JP2017018868A - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費エネルギーを低減できる遠心分離装置を提供する。
【解決手段】底板１０には、外胴ボウル１１０側の内端面１０ｂと外側の外端面１０ａとの間を貫通し、外胴ボウル１１０で分離された液体を外側へ排出する流路１２が形成されている。また、流路１２は、底板１０の内部において、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜する。このように、流路１２が傾斜することによって、液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーとして回生することができる。また、流路１２は、底板１０の内部において傾斜している。底板１０の内部において流路１２が傾斜していることで、そのようなエネルギーのロスが生じることを抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、遠心分離装置に関する。

特許文献１には、円筒形状に形成され、固体と液体との混合液を収容し、回転することで固体と液体とを遠心分離する回転体と、回転体の軸方向における端部に設けられ、回転体を支持する軸部に連結される底板と、を備えた遠心分離装置が記載されている。底板には、回転体側の内端面と外側の外端面との間を貫通し、回転体で分離された液体を外側へ排出する流路が形成されている。

特開２００９−１３６７９０号公報

ここで、遠心分離装置においては、消費エネルギーが大きいという問題があった。上述の遠心分離装置では、底板に形成された液体の排出用の流路が軸方向に沿って真っ直ぐに延びている。このような底板の流路による液体の排出時におけるエネルギーのロスについて改善することが要請されていた。

そこで、本発明は、消費エネルギーを低減できる遠心分離装置を提供することを課題とする。

本発明の一側面に係る遠心分離装置は、円筒形状に形成され、固体と液体との混合液を収容し、回転することで固体と液体とを遠心分離する回転体と、回転体の軸方向における端部に設けられ、回転体を支持する軸部に連結される底板と、を備え、底板には、回転体側の内端面と外側の外端面との間を貫通し、回転体で分離された液体を外側へ排出する流路が形成され、流路は、底板の内部において、内端面から外端面へ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜する。

この遠心分離装置において、底板には、回転体側の内端面と外側の外端面との間を貫通し、回転体で分離された液体を外側へ排出する流路が形成されている。また、流路は、底板の内部において、内端面から外端面へ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜する。このように、流路が傾斜することによって、液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーとして回生することができる。また、流路は、底板の内部において傾斜している。例えば、傾斜した流路を底板から突出する態様で外付けするような構造を採用する場合、風損等の影響によってエネルギーのロスが生じる可能性がある。一方、底板の内部において流路が傾斜していることで、そのようなエネルギーのロスが生じることを抑制することができる。以上により、消費エネルギーを低減することができる。

また、本発明の一側面に係る遠心分離装置において、流路は、径方向から見て、内端面から外端面へ向かって真っ直ぐに延びてよい。この構成によれば、傾斜した流路を容易に形成することができる。

また、本発明の一側面に係る遠心分離装置において、流路は、径方向から見て、内端面から外端面へ向かって段階的に傾斜角度が大きくなってよい。この構成によれば、より効率よく回転エネルギーの回生を行うことができる。

また、本発明の一側面に係る遠心分離装置において、流路は、底板に直接形成された貫通孔によって構成されてよい。この構成によれば、より効率よく回転エネルギーを回生することができる。

また、本発明の一側面に係る遠心分離装置において、底板には、内端面から外端面へ向かって貫通すると共に、底板の内部において、内端面から外端面へ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜するベース貫通部が形成され、流路は、内端面から外端面へ向かって延びる流路形成貫通部を有する流路形成部材を、ベース貫通部に取り付けることによって構成されてよい。この場合、流路形成部材の取り付け元であるベース貫通部自体が傾斜しているため、容易に流路を傾斜させることができる。

また、本発明の一側面に係る遠心分離装置では、外端面において、流路の排出口が最も軸方向における外側に配置されていてよい。すなわち、底板の外端面においては、流路の排出口よりも外側に突出した部分が存在していない。従って、排出口から排出された後の液体が、底板の外端面における他の部分に衝突してエネルギーのロスが生じることを抑制できる。

本発明の一側面に係る遠心分離装置は、円筒形状に形成され、固体と液体との混合液を収容し、回転することで固体と液体とを遠心分離する回転体と、回転体の軸方向における端部に設けられ、回転体を支持する軸部に連結される底板と、を備え、底板には、前記回転体で分離された前記液体を外側へ排出すると共に、前記液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーに回生する回生機構が形成されており、回生機構は、底板の内部に埋め込まれている。

