KR101346207B1 - 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치 - Google Patents

와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 수처리용 배관에 구비되는 수처리 장치로서, 물, 오일, 슬러지가 혼합되어 있는 원수에서 오일과 슬러지를 효과적으로 분리해 내면서 여과수를 배출하여 궁극적으로 3상 분리가 가능하게 하는, 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 저비용으로 설치 및 운용이 가능하고, 현재 사용되고 있는 수처리 배관으로의 설치가 용이하여 호환성이 높은, 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치를 제공함에 있다.

Description

와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치 {Water treatment apparatus for separating 3-kind matters using vortex flow}
본 발명은 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치에 관한 것이다.
식수의 제조 분야로부터 오폐수의 처리 분야까지 광범위한 영역에서 여과 기술이 사용되고 있는데, 특히 1993년 미국, 1996년 일본에서 연이어 발생한 크립토 기생충에 의한 먹는 물 감염 사고 발생은 상수 처리 분야에 있어서 분리막 공정 도입의 큰 계기가 되어, 현재 분리막을 이용한 여과 기술의 적용이 확대되고 있다.
분리막이란 수 μm 이하의 미세한 기공이 형성되어 있는 막으로서, 기공의 크기 순으로 정밀여과막 〉한외여과막 〉나노여과막 〉역삼투여과막 등으로 구분할 수 있다. 분리막은 체분리(Sieve) 효과, 즉 분리막 표면의 기공보다 작은 물질은 통과시키고 이보다 큰 물질은 통과시키지 않는 효과를 이용하여 오염물질을 제거하게 되는데, 수중에 포함된 유해한 유ㆍ무기 오염물질, 크립토 기생충, 박테리아 등을 거의 완벽하게 제거할 수 있어 안전한 물의 생산이 가능하고, 또한 종래 수처리 공정에 비하여 화학약품 사용량이 적기 때문에 친환경적인 처리공정이라 할 수 있다. 현재 일반적으로 정밀여과막 및 한외여과막은 상수처리에 의한 먹는 물의 제조나 생활하수 및 공장폐수의 처리에 사용되며, 나노여과막 및 역삼투여과막은 오염물질이 거의 포함되어 있지 않은 순수한 물을 필요로 하는 분야에 적용되고 있다.
분리막을 사용하는 이유는 무엇보다도 일정한 처리 수질 확보가 용이하다는 점이다. 특히 국내의 경우 봄, 가을의 조류 발생, 여름의 고탁도, 겨울의 수온 저하 등 4계절의 원수 수질의 편차가 매우 크기 때문에 기존의 모래 여과 방식으로는 일정한 처리수질 확보가 거의 불가능하다. 기타 UV, 오존 등 고도 처리 공정의 경우도 나름대로의 문제점을 가지고 있으며, 특히 수질의 경우 최근 들어 지아디아, 크립토스로리디움 등 원생 동물의 문제가 이슈화되고 있는데 이 경우도 기존 방식으로는 안정성 확보가 어렵다. 그러나 분리막을 사용할 경우 이러한 문제가 거의 해소되어 원수 수질의 편차나 원생 동물의 존재 여부에 크게 영향받지 않고 일정한 처리 수질을 확보할 수 있다. 더불어, 분리막을 사용하여 수처리를 함에 있어서 관리의 용이성 또한 높다는 장점이 있다. 막여과공정은 전공정의 자동화가 가능한 바, 상수의 생산 및 자체 세정 공정까지 모든 공정이 상당 부분 자동 운전되기 때문에 전문 관리 인력의 확보가 불충분한 상황에서도 적용이 가능한 것이다.
상술한 바와 같이 분리막을 이용한 여과 방식은 오염된 원수가 분리막을 통과하면 오염물이 제거된 여과수로 만들어 배출시킬 수 있는 매우 간단한 원리에 의하여 이루어지므로, 원수가 통과하는 유로 상에 적절히 분리막을 배치시켜 주기만 하면 간단히 실현할 수 있어, 매우 다양한 구조의 여과 장치가 상용화되어 왔다.
