KR101738388B1 - 공기 분사형 원심 탈수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 여액이 배출되기 위한 출수공을 갖는 균일 직경 부위 및 전방으로 갈수록 작아지는 직경을 가지면서 상기 균일 직경 부위로부터 전방으로 연장하고 탈수된 슬러가 배출되기 위한 슬러지 배출공을 갖는 원추 부위를 포함하는 회전 외통; 상기 회전 외통의 내면에 밀착한 슬러지를 전방으로 이동시키기 위해 상기 회전 외통의 내부에 회전 가능하게 마련된 스크류 컨베이어; 외부에서 공급되는 슬러지를 상기 균일 직경 부위의 내부로 안내할 수 있도록 상기 스크류 컨베이어의 중심축 내부에 마련된 슬러지 안내로; 및 외부에서 공급된 공기를 상기 원추 부위의 내면으로 분사할 수 있도록 상기 스크류 컨베이어의 스크류 날개에 고정되고, 상기 스크류 날개의 연장 방향을 따라 나열된 복수의 공기 분사관;을 포함하는 공기 분사형 원심 탈수기를 제공한다.

Description

공기 분사형 원심 탈수기{CENTRIFUGAL DEHYDRATOR WITH AIR NOZZLE}

본 발명은 원심 탈수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 원통의 원추 부위 내면으로 공기를 분사함으로써 탈수 효율을 향상시키는 공기 분사형 원심 탈수기에 관한 것이다.

현재, 가정이나 공장 등에서 버려지는 하수는 하수처리장으로 보내진 후 처리되고 있다. 하수 처리 과정은 정수 과정과 슬러지 처리 과정을 포함하는데, 정수 과정에서는 하수가 하천의 자정작용이 발동될 수 있는 범위까지 정화된 후 하천과 같은 공공수역으로 방류되고, 슬러지 처리 과정에서는 정수 과정에서 발생하는 슬러지가 농축, 탈수와 같은 과정을 통해 처리된다.

슬러지 처리 과정에서 사용되는 장치들 중 하나인 탈수기는 슬러지로부터 여액을 분리시키는 것으로서, 작동 원리에 따라 벨트 프레스, 필터 프레스, 스크류 프레스, 원심 탈수기, 전기침투 탈수기 등으로 분류되는데, 상기 원심 탈수기는 회전하는 외통의 내부로 슬러지를 주입한 후 원심력을 이용하여 상기 슬러지로부터 여액을 분리하는 장치이다.

상기 원심 탈수기를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 외통은 균일 직경을 가지면서 전후 방향으로 연장하는 균일 직경 부위와, 이 균일 직경 부위의 앞단으로부터 그 직경이 점차 작아지도록 연장하는 원추 부위를 갖는다. 그리고 상기 원추 부위의 앞단에는 여액과 분리된 슬러지, 즉 슬러지 케이크가 배출되는 슬러지 배출공이 마련되어 있고, 상기 균일 직경 부위의 뒷단에는 여액이 배출되는 출수공이 마련되어 있다.

또한, 외통의 내부에는 외통과 동일한 방향으로 회전하되, 그 회전 속도는 외통의 회전 속도보다 작은 스크류 컨베이어가 설치된다. 이 스크류 컨베이어의 중심축으로는 탈수될 슬러지가 공급되고, 이 슬러지는 외통의 내부로 이동한다. 외통의 내부로 이동한 슬러지는 원심력에 의해 외통의 내면에 밀착하고, 이때 밀도가 상대적으로 작은 여액은 외통 내면에 밀착한 슬러지와 분리된다. 외통의 내면에 밀착한 슬러지는 스크류 컨베이어의 스크류 날개에 의해 전방으로 이끌리다가 슬러지 배출공을 통해 외통의 외부로 배출되고, 여액은 스크류 날개의 표면을 타고 후방으로 이동하여 출수공을 통해 외통의 외부로 배출된다.

이러한 원심 탈수기는 등록특허 제10-0877880호(고액분리형 원심탈수기), 등록특허 제10-1428762호(슬러지용 원심탈수기), 등록특허 제10-1490746호(탈수 성능이 향상된 원심 탈수기), 등록특허 제10-0740608호(응집, 농축 및 원심탈수장치)에 개시되어 있다.

