JP2001239182A - 遠心濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 遠心濃縮装置の濃縮液相の濃縮液を濃縮液排
出筒の内周に導く構造や、原水と分離液の混合を防ぐ構
造を簡単にし、製造、組立てを容易にする。 【解決手段】 遠心濃縮装置において、環状上壁１３に
は周側壁１２の内周上端の近傍に開口した濃縮液の流入
口１５ａと、濃縮液排出筒１４の内周下端部に開口した
濃縮液の排出口１５ｂとを環状上壁１３と濃縮液排出筒
１４と一連に貫通する濃縮液取出路１５で連通し、前記
底壁１１には原水供給管２１の下端の近くに頂部が位置
する円錐隆起１６を設け、環状上壁１３には上記円錐隆
起１６の回りを囲むスカート筒１７を設けて該スカート
筒１７と円錐隆起１６との間に原水の下降流路１７′を
形成すると共に、上記スカート筒１７の上端に位置して
分離液採水部材２４に向かって開口する分離液採水路１
８を貫通して設け、且つ前記円錐隆起１６の頂部と分離
液採水部材２４の下面の間に張り出した半径方向内向き
の環状仕切壁１９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細な固体粒子や
液滴（以下粒子等ともいう）を含む懸濁液を原水として
供給し、懸濁物濃度の高い液体（以下濃縮液ともいう）
と濃度の低い懸濁液または清澄な液体（以下分離液とも
いう）に連続的に分離する遠心濃縮装置に関するもので
あり、例えば半導体製造におけるシリコンウエハのＣＭ
Ｐ研磨工程から排出される、粒径０．１〜０．５μｍ程
度の研磨材を希薄に含む排スラリーから、研磨材を連続
的に回収可能にした遠心濃縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本特許出願人は、特願平１１−２５５３
１０号にて、底壁と、周側壁と、環状上壁とで形成さ
れ、環状上壁の内周から立設された濃縮液排出筒を有
し、底壁、濃縮液排出筒の中心を通る垂直軸心を中心に
高速回転させられる中空回転体、上記濃縮液排出筒の中
心を貫通して中空回転体の内部に突入し、下端が開放し
た原水供給管、上記原水供給管の外に同心状に配置さ
れ、原水供給管の下端部よりも浅く中空回転体の内部に
突入した分離液排出路、中空の円盤状で、上記分離液排
出路の下端と内部を連通して中心部を固定され、前記中
空回転体の周側壁の内周から内方に離れ、且つ底壁から
上に離れた周側部に集液口を有し、中空回転体の内部の
分離液を上記集液口から内部に導入するため中空回転体
の内部に設けられた分離液採水部材とを備え、前記中空
回転体の高速回転により発生する遠心力で原水供給管か
ら中空回転体の内部に供給された原水を外周の濃縮液相
と、その内周の分離液相に分離し、且つ濃縮液を環状上
壁、濃縮液排出筒を経て排出し、分離液を集液口から分
離液採水部材の内部に導入し、分離液排出路中を上昇さ
せて排出する遠心濃縮装置を提案した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記遠心濃縮装置によ
り沈降速度の非常に小さい微細な粒子等を含む懸濁液
（原水とも記す。）を連続的に供給して濃縮し、その濃
縮液を系外に連続的に排出することが可能になった。し
かし、濃縮液相の濃縮液を濃縮液排出筒の内周に導くた
めの構造や、原水供給管から供給される原水が分離液相
の分離液と混合するのを防ぐ構造が複雑で、製造、組立
てに手数がかゝる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記先行提案
