JPH04247251A - 固液分離装置 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は液体の浄化あるいは晶析
等液体中に生成させた固形分の回収等の固液分離を行な
う固液分離装置に係り、特に液体内に懸濁状態になって
いる固体を分離する遠心式固液分離装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】医薬品、化学、食料品等の分野では、液
体中に懸濁された固形分の除去あるいは回収が頻繁に要
求される。懸濁された固形分の分離除去、回収には固液
分離装置が用いられるが、このような固液分離には、大
別して濾過、蒸発乾燥、遠心沈降分離等の方式がある。 中でも遠心沈降分離方式は、濾過方式のようなフィルタ
の目詰りがなく、フィルタの交換が不要であったり、ま
た、蒸発乾燥方式のようなヒータ等の熱源が要らず、省
エネルギであるという利点により広く利用されている。

【０００４】従来の代表的な遠心分離装置として図９お
よび図１０に示すものがある。このような遠心分離技術
には、例えば実開昭６２−１１８５４１号公報、特開昭
６２−２５４８５６号公報、特開昭６３−１６０６４号
公報、特開昭６４−７０１５７号公報、特開平１−１３
９１６０号公報および特公平１−３７１８１号公報等が
知られている。

【０００５】図９および図１０に示す遠心分離装置は垂
直軸円筒型遠心沈降分離機の典型的な構造を示したもの
で、この遠心沈降分離機は、筒状ケーシング１内に円筒
形の分離胴２を収容しており、この分離胴２には穴の開
いた上端板３と下端板４が装着され、分離胴２内で遠心
分離が行なわれるようになっている。

【０００６】ケーシング１は複数の支持脚５にスプリン
グ６を介して吊り下げられ、弾性的に支持される。

【０００７】一方、分離胴２の下端板４はリブ７を介し
てドライブシャフト８に接続される。ドライブシャフト
８は電動モータや油圧モータ等のモータ駆動装置９によ
り回転駆動せしめられる。ドライブシャフト８の回転部
分の支持はケーシング１に垂設された軸受ハウジング１
０内の軸受１１により行なわれる。

【０００８】ケーシング１には、分離胴２内に被処理液
を供給する給液ノズル１２、清澄液の出口ノズル１３、
沈降分離したケーキを掻き落とすための掻取羽根１４と
、この掻取羽根１４を移動させるエアシリンダ等の移動
装置１５、掻き取られたケーキを排出するためのケーキ
排出口１６が設けられる。給液ノズル１２には、ケーキ
を洗浄する水洗液ノズル１７が接続される。

【０００９】この遠心沈降分離機は、モータ駆動装置９
のモータ駆動により分離胴２が所定の回転数まで上昇す
る。分離胴２内には給液ノズル１２により被処理液をそ
の下部に供給する。供給された被処理液は遠心力により
分離胴２の内面に保持される。

【００１０】分離胴２内に保持される被処理液は回転遠
心力の作用を受け、分離胴２内を流れる間に、比重の大
きな固形分は分離胴２の周壁面に沈降分離されて沈殿し
、ケーキとなる。固形分が分離された清澄液は、図１１
に示すように、上端板３よりオーバーフローし、ケーシ
ング１の内周面を伝って出口ノズル１３より放出される
。

【００１１】一定量の被処理液の固液分離処理を行なう
と、分離胴２の内面にケーキが増加してくるので、固液
分離運転を中止し、ケーキの排出操作を行なう。

【００１２】この固液分離運転において、液体側に有効
成分が含まれる場合には、ケーキに含まれる有効成分の
回収のため、また固体側に有効成分が含まれる場合、ケ
ーキ中に残る液を追い出して純度を高めるため、まず水
洗操作を行なうことが多い。

【００１３】水洗操作は、給液を停止した後、分離胴２
を回転させたままで、水洗液ノズル１７より水洗液を供
給することにより行なわれる。分離胴２内の被処理液が
水洗液で置換された後、回転を停止する。ケーキは通常
圧着されているので、分離胴２内に付着したままとなっ
ている。そこで、次に図１２に示すように掻取羽根１４
を用い、分離胴２をゆっくりと回転させながら、内面に
付着したケーキを掻き取る。掻き取られたケーキはケー
キ排出口１６より下部に排出され、一連の固液分離操作
が終了する。

【００１４】この遠心分離機で遠心分離操作を続けると
ケーキが増加していきアンバランスが生じ、分離胴２に
作用するアンバランス力が増える。アンバランス力が生
じると軸受１１に過大な力が作用し、装置破損の原因に
もなるため、装置全体をスプリング６により支え、アン
バランス振動を吸収している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の遠心沈降分離機
は、図９および図１０に示すようにシンプルな構成のた
め、コストが安く、メンテナンスも容易であり、広く使
用されているが、固液分離のための分離性能が必ずしも
充分でなかった。特に粒径が小さかったり、あるいは固
体と液体の比重差が小さい場合には固液分離が困難な場
合があった。