그 중 한 가지 형태로서, 원수가 흘러가는 배관 상에 구비되는 관형 여과 장치가 있다. 도 1은 종래의 분리막을 이용한 관형 여과 장치의 예시를 도시하고 있다. 이러한 종래의 관형 여과 장치(10)는, 도시된 바와 같이 원수가 유통되며 벽체가 다공성으로 되어 유체의 유통이 가능하게 형성되는 내측관(1)과, 상기 내측관(1) 둘레에 구비되는 분리막(2)과, 상기 내측관(1) 및 상기 분리막(2)을 그 내부에 수용하는 외측관(3)을 포함하여 이루어진다. 원수는 상기 내측관(1) 일측으로 공급되어 상기 내측관(1)의 연장 방향을 따라 흘러가는데, 상술한 바와 같이 그 벽체가 다공성으로 되어 있어 유체의 유통이 가능하기 때문에 원수는 상기 내측관(1)의 벽체를 통해서도 빠져나가게 된다. 이 때 상기 내측관(1)의 벽체를 통과하는 원수는 상기 분리막(2)에 의하여 여과되어 여과수가 되며, 따라서 상기 내측관(1) 및 상기 외측관(3) 사이의 공간에는 여과수가 수용되어 있게 된다. 따라서 상기 외측관(3) 일측에 배출구를 만들어 주면, 상기 분리막(2)에 의하여 여과된 여과수를 쉽게 배출해 낼 수 있다.
그런데 이와 같은 종래의 관형 여과 장치는, 원수의 오염이 그리 심하지 않은 경우에는 운용에 문제가 없지만, 원수의 오염이 심한 경우 오염물의 분리가 원활하게 이루어지기 어려운 문제가 있다는 점이 지적되어 왔다. 특히 원수에 오일 성분, 슬러지 성분 등이 다양하게 섞여 있는 경우, 이들을 분리막만을 이용하여 분리하는 것은 어려웠다. 특히 산업체에서 발생되는 오일이 섞인 폐수나, 오일 누출 사고 시 발생되는 해양 폐수 등을 수처리하기 위해서는 이러한 오일의 분리가 매우 중요하다. 그런데, 기존에는 일반적인 유수 분리 장치(물과 오일의 혼합물을 수용시키고, 밀도차에 의하여 물과 오일이 층을 이루어 분리되면 이를 분리 배출하는 장치)를 이용하여 이를 분리하였으나, 오일이 에멀전 상태로 존재하는 경우 에멀전 브레이크 등과 같은 약제를 사용하여야만 하여, 비용이 많이 드는 문제가 있었다. 물론 이러한 유수 분리 장치는 상술한 바와 같은 관형 여과 장치와는 전혀 상이한 구조로 되어 있어, 일반적인 수처리 배관에 구비되도록 하는 것이 불가능함은 당연하였다.
한편, 물과 오일의 혼합물로부터 오일을 분리해 내는 기술에 대한 연구가 과거로부터 다양하게 이루어져 왔다. 미국특허등록 제5904840호("Apparatus for accurate centrifugal separation of miscible and immiscible media", 1999.05.18), 미국특허등록 제6248231호("Apparatus with voraxial separator and analyzer", 2001.06.19), 미국특허등록 제7727386호("Voraxial filtration system with self-cleaning auxiliary filtration apparatus", 2010.06.01) 등에는, 관형 구조물 내에 구비되는 (회전 날개와 같은) 회전수단을 이용하여 관형 구조물 내를 유통하는 유체에 와류를 발생시키고, 와류로 인하여 발생된 원심력에 의하여 밀도가 다른 유체 성분이 분리되도록 하여 이를 각각 분리하는 기술이 개시되어 있다.
그런데 상술한 바와 같은 수처리 배관에 상기 선행기술을 도입하여 적용하기에도 역시 문제가 있다. 먼저, 상기 선행기술들은 물과 오일의 혼합물에 사용되는 것일 뿐으로, 슬러지를 분리해 내지는 못한다. 또한, 상기 선행기술들은 모두 별도의 동력원에 의하여 작동하는 회전수단을 사용하도록 되어 있어 운용 중 에너지가 많이 소비되게 하므로, 결과적으로 수처리 비용을 상승시키는 요인이 될 수 있다. 더불어, 상기 선행기술들은 수처리 배관에 바로 도입하기에는 적합하지 못한 구조로 되어 있어 호환성이 크게 떨어지는 문제도 있다.
