JP2001286787A - 翼モジュールを備えた自己被動式遠心機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 循環液から粒状物を分離するための自己被動
式遠心機を提供する。 【解決手段】 遠心機（２０）の自己被動力を発生する
ための一対の接線方向ジェットノズルを有するベース
（２９）を備える。ベース（２９）は中空内部空間を画
成する遠心機シェル（２８）に連結される。遠心機シェ
ル（２８）内には、集められたスラッジを遠心機（２
０）の他の部材を清浄することなく容易に処分するた
め、使い捨てライナ（２４）が配置される。ベース（２
９）には中央回転軸線を有する中空ロータハブを組み付
け、このハブは中空内部空間に延在する。支持プレート
（３３）は中空内部空間内に配置され、液体を循環させ
るための環状流出口開口部をロータハブと協働して画成
する。中空内部空間内に分離翼モジュール（２１）が配
置される。分離翼モジュール（２１）はロータハブの周
りに延在し、支持プレート（３３）によって支持され
る。分離翼モジュール（２１）は複数の分離翼（３８）
を有し、分離翼（３８）は、軸線方向に延在し、かつ、
間隔が隔てられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、流れ
ている液体から遠心力場を使用して粒状物を連続的に分
離することに関する。更に詳細には、本発明は、螺旋状
プレート又は翼を、螺旋状翼を自動駆動する上で適当な
推進装置と協働して遠心機ボウル内で使用することに関
する。

【０００２】本発明の一実施例では、推進装置は、ジェ
ットノズルを使用することを含む。本発明の別の実施例
では、螺旋状翼の特定の形状及び種類を変更し、平らな
プレートの実施例が含まれる。

【０００３】本発明の好ましい実施例での螺旋状翼の使
用は、流れている液体から粒状物を分離する上でのベー
スとしてコーンスタックサブアッセンブリを使用する従
来技術に対する設計変更である。このコーンスタック技
術を再検討することは、本発明と従来技術との間の相違
及び本発明が提供する利点を理解する上で助けになる。

【０００４】

【従来の技術】１９９６年１１月１９日にハーマン等に
賦与された米国特許第５，５７５，９１２号は、循環液
から粒状物を分離するためのバイパス回路遠心機を開示
する。この遠心機の構造は、中空で全体に円筒形の遠心
機ボウルを含み、このボウルをベースプレートと組み合
わせて液体流れチャンバを画成する。中空中央チューブ
がベースプレートを通って遠心機ボウルの中空内部内に
軸線方向上方に延びている。バイパス回路遠心機は、カ
バーアッセンブリ内に組み立てられるように設計されて
おり、ベースプレートで向き合って配置された一対の接
線方向流れノズルを使用して遠心機をカバー内で回転さ
せ、粒子を液体から分離する。遠心機ボウルの内部には
複数の截頭円錐形コーンが設けられており、これらのコ
ーンは、積み重ねアレイをなすように配置されており、
分離効率を高めるようにぴったりと近付けて離間されて
いる。截頭円錐形コーンからなる積み重ねアレイは、遠
心機ボウルの上部分と隣接して位置決めされた上プレー
トとベースプレートに近付けて位置決めされた下プレー
トとの間に挟まれている。来入液体流は、一対のオイル
入口を通って出、そこから上プレートを通って流れる。
上プレートは、遠心機ボウルの内面に設けられたリブと
関連してこの流れを加速し、截頭円錐形コーンからなる
積み重ねアレイの上部分に差し向ける。隣接したコーン
間に形成されたチャンネルを通って流れが半径方向内方
に通過するときに粒子の分離が行われる。コーンの内径
に到達したとき、液体は接線方向流れノズルに下方に流
れ続ける。

【０００５】１９９７年６月１０日にハーマン等に賦与
された米国特許第５，６３７，２１７号は、米国特許第
５，５７５，９１２号に基づいた一部継続出願である。
米国特許第５，６３７，２１７号は、循環液から粒状物
を分離するためのバイパス回路遠心機を開示する。この
遠心機の構造には、全体に円筒形の中空遠心機ボウルが
含まれ、このボウルをベースプレートと組み合わせて液
体流れチャンバを画成する。中空中央チューブがベース
プレートを通って遠心機ボウルの中空内部内に軸線方向
上方に延びている。バイパス回路遠心機は、カバーアッ
センブリ内に組み立てられるように設計されており、ベ
ースプレートで向き合って配置された一対の接線方向流
れノズルを使用して遠心機をカバー内で回転させ、粒子
を液体から分離する。遠心機ボウルの内部には複数の截
頭円錐形コーンが設けられており、これらのコーンは、
積み重ねアレイをなすように配置されており、分離効率
を高めるようにぴったりと近付けて離間されている。来
入液体流は、一対のオイル入口を通って出、そこから構
造の積み重ねアレイに差し向けられる。一実施例では、
上プレートは、遠心機ボウルの内面に設けられたリブと
関連してこの流れを加速し、積み重ねアレイの上部分に
差し向ける。別の実施例では、積み重ねアレイは、使い
捨てサブアッセンブリの部分として配置される。各実施
例では、隣接したコーン間に形成されたチャンネルを流
れが通過するとき、粒子の分離が行われ、液体は接線方
向流れノズルに下方に流れ続ける。

