发明内容
如上所述,常规的方法要求使用重力差的分离机构例如分离容器。鉴于此,本发明的目的使提供一种可从包含至少两种跟随转动特性不同的物质的混合液体中分离出特定物质的分离装置,而无需使用上述分离机构。
用于从包含至少两种跟随转动特性不同的物质的混合液体中分离出特定物质的本发明的混合液体分离装置包括:圆筒形外侧部件,该外侧部件在其一端具有用于引入所述混合液体的引入口,在其另一端具有用于排出被分离出的特定物质的排出口;设置成与所述外侧部件同轴并可相对于所述外侧部件转动的棒状内侧部件;用于使所述外侧部件与所述内侧部件相对转动的驱动单元;以及所述外侧部件的内周面与所述内侧部件的外周面中的至少一个具有用于通过所述外侧部件与所述内侧部件之间的相对转动将所述特定物质从所述一端引导至所述另一端的螺旋形引导壁。
其中,所述特定物质在通过所述外侧部件与所述内侧部件之间的相对转动沿所述螺旋形引导壁的表面进给到所述另一端的过程中被分离出来;
所述外侧部件与所述内侧部件的尺寸根据所述混合液体的种类以及分离量来选择。
内侧部件可以具有圆柱形的柱形,只要其为棒状或杆状。只要内侧部件为棒状或杆状,则可在其外周面设置螺旋形引导壁。例如,包括如螺旋弹簧一样通过螺旋状缠绕线圈构成的引导壁。
在本发明的混合液体分离装置中,所述外侧部件及所述内侧部件优选具有对于所述特定物质更强的跟随转动的性能或特性。
所述外侧部件优选具有圆柱形的内周面。所述内侧部件在其优选地由外螺纹构成的外周面上具有螺旋形引导表面。
所述外侧部件优选具有包括特定物质接收部和特定物质排放部的排放单元。所述特定物质接收部形成于所述外侧部件设有所述排出口的另一端,用于接收从所述排出口排出的特定物质。所述特定物质排放部形成于所述特定物质接收部,用于排放积聚在所述特定物质接收部中的特定物质。
所述混合液体优选地包含低粘度液体以及高粘度液体,所述高粘度液体对应于所述特定物质。所述低粘度液体优选为冷却剂,而所述高粘度液体优选为上浮到所述冷却剂上面的浮油。
所述特定物质优选为金属废物,所述混合液体是包含金属废物的残渣。
通过由外侧部件、内侧部件以及驱动单元构成的简单的结构,根据本发明的混合液体分离装置可分离出混合液体中的特定物质。所述混合液体包含至少两种跟随转动(移动)特性不同的物质。
该混合液体分离装置通过利用所述外侧部件及所述内侧部件与待分离的特定物质之间跟随转动特性的不同来分离混合液体。因此,可分离如粘度不同并且与内侧部件和外侧部件的粘合力不同的液体的物质。混合液体可以示出为水和油的混合物,两种粘度彼此不同的油的混合物,残渣以及废渣。
由于跟随转动特性不同,通过适当选择各种分离条件,如内侧部件和外侧部件的转速,可有效地收集特定物质。从而,该混合液体分离装置不需要诸如重力差式分离容器的分离机构。
通过分别使用容易得到的常规的圆柱体和外螺纹作为内侧部件和外侧部件,分离装置可以制造地简单,并可容易地制造。
此外,排放装置可有效地排放从排出口排出的特定物质。
具体实施方式
下面将说明本发明的混合液体分离装置的实施方式。该混合液体分离装置从包含至少两种跟随转动特性(follow-rotating property)不同的物质的混合液体中分离出特定物质。该混合液体包含可适当分离的高粘度液体和低粘度液体。作为混合物,可以举例说明水和油,以及具有不同粘度的油等。此外,该混合液体可以是包含诸如金属屑的金属废物的残渣,或者含水液体与不含水液体的混合物。
