KR100857593B1

KR100857593B1 - 고온 압착식 여과판 및 이를 장착한 필터프레스

Info

Publication number: KR100857593B1
Application number: KR1020070065246A
Authority: KR
Inventors: 나은수; 서완철
Original assignee: 나은수
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2008-09-09

Abstract

본 발명은 고온 압착식 여과판 및 이를 장착한 필터프레스에 관한 것으로, 상기 여과판은 두께가 얇은 금속재로 이루어지며 중앙에 관통공이 구비된 중앙격벽; 열매체공급수단으로부터 열매체를 공급받거나 열교환된 열매체를 배출하도록 상기 중앙격벽에 형성된 관통공을 중심으로 상호 대칭되게 설치되는 열매체공급관 및 배출관; 열매체가 공급될때 상기 중앙격벽이 설치된 직각방향으로 팽창 또는 수축가능한 금속재로 이루어지록 중앙격벽 양측에 설치되는 금속재의 다이어프램; 복수개의 여과판이 가압 밀착시 각 여과판 사이에 상기 다이어프램의 외측으로 일정한 높이의 여실공간부(Chamber)가 형성되도록 다이어프램의 외측에 설치되는 금속재의 외곽프레임 및 상기 외곽프레임의 외측 테두리부를 감싸도록 설치되는 결합프레임;을 포함하도록 구성되어 종래보다 고온의 열매체 공급으로 슬러지케이크의 수분함수율을 현저히 낮출 수 있는 여과판 및 이 여과판이 설치된 필터프레스를 제공하도록 한다.

필터프레스, 여과판, 슬러지케이크, 다이어프램, 압착식

Description

고온 압착식 여과판 및 이를 장착한 필터프레스{Filter Plate of Heating and Pressurizing and Filter Press Equipped with the Plate}

도 1은 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판의 외관사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 고온 압착식 여관판의 측면 분해도이며,

도 3은 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판에서 중앙격벽을 기준으로 중앙격벽 일측으로 결합되는 각 구성의 분해사시도이며,

도 4a, 4b는 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판에 구비된 다이어프램의 일실시예와 다른 실시예의 정면도이며,

도 5a는 도 1의 본 발명에 따른 여과판 두개가 상호 밀착된 상태의 종단면도,

도 5b는 도 5a에 열매체가 공급되어 다이어프램의 팽창으로 여과판 사이에 위치하는 슬러지케이크가 압착되는 상태를 도시한 여과판의 종단면도이며,

도 6은 본 발명에 따른 여과판이 장착된 필터프레스의 개략적인 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명

F : 여과판 M : 열매체

S : 슬러지케이크 V : 여실공간부(Chamber)

10 : 중앙격벽 11 : 여과포

12 : 슬러지공급구 13 : 관통공

14 : 열매체공급관 15 : 챔버댐퍼(chamber damper)

16 : 열매체배출관 20 : 여액배출구

30 : 다이어프램(Diaphragm) 31 : 열매체채움공간부

32 : 팽창부 40, 40a : 가스켓

50 : 외곽프레임 54 : 관통홀

55 : 결합프레임 60 : 고정공

80 : 고무코팅층 100 : 필터프레스

110 : 고정프레임 120 : 유압유닛트

130 : 가동가압판 140 : 열매체공급수단

150 : 슬러지공급수단 160 : 진공여액배출수단

본 발명은 고온 압착식 여과판 및 이를 장착한 필터프레스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 산업분야의 생산공정 및 수처리공정에서 고액분리 및 탈수에 적용되는 필터프레스용 여과판에 고온의 작동유체 공급시 여실공간부(Chamber)내의 슬러지 가열 및 압착이 동시에 이루어지도록 하여 슬러지 케이크의 점성저항을 크게 낮추어 여액의 원활한 배출이 가능하도록 여과판의 열전달 및 압착 작동부인 다이어프램 및 중앙격벽을 금속제로 구성시킨 고온 압착식 여과판 및 이를 장착한 필터프레스에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야의 필터프레스는 환경, 화공, 식품, 토목, 건설 분야 등의 생산과정이나 수처리 분야에서 고액분리와 탈수과정에 사용되는 장치로 널리 이용되고 있다.

이러한 필터프레스는 다수개의 압축여과판을 이동가능하게 고정시킨 상태에서 일측에 설치된 가동부를 소정의 유압유닛트를 이용하여 복수개의 여과판을 일측으로 압착시킨 후에 각 여과판 사이에 각종 산업분야의 생산 및 가공처리분야에서 발생된 슬러지를 일정 고압으로 공급하여 액체와 고체를 1차 분리시킬 수 있도록 구성되었다.

필터프레스에 설치되어 일측으로 가압 밀착된 상태를 유지하고 있는 각 여과판 사이로 공급된 슬러지에서 액체와 고체의 원활한 분리와 액체에서 분리된 고체 형태의 탈수케이크에 포함된 수분을 2차로 줄이기 위해 각 여과판의 중앙부에 위치하고 있는 중앙격벽의 양 측면에 고무나 폴리프로필렌 재질의 팽창막이 결합되어 있고, 상기 중앙격벽 및 팽창막을 감싸도록 여과포가 결합되어 있어 슬러지공급수단에서 일정한 압력으로 공급되는 슬러지가 각 여과판 사이의 여실공간부(Chamber)에서 1차 여과(Pumping Filtration)된 후에 별도로 구비된 열매체공급수단에서 공 급되는 열매체(스팀 또는 고온수)에 의해 상기 팽창막을 팽창시켜 고온 고압의 열매체와 슬러지케이크 사이에 열교환이 이루어짐으로써 슬러지케이크의 2차 탈수 및 건조가 이루어지도록 구성되었었다.

그러나, 종래 대부분의 여과판에 제공되어 슬러지 케이크의 2차 탈수 및 건조를 유도하는 고온의 열매체의 경우, 통상 70～80℃ 정도의 열유동매체를 사용하는 경우가 일반적이었다.

