KR20160137636A - 향상된 배출 시스템을 가진 원심 분리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 적어도 2 개 상들의 원심 분리에 할당된 회전 용기(1)에 있는 수집 챔버(2)들에는 배출 포트(3)가 제공되며, 배출 포트들은 피스톤(5)에 의하여 소망에 따라서 개방 또는 폐쇄될 수 있고, 피스톤의 움직임은 마찰 감소 시스템에 의하여 외부로부터 제어된다. 유인 체적(drawing volume)은 조절 가능하고 피스톤들 안의 횡단 구멍(16)의 체적에 비례하고, 포트(3)들 및 수집 챔버(2)들의 개구들은 오프셋된다. 상기 장치는 유사 연속 유인(pseudo-continuous drawing)을 가능하게 하고, 이것은 연속적인 공급을 유지할 수 있게 한다. 유인 체적, 유인된 생성물의 조성 및, 그것의 콤팩트니스(compactness) 는 고체와 비슷한 상(phase)의 경우에 제어된다.

Description

향상된 배출 시스템을 가진 원심 분리 장치{Centrifuge Machine Having An Improved Discharge System}
본 발명의 주제는 향상된 배출 시스템이 제공된 원심 분리 장치에 관한 것이다.
특히 2 상 원심 분리 침강(two phase centrifugal settling)을 수행함으로써 이러한 종류의 그 어떤 장치라도 크게 향상시킬 수 있으며, 그에 의하여 상들중 하나는 처음에 수집 챔버로 지향되는데, 상기 상은 유체이거나, 다른 한편으로 분압체(compact)이고 실질적으로 고체일 수 있으며, 처리된 혼합물들은 예를 들어 액체-고체, 액체-액체 및, 고체-기체일 수 있다.
일부 장치들은 상기 하나의 상이 고체일 때도 영구적인 상들의 유인(drawing)을 통하여 연속적인 작동을 허용한다는 점에서 유리하다. 이러한 경우에, 높은 비율의 잔류 액체를 포함하는 고체 상은 유동을 허용하는 유사 유체 거동(pseudo-fluid behaviour)을 가진 슬러리(slurry) 또는 페이스트(paste)의 농도(consistency)를 가진다. 따라서 수집 챔버를 개방하거나 분해하기 위하여 장치를 정지시키지 않으면서도 이러한 "고체"를 생산할 수 있으며, 연속적인 공급이 수행될 수도 있다. 프랑스 특허 출원 12 56276 에서 개시된 신규 유형의 원심 분리 장치는 고도로 건조된 고체( < 20% 잔류 액체)를 생성하도록 설계되었다. 이러한 발명은 언급되었던 바와 같은 다른 것들을 취할 수 있으면서 밀집된 고체이고 고도로 건조된 콤팩트의 생성이 가능하도록 장치를 향상시킬 수 있다. 이것은 거의 고체인 콤팩트의 농도를 가지는 상(phase)의 유인(drawing)을 마음대로 제어하거나 또는 정지시킬 수 있는 장점을 가진다. 유인 비율(drawing rate)은 제어되고 조절될 수 있으며, 이는 장치에 공급되는 혼합물 조성의 변화에 무관하게, 유인되는 재료의 조성 또는 농도를 유지할 수 있게 한다. 이것은 종래 기술의 회전 용기 원심 분리 장치의 경우에는 불가능한데, 유인의 존재할 때 그것은 수동적인 촉발에 의하여 또는 개방 또는 폐쇄될 수 있는 포트를 통하여 수행되지만, 일반적으로 장치를 정지시켜서 하나의 상태로부터 다른 상태로 이동시킬 것을 필요로 한다. 포트가 회전 조인트(rotating joint)에 의하여 외부 펌프로부터의 유압에 의해 제어되고 가압된 유체가 용기의 회전축을 통과하는 다른 설계도 있지만, 포트의 개폐를 제어하는 그러한 설계는 추가될 필요가 있는 제어 유체(control fluid) 때문에 실제적이지 않다; 이것은 또한 유압 스위치 시스템의 관성 및 회전 용기로부터의 유동 유출의 특성에 대한 불확실성에 기인하여, 배출 생성물의 유량 또는 농도를 편리하게 조절할 수 없다.
