KR101601186B1 - 분리기 - Google Patents

Abstract

상승된 온도 또는 압력으로 유지될 수 있는 기체를 함유하는 케이싱 (4) 내부에 회전을 위하여 지지되는 압력용기 (7)를 포함하는 다상 혼합물 분리용 분리기. 다수의 날개 (28)가 상기 압력용기 (7) 내부에 배치된다. 상기 압력용기 (7)는 유입구 (20), 제1상 배출구 (22) 및 분리기축에 대하여 상기 제1상 배출구 (22)의 방사외향으로 배치된 다수의 제2상 배출구 (24)를 구비한다. 상기 제2상 배출구 (24)를 통한 흐름을 조절하기 위하여 압력구동 노즐의 형태로 조절기가 제공된다. 사용 도중, 고체 및 액체의 혼합물이 상기 압력용기 (7) 내부에 채워지며, 상기 압력용기 (7)는 가스 내부에서 회전하며 고체를 상기 제2상 배출구 (24) 근처에 축적되도록 한다. 상기 압력 구동 노즐은 축적된 고체를 배출하기 위하여 개폐를 반복한다.

Description

분리기{A SEPARATOR}

본 발명은 분리기에 관한 것으로, 절대적인 것은 아닐지라도, 특히 다상 혼합물(multiphase mixture )의 상(phases)을 분리하기 위한 회전식 분리기에 관한 것이다.

다상 혼합물을 그들의 성분 상(component phases)으로 분리하는 원심분리기는 잘 알려져 있다.

현존하는 원심분리기는 종종 일괄 분리 과정(batch separation process)에 의존한다. 이는 혼합물의 상을 분리기의 서로 다른 영역으로 분리하는 것을 수반한다. 일단 분리가 끝나면, 상기 분리기는 멈추고 각 상을 분리기에서 제거하는 것이 가능하다. 일괄 과정(batch process)은 분리과정의 주기적인 중단을 수반하므로 종종 바람직하지 않다.

대안으로, 분리 배출구를 통하여 각 상을 분리기로부터 지속적으로 제거하는 것이 가능하다. 그러한 방법에서는, 분리과정이 효율적으로 수행됨을 확인하기 위하여 각 상의 제거율을 꾸준히 모니터링 할 필요가 있다. 게다가, 분리과정 동안 고체와 에멀젼이 쌓여 분리기를 채우고 회전체에 넘쳐날 수 있다.

본 명세서의 문맥에서, 상기 용어 '상(phase)'은 물질의 특정한 상태, 예를 들어 물질이 고체, 액체 또는 기체인지에 관한 것일 수 있다. 또한 상기 용어 '상(phase)'은 예를 들어 비혼화성(immiscible) 액체나 고체와 같은 서로 다른 물질을 액체와 구별하기 위하여 사용될 수도 있다.

본 발명은, 다상 혼합물(multiphase mixture )의 상(phases)을 분리하기 위한 회전식 분리기를 을 제공한다.

본 발명에 따르면, 분리기 축을 구비하는 압력용기, 상기 분리기 축에 대해 회전이 가능하도록 상기 압력용기를 지지하는 지지부, 상기 압력용기 내부에 배치되고, 회전을 위하여 상기 압력용기와 결합된 적어도 하나의 날개, 및 상기 압력용기가 유입구, 제1상 배출구 및 상기 분리기 축에 대하여 제1상 배출구의 방사 외향 방향으로 배치된 다수의 제2상 배출구를 가지고, 상기 제2상 배출구를 통한 흐름을 조절하기 위하여 배열된 유량조절기를 포함하는 다상 혼합물을 분리하기 위한 분리기가 제공된다.

상기 유량조절기는 제2상 배출구에 각각 배치된 다수의 압력-구동 노즐을 포함할 수 있다.

각각의 압력-구동 노즐은 상기 압력용기 쪽으로의 흐름을 방지하기 위한 역류 방지 밸브를 포함할 수 있다. 상기 역류 방지 밸브는 상기 역류 방지 밸브를 닫힌 위치 쪽으로 편향시키는 바이어스를 포함할 수 있다.

상기 압력-구동 노즐은 상기 압력용기의 외벽에 방사형으로 구비될 수 있다.

다수의 어큐뮬레이터가 각각의 제2상 배출구에 근접한 압력용기 내부에 배치될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터는 각각의 제2상 배출구를 향하여 방사 외향으로 수렴하는 깔대기를 포함할 수 있다.

상기 분리기는 상기 압력용기 내부의 압력을 조절하기 위한 압력조절기 (pressure regulator)를 더 포함할 수 있다. 상기 압력조절기는 제1상 배출구를 통한 흐름을 제어하기 위한 유량제어기 (flow controller)를 포함할 수 있다.

상기 분리기는 다수의 날개(vanes)를 포함할 수 있다. 상기 날개는 상기 분리기축과 동축이고 이로부터 방사외향으로 신장된 편평한 원형 디스크일 수 있다. 대체수단으로서, 상기 날개는 상기 분리기축과 동축이고 이로부터 방사외향으로 신장된 원뿔형 디스크일 수 있다.

각각의 디스크는 상기 분리기축에 대하여 원주상으로 배열된 일련의 개구부를 가지며, 근접한 디스크의 상기 개구부가 각각에 대하여 일정 각으로 분리배치 될 수 있다. 상기 개구부는 천공(perforation)일 수 있다.

스페이서 핀(spacer fins)이 근접한 디스크 사이에서 신장될 수 있으며, 상기 스페이서 핀이 상기 압력용기 유입구로부터 상기 제1상 배출구로 엇갈리고/또는 상호 연결된 흐름통로를 형성하기 위하여 상기 개구부 각각에 대하여 배열될 수 있다.

적어도 하나의 에멀젼 배출부가 상기 제1상 배출구의 방사외향 및 상기 제2상 배출구의 방사내향으로 배치될 수 있다. 상기 또는 각각의 에멀젼 배출부는 상기 분리기축에 대하여 방사외향으로 신장되는 튜브를 포함할 수 있고, 상기 또는 각각의 튜브는 분리기를 따라 신장되고, 분리기로부터 에멀젼을 제거하기 위하여 분리기 말단을 통하여 배출하는 에멀젼 방출 통로와 유체 연결통로를 형성할 수 있다.

상기 분리기는 상기 압력용기의 내부로 유체를 공급하기 위한 분사노즐을 구비한 회전체 동력축을 더 포함할 수 있다. 상기 스프레이 노즐은 제2상 배출구 방향으로 향하도록 배치될 수 있다.

상기 분리기는 상기 제 1상 배출구의 방사외향 및 상기 제2상 배출구의 방사내향으로 배치된 제 3상 배출구를 더 포함할 수 있다.

상기 분리기는 내부에 상기 압력용기가 회전 가능하게 탑재된 밀봉케이싱을 더 포함할 수 있다. 상기 케이싱은 그 하부에 상기 제2상이 배출되는 섬프(sump)를 포함 할 수 있다.

상기 케이싱과 상기 압력용기 사이의 압력 하에 유체를 도입하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 상기 유체는 기체(gas)일 수 있다.