本发明的混合液体分离装置包括内侧部件、外侧部件以及驱动单元。外侧部件在其一端具有用于引入混合液体的引入口,在其另一端具有用于排出分离出的特定物质的排出口。棒状内侧部件设置成与外侧部件同轴并可相对于外侧部件转动。
对于外侧部件和内侧部件的材料没有限制。然而,优选不会改变浸入混合液体或与混合液体接触的外侧部件和内侧部件的品质(特性)的材料。因此,需要对应于混合液体的种类选择材料。例如,外侧部件和内侧部件可以由金属或树脂制成。可以根据混合液体的种类以及分离量适当选择外侧部件和内侧部件的尺寸。
对于外侧部件的引入口的形状和尺寸没有限制,只要该引入口能将混合液体引入外侧部件即可。引入口可以是管状件或筒状件的一个开口端,或者在管状件或筒状件的外周面上形成的开口。当引入口浸入混合液体中时,通过混合液体跟随外侧部件和内侧部件转动的跟随转动力而经过该引入口连续地引入混合液体。开口部优选为轴向延伸的开口。当混合液体分离装置设置成与液体表面交叉时,这种开口可连续的引入混合液体,而与液体表面的液面变化无关。
对于外侧部件的排出口的类型没有限制,只要该排出口能够将分离出的特定物质排出到外侧部件的外侧。例如,排出口可以是管状件或筒状件的一个开口端,或者在管状件或筒状件的外周面上形成的开口。特别地,由在外侧部件的外周面上开口的开口部构成的排出口可有效地将特定物质排出到分离装置的外侧。对于排出口的尺寸和形状没有限制。可以采用从开口部朝分离装置的外侧延伸以将特定物质聚集或收集在收集箱内的管状件作为排出口。
此外,混合液体分离装置具有包括特定物质接收部和特定物质排放部的排放单元。特定物质接收部形成于外侧部件的另一端,以接收从排出口排出的特定物质。所述特定物质排放部形成于特定物质接收部处,以排放其中积聚的特定物质。这种混合液体分离装置可有效地将特定物质排放到其外侧。
对于特定物质接收部的形状和尺寸没有限制,只要该接收部能够接收从排出口排出的特定物质即可。例如,优选具有底部封闭且设置成与外侧部件同轴的筒部的特定物质接收口。这种接收口可防止特定物质通过特定物质排放口之外的端口流出。
筒部易于加工且成本低。当使用板作为排放单元(下文将说明)中的传送单元时,特定物质接收口优选具有圆筒形。板相对于特定物质接收口转动。因此,如果特定物质接收口具有圆筒形之外的形状(例如矩形),在特定物质接收部中可能存在板不能到达的区域。从而,一些特定物质可能无法排放。
对于特定物质排放部的类型没有限制,只要该排放部能够排放聚集在特定物质接收部内的特定物质即可。例如,形成于特定物质接收部处的开口部作为特定物质排放部,可将聚集在特定物质接收部的特定物质通过该开口部依次排放到分离装置外侧。为此,所述开口部可形成于通过底部封闭的筒部形成的特定物质接收部的底部或外周面处。
当设置分离装置时使得构成特定物质排放部的排放口沿重力作用方向开口,则可通过重力有效地排出聚集在特定物质接收部的特定物质。排放口沿重力作用方向开口,可使得特定物质和废物难以聚集在其侧表面。因此,可减少由于特定物质的固化或废物或残渣聚集在排放口而导致排放口堵塞或阻塞。
排放单元优选地具有用于将积聚在特定物质接收部的特定物质传送到排放口的传送单元。优选采用固定到内侧部件的板作为传送单元。该板通过外侧部件与内侧部件之间的相对转动而相对于特定物质接收部转动,以将积聚在特定物质接收部的特定物质推动并聚集到特定物质排放部。即,固定到内侧部件的板相对于在外侧部件中形成的特定物质接收部或特定物质排放部转动。该板相对于特定物质接收部的转动推动积聚在特定物质接收部的特定物质并收集该特定物质,从而可有效地排出特定物质。即使特定物质易于由于放置很长时间而固化,也可通过该板使其处于可流动状态。因此,可防止积聚在特定物质接收部的特定物质固化。
