KR20180037328A - 원심 분리기로부터의 고체 입자의 방출 - Google Patents

Abstract

액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하는 원심 분리기 및 방법이 제공된다. 분리기는 액체 혼합물로부터 고체를 분리하는 분리 챔버(16), 액체 혼합물용 입구(13), 및 분리 챔버(16) 내의 분리된 고체를 슬러지 출구(34)를 향해 슬러지 출구 밖으로 수송하기 위해 축(R)을 중심으로 로터 본체(1) 내에서 회전하는 스크류 컨베이어(2)를 포함한다. 방법은 로터 본체 및 스크류 컨베이어(2)를 상이한 속도로 회전시키고, a) 고체를 상기 액체 혼합물로부터 분리하는 단계, b) 분리된 고체를 상기 슬러지 출구(34)를 향해 수송하고 이를 방출하는 단계를 포함한다. a) 단계에 비해 더 많은 슬러지가 b) 단계 동안 슬러지 출구(34) 밖으로 방출되고, 상기 슬러지의 방출을 용이하게 하기 위해 방출 액체가 b) 단계 동안 상기 분리 챔버 내에 도입된다. 로터 본체(1)는 b) 단계에 비해 a) 단계 동안 높은 속도로 회전된다.

Description

원심 분리기로부터의 고체 입자의 방출{EJECTION OF SOLID PARTICLES FROM A CENTRIFUGAL SEPARATOR}

본 발명은 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하는 원심 분리기, 특히 원심 분리기로부터 고체 입자를 방출하는 방법의 분야에 관한 것이다.

디켄터(decanter) 원심 분리기 등의 원심 분리기는 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하기 위해 사용된다.

WO 2008/140378은 초기에 오염 입자로부터 유체를 정화하기 위해 형성되는 원심 분리기를 개시한다. 유체로부터 분리된 입자들은 슬러지 층의 형태로 로터 본체의 내측에 피착되며, 스크류 컨베이어는 슬러지를 출구를 향해 그리고 출구 밖으로 수송하도록 배열된다. 그러나, 이 슬러지 층은 슬러지의 점성으로 인해 수송하는 것이 어려울 수 있다(점성은 양호한 수송 특성을 위해 너무 높거나 낮을 수 있다). 또한, 로터 본체를 높은 속도로 회전시키는 경우, 슬러지 수송 문제가 악화될 수 있다. 생성된 높은 원심력은 슬러지에 대한 압축 효과를 갖고 이는 슬러지 출구 밖으로의 수송을 더 어렵게 한다. 로터 본체로부터 슬러지를 배출하는 것의 실패로 인해 상대적으로 고체의 슬러지 상이 회전축을 향해 반경방향 내향으로 성장하게 될 것이며, 이는 분리 정도를 악화시키고 결국에는 폐색으로 인해 연속된 분리를 불가능하게 한다.

그 결과, 관련 기술 분야에는 원심 분리기로부터 슬러지 등의 고체 입자를 방출 또는 배출하는 개선된 방법에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 주 목적은 슬러지 등의 고체 입자들을 액체 혼합물로부터 효과적으로 분리하고 추가로 분리된 고체 입자들을 분리기 밖으로 수송하는 원심 분리기 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태로서, 고체 입자를 원심 분리기 내의 액체 혼합물로부터 분리하는 방법이 제공되고, 분리기는 회전축(R)을 중심으로 회전 가능한 로터 본체를 포함하고, 로터 본체는 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하는 분리 챔버, 액체 혼합물용 입구, 및 분리 챔버 내의 분리된 고체 입자를 슬러지 출구를 향해 그리고 슬러지 출구 밖으로 수송하기 위해 회전축(R)을 중심으로 로터 본체에서 회전하도록 구성되는 스크류 컨베이어를 구비하고, 방법은 로터 본체 및 스크류 컨베이어를 상이한 속도로 회전시키는 것을 포함하고, 그리고

a) 분리기를, 고체 입자가 액체 혼합물로부터 분리되는 분리 페이즈(phase)에서 작동시키는 단계, 및

b) 분리기를, 분리된 고체 입자가 슬러지 출구를 향해 수송되고 추가로 슬러지 출구 밖으로 방출되는 방출 페이즈에서 동작하도록 전환시키는 단계를 포함하고, 분리 페이즈에 비해 더 많은 슬러지가 방출 페이즈 동안 슬러지 출구로부터 방출되고, 슬러지의 방출을 용이하게 하기 위해 방출 액체가 방출 페이즈 동안 분리 챔버로 도입되고,

방법은 로터 본체를 분리 페이즈 동안 제1 속도로 회전시키고, 방출 페이즈 동안 제1 속도보다 낮은 제2 회전 속도로 회전시키는 것을 더 포함한다.

본 발명의 제1 양태는 고체 입자가 분리기로부터 방출 또는 배출될 때의 기간 동안 방출 액체를 도입 또는 주입하는 것이 여러 이점을 갖는다는 이해에 기초한다. 고체 입자가 방출되는 기간 동안 추가의 액체의 도입은 고체 입자의 제거 향상으로 이어진다.

본 발명자들은 배출 동안 액체를 도입함으로써, 배출 동안 고체 입자에 대한 원심력이 감소되는 점을 확인했다. 고체 입자를 배출하기 위해 요구되는 힘은 분리기 내의 액체 레벨의 감소를 기하급수적으로 증가시킬 수 있고, 방출 액체를 도입함으로써 고체를 방출하기 위한 힘이 이에 따라서 감소될 수 있다. 예로서, 슬러지 고체가 약 1.1g/cm³의 밀도를 갖는 경우, 그리고 방출 액체가 약 1g/cm³의 밀도를 갖는 경우, 고체를 배출하기 위한 힘은 방출 액체가 존재하지 않는 경우에 요구되는 힘의 약 1/10일 수 있다.

a) 단계의 분리 페이즈 동안, 로터 본체는 보통 높은 속도로 회전하고, 고체 입자는 로터 본체의 분리 챔버에서 액체 혼합물로부터 효과적으로 분리된다. 이들 분리된 입자는 로터 본체의 내측에 피착된다. 이러한 높은 회전 속도에서, 슬러지 등의 피착된 입자의 적어도 충분한 양이 분리기로부터 배출되기 어려울 수 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라, 피착된 입자는 슬러지 층을 회전축을 향해 반경방향 내향으로 성장시킬 수 있다. b) 단계의 방출 페이즈 동안, 스크류 컨베이어가 슬러지 출구를 향해 그리고 슬러지 출구 밖으로 슬러지를 수송할 수 있을 때 방출 액체가 분리 챔버 내에 도입된다. 따라서, b) 단계의 방출 페이즈는 입자 배출 페이즈로서 간주될 수 있다. 따라서 분리 페이즈에 비해 더 많은 슬러지가 방출 페이즈 동안 슬러지 출구로부터 방출된다. 그러나, 또한 약간의 슬러지가 분리 페이즈 동안 방출될 수 있다.

방법은 분리 페이즈로부터 방출 페이즈로 전환하는 것을 포함하고, 즉, 분리 페이즈 및 방출 페이즈는 동시에 수행되지 않지만, 그 대신 즉, 일시적으로 분리된 상이한 시간 동안 이루어진다.

