KR20200085488A - 자흡식 가변 수력 분리기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원심력과 중력을 이용하여 유체를 중유체와 경유체로 분리하거나, 유체에서 고형물 입자를 분리하는 자흡식 수력 분리기에 관한 것으로서, 원통형 케이싱(100)의 내부에 임펠러 수단(200)이 배치되며, 임펠러 수단(200)을 구동하기 위한 모터(300)가 원통형 케이싱(100)의 상부에 도립 상태로 배치된 자흡식 가변 수력 분리기에 있어서, 상기 원통형 케이싱(100)은 모터(300)의 하부에 배치되는 상부 케이싱(110)과, 상부 케이싱(110)의 하부에 배치되는 중간 케이싱(120)과, 중간 케이싱(120)의 하부에 배치되는 하부 케이싱(130)으로 구성되고, 상부 케이싱(110)의 하단부에 형성된 제 1 격막(111)에 의해 상부 케이싱(110)의 상부 중공부(112)와 중간 케이싱(120)의 중간 중공부(121)가 구분되며, 중간 중공부(121)의 중간에 형성된 제 2 격막(122)에 의해 중간 중공부(121)가 흡입 챔버(123)와 기액분리 챔버(124)로 구분되고, 중간 케이싱(120)의 하단부에 형성된 제 3 격막(125)에 의해 중간 케이싱(120)의 중간 중공부(121)와 하부 케이싱(130)의 하부 중공부(131)가 구분되는 것을 특징으로 한다.

Description

자흡식 가변 수력 분리기{SELF-PRIMING CONTROLLED HYDRODYNAMIC SEPARATOR}
본 발명은 원심력과 중력을 이용하여 유체를 중유체와 경유체로 분리하거나, 유체에서 고형물 입자를 분리하는 자흡식 수력 분리기에 관한 것으로서, 본 출원인의 대한민국 특허출원 제10-2017-0029286호(발명의 명칭 : 가변 수력 분리기)를 개선한 자흡식 가변 수력 분리기에 관한 것이다.
본 출원인의 대한민국 특허출원공개 제10-2018-0102756호(2018년 9월 18일,공개)에 "가변 수력 분리기"가 소개되어 있다.
상기 가변 수력 분리기는 챔버의 상부에 모터가 도립 상태로 배치되고, 챔버에 유체유입 임펠러와 유체가속 임펠러가 배치되며, 모터에 의해 유체유입 임펠러와 유체가속 임펠러가 고속으로 회전하게 되어, 유체 유입부를 통해 유체 유입챔버의 내부로 공급된 유체가 유체유입 임펠러를 통해 유체가속 임펠러로 공급되고, 고속으로 회전하는 유체가속 임펠러에 의해 유체에서 방사상으로 뿌려져, 유체분리 챔버의 내주면을 따라 자유 회전하게 됨으로써, 원심력에 의해 상대적으로 밀도가 큰 입자(중유체)는 방사상 바깥쪽으로 이동하여 유체분리 챔버의 내주면을 따라 회전하면서 아래쪽으로 흘러, 유체분리 챔버의 원주면에 형성된 입자(중유체) 배출구를 통해 외부로 배출되고, 상대적으로 밀도가 작은 경유체는 방사상 안쪽인 회전축 쪽으로 이동하여 유체분리 챔버의 하단 중심에 형성된 경유체 배출구를 통해 하부로 배출된다.
