KR102625978B1 - 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체에서 오염물을 제거하는 분리기에 관한 것으로, 회전축을 중심으로 회전하도록 설치된 챔버(2), 챔버에 액체가 들어가는 입구(23); 및
챔버에서 액체가 나가는 출구(33)를 포함하고, 입구는 회전축으로부터 출구보다 큰 반경위치에 있으며, 챔버로 들어간 액체 흐름이 챔버를 회전시키도록 배열되고, 일정 두께의 오염물 슬러지 케익(30)이 챔버의 내벽에 축적되도록 한다.

Description

분리기

본 발명은 분리기에 관한 것으로, 구체적으로는 오일분리기에 관한 것이다.

오일분리기는 일정량의 오일을 작동부 부근에 보내는 장치에 사용되는 것으로, 작동부를 윤활할 때 각종 찌꺼기와 오염물들이 오일에 생길 수밖에 없다. 오일이 제기능을 하고 최적의 상태를 유지하려면 오염물을 가능한 최대로 제거해야 한다. 기존의 오일분리기들은 용기 내부에서 오일에 원심력을 가해 오염물을 제거하고, 분리기의 용기 내부에 원치않는 물질을 가두고 깨끗한 오일만 주요 부분에 되돌린다. 그러나, 기존의 오일분리기들은 오염물을 제거하는데 효율적이지 않음은 물론, 오염물이 일정량 모이면 분리효율이 크게 저하한다고 알려져 있다. 또, 분리기를 분리하고 오염물이 모인 양을 검사하지 않고 이런 "포화" 또는 포화 근접 상태가 언제 생길지를 알기도 어렵다.

본 발명은 종래의 이런 문제점을 해결한 개선된 오일분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

요약

본 발명은 액체에서 오염물을 제거하는 분리기를 제공하는데, 이 분리기는 회전축을 중심으로 회전하도록 설치된 챔버, 챔버에 액체가 들어가는 입구, 및 챔버에서 액체가 나가는 출구를 포함하고, 입구는 회전축으로부터 출구보다 큰 반경위치에 있으며, 챔버로 들어간 액체 흐름이 챔버를 회전시키도록 배열되고, 일정 두께의 오염물 슬러지가 챔버의 내벽에 축적되도록 한다.

분리기는 챔버의 회전속도를 감지하는 회전속도 센서를 더 포함할 수 있다. 또, 분리기는 챔버의 회전속도가 소정의 임계속도 밑에 있거나 임계속도에 도달하거나 지나쳤다고 결정되면 경고신호를 내는 경고신호 발생기를 더 포함할 수 있다. 이런 임계속도가 내벽에 축적되는 슬러지의 소정의 두께를 나타낸다.

이런 회전속도 센서는 스핀들에 부착된 한 부분, 또는 스핀들과 같은 기준 관성 프레임을 공유하는 다른 지지면과, 챔버에 부착된 제2 부분을 포함할 수 있다.

챔버의 내벽은 원통형인 것이 바람직하다.

이런 챔버 입구는 챔버로 액체를 들여보내는 하나 이상의 구역들을 갖고, 챔버 출구는 챔버에서 액체를 내보내는 하나 이상의 구역들을 갖는 것이 바람직하다.

이런 챔버 입구가 챔버로 액체를 들여보내는 다수의 채널들을 포함한다.

챔버가 다수의 구동면들을 포함하고, 이런 구동면들은 유입 액체에 부딪쳤을 때 회전모멘트를 일으켜 챔버를 회전시킬 수 있다. 이런 구동면을 임펠러나 터빈 드라이버라 하기도 한다. 구동면이 다수의 휜이나 베인들을 포함할 수 있다.

각각의 구동면은 위에서(평면에서) 보았을 때 곡선형이나 구배가 변하거나 여러 직경을 갖는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 구동면들이 전체나 일부가 나선형일 수 있다.

구동면들은 원주방향을 따라 거의 등간격으로나 일정한 각도 간격으로 배열되는 것이 좋다.

이런 구동면들은 챔버의 바닥면이나 하부 구역에 배열될 수 있고, 구동면들 각각이 하나 이상의 입구 채널들과 정렬되거나 연결될 수도 있다.