방출 페이즈 동안 방출 액체를 분리 챔버에 도입함으로써, 디켄터 내의 액체 레벨이 감소되는 것이 방지되고, 상술된 바와 같이, 이는 슬러지의 제거를 용이하게 하는 점을 확인했다. 즉, 슬러지 등의 다량의 고체 입자가 제거될 수 있고, 추가로, 분리기를 클로깅(clogging)하는 위험이 감소한다. 따라서, 분리 공정의 더 높은 효율이 달성될 수 있다.

예로서, b) 단계는 분리기 내의 액체 레벨이 고체 입자의 배출 동안 동일한 레벨로 실질적으로 유지되도록 이러한 양으로 방출 액체를 도입하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 방출 액체는 액체 레벨이 분리 페이즈 및 방출 페이즈 동안 실질적으로 동일하도록 도입될 수 있다.

방법은 로터 본체를 분리 페이즈 동안 제1 속도로, 방출 페이즈 동안 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 회전시키는 것을 더 포함한다.

이는 방출 페이즈 동안 회전 속도를 낮추는 것이 분리기로부터의 고체 입자의 제거 또는 방출을 더욱 용이하게 한다는 점에서 유리하다. 방출 페이즈 동안, 따라서 로터 본체는 더 느린 속도로 회전하게 될 수 있다. 이는 스크류 컨베이어가 슬러지를 슬러지 출구를 향해 그리고 슬러지 출구 밖으로 더욱 더 용이하게 수송할 수 있도록 원심력이 감소되는 것을 의미한다.

로터와 스크류 컨베이어 사이의 회전 속도의 차이, 즉 차동 속도는 분리 페이즈 동안 약 1 내지 5 rpm, 예컨대, 1 내지 2 rpm 일 수 있다.

액체 혼합물은 고체 입자에 추가로 상이한 액체 상을 포함할 수 있다. 액체 상은 상이한 밀도를 가질 수 있다. 예로서, 액체 혼합물은 오일, 수성 상, 및 고체 입자를 포함할 수 있다. 따라서, a) 단계는 액체 혼합물을 제1 액체 상 및 제2 액체 상으로 분리하는 것을 더 포함할 수 있고, 제1 액체 상의 밀도는 제2 액체 상의 밀도보다 높다. 따라서, 제1 액체 상은 수성 상일 수 있고 제2 액체 상은 오일일 수 있다.

고체 입자는 예를 들어 슬러지일 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, b) 단계에서 도입되는 방출 액체는 분리되는 액체 혼합물용 입구를 통해 도입된다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, b) 단계에서 도입되는 방출 액체의 중량은 b) 단계에서 방출되는 고체 입자의 최대 중량과 대략 동일하거나 적다.

따라서, 도입되는 방출 액체의 중량은 b) 단계 동안 가능하게 제거될 수 있는 고체 입자의 양보다 많을 필요가 없다. 따라서, 이는 b) 단계에 사용되는 방출 액체의 양을 최적화할 수 있다.

또한, 방출 액체의 밀도는 b) 단계 동안 방출되는 고체 입자 또는 슬러지와 동일하거나 적을 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 분리 챔버로의 액체 혼합물의 급송은 방출 페이즈 동안 줄어들거나 차단된다.

따라서, 방출 페이즈 동안 입구를 통한 급송은 b) 단계 동안 차단되거나 줄어들 수 있다. 또한, 로터가 분리 페이즈에 비해 방출 페이즈 동안 더 낮은 속도로 회전하는 경우, 원심 분리기의 분리 성능이 감소될 수 있고, 이는 액체 혼합물이 방출 페이즈 동안 감소된 비율로 분리 챔버에 도입될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 방법은 a) 단계 및 b) 단계 모두 동안 로터 본체보다 상이한 속도로 스크류 컨베이어를 회전시키는 것을 더 포함한다.

따라서, 스크류 컨베이어는 분리 페이즈 및 방출 페이즈 모두 동안 로터 본체보다 상이한 속도로 회전될 수 있고, 이는 고체 입자의 배출을 용이하게 한다. 그러나, 실시예에서, 스크류 컨베이어와 로터 본체 사이의 차동 속도는 b) 단계의 방출 페이즈 동안에 전적으로 활성화된다.

로터 본체와 스크류 컨베이어 사이의 이러한 차동 속도를 통해, 슬러지의 일부량이 a) 단계의 분리 페이즈 동안에도 배출될 수 있다. 또한, 분리 페이즈 동안 차동 속도를 유지함으로써, 스크류 컨베이어는 원심력에 의해 발생되는 약간의 부정적 영향을 감소시키기 위해 로터 본체의 내측에 피착된 고체 입자 또는 슬러지를 분배하고 이에 대해 작용할 수 있다. 이들 부정적인 영향 중 하나는 고체 입자 또는 슬러지를 압축하는 것이 배출을 어렵게 할 수 있다는 점이다. 또 다른 부정적인 영향은 압축된 슬러지가 로터 본체에 불균일하게 분포될 수 있고, 이는 작동 동안 원심 분리기의 해로운 진동을 갖는 불균형을 발생시킨다는 점이다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 방법은 a) 단계에 비해 b) 단계 동안 스크류 컨베이어의 회전 속도를 또한 낮추는 것을 더 포함한다. 이는 슬러지 방출에 추가로 조력할 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 방법은 a) 단계에 비해 b) 단계에서 스크류 컨베이어와 로터 본체 사이의 차동 속도를 증가시키는 것을 더 포함한다.

방출 페이즈 동안 차동 속도는 3 내지 10 rpm, 예컨대 3 내지 6 rpm일 수 있다.

이러한 변화를 통해 고체 입자가 상대적으로 높은 속도로 배출되어 방출 또는 배출 페이즈의 지속 기간을 짧게 할 수 있다.

그러나, a) 단계에 비해 b) 단계에서 스크류 컨베이어와 로터 본체 사이의 차동 속도가 또한 감소될 수 있는 점이 이해되어야 한다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 방법은 임의 개수의 사이클 동안 a) 단계 및 b) 단계를 반복하는 것을 더 포함한다.

따라서, 본 발명의 제1 양태의 방법은 주기적인 방법, 즉, a) 단계의 분리 페이즈 및 b) 단계의 방출 페이즈를 포함하는 사이클의 반복일 수 있다. 방출 페이즈는 따라서 고체 입자 또는 슬러지의 성장층이 문제가 되기 전에 개시될 수 있다. 로터 본체가 분리 페이즈 동안 제1 속도로, 그리고 방출 페이즈 동안 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 회전하는 경우, 로터 본체는 본질적으로 모든 고체 입자 또는 적어도 충분한 양의 고체가 분리기로부터 배출된 경우 다음의 작동 사이클의 분리 페이즈 동안 고속 회전으로 다시 가속될 수 있다. 추가로, 공정에 의해 필요한 경우, 급송은 최대 로터 속도가 재설정될 때까지 정지될 수 있다. 로터 본체가 분리 페이즈에서 증가된 분리 성능을 갖는 최대 속도로 회전할 때, 급송 속도가 재설정될 수 있다.

예로서, a) 단계로부터 b) 단계로 그리고/또는 b) 단계로부터 a) 단계로의 전환은 미리 정해진 기간 이후 실행될 수 있다.

