TW201701954A - 離心過濾設備 - Google Patents
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Abstract
一種離心過濾設備，其包含離心轉筒及過濾筒。離心轉筒被建構成容納溶液且可繞著中央旋轉軸線旋轉。過濾筒被設置在離心轉筒中的中央旋轉軸線的鄰近區域，用以過濾溶液中的顆粒。在過濾操作期間，溶液被提供至離心轉筒內且離心轉筒旋轉，離心轉筒中的溶液被分離為第一部分溶液及第二部分溶液，第一部分溶液徑向地遠離中央旋轉軸線移動而流出離心轉筒，且第二部分溶液徑向地朝向中央旋轉軸線移動並通過過濾筒的過濾材料而流出過濾筒，其中被提供至離心轉筒內的溶液的流量大於流出離心轉筒的溶液的流量及流出過濾筒的溶液的流量之總和。
Description
本發明關於離心過濾設備，特別是藉由離心轉筒的中央旋轉軸線的鄰近區域處所設置的過濾筒來過濾溶液之離心過濾設備。
離心及過濾技術廣泛地應用在石化、冶金、化工、生物、食品、能源、機械、電力、煤炭、酒類、紡織、製藥、衛生等產業領域中。常用的離心設備是對於固-液、液-液、液-液-固、固-液-液相進行分離(「液」在此廣義地指流體，其包含液相及氣相)的裝置，其應用領域主要有脫水、澄清、分級、濃縮及分離等。
根據不同的使用需求，可以選擇不同的離心/過濾機。一般而言，離心過濾是使懸浮溶液在離心力作用下，通過濾材，使得固體顆粒截留在濾材上，不斷堆積成濾餅，液體通過濾餅層和過濾材過濾成為濾液。此類常見的離心/過濾機有三足式、平板式、上懸式、旁濾式、刮刀卸料、活塞推料、螺旋卸料、離心力卸料、震動卸料、進
動卸料、翻袋卸料等型式，這些離心機或過濾機的詳細構造及原理可參考「工業離心機和過濾機選用手冊」一書(ISBN 978-7-122-18787-1，其全文以參照方式在此併入)。
然而，對於粒子粒徑較為嚴苛的工業標準中，欲分離出較小的粒子，往往需較大的離心力以及較密的濾材，而小粒子極易堵塞濾材造成後續離心分離、過濾的困難，因而須經常地暫停操作來清洗濾材及/或汰換濾材，如此增加了時間及花費成本。因此，需要一種能夠減緩結垢、簡單操作、並能分離出顆粒、澄清液的離心分離設備。
在本發明的第一方面中，離心過濾設備包含離心轉筒及過濾筒。離心轉筒被建構成容納溶液且藉由驅動裝置而可繞著中央旋轉軸線旋轉。過濾筒，其被設置在離心轉筒中的中央旋轉軸線的鄰近區域，過濾筒設有過濾材料，用以過濾溶液中的顆粒。在過濾操作期間，溶液被提供至離心轉筒內且離心轉筒旋轉，離心轉筒中的溶液被分離為第一部分溶液及第二部分溶液，第一部分溶液徑向地遠離中央旋轉軸線移動而流出離心轉筒，且第二部分溶液徑向地朝向中央旋轉軸線移動並通過過濾筒的過濾材料而流出過濾筒。被提供至離心轉筒內的溶液的流量大於流出離心轉筒的溶液的流量及流出過濾筒的溶液的流量之總和。
在本發明的第二方面中，根據第一方面的離心過濾設
備被組態成致使過濾筒被建構成可旋轉。
在本發明的第三方面中，根據第二方面的離心過濾設備被組態成致使過濾筒的旋轉方向相同於離心轉筒的旋轉方向。
在本發明的第四方面中，根據第二方面的離心過濾設備被組態成致使過濾筒的旋轉方向相反於離心轉筒的旋轉方向。
在本發明的第五方面中，根據第一方面或第二方面的離心過濾設備被組態成致使離心轉筒設有未過濾液排出口，以供第一部分溶液排出，且過濾筒設有濾液排出口，以供過濾後的第二部分溶液流出。
在本發明的第六方面中，根據第五方面的離心過濾設備被組態成致使第一部分溶液包含第一重相溶液及第二重相溶液，第一重相溶液及第二重相溶液徑向地分佈成第一重相溶液較第二重相溶液遠離中央旋轉軸線。
