KR101296037B1 - 가스를 정화하기 위한 원심 분리기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 공간(2')과, 스핀들(3)과, 상기 스핀들에 부착되어 있고 일정 회전 속도로 회전축(x) 주위로 회전하도록 배열된 회전 부재(4)를 포함하는 원심 분리기에 관한 것이다. 회전 부재는 내부 공간에 제공된 복수개의 분리식 디스크(5)를 포함한다. 구동 부재(10)는 상기 회전 속도로 스핀들과 회전 부재를 구동시킨다. 센서 장치는 케이싱에 대한 회전 부재의 회전을 감지한다. 센서 장치는 회전 부재의 내부 공간에 제공된 적어도 하나의 송신 요소(21)와, 상기 송신 요소를 감지하도록 배열되고 케이싱 내에 제공된 수신 요소(22)를 포함한다. 수신 요소는 내부 공간 외측의 케이싱 상에 제공된다.
내부 공간, 분리식 디스크, 센서 장치, 송신 요소, 수신 요소

Description

가스를 정화하기 위한 원심 분리기 {A Centrifugal Separator for Cleaning of Gas}
본 발명은 내부 공간을 한정하는 고정식 케이싱과, 스핀들과, 상기 스핀들에 부착되어 있고 일정 회전 속도로 회전축 주위로 회전하도록 배열되며 내부 공간에 제공된 복수개의 분리식 디스크를 포함하는 회전 부재와, 상기 회전 속도로 스핀들과 회전 부재를 구동시키는 구동 부재와, 내부 공간에서 회전 부재 상에 제공된 적어도 하나의 송신 요소와, 상기 송신 요소를 감지하도록 배열되고 케이싱에 제공된 수신 요소를 포함하고 케이싱에 대한 회전 부재의 회전을 감지하는 센서 장치를 포함하는 원심 분리기에 관한 것이다.
본 발명은 특히 차량의 구동하기 위한 연소 기관으로부터의 크랭크케이스 가스를 정화하기 위한 원심 분리기에 관한 것이다. 이러한 원심 분리기는 통상적으로 고정식 케이싱과 상기 케이싱 내에 제공된 로우터를 포함하고, 상기 로우터는 스핀들과 복수개의 원뿔형 분리식 디스크를 포함한다. 이러한 종류의 원심 분리기에서 로우터는 일반적으로 임의의 케이싱에 둘러싸여 있지 않고, 크랭크케이스 가스로부터 분리된 오일은 고정식 케이싱의 내벽에 대해 외향 분출된 다음 수집 홈 및 출구를 향해 벽을 따라 아래로 유동한다. 로우터는 다양한 종류의 구동 부재에 의해 구동될 수 있다. 하나의 차이점은 연소 기관의 오일 시스템으로부터 분사된 오일에 의해 회전되는 블레이드 휠을 이용하여 로우터를 구동시키는 것이다. 오일 시스템 내의 압력은 로우터의 회전 속도를 결정할 것이다. 그러나, 이러한 로우터 구동은 로우터의 회전 속도를 표시하지 않는다. 임의의 종류의 회전 속도 제어를 가능하게 하도록, 로우터의 회전 수치를 제공할 수 있는 임의의 센서가 요구된다. 하나의 제안된 센서 종류는 로우터 상에 임의의 종류의 광학적 마킹, 예컨대 바아 코드를 포함할 수 있고, 회전 수치를 제공하고 판독하는 광학 판독 기계를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 회전 속도 센서는 판독 장치가 케이싱을 관통해 내부로 돌출되는 적어도 임의의 부분을 포함해야 하는 단점을 가진다. 또한, 회전수 판독 및 작동의 높은 신뢰성을 보장하기 어렵다. 또한, 그러한 통로는 누수를 유발할 수 있기 때문에 케이싱을 관통하지 않게 만들어져야 하는 것이 바람직하다.
유럽 공개 특허 제1 247 584호는 회전식 케이싱과 상기 케이싱 내측에 제공된 원뿔형 디스크를 포함하는 원심 로우터와 고정식 케이싱을 구비한 원심 분리기를 개시하고 있다. 유럽 공개 특허 제1 247 585호는 원심 로우터의 회전을 감지하는 다양한 상이한 설계의 센서를 개시하고 있다. 제1 변경예는 원심 로우터에 고정식으로 부착된 단일의 영구 자석과 원심 분리기의 고정식 케이싱에 연결되어 제공된 센서를 포함한다. 센서는 영구 자석이 센서를 지나갈 때마다 반짝이는 LED와 권취부를 포함한다. 따라서, 상기 특허는 정확한 회전수가 표시된다는 점에서 회전수의 임의의 센서에 관한 것이 아니라, 그 보다는 로우터가 회전한다는 표시가 주어진다. 상기 센서는 고정식 케이싱 내측의 내부 공간 안쪽으로 연장하는 방식으로 제공된다.
