KR20020062755A - 라인 내로 흐르는 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터가스와 액체-고체 입자를 분리하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

라인 내로 흐르는 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터가스와 액체-고체 입자를 분리하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

매체가 흐르는 라인(13)을 갖는 본 발명에 따른 장치(1)에서, 매체 내에 분리 와류(9)를 야기시키는 배플 소자(42)는 상기 라인(13) 내에 배열되므로 가스와 액체-고체 입자는 서로 분리된다.

Description

라인 내로 흐르는 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터 가스와 액체-고체 입자 를 분리하기 위한 장치 및 그 방법{Device for the separation of gas and liquid/solid particles in a mixture of gas and fluid/solid particles flowing in a line and method for the separation thereof}
US-PS 5, 507, 858에는 라인 내로 흐르는 가스-액체 혼합물로부터 가스와 액체를 분리하기 위한 장치 또는 상기 분리 방법이 공지되어 있다. 그러나 상기 장치는 불가피하게 2 개의 출구를 갖는다.
예컨대 공기 필터 하우징의 흡인관 내의 빗물과 같은 자동차 구조 내의 일반적인 방법 기술 및, 다른 기술적 사용 영역에서는, 액체가 가스 또는 증기와 혼합되어 서로 분리되어야 하는 문제점이 빈번히 발생한다. 액체가 일으키는 문제점들은 사용예에 따라 부식, 기능 장해 및 경우에 따라서는 장치가 손상되는 것이다.
채널, 예컨대 내연 기관의 흡인관 내로 흐르는, 측정하고자 하는 매체의 파라미터를 결정하기 위한 측정 소자, 즉 측정 매체를 이용한 측정 장치의 작동중,측정 매체의 주유동 방향에 대항하여, 크랭크 하우징 환기 라인과 같은 라인으로부터 나온 공기, 오일 방울 또는 오일 증기 또는 다른 불순물이 채널 내로 흐를 수 있으며 측정 소자는 오일 또는 불순물에 의해 오염될 수 있다. 따라서 측정 소자의 측정 특성은 분명 악화된다.
역류에 대한 원인들은 예컨대 펄스화된 유동 또는 내연 기관의 정지 단계시의 크랭크 하우징의 압력 감소이다. 상기 크랭크 하우징으로부터는 오일 가스 또는 오일 미스트가 크랭크 하우징 환기 라인을 통해서 흡인관 내에 형성된다. 그렇지 않을 경우, 내연 기관을 향해 있는 흡인관 내로 유동하는 공기는 방지되므로, 오일 입자 또는 불순물은 측정 소자에까지 도달할 수 있다.
본 발명은 제 1 항 또는 제 13 항의 전제부에 따라, 라인 내로 흐르는 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터 가스와 액체-고체 입자를 분리하기 위한 장치 또는 그 분리 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 단면도.
도 2는 측정 소자가 배열된 채널을 갖는, 본 발명에 따른 장치의 단면도.
제 1 항 또는 제 13 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 장치 또는 방법은 이에 반해, 단순한 방법으로 액체 및/또는 고체 입자가, 유동하는 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터 분리될 수 있는 장점을 갖는다.
종속항에 제시된 조치를 통해, 제 1 항에 언급된 장치 또는 제 13 항에 언급된 방법의 바람직한 또 다른 실시예 및 개선이 가능하다.
밸브가 스프링 밸브인 것이 바람직하며, 이는 상기 밸브가 매우 단순하고 비용이 적게 드는 밸브이기 때문이다.
또한 상기 밸브가 채널 내의 라인의 유입구 영역에 배열되는 것이 바람직하며, 이는 이로써 상기 밸브가 그 분리 영역과 함께 라인 내에 배열될 수 있기 때문이다.
상기 밸브가, 라인의 전방 영역 및 후방 영역 사이의 압력비 또는 차압이 상응하게 클 때에만 개방되는 것은 특히 바람직하며, 이는 이로써 라인의 후방 영역 내의 오염이 퍼지는 것이 방지되기 때문이다.
