KR100968113B1 - 연속 스크레이퍼를 이용한 슬러지고액분리처리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지의 압축 고액 분리기에 관한 것으로, 드럼, 웨어플레이트(weirplate), 그리고 특별히 일(一)자형 슬러지투입구가 구비된 중공관으로 구성된 스크롤, 연속 스크레이퍼(continuous scraper)가 작동되는 분리스크레이퍼실(seperate scraper room), 원료의 투입 조정이 가능한 슬러지 투입관 그리고 드럼과 하우징 사이에 낀 고형물을 청소할 수 있는 구성을 취하여 종래의 슬러지 원심분리기가 안고 있는 잔류 케익을 제거하여 효율적으로 슬러지를 압축하여 고액을 분리하는 슬러지 고액 분리기이다.

스크롤, 웨어플레이트(weirplate), 분리스크레이퍼실(separate scraper room), 스크레이퍼, 슬러지 투입관, 드라이존(dry zone)

Description

연속 스크레이퍼를 이용한 슬러지고액분리처리기{the liquid and the solid separator of a sludge with a continuous scraper in a separate scraper room}

본 발명은 여러 형태의 물질을 처리하는 공정에 있어, 한 종류 이상의 유체로부터 고체성분을 분리하고, 스크롤과 드럼으로 이루어져 이들 간의 상대속도가 조절되고, 연속적인 제어가 가능하도록 구성한 원심력을 이용한 고액분리기에 관한

것이다.

본 발명은 특히 상, 하수 처리 과정 또는 각종 산업 폐수처리과정에서 발생하는 슬러지를 액체와 고체로 분리하기 위한 슬러지의 고액 분리기에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 벨트 프레스, 필터프레스와 같은 각종 탈수기와 같은 기능을 하는 고체 액체 분리기능을 하는 것으로 다양한 종류의 슬러지에 원심력을 이용하여 고체와 액체를 분리하는 기기에 관한 것이다.

일반적으로 원심 추출기(centrifugal extractor)는 원심력을 이용하여 용액 의 여러 성분을 분리하는 장치이다.

이러한 종래의 원심 추출기는 유입되는 물질의 량이나 밀도의 변화 또는 과부화의 발생으로 정상 영역에서 작동할 수 있도록 제어가 용이하지 못하게 되었다.

또한, 원심 추출기는 예기치 못한 이물질의 유입 등으로 인하여 원심 추출기의 부품의 파손이 있어 이를 방지하면서, 동시에 원심 추출기에서 처리되어 나가는 유출물의 유출속도나 성질을 일정하게 유지하기 위해 유입되는 원료물질의 성상에 따라 원심 추출기의 다양한 작동변수(operating parameters)를 제어하는 장치의 필요성이 대두 되었다.

그리고, 원심 추출기에 유입되는 유입물의 변동에 의해 발생하는 막힘 현상이나 원심 추출기의 효율저하를 방지하는 것도 요구되어 왔다

따라서 이런 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 전기모터, 드럼과 연결되어 있는 전기모터의 고정자, 연결수단을 통해 스크롤을 회전시키는 기어에 연결되어 있는 전기모터의 회전자로 구성된 원심 추출기를 이용하여 특허 10-0812548 (이하 선행특허)로 등록받은 바 있다.

하지만 본 발명자의 선행특허 10-0812548의 경우도 상기에서 언급한 것과 같은 많은 장점이 있음에도 불구하고 여러가지 문제점이 있었는데,

그 문제점은

첫째, 원심분리기를 이용하여 슬러지로부터 액체를 탈리시켜 케익을 만드는 과정에서 원심분리기를 통과한 농축 탈수된 고형물이 고형물 배출구 내부의 상부면에 부착하는데, 그 부착된 고형물이 바람직하게는 중력의 힘으로 자연스럽게 바닥으로 탈착되어야 한다. 하지만 분사되는 고형물은 강한 점성이 있어서 분리실의 상부에 부착하게 되고, 점차로 고형물의 퇴적물이 쌓이게 되고 결과적으로는 응고물(clog)이 생성되게 된다. 따라서 이런 응고물은 점점 더 쌓이게 되고 결과적으로 농축된 슬러지를 분사하는 고형물 배출구를 막게 되어 고형물은 원심분리기를 통과할 수 없어 결국 원심분리기는 작동할 수 없는 상황이 되는 문제점이 발생하게 되었다.

둘째, 이러한 원심분리기의 작동이 멈추는 상황은 특히 슬러지의 성상에 많은 영향을 받게 되는데, 특히 제지공업폐수의 경우 드럼에 슬러지가 많이 껴서 고액분리효율이 매우 저하되며 스크롤을 제어하기가 매우 힘들어 진다는 문제점이 있 었다.

셋째, 다양한 슬러지의 성상에 따라, 즉 점성이 높은 슬러지와 점성이 낮은 슬러지를 구분하여 슬러지 투입위치가 조정되어 고액분리효율을 효과적으로 조정하여야 함에도 불구하고 그러한 조정기능이 없다는 단점이 있었다.