【００１６】遠心固液分離できる理論限界分離径をｄｐ
　とすると、ストークスの法則より、

【００１７】

【数１】

【００１８】で表わされる。

【００１９】ここに、μは粘度、Ｑは流量、ρＰ　は固
体粒子比重、ρは液の比重、ｇは重力加速度、Σは遠心
沈降分離面積である。

【００２０】遠心沈降分離機が円筒形の分離胴を採用し
た場合、遠心沈降分離面積Σは、

【００２１】

【数２】

【００２２】で表わされる。

【００２３】ここに、πは円周率、ｌは分離胴の軸方向
の長さ、ωは回転角速度、ｒ２　は回転中心より分離胴
内面までの半径長さ（有効回転半径）、ｒ１　は回転中
心より分離胴内の水面までの半径長さである。

【００２４】上記（１）式はｄｐ　より小さい粒子径の
粒子は分離できず、清澄液側に同伴されてしまうことを
示している。固液の比重差ρＰ　−ρが小さくなった場
合でもｄｐ　が大きくなるため、結果として清澄液側へ
の同伴が増える。

【００２５】これを防止するためには（２）式より長さ
ｌ、回転角速度ω、半径ｒ２　を大きくするのが効果が
ある。但し、長さｌを長くしても遠心沈降分離面積Σへ
の寄与は１乗であるため小さく、むしろ２乗の効果が得
られるωまたはｒ２　を増やす方が良い。

【００２６】しかし、従来の遠心沈降分離機においては
、分離胴２の回転角速度ωや有効回転半径ｒ２　を増加
させることは下記の理由により困難であった。

【００２７】（１）分離胴２の回転角速度ωや有効回転
半径ｒ２　を増加させると遠心力も増加し、アンバラン
ス力に起因する振動も増加することとなり、軸受１１の
荷重が過大となる。さらに、装置全体がスプリング６に
より弾性支持されているためモータ駆動装置９等も過大
な振動を受けることとなり故障の原因となる。

【００２８】（２）アンバランス力に起因する振動を防
止するためには、回転系の一次危険速度を超えて運転す
る必要がある。一次危険速度を超えると、変位と遠心力
との位相が１８０°反転し、重心位置を回転中心として
回転するようになるため、アンバランスの影響を受けに
くくなり、アンバランスの不可避な遠心分離機には向い
ている。

【００２９】しかし、流体を内包する回転体を一次危険
速度を超えて回転させる場合、内部流体による自励振動
が発生するという問題があり、従来は高速回転させるこ
とは不可能であった。

【００３０】１９６８年１２月号の“Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＳＭＥ，Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　　　　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　”
に掲載された論文「Ｗｈｉｒｌ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏ
ｆ　ａＲｏｔｏｒ　Ｐａｒｔｉａｌｌｙ　Ｆｉｌｌｅｄ
Ｗｉｔｈ　Ｌｉｑｕｉｄ　」６７６頁〜６８２頁によれ
ば、回転角速度ωと試験速度ω０　との比ω／ω０　が
１を超えたある一定範囲において流体振動による不安定
領域（図１３参照）が存在することが指摘され、最近の
研究では、この不安定領域がかなり広範囲に亘って存在
することが明らかになってきており、この不安定領域の
存在が遠心分離機の性能向上の最大のネックになってい
る。

【００３１】（３）分離胴２の有効回転半径ｒ２　また
は回転角速度ωを増加させ、遠心力が増えると、分離胴
２の自重および内容液により分離胴２に加わる応力が増
加する。この応力が一定の値を超えると分離胴２が破壊
・飛散して大事故となるおそれがあるため、この点から
もｒ，ωの制限が必要であった。

【００３２】以上の３つの理由により、従来の遠心沈降
式分離機では、分離胴２の周速度、すなわちｒ２　×ω
を概略６０〜７０ｍ／ｓ以下に抑える必要があり、分離
胴２の周速度を６０〜７０ｍ／ｓに抑えると、最大１０
００Ｇ程度の遠心力しか得られず、満足する固液分離性
能が得られない。

【００３３】この点に着目し、図１４に示すような遠心
分離機が開発されている。この遠心分離機はケーシング
１内に収容される分離胴２内に多数の円錐状の分離板１
８を設け、これにより遠心沈降分離面積Σを大きくした
「分離板型」と呼ばれるものである。図１０および図１
１に対応する部分には同一符号を付して説明を省略する
。

【００３４】この分離板型遠心分離機は、図１４に示す
ように極めて複雑な固液分離構造となるため、コストも
高く、保守・点検等のメンテナンスに多大の時間と労力
を必要とし、面倒であった。

