KR101409695B1 - 원심분리기의 분리판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심분리기의 분리판에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2개 이상의 분리판 조각을 조합하여 하나의 단위 분리판을 형성하고, 단위 분리판을 복수개 적층하되 지지부재로 고정시켜 분리판 세트를 구성함으로써, 별도의 스피닝 공정이 필요없어 제조시간과 비용이 절감되고, 휘어질 수만 있다면 재질 및 두께 선정시 가공성에 대해 고려할 필요가 없으며, 제작시 금형이 필요없으므로 용이하게 디자인을 변경할 수 있어 다품종 소량생산에도 적합할 뿐만 아니라, 여러 단계의 가공이 불필요하고 단 한번의 절단과정만으로 분리판 조각을 형성하여 조립에 의해 분리판 세트를 형성할 수 있으며, 다품종 소량 생산시 금형 및 지그 등 추가 비용이 발생하지 않고, 가공시 표면을 손상시키지 않으므로 후처리 과정이 불필요하며, 분리판 조각 자체가 스페이서 역할을 하므로 스페이서를 별도로 형성하여 용접할 필요가 없고 밸런싱 불량 위험이 감소하고, 절곡부를 이용하여 스페이서 높이를 다양하게 조절할 수 있고, 엔지니어링 플라스틱 시트를 사용하여 쉽고 저렴하게 분리판을 제작할 수 있으며, 재질의 선정 범위가 매우 넓고, 분리판 조각 양측 단부의 절단 형상을 여러 가지로 변형하여 혼합물 특성에 따른 분리효과를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 규격에 제한이 없는 원심분리기의 분리판에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 2개 이상의 분리판 조각을 조합하여 하나의 단위 분리판을 형성하고, 상기 단위 분리판을 복수개 적층하여 분리판 세트를 구성하는 것을 특징으로 하는 원심분리기의 분리판을 제공한다.

Description

원심분리기의 분리판{Disk for centrifugal separator}

본 발명은 원심분리기의 분리판에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2개 이상의 분리판 조각을 조합하여 하나의 단위 분리판을 형성하고, 단위 분리판을 복수개 적층하되 지지부재로 고정시켜 분리판 세트를 구성함으로써, 별도의 스피닝 공정이 필요없어 제조시간과 비용이 절감되고, 휘어질 수만 있다면 재질 및 두께 선정시 가공성에 대해 고려할 필요가 없으며, 제작시 금형이 필요없으므로 용이하게 디자인을 변경할 수 있어 다품종 소량생산에도 적합할 뿐만 아니라, 여러 단계의 가공이 불필요하고 단 한번의 절단과정만으로 분리판 조각을 형성하여 조립에 의해 분리판 세트를 형성할 수 있으며, 다품종 소량 생산시 금형 및 지그 등 추가 비용이 발생하지 않고, 가공시 표면을 손상시키지 않으므로 후처리 과정이 불필요하며, 분리판 조각 자체가 스페이서 역할을 하므로 스페이서를 별도로 형성하여 용접할 필요가 없고 밸런싱 불량 위험이 감소하고, 절곡부를 이용하여 스페이서 높이를 다양하게 조절할 수 있고, 엔지니어링 플라스틱 시트를 사용하여 쉽고 저렴하게 분리판을 제작할 수 있으며, 재질의 선정 범위가 매우 넓고, 분리판 조각 양측 단부의 절단 형상을 여러 가지로 변형하여 혼합물 특성에 따른 분리효과를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 규격에 제한이 없는 원심분리기의 분리판에 관한 것이다.

혼합 유체의 비중차 분리방식은 많은 산업분야에서 다양하게 활용되고 있다. 예컨대, 선박용 디젤 엔진의 연료유나 윤활유 정화, 그리고 피처리액 중 고형 불순물 등을 제거하기 위해 사용된다. 혼합 유체를 비중차로 분리하기 위해 일반적으로 사용되는 것이 분리판형 원심분리기이다.

도 1은 일반적인 분리판형 원심분리기의 작동원리를 도시한 모식도이다.

분리판형 원심분리기의 내부에는 분리 속도를 높이기 위해 수십 또는 수백장의 분리판이 설치되어 있으며, 이러한 분리판은 원심분리기의 용량을 결정하는 중요한 역할을 한다.

분리판은 원심분리기의 생산원가에서 차지하는 비중이 높다. 적층된 분리판 사이에서 혼합물의 분리작용이 일어나며, 원심분리기의 용량은 분리판 수에 비례하게 된다. 따라서, 용량이 큰 원심분리기를 제작하기 위해서는 분리판의 직경을 크게 하고 분리판 수를 증가시켜야 한다. 또한, 혼합물은 적절한 온도로 가열되어 분리판에 직접 접촉하므로, 분리판 재질은 혼합물의 화학적 성질과 온도에 견딜 수 있어야 한다. 또한, 원심분리기 내부에는 강한 원심력이 발생하므로, 분리판은 원심력과 이로 인한 강한 압력, 유체의 캐비테이션(cavitation) 등을 견딜 수 있어야 한다.

