KR101770876B1 - 원심 분리기를 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체로부터 입자를 분리하기 위한 원심 회전자(2)를 구비한 원심 분리기(1), 및 회전 축(R)을 중심으로 원심 회전자(2)를 회전시키기 위한 구동 장치(16, 7)를 포함하는, 입자로 오염된 기체의 세정 장치이며, 구동 장치는 원심 회전자(2)에 구동식으로 연결된 충동 터빈(16) 및 가압 유체를 위한 노즐(17)을 포함하고, 충동 터빈(16)에는 버킷(16a)에 대해 지향된 노즐(17)로부터 가압 유체의 제트(J)를 수용하기 위한 버킷(16a)이 구비되고, 버킷(16a)은 유체 제트 방향이 버킷(16a)의 높이(H)를 따라 역전되도록 구성되고, 버킷(16a)의 높이(H)는 노즐 개방부(17a)의 직경의 2 - 3배인 것을 특징으로 한다.

Description

원심 분리기를 포함하는 장치 {A DEVICE COMPRISING A CENTRIFUGAL SEPARATOR}

본 발명은 입자로 오염된 기체를 세정하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 기체로부터 입자를 분리하기 위한 원심 회전자를 구비한 원심 분리기를 포함한다. 이 장치는 회전 축을 중심으로 원심 회전자를 회전시키기 위한 구동 장치를 추가로 포함한다. 구동 장치는 원심 회전자에 구동식으로 연결된 충동 터빈 및 가압 유체를 위한 노즐을 포함한다. 충동 터빈에는 버킷에 대해 지향된 노즐로부터 가압 유체의 제트를 수용하기 위한 버킷이 구비되고, 버킷은 유체 제트 방향이 버킷의 높이를 따라 역전되도록 구성된다.

WO 99/56883 A1호는 기체로부터 입자를 분리하기 위한 원심 회전자를 구비한 원심 분리기를 갖는 이전에 공지된 장치를 개시한다. 원심 분리기는 연소 기관에 의해 발생되는 압력 유체 의해 구동되도록 배열되고, 원심 회전자에는 압력 유체에 의해 회전되도록 구성된 공압식 또는 유압식 모터, 예를 들어 터빈이 구비된다. 이러한 공지된 장치의 구동 장치는 원심 회전자의 매우 높은 회전 속력 및 원심 분리기가 연소 기관 부근의 원하는 위치에 위치될 수 있음을 간단한 방식으로 가능케 한다. 이로 인해, 장치는 연소 기관으로부터의 크랭크실 가스를 세정하는데 유용하게 된다.

WO 2011/005160 A1호는 충동 터빈을 거쳐 압력 유체에 의해 구동되는 원심 회전자를 구비한 크랭크실 가스를 세정하기 위한 원심 분리기를 포함하는 추가의 장치를 개시한다. 특히, (도 1 및 도 29 - 도 34에 더 상세하게 도시되어 있는) 충동 터빈에는 버킷에 대해 지향된 노즐로부터 가압 유체의 제트를 수용하기 위한 버킷이 구비된다. 버킷은 유체 제트 방향이 버킷의 높이를 따라 역전되도록 구성된다. 이러한 터빈은 원심 회전자를 구동하는데 있어서 간단하고 효과적인 것으로 입증되었다.

이러한 구동 장치는 흔히 원심 분리기의 특정 작동 조건에 대해 구성된다. 하나의 태양은 구동 장치를 가능한 한 효율적으로 만드는 것이다. 원심 분리기의 분리 효율을 유지 또는 심지어 증가시키면서, 구동 장치의 에너지 소비를 최소로 유지하는 것이 요망된다.

본 발명의 목적은 원심 분리기를 위한 구동 장치의 효율을 증가시키는 것이다.

이러한 목적은 버킷의 높이가 노즐 개방부의 직경의 2 - 3배인 것을 특징으로 하는 처음에 정의된 장치에 의해 달성된다.

