KR20210109295A - 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기에 관한 것으로, 그 목적은 원심탈수기의 내동 스크류 컨베이어가 둘레에 형성된 스크류 사프트 내부에 슬러지와 응집제를 혼합하는 유체혼합부를 내장시켜 회전시 발생하는 원심력과, 펌프 압력으로 공급되는 슬러지와 응집제가 유체혼합부에서 내부에서 발생되는 원심력 및 와류가 복합적으로 작용되어 균일하고 신속하게 혼합되면서 슬러지에 포함된 이물질의 걸림 없이 안정적으로 공급되도록 구성한 원심탈수기를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 내동 스크류 컨베이어(112)가 둘레에 형성된 스크류 사프트(109)의 일측 내부에 형성된 수납부(110)와; 상기 수납부(110)에 수납되어 스크류 사프트와 연동되어 회전하면서 펌프압력으로 공급되는 슬러지와 응집제를 혼합시키는 유체혼합부(1);를 더 포함하여 구성되고, 상기 유체혼합부는 일측과 연결되어 회전하는 제 1 슬러지 투입관(100)을 통해 펌프 압력으로 유입되는 슬러지와 응집제를 스크류 사프트 회전에 의한 원심력과, 유체혼합부 내부에서 형성되는 원심력과 와류가 복합적으로 작용되어 균일하고 신속하게 혼합하여 유체혼합부 타측과 연결된 제 2 슬러지 투입관(101)을 통해 내동 스크류 컨베이어(112)로 공급하도록 구성한 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기를 발명의 특징으로 한다.

Description

원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기{Centrifugal dehydrator with built-in mixture using centrifugal force}

본 발명은 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심탈수기 내부에 슬러지와 응집제를 혼합하는 유체혼합부를 내장시켜 복합적인 원심력을 이용해 슬러지와 응집제를 균일하게 혼합시키면서 이물질의 걸림 없이 안정적으로 신속하게 혼합 되도록 구성한 원심탈수기(또는 원심농축기 또는 삼상분리기)에 관한 것이다.

일반적으로 원심형 고액분리장치는 하수처리장 및 폐수처리장의 마지막 단계에서 슬러지 중의 고형분을 고액 분리시켜 탈수시키도록 유도하는 한편, 슬러지를 탈수하여 최종 슬러지 케익을 형성하는 것으로, 여기서 분리된 슬러지 케익은 매립하거나 소각하게 된다.

일반적으로 분뇨 및 축산폐수, 고농도 유기폐수와 같은 슬러지를 고액분리하는 방법은 드럼스크린, 시브스크린과 같은 스크린분리 방법, 특수 스폰지 흡입분리 및 망을 이용한 원심필터법, 진동식 고액분리장치, 약품주입 후 전액 탈수하는 방법, 또는 약품주입후 부상 또는 침전분리 후 탈수하는 방법 등이 주로 사용되어 왔다.

하지만 상기한 고액분리 방법 중 시브스크린과 같은 스크린분리 방법을 통한 고액분리 방식은 고액분리의 효율이 낮을 뿐만 아니라 털과 같은 이상협작물로 인해 스크린 또는 망이 막히는 현상이 빈번하게 발생됨으로써 사용의 불편성은 물론 그 기능의 상실을 초래하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 근래에는 주로 원심분리를 이용한 고액분리장치인 원심분리기(원심탈수기 또는 농축기라고도 불림)가 사용된다.

원심분리기의 기본 원리는 공급된 슬러지를 기계적 원심력을 이용하여 고형물의 슬러지 농도를 소정비율로 농축 또는 탈수하여, 슬러지를 농축 또는 탈수처리를 하고, 이러한 원심분리기로부터 배출되는 슬러지의 고형물 농축 및 탈수조절은 모터 또는 유압모터을 회전 동력원으로 하여 슬러지 배출속도에 상당하는 스크류 컨베이어와 외동 보올간의 매분당 회전이나 회전차 또는 회전통 내부의 액층 깊이를 댐이나 스키머를 변화시킴으로써 이루어진다.

보다 구체적으로 종래 일반적인 원심분리기 구조를 설명한다.

도 7은 종래 일반적인 스큐류 데칸터형 원심분리기의 단면을 보인 구성도로, 종래 슬러지를 탈수, 농축시키는 일반적인 스큐류 데칸터형 원심분리기의 단면을 보인 구성도로, 우측에 위치한 슬러지 투입관(501)을 통해 공급된 슬러지는 내동 스크류 컨베이어(512)의 토출구(516)를 통해 토출된 후, 원심력에 의해 상등수인 탈리액 또는 분리액과 고형물인 탈수케이크 또는 농축액으로 분류하도록 구성된다.

탈리액 또는 분리액은 외동보올(506) 및 외동 테이퍼보올(507)의 회전에 의해 액 토출구(511)에 의해 흘러나와 일측 케이싱을 통하여 액 배출구(502)에 의해 배출되고, 탈수케이크 또는 농축액은 외동 보올(506) 및 외동 테이퍼보올(507)과 회전차를 가지고 느린(감속기식) 또는 빠른(유압식) 회전수로 회전하는 내동 스크류 컨베이어(512)에 의해 필요한 함수율 및 농도로 탈수 또는 농축되면서 고형물 토출구(508)를 통해 토출된 후 고형물 배출구(503)를 통해 배출된다.