상기 분리기는 상기 케이싱과 상기 압력용기 사이의 압력을 조절하기 위한 압력 조절기를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 분리기 축을 구비하는 압력용기; 상기 분리기 축에 대해 회전이 가능하도록 상기 압력용기를 지지하는 지지부; 상기 압력용기 내부에 배치되고, 회전을 위하여 상기 압력용기와 결합된 적어도 하나의 날개; 및 상기 압력용기가 유입구, 제1상 배출구 및 상기 분리기 축에 대하여 제1상 배출구의 방사 외향 방향으로 배치된 다수의 제2상 배출구를 가지고, 상기 제2상 배출구를 통한 흐름을 조절하기 위하여 배열된 유량조절기; 를 포함하는 다상 혼합물을 분리하기 위한 분리기를 이용하고,

(a) 상기 제2상 배출구를 통한 흐름이 방지되도록 제 2상 배출구를 가로지르는 정압차(positive pressure difference)를 생성하는 단계;

(b) 상기 제 2상이 상기 제 2상 배출구 근처에 축적되도록 상기 압력용기를 회전시키는 단계; 및

(c) 상기 제2상 배출구를 통한 흐름이 허용되도록 제2상 배출구를 가로지르는 부압차(negative pressure difference)를 생성하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1상 및 제2상을 포함한 혼합물을 분리하는 방법을 제공한다.

단계(a)는 상기 압력 용기 내부의 압력을 증가시키기 위하여 상기 제1상 배출구를 통한 흐름을 제한 또는 방지하는 단계를 포함할 수 있다.

단계(a)는 상기 압력용기 상의 외부압력을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 외부압력은 상기 압력용기의 내부압력 및 상기 압력용기에 작용하는 원심력을 상쇄(counteract)할 정도로 충분할 수 있다.

상기 제2상 배출구를 통해, 축적된 제2상을 제거하기 위하여 단계(a) 내지 (c)가 반복될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 절대적인 것은 아닐지라도, 다상 혼합물(multiphase mixture )의 상(phases)을 분리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 분리기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타난 분리기의 사시단면도이다.
도 3은 도 1에 나타난 분리기 말단의 확대 사시단면도이다.
도 4는 도 3에 나타난 말단의 반대쪽의, 도 1에 나타난 분리기 말단의 확대 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타난 분리기의 회전체의 일부의 분리 사시도이다.
도 6은 도 2에 나타난 회전체의 일부의 방사 단면도이다.
도 7은 도 6의 VI 영역의 확대 부분 단면도이다.
도 8은 도 2에 나타난 동력축의 일부와 회전체의 날개 부분(vane section)의 사시도이다.
도 9는 도 2에 나타난 회전체 드럼부의 일부에 대한 또 다른 사시도이다.
도 10은 어큐뮬레이터 영역에서 본 발명의 변형에 따른 회전체의 부분 사시도이다.
도 11은 상기 분리기의 또 다른 구현의 사시 단면도이다.
도 12는 도 11에 나타난 분리기의 말단에 대한 확대 사시 단면도이다.
도 13은 도 12에 나타난 말단과 반대쪽의, 도 11에 나타난 분리기의 말단에 대한 확대 단면도이다.
도 14는 도11에 나타난 회전체의 일부에 대한 방사 단면도이다.
도 15는 도 11에 나타난 동력축의 일부와 회전체의 날개부분에 대한 사시도이다.

도 1 및 2는 내부에서의 회전을 위한 회전체 (6)를 지지하는 외부 케이싱 (4)을 포함하는 분리기 (2)를 나타낸다. 상기 외부 케이싱 (4)은 유입구 플랜지 (inlet flange, 10)와 배출구 플랜지 (outlet flange, 12)에 의해 각각의 말단에서 막힌(closed) 원통부 (cylindrical section, 8)를 포함한다.

상기 회전체 (6)는 원통형 드럼 (7)의 형태로 동력축 (shaft, 14)에 의해 이송되는 (carried) 압력용기를 포함한다. 상기 동력축 (14)은 분리기축 (16)에 대한 회전을 위해, 상기 각각의 플랜지 (10, 12) 내부에 있는 베어링 (18)에 의해 지지된다. 상기 드럼 (6)은 드럼 유입구 (20), 제1상 배출구 (22), 다수의 제2상 배출구 (24) 및 제3상 배출구 (26)를 구비한다.

도 3을 참조하면, 상기 드럼 유입구 (20)는 아치형(arcuate)이며 원주상으로 이격되고, 상기 축 (16)에 대하여 원주상으로 신장되는 4개의 개구부를 포함한다.

상기 제1상 배출구 (22)는 상기 드럼 유입구 (20)의 반대방향인 상기 드럼 (7)의 말단부에 위치한다. 상기 제1상 배출구 (22)는 상기 축 (16)에 대하여 원주상으로 신장되는 환상형(annular) 개구부를 포함한다. 상기 제2상 배출구 (24)는 상기 드럼 (7)의 외벽을 방사상으로 관통하여 형성된다. 상기 제2상 배출구 (24)는 축방향 원주상으로 이격된 정렬로 배열된다. 상기 제3상 배출구 (26)는 상기 제1상 배출구 (22) 근처에 배치되며, 상기 축 (16)에 대하여 원주상으로 배열된 다수의 개구부를 포함한다. 상기 제3상 배출구 (26)는 상기 제1상 배출구 (22)와 동축(coaxial)이나, 상기 제1상 배출구 (22)의 방사외향(radially outwardly), 상기 제2상 배출구 (24)의 방사내향(radially inwardly)으로 이격되어 있다.

디스크 (28)의 적층 (stack)이 상기 동력축 (14)의 길이를 따라 배열된다 (도면에 나타난 구현은 18개의 디스크를 포함한다). 상기 디스크 (28)는 상기 분리기 축 (16)에 대해 수직방향으로 신장되며, 상기 동력축 (14)에 고정된다. 이에 따라 상기 디스크 (28)는 회전을 위하여 상기 드럼 (7)과 결합된다.

도 2, 6 및 8에 나타난 바와 같이, 각각의 디스크 (28)는 상기 분리기축 (16)에 대하여 동일하게 이격되며, 방사상으로 신장된 다수의 홈 (slot, 30)을 구비한다. 예시된 구현은 각 디스크 (28)에 20개의 홈 (30)을 구비한다. 상기 디스크 (28)는 근접한 디스크 (28)의 홈 (30)이 상기 축 (16) 및 서로에 대하여 일정한 각을 이루어 분리 배치 (angularly offset)되도록 배열되어 있고, 이에 따라 교호(alternating) 디스크 (28)의 홈 (30)이 일정한 각을 이루어 정렬된다. 핀 (fins, 32)이 근접한 디스크 (28) 사이에 배치되고 인접해 있다. 상기 핀 (32)은 축방향 및 방사방향으로 신장된다. 각각의 핀 (32)은 전면 디스크 (28) (즉, 상기 드럼 유입구 (20)에 더 가까운 디스크)의 각각의 홈에 대해 정렬되고 길이를 따라 상기 홈 (30)을 양분 (bisect)한다. 따라서 상기 홈 (30) 및 핀 (32)은 상기 드럼 (7)의 길이를 따라 엇갈려 상호 연결된 일련의 흐름 통로 (flow passages)를 구비하게 된다. 각 핀 (32)은 상기 홈 (30)의 말단에서 상기 디스크 (24)에 구비된 상응하는 위치잡이 홈 (locating notch, 35)에 맞는 프로파일된 에지 (profiled edge, 34)를 구비한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 환상형 위어 플레이트 (annular weir plate, 29)가 상기 제1상 배출구 및 제3상 배출구 (22, 26)에 가까이 구비된다. 상기 위어 플레이트 (29)의 방사상 내부 주변부는 상기 동력축 (14)의 외부 표면으로부터 분리 배치 되어있다. 환상판 (annular plate, 31)이, 상기 위어 플레이트 (29)와 상기 제1상 배출구 (22) 사이의 환상형 흐름 통로를 구비하기 위하여, 상기 위어 플레이트 (29)의 방사상 내부 주변부로부터 상기 드럼 (7)의 말단 벽 쪽으로 신장된다.

