베이스)에 대하여 θ 각도를 가지고 위치된다. 휠(110)은 측벽(106)에 수직한 휠 축에 대하여 회전하기 위하여 탱크(104)의 내에 적어도 부분적으로 매달리게 된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(106)의 각도 θ는 30도 보다 크고 90도 보다 작다. 다른 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(106)의 각도 θ는 40도 보다 크고 70도 보다 작다. 일부 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(106)의 각도 θ는 50도 보다 크고 60도 보다 작다. 일부 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(106)의 각도 θ는 약 56도 이다. 상기 예들은 단지 예시에 불과하며 다른 실시예들에서 다른 각도들이 채용될 수 있다.

휠(110)은 내부 허브(112) 및 내부 허브(112)로부터 반경 방향으로 연장하는 복수 개의 이격된 주걱(114)들을 포함하며, 이것은 바닥벽(108)에 가라앉은 고체 물질을 퍼 올리고 이어서 휠 축에 대한 휠(110)의 회전 중에 탱크(104)로부터 퍼 올려진 고체 물질을 배출하는데 사용된다. 내부 허브(112)는 실질적으로 원통형 벽 또는 링을 구비할 수 있으며, 주걱들이 상기 내부 허브(112)로부터 연장하며, 적어도 일부의 주걱들의 폭은 원통형 벽의 폭보다 크다. 그러나 다른 실시예에서, 내부 허브(112)는 주걱(114)들의 개별적인 단부 에지들로부터 삽입된 둘 이상의 이격된 동심 링(113)들을 포함할 수 있다. 휠(110)은 탱크(104)내에서 매달리고 구동 벨트(118)에 의해 구동된다. 또한 휠(110)은 그 휠축에 대하여 주걱 휠(110)을 회전하기 위하여 구동 벨트(118)와 협동하는 원주 가이드 또는 트랙(116)을 포함할 수 있으며, 여기서 가이드(116)는 주걱 휠(110)의 외측 원주 주변에 제공된다. 당업자가 이해할 수 있듯이, 휠(110)은 고정되게 장착되지 않는다. 구동 벨트(118) 에 휠(110)이 매달림으로써 휠 축이 휠 축에 실질적으로 수직한 평면에 떠 있게 되며, 예를 들면 휠(110)은 측벽(106)에 대하여 떠 있을 수 있다.

도 10 및 13에 도시된 바와 같이, 예시적인 일 실시예로서 가이드(116)는 구동 벨트(118)를 수용하기 위한 U자 형상의 단면을 가진다. 일부 실시예들에서, 가이드(116)는 L자 형상의 단면을 가지며 앵글 아이언(angle iron)으로부터 형성된다. 본 실시예에서, 가이드(116)는 구동 벨트(118)가 주행할 수 있는 매끄러운 트랙을 제공하지만, 또한 구동 벨트(118)를 고정하는 이빨도 ,필요하다면, 제공될 수 있다. 가이드(116)는 이전에 기술된 동심 지지바(52)들을 구비하는 외부 허브(50)에 추가하거나 대신하여 사용될 수 있다. 일 실시예로서, 가이드(116)는 플랫 레일의 외표면에 부착된 한 쌍의 이격된 동심 바들과 함께 휠(110)의 외주를 감싸며 장착된 플랫 레일을 구비한다. 지지 레일들은 구동 벨트(118)가 가이드(116)내에 적어도 부분적으로 수용되도록 이격된다. 구동부(120)는 탱크(104)내에서 휠(110)을 회전시키는 구동 벨트(118)를 구동하기 위하여 제공된다. 구동부(120)는 그 휠 축에 대하여 휠(110)을 회전시키기 위하여 구동 벨트(118)에 끼워지고 구동시킨다. 각 휠(110)을 위한 배출 슈트(36)들은 배출된 고체 물질을 수집하고, 그것을 대응하는 컨베이어 벨트(미도시)로 위치시켜주며, 컨베이어 벨트는 예를 들면, 개방 창고의 배출 더미로 이송된다.

구동 벨트(118)는 구동 체인, 케이블, 웹(web), 벨트, 비틀림 케이블 또는 유사한 수단들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 벨트(118)는 구동 체인 및 구동부(120)를 포함하며, 구동부(120)는 구동 스프로켓 휠(121a) 및 수동 스프로켓 휠(121b)을 구비한다. 구동 스프로켓 휠(121a)은 모터(117)에 의하여 구동될 수 있다. 구동 스프로켓 휠(121a) 및 수동 스프로켓 휠(121b)은 휠(110)이 그들 사이에 매달리도록 하기 위하여 휠(110)의 외경보다는 큰 거리만큼 서로로부터 측면쪽으로 오프셋되며, 휠 축보다 높은 곳에 위치된다. 수동 스프로켓(121b)은 구동 체인을 구동하지 않지만 체인이 구동 스프로켓(121a)에 의해 당겨질 때 체인이 수동 스프로켓(121b) 위를 지나가도록 한다. 구동 벨트가 케이블 또는 벨트인 다른 실시예에서, 구동 케이블 또는 벨트가 구동부위를 수동적으로 지나가도록 하기 위하여 구동부는 구동 휠이나 롤러 및 수동 (가이드) 롤러(예를 들면, 풀리)를 포함할 수 있다.

