KR20210018905A - 좁아지는 슬롯들을 가진 웨지 와이어 필터 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터 용도의, 특히, 액체로부터 고체 입자를 분리하기 위한 신규한 슬롯 튜브 스크린 재료를 제공한다. 본 발명에 따라 제조된 슬롯 튜브 필터 스크린은 통상적으로 제조된 슬롯 필터 튜브의 슬롯 개구 치수에 대해 좁아지는 매우 작은 슬롯 개구를 특징으로 한다. 본 발명의 슬롯 튜브 구성은 슬롯 튜브 맨틀의 일반적으로 축방향으로 배향된 평행 지지 부재들의 비틀림-회전 변형된 구성을 포함하며, 상기 지지 부재들의 프로파일 와이어의 나선형 감김부를 추가로 포함하고, 각각의 접촉 교차부에서, 견고한 용접 연결부가 교차하는 프로파일 와이어를 지지 부재에 고정한다. 소성 비틀림 슬롯 튜브 구성은 슬롯 튜브 내부에서 축방향 지지 립들이 나선형으로 비틀리는 것을 보여준다. 그 결과 프로파일 와이어의 서로 인접한 감김부들 사이에서 필터 슬롯 개구들은 현저하게 좁아지며 변형되지 않은 슬롯 튜브에 비해) 슬롯 튜브 필터 또는 스크린에서 0.020 mm 미만의 매우 작은 필터 슬롯 개구를 안정적으로 얻을 수 있다.

Description

좁아지는 슬롯들을 가진 웨지 와이어 필터 튜브

본 발명은 액체 흐름으로부터 고체 입자 물질을 분리하기 위한 필터 장치에 관한 것으로서, 수질 정화 처리, 화학 및 석유 생산 및 처리, 식품 산업 등과 같은 여러 기술 분야 및 산업 분야에서 널리 사용되며, 가령, 슬러리 탈수 및 두꺼운 점성 액체로부터 미세 입자 및 불순물 제거에 사용되는 압력 필터를 포함한다.

이에 적합한 필터 재료 및 구조는, 종종, 필터 그리드 또는 스크린 및 와이어 필터 튜브 타입으로 구성되는데, 이들은, 지지 부재들 및 밀접하지만 이격되어 배열된 프로파일 와이어를 함께 고정하여, 인접한 프로파일 와이어 요소들로 구획된 필터 슬롯 또는 간극을 형성함으로써 얻을 수 있다. 언급된 공지의 필터 구조는 본 출원인인 TRISLOT의 제품 전단지에 명확하게 설명되어 있는데, 예를 들어 2013년 10월 24일의 Trislot 서류 "Turning bright ideas into perfect screens"을 참조하라.

본 발명은, 특히, 프리즘 형태(prismatic), 바람직하게는 거의 완전한 원통형 또는 튜브 형태의 와이어 필터 튜브 ("슬롯 튜브") 구조에 관한 것이며, 이는 축방향으로 평행한 종방향 프로파일 부재의 지지 구조를 제공함으로써 형성될 수 있으며, 필터 튜브 섹션의 주변 원을 따라 배열되고; 지지 부재 주위에는 원하는 단면과 직경의 프로파일 와이어가 나선형으로 감겨 있고, 지지 프로파일 부재와 이를 둘러싸는 와이어의 각각의 교차점에서, 바람직하게는, 용접 연결, 가령, 전기 용접 (스폿-용접) 또는 레이저 용접에 의해 견고히 결부된다.

상기 잘 알려진 제조 방법은 1998년 6월 1일의 특허 공보 US 5705069에 기술되어 있는데, 특히, 도 8에서, 상기 특허는 웨지 와이어 슬롯 튜브 필터 재료로 구성된 필터 벽을 가진 스크린 바스켓이 장착된 원심 수처리용 필터 장치를 예시한다.

서로 인접한 연속 (프로파일) 와이어 감김부(winding)들 사이의 간극 또는 슬롯은, 지지 프로파일 부재들 주위에 일정한 속도로 스크린 와이어를 나선형으로 감음으로써, 필터 슬롯 튜브의 길이 방향으로 폭이 일정하게 유지된다.

슬롯 개구 수치는, 필터 튜브 또는 스크린 실린더의 분리 성능을 위해 결정되고, 주로 나선형 와이어 감김부 또는 나선형 선의 기하학적 변수(피치, 속도 등)들에 의해 정의되며, 와이어 감김부들의 프로파일 타입 또는 단면에 따라 좌우된다.

