JPH0134660B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体を浄化する目的で液体内に懸濁
状態になつている固体を含む混合物を分離させる
のに用いられる遠心分離機に関し、特に分離させ
た混合物の量が一定以上になるとこれを検知して
ロータ内から混合物を自動的に除去しうる自動制
御式遠心分離機に関する。

一般に、物体がロータの中を流れて、ロータ作
動中に当該物体のうちの一部がロータに捕集され
るものとして、遠心分離機があげられる。この遠
心分離機は液体を浄化する目的で液体内に懸濁状
態になつている固体を含む混合物を分離させるも
のであるが、当該ロータの内壁に集まつた物体
（つまり固体）を除去する操作を、当該ロータに
対して周期的に実施する必要がある。

本発明は、ロータに付着した固体量に応じてロ
ータの回転による慣性が変化するのに着目して、
簡素な手段でロータの回転速度変化を検出するこ
とにより、ロータ内に集められた固体量が一定以
上になるとこれを検知して、同ロータの回転速度
を変化させる自動制御により、付着固体を的確に
振り落とし除去できるようにした、自動制御式遠
心分離機を提供することを目的とする。

このため、本発明の自動制御式遠心分離機は、
液体内に懸濁された固体を含む混合物を分離させ
る遠心分離機において、空間を有し、且つ、上下
に延在する軸線の周りに回転するよう設置され、
その下端が開口しているロータと、同ロータを駆
動する電動機と、上記混合物を上記ロータ内に導
入するよう上記空間内に延在する管と、上記ロー
タの内側面より落下する上記固体を受け止めるよ
うに上記ロータの下方に配設されたホツパーとを
そなえ、上記ロータに蓄積された固体の慣性を検
出すべく上記電動機への電源切断に伴う同電動機
の発電機としての出力の周波数変化を求める演算
回路と、上記ロータの回転速度を、予め組込まれ
たロータ作動のプログラムと上記演算回路からの
情報とに基づいて変化させる制御ユニツトとが設
けられたことを特徴としている。

以下に、本発明の原理について説明する。

当該ロータの速度変化割合は、少なくとも部分
的には当該ロータおよび当該ロータ内又は当該ロ
ータ上にある物体の組合わされた質量に依存する
ことになる。従つて、作動は前記組合せの運動量
に依存して開始される。

当該ロータの速度変化は、異なる作動サイクル
に対して実質上同一になつている力を当該ロータ
に与えることによりもたらされるのが好ましい。
従つて、作動を開始させる必要があるロータに一
定の力を加える際の速度変化の割合に注目するこ
とにより、所定の値を設定することができる。

当該ロータの速度変化は、増加または減少させ
ることができる。速度増加は当該ロータに対して
付加的な駆動力を与えることにより実現可能であ
り、速度低下はその駆動力を除去することにより
実現可能である。駆動力の除去は既知の制動力を
加えることを伴う。又は代替的に速度変化は当該
ロータ上に作用する通常の摩擦力によりもたらさ
れる。

被動ロータは、電力の供給を遮断して駆動力が
ロータから除去される際、当該ロータの連続的な
回転により駆動され発電機として使用されるよう
な電動機で駆動されることが好ましい。ロータが
遅くなる割合は、発電機として作動する電動機か
ら発生した電気信号の周波数を測定することによ
り決定できる。

この遠心分離機には、電動機駆動体が含まれ、
制動力をかける場合には、上記電動機駆動体がそ
の電力供給源から切り離され、制動力が働いてい
る間に回転速度に応じた電気信号を発生する発電
機としての作用が行なわれ、こうして検出手段に
対し瞬間的な速度に関する信号が供給されるよう
になる。検出手段はこれらの信号を処理して、電
動機速度の変化に従う出力を発生することができ
る。

また、この機械の速度に依存している測定信号
の発生は、機械の運動割合に依存している周波数
を有するパルス列としてその信号を形成し、パル
ス周波数が所定の値を下回わる際に信号を閉塞す
る遅延手段を含むゲート装置を介して当該パルス
を伝送することに利用される。ゲート装置は、こ
の機械の速度が所定の最低値を下回わつたことを
示す出力を供給する。

ここで添付図面を参照しながら本発明の一実施
例としての自動制御式遠心分離機について説明す
ると、第１図はその一部分を破断して示す斜視
図、第２図および第３図はいずれもその演算回路
および制御ユニツトを図解して示す模式的なブロ
ツク図である。