도 2, 5, 6 및 7에 나타난 바와 같이, 피라미드형상의 깔대기 (funnels, 36) 형태로 어큐뮬레이터가 상기 드럼 (7)의 방사상 외벽의 내부에 대하여 배열되어 있다. 상기 깔대기 (36)는 상기 디스크 (28) 및 핀 (32)에 대해 방사외향으로 배치된다. 각각의 깔대기 (36)는 각각의 제2상 배출구 (24)를 향해 방사외향으로 수렴한다.

상기 깔대기 (36)는 굴곡판 (corrugated plate, 38) 및 다수의 깔대기판 (funnel plates, 40)을 포함하는 구성(arrangement)으로 제작된다. 상기 굴곡판 (38)은, 상기 굴곡판 (38)의 굴곡부 (42)가 상기 분리기축 (16)에 평행으로 신장되도록, 상기 드럼 (7)의 외벽 내부에서 원주상으로 신장된다. 본 구현에 나타난 상기 굴곡판 (38)은 8개의 굴곡부 (42)를 구비하며, 도 6에 나타난 단면에서 8-각 별(eight-pointed star)의 형태를 갖는다. 깔대기판 (40)이 상기 굴곡판 (38)의 방사내향 측에 있는 각각의 굴곡부 (42)의 길이를 따라 배치된다. 각각의 깔대기판 (40)은 길이를 따라 굴곡되며 여섯 개의 굴곡부 (44)를 구비한다. 상기 깔대기판 (40)의 모양 (profiles)은 이를 따라 그들이 배치되는 상기 굴곡 (42)의 모양과 일치한다. 상기 굴곡판 (38) 및 상기 깔대기판 (40)은 총 48개의 깔대기 (36)를 구비하기 위하여 협조한다. 각각의 깔대기 (36)는 상기 굴곡판의 상기 굴곡부 (42) 중 하나의 반대측에 의해 형성된 두 개의 반대 측, 및 상기 각각의 깔대기판 (40)의 굴곡 (44) 중 하나의 반대측에 의해 형성된 두 개의 반대측을 구비한다. 도시된 구현에서, 각각의 깔대기 (36)의 방사상 내부 에지(edge)는 근접한 깔대기 (36)의 방사상 내부 에지와 경계를 접하고 있다. 이는 상기 드럼 (7) 내부 상의 깔대기 구조가 상기 회전체 (6) 내부의 큰 부분에 걸쳐 경사진 표면을 제공하도록 보장한다.

각각의 깔대기 (36)는 상응하는 제 2상 배출구 (24)에 정렬된 상기 깔대기 (36)의 수렴부에 개구부 (aperture, 46)를 구비한다. 각각의 배출구 (24)를 통한 흐름을 조절하기 위하여 역류방지밸브 (48)가 각각의 상기 제2상 배출구에 배치된다.

도 7은, 제2상 배출구 (24) 및 역류방지밸브 (48) 영역에서, 상기 깔대기 (36) 중 하나의 꼭지점 및 상기 드럼 (7)의 원통 벽의 상응하는 부분에 대한 확대 단면도를 나타낸다. 상기 역류방지밸브 (48)는 나사산이 형성된 외측면을 구비하는 원통형 몸체 (50)를 포함한다. 상기 몸체 (50)는 상기 드럼 (7)의 외벽에서 나사구멍 (tapped hole, 68)에 나사로 고정된다. 상기 구멍 (68)은 상기 제2상 배출구 (24)로 통하는 수렴부 (52)를 구비한다. 상기 몸체 (50)는 길이를 따라 신장되는 중앙보어 (central bore, 54)를 구비한다. 상기 보어 (54)는 상기 구멍 (68)의 수렴부 (52) 반대쪽 끝에서 나사산 형성부 (screw threaded portion, 56)를 구비한다. 다수의 흐름통로 (flow passages, 58)가 상기 중앙 보어 (54)에 대해 원주상으로 배열된다. 상기 흐름통로 (58)는 상기 몸체 (50)의 길이를 따라 신장되며, 상기 제2상 배출구 (24) 및, 상기 분리기 케이싱 (4)과 상기 드럼 (7)사이의 외부영역 간의 유체 연결통로를 제공한다. 스프링 (66)이 상기 보어 (54) 내부에 수용되며, 조절나사 (64)에 인접한다. 상기 스프링은 상기 제2상 배출구 (24)를 닫도록 볼 (60)을 수렴부 (52)로 밀어 넣는다.

상기 밸브 (48)가 닫힐 때, 상기 볼 (60)이 상기 제2상 배출구 (24)의 주변부에 위치되며, 상기 스프링 (66)에 의해 상기 제2상 배출구 (24)의 주변부에 접촉된다. 상기 스프링 (66)의 작용에 거스르는 상기 볼 (60)의 변위 (displacement)는 상기 제2상 배출구 (24)로부터 상기 볼 (60)에 대해 그리고 그로 인해 상기 밸브 (48)를 개방하는 상기 흐름 통로 (58)를 통해 유로 (flow path)를 형성한다.

도 2, 3 및 4를 참조하면, 상기 동력축 (14)은 그 내부로 솔리드 말단부 (72, 74)가 각각의 말단에 부분적으로 삽입된 관형 부재 (tubular section, 70)를 포함한다. 이에 따라 상기 관형 부재 (70)는 상기 솔리드 말단부 (72, 74) 사이에 긴 공동 (elongate cavity)을 구비한다. 상기 솔리드 말단부 (72, 74)는 상기 베어링 (18)에 의해 지지된다. 상기 베어링 (18)은 상기 플랜지 (10, 12)의 말단 벽에 의해 형성된 각각의 챔버(chamber) 안에 장착된다. 기계 밀봉 (mechanical seals, 19)이 상기 케이싱 (4) 안에 상기 동력축 (14)을 밀봉하여, 상기 기계 밀봉 (19)과 상기 베어링 (18) 사이에 상기 베어링 (18)의 액체 오염을 방지하는 분리영역을 구비한다. 상기 기계 밀봉 (19)은 상기 기계 밀봉 (19) 사이에서 고체 유입을 방지하기 위하여 작동 압력 보다 더 높은 압력에서 유지되는 (held) 윤활유를 포함하는 이중(double) 기계 밀봉이다. 상기 베어링 (18)은 상기 분리기 (2)의 작동 중 상기 베어링 (18)의 가압을 방지하기 위하여 대기 중에 개방된다. 모터 (표시되지 않음)가 상기 동력축 (14)을 구동하기 위하여 구비된다. 상기 배출구 플랜지 (12)에서, 에멀젼 튜브 (76)가 상기 솔리드 말단부 (74)로부터 상기 제1상 배출구 (22)의 방사외향 이고 상기 위어 플레이트 (29)의 바깥 주변부의 방사내향인 영역으로, 방사 방향으로 돌출된다.

