KR20190004621A - 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치에 관한 것이다. 이는, 내부공간을 갖는 바울의 내부에 설치되는 것으로서, 관통구멍을 가지며 외부로부터 투입된 슬러지를 받아 들여 상기 관통구멍을 통해 그 외부로 내보내는 중공형 바디와, 상기 바디의 주연부에 구비되는 나선날개를 구비한 스크롤과; 상기 스크롤과 간접적으로 연결되며 회전력을 출력하는 차속출력부와; 출력축을 통해 상기 스크롤과 직결되고, 상기 바울 및 차속출력부로부터 회전력을 전달받아, 바울의 회전속도와 차속출력부의 회전속도가 조합된 회전속도의 회전력을 상기 출력축을 통해 출력하여 상기 스크롤을 회전시키는 기어박스와; 상기 차속출력부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 차속출력부는; 차속모터와, 무단변속기와, 상기 무단변속기를 작동시키는 변속수단을 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치는, 실용 차속 범위의 폭을 크게 확장시키는 무단변속기를 구비하므로, 슬러지의 물리적 성질이나 처리량에 상관없이 가장 효율이 높은 구간에서 운전이 가능하여 그만큼 성능이 뛰어나고 에너지 소모가 작다.

Description

하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치{Decanter centrifuge device having hybrid type active decelerator}

본 발명은 데칸터 원심분리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원격 제어형 무단변속부가 적용되어, 확장된 범위의 차속을 능동적으로 구현할 수 있는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치에 관한 것이다.

산업폐수나 축산폐수 또는 하수나 분뇨 등의 처리 시 발생하는 대량의 슬러지는, 그 자체가 환경을 크게 오염시킬 수 있는 오염원이므로, 이를 적절히 처리하기 위한 다양한 방법 및 장치가 개발되고 있다. 예컨대 슬러지의 함수율을 낮추어 케이크화 함으로써, 슬러지를 매립이나 소각할 수 있는 상태가 될 수 있게 하는 데칸터 원심분리기도 상기 처리장치의 하나이다.

상기 데칸터 원심분리기는, 비교적 고형물이 많이 포함된 슬러지의 탈수 및 농축을 목적으로 하는 장비로서, 대량의 슬러지를 연속적으로 처리할 수 있다는 장점을 가져, 슬러지 탈수작업에 거의 필수적으로 사용되고 있다.

이러한 데칸터 원심분리기는, 파이프의 형태를 취하며 메인모터의 회전력을 받아 고속 회전하는 바울(bowl)과, 상기 바울의 내부에 축회전 가능하게 설치되며 차속모터에 의해 바울과 상이한 속도로 회전하는 스크롤(scroll)을 포함한다. 상기 스크롤은 그 내부로 투입된 슬러지를 유도하여 바울에 형성되어 있는 슬러지배출구를 통해 배출시키는 역할을 한다.

상기 데칸터 원심분리기는, 수분이 일차적으로 빠진 슬러지에 기계적 원심력을 가하여 슬러지를 탈수시키고, 탈수된 슬러지 케이크는 스크롤을 이용해 배출하는 동작을 하며, 슬러지의 탈수조절은 스크롤의 회전속도와 보올의 회전속도의 차이, 즉, 차속조절을 통해 이루어진다.

상기한 메인모터와 차속모터를 적용하여 바울과 스크롤의 회전속도를 상이하게 조절하는 이유는, 메인모터만의 동력으로 보올과 스크롤의 회전속도가 결정되는 경우, 투입되는 슬러지의 양에 따라 탈수 효과의 편차가 커져 슬러지 케이크의 함수율을 능동적으로 조절할 수 없기 때문이다.

그런데 상기한 종래의 데칸터 원심분리기는, 고정된 감속비를 갖는 기어박스만이 적용되므로 차속범위가 그다지 넓지 않고, 차속범위의 확장이 불가능하다는 단점이 있었다. 차속범위가 좁다는 것은, 다양한 물리적 성질을 갖는 슬러지의 최적 탈수가 어렵고 특히 낮은 회전수 적용에 제한이 있으며 에너지 소모가 심하다는 의미이다.