の問題点を解消するために開発されたもので、底壁１１
と、周側壁１２と、環状上壁１３とで形成され、環状上
壁の内周から立設された濃縮液排出筒１４を有し、底壁
１１、濃縮液排出筒１４の中心を通る垂直軸心１０′を
中心に高速回転させられる中空回転体１０、上記濃縮液
排出筒１４の中心を貫通して中空回転体の内部に突入
し、下端が開放した原水供給管２１、及び上記原水供給
管の外に同心状に設けられ、原水供給管の下端部よりも
浅く中空回転体の内部に突入した分離液排出路２２を有
する１本の縦管２３、中空の円盤状で、上記分離液排出
路の下端と内部を連通して中心部を貫通する上記縦管２
３の原水供給管２１に固定され、前記中空回転体の周側
壁１２の内周から内方に離れ、且つ底壁１１から上に離
れた周側部に集液口２５を有し、中空回転体の内部の分
離液を上記集液口から内部に導入するため中空回転体の
内部に設けられた分離液採水部材２４とを備え、前記中
空回転体の高速回転により発生する遠心力で原水供給管
２１から中空回転体の内部に供給された原水を外周の濃
縮液相と、その内周の分離液相に分離し、前記濃縮液を
環状上壁１３、濃縮液排出筒１４を経て排出し、分離液
を集液口２５から分離液採水部材２４の内部に導入し、
分離液排出路２２中を上昇させて排出する遠心濃縮装置
において、前記環状上壁１３には周側壁１２の内周上端
の近傍に開口した濃縮液の流入口１５ａ、濃縮液排出筒
１４には内周下端部に開口した濃縮液の排出口１５ｂを
設け、上記濃縮液の流入口１５ａと排出口１５ｂとを環
状上壁１３と濃縮液排出筒１４と一連に貫通する濃縮液
取出路１５で連通し、前記底壁１１には原水供給管２１
の下端の近くに頂部が位置する円錐隆起１６を設け、前
記環状上壁１３には上記円錐隆起１６の回りを囲むスカ
ート筒１７を設けて該スカート筒１７と円錐隆起１６と
の間に原水の下降流路１７′を形成すると共に、上記ス
カート筒１７の上端に位置して分離液採水部材２４に向
かって開口する分離液採水路１８を貫通して設け、且つ
前記円錐隆起１６の頂部と分離液採水部材２４の下面の
間に張り出した半径方向内向きの環状仕切壁１９を設け
たことを特徴とする。そして、濃縮液排出筒１４には濃
縮液排出口１５ｂよりも下の内周下端部に、半径方向内
向きの環状張出壁２６を設け、濃縮液排出筒の下面と、
上記環状張出壁の下面とで分離液採水部材２４の上を覆
うことが好ましい。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１に示した実施形態において、
１０は底壁１１と、周側壁１２と、環状上壁１３とで構
成された中空回転体であり、底壁１１と周側壁１２とは
一体で、周側壁の内周面は底壁に対して角度α＝９０〜
１２０゜を保っている。このように周側壁の内周面を底
壁に対して９０〜１２０゜の角度αを保たせたのは、９
０゜以下の場合は鋭角になって濃縮液中の粒子が周側壁
の内周面と底壁上面とが成す角（かど）の近傍に沈降付
着してしまい、スムースな排出ができなくなる恐れがあ
るからであり、１２０゜以上の場合は上壁の下面と周側
壁の内周面とが成す角（かど）の近傍に同様に濃縮液中
の粒子が沈降付着してスムースな排出ができなくなるこ
と、及び濃縮部分の容積減少につながるからである。
尚、環状上壁の薄肉周縁部１３を周側壁の上面に載せ、
周側壁の外周上部の雄ネジにねじ込んだ袋ナット４１の
内周上端部に内向きに設けられた環状締付け部で環状上
壁の薄肉周縁部１３′を周側壁１２の上面に下向きに押
付けて環状上壁１３を取外し可能に固定し、必要に応じ
外して洗浄したり、周側壁の内周面、底壁の上面を洗浄
する。

