KR101047508B1

KR101047508B1 - 원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법

Info

Publication number: KR101047508B1
Application number: KR1020090080322A
Authority: KR
Inventors: 정상현; 심성훈; 홍원석; 송동근; 최윤환; 유태일; 조용희; 봉만길
Original assignee: 한국철도공사; 한국기계연구원
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-07-07
Also published as: KR20110022850A

Abstract

본 발명은 원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외주면에 가열 수단이 구비되어 내부가 가열되는 진공상태의 하우징 내부를 수직으로 관통 형성되어 모터에 의하여 회전하는 축에 길이 방향으로 다수 개의 원판이 설치되고, 상기 원판의 하단면에 다수개의 블레이드가 설치되며, 상기 하우징의 상부를 통해 유입된 유체가 다수개의 원판에 구비되면서 원심력에 의해 원판의 외주면으로 이송됨과 동시에 원판의 상면에 박막이 형성되어, 박막의 형성과 증발 전열 면적 증가의 동시 효과로 내부온도와 진공에 의하여 1차 증발이 급격하게 일어나고, 상기 원판에서 증발되지 않은 나머지 유체는 상기 원판의 상면으로부터 상기 하우징 내면 사이로 이송되어 상기 하우징 내주면을 흐를 때 상기 원판하부에 부착된 상기 블레이드와 상기 하우징 내주면 사이에 또한 강제 박막이 형성되어 내부온도와 하우징 내주면의 온도에 의하여 유체의 2차증발이 일어나며, 그로 인해 증발장치의 효율은 급격하게 증가하고, 상기 모터의 회전에 의해 회전하는 축의 하부에 설치되어 축의 회전에 의하여 구동되는 펌프가 상기 하우징 내부의 하부에 구비되어, 상기 하우징 하부에 저장된 증발되지 않은 유체를 상기 하우징 상부의 유체 유입구로 펌핑하여 유체가 하우징의 상부와 하부를 순환하면서 연속적인 증발이 일어나고, 또한 유체의 순환을 위한 순환 펌프가 상기 하우징 내부에 설치되어, 증발장치를 구동하기 위한 설치공간이 크게 축소되어 장치의 콤펙트화 달성은 물론이고 설치 위치에 제약을 받지 않는 특징이 있다.

원심, 박막, 증발장치, 깔때기, 바이패스 관, 원심력

Description

원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법{A circle Thin film Vaporization equipment and Control Method For The Same}

본 발명은 원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외주면에 가열 수단이 구비되어 내부가 가열되는 진공상태의 하우징 내부를 수직으로 관통 형성되어 모터에 의하여 회전하는 축에 길이 방향으로 다수 개의 원판이 설치되고, 상기 원판의 하단면에 다수개의 블레이드가 설치되며, 상기 하우징의 상부를 통해 유입된 유체가 다수개의 원판에 구비되면서 원심력에 의해 원판의 외주면으로 이송됨과 동시에 원판의 상면에 박막이 형성되어, 박막의 형성과 증발 전열 면적 증가의 동시 효과로 내부온도와 진공에 의하여 1차 증발이 급격하게 일어나고, 상기 원판에서 증발되지 않은 나머지 유체는 상기 원판의 상면으로부터 상기 하우징 내면 사이로 이송되어 상기 하우징 내주면을 흐를 때 상기 원판하부에 부착된 상기 블레이드와 상기 하우징 내주면 사이에 또한 강제 박막이 형성되어 내부온도와 하우징 내주면의 온도에 의하여 유체의 2차증발이 일어나며, 그로 인해 증발장치의 효율은 급격하게 증가하고, 상기 모터의 회전에 의해 회전하는 축의 하부에 설치되어 축의 회전에 의하여 구동되는 펌프가 상기 하우징 내부의 하부에 구비되어, 상기 하우징 하부에 저장된 증발되지 않은 유체를 상기 하우징 상부 의 유체 유입구로 펌핑하여 유체가 하우징의 상부와 하부를 순환하면서 연속적인 증발이 일어나고, 또한 유체의 순환을 위한 순환 펌프가 상기 하우징 내부에 설치되어, 증발장치를 구동하기 위한 설치공간이 크게 축소되어 장치의 콤펙트화 달성은 물론이고 설치 위치에 제약을 받지 않는 원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법에 관한 것이다.

폐유의 정제 방법은 일반적으로 화학적 처리방법과 물리적 처리방법으로 대별된다. 화학적 처리 방법은 기존의 폐유 재활용업체에서 대다수 사용하고 있는 이온정제 방법이 대표적이나, 이 방법은 정제 제품의 품질수준이 낮고 환경오염 물질을 많이 함유하고 있어 환경부에서는 물리적 방법인 고온 열분해 방법으로 공정의 변경을 권장하고 있다.

반면 고온열분해 방법은 이온정제 방법에 비하여 정제 제품의 품질 수준이 높고 환경오염 물질이 적게 함유되어 있어 부가가치가 높은 정제방법이다.

