KR20100014863A

KR20100014863A - 하이드로 사이클론 디바이스 및 하이드로 사이클론 장치

Info

Publication number: KR20100014863A
Application number: KR1020097017894A
Authority: KR
Inventors: 홀저 브룸
Original assignee: 홀저 브룸
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2010-02-11
Also published as: JP2010519028A; DE202007002541U1; US20100044287A1; WO2008101532A1; EP2125240A1; CN101657263A

Abstract

본 발명은 수직 분리기 튜브(vertical separator tube) 를 구비하는 하이드로 사이클론 디바이스에 관한 것으로서, 수직 분리기 튜브(T) 는 그 상부 전면에 액체 공급을 위한 상부 개구(opening)(O) 및 그 하부 전면에 순수 액체 배수로(clear liquid drainage) 를 위한 개구(U), 분리기 튜브(T) 의 하단에 농축 서스펜션(concentrated suspension) 을 위한 적어도 접선 방향으로 배열된 포트, 또한 순수 액체 배수로에 유압으로(hydraulically) 연결되고 분리기 튜브(T) 의 중앙에 위치하는 필터 요소(F) 를 가진다. 액체 공급을 위한 상부 개구(O) 와 필터 요소(F) 사이의 분리기 튜브(T) 에서, 회전 요소(R) 가 분리기 튜브의 축 중앙에 위치하고 회전 가능하게 지지되도록 배열되어 있으며, 회전 요소는 변동가능한 회전 속도로 구동되도록 형성되어 있다. 하이드로 사이클론 장치는 다수의 그러한 하이드로 사이클론 디바이스를 포함하는데, 이들은 평행하게 유압으로 연결되어 있다.

Description

하이드로 사이클론 디바이스 및 하이드로 사이클론 장치{Hydro Cyclone Device and Hydro Cyclone Installation}

본 발명은 수직 분리기 튜브(vertical separator tube) 를 구비하는 하이드로 사이클론 기기에 관한 것으로서, 수직 분리기 튜브는 그 상부 전면(upper front side) 에 액체 공급을 위한 상부 개구(opening) 및 그 하부 전면(lower front side) 에 순수 액체 배수로(clear liquid drainage) 를 위한 개구(opening), 분리기 튜브의 하단에 농축 서스펜션(concentrated suspension) 을 위한 적어도 접선 방향으로 배열된 포트, 또한 순수 액체 배수로에 유압으로(hydraulically) 연결되고 분리기 튜브의 중앙에 위치하는 필터 요소를 가지며, 또한 본 발명은 다수의 이러한 하이드로 사이클론 디바이스를 구비하는 하이드로 사이클론 장치(installation) 에 관한 것이다.

일반적인 하이드로 사이클론은 세 개의 필수 구성요소로 이루어지며, 이는 농축 서스펜션을 위한 하부 배수로 포트인 원뿔형(conical) 분리기 튜브, 분리기 튜브의 상단에 접선 방향으로 배열된 공급 포트, 및 순수 액체 배수로를 위한 배출 포트(discharge port) 를 갖는 분리기 튜브의 상부 폐쇄 커버이고, 이때 배출 포트는 분리기 튜브의 축 중앙에 위치하여 상측 방향으로(upwards) 지향되어 있는 상태 로 분리기 튜브까지 연장되어 있다.

공급 액체에 존재하는 현탁 상태의 입자(suspended particle) 의 분리는, 최소 배수 직경(minimal drain diameter) dk 에 까지 이르는 수많은 처리 매개변수(process parameters) 에 의하여 영향을 받는다. 이러한 매개변수는, a) 공급 포트의 직경, b) 운반체(carrier) 액체의 점도(viscosity), c) 현탁되어 있는 물질과 운반체 액체 간의 밀도 차이, d) 순수 액체의 액체 공급에 대한 유량(volume flows) 의 비율, e) 분리기 튜브의 상부 직경, f) 공급 액체의 유량, 및 g) 원뿔 각도(cone angle) 의 값 이다. 이러한 사항은, 1965년 런던 퍼가몬(Pergamon) 출판사의 "하이드로 사이클론" 에서 디. 브래들리(D. Bradley) 에 의해 기술되어 있다.