챔버의 입구와 출구는 챔버의 길이/높이 방향으로 떨어져 있을 수 있는데, 예컨대 입구는 챔버의 하부구역에, 출구는 챔버의 상부구역에 또는 그 반대로 위치할 수 있다.

또, 구동면들이 챔버의 회전축으로부터 방사상으로 이격될 수도 있다. 구동면들이 각각의 베인에 제공될 수 있다. 분리기는 전면과 후면을 갖는 베인을 포함할 수 있고, 이런 전면과 후면 중의 하나가 구동면을 갖는다.

챔버의 입구가 챔버가 회전 가능하게 설치된 스핀들 내의 도관에 연결되고, 유입되는 액체가 상기 도관과 입구를 통해 챔버에 들어갈 수도 있다.

분리기가 다수의 원추형 분리기들을 포함할 수도 있다. 원추형 분리기는 다수의 절두원추형 디스크가 적층된 것일 수 있다. 절두원추형 디스크의 원추각은 30~50도 정도이다. 이런 원추형 디스크들은 인접된 것들끼리 아래위로 이격되어 유체 채널을 형성할 수 있다. 원추형 디스크들은 챔버의 중심에 배치되는 것이 바람직하다. 원추형 디스크 스택의 가장 바깥쪽 원주 구역은 챔버의 내벽에서 떨어진다. 원추형 디스크들은 단부들이 넓을 수록 밑에 위치하고 좁을수록 위에 위치하도록 배열되는 것이 좋다.

챔버의 출구는 입구에 비해 좁은 반경 위치에 배치되는 것이 좋다.

분리기의 디스크들의 배열에 의해 최단 루트를 취하는 액체가 오염물을 통과하지 않고 원심력이 최대인 챔버 내벽으로 밀리게 된다.

챔버의 출구는 배출 액체와 부딪쳐 챔버에 회전력을 제공하는 다수의 배출 구동면들과 연결된다. 이런 배출 구동면들이 액체 경로에 제공될 수 있다. 액체 ㄱ경로는 챔버의 위에 위치할 수 있다. 분리기 액체 출구가 챔버 출구의 하류에 위치할 수도 있다. 분리기 액체 출구는 챔버 출구보다 큰 반경 위치에 제공될 수 있다. ㅂ, 부리기 액체 출구가 경로 내부에 액체 출구를 제공할 수도 있다. 분리기 출구가 (처리된) 액체를 분리기 외부로 보내도록 배열된 다수의 이격된 구멍들이나 노즐들을 포함할 수도 있다.

본 발명은 회전되도록 설치된 챔버를 갖춘 액체분리기를 제공하기도 하고, 이 챔버는 액체류와 부딪쳐 회전력을 제공하도록 배열된 다수의 구동면들을 포함한다. 이 분리기는 이상 설명한 특징들을 단독으로나 집합적으로 가질 수 있다.

도 1은 오일분리기의 종단면도;
도 1은 도 1의 오일분리기의 채널 내부를 보여주는 평면도;
도 3은 오일분리기의 베인형 디스트리뷰터의 사시도;
도 4는 도 1의 오일분리기의 챔버에 있는 원추형 디스크의 사시도;
도 5는 도 4의 디스크의 평면도;
도 6은 커버를 갖춘 디스크의 사시도;
도 7은 도 1의 오일분리기의 최상부의 저면도;
도 8은 오일분리기의 다른 예의 종단면도;
도 9는 도 8의 오일분리기의 최상부의 사시도;
도 10A~B는 도 8의 오일분리기의 디스트리뷰터 디스크의 평면도와 사시도.

도 1의 오일분리기(1)는 오일장치의 성능 보장을 위해 그을음, 먼지, 금속입자와 같은 오염물을 오일에서 분리한다.

