KR101906987B1 - 필터 프레스의 케이크 박리 장치 및 방법 - Google Patents

필터 프레스의 케이크 박리 장치 및 방법 Download PDF

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D25/00—Filters formed by clamping together several filtering elements or parts of such elements
    • B01D25/32—Removal of the filter cakes
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Abstract

수분을 함유한 슬러리를 탈수하여 형성된 고형의 케이크를 필터 프레스에서 박리하는 필터 프레스의 케이크 박리 장치가 개시된다. 개시된 필터 프레스의 케이크 박리 장치는, 일렬로 배열되어 서로 밀착되는 방향 및 그 반대 방향으로 이동 가능한 복수의 필터판, 복수의 필터판 각각의 전면과 배면을 덮는 여과포, 및 복수의 필터판에 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛을 구비한다. 복수의 필터판은 각각, 고압 공기 공급 유닛으로부터 공급된 고압 공기가 복수의 필터판 내부로 유입되도록 두께 방향으로 관통하여 형성된 공기 유입 관통공, 및 공기 유입 관통공에서 분기되어 연장되며, 공기 유입 관통공으로 유입된 고압 공기를 각각의 필터판의 전면 및 배면의 여과포에 토출하는 개구가 형성된 공기 토출 유로를 구비한다. 케이크는 여과포에 들러붙고, 여과포에 들러붙은 케이크는 여과포를 통과하여 케이크로 토출된 고압 공기에 의해 여과포에서 분리된다.

Description

필터 프레스의 케이크 박리 장치 및 방법{Apparatus and method for detaching cake in filter press}
본 발명은 필터 프레스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여과포에서 고형의 케이크를 박리하는 필터 프레스의 케이크 박리 장치 및 방법에 관한 것이다.
하수처리장은 물론 각종 산업 현장에서 발생하는 슬러리(slurry)는 많은 수분을 포함하고 있어 그대로 처리하기가 곤란하므로 수분이 적은 소위 케이크(cake) 상태로 탈수한 후 적절히 처리된다. 상기 수분이 많은 슬러리를 탈수시키는 탈수 장치의 예로서, 필터 프레스가 있다. 필터 프레스는, 여과포가 장착되어 있는 복수의 필터판 사이에 슬러리를 고압으로 주입하여 고체와 액체가 분리되도록 구성된 장치이다. 액체인 여액(濾液)은 압착 과정 중 필터판의 코너(corner)에 배치된 배수관을 통해 배수되고, 고체인 케이크는 필터판 사이에 남게 된다.
필터판 사이에 남은 고형(固形)의 케이크는, 탈수가 충분히 진행된 후 필터판을 개방시키면 여과포에서 분리되어 자중에 의해 아래로 낙하된다. 그러나, 케이크의 비중이 작거나 점성이 높아 여과포에 들러붙어 떨어지지 않는 경우가 빈번하게 발생한다. 따라서, 대한민국 등록특허공보 제10-1598652호에 개시된 바와 같이 필터 프레스는 복수의 필터판을 진동시켜 케이크가 분리되도록 자극하는 구성을 구비할 수 있다. 그러나, 필터 프레스의 제조 원가가 상승하고, 구조가 복잡하여 동작의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 필터판을 진동시키는 경우에도 케이크가 여과포에서 깨끗하게 분리되지 않는 경우가 많아서, 작업자가 수작업으로 케이크를 떼어내는 경우가 잦아 작업이 지연되고, 작업 생산성이 저하되며, 인건비를 포함하는 작업 비용이 상승하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1598652호
본 발명은, 복수의 필터판이 압착된 상태에서 여과포에 들러붙은 케이크에 고압 공기를 불어넣어 케이크를 여과포에서 박리시키는 필터 프레스의 케이크 박리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은, 수분을 함유한 슬러리(slurry)를 탈수하여 형성된 고형(固形)의 케이크(cake)를 필터 프레스에서 박리하는 장치로서, 일렬로 배열되어 서로 밀착되는 방향 및 그 반대 방향으로 이동 가능한 복수의 필터판, 상기 복수의 필터판 각각의 전면(前面)과 배면(背面)을 덮는 여과포, 및 상기 복수의 필터판에 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛을 구비하고, 상기 복수의 필터판은 각각, 상기 고압 공기 공급 유닛으로부터 공급된 고압 공기가 상기 복수의 필터판 내부로 유입되도록 두께 방향으로 관통하여 형성된 공기 유입 관통공, 및 상기 공기 유입 관통공에서 분기(分岐)되어 연장되며, 상기 공기 유입 관통공으로 유입된 고압 공기를 각각의 필터판의 전면 및 배면의 여과포에 토출하는 개구(開口)가 형성된 공기 토출 유로를 구비하고, 상기 케이크는 상기 여과포에 들러붙고, 상기 여과포에 들러붙은 케이크는 상기 여과포를 통과하여 상기 케이크로 토출된 고압 공기에 의해 상기 여과포에서 분리되는 필터 프레스의 케이크 박리 장치를 제공한다.
상기 복수의 필터판은 각각, 상기 수분을 함유한 슬러리가 유입되도록 두께 방향으로 관통하여 형성된 슬러리 유입 관통공, 및 상기 복수의 필터판이 서로 밀착된 때 상기 슬러리에서 탈수된 여액이 배수(排水)되도록 두께 방향으로 관통하여 형성된 배수 관통공을 더 구비할 수 있다.
