JPH0696134B2 - 渦流形遠心分離機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種混合流体を比重の異なる２種類の流体に
分離する渦流形遠心分離機に関するものである。

（従来の技術） 一般に、ウラン濃縮などのように、２種類の気体よりな
る混合流体をそれぞれ比重の異なる気体に分離する分離
機として遠心分離機がある。この遠心分離機は、第７図
に示すように、高速回転自在な円筒体（ａ）の上部より
吸込管（ｂ）が導入され、該円筒体（ａ）の下部中央に
第１吐出口（ｃ）が形成されると共に、上部に第２吐出
口（ｄ）が上記吸込管（ｂ）の周囲に形成され、更に、
上記円筒体（ａ）内に仕切壁（ｅ）が設けられて構成さ
れている。従って、上記円筒体（ａ）を高速回転させる
と共に、吸込管（ｂ）より混合流体を円筒体（ａ）内に
導入すると、該混合流体が回転して遠心力が作用し、半
径方向に遠心力と釣り合う圧力勾配が生じて、第７図矢
符に示すように循環することになる。そして、比重の大
きい分子を含む流体は円筒体（ａ）の周面部に、比重の
小さい分子を含む流体は円筒体（ａ）の中央部に集ま
り、該比重の小さい流体を第１吐出口（ｃ）より、比重
の大きい流体を第２吐出口（ｄ）より取り出し、上記混
合流体を分離している。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した遠心分離機においては、遠心力によって混合流
体に半径方向の圧力勾配を生じさせ、該混合流体を循環
させるようにしているため、円筒体（ａ）内に仕切壁
（ｅ）を設ける必要があり、構造が複雑になると共に、
円筒体（ａ）が大径となり、装置全体が大型化するとい
う問題があった。特に、一旦分離した流体をさらに濃縮
する場合、第７図に示す遠心分離機を多段に接続するこ
とになり、更に大型化するという問題があった。

また、従来の遠心分離機においては昇圧機能がないの
で、大きい圧力損失を伴う管路系を介して、分離した流
体を取り出す際、高圧のブロアを要するという問題があ
った。

本発明は、斯かる点に鑑み、流体を螺旋状に旋回させつ
つ移送することによって遠心力を生じさせ、比重の異な
る流体に分離するようにしたことにより、小型化を図る
ことができると共に、圧力損失に対しても流体を容易に
取り出すことができるようにすることも可能な構造を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、第
１図に示すように、先ず、流体の主流路（５）を形成す
る中空環状部（31）を有するハウジング（３）が設けら
れている。そして、該ハウジング（３）内に収納されて
いて、上記主流路（５）に臨む複数枚の羽根（42），
（42），…を有し、該主流路（５）内において流体を螺
旋状に旋回させつつ移送して比重の大きい流体と比重の
小さい流体とに分離する羽根車（４）が設けられてい
る。更に、上記主流路（５）に開口して該主流路（５）
に流体を導入する吸込口（61a）が形成されている。加
えて、該吸込口（61a）より羽根車（４）の反回転側で
あって且つ上記主流路（５）の周面に開口し、比重の大
きい流体を導出する第１吐出口（62a）が形成されてい
る。その上、上記吸込口（61a）より羽根車（４）の反
回転側であって且つ上記主流路（５）のほぼ中心軸線上
に開口し、比重の小さい流体を導出する第２吐出口（63
a）が形成された構成としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、羽根車（４）を回転させ
ると共に、吸込口（61a）より流体、例えば、気体と液
体とからなる混合流体を主流路（５）内に導入する。そ
して、該主流路（５）において、流体は羽根車（４）の
回転による遠心作用によって、主流路（５）の横断面内
を回転しつつ軸方向に流れ、螺旋状に旋回して両吐出口
（62a），（63a）に流れることになる。その際、螺旋運
動による遠心力によって比重の大きい流体は主流路
（５）の周面側に、比重の小さい流体は主流路（５）の
中心軸線側に集まり２つの流体に分離される。その後、
比重の大きい流体は第１吐出口（62a）より、比重の小
さい流体は第２吐出口（63a）よりハウジング（３）外
に導出されることになる。