등록특허 제10-0877880호(고액분리형 원심탈수기) 등록특허 제10-1428762호(슬러지용 원심탈수기) 등록특허 제10-1490746호(탈수 성능이 향상된 원심 탈수기) 등록특허 제10-0740608호(응집, 농축 및 원심탈수장치)

그러나 위와 같은 종래의 원심 탈수기에서는 원추 부위에 위치하는 슬러지로부터 여액이 잘 배수되지 않아 탈수 효율을 향상시키는데 한계가 있다. 따라서 본 발명은 원추 부위에 위치하는 슬러지로부터도 여액을 잘 배수시킬 수 있는 원심 탈수기를 제공하고자 한다.

본 발명은, 여액이 배출되기 위한 출수공을 갖는 균일 직경 부위 및 전방으로 갈수록 작아지는 직경을 가지면서 상기 균일 직경 부위로부터 전방으로 연장하고 탈수된 슬러가 배출되기 위한 슬러지 배출공을 갖는 원추 부위를 포함하는 회전 외통; 상기 회전 외통의 내면에 밀착한 슬러지를 전방으로 이동시키기 위해 상기 회전 외통의 내부에 회전 가능하게 마련된 스크류 컨베이어; 외부에서 공급되는 슬러지를 상기 균일 직경 부위의 내부로 안내할 수 있도록 상기 스크류 컨베이어의 중심축 내부에 마련된 슬러지 안내로; 및 외부에서 공급된 공기를 상기 원추 부위의 내면으로 분사할 수 있도록 상기 스크류 컨베이어의 스크류 날개에 고정되고, 상기 스크류 날개의 연장 방향을 따라 나열된 복수의 공기 분사관;을 포함하는 공기 분사형 원심 탈수기를 제공한다.

상기 공기 분사형 원심 탈수기는, 상기 스크류 날개의 루트(root)를 따라 연장하도록 상기 중심축에 고정되고, 상기 복수의 공기 분사관의 내측단과 연결된 공기 분배관; 및 외부에서 공급되는 공기를 상기 분배관으로 안내할 수 있도록 상기 중심축의 내부에 마련된 공기 안내로;를 포함한다.

상기 스크류 날개에는 상기 공기 분배관이 위치한 부위로부터 상기 스크류 날개의 팁(tip) 쪽으로 연장하는 복수의 홈이 마련되고, 상기 복수의 공기 분사관 은 상기 복수의 홈에 각각 삽입되어 고정될 수 있다.

본 발명에 의하면, 슬러지 배출공 근처의 슬러지가 머금고 있는 여액이 회전 외통의 원추 부위 내면으로 분사된 공기에 의해 후방으로 잘 배수될 수 있는바, 종래에 비해 탈수 효율이 향상된다.

또한, 본 발명에 의하면 상기 원추 부위 내면으로 공기를 분사하기 위한 공기 분사관이 슬러지 배출공 근처의 슬러지로부터 받는 저항을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 분사형 원심 탈수기를 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 도 2에 도시된 원심 탈수기의 공기 분사관 및 공기 분배관이 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 "A" 부분을 확대한 확대도이다.

이하, 본 발명에 따른 공기 분사형 원심 탈수기의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

본 발명에 따른 공기 분사형 원심 탈수기(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 회전 외통(110)과, 스크류 컨베이어(130)와, 슬러지 안내로(140)와, 복수의 공기 분사관(152)을 포함한다.

상기 회전 외통(110)은 케이스(120)의 내부에 수용된 것으로서, 균일 직경 부위(112) 및 원추 부위(114)를 갖는다.

균일 직경 부위(112)는 균일한 직경을 가지면서 전후 방향으로 연장하는 부위인데, 그 후단은 케이스(120)와 회전 가능하게 결합하고 있다. 또한, 균일 직경 부위의 뒷면에는 슬러지로부터 분리된 여액이 배출되기 위한 출수공들(112a)이 마련되어 있다. 출수공들(112a)을 통해 회전 외통(110)의 외부로 배출된 여액은 케이스(120)에 마련된 여액 배출구(122)를 통해 케이스(120)의 외부로 배출된다.

원추 부위(114)는 균일 직경 부위(112)의 전단으로부터 전방으로 연장하는 부위로서, 도시된 바와 같이 전방으로 갈수록 작아지는 직경을 갖는다. 원추 부위(114)의 전단은 케이스(120)와 회전 가능하게 결합하고 있고, 탈수된 슬러지(슬러지 케이크)가 배출되기 위한 슬러지 배출공들(114a)을 갖는다. 슬러지 배출공들(114a)을 통해 회전 외통(110)의 외부로 배출된 슬러지 케이크는 케이스(120)에 마련된 슬러지 배출구(124)를 통해 케이스(120)의 외부로 배출된다.

