KR100863678B1 - 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는원심분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심분리기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 실험실용이나 산업용으로 사용되어지는 원심분리기 중에서 시료 내에 존재하는 다양한 물질들을 분리하기 위하여 시료를 담은 용기를 고속으로 회전시켜 시료에 가하여 지는 원심력을 이용하여 성분들의 밀도차에 의하여 침전분리나 용액의 정정 등을 목적으로 사용되어지는 원심분리기에 관한 것으로, 이 장치의 핵심기술은 고속회전에 관한 기술로써 통상 전동기를 사용하고 있으나 전동기의 경우에는 고속의 회전을 달성하기 위하여서는 원심분리기의 회전차와 전동기 축 사이에 증속기를 사용하여 증속하여야 하며, 개선된 방식으로는 주파수를 고주파수로 변경하여 이에 맞도록 전동기를 설계하는 방식이 있으나 이러한 방법은 고속에 도달하기 위한 부가적인 장치로 인하여 장비가 복잡하며 고가에 이르게 되며, 그 외에 전동기를 에어모터로 대체하는 방법이 있으나 장비의 동적 불안정성과 대형의 공기공급장치를 필요로 하는 문제가 존재하므로, 이를 개선하여 회전축내에 초음속 터빈을 설치하고 부분분사에서 작동하도록 하여 상기의 문제점을 해결한 새로운 구조에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명에서는 터빈의 중앙통로에 공기공급장치를 설치하고, 이 공기공급장치에 초음속노즐을 방사형으로 설치하고, 공기공급장치의 하단부에 디퓨져코어를 설치하여 터빈을 작동하는 초음속노즐의 개수를 조절할 수 있는 구조를 가지며, 터빈을 작동하고 나오는 공기는 벤튜리를 지나도록 하여, 이 벤튜리의 목(throat)에 설치된 홀이 회전차의 챔버와 연결되도록 하여 회전차가 회전하는 경 우에 챔버는 진공이 달성되어 마찰 손실을 최소화 하였으며, 아울러 회전축의 상단에는 에어포일형태의 날개를 설치하여 회전차가 회전할 경우에 양력에 의하여 회전차가 부상하도록하여 축방향 베어링이 없어도 작동되도록 하여 고효율에서의 작동이 가능하도록 하였으며, 터빈은 높은 회전수를 얻도록 초음속에서 작동하며, 아울러 부분분사에 작동하도록 하여 소량의 고압공기에서도 충분한 효과가 있도록 하였으며, 회전차의 부피나 중량이 큰 경우에는 터빈을 2단으로 작동하도록 하여 다양한 작동조건에도 능동적으로 대처하며, 장치를 높이를 줄여서 안정성을 향상한 구조를 달성한 것을 특징으로 한다.

원심분리기, 초음속터빈. 부분분사, 초음속노즐, 진공챔버

Description

회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기{Centrifuge operated by a small supersonic turbine which is installed inside of the rotating shaft}

본 발명은 고속회전을 발생되는 원심력으로 시료분석이나 용액의 청정 등을 목적으로 사용되어지는 원심분리기에 관한 것이다.

시료에 존재하는 다양한 물질들을 분리하기 위하여, 도 1과 같이 시료를 담은 용기를 고속으로 회전시키면, 이 시료에 가하여 지는 원심력 때문에 시료내의 성분들은 밀도차에 의하여 침전분리가 가능하게 되는데, 이러한 원심분리기는 실험실용이나 산업용으로 많이 사용되어지고 있으며, 시료의 종류나 크기에 따라 분리하는 방법에 차이가 있다.

산업용으로 사용되는 경우에 액체에서 액체 또는 미세한 입자를 연속적으로 분리하기 위하여 도 2와 같이 분리할 연료나 물질을 축 근처의 한쪽으로 주입되면 주입된 물질은 중앙의 분리기(4)에서 원심력을 받아서 무거운 물질은 밖으로 향하 고 가벼운 물질은 안쪽으로 향하게 되어 이들을 연속적으로 분리하는데 필요에 따라서는 분리의 정도를 높이기 위하여 재분리를 시행하기도 하나, 이러한 장치의 핵심은 중앙 분리기를 회전하여 발생되는 원심력을 이용한다는 것이다.