在本發明的第七方面中，根據第六方面的離心過濾設備被組態成致使未過濾液排出口包括第一未過濾液排出口及第二未過濾液排出口，第一未過濾液排出口及第二未過濾液排出口被建構成徑向地分佈以供各別的第一重相溶液及第二重相溶液流出。
在本發明的第八方面中，根據第一方面或第二方面的離心過濾設備被組態成致使離心轉筒中設有溶液分離構件，用以協助溶液的分離。
在本發明的第九方面中，根據第一方面或第二方面的
離心過濾設備被組態成致使離心轉筒中設有濾筒清潔構件，用以移除過濾筒的過濾材料上所堆積的顆粒。
在本發明的第十方面中，根據第一方面或第二方面的離心過濾設備被組態成致使溶液被提供至離心轉筒中的方式是採用連續方式及批次方式中的一者。
本發明的一個優點在於由於朝向過濾筒移動的第二溶液為帶有相對地少量的顆粒的溶液(輕相溶液)，濾液更容易成為澄清液。
本發明的另一優點在於少量的顆粒使過濾材料不易阻塞，因而可以降低過濾材料的清洗或汰換頻率，亦有助於長時間穩定地維持最大的過濾速度。
本發明的又一優點在於離心力的作用能使重相溶液分級，因此可將溶液進一步分離為澄清液及數種重相溶液。
在此所揭示的離心過濾設備的其他目的、特徵及優點根據結合圖式來進行說明的以下實施例將對於本技術領域的技術人士變得更為明白。
100‧‧‧離心過濾設備
110‧‧‧溶液進料管
111‧‧‧壓力計
112‧‧‧控制閥
113‧‧‧進料孔
120‧‧‧濾液排出管
130‧‧‧未過濾液排出管
140‧‧‧濾液收集容器
200‧‧‧框架
300‧‧‧馬達
400‧‧‧控制面板
500‧‧‧離心過濾機支撐基座
600‧‧‧離心過濾機主體
610‧‧‧離心轉筒
611‧‧‧離心轉筒上殼體
612‧‧‧離心轉筒下殼體
612a‧‧‧未過濾液排出口
613‧‧‧圓筒
614‧‧‧固定螺桿
615‧‧‧機械軸封座
616‧‧‧機械軸封
620‧‧‧過濾筒
621‧‧‧過濾材料
622‧‧‧濾液排出口
630‧‧‧溶液離心室
700‧‧‧未過濾液接收槽
本發明的更完整技術內容將配合圖式來參考以下詳細說明而較佳地被了解，其中：圖1為根據本發明的一實施例之離心過濾設備之示意性剖面圖；圖2顯示圖1中所繪示的離心過濾機主體之細部剖面圖；
圖3顯示根據本發明的離心過濾機主體的操作的示意圖；及圖4為先前技術的水旋風分離器之剖面圖。
現在將參照隨附圖式來說明本發明的實施例。
先參照圖1，根據本發明的一實施例的離心過濾設備100由框架200支撐。框架200中具有作為驅動裝置的馬達300。框架200的外側設置有控制面板400，以對馬達300進行操作並顯示此設備的相關運轉參數。
框架200的上方另設置有離心過濾機支撐基座500，離心過濾機支撐基座500將離心過濾機主體600保護並支撐於其內。離心過濾機主體600的外部周圍包覆有未過濾液接收槽700，用以承接離開離心過濾機主體600的未經過濾的溶液。離心過濾機主體600耦接至下方的馬達300。
離心過濾設備100上設置有溶液進料管110、濾液排出管120、未過濾液排出管130，以供待過濾的溶液流入及流出此離心過濾系統。溶液進料管110連接至離心過濾機主體600，藉此，待過濾的溶液進入過濾機主體600的內部。溶液進料管110的管線上設置有壓力計111、控制閥112及泵(未示出)，以便適當地控制溶液的流量及流速。馬達300下方設有濾液收集容器140以收集離開離心過濾機主體600的濾液，濾液排出管120提供經過濾的溶
