KR900000028B1 - 유분농도 측정에 있어서의 전처리용 원심분리기 - Google Patents

유분농도 측정에 있어서의 전처리용 원심분리기 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

유분농도 측정에 있어서의 전처리용 원심분리기
제1도는 본 발명에 따른 원심분리기의 종단 정면도.
제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 취한 단면도.
제3도는 종래의 원심분리기의 종단 정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 원심분리기 11 : 프레임
12 : 케이싱 13 : 뚜껑
14 : 회전자 14a : 내면
15 : 구동축 16, 17 : 베어링
18 : 풀리 19 : 벨트
20 : 회전체 20a : 원추면
21 : 리브 24 : 환형통로
25 : 상부 헤더 26 : 밀봉체
27 : 입구 28 : 파이프
28a : 내부 통로 29 : 하부 헤더
30 : 회전 밀봉체 31: 출구
32 : 분리실
본 발명은 선박에 있어서 선외로 폐기하는 폐수중의 유분농도를 측정하기 전에 그 폐수중의 부유물(슬러지)을 분리하기 위한 원심분리기에 관한 것이다.
일반적으로, 선박으로부터 폐수를 방출하기 전에, 폐수중의 유분농도를 측정하기 위해 소량의 폐수를 시험용으로 채취한다. 폐수의 유분농도가 만일 법률로 정해진 규정치 이하일 때는 폐수 방출 밸브를 열어서 폐수를 선외로 폐기하고 있다. 폐수로 부터 취한 샘플 폐수의 유분농도를 측정하는데 있어서는 샘플 폐수에 빛을 조사한 매 빛의 투과도 및 산란도가 유분농도에 의해 변화하는 것을 이용한 광학식 유분농도계를 사용하고 있다. 그러나 폐수중에 녹등의 부유물이 존재하고 있으면, 유분농도 측정치에 오차가 생겨서 샘플 폐수는 상기 광학식 유분농도계에 의한 유분농도 측정전에 상기 부유물을 제거해야만 한다.
폐수 샘플 채취와 선외로의 방출 밸브 개폐사이 기간에는 폐수가 샘플 채취부로부터 방출 밸브로 흘러서 도착하기 위한 타임랙이 존재하고, 이 타임랙의 존재때문에 유분농도가 높은 폐수를 선외로 방출할 우려가 있다. 이때문에, 상기 샘플 폐수 채취로부터 유분농도 측정까지 요하는 시간은 가능한한 짧게 할 필요가 있으며, 따라서 상기 샘플 폐수중의 부유물을 제거하는데 있어서도 이에 요하는 시간을 짧게 해야 한다.
이런 목적으로, 종래에는 상기 유분농도 측정의 전처리로서 부유물을 분리 제거하는데 제3도와 같은 원심분리기를 사용하고 있다.
종래의 원심분리기는 카버 케이싱(1)내에 원통형 회전자(이하, 버킷이라 함)(2)를 설치하고 있으며 이 버킷은 구동축(3)에 의해 고속 회전된다. 상기 카버 케이싱(1)의 상부에서 수직 하향 연장되는 폐수 공급관(4)을 상기 버킷(2) 저부까지 삽입한다. 버킷(2)의 상부에는 환상 흠모양의 분리 폐수실(5)을 형성하고 그 분리폐수실(5)내에 상기 폐수공급관(4)을 관통시킨다. 이 분리 폐수실에는 또 공급관(4)을 둘러싸는 폐수 출구관(6)을 연결한다. 폐수 공급관(4)에 의해 버킷(2)에 공급된 폐수내의 부유물은 그 버킷(2)의 회전에 의한 원심력에 의해 버킷(2)내주면에 가압되어 분리된다. 부유물이 분리된 후의 분리 폐수는 분리 폐수실(5)내로 유입하고, 여기서 원심력에 의해 그 내주면에 가압되는 폐수 출구관(6)으로부터 외부로 배출된다.
