JP2005279609A - 液体サイクロン装置 - Google Patents

Abstract

【目的】液体の流量に関係なく液体を加速してスラッジのサイクロン分離が可能な液体サイクロン装置を提供する。
【構成】液体ポンプの吸引系又は吐出系に直接又は間接的に接続され、サイクロン筒内に導入した液体に旋回流を生じさせることで該液体に含まれるスラッジをサイクロン分離する液体サイクロン装置において、駆動部によって回転される加速羽根を有し、該加速羽根が液体ポンプによる流量に無関係に液体を加速できる構成であることを特徴とする液体サイクロン装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体サイクロン装置に関し、詳しくは液体サイクロンの遠心力によってスラッジを分離する液体サイクロン装置に関する。

従来、ポンプの吸込側に工夫を施してポンプをスラッジによる磨耗から防止するための方法として下記の２つの方法があった。尚、本明細書においてスラッジとは、スラッジのみならず該スラッジを含んだフロック状の流動懸濁液であるスラリーも含めて言うものとする。

（１）ポンプの吸込側にストレーナー（又はフィルター）を設けてスラッジを取り除く。即ち、ポンプの吸込側にストレーナーを設け、固液混合液を圧送する場合にストレーナーによって固体粒子を除去するようにしている。
（２）ポンプ本体の構造及び材料を工夫し、スラッジ液に対して強いポンプとする。即ち、ポンプ本体を耐摩耗性材料を使用するとともに、異物が通過しやすいポンプ構造とする。

一方、液体中のスラッジを連続的に分離するサイクロンセパレーターは従来から知られている。従来、サイクロンセパレーターは、ポンプの吐出口に接続されて使用されている。固液混合液をポンプでサイクロンセパレーターを介して圧送し、サイクロンセパレーターによって固体粒子を分離し下側に排出するとともに固体粒子が取り除かれた液はサイクロンセパレーターの上方より分離されて圧送されるようになっている。即ち、サイクロンセパレーターは固液分離そのものが目的であり、ポンプの摩耗には配慮されていなかった。

上述した（１）の方法では、ストレーナーがスラッジによって目詰まりを起こし、このストレーナーのメンテナンスに手間がかかるという問題点があった。また、スラッジ自体も圧送したい場合にはストレーナーが障害となってこの方式を採用できないという問題点があった。

また、カートリッジ式等の交換フィルターを設けた方法では、フィルターがスラッジによって直ぐに目詰まりを起こし、頻繁に交換しなければならないという問題点があった。しかも、スラッジを吸い込んだフィルターは産業廃棄物となるため、環境適正が低いだけでなく、廃棄にかかる料金がフィルター自体の価格の数倍であるためコスト高であるという問題点もあった。

一方、上述した（２）の方法では、ポンプ本体を耐摩耗性材料で製作するために、耐摩耗性材料の使用によるコスト高になるという問題点があった。また異物を通過させるため、ポンプ構造に制約が大きいという問題点があった。

また、上述したように液体中のスラッジを連続的に分離するサイクロンセパレーターをポンプの吐出口に設置するという方法では、スラッジ液の固液分離はできるが、ポンプの摩耗を避けることができないという問題点があった。

そこで、例えば、特許文献１〜５に示すような技術が提案された。

特許第３０３５７７５号公報 特開平６−２２１２９３号公報 特許第３２４７４７２号公報 特開昭５７−１８３５９５号公報 特開昭６１−９５１９号公報

特許文献１の技術は、竪型斜流ポンプ中に、狭穿部材を設けて、旋回流を加速してスラッジをサイクロン分離する技術である。

特許文献２の技術は、全周流型ポンプ中に、上流上昇管を設けて、サイクロンセパレーターを一体的に形成する技術である。

特許文献３の技術は、主ポンプの吐出流を利用したエジェクターにて、前記主ポンプの吸込口の前に設けたスラッジ分離装置によって分離した濃縮スラッジをバイパス配管を通して吸引する技術である。

特許文献４の技術は、水中ポンプの吸引系にサイクロン装置を取り付けて砂粒を分離する技術である。

特許文献５の技術は、ポンプの吸引系に設けた筒の内壁面に対して吸込水を接線方向に流入させ、該筒内に旋回流を惹起させ、遠心力により砂を分離し、分離した砂は、ポンプの吐出流を利用したジェットポンプによって系外に排出する技術である。

