KR20140031603A - 자동 압력 조절용 스크류프레스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬러지의 균일한 탈수를 위한 스크류프레스에 관한 것으로 적정 압력의 유체를 공급하기 위한 압력공급장치(1)와; 유체가 공급되는 유체공급라인(2)과; 가압조절장치(4)와; 감압조절장치(5)와; 공급 유체의 압력을 측정할 수 있는 압력센서(6)와; 베어링이 내장된 로터리조인트(7)와; 상기 로터리조인트(7)에 의하여 상기 유체공급라인(2)과 연결되며 내부에 중공이 형성되어 있는 드라이브 샤프트(8)와; 압착씰(9)과; 스크류샤프트(10)와; 스크류샤프트의 축소된 직경의 외부에 설치된 다이아프램(12)으로 구성된다.
본 발명의 스크류프레스는 스크류 샤프트와 다이아프램 사이 공극에 충진된 유체의 압력을 일정하게 제어함으로써 압력에 대한 다이아프램의 자연적인 특성인 팽창 및 수축 특성을 활용하여 압착 및 배출 공정 중의 위상별 압착 압력을 일정하게 제어할 수 있다.
본 발명의 스크류프레스는 스크류 샤프트와 다이아프램 사이 공극에 충진된 유체의 압력을 일정하게 제어함으로써 압력에 대한 다이아프램의 자연적인 특성인 팽창 및 수축 특성을 활용하여 압착 및 배출 공정 중의 위상별 압착 압력을 일정하게 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 스크류프레스에 관한 것으로 수처리 분야의 슬러지를 처리함에 있어서 균일한 탈수가 가능하도록 하여 탈수효율을 증대시키고, 과부하 발생 가능성을 사전에 감지 및 해소함으로써 안정적이고 연속적인 운전이 가능하도록 창안된 스크류프레스에 관한 것이다.
하수, 산업폐수 분뇨 및 축산폐수 등의 처리장에서 배출되는 다량의 수분을 함유한 유기성 슬러지는 보통 고분자 응집제를 첨가하여 응집슬러지를 형성하고 이를 연속으로 탈수하기 위한 수처리장치로 스크류프레스가 사용된다.
공지된 문헌으로는 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 10-1047351를 들 수 있다. 상기 문헌은 하수, 산업폐수, 분뇨 및 축산폐수 등의 처리장에서 배출되는 수분이 함유된 슬러지를 탈수 처리함에 있어 기타의 농축, 여과설비를 필요로 하지 않으며 슬러지의 투입과 동시에 응집, 농축, 여과, 압착 탈수가 연속적으로 가능한 구조의 일체화된 스크류프레스에 관한 것으로
본체 프레임(21)의 내부에 위치하며 농축 스크린(22), 여과 스크린(23), 압착 스크린(24), 스크린 보강플레이트(25) 및 스크린 보강프레임(26)으로 구성되는 외측 원통(27)과;
상기 본체 프레임의 내부에 설치되어 세정수를 공급하는 세정수 공급관(28)과;
상기 세정수 공급관의 표면에 형성되어 상기 외측 원통으로 세정수를 분사시키는 세정수 분사노즐(29)과;
상기 외측 원통의 내부를 관통하여 설치되며 측면으로 슬러지 공급구가 형성되어 있고, 스크류 구동모터가 회전함에 따라 구동체인에 의하여 전달되는 동력에 의해 회전 운동하는 스크류 샤프트(10)와;
상기 외측 원통의 후방에 위치하여 탈수 케이크의 함수율을 조절하는 압공판(16)과;
상기 본체 프레임의 일측면에 위치하여 스크류 샤프트를 회전시키기 위하여 동력을 생산하는 스크류 구동모터(30)와;
상기 스크류 구동모터와 스크류 샤프트에 연결되며 스크류 구동모터에 의해 생산된 동력을 스크류 샤프트로 전달하기 위한 구동체인(31)과;
상기 스크류 샤프트의 일측에 위치하여 이를 회전시키는 스프로킷(32)과;
상기 스크류 샤프트의 둘레를 나선형으로 감싸고 있는 스크류 날개(11)와;
상기 스크류 날개의 외부에 접하여 설치되며 상기 외측 원통의 미세공 막힘 현상을 방지해주는 스크레이퍼(33)와;
상기 본체 프레임의 하부 일측면에 형성되어 여액을 배출하는 여액 배출구(34)로 구성되어 있다.