1. 미국특허등록 제5904840호("Apparatus for accurate centrifugal separation of miscible and immiscible media", 1999.05.18) 2. 미국특허등록 제6248231호("Apparatus with voraxial separator and analyzer", 2001.06.19) 3. 미국특허등록 제7727386호("Voraxial filtration system with self-cleaning auxiliary filtration apparatus", 2010.06.01)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수처리용 배관에 구비되는 수처리 장치로서, 물, 오일, 슬러지가 혼합되어 있는 원수에서 오일과 슬러지를 효과적으로 분리해 내면서 여과수를 배출하여 궁극적으로 3상 분리가 가능하게 하는, 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 저비용으로 설치 및 운용이 가능하고, 현재 사용되고 있는 수처리 배관으로의 설치가 용이하여 호환성이 높은, 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치는, 양측이 개방된 관형으로 되어, 원수가 유입구(151)로 유입되어 배출구(152)로 배출되도록 이루어진 관형 수처리 장치(100)에 있어서, 양측이 개방된 관형으로 되어 그 유통 공간(S1)으로 원수가 유통되며, 다공성의 벽체로 형성되는 내측관(110); 상기 내측관(110)의 벽체의 외주면 또는 내주면 중 선택되는 적어도 어느 한 면에 구비되는 분리막(115); 양측이 개방된 관형으로 되어 상기 내측관(110)을 그 내부에 수용하며, 그 내주면이 상기 내측관(110)의 외주면과 이격되도록 구비되어 이격 공간(S2)을 형성하여, 상기 이격 공간(S2)에 상기 유통 공간(S1)으로부터 상기 분리막(115)을 거쳐 상기 이격 공간(S2)으로 흘러들어오면서 여과된 여과수가 수용되도록 형성되는 외측관(120); 상기 외측관(120) 일측에 구비되어 상기 이격 공간(S2) 내의 여과수를 배출하는 여과수 배출관(125); 고정 구조물 형태로 되어 상기 유입구(151) 또는 상기 유통 공간(S1)에 구비되어 와류를 발생시키는 적어도 하나 이상의 와류 유도체(130); 상기 배출구(152) 쪽으로 편향된 위치에 구비되되, 상기 유통 공간(S1)의 중심에 개구부가 배치되어 와류에 의하여 분리된 오일을 분리 배출하는 오일 배출관(141); 상기 배출구(152) 쪽으로 편향된 위치에 구비되되, 상기 유통 공간(S1)의 외주면에 근접한 위치에 개구부가 배치되어 와류에 의하여 분리된 슬러지를 분리 배출하는 슬러지 배출관(142); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 와류 유도체(130)는 상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 내경을 가지는 통공이 형성되어 상기 내측관(110)에 고정 구비되는 지지부(131), 상기 지지부(131)의 내벽에 일측이 고정 구비되고 중심측으로 연장 형성되며 서로 방사상으로 배치되는 복수 개의 날개(132)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 날개(132)는 원수의 흐름 방향에 대해 경사지도록 비틀림 각도(θ)를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 날개(132)는 상기 비틀림 각도(θ)가 10 내지 70도 범위 내의 값을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 날개(132)는 상기 지지부(131)의 내벽 위치에서 중심 위치로 갈수록 너비가 넓어지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 날개(132)는 부채꼴 형상일 수 있다. 또한, 상기 날개(132)는 상기 날개(132)들의 투영 면적의 합이 상기 유통 공간(S1)의 단면적의 5 내지 50% 범위 내의 값을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 날개(132)는 상기 지지부(131) 상에 3개 구비되는 것이 가장 바람직하다.
