KR100709295B1 - 밀판형 부유물 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유물 배출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수처리장 및 폐수처리장의 오수 위에 떠있는 부유물(스컴, Scum)을 배출하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출장치는 구동모터 및 감속기를 구비한 구동부에 의하여 작동하는 부유물 배출장치에 있어서, 상기 구동부에 연결되어 회전하는 회전축; 상기 회전축에 고정되어 상기 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트; 및 상기 플레이트의 끝단에 결합되어 부유물을 긁어 올리는 블레이드를 구비한다. 상기 플레이트는 평판형의 몸체부와 상기 몸체부의 양측으로부터 회전축의 주위를 둘러가며 나선형으로 형성된 날개부로 이루어진다.

또한 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출 장치는 부하를 감지하도록 상기 구동부의 구동모터와 감속기 사이에 구비되는 토크감지기 및 상기 토크감지기로부터 부하토크에 관한 정보를 받아 동력부의 전원을 개폐할 수 있는 제어부를 구비한다.

상기와 같은 구성상의 특징에 의하여 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출장치는 불필요하게 배출되는 물의 양을 줄이며 부서져 가라앉는 부유물의 양을 최소화하게 된다. 또한 기존 과부하 방지장치와 함께 또는 대체하여 보다 정밀한 과부하에 대한 설정이 가능하게 된다.

스컴, 부유물, 체인플라이트, 슬러지, 침전지, 폐수처리장

Description

밀판형 부유물 배출장치 {Pushing plate type scum skimmer}

도 1은 일반적인 침전지 설비를 나타내는 개략도

도 2는 종래의 헬리컬 스키머를 나타내는 개략도

도 3은 종래의 대칭나선형 스컴제거기를 나타내는 개략도

도 4는 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출장치의 정면도

도 5는 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출장치의 단면도

도 6은 본 발명에 의한 부유물 배출장치의 구동부의 개략도

도 7은 본 발명에 의한 부유물 배출장치의 구동부의 블록도

도 8A는 헬리컬 스컴스키머의 부유물 평균이동거리를 나타내는 그래프

도 8B는 대칭나선형 부유물 배출장치의 부유물 평균이동거리를 나타내는 그래프

도 8C는 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출장치의 부유물 평균이동거리를 나타내는 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40: 회전축 41: 플레이트

42: 몸체부 43: 날개부

44: 블레이드 45: 연결봉

61: 구동모터 62: 감속기

63: 구동체인 64: 토크감지기

70: 제어기 71: 디지털인디게이터

73: 제어부

본 발명은 부유물 배출장치(스컴스키머)에 관한 것으로서, 구체적으로는 하수처리장 및 폐수처리장의 오수 위에 떠있는 부유물(스컴)을 배출하기 위한 장치에 관한 것이다.

침전지는 하수 처리 과정에서 하수를 오랜 시간 머물게 하면서 하수 속의 미립자나 미생물을 침전 시키고 부유물을 제거하기 위해 만들어 놓은 탱크를 말한다. 보통 하수 처리 과정에서 침사지의 다음 단계와 포기조 다음 단계에 각각 최초 침전지와 최종 침전지를 설치한다. 돌, 모래와 같은 비중이 상당히 큰 물질들은 침사지를 거치면서 이미 제거되었기 때문에 한결 깨끗해진 물이 최초 침전지에 유입된 다. 그러나 최초 침전지를 거치면서 미립자나 부유물을 제거해야 더욱 깨끗해진 물을 얻을 수 있다.

부유물 혹은 스컴(Scum)이란 부유성 물질 외에도 부유성물질(예: 거품)의 표면에 흡착하거나 부유물질 덩어리에 포획되어 함께 부유하는 물질(예: 고무, 비닐, 모발 등)을 포함하는 개념이다.

최초침전지설비는 일반적으로 바닥에 깔려있는 슬러지를 긁어모아 배출구로 내보내는 슬러지수집기와 오수 위에 떠있는 부유물을 배출하는 부유물 배출장치로 구성되어 있다.

[도 1]에 슬러지수집기의 한 예로서 구동부에 의하여 작동되며, 다수의 회전축을 따라 일주하는 체인(10)과, 체인(10)에 설치되어 바닥에서는 슬러지를 긁어모으고 수면에서는 스컴스키머(12) 쪽으로 부유물을 밀어내는 작용을 하는 플라이트(11)로 구성된 체인플라이트(Chain flight)식 슬러지수집기(13)를 나타냈다. 본 발명은 이러한 체인플라이트 슬러지수집기(13)와 함께 설치되어 상기 슬러지수집기(13)의 플라이트(11)가 밀어내는 부유물을 부유물 배출수로(14)로 배출하는 부유물 배출장치에 관한 것이다.