측벽(106)은 하부(122)와 상부(124)를 포함하는데, 하부(122)는 주걱(114)들이 탱크(104)내에서 회전하는 동안 퍼 올려진 고체 물질이 주걱(114)들로부터 배출되지 않게 하기 위하여 휠(110)의 반대쪽에 배치되며, 주걱(114)들은 퍼 올려진 고체 물질을 상부(124)의 위로 배출한다. 하부(124)는 가아드 플레이트(53)를 포함하며, 가아드 플레이트(53)에 인접한 배출 영역 또는 개구(51)를 구획한다. 배출 슈트들은 각 탱크(104)의 측벽의 외면에 부착되며, 배출 개구(51)에 연결되는 측벽(106)의 상부 에지(33)에 부착된다. 주걱(114)들은 배출 개구(51)보다 높은 곳에서 회전할 때 퍼 올려진 고체 물질을 배출한다. 도시된 실시예에서, 바닥벽(108)은 측벽(106)에 실질적으로 수직하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 또한 분류기는 길이 방향으로 연장하는 파티션(144)을 포함할 수 있는데, 파티션(144)은 액체-고체 혼합물을 수용하고 분류 스트림으로부터 주걱 휠(110)들을 차단시키는 것을 돕는 입구 채널(146)을 구획한다. 길이 방향 파티션(144)은 주걱 휠(110)들의 반대쪽에 배치될 수 있으며, 측벽(106) 및/또는 주걱 휠(110)들의 내측과 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 길이 방향 파티션(144)은 측벽(106)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 길이 방향 파티션(144)은 분류 시스템의 바닥까지 연장하지 않는데, 이것은 액체-고체 혼합물이 들어가게 하고, 그 밑을 통과함으로써 탱크(104)들을 채우게 한다. 또한, 길이 방향 파티션(144)은 액체-고체 혼합물이 그 사이를 통과하여 지나가도록 하기 위하여 그 길이를 따라 개구들을 구획한다. 일부 실시예들에서, 시스템은 각 주걱 휠에 대하여 별개의 탱크들보다는 중앙 탱크를 사용한다. 이 실시예들에서, 측부의 파티션들 또는 배플들(미도시)은 주걱 휠들 사이에 위치될 수 있다. 일부 적용예에서, 액체-고체 혼합물은 높은 흐름 속도로 입구 채널에 들어올 수 있다. 그러한 적용예에서, 주걱 휠들을 둘러싸는 액체-고체 혼합물은 상대적으로 조용하게 침전되는 반면 입구 채널은 비교적 격렬하다.

도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서의 물질 분류기(102)는 이격된 롤러(126)들을 포함하는데, 롤러(126)들은 그 일단이 휠(110)의 내부 허브(112)에 회전가능하도록 장착되고, 내부 허브(112)로부터 반경방향으로 안쪽으로 연장한다. 롤러(126)들은 내부 허브(112)로부터 반경 방향으로 내측으로 연장하며, 그 휠축에 대하여 휠(110)이 회전하는 동안 측벽(106)에서 롤링하도록 위치된다. 각 롤러(126)는 측벽(106)에서 롤링하도록 롤러면(128)을 가진다. 롤러면(128)은 낮은 마찰 저항을 가지는 물질로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 롤러(126)들은 우레탄 베이렁 롤러들이다. 롤러(126)들은 휠(110) 및 측벽(106) 사이에 제1 작동 거리를 유지하기 위하여 장착된다. 일부 실시예들에서, 예를 들면 제1 작동 거리는 대략 1/4 인치일 수 있으나, 다른 실시예에서는 다른 거리도 사용될 수 있다. 측벽(106)은 실질적으로 평면이며, 롤러(126)들이 롤링하도록 위치되는 베어링 면을 가지는 중앙 베이링부를 포함한다. 롤러(126)들 및 베어링 면(130)은 휠(110)의 회전과 관련된 마찰을 감소시킨다.

휠(110)은 휠(110) 및 바닥 벽(108) 사이의 제2 작동 거리(예를 들면 대략 1인치 정도의)를 유지하기 위하여 구동부(120)에 매달린다. 구동부(120)에 휠(110)이 매달림으로써 휠(110)이 그 휠 축에 대하여 회전할 때 측벽(106)에 대하여 떠 있도록 하고, 그로 인하여 방해 물질이 휠(110) 및 측벽(106) 사이에 걸려 막힐 가능성을 감소시킨다. 베어링 면(130)에 대향하도록 배치되는 롤러(126)들에 의하여 발생된 제1 작동 거리가 있기 때문에 휠(110)이 회전할 때 휠(110)이 측벽(106)위로 직접 주행하지 않게 하는 것이 보장되며, 그로 인하여 그렇지 않았으면 발생할 수 있는 마찰의 발생을 감소시킨다. 롤러(126)들 및 베어링 면(130)은 또한 마찰 저항 및 휠 축에 대하여 휠(1100을 회전시키는 데 필요한 일을 감소시킨다.

