KR20130110484A

KR20130110484A - 사이클론 여과장치

Info

Publication number: KR20130110484A
Application number: KR1020120032505A
Authority: KR
Inventors: 심주현
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-10
Also published as: KR101435143B1

Abstract

사이클론 여과장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 사이클론 여과장치는, 내부로 유입된 유체에 포함된 입자가 원심력에 의해 분리되어 하부로 배출되는 사이클론부, 상기 사이클론부를 통과한 유체에 포함된 미세입자 및 이온이 여과되도록 상기 사이클론부의 외측에 결합되는 이온교환섬유부, 및 상기 이온교환섬유부를 통과하는 상기 유체의 유속의 저하가 방지되도록 상기 사이클론부와 상기 이온교환섬유부 사이의 상기 유체를 배출시키는 반송부를 포함한다.

Description

사이클론 여과장치{CYCLONE SEPARATOR}

본 발명은 사이클론 여과장치에 관한 것이다.

사이클론 여과장치는 유체를 선회 운동시킴으로써, 그에 포함되어 있는 입자를 분리하는 장치를 말한다. 유체에 포함되어 있는 입자는 그 크기에 따라 미세입자와 조대입자로 구분될 수 있으며, 사이클론 여과장치는 미세입자 분리에 대해서는 분리효율이 떨어져 직접여과 장치를 추가적으로 구비할 수 있다.

이 때, 유체에 포함된 입자는 원심력에 의한 여과와 직접여과의 두 가지 여과메커니즘을 거치게 되어, 이 두 여과메커니즘 가운데 어느 하나가 다른 하나의 율속 단계로 작용할 수 있다.

따라서, 어느 한 여과 메커니즘의 효율이 떨어지는 경우, 이는 나머지 여과메커니즘에 영향을 미치게 되어, 전체 여과 효율을 저해시키는 문제를 가지게 된다.

또한, 유체에는 이온을 함께 포함할 수 있으며, 조대입자, 미세입자와 함께 유체에서 이온을 제거해야 할 경우가 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0011621호(2005.01.29 공개, 멀티 사이클론을 이용한 유체 여과장치)에 개시되어 있다.

본 발명은 여과효율을 향상시키고, 입자와 함께 이온을 유체에서 제거할 수 있는 사이클론 여과장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부로 유입된 유체에 포함된 입자가 원심력에 의해 분리되어 하부로 배출되는 사이클론부, 상기 사이클론부를 통과한 유체에 포함된 미세입자 및 이온이 여과되도록 상기 사이클론부의 외측에 결합되는 이온교환섬유부, 상기 이온교환섬유부를 통과하는 상기 유체의 유속의 저하가 방지되도록 상기 사이클론부와 상기 이온교환섬유부 사이의 상기 유체를 배출시키는 반송부를 포함하는 사이클론 여과장치가 제공된다.

반송부는 배출된 상기 유체가 재 여과되도록 상기 유체를 상기 사이클론부에 공급할 수 있다.

또한, 반송부는 상기 사이클론부 내부의 와류의 속도가 증가되도록 상기 사이클론부의 하측에서 상기 유체를 상향 분출하는 분출부를 포함할 수 있다.

또한, 반송부는 상기 이온교환섬유부에 가해지는 압력이 일정하게 유지되도록 상기 유체의 유량을 조절하는 유량조절부를 포함할 수 있다.

사이클론 여과장치는 이온교환섬유부에 여과된 미세입자를 상기 이온교환섬유부로부터 제거하기 위한 액체를 분사하는 노즐부를 더 포함할 수 있다.

사이클론 여과장치는 사이클론부의 용량을 초과하는 상기 유체가 외부로 배출되도록 사이클론부에 결합되는 회수부를 더 포함할 수 있다.

사이클론 여과장치는 이온교환섬유부에 형성된 공극의 크기를 조절하는 공극 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사이클론 여과장치 내부의 압력을 조절하여 사이클론부와 이온교환섬유부 간의 율속단계로 인한 여과효율 저해 문제를 해소할 수 있고, 이온교환섬유를 사용함으로써 유체에 포함된 이온을 입자와 함께 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치를 나타낸 종단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치의 이온교환섬유부 및 내벽를 나타낸 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치의 공극조절부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치의 공극조절부를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치를 나타낸 평면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 사이클론 여과장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치(1000)를 나타낸 종단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사이클론 여과장치(1000)는 사이클론부(100), 이온교환섬유부(300), 반송부(400) 및 회수부(500)를 포함한다.

