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(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】2024-01-29
(45)【発行日】2024-02-06
(54)【発明の名称】回転装置
(51)【国際特許分類】
B04B 15/00 20060101AFI20240130BHJP
B04B 1/20 20060101ALI20240130BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20240130BHJP
G03B 15/02 20210101ALI20240130BHJP
G03B 17/56 20210101ALI20240130BHJP
【ＦＩ】
B04B15/00
B04B1/20
G03B15/00 U
G03B15/02
G03B17/56 A
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019183882
(22)【出願日】2019-10-04
(65)【公開番号】P2021058836
(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２０１６－１５９１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１１７７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５９４８２７１（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０００／０５５５７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１７－５１０４３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０４Ｂ １／００－１５／１２
Ｂ０４Ｂ １／２０
Ｇ０３Ｂ １５／００
Ｇ０３Ｂ １５／０２
Ｇ０３Ｂ １７／５６
Ｇ０６Ｔ ７／００
Ｃ０２Ｆ １１／１２
Ｂ０１Ｄ ２９／１１
Ｂ３０Ｂ ９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体を遠心分離する遠心分離装置であって、
回転軸線を中心に回転し、周面に前記流体が供給される内胴と、
前記内胴と共に前記回転軸線を中心に回転し、前記内胴を取り囲むように前記内胴と同心状に配置される外胴と、
撮像方向を撮像対象である前記流体に向けて前記内胴の前記周面に取り付けられ、前記内胴と共に回転する撮像部と、
を備え、
前記周面には、前記内胴の周方向に沿って螺旋状に延びる羽根が設けられ、
前記羽根の間の前記周面には、前記流体を前記周面に供給する供給口が形成され、
前記撮像部は、前記羽根に形成された孔部を通して前記撮像方向が前記供給口を向くように、前記周面に配置されている、遠心分離装置。
【請求項2】
前記撮像部は、内部電源を有しており、前記内部電源の電力供給により作動する、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、回転体を有する回転装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、回転体を有する回転装置として、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スラリ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】
このような回転装置において、シリンダ内の流体の流れ、挙動など液体の状態を確認して、装置の改善や改良などを行うことが考えられる。しかしながら、この種の回転装置において、シリンダ内の流体などの状態を把握することは難しい。例えば、シリンダを透明な部材により構成し、シリンダの外側からシリンダ内の流体の状態を観察することが考えられる。ところが、スクリュコンベアが高速で回転しているため、流体が撹拌され、流体の流れや挙動などを把握することが困難となる。
【0005】
そこで、内部の流体の状態を的確に把握することができる回転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回転装置は、回転軸線を中心に回転し、周面に流体が供給される回転体と、撮像方向を撮像対象に向けて回転体に取り付けられ、回転体と共に回転する撮像部とを備えて構成される。この回転装置によれば、回転体に取り付けられ回転体と共に回転する撮像部を備えることにより、回転体の周りの流体の状態を的確に撮像することができる。このため、流体の流れなどの状態が的確に把握することができる。
【0007】
また、本開示の一態様に係る回転装置において、撮像部は、内部電源を有しており、内部電源の電力供給により作動してもよい。この場合、撮像部が内部電源の電力供給により作動するため、撮像部に対し外部から電源供給する必要がなく、撮像部に電線を接続する必要がない。従って、撮像部の回転により電線が絡まるなどの支障なく撮像が行える。
【0008】
また、本開示の一態様に係る回転装置は、回転体の周面に羽根が設けられ、周面に供給される流体を遠心分離する遠心分離装置であってもよい。この場合、周面に供給される流体の流れを的確に把握することができる。このため、流体の流れを考慮して、遠心分離装置の改良が適切に行える。
【発明の効果】
【0009】
本開示に係る発明によれば、内部の流体の状態を的確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の実施形態に係る回転装置の概要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】