실험실에서는 세포나 미생물(세군, 바이러스, 박테리오파지)의 균체수집, 세포기관(핵, 리보소옴, 미토콘드리아 등)의 분리추출, 발효배양액이나 화학반응 용액의 침전분리 또는 용액의 청정 등을 목적으로 고속회전 원심분리기를 사용하고 있다.

이러한 초고속 원심분리기는 고속원심분리기에서 분리하기 어려운 생체내의 DNA, RNA, 단백질 등을 더욱 강한 원심력을 이용하여 분리하는 기기이며 초고속 원심분리기는 100,000 RPM의 회전력으로 694,000g의 원심력이 생성되어져야 하므로, 회전차(9)에서 발생되는 공기와의 마찰은 원심분리기의 작동에 상당한 저항력이 될 뿐만 아니라 공기와의 마찰열에 의한 온도차를 만들 수가 있으므로 도 3에서와 같이 회전차를 둘러싸고 있는 챔버(8)내를 진공으로 하여 작동하게 되는데, 상기와 같이 실험실용이나 산업용으로 적용되는 원심분리기의 중요한 기술은 고회전 기술이 된다.

그러므로, 상기의 원심분리기 성능은 중력에 비하여 몇 배의 원심력이 생기는가에 따라서 결정하는데 이를 원심효과라고 하며, 원심력의 크기는 질량x반지름x각속도의 제곱으로 결정되어지나 시료의 질량은 변경되어지지 않으므로, 원심력의 주 결정요소는 회전체의 반지름과 각속도에 의하여 결정되어지나, 회전체의 반경을 키우게 되면 장비의 부피 및 중량의 증가뿐만 아니라 기계적 강도에도 한계가 있으므로, 회전속도를 증가하는 것이 원심분리기의 핵심기술이 된다.

통상 원심분리기의 회전차를 돌리는 기기는 도 2나 3에서처럼 전동기(3)를 사용하고 있으나 일반전동기의 경우 회전속도는 3,600RPM 이므로 이러한 속도로부터 고속 회전을 달성하기 위하여서는 원심분리기의 회전차(9)와 전동기 축 사이에 증속기(5)를 사용하여 증속하여 사용하는 방법이 있으며, 증속기를 개선한 방식으로 도 4에서 보여주고 있는 것처럼 전류의 주파수를 고주파수로 변경하고, 이 고주파수에 맞도록 전동기를 설계하는 방식으로 고속회전에 도달하는 방법이 있으며, 그 외에 전동기(3)를 에어모터로 대체하여 높은 회전수를 얻는 방법 등이 사용되어지고 있다.

하지만 상기의 장치에서 발생되어지는 문제점으로는 원심분리장치의 회전차(9)에 회전력을 제공하는 장치로써 전동기(3)를 사용하는 경우에는 전동기의 회전속도가 낮으므로 원심분리에 필요한 5만 RPM 이상의 높은 회전수(원심 분리할 시료에 따라 달라짐)를 얻기 위하여 전동기의 축(10)과 원심분리기 회전차의 축(11)사이에 기어박스로 구성된 증속기(5)를 사용하여 회전속도를 증가시켜 사용하여야 하지만, 최근에는 일반적인 50-60Hz의 전류로부터 복잡한 제어장치(14)를 사용하여 고주파수로 주파수 변경하고, 아울러 고주파수로 변경된 전류에 의하여 작동될 수 있는 전동기를 사용하고 있다.

그렇지만, 증속기를 사용하는 경우에는 장치의 부피나 중량이 증가하게 되고, 효율의 감소가 발생되며, 소음이 증가하며, 반면에 주파수를 증가하여 회전수 를 증가하는 경우에는 주파수를 변경하는 제어장치(14)가 요구되며, 이 주파수에 의하여 작동되어지는 고속회전 전동기(12)를 설계하여야 하므로 상기와 같은 부수적인 회전수 증가장치에 의하여 원심분리기의 부피 및 중량 증가와 더불어 상당한 비용의 상승이 동반되어질 뿐만 아니라 장치제작의 어려움이 있으며, 회전차의 회전속도가 증가하게 되면 회전차의 외부를 진공으로 하는 추가적인 장치도 필요로 하게 된다.

