KR20050015626A - 고체와 액체 분리용 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체와 액체 분리용 필터에 관한 것으로, 외부로부터 유입된 액체를 회전시켜 고체성분을 원심 분리시키는 분리관체; 상기 분리관체에서 분리된 고체성분을 수집하여 배출하는 수집관체; 상기 분리관체에서 고체성분이 분리된 액체만을 공급하는 출수관체를 포함하고, 상기 분리관체, 수집관체 및 출수관체 각각은 플랜지로 결합 및 분리되도록 이루어져 해수 또는 오폐수 등의 액체에 포함된 모래나 이물질 등의 고체성분을 원심 분리시켜 배출하고, 정수된 액체만을 배출해내는 것이다.

Description

고체와 액체 분리용 필터{Filter for Separating Solid from Liquid}

본 발명은 고체와 액체를 분리하는 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체 내에 포함된 고체성분을 분리하여 여과된 액체성분만 걸러내는 필터에 관한 것이다.

종래에 액체 속에 포함된 고체성분을 걸러내어 분리하는 필터로서 액체를 회전시켜 고체를 원심 분리시키는 방법 및 장치들이 많이 사용되었다. 이러한 원심 분리방법을 이용한 장치는 다양한 크기의 고체성분을 분리하는 데 널리 사용되었다. 이 장치는 그 기능 및 효율이 원심 분리기 내의 수류의 회전에 의한 원심력에 의하여 액체 속의 고체성분(고형물로서 모래나 이물질 등의 입자성분)을 분리하는 것으로, 원심력에 의하여 액체 속에 포함된 고체성분이 분리되고, 분리된 고체성분은 중력에 의하여 하방으로 수집되도록 하는 것이다. 그리고 고체성분이 분리된 액체를 상방으로 유출시킴으로서 순수한 액체성분만을 분리해내는 것이다.

이와 같은 종래의 원심 분리 방법을 이용한 장치들은 액체로부터 고체성분을 분리하는 효율을 극대화시키지 못할 뿐만 아니라, 분리된 고체성분을 보다 용이하게 외부로 배출하지 못하는 문제도 있었다. 더욱이 이러한 장치들 거의 대부분은 장치의 운용 도중에 장치의 망실이나 장치내의 세척 등을 하기 위하여 쉽게 분해를 할 수 없는 구조로 이루어져 있어 장치의 유지관리가 불편한 문제도 있었다.

더욱이 장치의 재질이 고압 배관용 금속관에 에폭시 등을 코팅한 것이라서 해수나 염분이 포함된 액체를 원심 분리할 경우에는 쉽게 녹이 슬거나 원심 분리에 의한 고체성분이 관의 벽을 부식시켜 장치의 주요 기능을 망실시켜 유지 및 관리에 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여, 분리 및 결합이 가능한 형태로 제작하여 부속품의 교체 및 세척이 쉬워 유지 및 관리가 용이하고, 스테인리스 스틸 재질을 적용하거나 또는 고압 배관용 금속관 재질에 폴리아미드를 코팅하여 부식 및 녹에 강하며, 더욱이 액체로부터 고체성분을 분리하기 용이한 구조로 되어 있어 분리 효율성을 향상시킨 고체와 액체 분리용 필터를 제공하기 위한 것이 목적이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 외부로부터 유입된 액체를 회전시켜 고체성분을 원심 분리시키는 분리관체; 상기 분리관체에서 분리된 고체성분을 수집하여 배출하는 수집관체; 상기 분리관체에서 고체성분이 분리된 액체만을 공급하는 출수관체를 포함하고, 상기 분리관체, 수집관체 및 출수관체 각각은 플랜지로 결합 및 분리되도록 이루어진 고체와 액체 분리용 필터를 제공한 것이 특징이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 고체와 액체 분리용 필터의 분리 사시도이고, 도 2는 단면도이다.