도 12는 세 개의 물질 분류기(102)들을 가지는 분류 시스템을 가지며, 세 개의 물질 분류기는 각각 도면 부호 102a, 102b, 102c로 지시된다. 세 개의 물질 분류기(102)들은 일단에서 구동 스프로켓(121a) 및 타단에서 수동 스프로켓(121b) 사이에 위치된다. 수동 스프로켓(140)은 제1 물질 분류기(102a) 및 제2 물질 분류기(102b) 사이에 배치된다. 수동 스프로켓(142)는 제2 물질 분류기(102b) 및 제3 물질 분류기(102c) 사이에 배치된다. 구동 스프로켓(121a) 및 수동 스프로 켓(121b)가 상기한 물질 분류기(102)들 위에 배치되지만, 수동 스프로켓들(140, 142)은 분류기(102)들 위에 배치될 필요가 없다. 도시된 실시예에서, 단일 구동 스프로켓(121a)은 그 사이에 배치된 수동 스프로켓들(140, 142) 또는 다른 가이드 수단들과 함께 복수의 주걱 휠(110)들을 구동하는데 사용된다. 다른 실시예들에서, 각 물질 분류기(102)는 자신의 구동 벨트(118) 및 구동부(120)을 가질 수 있다. 그런 경우에, 각 휠(110)은 독립적으로 제어가능하고 구동된다.

공정 파라미터들과 작동 조건들은 시스템(12, 60)들에 관하여 앞에 설명한 것들과 유사하다. 예를 들면, 주걱 휠들의 회전 방향 및 속도도 시스템(100)에 적용될 수 있다. 일부 적용예들에서, 주걱 휠(110)이 매달림으로써 개선된 성능, 예를 들면 뭉치기 쉬운 물질 트러블에서 개선된 성능을 제공할 수 있다. 휠을 고정하기 보다는 탱크(104)의 내에 매달리게 함으로써 휠(110)이 회전할 때 측벽(106)에 있는 어떠한 방해물 위로 떠 있을 수 있으므로 주걱(114)들 및 측벽(106)에 막히거나 물질이 뭉칠 가능성을 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 휠(110)이 고정되게 장착되지 않기 때문에 휠 축이 휠 축과 실질적으로 수직한 평면, 예를 들면 측벽(106)상에 떠 있게 되는 것이 가능하다. 또한 구동 벨트(118)를 사용함으로써 구동 축을 사용하는 것과 비교하였을 때 큰 감속비를 발생시킴으로써 휠(110)을 회전시키는 데 필요한 일을 감소시킬 수 있다. 따라서, 휠(110)이 비교적 구동하기 쉽고 토크를 인가하기 쉽고 더 작은 구동 모터가 사용되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 7:1의 감속비가 사용될 수 있다.

시스템(100)은 시스템(12, 60)들에 관하여 앞에 설명한 것과 같이 PLC 또는 다른 적당한 컨트롤러에 연결될 수 있다. 전형적으로 압력 로드 셀 또는 스트레인 게이지(미도시)는 휠(110)에 가해진 하중을 측정하고 이 정보를 PLC에 전송한다. 그리고 나서 PLC는 하중이 증가할 때에는 회전 속도를 증가시키고, 하중이 감소할 때는 회전 속도를 감소시키기 위하여 휠(110)의 회전 속도를 조정한다. 이런 방식으로, 분류 성능 및 고체 물질의 탈수 성능을 개선할 수 있다. 또한 다른 인자들이 PLC에 의해 관측되고 제어됨으로써 분류 공정의 제어 성능을 개선할 수 있다.

도 15 내지 19, 및 21을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 시스템(200)을 설명한다. 시스템(200)은 분리될 고체 물질을 포함하는 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 하나 이상의 물질 분류기(202)들을 포함한다. 물질 분류기(202)는 탱크(204)를 포함하는데, 탱크(204)는 액체-고체 혼합물을 수용하기 위한 저장조를 구획하는 측벽(206) 및 바닥벽(208)을 가진다. 측벽(206)은 수평 기준(예를 들면, 지지 프레임(16)의 베이스)에 대하여 θ 각도로 위치한다. 휠(210)은 측벽(206)에 수직한 휠 축에 대하여 회전하는 탱크(204)내에서 적어도 부분적으로 매달린다. 일부 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(206)의 각도 θ는 30도 보다 크고 90도 보다 작다. 다른 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(206)의 각도 θ는 40도 보다 크고 70도 보다 작고, 일부 실시예들에서, 수평 기준에 대한 측벽(206)의 각도 θ는 50도 보다 크고 60도 보다 작다. 일 실시예로서, 수평 기준에 대한 측벽(206)의 각도 θ는 대략 56도 이다. 상기 예들은 단지 예시에 불과하고 다른 실시예들에서는 다른 각도가 채용될 수 있다.