第１図に示すように、本実施例の自動制御式遠
心分離機８０は、クランプ８によつてプラツトホ
ーム４上に堅牢に設置された外側容器１０をそな
えている。なお、プラツトホーム４は耐振マウン
ト６によつて機械の枠体２上に支持されている。
プラツトホーム４の中央開口部は、ヒンジ手段１
４によつてプラツトホーム４に接続されている蓋
１２により覆われている。また、蓋１２上には電
動機２０が設置してあり、電動機２０は図面に示
す如く蓋１２を閉めた際に垂直軸を定める軸（図
示せず）を含んでいる。ロータ１６は外側容器１
０の内側にある上記軸の下側に懸架されている部
分に設置されている。

さらに、本遠心分離機には、中空ロータ１６内
に流体を導入するように中空ロータ１６により作
られた空間の中へ延在している入口管２８として
形成された管がそなえられている。コーン状の形
をした囲い部材（以下コーンという）３０が入口
管２８の出口端部を覆い、中空ロータ１６の回転
軸線の周りに回転するよう設置され、中空ロータ
１６と共に回転するよう設置されている。

コーン３０は中空ロータ１６内で流体が通過す
る経路となり、当該経路は遠心分離機の作動中に
流体から分離された高密度材料が蓄積するロータ
１６の上方領域から離れる方向に、入口管２８の
出口端部よりも下方へ延在している。コーン３０
は、ロータ軸線の周方向に入口管２８の出口端部
の周りに連続的に延在し、全体的にロータ軸線の
周りで截頭円錐状であり、その軸方向下端部がロ
ータ軸線から拡がつており、その表面を前記の流
体が通過する経路として提供している。入口管２
８の一部は全体的に半径方向外側に面する経路の
表面を提供する。

さらに、本実施例の遠心分離機は、入口管２８
からコーン３０に導入された液体を案内する目的
で入口管２８の出口端部に隣接した部分からコー
ン３０の内側表面に向かつて延在する可撓性ダイ
アフラム状のダイアフラム弁３２がそなえられて
いて、このダイアフラム弁３２は、同ダイアフラ
ム弁３２から下方向へ通過した液体が入口管２８
に戻るのを阻止する逆止弁として使用するように
なつている。

中空ロータ１６は最大直径の上方領域から中央
底部開口部へ倒立円錐状に傾斜する壁部を有し、
液体用入口管２８は、中空ロータ１６の中央底部
開口部を通つて、中空ロータ１６の一部を成し入
口管２８の入口を包囲する同心状の入口コーン３
０内へ入り、上方に突出している。可撓性ダイア
フラム３２は入口管２８の出口端部に固定され、
ロータ１６が静止状態にある際コーン３０の内側
をシールする。

また、中空ロータ１６の上壁を貫通するように
一連の開口部３６が形成されていて、これらの開
口部３６により中空ロータ１６の内部の空間と同
ロータ１６の外側の容器空間とが連通している。

このロータ１６の外側の容器空間は、外側容器
１０により形成されているが、この外側容器空間
内には、外側容器１０の底面を貫通してロータ１
６を下方から覆うホツパーコーン４０が配設され
ている。そして、外側容器１０の底部には、ホツ
パーコーン４０より外方において出口導管３８が
形成され、さらに同出口導管３８からダクト３８
ａが配設されている。また、ホツパーコーン４０
の下端には、廃棄管４２が接続されている。

さらに、蓋１２上部には、モーター２０を挾ん
で正反対の位置において２個の摩擦ブレーキ４４
が設置されており、各摩擦ブレーキ４４にはソレ
ノイド４８と、同ソレノイド４８上のばね負荷さ
れた上部キヤツプ４６と、その外径部分付近でロ
ータ１６の上面に当接できるような図示しないブ
レーキパツドとがそなえられている。当該パツド
は摩擦ブレーキ４４のソレノイド４８を励起する
ことによりロータ１６から離れた状態に保持され
うるが、ソレノイド４８のスイツチが切られてい
る場合には重力の作用で中空ロータ１６に当接す
る。なお、摩擦ブレーキ４４はばね負荷された上
部キヤツプ４６を押すことにより手動的にも作動
可能である。

そして、枠体２の側方のキヤビネツト５２内に
は電子制御ユニツト５０がそなえられ、モーター
２０および摩擦ブレーキ４４のソレノイド制御の
作動はこの電子制御ユニツト５０を介して実施さ
れるようになつている。

