KR102483005B1 - 원심분리기 - Google Patents

Abstract

정지 케이싱(11)은 인클로저 및 상기 인클로저에 회전 가능하게 장착되는 회전자(20), 즉 필터 하우징을 규정하며, 회전자(20)는 그 내부의 청소를 가능하게 하는 뚜껑 또는 커버(24)를 갖는다. 전기 회전 센서는 회전자에 장착되는 제1 전기 코일(51) 및 케이싱(11)에 장착되며 전원(43)에 연결 가능한 제2 전기 코일(41)로서 제공된다. 제2 코일(41)과 관련된 프로세서(42)와 같은 전압 감지 수단은 회전자의 회전시 제2 코일에 유도된 전압 진동을 탐지하며 이것은 회전자 속도를 계산하고 보여주기 위해 사용될 수 있다. 제1 코일(51)은 소정의 위치에서 회전자(20)의 내부로 노출된, 바람직하게는 커버(24)를 관통하는, 전극들(53, 54)을 포함하는 회로에 연결된다. 제2 코일(41)에 걸친 전압은 이들 전극들이 회전자의 내부에 축적된 물질과 접촉되는 경우 변하며 이 변화는 탐지되어 회전자의 청소가 필요하다는 표시를 제공한다. 영구 자석(60)은 회전자(20)에 장착되며 이에 의해 배터리(43)는 회전자(20)의 회전시 고정자 코일(41)을 통해 자동적으로 충전된다.

Description

원심분리기

본 발명은 원심분리기에 관한 것이다.

원심분리기는 내연기관의 윤활유 회로로부터 오염 입자들을 제거하기 위해 그리고 다양한 산업 프로세스들에서 액체들로부터 입자상 물질을 분리하기 위해 또는 상이한 밀도들의 액체들을 분리하기 위해 잘 알려져 있다. 오염물들은 원심분리기 내에 쌓여지며, 작동의 효율성을 유지하기 위하여 정기적으로 깨끗이 치워져야 하는 것이 필수적이다. 산업용 및 비지속적인 사용 엔진 적용들에 대해서는, 사용자가 청소를 위해 언제 원심분리기를 여는 것이 필요한지 또는 적절한지를 아는 것이 어렵다. 너무 오래 방치된 원심분리기는 슬러지 컴팩트를 발생시킬 수 있으며 이것은 너무 단단하고 제거하기가 어려우며 무거운 회전자(rotor)를 야기한다. 반대로, 너무 이른 정비 간격으로 개방되는 원심분리기는 검사에 귀중한 정비시간을 허비할 수 있으며 교체 가능한 부품들, 예를 들면 페이퍼 인서트 또는 라이너의 너무 이른 사용을 결과시킬 수 있다. 따라서, 원심분리기 어셈블리를 정지시키거나 개방할 필요 없이 언제 원심분리기가 청소되어야 하는지를 아는 것은 유용할 것이다.

육안 검사를 위해 어셈블리를 개방하거나 그 작동을 정지시키지 않고 언제 원심분리기가 청소될 필요가 있는지를 나타내는 어떤 수단을 갖는 원심분리기를 제공하는 것이 바람직하다. 또한 동력 필요를 최소화하고 외부 전원에 대한 필요를 피하고 부품들의 교체에 대한 필요를 최소화하는 것이 바람직하다.

유럽 특허 공보 EP 0872282 A는 그 내부의 충전 액체의 정도를 측정하기 위해 초음파 센서가 제공된 원심분리기 회전자를 개시한다. 이것은 대부분의 상황들에서 실용적이지 않다.

독일 특허 공보 DE 10103997은 원심분리기의 회전자와 관련된 고정 회로의 전기 정전용량을 측정하기 위한 장치를 개시하며, 용량의 변화는 분리된 입자들로 회전자의 채워짐을 표시한다.

예를 들면, 마커(marker)를 탐지하기 위해 케이싱 내에 또는 외부에 장착되는 광학적 감지 수단 또는 다른 신호 수신 부품들 또는 회전하는 회전자 상의 송신기를 포함하는 다양한 회전 센서들이 원심 분리기를 위해 제안된다.

본 발명의 목적은 원심분리기의 정비 준비를 나타내는 개선된, 대안적 수단을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 원심분리기를 위한 자가 동력(self-powered) 회전 센서를 제공하는 것이다.