원칙적으로 임의의 적절한 와이어 프로파일 형태(원형, 정사각형, 직사각형 등)가 사용될 수 있지만, 사다리꼴 형태의 와이어 또는 웨지 형태 또는 삼각형 단면을 갖는 와이어를 사용하는 것이 일반적이며, 바람직하게는, 둥근 상측 각도 부분을 포함한다(지지 부재와의 용접 접촉이 용이함).

위에서 언급한 프로파일 와이어를 사용하면, 와이어 필터 튜브의 전체 표면에 걸친 여과 갭(filtration gap)이 필터 튜브의 한 면에 제공될 수 있으며, 필터 표면의 유동 저항을 낮춤으로써 필터 구현에 바람직한 웨지 형태의 형상을 가질 수 있고, 여과 갭의 막힘을 늦추고 막힌 필터 슬롯을 신속하게 역세척/세척하거나 깨끗한 헹굼을 가능하게 하여 필터 튜브 장치의 효율성을 향상시킨다.

본 발명의 목적은 액체 매질의 미세 입자에서 매우 미세한 입자들을 효율적으로 분리할 수 있는 슬롯 필터 튜브(slot filter tube)를 제공하는 것이다.

실제로, 슬롯 필터 튜브를 제조하는 현재의 기술을 고려할 때, 단단한 나선형 감김부 및 저항 스폿 용접을 사용하여 여전히 충분한 품질의 슬롯 튜브 필터 제품을 구현하기 위하여, 원하는 필터 슬롯 폭을 40 마이크로미터 (0.040mm) 이하, 특히 폭에서 0.020mm 이하인 간극을 여과하는 것은 기술적으로 어려우며, 사실상 균일한 필터 개구의 품질 요구 사항과 충분히 큰 여과 용량의 제공하는 것은 심각한 기술적 문제를 야기하고 더욱이 미세 슬롯 튜브 제조 자체의 생산성에 문제가 된다.

이러한 이유로 액체로부터 매우 미세한 입자 고체들은, 종종 여과 거즈(filtration gauze)와 함께 필터 슬롯 튜브를 사용하여 분리되거나 작은 메시 스크린 천(mesh screen cloth)이 다양한 여과 방법과 함께 적용된다. 하지만, 필터 시스템이 종종 기술적 문제를 야기한다는 점을 고려할 때, 상기 공정은 효율성이 떨어지고 그에 따라 액체/고체 분리가 덜 경제적이기 때문에 순수 슬롯 튜브 여과 방법에 대한 대안예로서 만족스럽지 않은 것으로 보인다.

위에서 언급한 종래 기술의 한계, 단점 및 문제점들은, 하기 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 정의된 본 발명의 필터 슬롯 튜브의 사용방법을 포함하는 본 발명에 따른 신규한 제조 방법을 적용함으로써 가장 효과적인 방법으로 해결된다.

가장 일반적인 의미에서, 그리고, 가장 넓은 범위에서, 본 발명에 따른 방법은 본질적으로 프로파일 와이어 요소에 의해 반경 방향으로 함께 고정된 축방향으로 연장되는 지지 프로파일들로 구성된 원통형 또는 프리즘 형태의 슬롯 튜브 그리드 구조로 구성되는데, 서로 인접한 반경방향 프로파일 와이어 요소들은 연속의 사이 슬롯 개구(continuous interstitial slot opening), 즉 사전결정된 원하는 폭의 여과 갭(filtration gap)은, 독립 청구항 제1항에 언급된 것과 같이, 주어진 양의 영구 소성 비틀림 변형이 달성될 때까지 외주 방향의 회전 비틀림을 받는다.

본 발명에 따라 얻어진 슬롯 튜브 구조는 슬롯 튜브의 원통형 또는 프리즘 형태의 맨틀 상에서 지지 프로파일들의 원래의 축방향으로 평행한 위치로부터 나선형 라인을 따라 지지 프로파일들을 나선형으로 배열함으로써 구현되며, 또한, 청구항 제2항에 기재된 특징들에 따라, 회전 비틀림 단계 전에 원래의 슬롯 개구와 비교하여 서로 인접한 연속 와이어 프로파일 요소 사이의 그리드/스크린 슬롯 개구들을 좁아지게 함으로써 구현된다.

본 명세서에 기재된 표현 "반경 방향으로 함께 고정된"은 축방향 지지 프로파일들 및 이들과 교차하는 반경방형 프로파일 와이어들 사이에 다양한 결합 또는 견고한 연결을 포함할 수 있다. 가장 편리한 것은 전기 저항 용접 또는 레이저 용접으로 얻을 수 있는 용접 연결이다. 하지만, 지지 프로파일 및 프로파일 와이어 사이의 각각의 교차점을 견고하게 고정하기 위해 기계적 결합 또는 접착 연결을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 기계적 결합 중에는, 핀 및 아이 연결(pin and eye connection), 매듭 또는 루프 결합 등이 있다.

