KR20190003423A - 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기에 관한 것으로 특히, 공지된 원심 분리기에 있어서, 상기 스크류의 이송날개를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치하고, 또한 상기 이송날개의 외측 단부 전방 모서리에서 후방 모서리 사이의 단면은 후방부가 허브 측을 향해 정해진 각도(θ2)만큼 경사지게 형성하여, 상기 이송날개의 외측 단부와 단면 사이의 케익 배출 방향 모서리가 바이트 형상을 갖게 성형한 것을 특징으로 한다.
따라서, 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하는 마찰 저항력을 최소한으로 줄일 수 있어, 이송날개의 외측 단부 마모를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 케익의 이송력 및 이송량을 최대한 증대시킬 수 있고, 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하던 마찰 저항력 저감을 통해 구동모터의 부하를 저감시킬 수 있음은 물론 토크 저하를 최소한으로 줄일 수 있어 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.

Description

에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기{Centrifugal separator with energy-saving screw delivery blades}

본 발명은 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 허브의 외면에 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 외측 단부가 외부 회전체인 외통 보울의 내면과 근접된 상태에서 회전하며 원수에서 분리된 케익(슬러지)을 외부 케이싱의 케익 배출 방향으로 이송시켜 주는 스크류의 이송날개를 케익 배출 방향으로 정해진 각도만큼 경사지게 설치하여 종래 상호 직각을 이룸으로 인해 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하던 큰 마찰 저항력을 최소한으로 줄여 줄 수 있도록 하는 방식을 통해, 이송날개의 외측 단부 마모를 크게 줄일 수 있으면서 케익의 이송력 및 이송량은 최대한 증대시킬 수 있고, 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하던 큰 마찰 저항력에 의한 구동모터의 부하상승 및 토크 저하를 최소한으로 줄일 수 있어 에너지 절감효과를 기대할 수 있으며, 마모방지를 위해 이송날개의 외측 단부에 형성해 주는 용사(metallizing, spraying, 溶射)를 보다 손쉽게 형성할 수 있어 제품의 제조시간과 생산비용도 대폭 줄일 수 있도록 발명한 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기에 관한 것이다.

일반적으로, 원심 분리기(centrifugal separator, 遠心分離機)는 원심력을 이용하여 균질액을 여러 부분으로 나눌 목적으로 가장 많이 이용되는 기계로서, 균질액을 시험관에 넣고 원심 분리기를 고속으로 회전시키면 입자의 크기와 밀도에 따라 물질을 분리할 수 있다.

이와 같은 원심 분리기의 성능은 중력에 대하여 몇 배의 원심력이 생기는가에 따라 결정되며, 이를 원심 효과(원심가속도/중력가속도)라고 한다. 원심력의 크기는 질량×반지름 ×각속도의 제곱이므로 원심 효과는 원심 분리기의 반지름과 회전 속도에 의하여 정해진다. 회전 속도는 보통 매분 1,000회전부터 수만 회전의 것까지 있으며, 회전 속도에 따라 다음과 같이 세 종류가 있다.

첫째로 저속원심 분리기(탁상용 원심 분리기)는 6,000rpm(6,000g) 이하의 속도를 낼 수 있고 주로 세포나 핵 등과 같이 쉽게 침전되는 시료의 원심 분리에 이용된다.

둘째로 고속원심 분리기는 최고속도가 20,000~25,000rpm(60,000g)으로 냉각장치를 갖추고 있는데, 주로 세포, 핵, 세포내 소기관 등의 분리에 이용된다.

셋째 초원심 분리기는 최대속도가 40,000~80,000rpm(600,000g)으로 냉각기와 진공장치를 갖추고 있으며, 세포내 소기관, 세포막 구성성분, 거대분자 등을 분리할 수 있다.

또한, 원심 분리기는 서로 용해하지 않는 비중이 다른 액체 상태를 분리할 때도 사용되며 크게 원심침강기와 원심여과기로 나누기도 한다.

