KR20240056659A - 원심 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상을 분리하기 위한 원심 분리기(1)를 제공한다. 분리기(1)는 프레임(2), 구동 부재(3) 및 회전부(4)를 포함하고, 구동 부재(3)는 회전축(X) 주위로 프레임(2)에 대해서 회전부(4)를 회전시키도록 구성되며, 회전부(4)는 분리 공간(9)을 둘러싸는 원심분리 보울(5)을 포함한다. 원심분리 보울(5)은 액체 공급 혼합물을 수용하기 위한 입구(14)와 분리된 액체 상을 위한 적어도 하나의 액체 출구(6, 7)를 더 포함하고; 분리 공간(9)은 회전축(X) 주위에 동축으로 배치되는 분리 디스크(10a)의 스택(10)을 포함하고; 상기 분리 디스크(10a)는 디스크 스택(10) 내의 인접한 분리 디스크(10a)들 사이에 사이공간(35)이 형성되도록 배치되는 거리 부재(30)를 포함한다. 복수의 상기 분리 디스크(10a)는 상기 거리 부재(30)와는 다른 것이며 상기 사이공간(35)에서 디스크 스택(10)을 통해 유동하는 액체에 대해 압력의 감소를 야기하도록 배치되는 스로틀 부재(40)를 포함하고, 또한 복수의 분리 디스크(10a)는 디스크(10a)의 대부분의 전체에 걸쳐 디스크(10a)의 외부 주연부(50)로부터 디스크(10a)의 내부 주연부(51)로의 방향으로의 액체의 반경방향 유동을 허용하도록 구성된다.

Description

원심 분리기

본 발명은 원심 분리기 분야에 관한 것이고, 또한 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상과 고체 상을 분리하기 위한 원심 분리기에 관한 것이다.

원심 분리기는 일반적으로 액체의 분리 및/또는 액체로부터의 고체의 분리를 위해 사용된다. 동작 동안, 분리될 액체 혼합물은 회전 보울 내로 도입되고, 중질 입자(heavy particle) 또는 더 치밀한 액체, 일반적으로 물은 회전 보울의 주연부에 축적되고, 반면에 덜 치밀한 액체는 중앙 회전축에 더 가깝게 축적된다. 이는 예를 들어 주연부에 그리고 회전축에 가깝게 각각 배치된 상이한 출구에 의한 분리된 분획물의 수집을 허용한다. 절두원추형 분리 디스크의 스택과 같은 분리 부재가 분리 성능을 향상시키기 위해 회전 보울 내에 일반적으로 사용된다. 원심 분리기의 예가 특허 출원 EP 3315205에 기재되어 있다.

소정 용례에서, 원심 분리기 내의 위생 상태는 중요도가 높다. 이러한 용례는 유제품, 맥주 및 생명공학 용례의 분리를 포함한다. 이러한 용례를 위해, 소위 밀폐식 분리기가 개발되어 수년 동안 생산되어 왔다.

그러나, 작은 거리로 이격된(예를 들어, 1 mm 미만으로 이격되거나 그 미만인) 많은 수의 분리 디스크를 갖는 큰 원심 분리기에서 공급 액체를 처리하는 것은 분리 디스크의 표면에 부착되는 오물(dirt) 등을 불가피하게 초래한다. 따라서, 분리 디스크의 세척 - 예를 들어 제자리 세척(cleaning-in-place: CIP) - 이 때때로 필요할 수 있다. 이는 물론 제조를 정지하고, 복잡하고 시간 소모적일 수 있는 특정 세척 절차를 요구할 수 있다.

따라서, 본 기술분야에서는 오물이 분리 디스크에 부착될 위험을 감소시켜서 분리 디스크의 세척 사이의 시간을 증가시키는 개선된 원심 분리기에 대한 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 한계를 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상을 분리할 때 향상된 위생 능력을 갖는 원심 분리기를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태로서, 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상을 분리하기 위한 원심 분리기가 제공되며, 원심 분리기는

프레임, 구동 부재 및 회전부를 포함하고,

구동 부재는 회전축(X) 주위로 프레임에 대해 회전부를 회전시키도록 구성되고,

회전부는 분리 공간을 둘러싸는 원심분리 보울을 포함하고;

원심분리 보울은 액체 공급 혼합물을 수용하기 위한 입구와 분리된 액체 상을 위한 적어도 하나의 액체 출구를 더 포함하고;

분리 공간은 회전축(X) 주위에 동축으로 배치되는 분리 디스크의 스택을 포함하고,

상기 분리 디스크는 디스크 스택 내의 인접한 분리 디스크들 사이에 사이공간이 형성되도록 배치된 거리 부재를 포함하고, 또한

복수의 상기 분리 디스크는 상기 거리 부재와는 다른 것이며 상기 사이공간에서 디스크 스택을 통해 유동하는 액체에 대해 압력의 감소를 야기하도록 배치되는 스로틀 부재를 포함하고,

또한, 복수의 분리 디스크는 디스크의 대부분의 전체에 걸쳐 디스크의 외부 주연부로부터 디스크의 내부 주연부로의 방향으로의 액체의 반경방향 유동을 허용하도록 구성된다.

본 발명의 제1 양태는 분리 디스크들 사이에서 유동하는 액체에 대해 압력의 감소를 야기하도록 배치된 스로틀 부재가 분리 디스크의 분리 표면 상에 달라붙는 오물이 더 적어지게 한다는 식견에 기초한다. 이는 스로틀 부재가 디스크들 사이의 작은 사이공간들 사이에서 액체 혼합물의 유동을 분배하는 것, 즉 동작 동안 디스크의 분리 표면이 가능한 한 많은 액체로 덮이도록 분리 디스크의 스택 내에서 균일한 유동 분배를 발생시키는 것을 돕기 때문인 것으로 생각된다. 따라서, 복수의 디스크 각각은 개별 스로틀 부재를 포함할 수 있다. 실시예에서, 디스크 스택 내의 모든 분리 디스크는 거리 부재와는 다른 것이며 상기 사이공간에서 디스크 스택을 통해 유동하는 액체에 대해 압력의 감소를 야기하도록 배치되는 스로틀 부재를 포함한다.

