KR20130139843A - 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 분리 설비 - Google Patents
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Abstract
슬러리를 분리하기 위한 아르키메데스 스크류 설비(10). 상기 설비(10)는 - 관형 체질 장치(11)와, - 슬러리 공급 장치(31)와, - 액체 부분을 배출하기 위한 장치(21)와, - 실질적으로 건성인 분리된 고체를 배출하기 위한 장치(19, 22)를 포함한다. 본 설비(10)는 상기 장치(11)가 분리된 고체의 상부 압밀 챔버(19)를 포함하고, 상기 상부 압밀 챔버(19)에서 생성물의 고체 플러그의 형성이 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 관상 체질 장치(11)는 상기 생성물의 고체 플러그를 형성하기 위한 보조 콘트라스트 요소(40)가 구비되는 상부 개구(22)를 갖는다.
Description
본 발명은 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 분리 설비에 관한 것이다.
본 발명은 하기 설명에서 일반성을 잃지 않고 명시적으로 언급될 축산 폐기물 처리 용례에 유리하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 예컨대 토마토 페이스트 등을 제조하는 통조림 산업에 사용될 수도 있다.
즉, 본 발명의 결과는 슬러리를 대상으로 (실질적으로 고상 분리 응집물로 이루어진) 고상으로부터 액상을 분리해야 하는 임의의 공정에 적용될 수 있다.
상기 공정의 목적은 슬러리에서 출발하여 제1 실질적 액체 생성물과 제2 실질적 고체 생성물을 최종적으로 획득하는 것이다.
슬러리의 분리를 위한 수평 및 수직축 아르키메데스 스크류 설비(Archimedes screw plant)는 예컨대 축산 폐기물 처리분야에 널리 공지되어 있다.
전통적인 수직축 아르키메데스 스크류 분리 설비를 살펴보면, 본 설비는 다음의 요소들을 포함한다:
- 관형 체질 장치(tubular sifting device)로 슬러리를 공급하는 장치;
- 슬러리를 이동시키며 압축하도록 구성된 이송 및 가압 수단과 수송 중인 슬러리를 여과하도록 구성된 수단을 내장하는 수직축 슬러리 공급 장치;
- 상기 관형 체(tubular sieve) 내부에서 실질적으로 일어나는 고체 부분으로부터의 분리를 거친 액체 슬러리 부분을 위한 배출 장치;
- 벽에 대한 가압에 의한 슬러리의 평탄화와 체 자체에 형성된 구멍의 여과 작용을 통해 관형 체 내부에서 실질적으로 일어나는 액체 부분으로부터의 분리를 거친 실질적으로 건성인 분리된 고체를 위한 배출 장치(19, 22).
그러나 현재 시판 중인 수직축 아르키메데스 스크류 분리 설비에는 다음과 같은 단점이 있다:
- 슬러리의 액상과 고상 간의 효과적인 분리가 이루어질 수 없다.
- 체를 막는 고체 물질로 이루어진 일종의 "브리지(bridges)"가 여과 벽과 슬러리 가압 수단 사이에 형성되어 여과면을 소실시킨다; 상기 "브리지"와 체 내부에 형성되는 응집물로 인해 설비가 빈번히 정지되어야 하기 때문에 경영자 및/또는 소유자에게 상당한 경제적 손실을 초래한다, 그리고,
- 관형 체질 장치를 향한 슬러리의 공급이 규칙적이고 일정하게 이루어지지 않는다.
본 아르키메데스 스크류 분리 설비는 전술한 단점을 극복하기 위해 구상되었다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 청구항 제1항, 제10항, 또는 청구항 제1항, 제10항에 직접적으로 또는 간접적으로 종속되는 청구항 중 어느 한 항에 기술된 바와 같은 아르키메데스 스크류 분리 설비가 제공된다.
이제 본 발명을 더 잘 이해할 수 있도록 특정한 바람직한 실시예를 순전히 비한정적인 예로서 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 아르키메데스 스크류 분리 설비의 삼차원 배면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 설비의 정면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 삼차원 배면도를 대상으로 작성된 (평면(Φ)에 따른) 단면(A-A)을 도시하는 것으로, 본 도면에는 본 발명의 사이펀 장치의 제1 구성이 도시되어 있다.
도 4는 도 3과 동일한 (평면(Φ)에 따른) 단면(A-A)을 도시하는 것이지만, 본 도면에는 본 발명의 사이펀 장치의 제2 구성이 도시되어 있다.
도 5는 도1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 설비에 포함되는 콘트라스트 요소의 일부인 두 개의 역압 요소의 평면도를 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 콘트라스트 요소의 일부인 제1 유형의 역압 장치의 등축도를 도시한다.
도 7은 도 5에서와 같은 콘트라스트 요소의 일부인 제2 유형의 역압 장치의 등축도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 아르키메데스 스크류 분리 설비의 삼차원 배면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 설비의 정면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 삼차원 배면도를 대상으로 작성된 (평면(Φ)에 따른) 단면(A-A)을 도시하는 것으로, 본 도면에는 본 발명의 사이펀 장치의 제1 구성이 도시되어 있다.