즉, 종래의 압착 여과판의 경우, 고온 고압의 열매체 제공시 각 여과판 사이의 여실에 채워진 슬러지케이크를 압착할 수 있도록 일정범위 이내에서 팽창 가능한 신축성있는 재료로 구성되어야 했기 때문에 통상 고무재나 폴리프로필렌계의 합성수지를 이용하였었다.

그러나, 슬러지케이크의 2차 탈수 및 건조효율을 상승시키기 위한 직접적인 방법은 슬러지케이크의 점성을 낮추어 유로를 형성하여 여액이 용이하게 배출될 수 있도록 하는 것이어서, 이를 위해 열매체의 온도를 상승시키는 쪽으로 기술개발이 이루어져 왔었다.

하지만, 상술한 바와 같이 종래의 팽창막이 고무나 폴리프로필렌계의 합성수지제를 이용하고 있었기 때문에 열매체의 온도를 70～80℃ 정도까지만 유지시킬 수 밖에 없었으며, 효율을 향상시키기 위해 온도를 높이 올릴 필요가 있으나, 통상 이 온도범위를 넘어가게 되면 고무나 폴리프로필렌으로 구성된 팽창막이 물성변화가 초래되어 한계점에 도달하게 되고(고온 적용시), 저온에서도 통상적인 압착압력 적용시 압착 여과판의 수명이 단축되는 문제점이 있었기 때문에 고온의 열매체를 이 용하는데 한계가 있어 슬러지케이크의 함수율을 낮추는데 한계에 도달할 수 밖에 없었다.

또한, 슬러지 케이크의 고온효과를 높이기 위한 다른 운용기술로써, 기존의 압착여과판 사이사이에 단순한 열판을 끼워 넣지만, 이것 역시 2차 가압이 불가능하여 2차 압착여과는 기존의 여과판에서 이루어지기 때문에 1개의 단면 압착으로 인하여 압착효과가 적을 뿐만 아니라 열적 피로현상 때문에 5bar정도의 가압력으로 가압수의 압착이 가능하여 장기 운전시 여과판의 수명이 절반수준으로 떨어지게 된다.

또한, 탈수된 하수슬러지 케이크의 경우, 함수율에 따라 슬러지케이크의 부피/중량에 큰 차이가 발생하게 되는데, 통상 함수율이 65％정도 수준에 도달하게 되면 압착여과판의 해쇄시 자중에 의해 압착여과판의 표면부로부터 케이크 박리가 동시에 이루어지게 되는데, 만약 케이크의 함수율이 불량할 경우에는 압착여과판으로부터 탈수 케이크의 분리가 원활하게 이루지지 않게 되어 압착여과판의 해제시에 압착여과판의 표면에 부착된 탈수케이크를 탈리시키기 위한 스크래파나 진동을 이용한 별도의 케이크 박리장치를 종래의 필터프레스에 추가하여야 하므로 인해서 기계장치의 구성이 복잡해지고, 장치가 고가로 제작되어 생산단가가 상승되는 요인으로 작용하는 단점이 있었다.

본 발명은 종래 필터프레스의 단점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 본 발명 은 각종 슬러지를 압착시켜 탈수시키는 압착 여과판의 주요 구성부를 금속재로 구성하여 종래보다 훨씬 높은 고온(150℃ 이상)의 열매체 제공이 가능하여 슬러지케이크의 함수율을 최소화시킬 수 있는 고온 압착식 여과판과 이를 장착한 필터프레스를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고온의 열매체를 이용하더라도 압착 여과판의 각부 구성이 물성변화가 일어나는 것을 방지하여 장치의 내구성을 향상시키고 장치의 간단화를 지향할 수 있는 고온 압착식 여과판 및 이를 장착한 필터프레스를 제공하고자 하는데 그 목정이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주요 구성부를 금속재로 구성하여 고온(150℃ 이상 가능), 고압의 열매체 제공이 가능한 고온 압착식 여과판(1)과 이를 장착한 필터프레스(2)에 관한 것이다.

(1) 고온압착식 여과판

본 발명에 따른 고온 압착식 여과판은 중앙부에 일정크기의 슬러지공급구가 형성되고, 내측 각 모서리부에 여액배출구가 구비되며, 외측으로 여과포가 씌워져 복수개가 상호 가압 밀착된 사이로 공급된 슬러지를 1차 탈수시킴과 동시에 별도로 구비된 고온 고압의 열매체공급수단에서 공급되는 열매체에 의해 2차 탈수 및 건조 시킬 수 있도록 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판은 중앙부에 일정 크기의 관통공이 형성되어 얇은 금속재로 이루어지는 중앙격벽과, 상기 중앙격벽의 양측면에 결합되며 중앙부에 슬러지공급구가 구비된 금속재의 다이어프램(Diaphragm)과, 상기 중앙격벽과 다이어프램의 외측테두리부를 감싸 기밀성이 유지되도록 하는 외곽프레임과 결합프레임이 결합되느 구성으로 이루어진다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 상기 중앙격벽은 내구성이 강한 금속재로 이루어지는 것으로, 바람직하게는 통상 3～5mm의 두께를 갖는 알루미늄재질로 이루어지며, 그 중앙부에는 일정 크기의 관통공이 형성되며, 필요에 따라 그 표면에는 좌우로 관통된 열매체통기공이 복수개 형성되어 공급된 열매체가 중앙격벽 좌우 양측으로 신속히 이동될 수 있는 구조를 제공한다.