상기 에멀젼 튜브 (76)는 방출통로 (78)와 유체 연결통로를 형성한다. 상기 방출통로 (78)는 상기 동력축 (14)의 길이를 따라 축방향으로 신장되고 상기 유입구 플랜지 (10)에서 상기 솔리드 말단부 (72)를 통해 빠져 나가는 튜브를 포함한다.

상기 케이싱 (4)의 상기 원통부 (8)는 각각의 말단에, 상기 케이싱에 용접되고 볼트나 스터드 (stud)와 같은 파스너 (fastener)에 의해 각각의 플랜지 (10, 12)에 부착된 플랜지 (80, 82)를 구비한다.

상기 외부 케이싱 (4)은 내부에 상기 드럼 (7)이 배치된 챔버를 구비한다. 상기 원통부 (8)의 벽에 형성된 섬프 (sump, 84)가 상기 분리기 (2)의 바닥으로부터 방사하향으로 (radially downwardly) 신장된다. 고체 배출 포트 (solids outlet port, 86)가 상기 섬프 (84)의 바닥에 제공된다. 상기 고체 집수정 (84)으로부터 상기 고체 배출 포트 (86)를 통한 흐름을 조절하기 위한 고체 흐름 조절기 (표시되지 않음)와 상기 섬프 (84) 내부의 액체 레벨 제어를 위한 레벨 제어기 (표시되지 않음) 또한 제공된다.

도 2및 3에 나타난 상기 유입구플랜지 (10)는 상기 드럼 유입구 (20)에 근접하여 배치된 유입 챔버 (88)를 포함한다. 상기 유입 챔버 (88)는 상기 드럼 유입구 (20)를 통하여 상기 드럼 (7)의 내부와 유체 통로를 형성한다. 예를 들어, 래버린스실링구 (labyrinth seal)와 같은 실링구 (seal, 90)가 상기 유입구 플랜지 (10)와 상기 드럼 (7) 사이의 상기 드럼 유입구 (20)의 주변부에 배치되어, 상기 외부 케이싱 (4)에 의해 구비된 챔버로부터 상기 유입 챔버 (88)와 상기 드럼 (7)의 내부를 밀봉한다. 상기 유입 챔버 (88)는 상기 분리기축 (16)에 대하여 접선방향으로 (tangentially) 배열된 유입 포트 (92)를 구비한다.

도 2 및 4에 나타난 상기 배출구 플랜지 (12)는 상기 제1상 배출구 (22)에 근접하여 배치된 제1상 배출 챔버 (94) 및 제3상 배출구 (26)에 근접하여 배치된 제3상 배출 챔버 (96)를 포함한다. 상기 드럼 (7)은 상기 각각의 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)를 통하여 제1상 및 제3상 배출 챔버 (94, 96)와 유체 통로를 형성한다.

상기 제1상 배출 챔버 (94)는 상기 제1상 배출구 (22)에 근접한 소직경부 (98) 및 축방향으로 상기 제1상 배출구 (22)로부터 이격된(spaced away) 대직경부 (100)를 포함한다. 제 1상 배출파이프 (102)가 상기 대직경부 (100)의 하부영역으로부터 방사하향으로 돌출한다. 상기 제1상 배출파이프 (102)는 상기 분리기축 (16)에 대하여 수직이다.

가스 배출파이프 (104)가 상기 제1상 배출 챔버 (94)의 대직경부 (100)와 축방향으로 근접한 영역으로부터 상방으로 신장한다. 카트리지 실 (cartridge seal)이 상기 가스 배출파이프 (104)의 영역에서 상기 동력축 (14)과 상기 배출구 플랜지 (12) 사이에 배치된다. 상기 대직경부 (100)와 상기 가스 배출파이프 (104) 사이의 유로 (flow path)가 상기 카트리지 실을 가로질러 구비된다.

상기 제3상 배출 챔버 (96)는 환상(annular)이며 상기 제1상 배출 챔버 (94)의 소직경부 (98)를 둘러싼다. 파티션 (partition, 106)이 상기 드럼 (7)과 상기 제3상 배출 챔버 (96) 사이의 상기 제3상 배출구 (26)에 배치된다. 상기 파티션 (106)은 상기 제3상 배출 챔버 (96)의 방사상 내벽과 일체로 형성되며, 상기 분리기축 (16)에 대하여 방사외향으로 신장된다. 제3상 배출 파이프 (108, 도 1에 나타나고, 도 4에는 윤곽이 나타남)는 상기 제3상 배출 챔버 (96)로부터 방사외향으로 돌출한다. 상기 제3상 배출 파이프 (108)는 상기 분리기축 (16) 및 상기 제1상 배출파이프 (102)에 대하여 수직이다.

환상의 제1실링구 (110)가 상기 드럼 (7) 및 상기 배출구 플랜지 (12) 사이에서 상기 제1상 배출구 (22)의 주변부에 배치되어, 상기 제1상 배출 챔버 (94)를 상기 외부 케이싱 (4)에 의해 구비된 챔버 및 상기 제3상 배출 챔버 (96)로부터 밀봉한다. 제2실링구 (112)가 상기 드럼 (7)과 상기 배출구 플랜지 (12) 사이에서 상기 제3상 배출구 (26)의 외부 주변부에 배치된다. 상기 제2실링구 (112) 또한 환상이며 상기 제1실링구 (110)와 동축이고, 방사외향으로 배치된다. 이에 따라 상기 제2실링구 (112)는 상기 제3상 배출 챔버 (96)를 상기 외부 케이싱 (4)에 의해 구비된 챔버로부터 밀봉한다. 상기 실링구 (110, 112)는 상기 플랜지 (10, 12)에 대하여 상기 드럼 (7)의 회전을 허용한다. 본 발명의 구현에서, 상기 실링구 (110, 112)는 래버린스 실링구 (labyrinth seals)이다.

상기 각각의 래버린스 실링구 (90, 110 및 112)에 밀봉 유체 (sealing fluid)를 공급하기 위하여 상기 유입구 플랜지 (10) 및 배출구 플랜지 (12)의 벽 내부에 덕트 (114, 116 및 118)가 형성된다. 상기 밀봉 유체는 예를 들어, 가압 오일(pressurised oil), 물 또는 가스일 수 있다.

압력방출밸브 (표시되지 않음)가 상기 외부 케이싱 (4) 내부에 구비된다.

제1상 배출구 (22) 및 제3상 배출구 (26)에서 배압 (back pressure)을 독립적으로 제어하기 위한 수단 (표시되지 않음)이 제공된다. 이는 예를 들어, 흐름 조절기일 수 있다.

사용도중에, 기름 및 물과 같은 두 가지의 비혼화성 액체, 모래와 같은 고체 입자상 물질 및 기체를 포함하는 유입 혼합물이 상기 유입 포트 (92)를 통하여 상기 유입 챔버 (88)내로 공급된다. 상기 유입 포트 (92)의 접선 배열(tangential arrangement)은 상기 동력축 (14)을 구동하는 모터에 의해 고속으로 회전되는 상기 드럼 (7) 안으로 상기 드럼 유입구 (20)를 통하여 흐르기 전에 상기 유입 챔버 (88) 내부에서 상기 유입물의 순환을 촉진한다. 상기 회전체 (6)는 예를 들어, 1750이상 10000 이하의 rpm으로 구동될 수 있다.