원뿔 모양의 샤프트가 회전함으로써 샤프트에 일체형으로 설치된 스크류의 회전에 의해 스크류 날개를 따라 응집슬러지는 이동을 하게 되며 이송되는 응집슬러지는 이송방향에 따라 외측 원통과 원뿔형 스크류 축의 상대적인 간격의 변화로 인한 체적의 감소로 압착 압력이 발생하여 연속적인 탈수가 진행되며 배출부에서 고 압력을 받도록 함으로서 최종 탈수 케이크의 저함수율을 구현 할 수 있을 뿐만 아니라, 응집, 농축, 여과 및 압착 탈수를 일체화시킬 수 있어서 협소한 장소에도 설치가 가능하고 스크린 미세공의 막힘 현상의 예방과 동시에 막힘 현상 발생 시 이를 자동으로 감지하고 해소할 수 있으므로 안정적으로 탈수 케이크를 생산할 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기 기술의 스크류프레스는 스크류 샤프트 중심축을 기준으로 원주 방향의 각도에 따른 위상별로 운전에 적합한 압축압력을 균등하게 조절할 수 없는 까닭에 위상별로 응집슬러지의 응집상태가 균일하게 제어될 수 없는 문제점이 있으며 결과적으로 압착 및 배출하는 공정 중에 스크류 샤프트 중심축을 기준으로 위상에 따른 압착력의 차이가 발생하게 된다. 이때 특정 위상에서 응집슬러지의 이송방향으로 작용하는 압착력이 설정된 압공판의 압력에 의해 슬러지 이송방향과 반대로 가해진 힘에 비해 클 경우 압공판이 개방되게 되며 이는 상대적으로 압착 압력이 작게 작용하는 위상에 위치하고 수분을 과도하게 함유하고 있는 응집슬러지를 충분하게 탈수되지 않은 상태의 케이크로 배출하게 됨으로써, 전체적인 케이크의 탈수율이 불균일한 상태로 배출되고 이러한 까닭에 전체적인 탈수율의 저하를 발생시킨다.
기존 스크류프레스는 탈수율 저하가 발생하는 경우에 압공판에 가해지는 압력을 상승시키거나 슬러지 공급량을 증대하여 압착 압력을 상승시키는 간접적인 방법으로 제어를 하고 있다. 이때, 위상 별로 다른 압착력이 발생하고 있는 상태에서 탈수율의 증가를 위해 압공판에 가해지는 압력을 상승시킬 경우에는 구동장치에 과부하를 발생시켜 구동장치가 정지할 수 있는 문제를 발생시킬 수 있으며, 슬러지 공급량을 증대할 경우는 증량된 슬러지가 압축압력의 문제가 발생하는 압착 및 배출 공정 전의 공정인 응집, 농축 공정을 거치고 난 이후에 압축압력의 조절에 영향을 미치게 됨으로써, 문제가 발생한 시점과 압착력이 조절되는 시점의 과도한 시간차의 발생으로 인해 그 문제를 실시간으로 해결하는 것이 어렵게 되는 것이다. 결과적으로 기존의 스크류프레스는 위상 별로 압축압력의 차이가 발생한 경우에 이를 적정하게 조절할 수 있는 방법이 없는 구조로 되어있으며, 이는 안정적인 탈수율의 제어를 어렵게 함으로써 전체적인 설비의 운영효율 최적화 달성이 어려운 상황이다.
또한, 한 장소에서 스크류프레스를 운영하는 경우에도 슬러지 조성 및 성상의 차이에 따른 플럭의 생성율 변동, 생성 플럭의 물리적 및 화학적 특성의 변화에 따라 스크류프레스의 압착 특성이 변동될 수 밖에 없으나, 현재의 스크류프레스의 경우는 이러한 특성 변화에 따른 압착 압력의 변동 특성을 사전에 감지할 수 있는 방법이 없기에 문제 발생을 사전에 예방을 할 수 있는 방법이 없는 상황이다.
