KR100953671B1 - 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기에 관한 것으로, 그 목적은 원심분리기의 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 토출구를 통해 보다 많은 농축액 또는 케이크가 배출되도록 가공된 구조를 구비한 원심분리기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 탈수, 농축용 스크류 데칸터형 원심분리기에 있어서, 농축액 또는 케이크를 배출하는 토출구(2)의 가공구조를 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 일정한 각도로 기울어지게 가공하고, 이러한 토출구를 일정간격으로 원형 배열 구성한 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기를 특징으로 한다.

원심분리기, 케이크, 농축액, 배출구, 농축기, 탈수기

Description

회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기{The separating screw decanter centrifuges having helical designed outlet for discharging concentrated liquid or cake}

본 발명은 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기에 관한 것으로, 자세하게는 보올에 형성된 토출구의 가공시 일정기울기의 각을 가지게 가공하여 농축액과 케이크의 배출을 극대화한 토출구를 가진 원심분리기에 관한 것이다.

일반적으로 하수, 분뇨, 산업폐수, 축산폐수등의 처리공정으로 부터 발생되는 슬러지를 공급하는 슬러지 투입관을 통해 공급된 슬러지를 물과 고형물로 분리하는 원심탈수기 또는 농축기(이하 원심탈수기 또는 농축기는"원심분리기"라고 함)에 있어서 공급된 슬러지를 기계적 원심력을 적용하여, 그 원심력에 의해 고형물의 슬러지 농도를 소정비율로 농축 또는 탈수하여, 슬러지를 농축처리 또는 탈수처리를 하고, 이러한 농축 및 탈수 원심분리기로부터 배출되는 슬러지의 고형물 농축 및 탈수조절은 슬러지 배출속도에 상당하는 스크류 컨베이어와 외동보올간의 매분 당 회전차나 회전통 내부의 액층깊이를 댐이나 스키머를 변화시킴으로써 이루어진다.

첨부된 도면에 따라 종래의 원심분리기 구조를 이하 설명한다.

도 8은 종래 슬러지를 탈수, 농축시키는 일반적인 스큐류 데칸터형 원심분리기의 단면을 보인 구성도이다.

도시된 바와 같이 종래 원심분리기의 구성 및 작용을 보면 우측에 위치한 슬러지투입관(501)을 통해 공급된 슬러지는 내동 스크류 컨베이어(512)의 토출구(516)를 통해 토출된 후, 원심력에 의해 상등수(탈리액 또는 분리액)와 탈수케이크와 농축액으로 분류하도록 구성됨을 알 수 있다.

상기 탈리액 또는 분리액은 외동보올(506) 및 외동 테이퍼보올(507)의 회전에 의해 탈리액 또는 분리액 토출구(511)에 의해 흘러나와 일측 케이싱을 통하여 탈리액 또는 분리액 배출구(502)에 의해 배출된다.

또한 상기 탈수케이크와 농축액은 외동 보올(506) 및 외동 테이퍼보올(507)과 회전차를 가지고 느린 회전수로 회전하는 내동 스크류 컨베이어(512)에 의해 탈수 또는 농축되면서 탈수케이크와 농축액 토출구(508)측으로 이동한다. 이후 필요한 함수율 및 농도로 탈수와 농축된 슬러지는 케이크와 농축액 토출구(508)로 부터 밀려나온 케이크 또는 농축액은 배출구(503)에 의해 배출된다.

상기 외동보올(506) 및 외동 테이퍼보올(507)의 회전력은 우측에 설치된 구동모터(513) 및 구동풀리(510)를 거쳐 구동풀리에 의해 회전하는 회전축과 외동 테이퍼보올(507)의 일측이 연동하여 회전하게 되고, 외동 테이퍼보올(507)과 결합된 외동보올(506)의 타측단은 대경축(515)에 조립되고 프레임(505)에 설치된 베어링블록(519,520)과 결합되어 지지되면서 회전하게 된다. 이에 따라 유입된 슬러지를 원심분리하여 탈리액 또는 분리액과 탈수케이크와 농축액으로 분류하게 된다.

또한 상기 스크류 컨베이어(512)의 회전력은 차동모터(514) 및 차동풀리를 거쳐 차동풀리에 의해 회전하는 샤프트(509)를 통해 전달된다. 샤프트(509)는 베어링블록(519)에 설치된 대경축(515)을 관통하여 외동보올(506)과 외동 테이퍼보올(507) 내부에서 회전하도록 설치 구성된다. 이에 따라 샤프트(509)가 회전하면 둘레에 형성된 스크류 컨베이어(512)가 탈수케이크 및 농축액을 일측방향으로 이송시키게 된다.

도면중 미설명 부호 (504)는 지면위에 설치되어 탈수, 농축시키는 원심분리기 전체의 하중을 지지하는 기초 프레임이다.