일반적으로 외동보올(506) 및 외동 테이퍼보올(507)의 구동력은 우측에 설치된 구동모터(513) 및 구동풀리(510)의 동력을 인가받는 회전축이 외동 테이퍼보올(507)의 일측과 연동하여 제공한다. 외동보올(506)과 외동 테이퍼보올(507)의 회전 지지는 대경축(515)에 조립되고 프레임(505)에 설치된 베어링블록(519)이 외동보올(506) 타측을 지지하고, 구동력이 제공되는 외동 테이퍼보올(507) 쪽 역시 또다른 베어링블록(520)에 의해 지지되면서 회전하게 된다.

스크류 컨베이어(512)의 회전력은 유압모터 또는 차동모터(514) 및 차동풀리를 거쳐 차동풀리에 의해 회전하는 샤프트(509)를 통해 전달된다. 샤프트(509)는 베어링블록(519)에 설치된 대경축(515)을 관통하여 외동보올(506)과 외동 테이퍼보올(507) 내부에서 회전하도록 설치 구성된다. 이에 따라 샤프트(509)가 회전하면 둘레에 형성된 스크류 컨베이어(512)가 탈수케이크 및 농축액을 일측방향으로 이송시키게 된다.

도면중 미설명 부호 (504)는 지면위에 설치되어 탈수, 농축시키는 원심분리기 전체의 하중을 지지하는 기초 프레임이다.

하지만 상기와 같은 종래의 원심탈수기는 슬러지가 투입되는 슬러지 투입관(501)에 슬러지를 투입하기 전 외부 혼합장치(믹서)에서 슬러지와 응집제를 혼합한 후 이를 다시 슬러지투입관을 통해 공급하도록 구성하기도 한다.

이와 같은 외부 혼합장치(믹서)를 구성할 경우 응집제를 빠른 시간에 투입해야 한다. 만약 응집제를 투입하여 혼합된 슬러지를 빠른 시간내에 슬러지 이송관을 통해 공급하지 않으면 응집제가 분해되기 시작하면서 원심탈수기 내에서 원활한 슬러지 이송 및 탈수가 이루어지지 않으면 탈수 효율이 떨어진다는 단점이 있다.

즉, 응집제와 슬러지 혼합 후 응집작용이 일어나는 시간이 개략적으로 14 ~ 20초 사이여서 최대한 신속하게 원심탈수기에 투입해야 하는데 현실적으로 응집시간내에 원활하게 작업을 맞추지 못할 경우가 많다는 작업공정상의 문제점이 있다.

참고로 원심탈수기 중 외부 혼합장치(믹서)를 포함하는 원심탈수기가 많지 않은 이유는 설치상의 장점이 있는 반면에 상기와 같은 문제점이 많기 때문이다.

한편, 이러한 문제점을 해결하고자 원심탈수기의 슬러지 투입관 내부를 라인믹서로 구현한 대한민국 등록실용신안 20-0439085호 '라인믹서 및 가변식 혼합주입수단을 갖는 원심형고액분리장치'가 개시되어 있다.

하지만 라인믹서를 이용한 상기 종래의 기술은 협소한 슬러지 공급관(21) 내부에 서로 교차된 구조의 비틀림브래이드들이 복수개 구비되어 교차된 부분에 유입된 슬러지 중에 포함된 털과 같은 이상협작물질이 걸릴 경우 슬러지 공급관이 막힐 수 있다는 구조적 단점이 있고, 그 경우 보수 정비하기가 어렵다는 구조적 단점이 있고, 라익믹서를 지지구성하는 연결로드의 구조로 인해 유입되는 슬러지의 압력에 의해 비틀림브레이드의 위치가 변형될수 있어서 원활한 혼합작용이 잘 일어나지 않을 가능성이 있다는 단점이 있다.

한국 등록특허공보 등록번호 10-0999357(2010.12.02.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-1095872(2011.12.13.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-1953569(2019.02.25.) 한국 등록실용신안공보 등록번호 20-0439085(2008.03.13.)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 원심탈수기의 내동 스크류 컨베이어가 둘레에 형성된 스크류 사프트 내부에 슬러지와 응집제를 혼합하는 유체혼합부를 내장시켜 회전시 발생하는 원심력과, 펌프 압력으로 공급되는 슬러지와 응집제가 유체혼합부에서 내부에서 발생되는 원심력 및 와류가 복합적으로 작용되어 균일하고 신속하게 혼합되면서 슬러지에 포함된 이물질의 걸림 없이 안정적으로 공급되도록 구성한 원심탈수기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내동 스크류 컨베이어가 형성된 스크류 사프트 내부에 장치되어 회전하는 유체혼합부와 연동되어 회전하는 제 1 슬러지투입관과 회전하지 않는 플렉시블조인트관 사이에 설치되어 슬러지와 응집제의 누설을 방지하면서 안정적으로 공급하도록 구성된 씰링수단을 포함하는 원심탈수기를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 회전하는 외동보올 및 외동 테이퍼보올과 이 내부에 설치되어 회전하는 내동 스크류 컨베이어로 구성되어 유입된 슬러지를 고액분리하는 원심탈수기에 있어서,

상기 내동 스크류 컨베이어가 둘레에 형성된 스크류 사프트의 일측 내부에 형성된 수납부와;

상기 수납부에 수납되어 스크류 사프트와 연동되어 회전하면서 펌프압력으로 공급되는 슬러지와 응집제를 혼합시키는 유체혼합부;를 더 포함하여 구성되고,