또한, 상기 중앙격벽과 다이어프램 사이의 공간부에는 소정의 고온 고압의 열매체를 공급 및 배출하는 열매체공급관 및 배출관이 설치되는 것으로, 상기 열매체공급관 및 배출관은 그 내측 선단부가 상기 중앙격벽의 중앙부에 형성된 관통공 내주연까지 연장 형성될 수 있으며, 상기 열매체공급관과 배출관은 관통공을 중심으로 상호 대칭되게 설치되는 것이 바람직하고, 고온 고압의 열매체가 출입되므로 온도와 내부식성에 강한 재질로 이루어지며, 그 직경은 여과판의 크기나 공급되는 열매체의 종류에 따라 다양하게 제작되어 설치될 수 있다.

또한, 상기 다이어프램은 중앙격벽과 마찬가지로 내구성, 특히 고온 고압의 열매체 공급에 따른 팽창 및 수축시 발생되는 반복적인 피로응력에 강한 금속재로 이루어지며, 그 두께는 1～2mm정도의 박판으로 구성되고, 중앙부에는 상기 중앙격벽에 형성된 관통공보다 다소 작은 직경을 갖는 슬러지공급구가 형성된 구조로 이루어진다.

상기 다이어프램은 중앙격벽의 양측에 각각 설치되는 것으로, 중앙격벽의 양측에 설치시 중앙격벽의 관통공을 통해 상호 연결되거나 슬러지공급구애 형성된 슬러지공급관의 외주연에 상호 긴밀히 결합되는 구조로 이루어져 상기 열매체공급관을 통해 공급되는 열매체가 중앙격벽의 좌우측에 채워지는 열매체채움공간부가 형성되도록 구성된다.

또한, 상기 다이어프램은 공급된 고온 고압의 열매체에 의해 양측으로 팽창 또는 수축이 원활하도록 양측 표면에 슬러지공급구가 형성된 중앙부에서 외측테두리부를 향해 일정한 형상의 팽창부가 형성된 구조로 이루어진다.

상기 팽창부는 나선형 모양이나 물결선, 동심원, 격자형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 그 구조는 요철부로 이루어지는 것이 바람직하지만 요철부 이외에도 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 요철부 구조로 팽창부가 형성된 경우에는 중간중간에 요철부가 압착되어 요철부에 의해 압착된 슬러지케이크에서 배출되는 여액이 요철부 사이를 용이하게 빠져나가 여과판 외측으로 배출되도록 눌림부가 형성된 구조로 이루어진다.

또한, 상기 외곽프레임은 양측 다이어프램의 외측으로 결합되어지되, 다이어 프램의 표면과 외곽프레임의 외측테두리 사이에 일정간격이 형성되어 복수개의 여과판이 가압 밀착될때 다이어프램의 외측으로 일정한 높이의 여실공간부(Chamber)가 형성되도록 8～12mm 정도 두께의 금속재로 이루어지며, 상기 결합프레임은 외곽프레임의 외측 테두리부를 감싸 여과판 전체의 외측테두리부가 기밀성이 유지되도록 결합된다.

이와 같은 기본적인 구성에 더불어 상기 중앙격벽의 양측면으로부터 다이어프램이 일정한 단차가 유지되면서 설치되도록 상기 중앙격벽과 다이어프램 사이에4～7mm 정도의 챔버댐퍼(chamber damper)가 추가로 설치되며, 상기 양측 챔버댐퍼와 다이어프램 사이 및 다이어프램과 외곽프레임의 사이에는 기밀성을 향상시키기 위한 1～2mm 두께의 가스켓이 설치되는 구성으로 이루어지며, 결합프레임이 결합된 여과판의 표면 및 외측테두리나 슬러지공급구가 형성된 내주연 선단부측에는 일정두께의 고무코팅층이 10～15mm 정도의 두께로 형성된다.

(2) 고온 압착식 여과판이 장착된 필터프레스

본 발명에 따른 고온 압착식 필터프레스는 수분을 함유한 슬러지를 압착하기 위해 여과포가 씌워진 다수개의 상술한 여과포가 수직으로 설치되고, 상기 여과판의 일측에는 일정한 압력(150 ～200kg/㎠)으로 가동가압판을 가압하여 설치된 복수개의 여과판들을 일측으로 가압하는 피스톤이 구비된 유압유닛트가 구비되며, 상기 여과판의 중심부를 관통하여 설치된 슬러지공급관을 통해 슬러지를 공급하는 슬러 지공급수단과, 각 여과판의 사이에 공급된 슬러지로부터 배출되는 여액을 배출시키는 여액배출수단 및 슬러지케이크의 압착시 발생되는 여액을 배출하기 위한 진공여액배출수단과, 상기 각 여과판에 고온의 열매체를 공급하기 위한 열매체공급수단 등을 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 필터프레스에 구비되는 열매체공급수단은 일정 온도 이상의 압력수나 고온의 스팀을 제공하기 위한 가열수단, 바람직하게는 보일러가 구비될 수 있으며, 저온의 압착수를 공급할 수 있는 수온/수압조절용 고온가압기가 구성되는 경우에는 상기 수온/수압조절용 고온가압기에 부스터펌프가 포함되어 구성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면과 실시예를 참조하면서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

그러나, 첨부된 도면과 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되지는 아니할 것이며, 이러한 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 당업자에 의해 실시 가능함은 당연하다 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판의 외관사시도를 간단히 도시하고 있는 것이며, 도 2는 본 발명에 따른 여과판의 구성을 더욱 알아보기 쉽도록 여과판의 일실시예 구성을 분리 도시한 측면도이다.

또한, 도 3은 중앙부에 위치하는 중앙격벽(10)을 기준으로 좌우 양측으로 상 호 대칭되게 구성되는 본 발명의 여과판 구성중 중앙격벽(10)의 일측 부분에 대한 각 구성의 분리사시도를 도시하고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판(F)은 복수의 구성이 일체로 결합되어 하나의 여과판을 구성하는 것으로, 중앙부에는 슬러지를 공급하기 위한 슬러지공급구(12)가 형성되어 있으며, 각 구성의 외측테두리 내측에는 일정개소에 복수개의 여액배출구(20)가 동일한 크기 및 위치로 형성되어 각 구성이 일체로 결합되는 경우 서로 다른 구성에 형성된 여액배출구가 연속적으로 연통되어 하나의 여액배출로를 형성할 수 있도록 구성된다.