이전에 공지된 충동 터빈은 노즐 개방부의 직경의 대략 5배의 버킷의 높이를 가졌다. 본 발명에 따라 이러한 높이를 단축함으로써, 충동 터빈의 효율은 대단히 증가된다. 따라서, 원심 회전자를 구동하기 위한 동력은 높은 회전 속력에서 더 효율적으로 이용된다. 충동 터빈은 고속 회전에 대해 최적화되고, 이에 의해 원심 분리기에 대한 더 양호한 분리 성능이 달성된다. 유체 제트는 유체 제트의 유입 부분과 역전 부분 사이에서 충돌을 일으키기 때문에 버킷 내부에서 이동해야 하는 거리가 짧을수록 더 양호하다. 그러나, 버킷의 높이는 유체 제트의 직경의 2배 미만이어서는 안 된다. 그러한 충돌은 터빈의 효율을 상당히 감소시킨다.

노즐 직경의 3배를 초과하는 버킷의 높이가 또한 높은 회전 속력에서 충동 터빈의 효율을 감소시킬 것이다. 이유는 원심 회전자의 고속 회전이 유체 제트가 버킷 내부에서 더 긴 거리를 이동하여 효과적으로 역전되기에 충분한 시간을 제공하지 않기 때문이다. 따라서, 충동 터빈은 유체 제트가 충분히 역전되기 전에 회전하여 노즐로부터 너무 멀리 향한다. 그러므로, 유체 제트로부터의 충격은 터빈으로 비효과적으로 전달된다. 충동 터빈 및 원심 회전자는 6,000 내지 14,000rpm의 범위의 속력으로 회전할 수 있다. 본 발명에 따라 터빈의 높이를 감소시킴으로써, 유체 제트는 적시에 역전되고, 터빈의 효율은 더 높은 속력 범위에서 크게 개선된다. 새로운 터빈이 여기서 이전에 공지된 터빈과 비교하여 유체 상의 소정 압력 및 노즐 크기에서 5,000rpm의 속도에서 이미 원심 회전자를 구동하기 위한 더 높은 동력 출력을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 감소된 크기의 터빈 또는 구동 장치를 제공한다. 이는, 예를 들어, 크랭크실 가스 세정에 있어서 매우 중요한 태양이다. 크랭크실 가스 세정에 있어서, 원심 분리기는 차량의 연소 기관 내부에 또는 그 주변 중 어느 한쪽에서, 매우 제한된 공간 내에 장착되도록 구성되어야 한다. 구동 장치를 구비한 원심 분리기는 엔진 룸 내부에 또는 연소 기관 내의 (예컨대, 실린더 헤드 커버 또는 밸브 커버 내의) 한정된 공간 내부에 장착될 수 있다.

노즐의 직경의 2 내지 3배의 상기 간격 내에서, 버킷의 높이는 유리하게는 간격의 낮은 영역, 즉 노즐 개방부의 직경의 2 내지 2.5배 내에 있을 수 있다. 또한, 이러한 더 좁은 간격 내에서, 상기 높이는 유리하게는 노즐 개방부의 직경의 2.3배일 수 있다.

충동 터빈 또는 원심 회전자는 수평 회전 축 또는 수직 회전 축 중 어느 하나를 가질 수 있다. 따라서, 버킷의 "높이"라는 용어는 이러한 구성요소들의 수직 배향을 의미하지 않는다. 대신에, 충동 터빈 및 원심 회전자는 수평 회전 축을 중심으로 회전하도록 배열될 수도 있다. 충동 터빈이 원통형 형상을 갖는 것으로 간주되면, "높이"는 그러한 원통의 길이 방향으로의 연장이다.

유체 제트는 기체 형태일 수 있지만, 더 바람직하게는 더 큰 구동력을 발생시키는 액체이다.