【０００６】２０００年１月１５日にハーマンに賦与さ
れた米国特許第６，０１７，３００号は、循環液から粒
状物を分離するためのコーンスタック遠心機を開示す
る。この遠心機の構造は、中空ロータハブとともに形成
されたコーンスタックアッセンブリを含み、軸線を中心
として回転するように形成されている。コーンスタック
アッセンブリは、シャフト中央チューブに取り付けられ
ており、このチューブは、ベースアッセンブリの中空ベ
ースハブに取り付けられている。ベースアッセンブリ
は、液体入口、第１通路、及びこの第１通路に連結され
た第２通路を更に含む。液体入口は、第１通路によって
中空ベースハブに連結されている。ベアリング装置は、
コーンスタックアッセンブリの回転運動のため、ロータ
ハブとシャフト中央チューブとの間に位置決めされる。
インパルス−タービンホイールがロータハブに取り付け
られており、流れジェットノズルはタービンホイールに
差し向けられるように位置決めされる。コーンスタック
アッセンブリに回転運動を与えるために液体の流れジェ
ットをタービンホイールに差し向けるため、流れジェッ
トノズルは第２通路に連結されている。流れジェットの
用の液体は、液体入口を通ってコーンスタック遠心機に
進入する。更に、同じ液体入口が、コーンスタックアッ
センブリを通って循環する液体を提供する。

【０００７】２０００年２月１日にハーマンに賦与され
た米国特許第６，０１９，７１７号は、米国特許第６，
０１７，３００号に基づいた一部継続出願である。米国
特許第６，０１９，７１７号は、親特許の構造と同様の
構造を開示するが、ハニカム状挿入体を追加することを
含む。ハニカム状挿入体は、入口乱流を減少し、タービ
ン効率を向上するため、流れジェットノズルに組み込ま
れる。

【０００８】米国特許第５，５７５，９１２号、米国特
許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３
００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号の発明に
より提供された分離効率の上昇は、部分的には、コーン
間隙間に亘る沈降距離を減少する上で部分的に寄与す
る。本発明の概念に亘り、コーンスタックサブアッセン
ブリを、軸線方向断面形状が一定の半径方向に延びる一
連の螺旋状翼又はプレートに変化させることによって等
価の効果を得ることができると理論的に結論付けられ
る。本発明の螺旋状翼は、本明細書中に更に詳細に説明
するように、中央ハブ及び上プレートに一体に接合され
ている。好ましい実施例は、構成部品のこの組み合わせ
を、単一の構成要素であるように一体の成形組み合わせ
として説明する。上プレートは、遠心機の中央部分から
の流出流を、入口孔が配置された上プレートの外周縁部
まで導くように、シェルの内面に設けられた加速翼と関
連して作用する。上プレートの外周と隣接して配置され
た分割シールドは、流れが入口孔を逸れ、即ち迂回した
後、翼隙間間の外側周囲を通って螺旋状翼モジュールに
進入することがないように機能する。流れがこのように
移動することが許容された場合には、流れは乱流を生
じ、粒子が或る程度再同伴されてしまう。これは、粒子
がこのゾーンに放出されてしまうためである。各螺旋状
翼の形体では、外周縁部には乱流シールドが形成されて
おり、このシールドは、外静止スラッジ収集ゾーンと液
体が流れ且つ粒子の分離が行われる隣接した翼間の隙間
との間での流体相互作用を更に減少するための手段とし
て、各螺旋状翼の軸線方向全長に亘って延びている。本
発明の理論的概念に従って、実際の減少が起こった。本
発明が提供する利点及び改善を確認するため、試験を行
った。

【０００９】米国特許第５，５７５，９１２号、米国特
許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３
００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号に開示さ
れた発明の商業的実施例は、２０枚乃至５０枚の個々の
コーンでできたスタックを含むコーンスタックサブアッ
センブリを使用する。個々のコーンは、別々に成形し、
積み重ね、組み立て前にライナシェル及びベースプレー
トと整合し、又は使い捨てロータ設計の場合にはハブ又
はスプール部分と整合しなければならない。この特定の
形体は、大きな多キャビティ金型を必要とするために加
工費用が高く、個々のコーンの各々を別々に積み重ねて
整合するのに必要な時間のために組み立て費用が高い。
本発明の「一体成形螺旋状」の概念により、本発明は、
従来技術の個々のコーンの全てに代えて一つの成形部品
を使用できる。一体のモジュールを構成する螺旋状翼
は、モジュールのハブ部分及び基準上プレートと一緒に
同時に射出成形できる。別の態様では、これらの個々の
螺旋状翼をハブとともに押出した後、別に成形した上プ
レートに組み立てることができる。本発明の製造方法に
ついてのこの別のアプローチでも、全部品数は、２０個
乃至５０個の別々の部品から２個の部品に減少する。

【００１０】本発明は、上述のコーンスタック技術に対
する変形例の設計を提供する。米国特許第５，５７５，
９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許
第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，
７１７号に開示された自己被動式コーンスタック設計の
設計上の新規性及び性能上の利点は、実際の使用により
証明されてきた。これらの従来の発明の成功の「鍵」の
幾つか、即ち自動駆動の概念及びコーン間隙間に亘る沈
降距離の減少は保持されるけれども、基本的な設計を変
更した。個々に成形したコーンでできた垂直スタックに
代えて単一の螺旋状翼モジュールを使用することは、大
幅な構造変更であり、当該技術における新規であり且つ
自明でない進歩であると考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、分離翼モジュールを含む、改良された自己被動遠心
機を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施例とし
て、遠心機を通って流れる液体から粒状物を分離するた
めの遠心機は、ベースと、このベースに組み付けられ
て、ベースとともに中空内部空間を画成する遠心機シェ
ルと、中央回転軸線を備え、且つ、ベースに組み付けら
れ、中空内部空間を通って延在する、中空ロータハブ
と、中空内部空間内に位置決めされ、且つ、中空ロータ
ハブと協働して流出口の開口部を画成する、支持プレー
トと、中空内部空間内に位置決めされ、中空ロータハブ
の周囲に延在するように、そして、支持プレートによっ
て支持されるように、形成され且つ構成された分離翼モ
ジュールを有し、この分離翼モジュールは間隔が隔てら
れた軸線方向に延びる複数の分離翼を含む。