통상적이고 가장 일반적인 타입의 슬롯 튜브 스크린은 원형 단면을 가진 원통형 형상을 포함하는데, 바람직하게는 완전한 원형이지만 원형 형상에 접근하는 원형 및 다각형 단면도 본 발명에 포함된다.

실제로, 본 발명의 개념은 프리즘 형태의 튜브 섹션에 동일하게 적용되며, 단면으로 고려되는 축방향으로 연장되는 평행 지지 프로파일들이 바람직하게는 정다각형의 각지점(angular point)들에 위치된다.

반경 방향으로 교차하는 프로파일 와이어들은 동일하게 거리가 이격되어 배열되고 서로 평행하게 위치되며 지지 프로파일들에 고정된 개별 환형 와이어 요소를 포함할 수 있다.

하지만, 프로파일 와이어가 단절되지 않은 경로(uninterrupted path)를 따르고, 축방향 지지 프로파일 부재 주위들 주위에서 연속 공정으로 나선형으로 연속적으로 감기는 것이 바람직하며, 지지 프로파일 및 프로파일 와이어를 교차하는 각각의 접촉부는 용접 연결에 의해 서로 견고하게 결부된다.

본 발명을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 지지 프로파일은 원하는 직경의 원형 단면을 갖는 원통형 튜브의 주변 맨틀 라인으로서 서로 평행하며 축방향 대칭 방식으로 배열되고, 연속 프로파일 와이어는 지지 프로파일 주위로 나선형으로 감기며, 중단되지 않은 와이어가 스폿 용접 연결에 의해 각각의 교차점에 영구적으로 고정된다. 본 발명에 따르면, 스폿 용접에 의한 상기 나선형 감김부 및 조립 공정에서, 사전결정된 초기 슬롯 개구 폭이 서로 인접한 프로파일 와이어 사이에 설정되며, 슬롯 형태의 튜브 스크린 또는 필터 몸체에 슬롯 형태의 스크린 튜브의 축방향으로 소성 비틀림(plastic torsion)을 제공함으로써, 필요한 최종 슬롯 개구가 구현된다.

본 발명을 수행하기 위한 적절한 방법은, 원통형 슬롯 튜브 몸체의 한 외측 단부 부분을 고정하고, 맞은편 튜브 단부 부분을 토크 모터의 클로(claw) 또는 클러치(clutch)와 연결하여, 상기 맞은편 튜브 단부 부분을 구동시켜 원통형 몸체가 영구 소성 비틀림 변형을 겪을 때까지 회전 비틀림 하는 단계를 포함할 수 있다. 그 결과, 슬롯 튜브의 주변 실린더 맨틀의 지지 프로파일의 원래 축방향과 평행한 방향은, 제공된 비틀림 회전수에 따라, 나선형 라인을 따르는 비틀림 경로로 변환되며, 상기 나선형 경로는 슬롯 필터 튜브의 축방향을 향해 가변적인 각도를 형성할 것이다.

견고한 용접 연결이 변형 불가능하고 그에 따라 서로 인접한 프로파일 와이어들 사이에서 축방향 거리에 대해 공동-결정 상태로 유지된다는 사실로 인해, 비틀림 회전의 영향 하에서, 필터 튜브 맨틀의 지지 프로파일들의 비스듬한 신축 변형(stretch deformation)이 명백하며, 비틀림 회전수는 지지 프로파일의 나선형 경로의 최종 경사 위치를 결정하고 인접한 프로파일 와이어들 사이의 슬롯 폭을 비례적으로 줄이거나 좁힌다.

이는, 본 발명이 필터 슬롯 튜브의 슬롯 폭을 제어된 방식으로 조절할 수 있음을 의미하는데, 가령, 수 인치까지 제어하여 좁힐 수 있다는 것을 의미한다.

그 결과, 본 발명은, 공지의 필터 슬롯 스크린 튜브의 필터 슬롯 개구를 감소시켜, 슬롯 튜브들이 이전에 종래 기술의 장치에서 가능했던 것보다 훨씬 더 미세한 입자들을 여과하는데 적합하게 된다.