液流出，且未過濾液排出管130提供未經過濾的溶液流出。
離心過濾機主體600的細部結構如圖2中所示。離心過濾機主體600包含離心轉筒610、過濾筒620、以及位於離心轉筒610與過濾筒620之間的溶液離心室630。
離心轉筒610由離心轉筒上殼體611、離心轉筒下殼體612、以及圓筒613所構成，以形成容納待處理的溶液之密閉空間。圓筒613被裝設在離心轉筒上殼體611及離心轉筒下殼體612上的對應溝槽處，並由固定螺桿614鎖固。因此，圓筒613形成離心轉筒610的側壁。離心轉筒610亦可由其他結構來構成，只要是能提供適合的離心分離作用的密閉空間即可。在此構成中，離心轉筒610由馬達300帶動而繞著中央旋轉軸線旋轉，過濾筒620固定不動。
過濾筒620被設置在離心轉筒610中的中央旋轉軸線的鄰近區域。較佳地，過濾筒620實質地位於中央旋轉軸線上。過濾材料621被固定在過濾筒620的周圍，如此可使溶液當流經過濾材料621時被過濾並進入過濾筒620中，然後由其下方的濾液排出口622流出。過濾材料621的選擇可根據欲過濾的顆粒大小及其他性質來決定。為了避免溶液滲漏出離心轉筒610，連接過濾筒620的溶液進料管110及濾液排出口622在與離心轉筒610的接合處設置有機械軸封座615及機械軸封616。
溶液進料管110在離心轉筒610內的區段上設置有複
數個進料孔113，溶液藉由進料孔113進入溶液離心室630中。
離心轉筒下殼體612上設置有未過濾液排出口612a，離開未過濾液排出口612a的未經過濾的溶液然後由未過濾液接收槽700承接並由未過濾液排出管130排出。由於重力因素，未過濾液排出口612a及未過濾液排出管130較佳地設置在各別容器的底部以供溶液排放。
現在參照圖3，在離心過濾設備100的操作期間，溶液由溶液進料管110進入離心過濾機主體600中。藉由馬達300的帶動，離心轉筒610可以高速旋轉，致使溶液離心室630內的流體產生離心力。由於離心力的作用，溶液起初會朝向離心轉筒610的側壁徑向地向外遠離中央旋轉軸線移動。此時，溶液中的粒子主要聚集在靠近離心轉筒610的側壁處。
此時，只要流入此離心過濾系統的溶液的流量稍微大於流出溶液此離心過濾系統的溶液的流量，根據質量平衡原理(亦即所繪示的Fin=Fout+Ff)，此稍大的進給流量會造成離心轉筒內的溶液分成第一部分溶液及第二部分溶液。由於離心力作用，第一部分溶液為帶有大量顆粒的溶液(亦即重相溶液，如圖3中三角形符號所示)，而第二部分溶液為僅帶有小量顆粒的溶液(亦即輕相溶液，如圖3中圓形符號所示)。輕相溶液往過濾筒620的方向徑向地向內朝向中央旋轉軸線移動。輕相溶液穿過過濾材料621而從過濾筒620內經由濾液排出口622流至濾液收集容器
140，再由濾液排出管120排出(Ff)。此時，重相溶液朝向離心轉筒610的側壁徑向地向外遠離中央旋轉軸線移動(如實線箭頭所示)，然後由離心轉筒610的底部的未過濾液排出口612a排出(Fout)。進入離心過濾機主體600的溶液可用連續或批次的方式來供應。
由此可知，過濾筒僅對帶有小量顆粒的溶液進行過濾，因此能更有效率地獲得澄清液，且能延長過濾材料的使用壽命。
在一案例中，過濾筒620可進一步藉由馬達300或其他馬達帶動而旋轉。藉由適當的傳動裝置配置，過濾筒620的旋轉方向可與離心轉筒610相同方向或相反方向，且過濾筒620及離心轉筒610的轉速可各別調整。因此，當過濾筒620旋轉時，顆粒不易在過濾材料621的表面堆積，更能確保過濾速度的維持以及過濾材料的不結垢。
