KR20150119156A - 원심 분리기를 위한 매끄러운 가속의 채널 유입구 - Google Patents

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KR20150119156A
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

분리하고자 하는 액체 혼합물을 유입구 파이프로부터 지향시키기 위한 원심 분리기를 위한 유입구 장치(1)가 제공된다. 유입구 장치(1)가 축(R) 주위로 회전하고, 축(R) 주위로 배열된 원뿔형 수용 구조물(2) 및 유입구 파이프로부터 액체 혼합물을 수용하기 위해서 수용 구조물(2)의 정점(4)을 둘러싸는 중심의 수용 구역(3)을 포함한다. 유입구 장치가 수용 구역(3)으로부터 분리 챔버(16)로 액체를 지향시키기 위한 유입구 채널(5)을 포함한다. 유입구 채널(5)이 수용 구역(3)의 둘레로부터 원뿔형 수용 구조물(2)의 외측 표면 아래로 나선을 형성하고 수용 구역의 둘레의 접선(Ta)과 90°미만의 각도(α)를 형성하는 방향으로 연장한다. 유입구 채널(5)이, 중심의 원뿔형 수용 구조물의 하단으로부터 분리 챔버(16)로 연결되는 유입구 채널 배출구(6)까지, 축(R)으로부터의 직선형의 반경방향으로 연장한다.

Description

원심 분리기를 위한 매끄러운 가속의 채널 유입구{SMOOTHLY ACCELERATING CHANNEL INLET FOR CENTRIFUGAL SEPARATOR}
본 발명은, 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위한 원심 분리기와 같은, 원심 분리기 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 그러한 원심 분리기를 위한 유입구 장치에 관한 것이다.
원심 분리기는 일반적으로 액체의 분리를 위해서 및/또는 액체로부터 고체를 분리하기 위해서 이용된다. 동작 중에, 무거운 입자 또는 조밀한(denser) 액체, 일반적으로 물이 회전하는 용기의 둘레에서 축적되는 반면, 덜 조밀한 액체는 회전 중심 축에 더 근접하여 축적된다. 이는, 예를 들어 둘레에 그리고 회전 축에 근접하여 각각 배열된 상이한 수집 수단들에 의해서, 분리된 단편(fraction)을 수집하는 것을 허용한다.
분리하고자 하는 액체 혼합물이 일반적으로, 중심 회전 축에 근접하여 배치될 수 있는 유입구 파이프에 의해서 공급되고, 이어서 예를 들어 유입구 채널을 통해서 분리 챔버로, 즉 실제 분리가 이루어지는 원심 분리기의 부분으로 안내된다. 그러나, 액체가 유입구 파이프로부터 분리 챔버로 이송될 때 난류가 발생될 수 있고, 이는 다시 부정적인 방식으로 분리 성능에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 예를 들어, 난류가 액체 혼합물 내의 액적(droplet), 입자 또는 응집체의 파열을 유발할 수 있을 것이고, 이는 예를 들어 오일 및 물의 분리를 보다 어렵게 할 수 있을 것이다.
US 5921909는 원심 분리기를 위한 특이적(specific) 유입구 장치를 개시한다. 그러한 유입구 장치는, 고가의 상세 부분(detail)의 수를 증가시키지 않고도 유동 용량을 조정할 수 있도록, 용이하게 변경된다. 그러한 유입구 장치는, 동작 중에 분리하고자 하는 액체에 대한 본질적으로 장애물이 없는 구역을 포함한다.
그러나, 분리하고자 하는 액체 내의 난류의 위험을 감소시키기 위한 수단이 당업계에서 여전히 요구되고 있다.
발명의 목적은 종래 기술의 전술한 제한 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 원심 분리기의 유입구에서 난류를 감소시키는 것이 목적이다.
발명의 제1 양태로서, 분리하고자 하는 액체 혼합물을 유입구 파이프로부터 분리 챔버로 지향시키기 위한 원심 분리기용 유입구 장치가 제공되고, 그러한 유입구 장치는 중심 회전 축(R) 주위로 회전 가능하고,
- 상기 축(R) 주위로 배열되고 유입구 파이프로부터 액체 혼합물을 수용하기 위한 중심의 수용 구역을 포함하는 중심의 원뿔형 수용 구조물로서, 중심의 수용 구역이 원뿔형 수용 구조물의 정점을 둘러싸는, 중심의 원뿔형 수용 구조물;
- 수용 구역으로부터 분리 챔버로 액체 혼합물을 지향시키기 위한 적어도 하나의 유입구 채널로서, 그러한 채널이 수용 구역의 둘레로부터 연장하고 원뿔형 수용 구조물의 외측 표면 아래로 나선을 형성하는, 적어도 하나의 유입구 채널을 포함하고;
- 적어도 하나의 유입구 채널이 수용 구역의 둘레의 접선(tangent)과 각도(α)를 형성하는 방향으로 수용 구역으로부터 연장하고, α는 90°미만이고, 적어도 하나의 유입구 채널이 중심의 원뿔형 수용 구조물의 하단으로부터 유입구 채널 배출구까지 중심 회전 축(R)으로부터 직선형의 반경방향으로 더 연장하고, 유입구 채널 배출구가 원심 분리기의 분리 챔버와 접촉하도록 구성된다.