【００３５】また、従来の遠心沈降分離機は固形分であ
るケーキの洗浄効率が悪く、特に、分離胴内面に付着し
たケーキの、粒子間に含まれる溶液は容易には置換され
ないため、溶液中に含まれる有効成分の回収率の低下、
あるいはケーキ中への溶液混入による固体分の純度低下
の問題があった。これらの問題は、特に高価な精製物質
を取扱う製薬産業や、核原料物質を取扱う原子力産業等
で深刻であり、有効な対策が望まれていた。

【００３６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、構造がシンプルでかつ高い固液分離性能が得
られ、有効成分を効率よく分離・回収できる遠心沈降式
の固液分離装置を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固液分離装
置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように、ケーシング上に設けられたモータ架台と、
このータ架台に取り付けられたモータ駆動装置と、前記
ケーシング内に収容され、被処理液が遠心分離される分
離胴と、この分離胴を上方から吊設する一方、前記モー
タ駆動装置の出力側にフレキシブルに接続されたドライ
ブシャフトと、このドライブシャフトを振り子状の回転
が可能なように支持する支持装置と、上記ドライブシャ
フトとモータ架台の間に、復元力を与えるバネ要素と減
衰力を与えるダンピング要素を付与する緩衝装置と、前
記分離胴内に被処理液を供給する給液装置と、清澄液を
排出する装置と、分離胴内面に沈降分離された固形分を
洗い落とす洗浄スプレ装置とを有し、前記分離胴内に軸
方向に延びるバッフル板を複数設けたものである。また
、上述した課題を解決するために、本発明の固液分離装
置は、請求項２に記載したように、分離胴の上下端に清
澄液をオーバーフローさせる上端板と下端板をそれぞれ
設け、このうち下端板にはトーラス状の液溜めを凹設し
、この液溜め内に貯溜液を撹拌する撹拌羽根とこの貯溜
液を吸い出す液吸上げ装置を設けたものである。

【００３８】

【作用】本発明の固液分離装置は、分離胴をドライブシ
ャフトにより振り子状で回転自由となるように吊り下げ
（例えば、回転系の一次危険速度を５Ｈｚ以下、二次危
険速度を定格回転数の１２０％以上、ダンピング係数比
０．２５〜０．６の範囲を選定し）、分離胴内面に複数
の軸方向バッフル板を設けた簡単な構造のもので、流体
自励振動の発散を防止し、一次危険速度を超えた回転数
で安定に運転することが可能となり、固液分離性能を向
上させ、有効成分を効率よく分離回収することができる
。

【００３９】また、分離胴にチタンやチタン合金を使用
した場合には、分離胴の軽量化が図れ、分離胴の周速を
より一層向上させることができるので、固液分離性能の
向上をさらに図ることができる。

【００４０】さらに、分離胴の下端面を液溜めに凹設し
、この液溜めに貯溜された液を撹拌する撹拌羽根を設け
ることで、分離胴に付着された固形分であるケーキを液
溜め内に洗浄水スプレにて落下させ、撹拌してケーキ内
に含まれる液を完全に洗浄することができる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明に係る固液分離装置の実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。

【００４２】図１は本発明を遠心沈降式の固液分離装置
に適用した第１実施例を示すものである。この固液分離
装置は、床面等に設置された筒状のケーシング２０を有
し、このケーシング２０内は仕切板２１により上部チャ
ンバ２２と分離チャンバ２３とに上下に区画される。分
離チャンバ２３内には円筒状の分離胴２４が回転可能に
収容される。

【００４３】分離胴２４はチタンあるいはチタン合金（
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金）で作られる一方、分離胴２４
の上下端には上端板２５と下端板２６がそれぞれ取り付
けられる。分離胴２４内にはその軸方向に延びるバッフ
ル板２７が図２に示すように、周方向に等ピッチ間隔を
おいて複数枚、例えば４枚設けられる。バッフル板２７
は例えば６枚あるいは８枚であってもよい。

【００４４】分離胴２４の下端板２６はリブ２８を介し
てドライブシャフト３０に接続され、このドライブシャ
フト３０と一体化される。ドライブシャフト３０は上部
チャンバ２２内を貫いて上方に延び、電動モータや油圧
モータ等のモータ駆動装置３１の出力軸３２にフレキシ
ブル継手３３を介して連結される。分離胴２４はモータ
駆動装置３１の駆動により回転駆動せしめられる。ケー
シング２０の上部はモータ駆動装置３１を設置するモー
タ架台として機能している。

【００４５】ドライブシャフト３０は上部軸受３５およ
び下部軸受３６により回転自在に支持される。上部軸受
３５にはドライブシャフト３０のスラスト荷重を支持す
る例えば自動調芯玉軸受が用いられる。この上部軸受３
５はケーシング２０頂壁に固定された上部軸受ハウジン
グ３７内に収容され、ドライブシャフト３０のスラスト
荷重を上部軸受ハウジング３７を介してケーシング２０
に伝えている。上部軸受３５はドライブシャフト３０と
分離胴２４を有する回転系が軸受中心Ｏを回転中心とし
て振り子状の振動を付与され得るように上部軸受ハウジ
ング３１とともに支持装置を構成している。