사이클론 여과장치(1000)는 예를 들어 발전소, 소각장 또는 제철소 등에서 발생되는 폐수에 포함된 입자 상의 오염물질을 여과할 수 있다. 이 때, 입자는 예를 들어 그 직경이 100마이크로미터 미만인 미세입자와 100마이크로미터 이상인 조대입자를 포함한다. 또한 오염물질에는 제거될 필요가 있는 이온을 포함할 수 있다.

여과가 필요한 폐수와 같은 유체는 유입수조(10)에 보관된다. 유입수조(10)에 보관된 유체는 유입라인(20)을 따라 사이클론부(100)의 유입구(110)로 공급된다. 이 때, 유입라인(20) 상에는 펌프(도 1의 P)가 결합되며, 펌프는 유입라인(20)을 따라 유체를 유동시킬 수 있다.

사이클론부(100)는 내부로 유입된 유체가 원심력을 가지고 와류 형태의 유동을 하는 동안, 그에 포함된 입자가 분리되어 하부로 배출될 수 있는 장치를 말한다.

사이클론부(100)는 상하로 연장되는 실린더 형상을 가진다. 그 상부에는 유입구(110)가 형성되며, 그 하부는 개방된다. 그리고, 사이클론부(100)의 상부의 중앙에는 회수구(120)가 형성된다.

하우징(200)은 사이클론부(100)의 외부를 둘러싸는 실린더 형상을 가진다. 하우징(200)은 내벽(210)과 외벽(220)을 포함한다. 하우징(200)의 내벽(210)의 상부에는 사이클론부(100)와 연결되는 유입구(110)가 형성되며, 그 하부는 원추부(230)로 이루어진다. 원추부(230)의 하단에는 배출구(232)가 형성되어, 배출구(232)를 통해 분리된 입자가 배출된다.

하우징(200)의 내벽(210)은 유체의 통과가 용이하도록 유동홀 또는 망(mesh) 형태로 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이 그 외부에는 이온교환섬유부(300)가 결합된다.

이온교환섬유부(300)는 사이클론부(100)를 거친 유체에 포함된 미세입자 및 이온을 여과할 수 있는 부분으로, 공극이 형성된 이온교환섬유로 이루어져 물리적으로 미세입자를 여과하고, 화학적으로 특정이온의 통과를 막을 수 있다.

이온교환섬유부(300)는 공극조절부(310)에 의해 이온교환섬유에 형성된 공극의 크기가 조절될 수 있다. 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 공극조절부(310)는 이온교환섬유부(300) 상하 양단에 결합하고, 고정부(311) 및 이동부(312)를 포함한다. 고정부(311)는 이온교환섬유부(300)의 하단과 결합하여 이온교환섬유부(300)의 하단을 하우징(200)의 내벽(210) 하부에 고정하고, 이동부(312)는 이온교환섬유부(300)의 상단과 결합하여 이온교환섬유부(300)의 상단을 상하로 이동가능하게 한다. 즉, 이동부(312)가 상하로 이동함으로써, 이온교환섬유부(300)의 공극의 크기를 조절할 수 있게 된다. 고정부(311)와 이동부(312)는 탄성 성질을 지닌 탄성체에 의해 서로 연결될 수 있다.

이동부(312)는 이온교환섬유부(300)의 상단을 잡아당겨 상기 이온교환섬유부(300)의 공극을 작게 함으로써, 여과효율을 향상시킬 수 있고, 반대로 이온교환섬유부(300)의 상단의 잡아당김을 풀어 이온교환섬유부(300)의 공극을 크게 함으로써 역세효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이온교환섬유부(300)는 미세입자를 여과시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유체에서 작업자가 제거하고 싶은 특정이온만을 함께 제거할 수도 있다. 상기 이온교환섬유는 양극이온교환섬유, 음극이온교환섬유 또는 양쪽성이온교환섬유일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치는 입자의 크기가 크고 많으며, 이온의 농도가 높지 않은 경우에 사용됨이 적당하다. 즉 이온 농도가 50ppm 이하, SS(Suspended Solid)가 100ppm이상 일 경우에 가장 적당하다.

하우징(200)의 외벽(220)은 이온교환섬유부(300)의 외측에 하우징(200)의 내벽(210)을 커버하도록 형성되는 실린더 형상으로 이루어진다. 하우징(200)의 외벽(220)의 일측에는 유출구(250) 및 유출라인(30)이 형성되어, 이온교환섬유부(300)를 통과한 유체가 배출된다.