상기와 같은 종래의 원심분리기는 그 분리 폐수실(5)과 폐수 출구관(6)사이에, 회전하는 분리 폐수실(5)에 대해 폐수 출구관(6)이 접촉하지 못하도록 하기 위한 간극(7)이 설치되어 있다. 따라서, 버킷(2)의 회전이 정지한 때 버킷(2)내를 세정하기 위한 세척수를 폐수 공급관(4)으로부터 버킷(2)내에 공급한 경우, 이 세척수는 분리 폐수실(5)과 폐수 출구관(6)사이의 간극(7)을 통해서만 유출되며 폐수 출구관(6)을 통해서는 유출되지 않는다(버킷(2)을 회전시킨 경우에 한해서만 폐수 출구관(6)을 통해 유출된다.
따라서, 버킷(2)내주면에 퇴적 분리된 부유물은 세척수 주입에 의해 배출, 제거할 수가 있다. 버킷(2)내주면에 퇴적 분리된 부유물은 장치 전체를 분해하여 배출, 제거해야만 한다. 이는 분리 부유물의 배출, 제거 작업이 극히 복잡하고 다수의 공정을 필요로 한다. 게다가, 분리 작업중에 있어서는 상기 분리 폐수실(5)과 폐수 출구관(6)사이의 간극(7)으로부터 폐수중의 가연성 가스가 분출하여 카버 케이싱(1)과 버킷(2)사이의 공간부에 머물게 되며 버킷이 카버 케이싱에 대해 접촉하게 됨으로써 발생하는 스파크 등으로 인해 폭발할 위험성이 있다. 따라서 이런 전처리용 원심분리기를 선박에 탑재할 경우에는 카버 케이싱(1)내에 질소 가스등의 불활성 가스를 충전, 봉입하여 폭발 방지를 해야 하며 이에는 많은 경비가 소요된다.
또, 종래의 원심분리기에 있어서의 폐수 출구관(6)으로부터의 분리 폐수는 압력을 거의 갖지 않는 상태에서 배출되므로 이 분리 폐수를 다음 유분 농도계로 보내기 위한 이송용 펌프를 필요로 하는 점도 문제였다.
게다가, 버킷내에서의 부유물 분리시에 폐수중의 유분이 버킷내에 설치되는 복수개의 우산형 부품(8) 표면에 부착하여 버킷내로 부터의 배출이 지연되게 되므로 부유물의 분리 제거에 필요한 시간이 길다는 것도 문제였다.
본 발명은 종래의 원심분리기에서 발생하던 상기 문제점을 해결한 것이다.
본 발명에 따른 원심분리기는 베이스 프레임과 이 프레임상에 저어널되어 회전 구동되는 관형 구동축과, 상기 구동축의 일단부에 동축으로 설치되며 그에 의해 구동되도록 고정되고 원통형 주위 내면을 가지고 상기 주위 내면과 상기 축사이에 밀폐 구조를 형성하는 원통형 회전자와, 상기 회전자 밀폐 구조내에서 상기 구동축 주위에 동심으로 그와 함께 회전하도록 고정되어 사이에 주위 원추면과 회전자의 주위 내면벽을 두고 있는 입구 및 출구 포오트를 갖는 환형 처리실을 형성하는 회전체와, 관형구동축 내축에 동축으로 고정되며 입출구 포오트중 각각 하나의 연통하는 내측의 축방향 내부통로 및 외부와 구동축 내축과의 사이에 축방향 내부통로 및 외부와 구동축 내측과의 사이에 축방향 환형통로를 제공하는 파이프와, 상기 프레임상에서 하나에는 입구가 또 하나에는 출구가 연결되어 설치된 상, 하부 헤더를 포함하며, 회전자로부터 먼쪽의 구동축 단부가 상기 상부 헤더에 대해 내부로 연장되어 회전가능하게 되어 상기 환형통로가 상기 상부 헤더 내부와 연통되게 되어 있는 유분농도 측정에 있어서의 전처리용 원심분리기에 있어서, 하부 헤더는 상기 상부 헤더에 축방향으로 인접하여 정렬되어 있고, 구동축 내부에 파이프의 대응 단부는 상기 축의 단부를 넘어 하부 헤더내로 연장되고 그에 상대적으로 회전가능하게 되어 있어서, 상기 내부통로가 상기 하부 헤더 내부와 연통하고, 구동축은 수직이며, 분리할 액체 혼합물은 분리실을 통해 상향 유동되고, 회전체 주위벽은 현수 고체 물질만이 회전자 주위벽에서 유지되고 물/오일 혼합물이 분리실 상방에서 유출하도록 하방으로 갈수룩 직경이 증가되는 절두 원추형으로된 원추면인 것을 특징으로 한다.