【００４６】一方、ドライブシャフト３０の中程を支持
する下部軸受３６はその軸受ハウジング３８内に収容さ
れる。下部軸受ハウジング３８はケーシング２０にダイ
レクトに取り付けられるのではなく、コイルスプリング
３９とオイルダンパ４０を並設した複数の緩衝機構４１
を介して取り付けられる。

【００４７】緩衝機構４１のコイルスプリング３９は、
回転系（ドライブシャフト３０と分離胴２４）全体の一
次危険速度が５Ｈｚ以下、好ましくは３Ｈｚ以下となる
ようにバネ定数を選定する。また、オイルダンパ４０の
ダンピング定数Ｃは、ダンピング係数比ζが０．２５〜
０．６の間に入るように選定する。

【００４８】ダンピング係数比ζは、

【００４９】

【数３】

【００５０】で表わされる。

【００５１】ここで、Ｍは分離胴部の液体とケーキを含
む全体の質量、Ｌは回転中心Ｏより分離胴部の重心Ｇま
での距離、ｌｓ　は回転中心よりオイルダンパおよびコ
イルスプリング２９までの距離を示す。なお、（３）式
では簡単化のため、ドライブシャフト３０の質量は無視
している。

【００５２】下部軸受３６の下方に位置する仕切板２１
は、被処理液のミスト分が上部チャンバ２２内に飛散す
るのを防止しており、ドライブシャフト３０が貫通する
仕切板２１の開口部分の内周面にプラスチック等の軟か
い材質の振れ止め４３が装着される。この振れ止め４３
はドライブシャフト３０の過大な振れを抑える機能を有
する。

【００５３】分離チャンバ２３に収容された分離胴２４
内にケーシング２０の外側から給液装置としての給液ノ
ズル４４および洗浄スプレ装置としてのケーキ洗浄スプ
レ管４５が延びている。給液ノズル４４は分離胴２４の
上端板２５の開口側から分離胴２４内に入り、下端板２
６近くで終端し、開口している。また、ケーキ洗浄スプ
レ管４５も給液ノズル４４と同様に、上端板２５の開口
側から分離胴２４内に入り、この分離胴２４内において
胴内周面に向って洗浄液を噴射させる複数のケーキ洗浄
スプレ４６が設けられている。符号４７は水洗液ノズル
である。

【００５４】また、ケーシング２０には被処理液から固
形分を分離除去した清澄液を案内する出口ノズル４８と
分離された固形分（固体分）を排出するスラッジ開口４
９が設けられる。

【００５５】次に、この固液分離装置の固液分離作用を
説明する。

【００５６】固液分離装置はモータ駆動装置３１を駆動
させることにより運転が開始され、このモータ駆動によ
り分離胴２４は所定の回転数、例えば回転角速度ω＝６
３０ｒａｄ／ｓｅｃ．程度まで上昇する。分離胴２４の
有効回転半径（内半径）ｒ２　は例えば０．２ｍである
。

【００５７】固液分離装置の運転が開始されると、給液
ノズル４４により分離胴２４内下部に被処理液が供給さ
れる。供給された被処理液は分離胴２４の回転に伴う遠
心力やバッフル板２７の補助を受けて、分離胴２４の内
面に保持される。

【００５８】分離胴２４内に保持された被処理液は、回
転遠心力の作用を受け、分離胴２４内を流れる間に比重
の大きな固形分は分離胴２４の内壁面に沈降分離されて
沈殿し、ケーキとなる。固形分が分離された清澄液は上
端板２５の開口を通ってオーバフローし、ケーシング２
０と分離胴２４の間を通って清澄液出口ノズル４８から
外部に放出される。

【００５９】一定量の被処理液の固液分離処理を行なう
と、分離胴２４の内面に付着するケーキが増加してくる
ので、固液分離運転を中止し、ケーキの排出操作を行な
う。

【００６０】このケーキの排出作業は、洗浄スプレ装置
としてのケーキ洗浄スプレ管４５内に高圧水を供給し、
ケーキ洗浄スプレ４６により分離胴２４の内周面に高圧
水を噴射させ、吹き付ける。この吹付により分離胴２４
の内周面に付着したケーキを洗い落とすようにしたもの
である。

【００６１】この固液分離装置においては、分離胴２４
内面に付着したケーキをケーキ洗浄スプレ４６により高
圧水を噴射させて洗い落とすようにしたので、従来のよ
うな掻取羽根が不要となる。このため、分離胴２４の内
周面にバッフル板２７を取り付けることができる。

【００６２】分離胴２４にバッフル板２７を設けること
により、下記の利点が得られる。

【００６３】（ａ）分離胴２４の回転角速度ωと、分離
胴２４内部の液体の回転角速度が等しくなる。バッフル
板２７の無い場合、供給された被処理液が分離胴２４に
より加速される時間が掛るため、被処理液の方が分離胴
２４よりも遅れて回転する状態となるが、バッフル板２
７を取り付けることにより、速かに加速され、遅れのな
い状態となる。したがって、回転遅れに伴う分離性能の
理論値からのロスを少なくすることができる。