따라서, a) 단계는 미리 정해진 기간 동안 실행될 수 있고, b) 단계는 미리 정해진 기간 동안 실행될 수 있고, a) 단계 및 b) 단계 모두는 미리 정해진 기간 동안 실행될 수 있다. 따라서, 분리 페이즈의 미리 정해진 시간 이후, 방출 페이즈가 개시될 수 있고, 이에 의해 슬러지가 배출된다. 또한, 방출 페이즈에서 미리 정해진 시간 이후, 원심 분리기는 분리 페이즈로 다시 전환할 수 있다. 분리 페이즈 및/또는 방출 페이즈의 미리 정해진 시간은 조작자에 의해 수동으로 설정될 수 있다. 그러나, 미리 정해진 시간은 또한 다양한 센서에 의해 측정되는 원심 분리기의 작동 파라미터로부터 산출될 수 있다. 예로서, 분리 페이즈의 시간은 입구를 통과하는 급송에서의 입자의 농도 및 급송 속도를 등록한 센서로부터 산출될 수 있다. 게다가, 방출 페이즈는 축적된 슬러지 양, 스크류 컨베이어와 로터 본체 사이의 차동 속도, 슬러지 유형 및 슬러지의 점성 등과 같은 파라미터로부터 산출될 수 있다. 그러나, 방출 페이즈 및 분리 페이즈 모두는 하나 또는 여러 작동 파라미터의 임계값 및 상술된 미리 정해진 시간을 조합함으로써 제어될 수 있다. 분리 페이즈 및 방출 페이즈는 예를 들어 측정된 임계값과 조합된 미리 정해진 기준 시간을 설정할 수 있고, 이에 의해 방출 페이즈는 미리 정해진 기준 시간이 경과하기 전에 임계값에 도달하는 경우 미리 개시될 수 있다.

추가의 예로서, a) 단계로부터 b) 단계로 그리고/또는 b) 단계로부터 a) 단계로의 전환은 하나 또는 여러 작동 파라미터에 의존할 수 있다.

예로서, 임의의 다른 파라미터는 원심 분리기의 토크일 수 있다. 토크는 스크류 컨베이어용 토크 측정 배열장치에 의해 측정될 수 있고, 토크는 토크 센서를 통해 직접적으로 측정될 수 있거나, 스크류 컨베이어의 전기 모터에 의해 소비되는 전류를 사용하여 토크를 산출함으로써 측정될 수 있다. 따라서, 토크가 특정 임계값 위로 증가할 때, 방출 페이즈가 개시될 수 있다. 또 다른 작동 파라미터는 탁도일 수 있고, 예컨대 탁도는 적어도 하나의 액체 출구와 연관된 탁도 센서에 의해 측정된다. 따라서, 방출 페이즈는 정제된 액체의 탁도가 특정 임계값 위로 증가할 때 개시될 수 있다. 가능한 또 다른 작동 파라미터는 용량이고, 예컨대, 용량은 상대적으로 낮은 밀도를 갖는 액체용 액체 출구에 배열되는 용량 센서에 의해 측정된다. 예로서, 두 개의 상이한 액체 상을 분리하는 경우, 무거운 액체, 예를 들어 물의 농도는 상대적으로 낮은 밀도를 갖는 액체, 예를 들어 오일용 출구에서의 용량에 의해 측정될 수 있다. 따라서, 방출 페이즈는 무거운 액체의 측정된 농도가 소정의 임계값에 도달하는 경우 개시될 수 있다. 추가로, 액체 출구에서의 압력은 방출 페이즈를 유발하기 위해 또한 이용될 수 있다. 따라서, 슬러지 층이 무거운 그리고/또는 가벼운 액체 유동 통로를 차단하는 것을 나타내는 특정 임계값 아래로 액체 출구의 압력이 떨어지는 경우, 방출 페이즈가 개시될 수 있다. 압력은 예를 들어 액체 출구에 위치된 센서에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 방출 액체는 수성 액체이다. 따라서, 방출 액체는 분리 챔버 내에 높은 압력을 유지하는데 조력하는 상대적으로 높은 밀도의 액체일 수 있다. 예로서, 방출 액체는 물이거나 물을 포함할 수 있다.

추가예로서, 로터 본체가 분리 페이즈 동안 제1 속도로 회전하고 방출 페이즈 동안 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 회전하는 경우, 방출 액체는 급송물 자체, 즉, 액체 혼합물 자체일 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 분리 챔버는 분리 디스크의 적층체를 포함한다. 분리 디스크는 절두, 원추형 분리 디스크일 수 있다. 분리 디스크의 적층체는 추가로 액체 혼합물의 분리를 용이하게 한다.

본 발명의 제2 양태로서, 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하는 원심 분리기가 제공되고, 원심 분리기는,

- 회전축(R)을 중심으로 회전 가능한 로터 본체로서, 액체 혼합물을 위한 입구를 구비한 분리 챔버를 갖는, 로터 본체,

- 액체 혼합물로부터의 분리된 액체를 위한 적어도 하나의 액체 출구,

- 분리된 고체 입자를 위한 슬러지 출구,

- 분리 챔버 내의 분리된 고체 입자를 슬러지 출구를 향해 그리고 슬러지 출구 밖으로 수송하기 위해, 로터 본체의 회전 속도와 상이한 속도로 회전축(R)을 중심으로 로터 본체 내에서 회전하도록 구성된 스크류 컨베이어,

- 로터 본체 및 스크류 컨베이어를 그들 각각의 속도로 회전시키도록 구성된 구동 배열장치, 및

- 고체 입자가 액체 혼합물로부터 분리되는 분리 페이즈와 분리된 고체 입자가 슬러지 출구를 향해 수송되고 추가로 슬러지 출구 밖으로 방출되는 방출 페이즈 사이에서 분리기의 작동을 전환시키도록 구성된 제어 유닛을 포함하고, 분리 페이즈에 비해 더 많은 슬러지가 방출 페이즈 동안 슬러지 출구 밖으로 방출되고,

- 제어 유닛은 방출 페이즈 동안 분리 챔버로의 방출 액체의 도입을 제어하도록 추가로 구성되고, 제어 유닛은 분리 페이즈 동안 제1 속도로 그리고 방출 페이즈 동안 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 로터 본체를 회전시키도록 구동 배열장치를 제어하도록 추가로 구성된다.

따라서, 본 발명의 제2 양태의 원심 분리기는 상술된 제1 양태에 따르는 분리 방법을 실행하도록 구성된다. 따라서, 본 발명의 제2 양태의 원심 분리기는 고체 입자가 배출되는 기간 동안 추가의 액체 도입으로 인해 액체 혼합물로부터의 고체 입자 제거의 향상을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 관해 사용된 용어 및 정의는 상술된 제1 양태에 관해 설명된 바와 같을 수 있다.

제어 유닛은 방출 페이즈 동안 방출 액체가 분리기 내에 도입되도록 밸브를 조절하도록 구성될 수 있다.

구동 배열장치는 예를 들어 로터 본체 및 스크류 컨베이어를 회전시키기 위한 하나 또는 여러 개의 전기 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 제어 유닛은 또한 이러한 전기 모터를 구동하기 위한 장치를 포함할 수 있다.