또는, 상기 와류 유도체(130)는 상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 직경을 가지며 중심 위치에서 서로 직교하는 한 쌍의 반원판(133)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 와류 유도체(130)는 상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 내경을 가지는 통공이 형성되어 상기 내측관(110)에 고정 구비되며 그 내측에 한 쌍의 상기 반원판(133)이 결합되는 지지부(131)를 더 포함하여 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 와류 유도체(130)는 원수의 흐름 방향을 따라 상기 유통 공간(S1) 내부에 상기 와류 유도체(130) 복수 개가 서로 이격되어 일렬로 정렬 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수처리 배관 상에 구비되는 관형 여과 장치에 있어서, 원수가 유입되는 위치에 고정 구조물로 된 와류 유도체를 구비시켜, 와류에 의해 발생되는 원심력을 이용하여 원수 내 혼합되어 있는 오일 및 슬러지를 효과적으로 분리하고, 분리 위치에 각각 구비되는 별도의 배출관을 통해 오일 및 슬러지가 분리 배출되도록 하며, 분리막을 통해 여과된 여과수 또한 별도의 배출관을 통해 분리되도록 함으로써, 궁극적으로는 3가지 상태의 물질(물, 오일, 슬러지)을 용이하게 분리 배출할 수 있도록 하는 효과가 있다.
특히 본 발명은 와류 발생을 위한 와류 유도체가 고정 구조물로 되어 있기 때문에, 운용 시 별도의 동력원을 필요로 하지 않아 에너지나 비용의 낭비를 막을 수 있어 매우 경제적이라는 장점도 있다. 또한 움직이는 부품이 없기 때문에 부품의 마모나 손상 등의 문제도 거의 발생하지 않으므로, 부품 교체나 수리 등에 드는 비용을 크게 절약할 수 있는 효과 또한 있다.
더불어 본 발명은 기존에 사용되어 오던 관형 여과 장치와 완전히 호환 가능하다는 큰 장점이 있는데, 이에 따라 기존의 시설에서 단지 여과 장치 부분만 교체하면 되므로 설치를 위한 비용 또한 크게 절약할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 분리막을 이용한 관형 여과 장치의 예시.
도 2는 본 발명의 수처리 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 수처리 장치에 의한 3상 분리 원리.
도 4는 본 발명의 수처리 장치의 와류 유도체의 제1실시예의 사시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 수처리 장치의 와류 유도체의 제2실시예의 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 수처리 장치의 단면도이다. 본 발명의 수처리 장치(100)는 기존의 관형 여과 장치(도 1 참조)와 유사한 형태로서, 양측이 개방된 관형으로 되어, 원수가 유입구(151)로 유입되어 배출구(152)로 배출되도록 이루어진다. 본 발명의 수처리 장치(100)는 기존의 관형 여과 장치와 일부 유사하게 내측관(110), 분리막(115), 외측관(120), 여과수 배출관(125)를 포함하여 이루어진다. 그러나 기존의 관형 여과 장치와는 달리, 와류 유도체(130), 오일 배출관(141), 슬러지 배출관(142)을 더 포함하여 이루어진다. 이러한 구성을 가짐으로써 본 발명의 수처리 장치(100)는, 단지 원수를 여과하여 여과수로 배출할 뿐이었던 기존의 관형 여과 장치와는 달리, 원수에서 여과수, 오일, 슬러지 3가지를 분리하여 배출시킬 수 있게 된다. 이하 각부에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 내측관(110)은 양측이 개방된 관형으로 되어 그 유통 공간(S1)으로 원수가 유통되도록 되어 있다. 이 때 상기 내측관(110)의 벽체는 다공성 재질로 되어, 유체가 쉽게 통과할 수 있다. 여기에서의 상기 내측관(110)의 벽체는 유체가 통과할 수 있는 재질이기만 하면 되며, 예를 들어 상기 내측관(110)의 벽체가 메쉬 구조로 될 수 있는 등 어떤 것이든 무방하다.
상기 분리막(115)은 상기 내측관(110)의 벽체의 외주면 또는 내주면 중 선택되는 적어도 어느 한 면에 구비된다. 상기 분리막(115)은 앞서 설명한 바와 같이 분리막 상에 형성되어 있는 미세 기공보다 작은 물질만 통과시키기 때문에, 수중에 포함된 유해한 유ㆍ무기 오염물질, 크립토 기생충, 박테리아 등을 거의 완벽하게 제거할 수 있다. 본 발명의 경우 오일 폐수를 여과하는 것이므로, 상기 분리막(115)은 정밀여과막이나 한외여과막 수준의 크기의 미세 기공을 가지는 것이 바람직하다.