상기에서 분리용은 비중의 차를 이용하여 미립자, 콜로이드 등의 분리에 사용하는데, 이 기계는 매분 5,000～1만 회전의 고속회전을 하며 우유의 탈지, 혈장의 분리 등에 응용된다.

또, 여과용은 원심 여과기라고도 하며, 예로는 세탁기의 탈수기가 있는데, 많은 작은 구멍이 있는 드럼 속에 젖은 의류를 넣어 고속 회전시키면 원심력에 의하여 수분이 작은 구멍을 통해 바깥으로 튕겨져 나온다. 설탕 결정의 분리, 주스 등의 액체를 맑고 깨끗하게 하는 데 이용된다.

특히, 분뇨 및 축산폐수, 고농도 유기폐수의 처리에 있어 가장 어려운 문제 중의 하나는 고액분리로서, 통상의 고액분리는 드럼스크린, 시브스크린과 같은 스크린분리와, 특수 스폰지 흡입분리 및 망을 이용한 원심 필터법, 진동식 고액분리장치, 약품주입 후 전액 탈수하는 방법 또는 약품주입 후 부상 또는 침전분리 후 탈수하는 방식 등이 주로 사용되어왔다.

그러나 이러한 종래의 고액분리 방식은 고액분리의 효율이 낮을 뿐만 아니라 털과 같은 이상 협작물로 인해 스크린 또는 망이 막히는 현상이 빈번하게 발생됨으로써 사용의 불편성은 물론 그 기능의 상실을 초래하는 문제점이 있었다.

또한, 약품주입 후 탈수하는 방식은 폐수 전량을 탈수해야만 되므로 과다한 탈수기 용량과 약품의 소비는 물론 공정의 복잡성으로 실제 적용이 불가능한 문제점이 있었다.

이에 따라 최근에는 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 원심을 이용한 고액분리장치 또는 원심 분리기가 제안되고 있는데, 이는 종래에서와 같이 스크린 또는 망을 이용하지 않아 막힘 현상이 발생되지 않고, 약품주입 후 탈수하는 방식과 같이 폐수 전량을 탈수하거나 과다한 탈수기 용량 및 약품소비와 함께 공정의 복잡성이 요구되지 않는 이점은 있다.

이때, 원심 분리기는 원심력을 이용하여 슬러지 중의 고형분을 분리하는 장치로 효율적인 고액분리를 위해서 고분자 응집제를 원심 분리기 유입관로에 주입한다.

또, 원심 분리기에서 비중 차에 의한 원심분리 효율을 향상시키기 위하여 이러한 미세 고형물을 응집시켜 비중을 크게 하는 응집제가 사용된다.

한편, 원심력을 이용해 고체와 액체, 또는 비중이 서로 다른 액체를 분리시키는 원심 분리기는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 회전체인 외통 보울(1)과; 중간부에는 복수의 원수 토출공(22)이 천공된 관로 형상의 허브(21) 외부 외면에 이송날개(23)가 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 상기 외통 보울(1) 내부에서 회전하는 스크류(2)와; 상기 외통 보울(1) 및 스크류(2)를 구동시키는 구동모터(3)와; 상기 외통 보울(1)과 스크류(2)를 커버하며 원수에서 여액과 케익(슬러지)을 분리 배출하도록 별도의 여액 배수부(41)와 케익 배출부(42)가 구비된 외부 케이싱(4)과; 상기 스크류(2)의 일측에서 허브(21) 내부로 삽입 설치되어 외부에서 공급되는 혼합 슬러지인 원수를 스크류(2) 허브(21)에 천공된 원수 토출공(22)들을 통해 외통 보울(1) 내면과 스크류(2) 허브(21) 외면 사이로 공급시켜 주는 원수투입 파이프(5)으로 구성되어 있다.

이 밖에도 상기 원심 분리기에는 외통 보울(1)의 일측 콘부에 형성된 케익 배출공(11)에는 케익토출 부쉬가 설치되고, 타측에는 분리액 배출공(12)들이 형성되어 있으며, 상기 구동모터(3)와 외통 보울(1) 및 스크류(2)의 축 사이에는 기어박스(6)가 설치된 구성을 갖는다.

