JPH01297158A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は液体中に分散された物質の分離用の遠心分離機
に関する。本遠心分離機は分離室および分散液用の流入
口および分離された液体用の流出口、回転子と同軸で分
離室内に配置された円錐形の分離円板の積み重ね体、お
よび分離円板の間の間隙の少なくとも１部に位置する流
れ効果部材を有する回転子を含み、この部材は各々上述
の間隙内において、分散物質が回転子の運転中に遠心力
作用の結果として、その表面から移動するするであろう
１枚の分離円板の表面と接しているが、回転子の運転中
に遠心力作用の結果として、その表面の方向に移動する
であろう他の分離円板の表面から間隔をおいて配置され
、そのため、分散液の流れに流れ効果部材を通り過ぎて
回転子の円周方向へ流れることを許す間隙がこの部材と
他の分離円板の間に形成され、この流れの効果部材はそ
の部材間に前記１枚の分離円板の外側および内側の領域
の間に半径方向に延びる流路を形成する。

［従来の技術］ スウェーデン国特許明細書７５０３０５４−４号に記述
されたこの種の遠心分離機は、半径方向に延びるリブの
形で流れの効果部材を装備している。これらのリブは分
離円板の間のそれぞれの間隙に「流れが懸濁液の大部分
（８０−９０％）がリブの間の間隙に流れるような方法
で分散される」が、浮遊粒子が回転子の運転中に遠心力
の結果その方向へ動くリブと分離円板の間の間隙には「
懸濁液が遅い速度で流れるよどみ帯域が形成される」結
果を与えると述べられている。その結果として、さらに
、浮遊粒子が遠心力によってその方向に移動させられる
分離円板の表面の近くで、速度勾配の減少が得られ、そ
のためこれらの粒子のより効率的な分離が得られるであ
ろうと言われている。遠心分離機の効率はそれによって
在来型の遠心分離機の効率と比較して２ないし５倍に増
大するであろうと言われている。

［発明が解決しようとする問題点コ 上述の特許明細書に与えられたリブの形と位置について
の詳細な説明と、リブの機能に関して特許明細書に与え
られた説明とはいずれも、その申し立てたような遠心分
離機の効率の改善を実際行うことには用いることができ
ない。その理由は次のことから明らかであろう。

本発明の目的は実質的な分離効率の改善が分離円板の間
の流れ効果部材によって得られるように設計された、当
初に明らかにされた種類の遠心分離機を提供するにある
。

［問題を解決するための手段］ 本発明によれば、上述の目的の達成は、もし、流れ効果
部材が、前記１枚の分離円板の表面に沿ういわゆるエク
マン層の構成を事実上防ぐために、回転子の円周方向に
見て隣接する流れ効果部材間の距離と、分離円板の面間
の距離との関係が回転子の円周方向における各効果部材
の長さと分離円板の面間の距離との関係と同様に、０よ
り大きく２未満、好ましくは０．２と１．０の間にある
ように形成され、そして、流れ効果部材に対向する前記
他の分離円板の表面が回転子の運転中にその表面に沿う
エクマン層を形成するためのそれ自体公知の方法で形成
されるならば、可能である。

本発明によれば、流れ効果部材を有する分離円板の表面
においてはいわゆるエクマン層の形成を防ぐことが可能
であり、そしてそのかわりに、これらの分離円板の表面
の近くに非常に厚い仮定のエクマン層と同じ効果を提供
する流れを確立することが可能である。換言すれば、半
径方向の流れの大部分が流れ効果部材の近くに生じ、分
散液からの分離物質がその方向に向って、またはそれに
添って移動する分離円板の表面の近くには、小部分のみ
が生ずるようにそれぞれの間隙に分散液の半径方向の流
れが分配される効果が得られる。流れ効果部材の特殊な
形により、分離円板の間の間隙に、分散物質の効果的な
分離を妨げるであろう分散液の乱流が生ずることが避け
られる。分離円板の間のこのような望ましくない乱流は
前述のスウェーデン国特許明細書に従う流れ効果部材の
配列においては現われることもあろう。さらに、この公
知の配列においては、いわゆるエクマン層は、前述のリ
ブの上面のみならずこれらのりブの間にも形成される。

そのために、分散液の半径方向の流れは、今問題として
いる間隙を決める２枚の分離円板の双方に沿って実質的
に同じ量になる。　本発明の好ましい実施例において、
流れ効果部材はそれぞれの板の間隙において前述の１枚
の分離円板の表面上に均等に配設された突起の形を有し
、各突起は円板の表面に沿ってすべての方向に実質的に
同じ長さを有する。問題としている円板の表面のこのよ
うな粗くて均一な構造によって、実質に−様な流れの条
件が円板の全表面に沿って得られる。