실시예에서, 디스크 스택의 분리 디스크의 적어도 25%, 예컨대 적어도 50%, 예컨대 적어도 75%, 예컨대 적어도 90%, 예컨대 전부는 본 발명에 따른 스로틀 부재를 포함한다.

일반적으로, 높이(또는 사이공간의 크기)는 0.2 내지 0.8 mm의 범위 내의 어딘가에서 치수설정되며, 반면에 디스크 스택의 분리 디스크는 상기 주어진 전체 스택 높이 내에서 분리 디스크의 개수를 최대화하도록 가능한 얇게 만들어진다. 분리 디스크의 전형적인 두께는 0.3 내지 0.6 mm의 범위일 수 있다. 그러나, 고성능 디스크 스택은 무엇보다도 사이공간이 등거리인 것에 의존하며, 이는 액체 혼합물이 스택의 사이공간 내에 고르게 분배되는 것을 용이하게 한다. 장착 시에 디스크 스택의 압축 동안, 사이공간이 스택 내에서 등거리가 아닐 위험이 있고, 이는 따라서 불균일한 유동 분배로 이어질 수 있고, 이는 결국 분리기의 긴 작동 시간 후의 디스크 스택의 분리 효율의 저하 및 분리 표면 상의 오물 축적의 위험의 증가를 야기할 수 있다. 적어도 대부분의 분리 디스크 사이의 각각의 사이공간에서 압력 강하를 야기하는 본 발명의 스로틀 부재는 압축 디스크 스택 내에서 더 균일한 유동 분배를 제공하는 것으로 생각된다.

결과적으로, 대부분의 디스크 각각은 거리 부재 이외의 것이며, 원심 분리기에서 분리되는 액체 혼합물의 압력 강하를 유도하기 위해 분리 표면에 부착되는 스로틀 부재를 가질 수 있다.

복수의 분리 디스크는 디스크의 대부분의 전체에 걸쳐 디스크의 외부 주연부로부터 내부 주연부로의 방향으로의 액체의 반경방향 유동을 허용하도록 더 구성된다. 따라서, 복수의 분리 디스크는 디스크의 대부분의 전체에 걸쳐 디스크의 외부 주연부로부터 내부 주연부로의 일 방향으로만 액체의 반경방향 유동을 허용할 수 있다.

실질적으로 일 방향으로의 반경방향 유동은 반경방향 평면에서 볼 때 90도를 초과하여 방향이 변하지 않는 유동을 의미한다. 이는 디스크의 대부분의 전체에 걸쳐, 즉 디스크의 표면적의 대부분의 전체에 걸쳐 디스크의 외부 주연부로부터 내부 주연부로의 일반적인 유동을 허용한다.

따라서, 디스크의 대부분은 디스크의 적어도 하나의 표면의 표면적의 50% 초과일 수 있다.

따라서, 제1 양태의 실시예에서, 복수의 분리 디스크는 표면 상에 어떠한 미로형 유동 채널도 없다.

원심 분리기는 액체 공급 혼합물의 분리를 위한 것이다. 액체 공급 혼합물은 수성 액체 또는 유질 액체일 수 있다. 예로서, 원심 분리기는 액체 공급 혼합물로부터 하나 또는 두 개의 액체 상과 같은 적어도 하나의 액체 상 및 고체 상을 분리하기 위한 것일 수 있다. 고체 상은 슬러지 상일 수 있다. 액체 혼합물은 예를 들어 탈지 우유 상과 크림 상으로 분리되는 우유 같은 유제품 혼합물일 수 있다.

원심 분리기의 프레임은 비회전부이며, 회전부는 볼 베어링을 포함할 수 있는 적어도 하나의 베어링 장치에 의해 프레임에 의해 지지될 수 있다. 분리기의 회전부는 수직 회전축 주위로 회전되도록 배치될 수 있는데, 즉 회전축(X)은 수직으로 연장될 수 있다. 회전부는 원심분리 보울을 포함한다. 원심분리 보울은 일반적으로 스핀들, 즉 회전 샤프트에 의해 지지되고, 따라서 스핀들과 함께 회전하도록 장착될 수 있다. 결과적으로, 회전부는 회전축(X) 주위로 회전가능한 스핀들을 포함할 수 있다. 원심 분리기는 원심분리 보울이 스핀들의 단부 중 하나에서, 예컨대 스핀들의 하단 단부 또는 상단 단부에서 스핀들에 의해 지지되도록 배치될 수 있다.

분리기의 회전부를 회전시키기 위한 구동 부재는 회전자 및 고정자를 갖는 전기 모터를 포함할 수 있다. 회전자는 회전부, 예컨대 스핀들에 고정식으로 연결될 수 있다. 유리하게는, 전기 모터의 회전자는 회전부의 스핀들 상에 제공되거나 그에 고정될 수 있다. 대안적으로, 구동 부재는 스핀들 옆에 제공되고 벨트 또는 기어 전달부와 같은 적합한 전달부에 의해 회전부를 회전시킬 수 있다.

원심분리 보울은 회전자 벽에 의해 분리 공간을 둘러싼다. 유체 혼합물의 분리가 일어나는 분리 공간은 분리 디스크의 스택을 포함한다. 분리 디스크는, 예를 들어 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 분리 디스크는 절두원추형 분리 디스크, 즉 분리 디스크의 절두원추형 부분을 형성하는 분리 표면을 갖는 절두원추형 분리 디스크일 수 있다. 분리 표면의 경사각은 회전축(X)에 대해 30도 내지 50도의 범위 내에 있을 수 있다. 분리 디스크의 스택의 반경방향 외측은 슬러지 공간이고, 여기서 분리된 슬러지 및 액체 중질 상(liquid heavy phase)이 동작 동안 수집될 수 있다.