넷째, 또한 스크롤 날개와 연결되어 같이 구동하며 슬러지를 드럼 내부로 유입하는 다양한 위치에 형성된 여러 개의 구멍을 갖는 중공관형 스크롤로 인하여 슬러지를 드럼 내부로 적절하게 투입할 수 없어, 본 원심분리기를 해체하여 다시 조정하여야 하는 운전상의 문제점이 많이 발생했다.

다섯째, 고형물이 배출되는 배출구부분에서 원통형의 하우징 구분칸으로 고형물이 유입되어 하우징 내부에 고착되어 고속으로 회전하는 원심분리기의 밸런스를 깨어지게 하는 문제점이 있어 원심분리기를 분리하여 청소한 후 다시 조립하여 조정하는 문제점이 발생하기도 하였다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명자는 아래와 같은 원리로 개량된 슬러지 고액분리기를 착안하게 되었고 어떤 성상의 슬러지에도 다양하게 적용할 수 있는 기술을 개발하게 되었다.

한쪽 끝에 고체 처리물이 배출되는 원통 배출구를 형성하기 위해 바닥방향으 로 개구된 환상의 단면으로 이루어진 하우징; 상기 하우징 내부에 동심원상으로 회전하는 원뿔형의 중공타입으로 이루어지고, 회전 가능하도록 끝부분이 베어링에 물려 있으며, 모터에 의해 움직이는 벨트로써 구동되는 풀리에 의해 회전하게 되는 드럼; 상기 드럼 내부에 동심원상을 유지하여 위치되어 제어장치에 의해 회전하게 되는 스크롤; 상기 드럼과 스크롤의 회전속도의 차이를 측정하고, 상기 속도차이를 기준값과 비교한 후 그 편차에 비례하여 조정된 전원을 상기 제어장치로 공급하도록 제어하는 제어부로 구성된 원심 추출기에 있어서,

슬러지의 고체와 액체를 더 원활하게 분리하고, 드럼에 지속적이고 안정적인 수위 유지를 위하여 액체 배출구가 있는 부분에 웨어플레이트(weirplate)를 구성한다.

또한 고형물 배출구에 슬러지가 껴서 응고물(clog)이 되어 원심분리기가 작동되지 않는 것을 방지하기 위하여 분리실에 자동적으로 응고물을 제거할 수 있는 연속 스크레이퍼를 설치하여 원심분리기의 안정적이고 원활한 작동을 할 수 있도록 구성을 취하였다. 이를 이름하여 분리 스크레이퍼 실(separate scraper room)이라 칭한다.

그리고 종래의 중공형의 스크롤이 여러개의 구멍이 있는 형태로 되어 있어 다양한 성상의 슬러지 처리에 매우 비효과적인 것을 도 6에서 보는 바와 같이 일(一)자 형의 슬러지투입구를 갖는 개방형의 스크롤 구성을 취하여 어떤 형태나 성상의 슬러지에도 맞춤형으로 처리할 수 있는 효과적인 원심분리기가 될 수 있게 하였다. 이를 개방형의 스크롤이라 칭한다. 일(一)자 형의 슬러지투입구는 1개 이상으 로 형성될 수 있으며 다만 바람직하게는 4개로 이루어진 것이 효과적이라 할 수 있다.

이런 개방형의 스크롤 구성을 취함으로써 다양한 성상의 슬러지에 따른 조정이 불필요할 뿐만 아니라, 매우 에너지 경제적이고 시간소모가 적은 효과적인 원심분리기를 제조할 수 있으며, 특히 스크롤의 교체가 필요치 않으며 슬러지 양 및 성상의 변화에 따른 정밀한 조정을 위해 기기를 해체할 필요도 없도록 하였다.

또한 상기 드럼의 구동부분 반대편의 끝은 축이 벽에 의해 지탱되고, 베어링과 물려 있는 끝이 막힌 디스크를 매개로 주전원(epicyclic) 형상의 기어로 구성된 하우징 크라운에 물려진 것을 특징으로 한다.

그리고 고형물이 배출되는 배출구부분에 원료유입관, 드럼, 스크롤이 맞물려 함께 이루어진 밀폐 부시시스템과 액체배출구에 형성된 밀폐 부시시스템에서 미세하게 슬러지와 고형물이 유출되어 드럼과 하우싱사이에 고형물이 고이고 고착되는 문제점이 있어, 이 문제를 해결하기 위하여 케이싱 상부에 세척용 구멍을 형성하여 세척액를 분사한 후 케이싱 하부에 배출구를 형성하여 케이싱과 드럼 사이에 낀 오물을 자동적으로 청소하는 구성을 취하였다.

