JPS60501546A - サイクロン分離装置用オ−バフロ−出口 - 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】 サイネー巳４−々−Ｍ虜庫−里オ−ニゲ−７−巳−＝−吐偲一本発明は、液体混 合物中の液体成分を分離するためのサイクロン分離装置に関する。前記サイクロ ン分離装置は細長いテーパをっけた分離室を有する。

前記分離室は分離しようとする液体用として少なくとも一つの側方入口を有し、 前記液体成分のうち密度の低い成分の排出用として該分離室のより大きい断面の 端部にオーバフロー出口開口を有する。前記分離室はさらに前記液体成分のうち 密度の高い成分の排出用として前記分離室のより小さい断面の端部にアンダフロ ー出口を有する。本発明は前記のような分離装置に関し、特に油と水とを分離す るために使用するような分離装置に関するが、これに限定されるものではない。

米国特許第４，２３７，００６号（コールマン等）は前記種類のサイクロン分離 装置を開示している。このサイクロン分離装置の分離室は第１円筒形部分と第２ 円筒形部分と第３円筒形部分とを有し、各円筒形部分は第１、第２、第３の順序 で隣接する。第１円筒形部分は第２円筒形部分よりも大きな直径を有し、第３円 筒形部分は第２円筒形部分よりも小さな直径を有する。分離装置のオーバフロー 出口は第２円筒形部分の反対側にある第１円筒形部分の端部に連絡する。複数の 接線方向の流入口が第１円筒形部分に形成されている。「サイクロン分離装置」 と題して、１９８３年２月２８日に出願した本発明者による国際特許出願ＰＣＴ ／ＡＵ８３／　ＯＯＯ２８号も同様形式の分離装置を開示する。

オーバフロー出口の断面積の選択が分離装置の適切な動作に重要であることは知 られているが、ある動作条件に適切である断面積が別の動作条件には必ずしも適 当でないことも発見されている。このため、動作条件が変化するような環境で分 離装置を使用する場合、密度の低い成分が過剰に存在して密度の高い液体成分を 実質的に汚染するような不適当な分離が行われることもある。このような環境変 化は例えば分離するために分離装置に供給する混合物中の二つの成分の比が変化 することによって生ずる。または分離装置を通過する流量の変化によって生ずる 。

本発明の一つの目的は前記始めに説明したようなサイクロン分離装置を提供する 。このサイクロン分離装置には分離装置からオーバフロー出口開口を経由する流 れを可変的に制限するように操作可能な弁装置を設ける。好捷しくば、前記オー バフロー出口はオリフィスであり、分離装置の使用に際して液体の流れはオーバ フロー出口から前記オリフィスを通って流れ、前記弁装置は可変的に前記オリフ ィスを３ 閉塞するよ、うに調整可能なニードル弁などの部材からなる。

第１円筒形部分に隣接して第１がア部分を有するような段階状ボアのオーバフロ ー出口である場合、該段階状ボアは本発明者による国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ ８３１０００２８号に開示するように形成することができる。

添付図面を参照して実施例に基づき本発明をさらに説明する。

第１図は、本発明の適用可能なサイクロン分離装置の例示的部分断面斜視図、 第２図は、第１図に示す分離装置のオーバフロー出口の拡大部分断面図、 第３図は、第１図および第２図に示す分離装置に有用な制御手段を示す線区、 第４図および第５図は、第３図に示す制御手段に組込まれた弁の概略断面図であ り、制御手段の成る一操作状態における弁の状態を示し、 第６図および第７図は、第４図および第５図のそれぞれと同様の断面概略図であ り、前記制御手段の別の操作状態における弁状態を示し、 第８図は、第１図および第２図に示す分離装置に有用な変形した制御手段を示す 線図である。