충동 터빈의 반경은 유리하게는 유체 제트가 버킷과 부딪치도록 배열되는 반경에서의, 유체 제트 속력과 충동 터빈의 접선 속력 사이의 비율이 원심 분리기의 작동 중에 2 - 3이도록 구성될 수 있다. 따라서, 유체 제트 속력은 작동 시에 충동 터빈의 접선 속력의 2배 이상 3배 이하이다(또는 바꾸어 말하면; 터빈의 접선 속력은 유체 제트 속력의 1/3 내지 1/2이다). 장치의 몇몇 작동 조건이 여러 차례 주어진다. 예를 들어, 유체 제트 속력은 특정 노즐 및 유체 상의 소정의 작동 압력에 의해 주어질 수 있다. 입력 조건이 주어지면, 터빈은 인가되는 부하에 의존하여 상이한 속력으로 운전될 것이다. 그러나, 원심 회전자는 의도된 회전 속력 및 단위 시간당 원심 회전자를 통해 유동하는 기체의 양에 의존하는 특정 부하 범위 내에서 작동하도록 의도된다. 따라서, 터빈 반경은 이러한 작동 조건에 비추어, 유체 제트 속력이 터빈의 접선 속력의 2 내지 3배이도록 구성된다. 이러한 범위 내에서, 본 충동 터빈의 동력 곡선은 최대가 된다.

이러한 방식으로, 터빈 효율은, 예를 들어, WO 2011/005160 A1호에 따른 이전의 충동 터빈에 비해 더욱 증가되었다. 이전의 터빈은 상당히 더 큰 반경을 가졌다. 사실, 새로운 터빈 반경은 이전의 터빈 반경의 거의 절반이고, 아울러 주어진 유체 압력에서 더 높은 회전 속력을 산출한다. 따라서, 터빈 및 구동 장치의 크기는 더욱 감소되고, 원심 회전자의 회전 속력은 증가된다. 상기 범위 내에서, 충동 터빈의 반경은 유리하게는 비율이 2.2 - 2.6이도록 구성될 수 있다. 이는 또한 유리하게는 상기 비율이 2.4이도록 구성될 수 있다. 따라서, 원심 분리기의 최적 작동 조건에서, 유체 제트 속력은 유체 제트가 버킷과 부딪치는 지점에서의 접선 터빈 속력의 2.4배이다.

노즐의 개방부는 충동 터빈으로부터 0.5 - 5mm의 거리에 배열될 수 있다. 유체 제트가 노즐을 진출할 때, 제트의 직경은 원추식으로 확장되어, 노즐 개방부로부터의 거리에 따라 덜 집약되거나 집중된다. 노즐 개방부는 버킷에 가능한 한 가까워야 한다. 이러한 방식으로, 유체 제트로부터의 충격은 유체 제트가 노즐 개방부에 근접하여 상대적으로 집약되므로, 버킷 상에 더 효과적으로 작용한다. 또한, 이들이 서로 더 가까울수록, 유체 제트의 직경은 노즐 개방부의 직경과 더 유사하다. 따라서, 유체 제트의 직경은 상기 거리가 짧을 때 노즐 개방부의 직경과 실질적으로 동일하다. 그러나, 제조 공차가 이러한 거리를 0.5mm로 제한하고, 이는 더 짧은 거리가 작동 중에 노즐과 충동 터빈이 서로 접촉함으로써 구동 장치에 대한 손상을 일으키기 때문이다.

충동 터빈의 버킷은 바람직하게는 버킷의 높이를 따라 유체를 역전시키기 위한 내측의 만곡된 부분을 갖도록 구성될 수 있고, 내측의 만곡된 부분은 방사상 외측 방향으로 발산하는 외측의 직선 부분들로 전이한다. 버킷의 직선의 외측으로 발산하는 부분은 유체 제트를 버킷의 만곡된 부분 내로 그리고 그의 외부로 공급하도록 구성된다. 따라서, 유체 제트가 버킷의 상반부로 진입하면, 상부 직선 부분은 유체 제트를 만곡된 부분 내로 안내하고, 하부 직선 부분은 유체 제트를 버킷의 외부로 안내한다.

