KR101660422B1 - 블록형 날개를 구비한 에어레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전구동모터와, 상기 회전구동모터에 연결되어 상기 회전구동모터에 의해 회전되며 외부의 공기가 유입되는 샤프트와, 상기 샤프트의 끝단에 연결되어 회전되며 상기 샤프트를 통해 공급되는 공기가 외부로 분출되면서 부딪혀 기포가 발생되는 복수의 날개를 가지는 터빈날개부를 포함하며, 상기 복수의 날개 각각은 상기 샤프트와 연통하는 공기유입구와, 복수의 공기유출구를 가지며 내부에 공기가 유동하는 내부공간을 가지는 블록형 날개로 형성되고, 상기 회전구동모터의 중심축을 관통하여 설치되며 상기 샤프트에 연결되는 중공의 파이프로 형성되어 외부의 공기가 공급되는 연장샤프트를 구비하여, 상기 터빈 날개부의 날개가 내부공간을 갖는 블록형 날개로 형성되고, 블록형 날개에 공기가 유입되는 내부공간을 형성하여 공기와 물의 접촉면을 크게하여 공기와 물의 혼합이 잘 이루어지고 충돌에 의한 미세기포의 생성을 용이하게 할 수 있고, 상기 연장샤프트를 통해 외부의 공기가 상기 샤프트로 공급되도록 구성함으로써, 공기흡입구가 이물질에 의해 막히는 것을 방지하고 고속으로 회전하더라도 이상 진동으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있어 구조적으로 안전한 에어레이터를 제공할 수 있다.

Description

블록형 날개를 구비한 에어레이터{AERATOR WITH BLOCK TYPE BLADE}

본 발명은 에어레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전구동에 따른 터빈 블레이드의 원심 회전력에 의해 미세기포를 발생시키는 에어레이터로서 모터의 고속회전에도 안정적이면서 블럭형 날개에 의해 미세기포를 용이하게 생성할 수 있는 에어레이터에 관한 것이다.

일반적으로 에어레이터(aerator)는 하수처리장이나 축산폐수처리장 또는 원전 폐수 처리장 등에서 널리 사용되는 장치로서, 용존산소의 농도를 높임과 동시에 물을 순환시키는 역할을 하며, 수중에 기포를 발생시키는 기능을 한다.

이러한 에어레이터는 폐수를 처리하여 수중의 용해산소(DO)함량을 증가시키는데 이용된다. 물고기나 기타 수중 생물의 생명을 보존하기 위해서 뿐만 아니라 악취제거나 유기물질의 생성 억제를 위해서도 용해산소의 양을 소정치 이상으로 유지할 필요가 있는 바, 이러한 에어레이터는 용해산소의 양을 증가시키는데 대단히 유용한 것으로, 특히 생화학적 산소요구량이 높은 경우에 있어서는 이용가치가 매우 크다.

이러한 종래의 에어레이터에는 공기나 순수산소를 잠수식 다공성 확산부재 또는 노즐을 통해 수중으로 유입하는 공기확산형 에어레이터와, 물을 교란하여 대기중의 공기를 용해시키는 기계식 에어레이터가 있으며, 기계식 에어레이터 중에서 처리수의 수면 아래에 일정한 깊이로 설치된 회전 임펠러를 이용하는 것으로, 임펠러와 동축상에는 통기관이 지지되어 외부공기를 임펠러 주위의 물로 공급하는 터빈 임펠러형 에어레이터가 널리 이용되고 있다.

이러한 종래의 터빈 임펠러형 에어레이터는 내부관과 외부관의 이중관으로 구성된 샤프트와, 상기 샤프트의 외부관에 연결되어 공기를 강제로 주입하는 블로어(blower)와, 상기 샤프트의 내부관에 연결되어 상기 내부관을 회전시키는 모터와, 상기 내부관의 끝단에 설치된 프로펠러를 구비한 에어레이터가 개시되어 있으나, 이러한 종래의 에어레이터는 샤프트에 공기를 주입하는 블로어를 구비하여야 하므로, 장치 전체가 복잡하고 비대하여 질 뿐만 아니라 장비의 이동 및 설치가 번거롭다고 하는 문제점이 있었다.