그러나 고온열분해 방법은 상압 상태에서 고온(370℃ ~ 550℃)으로 가열하여 열분해 시키기 때문에 제품이 불안정하고 타르가 발생하며 악취가 심한 단점을 가지고 있다. 일정시간 경과 후에는 침전물이 생성이 되고 타르에 의해 버너 사용시 연소 노즐 및 배관에서의 막힘 현상이 나타난다. 또한 고온으로 운전되기 때문에 설비의 내구성이 짧고, 화재 및 폭발 위험성이 비교적 높으며, 발생되는 슬러지를 처리하기 위하여 공장의 가동을 정지하여야 하며, 설비의 초기 투자 비용이 높고 설비 운영에 많은 노력 및 주의가 요구된다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

외주면에 가열 수단이 구비되어 내부가 가열되는 진공상태의 하우징 내부를 수직으로 관통 형성되어 모터에 의하여 회전하는 축에 길이 방향으로 다수 개의 원판이 설치되고, 상기 원판의 하단면에 다수개의 블레이드가 설치되며, 상기 하우징의 상부를 통해 유입된 유체가 다수개의 원판에 구비되면서 원심력에 의해 원판의 외주면으로 이송됨과 동시에 원판의 상면에 박막이 형성되어, 박막의 형성과 증발 전열 면적 증가의 동시효과로 1차 증발이 급격하게 일어나고, 상기 원판에서 증발되지 않은 나머지 유체는 상기 원판의 상면으로부터 상기 하우징 내면 사이로 이송되어 상기 하우징 내주면을 흐를 때 상기 원판하부에 부착된 상기 블레이드와 상기 하우징 내주면 사이에 또한 강제 박막이 형성되어 내부온도와 하우징 내주면의 온도에 의하여 유체의 2차증발이 일어나며, 그로 인해 증발장치의 효율은 급격하게 증가하는 원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 상기 모터의 회전에 의해 회전하는 축의 하부에 설치되어 축의 회전에 의하여 구동되는 펌프가 상기 하우징 내부의 하부에 구비되어, 상기 하우징 하부에 저장된 증발되지 않은 유체를 상기 하우징 상부의 유체 유입구로 펌핑하여 유체가 하우징의 상부와 하부를 순환하면서 연속적인 증발이 일어나고, 또한 유체의 순환을 위한 순환 펌프가 상기 하우징 내부에 설치되어, 증발장치를 구동하기 위한 설치공간이 크게 축소되어 장치의 콤펙트화 달성은 물론이고 설치 위치에 제약을 받 지 않는 원심 박막 증발장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 내부가 진공상태로 외부의 유체를 내부로 이송시키는 이송관이 상측 일측면에 관통 형성되어 내부까지 구비되고, 상기 이송관을 통해 내부에 유입한 유체를 증발시켜 변환된 기체가 외부로 배출되도록 상측부에 증기 배출구가 형성되는 하우징과;

상기 하우징의 외주면에 구비되어 상기 하우징의 내주면과 내부를 가열시키는 가열부와;

상기 하우징의 상부면에 구비되는 모터와, 상기 모터에 연결되어 하우징의 내측으로 수직 관통되어 모터에 의해 회전되는 축으로 구성되는 구동부와;

상기 축의 상측부에 구비되어 이송관을 통해 유입된 유체가 축을 따라 하측으로 유도되도록 단면상 깔때기 형태로 형성되는 유도부와;

상기 축의 외주면에 길이방향으로 이격되어 상기 하우징과 동심으로 다수개의 원판이 설치되고, 상기 유도부를 통하여 축을 따라 이송된 유체가 축에 설치된 다수개의 원판 중 가장 상측에 위치한 원판의 상부면에 공급되며, 상기 원판의 회전시 원심력에 의해 유체가 원판의 외주면으로 이송되면서 원판의 상부면에는 유체의 박막이 형성됨과 동시에 단위 체적당 유체와 열사이의 전열면적이 증가하여 1차 증발이 일어나고, 상기 1차 증발 후, 잔류 유체는 원심력에 의하여 상기 원판의 외주면과 상기 하우징의 내주면 사이의 공간으로 이송되어 공간을 따라 흐를 때 상기 원판의 하부면에 수직으로 구비되어 원판의 회전과 일치하여 회전하는 다수개의 블레이드의 일단면과 상기 하우징의 내주면 사이에 강제 박막이 형성되어 2차 증발이 일어나는 증발부와;

상기 하우징의 하측 일측면에 관통 형성되어 외부의 열을 히터를 통해 하우징의 내부에 전달하여 저장된 유체를 가열시키는 예열부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 원심 박막 증발장치의 제어방법에 있어서,

진공수단에 의해 하우징의 내부를 진공상태로 유지시키고, 이송관에 구비된 솔레노이드 밸브(V1)를 개방하여 진공의 압력차에 의해 외부로부터 유체를 하우징의 내부에 유입시키는 단계(S100);

상기 유입된 유체를 유도부에 낙차시켜 상기 유도부를 통해 증발부의 원판으로 유체를 유도시키는 단계(S200);

상기 원판이 축에 의해 회전되고, 상기 원판의 상측면에 유체가 원심력에 의해 원판의 외주면으로 이송되면서 1차 박막이 형성되며 유체가 증발되는 단계(S300);

상기 원판에서 증발되지 못한 유체가 원판의 외주면으로 떨어지면서 블레이드와 하우징 내주면 사이에 유체의 2차 박막이 형성되며 증발되는 단계(S400);

