KR0152963B1 - 원심 분리기 - Google Patents

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KR0152963B1
KR0152963B1 KR1019890013472A KR890013472A KR0152963B1 KR 0152963 B1 KR0152963 B1 KR 0152963B1 KR 1019890013472 A KR1019890013472 A KR 1019890013472A KR 890013472 A KR890013472 A KR 890013472A KR 0152963 B1 KR0152963 B1 KR 0152963B1
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조세푸스 마리아 드 코르트 코르넬리우스
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오노 알버어스
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Abstract

내용없음.

Description

원심분리기
제1도는 본 발명에 따른 원심분리기의 개략 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 다른 원심분리기의 개략 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 하우징 3 : 유입부
5 : 고체 유출구 9 : 유입구
11 : 유체 유출관 20 : 와동지역
본 발명은 유체와 고체의 혼합물로부터 고체를 분리하기 위한 원심분리기에 관한 것이다.
원심분리기를 사용하여 유체와 고체 입자들의 혼합물로부터 고체를 분리하는 것은 와동 혼합물의 유체와 고체에 작용하는 서로 다른 원심력에 기초하고 있다.
미합중국 특허 제2,890,764호에는 유체와 고체의 혼합물로부터 고체를 분리하기 위한 원심분리기가 개시되어 있는데, 이 원심분리기는, 중간 부분이 원통형인 하우징; 하우징의 제1단부 근처에 배열된 혼합물 유입구; 하우징의 제2단부 근처에 배열된 고체 유출구; 및 하우징과 동심으로 정렬된 유체 유출관으로서, 작은 직경부, 큰 직경부, 및 작은 직경부와 큰 직경부를 연결하는 절두 원추형 부분으로 구성되며, 작은 직경부의 자유 단부가 하우징의 내부와 직접 유체 소통하고 큰 직경부가 하우징의 상기 제1단부를 통해 뻗는 상기 유체 유출관; 그리고, 분리기의 사용중 유입구 부근에서 고체 유출구 근처의 장소까지 하우징의 내부를 통해 뻗는 와동지역으로 구성된다.
유체 유출관의 하단부는 와동지역의 하단부와 일치한다.
상기 특허 명세서의 제10도 및 14도에서 볼 수 있는 바와 같이, 유체 유출관의 작은 직경부의 상기 자유단부에서 와동지역이 연장하는 장소까지의 거리와 하우징 원통형 중간 부분의 내경의 비율은 1보다 매우 작다.
발명인은 상기 치수들 사이의 비율을 크게 함으로써 원심분리기의 분리 효율을 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 분리기 보다 분리효율이 높은 원심분리기를 제공하는 것이다.
이것을 위하여, 본 발명에 따른 원심분리기는 유체 유출관의 작은 직경부의 상기 자유단부에서, 와동지역이 연장하는 고체 유출구 근처의 상기 장소까지의 비 거리가 1.0과 3.0사이인 것을 특징으로 한다.
여기에서 비 거리라 함은 하우징의 원통형 중간부분의 내경에 대한 상기 거리의 비율을 말한다.
이후로, 명세서 및 특허청구 범위의 표현에서, 비 거리, 비길이 비내경은 하우징의 원통형 중간 부분의 내경에 대한 상기 거리, 길이 및 내경의 비율을 말한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
제1도의 원심분리기는 하우징(1)으로 구성되는데, 이 하우징의 상단부에는 유입부(3)가 있고 하단부에 고체 유출구(5)가 있다. 유입부(3)는 유입구(9)와 통한다.
단부가 개방된 유체 유출관(11)이 하우징(1)안으로 동심으로 뻗는다. 유체 유출관(11)의 하단부는 유입부(3)와 고체 유출구(5)사이에 배열되어 있다.
유체 유출관(11)은 제1부분(13)을 형성하는 큰 직경부, 제1부분(13)의 하단부에 연결된 하방으로 테이퍼진 절두원추형부분(15) 및 제2부분(17)을 형성하며 절두원추형부분(15)의 하단부에 연결된 작은 직경부로 구성된다. 절두원추형부분(15)의 최대 내경은 제1부분(13)의 내경과 동일하고, 절두원추형부분(15)의 최소 내경은 제2부분(17)의 내경과 동일하다.
