KR20150029891A

KR20150029891A - 수처리용 폭기장치

Info

Publication number: KR20150029891A
Application number: KR20130108877A
Authority: KR
Inventors: 이경락
Original assignee: 오투맥스 주식회사
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-19
Also published as: KR101571092B1

Abstract

본 발명은 임펠러에 의해 발생되는 강한 수류에 외부공기를 혼입시킴으로써 공기를 미립화하여 수처리 효과를 증대시키는 작용을 하는, 수처리용 폭기장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 처리조(T) 내부에 설치되는 수중모터(1); 처리수에 의한 수류가 형성되도록 수중모터(1)에 고정되는 임펠러(3); 상기 임펠러(3)의 정면을 향해 외부공기를 공급하기 위하여 상기 임펠러의 전방에 상기 임펠러로부터 이격되게 설치되는 급기부(5); 급기부(5)의 분사관(13)에서 토출되는 공기가 상기 임펠러(3)의 중심부로 향하는 것을 차단하기 위하여 상기 분사관(13)과 상기 임펠러(3) 사이에 설치되는 차기수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수처리용 폭기장치{Aerator For Water Purifying System}

본 발명은 수처리용 폭기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임펠러에 의해 발생되는 강한 수류에 외부공기를 혼입시킴으로써 공기를 미립화하여 수처리 효과를 증대시키는 작용을 하는, 수처리용 폭기장치에 관한 것이다.

가정용 또는 산업용 폐수를 정화함에 있어서 미생물을 이용한 정화방법이 널리 사용된다. 특히 호기성 미생물을 이용하여 수처리를 하는 활성 오니법에 있어서 처리조에 외부공기를 강제적으로 유입하여야 효과가 높아지는데, 공기가 처리조 내부에 고르게 산포되도록 하는 것이 처리속도 및 효율을 높이는데 매우 중요하다. 그래서 처리조에 외부공기를 유입시켜 이를 처리액과 교반시키는 장치가 제안되고있으며 이러한 장치를 폭기장치(aerator , 曝氣裝置)라 한다.

이러한 폭기장치는 수중모터에 연결된 임펠러의 회전력에 의해 발생되는 부압에 의해 처리수를 석션하우징의 상부로부터 흡인하여 흡인방향의 역방향으로 토출함과 동시에 디퓨져 내부로 토출되는 공기를 처리수의 토출방향에 합류시켜 함께 토출되게 함으로써 처리수 내에 용존산소량을 증가시키게끔 되어 있다.

이러한 폭기장치는 급기량이 많아지게 되면 공기의 확산이 오히려 감소하게 되며 케비테이션(cavitation) 현상이 발생하는 문제를 갖고 있다.

또한 급기량이 많아지게 되면 임펠러가 공기와 많이 접촉하게 되고 따라서 임펠러는 부하의 변동을 받게 된다. 이러한 불규칙한 부하의 변동은 수중모터의 고장발생의 주요 원인이 되며, 진동과 소음이 증가되며 나아가 임펠러의 손상을 야기하기도 한다.

대한민국 특허출원 제10-2008-0094871호 대한민국 특허출원 제10-2008-0031178호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 수처리용 폭기장치를 제공하는 것을 기본적인 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 임펠러의 흡입부에 공기가 유입되는 것을 방지하여 케비테이션 효과가 생기지 않도록 하며, 공기입자를 매우 미세하게 분쇄시킴으로써 처리조 내의 산소전달율을 높이는 것을 목적으로 한다. 또한 장치의 고장율을 낮추고 구성을 간소화함으로써 설치비용 및 유지비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 정화를 필요로 하는 오폐수와 같은 처리수를 수용하는 처리조 내부에 장치되는 것으로서;

상기 처리조 내부에 고정 설치되는 수중모터; 상기 처리수에 의한 수류가 형성되도록 상기 수중모터의 출력축에 고정 설치되는 임펠러;

상기 임펠러의 정면을 향해 외부공기를 공급하기 위하여 상기 임펠러의 전방에 상기 임펠러로부터 이격되게 설치되는 급기부를 포함하되;

