KR101070684B1 - 원심분리기 - Google Patents

Abstract

미세 고형물의 분리 효율을 높이는 원심분리기에 관한 것이다.

이를 위하여, 원심분리기는 고형물 배출부와 여과액 배출부를 갖는 케이스, 케이스 내부에서 회전하며, 케이스 내부에서 회전하며, 일측에 여과액 배출공이 형성된 분리침강부와, 타측에 고형물 배출공이 형성된 압착탈수부를 갖는 보울, 타측에 처리 원액 공급부가 형성된 회전체와, 회전체 외주연에 형성되어 고형물을 이송 및 압착하고 여과액의 흐름을 일측으로 유도하는 블레이드와, 처리 원액 공급부를 구비하며 보울 내부에 수용되어 회전하는 스크류 컨베이어, 및 여과액 배출공 부근의 스크류 컨베이어 외측에 설치되며 반경 방향으로 수직 구조를 갖는 다수의 셀로 이루어진 원통형 허니컴 구조체와, 허니컴 구조체 내측의 스크류 컨베이어 외주연에 형성된 내측 블레이드와, 허니컴 구조체의 외주연에 형성된 외측 블레이드를 갖는 유속 제어부를 포함한다.

원심분리기, 허니컴, 여과액, 유속, 체류 시간

Description

원심분리기{DECANTER}

본 발명은 원심분리기에 관한 것으로서, 특히 미세 고형물의 분리 효율을 높이는 원심분리기에 관한 것이다.

일반적으로 상, 하수 수처리 공정이나 축산 폐수, 산업 폐수 등의 처리에 있어서는, 물리적인 원심력에 의해 처리 원액에 함유된 고형물과 여과액을 분리하고, 분리된 고형물을 탈수하여 배출하는 원심 분리기를 이용하고 있다.

원심 분리기는 회전 보울(Bowl)에 의한 원심력과, 스크류 컨베이어에 의한 압착력을 이용하여 고형물과 여과액을 분리 배출한다. 회전 보울(Bowl)은 고속 회전을 통해 비중차를 갖는 액체와 고형물을 원심 분리시켜 회전 보울(Bowl) 내표면에 고형물을 빠르게 침강시킨다. 스크류 컨베이어는 회전 보울(Bowl)과 동심으로 조립되어 동일 방향으로 근소한 회전수 차이로 고속 회전하여, 보울(Bowl) 내벽에 침강된 고형물을 탈수시켜 외부로 배출하고, 여과액을 배출한다.

이러한 원심 분리기는 배출 고형물을 응집시킨 후 배출시켜야 배출 효율이 높다. 이에 따라, 기존에는 처리 원액 공급부에 응집제를 주입하여 고형물을 원심 분리기 내부에서 응집시킨 후 원심력을 이용하여 분리/배출하였다. 그런데, 이러 한 응집제의 사용은 작업 공정의 복잡화, 응집제 구입에 따른 경제적 손실과 같은 단점이 있다.

이에, 응집제에 사용에 따른 단점을 해소하기 위하여 블레이드의 간격을 좁혀 수압 증가를 통해 압착력을 높임으로써, 고형물 응집력을 높이는 방식을 이용하고 있다. 그런데, 블레이드의 간격을 좁힐 경우 유속이 빨라져, 처리 원액이 회전 보울(Bowl) 내부에서 정체하는 시간이 짧아지고, 처리 원액의 체류 시간 감소는 결과적으로 처리 원액 내의 고형물 분리 및 침강율 감소를 야기한다.

배경 기술의 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 여과액 배출공 부근에 설치된 허니컴 구조체를 이용하여 유속을 감소시켜 여과액 체류 시간을 증가시킴과 동시에 고형물 배출공 측으로의 여과액 압력을 증가시킴으로써, 고형물 결집과 분리 효율을 높이기 위한 원심분리기에 관한 것이다.