【００６４】（ｂ）分離胴２４内部の波立ちを防止でき
る。

【００６５】日本機械学会論文集（Ｃ編）４９巻４３９
号の第３７０頁〜第３７８頁に掲載された金子成彦氏等
の論文「回転円筒容器内に部分的に含まれた液体の自由
表面波に関する研究」によれば、流体による自励振動は
図３に示すような、各種のモードの内部流体の波立ちに
起因するものとされている。

【００６６】したがって、分離胴２４の内部にバッフル
板２７を入れることにより、内部流体による波立ちをか
なり抑制でき、自励振動の低減に効果がある。我々の研
究によれば、図３に示す内部自励振動の波立ちは次数ｍ
の小さいモードの方が発生し易く、高い次数モードにな
ると殆ど発生しないことがわかった。したがって、バッ
フル板２７の枚数を４枚以上にしておけば、次数ｍ＝３
以下の波に対して効果があり、有効である。

【００６７】次に、固液分離装置のドライブシャフト３
０を振り子状に回転できるように支持した状態で、各種
パラメ―タを変えた試験を行なった。

【００６８】コイルスプリング３９は、分離胴２４が一
次危険速度５Ｈｚ以下で二次危険速度を定格回転数の１
２０％以上とするようなバネ定数を選定した。この選定
により、流体の自励振動が生ずる範囲を極く限られた領
域とすることがわかった。

【００６９】試験結果を例示すると、（１）一次危険速
度１５Ｈｚのバネ定数を選定した試験では、バッフル板
２７があるにも拘らず、自励振動が発生し、１５〜２５
Ｈｚおよび４５Ｈｚ以上で極めて強く振動が発散し、運
転できなくなった。

【００７０】（２）一次危険速度を５Ｈｚとなるように
コイルスプリング３９を変更した場合、１０〜１５Ｈｚ
で弱い自励振動が生じるものの、１５Ｈｚ以上では自励
振動の発散は生じなかった。

【００７１】これら一連の試験結果により、さらにオイ
ルダンパのダンピング定数の最適値としてダンピング係
数比０．２５〜０．６の範囲を見出した。このダンピン
グ係数とすることにより１０〜１５Ｈｚの自励振動を問
題ないレベルに抑え、かつ高速定格回転時の軸受荷重を
小さいレベルに抑えることが可能となった。

【００７２】また、このダンピング係数比の範囲では、
最大の振幅となる危険速度通過時に軸受に作用する反力
も極小にすることができるため、従来に比べ大幅な信頼
性向上と長寿命化を図ることができる。

【００７３】図４はダンピング係数比と一次危険速度通
過時の軸受反力の関係を求めたものであり、この図から
、ダンピング係数比０．２５〜０．６の範囲で危険速度
通過時の軸受反力が極小となることが確認できる。

【００７４】なお、ドライブシャフト３０は吊下げ形で
、一次危険速度が小さいため、万一振幅が過大になった
場合の安全のため、一定以上の振幅になると振れ止め４
３にて制限される構造となっている。

【００７５】さらに、分離胴２４をチタン合金（Ｔｉ−
６Ａｌ−４Ｖ）としたことにより、比重を従来のステン
レス鋼製の分離胴の約半分程度とすることができ、従来
不可能であった高速回転に耐えることができる。

【００７６】図１および図２に示す固液分離装置におい
ては、分離胴２４内に４枚のバッフル板２７および一次
危険速度を５Ｈｚ以下、二次危険速度を定格回転数の１
２０％以上、ダンピング係数比を０．２５〜０．６の範
囲に選択することにより、流体自励振動を抑止でき、軸
受等に加わる振動による荷重を極小にできることがわか
った。

【００７７】また、分離胴２４をチタン合金製とするこ
とにより、回転角速度ωを従来の３１０ｒａｄ／ｓｅｃ
．から６２５ｒａｄ／ｓｅｃ．に倍増することが可能と
なった。回転数を増加させることにより、遠心力を増加
させることができ、固液分離性能を大幅に向上できる（
分離性能は、ωの２乗に比例するので、従来の約４倍と
なる）。

【００７８】図５は本発明に係る固液分離装置の第２実
施例を示すものである。

【００７９】この固液分離装置は筒状のケーシング２０
Ａ内に形成される分離チャンバ２３Ａに純チタン製の分
離胴２４Ａを収容したものである。分離胴２４Ａには上
端板２５Ａと下端板２６Ａが取り付けられる。下端板２
６Ａにはトーラス状の液溜め５０を凹設している。この
下端板２６Ａには図１の固液分離装置とは異なりケーキ
排出口が形成されていない。