그러나, 상기 가변 수력 분리기는 스스로 유체를 흡입할 수 없어, 유체 유입챔버로 유체를 공급하기 위한 별도의 펌프가 요구되고, 흡입된 유체에서 분리되는 기체를 외부로 배출할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 원통형 케이싱과 임펠러 수단을 개선하여, 모터가 정지했다가 다시 구동될 때 유체를 자흡할 수 있는 자흡식 가변 수력 분리기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원통형 케이싱과 임펠러 수단을 개선하여 유체의 분리율을 높일 수 있는 자흡식 가변 수력 분리기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하부 원통부의 둘레에 코일을 감아, 하부 원통부에 전자기장을 형성함으로써, 유체가 전자기장을 통과하는 과정에서, 유체에 포함된 입자의 극성이 중화되어, 입자들이 서로 뭉쳐져 분리율이 향상되는 자흡식 가변 수력 분리기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하부 원통부에 원통형의 음극 극성과 양극 극성을 배치함으로써, 양극 전극에 금속 수화물이 생성하고, 금속 수화물이 유체에 포함된 미립자, 콜로이드, 중금속 이온 등의 무기물 및 유기물과 결합하여 응집되어, 입자들이 서로 뭉쳐져 분리율이 향상되는 자흡식 가변 수력 분리기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기는 원통형 케이싱의 내부에 임펠러 수단이 배치되며, 임펠러 수단을 구동하기 위한 모터가 원통형 케이싱의 상부에 도립 상태로 배치된 자흡식 가변 수력 분리기에 있어서,
상기 원통형 케이싱은 모터의 하부에 배치되는 상부 케이싱과, 상부 케이싱의 하부에 배치되는 중간 케이싱과, 중간 케이싱의 하부에 배치되는 하부 케이싱으로 구성되고, 상부 케이싱의 하단부에 형성된 제 1 격막에 의해 상부 케이싱의 상부 중공부와 중간 케이싱의 중간 중공부가 구분되며, 중간 중공부의 중간에 형성된 제 2 격막에 의해 중간 중공부가 흡입 챔버와 기액분리 챔버로 구분되고, 중간 케이싱의 하단부에 형성된 제 3 격막에 의해 중간 케이싱의 중간 중공부와 하부 케이싱의 하부 중공부가 구분되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러 수단은 모터의 구동축에 회전축이 연결되고, 회전축의 하단부에 하부 임펠러가 장착되어, 하부 임펠러가 하부 중공부의 상단부에 배치되며, 회전축에 끼워진 유도관의 하단이 하부 임펠러에 연결되고, 유도관의 상단부에 상부 임펠러가 장착되어, 상부 임펠러가 기액분리 챔버에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 원통형 케이싱의 외부에 기체배출관이 배치되고, 기체배출장치의 연결관이 제 1 격막의 기체배출구멍에 연결되며, 흡입 챔버에 흡입관이 연결되고, 흡입관에 진공압 개폐 밸브가 장착되며, 제 2 격막의 중앙에 공급구멍이 형성되고, 임펠러 수단의 유도관이 제 2 격막에 형성된 공급구멍을 통과하게 되고, 하부 케이싱의 하단부 둘레에 중유체 배출구가 형성되고, 하부 케이싱의 하단부 중앙에 경유체 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 격막은 중앙에 구멍이 형성되고, 상기 구멍을 유도관이 통과하게 되며, 유도관의 회전이 간섭되지 않도록 구멍의 둘레에 부싱이 장착되어, 부싱이 유도관의 둘레에 배치되고, 흡입 챔버의 유체가 하부 중공부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록, 부싱이 부싱 커버에 의해 커버되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 케이싱은 하단에 원추형의 콘 블록이 배치되고, 콘 블록의 중앙에 경유체 배출구가 상하로 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러 수단은 회전축이 제 1 격막에 장착된 미케니컬 시일에 회전 가능하게 끼워지고, 상단부가 커플링에 의해 모터의 구동축과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러 수단은 회전축의 하단에 원통형의 가이드 블록이 장착되어, 가이드 블록이 하부 임펠러의 하부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전축은 하단에서 상부로 형성되는 수직구멍과, 수직구멍에 수직으로 형성되는 배출구멍을 포함하고, 상기 배출구멍이 기액분리 챔버에서 유도관의 상단 보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 케이싱은 외주면에 코일이 권선되고, 코일의 양단이 전원에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 케이싱은 내주면에 원통형의 양극 전극이 부착되고, 내부에 다수개의 타공이 형성된 원통형의 음극 전극이 배치되며, 양극 전극과 음극 전극이 전원에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기는 모터가 정지했다가 다시 구동될 때 유체를 자흡할 수 있고, 유체의 분리율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기를 도시한 측면도
도 2는 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기를 도시한 도 1의 J-J선에 따른 단면도
도 3은 원통형 케이싱을 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 일부를 확대 도시한 상세도
도 5는 임펠러 수단을 도시한 단면도
도 6은 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 일부를 확대 도시한 상세도
도 7은 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 일부를 확대 도시한 상세도
도 8은 하부 케이싱에 코일이 권선된 상태를 도시한 개략도
도 9는 하부 케이싱의 내부에 양극과 음극이 장착되는 예를 도시한 일부 절취 사시도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기는 원통형 케이싱(100)의 내부에 임펠러 수단(200)이 배치되며, 임펠러 수단(200)을 구동하기 위한 모터(300)가 원통형 케이싱(100)의 상부에 도립 상태로 배치된다.
