KR101735748B1 - 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리 배출되는 여액의 청정도를 높인 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 원통형의 바울회전체와; 바울회전체 전방에 결합되며, 고형슬러지가 배출되는 토출부가 형성되고 원액이 투입되는 피드관이 중심축 방향으로 관통 형성되는 콘회전체와; 바울회전체의 후단부에서 분리된 여액을 배출하는 배출부와; 상기 바울회전체 내측 중심부에 위치하여 외부 동력에 의해 회전하며, 전방으로 유입공이 형성되는 스크류몸체와; 스크류몸체 외주면에 축방향으로 등간격을 갖도록 형성되는 3개 이상의 설치대와; 설치대 외측면에 결합되는 스크류날개와; 상기 설치대 외측면에 설치되며 스크류날개보다 작은 직경을 갖으며, 내측테두리와 외측테두리 사이로 등간격의 하층수 관통공이 형성된 원반형상의 분리격막판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기 {High-efficient refinable three-leverl centrifugal dehydrator}

본 발명은 상,하수로부터 추출되는 슬러지나 축산분뇨 및 각종 산업용 폐수로부터 여액을 원심분리하여 케익화하는 원심탈수기에 관한 것으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 여액과 고형물의 분리가 보다 효과적으로 이루어지며, 특히 분리 배출되는 여액에 불순물이 최소화되도록 한 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기에 관한 것이다.

일반적으로 각종 산업현장에서 발생하는 분뇨 및 축산폐수, 고농도 유기폐수는 심각한 환경오염을 유발하기 때문에 이를 효율적으로 처리하는 것이 매우 중요하다. 이들을 매립하여 처리할 경우 토양과 지하수를 오염시키고 악취를 유발하는 2차 환경오염이 발생하므로 근자에는 주로 소각처리방법이 사용되고 있다.

하지만 이들 슬러지는 함수율이 90% 이상이므로 건조과정 없이 그대로 소각할 경우 내포된 다량의 수분을 증발시키기 위해 많은 열에너지가 필요하게 될 뿐만 아니라 연소효율이 저하되어 공해물질이 다량 발생하는 문제가 있다. 따라서 신속하고 효율적인 소각을 위해서는 별도의 탈수과정을 거쳐 수분과 슬러지를 분리하는 공정이 필수적이다.

이를 위해 업계에서는 다양한 방식의 탈수장치가 사용되고 있으며 그 중 비중차이를 이용하여 고형물과 여액을 분리하는 원심탈수장치가 대표적으로 많이 사용된다. 원심탈수장치의 기본원리는 슬러지와 액체가 혼합된 원액이 탈수기 내부로 투입되면 바울회전체의 회전력을 통한 원심력을 이용하여 비중이 큰 고형물은 침강속도가 증가하여 빠른속도로 바울 내벽에 퇴적되며, 바울 안에서 바울과 다른 회전속도로 회전하는 스크류날개가 바울 내벽에 퇴적된 슬러지를 전방으로 이송시켜 토출부로 슬러지를 배출시키게 되고, 원액에서 고형물이 제거된 여액은 후방의 배출구로 연속적으로 분리배출된다.

원심탈수장치에 관한 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 10-1127015호에서 교반회전체를 구비하는 원심분리기, 대한민국 등록특허공보 10-1599328호에서 하수 또는 폐수 슬러지의 탈수용 원심분리기 외 다수가 개시되어 있으나, 종래의 원심탈수장치는 원액속의 고형물과 액체를 단순하게 분리하기만 할 뿐 배출되는 여액이 혼탁하여 우수한 청정도를 갖는 여액을 요구하는 산업분야에는 적용할 수 없고, 배출 고형물을 응집시킨 후 배출시켜야 배출 효율이 높기 때문에 처리 원액 공급부에 응집제를 주입하여 원액 속의 미세미립자를 원심탈수기 내부에서 응집시킨 후 분리 배출하였다. 그런데, 이러한 응집제의 사용은 작업 공정의 복잡화, 응집제 구입에 따른 경제적 손실과 유지 관리 측면에서 효율적이지 못한 문제점이 있어 업계에서는 이러한 문제점을 일소할 수 있는 새로운 구성의 원심탈수기에 대한 수요가 있었던 것이다.