상기한 바와 같이, 원심 분리기는 유리하게는 작동 중에 내연 기관에 의해 생성되는 크랭크실 가스를 세정하도록 구성될 수 있고, 노즐은 연소 기관의 유체 압력 공급원에 연결 가능하다. 이 장치는 상대적으로 작은 크기의 구동 장치 때문에, 크랭크실 가스를 세정하는데 특히 적합하다. 또한, 충동 터빈은 크랭크실 가스 세정과 관련된 작동 범위 내에서, 예컨대, 원하는 높은 회전 속력 및 원심 회전자 상의 실제 부하의 측면에서 매우 효과적임을 알았다. 상기한 바와 같이, 원심 회전자의 회전 속력은 통상 6,000 내지 14,000rpm의 범위이다. 원심 회전자 상의 부하는 회전 속력 및 단위 시간당 원심 회전자를 통해 유동하는 기체의 양에 따라 증가한다. 원심 분리기를 통한 크랭크실 가스 유량 또는 소위 블로우-바이 가스 유량은 연소 기관 및 그의 작동 조건에 따라 분당 40 내지 800리터의 범위일 수 있다. 또한, 유체는 바람직하게는 액체이고, 유체 압력 공급원은 연소 기관의 액체 펌프이다. 이는 액체가 그의 높은 밀도로 인해 기체보다 더 많은 동적 에너지를 제공하기 때문이다.

연소 기관의 유체 압력 공급원은, 예를 들어, 연소 기관에 구동식으로 연결되는 오일 펌프 또는 워터 펌프일 수 있다. 따라서, 충동 터빈을 구동하기 위한 유체는 상기 오일 펌프 또는 워터 펌프에 의해 각각 가압되는 오일 또는 물일 수 있다. 많은 경우에, 펌프 속력은 엔진 속력에 의존하고, 이에 의해 엔진 속력의 감소는 펌프로부터의 액체에 대한 더 낮은 압력을 제공한다. 그러나, 본 충동 터빈은 상기한 작동 범위 내에서 그리고 특히 압력 공급원이 상대적으로 낮은 압력(예컨대, 2 - 5바의 최대 압력)을 발생시킬 때 매우 효율적이다.

구동 장치에는 충동 터빈 및 노즐을 위한 하우징이 제공될 수 있고, 하우징은 원심 회전자를 위한 구동 챔버를 봉입한다. 이러한 하우징에는 또한 노즐을 위한 도관을 포함하는 벽 요소가 제공될 수 있고, 도관은 연소 기관에 연결 가능한 접속 표면에 유체 압력 공급원으로의 연결부를 갖는다. 이는 연소 기관에 구동 장치를 연결하는 간단하고 효과적인 방법을 제공한다. 본 발명은 터빈의 크기가 감소되므로, 매우 콤팩트한 하우징이 제공될 수 있는 점에서 개선된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 실시예의 설명에 의해 추가로 설명될 것이다.

도 1은 충동 터빈을 구비한, 원심 회전자를 갖는 원심 분리기의 종단면도를 도시한 것이다.
도 2는 분리된 충동 터빈 및 노즐의 도면을 도시한 것이다.
도 3은 분리된 충동 터빈 및 노즐의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 충동 터빈의 버킷을 따른 종단면도를 도시한 것이다.

도 1은 연소 기관으로부터의 크랭크실 가스를 세정하기 위한 장치를 도시한 것이다. 이 장치는 회전 축(R)을 중심으로 회전 가능한 원심 회전자(2)를 구비한 원심 분리기(1)를 포함한다. 원심 회전자(2)는 고정 하우징(4) 내부의 분리 챔버(3a) 내에 위치된다. 고정 하우징(4)은 오염된 크랭크실 가스를 원심 회전자(2) 내부의 중심 공간(6) 내로 유도하도록 구성된 기체 입구(5)를 갖는다. 원심 회전자(2)는 서로 상하로 배열된 분리 디스크(7a)들의 스택을 포함한다. 분리 디스크(7a)는 기체의 중심 공간(6)으로부터 방사상 외측으로의 관통 유동을 위한 축방향 간극(8)을 제공하기 위한 신장된 디스턴스(distance) 부재(7b)를 포함한다. 디스턴스 부재(7b)의 높이는 축방향 간극(8)의 크기를 결정한다. 몇 개의 분리 디스크(7a)만이 간극(8)에 대해 매우 과장된 크기로 도시되어 있다. 실제로, 원심 회전자(2)는 훨씬 더 작은 간극(8)을 구비한 훨씬 더 많은 개수의 분리 디스크(7a)를 포함한다.