전술한 처리 관련성(processing relationship) 때문에, 현탁 상태의 입자들에 대해 최대 결정 직경(maximum grain diameter) 까지 정밀한 분리를 달성하고 싶다고 하여도, 공급 액체의 특정 유량이 주어진 경우 하이드로 사이클론의 직경을 임의로 확장시키는 것은 가능하지 않다. 따라서, 여러 개의 하이드로 사이클론을 평행하게 연결시키고 이들에게 공동 매니폴드 튜브(common manifold tube) 로부터의 공급 서스펜션(supply suspension) 을 공급하도록 하여야 한다. 이러한 분리기 장치에서 평행하게 연결된 하이드로 사이클론 각각은 공급된 서스펜션에 유압 저항(hydraulic resistance) 을 가한다.

여러 개의 하이드로 사이클론이 일직선(straight) 매니폴드 튜브에 연결되어 있는 경우, 처음의 하이드로 사이클론으로부터 마지막 하이드로 사이클론 까지 압 력 차이가 매니폴드 튜브에 차례로 쌓이게 되고, 따라서 각 단일 하이드로 사이클론에의 공급 액체의 유량(volume flow) 은 차이가 있다. 결과적으로, 그러한 하이드로 사이클론 장치에서의 분리 결과는 균일하지 않다.

더 큰 균일성(uniformity) 을 무리하게 달성하기 위해서, 하이드로 사이클론 장치의 개별 하이드로 사이클론들을 공동 링 튜브(common ring tube) 에 연결시키거나 공동 공급 컨테이너(common supply container) 에 방사상으로(radially) 연결시키는 시도도 이루어졌다. 이러한 측정은, 처음에는 충분한 균일성을 얻는다. 그러나, 동작 과정에서, 하이드로 사이클론들에서의 유압 저항의 내부적 불균일성으로 인해, 분리기 튜브 내에 침전(depositions) 이 발생하게 된다. 따라서, 링 튜브나 중앙 공급 컨테이너를 이용한 동작에서도, 필요한(oblige) 방향 및 후방에서의 빈번한 플러싱(flushing) 에 의해 연속적인 동작을 중단시켜야만 하고, 각 개시 절차(start up procedure) 이후에는 하이드로 사이클론 장치를 새롭게 조정해야만 한다.

또한, 순수 액체 배수로 및/또는 농축 서스펜션의 배수로에서의 밸브 제어를 이용하여 단일 하이드로 사이클론들에서의 균일한 유압 저항을 무리하게 달성하는 시도도 이루어졌다. 그러나, 이러한 측정은, 순수 액체 배수로에 대해 순도(purity) 또는 분리 정확도와 관련한 주기적 변동(cyclic variations) 을 발생시킬 뿐만 아니라, 피드 펌프(feed pump) 의 에너지 소모를 급격히 증가시킨다.

하이드로 사이클론 장치를 동작시킬 때의 전술한 문제점들은, 장치가 고정적으로 설치되지 않고 이동하거나 또는 수평 방향으로 정확히 조정되지 않은 플랫 폼(platform) 에 설치되는 때에 더욱 악화 된다. 그러한 예로서는, 여행 중에 폐수(waist water)를 정화하는 처리 운송수단(disposal vehicles), 또는 경사진 장소에 위치해 있는 동안 그 동작을 시작하는, 컨테이너(container) 에 있는 하이드로 사이클론 장치가 있다. 또다른 예로서는, 밸러스트 수 처리(ballast water treatment) 를 위한 선박에서의 하이드로 사이클론 장치의 동작이다.

