KR200442586Y1 - 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조에 관한 것으로, 본 고안은 가압부상조에 사용되는 에어레이터에 구비된 임펠러 주위를 임펠러 케이싱으로 감싸고, 상기 임펠러 케이싱에 형성된 간극을 통해 미세기포가 발생하도록 된 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조에 있어서, 상기 임펠러 케이싱이 각각 일정한 간격을 두고 수직하게 원형으로 배치된 삼각단면을 갖는 다수의 웨지바와, 상기 원형으로 배치된 웨지바 외주면을 감싸 고정하도록 서로 떨어져 배치된 복수개의 둥근 고리형 로드바와, 상기 원형으로 배치된 웨지바 저면을 막아 주도록 부착된 원판을 포함하는 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조를 제공함에 있다.

이와 같은 본 고안에 따르면, 임펠러의 작용으로 가압수를 만들면서 기포를 발생시키기는 과정에서 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포를 다량으로 발생시킬 수 있도록 함은 물론, 임펠러 케이싱의 내구성을 크게 증대시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

가압부상조, 에어레이터, 임펠러, 임펠러 케이싱, 웨지바, 로드바, 플록, 미세기포.

Description

가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조{IMPELLER CASING STRUCTURE OF AERATOR FOR DISSOLVED AIRFLOATATION SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 가압부상조의 일실시예를 보여주는 도면,

도 2는 본 고안이 적용되는 가압부상조의 개략적인 측면 구성도,

도 3은 본 고안에 따른 에어레이터를 보여주는 실물 사진 도면,

도 4는 본 고안에 따른 에어레이터를 보여주는 정면도,

도 5는 본 고안에 따른 임펠러 케이싱의 구성을 보여주기 위해 도 4의 A부분을 확대 도시한 요부 사시도,

도 6은 본 고안에 따른 임펠러 케이싱의 구성을 보여주기 위해 도 4의 A부분을 도시한 요부 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 부상조 20 : 에어레이터

21 : 구동모터 22 : 임펠러 케이싱

23 : 회전축 24 : 임펠러

25 : 웨지바 26 : 로드바

27 : 원판 30 : 부유물 제거장치

본 고안은 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어레이터에 구비된 임펠러 주위를 감싸는 임펠러 케이싱을 구성함에 있어서, 삼각단면을 갖는 다수의 웨지바(Wedge Bar)를 각각 일정간격으로 두고 수직하게 원형으로 배치하고, 원형으로 배치된 웨지바 외주면에 둥근 고리형 로드바를 복수개 일정간격을 두고 끼워서 용접 고정하며, 원형으로 배치된 웨지바 저면을 원판으로 막아줌으로써, 임펠러의 작용으로 케비테이션 영역(CAVITATION AREA)을 만들면서 기포를 발생시키기는 과정에서 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포를 다량으로 발생시킬 수 있도록 함은 물론, 임펠러 케이싱의 내구성을 크게 증대시킬 수 있도록 한 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 가압부상조를 이용한 폐수처리방식은 물속에 용존 및 미립자 상태로 존재하는 이물질을 제거하는 것을 말하며, 이물질을 화학약품 등을 이용하여 응집하여 플록(FLOC)을 최대화 시키고 물리적 방법을 이용하여 응집된 플록을 분리함으로써, 처리수와 슬러지로 분리해 내는 과정을 말한다.

이러한 폐수처리 과정 중에 고형화된 이물질을 분리하는 물리적 방법에는 침전 방법이 가장 일반적인 방법이지만, 이 침전방법은 해당 시설의 설치를 위한 부지면적이 거대하게 차지하고, 침전된 퇴적물이 부패하여 다시 폐수가 되는 단점이 있었는 바, 이러한 단점을 감안하여 가압부상조가 개발된 것이다.

즉, 일반적으로 가압부상조라 함은 미세기포의 부상하는 원리를 이용한 것으 로서 내부에 유입된 폐수 중에 함유된 플록(FLOC; 불순물 응집덩어리)을 상기 미세기포로 부착 부상시킴으로서 폐수와 부유물을 분리시키는 저수조를 말하며, 이러한 가압부상조의 상단에는 별도의 부유물 제거장치가 설치되어 부상한 부유물을 스크레퍼로 수집조로 보내어 처리하게 된다.

