KR100268762B1 - 하향류 유동상 사 여과기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 하향류 유동상 사 여과기는 하우징, 여과층, 공급 챔버, 세척 챔버, 여과 챔버, 여과 노즐, 그리고 흡입관 등으로 구성된다. 여과층은 제 1 여과재와 이 제 1 여과재보다 큰 입경을 갖는 제 2 여과재로 구성된다. 제 1 여과재는하우징의 내부에서 순환하면서, 불순물들을 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이 제 1 여과재는 불순물과 함께 흡입관을 통하여 세척 챔버로 이동된다. 세척 챔버로 이동된 제 1 여과재는 불순물과 분리되어 세정되고, 중력에 의해서 다시 여과층으로 이동된다. 공급 챔버에는 외부로부터 액체를 공급하기 위한 제 1 포트가 연결되어 있다. 여과 챔버에는 여과된 액체를 외부로 배출시키기 위한 제 2 포트가 연결되어 있다. 여과 노즐은 여과층 아랫면의 둘레를 따라서 위치되도록 형성되고, 여과층의 아랫면과 여과 챔버 사이에 위치되며, 여과층에서 여과된 액체가 세척 챔버로 유입되도록 한다. 흡입관은 제 1 여과재를 이송시키기 위하여 여과층의 아랫면과 세척 챔버를 액체가 흐를 수 있도록 연결한다.

Description

하향류 유동상 사 여과기(DOWNFLOW SAND FILTER WITH CONTINUOUS BACKWASHING)
본 발명은 하향류 유동상 사 여과기에 관한 것이다.
폐수로부터 부유하는 그리고 콜로이드같은(colloidal) 고형체들(solids)의 여과를 제한없이 하기 위한 많은 여과기 및 방법들이 제안되거나 실현되고 있다. 이와 같은 여과기 및 방법들은, Hjelmner 등에 의한 USP NO. 4,126,546 및 4,197,201에서 보인 바와 같이, 모래 등의 미세한 여과재의 층을 통하여 액체를 흐르게 함으로써 상기 액체를 여과한다.
Stevens에 의한 USP NO. 5,454,959에서 밝힌 여과기는 여과 노즐과 워시박스를 사용하고 있다. 또, 가는 모래와 굵은 모래의 여과재로 구성된 여과층을 사용하고 있다. 여과기의 상부에 액체 유입구를 두고, 하부에 여과된 액체의 배출구를두고 있다. 상기 여과기의 하부에는 상기 배출구와 연결된 매니폴드(manifold)를 두고 있다. 상기 유입구를 통하여 공급되는 액체는 상기 여과층을 통과하여 상기 매니폴드로 수용되도록 구성되어 있다. 이때, 상기 여과재를 통과하면서 여과된 액체는 상기 여과 노즐을 통하여 상기 매니폴드로 유입된다. 한편, 상기 여과층을 구성하는 여과재에서 가는 모래는 워시박스로 유입되어 세척되도록 되어 있다. 상기 가는 모래는 상기 워시 박스에서 세척되어, 액체로부터 여과된 부유물질 또는/그리고 콜로이드같은 오염물과 분리된다.