【００１３】本発明の関連した目的及び利点は、以下の
説明から明らかである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の原理の理解を促す目的
で、添付図面に示す実施例を参照し、特別の用語を使用
してこれを説明する。しかしながら、本発明の範囲をこ
れによって限定しようとするものではなく、例示の装置
の変形及び変更、及び本発明の原理の本明細書中に例示
した以外の用途は、本発明が属する分野の当業者によっ
て通常に思い付くと考えられるということは理解されよ
う。

【００１５】図１及び図２を参照すると、これらの図に
は、従来の設計のコーンスタックサブアッセンブリに代
えて一体の螺旋状翼モジュール２１が設けられた自己被
動式遠心機２０が示してある。前記従来の設計は、米国
特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，
２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国
特許第６，０１９，７１７号に開示されている。１９９
６年１１月１９日にハーマン等に賦与された米国特許第
５，５７５，９１２号に触れたことにより、この特許に
開示されている内容は本明細書中に組入れたものとす
る。１９９７年６月１０日にハーマン等に賦与された米
国特許第５，６３７，２１７号に触れたことにより、こ
の特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたも
のとする。２０００年１月１５日にハーマンに賦与され
た米国特許第６，０１７，３００号に触れたことによ
り、この特許に開示されている内容は本明細書中に組入
れたものとする。２０００年２月１日にハーマンに賦与
された米国特許第６，０１９，７１７号に触れたことに
より、この特許に開示されている内容は本明細書中に組
入れたものとする。

【００１６】遠心機２０の全体としてのパッケージング
及び構造の大部分は、二つの上掲の米国特許に開示され
ているのと同じである。相違点は、従来技術のコーンス
タックサブアッセンブリを本発明の螺旋状翼モジュール
２１と交換したことである。部分的に側部と側部とを向
き合わせた図６の比較に示すように、螺旋状翼モジュー
ル２１に適合するためのこの他の些細な構造上の変更が
含まれる。

【００１７】遠心機２０は、液体、代表的には、オイル
の流入流を対応する支持ベース（図示せず）に設けられ
た入口開口部を通して受け入れるという点で、米国特許
第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，６３７，２
１７号に記載された装置と同様に作動する。ベースに設
けられた連結通路により、液体をロータハブの中空内部
に流入させることができる。ロータハブは、ベアリング
チューブ２２と記載される場合もある。液体は、次い
で、上チューブ孔２３に至るまで上方に流れる。代表的
には、チューブ２２の上周面に亘って等間隔に間隔が隔
てられた四つの孔２３が設けられている。液体は、螺旋
状翼モジュール２１の近くに進入するとき、これらの孔
２３を通って半径方向外方に流出する。ライナ２４の上
部分は、協働して流れチャンネル（一つのチャンネルは
隣接した対をなした加速翼の各々の間に形成される）を
形成する加速翼２５が一体成形されるように形成されて
いる。代表的には４枚、６枚、又は８枚の等間隔に間隔
が隔てられたこれらの加速翼は、半径方向外方へのオイ
ル（又は他の液体）の流れを促し、螺旋状翼モジュール
２１の上プレート２７に形成された入口孔２６の位置に
液体流れを送出する。ライナ２４は、ベース２９に組み
立てられたシェル２８によって取り囲まれている。液体
は入口孔２６に進入し、螺旋状翼モジュール２１を通っ
て流れ、最終的にはモジュール２１の下縁部３１で出
る。この時点で、流れは、支持ベースプレート３３とベ
アリングチューブ２２即ちロータハブの外面との間の環
状隙間空間３２を通過する。流出流は、二つの流れジェ
ットオリフィス３４に流れ続ける（断面図には一方だけ
が見える）。これらの二つの流れジェットオリフィス
は、接線方向に差し向けられた二つのジェット流れノズ
ル用の内部開口部を提供する。各ノズルオリフィスを出
る高速ジェットは、反作用トルクを発生し、前記反作用
トルクにより遠心機２０を３０００ｒｐｍ乃至６０００
ｒｐｍの十分高い速度で駆動（回転）し、液体が螺旋状
翼モジュール２１を通って流れると同時に螺旋状翼モジ
ュール内で粒子の分離を行う。遠心機２０を通る、特定
の流路を含む液体流れ、及び遠心機２０を自動駆動する
ための流出液体の使用は、基本的には、米国特許第５，
５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、
米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，
０１９，７１７号に開示されているのと同じであるが、
螺旋状翼モジュール２１内で起こることが異なり、モジ
ュール２１の構造が異なっている。モジュール２１は、
米国特許第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，６
３７，２１７号に示されたコーンスタックサブアッセン
ブリ構造とは著しく異なっている。

【００１８】図１及び図２を参照し続けると、螺旋状翼
モジュール２１は、ライナ２４内に、基本的には従来技
術のコーンスタックサブアッセンブリが置かれていたの
と同じ位置に位置決めされる。モジュール２１は、上プ
レート２７、及び一連の同じ形体の等間隔に間隔が隔て
られた（隙間３７参照）螺旋状翼３８を含む。「等間隔
に間隔が隔てられた」という概念は、螺旋状翼から螺旋
状翼まで均等なパターンをなしているということだけに
関し、隣接した翼が画成する空間又は隙間が半径方向外
方に向かって大きくなることとは関わりがない。隣接し
た翼３８間の空間又は隙間３７は、内ハブ部分３９の位
置から最外縁部４０まで半径方向外方にいくにつれて徐
々に大きくなっている（即ち周方向に広幅になってい
る）。