만일, 원심분리기의 회전차(9)를 회전시키기 위한 장치로써 상기의 전동기 대용으로 가스터빈이나 스팀터빈을 사용하는 경우에는 이 장비의 고가 및 장치의 복잡성뿐만 아니라, 이 장치를 가동하기 위한 부수적인 장치의 거대함으로 인하여 특수한 목적에만 사용되어지고 있는 실정이며, 일반적으로 많이 사용되어지는 소형의 장비에는 적용이 곤란한 문제점이 있다.

따라서 소형의 장비에는 에어모터(공기에 의하여 작동하는 터빈)가 사용되어지고 있으나, 현재에 사용되어지는 에어모터의 경우에는 그림 3과 같이 전동기의 위치에 에어모터를 대체하여 사용하는 실정이며, 이 경우에는 장치의 높이를 증가하여 전체적인 안정성을 떨어트리며, 또한 전동기나 가스터빈, 스팀터빈과 같이 회전장치의 회전축과 원심분리기의 회전차를 연결하는 축(11)과의 연결에 상당한 주의를 요한다.

이러한 에어 모터는 고속으로 회전하므로 정밀한 동심도를 유지하여야 하며, 연결부위에 진동이 발생하지 않도록 힘의 균형과 발란싱이 이루어져야 하는 어려움 이 있으며, 아울러 에어모터를 가동하기 위한 부수적인 대용량의 고압공기를 만드는 장치를 필요로 하는 기술적인 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 원심분리기의 회전차를 회전하기 위한 장치로써 소형의 초음속 터빈(43)을 사용하며, 이 터빈의 설치는 원심분리기 회전차의 축(50)내부에 초음속 터빈의 익형을 장착하여 달성되며, 터빈 익형의 중간 통로에는 공기공급 장치(45)를 설치하므로 기존의 장치에서 발생되었던 고 회전 원심분리기의 높이에 따른 불안정성을 해소하였으며, 더구나 이 터빈의 가동은 초음속으로 분사하는 노즐(44)을 사용하여 높은 회전수를 달성하도록 하였으며, 또한 터빈은 부분분사에서 작동되도록 하여, 아주 소량의 고압공기만을 사용하여 작동되도록 하였으므로 기존의 에어모터를 사용하는 경우처럼 대용량의 부수적인 고압공기장치를 사용하지 않고, 이동식 공기압축기만으로도 충분히 작동 가능하도록 하였다. 이를 위하여, 회전차(40)에서 발생되는 손실을 최소화하였는데, 우선 회전차의 축 상부에 에어포일 익형(53)을 설치하여 회전차가 회전되는 경우에 양력으로 회전차가 부상되도록 하여 축방향 베어링을 필요로 하지 않는 간단한 구조를 달성하였을 뿐만 아니라 축방향 베어링에 의한 마찰 손실을 제거하였으며, 그 외에도 터빈을 지난 고압의 공기는 출구로 가기 전에 벤튜리관(54)을 지나도록 하여 벤튜리관(54)에서 낮은 압력상태를 유지하여 회전차의 외부에 있는 공기를 흡수 하여 자동적으로 회전차 주위가 진공 상태가 되도록 하여 회전차의 공기마찰손실을 최소화 하였으며, 장치에 따라서 회전토오크를 증대하여야 하는 경우에는 추가적으로 터빈 익형을 추가하여 2단 터빈(57)에서 작동되도록 하여 사용공기량의 증대가 없어도 고속으로 회전되도록 하는 특징을 달성하도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시료를 담은 용기를 회전차에 장착하고, 고속으로 회전시켜 시료에 가하여 지는 원심력을 이용하여 성분들을 분리하기 위한 원심분리기에 있어서,