상기 원통형 케이싱(100)은 모터(300)의 하부에 배치되는 상부 케이싱(110)과, 상부 케이싱(110)의 하부에 배치되는 중간 케이싱(120)과, 중간 케이싱(120)의 하부에 배치되는 하부 케이싱(130)으로 구성되고, 상부 케이싱(110)의 하단부에 형성된 제 1 격막(111)에 의해 상부 케이싱(110)의 상부 중공부(112)와 중간 케이싱(120)의 중간 중공부(121)가 구분되며, 중간 중공부(121)의 중간에 형성된 제 2 격막(122)에 의해 중간 중공부(121)가 흡입 챔버(123)와 기액분리 챔버(124)로 구분되고, 중간 케이싱(120)의 하단부에 형성된 제 3 격막(125)에 의해 중간 케이싱(120)의 중간 중공부(121)와 하부 케이싱(130)의 하부 중공부(131)가 구분된다.
상기 임펠러 수단(200)은 모터(300)의 구동축(310)에 회전축(210)이 연결되고, 회전축(210)의 하단부에 하부 임펠러(220)가 장착되어, 하부 임펠러(220)가 하부 중공부(131)의 상단부에 배치되며, 회전축(210)에 끼워진 유도관(230)의 하단이 하부 임펠러(220)에 연결되고, 유도관(230)의 상단부에 상부 임펠러(240)가 장착되어, 상부 임펠러(240)가 기액분리 챔버(124)에 배치된다.
또한, 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기는 상기 원통형 케이싱(100)의 외부에 기체배출관(400)이 배치되고, 기체배출장치(400)의 연결관(410)이 제 1 격막(111)의 기체배출구멍(113)에 연결되며, 흡입 챔버(123)에 흡입관(140)이 연결되고, 흡입관(140)에 진공압 개폐 밸브(150)가 장착되며, 제 2 격막(122)의 중앙에 공급구멍(126)이 형성되고, 임펠러 수단(200)의 유도관(230)이 제 2 격막(122)에 형성된 공급구멍(126)을 통과하게 되고, 하부 케이싱(130)의 하단부 둘레에 중유체 배출구(131)가 형성되고, 하부 케이싱(130)의 하단부 중앙에 경유체 배출구(132)가 형성된다.
상기 제 3 격막(125)은 중앙에 구멍(126)이 형성되고, 상기 구멍(126)을 유도관(230)이 통과하게 되며, 유도관(230)의 회전이 간섭되지 않도록 구멍(126)의 둘레에 부싱(127)이 장착되어, 부싱(127)이 유도관(230)의 둘레에 배치되고, 흡입 챔버(123)의 유체가 하부 중공부(131)로 누출되는 것을 방지할 수 있도록, 부싱(127)이 부싱 커버(128)에 의해 커버된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기는 다음과 같이 작동한다.
모터(300)에 의해 회전축(210)이 회전하게 되고, 회전축(210)에 의해 하부 임펠러(220)와 상부 임펠러(240)가 고속으로 회전하게 되면, 상부 임펠러(240)에 의해 유체가 흡입관(140)을 통해 흡입 챔버(123)로 공급되고, 다시 흡입 챔버(123)에서 공급구멍(126)을 통해 상부 임펠러(240)로 공급된 후, 상부 임펠러(240)에서 기액분리 챔버(124)로 토출된다.