特許文献１〜５に記載のこれらの技術は、いずれもポンプの吸引流や吐出流を利用してサイクロン分離するためにポンプによる流量によって流速が規制されてしまうので、流量の少ないときは流速が低くなるためスラッジのサイクロン分離が不充分であった。特に、ポンプ始動時は流速が遅いためにサイクロン分離能力が極めて低かった。従って、これらの従来技術では、スラッジによるポンプのインペラ部や駆動部等の磨耗防止には不充分であった。

本発明者の研究によれば、スラッジのサイクロン分離は、流量に関係なく加速できないと各種スラッジに対応できないことを突き止めた。また、スラッジを含む液体の粘度（液質、スラッジ種、濃度）に応じて、液体の流量に関係なく、液体の流速を確保する必要があることも判った。

そこで本発明は、液体の流量に関係なく液体を加速してスラッジのサイクロン分離が可能な液体サイクロン装置を提供することを課題とする。即ち、本発明は、液体ポンプの吸引系に接続することを主目的とするが、これに限定されず、吐出系に接続されることも可能である液体サイクロン装置を提供することを課題とする。

上記本発明の課題は下記構成によって達成される。

１．液体ポンプの吸引系又は吐出系に直接又は間接的に接続され、サイクロン筒内に導入した液体に旋回流を生じさせることで該液体に含まれるスラッジをサイクロン分離する液体サイクロン装置において、駆動部によって回転される加速羽根を有し、該加速羽根が液体ポンプによる流量に無関係に液体を加速できる構成であることを特徴とする液体サイクロン装置。

２．駆動部が、（１）マグネットカップリング式駆動部、（２）パッキンシール式モータ直結駆動部、又は（３）メカニカルシール式モータ直結駆動部等の液封構造を有する駆動部であることを特徴とする上記１に記載の液体サイクロン装置。

３．前記加速羽根及びサイクロン筒の後経路上であって且つ前記加速羽根と同軸上に第２加速羽根が配設されており、前記加速羽根により加速されて前記サイクロン筒内で旋回した液体を再加速する構成であることを特徴とする上記１又は２に記載の液体サイクロン装置。

４．駆動部がメカニカルシール式モータ直結駆動部であり、前記第２加速羽根の裏面に、前記駆動部のケーシング下面に先端が近接する液体シール羽根が設けられ、第２加速羽根裏面と装置ケーシング下面との間から駆動軸部の方向へ入り込む液体を第２加速羽根外周方向に押し出して液密する構成であること特徴とする上記３に記載の液体サイクロン装置。

５．前記加速羽根と第２加速羽根の駆動部が同じであり、同一駆動軸上にて同期回転することを特徴とする上記３又は４に記載の液体サイクロン装置。

６．サイクロン筒と該サイクロン筒の下方に設けられたスラッジ回収部との間に上バルブが設けられ、該スラッジ回収部の下方に下バルブが設けられ、サイクロン分離中は上バルブを開放し、下バルブを閉塞し、分離したスラッジの廃棄時は上バルブを閉塞し、下バルブを開放する構成であることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の液体サイクロン装置。

７．前記液体サイクロン装置と、液体ポンプとの間に、液体ポンプの吸引力又は吐出力による加速によってサイクロン分離を行うサイクロン筒を配設する構成であることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の液体サイクロン装置。

請求項１又は２に記載の本発明によれば、サイクロン筒内に導入されて旋回流を生じる液体を、駆動部によって回転される加速羽根によって加速する構成であるので、液体は流量に影響を受けることなく無関係にサイクロン分離に必要な流速を確保することができる。しかも、始動して直ぐにサイクロン分離に必要な流速を確保することができる。従って、液体の流量にかかわらずスラッジのサイクロン分離を効率的に且つ確実に行うことが可能である。

そして、請求項３に記載の本発明によれば、サイクロン分離の高効率化が可能となる。
請求項４に記載の本発明によれば、メカニカルシール方式による液密構成を有するため、装置全体の設計が容易となる。
請求項５に記載の本発明によれば、装置のコスト高を抑制した上で、サイクロン分離の高効率化が可能となる。
請求項６に記載の本発明によれば、装置の連続運転を行いながら、スラッジ回収が可能である。
請求項７に記載の本発明によれば、サイクロン分離をより高効率化することが可能である。

図１は本発明に係る液体サイクロン装置の第１実施例を示す断面図、図２は本発明に係る液体サイクロン装置の具体的使用例の一例を示す構成図、図３は本発明に係る液体サイクロン装置の第２実施例を示す断面図、図４は前記第１又は第２実施例におけるマグネットカップリング式駆動部に代えてメカニカルシール式モータ直結駆動部を用いた場合の断面図、図５はスラッジ回収部の他の実施例を示す断面図、図６は請求項７に示されるサイクロン筒の実施例を示す断面図、図７は本発明に係る液体サイクロン装置の具体的使用例の他の例を示す構成図である。