对于板的尺寸和数量没有限制,只要该板具有推动特定物质的表面即可。除了具有预定刚度的金属板或树脂板之外,该板还可由弹性体制成,例如弹性地贴靠特定物质接收部的橡胶板。
对于外侧部件和内侧部件的设定方向没有限制。然而,将外侧部件和内侧部件设置成其轴向对应于重力方向可减小设置空间。此外,外侧部件和内侧部件的轴线难以由于重力而移位或倾斜。外侧部件和内侧部件可设置成使得引入口位于下侧而排出口位于上侧。即使外侧部件和内侧部件的轴线相对于重力作用方向成预定角度,也可通过将外侧部件和内侧部件支承为同轴状态的支承工具防止由于重力引起的轴线的移位或倾斜。
使外侧部件与内侧部件相对转动的驱动单元优选地包括电机。可设置用于控制电机使得分离装置的转速与混合液体的种类相对应地变化的电路。可设置用于电机的轴承以防止外侧部件和内侧部件的轴线移位或倾斜。
在本发明的混合液体分离装置中,外侧部件和内侧部件以可使混合液体内的特定物质跟随外侧部件和内侧部件转动的转速相对转动。该转速根据分离装置的尺寸、混合液体的种类以及分离装置的处理能力而变化。该转速优选地在10rpm到200rpm之间的范围。产生0.002G到0.9G的很小的离心力。该离心力不会太大以至于特定物质被挤压到外侧部件的内周面上或者特定物质离开内侧部件。考虑到分离装置的收集能力和耐久性,优选30rpm到120rpm之间的转速。
外侧部件的内周面与内侧部件的外周面中的至少一个具有用于通过外侧部件与内侧部件之间的相对转动将特定物质从外侧部件的一端引导至另一端的螺旋形引导壁。该引导壁在特定物质沿该引导壁进给的过程中分离出特定物质。
外侧部件和内侧部件优选地具有使混合液体内的特定物质跟随转动的性质。例如,易于粘附到外侧部件或内侧部件上的物质物理地或化学地跟随该外侧部件或内侧部件转动。
对于外侧部件或内侧部件的形状没有限制,只要外侧部件的内周面与内侧部件的外周面中的至少一个具有螺旋形引导壁即可。尤其优选地,外侧部件具有圆柱(筒)形的内周面,内侧部件在其外周面上形成有螺旋形引导壁。作为这种内侧部件,可以举例说明螺旋地缠绕的外螺纹、弹簧或线圈。特定物质由于其粘附力和离心力而跟随外侧部件的圆柱形内周面以及内侧部件的引导壁(外螺纹)转动。为了进一步增强跟随转动特性,外侧部件的内周面或内侧部件的外周面形成为毛刺状或刷状凹凸表面。该凹凸表面有助于诸如金属尘埃的粉末粘附于其上。外侧部件的内周面与内侧部件的外周面中的至少一个可形成为亲水表面、疏水表面或磁性表面。
通过外侧部件与内侧部件之间的相对转动,通过引入口引入的混合液体中包含的特定物质沿引导壁被进给或供给到另一端。在特定物质从外侧部件的一端进给到另一端的过程中,混合液体中难以跟随外侧部件和内侧部件转动的不同于特定物质的其余物质从外侧部件和内侧部件脱离。即使其余物质通过引入口与特定物质一起被引入仍可脱离。当特定物质粘附到由弹性材料形成的凹凸表面时,该特定物质可通过螺旋形引导壁被刮除,然后沿引导壁平滑地从外侧部件的一端进给到另一端。
通过调节外侧部件与内侧部件之间的间隙的大小以及转动单元的转速,可分离包含粘度略微不同的多种液体的混合液体。当通过处于不同条件(例如间隙的大小以及转动单元的转速)的分离装置分离相同的混合液体时,处理能力可能不同。即,分离量、分离出的特定物质中包含的其余物质的量可能不同。因此,优选地,与特定物质的用途相对应地调节间隙的大小和确定转速。
