KR0168897B1

KR0168897B1 - 와류형 기포 분리 장치

Info

Publication number: KR0168897B1
Application number: KR1019940018572A
Authority: KR
Inventors: 쥰스케 야부모토; 마사노리 히로세
Original assignee: 센다니 요시히코; 미쯔비시 세키유 가부시키가이샤
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1999-01-15
Also published as: EP0654292A3; EP0654292B1; DE69409067D1; KR950002862A; EP0654292A2; US5510019A; CA2128968C; DE69409067T2; CA2128968A1

Abstract

본 발명의 와류형 기포 분리 장치는 원형 단면, 미리 정해진 축방향의 길이 및 폐쇄된 양 축방향 단부를 가지고 보다 큰 직경의 하단부를 가지는 대략 원추형의 와류실을 형성하는 용기； 상기 와류실로 부터 액체의 기포 제거 부분을 배출하기 위해 상기 용기의 외부벽의 상반부 부근의 미리 정해진 구역에 형성되는 다수의 구멍；수용된 액체를 출구로 안내하기 위해 상기 용기를 둘러싸고 상기 구멍을 통해 상기 와류실로 부터 배출되는 액체를 수용하는 외측케이싱；상기 와류실내에 배치되고 대략 상기 와류실이 중심축을 따라 연장되는 중심 도관 파이프；배출을 위해 상기 와류실로 부터 기포 함유 부분을 제거하도록 상기 와류실내의 상기 중심 도관 파이프를 통해 형성되는 다수의 오리피스；상기 용기의 보다 큰 직경의 단부의 적어도 대략 전둘레에 걸쳐 연장되는 환형의 초기 와류 통로；상기 와류실의 와주벽을 통해 형성되고 상기 와류실과 상기 초기 와류 통로를 연통시키고 대략 접선 방향으로 상기 초기 와류통로로 부터 상기 와류실내로 액체를 도입하도록 형성되는 단일 개구부 ; 및 각방향의 편향이 거의 없이 액체흐름을 상기 와류실내로 안내하기 위해 상기개구부 부근의 상기 초기 와류 통로의 단부에 설치되는 흐름 안내 부재를 구비한다.

Description

와류형 기포 분리 장치

제1도는 종래의 기포 분리 장치의 단면정면도.

제2도는 본 발명에 따른 기포 분리 장치의 제1실시예의 단면정면도.

제3도는 제2도의 I-I선을 따라 취한 단면평면도.

제4도는 본 발명에 따른 기포 분리 장치의 제2실시예의 단면정면도.

제5도는 본 발명에 따른 기포 분리 장치의 제3실시예의 단면정면도.

제6도는 제5도의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20：원추형 용기 21：와류실

23：액체 공급물 입구 24：흐름 안내 부재

28：액체 배출물 출구 30：오리피스

50：플런저 51：피스톤

54：조종 압력실 55：기준 압력실

58：격벽 60：밀봉 패킹

본 발명은 대체로 윤활제, 표면 활성제, 중합체 함유 액체, 코팅제 등과 같은 액체중에 함유된 기포를 제거하기 위한 기포 분리 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 액체 자체의 흐름을 이용하여 발생되는 와류에 의해 미세한 기포까지도 효과적으로 제거할 수 있는 기포 분리 장치에 관한 것이다.

액체중에 분산된 미세한 기포는 액체의 고유 성질 또는 본래부터 가지고 있던 성능에 영향을 미치거나 액체의 산화를 촉진하는 인자가 되는 것으로 알려져 있다.

예컨데, 엔진 오일, 터빈 오일, 유압 오일 등에서는 교반, 순환, 급작스런 압력 변동 등에 기인하여 다량의 미세한 기포가 발생될 수 있다. 액체중에 함유되는 미세한 기포의 양은 고속 및 고출력을 위한 엔진, 터빈, 유압기기의 기술 발전에 따라 증가되고 있다. 윤활제중에 함유되는 다량의 미세한 기포는 공급 펌프내의 진동 또는 비정상 소음, 진동부의 마모 및 유압 등의 강하에 기인한 작동 압력 및/또는 작동효율의 저하를 발생시키는 성향이 있다. 또한, 액체와 미세한 기포 사이의 접촉 면적이 증가함으로써 산화에 기인한 액체의 품질 저하가 가속화된다.

코팅제의 경우, 코팅제중에 함유되는 미세한 기포는 코팅층이 형성되어야 할 표면상에 부착되어 코팅이 이 표면상에 부착되는 것을 방해하고 코팅층에 불규칙한 부분 또는 다른 결함을 생성시킨다.

따라서, 액체로부터 효과적으로 기포를 제거하는 것이 요청되어 왔다.

전형적인 기포 분리 장치중의 하나로서, 펌프에 의해 가압되는 액체의 흐름을 액체의 와류를 발생시키는데 사용하여 원심력에 의해 와류의 중심부에 기포를 집중시키고, 이에 의해 액체로 부터 기포를 효과적이고 확실하게 제거하는 장치가 있다. 이러한 기포 분리 장치는 본 출원인이 공유하고 있는 미심사된 일본국 특허 공개 공보 제3-123605호에 개시되어 있다. 상기 공보에 개시된 선행 기술의 기포 분리 장치의 구성을 제1도를 참조하여 간단히 설명하기로 한다.

