JP5220950B1 - 分離液噴射ノズル付き遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】ボウルの回転駆動のための消費エネルギーを節減することができるとともに、処理原液中の固形分が、噴射ノズルを介して液体回収系に排出されてしまうという問題、及び、処理条件を変更した場合に、排出される固形分の含水率に悪影響を与えてしまうという問題を回避することができる分離液噴射ノズル付き遠心分離機を提供する。
【解決手段】フロントハブ８における各液体排出口６の半径方向外側の位置に、ダム７の溢流縁部７ａの上を溢流してボウル２内から排出された分離液を回収する分離液噴射装置９を取り付けた。この分離液噴射装置９は、回収した分離液を内部において一時的に貯留する分離液貯留室１２を有するとともに、側部９ａに、ボウル２の回転方向と反対の方向へ向かって開口し、分離液貯留室１２内の分離液を外部へ噴射する噴射ノズル１０が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理原液を液体と固形分とに分離するデカンタ型の遠心分離機に関し、特に、ボウルの回転駆動のための補助力を生じさせることができる分離液噴射ノズルを備えたデカンタ型遠心分離機に関する。

固液の分離に用いられるデカンタ型遠心分離機１は、図８に示すように、中空のボウル２と、その内部においてボウル２と同軸的に配置されたスクリューコンベア３とを有し、これらを高速で回転させることにより、フィードチューブ４を介してボウル２内に導入された処理原液を、遠心力により液体（液相）と固形分（固相）とに分離し、それらを液体回収系と固形分回収系とに個別に排出するように構成されている。

より具体的には、高速で回転するボウル２内に処理原液が導入されると、遠心力の作用により、密度の大きい固形分（固体）は、ボウル２の内周面に近い位置に沈降し、密度の小さい液体は、沈降した固形分よりも半径方向内側に位置し、外側の固相と内側の液相とに分離した状態になる。そして、ボウル２に対して所定の差速をもって回転するスクリューコンベア３により、沈降した固形分が、ボウル２の一方の端部（図８において左側の端部）に形成されている固形分排出口５へ向かって搬送され、ここからボウル２外（固形分回収系）へ排出される。一方、液体（分離液）は、ボウル２の反対側の端部（図８において右側の端部）に形成されている液体排出口６からボウル２外（液体回収系）へ排出される。尚、液体排出口６には、液面高さを規定するダム７が配置されており、分離液は、このダム７の溢流縁部の上（半径方向内側）を溢流して排出されることになる。

ところで、この種のデカンタ型遠心分離機１は、ボウル２及びスクリューコンベア３を高速で回転させるために、非常に大きな駆動エネルギー（電力）を必要とする。このため、消費エネルギーを節減できるように、従来より様々な工夫がされている。

例えば、ＵＳ２００４／００７２６６７Ａ１や、ＵＳ２００４／００７２６６８Ａ１には、ダム、或いは、その近傍に、ボウルの内外を連通させる貫通孔を形成するとともに、噴射ノズルを、この貫通孔からボウルの外側へ突出するように、かつ、ボウルの回転方向と反対の方向へ向かって開口するように取り付け、ボウル内の分離液を、ダムの溢流縁部の上から溢流させるだけでなく、この噴射ノズルからも排出させるように構成した遠心分離機が開示されている。これらの遠心分離機においては、噴射ノズルからボウル内の分離液を噴射する際に生じる反力を、ボウルの回転駆動のための補助力として利用することができ、これにより、ボウルの回転駆動のための消費エネルギーを節減することができる。

また、特表２０１０−５２５９４５号公報には、液体排出口に対しダムを取り付ける代わりに、ボウルの回転方向と反対の方向へ向かって開口する排出開口部（３６）を形成したケーシング（３３）を液体排出口に取り付け、排出開口部（３６）に配置された堰プレート（４５）（ダム）の溢流縁部（３９）の上を溢流する分離液を、ボウルの回転方向と反対の方向へ向かって排出させるように構成した遠心分離機が開示されている。この遠心分離機は、回転する分離液のエネルギーを排出開口部で再度得ることができ、その結果、分離液を回転方向に対して逆方向に排出するとき、１０〜１５％の範囲の動力が得られると説明されている。

ＵＳ２００４／００７２６６７Ａ１ ＵＳ２００４／００７２６６８Ａ１ 特表２０１０−５２５９４５号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載されているようなデカンタ型遠心分離機においては、ボウルの回転駆動のための消費エネルギーを節減できる一方で、処理原液中の固形分が、噴射ノズルを介して、液体回収系に排出されてしまうという問題があるほか、処理条件を変更した場合に固形分排出口から排出される固形分の含水率に悪影響を与えてしまうという問題がある。