선회익(19) 형태의 와동 발생 수단이 유입부(3) 안에서 하우징(1)의 내벽과 유체 유출관(11)의 제1부분(13)의 외벽 사이에 배열되어 있다.
하우징(1)안에서 선회익(19) 형태의 와동 발생 수단과 고체 유출구(5) 사이에 걸쳐서 와동지역(20)이 존재한다.
정상 작동중, 가스와 고체 입자들의 혼합물이 유입구(9)를 통해 유입부(3)로 도입된다. 이 혼합물은 하우징(1)의 내벽과 유체 유출관(11)의 제1부분(13)의 외벽 사이로 아래로 유입되어 선회익들(19)을 통과하며, 이 선회익들(19)은 혼합물에 와동을 발생시킨다. 선회 혼합물은 와동지역(20)에서 와동한다. 혼합물내의 선회 고체 입자들은 그 입자들에 작용하는 원심력에 의해 하우징(1)의 내벽쪽으로 내던져진다. 하우징(1)의 내벽에서 고체 입자들은 중력에 의해 하방으로 이동한다. 이 고체 입자들은 고체 유출구(5)를 통해 와동지역(20)에서 방출된다.
와동 가스는 유체 유출관(11)을 통해 와동지역(20)에서 제거된다.
제2도에 도시된 다른 원심분리기는 고체 유출구(5)에 또는 그 근처에 와동 안정기(21)가 추가로 제공되어 있다. 와동 안정기(21)는 하우징(1)의 중앙 종축선에 수직하게 배열된 와동 안정기 판(23)과, 하우징(1)의 중앙 종축선에 평행하게 배열되어 유체 유출구(11) 방향으로 뻗는 와동 탐지봉(finder rod)(25)으로 구성된다.
이 다른 원심분리기의 정상 작동은 제1도를 참조로 한 원심분리기의 정상 작동과 유사하다. 와동 안정기의 기능은 하우징(1)내의 와동을 안정시키고, 와동 하단부를 한정하는 것이다.
하우징(1)의 유입부(3)에는 또 다르게 접선 방향 유입 수단형태의 와동 발생수단이 제공될 수 있다. 접선 방향 유입수단이 제공된 원심분리기의 정상 작동은 선회익들(19)이 제공된 원심분리기의 정상 작동과 유사하다.
본 발명에 따른 원심분리기는 액체와 고체 입자들의 혼합물이 유입부(3)안으로 도입될때도 유사하게 작동한다.
원심분리기의 크기에 있어서, 유체 유출관(11)의 제2부분(17)의 비(比)길이를 0.25와 1.0사이에서, 유체 유출관(11)의 절두원추형부분(15)의 비길이를 0.20과 0.30사이에서, 유체 유출관(11)의 제2부분(17)의 비내경을 0.20과 0.40사이에서, 유체 유출관(11)의 제1부분(13)의 비내경을 0.55와 0.75사이에서, 유체 유출관(11)의 제1부분(13)의 비길이를 1.0과 1.4사이에서, 그리고 유입부(13)의 비 길이를 0.50과 0.70사이에서 선택함에 의해 유체 유출관을 통한 고체 입자들의 방출을 더 감소시킬 수 있음이 판명되었다.
본 발명에 따른 원심분리기를 예시하기 위하여 이하의 실험예 1 내지 3이 행해졌다.
와동수(swirl number)라는 용어는 혼합물 속도의 축방향성분에 대한 혼합물 속도의 접선방향 성분비를 나타내는데 사용되었다.
[실험예 1]
이 실험예 1에서 사용된 원심분리기의 특성은 아래와 같다:와동지역과 유체 유출관의 하단부들 사이의 비 거리=2.18, 유체 유출관의 제2부분의 비 길이=0.57, 유체 유출관의 절두원추형부분의 비 길이=0.26, 유체 유출관의 제1부분의 비 길이=1.21, 유입부의 비 길이=0.60, 유체 유출관의 제2부분의 비 내경=0.38, 유체 유출관의 제1부분의 비 내경=0.65이다.
가스와 고체 입자들의 혼합물이 원통형 하우징의 유입부로 공급된다. 가스의 밀도는 1.23kg/m3이고 유입부에서의 가스와 유체 유출관내의 가스 사이의 압력차는 1930Pa이다. 와동 발생수단 부근에서 와동지역내의 혼합물의 와동수는 1.73이다. 혼합물은 평균 직경이 14μm인 0.092kg/m3의 고체 입자들을 포함한다. 결과적으로, 고체 입자들의 99.63%가 고체 유출구를 통해 방출되고 0.37%가 유체 유출관을 통해 방출됨이 판명되었다.
