特許 7390152 遠心分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-22

(45)【発行日】2023-12-01

(54)【発明の名称】遠心分離装置

(51)【国際特許分類】

   B04B 1/20 20060101AFI20231124BHJP

   B04B 13/00 20060101ALI20231124BHJP

   B04B 11/02 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

B04B1/20

B04B13/00

B04B11/02

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019183879

(22)【出願日】2019-10-04

(65)【公開番号】P2021058835

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-06-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(73)【特許権者】

【識別番号】000198352

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ回転機械エンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100116920

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 光

(72)【発明者】

【氏名】山本 充俊

(72)【発明者】

【氏名】磯 良行

(72)【発明者】

【氏名】寺谷 直也

(72)【発明者】

【氏名】桐山 英哉

(72)【発明者】

【氏名】松見 優輝

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】小林 晃博

【審査官】宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２２５５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１８１３６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０５６８３３４３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５１９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２０３６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０５０２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０４Ｂ １／２０

Ｂ０４Ｂ １３／００

Ｂ０４Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線を中心に回転する内胴及び外胴を有し、前記内胴と前記外胴の間に流体を供給し、前記流体を固体と液体に分離する遠心分離装置において、
前記内胴の外周面から径方向へ突出して設けられ管体である供給管と、
前記供給管の内部であり、前記内胴の内側からの前記流体を流通させて前記内胴と前記外胴の間に供給するための供給路と、
前記供給管の内部に設置され、前記供給路の断面を複数に分割する分割体と、
を備え、
前記供給管は、前記内胴の軸方向に交差する軸線を有する円筒状の管体であり、
前記分割体は、
前記供給管の軸方向から見て断面十字型をなす分割板であり、
前記供給路の水力直径を前記供給管の水力直径よりも小さくし、前記供給路の前記流体の流れにおける前記分割体によって前記供給路の断面が複数に分割された部分のレイノルズ数を低下させ、前記流体の流れを層流化させる、遠心分離装置。

【請求項2】

前記供給路の流体の流れにおいて、前記分割体によって前記供給路の断面が複数に分割された部分のレイノルズ数が２３００以下である、請求項１に記載の遠心分離装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心分離装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、遠心分離装置として、例えば、特開平１０－１２８１５５号公報に記載されるように、シリンダの内部にスクリュウコンベアを有し、シリンダの内部に供給した原液である流体を回転により分離し、比重の小さい軽液と比重の大きい重液に遠心分離する装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－１２８１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような遠心分離装置において、分離効率が低下するおそれがある。例えば、シリンダに供給する流体の流れに乱れがあると、その乱流力の影響を受けることにより、流体（特に小さい固体粒子）を分離できず、分離効率が低下する場合がある。

【0005】

そこで、流体の分離効率の低下を抑制することができる遠心分離装置の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る遠心分離装置は、回転軸線を中心に回転する内胴及び外胴を有し、内胴と外胴の間に流体を供給し、流体を固体と液体に分離する遠心分離装置において、流体を流通させて内胴と外胴の間に供給するための供給路と、供給路に設けられ、供給路の断面を複数に分割する分割体とを備えて構成されている。この遠心分離装置によれば、供給路の断面を複数に分割することにより、供給路を流れる流体を層流化させることができる。このため、流体内の固体粒子が乱流力により乱されることが抑制される。これにより、流体の分離効率の低下を抑制することができる。

【0007】

また、本開示の一態様に係る遠心分離装置において、供給路は、供給管の内部に形成され、分割体は、供給管の断面を複数に分割する分割板であってもよい。この場合、供給管の内部に供給路を形成することができ、供給管の断面を分割板で分割することができる。

【0008】

また、本開示の一態様に係る遠心分離装置において、供給路の流体の流れにおいてレイノルズ数が２３００以下であってもよい。この場合、供給路の流体の流れにおいてレイノルズ数が２３００以下とされることにより、流体が層流として流れることとなる。このため、流体内の固体粒子が乱流力により乱されることが抑制される。これにより、流体を固体と液体に分離する分離効率を高めることができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る発明によれば、流体の分離効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施形態に係る遠心分離装置の概要を示す斜視図である。

