KR100472600B1

KR100472600B1 - 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템

Info

Publication number: KR100472600B1
Application number: KR10-2002-0081264A
Authority: KR
Inventors: 강동열
Original assignee: 강동열; 하정림
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2005-03-15
Also published as: KR20040054925A

Abstract

본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템은 스테인레스강, 듀플렉스강과 같이 내식성, 내구성, 내충격성이 강한 재질로 이루어져서 원수를 여과수로 처리하되, 원수가 유입되는 이중관 형식의 집수탑(100)과, 이런 집수탑(100)을 축심에 배치하며, 적어도 하나 이상의 원통유니트(210)를 적층하여 용접하고, 내부에 여과 사층(250)을 구비한 원통형 여과조(200)와, 이런 여과조(200)의 내부에서 노즐(380) 및 임펠러(390, 391, 392, 393)를 집수탑(100)의 상부에 결합된 회동 모터(330)로 선회시키는 임펠러형 표면세척장치(300)를 포함하며, 원수의 유입을 특별한 이유 없이 단속시키지 않고 연속적으로 여과 과정을 수행하면서, 노즐(380)에서 분사되는 세척수가 주기적으로 여과 사층(250)에 쌓인 머드 벌을 분리 및 세척하여 부유시키고, 임펠러(390, 391, 392, 393)가 부유된 머드 벌을 외부로 제거시킨다.

Description

임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템{CYLINDRICAL WATER FILTERING SYSTEM HAVING SURFACE CLEANING DEVICE WITH IMPELLER AND NOZZLE FOR SAND}

본 발명은 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템에 관한 것으로, 특히 스테인레스 재질의 원통형 벽체 구조를 갖는 상하수도용 여과지이고, 그의 여과방법이 하향 수류 방식, 중력 방식, 완속여과방식에 가까우나, 원수 유입의 단절 없이 연속적으로 정수용 여과 사층(沙層)에 낀 머드(mud)벌의 제거, 세척 및 수거를 효율적으로 수행하여 그 결과 급속여과와 같이 대용량의 여과수를 처리할 수 있는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템에 관한 것이다.

일반적으로 식수는 각종 유해물질에 대해 일생동안 섭취하여도 유해하지 않은 자연 상태의 물(암반대수층안의 지하수, 용천수 등)과 같은 샘물과, 이런 샘물을 먹는데 적합하도록 물리적/화학적 처리를 가하여 제조한 먹는 샘물과, 수자원(수원지, 댐, 계곡수, 강물 등)을 식수로 음용하기 위해 정수처리한 수돗물로 분류될 수 있다.

특히, 국민 대다수가 경제적으로 일생동안 음용하는 수돗물의 경우 국민건강에 직결되는 사안이므로, 상하수도 정수처리시설을 통해 철저한 수질 관리가 수행되고 있다.

일반적인 상하수도 정수처리시설은 일명 정수장(filtration plant)을 의미하는 것으로서, 착수정, 약품투입시설, 혼화지, 응집지, 침전지, 여과지, 고도정수처리시설, 정수지(clear wall), 송수펌프시설, 배수지로 이루어져 있다.

여기에서, 여과지는 원수나 예비처리된 물(현탁액)을 모래(sand), 안트라사이트(anthracite) 등의 여과재에 의해 형성된 다공질의 여층을 통해서 부유물질을 제거하는 설비로서, 침전으로 제거되지 않는 미세한 입자를 효과적으로 제거한다. 이런 여과지에서 사용하는 여과법으로는 여과사의 직경에 따라 완속모래법과 급속모래법이 있으며, 하루에 물을 처리하는 여과속도에 따라 여과지의 성능과 용량이 정해진다.

예컨대, 완속여과의 경우에는 여과속도가 3∼5m/day 정도이며, 급속여과의 경우에는 100∼150m/day 정도이다. 또한, 여과재로서 단순한 모래를 사용하지 않고 석탄을 원료로 한 탁도 제거용 여과재인 안트라사이트를 사용할 경우에는 300m/day 정도로 여과속도가 증가될 수 있다.

그러나, 하기와 같이 소정 시간 사용된 여과재(모래, 안트라사이트)는 반드시 세척을 하지 않을 경우, 여과시에 부유물들이 쌓이거나 머드 벌이 생성됨으로써, 여과지의 성능 저하, 상수공급 능력 저하, 여과지 유지 관리상의 문제점 등을 유발시킨다.

따라서, 이런 문제점을 해결하기 위해서 여과지 시설에는 머드 벌 제거 및 세척을 위해서 여과지용 표면세척기가 구비되어 있다.

일반적인 여과지용 표면세척기는 대한민국 등록특허 제 10-254022호에 개시된 바와 같이, 회전체와, 분사관과, 그리고 Y형 고속회전식 분사노즐로 구성되어 있되, Y형 고속회전식 분사노즐이 본관과 두개의 지관으로 형성되는 Y형관과, 분사관에 노즐을 나사식으로 결합하며, 본관을 에워싸고 있는 부시형 결속나사와, 지관의 끝단에 결합되어 있고 유단면이 있는 고속회전용 날개 및 상기 본관의 원통형 내부에 노즐의 회전방향으로 나선각을 갖도록 설치된 회전용 격판으로 이루어져, 유입수의 일정한 수압에 의해 고속으로 회전되도록 하고 있다.