오일분리기(1)는 입구와 출구를 갖춘 원통형 챔버(2)를 포함하고, 입구는 챔버의 바닥에 위치하며 출구는 챔버의 상단에 위치한다. 따라서, 오염된 오일 모두원심분리영역의 최대 공간을 통과한 다음 배출된다. 챔버(2)는 축이나 스핀들(5)의 상하단 베어링부시(8,9)에 회전 가능하게 설치된다. 스핀들(5)을 슬리브(15)가 둘러싼다. 입구를 통해 챔버(2)로 오일이 들어가면 챔버에 구동력이 생겨 챔버가 회전한다. 챔버의 회전운동으로 챔버 내부의 액체에 원심분리 효과가 생겨, 오염물이 챔버(2)의 내벽(2a)을 향하게 되어, 내면에 슬러지 링들이 형성된다.

챔버(2) 내부에는 디스크 스택(10)이 챔버의 종축선을 중심으로 위치하고, 각각의 디스크는 서로 간격을 두고 상하로 배치된다. 인접 디스크 사이에 이런 간격이 있어 오염물들이 (평면에서 보아) 챔버의 내벽(2a)을 향해 방사상으로 흐를 수 있다. 이런 간격은 디스크 한쪽면에 일체로 형성되어 인접 디스크를 받치는 스페이서들(10f)에 의해 유지된다(도 5 참조). 도 4~5에 도시된 디스크(10a)는 원추형 벽(10c)과 다수의 이격된 브리지부재들(10e)을 포함하고, 이들 브리지부재는 상단의 림(10d)에 연결된다. 브리지부재들 사이의 구멍을 통해 처리된 깨끗한 오일이 챔버 내부에서 출구를 향해 상승한다. 간격유지 스페이서들(10f)은 디스크(10a)를 중심으로 원주방향으로 배치된다. 스페이서들(10f)의 휘어진 단부들이 스페이서들에 부딪치는 오일의 원심분리효과를 보조한다. 이런 디스크 스택(10)은 챔버(2)의 내부에 신속하게 고정될 수 있다.

도 1~2를 참조해 입구부에 대해 자세히 설명한다. 챔버 바닥에 설치된 링형의 디스트리뷰터(20)는 미처리된 유입 액체를 분산시키면서 챔버의 회전을 일으키는 구동면을 제공하는 역할을 한다. 서로 이격된 다수의 (공급) 채널들(21a)을 형성하는 허브(21)가 있고, 채널들(21a)은 반사상으로 위치한다. 스핀들(5)의 하부에 액체가 흐르는 도관(13)이 있고, 도관(13)의 상부에 다수의 배출구(23)가 제공되며, 이들 배출구는 환형 공간(24)에 연결되고, 환형 공간은 채널들(21a)에 연결된다. 채널들은 각각 구동면(22a)에 이어진다(도 2 참조). 각각의 구동면(22a)은 위에서 보았을 때 휘어져있거나 구배가 변하거나 여러직경을 갖는 것으로 보이고 나선형으로 보이기도 한다. 구동면의 형상으로 인해, 액체가 구동면에 부딪치면 챔버에 회전모멘트가 생긴다. 즉, 구동면들(22a)이 터빈의 베인과 비슷한 역할을 한다. 각각의 구동면(22a)이 베인(22)의 표면이고, 베인들(22)은 서로 등각도로 이격되어 있으며, 그 사이로 채널을 형성한다. 이들 베인(22)은 챔버(2)의 바닥면에 위치한다.

베인(22)의 형상과 구성은 액체가 챔버의 내벽(2a)을 향하도록 하는데 도움을 주어, 결국 원심분리효과를 높인다. 도 3에 도시된 것처럼, 각각의 베인(22)은 전면과 후면을 갖고, 이런 후면이 구동면(22a)을 이룬다. 표면(22b)도 구동면과 비슷하게 휘어져 있고, 오일을 방사상 외측으로 안내하는 형상을 갖는다. 인접 베인들(22) 사이의 틈새에 오일이 갇히게 된다.

베인(22) 위에 배치된 커버(25)는 절두원추형이고, 슬리브(15)를 RL울 구멍이 중앙에 형성되어 있다. 커버(25)는 스택(10)을 지지하는 한편, 환형 공간(24)에 연결되는 배출구들(23)을 형성한다(도 6 참조).

