KR101285983B1 - 원심 분리기를 가진 추출 장치 - Google Patents

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KR101285983B1
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볼프강 아살
쥐르겐 피셔
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가르트너 덴버 쇼프하임 게엠베하
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    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
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Abstract

전동 모터(32)를 가진 흡입 장치(16)와 유입 실린더(22), 수직으로 배열된 딥파이프(30) 및 횡방향 흡입 노즐(24)을 가진 원심 분리기(14)를 포함하며, 상기 횡방향 흡입 노즐(24)을 통해 적재 가스 스트림이 상기 유입 실린더(22)로 유입되는 추출 장치에 있어서, 상기 추출 장치는 상기 전동 모터(32)가 상기 딥파이프(30) 내부에 배치된 원심 분리기를 가지며, 콤팩트한 디자인의 비용이 저렴하고 취급하기에 용이한 추출 장치로서 제공된다.

Description

원심 분리기를 가진 추출 장치{EXTRACTION DEVICE HAVING A CENTRIFUGAL SEPARATOR}
본 발명은, 전동 모터를 가진 흡입 장치와 유입 실린더, 수직으로 배열된 딥파이프 및 횡방향 흡입 노즐을 가진 원심 분리기를 포함하며, 상기 횡방향 흡입 노즐을 통해 적재 가스 스트림이 상기 유입 실린더로 유입되는 추출 장치에 관한 것이다.
사이클론 분리기 또는 간단히 사이클론으로 알려져 있는 원심 분리기는 가스 스트림으로부터 적재 가스 스트림의 고체(또는 또한 액체) 성분을 분리하도록 사용된다. 원심 분리기를 가진 추출 장치는 예를 들어 포장 산업에서 페이퍼 또는 포일 찌꺼기를 수거하기 위한 것과 같이 다수의 적용 분야에 사용된다.
본 발명의 목적은 원심 분리기를 가지며 콤팩트한 디자인의 비용이 저렴하고 취급하기에 용이한 추출 장치를 제조하는 데 있다.
본 발명에 따라서, 상기 언급한 종류의 추출 장치를 위해 전동 모터를 딥파이프 내부에 배치시키도록 고려된다. 본 발명은 흡입 장치의 전동 모터가 상기 딥파이프 내에 수용될 수 있도록 원심 분리기의 딥파이프 크기가 형성될 수 있다는 사상에 기초한다. 지금까지 전동 모터는 흡입 장치와 일체 구성된 일부분으로 형성되어 왔으며 이에 따라 전체적으로 흡입 장치의 구성 공간은 전동 모터의 크기에 상당히 좌우된다. 딥파이프 내에 전동 모터를 일체 구성함으로써 추출 장치의 높이가 대략 전동 모터 하우징의 길이에 의해 감소되기 때문에, 본 발명에 따른 추출 장치를 설정할 때 공간을 상당히 절약할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 추출 장치는 딥파이프를 통해 흐르는 가스가 상기 딥파이프 내에 배치된 전동 모터를 냉각시키는 이점을 가진다. 이에 따라 지금까지 표준이 되어 온, 예를 들어 팬 임펠러 및 팬 후드에 의한 독립 냉각 장치가 필요 없게 된다.
바람직하게, 전동 모터는 딥파이프 내부에 배열되어 흐름 채널은 전동 모터와 딥파이프의 내측 벽 사이에 형성된다. 따라서 흡입된 가스는 전동 모터를 인접하게 지나쳐 흐르도록 되어 상기 전동 모터의 매우 효율적인 냉각이 보장된다.
일반적으로 전체 연속 작동이 가능하도록 추출 장치를 영구히 작동시키는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명은 원심 분리기의 통과구 바로 밑에 배치된 수거 탱크와 상기 통과구를 선택적으로 닫기 위한 차단 장치를 고려한다. 정상 작동 동안, 흡입된 물질은 통과구를 통해 수거 탱크로 하강된다. 상기 통과구를 닫음으로써, 흡입된 물질은 또한 새로운 수거 탱크를 사용하기 전에 유입 실린더 상부에 어느 정도 시간 동안 보유될 수 있다. 이렇게 하여 추출 장치의 작동 동안에 수거 탱크는 교체될 수 있으며 이는 즉 본 발명에 따른 장치는 수거 탱크가 교체되는 동안 작동이 중지될 필요가 없음을 의미한다.