도 2는 도 1 중 분리판의 사시도이며, 도 3은 도 2의 분리판이 복수개 적층된 모습을 도시한 사시도이다.

분리판에는 혼합유체의 통로가 되는 홀(10)이 복수개 구비되어 있고, 분리판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(20)가 복수개 구비되어 있다.

이러한 분리판은 아래와 같은 공정을 거쳐 제조된다.

먼저, 필요한 재질 및 두께를 선정하고, 혼합유체와 고형분의 특성에 따라 분리판 사이의 공간을 선정하여 스페이서(20) 높이에 반영한다.

다음으로, 선정된 재질의 시트를 원형으로 절단하고, 이를 스피닝(spinning) 금형에 설치한 후 원뿔형으로 스피닝 가공을 수행한다.

다음으로, 지정된 크기로 내측 테두리와 외측 테두리를 가공한 후, 지정된 수의 유체통로를 천공한다.

다음으로, 스피닝 가공에 의한 표면손상 부분을 연마로 후처리 가공한다.

마지막으로, 스페이서를 제작한 후 분리판에 스페이서를 용접한다.

이와 같이 분리판을 제작할 경우 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 재질 및 두께 선정시 스피닝이 가능한지 고려하여야 하며, 스피닝이 불가능한 재질 및 두께인 경우 분리판 제작이 불가능하다.

둘째, 스피닝 머신과 금형이 반드시 필요하며, 디자인 변경시 그때마다 새로운 금형을 준비하여야 하므로 비용이 증가한다.

셋째, 여러 단계의 가공이 필요하며 완전자동화가 어렵다.

넷째, 소량 다품종 디자인의 분리판 제작시 제작원가가 크게 증가한다.

다섯째, 여러 단계의 후처리 과정이 필요하다.

여섯째, 스페이서 용접시 재질의 특성 및 형태변화에 주의하여야 하며, 밸런싱(balancing) 문제가 발생하지 않도록 무게와 용접 위치 등에 주의를 기울여야 한다.

일곱째, 원자재가 플라스틱일 경우 스피닝은 불가능하므로, 사출로 제작할 수밖에 없어 별도의 금형 비용이 발생하며, 플라스틱으로는 제작이 제한적이다.

결국, 상술한 분리판의 제작은 여러 단계를 거치므로 많은 비용과 시간이 소요되고 단계별로 금형 또는 지그가 필요하다. 그리고, 사용할 수 있는 재료에 제한이 있으며 디자인 변경에 많은 비용이 발생할 뿐만 아니라, 제작할 수 있는 크기에 제한이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 제조시간과 비용이 절감되고, 재질 및 두께 선정시 가공성에 대해 고려할 필요가 없으며, 용이하게 디자인을 변경할 수 있고, 후처리 과정이 불필요하며, 밸런싱 불량 위험이 감소하고, 분리판 간의 간격을 다양하게 조절할 수 있으며, 재질의 선정 범위가 매우 넓고, 규격에 제한이 없는 원심분리기의 분리판을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 원심분리기의 분리판은 2개 이상의 분리판 조각을 조합하여 하나의 단위 분리판을 형성하고, 상기 단위 분리판을 복수개 적층하여 분리판 세트를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분리판 조각의 양측 단부에는 관통공이 구비될 수 있다.

또한, 상기 단위 분리판은 인접한 분리판 조각끼리 상기 관통공이 일치하도록 정렬되되, 제1 분리판 조각의 일측 단부에 구비된 관통공과, 상기 제1 분리판 조각에 인접한 제2 분리판 조각의 타측 단부에 구비된 관통공끼리 일치하도록 정렬될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 원심분리기의 분리판은 관통공이 일치하도록 정렬된 단위 분리판을 복수개 적층하고, 상하로 일치되게 누적된 관통공에는 지지부재가 삽입될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 원심분리기의 분리판은 상기 분리판 조각의 적어도 일측 단부를 절곡시켜 상기 분리판 세트를 구성하는 상기 단위 분리판 사이의 간격을 조정할 수 있다.