제1도에서, 와류실(2)는 대향된 폐쇄 단부를 가지는 포물선형 용기(1)에 의해 형성된다. 도시된 종래에서는, 포물선형 용기(1)이 상부측에 보다 큰 직경의 단부를 배치한 상태로 수직하게 배치된다. 용기(1)의 보다 큰 직경의 단부는 용기(1)과 일체적으로 형성된 환형 파이프(3)에 의해 둘러싸인다.

액체 공급물 입구(4)는 환형 파이프(3)과 연결한다. 다수의 개구부(5)는 환형파이프(3)과 용기(1)내에 형성된 와류실(2) 사이를 연통시키도록 소정의 간격을 두고 원주방향으로 정렬된 상태로 용기(1)의 보다 큰 직경의 단부의 외부벽을 관통하여 형성된다. 액체는 액체 공급물 입구(4)로 부터 환형 파이프(3)내로 공급되어 환형 파이프(3)을 따라 순환하고 개구부(5)를 통해 와류실(2)내로 유입되어 와류실(2)내에서 와류를 발생시킨다.

용기(1)은 대략 용기(1)의 대략 하반부에 걸쳐 외주벽을 통해 형성되는 다수의 소형 구멍(6)을 구비한다. 용기(1)은 외측 용기(8)내에 배치되므로 구멍(6)을 통해 배출되는 액체가 외측 용기(8)내에 수용된다. 외측 용기(8)은 용기(1) 및 환형 파이프(3)과 일체적으로 형성된다.

외측 용기(8)에 수용된 액체는 액체 배출물 출구(7)을 통해 배출된다.

다른 한편으로, 용기(1)내의 와류실(2)이 중심축을 따라 중심 도관 파이프(9)가 배치된다. 중심 도관 파이프(90)에는 중심 도관 파이프(9)의 내부 공간과 와류실(2)를 연통시키기 위한 다수의 오리피스(10)이 형성되어 있다.

중심도관 파이프(9)의 하단부는 용기(1)의 하단부 및 외측 용기(8)의 바닥부로부터 연장된다. 중심 도관 파이프(9)는 와류실(2)내의 액체의 와류에 기인하여 가해지는 원심력에 의해 중앙부쪽으로 집중되는 기포를 포획하기 적합하게 형성된다. 오리피스(10)을 통해 중심 도관 파이프(9)내오 유입되는 기포 함유 액체는 기포 배출물 출구(11)로 공급된다.

환형 파이프(3)과 와류실(2)의 내부 공간을 연통시키는 개구부(5)는 와류실(2)의 접선 방향을 따라 와류실(2)내로 액체를 인도하기 위한 형상으로 형성된다. 개구부(5)는 펀치 프레스에 의해 형성되어 와류실(2)의 내측으로 연장되는 안내벽을 제공한다.

와류실(2)내로 도입되는 액체는 접선 방향으로 흘러 와류를 발생시킨다. 주지된 바와 같이, 원심력에 기인하여 기포를 다량 함유한 액체는 와류의 중심부로 집중되고 미세한 기포는 함께 결합되어 보다 큰 크기의 기포를 형성한다. 보다 적은 기포를 함유한 액체는 와류실의 외주벽 인근에 집중되며, 이곳에서 상기 액체는 구멍(6)을 통해 외측 용기(8)내로 배출된 후 다시 액체 배출물 출구(9)을 통해 배출된다. 한편, 와류의 중심부에 집중된 기포 성분은 중심 도관 파이프(9)내로 들어가서 기포 배출물 출구(11)을 통해 배출된다.

이때, 와류의 원심력을 이용하는 기포 분리 성능은 액체의 유속의 제곱에 비례하고 와류실(2)이 반경에 반비례한다. 즉, 와류실(2)의 반경이 r인 위치에서, 밀도 ρl을 가지는 액체와 밀도 ρg를 가지는 기포가 유속 ν와 각속도 w로 흐를 때, 액체-기포 분리 성능 S는 다음의 방정식으로 표현될 수 있다.

S=(ρl-ρg)×w²×r

이 방정식에서 w는 v/r로 표현될 수 있기 때문에 상기 방정식은 다음과 같이 변경될 수 있다.

S=(ρl-ρg)×v²/r

제1도로 부터 알 수 있는 바와 같이, 와류실(2)는 그 하부쪽을 향해 감소되는 반경(r)을 가지도록 구성되기 때문에, 기포 분리 능력(S)는 하부쪽으로 갈수록 보다 커지게 된다.

본 발명자는 도시된 형태의 기포 분리 장치가 보다 큰 크기의 기포에 대해 보다 효과적이라는 것을 알아냈다. 다수의 미세한 기포를 결합함으로써 기포의 크기를 확대하기 위해, 층류를 동반하는 상당히 강력한 와동을 발생시키는 것이 요구된다. 주지의 상기 장치는 다수의 이격된 개구부(5)를 통해 와류실(2)와 연통되는 환형 파이프(3)이 와류의 발생에 기여하는 바가 없기 때문에 상기 관점에서 보았을 때 충분하기 못한 것으로 여겨진다. 환형 파이프(3)중의 액체 흐름은 난류이므로 액체중에 함유되는 미세한 기포는 함께 합쳐지지 않는다.