【００１９】螺旋状翼モジュール２１全体は、プラスチ
ックから一体成形された単一の部品である。個々の翼３
８は、それらの内縁部に沿って接合されて中央チューブ
即ちハブ部分３９を形成する。このハブ部分は、ベアリ
ングチューブ即ち遠心機ロータハブ２２と呼ばれること
のある部品上で摺動するように設計されている。ハブ部
分３９の内径の大きさをロータハブの外径に対して適切
に定めることによって、許容差が厳密で同心な嵌着を形
成できる。これは、遠心機の回転速度により望ましい全
体としてのバランスに寄与する。

【００２０】螺旋状翼モジュール２１は環状形態であ
り、個々の螺旋状翼３８（全部で３４枚）は、全体に円
筒形の形態を形成するように配置されている。成形され
たハブ部分３９もまた円筒形である。上プレート２７は
全体に円錐形形態であるが、中空内部を取り囲む実質的
に平らな環状リング部分２７ａを含む。この上プレート
２７は、半球形の上面を持つ形状をなしていてもよい。
モジュール２１の部品として分割シールド４４が更に含
まれる。このシールドは、上プレート２７の外周縁部４
３と隣接して配置されている。分割シールド４４もまた
環状のリング形状を有し、半径方向外方に水平方向に延
びている。上プレート２７に形成された複数の入口孔２
６は、上プレートの外周縁部４３と隣接して配置されて
いる。この外周縁部は、更に、シールド４４が開始する
場所と隣接しており且つ近接している。図２の断面図で
は、入口孔２６及びシールド４４は破線で示してある。
これは、これらが実際には切断平面２−２の上方にある
ためである。これらの特徴が翼３８に対して配置された
場所を概略に示すため、破線の形態を使用する。

【００２１】チューブ孔２３を出てそこから入口孔２６
の方向に導かれる液体の流れは、実際には、入口孔２６
と対応する（半径方向）位置に設けられた加速翼２５に
よって「落とされる（ｄｒｏｐｐｅｄ ｏｆｆ）」。流
れは、これらの入口孔によって上プレート２７を通過す
る。上プレートには、隣接した螺旋状翼３８からなる各
対間の離間隙間３７と対応する一つの穴が設けられてい
る。流れは、入口孔を通過して各隙間３７に入ると、隙
間を半径方向内方に及び軸線方向下方に流れる。これ
は、流出口がロータハブの外面とベースプレートの内縁
部との間に配置されているためである。流れの動力学は
次の通りである。即ち、チューブ孔２３を出た流れは、
上プレートの表面に亘って均等に分配され、及びかくし
て３４個の入口孔２６を通って等しく分配される傾向が
ある。上文中に説明したように、各隙間と対応する一つ
の入口孔及び各翼３８と対応する一つの隙間が設けられ
ている。液体の流れが外側の広幅の箇所から各隙間３７
を通ってロータハブと隣接した内側の狭幅の箇所まで移
動するとき、遠心機の高速回転による遠心力が重い粒状
物に作用し、これを半径方向外方に徐々に移動し、螺旋
状翼の凹状の表面上に集め、外方に摺動させ続ける。粒
状物は、ここで、最終的には、モジュールから出てモジ
ュール２１の周囲とライナシェル２４の内面との間に配
置されたスラッジ収集ゾーンに溜まる。粒子４５につい
ての一つの可能な粒子経路を図５に概略に示す。分割シ
ールド４４は、ほぼ入口孔２６の位置からライナ２４の
内側面４８の近くであるがこれと接触しない位置まで半
径方向外方に延びている。分割シールド４４は、流れが
入口孔２６を迂回しないようにし、これによって、スラ
ッジ（分離された粒状物及び幾分かのオイル）が集めら
れる静止ゾーン５０が乱されないようにする。流れによ
って静止ゾーン５０が乱されないようにすることによ
り、本発明の設計は、流れている液体から既に分離され
た粒状物の再同伴を大幅になくす。再同伴の概念は、液
体流れから既に分離された粒状物の幾分かを緩くするか
或いは再度取り上げてこれを液体に戻し、これによって
既に行われた作業を無駄にすることである。分割シール
ド４４とライナ２４の内側面４８との間の離間距離は、
加速翼２５の領域で分離できる比較的大きな粒状物を静
止ゾーン５０内に排出できるようにするのに十分大きい
ということにも着目されたい。

【００２２】液体の流れは、入口孔２６を通過して分離
隙間３７に進入するとき、隙間内で拡がり、半径方向内
方及び軸線方向下方に下縁部３１に向かって前進する。
流れは、下縁部のところで隙間空間３２を通って出る。
ベースプレート３３の円形の内縁部５１とベアリングチ
ューブ即ちロータハブ２２の外面５２とによって画成さ
れた隙間空間３２（図１のＡ参照）が提供する流れ開口
部以外の任意の他の出口経路を閉鎖するベースプレート
３３を使用することによって、流れが所定の流通隙間３
７を迂回しないようにする。