상기 축에 다단으로 다수개 형성된 증발부를 통해 증발되지 못한 유체가 하우징의 하단부에 채워지고, 상기 채워진 유체를 예열부를 통해 가열시키는 단계(S500);

상기 하우징의 하단부에 채워지는 유체가 하우징의 하부에 구비된 상부위치센서까지 채워지면 솔레노이드 밸브(V1)이 폐쇄되고, 솔레노이드 밸브(V2)가 개방되어 펌프를 통해 유량조절 밸브를 거쳐 다시 이송관으로 이송되어 유체가 하우징의 상하부로 순환하는 단계(S600);

상기 하우징의 내부에서 연속적인 증발이 일어나서 상기 하우징 내부에 존재하는 유체의 량이 감소하여 하우징의 하단부에 채워지는 유체가 하우징의 하부에 구비된 하부위치센서에 도달하면, 다시 상기 솔레노이드 밸브(V2)는 폐쇄되고 상기 솔레노이드 밸브(V1)이 개방되어, 진공에 의하여 외부에서 유체가 하우징 내부로 유입되어 유체의 유입과 증발이 연속적으로 일어나는 단계(S700);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치의 제어방법에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 원심 박막 증발장치 및 이에 따른 제어방법은 하우징 내부를 수직으로 관통 형성되는 축에 다수개의 원판이 설치되고, 상기 원판의 하단면에 다수개의 블레이드가 설치되며, 상기 하우징의 상부를 통해 유입된 유체가 다수개의 원판에 분배되어 원심력에 의해 원판의 외주면으로 이송됨으로써, 유체가 열과 접촉되는 면적이 증가하여 원활하게 증발되고, 상기 블레이드과 하우징 내주면 사이에 유체의 박막이 형성되어 유체의 증발력이 증가하며, 그로 인해 증발장치의 효율이 높아지는 효과가 있다.

또한, 상기 모터의 회전에 의해 구동되는 펌프가 하우징의 내부에 구비되고, 그로 인해 증발장치의 공간이 축소되어 설치 위치에 제약을 받지 않는 효과가 있다.

또한, 상기 하우징의 내부로 유체가 유입되는 동안에도 하우징 내부에서는 유체의 증발이 연속적으로 일어나고, 상기 하우징 내부에서 순환펌프에 의하여 유체가 상,하부로 순환되는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 내부가 진공상태로 외부의 유체를 내부로 이송시키는 이송관이 상측 일측면에 관통 형성되어 내부까지 구비되고, 상기 이송관을 통해 내부에 유입한 유체를 증발시켜 변환된 기체가 외부로 배출되도록 상측부에 증기 배출구가 형성되는 하우징과;

상기 하우징의 하측 일측면에 관통 형성되어 외부의 열을 히터를 통해 하우징의 내부에 전달하여 저장된 유체를 가열시키는 예열부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 원심 박막 증발장치의 제어방법에 있어서,

상기 하우징의 내부에서 연속적인 증발이 일어나서 상기 하우징 내부에 존재하는 유체의 량이 감소하여 하우징의 하단부에 채워지는 유체가 하우징의 하부에 구비된 하부위치센서에 도달하면, 다시 상기 솔레노이드 밸브(V2)는 폐쇄되고 상기 솔레노이드 밸브(V1)이 개방되어, 진공에 의하여 외부에서 유체가 하우징 내부로 유입되어 유체의 유입과 증발이 연속적으로 일어나는 단계(S700);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사 전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심 박막 증발장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증발부를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 원심 박막 증발장치(100)는 폐오일이나 윤활유 또는 일반적인 물 등의 유체를 증발시키도록 하우징(10)과, 가열부(20)와, 구동부와, 유도부(40)와, 증발부(50), 예열부(60)로 구성된다.

상기 하우징(10)은 전체적으로 원통형 형태로 수직방향으로 길게 형성되어 내부가 진공상태로 유지된다. 이때, 상기 하우징(10) 내부의 진공상태는 외부에 설치된 진공펌프(미도시)에 의해 내부를 항시 진공으로 유지시켜주고 그러기 위해 상기 진공펌프와 관으로 하우징(10)의 내부가 연결되어 있다.

여기서, 상기 하우징(10)의 상측 일측면에는 외부의 유체를 내부로 이송시키는 이송관(11)이 관통 형성되고, 상기 이송관(11)은 하우징(10)의 내부까지 구비되어 끝단부가 하측으로 절곡되며, 상기 유체는 외부에 설치된 유체탱크(미도시)에서 전달되는 것이고, 상기 유체의 이송은 하우징(10)의 내부가 진공상태이기에 진공압력에 의해 유체가 하우징(10)의 내부로 흡입되는 것이다.

그리고, 상기 이송관(11)에는 관로를 개폐하도록 솔레노이드 밸브(V1)가 설치되고, 상기 솔레노이드 밸브(V1)는 외부에 연결된 제어장치(미도시)에 의해 제어된다.

또한, 상기 하우징(10)의 하단면은 이송관(11)을 통해 내부에 유입된 유체가 증발 후, 슬러지가 남겨져 하우징(10)의 하단부에 구비되어 외부로 배출하도록 슬러지 배출구(12)가 형성되고, 상기 슬러지 배출구(12)로 슬러지의 배출이 원활하도록 슬러지 배출구(12) 측으로 하단면이 경사지게 형성되며, 상기 하우징(10)의 상부면은 증발된 유체의 증기가 외부로 원활히 배출되도록 경사지게 형성된다.