차속범위를 넓히기 위해 종래의 데칸터 원심분리기는, 상이한 감속비를 갖는 여러 기어박스를 일일이 교체 장착하였는데, 이는 그 자체가 매우 비효율적이며, 더욱이 다수의 기어박스를 구비해야 하므로 비용적 부담도 크다.

1. 국내등록특허공보 제10-0953671호 (회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸더형 원심분리기) 2. 국내등록특허공보 제10-0977196호 (스크류 컨베이어에 형성된 이단가속 토출커버를 구비한 스크류데칸더형 원심분리기)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 실용 차속 범위의 폭이 넓어 슬러지의 물리적 성질이나 처리량에 상관없이 효율이 높은 구간에서의 운전이 가능하여 그만큼 성능이 뛰어난 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치는, 내부공간을 갖는 원통의 형태를 취하며 그 일단부에 슬러지배출구를 구비한 바울과; 상기 바울을 축회전 시키는 메인모터와; 상기 바울의 내부공간에 축회전 가능하게 설치되는 것으로서, 관통구멍을 가지며 피딩파이프를 통해 외부로부터 투입된 슬러지를 받아 들여 상기 관통구멍을 통해 그 외부로 내보내는 중공형 바디와, 상기 바디의 주연부에 구비되고 슬러지를 상기 슬러지 배출구측으로 이송시키는 나선날개를 구비한 스크롤과; 상기 스크롤과 간접적으로 연결되며 회전력을 출력하는 차속출력부와; 출력축을 통해 상기 스크롤과 직결되고, 상기 바울 및 차속출력부로부터 회전력을 전달받아, 바울의 회전속도와 차속출력부의 회전속도가 조합된 회전속도의 회전력을 상기 출력축을 통해 출력하여 상기 스크롤을 회전시키는 기어박스와; 상기 차속출력부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 차속출력부는; 차속모터와, 상기 차속모터와 기어박스의 사이에 설치되며 차속모터로부터 출력되는 회전력의 회전속도를 변속하여 상기 기어박스에 전달함으로써 스크롤의 변속가능 범위를 확장하는 무단변속기와, 상기 무단변속기를 작동시키는 변속수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무단변속기는; 상기 차속모터로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력케이싱과, 일정직경의 링의 형태를 취하며 상기 입력케이싱에 고정되는 구동링과, 연결샤프트를 통해 상기 기어박스에 연결되고, 상기 입력케이싱에 대해 상대 회전 가능하도록 대응 배치되는 출력케이싱과, 상기 구동링과 동일한 사이즈를 가지는 링형부재로서, 출력케이싱에 고정된 상태로 구동링과 일정간격 이격된 종동링과, 상기 구동링 및 종동링에 동시에 접하며, 구동링의 회전시 종동하여 구동링의 회전력을 종동링으로 전달하는 다수의 회전볼과, 그 외주면으로 상기 회전볼을 받쳐 회전볼이 구동링 및 종동링에 접하도록 지지하는 이송슬라이더와, 상기 변속수단과 연결되며, 이송슬라이더를, 이송슬라이더 원주를 포함하는 평면의 직각방향으로 직선 운동시키는 위치조절부와, 상기 각 회전볼의 중심부를 통과하는 볼지지축과, 상기 볼지지축과 이송슬라이더를 연결하며 이송슬라이더의 직선운동에 종동하여 상기 볼지지축의 기울기를 변화시키는 연동로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 이송슬라이더의 중심축에는 암나사구멍이 형성되어 있고, 상기 위치조절부는, 상기 암나사구멍에 나사 결합하며 입력케이싱의 외부로 연장된 수나사봉을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변속수단은, 상기 수나사봉과 접속되며 수나사봉을 축회전 시키는 스텝모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변속수단은, 상기 수나사봉의 단부에 고정되는 워엄휠과, 상기 워엄휠에 치합하는 워엄과, 상기 워엄을 축회전시키는 워엄구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 변속수단은, 상기 수나사봉에 직결되어 수나사봉을 길이방향으로 직선운동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피딩파이프에는, 피딩파이프를 통해 스크롤측으로 진입하는 슬러지의 함수율을 감지하여 상기 제어부로 전달하여, 제어부로 하여금, 바울이 함수율에 따른 최적 회전수로 회전하도록 하는 센서부가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치는, 실용 차속 범위의 폭을 크게 확장시키는 무단변속기를 구비하므로, 슬러지의 물리적 성질이나 처리량에 상관없이 가장 효율이 높은 구간에서 운전이 가능하여 그만큼 성능이 뛰어나고 에너지 소모가 작다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5 상기 도 1 및 도 2에 도시한 무단변속제어부의 여러 구현 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