미국 공개 특허 제4 700 117호는 고속의 원심기를 조작하기 위한 장치를 개시하고 있다. 이러한 원심기는 소위 실험실용 원심기이다. 상기 장치는 원심기의 작동을 제어하고 과도한 고속에 대해 보호를 제공하며 불균형을 탐지하는 것을 목적으로 한다. 상기 장치는 로우터 상에 제공된 자석과 홀 효과(Hall effect)로서 작동되는 고정식 센서를 포함한다.
유럽 공개 특허 제494 421호는 또한 소위 실험실용 원심기에 관한 것이다. 상기 원심기 또한 로우터 상의 자석과 홀 효과로서 작동되는 고정식 센서를 가진다.
본 발명의 목적은 신뢰성 있고 안전하게 회전수를 결정할 수 있는 원심 분리기를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 수신 요소가 내부 공간 외측의 케이싱 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 서두에 정의된 원심 분리기에 의해 달성된다.
이러한 수신 요소에 의해, 회전 부재에 부착된 송신 요소는 그것이 수신 요소를 지날 때, 즉 회전 부배가 한번 회전할 때마다 감지될 수 있다. 수신 요소가 내부 공간 외측의 케이싱 상에 제공되기 때문에, 내부 공간 안쪽으로 돌출하여서 원심 분리기 내에서 발생하는 유동 및 분리를 방해하는 수신 요소 부분이 요구되지 않는다. 수신 요소는 손쉬운 방법으로 원심 분리기 상에 장착될 수 있고 유지보수 및/또는 교체를 위히 탈착될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 송신 요소는 회전 부재가 회전할 때 원형 경로를 따라 회전하도록 배열되고, 수신 요소는 원형 경로 상의 포인트 근방에 제공된다. 송신 요소는 예컨대 회전축으로부터 일정 반경방향 거리에 있는 분리식 디스크들 중 하나 상에 제공될 수 있고, 수신 요소는 원형 경로 상의 상기 포인트에 비교적 가깝게 위치된다. 이러한 방식으로, 송신 요소가 수신 요소를 지날 때마다 모호하지 않고 안전한 송신 요소 판독이 보장된다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 송신 요소는 영구 자석을 포함하고, 수신 요소는 회전하는 송신 요소가 상기 포인트를 통과할 때마다 송신 요소로부터 생성된 자기장을 감지하도록 배열된다. 이러한 자기장은 케이싱을 통과해서 비교적 긴 거리에서 감지될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 센서 장치는 상기 포인트를 통과하는 송신 요소의 경로 및 시간 함수로서 회전 부재의 회전 속도를 결정하도록 배열된 프로세서 유닛을 포함한다. 프로세서 유닛은 수신 요소에 연결되고 송신 요소가 상기 포인트를 통과하는 것을 감지한 회수를 세도록 배열될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 수신 요소는 케이싱의 외측에 부착된다. 이러한 방식으로, 케이싱은 온전한 상태로, 즉 케이싱을 통한 관통 구멍이 만들어질 필요 없이 남겨질 수 있다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 구동 부재는 유체 제트에 의해 회전 가능한 블레이드 휠을 포함한다. 센서 장치에 의해, 회전 부재의 회전 속도는 판독 및 결정될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 센서 장치는 회전 부재 상에서 2개의 직경방향으로 대향하는 위치에 제공된 2개의 송신 요소를 포함한다. 이러한 방식으로, 송신 요소는 회전 부재의 적절한 균형에 기여할 것이다. 다르게는, 센서 장치는 하나의 송신 요소와 하나의 중량 요소를 포함하고, 상기 2개의 요소들은 회전 부재 상에서 2개의 직경방향으로 대향하는 위치에 유리하게 제공될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 상기 송신 요소, 즉 하나 또는 수개의 송신 요소는 상기 분리식 디스크들 중 하나에 매설된다. 이러한 방식으로, 송신 요소 또는 송신 요소들이 회전 부재로부터 내부 공간 안쪽으로 돌출해서 원심 분리기 내의 유동을 방해하는 것을 예방할 수 있다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 수신 요소는 소위 홀 효과에 따라서 작동한다. 이러한 수신 요소는 수신 요소가 상기 포인트를 통과하는 것을 신뢰성 있게 판독할 수 있도록 한다.