본 발명의 주 목적은 유인된 생성물의 특성을 제어하는 것이며, 특히 밀집된 콤팩트 상의 유인을 가능하게 하는 것으로서, 필요하다면 상기 상은 유량을 제어함으로써 강력하게 건조되고, 이것은 콤팩트 상이 가벼운 상으로부터 충분히 분리되므로 오직 콤팩트 상을 유인할 뿐만 아니라 가벼운 상의 과도한 유인을 회피하는데 도움이 된다. 본 발명의 다른 목적은 단순성을 특징으로 하는 제어 시스템에 의하여 상기와 같은 작용을 수행하는 것으로서 이것은 매우 적은 유지 관리를 필요로 하고 시간에 걸쳐서 매우 우수한 기계적 강도를 가지며, 매우 짧은 반응 시간으로부터 장점을 가진다. 이러한 시스템에는 빠른 회전 속도를 겪는 원심 용기가 제공되어야 하고, 이러한 시스템은 원심 분리 침강(centrifugal settling)이 수행되는 회전 용기의 밀봉성을 손상시키지 않아야 한다.
본 발명의 마지막 목적은 장치의 유체역학을 혼란시키지 않는 유인 시스템( drawing system)을 제공하는 것이다. 피스톤을 통한 주위 부분에서의 고체의 유인은 용기 체적 안에서의 고체-액체 인터페이스를 변경시키지 않는다.
전체적인 형태에서, 본 발명은 배출 시스템을 가진 원심 분리 장치에 관한 것으로서, 상기 원심 분리 장치는 축을 중심으로 회전하는 용기를 포함하고, 상기 용기는 체적을 감싸는 외측 벽에 의해 한정되고, 배출 시스템은 용기 체적의 일부를 점유하는 적어도 하나의 수집 챔버 및, 용기 벽을 통하여 각각의 수집 챔버 앞에 위치하는 적어도 하나의 구멍을 포함하고, 상기 배출 시스템은 각각의 포트와 개별의 수집 챔버 사이에서 용기 벽의 공동 안에서 움직일 수 있는 피스톤 및, 상기 피스톤의 변위 장치를 포함하고, 상기 수단은 정지 상태이고; 각각의 피스톤에는 중실(solid)의 섹션 및 횡단 구멍이 제공되고; 포트는 수집 챔버에 대하여 경사지게(즉, 오프셋되게) 위치되고, 횡단 구멍은 변위 장치에 의하여 포트의 앞에 그리고 수집 챔버의 앞에 번갈아서 위치된다.
포트는 수집 챔버에 대하여 경사지게 위치되고, 횡단 구멍은 포트의 앞에 그리고 수집 챔버의 앞에 번갈아서 위치되며, 피스톤의 전환 위치는 횡단 구멍의 채움 및 차후의 배출을 허용함으로써, 피스톤의 반복된 왕복에 의하여 불연속적인 배출이 수행된다. 따라서 변화되지 않는 물질의 체적이 피스톤의 각각의 왕복 운동과 함께 배출되며, 따라서 유인 비율(draw rate)은 더 이상 포트의 개방 시간에 의존하지 않고, 그러나 상기 왕복 운동의 수에 의존한다. 개방 섹션이 완벽하게 주목되고, 폐쇄가 차후에 완성되면서, 용기 원주 둘레에 분포되고 그에 고정된 구멍들과 관련된 가동 피스톤들을 가진 상기 시스템은 우수한 유량 제어를 허용한다. 통상적으로 기계적이거나 또는 가능하게는 자기적으로 부양될 수 있는 변위 장치는 그것의 움직임이 동등하게 매우 신뢰성이 있으며 정확하다.
고체 제거 시스템은 여기에 제시된 것과 상이한 패턴을 가지고 용기 벽에 적합화된 고정 수단에 의해 부착된 장치일 수도 있다.
피스톤들은 병진에 의하거나, 또는 병진 및 회전에 의하거나, 또는 단순히 회전 움직임에 의하거나 간에, 수집 챔버와 배출 포트 사이의 고체를 제거하도록 움직일 수 있다.