과제를 해결하기 위한 본 발명의 일양상에 따른 원심분리기는 고형물 배출부와 여과액 배출부를 갖는 케이스, 케이스 내부에서 회전하며, 케이스 내부에서 회전하며, 일측에 여과액 배출공이 형성된 분리침강부와, 타측에 고형물 배출공이 형성된 압착탈수부를 갖는 보울, 타측에 처리 원액 공급부가 형성된 회전체와, 회전체 외주연에 형성되어 고형물을 이송 및 압착하고 여과액의 흐름을 일측으로 유도하는 블레이드와, 처리 원액 공급부를 구비하며 보울 내부에 수용되어 회전하는 스크류 컨베이어, 및 여과액 배출공 부근의 스크류 컨베이어 외측에 설치되며 반경 방향으로 수직 구조를 갖는 다수의 셀로 이루어진 원통형 허니컴 구조체와, 허니컴 구조체 내측의 스크류 컨베이어 외주연에 형성된 내측 블레이드와, 허니컴 구조체의 외주연에 형성된 외측 블레이드를 갖는 유속 제어부를 포함한다.

여기서, 다수의 셀은 각각 1:3~1:7의 종횡비를 갖도록 하여 여과액 유속을 적절하게 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면 응집제와 같은 약품을 투여하지 않고도 여과액의 유속 제어를 통해 여과액의 체류 시간 증가 및 여과액 압력 증가를 통해 원심 분리된 고형물의 압착력을 증가시켜 배출함으로써, 응집제 사용에 따른 작업 공정의 복잡화, 응집제 구입에 따른 경제적 손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.

아울러, 본 발명은 허니컴 구조체의 셀 벽면에 미세 고형물을 흡착시킴으로써 여과수와 함께 미세 고형물이 배출되지 않도록 함으로써, 고형물 분리 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기 단면도이고, 도 2는 도 1의 일부 절개 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 원심분리기는 케이스(10), 보울(20), 스크류 컨베이어(30), 및 유속 제어부(40)를 포함한다.

케이스(10)는 보울(20)과 스크류 컨베이어(30)를 커버하는 것으로서, 케이스(10)의 일측에는 고형물(100)이 여과된 여과액이 배출되는 여과액 배출부(11)가 형성되고, 타측에는 압착 탈수된 고형물(100)이 배출되는 고형물 배출부(12)가 형성된다. 또한, 케이스(10)의 외측에는 보울(20)과 스크류 컨베이어(30) 각각을 회전시키는 구동 모터(미도시함)가 구비된다.

보울(20)은 케이스(10) 내부에서 고속 회전하는 것으로서, 분리침강부(21)와 분리침강부(21)의 일측으로 연장 형성된 압착탈수부(22)를 갖는다. 분리침강부(21)는 회전에 의한 원심력에 의해 처리 원액 내의 고형물(100)과 여과액이 분리 되는 공간으로서, 분리침강부(21)에서는 분리된 고형물이 내측벽에 침강됨과 동시에 분리된 여과액의 흐름이 여과액 배출부(11) 측으로 유도된다. 이때, 분리침강부(21)의 일측면, 예를 들어 일측 단부면에는 여과액 배출부(11)로 여과액이 배출되는 여과액 배출공(211)이 형성된다. 압착탈수부(22)는 원심력에 의해 분리/침강된 고형물(100)이 스크류 컨베이어(30)의 회전에 의해 이송되어 압착되는 공간으로서, 압착탈수부(22)의 타측에는 고형물 배출부(12)로 고형물(100)이 배출되는 고형물 배출공(221)이 형성된다.

분리침강부(21)는 일측과 타측의 직경이 동일한 원통형으로 형성되고, 압착탈수부(22)는 일측으로부터 타측으로 갈수록 직경이 감소하는 원추형으로 형성됨이 바람직하다. 이는 회전에 의한 원심력 발생시에 비중이 작은 여과액은 직경이 분리침강부(21) 측으로, 비중이 큰 고형물(100)은 직경이 좁은 타측 단부측으로 침강되는 원리가 적용되도록 하기 위함이다.