본 발명의 슬러지 고액 분리기는 원료 슬러지의 특성이 변화함에 따라 슬러지의 고액분리를 더 효율적으로 처리할 수 있도록 적응할 수 있는 프로그램 가능한 조건을 적용할 수 있으며, 동시에 양적이나 질적으로 최선의 결과가 나올 수 있도록 기설정된 평형상태에서 작동하도록 여러 가지 조절변수들을 조절하여 한 종류 이상의 물질이 포함된 유체로부터 고체성분을 분리할 수 있는 효과가 있다.

또한 연속적이고 자동적인 제어가 가능하여 여러 종류의 액체 및 고체로 이루어진 물질을 침전시키고, 층별로 분리하는 역할을 하게 되는 효과가 제공된다.

또한 종래기술의 문제점인 분리실에서 고형물이 고착되고 침착되어 슬러지 고액분리기의 작동이 불가능한 상황을 방지하기 위하여 분리실에 자동으로 운전되는 스크레이퍼를 설치하여 슬러지 고액분리기의 지속적이고 안정적인 작동이 가능하도록 하는 효과가 있다.

그리고, 자동제어되는 스크롤의 회전속도에 의하여 슬러지처리효율이 상승되기도 하지만 이에 더하여 중공형 스크롤의 구성을 다르게 취함으로써 슬러지의 투입지점이 드럼의 어느 위치에도 가능하게 함으로써 다양한 슬러지의 양 및 성상에 매우 효과적으로 대처할 수 있는 운전 시스템을 제공하는 데 효과가 있다.

이와 더불어, 슬러지 투입관의 위치를 변경할 수 있어 더 더욱 다양한 슬러지의 성상에 대처할 수 있는 효과를 부여하였다.

또한 드럼과 하우징사이에 고형물이 누출되어 들어와 고형물의 침착으로 슬러지 고액분리기가 부식되거나 마모되고 또한 작동에 문제가 발생하는 경우를 대비하여 세척액을 사용하여 청소를 함으로써 운전이 중단되는 사태를 방지하였다.

상기와 같은 구성으로 운전자는 어떤 슬러지를 처리한다 하더라도 슬러지 고액 분리기를 분해하여 다시 재조정하는 수고로움과 번거로움을 제거하여, 지속적이고 안정적인 슬러지처리에 매우 효과적이다.

마지막으로 본 발명은 슬러지의 고액분리기에 한정하는 것이 아니라 고액의 혼합물, 슬러리형태의 혼합물 등에 다양하게 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 슬러지 고액처리 분리기를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 A-A 단면도를 나타낸다.

도 4는 드럼의 내부에 리브(rib)(또는 라이너(liner)라고도 함)가 형성된 단면도이다.

그리고 도 5는 본 발명의 핵심적인 기술인 분리스크레이퍼실에 대한 부분확대도를 나타내며, 도 7은 종래의 구멍이 있는 중공관 타입의 스크롤이 아닌 또 다른 획기적인 기술인 일(一)자형 슬러지 투입구가 있는 중공관 타입의 스크롤에 대한 부분정면도이며 (도 6는 종래의 중공타입의 스크롤을 나타냄), 또한 도 1 및 2는 슬러지 투입지점을 조정하여 투입하는 실시례를 나타내는 도면이기도 하다.

도 1 및 2 에 나타난 바와 같이 본 발명인 슬러지 고액처리 분리기는 하우징(1), 드럼(2), 슬러지처리액의 유량조절과 처리된 배출수를 배출시키기 위한 웨어플레이트(3), 스크롤(4), 제어장치(100), 제어부(400), 분리스크레이퍼실(5), 스크레이퍼(6), 위치조절 가능한 슬러지 투입관(7), 하우징 내의 고형분을 처리하기 위한 세척액 투입구(80)와 배출구(81)로 구성됨을 특징으로 한다. 또한 본 슬러지 고액처리 분리기를 지지하는 지주들이 연결되어 있어 설치와 운전을 용이하게 할 수 있는 구성을 취하였다.

상기 하우징(1)은 실린더 형상으로 이루어지고, 한쪽 끝에 고형물이 배출되는 배출구(11)를 형성하기 위해 바닥방향으로 개방된 구성을 취한다.

드럼(2)은 하우징(1)의 내부에서 원통형의 타입으로 이루어지고, 회전이 이루어지고 양쪽 끝부분이 베어링으로 지지되며, 모터에 의해 구동력을 전달하는 수단에 의해 회전하게 된다. 본 발명의 실시례에서는 풀리에 의하여 회전력을 전달하지만 이에 한정하는 것은 아니고 회전력을 전달하는 체인벨트나, 기어와 같은 어떤 수단이든 다 가능하다.

웨어플레이트(weirplate)(3)는 드럼과 연결되어 같이 회전하며, 웨어플레이트에는 드럼 내부에서 고체와 액체가 층을 이루는 상등의 분리액을 배출하기 위하여 일정한 수위를 갖을 수 있는 여러개의 구멍(31)으로 구성되어 있다. 이런 구성으로 인하여 드럼내부의 슬러지의 수위가 안정적으로 유지가 되며, 드럼이 회전하 면서 고액의 층이 형성된 슬러지가 액체 배출구(12)로 유실되어 빠져 나가는 것을방지하는 효과를 가지게 된다.