【００２３】本発明の変形例（図１のＢ参照）では、ベ
ースプレート３３ａは、ベアリングチューブ２２と接触
するまで延びており、隙間空間３２を閉鎖する。流路を
提供するため、ベースプレート３３ａには、隙間空間３
２とほぼ同じ位置に複数の隙間穴３３ｂが形成されてい
る。図面を簡略化する目的のため、図１のＡ及びＢの断
面図から個々のベース３８は省略してある。円形の穴３
３ｂの代わりに、半径方向スロット及び／又は周方向ス
ロットを含む実際上どのような種類の開口部でも使用で
きる。

【００２４】図３、図４、及び図５を参照すると、これ
らの図には螺旋状翼モジュール２１の構造上の詳細が示
してある。図３及び図４は、モジュール２１の一体成形
設計の斜視図である。図５は、一対の螺旋状翼３８及び
これらの翼間に位置決めされた隙間３７の概略平面図で
ある。流路に関して部分的に説明したように、螺旋状翼
モジュール２１は３４枚の螺旋状翼３８を含み、これら
の翼の各々は、実際上同じ構造であり、一体の成形モジ
ュールに一体に接合されている。これらの３４枚の螺旋
状翼３８の各々は、一体構造の部品として、それらの上
縁部に沿って上プレート２７の下面の下側に一体に接合
されている。各螺旋状翼３８は、上プレートから軸線方
向にその対応する下縁部３１に向かって遠ざかるように
延びている。各翼の内縁部は、内ハブ部分３９に協働す
るように形成されている。各螺旋状翼３８は、凸状の外
面５５及び凹状の内面５６を含む。これらの表面は、実
質的に均等な約１．０ｍｍ（０．０４インチ）の厚さを
持つ螺旋状翼を画成する。一つの翼の凸状の表面５５は
隣接した翼の凹状の表面と協働し、これらの２枚の翼間
に対応する隙間３７を画成する。翼間の隙間の幅、即ち
その周方向厚さは、外側にいくにつれて大きくなる。

【００２５】各螺旋状翼３８は、内ハブ部分３９から遠
ざかるように半径方向外方に延びるにつれて、対応する
入口孔２６を部分的に取り囲むように湾曲している（湾
曲部分５７）。この部分５７が入口孔の位置から接線方
向に遠ざかるように延び、乱流シールド５８を形成す
る。一つの螺旋状翼３８の乱流シールド５８は、平面図
で、隣接した翼に向かって周方向に反時計廻り方向に延
びている。一つの翼のシールド５８の自由端又は自由縁
部と、隣接した螺旋状翼に設けられた湾曲部分５７との
間には分離隙間５９が画成される。この分離隙間は、実
際には、軸線方向スリット即ち全長スリットであり、周
方向幅が約１．８ｍｍ（０．０７インチ）である。各乱
流シールド５８の僅かな湾曲は、交互の分離隙間５９と
協働し、上プレート２７の下に位置決めされる螺旋状翼
モジュール２１の最外面を画成する全体に円筒形の形態
を形成する。

【００２６】各螺旋状翼の内縁部から湾曲した外部分ま
での湾曲は、独特の形状をなしている。遠心機の回転の
軸線方向中心線６０ａから３４枚の螺旋状翼３８のうち
の任意の一枚の翼上の交差点６１まで引いた線６０は、
交差点のところでの螺旋状翼の湾曲に対する接線６２
と、４５°の包含角度６０ｂをなす（図２参照）。この
独特の形状は、各螺旋状翼の主本体の凸状部分及び凹状
部分に適用され、湾曲部分５７又は乱流シールド５８の
いずれも含まない。好ましい実施例で４５°の包含角度
は、螺旋状翼モジュール及び対応する遠心機についての
螺旋状翼角度と記載できる。包含角度についての好まし
い範囲は、３０°乃至６０°であると考えられる。上掲
の米国特許第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，
６３７，２１７号では、代表的には４５°であるコーン
角度は、各コーンの円錐形の壁の傾斜に基づいて定義さ
れているが、本発明は、螺旋状翼角度を定義する。

【００２７】隙間３７を通過する流れのプロセスでは、
分離されるべき粒状物は、隣接した翼３８間の隙間を通
る全体に半径方向の経路で、半径方向遠心力成分により
隙間を横切って外方にドリフトする。この粒状物は、実
際には、上掲の米国特許第５，５７５，９１２号及び米
国特許第５，６３７，２１７号のコーンスタックサブア
ッセンブリで起こるのと同様の方法で、流れ方向に対し
て上流にドリフトする。液体流れから分離されるべき粒
状物を含む粒子が、対応する翼の凹状の内方に螺旋状の
表面に到達すると（図５参照）、これらの粒子は、流体
境界層により流れ速度が失われるため、半径方向外方に
移動する。この半径方向外方への経路は、スラッジ収集
部即ち静止ゾーン５０の方向にある。粒子は、次いで、
螺旋状翼モジュールから、連続した軸線方向スリットを
通って「落下」する。これらの軸線方向スリットは、対
応する螺旋状翼の周方向で不連続の乱流シールド間に配
置される（即ち分離隙間５９）。上文中に説明したよう
に、乱流シールドの機能は、隙間３７内で生じる流れと
スラッジ収集ゾーン（静止ゾーン５０）との間の流体相
互作用を減少することである。このスラッジ収集ゾーン
を「静止ゾーン」と呼ぶけれども、用語の選択は、好ま
しい又は所望の状態を表す。理想的には、このスラッジ
収集ゾーン５０は、乱流が実際上なく且つ粒状物が液体
流れに再同伴される危険が全くないように、完全に静止
している。乱流シールド５８は、本発明では、平面図で
見て円形の輪郭を形成する即ち画成するように配置され
ている。しかしながら、各乱流シールドの内面に収集さ
れた粒状物を収集ゾーン内に「滑り出す」こともできる
ようにするため、これらの乱流シールド５８を外方に僅
かに傾けることができるということは本発明の範疇に含
まれるものと考えられる。各螺旋状翼の湾曲部分の位置
に隅部が効果的に形成されるため、粒状物の幾分かがそ
の隅部に溜まる傾向がある。乱流シールド部分を傾斜さ
せることにより、この隅部を開放し、その結果、捕捉さ
れた粒状物をスラッジ収集ゾーン（静止ゾーン５０）に
滑り込ませることができる傾向が大きくなる。乱流シー
ルド部分についての好ましい変形例の形状を図５に破線
で示す。