従って、上記流体を螺旋運動による遠心力で分離するの
で、高い分離係数を得ることができる一方、従来のよう
に仕切壁を設ける必要がないことから、構造を簡素にす
ることができると共に、装置全体を小型にすることがで
きる。特に、一旦分離した流体を更に濃縮する場合、２
段以上に組み合せることになり、その際、全体形状を極
めてコンパクトにすることができる。

また、上記流体を主流路（５）内で昇圧させることも可
能であるので、圧力損失の高い吸着層や精製層を介して
流体を取り出すことができ、高圧のブロア等を設ける必
要がなく、構造を簡略にするこどできると共に、安価な
ものとすることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図及び第２図に示すように、（１）は渦流形遠心分
離機であって、混合流体（２）を遠心力によって比重の
大きい流体（2a）と、比重の小さい流体（2b）とに分離
するもので、ウラン濃縮などに用いられるものである。

該渦流形遠心分離機（１）は、ハウジング（３）内に羽
根車（４）が収納されて構成されており、該ハウジング
（３）は、中空環状部（31）の中心側に上記羽根車
（４）の両端面を覆う平坦部（32）が連続して形成され
ている。該中空環状部（31）の内部は上記流体（２）が
流れる主流路（５）を形成しており、該中空環状部（3
1）の内周部側には上記羽根車（４）が臨む開口が形成
され、該開口縁に上記平坦部（32）を形成する各平板
（32a），（32b）が連接されている。

上記羽根車（４）は、円板状に形成されたハブ（41）の
先端外周面に複数枚の羽根（42），（42），…が設けら
れて構成されている。そして、該ハブ（41）は、上記ハ
ウジング（３）の平坦部（32）内に収納されており、中
心部に駆動軸（43）が連結され、該駆動軸（43）は上記
平坦部（32）の片側の平板（32b）を貫通してハウジン
グ（３）外に導出されている。一方、上記羽根（42）は
中空環状部（31）の内周部側より主流路（５）内に臨ん
でおり、該羽根（42）は、上記ハブ（41）より直線放射
状に形成されると共に、ハブ（41）の両面に亘ることな
く子午面が扇状に形成され、各羽根（42），（42），…
間におけるハブ（41）の外周面（41a）が前面から後面
に向って遠心方向に先細に形成されていて、該外周面
（41a）が主流路（５）の周面の一部を構成している。
そして、上記羽根車（４）の回転により、上記主流路
（５）内において、流体（２）は、第２図矢符Ａに示す
ように、主流路（５）の横断面内で回転しつつ該主流路
（５）の軸方向に流れ、第１図矢符Ｂに示すように、螺
旋状に旋回しつつ移送されるように成っており、この螺
旋運動の遠心力により比重の大きい流体（2a）を主流路
（５）の周面側に、比重の小さい流体（2b）を主流路
（５）の中心軸線側に分離するようにしている。

更に、上記ハウジング（３）の中空環状部（31）には、
吸込管（61）と、第１吐出管（62）と、第２吐出管（6
3）とが接続されている。該吸込管（61）は先端部が中
空環状部（31）の外周側より主流路（５）内に導入され
ていて、先端の吸込口（61a）が主流路（５）内に開口
され、混合流体（２）を上記羽根車（４）に向って主流
路（５）内に導入するようにしている。また、上記第１
吐出管（62）は吸込管（61）に近接して先端が中空環状
部（31）に接続されており、該先端の第１吐出口（62
a）は上記吸込口（61a）より羽根車（４）の反回転側で
あって、上記主流路（５）の外周面に開口され、比重の
大きい流体（2a）をハウジング（３）外に導出するよう
にしている。更にまた、上記第２吐出管（63）は、吸込
管（61）と第１吐出管（62）との間より先端部が主流路
（５）内に導入されており、該先端部は羽根車（４）の
反回転側にやや湾曲して先端の第２吐出口（63a）が流
体（２）の移送方向に対面し、その上、該第２吐出口
（63a）は上記吸込口（61a）より羽根車（４）の反回転
側であって、上記主流路（５）のほぼ中心軸線上に開口
され、比重の小さい流体（2b）をハウジング（３）外に
導出するようにしている。