라인 내로 유동하는 매체가 적어도 두 번 대략 180°로 방향 전환되도록 상기 라인이 구성되는 것이 바람직하고, 이는 이로써 분리 와류가 형성되기 때문이며 상기 분리 와류를 통해 오염, 특히 오일 또는 액체가 라인의 내벽 상에 벽막을 형성하거나 또는 큰 방울을 형성하고 유동 매체와 함께 배플 소자 뒤로 쉽게 계속 흐르는 것은 방지된다. 고체 입자는 내벽에도 침전되며 액체와 함께 벽막 내에 혼합물을 형성하므로 액체와 함께 고체 입자는 유동 매체로부터 분리된다.
상기 유동 매체의 방향 전환은 바람직한 방법으로, 상기 배플 소자가 플레이트형이고 배플 소자 영역 내의 라인보다 작은 횡단면을 갖는 링을 횡단면에서 돌출함으로써 이뤄진다.
상기 배플 소자는 바람직한 방법으로 밸브의 밸브 플레이트일 수 있다.
상기 라인은 바람직한 방법으로 측정 소자가 배열된 채널과 연결될 수 있으며, 이는 라인으로부터 불리한 오염 물질이 채널 내로 흐를 때에도 측정 소자가 오염에 대해 보호되기 때문이다.
상기 라인이 채널 내의 그 유입구 영역에서 라발 노즐과 같이 형성되는 것이 바람직하며, 이는 상기 채널 내의 유동이 가속되고 불순물은 측정 소자로부터 이송되기 때문이다.
또한 상기 라인이 그 유입구 영역 내에서 채널에 대해 기울어지게 배열되는것도 바람직하며, 이는 이로써 채널로부터 매체는 측정 소자로부터 이송되기 때문이다.
본 발명의 실시예는 도면에 단순하게 도시되며 하기의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 라인(13) 내로 흐르는 매체, 즉 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터 가스와 액체-고체 입자를 분리하기 위한 장치(1)를 도시한다. 상기 매체는 라인 유동 방향(25)으로 라인(13) 내에서 흐른다. 예컨대 오일 가스 또는 오일 입자와 같은 불리한 성분이 크랭크 하우징으로부터 라인(13) 내로 흐를 수 있다. 많은 경우에서 액체와 고체 입자는 가스와 분리되어야 하므로, 액체 및/또는 고체 입자는 라인 내에 있는 장치에까지 이르지 않는다.
이를 실현하기 위해, 라인(13) 내에는 배플 소자(42)가 배열된다. 유동 매체는 라인(13) 내에서 예를 들어 적어도 두 번 대략 180°로 방향 전환된다. 이로써 분리 와류(19)가 발생되며, 상기 분리 와류는 유동 매체 내의 오일 입자(53) 또는 오일 가스가 라인(13)의 내벽(21) 상에 이르러 상기 벽에서 벽막(51)을 형성하도록 작용한다.
상기 오일 가스 혼합물의 원심 분리에 대해 제시될 수 있다.
경우에 따라 생기는 먼지 입자와 같은 고체 입자는 또한 상기의 방법으로 라인(13) 내에서 유동체로부터 필터링된다. 상기 고체 입자는 액체(53) 및/또는 벽막(51)과 연결된다. 벽막(51)은 내벽(21) 상에서 라인 유동 방향(25)으로 계속 앞으로 움직이며 가스는 라인 횡단면에 있다. 벽막(51)이 라인(13)의 내벽(21) 상에 형성됨으로써, 라인(13)의 유동 매체에는 배플 소자(42)의 유동 방향 하류쪽으로 오일 입자가 없거나 또는 적게 형성된다. 라인(13) 내에서 또한 유동 방향 하류쪽으로 있는 장치는 적은 크기이며 또는 액체 또는 고체 입자와 더 이상 접촉하지 않는다.
상기 배플 소자(42)는 예컨대 플레이트형이며 분리 영역(30)에 배열된다. 플레이트 에지(58)는 유동 매체와 반대 방향으로 정렬된다.
상기 분리 영역(30)에는 채널(13)의 중앙에 대해 약간 기울어지게 형성되고 분리 영역(30)의 라인(13)보다 작은 횡단면 또는 직경(dx)을 갖는 예컨대 링(33)이 배열된다. 배플 소자(42)가 링(33)을 돌출할 때, 즉 링(33) 방향과 직선으로 상기 배플 소자(42)가 라인 유동 방향(25)으로 링(33)으로 이동되면, 상기 배플 소자(42)는 링(33) 상에 접하고 라인(13)은 폐쇄된다.