이와 같이, 유체가 상부 임펠러(240)에서 기액분리 챔버(124)로 토출될 때, 상부 임펠러(240)의 베인 통로 공간에 비해 기액분리 챔버(124)의 공간이 상대적으로 아주 많이 확장되므로, 기액분리 챔버(240)에서 유속이 급격히 감소되면서 유체에서 기체가 분리되는 기액분리 현상이 발생하게 된다.
이후, 유체에서 분리된 기체는 제 1 격막(111)의 기체배출구멍(113)에 연결된 연결관(410)을 통해 기체배출장치(400)로 공급되고, 이후, 기체배출장치(400)에 에서 외부로 배출된다.
한편, 상기 유체는 기액분리 챔버(124)에서 유도관(230)을 통해 하부 임펠러(220)로 공급되고, 고속으로 회전하는 하부 임펠러(220)에서 하부 케이싱(130)의 내주면을 향해 방사상으로 흩뿌려지게 된다.
이와 같이, 하부 케이싱(130)의 내주면을 향해 방사상으로 분사되는 유체는 하부 케이싱(130)의 내주면을 따라 자유 회전하게 되면서 원심력에 의해 경유체와 중유체로 분리된다.
이때, 중유체(및 유체에 포함된 입자)는 경유체에 비해 상대적으로 무거워, 하부 케이싱(130)의 내주면 쪽으로 이동하게 되고, 경유체는 중유체에 비해 상대적으로 가벼워 하부 케이싱(130)의 중심 쪽으로 이동하게 된다.
이와 같이 분리된 경유체와 중유체는 중력에 의해 서서히 하부 케이싱(130)의 하단부로 낙하하게 됨으로써, 결국, 경유체는 하부 케이싱(130)의 하단 중앙에 형성된 경유체 배출구(132)를 통해 배출되고, 중유체는 하부 케이싱(130)의 하단부 둘레에 형성된 중유체 배출구(131)를 통해 배출됨으로써, 경유체와 중유체를 분리할 수 있게 된다.
여기서, 상부 임펠러(240)와 하부 임펠러(220)가 회전축(210)에 의해 기동을 시작할 때, 흡입관(140)에 장착된 진공압 개폐 밸브(150)가 닫혀, 흡입관(140)이 외부 공기와 차단됨으로써, 상부 임펠러(240)의 흡입력에 의해 유체가 흡입관(140)을 통해 흡입챔버(123)로 흡입된다.
또한, 상부 임펠러(240)가 정지되면, 진공압 개폐 밸브(150)가 개방되어, 흡입챔버(123)와 기액분리 챔버(124)에 걸린 펌핑압력을 해제함으로써, 흡입챔버(123)와 기액분리 챔버(124)에 유체가 채워진 상태로 유지된다.
이후, 상부 임펠러(240)가 다시 기동을 시작할 때, 흡입챔버(123)와 기액분리 챔버(124)에 유체가 마중물 역할을 하게 됨으로써, 상부 임펠러(240)를 다시 구동할 때마다 유체를 자흡할 수 있게 된다.
상기와 같이 자흡 기능을 가진 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기는 원심력을 이용하여 밀도가 다른 고형물-액체 또는 액체-액체를 분리할 수 있으며, 분리하고자 하는 유체에 따라 임펠러의 회전 속도를 달리함으로써, 여러 분야에 사용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 구성요소는 다음과 같다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 상기 하부 케이싱(130)은 하단에 원추형의 콘 블록(135)이 배치되고, 콘 블록(135)의 중앙에 경유체 배출구(132)가 상하로 장착된다.
상기 콘 블록(135)은 유체가 하부 케이싱(130)에서 원심력에 의해 경유체와 중유체(또는 고형물 입자)로 분리된 후, 중유체(또는 밀도가 큰 고형물 입자)가 하부 케이싱(130)의 내주면을 따라 회전하면서 아래로 흐르게 되어, 하부 케이싱(130)의 하단부에 도달하게 되었을 때, 하부 케이싱(130)의 하단부에서 중유체가 다시 경유체와 혼합되는 것을 방지하기 위한 것이다.