상기 급기부는; 공기압을 형성하는 공기펌프; 공기 토출구가 상기 임펠러의 회전축을 향하도록 상기 임펠러의 회전축과 일직선상에 설치되는 분사관; 상기 공기펌프에서 발생된 공기압이 상기 분사관으로 전달되도록 하는 연결수단; 상기 분사관이 상기 임펠러에 대하여 고정된 위치를 유지하도록 하는 분사관 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 분사관에서 토출되는 공기가 상기 임펠러의 중심부로 향하는 것을 차단하기 위하여 상기 분사관과 상기 임펠러의 허브 사이에 설치되는 차기(遮氣)수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 차기수단은 상기 임펠러의 허브에 연결되어 상기 임펠러의 전방을 향해 연장되어 상기 분사관과 정면으로 마주하게 되는 봉형상의 차기대일 수 있다.

여기서 상기 차기대는 상기 임펠러의 허브 선단에 조립되어 고정 설치되는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 차기대의 전면에는 얕게 패인 유도홈이 마련되되;

상기 유도홈은 원형의 센터홈과 센터홈의 원주방향을 따라 복수 개로 마련된 나선홈으로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 차기대와 허브가 상기 임펠러의 회전축(X)을 중심으로 상대적으로 자유롭게 회전될 수 있도록, 상기 차기대와 허브 사이에 베어링이 개입될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 차기수단은 상기 분사관의 토출구 전방에 이격 설치되는 차기판: 상기 분사관과 상기 차기판을 연결하는 복수 개의 막대형 브릿지를 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 임펠러가 고속회전하게 되면 임펠러 뒤에 있던 액체가 흡인되어 임펠러 전방으로 분사되며, 공기는 단지 임펠러 전방에서 공급되므로 임펠러를 통과하지 않게 된다. 따라서 강한 압력으로 공기방울에 충격을 가할 수 있어 공기입자를 미세하게 분쇄할 수 있게 되며 결국 용존산송량을 높임으로써 수처리 효과를 높일 수 있게 된다. 그리고 임펠러에 공기가 유입됨으로써 유발되는 케이테이션 현상이 없어 임펠러 및 수중모터가 부하 변동으로부터 보호될 수 있게 된다. 또한 장치의 구성이 종래의 폭기장치에 비하여 매우 단순하게 되어 설치비용과 유지비용이 적게 소요된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수처리 시설의 측부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수처리용 폭기장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 수처리용 폭기장치의 측면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 수처리용 폭기장치의 분해 사시도이다.
도 5(a)(b)는 도 3의 A-A'선 및 B-B'선을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리용 폭기장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 수처리용 폭기장치의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 차기수단의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 임펠러의 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 3을 기본적으로 참조하되 필요한 곳에서 나머지 도면을 인용하기로 한다.

본 발명의 폭기장치는 정화를 필요로 하는 오폐수와 같은 처리수(L)를 수용하는 처리조(T) 내부에 장치되는 것이다.

폭기장치는 수중모터(1), 임펠러(3) 및 급기부(5)를 포함한다. 수중모터(1)는 처리조(T) 내부에 모터지지대(6)에 의해 고정 설치된다. 도 1에 도시된 바에 의하면 출력축(1a)이 지면에 평행하게끔 처리조(T)의 바닥에 고정되고 있다. 여기서 임펠러(3)는 자체의 회전력에 의해 유체를 강제로 압송하는 장치로서의 의미를 가진다.

임펠러(3)는 처리수(L)에 의한 수류가 도면상 횡방향으로 형성되도록 수중모터(1)의 출력축(1a)에 고정 설치된다. 임펠러(3)는 유체가 회전축(X)과 같은 방향으로 추진되도록 하는 프로펠러형으로 되어 있다. 임펠러(3)는 수중모터(1)의 출력축(1a)과 결합되는 원통형의 허브(7) 및 허브(7)의 외주면에 원주방향을 따라 설치되는 복수 개의 블레이드(9)로 구성된다. 축류를 형성하게 하는 것이라면 임펠러(3)의 형태는 어떠한 것이든 불문한다. 임펠러(3)를 구성하는 블레이드(9)의 개수 및 형태도 마찬가지이다.