また、電子制御ユニツト５０の一部としてシー
クエンス・インターロツク論理回路６０が、第２
図に示すごとくそなえられている。

つまり、シークエンス・インターロツク論理回
路６０には、第１リレーRL１と第２リレーRL２
とがそなえられ、第１リレーRL１は電動機２０
への供給電源線を開き、同時に第２リレーRL２
を励起するため他の接点を閉じるようシークエン
ス・インターロツク論理回路６０の制御下で動作
可能となつている。励起された第２リレーPL２
は、液体が更にロータ１６内に流れるのを阻止
し、電源から分離されているモーター電流線をゼ
ロクロス検出・レベルシフトＺに接続するように
なつている。

そして、第２リレーPL２を励起することによ
り、電動機２０がロータ１６の回転により駆動さ
れる発電機に変換されるようになつている。それ
から電動機２０は信号を発生するようロータ１６
により駆動され、A.C.出力がゼロクロス検出・
レベルシフトＺに送られるようになつている。

この検出器たるゼロクス検出・レベルシフトＺ
は、所定の時間パルスを計数するタイマーＴによ
り制御されるカウンターＣに供給されるように接
続されている。

そして、これらシークエンス・インターロツク
論理回路６０、第１リレーRL１、第２リレーRL
２、ゼロクロス検出・レベルシフトＺ、カウンタ
ーＣ、タイＴおよびこれらを接続する電線等から
演算回路が構成されている。

上述の構成により、遠心分離機８０が使用され
ている際、固体の材料を含有する液体が管２８を
通じてロータ１６の入口コーン３０内へ供給され
る。懸濁液がダイアフラム弁３２を通つてロータ
１６の本体内に流れ込み、遠心作用の結果、懸濁
液内の固体が液体から分離され、ロータ１６内の
最大直径を有する上方領域における周縁壁内側面
に付着する。きれいにされた液体はロータ１６の
上部にある開口部３６を通つて逃げ、ロータ１６
と外側容器１０との間を通り、出口導管３８内へ
流入する。付着した固体はロータ１６の壁から周
期的に除去され、ロータ１６の回転軸線に同心状
で且つ廃棄出口管４２に到るホツパー４０を通つ
て落下する。

つまり、遠心分離機は遠心分離機の中空ロータ
１６内で低密度材料から分離された高密度材料の
除去を容易にするように作動可能である。遠心分
離機の作動中に、多量の高密度材料が中空ロータ
１６の内側壁上、特にその上方領域の内側壁に蓄
積した際、その蓄積した材料を除去する目的で中
空ロータ１６の回転速度に急激な変化をおこす作
用が、制御ユニツト５０により行なわれる。

この急激な変化は、通常中空ロータ１６の初期
の回転方向と反対の方向に中空ロータ１６を回転
せしめるのに十分な期間ロータに対し確実に与え
ることのできる急速な減速、または加速である。

この手段によつて、内側壁から除去された材料
は全体的に軸方向に中空ロータ１６の下方領域に
落下し、廃棄管４２を通るようにして中空ロータ
１６から排出される。

蓄積された固体を中空ロータ１６の壁から除去
することが要求される場合には、高速回転状態の
中空ロータ１６を摩擦ブレーキ４４により急に停
止するか又はほぼ停止に近い状態にすればよく、
これを伴う慣性力により、壁への押し付け力が弱
くなつた蓄積固体が、もはや壁に対し保持されな
くなり、振り落とされるようにして除去される。

ここで、本発明の自動制御式遠心分離機では、
ロータ１６の周縁壁上に蓄積する固体の質量が所
定の値に達した際、その作動の所定の段階が得ら
れる。その時、ロータ１６から固体を除去する作
動が開始される。

すなわち、ロータ１６が回転する速度の実質的
な変化が生じるか又は生じることが可能になつた
場合に、ロータ１６の速度変化の割合を測定し
て、これに応じて作動が開始される。こうした速
度変化はその回転速度を高めるためロータ１６に
既知の力を与えることにより実施可能である。ま
たは、ロータ１６の速度を減少させる目的で既知
の力を与えることもでき、こうした既知の力は摩
擦ブレーキ４４又はロータ１６の回転を低下させ
ることにより与えられる。ロータ１６の回転を低
下させる一つの手段として、既知の摩擦力でロー
タ１６の回転を遅くするようロータ１６から駆動
力を除去する手段がある。