기본적으로, 본 실시예에 따른 데칸터 원심분리장치(11)는, 기어박스의 입력단측에 무단변속기를 설치할 경우, 바울에 대한 스크롤의 차속범위를 넓혀 모터 역률의 실용 구간을 확장시킴으로, 큰 동력의 추가 없이도, 장치 전체의 효율을 현저히 상승시킬 수 있다는 견해에 기초한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치(11)는, 원통의 형태를 취하며 수평으로 놓인 바울(13)과, 상기 바울(13)의 내부에 축회전 가능하게 설치된 스크롤(15)과, 상기 바울(13)을 회전시키는 메인모터(17)와, 상기 스크롤(15)의 일단부에 차례로 연결되는 기어박스(33) 및 무단변속기(31)와, 상기 무단변속기(31)의 입력단 측에 연결되는 차속모터(29)와, 상기 무단변속기(31)의 변속비를 조절하는 변속수단(35)을 포함한다. 상기 무단변속기(31)와 차속모터(29)는 후술할 차속출력부를 구성한다.

또한, 상기 메인모터(17)에는 메인모터인버터(43)가, 차속모터(29)에는 차속모터인버터(45)가 연결되어 있으며, 상기 메인모터인버터(43) 및 차속모터인버터(45)는 제어부(41)에 의해 제어된다.

아울러 상기 스크롤(15)의 내측으로 슬러지를 유도하는 피딩파이프(25)에는 센서부(39)가 설치된다. 상기 센서부(39)는 피딩파이프(25)를 통해 스크롤(15)측으로 진입하는 슬러지의 함수율을 감지하고 그 내용을 제어부(41)로 전달하여, 제어부(41)로 하여금 각종 제어신호를 출력하게 한다.

먼저, 상기 바울(13)은 수평으로 배치된 원통형 부재로서 그 일단부에 슬러지배출구(13a)를, 타단부에 배수구(13b)를 갖는다. 상기 슬러지배출구(13a)는 탈수가 완료된 케이크상태의 슬러지(이하, 처리물)이 빠져나가는 구멍이고, 배수구(13b)는 슬러지로부터 빠진 물이 배수되는 구멍이다.

아울러 상기 바울(13)의 일단부에는 종동풀리(23)가 고정되어 있다. 상기 종동풀리(23)는 메인모터(17)의 구동풀리(19)와 대응하며 전동벨트(21)를 통해 전달된 회전력을 받아 바울(13)이 축회전 하도록 한다. 상기 메인모터(17)의 회전속도는 메인모터인버터(43)에 의해 조절 가능하다.

도면부호 27은 케이싱이다. 상기 케이싱(27)은 바울(13)의 고속 회전시 바울(13)을 커버하는 안전용 커버이다.

상기 스크롤(15)은, 관통구멍(15c)을 갖는 중공파이프형 바디(15a)와, 상기 바디(15a)의 주연부에 구비되며 나선형으로 연장된 나선날개(15b)를 갖는다. 상기 나선날개(15b)의 반지름 방향 단부는 바울(13)의 내주면에 근접하여, 바울의 원심력에 의해 내주면에 압착되어 있는 처리물을 긁어 슬러지배출구(13a)로 이송시킬 수 있다.

또한, 상기 바디(15a)에는 피딩파이프(25)가 설치된다. 상기 피딩파이프(25)는 외부로부터 제공된 슬러지를 바디(15a)의 내부공간으로 유도하는 파이프이다. 상기한 바와 같이, 상기 피딩파이프(25)를 통해 공급되는 슬러지의 함수율은 센서부(39)에 의해 계속적으로 체킹된다.