상기와 같은 종래의 원심분리기에서 케이크의 배출은 원심분리기를 설계시 중요한 설계 인자로서 고형물의 농도에 따라서 농축액과 케이크의 출구인 토출구(508)를 넓히거나 다른 변형 형태로 제작 되어져 왔다.

즉, 고형물의 농도가 높을 경우 케이크 배출이 원활하지 않고 탈리액 쪽으로 배출되는 액체의 탁도 또한 나빠진다는 문제점이 있었다.

이에 따라 원심력에 의해 드라이존 부근의 케이크가 정체되지 않고 배출 되게 함으로서 피드 파이프로 들어오는 고형물의 침강 공간을 충분히 확보하는 것이 역할을 케이크 토출구(508) 설계의 중요한 점이라 할 수 있다.

하지만 농축액 또는 케이크 토출구(508)를 넓히게 되면 외동 테이퍼보올(507)의 기계적 강도가 약해질수도 있고, 재료의 손실도 많고, 이와 같은 가공에 따른 전기료등도 올라간다는 문제점이 있고, 여전히 그 형상이 중심축에 대해 수직하게 가공됨으로 인한 케이크 배출시의 구조적 문제점은 해결되지 못하고 있다는 단점이 있다.

즉, 도 9는 종래 일반적인 토출구의 기울기에 따른 케이크의 토출 흐름을 보인 예시도인데, 도시된 바와 같이 종래 토출구 구조는 베나콘트렉타(Vena Contracta;도관을 흐르는 유체의 속도가 작은 노즐을 통과하면서 빨라지면서 정압이 떨어지는 현상) 영향에 의한 유출계수 C 값 감소 현상을 보임을 알 수 있다. 즉, 토출구 기울기가 중심축에 대하여 수직한 각도를 가지게 가공시 유출계수 C의 감소로 인한 농축액 또는 케이크의 배출량이 토출구의 직경에 비해 현저히 작아짐을 알수 있다. 다시말하면, 종래의 케이크 토출구는 베나콘트렉타 현상에 의해 오리피스 관 현상이 일어나는 토출구로부터 케이크가 배출될 때 실제 케이크 배출 구경보다 작게 수축되어져 배출이 원할 하지 못하다. 이는 회전하는 케이크가 회전 방향 흐름에 의해 오리피스로 배출될 때 베나콘트랙터 흐름이 발생하여 실제 토출구 보다 작은 오리피스 관 형태처럼 흐르기 때문이다

따라서 종래의 토출구 구조에서는 고농도의 하수 처리과정에서 스크류데칸터형 원심분리기 내부로 흘러 들어가는 고형물이 침강 할 수 있는 충분한 공간을 확 보되지 못하여 원활한 케이크 배출이 되지 못하였고, 이를 극복하여 고형물의 회수율 높이기 위해서는 스크류데칸터형 원심분리기의 내부용적을 크게 만들어야 한다는 문제점과, 이로 인해 에너지 비용이 높아진다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 원심분리기의 외동 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 토출구를 통해 보다 많은 농축액 또는 케이크가 배출되도록 가공된 구조를 구비한 원심분리기를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 슬러지를 슬러지투입관을 통해 공급후 스크류컨베이어의 토출구로 배출하여 원심력에 의해 탈리액(또는 분리액)과 탈수케이크 또는 농축액으로 분류하여, 상등액(탈리액 또는 분리액)은 외동보올 및 외동 테이퍼보올의 회전에 의해 탈리액 또는 분리액 토출구를 통해 일측 케이싱으로 모은 후 탈리액 또는 분리액 배출구로 배출하고, 탈수케이크 또는 농축액은 스크류 컨베이어로 투입된 슬러지를 외동 테이퍼보올 방향으로 이송후 농축액 또는 케이크를 토출하도록 외동 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 토출구를 통해 탈수케이크 또는 농축액 배출구로 배출하는 구성을 포함하는 탈수, 농축용 스크류 데칸터형 원심분리기에 있어서,
상기 농축액 또는 케이크를 토출하도록 외동 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 토출구는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 일정한 각도로 기울어지게 가공하고, 이러한 토출구를 일정간격으로 원형 배열하여 구성하되,
상기 토출구는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올이 회전하는 방향쪽으로 기울어진 각을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기를 제공함으로써 달성된다.

삭제

상기 토출구는 2개이상의 토출구가 일정간격으로 원형배열되어 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 토출구는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 외경방향으로 수직하게 연장한 선을 기준 0도로 보았을 때 토출구의 내경에서 외경의 접선까지 가공된 구멍이 60도에서 90도로 가공된 것을 특징으로 한다.

