KR20130100956A - 압축된 공기를 이용하여 고체 이송을 증진시키는 원심 액체 분리 기계 - Google Patents

압축된 공기를 이용하여 고체 이송을 증진시키는 원심 액체 분리 기계 Download PDF

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Abstract

연속하는 디칸터를 구비하고 압축된 공기를 이용하여 고체 이송을 증진시키는 스크류형 원심 액체 분리 기계가 제공된다. 상기 기계는 동축을 갖는 외측 볼(bowl)과 컨베이어를 구비한다. 백 드라이브 어셈블리는, 상기 볼과 컨베이어 사이에 속도에 있어서의 차이를 유지시켜서, 상기 컨베이어가 당해 기계의 분리 영역 내에서 기계적 스윕핑 동작을 갖도록 제공된다. 상기 백 드라이브 어셈블리를 거쳐 상기 기계 내로 공기가 도입되고, 헤비 페이즈 토출 경로 내로 분사된다. 한 장소에서, 상기 공기는, 상기 헤비 페이즈 물질 내의 그릿을 적어도 부분적으로 재부유시키는 터뷸런스 유도기로서의 역할을 한다. 또한, 상기 공기는 고체 배플 주위에 방사상으로 이격된 리프트 인젝터를 거쳐 분사되어, 균일한 고체 페이즈 구동력을 제공한다. 또한, 상기 헤비 페이즈 물질의 토출구를 거친 토출률을 제어하기 위한 유동 제어도 제공된다.

Description

압축된 공기를 이용하여 고체 이송을 증진시키는 원심 액체 분리 기계{CENTRIFUGAL LIQUID SEPARATION MACHINE USING PRESSURIZED AIR TO PROMOTE SOLIDS TRANSPORT}
본 PCT 특허출원은 2010년 6월 15일 출원된 미합중국 가출원 61/355,023의 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참조로서 원용된다.
본 발명은 원심 액체 분리 기계에 관한 것으로, 상세하게는 연속하는 디칸터(decanter)를 구비하고 압축된 공기를 이용하여 고체 이송을 증진시키는 스크류형 원심 액체 분리 기계에 관한 것이다.
원심 기계는 다수의 적용 형태에 있어서 유용하다. 폐수 처리 플랜트와 같은 일 적용예에 있어서는, 4% 내지 6%의 케이크 고체 토출을 얻는 것이 요구된다. 혐기성 분해 장치(anaerobic digester)가 효율적으로 작동하기 위해서는 이러한 범위의 케이크 고체가 요구된다. 이 범위 아래로 떨어지면 분해 용량의 증가를 요구한다. 이 범위 위로 올라가면, 통상적으로, 헤비 페이즈 액체의 두께로 인한 혼합 문제를 초래한다. 본 발명의 원리를 하나의 형태의 적용과 관련하여 설명하지만, 본 발명은 설명하는 이러한 적용에 한정되는 것이 아니다.
기본 형태에 있어서, 디칸터형(decanter type) 원심 분리 기계는 회전하는 외측 볼과, 이 외측 볼과 동축으로 정렬된 내측 스크류 컨베이어와, 상기 회전하는 외측 볼과 상기 내측 스크류 컨베이어 사이의 속도에 있어서의 차이를 유지시켜 당해 기계의 연속 동작을 허용하는 기구를 갖고 있다. 상승된 속도에서의 상기 볼의 회전은, 상기 기계 내의 원심력의 상승된 레벨로 인한 상기 기계의 분리 영역 내에서의 고체 액체 분리 작용을 초래한다. 따라서, 고체 및 밀도가 높은 액체 등의 물질은 상기 분리 영역의 외경에 남게 되고, 보다 저밀도의 액체는 상기 분리 영역의 내경으로 이동할 것이다. 분리율은 상기 볼의 회전으로부터 초래되는 중력의 상승과 함께 증가된다. 스크류 컨베이어는 상기 외측 볼의 회전 속도보다도 크거나 작은 회전 속도를 갖는다. 이 속도에 있어서는 차이는, 스크류 컨베이어 플라이트들이 상기 분리 영역 내에서 기계적 스윕핑(sweeping) 동작을 제공하도록 한다.
소프트한 보다 이송이 곤란한 고체에 대한 도전을 취급하기 위한 다수의 원심 설계가 수년에 걸쳐 있어 왔다. 그러한 설계 중 몇몇은 다음의 미국 특허들에 설명되어 있다.