도 4는 도 3과 동일한 (평면(Φ)에 따른) 단면(A-A)을 도시하는 것이지만, 본 도면에는 본 발명의 사이펀 장치의 제2 구성이 도시되어 있다.
도 5는 도1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 설비에 포함되는 콘트라스트 요소의 일부인 두 개의 역압 요소의 평면도를 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 콘트라스트 요소의 일부인 제1 유형의 역압 장치의 등축도를 도시한다.
도 7은 도 5에서와 같은 콘트라스트 요소의 일부인 제2 유형의 역압 장치의 등축도를 도시한다.
첨부도면에서 본 발명의 분리 설비는 참조번호 10으로 일괄 표기되어 있다.
상기 설비(10)는 슬러리를 여과하여 한편으론 액상을 분리하고, 다른 한편으론 액체 입자가 거의 없는 건성 분리된 고체 응집물을 분리하기 위해 사용된다.
상기 설비(10)는 필수적이지 않지만, 유리하게는 아르키메데스 스크류(오거)에 실질적으로 부합되고 서로 간에 상호침투되는 두 개의 이송 및 가압 요소(12, 13)를 내장하는, 수직축(X)을 갖는 관형 체질 장치(11)를 포함한다.
본 명세서에서 용어 "관형 체(tubular sieve)"는 어떤 높이에 대해서도 원형이든 다각형이든 동일한 임의의 단면을 갖는 임의의 관형 체를 의미하는 것으로 이해해야 한다.
또한, 각각의 이송 및 가압 요소(12, 13)는 각각의 샤프트(12A, 13A)를 구비한다(도 3).
특히, 샤프트(12A)는 각각의 수직축(Y1)을 갖고, 샤프트(13A)는 각각의 수직축(Y2)을 가진다(도 2, 도 3).
수직축(X, Y1, Y2)은 서로 평행하고 모두 동일한 수직면에 위치한다.
본 발명의 설비(10)에서 두 개의 이송 및 가압 요소(12, 13)를 형성하는 두 개의 아르키메데스 스크류(오거)는 코일 리지(coil ridges)의 근접 접촉(near-tangency) 위치를 지나 각각의 리지가 인접 아르키메데스 스크류의 샤프트와 마찰되는 위치까지 상호침투될 수 있다. 즉, 필요에 따라, 두 개의 아르키메데스 스크류 간의 침투율은 수직축(Y1, Y2) 간의 거리를 변경함으로써 달라질 수 있다.
도 1에 자세하게 도시된 바와 같이, 상기 장치(11)는 금속 세공으로 지지 구조물(STR)에 수용되는데, 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명한다.
샤프트(12A, 13B)는 첨부도면에 도시된 특정 실시예에서는 장치(11)보다 위에 위치하는 모터 조립체(GM)에 의해 서로에 대해 역회전(counter-rotation) 또는 등회전(equi-rotation)하도록 배치된다. 첨부 도면에 도시된 실시예에서, 샤프트(12A, 13B)는 역회전, 즉 화살표(R1)에 따른 시계 방향과 화살표(R2)에 따른 반시계 방향으로 각각 회전한다.
모터 조립체(GM)는 감속기(RDT)에 기계적으로 결합되는 전기 모터(MM)를 포함하며, 해당 감속기는 두 개의 샤프트(12A, 13A)가 화살표(R1, R2) 방향으로 축(Y1, Y2)을 중심으로 각각 바람직한 유형으로 회전할 수 있도록 체인과 기어열을 수납하는 기어박스(STR)에 결합된다.
이송 및 가압 요소(12)와 이송 및 가압 요소(13)의 각각의 범용 코일(12*, 13*)은 상대편 코일(13*, 12*)에 각각 결합되며, 이로써 이들 코일 각각은 수송 중인 슬러리의 분쇄, 균질화 및 평탄화 작업뿐만 아니라 상대편 코일과 각각의 샤프트(12A, 13A)의 세척 작업도 수행할 수 있다.
즉, 두 개의 코일(12*, 13*)의 조립체로 구성되는 설비는 자가 세척 설비이다.
지지 구조물(STR)은 하단 플랜지(14)와, 상단 플랜지(15)와, 두 개의 중간 플랜지(16, 17)를 포함한다.
주목할 것은 중간 플랜지(16)는 뒤에 더 상세히 설명되는 목적을 위해 축(X)에 대해 경사진다는 것이다.
또한 플랜지(14, 15, 16, 17)는 복수의 수직 금속 리브(NRV)에 의해 서로 기계적으로 연결된다(도 1).
보다 구체적으로, 관형 체질 장치(11)는 이송 및 가압 요소(12, 13)의 코일(12*, 13*)의 작용 하에 화살표(F1)를 따라 밑에서 위로 수송 중인 슬러리를 공지된 방식으로 여과하는 역할을 하는 여과 천공벽(18)(도 3)을 포함한다는 것을 알 수 있다.