여하튼 상기 바디(15a)의 내부로 공급된 슬러지는 상기 관통구멍(15c)을 통해 바디(15a)의 외부로 빠져나가 바울(13)의 내벽면에 접하게 된다. 관통구멍(15c)을 통해 배출된 배출물 중 물은 곧바로 배수구(13b)를 통해 배수되며 슬러지에 함유되어 있는 수분은 바울(13)의 고속 회전시 원심력에 의해 짜내어져 배수구(13b)로 빠진다.

상기 스크롤(15)과 기어박스(33)의 사이에는 출력축(37)이 위치한다. 상기 출력축(37)은 기어박스(33)로부터 출력되는 회전력을 스크롤(15)로 전단하기 위한 전동축이다. 상기 출력축(37)의 회전속도는 바울(13)의 회전속도와 다르다. 이러한 속도의 차이를 차속(差速)이라 하며 이에 대한 설명은 후술하기로 한다.

상기 출력축(37)은 기어박스의 출력축으로서, 출력축(37)의 회전속도는, 바울(13)의 회전속도와 차속출력부의 회전속도가 조합된 회전속도이다. 상기 기어박스(33)는 그 내부에 선기어(미도시)와 유성기어와 링기어 등을 수용하는 기어 조립체로서, 가령, 바울은 링기어에, 차속출력부는 선기어나 유성기어에, 출력축(37)은 유성기어나 선기어에 연결할 수 있다.

이러한 연결구조를 가질 경우, 바울(13)의 회전속도와 차속출력부의 회전속도의 조합이 가능하다.

참고로, 상기 바울(13)의 회전속도는 제어부(41)에 의해 제어된 메인모터(17)에 의해 조절될 수 있고, 차속출력부로부터 출력되는 회전속도는 차속모터의 회전속도에 무단변속기(31)의 변속비를 곱한 값이다.

한편, 상기 차속출력부는, 차속모터(29)와 무단변속기(31)와 변속수단(31)을 포함한다.

상기 차속모터(29)는 차속모터인버터(45)에 의해 회전속도가 조절되는 모터로서, 전동벨트(30)를 통해 무단변속기(31)에 연결된다. 상기 차속모터(29)의 회전력은 전동벨트(30)를 거쳐 무단변속기(31)로 전달된다.

또한 무단변속기(31)는 차속모터(29)로부터 전달된 회전력의 회전속도를 가속 또는 감속하여 기어박스(33)로 전달하는 역할을 한다. 즉, 상기 차속모터(29)와 기어박스의 사이에 설치된 상태로 차속모터로부터 출력되는 회전력의 회전속도를 변속하여 상기 기어박스에 전달함으로써 스크롤의 변속가능 범위를 확장하는 역할을 하는 것이다.

아울러, 상기 변속수단(35)은 무단변속기(31)를 조작하여 무단변속기(31)의 출력속도를 제어한다. 상기 변속수단(35)도 제어부(41)에 의해 콘트롤 됨은 당연하다.

본 실시예에서 상기 무단변속기(31)는 도 1 및 도 2의 형태를 취한다. 하지만 무단변속을 할 수 있는 한 무단변속기의 형식이나 종류는 다양하게 변경될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 무단변속기(31)는, 그 외주면에 풀리(31c)가 구비되며 기어박스(33) 측으로 개방되어 있는 입력케이싱(31a)과, 상기 입력케이싱(31a)에 대응 배치되고 입력케이싱(31a)과의 사이에 베어링(도면부호 없음)을 가져 입력케이싱(31a)에 대해 상대 회전 가능한 출력케이싱(31d)과, 상기 입력케이싱(31a)의 내측에 고정되는 구동링(31b)과, 출력케이싱(31d)에 고정되는 종동링(31e)을 포함한다.

또한, 상기 입력케이싱(31a)과 출력케이싱(31d)이 제공하는 내부공간에 설치되며 화살표 b방향 또는 그 반대방향으로 직선 운동하는 이송슬라이더(31f)와, 상기 이송슬라이더(31f)의 주연부에 배치되며 구동링(31b) 및 종동링(31e)에 동시에 접하는 다수의 회전볼(31k)과, 상기 회전볼(31k)의 중심축부를 통과하는 볼지지축(31h)과, 각 볼지지축(31h)의 양단부에 고정되며 이송슬라이더(31f)의 양측면으로 각각 연장된 연동로드(31g)와, 상기 이송슬라이더(31f)의 위치를 조절하는 위치조절부를 포함한다.