리(Lee)에게 허여된 미합중국 특허번호(이하 "USPN") 제3,795,361호의 발명의 명칭은 "원심 분리기"이다. 이 특허는, 구멍이 없는 볼 내에 스크류 컨베이어를 갖는 디칸터 원심분리기가, 상기 스크류 컨베이어가 지니는 환형의 배플을 어떻게 구비하는지를 기재하고 있다. 헤비 페이즈 토출구가, 상기 볼의 테이퍼가 형성된 부분에 위치되고, 또한 라이트(light) 페이즈 물질의 내측 표면보다 회전축으로부터 보다 큰 방사상 거리에 위치되는 것이 교시되어 있다. 상기 배플의 주변부는, 상기 볼의 원통형 부분 내의 분리 영역으로부터 상기 볼의 테이퍼가 형성된 부분 내의 헤비 페이즈 토출 구역까지 헤비 페이즈 물질의 언더플로우(underflow)를 위한 제한된 통로를 형성하기 위해, 상기 볼로부터 가까이 이격되어 있다. 원뿔형 배플에 의해, 도입되는 피드가 당해 배플의 내측으로 면하는 면 위로 지향되고 상기 분리 영역에 있어서의 터뷸런스를 최소화하기 위해 가속된다. 테이퍼가 형성된 부분, 또는 비치(beach)를 사용하면, 그릿(grit) 또는 오물(trash)을 적절히 이송하기 위해 필요한 얕은 비치 각도는 볼 길이의 바람직하지 못하게 큰 비율을 요구하므로, 기계의 용량을 감소시킨다.
힐러(Hiller)에게 허여된 USPN 제4,339,072호의 발명의 명칭은 "고체/액체 혼합물의 분리를 위한 원심분리기"이다. 이 발명에서는, 외측 자켓을 갖는 원심 드럼이 상기 자켓에 위치된 애퍼쳐를 구비한다. 상기 애퍼처를 거쳐, 농축된 고형물의 적어도 부분적인 토출이 일어난다. 바람직하게는 디스크 형태의 제어 장치가 상기 애퍼쳐로부터 작은 간격으로 이격된 표면을 제공하여, 표면의 리세스(recess) 또는 절결부(cut-out) 등의 불연속부가 발생하여 상기 애퍼쳐를 통한 유동을 허용하는 경우를 제외하고는 상기 애퍼쳐를 거친 고체/액체의 유동을 방지한다. 이 특허는 외측 볼로부터 토출함으로써 절두 원추체를 제거하기 위한 해결방안을 기재하고는 있지만 그 설계에 결함이 없는 것은 아니다. 예컨대, 모든 고체가 매우 작은 노즐을 통과할 것이 요구된다. 이것은 바람직하지 못한 기계의 막힘 및 마멸 손상량을 초래한다.
니시다(Nishida) 외에게 허여된 USPN 제5,542,903호의 발명의 명칭은 "감속 베인을 이용한 원심 액체 분리 기계"이다. 이 특허는, 농축되고 분리된 액체를 위한 토출 통로가, 회전 볼 및 스크류 컨베이어의 축에서 개별적으로 형성되는 것을 교시하고 있다. 축에서의 토출 통로까지 회전 볼의 내부로부터 이어지는 방사상 토출 통로의 입구 통로에서는, 환형의 공간이, 스크류 컨베이어 상에 장착되고 당해 기계의 축으로부터 방사상 방향으로 연장되는 복수의 감속 베인에 의해 섹터들로 분할된다. 이 특허는, 아몰퍼스 오물에 의한 문제에 대한 해결방안을 보여주고 있지만, 그릿 등의 마멸성 재료에 의해 유발되는 문제는 언급하고 있지 않다.
에퍼(Epper) 외에게 허여된 USPN 제4,898,571호의 발명의 명칭은 "고체 볼 원심분리기"이다. 이 특허는, 외측 벽에 원통형 침강 섬프(settling sump)를 제공하는 회전 절두 원추체 형상의 드럼과, 변위 부재로서, 당해 변위 부재와 상기 드럼 월 사이에 침강 섬프를 형성하는, 상기 드럼 내에 회전가능하게 위치되는 변위 부재와, 상기 침강 섬프로부터 방사상 안쪽으로 이격된 보다 라이트한 페이즈 물질을 위한 토출 요소와, 상기 드럼의 외주에서 가장 깊은 위치에서 상기 침강 섬프로부터 이어지는 보다 헤비한 페이즈 물질을 위한 토출 컨덕터와, 보다 헤비한 페이즈 물질을 위한 상기 토출 컨덕터에 연결되어 그 제거를 돕는 압축된 공기 도관과, 상기 드럼을 통한 상기 물질의 운동을 돕는 상기 변위 부재 상의 베인을 포함하는, 보다 라이트한 페이즈와 보다 헤비한 페이즈로 서로 다른 밀도의 혼합물을 분리하기 위한 방법 및 장치를 개시하고 있다. 상기 보다 라이트한 페이즈 물질 및 상기 보다 헤비한 물질 모두는 상기 장치의 동일한 단부에서 상기 장치를 나온다. 그러나, 볼 및 백 드라이브 모두는 피드 도입 포인트와 동일한 단부 상에 있는 것으로 도시되어 있고, 이 시대의 종래의 백 드라이브 시스템은 중심축이 프로세스 물질의 유동을 허용하도록 하지 않았다.