【0013】
回転装置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を固体と液体に分離する。この回転装置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】
回転装置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を固体と液体に分離する。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の一方の端部は、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、供給管５２が設けられている。供給管５２は、流体Ｆを供給するための管体である。供給管５２は、軸部４１の内側を通って内胴５の内側へ延びている。供給管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、内胴５の内外を貫通した孔の外周面における開口である。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。なお、内胴５の外周面から突出した管体を設け、この管体の開口を供給口５３としてもよい。
【0019】
回転装置１には、カメラ７１を備えている。カメラ７１は、回転装置１に供給される流体Ｆを撮像するための撮像部として機能する。カメラ７１は、内胴５の外周に取り付けられ、内胴５と共に回転する。カメラ７１は、撮像方向を供給口５３に向けて取り付けられている。ここでは、撮像対象は供給口５３から吐出される流体Ｆである。カメラ７１の取付は、例えばネジ止めや溶接などにより、内胴５にしっかりと固定できるように行われる。また、カメラ７１に枠部材を外装して、カメラ７１を取り付けてもよい。
【0020】
回転装置１には、ライト７２を備えている。ライト７２は、カメラ７１の撮像対象を照らすための照明器具である。回転筒２の内部は暗いため、ライト７２がないと適切な撮像が困難となる。そこで、ライト７２を設けることにより、カメラ７１により撮像対象を適切に撮像することができる。ライト７２は、内胴５の外周に取り付けられ、内胴５と共に回転する。ここでは、ライト７２は、照明方向を供給口５３に向けて取り付けられる。ライト７２は、例えばカメラ７１と隣接して設けられる。ライト７２の取付は、例えばネジ止めや溶接などにより、内胴５にしっかりと固定できるように行われる。また、ライト７２に枠部材を外装して、ライト７２を取り付けてもよい。
【0021】
カメラ７１及びライト７２としては、例えば、羽根６と羽根６の間に設置できるような小型のものが用いられる。この場合、カメラ７１及びライト７２の設置のために羽根６を切除する必要がない。このため、遠心分離の機能が損なわれることが抑制される。また、カメラ７１及びライト７２として、例えば、内胴５の外周面から液面までの距離より高さの低いものが用いられる。液面は、流体Ｆが分離されて生成される液体の表面である。このようなカメラ７１及びライト７２を用いることにより、分離した液体などの流れを乱すことなく遠心分離を行うことができる。カメラ７１及びライト７２としては、防水性のものが用いられる。これにより、流体Ｆ（分離された液体Ｌ及び固体Ｓを含む）によりカメラ７１及びライト７２が損傷することを防止することができる。
【0022】
カメラ７１は、内部に設けられる記録媒体などに撮像データを保存可能なものが用いられる。この場合、撮像データを外部に出力するための配線が不要となる。ライト７２は、撮像対象の全体に光を当てられるものが用いられる。例えば、ライト７２として用いる照明器具の光の指向性が強い場合には拡散板を用いられる。これにより、広い範囲に光を照射することができる。
【0023】
カメラ７１は、内部電源を有しており、内部電源の電力供給により作動する。例えば、カメラ７１は、バッテリを内蔵し、バッテリの電力により作動するものが用いられる。この場合、カメラ７１が内部電源の電力供給により作動するため、カメラ７１に対し外部から電源供給する必要がなく、カメラ７１に電線を接続する必要がない。従って、カメラ７１の回転により電線が絡まるなどの支障なく撮像が行える。ライト７２は、内部電源を有しており、内部電源の電力供給により作動する。例えば、ライト７２は、バッテリを内蔵し、バッテリの電力により作動するものが用いられる。この場合、ライト７２が内部電源の電力供給により作動するため、ライト７２に対し外部から電源供給する必要がなく、ライト７２に電線を接続する必要がない。従って、ライト７２の回転により電線が絡まるなどの支障なく撮像が行える。
【0024】
カメラ７１及びライト７２として、内胴５の回転による遠心力に耐え得る強度を有するものが用いられる。これにより、遠心分離時にカメラ７１及びライト７２が損傷することを抑制することができる。バッテリとして電池を用いるライト７２の場合、バッテリ収容部にスペーサなど設置しスプリング端子を予め縮めて用いてもよい。この場合、電池のスプリング端子が遠心力により縮んでライト７２が作動しなくなることを抑制することができる。
【0025】
内胴５の外周には、ウエイト７３が取り付けられている。ウエイト７３は、内胴５の外周においてカメラ７１及びライト７２と対称の位置に設置されている。ウエイト７３は、カメラ７１及びライト７２との重量のバランスをとるためのカウンタウエイトである。ウエイト７３を設けることにより、内胴５の回転振動を抑制することができる。
【0026】
図３は、カメラ７１及びライト７２を示す斜視図である。図３に示すように、内胴５の外周にカメラ７１及びライト７２が設置されている。カメラ７１及びライト７２は、供給口５３に向けて設けられている。羽根６は、リボン型のスクリュウ羽根であり、内胴５の外周面と羽根部分との間に空隙６１が形成されている。このため、空隙６１を通して、カメラ７１及びライト７２を供給口５３に向けることが可能となる。これに対し、例えば、羽根６として、空隙６１のない標準型のスクリュウ羽根を用いる場合、羽根６の一部を切り抜いて、カメラ７１及びライト７２を供給口５３に向けてもよい。
