KR101642390B1

KR101642390B1 - 개선된 원심 분리기

Info

Publication number: KR101642390B1
Application number: KR1020157016864A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 디. 포드
Original assignee: 클라우드레이벌코포레이숀
Priority date: 2011-06-26
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2016-07-26
Also published as: WO2013002827A1; HK1195030A1; EP2723502A4; MX2013014706A; CN103687672B; JP2014522717A; BR112013032378A2; EP2723502A1; CA2837290A1; ZA201309413B; US20140151290A1; US8678204B2; CN103687672A; KR20150081371A; US9079126B2; AU2011371818A1; JP5883506B2; KR20140045957A; CN105170341A; US20120325738A1

Abstract

본 발명의 원심 분리기는 원심 분리기에 연결된 상부 유입 챔버 및 분리통을 포함한다. 상부 유입 챔버는 유입구를 포함하며, 유입구를 통하여 고체를 함유하는 유체가 유입된다. 분리통의 상부의 일부는 유입구 아래의 상부 유입 챔버로 연장되어서 상부 유입 챔버의 내벽 및 분리 용적의 상부 부분은 전정 챔버로 불리는 공간을 형성한다. 전정 챔버는 분리통보다 직경이 크지만 상부 유입 챔버의 내경 보다 직경이 작은, 수평으로 배치된 판에 의하여 이들의 상부 말단에서 형성된다. 분리통의 상부 부분은 일반적으로 전정 챔버로부터 분리통에 들어가는 유체로 접선 유동 패턴을 도입하기 위하여 접선 방향으로 분리통의 벽을 통해 관통할 수 있는 일반적으로 축방향으로 배향된 복수의 슬롯을 포함한다.

Description

개선된 원심 분리기{IMPROVED CENTRIFUGAL SEPARATOR}

관련 출원

본 출원은 2011년 6월 26일에 출원되고 개선된 원심 분리기라는 제목의 미국 가출원 번호 61/262,729의 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 공개내용이 여기에서 참조로 통합된다.

일반적으로 개시된 장치는 액체에서 고체를 분리시키기 위해 이용되는 장치에 관한 것이며, 특히 액체로부터 고체의 우수한 분리 및 분리기 작동의 우수한 효율성을 야기하는 분리기를 통하여 바람직한 유동 상태(flow regimes)에 도달하게 하는 내부 구조를 포함하는 개선된 원심 분리기에 관한 것이다.

일반적으로 원심 분리기는 고체가 혼입된 유체의 유동 스트림(flowing streams)에서 고체를 분리시키기 위한 수단으로 알려져있다. 원심 분리기의 일반적인 구성은 실린더형 분리통(separation barrel)으로 살짝 벗어난 노즐을 통해 유입하는 스트림을 주입하는 것이다. 분리통의 내벽 주위에 주입된 스트림 회전으로서, 스트림 내 높은 관성력(g forces)은 고체 입자를 분리통의 한 말단에서 다른 곳으로, 일반적으로 분리통 내에서 높은 위치에서 낮은 위치로 회전하는 스트림 흐름(whirling stream flow)으로서 벽 쪽으로 이동시키는 것을 야기한다. 측벽에 입자를 이동시키기 위해 필요한 힘은 방정식 F=MV²/r로 정의되며, 이 방정식에서 m은 입자의 질량과 동일하며, v는 입자의 접선 속도(tangential velocity)이고, r은 분리기의 반지름이다.

분리통의 하부 말단에서 또는 가까이에, 스트림에 나선 운동(spiral motion)을 야기하는 스핀판(spin plate)이 있으며, 따라서 와류(vortex)를 형성하여 액체는 일반적으로 와류 탐지기(vortex finder)라 불리는 중앙에 위치한 구조 쪽으로 및 출구 포트로 스핀판에서 떠나 흐른다. 실질적으로 분리기에 존재하는 여과액(filtrate)에는 혼입된 고체가 없다. 통의 하부 말단에서 스핀판에 가까이 있는 개구부(opening) 또는 슬롯(slot)을 통하여 분리통의 벽에 근접한 혼입된 고체의 실제 부분이 통과할 것이다. 이러한 고체는 수집 챔버(collection chamber) 내에서 통의 저면에 축적된다. 원심 분리기의 일반적인 타입은 이러한 분리기의 이론 및 기능을 나타내기 위하여 전체로서 여기에 참조로 통합된 U.S 특허 번호 4,072,481, 5,811,006 및 6,143,175에 나타낸다.

이러한 타입의 분리기의 기능 및 효율은 분리기 내 스트림의 흐름 속도 및 원활함(smoothness)으로부터 유도된 많은 부분에 있다. 분리기 내 바람직한 흐름 상태(flow regime)는 원활한 일정한 유체 운동에 의해 특징화되는 층류(laminar flow)이다. 반면, 난류(turbulent flow)는 임의의 와동(eddies) 및 흐름 불안정성을 야기한다. 시스템의 어딘가에서 난류(turbulence)는 높은 주입 압력 또는 분리 효율의 감소를 제공하기 위하여 더 큰 힘의 필요성을 야기한다. 난류가 증가하므로, 입자 혼입(particle entrainment)은 스핀판에서 반향된 스트림에서 증가하며, 와류 탐지기(vortex finder)를 통해 분리기를 빠져나간다.

전력 요구(power demand)의 증가는 상당할 수 있고, 특히 여기에서 높은 유량(flow rates)은 예를 들어 요구되는 유랑이 13,000gpm 또는 그보다 높을 수 있는 냉각탑 적용에서 필요로 한다. 분리기의 난류는 분리기를 통하여 스트림을 운반하기 위해 필요한 펌프의 에너지 요구(energy demands)에 상당히 영향을 준다.

또한, 난류는 분리기의 내부 요소의 마모(abrasion)를 악화시킨다. 유입물(influent)에서 혼입된 고체는 마모된다. 액체로부터 고체의 원심 분리를 위하여 필요한 충분한 관성력(g forces)을 발생시키기 위하여, 입자의 속도 및 분리기의 부분과 접촉력은 강합금(steel alloy)과 같은 마모 저항 물질의 이용에 의하여 부분적으로만 보정될 수 있는 충분한 마모율(wear rate)을 야기할 것이다. 따라서, 비난류 및 원활한 흐름은 전체 시스템을 통하여 감소된 마모를 야기한다. 그러나, 분리기 내 다양한 영역을 통하여 난류의 감소로 기술에서 이루어지는 개선에도 불구하고, 발명자는 비난류가 이루어져 챌린지(challenge)가 계속 존재하는 알려진 실린더형 원심 분리기의 부분에 남아 있는 것을 발견하였다. 바람직하게, 수집 챔버에서 고체의 침전을 촉진하기 위한 및 액체로 고체의 재혼입을 감소시키기 위한 정지 조건(quiescent condition)으로 유지되는 수집 챔버는 수집 챔버에서 분리 챔버로 전환된다.