슈립(Schlip) 외에게 허여된 USPN 제5,176,616호의 발명의 명칭은 "고체 볼 웜 원심분리기의 농후 물질 토출 영역의 후처리를 위한 방법 및 장치"이다. 이 특허는, 원심 고체 볼 웜 분리기의 이용을 교시하고 있으며, 상기 원심 고체 볼 웜 분리기는 외측의 원통형 드럼과, 상기 드럼이 라이트하고 헤비한 프랙션(fraction) 또는 페이즈로 분리하려는 물질을 받아들이도록 배치된 외측 표면 상에 헬리컬 플라이트를 구비한 내측의 회전가능한 웜을 구비하며, 상기 기구는, 상기 물질이 드럼을 떠나기 전에 상기 드럼 내에서 헤비 프랙션 물질 내로 유동화 성분을 분사하고 혼합하는 방법을 제공하여 드럼 내에서 헤비 프랙션을 혼합한다. 상기 유동화 성분은 헤비 프랙션의 밀도를 저하시켜서 웜 플라이트들에 의한 그 토출을 가능하게 한다. 상기 액체의 유압은 분리기로부터 헤비 프랙션을 밀어내는 것을 돕고, 이것은 역류 및 액체 프랙션과 헤비 프랙션의 상호 혼합을 방지한다. 그러나, 이 특허는 슬러지와 공기를 적절히 혼합하기 위한 적합한 구조를 개시하지는 않음이 분명하고 따라서 이 설계는 개선될 수 있다.
레터(Retter)에게 허여된 USPN 제5,244,451호의 발명의 명칭은 "압축된 가스 도입을 갖는 웜 원심분리기를 작동시키기 위한 방법"이다. 이 특허는, 고체 토출 개구에 선행하는 볼 분리기 내에서 농축된 슬러지 프랙션 내로, 제어된 주파수로, 연속적인 압력 서지(surge)를 도입함으로써 펄스 주파수 및 압력의 레벨이 제어가능하고 분리기를 거친 슬러지 프랙션 스루풋의 함수로서 제어될 수 있는, 웜 원심분리기의 스루풋과 효율을 향상시키기 조작 방법을 보여준다. 이 특허는 케이크 토출 경로에서의 공기 분배 쇼트 서킷(short circuit)을 극복하는 수단으로서 맥동 공기류의 이용을 보여준다. 이와 관련하여, 본 특허는 공기의 연속적 도입을 보여주지 않는다.
하이(High)에게 허여된 USPN 제4,790,806호의 발명의 명칭은 "에어리프트 장치가 포함된 디칸터 원심분리기"이다. 이 특허는, 환형의 볼, 상기 볼의 축 상의 중공의 튜브, 상기 볼로부터 제1 페이즈의 입력 슬러지를 토출하기 위한 수단을 포함하는 디칸터 원심분리기를 보여주는데, 상기 원심분리기는, 상기 중공의 튜브로부터 방사상으로 지지되는 토출 라인, 및 상기 중공 튜브 내로부터 상기 토출 라인의 외측 단부로 유체를 이송하기 위한 유체 공급 라인을 포함하여, 상기 슬러지의 다른 페이즈의 상기 라인을 통해 상기 볼로부터의 효과적 제거가 가능한, 유체 기동형 에어리프트 장치를 특징으로 한다. 본 발명에 있어서의 공기는 허브를 통해 파이프 라인에 의해 전달되는 것으로 교시된다. 헤비 페이즈 물질의 조질의(coarse) 입자들은, 에어리프트 장치로의 슬러지 입구와 상기 볼의 벽의 내면 사이의 좁은 간극 덕분에, 상기 에어리프트 장치로 들어가는 것이 방지된다. 피드 슬러리로부터 과대한 입자들이 제거되면(또는 없다면), 모든 침전된 고체가 상기 에어리프트 장치에 의해 배출될 수 있고, 디칸터 볼의 원주형 비치 부분이 요구되지 않는다. 과대한 입자들이 피드 슬러리로부터 제거되지 않는 경우, 비치가 요구된다는 제한이 본 교시에서 암시된다. 또한, 물품 이송을 로컬라이징화함의 연속이 상기 유닛의 원통형 부분에서 유체역학적 효과를 차단하는 것이 문제가 된다.