없음
본 발명은 연속적으로 투입되는 슬러지를 탈수하는 과정에서 압착 및 배출 공정 중에 스크류 샤프트의 중심축을 기준으로 원주 방향의 위상 별로 슬러지에 가해지는 압착 압력을 균일하게 제어하여 균일한 탈수가 가능하도록 하고, 불안정한 압착이 발생하기 전에 이를 사전에 감지하여 이를 즉시 해소함으로써 안정적인 탈수와 운전 효율성을 향상시킨 스크류프레스를 제공하는 것을 해결하고자 하는 주된 과제로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제 해결을 위하여
스크류프레스에 적정 압력의 유체를 공급하기 위한 압력공급장치(1)와;
일단이 상기 압력공급장치(1)에 부착되며 타단이 스크류프레스에 부착되어 내부의 공간을 통해 유체가 공급되는 유체공급라인(2)과;
압력공급장치(1)와 하기 가압조절장치(4) 사이에 공급유체에 포함된 불순물과 수분을 제거하기 위해 설치된 필터(3)와;
상기 유체공급라인(2)의 한 지점에 부착되어 공급 유체의 압력 상승을 제어하는 가압조절장치(4)와;
상기 유체공급라인(2)의 한 지점에 부착되어 공급 유체의 압력 하강을 제어하는 감압조절장치(5)와;
상기 유체공급라인(2)의 상기 가압조절장치(4) 또는 감압조절장치(5)와 하기 로터리조인트(7) 사이의 한 지점에 부착되어 하기 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에 충진되는 공급 유체의 압력을 측정할 수 있는 압력센서(6)와;
상기 유체공급라인(2)의 끝단에 부착되어 상기 유체공급라인(2)을 하기 드라이브 샤프트(8)의 내부에 형성된 중공과 연결시키는 베어링이 내장된 로터리조인트(7)와;
상기 로터리조인트(7)에 의하여 상기 유체공급라인(2)과 연결되며 내부에 중공이 형성되어 있는 드라이브 샤프트(8)와;
상기 드라이브 샤프트(8)의 끝단에 부착되는 압착씰(9)과;
상기 압착씰(9)에 의하여 상기 드라이브 샤프트(8)와 연결되며 상기 드라이브 샤프트(8) 내부에 형성된 중공을 통해 공급되는 유체가 내부로 공급될 수 있도록 축의 중심에 수직하게 다수의 구멍들이 형성되며 하기 다이아프램(12)이 조립되는 부분의 직경은 축소되는 형상의 스크류샤프트(10)와;
상기 공급 유체가 이동할 수 있도록 구성된 스크류 샤프트의 축소된 직경의 외부에 설치된 다이아프램(12)과;
상기 스크류샤프트(10) 외면에는 다이아프램(12)이 렌치볼트(17)로 조립되며 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에 적정 압력의 유체가 충진되고 압력이 누출되지 않는 상태를 유지함으로서 스크류샤프트(10) 중심축에 대한 원주 방향으로의 위상 별 압착 압력을 균일하게 유지하는 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스를 과제 해결을 위한 수단으로 삼는다.
상기 다이아프램(12)은 탄성재질인 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스크류샤프트(10)에 조립되는 탄성재질의 다이아프램(12)의 상부 면이 압축 유체의 제어압력 2±1.5kgf/㎠ 범위에서 기존 스크류 샤프트(10)의 바깥면 보다 5mm 이상 돌출하지 않도록 다이아프램(12)이 조립되는 좌면을 포함하여 다이아프램(12)이 위치하는 부분의 축 외경이 축소되도록 가공한 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 압력센서(6)는 압착 및 배출 공정 중의 응집슬러지 또는 탈수 케이크에 가해지는 실질적인 압착 압력을 측정하도록 작동되는 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이에 압공판(16)이 제거된 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스크류샤프트(10)는 끝이 가늘어지는 테이퍼드(tapered)형상인 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유체는 압축공기를 포함하는 압축성 기체 또는 물을 포함하는 비압축성 유체로부터 선택되는 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 스크류프레스는 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이 공극의 내부 압력을 일정하게 제어함으로써, 위상에 따라 응집슬러지의 압착 압력의 차이가 발생하더라도 다이아프램(12)의 특성으로 인해 곧바로 동일한 압력으로 평형을 이루어 응집슬러지의 균일한 탈수를 가능하게 한다.
또한 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이 공극의 내부 압력을 가압 또는 감압 제어함으로써 응집슬러지 압착 압력을 변환하여 탈수율을 제어함으로써 필요한 함수율의 케이크를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 스크류프레스 운전이 가능하도록 사고 발생 전 자가진단 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 등록특허 10-1047351의 스크류프레스의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 슬러지 균일 탈수를 위한 스크류프레스의 주요 구성 요소들을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 스크류 샤프트의 외부에 다이아프램이 부착된 형태와 이에 적용되는 스크류샤프트(10)의 가공 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 주요 부분에 대한 상세도이다.
도 5는 다이아프램 내의 유체 압력에 따라 응축슬러지가 균일하게 압착되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 테이퍼 형태의 스크류 샤프트를 통해 압착 압력을 형성하는 스크류프레스에 다이아프램을 설치한 외형을 나타내는 도면이다.