상기 유체혼합부는 일측과 연결되어 회전하는 제 1 슬러지 투입관을 통해 펌프 압력으로 유입되는 슬러지와 응집제를 스크류 사프트 회전에 의한 원심력과, 유체혼합부 내부에서 형성되는 원심력과 와류가 복합적으로 작용되어 균일하고 신속하게 혼합하여 유체혼합부 타측과 연결된 제 2 슬러지 투입관을 통해 내동 스크류 컨베이어로 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기를 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로,

상기 유체혼합부는,

유입된 슬러지와 응집액을 수용하는 원통형 케이스와;

원통형 케이스 내부에 수평방향으로 설치된 중심관과;

중심관의 둘레를 따라 연속되게 형성되어 슬러지와 응집액을 원심력으로 교반시키는 스크류와;

상기 스크류의 피치 사이 케이스 내벽에 설치되어 유입된 슬러지 및 응집제와 충돌하여 혼합시키는 방해구와;

상기 중심관의 내부에서 일측단 입구가 제 1 슬러지 투입관과 연결되게 위치하고 타측단 출구는 중심관을 관통하여 중심관과 케이스 내부 공간으로 돌출된 곡률형 유입관과;

상기 중심관과 케이스 내부 공간으로 일측단 입구가 돌출되고, 타측단 출구는 중심관을 관통하여 중심관 내부에서 제 2 슬러지 투입관과 연결되는 곡률형 배출관;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 유체혼합부는 슬러지 및 응집제 공급관을 통해 슬러지와 응집제를 동시에 공급하고, 상기 슬러지 및 응집제 공급관과는 플렉시블조인트관으로 연결하여 진동을 저감하도록 구성하고

비회전형 플렉시블조인트관과 회전형 제 1 슬러지 투입관 간을 연결하여 슬러지 및 응집제의 누설을 방지하면서 공급하는 씰링수단;이 구비될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 방해구는 원통형 케이스의 내벽면 둘레면에 결합되되 양끝단은 원호와 일치하고, 중심부는 돌출되는 단면을 구비하여 흐름을 제한토록 하여 전면에서는 충돌을 일으키고 후면에서는 와류를 발생시켜 다중 혼합작용이 일어나도록 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 방해구는 스크류 1 피치당 2개 이상 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 방해구는 원통형 케이스의 내벽면에 중심관쪽으로 돌출형성된 엠보싱 형상 또는 임의의 경사각도로 돌출 형성된 판형 또는 다각돌기 형상을 복수개로 배열하여 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 중심관 둘레에는 스크류 피치 사이에 길이방향으로 형성된 보조 방해구를 더 포함되어 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 보조방해구는 중심관의 둘레면에 결합되되 양끝단은 원호와 일치하고, 중심부는 돌출되는 단면을 구비하여 흐름을 제한토록 하여 전면에서는 충돌을 일으키고 후면에서는 와류를 발생시켜 다중 혼합작용이 일어나도록 구성되고, 스크류 1 피치당 2개 이상 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 유체혼합부는 분리형으로 구성되어 마모시 교체하도록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 유체혼합부는 원통형 케이스와 방해구를 두껍게 형성하여 스크류 사프트 내부 수납부에 일체형으로 설치 구성할 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 원심탈수기는 내동 스크류 컨베이어가 둘레에 형성된 스크류 샤프트 내부에 유체혼합부가 구비되어 유입되는 슬러지와 응집제가 별도의 모터동력 등에 의한 회전 교반 수단 없이 슬러지 공급압력에 의해 스크류를 따라 회전하면서 발생되는 원심력과 스크류 샤프트 회전에 의한 원심력이 복합적으로 발생하여 균일하게 신속 혼합되면서 공급되어 슬러지의 응집효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.

또한 본 발명은 유체혼합부에 방해구가 형성되어 그 후단부에서 슬러지와 응집제의 유속이 느려지면서, 인근에서 방해구의 영향을 받지 않고 빠르게 유입되는 슬러지와 응집제와의 유속차이로 와류가 발생되어 슬러지와 응집제간의 혼합효율이 높아진다는 장점을 가진다.

또한 본 발명은 내동 스크류 컨베이어가 용접된 스크류 샤프트 내부에 형성된 수납부를 구비 후 유체혼합부가 내장됨으로써 정기적인 보수기간 동안 또는 보수가 필요할 경우 유체혼합부를 보수하거나 교체할 수 있어서 내동 스크류 컨베이어 또는 원심탈수기의 내구성이 증대된다는 장점을 가진다.

또한 본 발명은 유입된 슬러지와 응집제가 방해구 후단부의 형상이 경사형 구조를 가지게 되어 후단에서 발생되는 와류에 의해 혼합효율이 높아진다는 장점을 가진다.

또한 본 발명은 일정공간을 가진 유체혼합부의 내부에 장치되는 스크류의 피치 조정에 따라 혼합효율을 조정할 수 있어서 원심탈수기의 공간효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.

또한 본 발명의 방해구를 원통형 구조를 가진 유체혼합부의 원통형케이스 내벽면 뿐만 아니라 중심관의 외벽에도 보조방해구를 설치하여 혼합 및 와류 발생 효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.

