KR20230097193A - 디스크 스택을 포함하는 원심 분리기 - Google Patents

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KR20230097193A
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outlet
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chamber
centrifugal separator
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KR1020237019117A
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레오나르드 보리스트룀
올라 쿠르시우스
Original Assignee
알파 라발 코포레이트 에이비
알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

본 발명은 액체 공급 혼합물로부터 무거운 상과 가벼운 상을 분리하도록 구성된 원심 분리기를 제공한다. 분리기는 프레임(2), 구동 부재(3) 및 회전부(4)를 포함한다. 구동 부재(3)는 회전축(X)을 중심으로 프레임(2)에 대해 회전부(4)를 회전시키도록 구성되며, 회전부(4)는 분리 챔버(9)를 둘러싸는 원심기 회전자(5)를 포함한다. 또한, 분리 챔버(9)는 회전축(X)을 중심으로 동축으로 그리고 상단 디스크(11) 아래에 축방향으로 배치된 분리 디스크(10a)의 스택(10)을 포함하고, 원심 분리기(1)는 액체 공급 혼합물을 원심기 회전자(5) 내로 수용하기 위한 입구(14), 무거운 상을 위한 제1 출구(6) 및 가벼운 상을 위한 제2 출구(7)를 더 포함한다. 제2 출구(7)는 상기 상단 디스크(11)에 통합된 출구 챔버(8)에 배치되고, 상기 출구 챔버(8)는 그 최하부 축방향 위치(P1)가 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3) 아래에 축방향으로 위치되도록 배치된다.

Description

디스크 스택을 포함하는 원심 분리기
본 발명은 원심 분리기 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 선박 상에서 유수를 세정하기 위한 원심 분리기에 관한 것이다.
원심 분리기는 일반적으로 액체의 분리 및/또는 액체로부터의 고체의 분리를 위해 사용된다. 동작 중에, 분리될 액체 혼합물은 회전 보울 내로 도입되고, 무거운 입자 또는 치밀한 액체, 일반적으로 물은 회전 보울의 주연부에 축적되고, 반면에 덜 치밀한 액체는 중앙 회전축에 더 근접하여 축적된다. 이는 예를 들어 주연부에 그리고 회전축에 근접하게 각각 배치된 상이한 출구에 의해 분리된 부분의 수집을 허용한다.
원심 분리기는 선박 상에서 빌지수(bilge water)를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 빌지수는 오일 함량을 환경으로의 방출을 위한 국제 규정을 충족하는 수준으로 감소시키도록 처리되어야 한다. 그러나, 빌지수의 세정은 뚜렷한 과제를 야기한다. 빌지수의 조성 및 유동이 지속적으로 변화되어, 연속적이고 효율적인 처리를 어렵게 할 뿐만 아니라, 선상에서의 처리가 또한 다른 제약 세트를 제공한다. 처리 방법은 예를 들어 콤팩트성 및 거친 날씨 조건을 견디는 능력에 대하여 개별 선박의 요건 및 요구를 충족해야 한다.
액체 세정에 있어서의 우수한 효율로 인해 원심 분리가 수십 년 동안 선박 상에서 사용되었지만, 해당 분야에는 더 콤팩트하고 거친 해상의 날씨에서 동작을 더 용이하게 하는 빌지수의 세정을 위한 원심 분리기가 여전히 필요하다.
WO00/5330호는 액체 가벼운 상을 위한 액체 출구가 분배기 내에 배치되는 원심 분리기를 개시한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 한계를 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 콤팩트한 원심 분리기를 제공하는 것이 목적이다. 또한, 본 발명의 목적은 해상에서의 거친 날씨 중에 증가된 동작 능력을 갖는 원심 분리기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태로서, 액체 공급 혼합물로부터 무거운 상과 가벼운 상을 분리하도록 구성된 원심 분리기가 제공되며, 원심 분리기는,
프레임, 구동 부재 및 회전부를 포함하고,
구동 부재는 회전축(X)을 중심으로 프레임에 대해 회전부를 회전시키도록 구성되고,
회전부는 분리 챔버를 둘러싸는 원심기 회전자를 포함하고,
분리 챔버는 회전축(X)을 중심으로 동축으로 그리고 상단 디스크 아래에 축방향으로 배치된 분리 디스크의 스택을 포함하고,
원심 분리기는 액체 공급 혼합물을 원심기 회전자 내로 수용하기 위한 입구, 무거운 상을 위한 제1 출구, 및 가벼운 상을 위한 제2 출구를 더 포함하고,
제2 출구는 상단 디스크에 통합된 출구 챔버에 배치되고, 출구 챔버는 그 최하부 축방향 위치가 분리 디스크의 스택의 최상부 축방향 위치 아래에 축방향으로 위치되도록 배치된다.