도 7은 스크류의 피치를 변경함으로써 압착 압력을 형성하는 스크류프레스에 다이아프램을 설치한 외형을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 슬러지 균일 탈수를 위한 스크류프레스의 주요 구성 요소들을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 스크류 샤프트의 외부에 다이아프램이 부착된 형태와 이에 적용되는 스크류샤프트(10)의 가공 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 주요 부분에 대한 상세도이다.
도 5는 다이아프램 내의 유체 압력에 따라 응축슬러지가 균일하게 압착되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 테이퍼 형태의 스크류 샤프트를 통해 압착 압력을 형성하는 스크류프레스에 다이아프램을 설치한 외형을 나타내는 도면이다.
도 7은 스크류의 피치를 변경함으로써 압착 압력을 형성하는 스크류프레스에 다이아프램을 설치한 외형을 나타내는 도면이다.
본 발명은 스크류프레스에 적정 압력의 유체를 공급하기 위한 압력공급장치(1)와;
일단이 상기 압력공급장치(1)에 부착되며 타단이 스크류프레스에 부착되어 내부의 공간을 통해 유체가 공급되는 유체공급라인(2)과; 공급유체에 포함된 불순물과 수분을 제거하는 필터(3)와; 상기 유체공급라인(2)의 한 지점에 부착되어 공급 유체의 압력 상승을 제어하는 가압조절장치(4)와; 상기 유체공급라인(2)의 한 지점에 부착되어 공급 유체의 압력 하강을 제어하는 감압조절장치(5)와;
상기 유체공급라인(2)의 상기 가압조절장치(4) 또는 감압조절장치(5)와 하기 로터리조인트(7) 사이의 한 지점에 부착되어 하기 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에 충진되는 공급 유체의 압력을 측정할 수 있는 압력센서(6)와; 상기 유체공급라인(2)의 끝단에 부착되어 상기 유체공급라인(2)을 하기 드라이브 샤프트(8)의 내부에 형성된 중공과 연결시키는 베어링이 내장된 로터리조인트(7)와; 상기 로터리조인트(7)에 의하여 상기 유체공급라인(2)과 연결되며 내부에 중공이 형성되어 있는 드라이브 샤프트(8)와; 상기 드라이브 샤프트(8)의 끝단에 부착되는 압착씰(9)과; 상기 압착씰(9)에 의하여 상기 드라이브 샤프트(8)와 연결되며 상기 드라이브 샤프트(8) 내부에 형성된 중공을 통해 공급되는 유체가 내부로 공급될 수 있도록 축의 중심에 수직하게 다수의 구멍들이 형성되며 하기 다이아프램(12)이 조립되는 부분의 직경은 축소되는 형상의 스크류샤프트(10)와; 상기 공급 유체가 이동할 수 있도록 구성된 스크류 샤프트의 축소된 직경의 외부에 설치된 다이아프램(12)과; 상기 스크류샤프트(10) 외면에는 다이아프램(12)이 렌치볼트(17)로 조립되며 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에 적정 압력의 유체가 충진되고 압력이 누출되지 않는 상태를 유지함으로서 스크류샤프트(10) 중심 축에 대한 원주 방향으로의 위상 별 압착 압력을 균일하게 유지하는 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스를 기술구성의 특징으로 한다.
본 발명은 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이의 압력을 일정하게 유지시키는 정압제어를 기본 기술로 하며, 압력공급장치(1)에서 공급하는 유체의 압력을 일정하게 유지하는 경우에 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이의 공극에도 동일한 내부 압력을 형성하게 되며, 이때 도 5 상단의 [정압제어]에서 보는 바와 같이 설치된 다이아프램(12)의 특성으로 응집슬러지로 인해 높은 압력이 걸리는 부위(20)의 다이아프램(12)은 수축하고 상대적으로 낮은 압력이 걸리는 부위(18)의 다이아프램(12)은 팽창하게 됨으로써 스크류 샤프트 축을 중심으로 한 원주 방향의 위상 별 압력차가 해소되어 전체 위상(19)에서 일정한 압력으로 응집슬러지를 압착하게 됨으로써 다이아프램(12)의 균일한 압착 압력으로 인해 응집슬러지의 균일한 탈수를 가능하게 하는 구성으로 되어 있다.
또한 본 발명은 상기 유체로서 압축공기를 포함하는 압축성 기체 및 물을 포함하는 비압축성 유체로부터 선택되는 것을 특징으로 한 응집슬러지의 균일한 압착 압력에 따라 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스를 기술구성의 특징으로 한다.
