KR20210009310A - 상 분리 장치 - Google Patents

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마르쿠스 올스촉
크리스티안 쉰들러
마누엘 후버
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하이댁 프로세스 테크놀로지 게엠바하
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Abstract

적어도 하나의 코어레서 요소(42)를 수용하는 장치 하우징(2)을 갖는 상 분리 장치로서, 상기 장치 하우징(2)은 적어도 2 개의 구성성분들로 분리하기 위해 코어레서 요소(42)를 통해 흐르는 에멀젼의 공급을 위한 입구(38), 분리된 구성성분을 위한 출구(46) 및 상기 하나의 구성성분보다 낮은 밀도를 갖고 상기 하나의 구성성분 위에 부유하는 추가 분리된 구성성분을 위한 추가 출구(22, 64)를 구비한다.

Description

상 분리 장치
본 발명은 적어도 하나의 코어레서 요소(coalescer element)를 수용하는 장치 하우징을 갖는 상 분리 장치에 관한 것으로, 상기 장치 하우징은 적어도 두 개의 구성성분들로 분리하기 위해 각각의 코어레서 요소를 통해 흐르는 에멀젼의 공급을 위한 입구와 분리된 구성성분을 위한 출구를 갖는다.
DE 10 2016 006 509 A1에서 적어도 하나의 필터 요소를 수용하는 하우징을 갖는 유체용 필터 장치가 알려져 있으며, 상기 하우징은 상기 하우징의 비여과된 물질 챔버로 세정될 유체 공급을 위한 입구를 가지며, 비여과된 물질 챔버는 각각의 필터 요소의 필터 매체에 의해 하우징의 여과물 챔버로부터 분리되며, 상기 여과물 챔버는 여과물 출구를 갖는다. 이러한 방식으로 필터 요소는 일종의 상 분리 측면에서 유체 흐름에서 미립자 오염물을 여과한다. 또한, 공지된 필터 장치는 비여과된 물질 챔버 내부에 자기장을 생성하는 장치를 가지며, 자기장을 생성하는 상기 장치는 자기력의 영향으로 인해 그에 부착된 강자성 입자에 대한 접착 표면을 가지며, 이러한 방식으로 상 분리 과정에서 추가 상으로서의 상기 입자는 유체 스트림에서 분리된다.
또한 유착을 사용하여 분산액 및 에멀젼과 같은 다상 유체를 분리하는 것은 최신 기술이다. 광범위한 기술 적용은 배출될 수 상으로서 물방울의 형성과 같은 콜로이드 입자 유착에 의해 오일 또는 연료의 혼합물로서 수 상을 분리하는 것이다. 시장에 알려진 상 분리기는 특히 미세하게 분산된 유 상을 위한 이물질 오일 분리, 예로서 가공유, 유압유, 절삭유 등과 같은 오일의 분리에서 효율성 측면에서 한계에 도달했다.
본 발명은 적어도 하나의 유착 스테이지를 갖는 상 분리 장치를 제공하는 문제를 해결하며, 상기 장치는 미세하게 분산된 유 상을 갖는 에멀젼의 분리에서 특히 높은 효율을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 이 문제는 전체적으로 청구항 1의 특징을 갖는 상 분리 장치에 의해 해결된다.
따라서, 전술한 유형의 장치에서, 본 발명은 하나의 분리된 구성성분에 대한 출구에 더하여 상기 하나의 구성성분보다 낮은 밀도를 갖고 상기 하나의 구성성분 위에 부유하는 추가 분리된 구성성분을 위한 추가 출구를 가진다. 따라서 유착 분리기와 중력 분리기의 조합이 동일한 장치 하우징에 형성된다. 분리 속도의 높은 효율성 외에도, 분리된 상은 할당된 별도의 출구에서 각각 사용할 수 있으므로, 구성성분이 예로서 상부 출구에서 더 가벼운 부유하는 유 상 형태로 그리고 아래 출구에서 수 상의 형태로 완전히 분리된 상태로 배출될 수 있다. 더욱이, 하나의 장치 하우징에 있는 유착 분리기와 중력 분리기의 조합은 순수한 중력 분리기에 비해 작은 수조 체적을 갖는 특히 콤팩트한 장치 구조를 가능하게 하고, 이는 결과적으로 수조를 교체할 때 교환 체적을 더 작게 한다. 비교적 작은 하우징 표면으로 인한 약간의 열 손실도 역시 높은 에너지 효율을 허용한다.