분리 디스크는 거리 부재로 인해 각각의 2개의 인접한 분리 디스크 사이에 사이공간을 형성하도록 서로로부터 거리를 두고 회전축(X) 주위로 동축으로 배치된다. 거리 부재는 임의의 적절한 형태를 가질 수 있고 분리 디스크의 내부 또는 외부 분리 표면에 부착될 수 있다. 거리 부재는 또한 디스크와 일체로 형성될 수 있다.

본 명세서에 사용될 때, 용어 "축방향으로"는 회전축(X)에 평행한 방향을 나타낸다. 따라서, "위", "상부", "상단", "아래", "하부", 및 "하단"과 같은 상대적인 용어는 회전축(X)을 따른 상대적인 위치를 지칭한다. 대응적으로, "반경방향으로"라는 용어는 회전축(X)으로부터 반경방향으로 연장되는 방향을 나타낸다. 따라서, "반경방향 내부 위치"는 "반경방향 외부 위치"에 비해 회전축(X)에 더 가까운 위치를 지칭한다.

원심 분리기는 또한 분리될 액체 혼합물(액체 공급 혼합물)을 수용하기 위한 입구를 포함한다. 이 입구는 원심분리 보울에서 중앙에, 따라서 회전축(X)에 배치될 수 있다. 원심 분리기는 예컨대 스핀들을 통해 하단으로부터 공급되도록 배치될 수 있고, 따라서 액체 공급 혼합물은 분리기의 하단으로부터 입구로 전달된다. 대안적으로, 원심 분리기는, 예를 들어 원심분리 보울 내로 연장되는 고정된 입구 파이프를 통해서 상단으로부터 공급되도록 배치될 수 있다.

적어도 하나의 액체 출구는 원심분리 보울의 상부 부분 상에, 예컨대 분리 디스크의 스택의 축방향 위에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 액체 출구는 분리된 액체 상을 위한 단일 출구일 수 있거나 또는 액체 경질 상(liquid light phase)을 위한 제1 액체 출구 및 액체 중질 상을 위한 제2 액체 출구를 포함할 수 있다.

액체 중질 상은 동작 동안 액체 중질 상 출구를 통해 배출되는 액체이고, 액체 경질 상은 동작 동안 액체 경질 상 출구를 통해 배출되는 액체이다. 따라서, 액체 중질 상은 액체 경질 상의 밀도보다 높은 밀도를 갖는다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 분리 표면 상에 배치되며, 분리 표면으로부터의 스로틀 부재의 높이는 거리 부재의 높이보다 작다.

따라서, 분리 디스크는 분리가 일어나는 분리 표면뿐만 아니라 디스크를 예를 들어 분배기 상으로 안내하기 위해 사용되는 표면과 같은 다른 표면을 포함할 수 있다. 절두원추형 분리 디스크 상에서, 회전축(X)과 각도를 형성하는 원추형 표면은 분리 표면이다. 따라서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 분리 표면 상의 연장 부분으로서 실현될 수 있다.

실시예에서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 내부 분리 표면 또는 외부 분리 표면 중 하나 상에만 배치된다. 그러나, 대안으로서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 내부 분리 표면 및 외부 분리 표면 모두에 제공될 수 있다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 회전축(X) 주위의 완전한 턴(turn)의 적어도 90%로 분리 디스크의 분리 표면 상에서 연장된다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 회전축(X) 주위의 완전한 턴으로 분리 디스크의 분리 표면 상에서 연장된다.

스로틀 부재는 분리 디스크의 임의의 반경방향 위치에서 전체 원주 주위로 연장될 수 있다. 스로틀 부재는 따라서 원주방향 스로틀 부재일 수 있다. 이는, 분리 디스크들 사이의 액체 경로 내의 스로틀 부재 내에 "간극"이 없기 때문에, 디스크 스택 내의 액체의 분배를 향상시키는 것을 도울 수 있다.

다른 예로서, 스로틀 부재는 회전축(X) 주위의 적어도 절반의 턴으로 분리 디스크의 분리 표면 상에서 연장될 수 있다.

제1 양태의 실시예에서, 스택의 각각의 분리 디스크는 외부 분리 표면 및 내부 분리 표면을 갖고, 스로틀 부재는 내부 분리 표면 상에 배치된다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 분리 표면으로부터 연장되는 마루부이다.

마루부는 임의의 반경방향 위치에서 분리 표면으로부터 연장될 수 있다. 마루부는 분리 디스크의 표면을 가로질러 회전축(X) 주위의 완전한 턴으로 연장될 수 있다. 마루부는 분리 디스크의 내부 표면 또는 외부 표면으로부터 연장될 수 있다. 표면으로부터 연장되는 마루부는 스로틀 부재를 갖는 분리 디스크를 제조하는 바람직한 방식일 수 있다.

예로서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 내부 표면으로부터 회전축(X) 주위의 완전한 턴으로 연장되는 마루부일 수 있으며 거리 부재의 높이보다 작은 높이를 가질 수 있다.

예로서, 분리 디스크의 스택은 100개 초과의 분리 디스크, 예컨대 200개 초과의 분리 디스크를 포함할 수 있다. 분리 디스크의 두께는 1 mm 미만, 예컨대 0.6 mm 미만일 수 있다.

거리 부재는 반경방향으로 연장되는 전통적인 세장형 코크(caulk)일 수 있다. 그러한 코크는 직선형 또는 곡선형일 수 있다. 분리 디스크는 예를 들어 4개 내지 12개의 코크를 포함할 수 있다. 거리 부재는 또한 스폿-형성(spot-formed)될 수 있다. 스폿-형성된 거리 부재는 예를 들어 WO2013020978에 설명된 바와 같이 디스크의 표면에 일체로 형성될 수 있다.

제1 양태의 실시예에서, 거리 부재는 스폿-형성되고 분리 디스크의 표면 상에서 임의의 방향으로 10 mm 미만의 폭으로 연장된다. 스폿-형성된 거리 부재는 분리 디스크의 표면 상의 임의의 방향에서 5 mm 미만, 예컨대 3 mm 미만의 폭으로 연장될 수 있다.