하우징(200)의 상면의 내벽(210)와 외벽(220) 사이에는 반송구(240)가 형성되며, 이온교환섬유부(300)와 사이클론부(100) 사이에 정체되는 유체를 외부로 배출시킨다. 반송구(240)에는 반송라인(410)이 결합되며, 반송구(240)를 통해 배출된 유체는 분출부(420)를 통해 사이클론부(100) 내부로 재 유입된다.

반송라인(410) 상에는 유량조절부(430)가 결합된다. 유량조절부(430)는 사이클론부(100)와 하우징(200)의 내벽(210) 간의 유체의 압력이 일정 압력 이상인 경우 반송라인(410)을 개방하여 이온교환섬유부(300)(300)에 가해지는 압력을 일정하게 유지하고, 이온교환섬유부(300)의 여과 용량을 초과하는 유체가 정체하는 경우, 이를 외부로 배출시켜 사이클론부(100)의 여과효율이 저해되는 것을 방지한다.

유량조절부(430)는 예를 들어 압력제어밸브를 포함할 수 있으며, 유량조절부(430)의 개방압력은 이온교환섬유부(300)의 여과 용량을 고려하여 조절될 수 있다.

분출부(420)는 하우징(200)의 내벽(210)의 하부의 원추부(230)에 결합된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클론 여과장치(1000)를 나타낸 횡단면도이다. 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 분출부(420)는 사이클론부(100) 내부의 유체의 와류 방향과 동일한 방향으로 유체를 분출한다.

상술한 반송구(240), 반송라인(410), 유량조절부(430) 및 분출부(420)는 이온교환섬유부(300)를 통과하는 유체의 유속의 저하를 방지하는 반송부(400)를 이룬다.

한편, 하우징(200)의 상부의 중앙에 형성되는 회수구(120)는 회수부(500)와 결합되며, 회수부(500)는 유입수조(10)와 연결된다. 회수구(120)는 사이클론부(100) 내부의 상승 선회하는 유체가 배출되는 부분으로, 이 유체를 유입수조(10)로 회수할 수 있다. 회수구(120)를 통해 배출된 유체는 다시 유입구(110)로 투입될 수 있다.

이하, 도 1, 5를 참고하여 사이클론 여과장치(1000)의 작용을 살펴본다.

유입수조(10)에 보관된 유체는 펌프에 의해 사이클론부(100) 내부로 유입된다. 이 때, 유체는 펌프의 압력에 의해 사이클론부(100) 내부의 일측으로 유입되며, 유입된 유체는 사이클론부(100) 내부에서 와류(도 1, 5의 A)를 형성하게 된다.

유체에 포함된 조대입자는 유체와 함께 선회운동을 하면서 원심력에 의해 사이클론부(100)의 하측의 원추부(230)에 모이게 되고 배출구(232)를 통해 배출된다.

사이클론부(100)의 내부를 선회 운동하는 유체는 그 하부의 개방된 부분을 통해 하우징(200)의 내벽(210)을 타고 상승한다. (도 1, 5의 B) 상승한 유체는 하우징(200)의 내벽(210)에 결합되는 이온교환섬유부(300)를 거치게 되고, 이 때, 유체에 포함되어 있는 미세입자는 이온교환섬유부(300)에 의해 여과된다. (도 1, 5의 C) 이온교환섬유부(300)를 통과한 유체는 하우징(200)의 외벽(220)에 형성되는 유출구(250)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 이온교환섬유부(300)에 여과된 미세입자가 증가하는 경우, 이온교환섬유부(300)의 여과효율은 저하되고, 유체의 의해 이온교환섬유부(300)에 가해지는 압력의 증가는 사이클론부(100)의 와류 속도를 저하시켜, 사이클론부(100)의 여과 효율을 저하시킬 수 있다.

이 때, 유량조절부(430)에 미리 설정된 압력 이상이 가해지면, 유량조절부(430)가 반송라인(410)을 개방하여, 이온교환섬유부(300)에 정체된 유체를 외부로 배출시킬 수 있다. 배출된 유체는 분출부(420)에 의해 사이클론부(100) 내부로 유입된다.