이하에 본 발명을 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
제1도 및 제2도에서, 원심분리기(10)는 베이스 프레임(11)과 이 프레임(11)의 상부에 고정된 케이싱(12)을 포함한다. 케이싱(12)은 수동 개폐가능하도록 힌지된 상부 뚜껑(13)을 가지며 이 뚜껑(13)을 개방시킨 상태를 제1도의 이점쇄선으로 표시하였다. 뚜껑(13)은 실선으로 도시한 폐쇄 상태에서 로크할 수 있다.
케이싱(12)은 프레임(11)상에서 두개의 베어링(16, 17)에 의해 저어널 지지된 수직 관형 구동축(15)의 상단부에 동축으로 제거가능하게 고정된 원통형 회전자(14) 또는 버킷을 수용한다. 회전자(14)는 축(15)에 고정된 풀리(18)에 연결된 벨트(19)를 통하여 전기 또는 유압 모터(도시 않음)에 의해 일정 속도로 회전된다.
회전자(14)는 그에 고정된 원추형 또는 테이퍼 회전체(20)를 수용하며 상기 회전체(20)의 외부 원추면(20a)과 회전자(14)의 원통형 내면(14a)사이에 환형 또는 원주방향 분리실(32)을 형성한다. 이 분리실(32)은 회전자(14) 중심 하부에 형성된 입구 포오트(22)의 중심 상부에 형성된 출구 포오트(23)를 갖는다. 원주면(20a)의 직경은 하방으로 갈수록 증가한다. 회전자(14)는 내면(14a)에 고정된 복수개의 수직 리브(21)를 갖는다.
중공 구동축(15)은 그에 고정되어 있는 파이프(28)를 수용하며 파이프(28)내측에 내부 통로(28a)를, 파이프(28) 주위와 축(15)내측사이에 외부 환형통로(24)를 형성한다. 환형통로(24)는 입구 포오트(22)와, 내부통로(28a)는 출구 포오트(23)와 연통한다.
축(15)의 하단부는 프레임(11)내에 형성된 상부 헤더(25)내에 회전가능하게 삽입되어 환형통로(24)의 바닥은 헤더(25)내에서 개방된다.
축의 하단부는 시이트링(26a) 및 이 시이트링(26a)에 대해 스프링(26b)으로 밀리는 밀폐링(26c)을 포함하는 기계적 회전 밀봉체(26)에 의해 헤더에 밀폐되어 있다. 헤더(25)는 폐수 공급구(27)로 연결된다.
파이프(28)의 하단부는 헤더(25)하부를 통하여 상부 헤더(25)의 하부 표면상에 설치된 하부 헤더내로 회전 가능하게 삽입되어 파이프(28) 내부통로(28a)는 하부 헤더(29)내에서 개방되도록 되어 있다. 파이프의 하단부는 시이트링(30a)과 이 시이트링(30a)에 대해 스프링(30b)에 의해 밀리는 밀폐링(30c)을 포함하는 기계적 회전 밀봉체(30)에 의해 하부 헤더에 밀폐되어 있다. 하부 헤더(29)는 출구(31)에 연결되어 있다.