【図2】図１の遠心分離装置の概要を示す断面図である。

【図3】図１の遠心分離装置における供給管を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0012】

図１は、本開示の実施形態に係る遠心分離装置１の構成概要を示した斜視図である。図２は、遠心分離装置１の構成概要を示した縦断面図である。説明の便宜上、図１では、主たる内部構造も示している。

【0013】

遠心分離装置１は、スクリュウデカンタ型の遠心分離装置に適用したものであり、供給される流体Ｆを固体Ｓと液体Ｌに分離する。この遠心分離装置１は、例えば、食品、飲料水、薬品、化学製品、鉄鋼製品等の製造プロセスや、屎尿処理、下水処理、スラリ処理、工場排水処理等の水処理といった様々な分野において、固液分離に用いることができる。

【0014】

遠心分離装置１は、回転筒２を備えている。回転筒２は、固体と液体を混合した流体Ｆを供給され、その流体Ｆを固体Ｓと液体Ｌに分離する。回転筒２は、例えば、ケーシング３内に収容され、水平方向に向けた回転軸線Ｃを中心に回転する。回転筒２は、内外多重に設けられる外胴４及び内胴５を有している。

【0015】

外胴４は、回転軸線Ｃを中心に回転する円筒体である。外胴４の一方の端部には軸部４１が取り付けられている。外胴４の一方の端部は、軸部４１により閉塞されている。外胴４の一方の端部は、軸部４１を介して軸受４２により回転可能に軸支されている。外胴４の他方の端部には軸部４３が取り付けられている。外胴４の他方の端部は、軸部４３に取り付けられる板体４４により閉塞されている。板体４４は、環状の部材であって、軸部４３の外周側に取り付けられている。外胴４の他方の端部は、軸部４３を介して軸受４５により回転可能に軸支されている。外胴４は、モータ４６の動力により回転する。すなわち、モータ４６の動力は、例えば、軸部４１を介して外胴４に伝達される。これにより、外胴４が一定の方向に回転する。

【0016】

内胴５は、回転軸線Ｃを中心に回転する円筒状の回転体である。内胴５は、外胴４の内側（中心側）に配置され、外胴４と同心状に設けられている。内胴５の周面には、流体Ｆが供給される。内胴５の一方の端部は、軸部４１により軸受けされている。内胴５の他方の端部は、軸部４３に軸受けされている。内胴５は、モータ５１の動力により回転する。すなわち、モータ５１の動力は、例えば、遊星歯車機構などを通じて内胴５に伝達される。これにより、内胴５が外胴４と同一の方向に回転する。

【0017】

内胴５には、羽根６が取り付けられている。すなわち、内胴５の周面には、羽根６が設けられている。羽根６は、内胴５の回転と共に回転する。羽根６は、内胴５の周方向に沿って螺旋状に形成されている。羽根６は、いわゆるスクリュウ羽根である。羽根６及び内胴５は、スクリュウコンベアを構成する。すなわち、羽根６は、流体Ｆから分離された固体Ｓを軸方向に向けて移送する。

【0018】

内胴５の内側には、フィードパイプ５２が設けられている。フィードパイプ５２は、流体Ｆを供給するための管体である。フィードパイプ５２は、軸部４１の内側を通って内胴５の内側へ延びている。フィードパイプ５２により内胴５の内側へ移送された流体Ｆは、供給口５３から内胴５と外胴４の間へ吐出される。つまり、供給口５３を通じて、内胴５の周面に流体Ｆが供給される。供給口５３は、例えば、供給管５４における端部の開口である。また、供給口５３は、例えば、内胴５の周方向に沿って複数形成される。図２では、二つの供給口５３が図示されているが、二つ以上の供給口５３が形成されていてもよい。

