KR200300515Y1 - 원형스크린이 장착된 월류수용 와류형 분리기 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 합류식 하수관거 월류수 등의 하수에 그릿, 모래 등의 고형물과 오일, 그리스 등의 부유물을 하수로부터 분리시키는 것 이외에, 하수에 포함되어 있는 부유고형물을 스크린으로 걸러내어, 일정크기 이상의 고형물을 강우기간에 하천으로 방류하지 않고 침전물과 부유물질을 하수처리장으로 보내는 하수 내의 원형스크린이 장착된 월류수용 와류형 분리기에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 와류형 분리기는, 분리기 용기와, 상기 분리기 용기 내로 하수를 유입하기 위한 유입관과, 상기 분리기 용기의 내측에 위치하는 딥플레이트(dip plate)와, 상기 딥플레이트의 내측에 위치하는 스크린과, 상기 스크린에 연결되며 그 아래쪽에 위치하는 배수로와, 상기 배수로의 아래 쪽에 위치하는 중앙콘과, 상기 스크린, 상기 배수로 및 상기 중앙콘의 중앙을 관통하여 상기 분리기 용기의 저부로 빠져나가는 고형물 회수관과, 상기 중앙콘의 하부에 연결되는 저부 도관과, 상기 저부 도관에 일단이 연결되고, 타단은 상기 분리기 용기의 외부로 향하는 저류 유출관과, 상기 배수로의 일측에 형성되는 유출조절장치와, 하천 유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원형스크린이 장착된 월류수용 와류형 분리기{A vortex separator equipped with a circular screen for protecting the sewer overflow}

본 고안은, 합류식 하수관거 월류수(sewage overflow) 등의 하수에 그릿, 모래 등의 고형물과 오일, 그리스 등의 부유물을 하수로부터 분리시키는 것 이외에, 하수에 포함되어 있는 부유고형물을 스크린으로 걸러내어, 일정크기 이상의 고형물을 강우기간에 하천으로 방류하지 않고 침전물과 부유물질을 하수처리장으로 보내는 원형스크린이 장착된 월류수용 와류형 분리기에 관한 것이다.

종래의 고형물 분리장치는, 고형물을 함유하고 있는 하수를 원통형 분리기 용기 내에서 회전시켜 고형물을 중력에 의해 분리기 용기의 바닥으로 떨어지게 하는 방식의 것이 주로 사용되는데, 이러한 고형물 분리장치는 장치 내에서 복잡한 유동 패턴에 의해 야기되는 내부로의 쏠림 효과를 이용하여 부유물을 용기 바닥의 중앙에 위치한 출구로 밀어내는 것이다.

상기 종래의 고형물 분리장치는 비록 그 구조가 단순하지만, 장치의 단순한 구조로 인하여 유동이 복잡한 문제점이 있다. 즉, 상기 고형물 분리장치 내의 유동 패턴은, 분리장치의 외벽 근접부에서 발생하는 하향 나선유동과, 분리장치의 중앙 근접부에서 발생하는 상향 나선유동으로 나뉘어지며, 이러한 두 나선유동 구역은 전단 구역(shear zone)에 의해 분리된다. 다른 속도로 움직이는 경계구역 사이의 유체점성, 경계층 및 운동량(momentum) 전이 효과들로 인해 속도기울기와 와류가 발생하는데, 이때 상향 나선유동과 하향 나선유동의 조합으로 인해 균일하지 못한축방향 유동이 생기는 문제점이 있다.

종래의 하수 내의 고형물 분리장치의 또 다른 일례로, 도 4에 도시되어 있는 것과 같은 사각형 형상의 스크린을 구비하고 있는 장치를 들 수 있는데, 상기 도 4의 하수 내의 고형물 분리장치를 간단히 설명하면 다음과 같다.

건기(dry weather)시에는 하수가 유입관(21)을 통하여 고형물 스크린 장치로 유입된 후, 하수관(22)을 통하여 그대로 하수처리장으로 빠져나간다.

한편, 폭우 등으로 인하여, 상기 유입관(21)으로 유입되는 하수가 증가하면, 하수는 스크린(24)를 하부에서 상부로 관통하면서 웨어(weir)(25)를 넘어 흘러들게 된다. 이 때, 하수 속에 함유되어 있는 고형물은 상기 스크린(24)에 의해 걸러진다.