상술된 제1 양태에 관해 설명된 바와 같이, 방출 페이즈 동안 낮은 속도로 회전하는 것은 분리기로부터의 고체 입자의 제거 또는 방출을 용이하게 한다. 즉, 제어 유닛은 로터 본체가 방출 동안 낮은 속도로 회전하도록 할 수 있고, 이에 의해 원심력이 감소되어 스크류 컨베이어는 슬러지를 슬러지 출구를 향해 그리고 슬러지 출구 밖으로 더 용이하게 수송할 수 있다.

스크류 컨베이어와 로터 본체 사이의 속도 차이는 제어 유닛에 의해 입자 배출 페이즈 동안에 전적으로 활성화될 수 있다. 그러나, 본 발명의 제2 양태의 실시예에 따르면, 제어 유닛은 분리 페이즈 및 방출 페이즈 모두 동안 스크류 컨베이어를 로터 본체와 상이한 속도로 회전시키도록 구동 배열장치를 제어하도록 구성된다. 로터 본체와 스크류 컨베이어 사이의 이러한 차동 속도를 통해, 일부 슬러지의 양이 분리 페이즈 동안에도 배출될 수 있다. 예로서, 제어 유닛은 분리 페이즈에 비해 방출 페이즈에서 스크류 컨베이어와 로터 본체 사이의 차동 속도를 변경, 바람직하게는 증가시키도록 구동 배열장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 상술된 제1 양태에 관해 설명된 바와 같이, 이러한 변화에 의해, 슬러지는 적합한 속도로 배출될 수 있다. 바람직하게는, 슬러지는 배출 페이즈의 지속 시간을 단축하기 위해 차동 속도를 증가시킴으로써 상대적으로 높은 속도로 배출될 수 있다.

제어 유닛은 또한 방출 페이즈 동안 스크류 컨베이어의 회전 속도를 낮추도록 추가로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 원심 분리기는 방출 페이즈 동안 입구를 통한 혼합물의 급송을 감소 또는 차단하도록 구성된다. 따라서, 액체 혼합물은 방출 페이즈 동안 감소된 속도로 분리 챔버에 도입될 수 있다. 상술된 바와 같이, 제어 유닛은 방출 동안 회전 속도를 감소시킬 수 있고, 필요한 경우 공정에 의해, 급송은 최대 로터 속도가 재설정될 때까지 정지될 수 있다. 분리 페이즈에서의 증가된 분리 성능에 의해 로터 본체가 최대 속도로 회전하는 경우, 분리기는 급송을 재설정할 수 있다.

본 발명의 제2 양태의 실시예에서, 제어 유닛은 로터 본체를 미리 정해진 시간 동안 분리 페이즈 동안 제1 속도로 회전시키도록 구동 배열장치를 제어하도록 구성되고, 제1 속도는 방출 페이즈 동안 로터가 회전하는 제2 속도보다 높다. 게다가, 제어 유닛은 로터 본체를 미리 정해진 시간 동안 방출 페이즈 동안 제2 속도로 회전시키도록 구동 배열장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 미리 정해진 시간은 상술된 제1 양태에 관해 설명된 바와 같을 수 있다.

추가로, 본 발명의 제2 양태의 실시예에 따르면, 제어 유닛은 원심 분리기의 작동 파라미터를 측정하기 위해 배열장치로부터 임계값을 수신할 때 방출 페이즈를 개시하도록 구성된다. 작동 파라미터는 상술된 제1 양태에 관해 설명된 바와 같을 수 있다. 따라서, 작동 파라미터를 측정하기 위한 배열장치는 예를 들어 스크류 컨베이어용 토크 측정 배열장치, 적어도 하나의 액체 출구와 연관된 탁도 센서, 액체 출구에 배열되는 용량 센서, 및/또는 액체 출구의 압력을 측정하는 압력 센서일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 로터 본체는 회전축이 실질적으로 수직으로 연장되도록 배열된 로터 샤프트를 통해 그 일단부에서만 회전식으로 지지된다. 이 유형의 원심 분리기는 예를 들어, 수평 회전축을 갖는 상대적으로 무거운 로터 본체를 포함하는 디켄터 원심 분리기보다 전형적으로 더 가벼운 중량이다. 이 실시예에 따르는 로터 본체는 분리 페이즈와 배출 페이즈 사이에서 전후로 가속하는 데 더욱 적합하다. 이러한 분리기는 분리 챔버 내의 절두 원추형 분리 디스크의 적층체를 여러 개 포함할 수 있고, 이에 의해 분리 효율이 향상된다. 게다가, 이러한 분리기의 입구는 바람직하게는 그 일 단부에서 로터 본체 내로 연장되는 입구 파이프, 그 일 단부에서 로터 본체 밖으로 연장되는 적어도 하나의 출구 채널을 포함하는 분리된 액체를 위한 액체 출구, 및 로터 본체의 대향하는 다른 단부에 위치되는 분리된 고체를 위한 슬러지 출구를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 구동 배열장치는 로터 본체와 스크류 컨베이어 사이에 배열되는, 스트레인 웨이브 기어링 장치(strain wave gearing device)로도 공지된 소위 하모닉 드라이브 기어 장치(Harmonic drive gear device)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 스크류 컨베이어는 로터 샤프트를 통해 축 방향으로 연장되는 컨베이어 샤프트를 포함하고, 로터 샤프트 및 컨베이어 샤프트는 기어 장치를 통해 함께 결합된다. 기어 장치는 세 개의 협력 부재를 포함할 수 있고, 제1 기어 부재는 로터 샤프트에 연결되고 제2 기어 부재는 컨베이어 샤프트와 연결된다. 세 개의 기어 부재는 회전축(R)의 연장부를 중심으로 서로에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 입구 파이프는 기어 장치를 통해 중앙으로 연장될 수 있다.

추가로, 기어 장치는 회전축(R)을 중심으로 회전 가능하며 이 중심축을 중심으로 분배된 제1 개수의 톱니부 또는 치형부를 갖는 스티프(stiff) 원통형 기어 부재 형태의 제1 기어 부재, 동일한 회전축(R)을 중심으로 연장되며 중심축을 중심으로 분배되는 상이한 제2 개수의 톱니부 또는 치형부를 갖는 가요성 기어 부재 형태의 제2 기어 부재, 및 점차적으로 가요성 기어 부재를 변형시키고 이에 의해 기어 부재들 사이의 치형 맞물림을 달성하도록 구성되는 웨이브 발생기 형태의 제3 기어 부재를 포함하는 스트레인 웨이브 기어 장치일 수 있고, 제1 기어 부재 및 제2 기어 부재는 원통형 기어 부재의 톱니부 또는 치형부와 연속적으로 맞물림 및 맞물림 해제되도록 구성된다.

본 발명의 제2 양태의 실시예에서, 분리 챔버는 분리 디스크의 적층체를 포함한다. 분리 디스크는 절두, 원추형 분리 디스크일 수 있다. 분리 디스크의 적층체는 추가로 액체 혼합물의 분리를 용이하게 한다.

본 발명의 제3 양태로서, 컴퓨터-실행 가능 구성요소가 장치 내에 포함된 처리 유닛 상에서 운영될 때, 본 발명의 제1 양태에 관해 인용된 방법 단계의 임의의 하나 또는 모두를 장치가 실행하도록 하기 위한 컴퓨터-실행 가능 구성요소를 포함하는 컴퓨터 프로그램 생성물이 제공된다.