그러나, 이와 같은 종래 여과기는 액체를 공급하여 여과된 액체를 얻는데 많은 시간이 소요되고, 액체가 불안정하게 여과된 상태로 매니폴드로 유입되는 경우가 발생되는 문제점이 있다. 또, 여과재가 워시 박스에서 완전히 세척되지 않아서,여과기 내부에 부유물질 또는/그리고 콜로이드같은 오염물이 잔존하는 문제점이 발생되었다. 예컨대, Stevens에 의한USP NO. 5,454,959에서 밝힌 여과기에서, 여과된 액체를 매니폴드로 유입되도록 하는, 여과 노즐은 봉의 형태로 구성되어있다. 따라서, 다 수개의 여과 노즐들이 매니폴드의 둘레로 설치된다. 이 여과 노즐은 여과된 액체를 수용하는데 한계를 갖게 된다. 즉, 액체의 수용량을 늘리기 위해서는 여과 노즐을 많이 설치할 수밖에 없기 때문이다. 또, 상기 여과노즐이 액체가 유입되는 부분과 비교적 가까우므로, 여과되지 않은 액체가 유입되는 경우가 발생할 수 있는 것이다. 또, 상기 여과 노즐은 여과재가 워시박스(washbox)로 이동되는 것을 방해하는 요인이된다. 한편, 상기 워시박스는 단순히 상기 여과재가 이동된 상태에서 중력에 의해서 다시 여과기의 하부로 이동되도록 하는 구조를 가지고 있다. 따라서, 상기 여과재에 부착된 부유물질 또는/그리고 콜로이드같은 오염물을 효과적으로 분리시키지 못할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 비교적 짧은 시간에 다량의 액체를 여과시킬 수 있는 그리고 액체가 불안정하게 여과된 상태로 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 그리고 여과재로부터 부유물질 또는/그리고 콜로이드같은 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 형태의 하향류 유동상 사 여과기를 제공하는데 있다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 하향류 유동상 사 여과기의 단면도;
제2도는 제1도에서 여과 노즐의 확대도;
제3도는 제1도에서 세척 챔버의 확대도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 여과기 12 : 하우징
13 : 제 1 여과재 14 : 제 2 여과재
16 : 여과층 18 : 제 1 포트
20 : 제 2 포트 22 : 공급 챔버
24 : 여과 챔버 26 : 흡입관
28 : 배플 30 : 세척 챔버
32 : 통로 40 : 여과 노즐
42 : 홈 오프닝 50 : 밸브 컨트롤러
52 : 밸브 54 : 센서
56 : 오염물 방출구 58 : 오버 플로우
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 하향류 유동상 사 여과기는 하우징과; 상기 하우징의 내부에 위치되고, 적어도 하나의 여과재로 구성되며, 윗면과 아랫면을 갖는 여과층과; 여과시키기 위한 액체를 외부로부터 상기 하우징의 내부로 공급되도록 하기 위한 제 1 포트와; 상기 하우징의 내부에서 여과된 액체를 상기 하우징의 외부로 배출되도록 하기 위한 제 2 포트와; 상기 제 1 포트로부터 공급되는 액체가 흐르도록 상기 제 1 포트와 연결되고, 액체가 통과되지 않는 윗면과 측면을 갖는 그리고 상기 여과층 윗면의 아래에 위치되도록 오픈된 바닥면을 갖는 공급 챔버와; 상기 하우징의 내부 그리고 상기 여과층 윗면의 위에 위치되고, 상기 여과층에 의해서 상기 제 2 포트로부터 분리되며, 상기 여과액의 흐름 방향과 반대되는 방향의 흐름으로 상기 제 1 여과재를 재생시키기 위한 세척 챔버와; 상기 제 1 여과재를 이송시키기 위하여 상기 하우징의 내부에 위치되고, 상기 여과층의 아랫면과 상기 세척 챔버를 액체가 흐를 수 있도록 연결하는 흡입관과; 상기 하우징에서 상기 여과층을 지지하도록, 상기 하우징 측면의 소정 높이로부터 상기 하우징의 바닥면으로 소정 각도로 형성된 경사면을 갖고, 상기 여과층에서 여과된 액체가 수용되며, 상기 수용된 액체가 외부로 배출되도록 상기 제 2 포트와 연결된 여과 챔버와; 상기 여과층 아랫면의 둘레를 따라서 위치되도록 형성되고, 상기 여과층의 아랫면과 여과 챔버 사이에 위치되며, 상기 여과층에서 여과된 액체가 상기 세척 챔버로 유입되도록 하는 여과 노즐 및; 상기 여과 노즐이 위치되는 상기 여과 챔버의 경사면상에 형성되고, 상기 여과 노즐을 통과한 액체가 상기 여과 챔버로 유입되도록 하는 다수 개의 홀들을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 하향류 유동상 사 여과기의 상기 여과 노즐은 윗면과 아래면이 개방된 원추형으로 형성되고, 그 설치된 상태에 대하여 상기 여과층에 수직되도록 다수 개의 홈 오프닝(slotted opening)이 형성될 수 있다. 상기 세척 챔버는, 상기 제 1 여과재가 이동되는 방향에 대하여, 주름 모양의 통로(shirred passageway)를 가질 수 있다.