상기 배수 관통공을 통한 유체의 유동(流動)이 폐쇄된 상태로 상기 고압 공기가 상기 여과포로 토출되고, 상기 여과포로 토출된 고압 공기는 상기 슬러리 유입 관통공을 통해 상기 복수의 필터판 외부로 배기(排氣)될 수 있다.
상기 필터판에서 상기 공기 유입 관통공이 상기 배수 관통공보다 더 상측에 배치되고, 상기 복수의 필터판이 서로 밀착되고 상기 공기 유입 관통공에 상기 고압 공기가 유입되지 않는 상태로 상기 슬러리 유입 관통공을 통해 상기 슬러리가 유입되면, 상기 배수 관통공을 통해서뿐만 아니라 상기 공기 토출 유로와 이에 연결된 상기 공기 유입 관통공을 통해서도 상기 여액이 배수될 수 있다.
상기 복수의 필터판은 각각, 제1 공기 유입 관통공과 제2 공기 유입 관통공으로 구분되는 한 쌍의 공기 유입 관통공을 구비하고, 상기 복수의 필터판 중에서 홀수 번째에 배치된 필터판은 상기 제1 공기 유입 관통공에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로만 구비하고, 상기 복수의 필터판 중에서 짝수 번째에 배치된 필터판은 상기 제2 공기 유입 관통공에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로만 구비하며, 상기 고압 공기 공급 유닛은, 상기 제1 공기 유입 관통공과 상기 제2 공기 유입 관통공으로 교번하여 고압 공기를 공급할 수 있다.
상기 제1 공기 유입 관통공은 상기 필터판 상단부의 좌우 코너(corner) 중 한 곳의 코너에 마련되고, 상기 제2 공기 유입 관통공은 상기 필터판 상단부의 좌우 코너 중 다른 한 곳의 코너에 마련되며, 상기 배수 관통공은 한 쌍이 구비되고, 상기 한 쌍의 배수 관통공은 상기 필터판 하단부의 좌우 코너에 하나씩 마련될 수 있다.
상기 고압 공기 공급 유닛은, 공기를 고압으로 승압(昇壓)하여 불어내는 에어 펌프(air pump), 및 상기 에어 펌프에서 승압된 공기의 흐름을 주기적으로 차단하는 로터리 밸브(rotary valve)를 구비하여, 상기 공기 토출 유로의 개구를 통해 상기 여과포에 토출되는 고압 공기의 공기압이 주기적으로 변경될 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 필터 프레스의 케이크 박리 장치를 이용해서 수분을 함유한 슬러리를 탈수하여 형성된 고형(固形)의 케이크(cake)를 필터 프레스에서 박리하는 방법으로서,
상기 복수의 필터판을 서로 밀착시키는 필터판 밀착 단계, 상기 복수의 필터판이 서로 밀착된 상태에서 상기 슬러리 유입 관통공을 통해 수분이 함유된 슬러리를 상기 복수의 필터판에 투입하여 상기 슬러리를 탈수함으로써 상기 여과포에 들러붙은 케이크를 형성하는 슬러리 투입 및 1차 탈수 단계, 상기 슬러리 유입 통공에 고압의 공기를 불어 넣어서 상기 슬러리 유입 관통공에 잔존하는 슬러리를 상기 복수의 필터판 외부로 배출시켜 회수하는 잔존 슬러리 회수 단계, 상기 고압 공기 공급 유닛을 작동시켜서 상기 여과포에 고압 공기를 토출하여 상기 케이크를 상기 여과포에서 분리하는 고압 공기 토출 단계, 및 상기 케이크가 자중(自重)에 의해 아래로 낙하하도록 상기 복수의 필터판을 서로 이격시키는 필터판 개방 단계를 구비하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법을 제공한다.
상기 복수의 필터판 중 적어도 일부의 필터판은 내부에 필터판의 전방과 후방으로 팽창되는 멤브레인(membrane)을 더 구비하고, 상기 필터 프레스의 케이크 박리 방법은, 상기 슬러리 투입 및 1차 탈수 단계와 상기 잔존 슬러리 회수 단계 사이에 상기 멤브레인을 팽창시켜서 인접한 필터판 사이의 공간을 좁아지게 하여 상기 슬러리를 추가적으로 탈수하는 2차 탈수 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 필터 프레스의 케이크 박리 장치는, 고압 공기를 여과포에 토출시켜 여과포에 들러붙은 케이크를 여과포에서 분리시키고, 복수의 필터판을 개방시켜서, 즉 이격시켜서 케이크를 여과포에서 깨끗하게 분리 낙하시킨다. 따라서, 작업자가 케이크를 떼어내지 않아도 되므로 작업 지연이 발생하지 않고, 작업 생산성이 향상되며, 인건비 절감으로 인해 작업 비용도 절감된다.
또한, 케이크가 분리 낙하되도록 자극하는 진동기와 같은 구성을 구비하지 않아도 되므로 필터 프레스의 제조 원가도 절감되고, 진동기를 구비한 경우보다 구조도 단순하여 동작의 신뢰성이 향상되고, 에러 발생율이 낮아진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 프레스의 케이크 박리 장치의 구성도로서 여과포가 생략된 도면이다.