또한 위상에 따른 압력 편차가 아닌 전체적으로 과도하게 높은 압착 압력이 발생하는 경우에는 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에서 일정하게 유지되던 유체의 압력이 상승하게 되고 이와 반대로 과도하게 낮은 압착 압력이 발생하는 경우에는 일정하게 유지되던 유체의 압력이 하강하게 되며 이는 압력센서(6)를 통해 측정되어 지고 이를 통해 정상적인 탈수가 이루어지지 않고 있다는 것을 확인할 수 있는 것이며, 이때는 도 5 하단의 [가압 및 감압 제어]에서 보듯이 다이아프램(12)의 내부 유체를 가압 또는 감압을 통해 최적의 압착 압력으로 제어를 할 수 있으며, 이러한 경우에도 다이아프램(12)의 압력에 따른 특성으로 상기의 정압제어 기능이 동일하게 유지되게 됨으로 전술한 바와 같은 균일한 탈수 기능은 동일하게 이루어진다. 이와 같이 다이아프램(12) 내부의 유체 압력을 정압 또는 가압 및 감압하는 방법으로 일정한 압착 압력 상태에서 스크류프레스를 운전함으로써 구동장치의 과부하를 사전에 예방할 수 있으며 예상치 못한 갑작스런 과부하가 발생하는 경우에는 과부하 발생의 주요 공정인 압착 및 배출 공정에 설치된 다이아프램(12)의 내부 압력을 급감시켜 다이아프램(12) 수축을 통한 체적 증대 효과를 통해 과부하가 발생한 부분의 압력을 직접 제어함으로써 문제 발생과 동시에 이를 해결할 수 있게 됨으로 문제 발생과 이에 대한 제어에 소요되는 시간 차이가 없도록 하여 스크류프레스의 안정적이고 효율적인 운전이 가능하게 되는 것이다. 이와 함께 일정한 량의 슬러지와 그에 상응하는 최적화된 량의 고분자 응집제를 투입하도록 제어하고 있는 상황에서 유체공급라인(2) 상에 설치된 압력센서(6)의 압력값이 크게 변화하는 경우에는 다이아프램(12) 내부의 압축 압력의 변동이 심하게 발생하는 경우에 해당되며 이는 응집슬러지의 발생량이 급격하게 변동하고 있다는 것을 나타내는 것이므로, 이를 운전자에게 경고하여 줌으로써 스크류프레스의 안정적인 운전을 위한 사전 조치를 취할 수 있도록 지원하는 것이 가능하게 되는 것이다. 이러한 문제 발생 가능성을 사전에 검출할 수 있고 압착 압력을 간단하게 효율적으로 제어할 수 있는 다이아프램(12) 압력 제어 방식을 적용함으로써 스크류프레스의 안정적인 무인자동화를 용이하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 발명의 상세한 설명을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 등록특허 10-1047351의 탈수용 스크류프레스의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 대한 상세한 설명 및 장.단점은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 2는 본 발명의 슬러지 균일 탈수를 위한 스크류프레스의 장치들에 대한 구성을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 스크류프레스는 압력공급장치(1)와; 유체공급라인(2)과; 필터(3)와; 가압조절장치(4)와; 감압조절장치(5)와; 압력센서(6)와; 로터리조인트(7)와; 드라이브 샤프트(8)와; 압착씰(9)과; 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12)으로 구성된다.
상기 압력공급장치(1)로는 압축성 기체인 공기를 최소 5kgf/㎠의 압력으로 공급이 가능한 콤프레서를 기본 사양으로 하나, 반드시 이에 한정되지 않고 당업자라면 공기외의 압축성 기체 또는 물을 포함한 비압축성 유체 등을 본 발명의 목적 및 효과를 달성하기 위하여 적절히 선택할 수 있으며 이때는 유체공급라인에 설치된 구성품들을 비압축성 유체에 적합한 제품들로 선정하여야 한다.
압력공급장치(1)의 후단에는 유체공급라인(2)을 따라 필터(3)와; 가압조절장치(4)와; 감압조절장치(5)와; 압력센서(6)가 부착된다.
이때 가압조절장치(4)와 감압조절장치(5)를 제어하여 압력공급장치(1)로 부터 공급된 유체를 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이 공극에서 2±1.5 kgf/㎠로 제어하여 압착 압력을 조절한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 적절히 설계, 변경하여 실시할 수 있다.