선(35)은 형성된 분리 와류(19)와 함께, 라인(13)으로의 유동 매체의 유동 곡선을 도시한다.
라인 유동 방향(25)으로 볼 때, 상기 매체는 우선 링(33)을 관류하며 그 후 예컨대 배플 소자(42) 상에 정면으로 부딪치므로 대략 180°로 방향 전환된다. 상기 매체는 분리 영역(30)의 링(33)과 하우징(37) 사이의 영역으로 흐른다. 상기유동 매체는 재차 대략 180°로 방향 전환되며 라인 유동 방향(25)으로 계속 흐른다.
예를 들어 나선형과 같은 구성도 제시될 수 있으며, 상기 구성에서 유동 매체는 180°로 여러번 방향 전환된다.
상기 배플 소자(42)는 예컨대 스프링 밸브인 밸브(17)(도 2)의 밸브 플레이트(42)도 형성할 수 있으며, 즉 인장 스프링(23)을 통한 스프링력으로 라인(13) 내의 압력에 반해 작용한다. 밸브(17)는 밸브 플레이트(42)가 배열된 태핏(28)으로써, 지지부(40), 즉 관을 통해 라인(13) 내에서 안내된다.
라인 유동 방향(25)으로 볼 때, 라인(13) 내에서 밸브(17) 앞으로 전방 영역(46)이 있으며, 라인 유동 방향(25)으로 볼 때, 라인(13) 내에서 밸브(17) 뒤로 후방 영역(48)이 있다. 상기 밸브(17)는 전방 영역(46) 및 후방 영역(48) 사이의 압력비 또는 차압이 상응하게 클 때에만 개방된다. 따라서 압력 하에 매체가 배출될 때 분리 와류(19)의 형성은 커진다.
도 2는 라인(13)이 채널(3) 내로 접하는 것을 도시한다. 상기 실시예에서 채널(3)에는 채널(3) 내에서 부분적으로 연장되는 측정 바디(11) 내의 측정 소자(9)가 배열된다. 상기 측정 소자(9)는 예컨대 라인(3) 내의 또 다른 유동 매체, 측정 매체의 부피 흐름을 측정한다. 상기 채널(3)에는 내연 기관의 흡인관이 사용되며, 측정 매체는 공기이다. 측정될 수 있는 또 다른 파라미터는 예컨대 측정 성분의 압력, 온도, 농도이고/또는 적절한 센서에 의해 측정되는 유동 속도이다. 하나 또는 다수의 측정 소자(9)가 있을 수 있다.
상기 채널(3)에는 주유동 방향(6)이 있다. 측정 소자(9)의 유동 하류쪽으로, 라인(13)은 채널(3) 내로 접하고, 즉 라인(13)은 채널(3)을 향해 라인(13)과 연결된 유입구(15)를 갖는다. 라인(13)은 예컨대 내연 기관의 크랭크 하우징용 환기 라인이다. 특정의 경우에 따라, 오염이 주유동 방향(6)에 반대되게 측정 소자(9)에 이를 수 있으며 측정 소자(9)의 측정 특성에 불리한 방식으로 영구적으로 영향을 미칠 수 있다. 특히 채널(3) 내에 더 이상 매체가 흐르지 않고, 아직 가열된 크랭크 하우징과 연결된 라인(13)으로부터 오일 가스가 누출될 때, 맥동(pulsation), 즉 내연 기관의 작동중 또는 스위치 오프 후의 역류의 경우, 오염은 라인(13)으로부터 측정 소자(9)로 이를 수 있다. 상기 밸브(17)는 유입구(15)의 영역에도 배열될 수 있다.
예컨대 내연 기관이 차단되고 채널(3) 내에 저압이 형성되지 않으면, 상기 밸브(17)는 라인(13)을 폐쇄하며 오일 또는 불순물은 크랭크 하우징으로부터 채널(3) 내로 더 이상 도달할 수 없다. 라인(13) 내의 압력이 채널(3) 내의 압력보다 분명히 더 클 때에야, 밸브(17)는 개방된다. 이때 분리 와류(19)는 재차 형성된다.