이들 특허는, 백 드라이브 시스템을 거쳐 진입하는 공기 이송 시스템을 갖는 설계를 제시하지 않고 있다.
이들 특허는, 스크류형 원심 시스템에 있어서 고체 배플 뒤에 연속하는 축방향 공기 입구를 갖는 설계를 제시하지 않고 있다.
이들 특허는, 유동 경로의 반경방향 단면을 가로지른 미세 공기 입자 입구의 균일한 이격을 갖는 설계를 제시하지 않고 있다.
이들 특허는, 토출 유로에 있어서 적어도 부분적으로 재부유(re-suspend) 그릿(grit)에 대한 터뷸런스 유도를 갖는 설계를 제시하지 않고 있다.
이들 특허는, 센서에 의해 헤비 페이즈(heavy phase) 토출 스트림의 특성을 측정하고, 이에 따라 공급되는 연속하는 공기를 조정하여 원하는 헤비 페이즈 토출 컨시스턴시(discharge consistency)를 달성하도록 운영되는 연속 프로세스 제어는 제시하지 않고 있다.
따라서, 상기 과제 및 다른 과제들을 해결하는 원심 액체 분리 기계에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 원심 액체 분리 기계에 관한 것으로, 상세하게는 연속하는 디칸터를 구비하고 압축된 공기를 이용하여 고체 이송을 증진시키는 스크류형 원심 액체 분리 기계에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 기계는 외측 볼(bowl)과 컨베이어를 갖는다. 상기 볼과 컨베이어는 동축을 가지며, 백 드라이브 어셈블리가 이들 구성요소를 서로 다른 속도로 회전시켜서, 상기 컨베이어가 당해 기계의 분리 영역 내의 헤비 페이즈 물질을 기계적으로 휩쓸도록 만든다. 상기 백 드라이브 어셈블리를 거쳐 상기 기계 내로 공기가 도입되고, 상기 헤비 페이즈 토출 경로 내로 분사된다. 제1 장소에서, 상기 공기는, 상기 헤비 페이즈 물질 내의 그릿을 적어도 부분적으로 재부유시키는 터뷸런스 유도기로서의 역할을 한다. 또한, 상기 공기는 고체 배플 주위에 반경방향으로 이격된 리프트 인젝터를 거쳐 제2 장소에서 분사되어, 균일한 고체 페이즈 구동력을 제공한다. 또한, 상기 헤비 페이즈 물질의 토출구를 거친 토출률을 제어하기 위한 유동 제어도 제공된다.
원심 디칸터 내부에 분사된 공기는, 원심 분리기의 성능 개선에 영향을 주는데 이용될 수 있는 수개의 특성을 갖는다. 중력 및 동점도(kinematic viscosity)와 함께 버블 사이즈와 밀도를 포함하는, 공기 압축으로부터 유래된 유용한 특성들은, 상(phase) 경계를 가로질러 공기가 얼마나 신속히 침투하는지를 결정한다. 또한, 풀의 표면 아래의 공기 입자들은, 여기에서 다음과 같이 정의된 스토크 법칙(Stock's law)에 의해 제시되는 중력 및 동역학적 효과도 받는다.
Figure pct00001
그러나, 스토크 법칙은 본 발명의 동작의 물리학을 완전히 설명하지 못한다. 첫째, 공기 버블은 압축성 가스이므로, 이 버블은 공기 입자가 풀 표면에 가까이 감에 따라 사이즈가 증가한다. 이 부피에 있어서의 변화는,
Figure pct00002
인 이상(ideal) 기체 법칙에 의해 근사치를 얻을 수 있으며, 압력은 중력에 의해 증폭된 특정 반경들에서의 유체정역학적 수두이다. 둘째, 이러한 입자들이 부력의 법칙을 따르고 반경방향 내측으로 이동하므로, 운동 에너지에 있어서의 감속이 있고, 공기 버블에 의해 점유된 공간 내로 보다 높은 밀도의 유체가 감속함으로 인해 공기 입자가 유동하는 방향으로 각(angular) 성분이 더해진다.
이들 효과는 본 발명에 의해 유리하게 이용된다. 이와 관련하여, 디칸터 내부와 풀 레벨 아래에 분사된 공기가 차압 구동력을 조절하고 따라서 구조적 배플 또는 고체 배플을 가로지르는 유량을 조절한다. 배플의 양쪽 면이 평형 상태에 있으므로 수압이 균형을 이룰 때는, 배플을 가로지르는 유동은 없다. 이 현상은 다음의 등식에 의해 규정된다.