상기 입력케이싱(31a)은 전동벨트(30)를 통해 차속모터(29)로부터 전달되는 회전력을 받아들이는 역할을 한다. 당연히, 상기 입력케이싱(31a)의 회전속도는, 차속모터(29) 풀리와 입력케이싱 풀리(31c)의 직경비에, 차속모터 회전수를 곱한 값이다.

상기 구동링(31b)은 일정 직경을 가지며 입력케이싱(31a)의 내측에 고정된 부재로서, 입력케이싱(31a)과 함께 회전한다. 특히 상기 구동링(31b)의 회전볼(31k)을 향하는 면은 만곡되어 구동링(31b)의 외주면에 대해 선접촉하며 마찰력을 인가할 수 있다. 즉, 입력케이싱(31a)의 회전시 입력케이싱(31a)의 회전력을 회전볼(31k)로 전달할 수 있는 것이다.

상기 종동링(31e)은 구동링(31b)과 동일한 사이즈 및 형태를 취하며, 구동링(31b)에 대해 일정한 간격으로 이격되어 있다. 또한, 상기 종동링(31e) 역시 회전볼(31k)의 외주면에 대해 선접촉하며, 회전볼(31k)의 회전시 회전볼(31k)로부터 회전력을 인가 받는다. 즉, 회전볼(31k)의 회전시 회전볼(31k)과의 마찰에 의해 종동하며 출력케이싱(31d)이 회전하게 한다.

도면부호 31w는 연결샤프트이다. 상기 연결샤프트(31w)는 무단변속기(31)의 출력축으로서, 무단변속기내에서 변속된 속도의 회전력을 기어박스(33)에 전달한다.

한편, 상기 이송슬라이더(31f)는 구동링(31b) 및 종동링(31e)의 내부 영역에 설치된 대략 원판형 부재로서, 그 중심축부에 암나사구(31m)를 갖는다.

상기 회전볼(31k)은, 이송슬라이더(31f)의 외주면에 받쳐진 상태로 구동링(31b) 및 종동링(31e)의 내향면에 대해 선접촉한 상태를 유지한다. 특히 회전볼(31k)과 이송슬라이더(31f)의 사이에도 마찰력이 작용한다. 따라서, 가령, 이송슬라이더(31f)를 화살표 b방향으로 직선 이동시키면, 회전볼(31k)은 화살표 a방향으로 구름운동 가능하다.

상기 볼지지축(31h)은 회전볼(31k)의 중심을 통과하는 환봉형 부재로서, 회전볼(31k)이 자전(自傳) 가능하도록 지지한다. 회전볼(31k)은 볼지지축(31h)에 지지된 상태로 회전하며 구동링(31b)의 회전력을 종동링(31e)으로 전달하는 역할을 한다.

또한, 상기 각 볼지지축(31h)의 양단부에는 연동로드(31g)가 구비된다. 상기 연동로드(31g)는 볼지지축(31h)에 대해 대략 직각의 사이각을 가지도록 고정된 막대형 부재로서 연장단부에 롤러(31s)를 구비한다. 상기 롤러(31s)는 이송슬라이더(31f)의 이동방향 전면 및 후면에 접하며 구름운동 한다.

상기 연동로드(31g)는 이송슬라이더(31f)의 직선운동에 종속하여 볼지지축(31h)의 기울기를 조절하는 역할을 한다. 예컨대 도 1의 상태에서, 이송슬라이더(31f)가 화살표 b방향으로 이동한다면, 이송슬라이더(31f) 이송 방향 전방의 연동로드(31g)가 밀리며 상향 이동하며, 볼지지축(31h)의 기울기를 변화시키는 것이다.

결국, 상기 볼지지축(31h)의 중심선에 대한, 구동링(31b)의 간격 r0와, 종동링(31e)의 간격 r1의 상대 값은 이송슬라이더(31f)의 위치에 따라 결정되는 것이다. 즉 이송슬라이더(31f)의 위치에 따라, 무단변속기의 변속비가 달라지는 것이다.