이와 같은 구성을 갖는 원심 분리기의 외측 회전체인 외통 보울(1)을 고속(예를 들어 3,000rpm)으로 회전하는 반면, 내측 회전체인 스크류(2)를 외통 보울(1)의 회전수 대비 저속(예를 들어 2,990rpm)으로 회전하는바, 이러한 양 회전체에는 원심력에 의해 좁은 직경 측으로의 침강 속도가 중력하에서보다 수천 배 이상 빨라져 가벼운 여액은 직경이 큰 단부측으로, 무거운 슬러지 케익은 직경이 좁은 단부측으로 배출되도록 형성된다.

이때, 상기 혼합 슬러지인 원수는 원수투입 파이프(5)을 통해 스크류(2)의 내측에 공급시 고분자 응집제에 의해 플럭 형태의 덩어리로써 유입되는바, 이는 중량차를 유도하여 원심분리하는 특성을 이용한 것으로, 가벼운 여액과 무거운 슬러지 케익은 상술한 원리에 의해 분리된다.

한편, 종래 대부분의 원심 분리기에서는 도 2와 같이, 스크류(2)의 허브(21) 외면에 나선형으로 일체로 용접 설치되는 이송날개(23)의 외측 단부가 외통 보울(1)의 내면과 직각을 이루는 형태를 가지고 있다.

그런데 상기와 같이 스크류(2)의 이송날개(23) 외측 단부가 외통 보울(1)의 내면과 직각을 이루게 되면, 회전축과 직각방향의 분력인 슬러지 커팅방향의 분력으로 케익 전단저항인 이송날개(23)에 대한 주요 절삭력(F1; Principal Cutting Force) 대비 회전 중심축과 평행한 방향의 분력 즉, 이송방향의 분력인 이송력(F2; Feed Force)에 대한 합력(F)는 직각방향 높이(h1) 만큼 처지게 되므로 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 큰 마찰 저항력이 발생하게 되어 결국 이송날개(23)의 외측 단부(231) 마모가 크게 일어나게 됨은 물론 케익의 이송력 및 이송량이 줄어들게 되는 문제점이 있다.

특히, 상기와 같이 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 큰 마찰 저항력이 발생하게 되면 구동모터의 부하는 상승하고 토크는 저하됨으로 인해 그 수명이 짧아지게 됨은 물론 불필요한 에너지 소모 및 전기사용량이 커지게 되어 원심 분리기의 운전비용이 많이 들고, 또한 이송날개(23)의 단면(231) 마모방지를 위해 마모방지용 용사부(25)를 이송날개의 외측 단부 내측면(즉, 케익과 직접적으로 접촉되는 면)의 일부는 물론 외통 보울의 내면과 근접되는 이송날개의 외측 단면까지 형성시켜 주어야만 하므로 용사 비용이 많이 들게 됨은 물론 상기와 같이 이송날개의 외측 단부 내측면 일부와 단면에 용사를 실시했음에도 불구하고 장시간 사용시 이송날개의 외측 단부가 크게 마모되는 것을 방지할 수 없어 유지보수 비용이 많이 들게 되는 등의 문제점이 있다.

국내 등록특허공보 10-1433308호(2014년 08월 13일) 국내 등록특허공보 10-1422567호(2014년 07월 17일) 국내 등록특허공보 10-0945273호(2010년 02월 24일) 국내 등록특허공보 10-1127015호(2012년 03월 08일)