여기서, 상기 가압부상의 원리는 대기압 상태에서 물속에 공기가 녹아 용존산소로 존재하고 있는 바, 물을 용기에 넣어 압력을 올린 상태에서 공기를 주입하게 되면 공기가 대기압 상태보다 많이 녹아 들어가게 되어 용존되지 않고 분자상태로 물속에 존재하게 된다.

이러한 상태에서 압력을 대기압상태로 내리게 되면, 물속에 분자상태로 존재하던 공기가 다시 대기로 방출된다.

이때, 가압수의 미세한 공기와 응집된 슬러지가 엉겨붙어 슬러지는 부력을 가지게 되어, 물 위로 부상을 하게 되고 부상된 슬러지를 제거하게 된다.

이처럼, 가압부상조의 원리는 압력을 가한 상태로 처리할 배수에 공기를 용해시키고, 이를 대기 중에 개방하면 배수 중에 용해되어 있는 공기는 다수의 미세한 기포가 되어 상승하게 되고, 이때 기포가 물속의 부유물질 주위에 부착되어 부유물의 비중이 감소되고, 결국 부유물은 물 위로 떠오르게 되어 제거되는 방법이다.

기존의 가압부상조의 종류를 보면, 용존공기 부상법(DAF : Dessolved Air Flotation), 유도공기 부상법(CAF : Cabvltation Air Flotation), 공기부상법(Air Flatation), 진공부상법(Vacuum Flotation) 등이 있다.

상기 용존공기 부상법은 전수 가압 방식과 부분 가압 방식으로 나누어지는 바, 전수 가압 방식은 폐수 전체를 가압하여 부상시키는 방법이고, 부분 가압 방식은 처리수의 일부분만 순환시켜 슬러지를 부상시키는 방식으로서, 양자 모두 처리원리는 공기압축기나 이젝터를 이용하여 외부공기를 주입하는 동시에 가압수를 만들어 슬러지를 부상시키는 원리를 갖는다.

상기 유도공기 부상법은 에어레이터의 고속회전력에 의해 대기압 하에서 캐비테이션 영역(cavitation area)을 생성하고 임펠러의 작용으로 기포를 미세화하여 가압수가 만들어지도록 하고, 이때 화학 응집제(polymer)를 투입하여 부상효과가 증대되도록 처리하는 방법이다.

상기 공기 부상법은 송풍기와 산기관을 이용한 방법으로서, 폐수 중에 공기를 강제 주입하여 미세공기와 입자상 물질을 동시에 부상시킬 수 있는 방법이다.

상기 진공부상법은 폐수를 진공상태인 공간에 주입시키면, 과포화된 공기방울이 용출되면서 입자상 물질에 부착되어 입자상 물질을 부상시키는 방법이다.

이와 같은 다양한 방법이 적용되는 가압부상조에서 본 고안은 상기 유도공기 부상법이 적용되는 가압부상조에서 미세기포를 발생시키는 에어레이터에 관한 것이다.

즉, 종래 등록실용신안 제331708호(2003.10.20. 등록)에 개시된 가압부상조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 폐수와 부유물을 분리시킬 수 있는 부상조(100) 상단에 부상한 부유물(일명, 스컴이라 한다)을 스크레퍼로 거둘 수 있는 부유물 제거장치(120)가 설치되어 있고, 상기 부상조(100) 일측에는 미세기포를 발 생시키는 에어레이터(110)를 갖추고 있다.

따라서, 전술한 바와 같이 상기 가압부상조는 부유고형물(Suspended Solid)에 미세한 기포(bubble)를 부착하여(효과적인 부상을 위해 필요한 에너지 공급) 부유물의 밀도를 감소시키고, 부력을 증가하도록 함으로써, 부유물의 부상을 유도하여 수집 제거할 수 있게 되는 것이다.

특히, 이러한 가압부상조는 재순환 펌프, 에어 컴프레셔, 가압(압력)용기, 고압 펌프가 불필요하게 됨은 물론, 플록(FLOC)을 사전 교반하는 탱크가 불필요하고, 또한 플래쉬 믹서, 에어 컨트롤밸브가 불필요하다는 장점을 갖고 있었다.