【0019】

図３は、供給管５４の斜視図である。図３に示すように、遠心分離装置１には、供給管５４を備えている。供給管５４は、内胴５の内側の流体Ｆを内胴５と外胴４との間に供給するための管体である。供給管５４の内部は、流体Ｆを流通させるための供給路５５になっている。また、供給管５４の先端の開口は、流体Ｆを吐出するための供給口５３となっている。供給管５４は、内胴５の外周面から径方向へ突出して設けられている。このように供給管５４を突出して設けることにより、液体Ｌの液面の近くに流体Ｆを吐出することが可能となる。

【0020】

供給路５５には、分割板５６が設けられている。分割板５６は、供給路５５の断面を複数に分割する分割体である。分割板５６は、例えば、供給管５４の内部に設置され、供給路５５の断面を複数の小さい断面に分割している。流体Ｆは、分割された小さい断面の供給路５５を流通し、供給口５３から吐出される。分割板５６としては、例えば、断面十字型とされる。また、分割板５６としては、供給路５５の断面を複数の小さい断面に分割できるものであれば、断面十字型以外の形状であってもよい。例えば、分割板５６の断面形状は、格子状であってもよいし、メッシュ状などであってもよい。分割板５６は、供給路５５の全長に亘って設置されてもよいし、供給路５５の一部に設置されていてもよい。

【0021】

分割された供給路５５の流体Ｆの流れにおいて、レイノルズ数が２３００以下とされている。例えば、レイノルズ数をＲｅとすると、レイノルズ数Ｒｅは、次の式（１）で表される。

【0022】

Ｒｅ＝Ｖ・ｄ／ν・・・（１）

【0023】

この式（１）において、Ｖは流体Ｆの平均速度[ｍ／ｓ]、ｄは水力直径[ｍ]、νは動粘性係数[ｍ^２／ｓ]である。水力直径は、分割された供給路５５の断面が円形の場合にはその直径であり、円形でない場合には供給路５５の断面と等価な円断面の等価直径である。

【0024】

ここで、等価直径をｄ１とすると、等価直径ｄ１は、次の式（２）で表される。

【0025】

ｄ１＝４・Ａ／Ｓ・・・（２）

【0026】

この式（２）において、Ａは分割された供給路５５の断面積[ｍｍ^２]、Ｓは供給路５５の縁の長さ[ｍｍ]である。図３に示すように、供給路５５を四分割した場合、レイノルズ数Ｒｅ（等価直径ｄ１）を５６パーセント低下させることができる。

【0027】

流体Ｆのレイノルズ数Ｒｅの調整は、例えば、以下のように行えばよい。まず、供給路５５に分割板５６を設置して、分割された供給路５５の断面が小さくされ、流体Ｆの動粘性係数が確認される。そして、供給路５５の水力直径及び流体Ｆの動粘性係数に応じて、流体Ｆのレイノルズ数Ｒｅが２３００以下になるように、流体Ｆの流れる速度を調整すればよい。

【0028】

このレイノルズ数Ｒｅが２３００以下とされることにより、流体Ｆが層流となって供給路５５を流れることとなる。このため、流体Ｆに含まれる固体粒子が乱れて流れることが抑制される。これにより、流体Ｆにおける固体Ｓと液体Ｌの分離効率を高めることができる。

【0029】

次に、本実施形態に係る遠心分離装置１の動作について説明する。

【0030】

図２に示すように、まず、遠心分離装置１において、外胴４、内胴５及び羽根６が回転させられる。そして、フィードパイプ５２を通じて流体Ｆが内胴５の内側へ供給される。そして、流体Ｆは、供給路５５を通じて供給口５３から内胴５の外側へ吐出され、内胴５の外周面の周囲へ供給される。

【0031】

このとき、図３に示すように、供給路５５は、分割板５６により分割されており、複数の小さい断面の流路となっている。このため、供給路５５の水力直径は、供給管５４の円形の断面より小さくなっており、流体Ｆの流れが層流化される。従って、流体Ｆ内の固体粒子が乱流力により乱されることが抑制される。これにより、流体Ｆを固体Ｓと液体Ｌに分離しやすくなり、流体Ｆの分離効率の低下を抑制することができる。