또한 본 발명은 회전하는 제 1 슬러지투입관과 회전하지 않는 플렉시블조인트관 사이를 씰링수단으로 연결하여 슬러지와 응집제의 누설을 방지하면서 안정적으로 공급할 수 있다는 장점을 가진다.

본 발명은 상기와 같이 다양한 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부에 유체혼합부가 형성되고, 일측에 씰링수단이 구비된 원심탈수기의 외형을 보인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부가 내장된 내부 구조를 보인 원심탈수기의 단면 구조를 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부의 구조를 보인 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부의 내부를 보인 측면 예시도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부에 유입되는 슬러지와 응집제의 혼합 흐름 구조를 보인 원심탈수기의 일부 확대 단면 구조를 보인 예시도이고,
도 6은 도 5의 A-A선 단면도이고,
도 7은 종래 일반적인 스큐류 데칸터형 원심분리기의 단면을 보인 구성도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부에 유체혼합부가 형성되고, 일측에 씰링수단이 구비된 원심탈수기의 외형을 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부가 내장된 내부 구조를 보인 원심탈수기의 단면 구조를 보인 예시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부의 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부의 내부를 보인 측면 예시도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 유체혼합부에 유입되는 슬러지와 응집제의 혼합 흐름 구조를 보인 원심탈수기의 일부 확대 단면 구조를 보인 예시도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 원심탈수기는 외부에서 공급되는 슬러지를 외동보올과 내동 스크류 컨베이어간의 회전차를 이용 고액 분리시켜 고형분은 농축된 케익으로 배출하고 나머지는 탈리액으로 분리 배출시키는 데칸터형 원심탈수기로, 특히 분뇨 및 축산폐수, 고농도 유기폐수와 같은 슬러지에 응집제를 혼합 공급하는 유체혼합부(1)를 상기 내동 스크류 컨베이어(112)가 둘레에 설치된 스크류 사프트(109)의 내부공간에 내장시켜 슬러지와 응집제를 신속하고 균일하게 혼합하면서 내동 스크류 컨베이어(112)로 공급하도록 구성된 원심탈수기이다. 상기 슬러지를 응집시키기 위해 함께 투입되는 응집제는 원심탈수기에 사용되는 통상의 고분자 응집제라면 어떤 것을 사용해도 상관없다.

상기 스크류 사프트(109) 내부에 유체혼합부를 설치한 이유는 스크류 사프트 회전에 의한 원심력과, 유체혼합부에 공급되는 유체공급용 펌프의 압력에 의해 유체혼합부 내부에서 스크류를 따라 공급되면서 형성되는 원심력을 복합적으로 작용시켜 보다 신속하고 균일하게 유입된 슬러지와 응집제를 혼합시키기 위함이다.

상기 외동보올(106)의 회전 구동력은 한 실시예에 따라 외동보올(106)은 구동모터(121)와 연결된 풀리(122)가 대경축(115)과 결합되어 외동보올을 회전시키게 구성되고, 상기 내동 스크류 컨베이어(112)의 회전 구동력은 한 실시예에 따라 유압공급수단(122) 및 유압회전부(123)의 동력을 인가받는 회전축이 스크류 사프트(109)를 통해 전달된다. 다만, 이와 같이 설명한 회전력 제공 구동 구성만 본 발명을 한정하는 것은 아니고 필요에 따라 다른 형태로 변경하여 구성할 수 있음은 물론이다.

상기 유체혼합부(1)는 내동 스크류 컨베이어(112)에 회전력을 제공하는 스크류 사프트(109)의 일측 내부에 형성한 수납부(110)에 수납되어 스크류 사프트와 연동되어 회전한다. 또한 유체혼합부의 후단은 대경축에 체결되어 스크류 사프트와 연동되어 회전하는 베어링부(110a)가 지지하도록 구성된다.

상기 유체혼합부(1)는 일측단이 외동보올(106)의 일측단과 결합되어 회전하는 대경축(115) 내측을 관통하는 제 1 슬러지 투입관(100)과 연결되고 타측단은 제 2 슬러지 투입관(101)과 연결되어 함께 회전하면서 원심력을 제공한다. 상기 제 1 슬러지 투입관(100) 및 제 2 슬러지 투입관(101)과는 용접 등의 방법으로 일체화되어 연동 회전한다.

상기 회전하는 제 1 슬러지 투입관(100)은 서로 다른 경로를 통해 공급되는 슬러지와 응집제를 합쳐 공급하는 슬러지 및 응집제 공급관(30)과 연결되어 원심탈수기의 운전중 발생하는 진동을 완충하면서 슬러지 및 응집제를 공급하는 비회전형 플렉시블조인트관(20)과 결합하기 위해 씰링수단(10)을 통해 연결된다.

상기 제 2 슬러지 투입관(101)은 유체혼합부에서 균일하고 신속하게 혼합된 슬러지와 응집제를 챔버를 통해 스크류 사프트 둘레를 따라 하나 이상 형성된 토출구(116)를 통해 내동 스크류 컨베이어(112)로 공급하게 된다.

상기 씰링수단(10)은 고정된 상태로 슬러지와 응집제를 공급하면서 완충역할을 하는 플렉시블조인트관(20)과 회전하는 상기 제 1 슬러지 투입관(100) 간을 연결하여 유체가 누설되지 않게 씰링하는 연결수단이다. 이러한 씰링수단은 한 실시예로 메카니컬 씰(Mechanical Seal)로 구성될 수 있다.