그렇게 유인 비율 또는 배출 비율을 제어함으로써, 유인된 상은 수집 챔버들 안에서 형성될 때 오직 유인될 수만 있으며, 가벼운 상으로부터 분리된다; 유인된 생성물의 조성 및 콤팩트 정도(compactness)는 용기 안으로 도입되는 혼합물에서 있을 수 있는 조성물의 변화에도 불구하고 유지될 수 있다; 유인은 전체적으로 상당히 규칙적이고 유사 연속적이며(pseudo-continuous), 연속적인 공급의 유지 및 연속적인 기계 작동에 항상 필적된다.
중요한 실시예에 따르면, 변위 장치는 용기와 동축인 링을 포함하고, 피스톤이 상기 링에 지지되며, 변위 장치는 상기 축을 따라서 변위 가능한 적어도 하나의 액튜에이터를 포함한다; 링은 베어링 링크에 의하여 또는 자기 척력을 이용하여 액튜에이터 또는 피스톤에 연결된다. 이러한 시스템의 중요한 점은 회전 장치에 포함된 피스톤들이 베어링 또는 자기 척력에 의해 직접 또는 간접적으로 고정된 액튜에이터들에 의해 제어되고, 용기와 함께 또는 용기와 별도로 회전하는 접합용 링에 의하여 상기 링에 매우 작은 마찰을 가하거나 또는 심지어 마찰을 가하지 않음으로써 완전히 또는 거의 기계적인 마모를 제거한다는 것이다.
시스템은 단일의 피스톤을 포함할 수 있거나, 또는 임의 개수의 피스톤들을 포함할 수 있으며, 피스톤의 수는 배출 포트들의 동등한 개수와 관련된다. 피스톤들이 유리하게는 용기 벽 안에 포함된 스프링들에 의하여, 또는 그 어떤 다른 메커니즘에 의하여 링에 대하여 편향될 수 있다.
수집 챔버는 다양한 형상들을 가질 수 있고, 특히 포트를 향하여 테이퍼진 섹션을 가질 수 있으며 따라서 수렴하는 형상을 가질 수 있다. 변위 장치는 만약 링이 존재한다면 우수하고 균일한 지지를 링에 제공하기 위하여 용기의 가동 축(mobile axis)을 따라서 원형의 가동 액튜에이터들을 포함할 수 있다.
본 발명은 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 전체적인 장치를 도시한다.
도 2 는 링 지지 장치의 대안의 실시예이다.
도 3 은 포트들의 개폐를 위한 장치이다.
도 4 는 피스톤이다.
도 5 는 배출 및 수집 챔버들이다.
도 6 은 배출 상태를 도시한다.
도 1 은 본 발명이 설치된 회전 원심 장치를 개략적으로 도시하며, 이것은 수직축을 중심으로 회전하는 회전 용기(1)를 포함하고, 여기에서 유체, 페이스트, 슬러리 또는 실질적으로 고체인 무거운 상( phase)이 원심 작용을 받으며, 용기(1)의 저부 중심을 향하여 넓어지는 원추형 플레이트와 같은 통상적인 수단에 의해 아래로 구동되고, 또한 상기 언급된 특허 출원에서 다른 것들중에서 나타난 헬리컬 블레이드들이 용기 벽내에 설정된다. 수집 챔버(2)들이 용기(1)의 저부에 배치되고, 각각의 수집 챔버는 배출 포트(3)를 통해 외부와 소통된다. 링(4)은 용기(1)의 아래에 배치되고 로드(11)들에 의해 피스톤(5)들을 작동시킨다. (아래에 상세하게 도시된) 피스톤(5)들 각각은 수집 챔버(2)와 관련되고, 비록 오직 단일의 챔버만이 여기에 도시되었지만, 몇 개의 상기 챔버들이 동일한 높이에서 용기(1)의 둘레에 존재할 수 있다. 링(4)은 용기(1)와 함께 회전 구동된다; 이것은 용기(1)에 고정된다. 정지 상태 액튜에이터(17)들은 용기(1)를 구동하기 위한 시스템(7)의 둘레에서 베어링(8)(수평 축 롤러)을 통하여 지면에 고정되고, 수직의 움직임을 링(4)에 전달함으로써, 피스톤(5)을 움직일 수 있게 한다. 대안으로서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 그러나 아마도 보다 바람직스럽게는, 각각의 액튜에이터(17)의 로드에는 영구 자석(9)이 설치될 수 있고, 링(4)의 하부측에는 영구 자석(10)들의 층이 설치될 수 있어서, 무접촉 및 무마찰의 척력(repulsion)을 가한다. 대안으로서, 영구 자석(9)들이 도시되지 않은 제 2 링에 배치되어, 링(4) 아래에 존재하며 액튜에이터(17)에 고정될 수 있다.