상기 유입 혼합물은 상기 디스크 (28) 내부의 상기 홈 (30)을 통하여 통과 함으로써, 상기 드럼 유입구 (20)로부터 상기 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)를 향해 흐른다. 상기 혼합물이 상기 드럼 (7)을 따라 전진함에 따라, 상기 회전 디스크 (28)는 상기 혼합물에 상기 흐름의 회전을 가속하고 유지하는 (예를 들어, 층류 항력 (laminar drag)과 같은) 전단력 (shear force)을 가한다. 상기 핀 (32)은 상기 회전체 (6)의 회전과 동시에 상기 혼합물이 회전하는 것을 촉진하고 유지하도록 돕는다. 상기 혼합물의 고속회전은 물과 모래와 같은 더 고밀도의 구성성분을 방사외향으로 이동시키고, 기름이나 기체를 방사내향으로 대체시키는 원심력을 발생시킨다. 따라서, 상기 혼합물이 상기 드럼 (7)을 따라 진행함에 따라, 각각의 구성성분 또는 상(phase)의 계층화된 층으로 분리된다. 상기 엇갈린(staggered) 흐름 통로 (30)는 상기 드럼 유입구 (20)로부터 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)로 곧바로 (directly)흐르는 것을 방해한다. 상기 흐름을 방해하는 것은 상기 드럼 (7)안에 상기 혼합물이 체류하는 시간을 증가시키며, 이로 인해 원래의 혼합물의 기름 및 물이 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)에 도달할 때 상당히 잘 분리된다. 따라서, 물과 기름 사이의 계면 (interface)이 형성된다. 상기 계면의 방사위치 (radial position)는, 대체 방법이 가능하다고 이해될 수 있음에도 불구하고 예를 들어, 상기 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)를 통항 유량 비율을 다양화함으로써 조절될 수 있다. 물은 상기 위어 플레이트 (29)의 외부 주변부를 넘어 상기 제3상 배출구 (26) 방향으로 흐른다. 상기 계면의 위치는 상기 제1상 배출구 (22)의 방사외향 및 상기 위어 플레이트 (29)의 외부 주변부의 방사내향을 유지하도록 조절된다. 이는 상기 분리된 기름이 상기 제3상 배출구 (26)를 통해 빠져나가는 것을 방지하고, 대신에 상기 환상판 (31)에 의해 정의된 통로를 따라 상기 제1상 배출구(22) 방향으로 흐르는 것을 보장한다. 에멀젼, 또는 래그층 (rag layer)이 기름과 물의 계면 및/또는 물과 고체의 계면에서 형성된다.

상기 원심력은 상기 고체 입자상 물질을 상기 흐름 내부에 '정착'되도록 하여 이들을 효과적으로 상기 깔대기 (36)를 향해 방사외향으로 이동하도록 한다.

상기 분리과정은 축적단계 및 배출단계의 2단계를 포함한다. 상기 축적단계 동안 상기 외부 케이싱 (4)내의 압력이 최소한 상기 회전 드럼 (7) 내부의 압력과 동등한 정도일 수 있는 압력으로 증가된다. 상기 축적단계 동안 상기 제2상 배출구 (24)를 가로지르는 압력은 정압차 (positive pressure difference)이다. 상기 역류방지밸브 (48)의 스프링 로딩(loading)에 의해 부가된 상기 외부 케이싱 내부의 압력은 유체를 회전시킴에 의해서 상기 드럼 (7)의 내부 표면에 발생하는 압력에 대항하여 상기 역류방지밸브 (48)를 닫히도록 유지하기에 충분하다. 상기 외부 케이싱 (4) 내부의 압력은, 바람직하게는 질소와 같은 가스인 유체를 상기 외부 케이싱 (4)에 도입하여 발생된다. 상기 외부 케이싱 (4) 내의 압력은 예를 들어 220 psi (대략 1500 kPa)로 유지될 수 있다. 도입된 가스는 상기 유입 혼합물에 비하여 낮은 점도를 갖는다. 낮은 점도의 유체로 상기 드럼 (7)을 둘러쌈에 따라, 상기 축적단계 동안 상기 드럼 (7)에 미치는 방해작용 (drag acting)을 줄일 수 있다. 게다가, 경계층의 영향, 와류 (eddy flow) 및 마찰력 또한 감소된다. 토크 및 이에 따라 상기 회전체 (6)를 회전시키기 위해 필요한 힘이 감소되며, 이에 따라 작동 효율이 개선된다. 상기 외부 케이싱 (4)의 가압은 상기 드럼 (7) 상에 외압 (external pressure) 및 이에 따른 상기 드럼 (7)의 외벽 상에 방사내향의 작용력 (acting force)을 발생시킨다. 상기 방사내향의 작용력은 상기 드럼 (7)에 작용하는 원심력과 부분적으로 균형을 이루며, 이에 따라 상기 회전체 (6)의 특정 작동 속도를 위하여 상기 드럼 (7) 상에 방사상 부하(radial loading)를 감소시킨다. 이에 따라 상기 회전체 (6)는, 만약 이와 같이 하지 않았더라면 상기 회전체 (6)의 물질의 구조적 한계 때문에 가능했을 속도 보다 더욱 빠른 속도로 작동할 수 있게 된다. 상기 향상된 속도는 예를 들어, 분리 시간을 줄이거나 분리된 상(phases)의 질(quality)을 개선하는 등에 의해 상기 혼합물의 분리를 촉진시킨다.

상기 축적단계 동안, 기름과 물은 상기 드럼 (7)으로부터 상기 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)를 통하여 각각 제1상 및 제3상 배출 챔버 (94, 96) 안으로 배출된다. 기름은 상기 제1상 배출파이프 (102)를 통하여 상기 분리기 (2)를 빠져나간다. 물은 상기 제3상 배출파이프 (108)를 통하여 상기 분리기 (2)를 빠져나간다. 상기 흐름에 의해 끌려진 (entrained) 고체 입자상 물질은 방사외향으로 이동하며, 상기 깔대기 (36) 내부에 슬러리 또는 말라붙은 (caked) 고체로 축적된다. 깔대기에 의해 구비된 경사진 표면은 상기 깔대기 (36)의 수렴부 이외의 다른 영역에 고체가 쌓이는 것을 막는다.

상기 배출단계는 일단 상기 깔대기 (36) 안에 원하는 양의 고체 입자상 물질이 축적 되거나 일정 시간이 경과함으로써 시작된다. 상기 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)의 어느 하나 또는 양자 모두가 제한되거나 닫히게 되며, 상기 외부 케이싱 (4)의 가압이 유지된다. 이는 상기 드럼 (7) 내부에 배압(back pressure)을 발생시킨다. 상기 배압은 상기 외부 케이싱 (4) 안의 압력을 초과할 때까지 증가되며, 상기 역류방지밸브 (48)의 스프링 바이어스 (spring bias)를 극복하고 상기 밸브 (48)가 열리도록 힘을 가하기에 충분하다. 대안으로, 상기 밸브는 더 높은 압력의 가스를 상기 드럼 (7) 내부로 주입함으로써 열릴 수 있다. 이러한 점에서, 상기 제2상 배출구 (24)를 가로 지르는 압력은 부압차 (negative pressure difference)이다. 증가된 배압은 상기 축적된 고체를 상기 드럼 (7)으로부터 상기 제2상 배출구 (24)를 통하여 상기 회전체 (6)와 상기 외부 케이싱 (4) 사이의 영역으로 배출시킨다. 상기 고체는 상기 드럼 (7)의 방사외향 영역 안에서 일정량의 물을 고체와 함께 배출시킴으로써, 상기 제2상 배출구 (24)를 통하여 배출시킬 수 있다고 이해될 수 있을 것이다. 상기 배출된 고체는 상기 고체 배출포트 (86)를 통하여 고체흐름 제어기의 조절 하에 지속적으로 또는 한꺼번에 배출되는 상기 섬프 (84) 내부에 축적된다. 상기 케이싱 (4) 내부의 압력을 유지하고 가스누출을 방지하기 위한 플러그(plug)를 제공하기 위하여 상기 섬프 (84) 안에서 최소 액체 레벨이 유지된다.