초음속 터빈의 익형을 회전차의 축 안에 삽입하고, 그 중앙 통로에 공기 공급장치를 설치하여 상기 초음속 터빈을 작동시키며, 상기 공기공급장치에 초음속노즐이 방사형으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 공기공급장치는 초음속노즐 하단부에 디퓨져코어를 설치하고 상기 디퓨져코어의 원주방향에 공기통로를 설치하여, 터빈의 작동에 사용되는 초음속노즐의 개수를 조정하는 구조를 가지며, 상기 디퓨져코어가 터빈을 작동하고 나오는 고압의 공기 팽창에 의한 손실이 적도록 조정하는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 회전차는 축 상단에 에어포일 형태의 익형을 설치하여 회전차가 회전하는 경우에 양력으로 인하여 회전차가 부상하도록 하여, 중력으로 인한 회전체의 무게를 제거할 수 있는 것임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 회전차는 축 하단에 벤튜리관을 설치하고 이 벤튜리관의 목부분에 설치된 홀이 회전차의 챔버와 연결되도록 하여, 터빈을 작동하고 배출되는 공기가 벤튜리에서 높은 속도를 갖도록 하여 이 영역에서 형성된 저압이 회전차 챔버에 있는 공기를 흡수하여 챔버가 진공에 도달하도록 함으로써 상기 회전차가 회전하는 경우에 공기에 의한 마찰손실을 최소화하는 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 회전차는 축 내부에 2단의 터빈이 장착되어 상기 회전차의 부피나 중량이 증대하여 높은 회전 토오크를 필요로 하는 경우에 작동하게 하는 구조임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 회전차는 원심 분리할 매질의 용기를 넣은 구조를 방사형이면서 사선으로 설치하여 회전차의 윗부분으로도 축이 형성되어 용기의 용량이 증대하며, 높이가 낮아져서 동적 안정성이 증대하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기를 제공한다.

본 발명에 따른 원심분리기에 의하면 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기의 구조에서는 고속으로 회전하는 회전차(40)를 윗면카바(42)와 몸체카바(41)로 둘러싸는 튼튼한 구조를 달성하면서, 회전차를 돌리기 위한 터빈을 회전축(50)내에 설치하여 원심분리기의 장치높이를 낮추어 원심분리기의 동적 안정성을 향상하였으며, 터빈은 부분분사에서 작동하도록 하여, 소량의 고압공기에서도 작동에 문제가 없도록 하여, 기존의 장치와는 달리 이동식 소형의 고압공기 장치로도 작동되도록 하였으며, 높은 회전수에 작동이 되도록 초음속 노즐에서 초음속 유동을 형성하게 하고 터빈은 이 초음속 유동에 맞도록 초음속 터빈으로 설계되어졌으며, 또한 회전차의 크기가 증대하거나 아주 높은 회전수를 필요로 하는 경우에는 여러 개의 노즐을 사용하도록 하였을 뿐만 아니라 터빈을 2단(57)으로 증가 하여 사용할 수 있도록 하여, 다양한 작동조건에도 능동적으로 대처할 수 있도록 하였으며, 고효율에서 작동하도록 회전축의 상단에 에어포일의 익형(53)을 설치하여 회전차가 회전하는 경우에 자동으로 회전차가 양력에 의하여 부상되도록 하여 중력에 의한 축방향의 힘을 제거하여 축방향 베어링에 의한 마찰 손실을 제거하 였으며, 터빈을 가동한 공기가 벤튜리관(54)을 지나도록 하여 여기에서 형성되는 낮은 압력을 이용하여 회전차의 챔버내에 있는 공기를 흡수하여, 회전차가 회전하는 경우에 챔버가 진공상태가 되도록 하여 공기에 의한 마찰 손실을 제거하였으므로 고효율에서의 작동을 달성하였으며, 회전차에는 시료를 담는 용기를 방사형(62)으로 비스듬히 설치하도록 하여, 원심분리 시에 시료를 담는 용기의 부피가 증가하면서도 원심력의 감소가 발생되지 않도록 하였으며, 이로 인하여 회전차의 윗부분으로도 축이 있을 수 있는 구조가 되어 원심분리기의 구조가 단순화되며 안정된 구조를 달성하는 효과를 갖게 되었다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 종래의 전동기나 에어모터와는 달리 초음속터빈(43)의 익형을 원심분리기 회전차(40)의 축(50) 내부에 설치하고, 이 초음속 터빈의 중간 통로에 공기공급장치(45)를 설치하여 초고속 원심분리기의 높이를 최소화하도록 하는 특징을 가지며, 적은량의 고압공기에서 작동되도록 하기 위하여 마찰손실을 최소화 하였는데, 이를 위하여 회전차(40)의 회전축(50) 상단에 에어포일 형태의 익형(53)를 설치하여 회전차가 회전 시 자체의 양력으로 회전차가 부상되어 중력에 의한 축방향의 힘을 자동적으로 제거하였으며 이로 인하여 축방향 베어링의 필요가 없는 간단한 구조가 달성되었으며 아울러 축방향 베어링에 의한 마찰 손실을 최소화하였으며, 또한 고압공기가 터빈을 작동 후 벤튜리(54) 영역을 지나도록 하여 이 영역에서 낮은 압력이 회전차 주위에 있는 공기를 흡수하여 회전차에서 발생되는 공기마찰을 최소화 하였으며, 아울러 장치의 토오크 증가를 필요로 하는 경우에는 회전축 내부에 2단의 초음속 터빈(57)을 설치하여 회전토오크의 증대가 발생되도록 하였으며, 터빈을 작동하는 노즐은 초음속 노즐(44)을 사용하는 것을 특징으로 하는 원심분리기를 제공한다.