유리하게는, 내부로부터 외부로 흐르는 에멀젼을 위한 입구가 각각의 코어레서 요소의 내부로 개방되도록 배열된다.
유리한 실시예에서, 장치 하우징은 수직 설치 방향에서 볼 때 세장형, 특히 다부품 하우징 슬리브로 형성되고, 상기 장치 하우징은 상기 에멀젼을 위한 상기 입구(38) 및 발측, 바람직하게는 상기 하우징의 하부 1/3에서 상기 하나의 분리된 구성성분을 위한 하나의 출구를 가지며, 머리측, 바람직하게는 상기 하우징의 상부 1/3, 특히 바람직하게는 상기 장치 하우징의 최상부 위치에서 상기 추가 분리된 구성성분을 위한 상기 추가 출구를 갖는다.
유리하게는, 상기 하나의 분리된 구성성분에 대한 출구가 상기 장치 하우징에서 이 입구의 바로 하류에 있는 상기 코어레서 요소 안으로 진입구 아래에 배치되도록 배열될 수 있다.
특히 유리한 실시예의 경우, 상기 한 구성성분과 비교할 때, 상기 장치 하우징의 수용 체적과 관련하여, 더 큰 체적, 바람직하게는 1.5 배 초과의 체적이 상기 추가 구성성분에 대해 사용 가능하다. 이러한 방식으로 상기 코어레서 요소 위의 상대적으로 큰 사 구역(dead zone)이 오일과 같은 저밀도 구성성분에 대해 형성되어 특히 오일과 같은 더 가벼운 상의 중력 침전을 촉진한다.
유리하게는, 오일과 같은 추가 분리된 구성성분을 위한 출구에는 밸브 장치 및/또는 통기 장치가 제공될 수 있다. 통기 장치에 의한 가스 제거는 유 상과 같은 더 가벼운 상을 진정시키고 밸브 장치의 존재는 예로서 시간 제어에 의해 더 가벼운 상의 자동 방출을 허용한다.
유리하게는, 사용되는 코어레서 요소의 적어도 일부에는 요소의 구성요소로서 여과 스테이지가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 유착 분리 외에도, 유지관리 여과를 동일한 요소에서 수행할 수 있다.
특히 유리한 실시예에서, 사용된 코어레서 요소의 적어도 일부에는 외부 원주의 유출 방향으로 적어도 하나의 추가 지지 슬리브가 제공되며, 상기 적어도 하나의 추가 지지 슬리브는 바람직하게 흡착에 의해 하나의 분리된 구성성분의 방울 성장을 촉진시킨다. 지지 슬리브는 유리하게는 스테인리스 강으로 만들어 질 수 있으며 가능하게는 여러 층으로 눈금이 매겨질 수 있다.
이와 관련하여, 배열은 유리하게는 각각의 여과 스테이지 및/또는 각각의 코어레서 요소가 할당된 힌지에 의해 접혀질 수 있고 펼쳐진 위치에서 사용된 각 요소를 새 요소로 대체할 수 있는 적어도 2개의 슬리브 부분들을 갖는 유체 투과성 지지 슬리브에 수용되도록 이루어질 수 있다.
오염 물질이 적재된 분리될 유체의 경우, 에멀젼은 바람직하게는 상 분리 전에 입자 여과물을 통과한다.
유리한 실시예에서, 입자 여과를 위해 적어도 하나의 필터 요소가 사용되며, 적어도 하나의 필터 요소는 구조가 대부분 하나의 장치 하우징의 구조와 일치하는 추가 장치 하우징에 수용된다. 따라서 부분적으로 동일한 부분들로 구성된 완전한 장치가 특히 효율적으로 제조될 수 있다.
입자 여과를 위해 각각의 필터 요소는 외부로부터 내부로 흐를 수 있으며, 여기서 추가 장치 하우징의 여과물 출구는 연결 지점을 통해 그에 인접하게 위치된 하나의 장치 하우징의 입구에 연결된다. 연결 지점은 플랜지 튜브에 의해 형성될 수 있다.
특히 유리하게는, 본 발명은 물-오일 혼합물의 형태로 에멀젼을 분리하는데 적합하며, 여기서 분리될 하나의 구성성분은 물이고 분리될 추가 구성성분은 오일과 같은 수압 매체이다.