본 발명의 목적은, 사이클론 디바이스를 서로 연결하여 하이드로 사이클론 분리기 장치를 만들 때에도, 또한 운송수단에서의 동작에서도 정확하고 균일한 분리 효율을 보장하는 하이드로 사이클론 디바이스를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하이드로 사이클론 디바이스는, 액체 공급을 위한 상부 개구(opening) 와 필터 요소(filter element) 사이의 분리기 튜브에서, 회전 요소(rotational element) 가 분리기 튜브의 축 중앙에 위치하고 회전 가능하게 지지되도록 배열되어 있으며, 회전 요소는 변동가능한 회전 속도로 구동되도록 형성되어 있다. 이러한 간단한 구조에도 불구하고, 순수 액체 배수로 및 농축 서스펜션에 있는 현탁 상태의 고체 입자(suspended solid particles) 를 매우 신뢰성 높으면서도 방해 없이 액체로부터 분리할 수 있다. 또한, 설치 시, 디바이스를 간단한 방식으로 제어할 수 있다.

이례적인 동작 상황에서 더욱 향상된 안정성(security)은, 본 발명에 따른 제어가능한 하이드로 사이클론이 동작 중 분리기 튜브의 수직 위치로부터의 이탈(deviations) 에 의해 크게 영향을 받지 않는다는 점에 있다. 또한, 사이클론의 신규 장치(inventive installation) 에서, 순수 액체 배수로의 탁한 상태 형성(haze formation) 의 경향이 간헐적 액체 공급의 경우에서도 크게 회피될 수 있음은 특히 놀랍고 중요하다.

회전 속도의 변동을 이용한 간편한 설치, 및 효율에 대한 용이한 제어가능성 때문에 동작 및 관리 노력이 상당히 작고, 신규 하이드로 사이클론의 공급에서의 제어 밸브가 제거되기 때문에 유압 에너지 소모를 최소화 하게 된다. 또한, 단일 분리기 튜브들 간에 많은 공간이 절약될 수 있으므로, 본 발명의 하이드로 사이클론 장치의 필요 공간(food print) 은 작아도 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 필터 요소는, 그 상부 전면이 폐쇄되어 있고 필터 면(filter surface) 으로 또한 형성되어 있는 오목한(hollow) 실린더이며, 예를 들면 이른바 카트리지 필터로서 양호한 처리량(throughput) 와 함께 양호한 필터 효율성을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 분리기 튜브는 원통형(cylindrical) 벽을 갖는다. 이 하이드로 사이클론 디바이스에는 원뿔형(conical) 분리기 튜브가 필요하지 않으므로, 강철(steel), 고품위 강철, 플라스틱 재료 또는 다른 재료로 이루어진 표준적인 튜브를 이용함으로써 장치의 제조가 크게 단순화된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회전 요소는 원통형 벽, 또는 정점에서 바닥으로 갈수록 증가하는 직경을 갖는 원뿔형 벽을 갖는 컵 형상, 또는 바닥이 개방된 종 형상(bell-shape) 을 가지며, 회전 요소의 최고 효율성은 종 형상을 이용함으로써 얻게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 카트리지 필터에 인접한 회전 요소의 끝부분은 분리기 튜브의 약 0.6 배로부터 0.4 배의 직경을 가지며, 필터 요소의 직경에 근사적으로 대응한다.