KR 10-1127015 B1 (2012.03.08.) KR 10--1599328 B1 (2016.02.25.)

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 스크류몸체 외주면에 길이방향으로 설치대를 일정간격으로 형성하고 스크류몸체 중심부에 스크류날개보다 작은 직경을 갖는 분리격막판을 구성하여 미립자와 같은 불순물의 침강효율을 높이도록 한 원심탈수기를 제공함을 발명에서 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한 바울회전체 전방으로 차단판을 더 형성하여 미립자가 탈수구간으로 넘어가는 것을 방지할 수 있도록 함을 본 발명의 또 다른 해결과제로 한다.

이와 함께 별도로 기술하지는 않았으나 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위를 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 과제에 포함되도록 한다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기를 구성하되, 원통형의 바울회전체와; 바울회전체 전방에 결합되며, 고형슬러지가 배출되는 토출부가 형성되고 원액이 투입되는 피드관이 중심축 방향으로 관통 형성되는 콘회전체와; 바울회전체의 후단부에서 분리된 여액을 배출하는 배출부와; 상기 바울회전체 내측 중심부에 위치하여 외부 동력에 의해 회전하며, 전방으로 유입공이 형성되는 스크류몸체와; 스크류몸체 외주면에 축방향으로 등간격을 갖도록 형성되는 3개 이상의 설치대와; 설치대 외측면에 결합되는 스크류날개와; 상기 설치대 외측면에 설치되며 스크류날개보다 작은 직경을 갖으며, 내측테두리와 외측테두리 사이로 등간격의 하층수 관통공이 형성된 원반형상의 분리격막판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바울회전체의 내벽과 스크류몸체 사이로 형성되는 침전구간은 상기 분리격막판에 의해 분리격막판 후방으로 미립자의 침전효율이 우수한 미립침전구간이 형성되며, 전체 침전구간에서 상기 미립침전구간이 차지하는 부피비는 1/2보다는 작고 1/4보다는 크거나 같도록 형성한 것을 발명의 또다른 과제 해결수단으로 한다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 바울회전체 중심부에 분리격막판을 더 형성함으로써 미립자 침강효율을 높이고 그로인해 배출되는 여액에는 불순물이 거의 포함되지 않아 청정도가 우수한 장점이 있다. 따라서 원심탈수기 사용처 중 후속공정에서 청정한 상등수만을 분리배출 시키는 것을 요하는 경우에도 추가적인 고액분리설비가 필요 없어 설비비용을 줄일 수 있다.

또한 스크류날개를 스크류몸체에 형성할 때 설치대와 면접되는 부분만 결합하면 되므로 생선성이 높고 유지보수시 작업성이 용이하다.

또한 바울회전체의 전방으로 형성된 차단판에 의해 미립자가 슬러지에 뭉쳐서 배출되는 것을 봉쇄하여 탈수효과 및 분리효율이 개선되는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기를 나타낸 정단도면
도 2는 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 요부 확대 사시도
도 3은 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 측단면도
도 4은 본 발명에서 제공하는 원심탈수기에 분리격막판이 설치된 상태를 도시한 측단면도
도 5는 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 다른 실시예로 두 개의 분리격막판이 설치된 상태를 보인 요부 확대 사시도
도 6은 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 또 다른 실시예로 차단판이 설치된 상태를 보인 요부 확대 사시도
도 7는 분리격막판의 작용을 보인 단면도

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하며, 도면의 이해를 위해 도 1을 기준으로 좌측을 원심탈수기의 후방으로, 우측을 전방으로 표현하기로 한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기를 나타낸 정단도면이고, 도 2는 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 요부 확대 사시도이며, 도 3은 원심탈수기의 측단면도로서, 본 발명은 원통형의 바울회전체(2) 전방에 결합된 콘회전체(3) 일측에 슬러지 토출부(3a)가 형성되고, 원액이 투입되는 피드관(4)이 콘회전체(3) 중심에 관통 형성되며, 원액에 원심력을 가하기 위해 상기 콘회전체의 단부는 주속모터(5)와 벨트로 연결되어 회전운동한다.