원심 분리기는 액체 공급 혼합물의 분리를 위한 것이다. 액체 공급 혼합물은 수성 액체 또는 유성 액체일 수 있다. 예로서, 원심 분리기는 수성 액체로부터 오일 및/또는 입자와 같은 불순물을 분리하기 위한 것일 수 있다. 따라서, 액체 공급물은 적어도 2개의 상, 즉 가벼운 상과 무거운 상으로 분리된다. 무거운 상은 가벼운 상의 밀도보다 높은 밀도를 갖는다. 가벼운 상 및/또는 무거운 상은 액체 상일 수 있다. 대안으로서, 무거운 상은 고체 상일 수 있다. 원심 분리기는 액체 공급 혼합물을 액체 가벼운 상, 액체 무거운 상 및 고체 상, 즉 슬러지 상으로 분리하도록 배치될 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 회전축을 중심으로 회전되도록 배치될 수 있는데, 즉 회전축(X)은 수직으로 연장될 수 있다. 회전부는 원심기 회전자를 포함한다. 원심기 회전자는 일반적으로 스핀들, 즉 회전 샤프트에 의해 지지되고, 따라서 스핀들과 함께 회전하도록 장착될 수 있다. 결과적으로, 회전부는 회전축(X)을 중심으로 회전가능한 스핀들을 포함할 수 있다. 원심 분리기는 원심기 회전자가 스핀들의 하단 단부 또는 상단 단부와 같은 그 단부 중 하나에서 스핀들에 의해 지지되도록 배치될 수 있다.
분리기의 회전부를 회전시키기 위한 구동 부재는 회전자와 고정자를 갖는 전기 모터를 포함할 수 있다. 회전자는 회전부, 예컨대 스핀들에 고정 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 적절한 전달부에 의해 회전부를 회전시킬 수 있다.
원심기 회전자는 회전자 벽에 의해 유체 혼합물의 분리가 일어나는 분리 챔버를 둘러싼다. 분리 챔버는 분리 디스크의 스택을 더 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 반경 방향에 대해 30 내지 50도, 바람직하게는 약 40도의 범위 내에 있을 수 있다.
분리 디스크는 각각의 2개의 인접한 분리 디스크 사이에 통로를 형성하도록 서로로부터 거리를 두고 회전축(X)을 중심으로 동축으로 배치된다. 디스크 패키지 내의 분리 디스크는 분리될 액체 혼합물이 스택의 각각의 2개의 인접한 분리 디스크 사이의 통로에서 반경방향 내향으로 유동하도록 배치될 수 있다.
분리 디스크의 스택은 또한 상단 디스크 아래에 축방향으로 배치된다.
본원에서 사용된 바와 같이, "축방향으로"이라는 용어는 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"이라는 용어는 회전축(X)으로부터 반경방향으로 연장되는 방향을 나타낸다. 따라서, "반경방향 내측 위치"는 "반경방향 외측 위치"에 비해 회전축(X)에 더 가까운 위치를 지칭한다.
그러나, 상단 디스크는 분리된 무거운 상을 분리 챔버로부터 축방향으로 상단 디스크 위로 안내하기 위해 디스크 스택의 분리 디스크보다 큰 외측 반경을 가질 수 있다. 상단 디스크는 또한 디스크 스택의 분리 디스크에 비해 더 큰 두께를 가질 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 상단 디스크는 분리 디스크의 스택의 분리 디스크보다 더 큰 두께를 갖는다.
실시예에서, 상기 상단 디스크는 원심기 회전자의 벽과 통합된다.
따라서, 상단 디스크는, 예를 들어 원심기 회전자의 상부 부분의 내벽에 의해 형성될 수 있다.
원심 분리기는, 분리된 무거운 액체 상이 분리 챔버의 주연부를 향해 이동하고, 그 후 상단 디스크의 상부측을 따라 제1 출구로 안내되도록 배치될 수 있다.
원심 분리기는 또한 분리될 액체 혼합물(액체 공급 혼합물)을 위한 입구를 포함한다. 이 입구는 원심기 회전자 내로 연장되는 입구 파이프를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 입구 파이프는 회전축(X)에 배치될 수 있다.
무거운 상을 위한 제1 출구는 액체 출구 또는 슬러지 출구일 수 있다. 원심기 회전자는, 예를 들어 그 외주에 간헐적으로 개방가능한 출구 형태의 반경방향 슬러지 출구의 세트를 포함할 수 있다. 이들은 액체 공급 혼합물 내의 슬러지 또는 다른 고체와 같은 더 높은 밀도의 성분의 배출을 위한 것일 수 있다. 또한, 원심기 회전자는 슬러지 및/또는 무거운 상의 소정의 유동이 연속적으로 배출되는 개방 노즐을 외주에 포함할 수 있다.
가벼운 상을 위한 제2 출구는 액체 출구이다. 이는 제1 출구보다 작은 반경에 배치된다.
예로서, 원심 분리기는 무거운 상을 위한 제1 액체 출구, 가벼운 상을 위한 제2 액체 출구 및 분리된 슬러지를 위한 슬러지 출구를 포함할 수 있다.
원심 분리기는 분리된 무거운 액체 상이 분리 챔버의 주연부를 향해 이동하고 그 후 상단 디스크의 상부측을 따라 제1 출구로 안내되도록 배치될 수 있다.