상기 토출구는 구멍이 시작되는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 내경에서 구멍이 끝나는 외경으로 갈수록 직경이 커지도록 테이퍼지게 가공된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 원심분리기의 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 농축액 또는 케이크 배출을 위한 토출구 가공시 일정한 각을 주어 보올의 회전방향과 동일하게 기울어지게 가공함으로써 농축액 또는 케이크 배출시 베나콘트렉타(Vena Contracta) 영향에 의한 유출계수 C 값 감소 현상을 줄여 보다 많은 농축액 또는 케이크가 배출되도록 하였다는 장점과,

또한 종래 농축액 또는 케이크의 배출을 원활하게 위해 토출구의 크기를 크게 가공함에 따른 보올의 기계적 강도 저하와, 이를 가공하기 위한 가공비 및 공수를 줄여 가공에 따른 에너지를 절감하였다는 장점과,

또한 원활한 케이크 배출의 영향으로 고농도의 하수 처리과정에서 스크류데칸터형 원심분리기 내부로 흘러 들어가는 고형물이 침강 할 수 있는 충분한 공간을 확보 함으로써 스크류데칸터형 원심분리기의 내부용적을 작게 만들면서도 고형물의 회수율이 좋아졌다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 토출구를 가진 보올의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 토출구를 가진 보올의 일부 절개 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 보올의 회전방향에 따른 토출구 단면을 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 스크류데칸터형 원심분리기를 구성하는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올(1)에 형성되어 농축액 또는 케이크를 토출하는 토출구(2)의 형상이 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 일정한 각도로 기울어지게 일정 간격으로 360도 원형 배열되도록 가공하였다. 이와 같이 기울기를 가진 회전각을 가진 다수개의 토출구(2)를 통해 농축액 또는 케이크는 회전각을 가지면서 기울기가 없이 가공된 중심축으로부터 수직하게 형성된 종래의 토출구보다 많은 농축액 및 케이크가 배출되게 된다.

상기 일정 간격으로 배열된 토출구는 필요한 만큼 임의의 개수만큼 형성하면 된다. 1개를 형성하여도 되지만 2개이상을 배열하면 바람직하다. 이와 같이 형성하면 토출되는 농축액과 케이크의 배출이 원활해진다.

상기 일정한 각으로 기울어진 토출구의 각은 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 회전방향과 동일한 각으로 기울어지게 가공한다. 예를 들면 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 회전방향이 시계반대방향 또는 시계방향일 경우 해당 방향에 맞게 토출구의 방향을 가공하면 된다.

도 3을 보면 한실시예에 따라 스크류데칸터형 원심분리기의 정면 기준 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 회전 방향이 우에서 좌로 회전할 경우 케이트 토출구의 기울어진 방향은 회전 방향과 동일하게 좌측으로 기울어진 상태임을 알 수 있고, 이를 통해 농축액 또는 케이크는 동일한 방향으로 배출 된다.

이와 같이 본 발명에 따라 토출구의 기울기가 회전 방향과 동일하게 슬러지 케이크 토출구를 기울어지게 가공 함으로써 케이크 토출구로 부터 원활하게 배출되게 된다.

이러한 토출구 구조로 인해 원활한 케이크 배출 영향으로 고농도의 하수 처 리과정에서 스크류데칸터형 원심분리기 내부로 흘러 들어가는 고형물이 침강 할 수 있는 충분한 공간을 확보 함으로써 스크류데칸터형 원심분리기의 내부용적을 작게 만들 수 있고 고형물의 회수율이 좋아지게 된다. 이는 에너지 절감과 스크류데칸터형 원심분리기의 설치공간 확보 차원에서 중요한 이점을 가지게 된다.

상기에서 미설명된 탈수, 농축용 스크류 데칸터형 원심분리기의 기본 작용은 도 7 내지 9의 설명으로 대신한다.

도 4는 본 발명에 따른 토출구의 기울기에 따른 케이크의 토출 흐름을 보인 예시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 토출구는 실시예 1에 도시된 것처럼 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 회전 방향과 동일한 기울어짐 각을 가짐으로써 배출구(오리피스) 내부에 실제 배출되는 공간이 종래 토출구와 달리 커지게 되고 반대로 베나콘트랙터 영향은 감소하게 된다. 즉 더 높은 유출계수 C를 가지는 오리피스 형태가 된다. 이에 따라 농축액 또는 케이크의 배출량이 종래 동일 토출구 직경일때와 비교시 많아지게 된다.