본 발명에 의하면 2개 이상의 분리판 조각을 조합하여 하나의 단위 분리판을 형성하고, 단위 분리판을 복수개 적층하되 지지부재로 고정시켜 분리판 세트를 구성함으로써, 별도의 스피닝 공정이 필요없어 제조시간과 비용이 절감되고, 휘어질 수만 있다면 재질 및 두께 선정시 가공성에 대해 고려할 필요가 없으며, 제작시 금형이 필요없으므로 용이하게 디자인을 변경할 수 있어 다품종 소량생산에도 적합할 뿐만 아니라, 여러 단계의 가공이 불필요하고 단 한번의 절단과정만으로 분리판 조각을 형성하여 조립에 의해 분리판 세트를 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 다품종 소량 생산시 금형 및 지그 등 추가 비용이 발생하지 않고, 가공시 표면을 손상시키지 않으므로 후처리 과정이 불필요하며, 분리판 조각 자체가 스페이서 역할을 하므로 스페이서를 별도로 형성하여 용접할 필요가 없고 밸런싱 불량 위험이 감소하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 절곡부를 이용하여 스페이서 높이를 다양하게 조절할 수 있고, 엔지니어링 플라스틱 시트를 사용하여 쉽고 저렴하게 분리판을 제작할 수 있으며, 재질의 선정 범위가 매우 넓고, 분리판 조각 양측 단부의 절단 형상을 여러 가지로 변형하여 혼합물 특성에 따른 분리효과를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 규격에 제한이 없는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 분리판형 원심분리기의 작동원리를 도시한 모식도,
도 2는 도 1 중 분리판의 사시도,
도 3은 도 2의 분리판이 복수개 적층된 모습을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심분리기 분리판이 적용된 원심분리기의 개략적인 모식도,
도 5 및 도 6는 도 4 중 분리판 조각의 도면,
도 7은 다른 실시예에 따른 분리판 조각의 도면,
도 8 내지 도 10은 분리판 조각을 적층하여 단위 분리판을 형성하고, 단위 분리판을 적층하여 분리판 세트를 구성하는 과정을 도시한 사시도,
도 11 내지 도 15는 단위 분리판 사이의 간격을 조절하는 다양한 방식을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심분리기 분리판이 적용된 원심분리기의 개략적인 모식도이다. 도 5 및 도 6는 도 4 중 분리판 조각의 도면이다. 도 7은 다른 실시예에 따른 분리판 조각의 도면이다. 도 8 내지 도 10은 분리판 조각을 적층하여 단위 분리판을 형성하고, 단위 분리판을 적층하여 분리판 세트를 구성하는 과정을 도시한 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심분리기 분리판은, 도 4 내지 도 10을 참조하면, 2개 이상의 분리판 조각(100)을 조합하여 하나의 단위 분리판(300)을 형성하고, 단위 분리판(300)을 복수개 적층하여 분리판 세트(400)를 구성한다. 이때, 분리판 세트(400)의 하부에는 Distributor(D), 상부에는 Top disk(T)를 구비하여 분리판 세트(400)가 풀어지지 않도록 압축한다.

도 5를 참조하면, 분리판 조각(100)에는 혼합유체의 통로가 되는 홀(110)이 구비되고, 분리판 조각(100)의 양측 단부에는 관통공(120)이 구비된다.

분리판 조각(100)은 선정된 재질의 시트를 필요한 모양으로 절단한 후, 절단면을 디버링(deburring) 등 후처리함으로써 제조된다. 절단방식으로는 레이저 절단, 수압 절단, 와이어 방전 등 제한이 없으며, 대량 생산시에는 프레싱도 가능함은 물론이다. 따라서, 분리판 제작시 스피닝 장비가 필요없고 휘어질 수만 있다면 재질 및 두께 선정시 가공성에 대해 고려할 필요가 없다. 또한, 분리판 제작시 금형이 필요없으므로 쉽게 디자인을 변경할 수 있다.

단위 분리판(300)은 인접한 분리판 조각(100)끼리 관통공(120)이 일치하도록 정렬함으로써 제조된다. 구체적으로, 단위 분리판(300)은 제1 분리판 조각의 일측 단부에 구비된 관통공과, 제1 분리판 조각에 인접한 제2 분리판 조각의 타측 단부에 구비된 관통공끼리 일치하도록 정렬하는 방식으로 제조된다. 즉, 2개 이상의 분리판 조각(100)을 조합하여 원뿔형의 단위 분리판(300)을 제조한다. 분리판 조각(100)의 양측 단부에는 지지부재(150)가 관통할 수 있는 관통공(120)이 형성된다. 도시되지 않았으나, 관통공은 트렌치(trench) 형상 이외에도 원형, 타원형, 다각형 등의 형상으로 형성될 수 있으며, 이 경우 지지부재는 관통공의 형상에 부합하도록 제조된다.