급기부(5)가 임펠러(3)의 정면을 향해 외부공기를 공급한다. 급기부(5)는 공기압을 형성하는 공기펌프(11), 분사관(13) 및 공기펌프(11)와 분사관(13)을 연결하는 연결관(15)을 포함한다.

공기펌프(11)는 처리조(T)의 외부에 설치되는 것이 일반적이다. 연결관(15)은 공기펌프(11)에서 발생된 공기압이 분사관(13)으로 전달되도록 하는 것으로서 호스, 파이프 또는 이들의 조합된 형태가 이용될 수 있다. 분사관(13)은 공기 토출구(13a)의 개구방향과 임펠러의 회전축(X)과 일치되도록, 즉 임펠러의 회전축(X)과 일직선 상에 위치되도록 설치된다. 분사관(13)은 단면이 도 5(b)에 도시된 바와 같이 원형 파이프로 되어 있다. 분사관(13)의 외경은 임펠러의 허브(7)의 외경(D)과 같거나 그보다 작게 되어 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 연결관(15)은 강성을 가진 소재로 되어 있는 수직연결관(17)을 포함하고 있다. 수직연결관(17)은 분사관(13)과 연결되어 있으며, 유체저항을 줄이기 위해 도 5(a)에 도시된 바와 같이 단면이 타원의 형태로 되어 있다.

분사관(13)은 임펠러(3)의 정중앙에 항상 고정되어 있도록 하여야 한다. 분사관 고정수단은 분사관(13)이 임펠러(3)에 대하여 고정된 위치를 유지하도록 분사관(13)을 고정시키고 있다. 분사관 고정수단은 일단은 분사관(13) 또는 수직연결관(17)에 연결되고 타단은 수중모터(1) 또는 모터지지대(6)에 연결되는 브래킷(19)이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바에 의하면 브래킷(19)은 기역(ㄱ)자 형태로 되어 있다.

주지하는 바와 같이 축류를 형성하는 프로펠러형 임펠러(3)에 있어서 유속은 임펠러의 블레이드(9) 끝으로 갈수록 증가된다. 그리고 임펠러(3)의 회전속도가 증가함에 따라 임펠러(3)의 중심부(C, 도 3 참조)에는 유체가 머물거나 심지어 임펠러의 후방을 향하여 유속이 발생되기도 한다. 이러한 유체의 흐름 형태를 보류(補流)라고 일컫는다.

만약 분사관(13)에서 토출되는 공기방울이 임펠러의 중심부(C)로 유입되게 되면 이 공기방울은 보류에 편승하여 임펠러(3) 후방으로 유입되기도 하며, 결국 소음과 진동 등의 원인이 되는 케비테이션(cavitation, 공동화) 현상을 증폭시키게 된다.

본 발명에 의하면 위와 같은 케비테이션 현상을 없애기 위하여, 즉 분사관(13)에서 토출되는 공기가 임펠러(3)의 중심부(C)로 향하는 것을 차단하기 위하여 분사관(13)과 임펠러(3) 사이에 차기수단이 더 설치된다.

차기(遮氣)수단은 분사관(13)에서 토출되는 공기방울이 임펠러(3)의 중앙으로 휘말려 들어가는 것을 차단하기 위한 수단으로서 다양한 방법이 발명될 수 있다.

예를 들어, 차기수단은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 임펠러(3)의 허브(7)에 연결되어 임펠러(3)의 전방을 향해 연장됨으로써 분사관(13)과 정면으로 마주하게 되는 봉형상의 차기대(21)일 수 있다. 차기대(21)는 속이 차있을 수도 있고 중공형태일 수도 있다.

차기대(21)의 직경은 허브의 직경(D)과 동일하며, 길이(L)는 상황에 따라 다르겠지만, 예를 들어 100 ~ 300mm일 수 있다. 차기대(21)의 전면(21a)은 평면으로 되어 있으며 임펠러(3)의 허브를 향하는 공기방울을 화살표로 표시된 바와 같이 우회시키는 역할을 수행한다.