第１図に示す分離装置１０は分離室２５を有する。

４　特表昭ＧＯ−５０１５４Ｇ　（３）分離室２５、は第１、第２、および第３ の円筒形部分１２．１４．１６を有し、この円筒形部分は第１、第２、第３の順 序で同軸状に配置される。これらの円筒形部分は前記米国特許第４．．２３７， ００６号が開示するサイクロン分離装置の分離室の第１、第２、および第３の円 筒形部分とほぼ同じであり、前記米国特許の開示は本明細書に取シ入れられて本 明細書の一部を形成する。第１円筒形部分１２は該部分に連結する２本の流入管 ２６．２８を有する。流入管２６．２８はそれぞれの入口開口を経由して円筒形 部分１２内に接線方向に流入するように配置される。

前記入口開口のうち、図は流入管２６に連結する開口３０のみを示す。前記二つ の流入入口開口は直径上に互いに相対して配置され、円筒形部分１４がら離隔し た円筒形部分１２の端部近くに位置される。

円筒形部分工４から離れた円筒形部分１２の端部はさらにオーバフロー出口管３ ４に連絡する円形出口開口３２を有する。

円筒形部分１２は分離室２５の部分１２ａによって゛部分１８に接続する。部分 １２ａは第２円筒形部分１４に向かってテーパをなす。しかし、とのテーパ部分 は米国特許第４，２３７，００６号において開示するように不可欠なものではな い。

第２円筒形部分１４は長さ方向にテーパ状をなす。

該テーパ部１分は円筒形部分１２と部分１４との接続部において円筒形部分１２ の直径に等しい直径を有する円筒形部分１２に隣接する端部から傾斜し次いで反 対側の端部のより小さい直径に至る。円筒形部分１６は、部分１４の最小直径に 等しい一定の直径である。

図において、部分１２の長さｔ１ｓ１号１２の直径ｄ１、部分１２ａのテーパ傾 斜角α、出口管３４の内径ｄ。、第２部分１４の長さｔ２と直径ｄ２、第２部分 １４のチー・ぐ傾斜角β、第３円筒形部分の長さｔ３と直径ｄ３、および二つの 流入人口開口３０の総面積Ａ１のすべては、米国特許第４，２３７，００６号に 記載のノｅラメータに基づいて選択する。この条件は次の通りである。

０．１　＜　ｄ　ｏ　／　ｄ　２　＜　０．２５しかし、前記条件が常に不可欠 な要件であるかどうかは分っていない。例えば、直径ｄｏは前記限界内に制限す る必要はない。

分離室２５には第４部分が加えられている。第４部分は図中番号１８で示す。部 分１８は部分１６に隣接する部分工８ａを有する。部分１８ａは円筒形部分１６ の出口端に接近して接続する端部における直径ｄ３に等しい最大直径から傾斜し 、部分１８ａの出口端部における直径ｄ４に至るような円錐台形状である。第４ 部分１８は部分１８ａの出口端において内径ｄ４の出口・ぐイブ１８ｂを有する 。

好ましくは、円錐率または部分１８ａの円錐台形表面の半角γは約４５°である が、３００〜６ｏ０の範囲の角度でも一般的には満足できる。部分１８ａと部分 １８ｂとを含む部分１８の種々の変形状は本発明者の国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ 　８３１０　ＯＯ２８号の明細書に記載される。轟該国際特許出願の開示は本明 細書に組み入れられて本明細書の一部を形成する。

使用に当って分離しようとする液体は接線方向に流入管２６．２８を経由し第１ 円筒形部分１２の内部に送り込まれる。液体の密度の高い成分は分離装置を通っ そ長手方向に運動し、管ｉｓｂがら出る。

一方、密度の低い成分は管３４から出る。このよう、に、管１８ｂは部分１８’ ａがら遠い側の端部において、アンダフロー出口または密度の高い液体出口２３ を形成する。従来のピストンポンプのようなポンプ２２０は、回路１０６を経由 して、分離しようとする液体を進入せしめるように動作する。