휠(210)은 내부 허브(212) 및 내부 허브(212)로부터 반경 방향으로 연장하는 복수 개의 이격된 주걱(214)들을 포함하며, 이것은 바닥벽(208)에 가라앉은 고체 물질을 퍼 올리고 이어서 휠 축에 대한 휠(210)의 회전 중에 탱크(204)로부터 퍼 올려진 고체 물질을 배출하는데 사용된다. 도 15 내지 17, 19, 및 21에 도시된 바와 같이, 내부 허브(212)는 주걱(214)들의 개별적인 단부 에지들로부터 삽입된 둘 이상의 이격된 동심 링(213)들을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예로서, 내부 허브(212)는 실질적으로 원통형 벽 또는 링을 구비할 수 있으며, 주걱들이 내부 허브(212)로 부터 연장하며, 적어도 일부의 주걱들의 폭은 원통형 벽의 폭보다 크다. 휠(210)은 탱크(204)내에서 매달리고 구동 벨트(218)에 의해 구동된다. 휠(210)이 구동 벨트(218)에서 매달려 있음으로써 휠 축이 휠 축에 실질적으로 수직한 평면에 대하여 떠 있을 수 있고, 예를 들면 휠(210)이 측벽(206)에 대하여 떠 있을 수 있다. 또한 휠(210)은 그 휠 축에 대하여 주걱 휠(210)을 회전하기 위하여 구동 벨트(218)과 협동하는 원주 가이드 또는 트랙(216)을 포함할 수 있다. 가이드(216)는 주걱 휠(210)의 외측 원주 주변에 제공된다. 가이드(216)는 앞에서 기술된 가이드(116)와 유사하다.

구동 벨트(218)는 가이드(216)내에 적어도 부분적으로 수용된다. 구동부(220)는 구동 벨트(218)가 탱크(204)내에서 휠(210)을 회전시키기 위하여 제공된다. 구동부(220)는 그 휠축에 대하여 휠(210)을 회전시키기 위하여 구동 벨트(218)를 끼워 맞추고 구동한다. 각 휠(210)마다의 배출 슈트들(미도시)은 배출된 고체 물질을 수집하고 그것을 대응하는 컨베이어 벨트(미도시)로 위치시켜주며, 컨베이어 벨트는 예를 들면, 개방 창고의 배출 더미로 이송된다. 구동 벨트(218) 및 구동부(220)는 앞에서 기술한 구동 벨트(118) 및 구동부(120)와 유사할 수 있다.

휠(210)은 휠(210) 및 바닥 벽(208) 사이의 작동 거리를 유지하기 위하여 구동부(220)에 매달린다. 구동부(220)에 휠(210)이 매달림으로써 휠(210)이 그 휠 축에 대하여 회전할 때 측벽(206)에 대하여 떠 있도록 하고, 그로 인하여 방해 물질이 휠(210) 및 측벽(206) 사이에 걸려 막힐 가능성을 감소시킨다.

측벽(206)은 하부(222)와 상부(224)를 포함하는데, 하부(222)는 주걱(214)들이 탱크(204)내에서 회전하는 동안 퍼 올려진 고체 물질이 주걱(214)들로부터 배출되지 않게 하기 위하여 휠(210)의 반대쪽에 배치되며, 주걱(214)들은 퍼 올려진 고체 물질을 상부(224)의 위로 배출한다. 하부(224)는 퍼 올려진 고체 물질이 배출되는 배출 영역 또는 개구(51)를 구획한다. 또한, 하부(224)는 가아드 플레이트(53)를 포함하는데, 이것은 주걱 회전의 상부상에서 배출 개구(51)에 도달하기 전에 퍼 올려진 고체 물질이 주걱(214)들로부터 배출되는 것을 방지한다. 배출 슈트들은 각 탱크(204)의 측벽의 외면에 부착되며, 배출 개구(51)에 연결되는 측벽(206)의 상부 에지(33)에 부착된다. 주걱(214)들은 배출 개구(51)보다 높은 곳에서 회전할 때 퍼 올려진 고체 물질을 배출한다. 도시된 실시예에서, 바닥벽(108)은 측벽(106)에 실질적으로 수직하다. 도 16 및 18에 도시된 바와 같이, 또한 분류기(202)는 길이 방향으로 연장하는 파티션(244)을 포함할 수 있는데, 파티션(144)은 액체-고체 혼합물을 수용하고 분류 스트림으로부터 주걱 휠(210)들을 차단시키는 것을 돕는 입구 채널(246)을 구획한다. 길이 방향 파티션(244)은 주걱 휠(210)들의 반대쪽에 배치될 수 있으며, 측벽(206) 및/또는 주걱 휠(210)들의 내측과 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 길이 방향 파티션(244)은 측벽(206)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 길이 방향 파티션(244)은 분류 시스템의 바닥까지 연장하지 않는데, 이것은 액체-고체 혼합물이 들어가게 하고, 그 밑을 통과함으로써 탱크(204)들을 채우게 한다. 또한, 길이 방향 파티션(244)은 액체-고체 혼합물이 그 사이를 통과하여 지나가도록 하기 위하여 그 길이를 따라 개구들을 구획한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 분류 시스템(200)은 각 주걱 휠(210)을 위한 별개의 탱크들을 포함하기 보다는 연장된 중앙 탱크(201)를 포함할 수 있다. 이 실시예들에서, 측부 파티션들 및 배플들(248)은 주걱 휠들 사이에 위치될 수 있다. 측부 파티션(248)들은 중앙 탱크(201)를 부분적으로 가로질러 연장하며, 각각의 주걱 휠들의 탱크(204)들을 구획한다. 측부 파티션(248)들은 그 일단은 혼합 상자(22)로부터 그 반대단은 출구까지 직렬로 연장하는 탱크(204)들을 구획하기 위하여 이격된다. 출구는 혼합 상자(22)의 반대쪽에 위치하는 출구 체임버내에 위치될 수 있다. 일부 실시예로서, 탱크(201)의 액체는 탱크의 단부 벽의 립 또는 둑 벽에 오버플로우하고 출구 체임버로 흐른다. 출구 체임버의 개구는 후미 연못(미도시)으로 흘러 나가는 휨 가능한 호스 또는 튜브에 연결된다.