그 상부에서 여과 천공벽(18)은 코일(12*, 13*)의 단부와 실질적으로 일치하는 표면(SS1)에서 시작하여 상기 상단 플랜지(15)에서 종단되는 압밀 챔버(19)와 이어진다.
도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 고체 부분으로부터의 분리를 거친 액체 부분을 배출하기 위한 장치(미도시)가 부착되는 개구(OPN)가 여과 천공벽(18)과 동축으로 외측 슬리브(21)에 마련된다.
중간 플랜지(16)는 액체가 더 많이 방출될 수 있고 출구를 향해 수송될 수 있도록 외측 슬리브(21)의 하단에 부착된다.
각각의 샤프트(12A, 13A)의 두 개의 중심 조정 핀(PN1, PN2)이 저부판(14)에 고정된다. 보다 구체적으로, 샤프트(12A, 13A)는 그 단부가 적어도 부분적으로 중공형이므로, 각각의 핀(PN1, PN2)이 대응 샤프트(12A, 13A)의 대응 시트에 삽입되어 (이미 언급한 바와 같이) 샤프트의 중심 조정이 이루어지고 샤프트가 각각의 화살표(R1, R2)를 따라 축(Y1, Y2)을 중심으로 회전될 수 있도록 한다.
여과 천공벽(18)과 압밀 챔버(19)로 구성되는 조립체는 상부 플랜지(15)에 형성되는 개구(22)에서 종단된다. 개구(22)의 폭은 상기 장치(11)의 임의의 단면(ST)의 폭과 동일하다.
건성 분리된 고체는 (도 3의 화살표(F2)를 따라) 상부 개구(22)로부터 외부를 향해 수직으로 방출된다.
본 발명의 제1 유리한 실시예에서는, 개구(22)에 임의의 유형의 콘트라스트 요소가 존재하지 않는데, 이는 중력 자체가 압밀 챔버(19) 내의 실질적 건성 물질의 압밀의 완료 및 이에 따라 허용가능한 정도까지 탈수된 물질의 개구(22)로부터의 배출에 영향을 미치기 때문이다.
즉, 분리된 고체의 압밀은 해당 분리된 고체의 압밀이 적어도 부분적으로 분리된 고체 자체의 중력의 영향으로 인해 이루어지는 압밀 챔버(19) 내부에서 실질적으로 이루어진다.
보다 상세하게는, 압밀 챔버(19)는 체질벽(sifting wall)을 구비하여 통상적인 방식으로 액체를 추가 배출하도록 구성된 하부 부분(19A)과, 분리된 고체에 대한 실제 가압이 일어나는 (즉, 체가 없는) 고체벽 상부 부분(19B)을 포함한다. 주목할 점은 압밀 챔버(19)의 두 부분(19A, 19B) 모두에는 코일(12*, 13*)이 없다는 것이다.
신규한 방식으로 압밀 챔버(19)의 높이(H1)(도 3)를 변경함으로써 분리된 고체의 탈수 정도가 달라질 수 있다는 것이 확인되었다.
즉, 압밀 챔버(19)의 높이(H1)가 증가하면 내부에 존재하는 생성물의 양이 결과적으로 증가할 것이다. 그러므로 H1의 증가에 의해 반고체 물질의 기둥에 의해 초래되는 힘이 더 커지게 되며, 따라서 기둥 자체에 존재하는 분리된 고체의 탈수 정도가 더 커지게 된다.
따라서, 높이(H1)는 탈수 대상 물질에 따라 선택될 수 있는데, 다시 말해서 수분이 아주 많은 슬러리의 경우 바람직한 탈수 정도에 도달하여 이른바 "고체 플러그(solid plug)"가 형성되도록 하려면 높이(H1)가 증가하여야 한다.
본 명세서에서 용어 "고체 플러그"는 탈수된 폐기물에 함유되어 있는 것으로 약 70%의 잔류 수분율을 갖는 고체 부분을 가리킨다. 즉, "고체 플러그"는 관형 체질 장치(11) 내에서 수직으로 생성되는 경로(수송, 방출, 압밀) 중에 형성되는 최종 고체 생성물이다. 그러므로, "고체 플러그"는 고액 분리 공정의 최종 결과물이고, 진입시에는 단순 폐기물이었다가 체질 벽에 대한 가압과, 생성물의 수직 수송과, 장치(11)의 상단에 축적되는 생성물 자체의 중량에 의해 형성되는 고체 부분 생성물이다.
전술한 이유로 인해, 상기 설비(10)는 유리하게는 슬러리에 존재하는 액체 함량의 값에 따라 높이(H1)가 변경될 수 있는 압밀 챔버(19)를 구비할 수 있다.