시스템을 통한 난류의 감소는 현저하게 분리를 향상시키고, 전력 비용을 감소시키고, 작업 시간을 연장하며 장치의 이용 수명을 연장시킬 수 있다. 본 발명은 원심 분리기를 통하여 감소되는 난류에 관한 것이다.

본 발명은 액체/고체 혼합물에서 액체로부터 고체를 분리시키기 위한 분리기를 제공한다. 분리기는 유입구(inlet)를 가지는 상부 유입 챔버(upper inlet chamber)를 포함하고, 고체를 함유하는 유체(solids-laden fluid)는 상부 유입 챔버로 도입된다. 또한, 상부 유입 챔버는 직경을 정의하는 내벽(inside wall)을 포함한다. 분리통(separation barrel)은 상부 유입 챔버에 부착된다. 분리 챔버는 외경(outside diameter)을 정의하는 외벽, 중심축(central axis), 상부 말단(upper end), 하부 말단(lower end), 저면(bottom) 및 회전의 축방향으로 연장된 실린더형 표면(axially-extending cylindrical surface)인 내부벽(interior wall)을 가진다. 분리통의 상부 말단의 일부는 상부 유입 챔버로 연장되며, 회전 운동(spinning motion)으로 분리통의 상부 말단로 액체/고체 혼합물을 주입하기 위해 분리통의 내부벽을 통하여 연장된 유입 수단(inlet means)을 포함한다. 전정 챔버(vestibular chamber)는 유입 수단 외부에 배치된다. 전정 챔버는 상부 유입 챔버의 내벽에 의해 정의되고 및 상부 유입 챔버로 연장된 분리통 부분의 외벽에 의해 정의된다. 전정 챔버는 수평으로 배치된 상판(top plate)에 의해 상부 말단에서 더 정의된다. 상판은 분리통의 외경보다 큰 직경을 가지나 상부 유입 챔버의 내부 직경보다 작은 직경을 가진다. 스핀 구조부(spin structure)는 분리통의 하부 말단에 인접한 축 방향에 있다. 분리기는 고체를 함유하는 물질을 수용하기 위한 스핀 구조부 아래 상부 및 섬프 영역(sump region)을 가지는 수집 챔버(collection chamber)를 더 포함한다. 또한, 분리기는 스핀 구조부 및 섬프 영역 사이에 도관 수단을 포함하며, 도관 수단(conduit mean)은 고체를 함유하는 물질을 통과시킨다. 배출통(outlet barrel)은 스핀 구조부에 의해 반향된 유체를 수용하기 위하여 분리통 및 축방향 보다 위의 스핀 구조부 내에 중심에 정렬된다.

본 발명의 한 측면에서, 스핀 구조부는 상부, 베이스부(base) 및 베이스부(base)에서 상부로 연장된 축방향으로 연장된 원뿔 표면(axially-extending conical surface)을 가지는 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)이다.

본 발명의 다른 측면에서, 분리기의 직경은 제 1 직경에서 제 2 직경으로 스핀 구조부의 상부 아래에서 증가한다. 제 1 직경은 분리통의 내부 직경이며, 제 2 직경은 수집 챔버의 내부 직경이다.

본 발명의 다른 측면에서, 직경은 제 1 직경에서 제 2 직경까지 증가하여 증가된다. 증가된 직경은 분리통 및 수집 챔버 사이의 숄더 영역(shoulder section)을 정의한다. 숄더 영역(shoulder section)은 분리통의 저면에서 수집 챔버의 상부로 연장된다.

본 발명의 다른 측면에서, 개구부는 숄더 영역 및 모서리가 없는 원뿔부 사이에서 정의된다. 개구부는 스핀 구조부 및 섬프 영역 사이에 도관 수단을 형성한다.

본 발명의 다른 측면에서, 모서리가 없는 원뿔부는 하부 영역 및 상부 영역을 포함한다, 하부 영역은 제 1 베이스부, 제 1 상부 및 둘 사이에 연장된 제 1 축방향으로 연장된 원뿔 표면을 포함한다. 상부 영역은 제 1 상부 및 제 2 상부에 의해 정의된 제 2 베이스부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 축방향으로 연장된 원뿔 표면은 제 1 베이스부 및 제 1 상부 사이의 제 1 선(line)을 정의하는 제 1 포인트(points)의 궤적(locus)을 포함한다. 제 1 선은 제 1 경사부를 가지며 제 2 축방향으로 연장된 원뿔 표면은 제 2 포인트의 궤적을 포함한다. 제 2 포인트의 궤적은 제 2 베이스부 및 제 2 상부 사이의 제 2 선을 정의한다. 제 2 선은 제 2 경사부를 가지며, 및 제 1 경사부는 제 2 경사부보다 작다.

본 발명의 다른 측면에서, 모서리가 없는 원뿔부는 수집 챔버의 내부에 부착된 복수의 반지름 방향에 있는 지지부(radial supports)에 의해 지지된다.

본 발명의 다른 측면에서, 분리기는 스핀 구조부 및 배출통(outlet barrel)의 하부 말단 사이에서 연장된 로드(rod)를 포함한다. 로드는 분리통 및 배출통 내에서 중심에 정렬된다.

본 발명의 다른 측면에서, 로드는 배출통의 하부 말단 내부에 상부 말단을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 로드는 속이 비어 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 로드는 내부 지지부에 의해 출구통 내부에 중심에 지지되는 상부 말단을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 중심 지지 구조는 로드의 상부 말단 및 배출통의 내벽 사이에서 연장된 복수의 지지부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 중심 지지 구조는 로드의 상부 말단이 삽입되는 중앙 허브(central hub)를 포함한다. 중앙 퍼브는 복수의 유동 베인(flow vane)에 의해 배출통으로 지지된다.

본 발명의 다른 측면에서, 배출통은 배출통을 통하여 압력이 떨어지는 것을 최소화하기 위한 수단(means)을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 배출통을 통하여 압력이 떨어지는 것을 최소화하는 수단은 임펠러(impeller)의 형상으로 구성되는 유동 베인(flow vanes)을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 유동 베인은 각각 수평면으로부터 약 20°에서 60°의 각을 이룬다.

본 발명의 다른 측면에서, 중심 허브에 유동 베인의 부착부에 인접하여, 유동 베인은 수평면으로부터 약 60°의 각도를 가진다.

본 발명의 다른 측면에서, 배출통의 내벽에 유동 베인의 부착부에 인접하여, 유동 베인은 수평면으로부터 약 20°의 각도를 가진다.

본 발명의 다른 측면은 내부 직경을 가지는 상부 챔버를 가지는 분리기를 가지며, 상부 챔버는 유입구를 포함하며, 이를 통하여 고체를 함유하는 유체가 상부 챔버로 도입된다. 분리통은 상부 챔버와 유체적으로 연결되어 있다. 분리통은 외경을 정의하는 외벽을 가지며, 분리통의 부분은 상부 챔버로 연장된다. 상푸 챔버로 연장된 분리통의 부분은 상부 챔버에서 분리통으로 유체 유동(fluid flow)을 허용하기 위한 적어도 하나의 개구부를 가진다. 수평으로 배치된 판(plate)은 상부 챔버로 연장된 분리통의 부분에 부착된다. 수평으로 배치된 판은 분리통의 외경보다 크고 상부 챔버의 내부 직경보다 작은 직경을 가진다. 스핀 구조부는 분리 챔버 내에 배치된다. 배출통은 분리통과 유체적으로 연결되어 있으며, 스핀 구조부에 의해 반사된 유체를 수용하기 위한 스핀 구조부 위에 배치된다.