스크롤(4)은 종래에는 슬러지 유입관(7)에 의해 유입되는 슬러지가 드럼으로 유입될 수 있도록 원통형의 관에 스크롤 날개가 부착되고, 그 원통형의 관 ( 도5 에서 보는 바와 같이 )에 여러개의 구멍이 횡단면을 기준으로 일정한 간격으로 구멍이 형성되어 있던 반면에, 본 발명은 원통형의 관이 횡단면을 기준으로 도 6에서 보는 바와 같이 4개의 일(一)자형의 유입관(41)을 형성하게 된다. 이를 이름하여 개방형 스크롤이라 칭한다.

이때, 스크롤의 양 끝은 드럼과 연결된 베어링으로 지지되며, 스크롤은 드럼의 속도에 따라 회전속도 조절이 가능하도록 연관되어 회전하게 된다.

이런 개방형 스크롤에 의하여 뒤에 설명할 슬러지의 양 및 성상에 따라 슬러지 투입관의 위치가 변한다고 하여도 그 투입관에서 투입되는 슬러지가 투입지점이 정확하게 드럼으로 유입되게 됨으로써 매우 효율이 높고 안정적인 고액분리가 가능하게 되는 장점이 있다.

제어장치(100)와 제어부(400)는 선행발명이 갖고 있던 최대의 장점으로서, 드럼과 스크롤의 회전수의 차이를 자동적으로 조절되게 함으로써, 슬러지의 효율적인 고액분리를 꾀하기 위한 장치였다. 스크롤의 속도를 조절하기 위한 가장 특징적인 기술적 사상은 제어부에서 드럼과 스크롤의 회전속도의 차이를 측정하고, 이 회 전속도의 차이를 기준값과 비교한 후 그 편차에 비례하여 조정된 전원을 제어장치에 공급하도록 제어하여 스크롤의 회전속도를 조절하게 되는 것이다.

이 제어장치에 사용되는 모터는 직류모터, 교류모터 모두 호환이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

선행발명은 이런 스크롤의 속도조절이 가능하게 되는 자동제어 시스템에 따라 슬러지의 양과 성상에 매우 능동적으로 대처할 수 있어 효율적인 슬러지의 고액분리가 가능하도록 하는 획기적인 원심분리기였던 것이다.

또한 슬러지의 고액분리기는 단순히 상수, 하수, 폐수처리과정에서 발생하는 슬러지에 한정하는 것이 아니라 여러 혼합물이 섞여 있고 각 혼합물에 비중의 차이가 나는 액상, 슬러리 상태의 원액물질에도 적용할 수 있다.

선행발명의 분리실은 드럼에서 고형물이 드럼의 내주면에 층을 형성하는 것을 스크롤이 회전하면서 고향물배출구(21)쪽으로 압착 전진시키게 되면 드럼의 끝부분에 형성되어 있는 여러개의 고형물 배출구에서 원심력에 의해 분사되는 형식으로 고형물을 배출하는 공간을 의미한다.

상기에서 검토한 바와 같이 드럼의 끝에서 분사되는 고형물은 분리실의 사방으로 분사되지만 고형물 자체의 중력에 의하여 고형물이 배출되는 배출구(11)로 낙하되는 것이 원칙이다. 하지만 고형물은 대부분 점성이 높은 관계로 분리실의 사방 벽면에 부착하여 부착물을 형성하게 되고 점점 점착화되어 고화된 응고물(clog)이 된다. 결과적으로는 분리실 전체가 막히는 현상이 발생하게 되어 드럼에 형성된 고 형물배출구(21)마저 막히는 결과가 초래되고 슬러지 고액분리기가 작동할 수 없는 상황이 발생하게 된다.

그렇게 되면 슬러지 고액분리기의 작동을 정지하고, 인위적으로 분리스크레이퍼실의 고형물을 강제로 탈착하는 수고스러운 과정을 하여야 하는데, 그 점착된 고형물을 강제로 탈착시키는 것도 쉽지 않아, 슬러지 고액 분리기를 분해하여 청소를 한 다음에 다시 재조립하여야 하는 번거로움이 있으며 이런 과정으로 인하여 슬러지처리 효율이 급격히 떨어지게 된다.

따라서 본 발명에서는 획기적인 장치로 스크레이퍼(6)를 분리실에 장착하여 스크레이퍼가 연속적으로 분리실의 외벽에 붙은 점착된 고형분을 긁어 내어 고형물 배출구를 통하여 배출시킴으로서, 분리실의 막힘 현상을 방지하고 고체배출구의 막힘을 방지하여 안정적이고 지속적으로 슬러지의 고액분리기를 운전할 수 있게 된다.