또한, 체질 없이 효과적인 가압만 이루어지는 영역(부분 19B)과 대신에 체질이 제공되는 유체의 가압 및 배출 영역(부분 19A) 간에 균형을 유지할 수 있도록, 부분(19A)(높이 H2), 부분(19B)(높이 H3) 및 압밀 챔버(19)(전체 높이 H1)의 상대 높이를 적절히 조절함으로써 바람직한 가압 효과가 성취될 수 있다.
도시되지 않은 추가 실시예에서, 압밀 챔버(19)의 높이(H1)는 수동 방식으로 운전자에 의해 삽통식으로(telescopically) 조절될 수 있다.
그러나, 장치(11)로 진입하는 슬러리의 액체 성분이 보다 많은 경우에는 지나치게 높은 압밀 챔버(19)를 구비할 필요가 없도록, 도 1, 도 2 및 도 3에 개략적으로 도시되고, 도 5, 도 6 및 도 7에 더 상세하게 도시된 콘트라스트 요소(40)가 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 특히 콘트라스트 요소(40)는 서로 대면하는 두 개의 동일한 역압 장치(41, 42)를 포함한다.
또한 유념해야 하는 사실은 콘트라스트 요소(40)는 전술한 바와 같이 그 폭이 장치(11)의 임의의 단면(ST)의 폭과 실질적으로 동일한 개구(22)로부터 수송 중에 있는 모든 물질에 실질적으로 영향을 미친다는 것이다.
역압 장치(41)는 서로 인접한 복수의 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F)를 포함한다. 세그먼트(41A, 41B, 41C)의 자유단에 대응하여, 사용시 샤프트(12A) 주연부의 2분의 1을 수용하도록 구성된 공동(41G)이 마련된다. 마찬가지로 세그먼트(41D, 41E, 41F)의 자유단에 대응하여, 사용시 샤프트(13) 주연부의 2분의 1을 수용하도록 구성된 공동(41H)이 마련된다. 모든 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F)는 복수의 시트(SD)를 구비한 공통 에지(51)로부터 돌출하며, 각각의 시트는 사용시 상단 플랜지(15)에 역압 장치(41)를 체결하기 위한 각각의 스크류를 수납하도록 구성된다. 도 5에 재차 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F)는 공간(SP)에 의해 인접 세그먼트로부터 분리된다. 이 공간(SP)으로 인해, 각각의 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F)는 나머지 세그먼트와는 독립적으로, 압밀 챔버(19)에서 배출되는 고체 물질의 추력의 작용을 받을 때 힌지로서의 역할을 하는 에지(51)를 중심으로 굴곡될 수 있다.
역압 장치(42)는 역압 장치(41)와 동일하므로, 역압 장치(41)에 대해 언급한 내용은 역압 장치(42)에도 동일하게 적용될 수 있다. 특히, (이번에는 에지(52)로부터 돌출되는) 세그먼트(42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F), 공동(42G, 42H), 시트(SD) 및 공간(SP)은 역압 장치(41)에 속하는 대응 요소와 관련하여 전술한 특징과 동일한 특성을 지닌다.
물론, 사용시에 역압 장치(41, 42)는 각각의 공동 쌍(41G, 42G 및 41H, 42H)이 대응 샤프트(12A, 13A)를 각각 수용하도록 서로 나란히 장착된다(도 1).
도 6에 더 상세히 도시된 바와 같이, 각각의 역압 장치(41, 42)는 필수적이지 않지만 유리하게는 세그먼트의 그룹(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F) 및 에지(51)와, 세그먼트(42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F) 및 에지(52)의 형상을 각각 실질적으로 복제하는 형상을 갖는 (예컨대 스프링강 또는 사용하기에 적절한 임의의 플라스틱 재료로 제조되는) 각각의 탄성층(LM)이 안에 들어있는 것으로 적절히 성형되고 절단되는 변형가능한 플라스틱판(PD)을 포함한다. 상기 탄성층(LM)은 변형가능한 플라스틱판(PD)이 위치하고 도 5에서 해치형 선으로 나타낸 평면에 평행한 평면에 실질적으로 위치한다.
도 7에는 하나의 층(LM) 대신에 재료와 두께가 서로 동일하거나 상이할 수 있는 두 개의 층(LM*, LM**)이 구비되는 다른 실시예가 도시되어 있다. 또한, 각각의 층(LM*, LM**)은 서로 동일하거나 상이한 단면으로 구성될 수 있어서, 각각의 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F)는 개구(22)로부터 배출되는 물질의 다양한 응력 인자에 더 양호하게 반응할 수 있다(도 3). 즉, 세그먼트(41F)가 예컨대 세그먼트(41C, 41D) 사이의 출력 물질보다 더 큰 몫의 압박을 출력 물질에 제공해야만 하는 경우가 있을 수 있다. 이 경우 제조업자는 세그먼트(41F)가 두 개의 층(LM*, LM**)을 구비하는 반면 각각의 세그먼트(41C, 41D)는 오직 하나의 층(LM*)만을 내부에 포함하는 특수 고안된 콘트라스트 요소(40)를 사용자에게 제공할 수 있다. 균일하지 않은 두께를 갖는 층이나 세그먼트별로 상이한 저항 물성을 갖는 층을 선택함으로써 동일한 효과가 확실히 성취될 수 있다.