회전 요소의 길이와 그 직경의 비율은 약 1:1 에서 약 2:1 이다. 회전 요소는 금속 또는 플라스틱으로 이루어지거나 혼합물로 이루어질 수 있다. 바닷물(seawater) 에서 사용되는 경우, 회전 요소는 바람직하게는 고품위 강철 또는 구리-니켈 합금으로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 하이드로 사이클론 장치는, 상술한 종류의 다수 하이드로 사이클론 디바이스가 큰 액체 처리량이 요구되는 경우에 특히 바람직한 방식인 평행하게 유압으로(hydraulically) 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 하이드로 사이클론 디바이스는 회전 요소를 위한 자신의 구동 모터를 가지며, 하이드로 사이클론 장치를 형성하기 위해 상호 연결된, 제어가능한 하이드로 사이클론들은 별도로 제어될 수 있으므로, 하이드로 사이클론 장치로부터 배출되는 순수 액체의 양 및 그 탁도(haziness) 는 탄력적으로 제어될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주파수 변환기에 의해 제어되는 전기 모터가 회전 요소를 구동하는데 사용되기 때문에, 회전 요소의 회전 속도에 대한 효과적인 제어가 달성되며, 본 발명의 하이드로 사이클론 디바이스의 제어는 아날로그 또는 디지털 컴퓨터 시스템에 의해 간단한 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제어부는 각 하이드로 사이클론 디바이스의 처리 매개변수에 따라서 각 회전 요소의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 처리 매개변수는 액체 배수로의 탁도(haziness), 분리기 튜브의 압력, 공급 압력 및 분리기 튜브의 압력 간의 압력 차이 및 유량(volume flow) 과 같은 매개변수 중의 하나 또는 여러 개이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 압력 차이에 기초한 제어부는, 적어도 두 개의 압력 센서, 및 압력 센서들의 측정값으로부터 압력 차이를 결정하고 측정된 값과 명목값(nominal value) 의 비교를 수행하여 모터의 속도 제어에 대한 결과적인 제어 신호를 출력하도록 구성된 측정 변환기를 구비한다.

도 1 은 종(bell) 의 형태를 갖는 회전 요소를 구비한 제어가능한 하이드로 사이클론 디바이스를 개략적으로 나타내고,

도 2 는 원뿔형 벽을 갖는 컵 형상의 회전 요소를 구비한 제어가능한 하이드로 사이클론 디바이스를 개략적으로 나타내며;

도 3 은 원통형 벽을 갖는 컵 형태의 회전 요소를 구비한 제어가능한 하이드로 사이클론 디바이스를 개략적으로 나타내고;

도 4 는 두 개의 단일 하이드로 사이클론 디바이스로 구성되는 하이드로 사이클론 장치를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 분리되어야 할 서스펜션 흐름(VE)(부피/시 간단위) 는 분리기 튜브(T) 에 있는 상부 중앙 개구(O) 를 통해 흐르고, 회전 요소(R) 를 통과하여 하방으로 흐른다. 따라서, 접선 방향의 회전 구성요소는 흐름(VE) 에 강제적으로 적용된다. 회전 요소(R) 는 샤프트(S) 를 통해 구동 모터(M) 과 연결된다.

상방으로 흐르는 서스펜션(VE) 의 일부는, 분리기 튜브(T) 내에서, 카트리지 필터(F) 를 통해 흐르는 순수 액체 배수로(VO) 로 분리되고, 하부 개구(U) 를 통해 흐르게 된다. 현탁 상태의 입자 중 일정 무게(specific weight) 가 운반체 액체(carrier liquid) 보다 큰 것은 분리기 튜브(T) 의 벽에 주로 수집되어 농축 서스펜션의 부분적인 흐름(VS1 및 VS2) 를 형성한다. 부분적인 흐름(VS1 및 VS2) 는, 분리기 튜브의 하단에 접선 방향으로 배치되어 있는 튜브 스터브(stub)(D1 및 D2) 를 통해 배출된다.

회전 요소(R) 의 회전 속도는 가변적이며, 예를 들면 구동 모터(M) 는 그 회전 속도가 주파수 변환기를 이용하여 제어되는 삼상(three-phase) 모터이다. 동작 중에 회전 요소(R) 의 회전 속도를 변화시킬 수 있기 때문에, 하이드로 사이클론 디바이스의 분리 효율성 뿐만 아니라 주입 개구(O) 와 배수 개구(U) 간의 전체적인 유압 저항이 영향을 받을 수 있다. 이러한 제어 때문에, 하이드로 사이클론 디바이스는, 평행하게 연결되는 신규의 다수 하이드로 사이클론들에 기초하여 하이드로 사이클론 장치를 만드는데 특히 적합하다.