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 허브의 외면에 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 외측 단부가 외부 회전체인 외통 보울의 내면과 근접된 상태에서 회전하며 원수에서 분리된 케익(슬러지)을 외부 케이싱의 케익 배출 방향으로 이송시켜 주는 스크류의 이송날개를 케익 배출 방향으로 정해진 각도만큼 경사지게 설치해 줌은 물론 상기 이송날개의 외측 단부와 단면 사이의 케익 배출 방향 모서리를 바이트와 같은 형상으로 형성하여 줌으로써 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하는 마찰 저항력을 최소한으로 줄일 수 있어, 이송날개의 외측 단부 마모를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 케익의 이송력 및 이송량을 최대한 증대시킬 수 있고, 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하던 마찰 저항력 저감을 통해 구동모터의 부하를 저감시킬 수 있음은 물론 토크 저하를 최소한으로 줄일 수 있어 에너지 절감효과를 기대할 수 있으며, 마모방지용 용사부를 이송날개의 외측 단부에서 케익 배출 방향에만 형성시켜 주어도 되므로 용사를 보다 손쉽게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 제조시간과 생산비용도 대폭 줄일 수 있는 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기를 제공하는데 그 목적이 있다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기는, 외부 회전체인 외통 보울과; 원수 유입존에 복수의 원수 토출공이 천공된 허브의 외부에 이송날개가 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 상기 외통 보울 내부에서 회전하는 스크류와; 상기 외통 보울 및 스크류를 구동시키는 구동모터와; 상기 외통 보울과 스크류를 커버하며 원수에서 여액과 케익(슬러지)을 분리 배출하도록 별도의 여액 배수부와 케익 배출부가 구비된 외부 케이싱과; 상기 스크류의 일측에서 허브 내부로 삽입 설치되어 외부에서 공급되는 슬러지 원수를 스크류 허브의 유입존 내로 공급시켜 주는 원수투입 파이프와; 스크류 허브 내에서 원심 분리기의 원수투입 파이프 내단부 맞은편에 설치되는 원수 통과 방지판;을 구비한 원심 분리기에 있어서, 상기 스크류의 이송날개를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송날개의 외측 단부 전방 모서리에서 후방 모서리 사이의 단면은 후방부가 허브 측을 향해 정해진 각도(θ2)만큼 경사지게 형성하여, 상기 이송날개의 외측 단부와 단면 사이의 케익 배출 방향 모서리가 바이트 형상을 갖게 성형한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 이송날개의 외측 단부 중 케익 배출 방향 단부의 일부에만 마모방지용 용사부를 더 성형한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이송날개의 정해진 경사각(θ1)은, 외통 보울과 직각방향에 대해 예각으로 5~15°로 설정한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송날개의 단면에 대한 정해진 경사각(θ2)은, 외통 보울과의 수평방향에 대해 예각으로 5~10°로 설정한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기에 의하면, 허브의 외면에 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 외측 단부가 외부 회전체인 외통 보울의 내면과 근접된 상태에서 회전하며 원수에서 분리된 케익(슬러지)을 외부 케이싱의 케익 배출 방향으로 이송시켜 주는 스크류의 이송날개를 케익 배출 방향으로 정해진 각도만큼 경사지게 설치해 줌은 물론 상기 이송날개의 외측 단부와 단면 사이의 케익 배출 방향 모서리를 바이트와 같은 형상으로 형성하여 줌으로써 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하는 마찰 저항력을 최소한으로 줄일 수 있어, 이송날개의 외측 단부 마모를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 케익의 이송력 및 이송량을 최대한 증대시킬 수 있고, 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하던 마찰 저항력 저감을 통해 구동모터의 부하를 저감시킬 수 있음은 물론 토크 저하를 최소한으로 줄일 수 있어 에너지 절감효과를 기대할 수 있으며, 마모방지용 용사부를 이송날개의 외측 단부에서 케익 배출 방향에만 형성시켜 주어도 되므로 용사를 보다 손쉽게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 제조시간과 생산비용도 대폭 줄일 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 종래 원심 분리기의 정 단면도.
도 2는 종래 원심 분리기 중 스크류의 일부 확대 정 단면도.
도 3은 본 발명이 적용된 원심 분리기의 정 단면도.
도 4는 본 발명 중 스크류의 전체 및 일부 확대 정 단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용된 원심 분리기의 정 단면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 중 스크류의 전체 및 일부 확대 정 단면도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 장치는,