본 발명은, 제1 태양(aspect)으로서, 인클로저(enclosure) 및 상기 인클로저에 회전 가능하게 장착되는 회전자(rotor), 즉 필터 하우징을 규정하는 정지 케이싱을 포함하며, 회전자는 그 내부의 청소를 가능하게 하는 뚜껑 또는 커버를 가지며 케이싱은 회전자로의 접근을 가능하게 하는 수단을 포함하는, 원심분리기에 있어서; 전기 회전 센서는 회전자에 장착되며 제1 코일을 포함하는 제1 전기 회로 수단, 케이싱에 장착되며 전원에 연결 가능한 제2 코일을 포함하는 제2 전기 회로 수단, 및 회전자의 회전시 제2 코일에 유도된 전압 진동을 탐지하기 위한 제2 회로와 관련된 전압 감지 수단으로서 제공되며; 제1 회로 수단은 소정의 위치에서 회전자의 내부로 노출된 전극들을 포함하며, 이에 의해 상기 전극들이 회전자의 내부의 상기 위치에서 축적된 물질에 의해 접촉되는 경우 제2 코일에 걸친 전압의 탐지 가능한 차이를 발생시킨다.

바람직한 실시형태들에서, 제1 전기 회로 수단은 회전자의 뚜껑 또는 커버에 장착된다. 따라서 기존의 원심분리기에 새로 장착(retrofit)될 수 있으며 단지 회전자의 뚜껑 또는 커버만이 교체될 필요가 있다. 케이싱의 제거 가능한 부분은 또한 관련 제2 회로 수단, 전원 및 전압 감지 수단이 설치되는 대응 부분에 의해 대체될 수 있다.

요구되는 경우, 전기 회전 센서는 회전자의 회전 속도를 계산하고 보여주기 위해 작동되는 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 적용들에서는 사용자가 회전자의 작동 속도를 아는 것이 바람직할 수 있다.

또 다른 발전형태에서는, 외부 전원 또는 배터리 전원 교체에 대한 필요가 회전자에 영구 자석의 장착에 의해 회피될 수 있으며, 이에 의해 케이싱에 장착된 배터리 전원은 회전자의 회전시 제2 회로 수단을 통해 자동적으로 충전될 수 있다.

또한, 일부 실시형태들에서는, 상술한 영구 자석 장치를 통한 충전이 원심분리기의 회전 동안 연속적으로 발생하는 동안, 시스템의 탐지부(detection part), 즉 전압 감지 수단에 의해 구현되는 바와 같은 회전 센서 및 및 충전 탐지기(fill detector)는 단지 간헐적으로만 작동될 수 있다. 이러한 방식으로 에너지가 절약된다.

일부 다른 실시형태들에서는, 별개의 충전 코일이 사용될 수 있다. 환언하면, 회전 및 충전 탐지의 목적을 위한 제1 고정자 코일 및 회전자에 장착되는 영구 자석의 제공을 통한 배터리 충전의 목적을 위한 제2 고정자 코일이 있을 수 있다.

제2 태양에 따르면, 본 발명은 인클로저 및 상기 인클로저에 회전 가능하게 장착되는 회전자(rotor), 즉 필터 하우징을 규정하는 정지 케이싱, 회전자에 장착되는 제1 센서 장치, 및 케이싱에 장착되며 배터리 전원에 의해 동력이 공급되는 제2 센서 장치로서 제공되는 회전 센서를 포함하는 원심분리기에 있어서, 제2 센서 장치 및 배터리는 고정자 코일을 포함하는 전기 회로 수단에 의해 연결되며, 영구 자석은 회전자에 장착되며, 이에 의해 회전자의 회전시 배터리는 고정자 코일을 통해 자동적으로 충전되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 제2 태양에 따르는, 자가 동력 능력(self-powering capability)은 원심분리기를 위해 임의의 회전 센서 또는 임의의 충전 탐지기에 대해 적용될 수 있다. 환언하면, 회전을 탐지하기 위해 전기 저항식/전압 탐지 수단과 결합될 필요가 없으며 광학 센서 수단, 정전용량 센서 수단과 같은 다른 센서 수단과 결합될 수 있다. 또한, 임의의 충전 탐지기 수단과 결합될 필요가 없다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 모든 이들 특징들을 조합으로 포함할 수 있다.

본 발명은 원심분리기의 정비 준비를 나타내는 개선된, 대안적 수단을 제공하며, 본 발명은 또한 원심분리기를 위한 자가 동력(self-powered) 회전 센서를 제공한다.

본 발명의 태양들은 단지 예시에 의해 첨부된 도면을 참조하여 이제 기술될 것이며, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따르는 원심분리기의 실현 가능한 실시형태를 통한 종방향 횡단면도이며;
도 2는 도 1에 도시된 원심분리기의 상부 영역의 확대된 부분 횡단면도이며; 그리고
도 3은 원심분리기의 회전자의 상부 영역 및 관련 회로 수단 및 원심분리기의 케이싱에 장착되는 탐지기 장치의 개략적인 다이어그램이다.