이런 이유로 슬러지의 고액분리효율은 증가하고 슬러지고액분리기를 분해하여 재조립한다거나 하는 불필요하고 비효율적인 작업을 운전중에 할 이유가 없는 것이다.

이런 스크레이퍼가 장착된 분리실을 분리스크레이퍼실(5)이라고 한다.

스크레이퍼(6)가 구동되는 원리는 다음과 같다.

도면 5에서 보는 바와 같이 스크레이퍼는 드럼을 구동시키는 축의 외주에 스크레이퍼를 연결할 수 있는 원통형의 부시(61)를 삽입하는데, 부시 그 한 쪽에는 자체 모터에서 동력을 전달할 수 있는 수단을 구비하며 다른 한 쪽에는 스크레이퍼 가 고정될 수 있도록 하는 도 9에서와 같은 형태를 취한다. 다만 이는 스크레이퍼를 원통형의 부시에 고정하는 하나의 일례에 불과하며 다른 어떤 수단도 채용될 수 있다.

원통형의 부시 또한 스크레이퍼에 회전력을 전달할 수 있는 형태의 수단을 갖춘 것이면 되고, 본 도면에서 본 것에 한정하는 것은 아니다.

또한 부시 한 쪽에 형성된 동력전달 수단을 일반적으로 체인기어형태를 취하겠지만 벨트풀리(pulley)를 도면 10에서 보는 바와 같이 사용하는 것도 가능하고 기어를 직접 맞물리는 형태 그 어느 것도 다 가능하다. 바람직하게는 체인기어와 벨트풀리형이 설치하고 운전하기에 편리하다고 할 수 있다.

스크레이퍼(6)는 도면 9에서 제시하는 것과 같이 양 쪽 끝이 긁개 모양으로 형성되었지만 이에 한정하는 것이 아니고 분리실의 외벽을 긁을 수 있는 수단이면 어떤 모양도 상관이 없다. 또한 스크레이퍼의 날개의 개수도 운전자가 원하는 것으로 할 수도 있어 1개 이상의 어떤 날개의 개수도 허용된다. 바람직하게는 양 날개가 균형을 이루는 형태가 좋은데, 이는 동력전달의 원할함 및 동략소모를 줄이는 방법을 제공하는 데 유리하기 때문이다.

스크레이퍼는 분 당 몇 회의 회전이면 가능하지만, 때에 따라서는 몇 십회 가능할 수도 있다. 이 회전수는 고형물의 점성력 및 처리량에 따라 결정한다. 따라서 운전자의 선택에 따라 회전수는 임의로 정할 수 있다.

그리고 위치 조절 가능한 슬러지 투입관(7)은 스큐류의 중앙을 관통하여 설 치되어 있다. 그러나 종래의 투입관은 스크롤의 중앙에 관통되어 고정되어 있었다. 따라서 원 슬러지의 성상 및 양에 따라 적절한 투입지점을 결정하여야 함에도 불구하고 종래기술이나 선행기술은 그런 기능이 없는 것이 현실이었고 실제로 위치 조절 가능한 슬러지 투입관을 설치한다고 하여도, 도 6에서 보는 바와 같이 스크롤에 부착된 원뿔형상의 원통형의 관이 여러 개의 슬러지 투입구멍이 있어서 실질적으로 원하는 투입지점에 투입할 수도 없는 상황이었다.

따라서 본 발명은 도 7에서 보는 바와 같이 개방형의 스크롤을 채용함에 따라 스크롤 내부에서 드럼내부의 어느 지점이든지 원하는 지점으로 슬러지를 투입할 수 있고, 슬러지 투입관(7)을 자유 자재로 위치 설정할 수 있게 되어 슬러지를 원하는 지점에 투입할 수 있는 것이다.

도면 1 과 2 를 보면 슬러지의 투입지점이 서로 다름을 알 수가 있다. 이 구성은 슬러지 투입관이 스크롤내부에 깊게 또는 낮게 삽입할 수 있는 구성을 취한다. 따라서 슬러지 투입구는 스크롤을 연동하는 축의 내부를 관통하며 삽입시키고 밀폐형 패킹(packing)구성을 취하여 고형물이 새는 것을 방지할 수 있다.

하우징 내의 고형분을 처리하기 위한 세척액 투입구(80)와 배출구(81)로 구성됨을 특징으로 한다.

종래기술이나 선행발명은 스크롤과 드럼 및 슬러지투입관이 맞물리는 부분에서 아주 미량으로 고형물이나 상등액이 새어 나와 케이싱 내부를 점착시키고, 심지어는 고착화(clog)되어 드럼이 잘 구동되지 않는 경우가 발생하여 원심분리기를 해 체하여 하우징 내부와 드럼 외부를 청소한 후 다시 재조립하여야 하는 곤란한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 하우징 상부에 세척액 투입구(80)을 설치하고 하우징 하부에는 세척액 배출구(81)을 설치하여 주기적으로 세척액 구멍에 물파이프를 연결하여 드럼 외부와 하우징 내부를 청소하게 된다. 이 때 드럼 자체의 회전으로 인하여 세척액은 분사하는 기능을 하게 되어 드럼 외부와 하우징 내부를 깨끗이 청소하는 효과를 누릴 수 있어 지속적이고 안정적인 운전이 가능하도록 하였다.