그러나, 이런 특허 기술은 사각형 여과지에 장착되나 여과조의 모서리 부위에 수압이 도달하지 못하는 단점이 있으며, 유입수의 수압을 이용하기 때문에 물을 배분하는 본관의 길이를 일정 길이 이상 연장하기가 매우 어려워 소형 제작 후 다수 설치가 불가피하다.

또한, 위에서 언급한 특허 기술은 단순히 Y형 고속회전식 분사노즐을 통해 분사되는 물의 수압으로 여과사와 머드 벌을 분리 및 세척하는 원리를 이용함으로써, 분리 및 세척된 머드 벌을 여과조 외부로 제거하는 수단이 없어서, 별도의 수작업 청소를 요구하는 불편함이 존재하였다.

더욱이 상기 특허 기술은 여과조에 공급되던 물의 입수를 차단함과 동시에 기존에 여과조에 남아있던 물을 모두 퇴수 시킨 후에 비로소 여과사 청소작업이 가능하여, 여과 과정을 청소 작업 내내 중단해야 하므로 전체 목표 여과수 생산량에 지대한 악영향을 끼치는 단점이 있다.

이와 같은 문제점은 여과지용 표면세척기를 구비하거나 하고 있지 않은 종래 기술의 역세척 여과지에서도 동일하게 발생되고 있는 실정이다.

종래의 역세척 여과지에는 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 철근 콘크리트 벽체(11a, 11b)에 의해 여과조(10)가 양측으로 구분 형성되고, 여과재층(13)이 형성되는 여과영역(14)과, 그의 하부에 하부집수실(15)이 형성되어 있다.

여과조(10)의 일측에는 원수 유입거(17)와 원수 유입웨어(18)가 형성되고, 원수 유입거(17)와 원수 유입웨어(18) 사이에는 유입밸브가 설치되어 있으며, 여과조(10)의 측벽부에는 원수를 배분시키는 원수 배분거(26)가 형성되어 있다.

여과조(10)의 중간에는 양쪽 내부 벽체(11a) 사이의 하부에 정수거(20)가 구비되고, 정수거(20)의 상부에는 역세척수 퇴수거(24)가 형성되어 있으며, 정수거(20)의 양쪽 내부 벽체(11a)에는 정수 유출구(21)와 공기 연통공(22)이 형성되어 있다.

여과조(10)의 일측에 구비되는 원수 유입거(17)의 하부에는 퇴수거(23)가 형성되고, 퇴수거(23)와 역세척수 퇴수거(24) 사이에는 퇴수밸브(25)가 결합되어 있다.

이와 같은 여과조(10)의 하부에는 받침빔(12)이 일정한 간격을 두고 벽체(11a, 11b)와 일체로 형성되어 있으며, 받침빔(12) 위에 다수개의 여과블럭(30)이 결합되어 있다.

이와 같은 종래의 여과지는 원수 유입거(17)를 통하여 병행 운전되고 있는 여과지별로 원수의 유입량이 균등하게 유입되고, 이 원수는 원수 배분거(26)를 통하여 여과조(10)의 여과영역(14)에 적층된 여과재층(13)의 상층에 유입된다.

이 유입된 원수는 여과사(모래, 안트라사이트), 여과사리, 여과자갈 등이 적층된 여과재층(13)을 통과하면서 주로 현탁물질이 제거되어 정수되며, 여과된 정수는 여과조(10) 하부의 하부집수실(15)로 유입되고 정수 유출구(21)를 통하여 정수거(20)로 집수된 후 배수조로 배출된다.

이러한 여과 작용이 반복됨에 따라 여과재층(13)의 여과력이 떨어지면 여과를 중단하고 세척을 하게 되며, 이러한 세척은 여과력에 큰 영향을 미치므로 여과조(10) 전체에 걸쳐 균등하고 유효한 세척이 이루어져야 한다.

여과재층(13)을 역세척하면서 물공기식은 공기공급수단(도시하지 않음)에 의해 상기 정수거(20)에 역세척 공기를 공급하면 다수개의 공기 연통공(22)을 통하여 양쪽 여과조(10)의 하부집수실(15)로 유입되어 여과재층(13) 위로 상승된다. 그리고 여과재층(13)의 여과사에 부착된 탁질은 위로 상승되는 기포의 미진동에 의해 떨어지게 되며, 이어서 역세척수를 공급하게 되면 여과사에서 떨어진 탁질이 역세척수와 함께 역세척수 퇴수거(24)로 유입되고, 퇴수밸브(25)와 퇴수거(23)를 통하여 다음 회수로로 배출된다.

이와 같은 여과지에 있어서, 여과조(10)의 받침빔(12) 상부에 설치되는 여과블럭(30)은 전체적으로 수평이 균일하게 유지되어야 하고, 또 각 여과블럭(30) 사이의 틈새가 완벽하게 차단되어야 하며, 이와 같이 여과블럭(30)의 수평도와 기밀성이 유지되어야 역세척 시 하부집수실(15)을 통하여 공급되는 물과 공기가 여과조(10)의 전면에 걸쳐 균일하게 상승하여 역세척이 균일하게 행하여진다.

그러나, 종래의 여과지는 역세척시 앞서 언급한 바와 같이 일정 시간마다 원수의 유입을 차단하여 여과 작업을 정지하고 세척(역류세척)하게 됨으로써, 연속 여과를 진행할 수 없으며, 이에 따라 여과수 생산량이 상대적으로 적게 되는 단점이 있다.