도 2 및 도 3을 참조하면서 본 발명에 따른 여과판의 구성에 대한 각 부위를 더욱 상세하게 설명하면, 여과판(F)의 중앙부는 일정 두께(약 4～7mm정도)의 금속재(바람직하게는 알루미늄재)로 이루어지며 평판구조를 갖는 중앙격벽(10)이 설치되며, 상기 중앙격벽(10)을 기준으로 좌우 양측으로 동일한 구성의 부품이 각각 결합되어 하나의 여과판을 구성하게 된다.

본 발명에 따른 여과판의 전체 구성을 간단히 설명하기 위해, 중앙격벽(10)의 일측에 대한 각 구성의 분리사시도를 도시하고 있는 도 3을 참조하면서 중앙격벽(10)의 일측 구성만을 설명하기로 하며, 중앙격벽(10)의 반대측에도 이와 동일한 구성으로 이루어짐은 당연하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

즉, 여과판(F)의 중앙부에 위치하는 상기 중앙격벽(10)은 두께가 비교적 얇은 3~5mm정도의 금속 박판재로 이루어지며, 중앙부에는 일정크기의 관통공(13)이 형성되어 있고, 외측테두리부에는 다수개의 고정공(60)이 일정간격으로 형성된다.

또한, 상기 중앙격벽(10)의 일측 외측테두리부에는 상기 중앙격벽(10)보다 다소 두꺼운 4~7mm 정도의 챔버댐퍼(15; chamber damper)가 결합되어 상기 중앙격벽(10)의 표면으로부터 챔버댐퍼(15)의 두께만큼 일정한 단차가 형성될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 중앙격벽(10)과 챔버댐퍼(15) 사이에는 중앙부에 관통 형성된 슬러지공급구(12)를 기준으로 상호 대칭되게 원통형 파이프 형상의 열매체공급관 및 배출관(14)(16)이 각각 설치되며, 상기 챔버댐퍼(15)의 외측으로는 1~2mm 정도의 두께를 갖는 가스켓(40)이 각각 결합되며, 상기 가스켓(40)의 외측으로는 중앙격벽(10)과 유사한 형태로 중앙부에 일정크기의 슬러지공급구(12)가 관통된 다이어프램(30; Diaphragm)이 결합된다.

또한, 상기 다이어프램(30)의 외측으로는 약 10mm정도의 두께를 갖는 금속재의 외곽프레임(50)이 결합되는 것으로, 상기 외곽프레임(50)은 복수개의 여과판(F)이 상호 가압 밀착되었을때 각 여과판 사이에 슬러지가 채워지고 상기 다이어프램이 열매체 공급으로 좌우 팽창/수축할 수 있는 충분한 여실공간부(Chamber)를 제공하도록 하며, 상기 다이어프램이 고온 고압의 열매체 공급으로 팽창하여 여실공간부에 채워진 슬러지케이크를 압착할 때 흘러나오는 여액을 배출할 수 있도록 외측테두리부 내측 일정 개소에 복수개의 여액배출구(20)가 형성된 구조로 이루어지며, 상기 여액배출구(20)에는 여액의 유입이 가능하도록 한개 이상의 관통홀(54)이 형성된다.

또한, 상기 다이어프램(30)과 외곽프레임(50)의 외측테두리부 사이에는 상술한 가스켓(40)과 동일한 구조로 이루어진 또 다른 가스켓(40a)이 결합되어 기밀성이 충분히 유지되도록 구성되는 것으로, 상기 가스켁(40)(40a)은 내마모성과 내부식성이 강한 금속재나 섬유재, 엔지니어링 플라스틱 등 어느 하나로 구성될 수 있다.

또한, 상기 외곽프레임(50)이 결합된 테두리부에는 최종적으로 결합프레임(55)이 결합되어 각 구성의 외측테두리부를 소정의 체결수단에 의해 일체로 결합시키면서 각 구성간에 밀폐성능을 향상시킬 수 있도록 하며, 상기 결합프레임(55)의 내측 모서리부와 다이어프램(30)이 접하는 경계부 및 다이어프램(30)의 슬러지공급구 선단부 등에는 강화고무 등을 이용한 고무코팅층(80)이 형성되어 전체 여과판의 기밀작용과 각 구성부품의 결합응력을 해소할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 복수개의 구성 각각은 외측테두리부에서 상호 긴밀하게 압착되어 기밀이 유지되도록 일체로 결합되어 하나의 여과판을 구성하게 되는데, 여과판을 이루는 각 구성은 양측 다이어프램(30)의 팽창으로 슬러지케이크에서 배출되는 여액이 여과판 외측으로 배출될 수 있도록 상기 외곽프레임(50)의 여액배출구(20)의 개수와 크기 및 위치가 일치하는 여액배출구가 각 외측테두리부 내측에 형성되어 복수 구성의 여액배출구가 하나의 연속된 여액배출로를 형성할 수 있도록 구성된다.

상기 각 구성들의 외측테두리부에는 소정의 체결수단이 관통 설치되어 각 구성간을 견고히 결합시킬 수 있도록 하는 고정공(60)이 관통 형성되어 각 구성의 조립이 편리하도록 구성된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 여과판의 구성중 하나의 특징부인 상기 다이어프램(30)의 일실시예 및 다른 실시예의 정면도와 일부 확대도를 도시하고 있다.

상기 다이어프램(30)은 열매체의 공급에 따라 반복적인 팽창 및 수축에 따라 축적될 수 있는 피로응력에 강한 금속재로 이루어져 고온 고압의 열매체 공급시 여과판의 설치방향에 대해 직각방향인 좌?우측으로 수축 및 팽창이 가능하도록 구성된다.