알 수 있는 바와 같이, 변화하는 공급 흐름(VE) 의 경우에서도 항상 균일하게 농축된 서스펜션(VS) 이 하이드로 사이클론 디바이스로부터 배출된다는 것은 이 제어가능한 하이드로 사이클론 디바이스의 또다른 장점이다.

분리기 실린더(T) 가 정확하게 수직으로 위치하지 않는 경우 또는 분리기 실린더(T) 가 동작 중에 이동하여 수직 방향으로부터 일정 정도 이탈되는 경우에도, 제어가능한 하이드로 사이클론의 분리기 효율에는 주목할 만한 영향은 미치지 않는다. 따라서, 하이드로 사이클론 디바이스는 특히 육상 운송수단 또는 해상 운송수단에서의 동작에 적합하다.

바람직한 실시예에서, 회전 요소(R) 는 도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이 종(bell) 의 형태를 갖는다. 그러나, 또한 다른 형상도 효과적이며, 예를 들면 회전 요소는 도 2 에서 개략적으로 볼 수 있는 바와 같이 원뿔형 벽을 갖는 컵의 형상을 가질 수 있다. 선택적으로는, 회전 요소는 도 3 에서 개략적으로 볼 수 있는 바와 같이 원통형 벽의 컵 형상을 가질 수 있다. 회전 요소의 형상을 제외하고는, 도 1 및 도 3 의 실시예는 동일하며, 따라서 새로운 설명은 불필요하다.

본 발명에 따른 제어가능한 하이드로 사이클론 분리기 세트(battery) 는, 도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이 서로 평행한 다수의 분리기 실린더(T) 를 구비한다. 서로 평행하게 배치된 이러한 분리기 실린더는, 예를 들면, 미처리의 서스펜션(VE) 를 가진 플랜지(flansh)(E2) 를 통해 공동 매니폴드 튜브(E1) 로부터 사용되며, 하이드로 사이클론 분리기 세트(battery) 에 대한 신규 형상의 개별 분리기 실린더의 이같은 상호연결은, 현탁되어 있는 입자의 큰 액체 흐름이 분리되어야 하는 경우에 바람직하다.

신규한 하이드로 사이클론 분리기 장치의 세부사항은 도 4 에 나타나 있다. 이 도면에 의하면, 농축 서스펜션은 접선 방향으로 배치된 튜브 스터브(stub)(D1, D2, D3 및 D4) 를 통해 하나 또는 여러 개의 매니폴드 튜브(L1) 으로 유입되고, 튜브 플랜지(flange)(L2) 를 통해 액체 흐름(VS) 으로서 하이드로 사이클론 분리기 장치를 떠나게 된다.

동일한 방식으로, 순수 액체는 필터 카트리지(F) 의 바닥으로부터 개구(U1 및 U2) 를 통해 동일한 크기의 분리기 실린더(T1 및 T2) 밖으로 흐르게 되고, 튜브(C1 및 C2) 를 통해 매니폴드 튜브(C3) 에 도달하고 순수 액체 흐름(V0) 으로서 튜브 플랜지(flange)(C4) 를 떠나게 된다.

분리 실린더는, 모터에 의해 각각 구동되는 동일한 크기의, 종 형상의 회전 요소(R) 를 구비한다. 도 4 에서, 구동 수단은 삼상(three-phase) 모터이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 회전 요소(R) 에 대한 구동 샤프트(shaft) 는 액체 매니폴드 헤드(E1) 을 통하여 연장되고, 봉인(Z) 에 의해 액체 매니폴드 헤드(E1) 에 대해 봉함된다.