先ず、図１及び図２に基づき本発明に係る液体サイクロン装置の第１実施例について説明する。但し、駆動部がマグネットカップリング式駆動部である場合について説明するが、これに代えて、パッキンシール式モータ直結駆動部又はメカニカルシール式モータ直結駆動部（これら駆動部としては、公知の構成を特別の制限なく採用できる。）を用いてもよい。

図１に示す第１実施例の液体サイクロン装置は、液体ポンプの吸引系に直接（又は間接的に）接続され（図２参照。液体サイクロン装置を符号Ｃ、液体ポンプを符号Ｐとして示す。）、サイクロン筒１内に導入した液体に旋回流を生じさせることで該液体に含まれるスラッジをサイクロン分離するものであり、サイクロン筒１の上方には後述するマグネットカップリング式駆動部２によって回転される加速羽根３を有し、該加速羽根３が液体ポンプによる流量に無関係に液体を加速する構成を有している。

スラッジを含む液体は、矢符Ｘに示すように、先ず、入口５から入り、前記加速羽根３によって加速され、整流板１１によって整流され、前記サイクロン筒１内に導入され、該サイクロン筒１内で旋回流が生じ、比重の高いスラッジは矢符Ｙに示すようにサイクロン筒１の内壁に付着し、下降沈降し、サイクロン筒１の下方にバルブ７を介して設けられているスラッジ回収部８に回収される。

旋回流となり、スラッジの分離された液体は、サイクロン筒１上方の吸込口９を通り、出口６から液体ポンプに吸引される。

マグネットカップリング式駆動部２は、ケーシング２０、ハウジング２１、該ハウジング２１内に液密状態に収容された永久磁石である外輪マグネット２２、永久磁石である内輪マグネット２３、該内輪マグネット２３に接続された駆動軸部（シャフト）２４とから主として構成されている。２５・２６は駆動軸部（シャフト）２４の軸受である。

モータＭの駆動によって回転される外輪マグネット２２の磁界（Ｓ極・Ｎ極）に対して内輪マグネット２２が吸引し合うことで回転し、該回転により駆動軸部（シャフト）２３が回転駆動し、該駆動軸部（シャフト）２３に接続されている加速羽根３が回転する構成である。マグネットカップリング式駆動部２による回転駆動は、インバータ制御によってモータＭの回転駆動を制御してスラッジを含む液体の粘度（液質、スラッジ種、濃度）に応じて最適な流速とすることができる。

加速羽根３の回転によって、入口５から導入されるスラッジを含む液体は、その流量に関係なく加速され、サイクロン筒１内でサイクロン分離に必要充分な速度の旋回流を得ることができる。しかも、始動して直ぐにサイクロン分離に必要な流速を確保することができる。従って、液体の流量とは無関係にスラッジのサイクロン分離を効率的に且つ確実に行うことが可能となる。

スラッジのサイクロン分離効率が高くなることにより、スラッジによるポンプのインペラ部や駆動部等の磨耗防止に効果がある。また、ストレーナーやフィルターを併用した場合であっても該ストレーナーやフィルターが目詰まりを起こし難いので、メンテナンスや交換の回数を著しく減じることができるだけでなく、ストレーナーやフィルターの目を細かくすることができるので、精密濾過や超精密濾過に適用することが可能となる。

次に、図３に基づき本発明に係る液体サイクロン装置の第２実施例について説明する。

第２実施例の液体サイクロン装置は、上述の第１実施例の加速羽根３に、もう一組の加速羽根、即ち、第２加速羽根４を付加したものである。即ち、前記加速羽根３及びサイクロン筒１の後経路上であって且つ前記加速羽根３と同軸上に第２加速羽根４が配設されており、前記加速羽根３により加速されて前記サイクロン筒１内で旋回した液体を再加速する構成となっている。第２実施例の液体サイクロン装置の配設位置は、上述の第１実施例と同様、液体ポンプの吸引系に直接（又は間接的に）接続される位置であり、例えば、図２の符号Ｃとして示す第１実施例の液体サイクロン装置の位置である。