상기 금속재의 다이어프램(30)의 표면부가 열매체 공급에 따른 효과적인 팽창과 수축이 이루어질 수 있도록 그 중앙부에 관통 형성된 슬러지공급구(12)측에서 외측테두리방향으로 향하는 팽창부(32)가 형성되어 있다.

상기 팽창부(32)는 도 4a의 나선형 모양이나 도 4b의 물결선 모양, 또는 이외에도 동심원 모양이나 격자형 모양 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 그 구조는 요철부 형태를 갖도록 이루어지는 것이 바람직하며, 요철부 구조로 상기 팽창부(32)가 형성된 경우 요철부 중간 중간부에 슬러지케이크의 압착시 배출되는 여액 이 요철부를 통과하여 원활하게 배출될 수 있도록 일정간격으로 눌림부(33)가 형성되어 있다.

한편, 도 5a는 본 발명에 따른 여과판이 필터프레스에 설치되어 일측으로 가압 밀착되었을때, 2개가 여과판이 상호 밀착되어 있는 상태를 도시한 종단면도이고,도 5b는 도 5a에서 여과판(F)에 열매체(M)가 공급되어 여과판 사이에 위치하는 슬러지케이크(S)를 압착하는 상태를 가상한 다이어프램(30)의 팽창상태 단면도를 각각 도시하고 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 각 여과판(F)의 중앙부에 위치하는 중앙격벽(10)의 일측으로 일정길이의 열매체공급관(14) 및 열매체배출관(16)이 상호 대칭되게 설치되어 있으며, 중앙격벽(10)의 양측에 결합되는 다이어프램(30)은 그 표면에 요철형상의 팽창부(32)가 형성된 구조로 이루어져 있으며, 양측 다이어프램(30)의 외측을 감싸도록 중앙 슬러지공급구(12)를 관통하여 여과포(11)가 각각 씌워진다.

상기 중앙격벽(10)의 양측에 위치하는 다이어프램(30)의 내측 선단부는 슬러지공급구(12)에 설치된 슬러지공급관(35)의 외주연에 접합되어 중앙격벽(10)의 관통공(13) 부위와 양측 다이어프램(30)의 내측 사이에 열매체를 채울 수 있는 하나의 밀폐된 열매체채움공간부(13)가 형성되는 구조로 이루어진다.

한편, 도 5a에는 중앙격벽(10)을 중심으로 좌우 양측에 위치하는 다이어프램(30)이 슬러지공급구(12)를 관통하여 설치되는 슬러지공급관(35)의 외주연에 접 합되어 기밀성이 유지되는 열매체채움공간부(31)와 각 여과판(F)이 가압 밀착된 경우 그 사이에 형성된 여실공간부(V)의 구성 실시예를 도시하고 있다.

상기 슬러지공급관(35)이 별도로 구비되지 않은 경우에는 중앙격벽(10)의 좌우 양측에 위치하는 각 다이어프램(30)의 내주연 선단부가 관통공(13)을 경유하여 상호 연결됨으로써 슬러지공급구(12)와 차단되는 구조로도 구성될 수 있으나, 이에 대한 실시예의 도면과 설명은 본 발명의 실시예를 참고하여 당업자에 의해 용이하게 실시할 수 있으므로 본 발명에서는 생략하기로 한다.

또한, 도 5b는 도 5a와 같이 구성된 여과판(F)의 사이에 열매체공급관(14)을 통해 고온 고압의 열매체가 공급되는 경우를 도시하고 있다.

즉, 도 5b와 같이 열매체공급관(14)을 통해 고온 고압의 열매체(M)가 공급되면, 중앙격벽(10)의 양측으로 설치된 금속제의 다이어프램(30)은 외측으로 팽창하게 되고, 다이어프램(30)의 팽창은 각 여과판(F) 사이의 여실공간부(V)에 위치하고 있는 슬러지케이크(S)를 압착하면서 슬러지케이크와의 접촉을 통해 열교환이 이루어지면서 슬러지케이크에 함유되어 있는 수분을 탈수 및 건조시킬 수 있도록 한다.

이와 같이, 열매체(M)의 공급으로 다이어프램(30)이 팽창하여 각 여과판(F) 사이에 형성된 여실공간부(V)의 슬러지케이크(S)가 압착되어 여액이 배출되는 경우, 각 여과판(F)의 외측테두리부 내측에 형성된 여액배출구(20)를 통해 여과판(F)의 외측으로 여액이 배출하게 된다.

상술한 도 5a 및 도 5b에서는 여과판(F)에 공급되는 열매체(M)가 열매체공급 관(14)으로 공급되고, 열매체배출관(16)으로 배출되는 실시예로 도시되었으나, 이러한 방법 이외에도 여과판의 양측으로 동시에 열매체가 공급되거나 배출되는 구조, 즉 상술한 열매체공급관과 배출관이 하나의 공급관 또는 배출관으로 동시에 동작될 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 여과판(F)이 설치된 필터프레스(100)의 개략적인 예시도가 도 6에 도시되어 있다.

본 발명에 따른 고온압착식 필터프레스는 상술한 본 발명의 여과판을 이용하여 구성되는 특징을 갖는 것으로, 기타 통상적으로 가압식 필터프레스에 구비되는 기본적인 구성 및 이에 대한 상세한 설명은 공지된 필터프레스의 기술을 인용하여 당업자에 의해 용이하게 실시할 수 있을 것이어서, 본 발명에서 통상적인 필터프레스에 구비되는 구성이나 동작에 대한 자세한 내용은 그 설명을 생략한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 압착식 필터프레스는 복수개의 상기 여과판(F)이 수직으로 고정 설치되고, 고정 설치된 상기 여과판(F)의 일측에는 가동가압판(130)이 설치되며, 가동가압판(130)은 본체 일측에 설치된 유압유닛트(120)에 의해 일정한 유압(150~200kg/cm²)으로 동작되어 상기 여과판(F)을 일측으로 가압하여 각 여과판(F) 사이에 소정의 여실공간부(chamber)가 형성되도록 하며, 상기 각 여과판(F)의 상하 양측에는 열매체공급수단(140)에 의해 고온 고압의 열매체를 공급할 수 있는 열매체공급관(14) 및 배출관(16)이 각각 구비되며, 상기 여과판(F)의 중심부로 슬러지를 공급할 수 있도록 슬러지공급수단(150)이 각 여과판의 중앙부에 형성된 슬러지공급구와 연결 설치된 구성으로 이루어진다.