첨부 도면 중, 바람직한 실시 예의 도 5a는 초음속터빈(43)이 회전축(50) 내부에 설치되어 있는 형상을 보여주고 있으며, 이 터빈의 익형은 회전차 축(50)의 상부에서 압입하여 설치되어지며, 도 5a 에서는 1단의 터빈(43)이 장착되어 있음을 보여주고 있으나, 도 5b 회전차(40)의 크기가 증대하여 회전 토오크가 증대하여야 하는 경우에는 도 5b와 같이 동일한 터빈의 익형을 2단 터빈(57)으로 장착하여 회전토오크의 증대가 간단하게 이루어지도록 하고 있으며, 도 5c에서는 2단 터빈의 장착이 회전축내에 있는 턱으로 인하여 간단히 설치될 수 있음을 보여주고 있으며, 도 6a는 도 5a의 단면A-A에서 보았을 때의 터빈의 형상을 보여주고 있으며, 장착된 터빈이 높은 회전수에 도달하여 회전차에서도 높은 회전수를 얻도록 하기 위하여 터빈은 초음속의 유동에 의하여 작동하도록 하는데, 이 경우에 터빈에서 초음속의 충격파로 인한 손실을 최소화하기 위하여 터빈의 익형은 초음속 유동에서 작동하기에 적합한 형태로 설계되었으며, 그 형태를 도 6b에서 보여주고 있다.

상기의 특징 중에서 터빈의 중앙통로에는 공기공급장치(45)가 삽입되어져 있 으며, 이 공기공급장치의 하단부에는 초음속 노즐(44)이 부착되어있으며, 도 5b의 B-B 단면에서 보았을 때의 형태를 도 7a에서 보여주고 있으며, 또한 노즐 단면의 형태는 도 7b에서 보여주고 있으며, 고압의 공기가 팽창하면서 출구에서 초음속에 도달할 수 있도록 초음속 노즐로 설계되어 있음을 보여주고 있으며, 초음속 노즐(44)은 방사형으로 4개가 설치되어 있으며, 필요시에 노즐의 개수를 선택하여 사용하도록 하기 위하여 공기공급장치의 끝부분에 있는 디퓨져코어(56)의 상부에 공기통로(58)를 설치하여 놓았는데, 도 7d에서 노즐과 연결되는 공기 통로가 (59)와 연결되는 경우에는 하나의 노즐만 사용하게 되고, 나머지의 3개 노즐은 막히게 되며, 공기통로를 (60)와 노즐과 연결되도록 하면 2개의 노즐이 작동하며, 공기통로를 (61)과 연결되도록 하면 동시에 4개의 노즐이 동시에 작동되어, 이 경우에는 터빈의 회전토오크 증대와 회전속도의 증가가 이루어져 큰 회전차를 사용하는 경우에도 작동이 가능하도록 하는 구조를 가지고 있다.