또한, 제2 출구는 출구 챔버가 그 최하부 축방향 위치가 분리 디스크의 스택의 최상부 축방향 위치 아래에 축방향으로 위치되는 상태로 배치되도록 상단 디스크에 통합된 출구 챔버에 배치된다. 따라서, 제2 출구 챔버는 상단 디스크에 통합된 챔버로서 배치될 수 있다.
따라서, 제1 양태에 따른 원심 분리기에 따르면, 제2 출구 챔버는 분리 디스크의 스택 내로 아래로, 예컨대 디스크 스택의 중앙 위치 내로 아래로 축방향으로 연장되도록 상단 디스크 내에 형성된다. 중앙 부분은 따라서 디스크 스택의 분리 디스크의 내측 반경 내에 형성될 수 있다.
예로서, 전체 제2 출구 챔버는 분리 디스크의 스택 내에 축방향으로 배치될 수 있다. 대안으로서, 제2 출구 챔버의 일부, 예컨대 하부 부분은 분리 디스크의 스택 내에 축방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 상단 디스크 내에 통합된 제2 출구 챔버를 이것이 분리 디스크의 스택 내로 아래로 축방향으로 연장되도록 형성하고, 회전부의 높이 및 따라서 전체 원심 분리기의 높이는 분리 용량을 유지하는 상태에서 감소될 수 있다는 통찰에 기초한다. 이는 해상에서의 거친 날씨 동안 유리할 수 있는 그 폭에 대해 더 낮은 높이를 갖는 분리기의 회전부를 제공한다.
또한, 분배기 내에 통합된 액체 출구 챔버를 갖는 것과 대조적으로, 상단 디스크 내에 통합된 출구 챔버 내에 배치된 제2 출구를 가짐으로써, 출구 챔버로의 입구를 형성하는 레벨 링(level ring)은 전체 원주 둘레에서 개방될 수 있어서 더 적은 압력 감소를 제공한다. 출구 챔버가 분배기 내에 있는 경우, 출구 챔버 내로의 개구 또는 채널만이 존재할 수 있고, 동작 중에 해당 부품이 함께 유지되기 위해 이러한 개구 사이에는 분배기의 충분한 고체 재료가 존재한다.
제1 양태의 실시예에서, 제2 출구는 가벼운 상을 배출하기 위한 고정 페어링 장치(stationary paring device)를 포함한다.
따라서, 동작 중에, 액체 가벼운 상은 제2 출구 챔버 내에서 회전부와 함께 회전하는 액체 본체를 형성할 수 있고, 제2 출구 챔버 내에 배치된 고정 페어링 장치는 제2 출구를 통해 원심 분리기로부터 액체 가벼운 상을 페어링하도록 배치될 수 있다. 고정 페어링 장치는 환형 페어링 디스크와 같은 페어링 디스크일 수 있다.
예로서, 페어링 장치는 분리 디스크의 스택의 최상부 축방향 위치에 또는 그 아래에 축방향으로 배치될 수 있다. 따라서, 제2 챔버는 또한 제2 출구 챔버 내의 페어링 장치가 분리 디스크의 스택의 최상부 축방향 위치에 또는 그 아래에 축방향으로 배치되도록 분리 디스크의 스택 내로 축방향으로 아래로 연장될 수 있다.
예로서, 고정 페어링 장치는 페어링 디스크일 수 있다. 따라서, 이러한 디스크는 회전축(X)을 중심으로 연장될 수 있다. 그러나, 고정 페어링 장치는 임의의 다른 유형의 출구 원심 펌프일 수 있다.
실시예에서, 분리 디스크는 내측 반경(R)을 갖는 중앙 관통 구멍을 포함하고, 따라서 제2 출구 챔버는 분리 디스크의 중앙 관통 구멍에 의해 형성된 개구 내로 아래로 연장되도록 상단 디스크에 통합될 수 있다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 분리 디스크의 스택은 제1 내측 반경(R1)을 갖는 분리 디스크의 제1 세트 및 제2 내측 반경(R2)을 갖는 분리 디스크의 제2 세트를 포함하고, 여기서 R2>R1이고, 출구 챔버의 최하부 축방향 위치는 분리 디스크의 제2 세트 내에서 반경방향으로 위치된다.
따라서, 분리 세트의 제2 세트는 제2 출구 챔버를 둘러쌀 수 있다. 즉, 제2 출구 챔버의 전체 또는 하부 부분은 제2 세트와 동일한 축방향 위치에 있을 수 있지만, R2 내에 반경방향으로 형성된 내측 공간 내에 반경방향으로 배치된다.
제2 세트는 스택에서 분리 디스크의 축방향 최상부 세트로서 배치될 수 있다.
따라서, 예를 들어 제2 출구 챔버 내에 원하는 페어링 장치를 끼우기 위한 제2 출구 챔버를 위한 충분한 공간을 얻기 위해, 최상부 분리 디스크의 내측 반경은 확대될 필요가 있을 수 있다.
예로서, 제2 세트는 적어도 20개의 분리 디스크, 예컨대 적어도 10개의 분리 디스크를 포함한다.