따라서, 기포 분리는 거의 와류실(2)내의 와류에만 의존하게 된다.

따라서, 본 발명의 주목적은 보다 강력한 와류로써 액체로 부터 기포 성분을 제거하는데 보다 효과적인 와류형 기포분리 장치를 제공하는 것이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 액체가 와류실내로 도입되기 이전에 미세한 기포를 결합시켜 보다 큰 크기의 기포를 형성함으로써 기포 제거의 효율을 개선할 수 있는 와류형 기포 분리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기포 함유 액체가 와류실내로 들어가기 이전에 기포 함유 액체의 층류를 제공하여 기포 제거의 효율을 향상시키기 위한 와동을 촉진할 수 있는 와류형 기포분리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충분히 높은 기포 제거능력을 가지면서도 구성이 간단하고 크기가 소형인 와류형 기포 분리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 와류형 기포 분리 장치는 원형 단면, 미리 정해진 축방향의 길이 및 폐쇄된 양 축방향 단부를 가지고 보다 큰 직경의 하단부를 가지는 대략 원추형의 와류실을 형성하는 용기; 와류실로 부터 액체의 기포 제거 부분을 배출하기 위해 용기의 외주벽의 상반부 부근의 미리 정해진 구역에 형성되는 다수의 구멍;수용된 액체를 출구로 안내하기 위해 용기를 둘러싸서 구멍을 통해 와류실로 부터 배출되는 액체를 수용하는 외측 케이싱; 와류실내에 배치되고 대략 와류실의 중심축을 따라 연장되는 중심 도관 파이프; 배출을 위해 와류실로 부터 기포 함유 부분을 제거하도록 와류실내의 중심 도관파이프를 통해 형성되는 다수의 오리피스; 용기의 보다 큰 직경의 단부의 적어도 대략 전둘레에 걸쳐 연장되는 환형의 초기 와류 통로; 용기의 외주벽을 통해 형성되고 와류실과 초기 와류 통로를 연통시키고 초기 와류 통로의 일단부에 설치되고 대략 접선방향으로 초기 와류 통로로 부터 와류실내로 액체를 도입하도록 형성되는 단일 개구부; 및 각방향의 편향이 거의 없이 액체 흐름을 와류실내로 안내하기 위해 개구부 부근의 초기 와류 통로의 단부에 설치되는 흐름 안내 부재를 구비한다.

적합한 구성에 있어서, 상기 장치는 와류실내로 도입되는 액체의 유속을 조절하기 위해 초기 와류 통로의 입구에서의 액체 압력과 와류실내의 액체 압력 사이의 압력차에 감응하는 액체 공급 조절 기구를 또한 구비한다.

용기, 외측 케이싱 및 초기 와류 통로는 일체로 형성될 수 있다. 초기 와류 통로는 대략 접선 방향으로 가압 액체를 도입하기 위해 그 또 다른 단부에서 가압 액체 공급원에 연결될 수 있다.

적합한 구성에 있어서, 액체 공급 조절 기구는 액체 흐름 면적을 제한하기 위해 단일 개구부에 대해 이동가능한 부재를 구비하며, 이에 의해 와류실내로 도입되는 액체의 유속을 제어하기 위해 와류실과 초기 와류 통로의 입구 사이의 압력차에 의존하여 액체 흐름 면적을 조절한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 와류형 기포 분리 장치는 액체의 거의 기포를 함유하지 않은 제1부분과 액체의 집중된 기포를 함유하는 제2부분을 원심력에 의해 농축함으로써 액체중에 함유된 기포를 분리시키기 위해 액체의 와류를 발생시키고, 액체의 제1부분을 통과시켜 배출하기 위해 외주벽을 통해 형성되는 다수의 구멍과 가압 액체를 내부로 도입하기 위한 입구를 가지는 원심분리기; 가압 액체를 통과시켜 원심 분리기내로 도입하기 위해 일단부에서 원심분리기의 입구와 연통되고 타단부에서 가압 액체 공급원과 연통되고, 액체의 제1 및 제2 부분을 예비적으로 분리하기 위해 관통하여 흐르는 액체에 원심력을 가하여 각각의 부분의 층류를 형성하는 수단과 액체의 층류의 흐름을 각방향의 편향이 거의 없이 입구를 향해 편향시켜 원심 분리기의 입구에서 액체를 접선 흐름으로서 도입하기 위한 수단을 포함하는 흡입 조립체; 원심 분리기내에 배치되고 대략 원심 분리기의 중심축을 따라 연장되고, 액체의 제2부분을 제거하여 배출시키기 위한 다수의 오리피스를 가지는 중심 도관 수단; 및 원심분리기의 외주벽의 구멍을 통해 배출되는 액체의 제1부분을 수용하기 위해 원심 분리기를 둘러싸고, 액체의 제1부분을 배출하기 위한 출구를 가지는 외측케이싱을 구비한다.

흡입 조립체는 공급 라인를 경유하여 가압 액체 공급원에 연결되는 입구 및 원심분리기와 연통되는 출구를 구비할 수 있으며, 입구 및 공급 라인은 흡입조립체의 입구에 대해 대략 접선 방향으로 액체를 배향시키는 상태로 연결된다.