도 1은 알려진 원심 분리기를 나타낸다;
도 2는 개시된 원심 분리기의 구체예의 측면도를 나타낸다;
도 3은 개시된 원심 분리기의 구체예의 단면도(sectional perspective view)를 나타낸다;
도 4는 상부 유입 챔버 및 분리통의 상부 부분의 단면도를 나타낸다;
도 5는 본 발명에서 이용된 스핀 구조부의 구체예의 단면도를 나타낸다;
도 6은 본 발명의 원뿔형 스핀 구조부(conical spin structure)의 구체예를 나타낸다;
도 7은 도 6에 나타낸 원뿔형 스핀 구조부의 분해도(exploded view)를 나타낸다;
도 8은 분리기 내에서 로드(rod)의 위치 및 도 6에 나타낸 원뿔형 스핀 구조부를 나타낸다;
도 9는 본 디자인의 복합 분리기(multiple separator)가 어떻게 단계적 분리를 위한 단일 하우징(single housing) 내에 포함될 수 있는 지를 나타낸다;
도 10은 본 발명의 원뿔형 스핀 구조부의 하나의 대안적인 구체예를 나타낸다;
도 11은 도 10에 나타낸 원뿔형 스핀 구조부의 분해도를 나타내며; 및
도 12는 본 발명의 지지 구조의 한 구체예의 투시도를 나타낸다.

본 발명으로 구체화된 원심 분리기는 원심 분리기에 연결된 상부 유입 챔버(upper inlet chamber) 및 분리통(separation barrel)을 포함한다. 상부 유입 챔버는 유입구를 포함하며, 이를 통하여 고체를 포함하는 유체가 상부 유입 챔버로 유입된다. 분리통의 상부 부분은 유입구 아래의 상부 유입 챔버로 연장되어서 상부 유입 챔버의 내벽 및 분리 용적(separation volume)의 상부 부분은 이후에 전정 챔버(vestibular chamber)라 불리는 공간부(space)를 정의한다. 전정 챔버는 분리통보다 직경이 크나 상부 유입 챔버의 내부 직경보다 직경이 작은 수평으로 배치된 판에 의해 더 정의된다. 분리통의 상부 부분은 일반적으로 복수의 축방향으로 배향된 슬롯을 포함하며, 상기 슬롯은 전정 챔버로부터 분리통에 들어가는 유체로 접선 유동 패턴을 유도하기 위하여 접선방향으로 분리통의 벽을 관통한다. 수평으로 배치된 판의 목적은 이중 구조(two-fold)이다: 1)은 분리기에 들어가는대로 유입구 반대측의 상부 챔버의 내부에 부딪히는 유체의 "스플래쉬(splash)" 효과를 분산시키는 것이며, 2)는 슬롯으로 더 균일한 유동을 촉진하는 것이다. 스플래쉬 효과에 대하여, 분리기에 들어오는 유체는 상부 챔버의 뒤쪽에 영향을 미치며, 펼쳐지고(각도에서 집의 측면에 부딪히는 정원용 호스(garden hose )로부터 물의 분출을 상상하여), 슬롯에 가까운 높은 유동 속도가 발생한다. 높은 유동 속도는 슬롯을 통하여 전환되고 분리통의 아래의 모든 방법의 불안정 또는 떨림을 야기한다. 슬롯 위의 상판을 가지고, 상부 챔버 주위에 우수하게 분포되는 스플래쉬 효과를 발생시키며, 몇몇 불균형을 완화시킨다. 유체 "코너 회전(turns a corner) 때문에, 말하자면, 전정 챔버로 판을 지나 아래쪽으로 흐름에 따라 적어도 유체의 일부분은 슬롯에 대해 대체로 수직하게 슬롯을 향해 회전한다. 즉, 슬롯에 이르기까지 높은 속도의 나선 하강(higher velocity spiraling)을 가지는 유체 보다 더 슬롯 쪽으로 유체의 더 균일한 접근을 형성한다. 네트 효과(net effect)는 슬롯의 길이를 따른 전체 유동의 분포에 더 있다.

분리통에 들어가는 유체는 통의 일부분에 나선형 패턴(helical pattern)으로 분리통의 벽 아래로 항상 회전하며, 그러나 반드시 회전할 필요는 없으며, 저면 높이에서 스트림은 스트림 유동 방향을 전환시키기 위한 중심 구조에 마주치며, 스트림의 회전을 유도한다. 구조는 알려진 원심 분리기로 이용된 스핀판으로 우수한 유동 특성을 유도하는 스핀 구조부로 여기에 참조된다. 스핀 구조부 아래에 수집 챔버가 있고 스핀 구조부 및 내벽 사이에 도관 수단(conduit means)이 있으며, 이를 통하여 고체는 수집 챔버를 통과할 수 있다. 스핀 구조부는 축 방향을 전환하기 위한 회전 스트림(whirling stream)의 중심 부분을 야기하며 분리통 내에서 중심에 정렬된 배출통을 통하여 위쪽으로 흐르며, 분리 챔버의 상부에서 배출 포트를 통하여 분리기를 빠져나간다. 배출통은 와류 탐지기(vortex finder)로 불린다.

스핀 구조부에 인접한 분리통에서 난류가 감소하며 또한 와류로 고체의 유입이 실질적으로 감소하는 들어오는 고체를 함유하는 스트림으로 와류의 개입(intrusion)이 감소하고 따라서 분리기의 효율이 증가한다. 여기에서 발명자는 스핀 구조부가 모서리가 없는 원뿔부의 상부 표면에 의해 형성되는 경우 와류의 우수한 안정화 및 유도되는 난류 유동에 대한 감소되는 성향이 있다는 것을 발견하였으며, 모서리가 없는 원뿔부는 상부 표면, 베이스부 및 베이스부에서 상부 표면으로 연장된 원뿔 표면을 포함하며, 모서리가 없는 원뿔부는 수집 챔버 위에 배치된다. 또한, 수집 챔버는 분리통보다 큰 직경을 가질 수 있다.

본 발명의 몇몇 구체예에서, 상부 말단 및 하부 말단을 가지는 로드는 로드가 분리통과 중심에 정렬되도록 분리통 내에 배치되고, 로드의 하부 말단은 스핀 구조부에 부착되거나 스핀 구조부 내에 배치되며, 상부 말단은 배출통의 부분 내에 배치된다. 용어 "스핀판"은 스핀 구조부를 나타낼 수 있다. 그러나 이 용어는 2차원 구조를 암시하기 때문에, 용어 "스핀판"은 특히 스핀 구조부의 상부 표면을 나타내며, 용어 "스핀 구조부"는 여기에 개시된 원뿔형 구체예와 같은 3차원 구조를 나타낼 수 있다.