スラッジを含む液体は、矢符Ｘに示すように、先ず、入口５から入り、前記加速羽根３によって加速され、整流板１１によって整流され、前記サイクロン筒１内に導入され、該サイクロン筒１内で旋回流が生じ、比重の高いスラッジは矢符Ｙに示すように下降沈降し、サイクロン筒１の下方にバルブ７を介して設けられているスラッジ回収部８に回収される。

旋回流となり、スラッジの分離された液体は、サイクロン筒１上方の吸込口９を通り、第２加速羽根４により再加速され、出口６から液体ポンプに吸引される。第２加速羽根の再加速により、液体の流れがよりスムースとなるので、該第２加速羽根の前経路であるサイクロン筒１内でのスラッジのサイクロン分離効率がより向上することとなる。

第２加速羽根４は、前記加速羽根３と同じ駆動部、即ち、マグネットカップリング式駆動部２を駆動部として同一駆動軸上にて同期回転することが好ましい。駆動部を一つとすることでコスト高を抑制することができる。

図４は、前記第１又は第２実施例におけるマグネットカップリング式駆動部２に代えて、メカニカルシール式モータ直結駆動部を用いた場合を示しており、液体シールのため、第２加速羽根４の裏面には、前記マグネットカップリング式駆動部２のケーシング２０の下面に先端が近接する液体シール羽根４１が設けられ、第２加速羽根４裏面と装置ケーシング２０の下面との間から駆動軸部（シャフト）２４の方向へ入り込む液体を第２加速羽根４の外周方向に押し出して液密する構成となっている。これにより、駆動軸部（シャフト）２４への漏水が無くなるので、漏水を原因とする腐食や錆等の故障・損傷を防止することができる。また、装置全体の設計も容易となる。

尚、このメカニカルシール式モータ直結駆動部に代えて、公知のパッキンシール式モータ直結駆動部等の液封構造を有する駆動部を用いてもよいことは勿論である。

次に、図５に基づき請求項６に示されるスラッジ回収部の他の実施例について説明する。

図５は、上述の第１実施例又は第２実施例のスラッジ回収部８の他の実施例であり、該スラッジ回収部８の上方にのみ配設されていたバルブ７を、スラッジ回収部８の上方に加えて下方にも設けている。即ち、第１実施例又は第２実施例のバルブ７が本実施例では上バルブ７Ａとなり、本実施例で付加された下方のものが下バルブ７Ｂである。

上バルブ７Ａと下バルブ７Ｂの作用について説明すると、サイクロン筒１による液体中にスラッジ分離中は上バルブ７Ａを開放し、下バルブ７Ｂを閉塞しておく。比重の高いスラッジはサイクロン筒１の内壁に付着し、矢符Ｙに示すように下降沈降し、サイクロン筒１の下方のスラッジ回収部８に回収される。液体からのスラッジのサイクロン分離が終了ないしはスラッジ回収部８がオーバーフローしそうな時は、分離したスラッジを廃棄するために先ず上バルブ７Ａを閉塞し、次に下バルブ７Ｂを開放する。これにより、スラッジ回収部８内のスラッジ廃棄時に該スラッジ回収部８内に入り込む空気がサイクロン筒１内に入り込む量を廃棄スラッジとの置換分に抑えることができるので、サイクロン筒１内の旋回流を遅くしたり乱したりすることがない。

尚、本実施例において、その他の構成は上述の第１実施例又は第２実施例と、又は図４に示す実施例等と同様でよく、例えば、加速羽根は第１実施例の加速羽根３と同様の構成を有するか、又は第２実施例の加速羽根３及び第２加速羽根４の構成を有するか、又はメカニカルシール構成を有していてもよいし、その他公知の構成でもよい。

尚また、本実施例の液体サイクロン装置の配設位置は、上述の第１実施例及び第２実施例と同様、液体ポンプの吸引系に直接（又は間接的に）接続される位置であり、例えば、図２の符号Ｃとして示す第１実施例の液体サイクロン装置の位置である。

次に、図６及び図７に基づき請求項７に示されるサイクロン筒の実施例について説明する。

本実施例の液体サイクロン装置１は、上述した請求項１〜請求項６に示される液体サイクロン装置と、液体ポンプ（図示せず）との間に、液体ポンプの吸引力による加速によってサイクロン分離を行うサイクロン筒１’を配設するものである（図７参照。液体サイクロン装置を符号Ｃ、液体ポンプを符号Ｐとして示す。）。即ち、請求項１〜請求項６に示した加速羽根３（請求項３に示す第２実施例では第２加速羽根４を付加）によって液体の加速を行う構成の液体サイクロン装置とは異なり、サイクロン筒１’自体には加速手段を持たず、液体ポンプの吸引力によってのみ液体を加速させてサイクロン分離を行う構成のものを付加するものである。