즉, 상기 콘 블록(135)에 의해 하부 케이싱(130)의 하단부로 흘러 내리는 중유체는 하부 케이싱(130)의 하단부 둘레에 형성된 중유체 배출구(131)를 통해 외부로 배출되고, 경유체는 하부 케이싱(130)의 중앙 부분에서 낙하되므로 하부 케이싱(130)의 하단부 중앙에 배치된 경유체 배출구(132)를 통해 외부로 배출된다.
도 2 및 도 4를 다시 참조하면, 상기 임펠러 수단(200)은 회전축(210)이 제 1 격막(111)에 장착된 미케니컬 시일(115)에 회전 가능하게 끼워지고, 상단부가 커플링(320)에 의해 모터(300)의 구동축(310)과 연결된다.
상기 미케니컬 시일(115)은 회전축(210)의 회전을 간섭하지 않지만, 기액분리 챔버(124)의 유체 및 기체가 상부 중공부(112)로 누출되는 것을 방지한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 임펠러 수단(200)은 회전축(210)의 하단에 원통형의 가이드 블록(250)이 장착되어, 가이드 블록(250)이 하부 임펠러(220)의 하부에 배치된다.
상기 가이드 블록(250)은 고속으로 회전하는 하부 임펠러(220)에서 유체가 하부 케이싱(130)의 내주면을 향해 도 6의 화살표(225)와 같이 분사된 후, 하부 케이싱(130)의 내주면에 부딪쳐 하부 케이싱(130)의 중심으로 비산되는 것을 방지하기 위한 것이다.
따라서, 고속으로 회전하는 하부 임펠러(220)에서 하부 케이싱(130)의 내주면을 향해 분사되어, 하부 케이싱(130)의 내주면에 부딪쳐 튕겨져 나오는 유체는 가이드 블록(250)의 외주면에 다시 부딪치게 되어, 상기 유체가 가이드 블록(250)을 벗어날 때까지 하부 케이싱(130)의 내주면과 가이드 블록(250)의 외주면 사이의 간극(S)에서 회전하면서 낙하하게 된다.
이와 같이, 상기 가이드 블록(250)은 중유체(또는 밀도가 큰 고형물 입자)가 하부 케이싱(130)의 중심부로 비산되는 것을 방지함으로써, 하부 케이싱(130)의 중심부에서 중유체와 경유체가 다시 혼합되는 것을 방지하게 된다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 상기 회전축(210)은 하단에서 상부로 형성되는 수직구멍(211)과, 수직구멍(211)에 수직으로 형성되는 배출구멍(212)을 포함하고, 상기 배출구멍(212)이 기액분리 챔버(124)에서 유도관(230)의 상단 보다 높은 위치에 배치된다.
이것에 의해, 하부 중공부(131)에서 발생하는 기체가 수직구멍(211)으로 유입된 후 배출구멍(212)을 통해 기액분리 챔버(124)로 배출된다. 이후, 상기 기체는 기액분리 챔버(124)에서 기체배출장치(400)를 통해 외부로 배출된다.
이때, 배출구멍(212)은 기액분리 챔버(124)에서 유도관(230)의 상단보다 높은 위치에 배치되어 높이차를 가짐으로써, 상부 임펠러(240)에서 토출되는 유체가 유도관(230)을 통해 하부 임펠러(220)로 공급되기 때문에, 기액분리 챔버(124)의 유체가 배출구멍(212)으로 역류하지 않게 된다. 더욱이, 하부 임펠러(220)의 흡입력이 기액분리 챔버(124)의 유체에 작용함으로써, 기액분리 챔버(124)의 유체가 배출구멍(212)을 통해 하부 중공부(131)로 역류하는 것을 방지하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 하부 케이싱(130)은 외주면에 코일(500)이 권선되고, 코일(500)의 양단이 전원(510 ; 직류 또는 교류 전원)에 연결된다.