【００８０】分離胴２４Ａ内には、その軸方向に延びる
バッフル板２７Ａが複数枚、例えば４枚分離胴２４Ａの
周方向に等ピッチ間隔で設けられる。

【００８１】一方、下端板２６Ａは中央ボス部分がドラ
イブシャフト３０Ａに支持される。ドライブシャフト３
０Ａはフランジ軸継手５１を介して上部シャフト５２と
一体的に接合され、これらのシャフト３０Ａ，５２と分
離胴２４Ａとにより回転系を構成している。

【００８２】回転系は上部アンギュラ軸受等の上部軸受
３５Ａによりスラスト荷重が支持され、ラジアル荷重は
上部軸受３５Ａと下部軸受３６Ａの両方で支持される。 各軸受３５Ａ，３６Ａは円筒（スリーブ）状の軸受ハウ
ジング５４内に納められ、この軸受ハウジング５４は球
面軸受５５を介してモータ架台５６に支持されており、
球面軸受５５を中心Ｏに自由に振り子状の振動ができる
ようになっている。モータ架台５６はケーシング２０Ａ
上に設置される。

【００８３】モータ架台５６上には電動ータや油圧モー
タ等のモータ駆動装置３１Ａが設置され、このモータ駆
動装置３１Ａからの出力軸３２Ａはフレキシブル継手３
３Ａを介して上部シャフト５２に連結され、このフレキ
シブル継手３３Ａにより上部シャフト５２に回転力を伝
達している。

【００８４】一方、軸受ハウジング５４はコイルスプリ
ング３９Ａとオイルダンパ４０Ａからなる緩衝装置４１
Ａを介してモータ架台５６に弾性支持される。コイルス
プリング３９Ａのばね定数およびオイルダンパ４０Ａの
ダンピング定数は図１および図２に示す固液分離装置と
同様に設定される。

【００８５】また、分離胴２４Ａ内には、給液装置とし
ての給液ノズル４４Ａ、および洗浄スプレ装置としての
ケーキ洗浄スプレ管４５Ａとケーキ洗浄スプレ４６Ａが
設けられるとともに、下端板２６Ａ上の液溜め５０内に
液吸上げ装置としての複数のスラッジ吸上管５８が設け
られる。この吸上管５８の先端には撹拌羽根５９が取り
付けられている。

【００８６】スラッジ吸上管５８は分離胴２４Ａ内およ
びガイド筒６０内を上動して分離胴２４Ａの上方から半
径方向外方に曲げられてケーシング２０Ａ外に出た後、
全体として逆Ｕ字型に曲げられ、他端は液溜め５０より
低いレベルに設けられた気密のスラッジ回収缶６１に案
内される。この回収缶６１内は減圧管６２により図示し
ない真空ポンプ等により減圧される。

【００８７】図５に示す固液分離装置は、例えば分離胴
２４Ａの回転有効半径ｒ２　＝０．４５ｍ、回転角速度
ω＝２１０ｒａｄ／ｓに設定すると、分離胴２４Ａの周
速は９５ｍ／ｓｅｃ．程度となる。

【００８８】図６は図５に示す固液分離装置に用いられ
るコイルスプリング３９Ａのばね定数設定例を示すもの
である。

【００８９】図６のグラフは、横軸にコイルスプリング
３９Ａのばね定数、縦軸に回転系の固有振動数を採った
ものであり、図中の曲線は伝達マトリックス法より求め
た一次および二次の危険速度を示している。

【００９０】一次危険速度を本実施例では３Ｈｚ以下と
することとした。この場合、コイルスプリング３９Ａの
ばね定数ｋは約７×１０２　ｋｇｆ／ｍｍとすれば良い
。一方、分離胴２４Ａの回転数は約３４Ｈｚとなるので
、３４×１．２＝４０．８Ｈｚ以上の二次危険速度とな
るばね定数は、約１０２　ｋｇｆ／ｍｍとなる。したが
って、この間の最適な値を選定すれば良い。

【００９１】図７には従来のステンレス鋼と、本実施例
のチタンについて、分離胴２４Ａの応力を一定値とした
ときの必要な板厚を比較したものである。図７よりわか
るように、ステンレス鋼の場合には１９００ｒｐｍ以上
で、必要板厚が急激に増加し使用不可となるが、チタン
の場合、２６００ｒｐｍ程度までこの立上り点が移動し
ており、チタンの有効性が明らかである。

【００９２】しかして、図５に示す固液分離装置におい
ても、図１に示す固液分離装置とほぼ同様な作用効果を
奏する。バッフル板２７Ａや回転系のコイルスプリング
３９Ａやオイルダンパ４０Ａの作用効果も異なるところ
がない。

【００９３】図５に示す固液分離装置では、分離胴２４
Ａの下端板２６Ａに液溜め５０や撹拌羽根５９を設けた
ので、この液溜め５０や撹拌羽根５９の作用効果を説明
する。