도 2, 도 3, 및 도 4는 도 1을 A-A, B-B, C-C에 따라 절개 도시한 단면도로서, 복수의 필터판이 서로 압착된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 제1 필터판을 도시한 정면도이다.
도 6은 도 1의 제2 필터판을 도시한 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 필터 프레스의 케이크 박리 장치 및 케이크 박리 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 프레스의 케이크 박리 장치의 구성도로서 여과포가 생략된 도면이고, 도 2, 도 3, 및 도 4는 도 1을 A-A, B-B, C-C에 따라 절개 도시한 단면도로서, 복수의 필터판이 서로 압착된 모습을 도시한 도면이며, 도 5는 도 1의 제1 필터판을 도시한 정면도이고, 도 6은 도 1의 제2 필터판을 도시한 정면도이다. 도 1 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 필터 프레스(10)는 수분이 함유된 슬러리(slurry)를 압착 탈수하여 고형의 케이크를 형성하는 장치로서, 복수의 필터판(40, 60)과, 여과포(59, 79)와, 고압 공기 공급 유닛(11)을 구비한다.
복수의 필터판(40, 60)은 Y축과 평행하게 일렬로 배열되며, 인접한 한 쌍의 필터판(40, 60)이 서로 밀착되는 방향 및 그 반대 방향, 즉 인접한 한 쌍의 필터판(40, 60)이 서로 이격되는 방향으로 이동 가능하다. 도 1에는 상기 복수의 필터판(40, 60)이 이격된 모습이 도시되어 있고, 도 2 내지 도 4에는 상기 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착된 모습이 도시되어 있다. 상기 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착되는 방향으로 이동하도록 Y축과 평행한 방향으로 첫 번째에 배치된 필터판(40F)은 고정된 벽(wall)(미도시)에 지지되고, Y축과 평행한 방향으로 마지막에 배치된 필터판(40L)은 유압 실린더(hydraulic cylinder)에 연결된 가압판(미도시)에 의해 Y축 음(-)의 방향과 평행하게 가압될 수 있다.
필터판(40, 60)은 각각 일정한 크기와 형상의 사각 판 형상의 부재로서, 전면(前面)(41, 61)과 배면(背面)(42, 62)에 요철(凹凸) 패턴(44, 64)이 형성된다. 상기 전면(41, 61)과 배면(42, 62)에서 상하 좌우의 주변부에는 요철 패턴(44, 64)이 분포되지 않는다. 상기 요철 패턴(44, 64)이 분포된 전면(41, 61)과 배면(42, 62)의 중앙부의 두께가 상기 상하 좌우 주변부의 두께보다 얇다. 따라서, 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착된 때, 인접한 한 쌍의 필터판(40, 60)의 상하 좌우 주변부는 서로 밀착되지만, 상기 요철 패턴(44, 64)이 분포된 중앙부는 밀착되지 않아 케이크 형성 공간이 마련된다. 즉, 수분이 함유된 슬러리에서 여액이 탈수되어 형성되는 고형의 케이크가 상기 케이크 형성 공간에 잔존하게 된다.
여과포(59, 79)는 수분이 함유된 슬러리에서 액체, 즉 여액은 통과시키고, 고체는 통과시키지 않는 천 형태의 필터(filter)로서, 복수의 필터판(40, 60) 각각의 전면(41, 61)과 배면(42, 62)을 덮으며 상기 필터판(40, 60)에 지지된다.
복수의 필터판(40, 60) 중에서 짝수 번째 필터판(60)은 소위 '멤브레인 판'으로서 전면(61) 및 배면(62) 요철 패턴(64) 내측에 멤브레인(membrane)(77)을 더 구비한다. 홀수 번째 필터판(40)은 소위 '리세스 판(recess plate)'로서 상기 멤브레인(77)을 구비하지 않는다. 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착된 상태에서 상기 멤브레인 판(60)의 내부로 가압원(미도시)이 공급되어 팽창하면 전면(61)과 배면(62)의 멤브레인(77)이 압력에 의해 전방과 후방으로 팽창되면서 멤브레인 판(60)의 전면(61)과 배면(62)이 불룩하게 된다. 이에 따라 상기 케이크 형성 공간이 좁아지면서 상기 케이크 형성 공간에 채워진 케이크가 추가적으로 압착되어 더욱 함수율이 낮은 케이크가 형성된다.
도면에 도시된 실시예에서 홀수 번째 필터판(40)이 리세스 판이고 짝수 번째 필터판(60)이 멤브레인 판이며, 첫 번째와 마지막 필터판(40F, 40L)이 리세스 판으로 묘사되어 있으나, 이러한 배열은 예시적인 것으로서 본 발명의 필터 프레스가 이러한 배열에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 홀수 번째 필터판이 멤브레인 판이고 짝수 번째 필터판이 리세스 판일 수도 있고, 필터 프레스의 모든 필터판이 리세스 판이거나 멤브레인 판일 수도 있다.
복수의 필터판(40, 60)은 각각, 슬러리 유입 관통공(45, 65), 배수 관통공(46, 47, 66, 67), 배수 유로(51, 53, 71, 73), 공기 유입 관통공(48, 49, 68, 69), 및 공기 토출 유로(55, 75)를 구비한다. 슬러리 유입 관통공(45, 65)은 수분을 함유한 슬러리가 복수의 필터판(40, 60)에 유입되도록 각 필터판(40, 60)을 두께 방향으로 관통하여 형성된다. 슬러리 유입 관통공(45, 65)은 각 필터판(40, 60)의 중앙부에 Y축과 평행한 가상의 직선을 따라 정렬되게 형성된다.