이것에 의해, 위에서 설명한 것처럼, 하부 케이싱(130)의 내부에서 유체가 회전하면서 하강할 때, 코일(500)에 전원이 인가되면, 코일(500)이 주변에 전자기장이 형성되어, 주로 마이너스(-) 극성을 갖는 고형물 입자가 전자기장을 통과하는 과정에서 중화됨으로써, 고형물 입자가 쉽게 서로 응집되어 응집 덩어리를 형성하게 되고, 응집 덩어리가 하부 케이싱(130)의 내주면을 따라 하부로 낙하되어 중유체 배출구(131)를 통해 배출된다.
상기와 같이 하부 케이싱(130)의 외주면에 코일(500)을 권선하는 것은 전기전도도가 낮은 유체에 적용한다.
도 9를 참조하면, 다른 대안으로, 해수 등과 같이 전기전도도가 높은 유체일 경우, 상기 하부 케이싱(130)은 내주면에 원통형의 양극 전극(610)이 부착되고, 내부에 다수개의 타공이 형성된 원통형의 음극 전극(620)이 배치되며, 양극 전극(610)과 음극 전극(620)이 전원(630 ; 직류 전원 또는 교류 전원)에 각각 연결된다.
상기 음극 전극(620)은 상단 내주면이 가이드 블록(250 ; 도 4 참조)의 외주면에 부착되고, 하단부에 형성된 배출구(622)가 경유체 배출구(132)에 끼워진다.
상기 하부 케이싱(130)의 내부에서 유체가 회전하면서 하강할 때, 양극 전극(610)과 음극 전극(620)에 전원(630)이 인가되면, 양극 전극(610)에 금속 수화물이 생성하고, 금속 수화물이 유체에 포함된 미립자, 콜로이드, 중금속 이온 등의 무기물 및 유기물과 결합하여 응집됨으로써, 응집된 응집물이 하부 케이싱(130)의 내주면을 따라 자유 회전하면서 낙하되어, 중유체 배출구(131)를 통해 배출되고, 경유체는 타공을 통해 원통형의 음극 전극(620)의 내부에서 낙하하여 경유체 배출구(132)를 통해 외부로 배출된다.
이것에 의해, 유체에 포함된 오염물의 분리율을 높일 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 제원은 다음과 같다.
일반적으로, 유체에서 중유체(또는 고형물 입자)를 분리하는 것은 하부 케이싱(130) 및 관련 구성품이 형성하는 구조에 직접적인 영향을 받는다.
(1) 상기 하부 케이싱(130)의 내경 : 하부 임펠러(220)의 외경 = 1.1~1.3 : 1 이다.
상기 하부 케이싱(130)의 내부에 하부 임펠러(220)가 배치된 상태에서, 상기 하부 임펠러(220)의 외경과 회전속도에 따라, 하부 임펠러(220)에서 분출되어 회전하는 유체의 원심력이 결정되고, 원심력의 크기에 의해 유체에서 분리할 수 있는 고형물의 입자 크기가 결정된다.
본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 경우, 예를 들어, 하부 케이싱(130)의 내경(180mm)이고, 하부 임펠러(220)의 외경이 150mm일 때, 분리할 수 있는 고형물의 입자 크기는 10㎛ 정도 이다.
여기서, 이론적으로, 하부 케이싱(130)의 내경과 하부 임펠러(220)의 외경이 같을 때, 유체의 원심력이 최대가 되지만, 유체가 하부 케이싱(130)의 내부에서 회전할 수 있고, 유체의 와류를 최소화할 수 있으며, 유체의 흐름을 원활하게 보장하기 위해서는 하부 케이싱(130)의 내경과 하부 임펠러(220)의 외경 사이에 간극이 형성되어야 한다. 그리고, 이러한 간극을 두기 위해서는 하부 케이싱(130)의 내경이 하부 임펠러(220)의 외경 보다 1.1~1.3배 커야 한다.