장치는 예를 들어 상술된 제2 양태에 관해 설명된 바와 같은 제어 유닛일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 원심 분리기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 방출 이전 및 이후 고체 입자의 레벨 및 개략적으로 도시된 분리기의 단면도를 도시한다.

본 개시 내용에 따르는 원심 분리기 및 방법은 첨부 도면을 참조하여 이후 실시예의 설명에 의해 추가로 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 원심 분리기를 도시한다. 원심 분리기는 수직 회전축(R)을 중심으로 특정 속도로 회전 가능한 로터 본체(1), 로터 본체(1)에 배열되며 동일한 회전축(R)을 중심으로 회전 가능한 스크류 컨베이어(2)를 포함한다. 본 예에서, 스크류 컨베이어(2)는 로터 본체(1)의 회전 속도와 상이한 속도로 회전 가능하다. 구동 배열장치(3)는 로터 본체(1) 및 스크류 컨베이어(2)를 각각의 속도로 회전시키도록 구성된다. 구동 배열장치(3)는 두 개의 전기 모터(3a, 3b) 및 기어 장치(3c)를 포함한다.

로터 본체(1)는 볼트(6)에 의해 원추형 하부 로터 본체부(5)와 연결되는 원통형 상부 로터 본체부(4)를 갖는다. 물론, 대안적인 연결 부재가 사용될 수 있다. 원통형 로터 본체부(4)는 중공 로터 샤프트(7)의 형태의 축 방향 상향의 연장부를 구비하고, 이는 회전축(R)을 중심으로 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 전기 모터(3a)에 연결된다.

추가의 중공 샤프트, 컨베이어 샤프트(8)가 중공 로터 샤프트(7)의 내부를 통해 로터 본체(1) 내로 연장된다. 샤프트(8)는 스크류(9)에 의해 스크류 컨베이어(2)를 지지한다. 중공 샤프트(8)는 기어 장치(3c)를 거쳐 전기 모터(3b)를 스크류 컨베이어(2)에 구동식으로 연결한다. 스크류 컨베이어(2)는 원통형 로터 본체부(4)의 내측에서 축 방향으로 연장되는 상부 원통형 파트(10), 원추형 로터 본체부(5)의 내측에서 축 방향으로 연장되는 하부 원추형 파트(11) 및 스크류 컨베이어(2)의 상부 원통형 파트(10) 및 하부 원추형 파트(11)를 따라서 스크류와 같은 방식으로 연장되는 이송 스레드(12)를 포함한다. 물론, 스크류 컨베이어(2)는 로터 본체(1)의 내측을 따라 스크류형 방식으로 모두가 연장될 수 있는 하나 초과의 이송 스레드, 예를 들어 2개, 3개 또는 4개의 이송 스레드를 가질 수 있다.

로터 본체(1)에서 처리되어야 하는 액체 혼합물용 입구 파이프(13)는 컨베이어 샤프트(8)를 통해 연장되고 스크류 컨베이어(2)의 내부의 중앙 슬리브(14) 내로 이어진다. 중앙 슬리브(14)는 액체 혼합물용 입구 챔버(15)의 경계를 이루며, 입구 챔버(15)는 반경방향으로 연장되는 분배 채널(17)을 거쳐 분리 챔버(16)와 연통한다. 다수의 날개부(18)는 회전축(R)을 중심으로 분포되고 입구 챔버(15)의 하부 파트 내로 연장하며 또한 반경방향으로 연장하는 분배 채널(17)의 측벽을 형성한다. 날개부(18)는 입구 챔버(15) 및 분배 채널(17)의 액체 혼합물이 스크류 컨베이어(2)와 함께 회전하도록 배열된다. 따라서, 분배 채널(17)이 날개부(18)들 사이에 배열된다.

분리 챔버(16)는 입구 챔버(15)를 둘러싸는 환형 공간이고 절두 원추형 분리 디스크(19)의 적층체를 포함한다. 이 적층체는 스크류 컨베이어(2)의 원통형 파트(10) 내측에 반경방향으로 끼워지고 회전축(R)과 동축으로 배열된다. 원추형 분리 디스크(19)는 상부 원추형 지지 플레이트(20)와 하부 원추형 지지 플레이트(21) 사이에서 함께 축 방향으로 유지된다. 도시된 바와 같이, 하부 원추형 지지 플레이트(21)는 중앙 슬리브(14)와 함께 하나의 부재로 형성된다. 분리 디스크(19)는 원심 분리기의 분리 디스크(19)의 적층체를 통해 액체의 축 방향 유동 또는 분배를 위한 채널(22)을 형성하는 구멍을 포함한다. 하부 지지 플레이트(21)는 대응하는 구멍을 포함하며, 분배 채널(17)은 분리 디스크(19)의 적층체에서 액체의 축 방향 유동을 위한 채널(22)과 연통한다. 상부 원추형 지지 플레이트(20)는 분리 디스크(19)의 적층체 내의 반경방향 내부 환형 공간(24)을 상대적으로 낮은 밀도 또는 가벼운 액체 출구 챔버(25)와 연결하는 다수의 구멍(23)을 포함한다. 더 낮은 밀도의 이러한 액체 또는 가벼운 액체는 예를 들어 오일일 수 있다. 정화된 가벼운 액체를 배출하기 위한 소위 페어링 디스크(paring disc)(26)가 출구 챔버(25) 내에 배치된다. 페어링 디스크(26)는 입구 파이프(13)에 고정되고 견고하게 연결되며, 페어링 디스크(26)는 입구 파이프(13)를 둘러싸는 출구 파이프에서 연장되는 출구 채널(27)과 연통한다.

스크류 컨베이어(2)의 원통형 파트(10)는 분리 디스크(19)의 적층체를 반경방향으로 둘러싸고, 원통형 파트(10)는 회전축(R)을 중심으로 분포되는 축 방향으로 연장되는 다수의 개구(28)를 포함한다. 축 방향으로 연장되는 개구(28)는 액체 혼합물로부터 분리된 고체 입자 또는 슬러지가 통과하여 로터 본체(1)의 원통형 벽의 내측에 피착되도록 제공된다. 물론, 액체도 원통형 파트(10)의 개구(28)를 통과할 수 있다. 컨베이어 샤프트(8)는 원통형 파트(10)의 외측에 반경방향으로 위치된 환형 공간(30)을 상대적으로 높은 밀도의 액체를 위한 무거운 액체 출구 챔버(31)와 연결하는 다수의 구멍(29)을 포함한다. 이러한 무거운 액체는 예를 들어 물일 수 있다. 무거운 액체를 배출하기 위한 페어링 디스크(32)가 이 출구 챔버(31) 내에 배치되고, 페어링 디스크(32)는 무거운 액체용 출구 채널(33)과 연통한다. 무거운 액체 출구 채널(33)은 가벼운 액체용 출구 파이프 및 채널(27)을 둘러싸는 출구 파이프에서 연장된다.

