KR200439958Y1 - 협잡물 여과원통의 세척장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 분뇨, 하수, 가축분뇨, 폐수 등의 액상 폐기물 처리공정에 포함되어 폐액에 함유된 각종의 협잡물을 분리하는 여과기에 있어 수평형 여과원통을 외주면에서 세척하는 외주면 세척장치에 관한 것으로, 종래의 세척장치는 세척수관과 그 세척수관에 직각으로 배치된 분사노즐이 고정된 상태로 되어 있어, 분사된 세척수가 원통에 빈틈없이 닿게 하려면 많은 노즐이 필요하게 되어 세척수의 사용량이 과다하게 되는 문제점이 있었던 것이다.

본 고안은 이상의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로 이의 고안요지는 노즐의 소요 개수를 적게 하여 펌프의 규격과 세척수의 양을 줄이면서 세척효과는 높힐 수 있게 한 것으로, 그 구성은 다수 개의 분사 노즐을 가진 세척수관이 길이 방향으로 일정 거리를 왕복운동하게 함에 있어 그 왕복수단으로는 감속모터의 편심축, 연접봉, 힌지(자재이음)부 및 연결봉, 주름(유동성)관 등을 세척수관에 연결하여 감속모터의 회전운동을 세척수관의 직선 왕복운동으로 바뀌게 한 것이다. 즉 노즐의 개수를 줄이는 대신 분사수의 원통 접촉부가 지속적으로 이동되게 하므로써 세척수량을 크게 줄일 수 있어 펌프의 소형화, 세척수 생산 및 이송 등과 관련한 에너지의 절감, 세척수 배수량의 소량화로 인한 후공정의 처리 부하를 줄이는 등의 효과로 환경산업발전에 기여할 수 있게 한 것이다.

원통 여과기, 여과목, 세척장치, 분사 노즐, 왕복 직선운동

Description

협잡물 여과원통의 세척장치{Cleaning equipment of adulteration filter drum}

도1은 종래의 세척장치 한 예의 측면도

도2는 도1의 종단면 확대도

도3은 본 고안 실시 예의 측면도 (세척수관의 왕복운동 시작점의 상태도)

도4는 본 고안 실시 예의 측면도 (세척수관의 왕복운동 중간점의 상태도)

도5는 본 고안 실시 예의 측면도 (세척수관의 왕복운동 종착점의 상태도)

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1:여과원통 1a:여과목 1b:투입구

1c:고형물 출구 1d:베어링 1e:스프로켓

2:세척수관 3:노즐 3a:가장 멀리 있는 노즐

4:연결봉 4a:직선운동용 축수(Linear motion bearing)

5:힌지(자재이음)부 6:연접봉 7:편심축

8:감속모터 9:연장관 9a:직선운동용축수

10:주름(유동성)관(Flexible hose) 11:펌프

12:전자변(Solenoid valve) 13 : 원통 커버

본 고안은 분뇨, 하수, 가축분뇨, 폐수 등의 액상 폐기물 여과기에 있어 여과원통의 외주면을 세척하는 외주면 세척장치에 관한 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 분뇨, 하수, 가축분뇨, 폐수 등의 액상 폐기물을 정화 처리하는 공정에 포함되어 이들 폐액에 함유된 각종의 협잡물을 여과하는 원통형상의 수평형 여과기 (또는 약간의 경사각이 있는 것 - 이후 수평형 원통은 넓게 해석하여 약간 경사져 설치된 원통까지 포함하는 것으로 함)에 있어 여과원통 외주면에 일정 거리를 두고 원통의 길이 방향으로 설치되는, 다수의 분사 노즐을 가진 세척장치에 관한 것이다.

수평형 원통으로 된 협잡물 여과기는 회전하는 원통이 하부로 돌아 들어가는 주면의 여과목(망목)에서, 원통 내주면 하부에 들어와 있는 협잡물이 여과되는 구조로서 이 여과 과정에서 여과목이 협잡물로 말미암아 점차 막히게 되어, 조건에 따라 차이는 있으나 여과를 거친 부위가 상부로 돌아 오를 때는 대부분의 여과공이 폐쇄되기 때문에 이를 틔우기 위하여 일정 압력을 가진 세척수를 원통 외주면에 분사 타격하는 방법을 주로 활용하고 있다.