여기서, 상기 하우징(10)의 경사진 상측부에는 증기가 외부로 배출되는 것을 가이드하는 증기 배출구(13)가 연통된다.

그리고, 상기 하우징(10)의 하단부에는 내부에 유입된 유체의 저장량을 측정하는 다수개의 위치센서(14a,14b)가 하우징(10)의 내부와 외부를 관통하여 형성되고, 상기 위치센서(14a,14b)는 유체의 저장량을 측정하기 위해 상부위치센서(14a)와 하부위치센서(14b)가 각각 높이 차를 두고 설치되며, 상기 위치센서(14a,14b)에서 측정된 측정데이터는 제어장치에 전달되어 원심 박막 증발장치(100)의 내부 유체량을 제어할 수 있다.

여기서, 상기 예열부(60)의 과열로 인한 파손을 방지하기 위하여 상기 하우징(10)의 최하단에 설치되는 하부위치센서(14b)는 하우징(10)의 하단부에 관통 설 치되는 예열부(60)보다 높은 위치에 설치되어 상기 예열부(60)는 항상 오일 속에 위치한다.

또한, 상기 하우징(10)의 외주면에는 하우징(10)의 내주면과 내부를 가열하기 위하여 열매유순환자켓 등의 가열부(20)이 구비된다.

상기 가열부(20)는 외부에서 열매체유 또는 가열된 공기, 전기히터 등이 될 수 있으며, 열매체유 또는 공기 등 흐르는 고온의 유체를 가열부(20)로 유입시킬 경우 하부에서 유입되어 상부로 배출될 수 있도록 상기 가열부(20)의 하측부 외주연에 유입구(21)가 설치되며, 상기 유입구(21)를 통해 유입된 열매체가 상기 하우징(10) 내부를 가열시킨 후 다시 외부로 배출되도록 가열부(20)의 상단부 외주연에 배출구(22)가 형성된다.

물론 상기 가열부(20)을 전기히터로 하는 경우에는 상기 열매유 순환자켓은 없고 상기 하우징(10)의 외면을 전기히터로 직접 가열하여도 무방하다.

상기 구동부는 모터(30)와, 축(31)과, 펌프(32)로 구성되는데, 상기 모터(30)는 하우징(10)의 상부면에 구비되어 제어장치에 의해 회전수(rpm)가 제어되고, 상기 축(31)은 모터(30)와 결합되어 수직으로 하우징(10)의 내측으로 관통되며, 상기 펌프(32)는 축(31)의 하단부에 연결되어 하우징(10)의 내부에 구비된다.

여기서, 상기 펌프(32)는 상기 하우징(10) 내부의 유체를 순환시키기 위한 펌프로 별도의 전원 공급없이 상기 축(31)의 회전에 의해 펌프(32)가 구동된다.

또한, 상기 펌프(32)에는 상기 하우징(10)의 하부에 저장된 유체를 펌핑하여 배출하도록 유입관(33)이 상기 펌프(32) 하부 방향으로 구비되며, 상기 펌프(32)의 구동에 의해 상기 펌프유입관(33)을 통해 펌프 내부에 유입된 유체가 순환관로(70)을 통하여 상기 하우징(10)의 상부에 구비된 유도부(40)로 이송되도록 펌프(32)의 일측면에 연결된 배출관(34)이 하우징(10)의 외부로 돌출 형성된다.

여기서, 상기 하우징(10)의 하부에 있는 유체가 상기 순환펌프(32)의 구동에 의하여 상기 배출관(34)을 통해 상기 하우징(10)의 상부에 구비된 상기 유도부(40)로 이송되도록 하기 위하여 상기 유도부(40)와 상기 배출관(34) 사이를 상호 연결되는 순환관(70)이 더 형성되고, 상기 순환관(70)은 상기 이송관(11)과 연통된다.

그리고, 상기 순환관(70)에는 관로를 개폐하도록 솔레노이드 밸브(V2)가 더 구비되고, 상기 솔레노이드 밸브(V2)는 제어장치의 신호에 의해 제어된다.

또한, 상기 순환관(70)에는 이송되는 유체의 양이 조절가능하게 유량조절밸브(72)가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 배출관(34)에는 바이패스 관(71)이 구비된다. 상기 바이패스관(71)의 일단부는 상기 하우징(10)의 하부와 연통되고, 타단은 상기 배출관(34)과 상기 순환관(70)과 동시에 연통 된다. 상기 바이패스 관(71)에는 솔레노이드밸브(V3)가 더 구비된다.

여기서, 상기 바이패스 관(71)은 이송관(11)을 통하여 유체가 상기 하우징(10)으로 유입되고 있는 동안에도 상기 모터(30)는 회전하고 또한 상기 펌프(32) 역시 작동이 되고 있기 때문에, 상기 배출관(34)을 통하여 유체가 상기 순환관(70)으로 이송되지 않고 상기 하우징(10) 내부로 바이패스 시키기 위하여 구비된다.