고형물이 걸러진 하수는 배수관(23)을 통하여 하천으로 흘러나가게 된다. 반면에, 유입관(21)을 통하여 고형물 스크린장치로 유입된 하수 중, 고형물이 그대로 함유되어 있는 일부의 하수는 하수관(22)을 통하여 하수처리장으로 흘러나가게 된다.

이와 같이, 상기 종래의 분리장치는 단순히 하수 속의 고형물을 스크린(24)으로 거른 후, 배수관(21)을 통하여 하천으로 보내는 기능만을 한다. 따라서, 걸러진 고형물들이 스크린(24)을 종종 막게 되므로, 스크린(24)에 잔존하고 있는 고형물을 제거하기 위하여 주기적인 세척이 필요하며, 이에 상당한 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 폭우로 인하여 하수가 증가할 경우, 고형물의 양이 증가함에 따라 스크린(24)이 막혀 범람현상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 고안이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 하수 내의 고형물 분리장치에 있어서의 문제점인, 균일하지 못한 축방향 유동과 스크린 상에 잔존하고 있는 고형물의 제거를 위한 주기적인 스크린 세척과 폭우 시에 스크린이 고형물에 의해 막히는 점을 동시에 개선하고 와류형 분리기에 원형스크린을 장착함으로써 침전물과 부유물질을 동시에 제거하는 월류수용 와류형 분리기를 제공하는 데 있다.

도 1은, 본 고안에 따른 하수 내의 와류형 분리기의 절단 사시도이다.

도 2는, 본 고안에 따른 하수 내의 와류형 분리기의 평면도이다.

도 3은, 본 고안에 따른 하수 내의 와류형 분리기의 단면도이다.

도 4는, 종래의 분리기의 일예의 절단 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...유입관, 2...딥플레이트(dip plate),

3...환형 배플, 4...스크린,

5...배수로, 6...사이폰 브레이크관 어셈블리,

7...중앙콘, 8...저부 도관,

9...사이폰, 10...하천 유출관,

11...저류 유출관, 12...고형물 회수관,

13...분리기 용기, 18...유출조절장치.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 와류형 분리기는,

분리기 용기와;

상기 분리기 용기 내로 하수를 유입하기 위한 유입관과;

상기 분리기 용기의 외벽으로부터 내측에 위치하는 딥플레이트(dip plate)와;

상기 딥플레이트의 내측에 위치하는 스크린과;

상기 스크린에 연결되며, 그 아래쪽에 위치하는 배수로와;

상기 배수로의 아래쪽에 위치하는 중앙콘과;

상기 스크린, 상기 배수로 및 상기 중앙콘의 중앙을 관통하여 상기 분리기 용기의 저부로 빠져나가는 고형물 회수관과;

상기 중앙콘의 하부에 연결되는 저부 도관과;

상기 저부 도관에 일단이 연결되고, 타단은 상기 분리기 용기의 외부로 향하는 저류 유출관과;

상기 배수로의 일측에 형성되는 유출조절수단과;

상기 유출조절수단과 소통하는 하천 유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 와류형 분리기는, 상기 딥플레이트의 내벽에 돌출되게 형성되는 판상의 환형 배플(annular baffle)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유출조절수단은, 상기 배수로의 일측에 형성되는 사이폰과, 상기 사이폰과 연결되어 있는 사이폰 브레이크관 어셈블리를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

본 고안의 와류형 분리기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상류에 위치하는 유입조절 맨홀(15)과 유입관(1)을 개재하여 연결되는 한편, 와류형 분리기에서 분리된 하수와 고형물을 외부로 배출시키는 고형물 회수관(12), 저류유출관(11), 유출관(10)이 각각 구성되어 있으며, 유출조절 맨홀(16)은 상기 유입조절 맨홀(15)과 측관(14)으로 연결되는 한편, 와류형 분리기와는 저류유출관(11)과 고형물 회수관(12)으로 연결된다. 여기서, 상기 와류형 분리기는, 분리기 용기(13)와 그 내부에 설치된 딥플레이트(dip plate)(2), 스크린(4), 배수로(5), 환형 배플(3), 중앙콘(7), 저부 도관(8), 유출조절장치(18)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 유입관(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 일단은 유입조절 맨홀(15)에, 그 타단은 상기 분리기 용기(13)에 경사지게 연결된다. 또한, 도 2에도시된 바와 같이, 상기 유입관(1)은 상기 분리기 용기(13) 내에 도입된 하수에 회전 유동을 발생시키기 위하여, 상기 분리기 용기(13)의 외벽 측면에 접선방향으로 연결된다.