이러한 종래의 세척장치에 관하여 상세히 살펴보면, 도1의 표시와 같이 일측면이 막히고 반대편 측면으로 펌프(11)의 압력수가 유입되게 하며 다수의 노즐(3)이 일정간격으로 배치된 긴 세척수관(2)을, 수평 설치된 여과원통(1)과 나란하게 원통 외주면과 일정 거리를 두고 설치하고 노즐(3)을 통하여 분사된 압력수가 여과원통(1) 외주면을 분사 타격하여 여과과정에서 막힌 여과목(1a)을 틔워 원활한 여과가 이루어질 수 있게 한 것으로 여기에 압축공기가 함께 분사되게 한 것, 또는 부러시가 부착된 것 등으로 되어 있다.

이상과 같은 종래의 세척장치는 세척수관(2)이 고정되어 길이방향으로 움직일 수 없는 구조로서 각각의 노즐(3)은 고정된 위치에서 여과원통(1) 외주면의 일정 부위만을 분사 타격하는 구성인 것이다. 이러한 구성은, 하나의 노즐(3)에서 분사된 세척수가 여과원통(1)의 외주면을 분사 타격하는 접촉 길이로 원통(1)의 전체길이를 나눈 값에 해당하는 개수의 노즐(3)이 필요하게 된다. 예를 들면, 한 개 노즐(3)의 세척수가 여과원통(1) 외주면에 가서 닿는 접촉 길이가 4cm이고 여과원통(1)의 길이가 2m라면 여과원통(1)의 외주면을 빠짐없이 세척하기 위해서는 50개 정도의 노즐(3)이 필요하게 된다. 그런데 노즐(3)은 유체역학적 저항으로 인한 자체 에너지 손실이 커며 노즐(3)에서 살수되는 모든 세척수는 세척작용을 할 수 있는 일정 수준의 힘, 즉 일정 수압과 유량을 유지하며 분사되어야하는 관계로 노즐(3)이 많으면 그 개수에 비례하여 커지는 펌프 규격의 대형화 문제, 그리고 다량 의 세척수를 생산 하고 이송하는데 따른 소요 에너지 문제와 배수량이 과다하게 발생되어 이후의 공정처리에 부담을 가하게 되는 등의 문제점을 안고 있는 것이다.

본 고안은 이상과 같이 종래의 수평형 여과원통(1) 외주면 세척장치에서 나타난, 노즐(3)의 개수가 많음으로 하여 발생되는 여러 가지의 바람직하지 않은 현상을 없애기 위하여 노즐(3)의 개수를 크게 줄이면서 세척효과는 살릴 수 있는, 즉 최소개의 노즐(3)로 에너지 소비를 줄이면서 최대의 세척효과를 얻기 위한 기술적 수단을 제공하고자 하는 것이다.

본 고안은 분뇨, 하수, 가축분뇨, 폐수 등 각종 폐기물을 정화 처리하는 공정에 포함되는 내부 유입형 수평 원통 회전 여과기의 외주면 세척장치에 있어 다수 개의 분사 노즐(3)을 가진 세척수관(2)을 길이 방향으로 일정 거리를 왕복운동하게 함으로써 노즐(3)의 필요 개수를 크게 줄여 에너지를 절감할 수 있게 한 구조인 바 이를 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

주면에 다수의 여과목 (원형의 타공, 슬릿형 여과공 또는 웨지 바형 등)(1a)을 가진 여과원통(1)을 수평(또는 수평에 가깝게)으로 설치하여 여과원통(1)의 단면 중심선을 회전중심으로 하여 여과원통(1)을 저속 회전시키며 여과원통(1)의 일측단 투입구(1b)로 여과할 물질을 투입하여 여과하는 과정에서 여과원통(1) 내주면의 여과목(1a)을 통하여 액체성분이 분리 배출되게 하고 유입의 반대측 고형물 출구(1c)로 여과된 고형물을 배출케 하는 협잡물 여과기에 있어 이 여과원통(1)과 나 란히 일정 거리를 두고 설치된 왕복동형 세척 장치를 구성한다.