분리판 조각(100)의 양단 절단부는 인접한 분리판 조각의 양단 절단부와 겹쳐져서 스페이스(spacer) 역할을 수행하게 되며, 각 분리판 조각은 시계방향 또는 반시계방향으로 일관성있게 순차적으로 적층되는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하면, 분리판 조각(200)은 양측 단부(205, 207)의 형상을 사선 등 다양한 형태로 구성하고 홀(210)의 형상도 변경시킴으로써, 혼합 유체의 분산 및 고형분 분리 특성에 맞도록 최적화할 수 있다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 분리판 조각(100)을 적층하여 단위 분리판(300)을 형성하고, 단위 분리판(300)을 적층하여 분리판 세트(400)를 구성하는 과정이 도시되어 있다.

도 8과 같이 분리판 조각(100)을 조합하여 단위 분리판(300)을 형성하고, 서로 일치하도록 정렬된 관통공에 지지부재(150)를 관통시킨 후, 도 9와 같이 관통공이 일치하도록 정렬된 단위 분리판(300)을 복수개 적층시킨다. 이때, 복수개 적층된 단위 분리판(300)들끼리 상하로 일치되게 누적된 관통공에는 지지부재(150)가 삽입된다. 지지부재(150)는 분리판 조각(100)들이 원심력에 의해 분산되지 않도록 상호 결합시키는 역할을 수행한다. 이와 같이 지지부재(150)를 매개로 단위 분리판(300)이 복수개 적층되면 도 10과 같이 강한 원심력에도 형태가 변형되지 않는 분리판 세트(400)가 완성된다.

도 11 내지 도 15는 단위 분리판 사이의 간격을 조절하는 다양한 방식을 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 분리판 조각(100)의 일측 단부를 절곡시켜 스페이서를 형성한 예의 전개도가 도시되어 있다. 분리판 조각(100)의 일측 단부에는 접는선(130)을 경계로 한 쌍의 관통공(120a, 120b)이 구비되어 있다.

도 12와 같이 접는선(130)을 따라 접으면 도 11에서 우측의 관통공(120a)과 좌측의 관통공(120b)은 정확하게 일치하여 하나의 관통공(120)을 형성하게 된다. 이때, 절곡부(132)가 형성되므로, 도 5와 같이 절곡부없이 분리판 조각을 조합하는 방식에 비해 스페이서의 높이가 2배로 증가하게 된다.

도 14를 참조하면, 절곡부(132)가 형성된 분리판 조각끼리 조합된 예가 도시되어 있다.

도시되지 않았으나, 접는 횟수를 증가시키면 그에 비례하여 절곡부가 형성되고, 그에 따라 스페이서의 높이를 다양하게 조절할 수 있다.

도 15a 및 도 15b는 절곡부가 형성된 분리판 조각들이 인접한 분리판 조각과 조합되는 과정을 개념적으로 도시한 개념도이다.

도 15a를 참조하면, 분리판 조각의 일측 단부(1B)에만 절곡부가 형성되어 있고, 타측 단부(1A)에는 절곡부가 형성되어 있지 않다. 이때, 분리판 조각들은 (1A, 1B), (2a, 2b), (3a, 3b), (4a, 4b),...와 같이 순차적으로 적층된다. 분리판 조각의 두께가 0.3mm이므로 절곡부의 두께도 0.3mm가 되고, 전체적으로 분리판 조각의 일측 단부(1B)의 두께는 0.6mm가 된다. 따라서, 이러한 분리판 조각이 적층된 경우 스페이서의 높이는 0.6mm가 된다.

도 15b를 참조하면, 분리판 조각의 양측 단부(1A, 1B) 모두에 절곡부가 형성되어 있다. 이때, 양측 단부의 절곡부는 서로 반대방향으로 형성될 수 있다. 이와 같이 분리판 조각의 양측 단부(1A, 1B) 모두에 절곡부가 형성되면 스페이스의 높이는 0.9mm가 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 - 분리판 조각 110 - 홀
120 - 관통공 130 - 접는선
132 - 절곡부 150 - 지지부재
300 - 단위 분리판 400 - 분리판 세트

Claims (5)

1. 2개 이상의 분리판 조각을 조합하여 하나의 단위 분리판을 형성하고,
   상기 단위 분리판을 복수개 적층하여 분리판 세트를 구성하되,
   상기 분리판 조각의 양측 단부에는 관통공이 구비되고,
   상기 단위 분리판은 인접한 분리판 조각끼리 상기 관통공이 일치하도록 정렬되되, 제1 분리판 조각의 일측 단부에 구비된 관통공과, 상기 제1 분리판 조각에 인접한 제2 분리판 조각의 타측 단부에 구비된 관통공끼리 일치하도록 정렬되며,
   관통공이 일치하도록 정렬된 단위 분리판을 복수개 적층하고, 상하로 일치되게 누적된 관통공에는 지지부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 원심분리기의 분리판.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 분리판 조각의 적어도 일측 단부를 절곡시켜 상기 분리판 세트를 구성하는 상기 단위 분리판 사이의 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 원심분리기의 분리판.
   
   

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