【０００６】環状上壁１３は周縁部の内側に同心の円錐
部１３ａを有し、この円錐部の内周は円錐部から下の環
状上壁の内周よりも直径が大きい拡径部１３ａ′になっ
ている。そして、濃縮液排出筒１４は下半部を円錐部の
内周の拡径部に嵌めて円錐部１３ａから上に突出する。

【０００７】上記円錐部の上端から雄ネジ筒１３ｂが上
に短く突出し、その内周の上端部には内径が拡大した環
状段部１３ｂ′が形成され、濃縮液排出筒の外周の高さ
の中程に設けられた鍔部１４′が上記環状段部に嵌合
し、鍔部の上面は雄ネジ筒の上端から上に突出する。つ
まり濃縮液排出筒１４の下半部を環状上壁の円錐部の内
周の拡径部１３ａ′に嵌めると、濃縮液排出筒の下端は
拡径部の下面に受止められ、鍔部の下面は環状段部の下
面に受止められ、鍔部の上面は雄ねじ筒から上に突出す
る。従って、雄ねじ筒の外周に袋ナット４２をねじ込
み、袋ナットの内周上端部に内向きに設けられた環状締
付け部で鍔部１４′の上面を下向きに押付けて濃縮液排
出筒を環状上壁の内周の拡径部１３ａに対して取外し可
能に固定する。これにより濃縮液排出筒１４を環状上壁
１３から外し、該排出筒と上壁とを洗浄することが可能
である。

【０００８】環状上壁１３は周側壁１２の内周から内側
に少し離れて下向きに厚さを増した環状肥厚部１３ｃを
有し、この環状肥厚部の外周には周側壁１２の内周上端
の近傍に開口した濃縮液の流入口１５ａが設けられてい
る。又、濃縮液排出筒の、環状上壁１３の内周よりも直
径が大きい内周の下端部には濃縮液の排出口１５ｂが設
けられている。前述したように濃縮液排出筒の下半部を
環状上壁の円錐部の内周の拡径部１３ａ′に嵌めて固定
したとき、上記濃縮液の流入口１５ａと排出口１５ｂと
が流入口１５ａから排出口１５ｂに向かって半径方向斜
め上向きの環状上壁及び濃縮液排出筒を貫通した一連の
濃縮液取出路１５で連通するようにしておく。この濃縮
液取出路１５は、図では１本が示されているが、円周方
向に間隔を保って複数本設けてある。

【０００９】２３は濃縮液排出筒１４の中心を上下方向
に貫通して中空回転体の内部に突入し、下端が開放した
原水供給管２１と、原水供給管２１の外に同心状に設け
られて該管の下端部よりも浅く中空回転体の内部に突入
した分離液排出路２２とからなる縦管であり、縦管の下
端部には分離液排出路２２の下端が連通した中空の円盤
状の分離液採水部材２４が設けてある。前記原水供給管
２１は分離液採水部材２４の中心を貫通して該部材２４
の下面中心から下に突出する。

【００１０】分離液採水部材２４は、中空回転体の周側
壁１２の内周から内側に離れ、且つ底壁１１から上に離
れた位置にあるその周側部に集液口２５を有し、中空回
転体の内部の分離液を上記集液口２５から内部に導入す
る。

【００１１】原水供給管２１が中心を貫通した分離液採
水部材２４は分離液排出路２２の下端と内部を連通する
ように縦管２３とねじなどで分離可能に固定することが
好ましい。その理由は環状上壁１３に設けられた濃縮液
排出筒１４よりも径の大きな分離液採水部材２４を中空
回転体１０内に位置させるためである。すなわち、環状
上壁１３を周側壁１２に取り付ける前に、分離液採水部
材２４を中空回転体内に位置させ、縦管２３を濃縮液排
出筒１４の中心を貫通させて分離液採水部材と連結でき
るようにするためである。

【００１２】底壁１１には同心の円錐隆起１６が設けて
ある。図示の実施形態では円錐隆起１６は頂部が平らな
截頭円錐形ないし台円錐形で、その平らな頂部は分離液
採水部材２４の下面中心から下向に突出した原水供給管
２１の下端の近くに位置する。図では省略したが中空回
転体１０を高速回転するためのモータの垂直上向きの軸
は円錐隆起１６の中心に下面を開放して設けた円筒凹部
１６′に固定する。