상기 메카니컬 씰은 회전체와 비회전체간의 씰링을 제공하는 공지의 씰링 수단으로 상기 회전하는 제 1 슬러지 투입관(100)과 회전하지 않는 플렉시블조인트관(20) 사이에 장착되어 슬러지와 응집제를 누설 없이 동일한 펌프의 압력으로 공급할 수 있게 된다.

도면에서 씰링수단(10)에 도시된 냉각수 유입구(10a)와 냉각수 유출구(10b)는 한 실시예에 따른 메카니컬 씰(Mechanical Seal) 작동시 제 1 슬러지 투입관(100) 둘레에 장치되고 스프링(10c)에 의해 가압되는 회전체(10d)가 접촉된 고정체(10e)와 회전하면서 발생하는 열을 냉각하기 냉각수의 입구와 출구이다.

상기 메카니컬 씰의 구조 및 작동원리는 산업계 전반에 걸쳐서 사용되는 공지의 기술이므로 이하 구체적인 설명은 생략한다.

또한 상기 씰링수단(10)에의 한 실시예로 도시된 메카니컬 씰 구성만이 본 발명을 한정하는 것은 아니고 비회전하는 고정형 슬러지 및 응집제 공급관(30) 및 플렉시블조인트관(20)과 회전하는 상기 제 1 슬러지 투입관(100)간을 씰링할 수 있는 다양한 씰링수단으로 변경되어 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 플렉시블조인트관(20)은 원심탈수기의 운전 중 발생하는 회전 진동이 고정되게 설치된 슬러지 및 응집제 공급관(30)에 전달되는 것을 저감 또는 차단하여 연속운전시 발생할 수 있는 이음매 부분을 통한 슬러지 및 응집제의 누설을 막게 된다.

상기 슬러지 및 응집제 공급관(30)은 미도시된 슬러지를 공급하는 펌프의 압력에 의해 슬러지가 주관(31)을 통해 공급되면 상부에 위치한 응집제 투입구(32)를 통해 응집제가 공급되어 합류하게 된다. 이후 플레시블조인트관(20) 및 씰링수단(10)을 거쳐 제 1 슬러지 투입관(100)을 통해 유체혼합부로 공급되게 된다.

이와 같은 슬러지와 응집제가 유체혼합부(1)로 공급되면 원심탈수기 운전시 슬러지 및 응집제 공급관(30)으로부터 슬러지와 응집제가 내부로 투입되어 원심력과 방해판에 의한 회전흐름 부하 및 와류 발생에 의해 균일한 혼합이 이루어진 다음 제 2 슬러지 투입관(101)에 공급되게 된다.

또한 이때 유체혼합부(1)는 스크류 사프트의 회전에 의한 원심력도 복합적으로 작용되어 혼합효율을 높이게 된다.

이하에서는 보다 구체적으로 유체혼합부(1)를 설명한다.

유체혼합부는 원통형 케이스(11), 중심관(12), 스크류(13), 방해구(14), 곡률형 유입관(15) 및 곡률형 배출관(16)으로 구성된다.

상기 원통형 케이스(11)는 양측단이 개구(11a)가 형성된 원판형 덮개 부재(11b)로 용접되어 막힌 구조로 이루어져 유입된 슬러지와 응집액을 수용하도록 구비된다. 상기 원통형 케이스의 일측 개구로는 곡률형 유입관(15)이 제 1 슬러지 투입관(100)과 결합되고, 타측은 곡률형 배출관(16)이 슬러지 투입관과 면접하게 된다.

상기 중심관(12)은 원통형 케이스(11)의 내부 중심에 위치하여 제 1 슬러지 투입관(100) 및 제 2 슬러지 투입관(101)과 동일축선상에 수평방향 즉 길이방향으로 가로질러 설치된다.

중심관(12)은 원통형 케이스의 양측단에 형성된 개구에 맞춰 용접되어 고정 구성된다. 중심관의 내경은 바람직하게는 상기 개구의 직경보다 크게 형성된다. 이와 같이 구성됨으로써 상기 곡률형 유입관(15)과 곡률형 배출관(16)이 각각 중심관의 양측에 삽입된 상태에서 양측 원통형 케이스의 개구를 통해 유체가 공급되거나 배출될 때 단차가 발생하지 않게 된다.

상기 스크류(13)는 중심관 둘레를 따라 연속된 형상의 스크류 날개(또는 스크류 원판)가 형성된다. 이를 위해 스크류 날개의 내경(안쪽)이 중심관 둘레를 따라 면접되어 용접 고정된다. 이와 같이 스크류 날개(또는 스크류 원판)가 연속된 형상의 스크류가 구성됨으로써 일측으로 유입된 슬러지와 응집제가 슬러지를 공급하는 펌프압에 의해 스크류의 회전방향을 따라 무동력방식으로 회전하면서 섞여 교반된 후 끝단부에서 배출되게 된다.

스크류 날개의 외경(외측)은 원통형 케이스의 내경에 면접되게 구성한다. 틈새가 발생하면 슬러지나 응집제가 다음 스크류로 직접 넘어갈 수 있기 때문에 최대한 틈새가 발생하지 않도록 가공하여 결합시키는 것이 바람직하다.

경우에 따라 케이스 내벽과 면접된 스크류의 초입부와 끝단부쪽을 케이스 내벽과 용접하여 고정할 수 있다, 이와 같이 용접하면 스크류 면을 따라 흘러가는 유체의 원심력 때문에 흔들릴 수 있는 스크류의 외경부를 고정시킬 수 있어서 보다 큰 펌프압력에도 대응할 수 있게 된다.