상기 유도부(40)는 하우징(10)의 내부에 구비된 상기 축(31)의 상측부 위치 에 구비되어 상기 하우징(10)의 내측에 고정 설치되며, 상기 순환관(70)을 통해 유입된 유체가 유도부(40)에 유입되고, 유체는 축(31)을 따라 하측으로 유도되도록 단면상 깔때기 형태로 형성된다.

여기서, 상기 유도부(40)는 상기 축(31)과 동심원으로 형성되어 축(31)의 외주면과 상기 유도부(40)의 하부 내주면 사이는 일정 간격 이격되어 구비되고, 이로 인하여 유도부(40)에 떨어진 유체가 이격된 틈새를 통해 축(31)을 따라 하측의 상기 원판(51) 상부로 이송되는 것이다.

상기 증발부(50)는 도 2와 도 3을 참고하여, 원판(51)과 블레이드(52)로 구성되는데, 상기 원판(51)은 유도부(40)의 하단부인 상기 축(31)의 외주연에 길이 방향으로 일정간격 이격되어 다수개가 설치되고, 상기 원판(51)의 하부면에 다수개의 블레이드(52)가 원주방향으로 이격되어 수직으로 형성된다. 이때, 상기 원판(51)은 상기 축(31)에 결합되어 있어 축(31)의 회전과 동시에 회전된다.

여기서, 상기 원판(51)은 축(31)을 따라 이송된 유체가 원판(51)의 상부면에 구비되어 원판(51)의 회전시 원심력에 의해 유체가 원판(51)의 외주연으로 이송되면서 상기 원판(51)의 상부면에는 유체의 얇은 박막이 형성되고, 이와 같은 박막은 작은 열에도 매우 쉽게 증발하며 특히 진공인 상태에서는 낮은 온도에서도 증발이 매우 원활하게 일어난다.

또한 상기 원판(51) 상부면에 형성된 얇은 박막은 유체와 열의 열전달 면적을 증가시켜 증발이 매우 용이하다.

그리고, 상기 원판(51)의 일단면 즉, 축(31)이 삽입된 중앙부 부근에는 원주방향으로 유체이송홀(53)이 형성되어 원판(51)에 유입된 유체가 일부는 바로 하측의 원판에 떨어지고, 나머지 유체는 원심력에 의해 원판(51)의 외주연 측으로 이송되면서 박막이 형성되고, 상기 원판(51)이 다수 개 구비되어 원심력에 의한 박막 형성이 다수 개의 원판 상부에서 동시에 일어나 유체 증발량은 매우 급격하게 증가하게 된다.

또한, 상기 원판(51)이 다수 개로 인하여 하우징(10)의 내부에서 증발된 유체의 증기가 하우징(10)의 외부로 원활하게 배출하기 위하여 하우징(10)의 상부로 이동하는데 제약을 받을 수 있는데, 이점을 고려하여 상기 원판(51)의 일단면에는 증기이송홀(54)이 다수개 형성되고, 상기 증기 이송홀(54)은 원판(51)의 중앙부를 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되며, 상기 증기 이송홀(54)은 유체 이송홀(53)과는 이격되어 있어 상호 간섭되지 않는다.

여기서, 상기 블레이드(52)는 원판(51)의 하부면에 수직으로 형성되는데, 상기 블레이드(52)는 도 1에 도시한 바와 같이, 원판(51)의 외주연과 블레이드(52)의 일측면이 동일선상이 되도록 원판(51)의 하단면에 설치된다.

또한, 상기 원판(51)의 외주면(블레이드(52)의 일측면)과 상기 하우징(10)의 내주면 사이는 1 ~ 2mm 이격되도록 원판(51)이 형성되어, 원심력에 의하여 상기 원판(51)의 상부면에서 박막증발이 일어나고 나머지 잔류 유체는 원심력에 의하여 상기 하우징(10)의 내주면으로 이동하여 하우징의 내주면을 따라 흐르고, 이때 회전하는 원판(51)의 하부에 구비된 블레이드(52)의 일측에 의하여 블레이드(52)와 하우징(10)의 내주연 사이에는 강제적인 박막(55)이 형성되며, 상기 유체 박막(55) 역시 진공 상태에서 낮은 온도에서도 매우 증발이 활발하게 일어난다.

즉, 전체적으로 상기 하우징(10)으로 유입된 유체는 상기 원판(51)의 상부면에서 형성된 얇은 박막에 의하여 1차 증발이 일어나고, 상기 블레이드(52)와 상기 하우징(10) 내주면 사이에 형성된 강제 박막에 의하여 2차 증발이 일어나서 증발 성능이 급격하게 증가한다.

여기서, 상기 원판(51)은 수평면으로 구비되나, 원심력과 박막의 형성 그리고 하부원판으로의 유체 이송 등을 고려하면, 상기 원판(51)의 상부면(51)을 외주연 방향으로 경사지게 형성하는 것도 더욱 바람직하다.

즉, 상기 원판(51)이 중앙부를 중심하여 외주연 방향으로 상측으로 경사지게 형성되는데, 단면상 각도가 완만한 깔때기 형태로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 예열부(60)는 하우징(10)의 하측 일측면에 관통 형성되어 외부의 열을 히터(61)를 통해 하우징(10) 내부에 전달하여 상기 하우징(10)의 하부에 저장된 유체를 가열시키는 역할로, 일반적으로 사용되는 히팅 장치를 사용하여도 무방하다.