챔버(2)에 공급된 오일은 내벽(2a)을 향한다. 챔버를 채우는 오일은 디스크들(10a)을 통해 상승한다. 디스크들(10a) 사이의 간격 내부에서 오일이 방사상으로 외측으로 향하도록 하기 때문에 원심분리효과가 상승한다. 오염물 입자들이 내벽(2a)에 슬러지로 축적된다. 챔버(2)의 최상단에 도달한 오일은 환형 형태의 출구에 도달한다. 이런 출구는 오일이 챔버로 들어가는 환형 공간(24)에 인접한 배출구돌에 비해 좁은 방사상 위치를 차지하므로, 원심력이 최대인 챔버 구역을 오일이 통과면서 최적의 분리를 보장하게 된다. 특히, 오염된 액체가 노출되는 디스크들에 의해 생기는 표면적이 클수록 분리속도도 빨라진다.

분리과정이 계속되면서, 내벽(2a)에 환형 슬러지케익(30)이 축적되는데, 이 슬러지의 반경방향 두께가 작동사이클 동안 증가하여, 챔버의 관성도 점차 증가하며, 챔버에 유량이 동일하게 유입되면서 챔버(2)의 회전속도는 감소된다. 이런 회전속도 감소율은 슬러지케익(30)의 두께 증가율에 대략 반비례한다. 챔버(2)의 고정 프레임에 센서(50a)가 설치되고, 챔버에 자석(50b)이 부착되어, 센서 근처에 자석이 지나면 센서가 이를 감지하여, 챔버의 회전속도를 측정할 수 있다. 챔버의 회전속도가 소정의 (저장된) 임계값에 도달하거나 범위내에 있을 때 센서(50a)의 출력을 판단하기 위해 데이터 프로세서와 메모리, 또는 등가 전기회로 및/또는 서브-어셈블리들도 배치할 수 있다. 임계값은 슬러지 제거를 위해 분리기를 분해해야 하는 슬러지의 두께에 대응하도록 선택한다. 데이터 프로세서는 비주얼 및/또는 오디오 신호장치에 연결되고, 이 신호장치는 임계 기준을 만족할 때 경고신호를 낸다. 예컨대, 신호장치가 녹색등, 황색등, 적색등을 갖추고, 슬러지 제거를 위해 분리기를 수리해야할 때 황색등이 켜지고 적색등은 전기가 연결된 것을 표시하도록 할 수 있다.

도 8에 도시된 본 발명의 다른 분리기(100)는 분리기(1)와 거의 동일하지만, 챔버의 출구와 깨끗한 오일을 배출하는 노즐 사이에 링 모양의 망(110)을 배치한다. 구체적으로, 첨버의 오리피스(33)와 노즐(35) 사이의 경로(28)에 망을 배치하는데, 이 망은 그물 구조의 금속이나 플라스틱 요소를 포함한다.

도 8에는 도시되지 않았지만 (50a와 50b와 같은) 회전속도 센서가 분리기(100)에 설치되거나, 분리기(1)에 경로(28)와 망을 설치할 수도 있다.

망(110)을 통해 챔버에서 나온 액체를 노즐로 보낼 수 있다. 그러나, 시간이 지나면서 망의 구멍이 작은 입자로 막히면서 유체가 통과하는 면적이 점점 줄어든다. 이때문에 분리기를 통과하는 유속이 느려지고, 이런 유속저하는 센서로 감지된다. 따라서, 망은 분리기가 슬러지케익으로 포화되어 세척이 필요하다는 표시기 역할도 한다. 이런 망은 분리하여 세척하거나 새 망으로 교체할 수 있고, 포화 레벨을 좀더 정확히 알 수 있다는 점에서 유리하다.

도 9~10은 분리기(1)의 윗부분과 아랫부분을 보여주는데, 도 9B의 상단 커버(50)에 노즐(35)이 달려있다.

(처리된) 오일은 챔버를 나가 분리기의 상단 터빈(27)에 있는 경로(28)로 들어간다. 챔버(2)는 환형 오리피스(33)를 통해 경로(28)에 연결된다. 경로(28) 내부에 배치되는 나선형 구동 베인들(29) 각각의 구동면(29a)에 오일이 부딪치면서 챔버에 회전력이 생긴다. 경로(28)를 통과하면서 인접 베인들(29) 사이에 갇힌 오일은 다수의 출구 노즐들(35) 중의 하나로 향한다(도 4 참조). 이 오일은 이어서 노즐(35)을 통해 디젤엔진의 기름통과 같은 곳으로 되돌아간다. 터빈(27)의 베인들(29) 사이에는 휘어진 형태의 베인(26)이 배치된다.