도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이, 구동 모터(M1 및 M2) 의 회전 속도는 각각 주파수 변환기(ACF1 및 ACF2) 에 의해 제어된다. 주파수 변환기는 공통의 공급 전류 케이블(AC) 에 연결되고, 예를 들면 4-20 mA 의 신호 전류 형태로 또는 도 4 에서 ΔP1 및 ΔP2 로 지정되어 있는 제어기 및 측정 변환기로부터 0 에서 5 볼트의 신호 전압 형태로 각각 제어 신호를 수신한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 분리기 실린더는 자신의 제어부를 갖는다. 각 제어부는, 도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이 두 개의 압력 센서(Pa 및 Pb 또는 Pc 및 Pd) 에 각각 연결된다. 측정 변환기(ΔP) 는 압력 센서(Pa, Pb) 또는 압력 센서(Pc, Pd) 에 의해 각각 입력되는 신호로부터 압력 차이를 계산하고, 이 압력 차이를 미리 정의된 명목 값(nominal value) 과 비교한다. 명목 값과 실제 값의 차이는 각 주파수 변환기(ACF1 및 ACF2) 에 대한 제어 신호로서 출력된다. 이러한 제어 회로는, 매니폴드 헤드(E1) 로부터 분리기 실린더(T1 및 T2) 로의 액체 흐름이 균등하게 배분되도록 보장하고, 따라서 하이드로 사이클론 분리기 장치가 또한 본 발명의 개별 하이드로 사이클론 디바이스와 동일한 방식으로 기능상 설정될 수 있도록 보장한다.

측정 변환기 제어기(ΔP) 자체가 차동 압력 센서(differential pressure sensor) 인 경우, 측정 센서(Pa, Pb 및 Pc, Pd) 는 압력 측정 플랜지(flange)이고, 도 4 의 도면에서 파선(broken line) 으로 나타낸, 측정 변환기 제어기(ΔP) 로 이어지는 도선(conductors) 은 금속의, 호스 튜브이다.

측정 센서 쌍(Pa, Pb 및 Pc, Pd) 은, 각각 분리기 실린더(T) 상의 다른 위치에 또는 그 외부에 설치될 수 있다. 도 4 에 나타낸 측정 위치들은, 단지 측정 위치가 될 수 있는 구성 예이다.

전체 하이드로 사이클론 분리기 장치의 동작은 밸브 없이, 회전 요소를 이용함으로써만 제어된다. 본 발명에 따른 하이드로 사이클론 장치는, 두 개의 분리기 실린더(D1 및 D2) 대신에, 3개, 4개 또는 그 이상의 분리기 실린더들을 장치의 분리 정확성 및 처리량에 악영향 없이 포함할 수 있다.

실시예 1

본 발명의 회전 요소와 다른 회전체들을 비교하기 위해, 길이 800 mm, 등급(grade) 40 μm, 및 외부 직경(outer diameter) 90 mm 인 필터 카트리지가, 길이 1050 mm 및 외부 직경 168,33 mm 를 갖는 분리기 실린더에 사용되었다. 바닥이 개방되어 있는 필터 카트리지는, 순수 액체 배수로(U), 외부 직경 88,9 mm 의 튜브 스터브(stub) 에 연결된다. 분리기 실린더는, 접선 방향으로 연장되는 두 개의 튜브 부분을 갖고, 그 하단은 직경 3/8 인치이며, 그 중 하나는 압력 센서(Pb) 를 위한 압력 측정 위치를 위해 사용된다.

분리기 실린더는, 직경 92 mm 의 상부 원형 공급 개구(O) 를 가지며, 여기에 외부 직경 88,9 mm 의 90-도(degree)-DIN-튜브 벤드(bend) 가 플랜지 되어 있다(flanged). 측정 센서(Pa) 의 측정 위치는 튜브 벤드(bend)의 외부에 45 도의 주변 각도(peripheral angle) 로 위치해 있다. 이 튜브 벤드를 통해 연장되어 있는, 직경 19 mm 의 회전체를 위한 구동 샤프트는, 상태 봉인(phase seal) 을 이용하여 튜브 벤드에 대해 봉함되고 공급 개구(O) 를 통해 연장된다.