더불어, 구동부 부품의 수리보수가 용이하고, 분사노즐 청소 및 지하배관이 불필요하면서도 좁은 면적에 설치 가능하다는 장점 등으로 최근에 많이 사용하고 있는 실정이다.

그런데, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 에어레이터(110)는 임펠러(111) 부위를 그대로 노출한 상태에서 임펠러(111)의 회전을 통해 가압수를 만들어 기포를 발생시키도록 되어 있었는 바, 이와 같은 경우, 고속으로 회전하는 임펠러(111)의 작동으로 가압수가 만들어지면서 많은 기포를 발생할 수는 있으나, 임펠러(111) 작동으로 난류가 형성되어 부상조(100) 내에 응집된 플록(floc)이 해체될 수 있다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 에어레이터(110)에 의해 발생한 기포가 20㎛~80㎛ 크기 정도의 미세한 기포로 형성되는 것이 바람직하나, 종래 임펠러가 그대로 노출된 구조에 있어서는 이러한 미세한 기포를 발생시키는 데 어려움이 있었다.

이에 종래 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 상기 임펠러 주위에 임펠러 케이싱을 씌우고, 상기 임펠러 케이싱 상에 가압수가 빠져나가면서 다량의 기포를 발생시킬 수 있는 슬롯 형태의 타공을 형성한 임펠러 케이싱을 갖추는 방안이 마련되어 사용되게 되었다.

이처럼, 도시되지 않은 종래 임펠러 케이싱의 경우, 임펠러 케이싱을 제조할 때 원통형의 판에 수직한 길이 방향으로 다수의 슬롯 형태로 타공을 형성하여 이 슬롯 형태의 타공으로 가압수가 빠져나갈 수 있도록 하고 있었기 때문에, 인접한 두 개의 타공 부분을 기준으로 가운데 타공되지 않은 부분에 가압수에 의한 강한 압력이 걸려 타공되지 않은 부분이 파손되는 문제점 등이 있었고, 이에 최근 가압부상조용 에어레이터를 사용할 때, 상기 임펠러 케이싱의 내구성을 크게 향상시키면서도 미세기포를 다량으로 발생시킬 수 있도록 임펠러 케이싱의 구조를 개선할 필요성이 대두 되었다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 임펠러의 작용으로 케비테이션 영역(CAVITATION AREA)을 만들면서 기포를 발생시키기는 과정에서 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포를 다량으로 발생시킬 수 있도록 함은 물론, 임펠러 케이싱의 내구성을 크게 증대시킬 수 있도록 한 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조를 제공하고자 하는 데 있다.

또한, 본 고안은 에어레이터의 임펠러 주위를 임펠러 케이싱으로 감싸주면서 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포가 발생하도록 함으로써, 응집된 플록을 해체하지 않은 상태로 부상시킬 수 있도록 하는 것에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 가압부상조에 사용되는 에어레이터에 구비된 임펠러 주위를 임펠러 케이싱으로 감싸고, 상기 임펠러 케이싱에 형성된 간극을 통해 미세기포가 발생하도록 된 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조에 있어서, 상기 임펠러 케이싱이 각각 일정한 간격을 두고 수직하게 원형으로 배치된 삼각단면을 갖는 다수의 웨지바와, 상기 원형으로 배치된 웨지바 외주면을 감싸 고정하도록 서로 떨어져 배치된 복수개의 둥근 고리형 로드바와, 상기 원형으로 배치된 웨지바 저면을 막아 주도록 부착된 원판을 포함하는 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조를 제공함에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 다수의 웨지바에 각각 형성된 하나의 꼭지점이 로드바와 접촉하여 용접 고정됨에 따라 모든 웨지바의 일변을 따라서 임펠러 케이싱의 내주면이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 웨지바가 1㎜~2㎜ 간격으로 배치되어 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포가 발생할 수 있도록 되는 것이 바람직하다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안이 적용되는 가압부상조의 개략적인 측면 구성도이고, 도 3은 본 고안에 따른 에어레이터를 보여주는 실물 사진 도면이며, 도 4는 본 고안에 따른 에어레이터를 보여주는 정면도이고, 도 5는 본 고안에 따른 임펠러 케이싱의 구 성을 보여주기 위해 도 4의 A부분을 확대 도시한 요부 사시도이며, 도 6은 본 고안에 따른 임펠러 케이싱의 구성을 보여주기 위해 도 4의 A부분을 도시한 요부 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가압부상조는 폐수와 부유물을 분리시킬 수 있는 부상조(10)와, 상기 부상조(10) 상단에 설치되어 부상한 부유물을 스크레퍼로 거두어 도시되지 않은 수집조로 보내어 제거하는 부유물 제거장치(30)와, 상기 부상조(10) 일측에 마련되어 미세기포를 발생시키는 에어레이터(20)가 구비되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 가압부상조에 있어서, 본 고안은 상기 에어레이터(20)에 관련된 것이다.