왕복동형 세척장치는, 단면이 단계적으로 작아지는 긴 관에 있어 작은 단면의 측단을 막고 큰 단면 측단은 펌프(11)의 압력수가 유입되게 하며 그 외주면에는 다수 개의 노즐(3)이 일정 간격으로 부착되어 이 노즐(3)에서 관과 직각방향으로 세척수가 분사되게 한 세척수관(2), 그리고 세척수관(2)의 막힌 측단에는 길이방향으로, 직선운동용 축수(Linear motion bearing)(4a)가 개재된 연결봉(4), 힌지(자재이음)부(5), 연접봉(6), 감속모터(8)의 편심축(7) 등을 차례로 연결하여 감속모터(8)의 회전운동이 세척수관(2)의 왕복 직선운동으로 변화되게 한 구성인 것이다. 또한 세척수관(2)의 왕복운동이 원활하게 이루어지도록 세척수관(2)의 유입부에는 직선운동용 축수(9a)가 개재된 연장관(9)과 고무 성분으로 된 주름(유동성)관(Flexible hose)(10) 등을 차례로 이어 펌프(11)와 연결되게 한 것으로 여기에서 직선운동용 축수(4a, 9a)의 외곽부는 여과원통 커버(13)의 양측면에 장착한다.

그리고 감속모터(8)를 유압, 공압, 전기 등을 이용한 직선 왕복동 실린더로 대체 구성할 수 있다. 이 경우에는 상기 구성에서 회전운동을 왕복직선운동으로 바꾸는 수단과 관련된 부품이 실린더의 부속장치로 대치된다.

이상과 같은 본 고안의 구성에서 한 실시 예를 들어 설명하면, 웨지 바를 길이 방향으로 조립하여 여과목(1a)의 간극이 1mm가 되게 한 여과원통(1) (외경 700 mm, 여과 유효부의 길이 2m)을 유입부가 약간 높게 (2도 정도 경사지게) 설치한 분뇨 미세협잡물 여과기 (처리량 100㎥/hr)에 있어 2m 가량 길이의 세척수관(2)에, 2kg/㎠ 의 압력에서 9.6ℓ/min의 분사량을 가진 노즐(3) 8개를 250mm 간격으로 배 치하고, 감속모터(8) 출력측에 조립된 편심축(7)의 편심거리를 105mm로 하여 세척수관(2)을 210mm 범위에서 분당 1.5m의 속도로 왕복운동하게 하고 노즐(3) 한 개에서 분사된 세척수가 여과원통(1)에 접촉하는 길이를 40mm 정도 되게 구성한다. 이렇게 하면 여과원통(1) 외주면 길이의 16% (40mm × 8 /2m) 만큼은, 위치는 달라지나 항상 세척수가 접촉하는 결과가 된다.

이상의 실시 예에 있어 그 작동과 그에 따른 작용효과에 관하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래 방법에 의한 구성의 효과와 본 고안의 구성에 따른 효과를 서로 대비하여 보면, 먼저 종래 방법의 한 예로서 위 본 고안의 실시 예와 비교하기 위하여 그 조건을 같이 하면, 종래의 방법은 간격이 40mm로 50개의 노즐(3)을 가진 2m 정도 길이의 고정된 세척수관(2)으로 펌프(11)의 압력수가 유입되는 구성이 될 것이다. 그러나 실제로는 노즐(3)의 부착각도가 세척수관(2)과 정확히 직각을 유지하기 어렵고 또한 분사수의 여과원통(1)접촉 길이가 노즐(3)마다 약간의 차이를 보이기 때문에 여유분을 고려하여 노즐(3)의 간격을 37mm로 하여 총 54 개의 노즐(3)을 사용하게 한다. 이 노즐(3)도 본 고안 구성의 실시 예와 같은 것을 사용하므로 이 때의 유량은 518.4ℓ/min (9.6ℓ/min × 54)가 되며 이를 연속적으로 분사한다고 가정하면 세척수의 양은 시간당 약 31.1㎥가 된다. 그런데 이는 여과기 처리량(시간당 100㎥)의 30%가 넘는 많은 양의 세척 배수가 처리수에 혼입되는 결과로 처리공정에 나쁜 영향을 미칠 수 있으며 후 공정처리에 부담으로 작용하게 된다. 그리고 대개의 경우 세척수로 지하수 또는 방류수를 반송하여 사용하기 때문에 그 생산과 이송 에 요하는 에너지를 절약하기 위해 가급적 세척수 양을 줄일 수 있는 수단을 활용한다.