로터 본체(1)는 슬러지와 같이 분리된 고체 입자들을 위한 중앙의 그리고 축방향으로 지향되는 출구(34)를 그 하단부에 구비한다. 이 슬러지 출구(34)는 초기에 언급된 고체 입자용 슬러지 출구를 형성한다. 슬러지 출구(34)와 관련하여, 로터 본체는 슬러지 출구(34)를 떠나는 슬러지를 차단하기 위한 장치(35)에 의해 둘러싸인다. 슬러지는 슬러지 출구(34)를 향하는 이송 스레드의 측 상의, 이송 스레드(12)의 반경방향 외측 부분에서 축적물의 형태로 도면에 개시된다. 스크류 컨베이어(2)는 플라스틱 재료의 하나의 부재로 제조될 수 있고, 추가로 섬유 강화처리될 수 있다. 원추형 파트(11)는 주변부에 대해 밀봉되거나 개방되는 중공 내부 또는 캐비티를 가질 수 있다. 필요한 경우, 캐비티는 가능하다면 셀룰라 플라스틱 등과 같이 상대적으로 낮은 밀도를 갖는 몇몇 재료로 충전된다.

로터 본체(1)는 축 방향으로 분리된 두 개의 베어링(36, 37) 각각에 의해 로터 샤프트(7)를 통해 지지된다. 이들 베어링은 프레임(도시되지 않음)에 탄력적으로 연결되는 슬리브(38)에 의해 차례로 지지된다. 로터 샤프트(7)는 벨트 풀리(39)를 지지하며, 이를 중심으로 구동 벨트(40)가 연장된다. 구동 벨트(40)는 로터 본체(1)를 회전시키기 위해 전기 모터(3a)에 연결된다.

기어 장치(3c)는 예를 들어 스트레인 웨이브 기어 장치로도 알려진 하모닉 드라이브 기어 장치일 수 있다. 기어 장치(3c)는 풀리(39)에 견고하게 연결되어 로터 샤프트(7)에 견고하게 연결되는 스티프 원통형 제1 기어 부재(도시되지 않음)를 포함한다. 원통형 제1 기어 부재는 원통형 제1 기어 부재의 일부를 구성하는 링의 내측 상에 형성되는 내부 톱니부 또는 치형부를 갖는다. 제2 기어 부재(도시되지 않음)는 원통형 제1 기어 부재의 내측에 반경방향으로 위치되며 얇은 가요성 슬리브를 포함한다. 제2 기어 부재는 지지 부재를 통해 컨베이어 샤프트(8)에 의해 지지되고, 주변의 원통형 제1 기어 부재의 링 상의 내부 톱니부 또는 치형부와 대향하게 위치된 외부 톱니부 또는 치형부를 가요성 슬리브 상에 구비한다. 하중이 가해지지 않은 상태에서, 가요성 슬리브에 제공된 치형부는 원형-원통형이고 이는 링에 제공된 치형부보다 더 작은 피치 직경을 갖는다. 따라서, 가요성 슬리브는 링보다 더 작은 수의 치형부를 갖는다. 기어 장치는 또한 회전축(R)을 둘러싸고 벨트 풀리(41)를 지지하는 소위 웨이브 발생기(wave generator) 형태의 제3 기어 부재를 포함한다. 벨트(42)는 벨트 풀리(41)를 중심으로 연장되고 스크류 컨베이어(2)를 회전시키기 위해 전기 모터(3b)에 연결된다.

웨이브 발생기는 회전축(R)의 일 측에 각각 직경 방향으로 배치되는 두 개의 단부 부분 또는 돌출부를 구비하는 타원형으로 형성된 주변부를 갖고, 돌출부는 가요성 슬리브, 즉, 제2 기어 부재를 국부적으로 변형하도록 치수 설정되며, 따라서 슬리브의 외부 치형부는 주변의 스티프 제1 기어 부재, 즉, 링의 내부 치형부와의 국부적인 맞물림이 유지된다. 기어 부재의 다른 파트는 각각의 치형부의 영역에서 서로에 대해 반경방향으로 이격되게 위치되고, 따라서 돌출부의 영역에서 더 이상 서로 맞물리지 않는다.

웨이브 발생기의 각각의 돌출부와 가요성 슬리브 사이에는, 웨이브 발생기를 둘러싸고 따라서 타원 형태인 볼 베어링에 포함되는 볼이 존재한다. 가요성 슬리브에 대한 웨이브 발생기의 회전 시 또는 그 반대에서, 돌출부는 볼 베어링의 볼들을 통해 스티프 원통형 제1 기어 부재의 내부 치형부와 맞물리는 슬리브의 외부 치형부를 연속하여 가압한다. 가요성 슬리브 상의 외부 치형부의 개수가 주변의 스티프 링 상의 내부 치형부의 개수보다 적다는 점으로 인해, 회전축(R)을 중심으로 소정의 방향으로 링에 대한 웨이브 발생기의 회전 시, 슬리브는 링에 대해 회전축(R)을 중심으로 반대방향으로 이동할 것이다. 즉, 로터 본체(1)가 회전축(R)을 중심으로 구동 풀리(39)에 의해 회전되고 링과 슬리브 사이에 치형부 맞물림에 의해 스크류 컨베이어(2)가 이 회전에 동반되는 경우, 상대 운동, 즉, 로터 본체(1)와 스크류 컨베이어(2) 사이의 회전 속도의 차이는 웨이브 발생기가 로터 본체에 의해 동반되는 것과 상이한 속도로 웨이브 발생기를 회전축(R)을 중심으로 전기 모터(3b) 및 벨트(42)와 함께 회전시킴으로써 달성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 베어링(43)은 컨베이어 샤프트(8)와 주변의 로터 샤프트(7) 사이에 배열된다. 기어 장치(3c) 내측에 또 다른 베어링이 존재하고, 이 베어링 및 베어링(43)은 스크류 컨베이어(2)가 로터 본체(1)에 지지됨으로써 두 개의 베어링을 구성한다.

상술된 바와 같이, 기어 장치(3c)와 마찬가지로 두 개의 전기 모터(3a, 3b)를 포함하는 경우, 구동 배열장치(3)는 각각 로터 본체(1) 및 스크류 컨베이어(2)를 구동하기 위해 배열된다. 구동 배열장치(3)와 관련하여, 전기 모터(3a, 3b)를 각각 구동하도록 구성된 제어 유닛(44)이 배열된다. 예로서, 제어 유닛은 전기 모터(3a, 3b)를 다양한 속도로 구동시키도록 구성될 수 있다. 개시된 실시예의 전기 모터(3a, 3b)는 통상적인 제어 유닛(44)을 갖는다. 그러나, 두 개의 모터(3a, 3b)의 각각의 하나는 개별 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다는 점은 명백하다. 제어 유닛(44)은 신호 케이블(45a, 45b)을 통해 모터(3a, 3b)에 연결된다. 모터(3a, 3b)는 직류 모터 또는 교류 모터일 수 있고, 동기 모터 또는 비동기 모터일 수 있다. 전기 모터의 유형에 따라서, 제어 유닛(44)은 전기 모터 분야의 통상의 기술자에게 자명한 수많은 다양한 방법으로 설계될 수 있다.