청구항 14에 따르면, 본 발명의 주제는 또한 다상 매체의 분리를 위한 특허 청구항 1 내지 13 중 어느 하나에 따른 상 분리 장치의 용도이다.
이하에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 상 분리 장치의 실시예의 개략적으로 단순화된 길이방향 단면을 도시한다.
도 2는 코어레서 요소 및 입자 필터의 요소 재료들이 생략된 제 2 실시예의 도 1에 대응하는 표현을 도시한다.
도 3은 코어레서 요소의 외부에 위치한 지지 슬리브를 갖는 제 3 실시예의 도 2에 대응하는 표현을 도시한다.
도 4는 별도로 도시된 코어레서 요소의 길이방향 단면을 도시한다.
도 5는 코어레서 요소를 위해 별도로 도시된 지지 슬리브의 사시 경사도를 도시한다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명은 유착 분리기와 중력 분리기의 조합이 제 1 장치 하우징(2)에 위치하고, 제 1 장치 하우징(2)에서 유착 분리기 및 중력 분리기의 상류에 사전 필터로 설치되는 입자 필터가 제 2 장치 하우징(4)에 위치하는 실시예들에 기초하여 설명된다. 제 1 장치 하우징(2)에서 분리하기 전에 일반적으로 사전 여과가 필요하지만, 제 2 장치 하우징(4)의 미립자 필터에는 오염 물질이 없는 매체가 생략될 수 있다. 양쪽 장치 하우징(2 및 4)은 밀폐된 압력 용기 형태의 본질적으로 동일한 모듈형 하우징 구조를 가지고 있다. 후자는 양쪽 하우징(2 및 4)에 각각 상부 하우징 부분(6), 중간 하우징 부분(8) 및 하부 하우징 부분(10)을 가지며, 이들은 동일한 직경을 가지며 플랜지(12)를 통해 서로 연결된다. 하부 하우징 부분(10)은 배수 스크류(16)를 제외하고는 각각 폐쇄된 만곡된 바닥(14)을 갖는다. 하부 하우징 부분(10)과 같이 얕은 컵 공정을 사용하여 딥 드로잉에 의해 제조되는 상부 하우징 부분(6)은 하부 부분(10)의 만곡된 바닥(14)에 대응하는 만곡된 상부 단부(18)를 갖는다. 후자는 중앙에 위치한 배기 스크류(20)에 의해 제 2 장치 하우징(4)에서 폐쇄되는 반면, 제 1 장치 하우징(2)의 단부(18)에는 중앙에 위치한 출구 포트(22)가 있다.
제 2 장치 하우징(4)에는 사전 여과를 위해 2 개의 필터 요소(24)가 제공되며, 여기서 상기 필터 요소(24)는 서로 위에 동축으로 배열되고 각각의 단부 캡(26) 중 하나에서 내부 필터 캐비티들이 견부없이 서로 합쳐지는 방식으로 연결된다. 상부의 필터 요소(24)의 상부 단부 캡(26)은 밀봉 캡(28)에 의해 폐쇄되는 반면, 하부의 필터 요소(24)의 하부 단부 캡(26)은 중앙에 위치한 개구(30)를 갖는다. 사전 여과를 위해, 에멀젼은 제 2 장치 하우징(4)의 하부 하우징 부분(10)의 측벽에 있는 하부 필터 요소(24)의 하부 단부 캡(26) 아래에 위치한 입구(32)를 통해 제 2 장치 하우징(4) 안으로 흐른다. 하부 하우징 부분(10)의 내부 공간으로부터, 에멀젼은 제 2 장치 하우징(4)에서 필터 요소(24)의 외부를 포함하는 중간 공간에 도달하고 필터 요소(24)의 필터 매체를 통해 외부로부터 내부로 필터 요소(24)의 깨끗한 내부 공간으로 흐른다. 파이프 엘보(34)는 하부 필터 요소(24)의 하부 단부 캡(26)의 중앙 개구(30)에 연결되며, 상기 파이프 엘보(34)를 통해 사전 여과된 여과물은 하부 하우징 부분(10)을 떠난다. 파이프 엘보(34)는 연결 플랜지(36)를 통해서 파이프 엘보(38)에 연결되고, 상기 파이프 엘보(38)는 제 1 장치 하우징(2)의 하부 하우징 부분(10)의 내부 공간에 삽입된다. 파이프 엘보(38)의 단부는 제 1 장치 하우징(2)에 위치한 코어레서 요소(42)의 내부에 에멀젼을 공급하기 위한 진입구(40)를 형성한다. 도시된 바와 같이, 이 진입구(40)는 코어레서 요소(42)의 하부 단부 캡(44)의 중앙 개구에 위치한다. 또한 도면에 도시된 바와 같이, 진입구(40)를 갖는 하부 단부 캡(44)은, 하부 하우징 부분(10)의 바닥(14) 위의 축 방향 거리에 그리고 제 1 장치 하우징(2)의 하부 하우징 부분(10)의 측방향 출구(46) 위의 축 방향 거리에 위치한다. 밀봉 캡(50)이 제 2 장치 하우징(4)의 상부 필터 요소(24)의 경우와 같이, 코어레서 요소(42)의 상부 단부 캡(48)을 폐쇄하는데 사용된다.