발명의 제1 양태는, 원심 분리기의 실제 유입구가, 난류가 발생할 수 있는 장소라는 것, 그리고 발명의 제1 양태에 따른 유입구가 난류 발생 위험을 적어도 감소시킨다는 것에 대한 고찰을 기초로 한다. 그에 따라, 본 개시 내용의 유입구 장치는, 원심 분리기 내에서 분리하고자 하는 액체 혼합물의 매끄러운 가속을 제공한다. 그에 따라, 유입구 장치가 분리하고자 하는 액체 혼합물을 위한 분배기가 될 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 유입구 장치가 유입구 파이프로부터 원심 분리기의 분리 챔버로 액체를 지향시키도록 배열된다. 원심 분리기가 1000-9000 rpm, 예를 들어5000-8000 rpm, 예를 들어 약 7500 rpm의 회전 속력에서 동작하도록 배열된 분리기와 같은, 고속 원심 분리기일 수 있을 것이다. 유입구 파이프가 회전 축(R)을 따라서 배열될 수 있을 것이고, 유입구 장치가, 유입구 파이프의 아래 또는 위에 그리고 R 주위로 중심에 센터링되는(centred) 것과 같이, 유입구 파이프의 단부에 대향되어 배열될 수 있을 것이다. 분리기 및/또는 유입구 장치가 사용 중일 때, 회전 축(R)이 예를 들어 수직 회전 축일 수 있을 것이다.
그에 따라, 분리하고자 하는 액체가 유입구 파이프로부터, 원뿔형 수용 구조물의 중심의 수용 구역을 경유하여 그리고 유입구 채널 또는 채널들을 통해서 분리기의 분리 챔버로 지향되도록 의도된다. 다시 말해서, 유입구 장치는, 예를 들어 R을 따르는 방향으로부터 R에 실질적으로 수직인 방향까지 액체 혼합물의 방향을 변화시키는 것 그리고 동시에 액체를 부드럽게(gently) 가속하는 것 모두를 위한 편리한 수단을 제공한다.
유입구 장치는, 원뿔형 구조물의 외측 측부 아래로 나선을 형성하는 적어도 하나의 유입구 채널을 가지는 중심의 원뿔형 수용 구조물을 포함한다. 유입구 채널 또는 채널들은 아래쪽으로 원뿔형 수용 구조물의 하단까지 전체에 걸쳐서 꼬여 있다(twist). 그에 따라, 유입구 채널 또는 채널들이 꼬이고 및/또는 S-형상의 구조물의 도입부를 형성할 수 있을 것이다. 채널이 원뿔형 구조물 주위의 완전한 또는 전체적인 1 회전(turn) 미만으로 나선을 형성할 수 있을 것이다. 예로서, 적어도 하나의 유입구 채널이, 원뿔형 구조물 주위로 전체 1 회전의 절반 미만으로, 예를 들어 원뿔형 구조물 주위의 1 회전의 약 1/4로 나선을 형성할 수 있을 것이다. 예를 들어, 분리기의 유입구 파이프가 정지적이고 유입구 장치가 회전할 때 꼬인 유입구 채널이 유리하고, 다시 말해서, 부드러운 액체 가속을 돕는다.
높은 효율의 유입구 장치를 제공한다는 점에서, 적어도 하나의 유입구 채널의 이용이 유리하다. 예로서, 유입구 장치가, 3개, 4개, 5개, 또는 6개의 유입구 채널과 같은, 적어도 2개의 유입구 채널을 포함할 수 있을 것이다. 유입구 장치가, 유입구 장치를 내부에서 사용하고자 하는 분리기의 크기에 따라서, 적어도 6개의 유입구 채널, 예를 들어 적어도 10개의 유입구 채널을 포함할 수 있을 것이다.
또한, 발명의 제1 양태에 따른 유입구 장치가, 분리하고자 하는 액체의 적은 유동이 이용되는 적용예에서 유리할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유입구 유동이 약 100-2000 리터/시, 예를 들어 약 150-750 리터/시, 예를 들어 약 200-500 리터/시일 수 있을 것이다.
유입구 장치가 보다 작은 크기의 기계 부분을 추가적으로 제공한다. 만약 예를 들어 원심 분리기 내에 배치된다면, 유입구 장치는, 많은 공간을 필요로 하지 않으면서, 유입구로부터 분리 챔버로 액체를 지향시키는데 있어서 여전히 효과적일 수 있을 것이다.
전체 유입구 장치 또는 유입구 장치의 일부가, 큰 내마모성을 가지고 온도 변화시에 크기가 거의 변화되지 않는 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤)과 같은 플라스틱을 포함하거나 그러한 것으로 이루어질 수 있을 것이다. 그러나, 또한 저렴한 재료가 이용될 수 있을 것이다.
각도(α)는, R을 따른 방향으로 볼 때, 예를 들어 위로부터 중심의 원뿔형 수용 구조물을 볼 때, 수용 구역으로부터의 유입구 채널의 연장부와 중심의 수용 구역의 둘레의 접선 사이의 각도를 지칭한다. 다시 말해서, R에 직교하는 평면 상으로 투사될 때, α가 또한 수용 구역으로부터의 유입구 채널의 연장부와 중심의 수용 구역의 둘레의 접선 사이의 각도로서 규정될 수 있을 것이다. 유입구 채널이 직선 방향으로 연장하지 않기 때문에, 유입구 채널이 연장하는 방향은, 유입구 채널의 "시작부"에서의 즉, 수용 구역의 둘레에서의 유입구 채널 연장부에 대한 접선의 방향이다.