스크류 컨베이어(30)는 보울(20) 내부에 수용되어 보울(20)과 함께 회전함으로써, 실질적으로 고형물(100)을 이송 및 압착하고, 여과액의 흐름을 유도한다. 이를 위하여, 스크류 컨베이어(30)는 회전체(31)와 블레이드(32) 및 처리 원액 공급부(33)를 구비한다. 회전체(31)는 보울(20)과 동일한 방향으로 고속 회전한다. 블레이드(32)는 회전체(31)의 외주연에 형성되어 회전체(31)의 회전시 분리침강부(21) 내측벽에 침강된 고형물(100)을 이송 및 압착함과 동시에 분리된 여과액의 흐름을 일측으로 유도한다. 처리 원액 공급부(33)는 회전체(31)의 타측 내부에 삽입되는 처리 원액 공급관(331)과, 처리 원액 공급관(331)으로 유입된 처리 원액을 보울(20) 내부에 공급하도록 회전체(31)의 외주면에 형성된 처리 원액 공급공(332)을 갖는다.

유속 제어부(40)는 여과액의 유속을 제어하며 여과액의 접속 표면적을 증가시킴으로써 여과액이 고형물(100)에 비하여 지체 배출되도록 하며, 여과액의 압력 증가를 통해 고형물(100)의 압착력을 증가시키기 위한 것이다. 이를 위하여, 유속 제어부(40)는 허니컴 구조체(41)와 허니컴 구조체(41) 내측의 스크류 컨베이어(30) 외주연에 형성된 내측 블레이드(42)와, 허니컴 구조체(41)의 외주연에 형성된 외측 블레이드(43)를 갖는다.

허니컴 구조체(41)는 반경 방향으로 수직 구조를 갖는 다수의 셀(411)로 이루어진 원통형 형상으로 이루어지며, 여과액 배출공(211) 부근의 스크류 컨베이어(30) 외측에 설치된다. 여기서, 허니컴 구조체(41)가 다수의 셀(411)로 이루어짐에 따라 여과액 배출공(211) 측으로 이동하는 여과액에 대한 접촉 표면적이 증가하여 유속이 감소함으로써, 고형물(100)의 배출 속도에 비해 여과액의 배출 속도가 감소하게 된다. 이에 따라, 고형물 배출공(221) 측으로의 여과액 압력이 상승되어 고형물(100)의 압착력이 높아지게 된다.

또한, 원심력에 의해 분리된 여과액은 그대로 여과액 배출공(211)으로 배출되지 않고, 허니컴 구조체(41)를 통과하여 배출됨에 따라 허니컴 구조체(41)의 각 셀의 측벽에 미세 고형물이 흡착하게 되어, 미세 고형물이 효과적으로 분리된다.

아울러, 허니컴 구조체(41)의 각 셀(411)은 여과액과의 접촉 면적 증가를 통해 분리된 여과액의 배출 속도를 고형물(100) 배출 속도보다 느리게 하여, 고형 물(100) 압착을 위한 적절한 압력을 제공하기 위한 것으로서, 단위 셀의 체적을 적절하게 제어할 수 있다. 일예로, 허니컴 구조체(41)의 각 셀은 각각 1:3~1:7의 종횡비를 갖도록 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기의 작동 원리를 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

우선, 처리 원액 공급관(331)으로 처리 원액을 공급하고 미도시된 구동 모터를 이용하여 보울(20)과 스크류 컨베이어(30)를 고속으로 회전시킨다. 이때, 처리 원액 공급관(331)으로 공급된 처리 원액을 처리 원액 공급공(332)을 통해 보울(20) 내부로 유입된다.

보울(20) 내부에 처리 원액이 공급된 상태에서 보울(20)과 스크류 컨베이어(30)가 회전하면, 원심력이 발생하게 되고 그로 인하여 처리 원액은 분리침강부(21)에서 비중이 큰 고형물(100)과 비중이 작은 여과액으로 분리된다. 이렇게 분리된 고형물(100)은 분리침강부(21)의 내측벽에 침강되고, 여과액은 스크류 컨베이어(30)의 회전에 따라 여과액 배출공 방향으로 이동하게 된다.