작동 중에, 원심 회전자(2)는 기체를 회전시키고, 이에 의해 기체가 원심 회전자(2)의 간극(8)을 통해 유동할 때 오염물이 원심력에 의해 분리된다. 간극(8)은 원심 회전자(2)를 둘러싸는 분리 챔버(3a)의 방사상 외측 부분으로 개방된다. 세정된 기체는 분리 챔버(3a)의 이러한 외측 부분 내로 토출되고, 압력 조절 밸브(9a) 및 기체 출구(9b)를 거쳐 원심 분리기(1)의 외부로 유도된다. 압력 조절 밸브(9a)는 크랭크케이스 내부의 기체 압력을 안전 범위 내에서 유지하도록 제공된다. 회전하는 기체 상에 작용하는 원심력은 입상 오염물을 분리 디스크(7a)의 표면 상에 퇴적시킬 것이다. 분리된 오염물은 그 후에 원심 회전자(2)의 분리 디스크(7a)로부터 고정 하우징(4)의 내부 벽 상으로 이송될 것이다. 오염물은 그 다음 수집된 오염물을 원심 분리기(1)의 외부로 유도하기 위한 배출 출구(10b)와 연통하는 환상 수집 홈(10a)으로 내벽을 따라 유동할 수 있다.

분리 디스크(7a)들의 스택은 고정 하우징(4) 내에서 원심 회전자(2)를 회전 가능하게 지지하는 샤프트(11) 상에 배열된다. 샤프트(11)는 제1 베어링 유닛(12) 내에서 지지되는 제1 단부(11a)를 갖는다. 제1 베어링 유닛(12)은 베어링(12a) 및 기체 입구(5)에서 하우징(4)에 연결된 베어링 홀더(12b)를 갖는다. 제1 베어링 홀더(12b)는 캡 형상이며 기체 입구(5)를 가로질러 배열되고, 베어링 홀더(12b)에는 크랭크실 가스가 기체 입구(5)로부터 원심 회전자(2) 내부의 중심 공간(6) 내로 통과하도록 하는 개구(12c)가 제공된다. 또한, 제2 베어링 유닛(13)은 샤프트의 제2 단부(11b) 부근에 배열된다. 따라서, 제1 베어링 유닛(12)과 제2 베어링 유닛(13)은 분리 디스크(7a)들의 스택의 양쪽 면에 배열된다. 제2 베어링 유닛(13)은 격벽(14)을 거쳐 하우징(4)에 연결되는 베어링 홀더(13b) 내의 베어링(13a)을 포함한다.

격벽(14)은 하우징(4)의 내부를 분리 챔버(3a) 및 구동 챔버(3b)로 분할한다. 원심 회전자(2)를 위한 구동 챔버(3b)는 격벽(14) 아래에 도시되어 있다. 하우징(4)은 분리 챔버(3a)를 위한 제1 하우징 부분(4a) 및 구동 챔버(3b)를 위한 제2 하우징 부분(4b)을 갖는다. 제1 하우징 부분(4a)과 제2 하우징 부분(4b)은 나사(15)에 의해 서로 연결되고, 격벽(14)은 하우징 부분(4a, 4b)들 사이에 클램핑되도록 배열된다. 샤프트(11)는 격벽(14)을 통해 구동 챔버(3b) 내로 연장한다. 구동 챔버(3b)는 원심 회전자(2)를 위한 구동 장치를 봉입한다. 구동 장치는 샤프트의 제2 단부(11b)에 구동식으로 연결된 충동 터빈(16)을 포함한다. 따라서, 충동 터빈(16)은 원심 회전자(2)를 회전시키도록 배열된다. 충동 터빈(16)에는 버킷(16a)에 대해 지향된 (도 1에는 도시되지 않은) 노즐로부터 가압 오일의 제트를 수용하기 위한 버킷(16a)이 구비된다. 버킷(16a)은 오일 제트 방향이 버킷(16a)의 높이(H)를 따라 역전되도록 구성된다. 이러한 경우에, 버킷의 높이(H)는 수직 방향에서 측정된다.