발명자는, 각도(α)가 90°미만인 경우에, 액체의 매끄러운 가속을 달성하는데 도움이 된다는 것을 발견하였다.
또한, 적어도 하나의 유입구 채널이 반경방향으로, 즉 회전 축(R)으로부터 직선적인 반경방향으로, 중심의 원뿔형 수용 구조물의 하단으로부터 유입구 채널 배출구까지 추가적으로 연장하고, 배출구는 원심 분리기의 분리 채널과 접촉하도록 구성된다. 이는, 분리 챔버로 진입할 때, 매끄러운 가속을 액체로 부여할 수 있다는 점에서 유리하다. 그에 따라, 중심의 원뿔형 수용 구조물의 하단이 중심의 원뿔형 수용 구조물의 원뿔-구조물의 베이스이다.
결과적으로, 원뿔형 수용 구조물의 하단에 도달할 때, 유입구 채널이 유입구 채널 배출구로 직선 방향으로 연장할 수 있을 것이다. 다시 말해서, 유입구 채널이 2개의 부분으로 이루어질 수 있고, 그 중 하나의 부분은 원뿔형 수용 구조물의 측부(side) 아래로 꼬임을 형성하고 그리고 하나의 부분은, 원뿔형 구조물의 하단으로부터, 분리 챔버와 접촉하도록 배열되는 배출구까지 직선적인 반경방향으로 연장한다.
발명의 제1 양태의 실시예에서, α가 45°미만이다. 또한, α가 15°내지 45°, 예를 들어 약 30°일 수 있을 것이다. α가 가능한 한 작은 것이 바람직할 수 있을 것이나, 실제로는 제조 원리에 따라서 달라질 수 있을 것이다.
발명의 제1 양태의 실시예에서, 중심의 원뿔형 수용 구조물의 정점이 둥글게 처리된다.
원뿔형 구조물의 둥글게 처리된 정점 또는 상단이, 분리하고자 하는 액체의 매끄러운 가속 및 적은 난류를 추가적으로 제공한다.
발명의 제1 양태의 실시예에서, 유입구 장치가 회전 축(R) 주위로 반시계 방향으로 회전하기 위한 것인 경우에, 적어도 하나의 유입구 채널이 중심의 수용 구역으로부터 원뿔형 수용 구조물의 외측 표면 아래로 시계방향으로 나선을 형성하고, 반대의 경우도 마찬가지 이다.
결과적으로, 유입구 장치가 시계 방향 회전을 위한 것인 경우에, 적어도 하나의 유입구 채널이 수용 구역으로부터 원뿔형 수용 구조물의 하단까지 반시계 방향으로 나선을 형성할 수 있을 것이다.
"시계 방향" 및 "반시계 방향"이라는 용어는, 중심의 원뿔형 수용 구조물을 상단(또는 정점)으로부터 볼 때의 그리고 정점으로부터 시작하여 원뿔형 수용 구조물의 하단까지 외측 측부의 아래로 계속될 때의, 나선의 방향을 지칭한다.
발명의 제1 양태의 실시예에서, 장치가 실질적으로 원형인 횡단면을 가지고, 유입구 채널은 원형 횡단면의 둘레의 접선에 실질적으로 수직인 방향으로 배출구에 위치된다.
그에 따라, 원형 횡단면이, 회전 축(R)에 수직인 횡단면일 수 있을 것이다. 원형 횡단면이 유리할 수 있는데, 이는 유입구 장치가 회전 가능하기 때문이고, 다시 말해서 회전 대칭성을 장치에게 부여하기 때문이다. 분리 챔버로 진입할 때 바람직한 가속을 액체로 부여한다는 점에서, 유입구 장치의 원형 둘레의 접선에 대해서 실질적으로 수직인 방향으로 배출구를 빠져 나가는 유입구 채널 또는 채널들을 가지는 것이 유리하다.
예로서, 유입구 장치가 사발(bowl)-유사 형상을 가질 수 있을 것이고, 중심의 원뿔형 수용 구조물이 사발-유사 형상 내의 중심에 위치되고 사발-유사 형상의 하단으로부터 연장하며, 적어도 하나의 유입구 채널이 원뿔형 수용 구조물의 하단으로부터 반경방향으로 그리고 사발-유사 구조물의 내측 측부 위로 연장한다.
예를 들어, 유입구 채널 배출구가, 회전 축(R)을 따라서 중심의 원뿔형 수용 구조물의 정점의 수직 방향 위에 있는 위치에 배열될 수 있을 것이다.
그에 따라, 만약 R이 수직 회전 축이라면, 배출구가 원뿔형 수용 구조물의 정점의 수직 위쪽에 위치될 수 있을 것이다.
이는, 회전 축(R)이 수직 방향으로 연장하는 경우에, 원심 분리기의 분리 챔버가 원뿔형 수용 구조물 위의 위치에 배치될 수 있게 한다는 점에서 유리하다. 이러한 것이 유용할 수 있는데, 이는 콤팩트한 설계를 가지는 원심 분리기를 제공하기 때문이다.
발명의 제1 양태의 실시예에서, 적어도 하나의 유입구 채널의 폭이 적어도 하나의 유입구 채널의 길이 전체를 통해서 실질적으로 일정하다.