オーバフロー出口管３４の詳細を第２図に示す。

７ 読管３４は出口開口３２に通じる階段状内部ボアを有する。該ボアは出口３２に 隣接して出口３２と同一直径の第１の部分７５と、出口３２から遠い側のボア部 分７５の端部にオリフィス７７を形成する第２の部分とを有する。オリフィス７ ７はボア部分７５よりも小くい直径を有する。オリフィス７７はボア部分７５か ら遠い側において、広がったチャンバ７９に通じる。チャンバ７９はオリフィス ７７の周囲に円錐台形座面８１を有する。オリフィス７７から遠い側のチャンバ ７９の端部において管３４にはネジを切ったボア７６を設けている。ボア７６に はニードル弁８０をねじ込んで収容される。ニードル弁８０は管３４の外部から チャンバ７９の内部に向って延びる。チャンバ７９はボア７６内にニードル弁８ ０を位置させることによってオリフィス７７から遠い側の端部において実質的に 閉じている。しかし、チャンバ７９は出口配管８６に通じる出口８４を通して側 方に開いている。弁８０は、ネジを切ったボア７６内で該弁を回転することによ り二つの位置の間を移動可能である。前記二つの位置とは、一方は弁の円錐台形 端面８０ａが弁座面８１と係合してオリフィス７７を閉じるような位置であり、 他方は弁７９が引き戻され、それに対応して端面８０ａがオリフィス７７から離 れ液体がボア部分７５からオリフィス７７を経由してチャンバ７９内に自由に連 絡でき、さらに液体がチャンバ７９から出口８４と配管８６とを経由して外に出 るような位置である。

前記したような手段によって、オーバフロー出口からの液体排出用の断面積は、 弁８０を回転し、弁座面８１に対する表面８０ａの位置を変化させることにより 変化させ得る。サイクロン分離装置の使用中に、該サイクロン分離装置の動作の 適切な制御を可能にするために、前記のような変化を行うことが望ましいことが 分った。例えば分離装置を使用して油と水とを分離する場合、密度の高い液体出 口２３から出る水に残留する油の量は弁８０の位置を変化させることによって調 整可能である。使用に当シ、所望以上に多い量の油が出口２３から出る水の中に 存在する場合、弁座面８１から遠ざかるように弁８０を回転するような方法で、 つ才り排出される水分中の油分が増加したと判明した場合に出口３２と出口管３ ４とからの液体流れの断面積を増加するような方法で弁８０の位置を制御するこ とが好捷しいことが分った。

第３図は弁８０の位置の自動制御用制御システムに相互接続した分離装置１０を 示す。弁８０はこの場合歯車８７に結合され、歯車８７は電動モータ１００の出 力シャフト上の別の歯車８８とかみ合わせる。モーター００は制御回路１０８０ 制御下で電源１１０によって動作する。分離装置の密度の高い液体出口捷たけ水 の出口２３は二つの向き合った窓１１２．１１４を設けた排出管１９に接続する 。前記窓によって、レーザビーム源１１６かラノ光バ一方の窓１．１２から排出 管１９を横切って他方の窓１、１．４から出ることができる。検出器１１８は前 記投射した光を受け、検出した光度の強さに比例する電気信号を発生するように 配置する。検出器１１８は回路１０８に接続するので、使用に当って前記検出器 からの出力信号は基準発生器１２０が供給する固定信号と比較される。検出器１ １８が受ける光量は排出管１９を通過する水中の油量に対応して油分が増加する と減少する。制御回路］０８は検出器１１８からの信号の強さと基準発生器１２ ０からの信号とを比較して、排出管１９を通過する油の汚染度が所望レベルを表 すものと判断するとき電源１１０からのモーター００への電気の供給を止めるよ うに動作する。検出器１１８からの信号の強さが弱くなって油分が増加したこと を示すと、制御回路１０８が動作しモーター００に電気を送り、あらかじめ決定 した量だけオリフィス７７から部材８０を引き戻すような方向に歯車８８および ８７を回転させる。

同様に検出器１１８が発生する信号の強さが増大し油量が前記あらかじめ決めた レベルよりも減少したととを示すと、制御回路１０８がモータ１００を動作させ オリフィス７７の方向に弁８０を動かす。