본 발명의 그 밖의 양호한 실시예에 따르면, 원심 분리기는 가스로부터 액체 오염물을 분리하여 가스를 정화하도록 구성되고, 원심 분리기는 정화될 가스를 위한 입구와, 정화된 가스를 위한 가스 출구와 분리된 액체 오염물을 위한 출구를 포함한다. 또한, 내부 공간은 상단부와 하단부를 가지며, 수신 요소는 상단부 및 하단부 중 하나의 근방에 제공되고, 액체 오염물을 위한 출구는 상단부 및 하단부 중 다른 하나에 제공된다. 양호하게는, 원심 분리기는 연소 기관으로부터의 크랭크케이스 가스를 정화하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 이제 다양한 실시예들의 설명과 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상 세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 원심 분리기의 단면도를 개시한다.
도1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원심 분리기를 개시한다. 개시된 원심 분리기는 가스, 특히 연소 기관으로부터의 크랭크케이스 가스를 정화하도록 의도된 것이다. 연소 기관은 예컨대 전기 에너지를 생성하기 위한 모터 차량 또는 고정식 연소 기관을 구동하기 위한 것일 수 있다. 원심 분리기는 또한 엔지니어링 산업에서 기계 장치 내부 및 주위의 공기와 같은 다른 가스들을 정화하기 위해 적용될 수 있다. 전술한 적용 분야는 특히 오일 미스트 또는 오일 액적 형태의 액체 오염물과 같은 오염물을 함유하는 가스의 정화를 포함한다. 본 발명에 따른 원심 분리기는 공기 또는 가스로부터 이러한 오일을 분리하기에 특히 적합하다.
개시된 원심 분리기는 내부 공간(2')을 한정하는 고정식 케이싱(1)을 포함한다. 고정식 케이싱(1)은 내부 공간(2')으로 향하는 내벽면(1a)과 주위를 향해 외향하는 외벽면(1b)을 가진다. 원심 분리기는 스핀들(3)과, 상기 스핀들(3)에 부착되어 있고 일정 회전 속도로 회전축(x) 주위로 회전하도록 배열된 회전 부재(4)를 포함한다. 회전 부재(4)는 각각이 회전하는 스핀들(3)에 부착되어 있고 그에 따라 내부 공간(2')에서 회전하는 많은 개수의 분리식 디스크(5)를 포함한다. 스핀들(3)은 2개의 베어링, 즉 하나의 상부 스핀들 베어링(8)과 하부 스핀들 베어링(9)에서 저널되어 있다. 원심 분리기가 크랭크케이스 가스를 정화하도록 구성된 경우에, 상기 원심 분리기는 유리하게는 연소 기관에 부착되기 위한 수단과, 연소 기관 의 크랭크케이스로부터 크랭크케이스 가스를 수용하고 주변부로 정화된 가스를 배출하거나 가능하다면 정화된 크랭크케이스 가스를 연소 기관의 크랭크케이스로 복귀시키기 위한 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 스핀들(3)은 개시된 실시예에서 내부 공간(2') 아래의 개별 공간(2'')에 제공되어 있는 적합한 구동 부재(10)에 연결된다. 구동 부재(10)는 다양한 종류일 수 있다. 예컨대, 구동 부재(10)는 전기 구동 모터, 공압 구동 모터, 또는 유압 구동 모터를 포함할 수 있다. 구동 부재(10)는 또한 임의의 종류의 노즐(10b)로부터의 액체 제트에 의해 구동하도록 배열된 블레이드 휠(10a)을 포함할 수 있다. 특히, 연소 기관으로부터의 크랭크케이스 가스 정화의 경우에 있어서, 구동 부재(10)는 연소 기관의 연소 시스템으로부터의 오일에 의해 구동되는 블레이드 휠(10a)을 포함할 수 있다. 상기 오일은 노즐(10b)을 통해 구동 부재(10)를 적절한 회전 속도로 구동시키는, 비교적 고압을 가진다. 그러나, 이러한 회전 속도는 정확히 결정될 수 없고, 연소 기관을 위한 다양한 상태의 작동에서 변동할 수 있다.
내부 공간(2')은 상단부(11)와 하단부(12)를 가진다. 원심 분리기는 정화될 가스의 입구(13)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 입구(13)는 상단부(11)에서 내부 공간(2') 안쪽으로 케이싱(1)을 통해 연장한다. 또한, 원심 분리기는 정화된 가스를 위한 가스 출구(15)와 분리된 액체 오염물을 위한 출구(16)를 가진다. 개시된 실시예에서, 가스 출구(15)와 분리된 액체 오염물을 위한 출구(16)는 하단부(12) 근처에 제공된다.