제어 유닛(44)은 제한된 개수의 속도가 획득되도록 또는 모터 속도의 지속적인 변화가 실행될 수 있도록 상이한 속도로 전기 모터(3a, 3b)를 구동하기 위한 장치를 포함한다. 모터(직류 및 교류 모터 모두)의 속도 조절을 위한 다양한 종류의 장치가 공지되어 있고 여기에서 더 자세한 설명은 필요하지 않다. 직류 모터에 대해 전압 제어를 위한 간단한 장치가 사용될 수 있다. 교류 모터에 대해 다양한 종류의 주파수 제어 설비가 사용될 수 있다.

제어 유닛(44)은 원심 분리기 상의 하나 또는 여러 개의 다양한 센서에 연결되고 센서(들)로부터 오는 신호(들)을 처리하도록 구성된다. 유입 신호(들)는 제어 유닛(44)을 지시하는 화살표(54)를 사용하여 도 1에 도시된다. 따라서, 제어 유닛(44)은 신호(들)를 처리하고 전기 모터(3a, 3b)의 구동을 위해 신호 케이블(45a, 45b) 내에 제어 신호를 생성할 것이다. 센서(들)로부터의 신호(들)는 분리 페이즈 및 방출 페이즈를 각각 개시하기 위해 원심 분리기의 자동 제어에서 사용될 수 있다. 따라서, 분리 페이즈 및 방출 페이즈 모두는 감지된 값을 기초로 하여 개시될 수 있다. 신호(들)는 또한 분리 페이즈 및 방출 페이즈 모두에서 로터 본체 속도 및 스크류 컨베이어 속도를 최적 제어하는데 사용될 수 있다.

소프트웨어 또는 컴퓨터 프로그램 생성물은 예를 들어, 제어 장치(44)가 분리 페이즈와 방출 페이즈 사이에서 전환하고 로터(1) 및 스크류 컨베이어(2)를 상이한 속도로 구동하도록 사용될 수 있다. 따라서, 제어 장치는 소프트웨어의 컴퓨터-실행 가능 구성요소가 구동되는 처리 유닛을 포함할 수 있다.

그러나, 간단한 경우, 제어 유닛(44)은 수동 작동을 포함할 수 있고, 조작자는 수동으로 프로그램된 제어 신호에 의한 전기 모터(3a, 3b)의 작동을 위해 제어 유닛(44)을 프로그래밍한다. 여기서, 조작자는 분리 페이즈 시간(수 분 또는 수 시간 지속), 방출 페이즈 시간(수 초 또는 수 분 지속), 분리 페이즈 동안의 로터 본체 속도(rpm), 방출 페이즈 동안의 로터 본체 속도(rpm), 및 분리 페이즈 및 방출 페이즈 각각 동안 로터 본체와 스크류 컨베이어 사이의 차동 속도(rpm)와 같은 파라미터를 설정할 수 있다.

예를 들어 전기 모터(3a, 3b)의 속도가 제어 또는 조정되는 것에 의해 신호는 많은 상이한 다양한 인자들의 함수일 수 있다.

따라서, 예를 들어 하나 이상의 아래의 인자:

- 로터 본체에 축적되는 슬러지의 성장층을 나타낼 수 있는, 가벼운 그리고/또는 무거운 액체 출구에서의 액체의 탁도

- 오일 등의 낮은 밀도의 액체용 출구에서의 물 등의 높은 밀도의 액체의 농도, 또는 그 반대의 경우. 이는 슬러지의 성장층으로 인한 분리 성능의 감소를 나타낼 수 있다.

- 로터 본체에 축적된 슬러지의 성장층을 나타낼 수 있는, 모터에 의해 스크류 컨베이어에 인가되는 토크

- 로터 본체의 액체 유동을 방해하는 슬러지 층을 나타낼 수 있는, 분리기의 가벼운 그리고/또는 무거운 액체 출구에서의 압력

- 로터 본체에 축적된 슬러지의 양을 추정하기 위해 사용될 수 있는, 분리기에의 액체 혼합물 급송의 유속 및 입자 농도

- 분리기에서의 불균형과 관련될 수 있는, 로터 본체의 진동폭

- 수동 및 자동 작동시 단계 시간을 제어 및 모니터링하기 위한 각각의 분리 페이즈 및/또는 방출 페이즈의 지속 시간

- 원심 분리기의 분리 페이즈 및/또는 방출 페이즈에서의, 즉, 분리 및 방출 페이즈의 모든 사이클에 걸쳐 요약되는 전체 작동 시간이 포함될 수 있다. 이는 서비스 또는 수리 필요를 나타낼 수 있다.

도 1에서 화살표(53)에 의해 도시된 바와 같이, 제어 유닛은 추가로 세 방향 밸브(50)를 제어하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 케이블(45b, 45a)과 유사한 신호 케이블이 사용될 수 있다. 분리 페이즈에서, 제어 유닛은 파이프(52)로부터의 액체 혼합물의 급송이 입구 파이프(13)를 거쳐 분리기에 진입하도록 세 방향 밸브(50)를 제어한다. 방출 페이즈로 전환될 때, 제어 유닛은 파이프(42)로부터의 급송을 차단하고 그 대신 파이프(50)로부터의 물 등의 방출 액체가 입구 파이프(13)를 거쳐 분리기에 진입하도록 세 방향 밸브(50)를 전환할 수 있다.

원심 분리기는 이하의 방식으로 작동한다:

풀리(39, 41)는 벨트(40, 42)를 구비한 모터(3a, 3b)에 의해 동일한 회전 방향이지만 다소 상이한 각속도로 회전축(R)을 중심으로 회전 상태를 유지한다. 이에 의해, 로터 본체(1) 및 스크류 컨베이어(2)는 다소 상이한 회전 속도로 회전 상태를 유지한다.

로터 본체(1)는 처음에 어떤 슬러지도 포함하지 않고 작동 사이클의 분리 페이즈가 개시되며, 로터 본체(1)는 제어 유닛(44)으로부터의 제어 신호를 통해 미리 정해진 속도(예를 들어, 7500 rpm)의 높은 회전 속도까지 모터(3a)에 의해 가속된다고 상정한다. 스크류 컨베이어(2)는 모터(3b) 및 기어 장치(3c)에 의해 다소 상이한 속도(예를 들어 1 내지 2 rpm의 차동 속도)로 회전되며, 차동 속도는 제어 유닛(44)으로부터 신호 케이블(45b)의 제어 신호를 통해 설정된다. 제어 유닛(44)은 액체 및 입자의 혼합물이 입구 파이프(13)를 통해 위쪽으로부터 로터 본체(1)로 도입되도록 세 방향 밸브(50)를 추가로 조정한다. 혼합물은 입구 챔버(15) 내로 그리고 분배 채널(17)을 통해 추가적으로 유동하며, 이는 날개부(18)에 의해 회전하게 되고 이에 의해 혼합물이 원심력의 영향을 받는다. 자유 액체 표면은 잠시 후에 로터 본체(1) 내에 반경방향 레벨(46)로 형성되고, 그 위치는 가벼운 액체 출구 챔버(25)에서 상부 지지 플레이트(20)의 구멍(23)의 반경방향 위치에 의해 결정된다. 액체(들) 및 입자들은 분리 디스크(19)의 적층체를 포함하는 분리 챔버(16)에서 분리된다. 분리된 무거운 액체, 즉 높은 밀도의 액체는 반경방향 외부 환형 공간(30)을 통해, 컨베이어 샤프트(8)의 구멍(29)을 통해 그리고 페어링 디스크(32)에 의해 무거운 액체 출구 챔버(31)를 통해 원심 분리기 밖으로 유동한다. 분리된 가벼운 액체는 반경방향 내부 환형 공간(24)을 통해, 상부 지지 플레이트(20)의 구멍(23)을 통해 그리고 페어링 디스크(26)에 의해 가벼운 액체 출구 챔버(25)를 통해 원심 분리기 밖으로 유동한다.