Figure pct00003

배플의 일면 상의 액체 레벨을 변경함은, 시스템이 상이한 높이에 맞추어 평형으로 가려고 시도하므로 유량에 있어서의 변경을 초래한다. 공기 분사는, 배플의 일면 상의 유체의 밀도를 선택적으로 변경함으로써 동일한 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 의해 사용되는 공기의 량은, 공기의 밀도가 거의 제로이므로, 구조적 배플을 가로질러 흐르는 부피량에 비례한다. 그러므로, 공기 유동의 부피를 변경함으로써 배플을 가로지른 헤비 페이즈 액체의 유량이 조정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 하나의 이점에 따르면, 원하는 출력으로 상기 시스템을 최적화할 수 있다.
본 발명의 다른 이점에 따르면, 공기 이송 시스템은 백 드라이브 시스템을 거쳐 기계로 들어간다. 이에 의해 공기 이송 시스템의 신뢰성이 증가하고, 본 발명의 공기 이송 시스템과의 간섭없이 다른 가치 부가형 구성요소의 추가가 허용된다.
본 발명의 또 다른 이점에 따르면, 헤비 페이즈 토출 경로의 쇼트 서킷(short circuit)이 방지된다. 이것은, 헤비 페이즈 물질 배출 경로 내에서 헤비 페이즈 물질 내로 공기를 균일하게 분사함으로써 본 발명에서 달성된다.
본 발명의 또 다른 이점에 따르면, 연속 프로세스 제어가 실시간으로 제공된다. 이 연속 프로세스 제어는, 원하는 헤비 페이즈 액체 토출 컨시스턴시를 달성하기 위해, 센서에 의해 헤비 페이즈 토출 스트림의 특성을 측정하고, 이에 따라 공급되는 연속하는 공기를 조정하여 헤비 페이즈 액체의 토출률을 변경하도록 운영된다.
본 발명의 또 다른 이점에 따르면, 비치(beach)를 사용하는 일 없이, 그릿과 다른 미세한 입자들이 스크류형 원심 기계로부터 배출된다. 이것은, 헤비 페이즈 물질 토출 유로 내에서 그릿을 적어도 부분적으로 재부유시키는 터뷸런스 유도기를 이용하여 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 이점에 따르면, 기계에 대한, 구체적으로는 토출 개구에서의 마멸 손상이 저감된다. 이것은, 매우 작은 토출 개구에 대한 필요성을 제거하고, 또한 축소된 볼 직경으로 토출함으로써 본 발명에서 달성된다.
당업자라면, 본 발명의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하여, 본 발명의 다른 이점, 혜택 및 특징들을 명확하게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제어 구성요소를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기계의 바람직한 실시형태의 측면도이다.
도 3은 상기 기계의 백 드라이브 어셈블리 엔드를 나타내는, 도 2의 선 3-3을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 고체 배플의 바람직한 실시형태의 사시도이다.
도 5는 도 4에 있어서의 선 5-5를 따라 취한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 터뷸런스 유도기 및 리프트 에어 인젝터를 나타내는 근접 단면도이다.
하나 이상의 바람직한 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하겠지만, 이것은 본 발명을 그러한 실시형태들로 한정하려는 것이 아님을 알 수 있다. 이와는 반대로, 첨부하는 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 모든 변형예, 수정예 및 균등물을 포함하려고 의도하는 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 수개의 구성요소가 기계(100)와 상호작용하고 있는 것을 개략적으로 볼 수 있는데, 상기 기계의 동작은 본 발명의 이점들 중 적어도 하나를 성취한다. 압축된 공기가 공기 공급기(10)로부터 공급될 수 있다. 펄스 공기 밸브(15) 및 필터(20)가 제공될 수 있다. 또한, 압력 조절기(25) 및 공기 조절기(30)가 더 제공된다. 구성요소(10, 15, 20, 25 및 30)들은 외부 공기 이송 시스템을 형성한다. 압력 조절기(25)는 압력을 5와 500 psi 사이로 조절할 수 있으며, 바람직하게는 30과 100 psi 사이에서 동작한다. 공기 조절기는 1과 50 SCFM 사이에서 공기를 공급할 수 있으며, 바람직하게는 2와 10 SCFM 사이에서 공기를 이송한다. 처리 또는 분리가 필요한 액체는 피드(50)를 통해 공급된다. 처리된 액체는 농축물(centrate)(55) 및 케이크(60)로서 기계(100)를 나온다. 또한, 센서(65a)(케이크 센서) 및 센서(65b)(농축물 센서), 및 컨트롤러(70)가 제공된다. 케이크 센서(65a)는, 예컨대 밀도계를 통해 직접적으로 고형물을 측정할 수 있거나, 또는 예컨대 당해 재료의 점도에 있어서의 변화를 통해 간접적으로 고형물을 측정할 수 있다. 농축물 센서(65b)는, 예컨대 총 부유성 고형물 분석기(total suspended solids analyzer)를 통해 물의 투명도를 측정할 수 있다. 이들 센서는, 본 발명의 광의의 양태로부터 일탈하지 않고서, 다른 물리적 특성을 대안으로서 측정할 수도 있다. 이하, 이들 구성요소의 동작을 설명한다.