도 1은 본 발명의 실시형태, 즉 회전자 속도 및 원심분리기의 정비 필요를 표시하는 비-접촉 자가-동력(non-contact self-powered) 전기 장치가 적용된 원심분리기의 전형적인 장치를 도시한다.

원심분리기 어셈블리는 인클로저(enclosure) 및 상기 인클로저에 회전 가능하게 장착되는 회전자(rotor)(20), 즉 필터 하우징을 규정하는 정지 케이싱(10)을 포함한다. 상기 케이싱(10)은 기부(base)(12)에 분리 가능하게 장착되는 종 형상 커버(11)에 의해 형성된다. 스핀들(13)은 기부에 장착되며, 이로부터 커버(11)의 상단에 있는 커넥터 어셈블리(14)까지 상향으로 연장한다. 스핀들(13)은 원심분리기가 작동하는 경우 회전자(20)가 이를 중심으로 회전하는 중심축 A를 제공한다. 자가-동력 원심분리기인 이 예시적인 실시형태에서는, 기부(12)는 세정될 유체를 위한 유입구 통로(15), 및 이 도면에서는 보이지 않는 배출구를 포함한다. 스핀들(13)은 유입구 통로(15)와 통하는 축방향 통로(16) 및 상기 통로(16)로부터의 반경방향 개구부들(17)을 포함한다. 회전자(20)는 내부 튜브(21) 및 기부(23)와 커버(24)에 의해 제공되는 단부 클로저(closure)들을 구비한 외부 원통형 바디(22)를 포함한다. 내부 튜브(21)는 스핀들(13) 상에 설치되고 스핀들 개구부(17)와 상기 커버(24)에 더 가까운 높이에서의 상기 튜브(21)의 반경방향 개구부(27) 사이의 좁은 환형 채널(25)을 한정한다. 회전자(20)의 기부(23)에는 스핀들 축에 대해 접선방향으로 지향되는 노즐들(26)이 제공된다. 사용시, 유체는 베이스(12)의 유입구 통로(15)를 통해 상승된 압력으로 공급된다. 이것은 축방향으로 스핀들 통로(16)를 통해 개구부(17) 및 환형 채널(25)을 통해 흐르며 개구부(27)를 통해 나와 회전자(20)의 내부로 흐른다. 베이스(23)의 노즐(26)로부터의 유체의 유출은 로터를 구동하는 기능을 하며 이에 의해 야기된 원심 작용은 원통형 바디(22)의 내부 표면에 유체 내의 오염 입자들을 쌓이게 하는 기능을 한다.

회전자(20)의 내부는 분리 콘(separation cone)(28)에 의해 상부 챔버 및 하부 챔부로 나눠진다. 이러한 분리 콘(28)은 스핀들 근처의 림(rim)(29)으로부터 회전자의 내부 표면에 인접한 하부 에지까지 하향으로 경사지는 절두원추형(frusto-conical) 벽을 제공한다. 림(29)과 내부 튜브(21) 사이에는 틈새가 유지된다. 이러한 분리 콘(28)의 하나의 목적은 회전자를 통한 유체의 통과를 느리게 하여 로터의 내부 표면에서의 오염 입자들의 포획의 효율을 개선하는 것이다. 또한, 유체를 내부 튜브(21)에 인접한 틈새를 통해 하부 챔버 내로 향하게 함에 의해, 오염 물질 입자들이 노즐(26)의 영역으로 바로 떨어지는 것을 방지하며, 어떤 막힘의 위험을 최소화한다. 남아있는 유체는 케이싱(10)의 기부(12)로 배수되며 재순환을 위해 나간다.

이미 나타낸 바와 같이, 기본 원심분리기 어셈블리의 정확한 구성은 본 발명에서는 중요하지 않으며, 상술한 것으로부터 상세한 많은 변형예들이 본 발명의 태양들이 적용될 수 있는 다른 실시형태들에서 가능할 것이다. 지금 기술된 배치형태가 원심분리기의 회전이 세정될 유체의 흐름로부터 유래하는 자가-동력 분리기를 갖지만, 본 발명은 회전자를 위해 별도의 동력이 공급되는 구동 수단을 갖는 원심분리기에도 동일하게 적용 가능하다는 것을 또한 이해해야 할 것이다.