이러한 회전 외통(110)의 후단은 외통용 모터(116)와 연결되어 있어 외통용 모터(116)가 작동하면 회전 외통(110)이 고속으로 회전하게 되는데, 그러면 회전 외통(110)의 내부에 위치하는 슬러지에는 강한 원심력이 작용한다. 그리고 이 원심력으로 인해 상대적으로 밀도가 높은 고형물은 회전 외통(110)의 내면에 밀착하게 되고, 상대적으로 밀도가 낮은 여액은 고형물의 내측에서 고형물과는 다른 층을 이루며 고형물과 물리적으로 분리된다.

상기 스크류 컨베이어(130)는 회전 외통(110)의 내면에 밀착한 슬러지를 전방(슬러지 배출공이 위치하는 방향)으로 이동시키기 위해 회전 외통(110)의 내부에 설치된 것으로, 중심축(134) 및 스크류 날개(132)를 포함한다.

중심축(134)의 후단은 회전 외통(110)과 회전 가능하게 결합하고 있고, 중심축(134)의 전단 역시 회전 외통(110)과 회전 가능하게 결합하고 있다. 스크류 날개(132)는 루트(root)와 팁(tip)을 갖는데, 상기 루트는 중심축(134)에 고정된 내측단이고, 팁은 회전 외통(110)의 내면과 약간 떨어져 위치하는 외측단이다.

이러한 스크류 컨베이어(130)의 전단은 컨베이어용 모터(136)와 연결되어 있어 컨베이어용 모터(136)가 작동하면 스크류 컨베이어(130)는 회전 외통(110)과 같은 방향으로 고속 회전을 하되, 회전 외통(110)보다는 느리게 회전한다. 따라서 스크류 컨베이어(130)와 회전 외통(110) 간에는 회전 속도의 차이가 있고, 이 때문에 회전 외통(110)의 내면에 밀착한 고형물은 스크류 날개(132)에 이끌려 전방으로 이동할 수 있다. 이때, 스크류 날개(132)에 의해 이끌리는 고형물과 상기 중심축(134) 간에는 공간이 확보되는데, 이 공간으로 인해 여액은 스크류 날개(132)의 표면을 따라 후방으로 이동하다가 출수공(112a)을 통해 회전 외통(110)의 외부로 배출된다.

상기 슬러지 안내로(140)는 중심축(134)의 중앙을 따라 전후 방향으로 연장하도록 중심축(134)의 내부에 마련된다. 중심축(134)의 전단에는 탈수될 슬러지를 공급하는 슬러지 공급관(140a)이 중심축(134)의 회전을 허용하도록 결합되어 있는데, 이 슬러지 공급관(140a)은 상기 슬러지 안내로(140)의 전단과 연통하고 있다. 또한, 슬러지 안내로(140)의 후단은 균일 직경 부위(112)의 내부와 연통하고 있다. 따라서 슬러지 공급관(140a)으로부터 공급된 슬러지는 슬러지 안내로(140)를 따라 후방으로 이동하다가 균일 직경 부위(112)의 내부로 이동하게 된다.

이상과 같이 원심 탈수기(100)에서는, 균일 직경 부위(112)의 슬러지가 스크류 날개(132)에 의해 전방으로 이끌리다가 원추 부위(114)로 진입하게 되는데, 그 이후 슬러지는 점차 작아지는 원추 부위(114)의 직경으로 인해 중심축(134) 쪽으로 모이다가, 슬러지 배출공(114a)을 통해 배출된다. 이때, 원추 부위(114) 내의 슬러지가 머금고 있는 여액은 원추 부위(114)의 경사 및 원심력으로 인해 스크류 날개(132)의 팁과 원추 부위(114)의 내면 간 틈(10) 쪽으로 몰리게 되는데, 이렇게 몰리는 여액을 후방으로 잘 배수시키기 위해 상기 원심 탈수기(100)는 복수의 공기 분사관(152)을 갖는다.