이상에서 기술된 원심 박막 증발장치(100)는 외부에 설치되어 연결된 제어장치에 제어되는데, 이하에서는 원심 박막 증발장치(100)의 제어방법을 도면을 참고하여 기술한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원심 박막 증발장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 원심 박막 증발장치(100)의 제어방법 은 아래와 같다.

우선, 제어기에 의하여 운전 시작 시, 하우징(10)의 하부에 저장된 유체의 량을 체크하기 위하여 상부위치센서(14a)와 하부위치센서(14b)의 신호를 감지하고, 만일 하부위치센서(14b)의 신호가 감지되면, 상기 이송관(11)에 구비된 솔레노이드밸브(V1)는 개방되고, 순환관(70)에 구비된 솔레노이드밸브(V2)는 폐쇄되며, 상기 바이패스관(71)에 구비된 솔레노이드밸브(V3)는 개방되어, 상기 이송관(11)을 통하여 유체가 외부로부터 진공상태인 상기 하우징(10)으로 이송되고(S100), 상기 순환펌프(32)의 작동에 의하여 배출되는 유체가 상기 하우징(10)의 하부로 재유입되어 상기 하우징(10)의 하부에 저장된다.

이때 상기 하우징(10)으로 이송되는 유체는 유도부(40)에 떨어지고, 상기 유도부(40)는 유체를 축(31)을 따라 하측으로 이송시켜 증발부(50)의 원판(51) 상부면에 유입시킨다.(S200)

여기서, 상기 원판(51)이 축(31)에 의해 회전되면서 원판(51)의 상측면에 유입된 유체를 원심력에 의해 원판(51)의 외주연으로 일부 이송시키고 일부는 상기 유체이송홀(53)을 통하여 하부에 구비된 회전원판(51)로 이송되며 이와같은 과정이 연속적으로 일어난다. 그 과정에서 원판(51)의 상부면에 유체의 1차 박막이 형성되어 열과의 접촉 면적이 많아 낮은 온도에서도 증발이 용이하게 이루어지며,(S300), 증발이 이루어지지 못한 일부 유체는 원판(51)의 외주연에서 하측으로 이송되는데, 이때, 상기 블레이드(52)와 하우징(10)의 내주연에 유체의 강제박막(55)이 형성되고, 그로 인해 다시 한번 유체가 매우 원활하게 증발한다.(S400)

이때, 상기 유체를 증발시킬 열원은 하우징(10)의 외주연에 설치되는 가열부(20)을 통해 전달되며, 항시 가열부(20) 내에는 열매체유가 순환되거나 또는 히터가 내장된다.

상기의 방식으로 다수개의 증발부(50)를 통과하면서 증발이 이루어지고, 증발되지 못한 유체는 하우징(10)의 하단부에 저장되며, 저장된 유체는 예열부(60)에 의해 가열된다.(S500)

이때, 상기 하우징(10)의 하단부에 채워지는 유체가 하우징(10)의 최하단에 설치되는 하부위치센서(14b)보다 높은 위치에 있는 경우에만 상기 예열부(60)가 가동된다.

이와 같은 증발과정과 함께 상기 이송관(11)을 통하여 연속적으로 유입된 유체는 증발 후 상기 하우징(10)의 하부에 저장된다.

여기서, 상기 하우징(10)의 하부에 유체가 저장 중 상기 상부위치센서(14a)의 신호가 감지되면, 상기 이송관(11)에 구비된 솔레노이드밸브(V1)은 폐쇄되고, 상기 바이패스관(71)에 구비된 솔레노이드밸브(V3)도 폐쇄되고, 상기 순환관(70)에 구비된 솔레노이드밸브(V2)는 개방되어 외부로부터 상기 하우징(10)으로 유체의 유입은 중단되고, 상기 순환펌프(32)에 의하여 배출되는유체는 상기 순환관(70)을 통하여 상기 하우징(10)의 상부로 이송되어 상기 유도관(40)으로 유입되는 유체의 순환과정이 과정이 반복되면서 연속적인 증발이 일어난다.(S600)

그리고, 상기 하우징(10) 내부의 유체가 순환하면서 증발됨으로 인하여 상기 하우징 하부에 저장된 유체의 량은 점점 감소하여 유체의 상면이 상기 하부위치센 서(14b)의 위치에 도달하면, 상기 하부위치센서(14b)의 신호에 의하여 상기 순환관(70)에 구비된 솔레노이드밸브(V2)는 폐쇄되고, 상기 바이패스관(71)에 구비된 솔레노이드밸브(V3)는 개방되며, 상기 이송관(11)에 구비된 솔레노지드 밸브(V1)도 개방되어 외부의 유체가 상기 하우징(10)으로 유입되고(S700) 이때 순환펌프(32)로 배출되는 유체는 상기 바이패스관(71)을 통하여 상기 하우징(10)의 하부로 재유입된다.