상기 스크류의 피치는 최소 1피치 이상 복수개의 피치를 가지도록 구성한다. 이와 같이 한정한 이유는 1 피치가 되지 않으면 원심력에 의한 교반이 충분이 일어날 시간과 면적을 제공하지 못해 응집제와의 혼합 효과가 부족해질 수 있기 때문이다.

따라서 1피치 이상의 피치를 제공하게 되면 슬러지와 응집제간의 혼합시간과 혼합면적을 증가시켜 혼합효율이 높아질 수 있다.

즉, 혼합하고자 하는 유체 종류에 따라 적절한 피치를 가진 스크류를 내부에 설치하여 혼합 정도를 조정할 수 있다.

또한 이러한 스크류 피치를 증가 조정에 따라 스크류 사프트 내 설치되는 유체혼합부의 공간 효율을 높이게 된다.

상기 방해구(baffle, 14)는 상기 스크류의 피치 사이 원통형 케이스 내벽에 설치되어 유입된 슬러지 및 응집제와 충돌하여 혼합 작용이 일어나도록 구성된다.

또한 상기 방해구는 원통형 케이스의 내벽이 아닌 마주보는 스크류간에 용접되어 설치될 수도 있다.

또한 상기 방해구는 마주보는 스크류간을 가로지르게 내벽에서 중심관쪽으로 돌출되게 형성할 수 있다.

이와 같은 구성은 원심력을 가지면서 회전하는 슬러지와 응집제간의 유동흐름을 지체시켜 방해구가 형성되지 않은 공간부를 통과하는 슬러지 및 응집제와 상대적인 속도차이를 발생시켜 유속 불일치를 방생시키게 된다. 이러한 유속 불일치는 슬러지를 분리시켜 응집제가 슬러지 내부로 유입되어 혼합되는 작용을 한다.

상기 방해구는 한 실시예로 원통형 케이스의 내벽면 둘레면에 결합되되 양끝단은 원호와 일치하고, 중심부는 돌출되는 단면을 구비하여 흐름을 제한토록 하여 전면에서는 충돌을 일으키고 후면에서는 와류를 발생시켜 다중 혼합작용이 일어나도록 구성할 수 있다. 즉, 원통형 케이스의 내벽면에서 중심관쪽으로'V'자 단면 또는'U'자 단면을 가지도록 돌출되어 구성될 수 있다. 돌출된 크기는 원심력을 받으면서 스크류를 따라 회전공급중인 슬러지와 응집제의 주유동 흐름속도를 크게 저해하지 않도록 케이스의 내벽과 중심관 둘레까지 최단 거리의 1/2을 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 단면을 가진 방해구는 고속으로 회전하는 슬러지 및 응집제에 급격한 충격보다는 상대적으로 약한 충격을 제공하면서 충돌되어 경사면을 통해 슬러지가 갈라지게 하여 회전흐름을 방해하면서 유속차이를 발생시켜 1차 혼합 작용을 일으키게 된다.

또한 후면의 경사면 부근 영역에서는 흐름이 급속히 줄어들면서 주변과의 유속차이에 의해 와류를 발생시켜 슬러지와 응집제간의 2차 혼합 작용이 일어나면서 다중 혼합 작용으로 보다 균일하고 신속한 혼합작용이 일어나게 된다.

또한 방해구는 스크류 1 피치당 한개만 형성되도 되나 바람직하게는 스크류 1 피치당 2개 이상 구성하는 것이 혼합 효율을 더 높일 수 있어서 바람직하다.

한편, 상기 방해구 형상은 상기에서 설명한 구조 및 설치 위치 외에 원통형 케이스의 내벽면에 중심관쪽으로 돌출형성된 엠보싱 형상 또는 임의의 경사각도로 돌출 형성된 판형 또는 다각돌기 형상이 복수개로 배열하여 구성할 수도 있다.

상기 판형 또는 다각돌기 형상을 가진 방해구는 슬러지에 포함된 이물질이 걸리지 않도록 슬러지의 유동흐름을 기준시 전방에서 후방으로 꺽인 임의의 경사각도로 형성해야 한다.

상기 곡률형 유입관(15)은 중심관의 내부에서 일측단 입구가 제 1 슬러지 투입관(100)와 연결되게 위치하고 타측단 출구는 중심관을 관통하여 중심관과 케이스 내부 공간으로 돌출되게 형성된다.

또한 곡률형 배출관(16)은 상기 중심관과 케이스 내부 공간으로 일측단 입구가 돌출되고, 타측단 출구는 중심관을 관통하여 중심관 내부에서 제 2 슬러지 투입관(101)과 연결되게 형성된다.

상기 곡률형 유입관의 배출구 방향 형상은 슬러지와 응집제가 스크류의 진행방향쪽으로 배출되도록 절곡되어 해당 방향쪽 일부가 절개된 형상으로 설치되고, 상기 곡률형 배출관의 입구 방향 형상은 슬러지와 응집제가 스크류의 진행 방향쪽으로부터 유입되도록 절곡되어 해당 방향쪽 일부가 절개된 형상으로 설치된다. 이로인해 케이스 내부에서 상기 곡률형 유입관과 곡률형 배출관은 서로 다른 방향으로 개구가 형성된 모습을 가지게 된다.