상기 필터(3)는 상기 압력공급장치(1)로 부터 공급되는 유체에 포함된 불순물과 수분을 제거함으로써, 불순물과 수분으로 인한 유체공급라인(2)의 막힘 현상과 유체공급라인(2)에 설치된 가압조절장치(4), 감압조절장치(5) 및 압력센서(6)의 오작동 발생 가능성을 제거한다.
상기 유체공급라인(2)의 가압조절장치(4) 및 감압조절장치(5)와 로터리조인트(7) 사이에 압력센서(6)를 설치한다.
상기 압력센서(6)는 압착 및 배출 공정 중의 응집슬러지 또는 탈수 케이크에 가해지는 실질적인 압착 압력을 측정하도록 작동될 수 있다.
상기 압력센서(6)는 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이에 충진된 유체의 압력을 측정하는 장치로서, 측정된 압력은 다이아프램(12)이 응집슬러지를 압착하는 압력을 나타내는 값이 된다. 이때 운영자가 제어하고자 하는 케이크 함수율을 제어반에 입력하게 되면 제어반은 응집슬러지의 공급량에 따라 미리 설정된 압착 압력이 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이에 유지될 수 있도록 가압조절장치(4) 또는 감압조절장치(5)을 제어한다. 상기 제어방법은 상기 압력센서(6)의 압력값이 케이크 함수율에 따라 설정된 압력값 보다 낮은 경우에는 제어반이 가압조절장치(4)을 개방하여 압력공급장치(1)를 통해 공급된 고압의 유체가 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이에 공급되도록 제어하게 되며, 상기 압력센서(6)의 압력값이 케이크 함수율에 따라 설정된 압력값 보다 높은 경우에는 제어반이 감압조절장치(4)을 개방하여 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이에 충진되어 있는 압력 유체를 대기 중으로 방출하도록 제어하여 압력센서(6)가 상기 설정된 압력값을 지시하는 시점에서 가압조절장치(4) 또는 감압조절장치(5)의 개방되었던 게이트를 닫음으로써 추가적인 압축 유체의 공급 또는 배출을 차단하여 일정 압력이 유지될 수 있도록 제어하게 된다. 운영자가 생산하고자 하는 케이크의 함수율을 수정하여 입력하게 되면, 수정된 케이크 함수율에 따라 미리 설정된 압착 압력이 되도록 상기와 동일한 방법으로 가압조절장치(4) 또는 감압조절장치(5)를 제어하게 되는 것이며, 이러한 방법으로 운영자가 원하는 케이크 함수율을 용이하게 제어할 수 있게 되는 것이다.
상기 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이의 유체 압력 만으로 압착 압력을 제어하고 압공판이 제거될 수 있다. 기존 스크류프레스의 경우에 케이크 배출구 끝단에 테이퍼진 형상의 압공판이 설치되어 있으며 케이크의 배출 방향에 반대 방향으로 저항력을 가하도록 되어 있고 이때 가해지는 저항력은 스크린(15)과 스크류샤프트(10) 사이의 압착 압력으로 작용하게 된다. 이러한 까닭에 본 발명의 기술인 다이아프램(12) 팽창 및 수축을 통하여 스크린(15)과 스크류샤프트(10) 사이의 케이크 또는 응집슬러지에 상기 압공판이 가하는 저항력에 의해 발생하는 압력과 동일하게 케이크 또는 응집슬러지의 이송 방향에 수직한 압착 압력을 가함으로써 압공판의 기능을 발휘할 수 있으므로 압공판을 제거할 수 있는 것이며 이는 슬러지의 이송 방향에 수직하게 압착 압력을 가하여 탈수하는 벨트프레스의 탈수 기능과 유사하게 작동하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 스크류프레스에 적용되는 스크류샤프트(10)의 외면에 다이아프램(12)이 부착된 형태와 이에 적용되는 스크류샤프트(10)의 가공 형태를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 확대도이다.
도시된 바와 같이 상기 다이아프램(12)과 상기 직경이 축소된 스크류 샤프트(10) 사이의 공극에 충진된 적정 압력의 유체의 압력손실을 방지하기 위하여, 상기 다이아프램(12)은 고압용 가스켓(13)과 압착플레이트(14) 사이에 삽입하고 이를 렌치볼트(17)로 조립하여 부착된다.
도 5는 슬러지의 밀도에 따른 다이아프램(12)의 작동상태를 나타내는 도면이다.