도 18에 도시된 바와 같이, 주걱 휠(210)들은 분류 스트림으로부터 주걱 휠(210)들을 적어도 부분적으로 차단시키는 입구 채널(246)으로부터 오프셋된다. 그러한 적용예에서, 혼합 상자(22)로부터의 거리는 다른 변수들이 일정할 때 특정 스테이지에서 침전된 입자들의 침전율에 영향을 주는 주요한 요소중 하나가 된다. 일부 적용예에서, 분리될 액체-고체 혼합물은 높은 흐름 속도로 입구 채널(246)에 들어올 수 있다. 그러한 적용예들에서, 주걱 휠들을 둘러싸는 액체-고체 혼합물들이 상대적으로 조용하게 침전이 되는 반면, 입구 채널은 비교적 격렬하다.

당업자에게 이해될 수 있듯이, 혼합 상자(22)에 공급되는 시작 골재물의 특정한 특징은 변화할 수 있다. 그 결과, 각 스테이지에서 요구되는 분리를 달성하기 위하여 필요한 공정 파라미터들의 결정은 전형적으로 분리될 물질의 다른 배치(batch)들 사이에서 조정되어야 할 필요가 있다. 휠 스피드를 조정함으로써 작업자는 각 주걱 휠(210)에서 수집되는 물질의 등급 또는 입자의 크기/밀도를 변화시킬 수 있다. 분류될 불질의 새로운 배치를 위하여 작업자는 주걱 휠(210)들에 의해 배출될 물질의 샘플을 수집할 수 있다. 그리고 나서 그 샘플은 망 트레이(sieve tray)나 다른 적당한 테스트 방법을 사용하여 입자의 크기 분포를 결정하기 위한 테스트를 수행한다. 입자의 크기 분포에 기초하여, 하나 이상의 주걱 휠(210)들의 휠 속도는 수집될 물질의 등급 또는 입자의 크기/밀도에 영향을 주기 위하여 감소되거나 증가될 수 있다. 그리고 나서 새로운 작동 파라미터들을 사용하여 수집된 물질이 테스트될 수 있다. 반복적인 공정을 사용하여, 각 휠에서 물질의 등급 또는 원하는 입자의 크기/밀도를 얻기 위해 필요한 공정 파라미터들이 입자의 골재 입자의 공급을 위하여 결정될 수 있다.

도 15 및 16에 도시된 바와 같이, 측벽(206)은 저장조(250)를 구획하는 하우징(251)을 포함할 수 있다. 하우징(251)은 휠(210)의 내부 허브(212)내에 수용된 다. 도시된 실시예에서, 하우징(251)은 측벽(206)의 내면에 부착된 일반적으로 원통형의 하우징을 구비한다. 그러나 다른 형상도 사용될 수 있다. 다른 실시예로서, 하우징(251)이 측벽(206)내에 요부(recess)로 형성될 수 있다. 입구 파이프(252)는 측벽(206)내의 개구(254)를 통하여 저장조(250)에 연결된다. 도시된 실시예에서, 입구 파이프(252) 및 저장조(250)는 일반적으로 휠 축과 일직선(동심축)상에 있다. 입구 파이프(252)는 물 펌프(미도시)와 같은 수원(水源)에 연결되는데, 물 펌퍼는 물을 저장조(250)로 공급한다. 한 쌍의 플레이트는 저장조(250)의 단부를 형성하는 입구 파이프(252)의 반대쪽에 배치된다. 플레이트들은 내부 플레이트(262) 및 외부 플레이트(264)를 포함한다. 내부 플레이트(262)는 저장조(250)의 물이 빠져 나가는 복수 개의 개구들 또는 홀들을 구획한다. 또한, 내부 플레이트(262)는 내부 플레이트(262)의 개구들과 통하도록 그 내부측에 부착되는 빈 관들 또는 노즐들(266)을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 내부 플레이트(262)는 개구들은 가지지만, 노즐들은 포함하지 않을 수 있다. 뿐만 아니라, 개구들의 크기 및 형상은 내부 플레이트(262)를 가로지르면서 변화할 수 있다. 일부 실시예로서, 입구 파이프(252)는 1~2인치의 직경을 가지고, 14인치의 직경을 갖는 저장조(250)에 공급한다. 일부 실시예로서, 내부 플레이트(262)는 저장조(250)의 깊이를 구획하는 측벽(206)으로부터 대략 12인치 떨어져 위치될 수 있으며, 노즐(266)들은 0.5인치의 직경을 가질 수 있다.