[실험예 2]
이 실험예 2에서 사용된 원심분리기의 특성은 아래와 같다:와동지역과 유체 유출관의 하단부들 사이의 비 거리=2.43, 유체 유출관의 제2부분의 비 길이=0.31, 유체 유출관의 절두원추형부분의 비 길이=0.26, 유체 유출관의 제1부분의 비 길이=1.21, 유입부의 비 길이=0.60, 유체 유출관의 제2부분의 비 내경=0.38, 유체 유출관의 제1부분의 비 내경=0.65이다.
가스와 고체 입자들의 혼합물이 원통형 하우징의 유입부로 공급된다. 가스의 밀도는 1.23kg/m3이고 유입부와 유체 유출관의 가스사이의 압력차는 2000Pa이다. 와동 발생수단 부근에서 와동지역내의 혼합물의 와동수는 1.73이다. 혼합물은 평균 직경이 14μm인 0.092kg/m3의 고체 입자들을 포함한다. 결과적으로, 고체 입자들의 99.47%가 고체 유출구를 통해 방출되고 0.53%가 유체 유출관을 통해 방출됨이 판명되었다.
[실험예 3]
이 실험예 3에서 사용된 원심분리기의 특성은 다음과 같다:유체 유출관과 와동지역의 하단부들 사이의 비 거리=1.96, 유체 유출관의 제2부분의 비 길이=0.78, 유체 유출관의 절두원추형부분의 비 길이=0.26, 유체 유출관의 제1부분의 비 길이=1.21, 유입부의 비 길이=0.60, 유체 유출관의 제2부분의 비 내경=0.38, 유체 유출관의 제1부분의 비 내경=0.65이다.
가스와 고체 입자들의 혼합물이 원통형 하우징의 유입부로 공급된다. 가스의 밀도는 1.23kg/m3이고, 유입부와 유체 유출관의 가스사이의 압력차는 1980Pa이다. 와동 발생수단 부근에서 와동지역내의 혼합물의 와동수는 1.73이다. 혼합물은 평균 직경이 14μm인 0.093kg/m3의 고체 입자들을 포함한다. 결과적으로, 고체 입자들의 99.57%가 고체 유출구를 통해 방출되고 0.43%가 유체 유출관을 통해 방출됨이 판명되었다.
이하의 실험예 4 내지 6은 비교 대상으로 행해졌다.
[실험예4]
이 실험예 4에서 사용된 원심분리기의 특성은 다음과 같다:유체 유출관과 와동지역의 하단부들 사이의 비 거리=1.53, 유체 유출관의 제2부분의 비 길이=1.21, 유체 유출관의 절두원추형부분의 비 길이=0.26, 유체 유출관의 제1부분의 비 길이=1.21, 유입부의 비 길이=0.60, 유체 유출관의 제2부분의 비 내경=0.38, 유체 유출관의 제1부분의 비 내경=0.65이다.
가스와 고체 입자들의 혼합물이 원통형 하우징의 유입부로 공급된다. 가스의 밀도는 1.23kg/m3이고 유입부와 유체 유출관의 가스사이의 압력차는 1920Pa이다. 와류 발생수단 부근에서 와동지역내의 혼합물의 와동수는 1.73이다. 혼합물은 평균 직경이 14μm인 0.095kg/m3의 고체 입자들을 포함한다. 결과적으로, 고체 입자들의 99.49%가 고체 유출구를 통해 방출되고 0.51%가 유체 유출관을 통해 방출됨이 판명되었다.
[실험예 5]
이 실험예 5에서 사용된 원심분리기의 특성은 다음과 같다:유체 유출관과 와동지역의 하단부들 사이의 비 거리=1.86, 유체 유출관의 제2부분의 비 길이=0.56, 유체 유출관의 절두원추형부분의 비 길이=0.56, 유체 유출관의 제1부분의 비 길이=1.21, 유입부의 비 길이=0.60, 유체 유출관의 제2부분의 비 내경=0.38, 유체 유출관의 제1부분의 비 내경=0.65이다.