수거 탱크로부터 원심 분리기를 분리시키기 위하여, 통과구를 닫도록 슬롯 개구부 내로 삽입할 수 있는 게이트를 포함하는 차단 장치를 가지는 것이 바람직하다.
추출 장치의 작동 동안에 슬롯 개구부가 항시 밀봉되어야 한다는 사실을 고려할 때, 슬롯 개구부를 밀봉하기 위한 차단 부재를 포함하는 차단 장치에 의해 게이트는 매우 용이하고 편하게 배치되어 사용할 수 있으며, 상기 차단 부재는 상기 게이트의 삽입에 의해 통과 위치로 자동으로 이송된다.
본 발명의 선호적인 실시예에서, 차단 부재는 오목부 내에 헐겁게 배치된 샤프트이며, 상기 샤프트는 오직 상기 샤프트의 종축에 대한 회전방향과 수직 방향에서 자유로이 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에 따라서, 추출 장치는 또한 유입 실린더 바로 밑에 수거 탱크를 부착하기 위한 로킹 메커니즘을 가지며, 상기 로킹 메커니즘은 센터링 장치를 포함한다. 이와 같이 새로운 수거 탱크의 설치가 상당히 용이하게 된다.
예를 들어, 수거 탱크는 2개의 블레이드 사이에 삽입가능한 센터링 보조 장치를 포함하고 롤러는 상기 2개의 블레이드 사이에 회전가능하게 배치되며 상기 센터링 보조 장치는 상기 롤러 상에서 미끄러져 이동할 수 있도록, 센터링 장치가 제공된다. 상기 방법으로, "좌-우 위치설정" 없이 수거 탱크의 특정 높이가 미리 결정된다.
이와 같이 미리 결정된 높이를 가변시키거나 또는 상기 높이를 특정 타입의 수거 탱크에 적합하게 맞추기 위하여, 롤러의 위치, 특히 롤러의 수직 높이는 조절 가능해야 유리하다.
센터링 보조 장치를 블레이드 사이에서 정해진 스톱(stop)까지 삽입함으로써, 원심 분리기 하부에 또는, 좀 더 구체적으로, 통과구 하부에 수거 탱크를 정확하고 용이하게 배치시킬 수 있다.
바람직하게, 차단 장치는 연결 링크 또는 인터페이스로서 적합하여 수거 탱크를 원심 분리기에 (탈착가능하게) 연결할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명에 따라서, 센터링 보조 장치가 완전히 삽입되고 로킹 메커니즘이 작동됨으로써 수거 탱크의 림은 차단 장치의 밀봉 표면에 똑바로 마주보게 배치된다. 추출 장치의 작동 동안 가해지는 진공 압력의 결과로서, 탱크의 림은 차단 장치의 밀봉 표면에 대해 자동으로 단단히 고정된다.
다단 레이디얼 송풍기가 흡입 장치로서 특히 적합하며, 이는 상기 다단 레이디얼 송풍기가 다량의 흐름을 가능케 하고 대부분의 경우에서 오직 상대적으로 낮은 압력차가 요구되기 때문이다.
첨부된 도면들에 관하여, 하기 선호적인 실시예들로부터 본 발명의 추가적인 특징들과 이점들이 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 추출 장치를 도시한 투시도.
도 2는 상기 추출 장치를 도시한 측면도.
도 3은 도 2의 라인(A-A)을 따라 도시한 측면도.
도 4는 부분적인 단면도로서 상기 추출 장치의 중앙부를 도시한 확대도면.
도 5는 상기 추출 장치의 중앙부를 도시한 투시도.
도 6은 센터링 장치를 도시한 상세한 투시도.