이러한 부유물 배출장치에는 파이프 스키머(Pipe Skimmer)와 헬리컬 스키머(helical skimmer)등의 종류가 있다.

파이프스키머는 물의 흐름에 의한 방식이이서 부유물 제거 시 부유물과 함께 배출되는 물의 양이 불필요하게 많고 부유물 제거효율이 현저히 떨어지는 이유로 많이 사용되지 않고 있다.

[도 2]를 참조하여 보면 헬리컬스키머(20)는 나선형의 헬리컬날(22)을 구비한 회전축(21)을 회전시켜 부유물을 밀어 부유물이 헬리컬날을 따라 한쪽으로 흐르게 한다. 또한 고정된 수로 한쪽을 부유물이 넘어 오기 쉽도록 비치(beach)형으로 형성하여 상기 헬리컬 날의 인양 작용으로 부유물을 처리하게 된다.

이하 부유물 배출장치의 배출효율을 설명하기 위하여 '부유물 평균이동거리'라는 개념을 사용한다. 부유물 평균이동거리란 부유물 배출장치의 회전축과 평행하게 늘어선 부유물들을 가정하고 부유물 배출장치가 1회 배출작용을 하는 동안 이러한 부유물들이 배출되기 위하여 배출구까지 이동하는 평균거리를 말한다.

상기 헬리컬 스컴스키머의 경우 회전축의 길이를 L이라고 하면, 부유물들이 총 이동하는 거리를 적분을 통하여 계산하면

이 되고 이를 회전축 길이 L로 나눈 부유물 평균이동거리는

이 된다.([도 8A]참조)

상기와 같이 헬리컬 스컴스키머에 의한 부유물 배출 방식은 부유물이 배출되기 위하여 평균적으로 이동하는 거리가 비교적 커서 부유물끼리의 충돌 등의 발생 확률이 높아지고 헬리컬 날과 부유물의 마찰로 인하여 부유물에 흡착되거나 부유물 덩어리에 포획되어 있던 물질들이 분산되어 침전되는 현상이 발생하였다.

또한 부유물이 배출되기 위하여 한 곳에 집중적으로 모이게 됨으로써 서로 압축되어 깨져 상기 부유성 물질에 흡착되어 있거나 부유성 물질에 포획되었던 물질들이 분산되어 배출되기 전에 침전되는 현상이 발생하였다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로서 '대한민국 실용신안출원 제20-1995-002863호' 『대칭나선형 스컴제거기와 정지장치』(이하 선행기술이라 함)가 제안된 바 있다.

[도 3]을 참조하여 보면 상기 선행기술은 헬리컬날(30)을 대칭적으로 구성하여 부유물이 헬리컬날(30) 중앙으로 모이도록 한 후 퍼내어 배출하는 구조로 되어있다.

상기 헬리컬 스키머(20; [도 2]참조)는 부유물을 배출하기 위하여 부유물을 이동시키는 평균거리가 회전축 길이의 1/2이 되는데 비하여 상기 선행기술의 대칭나선형 스컴 배출장치는 회전체 길이의 1/4이 된다. 따라서 선행기술의 대칭나선형 스컴 배출장치는 부유물 배출 시 부유물끼리의 충돌 확률이 더 낮아지고 나선형날에 의하여 떠밀려 흐르는 거리가 1/2로 줄어들고 그만큼 나선형 날과의 마찰이 일어나는 시간도 짧아지게 됨으로써 부유물이 분산되어 침전되는 현상이 줄어들었다.

그러나 상기 선행기술에 의하더라도 부유물이 헬리컬날(30)의 대칭점인 중앙 부 한곳에 집중되어 서로 압축됨으로써 부서져 침전되는 현상은 크게 개선이 되지 않았으며, 또한 여전히 부유물이 헬리컬 날에 의하여 떠밀려 흐르다가 분산되어 침전되는 양도 줄어들긴 하였으나 무시할 수 없었다.