첫 번째 필터판(40F)의 슬러리 유입 관통공(45)에는 중앙관(center pipe)(20)이 연결되고, 상기 중앙관(20)에는 슬러리 공급관(23)과 슬러리 회수관(21)이 병렬로 연결된다. 상기 슬러리 회수관(21)과 슬러리 공급관(23)의 말단은 수분이 함유된 슬러리가 수용되는 슬러리 탱크(미도시)에 연결되고, 상기 슬러리 탱크의 상단에는 환기구(vent)가 마련된다. 상기 슬러리 공급관(23) 상에는 슬러리를 가압하여 중앙관(20)을 통해 복수의 필터판(40, 60)으로 공급하기 위한 슬러리 공급 펌프(pump)가 마련된다. 슬러리 회수관(21) 및 슬러리 공급관(23)을 따라 흐르는 유체는 각각 유량 제어 밸브(22, 24)에 의해 제어된다.
부연하면, 복수의 필터판(40, 60)이 밀착된 상태에서, 슬러리 공급관(23)의 밸브(24)가 개방되고 슬러리 회수관(21)의 밸브(22)가 폐쇄되고 상기 슬러리 공급 펌프가 작동하면, 슬러리 공급관(23)을 통해 슬러리가 첫 번째 필터판(40F)으로 유입되고, 슬러리 유입 관통공(45, 65)을 통해 상기 케이크 형성 공간에 채워진다. 상기 케이크 형성 공간에 채워지는 슬러리는 여과포(59, 79)에 의해 탈수되어 고형의 케이크가 된다. 상기 슬러리 공급관(23)의 밸브(24)가 폐쇄되고, 추가적으로, 상기 멤브레인(77)이 팽창하여 탈수가 더욱 촉진될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 상기 케이크 형성 공간 내에서 충분히 탈수되지 않은 슬러리가 잔존할 수 있는데, 특히, 슬러리 유입 관통공(45, 65)이 배열된 가상의 일직선 상에 충분히 탈수되지 않은 슬러리가 잔존할 수 있다. 따라서, 상기 슬러리 회수관(21)의 밸브(22)를 개방하고 슬러리 공급관(23)의 밸브(24)를 폐쇄한 상태로, 마지막 필터판(40L)의 슬러리 유입 관통공(45)으로부터 첫 번째 필터판(40F)의 슬러리 유입 관통공(45)을 향한 방향, 즉 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 고압의 공기가 불어 넣어진다. 그리하면, 탈수가 미흡한 슬러리가 첫 번째 필터판(40F)의 슬러리 유입 관통공(45)을 통해 복수의 필터판(40, 60) 외부로 배출되어 중앙관(20) 및 슬러리 회수관(21)을 통해 슬러리 탱크에 회수되고, 복수의 필터판(40, 60) 내부에 상기 슬러리 유입 관통공(45)을 따라 유체 유동 가능한 배기 유로가 형성된다.
배수 관통공(46, 47, 66, 67)은 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착된 때 슬러리에서 탈수된 여액이 배수(排水)되도록 각 필터판(40, 60)을 두께 방향으로 관통하여 형성된다. 각 필터판(40, 60)마다 배수 관통공(46, 47, 66, 67)은 한 쌍씩 구비되고, 상기 한 쌍의 배수 관통공(46, 47, 66, 67)은 필터판(40, 60) 하단부의 좌우 코너(corner)에 하나씩 마련된다. 좌측 하단부 코너에 마련된 배수 관통공(46, 66) 및 우측 하단부 코너에 마련된 배수 관통공(47, 67)은 Y축과 평행한 서로 다른 가상의 직선을 따라 정렬되게 형성된다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착되면 상기 좌측 하단부 코너의 배수 관통공(46, 66) 및 우측 하단부 코너의 배수 관통공(47, 67)이 이어져 여액이 흐르는 유로가 형성된다.
배수 유로(51, 53, 71, 73)는, 각각의 배수 관통공(46, 47, 66, 67)에서 분기(分岐)되어 필터판(40, 60)의 내부로 연장되며, 각 배수 유로(51, 53, 71, 73)에는 전면(41, 61) 및 배면(42, 62)을 향하여 개방된 복수의 개구(52, 54, 72, 74)가 형성된다.
첫 번째 필터판(40F)의 배수 관통공(46, 47)에는 각각 하단 배수관(30, 32)이 연결된다. 하단 배수관(30, 32) 각각의 도시되지 않은 말단은 여액 저장 탱크에 연결된다. 상기 하단 배수관(30, 32)을 따라 흐르는 유체의 유량은 각각 유량 제어 밸브(31, 33)에 의해 제어된다.