【００９４】一定量の被処理液を処理し、分離胴２４Ａ
内にケーキが堆積したら、まずゆっくり回転を止める。 ケーキは分離胴２４Ａの内壁面に付着したままとなり、
上澄液が液溜め５０に落下する。この上澄液は複数ある
スラッジ吸上管５８のうちの１本により吸い上げられ、
回収缶６１に集められる。このとき、回収缶６１は減圧
管６２より、真空ポンプ等により減圧することにより、
スラッジ吸上管５８がサイフォンとして作用し、液を回
収缶６１にスムーズに移すことができる。回収された液
には、固形分（および有効成分）が含有されているので
、図示しない戻しラインにより被処理液タンクに戻す。

【００９５】次に、モータ駆動装置３１Ａにより分離胴
２４Ａをゆっくり回転させながら、ケーキ洗浄スプレ４
６Ａより高圧水を分離胴２４Ａの内面に向けて噴射する
。これによりケーキは剥離され、洗浄水とともに液溜め
５０に落下する。分離胴２４Ａが１〜２回転し、全ての
ケーキが落下したら、次にモータ駆動装置３１Ａの回転
を１０〜４０ｒｐｍに上げる。

【００９６】液溜め５０内に設けた撹拌羽根５９はケー
シング２０Ａに固定されているので、液の方が回転し、
撹拌されることとなる。この撹拌によりケーキの粒子缶
に含まれていた被処理液が洗浄される。

【００９７】次に、モータ駆動装置３１Ａによる分離胴
２４Ａの回転を定格の高速回転まで上げる。このとき、
液溜め５０中の洗浄水および固形分は液溜めの側面を形
成する斜面５０ａを昇り、分離胴２４Ａ内で再び遠心沈
降分離が行なわれる。

【００９８】この運転を充分沈降が行なわれる時間Ａ（
通常５〜１０分）行ない、分離胴２４Ａの内壁にケーキ
を形成させる。

【００９９】次に、分離胴２４Ａの回転を止め、液溜め
５０に落下した洗浄水をスラッジ吸上管５８により吸い
上げ、戻しラインにより被処理液タンクに戻す。続いて
、分離胴２４Ａをゆっくり回転させながら、ケーキ洗浄
スプレ４６Ａによりケーキを液溜め５０内に落下させる
。このケーキ中には、殆ど被処理液の成分は残っていな
い。したがって、１０〜４０ｒｐｍで回転させ、撹拌し
ながら別のスラッジ吸上管５８により、スラリー状にな
った固体分を吸い上げ、回収缶６１に回収する。

【０１００】以上の固液分離操作を行なうことにより、
（１）固形分のケーキ中に含有されている被処理液の成
分を完全に洗浄でき、固形分の純度を高くすることがで
きる一方、（２）被処理液中に有効成分が含有されてい
る場合には、ケーキに同伴する量を減らすことができ、
有効成分の回収率を高くすることができる。

【０１０１】したがって、特に薬品、核原料等微量な有
効成分の回収を必要とされる目的に使用することができ
る。

【０１０２】なお、ケーキ洗浄操作は本例では１回であ
ったが、もし不充分の場合、これを数回繰り返してもよ
い。

【０１０３】図８は本発明に係る固液分離装置の第３実
施例を示したものである。

【０１０４】この実施例に示された固液分離装置は、図
５に示したものと下記の構成を除いて実質的に等しいの
で対応する部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【０１０５】図８の固液分離装置は、図５に示された固
液分離装置と軸受ハウジング５４の支持構造が異なる。 軸受ハウジング５４は球面軸受ではなく、緩衝装置とし
て中空円筒形の肉厚のゴムブッシュ６４を介してモータ
架台５６に弾性支持される。このモータ架台５６は一般
の架台６５に設置することができる。軸受ハウジング５
４の支持にゴムブッシュ６４を用いることによりコイル
スプリングやオイルダンパを削除できる。このゴムブッ
シュ６４はドライブシャフト３０Ａの支持装置と緩衝装
置を兼ねている。ゴムブッシュ６４には、元来ばね要素
とダンピング要素が備わっているため、コイルスプリン
グとオイルダンパの削除が可能となる。ゴムブッシュの
材料仕様、厚さ、径等は図５に示す固液分離装置に準じ
て適切なばね定数、ダンピング定数が得られるように設
計すればよい。

【０１０６】しかして、この固液分離装置は、軸受ハウ
ジング５４の支持にゴムブッシュ６４を採用することに
より、 （１）スプリング、ダンパおよび球面軸受がなくなるの
で、構造が極めてシンプルとなり、メンテナンス性が向
上する （２）球面軸受の潤滑剤注入、オイルダンパの油交換な
どが不要となり、メンテナンスフリーが図れる。

