JP2011078965A - 液体サイクロンを用いた固液分離装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒部2と円筒部下端に連設された逆円錐台部3と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部4からなる本体と、前記円筒部の側面接線方向に設けた液流入口5と、前記円筒部上端または液流入口よりも上方の側面から、前記本体内部に開口する上部排液管8と、前記沈殿部下方に設けた懸濁粒子排出口9からなる液体サイクロンにおいて、前記本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物15を前記本体内部に設置して、前記逆円錐台部内壁に沿って旋回する下降流が前記逆円錐台部の下部で上方に向きを変え前記本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子の流れを、前記逆円錐台部内壁方向に変える。
【選択図】図1
Description
懸濁液は、円筒部内壁に沿って旋回流を成すように放出され、逆円錐台部内壁に沿って旋回しながら下降する。この下降旋回流は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する。懸濁粒子は逆円錐台部下端開口部から沈殿部に流入し、沈殿部で沈降、堆積する。逆円錐台部で沈殿部に流入せずに、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、この障害物に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れを変える。流れを変えた懸濁粒子は、内壁に沿って流れる下降旋回流に巻き込まれ、逆円錐台部下端開口部に向けて旋回下降する。一方、懸濁粒子が分離された液体は、障害物外表面を上方に流れ、上部排液口より排液される。このように、沈殿部に流れず、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、再度逆円錐台部開口部に向けて下降することになる。この一連の流れを繰り返すうちに、懸濁粒子は沈殿部に流れ込み、沈殿部で沈降、分離される。また、障害物上部が先細りになっているため、障害物上方では、乱流は起こらず、本体中心軸に沿って旋回する上昇流は弱くなり、この上昇流に巻き込まれる懸濁粒子が減少するため、分離効率が向上する。さらに、上部排液管を本体内部に突出しないようにすると、分離効率は一層向上する。
図1は本発明の一実施形態に係わる装置の概略構成図、図3は本発明の固液分離装置内部の流れを示した概念図である。図中符号1aは固液分離装置本体で、円筒部2と円筒部下端に連設された逆円錐台部3と逆円錐台部下端に連設された沈殿部4からなる。
好ましくは逆円錐台部の全長のうち下から3分の1より上に障害物の最膨大部(断面の径が最大の部位)を位置させる。障害物の大きさは、装置に要求される諸条件によって変え得るが、例えば、障害物の底面を通る断面において障害物断面積/逆円錐台断面積比を好ましくは0.05〜0.45とすることができる。また、障害物の最膨大部を通る断面において障害物断面積/逆円錐台断面積比を好ましくは0.1〜0.33とすることができる。さらにまた、障害物底面積/障害物断面積(最膨大部)比を0.4〜0.8、より好ましくは0.55〜0.7とすることができる。最も、これは目安であり、これ以外の範囲であっても上記の構成を有し、本発明の効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれる。