또한, 액체의 제1및 제2부분을 예비적으로 분리하기 위한 수단은 액체의 제1부분과 제2부분의 원심분리를 일으키면서 액체의 흐름을 안내하기 위해 원심 분리기의 둘레를 따라 연장되는 통로부를 구비할 수 있다. 통로부는 원심분리기의 거의 전둘레에 걸쳐 연장되는 것이 적합하다.

적합한 구성에 있어서, 기포 분리 장치는 원심 분리기와 흡입 조립체의 입구 사이의 압력차에 감응하는 액체 유속 조절 수단을 또한 구비한다. 액체 유속 조절 수단은 원심 분리기와 흡입 조립체의 입구 사이의 압력차에 의존하여 액체 경로의 면적을 변동시키기 위해 원심 분리기의 입구에 대해 이동가능한 부재를 구비할 수 있다.

본 발명은 하기의 본 발명의 적합한 실시예의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 잘 이해될 것이다.

이하 제2도 내지 제6도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하기의 기재에서 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 수치상의 특정한 세목이 설명되어 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정한 세목에 상관없이 실시 될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 한편, 불필요하게 본 발명을 불명하게 하지 않기 위해 공지의 구조의 상세한 기재를 생략한다.

제2도 및 제3도는 본 발명에 따른 기포 분리 장치의 제1실시예를 도시한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 와류실(21)은 대향된 폐쇄 단부를 가지는 원추형 용기(20)내에 형성된다. 도시된 실시예에서, 원추형 용기(20)의 보다 큰 직경의 단부는 하측부에 위치된다. 용기(20)의 하단부 둘레에는 환형의 초기 와류 통로(22)가 용기(20)과 일체로 형성된다. 초기 와류 통로(22)는 이후로 입구측 단부로서 지칭되는 일단부에서 액체 공급물입구(23)과 연통된다. 흐름 안내 부재(24)는 입구측 단부 부근에 위치된 초기 와류 통로(22)의 타단부에 설치되며, 이후로 이러한 초기 와류 통로(22)의 타단부를 출구측 단부로서 지칭한다. 초기 와류 통로(22)는 출구측 단부에 위치된 단일 개구부(25)를 통해 와류실(21)과 연통된다. 흐름 안내부재(24)는 개구부(25)에서 와류실(21)의 내주에 대해 대략 접선 방향으로 연장되는 흐름안내면을 가지므로, 액체가 초기 와류 통로(22)로 부터 접선 방향으로 와류실(12)내로 도입된다.

용기(20)은 용기의 거의 상반부에 걸쳐 외주벽을 관통하여 형성되는 다수의 소형 구멍(26)을 구비한다. 용기(20)은 외측 용기(27)내에 배치되므로 소형 구멍(26)을 통해 배출되는 액체가 외측 용기(27)내에 수용된다. 외측용기(27)은 용기(20) 및 초기 와류 통로(22)와 일체적으로 형성된다. 외측용기(27)내에 수용된 액체는 액체 배출물 출구(28)을 통해 배출된다.

한편, 용기(20)내의 와류실의 중심축을 따라 중심 도관 파이프(29)가 배치된다. 중심 도관 파이프(29)에는 중심 도관 파이프(29)의 내부공간과 와류실(21)을 연통시키기 위한 다수의 오리피스(30)의 형성된다. 중심 도관파이프(29)의 하단부는 용기(20)의 하단부 및 외측 용기(27)의 바닥부를 통해 연장된다. 중심 도관 파이프(29)는 와류실(21)내의 액체의 와류에 기인하여 가해지는 원심력에 의해 와류실(21)의 중심부를 향해 집중되는 미세한 기포를 포획하기 적합하게 형성된다. 오리피스(30)을 통해 중심 도관 파이프(29)내로 유입되는 집중된 기포를 함유하는 액체는 기포 배출물 출구(31)로 공급된다.

액체는 펌프는 의해 가압되고 액체 공급물 입구(23)을 통해 초기 와류통로(22)내로 도입된다. 그후, 액체는 초기 와류 통로(22)를 통해 흘러서 그 출구측 단부에 도달하게 된다. 초기 와류 통로(22)의 입구측 단부 및 출구측단부는 서로 매우 밀접하게 배치되어 초기 와류 통로(22)내의 액체가 용기(20)의 거의 전둘레에 걸쳐 흐르게 된다. 이러한 흐름 행정중 액체가 대략 원주방향으로 흐르기 때문에 액체는 원심력을 받게 된다. 밀도상의 차이에 의해 액체의 기포를 함유하는 부분은 초기 와류 통로(22)의 내측부에 축적되고 대략 통로(22)를 형성하는 내측벽을 따라 흐르게 된다. 다른 한편으로, 액체의 고밀도를 가지는, 즉 기포를 보다 적게 가지는 부분은 대략 초기 와류 통로(22)의 외측벽을 따라 동심적으로 흐르게 된다. 따라서, 초기의 기포-액체분리가 초기 와류 통로(22)내에서 발생하여 액체의 보다 적은 기포를 함유하는 고밀도 부분과 액체의 집중된 기포를 함유하는 저밀도 부분의 층류가 형성될 수 있게 된다. 또한 액체의 기포 함유 부분이 초기 와류 통로(22)의 내측부로 집중됨으로써 기포의 상호 충돌이 일어나고, 이에 의해 다수의 미세한 기포가 결합되거나 함께 합쳐져 보다 큰 크기의 기포를 형성하게 된다. 따라서, 초기 와류 통로(22)내에서 흐르는 동안 기포의 크기가 확대될 수 있다.

