KR101582811B1 - 교반 분리장치 - Google Patents

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Abstract

교반 분리장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 교반 분리장치는, 내부공간을 구비하는 제1 바디부와, 제1 바디부의 내부에 위치하는 제2 바디부와, 제2 바디부의 하부에 위치하는 하부유도판과, 제2 바디부의 내부에 위치하고 제2 바디부의 상부를 통해서 유입된 처리수를 하부유도판으로 이동하게 하는 교반기와, 제1 바디부의 내부에 위치하는 수직배플과, 제1 바디부의 내부 상단부에 위치하고 간격을 갖고 배치되는 복수 개의 수평배플을 포함한다.

Description

교반 분리장치{STIRRING SEPERATOR}
본 발명은 교반기의 회전에 의해서 처리수를 분리하는 교반 분리장치에 관한 것이다.
하수처리장 등에는 원심 분리에 의해서 음식물 쓰레기와 같은 처리수를 처리하는 교반 분리장치가 사용되고 있다. 교반 분리장치는 내부에 회전식 교반기를 구비하여 처리수를 교반함으로써 그 밀도에 따라서 처리수를 분리하는 장치에 해당한다. 이와 같은 교반 분리장치는 하수처리장뿐만 아니라 발전소 또는 인(P) 회수 장치 등에서도 사용되고 있다.
일본 공개특허공보 제2012-170920호에는 임펠러를 구비하는 교반 분리장치가 개시되어 있다. 상기 특허문헌에 개시된 교반 분리장치는 수용 용기 내부에 투입된 처리수를 임펠러로 교반함으로써, 밀도가 큰 물질은 침전하여 배출되고 밀도가 작은 물질은 상부의 다른 배출관을 통해서 배출된다.
상기 특허문헌에 개시된 교반 분리장치의 수용 용기 내부에서는 임펠러에 의한 강한 회전류에 의해서 스월(swirl) 현상이 발생하는데, 이로 인해 임펠러 주변에서 유속이 가장 빠르고 반응용기의 벽면으로 갈수록 속도가 늦어지는 유속 분포가 나타나게 된다. 이와 같은 유속 분포로 인해서, 처리수가 제대로 분리되지 않는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 처리수를 효율적으로 분리할 수 있는 교반 분리장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 교반 분리장치는, 내부공간을 구비하는 제1 바디부와, 제1 바디부의 내부에 위치하는 제2 바디부와, 제2 바디부의 하부에 위치하는 하부유도판과, 제2 바디부의 내부에 위치하고 제2 바디부의 상부를 통해서 유입된 처리수를 하부유도판으로 이동하게 하는 교반기와, 제1 바디부의 내부에 위치하는 수직배플과, 제1 바디부의 내부 상단부에 위치하고 간격을 갖고 배치되는 복수 개의 수평배플을 포함한다.
본 발명에 따른 교반 분리장치는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 수평배플은 상호 지그재그로 배치되는 상부 수평배플 및 하부 수평배플로 이루어질 수 있다.
제1 바디부의 하부에는 침전부가 구비되고, 침전부의 입구에는 하부유도판이 위치할 수 있다.
제1 바디부의 상부에는 유출부가 구비되고, 유출부에는 밀도가 상대적으로 적은 물질이 배출되는 상부유출구가 구비될 수 있다.
유출부는 제1 바디부에 비해서 큰 직경을 갖는 외부둘레면과, 제1 바디부의 상단부에 해당하는 내부둘레면과, 외부둘레면 및 내부둘레면 사이에 형성되어 있는 유입공간을 구비하고, 상부유출구는 외부둘레면에 구비될 수 있다.
내부둘레면에는 월류홈이 형성될 수 있다. 그리고 하부유도판은 하향 경사면을 구비할 수 있다. 또한, 교반기는 2단 이상의 임펠러를 구비할 수 있다.
본 발명은 처리수를 효율적으로 분리할 수 있는 교반 분리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 분리장치를 예시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 예시된 교반 분리장치를 예시하는 평면도이다.