이와 같이 구성된 슬러지 고액분리기의 동작상태를 다음과 같이 설명한다.

도 1 및 도 2에서와 같이 슬러지 투입관을 통하여 슬러지가 중공의 슬러지 내부로 유입된다. 그와 동시에 드럼을 회전시키는 모터(22)가 가동되며 그에 따라 드럼이 2,500-5,000 rpm으로 회전하게 된다. 그러면 드럼에 작용하는 원심력에 의하여 슬러지 중 비중이 큰 고형물은 액체와 분리되어 드럼의 내벽에 층을 이루게 된다.

그리고 그와 동시에 스크롤을 가동하는 제어부의 모터(101)가 가동되면 기어(102)에 전달되며 스크롤은 회전운동을 하게 된다. 기어(102)는 동력전달수단기능을 하는 구성이면 가능하며 바람직하게는 주전원기어(epicyclic gear)를 사용하는 것이 효율적이다.

스크롤은 5-60rpm의 속도로 천천히 회전하며 드럼의 내벽에 층을 이룬 고형 물을 고형물 배출구 쪽으로 서서히 이동시키게 된다.

이 때 스크롤의 회전수가 제어되는 과정은 선행특허(10-0812548)최대의 장점으로서 간략히 요약하면 다음과 같다.

동작되는 드럼과 스크롤의 회전속도의 차이가 제어부에 있는 전원제어부(410 )와 전원공급부( 420 )에 의해 감지되고, 전원제어부는 발전기의 출력 전류를 입력받아 그 차이에 상응하는 전기적인 신호를 발생시켜 기준값과 비교한 후, 그 편차에 비례하여 조정된 제어신호를 전원공급부로 전달하게 된다.

그리고 그 편차에 비례하여 조정된 전원을 발전기(103)로 공급하여 스크롤의 회전수가 재조정되는 효과를 갖게 된다.

기준값은 드럼(2)과 연결된 제어부에 있는 드럼 풀리(pulley)(114)의 휠의 직경차, 스크롤(4)과 연결된 제어부와 연결된 또 다른 스크롤 풀리(115)의 휠의 직경차로 결정되며, 그 직경차의 변경으로 기준값은 변경될 수 있다.

이렇게 측정한 스크롤과 드럼의 속도차이, 슬러지 고액분리기를 작동시키기 위한 구동토크, 슬러지 고액분리기를 작동시키는 중에 발생하는 저항토크를 알면, 슬러지 고액 분리기의 특성방정식 ( 입력신호가 어떤 기계에 들어오면 기계의 특성에 따라 출력신호가 정해지는데, 이러한 기계의 입력-출력 관계를 식으로 나타낸 것을 특성방정식이라 한다)에 따라 스크롤과 드럼의 상대속도에 따라 발생하는 토크를 직교좌표로 나타낼 수가 있다.

이 특성방정식을 활용하여 스크롤과 드럼의 적절한 회전속도의 차이를 찾을 수 있으며 그 회전속도의 차이와 기준값을 대비하여 스크롤의 회전 수를 조절할 수 있는 것이다.

제어부의 모터는 상기에서 설명한 것은 직류모터에 관한 것이며, 교류모터의 경우도 모두 사용이 가능하며 운전상황에 따라 선택적으로 구성할 수 있다.

그리고, 회전하는 드럼에 의하여 층이 형성된 고형물은 스크롤의 회전에 의하여 고형물 배출구로 이동하게 된다. 이 때 고형물은 서서히 이동하면서 드라이존(dry zone)(9)을 지나게 된다. 드라이존(9)은 슬러지 액이 없는 부분을 의미하며 드럼이 원뿔형태인 통형이므로 웨어플레이트로 인한 수위조절에 의하여 슬러지 액이 없는 고형물 배출구로 상향된 부분을 의미한다.

고형물은 이 드라이존에서 더욱 탈수효과가 증대되며, 최종적으로 고형물배출구에서 분리스크레이퍼실로 분사되게 된다.

여기서, 드럼과 스크롤과의 간격은 약 1-2mm정도의 차가 되며, 이로 인하여 슬러지 고형물이 매우 효과적으로 스크롤에 의하여 제거가 되는 것이다.

드럼의 재질은 브리넬 경도(Brinell Hardness) 146인 AISI(American Iron and Steel Institute) 316인 공업규격보다는, 브리넬 경도 245인 AISI 414인 재질로 사용하는 것이 바람직하다. 이런 경도에 의하여 드럼은 거의 교체할 필요가 없다.