(2) 하부 케이싱(130)의 상하 길이는 하부 케이싱(130)의 내경보다 3.0~5.0배 커야 한다.
유체에 함유된 입자의 크기는 원심력의 크기와 하부 케이싱(130) 내에서의 체류 시간에 의해 결정된다. 그리고, 유체에서 10㎛ 정도의 입자를 분리하기 위해서는 하부 케이싱(130)의 상하 길이가 하부 케이싱(130)의 내경보다 3.0~5.0배 커야 한다.
(3) 유체 분리율은 중유체 배출구(131)을 통해 배출되는 유체의 유량 / 흡입관(140)을 통해 유입되는 유체의 유입량 이고, 유체의 유입량은 경유체 배출구(132)의 내경 및 중유체 배출구(131)의 내경에 의해 결정되며, 경유체 배출구(132)의 내경은 하부 케이싱(130) 내경의 0.2~0.34 배이고, 중유체 배출구(131)의 내경은 하부 케이싱(130) 내경의 0.04~0.28 배이다.
(4) 경유체 배출구(131)은 하부 케이싱(130)에서 분리 현상이 약화되지 않는 최하 지점에 위치한다.
일반적으로, 고속으로 회전하는 하부 임펠러(220)에서 분사된 유체는 자유 회전하면서 아래로 흘러 내리게 되며, 아래로 흘러 내리면서 원심력이 점차적으로 감소되어 중유체와 경유체의 분리 현상이 약화된다. 따라서, 경유체 배출구(131)은 하부 케이싱(130)에서 분리 현상이 약화되지 않는 최하 지점에 위치한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 자흡식 가변 수력 분리기의 실제 적용 제원은 아래 표 1 과 같다.
구 분 적용 예1 적용 예2
분리조 직경 (D) 180 mm 180 mm
분리조 길이 (L) 550 mm 630 mm
배출구1 직경 (D2) 45 mm 50 mm
배출구2 직경 (D3) 18 mm 21 mm
임펠러 직경 (Im.D) 150 mm 150 mm
임펠러 회전수 2980rpm 2980rpm
유량 (liter/min) 83.3 83.3
유속 (접선속도) 24.8 m/sec 24.8 m/sec
입자 밀도 1050 kg/m3 1050 kg/m3
유체 밀도 (25℃) 998 kg/m3 998 kg/m3
분리 입경 (d50) 10 um 10 um
유체 분리율 (%) 28.6 29.6
유입구/배출구 압력차 418K Pa 387K Pa
소요 동력 (kW) 2.2 2.2
배출구1/분리조 (D2/D) 0.250 0.278
배출구2/분리조 (D3/D) 0.100 0.117
분리조 길이/분리조 (L/D) 3.056 3.500
100 : 원통형 케이싱 110 : 상부 케이싱
120 : 중간 케이싱 130 : 하부 케이싱
200 : 임펠러 수단 210 : 회전축
220 : 하부 임펠러 230 : 유도관
240 : 상부 임펠러 300 : 모터
400 : 기체배출장치

Claims (13)

  1. 원통형 케이싱(100)의 내부에 임펠러 수단(200)이 배치되며, 임펠러 수단(200)을 구동하기 위한 모터(300)가 원통형 케이싱(100)의 상부에 도립 상태로 배치된 자흡식 가변 수력 분리기에 있어서,
    상기 원통형 케이싱(100)은 모터(300)의 하부에 배치되는 상부 케이싱(110)과, 상부 케이싱(110)의 하부에 배치되는 중간 케이싱(120)과, 중간 케이싱(120)의 하부에 배치되는 하부 케이싱(130)으로 구성되고, 상부 케이싱(110)의 하단부에 형성된 제 1 격막(111)에 의해 상부 케이싱(110)의 상부 중공부(112)와 중간 케이싱(120)의 중간 중공부(121)가 구분되며, 중간 중공부(121)의 중간에 형성된 제 2 격막(122)에 의해 중간 중공부(121)가 흡입 챔버(123)와 기액분리 챔버(124)로 구분되고, 중간 케이싱(120)의 하단부에 형성된 제 3 격막(125)에 의해 중간 케이싱(120)의 중간 중공부(121)와 하부 케이싱(130)의 하부 중공부(131)가 구분되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러 수단(200)은 모터(300)의 구동축(310)에 회전축(210)이 연결되고, 회전축(210)의 하단부에 하부 임펠러(220)가 장착되어, 하부 임펠러(220)가 하부 중공부(131)의 상단부에 배치되며, 회전축(210)에 끼워진 유도관(230)의 하단이 하부 임펠러(220)에 연결되고, 유도관(230)의 