회전체 내부에는 스크류날개(7)가 결합된 스크류몸체(6)가 감속기(9)에 연결되어 차속모터(10)의 동력에 의해 회전구동하면서 바울회전체(2) 내벽에 퇴적된 고형 슬러지를 전방의 토출부(3a)로 배출시키고, 분리된 여액은 상기 바울회전체의 후방의 배출부(8)로 배출됨으로써 투입된 원액이 고형슬러지(C)와 액체로 분리되는 것이다.

이처럼 바울회전체(2)의 내벽과 스크류몸체(6) 사이로 형성되는 침전구간(S)에서 원액이 원심력에 의해 고형슬러지(C)와 하등수(B)와 상등수(A)의 3층으로 층분리가 이루어지는데, 본 발명은 단순히 고형슬러지와 액상을 분리하는 것이 아니라, 분리 배출되는 여액 중 청정도가 우수한 상등수(A)만을 분리시킬 수 있는 원심탈수기(1)를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 구성으로 먼저 본 발명에서는 중공을 갖는 스크류몸체(6)에 스크류날개(7)를 바로 결합하는 대신 스크류몸체 외주면에 장대형상의 설치대(11)를 축방향으로 등간격을 갖도록 3개 이상 형성하고, 상기 설치대(11) 상부에 도시된 바와 같이 스크류날개(7)를 결합한다.

이와 같은 결합방법은 스크류날개(7)를 부착할 때 설치대(11)와 면접되는 부분만 용접결합 또는 볼팅결합 하면 되므로 종래의 스크류몸체(6)에 면접되는 모서리 전체를 용접하는 방식에 비하면 생산시수를 월등히 절감할 수 있고, 스크류날개(7)를 유지 보수하는 작업도 훨씬 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있으며, 무엇보다 도 3의 측면도에 도시된 바와 같이 인접하는 설치대(11) 사이와 스크류날개(7) 하단부 사이로 형성되는 공간이 바울회전체(2)의 원심력에 의해 층분리된 가장 맑고 깨끗한 최상등수만 분리 배출시키기 위한 유로(12)의 기능성을 제공할 수 있다는 점에서 큰 장점이 있다.

도면에서는 90도 간격으로 4개의 설치대(11)가 축방향으로 형성된 것을 도시하고 있으나, 스크류날개(7)의 견고한 결합력을 위해 또는 상등수가 통과되는 유량을 조절하기 위해 그 개수를 가감하는 것은 당업자에 의해 당연히 변경될 수 있을 것이다.

도 4은 본 발명에서 제공하는 원심탈수기에 분리격막판(13)이 설치된 상태를 도시한 측단면도로서, 분리 배출되는 여액 중 청정도가 우수한 상등수(A)만을 분리시키기 위해 스크류몸체(6)의 중심부에서 설치대(11) 외측으로 원반형태의 분리격막판(13)을 더 구성함으로써 분리격막판(13)과 여액 배출부(8) 사이로 미립침전구간(14)이 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.

도1의 정단면도를 기준으로 상기 분리격막판(13)은 스크류날개(7)보다 작은 직경을 갖도록 하여 원심력에 의해 바울회전체(2) 내벽에 퇴적된 고형슬러지(C)는 분리격막판(13)에 걸림없이 토출부(3a)로 이송되도록 하되, 분리격막판(13)의 내측테두리와 외측테두리 사이에는 방사상으로 등간격을 갖는 하층수 관통공(13a)을 형성하여 비중이 큰 고형입자는 분리격막판에 의해 미립침전구간(14)으로 넘어가는 것을 차단하고 하등수(B)만 관통공(13a)을 통해 후방으로 넘어가게 된다.