이에, 상기 문제점을 해결하고자, 상기 샤프트를 외부관과 내부관의 이중관으로 구성하지 않고 하나의 샤프트의 상단에 공기유입구를 설치하고, 블로어를 생략하여 상기 모터의 회전구동에 의한 상기 샤프트의 회전에 의해 상기 샤프트의 끝단에 설치된 프로펠러나 블레이드의 회전으로 원심력이 발생하고, 그 원심력으로 인해 샤프트 내의 공기가 외부로 분출되면서 블레이트에 부딪쳐 기포가 발생하게 되는 자체흡기식 에어레이터가 제안되고 있다.

그러나, 상술한 종래기술에 의한 에어레이터에 있어서는, 고속으로 회전하는 샤프트의 상단에 설치된 공기흡입구를 통해 공기가 유입되는 구조이므로, 샤프트에 이상 진동이 발생하는 등의 이유로 파손될 염려가 많았다.

또한, 상기 샤프트의 끝단에 설치된 블레이드의 회전과 그 회전에 의한 원심력에 의해 샤프트를 통해 유입된 공기가 미세한 기포로 발생하는 구조이지만, 그 기포의 크기나 기포의 흐름방향을 조절하기 어렵다는 문제점이 있었다.

한국공고특허 제1989-0002281호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 고속으로 회전하더라도 샤프트가 파손되는 것을 방지할 수 있는 구조적으로 안전한 에어레이터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 안정적이면서 미세기포를 용이하게 생성할 수 있는 에어레이터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 에어레이터는 회전구동모터와, 상기 회전구동모터에 연결되어 상기 회전구동모터에 의해 회전되며 외부의 공기가 유입되는 샤프트와, 상기 샤프트의 끝단에 연결되어 회전되며 상기 샤프트를 통해 공급되는 공기가 외부로 분출되면서 부딪혀 기포가 발생되는 복수의 날개를 가지는 터빈날개부를 포함하며, 상기 복수의 날개 각각은 상기 샤프트와 연통하는 공기유입구와, 복수의 공기유출구를 가지며 내부에 공기가 유동하는 내부공간을 가지는 블록형 날개인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 블록형 날개 각각은 상기 터빈 날개부의 중심을 향하여 경사져 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 블록형 날개 각각은 상기 터빈 날개부의 높이방향에 대하여 경사져 형성되고, 상기 터빈 날개부의 중심을 향하여 경사각도가 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블록형 날개 각각은 상기 블록형 날개의 상부 및 하부의 폭이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회전구동모터는 상기 회전구동모터의 중심축을 관통하여 설치되며 상기 샤프트에 연결되는 중공의 파이프로 형성되어 외부의 공기가 공급되는 연장샤프트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회전구동모터에 체결되며 상기 회전구동모터의 상부면으로부터 상측으로 연장 돌출되도록 설치되는 상기 연장샤프트를 둘러싸도록 설치되는 케이싱을 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연장샤프트에 연결되는 연결파이프와, 상기 연결파이프의 일측에 설치되어 상기 연장샤프트 및 상기 샤프트에 유입되는 공기의 공급을 조절하는 조절밸브를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 샤프트는, 샤프트 본체의 외경보다 큰 내경을 가지며 인접한 샤프트 본체를 연결하는 커플러를 더욱 구비하며, 상기 커플러의 외측에는 복수의 프로펠러가 형성된 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 상기 터빈 날개부의 날개가 내부공간을 갖는 블록형 날개로 형성되고, 블록형 날개에 공기가 유입되는 내부공간을 형성하여 공기와 물의 접촉면을 크게하여 공기와 물의 혼합이 잘 이루어지고 충돌에 의한 미세기포의 생성을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 종래와 같이 고속으로 회전하고 있는 샤프트의 일측에 설치된 공기유입구를 통해 공기가 공급되는 것이 아니라, 상기 회전구동모터의 중심축에 회전구동모터를 관통하는 연장샤프트를 설치하고, 상기 연장샤프트를 통해 외부의 공기가 상기 샤프트로 공급되도록 구성함으로써, 공기흡입구가 이물질에 의해 막히는 것을 방지하고 고속으로 회전하더라도 이상 진동으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있어 구조적으로 안전한 에어레이터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 블록형 날개를 구비한 에어레이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 커플러를 구비한 에어레이터를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 블록형 날개의 일예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 블록형 날개의 다른 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 블록형 날개를 구비한 에어레이터에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 기포조절이 가능한 에어레이터(1)는, 회전구동모터(10)와, 샤프트(20)와, 터빈날개부(30)를 포함한다.