기름과 물의 계면에서 형성되는 상기 에멀젼 층은 지속적으로 또는 주기적으로 상기 에멀젼 튜브 (76)를 통하여 추출되며 상기 방출통로 (78)를 통해 상기 분리기 (2)로부터 배출된다. 상기 에멀젼 층의 방사 위치는 상기 제1상 및 제3상 배출구 (22, 26)의 압력을 다양화함으로써 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1상 배출구 (22)의 배압증가는 물의 양에 비하여 상기 드럼 (7) 내부에 함유된 기름의 양/깊이에서의 적층 (build up in the quantity/depth)을 형성하며, 이에 따라 상기 에멀젼 층을 방사외향으로 변위 (displacing)시킨다. 상기 에멀젼 층의 조절은 프로그램가능 논리 제어장치 (programmable logic controller)상의 타이머로 수행될 수 있다.

에멀젼 층이 물과 모래의 계면에 형성될 수 있다. 상기 에멀젼 층은 기름 후막(thick film of oil) 및 더 멀리에 있는 수막(further film of water) 으로 덮힌 매우 미세한 입자 (예를 들어, 모래 입자)를 포함하며, 상기 코팅된 입자는 수중에서 중성부력을 가지게 되고, 상기 물과 모래의 계면에 머물게 된다. 상기 에멀젼 층의 적층은 상기 회전체 (6)의 편압 (differential pressure) 변화 또는 균형 변화에 의해 확인할 수 있다. 이러한 에멀젼 층은 상기 배출 단계 동안 상기 제2상 배출구 (24)를 통하여 배출될 수 있다.

기체는 상기 동력축 (14)에 근접한 영역에서, 상기 제1상 배출 챔버 (94)의 상기 대직경부 (100)에 모인다. 상기 기체는 상기 카트리지 실(cartridge seal) 주위를 흐르며 상기 가스 배출파이프 (104)를 통하여 상기 플랜지 (12)를 빠져나간다. 이는 상기 분리기 (2)에서 항상 가스가 제거 되는 것을 보장한다.

상기 밸브 (48)의 개방 및 상기 드럼 (7)으로부터의 고체 배출은 또한 상기 외부 케이싱 (4) 내부의 압력을 감소시키거나 작동 중에 상기 밸브 (48)에서 상기 볼 (60)에 작용하는 바이어스를 변화시키거나, 또는 상기 드럼 (7)의 회전속도를 증가시킴으로써 달성 될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이들의 조합 또한 사용가능 할 것이다. 상기 밸브를 개방하기 위하여 기타의 적절한 수단이 사용될 수도 있을 것이다.

상기 축적단계 동안 발생한 정압차(positive pressure difference)는 상기 밸브 바이어스가 상기 밸브를 닫기에 충분하다면, 상기 케이싱 (4)과 상기 드럼 (7) 사이의 영역에서의 압력 차이가 상기 드럼 (7) 내부의 압력 이하인 구현에 관련될 수 있는 것으로 이해될 수 있을 것이다.

상기 외부 케이싱 (4) 내부의 압력은 상기 축적단계 동안, 150 psi (약 1000 kPa) 이상 600 psi 이하로 유지된다. 상기 외부 케이싱 (4) 내부의 압력이 각각 150 psi (약 1000 kPa), 300 psi (약 2000 kPa) 및 600 psi (약 4100 kPa)로 유지되는 구현이 가능하다.

상기 분리기 (2)를 통한 이동률은 분당100 US 갤런 (초당 약 18.9 리터) 이상, 분당 1000 US 갤런 (초당 63.1 리터) 이하 일 것이다.

사용 도중, 상기 외부 케이싱 (4) 내부의 유체는 상승된 온도를 유지할 것이다. 예를 들어, 상기 유체는 상기 유입 혼합물 보다 뜨거울 것이다.

상기 디스크 (28)가 편평한 원형 디스크로 도시되었을지라도, 예를 들어 원뿔모양(cone shaped)과 같은 다른 모양일 수 있는 것으로 이해될 것이다. 상기 흐름 통로는 예를 들어, 상기 디스크 (28) 내부의 천공에 의해 형성될 수 있을 것이다.

상기 제1상 및 제3상 배출파이프 (102, 108)는 상기 분리기축 (16)에 대하여 접선방향으로 배열될 수 있다.

한 세트의 원주상으로 배열된 깔대기 (36)가 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

도 10은 배플 (baffle, 120)이 상기 분리기축 (16)과 평행한 방향으로 각각의 깔대기 (36)의 중앙부를 가로질러 신장되는 구현을 나타낸다. 상기 배플 (120)은 각각의 깔대기 (36)의 수렴말단에 근접한 방사상 내부 에지 및 상기 제2상 배출구 (24)로부터 이격된 방사상 외부 에지를 구비한다.

본 발명의 일 변형례는 상기 깔대기를 향하여 방사외향으로 스프레이 세정 용액으로 향해 있는 동력축을 따라 배열된 고압 스프레이 노즐을 구비한 회전체를 포함한다. 상기 스프레이 노즐은 상기 에멀젼 배출 통로와 통해있다. 상기 분리기가 동작하지 않거나 배출단계에 있을 때는, 상기 방출 통로를 통해 세정액이 공급되어 상기 깔대기를 세척하기 위하여 깔대기의 내부를 향해 상기 노즐을 통하여 분사될 수 있다. 상기 스프레이 노즐의 또 다른 기능은 분리 과정 동안 상기 드럼 내부에서 유입 혼합물을 희석하기 위하여 용액을 공급하거나, 배출하기 전에 압축된 고체를 파쇄하여 슬러리화 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구현이 도 11 내지 16에 나타나있다. 도 1 내지 10에 나타난 구현과 비교하여 주요한 차이점을 기술한다.

상기 디스크 (28)가 축상으로 이격되어 있어서 두 개의 인접한 디스크 (28)와 상응하는 핀 (32)이 각각의 깔대기 (36)에 가까이 배치된다.

각각의 디스크 (28)는 상기 동력축 (14)에 근접한 상기 디스크 (28)의 내부 주변부 에지를 따라 노치 (notches, 122)를 구비한다. 각각의 노치 (122)는 상기 동력축 (14)의 방사 외부 표면을 따라 개구부 (124)를 구비한다. 사용 도중, 상기 동력축 (14)에 인접한 영역으로 이동한 기체가 상기 개구부 (124)를 통하여 상기 제1상 배출구 (22)를 향해 흐른다.