この点について具体的に説明すると、デカンタ型遠心分離機を用いて処理原液に対する固液の分離を連続的に実施しようとする場合、即ち、処理原液をボウル内に連続的に導入し、分離液と固形分とを連続的に排出させようとする場合、図９においてグラデーションで示すように、ボウル２内の分離液２０中には、ある程度の割合で固形分が分布することになり、その濃度は、液面（二点鎖線Ｌの位置）付近においては極めて低いが、液面から深くなるに従って（液面から離れて固相２１との界面２２に近づいていくに従って）、次第に大きくなっていくことになる。

特許文献１、２に記載されているような遠心分離機においては、ボウル２内から分離液２０を噴射ノズルへ流下させる貫通孔２３ａ（或いは貫通孔２３ｂ）が、ダム７の溢流縁部７ａ（ボウル２内における分離液２０の液面高さを規定する）よりも半径方向外側に形成されているため、液面よりも半径方向外側に位置する分離液２０、即ち、液面付近の分離液よりも、固形分濃度の大きい分離液２０が、貫通孔２３ａ（或いは貫通孔２３ｂ）を通ってボウル２外へ流出することになる。その結果、処理原液中の固形分が、液体回収系に排出されてしまうことになる。

また、ボウル２内の分離液２０を、ダム７の溢流縁部７ａよりも半径方向外側に形成された貫通孔２３ａ（或いは貫通孔２３ｂ）から流出させる構造になっていると、最初に設定した遠心力や処理量を変更して運転した場合に、ボウル２内の液面Ｌが低下し、その結果、固形分排出口５から排出される固形分の含水率の値が目標範囲から外れてしまうという問題が生じる可能性がある。

一方、特許文献３に記載されている遠心分離機においては、分離液が排出される排出開口部（３６）が、大きな開口面積を有しており（ボウル内の分離液の最高液面高さの上方の位置まで半径方向内側に延びている）、分離液が噴射されるようには構成されていないため、十分な回転補助力を得ることが期待できないという問題がある。

尚、特許文献３には、分離液を噴射させることが可能な穴（３７）が、堰プレート（４５）に形成されているが、この穴（３７）は、堰プレート（４５）の溢流縁部（３９）よりも半径方向外側に形成されているため、特許文献１、２の遠心分離機と同様に、処理原液中の固形分が、液体回収系に排出されてしまうという問題や、排出される固形分の含水率に悪影響を与えてしまうといった問題がある。

本発明は、上記のような従来技術における課題を解決しようとするものであって、ボウルの回転駆動のための消費エネルギーを節減することができるとともに、処理原液中の固形分が、噴射ノズルを介して液体回収系に排出されてしまうという問題、及び、処理条件を変更した場合に、排出される固形分の含水率に悪影響を与えてしまうという問題を回避することができる分離液噴射ノズル付き遠心分離機を提供することを目的とする。

本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機は、中空のボウルと、その内部においてボウルと同軸的に配置されたスクリューコンベアとを有し、これらを回転させることにより、ボウル内に導入された処理原液を、遠心力により液体と固形分とに分離し、ボウルに対して差速をもって回転するスクリューコンベアにより、分離した固形分を、ボウルの一方の端部に形成されている固形分排出口へ向かって搬送してボウル外へ排出するとともに、分離した液体を、ボウルの反対側の端部を構成するフロントハブに複数形成されている液体排出口からボウル外へ排出するように構成され、各液体排出口には、ボウル内の液面高さを規定するダムが配置され、フロントハブにおける液体排出口の半径方向外側の位置に、ダムの溢流縁部の上を溢流してボウル内から排出された分離液を回収する分離液噴射装置が取り付けられ、分離液噴射装置は、回収した分離液を内部において一時的に貯留する分離液貯留室を有するとともに、いずれかの側部或いは底部に、ボウルの回転方向と反対の方向へ向かって開口し、分離液貯留室内の分離液を外部へ噴射する噴射ノズルが配置されていることを特徴としている。

尚、分離液貯留室内に貯留される分離液の過剰分を外部へ放出する放出口が、分離液噴射装置における噴射ノズルよりも半径方向内側の位置に形成されていることが好ましく、また、放出口の下縁が、ダムの溢流縁部よりも半径方向外側に位置するように構成されていることが好ましい。更に、噴射ノズルが、ダムの溢流縁部から、フロントハブの外周までの距離の５０％の位置よりも半径方向外側の位置に配置されていることが好ましい。