또한 종래의 여과지는 복잡한 구조를 갖는 하부집수실의 시공이 매우 어렵고 숙달된 작업자라 하더라도 매우 세밀하고 정교한 작업을 요구함으로써 설치 시공이 어려울 뿐만 아니라 유지 및 보수가 잦은 단점이 있다.

또한, 종래의 여과지는 기존 콘크리트 공법에 의해 지중에 내설된 관계로, 시공비가 상대적으로 막대함에 비해 비위생적이며, 재질의 특성상 오랜 시간 사용시 콘크리트 표면에 점착되어 있던 코팅막이 이격됨에 따라 수질 오염의 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 입수와 퇴수를 동시에 수행하는 이중관 형식의 집수탑과, 시공성이 뛰어난 스테인레스 재질의 대용량 원통형 여과조와, 물속에 잠긴 형태로 회전하는 임펠러와 노즐을 구비한 임펠러형 표면세척장치로 이루어져 있어서, 원수의 유입을 차단함 없이 연속적으로 여과를 수행할 수 있고, 일정 시간 간격으로 여과 사층에 존재하는 머드(mud)벌을 제거, 세척, 수거를 효율적으로 수행할 수 있는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 원통유니트의 적층 제조 방법에 의해 시스템 설비의 제작 및 설치가 단기간에 이루어질 수 있고 스테인레스 재질로 인하여 반영구적으로 사용이 가능하여 경제적이며, 지상에 설치됨으로 유지 및 보수가 용이한 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적들은 스테인레스강, 듀플렉스강과 같이 내식성, 내구성, 내충격성이 강한 재질로 이루어져서 원수를 여과수로 처리하는 정수시설용 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템에 있어서, 원수가 유입되는 이중관 형식의 집수탑과, 이런 집수탑을 축심에 배치하며, 적어도 하나 이상의 원통유니트를 적층하여 용접하고, 내부에 여과 사층을 구비한 원통형 여과조와, 이런 여과조의 내부에서 노즐 및 임펠러를 집수탑의 상부에 결합된 회동 모터로 선회시키는 임펠러형 표면세척장치를 포함하며, 원수의 유입을 특별한 이유 없이 단속시키지 않고 연속적으로 여과 과정을 수행하면서, 노즐에서 분사되는 세척수가 주기적으로 여과 사층에 쌓인 머드 벌을 분리 및 세척하여 부유시키고, 임펠러가 부유된 머드 벌을 외부로 제거시키는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템에 의해 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 2는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템의 외형적 구성을 설명하기 위한 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시된 이중관 형식의 집수탑의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 집수탑의 결합관계를 설명하기 위해 절단선 B-B'를 따라 소정 부위를 절개한 부분사시도이다. 또한, 도 5는 도 2에 도시된 원통형 여과조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 6은 도 2에 도시된 임펠러형 표면세척장치의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다. 그리고, 도 7은 도 6에 도시된 임펠러형 표면세척장치의 결합관계를 설명하기 위한 단면도이며, 도 8은 본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템의 작동방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 수원지, 댐에 확보된 물이나 강물, 계곡수 등의 수자원을 여과시키는 정수장 설비 중 하나로서, 기존의 정수장에서 찾아볼 수 없는 신 개념의 스테인레스 원통형 저장탱크 구조를 적용한 기술이다.

기본적으로, 본 발명의 시스템은 대부분 스테인레스강, 듀플렉스강과 같이 내식성, 내구성, 내충격성이 강한 'STS444', 'DUPLEX2205, 2206' 등의 판부재와, 'KS D 3595', 'KS D 3576' 등의 관부재를 사용한 이중관 형식으로 축심에 배치된 집수탑(100)과 원통형 여과조(200)와 임펠러형 표면세척장치(300)로 이루어져 있다.

본 발명의 시스템에서는, 상대적으로 높은 수위를 갖기 때문에 일정 높이의 압력 수두를 갖는 원수가 하부에 위치한 입수관(110)을 통해서 집수탑(100)으로 유입된 다음 집수탑(100)의 상부로 이동하고, 이후 적어도 하나 이상의 배출관(170)을 통해 여과조(200)로 유입되며, 여과조 내부의 여과 사층을 통과한 후에 수조바닥판(130)과 집수실(120)로 모인 후에 출수관(180)으로 빠져나가는 일련의 여과 과정이 연속적으로 수행된다. 여기에서, 압력 수두란 어떤 크기의 압력이 밀어 올릴 수 있는 물기둥의 높이를 의미한다.

이렇게 입수 및 출수가 계속 진행되는 여과 과정 수행 도중에 임펠러형 표면세척장치(300)는 소정 간격으로 회전작동한다.

이때, 회전중인 표면세척장치(300)의 노즐에서 토출되고 소정 크기의 수압을 갖는 세척수는 여과사에 퇴적된 머드 벌을 제거 및 세척하고, 세척된 머드 벌과 함께 혼탁수 형태로 물속에서 부상하게 된다. 그리고, 떠오르는 세척수(혼탁수, 퇴수)는 회전 중인 표면세척장치(300)의 임펠러(390, 391, 392)에 의해 퇴수거(290) 쪽으로 월류하며, 퇴수관(291)을 통해 외부로 방출된다.