상기 이송슬라이더(31f)의 위치를 조절하기 위한 것으로서 수나사봉(31p)이 사용된다. 상기 수나사봉(31p)은 그 외주면에 수나사산이 형성되어 있는 환봉형 부재로서, 이송슬라이더(31f)의 암나사구(31m)에 나사 결합한다. 상기 수나사봉(31p)을 축회전 시킴에 따라 이송슬라이더(31f)가 직선 왕복운동 함은 물론이다.

도면부호 31r은 헤드부이다. 상기 헤드부(31r)는 수나사봉(31p)에 회전토오크를 인가하기 위한 부분으로서 입력케이싱(31a)의 외부로 노출되어있다.

한편, 상기 변속수단(35)은 제어부(41)의 제어 하에, 무단변속기(31)의 변속비를 조절하는 역할을 한다. 즉, 이송슬라이더(31f)를 화살표 b방향이나 그 반대 방향으로 직선 이동시키는 동작을 하는 것이다. 이러한 기능을 할 수 있는 한, 변속수단의 구성은 다양한 방식으로 변경 가능하며, 가령 도 4 내지 도 6에 도시한 방식을 적용할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치(11)의 다른 예를 도시한 도면이다.

이하, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재로서 그에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 2에 도시한 원심분리장치(11)의 경우, 입력케이싱(31a)이 출력케이싱(31d)의 내측부에 부분적으로 삽입된 구성을 갖는다. 상기 입력케이싱(31a)과 출력케이싱(31d)의 사이에 베어링이 설치되어, 입력케이싱(31a)과 출력케이싱(31d)의 상대 회전이 가능함은 물론이다.

아울러, 상기 입력케이싱(31a)의 외주면에 형성되어 있는 풀리(31c)에는 전동벨트(30)가 감겨있다. 입력케이싱(31a)은 전동벨트(30)를 통해 전달받은 회전력을 출력케이싱(31d)으로 전달하여, 출력케이싱(31d)으로 하여금 연결샤프트(31w)를 축회전 하게 한다.

도 3 내지 도 5는 상기 도 1 및 도 2에 도시한 변속수단(35)의 여러 구현 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 수나사봉(31p)의 헤드부(31r)에 축홀더(31t)가 구비되어 있고, 상기 축홀더(31t)에 스텝모터(47)의 구동축(47a)이 고정되어 있음을 알 수 있다.

상기 축홀더(31t)는 구동축(47a)의 단부를 수용 고정하는 고정수단으로서, 스텝모터(47)의 회전력을 수나사봉(31p)으로 전달하여, 수나사봉(31p)이 시계방향 또는 반시계방향으로 축회전 하게한다. 상기한 수나사봉(31p)의 축회전에 따라 입력케이싱(31a)의 직선운동이 구현됨은 물론이다.

상기 스텝모터(47)는 제어부(41)에 의해 제어되며 구동축(47a)을 정밀한 각도로 필요한 만큼 각운동시킨다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 변속수단(35)으로서, 워엄(51) 및 워엄휠(49)을 적용할 수도 있다. 도 4를 참조하면, 상기 헤드부(31r)에 워엄휠(49)이 고정되어 있고, 상기 워엄휠(49)에 워엄(51)이 치합하고 있음을 알 수 있다.

아울러, 상기 워엄(51)에는 워엄구동모터(53)가 연결되어 있다. 상기 워엄구동모터(53)는 워엄(51)을 회전시켜 워엄휠(49)이 수나사봉(31p)을 축회전 시키게 한다. 결국 상기 워엄구동모터(53)를 통해 이송슬라이더(31f)를 구동할 수 있는 것이다. 상기 워엄구동모터(53)가 제어부(41)에 의해 제어됨은 물론이다.

도 5에 도시한 변속수단(35)은 액츄에이터(55)이다. 상기 액츄에이터(55)는 전자식 액츄에이터로서 직선 운동하는 작동로드(55a)를 갖는다. 알려진 바와 같이, 전자식 액츄에이터는 작동 정밀성이 뛰어나 작동로드(55a)의 미세 스트로크 제어가 용이하다.

여하튼, 상기 작동로드(55a)는 헤드부(31r)에 직결되며 수나사봉(31p)을 바로 직선운동 시킨다. 즉, 수나사봉(31p)을 축회전 시키는 것이 아니라, 직선으로 밀거나 당기는 것이다.