먼저, 본 발명의 고체와 액체 분리용 필터는 분리 및 결합이 가능하도록 이루어진 구조로 구성요소에는 각각 플랜지(23, 24, 45, 46, 60, 61)가 구성되어 있어 플랜지로 나사 결합을 할 수 있도록 되어 있다. 즉 본 발명의 분리관체(10), 수집관체(30) 및 출수관체(50)에는 플랜지가 구성되어 있어 3개의 구성요소를 용이하게 분리 및 결합할 수 있다.

분리관체(10)는 외부로부터 유입된 액체를 회전시켜 고체성분을 원심 분리시키는 것으로, 분리관체(10)의 상단에는 출수관체(50)와 플랜지(23, 60)로 나사 결합되고, 하단에는 수집관체(30)와 플랜지(24, 45)로 나사 결합된다. 그리고 분리관체(10)의 상단에는 유도관(14)이 구성된다. 유도관(14)은 입구관(12)을 통하여 유입된 액체를 유도하여 일정 방향으로 액체를 회전시켜 주는 것이다. 더욱이 유도관(14)에 연결된 입구관(12)은 분리관체(10)의 중심축으로부터 일정 각도로 벗어난 방향에서 비스듬히 연결되어 외부로부터 고체성분이 포함된 액체를 유입하는 것이다. 입구관(12)을 통하여 유입되는 액체는 분리대상인 고체성분이 포함된 것으로, 모래 등의 이물질이 포함된 해수이거나 오폐수 등이다. 본 발명의 필터는 액체로부터 고체성분을 원심 분리시켜 필터링하는 어떠한 물질도 가능하다. 입구관(12)에는 플랜지(13)가 형성되어 있어 입구파이프 등과 결합된다.

분리관체(10)의 내부에 구성된 분리관(16)은 상단이 상기 유도관(14) 내측에 삽입되어 있고 액체로부터 고체성분을 분리하는 분리공간부(17)를 갖는 원통 형상이다. 분리관(16)의 크기는 처리하려는 물질의 종류나 원심 분리를 위한 거리, 또는 용량 등에 따라 직경 및 그 크기가 달라질 수 있다.

상기 분리관(16)의 상단에는 상기 유도관(14)으로 유도된 액체의 회전을 가속시키기 위하여 복수 장공의 슬롯(18)이 형성된다. 슬롯(18)은 직사각형으로 액체가 용이하게 유입되고 소정 각도로 회전이 이루어지도록 테이퍼(Taper)져 있다. 슬롯(18)은 분리관(16)에 일정간격으로 4개 정도가 바람직하지만 필요에 따라 4개 이상도 가능할 것이다. 슬롯(18)의 위치는 입구관(12)의 중심축보다는 상단에 위치하여 있다.

상기 유도관(14)의 내벽과 분리관(16) 외벽 상단에는 유도관(14)과 분리관(16) 사이를 이격시키는 이격판(15)이 복수로 결합되어 있다. 이격판(15)은 유도관(14)과 분리관(16)을 지지하고 강성을 도모하기 위한 것이다.

상기 유도관(14)의 하단에는 유도관(14) 내에 잔류하는 고체성분을 외부로 배출하기 위한 배출관(20)이 장착되어 있는데, 배출관(20)은 입구관(12)을 통하여 유입된 액체가 분리관(16)의 슬롯(18)을 통하여 유입되기 전에 유도관(14)과 분리관(16) 사이의 공간부에서 와류에 의하여 분리된 고체성분이 잔류하므로 이를 외부로 배출하기 위한 것이다. 통상적으로 배출관(20)은 별도의 마개로 페쇄된 상태이지만, 유도관(14)과 분리관(16) 사이에 잔류하는 고체성분을 세척하거나 배출하기 위한 것인바, 나사 결합된 마개를 해제한 후에 고체성분의 이물질을 배출할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 필터(100)를 고정하기 위하여 유도관(14)의 외부 일측에 고정관(22)을 설치하여 외부의 고정봉이나 고정부재 등으로 고정할 수 있도록 되어 있다.