この遠心分離装置において、底板には、回転体で分離された液体を外側へ排出すると共に、液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーに回生する回生機構が形成されている。例えば、傾斜した流路を底板から突出する態様で外付けするような構造を採用する場合、風損等の影響によってエネルギーのロスが生じる可能性がある。一方、回生機構は、底板の内部に埋め込まれている。従って、そのようなエネルギーのロスが生じることを抑制することができる。以上により、消費エネルギーを低減することができる。

本発明によれば、消費エネルギーを低減できる。

図１は、本実施形態に係るスクリュウデカンタ型の遠心分離装置の概略的な構成を示した斜視図である。 図２は、本実施形態に係るスクリュウデカンタ型の遠心分離装置の概略的な構成を示した縦断面図である。 図３は、図１に示す底板の一部を、軸方向における外側から見た図である。 図４は、底板の流路の構成を示す図である。 図５は、変形例に係る流路の構成を示す図である。 図６は、変形例に係る流路を示す図である。 図７は、流路の排出口と他の部材の位置関係を示す図である。

以下、本発明に係る遠心分離装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

固体と液体との混合液に対し、両者を分離する固液分離処理として、回転体内で混合液を高速で回転させ、回転体に加わる径方向の遠心力により固体の沈降速度を高めることで固液分離を促進する、所謂、遠心分離処理が用いられる。本実施形態では、遠心分離処理を実現する遠心分離装置として、スクリュウデカンタ型遠心分離装置を例に挙げて説明する。

図１は、スクリュウデカンタ型の遠心分離装置１００の概略的な構成を示した斜視図であり、図２は、スクリュウデカンタ型の遠心分離装置１００の概略的な構成を示した縦断面図である。説明の便宜上、図１では、主たる内部構造も示している。遠心分離装置１００は、外胴ボウル（回転体）１１０と、ケーシング１１２と、軸受１１４と、底板１０と、軸部２０と、本体駆動用モータ１１６と、フィートパイプ１１８と、内胴スクリュウコンベア１２０と、差速制動機１２２と、ギヤボックス１２４と、を含んで構成される。遠心分離装置１００は、例えば、食品、飲料水、薬品、化学製品、鉄鋼製品等の製造プロセスや、屎尿処理、下水処理、スラリー処理、工場排水処理等の水処理といった様々な分野において、固液分離に利用される。

外胴ボウル１１０は、遠心分離装置１００の長手方向に延びる円筒形状の中空ボウルで形成され、ケーシング１１２内において両端が軸受１１４により回転自在に軸支される。そして、外胴ボウル１１０は、フィートパイプ１１８から供給された、固体と液体との混合液を中空ボウル内に収容し、本体駆動用モータ１１６を動力として回動し、固体と液体とを遠心分離する。

底板１０は、外胴ボウル１１０の軸方向における端部に設けられ、外胴ボウル１１０を支持する軸部２０に連結される。底板１０は、外胴ボウル１１０の端部を封止すると共に、外胴ボウル１１０で分離された液体を外側へ排出する流路（詳細な構造は、後述）を有している。軸部２０は、底板１０の中央位置に接続されており、外胴ボウル１１０とは反対側へ向かって軸方向に沿って延びている。軸部２０は、軸受１１４にて軸支されている。

内胴スクリュウコンベア１２０は、径方向外方に突出したスクリュウ羽根１２０ａを胴体１２０ｂの外周に螺旋状に巻回して構成され、両端が軸受（図示せず）により外胴ボウル１１０と同芯に回転自在に軸支される。したがって、内胴スクリュウコンベア１２０は、外胴ボウル１１０に囲繞されることとなる。そして、内胴スクリュウコンベア１２０は、差速制動機１２２の動力とギヤボックス１２４の遊星歯車機構によって、外胴ボウル１１０と同方向に高速回転するとともに、外胴ボウル１１０と相対的な回転速度差を有して回動する。こうして、内胴スクリュウコンベア１２０は、外胴ボウル１１０の内周面に堆積された固体（堆積物）をスクリュウ羽根１２０ａによって外胴ボウル１１０外に排出する。スキミング機構（図示せず）は、遠心力を利用して、外胴ボウル１１０で分離された液体に気泡が生じるのを抑制しつつ、底板１０の流路から液体を外部に排出する。また、液体排出口（図示せず）の構造を変えることで、液体の質量密度差により、さらに、液体を水分と油分とに分離することもできる。