가스와 고체 입자들의 혼합물이 원통형 하우징의 유입부로 공급된다. 가스의 밀도는 1.23kg/m3이고 유입부와 유체 유출관의 가스사이의 압력차는 1830Pa이다. 와동 발생수단 부근에서 와동지역내의 혼합물의 와동수는 1.73이다. 혼합물은 평균 직경이 14μm인 0.093kg/m3의 고체 입자들을 포함한다. 결과적으로, 고체 입자들의 99.53%가 고체 유출구를 통해 방출되고 0.47%가 유체 유출관을 통해 방출됨이 판명되었다.
[실험예 6]
이 실험예 6에서 사용된 원심분리기의 특성은 다음과 같다:유체 유출관과 와동지역의 하단부들 사이의 비 거리=1.74, 유체 유출관의 제2부분의 비 길이=1.07, 유체 유출관의 절두원추형부분의 비 길이=0.26, 유체 유출관의 제1부분의 비 길이=1.21, 유입부의 비 길이=0.60, 유체 유출관의 제2부분의 비 내경=0.46, 유체 유출관의 제1부분의 비 내경=0.65이다.
가스와 고체 입자들의 혼합물이 원통형 하우징의 유입부로 공급된다. 가스의 밀도는 1.23kg/m3이고, 유입부와 유체 유출관의 가스사이의 압력차는 1260Pa이다. 와동 발생수단 부근에서 와동지역내의 혼합물의 와동수는 1.73이다. 혼합물은 평균 직경이 14μm인 0.093kg/m3의 고체 입자들을 포함한다. 결과적으로, 고체 입자들의 98.92%가 고체 유출구를 통해 방출되고 1.08%가 유체 유출관을 통해 방출됨이 판명되었다.

Claims (11)

  1. 유체와 고체의 혼합물로부터 고체를 분리하기 위한 원심분리기로서:중간 부분이 원통형인 하우징; 상기 하우징의 제1단부 근방에 배열된 혼합물 유입구; 상기 하우징의 제2단부 근방에 배열된 고체 유출구; 작은 직경부, 큰 직경부 및 상기 직경부와 상기 큰 직경부를 연결하는 절두원추형 부분으로 구성되며, 상기 하우징 내에 등심으로 배열된 유체 유출관으로서, 상기 작은 직경부는 상기 하우징의 내부와 직접적으로 유체 소통하는 자유 단부를 가지며, 상기 큰 직경부는 상기 하우징의 상기 제1단부를 통해 연장하는 상기 유체 유출관; 및 상기 분리기의 사용시, 상기 유입구 근방에서 상기 고체 유출구 근방의 장소까지 상기 하우징의 내부를 통해 연장하는 와동지역으로 구성되는 원심분리기에 있어서, 상기 유체 유출관의 작은 직경부의 자유 단부에서, 와동지역이 연장하는 상기 고체 유출구 근방의 장소까지의 비거리가 1.0과 3.0사이인 것을 특징으로 하는 상기 원심분리기.
  2. 제1항에 있어서, 와동지역이 연장하는 고체 유출구 근방의 장소가, 하우징 내에 와동 안정기가 설치되어 있는 장소에 의하여 정의되는 원심분리기.
  3. 제1항에 있어서, 고체 유출구가 하우징의 테이퍼진 절두원추형 단부에 의해 형성되고, 와동지역이 연장하는 장소가 하우징의 절두원추형 단부의 하류 단부에 의하여 형성되는 원심분리기.
  4. 제1항에 있어서, 와류 발생 수단이 하우징의 제1단부 근방의 유입부 내에 배열되어 있는 원심분리기.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 유체 유출관의 작은 직경부의 비길이가 0.25와 1.0 사이인 원심분리기.
  6. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 유체 유출관의 절두원추형 부분의 비길이가 0.20과 0.30사이인 원심분리기.
  7. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 유체 유출관의 작은 직경부의 비내경이 0.20과 0.40사이인 원심분리기.
  8. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 유체 유출관의 큰 직경부의 비내경이 0.55와 0.75사이인 원심분리기.
  9. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 유체 유출관의 큰 직경부의 비길이가 1.0과 1.4사이인 원심분리기.
  10. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 하우징의 유입부의 비길이가 0.50과 0.70사이인 원심분리기.
  11. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 절두원추형 부분의 최대 내경이 유체 유출관의 큰 직경부의 내경과 동일하거나 그보다 작은 원심분리기.
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