외부 회전체인 외통 보울(1)과; 원수 유입존에 복수의 원수 토출공(22)이 천공된 허브(21)의 외부에 이송날개(23)가 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 상기 외통 보울(1) 내부에서 회전하는 스크류(2)와; 상기 외통 보울(1) 및 스크류(2)를 구동시키는 구동모터(3)와; 상기 외통 보울(1)과 스크류(2)를 커버하며 원수에서 여액과 케익(슬러지)을 분리 배출하도록 별도의 여액 배수부(41)와 케익 배출부(42)가 구비된 외부 케이싱(4)과; 상기 스크류(2)의 일측에서 허브(21) 내부로 삽입 설치되어 외부에서 공급되는 슬러지 원수를 스크류(2) 허브(21)의 유입존 내로 공급시켜 주는 원수투입 파이프(5)와; 스크류(2) 허브(21) 내에서 원심 분리기의 원수투입 파이프(5) 내단부 맞은편에 설치되는 원수 통과 방지판(24);을 구비한 원심 분리기에 있어서,

상기 스크류(2)의 이송날개(23)를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송날개(23)의 외측 단부 전방 모서리에서 후방 모서리 사이의 단면(231)은 후방부가 허브(21) 측을 향해 정해진 각도(θ2)만큼 경사지게 형성하여, 상기 이송날개(23)의 외측 단부와 단면(231) 사이의 케익 배출부(42) 측 모서리가 바이트 형상을 갖게 성형한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 이송날개(23)의 외측 단부 중 케익 배출부(42) 측 단부의 일부에만 마모방지용 용사부(25)를 더 성형한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이송날개(23)의 정해진 경사각(θ1)은, 외통 보울(1)과 직각방향에 대해 예각으로 5~15°로 설정한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송날개(23)의 단면(231)에 대한 정해진 경사각(θ2)은, 외통 보울(1)과의 수평방향에 대해 예각으로 5~10°로 설정한 것을 특징으로 한다.

여기서 미설명 부호 6은 기어박스이며, 11은 케익 배출공이고, 12는 분리액 배출공이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기에 대한 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기는 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 공지된 원심 분리기 중 상기 스크류(2)의 이송날개(23)를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치하여, 이송날개(23)의 외측 단면과 외통 보울(1)의 내면 사이에서 발생하는 마찰 저항력을 최소한으로 줄일 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 공지된 원심 분리기는 외부 회전체인 외통 보울(1)과, 원수 유입존에 복수의 원수 토출공(22)이 천공된 허브(21)의 외부에 이송날개(23)가 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 상기 외통 보울(1) 내부에서 회전하는 스크류(2), 상기 외통 보울(1) 및 스크류(2)를 구동시키는 구동모터(3) 및, 상기 외통 보울(1)과 스크류(2)를 커버하며 원수에서 여액과 케익(슬러지)을 분리 배출하도록 별도의 여액 배수부(41)와 케익 배출부(42)가 구비된 외부 케이싱(4)을 구비한 형태를 갖는다.

뿐만 아니라 상기 스크류(2)의 일측에서 허브(21) 내부로 삽입 설치되어 외부에서 공급되는 슬러지 원수를 스크류(2) 허브(21)의 유입존 내로 공급시켜 주는 원수투입 파이프(5)를 포함하여, 스크류(2) 허브(21) 내에서 원심 분리기의 원수투입 파이프(5) 내단부 맞은편에 설치되는 원수 통과 방지판(24)을 구비한 형태를 갖는다.

본 발명은 이와 같이 공지된 원심 분리기의 구성요소 중 상기 스크류(2)의 이송날개(23)를 허브(21)의 외면에 용접을 통해 일체로 고정 설치할 때, 정단면이 종래와 같이 외통 보울(1)의 내면과 직각을 이루지 않고, 도 3 및 도 4와 같이 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치하였다.