외부 플레이트(264)는 휠(210)의 내부 허브(212)에 고정된다. 도 15 내지 17, 19 및 21에 도시된 바와 같이, 도시된 실시예에서 외부 플레이트(264)는 내부 허브(212)의 동심 링(213)들에 부착된다. 외부 플레이트(264)는 휠이 탱크(204)내에 매달릴 때 측벽(206)을 향하여 내측으로 연장하는 원주 가이드 링(268)을 포함한다. 가이드 링(268)의 직경은 약간의 공차(clearance)를 제공하는 내부 플레이트(262)의 직경보다 크다. 작동중이 아니고 입구 파이프(252)로부터 물이 흐르지 않을 때, 외부 플레이트(264)는 내부 플레이트(262)에 의해 부분적으로 지지되고 내부 플레이트(262)에 대향하게 위치된다. 내부 플레이트(262) 및 외부 플레이트(264)의 접촉으로 인하여, 모래와 같이 분류될 고체 물질은 전형적으로 저장조(250)에 들어갈 수 없다. 도 19에 도시된 바와 같이, 횡 부재(269)는 외부 플레이트(264)를 내부 허브(212)의 외부 동심 링(213)에 고정시킨다. 휠(210)이 그 휠 축에 대하여 회전하는 동안 휠(210)이 떠 있도록 하기 위하여 가이드 링(268) 및 내부 플레이트(262) 사이에는 충분한 공차가 제공된다.

일부 실시예로서, 내부 플레이트(262)는 고르게 분포된 개구들을 구획한다. 내부 플레이트(262)의 개구들의 개수, 크기 및 분포는 휠(210)에 인가되어야 하는 수압 및 물 완충을 발생하고 휠(210)의 밸런스를 맞추기 위하여 필요한 분포에 따라 변화할 수 있다. 일부 적용예에서, 내부 플레이트(262)에 의해 분포된 물은 그 회전을 용이하게 하기 위하여 휠의 밸런스를 맞추어야 한다.

작동 중에, 입구 파이프(252)의 물은 저장조(250)를 채운다. 저장조(250)내의 수압이 증가함에 따라, 물은 노즐(266)들을 통하여 배출되고 궁극적으로 내부 플레이트(262)의 개구들을 통하여 배출된다. 내부 플레이트(262)의 개구들을 통하여 배출된 물은 외부 플레이트(264)를 가압하고, 측벽(206)으로부터 휠(210)을 밀 고 측벽(206) 및 휠(210)사이의 조그만 버퍼 또는 공간을 생성한다. 휠(210) 및 측벽(206) 사이에 생성된 공간은 휠(210)이 그 휠 축에 대하여 회전함에 따라 물 완충을 발생하면서 저장조(250)의 물로 채워진다. 이 물 완충으로 인하여 휠(210)은 측벽(206)위에 직접적으로 주행하지 않고도 회전할 수 있게 되고, 그럼으로써 그렇지 않으면 발생할 수 있는 마찰을 감소시킨다. 이론에 의하여 지지되지 않고도, 내부 플레이트(262)를 통한 물의 배출은 일부 실시예들에서, 물 완충 또는 하이드로 플레이닝(hydroplaning) 효과를 제공하는데, 이것은 내부 플레이트(262) 및 외부 플레이트(264) 사이에 윤활 작용을 제공함으로써 마모를 줄인다.

외부 플레이트(264)상의 가이드 링(268) 및 내부 플레이트(262) 사이의 공차로 인해, 휠(210)이 가이드 링(268)의 제한 공간내의 내부 플레이트(262)에 대하여 떠 있을 수 있다. 일부 적용예로서, 이 공차로 인하여 휠(210)이 매달릴 수 있고 엄격한 공차(tolerance)없이도 그 휠 축에 대하여 회전할 수 있으며, 그럼으로써 물질 분류기(202)의 구성을 단순화하고 제조비용을 낮출 수 있다. 일부 적용예에서는 엄격한 공차가, 예를 들면 회전점과 같은 주요한 이동부에서 사용되지 않기 때문에 물질 분류기(202)에 스톨(stall)이 일어날 위험성이 감소된다는 장점이 있다. 엄격한 공차를 사용하게 되면 모래나 분류될 고체 물질외의 물질이 막히게 하기 때문에 물질 분류기에서 스톨이 발생할 가능성이 증가할 수 있다. 일부 적용예에서, 스톨이 발생하면 작업자가 수동으로 분류기 탱크를 파내어 청소해야 한다.

도 20에 도시된 본 발명의 대체 실시예에서, 주걱 휠이 휠 축에 대하여 회전될 때 그 주위로 회전할 수 있도록 내부 플레이트(262)는 제거되고, 외부 플레이 트(264)와 유사한 단일 플레이트(265)는 측벽 내의 수원의 압력하에서 물을 받아들이는 개구(254)에 인접하게 위치한다. 이 실시예에서, 플레이트(265)는 외부 플레이트(264)가 했던 것과 같은 가이드 링(268)은 포함하지 않는다. 횡 부재(265)는 내부 허브(212)의 동심 링(213)의 내부에 플레이트(265)를 고정하기 위하여 이 실시예에서 사용된다. 휠(210)은 그 휠 축에 대하여 회전하는 동안 플레이트(265)에 대하여 떠 있도록 된다. 가이드 링(268) 없이, 휠(210)의 자유 운동은 도 15 내지 19에 도시된 앞에 기술된 실시예의 것보다 더 많다. 작동 중에, 플레이트(265)에 대해 가해지는 입구 파이프(252)의 물에 의해 외부 플레이트(264)와 측벽(206) 사이에는 물 완충이 생성된다.