즉, 상기 에어레이터(20)는, 종래 기술에서 전술한 바와 같이, 외부(대기 중)로부터 공기를 유입한 다음, 고속회전력에 의해 대기압 하에서 캐비테이션 영역(cavitation area)을 생성하고 임펠러의 작용으로 기포를 미세화하여 가압수가 만들어지도록 하는 것으로, 도 3 및 도 4에 본 고안에 따른 에어레이터가 보다 구체적으로 도시되어 있다.

여기서, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 에어레이터(20)는 구동력을 제공하기 위한 구동모터(21)와, 상기 구동모터(21)에 연결된 회전축(23)과, 상기 회전축에 연결 설치된 임펠러(24)와, 상기 임펠러(24)를 감싸는 임펠러 케이싱(22)으로 구성되어 있다.

이때, 상기 구동모터(21)와 회전축(23)의 연결은 체인커플링 또는 커플링을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 회전축(23)의 원활한 회전을 위해 베어링을 사용 하게 된다.

특히, 상기 에어레이터(20)는 상기 임펠러(24)의 날개각도와 회전속도 등에 따라 가압수 제조능력이 결정되고, 제거하고자 하는 입자상 물질의 특성(비중, 크기, 농도 등)에 따라 에어레이터의 규모(수량, 크기)를 정하는 것이 바람직하다.

이러한 에어레이터(20)에 있어서, 본 고안은 상기 임펠러(24)의 회전을 통해 기포를 미세화하여 가압수를 만들 때, 미세기포를 다량으로 발생시킬 수 있도록 함은 물론, 임펠러 케이싱(22)의 내구성을 크게 증대시킬 수 있도록 하기 위한 임펠러 케이싱(22)의 구조를 개선함에 그 특징이 있다.

즉, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 상기 임펠러 케이싱(22)이 각각 일정한 간격을 두고 수직하게 원형으로 배치된 삼각단면을 갖는 다수의 웨지바(25; wedge bar)와, 상기 원형으로 배치된 웨지바(25) 외주면을 감싸 고정하도록 서로 떨어져 배치된 복수개의 둥근 고리형 로드바(26; road bar)와, 상기 원형으로 배치된 웨지바(25) 저면을 막아 주도록 부착된 원판(27)으로 구성됨에 그 특징이 있는 것이다.

이때, 상기 다수의 웨지바(25)는 각각 서로 근접한 웨지바(25)끼리 1~2㎜ 간극(혹은 간격)을 두고 배치되게 되는 바, 이는 상기 임펠러(24)의 작동으로 가압수가 임펠러 케이싱(22)의 웨지바(25) 사이의 간극으로 빠져나갈 때, 가압부상조의 미세기포로써 바람직한 크기인 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포가 발생할 수 있도록 하면서 이렇게 발생한 미세기포가 응집된 플록(floc)을 해체하지 않은 상태로 부상시키기 위함이다.

특히, 상기한 바와 같이 삼각단면을 갖는 웨지바(25)를 배열할 때, 웨지바(25)에 각각 형성된 하나의 꼭지점이 로드바(26)와 접촉하도록 배치한 상태에서 로드바(26)와 접촉점을 용접 고정하도록 하고 있다.