상기 미립침전구간(14)이 전체 침전구간(S)에 비해 너무 좁으면 미립자의 퇴적이 충분히 일어날 시간이 부족하여 배출부(8)로 하등수(B)가 넘어갈 여지가 높고, 미립침전구간(14)을 넓게 형성하는 것도 장치의 부피와 용량이 커지는 등의 문제가 있다. 따라서 전체 침전구간(S)에서 상기 미립침전구간(14)이 차지하는 부피비는 1/2보다는 작고 1/4보다는 크거나 같도록 상기 분리격막판(13)을 설치하는 것이 가장 효율적이다.

도 5는 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 다른 실시예를 보인 요부 확대 사시도로 전체 침전구간(S)에서 2개의 분리격막판(13)이 형성된 것을 도시하고 있다. 분리격막판(13)은 비중이 높은 고형입자가 후방의 배출부(8) 쪽으로 넘어가는 것을 차단하고 하등수만 통과시키므로 하나보다는 침전구간이 긴 원심탈수기의 경우 두 개 이상의 분리격막판을 설치하는 것이 배출되는 여액을 정제하는데 유리할 것이다.

도 6은 본 발명에서 제공하는 원심탈수기의 또 다른 실시예를 보인 요부 확대 사시도로, 콘회전체(3) 내부로 관통형성된 피드관(4)의 내측 단부에는 피드관(4)을 타고 유입된 원액이 바울회전체(2) 내부로 비산되는 유입공(6a)이 다수 형성되는데, 원액이 비산되면서 콘회전체(3) 내부의 탈수구간(D)으로 유입되는 것을 방지하기 위해 최전방에 위치한 유입공(6a)의 전방으로 원반형태의 차단판(15)을 설치대(11) 외측에 결합구성하되, 상기 차단판(15)과 바울회전체(2) 내벽 사이로 원심력에 의해 회전체 내벽에 밀착된 고형 슬러지만을 통과시킬 수 있을 정도의 틈새를 형성한다.

따라서 미립자가 슬러지에 뭉쳐서 배출되는 것을 차단판(15)이 봉쇄하고, 이송스크류의 회전에 의해 전방으로 이동하는 고형슬러지(C)가 상기 틈새를 통과하면서 압착되므로 탈수작용이 일어나 탈수효과가 우수하고 분리효율이 개선되는 장점을 갖는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 원심탈수기(1)의 작용을 도 7의 분리격막판의 작용을 보인 단면도를 참조하여 설명토록 한다.

주속모터(5)가 구동되면 주속모터와 벨트로 연결된 바울회전체(2)와 콘회전체(3)가 2000rpm 이상으로 고속회전하므로 피드관(4)을 통해 바울회전체 내부로 유입된 원액은 고속회전에 의한 원심력에 의해 가장 비중이 높은 고형슬러지(C)는 바울회전체(2) 내벽에 퇴적되며, 미립자도 거의 포함되어 있지 않은 가장 깨끗한 최상등수가 스크류몸체(6) 외면에 밀집하게 된다.

이와 같이 1차로 스크류몸체에 가장 가깝게 밀집된 상등수(A)는 인접하는 설치대(11) 사이에서 스크류몸체(6) 외면과 스크류날개(7) 하단부 사이로 형성되는 유로(12)를 타고 후방의 배출부(8)로 직선으로 배출된다. 또한 하등수(B)와 상기 유로(12) 내부로 침투하지 못한 일부의 상등수(A)는 스크류날개(7)의 나선면을 따라 흐르면서 원액에 포함된 고형입자 및 미립자와 같은 불순물이 연속적으로 분리침강한다.

한편, 스크류몸체(6) 중심부에 형성된 분리격막판(13)에 의해 고형입자는 미립침전구간(14)으로 넘어가는 것을 일차로 걸러주고, 하등수(B)는 하층수 관통공(13a)을 통해 미립침전구간(14)으로 넘어가게 된다. 따라서 미립침전구간(14)에서는 비중이 높은 고형입자의 양이 대폭 줄게 되어 도시된 바와 같이 층이 분리되는 높이가 충분히 확보되어 원심력에 의해 미립자들도 바울회전체(2) 내벽에 가깝게 위치함으로써 미립자의 침강효율이 높아지는 효과를 갖고, 따라서 배출부(8)로 넘어가는 분리여액에는 불순물들이 포함되지 않게 되어 청정도가 높아지게 되는 것이다.