第４図の変形された構成配置において、検出器１１８からの信号は増幅器１９０ で増幅されソレノイド１９２を起動するために使用される。ソレノイド１９２は 該ソレノイドの７０ランジヤ１９６に取り付けたラック歯車１９４を有する。う 、り１９４は歯車８７とかみ合い、シランジャ１９６とラックとが軸方向に動く と前記歯車８７を１駆動する。前記プランジャはバネ１９８により押しつけられ う、りと固定停止部材２００とが接合する伸長位置で停止する。使用に当りラッ ク１９４とシランジャ１９６とはソレノイド１９２の励磁程度に応じた静止位置 をとる。つまり、排出管１９を通過する液体の不透明度が下がると検出器１１８ からの信号が強くなり、ソレノイドコイルを通過する電流が増加しより大きな力 がプランツヤ１９６に加わる。このためプランジャはプランツヤに加わった力と 対応して増加したバネ１９８の弾力とが平衡する捷でソレノイド内に引かれて新 しい停止位置に達する。同様に、・やイブ１９内の液体の不透明度が増加し検出 器１１８からの信号が弱くなるとシランジャ１９６に加わる力が弱くなシブラン ジャはンｔ・ノイド１９２の外に動かされ新しい平衡位置を作る。これらのプラ ンジャの動きは弁８０の対応する回転を引き起すように変換され長手方向に部材 ８０を動かす。この時油分の減少を検出するとオリフィス７７方向に弁８０を動 かし、油分の増加を検出するとオリフィス７７から遠ざかる方向に弁８０を動か す。

第３図に再びもどって、二つの弁１０２および１０４は入口管２６および２８へ 分離される液体を供給する配管１０６と排出管１９とのそれぞれに挿入されてい る。弁１０２．１０４は再循環回路１２８により相互接続される。弁１０２．１ ０４は制御回路１４０の制御下で動作する。制御回路１４０は比較器１４２に接 続する。比較器１４２は検出器１１８からの出力と基準発生器１４４からの一定 基準信号とを受信する。

第４図および第６図に示すように、弁１０２は中空円筒形弁筐体１０２ａからな り、この弁筺体１０２ａ内には回転可能な円筒形弁体１０２ｂが配置されている 。弁体１０２ｂは内部通路を有し、該内部通路は周囲に間隔を置いて配置した３ 個のポー）１６０，１６２．および１６６と連絡し、かつ該ポート間の連絡をす る。弁筺体１０２ａは周囲に間隔を置いて配置した３個のポー）１６８，１７０ ゜および１７２を有し、該ポートはそれぞれ回路１０６゜回路１２８．および入 力回路１０’３（弁を経由して回路１０６に向かう分離される液体の入口用）と 連絡する。第５図および第７図に示すように、弁１０４は中空円筒形弁筐体１０ ４ａからなる。中空円筒形弁筐体１０４ａはその内部に回転可能円筒形弁体１０ ４ｂを有する。弁体１０４ｂは内部通路を有し、該内部通路は周囲に間隔を置い て配置した３個のポー）１８０゜１８２、および１８４と連絡するとともに、各 ポート間をつなぐ。弁体１０４ｂは周囲に間隔を置いて配置した３個のポート１ ９０，１９２．および１９４を有し、該ポートはそれぞれ管１９、管路１２８、 および装置から出口に導く管路１８１に連絡する。