상기 회전구동모터(10)는 상기 샤프트(20)와, 상기 터빈 날개부(30)를 회전시키도록 구동되며, 상기 회전구동모터(10)의 하부에는 제 1 연결플랜지(11)을 매개로 하여 상기 샤프트(20)의 일끝단이 상기 회전구동모터에 체결된다.

본 실시예에 있어서, 상기 회전구동모터(10)의 중심축에는 연장샤프트(12)가 설치된다. 상기 연장샤프트(12)는 상기 회전구동모터의 중심축을 관통하여 설치된다. 상기 연장샤프트(12)는 종래의 모터의 모터축을 중공의 파이프로 대체하여 형성되며, 상기 연장샤프트(12)는 상기 회전구동모터(10)를 중심축에서 상하로 관통하여 설치되며, 상기 연장샤프트(12)의 하부끝단은 상기 샤프트(20)에 연결되도록 구성된다.

종래의 에어레이터에 있어서는 모터는 환봉의 모터축을 가지며, 샤프트의 상부일측에 공기흡입구를 형성하여 공기흡입구를 통해 공기가 유입되도록 구성되고 있지만, 공기흡입구와 수면과의 거리가 짧기 때문에 수면으로부터 공기흡입구를 통해 이물질이 유입되어 공기흡입구가 막히는 현상이 발생할 염려가 있을 뿐만 아니라, 고속으로 회전운동하는 샤프트에 공기흡입구가 형성되어, 고속회전하면서 공기가 유입되어 유입되는 공기로 인해 비정상적인 이상 진동이 샤프트에 발생하여 구조적으로 파손될 염려가 있었다.

그러나, 본 실시예의 에어레이터는 상기 회전구동모터(10)를 관통하고 상기 샤프트에 연결되는 상기 연장샤프트(12)를 형성하여, 회전의 중심축에 설치되고 상기 회전구동모터(10)의 상부면측으로 돌출되는 상기 연장샤프트를 통해 외부의 공기가 유입될 수 있기 때문에, 공기흡입구가 이물질에 의해 막히는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 샤프트가 고속으로 회전하더라도 공기가 회전의 중심축을 통해 유입되기 때문에 유입시 이상 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 회전구동모터(10)의 상부에는 케이싱(50)을 더욱 설치할 수 있다. 상기 케이싱(50)은 상기 회전구동모터(10)의 상부면에 제 2 연결플랜지(51)를 통해 상기 회전구동모터(10)에 체결되도록 구성된다.

상기 케이싱(50)은 상기 회전구동모터의 상부면으로부터 상측으로 연장 돌출되도록 설치되는 상기 연장샤프트(12)의 돌출부분(12a)를 둘러싸도록 설치된다.

또한, 상기 케이싱(50)에는 연결파이프(53)가 체결될 수 있다. 상기 연결파이프(53)은, 베어링(52)을 매개로 하여 상기 케이싱 및 상기 연장샤프트(12)에 체결된다. 또한, 상기 연결파이프(53)의 일측에는 상기 연장샤프트 및 상기 샤프트에 유입되는 공기의 공급을 조절하는 조절밸브(54)를 더욱 설치할 수 있다.