분리된 고체는 로터 본체(1)의 주변의 벽 내측에 피착된다. 스크류 컨베이어(2)가 분리 페이즈에서 어떠한 슬러지를 배출하지 않는 경우에도, 차동 속도에 의해 스크류 컨베이어(2)는 압축되어 고르지 않게 분배된 슬러지에 의해 발생되는 몇몇 부정적인 효과를 줄이기 위해 로터 본체(1) 내측의 슬러지를 적어도 분배하고 이에 대해 작용할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 피착된 입자는 슬러지 층을 회전축(R)을 향해 반경방향 내향으로 성장시킬 것이다. 슬러지의 성장층이 문제가 되기 전에, 제어 유닛(44)은 본 발명의 방출 페이즈, 또는 입자 배출 페이즈를 개시할 것이다. 이는 미리 정해진 시간 후에 또는 원심 분리기의 감지된 작동 파라미터가 임계값에 도달한 후에 개시될 수 있다.

작동 사이클의 입자 배출 페이즈 동안, 로터 본체(1)는 모터(3a)에 의해 느린 속도, 예를 들어, 1500 rpm으로 회전하게 되며, 원심력은 스크류 컨베이어(2)가 슬러지를 출구(34)를 향해 그리고 출구 밖으로 더욱더 용이하게 수송할 수 있도록 감소된다. 추가로, 파이프(51)로부터, 방출 액체, 이 경우 물이 입구 파이프(13)를 통해 분리기로 지향되도록 제어 유닛(44)은 세 방향 밸브(50)를 전환한다. 즉, 액체 혼합물의 급송은 방출 페이즈 동안 방출 액체의 급송에 의해 교체된다. 도입된 방출 액체로부터의 압력은 분리기로부터 슬러지를 방출하는데 조력한다.

따라서, 방출 페이즈에서, 분리된 입자들은 주변의 벽을 따라 하향으로 그리고, 초기에 언급된 고체 입자용 슬러지 출구(34)로도 지칭되는, 출구(34)를 통해 외부로 슬러지의 형태로 수송된다. 게다가, 방출 페이즈 동안, 제어 유닛(44)은 차동 속도를, 예를 들어, 3 내지 6 rpm으로 증가시키기 위해 스크류 컨베이어 모터(3b)를 제어할 수 있고, 슬러지가 증가된 속도로 배출될 수 있다. 본질적으로, 모든 슬러지 또는 적어도 충분한 양의 슬러지가 로터 본체(1)로부터 고체 입자용 슬러지 출구(34)를 통해 배출될 때, 제어 유닛(44)은 로터 본체(1) 및 스크류 컨베이어(2)를 차동 속도에 의해 다시 높은 속도 회전으로 가속시키도록 모터(3a, 3b)에 지시하고 액체 혼합물의 급송이 다시 분리기 내로 도입되도록 추가로 밸브(50)를 전환함으로써 분리 페이즈로 다시 전환될 수 있다. 따라서, 방출 페이즈의 종료에서, 분리기는 방출 액체를 포함할 수 있다. 이는 분리기가 작동하지 않을 때 분리기에 남아있는 고체 입자로 인한 클로깅과 같이, 분리기의 폐색 등의 문제가 회피될 수 있기 때문에, 추가로 방출 페이즈 이후 분리기를 오프 상태로 하는 것을 용이하게 한다.

도 2는 추가로 로터 본체(1)의 단면에서 고체 입자의 반경방향 레벨을 개략적으로 도시한다. 분리 페이즈의 종료에서 회전축(X)으로부터 측정되는 고체 입자의 반경방향 레벨은 A에 의해 표시된다. 방출 페이즈 이후, 고체 입자가 분리기로부터 방출될 때, 고체 입자의 반경방향 레벨은 레벨(C)까지 증가된다. 고체 입자의 방출량은 따라서 양(B)에 의해 표시된다. 즉, 분리기로 도입되는 방출 액체량은 부피 또는 중량 관점에서 양(B)와 동일하거나 적을 수 있다.

본 발명은 개시된 실시예로 한정되지 않지만, 이하의 특허청구범위의 범위 내에서 변경 또는 변형될 수 있다. 본 발명은 도면에 개시된 회전축(R)의 배향으로 한정되지 않는다. 용어 "원심 분리기"는 또한, 회전축이 실질적으로 수평으로 배향된 원심 분리기를 포함한다. 본 발명은 특정 기어 장치(3c)를 포함하는 구동 배열장치로 한정되지 않는다. 유성 기어와 같이 다른 공지된 기어 장치도 사용될 수 있다. 구동 배열장치는 또한 스크류 컨베이어를 회전시키도록 구성되는 직접 구동부를 포함할 수 있고, 직접 구동부는 로터 본체에 연결된 모터 스테이터 및 스크류 컨베이어 샤프트에 연결된 모터 로터를 포함한다.

Claims (1)

1. 원심 분리기 내의 액체 혼합물로부터 고체 입자를 분리하는 방법이며, 상기 분리기는 회전축(R)을 중심으로 회전 가능한 로터 본체(1)를 포함하고, 로터 본체(1)는 고체 입자를 액체 혼합물로부터 분리하는 분리 챔버(16), 액체 혼합물용 입구(13, 15), 및 분리 챔버(16) 내의 분리된 고체 입자를 슬러지 출구(34)를 향해 그리고 슬러지 출구 밖으로 수송하기 위해 회전축(R)을 중심으로 로터 본체(1)에서 회전하도록 구성되는 스크류 컨베이어(2)를 구비하고, 상기 방법은 로터 본체 및 스크류 컨베이어를 상이한 속도로 회전시키는 것을 포함하고, 그리고
   a) 상기 분리기를, 고체 입자가 상기 액체 혼합물로부터 분리되는 분리 페이즈에서 작동시키는 단계, 및
   b) 상기 분리기를, 분리된 고체 입자가 상기 슬러지 출구(34)를 향해 수송되고 추가로 상기 슬러지 출구(34) 밖으로 방출되는 방출 페이즈에서 동작하도록 전환시키는 단계를 포함하고,
   상기 분리 페이즈에 비해 더 많은 슬러지가 상기 방출 페이즈 동안 상기 슬러지 출구(34) 밖으로 방출되고, 상기 슬러지의 방출을 용이하게 하기 위해 방출 액체가 상기 방출 페이즈 동안 상기 분리 챔버(16) 내에 도입되고,
   상기 방법은 로터 본체(1)를 상기 분리 페이즈 동안 제1 속도로 회전시키고, 상기 방출 페이즈 동안 제1 속도보다 낮은 제2 회전 속도로 회전시키는 것을 더 포함하는, 고체 입자 분리 방법.

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