提供本发明的一个混合液体分离装置充分地用于蓄积在金属加工过程中收集的废液的容器。可通过外侧部件与内侧部件的跟随转动特性、大小以及转速不同的混合液体分离装置分离收集的特定物质中包含的其余物质。
优选实施例
(实施例1)
下面将参照附图1至3说明实施例1的混合液体分离装置。图1是实施例1的混合液体分离装置的正视图;图2和图3分别是沿图1中的线X-X’和Y-Y’所取的截面图。
该混合液体分离装置包括外侧部件1、内侧部件2以及驱动单元3。外侧部件1包括外筒形体部10和连接部15。外筒形体部10是由树脂制成的圆筒形管,并在其外周面上设有引入口11。引入口11通过沿轴向切除外筒形体部10的一端预定长度以形成180°(半圆形)的开口而形成。引入口11由轴向延伸的轴向开口端面111、113以及周向开口端面112限定。应理解,当沿横(向)截面视图方向看时一个端面111不是径向延伸。如果这一端被轴向切割以形成沿横截面方向看时径向延伸的边缘部110,则边缘部110的切削面111’不能合适地引导混合液体S流入外侧部件1与内侧部件2之间的空间。
因此,在引入口11的混合液体流入的一侧,形成宽度朝末端逐渐减小从而形成切削端面111的边缘部110。切削面111与切削端面111’成预定角度。这种轴向开口端面111使得混合液体平稳地流动。
在外侧筒形体部10的另一端设有形成下文将说明的排出口的一部分的圆形开口106。
连接部15由与外筒形体部10相同的树脂制成,并具有筒形。该连接部在其一端设有凸缘151。连接部15的另一端具有当分离装置设置在混合液体容器等上时形成设定面150的底面。
在连接部15的外周面,形成有侧筒部156。圆筒形的侧筒部156与连接部15一体地形成并朝外延伸。该侧筒部向下倾斜(图2中所示),从而该侧筒部的顶端靠近设定面150。在连接部15内同轴地插入外筒形体部10,由此外筒形体部10的圆形开口106与连接部15的侧筒部156连通。从而,形成排出口16。连接部15的长度比外筒形体部10的长度短,导致外筒形体部10的下部从连接部15的设定面150向下突出。
内侧部件2由梯形螺钉或螺纹件形成,并设置成与外侧部件(外筒形体部10)同轴。外侧部件1与内侧部件2设置成在其间形成尺寸小于1mm的间隙。
驱动单元3包括带齿轮的电机(未示出)和容纳该电机的壳体31。壳体31在开口侧具有凸缘部315,该凸缘部将通过螺栓313与外侧部件1(连接部15)的凸缘部151连接。带齿轮的电机连接到内侧部件2的一端以驱动该内侧部件。控制该带齿轮的电机的电路包括控制电机频率的逆变器。因此,可任意选择内侧部件2的转速。
(收集的油量的测量)
通过使用实施例1的混合液体分离装置,从存储冷却剂和润滑剂的容器收集浮油并分离出润滑剂。下面将参照图4说明分离过程。
在容器5中,存储有18L的冷却剂C和0.25L的润滑剂O,从而形成厚度为12mm的油膜。在容器5的上表面,形成用于设置分离装置的设定面50。设定面50设有插入孔,分离装置的下部(外筒形体部10)可插入该插入孔。可通过将设定面150装载到设定面50上而将分离装置固定到容器上。此处,从液面(润滑剂O的前表面)到引入口11的周向开口端面112的距离是90mm,而从周向开口端面112到排出口16(圆形开口的中心106)的距离是100mm。