더욱이 피드관(4)을 타고 유입되는 원액의 양이 많은 경우 분리 여액이 배출부(8)로 넘어가는 시간이 짧아지고, 이는 곧 충분힌 침전시간을 갖지 못하여 혼탁한 하등수(B)가 배출되는 가능성이 높았다. 이와 같이 원액이 탈수기 내에 체류하는 시간이 짧은 경우에도 상기와 같이 분리격막판(13)을 더 설치하여 미립침전구간(14)을 확보하면 여액이 분리배출되기 전에 미립침전구간에서 고형입자와 미립자를 보다 효과적으로 침전시킬 수 있어 분리여액의 청정도를 높일 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 상기 미립침전구간(14)에서는 물리적으로 고형입자가 유입되는 것을 차단함으로써 미립자의 침전효과를 높이는 효과와 함께 분리격막판(13)의 하층수 관통공(13a)으로만 하층수의 일부만 유입되므로 미립침전구간(14)에서는 유량이 대폭 줄어들게 되어 스크류날개(7)를 따라 흐르는 나선유속이 느려진 상태에서 원심력을 받게 되므로 미립자의 침강효율이 더욱 높아지는 효과를 갖는다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

1:원심탈수기
2:바울회전체 3:콘회전체 3a:토출부 4:피드관 5:주속모터
6:스크류몸체 6a:유입공 7:스크류날개 8:배출부 9:감속기 10:차속모터
11:설치대 12:유로 13:분리격막판 13a:하층수 관통공
14:미립침전구간 15:차단판
A:상등수 B:하등수 C:고형슬러지
S:침전구간 D:탈수구간

Claims (3)

1. 원통형의 바울회전체(2);
   바울회전체(2) 전방에 결합되며, 고형슬러지(C)가 배출되는 토출부(3a)가 형성되고 원액이 투입되는 피드관(4)이 중심축 방향으로 관통 형성되는 콘회전체(3);
   바울회전체(2)의 후단부에서 분리된 여액을 배출하는 배출부(8);
   상기 바울회전체(2) 내측 중심부에 위치하여 외부 동력에 의해 회전하며, 전방으로 유입공(6a)이 형성되는 스크류몸체(6);
   스크류몸체(6) 외주면에 축방향으로 등간격을 갖도록 설치되는 3개 이상의 장대형상을 갖는 설치대(11);
   설치대(11) 외측면에 고정 결합되는 스크류날개(7);를 포함하며,
   상기 설치대(11) 외측면에는 스크류날개(7)보다 작은 직경을 갖는 원반형태의 분리격막판(13);을 설치하여 분리격막판(13)과 여액 배출부(8) 사이로 미립자의 침전효율이 우수한 미립침전구간(14)이 형성되도록 하되,
   상기 분리격막판(13)의 내측테두리와 외측테두리 사이에는 방사상으로 등간격을 갖는 하층수 관통공(13a)을 더 형성함으로써, 하등수(B)의 일부만 하층수 관통공(13a)을 통해 미립침전구간(14)으로 넘어가도록 형성한 것을 특징으로 하는 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   전체 침전구간(S)에서 상기 미립침전구간(14)이 차지하는 부피비는 1/2보다는 작고 1/4보다는 크거나 같도록 형성하고,
   상기 스크류몸체(6)의 최전방에 위치한 유입공(6a)의 전방에 위치하도록 설치대(11) 외측면에는 원반형태의 차단판(15)을 더 설치하되, 상기 차단판(15)과 바울회전체(2) 내벽 사이로 원심력에 의해 회전체 내벽에 밀착된 고형 슬러지만을 통과시킬 수 있을 정도의 틈새를 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 정제효과가 우수한 3층형 원심탈수기.
   
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