또한, 상기 딥플레이트(2)는, 그 상·하부가 개방되어 있는 공동(hollow)의 실린더 형상을 가지고 있으며, 상기 분리기 용기(13)의 내측에 위치한다. 한편, 상기 딥플레이트(2)의 내주면 중간 부근에는 판 형상의 환형 배플(annular baffle)을 추가적으로 설치하여 딥플레이트(2) 내부에서 하수가 상승할 때 고형물이 부상하는 것을 저지토록 하는 것이 바람직하다.

상기 스크린(4)은, 상기 딥플레이트(2)의 내부에 위치하며 원추형 형상을 가지는데, 상기 스크린(4) 메쉬의 크기를 변경하여 걸러지는 고형물의 크기를 조절할 수 있다.

또한, 상기 배수로(5)는, 상부가 개방된 원통형 형상을 가지며, 그 상단부가 상기 스크린(4)의 외주와 연결되고, 상기 스크린(4)을 통과한 고형물이 걸러진 하수가 상기 유출조절수단(18)으로 흘러들 수 있도록 그 측면의 일부에 돌출되게 형성된 개구(opening)를 가진다.

그리고, 상기 중앙콘(4)은, 상기 배수로(4)의 아래쪽에 위치하고, 엎어놓은 콘 형상의 배플(baffle)이며, 상기 중앙콘(4)의 하단 면의 외주를 따라 그 하부에는 환형의 저부도관(8)이 형성된다. 여기서, 상기 저부도관(8)은, 저류 유출관(11)을 개재하여 상기 유출조절 맨홀(16) 내의 유량제어장치(17)에 연결된다.

또한, 상기 고형물 회수관(12)은, 상기 스크린(4)의 중앙부에서 시작하여 상기 중앙콘(4) 및 상기 배수로(5)의 중앙을 관통하여 상기 유출조절맨홀(16) 내의 유량제어장치(17)까지 연장되어 있다.

한편, 유출조절장치(18)는, 도1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배수로(5)와 유출관(10)의 사이에 위치하며, 사이폰(9)과 사이폰 브레이크관 어셈블리(6)로 구성되어 있다. 상기 사이폰(9)은 입구와 출구를 가지며, 그 사이에 크레스트(crest)를 형성하고, 후술하는 사이폰 브레이크관의 일단과 연결된다. 또한, 상기 사이폰 브레이크관 어셈블리(6)는, 사이폰 브레이크관과 상부가 개방되어 있는 박스로 구성되어 있는데, 상기 사이폰 브레이크관은 제1 단부(6a)와 제2 단부(6b)를 가지며, 제1 단부(6a)는 상기 사이폰(9)의 크레스트와 연결되어 있고, 제2 단부(6b)는 상기 사이폰(9) 입구의 위쪽으로 박스의 내부에 위치하며, 박스 측벽의 상단부는 상기 사이폰 브레이크관의 제2 단부(6b)보다 높은 위치에 있다.

상기 유출조절장치(18)에는 고형물이 걸러진 하수를 하천으로 방출하는 유출관(10)이 연결된다.

이하, 본 고안의 와류형 분리기에 따른 하수의 유동을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

건기에는, 유입조절 맨홀(15)로 유입된 하수가 와류형 분리기로 유입되지 않고, 측관(14)을 통하여 유입조절 맨홀(15)보다 하류에 위치해 있는 유출조절 맨홀(16)을 통하여 하수처리장으로 흘러간다.

이에 대하여, 폭우 시에는 유입조절 맨홀(15)로부터 하류로 흘러가는 하수의 양이 상기 유입조절 맨홀(15)의 유량제어장치(17)로 인하여 제한되므로, 유입조절맨홀(15)에서의 수위가 점차 올라가게 된다.