초기 와류 통로(22)의 출구측 단부에 도달된 액체는 흐름 안내 부재(24)에 의해 안내되어 와류실(21)내로 편향된다. 전술한 바와 같이, 부재(24)의 안내면은 개구부(25)와 대면하는 모서리에서 와류실의 내주에 대해 대략 접선 방향으로 연장되기 때문에, 흐름 안내 부재(24)는 액체의 흐름에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 액체는 유속의 주목할 만한 감속을 전혀 일으키지 않고 각각의 액체 부분의 층류를 유지하면서 와류실(21)내로 도입된다. 유속은 와류실(21)내로의 도입시 주목할만한 감속이 전혀 없는 상태로 유지되고, 액체는 단일 개구부(25)를 통해 접선 방향으로 도입되기 때문에, 와류실(21)내에 강력한 와류가 발생될 수 있다.

와류실(21)은 보다 좁은 상단부를 향해 와류 속도를 가속시키는 일종의 원심분리기로서의 역할을 하며, 액체의 기포를 함유하는 부분은 와동 중심내로 계속 집중되어 점점 더 커지는 크기의 기포를 형성되도록 다수의 기포를 계속 결합시킨다. 따라서, 액체의 집중된 기포를 함유하는 저밀도 부분은 중심 도관 파이프(29)를 통해 효과적으로 제거되고 배출될 수 있다. 다른 한편으로, 액체의 거의 기포를 함유하지 않는 고밀도 부분은 소형 구멍(26)을 통해 용기(27)내로 유입되어 배출물 출구(28)를 통해 배출된다.

도시된 실시예의 성능을 입증하기 위해, 비교시험을 수행하였다. 시험을 위해 미세한 노즐을 통해 유압 오일내로 고압 공기를 주입함으로써 기포를 함유하는 액체를 제조하고 고속으로 교반시킨다. 결과적으로, 약 100㎛의 직경을 가진 미세한 기포가 유압 오일중에 생성되었다. 기포의 함량은 약 10체적% 이었다. 이와 같이 제조된 액체는 펌프에 의해 가압되어 기포의 제거 정도를 검사하기 위해 제1실시예의 기포 분리 장치와 제1도의 선행기술의 장치에 모두 공급되었다. 기포 제거율은 다음의 방정식을 통해 얻어진다.

기포 함량은 미심사된 일본국 특허 공개 공보 제4-172230호에 개시된 장치를 사용하여 측정되었음을 유의해야 되며, 상기 공보의 기재내용은 본원에 참고로 포함된다.

여기에서, Br은 기포 제거율(체적%)이고, Bs는 공급물 오일중의 기포함량(체적%)이고, Bd는 배출물 오일중의 기포 함량(체적%)이다.

시험결과를 다음의 표1에 나타낸다:

유압 오일에 미치는 기포의 영향을 알아내기 위해 표1중의 배출물 오일을 유압 장치로 공급하여 유압 장치에서 발생된 유압을 측정하였다. 유압은 유압 장치에 부속된 고압 펌프의 배출측에서 측정되었음을 유의해야 한다.

시험 결과, 본 발명의 장치로 부터 배출물 오일이 공급되었을 때의 유압은 104㎏/㎠이었고, 선행 기술의 장치로 부터 배출물 오일이 공급되었을 때의 유압은 101㎏/㎠이었다. 한편, 기포 분리 장치가 사용되지 않았을 때의 유압 오일(약 10체적 %의 기포 함량을 가짐)의 압력은 92㎏/㎠이었다.

이로 부터 알 수 있는 바와 같이, 기포 함량이 적을수록, 즉 기포 제거율이 높을 수록 유압 장치의 작업 효율을 보다 높혀주는 보다 높은 유압을 얻을 수 있게 된다.

제4도는 본 발명에 따른 기포 분리 장치의 제2실시예를 도시한다. 장치의 도시된 실시예는 Ⅱ - Ⅱ 선으로 표시된 부분에서 2개의 절편부로 분할되어 볼트(40)에 의해 고정되는 구성을 가지고 있다. 다른 구성은 제1실시예와 동일하므로, 기재를 매우 간단히 하기 위해 상세한 설명을 생략한다. 도시된 구성은 2개의 절편부내로 분리되는 것을 허용함으로써 장치의 세척 및 보수 유지를 용이하게 해준다는 점에서 유리하다.

전술한 바와 같이, 도시된 실시예는 용기(21)의 거의 전둘레에 걸쳐 연장되는 초기 와류 통로로서 작용하는 액체 공급물 통로를 구비하기 때문에, 액체의 고밀도 부분 및 기포를 함유하는 저밀도 부분이 초기 와류 통로를 통한 흐름 행정중 원심력의 작용에 의해 분기되어 층류를 형성하게 된다. 또한, 기포는 통로를 형성하는 내측벽 부근에 집중되고 서로 충돌하여 보다 큰 크기의 기포를 형성하도록 결합된다. 또한, 초기 와류 통로를 통과한 액체는 단일 개구부를 통해 와류실내로 유입되기 때문에, 액체 흐름의 장애가 최소화 되고, 이에 따라 액체가 충분한 흐름 에너지를 유지한 채 와류실내로 도입될 수 있다.