도 2는 충동 터빈(16) 및 노즐(17)을 분리하여 도시한 것이다. 도시된 노즐(17)은 구동 챔버 하우징(4b)의 벽 부재(4c) 내에 배열된다. 노즐(17)은 벽 부재(4c) 내부의 (도시되지 않은) 도관을 통해 연소 기관의 윤활 오일 펌프에 연결된다. 따라서, 엔진이 운전될 때, 윤활 오일 펌프는 충동 터빈(16) 및 원심 회전자(2)를 회전시키기 위해 노즐(17)에 대해 가압 오일을 송출한다. 도시된 바와 같이, 충동 터빈(16)에는 샤프트(11)로의 연결을 위한 중심 관통 구멍(16b)이 구비된다. 또한, 제2 베어링 유닛(13)과 대면하는 충동 터빈(16)의 상부 표면은 한 쌍의 환상 리브(16c)를 갖도록 구성된다. 장착 위치에서, 환상 리브(16c)는 제2 베어링 홀더(13b)의 일 부분을 둘러싸서 래비린스 시일(labyrinth seal)을 형성한다. 충동 터빈(16)이 회전할 때, 배출 출구(10b)로부터의 분리된 오염물은 제2 베어링(13a)을 통해 그리고 래비린스 시일을 통해 구동 챔버(3b) 내로 유동한다. 노즐(17)은 그의 노즐 개방부(17a)가 터빈(16)에 대한 접선 방향에서 버킷(16a)에 대해 지향된 채로 버킷(16a)에 매우 근접하여 배치된다. 이는 또한 터빈(16) 및 노즐(17)의 단면을 도시하는 도 3에서 볼 수 있다. 오일 제트로부터의 충격은 유체 제트가 상대적으로 노즐 개방부(17a)에 근접하여 집약되므로, 버킷(16a) 상에 더 효과적으로 작용한다. 실제로, 노즐의 개방부(17a)는 충동 터빈(16)으로부터 0.5 - 5mm의 거리에 배열된다.

또한, 버킷(16a)의 높이(H)는 노즐 개방부(17a)의 직경의 2 - 3배이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐 개방부(17a)는 버킷(16a)의 상반부 내로 오일 제트를 지향시키도록 배치된다. 버킷(16a)의 내부는 충격이 터빈(16) 상에 제공되어 원심 회전자(2)를 회전시키도록, (도 4에도 도시된) 버킷(16a)의 높이(H)를 따라 오일 제트(J)의 방향을 역전시키도록 곡률(16d)을 갖도록 구성된다. 따라서, 버킷(16a)의 상반부 내에서 오일 제트(J)를 수용하고, 그 안에서 오일 제트는 역전되어 버킷(16a)의 하반부를 진출한다. 그러한 높이(H)를 구비한 충동 터빈은 특히 크랭크실 가스의 세정을 위한 원심 회전자의 고속 회전(예컨대, 6,000 - 14,000rpm)에서 매우 효율적임을 알았다.