본 발명의 하향류 유동상 사 여과기는 여과재의 흐름을 원활하게 할 수 있으므로, 불순물을 효과적으로 제거하여 여과기의 내부를 깨끗하게 유지할 수 있다. 특히, 세척 챔버에 주름 모양의 통로는 여과재와 불순물을 효과적으로 분리되도록한다. 한편, 여과 노즐은 액체의 여과시간을 단축시키면서도 깨끗이 여과된 액체를 얻을 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 이 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하향류 유동상 사 여과기의 단면도이다.
도 1를 참조하면, 여과기(10)는 하우징(12), 여과층(16), 제 1 포트(18), 제 2 포트(20), 공급 챔버(22), 여과 챔버(24),흡입관(26), 세척 챔버(30), 그리고 여과 노즐(40) 등으로 구성된다. 상기 여과층(16)은 제 1 여과재(13)와 이 제 1 여과재(13)보다 큰 입경을 갖는 제 2 여과재(14)로 구성된다. 여과기(10)의 성능은 상기 여과재들(13,14)에 의해서 결정되는 경우가 많다. 상기 여과재들(13,14)은 모래 등을 사용할 수 있는데, 특히, 고품질의 다등급 실리카 모래(silica sand)를 사용한다. 상기 여과재들(13,14)의 입경이 작으면 더 우수한 필터링 효과를 얻을 수 있지만, 여과층에 작용되는 압력이 높아지는 문제점이 있다. 상기 제 1 여과재(13)는 상기 하우징(12)의 측면에 근접되어 위치된다. 상기 제 2 여과재(14)는 상기 제 1 여과재(13)에 둘러 쌓여 상기 하우징(12)의 중심부에 위치된다. 상기 하우징(12)의 재질은 다양한 종류가 사용될 수 있다. 예컨대, 유리 섬유 보강 플라스틱(fiberglass reinforced plastic), 탄소강, 스테인리스강 등이 사용될 수 있다. 상기 하우징(12)의 측면은 가능하면 원통형으로 형성된다. 이것은 코너들(corners)을 최소로 만들기 위함이다. 상기 코너들은 여과층에서 사역들(dead zones)을 만드는 원인이 되기 때문이다.
여과시키기 위한 액체는 제 1 포트(18)를 통하여 공급된다. 상기 제 1 포트(18)는 공급 챔버(22)와 액체가 흐르도록 연결되어 있다. 이 공급 챔버(22)는 액체가 통과되지 않는 윗면과 측면을 갖으며, 오픈된 바닥면을 갖고 있다. 상기 제 1포트(18)로부터 공급되는 액체는 상기 공급 챔버(22)를 통하여 여과층(16)을 흐르면서 여과된다. 이 여과된 액체는 여과 노즐(40)을 통하여 여과 챔버(24)로 흐른다. 상기 여과 챔버(24)는 상기 하우징(12)에서 상기 여과층(16)을 지지하도록 형성된다. 이 여과 챔버(24)는 상기 하우징(12) 측면의 소정 높이로부터 상기 하우징(12)의 바닥면으로 소정 각도로 형성된 경사면을 갖는다. 이 여과 챔버(24)는 상기 여과층(16)에서 여과된 액체가 수용되며, 상기 수용된 액체가 외부로 배출되도록 상기 제 2 포트(20)와 연결된다. 한편, 상기 여과 챔버(24)의 경사면상에는 다수 개의 홀들(25)이 형성되어있다. 이 홀들(25)은 상기 여과 노즐(40)이 위치되는 부분에 형성된다. 이 홀들(25)은 상기 여과 노즐(40)을 통과한 액체가 상기 여과 챔버(24)로 유입되도록 한다. 상기 여과 노즐(40)은 상기 여과층(16) 아랫면의 둘레를 따라서 위치되도록 형성된다. 이 여과 노즐(40)은 상기 여과층(16)의 아랫면과 여과 챔버(24) 사이에 위치된다. 이 여과 노즐(40)은,도 2에서 도시한 바와 같이, 윗면과 아래면이 개방된 원추형으로 형성되고, 그 설치된 상태에 대하여 상기 여과층(16)에 수직되도록 다수 개의 홈 오프닝(slotted opening)(42)이 형성된다. 