도 7은 제 2 실시예의 도 3에 해당하는 확대 측면도.
도 1 및 도 2에 도시된 추출 장치(extraction device, 10)는 필수적으로 베이스 프레임(base frame, 12), 원심 분리기(14)(사이클론), 다단 레이디얼 송풍기(multi-stage radial blower, 16), 게이트 박스(gate box, 18) 및 플라스틱으로 제조되며 롤러에 선택적으로 끼워맞출 수 있는 교체식 수거 탱크(exchangeable catchment tank, 20)로 구성된다.
원심 분리기(14)는 횡방향 흡입 노즐(24)을 가진 유입 실린더(inlet cylinder, 22)를 포함하며, 고체(또는 또한 액체) 성분(constituent)이 적재된 가스 스트림(laden gas stream)은 상기 흡입 노즐(24)을 통해 상기 유입 실린더(22)의 내부로 유입된다. 유입 실린더(22)의 좁아지는 원뿔 형태 부분(26)인 바닥은 원형 횡단영역을 가진 통과구(passage opening, 28)를 포함하며, 상기 횡단영역은 수거 탱크(20)의 개구부 횡단면에 적합하다(도 4 참조).
레이디얼 송풍기(16)의 흡입 연결부(suction connection)는 원심 분리기(14) 의 중앙에 배열된 딥파이프(dip pipe, 30)에 연결된다(도 3 참조). 상기 딥파이프(30)의 내부에 레이디얼 송풍기(16)의 전동 모터(32)가 배열된다. 상기 전동 모터(32)는 딥파이프(30)의 내측 벽과 전동 모터(32)의 하우징 사이에 흐름 채널(flow channel)이 형성되도록 배치된다. 상기 레이디얼 송풍기(16)의 커버(34)에 배출구(exit opening, 36)가 형성된다.
유입 실린더(22)의 원뿔 형태 부분(26)은 몇몇 기능을 가진 게이트 박스(18)에 연결되며, 이제 상기 기능에 대해 하기에서 설명될 것이다. 도 4에 상세하게 도시된 게이트 박스(18)는 슬롯 개구부(38)를 가지며, 상기 슬롯 개구부(38)를 통해 게이트(40)가 슬라이딩되어 내부로 이동될 수 있다. 상기 게이트(40)는 원심 분리기(14)의 통과구(28)가 완전히 닫을 때까지 즉 게이트 박스(18)가 주 차단 장치(shut-off device)로서 작동하도록 삽입될 수 있다.
슬롯 개구부(38)를 밀봉하기 위하여, 게이트 박스(18)의 오목부(recess, 44)에 헐겁게 배치된 매끄러운 샤프트(42)가 형성된다. 상기 오목부(44)는 샤프트(42)가 오직 상기 샤프트(42)의 종축에 대해 회전할 수 있고 수직으로 이동되도록 크기가 형성된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 수거 탱크(20)를 탈착가능하게 장착하고 밀봉하기 위하여 특정 로킹 메커니즘(locking mechanism)이 고려된다. 수거 탱크(20)는 칼라(collar, 46) 하부에 원주방향으로 배열된 체결 후프(fastening hoop, 48)로 구비되며, 상기 후프를 다양한 탱크 형태에 적합하도록 만들 수 있다. 한 측부에서 상기 체결 후프(48)는 밀폐 핸들(closing handle, 50)을 포함하며, 맞 은편 측부에서는 센터링 보조 장치(centring aid, 52)를 포함한다. 상기 센터링 보조 장치(52)는 상부방향으로 만곡가능한 테이퍼된 플레이트(tapered plate)로 구성된다(도 6 참조). 베이스 프레임(12) 상에서 플라스틱 롤러(54)를 위한 지지부(support)가 제공되며, 상기 지지부는 센터링 보조 장치(52)를 위해 요구되는 대로 특별히 설계된다. 상기 지지부는 2개의 블레이드(blade, 56)로 구성되며, 상기 블레이드 사이에서 롤러(54)는 회전할 수 있고 수직으로 조절될 수 있도록 배열된다. 센터링 보조 장치(52)와 롤러(54)를 포함한 지지부는 함께 수거 탱크(20)를 위한 센터링 장치(centring device)를 형성한다.