상기 복수의 공기 분사관(152)은 도 2에 도시된 바와 같이 모두 스크류 날개(132)의 루트부터 팁까지 연장하도록 스크류 날개(132)의 앞면에 고정된다. 또한, 복수의 공기 분사관(152)은 스크류 날개(132)의 연장 방향을 따라 나열하도록 마련된다. 여기서, 공기 분사관들(152)의 나열 시작 지점과 나열 종료 지점으로는 사전 실험을 통해 탈수 효율을 극대화할 수 있는 것으로 확인된 지점들이 선택될 수 있다. 도 2에는 스크류 날개(132)의 가장 앞단(132a)으로부터 스크류 날개(132)를 따라 360도 회전한 지점이 상기 나열 시작 지점으로, 그리고 이 나열 시작 지점으로부터 스크류 날개(132)를 따라 다시 360도 회전한 지점이 상기 나열 종료 지점으로 선택된 예가 도시되어 있다.

이상과 같은 공기 분사관들(152)로부터 분사된 공기는 3에 도시된 바와 같이 원추 부위(114)의 내면으로 향하게 되는데, 그러면 후방으로 가면서 외측으로 벌어지는 원추 부위(114)의 경사 때문에 상기 공기는 스크류 날개(132)의 팁과 원추 부위(114)의 내면 간 틈(10)을 통과하면서 원추 부위(114)의 내면을 따라 후방으로 이동하게 된다. 그리고 이러한 공기 흐름이 있으면, 상기 틈(10) 내 및 그 뒤쪽의 압력은 틈(10) 앞쪽의 압력보다 낮아지게 되고(베르누이 정리), 이 압력차 때문에 상기 틈(10)의 앞쪽에 위치하는 여액은 원추 부위(114)의 내면을 따라 후방으로 잘 배수된다.

즉, 종래에는 상기 틈(10)의 앞쪽 및 뒤쪽 간 압력차가 없어 원추 부위(114) 내 슬러지가 머금고 있는 여액이 상기 틈(10)을 통해 후방으로 배수되기 어려웠으나, 본 발명에서는 상기 틈(10) 내 및 그 뒤쪽의 압력이 틈(10) 앞쪽의 압력보다 낮아 원추 부위(114) 내 슬러지가 머금고 있는 여액이 틈(10)을 통해 후방으로 잘 배수되므로 탈수 효율의 향상을 꾀할 수 있는 것이다.

상술한 바에 의하면 공기 분사관들(152)이 스크류 날개(132)의 앞면에 고정된다. 그러나 공기 분사관들(152)은 스크류 날개(132)의 뒷면에 고정되어도 무방하다(미도시). 이 경우, 틈(10) 뒤쪽의 압력이 틈(10) 내 및 그 앞쪽의 압력보다 낮아지고, 이 압력차로 인해 틈(10) 내 및 그 앞쪽에 위치하는 여액이 원추 부위(114)의 내면을 따라 후방으로 잘 배수된다.

한편, 외부의 공기 공급관(150a)으로부터 공급되는 공기는 공기 안내로(150) 및 공기 분배관(154)에 의해 상기 공기 분사관들(152)로 안내된다.

공기 안내로(150)는 전후 방향으로 연장하도록 중심축(134)의 내부에 마련되고, 커플러(150b)에 연결된 공기 공급관(150a)과 연통하도록 마련된다. 상기 커플러(150b)는 스크류 컨베이어(130)의 중심축(134)의 회전을 허용하도록 상기 중심축(134)에 결합된 것으로서, 회전축(134)의 회전 여부와 무관하게 공기 공급관(150a)과 공기 안내로(150)를 연통시키도록 마련되어 있다. 또한, 공기 안내로(150)는 공기 분배관(154)과도 연통하고 있다. 따라서 공기 공급관(150a)으로부터 공급된 공기는 공기 안내로(150)를 따라 공기 분배관(154)에 이르게 된다.

공기 분배관(154)은 스크류 날개(132)의 루트를 따라 연장하도록 중심축(130)에 고정된 것으로서, 밀폐된 전단 및 후단을 갖는다. 또한, 공기 분배관(154)은 공기 분사관들(152)과 연통하도록 공기 분사관들(152)의 내측단과 결합하고 있다. 따라서 공기 분배관(154) 내 공기는 각각의 공기 분사관들(152)로 흐르게 된다.