상기 외측관(120)은 상기 내측관(110)과 마찬가지로 양측이 개방된 관형으로 되어 상기 내측관(110)을 그 내부에 수용한다. 이 때 도시된 바와 같이 상기 회측관(120)은 그 내주면이 상기 내측관(110)의 외주면과 이격되도록 구비되어 이격 공간(S2)을 형성하게 된다. 상기 이격 공간(S2)에는, 상기 유통 공간(S1)으로부터 상기 분리막(115)을 거쳐 상기 이격 공간(S2)으로 흘러들어오면서 여과된 여과수가 수용되도록 형성된다. 즉 원수의 흐름은 다음과 같이 형성된다. 상기 유입구(151)를 통해 상기 내측관(110)으로 유입되고, 상기 내측관(110)의 연장 방향을 따라 진행하면서 동시에 상기 내측관(110)의 벽체를 통해 흘러나가되, 상기 내측관(110) 벽체에 구비되어 있는 상기 분리막(115)에 의하여 여과되어(즉 여과수가 되어) 상기 이격 공간(S2)으로 빠져나가 채워지게 된다. (상기 이격 공간(S2)으로 빠져나가지 않은 원수는 상기 배출구(152)를 통해 배출된다.)
상기 여과수 배출관(125)은 상기 외측관(120) 일측에 구비되어 상기 이격 공간(S2) 내의 여과수를 배출하는 역할을 한다. 상술한 바와 같이 상기 이격 공간(S2)에는 여과수가 채워져 있게 되므로, 상기 외측관(120)에 상기 여과수 배출관(125)을 형성시킴으로써 이처럼 원수로부터 여과된 여과수를 용이하게 분리 배출할 수 있다.
실질적으로 여기까지는 기존의 관형 여과 장치와 크게 다르지 않은 구조 및 기능이나, 이후 설명될 와류 유도체(130), 오일 배출관(141), 슬러지 배출관(142)에 의하여 본 발명의 수처리 장치(100)는 기존의 관형 여과 장치와는 달리 3상 분리(원수로부터 물(여과수), 오일, 슬러지를 분리)가 가능하게 되는 큰 특징을 갖는다.
상기 와류 유도체(130)는 고정 구조물 형태로 되어 적어도 하나 이상의 상기 와류 유도체(130)가 상기 유입구(151) 또는 상기 유통 공간(S1)에 구비되어 와류를 발생시킨다. 상기 와류 유도체(130)의 상세 구조에 대해서는 이하 보다 상세히 설명한다. 또한, 상기 오일 배출관(141)은 상기 배출구(152) 쪽으로 편향된 위치에 구비되되, 상기 유통 공간(S1)의 중심에 개구부가 배치되어 와류에 의하여 분리된 오일을 분리 배출하도록 이루어진다. 또한, 상기 슬러지 배출관(142)은 상기 배출구(152) 쪽으로 편향된 위치에 구비되되, 상기 유통 공간(S1)의 외주면에 근접한 위치에 개구부가 배치되어 와류에 의하여 분리된 슬러지를 분리 배출하도록 이루어진다.
도 3은 본 발명의 수처리 장치에 의한 3상 분리 원리를 도시하고 있다. 이를 통해 상기 와류 유도체(130), 상기 오일 배출관(141), 상기 슬러지 배출관(142)의 역할 및 본 발명의 수처리 장치(100)의 3상 분리 원리에 대하여 보다 상세히 설명한다.
원수가 상기 유입구(151)를 통해 유입되면, 원수는 상기 내측관(110)의 내부 즉 유통 공간(S1)을 따라 진행하게 된다. 이 과정에서, 상기 와류 유도체(130)에 의하여 원수의 흐름에는 와류가 발생된다. 와류에 의하여 원수의 흐름 진행 방향(즉 상기 내측관 및 외측관의 축 방향)에 대하여 회전하는 흐름이 형성되며, 이에 따라 원심력이 발생되어 도 3의 우측에 보이는 바와 같이 밀도가 작은 물질은 중심으로, 밀도가 큰 물질은 바깥쪽으로 이동하게 된다. 본 발명의 수처리 장치(100)에서 다루는 원수는 오일 폐수인 바, 이 경우 오일은 물보다 밀도가 작으므로 중심으로 모이고, 슬러지는 물보다 밀도가 높으므로 바깥쪽으로 모이게 된다.