스핀판 및 배출통 사이에서 축방향으로 중심에 있는 로드의 존재는 스핀판과 인접한 축방향으로 분리통의 부분에서 난류의 발생을 감소시킨다. 또한, 로드의 존재는 와류의 축방향 부분을 안정화시킨다. 이러한 안정화는 특히 스핀판 쪽으로 내벽을 따라 접선 방향으로 흐르는 고체를 함유하는 스트림의 나가는 통로로 이동시키기 위하여 스핀판에 가까운 분리통의 부분에서 와류의 경향을 감소시킨다.

본 발명의 위의 또는 다른 특징은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 완전히 이해될 것이다.

도 1은 알려진 원심 분리기(centrifugal separator, 100)을 나타낸다. 원심 분리기의 기초 기능 요소는 외부 하우징(outer housing, 104) 내에 포함되는 분리통(separation barrel, 102)이다. 수집 챔버(106)는 아래쪽으로 액체가 흐르는 외부 하우징(104)의 하부 말단에 배치되며, 수집 챔버는 분리된 고체 P를 수집하며, 분리통 내에서 시계 방향의 화살표에 의해 나타내어진다. 아래쪽의 액체 유동은 원심력에 의해 분리통의 내벽에 가해지는 고농도의 유입된 고체를 포함할 수 있다. 수집 챔버(106)의 하부 말단에서 배출 포트(drain port, 108)는 계속적으로 또는 가끔 둘 중 하나로 고체 및 일부 액체를 내리는 것을 가능하게 한다. 분리통(102)의 하부 말단에서 또는 근처에서 분리통의 중심축에 수직으로 연장된 스핀판(110)이 있다. 슬롯(11) 또는 다른 도관 수단(conduit means)은 분리통에서 수집 챔버(106)으로 고체의 통과를 허용하기 위하여 스핀판(110) 및 분리통(102) 사이에 남겨진다. 배출통(outlet barrel, 114)은 분리통(102)의 상부 말단 내에 중심에 배치된다. 배출통은 처리된 액체의 배출을 위한 배출관(exit tube, 116)을 포함한다.

수용 챔버(acceptance chamber, 118)는 분리통(102)의 상부 말단 주위의 외부 하우징(104)에 의해 형성된다. 수용 챔버(118)는 고리 형상이며, 분리통(102)와 유체 실링 관계에 적합하고, 분리벽(dividing wall, 126)에 의해 외부 하우징(104)의 하단 부분에서 분리된다. 외부 하우징(104)의 벽을 통한 인젝터 노즐(injector nozzle, 12)은 수용 챔버(118)에 접선으로 유도된다. 인젝터 노즐(120)은 수용 챔버(118)로 압력 아래 고체를 함유하는 액체 스트림을 주입한다. 즉, 외부 하우징(104)의 벽(122) 및 분리통의 외벽 사이의 순환 유동을 형성한다. 분리통의 벽을 통한 유입 슬롯(entrance slots, 124)은 스트림을 수용 챔버(118)에서 분리통으로 통과시킨다.

액체에서 고체의 분리는 관성력(g force)의 전계로부터 유도된다. 스트림은 높은 속도로 분리통(102)에 주입되며 분리통의 상부 말단에서 하부 말단까지 스트림을 나선형으로 이동하여 빠르게 흐르므로 회전한다. 분리통에서, 원심력은 중력(gravitational force) 보다 매우 크며, 입자 P는 원심 작용에 의해 바깥쪽으로 향한다. 분리통(102)의 직경이 작아지면, 통의 내부 표면을 따라 동일한 선형 속도(linear speed)를 위하여 적합한 원심력이 커진다. 분리통(102)의 하부 말단에서 또는 근처에서, 스핀판(110)은 스트림에 나선 운동을 유도하며, 와류를 형성한다. 도 1의 위쪽으로 향하는 화살표로 나타낸대로, 액체의 와류는 배출통(114) 쪽으로 위를 향하는 스핀판으로부터 떨어져 흐른다. 또한, 배출통은 와류 탐지기(vortex finder)를 나타낸다.

적당히 작용하는 분리기에 있어서, 배출관(116)을 통하여 흐르는 액체 스트림은 이후에 고체를 포함하지 않는다.

일반적으로 도 2~3은 본 발명을 포함하는 원심 분리기(10)을 나타낸다. 도 2~3에 나타낸대로, 개선된 분리기는 상부 유입 챔버(11) 및 외부 하우징(14) 내에 포함되는 상호연결된 분리통(interconnected separation barrel)을 포함한다. 수집 챔버(16)는 분리기의 하부 말단에 위치한다. 도 1 및 2를 비교하여 볼 수 있듯이, 본 발명의 구체예는 도 1의 분리기로 이용된 중간 벽 구조의 필요성 없이, 외부 하우징(14) 내에 접하는 분리통(12)을 형성할 수 있다. 수집 챔버(16)는 아래쪽의 유체 유동으로부터 분리된 고체를 수집한다. 수집 챔버(16)의 하부 말단에서 배출 포트(18)은 계속 또는 가끔 고체 및 일부 액체를 내리는 것을 가능하게 한다.

분리통(12)의 하부 말단에서 또는 근처에 일반적으로 분리통의 중심축에 수직으로 연장된 스핀 구조부(20)(도 6 및 도 7에 표시된 몇몇 특징)가 있다. 바람직하게, 스핀 구조부(20)는 도면에 나타낸 것과 같이 모서리가 없는 원뿔부 구성을 포함한다. 구체예에서, 스핀 구조부(20)는 상부(23) 및 베이스부(25)를 가지는 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone, 21)을 포함한다. 모서리가 없는 원뿔부(21)은 베이스부(25)에서 평평한 상부 표면(23)까지 축방향으로 연장된 외부 원뿔 표면부(exterior conical surface, 27)을 포함한다. 스핀 구조부(20)는 하부 영역(29) 및 상부 영역(31)을 포함할 수 있다. 구체예에서, 하부 영역(29)은 제 1 베이스부(25)를 포함한다. 하부 영역(29)은 상부(33)를 더 포함한다. 제 1 축방향으로 연장된 원뿔 표면(conical surface, 35)은 제 1 베이스부(25)부터 제 1 상부(33)까지 연장된다. 유사하게, 하부 영역(29)의 상부는 또한 상부 영역의 베이스부이므로 상부 영역(31)은 제 1 상부(33)에 의해 정의된 제 2 베이스부를 포함한다. 상부 영역의 상부는 스핀 구조부의 상부(23)에 의해 정의된다. 제 2 축방향으로 연장된 원뿔 표면(37)은 하부 영역(29)의 상부(33)에서 상부 영역(31)의 상부로 연장된다.