또한, 공급된 열매체가 사용된 후에 열매체배출관(16)의 스팀트랩으로 배출된 여액은 드레인리저버(16a)를 통해 열매체가열수단으로 재공급되며, 다이어프램의 고온압착후 슬러지케이크에서 배출되는 여액은 일측에 설치된 진공여액배출수단(160)을 통해 배출되는 구성으로 이루어진다.

상기 열매체공급수단(140)의 경우, 각 여과판(F)에 구비된 열매체공급관(14)으로 열매체의 한 종류로서 고온의 스팀을 일정온도(100~200℃)와 일정압력(3~20kg/cm²)으로 공급할 수 있도록 구성되며, 상기 각 여과판에 공급되는 열매체는 스팀 이외에도 온수나 열매유 등 다양한 작동유체를 이용할 수 있다.

한편, 상기 열매체공급수단(140)을 통해 공급되는 고온의 열매체 공급을 중단한 후에 열매체공급관측 또는 여과포의 뒷면(다이어프램의 전면)에 에어분사노즐을 박아 간헐적으로 상온의 일반공기나 상온보다 다소 낮은 온도의 차가운 공기를강제 주입하여 고온 압착된 슬러지케이크를 순간적으로 수축시켜 슬러지케이크의 균열을 유도하고, 슬러지케이크의 균열로 여액의 유로가 형성되도록 함으로써 탈수된 여액의 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 슬러지케이크 균열유도수단이 추가로 구성될 수 있다.

한편, 이하에서는 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판 및 필터프레스의 동작을 설명하면서 그 작용효과도 함께 설명한다.

먼저, 상술한 본 발명의 여과판(F) 복수개가 필터프레스(100)에 설치된 후에, 필터프레스(100)의 유압유닛트(120)를 작동하여 유압피스톤에 의한 가동가압판(130)을 일정한 가압력으로 일측 여과판을 가압하게 되면, 가압력이 작용된 여과판은 가압력이 작용하는 고정프레임(110)측으로 밀리면서 다수의 여과판이 밀착된 상태가 유지된다.

상기 유압유닛트(120)의 구동으로 전체 여과판(F)이 일측으로 밀리면서 복수개의 여과판은 상호간에 일정한 밀착력(150~200kg/cm²)이 유지되면서 여과판 사이에 슬러지가 채워질 오목 구조의 여실공간부(chamber)가 형성된다.

이와같은 상태에서 슬러지공급수단(150), 즉 슬러지공급펌프를 통해 슬러지액을 각 여과판(F)의 중간부에 설치된 슬러지공급관(35)을 통해 공급하게 되면, 장치의 내측부터 각 여과판 사이의 여실공간부에 슬러지가 채워지게 되고, 각 여실공간부로 공급된 슬러지는 여과포의 눈에 해당하는 크기, 통상 10~30㎛ 이상인 입자는 여실공간부내에 포집이 되고, 상기 여과포의 눈을 빠져나간 여액은 외곽 및 결합프레임의 외측테두리부에 형성된 관통홀(54) 및 여액배출구(20)를 통해 장치 외부로 빠져나오게 되면서 1차 탈수과정이 완료된다.

1차 탈수과정이 완료된 후에 각 여과판(F)의 일측에 구비된 열매체공급관(14)을 통해 열매체공급수단(140)에서 발생된 고온의 스팀을 공급하게 되면, 여 과판(F)의 내측에 설치된 다이어프램(30)이 공급된 고온 고압의 열매체에 의해 여실측으로 팽창하면서 여실에 저장된 슬러지를 다시 한번 가압하면서 상호 열교환이 이루어지게 되고, 다이어프램(30)의 압착을 통한 열교환에 사용된 스팀은 열매체배출관(16)을 통해 배출되며, 상기 열매체 배출관(16)측에는 스팀트랩 및 드레인리저버가 설치되어 스팀의 열교환시 발생되는 드레인을 다시 스팀을 발생시키는 보일러측으로 재순환되도록 구성된다.

물론, 상기 다수의 여과판에 스팀을 공급하기 위해서는 각 여과판에 결합된 열매체공급관 선단부에 열매체공급매니폴드가 연결되어 있으며,상기 열매체배출관의 말단에는 열매체배출매니폴드가 설치되어 있다.

이와 같이, 1차 탈수과정이 완료된 슬러지케이크는 2차로 고온 고압의 스팀이 여과판 내측으로 공급됨으로써 금속제로 이루어진 다이어프램(30)이 슬러지케이크가 채워진 여실공간부(V)측으로 팽창하면서 압착하게 되어 슬러지케이크(S)와 열교환이 이루어지게 되어 슬러지케이크(S)의 점도를 현격하게 낮아지도록 하고, 이로 인해 슬러지케이크 내에 많은 유로가 형성되면서 여액 배출속도 또한 증대되어 종래보다 훨씬 빠른 시간안에 수분배출이 이루어져 함수율이 낮은 슬러지케이크가 형성되도록 한다.