次に、図３及び図４を参照して本実施形態に係る遠心分離装置１００について説明する。図３及び図４に示すように、底板１０には、軸方向（中心軸線ＣＬが延びる方向）における外胴ボウル１１０側の内端面１０ｂと外側の外端面１０ａとの間を貫通し、外胴ボウル１１０で分離された液体を外側へ排出する流路１２が形成される。流路１２は、底板１０の内部において、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって、軸方向に対して回転方向ＲＴとは反対側へ傾斜する。

具体的には、図４（ａ）に示すように、流路１２は、径方向から見て、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって真っ直ぐに延びている。内端面１０ｂには、外胴ボウル１１０からの液体Ｗが流路１２へ流入するための流入口１６が形成されている。また、外端面１０ａには、液体を流路１２から外部へ排出させるための排出口１７が形成されている。また、流路１２は、周方向において互いに対向する側面１４，１５を有している。側面１４，１５は、互いに平行をなしており、内端面１０ｂの流入口１６から外端面１０ａの排出口１７へ向かって、軸方向に対して回転方向ＲＴとは反対側へ傾斜する。側面１４は、流入口１６から流入した液体Ｗを受ける受面として機能する。なお、流路１２は、径方向に対向する外周面及び内周面を有している。

側面１４は、軸方向に対して傾斜角度θにて傾斜している。なお、側面１４の所定箇所における傾斜角度θの定義について説明する。図４（ａ）に示すように、流路１２を径方向における何れかの位置から見た時、側面１４と中心軸線ＣＬとの交点を基準点Ｐ１とする。このとき、基準点Ｐ１での中心軸線ＣＬと側面１４とがなす角度が、基準点Ｐ１における傾斜角度θとして定義される。また、基準点Ｐ１を通過すると共に中心軸線ＣＬと直交する基準面ＳＦを設定した場合、図４（ｂ）に示すように、側面１４が延びる方向（例えば、側面１４の中心線が延びる方向）は、基準面ＳＦに対いて垂直となる。基準点Ｐ１は、流入口１６から排出口１７に至るまで、側面１４の全領域について設定可能であり、当該全領域における傾斜角度θを設定可能である。本実施形態では、傾斜角度θは、流入口１６から排出口１７に至る全領域にわたって一定である。傾斜角度θは、例えば、５〜８０°に設定してよく、より好ましくは３０〜７５°に設定してよい。なお、傾斜角度θは、軸方向における位置によって異なっていてもよい。また、側面１４の基準面ＳＦに対する角度も垂直でなくともよく、傾斜していてもよい。側面１５の傾斜角度θも側面１４と同趣旨の定義によって定めることができる。側面１５は、側面１４の傾斜角度θと同じとなるが、同じでなくともよい。

以上のような流路１２によって回生機構１５０が構成される。すなわち、底板１０には、外胴ボウル１１０で分離された液体を外側へ排出すると共に、液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーに回生する回生機構１５０が形成される。回生機構１５０は、底板１０の内部に埋め込まれている。回生機構１５０が底板１０に埋め込まれている状態とは、回生機構１５０が底板１０の外端面１０aから突出している状態ではなく、底板１０の内部に形成されて、底板１０の板厚の範囲内に存在する状態である。

本実施形態では、底板１０は、流路１２を形成する流路形成部材１１を有している。底板１０には、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって貫通するベース貫通部１３が形成されている。ベース貫通部１３は、軸方向と平行に延びている。本実施形態においては、複数（ここでは４つだが、数量は限定されない）のベース貫通部１３が、底板１０に対して中心軸線ＣＬ周りに９０°間隔で形成されている。ベース貫通部１３は、軸部２０から外周側へ所定寸法離間した位置に形成されている。