수집관체(30)는 상기 분리관체(10)에서 분리된 고체성분을 수집하여 배출하는 것으로, 상기 분리관체(10)의 하단에 고체성분을 수집하는 수집관(32)이 연장되어 플랜지(24, 45)로 나사 결합되어 설치된다. 그리고 상기 수집관(32)의 하단에는 분리된 고체성분을 수집하는 수집공간부(40)를 갖는 수집통(38)이 결합된다. 수집통(38)은 수집관(32)의 직경보다 큰 직경을 갖으며 하단부는 밀폐되어 있다.

상기 수집관(32)의 하단 내측에는 복수의 역류 억제판(36)이 결합되고, 역류 억제판(36)은 지지봉(33)과도 결합된다. 즉 분리관체(10) 하단의 분리공간부(17)에 구성되어 고체성분이 분리된 액체를 상승시키는 원판 형상의 스핀 플레이트(34)를 지지하는 지지봉(33)의 하단과 수집통(38)의 내벽에 결합된다. 역류 억제판(36)은 지지봉(33)의 하단과 수집통(38)의 내벽에 하단부가 예각으로 꺾여진 상태로 각각 결합된다. 하단부가 예각으로 꺾여진 것은 수집통(38) 내의 액체 및 고체성분의 입자가 분리관(16)의 분리공간부(17)로 역류하는 것을 억제하기 위한 것이다. 또한, 역류 억제판(36)은 분리공간부(17)의 원심력을 억제하여 수집통(38)으로 고체성분이 중력에 의하여 용이하게 수집되도록 하는 기능도 포함되어 있다.

그리고 상기 지지봉(33)에 결합된 역류 억제판(36)의 상단에는 스핀 플레이트(34)와 일정간격으로 이격된 위치에 고정되어 역류하는 고체성분의 유출을 차단하는 보조 원판(35)이 설치되어 있다. 보조 원판(35)의 직경은 스핀 플레이트(34)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 스핀 플레이트(34)는 지지봉(33)의 상단에 올려져 있고, 스핀 플레이트(34)는 분리공간부(17)의 하단 중앙에 설치되어 분리공간부(17)의 내벽측으로 형성되는 원심력이 거의 작용하지 않으므로 상방향으로 액체를 밀어 올리는 기능이 있다.

상기 수집통(38) 내벽에는 수집통(38) 내에서 액체의 회전력을 방지하기 위한 격벽(39)이 설치되어 있고, 수집통(38)의 외측 하단에는 수집통(38)에 수집된 고체성분을 외부로 배출하는 배출관(44)이 설치되어 있다. 즉 수집통(38)의 하단부에 고체성분을 배출할 수 있도록 통공이 형성되고, 통공에는 배출관(44)이 연결된 것이다. 배출관(44)에는 수집통(38)에서 분리되어 수집된 고체성분이 액체와 같이 배출되도록 배출파이프 등이 연결된다.

그리고 상기 수집통(38)의 중앙에는 관측공(41)이 형성되어 있는데, 관측공(41)은 수집통(38) 내의 수집공간부(40)의 상태를 관측하거나 세척 등을 하기 위한 것이다. 상기 관측공(41)은 필요시에만 개폐가 될 수 있도록 잠금수단(42)이 구성되어 있다. 또한, 본 발명의 필터(100)를 고정하기 위하여 수집통(38)의 외부 일측에 고정관(43)을 설치하여 외부의 고정봉이나 고정부재 등으로 고정할 수 있도록 되어 있다. 그리고 수집통(38)의 하단의 바닥면에도 플랜지(46)가 형성되어 있어 필터(100)를 고정시키거나 다른 매개물과의 연결을 위하여 적용된다.

한편, 상기 분리관체(10) 및 수집관체(30)에서 고체성분이 분리된 액체만을 공급하는 출수관체(50)가 분리관체(10)의 상단에 플랜지(23, 60)로 나사 결합된다.

출수관체(50)에는 상단이 중심축으로부터 예각으로 꺾여지고 상단의 종단에 플랜지(61)가 형성되며 하단이 개방되어 고체성분이 분리된 액체를 배출시키는 출구관(52)이 구성되어 있다. 출구관(52)의 상단이 예각으로 꺾여진 것은 액체의 공급방향에 따라 정해진다. 분리관(16)의 내측으로 결합된 출구관(52)의 길이는 분리효율이나 적용범위에 따라 달라질 수 있다.