検出器１１８からの出力があらかじめ決めたレベルよりも大きいような条件では 排出管１９から出る水中の油の比率があらかじめ決めた値より小さいことを示し ており、制御回路１４０は第４図および第５図に示すように弁１０２．１０４を 調整するように動作する。つｌり弁体１０４ｂはポート１８０がポート１９０と 整合し、ポート１８４がポート１９４と整合し、ポート１９２が弁体１０４ｂに よって閉じられ、ポート１８２が弁筺体１０４ａの内壁と結合することによって 閉じられるように位置する。また、弁１０２の弁体１０２ｂはポート１６０がポ ート１６８と連絡し、ポート１６６が＆−’）１７２と連絡し、ポートエフ０が 弁体１０２ｂの周囲側壁によって閉じられ、ポート１６２が弁筺体１０２ａの内 面によって閉じられるように位置する。このため分離装置１０からの分離された 水の流れは排出管１９からポート１９０．１８０，１８４．および１９４を経由 して管路１８１に流れる。同様に、これから分離する？由を含有する水は管路１ ．０３を通って弁１０２のポー）１７２，１６６．１６０．および１６８を通過 して管路１０６から分離装置に入ることができる。この時、管路１２８への捷た は回路１２８からの流れは妨げられる。この状態において分離装置は通常の動作 をする。

検出器１０８からの信号が基準発生器１４４力；設定するあらかじめ決めた値よ りも下がると（杉ト出管１９から出る水中の油の比率が前記あらかじめ決めた値 よりも太きいと）、比較器１４２は動作して管路１４．　Ｏを調整し、弁１０２ ，１０４を動カニし、第６図および第７図に示すように前記弁を調整する。

この状態において、ポー）１８０，１８２はそれぞれ弁１０４内においてポー） １９２，１９０と連絡し、管路１２８と排出管１９とを連絡するようにする。弁 １０４のポート１８４およびポート１９４は閉塞される。一方、弁１０２も調整 されポー）　１６０　。

１６６がそれぞれポー）１７０．１６８と連絡し、管路１２８と管路１０６とが 接続される。弁１０２のポート１６６はポート１７２と同様に閉塞される。

これによって、管路１０３は同様に閉塞される。この場合、出口管３４から出る 水は排出管１９を下り弁１０４を通り管路１２８に清って流れ管路１０６、ボン ｆ２２０、および流入管２６．２８を経由して分離装置に再度入る。このため分 離装置からの排出水中の油分が基準発生器１４４からの信号カニ設定するあらか じめ決めたレベルを越える場合、分離装置１０の水の出口２３から出る水は管路 １８１を経由して排出されるのではなく、再循環されてさらに分離される。比較 器１４２が出口２３から出る水力−十分に低い油汚染レベルを有していることを 示すと、制御回路１４０は第４図に示す位置に弁を逆転し、通常動作を行うよう になる。