이러한 방식의 액츄에이터(55)를 적용함으로써 이송슬라이더(31f)의 직선운동을 신속히 구현할 수 있게 됨은 물론이다. 즉, 바울(13)에 대한 스크롤(15)의 차속제어가 매우 빠르게 이루어지는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치(11)의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.

먼저, 처리할 슬러지를, 상기 피딩파이프(25)를 통해 바디(15a) 내측으로 주입한다. 상기한 바와 같이, 슬러지가 피딩파이프(25)를 통과하는 동안 센서부(39)가 슬러지의 함수율을 감지하고 그 내용을 제어부(41)로 전달한다. 제어부(41)는 슬러지의 물리적 상태를 기준으로 최적 차속운전을 시작한다.

처리 대상인 슬러지의 상태에 따라, 바울(13)에 대한 스크롤(15)의 차속회전수를 달리 하는 이유는 처리효율을 높이기 위한 것이다. 가령 수분 함량이 많아 묽은 상태의 슬러지와, 수분함량이 상대적으로 적어 유동성이 적은 상태의 슬러지의 처리를 위한 최적 회전수는 다를 수밖에 없다. 슬러지의 상태에 따른 최적 차속관련 정보는 제어부에 미리 저장되어 있다.

여하튼, 상기 슬러지가 스크롤(15)의 내측으로 주입됨과 동시에, 제어부(41)는 상기 메인모터인버터(43) 및 차속모터인버터(45)를 통해 메인모터(17)와 차속모터(29)를 작동시킴과 아울러 상기 변속수단(35)을 동작시킨다.

상기 바울(13)과 스크롤(15)의 차속회전수는, (바울의 회전수 - 기어박스입력회전수)/기어박스의 감속비이므로, 가령 바울(13)의 회전수가 2800rpm이고 기어박스의 감속비가 60:1인 상황에서, 차속회전수를 10rpm으로 조절하기 위해서는, 기어박스입력회전수를 2200rpm으로 맞추어야 한다. 즉, 차속모터인버터(45)를 제어하여 기어박스입력회전수가 2200rpm이 되도록 해야 하는 것이다.

그런데, 본 실시예에서는 무단변속기(31)가 적용되어 있으므로, 기어박스입력회전수를 2200rpm으로 맞추기 위한 동력소모가, (무단변속기가 없는 경우에 비해) 상대적으로 적다.

가령, 상기 무단변속기(31)의 증속비가 1.5이고, 차속모터(29)의 풀리 직경과 입력케이싱(31a)의 풀리(31c) 직경이 동일하다고 할 경우, 차속모터(29)의 회전수는 2200/1.5, 즉, 1467rpm으로 유지하면 족한 것이다. 차속모터(29)를 구동하기 위한 에너지소모가 줄어드는 것이다.

상기 무단변속기(31)의 증속비가 1.5이면 감속비는 0.5 일 것이므로, 결국 상기 출력축(37)의 유효 회전rpm의 영역은, 무단변속기가 없는 경우의 유효 회전rpm 구간의 상하로 크게 확장되며, 이러한 확장은 최대 차속범위의 대로 이어진다.

예를 들어 감속비가 60:1인 감속기(33)가 적용된 경우, 상기 무단변속기(31)를 채용함으로써 이용할 수 있는 변속범위는 30:1 내지 120:1로 넓어지는 것이다. 즉, 기어박스(33)를 굳이 교체하지 않더라도, 출력축(37)을 보다 저속으로 회전시키거나 또는 고속으로 회전시킬 수 있는 것이다. 이는, 슬러지의 종류나 농도 또는 유량 등에 상관없이, 가장 효율이 높은 구간에서의 모터의 운전이 가능하다는 의미이다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:원심분리장치 13:바울 13a:슬러지배출구
13b:배수구 15:스크롤 15a:바디
15b:나선날개 15c:관통구멍 17:메인모터
19:구동풀리 21:전동벨트 23:종동풀리
25:피딩파이프 27:케이싱 29:차속모터
30:전동벨트 31:무단변속기 31a:입력케이싱
31b:구동링 31c:풀리 31d:출력케이싱
31e:종동릴 31f:이송슬라이더 31g:연동로드
31h:볼지지축 31k:회전볼 31m:암사사구
31p:수나사봉 31r:헤드부 31s:롤러
31t:축홀더 31w:연결샤프트 33:기어박스
35:변속수단 37:출력축 39:센서부
41:제어부 43:메인모터인버터 45:차속모터인버터
47:스텝모터 47a:구동축 49:워엄휠
51:워엄 53:워엄구동모터 55:액츄에이터
55a:작동로드