選擇地，可在過濾筒620的外側設置螺旋刮刀(未示出)以作為過濾筒清潔構件。螺旋刮刀與過濾筒620之間的相對旋轉及接觸能有效地減少固相顆粒在過濾筒620的周圍表面上堆積。
此外，可以在離心轉筒的底部沿著離心轉筒610的側壁往中央旋轉軸線的徑向方向上設置複數個未過濾液排出口612a(未示出)。在含有不同重量的顆粒的溶液的案例中，離心力的作用可使第一部分溶液中的不同重量的顆粒沿著徑向方向分佈，並各別地從不同徑向位置處的未過濾液排出口612a排出。在此，第一部分溶液包括第一重相
溶液及第二重相溶液，第一重相溶液中的顆粒重量大於第二重相溶液中的顆粒重量。第一重相溶液及第二重相溶液徑向地分佈成第一重相溶液較第二重相溶液遠離中央旋轉軸線。第一重相溶液由較接近離心轉筒610的側壁的未過濾液排出口612a(亦即第一未過濾液排出口)流出，且第二重相溶液由較不接近離心轉筒610側壁的未過濾液排出口612a(亦即第二未過濾液排出口)流出。
例如，在進行晶圓的切削研磨程序中，晶圓的材料為Si，常須使用SiC作為研磨粒，並使用像是PEG的有機溶劑。當要回收上述程序所產生之溶液時，根據本發明的離心過濾設備可將最重的SiC相、次重的Si相分別從位在不同徑向位置處的未過濾液排出口612a排出，且最輕的有機溶劑相流經濾筒620的過濾材料621而可得到澄清的有機溶劑。
選擇地，離心過濾設備100可在該離心轉筒610中具有溶液分離構件(未示出)，以協助該溶液的分離。溶液分離構件可被建構為像是圖4中所示的先前技術(台灣新型專利第M414266號，其全文以參照方式在此併入)的水旋風分離器1的過濾部50外側的溢流部30之分離筒，此分離筒設置在過濾筒620的外側附近以將較輕相的溶液朝向過濾筒620聚集。另外選擇是，溶液分離構件可被設置成像是習知的離心過濾機中的徑向地向外側下方傾斜的複數個分離碟片，以將較輕相的溶液朝向過濾筒620聚集。
又，這樣的溶液分離構件可如前述說明進一步使未過
濾液分離為第一重相溶液及第二重相溶液，此等重相溶液可配合複數個未過濾液排出口的設置而各別排出。
在了解本發明的範疇時，在此所使用的用語「重相溶液」及「輕相溶液」為其所包含的顆粒由於各別重量及/或大小而在受到離心力時所產生的不同效果上的比較性用語。亦即，用語「重相」、「輕相」、「最重」、「次重」旨在對不同重量的顆粒在受到離心力時依距離中央旋轉軸線的位置相對地分級，而不在於界定顆粒的重量的特定範圍。
如在此所使用，在此所使用的用語「包含」及其衍生字(例如：「包括」、「具有」等)旨在為開放式用語，此開放式用語界定所陳述的特徵、元件、組件、群組及/或步驟的存在，但不排除其他未陳述者。又，元件以單一數量來被使用時能具有單一件或複數件的雙重意義，除非另外陳述。
如在此所使用，在此所使用的方向性用語「徑向」、「向外」、「向內」、「外側」等係以中央旋轉軸線為基準所決定。因此，實施例中的立式離心過濾裝置可適當地改變中央旋轉軸線的角度而例如成為臥式離心過濾裝置，在此情況下，同樣的技術說明亦適用。
又，將了解的是，雖然用語「第一」及「第二」在此被使用來描述各種組件，但這些組件不應被這些編號用語的順序限制。這些編號用語僅被使用來將一元件與另一元件區分。此外，像是在此所使用的「實質地」、「大
約」、「大概地」等程度用語意指所修飾用語的合理變異量，使得最終結果不會有明顯地改變。