환형 개구부(annular opening, 22) 또는 다른 도관 수단은 스핀 구조부(20) 및 외부 하우징(14)의 내벽 사이에 남아 있으며, 분리통(12)에서 수집 챔버(16)로 고체를 통과시킨다. 배출통(24) 또는 와류 탐지기는 분리통(12)의 상부 내에 중심에 배치된다. 와류 탐지기(24)는 처리된 액체의 배출을 위한 배출관(26)을 포함한다. 배출통의 길이는 분리기의 성능에 영향을 준다.

본 발명의 구체예는 와류 탐지기의 하부 말단에서 유입 슬롯(36)까지의 거리가 약 0.125 x 분리통의 내경인 와류 탐지기(24)를 이용할 수 있다. 와류 탐지기의 쇼트닝(Shortening)이전의 긴 와류 탐지기에 비교되는 성능으로 드라마틱한 효과(dramatic effect)를 가진다.

전정 챔버(vestibular chamber, 28)는 분리통(12)의 상부 부분(38) 및 상부 유입 챔버(11)의 내벽(30) 사이에 형성된다. 전정 챔버(28)는 분리통(12)의 상부 부분(38)과 유체 실링 관계에 적합하다. 외부 하우징(14)의 벽을 통한 인젝터 노즐(32)은 분리통(12)의 상부 부분(38) 위의 상부 유입 챔버(11)의 상부 말단에 접선방향으로 유도된다. 상판(13)은 상부 유입 챔버의 상부 말단으로부터 전정 챔버(28)을 분리시킨다. 인젝터 노즐(32)는 상부 유입 챔버(11)의 상부 말단에 압력 하에 고체를 함유하는 유체 스트림을 주입한다. 즉, 상판(13) 위에 원형 유동을 형성한다. 전정 챔버(28)에 흐르게 하기 위하여, 유체는 전정 챔버에 상판(13)을 지나 아래쪽으로 흐르는 "코너 전환" 해야 한다. 분리통(12)의 상부 부분(28)은 전정 챔버(28)에서 분리 챔버로 고체를 함유하는 유체의 유동을 허용하도록 벽을 통하여 복수의 유입 슬롯(entrance slots, 36)을 포함한다. 일반적으로 슬롯은 전정 챔버(28)로부터 분리통(12)에 들어가는 유체로 접선적 유동 패턴(tangential flow pattern)을 유도하기 위하여, 접선 방향으로 분리통의 벽을 통하여 투과하는 슬롯으로, 축방향으로 배향될 수 있다. 바람직하게, 슬롯(36)의 폭은 분리통(12)의 벽 두께보다 넓지 않게 설계될 수 있다. 예를 들어, 분리통(12)의 벽 두께가 1/4"인 경우, 슬롯은 1/4"인치 폭으로 설계될 수 있다. 이러한 관계를 유지하는 것은 개선된 성능을 제공한다. 슬롯의 폭이 증가하는 것은 이전에 허용된 것보다 큰 입자의 통과를 허용한다. 그러나, 적합한 슬롯 폭은 본 발명의 범위 내에 있다.

도 1에 나타낸 분리기 중에서, 액체로부터 고체의 분리는 관성력(g force)의 전계에서 유도된다. 스트림은 높은 속도로 분리통(12)에 주입되고, 분리통(12)의 상부 말단에서 하부 말단으로 빠르게 흐르는 나선형으로 이동하는 스트림으로 회전한다. 분리통에서, 원심력은 중력보다 더 크며, 입자는 원심 작용에 의해 바깥쪽으로 향한다.

분리통(12)의 직경이 작으면, 원심력은 통의 내부 표면을 따른 동일한 선형 속도를 위하여 적합한 원심력이 커진다. 분리통(12)의 하부 말단에서 또는 근처에서, 스핀 구조부(20)은 스트림에 나선 운동을 유도하며, 따라서 와류를 형성한다. 와류를 포함하는 액체는 배출통(24)(또는 와류 탐지기) 쪽으로 위로 향하는 스핀 구조부에서 떨어져 흐르며, 배출관(26)을 통하여 밖으로 흐른다.

도 3에 나타낸대로, 외부 하우징(14)은 상부(44) 및 하부(46)을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 분리기(10)의 직경은 제 1 직경에서 제 2 직경으로 스핀 구조부(20) 아래를 증가시키며, 제 1 직경은 분리통(12)의 내경을 포함하며, 제 2 직경은 수집 챔버(16)의 내경을 포함한다. 수집 챔버(16)의 증가하는 직경은 분리통(12) 및 수집 챔버(16) 사이에서 숄더 영역(shoulder section, 48)을 정의하며, 숄더 영역은 분리통의 하부에서 수집 챔버의 상부로 연장된다. 이러한 구성에서, 개구부(22)는 숄더 영역(48) 및 스핀 구조부(20) 사이에서 정의된다. 개구부는 수집 챔버(16)으로 액체 및 고체의 통과를 위한 스핀판 및 섬프 영역 사이에 도관 수단(sump region)을 제공한다.

도 9에 나타낸대로, 분리 장치(200)는 단계적 분리에 대한 단일 하우징(14') 내에 포함될 수 있는 본 설계의 다양한 분리기(10')를 포함할 수 있다. 분리통에 들어가는 유동을 개선시키기 위하여 상판(13') 및 얇은 벽으로 된 분리통(12')을 이용하여, 각각의 분리통 주위의 상부 챔버를 더이상 필요로 하지 않는다. 작은 동일 분리기의 시리즈(series)를 이용하여 큰 단일 분리기를 이용하여 이루어질 수 있는 것 보다 높은 유동으로 높은 효율을 이룰 수 있다.

본 발명의 몇몇 구체예는 스핀 구조부(321) 및 배출통(324) 사이에 배치된 로드(rod, 340)(도 10 및 11에 나타낸)를 포함한다. 로드(340)는 속이 비거나 고체일 수 있다. 로드(340)는 스핀 구조부(321) 내에 중심에 정렬되며, 허브(hub, 342)에 의한 위치로 유지된다. 로드(340)는 더 위의 상부 말단(350)를 포함하며, 스핀 구조부 아래에 연장된 하부 말단(352)를 포함할 수 있다. 상부 말단(350)는 배출통의 부분(미도시; 도 2 및 3의 대응하는 구조를 볼 수 있다) 내에 배치된다. 배출통은 배출통 내에 로드(340)의 상부 말단(350)를 고정하기 위해 이용되는 내부 지지 구조(354)(도 12에 나타낸)를 포함할 수 있다.