분리 디스크는 100개 초과의 스폿-형성된 거리 부재, 예컨대 1000개 초과의 스폿-형성된 거리 부재를 포함할 수 있다. 스폿-형성된 거리 부재는 20 mm 미만인 상호 거리로 분리 디스크의 표면 상에 분배될 수 있다.

따라서, 디스크 스택 내의 분리 디스크들 사이의 사이공간은 분리 표면으로부터의 거리 부재의 높이에 대응할 수 있다.

따라서, 제1 양태의 실시예에서, 거리 부재는 스폿-형성된다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 상기 거리 부재의 반경방향 내측에 배치된다. 이는 디스크 스택에서 균일한 유동 분배를 제공하는 압력 강하를 일으키는 것으로 나타내어 졌다.

그러나, 스로틀 부재는 분리 디스크의 임의의 반경방향 위치 상에, 예컨대 모든 거리 부재의 반경방향 외측에 또는 거리 부재의 반경방향 연장부 내에 있는 위치에 배치될 수 있다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 분리 디스크의 내부 분리 표면 또는 외부 분리 표면의 일체부로서 형성된다. 이는 형성 방법에서 블랭크로부터 분리 디스크를 형성할 때, 예를 들어 롤러가 맨드릴에 걸쳐 분리 디스크를 형성하고 있는 롤러 및 맨드릴에 의해 금속 시트로부터 분리 디스크를 플로우 포밍(flow forming)할 때 스로틀 부재를 제공하는 것을 허용한다. 그러한 공정에서, 거리 부재도 형성될 수 있는데, 즉 맨드릴은 거리 부재에 대응하는 리세스를 갖는 절두 원추형 지지 표면을 포함할 수 있다. 대안적으로, 스로틀 부재는 예를 들어 용접에 의해 또는 3D 인쇄와 같은 적층 제조 방법을 사용하여 표면에 부착될 수 있다.

결과적으로, 실시예에서, 스로틀 부재는 거리 부재와 동일한 분리 디스크의 측면에 배치된다. 이는 상술한 바와 같이 분리 디스크의 일체형 부재로서 거리 부재를 형성할 때와 동일한 공정에서 스로틀 부재가 분리 디스크의 일체부로서 형성될 수 있기 때문에 유리할 수 있다.

제1 양태의 실시예에서, 스로틀 부재는 분리 표면의 복수의 개별 상승부와 같은 복수의 개별 스로틀 부분을 포함한다. 이러한 상승부는 동일한 반경방향 거리에 배치될 수 있고 회전축(X) 주위의 완전한 턴으로 분배될 수 있다. 복수의 개별 스로틀 부분은 분리 표면으로부터 거리 부재와 동일한 높이를 가질 수 있지만 거리 부재 사이의 상호 거리보다 작은 상호 거리로 배치될 수 있다.

따라서, 실시예에서, 스로틀 부재는 분리 표면으로부터 거리 부재와 동일한 높이를 갖지만 거리 부재 사이의 상호 거리보다 작은 상호 거리로 배치되는 복수의 개별 스로틀 부분을 포함한다.

복수의 개별 스로틀 부분은 회전축(X) 주위의 원으로 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 개별 스로틀 부재는 거리 부재 사이의 상호 거리보다 작은 상호 거리로 회전축(X) 주위의 가상 원 상에 분배될 수 있다.

복수의 개별 스로틀 부분은 개별 트랙이 밀링 또는 커팅되는 거리 부재와 동일한 높이를 갖는 마루부로부터 형성될 수 있다.

복수의 개별 스로틀 부분은 모든 거리 부재의 반경방향 내측에 배치될 수 있다.

액체 공급 혼합물은 적어도 2개의 액체 상, 즉 액체 경질 상과 액체 중질 상으로 분리될 수 있다. 결과적으로, 제1 양태의 실시예에서, 분리된 액체 상을 위한 적어도 하나의 액체 출구는 액체 중질 상을 위한 제1 액체 출구 및 액체 경질 상을 위한 제2 액체 출구를 포함한다.

제1 양태의 실시예에서, 원심 분리기는 원심분리 보울의 주연부에 배치되는 슬러지 출구를 더 포함한다.

예로서, 슬러지 출구는 간헐적으로 개방가능한 출구의 세트의 형태일 수 있다.

따라서, 원심분리 보울은 그 외부 주연부에 간헐적으로 개방가능한 출구 형태의 반경방향 슬러지 출구의 세트를 포함할 수 있다. 간헐적으로 개방가능한 출구는 회전축(X) 주위로 등거리로 이격될 수 있다.

제1 양태의 실시예에서, 분리된 액체 상을 위한 적어도 하나의 액체 출구는 액체 중질 상을 위한 제1 액체 출구 및 액체 경질 상을 위한 제2 액체 출구를 포함한다.

액체 중질 상은 경질 상의 밀도보다 높은 밀도를 갖는다. 따라서, 원심 분리기는 액체 공급 혼합물을 액체 경질 상, 액체 중질 상 및 고체 상, 즉, 슬러지 상으로 분리하도록 배치될 수 있으며, 따라서 원심 분리기는 중질 상을 위한 제1 액체 출구, 경질 상을 위한 제2 액체 출구 및 분리된 슬러지를 위한 슬러지 출구를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 양태로서, 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상을 분리하는 방법이 제공되고, 방법은

a) 제1 양태에 따른 원심 분리기 내로 액체 공급 혼합물을 도입하는 단계; 및

b) 상기 원심 분리기로부터 적어도 하나의 분리된 액체 상을 배출하는 단계를 포함한다.

예로서, 적어도 하나의 분리된 액체 상은 액체 경질 상 및 액체 중질 상일 수 있다.