本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機は、各液体排出口から、ダムの溢流縁部の上を溢流してボウル外へ連続的に排出される分離液が、各液体排出口の半径方向外側に配置される分離液噴射装置によって回収され、ボウルの回転方向と反対方向へ向かって開口する噴射ノズルから同方向へ噴射され、その際に生じる反力を、ボウルの回転駆動のための補助力として利用することができ、これにより、ボウルの回転駆動のための消費エネルギーを節減することができ、かつ、固形分濃度が極めて低い分離液が噴射ノズルから噴射されるように構成されているため、処理原液中の固形分が、液体回収系に排出されてしまうという問題を好適に回避することができる。

また、本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機は、ダムの溢流縁部を越えてボウル内から流出した分離液を回収して噴射するように構成されているため、処理条件を変更した場合でもボウル内において液面の低下が生じることはなく、このため、固形分排出口から排出される固形分の含水率の値が目標範囲から外れてしまうというような問題を好適に回避することができる。

また、分離液噴射装置における噴射ノズルよりも半径方向内側の位置に、分離液の放出口を形成し、更に、その下縁が、ダムの溢流縁部よりも半径方向外側に位置するように構成した場合には、分離液貯留室内に貯留される分離液の液面高さが上昇してしまった場合でも、過剰分を装置外へ放出することができ、分離液貯留室内における分離液の液面高さを、ダムの溢流縁部よりも半径方向外側の位置に制限することができる。

図１は、本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機（第一実施形態）を構成するボウル２の液体排出側の端部の正面図である。 図２は、本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機（第一実施形態）を構成するボウル２の液体排出側の端部の斜視図である。 図３は、図１に示すＸ−Ｘ線によるボウル２の下半部の断面図である。 図４は、図１〜図３に示す分離液噴射装置９の断面斜視図である。 図５は、本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機（第二実施形態）を構成するボウル２の液体排出側の端部の正面図である。 図６は、本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機（第三実施形態）を構成するボウル２の液体排出側の端部の正面図である。 図７は、本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機（第三実施形態）を構成するボウル２の液体排出側の端部の切欠斜視図である。 図８は、デカンタ型遠心分離機１の一般的な構造を示す図である。 図９は、従来のデカンタ型遠心分離機におけるボウル２の構造の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明に係る分離液噴射ノズル付き遠心分離機（第一実施形態）は、図１〜図４に示すように、ボウル２の液体排出側端部を形成するフロントハブ８に、ボウル２内の分離液を排出するための複数（本実施形態においては四つ）の液体排出口６が、ボウル２の中心軸線周りに等間隔、等半径の位置にそれぞれ配置されている。

これらの液体排出口６には、ボウル２内における液面高さを規定するダム（ダム７）がそれぞれ配置されており、ボウル２内の分離液は、これらのダム７の溢流縁部７ａの上（半径方向内側）を溢流して排出されることになる。尚、図１及び図３に表示されている二点鎖線Ｌは、ダム７によって規定されるボウル２内の分離液の液面位置を示している。また、ダム７は、フロントハブ８に対して着脱自在なように構成されており、溢流縁部７ａの位置や形状等が異なる複数種類のダム７を準備しておき、処理対象物の性状、処理量、遠心力などの運転条件に応じて、適切なダム７を取り付けることにより、ボウル２内における液面高さを適宜設定し、変更できるようになっている。

また、フロントハブ８には、図１の左半部に示すような外観形状、及び、右半部に示すような断面形状を呈する分離液噴射装置９が、各液体排出口６の近傍にそれぞれ一つずつ取り付けられている。これらの分離液噴射装置９は、ダム７の溢流縁部７ａの上を溢流してボウル２内から排出される分離液を回収できるように、各液体排出口６の半径方向外側に配置されるとともに、回収した分離液を内部において一時的に貯留する分離液貯留室１２を有している。

そして、分離液噴射装置９の側部９ａ（ボウル２の回転方向後方側の側部）には、貫通孔を介して分離液貯留室１２内と連通するとともにボウル２の回転方向と反対方向へ向かって開口し、分離液貯留室１２内の分離液を外部へ噴射する噴射ノズル１０が取り付けられている。尚、本実施形態の遠心分離機においては、ボウル２が、図１において時計回り方向に回転するように構成されているため、噴射ノズル１０は、図１において反時計回り方向へ向かって開口している。尚、本実施形態においては、噴射ノズル１０は、ボウル２の回転方向後方側の側部９ａに形成された貫通孔と連通するように取り付けられているが、ボウル２の回転方向と反対方向へ向かって開口している限り、正面側の側部９ｂ（フロントハブ８と平行な側部）、或いは、底部９ｃ等に形成された貫通孔と連通するように取り付けるように構成してもよい。