또 다른 특징으로는 회전축(50) 외부에는 원심분리기의 회전차(40)가 부착되어지며, 이 회전차의 내부에는 방사형으로 만들어진 통로(62)가 있으며, 이 통로에는 원심분리할 시료를을 담은 용기가 장착되도록 하였으며, 이 회전차의 측면도와 용기를 넣는 통로의 형태를 도 8a에서 보여주고 있으며, 위에서 보았을 경우의 회전차의 형태를 도 8b에서 보여주고 있는데, 종래의 장치에서는 도 8c와 같이 통로를 축에서 반경방향으로 설치하여 사용하므로 이를 빼내기 위하여서는 회전차의 윗부분에는 축이 있을 수 없는 구조이므로 반드시 전동기는 아래 부분에만 설치하는 구조여야 하지만, 본 장치와 같이 방사형이지만 사선으로 만드는 경우에는 회전 차(40)의 윗부분으로 축이 있어도 용기를 빼내기가 용이하도록 되어있으며, 고 회전으로 파손될 위험성이 있는 회전차를 아래 부분으로 두는 구조가 되도록 하여 안정성을 향상하였으며, 비스듬히 장착되어지므로 용기가 길어질 수 있는 장점이 있으며, 동일한 회전수에서 작동하는 경우에 원심력의 감소가 발생되지 않는 구조를 갖추었다.

또 다른 특징을 설명하자면 회전축의 하단부에 도달하기 이전에 벤튜리(54)를 설치하여 디퓨져코어(56)와 함께 출구로 가는 유동의 급격한 변화를 지향하여 압력손실의 급격한 증가를 방지하였으며, 도 9에서처럼 벤튜리의 부분에 설치되어 있는 홀(55)이 회전차의 주위에 있는 공기와 연결되도록 하여, 터빈의 작동시 출구로 나가는 공기가 벤튜리에서 높은 속도를 가지므로 벤튜리에서 형성된 낮은 압력이 회전차 주위에 있는 공기를 흡입하게 되어, 회전차의 챔버(48)가 자동으로 진공이 되도록 하여 회전차가 회전하는 경우에 회전차 주위에 있는 공기로 인한 마찰손실을 최소화하여 작동효율을 상승시켰으며, 회전차 하단부에는 소음기(49)를 설치하여 원심분리기를 작동하는 경우에 압력의 팽창으로 인한 소음을 최소화하는 구조를 갖추었다.

상기의 실시로 얻어지는 또 다른 중요한 효과로는 회전차의 회전축(50) 상단에 에어포일형태의 익형(53)이 설치되어져 있으며, 이를 도 5b 단면 C-C에서 보았을 때의 형태를 도 10a에서 보여주고 있으며, 도 10b는 도 10a를 측면에서 보았을 때의 익형의 형태를 보여주고 있는데, 이 회전차의 축이 회전하는 경우에 익형의 윗부분이 볼록한 형태이므로 회전에 따른 양력이 발생되어 회전축을 상승하게 되어 중력으로 인한 회전차(40)의 아랫방향으로 향하는 힘과 상쇄되어져 회전차는 축방향으로의 힘을 가지지 않으므로, 축방향 베어링을 필요로 하지 않는 간단한 장치가 달성되었으며, 더구나 이 축방향 베어링의 설치로 인한 마찰손실을 제거하였으므로 회전차의 회전효율을 향상하는 구조를 갖추었다.

도 11은 바람직한 실시 예의 도 5a를 위부분에서 바라본 형태로써 챔버(48)의 윗면카바(42)를 제거하였을 경우의 형태를 보여주고 있으며, 사용 시 윗면카바(42)만 제거하면 용기를 간단히 회전차(40)에서 빼낼 수 있으며, 챔버는 회전차를 둘러싸고 있는 구조이므로 높은 회전에 따른 회전차의 파손에도 안전한 구조를 갖도록 하였으며, 필요한 부품 수를 최소화하여, 제작방식을 상당히 단순화하였으며, 높은 효율과 다양한 조건에서도 작동하도록 하는 특징을 보여주고 있다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 원심분리기의 기본원리도;

도 2는 종래의 관상 원심분리기의 구조도;

도 3은 종래의 초고속회전 원심분리기의 구조도;