특히 드럼의 내부는 드럼과 스크롤 사이에 고형물층 형성을 유지시키고 고형 물을 잘 포섭하며 드럼과 스크롤의 마찰에 의한 드럼의 보호를 위하여, 도면 3에서 보는 바와 같이 갈빗대 형상의 리브(rib)(라이너(liner))(23)를 조립하여 부착하거나 용접하여 만들어지는 것을 특징으로 한다. 리브(rib)의 수는 제한 받지 않으나 동일한 간격으로 구성함이 마찰력을 분산하는 데 유용하다. 본 발명의 실시례에서는 30도 간격으로 12개 형성한 모습을 나타낸다.

또한 스크롤은 바람직하게는 스크롤의 높은 마모저항을 방지하기 위하여 AISI 304 또는 DUPLEX(AVESTA 2205)재질로 선택하고, 또한 부식이 마모보다 더 중요한 요인인 경우 AISI 316을 채용한다. 그리고 극심한 마모상황이 아니면 스크롤의 양쪽 끝부분을 탄화텅스텐으로 코팅된 재질로 사용할 필요는 없지만 바람직하게는 탄화 텅스텐(Tungsten Carbide)으로 표면처리된 재질을 사용하는 것이 유용하고, 스크롤 날개(42)의 끝부분은 스텔라이트(stellite, 코발트 크롬 탄소 텅스텐 몰리브덴의 합금)로 표면처리된 재질로 사용한다.

고형물은 드라이존을 지나서 드럼에 형성된 고형물배출구로 윈심력에 의해 분사되며 분리스크레이퍼실(5)에 흩뿌려진다. 이렇게 분사된 고형물은 분리스크레이퍼실의 벽에 일부는 부착되고 일부는 튕겨 나가 고형물이 수거되는 배출구(11) 하부로 배출된다. 이때 분리스크레이퍼실에 부착된 고형물은 점차로 누적되어 쌓이게 되며 점착물인 응고물(clog)가 생성되어 종국에는 고형물배출구(21)를 막는 상황이 된다. 도면 8은 고형물리 분리실의 벽에 점착되어 응고물(clog)이 형성되어 있는 과정을 보여준다.

따라서 이 경우에 본 기술의 핵심인 스크레이퍼(6)가 분당 수회 또는 수십회 정도로 회전하면서 분리스크레이퍼의 벽에 붙은 고형물을 떼어 내게 되는 것이다. 스크레이퍼의 회전 수는 배출되는 고형물에 따라 결정된다.

스크레이퍼가 회전운전하는 것은 슬러지 고액분리기의 외면에 스크레이퍼모터(62)를 설치하고 그 모터에 의해 구동되는 구성을 취한다. 또한 상기에서 언급한 바와 같이 스크레이퍼는 여러가지 재질과 여러가지 형태를 취할 수 있다. 바람직하게는 스크레이퍼 날개를 지지하는 것이 봉형이고 강도가 높은 스테인레스강으로 구성하는 것이 좋다. 다만 이것은 스크레이퍼 구성의 일례에 불과하며 날개를 지지하는 것이 플레이트(plate)로 구성되고 거기에 날개가 붙어 있는 형태라도 모두 가능하다.

운전시에 슬러지액의 변화가 오는 경우, 드럼에 유입되는 슬러지의 물성의 변화로 인하여 스크롤의 회전속도가 자동적으로 변하게 됨은 이미 앞에서 살펴봤다.

거기에다, 본 발명의 또 다른 특징은 스크롤의 회전속도의 자동조정이 슬러지의 고액분리에 덜 효율적인 경우, 슬러지 투입관(7)의 위치를 변경하여 슬러지의 투입지점을 지정하여 슬러지의 고액분리효율을 급격히 상승시킨다.

예를 들어 슬러지의 고형물이 비중이 크고 점성이 낮은 경우 슬러지 투입지 점을 고형물 배출구에 가깝게 지정한다. 그와 반면에 고형물의 비중이 낮고 점성이 높은 경우 웨어플레이트에 가까운 지점으로 투입한다.

이런 슬러지의 투입지점을 임의로 운전자가 선택할 수 있어 슬러지의 고액분리효율을 급격히 상승시킬 뿐만 아니라 가동 에너지도 현저히 줄일 수 있다.

그리고, 하우징의 상부에 형성된 세척액 투입구(80)로 정기적으로 세척액을 투입한다. 투입된 세척액은 드럼의 회전운동에 의하여 드럼과 하우징에 낀 고형물을 자동적으로 세척하게 된다. 세척액은 그 역할을 다하고 하우징 하부의 세척수 배출구로 배출되게 된다. 이런 세척수의 역할로 종래기술과 선행발명이 안고 있던 드럼과 하우징에 낀 고형물로 인한 운전상 곤란함이 있었던 것을 해결하게 되어 안정적이고 연속적인 운전이 가능하게 된 것이다.