이런 본 발명의 시스템은 지중에 내설되는 것이 아니라 지상에 설치되며, 이를 위해 점선으로 표시한 콘크리트형 받침 구조 내지 파이프 형상의 받침 구조(40)를 부가적으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 시스템에는 여과조(200)의 상단 테두리 부위에 가이드 레일과 작업자 지지대와 같은 부가적 시설물(도시 안됨)과, 임펠러형 표면세척장치(300)의 회동 모터에 소정 시간 간격으로 전원을 공급하여 일정 타이밍으로 작동할 수 있게 하는 표면세척장치 구동제어부(도시 안됨)가 제공된다.

이하, 본 발명의 시스템 장치들의 세부 구성 내용과 결합관계를 설명하도록 하겠다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이중관 형식의 집수탑(100)은 입수관(110)과 집수실(120)과 수조바닥판(130)과 받침구조(140)와 여과판(150)과 몸체관(160)과 배출관(170) 및 출수관(180)으로 구성되어 있다.

입수관(110)은 정수장의 침전지의 출수관과 배관된 것으로서 여과하려는 원수를 공급받는 역할을 하고, 'ㄱ'자 형상을 갖는다. 이때, 원수는 몸체관(160)의 높이에 대응하는 압력 수두를 갖고 있기 때문에 몸체관(160)의 상부까지 차 올라 올 수 있다.

집수실(120)은 입수관(110)의 상부 개구부위에 대응한 하부 배관공(121)과 수조바닥판(130)의 하부 개구부위에 대응한 상부 배관공(123)이 각각 형성되며, 상기 입수관(100) 내지 하기 몸체관(160)보다 더 큰 외직경을 갖는 원통형 박스 구조물로서, 지름 방향으로 출수관(180)이 배관될 수 있게 연결 구멍(128)과 볼트 체결 구멍 등이 형성되어 있다.

특히, 집수실(120)의 배관 구멍(123) 주위에는 수조바닥판(130)을 지지하면서 결합될 수 있게 플랜지부(122)를 형성하고 있다. 플랜지부(122)는 용접, 볼트 결합 등의 접합 수단에 의해서 집수실(120)을 수조바닥판(130)에 결합시킨다.

수조바닥판(130)은 물이 하부의 집수실(120) 쪽으로 모일 수 있도록 콘형상으로서 형성되어 있다.

받침구조(140)는 콘형 수조바닥판(130)을 기준으로 여과판(150)을 수평하게 지지하는 구조물로서, 두께 방향으로 물이 흘러 갈 수 있도록 아치형 구멍(143)을 갖는 각각의 직각 삼각형 판부재(141, 142)들을 원주방향으로 소정 간격을 유지하게 배열한 것이다.

여과판(150)은 여과사, 여과사리, 여과자갈 등이 집수실(120) 쪽으로 들어가는 것을 억제함과 동시에 여과된 물이 빠져나갈 수 있는 망 형상의 판재로서, 수조바닥판(130)의 상부 외경과 하부 내경의 중간 정도의 직경을 갖고, 몸체관(160)에 대응한 중심 구멍(151)을 형성하고 있다.

몸체관(160)은 튜브 형상으로서 하단 개구부위는 입수관(110)의 상단 개구부위와 용접 또는 나사 결합에 의해 조립되며, 수조바닥판(130)의 하부 내경(131) 보다 약간 더 작은 직경을 갖게 되어 여과된 물이 집수실(120)로 유입되도록 한다. 특히, 몸체관(160)의 상단 부위는 상판(161)에 의해 밀폐되어 있으며, 상판(161)의 상면 형상은 표면세척장치(300)를 회전 가능하게 지지하는 턴테이블용 지지판과 같은 역할을 하도록 형성되어 있다.

배출관(170)은 일종의 'ㄱ'자 형상 가이드관으로서, 몸체관(160)의 상단 주위의 원주면에서 해바라기 형상과 같이 다수로 배열되며, 이때 서로 일정 간격을 유지하면서 물을 배출시킬 수 있게 각각 배관되어 있다.

출수관(180)은 집수실(120)에 모인 여과된 물을 외부로 방출시키는 역할을 담당한다.

이런 이중관 형식의 집수탑(100)은 상부의 임펠러형 표면세척장치(300)를 지지하는 중심축의 역할도 담당한다.

도 4의 절단선 B-B'를 따라 우측 부위를 절개한 바와 같이, 이중관 형식의 집수탑(100)은 앞서 설명한 구성 부품들로 결합되어 있다.

출수관(180)은 집수실(120)의 원주면에 관통하게 배관되고, 집수실(120)의 하부에는 입수관(110)이 배관되며, 집수실(120)의 상부는 수조바닥판(130)의 하부 내경(131) 테두리 부위에 용접된다. 이때, 입수관(110)의 상부는 집수실(120)의 내부에서 몸체관(160)과 체결된다. 이후, 다수의 직각 삼각형 판부재들로 이루어진 받침구조(140)가 수조바닥판(130)의 내표면과 몸체관(160)의 외원주면에 각각 용접된다. 따라서, 전체 원통형 여과시스템의 하중은 받침구조(140)를 통해 그의 바로 아래쪽 수조바닥판(130)에 위치할 콘크리트형 받침 구조 내지 파이프 형상의 받침 구조(도시 안됨)로 전달되어 지면에 지지된다.

한편, 상기 받침구조(140)의 상부에는 여과판(150)이 용접되며, 여과판(150)의 외측 테두리가 수조바닥판(130)의 내표면에 용접으로 고정되고, 그리고 여과판(150)의 내경측 테두리가 몸체관(160)의 외원주면에 용접으로 고정된다.