【００１３】環状上壁の環状肥厚部１３ｃの内周には上
記円錐隆起１６のほゞ下端近くまでを囲む円錐面のスカ
ート筒１７が設けてあり、スカート筒の内面と円錐隆起
の外面との間に原水供給管２１の下端から流出する原水
を底壁１１の上面近くに導く原水の下向流路１７′を形
成する。スカート筒１７の下端には底壁の上面と平行な
半径方向外向きの環状壁１７ａを張出して設け、下向流
路１７′を下降流した原水を周側壁１２の内周に向け、
後述の分離液相の分離液と混合して排出されるのを防止
することが好ましい。

【００１４】環状上壁の環状肥厚部１３ｃには上記スカ
ート筒１７の上端に位置して分離液採水部材２４に向か
って斜め上向きに開口する分離液採水路１８と、前記円
錐隆起１６の頂部と分離液採水部材２４との間に張り出
した半径方向内向きの環状仕切壁１９とを設ける。分離
液採水路１８は図では１つが示されているが、円周方向
に例えば等間隔に複数設けてある。

【００１５】３０は縦管２３の上部に上壁３１の中心部
を固定された濃縮液受け器で、上壁の回りから垂下して
濃縮液排出筒１４を囲む包囲壁３２と、包囲壁の下端内
周から濃縮液排出筒１４の上部に向かって設けられた中
高の環状底壁３３を備え、環状底壁３３と包囲壁３２と
の連接部には濃縮液排水管３４が設けてある。

【００１６】濃縮液受け器の包囲壁３２は、中空回転体
１０の一側に沿って起立する支柱３５に連結具３６で固
定され、これによって濃縮液受け器３０は水平に支持さ
れ、且つ縦管２３は垂直に吊下げられ、これらは回転し
ない。

【００１７】縦管２３の上端部には中心の原水供給管２
１の上端に原水を供給する給水管２１′が横向きに接続
する。又、上記給水管２１′よりも下に位置して分離液
排出路２２の上端に連通する分離液取出管２２′が縦管
２３に横向きに接続する。この分離液取出管２２′には
開度の調整可能な弁Ｖを有する管路が接続する。

【００１８】次に本発明の装置の遠心濃縮操作を説明す
る。予め中空回転体１０の内部には原水供給管２１から
原水を供給して原水を満たした状態にするか、或いは内
部が空の状態から原水を内部に供給しながら中空回転体
をモータＭで高速回転する。

【００１９】中空回転体の高速回転により発生する遠心
力で、中空回転体の内部に満たされた原水には周側壁１
２の内周に向けての放射方向外向きの力が作用し、原水
は周側壁１２の内周に沿った環状の水相を形成する。そ
して、原水中の粒子等は重いので遠心力に基づく放射方
向外向きの力によって環状の水相の外周に押しやられて
懸濁物濃度の高い濃縮液の環状液相Ａを形成し、その内
周に濃度の低い分離液の環状液相Ｂが形成される。

【００２０】前述した分離液採水路１８は分離液の環状
液相Ｂ中に位置し、又、環状上壁１３の肥厚部１３ｃの
外周の濃縮液の流入口１５ａは濃縮液の環状液相Ａ中に
位置する。

【００２１】この状態で分離液取出路の弁Ｖを開くと共
に、原水供給管２１から中空回転体の内部に原水を供給
すると、原水は重力によって該管の下端から円錐隆起１
６の頂部に流下し、円錐隆起とスカート筒との間の下降
流路１７′を流下し、遠心力に基づく放射方向外向きの
力を受け、周側壁１２の内周の濃縮液の環状液相Ａに流
入する。