본 설비(10)는 구매자의 요청에 따라 제조될 수 있으며, 따라서 복수의 콘트라스트 요소를 포함하는 세트는 처리 대상 재료에 따라 상이한 반응 용량을 가질 수 있다.
즉, 사용자가 수분 함량이 아주 높은 특정 생성물을 탈수하기 위해서는 더 높은 역압이 필요하다고 인식하는 경우에는, 대체품은 예컨대 하나의 층을 갖는 제1 콘트라스트 요소(도 6)와 더불어, 두 개의 층의 사용을 제공하는 제2 콘트라스트 요소(도 7)로 제조될 수 있다. 물론, 두 개의 층보다 많은 층을 갖는 콘트라스트 요소를 구상하는 것도 가능하다.
특히 도 1에 도시된 바와 같이, 관형 체질 장치(11)는 축(X)에 대해 실질적으로 긴 모양의 타원 형상인 단면을 가지는 반면, 각각의 이송 및 가압 요소(12, 13)는 실질적으로 원형 단면을 갖는 각각의 시트(23, 24)(도 3)에 내장된다.
두 개의 시트(23, 24)는 형상이 실질적으로 원형이고 첨단부(cusp)(25)에서 서로 교차하는 여과 천공벽(18)의 부분이다.
도 3에는 설비(10)의 종단면이 도시되어 있으므로, 도 3에는 보이지 않는 (세장형 첨단 요소(25)에 대향하는) 제2 세장형 첨단 요소도 존재한다는 것을 분명히 강조해 둔다.
시트(23, 24)는 유리하게는 여과 천공벽(18)이 이송 및 가압 요소(12, 13)의 회전 중에 코일(12*, 13*)의 에지에 의해 접촉되도록 실질적으로 원형 형상을 구비하여야 한다.
또한, 여과 천공벽(18)의 적어도 일부는 외측 슬리브(21)에 의해 둘러싸이되, 해당 슬리브의 내벽은 여과 천공벽(18) 자체와 부분(19A)에 존재하는 구멍에 의해 유발되는 작용으로 인해 분리된 고체로부터 분리된 액체 부분만을 배출하는 것으로, 개구(OPN)를 통한 환형 배출 채널(26)을 여과 천공벽(18)과 함께 한정한다.
여과 천공벽(18)의 하부 부분에는 사이펀 장치(30)에 기계식 및 유압식으로 연결되는 개구(27)가 마련된다(도 3).
다음으로, 상기 사이펀 장치(30)는 그 상단부(31A)가 보상 챔버(32)에서 종단되는 것으로, 필수적이지 않지만 바람직하게는, 팔꿈치 형상인 연결 덕트(31)를 포함한다. 보상 챔버(32)에는 해당 보상 챔버(32)를 대기압 상태로 만들도록 구성된 탈기 튜브(DSG)(도 3, 도 4)가 공지된 방식으로 구비된다.
슬러리의 주 공급 덕트(33)의 일측 단부는 (화살표(F3)를 따라) 보상 챔버(32)에 체결되며, 그 진입구가 참조번호 35로 보상 챔버(32) 내에 표기된 추가 오버플로우 덕트(34)의 일측 단부 또한 보상 챔버에 체결된다. 따라서, 임의의 슬러리 초과량이 (수평 화살표(F4)(도 1)를 따라) 입구(35)와 오버플로우 덕트(34)를 통해 배출될 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 보상 챔버(32)는 상단부(32A)와 하단부(32B)에서 박스형상으로 개방되어 있으며, 이들 각각의 단부에는 각각의 플랜지(36A, 36B)가 구비된다.
다시 도 3에 도시된 바와 같이, 주 공급 덕트(33)의 자유단(33A)에는 대응 플랜지(33B)가 결합되며, 마찬가지로 연결 덕트(31)의 자유단(31A)에는 각각의 플랜지(31B)가 구비된다.
주목할 점은 플랜지(33B)에는 해당 플랜지에 평행하고 역시 보상 챔버(32) 내부에서 종단되며 해당 보상 챔버(32)를 대기압 상태로 일정하게 유지하는 탈기 튜브(DSG)가 고정된다는 것이다.
사용시, 플랜지(33B)는 플랜지(36A) 상에 지지되고, 각각의 너트가 마련된 볼트(BL1)에 의해 해당 플랜지에 고정된다. 마찬가지로 플랜지(32B)는 플랜지(36B) 상에 지지된다. 두 개의 플랜지(32B, 36B)는 각각의 너트가 마련된 볼트(BL2)에 의해 서로에 대해 확실히 고정된다.
사이펀 장치(30)가 수행하는 기능은 특히 중요하다.