종래의 세척장치는 세척수의 양을 줄이는 수단으로 세척수를 분사하지 않고도 여과가 가능한 시간까지 세척수의 분사를 중지하는 방법, 즉 일정주기에 맞춰 단속적으로 세척수를 분사하여 꼭 필요한 만큼의 세척수 만을 사용하는 방법을 활용하는데 실제로는 안전을 고려하여 분사중지 시간을 실험치 보다는 약간 줄여 정하게 된다.

종래의 세척수관(2) 고정방법으로 된 실시 예에 위의 단속분사방법을 적용하여 실험한 결과 분사되지 않은 휴지 시간이 7초 정도 될 때까지는 미여과 물질의 월류현상이 발생하지 않았으며 이 때 세척 시간은 1.5초가 적당하였다. 여기에서 분사의 단속 작동을 위하여 펌프(11)를 단속운전 하게할 경우, 펌프(11)의 가동 후에 수압과 유량이 정상상태가 되는데 필요한 시간이 2초 가량 소요되며 또 빈번한 반복 작동으로 인한 펌프(11) 모터의 과도한 기동부하의 문제를 고려하여 펌프(11)는 지속적으로 작동케 하고 그 대신 세척수관 가까이 전자변(電磁辨, Solenoid valve)(12)을 부착하여 그 개폐작동으로 분사와 휴지동작을 반복하게 하는 것이 기계적, 전기적 안정성 유지에 유리하다. 그러나 이 경우에도 전자변(12)이 열려 세척수가 투입될 때 가장 멀리 있는 노즐(3a)까지 일정 수압이 작용하여 정상적인 분사가 되는 데 1~2초가 소요되는 점을 감안하여 실제 세척시간은 3초로 하고 이 때 휴지 시간은 안전율을 고려해 6초로 하여 실험한 결과 무난한 세척효과를 얻을 수 있었다. 즉 세척수 분사 시간이 전체가동시간의 1/3이 되는 결과로 나타났다.

이상 종래의 방법으로 된 세척수단에 있어 세척수 분사에 요하는 에너지를 계산하면, 유량은 518.4ℓ/min (9.6ℓ/min × 54) 즉 0.5184㎥/min이며, 이때의 압력은 2kg/㎠, 즉 양정 20m로서 먼저 이론 동력을 구하면,

이론동력 = 0.1635 × 비중 × 유량 × 양정

= 0.1635 × 1 × 0.5184 × 20

≒ 1.7(kw)가 된다. 여기에서 펌프의 효율 (70%이하)을 고려하면 실동력은 3.75kw가 되며 실 소요에너지는 3.75kw의 모터를 연속가동 하되 분사시간인 1/3은 전부하 운전을, 분사 휴지시간인 2/3는 무부하 운전을 하는 것으로, 또한 전부하 운전은 100%, 무부하 운전은 30% 에너지 소모율로 계산하면,

시간당 실 에너지 = 3.75 × 1 × 0.33 + 3.75 × 0.3 × 0.67

≒ 1.99 (kwh)가 된다.

다음으로 본 고안의 구성에 대한 에너지를 계산하면, 세척수량은 0.0768㎥/min(9.6ℓ/min × 8)이고 양정은 같은 20m이므로

이론동력 = 0.1635 × 비중 × 유량 × 양정

= 0.1635 × 1 × 0.0768 × 20

≒ 0.25 (kw)가 되며 이론동력만으로 비교하면 본 고안이 종래 방법의 15% (0.25/1.7) 정도에 불과하다. 그러나 펌프(11)의 효율 (60%이하)을 고려하면 본 고안의 실동력은 0.75kw가 되며 실제 시간당 에너지 소요량은, 0.75kw(1마력)의 모터를 연속가동 하므로 0.75kwh가 된다. (우수하게 설계 제작된 펌프로서 그 효율이 65%이상이면 실제 0.5마력의 동력으로도 가능하며 이 경우의 시간당 에 너지는 0.375kwh.가 될 수도 있다) 이는 종래의 세척장치에 비하여 약 38%수준 (0.75/1.99) (0.5마력의 경우는 19%)이 되는 결과이다. 여기에서 부수되는 별도의 동력도 함께 고려하면 종래의 세척장치는 50A 규격의 전자변(12), 그리고 본 고안은 감속모터(8)이나 이 둘의 에너지 소요량은 각각 100wh 이하로 펌프(11)에 비해 미미하여 비교에서 제외하여도 무리는 없을 것이다.