도 3 은 장치의 피스톤(5), 링(4) 및 액튜에이터(17)들을 격리되게 도시한 것이다. 피스톤(5)은 링(4)에 고정된 로드(11)들에 의해 지지된 동체(12) 및, 동체(12)상에 장착된 상부 로드(13)를 포함하고, 예를 들어 스프링(14)은 동체상에 설치될 수 있어서, 상기 스프링은 피스톤(5)을 아래로 밀고 따라서 링(4)과의 접촉을 유지한다. 도 4 에서 명확하게 알 수 있는 바로서, 상부 로드(13)는 평탄 지점부(15)를 유지하여 그것을 설정된 방위로 유지한다 (피스톤(5)의 병진 운동의 경우에, 피스톤 및 그것의 움직임의 다른 실시예들이 가능하다). 동체(12)는 횡단 구멍(16)에 의해 가로질러지며, 그렇지 않으면 완전한 단면을 가진다. 또한 4 개의 홈(23)들이 제공되는데, 밀봉부(22)를 수용하기 위하여 구멍(16)의 양측에 2 개씩의 홈이 있다. 다른 밀봉 구성도 가능하다.
도 5 를 참조하면, 수집 챔버(2)들은 용기(1)의 벽(18)의 두께에 형성된다. 이들의 형상은 여기에서 원추형이고 외측으로 수렴된다. 이들은 피스톤(5)을 수용하는 실린더형 셀(19)로 개방된다 (오직 하나의 피스톤(5)이 도시되어 있다). 셀(cell, 19) 위의 테두리(rim, 20)는 평탄 지점부(15)상에 지지되고 피스톤(5)들의 회전을 방지하며, 동시에 스프링(14)을 압축한다. 배출 포트(3)들은 셀(19)들과 외부 사이에 연장된다. 셀(19)들에 있는 수집 챔버(2)의 개구(21)들은 배출 포트(3) 아래의 높이에 있다. 바람직스럽게는, 피스톤(5) 및 그것의 주위부, 즉, 벽(18)의 일부를 포함하는 시스템은 제거 가능하고 용기(1)의 나머지에 부착된 모듈(24)에 속하며, 선택적으로는 스크류 조립에 의해 그에 조립되며, 여기에서 밀봉부(25)는 밀봉성을 보장하기 위하여 수집 챔버(2)의 둘레에서 연결부상에 배치된다. 이렇게 부착된 모듈은 피스톤(5)의 교체를 허용하는데, 예를 들어 만약 상이한 유체역학적 특성을 가지고 배출된 상(phase)의 새로운 조성(composition)이 피스톤의 교체를 필요로 한다면 그것을 허용한다.
이러한 장치에는 피스톤(5)들의 2 가지 주 위치들이 제공된다.
위치들중 제 1 위치에서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 구멍(16)은 수집 챔버(2)의 개구(21)들에서 연장되고 따라서 마찬가지로 용기(1) 안에서 원심 작용을 받는 무거운 상으로 채워지는데 반해, 홈(23)들에 있는 밀봉부(22)들은 상기 무거운 상이 피스톤(5)의 동체(12) 둘레에 도입되는 것을 방지한다; 밀봉부(22)들의 견고한 섹션(solid section)들은 배출 포트(3)들을 막는다; 피스톤(5) 들은 다음에 셀(19)들의 하부 테두리(6)상에 지지되며, 링(4)에 있는 지지부는 (로드(11)들에 의하여) 일시적으로 차단된다.