공기 유입 관통공(48, 49, 68, 69)은 고압 공기 유닛(11)으로부터 공급된 고압 공기가 복수의 필터판(40, 60) 내부로 유입되도록 각 필터판(40, 60)을 두께 방향으로 관통하여 형성된다. 각 필터판(40, 60)마다 공기 유입 관통공(48, 49, 68, 69)은 한 쌍씩 구비된다. 상기 한 쌍의 공기 유입 관통공(48, 49, 68, 69)은 필터판(40, 60) 상단부의 좌측 코너에 마련된 제1 공기 유입 관통공(48, 68)과, 필터판(40, 60) 상단부의 우측 코너에 마련된 제2 공기 유입 관통공(49, 69)으로 구분된다. 제1 공기 유입 관통공(48, 68) 및 제2 공기 유입 관통공(49, 69)은 Y축과 평행한 서로 다른 가상의 직선을 따라 정렬되게 형성된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착되면 상기 제1 공기 유입 관통공(48, 68) 및 제2 공기 유입 관통공(49, 69)이 이어져서 고압 공기가 흐르는 유로가 형성된다.
공기 토출 유로(55, 75)는 제1 공기 유입 관통공(48, 68) 및 제2 공기 유입 관통공(49, 69)에서 분기되어 필터판(40, 60)의 내부로 연장되며, 각 공기 토출 유로(55, 75)에는 전면(41, 61) 및 배면(42, 62)을 향하여 개방된 복수의 개구(56, 76)가 형성된다. 제1 공기 유입 관통공(48, 68) 및 제2 공기 유입 관통공(49, 69)으로 유입된 고압 공기는 공기 토출 유로(55, 75)로 유입되고 상기 복수의 개구(56, 76)를 통해 필터판 전면(41, 61) 및 배면(42, 62)을 덮고 있는 여과포(59, 79)에 토출된다. 상기 여과포(59, 79)에 토출된 고압 공기는 여과포(59, 79)를 통과하여 상기 여과포(59, 79)에 들러붙은 케이크(미도시)로 토출된다.
복수의 필터판(40, 60) 중에서 홀수 번째에 배치된 필터판(40)은 제1 공기 유입 관통공(48)에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로(55)만을 구비하고, 제2 공기 유입 관통공(49)에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로는 구비하지 않는다. 반대로, 복수의 필터판(40, 60) 중에서 짝수 번째에 배치된 필터판(60)은 제2 공기 유입 관통공(69)에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로(75)만을 구비하고, 제1 공기 유입 관통공(68)에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로는 구비하지 않는다.
필터판(40, 60)에서 제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 49)이 배수 관통공(46, 47, 66, 67)보다 더 상측에 배치되어 있다. 복수의 필터판(40, 60)이 밀착된 상태로 슬러리 유입 관통공(45, 65)을 통해 복수의 필터판(40, 60) 내부에 형성되는 케이크 형성 공간으로 슬러리가 유입되면, 일차적으로는 하측에 배치된 배수 관통공(46, 47, 66, 67)을 통하여 슬러리에서 탈수된 여액이 배수된다. 그런데, 만약 슬러리에서 여액이 다량으로 배출되는 경우에는 배수 관통공(46, 47, 66, 67)을 통해서뿐만 아니라 상측에 배치된 제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 49)을 통해서도 여액이 배수될 수 있다.
제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 49)을 통해서도 여액이 배수될 수 있도록, 첫 번째 필터판(40F)의 제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 49)에는 각각 상단 배수관(26, 28)이 연결된다. 상단 배수관(26, 28) 각각의 도시되지 않은 말단은 하단 배수관(30, 32)의 경우와 마찬가지로 여액 저장 탱크에 연결된다. 상기 상단 배수관(26, 28)을 따라 흐르는 유체의 유량은 각각 유량 제어 밸브(27, 29)에 의해 제어된다.
고압 공기 공급 유닛(11)은, 복수의 필터판(40, 60)에 고압의 공기를 공급하는 유닛으로, 에어 펌프(air pump)(12), 로터리 밸브(13), 및 공기 공급 라인(line)(15, 16, 18)을 구비한다. 에어 펌프(12)는 공기를 고압으로 승압(昇壓)하여 불어낸다. 공기 공급 라인(15, 16, 18)은 에어 펌프(12)에서 승압된 고압 공기를 마지막에 배치된 필터판(40L)의 제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 49)으로 유도하는 유로로서, 메인 라인(main line)(15)과, 상기 메인 라인(15)의 말단에서 분기되고, 상기 마지막 필터판(40L)의 제1 공기 유입 관통공(48) 및 제2 공기 유입 관통공(49)에 연결되는 제1 서브 라인(sub line)(16) 및 제2 서브 라인(18)을 구비한다. 상기 마지막 필터판(40L)은 Y축과 평행한 방향으로 이동하므로, 상기 제1 서브 라인(16) 및 제2 서브 라인(18)은 예컨대, 플렉서블(flexible)한 호스(hose)일 수 있고, 상기 메인 라인(15)은 강체로 된 파이프(pipe) 또는 튜브(tube)일 수 있다. 제1 서브 라인(16) 및 제2 서브 라인(18)을 따라 제1 공기 유입 관통공(48, 68) 및 제2 공기 유입 관통공(49, 69)으로 공급되는 공기의 유량은 각각 유량 제어 밸브(17, 19)에 의해 제어된다.
상술한 바와 같이 수분을 함유한 슬러리가 밀착된 복수의 필터판(40, 60) 내부로 유입되면, 상기 슬러리가 탈수되어 형성된 케이크가 복수의 필터판(40, 60)의 전면(41, 61) 및 배면(42, 62)의 여과포(59, 79)에 들러붙게 된다. 고압 공기가 상기 공기 토출 유로(55, 75)의 개구(56, 76)를 통해 여과포(59, 79)에 토출되고 다시 여과포(59, 79)를 통해 상기 여과포(59, 79)에 들러붙은 케이크에 토출되어서 상기 케이크가 상기 여과포(59, 79)에서 분리된다.