또한, R2는 R1보다 적어도 10%, 예컨대 적어도 15%, 예컨대 적어도 20% 클 수 있다.
분리 디스크의 제1 및 제2 세트는 동일한 외측 반경을 가질 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 입구는 회전축(X)을 중심으로 원심기 회전자 내로 연장되는 입구 파이프를 포함할 수 있다. 제2 출구 챔버는 이러한 입구 파이프를 중심으로 배치될 수 있다. 따라서, 입구 파이프는 또한 분리 디스크의 세트의 중앙 관통 구멍에 의해 형성된 개구 내에서 연장될 수 있다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 분리 디스크의 스택은 분배기와 상단 디스크 사이에 축방향으로 배치되고, 분배기는 상단 디스크 및 출구 챔버와는 별개의 부품으로서 배치된다.
따라서, 분리 디스크의 스택은 분배기에 의해 지지되고 상단 디스크와 분배기 사이에서 축방향으로 압축될 수 있다. 분배기는 입구로부터 분리 챔버로 액체 공급 혼합물을 안내하도록 배치된다. 따라서, 분배기는 액체 공급 혼합물을 안내하기 위한 채널의 세트를 포함하거나 형성할 수 있다. 이들 채널은 공급물을 반경방향 외향으로 안내하도록 배치될 수 있다. 입구는 분배기를 통해 연장되는 입구 파이프를 포함할 수 있다.
분배기는 액체 가벼운 상을 위한 출구 챔버 및 상단 디스크와는 별개의 부품으로서 배치될 수 있으며, 이는 액체 가벼운 상을 위한 출구 챔버가 분배기에 통합되지 않고 상단 디스크에만 통합될 수 있다는 것을 의미한다.
결과적으로, 실시예에서, 분리 디스크의 스택은 분배기와 상단 디스크 사이에 축방향으로 배치되고, 분배기는 입구로부터 분리 챔버로 액체 공급 혼합물을 안내하도록 배치되고 상단 디스크 및 출구 챔버와는 별개의 부품으로서 배치된다.
따라서, 제2 출구를 위한 출구 챔버는 분배기의 상단 위에 축방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 상단 디스크는 분리 챔버로부터 제2 출구 챔버로의 입구의 반경방향 레벨을 더 형성한다. 따라서, 반경방향 레벨은 상단 디스크에 통합된 레벨 링에 의해 형성될 수 있으며, 이러한 레벨 링은 그 원주의 대부분의 둘레에, 예컨대 그 전체 원주 둘레에서 개방될 수 있다. 따라서, 그 원주의 대부분은 그 원주의 50% 초과를 의미할 수 있다. 예로서, 레벨 링은 그 원주의 75% 초과, 예컨대 그 원주의 90% 초과 둘레에서 개방될 수 있으며, 예컨대 전체 원주 둘레에서 개방될 수 있다.
원심 분리기에서 형성된 무거운 액체 상과 가벼운 액체 상 사이의 계면의 반경방향 위치는 분리 챔버로부터의 오버플로우 경계를 형성하는 위어(weir)의 반경방향 위치에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 오버플로우 경계는 분리된 상이 배출될 수 있는 출구 챔버로의 입구를 형성한다. 가벼운 상 측의 위어는 일반적으로 레벨 링이라 칭하고, 무거운 상 측의 위어는 중력 디스크라 칭한다. 따라서, 상단 디스크는 레벨 링이 상단 디스크에 통합되도록 배치될 수 있다. 따라서, 실시예에서, 원심 분리기는 액체 가벼운 상을 위한 출구 챔버에 대한 반경방향 오버플로우 경계를 형성하기 위한 개별 위어 또는 레벨 링을 포함하지 않지만, 이러한 기능은 대신에 상단 디스크의 치수에 통합된다.
계면 위치를 제어하는 대안적인 방식은 하나 또는 양 상의 배압 제어를 사용하는 것이다. 레벨 링이 잠기게 될 때(계면을 제어하지 않음), 페어링 챔버의 외벽이 페어링 디스크에 의해 야기된 난류를 차단하고, 이러한 방식으로 디스크 스택 내의 유동이 교란되지 않기 때문에 여전히 긍정적인 효과가 있다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 원심 분리기는 선박 상에서 빌지수로부터 해양 오일 오염물을 분리하기 위한 것이다.
따라서, 빌지수는 분리된 액체 무거운 상을 형성할 수 있는 반면, 오일 오염물은 원심 분리기로부터 액체 가벼운 상으로서 배출될 수 있다.
분리기는 빌지수가 분리 후 선상에서 배출하기에 안전하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 제2 양태로서, 수성 공급 혼합물로부터 불순물을 분리하는 방법이 제공되고, 방법은,
a) 상기 제1 양태에 따른 원심 분리기를 제공하고 분리기의 회전부를 회전시키는 단계;
b) 수성 공급 혼합물을 분리 챔버 내에 도입하는 단계; 및
c) 정제된 수성 상 및 분리된 불순물을 분리기로부터 2개의 상이한 상으로서 배출하는 단계를 포함한다.