예를 들어, 고압스프레이 노즐과 같은 스프레이 노즐 (126)이 상기 동력축 (14)으로부터 방사외향으로 신장한다. 상기 스프레이 노즐 (126)은 상기 동력축 (14)을 따라 축방향 및 원주상으로 이격된다. 스프레이 노즐 (126)의 숫자는 깔대기 (36)의 숫자와 일치하며, 상기 스프레이 노즐 (126)은 각각의 스프레이 노즐 (126)이 각각의 깔대기 (36)의 수렴부 및 상응하는 제2상 배출구 (24)를 향하여 신장하도록 배열된다.

상기 스프레이 노즐 (126)은 상기 동력축 (14)의 상기 관형부재 (70)의 내부와 통해 있다. 보어 (128)가 상기 동력축 (14)의 각각의 솔리드 말단부 (72, 74)에 구비된다. 각각의 보어 (128)는 상기 분리기축 (16)을 따라 신장되며, 상기 동력축 (14)의 반대쪽 말단을 통해 소멸한다. 상기 관형부재 (70)가 상기 솔리드 말단부 (72, 74)와 겹치는 영역에서, 상기 스프레이 노즐 (126)은, 상기 솔리드 말단부 (72, 74)에 의해 구비되며 상기 보어 (128)에 수직으로 신장되는 통로를 통해, 상기 보어 (128)와 직접 통해있다.

사용 도중, 고압 유체가 상기 스프레이 노즐 (126)을 통해 공급될 수 있다. 상기 유체는 상기 깔대기 (36) 및 상기 제2상 배출구 (24)를 둘러싼 영역을 세척하고, 상기 제2상 배출구 (24)를 통해 고체를 배출하기 전에 압축된 고체를 슬러리로 만들어 유동화시키는 두 가지 기능을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 흐름에 고체 성분이 적을 때, 상기 분리기는 상기 고체가 축적되도록 허용하기 위하여 배출단계 간에 더 긴 시간 동안 구동될 수 있다. 그러나, 상기 축적된 고체는 원심력에 의해 상기 깔대기 (36)의 내부 표면에 압착되기가 더 쉽다. 압축된 고체는 상기 배출단계의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 배출 전에 상기 고체를 유동화 시키는 것은 상기 배출 과정의 효율을 개선한다.

상기 핀 (32)의 숫자는 스프레이 노즐 (126)의 숫자보다 많다. 본 발명의 구현에는, 12 개의 핀 (32)과 8 개의 스프레이 노즐 (126)이 있다. 상기 핀 (32)과 상기 노즐 (126)은 상기 분리기축 (16)에 대하여 각각으로부터 일정한 각을 이루어 분리배치 되도록 배열되어있다.

도 11 및 15에 나타난 바와 같이, 보조 날개 (auxiliary vanes, 130)가 상기 위어 플레이트 (29)와 상기 드럼 (7)의 말단 벽 사이에 배치된다. 상기 보조 날개 (130)는 함께 회전하도록 상기 위어 플레이트 (29)에 고정된다. 상기 보조 날개 (130)는 상기 환상판 (31)으로부터 상기 위어 플레이트 (29)의 외부 주변부 쪽으로 방사외향으로 신장한다. 각각의 보조 날개 (130)에는 구멍이 뚫려있다. 사용 도중, 상기 보조 날개 (130)는 상기 흐름의 회전을 유지하며, 상기 위어 플레이트 (29)와 상기 제3상 배출구 (26) 사이의 영역에서의 맴돌이 (vortex flow)를 억제한다. 상기 보조 날개 (130)에 있는 천공(perforations)은 상기 분리기 (2)의 작동 중 물이 상기 보조 날개 (130)를 관통하도록 허용하며, 상기 분리기 (2)의 방사방향으로 상기 축 (16)에 대하여 상기 보조 날개 (130) 사이의 영역에서의 측정된 상기 물의 레벨이 여전히 동등하도록 보장한다. 이에 따라, 특히 상기 분리기 (2)의 시동(start-up) 및 정지(shut-down) 동안에, 상기 회전체 동력축 (14)에 대한 물의 불균일한 분배에 기인한 회전체 불균형이 방지된다.

도 13을 참조하면, 상기 제1상 배출 챔버 (94)의 상기 소직경부 (98)는 고정자 핀 (stator fins, 132)이 제공된다. 상기 고정자 핀 (132)은 상기 소직경부 (98)의 방사상 바깥쪽 내부 표면을 따르는 축방향으로 신장된다. 각각의 고정자 핀 (132)의 높이는 상기 제1상 배출구 (22)로부터 멀어지는 방향으로 증가한다. 상기 고정자 핀 (132)은 상기 제1상 배출 챔버 (94)에 대하여 고정된다.

상기 제3상 배출 챔버 (96)는 고정자 핀 (134)이 구비된다. 상기 고정자 핀 (134)은 상기 제3상 배출 챔버 (96)의 방사 외부 표면을 따라 축방향으로 신장된다. 상기 고정자 핀 (134)은 상기 제3상 배출구 (26)로부터 상기 제3상 배출 챔버 (96)를 따르는 중간을 향해 신장된다. 상기 고정자 핀 (134)은 길이를 따라 점점 가늘어지며, 상기 제3상 배출 챔버 (96)의 외부 표면에 대한 그들의 높이가 상기 제3상 배출구 (26)로부터 멀어지는 방향으로 증가하도록 배열된다. 상기 고정자 핀 (134)은 상기 제3상 배출 챔버 (96)에 대하여 고정된다.

사용 도중, 상기 고정자 핀 (132, 134)은 상기 각각의 배출 챔버 (94, 96) 내부에 흐름 회전(flow rotation)을 포획(arrest)한다.

상기 스프레이 노즐 (122)이, 도1 내지 10을 참조하여 기술된 상기 분리기에 장착(fitted )되거나 개장(retrofitted)될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

상기 제2 구현에 대하여 기술된 상기 디스크 (28), 핀 (32) 공간, 보조 날개 (130) 및/또는 점점 가늘어지는 핀 (132, 134)의 노치 (122)의 각각의 배열은 별개로, 또는 그들의 조합으로써, 기술된 기타의 구현 및 변형에 병합될 수 있다.

상기 분리기의 또 다른 구현은 폐수나 역류 처리 과정에서 조류(algae)를 분리하는 데 사용된다. 그러한 구현에서, 상기 유입은 액체에 의해 끌려오는(entrained) 조류(algae)를 포함한 2 가지 상(phase)의 혼합물일 것이다. 이러한 구현에서 상기 분리기는 제3상 배출구를 반드시 필요로 하지는 않을 것이다.

사용 도중, 상기 조류는 상기 깔대기에 고체 또는 농축물 (concentrate)로 축적된다. 상기 깔대기의 내부 표면에 대하여 상기 조류 세포가 압착되도록 '터뜨릴(burst)' 정도로 충분한 원심력이 발생한다. 그러나, 상기 조류는 상기 분리 과정 전 또는 후에 터뜨릴 수도 있다. 상기 축적된 조류는 상기 제2상 배출구를 통하여 배출되며, 유입 혼합물의 잔여 부분은 상기 제1상 배출구를 통하여 배출된다. 유량비율 (flow rate)은 조류 농도에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 조류 농도는 60000 ppm일 수 있고, 또는 예를 들어 부피로 6%의 고체일 수 있다.