이로써, 상기 케이싱(50)에 의해 상기 연장샤프트를 외부충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 연결파이프(53)에 필터를 설치하여 외부공기의 이물질 유입을 방지할 수 있고, 상기 연결파이프(53)를 통해 공기 이외에 필요에 따라 별도의 산소나 질소 등의 기체를 공급할 수 있으며, 기타 액상 또는 기체상의 약물을 용이하게 투입할 수도 있다.

또한, 상기 개패밸브(54)의 조절에 의해 상기 샤프트(20)에 유입되는 공기나 기체의 양을 조절할 수 있으므로, 상기 터빈 날개부에서 생성되는 기포의 압력이나 양을 조절할 수 있다.

상기 샤프트(20)는 상기 회전구동모터에 연결되어 상기 회전구동모터에 의해 회전되며 외부의 공기가 유입된다.

상기 샤프트(20)는 일정 길이를 갖는 하나의 샤프트로 구성할 수도 있지만, 상기 에어레이터가 설치되는 장소의 수심에 따라서는 복수의 샤프트를 연결하여 사용할 수도 있다. 이 때, 상기 샤프트는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 커플러(60)에 의해 복수의 샤프트를 연결되도록 구성될 수 있다.

상기 커플러(60)는 샤프트 본체의 외경에 상응하는 내경을 갖도록 구성되며, 예를 들면 상기 샤프트(20)의 끝단 외주면에 나사산을 형성하고, 상기 커플러(60)의 내부면에 나사산을 형성하여 복수의 샤프트를 상기 커플러(60)에 의해 나사결합하여 체결하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 커플러(60)의 외측에는 복수의 프로펠러(61)가 형성될 수 있다. 상기 샤프트(20)의 회전에 의해 상기 커플러(60)가 회전될 때에, 상기 프로펠러(61)도 회전되어, 상기 프로펠러(61)가 수면에 위치할 때에 대기를 수면으로 송풍하여 수면에서 발생할 수 있는 스컴이나 거품유발을 방지하고, 수중에 위치할 때에 수중의 물의 흐름을 일정 방향으로 유도할 수 있다.

상기 샤프트(20)의 하부끝단에는 연결부(40)를 통해 상기 터빈 날개부(30)가 설치된다. 상기 터빈날개부의 상부판(31)과 하부판(32)은 각각 상기 연결부(40)의 상부고정플랜지(41) 및 하부조임부(42)에 의해 조임고정되어 조립된다.

상기 터빈 날개부(30)의 상기 상부판(31)과 상기 하부판(32) 사이에는 복수의 날개(33)가 설치된다.

상기 복수의 날개(33) 각각은 내부에 공기가 유동하는 내부공간을 가지는 블록형 날개로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 블록형 날개(33)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 샤프트(20)와 연통하는 공기유입구(33a)와, 측벽 및 외측벽에 형성된 복수의 공기유출구(33b, 33c)를 갖는다.

이로써, 상기 블록형 날개(33)에 형성된 상기 공기유입구(33a)를 통해 유입된 외부의 공기가 상기 공기유출구(33b, 33c)를 통해 유입된 수중의 물과 상기 블록형 날개의 내부공간에서 접촉 및 혼합된다. 상기 샤프트(20)의 회전에 의해 상기 블록형 날개(33)가 회전하면, 상기 블록형 날개(33)의 내부공간에서 접촉 및 혼합된 물과 공기는 상기 공기유출구(33b, 33c)를 통해 상기 터빈 날개부의 외부로 유출되는데, 이 때 고속회전력에 의해 물과 공기의 혼합되면서 미세기포가 생성된다.

한편, 상기 블록형 날개(33) 각각은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 터빈 날개부의 중심을 향하여 경사져 형성되도록 구성할 수 있다. 상기 블록형 날개를 경사져 형성하고 다양한 경사각도로 구성함으로써, 상기 샤프트(20)를 통해 유입된 공기가 상기 터빈 날개부의 외부측으로 보다 원활하게 유동할 수 있고, 상기 블록형 날개의 내부공간에 유입된 물과 공기가 상기 터빈 날개부의 고속회전시 상기 블록형 날개의 외부측으로 보다 원활하게 유출될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 블록형 날개 각각은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 블록형 날개의 높이방향으로 경사져 형성되는 경사블록형 날개(33')로 형성할 수 있다.