이것은 기포의 효과적 제거에 충분할 정도로 강력한 와류를 발생시킬 수 있게 해준다.

제5도는 본 발명에 따른 기포 분리 장치의 제3실시예를 도시한다.

이후의 기재에서, 진술한 실시예에서와 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다. 도시된 실시예는 본 발명에 따른 장치의 기포 분리 성능을 보다 증진시키거나 최적화시키기 위한 액체 유량 제어에 그 특징이 있다. 즉, 명세서의 도입부에서 언급한 바와 같이, 와류형 기포 분리 장치는 액체로 부터 기포를 효과적으로 제거하기 위한 강력한 와류를 발생시키는 것이 필수적이다.

강력한 와류를 발생시키는 데에는 와류실내로 도입될 때의 액체 유속 및 각속도가 중요하다. 액체를 가압시키는 펌프의 작업이 액체 유량을 변동시키도록 동요될 경우, 와류실내의 와류 상태는 자연히 변동되어 기포 제거 성능의 변화를 가져온다. 즉, 액체 유량이 기포 제거 성능을 최적화시키는 설계 유량 보다 작게 될 경우, 액체 유속 및 가속도도 낮아지게 되어 결과적으로 와류 에너지가 감소하게 된다. 이러한 경우에는 기포가 제거된 고밀도 부분과 기포를 함유하는 저밀도 부분을 분리하기 위한 원심력도 충분하기 않게 된다.

반면에 , 액체 유량이 극도로 커지게 될 경우, 와류실내의 액체의 와류속도가 지나치게 높아져서 액체가 와류실에 머무는 체류 시간을 단축시키게 하고, 이와 같이 체류시간이 단축됨으로써 기포를 함유하는 부분을 성공적으로 분리 할 수 없게 된다. 따라서, 와류실내로 도입되는 액체 유속 및 각속도를 조절하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 도시된 실시예는 와류실(21) 아래에서 외측 용기(27)내에 배치되는 액체 공급 조절 기구를 포함한다. 액체 공급 조절 기구는 플런저(50), 피스톤(51), 플런저(50)과 피스톤(51)사이에 연결되는 피스톤로드(52), 피스톤(51)에 대해 상향 편향력을 제공하기 위해 장치의 바닥부와 피스톤(51)의 바닥부 사이에 설치되는 스프링(53), 조종 입력실(54), 기준 압력실(55), 액체 공급물 입구(23) 부근의 초기 와류 통로(22)내에 압력을 도입하기 위한 조종 압력 도관(56)및 기준 압력 도입 통로(57)을 구비한다.

플런저(50)은 용기(20)의 보다 큰 직경의 하단부를 거의 폐쇄시키도록 대략이 하단부에 해당하는 직경을 가진다. 또한, 플런저(50)은 적어도 부분적으로 개구부(25)를 차폐하는데 필요한 두께를 가지도록 형성된다. 플런저(50)은 개구부(25)의 흐름 경로 면적을 변동시키도록 피스톤(51)의 활동에 따라 왕복식으로 이동된다. 플런저(50)의 상단부 평면은 와류실(21)의 바닥부를 형성하고, 플런저가 위쪽으로 이동될 때 중심 도관 파이프(29)의 하단부를 수용하도록 그 중심부에 형성된 홈(50a)를 구비한다.

기준 압력 도입 통로(57)은 플런저(50)을 통해 그 둘레 부근으로 연장되고 외측 용기(27)의 벽부와 격벽(58) 사이까지 보다 더 연장된다. 이러한 통로(57)은 격벽(58)의 하단부에 형성된 연통로(61)을 통해 격벽(58), 피스톤(51) 및 외측 용기(27)의 바닥벽에 의해 형성되는 기준 압력실(55)와 연통된다.

한편, 조종 압력 도관(56)은 입구측 단부 부근(제6도 참조)의 초기 와류 통로(2)와 격벽(58), 피스톤(51) 및 외측 용기(27)의 벽부에 의해 형성되는 조종 압력실(54) 사이를 연통시키기 위해 이들 사이로 연장된다. 피스톤(51)은 그 외주상에 액체를 새지않게 밀봉하기 위한 밀봉 패킹(60)을 구비함으로써 조종 압력실(54)의 기준 압력실(55)를 분리시킨다. 피스톤(51)과 플런저(50)을 연결시키는 피스톤 로드(52)는 기준 압력 도입 통로(57)과 조종 압력실(54)사이의 연통을 차폐하기 위해 환형 패킹(59)에 의해 밀봉된다.

전술한 구성에 있어서, 초기 와류 통로(22)에서의 액체의 공급 압력은 조종압력 도관(56)을 통해 조종 압력으로서 조종 압력실(54)내로 도입된다. 한편, 와류실(21)내의 압력은 기준 압력으로서 기준 압력실(55)내로 도입된다. 따라서, 피스톤(51)상에 기준 압력실(55)내의 기준 압력과 스프링(53)의 스프링력의 합성력으로서의 상향력이 가해진다. 다른 한편으로는, 조종 압력실(54)내의 조종 압력에 의해 피스톤(51)상에 하향력이 가해진다. 따라서, 피스톤(51)은 양측으로 힘의 평형이 형성되는 위치에 배치되어진다. 즉, 힘의 평형이 형성되는 피스톤의 위치에서 액체 공급물 입구(23) 및 와류실(21)내에서의 압력이 스프링(53)에 의해 발휘되는 힘에 상응하는 크기 만큼 차이를 내게 된다.