일정한 폭의 유입구 채널을 가지는 것은, 임의의 추가적인 가속 또는 제동을 액체로 부여하지 않으면서 액체의 이송을 돕는다는 점에서 유리하다. 만약, 예를 들어, 분리하고자 하는 액체 혼합물이 오일 방울을 포함한다면, 유입구 채널이 일정한 폭을 가지는 경우에, 그러한 방울의 파괴 또는 파열이 큰 범위까지 방지된다. 다시 말해서, 일정한 폭은, 유입구 장치가 분리하고자 하는 액체 방울을 파열시키는 혼합기 또는 타격기(beater)로서 작용하는 것을 방지한다.
발명의 제2 양태로서, 액체 혼합물로부터 고체를 분리하기 위한 원심 분리기가 제공되고, 그러한 원심 분리기는:
- 중심 회전 축(R) 주위로 회전 가능하고 분리 챔버를 포함하는 회전자 본체;
- 분리하고자 하는 액체 혼합물을 공급하기 위한 유입구 파이프;
- 액체 혼합물로부터 분리 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 액체 배출구;
- 분리된 고체를 위한 적어도 하나의 슬러지 배출구;
- 분리 챔버 내의 분리된 고체를 슬러지 배출구를 향해서 그리고 그 외부로 이송하기 위한, 회전자 본체 내에서 회전 축(R) 주위로 회전하도록 구성된 스크류 컨베이어; 및
- 전술한 발명의 제1 양태에 따르고 회전 축(R) 주위로 센터링되며 공급된 액체 혼합물을 유입구 파이프로부터 분리 챔버로 지향시키는 유입구 장치를 포함한다.
제2 양태에 따른 원심 분리기는, 유입구가 액체 혼합물의 매끄러운 가속을 제공한다는 점에서 유리하다. 또한, 유입구 장치는, 콤팩트한 설계를 가질 수 있게 하는, 원심 분리기의 치수를 제공한다.
유입구 장치가 유입구 파이프의 단부에 대향하여, 예를 들어 분리기가 상단으로부터 공급되는 경우에 유입구 파이프의 단부의 아래에 또는 분리기가 하단으로부터 공급되는 경우에 유입구 파이프의 단부 아래에 배열될 수 있을 것이다. 다시 말해서, 중심의 원뿔형 수용 구조물이 유입구 파이프의 단부와 대면하도록, 그에 따라, 액체 혼합물이 유입구 파이프로부터 유입구 장치로 배출될 수 있도록, 유입구 장치가 배열된다.
또한, 중심의 원뿔형 수용 구조물의 직경이 유입구 파이프의 직경과 대략적으로 동일할 수 있을 것이다.
원심 분리기가 소위 디캔터형 원심기(decanter centrifuge), 즉 분리된 고체를 회전자의 주위 벽을 따라서 슬러지 배출구로 이송하기 위한 스크류 컨베이어(슬러지 컨베이어)를 가지는 원심기로서 간주될 수 있을 것이다.
원심 분리기가 약 1000-9000 rpm, 예를 들어5000-8000 rpm, 예를 들어 약 7500 rpm의 회전 속력에서 동작하도록 구성된, 고속 원심 분리기일 수 있을 것이다. 고체가 고체 입자를 포함할 수 있을 것이다. 액체 혼합물이 수성 상 및/또는 오일 상을 더 포함할 수 있을 것이다. 오일 상이, 디젤 엔진에서 윤활제로서 이용된 그에 의해서 오일 내에 분산된 고체 입자에 의해서 오염된 윤활 오일을 포함할 수 있을 것이다. 오일이 또한, 예를 들어, 유압 오일, 실린더 오일, 절삭 오일, 압연(rolling) 오일, 경화 오일 및/또는 미네랄 오일을 포함할 수 있을 것이다.
유입구 파이프가 정지적인 유입구 파이프일 수 있을 것이고 및/또는 회전 축(R) 주위로 센터링될 수 있을 것이다.
또한, 스크류 컨베이어가 회전자 본체의 회전 속력과 상이한 속력으로 회전하도록 구성될 수 있을 것이다.
발명의 제2 양태의 실시예에서, 유입구 장치가 회전자 본체와 함께 회전하도록 구성된다. 결과적으로, 이는, 유입구 장치가 회전자 본체 및 분리 챔버와 동일한 속력으로 회전한다는 것을 의미할 것이다.
발명의 제2 양태의 실시예에서, 회전자 본체는, 회전 축(R)이 실질적으로 수직으로 연장하도록 배열된 회전자 샤프트를 통해서 일 단부에서만 회전식으로 지지된다.
회전자 샤프트에 의해서 지지되는 단부가 예를 들어 상부 단부일 수 있을 것이다. 결과적으로, 회전자가 그 단부 중 하나에서만 지지될 수 있을 것이다.
발명의 제2 양태의 실시예에서, 회전자 본체가 분리 챔버 내의 절두된 원뿔형 분리 디스크의 적층체를 포함한다.
이러한 것은, 액체 혼합물의 효율적인 분리를 제공한다는 점에서 유리하다. 분리 디스크가 회전자 본체와 함께 회전하도록 장착될 수 있을 것이다.