하기에서 추출 장치(10)의 기능에 대해 설명될 것이다. 우선, 속이 빈 수거 탱크(20)가 게이트 박스(18)에 부착된다. 이를 위하여 상기 수거 탱크(20)는 인체공학적으로 취급가능한 높이에서 게이트 박스(18) 바로 밑으로 삽입된다. 상기 삽입 동안, 테이퍼된 텅(tapered tongue)으로 인해 센터링 보조 장치(52)는 블레이드(56) 사이에 용이하게 위치된다. 센터링 보조 장치(52)는 상기 센터링 보조 장치(52)가 블레이드(56)에 대해 정지될 때까지 플라스틱 롤러(54) 상에서 미끄러져 이동(glide)된다(도 6에서 도면부호(58) 참조). 상기 위치에서 수거 탱크(20)는 원심 분리기(14)의 통과구(28) 하부 중앙에 배열된다.
그 뒤 수거 탱크(20)는 상승되고, 밀폐 핸들(50)을 베이스 프레임(12) 또는 게이트 박스(18)에 부착된 지지부(60)에 후킹(hooking)함으로써 제자리에 고정되며, 이에 따라 수거 탱크(20)의 상부 림(top rim, 62)은 게이트 박스(18)의 밀봉 표면(sealing surface, 64)을 직접적으로 대면한다. 센터링 보조 장치(52)가 상부 방향으로 만곡되는 경우에 있어서, 수거 탱크(20)의 적어도 후방부는 상기 센터링 보조 장치(52)가 블레이드(56) 사이에 삽입될 때 이미 자동으로 상승된다.
추출 장치의 작동 동안 가해지는 진공 압력으로 인하여 탱크 림(62)이 게이트 박스(18)의 밀봉 표면(64)에 대해 자동으로 고정되기 때문에, 탱크 림(62)과 밀봉 표면(64) 사이의 추가적인 밀봉이 꼭 필요하지 않다. 탱크 림(62)과 밀봉 표면(64) 사이의 소량의 누출(leak)은 본 장치(10)의 흡입 작동을 방해하지 않으며 심지어 의도되기도 한다. 상기 경우에서, 이는 수거 탱크(20)를 제거할 때 상기 수거 탱크(20)를 위해 어떠한 추가적인 통풍 제어 시스템(venting control system)이 필요하지 않기 때문이다.
추출 장치(10)의 작동 동안, 레이디얼 송풍기(16)는 흡입 노즐(24)을 통해 적재 가스 스트림(laden gas stream)(예컨대, 포일 또는 페이퍼 찌꺼기를 포함한 공기)을 유입 실린더(22)내로 흡입한다(draw in). 흡입 노즐(24)의 접선방향 배열로 인해 선회류(swirling flow)가 유입 실린더(22)의 내부에 생성된다. 원심력으로 인하여 공기 스트림(air stream) 내의 고체(및/또는 액체) 성분(흡입된 물질(drawn-in material))은 외부를 향하여 반경방향으로 가속된다. 상기 효과는 원뿔 형태의 부분(26)을 테이퍼링함으로써 증대되며, 이는 상기 부분에서 회전 속도가 증가되기 때문이다. 상기 흡입된 물질은 유입 실린더(22)의 내측 벽에 대해 가압되며, 나선형 경로에서 하부방향으로 통과구(28)를 통해 수거 탱크(20)로 슬라이딩 이동된다. 따라서 통과구(28)의 원형 횡단영역으로, 흡입된 물질이 통과하는 동안 차단될 위험성이 최소화된다.
흡입된 물질이 제거된 공기는 레이디얼 송풍기(16)에 의해 배출구(36)를 통해 이동되어, 흐름 채널을 통해 전동 모터(32)를 따라 통과하는 공기 스트림은 상기 전동 모터(32)를 충분히 냉각시킨다.