이 양태는 일반적으로 전자의 양태와 동일하거나 대응하는 장점을 나타낼 수 있다. 이러한 제2 양태의 효과 및 특징은 제1 양태와 관련하여 전술한 것과 대부분 유사하다. 제1 양태와 관련하여 언급된 실시예는 제2 양태와 대부분 양립가능하다.

제2 양태의 실시예에서, 단계 b)는 한 세트의 간헐적으로 개방가능한 출구를 통해 분리된 고체 상을 간헐적으로 토출하는 단계를 더 포함한다.

원심 분리기는 위생 요건이 높은 용례에 특히 적합하며, 그 이유는 스로틀링 부재의 사용이 분리 표면에 오물이 달라붙는 위험을 감소시킨다는 것이 판명되었기 때문이다. 하나의 그러한 용례는, 예를 들어 우유의 분리를 포함하는 유제품이다.

따라서, 제2 양태의 실시예에서, 액체 공급 혼합물은 유제품 혼합물이고, 적어도 하나의 분리된 액체 상은 분리된 크림 상 및 분리된 탈지 우유 상을 포함한다.

본 발명 개념의 상기 그리고 부가적인 목적, 특징 및 장점이, 첨부 도면을 참조한, 이하의 예시적인 그리고 비제한적인 구체적인 설명을 통해서 더 잘 이해될 것이다. 도면에서, 달리 언급되지 않는 한 유사한 요소에 대해서는 유사한 참조 번호가 사용될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원심 분리기의 개략도를 도시한다.
도 2는 원심분리 보울의 단면의 개략도를 도시한다.
도 3은 분리 디스크의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3의 분리 디스크의 상부 부분의 단면을 도시한다.
도 5는 도 3의 분리 디스크의 저면도를 도시한다.
도 6은 분리 디스크의 실시예의 사시도 및 저면도를 도시한다.
도 7은 분리 디스크의 실시예의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 8은 분리 디스크의 확대도 및 측면도를 도시한다.
도 9는 액체 공급 혼합물로부터 고체 상 및 적어도 하나의 액체 상을 분리하는 방법의 흐름도를 도시한다.

본 개시내용에 따른 원심 분리기 및 방법은 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명에 의해 더 설명될 것이다.

도 1은 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상, 이 경우에는 액체 중질 상 및 액체 경질 상을 분리하도록 구성된 원심 분리기(1)의 실시예의 단면을 도시한다. 원심 분리기(1)는 원심분리 보울(5) 및 구동 스핀들(4a)을 포함하는 회전부(4)를 갖는다.

원심 분리기(1)에는 구동 모터(3)가 더 제공된다. 이 모터(3)는, 예를 들어 고정된 요소 및 회전가능 요소를 포함할 수 있고, 회전가능 요소는 스핀들(4a)을 둘러싸며 이에 연결되어 동작 동안 구동 토크를 스핀들(4a)에 그리고 따라서 원심분리 보울(5)에 전달한다. 구동 모터(3)는 전기 모터일 수 있다. 대안적으로, 구동 모터(3)는 전달 수단에 의해 스핀들(4a)에 연결될 수 있다. 전달 수단은 구동 토크를 수용하기 위해 스핀들(4a)에 연결되는 요소를 포함하는 웜 기어의 형태일 수 있다. 전달 수단은 대안적으로 구동 벨트 등의 형태를 취할 수 있다.

도 2에 더 상세하게 도시되는 원심분리 보울(5)은 스핀들(4a)에 의해 지지되며, 스핀들은 다시 하단 베어링(22)과 상단 베어링(21)에서 수직 회전축(X) 주위로 프레임(2)에 회전가능하게 배치된다. 고정된 프레임(2)은 원심분리 보울(5)을 둘러싼다. 따라서, 구동 모터는 회전부(4)를 수직 회전축(X) 주위로 프레임에 대해 회전시키도록 구성된다.

도 1에 도시되는 바와 같은 원심 분리기에서, 분리될 액체 공급물이 구동 스핀들(4a)을 통해서 하단으로부터 원심분리 보울(5)로 공급된다. 따라서, 구동 스핀들(4a)은 이러한 실시예에서 중공 스핀들이고, 이러한 스핀들을 통해서 공급물이 원심분리 보울(5)에 공급된다. 그러나, 다른 실시예에서, 분리될 액체 공급 혼합물은, 예컨대 원심분리 보울(5) 내로 연장되는 고정된 입구 파이프를 통해서 상단으로부터 공급될 수 있다.

원심분리 보울(5) 내에서 분리가 일어난 후에, 분리된 액체 중질 상은 고정된 출구 파이프(6a)를 통해 배출되며, 반면에 분리된 액체 경질 상은 고정된 출구 파이프(7a)를 통해 배출된다.

도 2는 원심 분리기(1)의 원심분리 보울(5)의 더 상세한 도면을 도시한다.

원심분리 보울(5)은 그 자체 내에서 형성되는데, 즉 분리 공간(9)을 둘러싼다. 분리 공간(9)에서, 분리 디스크(10a)의 스택(10)은 회전축(X) 주위에 동축으로 그리고 상단 디스크(11)의 축방향 아래에 배치된다. 따라서, 스택(10)은 원심분리 보울(5)과 함께 회전하도록 배치된다. 분리 디스크(10a)는 적어도 액체 경질 상과 액체 중질 상으로의 액체 혼합물의 효율적인 분리를 제공한다. 따라서, 분리 공간(9)에서, 동작 동안 예를 들어 액체 공급 혼합물의 원심 분리가 일어난다.

스택(10) 내의 분리 디스크(10a)는 거리 부재(30)에 의해 분리된다. 이러한 부재는 분리 디스크의 원추형 부분 상에 배치되고, 디스크 스택(10) 내의 인접한 분리 디스크(10a) 사이에 사이공간(35)이 형성되도록 배치된다.

스택(10)은 그 축방향 최하부에서 분배기(13)에 의해 지지된다. 분배기(13)는 베이스 부분(13a) 및 베이스 부분(13a)으로부터 상향 연장되는 중앙 목부를 포함한다. 분배기(13)는 원심분리 보울(5)의 중심 입구(14)로부터 분리 공간(9) 내의 반경방향 레벨까지 액체 혼합물을 인도하도록 배치된다.