한편, 이미 설명한 바와 같이 공기 분사관들(152)은 스크류 날개(132)의 앞면(또는 뒷면)에 고정되는데, 이때 스크류 날개(132)의 앞면(또는 뒷면)에 복수의 홈(미도시)을 마련하고, 이 홈들에 공기 분사관들(152)을 각각 삽입하여 고정하는 것이 좋다. 이 경우, 공기 분사관들(152)이 스크류 날개(132)의 앞면(또는 뒷면)으로부터 전방(또는 후방)으로 돌출한 부위가 적거나 없게 되어 공기 분사관들(152)이 슬러지로부터 받는 저항을 줄일 수 있다.

이하, 상기 원심 탈수기(100)의 작동 과정을 설명한다.

외통용 모터(116)와 컨베이어용 모터(136)가 작동하면 회전 외통(110) 및 스크류 컨베이어(130)가 같은 방향으로 고속 회전을 하는데, 이때 회전 외통(110)이 스크류 컨베이어(130)보다 더 빠르게 회전한다.

이 상태에서 슬러지 공급관(140a)으로부터는 슬러지가 공급되고, 공기 공급관(150a)으로부터는 공기가 공급된다. 공급된 슬러지는 슬러지 안내로(140)를 따라 균일 직경 부위(112)의 내부로 이동하고, 공급된 공기는 공기 안내로(150), 공기 분배관(154) 및 공기 분사관들(152)을 거쳐 원추 부위(114)의 내면으로 분사된다.

균일 직경 부위(112) 내부의 슬러지는 원심력에 의해 회전 외통(110)의 내면에 밀착하면서 여액과 다른 층을 이루며 분리된다. 여액과 분리된 슬러지는 스크류 날개(132)에 이끌려 전방으로 이동하다가 원추 부위(114) 앞단의 슬러지 배출공(114a)으로 배출되고, 상기 여액은 스크류 날개(132)의 표면을 따라 후방으로 흐르다가 출수공(112a)으로 배출된다.

이때, 원추 부위(114) 내 슬러지가 머금고 있는 여액은 스크류 날개(132)의 팁과 원추 부위(114)의 내면 간 틈(10) 쪽으로 몰리게 되고, 이렇게 몰린 여액은 원추 부위(114)의 내면으로 분사된 공기가 만든 틈(10) 앞뒤 간 압력차로 인해 원추 부위(114)의 내면을 따라 후방으로 잘 배수된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

100 : 공기 분사형 원심 탈수기 110 : 회전 외통
112 : 균일 직경 부위 112a : 출수공
114 : 원추 부위 114a : 슬러지 배출공
116 : 외통용 모터 120 : 케이스
130 : 스크류 컨베이어 132 : 중심축
134 : 스크류 날개 136 : 컨베이어용 모터
140 : 슬러지 안내로 140a : 슬러지 공급관
150 : 공기 안내로 150a : 공기 공급관
152 : 공기 분사관 154 : 공기 분배관

Claims (3)

1. 여액이 배출되기 위한 출수공을 갖는 균일 직경 부위 및 전방으로 갈수록 작아지는 직경을 가지면서 상기 균일 직경 부위로부터 전방으로 연장하고 탈수된 슬러가 배출되기 위한 슬러지 배출공을 갖는 원추 부위를 포함하는 회전 외통;
   상기 회전 외통의 내면에 밀착한 슬러지를 전방으로 이동시키기 위해 상기 회전 외통의 내부에 회전 가능하게 마련된 스크류 컨베이어;
   외부에서 공급되는 슬러지를 상기 균일 직경 부위의 내부로 안내할 수 있도록 상기 스크류 컨베이어의 중심축 내부에 마련된 슬러지 안내로;
   외부에서 공급된 공기를 상기 원추 부위의 내면으로 분사할 수 있도록 상기 스크류 컨베이어의 스크류 날개에 고정되고, 상기 스크류 날개의 연장 방향을 따라 나열된 복수의 공기 분사관;
   상기 스크류 날개의 루트(root)를 따라 연장하도록 상기 중심축에 고정되고, 상기 복수의 공기 분사관의 내측단과 연결된 공기 분배관; 및
   외부에서 공급되는 공기를 상기 분배관으로 안내할 수 있도록 상기 중심축의 내부에 마련된 공기 안내로;를 포함하는 공기 분사형 원심 탈수기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 스크류 날개에는 상기 공기 분배관이 위치한 부위로부터 상기 스크류 날개의 팁(tip) 쪽으로 연장하는 복수의 홈이 마련되고, 상기 복수의 공기 분사관은 상기 복수의 홈에 각각 삽입되어 고정된 공기 분사형 원심 탈수기.
   
   

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