본 발명의 도시된 예시적인 실시형태에 따르면, 그리고 도 2에 더 큰 스케일로 도시된 바와 같이, 제1 센서 장치(40)는 케이싱 커버(11)에 장착되며 제2 센서 장치(50)는 회전자 커버(24)에 장착된다. 제1 센서 장치(40)는 프로세서(42)에 연결된 고정 코일(41)을 포함하며, 이들은 배터리(43)에 의해 동력이 공급된다. 프로세서(42)는 정류기 및 다른 제어 수단을 포함하며 외부에서 볼 수 있는 디스플레이 패널(44)에 작동적으로 연결된다. 제2 센서 장치(50)는 각 전극들(53, 54))에 대한 저항기(52)와 병렬로 연결되는 전기 회로 코일(51)을 포함한다. 이들 전극들은 로터 커버(24)의 벽에 장착되는, 도 1에서 일반적으로 55로 지정되는 프로브(probe)의 일부이며, 따라서 전극들의 단부들은 로터(20)의 내부에 노출된다. 전극들(53, 54)은 서로로부터 절연되며 절연 물질의 각각의 슬리브들(56)에 의해 로터 커버(24)의 주위 물질로부터 절연된다. 이 실시예에서 전극들 및 슬리브들은 동축으로 배치되며, 하나의 전극(53)은 중앙 금속 핀 또는 튜브로서 제공되며 다른 전극(54)은 주위 금속 원통형 엘리먼트로서 제공된다. 도시된 바와 같은 전극들 및 슬리브들은 내부 회전자 압력으로 인한 원심분리기의 작동 동안 밖으로 향하는 이동을 저지하기 위하여 단차진 구성을 갖는다.

작동시, 프로세서(42)는 일정한 전류를 배터리(43)로부터 원심분리기 커버(11)에 장착되는 고정 코일(41)로 공급한다. 이것은 전압을 발생시키며 따라서 고정 코일(41) 내에 자기장을 발생시킨다. 회전자(20)에 장착된 회전 코일(51)은 회전자의 매 회전 당 한 번 고정 코일(41) 근처를 통과한다. 회전 코일(51)이 고정 코일(41)을 통과함에 따라, 전류가 회전자 코일(51)에서 흐르도록 초래되는데 왜냐하면 그것이 고정 코일(41)로부터의 자속을 자르기 때문이다. 전기 와이어의 저항과 저항기(52)의 존재 때문에, 회전 당 한 번 전압의 변화가 회전자 코일(51)에 걸쳐 발생할 것이며 이것은 유도에 의해 고정 코일(41)에서의 대응 전압 변화를 야기할 것이다. 이것은 프로세서(42)에 의해 탐지되며 디스플레이 패널(44)에 회전자 속도 표시를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

로터(20)가 단지 오일을 포함하는 경우, 회전 코일 회로(51)의 저항은 단지 저항기(52)의 저항과 함께 전기 와이어의 고유 저항에 기인한다. (오일은 절연성으로 고려되기 때문에 저항기(52)는 회전 코일 회로(51)의 저항에 대한 시작 값을 제공하기 위해 추가된다.) 회전자(20)가 충전되고 오염 물질이 전극들(53, 54)의 노출된 단부들을 접촉하고 덮는 경우, 회전 코일 회로(51)의 전체 저항값은 떨어질 것이다. 해당 전압 강하는 또한 고정 코일 회로(41)에서 발생할 것이다. 이 변화는 프로세서(42)에 의해 탐지될 것이며 이것은 디스플레이 패널(44)에 회전자가 청소할 때가 되었다는 표시를 위한 적절한 신호를 제공한다. 도 3은 어떻게 회전 속도 및 정비 표시가 디스플레이 패널(44)에 적절히 제공될 수 있는지를 개략적으로 도시한다.

따라서, 시스템은 회전자 속도와 회전가가 오염물로 가득찬 때 양자를 탐지하고 표시할 수 있다.

시스템이 원심분리기에 레트로피팅(retrofitting)을 위해 제조되는 경우, 2 개의 저항 레벨들이 필요할 수 있는데, 하나는 엔진 오염 물질 및 오일에 대한 것이며 다른 하나는 일부 산업용 프로세스 적용들에서 발생하는 바와 같은 보다 많은 금속성, 프로세스 오염물에 대한 것이다. 이들은 그 적용에 의존하면서 선택될 수 있다. 이 점에 있어서, 관련 센서 장치들이 24와 같은 각각의 회전자 커버, 및 각각의 원심분리기 커버(11) 또는 이와 유사한 것에 제공 설치될 수 있으며, 임의의 레트로핏(retrofit) 작업시 단지 이들 부품들만 교체될 필요가 있을 것이다.