또한 상기 곡률형 유입관(15)과 곡률형 배출관(16)은 중심관 쪽으로 돌출된 부분이 양측방향은 각각 스크류 면과 접촉하고, 돌출된 끝단면은 케이스의 내경면과 접촉하거나 거의 근접되게 가공되어 곡률형 유입관(15)의 출구 반대쪽 그리고 곡률형 배출관(16)의 입구쪽 반대 공간으로는 공급중인 슬러지 및 응집제가 유입되지 못하도록 구성한다.

한편, 상기 중심관(12) 둘레에는 스크류 피치 사이에 길이방향으로 설치된 보조 방해구(17)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

한 실시예로 상기 보조방해구는 중심관의 둘레면에 결합되되 양끝단은 원호와 일치하고, 중심부는 돌출되는 단면을 구비하여 흐름을 제한토록 하여 전면에서는 충돌을 일으키고 후면에서는 와류를 발생시켜 다중 혼합작용이 일어나도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 보조방해구는 중심관의 둘레면에 용접된'역V'자 단면 또는'역U'자 단면을 가지도록 외경방향으로 돌출형성되어 전면에서는 슬러지 및 응집제와 충돌하여 회전흐름을 방해하여 혼합시키고 후면에서는 와류발생이 일어나도록 형성할 수 있다. 이와 같이 구성하면 전면에서 회전흐름을 방해하면서 유속차이를 발생하여 슬러지와 응집제를 1차 혼합시키고, 후면에서는 유속저하로 인한 와류를 발생시켜 2차로 슬러지와 응집제간의 혼합 작용을 일으켜 다중으로 보다 균일한 혼합작용을 일으키게 된다.

상기 보조방해구는 스크류 1 피치당 한개만 형성되도 되나 바람직하게는 스크류 1 피치당 2개 이상 구성하는 것이 혼합 효율을 더 높일 수 있다.

한편, 상기 유체혼합부(1)는 스크류 사프트(109)에 설치되어 연동 회전하기 때문에 방해구(14)의 마모가 빠르게 진행될 수 있어서, 한 실시예로 분리형(또는 모듈형)으로 제작하여 마모시 교체 사용하도록 구성할 수 있다.

또 다른 실시예로 상기 유체혼합부(1)는 스크류 사프트(109)에 설치되어 연동 회전하기 때문에 방해구(14)의 마모가 빠르게 진행될 수 있어서, 원통형 케이스(11)과 방해구(14)를 두껍게 형성하여 스크류 사프트(109) 내부에 일체형으로 설치하도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 원심탈수기는 내동 스크류 컨베이어를 회전시키는 스크류 사프트 내부에 유체혼합부가 내장되어 스크류 사프트 회전시 연동되어 회전하고, 또한 유체혼합부는 별도의 모터등에 의한 회전 교반 수단 없이 슬러지와 응집제를 공급하는 공급펌프의 압력에 의해 유체혼합부 내부에서 스크류를 따라 회전하면서 발생되는 원심력과 방해구 및 보조방해구에 의해 발생되는 흐름제어에 의해 유속 차이로 인한 슬러지와 응집제 간의 교반이 일어나면서 응집제가 슬러지 사이로 자연스럽게 섞여 균일하게 혼합되도록 구성된다.

이로인해 스크류 사프트 회전에 의한 원심력과 유체혼합부에서 발생하는 원심력이 복합적으로 작용하여 슬러지와 응집제간의 혼합이 균일하고 신속하게 극대화된 후 제 2 슬러지 투입관(101)을 통해 공급된 후 토출구(116)를 통해 내동 스크류 컨베이어(112)로 토출된 후, 원심력에 의해 상등수인 탈리액과 고형물인 탈수 케이크(또는 농축액)로 분류 된다.

탈리액은 외동보올(106) 및 외동 테이퍼보올(107)의 회전에 의해 액 토출구(111)에 의해 흘러나와 일측 케이싱을 통하여 액 배출구(102)에 의해 배출되고, 탈수케이크 또는 농축액은 설정된 일정속도로 회전하는 외동 보올(106) 및 외동 테이퍼보올(107)과 그 내부에서 유압공급수단(122) 및 유압회전부(123)에 의해 회전력을 제공받아 회전하는 내동 스크류 컨베이어(112)에 의해 필요한 함수율 및 농도로 탈수 또는 농축되면서 고형물 토출구(108)를 통해 토출된 후 고형물 배출구(103)를 통해 배출된다.

상기 외동보올(106) 및 외동 테이퍼보올(107)의 구동력은 구동모터(121) 및 풀리(122)를 통해 외동 테이퍼보올(107)의 일측과 연동하여 제공한다. 외동보올(106)과 외동 테이퍼보올(107)의 회전 지지는 대경축(115)에 조립되고 프레임(105)에 설치된 베어링블록(119)이 외동보올(106) 타측을 지지된다. 또한 외동 테이퍼보올(107) 쪽 역시 또 다른 베어링블록(120)에 의해 지지되면서 회전하게 된다.

상기 내동 스크류 컨베이어(112)의 회전력은 유압공급수단(122) 및 유압회전부(123)의 동력을 인가받는 회전축이 스크류 사프트(109)를 통해 전달된다. 스크류 사프트(109)는 베어링블록(119)에 설치된 대경축(115)과 체결되어 외동보올(106)과 외동 테이퍼보올(107) 내부에서 회전하도록 설치 구성된다. 이에 따라 스크류 사프트(109)가 회전하면 둘레에 형성된 스크류 컨베이어(112)가 탈수 케이크 및 농축액을 일측방향으로 이송시키게 된다.