따라서, 정화될 가스는 입구(13)를 통해 분리식 디스크(5, 5') 사이로 공급된다. 가스가 내부 공간(2')으로 도달하고 회전 부재(4)에 의해 회전하게 되면, 액체 오염물은 분리식 디스크(5, 5')에 부착되고 원심력에 의해 케이싱(1)의 내벽면(1a)으로 분출된다. 이러한 방식으로 정화되고 그에 따라 액체 오염물로부터 사실상 완전히 해제된 가스는, 다음으로 내부 공간(2')에서 하향으로 그리고 가스 출구(15)를 통해 외부로 운반된다. 액체 오염물은 내벽면(1a) 상에서 아래로 환형 수집 홈(17)으로 그리고 출구(16)를 통해 외부로 유동한다.
또한, 원심 분리기는 케이싱(1)에 대한 회전 부재(4)의 회전을 감지하기 위한 센서 장치를 포함한다. 센서 장치는 적어도 하나의 송신 요소(21)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 하나의 그러한 송신 요소(21)가 제공되어 있다. 송신 요소(21)는 내부 공간(2')의 회전 부재(4) 상에 제공되고, 상기 회전 부재(4)가 회전할 때 원형 경로를 따라 회전한다. 송신 요소(21)는 임의의 종류의 신호를 방사하는 다양한 종류의 요소를 포함할 수 있다. 양호한 실시예에 따르면, 송신 요소(21)는 영구 자석을 포함하거나 영구 자석으로 구성될 수 있다.
센서 장치는 또한 케이싱(1) 상에 제공되고 송신 요소(21)를 감지하도록 배열된 수신 요소(22)를 포함한다. 보다 구체적으로, 수신 요소(22)는 케이싱(1)의 외측 상에 제공되고 유리하게는 외벽면(1b)에 직접 부착될 수 있다. 적어도 수신 요소(22)가 제공되는 영역에서의 케이싱(1)은 송신 요소(21)에 의해 생성된 신호가 투과할 수 있는 재료로 제조된다. 예컨대, 케이싱은 임의의 적합한 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 또한, 회전하는 송신 요소(21)가 예컨대, 영구 자석 형태의 송신 요소(21)에 의해 생성된 자기장과 같은 하나의 포인트을 통과할 때마다 수신 요소(22)가 송신 요소(21)로부터의 신호를 감지할 수 있도록 하는 방식으로, 수신 요소(22)는 원형 경로 상의 상기 포인트와 비교적 가깝게 위치되는 케이싱 상의 위치에 제공된다. 개시된 실시예에서, 수신 요소(22)는 케이싱(1)의 상단부 벽(23) 상에 제공되고, 송신 요소(21)는 최상부의 분리식 디스크(5') 상에 제공된다. 이러한 방식으로, 수신 요소(22)는 송신 요소(21)가 원형 경로 상의 앞서 언급한 포인트를 통과할 때 송신 요소(21)에 사실상 바로 인접하게 위치될 수 있다.
또한, 센서 장치는 상기 포인트를 통과하는 송신 요소(21)의 경로 및 시간 함수로서 회전 부재(4)의 회전 속도를 결정하도록 배열된 프로세서 유닛(24)을 포함한다. 프로세서 유닛(24)은 수신 요소(22)에 연결되고 송신 요소(21)가 상기 포인트를 통과하는 것을 감지한 회수를 세도록 배열된다. 이러한 방식으로, 회전 부재(4)의 회전 속도는 결정된다. 결정된 회전 속도는 구동 부재(10)의 회전수를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
개시된 실시예에서, 센서 장치는 전술한 바와 같은 송신 요소(21)를 포함한다. 그러나, 센서 장치는 하나 이상의 이러한 송신 요소(21), 예컨대, 둘, 셋, 넷, 다섯, 또는 그 이상의 송신 요소(21)를 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 양호하게는, 송신 요소(21)는 원형 경로의 주연부를 따라 균등하게, 즉 균형 있는 회전 부재(4)를 제공하기 위해 인접한 송신 요소(21) 사이에서 동등한 거리를 가지도록, 분배될 수 있다. 예컨대, 센서 장치는 2개의 직경방향으로 대향하는 송신 요소(21)를 포함할 수 있다. 또한, 센서 장치가 단순히 하나의 송신 요소(21)와 하나의 수동 중량 요소(25)를 포함하게 하는 것이 가능하고, 상기 송신 요소(21)와 수동 중량 요소(25)는 양호하게는 균형 있는 회전 부재(4)를 제공하기 위해 2개의 직경방향으로 대향하는 위치에서 상기 회전 부재(4) 상에 제공된다.