［実施例］ 第１図は垂直な駆動軸２によって支えられた遠心分離機
の回転子１を示す。回転子の内部に分離室３が形成され
、その中に回転子と同軸の円錐台形の分離円板４の積み
重ね体が配置される。回転子１は分離室３で分離される
成分の分散液用の中央流入室５と分離された相対的に軽
い液体用の中央流出室６を有する。静止流入管７は流入
室５の中へ延び、同様な静止流出管８は流出室６中へ延
びている。回転子はその周辺部に分離される前に供給さ
れた分散液の分散相を構成していた、分離された相対的
に重い成分、例えばスラッジ用の間欠的に開く流出口９
を有する。流入室５は回転子の軸の周りに均等に分配さ
れた数個の半径方向の流路１ｏを通して分離室３に通じ
ている。オーバーフロー流出口１１を通して分離室３は
流出室６に通じている。

第２図は、第１図に従う遠心分離機の回転子の中におい
て、分離円板および隣接する分離円板との間に間隔をお
く手段として役立つように意図された多数の半径方向に
延びるリブ１２がその上側面に設けられた分離円板４を
示す。意図された回転の方向は矢印Ｒによって示される
。

第１図に従う遠心分離機の回転子の運転中、流入室５に
供給された分散液は半径方向の溝１０の中を通る間に回
転子と同じ速さで回転させられる。分散液が分離円板４
の外縁の領域において到達した円周方向の速さは、分散
液が分離円板の間を回転子の軸の方向へ戻されるときに
はさらに増大するであろう。円周方向の速さのこの増大
は回転している分散液の各部分がその運動量を持続しよ
うとする事実によるのであるが、この円周方向の速さの
増大は第２図に示す種類のリブのような、分離円板の間
に間隔を置く部材によっては防ぐことができない。

上記の結果として、分散液の流れは、隣接する分離円板
の間の各間隙において実質的に回転子の回りの方向に生
ずる。分離円板それ自身の速さよりも大きい、回転子の
円周方向の速さを有するこの流れを以下に偏向流（ｇｅ
ｏｓｔｒｏｐｈｉｃ　ｆｌｏｗ）と名づける。この偏向
流の１部の流線は第２図に示され、１３で示される。図
示のように、リブ１２は実質的には円形の偏向流に対し
て障害物を形成する。しかしながら、もしリブがよく使
用される点のような突起にかえられるならば、そのよう
な円形の流れを得ることができる。

回転子の軸の周りを、例えば実質的には回転子の円周方
向に移動する分散液の偏向流は、その偏向流の形成は分
散液が円板の間隙を通して回転子の中心の方向へ移動さ
せられることによるのであるが、分離円板の表面で摩擦
をうける。この摩擦の結果、液体の流れは各円板の表面
にもっとも近い非常に薄い層に起こり、この流れは少な
くとも偏向流が回転子の円周方向に移動する所で、偏向
流より大きな半径方向内側方向の成分を有する。

この薄い層は通常エクマン層と名づけられている。今、
述べる場合のように、偏向流が分離円板より速く移動す
るときは、エクマン層内の液体は円板の表面に沿って半
径方向内側へ流れる。もし、偏向流の分離円板より遅く
移動しているとすると、このことは分散液が円板の間隙
を通って半径方向外方へ移動させられるとき起り得るこ
とであるが、エクマンＭ内の液体は、反対に、半径方向
外方へ流れる。

第３図は、どのように半径方向の流れが２枚の在来の平
滑な分離円板４ａおよび４ｂの間の間隙の異なる層に配
分されるかを示す。回転子の軸は線２ａで示される。半
径方向の流速は分離円板の表面でゼロであり、また分離
円板の間の中間の広い領域１４においてもまた実質的に
はゼロである。実質的な半径方向の流れは分離円板に近
い２つの層１５および１６のみに存在する。これらの層
は２つの上述のいわゆるエクマン層である。分離円板４
ａおよび４ｂの間の間隙を通って円板の外縁から内縁へ
流れる実質的にすべての分散液は、このようにして層１
５および１６の中を半径方向内側へ流される。多くの実
際的な運転条件に対するそれぞれのエクマン層の厚さは
２枚の隣接する分離円板の間の距離の約１／１０の内に
ある。

分散液内に分散された物質、例えば分散の媒体液より重
い小さな固形物は、分離円板の間の間隙で、遠心力によ
って半径方向外側へ分離円板４ａの方へ、そしてこの円
板に沿ってその外縁へ動いて行こうとする。分離円板４
ａの方向へそれに沿う固形物のこのような流れは、層１
５における半径方向の分散液の流れによって困難となる
であろう。したがって、もし可能ならば、領域１５では
小さく、そして領域１６では大きくなるように、分散液
の半径方向の内側への流れの異なる配分を達成すること
が望ましい。このような望ましい流れの配分は第３図に
点線で示される。