다음으로 세척수 사용량을 비교하면, 종래의 세척장치는 전체시간의 1/3만 사용되므로 시간당 유량은 9.6ℓ/min × 60 × 54 × 0.33 × 1000 = 10.264(㎥/hr)이 되고 본 고안은 9.6ℓ/min × 60 × 8 × 1000 ≒ 4.6(㎥/hr)으로 본 고안이 종래의 방법에 비해 약45% 수준이 된다.

이상 효과에 있어 종래의 장치와 본 고안의 장치를 대비한 바를 정리하면, 본 고안의 세척장치가 종래의 세척장치에 비하여 사용동력은 약 38%, 시설동력은 20%만으로 가능하기 때문에 에너지를 크게 절감할 수 있으며 또한 세척수의 양은 약 45%만으로 충분하므로 그 생산과 이송에 소요되는 에너지의 절약효과와 아울러 세척수의 과다한 배수량을 반 이상 줄여, 후 공정의 처리 부하를 감소시키는 효과까지 고려하면 회전원통형 여과기에 있어 세척수량을 크게 줄일 수 있는 본 고안의 효과가 더욱 두드러진다 할 것이다.

협잡물 여과기는 대상액의 점성과 표면장력이 더하여져 여과목(1a)의 크기가 작아질수록 여과목(1a) 막힘 현상이 쉽게 발생하고 또한 막힌 여과목(1a)을 틔우기 위해서는 분사수의 세척력이, 큰 여과목(1a)의 것에 비하여 더욱 강해야 하므로 미세한 여과기일수록 세척수의 분사압력이 크고 세척수량이 많아야 한다. 따라서 미 세협잡물 여과기(여과목(1a)이 통상 3mm이하)에 있어서 노즐(3)의 개수를 줄일 수 있는 본 고안의 효과는 중·대형 협잡물 여과기에 비하여 더욱 커진다 할 것이다.

이상과 같이 본 고안은 협잡물 여과원통(1)의 세척장치에 있어 세척수관(2)을 길이방향으로 왕복운동하게 하므로써 분사노즐(3)의 사용 개수를 대폭 감소시킨 결과, 세척수량을 크게 줄일 수 있어 펌프(11)의 규격을 소형화 할 수 있고 세척수 생산 및 이송과 관련한 비용을 절감할 수 있으며 세척수 배수량을 소량화 할 수 있어 후공정 처리의 부하를 줄이는 등의 다양한 효과를 발휘하여 환경산업발전에 크게 기여하는 유용한 고안인 것이다.

Claims (2)

1. 폐기액에 함유된 고형물을 여과하는 수평(또는 수평에 가까운) 원통형 여과기의 여과원통(1) 외주면을 세척하는, 다수 개의 노즐(3)이 달린 관형의 세척장치에 있어서 세척수관(2)의 세척수 유입부는 주름(유동성)관(10)을 통하여 펌프(11)와 연결되게 하고 반대편에는 힌지(자재이음)부(5), 연접봉(6), 편심축(7)을 통하여 감속모터(8)와 연결되게 하여 감속모터(8)의 회전운동을 세척수관(2)의 왕복 직선운동으로 바꾸어 노즐(3) 분사 세척수의 여과원통(1) 외주면 분사 타격 부위가 연속적으로 이동되게 함을 특징으로 한 협잡물 여과원통의 세척장치.
2. 청구항 1에 있어서 감속모터(8)를 유압, 공압, 전기 등의 직선운동형 실린더와 그 부속장치로 하여 세척수관(2)을 왕복 직선운동하게 함을 특징으로 한 협잡물 여과원통의 세척장치.

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