이제 도 2 내지 도 6으로 돌아가면, 기계(100)가 제공되어 있음을 볼 수 있다. 기계(100)는 양 단부(101 및 102)를 구비하고 있다. 실제적으로는, 단부(101)를 통상적으로 백 드라이브 엔드라고 부르고, 단부(102)를 통상적으로 피드 엔드라고 부른다.
기계(100)는 외측 볼(110)을 갖는다. 외측 볼은 환형인 내부 실린더 벽을 갖는 실린더(111)를 포함한다. 또한, 플라이트(flight)(121)들을 갖는 컨베이어(120)가 제공된다. 실린더(111)와 컨베이어(120) 사이의 기계(100) 내 용적은 분리 영역(130) 또는 풀을 규정한다. 분리 영역(130)은 외측 볼(110)의 실린더(111)와 인접하는 외경(131)과, 컨베이어(120)와 인접하는 내경(132)을 갖는다. 풀 레벨(133)은 분리 영역 내에서의 액체의 깊이로서 규정된다. 바람직한 실시형태에 있어서, 풀 레벨은 분리 영역 전체에서 일정하다.
백 드라이브 시스템(140)은, 외측 볼(110)과 컨베이어(120) 사이의 회전 속도에 있어서의 차이를 유지하기 위해 제공된다. 회전 속도에 있어서의 차이는 컨베이어의 플라이트(121)들이 분리 영역(130) 내에서 기계적 스윕핑 동작을 받도록 만들어서, 헤비 페이즈 액체를, 헤비 페이즈 토출 개구(151)가 관통하는 헤드 월(150) 쪽으로 압박한다. 개구(151)는 통상 고체 토출 위어(weir)라고 불린다. 백 드라이브 시스템(140)의 축 중심을 따라 기계 내로 공기가 도입되어 분배 구조로 라우팅되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 고체 배플(160)이 더 제공된다. 또한, 고체 배플(160)도 고체 위어이지만, 명확성을 기하기 위해 본 명세서에서는 배플이라고 부른다.
고체 배플(160)은 기계 중심축으로부터 반경방향으로 멀리 연장되고, 외측 볼의 실린더(111)의 내부에서 선택된 거리를 떨어져 종결한다. 고체 배플(160)은 헤드 월(150)로부터 선택된 거리 내측으로 이격되어 있다. 그러므로, 특히 도 6을 보면, 헤비 페이즈 유로(170)는 분리 영역(130)으로부터, 외측 볼의 실린더(111)와 고체 배플(160) 사이로, 고체 배플(160)과 헤드 월(150) 사이로 반경방향 내측으로 연장하여, 헤비 페이즈 토출 위어(151)를 통해 나오는 것을 볼 수 있다.
도 4 및 도 5에는, 본 발명의 고체 배플(160)의 바람직한 실시형태가 가장 잘 도시되어 있다. 그러나, 고체 배플의 설계는 본 발명의 광의의 측면을 일탈하지 않고서 변경될 수 있음을 알 수 있다. 고체 배플(160)은, 외주(162)에서 끝나는, 테이퍼가 형성된 선단(161)을 갖는 것이 바람직하다. 고체 배플(160)의 일면 상에는 방사상으로 이격된 복수의 공기 인젝터(163)가 떨어져 배치되어 있다. 공기는, 풀 표면 아래에 바람직하게는 0.25인치보다 큰 거리로, 보다 바람직하게는 0.5인치보다 큰 거리로 풀 표면 아래에 분사되어야 한다. 헤비 페이즈 유로(170)의 쇼트 서킷을 방지하도록 최소 밀도 위의 공기의 균일(또는 거의 균일)한 방사상의 분사가 있는 것이 바람직하다. 공통의 반경에 균일하게 이격된 적어도 16개의 0.125 인치 직경의 구멍이 있는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 증대된 효과는 보다 많은 수의 구멍을 이용함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, 200개의 0.08 인치 폭 두께의 구멍을 갖는 고체 배플(160)이 도시된다. 등간격으로 이격된 슬롯들이 도시되어 있지만, 본 발명의 광의의 측면을 일탈하지 않고서 다른 개구 형상 및 이격 구조가 포함되어질 수도 있다. 헤비 페이즈 유로(170) 내에서 공기의 균일한 분배를 확보하기 위해, 고체 배플(160)은 헤드 월(150)로부터 대략 2 인치 내에 위치되는 것이 바람직하며, 헤드 월(150)의 0.5 인치 내에 위치되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 방사상 인젝터(163)의 에리어에 플라우(plow)(164)도 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 고체 배플은 깊이, 방사상 이격 및 축방향 이격을 위한 파라미터들을 갖는다. 이들 3개의 파라미터의 조합은, 설계자가, 다양한 피드 및 헤비 페이즈 유동 조건에 대해 본 발명을 커스터마이즈(customize)화 가능하게 한다.