세 개의 회전체, 즉 바닥이 개방된 컵, 강철 시트의 원뿔(cone) 및 종(bell) 각각은 외부 직경 88,9 mm 및 길이 160 mm 를 가지며, 이들의 하부 개방면은 동일 축으로 배열되어 있는 필터 카트리지(F) 의 20 mm 위에 배치되어 있다.

측정 센서(Pa 및 Pb) 는 차동 압력(differential pressure) 측정 기구에 연결된다. 매개변수 2800 rpm 및 0,75 kW 를 갖는 삼상(three-phase) 모터가, 주요부(mains) 에 연결되어 있는 주파수 변환기에 의해 공급된다. 주파수 변환기에서, 회전 속도가 표시될 수 있고, 전위차계(potentiometer) 를 이용하여 제어될 수 있 다.

용액(water) 은, 회전 펌프를 이용하여 하이드로 사이클론을 통해 유입된다. 분리기 튜브의 하단에서 접선 방향으로(tangentially) 배치되어 있는 3/4 인치 튜브 스터브를 통한 공급 흐름(VE) 의 배수 흐름(drainage flow)(VS) 에 대한 비율은 25 로 조절된다.

설치된 회전체 없이, 분리기 실린더에 있는 센서(Pb, Pa) 에서의 압력 차이가 다른 유속(flow rate) 에서 측정되는 경우, 마이너스 값(압력 하강) 에 직면하게 된다. 회전체를 설치함으로써, 압력 하강은 관련 계산에서 각각 작아지게 되거나 플러스가 된다. 가장 큰 효과는 종 형상에 의해 얻을 수 있고, 그 다음은 원뿔 형상이다. 가장 작은 효과는 컵 형상에 의해 나타나며, 그 상대적인 압력 상승은 이하의 테이블 1 에서 기준 값 1 로서 표현된다.

테이블 1

Pa 및 Pb 간의 상대적인 압력 상승

유속(Flow rate)(VE) 회전체

m³/h 컵 원뿔 종

60 1 1,4 3,0

80 1 1,5 2,8

100 1 1,5 2,6

테이블 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 비교를 위해 나타낸 다른 형상의 회전체에 비해 확실히 우수한, 축 중앙에 위치한, 종 형상의 회전 요소의 효과는, 유속으로부터는 단지 작은 정도로만 좌우된다.

실시예 2

외부 직경 88,9 mm 를 갖는, 종 형상의 회전 요소를 구비하는 본 발명의 실시예 1 에 따른 하이드로 사이클론 디바이스는, 2 μm 등급의 산화 티타늄(titan oxide) 및 30 μm 등급의 이산화규소(silica) 가 1:1 의 무게 비율로 1% 인 서스펜션의 80 m³/h 의 공급 속도(VE) 를 갖는다. 운반 매체 용액(carrier medium water) 은 부가적으로 100 ppm 의 구아-생체 고분자(guar-biopolymer) 를 함유한다. 하부 배수로(VS) 는 공급 흐름(VE) 의 5% 로 조절된다. 삼상 모터는 680 와트의 에너지 소모로 조절된다.

전체 사이클론 디바이스는, 모터에 의해 구동되는 편심 기구(excenter device) 를 이용하여, 분리기 튜브의 수직 축 주위로 디바이스의 기울임(tilting) 이 가능한 구조로 이동 가능하게 매달려 있다. 액체 흐름의 공급 및 배출은 호스를 통해 영향을 받는다.

기술한 하이드로 사이클론 디바이스는, 수직 방향에 대해 0,5 헤르쯔(Hertz) 의 경사 주파수로 플러스/마이너스 5 도 만큼 기울어져 있다.

여기서, 이러한 방식으로 준비된 사이클론 디바이스는 다음의 순서로 동작되었다: 0,5 헤르쯔의 경사 동작으로 90분, 그리고 이어서 90 분의 정지 동작(각각 수직 방향으로부터의 편차나 기울어짐 없음).