내부 지지 구조(354)는 작은 유닛 또는 매우 큰 유닛이 될 필요가 없다. 지지 구조(354)는 로드(340)의 상부 말단이 삽입되는 중앙 허브(356)을 포함할 수 있다. 지지 구조(354)는 유동 베인(flow vanes, 358)을 더 포함할 수 있고, 이를 통하여 올라가는 유체 스트림이 흐른다. 유동 베인(358)은 형상 및 유체 스트림의 유동을 더 안정화시키는 피치(pitch)를 포함할 수 있다. 특히 유동 베인(358)의 이점은 분리기의 스타트업(startup) 및 셧다운(shutdown)에서, 그리고 밸브의 개방 및/또는 폐쇄 중에 나타내어진다. 유동 베인(358)은 긴 시간 동안 손상되지 않은 분리기 내에서 유동 궤적을 유지하는 것을 도우며, 따라서 유동에서 갑작스럽게 변화될 때 일반적으로 관찰되는 고체 제거 효율이 떨어지는 것을 최소화한다. 유동 베인(358)은 임펠러 형상(impeller-shaped)이며, 에지에 아래쪽으로 직면하여 피치되는 것을 포함한다. 임펠러 형상은 배출통에 들어가는 유동 스트림으로서 동일한 각도에 있는 배향된 유동 베인(358)에 의해 위쪽으로 흐르는 스트림에서 압력 손실을 최소화한다. 유동 베인(358)의 수용가능한 형상은 외부통의 내벽에 부착점에서 수평면으로부터 약 20°의 각도를 가질 수 있으며 유동 베인(358)이 중앙 허브(356)에 부착되는 약 60°의 각도를 가질 수 있다.

또한, 로드(340)는 로드의 하부 말단(352)에 부착되는 반지름 방향의 지지 부재(360)를 포함하며, 여기에서 반지름 방향의 지지 부재는 수집 챔버(미도시; 도 8의 대응하는 구조에서 볼 수 있다)의 내벽에 장착된다. 본 발명의 유익한 유동 특성이 부분적으로 스핀 구조부(321)의 상부(323) 및 배출통 사이에 있는 로드(340)의 부분에 의해 유도된다. 따라서, 스핀 구조부(321) 내에 삽입된 로드(340)의 부분이 스핀 구조부를 지지하고 로드의 안정성을 제공하여 유익한 한편, 본 발명의 다른 구체예는 스핀 구조부 아래에 다르게 이루어진 로드를 다질 수 있다.

따라서, 새롭게 주장된 본 발명의 바람직한 구체예가 기술되며, 다음을 포함하는 특허증(Letters Patent)에 의해 보호되는 것이 바람직하다.

개념 1: 액체/고체 혼합물에서 액체로부터 고체를 분리하는 분리기로서,

유입구를 포함하는 상부 유입 챔버(upper inlet chamber);

상기 상부 유입 챔버에 부착되는 분리통(separation barrel);

유입 수단의 외부에 배치된 전정 챔버(vestibular chamber);

상기 분리통의 하부 말단에 축방향으로 인접한 스핀 구조부(spin structure); 및

상기 분리통 안에서 중심에 정렬된 배출통(outlet barrel)을 포함하며,

상기 유입구를 통하여 고체를 함유하는 유체가 상기 상부 유입 챔버에 유입되고, 상기 상부 유입 챔버는 내경을 형성하는 내벽을 가지며,

상기 분리통은 외경을 형성하는 외벽, 중심축, 상부 말단(upper end), 하부 말단(lower end), 저면(bottom), 회전부의 축방향으로 연장된 실린더형 표면인 내벽을 가지고, 상기 상부 말단의 일부는 상기 상부 유입 챔버로 연장되며, 상기 상부 말단의 일부는 원심력(centrifugal force)에 의해 액체로부터 고체를 분리하도록 회전 운동으로 상기 분리통의 상기 상부 말단로 혼합물을 주입하기 위하여 상기 분리통의 상기 내벽을 통해 연장된 유입 수단(inlet means)을 포함하고,

상기 전정 챔버는 상기 상부 유입 챔버의 상기 내벽에 의해 형성되고 상기 상부 유입 챔버로 연장된 상기 분리통의 일부는 상기 외벽에 의해 형성되며, 상기 전정 챔버는 수평으로 배치된 상판(top plate)에 의해 상기 상부 말단에서 더 형성되고, 상기 상판은 상기 분리통의 외경보다 큰 직경이지만, 상기 상부 유입 챔버의 내경보다 작은 직경을 가지며,

상기 분리기는 고체를 함유하는 물질을 수용하는 상기 스핀 구조부 아래에 상부 및 섬프 영역을 가지는 수집 챔버(collection chamber)를 더 포함하고, 상기 분리기는 상기 스핀 구조부 및 상기 섬프 영역(sump region) 사이에 도관 수단(conduit means)을 포함하며, 상기 섬프 영역을 통하여 상기 도관 수단은 상기 고체를 함유하는 물질을 통과시키고,

상기 배출통은 상기 스핀 구조부에 의해 반향된 유체를 수용하기 위하여 상기 스핀 구조부에 축방향으로 위에 있는, 분리기.

개념 2: 개념 1에 있어서,

상기 스핀 구조부는 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)를 포함하며, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 상부, 베이스부 및 상기 베이스부에서 상기 상부까지 연장된 축방향으로 연장된 원뿔 표면부를 포함하는, 분리기.

개념 3: 개념 2에 있어서,

상기 분리기의 직경은 제 1 직경에서 제 2 직경으로 상기 스핀 구조부의 상부의 아래쪽으로 갈수록 증가하며, 상기 제 1 직경은 상기 분리통의 내경을 포함하고, 상기 제 2 직경은 상기 수집 챔버의 내경을 포함하는, 분리기.

개념 4: 개념 3에 있어서,

상기 직경은 제 1 직경에서 제 2 직경까지 증가되고, 증가한 직경은 상기 분리통 및 상기 수집 챔버 사이의 숄더 영역부(shoulder section)를 형성하며, 상기 숄더 영역부는 상기 분리통의 하부에서 상기 수집 챔버의 상부까지 연장되는, 분리기.

개념 5: 개념 4에 있어서,

개구부는 상기 숄더 영역부 및 상기 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone) 사이에서 형성되며, 상기 개구부는 상기 스핀 구조부 및 상기 섬프 영역 사이에 상기 도관 수단을 포함하는, 분리기.

개념 6: 개념 2에 있어서,

상기 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)는 하부 영역 및 상부 영역을 포함하며,

상기 하부 영역은 제 1 베이스부 및 제 1 상부 및 상기 제 1 베이스부에서 상기 제 1 상부까지 연장된 제 1 축방향으로 연장된 원뿔 표면부(axially-extending conical surface)를 포함하며,

상기 상부 영역은 상기 제 1 상부에 의해 형성된 제 2 베이스부 및 제 2 상부를 포함하는, 분리기.

개념 7: 개념 6에 있어서,

상기 제 1 축방향으로 연장된 원뿔 표면부는 제 1 포인트 궤적(locus of points)을 포함하며,

상기 제 1 포인트 궤적은 상기 제 1 베이스부 및 상기 제 1 상부 사이의 제 1 선(line)을 형성하고,

상기 제 1 선은 제 1 경사(slope)를 가지며,

제 2 축방향으로 연장된 원뿔 표면부는 제 2 포인트 궤적을 포함하고,

상기 제 2 포인트 궤적은 상기 제 2 베이스부 및 상기 제 2 상부 사이에 제 2 선을 형성하며,

상기 제 2 선은 제 2 경사를 가지며,

상기 제 1 경사는 상기 제 2 경사부보다 작은, 분리기.