이 양태는 일반적으로 전자의 양태와 동일하거나 대응하는 장점을 나타낼 수 있다. 이 제2 양태의 효과 및 특징은 제1 양태와 관련하여 전술한 것과 대부분 유사하다. 제1 양태와 관련하여 언급된 실시예는 제2 양태와 대부분 호환가능하다.
불순물은 오일 상일 수 있다. 불순물은 제2 액체 출구를 거쳐 배출될 수 있는 반면, 정제된 수성 상은 제1 출구를 거쳐 배출될 수 있다.
제2 양태의 실시예에서, 수성 공급 혼합물은 선박 상의 빌지수이다.
빌지수는 선체 바로 위의 선박의 최하부 부분에 위치되는 선박의 빌지 웰(bilge well)에 수집된다. 빌지수는 기계류 공간, 내부 배수 시스템, 슬러지 탱크 및 다양한 다른 소스로부터의 유체를 포함할 수 있고, 따라서 물과 세제 및 다른 화학물질, 연료유, 윤활유, 유압유, 캣 파인(cat fine), 오일 첨가제, 그을음 및 오물의 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 분리된 불순물은 예를 들어 연료유, 윤활유, 유압유, 캣 파인, 오일 첨가제, 그을음 및/또는 오물을 포함할 수 있다.
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 원심기 회전자의 단면의 개략도를 도시한다.
도 3은 상단 디스크, 가벼운 상을 위한 출구 및 분리 디스크의 세부 사항을 추가로 도시한다.
도 4는 분리 디스크의 실시예를 도시한다.
본 개시내용에 따른 원심 분리기는 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명에 의해 더 설명될 것이다.
도 1 및 도 2는 액체 공급 혼합물로부터 무거운 상과 가벼운 상을 분리하도록 구성된 원심 분리기(1)의 실시예의 단면을 도시한다. 원심 분리기(1)는 원심기 회전자(5)와 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 고정 요소 및 회전가능 요소를 포함할 수 있고, 회전가능 요소는 스핀들(4a)을 둘러싸며 이에 연결되어 동작 중에 구동 토크를 스핀들(4a)에 전달하고 따라서 원심기 회전자(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 피니언 및 스핀들(4a)에 연결된 요소를 포함하는 웜 기어의 형태일 수 있다. 전달 수단은 대안적으로 프로펠러 샤프트, 구동 벨트 등의 형태를 취할 수 있고, 구동 모터는 대안적으로 스핀들(4a)에 직접 연결될 수 있다.
도 2에 더 상세하게 도시되는 원심기 회전자(5)는 하단 베어링(22)과 상단 베어링(21)에서 수직 회전축(X)을 중심으로 프레임(2)에 회전가능하게 배치되는 스핀들(4a)에 의해 지지된다. 고정 프레임(2)은 원심기 회전자(5)를 둘러싼다.
원심기 회전자(5)는 그 자체 내에 분리 챔버(9)를 형성하고, 분리 챔버(9)에서 분리 디스크(10a)의 스택(10)이 회전축(X)을 중심으로 동축으로 그리고 상단 디스크(11) 아래에 축방향으로 배치되고, 따라서 원심기 회전자(5)와 함께 회전하도록 배치된다. 분리 디스크(10a)는 적어도 가벼운 상과 무거운 상으로의 액체 혼합물의 효율적인 분리를 제공한다. 가벼운 상은 액체 가벼운 상일 수 있다. 따라서, 분리 챔버(9)에서, 동작 중에 예를 들어 액체 공급 혼합물의 원심 분리가 일어난다.
분리 챔버(9)는, 이 실시예에서, 원심기 회전자(5)의 상부 부분(28), 분배기(13), 및 축방향 이동가능 동작 슬라이드(18) 사이에 한정된다.
스택(10)은 분배기(13)에 의해 그 축방향 최하부 부분에서 지지된다. 분배기(13)는 회전자의 중심으로부터 회전자의 분리 챔버(9) 내의 미리결정된 반경방향 레벨까지 액체를 안내하도록 배치된 환형 원추형 기부 부분과, 기부 부분으로부터 상향으로 연장되는 중앙 목 부분을 포함한다.
원심 분리기(1)는 분배기(13) 내부 또는 아래에 형성된 중앙 입구 챔버 형태의 입구(14)를 더 포함하며, 분리될 액체 공급 혼합물의 공급을 위해 고정 입구 파이프(14a)가 상기 입구 내부로 연장된다. 입구(14)는 분배기(13)에 형성된 통로(20)를 통해 분리 챔버(9)와 연통한다.
상단 디스크(11)와 원심기 회전자(5)의 상부 내벽부는 분리 챔버(9)의 적어도 하나의 반경방향 외측 부분으로부터 원심기 회전자(5)의 중앙 부분을 향해 연장되는 적어도 하나의 채널(25)을 한정한다. 제1 출구(6)는 분리된 액체 무거운 상의 배출을 위해 적어도 하나의 채널(25)과 유체 연통하는 제1 출구 챔버(15) 내에 배치된다. 페어링 디스크 형태의 고정 페어링 장치(16)가 무거운 상을 출구 파이프(6a)로 배출하기 위해 분리된 무거운 상을 위해 출구 챔버(15) 내에 배치된다.