한편, 종래의 부유물 배출장치에는 구동부의 과부하방지장치로서 시어핀(shear pin)을 이용하여 과부하시 시어핀이 전단됨으로써 구동전력이 차단되는 물리적인 과부하 방지 장치가 일반적으로 사용되었다.

그러나 상기 시어핀에 의한 과부하 방지장치는 원래 동력을 차단하기위하여 의도했던 시어핀의 이론적인 전단강도와 실제 시어핀의 구성에 사용된 재질의 전단강도의 차이가 있는 등의 이유로 시어핀이 기준보다 작은 부하에서도 전단되어 부유물 배출장치가 수시로 멈추거나 반대로 기준 이상의 과부하 발생 시에도 시어핀이 전단되지 않아 전동기에 손상이 발생하는 등의 문제가 있었다. 또한 시어핀은 기준 이상의 부하에 의하여 전단된 경우 교체가 필요하므로 시어핀이 교체되기 전까지는 부유물 배출장치를 작동할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 과제는 부유물이 회전체의 날에 의하여 밀려 떠내려가는 거리를 줄임으로써 부유물이 깨져 가라앉는 양을 최소화하는 데 있다.

또한 본 발명의 과제는 한 곳에 모여 압축됨으로써 깨져 가라앉는 부유물의 양을 최소화 하는 구조를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 과제는 기존의 물리적, 기계적인 과부하 방지수단에 더하거나 혹은 대신하여 일정하게 작동하는 과부하 방지장치를 구비하여 보다 안정적으로 상기 부유물 배출장치에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출장치는, 구동모터 및 감속기를 구비한 구동부에 의하여 작동하는 부유물 배출장치에 있어서,

상기 구동부에 연결되어 회전하는 회전축; 상기 회전축에 고정되어 상기 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트; 및 상기 플레이트의 끝단에 결합되어 부유물을 긁어 올리는 블레이드를 구비한다.

상기 플레이트는 평판형의 몸체부와 상기 몸체부의 양측으로부터 회전축의 주위를 나선형으로 돌아가며 형성된 날개부로 이루어진다.

또한 본 발명에 의한 밀판형 부유물 배출 장치는 부하를 감지하도록 상기 구동부의 구동모터와 감속기 사이에 구비되는 토크감지기 및 상기 토크감지기로부터 부하토크에 관한 정보를 받아 동력부의 전원을 개폐할 수 있는 제어부를 구비한다.

첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 '상하좌우' 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다.

본 발명에 의한 바람직한 일 실시예는 부유물을 배출하는 배출부와 배출부에 회전력을 전달하는 구동부로 이루어진다. 이하 상세하게 설명한다.

[도 4] 및 [도 5]를 참조하여 배출부를 설명한다. [도 5]는 배출부의 중앙부분을 회전축(40)의 축방향에 직각으로 자른 단면을 나타내고 있다.

먼저 [도 4]를 참조하여 설명하면, 배출부는 날개부(43)와 몸체부(42)로 구성된 플레이트(41), 블레이드(44), 회전축(40) 및 상기 플레이트(41)를 회전축(40)에 고정시키기 위한 연결봉(45)으로 구성된다.

회전축(40)은 원기둥형으로 형성되어 있다. 상기 회전축(40)은 침전지의 양측 벽에 월베어링(Wall Bearing; 미도시)등을 구비하여 회전 가능하도록 설치된다. 또한 구동부와 연결하기 위하여 한쪽 끝에 스프로켓(47)을 구비한다.

플레이트(41)는 평판이 직선형으로 일정길이 연장되어 형성된 몸체부(42)와 몸체부(42)의 양쪽 끝부분으로부터 평판이 나선형으로 휘어 형성된 좌우 대칭형의 날개부(43)로 구성된다. 상기 플레이트(41)는 상기 회전축의 길이 정도로 형성된다.

[도 5]를 참조하여 설명하면, 회전축(40)에는 중심축을 지나도록 관통하는 구멍을 플레이트(41)의 형상을 따라 일정간격으로 다수 형성한다. 상기 형성된 구멍에 연결봉(45)을 통과시킨 후 연결봉(45)의 양측을 볼트로 조여 회전축(40)에 고 정시킨다. 플레이트(41)는 상기 고정된 연결봉(45)에 용접하여 고정된다. 이때 회전축(40)의 중심으로부터 플레이트(41)의 최 외곽까지의 길이는 플레이트(41) 전체를 통하여 일정하게 하는 것이 바람직하다.