도 3은 도 1에 예시된 교반 분리장치에서 유출부를 예시하는 사시도이다.
도 4는 도 1에 예시된 교반 분리장치에서 침전부를 예시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 분리장치에서 임펠러 주변의 유속을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 분리장치에서 유출부의 유속 분포를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 분리장치(100)를 각각 예시하는 사시도 및 평면도이다. 그리고 도 3 및 도 4는 도 1에 예시된 교반 분리장치(100)의 유출부(140) 및 침전부(160)를 각각 예시하는 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면 본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)는, 분리 대상물에 해당하는 처리수를 제2 바디부(130)를 통해서 제1 바디부(110)의 내부로 투입한 후 교반기(170)의 교반에 의해서 분리하는 것으로, 밀도가 상대적으로 큰 물질은 침전되어 침전부(160)로 유입되고 밀도가 상대적으로 작은 물질은 수평배플(120)에 의해서 유출부(140)로의 월류 현상이 방지되어 전체적으로 균일한 혼합을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)가 분리할 수 있는 처리수는 각종 오폐수, 음식물 쓰레기, 하수처리장의 반류수(탈리여액, 소화조 상등수, 농축 상등수) 및 가축 및 분료처리장의 오폐수 등을 포함한다.
본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)는, 내부공간을 구비하는 제1 바디부(110)와, 제1 바디부(110)의 내부에 위치하는 제2 바디부(130)와, 제2 바디부(130)의 하부에 위치하는 하부유도판(112)과, 제2 바디부(130)의 내부에 위치하고 제2 바디부(130)의 상부를 통해서 유입된 처리수를 하부유도판(112)으로 이동하게 하는 교반기(170)와, 제1 바디부(110)의 하부에 위치하는 침전부(160)와, 제1 바디부(110)의 상부에 위치하는 유출부(140)를 포함한다. 그리고 본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)는, 제1 바디부(110)의 내부에 위치하는 수직배플(116)과, 제1 바디부(110)의 내부 상부에 위치하고 간격을 갖고 배치되는 복수 개의 수평배플(120)을 포함한다.
제1 바디부(110)는 처리수가 그 내부공간에서 교반되는 부분으로 중공(中空)의 원통 형상을 갖고 상단 및 하단부는 개방된 구조를 갖는다. 제1 바디부(110)의 상단부는 유출부(140)와 연통되어 있고 하단부는 침전부(160)와 연통되어 있다. 그리고 제1 바디부(110)의 내부에는 제2 바디부(130), 하부유도판(112), 수직배플(116) 및 수평배플(120) 그리고 교반기(170)가 구비되어 있다.
제1 바디부(110)의 상단부를 통해서 상징수가 월류한다. 제1 바디부(110)의 상단부는 유출부(140)의 내부둘레면(146)에 해당한다.
제2 바디부(130)는 제1 바디부(110)에 비해서 작은 직경을 갖고 제1 바디부(110)의 내부에 위치한다. 제2 바디부(130)의 상단부(132)는 유출부(140)에서 돌출되어 있고 하단부는 상부임펠러(174)에 비해 약간 상부에 위치한다. 제2 바디부(130)도 중공의 원통 형상을 갖고 상단부 및 하단부가 개방된 형상을 갖는다. 제2 바디부(130)의 개방된 상단부를 통해서 처리수 및 약품 등이 유입된다. 제 2 바디부(130)는 유입된 처리수 및 약품을 교반기(170)의 상부임펠러(174) 방향으로 가이드 하는 역할을 한다.
교반기(170)의 회전축(172)은 제2 바디(130)를 관통한다. 그리고 제2 바디부(130)의 중심은 제1 바디부(110)의 중심에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 교반 분리조(100)는 제1 바디부(110) 및 제2 바디부(130)가 중공의 원통 형상을 갖는 것으로 예시하였지만, 본 발명은 제1 바디부 및 제2 바디부의 형상에 의해 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 교반 분리장치에서, 제1 바디부 및 제2 바디부는 사각 또는 타원의 횡단면을 구비할 수 있다.