원심분리 보울(5)은 분배기(13) 내에 또는 아래에 형성된 중앙 입구 챔버 형태의 입구(14)를 더 포함한다. 입구는 액체 공급 혼합물을 수용하도록 배치되고 따라서 스핀들(4a)의 중공 내부(4b)와 유체 연통하며, 이러한 스핀들을 통해서 액체 공급물이 원심분리 보울(5)로 공급된다.

입구(14)는 분배기(13)의 베이스 부분(13a) 내에 또는 그 아래에 형성된 통로(20)를 통해 분리 공간(9)과 연통한다.

통로(20)는 액체 혼합물이 분리 디스크(10a)에 제공된 절개부(10c)의 반경방향 레벨에 대응하는 반경방향 레벨로 운반되도록 배치될 수 있다. 절개부(10c)는 디스크 스택 내에 축방향 채널을 형성하고 액체 공급 혼합물을 디스크 스택(10) 전체에 걸쳐 분배한다.

상단 디스크(11) 및 원심분리 보울(5)의 상부 내벽은 분리 공간(9)의 반경방향 외부 부분으로부터 원심분리 보울(5)의 중앙 부분을 향해서 연장되는 적어도 하나의 채널(25)을 한정한다. 제1 액체 출구(6)는 분리된 액체 중질 상의 배출을 위해 적어도 하나의 채널(25)과 유체 연통하는 제1 출구 챔버(15)에 배치된다.

디스크 스택(10)의 반경방향 내부 부분은 액체 공급 혼합물의 분리된 경질 상을 위한 제2 출구(7)와 연통한다. 제2 출구(7)는 제2 출구 챔버(8)에 배치된다.

원심분리 보울(5)은 분리 공간(9)의 반경방향 외부 주연부에 출구(17)를 더 구비한다. 이러한 출구(17)는 회전축(X) 주위로 균일하게 분배되고 액체 공급 혼합물의 슬러지 성분의 간헐적인 배출을 위해 배치된다. 슬러지 성분은 슬러지 상을 형성하는 더 치밀한 입자를 포함한다. 출구(17)의 개방은 본 기술분야에 공지된 바와 같이 채널(19) 내의 작동수에 의해 작동되는 동작 슬라이드(18)에 의해 제어된다. 도면에 도시되는 그 위치에서, 동작 슬라이드(18)는 그 주연부에서 원심분리 보울(5)의 상부 부분에 대해서 밀봉식으로 접경하고, 이에 의해 원심분리 보울(5)을 통해서 연장되는 출구(17)와의 연결로부터 분리 공간(9)을 폐쇄한다.

도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같은 분리기의 동작 동안, 원심분리 보울(5)은 구동 모터(3)에 의해 회전하게 된다. 스핀들(4a)을 통해, 분리될 액체 공급 혼합물이 분리 공간(9) 내로 운반된다. 밀도에 따라, 액체 공급 혼합물 내의 상이한 상들이 스택(10)의 분리 디스크(10a) 사이에서 분리된다. 액체 중질 상 및 슬러지 상과 같은 더 중질의 성분은 분리 디스크(10a)들 사이에서 분리 공간(9)의 반경방향 외부 부분으로 반경방향 외향으로 이동하고, 반면에 액체 경질 상과 같은 최저 밀도의 상은 분리 디스크(10a)들 사이에서 반경방향 내향으로 이동하고 제2 액체 출구 챔버(8)에 배치된 제2 출구(7)를 통해 가압된다. 그 대신, 더 높은 밀도의 액체는 상단 디스크(11) 위의 통로(25)를 통해 액체 중질 상을 위한 액체 출구(6)로 가압된다. 따라서, 분리 동안, 더 낮은 밀도의 액체와 더 높은 밀도의 액체 사이의 상간(interphase)이 원심분리 보울(5)에서, 예를 들어 분리 디스크의 스택 내에서 반경방향으로 형성된다. 고체 또는 슬러지가 분리 공간의 주연부에 축적되고 개방되는 슬러지 출구(17)에 의해 원심분리 보울 내로부터 간헐적으로 비워지고, 그 결과 슬러지 및 소정 양의 유체가 원심력에 의해 분리 챔버(17)로부터 배출된다. 그러나, 슬러지의 배출은 또한 연속적으로 일어날 수 있고, 이 경우에 슬러지 출구(17)는 개방 노즐의 형태를 취하고 슬러지 및/또는 중질 상의 소정 유동이 원심력에 의해 연속적으로 배출된다.

도 3 내지 도 5는 위에서 도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 바와 같은 원심 분리기(1)에서 디스크 스택(10)에 사용될 수 있는 본 개시내용의 분리 디스크(10a)의 예를 도시한다. 분리 디스크(10a)는 이 예에서 절두원추형 분리 디스크이다. 디스크(10a)는 외부 분리 표면(31) 및 대향하는 내부 표면(31b)을 갖는다. 원심 분리기(1)에서 스택(10)에 배치될 때, 외부 표면(31a)은 디스크(10a)의 상부 표면을 형성하고, 반면에 내부 표면(31b)은 하부 표면을 형성한다. 스택(10)에는 스택 내의 축방향 분배 채널의 일부를 형성하기 위해 배치되는 다수의 절개부(10c)가 또한 존재한다. 그러한 절개부(10c)는 또한 원심 분리기(1)의 의도된 용도에 따라 분리 디스크(10a)의 외부 주연부에 제공될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 분리 디스크(10a)는 분리 디스크의 내부 분리 표면(31b) 상에 배치된 스로틀 부재(40)를 포함한다. 이 스로틀 부재(40)는 디스크들 사이에 형성된 사이공간(35)에서 디스크 스택(10)을 통해 유동하는 액체에 대해 압력의 감소를 야기하도록 배치된다.