상기 여과 노즐(40)을 통과하여 상기 여과 챔버(24)에 수용된 액체는 부유물질 그리고/또는 콜로이드같은 오염물로부터 여과된 상태이다. 이 액체는 제 2 포트(20)를 통하여 상기 하우징(12)으로부터 배출된다. 이와 같은 본 발명에 따른 여과기(10)는 상기 여과 노즐(40)과 상기 공급 챔버(22) 사이의 거리(X)가 가능한 길게 유지되도록 한다. 즉, Stevens에 의한 USP NO. 5,454,959에서 개시하고 있는 여과기에 비하여 보다 긴 물의 이동 경로를 형성할 수 있는 것이다. 이와 같은 구성을 통하여 본 발명의 여과기는 Stevens에 의한 여과기에 비하여 그 여과 능력이 뛰어나게 되는 것이다.
상기 액체의 배출은 밸브(52)의 제어에 의해서 조절된다. 상기 밸브(52)는 밸브 컨트롤러(50)에 의해서 교번으로 제어된다. 예컨대, 상기 밸브 컨트롤러(50)는, 센서(54)에 의해서 상기 하우징(12) 내의 수위를 검출하고, 상기 밸브(52)를 오픈/클로즈시켜서, 상기 하우징(12) 내의 수위를 조절하는 것이다. 상기 센서(54)는 초음파 레벨 센서와 같은 레벨 센서이다. 상기 여과기(10)에는 상기 컨트롤러(50)의 오동작 또는 고장시 상기 내부의 수위를 조절하기 위하여 오버 플로우(58)가 설치되어 있다.
한편, 상기 하우징(12)의 내부에는 흡입관(26)이 설치된다. 이 흡입관(26)은 상기 제 1 여과재(13)를 이송시키기 위하여 구성된다. 이 흡입관(26)은 상기 여과층(16)의 아랫면과 세척 챔버(30)를 액체가 흐를 수 있도록 연결한다. 상기 제 1여과재(13)는 상기 흡입관(26)을 통하여 상기 세척 챔버(30)로 이동된다. 이때, 상기 제 1 여과재(13)는 부유물질 그리고/또는 콜로이드같은 오염물과 같이 이동된다. 상기 세척 챔버(30)에서 상기 제 1 여과재(13)는 부유물질 그리고/또는 콜로이드같은 오염물과 분리된다. 이 부유물질 그리고/또는 콜로이드같은 오염물들은 오염물 방출구(56)를 통하여 외부로 배출된다. 상기 제 1 여과재(13)는, 외부로부터 공급되는 공기 등의 가스에 의해서, 상기 흡입관(26)을 통하여 상기 세척 챔버(30)로 이동된다. 상기 가스는 가스 공급라인(도시 않음)을 통하여 상기 흡입관(26)의 내부로 공급된다. 상기 가스 공급라인은 가스 소스부(도시 않음)와 연결되어 있다. 상기 가스가 공급되면, 상기 제 1 여과재(13)는 상기 흡입관(26)을 통하여 상기 세척 챔버(30)로 이동된다. 상기 제 1 여과재(13)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 세척 챔버(30)에서 부유물질 그리고/또는 콜로이드같은 오염물 등과 분리된다. 이는 중력에 의해서 상기 제 1 여과재(30)는 상기 하우징(12)의 하부로 이동되고, 부유물질 그리고/또는 콜로이드같은 오염물 등은 상기 세척 챔버(30)에서 위로 올라가기 때문이다. 또, 상기 제 1 여과재(30)는 상기 세척 챔버(30)의 하부에 형성되고, 상기 제 1 여과재(30)가 이동되는 방향에 대하여, 주름 모양을 갖는 통로(shirred passageway)(32)를 통과하게 된다. 이 통로(32)는 상기 제 1 여과재(30)의 세척 효과를 더욱 향상시키게 된다. 이 통로(32)를 통과한 제 1 여과재(30)는 중력에 의해서 배플(28)를 따라 상기 여과층(16)의 밑으로 이동된다.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 여과재의 흐름을 원활하게 할 수 있으므로, 불순물을 효과적으로 제거하여 여과기의 내부를 깨끗하게 유지할 수 있다. 특히, 세척 챔버에 주름 모양의 통로는 여과재와 불순물을 효과적으로 분리되도록 한다.한편, 여과 노즐은 액체의 여과시간을 단축시키면서도 깨끗이 여과된 액체를 얻을 수 있도록 한다.