제1 바디부(110)의 내부 둘레면에는 다수 개의 수직배플(116)이 일정한 간격을 가지고 구비되어 있다. 수직배플(116)은 제1 바디부(110)의 내부 둘레면에서 약간의 간격을 갖거나 또는 내부 둘레면에 접하도록 배치될 수 있다. 그리고 수직배플(116)의 길이는 제1 바디부(110)의 길이에 비해서 약간 작게 형성될 수 있는데, 이로 인해 수직배플(116)의 상단부 및 하단부는 모두 제1 바디부(110)의 내부에 위치하게 된다. 수직배플(116)은 일정한 두께를 갖고 길이가 긴 직사각형의 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 제1 바디부(110)의 내부 둘레면에서 그 중심 방향으로 돌출된 형상을 갖는다.
수직배플(116)은, 제1 바디부(110)의 중심에 배치되어 있는 교반기(170)를 중심으로 방사상으로 일정한 간격을 가지고 배치되어 있다. 이와 같이 배치된 수직배플(116)은 교반기(170)에 의해서 교반되는 처리수에서 스월(swirl)이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.
수평배플(120)은 제1 바디부(110)의 내부에서 상부에 위치하는 것으로, 수평으로 길게 배치되어 유출부(140)를 통해서 처리수가 월류하는 것을 방지하는 역할을 한다. 수평배플(120)은 제1 바디부(110)의 내부 둘레면과 접촉하거나 일정 간격 이격되게 위치할 수 있고, 일정한 돌출 길이를 갖는 원호(arc) 형상을 갖는다.
수평배플(120)은 각각 동일한 수의 배플을 구비하는 하부 수평배플(122) 및 상부 수평배플(124)로 이루어지고, 하부 수평배플(122)은 상부 수평배플(124)에 비해서 하부에 위치한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 하부 수평배플(122) 및 상부 수평배플(124)은 각각 6개의 배플이 방사상으로 동일한 간격(126)을 가지고 배치되어 있고, 하부 수평배플(122)과 상부 수평배플(124)은 상호 지그재그로 배치되어 있는 것으로 예시되어 있다. 즉, 하부 수평배플(122) 사이에 형성된 간격(126)의 수직 상부에는 상부 수평배플(124)이 위치하게 되는데, 도 2와 같이 상부에서 보면 배플들 사이의 간격(126)이 없도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 하부 수평배플(122) 및 상부 수평배플(124)을 상호 지그재그로 엇갈리게 배치함으로써, 상승하는 처리수의 흐름을 약화시키고 밀도가 높은 물질의 침전을 유발할 수 있다.
수평배플(120)은 원호 형상을 갖는 것으로 예시하였지만, 본 발명은 수평배플(120)의 형상 및 배치 형태 그리고 개수 등에 의해서 제한되지 않는다.
교반기(170)의 회전에 의해서 상승하여 수평배플(120)을 통과한 상징수는 유출부(140)를 통해서 외부로 유출된다. 유출부(140)는 제1 바디부(110)의 상단부와 연통되어 있다.
제1 바디부(110)의 하부에 위치하는 원형의 하부유도판(112)은 절두 원추 형상으로 경사면(114)을 갖는다. 하부유도판(112)은, 교반기(170)에 의해서 하강하는 처리수가 침전부(160)로 유입되는 것을 방지하고 침전물(도 1의 도면부호 c 참조)이 부양하는 것을 억제한다. 하부유도판(112)의 상면 중앙에는 관통공(115)이 형성되어 있다.
본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)의 하부유도판(112)은 절두 원추 형상을 갖는 것으로 예시하였지만, 본 발명은 하부유도판(112)의 형상에 의해서 제한되지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 하부유도판은 원뿔, 돔(dome) 형상 또는 정사각뿔 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
교반기(170)는 회전에 의해서 제2 바디부(130)의 내부로 투입된 처리수 및 약품을 하강시켜서 제1 바디부(110)의 하부에 위치하는 하부유도판(112)으로 유도한다. 그리고 하부유도판(112)으로 유도된 처리수는, 하부유도판(112)의 경사면(114) 및 제1 바디부(110)의 내부 둘레면을 따라서 상승하게 된다. 이와 같이, 교반기(170)는 회전에 의해서 제1 바디부(110)의 상단 및 하단에서 처리수가 연속적으로 유동할 수 있게 된다.