분리 및 농축에 따라, 상기 조류는 심화 공정, 예를 들어 바이오 연료의 제조를 위하여 이식(transplanted) 될 수 있다.

Claims (26)

1. 밀봉 케이싱;
   분리기 축을 구비하며, 상기 밀봉 케이싱 내부에 회전 가능하게 탑재된 압력용기;
   상기 분리기 축에 대해 회전이 가능하도록 상기 압력용기를 지지하는 지지부;
   상기 압력용기 내부에 배치되고, 회전을 위하여 상기 압력용기와 결합된 하나 이상의 날개;
   유량조절기; 및
   하나 이상의 에멀전 배출부;를 포함하며,
   상기 압력용기는 유입구, 제1상 배출구 및 상기 분리기 축에 대하여 제1상 배출구보다 더 멀리 상기 압력용기의 외벽에 원주상으로 배치된 다수의 제2상 배출구를 구비하고,
   상기 유량조절기는 상기 제2상 배출구를 통한 흐름을 조절하기 위하여 상기 각 제2상 배출구에 각각 배치된 다수의 역류 방지 밸브를 포함하고,
   상기 역류 방지 밸브는 상기 압력용기의 내부 압력과 상기 밀봉 케이싱 내부 압력의 차이를 조절하여 작동되고,
   상기 에멀전 배출부는 각각 일 측 말단이 상기 분리기 축에 연결되어 상기 분리기 축으로부터 상기 분리기 축에 대하여 수직방향으로 신장되는 튜브 및 상기 튜브의 타 측 말단에 형성되어 이를 통하여 상기 압력용기 내부의 에멀젼이 배출되는 에멀젼 배출구를 포함하고,
   상기 에멀젼 배출구는 상기 제1상 배출구와 상기 제2상 배출구 사이에서 원주상으로 배치되며,
   상기 튜브는, 분리기를 따라 신장되고 분리기로부터 에멀젼을 제거하기 위하여 분리기 말단을 통하여 에멀젼을 배출하는 에멀젼 방출 통로와 유체 연결통로를 형성하는 다상 혼합물을 분리하기 위한 분리기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 역류 방지 밸브는 상기 역류 방지 밸브를 닫힌 위치 쪽으로 편향시키는 바이어스를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   압력-구동 노즐이 상기 압력용기의 외벽에 원주상으로 구비된 것을 특징으로 하는 분리기.
4. 청구항 1에 있어서,
   다수의 어큐뮬레이터가 각각의 상기 제2상 배출구에 근접한 압력용기 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 분리기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 어큐뮬레이터는 상기 분리기 축을 중심으로 각각의 제2상 배출구를 향하여 원주외향으로 수렴하는 깔대기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력용기 내부의 압력을 조절하기 위한 압력조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 압력조절기는 제1상 배출구를 통한 흐름을 제어하기 위한 유량제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리기는 다수의 날개(vanes)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 날개는 상기 분리기축과 동축이고 이로부터 원주외향으로 신장된 편평한 원형 디스크인 것을 특징으로 하는 분리기.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 날개는 상기 분리기축과 동축이고 이로부터 원주외향으로 신장된 원뿔형 디스크인 것을 특징으로 하는 분리기.
11. 청구항 9또는 10에 있어서,
    각각의 디스크가 상기 분리기축에 대하여 원주상으로 배열된 일련의 개구부를 가지며, 근접한 디스크의 상기 개구부가 각각에 대하여 일정 각으로 분리배치된 것을 특징으로 하는 분리기.
12. 청구항 11에 있어서,
    스페이서 핀(spacer fins)이 근접한 디스크 사이에서 신장되며, 상기 스페이서 핀이 상기 압력용기 유입구로부터 상기 제1상 배출구로 엇갈리고/또는 상호 연결된 흐름통로를 형성하기 위하여 상기 개구부 각각에 배열된 것을 특징으로 하는 분리기.
13. 삭제
14. 삭제
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력용기의 내부로 유체를 공급하기 위한 분사노즐을 구비한 회전체 동력축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1상 배출구와 상기 제2상 배출구 사이에서 원주상으로 배치된 제3상 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉 케이싱은 그 하부에 제 2상이 배출되는 섬프(sump)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
18. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱과 상기 압력용기 사이의 압력 하에 유체를 도입하기 위한 수단이 제공 되는 것을 특징으로 하는 분리기.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 케이싱과 상기 압력용기 사이의 압력을 조절하기 위한 압력 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
20. 제1상 및 제2상을 포함한 혼합물을 분리하는 방법에 있어서,
    상기 방법은
    밀봉 케이싱; 분리기 축을 구비하며, 상기 밀봉 케이싱 내부에 회전 가능하게 탑재된 압력용기; 상기 분리기 축에 대해 회전이 가능하도록 상기 압력용기를 지지하는 지지부; 상기 압력용기 내부에 배치되고, 회전을 위하여 상기 압력용기와 결합된 하나 이상의 날개; 및 유량조절기;를 포함하며, 상기 압력용기는 유입구, 제1상 배출구 및 상기 분리기 축에 대하여 제1상 배출구보다 더 멀리 상기 압력용기의 외벽에 원주상으로 배치된 다수의 제2상 배출구를 구비하고, 상기 유량조절기는 상기 제2상 배출구를 통한 흐름을 조절하기 위하여 상기 각 제2상 배출구에 각각 배치된 다수의 역류 방지 밸브를 포함하고, 상기 역류 방지 밸브는 상기 압력용기의 내부 압력과 상기 밀봉 케이싱 내부 압력의 차이를 조절하여 작동되는 다상 혼합물을 분리하기 위한 분리기를 이용하고,
    (a) 상기 역류 방지 밸브에 의해 상기 제2상 배출구를 통한 흐름이 방지되도록 제 2상 배출구를 가로지르는 정압차(positive pressure difference)를 생성하는 단계;
    (b) 상기 제 2상이 상기 제 2상 배출구 근처에 축적되도록 상기 압력용기를 회전시키는 단계; 및
    (c) 상기 역류 방지 밸브에 의해 상기 제2상 배출구를 통한 흐름이 허용되도록 제2상 배출구를 가로지르는 부압차(negative pressure difference)를 생성하는 단계;를 포함하며,
    단계 (a)는 상기 압력용기 상의 외부압력을 증가시키는 것을 포함하는 제1상 및 제2상을 포함한 혼합물을 분리하는 방법.
21. 청구항 20에 있어서,
    단계(a)는 상기 압력 용기 내부의 압력을 증가시키기 위하여 상기 제1상 배출구를 통한 흐름을 제한 또는 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1상 및 제2상을 포함한 혼합물을 분리하는 방법.
22. 삭제
23. 청구항 20에 있어서,
    상기 외부압력은 상기 압력용기의 내부압력 및 사용 중 상기 압력용기에 작용하는 원심력을 상쇄(counteract)할 정도로 충분한 것을 특징으로 하는, 제1상 및 제2상을 포함한 혼합물을 분리하는 방법.
24. 청구항 20, 21 및 23의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2상 배출구를 통해, 축적된 제2상을 제거하기 위하여 단계(a) 내지 단계(c)가 반복되는 것을 특징으로 하는, 제1상 및 제2상을 포함한 혼합물을 분리하는 방법.
25. 삭제
26. 삭제

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