以上に説明したような構成にかかる本実施形態の遠心分離機において、高速で回転するボウル２内に処理原液を連続的に導入して固液分離処理を実行すると、ボウル２内における液面付近の分離液（固形分濃度が極めて低い分離液）が、各液体排出口６から、ダム７の溢流縁部７ａの上を溢流してボウル２外へ連続的に排出され、それらの分離液は、各液体排出口６の半径方向外側に配置される分離液噴射装置９によって回収され、分離液貯留室１２内に一時的に貯留される。

そして、分離液貯留室１２内に貯留された分離液は、ボウル２の回転方向と反対方向へ向かって開口する噴射ノズル１０から、同方向へ噴射されて液体回収系へ排出される。このとき、噴射ノズル１０から分離液を噴射することによって生じる反力を、ボウル２の回転駆動のための補助力として利用することができ、これにより、ボウル２の回転駆動のための消費エネルギーを節減することができる。

尚、上述したように、特許文献１、２に記載されているような従来の遠心分離機においては、ボウル内から分離液を噴射ノズルへ流下させる貫通孔が、ダムの溢流縁部よりも半径方向外側に形成されているため、ボウル内において液面よりも半径方向外側に位置する、固形分濃度が比較的大きい分離液が、噴射ノズルを通ってボウル外へ流出することになり、処理原液中の固形分が、液体回収系に排出されてしまうという問題があったが、本実施形態においては、ダム７の溢流縁部７ａの上を溢流してボウル２外へ排出される、固形分濃度が極めて低い分離液を、ボウル２外において一旦回収し、これをボウル２の回転方向と反対方向へ向かって噴射することによってボウル２の回転補助力を得る構成となっているため、そのような問題を好適に回避することができる。

また、本実施形態の遠心分離機においては、噴射ノズル１０が、フロントハブ８の外周８ａに近接した位置に配置されているため、噴射ノズル１０から噴射された分離液が、ボウル２の回転方向と反対方向側に隣接する分離液噴射装置９に衝突して、ボウル２における回転エネルギーの損失が発生するという問題を好適に回避することができる。

更に、噴射ノズル１０は、溢流縁部７ａから、フロントハブ８の外周８ａまでの距離の５０％の位置（図１において破線Ｋで示す位置）よりも半径方向外側の位置に配置されており、これにより、ボウル２から排出されて分離液貯留室１２内に一時的に貯留された分離液に対して、より大きな遠心力（ダム７の溢流縁部７ａから溢流した直後の分離液に対して作用する遠心力よりも大きな遠心力）が作用することになり、この大きな遠心力によって、噴射ノズル１０から噴射される分離液の流速を増大することができ、その結果、より大きな反力（ボウル２の回転駆動のための補助力）を得ることができ、ボウル２の回転駆動のための消費エネルギーを効果的に節減することができる。

尚、本実施形態においては、噴射ノズル１０は、分離液噴射装置９の本体に対して着脱自在なように構成されている。従って、開口径が異なる複数種類の噴射ノズル１０を準備しておき、処理量、分離液の排出量、遠心力などの運転条件に応じて、適切な開口径の噴射ノズル１０を取り付けることにより、分離液貯留室１２内に貯留される分離液の液面高さを一定に維持しながら、噴射ノズル１０から分離液を定量的に安定して噴射させることができる。

また、本実施形態においては、分離液噴射装置９における噴射ノズル１０の上方（半径方向内側）に、分離液の放出口１１ａが形成されており、この放出口１１ａは、下縁１１ｂが、ダム７の溢流縁部７ａよりも半径方向外側に位置するように構成されている。従って、処理量の変更等に起因して、ボウル２からの分離液の排出量が、噴射ノズル１０からの噴射量を大きく上回り、分離液貯留室１２内に貯留される分離液の液面高さが上昇してしまった場合でも、過剰分を放出口１１ａから装置外へ放出することにより、分離液貯留室１２内における分離液の液面高さを、放出口１１ａの下縁１１ｂの位置（即ち、ダム７の溢流縁部７ａよりも半径方向外側の位置）に制限することができる。

仮に、分離液貯留室１２内における分離液の液面高さが、ダム７の溢流縁部７ａの位置まで上昇してしまった場合、ボウル２内における液面高さを規定するというダム７の機能が損なわれてしまうことになるが、本実施形態においては、上記のような構成に係る放出口１１ａが形成されているため、そのような問題を好適に回避することができる。

尚、放出口１１ａの大きさ、及び、下縁１１ｂの位置は、枠板１１を、開口の大きさ或いは形成位置が異なるものと取り替えることにより、フロントハブ８に取り付けられるダム７の条件等に応じて適宜変更することができる。