예를 들어, 분리 챔버가 몇 개의 분리 디스크를 포함할 수 있을 것이고, 그러한 분리 디스크들은, 그들 사이에서, 회전자와 함께 회전하도록 장착된 인접한 분리 디스크들 사이의 반경방향 거리가 작은 분리 공간을 형성한다. 또한, 분리 디스크가 원뿔형일 수 있고, 서로 적층될 수 있으며, 회전자와 동축적으로 배치될 수 있을 것이다. 또한, 원뿔형 분리 디스크 각각은 회전자의 하나의 단부를 향해서, 예를 들어 회전자 본체가 그 상부 단부에서 지지되는 경우에 하부 단부를 향해서 회전되는 베이스 단부를 형성할 수 있을 것이다.
발명의 제2 양태의 실시예에서, 유입구 파이프가 회전자 본체의 제1 단부에서 회전자 본체 내로 연장하고, 액체 배출구는, 제1 단부에서 회전자 본체의 외부로 연장하는 적어도 하나의 배출구 채널을 포함하고, 분리된 고체를 위한 슬러지 배출구가 회전자 본체의 제1 단부에 대향하는 단부에 배열된다.
그러한 구성은, 슬러지가, 유입구 및 액체 배출구에 대비하여, 회전자 본체의 대향 측부로부터 침착(deposit)될 수 있게 하고, 이는 실질적인 장점을 가지는 구성을 제공한다.
결과적으로, 회전 축(R)이 실질적으로 수직일 때, 회전자 샤프트가 회전자의 상부 단부에 위치되고 슬러지 배출구가 회전자의 하부 단부에 위치되도록 하는 방식으로 회전자가 지지될 수 있을 것이다. 이러한 것은 분리기에 큰 융통성(flexibility)을 제공한다는 점에서 유리한데, 이는, 회전자의 자유 단부(즉, 지지되지 않는다)에 제공되는 슬러지 배출구가 용이하게 변경될 수 있고 그에 의해서 원심 분리기 내에서 처리하고자 하는 액체 혼합물 내의 슬러지의 양에 맞춰 용이하게 구성될 수 있기 때문이다. 이는, 예를 들어, 동작 중에 고체가 회전자 내부에 축적되고 분리 디스크들 사이의 분리 공간을 막을 수 있는 (또는 가로 막을 수 있는) 위험이 있이 있는 경우에, 비교적 많은 양의 슬러지를 배출하도록 (길이, 크기 및 경사가) 구성될 수 있다. 액체 혼합물 내에 적은 슬러지가 있을 때, 적은 양의 슬러지를 배출하도록 원심 분리기가 반대로 구성될 수 있을 것이다.
또한, 회전자의 하부 부분이 원뿔형 부분을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 회전자의 원뿔형 부분이 절두 원뿔형일 수 있고, 그 좁은 단부에서, 축방향으로 지향된 중심 개구부를 형성할 수 있을 것이다. 만약 회전자 본체가 상부 단부에서 지지된다면, 이러한 중심 개구부가 회전자의 하부 부분에 배열될 수 있을 것이다. 회전자의 슬러지 배출구가 이러한 중심 개구부에 의해서 형성될 수 있을 것이다.
발명의 제2 양태의 실시예에서, 슬러지 배출구가 회전 축(R)에 근접하여 배열된다. 예를 들어, 슬러지 배출구가 회전 축(R) 주위로 센터링될 수 있을 것이다.
회전자의 슬러지 배출구를 회전 축에 매우 근접하여 배치하는 것에 의해서, 동작 중에 회전자 내에 형성되는 자유 액체 표면이 회전자의 회전 축에 근접하여 유지될 수 있다. 그에 의해서, 동작 중에 큰 변형을 견딜 수 있도록 그리고 그 형상을 유지할 수 있도록 더 강한 강도의 재료로 제조되어야 하는 큰-크기의 분리 디스크(큰 직경을 갖는다) 보다 제조 비용이 저렴한 작은 치수의 분리 디스크를 삽입할 수 있다.
발명의 제2 양태의 실시예에서, 액체 혼합물로부터 분리 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 액체 배출구가 제1 밀도의 액체를 위한 배출구 및 제1 밀도 보다 높은 밀도의 액체를 위한 배출구를 포함한다.
결과적으로, 분리기가 회전자 본체의 회전 중에 물을 배출하기 위한 배출구 및 오일을 배출하기 위한 별개의 배출구를 포함할 수 있을 것이다.
첨부 도면을 참조한 이하의 실시예에 관한 설명에 의해서, 발명이 추가적으로 설명될 것이다.
도 1a는 본 개시 내용의 실시예에 따른 유입구 장치의 상면도를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 유입구 장치의 중심 부분의 근접도를 도시한다.
도 2는 도 1a의 유입구 장치의 사시도를 도시한다.