다른 실시예에 따르면, 분리될 고체 물질을 포함하는 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 물질 분류기가 제공되며, 이 물질 분류기는 액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크; 구동 벨트; 및 휠 축에 대하여 회전하기 위하여 탱크 내에서 적어도 부분적으로 구동 벨트에 매달리는 주걱 휠을 포함한다. 여기서, 주걱 휠은 탱크로붙 물질을 퍼 올리고 이후에 주걱 휠의 회전 동안 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 배출하기 위해 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함한다.

또 다른 실시예에 따르면, 골재 물질을 분류하기 위한 물질 분류기가 제공되며, 이 물질 분류기는 지지 프레임; 골재 물질 및 유체의 혼합물을 수용하기 위하여 지지 프레임에 장착되며, 윗 방향을 향하도록 기울어진 면을 가지는 탱크; 윗 방향을 향하는 면에 인접하게 배치되며, 윗 방향을 향하는 면을 마주보도록 실질적으로 평행한 플레이트를 가지는 주걱 휠; 주걱 휠을 구동하며, 지지 프레임에 고정 되는 한 쌍의 이격 벨트 가이드들과, 가이드들을 통과하는 무한 벨트를 가지는 현가 구동 시스템; 및 윗방향으로 향하는 면으로부터 휠을 편향시키기 위하여 주걱 휠의 플레이트에 유압을 인가하는 유압원;을 포함한다. 여기서, 주걱 휠은 윗방향으로 향하는 면에 실질적으로 평행한 방향으로 회전하기 위하여 가이드들 사이의 벨트에 매달리며, 사용 중에 주걱들이 측벽의 에지 위로 탱크로부터 퍼 올려진 골재 물질을 배출하도록 주걱 휠과 측벽이 배치된다.

일부 실시예들에서, 주걱 휠들은 일렬로 배치된다.

일부 실시예들에서, 주걱 휠들은 독립된 속도 및 방향으로 주걱 휠들이 회전될 수 있도록 독립적으로 제어가능하다.

일부 실시예들에서, 분류 시스템은 액체-고체 혼합물을 입구 채널로 공급하기 위하여 탱크의 제1 단에 있는 입구와, 탱크로부터 오버플로우를 받아들이기 위하여 탱크의 반대측 제2 단에 있는 출구를 포함한다.

일부 실시예들에서, 분류 시스템은 각 주걱 휠들의 반대쪽의 탱크의 외면에 부착되고 각방향으로 장착된 배출 슈트들을 포함하며, 배출 슈트들은 탱크의 상부 에지에 부착된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 물질을 분류하는 방법이 제공된다. 일 실시예에 따르면, 물질 분류 방법은 소정의 채움 위치까지 탱크내에 액체-고체 혼합물을 받아들이는 단계; 탱크의 바닥으로부터 침전된 고체 물질을 퍼 올리기 위해 휠 축에 대하여 주걱 휠을 회전시키는 단계; 및 퍼 올려진 물질이 탱크의 상부 에지 위에 있을 때 퍼 올려진 물질을 주걱들로부터 배출하기 위하여 주걱 휠을 더 회전 하는 단계;를 포함한다. 여기서, 휠 축은 수직 기준에 대하여 예각을 가지고 위치된다.

일부 실시예들에서, 주걱 휠은 수직 기준에 대하여 30도 보다 크고 90도 보다 작은 각도로 회전한다.

일부 실시예들에서, 주걱 휠은 수직 기준에 대하여 40도 보다 크고 70도 보다 작은 각도로 회전한다.

일부 실시예들에서, 주걱 휠은 수직 기준에 대하여 50도 보다 크고 60도 보다 작은 각도로 회전한다.

본 발명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 다른 특정한 형태로 실시될 수 있다. 당업자라면 본 발명에 대해 변형과 수정이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기한 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하고 본 발명의 보호범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 보호범위는 상술한 것에 의하는 것이 아니라 후술한 특허청구범위에 의하여 결정되어야 한다. 또한, 특허청구범위에 균등한 범위에 속하는 모든 변형은 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

본 발명은 액체-고체 혼합물 등으로부터 특정 물질을 분류 및/또는 세척하는 곳에 이용될 수 있다.

Claims (21)

1. 분리될 고체 물질을 포함하는 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 것으로서,

   액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크; 및

   수평 기준에 대하여 경사진 휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 배출하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 주걱 휠(scoop wheel)을 포함하는 물질 분류기.
2. 제1 항에 있어서,

   주걱 휠은 휠 축이 휠 축에 실질적으로 직교하는 평면에 대하여 떠 있게 하도록 장착된 물질 분류기.
3. 제1 항에 있어서,

   주걱 휠이 적어도 부분적으로 매달려 있는 구동 벨트; 및

   주걱 휠을 그 휠 축에 대하여 회전시키는 구동 벨트를 구동하기 위하여 구동 벨트에 기능적으로 연결된 구동부(drive)를 더 포함하는 물질 분류기.
4. 제3 항에 있어서,

   구동 벨트는 구동 체인; 구동 스프로켓 휠 및 수동 스프로켓 휠을 구비하는 구동부;를 포함하며, 구동 스프로켓 휠 및 수동 스프로켓 휠은 주걱 휠의 외경보다 큰 거리로 서로 측면쪽으로 이격되며, 주걱 휠이 매달릴 수 있도록 하기 위하여 휠 축보다 높이 위치하는 물질 분류기.
5. 제3 항에 있어서,