また、本実施形態においては、分離液噴射装置９の側部のうち、ボウル２の回転方向の後方側の側部９ａに、噴射ノズル１０と、放出口１１ａを有する枠板１１とが取り付けられており、放出口１１ａが、噴射ノズル１０と同様に、ボウル２の回転方向と反対方向に向かって開口するように構成されているが、放出口１１ａは、必ずしもこの方向に向かって開口していなくともよく、例えば、図５に示す遠心分離機（本発明の第二実施形態）のように、フロントハブ８と平行な、正面側の側部９ｂに貫通孔を形成するとともに枠板１１を取り付け、ボウル２の回転軸線と同一の方向へ向かって放出口１１ａが開口するように構成してもよい。

尚、この場合、ダム７の溢流縁部７ａの上（半径方向内側）を溢流してボウル２内から排出される分離液が、そのまま（分離液貯留室１２内に貯留されることなく）放出口１１ａから分離液噴射装置９の外へ放出されることを回避するために、放出口１１ａが、液体排出口６よりも、ボウル２の回転方向前方側へずれた位置において開口するように構成することが好ましい。

また、図１〜図４に示す第一実施形態に係る遠心分離機、及び、図５に示す第二実施形態に係る遠心分離機はいずれも、分離液噴射装置９が、各液体排出口６にそれぞれ一つずつ取り付けられているが、必ずしも液体排出口６と分離液噴射装置９とが、１対１の対応関係になっていなくともよく、図６、図７に示す遠心分離機（本発明の第三実施形態）のように、単一の分離液貯留室１２を有する単一の分離液噴射装置９によって、すべての（或いは複数の）液体排出口６がカバーされるように構成してもよい。この場合、例えば、図６、図７に示すように、分離液噴射装置９をリング状に構成することにより、回転時における空気抵抗を減じることができ、消費エネルギーをより一層節減することができる。

尚、本発明の上記各実施形態の遠心分離機において、ボウル２のフロントハブ８に取り付けられている分離液噴射装置９は、既存の遠心分離機に対しても、後付けで無理なく取り付けることができる。従って、この分離液噴射装置９は、既存の遠心分離機に対する省エネルギー化対策の一つとして適用することができる。

１：遠心分離機、
２：ボウル、
３：スクリューコンベア、
４：フィードチューブ、
５：固形分排出口、
６：液体排出口、
７：ダム、
７ａ：溢流縁部、
８：フロントハブ、
８ａ：外周、
９：分離液噴射装置、
９ａ，９ｂ：側部、
９ｃ：底部、
１０：噴射ノズル、
１１：枠板、
１１ａ：放出口、
１１ｂ：下縁、
１２：分離液貯留室、
２０：分離液、
２１：固相、
２２：界面、
２３ａ，２３ｂ：貫通穴

Claims (4)

1. 中空のボウルと、その内部においてボウルと同軸的に配置されたスクリューコンベアとを有し、これらを回転させることにより、ボウル内に導入された処理原液を、遠心力により液体と固形分とに分離し、ボウルに対して差速をもって回転するスクリューコンベアにより、分離した固形分を、ボウルの一方の端部に形成されている固形分排出口へ向かって搬送してボウル外へ排出するとともに、分離した液体を、ボウルの反対側の端部を構成するフロントハブに複数形成されている液体排出口からボウル外へ排出するように構成された遠心分離機において、
   各液体排出口には、ボウル内の液面高さを規定するダムが配置され、
   液体排出口の半径方向外側の位置において、ダムの溢流縁部の上を溢流してボウル内から排出された分離液を回収する分離液噴射装置が、フロントハブに取り付けられ、
   分離液噴射装置は、回収した分離液を内部において一時的に貯留する分離液貯留室を有するとともに、いずれかの側部或いは底部に、ボウルの回転方向と反対の方向へ向かって開口し、分離液貯留室内の分離液を外部へ噴射する噴射ノズルが配置されていることを特徴とする分離液噴射ノズル付き遠心分離機。
2. 分離液貯留室内に貯留される分離液の過剰分を外部へ放出する放出口が、分離液噴射装置における噴射ノズルよりも半径方向内側の位置に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の分離液噴射ノズル付き遠心分離機。
3. 放出口の下縁が、ダムの溢流縁部よりも半径方向外側に位置するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の分離液噴射ノズル付き遠心分離機。
4. 噴射ノズルが、ダムの溢流縁部から、フロントハブの外周までの距離の５０％の位置よりも半径方向外側の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の分離液噴射ノズル付き遠心分離機。