Claims (7)

1. 내부공간을 갖는 원통의 형태를 취하며 그 일단부에 슬러지배출구를 구비한 바울과;
   상기 바울을 축회전 시키는 메인모터와;
   상기 바울의 내부공간에 축회전 가능하게 설치되는 것으로서, 관통구멍을 가지며 피딩파이프를 통해 외부로부터 투입된 슬러지를 받아 들여 상기 관통구멍을 통해 그 외부로 내보내는 중공형 바디와, 상기 바디의 주연부에 구비되고 슬러지를 상기 슬러지 배출구측으로 이송시키는 나선날개를 구비한 스크롤과;
   상기 스크롤과 간접적으로 연결되며 회전력을 출력하는 차속출력부와;
   출력축을 통해 상기 스크롤과 직결되고, 상기 바울 및 차속출력부로부터 회전력을 전달받아, 바울의 회전속도와 차속출력부의 회전속도가 조합된 회전속도의 회전력을 상기 출력축을 통해 출력하여 상기 스크롤을 회전시키는 기어박스와;
   상기 차속출력부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 차속출력부는;
   차속모터와,
   상기 차속모터와 기어박스의 사이에 설치되며 차속모터로부터 출력되는 회전력의 회전속도를 변속하여 상기 기어박스에 전달함으로써 스크롤의 변속가능 범위를 확장하는 무단변속기와,
   상기 무단변속기를 작동시키는 변속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 무단변속기는;
   상기 차속모터로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력케이싱과,
   일정직경의 링의 형태를 취하며 상기 입력케이싱에 고정되는 구동링과,
   연결샤프트를 통해 상기 기어박스에 연결되고, 상기 입력케이싱에 대해 상대 회전 가능하도록 대응 배치되는 출력케이싱과,
   상기 구동링과 동일한 사이즈를 가지는 링형부재로서, 출력케이싱에 고정된 상태로 구동링과 일정간격 이격된 종동링과,
   상기 구동링 및 종동링에 동시에 접하며, 구동링의 회전시 종동하여 구동링의 회전력을 종동링으로 전달하는 다수의 회전볼과,
   그 외주면으로 상기 회전볼을 받쳐 회전볼이 구동링 및 종동링에 접하도록 지지하는 이송슬라이더와,
   상기 변속수단과 연결되며, 이송슬라이더를, 이송슬라이더 원주를 포함하는 평면의 직각방향으로 직선 운동시키는 위치조절부와,
   상기 각 회전볼의 중심부를 통과하는 볼지지축과,
   상기 볼지지축과 이송슬라이더를 연결하며 이송슬라이더의 직선운동에 종동하여 상기 볼지지축의 기울기를 변화시키는 연동로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 이송슬라이더의 중심축에는 암나사구멍이 형성되어 있고,
   상기 위치조절부는,
   상기 암나사구멍에 나사 결합하며 입력케이싱의 외부로 연장된 수나사봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 변속수단은,
   상기 수나사봉과 접속되며 수나사봉을 축회전 시키는 스텝모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 변속수단은,
   상기 수나사봉의 단부에 고정되는 워엄휠과,
   상기 워엄휠에 치합하는 워엄과,
   상기 워엄을 축회전시키는 워엄구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 변속수단은,
   상기 수나사봉에 직결되어 수나사봉을 길이방향으로 직선운동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 피딩파이프에는,
   피딩파이프를 통해 스크롤측으로 진입하는 슬러지의 함수율을 감지하여 상기 제어부로 전달하여, 제어부로 하여금, 바울이 함수율에 따른 최적 회전수로 회전하도록 하는 센서부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 능동 변속부를 갖는 데칸터 원심분리장치.

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