次に、この渦流形遠心分離器（１）の分離動作について
説明する。

先ず、そこで、混合流体（２）の具体例としては次のよ
うなものがあり、気体と気体、液体と液体、固体
と液体、気体と液体、固体と気体などである。

これら比重の異なる２つの流体（2a），（2b）よりなる
混合流体（２）は吸込管（61）に導かれて吸込口（61
a）より主流路（５）内に導入される。一方、羽根車
（４）は駆動軸（43）の駆動により回転しており、羽根
（42）が主流路（５）内を該主流路（５）の軸方向に回
転し、上記吸込口（61a）より流入した混合流体（２）
は羽根（42）の回転による遠心作用により、主流路
（５）の横断面内において周方向に回転し（第２図矢符
Ａ参照）、羽根（42）より流出した流体（２）が再び羽
根（42）に流入することになる。そして、流体（２）は
上記回転を繰り返しつつ主流路（５）の軸方向に移送さ
れ、第１図矢符Ｂに示すように、螺旋状に旋回しつつ流
れることになる。この螺旋運動中において、混合流体
（２）には遠心力が作用するので、比重の大きい流体
（２）は主流路（５）の周面側に、比重の小さい流体
（2b）は主流路（５）の中心軸側に集まることになり、
しかも、主流路（５）を進むに従って両流体（2a），
（2b）が明確に分離されることになる。尚、第１図及び
第２図において、散点模様部分が比重の大きい流体（2
a）を示している。

そして、第１吐出口（62a）が主流路（５）の外周面
に、第２吐出口（63a）が主流路（５）の中心軸線付近
に開口しているので、該第１吐出口（62a）より比重の
大きい流体（2a）が、第２吐出口（63a）より比重の小
さい流体（2b）がハウジング（３）外に導出されること
になる。この上述した動作によって２つの流体（2a），
（2b）に分離することになる。

従って、上記混合流体（２）を主流路（５）内で螺旋運
動させてその遠心作用により２つの流体（2a），（2b）
に分離するので、高い分離係数を得ることができる一
方、従来のように仕切壁（ｅ）等を設ける必要がなく、
構造を簡素にすることができると共に、小型化を図るこ
とができる。特に、分離した流体（2a）又は（2b）を更
に濃縮する場合、駆動軸（43）を同軸として同じ遠心分
離機（１）を２段あるいは３段以上重ね合せればよく、
例えば、第２図において、ハウジング（３）の右側に同
じ遠心分離機（１）を組み合せ、一方の吐出管（62）又
は（63）を他の遠心分離機（１）の吸込管（61）に接続
すればよく、極めてコンパクトにすることができる。

第３図は他の主流路（５）を示し、ハウジング（３）の
中空環状部（31）に主流路（５）を高圧側と低圧側とに
区分するストリップ部材（33）を設けたものである。そ
して、該ストリッパ部材（33）には羽根（42）の通る案
内路（33a）のみが形成されて中空環状部（31）内を閉
塞しており、ストリッパ部材（33）の片側に吸込口（60
a）が、片側に両吐出口（62a），（63a）が開口されて
いる。従って、上記ストリッパ部材（33）により流体
（２）の昇圧作用が確実に行われることになり、圧力損
失の高い主流路（５）周面の吸着層や精製層より流体
（2a）を取り出すことができると共に、圧力損失の高い
径路を介しても各流体（2a），（2b）を取り出すことが
できるので、各流体（2a），（2b）をブロア等で吸引し
て取り出す必要がなく、装置全体を簡素にすることがで
きると共に、経済的なものとすることができる。その他
の構成並びに作用効果は前実施例と同様である。