또한, 송신 요소(21)는 양호하게는 하나의 분리식 디스크(5), 개시된 실시예에서는 최상부 분리식 디스크(5') 내에 매설될 수 있다. 이러한 방식으로, 송신 요소(21)의 분리식 디스크(5) 위 또는 아래로 돌출하지 않을 것이고, 이러한 방식으로 내부 공간(2')에서 유동을 방해할 수 없을 것이다.
수신 요소(22)는 케이싱(1)의 측벽(26)에 부착될 수도 있고, 여기서 송신 요소(21)는 수신 요소(22)의 근방에 위치한 임의의 분리식 디스크(5)에 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다.
수신 요소(22)는 송신 요소(21)에 의해 생성된 신호를 감지하도록 배열되고 다양한 종류일 수 있다. 수신 요소(22)는 용량성 센서, 유도성 센서, 또는 소위 홀 효과로 작동되는 센서를 포함할 수 있다. 이러한 홀 센서는 송신 요소(21)가 영구 자석을 포함할 때 유리하다
본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 후속하는 청구범위의 범주 내에서 변경되고 개조될 수 있다.

Claims (13)

  1. 내부 공간(2')을 한정하는 고정식 케이싱(1)과,
    스핀들(3)과,
    상기 스핀들(3)에 부착되어 있고 일정 회전 속도로 회전축(x) 주위로 회전하도록 배열되며, 내부 공간(2')에 제공된 복수개의 분리식 디스크(5)를 포함하는 회전 부재(4)와,
    상기 회전 속도로 스핀들(3)과 회전 부재(4)를 구동시키는 구동 부재(10)와,
    내부 공간(2')에서 회전 부재(4) 상에 제공된 적어도 하나의 송신 요소(21)와, 상기 송신 요소(21)를 감지하도록 배열되고 케이싱(1)에 제공된 수신 요소(22)를 포함하고, 케이싱에 대한 회전 부재의 회전을 감지하는 센서 장치를 포함하는 원심 분리기에 있어서,
    수신 요소(22)는 수신 요소(22)가 내부 공간(2') 안으로 돌출되지 않도록 내부 공간(2') 외측의 케이싱(1) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  2. 제1항에 있어서, 송신 요소(21)는 회전 부재(4)가 회전할 때 원형 경로를 따라 회전하도록 배열되고, 수신 요소(22)는 원형 경로 상의 포인트 근방에 제공되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  3. 제2항에 있어서, 송신 요소(21)는 영구 자석을 포함하고, 수신 요소(22)는 회전하는 송신 요소(21)가 상기 포인트를 통과할 때마다 송신 요소(21)로부터의 자기장을 감지하도록 배열된 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 센서 장치는 상기 포인트를 통과하는 송신 요소(21)의 경로 및 시간 함수로서 회전 부재(4)의 회전 속도를 결정하도록 배열된 프로세서 유닛(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수신 요소(22)는 케이싱(1)의 외벽면(1b)에 부착되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 부재(10)는 유체 제트에 의해 회전 가능한 블레이드 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 장치는 회전 부재(4) 상에서 2개의 직경방향으로 대향하는 위치에 제공된 2개의 송신 요소(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 장치는 송신 요소(21)와 중량 요소(25)를 포함하고, 상기 2개의 요소들은 회전 부재(4) 상에 2개의 직경방향으로 대향하는 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신 요소(21)는 상기 분리식 디스크(5)들 중 하나에 매설되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수신 요소(22)는 소위 홀 효과에 따라서 작동하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 원심 분리기는 가스로부터 액체 오염물을 분리하여 가스를 정화하도록 구성되고, 원심 분리기는 정화될 가스를 위한 입구(13)와, 정화된 가스를 위한 가스 출구(15)와, 분리된 액체 오염물을 위한 출구(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  12. 제11항에 있어서, 내부 공간(2')은 상단부(11)와 하단부(12)를 가지며, 수신 요소(22)는 상단부(11) 근방에 제공되고 액체 오염물을 위한 출구(16)는 하단부(12) 근방에 제공되거나, 수신 요소(22)는 하단부(12) 근방에 제공되고 액체 오염물을 위한 출구(16)는 상단부(11) 근방에 제공되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  13. 제11항에 있어서, 원심 분리기는 연소 기관으로부터의 크랭크케이스 가스를 정화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
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