분리 정확성에 대한 영향(순수 용액 배수로의 탁도(haziness)) 은, 6 시간의 전체 동작 시간 동안에 관찰되지 않았다.

실시예 3

실시예 1 에 따르고 길이 160 mm 및 외부 직경 88,9 mm 를 갖는, 바닥이 개방되어 있는 원뿔형으로 구현된 회전 요소(R) 에 대해서, 실시예 2 의 실험이 반복되었다. 여기서, 고정된 분리기 튜브에 대한 90 분의 시험 기간에 비해, 0,5 헤르쯔의 경사 동작을 갖는 90 분의 기간 동안 순수 용액 배수로의 탁도(haziness) 의 실제적인 증가가 관찰되었다.

Claims

액체 공급을 위한 상부 개구 및 순수 액체 배수로를 위한 하부 개구, 분리기 튜브(T) 의 하단에 농축 서스펜션을 위한 적어도 하나의 튜브 스터브(O), 및 상기 순수 액체 배수로에 유압으로 연결되고 상기 분리기 튜브(T) 의 중앙에 배열되는 필터 요소(F) 를 가지는 수직 분리기 튜브(T) 를 구비하는 하이드로 사이클론 디바이스로서,

상기 액체 공급을 위한 상부 개구와 상기 필터 요소(F) 사이의 상기 분리기 튜브(T) 에서, 회전 요소(R) 가 상기 분리기 튜브의 축 중앙에 배열되고 상기 회전 요소(R) 는 변동가능한 회전 속도로 구동되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 필터 요소(F) 는 그 상부 전면이 폐쇄되어 있거나 또는 필터 면으로 또한 형성되어 있는 오목한 실린더를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 분리기 튜브(T) 는 원통형 벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 요소(R) 는 원통형 벽 또는 정점에서 바닥으로 갈수록 증가하는 직경을 갖는 원뿔형 벽을 갖는 컵 형상, 또는 바닥이 개방된 종 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 필터 요소(F) 를 향하는 상기 회전 요소(R) 의 끝부분은 상기 분리기 튜브(T) 의 대략 0.6 배로부터 0.4 배의 직경을 가지며, 상기 필터 요소(F) 의 직경에 대응하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 요소(R) 의 그 직경에 대한 길이 비율은 대략 1:1 로부터 대략 2:1 인 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 요소(R) 를 위한 구동 샤프트는 상기 액체 공급을 위한 개구 및 상기 분리기 튜브(T) 의 상부 전면을 통해 위로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분리기 튜브(T) 의 하단에 설치된 접선 방향의 튜브 스터브는, 상기 회전 요소(R) 의 회전 방향과 동일한 방향의 배출 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 디바이스.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하이드로 사이클론 디바이스의 다수가 평행하게 유압으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 장치.
제 9 항에 있어서,

각 하이드로 사이클론 디바이스는 상기 회전 요소(R) 를 위한 자신의 구동 모터(M) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

주파수 변환기에 의해 제어되는 전기 모터가, 종 형상의, 축 중앙에 위치하여 회전하는 제어 요소(G) 에 대한 구동 수단으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

제어부는, 각 하이드로 사이클론 디바이스의 처리 매개변수에 따라서, 각 회 전 요소(R) 의 회전 속도를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 처리 매개변수는, 상기 순수 액체 배수로의 탁도(haziness), 상기 분리기 튜브의 압력, 공급 흐름과 상기 분리기 튜브의 압력 사이의 압력 차이, 및 유량(volume stream) 의 매개변수들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 장치.
제 12 항에 있어서,

압력 차이에 기초한 상기 제어부는, 적어도 두 개의 압력 센서, 및 상기 압력 센서들의 측정값 간의 압력 차이를 결정하고 실제값과 명목값의 비교를 수행하여 모터의 회전 속도 제어에 대한 결과적인 제어 신호를 출력하도록 구성된 측정 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이드로 사이클론 장치.