도 4는 종래의 고속회전 원심분리기 구조도;

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 원심분리기의 구조도;

도 5b는 2단 터빈이 사용되어진 원심분리기의 구조도;

도 5c는 터빈장착에 대한 상세도;

도 6a는 도 5a의 A-A 단면에서 보여지는 터빈의 구조도;

도 6b는 초음속터빈 익형의 형상을 보여주는 구조도;

도 7a는 도 5b의 B-B 단면에서 보여지는 구조도;

도 7b는 초음속노즐의 형상을 보여주는 구조도;

도 7c는 디퓨져코어의 형상을 보여주는 단면도;

도 7d는 디퓨져코어의 공기통로를 보여주는 단면도

도 8a는 회전차의 측면도;

도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 용기통로의 평면도;

도 8c는 종래의 용기통로에 대한 평면도;

도 9는 벤튜리관의 단면도;

도 10a는 도 5b C-C에서본 회전축을 부상하기 위한 익형에 대한 평면도;

도 10b는 도 10a의 측면도;

도 11은 윗면카바가 탈착된 몸체카바의 구조도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 용기 2: 회전축

3: 전동기 4: 분리기

5: 증속기 6: 오일실

7: 베어링하우징 8: 챔버

9: 회전차 10: 전동기축

11: 회전차축 12: 고속전동기

13: 안전카파 14: 제어장치

40: 회전차 41: 몸체카바

42: 윗면카바 43: 1단 터빈

44: 초음속노즐 45: 공기공급장치

46: 유량조절밸브 47: 고압공기연결부

48: 챔버 49: 소음기

50: 회전축 51: 실

52: 베어링 53: 익형

54: 벤튜리 55: 홀

56: 디퓨져코어 57: 2단 터빈

58: 공기통로 59: 1개 노즐통로

60: 2개 노즐통로 61: 4개 노즐통로

62: 용기통로

Claims (6)

1. 시료를 담은 용기를 회전차에 장착하고, 고속으로 회전시켜 시료에 가하여 지는 원심력을 이용하여 성분들을 분리하기 위한 원심분리기에 있어서,

   초음속 터빈의 익형을 회전차의 축 안에 삽입하고, 그 중앙 통로에 공기 공급장치를 설치하여 상기 초음속 터빈을 작동시키며, 상기 공기공급장치에 초음속노즐이 방사형으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공기공급장치는 초음속노즐 하단부에 디퓨져코어를 설치하고 상기 디퓨져코어의 원주방향에 공기통로를 설치하여 터빈의 작동에 사용되는 초음속노즐의 개수를 조정하며, 상기 디퓨져코어가 터빈을 작동하고 나오는 고압의 공기 팽창에 의한 손실이 적어지도록 조정하는 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전차는 축 상단에 에어포일 형태의 익형을 설치하여 회전차가 회전하는 경우에 양력으로 인하여 회전차가 부상하도록 하여, 중력으로 인한 회전체의 무게를 제거할 수 있는 것임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착 된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 회전차는 축 하단에 벤튜리관을 설치하고 이 벤튜리관의 목부분에 설치된 홀이 회전차의 챔버와 연결되도록 하여, 터빈을 작동하고 배출되는 공기가 벤튜리에서 높은 속도를 갖도록 하여 이 영역에서 형성된 저압이 회전차 챔버에 있는 공기를 흡수하여 챔버가 진공에 도달하도록 함으로써 상기 회전차가 회전하는 경우에 공기에 의한 마찰손실을 최소화하는 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 회전차는 축 내부에 2단의 터빈이 장착되어 상기 회전차의 부피나 중량이 증대하여 높은 회전 토오크를 필요로 하는 경우에 작동하게 하는 구조임을 특징으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 회전차는 원심 분리할 매질의 용기를 넣은 구조를 방사형이면서 사선으로 설치하여 회전차의 윗부분으로도 축이 형성되어 용기의 용량이 증대하며, 높이가 낮아져서 동적 안정성이 증대하는 구조로 이루어진 것을 특징 으로 하는 회전축 내에 장착된 소형 초음속터빈에 의하여 작동하는 원심분리기.

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