雖然本發明僅就上述所選擇的實施例來描繪，對於過濾設備領域的技術人士從此揭示將明白的是，在沒有背離如隨附申請專利範圍所界定的本發明的範疇的情況下，在此能進行各種改變、修改或替換。例如，除非確切地另外陳述，各種組件的尺寸、形狀、位置或定向能依所需及/或依所欲來改變，只要這樣的改變不實質地影響它們的預期操作或功能。除非確切地另外陳述，被顯示為直接連接或彼此接觸的組件能具有被設置在它們之間的中間組件，只要此改變不實質地影響它們的預期功能。繪示為一體形成的單一元件可為單一部件、或是由數個子部件所組成。一元件的功能可用兩個或更多的數量來施行，反之亦然，除非另外確切地限制。一實施例的結構及功能可在另一實施例中被採用，且所有特徵及優點不必然同時出現在一特定的實施例中。異於先前技術的單一技術特徵可單獨地施作、或與其他異於先前技術的技術特徵結合而施作，且亦應被考量為進一步發明的另外敘述。因此，本申請案所請求的發明的範疇因就申請專利範圍及其均等物來界定，前述實施例說明僅作為例示性用途而不在於進行限制。
110‧‧‧溶液進料管
113‧‧‧進料孔
612a‧‧‧未過濾液排出口
620‧‧‧過濾筒
622‧‧‧濾液排出口
Claims (10)
- 一種離心過濾設備，包含：離心轉筒，其被建構成容納溶液且藉由驅動裝置而可繞著中央旋轉軸線旋轉；及過濾筒，其被設置在該離心轉筒中的該中央旋轉軸線的鄰近區域，該過濾筒設有過濾材料，用以過濾該溶液中的顆粒，其中在過濾操作期間，溶液被提供至該離心轉筒內且該離心轉筒旋轉，該離心轉筒中的溶液被分離為第一部分溶液及第二部分溶液，該第一部分溶液徑向地遠離該中央旋轉軸線移動而流出該離心轉筒，且該第二部分溶液徑向地朝向該中央旋轉軸線移動並通過該過濾筒的該過濾材料而流出該過濾筒，其中被提供至該離心轉筒內的溶液的流量大於流出該離心轉筒的溶液的流量及流出該過濾筒的溶液的流量之總和。
- 如申請專利範圍第1項所述之離心過濾設備，其中該過濾筒被建構成藉由該驅動裝置而可旋轉。
- 如申請專利範圍第2項所述之離心過濾設備，其中該過濾筒的旋轉方向相同於該離心轉筒的旋轉方向。
- 如申請專利範圍第2項所述之離心過濾設備，其中該過濾筒的旋轉方向相反於該離心轉筒的旋轉方向。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之離心過濾設備，其中該離心轉筒設有未過濾液排出口，以供該第一部分溶 液排出，且該過濾筒設有濾液排出口，以供過濾後的該第二部分溶液流出。
- 如申請專利範圍第5項所述之離心過濾設備，其中該第一部分溶液包括第一重相溶液及第二重相溶液，該第一重相溶液及該第二重相溶液徑向地分佈成該第一重相溶液較該第二重相溶液遠離該中央旋轉軸線。
- 如申請專利範圍第6項所述之離心過濾設備，其中該未過濾液排出口包括第一未過濾液排出口及第二未過濾液排出口，該第一未過濾液排出口及該第二未過濾液排出口被建構成徑向地分佈以供各別的該第一重相溶液及該第二重相溶液流出。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之離心過濾設備，其中該離心轉筒中設有溶液分離構件，用以協助該溶液的分離。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之離心過濾設備，其中該離心轉筒中設有濾筒清潔構件，用以移除該過濾筒的該過濾材料上所堆積的顆粒。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之離心過濾設備，其中該溶液被提供至該離心轉筒中的方式是採用連續方式及批次方式中的一者。
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