터뷸런스 유도기(165)가 더 제공되며, 고체 배플(160)의 외주(162)에 또는 그 근방에 위치된다. 터뷸런스 유도기(165)는, 이송 경로(170)를 따른 임계점에서 로컬라이즈화된 터뷸런스 및 대류력을 유도함으로써 방사상 그리고 내향의 토출 포인트로 이송되는 고체의 입자 이송을 증진시킨다. 밀도가 높은 그릿 입자들이 컨베이어 블레이드의 압박면을 따라서 추종한다. 컨베이어의 종결점에서 그리고 그 둘레에서 공기의 추가는, 공기가 표면으로 상승함에 따라 헤비 페이즈 액체 내로 터뷸런스를 유도한다. 물리적 평형에 있어서의 격렬한 시프트는, 매우 로컬라이즈화된, 강력한 방사상 내향의 힘 성분을 갖고, 따라서 그릿을, 토출 포인트로 방사상 내측으로 이송하면서, 이전에 분리된 바이오매스와 혼합한다.
이제 본 발명의 질량 유량 제어로 돌아가면, 센서(65a)는 헤비 페이즈 유동 케이크 토출 레벨을 측정할 수 있다. 그러면, 컨트롤러(70)는, 공기 유량을 높게 또는 낮게 조정함으로써 공기 이송 시스템에 있어서의 변화를 만들어 케이크 컨시스턴시를 유지시키거나 원하는 특성의 토출을 얻는다. 따라서, 균일한 공기 분사 포인트에서 공기 유량을 조정하여 실시간으로 작동하여, 원하는 특성을 갖는 토출을 얻을 수 있다.
따라서, 위에서 제시한 바와 같은 과제, 목적 및 이점을 완전히 만족시키는 원심 액체 분리 기계가 본 발명에 따라 제공되었음이 분명하다. 본 발명을 그 특정한 실시형태와 결부하여 설명하였지만, 당업자라면, 전술한 설명으로부터 다수의 변형예, 수정예 및 변경예에 상도할 수 있음은 분명하다.
이에 따라, 상술한 설명은, 첨부하는 특허청구범위의 사상 및 광의의 범위 내에 있는 모든 그러한 변형예, 수정예 및 변경예를 아우르려는 것이다.

Claims (20)

  1. 외측 볼(bowl)과,
    컨베이어와,
    상기 외측 볼과 상기 컨베이어에 의해 규정되는 분리 영역과,
    고체 배플(solid baffle)과,
    상기 고체 배플과 상기 외측 볼 사이를 통과하는 헤비 페이즈(heavy phase) 유로와,
    상기 외측 볼과 상기 컨베이어 사이에 서로 다른 회전 속도를 유지시키는 백 드라이브 - 상기 서로 다른 회전 속도는 상기 외측 볼과 상기 컨베이어 사이에 스윕핑 동작을 제공함 - 와,
    정착물(settled item)들을 상기 헤비 페이즈 유로 내로 재부유시키도록 상기 고체 배플에 인접하여 공기를 이송하는, 상기 백 드라이브를 거친 공기 이송 경로
    를 포함하는, 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백 드라이브는 백 드라이브 중심축을 갖고, 상기 공기 이송 경로는 상기 백 드라이브 중심축을 따르는, 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 이송 경로는 상기 고체 배플을 통과하는, 기계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고체 배플은 외주을 갖고, 또한
    상기 공기 이송 경로는 상기 외주 근방의 적어도 하나의 터뷸런스 유도기를 거쳐 상기 고체 배플을 나오는, 기계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고체 배플은 상기 외주에서 끝나는 테이퍼가 형성된 단부를 갖고, 상기 적어도 하나의 터뷸런스 유도기는 상기 테이퍼가 형성된 단부를 통과하는, 기계.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 기계는 헤드 월(head wall)을 더 포함하고, 상기 헤비 페이즈 유로는 상기 헤드 월과 상기 고체 배플 사이를 더 지나가고,
    상기 분리 영역은 풀(pool) 표면을 갖고,
    상기 고체 배플은, 상기 헤비 페이즈 유로 내로 공기를 분사하도록 상기 풀 표면 아래에 공기를 분사하는 복수의 공기 인젝터를 갖는, 기계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공기 인젝터들은 상기 풀 표면 아래에 적어도 0.25 인치 공기를 분사하는, 기계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기 인젝터들은 상기 풀 표면 아래에 적어도 0.50 인치 공기를 분사하는, 기계.