在设置分离装置之后,通过驱动单元3而引起的内侧部件2的转动使得容器5内的浮油跟随内侧部件2的转动而转动(运动)。将通过引入口11引入的浮油包含冷却剂C以及润滑剂O。粘度大于冷却剂C的润滑剂O受到固定的外侧部件1的阻力,并受到转动的内侧部件2的转动力。这样,在外侧部件1与内侧部件2之间跟随转动(移动)的润滑剂O被沿内侧部件2的外螺纹进给到排出口16。另一方面,具有低的跟随转动特性的冷却剂C很难被进给。冷却剂C通过间隙逐渐下落以返回容器5。
(测量1)
通过使用实施例1的混合液体分离装置,润滑剂与冷却剂分离。将被分离出的润滑剂的粘度等级(ISO的润滑剂粘度分类)为VG68,而冷却剂的粘度为VG1。内侧部件2以30rpm、60rpm及120rpm的转速旋转。在15分钟内收集的结果示于图5及表1中。
表1
为了通过实施例1的混合液体分离装置获得包含少量冷却剂的润滑剂,内侧部件2的转速选择为60rpm。相反,为了在短时间内获得大量的润滑剂,内侧部件2的转速选择为120rpm。
(测量2)
通过实施例1的混合液体分离装置从冷却剂分离润滑剂。待分离的润滑剂的粘度等级为VG2、VG22及VG68。内侧部件2的转速选择为120rpm。在一小时内收集的结果示于图6及表2中。
表2
从图5和6以及表1和2中可以看出,为了在20rpm的转速下仅获得润滑剂,优选地将冷却剂与润滑剂的粘度差选择为较小。为了在短时间内获得大量的润滑剂。优选地将冷却剂与润滑剂之间的粘度差选择为较大。
(实施例2)
在实施例2的混合液体分离装置中,设置有排放单元4以取代实施例1中的连接部15。将参照图7和图8说明排放部4的细节。图7是沿图8中的W-W’线所取的截面图,图8是沿图7中的V-V’线所取的截面图。与实施例1中对应的部件和元件以相同的附图标记表示。
排放单元4包括润滑剂接收部40、排放口46(润滑剂排放部)以及由不锈钢制成的板状刮除器6。此处,润滑剂接收部和润滑剂排放部分别对应于上述特定物质接收部和特定物质排放部。
润滑剂接收部40具有底部封闭的筒形并设置在外筒形体部10的另一端以与该体部同轴。该接收部包括底部41和下盖412。底部41由不锈钢制成并且为盘形。由丙烯酸树脂制成并且为筒形的下盖412经由橡胶件(未示出)固定到底部41的上表面。底部41设有在其厚度方向开口的圆形开口部416,筒形排放口46固定到该开口部416中。直径小于底部41的下盖412在跨过下盖412的固定位置处设有排放口46。
外筒形体部10的另一端形成开口端161,与外筒形体部10同轴设置的内侧部件2的一端从开口端161突出。从而,外筒形体部10的开口端161形成排放口161,分离出的润滑剂通过该排放口排放。
刮除器6固定到内侧部件2的一端以位于排放口161上方。(刮除器6)包括刮除器体部61以及从刮除器体部61延伸并通过螺钉62固定到内侧部件2的外周面的固定部63。在刮除器体部61与润滑剂接收部40的底部41及下盖412之间存在小间隙。内侧部件2的一端的外周面(包括固定刮除器6的部位)没有设置螺纹。
在润滑剂接收部40上方,与该润滑剂接收部40同轴地固定有由不锈钢制成并且为盘形的轴承板42。在该轴承板42上安装有可转动地支承内侧部件2的球轴承22。内侧部件2的端部通过联接器23与驱动单元3的带齿轮的电机的输出轴32相连。球轴承22和联接器23被由丙烯酸树脂制成并具有筒形的上盖423覆盖。
在安装在轴承板42上的上盖423上,安装有由不锈钢制成并且为盘形的电机板43。电机板43、轴承板42以及底部41都具有直径相同且位于圆上的相同位置的四个孔。底部的孔形成为内螺纹。四个螺栓413插入所述孔中,从而形成于顶端的外螺纹(阳螺纹)与底部41的孔及螺母431的内螺纹啮合。从而,电机板43、上盖423、轴承板42、下盖412以及底部41一体地接合。