또한, 상기 열매체공급수단(140)을 통해 공급되는 고온 고압의 열매체를 중단한 후에 별도로 구비된 슬러지케이크 균열유도수단(도시생략)을 통해 간헐적으로 상기 열매체공급관측 또는 여과포의 뒷면으로 상온이나 상온보다 다소 낮은 차가운 압축공기를 강제 주입하여 슬러지 주입으로 막힌 여과포의 눈을 뚫어주고, 고온 압 착으로 형성된 슬러지케이크를 순간적으로 수축시켜 슬러지케이크의 균열을 유도, 유로를 형성시킴으로써 슬러지케이크에서 유출된 여액의 배출이 원활하게 이루어지도록 하며, 다시 반복되는 열매체공급수단(140)의 동작으로 다이어프램의 재가압시 열전달효율이 증대되도록 하여 탈수 및 건조성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

즉, 종래의 고온 가압식 필터프레스에서는 1차 펌프압력여과시 5kg/cm²의 압력이 작용하게 되고, 2차 압착여과시에는 15kg/cm², 온도 15℃, 여과소요시간 2hr이 소요되는 경우 평균함수율이 68±3%정도가 나오지만,

본 발명에 따른 여과판 및 이 여과판이 설치된 필터프레스를 사용할 경우에는 1차 펌프압력여과시 5kg/cm²의 압력이 작용하게 되고, 2차 압착여과시에는 5kg/cm², 온도 125℃(특수 여과포 사용시 그 이상의 온도도 가능함), 여과소요시간 2hr의 경우 평균함수율이 50±3%정도로 크게 개선되는 것임을 알 수 있다.

즉, 고형물 농도 2%인 하수슬러지 1000kg을 종래의 여과판 및 필터프레스로 처리할 경우 잔류수분은 42.5kg 정도이지만, 본 발명에 따른 여과판 및 필터프레스를 이용할 경우 잔류수분은 20kg정도로 본 발명에 따른 여과판 및 필터프레스를 이용할 경우 수분이 현저하게 낮아지는 월등한 효과를 제공할 수 있게 된다.

이로 인해 슬러지케이크의 부피와 중량을 최대한 줄임으로써 그 후속공정의 열비용 및 수송비용을 크게 줄일 수 있어 경제적으로 큰 비용절감효과를 가져올 수 있음은 물론, 고온의 적용후 간헐적으로 상온 또는 저온의 압축공기를 주입하여 압착된 슬러지케이크의 균열을 유도, 유로형성을 통한 여액의 배출이 원활하도록 하고 슬러지공급시 막힌 여과포의 눈을 뚫어줄 수 있도록 하여 슬러지의 탈수 및 건조 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 금속제의 다이어프램(30)의 표면에는 그 중심부에서 외측이나 모서리측으로 향하는 나선모양이나 물결모양의 요철부로 형성된 팽창부(32)가 각각 구비되고, 각 요철모양의 팽창부(32)에는 일정간격으로 눌림부(33)가 형성되어 팽창부(32)에 의해 슬러지케이크가 압착되어질때, 슬러지케이크에서 배출되는 여액이 각 팽창부(32) 사이에 형성되는 홈부나 눌림부(33)를 통해 원활하게 유출되도록 하며, 이러한 요철부 형태의 다이어프램 제공으로 연속적인 팽창과 수축이 이루어지는 다이어프램의 표면 피로저항도를 향상시켜 내구성이 증대되도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 여과판(F)은 중앙격벽(10)과 고온의 열매체 공급시 팽창되어 슬러지케이크와 열교환이 이루어지는 다이어프램(30)이 열전도성이 우수하고 신축성이 있으며 내구성이 강한 금속제로 구성되어 2차 압착 여과시 고온의 열매체 공급으로 슬러지케이크의 탈수 및 건조성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

특히, 열매체(M)가 여과판(F) 내측에 공급되어 양측 다이어프램(30) 사이의 열매체채움공간부(31)에 채워질때, 본 발명의 경우 중앙격벽(10)의 표면에 일정간격으로 열매체 이동통로를 관통하여 구성될 수 있어 열매체가 좌우 양측에 설치된 다이어프램(30) 내측으로 신속히 이동되어 다이어프램의 팽창성능을 향상시킬 수 있도록 하여 슬러지케이크의 탈수 및 건조효율이 더욱 증대되도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 여과판(F) 및 이 여과판이 설치된 필터프레스를 이용하는 경우, 슬러지케이크(S)가 보유하는 함수율이 종래 필터프레스를 이용하는 것보다 현저히 낮아질 수 있도록 하여 탈수 후 여과판의 해쇄시에 자중으로 슬러지케이크의 분리도 가능하도록 한다.

이로 인해 슬러지케이크의 배출작업에 필요한 별도의 슬러지케이크 배출장치를 구비하지 않아도 되므로 장치의 간단화가 가능하여 여과판 및 필터프레스의 제작단가를 낮출 수 있도록 한다.

또한, 장치의 구성이 간단하게 이루어져 장치의 내구성이 증대되고 유지관리가 편리하며, 고온의 열매체 제공시 공급하는 압력을 종래보다 1/3수준으로 낮출 수 있어 장기운전시 장치의 수명을 대폭 연장할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 압착식 여과판 및 이 여과판이 설치된 필터프레스는 1차 펌프압력여과후 형성된 탈수케이크에서 2차 압착여과시 종래의 장치보다 훨씬 높은 고온의 열매체의 공급이 가능하고, 열전달성능이 뛰어난 금속재로 다이어프램 등을 구성하여 1차 탈수된 슬러지케이크를 압착 탈수 및 건조시키게 되어 종래보다 훨씬 낮은 압력으로 저함수율을 갖는 슬러지케이크를 만들수 있어 장치의 내구성을 증대시키고, 저함수율의 슬러지케이크를 제공함으로 인해서 2차 압착여과후 진행되는 후속공정의 수송 및 기타 비용 등을 현저히 줄일 수 있어 경제적, 경제외적으로 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.