디스크 스택(10)의 반경방향 내측 부분은 액체 공급 혼합물의 분리된 가벼운 상을 위한 제2 출구(7)와 연통한다. 제2 출구(7)는 디스크 스택(10)의 상부 축방향 단부에 제공된 상단 디스크(11)에 통합되는 제2 출구 챔버(8) 내에 배치된다. 분리된 액체 가벼운 상을 위한 제2 출구 챔버(8)는 출구 파이프(7a) 내로의 가벼운 상의 배출을 위한 페어링 디스크 형태의 고정 페어링 장치(12)를 포함한다. 페어링 디스크(12)는 고정 입구 파이프(14a)에 의해 제2 출구 챔버(8) 내에 지지된다.
원심기 회전자(5)에는 분리 챔버(9)의 반경방향 외주로부터 출구(17)가 더 제공된다. 이러한 출구(17)는 회전자 축(X)을 중심으로 균일하게 분포되고 액체 공급 혼합물의 슬러지 성분의 간헐적인 배출을 위해 배치된다. 슬러지 성분은 슬러지 상을 형성하는 치밀한 입자를 포함한다. 출구(17)의 개방은 해당 분야에 공지된 바와 같이 채널(19) 내의 동작수(operating water)에 의해 작동되는 동작 슬라이드(18)에 의해 제어된다. 도면에 도시되는 위치에서, 동작 슬라이드(18)는 그의 주연부에서 원심기 회전자(5)의 상부 부분(28)에 밀봉되게 접하여, 분리 챔버(9)를 원심기 회전자(5)를 통해 존재하며 그를 통해 연장되는 출구(17)와의 연결로부터 폐쇄한다.
그러나, 원심 분리기(1)는 고체 벽 보울 원심기, 즉 원심기 회전자(5)의 주연부에 출구가 없는 원심기일 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같은 분리기의 동작 중에, 원심기 회전자(5)는 구동 모터(3)에 의해 회전하게 된다. 입구 파이프(14a)를 거쳐, 분리될 액체 공급 혼합물이 분리 공간(9) 내로 운반된다. 밀도에 따라, 액체 공급 혼합물 내의 상이한 상은 스택(10)의 분리 디스크(10a) 사이에서 분리된다. 수 상(water phase) 및 슬러지 상과 같은 더 무거운 성분은 분리 디스크(10a) 사이에서 반경방향 외향으로 이동하는 반면, 오일 상과 같은 최저 밀도의 상은 분리 디스크(10a) 사이에서 반경방향 내향으로 이동하고, 제2 액체 출구 챔버(8) 내에 배치된 제2 출구(7)를 통해 가압된다. 대신, 더 높은 밀도의 액체는 가벼운 상을 위한 출구(7)의 반경방향 레벨보다 큰 반경방향 거리에 배치된 무거운 상을 위한 액체 출구(6)를 통해 배출된다. 따라서, 분리 동안, 더 낮은 밀도의 액체와 더 높은 밀도의 액체 사이의 중간 상이 분리 챔버(9) 내에, 예를 들어 분리 디스크의 스택 내에서 반경방향으로 형성된다. 고체 또는 슬러지가 분리 챔버(9)의 주연부에서 슬러지 공간에 축적되고, 슬러지 출구(17)가 개방되는 것에 의해 원심기 회전자 내로부터 간헐적으로 비워지고, 그 결과 슬러지 및 소정량의 유체가 원심력에 의해 분리 챔버(17)로부터 배출된다. 그러나, 슬러지의 배출은 또한 연속적으로 일어날 수 있고, 이러한 경우에 슬러지 출구(17)는 개방 노즐의 형태를 취하고, 슬러지 및/또는 무거운 상의 소정의 유동이 원심력에 의해 연속적으로 배출된다.
도 3은 상단 디스크(11) 및 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 상부 부분의 확대도를 도시한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 가벼운 상을 위한 제2 출구(7)는 상단 디스크(11)에 통합된 출구 챔버(8) 내에 배치된다. 따라서, 이 실시예에서, 제2 출구 챔버는 상단 디스크(11) 내에 챔버로서 배치되는데, 즉 출구 챔버(8) 및 상단 디스크(11)는 단일 부품을 형성한다. 또한, 시각화된 바와 같이, 가벼운 상을 위한 출구 챔버(8)는 그 최하부 축방향 위치(P1)가 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3) 아래에 축방향으로 위치되도록 배치된다. P3은 이 실시예에서 디스크 스택(10)에 상부 디스크로서 배치된 분리 디스크(10a)의 중앙 관통 구멍의 축방향 위치이다. 또한, 고정 페어링 디스크(12)는 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3) 아래에 축방향으로 배치될 수 있다. 그러나, 고정 페어링 디스크(12)는 대략 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3)에 배치될 수 있다.