스로틀 부재(40)는 이 경우에 분리 디스크(10a)의 내부 표면(31b)으로부터 연장되는 마루부로서 형성된다. 마루부는 회전축(X) 주위의 완전한 턴으로 연장되며 거리 부재(30)의 반경방향 내측에 배치된다.

도 5의 분리 디스크(10a)의 중심 부분의 확대도에서 볼 수 있는 바와 같이, 디스크(10a)는 또한 절두원추형 부분으로부터 연장되는 내부 반경방향 표면(32)을 포함한다. 이 반경방향 표면(32)은 분배기(13)의 중앙 목부에 끼워지는 절개부를 가질 수 있고 따라서 분배기(13) 상에 분리 디스크(10a)를 정렬하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 분리 디스크(10a)의 내부 표면(31b) 및 외부 표면(31a)은 분리 디스크(10a)의 분리 표면을 형성하며, 반면에 반경방향 내부 표면(32)은 분배기(13) 상에 디스크(10a)를 정렬하기 위한 안내 표면으로서 기능한다. 그러나, 일부 실시예에서, 분리 디스크(10a)는 어떠한 반경방향 내부 표면(32)도 없다.

도 4에 도시되는 바와 같이, 내부 표면(31b)으로부터의 스로틀 부재(40)의 높이는 거리 부재(30)의 높이보다 작다. 따라서, 스로틀 부재(40)는 사이공간을 제공하기 위해 사용되지 않으며 결과적으로 거리 부재(30)와 별개의 부재이다. 스로틀 부재(40)는 내부 분리 표면(31b)의 일체부로서 형성될 수 있다.

거리 부재(30)는 이 예에서 분리 디스크(10a)의 내부 표면(31b)으로부터 연장되는 작은 스폿으로서 형성된다. 따라서, 외부 표면(31a)은 거리 부재(30) 및 스로틀 부재(40) 모두가 없다. 스폿-형성된 거리 부재(30)는 WO 2018/077919에 도시되는 바와 같을 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시되는 실시예에서, 거리 부재(30) 및 스로틀 부재(40)는 분리 디스크의 동일한 분리 표면 상에 배치된다. 그러나, 스로틀 부재(40)는 거리 부재와 반대측의 표면 상에 배치될 수 있다. 이러한 예가 도 6에 도시되어 있는데, 여기서 반경 방향으로 세장형인 코크로서 형성된 거리 부재는 상부 분리 표면(31a) 상에 배치되며, 반면에 스로틀 부재는 내부 표면(31b) 상에 형성된다. 분리 디스크(10a)는 예를 들어 본 기술분야에 공지된 바와 같이 세장형 코크로서 형성된 4 내지 12개의 이러한 거리 부재를 포함할 수 있다. 세장형 코크는 예를 들어 용접에 의해 외부 분리 표면(31a)에 부착될 수 있다. 또한 이 예에서, 스로틀 부재(40)는 거리 부재(30)의 반경방향 내측에, 그러나 따라서 대향하는 분리 표면 상에 배치된다.

또한, 스로틀 부재(40)는 또한 도 7에 도시된 바와 같이 분리 디스크(10a)의 외부 표면(31a) 상에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 거리 부재는 도 6과 관련하여 설명된 예에서와 같이 분리 디스크(10a)의 외부 표면(31a) 상의 세장형 반경방향 코크의 형태이다. 그러나, 본 예에서, 외부 표면(31a)으로부터 연장되는 원주방향 마루부로서 형성된 스로틀 부재(40)는 외부 표면(31a) 상의 거리 부재(40)의 반경방향 외측에 배치된다.

또한, 분리 디스크(10)는 도 5에서 화살표 "A"에 의해 시각화된 바와 같이 디스크(10a)의 대부분 - 이 경우 디스크의 전체 부분 - 전체에 걸쳐 디스크(10a)의 외부 주연부(50)로부터 디스크(10a)의 내부 주연부(51)로의 방향으로의 액체의 반경방향 유동을 허용하도록 구성된다. 따라서, 거리 부재(30)는 액체가 디스크 표면 상에서 유동할 때 액체를 상이한 반경방향으로 방향전환하게 하는 어떠한 채널도 디스크(10a)의 표면 상에 형성하지 않는다.

또한, 분리 디스크(10a)는 어떠한 절개부(10c)도 없을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이는 원심 분리기의 의도된 용도에 의존할 수 있다.

스로틀 부재(40)는 또한 복수의 개별 스로틀 부분으로서의 형태를 취할 수 있다. 이는 도 8a 및 도 8b에 추가로 도시되어 있으며, 도 8a는 도 5의 확대도에 대응하고 도 8b는 도 4의 측면도에 대응한다. 도 8a에 도시되는 바와 같이, 스로틀 부재(40)는 스폿-형성된 거리 부재(30)의 반경방향 내측의 위치에서 분리 디스크의 내부 측면(31b) 상의 가상 원 상에 배치되는 복수의 개별 부분의 형태이다. 따라서, 개별 스로틀 부분(40) 사이에 작은 채널이 형성된다. 이 예에서, 스로틀 부재는 도 8b에서 라인 "Y"로 도시되는 바와 같이 분리 표면으로부터 거리 부재(30)와 동일한 높이를 가질 수 있는데, 그 이유는 개별 스로틀 부분 사이에 형성된 채널에서 액체가 유동할 수 있기 때문이다. 그러나, 개별 스로틀 부분(40) 사이의 상호 거리는 스폿-형성된 거리 부재(30) 사이의 상호 거리보다 작다.

도 9는 액체 공급 혼합물로부터 고체 상과 적어도 하나의 액체 상을 분리하는 방법(100)을 도시한다. 방법(100)은

a) 액체 공급 혼합물을 원심 분리기(1) 내에 도입하는 단계(101)를 포함한다. 따라서, 이 분리기는 도 1 내지 도 8과 관련하여 설명된 원심 분리기(1)와 같은 전술한 바와 같은 원심 분리기일 수 있다.