이 분리기는 높은 회전속도로 구동될 수 있어, 오염물의 분리효율이 높은데, 이는 챔버의 내벽보다 큰 직경부위에 노즐(35)이 위치하기 때문이다. 디스트리뷰터(20)와 상단 터빈(27)의 디자인과 구성 때문에 모멘텀도 커진다. 회전 센서와 경고신호를 통해 필요할 때 분리기를 적시에 관리할 수 있다. 슬러지케익이 계속 성장하면 챔버의 오일 입구가 부분적으로나 완전히 막혀, 오일 유동이 제한된다.

Claims (20)

1. 액체에서 오염물을 제거하는 분리기에 있어서:
   회전축을 중심으로 회전하도록 설치된 챔버로서, 유입 액체에 부딪쳤을 때 회전모멘트를 일으키는 다수의 구동면들이 챔버 내부에 제공되어 있고, 액체가 들어가는 입구와 액체가 나가는 출구를 갖춘 챔버; 및
   상기 챔버 안에 배치되는 다수의 디스크나 콘 분리기들;
   사용중에 일정 두께의 오염물 슬러지가 챔버의 내벽에 축적되며;
   챔버의 출구와 깨끗한 오일을 배출하는 노즐 사이에 위치하는 망을 더 포함하고, 상기 망의 구멍이 시간이 지나면서 작은 입자로 막히면서 액체를 통과시키는 면적이 점점 줄어들어 액체 흐름에 의해 분리기를 구동하는 회전속도에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 분리기.
2. 제1항에 있어서, 챔버의 회전속도를 감지하는 회전속도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
3. 제2항에 있어서, 챔버의 회전속도가 소정의 임계속도 밑에 있다고 결정되면 경고신호를 내는 경고신호 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
4. 제3항에 있어서, 상기 임계속도가 내벽에 축적되는 슬러지의 소정의 두께를 나타내는 것을 특징으로 하는 분리기.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 챔버의 내벽이 원통형인 것을 특징으로 하는 분리기.
6. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 입구에 다수의 채널들이 제공되는 것을 특징으로 하는 분리기.
7. 제6항에 있어서, 각각의 구동면이 위에서 보았을 때 곡선형이나 구배가 변하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 분리기.
8. 제6항에 있어서, 상기 구동면들이 전체나 일부가 나선형인 것을 특징으로 하는 분리기.
9. 제6항에 있어서, 상기 구동면들이 원주방향을 따라 등간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 분리기.
10. 제6항에 있어서, 상기 구동면들이 챔버의 바닥면이나 하부 구역에 배열된 것을 특징으로 하는 분리기.
11. 제6항에 있어서, 상기 구동면들이 상기 채널들과 각각 정렬되거나 연결되는 것을 특징으로 하는 분리기.
12. 제6항에 있어서, 상기 구동면들이 챔버의 회전축으로부터 방사상으로 이격된 것을 특징으로 하는 분리기.
13. 제1항에 있어서, 상기 챔버가 스핀들에 회전 가능하게 설치되고, 챔버의 입구가 상기 스핀들 내의 도관에 연결되며, 유입되는 액체가 상기 도관과 입구를 통해 챔버에 들어가는 것을 특징으로 하는 분리기.
14. 제1항에 있어서, 상기 출구가 분리기 출구와 통하는 출구 오리피스를 포함하고, 상기 입구는 분리기 입구와 통하는 입구 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리기.
15. 제1항에 있어서, 상기 구동면들에 유입 액체가 부딪쳐 챔버에 회전력을 제공하고, 상기 챔버의 출구가 상기 구동면에 유체가 통하게 배치되는 것을 특징으로 하는 분리기.
16. 삭제
17. 제1항에 있어서, 상기 구동면들 각각이 베인의 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 분리기.
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제