이 때 상기 오일 배출관(141)은 상기 유통 공간(S1)의 중심에 개구부가 배치되므로, 중심으로 모인 오일은 상기 오일 배출관(141)을 통해 용이하게 분리 배출될 수 있다. 또한 상기 슬러지 배출관(142)은 상기 유통 공간(S1)의 외주면에 근접한 위치에 개구부가 배치되므로, 바깥쪽으로 모인 슬러지는 상기 슬러지 배출관(142)을 통해 용이하게 분리 배출된다.
결과적으로, 원수가 진행함에 따라 상기 분리막(115)에 의해 여과된 여과수는 (상기 외측관(120)에 구비된) 상기 여과수 배출관(125)으로 분리 배출되고, 오일은 (원수 진행 하류의 상기 유통 공간(S1) 중심에서) 상기 오일 배출관(141)으로 분리 배출되고, 슬러지는 (원수 진행 흐름 하류의 상기 유통 공간(S1) 바깥쪽에서) 상기 슬러지 배출관(142)으로 분리 배출된다. 즉 본 발명의 수처리 장치(100)에 의하여 원수로부터 여과수 / 오일 / 슬러지 이 3가지 물질을 효과적으로 분리 배출할 수 있게 되는 것이다.
이하에서 상기 와류 유도체(130)의 구조에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 수처리 장치(100)에서, 상기 와류 유도체(130)는 상술한 바와 같이 고정 구조물로 되어 그 형상에 의해 와류가 발생되도록 하고 있다. 상기 와류 유도체(130)는, 원수가 유입되는 유입구(152) 위치에 단일 개가 구비될 수도 있고, 또는 와류의 발생이 보다 잘 일어나도록 하기 위해 상기 유통 공간(S1) 내에 적어도 하나 이상이 더 구비될 수도 있다. 이처럼 상기 와류 유도체(130)가 다수 개 구비되는 경우, 상기 와류 유도체(130)는 원수의 흐름 방향을 따라 상기 유통 공간(S1) 내부에 상기 와류 유도체(130) 복수 개가 서로 이격되어 일렬로 정렬 배치되도록 하여, 원수가 진행함에 따라 와류 발생 경향을 증폭하도록 하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 수처리 장치의 와류 유도체의 제1실시예의 사시도이다. 제1실시예에서, 상기 와류 유도체(130)는 지지부(131) 및 복수 개의 날개(132)로 이루어진다.
상기 지지부(131)는 상기 내측관(110)에 고정되는 부분으로서, 즉 상기 와류 유도체(130)를 상기 내측관(110)에 결합 고정하는 역할을 하는 부분이다. 상기 지지부(131)는 상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 내경을 가지는 통공이 형성되어 있는데, 여기에서 상기 지지부(131)가 상기 내측관(110)의 외부에 구비될 경우 상기 내측관(110)에 형성되는 통공의 내경은 상기 내측관(110)의 내경과 동일한 크기까지 커질 수 있다. 또는 상기 지지부(131)가 상기 내측관(110)의 내부에 구비될 경우 상기 통공의 내경은 당연히 상기 내측관(110)보다는 작아지겠으나, 원수의 흐름을 지나치게 방해하지 않도록 상기 내측관(110)의 내경과 거의 비슷한 수준의 크기를 가지도록 한다. 즉 상기 지지부(131)의 구현예로서 가장 쉽게 생각할 수 있는 형상은 도시된 바와 같이 (파이프를 짧게 자른 형태의) 밴드 형상이 될 수 있을 것이다.
상기 날개(132)는 상기 유통 공간(S1) 내 원수의 흐름에 직접적으로 영향을 끼쳐 와류를 발생시키는 부분이다. 상기 날개(132)는 복수 개가 구비될 수 있는데, 하나의 상기 날개(132)는 상기 지지부(131)의 내벽에 일측이 고정 구비되고 중심측으로 연장 형성되는 형태로 구비되며, 복수 개의 상기 날개(132)들은 서로 방사상으로 배치되도록 한다. 와류 발생의 효과 측면으로는 상기 날개(132)가 많을수록 좋겠으나, 원수의 흐름 진행을 방해할 수 있다는 측면이나 제조의 용이성 측면 등으로 보면 상기 날개(132)가 적은 것이 좋으므로, 바람직하게는 상기 날개(132)는 상기 지지부(131) 상에 3개 구비되는 것이 적절할 것이다.