도 3은 도 2에 따른 충동 터빈(16) 및 노즐(17)의 (즉, 수평면 내에서 취한) 단면을 도시한 것이다. 상기한 바와 같이, 노즐 개방부(17a)가 터빈(16)의 접선 방향에서 버킷(16a)에 대해 지향되는 것을 알 수 있다. 오일 제트(J)는 노즐 개방부(17a)로부터 속력(V1)으로 방출된다. 오일 제트의 속력(V1)은 엔진 속력에 따라 다소 변할 수 있고, 이는 오일 펌프가 오일 압력이 엔진 속력에 따라 변하는 방식으로 엔진에 연결되기 때문이다. 따라서, 오일 압력의 증가는 또한 오일 제트 속력(V1)을 증가시키고, 이에 의해 충동 터빈(16) 및 원심 회전자(2)는 더 빠르게 회전한다. 오일 제트의 지배적인 속력(V1)은, 예를 들어, 오일 체적 유동을 노즐 개방부(17a)의 단면적에 의해 나눔으로써 구할 수 있다. 충동 터빈(16)은 유체 제트가 버킷(16a)과 부딪히는 반경(R)에서 접선 속력(V2)을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 반경(R)은 충동 터빈(16)의 중심으로부터 버킷(16a)의 중심까지의 거리이다. 충동 터빈(16)은 오일 제트 속력(V1)과 접선 속력(V2)의 비율(V1/V2)이 원심 분리기의 작동 중에 2 - 3이 되는 이러한 반경(R)을 갖도록 치수 설정된다. 따라서, 오일 제트 속력(V1)은 반경(R)에서의 충동 터빈의 접선 속력(V2)의 2배 이상 3배 이하이다. 이러한 범위 내에서, 충동 터빈의 동력 곡선은 최대가 되고, 이때 터빈 효율은 원심 회전자를 구동하기 위한 이전의 충동 터빈에 비해 더욱 증가되었다.

오일 제트 속력(V1)은 통상 (예컨대, 대형 트럭용) 연소 기관의 정상 작동 중에 20m/s 내지 30m/s의 범위일 수 있고, 여기서 반경(R)에서의 접선 속력(V2)은 오일 제트 속력(V1)의 1/2 내지 1/3이 되도록 설계된다. 따라서, 원하는 높은 회전 속력(6,000 내지 14,000rpm) 및 원심 회전자 상의 실제 부하(분당 40 내지 800리터의 블로우-바이 가스 유량)를 고려할 때, 본 발명의 충동 터빈은 통상 대략 10mm 내지 15mm의 반경(R)을 갖도록 배열된다. 반경(R)이 버킷(16a)의 중심까지 측정되므로, 충동 터빈의 외측 주연부까지 측정된 반경은 다소 더 크다(예컨대, 2 또는 3mm 더 김). 또한, 노즐 개방부(17a)의 직경은, 예를 들어, 2.1mm 내지 2.9mm의 범위일 수 있고, 버킷(16a)은 노즐 개방부(17a)의 직경과 대체로 동일한 폭을 갖는다. 결과적으로, 충동 터빈(16)은 상대적으로 작은 크기이다.

도 4는 버킷의 높이(H)를 따른 종단면도를 도시한 것이다. 오일 제트(J)는 큰 화살표에 의해 표현되어 있다. 또한, 버킷(16a)은 외측으로 발산하는 상부 및 하부 직선 부분(16e)들로 전이하는 만곡된 부분(16d)으로 구성된다. 버킷(16a)의 직선의 외측으로 발산하는 부분(16e)은 오일 제트(J)를 버킷(16a)의 만곡된 부분(16d) 내로 그리고 그의 외부로 공급하도록 구성된다. 따라서, 오일 제트(J)가 버킷의 상반부로 진입하면, 상부 직선 부분(16e)은 오일 제트(J)를 만곡된 부분(16d) 내로 안내하고, 하부 직선 부분(16e)은 오일 제트(J)를 버킷(16a)의 외부로 안내한다. 버킷(16a)의 직선 부분(16e)은 대안적으로, 특히 오일 제트(J)를 버킷(16a)의 만곡된 부분(16b) 내로 안내 또는 공급할 필요가 없으면, 평행하게 연장하도록 배열될 수 있다. 이는, 예를 들어, 노즐 개방부(17a)가 버킷(16a)의 높이(H) 내에 잘 위치되면, 필요치 않을 것이다. 버킷(16a)의 만곡된 부분(16d)은 오일 제트(J)가 터빈(16) 상에 충격을 제공하도록 역전되는 곳이다. 그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 버킷(16a)의 높이(H)는 사실 만곡된 부분(16d)의 높이만으로서 측정된다. 그러나, 실제로, 높이(H)는 버킷(16a)의 개방부에서 측정되어, 만곡된 부분(16b) 및 직선 부분(16e)들 모두를 포함할 수도 있고, 이는 이러한 높이가 만곡된 부분(16b)의 높이(H)와 실질적으로 동일하기 때문이다.