【００２８】流れは、隣接した螺旋状翼間の隙間から離
れた後、ロータハブと隣接した隙間空間を出て、ジェッ
トノズルに通過し、これらのノズルのところで高速で排
出され、ロータハブを反作用力により高速で回転させ
る。この形体に対する変形例として、特定のロータをロ
ータ取り付け型インパルスタービンによって駆動でき
る。更に、螺旋状成形翼モジュールは、米国特許第５，
６３７，２１７号に開示されているのと同様のスラッジ
包含ライナシェル／ベースプレートアッセンブリの内側
に「封入」できる。この特定の形体により、遠心機ロー
タを迅速に且つ容易に作動できる。これは、スラッジ全
体が内カプセル内に包含され、掻取りやクリーニングが
不要であるためである。別の態様では、本発明の螺旋状
翼モジュールに代えて、完全に使い捨ての遠心機ロータ
設計の部分として含まれるコーンスタックサブアッセン
ブリを使用できる。

【００２９】図６を参照すると、この図には、側部と側
部とを向き合わせた概略図が示してある。この図は、代
表的な従来技術のコーンスタックサブアッセンブリ６４
の半分が遠心機６３の左側に示してあり、本発明による
螺旋状翼モジュール２１の半分が右側に示してある。図
６は、以上の説明を補足しようとするものであり、本発
明の螺旋状翼モジュール２１に代えて、米国特許第５，
５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、
米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，
０１９，７１７号に記載されているような従来技術のコ
ーンスタックサブアッセンブリを使用する、又は使用で
きるということを示す。二つの種類の間では、対応する
ベースプレート６５及び３３の設計が僅かに異なるけれ
ども、遠心機の構造のバランスは各種類について実際上
同じである。

【００３０】図７のＡ、Ｂ、及びＣを参照すると、これ
らの図には、螺旋状翼モジュールの部分として使用され
る螺旋状翼の種類についての三つの変形例の設計が示し
てある。本発明の理論及び機能に含まれ、従来技術のコ
ーンスタックサブアッセンブリに代えて螺旋状翼モジュ
ールを使用するという概念を保持するけれども、これら
の変形例の設計のいずれも使用できる。

【００３１】図７のＡでは、モジュール２１の湾曲した
螺旋状翼３８に代えて実質的に平らな平面を持つ翼６８
を使用する。これらの翼６８は、外方に延びるようにず
らされているが、純粋に半径方向に延びているのではな
い。図７のＡの平面図は、全部で２４枚の翼即ちライナ
プレート６８を示すが、実際の数は、遠心機の全体とし
ての大きさ、液体の粘度、及び分離されるべき粒径につ
いての所望の効率等の変数に応じて増減できる。各プレ
ートのピッチ角（α）即ち傾斜は別の変数である。各プ
レート６８が同じ半径方向角度（α）に設定されている
場合、選択された角度を変化させることができる。角度
についての選択は、部分的には、遠心機の回転速度に応
じてなされる。

【００３２】図７のＢでは、個々の翼６９は、翼３８の
種類と同様に湾曲しているが、湾曲の程度が大きくなっ
ている。即ち更に大きく凹状をなしている。更に、個々
の翼６９の各々は、ベアリングチューブ２２から離れる
につれて湾曲が徐々に大きくなっている。この翼形状
は、「ハイパー螺旋状」と記載され、以下のように幾何
学的に定義される。第１に、モジュール２１の軸線方向
中心線でもあるベアリングチューブ２２の軸線方向中心
線から引いた半径方向線７２を使用し、この線を一つの
翼の凸状の表面上の箇所７３と交差させる。この交差点
７３で接線７４を引き、半径方向線と接線との間に包含
角度７５を画成する。この包含角度７５の大きさは、交
差点７３がベアリングチューブ２２から離れるにつれて
大きくなる。この変形例の螺旋状翼の理論は、回転軸線
からの距離に比例してｇ−力が増大するため、一定の粒
子スリップ速度があるように各翼を形成することであ
る。図７のＢに概略に示す螺旋状翼モジュールは、各翼
６９についての湾曲形状以外は、螺旋状翼モジュール２
１と同じである。

【００３３】図７のＣでは、対応するモジュールについ
ての螺旋状翼設計は、部分的スプリッター翼７０を追加
した図７のＢの設計の翼６９に基づいている。対をなし
たフル翼６９の各々の間に一枚のスプリッター翼７０が
設けられており、各スプリッター翼の大きさ、形状、及
び位置は、モジュール全体に亘って同じである。スプリ
ッター翼７０は、翼の数に関わらず翼の総表面積を増大
するため、ターボチャージャーのコンプレッサーで使用
されている翼と同様である。翼間隔は、ハブの内径のと
ころでの密な間隔によって制限される。

【００３４】本発明の他の設計上の変化及び配慮には、
製造技術及び成形技術の変更が含まれる。例えば、成形
翼（又はプレート）の全体に円筒形の形態を連続部材と
して伸長した後、所望の軸線方向長さ又は高さのところ
で切離し、代表的には型成形により別に製造した上プレ
ートに組み立てることができる。上プレートには所望の
入口孔及び分割シールドが、上文中に説明したように、
モジュール２１の部品として形成されている。