작동중에, 구동축(15)과 회전자(14)는 회전하지만 폐수는 입구(27), 상부 헤더(25), 환형통로(24) 및 포오트(22)를 통하여 회전자(14)와 회전체(20) 사이에 형성된 분리실(32)의 하부쪽으로 가압하에서 공급된다. 분리실(32)내측의 출구 포오트(23)쪽으로 상향 유동하는 동안(흡입 압력으로 인하여), 폐수는 회전자(14)와 리브(21)의 회전으로 인한 원심력을 받게 되며 폐수중의 부유물은 회전자(14)의 내면(14a)에 밀어 붙여지도록 침강, 분리된다. 분리후의 폐수는 출구 포오트(23)와 내부 통로(28a), 하부 헤더(29) 및 출구(31)를 통하여 유출되고 또 종래의 유분농도계(도시 않음)로 보내진다.
이 경우, 회전자(14)와 함께 회전하는 회전 구동축(15) 및 파이프(28)의 하단부는 고정 헤더(25, 29)내에서 회전가능하게 삽입되어 있으며, 또 그 삽입부는 밀봉되어 입구(27)의 하단부는 고정 헤더(25, 29)내에서 회전가능하게 삽입되어 있으며, 또 그 삽입부는 밀봉되어 입구(27)로부터 출구(31)까지의 전 경로를 밀봉체로서 형성한다. 이렇게 하면 폐수중에 함유된 가연성 가스가 시스템에서 누출되는 것을 방지할 수 있다.
입구(27)내로 가압된 폐수는 그 자체의 압력에 의해 출구(31)로 흐른다. 출구(31)로부터 배출된 폐수의 압력은 페수 입구(27)에서 공급 압력에서 경로의 압력 손실을 뺀값이 된다. 입구(27)에 공급된 페수의 압력을 적정 수준(상기 압력 손실을 계산함)으로 설정함으로써, 출구(31)로부터 배출되는 폐수는 상당한 압력 수준으로 유지할 수 있다. 이렇게 하면 출구(31)로부터 유분농도계까지 폐수를 운반하는 펌프를 사용하지 않아도 된다.
입구(27)내로 가압된 폐수는 회전자(14)의 회전이 정지되었을 때에도 출구(31)밖으로 유출된다. 따라서, 만약 분리 공정후에 회전자(14)가 회전하지 않는 경우라도 입구(27)내로 세척수를 강제 유입시키면 세척수는 회전자(14)를 통하여 흐르고 출구(31)밖으로 유출된다. 이렇게 하면 회전자 내면(14a)상에 퇴적 분리된 부유물은 세척, 제거할 수 있다.
반대로, 세척수는 출구(31)내로 강제 유입시켜 입구(27)에서 방출되게 할 수도 있다.
회전자(14)내의 부유물을 제거할 수 없는 경우에만 케이싱(12)의 뚜껑(13)을 제1도에 이점쇄선으로 도시한 바와같이 열어서 회전자(14)를 구동축에 고정하는 너트(33)를 풀어 제거하여 회전자(14)를 분해하여 그 내부의 부유물을 제거하면 된다. 회전자(14)는 하부 판형부분(37)과 상부 엎은 컵모양의 부분(36)에 의해 형성되며 컵(36)의 하단부는 판형부분(37)의 홈(38)내에 끼워진다. 따라서 분리기로부터 너트(33)를 제거하고 나면 판형부분(37)을 들어올려 컵의 내부 공간에 접근할 수 있다.
분리실(32) 내부의 폐수에서 부유물을 분리 제거할때, 부유물은 폐수보다 무거워서 원심력에 의해 회전자 내면(14a)에 가압되어 분리되지만 폐수중의 유분은 페수보다 가벼워서 회전체(20)의 외부 원추면(20a)상에 모이게 된다.
이 면(20a)이 원추형이 아닌 원통형이면 표면(20a)상에 퇴적된 유분과 폐수의 비중차 때문에 그 표면을 따라 상승하게 되며 유량과 표면(20a)에 접착된 유분은 상향 이동하며 대형 기름 방울로 성장한 후 표면(20a)으로부터 벗겨져서 분리실(32)로 부터의 유분 흐름을 지연시킨다. 다시 말하면, 부유물의 분리 및 제거에 필요한 시간이 이 작용에 의해 연장되게 된다.