Claims (14)

1. 기체로부터 입자를 분리하기 위한 원심 회전자(2)를 구비한 원심 분리기(1), 및 회전 축(R)을 중심으로 원심 회전자(2)를 회전시키기 위한 구동 장치(16, 17)를 포함하는, 입자로 오염된 기체의 세정 장치이며,
   구동 장치는 원심 회전자(2)에 구동식으로 연결된 충동 터빈(16) 및 가압 유체를 위한 노즐(17)을 포함하고, 충동 터빈(16)에는 버킷(16a)에 대해 지향된 노즐(17)로부터 가압 유체의 제트(J)를 수용하기 위한 버킷(16a)이 구비되고, 버킷(16a)은 유체 제트 방향이 버킷(16a)의 높이(H)를 따라 역전되도록 구성되고, 버킷의 높이(H)는 노즐 개방부(17a)의 직경의 2 - 3배인 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 버킷(16a)의 높이(H)는 노즐 개방부(17a)의 직경의 2 - 2.5배인 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 버킷(16a)의 높이(H)는 노즐 개방부(17a)의 직경의 2.3배인 장치.
4. 제1항에 있어서, 충동 터빈(16)은 유체 제트(J)가 버킷(16a)과 부딪히도록 배열된 반경(R)에서의 유체 제트 속력(V1)과 터빈의 접선 속력(V2) 사이의 비율(V1/V2)이 원심 분리기(1)의 작동 중에 2 - 3이 되는 반경(R)을 갖도록 구성되는 장치.
5. 제4항에 있어서, 충동 터빈(16)의 반경(R)은 상기 비율(V1/V2)이 2.2 - 2.6이도록 구성되는 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 충동 터빈(16)의 반경(R)은 상기 비율(V1/V2)이 2.4이도록 구성되는 장치.
7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 노즐(17)의 개방부(17a)는 충동 터빈(16)으로부터 0.5 - 5mm의 거리에 배열되는 장치.
8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 충동 터빈(16)의 버킷(16a)은 버킷(16a)의 높이(H)를 따라 유체를 역전시키기 위한 내측의 만곡된 부분(16d)을 갖도록 구성되고, 내측의 만곡된 부분(16d)은 방사상 외측 방향으로 발산하는 외측의 직선 부분(16e)으로 전이하는 장치.
9. 제1항 또는 제4항에 있어서, 노즐(17)은 내연 기관의 유체 압력 공급원에 연결 가능하고, 원심 분리기(1)는 작동 중에 내연 기관에 의해 생성되는 크랭크실 가스를 세정하기 위해 배열되는 장치.
10. 제9항에 있어서, 유체는 액체이고, 유체 압력 공급원은 연소 기관의 액체 펌프인 장치.
11. 제10항에 있어서, 유체는 오일 또는 물이고, 유체 압력 공급원은 각각 오일 펌프 또는 워터 펌프인 장치.
12. 제1항 또는 제4항에 있어서, 충동 터빈(16) 및 노즐(17)을 위한 하우징(4b)을 추가로 포함하고, 하우징(4b)은 원심 분리기(1)의 구동 챔버(3b)를 봉입하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 원심 분리기는 충동 터빈(16) 및 노즐(17)을 위한 하우징을 형성하는 제2 하우징 부분(4b)에 연결 가능한, 원심 회전자(2)를 위한 제1 하우징 부분(4a)을 포함하는 장치.
14. 제1항 또는 제4항에 있어서, 원심 회전자(2)는 기체로부터 입자를 분리하기 위한 분리 디스크(7a)의 스택을 포함하는 장치.

Images