상기 출구관(52)의 외주연, 즉 분리관(16) 내에 결합되어 있는 출구내관(54)의 외주연에는 분리관(16)의 슬롯(18)을 통하여 유입된 액체의 상승을 방지하는 원판(56)이 결합되어 있다. 그리고 원판(56)과 출구내관(54)의 외주연에는 결합용 플랜지(60)를 지지하고 보강하며 이격시키는 복수의 이격판(58)이 구성되어 있다. 플랜지(60)가 결합되어 있는 출구내관(54)의 외주연에 원판(56)이 결합되고, 원판(56)과 플랜지(23), 그리고 출구내관(54)에는 복수의 격벽(58)이 결합된 것이다.

본 발명의 필터(100)로 구성된 전체 재질은 내부식 및 방청력이 우수한 스테인리스 스틸 또는 고압 배관용 금속관에 폴리아미드를 코팅하여 한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 고체와 액체 분리용 필터의 작동상태를 설명한다.

본 발명의 필터(100)는 원심 분리방식을 이용한 것으로, 주로 모래나 진흙 등과 같은 부유물이나 현탁한 원수를 정수하는 장치로서, 원통형 분리관(16)의 분리공간부(17) 내벽을 따라 유입된 액체의 수류가 회전되도록 펌핑시켜 비중이 무거운 현탁 슬러지는 중력에 의하여 아래의 수집통으로 퇴적되게 분리함과 동시에 원심 회전속도가 느린 분리공간부(17)의 중심 수류에 배치된 출구관(52)을 통하여 정수된 액체만을 분리하여 배출하도록 하는 것이다.

즉 입구관(12)을 통하여 고체성분이 포함된 액체(해수나 오폐수 등과 같이 부유물이나 고형물이 포함된 원수)가 유도관(14)으로 유입되면 유도관(14)을 통하여 액체는 회전된다. 이는 입구관(12)이 유도관(14)의 중심축으로부터 벗어난 위치인 비스듬한 방향으로 연결되어 있어 입구관(12)을 통하여 유입되는 액체는 유도관(14)을 따라 회전될 수밖에 없다. 유도관(14)으로 유입된 액체는 회전하면서 분리관(16)에 형성된 복수의 슬롯(18)을 통하여 분리관(16) 내로 유입된다. 슬롯(18)은 액체의 유입이 용이하고 회전력을 향상시킬 수 있도록 액체가 회전하는 방향으로 테이퍼져 있다.

입구관(12)으로 유입된 액체가 슬롯(18)으로 직접 유입되지 않도록 입구관(12)의 중심축보다 슬롯(18)이 위에 형성되어 있다. 그리고 입구관(12)을 통하여 유입된 액체가 유도관(14)을 회전하여 상승하면서 분리관(16)의 슬롯(18)을 통하여 유입되고, 분리관(16)으로 유입된 액체가 분리공간부(17)에서 원심 회전력을 갖게 되고, 원심 회전력은 분리공간부(17)의 내벽에 강한 수류를 형성한다. 이때, 슬롯(18)을 통과한 액체가 출수관체(50)의 상단으로 와류를 형성하여 플랜지(60)의 내벽을 치는 것을 출구내관(54)에 형성된 원판(56)이 억제시켜 준다.

분리공간부(17)에서 형성되는 수류는 원심 회전력을 갖는 액체 속의 고체성분은 액체보다 비중이 크므로 원심 회전력의 최외곽으로 밀려나게 되고, 분리공간부(17)의 중앙 수류는 고체성분이 분리된 액체만이 남게된다. 그리고 원심 회전력은 분리공간부(17)의 하단으로 내려갈수록 약해진다. 분리공간부(17)의 하단에 이르면 원심 회전되는 수류의 외곽에 포함된 고체성분은 수집관(32)을 거쳐 수집통(38)으로 분리되어 수집된다. 그러나 중앙 수류에 형성된 고체성분이 분리된 액체는 스핀 플레이트(34)에 의하여 상승하면서 출구내관(54)의 개구부를 통하여 출구관(52)으로 배출된다.