ロータ１６の速度変化の割合が所定の値を越え
るか又は所定の値を下回わる場合に作動が開始さ
れる。図示の例を使用するにあたつて、除去作動
はロータ１６とロータ１６上に蓄積される固体の
合計質量がある値にまで増加し、ロータ１６の回
転速度が遅くなる割合が所定の値を下回わつた時
に開始される。

第１図に示した装置の作動は、機械の枠体２上
に設置されたキヤビネツト５２内の制御ユニツト
５０の一部分を成すシークエンス・インターロツ
ク論理回路６０を介して制御される。ロータ１６
の回転を遅くするため、摩擦ブレーキ４４が２個
設けてある。摩擦ブレーキ４４は蓋１２上の電動
機２０の直径方向反体側に設置してある。摩擦ブ
レーキ４４がかかると、そのパツドがロータ１６
の上方に面する表面に当接する。

摩擦ブレーキ４４は個々のソレノイドによつて
作動可能であり、当該ソレノイドは非励磁時に摩
擦ブレーキ４４を重力の作用下でロータ１６の上
方に面する表面上に落下させるか又はばね負荷を
受けたプレス・キヤツプ４６によつて手動的に作
動可能である。

摩擦ブレーキ４４はほぼ一定の制動力をロータ
１６に与えるためばね負荷されている。摩擦ブレ
ーキ４４は、制御力がほぼ一定になることを確実
にするのを援助する清浄にされた液体により浸漬
されているロータ１６の表面に作用する。ロータ
１６およびロータ１６上に蓄積された固体の慣性
を検出すべき場合には、電動機２０の電源を切る
こととブレーキの作動が同期化される。つまり、
第２図に示すごとき演算回路が作動する。

第１リレーRL１は電動機２０へ供給電源線を
開き、同時に第２リレーRL２を励起するため他
の接点を閉じるようシークエンス・インターロツ
ク論理回路６０の制御下で動作可能となつてい
る。励起された第２リレーRL２は液体が更にロ
ータ１６内に流れるのを阻止し、電源から分離さ
れているモーター電流線をゼロクロス検出・レベ
ルシフトＺに接続する。

第２リレーRL２を励起すると、電動機２０は
ロータ１６の回転により駆動される発電機に変換
されることが理解されよう。ロータ１６はその慣
性が原因で電源が分離された直後はまだ回転し続
ける。それからモーターは信号を発生するようロ
ータ１６により駆動され、A.C.出力がゼロクロ
ス検出・レベルシフトＺに送られる。

検出器たるゼロクロス検出、レベルシフトＺは
増幅されたパルス列を作成するようA.C.出力を
形成し、当該パルスの瞬間的な周波数は直接ロー
タ１６の回転速度に依存している。パルス列は所
定の時間パルスを計数するタイマーＴにより制御
されるカウンターＣに供給され、当該計数値はそ
の時間中におけるロータの平均速度測定値であ
る。この平均速度値はロータ１６の速度が遅くな
る割合を決定するため、異なる時間における別の
平均速度測定値と比較される。当該別の測定値は
ロータ１６が駆動される際の速度の測定値にする
ことができ、又はその測定値はロータ１６の速度
が遅くなつている時、ある測定の前又は後の既知
の時間間隔で測定可能である。

シークエンス・インターロツク論理回路６０
が、発電機として作用している時の電動機２０に
より供給される信号の周波数変化を検出する。同
変化はロータ１６とロータ１６の内容物の慣性が
所定の値を上回わつたことを示し、除去作動が開
始される。

このように本装置では、力を与える電動機２０
を力を受ける発電機に切り換えて、ロータ１６に
一定の負の力を与えながら、一方で発電機となつ
た電動機２０の周波数からロータ回転数変化を読
み取り、固体付着状態の変化に伴う慣性力変化を
計測するため、極めて正確に計測できるととも
に、計測系がより簡素となる。

また、固体の付着物がロータ１６の停止時にロ
ータ１６から落下しないような固着性を有する場
合には、電動機２０はロータ１６の速度を早くし
たり遅くしたりするか又はその回転方向を逆にす
ることにより変位力を増加させるよう予めプログ
ラムに組まれた順序でシークエンス・インターロ
ツク論理回路６０により作動可能である。

予めプログラムが組まれた順序（sequence）
は例えばロータ１６の逆回転の回数を変えること
ができるよう、シークエンス・インターロツク論
理回路６０内に別のマイクロチツプを置換するこ
とにより変えることができる。