만일, 운전 시작 시 상기 하우징(10)의 하부에 구비된 상부위치센서(14a)의 신호를 감지되면,

상기 이송관(11)에 구비된 솔레노이드밸브(V1)는 폐쇄되고, 순환관(70)에 구비된 솔레노이드밸브(V2)는 개방되며, 상기 바이패스관(71)에 구비된 솔레노이드밸브(V3)는 폐쇄되어, 상기 순환관(70) 통하여 유체가 상기 하우징(10)의 상부로 유입되며, 이후 앞에서 설명한 방법과 동일하게 연속적인 증발 과정이 이루어지는 운진이 된다.

이와 같은 과정들이 연속적으로 반복하여, 연속 증발 과정에서 상기 증발기(100)의 운전이 정지되지 않고 유체의 유입과 증발이 동시에 연속적으로 일어난다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심 박막 증발장치를 나타낸 단면도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 증발부를 나타낸 사시도이고,

도 3은 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원심 박막 증발장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 11 : 이송관

12 : 슬러지 배출구 13 : 증기 배출구

14a : 상부위치센서 14b : 하부위치센서

20 : 가열부 21 : 유입구

22 : 배출구 30 : 모터

31 : 축 32 : 펌프

33 : 유입관 34 : 배출관

40 : 유도부 50 : 증발부

51 : 원판 52 : 블레이드

53 : 유체 이송홀 54 : 증기 이송홀

55 : 박막 60 : 예열부

61 : 히터 70 : 순환관

71 : 바이패스 관 72 : 유량조절밸브

100 : 원심 박막 증발장치

Claims

내부가 진공상태로 외부의 유체를 내부로 이송시키는 이송관(11)이 상측 일측면에 관통 형성되어 내부까지 구비되고, 상기 이송관(11)을 통해 내부에 유입한 유체를 증발시켜 변환된 기체가 외부로 배출되도록 상측부에 증기 배출구(13)가 형성되는 하우징(10)과;

상기 하우징(10)의 외주면에 구비되어 상기 하우징(10)의 내주면과 내부를 가열시키는 가열부(20)와;

상기 하우징(10)의 상부면에 구비되는 모터(30)와, 상기 모터(30)에 연결되어 하우징(10)의 내측으로 수직 관통되어 모터(30)에 의해 회전되는 축(31)으로 구성되는 구동부와;

상기 축(31)의 상측부에 구비되어 이송관(11)을 통해 유입된 유체가 축(31)을 따라 하측으로 유도되도록 단면상 깔때기 형태로 형성되는 유도부(40)와;

상기 축(31)의 외주면에 길이방향으로 이격되어 상기 하우징(10)과 동심으로 다수개의 원판(51)이 설치되고, 상기 유도부(40)를 통하여 축(31)을 따라 이송된 유체가 축(31)에 설치된 다수개의 원판(51) 중 가장 상측에 위치한 원판(51)의 상부면에 공급되며, 상기 원판(51)의 회전시 원심력에 의해 유체가 원판(51)의 외주면으로 이송되면서 원판(51)의 상부면에는 유체의 박막이 형성됨과 동시에 단위 체적당 유체와 열사이의 전열면적이 증가하여 1차 증발이 일어나고, 상기 1차 증발 후, 잔류 유체는 원심력에 의하여 상기 원판(51)의 외주면과 하우징(10)의 내주면 사이의 공간으로 이송되어 공간을 따라 흐를 때 상기 원판(51)의 하부면에 수직으로 구비되어 원판(51)의 회전과 일치하여 회전하는 다수개의 블레이드(52)의 일단면과 상기 하우징(10)의 내주면 사이에 강제 박막이 형성되어 2차 증발이 일어나는 증발부(50)와;

상기 하우징(10)의 하측 일측면에 관통 형성되어 외부의 열을 히터(61)를 통해 하우징(10) 내부에 전달하여 저장된 유체를 가열시키는 예열부(60);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 1항에 있어서,

상기 가열부(20)는 외부에서 열매체유 또는 가열공기가 유입되도록 하측부 외주연에 유입구(21)가 설치되고, 상기 유입구(21)를 통해 유입된 열매체가 하우징(10)의 내부와 열교환 한 뒤, 다시 외부로 배출되도록 가열부(20)의 상단부 외주연에 배출구(22)가 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 1항에 있어서,

상기 하우징(10)은 내부에 유입된 유체의 저장량을 높이 차에 따라 측정하도록 상부위치센서(14a)와 하부위치센서(14b)가 각각 설치되고, 유체의 증발로 하단부에 남겨진 슬러지를 배출하도록 하단면에 슬러지 배출구(12)가 더 형성되며, 상 기 증기 배출구(13)를 통해 증기가 원활히 배출되도록 상부면이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 3항에 있어서,

상기 하부위치센서(14b)는 하우징(10)의 하단부에 관통 설치되는 예열부(60)보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 1항에 있어서,

상기 축(31)의 끝단부에는 펌프(32)가 연결되어 축(31)의 회전에 의해 구동되고, 상기 펌프(32)의 하단면에는 하우징(10)에 저장된 유체를 펌프(32) 내부로 끌어당기는 유입관(33)이 수직으로 설치되며, 상기 펌프(32)의 일측면에는 유입관(33)을 통해 내부에 유입된 유체가 펌프(32)의 구동에 의해 이송관(11)에 전달되도록 배출관(34)이 설치되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 5항에 있어서,