따라서, 출구 챔버(8)는 축방향 상부 위치(P2)와 축방향 하부 위치(P1) 사이에서 상단 디스크(11)에 통합된다. 실시예에서, 또한 축방향 상부 위치(P2)는 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3) 아래에 위치된다.
상단 디스크(11) 내의 통합된 출구 챔버(8)를 위한 공간을 만들기 위해, 분리 디스크(10a)의 스택(10)은 제1 내측 반경(R1)을 갖는 분리 디스크(10a)의 제1, 하부 세트(10b) 및 제2 내측 반경(R2)을 갖는 분리 디스크(10a)의 제2, 상부 세트(10c)를 포함한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, R2는 출구 챔버(8)의 최하부 축방향 위치(P1)가 분리 디스크(10a)의 제2, 상부 세트(10c) 내에서 반경방향으로 위치되도록 R1보다 크다.
이 예에서, 분리 디스크의 제1 세트(10b) 및 제2 세트(10c)의 외측 반경(R외측)은 동일하다.
제2 세트(10c)는, 예를 들어 10개 내지 30개의 분리 디스크(10a)와 같은 적어도 10개의 분리 디스크(10a)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 세트(10c)는 스택(10) 내의 분리 디스크(10a)의 축방향 최상부 세트로서 배치된다. 도 3에서, 몇 개의 분리 디스크만이 도시된다. 전체적으로, 디스크 스택은 예를 들어 80개 내지 180개의 분리 디스크를 포함할 수 있다.
이격 부재(21)에 의해 생성되는 분리 디스크(10a) 사이의 전형적인 거리는 0.75mm 미만, 예를 들어 0.6mm 미만, 예를 들어 약 0.5mm일 수 있다. 실시예에서, 분리 디스크 사이의 거리는 0.4 내지 0.75mm, 예를 들어 0.4 내지 0.6mm, 예를 들어 약 0.4 내지 0.5mm이다.
스택(10) 내의, 즉 디스크의 제1 세트(10b) 및 제2 세트(10c)의 양자 모두 내의 분리 디스크(10a)는 동일한 두께를 가질 수 있다. 그러나, 상단 디스크(11)는 스택(10)의 분리 디스크(10a)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 또한, 상단 디스크(11)는 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 반경(R외측)보다 큰 반경(R상단)을 가질 수 있다.
또한, 도 3에 도시되는 바와 같이, 상단 디스크(11)는 분리 챔버(9)로부터 제2 출구 챔버(8)로의 입구의 반경방향 레벨(r1)을 추가로 형성한다. 따라서, 레벨 링(30)은 상단 디스크에 통합되는데, 즉 상단 디스크(11) 자체는 분리된 액체 가벼운 상을 출구 챔버(8)로 이송하기 위한 통로(27)의 외측 반경방향 레벨, 즉 오버플로우 출구를 형성한다. 본 발명에 따른 배치에 따르면, 레벨 링(30)은 그 원주 전체 둘레에서 개방될 수 있으며, 이에 의해 출구 챔버(8)로의 진입시 분리된 액체 가벼운 상의 압력 강하를 거의 제공하지 않는다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 출구 챔버(8)는 분배기(13)의 상단 위에 축방향으로 배치된다.
다른 실시예에서, 상단 디스크(11)는 원심기 회전자(5)의 벽에 통합된다. 예로서, 상단 디스크는 원심기 회전자(5)의 상부 부분(28)의 내벽에 형성될 수 있다. 그리고, 분리 챔버(9)의 적어도 하나의 반경방향 외측 부분으로부터 원심기 회전자(5)의 중앙 부분을 향해 연장되는 채널(25)은 원심기 회전자(5)의 상부 부분(28) 내에 채널로서 형성될 수 있다.
도 4는 분리 디스크의 스택(10)에 사용될 수 있는 분리 디스크(10a)의 예를 도시한다. 분리 디스크(10a)는 내측 반경(R1)을 형성하는 중앙 관통 구멍(26) 둘레에서 내측 및 외측 분리 표면을 구비한 절두원추형 분리부(22)이다.
분리부(22)에는 분리 디스크(10a)의 스택에 의해 형성된 스택(10) 내의 각각의 2개의 인접한 분리 디스크 사이에 통로를 형성하기 위한 거리를 제공하는 직선 세장형 코크(caulk)(21) 형태의 복수의 거리 부재가 제공된다. 도 4의 코크(21)는 디스크(10a)의 반경과 소정 각도로 형성되지만, 코크(21)는 또한 직선 반경방향 코크, 즉 디스크(10a)의 반경과 각도를 형성하지 않는 코크일 수 있다. 코크는 디스크(10a)의 절두원추형 분리부의 외측 표면에 체결되고, 디스크의 원주 둘레에 분포된다. 코크(21)는 또한 또는 대안으로서 디스크의 내측 표면 상에 제공될 수 있다. 코크는 또한 디스크(10a)의 일체형 부분으로서 형성될 수 있다. 분리 디스크(10a)에는 분리 디스크(10a)의 반경방향 외측 부분(23)에 슬릿(24) 형태의 복수의 절취부가 제공되며, 슬릿(24)은 분리 디스크(10a)의 외측 반경을 향해 개방된다. 슬릿(24)의 개수는 코크(21)의 개수에 대응하고, 슬릿은 코크(21) 사이에서 디스크(10a)의 원주 둘레에 분포된다.