상기 경사블록형 날개(33')는 상기 블록형 날개의 높이방향, 즉 상기 터빈 날개부의 상하부판에 대하여 일정 각도(θ)를 갖도록 형성될 수 있고, 상기 각도(θ)는 상기 터빈 날개부의 중심을 향하여 점차 커지도록 형성할 수 있다.

또한, 상기 경사블록형 날개(33')의 상부 및 하부의 폭을 서로 달리 구성하여 상협하광이 되도록 형성할 수 있다.

이로써, 경사져 설치되는 상기 경사블록형 날개(33')에 의해 상기 터빈 날개부의 고속회전에 의해 미세기포가 발생할 때에, 상기 미세기포를 포함한 물의 흐름방향을 원하는 일정한 방향으로 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 측벽의 공기유출구(33b)를 통해 유출된 미세기포와 물이 상기 터빈날개부의 하부판이나 인접한 경사블록형 날개에 부딪혀 미세기포를 더욱 생성시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 에어레이터
10 : 회전구동모터 12 : 연장샤프트
20 : 샤프트
30 : 터빈 날개부
33 : 블록형 날개 33' : 경사 블록형 날개
40 : 연결부 50 : 케이싱
53 : 연결파이프 54 : 조절밸브

Claims (8)

1. 회전구동모터와,
   상기 회전구동모터에 연결되어 상기 회전구동모터에 의해 회전되며 외부의 공기가 유입되는 샤프트와,
   상기 샤프트의 끝단에 연결되어 회전되며 상기 샤프트를 통해 공급되는 공기가 외부로 분출되면서 부딪혀 기포가 발생되는 복수의 날개를 가지는 터빈날개부를 포함하며,
   상기 복수의 날개 각각은 상기 샤프트와 연통하는 공기유입구와, 복수의 공기유출구를 가지며 내부에 공기가 유동하는 내부공간을 가지는 블록형 날개이고,
   상기 터빈날개부는 상기 복수의 날개를 상부 및 하부에서 덮고 상기 샤프트에 연결되는 상부판과 하부판을 더 포함하고,
   상기 블록형 날개 각각은 상기 터빈 날개부의 중심을 향하여 점차 높이가 감소하도록 높이방향에 대하여 경사져 형성되고, 상기 터빈 날개부의 중심을 향하여 경사각도가 점차 커지도록 형성되고, 상기 블록형 날개의 상부 및 하부의 폭이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 블록형 날개를 구비한 에어레이터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전구동모터는 상기 회전구동모터의 중심축을 관통하여 설치되며 상기 샤프트에 연결되는 중공의 파이프로 형성되어 외부의 공기가 공급되는 연장샤프트를 구비하는 것을 특징으로 하는 블록형 날개를 구비한 에어레이터.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 회전구동모터에 체결되며 상기 회전구동모터의 상부면으로부터 상측으로 연장 돌출되도록 설치되는 상기 연장샤프트를 둘러싸도록 설치되는 케이싱을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 블록형 날개를 구비한 에어레이터.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 연장샤프트에 연결되는 연결파이프와,
   상기 연결파이프의 일측에 설치되어 상기 연장샤프트 및 상기 샤프트에 유입되는 공기의 공급을 조절하는 조절밸브를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 블록형 날개를 구비한 에어레이터.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 샤프트는, 샤프트 본체의 외경보다 큰 내경을 가지며 인접한 샤프트 본체를 연결하는 커플러를 더욱 구비하며,
   상기 커플러의 외측에는 복수의 프로펠러가 형성된 것을 특징으로 하는 블록형 날개를 구비한 에어레이터.
   
   
   

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