液体ポンプと液体サイクロン装置との間にサイクロン筒１’を追加することにより、液体ポンプによる吸引による加速に加えて、前行程である液体サイクロン装置による加速が加わるので、該サイクロン装置によって分離しきれなかった微細なスラッジをも分離除去することができる。

尚、本実施例において、その他の構成は上述の実施例と同様であり、例えば、加速羽根は第１実施例の加速羽根３と同様の構成を有するか、又は第２実施例の加速羽根３及び第２加速羽根４の構成を有し、スラッジ回収部８のバルブは第１実施例のバルブ７の構成を有するか、又は請求項６に示される上バルブ７Ａ及び下バルブ７Ｂの構成を有する等、種々の設計変更が可能である。

尚また、上記実施例の説明は、いずれも本発明の液体サイクロン装置をポンプの吸引系に設けた例について行ったが、ポンプの吐出系に設けることも可能であり、これによって、液体の流速に関係なく液体を加速してスラッジのサイクロン分離ができる効果が同様に得られる。

本発明に係る液体サイクロン装置の第１実施例を示す断面図 本発明に係る液体サイクロン装置の具体的使用例の一例を示す構成図 本発明に係る液体サイクロン装置の第２実施例を示す断面図 前記第１又は第２実施例におけるマグネットカップリング式駆動部に代えてメカニカルシール式モータ直結駆動部を用いた場合の断面図 スラッジ回収部の他の実施例を示す断面図 請求項７に示されるサイクロン筒の実施例を示す断面図 本発明に係る液体サイクロン装置の具体的使用例の他の例を示す構成図

符号の説明

１ サイクロン筒
１’ サイクロン筒
１１ 整流板
２ マグネットカップリング式駆動部
２０ ケーシング
２１ ハウジング
２２ 外輪マグネット
２３ 内輪マグネット
２４ 駆動軸部（シャフト）
２５ 軸受
２６ 軸受
３ 加速羽根
４ 第２加速羽根
４１ 液体シール羽根
５ 入口
６ 出口
７ バルブ
７Ａ 上バルブ
７Ｂ 下バルブ
８ スラッジ回収部
９ 吸込口
Ｃ 液体サイクロン装置
Ｍ モータ
Ｐ 液体ポンプ

Claims (7)

1. 液体ポンプの吸引系又は吐出系に直接又は間接的に接続され、サイクロン筒内に導入した液体に旋回流を生じさせることで該液体に含まれるスラッジをサイクロン分離する液体サイクロン装置において、駆動部によって回転される加速羽根を有し、該加速羽根が液体ポンプによる流量に無関係に液体を加速できる構成であることを特徴とする液体サイクロン装置。
2. 駆動部が、（１）マグネットカップリング式駆動部、（２）パッキンシール式モータ直結駆動部、又は（３）メカニカルシール式モータ直結駆動部等の液封構造を有する駆動部であることを特徴とする請求項１に記載の液体サイクロン装置。
3. 前記加速羽根及びサイクロン筒の後経路上であって且つ前記加速羽根と同軸上に第２加速羽根が配設されており、前記加速羽根により加速されて前記サイクロン筒内で旋回した液体を再加速する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体サイクロン装置。
4. 駆動部がメカニカルシール式モータ直結駆動部であり、前記第２加速羽根の裏面に、前記駆動部のケーシング下面に先端が近接する液体シール羽根が設けられ、第２加速羽根裏面と装置ケーシング下面との間から駆動軸部の方向へ入り込む液体を第２加速羽根外周方向に押し出して液密する構成であること特徴とする請求項３に記載の液体サイクロン装置。
5. 前記加速羽根と第２加速羽根の駆動部が同じであり、同一駆動軸上にて同期回転することを特徴とする請求項３又は４に記載の液体サイクロン装置。
6. サイクロン筒と該サイクロン筒の下方に設けられたスラッジ回収部との間に上バルブが設けられ、該スラッジ回収部の下方に下バルブが設けられ、サイクロン分離中は上バルブを開放し、下バルブを閉塞し、分離したスラッジの廃棄時は上バルブを閉塞し、下バルブを開放する構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体サイクロン装置。
7. 前記液体サイクロン装置と、液体ポンプとの間に、液体ポンプの吸引力又は吐出力による加速によってサイクロン分離を行うサイクロン筒を配設する構成であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液体サイクロン装置。

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