여기에서, 원수는 각 부위별로 표시한 화살표와 같은 유동 방향으로 흘러갈 수 있게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 원통형 여과조(200)는 집수탑(100)을 축심에 위치하도록 수조바닥판의 테두리부위에 배치된다.

여기에서, 집수탑(100)의 상판(161)에 대해 부연 설명하면, 상판(161)은 표면세척장치를 회전 가능하게 지지하는 턴테이블용 지지판과 같은 역할을 하도록, 하기에 설명할 표면세척장치의 회동 모터의 회전축을 고정시키기 위한 기어홈(165)을 갖는 축심 돌출부(164)를 일체형으로 형성하고 있고, 축심 돌출부(164)와 외측 테두리 돌출부(162)의 중간 부위에 사각 단면의 링형 안착홈(163)이 형성되어 있다. 링형 안착홈(162)에는 링형 지지대(310)가 안착된다.

링형 지지대(310)는 표면세척장치의 회전을 원활하게 유도하면서도, 그의 하중을 지지하는 역할을 담당하는 것으로서, 'T'자 단면의 링형상으로 형성되어 있으며, 그의 외원주면에서 수직하게 다수로 일정 간격을 유지하면서 돌출된 적어도 하나 이상의 회전축(311)들을 갖고 있다. 이런 다수의 회전축(311)에는 각각 베어링을 구비한 위성 바퀴(312, 313)들이 회전 가능하게 결합된다.

한편, 여과조(200)는, 상단(211)과 하단(212)을 절곡성형하여 플랜지 형상으로 만든 원통유니트(210)들을 적층 및 용접하는 제작공법에 의해 제작된다. 이런 공법은, 예를 들어 본 출원인이 기술평가유지결정을 받은 2000년 실용신안등록 제 199042호를 비롯하여, 특허출원과 함께 이중출원한 2001년 동 제 237585호, 2001년 동 246330호, 2002년 동 제 271280호 등에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 적층 및 용접된 원통유니트(210)들은 단열재(220)로 각각 감싸지게 되며, 박판(230)으로 마감 처리된다.

여과조(200)의 상부 외원주 부위에는 직사각형 내지 반원형 단면의 퇴수용 홈통 또는 상부가 개구된 콘형상의 퇴수거(290)가 용접에 의해 고정되며, 퇴수거(290)의 바닥면에는 퇴수관(291)이 관통하게 배관된다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 임펠러형 표면세척장치(300)는 집수탑(100)의 상판(161)에 놓인 링형 지지대(310)에 위에서 회전 방향(c)으로 회전하면서 고압력의 세척수를 토출시켜 여과 사층의 머드 벌을 제거 및 세척한 후, 부상하는 머드 벌과 세척수인 혼탁수를 표면세척장치(300)와 동시에 회전하는 임펠러(390, 391, 392, 393)로 퇴수관 쪽으로 월류시켜 제거하는 역할을 담당한다.

이를 위해, 링형 지지대(310)를 개재한 상태로 위성 바퀴(313)에 회전하면서 지지되는 직각 튜브형 리서버(320)가 제공된다.

직각 튜브형 리서버(320)는 정지시나 회전시에 표면세척장치(300)의 전체 하중을 링형 지지대(310)로부터 전달받는다.

여기에서, 세척수는 순서적으로 ㉮ 세척수 공급관(370), ㉯ 자체 회전중에 물 공급이 가능하도록 만들어진 통상의 회전식 조인트부(350), ㉰ 내부 연장관(351), ㉱ 관연결부(321), ㉲ 십자형 내지 방사형 분지관(323), ㉳ 각각 적어도 하나 이상의 하향 연장관(324), ㉴ 노즐(380)의 수순으로 유동한다.

따라서, 직각 튜브형 리서버(320)는 내부로 유입된 세척수를 노즐(380)까지 분배하고, 노즐(380)에서 세척수가 소정 수압으로 토출될 수 있도록 하는 역할을 한다.

예컨대, 각각의 방사형 분지관(323)에는 6개에서 12개 정도의 하향 연장관(324)이 여과 사층의 상부에 가깝게 노즐(380)이 배치되는 길이(h) 만큼 연장되게 각각 배관된다. 또한, 각각의 방사형 분지관(323)에서 회전 방향(c)의 반대쪽 관 외표면에는 축심의 바깥쪽 방향으로 물을 밀어낼 수 있도록 날개각이 비틀어진 임펠러(390 ∼ 393)의 일단이 용접되어 있으며, 그의 타단이 하향으로 연장되어 있어 물속에 잠기게 된다.

여기에서, 임펠러(390 ∼ 393)는 비틀어진 날개각에 의해 물을 회전반경의 반지름 바깥쪽으로 밀어내도록 되어 있으나, 다수의 관통공(도시 안됨)을 형성하는 날개구조 변경설계 등을 통해서, 물의 저항력을 최소로 하면서도 물을 효율적으로 밀어낼 수 있게 디자인될 수 있다.

모터 커버(340)는 하부가 개구된 캡 형상을 갖고, 수분으로부터 회동 모터(330)를 보호하는 역할을 담당하며, 통상의 회전식 전극(도시 안됨)을 부착하고 있다. 여기에서, 회전식 전극은 회동 모터(330)의 전극에 접속된 전선과 전기적으로 연결되어 있고, 외부의 표면세척장치 구동제어부와 전기적으로 접속되어 있다.