상단부에 상부 임펠러(240)가 장착되어, 상부 임펠러(240)가 기액분리 챔버(124)에 배치되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원통형 케이싱(100)의 외부에 기체배출관(400)이 배치되고, 기체배출장치(400)의 연결관(410)이 제 1 격막(111)의 기체배출구멍(113)에 연결되며, 흡입 챔버(123)에 흡입관(140)이 연결되고, 흡입관(140)에 진공압 개폐 밸브(150)가 장착되며, 제 2 격막(122)의 중앙에 공급구멍(126)이 형성되고, 임펠러 수단(200)의 유도관(230)이 제 2 격막(122)에 형성된 공급구멍(126)을 통과하게 되고, 하부 케이싱(130)의 하단부 둘레에 중유체 배출구(131)가 형성되고, 하부 케이싱(130)의 하단부 중앙에 경유체 배출구(132)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 격막(125)은 중앙에 구멍(126)이 형성되고, 상기 구멍(126)을 유도관(230)이 통과하게 되며, 유도관(230)의 회전이 간섭되지 않도록 구멍(126)의 둘레에 부싱(127)이 장착되어, 부싱(127)이 유도관(230)의 둘레에 배치되고, 흡입 챔버(123)의 유체가 하부 중공부(131)로 누출되는 것을 방지할 수 있도록, 부싱(127)이 부싱 커버(128)에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 케이싱(130)은 하단에 원추형의 콘 블록(135)이 배치되고, 콘 블록(135)의 중앙에 경유체 배출구(132)가 상하로 장착되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 임펠러 수단(200)은 회전축(210)이 제 1 격막(111)에 장착된 미케니컬 시일(115)에 회전 가능하게 끼워지고, 상단부가 커플링(320)에 의해 모터(300)의 구동축(310)과 연결되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 임펠러 수단(200)은 회전축(210)의 하단에 원통형의 가이드 블록(250)이 장착되어, 가이드 블록(250)이 하부 임펠러(220)의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전축(210)은 하단에서 상부로 형성되는 수직구멍(211)과, 수직구멍(211)에 수직으로 형성되는 배출구멍(212)을 포함하고, 상기 배출구멍(212)이 기액분리 챔버(124)에서 유도관(230)의 상단 보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 케이싱(130)은 외주면에 코일(500)이 권선되고, 코일(500)의 양단이 전원(510)에 연결되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 케이싱(130)은 내주면에 원통형의 양극 전극(610)이 부착되고, 내부에 다수개의 타공이 형성된 원통형의 음극 전극(620)이 배치되며, 양극 전극(610)과 음극 전극(620)이 전원(630)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 케이싱(130)의 내경 : 하부 임펠러(220)의 외경 = 1.1~1.3 : 1 인 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
    상기 하부 케이싱(130)의 상하 길이는 하부 케이싱(130)의 내경보다 3.0~5.0배 큰 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유체 분리율은 중유체 배출구(131)을 통해 배출되는 유체의 유량 / 흡입관(140)을 통해 유입되는 유체의 유입량 이고, 유체의 유입량은 경유체 배출구(132)의 내경 및 중유체 배출구(131)의 내경에 의해 결정되며, 경유체 배출구(132)의 내경은 하부 케이싱(130) 내경의 0.2~0.34 배이고, 중유체 배출구(131)의 내경은 하부 케이싱(130) 내경의 0.04~0.28 배인 것을 특징으로 하는 자흡식 가변 수력 분리기.
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