이에 따라 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상호 연계된 모든 웨지바(25)의 일변을 따라서 임펠러 케이싱(22)의 내주면이 형성되는 구조를 갖게 된다.

상기와 같은 웨지바(25)의 배치구조는 상호 인접한 웨지바(25)의 서로 마주보는 각 면이 디퓨져 형태를 취하게 됨에 따라 미세기포가 웨지바(25)의 1~2㎜간극을 빠져나갈때, 순간적으로 디퓨져 역할을 하게 되면서 웨지바(25)의 간극을 빠져나온 가압수의 속도가 떨어짐과 아울러 많은 미세기포가 발생할 수 있는 조건을 만들어 주게 된다.

특히, 서로 인접한 웨지바가 1~2㎜의 간극을 유지할 경우에 이 간극을 빠져 나오는 가압수가 가압부상조에서 요구하는 20~80㎛ 크기의 미세기포로 형성됨을 반복적인 실험을 통해 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 고안에 따르면, 종래 임펠러 케이싱에 수직한 길이 방향으로 다수의 슬롯형태의 타공을 형성하는 구조의 경우에 있어서는 인접한 두 개의 타공 부분을 기준으로 가운데 타공되지 않은 부분에 강한 압력이 걸려 타공되지 않은 부분이 파손되는 문제점 등이 있었으나, 상기 웨지바(25)가 상호 일정간격을 두고 배치하고, 그 외주면을 로드바(26)로 고정하는 구조 임펠러 케이싱(22)을 구성할 경우에는 상기와 같은 파손의 문제점을 원천적으로 방지할 수 있게 되고, 이에 따른 임펠러 케이싱(22)의 내구성을 크게 향상 시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 상기와 같은 임펠러 케이싱(22)의 구조를 통해 20㎛~80㎛크기의 미세기포를 다량으로 발생시킴에 따라 부상조 내에 응집된 플록(FLOC)을 해체하지 않은 상태로 원활하게 부상시킬 수 있게 됨을 직접적으로 확인할 수 있었다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 고안에 따르면, 에어레이터에 구비된 임펠러 주위를 감싸는 임펠러 케이싱을 구성함에 있어서, 삼각단면을 갖는 다수의 웨지바(Wedge Bar)를 각각 일정간격으로 두고 수직하게 원형으로 배치하고, 원형으로 배치된 웨지바 외주면에 둥근 고리형 로드바를 복수개 일정간격을 두고 끼워서 용접 고정하며, 원형으로 배치된 웨지바 저면을 원판으로 막아줌으로써, 임펠러의 작용으로 가압수를 만들면서 기포를 발생시키기는 과정에서 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포를 다량으로 발생시킬 수 있도록 함은 물론, 임펠러 케이싱의 내구성을 크게 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

더불어, 본 고안에서 처럼 임펠러 케이싱을 갖춤으로써, 임펠러의 고속 회전에 따라 발생할 수 있는 난류를 최소화하여 부상조 내에 응집된 플록(folc)을 해체하지 않은 상태로 부상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 가압부상조에 사용되는 에어레이터에 구비된 임펠러 주위를 임펠러 케이싱으로 감싸고, 상기 임펠러 케이싱에 형성된 간극을 통해 미세기포가 발생하도록 된 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조에 있어서,

   상기 임펠러 케이싱이 각각 일정한 간격을 두고 수직하게 원형으로 배치된 삼각단면을 갖는 다수의 웨지바와, 상기 원형으로 배치된 웨지바 외주면을 감싸 고정하도록 서로 떨어져 배치된 복수개의 둥근 고리형 로드바와, 상기 원형으로 배치된 웨지바 저면을 막아 주도록 부착된 원판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각 웨지바의 삼각단면을 구성하는 꼭지점이 로드바와 접촉하여 용접 고정됨에 따라 모든 웨지바의 일면을 따라서 임펠러 케이싱의 내주면이 형성되는 것을 특징으로 하는 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 각 웨지바가 1㎜~2㎜ 간격으로 배치되어 20㎛~80㎛ 크기의 미세기포가 발생할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 가압부상조용 에어레이터의 임펠러 케이싱 구조.

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