도 3는 도 1a의 유입구 장치의 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 개시 내용에 따른 원심 분리기의 단면도를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 원심 분리기의 유입구 장치의 근접도를 도시한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유입구 장치(1)의 다양한 도면을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구 장치(1)가 중심 회전 축(R) 주위로 회전될 수 있다. 유입구 장치(1)가, 사발의 하단으로부터 연장하는 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)을 가지는 사발로서 성형된다. 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)이 둥글게 처리된 상단 또는 정점(4) 및 원뿔형 수용 구조물(2)의 상단(4)을 둘러싸는 수용 구역(3)을 갖는다. 6개의 상이한 유입구 채널(5)이 원뿔형 수용 구조물(2)의 외측 측부 아래로 나선을 형성한다. 내부에서 유입구 장치(1)가 기능하도록 의도된 원심 분리기의 회전 방향이 도 1a에서 화살표(Rsep)로 표시되어 있다. Rsep는, 유입구 장치를 상단으로부터 관찰할 때(도 1a), 반시계 방향인 반면, 유입구 채널(5)은 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)의 상단으로부터 하단까지 반시계 방향으로, 즉 분리기의 회전 방향(Rsep)에 대해서 반대되는 방향으로 꼬임 또는 스핀(spin)을 형성한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 각각의 유입구 채널(5)이 각도(α)로 수용 구역(3)으로부터 연장하고, 그러한 각도는 유입구 채널(5)의 연장부에서의 수용 구역의 둘레의 접선(Ta)과 유입구 채널(5)의 연장 방향(Din) 사이에 형성되는 가장 작은 각도이다. 다시 말해서, 각각의 유입구 채널(5)이 큰 경사 각도로 연장한다. 유입구 채널이 곡선 방향으로 연장하기 때문에, Din 이 유입구 채널(5)의 시작부에서의, 즉 수용 구역(3)의 둘레에서의 곡선에 대한 접선으로서 간주될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 각각의 유입구 채널(5)은, 원뿔형 수용 구조물(2)의 하단에 도달할 때, 원뿔형 수용 구조물(2) 주위로 완전한 1 회전의 약 1/4로 꼬여 있다.
이어서, 유입구 채널(5)이 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)의 하단으로부터, 사발의 내측 측부 위로 직선형으로 반경방향으로 계속되고 유입구 채널 배출구(6)에서 종료된다. 결과적으로, 각각의 유입구 채널이, 상이한 방향들을 가지는, 2개의 부분(5a, 및 5b)으로 이루어진다. 꼬여진 제1 부분(5a)은 원뿔형 수용 구조물의 외측 측부 아래로 꼬이고, 직선형 부분(5b)은 실질적으로 중심의 원뿔형 수용 구조물의 하단으로부터 유입구 장치(1)의 둘레 근처에 위치되는 유입구 채널 배출구(6)까지 연장한다.
각각의 유입구 채널(5)이 유입구 채널의 길이의 전체를 통해서 실질적으로 일정한 폭을 가지며, 상이한 채널들의 "벽"을 형성하는 측부(8) 즉, 하나의 유입구 채널을 다른 유입구 채널로부터 분리시키는 측부(8)가 각각의 채널(5)의 폭과 실질적으로 동일한 높이로 표면으로부터 연장한다. 유입구 채널(5)이 원뿔형 수용 구조물(2) 주위로 균일하게 이격되고, 유입구 채널(5) 및 측부(8)가 원뿔형 수용 구조물(2)의 전체 외측 지역을 커버한다.
유입구 장치가 사발로서 성형되기 때문에, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 사발의 내측 측부 위로 반경방향으로 연장하는 유입구 채널(5)의 부분(5b)이 위쪽으로 경사진다. 이러한 방식에서, 유입구 채널 배출구(6)가, 중심의 원뿔형 수용 구조물의 정점(4) 위의 위치에 배치된다.
상단으로부터 볼 때, 도 1a에 도시된 바와 같이, 유입구 장치(1)가 실질적으로 원형 횡단면을 가지고, 유입구 채널(5)은, 유입구 장치(1)의 원형 횡단면의 둘레의 접선(Tb)에 대해서 실질적으로 수직한 방향(Dout)으로 유입구 채널 배출구(6)에서 연장한다.
도 4a는 수직 회전 축(R) 주위로 회전 가능한 회전자 본체(11) 및 회전자 본체(11) 내에 배열되고 동일한 회전 축(R) 주위로 회전 가능한 스크류 컨베이어(12)를 구비하는 고속 원심 분리기(10)를 도시한다. 스크류 컨베이어(12)가 회전자 본체(11)와 상이한 속력으로 R 주위로 회전될 수 있을 것이다.
원심 분리기(10)가 현가(suspension) 수단(미도시)에 의해서 수직으로 지지된다. 회전자 본체가, 중공형 회전자 샤프트(14)를 포함하거나 그러한 샤프트에 연결되는 실질적으로 원통형인 상부 부분(13) 및 본질적으로 절두-원뿔형인 하부 부분(15)을 구비한다. 유입구 장치(1)가 원통형 부분(13)과 절두원뿔형 부분(15) 사이의 경계에서 회전자 본체 내에 배열된다. 유입구 장치(1) 및 회전자 본체(11)가 분리 챔버(16)의 경계를 정한다.
스크류 컨베이어(12)가 스크류 컨베이어를 회전시키기 위한 다른 샤프트에 구동적으로 연결되고 적어도 하나의 운송 나사산(conveying thread)(17)을 더 포함하고, 그러한 운송 나사산은 회전자 본체의 상부 단부로부터 회전자 본체의 하부 단부까지 회전자 본체(11)의 전체 내측부를 따라서 스크류-유사 방식으로 연장하고 그 자체가 스크류 컨베이어(12)의 슬리브-형성된 부분(18)으로 그리고 스크류 컨베이어(12)의 코어(19)로 연결된다. 물론, 적어도 하나의 운송 나사산(17)이 적절한 수의, 예를 들어 2, 3 또는 4개의 운송 나사산에 의해서 보충될 수 있을 것이고, 그러한 운송 나사산 모두가 회전자 본체(11)의 내측부를 따라서 스크류-유사 방식으로 연장한다.