Claims (2)

  1. 하향류 유동상 사 여과기에 있어서, 하우징과; 상기 하우징의 내부에 위치되고, 적어도 하나의 여과재로 구성되며, 윗면과 아랫면을 갖는 여과층과; 여과시키기 위한 액체를 외부로부터 상기 하우징의 내부로 공급되도록 하기 위한 제 1 포트와; 상기 하우징의 내부에서 여과된 액체를 상기 하우징의 외부로 배출되도록 하기 위한 제 2 포트와; 상기 제 1 포트로부터 공급되는 액체가 흐르도록 상기 제 1 포트와 연결되고, 액체가 통과되지 않는 윗면과 측면을 갖는 그리고 상기 여과층 윗면의 아래에 위치되도록 오픈된 바닥면을 갖는 공급 챔버와; 상기 하우징의 내부 그리고 상기 여과층 윗면의 위에 위치되고, 상기 여과층에 의해서 상기 제 2 포트로부터 분리되며, 상기 여과액의 흐름 방향과 반대되는 방향의 흐름으로 상기 여과재를 재생시키기 위한 세척 챔버와; 상기 여과재를 이송시키기 위하여 상기 하우징의 내부에 위치되고, 상기 여과층의 아랫면과 상기 세척 챔버를 액체가 흐를 수 있도록 연결하는 흡입관과; 상기 하우징에서 상기 여과층을 지지하도록, 상기 하우징 측면의 소정 높이로부터 상기 하우징의 바닥면으로 소정 각도로 형성된 경사면을 갖고, 상기 여과층에서 여과된 액체가 수용되며, 상기 수용된 액체가 외부로 배출되도록 상기 제 2 포트와 연결된 여과 챔버와; 상기 여과층 아랫면의 둘레를 따라서 위치되도록 형성되고, 상기 여과층의 아랫면과 여과 챔버 사이에 위치되며, 상기 여과층에서 여과된 액체가 상기 세척 챔버로 유입되도록 하는 여과 노즐 및; 상기 여과 노즐이 위치되는 상기 여과 챔버의 경사면상에 형성되고, 상기 여과 노즐을 통과한 액체가 상기 여과 챔버로 유입되도록 하는 다수 개의 홀들을 포함하되 상기 여과 노즐은 윗면과 아래면이 개방된 원추형으로 형성되고, 그 설치된 상태에서 상기 여과층에 수직되도록 다수 개의 홈 오프닝(slotted opening)이 형성된 것을 특징으로 하는 하향류 유동상 사 여과기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세척 챔버는, 상기 여과재가 이동되는 방향에 대하여, 주름 모양의 통로(shirred passageway)를 갖는 것을 특징으로 하는 하향류 유동상 사 여과기.
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US5454959A (en) * 1993-10-29 1995-10-03 Stevens; Jay S. Moving bed filters

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