在驱动单元3中,凸缘部315与排放单元4的电机板43通过螺栓313固定。
在排放单元4的下部,固定有可拆卸的设定工具45。设定工具45包括筒形部452、设定面450以及装置保持面454。筒形部452具有其中可存储和保持外筒形体部10的内部空间。设定面450与装置保持面454形成在筒形部452的两端形成的凸缘部。这两个凸缘具有与底部41等相同的直径。装置保持面454在与底部41等对应的位置设有四个孔。
为了安装设定工具45,将外筒形体部10插入筒形部452,并从一体地固定电机板43、轴承板43以及底部41的螺栓413上拧下螺母431。将螺栓413的上端插入装置保持面454的孔中。然后,将螺母431拧到螺栓413的顶端。
装置保持面454设有开口部,从而不会覆盖排放口46。准备多种筒形部452的轴向长度不同的设定工具,可改变从排放口46到设定表面50的距离。
下面将说明通过实施例2的混合液体分离装置收集浮油并分离润滑剂的分离方式。该分离装置插入容器5(参见图4)的插入孔内,使得设定面450安装到设定面50上。
在设定分离装置之后,通过驱动单元3转动内侧部件2。与实施例1类似,润滑剂O沿内侧部件2的外螺纹进给到排出口161。润滑剂接收部40接收从排出口161排出的润滑剂O并将该润滑剂存储在其下部41中。通过转动刮除器6使存储在润滑剂接收部40中的润滑剂O在润滑剂接收部40中被移送。刮除器6的纵向长度与润滑剂接收部40的径向成预定角度。结果,通过刮除器6沿箭头所示方向的转动,润滑剂O沿刮除器6的表面朝底部41的外周侧移动。因此,润滑剂O从中心被推动并聚集到在远端形成的排放口46。然后,挤压并聚集在排放口46的润滑剂O由于自身重力通过该排出口落入收集箱51中。
根据实施例2的混合液体分离装置,分离出的润滑剂通过排放单元4有效地排放到分离装置外侧。在排放口46的内周面没有发现固化的润滑剂。在轴承板42与电机3的底部没有浸出润滑剂。
(实施例3)
在实施例3的混合液体分离装置中,在实施例1或2的外侧部件1的引入口11上设置有流动调节板。将参照图9说明该调节板的细节。
调节板70由树脂制成,并具有弧形表面部分71及平面部72。弧形表面部分71具有与外筒形体部10相同的曲率。平面部72从弧形表面部71的一端正切地延伸。平面部72的端部固定到引入口11的边缘部110的外周面。
沿箭头所示方向引入的混合液体的一部分被轴向开口端表面111阻塞,从而从引入口11流出。流出的混合液体被流动调节板70引导并将存储在引入口11周围。特别地,当混合液体是用过的冷却剂的浮油时,其高密度部分被聚集到如图9中Z所示流动调节板70的中心。
表1
转速(rpm) |
收集的冷却剂的量(cc/15分钟) |
收集的油的量(cc/15分钟) |
收集的总量(cc/15分钟) |
所含冷却剂比例(%) |
30 |
5 |
33 |
38 |
13 |
60 |
5 |
100 |
105 |
5 |
120 |
10 |
140 |
150 |
7 |
表2
油的粘度 |
收集的冷却剂的量(cc/小时) |
收集的油的量(cc/小时) |
收集的总量(cc/小时) |
所含冷却剂比例(%) |
VG2 |
0 |
4 |
4 |
0 |
VG22 |
0 |
125 |
125 |
0 |
VG68 |
90 |
200 |
290 |
31 |