상기 고체성분이 다량 포함된 액체는 수집관(32)을 거치면서 보조 원판(35)과 역류 억제판(36)을 통하여 원심력을 거의 잃게 되고, 중력에 의하여 수집통(38) 속으로 낙하하여 수집된다. 또한, 수집통(38) 내에도 격벽(39)이 구성되어 있어 수집통(38) 내에서는 원심 회전력이 없어지고, 수집통(38) 내에 수집된 고체성분은 다시금 역류 억제판(36)과 보조 원판(35)에 의하여 분리관(16)으로 역류하지 않도록 억제한다. 따라서, 배출관(44)이 개방상태에서는 고체성분이 액체와 같이 배출된다. 배출관(44)을 폐쇄상태로 유지할 수도 있지만, 액체를 원심 분리하여 필터링할 경우에는 배출관(44)은 개방상태를 유지하는 것이 바람직하고 분리효율도 극대화된다.

수집통(38)의 관측공(41)은 수집통(38) 내의 수집공간부(40)를 관측하기 위한 통공으로 수집통(38) 내의 상황, 즉 고체성분의 수집정도나 완전히 배출되지 못한 고체성분을 세척하고 청소하기 위한 것이다. 관측공(41)은 별도의 잠금수단(42)으로 개폐시킬 수 있도록 되어 있다.

도 3은 본 발명의 필터를 설치한 상태를 나타낸 측면도로, 유도관(14)에 구성된 고정관(22)과 수집통(38)에 구성된 고정관(43)에 고정봉(22a, 43a)이나 고정부재 등으로 고정시킬 수 있고, 필터(100)의 이동시에는 분리관(16)의 외주연 일측에 구성된 걸고리(19)를 이용할 수 있다. 그리고 유도관(14)의 하단에 구성된 배출관(20)은 유도관(14) 내에 적재된 고체성분 및 이물질을 배출하기 위한 것으로 주기적으로 또는 필요에 따라 개방시킬 수 있다.

본 발명의 필터의 재질은 기계적, 화학적 성질이 우수한 스텐인리스 스틸(316L) 또는 고압 배관용 금속관(강종 SPPS 38) 중에서 어느 하나를 적용하고, 플랜지 결합이 되지 않는 부분의 결합은 용접으로 이루어진다. 용접은 1차로 내부 알곤가스를 퍼지시켜 백비드 작업이 완벽하게 이루어지도록 하고, 2차 용접으로 이산화탄소(CO₂) 용접으로 마무리한다. 용접시에는 잔류응력이 가능한 한 최소가 되도록 하고, 취약한 부분은 보강판을 부착하여 보강하는 것이 바람직하다. 그리고 내구성을 향상시키기 위하여 필터의 내부 및 외부에 코팅을 한다. 코팅은 해수 등의 부식에 강한 폴리아미드 코팅처리를 한다. 폴리아미드 코팅은 내부식성 및 내마모성이 뛰어나고, －50℃∼＋120℃ 까지 온도에서 사용이 가능하며, 표면마찰이 적다.

상술한 바와 같이 본 발명의 고체와 액체 분리용 필터는 분리 및 결합이 가능한 구조의 분리관체, 수집관체 및 출수관체로 나뉘어져 있어 부속품의 교체 및 세척이 쉬워 유지 및 관리가 용이하고, 스테인리스 스틸 또는 고압 배관용 금속관 재질에 폴리아미드를 코팅하여 내부식성 및 내마모성이 뛰어나며, 액체로부터 고체성분을 분리하기 용이한 구조로 되어 있어 분리 효율성을 향상시킨 것으로, 상술한 실시예에만 한정되지 않고, 당업자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고체와 액체 분리용 필터의 분리 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 고체와 액체 분리용 필터의 단면도,

도 3은 본 발명의 설치상태를 나타낸 측면도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 설명 ♣