클램프(46)를 플레이트(41)의 끝부분에 볼트와 너트로 고정한 후 플레이트(41)와 클램프(46) 사이에 블레이드(44)를 끼운다. 블레이드(44)는 상기 볼트와 너트를 조임으로써 플레이트(41)에 고정된다.

[도 6] 및 [도 7]을 참조하여 구동부를 설명한다.

[도 6]을 참조하여 설명하면, 일반적으로 구동부는 구동모터(61)와 감속기(62) 및 회전력을 상기 회전축에 전달하기 위한 구동체인(63)으로 구성된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 부유물 배출장치는 제어기(70) 및 토크감지기(64)를 더 구비한다.

상기 토크감지기(64)를 구동모터(61)의 축(65)과 감속기(62)의 입력축(66)에 축커플링(67)을 이용하여 연결한다. 또한 감속기(62)의 출력축에 구비된 스프로켓(68)과 상기 회전축(40)의 한쪽 끝에 구비된 스프로켓(47)을 구동체인(63)으로 연결한다.

[도 7]을 참조하여 설명하면, 제어기(70)는 디지털인디게이터(71)와 제어부(73) 및 스위치(72)를 구비한다.

디지털인디게이터(71)는 토크감지기(64) 또는 제어부(73)에 연결되어 토크감지기(64)로부터 감지한 연속적인 토크를 수치로 보여준다. 제어부(73)는 관리자로 부터 임의의 토크 수치를 입력받아 저장하고 토크감지기(64)로부터 전달받은 연속적인 토크를 상기 저장된 토크와 연속적으로 비교한다. 스위치(72)는 구동모터(61)와 동력전원(74)의 사이에 구비되고 제어부(73)에 연결된다.

토크감지기(64)로부터 얻은 부하토크가 상기 관리자가 설정한 토크보다 큰 경우 제어부(73)는 스위치를 개방시켜 구동모터(61)에 전달되는 동력전원(74)을 차단한다.

한편 상기 스위치는 제어기(70)의 외부에 독립적으로 구비하여 제어기(70)와 연결하는 것도 가능하다.

본 실시예에 의한 부유물 배출 장치의 작용을 설명한다.

[도 6]을 참조하여 설명하면, 회전축(40)은 감속기(62)와 구동체인(63)으로 연결되어 회전한다.

[도 5]를 참조하여 설명하면, 회전축(40)의 회전에 따라 플레이트(41)와 플레이트(41)에 고정된 블레이드(44)가 회전축(40)을 중심으로 회전하게 된다. 침전지에는 체인플라이트식 슬러지수집기에 의하여 수면상에서 떠오는 부유물이 최종적으로 몰리게 되는 경사곡면(50)이 구비된다.

플레이트(41)의 날개부(43)와 상기 날개부(43)에 구비되어 있는 블레이드(44)는 회전함에 따라 부유물을 중앙의 몸체부(42)쪽으로 모아준다. 회전축(40)이 계속 회전하면 몸체부(42)에 고정된 블레이드(44)가 상기 경사곡면(50)과 밀착된 상태로 부유물들을 긁어 올려 경사곡면(50) 너머 부유물 배출수로(14) 쪽으로 배출하게 된다.

이 때 몸체부(42)의 길이가 길게 형성될수록 부유물이 배출 시에 몸체부 중앙 한부분으로 몰리게 되는 현상이 감소하여 부유물에 흡착 내지 포획되어 있던 물질이 분산되어 침전되는 양이 적어지게 된다. 그러나 몸체부(42)는 부유물을 퍼내는 작용을 하는 부분이며 이때 부유물과 함께 부유물 주위의 물도 함께 퍼내지게 되기 때문에 몸체부(42)의 길이가 길어짐에 따라 부유물과 함께 배출수로(14) 쪽으로 배출되는 물의 양도 많아진다.

날개부(43)의 길이가 길게 형성되면 부유물이 날개부의 나선형 평판을 따라 수면 상에서 밀려 떠내려가는 이동거리가 길어지게 됨으로써 부유물 상호간의 충돌, 압축 또는 날개부(43)와의 마찰로 인하여 부유물의 덩어리가 부서져서 포획된 물질들이 침전되거나 부유물에 흡착된 물질들이 분산되어 침전되는 양이 늘어난다.