본 발명에 따른 방법을 수행하는 그 밖의 다른 바람직한 실시예, 및 본 발명에 의해 실시되는 제품으로서 슬롯 튜브 그리드/스크린 구성요소 및 슬롯 튜브 필터 요소들은, 청구항 제1항 및 제2항을 인용하는 하나 이상의 종속항들에 기술된다.

본 발명의 본질 및 본 발명의 추가적인 특정 세부사항 및 이점들에 대한 더 깊은 이해는 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 보다 명백해질 것이며, 이는 도면들에 의해 예시되고 설명된다.

도 1A 및 1C에 도시된 하측 도면 A 및 C는 원형 단면을 가진 슬롯 튜브 필터 스크린의 각각의 투시도이다.

튜브 필터 스크린 A 및 C는 위에서 언급한 원형 단면의 외주에 위치된 축방향으로 대칭 방식으로 배열된 지지 프로파일 로드로 조립되는데,

이는 도 1A 및 1C의 중앙 부분에 있는 A-A 및 C-C 단면도에서 명확하게 도시된다.

필터 튜브 C 및 필터 튜브 A의 외측 맨틀(external mantle)은 웨지(wedge) 형태의 단면을 가진 프로파일 와이어로 구성되는데, 상기 와이어는 축방향으로 배열된 지지 프로파일 주위로 나선형으로 감겨 있으며 각각의 교차점에서 용접 연결에 의해 견고하게 고정된다.

도 1A는 슬롯 튜브 A를 예시하는데, 웨지 프로파일 와이어의 평평한 면이 튜브 외부로 안내되고(둥근 상측 각도의 웨지 섹션이 지지 프로파일 로드에 스폿-용접됨), 서로 인접한 프로파일 와이어 감김부들 사이의 사이 필터 슬롯 개구가 슬롯 필터 튜브의 외부로부터 내부로의 흐름 방향으로 넓어진다.

도 1C의 슬롯 필터 튜브 C 예는 반대 상황을 보여주는데, 여기서는, 웨지 프로파일 와이어의 평평한 하측 면이 지지 프로파일 로드들에 용접-연결되고, 인접한 웨지 프로파일 와이어 감김부들은 슬롯 필터 튜브의 내부로부터 외부로의 흐름 방향으로 넓어지는 사이 필터 슬롯을 구획한다(delimit).

도 1A의 A-A 및 도 1C의 C-C는, 각각, 필터 튜브 A 및 필터 튜브 C의 축방향 및 종방향 단면도를 도시하는데, 상세도인 A1 및 C1은 슬롯 필터 튜브 A 및 슬롯 필터 튜브 C가 회전 비틀림에 의해 영구적으로 비틀림 변형을 겪기 전에 폭 "a"를 가진 초기 필터 슬롯 개구를 명확하게 보여준다.

도 1B 및 1D는 라인 B-B 및 D-D를 따라 절단한 종방향 단면도로서, B1 및 D1은 슬롯 튜브 B 및 D를 보다 상세하게 도시하며, 슬롯 필터 튜브의 슬롯 개구 폭 "b" 및 튜브 필터 몸체의 외측에 제공되는 비틀림 회전으로 인해, 내부에 배열된 지지 프로파일의 나선형 비틀림을 보여준다.

본 발명이, 도면에 예시되고 위에 기술된 슬롯 튜브의 예시적인 실시예들에만 제한되지 않는다는 것은 자명하다.

좁아지는 슬롯 개구들을 가진 평평한 필터 스크린 요소들은 상기와 비슷한 방식이지만 보다 단순하게 제조될 수 있는데, 예를 들어, 비틀림 회전에 의해 구현된 좁아지는 슬롯 개구들이 제공된 튜브 슬릿 스크린으로부터 시작하여, 튜브 몸체를 커팅/개방하고 평평하게 하여, 슬롯 튜브 재킷 맨틀(slot tube jacket mantle)을 형성한다.

본 발명에 따라 구현된 좁아지는 슬롯 개구들을 가진 쇠살대 요소(grating element) 또는 곡선 및 평평한 스크린 뿐만 아니라 이들의 작업 공정과, 필터 장치 및 시스템 내에서 이들이 사용되는 사용방법도, 하기 청구항들에 기재된 특징들에 따른 본 발명의 보호 범위 내에 있다.

고체/액체 필터 분리를 위해 슬롯 튜브 필터를 제조하기 위해 사용되는 재료는, 액체 매질(liquid medium)의 부식을 견디기에 적합한 타입으로 구성된 스테인리스 스틸로부터 대부분 선택되거나, 및/또는 관련 산업 부문, 가령, 예를 들어, 식품 산업에 제공되는 특정 사용 조건(위생, 독성 등)을 충족하는 특정 등급의 스테인리스 스틸을 필요로 한다.