개념 8: 개념 2에 있어서,

상기 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)는 상기 수집 챔버 내부에 부착된 복수의 반지름 방향의 지지부로 지지되는, 분리기.

개념 9: 개념 1에 있어서,

상기 스핀 구조부 및 상기 배출통의 상기 하부 사이에서 연장된 로드(rod)를 더 포함하며, 상기 로드는 상기 분리통 및 상기 배출통 내에서 중심에 정렬되는, 분리기.

개념 10: 개념 9에 있어서,

상기 로드(rod)는 배출통의 하부 말단 내에 상부 말단을 포함하는, 분리기.

개념 11: 개념 9에 있어서,

상기 로드(rod)는 속이 빈, 분리기.

개념 12: 개념 9에 있어서,

상기 로드(rod)는 상부 말단을 포함하며, 상기 상부 말단은 내부 지지부에 의해 상기 배출통 내에서 중심에 지지되는, 분리기.

개념 13: 개념 12에 있어서,

중앙 지지 구조부(central support structure)는 상기 로드의 상부 말단 및 상기 배출통의 내벽 사이에서 연장된 복수의 반지름 방향의 지지부를 포함하는, 분리기.

개념 14: 개념 12에 있어서,

상기 중앙 지지 구조부는 중앙 허브(central hub)를 포함하며,

상기 중앙 허브로 상기 로드의 상부 말단이 삽입되고,

상기 중앙 허브는 복수의 유동 베인(flow vanes)에 의해 상기 배출통 내에서 지지되는, 분리기.

개념 15: 개념 14에 있어서,

상기 배출통은 상기 배출통을 통하여 압력 저하를 최소화하는 수단을 포함하는, 분리기.

개념 16: 개념 15에 있어서,

상기 배출통을 통하여 압력 저하를 최소화하는 상기 수단은 임펠러(impeller) 형상의 유동 베인(flow vanes)을 형성하는, 분리기.

개념 17: 개념 14에 있어서,

상기 유동 베인은 각각 수평면으로부터 약 20°에서 약 60°까지의 각도를 이루는, 분리기.

개념 18: 개념 14에 있어서,

상기 중앙 허브에 유동 베인의 부착부에 인접하여, 상기 유동 베인은 수평면으로부터 약 60°의 각도를 이루는, 분리기.

개념 19: 개념 14에 있어서,

상기 배출통의 내벽에 상기 유동 배인의 부착부에 인접하여, 상기 유동 베인은 수평면으로부터 약 20°의 각도를 이루는, 분리기.

개념 20: 액체/고체 혼합물에서 액체로부터 고체를 분리하는 분리기로서,

내경을 가지는 상부 챔버(upper chamber);

외경을 형성하는 외벽을 가지는 분리통(separation barrel);

상기 상부 챔버로 연장된 분리통의 일부에 부착된 수평으로 배치된 판(horizontally disposed plate);

상기 분리 챔버 내에 배치된 스핀 구조부(spin structure); 및

상기 분리통과 유체적으로 연결되어 있으며 상기 스핀 구조부에 의해 반향된 유체를 수용하도록 스핀 구조부 위에 배치되는 배출통을 포함하며,

상기 상부 챔버는 유입구를 포함하며, 유입구를 통하여 고체를 함유하는 유체가 상기 상부 챔버로 도입되고,

상기 분리통은 상기 상부 챔버와 유체적으로 연결되어 있으며, 상기 분리통의 일부는 상기 상부 챔버로 연장되고, 상기 상부 챔버에서 상기 분리통으로 유량을 허용하는 상기 분리통의 외벽에서 적어도 하나의 개구부를 가지며,

상기 수평으로 배치된 판은 상기 분리통의 외경보다 큰 직경 및 상기 상부 챔버의 내경보다 작은 직경을 가지는, 분리기.

개념 21: 개념 20에 있어서,

상기 스핀 구조부 및 상기 배출통 사이에서 연장된 로드를 더 포함하며,

상기 로드는 상기 분리통 및 상기 배출통 내에서 중심에 정렬되는, 분리기.

개념 22: 개념 21에 있어서,

상기 로드는 속이 빈, 분리기.

개념 23: 개념 20에 있어서,

상기 스핀 구조부는 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)를 포함하며, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 상부, 베이스부 및 상기 베이스부에서 상기 상부까지 연장된 축방향으로 연장된 원뿔 표면부(axially-extending conical surface)를 포함하는, 분리기.

개념 24: 개념 23에 있어서,

상기 스핀 구조부 및 상기 배출통 사이에서 연장된 로드를 더 포함하며, 상기 로드는 상기 분리통 및 상기 배출통 안에서 중심에 정렬되는, 분리기.

개념 25: 개념 24에 있어서,

상기 로드는 속이 빈, 분리기.