추가로, 또는 보완으로서, 분리 디스크(10a)는 분리부(22) 내에 다수의 관통 구멍을 구비할 수 있다. 절취부 및 이러한 관통 구멍은 스택을 통한 액체 공급 혼합물을 위한 축방향 분배 채널을 형성하도록 분리 디스크(10a)의 스택(10)에서 정렬될 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 수평으로 배향된 회전축을 갖는 원심 분리기를 포함한다. 위에서, 본 발명의 개념은 제한된 수의 예를 참조하여 주로 설명되었다. 그러나, 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 무거운 상과 가벼운 상을 분리하도록 구성되는 원심 분리기(1)이며,
    프레임(2), 구동 부재(3) 및 회전부(4)를 포함하고,
    구동 부재(3)는 회전축(X)을 중심으로 프레임(2)에 대해 회전부(4)를 회전시키도록 구성되고,
    회전부(4)는 분리 챔버(9)를 둘러싸는 원심기 회전자(5)를 포함하고,
    분리 챔버(9)는 회전축(X)을 중심으로 동축으로 그리고 상단 디스크(11) 아래에 축방향으로 배치된 분리 디스크(10a)의 스택(10)을 포함하고,
    원심 분리기(1)는 액체 공급 혼합물을 원심기 회전자(5) 내로 수용하기 위한 입구(14), 무거운 상을 위한 제1 출구(6), 및 가벼운 상을 위한 제2 출구(7)를 더 포함하며,
    제2 출구(7)는 상기 상단 디스크(11)에 통합된 출구 챔버(8)에 배치되고, 상기 출구 챔버(8)는 그 최하부 축방향 위치(P1)가 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3) 아래에 축방향으로 위치되도록 배치되는 원심 분리기(1).
  2. 제1항에 있어서,
    분리 디스크(10a)의 스택(10)은 분배기(13)와 상단 디스크(11) 사이에 축방향으로 배치되고, 분배기(13)는 액체 공급 혼합물을 입구(14)로부터 분리 챔버(9)로 안내하도록 배치되고 상단 디스크(11) 및 출구 챔버(8)와는 별개의 부품으로서 배치되는 원심 분리기(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제2 출구(7)는 가벼운 상을 배출하기 위한 고정 페어링 장치(12)를 포함하는 원심 분리기(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고정 페어링 장치(12)는 분리 디스크(10a)의 스택(10)의 최상부 축방향 위치(P3)에 또는 그 아래에 축방향으로 배치되는 원심 분리기(1).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 고정 페어링 장치(12)는 페어링 디스크인 원심 분리기(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리 디스크(10a)의 스택(10)은 제1 내측 반경(R1)을 갖는 분리 디스크(10a)의 제1 세트(10b) 및 제2 내측 반경(R2)을 갖는 분리 디스크(10a)의 제2 세트(10c)를 포함하고, R2>R1이며, 출구 챔버(8)의 최하부 축방향 위치(P1)는 상기 분리 디스크(10a)의 제2 세트(10c) 내에 반경방향으로 위치되는 원심 분리기(1).
  7. 제6항에 있어서,
    제2 세트(10c)는 적어도 10개의 분리 디스크(10a)를 포함하는 원심 분리기(1).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    제2 세트(10c)는 스택(10) 내의 분리 디스크(10a)의 축방향 최상부 세트로서 배치되는 원심 분리기(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상단 디스크(11)는 상기 분리 디스크의 스택(10)의 분리 디스크(10a)보다 큰 두께를 갖는 원심 분리기(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상단 디스크(11)는 분리 챔버(9)로부터 상기 제2 출구 챔버(8)로의 입구의 반경방향 레벨(r1)을 더 형성하는 원심 분리기(1).
  11. 제10항에 있어서,
    반경방향 레벨(r1)은 상단 디스크(11)에 통합된 레벨 링(30)에 의해 형성되며, 상기 레벨 링(30)은 그 원주의 대부분의 둘레에서 개방되는 원심 분리기(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상단 디스크(11)는 원심기 회전자(5)의 벽과 통합되는 원심 분리기(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    원심 분리기(1)는 선박 상에서 빌지수로부터 해양 오일 오염물을 분리하기 위한 것인 원심 분리기(1).
  14. 수성 공급 혼합물로부터 불순물을 분리하는 방법이며,
    a) 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 원심 분리기(1)를 제공하고, 상기 분리기(1)의 상기 회전부(4)를 회전시키는 단계;
    b) 수성 공급 혼합물을 분리 챔버(9) 내로 도입하는 단계; 및
    c) 상기 분리기(1)로부터 정제된 수성 상 및 분리된 불순물을 2개의 상이한 상으로서 배출하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    수성 공급 혼합물은 선박 상의 빌지수인 방법.
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