하지만, 본 발명은, 정상적으로 사용되는 스테인리스 스틸 합금에만 제한되는 것이 아니라, 그 밖의 다른 금속 및 금속 합금, 가령, 구리, 니켈, 알루미늄 및 이들의 합금과, 가령, 예를 들어 모넬(CuNi) 및 티타늄, 특수 금속 합금, 가령, 초합금을 포함할 수 있으며, 상기 내식성 금속 및 합금은 프로파일 와이어 등의 프로파일 부재까지 가공될 수 있으며, 용접에 의해 상호연결될 수 있다.

Claims (8)

1. 미세 필터 슬롯 개구를 조절할 수 있는 슬롯 튜브, 특히, 슬롯 튜브 (스크린) 필터를 제조하기 위한 방법으로서, 축방향으로 연장되는 지지 프로파일들로 구성된 상호연결된 기본 요소들로 조립된 종래 기술의 공지의 슬롯 튜브 조립체로 구성되며, 상기 지지 프로파일들은 서로 교차되는 각각의 교차점에 견고하게 고정되는 프로파일 와이어의 반경 방향으로 교차되는 와이어 감김부들로 주위에 감겨지고, 서로 인접한 프로파일 와이어 감김부들은 사이에 배열되며 연속적인 (필터) 슬롯 개구를 구획하고 형성하며, 종래 기술의 공지의 슬롯 튜브는 회전 비틀림에 의해 비틀림 변형되며, 슬롯 튜브 맨틀은 소성 비틀림 영역 내에서 적절한 회전수 만큼 슬롯 튜브 축에 대해 비틀려서, 원하는 최종 슬롯 개구 폭에 도달할 때까지 또는 초기 (필터) 슬롯 개구가 요구치로 좁아질 때까지, 축방향 지지 립이 영구적으로 비틀리게 되는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브 제조 방법.
2. 제1항에 따른 방법에 의해 구현된 슬롯 튜브 또는 슬롯 튜브 필터에 있어서, 종래 기술의 공지의 슬롯 튜브의 맨틀 프로파일 또는 평행하고 축방향으로 안내된 지지부의 원래 배치는, 나선형 라인들을 따르는 지지 프로파일의 비틀림 변형 패턴을 보여주며, 이는, 도 1A 내지 1D에 도시된 것과 같이, 프로파일 와이어의 인접한 감김부들 사이에서 좁아지는 슬롯 개구와 조합되는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.
3. 제2항에 있어서, 좁아지는 슬롯 개구는 0.040mm 보다 작은, 특히 0.020mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 프로파일 와이어는 축방향으로 안내되는 지지 프로파일 립 주위로 주어진 속도(pace) 및 피치 변수(pitch parameter)로 나선형으로 감기고, 각각의 교차점에서, 용접 연결, 기계적 고정연결 또는 접착 결합으로부터 선택되고, 바람직하게는 전기 저항 용접, 가령, 스폿-용접 또는 레이저 용접에 의해 구현되는 야금학적 용접 연결을 포함하는 연결 방법에 의해, 프로파일 와이어 및 지지 립 사이가 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 와이어는 원형, 평평하거나 또는 다각형의 단면으로부터 선택된 단면을 포함하며, 바람직하게는 웨지, 사다리꼴, 또는 삼각형 형태의 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯 튜브 몸체는 원형 단면, 난형(oval) 또는 거의 원형의 둥근 단면, 정다각형 또는 원에 가까운 둥근 다각형 형태로부터 선택된 단면을 가지며, 바람직하게는 완전한 원의 원주를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 와이어는 둥근 상측 각도를 가진 삼각형 형태 또는 웨지 형태의 단면을 포함하며, 삼각형 또는 웨지 형태의 와이어의 둥근 상부 또는 평평한 면은 지지 프로파일 부재를 가진 견고한 용접 연결부를 형성하며, 서로 인접한 프로파일 와이어들 사이의 슬롯 개구는 넓어지는 간극 또는 좁아지는 (웨지) 개구로서 선택된 흐름 방향으로 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.
8. 제1항 따른 방법으로 얻거나 또는 제2항에 따른 슬롯 튜브를 사용함으로써 얻어지는, 좁아지는 필터 슬롯 개구를 가진 평평한 그리드/스크린 필터 요소에 있어서, 비틀림 슬롯 튜브가 종방향으로 절단 개방되어, 일정 평면에 형성되고 평평하게 되어, 평평한 그리드/스크린 필터 패널들이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 튜브.

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