방법(100)은 단계 b) 원심 분리기(1)로부터 적어도 하나의 분리된 액체 상을 배출하는 것(103)과 단계 c) 원심 분리기로부터 분리된 고체 상을 배출하는 것(102)을 더 포함한다.

도 9의 흐름도에 도시되는 바와 같이, 단계 c)는 분리된 고체 상을 간헐적으로 개방가능한 출구의 세트를 통해 간헐적으로 토출하는 것(104)을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 분리된 액체 상은 액체 경질 상 및 액체 중질 상일 수 있다. 따라서, 방법(100)은 액체 중질 상을 배출하는 단계 및 액체 경질 상을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

액체 공급 혼합물은 예를 들어 우유와 같은 유제품 혼합물일 수 있다. 따라서, 분리된 액체 상은 분리된 크림 상 및 분리된 탈지 우유 상일 수 있다. 그러나, 방법은 또한 음료를 위한 그리고 약품 산업 등의 다양한 다른 용례에서 사용될 수 있다.

본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않고, 이하에 기재된 청구항의 범위 내에서 변경 및 변형될 수 있다. 본 발명은 도면에 개시된 회전축(X)의 배향으로 제한되지 않는다. "원심 분리기"라는 용어는 또한 실질적으로 수평하게 배향된 회전축을 갖는 원심 분리기를 포함한다. 위에서, 본 발명의 개념은 제한된 수의 예를 참조하여 주로 설명되었다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 위에 개시된 예 이외의 다른 예가 첨부된 청구항에 의해서 규정되는 바와 같은 본 발명의 개념의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (15)

1. 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상을 분리하기 위한 원심 분리기(1)이며,
   프레임(2), 구동 부재(3) 및 회전부(4)를 포함하고,
   구동 부재(3)는 회전축(X) 주위로 프레임(2)에 대해 회전부(4)를 회전시키도록 구성되고,
   회전부(4)는 분리 공간(9)을 둘러싸는 원심분리 보울(5)을 포함하고,
   원심분리 보울(5)은 액체 공급 혼합물을 수용하기 위한 입구(14)와 분리된 액체 상을 위한 적어도 하나의 액체 출구(6, 7)를 더 포함하고,
   분리 공간(9)은 회전축(X) 주위에 동축으로 배치된 분리 디스크(10a)의 스택(10)을 포함하고,
   상기 분리 디스크(10a)는 디스크 스택(10) 내의 인접한 분리 디스크(10a)들 사이에 사이공간(35)이 형성되도록 배치된 거리 부재(30)를 포함하고, 또한
   복수의 상기 분리 디스크(10a)는 상기 거리 부재(30)와는 다른 것이며 상기 사이공간(35)에서 디스크 스택(10)을 통해 유동하는 액체에 대해 압력의 감소를 야기하도록 배치되는 스로틀 부재(40)를 포함하며,
   또한, 복수의 분리 디스크(10a)는 디스크(10a)의 대부분의 전체에 걸쳐 디스크(10a)의 외부 주연부(50)로부터 디스크(10a)의 내부 주연부(51)로의 방향으로의 액체의 반경방향 유동을 허용하도록 구성되는 원심 분리기(1).
2. 제1항에 있어서,
   상기 스로틀 부재(40)는 분리 디스크(10a)의 분리 표면(31) 상에 배치되며, 상기 분리 표면(31)으로부터의 스로틀 부재(40)의 높이는 거리 부재(30)의 높이보다 작은 원심 분리기(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 스로틀 부재(40)는 분리 디스크의 분리 표면(31) 상에서 회전축(X) 주위의 완전한 턴으로 연장되는 원심 분리기(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   스로틀 부재(40)는 분리 디스크(10a)의 분리 표면(31)으로부터 연장되는 마루부인 원심 분리기(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   스택(10)의 각각의 분리 디스크(10a)는 외부 분리 표면(31a) 및 내부 분리 표면(31b)을 가지며, 스로틀 부재(40)는 내부 분리 표면(31b) 상에 배치되는 원심 분리기(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스로틀 부재(40)는 상기 거리 부재(30)의 반경방향 내측에 배치되는 원심 분리기(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   스로틀 부재(40)는 분리 디스크(10a)의 내부 분리 표면(31b) 또는 외부 분리 표면(31a)의 일체부로서 형성되는 원심 분리기(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스로틀 부재(40)는 거리 부재(30)와 동일한 분리 디스크(10a)의 측면에 배치되는 원심 분리기(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   거리 부재(30)는 스폿-형성되는 원심 분리기(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    스로틀 부재(40)는 분리 표면으로부터 거리 부재(30)와 동일한 높이를 갖지만 거리 부재(30)들 사이의 상호 거리보다 작은 상호 거리로 배치되는 복수의 개별 스로틀 부분(30)을 포함하는 원심 분리기(1).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    원심 분리기는 원심분리 보울(5)의 주연부에 배치된 슬러지 출구(17)를 더 포함하는 원심 분리기(1).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리된 액체 상을 위한 적어도 하나의 액체 출구(6, 7)는 액체 중질 상을 위한 제1 액체 출구(6) 및 액체 경질 상을 위한 제2 액체 출구(7)를 포함하는 원심 분리기(1).
13. 액체 공급 혼합물로부터 적어도 하나의 액체 상을 분리하는 방법(100)이며,
    a) 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 원심 분리기(1) 내로 액체 공급 혼합물을 도입하는 단계(101);
    b) 상기 원심 분리기(1)로부터 적어도 하나의 분리된 액체 상을 배출하는 단계(103)를 포함하는 방법(100).
14. 제9항에 있어서,
    단계 b)는 분리된 고체 상을 간헐적으로 개방가능한 출구의 세트를 통해 간헐적으로 토출하는 단계(104)를 더 포함하는 방법(100).
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    액체 공급 혼합물은 유제품 혼합물이며, 적어도 하나의 분리된 액체 상은 분리된 크림 상 및 분리된 탈지 우유 상을 포함하는 방법(100).

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