차기대(21)는 허브(7)와 일체를 이루도록 형성될 수도 있다. 즉 임펠러(3) 제작시 허브(7)가 전방으로 길게 돌출 연장되도록 함으로써 마련될 수 있다.

다른 한편 차기대(21)는 도 4에 도시된 바와 같이 임펠러(3)의 허브(7) 선단에 조립되어 고정 설치되는 것일 수 있다. 이 경우 차기대(21)는 임펠러에 대하여 별도의 부속품이기 때문에 다양한 형태로 가공할 수도 있으며, 허브(7)와는 다른 소재를 이용할 수도 있다. 허브(7)보다 경량 소재를 이용할 경우에 회전관성을 줄일 수 있을 것이다. 허브(7)보다 중량 소재를 이용할 경우 회전관성을 증대시킬 수도 있을 것이다.

이처럼 분리형 차기대(21)를 이용할 경우에 임펠러(3)에 대한 다양한 설계가 가능하게 된다. 이러한 구성을 위해 차기대(21)에는 중심부에 나사봉(22)이 돌출되고 허브의 선단 중심에는 나사봉이 나사결합되는 나사홈(24)이 마련될 수 있다. 또한 차기대(21)는 중공 형태일 수도 있으며, 임펠러(3)의 고속회전에 대하여 차기대(21)가 풀리는 것을 방지하기 위한 록킹수단이 채용될 수 있다.

이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 차기수단의 다른 예를 설명한다. 본 실시예에 의한 차기수단은 분사관(13)의 공기 토출구(13a) 전방에 설치되는 차기판(23)과, 분사관(13)과 차기판(23)을 연결하는 복수 개의 막대형 브릿지(25)를 포함할 수 있다. 이에 의하면 공기방울은 일점쇄선으로 된 화살표 방향을 따라 분사관(13)과 차기판(23) 사이의 옆공간(27)을 통해 토출된다. 차기판(23)은 허브(7)와 동일한 직경으로 되어 있는 원판이다.

위와 같은 구성에 의하면, 분사관(13)으로부터 공기방울이 임펠러(3)의 정 중앙부에서 발생되기는 하지만, 공기방울이 임펠러(3)의 중심부(C, 도 3 참조)로 유입되는 것은 차단되기 때문에 공기방울이 임펠러(3)의 후방으로 유입되는 것이 방지된다.

한편 임펠러(3)는 순수한 액체만을 전방으로 압송하기 때문에 공기가 유입됨에 따른 불규칙한 부하를 받지 않으며 압송능력의 저하가 생기지 아니한다. 따라서 유체의 압송효율이 높고 공기방울은 임펠러에 의해 발생되는 강한 유속과 부딪히게 되어 처리조(T) 내부에 신속하고도 고르게 분산되어 용존산소량을 효과적으로 높일 수 있게 된다. 또한 케비테이션의 문제가 없기 때문에 공기공급량 및 임펠러(3)의 회전속도를 종래의 폭기장치보다 크게 늘일 수 있게 되며 따라서 본 발명의 효과가 더욱 증폭된다.

이하, 도 8 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다. 도 8은 차기대(21) 및 차기판(23)의 각 전면(21a, 23a)의 구성을 도시한다. 도시된 바에 의하면, 각 전면(21a, 23a(도 7 참조))에는 얕게 패인 유도홈(30,31)이 마련될 수 있다. 유도홈은 원형의 센터홈(30)과, 센터홈(30)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 마련되는 복수 개의 나선홈(31)으로 구성될 수 있는데, 이들은 각 전면(21a, 23a)에 부딪히는 공기방울이 나선형으로 회전되면서 차기대(21) 및 차기판(23)의 각 전면(21a, 23a)으로부터 신속히 외부로 빠져나가도록 유도하기 위한 것이다. 유도홈(30,31)의 깊이는 3 ~ 5mm면 된다. 특히 센터홈(30)은 반구형 홈일 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서 차기대(21)와 허브(7) 사이에 베어링(40)이 개입되어 있는 것을 도시한다. 베어링(40)에 의하면 차기대(21)는 허브(7)에 대하여 임펠러의 회전축(X)을 중심으로 상대적으로 자유롭게 회전될 수 있다. 이는 분사관(13)에서 분사되는 공기압과 임펠러(3)로부터 차기대에 전달되는 회전력을 상쇄시키기 위한 것이다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위에 개시된 각 실시예는 무작위로 조합되어 실시될 수 있으며 이러한 조합 역시 본 발명의 보호범위 내에 포함된다고 해석되어야 한다.