第４図は更に他の実施例を示し、前実施例における羽根
（42）が子午面扇状に形成されていたのに代り、羽根
（44）が子午面矩形状に形成されると共に、ハブ（41）
の両面に亘って形成される一方、ハブ（41）の外周面
（41b）が平坦に形成されている。更に、主流路（５）
内には該主流路（５）の中心軸線上に環状ガイド部材
（７）が設けられ、該ガイド部材（７）の内側に羽根
（44）の先端が近接して該羽根（44）が回転するように
成っている。従って、混合流体（２）は、第４図矢符ｃ
に示すように、ガイド部材（７）の回りを螺旋状に旋回
することになり、中空環状部（31）の周面側に比重の大
きい流体（2a）が、ガイド部材（７）の周面側に比重の
小さい流体（2b）が集ることになる。その他の構成並び
に作用効果は第１図及び第２図に示すものと同様であ
る。

第５図及び第６図は更に他の実施例を示し、第４図に示
す主流路（５）内に内部案内板（８）を設けたものであ
る。該内部案内板（８）は中空環状部（31）の内周面か
らガイド部材（７）の外周面に亘って形成されていて、
主流路（５）を複数の空間に仕切っており、流体（２）
の流入端（8a）より流出端（8b）に向って流体（２）の
螺旋運動に対応して捩れている。従って、上記内部案内
板（８）により流体（２）の軸方向の流速が減少し、流
体（２）の昇圧効果が発揮されることになる。その他の
構成並びに作用効果は第４図に示すものと同様である。

尚、第４図及び第５図に示す実施例においては、第３図
に示すストリッパ部材（33）を設けてもよく、逆に設け
なくてもよい。また、第３図のストリッパ部材（33）を
設けるのに代り、吸込口（61a）と両吐出口（62a），
（63a）との間において、主流路（５）を絞るようにし
て、昇圧効果を得るようにしてもよい。また、ガイド部
材（７）を必ずしも設ける必要はない。

（発明の効果） 以上のように、本発明の渦流形遠心分離機によれば、羽
根車の回転による遠心作用によって主流路内において流
体を螺旋状に旋回しつつ移送し、比重の大きい流体と比
重の小さい流体とに分離して導出するようにしたため
に、流体の螺旋運動による遠心力を利用して該流体を２
種類の流体に分離するので、高い分離係数を得ることが
できる一方、従来のように仕切り壁等を設ける必要がな
く、構造を簡略化できると共に、装置全体を小型にする
ことができる。特に、分離した流体を更に濃縮するため
に、多段に組み合せた場合、全体形状を極めてコンパク
トにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の実施例を示し、第１図は渦流
型遠心分離機の縦断面図、第２図は同横面図である。第
３図はストリッパ部材を設けた渦流形遠心分離機の要部
の断面図である。第４図は他の実施例を示す渦流形遠心
分離機の要部の断面図である。第５図は内部案内板を設
けた渦流形遠心分離機の要部の横断面図、第６図は同要
部の縦断面図である。第７図は従来の遠心分離機を示す
概略構成図である。 （１）……渦流形遠心分離機、（２），（2a），（2b）
……流体、（３）……ハウジング、（４）……羽根車、
（５）……主流路、（31）……中空環状部、（42），
（44）……羽根、（61a）……吸込口、（62a）……第１
吐出口、（63a）……第２吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の主流路（５）を形成する中空環状部
   （31）を有するハウジング（３）と、該ハウジング
   （３）内に収納されていて上記主流路（５）に臨む複数
   枚の羽根（42），（42），…を有し、該主流路（５）内
   において流体を螺旋状に旋回させつつ移送して比重の大
   きい流体と比重の小さい流体とに分離する羽根車（４）
   と、上記主流路（５）に開口して該主流路（５）に流体
   を導入する吸込口（61a）と、該吸込口（61a）より羽根
   車（４）の反回転側で且つ上記主流路（５）の周面に開
   口して比重の大きい流体を導出する第１吐出口（62a）
   と、上記吸込口（61a）より羽根車（４）の反回転側で
   且つ上記主流路（５）のほぼ中心軸線上に開口して比重
   の小さい流体を導出する第２吐出口（63a）とを備えて
   いることを特徴とする渦流形遠心分離機。