교반기(170)의 회전축(172)은 제2 바디부(130)의 중심에 위치할 수 있다. 본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)는 상부임펠러(174) 및 하부임펠러(176)로 구성된 2단의 임펠러 교반기(170)를 구비한다. 상부임펠러(174)는 제2 바디부(130)의 하단부와 동일하거나 유사한 높이를 갖는다. 그리고 하부임펠러(176)는 하부유도판(112)의 상부에 위치한다.
교반기(170)는 서로 다른 높이를 갖는 2단의 임펠러를 구비하지 않고, 일단 또는 3단 이상의 임펠러를 구비할 수도 있다. 예를 들면, 제1 바디부(110)의 길이가 긴 경우에는 3단의 임펠러를 구비할 수 있고, 길이가 짧은 경우에는 1단의 임펠러를 구비할 수 있다.
상부임펠러(174) 및 하부임펠러(176)는 상호 동일한 구조 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 상부임펠러(174) 및 하부임펠러(176)는 허브(도면부호 없음)의 둘레에 하이드로포일(hydrofoil) 타입의 날개가 결합된 구조를 가질 수 있다.
유출부(140)는 외부둘레면(142), 내부둘레면(146), 유입공간(144) 및 상부유출구(150)를 포함한다.
외부둘레면(142)은 제1 바디부(110)에 비해서 큰 직경 및 짧은 길이를 갖는 것으로 중공의 원통 형상을 갖는다. 외부둘레면(142)은 유출부(140)로 유입된 상징수가 상부유출구(150) 이와 다른 부분으로 유출되는 것을 방지한다. 외부둘레면(142)의 일 측에는 상부유출구(150)가 구비되어 있다.
내부둘레면(146)은 제1 바디부(110)의 상단부에 해당한다. 내부둘레면(146)은 외부둘레면(142)의 내부에 위치하고, 그 사이에는 상징수가 유입되는 유입공간(144)이 형성되어 있다. 내부둘레면(146)에는 상징수가 유출될 수 있는 통로에 해당하는 다수 개의 월류홈(148)이 형성될 수 있다.
제1 바디부(110)의 내부에서 교반기(170)의 회전에 의해서 처리수 중에서 밀도가 상대적으로 작은 물질은 상징수로서 수평배플(120)의 사이에 형성된 간격(126)을 통해서 내부둘레면(146)을 월류하여 유입공간(144)으로 유입된다. 유입공간(144)으로 월류한 상징수는 상부유출구(150)를 통해서 유출부(140)에서 빠져나간다.
침전부(160)는 제1 바디부(110)의 하단부에 연결된 것으로 절두 원추 형상을 갖는다. 침전부(160)의 상단부는 제1 바디부(110)의 하단부와 연통되어 있다. 또한, 침전부(160)의 상단부에는 하부유도판(112)이 위치하고 있다. 하부유도판(112)의 최대 직경은 침전부(160)의 최대 직경에 비해서 작게 형성된다. 따라서 밀도가 상대적으로 큰 물질은 침전부(160)의 내면과 하부유도판(112) 사이에 형성된 공간(도 4의 도면부호 a 참조)을 통해서 침전부(160)의 내부로 유도된다. 침전부(160)의 내부에 침전된 침전물(도 1의 c 참조)은 하부유출구(162)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 분리장치(100)에서 임펠러(174, 176) 주변의 유속(m/sec)을 나타내는 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반 분리장치(100)에서 유출부(140)의 유속 분포를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 6은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 교반 분리장치(100)에서 처리수의 유속을 전산유체역학으로 해석한 그래프에 해당한다. 도 5 내지 도 6의 실험 조건은, 반제1 바디부(110) 지름 1,300mm, 높이 2,400mm, 유입유량 50㎥/day, 교반기(170) 사양 1.5kW, 3~45° neo-hydrofoil type, 직경 520mm, 2단이고, 임펠러(174, 176)의 회전수 92rpm, 수직배플(116) 4개 부착, 수평배플(120)은 2단으로 각각 6개 지그재그로 부착하였다. 그리고 전산 유체 해석상의 처리수 비중은 1.22, 점도 10cp로 설정하였다.