【００３５】本発明について考えている設計上の別の変
更は、螺旋状翼モジュールを上半部及びこれと協働する
下半部の二つの部品に分割することである。この製造技
術は、翼間間隔が小さいということにより生じる成形上
の困難をなくすために使用される。二つの半部の製造
後、これらの半部を互いに接合して一体のモジュールに
する。この方法では、上プレートを翼サブアッセンブリ
の上半部と一体に成形すること、及びベースプレートを
翼サブアッセンブリの下半部と一体に成形することが考
えられている。

【００３６】螺旋状翼モジュール２１及び／又は図７の
Ａ、Ｂ、及びＣの三つの変形例の（螺旋状）翼の種類の
うちの任意の種類を、図８及び図８のＡに示すように、
インパルス−タービン駆動式の遠心機８０と組み合わせ
て使用できる。この図について、螺旋状翼モジュール２
１を使用した。インパルス−タービン装置８１は、図８
のＡに概略に示してある。

【００３７】螺旋状翼モジュール２１及び／又は図７の
Ａ、Ｂ、及びＣの三つの変形例の（螺旋状）翼の種類の
うちの任意の種類を、協働する遠心機（図示せず）で使
用するのに適した使い捨てロータ８２の部品として使用
できる。螺旋状翼モジュール２１は、図９に含まれてい
る。更に、図９の使い捨てロータ８２は、遠心機８０等
のインパルス−タービン駆動式の遠心機と組み合わせて
使用できるということもまた考えられる。

【００３８】本発明を添付図面及び以上の説明で詳細に
例示し且つ説明したが、これは例示であって、特徴を限
定するものではないと考えられるべきであり、好ましい
実施例を示し且つ説明したに過ぎないと理解されるべき
であり、本発明の精神に含まれる全ての変形及び変更を
保護しようとするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の代表的実施例による自己被
動式遠心機の縦断面図であり、図１Ａは、図１の遠心機
の１Ａ−１Ａ線に沿った部分横断面図であり、図１Ｂ
は、図１の１Ａ−１Ａ線と同様の方向から見た本発明の
変形例の部分平断面図である。

【図２】 図１の遠心機の図１の２−２線に沿った横断
面図である。

【図３】 本発明による図１の遠心機の一つの部分を構
成する成形螺旋状翼モジュールの斜視図である。

【図４】 図３の螺旋状翼モジュールを下から見た斜視
図である。

【図５】 図３の螺旋状翼モジュールの二つの螺旋状翼
及び対応する粒子経路の概略部分平面図である。

【図６】 従来技術のコーンスタックサブアッセンブリ
と本発明による図３の螺旋状翼モジュールとを側方に並
べて比較するための概略縦断面図である。

【図７】 Ａは、本発明による変形例の翼の概略平面図
であり、Ｂは、本発明による別の変形例の翼の概略平面
図であり、Ｃは、本発明による更に別の変形例の翼の概
略平面図である。

【図８】 図８は、本発明の別の実施例によるインパル
ス−タービン駆動式遠心機の縦断面図であり、図８Ａ
は、図８の遠心機と関連したインパルス−タービン式の
装置の概略平面図である。

【図９】 本発明の別の実施例による使い捨てロータの
縦断面図である。

【符号の説明】

２０ 遠心機 ２１ 螺旋状翼モ
ジュール ２２ ベアリングチューブ ２３ 上チューブ
孔 ２４ ライナ ２５ 加速翼 ２６ 入口孔 ２７ 上プレート ２８ シェル ２９ ベース ３１ 下縁部 ３２ 環状隙間空
間 ３３ 支持ベースプレート ３４ 流れジェッ
トオリフィス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594110468 100 ＢＮＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｃｅ ｎｔｅｒ，Ｓｕｉｔｅ 500，Ｎａｓｈｖ ｉｌｌｅ，Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ 32717, Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 リチャード・ジェンセン アメリカ合衆国テネシー州38506，クック ビル，バレー・フォージ・ロード 695 Ｆターム(参考） 4D057 AA06 AB01 AC01 AC06 AD01 AE02 AF01 BA13 BA43 BC05 BC11