로터리 밸브(13)는 메인 라인(15) 상에 배치되어 메인 라인(15)을 주기적으로 개폐함으로써 에어 펌프(12)에서 승압되어 공기 공급 라인(15, 16, 18)을 통해 제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 49)으로 공급되는 공기의 흐름을 주기적으로 차단한다. 상기 로터리 밸브(13)의 동작으로 인해서, 복수의 필터판(40, 60)의 제1 및 제2 공기 유입 관통공(48, 69)에 연결된 공기 토출 유로(55, 75)의 개구(56, 76)를 통해 여과포(59, 79)에 토출되는 고압 공기의 공기압이 주기적으로 변경된다. 로터리 밸브(13)가 없는 경우에는 공기 토출 유로(55, 75)의 개구(56, 76)를 통해 일정한 압력의 고압 공기가 계속 토출되지만, 로터리 밸브(13)가 있는 경우에는 펄스(pulse) 또는 사인파(sine wave) 형태의 압력 패턴을 갖는 공기가 상기 개구(56, 76)를 통해 토출된다. 여과포(59, 79)에 가해지는 공기압이 역동적으로 변화하므로 여과포(59, 79)에 물리적인 진동 자극을 주는 효과가 더해져서 여과포(59, 79)에 들러붙은 케이크의 분리가 더욱 촉진된다. 한편, 본 발명은 상기 로터리 밸브(13)를 구비한 케이크 박리 장치에 한정되는 것은 아니며, 로터리 밸브가 없어도 본 발명에 포함된다. 또한, 로터리 밸브 대신 일반적인 유량 제어 밸브를 사용하여 토출되는 고압 공기의 공기압을 주기적으로 변경되게 제어할 수도 있다.
이하에서는, 상술한 필터 프레스의 케이크 박리 장치(10)를 이용해서 고형의 케이크를 필터 프레스에서 박리하는, 필터 프레스의 케이크 박리 방법을 순차적으로 설명한다. 상기 필터 프레스의 케이크 박리 방법은, 필터판 밀착 단계, 슬러리 투입 및 1차 탈수 단계, 2차 탈수 단계, 잔존 슬러리 회수 단계, 고압 공기 토출 단계, 및 필터판 개방 단계를 구비한다.
상기 필터판 밀착 단계는, 복수의 필터판(40, 60)을 서로 밀착시키는 단계이다. 상기 슬러리 투입 및 1차 탈수 단계는, 복수의 필터판(40, 60)이 서로 밀착된 상태에서 슬러리 유입 관통공(45, 65)을 통해 수분이 함유된 슬러리를 상기 복수의 필터판(40, 60)에 투입하여 상기 슬러리를 탈수함으로써 여과포(59, 79)에 들러붙은 케이크를 형성하는 단계이다. 구체적으로, 슬러리 공급관(23)의 유량 제어 밸브(24)는 개방하고 슬러리 회수관(21)의 유량 제어 밸브(22)를 폐쇄한 상태로 상기 슬러리 공급 펌프를 작동하여 슬러리 공급관(23)을 통해 슬러리를 고압으로 공급한다. 그리하면, 슬러리가 슬러리 유입 관통공(45, 65)을 통과해서 유동하여 인접한 필터판(40, 60) 사이의 케이크 형성 공간에 슬러리가 채워진다.
상기 슬러리 투입 및 1차 탈수 단계에서 첫 번째 필터판(40F)에 연결된 상단 및 하단 배수관(26, 28, 30, 32)의 유량 제어 밸브(27, 29, 31, 33)는 개방되고, 제1 및 제2 서브 라인(16, 18)의 유량 제어 밸브(17, 19)는 폐쇄된다. 상기 슬러리 공급 펌프의 공급 압력에 의해 상기 케이크 형성 공간에 채워진 슬러리에서 여액이 탈수된다. 상기 여액은 여과포(59, 79)를 통과하여 필터판 전면(41, 61) 및 배면(42, 62)에 형성된 요철 패턴(44, 64)의 파여진 홈(groove)을 따라 흘러 복수의 개구(52, 54, 72, 74)를 통해 배수 유로(51, 53, 71, 73)로 유입되고, 필터판(40, 60) 하단의 배수 관통공(46, 47, 66, 67)으로 유입되며, 상기 하단 배수관(30, 32)을 통해 복수의 필터판(40, 60) 외부의 여액 저장 탱크로 배수된다.
상술한 바와 같이, 여액의 양이 많은 경우 여과포(59, 79)를 통과한 여액의 일부는 복수의 개구(56, 76)를 통해 공기 토출 유로(55, 75)로 유입되고, 상기 공기 토출 유로(55, 75)를 통해 필터판(40, 60) 상단의 제1 공기 유입 관통공(48, 68) 및 제2 공기 유입 관통공(49, 69)으로 유입되며, 상기 상단 배수관(26, 28)을 통해 복수의 필터판(40, 60) 외부의 여액 저장 탱크로 배수될 수 있다.