작동 중에, 분리될 에멀젼은 하부 단부 캡(44)의 진입구(40)를 통해 코어레서 요소(42)의 내부 공간으로 들어가고 그 요소 재료(52)를 통해 제 1 장치 하우징(2)에 있는 코어레서 요소(42)의 외부를 둘러싸는 공간(54)으로 내부로부터 외부로 흐른다. 요소 재료(52)의 유착 스테이지는 수성 콜로이드의 방울의 성장에 의해 수 상의 침착에 의해 상 분리를 야기하며, 이는 장치 하우징(2)의 하부 영역에서 수 상(56)으로서 축적된다. 도 1 내지 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 코어레서 요소(42) 위의 제 1 장치 하우징(2)에는 상부 방향으로 오일 침전 구역(62)으로서 유 상(58)에 인접하고 상부 하우징 단부(8)의 출구 포트(22)로 연장되는 사 공간(60)이 위치한다. 이 축 방향으로 연장되는 사 공간(60)은 수 상에 부유하는 더 가벼운 유 상을 위한 체적을 제공하며, 여기서 상기 체적은 최대 수 상의 체적보다 1.5 배이고 오일과 같은 더 가벼운 상의 매우 효율적인 중력 분리를 촉진시킨다. 상부 하우징 부분(6)의 상부 단부에 제공된 포트(22)는 출구 밸브(64)에 의해 제어되는 분리된 가벼운 상에 대한 출구를 형성한다. 또한 포트(22)에 연결되고 침전 구역(62)의 가스 제거를 보장하는 자동 가스 제거기(66)는 유 상을 진정시켜 중력 분리의 효율성을 추가로 촉진한다. 유착 스테이지에 추가하여, 코어레서 요소(42)의 요소 재료(52)에는 유지 여과를 위해 설계될 수 있는 여과 스테이지가 설비될 수 있다.
도 2는 2 개의 필터 요소(24)에 의해 형성된 입자 여과용 필터 캔들 대신에 제 2 장치 하우징(4)에서 단일체 필터 요소(68)만이 사용된다는 점에서만 도 1의 예와 다른 변형된 실시예를 도시한다.