상기 유입조절 맨홀(15) 내의 수위가 충분히 높아졌을 때, 하수는 상기 유입조절 맨홀(15)에 연결되어 있는 유입관(1)을 통하여 와류형 분리기 내로 흘러들어감에 따라, 와류형 분리기 내에서의 수위는 점차 높아지고, 하수는 저류(低流) 유출관(11)을 통하여 유출조절 맨홀(16)로 빠져나간다.

여기서, 상기 유입관(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 분리기 용기(13) 내에 도입된 하수에 회전 유동을 발생시키기 위하여, 상기 분리기 용기(13)의 외벽 측면에 접선방향으로 연결된다. 따라서, 와류형 분리기 내의 하수에 나선형 유동패턴이 발생하는데, 딥플레이트(2)를 기준으로 하여 그 외부에서는 하강 나선유동이 발생하는 한편, 그 내부에서는 상승 나선유동이 발생하며, 두 유동이 만나는 전단구역 (shear zone)에서는 하수의 유동이 거의 정지상태에 이르게 되어, 하수 내의 고형물은 부유 상태에서 아래 쪽으로 떨어지게 된다. 이 때, 고형물은 저부 도관(base channel)(8)쪽으로 떨어진 후, 상기 저류 유출관(11)을 통하여 와류형 분리기를 빠져나간다.

상기 딥플레이트(2)는 분리기 용기(13) 내에서의 액체의 유동을 안정화시키고, 회전력과 전단력의 효과를 안정하게 제어함으로써 난류를 최소화하는데, 특히 상기 딥플레이트(2)를 기준으로 하여 그 외부의 빠른 유동과 그 내부의 느린 유동의 경계가 설정된다.

또한, 상기 중앙콘(7)은, 상기 분리기 용기(13) 내로 유입된 하수의 주요 유동을 상기 딥플레이트(2)의 내부 환형 공간에서 상향으로 유도하면, 이 때 상기 환형 배플(3)은 상기 중앙콘(7)에 의해 상향으로 유도된 하수의 유동에 포함되어 있는 일부 고형물의 상승을 저지하게 된다. 따라서, 상기 딥플레이트(2)를 기준으로 하여 외부의 하강 나선유동과 내부의 상승 나선유동이 만나는 전단구역(shear zone)에서 저부 도관(8) 쪽으로 떨어지지 않은 고형물을 다시 한번 걸러주는 역할을 한다.

한편, 수위가 상기 분리기 용기(13) 내에서 점차 상승하면, 상기 딥플레이트 (2)의 외벽과 상기 분리기 용기(13) 내벽 사이의 하수와, 상기 딥플레이트(2)의 내벽과 상기 배수로(5)의 외측벽 사이의 하수는, 원추형 스크린(4) 위로 흘러내린다. 이 때, 하수 내의 고형물의 일부는 상기 원추형 스크린(4)의 중앙부에 연결되어 있는 고형물 회수관(12) 쪽으로 배출되고, 나머지는 원추형 스크린(4) 상에 걸러진다. 고형물이 걸러진 하수는 상기 원추형 스크린(4)을 통과하여 배수로(5) 쪽으로 떨어진다.

상기 배수로(5)로 떨어진 하수는 유출조절장치(18) 쪽으로 흘러드는데, 이 때 하수의 유동은 상기 유출조절장치(18)의 상기 사이폰(9)에 의해 일단 저지됨에 따라서, 상기 원추형 스크린(4) 아래쪽의 상기 배수로(5)에서의 수위가 점차 상승된다.

수위가 상기 원추형 스크린(4) 아래쪽의 배수로(5)에서 점차 상승하여, 상기 원추형 스크린(4)을 그 하부에서 상부로 통과하면서 상승할 때, 하수는 상기 원추형 스크린(4) 표면으로 넘치면서, 상기 원추형 스크린(4) 상에 걸려져 있는 나머지 고형물과 함께 상기 고형물 회수관(12)을 통하여 유출조절 맨홀(16)로 향하게 된다.

한편, 상기 배수로(5)에서 하수의 수위가 충분히 상승했을 때, 상기 사이폰(9)은 하수를 방출하는데, 고형물이 걸러진 하수는 유출관(10)을 통하여 하천으로 흘러 들어간다.