2차 탈수 단계는, 짝수 번째 필터판(60), 즉 멤브레인 판의 멤브레인(77)을 팽창시켜서 인접한 필터판(40, 60) 사이의 상기 케이크 형성 공간을 좁아지게 하여 슬러리를 추가적으로 탈수하는 단계이다. 다시 말해, 상기 멤브레인 판(60)의 멤브레인(77)을 가압원(미도시)으로 가압하여 그 전면(61)과 배면(62)을 불룩하게 팽창시켜 슬러리의 탈수를 더욱 촉진하는 것이다. 멤브레인(77)이 팽창된 상태로부터 원래 상태로 복원되면 상기 케이크 형성 공간 내에 고형의 케이크가 형성된다. 또한, 상기 케이크 형성 공간 내에 여액이 탈수되고 채워지지 않은 약간의 빈 공간이 형성될 수 있다.
상기 잔존 슬러리 회수 단계는, 상기 슬러리 유입 통공에 고압의 공기를 불어 넣어서, 상기 케이크 형성 공간 내에서 충분히 탈수되지 않고 상기 슬러리 유입 관통공(45, 65)에 잔존하는 잔존하는 슬러리를 복수의 필터판(40, 60) 외부로 배출시켜 회수하는 단계이다. 상술한 바와 같이, 상기 케이크 형성 공간 내에서 특히, 슬러리 유입 관통공(45, 65)이 배열된 가상의 일직선 상에 충분히 탈수되지 않은 슬러리가 잔존할 수 있다. 따라서, 구체적인 예로서 상기 슬러리 회수관(21)의 유량 제어 밸브(22)를 개방하고 슬러리 공급관(23)의 유량 제어 밸브(24)를 폐쇄한 상태로, 마지막 필터판(40L)의 슬러리 유입 관통공(45)으로부터 첫 번째 필터판(40F)의 슬러리 유입 관통공(45)을 향한 방향, 즉 Y축 음(-)의 방향과 평행한 방향으로 고압의 공기를 불어 넣는다. 그리하면, 탈수가 미흡한 슬러리가 첫 번째 필터판(40F)의 슬러리 유입 관통공(45)을 통해 복수의 필터판(40, 60) 외부로 배출되어 중앙관(20) 및 슬러리 회수관(21)을 통해 슬러리 탱크에 회수된다. 그리고, 복수의 필터판(40, 60) 내부에 상기 슬러리 유입 관통공(45)을 따라 Y축과 평행하게 연장된 유체 유동 가능한 배기 유로가 형성된다.
상기 고압 공기 토출 단계는, 상기 고압 공기 공급 유닛(11)을 작동시켜서 상기 여과포(59, 79)에 고압 공기를 토출하여 상기 케이크를 상기 여과포(59, 79)에서 분리하는 단계이다. 구체적으로, 상기 상단 및 하단 배수관(26, 28, 30, 32)의 유량 제어 밸브(27, 29, 31, 33)를 폐쇄하고, 슬러리 공급관(23)의 유량 제어 밸브(24)는 폐쇄하며, 슬러리 회수관(21)의 유량 제어 밸브(22)는 개방한다. 그리고, 에어 펌프(12)를 작동시키고, 제1 및 제2 서브 라인(16, 18)의 유량 제어 밸브(17, 19)를 교번하여 개방하면 고압 공기가 홀수 번째 필터판(40)의 제1 공기 유입 관통공(48)에 연결된 공기 토출 유로(55)의 복수의 개구(56)를 통해서, 및 짝수 번째 필터판(60)의 제2 공기 유입 관통공(69)에 연결된 공기 토출 유로(75)의 복수의 개구(76)를 통해서 교번하여 여과포(59, 79)에 토출된다. 이에 따라, 상기 여과포(59, 79)에 들러붙어 있던 케이크가 상기 여과포(59, 79)에서 분리된다. 다만, 본 발명의 케이크 박리 방법은 제1 및 제2 서브 라인(16, 18)으로 교번하여 고압 공기를 공급하는 것에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 서브 라인(16, 18)에 동시에 고압 공기를 공급할 수도 있다.
상기 상단 및 하단 배수관(26, 28, 30, 32)의 유량 제어 밸브(27, 29, 31, 33)가 폐쇄되어서 필터판(40, 60) 하단의 배수 관통공(46, 47, 66, 67)을 통한 유체의 유동(流動)이 폐쇄되고, 상단 배수관(26, 28)을 통한 유체의 유동도 폐쇄되어 있으므로, 상기 여과포(59, 79)를 통과한 고압 공기는 상기 케이크를 여과포(59, 79)에서 분리시키면서 압력이 저하되고, 상기 케이크 형성 공간 내에 여액이 탈수되고 채워지지 않은 약간의 빈 공간, 및 상기 잔존 슬러리 회수 단계에서 상기 슬러리 유입 관통공(45)을 따라 Y축과 평행하게 연장된 배기 유로를 통해 첫 번째 필터판(40F) 외부로 배출되고, 다시 중앙관(20) 및 슬러리 회수관(21)을 통해 슬러리 탱크(미도시)로 배출되며, 상술한 슬러리 탱크의 환기구를 통해 외부로 배기된다.