도 11은 본 발명의 슬러지 고액분리기에 다리(leg)를 설치하고 스터드(stud)를 설치하여 운반이 가능한 슬러지 고액 분리기의 일례를 나타내 주고 있다.

본 발명은 상수처리, 각종 하 폐수 처리시 발생하는 슬러지의 고액분리처리에 매우 효과적인 발명이다.

특히 슬러지의 양 및 성상이 변하는 경우, 슬러지의 고액분리에 효율을 높일 수 있는 제어 기능을 가졌으며 능동적이고 효과적으로 대처할 수 있는 기능이 있어 슬러지처리장에 획기적인 발명임에 틀림이 없다.

또한 본 발명은 종래의 원심분리기가 안고 있던 운전시의 문제점을 많이 해결하였으며, 운전중에 고장이 거의 없으며 원심분리기를 분리하여 재조정하거나 청소를 하는 등의 문제점을 해결하였다.

따라서 본 발명은 슬러지의 고액분리기를 위한 처리에 한정하는 것이 아니라 고액의 혼합물, 슬러리형태의 혼합물 등을 고액으로 분리하고자 하는 산업분야에 다양하게 적용할 수 있다.

도 1 : 본 발명인 슬러지 고액 분리기의 단면도

도 2 : 본 발명인 슬러지 고액 분리기 중 슬러지투입관이 이동한 단면도

도 3 : A-A 단면도

도 4 : 리브(rib)가 있는 드럼의 내부 단면도

도 5 : 분리 스크레이퍼실의 부분확대도

도 6 : 종래의 중공형 스크롤

도 7 : 본 발명의 일(一)자형 슬러지 투입구가 있는 중공형 스크롤

도 8 : 종래기술의 분리실에 응고물(clog)이 점착된 형태

도 9 : 스크레이퍼 구성도 및 동력전달용 부시

도 10 : 동력전달용 부시 및 풀리(pulley)

도 11 : 본 발명의 실시발명 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 하우징 12 : 액체배출구

2: 드럼 21 : 고형물 배출구

22 : 드럼모터 23 : 드럼 리브(rib)

3 : 웨어플레이트 31 : 웨어플레이트에 형성된 구멍

4 : 스크롤 40 : 일(一)자형 슬러지 투입구

42 : 스크롤 날개

5 : 분리스크레이퍼실

6 : 스크레이퍼 61 : 원통형의 부시

62 : 스크레이퍼 모터 63 : 스크레이퍼 풀리

7 : 슬러지투입관

80 : 세척수 투입구 81 : 세척수 배출구

100 : 제어장치 101 : 스크롤모터 102 : 주전원기어

103 : 발전기

114 : 드럼 풀리 115 : 스크롤 풀리

410 : 전원제어부 420 : 전원공급부 400 : 제어부

Claims (3)

1. 한 쪽 끝에 고형물이 배출되는 배출구(21)를 형성하기 위해 바닥방향으로 개방된 환상의 단면으로 이루어진 하우징(1)과, 상기 하우징 내부에 동심원상으로 회전하고 원뿔형이며 횡단면을 기준으로 일(一)자형의 슬러지 유입구(40)가 있는 중공관에 형성된 스크롤(4)과, 드럼모터에 의해 회전 구동되는 드럼(22)과, 슬러지 투입관(7)과, 분리스크레이퍼실(5) 내에서 스크레이퍼 모터(62)에 의하여 회전 운동하며 구동하는 스크레이퍼(6)와, 상기 드럼과 스크롤의 회전속도의 차이를 측정하고 그 속도 차이를 기준 값과 비교한 후 그 편차에 비례하여 조정된 전원을 제어장치(100)로 공급하도록 제어하는 제어부(400)와, 제어부에서 조정된 전원에 의하여 구동되는 스크롤모터(101)로 구동하는 상기 스크롤로 구성된 슬러지 고액분리기에 있어서,

   상기 슬러지 투입관(7)은 위치조정이 가능하도록 구성되고, 상기 하우징 상, 하부에는 세척액 투입구(80) 및 세척액 배출구(81)가 구비되고, 상기 드럼(2)의 내부는 조립 또는 용접에 의해 형성된 갈빗대 형상의 드럼리브(23)를 구비한 것을 특징으로 하는 슬러지 고액 분리기.
2. 제 1항에 있어서,

   드럼은 브리넬 경도(Brinell hardness) 245인 AISI 414인 재질을 사용하고, 스크롤은 AISI 304 또는 AISI 316 또는 DUPLEX(AVESTA 2205)인 재질을 사용하며, 스크롤의 끝부분(벽에 고정되어 마모가 발생하는 부분)은 텅스텐카바이드(Tungsten Carbide)로 표면처리되고, 스크롤의 날개 끝부분은 스텔라이트(stellite)로 표면처리된 재질로 만들어진 것을 특징으로 하는 슬러지 고액분리기.
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