Claims

외측으로 여과포가 씌워져 사용되는 고온 압착식 필터프레스용 여과판에 있어서,

상기 여과판은,

슬러지 공급이 가능한 일정크기의 관통공이 중앙부에 형성된 얇은 금속재의 중앙격벽과;

열매체공급수단으로부터 열매체가 공급되거나 열교환된 열매체가 배출되도록 상기 중앙격벽의 일측으로 설치되는 열매체공급관 및 배출관과;

상기 중앙격벽의 관통공보다 소구경의 슬러지공급구가 중앙부에 형성되어 중앙격벽의 양측면에 각각 설치되어지되, 중앙격벽의 관통공을 통해 그 내측선단부가 상호 연결되어 중앙격벽 좌우 양측이 하나의 열매체채움공간부가 형성되도록 구성되어 공급된 고온 고압의 열매체에 의해 팽창가능한 얇은 금속재로 이루어지는 다이어프램과;

가압 밀착된 복수개의 여과판 사이로 최초 공급되는 슬러지에 배출되는 배출수 배출과, 복수개의 여과판이 상호 압착된 상태에서 열매체 공급으로 상기 다이어프램이 팽창될 수 있는 여실공간부를 제공하면서 팽창된 다이어프램에 의해 슬러지케이크에서 2차로 유출되는 여액을 여과판의 외부로 배출시킬 수 있도록 외측테두리부의 안쪽 일정 개소에 복수개의 여액배출구가 형성되어 양측 다이어프램의 외측테두리부에 설치되는 일정 두께의 금속재로 이루어진 외곽프레임;

상기 중앙격벽의 좌우 양측으로 각각 결합되는 상기 다이어프램과 외곽프레임을 상호 견고히 결합시키면서 여과판의 기밀이 유지되도록 양측 외곽프레임의 최외측 테두리부를 일정두께로 감싸도록 설치되는 결합프레임;

상기 결합프레임에 의해 일체로 결합된 상태에서 상기 외곽프레임에 형성된 여액배출구와 동일한 위치에 각각 관통되어 복수개의 여과판이 가압 밀착된 상태에서 하나의 여액배출로가 연속적으로 형성될 수 있도록 상기 중앙격벽과 다이어프램 및 외곽프레임의 외측테두리 내측에 각각 형성되는 복수개의 여액배출구;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 압착식 여과판.
제 1항에 있어서,

상기 중앙격벽에는 중앙격벽 일측에 설치된 열매체공급관으로 공급되는 열매체가 중앙격벽 타측으로 신속히 이동할 수 있도록 하는 열매체 이동통로가 복수개 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 압착식 여과판.
제 1항 또는 제2항에 있어서,

상기 중앙격벽의 양측면으로부터 일정한 단차가 유지된 상태로 상기 다이어프램이 설치되도록 중앙격벽과 다이어프램의 사이에 설치되어지되, 외측테두리 내측으로 상기 외곽프레임에 형성된 여액배출구와 동일 중심선상에 여액배출구가 관 통된 일정 두께의 챔버댐퍼(chamber damper)가 설치되고,

상기 챔버댐퍼와 다이어프램 사이 및 상기 다이어프램과 외곽프레임 사이에서 기밀성을 향상시키기 위해 설치되어지되, 외측테두리 내측으로 상기 외곽프레임에 형성된 여액배출구와 동일 중심선상에 여액배출구가 관통된 가스켓이 설치되며,

상기 결합프레임의 외측으로는 전체 여과판의 기밀을 향상시킬 수 있도록 일정 두께의 고무코팅층이 형성된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온압착식 여과판.
제 3항에 있어서,

상기 다이어프램은 공급된 고온 고압의 열매체에 의해 팽창 또는 수축이 원활하도록 중심부의 내측선단부에서 외측테두리 방향으로 나선형, 동심원, 물결선, 방사선, 격자 모양중 어느하나로 이루어진 팽창부가 형성된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 압착식 여과판.
제 4항에 있어서,

상기 팽창부는 요철모양으로 이루어지되, 상기 요철모양의 팽창부 중간 중간에는 슬러지케이크에서 배출된 여액이 가압된 요철모양의 팽창부 사이를 통해 용이하게 배출될 수 있도록 눌림부가 일정간격으로 형성된 구조로 이루어진 것임을 특 징으로 하는 고온 압착식 여과판.
제 4항에 있어서,

상기 다이어프램은 부식성재료의 이용시 내마모성을 향상시킬수 있도록 그 표면부가 코팅처리된 구조로 이루어진 것임을 특징으로 하는 고온 압착식 여과판.
제 3항의 고온 압착식 여과판 다수개가 수직으로 연속 설치되고, 상기 여과판의 일측에서 일정한 압력(150 ～200kg/㎠)으로 가동가압판을 가압하여 설치된 복수개의 여과판들을 일측으로 밀착시키는 피스톤이 구비된 유압유닛트와, 일측으로 가압되어 밀착된 상태를 유지하는 상기 여과판의 중심부로 슬러지를 공급하여 각 여과판의 양측에 구비된 여실공간부에 슬러지가 채워지도록 하는 슬러지공급수단과, 상기 각 여과판 사이에 일정한 압력으로 채워진 슬러지로부터 배출되는 여액을 배출시키기 위한 진공여액배출수단과, 상기 각 여과판 사이에서 1차 탈수된 슬러지케이크에 고온의 열매체를 공급하여 여과판의 내측에 구비된 다이어프램을 팽창시켜슬러지케이크의 2차 압착을 통한 탈수 및 건조시키는 열매체공급수단을 포함한 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 압착식 여과판을 장착한 필터프레스.
제 7항에 있어서,

상기 열매체공급수단은 일정 온도 이상의 압력수나 고온의 스팀을 제공하기 위한 가열수단 또는 저온의 압착수를 공급할 수 있는 수온/수압조절용 고온가압기로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 압착식 여과판을 장착한 필터프레스.