【0027】
次に、本実施形態に係る回転装置１の動作について説明する。
【0028】
図２において、まず、カメラ７１及びライト７２が作動させられる。カメラ７１は撮像状態とされ、ライト７２は発光状態とされる。そして、外胴４、内胴５及び羽根６が回転させられる。この状態において、供給管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。
【0029】
このとき、供給口５３から吐出される流体Ｆは、ライト７２の作動により明るく照らされる。そして、カメラ７１により、流体Ｆの流れを適切に撮像することができる。すなわち、カメラ７１は、供給口５３と一緒に回転している。このため、供給口５３から流れ出る流体Ｆの流出角度、流出の横幅、液体Ｌの液面への衝突の状態など流体Ｆの状態が的確に観察することができる。
【0030】
図４は、実際にカメラ７１により流体Ｆを撮像した画像である。図４に示すように、供給口５３から斜めの方向（矢印方向）に流体Ｆが流れ出ていることがわかる。また、流体Ｆの流出角度、流出の横幅、液体Ｌの液面への衝突の状態など流体Ｆの状態が的確に把握することができる。
【0031】
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。
【0032】
以上説明したように、本実施形態に係る回転装置１によれば、内胴５に取り付けられ内胴５と共に回転するカメラ７１を備えることにより、内胴５の供給口５３から吐出される流体Ｆの状態を適切に撮像することができる。このため、流体Ｆの流れなどの状態が的確に把握することができる。
【0033】
仮に、内胴５の供給口５３から吐出される流体Ｆの状態を把握するために、外胴４を透明な材料で作製して、回転筒２の外部から流体Ｆを観察する場合、流体Ｆの流れを的確に把握することは困難である。すなわち、内胴５及び流体Ｆは高速で回転しているため、供給口５３から吐出される流体Ｆの状態を視認することが難しい。そこで、本実施形態に係る回転装置１では、内胴５にカメラ７１と取り付けて、内胴５と一緒に回転するカメラ７１により撮像を行うことにより、内胴５の供給口５３から吐出される流体Ｆを適切に撮像することができ、流体Ｆの流れなどの状態が的確に把握することができるのである。
【0034】
また、本実施形態に係る回転装置１によれば、カメラ７１が内部電源の電力供給により作動する。このため、カメラ７１に対し外部から電源供給する必要がなく、カメラ７１に電線を接続する必要がない。従って、カメラ７１の回転により電線が絡まるなどの支障なく撮像が適切に行える。
【0035】
また、本実施形態に係る回転装置１によれば、外胴４と内胴５の間に供給される流体Ｆを遠心分離する遠心分離装置に用いられることにより、外胴４と内胴５の間に供給される流体Ｆの流れ、分離される液体Ｌ及び固体Ｓの流れを確実に把握することができる。このため、流体Ｆなどの流れを考慮して、遠心分離装置の改良を適切に行うことができる。
【0036】
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。
【0037】
例えば、上述した実施形態においては、カメラ７１を供給口５３に向けて設ける場合について説明したが、カメラ７１を他の部分に向けて設けてもよい。例えば、図５に示すように、カメラ７１を液体Ｌの液面に向けて設けてもよい。カメラ７１は、液体Ｌの排出側の端部に近い位置に設けられる。このとき、カメラ７１に隣接してライト７２を設けてもよい。このようにカメラ７１を設けることにより、液体Ｌの表層流を撮像でき、実際の画像又は映像によって表層流を観察することができる。
【0038】
また、図６に示すように、固体Ｓが堆積され始める位置においてカメラ７１を液体Ｌの液面に向けて設けてもよい。例えば、カメラ７１は、内胴５の中央付近の位置に設けられる。このとき、カメラ７１に隣接してライト７２を設けてもよい。このようにカメラ７１を設けることにより、液体Ｌ内における固体Ｓを撮像でき、実際の画像又は映像によって固体Ｓ（固体ケーキ）を観察することができる。
【0039】
また、図７に示すように、固体Ｓの排出側の端部付近の位置においてカメラ７１を固体Ｓに向けて設けてもよい。このとき、カメラ７１に隣接してライト７２を設けてもよい。このようにカメラ７１を設けることにより、固体Ｓの脱水の過程を観察することができる。また、図５、図６及び図７の一部又は全部のカメラ７１の設置を組み合わせて回転装置を構成してもよい。
【0040】
また、上述した実施形態においては、回転装置１を遠心分離装置に適用した場合について説明したが、回転体を有する他の装置などに回転装置を適用してもよい。例えば、水車、発電用水車、軸流液体タービン、遠心ポンプ、液体用ターボポンプ、蒸気タービンなどに適用してもよい。
【符号の説明】
【0041】
１ 回転装置
２ 回転筒
３ ケーシング
４ 外胴
５ 内胴（回転体）
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 供給管
５３ 供給口
６１ 空隙
７１ カメラ（撮像部）
７２ ライト
７３ ウエイト
Ｃ 回転軸線
Ｆ 流体
Ｌ 液体
Ｓ 固体
２ 回転筒
３ ケーシング
４ 外胴
５ 内胴（回転体）
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 供給管
５３ 供給口
６１ 空隙
７１ カメラ（撮像部）
７２ ライト
７３ ウエイト
Ｃ 回転軸線
Ｆ 流体
Ｌ 液体
Ｓ 固体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】