なお、このような制御ユニツトは、遠心分離機
の別の形態において、その除去作動をスクレーパ
ー又は吸引ノズルにより行なう最合にも使用しう
るものである。

シークエンス・インターロツク論理回路６０は
ヒンジ止めされた蓋１２に対する係止用ラツチ
（図示せず）の如き遠心分離機８０上の安全機構
を制御する目的にも使用可能である。

検出器たるゼロクロス検出・レベルシフトＺか
らの出力は、入力の周波数が所定のレベルを下回
わつた際、シークエンス・インターロツク論理回
路６０から信号を送ることができるようにするブ
ロツキング装置に供給される。

ブロツキング装置は第３図に示す如く、再トリ
ガー可能な単安定型マルチバイブレータＭにする
ことができ、当該マルチバイブレータＭは電動機
２０が停止するか又は実際上停止した時点でのみ
シークエンス・インターロツク論理回路６０への
信号を閉塞する。信号が閉塞されると、シークエ
ンス・インターロツク論理回路６０はヒンジ止め
された蓋１２に対するロツク係止を解放する。

以上詳述したように、本発明の自動制御式遠心
分離機によれば、遠心分離の行なわれるロータを
駆動するための電動機が、同電動機への電源切断
に伴う発電機としての出力により、上記ロータの
回転状態に対応する情報を与えるようになり、上
記出力の周波数がロータの回転速度に対応するの
で、上記出力の周波数変化を求める演算回路によ
り、上記ロータの回転速度の変化の割合すなわち
上記ロータに付着し蓄積された固体の量が、的確
に検出されるのである。

そして上記演算回路からの固体蓄積情報と予め
組込まれたロータ作動のプログラムとに基づいて
上記ロータの回転速度を変化させる制御ユニツト
が設けられることにより、上記ロータに蓄積され
た固体を同ロータの回転速度変化で振り落とす除
去作用が、自動的に且つ適切に行なわれるように
なる効果が得られるのである。

また、本発明の自動制御式遠心分離機では、ロ
ータの回転速度変化すなわちロータにおける固体
蓄積量を検出する手段として、ロータ駆動用の電
動機自体を利用しているので、ロータ回転速度検
出装置を別個に設けないですむ利点があり、これ
により構造の簡素化とメンテナンスの簡易化とが
もたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例としての自動制
御式遠心分離機を示すもので、第１図はその一部
分を破断して示す斜視図、第２図および第３図は
いずれもその演算回路および制御ユニツトを図解
して示す模式的なブロツク図である。 ２……枠体、４……プラツトホーム、６……耐
振マウント、８……クランプ、１０……外側容
器、１２……蓋、１４……ヒンジ手段、１６……
ロータ、２０……電動機、２８……管、３０……
入口コーン、３２……ダイアフラム弁、３６……
開口部、３８……出口導管、３８ａ……ダクト、
４０……ホツパー、４２……廃棄出口管、４４…
…摩擦ブレーキ、４６……プレス・キヤツプ、４
８……ソレノイド、５０……制御ユニツト、５２
……キヤビネツト、６０……シークエンス・イン
ターロツク論理回路、８０……遠心分離機、Ｃ…
…カウンター、Ｍ……マルチバイブレータ、Ｔ…
…タイマー、RL１，RL２……リレー、Ｚ……ゼ
ロクロス検出・レベルシフト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体内に懸濁された固体を含む混合物を分離
   させる遠心分離機において、空間を有し、且つ、
   上下に延在する軸線の周りに回転するよう設置さ
   れ、その下端が開口しているロータと、同ロータ
   を駆動する電動機と、上記混合物を上記ロータ内
   に導入するよう上記空間内に延在する管と、上記
   ロータの内側面より落下する上記固体を受け止め
   るように上記ロータの下方に配設されたホツパー
   とをそなえ、上記ロータに蓄積された固体の慣性
   を検出すべく上記電動機への電源切断に伴う同電
   動機の発電機としての出力の周波数変化を求める
   演算回路と、上記ロータの回転速度を、予め組込
   まれたロータ作動のプログラムと上記演算回路か
   らの情報とに基づいて変化させる制御ユニツトと
   が設けられたことを特徴とする、自動制御式遠心
   分離機。 ２ 上記プログラムに、上記演算回路からの情報
   に基づいて上記ロータを急速に加速および減速さ
   せる制御要素が含まれている、特許請求範囲の第
   １項に記載の自動制御式遠心分離機。