【００２２】原水の流入により原水中の粒子等は濃縮液
の環状液相Ａ中に残って環状液相の濃縮液は増加するの
で、濃縮液は環状上壁の濃縮液流入口１５ａから濃縮液
取出路１５中に押しやられて流出口１５ｂから濃縮液排
出筒１４に排出され、遠心力によって該筒１４の内周に
付着したまゝ後続の濃縮液で押されて筒内を上昇し、濃
縮液排出筒の上端から濃縮液受け器３０の内部に遠心力
で振り出され、該受け器の底壁３３に設けた濃縮液排出
管３４から連続的に排出される。こうして、環状液相Ａ
を構成する濃縮液の水量はほゞ一定に保たれる。

【００２３】一方、原水の流入による中空回転体内の水
量の増加によって環状液相Ｂを構成する分離液は分離液
採水路１８から分離液採水部材２４の回りに押出され、
該採水部材２４の周側壁の集液口２５から該採水部材２
４の内部に入り、縦管２３に設けた分離液採水路２２中
を上昇して取出管２２′から弁Ｖを経て排出される。

【００２４】濃縮液と分離液の合計排出量は遠心濃縮装
置への原水供給量に従う。また、濃縮液と分離液との排
出量とを制御するため、分離液取出管２２′で排出され
る分離液と、濃縮液の液量比率を調整する。従って、原
水の供給液量を一定として、分離液取出管２２′から排
出される分離液の圧力をバルブＶで調節することによっ
て濃縮液と分離液の排出量を調整することができる。ま
た、中空回転体の内部、及び分離液排出管内の圧力は分
離液取出管２２′に接続した管路に設けられたバルブＶ
により制御される。

【００２５】尚、濃縮液排出口１５ｂから濃縮液排出筒
１４の内周下端部に押出された濃縮液と、分離液採水路
１８から分離液採水部材２４の回りに押出された分離液
とが混合するのを防止するため、濃縮液排出筒の排出口
１５ｂよりも下の内周下端部に半径方向内向きの環状張
出壁２６を設け、濃縮液排出筒の下面と該環状張出壁の
下面を分離採水部材２４の上面に近接させて分離液採水
部材の上を覆い、縦管２３は上記環状張出壁２６の内周
との間に狭い間隙を保ってその内周の中心を貫通するよ
うにすることが好ましい。

【００２６】このように本発明の遠心濃縮装置は、沈降
速度の非常に小さい微細な原水が供給される中空回転体
を高速で回転し、回転により発生する遠心力の作用によ
り上記原水を微粒子等を含む濃縮液と、粒子等を含まな
い分離液とに連続的に分離し、上記濃縮液と分離液とを
別々に系外に連続的に排出できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明では、中空回転体の環状上壁１３
に周側壁１２の内周上端の近傍に開口した濃縮液の流入
口１５ａ、濃縮液排出筒１４に内周下端部に開口した濃
縮液の排出口１５ｂを夫々設け、上記濃縮液の流入口１
５ａと排出口１５ｂとを環状上壁１３と濃縮液排出筒１
４と一連に貫通する濃縮液取出路１５で連通したので、
前記先行提案に較べて濃縮液取出路の構成が非常に簡素
になり、製作、組立てが容易である。更に、中空回転体
の底壁１１には原水供給管２１の下端の近くに頂部が位
置する円錐隆起１６を設け、前記環状上壁１３には上記
円錐隆起１６の回りを囲むスカート筒１７を設けて該ス
カート筒１７と円錐隆起１６との間に原水の下降流路１
７′を形成したので、原水供給管２１から供給される原
水を分離液の環状液相Ｂの分離液と混合することなく濃
縮液の環状液相Ａに底から供給でき、分離液排出路２２
を上昇して排出される分離液に原水が混合しない。又、
環状上壁１３には上記スカート筒１７の上端に位置して
分離液採水部材２４に向かって開口する分離液採水路１
８を貫通して設け、且つ前記円錐隆起１６の頂部と分離
液採水部材２４の下面の間に張り出した半径方向内向き
の環状仕切壁１９を設けてあるので、こゝでも原水と分
離液との混合が確実に防止できる。