지지 와이어 구조(360)는 원주방향의 후프(361)에 연결된 하나 이상의 와이어형 지지대(362)와 길이조절기(363)로 이루어져 있다. 이때, 후프(361)는 방사형 분지관(323)에 각각 용접되어 있으며, 이런 후프(361)에 방사형으로 각각 고정된 와이어형 지지대(362)의 타단이 모터 커버(340)에 고정되어 있다.

이런 지지 와이어 구조(360)는 방사형 분지관(323) 및 임펠러(390, 391, 392, 393)의 자중에 의한 벤딩 포스와, 임펠러(390, 391, 392, 393) 및 물과의 마찰력에 의한 휨 변형을 최소화시키는 보강 수단으로 사용된다.

특히, 지지 와이어 구조(360)는 길이조절기(363)를 조작하여 필요에 따라 방사형 분지관(323)의 수평을 조정하거나 와이어형 지지대(362)에 인가되는 장력을 조절할 수 있다.

직각 튜브형 리서버(320)의 고정구(322)에는 분해 조립 가능하게 회동 모터(330)의 본체가 결합된다.

이때, 회동 모터(330)는 회전식 전극을 통해서 외부의 표면세척장치 구동제어부로부터 동작 제어용 전원을 공급받을 수 있으며, 그의 회전축(331)은 리서버(320)의 축심에 일치한다. 그리고, 모터의 회전축(331)에는 연결기어(332)가 결합되며, 연결기어(332)는 집수탑(100)의 기어홈(165)에 안착되어 고정된다.

이에 따라 회동 모터(330)의 본체와 직각 튜브형 리서버(320)가 회전력이 가해지는 방향의 반대 방향인 회전 방향(c)으로 축회전하고, 결과적으로 임펠러(390 ∼ 393) 및 노즐(380)이 축심을 기준으로 선회하듯이 회전 방향(c)으로 회전하게 된다.

특히, 도 7은 앞서 설명한 임펠러형 표면세척장치(300)의 결합관계를 도시한 단면도로서, 집수탑(100) 상부에 장착된 상태와, 미 설명된 내부 구성 요소를 보여주고 있다.

튜브형 리서버(320)는 앞서 언급한 바와 같이, 노즐, 임펠러, 지지 와이어 등이 고정된 분지관(323)의 하중을 받으면서 회전하는 허브(hub)이기 때문에, 매우 큰 토크가 작용하는 주요 부분이므로 내구성과 기밀한 기계적 구성을 요구하고 있다.

특히, 직각 튜브형 리서버(320)는 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 원형 트레이(329)와, 원형 트레이(329) 중앙에 베어링을 구비한 회전지지부(328)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 분지관(323)이 배관된 부위의 상부와 하부에는 지지브래킷(327)이 더 부착되어 분지관(323)을 받칠 수 있도록 되어 있다.

회전식 조인트부(350)는 회전이 가능하면서도 세척수를 세척수 공급관(370)으로부터 내부 연장관(351)으로 공급시킬 수 있도록, 링형 밀폐 수단(352)과 베어링(353)을 구비하고, 분해 조립 가능한 케이싱(354)으로 구성되어 있다.

특히, 세척수 공급관(370)은 본 발명의 여과 시스템 주위의 소정 고정 구조물(371)에 지지됨으로써, 임펠러형 표면세척장치(300)가 회전시 고정 상태에 놓여 있다. 또한, 세척수 공급관(370)의 소정 위치에는 세척수를 공급 및 단속시킬 수 있는 전자 밸브(도시 안됨)가 배관되어 있다.

이하, 본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템의 전체 작동방법을 설명하도록 하겠다.

여과 과정의 설명에 앞서, 본 발명에서 제공되는 표면세척장치 구동제어부는 통상의 제어 회로 방법에 의해서, 크게 회동 모터에 전원을 접속 및 단락시키도록 타이머를 구비한 전원 제어 모듈과, 세척수의 공급 및 차단을 제어하는 밸브 제어 모듈과, 수압을 제어하는 펌프 제어 모듈로 이루어져 있다.

전원 제어 모듈은 회전식 전극과 전선을 통해서 회동 모터(330)와 전기적으로 접속되어 있고, 또한 밸브 제어 모듈은 세척수 공급관(370)의 전자 밸브와 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 펌프 제어 모듈은, 도시되어 있지 않지만, 세척수의 압력을 높이는 펌프의 압축 모터에 전기적으로 접속되어 있다.

본 발명에 의한 여과 과정은 다음과 같다.

① 표면세척장치 구동제어부의 전원을 온(ON) 한다.

② 상대적인 높이차이 내지 소정 외부 압력에 의해서 바람직할 만한 압력 수두를 갖는 외부(침전지)의 원수는 입수관(110)을 통해서 유입된다(W/I).

③ 유입된 원수는 이중관 형식의 집수실(120)을 통과한 후 몸체관(160)에서 점점 차 오른다.

④ 차 오른 원수는 개구된 해바라기형 배출관(170)을 통해서 여과조(200)로 유입된다.

⑤ 유입된 원수는 여과조(200) 내부의 여과 사층(250)에 스며들고, 소정 시간 후, 스며드는 속도와 유입되는 원수의 속도가 차이가 나므로 소정 높이 만큼 여과 사층(250) 상부에 원수층(260)을 형성한다.

⑥ 한편, 스며든 원수는 여과 사층(250)의 여과사(안트라사이트), 여과 사리, 여과 자갈 등을 통과하면서 여과된 후 집수실(120)에 모이게 된다.