本発明によれば、このことは第４図および第５図から分
かるように、特殊な方法で形成された流れ効果部材１７
をその上側面に有する分離円板４を提供することによっ
て達成することができる。

流れ効果部材１７はそれぞれの分離円板の上側の面に、
エクマン層の構成を防ぐ粗い表面を与えるように形成さ
れなければならない。さらに、これらの部材は滑らかな
表面が起こすよりも実質的に大きな、前記上側の面に沿
う偏向流に対する摩擦抵抗を起こしても、円板の間隔の
大部分に乱流を起こさないように形成されなければなら
ない。すなわち、この乱流は分散物質の意図された分離
が生ずることを困難もしくは不可能とするであろう。本
発明に従えば、流れ効果部材は望ましい効果を得るため
に、回転子の円周方向で見た隣接する部材の間の距離と
分離円板の間の距離との比率は、回転子の円周方向のそ
れぞれの部材の長さと分離円板の間の距離との比率と同
様に、２未満であるように形成されるべきである。

今、使用された表現「回転子の円周方向の」は「偏向流
の方向の」と理解すべきである。流れ効果部材がそれぞ
れの分離円板の上面の全域に亘って必要であるかどうか
は確かではない。特に、リブもしくは他の流れの障害物
が板の間隙にあるときは、流れ効果部材をその板の上面
の部分に対してはなしですませることも可能である。

第５図は２枚の隣接する分離円板４ｃと４ｄの部分およ
びこれらの円板の間の間隙の断面を示す。下方の円板４
ｄの上側面はそれぞれが板の表面に沿う長さでと円板の
表面からの高さｈを有する多数の流れ効果部材１７（第
４図も参照）を有する。２つの隣接する流れ効果部材の
間の距離はして表わされ、分離円板の間の距離はＨで表
わされる。円板の間隙における偏向流の方向は矢印Ｇで
示される。

いわゆるエクマン層についての一般に認められている理
論は、エクマン層の成立は表面からある最も小さい距離
の偏向流を必要とすることな示す。この距離は比較的小
さい。問題とする分離円板の間の距離と、流れ効果部材
の相互間の距離と円板の表面に沿うこの部材の長さとの
上記定義された関係、すなわち、ｊ２／ＨとＬ／Ｈはそ
れぞれ２未満でなければならないという関係によって、
本明細書に関連する種類の遠心分離機に対しては、流れ
、粘度、回転速度など実際に使用されるパラメーターに
関して、分離円板４ｄの上側面にエクマン層は形成され
ないであろう。さらに、この規定された関係によって乱
流が流れ効果部材１７の上側の間隙内に生ずることが避
けられる。

流れ効果部材１７の高さｈは本発明によれば広い範囲内
で変化することができる。しかし、関係ｈ／Ｈ１すなわ
ちそれぞれの部材の高さと分離円板の間の距離との関係
は０．２−０．５の範囲内にあることが好ましい。

本発明が意図する種類の遠心分離機において、円板の厚
さが普通０．５−１．０１位の範囲内にあり、そして隣
接する円板の間の距離（Ｈ）は大体０．５−１、５ｍｍ
の範囲内にある。このことは、本発明に従って形成され
た流れ効果部材は、例えば、０．１−０、７ｍｍの高さ
と０．２−３．０ｍｍの分離円板の面と偏向流に沿う長
さを有することを意味する。

上記は本発明が分散液が分散液の連続相よりも重い分散
物質を含む場合の適用について述べたものである。後記
の特許請求の範囲に含まれるように、本発明はまた分散
液の連続相より軽い分散物質の分離、例えば牛乳からク
リームの分離に関しても使用することができる。

この場合は、流れ効果部材は円錐形の分離円板の下側の
面、すなわち回転子の運転中、遠心力のために分散物質
がそこから移動して行く円板側に位置すべきである。

すでに述べたように、分離円板の上側もしくは下側なな
がれ効果部材によってその全面をおおう必要ない。分離
円板の間の必要な間隔をあける部材の形状により、さま
ざまな方向の偏向流が現われる。ながれ効果部材は、分
離された分散物質と偏向流の結果形成されるエクマン層
の間に最も強い逆流が予−見される円板の間隙の部分に
おいて最も重要である。