이때 상술한 바와 같이 로터리 밸브(13)를 에어 펌프(12)와 함께 작동시키면, 여과포(59, 79)에 가해지는 공기압이 예컨대, 펄스(pulse) 또는 사인파(sine wave) 형태의 압력 패턴을 따라 역동적으로 변화하므로, 여과포(59, 79)에 물리적인 진동 자극을 주는 효과가 더해져서 여과포(59, 79)에 들러붙은 슬러지 케이크의 분리가 더욱 촉진된다.
상기 필터판 개방 단계는 상기 케이크가 자중(自重)에 의해 아래로 낙하하도록 복수의 필터판(40, 60)을 서로 이격시키는 단계이다. 필터판(40, 60)이 개방되면, 다시 말해 복수의 필터판(40, 60)이 서로 이격되면, 상기 고압 공기 토출 단계에서 여과포(59, 79)에서 깨끗하게 분리된 케이크가 자중에 의해 복수의 필터판(40, 60) 아래로 낙하되어 케이크가 필터 프레스에서 배출된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 필터 프레스 11: 고압 공기 공급 유닛
12: 에어 펌프 40,60: 필터판
45,65: 슬러리 유입 관통공 46,47,66,67: 배수 관통공
48,49,68,69: 공기 유입 관통공 55,75: 공기 토출 유로
56,76: 개구 59,79: 여과포

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 일렬로 배열되어 서로 밀착되는 방향 및 그 반대 방향으로 이동 가능하고, 슬러리 유입 관통공 및 배수 관통공이 각각 형성된 복수의 필터판; 상기 복수의 필터판 각각의 전면(前面)과 배면(背面)을 덮는 여과포; 및, 상기 복수의 필터판에 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛;을 구비한 필터 프레스에서, 수분을 함유한 슬러리(slurry)를 여과포를 통하여 탈수하여 형성된 고형(固形)의 케이크(cake)를 필터 프레스에서 박리하는 방법으로서,
    상기 복수의 필터판을 서로 밀착시키는 필터판 밀착 단계;
    상기 복수의 필터판이 서로 밀착된 상태에서 상기 슬러리 유입 관통공을 통해 수분이 함유된 슬러리를 상기 복수의 필터판에 투입하여 상기 슬러리를 탈수함으로써 상기 여과포에 들러붙은 케이크를 형성하는 슬러리 투입 및 탈수 단계;
    상기 탈수 단계 후, 상기 슬러리 유입 관통공에 고압의 공기를 불어 넣어서 상기 슬러리 유입 관통공에 잔존하는 슬러리를 상기 복수의 필터판 외부로 배출시켜 회수하는 잔존 슬러리 회수 단계;
    상기 탈수 단계 후, 상기 고압 공기 공급 유닛을 작동시켜서 고압 공기를 상기 필터판으로부터 상기 여과포를 통과하면서 상기 케이크를 상기 여과포에서 분리하고, 상기 슬러리 유입 관통공을 통하여 외부로 배기되도록 하는 고압 공기 토출 단계; 및,
    상기 고압 공기 토출 단계 후에, 상기 케이크가 자중(自重)에 의해 아래로 낙하하도록 상기 복수의 필터판을 서로 이격시키는 필터판 개방 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고압 공기 토출 단계에서, 상기 배수 관통공을 통한 유체의 유동(流動)이 폐쇄된 상태로 상기 고압 공기가 상기 여과포로 토출되고, 상기 여과포로 토출된 고압 공기는 상기 슬러리 유입 관통공을 통해 상기 복수의 필터판 외부로 배기(排氣)되는 것을 특징으로 하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법.
  4. 삭제
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 필터판은 각각, 제1 공기 유입 관통공과 제2 공기 유입 관통공으로 구분되는 한 쌍의 공기 유입 관통공을 구비하고,
    상기 복수의 필터판 중에서 홀수 번째에 배치된 필터판은 상기 제1 공기 유입 관통공에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로만 구비하고, 상기 복수의 필터판 중에서 짝수 번째에 배치된 필터판은 상기 제2 공기 유입 관통공에서 분기되어 연장된 공기 토출 유로만 구비하며,
    상기 고압 공기 토출 단계에서, 상기 제1 공기 유입 관통공과 상기 제2 공기 유입 관통공으로 교번하여 고압 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 공기 유입 관통공은 상기 필터판 상단부의 좌우 코너(corner) 중 한 곳의 코너에 마련되고, 상기 제2 공기 유입 관통공은 상기 필터판 상단부의 좌우 코너 중 다른 한 곳의 코너에 마련되며,
    상기 배수 관통공은 한 쌍이 구비되고, 상기 한 쌍의 배수 관통공은 상기 필터판 하단부의 좌우 코너에 하나씩 마련되는 것을 특징으로 하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 고압 공기 토출 단계에서, 상기 공기 토출 유로의 개구를 통해 상기 여과포에 토출되는 고압 공기의 공기압이 주기적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법.
  8. 삭제
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 필터판 중 적어도 일부의 필터판은 내부에 필터판의 전방과 후방으로 팽창되는 멤브레인(membrane)을 더 구비하고,
    상기 탈수 단계는, 상기 슬러리 투입 및 1차로 탈수 단계 이후에 상기 잔존 슬러리 회수 단계 사이에 상기 멤브레인을 팽창시켜서 인접한 필터판 사이의 공간을 좁아지게 하여 상기 슬러리를 추가적으로 2차로 탈수하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 프레스의 케이크 박리 방법.
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