액체 공급물 입구(23)에서의 공급 압력이 유량의 저하에 기인하여 낮아지게 될 경우, 기준 압력실(54)내의 압력도 상응하게 낮아져서 힘의 평형을 깨뜨리게 된다. 이에 의해 피스톤(51)이 상향 이동하게 된다. 피스톤(51)의 상향 이동에 의해 플런저(50)도 상향 이동하게 되어 개구부(25)에서의 액체 흐름 경로 면적 및 와류실(21)의 체적을 감소시키게 된다. 이와 같이 제공되는 보다 큰 액체 흐름의 제한에 의해 와류실(21)내로 도입되는 액체의 유속이 가속된다. 또한, 와류실(21)의 체적 감소에 의해 원심 분리에 필요한 유속이 유지된다.

반면에, 액체 공급물 입구(23)에서의 공급 압력이 유량의 증가에 기인하여 증가될 경우, 증가된 압력은 와류실(21)내의 압력에 해당하는 기준 압력과 스프링(53)의 스프링력의 합성력을 극복하여 피스톤(51)을 플런저(50)과 함께 하강시킬수 있다. 따라서, 유입 개구부(25)에서의 액체 흐름 경로 면적 및 와류실(21)의 체적이 증가되어 와류실(21)내로 도입되는 액체 압력을 강하시킨다. 이러한 방식으로, 와류실(21)내로 도입되는 액체 압력은 액체의 와류의 각속도를 조절하도록 조절될 수 있다. 결과적으로, 스프링(53)에 의해 제공되는 설정력을 적절히 조정함으로써 액체의 유속 및 각속도를 기포 제거 성능의 최적화에 적합하게 조절할 수 있다.

전술한 실시예는 와류실내로 도입되는 액체 유속을 조절하기 위해 액체 흐름경로 면적을 조정하는 압력차 감응식 피스톤 및 플런저의 조립체를 채용하고 있으나, 액체 공급물 입구(23) 및 와류실(21)에서의 압력을 매개 변수로 채택하여 플런저의 위치를 전기적으로 제어함으로써 동일한 효과를 달성할 수도 있음을 알아야 한다.

본 발명은 대표적인 실시예와 관련하여 예시되고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않은 채 전술한 내용에 대한 다양한 다른 변경, 생략 및 부가가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 전술한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 청구범위에 제시된 특징에 포함된 범위 및 그 균등물내에서 실시될 수 있는 가능한 모든 실시예를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