분출부(420)는 상기 사이클론부(100)의 하측 개방부에서 유체를 상향 분출할 수 있다. 분출된 유체는 사이클론부(100) 내부를 선회하며 상승할 수 있으며, 이로써, 사이클론부(100) 내부의 와류 속도를 증가시킬 수 있다.

분출부(420) 및 유입구(110)를 통해 유입되는 유체에 의해 사이클론부(100) 내부의 압력이 증가되면, 분출부(420)를 통해 분출되어 사이클론부(100) 내부를 선회하며 상승하는 유체(도 1 및 도 5의 D)는 회수부(500)를 통해 사이클론부(100)의 외부로 배출된다. 회수부(500)를 통해 배출된 유체는 유입수조(10)로 회수되어, 사이클론 여과장치(1000)로 재 처리될 수 있다.

분출부(420) 상단에는 분리판(422)이 결합된다. 분리판(422)은 사이클론부의 하측과 원추부(230) 사이에 위치하며, 그 직경은 사이클론부(100)의 내경 보다 작게 형성된다. 분리판(422)과 사이클론부(100) 사이의 이격된 공간을 통해 유체(도 1 및 도 5의 B)가 통과할 수 있다. 분출부(420)은 사이클론부(100)의 하측과 원추부(230) 사이의 공간을 분리하여, 원추부(230)에 분리된 입자가 비산하는 것을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 사이클론 여과장치(1000)는 반송부(400)와 회수부(500)를 이용하여 사이클론부(100) 및 이온교환섬유부(300)의 압력이 일정한 상태에서 동작이 가능하도록 함으로써, 사이클론부(100)와 이온교환섬유부(300) 간의 율속단계로 인한 여과효율 저해 문제를 해소할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 사이클론 여과장치는 이온교환섬유부(300)에 액체를 분사하는 노즐부(600)를 더 포함할 수 있다. 노즐부(600)는 사이클론부의 바깥쪽 또는 하우징의 외벽의 안쪽에 형성될 수 있다. 노즐부(600)는 역세시 이온교환섬유부(300)를 풀어 이온교환섬유부(300)의 공극을 넓게 한 후 액체를 직접 분사하여 이온교환섬유부(300)에 여과된 미세입자를 이온교환섬유부(300)로부터 제거할 수 있다. 이온교환섬유부(300)로부터 여과된 미세입자를 제거함으로써, 여과효율을 높이고, 여과압력을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

1000: 사이클론 여과장치
P: 펌프
20: 유입라인
100: 사이클론부
110: 유입구
120: 회수구
200: 하우징
210: 내벽
220: 외벽
230: 원추부
300: 이온교환섬유부
310: 공극조절부
311: 고정부
312: 이동부
400: 반송부
500: 회수부
600: 노즐부

Claims

내부로 유입된 유체에 포함된 입자가 원심력에 의해 분리되어 하부로 배출되는 사이클론부;
상기 사이클론부를 통과한 유체에 포함된 미세입자 및 이온이 여과되도록 상기 사이클론부의 외측에 결합되는 이온교환섬유부; 및
상기 이온교환섬유부를 통과하는 상기 유체의 유속의 저하가 방지되도록 상기 사이클론부와 상기 이온교환섬유부 사이의 상기 유체를 배출시키는 반송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 여과장치.
제1항에 있어서,
상기 반송부는 배출된 상기 유체가 재 여과되도록 상기 유체를 상기 사이클론부에 공급하는 것을 특징으로 하는 사이클론 여과장치.
제2항에 있어서,
상기 반송부는 상기 사이클론부 내부의 와류의 속도가 증가되도록 상기 사이클론부의 하측에서 상기 유체를 상향 분출하는 분출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 여과장치.
제3항에 있어서,
상기 반송부는 상기 이온교환섬유부에 가해지는 압력이 일정하게 유지되도록 상기 유체의 유량을 조절하는 유량조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 여과장치.
제1항에 있어서,
상기 이온교환섬유부에 여과된 미세입자를 상기 이온교환섬유부로부터 제거하기 위한 액체를 분사하는 노즐부를 더 포함하는 사이클론 여과장치.
제1항에 있어서,
상기 사이클론부의 용량을 초과하는 상기 유체가 외부로 배출되도록 상기 사이클론부에 결합되는 회수부를 더 포함하는 사이클론 여과장치.
제1항에 있어서,
상기 이온교환섬유부에 형성된 공극의 크기를 조절하는 공극 조절부를 더 포함하는 사이클론 여과장치.