이때, 상기 이송날개(23)의 정해진 경사각(θ1)은, 외통 보울(1)과 직각방향에 대해 예각으로 5~15°로 설정하였다.

이와 같이 설정한 이유는 예를 들어 5°미만으로 형성할 경우 스크류(2)의 회전시 이송날개(23)와 케익과 접하는 면의 각도가 거의 직각에 가까운 5°미만이 되므로 이송날개(23)의 외측 단면과 외통 보울(1)의 내면 사이에서 발생하는 마찰 저항력을 거의 줄일 수 없어 구동모터(3)의 부하 증대 및 토크 저하현상을 방지할 수 없는 문제점이 그대로 발생하고, 15°이상으로 형성할 경우에는 외통 보울(1)의 내측으로 가라앉는 케익 대분이 이송날개(23)의 외측면을 따라 허브(21) 측으로 올라가며 이송되는 형태를 낳게 되므로 원수에서 여액과 케익의 분리가 원활히 이루어지지 않게 되는 문제점이 발생하게 되므로 상기와 같이 이송날개(23)의 경사각(θ1)을 외통 보울(1)과 직각방향에 대해 5~15°로 설정한 것이다.

상기와 같이 스크류(2)의 이송날개(23)를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치하면, 케익 절단 및 이송에 필요한 힘의 합계(F)는 이송날개(23)의 경사각(θ1)에 의해 그 높이가 종래 h1에 비해 h2만큼 줄어들고(h1 > h2), 총 필요동력(F)은 줄어든 비율만큼 절감된다.

h2 = F1 X cosθ1 ----(식 1)

여기서, 만약 F1을 1이라고 가정하고, θ1을 15°로 설정했다고 가정한 상태에서 이를 식 1에 대비할 경우, h2 = 0.966이 된다.

따라서, 스크류를 구동시키는데 필요한 구동모터의 동력은 종래에 비해 3.4% 절감이 가능하다고 할 수 있으며, 또한 이송날개(23)의 경사각(θ1)에 의해 주요 절삭력(F1)이 적게 요구되므로 동력(F)절감 즉, 에너지 절감효과는 적어도 F1-F1' 이상 이루어지게 된다.

또한, 본 발명에서는 상기 이송날개(23)의 외측 단부 전방 모서리에서 후방 모서리 사이의 단면(231) 즉, 상기 외통 보울(1)의 내면과 근접된 상태에서 회전하는 이송날개(23)의 외측 단면은 후방부가 허브(21) 측을 향해 정해진 각도(θ2)만큼 경사지게 형성하여, 상기 이송날개(23)의 외측 단부와 단면(231) 사이의 케익 배출부(42) 측 모서리가 바이트 형상을 갖게 성형하여 주었다.

이때, 상기 이송날개(23)의 단면(231)에 대한 정해진 경사각(θ2)은, 외통 보울(1)과의 수평방향에 대해 예각으로 5~10°로 설정하였다.

이와 같이 설정한 이유는 예를 들어 5°미만으로 형성할 경우 스크류(2)의 회전시 이송날개(23)의 단면과 외통 보울(1)의 내면 사이의 틈새가 거의 평행한 형태에 가까운 5°미만이 되므로 이송날개(23)의 외측 단면과 외통 보울(1)의 내면 사이에서 발생하는 마찰 저항력을 거의 줄일 수 없으므로 이송날개(23)의 단면 마모를 크게 줄일 수 없는 문제점이 그대로 발생하고, 10°이상으로 형성할 경우에는 이송날개(23)의 외측 단면 전방부의 강성이 크게 약화되어 기구적인 강성저하 문제가 발생할 우려가 있어 본 발명에서는 상기와 같이 이송날개(23)의 경사각(θ2)을 외통 보울(1)과 수평방향에 대해 5~10°로 설정한 것이다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 스크류(2)의 이송날개(23)를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치해 줌은 물론 상기 이송날개(23)의 단면(231) 을 형성할 때 후방부가 허브(21) 측을 향해 수평방향으로 정해진 각도(θ2)만큼 경사지게 형성하여 상기 이송날개(23)의 외측 단부와 단면(231) 사이의 케익 배출부(42) 측 모서리가 바이트 형상을 갖게 성형하여 줌으로써 상기 이송날개(23)의 단면과 외통 보울(1) 내면 사이에서 발생하던 마찰 저항력을 크게 줄일 수 있으므로 마모방지용 용사부(25)를 성형시켜 줄 때, 상기 이송날개(23)의 외측 단부 중 케익 배출부(42) 측 단부의 일부에만 성형해 주어도 된다.