⑦ 집수실(120)에 모인 여과수는 출수관(180)을 통해서 빠져나온 후, 다음의 고도정수처리시설로 유동한다(W/O).

⑧ 이런 과정이 연속적으로 소정 시간 반복되는 동안, 여과 사층(250)의 상부에는 머드 벌이 형성되며, 이를 분리, 세척, 제거하기 위해 표면세척장치 구동제어부의 전원 제어 모듈이 미리 정한 시간 간격과 작동시간동안 주기적으로 회동 모터(330)에 전원을 공급함과 동시에, 동일 주기만큼 밸브 제어 모듈이 세척수 공급관(370)의 전자 밸브를 개방한다. 예컨대, 하루 1번에 20시간씩 전원 공급 및 세척수 공급이 될 수 있다.

⑨ 전자 밸브의 개방으로 세척수는 앞서 설명한 세척수 유동 수순(㉮,㉯, ㉰, ㉱, ㉲, ㉳, ㉴)과 같이 유동하여 노즐(380)에서 토출되며, 전원 공급에 의해 회동 모터(330)가 작동함으로써 노즐(380)과 임펠러(390)가 여과조(200)의 물속에서 회전 방향(c)으로 선회를 한다.

⑩ 노즐(380)의 세척수에 의해서, 여과 사층(250)에 쌓여있던 머드 벌을 여과사로부터 분리시키고, 여과사를 세척하게 되며, 늘어난 유량만큼 상기 분리된 머드 벌을 갖는 혼탁수가 부유하게 된다.

⑪ 선회하는 임펠러(390)에 의해서, 혼탁수는 여과조(200) 외곽의 퇴수거(290)의 안쪽으로 월류하게 되며, 퇴수거(290)로 유입된 혼탁수(퇴수)가 퇴수관(291)을 통해 머드 벌 처리 시설(도시 안됨)로 유동한다(M/O).

이런 본 발명에 의한 여과 과정은 특별한 이유(장치 고장, 정기적 장치 안전 검사, 정전 등)에 의해서 여과지로의 원수 공급이 차단 내지 정지되는 일이 아닌 이상, 적어도 머드 벌 청소를 위해서 원수 공급을 차단하지 않는 상태에서 연속적으로 수행된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 스테인레스강 재질, 듀플렉스강 재질로 제작되어서 반 영구적 사용이 가능한 집수탑과 여과조와 임펠러형 표면세척장치로 이루어져 있는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템이 제공되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템은 특별한 이유가 없는 경우, 청소 작업을 위해서 여과 과정을 단절시키지 않고 주기적으로 여과 사층에 쌓인 머드 벌을 분리, 세척, 제거할 수 있기 때문에, 상대적으로 많은 양의 여과수를 처리할 수 있는 획기적인 기술이다.

또한, 본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템은 기존의 여과 설비에 비해 지상에 설치될 수 있으며, 원통유니트를 적층하는 공법에 의해 대용량의 여과조를 매우 용이하게 시공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 사용된 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템은 신소재 스테인레스(STS 444, DUPLEX2205, 2206) 재질로 제작되어서, 먹는물에 첨가되는 염소 성분에 의한 부식현상을 해결하고 가공성 및 응력 부식균열 현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 사용된 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템은 종합경제성의 측면에서, 수명이 반영구적이어서 교체비용이 필요 없으며, 청소가 용이하여 유지보수비가 적게 들므로 제품수명주기(Life Cycle Cost)상 비용 측면에서 오히려 비위생적인 콘크리트 여과지 시설보다 더 경제적인 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1a는 종래 여과지의 내부 구성을 설명하기 위한 횡단면도,

도 1b는 도 1a에 도시된 여과지의 선 A-A'를 따라 절단한 종단면도,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템의 구성을 설명하기 위한 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 이중관 형식의 집수탑의 구성을 설명하기 위한 분해사시도,

도 4는 도 3에 도시된 집수탑의 결합관계를 설명하기 위해 절단선 B-B'를 따라 소정 부위를 절개한 부분사시도,

도 5는 도 2에 도시된 원통형 여과조를 설명하기 위한 사시도,

도 6은 도 2에 도시된 임펠러형 표면세척장치의 구성을 설명하기 위한 분해사시도,

도 7은 도 6에 도시된 임펠러형 표면세척장치의 결합관계를 설명하기 위한 단면도,

도 8은 본 발명의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템의 작동방법을 설명하기 위한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 집수탑 110 : 입수관

120 : 집수실 130 : 수조바닥판

140 : 받침구조 141, 142 : 삼각형 판부재

150 : 여과판 160 : 몸체관

161 : 상판 170 : 배출관

180 : 출수관 200: 원통형 여과조

210 : 원통유니트 250 : 여과 사층

290 : 퇴수거 291 : 퇴수관

300 : 임펠러형 표면세척장치 310 : 링형 지지대

320 : 리서버 323 : 방사형 분지관

324 : 하향 연장관 330 : 회동 모터

340 : 모터 커버 350 : 회전식 조인트부

351 : 내부 연장관 360 : 지지 와이어 구조

380 : 노즐 390, 391, 392, 393 : 임펠러

Claims

스테인레스강, 듀플렉스강과 같이 내식성, 내구성, 내충격성이 강한 재질로 이루어져서 원수를 여과수로 처리하는 정수시설용 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템에 있어서,