Claims

액체/고체 혼합물에서 액체로부터 고체를 분리하기 위한 분리기에 있어서,
고체가 함유된 유체가 유입되는 유입구(inlet)를 포함하고 내경을 한정하는 내벽을 가진 상부 유입 챔버;
상기 상부 유입 챔버에 부착되고, 외경을 한정하는 외벽과, 중심축과, 상부 말단과, 하부 말단과, 저면과, 축방향으로 연장한 원통형의 회전 표면인 내벽을 가지는 분리통; 및
전정 챔버(vestibular chamber);를 포함하고,
상기 상부 말단의 일부는 상기 상부 유입 챔버 내로 연장하고, 상기 상부 말단의 상기 일부는 원심력에 의해 액체로부터 고체를 분리하도록 회전 운동으로 상기 분리통의 상기 상부 말단으로 상기 혼합물을 주입하기 위해 상기 분리통의 상기 내벽을 통해 연장한 복수의 축방향으로 향하는 슬롯을 포함하며,
상기 전정 챔버는 상기 복수의 축방향으로 향하는 슬롯에 인접하여 배치되고, 상기 상부 유입 챔버의 상기 내벽 및 상기 상부 유입 챔버 내로 연장한 상기 분리통의 상기 일부의 외벽에 의해 한정되며,
상기 전정 챔버는 수평으로 배치된 상판(top plate)에 의해 상부 말단에서 더 한정되고, 상기 상판은 상기 분리통의 외경보다 더 크지만 상기 상부 유입 챔버의 내경보다는 더 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 분리기.
제1항에 있어서, 상기 분리통의 상기 하부 말단에 축방향으로 인접한 스핀 구조부(spin structure)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제2항에 있어서, 고체를 수용하기 위해 상기 스핀 구조부 아래에 상부 및 섬프 영역을 가지는 수집 챔버(collection chamber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제3항에 있어서, 상기 스핀 구조부와 상기 섬프 영역 사이에서 고체를 함유하는 물질이 통과할 수 있는 적어도 하나의 개구부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제3항에 있어서, 상기 스핀 구조부는 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)를 포함하며, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 상부와, 베이스부와, 상기 베이스부에서 상기 상부로 연장한 축방향 연장 원뿔 표면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제5항에 있어서, 상기 분리통의 내경에 의해 한정되는 제1직경과 상기 수집 챔버의 내경에 의해 한정되는 제2직경을 더 포함하고,
상기 분리기의 내경은 상기 스핀 구조부의 상부 아래에서 상기 제1직경에서 상기 제2직경을 향해 커지는 것을 특징으로 하는 분리기.
제6항에 있어서, 상기 제1직경에서 상기 제2직경을 향해 커지는 내경을 가지며, 상기 커지는 내경은 상기 분리통과 상기 수집 챔버 사이에서 숄더 영역부(shoulder section)를 형성하며, 상기 숄더 영역부는 상기 분리통의 저면에서 상기 수집 챔버의 상부로 연장하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제7항에 있어서, 적어도 하나의 개구부가 상기 숄더 영역부와 상기 모서리가 없는 원뿔부 사이에 형성되고, 상기 적어도 하나의 개구부는 상기 스핀 구조부와 상기 섬프 영역 사이에서 도관 수단(conduit means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제5항에 있어서, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 하부 영역과 상부 영역을 포함하고, 상기 하부 영역은 제1베이스부와 제1상부 및 상기 제1베이스부에서 상기 제1상부로 연장한 제1 축방향 연장 원뿔 표면부(axially-extending conical surface)를 포함하며, 상기 상부 영역은 상기 제1상부에 의해 형성된 제2베이스부 및 제2상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제9항에 있어서, 상기 제1 축방향 연장 원뿔 표면부는 제1포인트 궤적(locus of points)을 포함하며,
상기 제1포인트 궤적은 상기 제1베이스부와 상기 제1상부 사이에서 제1선(line)을 형성하고, 상기 제1선은 제1경사(slope)를 가지며,
상기 제2 축방향 연장 원뿔 표면부는 제2포인트 궤적을 포함하고, 상기 제2포인트 궤적은 상기 제2베이스부와 상기 제2상부 사이에서 제2선을 형성하며,
상기 제2선은 제2경사를 가지며, 상기 제1경사는 상기 제2경사보다 작은 것을 특징으로 하는 분리기.
제5항에 있어서, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 상기 수집 챔버 내부에 부착되는 복수의 반경 방향의 지지부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 분리기.
액체/고체 혼합물에서 액체로부터 고체를 분리하기 위한 분리기에 있어서,
고체가 함유된 유체가 유입되는 유입구(inlet)를 포함하고 내경을 한정하는 내벽을 가진 상부 유입 챔버;
상기 상부 유입 챔버에 부착되고, 외경을 한정하는 외벽과, 중심축과, 상부 말단과, 하부 말단과, 저면과, 축방향으로 연장한 원통형의 회전 표면인 내벽을 가지는 분리통;
전정 챔버(vestibular chamber);
배출관(exit tube); 및
와류 탐지기(vortex finder);를 포함하고,
상기 상부 말단의 일부는 상기 상부 유입 챔버 내로 연장하고, 상기 상부 말단의 상기 일부는 원심력에 의해 액체로부터 고체를 분리하도록 회전 운동으로 상기 분리통의 상기 상부 말단으로 상기 혼합물을 주입하기 위해 상기 분리통의 상기 내벽을 통해 연장한 복수의 축방향으로 향하는 슬롯을 포함하며,
상기 전정 챔버는 상기 복수의 축방향으로 향하는 슬롯에 인접하여 배치되고, 상기 상부 유입 챔버의 상기 내벽 및 상기 상부 유입 챔버 내로 연장한 상기 분리통의 상기 일부의 외벽에 의해 한정되며,
상기 전정 챔버는 수평으로 배치된 상판(top plate)에 의해 상부 말단에서 더 한정되며,
상기 배출관은 상기 수평으로 배치된 상판 위에 배치되고, 상기 분리통으로부터 걸러진 유체의 유동을 위한 도관(conduit)을 제공하며, 상기 배출관은 배출관 직경을 가지며,
상기 와류 탐지기는 상기 수평으로 배치된 상판에 의존하고, 와류 탐지기 직경을 가지며,
상기 배출관 직경은 상기 와류 탐지기 직경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 분리기.
제12항에 있어서, 상기 분리통의 상기 하부 말단에 축방향으로 인접한 스핀 구조부(spin structure)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제13항에 있어서, 고체를 수용하기 위해 상기 스핀 구조부 아래에 상부 및 섬프 영역을 가지는 수집 챔버(collection chamber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제14항에 있어서, 상기 스핀 구조부와 상기 섬프 영역 사이에서 고체를 함유하는 물질이 통과할 수 있는 적어도 하나의 개구부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제14항에 있어서, 상기 스핀 구조부는 모서리가 없는 원뿔부(truncated cone)를 포함하며, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 상부와, 베이스부와, 상기 베이스부에서 상기 상부로 연장한 축방향 연장 원뿔 표면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제16항에 있어서, 상기 분리통의 내경에 의해 한정되는 제1직경과 상기 수집 챔버의 내경에 의해 한정되는 제2직경을 더 포함하고,
상기 분리기의 내경은 상기 스핀 구조부의 상부 아래에서 상기 제1직경에서 상기 제2직경을 향해 커지는 것을 특징으로 하는 분리기.
제17항에 있어서, 상기 분리기의 내경이 상기 제1직경에서 상기 제2직경을 향해 커짐에 따라 상기 커지는 내경은 상기 분리통과 상기 수집 챔버 사이에서 숄더 영역부(shoulder section)를 형성하며, 상기 숄더 영역부는 상기 분리통의 저면에서 상기 수집 챔버의 상부로 연장하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 개구부가 상기 숄더 영역부와 상기 모서리가 없는 원뿔부 사이에 형성되고, 상기 적어도 하나의 개구부는 상기 스핀 구조부와 상기 섬프 영역 사이에서 도관 수단(conduit means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제16항에 있어서, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 하부 영역과 상부 영역을 포함하고, 상기 하부 영역은 제1베이스부와 제1상부 및 상기 제1베이스부에서 상기 제1상부로 연장한 제1 축방향 연장 원뿔 표면부(axially-extending conical surface)를 포함하며, 상기 상부 영역은 상기 제1상부에 의해 형성된 제2베이스부 및 제2상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
제20항에 있어서, 상기 제1 축방향 연장 원뿔 표면부는 제1포인트 궤적(locus of points)을 포함하며,
상기 제1포인트 궤적은 상기 제1베이스부와 상기 제1상부 사이에서 제1선(line)을 형성하고, 상기 제1선은 제1경사(slope)를 가지며,
상기 제2 축방향 연장 원뿔 표면부는 제2포인트 궤적을 포함하고, 상기 제2포인트 궤적은 상기 제2베이스부와 상기 제2상부 사이에서 제2선을 형성하며,
상기 제2선은 제2경사를 가지며, 상기 제1경사는 상기 제2경사보다 작은 것을 특징으로 하는 분리기.
제16항에 있어서, 상기 모서리가 없는 원뿔부는 상기 수집 챔버 내부에 부착되는 복수의 반경 방향의 지지부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 분리기.