【0032】

また、このときに、供給路５５の流体Ｆの流れのレイノルズ数が２３００以下とされる。これにより、流体Ｆが層流として供給路５５を流れることとなる。このため、流体Ｆ内の固体粒子が乱流力により乱されることが抑制される。従って、流体Ｆを固体Ｓと液体Ｌに分離する際、その分離効率を高めることが可能となる。

【0033】

そして、図２において、内胴５と外胴４の間に流出した流体Ｆは、回転筒２の回転によって遠心分離される。すなわち、流体Ｆは、液体Ｌと固体Ｓに分離される。固体Ｓは、羽根６により一方の端部に向けて移送されて回転筒２から排出される。一方、液体Ｌは、他方の端部において回転筒２から排出される。

【0034】

以上説明したように、本実施形態に係る遠心分離装置１によれば、供給路５５の断面を複数に分割することにより、分割された供給路５５を流れる流体Ｆを層流化させることができる。このため、流体Ｆ内の固体粒子が乱流力により乱されることが抑制される。これにより、流体Ｆを固体Ｓと液体Ｌに分離するにあたり、その分離効率の低下を抑制することができる。

【0035】

例えば、仮に、供給路５５を分割せず、供給路５５を流れる流体Ｆを層流化させるために、流体Ｆの流れる速度を遅くすることが考えられる。この場合、流体Ｆの処理量が低下してしまう。これに対し、本実施形態に係る遠心分離装置１では、供給路５５の断面を複数に分割することにより、流体Ｆの流れる速度を遅くしなくても、供給路５５を流れる流体Ｆを層流化しやすくなる。従って、流体Ｆの処理量が低下せず、流体Ｆの分離効率が低下することを抑制することができる。

【0036】

また、本実施形態に係る遠心分離装置１によれば、供給路５５が供給管５４の内部に形成され、分割板５６が供給管５４の断面を複数に分割している。このため、供給管５４に分割板５６を設置することにより、供給路５５を流れる流体Ｆを層流化させることが可能となる。従って、供給管５４の直径や供給管５４の設置本数を変更することなく、流体Ｆの層流化が図れる。つまり、既存の遠心分離装置に分割板５６を設置することにより、容易に流体Ｆの分離効率を高めることができる。

【0037】

また、本実施形態に係る遠心分離装置１によれば、供給路５５の流体Ｆの流れにおいてレイノルズ数Ｒｅが２３００以下とされる。このため、流体Ｆが層流として供給路５５を流れることとなる。従って、流体Ｆ内の固体粒子が乱流力により乱されることが抑制される。これにより、流体Ｆの分離効率を高めることができる。

【0038】

以上のように、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述した各実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様で実施することができる。

【0039】

例えば、上述した実施形態においては、図３に示すように、供給管５４に分割板５６を設けて、供給路５５の断面を分割している。これに対し、供給管５４を設けずに、供給路５５の断面を分割してもよい。例えば、内胴５の内周面と外周面の間の孔の部分を供給路５５とし、その孔の部分に分割板５６を設けてもよい。この場合であっても、供給管５４に分割板５６を設けて、供給路５５の断面を分割することが可能となる。従って、上述した実施形態と同様な作用効果が得られる。

【符号の説明】

【0040】

１ 遠心分離装置
２ 回転筒
３ ケーシング
４ 外胴
５ 内胴
６ 羽根
４１ 軸部
４２ 軸受
４３ 軸部
４４ 板体
４５ 軸受
４６ モータ
５１ モータ
５２ フィードパイプ
５３ 供給口
５４ 供給管
５５ 供給路
５６ 分割板（分割体）
Ｃ 回転軸線
Ｆ 流体
Ｌ 液体
Ｓ 固体

【図1】

【図2】

【図3】