영구 자석(60)은 또한 회전자 커버(24)에 고정된다. 이것은 또한 회전자(20)의 각 회전에서 고정 코일(41)을 통과하며 고정 회로의 전류(다양한 전류)를 유도하며 이것은 프로세서/정류기를 통해 배터리(43)를 충전하기 위해 사용된다. 이전에 설명한 바와 같이, 충전을 위한 이러한 수단, 따라서 회전 센서의 자가-동력 공급 및 충전 센서는(fill sensor)는 임의의 다른 전기적으로 동력이 공급되는 회전 센서 장치에 대해 완전히 별개로 사용되거나 또는 임의의 다른 전기적으로 동력이 공급되는 충전 센서 장치에 대해 별개로 사용될 수 있다 (즉, 여기에 기술된 것들과는 상이한 그리고 회전자 코일로부터의 유도 전압/저항 측정의 사용에 반드시 기초하지 않는 센서 장치들과 별개로 사용될 수 있음).

도 3에 도시된 개략적인 배치구조는 전극들(58)이 이격된 위치들에서 회전자 커버(24)를 관통하는 각각의 핀들로서 제공되는 변형예이다. 다른 점과 관련해서는, 배치구조는 도 2에 관하여 상술된 바와 일반적으로 동일하며 동일한 도면부호는 대응 부품들에 사용되며 또 설명될 필요가 없을 것이다.

이 명세서(첨부 청구항들 및 도면들 포함)에 개시된 각 특징은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 동일한, 균등의 또는 유사한 목적의 기능을 하는 대안적 특징들에 의해 대체될 수 있다. 환언하면, 본 발명은 상술한 실시형태들의 세부 사항으로 제한되지 않으며, 상세한 변형예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 다른 실시형태들에서 가능하다.

Claims (8)

1. 인클로저를 규정하는 정지 케이싱 및 상기 인클로저에 회전 가능하게 장착되는 회전자를 포함하는 원심분리기로서, 회전자는 상기 회전자의 내부의 청소를 가능하게 하는 뚜껑 또는 커버를 가지며 케이싱은 회전자로의 접근을 가능하게 하도록 구성되는, 원심분리기에 있어서;
   전기 회전 센서는 회전자에 장착되며 제1 코일 및 저항기를 포함하는 제1 전기 회로, 케이싱에 장착되며 전원에 연결 가능한 제2 코일을 포함하는 제2 전기 회로, 및 제2 전기 회로와 관련되고 회전자의 회전시 제2 코일에 유도된 전압 진동을 탐지하도록 구성된 프로세서로서 제공되며;
   제1 전기 회로는 회전자의 내부의 미리 정해진 위치에서 회전자의 내부로 노출된 전극들을 포함하며, 상기 전극들은 회전자 내의 유체의 전기 저항의 변화를 감지하기 위해 배치되며, 물질이 상기 전극들에 축적됨에 따라, 축적된 물질을 통한 전기 전도로 인해 상기 전극들 사이에 전기 저항의 강하가 발생하며, 저항의 강하는 제2 코일에 걸친 전압의 감지 가능한 차이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
2. 제1항에 있어서,
   제1 전기 회로는 회전자의 뚜껑 또는 커버에 장착되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 프로세서는 회전자의 회전 속도를 계산하고 보여주기 위해 추가로 작동되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   전원으로서 배터리를 포함하며 회전자에 장착되는 영구 자석을 더욱 포함하며, 이에 의해 배터리는 회전자의 회전시 제2 전기 회로를 통해 자동적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   전극들은 회전자의 벽, 또는 그 뚜껑 또는 커버를 통해 연장하며, 서로 절연되는 그리고 회전자 벽으로부터 절연되는 동축 프로브들로서 제공되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   전극들은 회전자의 벽, 또는 그 뚜껑 또는 커버를 통해 연장하며, 서로 절연되는 그리고 회전자 벽으로부터 절연되는 한 쌍의 핀들로서 제공되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
8. 인클로저를 규정하는 정지 케이싱 및 상기 인클로저에 회전 가능하게 장착되는 회전자, 및 회전자에 장착되는 제1 센서 장치, 및 케이싱에 장착되며 배터리 전원에 의해 동력이 공급되는 제2 센서 장치로서 제공되는 회전 센서를 포함하는 원심분리기에 있어서,
   제2 센서 장치 및 배터리는 고정자 코일을 포함하는 전기 회로에 의해 연결되며, 영구 자석은 회전자에 장착되며, 이에 의해 회전자의 회전시 배터리는 고정자 코일을 통해 자동적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.

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