내연 기관의 작동중, 내연 기관용 공기가 흡인될 때 채널(3)에는 저압이 있으므로, 밸브(17)의 개구는 개방된다. 라인(13)으로부터의 오일 가스 및 불순물은 채널(3) 내의 주유동 방향(6)으로의 유동을 통해 측정 소자(9)로부터 밀리며 측정 소자(9)의 방향으로는 전혀 도달하지 않는다.
상기 라인(13)은 유입구(15)의 영역에서 라발 노즐과 같이 형성될 수 있는데, 이는 이로써 라인(13) 내로의 유동이 가속되고 불순물은 측정 소자(9)로부터 이송되기 때문이다.
마찬가지로 라인(13)은 그 유입구(15) 영역에서 채널(3)에 대해 기울어지게 배열되며, 이는 이로써 라인(13)으로부터 매체가 측정 소자(9)로부터 이송되기 때문이다. 기울어지게 배열되는 것은, 라인 유동 방향(25)의 벡터 성분이 채널(3) 내의 주유동 방향(6)에 대해 대략 평행하게 연장되는 것을 의미한다.

Claims (15)

  1. 라인 내로 흐르는 매체인 가스-액체-고체 입자 혼합물로부터 가스와 액체-고체 혼합물을 분리하기 위한 장치에 있어서,
    라인(13) 내에는, 유동 매체를 방향 전환하고, 유동 매체의 가스와 액체-고체 입자를 분리시키는 배플 소자(42)가 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 라인(13) 및 배플 소자(42)는, 유동 매체가 라인(13) 내에서 적어도 두 번 대략 180°로 방향 전환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배플 소자(42)는 플레이트형이며, 플레이트 에지(58)는 유동 매체에 대해 반대 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 라인(13)은 배플 소자(42)가 배열된 분리 영역(30)을 가지며, 상기 분리 영역(30)에는, 분리 영역(30)에서 라인(13) 보다 작은 횡단면을 갖는 링(33)이 배열되고, 상기 배플 소자(42)는 횡단면에서 라인 유동 방향(25)에 대해 수직으로 상기 링(33)을 돌출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 라인(13) 내에는 밸브(17)가 배열되며, 상기 배플 소자(42)는 상기 밸브(17)의 밸브 플레이트(42)인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 라인 유동 방향(25)으로 볼 때 라인(13) 내에서 상기 밸브(17) 앞으로 전방 영역(46)이 있으며, 라인 유동 방향(25)으로 볼 때 라인(13) 내에서 상기 밸브(17) 뒤로는 후방 영역(48)이 있고, 상기 밸브(17)는 전방 영역(46) 및 후방 영역(48) 사이의 압력비 또는 차압이 상응하게 클 때에 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 라인(13)은 특히 내연 기관용 연소 공기인 측정 매체가 흐르는 채널(3)에 접하며, 상기 채널(3)에는 적어도 하나의 파라미터, 특히 유동 매체의 부피 흐름을 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 소자(9)가 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 라인(13)은 크랭크 하우징 환기 라인인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 라인(13)은 채널(3) 내에 유입구(15)를 가지며, 상기 라인(13)은 상기 유입구(15)의 영역에서 라발 노즐(56)과 같이 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 밸브(17)는 스프링 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 밸브(17)는 채널(3) 내에서 라인(13)의 유입구(15) 영역에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 라인(13)은 유입구(15)의 영역에서 기울어지게 배열되므로, 라인 유동 방향(25)의 벡터 성분은 주유동 방향(6)에 대략적으로 평행하게 채널(3) 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 라인 내에서 유동하는 매체, 가스-액체-고체 입자 혼합물의 가스와 액체-고체 입자 분리 방법으로서, 매체를 방향 전환하고 가스와 액체-고체 입자를 분리시키는 배플 소자가 라인 내에 배열되는 방법에 있어서,
    상기 배플 소자(42)를 통한 유동 매체의 방향 전환을 통해 분리 와류(19)가 형성되므로, 액체-고체 입자는 원심력을 받으며 라인(13)의 내벽에 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 매체의 액체는 라인 유동 방향으로 볼 때 배플 소자(42)의 뒤로, 라인(13)의 내벽(21) 상에 적어도 부분적으로 벽막(51)을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 유동 매체는 라인(13) 내에서 적어도 두 번 대략 180°로 방향 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
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