또한 실시예 2에서 도시된 것처럼 본 발명의 토출구를 기본 형태와 달리 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 회전 방향과 동일한 기울어짐 각을 가짐과 동시에 내경에서 시작한 토출구 구멍이 외경쪽으로 확장되도록 테이퍼지게 가공할수도 이쓴데, 이 경우는 더욱더 농축액 또는 케이크의 배출량이 커짐을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 토출구의 가공 각도를 보인 예시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 토출구의 각도변화에 따른 회수율 변화를 보인 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 토출구의 각도변화에 따른 함수율 변화를 보인 그래프이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 실시예 1에 따라 기울기를 가지게 가공된 토출구에 있어서 농축액 또는 케이크가 가장 잘 배출 되는 각도는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 외경방향으로 수직하게 연장한 선을 기준 0도로 보았을 때 토출구의 내경에서 외경의 접선까지 가공된 구멍이 60도를 이루게 가공되었을때 가장 큰 효과를 가진다. 즉, 60도에서 농축액 또는 케이크의 회수율이 최대이고 함수율이 최저가 된다.

따라서 바람직한 본 발명에서의 토출구 가공각도는 60도에서 90도로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 한정한 이유는 60도부터 급격한 기울기의 변화가 일어나서 효과가 커지기 때문이고, 90도 이상은 가공이 어렵기 때문이다.

즉, 0도(수직)에서 45도까지는 각도 변화에 따라 토출량의 변화가 일어나긴 하지만 그 영향이 작고 60도 이상에서 변화가 크기 때문이다.

또한 본 발명은 실시예 2에서 도시된 것처럼 본 발명의 토출구를 기본 형태와 달리 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 회전 방향과 동일한 기울어짐 각을 가짐과 동시에 내경에서 시작한 토출구 구멍이 외경쪽으로 확장되도록 테이퍼지게 가공된 경우 역시 농축액 또는 케이크가 가장 잘 배출 되는 각도는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 외경방향으로 수직하게 연장한 선을 기준 0도로 보았을 때 토출구의 내경에서 외경의 접선까지 가공된 구멍이 60도를 이루게 가공되었을때 가장 큰 효과를 가진다. 즉, 60도에서 농축액 또는 케이크의 회수율이 최대이고 함수율이 최저가 된다. 단지 실시예 1보다 좀더 농축액 또는 케이크의 배출량이 많아 지게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 토출구를 가진 보올의 일부 절개 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 토출구를 가진 보올의 일부 절개 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 보올의 회전방향에 따른 토출구 단면을 보인 예시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 토출구의 기울기에 따른 케이크의 토출 흐름을 보인 예시도이다

도 5는 본 발명에 따른 토출구의 가공 각도를 보인 예시도이고,

도 6은 본 발명에 따른 토출구의 각도변화에 따른 회수율 변화를 보인 그래프이고,

도 7은 본 발명에 따른 토출구의 각도변화에 따른 함수율 변화를 보인 그래프이고,

도 8은 종래 슬러지를 탈수, 농축시키는 일반적인 스큐류 데칸터형 원심분리기의 단면을 보인 구성도이고,

도 9는 종래 일반적인 토출구의 기울기에 따른 케이크의 토출 흐름을 보인 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 외동보올(또는 외동 테이퍼보올)

(2) : 토출구

Claims (5)

1. 슬러지를 슬러지투입관을 통해 공급후 스크류컨베이어의 토출구로 배출하여 원심력에 의해 탈리액(또는 분리액)과 탈수케이크 또는 농축액으로 분류하여, 상등액(탈리액 또는 분리액)은 외동보올 및 외동 테이퍼보올의 회전에 의해 탈리액 또는 분리액 토출구를 통해 일측 케이싱으로 모은 후 탈리액 또는 분리액 배출구로 배출하고, 탈수케이크 또는 농축액은 스크류 컨베이어로 투입된 슬러지를 외동 테이퍼보올 방향으로 이송후 농축액 또는 케이크를 토출하도록 외동 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 토출구를 통해 탈수케이크 또는 농축액 배출구로 배출하는 구성을 포함하는 탈수, 농축용 스크류 데칸터형 원심분리기에 있어서,

   상기 농축액 또는 케이크를 토출하도록 외동 보올 또는 외동 테이퍼보올에 형성된 토출구는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 일정한 각도로 기울어지게 가공하고, 이러한 토출구를 일정간격으로 원형 배열하여 구성하되,

   상기 토출구는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올이 회전하는 방향쪽으로 기울어진 각을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 토출구는 2개 이상의 토출구가 일정간격으로 원형배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 토출구는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 중심으로부터 외경방향으로 수직하게 연장한 선을 기준 0도로 보았을 때 토출구의 내경에서 외경의 접선까지 가공된 구멍이 60도에서 90도로 가공된 것을 특징으로 하는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 토출구는 구멍이 시작되는 외동보올 또는 외동 테이퍼보올의 내경에서 구멍이 끝나는 외경으로 갈수록 직경이 커지도록 테이퍼지게 가공된 것을 특징으로 하는 회전각을 가지는 농축액 또는 케이크 토출구를 구비한 스크류데칸터형 원심분리기.

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