그러나, 본 발명에서는 표면(20a)은 상기한 바와같이 직경이 하방으로 갈수록 증가되는 원추형으로 되어 있다. 이는 그 표면상에 퇴적된 유분이 상승할 때 표면(20a)에 부착되는 유분의 양을 감소시킨다. 이리하여 표면(20a)의 하부로 주입된 유분은 거의 대부분이 상부에 이르게 되며, 분리실(32)로부터 유분이 유출될때에 있어서의 지연을 충분히 방지할 수 있다.
또, 원추면(20a)의 테이퍼 각도 θ(제1도)는 유분이 배출 지연을 보다 단축하는 의미에서는 크게 하는 것이 좋으나 테이퍼 각도 θ를 크게하면 할수록 분리실(32)의 내부 체적이 증가하게 되어 분리실(32)내에 담긴 폐수 체적이 증가한다. 따라서 이 각도는 일정 한도가 있게 된다. 실험에 따르면, 이 각도는 2도 내지 40도로 하는 것이 좋으며, 가장 적합하게는 테이퍼 각도 θ는 10도이었다.

Claims (5)

  1. 베이스 프레임(11)과, 이 프레임상에 저어널 되어 회전 구동되는 관형 구동축(15)과, 상기 구동축의 일단부에 동축으로 설치되며 그에 의해 구동되도록 고정되고 원통형 주위 내면(14a)을 가지고 상기 주위 내면과 상기 축사이에 밀폐 구조를 형성하는 원통형 회전자(14)와, 상기 회전자 밀폐 구조내에서 상기 구동축 주위에 동심으로 그와 함께 회전하도록 고정되어 사이에 주위 원추면(20a)과 회전자의 주위 내면벽(14a)을 두고 있는 입구 및 출구 포오트(22, 23)를 갖는 환형 처리실(32)을 형성하는 회전체(20)와, 관형 구동축 내축에 동축으로 고정되며 입출구 포오트중 각각 하나의 연통하는 내축의 축방향 내부통로(28a) 및 외부와 구동축 내축과의 사이에 축방향 환형통로(24)를 제공하는 파이프(28)와, 상기 프레임상에서 하나에는 입구(27)가, 또 하나에는 출구(31)가 연결되어 설치된 상, 하부 헤더(25, 29)를 포함하며, 회전자로 부터 먼쪽의 구동축 단부가 상기 상부 헤더에 대해 내부로 연장되어 회전가능하게 되어 상기 환형통로가 상기 상부 헤더 내부와 연통되게 되어 있는 유분농도 측정에 있어서의 전처리용 원심분리기에 있어서, 하부 헤더(29)는 상기 상부 헤더(25)에 축방향으로 인접하여 정렬되어 있고, 구동축(15)내부의 파이프(28)의 대응단부는 상기 축(15)의 단부를 넘어 하부 헤더(29)내로 연장되고 그에 상대적으로 회전가능하게 되어 있어서, 상기 내부통로(28a)가 상기 하부 헤더(29) 내부와 연통하고, 구동축(15)은 수직이며, 분리할 액체 혼합물은 분리실(32)을 통해 상향 유동되고, 회전체 주위벽은 현수 고체 물질만이 회전자(14) 주위벽에서 유지되고 물/오일 혼합물이 분리실(32) 상방에서 유출하도록 하방으로 갈수록 직경이 증가되는 절두 원추형으로된 원추면(20a)인 것을 특징으로 하는 유분농도 측정에 있어서의 전처리용 원심분리기.
  2. 제1항 있어서, 회전자(14)의 외부 원통형 벽의 내면(14a)에는 수직 리브(21)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 헤더(25)로 들어가는 구동축(15) 주위에는 기계적 밀봉체(26)가, 그리고 하부 헤더(29)로 들어가는 내부 파이프(28) 주위에는 다른 기계적 밀봉체(26)가 각각 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전체의 절두 원추형의 벽외 테이퍼 각이 2°내지 40°의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 테이퍼 각이 약 10°인 것을 특징으로 하는 원심분리기.
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