즉, 마모방지용 용사부(25)를 성형시켜 줄 때, 상기 이송날개(23)의 외측 단부 중 케익 배출부(42) 측 단부의 일부와 단면(231) 전체에 성형할 필요가 없이 케익 배출부(42) 측 단부의 일부에만 성형시켜 주어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명을 적용하게 되면 원심 분리기의 스크류에 설치되어 있는 이송날개의 외측 단부 마모를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 케익의 이송력 및 이송량을 최대한 증대시킬 수 있고, 이송날개의 외측 단면과 외통 보울의 내면 사이에서 발생하던 마찰 저항력 저감을 통해 구동모터의 부하를 저감시킬 수 있음은 물론 토크 저하를 최소한으로 줄일 수 있어 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.

뿐만 아니라, 마모방지용 용사부를 이송날개의 외측 단부에서 케익 배출 방향에만 형성시켜 주어도 되므로 용사를 보다 손쉽게 형성할 수 있음은 물론 제품의 제조시간과 생산비용도 대폭 줄일 수 있고, 특히 원심 분리기 자체의 상품성 및 원심분리에 따른 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 외통 보울
11 : 케익 배출공 12 : 분리액 배출공
2 : 스크류
21 : 허브 22 : 원수 토출공
23 : 이송날개 231 : 단면
24 : 원수 통과 방지판 25 : 마모방지용 용사부
3 : 구동모터
4 : 외부 케이싱
41 : 여액 배수부 42 : 케익 배출부
5 : 원수투입 파이프
6 : 기어박스

Claims (5)

1. 외부 회전체인 외통 보울과; 원수 유입존에 복수의 원수 토출공이 천공된 허브의 외부에 이송날개가 일체로 용접 설치된 형태를 갖고 상기 외통 보울 내부에서 회전하는 스크류와; 상기 외통 보울 및 스크류를 구동시키는 구동모터와; 상기 외통 보울과 스크류를 커버하며 원수에서 여액과 케익(슬러지)을 분리 배출하도록 별도의 여액 배수부와 케익 배출부가 구비된 외부 케이싱과; 상기 스크류의 일측에서 허브 내부로 삽입 설치되어 외부에서 공급되는 슬러지 원수를 스크류 허브의 유입존 내로 공급시켜 주는 원수투입 파이프와; 스크류 허브 내에서 원심 분리기의 원수투입 파이프 내단부 맞은편에 설치되는 원수 통과 방지판;을 구비한 원심 분리기에 있어서,
   상기 스크류의 이송날개를 케익 배출 방향으로 정해진 각도(θ1)만큼 경사지게 설치한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송날개의 외측 단부 전방 모서리에서 후방 모서리 사이의 단면은 후방부가 허브 측을 향해 정해진 각도(θ2)만큼 경사지게 형성하여, 상기 이송날개의 외측 단부와 단면 사이의 케익 배출 방향 모서리가 바이트 형상을 갖게 성형한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송날개의 외측 단부 중 케익 배출 방향 단부의 일부에만 마모방지용 용사부를 성형한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송날개의 정해진 경사각(θ1)은,
   외통 보울과 직각방향에 대해 예각으로 5~15°로 설정한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 이송날개의 단면에 대한 정해진 경사각(θ2)은,
   외통 보울과의 수평방향에 대해 예각으로 5~10°로 설정한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스크류 이송날개를 갖는 원심 분리기.

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