이 때 보다 효과적인 와류의 발생을 위하여, 상기 날개(132)는 원수의 흐름 방향에 대해 경사지도록 비틀림 각도(θ)를 가지도록 배치되도록 할 수 있다. 실험적으로는, 상기 날개(132)는 상기 비틀림 각도(θ)가 10 내지 70도 범위 내의 값을 가지도록 형성되도록 할 때 매우 효과적으로 와류가 발생된다는 것이 관찰되었다.
또한, 상기 날개(132)는 상기 지지부(131)의 내벽 위치에서 중심 위치로 갈수록 너비가 넓어지는 형태로 형성되도록 하여, 와류의 전파가 보다 잘 이루어지도록 한다. 가장 단순하게는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 날개(132)는 부채꼴 형상으로 될 수 있다. 물론 이 때 날카로운 모서리가 없도록 각 모서리가 둥글게 모따기된 형태로 되거나 또는 전체적으로 외주가 부드러운 폐곡선을 이루는 형태로 되는 것이 바람직하다. 또한 이 때, 상기 날개(132)가 차지하는 면적이 너무 넓을 경우 원수의 흐름이 방해되어 원활하게 흐르지 못하게 되는 문제가 있을 수 있고, 반대로 상기 날개(132)가 차지하는 면적이 너무 좁을 경우 오일 및 슬러지가 효과적으로 분리될 수 있는 크기의 원심력을 발생시킬 만큼의 와류를 충분히 발생시키기 못할 수 있다. 이에 상기 날개(132)의 면적은 적절히 조절되어야 하는데, 실험적으로는 상기 날개(132)는 상기 날개(132)들의 투영 면적의 합이 상기 유통 공간(S1)의 단면적의 5 내지 50% 범위 내의 값을 가지도록 형성되도록 할 때 매우 효과적으로 와류가 발생된다는 것이 관찰되었다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 수처리 장치의 와류 유도체의 제2실시예의 사시도이다. 제2실시예에서 상기 와류 유도체(130)는, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 직경을 가지며 중심 위치에서 서로 직교하는 한 쌍의 반원판(133)을 포함하여 이루어진다. 이 때, 한 쌍의 상기 반원판(133)이 상기 내측관(110) 내에 보다 안정적으로 잘 고정되도록 하기 위해서, 제2 실시예에서도 제1실시예에서와 같은 지지부(131)가 더 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 즉 도 5에서와 같이, 상기 와류 유도체(130)가 상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 내경을 가지는 통공이 형성되어 상기 내측관(110)에 고정 구비되며 그 내측에 한 쌍의 상기 반원판(133)이 결합되는 지지부(131)를 더 포함하여 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 수처리 장치(100)에서는, 상기 와류 유도체(130)가 고정 구조물로 되어 있다는 것이 중요한 특징이 된다. 종래에 이처럼 와류를 발생시켜 유수 분리를 하는 장치의 경우, 와류 발생 수단이 회전 날개와 같은, 즉 별도의 동력원을 필요로 하는 수단이었다. 그런데 이와 같이 별도의 동력원을 이용하여 와류를 발생시키기 위해서는 운용 과정에서 계속해서 에너지가 소비되어야만 하는 바, 운용에 드는 비용이 상승하는 등의 문제가 뒤따르게 되었다. 그러나 본 발명에서는, 상기 와류 유도체(130)가 고정 구조물로 되어 있기 때문에 별도의 동력원이 전혀 필요하지 않으며, 따라서 와류 발생을 위해 들어가는 별도의 에너지 소비가 없어, 이런 운용에 드는 비용 상승분을 원천적으로 제거할 수 있다. 즉 본 발명의 수처리 장치(100)에 의하면, 종래에 비하여 운용 비용을 훨씬 절약할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 수처리 장치(100)는, 종래의 관형 여과 장치와 그 외형이 거의 동일하기 때문에, 종래에 수처리 배관 상에 구비되던 종래의 관형 여과 장치를 본 발명의 수처리 장치(100)로 교체 설치하기만 하면 된다. 즉 본 발명의 수처리 장치(100)는 종래의 관형 여과 장치와 매우 높은 호환성을 가지고 있으며, 이에 따라 본 발명의 수처리 장치(100)를 설치하기 위해 별도의 설비나 기존 설비의 구조 변경 등을 가할 필요가 전혀 없다. 즉 본 발명의 수처리 장치(100)는 현장에 바로 도입이 가능하며 설치 비용 또한 크게 절약할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: (본 발명의) 수처리 장치
110: 내측관 115: 분리막
120: 외측관 125: 여과수 배출관