원형 단면, 미리 정해진 축방향의 길이 및 폐쇄된 양 축방향 단부를 가지고, 보다 큰 직경의 하단부를 가지는 대략 원추형의 와류실을 형성하는 용기; 상기 와류실로 부터 액체의 기포 제거 부분을 배출하기 위해 상기 용기의 외주벽의 상반부 부근의 미리 정해진 구역에 형성되는 다수의 구멍; 수용된 액체를 출구로 안내하기 위해 상기 용기를 둘러싸서 상기 구멍을 통해 상기 와류실로 부터 배출되는 액체를 수용하는 외측 케이싱; 상기 와류실내에 배치되고 대략 상기 와류실의 중심축을 따라 연장되는 중심 도관 파이프; 배출을 위해 상기 와류실로 부터 기포 함유 부분을 제거하도록 상기 와류실내의 상기 중심 도관 파이프를 통해 형성되는 다수의 오리피스; 상기 용기의 보다 큰 직경의 단부의 적어도 대략 전둘레에 걸쳐 연장되는 환형의 초기 와류 통로;상기 와류실의 외주벽을 통해 형성되고, 상기 와류실과 상기 초기 와류 통로를 연통시키고, 대략 접선 방향으로 상기 초기 와류 통로로 부터 상기 와류실내로 액체를 도입하도록 형성되는 단일 개구부; 및 각방향의 편향이 거의 없이 액체 흐름을 상기 와류실내로 안내하기 위해 상기 개구부 부근의 상기 초기 와류 통로의 단부에 설치되는 흐름 안내 부재를 구비하는 것을 특징하는 와류형 기포 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 와류실내로 도입되는 액체의 유속을 조절하기 위해 상기 초기 와류 통로의 입구에서의 액체 압력과 상기 와류실내의 액체 압력 사이의 압력차에 감응하는 액체 공급 조절 기구를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 용기, 상기 외측 케이싱 및 상기 초기 와류 통로는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제1항에 있어서, 상기 초기 와류 통로는 대략 접선 방향으로 가압 액체를 도입하기 위해 가압 액체 공급원에 연결되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제2항에 있어서, 상기 액체 공급 조절 기구는 상기 단일 개구부의 액체 흐름 면적을 제한하기 위해 상기 단일 개구부에 대해 이동가능한 부재를 구비하며, 이에 의해 상기 와류실내로 도입되는 액체의 유속을 제어하도록 상기 와류실과 상기 초기 와류 통로의 입구 사이의 압력차에 의존하여 액체 흐름 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제5항에 있어서, 상기 이동가능한 부재는 대략 상기 와류실의 바닥부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제6항에 있어서, 상기 이동가능한 부재는 상기 단일 개구부를 적어도 부분적으로 차폐하기 위한 두께를 가지도록 형성된 플런저를 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제5항에 있어서, 상기 액체 공급 조절 기구는 입구측 단부 부근의 상기 초기 와류 통로와 연통되는 조종 압력실, 상기 와류실과 연통되고 액체가 새지 않게 상기 조종압력실로 부터 분리되는 기준 압력실 및 상기 조종 압력실과 상기 기준 압력실 사이에 위치되고 상기 이동가능한 부재에 연결되는 피스톤을 또한 구비하며, 상기 피스톤은 상기 조종 압력실과 상기 기준 압력실 사이의 압력차에 감응하여 이동되기 적합하게 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제8항에 있어서, 상기 액체 공급 조절 기구는 상기 피스톤을 평상시 가압하기 위한 스프링 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제8항에 있어서, 상기 조종 압력실과 상기 기준 압력실은 상기 외측 케이싱내에 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
액체의 거의 기포를 함유하지 않은 제1부분과 액체의 집중된 기포를 함유하는 제2부분을 원심력에 의해 농축함으로써 액체중에 함유된 기포를 분리시키기 위해 액체의 와류를 발생시키고, 상기 액체의 제1부분을 통과시켜 배출하기 위해 외주벽을 통해 형성되는 다수의 구멍과 가압 액체를 통과시켜 도입하기 위한 입구를 가지는 원심 분리기; 상기 가압 액체를 통과시켜 상기 원심 분리기내로 도입하기 위해 일단부에서 상기 원심 분리기의 입구와 연통되고 타단부에서 가압 상기 액체 공급원과 연통되고, 액체의 제1및 제2부분을 예비적으로 분리하기 위해 관통하여 흐르는 액체에 원심력을 가하여 각각의 부분의 층류를 형성하는 수단과 액체의 층류의 흐름을 각방향의 편향이 거의 없이 상기 입구를 향해 편향시켜 상기 원심 분리기의 입구에서 액체를 접선 흐름으로서 도입하기 위한 수단을 포함하는 흡입 조립체; 상기 원심 분리기내에 배치되고 대략 상기 원심 분리기의 중심축을 따라 연장되고, 상기 액체의 제2부분을 제거하여 배출시키기 위한 다수의 오리피스를 가지는 중심 도관 수단; 및 상기 원심 분리기의 외주벽의 상기 구멍을 통해 배출되는 상기 액체의 제1부분을 수용하기 위해 상기 원심 분리기를 둘러싸고, 상기 액체의 제1부분을 배출하기 위한 출구를 가지는 외측 케이싱을 구비하는 것을 특징으로하는 와류형 기포 분리 장치.
제11항에 있어서, 상기 흡입 조립체는 공급 라인을 경유하여 상기 가압 액체 공급원에 연결되는 입구 및 상기 원심 분리기와 연통되는 출구를 구비하며, 상기 입구 및 상기 공급 라인은 상기 흡입 조립체의 상기 입구에 대해 대략 접선 방향으로 액체를 배향시키는 상태로 연결되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제12항에 있어서, 상기 액체의 제1 및 제2부분을 예비적으로 분리하기 위한 수단은 상기액체의 제1부분과 제2부분의 원심 분리를 일으키면서 상기 액체의 흐름을 안내하기 위해 상기 원심 분리기의 둘레를 따라 연장되는 통로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제13항에 있어서, 상기 통로부는 상기 원심 분리기의 거의 전둘레에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제11항에 있어서, 상기 원심 분리기와 상기 흡입 조립체의 상기 입구 사이의 압력차에 감응하는 액체 유속 조절 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제15항에 있어서, 상기 액체 유속 조절수단은 상기 원심 분리기와 상기 흡입 조립체의 상기 입구 사이의 압력차에 의존하여 액체 경로의 면적을 변동시키기 위해 상기 원심 분리기의 상기 입구에 대해 이동가능한 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치
제16항에 있어서, 상기 이동가능한 부재는 대략 상기 원심 분리기의 바닥부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제17항에 있어서, 상기 이동가능한 부재는 상기 단일 개구부를 적어도 부분적으로 차폐하기 위한 두께를 가지도록 형성된 플런저를 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제16항에 있어서, 상기 액체 유속 조절 수단은 상기 흡입 조립체의 상기 또 다른 단부부근의 상기 흡입 조립체와 연통되는 조종 압력실, 상기 원심 분리기와 연통되고 액체가 새지 않게 상기 조종 압력실로 부터 분리되는 기준 압력실 및 상기 조종 압력실과 상기 기준 압력실 사이에 위치되고 상기 이동가능한 부재에 연결되는 피스톤을 또한 구비하며, 상기 피스톤은 상기 조종 압력실과 상기 기준 압력실 사이의 압력차에 감응하여 이동되기 적합하게 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제19항에 있어서, 상기 액체 유속 조절 수단은 상기 피스톤을 평상시 가압하기 위한 스프링 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.
제19항에 있어서, 상기 조종 압력실 및 상기 기준 압력실은 상기 외측 케이싱내에 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 분리 장치.