회전자 본체(11) 내에서 처리하고자 하는 액체 혼합물을 공급하기 위한 정지적인 유입구 파이프(20)가 회전자 본체의 상부 부분으로부터 공간(21)으로 회전 축(R) 주위로 연장한다. 유입구 파이프(20)가 유입구 장치(1) 바로 위의 공간(21) 내에서 축방향으로 배출한다. 그에 따라, 유입구 장치의 유입구 채널(5)이 유입구 공간(18)을 분리 챔버(16)와 연결한다.
정제된 액체, 즉 고체가 제거된 액체를 위한 배출구 채널(22)이, 유입구 파이프(20)를 둘러싸고 액체 배출구를 형성하는 배출구 파이프(22) 내에서 연장한다.
분리된 입자(슬러지)를 위한 중앙의 그리고 축방향으로 지향된 배출구(23)가 회전자 본체(11)의 하부 단부에 배열되고 슬러지 배출구를 형성한다. 슬러지를 위한 이러한 배출구(23)와 관련하여, 회전자 본체(11)가, 배출구(23)를 떠나는 슬러지를 포획(intercepting) 위한 장치(미도시)에 의해서 둘러싸일 수 있을 것이다.
회전자 본체(11)가, 표면-확장 삽입체의 예인 절두된 원뿔형의 분리 디스크(24)의 적층체를 더 포함한다. 이들은, 회전자 본체의 원통형 부분(13) 내에서 중심에 회전자 본체(11)와 동축적으로 끼워진다. 원뿔형 분리 디스크(24)의 베이스 단부는 슬러지 배출구(23)로부터 멀어지는 쪽으로 대면한다. 그 대신에, 베이스 단부가 슬러지 배출구(23)를 향해서 대면하도록, 원뿔형 분리 디스크(24)가 배향될 수 있을 것이다.
회전자 본체(11)가, 그 상단 단부에서, 정제되었고 액체 배출구(25)를 통해서 외부로 유도되는 유체 보다 더 높은 밀도를 가지는 유체를 위한 적어도 하나의 배출구(22)를 포함한다. 배출구(22)를 통해서 배출되는 더 높은 밀도의 유체가, 액체로부터 분리된 그러나 안착되지 않고(not settled out) 슬러지 상(phase)으로 형성된 입자를 포함할 수 있을 것이다. 더 높은 밀도의 유체가 또한 분리 보조체(separation aid) 및/또는 물을 포함할 수 있을 것이다.
전술한 원심 분리기는 회전 축(R) 주위의 회전자 본체(11)의 회전 중에 이하의 방식으로 기능한다.
원심 분리기로의 진입에 앞서서, 오염된 유체로 분리 보조체가 부가될 수 있을 것이다. 원심 분리기가 회전될 때, 정제하고자 하는 유체와 분리 보조체의 혼합물이, 정지적인 유입구(25)를 통해서 유입구 장치(1)까지, 원심 분리기 내로 공급되고, 유입구 장치는 혼합물을 매끄럽게 가속하고 회전되게 하며, 액체를, 유입구 채널(5)을 통해서, 분리 챔버(16)로 분배한다. 이러한 것이 도 4b에 도시되어 있다. 분리 챔버(16) 내에서, 액체 혼합물이 원심력을 받으며, 분리 디스크(24)의 추가적인 도움에 의해서, 액체 혼합물 내의 고체가 반경방향 외측으로 투사된다. 이어서, 회전자 본체의 둘레에서 형성된, 액체로부터 분리된 입자 및 슬러지가 스크류 컨베이어(13)에 의해서 회전자 본체(11)의 원뿔형 부분(12)을 향해서 축방향으로 공급되고 슬러지 배출구(23)를 통해서 외부로 계속된다. 정제된 액체가 반경방향 내측으로 전달되고 액체 배출구(22 및 25)를 통해서 추출된다. 이러한 방식에서, 액체 배출구(22)가 수성 상을 추출하기 위한 것일 수 있고, 액체 배출구(25)가 오일 상을 추출하기 위한 것일 수 있을 것이다.
도면에서 그리고 전술한 설명에서 발명이 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 설명적 또는 예시적인 것으로 간주되고 제한적인 것으로 간주되지 않으며; 개시된 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다.
예로서, 발명은 도면에 개시된 회전 축(R)의 배향으로 제한되지 않는다. "원심 분리기"라는 용어는 또한, 회전 축이 실질적으로 수평으로 배향된 원심 분리기를 포함한다. 도 4a 및 도 4b에 개시된 실시예에 따라서, 원심 분리기가 그 하나의 단부에서 즉, 상부 단부에서 지지된다. 이러한 종류의 원심 분리기가 또한 분리된 입자를 위한 슬러지 배출구(23)에서 지지될 수 있을 것이다.