  9. 제 6 항에 있어서,
    적어도 16개의 방사상으로 이격된 공기 인젝터들이 있는, 기계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제각기 0.08 인치의 폭을 갖는, 200개의 슬롯 형상의 공기 인젝터가 있는, 기계.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 헤드 월은 당해 헤드 월을 관통하는 헤비 페이즈 토출 개구를 갖고,
    상기 고체 배플은 상기 헤드 월의 0.5 인치 내에 위치되는, 기계.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 이송 경로는 연속 피드(continuous feed) 공기 이송 경로인, 기계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기는 상기 공기 이송 경로를 거쳐서 30 내지 100 psi로 이송되는, 기계.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기 이송 경로를 거쳐서 2 내지 10 SCFM이 이송되는, 기계.
  15. 외측 볼과,
    컨베이어와,
    상기 외측 볼과 상기 컨베이어에 의해 규정되는 분리 영역과,
    고체 배플과,
    헤비 페이즈 토출 개구가 관통하는 헤드 월과,
    우선 상기 고체 배플과 상기 외측 볼 사이를 지나가고나서 상기 고체 배플과 상기 헤드 월 사이를 지나가는 헤비 페이즈 유로와,
    상기 외측 볼과 상기 컨베이어 사이에 서로 다른 회전 속도를 유지시키는 백 드라이브 - 상기 서로 다른 회전 속도는 상기 외측 볼과 상기 컨베이어 사이에 스윕핑 동작을 제공함 - 와,
    상기 고체 배플에 인접하여, 그리고 상기 헤비 페이즈 유로 내로 공기를 연속적으로 이송하는 공기 이송 경로
    를 포함하는, 기계.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 고체 배플은 외주을 갖고,
    상기 공기 이송 경로는, 상기 외주 근방의 적어도 하나의 터뷸런스 유도기를 거쳐 상기 고체 배플을 나오고 상기 헤비 페이즈 유로 내로 정착물들을 재부유시키는, 기계.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 분리 영역은 풀 표면을 갖고,
    상기 고체 배플은 상기 헤비 페이즈 유로 내로 공기를 분사하도록 상기 풀 표면 아래에 적어도 0.25 인치 공기를 분사하는, 적어도 16개의 방사상으로 이격된 공기 인젝터를 갖는, 기계.
  18. 외측 볼과,
    컨베이어와,
    상기 외측 볼과 상기 컨베이어에 의해 규정되는 분리 영역과,
    고체 배플과,
    헤비 페이즈 토출 개구가 관통하는 헤드 월과,
    우선 상기 고체 배플과 상기 외측 볼 사이를 지나가고나서 상기 고체 배플과 상기 헤드 월 사이를 지나가는 헤비 페이즈 유로와,
    상기 외측 볼과 상기 컨베이어 사이에 서로 다른 회전 속도를 유지시키는 백 드라이브 - 상기 서로 다른 회전 속도는 상기 외측 볼과 상기 컨베이어 사이에 스윕핑 동작을 제공함 - 와,
    상기 헤비 페이즈 유로의 특성을 측정하는 센서와,
    상기 고체 배플에 인접하여 그리고 상기 헤비 페이즈 유로 내로 가변의 공기량을 이송하는 공기 이송 경로와,
    상기 센서에 의해 검지된 특성에 따라 상기 공기량을 변화시키기 위한 컨트롤러를
    포함하는, 기계.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 공기는 30 내지 100 psi의 범위 내에 있으며 상기 공기 이송 경로를 거쳐 2 내지 10 SCFM이 이송되는, 기계.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 헤비 페이즈 유로의 밀도, 및 상기 헤비 페이즈 유로의 점도에 있어서의 변화 중 하나를 측정하는, 기계.
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