流れ効果部材のただ１つの形を上に記した。いかなる他
の形の流れ効果部材も、分離円板の部分に粗い表面の構
造を与える特許請求の範囲内において可能である。粗い
表面の構造は金属で造られた分離円板に設けることは困
難もしくは費用がかかるかも知れない。ゆえに、本発明
は特に分離円板がプラスチックで造られ、流れ効果部材
が分離円板と一体で造られている場合に実際に適用しう
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用される円錐形の分離円板を有する
遠心分離機を示す。 だい２図か上から見た円錐形分離円板を示す。 第３図は２枚の平滑な分離円板およびそれらの間の間隙
の半径方向の断面を示す。 第４図は本発明による流れ効果部材が設けられた分離円
板の１部を示す。 第５図は第３図と同様であるが、ある１枚の分離円板が
本発明に従う流れ効果部材を有する間隙を示す。 １・・・・遠心分離機、 ２・・・・駆動軸、 ３・・・・分離室、 ４．４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ＝分離円板、５・・・・中
央流入室、 ６・・・・中央流出室、 ７・・・・静止流入管、 ８・・・・静止流出管、 ９・・・・流出口、 １０・・・・流路、 １１・・・・オーバーフロー出口、 １２・・・・リブ、 １７・・・・流れ効果部材、 Ｈ・・・・分離円板間の距離、 ｈ・・・・流れ効果部材の高さ、 Ｌ・・・・流れ効果部材間の距離、 β・・・・流れ効果部材の長さ、 Ｇ・・・・偏向流の方向、 Ｒ・・・・回転方向、 Ｃｃ 平成１年４川村日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分離室（３）と分散液用の流入口と分散後の液体用
   の流出口とを有する回転子（１）と、前記回転子と同軸
   で前記分離室（３）内に配置された円錐形の分離円板（
   ４）の積み重ね体と、前記分離円板（４）の間の間隙の
   少なくとも１部に配設された流れ効果部材（１７）とを
   含み、前記部材（１７）は、前記間隙の各々の中におい
   て１枚の分離円板の表面に接して配設されており、この
   １枚の分離円板の表面から分散物質が回転子の運転中に
   遠心力作用の結果移動して行き、前記部材はしかし、他
   の分離円板からはある間隔をおいて配置されており、こ
   の他の分離円板の方へ向って分散物質が回転子の運転中
   に遠心力作用の結果移動し、したがって、前記部材と前
   記他の分離円板との間に、この部材を通り過ぎる、回転
   子の円周方向の分散液の流れを許容する間隙が形成され
   、この流れ効果部材（１７）は、その部材同士の間に、
   前記１枚の分離円板の外側と内側の領域の間に半径方向
   に延びる流路を形成する、液中に分散された物質を分離
   する遠心分離機において、 前記流れ効果部材（１７）が、前記１枚の分離円板の表
   面に沿ういわゆるエクマン層の形成を事実上防止するた
   めに、回転子の円周方向に見て、隣接する流れ効果部材
   間の距離（Ｌ）と、分離円板の面間の距離（Ｈ）との比
   率（Ｌ／Ｈ）が、回転子の円周方向の各流れ効果部材の
   長さ（ｌ）と、分離円板の面間の距離（Ｈ）との比率（
   ｌ／Ｈ）と同様に、０より大きく２未満であり、そして
   、前記流れ効果部材（１７）に対向する、前記他の分離
   円板の表面は、回転子の運転中に前記表面に沿うエクマ
   ン層を得るためのそれ自体公知の方法で形成されている
   ことを特徴とする遠心分離機。 ２、流れ効果部材（１７）が、前記１枚の分離円板の片
   方の側面の少なくとも一部分に実質的に均一な表面構造
   を与えるように形成されて配置されている請求項１記載
   の遠心分離機。 ３、流れ効果部材（１７）が同じ形を有する請求項１ま
   たは２記載の遠心分離機。 ４、それぞれの流れ効果部材（１７）が前記１枚の分離
   円板の表面に沿うすべての方向に実質的に同じ長さを有
   する請求項３記載の遠心分離機。 ５、前記１枚の分離円板の表面からの各々の流れ効果部
   材の高さ（ｈ）と分離円板の面間の距離（Ｈ）との比率
   （ｈ／Ｈ）が０．２〜０．５の間にある請求項１〜４の
   いずれか１項に記載の遠心分離機。 ６、回転子の円周方向に見て、隣接する流れ効果部材の
   間の距離（Ｌ）と、分離円板の面間の距離（Ｈ）との比
   率（Ｌ／Ｈ）が、回転子の円周方向の各流れ効果部材の
   長さ（ｌ）と、分離円板の面間の距離（Ｈ）との比率（
   ｌ／Ｈ）と同様に、０．２より大きく１．０未満である
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心分離機。