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠心機であって、前記遠心機を通過する
   液体から粒状物を分離するための、前記遠心機におい
   て、前記遠心機は、 ベースと、 前記ベースに組み付けられ、且つ、前記ベースとともに
   中空内部空間を画成する、遠心機シェルと、 中央回転軸線を備え、かつ、前記ベース内に組み付けら
   れて前記中空内部空間に延在する、中空ロータハブと、 前記中空内部空間内に位置決めされ、且つ、前記中空ロ
   ータハブと協働して流出口の開口部を画成する、支持プ
   レートと、 前記中空内部空間内に位置決めされて、前記中空ロータ
   ハブの周囲に延在するように、且つ、前記支持プレート
   で支持されるように、形成され且つ構成された、分離翼
   モジュールであって、前記分離翼モジュールは、間隔が
   隔てられ、且つ、軸線方向に延在する、複数の分離翼を
   含む、前記分離翼モジュールと、 を有する、遠心機。
2. 【請求項２】 前記分離翼モジュールは、液体を前記分
   離翼モジュールに流入させるために、複数の入口孔を画
   成する上プレートを有する、請求項１に記載の遠心機。
3. 【請求項３】 前記分離翼モジュールは、一体成形部材
   である、請求項２に記載の遠心機。
4. 【請求項４】 前記複数の分離翼の各分離翼は湾曲形状
   を有する、請求項３に記載の遠心機。
5. 【請求項５】 前記分離翼の隣り合う分離翼対は、それ
   ぞれ、前記分離翼対の間に隙間が画成され、前記各隙間
   の周方向幅は、前記隙間が前記遠心機シェルの方向に外
   方に延在するにつれて大きくなる、請求項４に記載の遠
   心機。
6. 【請求項６】 前記分離翼モジュールは、前記入口孔へ
   の液体の流入を容易にするために、半径方向に延在する
   分割シールドを有する、請求項５に記載の遠心機。
7. 【請求項７】 前記複数の分離翼は、それぞれ、乱流シ
   ールドを有し、前記乱流シールドは、隣り合う分離翼の
   間から半径方向に向かって前記分離翼モジュールから出
   る液体の乱流を減少させるように構成された、請求項６
   に記載の遠心機。
8. 【請求項８】 前記複数の分離翼は、それぞれ、前記複
   数の入口孔のうちの対応する一つの入口孔を部分的に取
   り囲むように形成された、湾曲部分を含む、請求項７に
   記載の遠心機。
9. 【請求項９】 前記分離翼モジュールは、前記入口孔へ
   の液体の流入を容易にするために、半径方向に延在する
   分割シールドを有する、請求項２に記載の遠心機。
10. 【請求項１０】 前記複数の分離翼は、それぞれ、前記
    複数の入口孔のうちの対応する一つの入口孔を部分的に
    取り囲むように形成された、湾曲部分を含む、請求項２
    に記載の遠心機。
11. 【請求項１１】 前記分離翼モジュールは、一体成形さ
    れた部材である、請求項１に記載の遠心機。
12. 【請求項１２】 前記複数の分離翼は、それぞれ、湾曲
    形状を有する、請求項１１に記載の遠心機。
13. 【請求項１３】 前記分離翼の隣り合う分離翼対は、そ
    れぞれ、前記分離翼対の間に隙間が画成され、各隙間の
    周方向幅は、隙間が前記遠心機シェルの方向に外方に延
    在するにつれて大きくなる、請求項１に記載の遠心機。
14. 【請求項１４】 前記複数の分離翼は、それぞれ、隣り
    合う分離翼の間から半径方向に向かって前記分離翼モジ
    ュールを出る液体の乱流を減少させるために、乱流シー
    ルドを有する、請求項１に記載の遠心機。
15. 【請求項１５】 前記複数の分離翼は、それぞれ、実質
    的に平らな形状を有する、請求項１に記載の遠心機。
16. 【請求項１６】 前記分離翼モジュールは、液体を前記
    分離翼モジュールに流入させるための複数の入口孔を画
    成する上プレートを含む、請求項１５に記載の遠心機。
17. 【請求項１７】 前記分離翼モジュールは、一体成形部
    材である、請求項１６に記載の遠心機。
18. 【請求項１８】 前記分離翼の隣り合う分離翼対は、そ
    れぞれ、前記分離翼の間に隙間が画成され、各隙間の周
    方向幅は、隙間が前記遠心機シェルの方向に外方に延在
    するにつれて大きくなる、請求項１７に記載の遠心機。
19. 【請求項１９】 回転軸線から半径方向に延在して分離
    翼と交差する線と、交差点の接線との成す角度が、３０
    °乃至６０°である、請求項１に記載の遠心機。
20. 【請求項２０】 前記複数の分離翼は、それぞれ、ハイ
    パー螺旋状形状を有する、請求項１に記載の遠心機。
21. 【請求項２１】 遠心機であって、前記遠心機を通過す
    る液体から粒状物を分離するための、前記遠心機におい
    て、 ベースと、 前記ベースに組み付けられ、且つ、前記ベースとともに
    中空内部空間を画成する、遠心機シェルと、 中央回転軸線を備え、且つ、前記ベース内に組み付けら
    れて前記中空内部空間に延在する、中空ロータハブと、 前記中空内部空間内に位置決めされ、且つ、複数の流出
    口開口部を画成する、支持プレートと、 前記中空内部空間内に位置決めされて、前記中空ロータ
    ハブの周囲に延在するように、且つ、前記支持プレート
    によって支持されるように、形成され且つ構成された、
    分離翼モジュールであって、前記分離翼モジュールは、
    間隔を置いて軸線方向に延在する複数の分離翼を含む、
    前記分離翼モジュールと、 を有する、遠心機。
22. 【請求項２２】 前記分離翼モジュールは、液体を前記
    分離翼モジュールに流入させるための複数の入口孔を画
    成する上プレートを含む、請求項２１に記載の遠心機。
23. 【請求項２３】 前記分離翼モジュールは、一体成形部
    材である、請求項２２に記載の遠心機。
24. 【請求項２４】 前記分離翼モジュールは、前記入口孔
    への液体の流入を容易にするために、半径方向に延在す
    る分割シールドを含む、請求項２２に記載の遠心機。
25. 【請求項２５】 前記分離翼モジュールは、一体成形部
    材である、請求項２１に記載の遠心機。
26. 【請求項２６】 前記複数の分離翼は、それぞれ、実質
    的に平らな形状を有する、請求項２１に記載の遠心機。
27. 【請求項２７】 回転軸線から半径方向に延在して分離
    翼と交差する線と、交差点の接線との成す角度が、３０
    °乃至６０°である、請求項２１に記載の遠心機。
28. 【請求項２８】 前記複数の分離翼は、それぞれ、ハイ
    パー螺旋状形状を有する、請求項２１に記載の遠心機。