실제로, 사이펀 장치(30)의 존재로 인해 장치(11)를 향한 슬러리의 과잉 공급이 방지되며, 이런 작용에 의해 슬러리 자체의 규칙적인 공급이 이루어진다. 물론 상기 장치(11)를 향해 슬러리가 일정하게 공급되는 것이 (화살표(F1)를 따라) 장치(11) 자체가 이동되는 동안 슬러리를 효과적으로 여과하는 데 유리하다.
사이펀 장치(30)의 다른 독특한 특징은 지면(GR)에 대한 오버플로우 덕트(34)의 중심(C1)의 높이(H4*)(도 3)를 적절히 조절함으로써 보상 챔버(32) 자체 내의 슬러리의 자유면(PL)의 높이(H5*)가 제어될 수 있다는 것이다.
따라서, 공지된 "연통관(communicating vessels)의 원리"에 따라, 자유면(PL)의 높이(H5*)(도 3)는 여과 천공벽(18) 내부의 슬러리의 자유면(SS2*)의 최대 높이이자, 환형 배출 채널(26) 내부에 단독으로 존재하는 액체의 최대 높이이다.
다음으로, 두 개의 표면(SS1, SS2*)은 압밀 챔버(19)로 진입하기에 앞서 슬러리의 사전 탈수가 이루어지는 적하 챔버(dripping chamber)(190)의 높이(H6*)(도 3)를 한정한다.
이와 같이, 사이펀 장치(30)는 개구(22)에서 나오는 유체의 가능한 범람 및 배출로부터 장치(11)를 보호하는 수단으로서의 역할을 수행하는 것 이외에도, 예컨대 적하 챔버(190)의 높이(H6)를 조절하기 위해 활용될 수도 있다.
사이펀 장치(30)의 이점을 요약하면 다음과 같다.
(A) 생성물의 최적 배출, 그리고,
(b) 폐기물이 넘어설 수 없는 수위를 한정하기 위해 연통관의 원리를 이용함으로써, 영역(19)에 형성되는 플러그가 젖지 않도록 보장하는 수위의 달성.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 값(H6**)을 취할 수 있도록, 적하 챔버(190)의 높이(H6)를 증가시켜, 예컨대 (현재 높이가 H4*보다 낮은 H4**인) 중심(C1)을 낮추고, 따라서 지면(GR)에 대한 자유면(PL)의 높이(H5)를 (H5**가 되도록) 감소시키면, 압밀 챔버(19)의 부분(19A)에 도달하는 물질은 "연통관의 원리"에 의해 더 건조되며, 수분이 보다 많은 슬러리 부분은 낮은 위치에 남아있게 되며, 적하 챔버(190)로 나아가는 슬러리 자체의 탈수 시간이 더 길어지게 된다.
또한 주목할 점은 적하 챔버(190)를 통과하면서 물질이 여과 천공벽(18)을 통해 유체를 상실하고 중간에 코일(12*, 13*)에 의해 교반될 때, 압밀 챔버(19)의 내부에서는 수송 중인 물질에 대해 교반 없이 오직 상향 가압만이 수행된다는 것이다. 이로 인해 압밀 챔버(19) 자체 내에서 전술한 고체 플러그가 형성될 수 있는 이상적인 조건이 성취된다.
또한 주목할 점은 설비를 정지시킨 상태에서 단순히 각각의 볼트(BL1, BL2)에서 너트를 풀고, 두 개의 플랜지(33B, 31B) 사이에 포함된 공간으로부터 보상 챔버(32)를 (화살표(FF) 방향으로) 수평으로 인출하고, (물론 플랜지(33B, 31B) 사이에 포함된 공간에 보상 챔버(32)를 재삽입한 후에) 플랜지(33B)를 이번에는 플랜지(36B) 상에 안착시키고 플랜지(32B)는 플랜지(36A)에 대해 밀착되도록 보상 챔버(32)를 뒤집음으로써, 지면(GR)에 대한 배수 덕트(34)의 중심(C1)의 높이(H4)을 손쉽게 변경할 수 있다는 것이다. 두 쌍의 플랜지(33B, 36B 및 32B, 36A)는 (각각의 너트가 구비되는) 볼트(VT1)와 볼트(VT2)에 의해 각각 결합된다.
따라서, 단일 보상 챔버(32)를 사용하는 본 발명에서는, 간단한 뒤집음에 의해 적하 챔버(190)의 높이(H6)의 값(즉: H6*와 H6** 각각)을 결정하기 위한 적어도 두 개의 높이(H5)의 값(즉: H5*와 H5** 각각)을 성취하는 것이 가능하다. 전술한 바와 같이 상기 높이(H6)는 처리 대상 슬러리의 유형에 따라 설비(10)의 작업 개시 전에 설비 기술자에 의해 고정된다. 슬러리 자체가 상당히 건성이라면 높이(H6)는 도 3에 도시된 바와 같이 낮은 값을 가질 수 있는 반면, 혼합물이 상당히 액성이라면 이에 맞춰 높이(H6)가 증가하여야 한다(도 4).