도 5를 참고하면, 제2 바디부(130)로 투입된 처리수는 교반기(170)에 의해서 하강하면서 하부유도판(112)으로 가이드 된 후 제1 바디부(110)의 내부 둘레면을 따라서 유출부(140) 방향으로 상승함을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 교반 분리장치(100)는 제1 바디부(110)의 상단부 및 하단부 전체를 통해서 처리수가 연속적으로 유동하게 되는데, 이로 인해 처리수가 충분히 교반된다. 하부임펠러(176) 둘레에서 유속은 0.9m/s가 형성된다. 하부유도판(112)은 처리수의 유동에도 불구하고 침전물이 상승하는 것을 억제한다.
도 6을 참고하면, 교반기(170)의 회전에 의해서 처리수가 유출부(140)로 월류하는데, 제1 바디부(110) 및 제2 바디부(130) 사이의 공간에서의 유속이 유입공간(144)에서의 유속에 비해서 빠르게 나타남을 알 수 있다. 제1 바디부(110)의 상단에 해당하는 내부둘레면(146)에 형성된 월류홈(148)을 통과한 상징수는 유입공간(144)으로 유입된 후 상부유출구(150)를 통해서 외부로 유출된다.
도 6에서 점선은 상부유출구(150)와 가장 인접하는 월류홈(148) 부분에서 유속을 나타낸 것으로, 상징수의 유속이 0.14~0.18m/s로 상대적으로 느리게 형성된다. 이는, 교반기(170)에 의해 발생하는 강한 혼합류에도 불구하고 수평배플(120)에 의해서 유출부(140)로의 과도한 월류가 제한되기 때문이다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 교반 분리장치
110: 제1 바디부 112: 하부유도판
116: 수직배플 120: 수평배플
130: 제2 바디부 140: 유출부
160: 침전부 170: 교반기

Claims (8)

  1. 내부공간을 구비하는 제1 바디부;
    상기 제1 바디부의 내부에 위치하고 상단부 및 하단부가 개방된 제2 바디부;
    상기 제1 바디부의 하부에 위치하고 하향 경사면을 갖는 하부유도판;
    상기 제2 바디부의 내부에 위치하고, 하향류를 발생시켜서 유입된 처리수를 상기 하부유도판으로 하향 이동시킨 후 상기 제1 바디부 및 상기 제2 바디부 사이의 공간으로 상승시키는 교반기; 및
    상기 제1 바디부의 내부에 위치하는 수직배플과, 상기 제1 바디부의 내부 상단부에 위치하고 간격을 갖고 배치되는 복수 개의 수평배플을 포함하고,
    상기 제2 바디부는 상기 상단부를 통해서 유입된 처리수를 상기 교반기 방향으로 가이드하는 교반 분리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수평배플은 상호 지그재그로 배치되는 상부 수평배플 및 하부 수평배플로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반 분리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바디부의 하부에는 침전부가 구비되고, 상기 침전부의 입구에는 상기 하부유도판이 위치하는 것을 특징으로 하는 교반 분리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바디부의 상부에는 유출부가 구비되고, 상기 유출부에는 밀도가 상대적으로 적은 물질이 배출되는 상부유출구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 교반 분리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유출부는 상기 제1 바디부에 비해서 큰 직경을 갖는 외부둘레면과, 상기 제1 바디부의 상단부에 해당하는 내부둘레면과, 상기 외부둘레면 및 내부둘레면 사이에 형성되어 있는 유입공간을 구비하고,
    상기 상부유출구는 상기 외부둘레면에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 교반 분리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내부둘레면에는 월류홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교반 분리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교반기는 2단 이상의 임펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 교반 분리장치.
  8. 삭제
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