또한, "포함한다"라는 용어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 청구항 내의 참조 기호는 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 분리하고자 하는 액체 혼합물을 유입구 파이프로부터 분리 챔버로 지향시키기 위한 원심 분리기용 유입구 장치(1)이며,
    유입구 장치는 중심 회전 축(R) 주위로 회전 가능하고,
    - 상기 축(R) 주위로 배열되고 유입구 파이프로부터 액체 혼합물을 수용하기 위한 중심의 수용 구역(3)을 포함하는 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)로서, 중심의 수용 구역(3)이 원뿔형 수용 구조물(2)의 정점(4)을 둘러싸는, 중심의 원뿔형 수용 구조물(2); 및
    - 수용 구역(3)으로부터 분리 챔버로 액체 혼합물을 지향시키기 위한 적어도 하나의 유입구 채널(5)로서, 상기 채널(5)이 수용 구역(3)의 둘레로부터 연장하고 원뿔형 수용 구조물(2)의 외측 표면 아래로 나선을 형성하는, 적어도 하나의 유입구 채널(5);
    을 포함하고,
    - 적어도 하나의 유입구 채널(5)이 수용 구역의 둘레의 접선(Ta)과 각도(α)를 형성하는 방향(Din)으로 수용 구역(3)으로부터 연장하고, α는 90°미만이고, 적어도 하나의 유입구 채널(5)이 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)의 하단으로부터 유입구 채널 배출구(6)까지 중심 회전 축(R)으로부터 직선형의 반경방향으로 더 연장하고, 배출구(6)가 원심 분리기의 분리 챔버와 접촉하도록 구성되는, 유입구 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    α가 45°미만인, 유입구 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2 항에 있어서,
    중심의 원뿔형 수용 구조물(2)의 정점(4)이 둥글게 처리되는, 유입구 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입구 장치가 회전 축(R) 주위로 반시계 방향으로 회전하기 위한 것인 경우에, 적어도 하나의 유입구 채널(5)이 중심의 수용 구역(3)으로부터 원뿔형 수용 구조물(2)의 외측 표면 아래로 시계방향으로 나선을 형성하고, 반대인 경우도 마찬가지인, 유입구 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입구 장치가 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤)를 포함하는, 유입구 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입구 장치(1)가 실질적으로 원형인 횡단면을 가지고, 유입구 채널(5)은 원형 횡단면의 둘레의 접선(Tb)에 실질적으로 수직인 방향(Dout)으로 배출구(6)에 위치되는, 유입구 장치(1).
  7. 제6항에 있어서,
    유입구 장치(1)가 사발-유사 형상을 가지고, 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)이 사발-유사 형상 내의 중심에 위치되고 사발-유사 형상의 하단으로부터 연장하며, 적어도 하나의 유입구 채널(5)이 원뿔형 수용 구조물(2)의 하단으로부터 반경방향으로 그리고 사발-유사 구조물의 내측 측부(7) 위로 연장하는, 유입구 장치(1).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    유입구 채널 배출구(6)가, 회전 축(R)을 따라서 중심의 원뿔형 수용 구조물(2)의 정점(4)의 위에 있는 위치에 배열되는, 유입구 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 유입구 채널(5)의 폭이 적어도 하나의 유입구 채널(5)의 길이 전체를 통해서 실질적으로 일정한, 유입구 장치(1).
  10. 액체 혼합물로부터 고체를 분리하기 위한 원심 분리기(10)이며:
    - 중심 회전 축(R) 주위로 회전 가능하고 분리 챔버(16)를 포함하는 회전자 본체(11);
    - 분리하고자 하는 액체 혼합물을 공급하기 위한 유입구 파이프(20);
    - 액체 혼합물로부터 분리 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 액체 배출구(22, 25);
    - 분리된 고체를 위한 적어도 하나의 슬러지 배출구(23);
    - 분리 챔버 내의 분리된 고체를 슬러지 배출구를 향해서 그리고 그 외부로 이송하기 위한, 회전자 본체(11) 내에서 회전 축(R) 주위로 회전하도록 구성된 스크류 컨베이어(12); 및
    - 회전 축(R) 주위로 센터링된 그리고 공급된 액체 혼합물을 유입구 파이프(20)로부터 분리 챔버(16)로 지향시키기 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 유입구 장치(1)
    를 포함하는, 원심 분리기(10).
  11. 제10항에 있어서,
    유입구 장치(1)가 회전자 본체(11)와 함께 회전하도록 구성되는, 원심 분리기(10).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    회전자 본체(11)가, 회전 축(R)이 실질적으로 수직으로 연장하도록 배열된 회전자 샤프트(14)를 통해서, 그 일 단부에서만 회전식으로 지지되는, 원심 분리기(10).
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    회전자 본체(11)가 분리 챔버(16) 내에서 절두된 원뿔형의 분리 디스크(24)의 적층체를 포함하는, 원심 분리기(10).
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입구 파이프(20)가 회전자 본체(11)의 제1 단부에서 회전자 본체(11) 내로 연장하고, 액체 배출구는, 상기 제1 단부에서 회전자 본체(11)의 외부로 연장하는 적어도 하나의 배출구 채널(22)을 포함하고, 분리된 고체를 위한 슬러지 배출구(23)가 회전자 본체(11)의 제1 단부에 대향하는 단부에 배열되는, 원심 분리기(10).
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 혼합물로부터 분리 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 액체 배출구가 제1 밀도의 액체를 위한 배출구(25) 및 제1 밀도 보다 높은 밀도의 액체를 위한 배출구(22)를 포함하는, 원심 분리기(10).
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