도 3의 실시예는 코어레서 요소(42)의 요소 재료(52)의 외부가 도 5에 개별적으로 도시되고 재사용 가능한 구성요소로서 역시 도 4에서 개별적으로 도시되는 코어레서 요소(42) 주위에 놓일 수 있는 지지 슬리브(72)에 의해 둘러싸이는 것을 제외하고는 도 2의 실시예에 대응한다. 지지 슬리브(72)는 스테인리스 강으로 제조되고 천공(74) 패턴을 갖는다(도 5에 부분적으로만 도시됨). 스테인리스 강의 높은 계면 에너지로 인해, 슬리브(72)는 금속 표면에서의 흡착에 의해 오일의 방울 성장을 추가로 촉진한다. 특히 유동 방향으로 다공성이 증가하는 유착 스테이지의 다층 등급 구조의 경우 높은 분리 효율을 얻을 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 슬리브(72)는 일종의 힌지(80)에 의해 서로 연결될 수 있는 접혀질 수 있는 슬리브 부분(76, 78)으로 형성되어, 슬리브(72)가 여러 번 재사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 코어레서 요소(coalescer element;42)를 수용하는 장치 하우징(2)을 갖는 상 분리 장치로서, 상기 장치 하우징(2)은
    - 적어도 2 개의 구성성분들로 분리하기 위해 각각의 코어레서 요소(42)를 통해 흐르는 에멀젼의 공급을 위한 입구(38),
    - 분리된 구성성분을 위한 출구(46) 및
    - 하나의 구성성분보다 낮은 밀도를 갖고 상기 하나의 구성성분 위에 부유하는 추가 분리된 구성성분을 위한 추가 출구(22, 64)를 구비하는, 상 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    내부로부터 외부로 흐르는 상기 에멀젼을 위한 상기 입구(38)는 각각의 코어레서 요소(42)의 내부로 개방되는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 장치 하우징(2)은 수직 설치 방향에서 볼 때 세장형, 특히 다부품 하우징 슬리브로 형성되고, 상기 에멀젼을 위한 상기 입구(38) 및 발측, 바람직하게는 상기 하우징의 하부 1/3에서 상기 하나의 분리된 구성성분을 위한 하나의 출구(46)를 가지며, 머리측, 바람직하게는 상기 하우징의 상부 1/3, 특히 바람직하게는 상기 장치 하우징(2)의 최상부 위치에서 상기 추가 분리된 구성성분을 위한 상기 추가 출구(22, 64)를 갖는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나의 분리된 구성성분을 위한 상기 출구(46)는 상기 장치 하우징(2)에서 상기 입구(38)의 바로 하류에 있는 상기 코어레서 요소(42) 안으로의 진입구(40) 밑에 배치되는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 구성성분과 비교할 때, 상기 장치 하우징(2)의 수용 체적과 관련하여, 더 큰 체적, 바람직하게는 1.5 배 초과의 체적이 상기 추가 구성성분에 대해 사용 가능한 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가 분리된 구성성분을 위한 상기 출구(22, 64)는 밸브 장치(64)의 일부이고 및/또는 통기 장치(66)를 구비하는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용된 상기 코어레서 요소들(42)의 적어도 일부에는 상기 요소(42)의 구성요소로서 여과 스테이지(52)가 제공되는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용된 상기 코어레서 요소들(42)의 적어도 일부에는 외부 원주의 유출 방향으로 적어도 하나의 추가 지지 슬리브(72)가 제공되고, 상기 적어도 하나의 추가 지지 슬리브는 바람직하게는 흡착에 의해 상기 하나의 분리된 구성성분의 방울 성장을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 여과 스테이지(52) 및/또는 각각의 코어레서 요소(42)는 적어도 두 개의 슬리브 부분들(76, 78)을 갖는 유체 투과성 지지 슬리브(72)에 수용되고, 상기 적어도 두 개의 슬리브 부분들은 할당된 힌지(80)에 의해 접혀질 수 있고 펼쳐진 위치에서 각각의 사용된 요소(42)가 새로운 요소(42)로 교체되도록 허용하는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에멀젼은 상 분리 전에 입자 여과물(4)을 통과하는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 여과를 위해 적어도 하나의 필터 요소(24, 68)가 사용되며, 상기 적어도 하나의 필터 요소는 구조가 상기 하나의 장치 하우징(2)과 대부분 일치하는 추가 장치 하우징(4)에 수용되는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 여과를 위해 상기 각각의 필터 요소(24, 68)가 외부로부터 내부로 흐르고, 상기 추가 장치 하우징(4)의 여과물 출구(34)는 연결 지점(36)을 통해 인접하게 위치된 상기 하나의 장치 하우징(2)의 입구(38)에 연결되는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에멀젼은 물-오일 혼합물이고 분리될 하나의 구성성분은 물이고 분리될 추가 구성성분은 오일과 같은 유압 매체인 것을 특징으로 하는 상 분리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 상 분리 장치의 용도로서,
    유압 시스템에 관한 저장 탱크의 탱크 출구에 공급 펌프가 연결되고, 상기 공급 펌프는 입자 여과의 범위 내에서 각각의 필터 요소(24, 68)를 갖는 추가 장치 하우징(4)으로부터 입자들의 세정된 에멀젼을 각각의 코어레서 요소(42)를 갖는 하나의 장치 하우징(2)으로 운반하고, 상기 분리된 오일을 상기 저장 탱크 방향으로 입자 여과물에 병렬 연결 또는 직렬 연결로 운반하는 것을 특징으로 하는 상 분리 장치의 용도.
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