또한 주목할 점은 보상 챔버(32)의 전체 치수가 동일할 경우, 보상 챔버(32) 자체의 중심(C2)에 대한 상기 중심(C1)의 편심률(ECC)이 특정한 역할을 수행한다는 것이다. 즉, 플랜지(31B, 33B) 사이의 거리가 동일하게 유지되더라도 상이한 편심률(ECC)을 갖는 새로운 보상 챔버(32)를 선택함으로써 높이(H4)를 변경하는 것이 가능하다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 예컨대 세 개의 개방가능 해치가 보상 챔버의 벽에 상이한 높이로 배치되는 대안적인 사이펀 장치(미도시)가 사용될 수 있다. (물론 나머지 두 개의 해치는 여전히 폐쇄된 상태에서) 하나의 해치를 개방하여 오버플로우 덕트에 해치를 후킹함으로써 지면에 대한 자유면의 높이가 변경될 수 있다.
사용시, 덕트(33)에서 나오는 슬러리는 (화살표(F3)를 따라) 위에서 보상 챔버(32)로 진입한다. 임의의 가능한 과잉 슬러리 부분은 (수평 화살표(F4)를 따라) 오버플로우 덕트(34)를 통해 배출되는 반면, 잔류 부분은 여과 천공벽(18) 내부에서 개구(27)를 향해 흐른다(도 3).
덕트(34)를 통해 배출되는 과잉 슬러리 부분은 (미도시 수단에 의해) 재순환되어 공급 덕트(33)로 회송된다.
이어서 슬러리는 가압 요소(12, 13)의 제1 코일(12*, 13*) 사이로 이동되어 수직 화살표(F1)를 따라 상승한다.
결론적으로, 사이펀 장치(30)는 보상 챔버(32)의 적어도 하나의 수직 세그먼트를 따르고 수평 오버플로우 덕트(34)를 구비한 "U"자 형상 연통관의 원리를 이용하는 생성물 경로를 가지며; 이로써 관형 체질 장치(11) 내의 생성물의 수위가 압밀 챔버(19)를 넘어설 수 없도록 한다.
본 발명에 따른 슬러리용 아르키메데스 스크류 분리 설비의 주된 이점은 다음 사항으로 요약된다:
- 적어도 한 쌍의 가압 요소의 존재로 인해 슬러리의 액상과 고상이 더 양호하게 분리된다;
- 두 개의 코일이 각각 수송 중인 슬러리에 대한 분쇄, 균질화 및 평탄화 작업은 물론, 될 수 있는 한 상대편 코일과 상대편 샤프트의 세척 작업까지도 수행할 수 있도록 서로 결합된다; 즉, 본 발명의 교시를 채택함으로써, 코일과 샤프트의 최적 "자가 세척"이 이루어지고, 따라서 예컨대 코일과 천공벽 사이나 코일 자체의 단차 내부에 형성될 수 있는 임의의 고체 물질의 "브리지"를 제거하기 위해 설비를 정지해야만 하는 상황을 미연에 방지한다;
- 압밀 챔버의 높이를 조절함으로써 수송 중인 물질의 자체 압밀 중력을 변경할 수 있다;
- 지면에 대한 사이펀 장치의 오버플로우 덕트의 중심의 높이를 조절함으로써 압밀 챔버에서 고체 플러그로 형상화되는 반고체 기둥의 적하 챔버의 높이를 제어하는 것이 가능하다, 그리고,
- 과잉 슬러리 부분을 방출하여 생성물의 범람을 방지하는 사이펀 장치로 인해 관형 체질 장치에 대한 규칙적이고 일정한 공급이 이루어진다.