그러나 날개부(43)가 없이 전체적으로 평판형으로 형성된 플레이트를 가정해 본다면, 상기 평판형 플레이트가 경사곡면(50)과 밀착되어 부유물을 퍼 올리는 경우 평판형 플레이트 양쪽으로 물이 흘러 나가게 되고 부유물 또한 물을 따라 플레이트 양쪽으로 흘러나가게 되어 배출효율이 극히 나빠지게 된다.

결론적으로 날개부(43)와 몸체부(42)의 비율은 부유물과 함께 배출되는 물의 양과 침전되는 부유물의 양을 고려하여 결정되어야 한다.

[도 8A] 내지 [도 8C]를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 부유물 배출장치의 배출효율을 상기 선행기술 및 종래의 헬리컬 스키머와 개략적으로 비교하여 보면 다음과 같다. [도 8A]는 헬리컬 스컴 스키머의 경우를, [도 8B]는 종래 선행기술인 대칭나선형 부유물 배출장치를, [도 8C]는 본 발명에 의한 부유물 배출장치에 있어서 부유물의 이동거리를 나타낸 그래프이다.

그래프의 가로축은 회전축 방향에 따른 거리를 나타내며, 세로축은 각위치의 부유물이 배출되기 위하여 이동하게 되는 거리를 나타낸 것이다. L은 회전축의 길이를 나타낸다.

[도 8A]를 참조하여 설명하면, 종래의 헬리컬 스키머의 경우 앞서 살펴본 바와 같이 1회 배출을 위하여 부유물들이 이동하는 전체거리가

가 되고 회전축 길이 L 전체에 대한 평균이동거리는

이 된다. 또한 [도 8B]를 참조하여 설명하면, 선행기술인 대칭나선형 부유물 배출장치의 경우는 1회 배출을 위하여 부유물이 이동하는 전체거리는

가 되며 회전축 길이 L 전체에 대한 부유물 평균이동거리는

이 된다. 한편 [도 8C]에서와 같이 본 발명의 경우 날개부를

의 길이를 갖도록 형성한다고 가정하면 부유물들이 이동하는 전체거리는

이 되며, 회전체 길이 L 전체에 대한 부유물 평균이동거리는

이 된다.

침전지의 배출과정에서 부유물이 침전되는 양은 부유물 상호간의 충돌과 나 선형 날과의 마찰 등의 이유로 부유물이 이동하는 거리에 대략적으로 비례한다. 따라서 날개부를 전체길이의 1/4정도로 몸체부 양측에 형성한 본 발명에 의한 부유물 침전기는 헬리컬 스키머에 비하면 약 1/8, 선행기술에 비하면 약 1/4 정도로 깨져서 침전되는 부유물의 양이 줄어들게 되는 것이다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 부유물 배출장치로 구현될 수 있다.

상기 발명의 구성에서 기술된 바와 같이,

본 발명에 의한 부유물 배출장치는 플레이트 가운데 평판형의 몸체부를 구성하고 나선형의 날개부의 길이를 줄임으로써 부유물이 회전체의 날에 의하여 밀려 떠내려가는 거리를 최대한 줄임으로써 부유물이 침전되는 양을 최소화하여 배출 효율을 높였다.

또한 본 발명에 의한 부유물 배출장치는 플레이트 가운데 평판형의 몸체부를 구성하여 부유물이 한 곳에 모여 압축되어 부서짐으로써 부유물에 포획되었던 물질 등이 침전되는 양을 최소화 하여 부유물의 배출 효율을 높였다.

또한 본 발명에 의한 부유물 배출장치는 토크감지기에 의하여 부하를 감지하 거나 필요시 육안에 의하여 부하를 확인하고 조치를 취할 수 있도록 하여 부유물 배출장치의 예기치 않은 파손을 방지하고 수명을 안정적으로 보장하는 효과가 있으며, 쉬어핀의 교체작업에 걸리는 시간동안 부유물 배출장치의 작동중단을 방지하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 구동모터 및 감속기를 구비한 구동부에 의하여 작동하는 부유물 배출장치에 있어서,

   상기 구동부에 연결되어 회전하는 회전축; 상기 회전축에 고정되어 상기 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트; 및 상기 플레이트의 끝단에 결합되어 부유물을 긁어 올리는 블레이드를 구비하되,

   상기 플레이트는 직선형의 몸체부와 상기 몸체부의 양측에 나선형으로 형성된 날개부로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀판형 부유물 배출 장치
2. 삭제

Images