流路形成部材１１は、内端面１１ｂから外端面１１ａへ向かって延びる流路形成貫通部１９を有する。流路形成貫通部１９は、流路形成部材１１の内周側の面に形成される溝部によって構成される。流路１２は、流路形成部材１１を、ベース貫通部１３に取り付けることによって構成される。流路形成部材１１とベース貫通部１３とは、（流路形成貫通部１９を除き）隙間なくシールされた状態で接触している。また、流路形成部材１１は、外端面１０ａ側にフランジを有しているが、有していなくともよい。流路１２の側面１４，１５及び外周面は流路形成部材１１の面によって構成され、流路１２の内周面はベース貫通部１３の面によって構成される。なお、流路形成貫通部１９は、流路形成部材１１の内周面に形成されていなくともよく、外周面、周方向に対向する側面に形成されてもよい。あるいは、流路形成貫通部１９は、流路形成部材１１の中央位置付近に形成されてもよい。

図７を参照して、流路１２の排出口１７と外端面１０ａとの関係について説明する。図７（a）に示すように、軸方向において、流路１２の排出口１７が外端面１０aと同一（あるいはわずかに突出している）に形成されている。一方、外端面１０aから障害物（ここではボルト３０）が突出している。従って、排出口１７から排出された液体が障害物に衝突することで、エネルギーのロスが発生する。また、障害物が風を受けることで風損によるエネルギーのロスも発生する。従って、図７（ｂ）に示すように、ボルト３０を埋め込むことによって、外端面１０aにおいて、流路１２の排出口１７が最も軸方向における外側に配置することが好ましい。すなわち、底板１０の外端面１０aにおいては、流路１２の排出口１７よりも外側に突出した部分が存在していない。さらに、流路形成部材１１のフランジ自体を底板１０に埋め込んで、底板１０の本体部分の外端面１０aと、流路形成部材１１の外端面１１aとを軸方向における同一に配置してもよい。なお、図７（a）に係る構成を採用することは妨げられない。

次に、本実施形態に係る遠心分離装置１００の作用・効果について説明する。

この遠心分離装置において、底板１０には、外胴ボウル１１０側の内端面１０ｂと外側の外端面１０ａとの間を貫通し、外胴ボウル１１０で分離された液体を外側へ排出する流路１２が形成されている。また、流路１２は、底板１０の内部において、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜する。具体的には、図４（ａ）に示すように、流入口１６から軸方向へ向かって流入した液体Ｗが傾斜した側面１４に衝突する。液体Ｗが傾斜した側面１４と衝突することで、エネルギーの一部は液体Ｗが排出口１７へ向かう排出エネルギーとして機能し、エネルギーの一部は側面１４に推進力として作用することで、回転エネルギーとして機能する。このように、流路１２が傾斜することによって、液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーとして回生することができる。また、流路１２は、底板１０の内部において傾斜している。例えば、傾斜した流路１２を底板１０から突出する態様で外付けするような構造を採用する場合、風損等の影響によってエネルギーのロスが生じる可能性がある。一方、底板１０の内部において流路１２が傾斜していることで、そのようなエネルギーのロスが生じることを抑制することができる。以上により、消費エネルギーを低減することができる。

また、本実施形態に係る遠心分離装置１００において、流路１２は、径方向から見て、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって真っ直ぐに延びている。この構成によれば、傾斜した流路１２を容易に形成することができる。

また、本実施形態に係る遠心分離装置１００では、外端面１０ａにおいて、流路１２の排出口１７が最も軸方向における外側に配置されている。すなわち、底板１０の外端面１０ａにおいては、流路１２の排出口１７よりも外側に突出した部分が存在していない。従って、排出口１７から排出された後の液体が、底板１０の外端面１０ａにおける他の部分に衝突してエネルギーのロスが生じることを抑制できる。

また、本実施形態に係る遠心分離装置１００において、底板１０には、外胴ボウル１１０で分離された液体を外側へ排出すると共に、液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーに回生する回生機構１５０が形成されている。例えば、傾斜した流路を底板から突出する態様で外付けするような構造を採用する場合、風損等の影響によってエネルギーのロスが生じる可能性がある。一方、回生機構１５０は、底板１０の内部に埋め込まれている。そのようなエネルギーのロスが生じることを抑制することができる。以上により、消費エネルギーを低減することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、底板に形成されたベース貫通部１３は、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって貫通すると共に、軸方向に真っ直ぐに延びていた。これに変えて、ベース貫通部１３は、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜してよい。この場合、流路形成部材１１の取り付け元であるベース貫通部１３自体が傾斜しているため、容易に流路を傾斜させることができる。