스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이 공극의 내부 압력을 일정하게 제어함으로써, 도 5 상단의 [정압제어]에서 보는 바와 같이 어느 순간 위상에 따라 응집슬러지의 압착 압력의 차이가 발생하더라도 다이아프램(12)의 특성으로 인해 곧바로 동일한 압력으로 평형을 이루게 되며, 이는 일정한 압력으로 응집슬러지를 압착하게 됨을 의미하는 것으로 응집슬러지의 균일한 탈수를 가능하게 한다. 또한 도 5 하단의 [가압 및 감압 제어]에서 보는 바와 같이 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이 공극의 내부 압력을 가압 또는 감압 제어함으로써 응집슬러지 압착 압력을 변환하여 탈수율을 제어함으로써 필요한 함수율의 케이크를 생산할 수 있으며, 이때에도 전술한 정압제어에 의한 균일한 탈수 기능도 동시에 이루어진다.
상기 적정 압력의 유지과정에 대하여 설명하자면 다음과 같다. 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이에 압축 유체를 공급하면서 압력센서(6)의 압력값이 제어하고자 하는 압력에 도달하는 즉시 압축 유체의 공급을 차단하게 되면 정압제어에 필요한 기능이 완료되는 간단한 방법이다. 이때 압축 유체의 유동구간 중에 리크가 없도록 관련 부품들을 조립 및 관리하는 것 또한 중요한 사항이 된다. 이와 동일한 방법으로 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이에 가압조절장치(4)를 통해 압축 공기를 공급하게 되면 압착 압력이 상승하게 되고, 감압조절장치(5)를 통해 스크류 샤프트(10) 외면과 다이아프램(12) 사이의 압축 공기를 대기 중으로 방출하게 되면 압착 압력이 하강하게 됨으로 이 두 가지 조절 방법과 압력센서(6)의 압력값 검출 및 비교를 통하여 압착 압력을 조절할 수 있으며, 압축 공기의 공급 또는 배출이 중단되는 시점부터 정압제어가 이루어지게 되는 것이다. 실질적으로는 압축 공기를 공급 또는 방출 하는 과정 중에 압착 압력이 변하고 있는 동안에도 미분적 관점에서 보면 정압제어가 이루어지는 것이다.
도 6은 스크류 샤프트(10)의 테이퍼 진 형상을 통해 응집슬러지의 기계적인 압착력을 발생시키는 스크류프레스의 스크류 샤프트(10)에 본 발명을 적용한 형태를 나타내는 도면이다.
테이퍼 진 형상의 스크류 샤프트(10)의 경우 다이아프램(12)이 설치되는 배출 및 압착 공정의 스크류(11)와 스크류 사이의 축 외경을 스크류(11) 용접에 필요한 폭을 확보한 상태에서 스크류(11) 피치를 따라 절삭하여 기존의 축 외경 보다 작은 외경이 되도록 가공하되 그 가공깊이는 기존 축의 외경에 따라 결정이 되나 기존 축 외경 대비하여 30% 이하의 깊이로 가공하는 것이 안정적이다. 이때 스크류 샤프트(10)의 중심축에는 압력공급장치(1)에서 공급된 유체가 다이아프램(12)과 스크류 샤프트(10) 사이의 공극에 공급될 수 있도록 다이아프램(12)이 설치된 전 구간에 중공의 형태가 되도록 구멍을 가공하고 다이아프램(12)이 설치된 부분에는 상기 축 중심에 형성된 중공에 수직한 구멍을 가공하여 다이아프램(12)과 스크류 샤프트(10) 사이의 공극에 압력 유체가 공급될 수 있는 구조로 제작하며, 이는 도 3의 단면 형상에 나타낸 구조와 같은 형상을 갖는다. 상기 스트류 샤프트(10)의 제작 방법은 본 발명의 스크류 샤프트(10)제작을 위한 한 가지 방법을 예시한 것일 뿐으로 제작 방법을 상기 방법으로만 제한하는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 적절히 제작 방법을 변경하여 실시할 수 있다.
도 7은 스크류 샤프트(10)에 설치된 스크류(11)의 피치 변화를 통해 응집슬러지의 기계적인 압착력을 발생시키는 스크류프레스에 본 발명을 적용한 형태를 나타내는 도면이다.
상기 도 7의 스크류 샤프트(10)의 가공 전의 형상은 테이퍼 형상이 아닌 동일 축 직경의 스크류 샤프트(10)이나 축 외경 및 중심축의 중공 가공을 통한 제작 방법은 도 6의 스크류 샤프트의 제작 방법 과 그 형태가 동일한 함으로 설명을 생략한다.