이러한 상태에서 스크류 컨베이어(30)가 지속적으로 회전하면 분리침강부(21)의 내측벽에 침강된 고형물(100)은 압착탈수부(22) 방향으로 점차 이동하여 고형물(100)끼리 압착된다. 이와 동시에 여과액이 허니컴 구조체(41)에 유입되고 허니컴 구조체(41)에 유입된 여과액은 내측 블레이드(42)와 외측 블레이드(43)의 회전에 의해 여과액 배출공(211) 으로 안내된다. 이때, 허니컴 구조체(41)에 형성 된 다수의 셀(411)에 의해 여과액과의 접속 면적이 넓게 형성되어 여과액의 유속이 감소하고 여과액의 체류 시간이 증가함으로써, 고형물(100)의 배출 속도에 비하여 여과액의 배출 속도가 감소하게 된다. 결과적으로, 보울(20) 내부에서의 여과액 압력이 상승하게 되어 압착탈수부(22)에 이송된 고형물(100)의 압착력이 증가하게 된다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따르면 여과액에 잔존하는 미세 고형물의 분리 효율을 높일 수 있다. 즉, 미세 고형물이 잔존하는 여과액을 여과액 배출공으로 바로 배출하지 않고 허니컴 구조체(41)의 각 셀(411)을 통과하도록 함으로써, 미세 고형물이 셀(411)의 측벽에 흡착되도록 한다. 이렇게, 셀(411)의 측벽에 지속적으로 미세 고형물이 흡착되면, 미세 고형물끼리 응집되려는 성질에 의해 고형물의 크기가 커진다. 이렇게 응집되어 커진 고형물은 셀(411) 측벽에서 자동 박리되어 다시 분리침강부(21)의 내측벽으로 침강된다.

한편, 보울(20)과 스크류 컨베이어(30)의 지속적인 회전에 따라 허니컴 구조체(41)에 유입된 여과액은 허니컴 구조체(41)의 외측과 내측에 각각 형성된 내측 블레이드(42) 및 외측 블레이드(43)에 의해 안내되어 여과액 배출공(211)을 통해 여과액 배출부(11)로 배출된다. 또한, 압착탈수부(22)에서 압착 탈수된 고형물(100)은 고형물 배출공(221)을 통해 고형물 배출부(12)로 배출된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기는 다수의 셀을 갖는 허니컴 구조체를 이용하여 여과액과의 접촉 면적 증가를 통해 여과액의 유속을 감소시키고 여과액의 체류 시간을 증가시켜 여과액의 압력을 증가시킴으로써, 고형물의 결집력 을 증가시킬 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기 단면도이다.

도 2는 도 1의 일부 절개 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기 작용 원리 설명을 위한 참조도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 케이스 11: 여과액 배출부

12 : 고형물 배출부 20 : 보울

21 : 분리침강부 22 : 압축탈수부

30 : 스크류 컨베이어 31 : 회전체

32 : 블레이드 33 : 처리 원액 공급부

331: 처리 원액 공급관 332: 처리 원액 공급공

40 : 유속 제어부 41 : 허니컴 구조체

411: 셀 42 : 내측 블레이드

43 : 외측 블레이드

100 : 고형물

Claims (2)

1. 고형물 배출부와 여과액 배출부를 갖는 케이스;

   상기 케이스 내부에서 회전하며, 일측에 여과액 배출공이 형성된 분리침강부와, 타측에 고형물 배출공이 형성된 압착탈수부를 갖는 보울;

   타측에 처리 원액 공급부가 형성된 회전체와, 상기 회전체 외주연에 형성되어 고형물을 이송 및 압착하고 여과액의 흐름을 일측으로 유도하는 블레이드와, 처리 원액 공급부를 구비하며 상기 보울 내부에 수용되어 회전하는 스크류 컨베이어; 및

   상기 여과액 배출공 부근의 상기 스크류 컨베이어 외측에 설치되며 반경 방향으로 수직 구조를 갖는 다수의 셀로 이루어진 원통형 허니컴 구조체와, 상기 허니컴 구조체 내측의 상기 스크류 컨베이어 외주연에 형성된 내측 블레이드와, 상기 허니컴 구조체의 외주연에 형성된 외측 블레이드를 갖는 유속 제어부;

   를 포함하는 원심분리기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 셀은 각각 1:3~1:7의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 원심분리기.

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