例えば、図５（ａ）に示すように、流路１２Ａは、径方向から見て、内端面１０ｂから外端面１０ａへ向かって段階的に傾斜角度が大きくなってよい。図５（ａ）に示す例では、流路１２Ａは、流入口１６から排出口１７へ向かって、段階的に傾斜角度が大きくなってもよい。流路１２Ａは、三段階で角度が大きくなるように、側面１４Ａａ，１４Ａｂ，１４Ａｃ及び側面１５Ａａ，１５Ａｂ，１５Ａｃを有する。なお、本実施形態では三段階で傾斜角度が大きくなる例について説明したが、二段階であってもよく、四段階以上であってもよい。このような構成により、より効率よく回転エネルギーの回生を行うことができる。

また、図５（ｂ）に示すように、流路１２Ｂは、径方向から見て、湾曲していてもよい。当該例では、側面１４Ｂ，１５Ｂが湾曲しており、傾斜角度θが、軸方向において連続的に大きくなっている。

また、上述の実施形態では、底板１０のベース貫通部１３に流路形成部材１１を取り付けることによって流路１２が形成されていた。これに代えて、流路は、底板に直接形成された貫通孔によって構成されてよい。

例えば、図６（ａ）に示すように、底板１０Ａに直接ベーン形状の流路２２Ａを形成してよい。この流路２２Ａは、内端面１０Ａｂの流入口２７から外端面１０Ａａの排出口２６へ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜している。図６（ａ）の例では、流路２２Ａは、楕円形の形状を有している。また、図６（ｂ）に示す底板１０Ｂには、円形状の流路２２Ｂが形成されている。図６（ｃ）に示す底板１０Ｃには、羽根車のような形状を有するベーン形状の流路２２Ｃが形成されている。以上のように、流路２２は、底板１０に直接形成された貫通孔によって構成されてよい。この構成によれば、より効率よく回転エネルギーを回生することができる。

１０ 底板
１０ａ 外端面
１０ｂ 内端面
１１ 流路形成部材
１２ 流路
１３ ベース貫通部
１９ 流路形成貫通部
２０ 軸部
１００ 遠心分離装置
１１０ 外胴ボウル（回転体）
１５０ 回生機構

Claims (7)

1. 円筒形状に形成され、固体と液体との混合液を収容し、回転することで前記固体と前記液体とを遠心分離する回転体と、
   前記回転体の軸方向における端部に設けられ、前記回転体を支持する軸部に連結される底板と、を備え、
   前記底板には、前記回転体側の内端面と外側の外端面との間を貫通し、前記回転体で分離された前記液体を外側へ排出する流路が形成され、
   前記流路は、前記底板の内部において、前記内端面から前記外端面へ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜する、遠心分離装置。
2. 前記流路は、径方向から見て、前記内端面から前記外端面へ向かって真っ直ぐに延びる、請求項１に記載の遠心分離装置。
3. 前記流路は、径方向から見て、前記内端面から前記外端面へ向かって段階的に傾斜角度が大きくなる、請求項１に記載の遠心分離装置。
4. 前記流路は、前記底板に直接形成された貫通孔によって構成される、請求項１に記載の遠心分離装置。
5. 前記底板には、前記内端面から前記外端面へ向かって貫通すると共に、前記底板の内部において、前記内端面から前記外端面へ向かって、軸方向に対して回転方向とは反対側へ傾斜するベース貫通部が形成され、
   前記流路は、前記内端面から前記外端面へ向かって延びる流路形成貫通部を有する流路形成部材を、前記ベース貫通部に取り付けることによって構成される、請求項１に記載の遠心分離装置。
6. 前記外端面において、前記流路の排出口が最も前記軸方向における外側に配置されている、請求項１〜５の何れか一項に記載の遠心分離装置。
7. 円筒形状に形成され、固体と液体との混合液を収容し、回転することで前記固体と前記液体とを遠心分離する回転体と、
   前記回転体の軸方向における端部に設けられ、前記回転体を支持する軸部に連結される底板と、を備え、
   前記底板には、前記回転体で分離された前記液体を外側へ排出すると共に、前記液体の排出エネルギーの一部を回転エネルギーに回生する回生機構が形成されており、
   前記回生機構は、前記底板の内部に埋め込まれている、遠心分離装置。
   

Images