상기 원수가 유입되는 이중관 형식의 집수탑(100)과,

상기 집수탑(100)을 축심에 배치하며, 적어도 하나 이상의 원통유니트(210)를 적층하여 용접하고, 내부에 여과 사층(250)을 구비한 원통형 여과조(200)와,

상기 여과조(200)의 내부에서 노즐(380) 및 임펠러(390, 391, 392, 393)를 상기 집수탑(100)의 상부에 결합된 회동 모터(330)로 선회시키는 임펠러형 표면세척장치(300)를 포함하며,

상기 원수의 유입을 특별한 이유 없이 단속시키지 않고 연속적으로 여과 과정을 수행하면서, 상기 노즐(380)에서 분사되는 세척수가 주기적으로 상기 여과 사층(250)에 쌓인 머드 벌을 분리 및 세척하여 부유시키고, 상기 임펠러(390, 391, 392, 393)가 상기 부유된 머드 벌을 외부로 제거시키는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제1항에 있어서,

상기 집수탑(100)은 정수장의 침전지와 연결된 입수관(110)과, 상기 입수관(110)관이 배관된 원통형 박스 구조물인 집수실(120)과, 상기 집수실이 축심 부위에 배관된 콘형상의 수조바닥판(130)과, 상기 수조바닥판(130)에 지지되며 각각의 직각 삼각형 판부재(141, 142)들을 원주방향으로 소정 간격을 유지하게 배열한 받침구조(140)와, 상기 받침구조(140)에 의해 지지되며 여과사, 여과사리, 여과자갈이 상기 집수실(120) 쪽으로 들어가는 것을 억제함과 동시에 여과된 물이 빠져나갈 수 있는 망 형상의 여과판(150)과, 상기 입수관(110)과 관통하게 배관되며 상단 부위를 상판(161)으로 밀폐시키고 있는 몸체관(160)과, 상기 몸체관(160)을 통해 전달되는 원수를 상기 여과조(200)의 내부로 유도하기 위해 상기 몸체관(160)의 원주면에 관통하게 배관된 배출관(170)과, 상기 배출관(170)의 원수가 상기 여과조(200)의 여과 사층(250)을 통과한 후 외부로 방출될 수 있도록 상기 집수실(120)의 원주면에 관통하게 배관된 출수관(180)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제1항에 있어서,

상기 집수탑(100)의 상판(161)에는 상기 임펠러형 표면세척장치(300)를 회전 가능하게 지지하도록, 상기 회동 모터(330)의 회전축(331)을 고정시키기 위한 기어홈(165)을 갖는 축심 돌출부(164)를 일체형으로 형성하고 있고, 상기 축심 돌출부(164)와 외측 테두리 돌출부(162)의 중간 부위에 사각 단면의 링형 안착홈(163)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제1항에 있어서,

상기 링형 안착홈(162)에는 상기 임펠러형 표면세척장치(300)의 회전을 원활하게 유도하면서 하중을 지지할 수 있게, 'T'자 단면의 링형상으로서 외원주면에 다수로 일정 간격을 유지하면서 돌출된 적어도 하나 이상의 회전축(311)들이 형성되어 있고, 상기 회전축(311)에 회전 가능하게 각각 위성 바퀴(312, 313)들이 결합된 링형 지지대(310)가 안착되어 있는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제1항에 있어서,

상기 여과조(200)의 상부 외원주부위에는 퇴수용 홈통과 같은 퇴수거(290)가 용접에 의해 고정되며, 상기 퇴수거(290)의 바닥면에는 퇴수관(291)이 관통하게 배관되어 있는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제1항에 있어서,

상기 임펠러형 표면세척장치(300)는 세척수 공급관(370)과 결합되어 회전 중에도 물 공급이 가능한 회전식 조인트부(350)와, 상기 회전식 조인트부(350)에 배관되어 세척수를 전달하는 내부 연장관(351)과, 상기 내부 연장관(351)에 배관된 직각 튜브형 리서버(320)와, 상기 튜브형 리서버(320)를 기준으로 방사형으로 배관되고 상기 임펠러(390, 391, 392, 393)들이 각각 부착되어 있는 적어도 하나 이상의 방사형 분지관(323)과, 상기 방사형 분지관(323)에 배관되어 하단에 부착된 상기 노즐(380)에 각각 세척수를 공급하는 적어도 하나 이상의 하향 연장관(324)들과, 상기 회전식 조인트부(350)가 축심에 결합되고 상기 회동 모터(330)를 수분으로부터 보호하는 모터 커버(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제6항에 있어서,

상기 회전식 조인트부(350)는 고정 구조물(371)에 고정된 상기 세척수 공급관(370)으로부터 유입되는 세척수를 내부 연장관(351)으로 공급시킬 수 있도록, 링형 밀폐수단(352)과 베어링(353)과 분해 조립 가능한 케이싱(354)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.
제6항에 있어서,

상기 임펠러형 표면세척장치(300)는 상기 방사형 분지관(323) 및 상기 임펠러(390, 391, 392, 393)의 자중에 의한 벤딩 포스와 상기 임펠러(390, 391, 392, 393) 및 물과의 마찰력에 의한 휨 변형을 최소화시키는 보강 수단으로 사용되도록, 원주방향의 후프(361)에 연결된 하나 이상의 와이어형 지지대(362)와 길이조절기(363)를 구비하며, 상기 모터 커버(340)에 상기 방사형 분지관(323)을 지지시키는 지지 와이어 구조(360)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템.