【０１０７】（３）全体をゴム支持としたため、軸受で
発生する微小な騒音、振動まで抑えることが可能となり
、静音化が図れる。

【０１０８】（４）機械部分が減って、軽量化できる。

【０１０９】（５）騒音の発生を抑え、軽量化が図れる
ので、架台６５上等にも設置できるようになり、据付場
所が拡がる。

【０１１０】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る固液分
離装置においては、分離胴をドライブシャフトにより振
り子状の回転自由となるように吊り下げ、かつ分離胴の
内面に軸方向に延びるバッフル板を設けただけの簡単な
構成のもので、流体自励振動の発散を防止し、一次危険
速度を超えた回転数で安定的に運転することが可能とな
り、分離胴の回転速度を向上させることができるので、
固液分離性能を向上させ、有効成分を効率よく分離回収
することができる。

【０１１１】また、分離胴の内面に沈降分離された固形
分を洗い落とす洗浄スプレ装置を設けたので、固形分の
洗い落とし、洗浄をスムーズに能率よく行なうことがで
きる。

【０１１２】また、分離胴にチタンやチタン合金を使用
した場合には、分離胴の軽量化が図れ、分離胴の周速を
より一層向上させることができ、固液分離性能の向上を
さらに図ることができる。

【０１１３】さらに、分離胴の下端面を液溜めに凹設し
、この液溜めに貯溜された液を撹拌する撹拌羽根を設け
ることで、分離胴に付着された固形分であるケーキを液
溜め内に洗浄水スプレにて落下させ、撹拌してケーキ内
に含まれる液を完全に洗浄することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固液分離装置の第１実施例を示す
縦断面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う平断面図。

【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は次数に
応じた流体の自励振動の内部流動状態を示す図。

【図４】ダンピング係数比と危険速度通過時の軸受反力
の関係を示すグラフ。

【図５】本発明に係る固液分離装置の第２実施例を示す
縦断面図。

【図６】図５に示された固液分離装置でコイルスプリン
グのばね定数を求めるグラフ。

【図７】分離胴の材質を変えたときの必要な板厚を示す
グラフ。

【図８】本発明に係る固液分離装置の第３実施例を示す
縦断面図。

【図９】従来の固液分離装置を示す遠心沈降分離機の縦
断面図。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う平断面図。

【図１１】図９の遠心沈降分離機の作用を示す図。

【図１２】図９の遠心沈降分離機の作用を示す図。

【図１３】流体の自励振動に伴う回転不安定領域を示す
図。

【図１４】従来の沈降分離機の他の例を示す図。

【符号の説明】

２０，２０Ａ　　ケーシング ２１　　仕切板 ２４，２４Ａ　　分離胴 ２５，２５Ａ　　上端板 ２６，２６Ａ　　下端板 ２７，２７Ａ　　バッフル板 ２８　　リブ ３０，３０Ａ　　ドライブシャフト ３１，３１Ａ　　モータ駆動装置 ３２　　出力軸 ３３，３３Ａ　　フレキシブル継手 ３５　　上部軸受 ３６　　下部軸受 ３７　　上部軸受ハウジング ３８　　下部軸受ハウジング ３９，３９Ａ　　コイルスプリング ４０，４０Ａ　　オイルダンパ ４１，４１Ａ　　緩衝機構 ４３　　振れ止め ４４　　給液ノズル（給液装置） ４５，４５Ａ　　ケーキ洗浄スプレ管（洗浄スプレ装置
）４６，４６Ａ　　ケーキ洗浄スプレ（洗浄スプレ装置
）４８　　出口ノズル（清澄液の排出装置）５０　　液
溜め ５２　　上部シャフト ５４　　軸受ハウジング ５５　　球面軸受 ５６　　モータ架台 ５８　　スラッジ吸上管（液吸上装置）６１　　回収缶 ６２　　減圧管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ケーシング上に設けられたモータ架台
   と、このータ架台に取り付けられたモータ駆動装置と、
   前記ケーシング内に収容され、被処理液が遠心分離され
   る分離胴と、この分離胴を上方から吊設する一方、前記
   モータ駆動装置の出力側にフレキシブルに接続されたド
   ライブシャフトと、このドライブシャフトを振り子状の
   回転が可能なように支持する支持装置と、上記ドライブ
   シャフトとモータ架台の間に、復元力を与えるバネ要素
   と減衰力を与えるダンピング要素を付与する緩衝装置と
   、前記分離胴内に被処理液を供給する給液装置と、清澄
   液を排出する装置と、分離胴内面に沈降分離された固形
   分を洗い落とす洗浄スプレ装置とを有し、前記分離胴内
   に軸方向に延びるバッフル板を複数設けたことを特徴と
   する固液分離装置。
2. 【請求項２】　　分離胴の上下端に清澄液をオーバーフ
   ローさせる上端板と下端板をそれぞれ設け、このうち下
   端板にはトーラス状の液溜めを凹設し、この液溜め内に
   貯溜液を撹拌する撹拌羽根とこの貯溜液を吸い出す液吸
   上げ装置を設けた請求項１記載の固液分離装置。