본 발명의 목적 및 특징은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 제시되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 '포함하는'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
1. 압력공급장치 2. 유체공급라인 3. 필터 4. 가압조절장치
5. 감압조절장치 6. 압력센서 7.로터리조인트 8. 드라이브 샤프트
9. 압착씰 10. 스크류 사프트 11. 스크류 12. 다이아프램
13. 압착 가스켓 14. 압착 플레이트 15. 스크린 16. 압공판
17. 렌치볼트
5. 감압조절장치 6. 압력센서 7.로터리조인트 8. 드라이브 샤프트
9. 압착씰 10. 스크류 사프트 11. 스크류 12. 다이아프램
13. 압착 가스켓 14. 압착 플레이트 15. 스크린 16. 압공판
17. 렌치볼트
Claims (7)
- 스크류프레스에 적정 압력의 유체를 공급하기 위한 압력공급장치(1)와;
일단이 상기 압력공급장치(1)에 부착되며 타단이 스크류프레스에 부착되어 내부의 공간을 통해 유체가 공급되는 유체공급라인(2)과;
공급유체에 포함된 불순물 및 수분을 제거하기 위한 필터(3)와;
상기 유체공급라인(2)의 한 지점에 부착되어 공급 유체의 압력 상승을 제어하는 가압조절장치(4)와;
상기 유체공급라인(2)의 한 지점에 부착되어 공급 유체의 압력 하강을 제어하는 감압조절장치(5)와;
상기 유체공급라인(2)의 상기 가압조절장치(4) 또는 감압조절장치(5)와 하기 로터리조인트(7) 사이의 한 지점에 부착되어 하기 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에 충진되는 공급 유체의 압력을 측정할 수 있는 압력센서(6)와;
상기 유체공급라인(2)의 끝단에 부착되어 상기 유체공급라인(2)을 하기 드라이브 샤프트(8)의 내부에 형성된 중공과 연결시키는 베어링이 내장된 로터리조인트(7)와;
상기 로터리조인트(7)에 의하여 상기 유체공급라인(2)과 연결되며 내부에 중공이 형성되어 있는 드라이브 샤프트(8)와;
상기 드라이브 샤프트(8)의 끝단에 부착되는 압착씰(9)과;
상기 압착씰(9)에 의하여 상기 드라이브 샤프트(8)와 연결되며 상기 드라이브 샤프트(8) 내부에 형성된 중공을 통해 공급되는 유체가 내부로 공급될 수 있도록 축의 중심에 수직하게 다수의 구멍들이 형성되며 하기 다이아프램(12)이 조립되는 부분의 직경은 축소되는 형상의 스크류샤프트(10)와;
상기 공급 유체가 이동할 수 있도록 구성된 스크류 샤프트의 축소된 직경의 외부에 설치된 다이아프램(12)과;
상기 스크류샤프트(10) 외면에는 다이아프램(12)이 렌치볼트(17)로 조립되며 스크류 샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이 공극에 적정 압력의 유체가 충진되고 압력이 누출되지 않는 상태를 유지함으로서 스크류샤프트(10) 중심 축에 대한 원주 방향으로의 위상 별 압착 압력을 균일하게 유지하는 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스 - 제 1항에 있어서,
상기 다이아프램(12)은 탄성재질인 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스 - 제 1항 또는 제 2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 스크류샤프트(10)에 조립되는 탄성재질의 다이아프램(12)의 상부 면이 압축 유체의 제어압력 2±1.5kgf/㎠ 범위에서 기존 스크류 샤프트(10)의 바깥면 보다 5mm 이상 돌출하지 않도록 다이아프램(12)이 조립되는 좌면을 포함하여 다이아프램(12)이 위치하는 부분의 축 외경이 축소되도록 가공한 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스 - 제 1항에 있어서,
상기 압력센서(6)는 압착 및 배출 공정 중의 응집슬러지 또는 탈수 케이크에 가해지는 실질적인 압착 압력을 측정하도록 작동되는 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스 - 제 1항 또는 제 2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 스크류샤프트(10)와 다이아프램(12) 사이의 유체 압력 만으로 압착 압력을 제어하고 압공판이 제거된 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스 - 제 1항에 있어서,
상기 스크류샤프트(10)는 끝이 가늘어지는 테이퍼드(tapered)형상인 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스 - 제 1항, 제2항, 제4항, 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 유체는 압축공기를 포함하는 압축성 기체 또는 물을 포함하는 비압축성 유체로부터 선택되는 것을 특징으로 한 균일한 탈수가 가능한 스크류프레스
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