   탱크는 주걱 휠의 하부측에 인접한 측벽을 포함하며, 측벽은 주걱 휠의 휠 축에 실질적으로 직교하도록 연장하고, 측벽은 상부 에지를 포함하며, 주걱 휠이 회전될 때 퍼 올려진 고체 물질을 상부 에지보다 높은 위치로 배출하는 물질 분류기.
6. 제5 항에 있어서,

   측벽은 수원(水源)으로부터 물을 받아들이는 개구를 구획하며, 물질 분류기는 수원의 압력하에서 물을 받아들이는 개구 옆에 위치하고 주걱 휠에 장착되는 플레이트를 더 포함하는 물질 분류기.
7. 제6 항에 있어서,

   주걱 휠은 내부 허브(hub)와, 내부 허브로부터 반경 방향으로 연장하는 주걱들과, 주걱 휠의 내부 허브에 고정되는 플레이트를 포함하는 물질 분류기.
8. 제3 항에 있어서,

   물을 받아들이기 위한 저장조를 구획하며, 측벽의 개구와 통하는 제1 단(end)을 가지는 하우징;

   닫힌 끝단을 형성하는 하우징의 제2 단에 부착되며, 내부에 복수 개의 개구들을 구획하는 내부 플레이트;

   내부 플레이트에 인접하게 위치되고, 주걱 휠에 고정된 외부 플레이트;를 더 포함하며, 주걱 휠이 휠 축에 대하여 회전될 때 주걱 휠이 외부 플레이트에 대하여 회전할 수 있는 물질 분류기.
9. 제8 항에 있어서,

   주걱 휠은 내부 허브와, 내부 허브로부터 반경방향으로 연장하는 주걱들과, 내부 허브에 고정되는 외부 플레이트를 포함하는 물질 분류기.
10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,

    내부 플레이트의 개구들과 유체가 통하도록 내부 플레이트의 내표면에 부착되는 빈 관(conduit)들을 더 포함하는 물질 분류기.
11. 제3 항에 있어서,

    그 일단에서 주걱 휠에 회전가능하게 장착되고, 주걱 휠로부터 반경방향으로 연장하는 복수 개의 이격 롤러들을 더 포함하며, 롤러들은 주걱 휠이 휠 축에 대하여 회전하는 동안 탱크의 측벽에서 롤링되도록 위치되는 물질 분류기.
12. 제3 항에 있어서,

    수직 기준에 대한 휠 축의 각도는 30도보다는 크고 60도 보다는 작은 물질 분류기.
13. 분리되어야 하는 고체 물질을 포함하는 액체-고체 혼합물을 분류하기 위한 것으로서,

    액체-고체 혼합물을 수용하는 저장조를 구획하는 탱크;

    휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 분류하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 제1 주걱 휠; 및

    휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 분류하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 제2 주걱 휠;을 포함하는 분류 시스템.
14. 제13 항에 있어서,

    휠축에 대해 회전하기 위하여 탱크내에 회전가능하게 위치되며, 탱크로부터 물질을 퍼 올림으로써 그 휠축에 대하여 회전중에 탱크로부터 퍼 올려진 물질을 분류하도록 원주방향으로 이격된 복수 개의 주걱들을 포함하는 제3 주걱 휠을 더 포 함하는 분류 시스템.
15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,

    주걱 휠 중 적어도 하나의 주걱 휠의 휠축은 수직 기준에 대하여 예각을 가지고 위치되는 분류 시스템.
16. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,

    각 주걱 휠의 휠 축은 수직 기준에 대하여 예각을 가지고 위치되는 분류 시스템.
17. 제13 항 내지 제16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    탱크는 주걱 휠의 하부측에 인접한 측벽을 포함하며, 측벽은 주걱 휠의 휠 축에 실질적으로 직교하도록 연장하고, 측벽은 상부 에지를 포함하며, 주걱 휠이 회전될 때 퍼 올려진 고체 물질을 상부 에지보다 높은 위치로 배출하는 분류 시스템.
18. 제17 항에 있어서,

    탱크 내에 수용되고, 길이방향으로 연장하는 파티션을 더 포함하며, 길이방향 파티션은 주걱 휠들의 반대쪽에 배치되며, 액체-고체 혼합물을 수용하기 위한 입구 채널을 구획하는 분류 시스템.
19. 제18 항에 있어서,

    길이방향 파티션은 측벽에 실질적으로 평행하게 연장하는 분류 시스템.
20. 소정의 채움 위치까지 탱크내에 액체-고체 혼합물을 받아들이는 단계;

    탱크의 바닥으로부터 침전된 고체 물질을 퍼 올리기 위하여 휠 축에 대하여 주걱 휠을 회전시키는 단계; 및

    퍼 올려진 물질이 탱크의 상부 에지 위에 있을 때 퍼 올려진 물질을 주걱들로부터 배출하기 위하여 주걱 휠을 더 회전하는 단계;를 포함하며, 휠 축은 수직 기준에 대하여 예각을 가지고 위치되는 물질 분류 방법.
21. 제20 항에 있어서,

    주걱 휠은 수직 기준에 대하여 30도 보다 크고 60도 보다 작은 각도로 회전하는 물질 분류 방법.

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