상기 이송관(11)과 배출관(34) 사이에는 상호 연결되어 펌프(32)에 의해 유체가 이송관(11)에 전달되도록 순환관(70)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 6항에 있어서,

상기 이송관(11)과 순환관(70)에는 유체의 흐름을 개폐하도록 솔레노이드 밸브(V1, V2)가 각각 설치되고, 상기 순환관(70)에는 내부에 흐르는 유체의 양을 조절하도록 유량조절밸브(72)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 6항에 있어서,

상기 배출관(34)과 순환관(70)이 연통되는 부위에는 바이패스 관(71)이 설치되고, 상기 바이패스 관(71)의 끝단부는 하우징(10)의 하단부와 연통되어 이송관(11)으로 전달되는 유체의 일부를 하우징(10) 내부에 이송시키며, 상기 바이패스 관(71)에는 관내를 개폐하는 솔레노이드 밸브(V3)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 1항에 있어서,

상기 증발부(50)의 원판(51)은 원심력에 의해 유체가 외주면으로 이송시, 증 발이 용이하도록 외주면 방향으로 경사지게 형성되고, 상기 원판(51)에 구비된 유체가 바로 하측으로 떨어지도록 일단면에 다수개의 유체 이송홀(53)이 형성되며, 상기 하우징(10) 내부에서 유체가 증발된 증기가 상측으로 이송되도록 일단면에 방사상으로 다수개의 증기 이송홀(54)이 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
제 1항에 있어서,

상기 블레이드(52)는 원판(51)의 외주면과 일측면이 동일선상이 되도록 원판(51)의 하단면에 설치되고, 상기 블레이드(52)와 하우징(10)의 내주연 사이에는 강제적인 박막(55)이 형성되어 유체의 증발이 용이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치.
원심 박막 증발장치(100)의 제어방법에 있어서,

진공수단에 의해 하우징(10)의 내부를 진공상태로 유지시키고, 이송관(11)에 구비된 솔레노이드 밸브(V1)를 개방하여 진공의 압력차에 의해 외부로부터 유체를 하우징(10)의 내부에 유입시키는 단계(S100);

상기 유입된 유체를 유도부(40)에 낙차시켜 상기 유도부(40)를 통해 증발부(50)의 원판(51)으로 유체를 유도시키는 단계(S200);

상기 원판(51)이 축(31)에 의해 회전되고, 상기 원판(51)의 상측면에 유체가 원심력에 의해 원판(51)의 외주면으로 이송되면서 1차 박막이 형성되며 유체가 증발되는 단계(S300);

상기 원판(51)에서 증발되지 못한 유체가 원판(51)의 외주면으로 떨어지면서 블레이드(52)와 하우징(10) 내주면 사이에 유체의 2차 박막이 형성되며 증발되는 단계(S400);

상기 축(31)에 다단으로 다수개 형성된 증발부(50)를 통해 증발되지 못한 유체가 하우징의 하단부에 채워지고, 상기 채워진 유체를 예열부(60)를 통해 가열시키는 단계(S500);

상기 하우징(10)의 하단부에 채워지는 유체가 하우징(10)의 하부에 구비된 상부위치센서(14a)까지 채워지면 솔레노이드 밸브(V1)이 폐쇄되고, 솔레노이드 밸브(V2)가 개방되어 펌프(32)를 통해 유량조절 밸브(72)를 거쳐 다시 이송관(11)으로 이송되어 유체가 하우징(10)의 상,하부로 순환하는 단계(S600);

상기 하우징(10)의 내부에서 연속적인 증발이 일어나서 상기 하우징(10) 내부에 존재하는 유체량이 감소하여 하우징(10)의 하단부에 채워지는 유체가 하우징(10)의 하부에 구비된 하부위치센서(14b)에 도달하면, 다시 상기 솔레노이드 밸브(V2)는 폐쇄되고, 상기 솔레노이드 밸브(V1)이 개방되어 진공에 의하여 외부에서 유체가 하우징(10)의 내부로 유입되며, 유체의 유입과 증발이 연속적으로 일어나는 단계(S700);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치의 제어방 법.
제 11항에 있어서,

상기 예열부(60)를 통해 유체를 증발시키는 단계(S500)에서,

상기 하우징(10)에 채워지는 유체가 하우징(10)의 최하단에 설치되는 하부위치센서(14b)의 위치에 도달해야 예열부(60)가 작동되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치의 제어방법.
제 11항에 있어서,

상기 유체의 유입과 증발이 연속적으로 일어나는 단계(S700)에서,

유체가 하우징(10)의 하부에 구비된 하부위치센서(14b)에 도달하면, 상기 하부위치센서(14b)의 신호에 의하여 순환관(70)에 구비된 솔레노이드밸브(V2)가 폐쇄되고, 바이패스관(71)에 구비된 솔레노이드밸브(V3)는 개방되며, 상기 이송관(11)에 구비된 솔레노지드 밸브(V1)도 개방되어 외부의 유체가 상기 하우징(10)으로 유입되고, 동시에 순환펌프(32)로 배출되는 유체는 상기 바이패스관(71)을 통하여 다시 하우징(10)의 하부로 재유입되는 것을 특징으로 하는 원심 박막 증발장치의 제어방법.