추출 장치(10)의 작동 동안 수거 탱크(20)를 교체하기 위하여, 게이트(40)는 게이트 박스(18)의 슬롯 개구부(38) 내로 삽입된다. 삽입되는 동안, 게이트(40)는 샤프트(42)의 종축 하부에서 상기 샤프트(42)에 부딪치며(impinge), 이에 따라 웨지 효과(wedge effect)로 인해 상기 샤프트(42)는 수직으로 상부방향을 향하여 삽입된다. 상기 통과 위치에서, 샤프트(42)는 게이트(40) 위에서 구르게 되며(roll) 이에 따라 슬롯 개구부(38)의 지속적인 밀봉을 보장한다. 완전히 삽입된 게이트(40)는 통과구(28) 전체를 밀봉한다.
원심 분리기(14)와 수거 탱크(20) 사이의 전이 영역(transitional area)에 고체 성분(예를 들어 페이퍼 또는 포일의 기다란 스트립)들이 존재한다면, 이들은 분리되거나(severed) 또는 게이트(40)가 삽입될 때 적어도 사이에 끼워지며(wedged in), 이에 따라 추출 장치(10)의 작동 지속을 방해하지 않는다. 상기 성분들은 수동으로 제거될 수도 있다. 그 뒤, 수거 탱크(20)는 핸들(50)을 개방시킴으로써 지지부로부터 제거될 수 있다.
새로운 수거 탱크(20)가 배치되어 제자리에 고정되면, 게이트(40)는 다시 빠지게 된다(pulled back out). 중력으로 인하여 샤프트(42)는 원래 위치로 다시 하강하며 이에 따라 슬롯 개구부(38)를 지속적으로 밀봉한다. 그 뒤, 탱크 교체 시에 유입 실린더(22)의 바닥 부분(26)에 수거된 흡입된 물질은 다시 개방된 통과구(28) 를 통해 새로운 수거 탱크(20)로 하강된다.
용이하게 파지가능한(graspable) 핸들(50)과 센터링 장치를 가진 특정 로킹 메커니즘을 설계함으로써 한 손으로 유리하게 탱크를 교체할 수 있다.
도 7은 제 2 실시예의 도 3에 해당하는 도면을 확대 도시한다. 전동 모터(32) 주위 영역이 도시된다. 도 3에서 상기 전동 모터(32)는 딥파이프(30)에 의해 둘러싸여진다. 도 7에서는, 상기 전동 모터(32)는 원통형 링(ring)을 가진 필터 카트리지(65)에 의해 둘러싸여진다. 필터 카트리지(65)와 전동 모터(32) 사이에 링 원통형 틈(gap, 66)이 형성된다. 상기 필터 카트리지(65)의 하측 단부 상에서 리드(lid, 67)는 필터 카트리지(65)에 고정되며 이로 인해 전동 모터(32)에 고정된다. 화살표(68)는 필터 카트리지(65)를 통해 및 그 뒤 틈(66)을 통해 필터 카트리지(65)의 외측으로부터 유입되는 흐름 방향을 나타낸다. 이외에도 제 1 실시예와 기능이 유사하다.
이미 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 추출 장치(10)는 포장 산업에서 포일 및 페이퍼 제거에 특히 적합하지만, 이것이 본 명세서를 제한하는 수단으로 사용되지 않는다.

Claims (15)

  1. 전동 모터(32)를 가진 흡입 장치(16)와 유입 실린더(22), 수직으로 배열된 딥파이프(30) 및 횡방향 흡입 노즐(24)을 포함하는 배출흐름(outflow)을 가진 원심 분리기(14)를 포함하며, 상기 수직으로 배열된 딥파이프(30)는 일정 길이를 가지고 상기 배출흐름이 상기 길이를 통과하도록 구성되며, 상기 횡방향 흡입 노즐(24)을 통해 적재 가스 스트림(laden gas stream)이 상기 유입 실린더(22)로 유입되는 추출 장치에 있어서,
    상기 전동 모터(32)는 상기 딥파이프(30) 내부에 배열되는 추출 장치.