도 6 에 도시된 바와 같은 다른 주 위치에서, 링(4) 및 피스톤(5)은 액튜에이터(17)들의 연장부에 의해 상승되고 구멍(16)들은 배출 포트(3)들의 연장부가 된다: 원심력은 내용물을 외부로 향하여 배출시켜서, 외부에서 수집된다; 그러나 수집 챔버(2)들은 동체(12)의 중실의 섹션(solid section)들에 의해 차단된다. 따라서 피스톤(5)의 역의 움직임(reverse movement)은, 제거된 물질의 양이면서 구멍(16)의 체적과 동등한 정확한 1 회 용량(dosage)으로 번갈아서 구멍(16)을 채우고 배출시킨다; 배출은 고체를 배출시키는 원심력 장(centrifugal field) 의 강력한 작용에 의해 가능해질 수 있다. 따라서 구멍(16)은 매 순서마다 물질의 배출 체적을 결정하는 배출 챔버들을 형성한다.
링(4)은 회전 가능할 수 있으면서 움직이지 않을 수 있으며, 그에 의하여 베어링(8) 또는 영구 자석(9)들은 피스톤(5)에 의해 유지되거나, 또는 링(4)에 평행한 제 2 링상에 배치된다. 상기 베어링 또는 영구 자석들은 중간 부분을 변위시킴으로써 포트(3)들의 개방 및 폐쇄를 제어할 수 있다. 이들은 병진에 의해서보다는 회전에 의하여 변위될 수도 있다. 이것의 단점에도 불구하고, 기계적인 작동 보다 유압의 작동이 가능할 것이다. 구멍(16)은 중심 보어를 형성하기 보다는 피스톤(5) 또는 중간 부분의 측방향 노취(notch)에 의하여 또는 단부에 의하여 형성될 수 있다. 본 발명은 원심 분리를 수행하는 그 어떤 회전 장치에도 적용할 수 있다: 실린더형 용기는 고체 건조(dehydrating solid) 및/또는 유체 정화(clarifying fluid)를 위하여, 수평으로 나사 결합되거나 또는 다르게 결합된다.
1. 용기 4. 링
5. 피스톤 7. 시스템

Claims (6)

  1. 배출 시스템을 가진 원심 분리 장치로서, 상기 원심 분리 장치는 축을 중심으로 회전하는 용기(1)를 포함하고, 상기 용기는 체적을 감싸는 외측 벽에 의해 형성되고, 배출 시스템은 용기 체적의 일부를 점유하는 적어도 하나의 수집 챔버(2) 및, 용기 벽(18)을 통하여 각각의 수집 챔버 앞에 있는 적어도 하나의 포트(port, 3)를 포함하고,
    상기 배출 시스템은 각각의 포트(3)와 수집 챔버(2) 사이에서 각각 용기 벽(18)의 셀 안(cell, 19)에서 변위될 수 있는 피스톤(5) 및, 상기 피스톤(5)을 변위시키는 변위 장치(17)를 포함하고, 상기 변위 장치는 정지 상태이고;
    각각의 피스톤에는 중실(solid)의 섹션 및 횡단 구멍(16)이 제공되고;
    포트(port)는 수집 챔버에 대하여 오프셋(offset)되어 위치되고, 횡단 구멍은 변위 장치에 의하여 포트의 전방 및 수집 챔버의 전방에 번갈아서 위치되는 것을 특징으로 하는, 원심 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 장치는 용기(1)와 동일축(coaxial)에 있는 링(4)을 구비함으로써, 피스톤(5)은 링(4)상에 지지되고, 상기 변위 장치는 상기 축을 따라서 변위될 수 있는 적어도 하나의 액튜에이터(17)를 포함하고; 링(4)은 자기적인 척력(9,10) 또는 베어링(8)을 이용하는 링크(link)에 의하여 피스톤 또는 액튜에이터에 연결되는 것을 특징으로 하는, 원심 분리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    피스톤은 용기(1)의 벽(18) 안에 포함된 스프링(14)에 의하여 링(4)으로 편향되는 것을 특징으로 하는, 원심 분리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    수집 챔버(2)는 포트(3)를 향하여 테이퍼지는 섹션(section)을 가지는 것을 특징으로 하는, 원심 분리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    수집 챔버는 용기 벽(18)에서 오목한 것을 특징으로 하는, 원심 분리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    피스톤(5)은 용기(1)에 부착된 모듈(24)에 속하고, 용기 벽(18)의 일부를 더 포함하는, 원심 분리 장치.


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