前記の構成は単に説明によって提示したたけであり、請求の範囲に定義するよう な本発明の本質と範囲とを離れずに本発明について多くの改変がなし得るもので ある。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和６０年５月２Ｚ日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １　事件の表示 ＰＣＴ／ＡＵ８４１０００９７ ２　発明の名称 サイクロン分離装置用オーバフロー出口３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　キャロル、ノニル ４代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５　補正命令の日付 昭和６０年４月３０日（発送日） ６　補正の対象 図面翻訳文 ７　補正の内容 図面翻訳文の浄書（内容に変更なし） ８　添付書類の目録 図面翻訳文　１通 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　丁ＯＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯ ＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　Ｐ ＣＴ／ＡＵ　８４０００９７ｉｔｅｄ　ｉｎ　５ｅａｒｃｈ　Ｐａｔｅｎｔ　Ｆ ａｍｉｌｙ　Ｍｅｍｂｅｒｓｅｐｏｒｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　細長いチーｉ９を付けた分離室を有し、前記分離室は分離しようとする液 体用の少なくとも一つの側方入口と、前記液体のうち密度の低い液体成分の排出 用として前記分離室の大きな断面端部にあるオーバフロー出口開口と、前記液体 のうち密度の高い液体成分の排出用として前記分離室の小さな断面端部にあるア ンダフロー出口とを有するような液体混合物から液体成分を分離するだめのサイ クロン分離装置において、前記オーバフロー出口開口を通る前記分離装置からの 流れを可変的に制限するために弁手段を設けたサイクロン分離装置。 ２、請求の範囲第１項に記載のサイクロン分離装置において、前記オーバフロー 出口開口はオリフィスを有するオーバフロー出口管で形成し、前記分離装置の使 用に際して液体は前記オリフィスを通って前記出口開口から流れ、前記弁手段は 前記オリフィスを可変的に閉塞するように移動可能な部材からなるサイクロン分 離装置。 ３　請求の範囲第２項に記載のサイクロン分離装置において、前記部材は前記オ リフィスに向かう方向にまたは遠ざかる方向に移動して前記可変閉寒を４、請求 の範囲第３項に記載のサイクロン分離装置において、前記オリフィスは前記オー ・ぐフロー管内のチャンバに設け、前記部材は前記チャンバ内に延びて前記オリ フィスに向かうように構成されたサイクロン分離装置。 ５、請求の範囲第４項に記載のサイクロン分離装置において、前記チャンバは前 記分離室から前記オリフィスを通って流れる液体用として側方出口開口を有する サイクロン分離装置。 ６、請求の範囲第５項に記載のサイクロン分離装置において、前記オーバフロー 出口開口は前記分離室と前記オーバフロー管の第１のボア部分とに連絡し、前記 オリフィスは前記オーバフロー出口開口から遠い側の前記第１のボア部分の端部 に形成されているサイクロン分離装置。 ７　請求の範囲第６項に記載のサイクロン分離装置において、前記チャンバは第 ２のボア部分として前記オーバフロー出口管内に前記第１のボア部分と同心に形 成され、前記第１のボア部分より小さな直径、に形成されたサイクロン分離装置 。 ８、請求の範囲第７項に記載のサイクロン分離装置において、前記オリフィスは 円形断面であって前記チャンバと前記第１のぎア部分との軸と同軸に配置され、 前記部材は前記チャンバと前記オリフィスと前記第１のボア部分との長手方向に 同軸に移動可１７ 能なニードル部材として形成されているサイクロン分離装置。 ９、請求の範囲第８項に記載のサイクロン分離装置において、前記ニードル部材 はネジ切シされ、前記オーバフロー出口管の一端を通って延びるネジ切シしたボ ア内にネジ込んで収容するので、オリフィスに向かう方向のまたは遠ざかる方向 の前記ニードル部材の運動が発生するように形成されたサイクロン分離装置。 １０、請求の範囲第９項に記載のサイクロン分離装置において、前記オリフィス は前記チャンバ内の前記オリフィスの端部に周囲を取シ囲む凹面の円錐台形弁座 面を有し、前記ニードル部材は当該ニードル部材の端部に相補形状の端面を有し 、前記ニードル部材を移動して前記端面と前記弁座面とを接触させると前記オリ フィスがシールされるように形成されているサイクロン分離装置。 １１、請求の範囲第１項から第１０項までのいずれかに記載のサイクロン分離装 置において、前記弁手段を制御するために結合した制御装置を有し、前記制御装 置は前記分離したある成分の他の成分の存在による汚染のレベルに基づいて流れ の前記可変制御を行うように構成されているサイクロン分離装置。 １２、請求の範囲第１１項に記載のサイクロン分離１８　特表昭ＧＯ−５０１５ ４Ｇ　（２）装置において、前記制御装置は前記密度の低い成分による前記密度 の高い成分の前記汚染の増加を検出するとき前記オーバフロー出口開口からの流 れを増やすように動作し、汚染の減少を検出するとき前記流れを減らすように動 作するように構成されているサイクロン分離装置。 １３、請求の範囲第１２項に記載のサイクロン分離装置において、バイパス手段 を設けられ、前記分離装置によって分離した前記密度の高い成分の前記密度の低 い成分による汚染に反応して前記分離装置に前記汚染した密度の高い成分の再循 環を行うように構成されているサイクロン分離装置。 １４　請求の範囲第１３項に記載のサイクロン分離装置において、前記バイパス 手段は弁手段からなり、前記弁手段は前記汚染があらがじめ決めたレベルよりも 高いものと検出されるとき前記アンダフロー出口から前記入口に流れを迂回させ るように動作するサイクロン分離装置。