  2. 전동 모터(32)를 가진 흡입 장치(16)와 유입 실린더(22), 수직으로 배열된 딥파이프(30) 및 횡방향 흡입 노즐(24)을 가진 원심 분리기(14)를 포함하며, 상기 횡방향 흡입 노즐(24)을 통해 적재 가스 스트림이 상기 유입 실린더(22)로 유입되는 추출 장치에 있어서,
    상기 전동 모터(32)는 상기 딥파이프(30) 내부에 배열되고, 상기 딥파이프(30)의 내측 벽과 전동 모터(32) 사이에 흐름 채널이 형성되는 추출 장치.
  3. 전동 모터(32)를 가진 흡입 장치(16)와 유입 실린더(22), 수직으로 배열된 딥파이프(30) 및 횡방향 흡입 노즐(24)을 가진 원심 분리기(14)를 포함하며, 상기 횡방향 흡입 노즐(24)을 통해 적재 가스 스트림이 상기 유입 실린더(22)로 유입되는 추출 장치에 있어서,
    상기 전동 모터(32)는 상기 딥파이프(30) 내부에 배열되고, 수거 탱크(20)가 상기 원심 분리기(14)의 통과구(28) 바로 밑에 배열되며, 차단 장치(18)가 상기 통과구(28)를 선택적으로 닫기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 통과구(28)는 원형 횡단영역을 포함하며, 상기 원형 횡단영역은 유입 실린더(22)에서 수거 탱크(20)로 흡입된 물질이 통과하는 동안 차단될 위험성이 최소화되도록, 상기 수거 탱크(20)의 개구부 횡단면에 꼭 맞는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 차단 장치(18)는 슬롯 개구부(38) 내로 삽입가능한 게이트(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차단 장치(18)는 상기 슬롯 개구부(38)를 밀봉하기 위한 차단 부재(shut-off element, 42)를 포함하며, 상기 차단 부재(42)는 상기 게이트(40)를 삽입함으로써 통과 위치로 자동으로 이송(transfer)되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 차단 부재는 오목부(44) 내에 헐겁게 배열된 샤프트(42)이며, 상기 샤프트는 오직 상기 샤프트의 종축 주위로 회전하는 방향과 수직 방향으로만 자유로이 이동되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 유입 실린더(22) 바로 밑에 상기 수거 탱크(20)를 장착하기 위하여 로킹 메커니즘이 제공되고, 상기 로킹 메커니즘은 센터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수거 탱크(20)는 2개의 블레이드(56) 사이에 삽입가능한 센터링 보조 장치(52)를 포함하고, 상기 센터링 보조 장치(52)가 슬라이딩 이동할 수 있는 롤러(54)가 상기 2개의 블레이드(56) 사이에 회전가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 롤러(54)의 위치는 조절가능한 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 센터링 보조 장치(52)는 블레이드(56) 사이에서 정해진 스톱(58)까지 삽입가능한 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 센터링 보조 장치(52)가 내부로 완전히 삽입되고 로킹 메커니즘이 작동되어, 수거 탱크(20)의 림(62)이 차단 장치(18)의 밀봉 표면(64)에 직접적으로 맞은편에 있도록 위치되는 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  13. 제 9 항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로킹 메커니즘과 센터링 보조 장치는 수거 탱크(20)를 한 손으로 교체 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    흡입 장치는 다단 레이디얼 송풍기(16)인 것을 특징으로 하는 추출 장치.
  15. 전동 모터(32)를 가진 흡입 장치(16)와 유입 실린더(22), 수직으로 배열된 필터 카트리지(65) 및 횡방향 흡입 노즐(24)을 가진 원심 분리기(14)를 포함하며, 상기 횡방향 흡입 노즐(24)을 통해 적재 가스 스트림이 상기 유입 실린더(22)로 유입되는 추출 장치에 있어서,
    상기 전동 모터(32)는 상기 필터 카트리지(65) 내부에 배열되는 추출 장치.
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