도면 중 미설명 부호 104는 지면위에 설치되어 탈수, 농축시키는 원심탈수기 전체의 하중을 지지하는 기초 프레임이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(1) : 유체혼합부 (10) : 씰링수단
(10a) : 냉각수 유입구 (10b) : 냉각수 유출구
(10c) : 스프링 (10d) : 회전체
(10e) : 고정체 (11) : 원통형 케이스
(11a) ; 개구 (11b) : 덮개 부재
(12) : 중심관 (13) : 스크류
(14) : 방해구 (15) : 곡률형 유입관
(16) : 곡률형 배출관 (17) : 보조 방해구
(18) : 슬러지 토출구 (19) : 슬러지 배출구
(20) : 플렉시블조인트관 (30) : 슬러지 및 응집제 공급관
(31) : 주관 (32) : 응집제 투입구
(100) : 제 1 슬러지 투입관 (101) : 제 2 슬러지 투입관
(109) : 스크류 사프트 (110) : 수납부
(110a) : 베이링부

Claims (10)

1. 회전하는 외동보올(106) 및 외동 테이퍼보올(107)과 이 내부에 설치되어 회전하는 내동 스크류 컨베이어(112)로 구성되어 유입된 슬러지를 고액분리하는 원심탈수기에 있어서,
   상기 내동 스크류 컨베이어(112)가 둘레에 형성된 스크류 사프트(109)의 일측 내부에 형성된 수납부(110)와;
   상기 수납부(110)에 수납되어 스크류 사프트와 연동되어 회전하면서 펌프압력으로 공급되는 슬러지와 응집제를 혼합시키는 유체혼합부(1);를 더 포함하여 구성되고,
   상기 유체혼합부는 일측과 연결되어 회전하는 제 1 슬러지 투입관(100)을 통해 펌프 압력으로 유입되는 슬러지와 응집제를 스크류 사프트 회전에 의한 원심력과, 유체혼합부 내부에서 형성되는 원심력과 와류가 복합적으로 작용되어 균일하고 신속하게 혼합하여 유체혼합부 타측과 연결된 제 2 슬러지 투입관(101)을 통해 내동 스크류 컨베이어(112)로 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유체혼합부는,
   유입된 슬러지와 응집액을 수용하는 원통형 케이스(11)와;
   원통형 케이스 내부에 수평방향으로 설치된 중심관(12)과;
   중심관의 둘레를 따라 연속되게 형성되어 슬러지와 응집액을 원심력으로 교반시키는 스크류(13)와;
   상기 스크류의 피치 사이 케이스 내벽에 설치되어 유입된 슬러지 및 응집제와 충돌하여 혼합시키는 방해구(14)와;
   상기 중심관의 내부에서 일측단 입구가 제 1 슬러지 투입관(100)과 연결되게 위치하고 타측단 출구는 중심관을 관통하여 중심관과 케이스 내부 공간으로 돌출된 곡률형 유입관(15)과;
   상기 중심관과 케이스 내부 공간으로 일측단 입구가 돌출되고, 타측단 출구는 중심관을 관통하여 중심관 내부에서 제 2 슬러지 투입관(1010)과 연결되는 곡률형 배출관(16);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 유체혼합부는 슬러지 및 응집제 공급관(30)을 통해 슬러지와 응집제를 동시에 공급하고, 상기 슬러지 및 응집제 공급관(30)과는 플렉시블조인트관(20)으로 연결하여 진동을 저감하도록 구성하고
   비회전형 플렉시블조인트관(20)과 회전형 제 1 슬러지 투입관(100) 간을 연결하여 슬러지 및 응집제의 누설을 방지하면서 공급하는 씰링수단(10);이 구비된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 방해구는 원통형 케이스의 내벽면 둘레면에 결합되되 양끝단은 원호와 일치하고, 중심부는 돌출되는 단면을 구비하여 흐름을 제한토록 하여 전면에서는 충돌을 일으키고 후면에서는 와류를 발생시켜 다중 혼합작용이 일어나도록 구성된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 방해구는 스크류 1 피치당 2개 이상 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 방해구는 원통형 케이스의 내벽면에 중심관쪽으로 돌출형성된 엠보싱 형상 또는 임의의 경사각도로 돌출 형성된 판형 또는 다각돌기 형상을 복수개로 배열하여 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 중심관 둘레에는 스크류 피치 사이에 길이방향으로 형성된 보조 방해구(17)를 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 보조방해구는 중심관의 둘레면에 결합되되 양끝단은 원호와 일치하고, 중심부는 돌출되는 단면을 구비하여 흐름을 제한토록 하여 전면에서는 충돌을 일으키고 후면에서는 와류를 발생시켜 다중 혼합작용이 일어나도록 구성되고, 스크류 1 피치당 2개 이상 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 유체혼합부(1)는 분리형으로 구성되어 마모시 교체하도록 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
   
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유체혼합부(1)는 원통형 케이스(11)과 방해구(14)를 두껍게 형성하여 스크류 사프트(109) 내부 수납부에 일체형으로 설치 구성한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 유체혼합부가 내장된 원심탈수기.
    
    
    

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