Claims (15)
- 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비(10)로서, 상기 설비(10)는
- 수직축(X)을 가지며, 코일(12*, 13*)이 구비되는 수직 가압 수단(12, 13)을 내장하는 여과 천공벽(18)이 구비되되, 상기 수직 가압 수단(12, 13)은 슬러리를 수직으로 이동시키며 압축할 수 있고, 상기 수직 가압 수단(12, 13)은 아르키메데스 스크류(오거(augers))에 실질적으로 부합되고 실질적으로 서로 간에 상호침투되는 적어도 두 개의 가압 요소(12, 13)를 포함하는 관형 체질 장치(11);
- 슬러리 공급 장치(31);
- 상기 장치(11)의 내부에서 실질적으로 이루어지는 고체 부분으로부터의 분리를 거친 액체 부분을 위한 배출 장치(21);
- 상기 관형 체질 장치(11) 내부에서 실질적으로 이루어지는 액체 부분으로부터의 분리를 거친 실질적으로 건성인 분리된 고체를 위하되, 압밀 생성물이 수직(F2)으로 방출되는 배출 장치(19, 22)를 포함하며;
상기 설비(10)는
상기 관형 체질 장치(11)가 생성물의 고체 플러그가 형성되는 분리된 고체의 상부 압밀 챔버(19)를 내부에 포함하되, 상기 압밀 챔버(19)의 적어도 제1 부분(19B)은 상기 가압 수단(12, 13)과 상기 여과 천공벽(18)이 없는 것을 특징으로 하고;
상기 관형 체질 장치(11)는 분리된 고체를 위한 상부 배출 개구(22)를 구비하되, 상기 상부 개구(22)에는 상기 생성물의 고체 플러그를 형성하기 위한 보조 콘트라스트 요소(40)가 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제1항에 있어서,
상기 상부 개구(22)의 크기는 상기 장치(11)의 임의의 단면(ST)의 크기와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전체 압밀 챔버(19)는 상기 가압 요소(12, 13)가 없으며, 상기 압밀 챔버(19)의 적어도 제2 부분(19A)에는 상기 여과 천공벽(18)이 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 콘트라스트 요소(40)는 공통 에지(51, 52)에 부착되고 상기 압밀 챔버(19)에서 방출되는 고체 물질로부터의 가압 작용을 받을 때 서로 독립적으로 자유롭게 굴곡되는 복수의 인접 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F)를 구비하는 적어도 하나의 역압 장치(counter pressure device)(41, 42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역압 장치(41, 42)는 적어도 하나의 각각의 탄성층(LM, LM*, LM**)을 내장하는 변형가능한 판(PD)을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 각각의 탄성층(LM, LM*, LM**)의 형상은 상기 적어도 하나의 역압 장치(41, 42)의 형상을 실질적으로 복제하는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 콘트라스트 요소(40)는 서로 나란한 적어도 두 개의 역압 장치(41, 42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역압 장치(41, 42)는 재료와 두께가 서로 동일하거나 상이한 적어도 두 개의 층(LM*, LM**)을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 층(LM, LM*, LM**)은 서로 동일하거나 상이한 세그먼트로 구성됨으로써, 각각의 세그먼트(41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F)는 상기 상부 개구(22)에서 방출되는 재료의 상이한 응력 인자에 최선으로 반응할 수 있는 것을 특징으로 하는 슬러리 분리용 아르키메데스 스크류 설비. - 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비(10)로서, 상기 설비(10)는
- 수직축(X)을 가지며, 코일(12*, 13*)이 구비되는 수직 가압 수단(12, 13)을 내장하는 여과 천공벽(18)이 구비되되, 상기 수직 가압 수단(12, 13)은 슬러리를 수직으로 이동시키며 압축할 수 있고 상기 수직 가압 수단(12, 13)은 아르키메데스 스크류(오거)에 실질적으로 정합되는 적어도 하나의 가압 요소(12, 13)를 포함하는 관형 체질 장치;
- 슬러리 공급 장치(31);
- 상기 장치(11)의 내부에서 실질적으로 이루어지는 고체 부분으로부터의 분리를 거친 액체 부분을 위한 배출 장치(21);
- 상기 관형 체질 장치(11) 내부에서 실질적으로 이루어지는 액체 부분으로부터의 분리를 거친 실질적으로 건성인 분리된 고체를 배출하기 위한 장치(19, 22)를 포함하며;
상기 관형 체질 장치(11)와의 결합 덕트(31), 슬러리의 주 공급 덕트(33) 및 슬러리 자체의 추가 오버플로우 덕트(34)가 구비된 보상 챔버(32)를 갖는 사이펀(siphon) 장치(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제10항에 있어서,
상기 보상 챔버는 처리 대상 폐기물에 따라 지면(GR)에 대한 상기 오버플로우 덕트(34)의 중심의 높이(H4)를 변경하도록 구성된 수단(33B, 36A, BL1, 31B, 36B, BL2)을 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제11항에 있어서,
지면(GR)에 대한 상기 오버플로우 덕트(34)의 중심의 높이(H4)의 변경은 상기 보상 챔버(32)의 추출 및 전복(tipping)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제11항에 있어서,
지면(GR)에 대한 상기 오버플로우 덕트(34)의 중심의 높이(H4)의 변경은 상기 보상 챔버(32)의 해치(hatch)를 개방하고, 상기 해치가 상기 오버플로우 덕트(34)에 후크(hook)됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사이펀 장치(30)는 상기 보상 챔버(32) 내의 적어도 하나의 수직 세그먼트를 따르고 수평 오버플로우 덕트(34)를 추가로 구비하는 생성물 경로를 가지며; 상기 수평 오버플로우 덕트는 상기 장치(11) 내부의 생성물의 수위가 생성물의 고체 플러그가 형성되는 압밀 챔버(19)를 넘어설 수 없도록 하는 연통관의 원리를 이용하는 것을 특징으로 하는 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비. - 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보상 챔버(32)에는 상기 보상 챔버(32)를 대기압 상태로 만들도록 구성된 탈기 튜브(DSG)가 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러리 처리용 아르키메데스 스크류 설비.
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