【００２８】又、請求項２により、段落００２５で述べ
たように連続的に排出される濃縮液と分離液との混合が
確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の遠心濃縮装置の一実施形態の縦断面
図。

【図２】図１の要部の拡大断面図。

【符号の説明】

１０ 中空回転体 １０′ 高速回転の垂直軸心 １１ 中空回転体の底壁 １２ 中空回転体の周側壁 １３ 中空回転体の環状上壁 １４ 濃縮液排出筒 １５ 濃縮液取出路 １６ 底壁の円錐隆起 １７ 環状上壁のスカート筒 １７′ 原水の下降流路 １８ 分離液採水路 １９ 環状仕切壁 ２１ 原水供給管 ２２ 分離液排出路 ２３ 縦管 ２４ 分離液採水部材 ２５ 分離液採水部材の集液口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 埜村 誠 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 水庭 哲夫 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 富樫 明男 東京都練馬区田柄３丁目14番17号 トミー 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D057 AB01 AC01 AC06 AD01 AE02 AF03 BA11 BA13 BC05 BC11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底壁１１と、周側壁１２と、環状上壁１
   ３とで形成され、環状上壁の内周から立設された濃縮液
   排出筒１４を有し、底壁１１、濃縮液排出筒１４の中心
   を通る垂直軸心１０′を中心に高速回転させられる中空
   回転体１０、 上記濃縮液排出筒１４の中心を貫通して中空回転体の内
   部に突入し、下端が開放した原水供給管２１、及び上記
   原水供給管の外に同心状に設けられ、原水供給管の下端
   部よりも浅く中空回転体の内部に突入した分離液排出路
   ２２を有する１本の縦管２３、 中空の円盤状で、上記分離液排出路の下端と内部を連通
   して中心部を貫通する上記縦管２３の原水供給管２１に
   固定され、前記中空回転体の周側壁１２の内周から内方
   に離れ、且つ底壁１１から上に離れた周側部に集液口２
   ５を有し、中空回転体の内部の分離液を上記集液口から
   内部に導入するため中空回転体の内部に設けられた分離
   液採水部材２４とを備え、前記中空回転体の高速回転に
   より発生する遠心力で原水供給管２１から中空回転体の
   内部に供給された原水を外周の濃縮液相と、その内周の
   分離液相に分離し、前記濃縮液を環状上壁１３、濃縮液
   排出筒１４を経て排出し、分離液を集液口２５から分離
   液採水部材２４の内部に導入し、分離液排出路２２中を
   上昇させて排出する遠心濃縮装置において、 前記環状上壁１３には周側壁１２の内周上端の近傍に開
   口した濃縮液の流入口１５ａ、濃縮液排出筒１４には内
   周下端部に開口した濃縮液の排出口１５ｂを設け、上記
   濃縮液の流入口１５ａと排出口１５ｂとを環状上壁１３
   と濃縮液排出筒１４と一連に貫通する濃縮液取出路１５
   で連通し、 前記底壁１１には原水供給管２１の下端の近くに頂部が
   位置する円錐隆起１６を設け、 前記環状上壁１３には上記円錐隆起１６の回りを囲むス
   カート筒１７を設けて該スカート筒１７と円錐隆起１６
   との間に原水の下降流路１７′を形成すると共に、上記
   スカート筒１７の上端に位置して分離液採水部材２４に
   向かって開口する分離液採水路１８を貫通して設け、且
   つ前記円錐隆起１６の頂部と分離液採水部材２４の下面
   の間に張り出した半径方向内向きの環状仕切壁１９を設
   けたことを特徴とする遠心濃縮装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の遠心濃縮装置におい
   て、濃縮液排出筒１４には濃縮液排出口１５ｂよりも下
   の内周下端部に、半径方向内向きの環状張出壁２６を設
   け、濃縮液排出筒の下面と、上記環状張出壁の下面とで
   分離液採水部材２４の上を覆ったことを特徴とする遠心
   濃縮装置。