10: 분리관체 12: 입구관

13, 23, 24, 45, 46, 60, 61: 플랜지 14: 유도관

15, 58: 이격판 16: 분리관

17: 분리공간부 18: 슬롯

20, 44: 배출관 22, 43: 고정관

30: 수집관체 32: 수집관

33: 지지봉 34: 스핀 플레이트

35, 56: 원판 36: 역류 억제판

38: 수집통 39: 격벽

40: 수집공간부 42: 잠금수단

50: 출수관체 52: 출구관

54: 출구내관 100: 필터

Claims (5)

1. 외부로부터 유입된 액체를 회전시켜 고체성분을 원심 분리시키는 분리관체;

   상기 분리관체에서 분리된 고체성분을 수집하여 배출하는 수집관체;

   상기 분리관체에서 고체성분이 분리된 액체만을 공급하는 출수관체를 포함하고, 상기 분리관체, 수집관체 및 출수관체 각각은 플랜지로 결합 및 분리되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고체와 액체 분리용 필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 분리관체는

   분리관체의 중심축으로부터 벗어난 방향에서 비스듬히 연결되어 외부로부터 고체성분이 포함된 액체를 유입하는 입구관과,

   상기 입구관을 통하여 유입된 액체를 유도하여 회전시키는 유도관과,

   상단이 상기 유도관 내측에 삽입되어 있고 액체로부터 고체성분을 분리하는 분리공간부를 갖는 원통형의 분리관과,

   상기 유도관에 유도된 액체의 회전을 가속시키기 위하여 상기 분리관의 상단에 테이퍼진 장공이 형성된 복수의 슬롯과,

   상기 유도관의 내벽과 분리관 외벽 상단에 결합되어 유도관과 분리관 사이를 지지하고 보강하며 이격시키는 복수의 이격판과,

   상기 유도관의 하단에 장착되어 유도관 내에 잔류하는 고체성분을 외부로 배출하기 위한 배출관과,

   상기 필터를 고정하기 위하여 유도관의 외측에 구비된 고정관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체와 액체 분리용 필터.
3. 제1항에 있어서, 상기 수집관체는

   상기 분리관체의 하단에 연장되어 고체성분을 수집하는 수집관과,

   상기 수집관의 하단에 결합되어 고체성분을 수집하는 수집공간부를 갖는 수집통과,

   상기 분리관체 하단의 분리공간부에 구성되어 고체성분이 분리된 액체를 상승시키는 원판 형상의 스핀 플레이트와,

   상기 스핀 플레이트를 지지하는 지지봉과,

   상기 지지봉에 결합되고 스핀 플레이트와 일정간격으로 이격된 위치에 고정되어 역류하는 고체성분의 유출을 차단하는 보조 원판과,

   상기 지지봉의 하단과 수집통의 내벽에 하단부가 예각으로 꺾여진 상태로 각각 결합되고 수집통으로부터 고체성분의 유출을 억제하는 복수의 역류 억제판과,

   상기 수집통 내벽에 결합되어 수집통 내에서 액체의 회전력을 방지하는 격벽과,

   상기 수집통의 하단 일측에 장착되어 수집통에 수집된 고체성분을 외부로 배출하는 배출관과,

   상기 수집통에 형성된 관측공을 개폐하기 위한 잠금수단과,

   상기 필터를 고정하기 위하여 수집통의 외측에 구비된 고정관이 포함된 것을 특징으로 하는 고체와 액체 분리용 필터.
4. 제1항에 있어서, 상기 출수관체는

   상단이 중심축으로부터 예각으로 꺾여지고 상단의 종단에 플랜지가 형성되며 하단이 개방되어 고체성분이 분리된 액체를 배출시키는 출구관과,

   상기 출구관의 외주연에 구성되어 분리관의 슬롯을 통하여 유입된 액체의 상승을 방지하는 원판과,

   상기 원판과 출구관의 외주연에 구성된 결합용 플랜지를 지지하고 보강하며 이격시키는 복수의 이격판이 포함된 것을 특징으로 하는 고체와 액체 분리용 필터.
5. 제1항에 있어서, 상기 필터의 재질은 스테인리스 스틸 또는 고압 배관용 금속관에 폴리아미드를 코팅한 것을 특징으로 하는 고체와 액체 분리용 필터.