상기 사이폰(9)을 통하여 하수가 유출관으로 방출됨에 따라서 상기 배수로(5)에서의 수위는 사이폰 브레이크관 입구(6b) 아래로 떨어진다. 이 때, 상기 사이폰 브레이크관 입구(6b)로 공기가 혼입되고 상기 사이폰(9)의 작동은 멈춘다. 한편, 하수의 수위가 상기 원추형 스크린(4) 아래로 떨어지면, 상기 원추형 스크린(4)의 메쉬에 의해 설정된 크기보다 큰 고형물은 상기 원추형 스크린(4)의 표면에 걸러진다.

그리고, 와류형 분리기의 상기 분리기 용기(13)와 상기 배수로(5)에서 하수의 수위가 다시 높아지고, 수위가 상기 원추형 스크린(4) 쪽으로 상승하고 통과하면서, 상기의 사이클이 반복된다.

본 고안에 따른 와류형 분리기는, 상기의 사이클을 통하여 상기 스크린(4)의 유효한 자정 작용을 생성한다. 또한, 사이클은 폭우가 끝날 때까지 계속되며, 폭우가 종료시 와류형 분리기는 건기 시의 하수의 유동으로 되돌아가게 된다.

상기한 구성의 본 고안에 따르면, 종래의 하수 내의 고형물 분리장치에 있어서의 문제점인, 균일하지 못한 축방향 유동을 개선하여 하수 내에 포함되어 있는고형물의 제거효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 스크린 상에 잔존하고 있는 고형물을 제거하기 위한 주기적인 스크린 세척이나, 폭우 시에 고형물에 의해 스크린이 막히는 문제점을 동시에 개선할 수 있다

Claims (7)

1. 하수 내의 고형물을 분리해내기 위한 와류형 분리기에 있어서,

   분리기 용기(13)와;

   상기 분리기 용기(13) 내로 하수를 유입하기 위한 유입관(1)과;

   상기 분리기 용기(13)의 내측에 위치하는 딥플레이트(dip plate)(2)와;

   상기 딥플레이트(2)의 내측에 위치하는 스크린(4)과;

   상기 스크린(4)에 연결되며, 그 아래쪽에 위치하는 배수로(5)와;

   상기 배수로(5)의 아래쪽에 위치하는 중앙콘(7)과;

   상기 스크린(4), 상기 배수로(5) 및 상기 중앙콘(7)의 중앙을 관통하여 상기 분리기 용기(13)의 저부로 빠져나가는 고형물 회수관(12)과;

   상기 중앙콘(7)의 하부에 연결되는 저부 도관(8)과;

   상기 저부 도관(8)에 일단이 연결되고, 타단은 상기 분리기 용기(13)의 외부로 향하는 저류 유출관(11)과;

   상기 배수로(5)의 일측에 형성되는 유출조절장치(18)와;

   하천 유출관(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 와류형 분리기는, 상기 딥플레이트(2)의 내벽에 돌출되게 형성되는 판상의 환형 배플(annular baffle)(3)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 유출조절장치(18)는, 상기 배수로(5)의 일측에 형성되는 사이폰(9)과, 상기 사이폰(9)과 연결되어 있는 사이폰 브레이크관 어셈블리(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 사이폰(9)은, 사이폰 입구와 사이폰 출구를 가지며, 그 사이에 크레스트(crest)를 형성하며, 사이폰 브레이크관의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.
5. 제3항에 있어서,

   상기 사이폰 브레이크관 어셈블리(6)는, 사이폰 브레이크관과 상부가 개방되어 있는 박스로 구성되어 있는데, 사이폰 브레이크관은 제1 단부(6a)와 제2 단부(6b)를 가지며, 제1 단부(6a)는 상기 사이폰(9)의 크레스트와 연결되어 있고, 제2 단부(6b)는 사이폰 입구의 위쪽으로 박스의 내부에 위치하며, 박스 측벽의 상단부는 사이폰 브레이크관의 제2 단부(6b)보다 높은 위치에 있는 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 유입관(1)은, 상기 분리기 용기(13) 내에서 회전 유동을 발생시키기 위해, 상기 분리기 용기(13) 외벽의 측면에 접선방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 딥플레이트(dip plate)(2)는, 그 상·하단부가 개방되어 있는 공동(hollow)의 실린더 형상인 것을 특징으로 하는 와류형 분리기.