130: 와류 유도체
131: 지지부 132: 날개
133: 반원판
141: 오일 배출관 142: 슬러지 배출관

Claims (11)

  1. 양측이 개방된 관형으로 되어, 원수가 유입구(151)로 유입되어 배출구(152)로 배출되도록 이루어진 관형 수처리 장치(100)에 있어서,
    양측이 개방된 관형으로 되어 그 유통 공간(S1)으로 원수가 유통되며, 다공성의 벽체로 형성되는 내측관(110);
    상기 내측관(110)의 벽체의 외주면 또는 내주면 중 선택되는 적어도 어느 한 면에 구비되는 분리막(115);
    양측이 개방된 관형으로 되어 상기 내측관(110)을 그 내부에 수용하며, 그 내주면이 상기 내측관(110)의 외주면과 이격되도록 구비되어 이격 공간(S2)을 형성하여, 상기 이격 공간(S2)에 상기 유통 공간(S1)으로부터 상기 분리막(115)을 거쳐 상기 이격 공간(S2)으로 흘러들어오면서 여과된 여과수가 수용되도록 형성되는 외측관(120);
    상기 외측관(120) 일측에 구비되어 상기 이격 공간(S2) 내의 여과수를 배출하는 여과수 배출관(125);
    고정 구조물 형태로 되어 상기 유입구(151) 또는 상기 유통 공간(S1)에 구비되어 와류를 발생시키는 적어도 하나 이상의 와류 유도체(130);
    상기 배출구(152) 쪽으로 편향된 위치에 구비되되, 상기 유통 공간(S1)의 중심에 개구부가 배치되어 와류에 의하여 분리된 오일을 분리 배출하는 오일 배출관(141);
    상기 배출구(152) 쪽으로 편향된 위치에 구비되되, 상기 유통 공간(S1)의 외주면에 근접한 위치에 개구부가 배치되어 와류에 의하여 분리된 슬러지를 분리 배출하는 슬러지 배출관(142);
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 와류 유도체(130)는
    상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 내경을 가지는 통공이 형성되어 상기 내측관(110)에 고정 구비되는 지지부(131), 상기 지지부(131)의 내벽에 일측이 고정 구비되고 중심측으로 연장 형성되며 서로 방사상으로 배치되는 복수 개의 날개(132)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 날개(132)는
    원수의 흐름 방향에 대해 경사지도록 비틀림 각도(θ)를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 날개(132)는
    상기 비틀림 각도(θ)가 10 내지 70도 범위 내의 값을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 날개(132)는
    상기 지지부(131)의 내벽 위치에서 중심 위치로 갈수록 너비가 넓어지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 날개(132)는
    부채꼴 형상인 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 날개(132)는
    상기 날개(132)들의 투영 면적의 합이 상기 유통 공간(S1)의 단면적의 5 내지 50% 범위 내의 값을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 날개(132)는
    상기 지지부(131) 상에 3개 구비되는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 와류 유도체(130)는
    상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 직경을 가지며 중심 위치에서 서로 직교하는 한 쌍의 반원판(133)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 와류 유도체(130)는
    상기 내측관(110)의 내경에 상응하는 크기의 내경을 가지는 통공이 형성되어 상기 내측관(110)에 고정 구비되며 그 내측에 한 쌍의 상기 반원판(133)이 결합되는 지지부(131)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 와류 유도체(130)는
    원수의 흐름 방향을 따라 상기 유통 공간(S1) 내부에 상기 와류 유도체(130) 복수 개가 서로 이격되어 일렬로 정렬 배치되는 것을 특징으로 하는 와류를 이용한 3상 분리 수처리 장치.
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