1 : 수중모터 3 : 임펠러
5 : 급기부 6 : 모터지지대
7 : 허브 9 : 블레이드
11 : 공기펌프 13 : 분사관
13a : 공기 토출구 15 : 연결관
17 : 수직연결관 19 : 브래킷
21 : 차기대 23 : 차기판
25 : 브릿지 30, 31 : 유도홈
40 : 베어링 L : 처리수
T : 처리조

Claims

정화를 필요로 하는 오폐수와 같은 처리수를 수용하는 처리조 내부에 장치되는 것으로서;
상기 처리조 내부에 고정 설치되는 수중모터; 상기 처리수에 의한 수류가 형성되도록 상기 수중모터의 출력축에 고정 설치되는 임펠러;
상기 임펠러의 정면을 향해 외부공기를 공급하기 위하여 상기 임펠러의 전방에 상기 임펠러로부터 이격되게 설치되는 급기부를 포함하되;
상기 급기부는; 공기압을 형성하는 공기펌프; 공기 토출구가 상기 임펠러의 회전축을 향하도록 상기 임펠러의 회전축과 일직선상에 설치되는 분사관; 상기 공기펌프에서 발생된 공기압이 상기 분사관으로 전달되도록 하는 연결수단; 상기 분사관이 상기 임펠러에 대하여 고정된 위치를 유지하도록 하는 분사관 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제1항에 있어서,
상기 분사관에서 토출되는 공기가 상기 임펠러의 중심부로 향하는 것을 차단하기 위하여 상기 분사관과 상기 임펠러의 허브 사이에 설치되는 차기(遮氣)수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제1항에 있어서,
상기 분사관에서 토출되는 공기가 상기 임펠러의 중심부로 향하는 것을 차단하기 위하여 상기 분사관과 상기 임펠러의 허브 사이에 설치되는 차기(遮氣)수단이 마련되되;
상기 차기수단은 상기 임펠러의 허브에 연결되어 상기 임펠러의 전방을 향해 연장되어 상기 분사관과 정면으로 마주하게 되는 봉형상의 차기대인 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제3항에 있어서
상기 차기대는 상기 임펠러의 허브 선단에 나사식으로 조립되어 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제3항에 있어서,
상기 차기대는 상기 임펠러의 허브의 직경과 동일하며, 길이는 100 ~ 300mm인 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제3항에 있어서,
상기 분사관과 마주하게 되는 상기 차기대의 전면에는 얕게 패인 유도홈이 마련되되;
상기 유도홈은 원형의 센터홈과, 상기 센터홈의 원주방향을 따라 복수 개로 마련된 나선홈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제3항에 있어서,
상기 차기대와 허브가 상기 임펠러의 회전축(X)을 중심으로 상대적으로 자유롭게 회전될 수 있도록, 상기 차기대와 허브 사이에 베어링이 개입되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.
제1항에 있어서,
상기 분사관에서 토출되는 공기가 상기 임펠러의 중심부로 향하는 것을 차단하기 위하여 상기 분사관과 상기 임펠러의 허브 사이에 설치되는 차기(遮氣)수단을 더 포함하되, 상기 차기수단은;
상기 분사관의 토출구 전방에 이격 설치되는 차기판:
상기 분사관과 상기 차기판을 연결하는 복수 개의 막대형 브릿지;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 폭기장치.