図4から図6に実施例を示す。図1に示すような本体逆円錐台部に、障害物を設置しない場合、従来型の円盤状障害物を設置した場合、本発明の障害物を設置した場合について、分離効率の比較試験を行った結果を図4に示す。試験は円筒部内径150mm、円筒部高さ215mm、逆円錐台部高さ310mm、逆円錐台部下端開口部径50mm、沈殿部上部内径250mm、上部排液管突出長0mmの図1に示す装置に障害物(本発明の障害物は底部径34mm、高さ50mm、円錐部頂角70度、円盤状障害物は径34mm、高さ5mm)を設置し、比重1.04、直径2.3mm、高さ2.3mmのシリコン粒子を水道水に分散させた懸濁液を用い、流入流速0.2m/sで行った。縦軸はシリコン粒子の分離効率(投入した粒子量に対する沈殿部に堆積した粒子の割合、%)を、横軸には障害物の設置高さ(逆円錐台部下端から障害物上端までの距離、mm)を示す。シリコン粒子の分離効率は、障害物を設置しない液体サイクロン装置では70%程度、円盤状障害物を設置した場合では85%程度、本発明の障害物を設置した場合では90〜100%程度となった。円盤状障害物を円錐状障害物に変えた場合も、同様に分離効率が劣る結果が得られた。
図5は、上部排液管が本体内部に突出していない図1に示す装置と、上部排液管が突出している図2に示す装置を用いて、上部排液管の突出の有無による分離効率の比較試験を行った。上部排液管の突出長は円筒部上端より55mm、障害物の設置高さは76mmとした。装置形状は、円筒部内径80mm、円筒部高さ120mm、逆円錐台部高さ150mm、逆円錐台部下端開口部径25mm、沈殿部上部内径80mm、障害物底部径20mm、障害物高さ35mm、障害物円錐部頂角70度であり、実施例1と同じ懸濁液を用いた。突出していない場合は突出している場合に比べ、最大10%程度効率が良くなった。
図6は、装置本体に流入する懸濁液の速度を変化させ、流入速度が分離効率に及ぼす影響を調べた。装置、懸濁液は実施例2の試験と若干の寸法を変更したほかは同じものを用いた。障害物を設置しない場合は、流入速度が遅くなると分離効率は低下し、0.8m/sにおいては60%程度になる。本発明の障害物を設置すると、流入流速が遅くなっても分離効率は低下せず、0.8m/sにおいて90%以上の分離効率が得られる。
この例においては、さらに、逆円錐台部の長さを切り縮めた場合における、本発明の障害物設置の効果を示す。
実施例3の装置において、下表に示すように、逆円錐台部の長さをそれぞれ120mm、80mm、40mmと切り縮め、障害物を設置した。
〔実施例3〕(前記と同じ)
・逆円錐台部−−高さ:150mm;最大開口部径(上部径):φ80mm;最小開口部径(底部径):φ29.6mm
・障害物−−設置位置(逆円錐台部底面から障害物底面までの距離):50〜145 mm;最膨大部径:φ25mm;高さ(底面から上部尖端までの距離):H38mm;底部径φ19mm
〔実施例4〕
・逆円錐台部−−高さ:120mm;最大開口部径(上部径):φ60mm;最小開口部径(底部径):φ20mm
・障害物−−設置位置(逆円錐台部底面から障害物底面までの距離):30〜100 mm;最膨大部径:φ25mm;高さ(底面から上部尖端までの距離):H38mm;底部径φ19mm
〔実施例5〕
・逆円錐台部−−高さ:80mm;最大開口部径(上部径):φ60mm;最小開口部径(底部径):φ34mm
・障害物−−設置位置(逆円錐台部底面から障害物底面までの距離):15〜50mm;最膨大部径:φ30mm;高さ(底面から上部尖端までの距離):H41mm;底部径 φ25mm
〔実施例6〕
・逆円錐台部−−高さ:40mm;最大開口部径(上部径):φ60mm;最小開口部径(底部径):φ47mm
・障害物−−設置位置(逆円錐台部底面から障害物底面までの距離):15〜35mm;最膨大部径:φ40mm;高さ(底面から上部尖端までの距離):H48mm;底部径 φ33mm
様々な条件において、障害物の最膨大部を通る断面における障害物断面積/逆円錐台断面積比を変えて分離効率との関係を調べた。結果を図13及び表1〜9に示す(両者は同じものであるが図では一部区別がつかないため数値データも示すものである)。なお、図13及び表1〜9において、「逆円錐台部」直後の数値は逆円錐台部の長さを示し、その後の括弧内の数値は、障害物の最膨大部の径、障害物の底面の径、障害物の全高、流入速度(駆動水速流)である。
2 円筒部
3 逆円錐台部
4 沈殿部
5 液流入口
6 液流入管
7 上部排液口
8 上部排液管
9 懸濁粒子排出口
10 懸濁粒子排出口管
11 バルブ
12 下部排液口
13 下部排液管
14 逆円錐台部下端開口部
15 障害物
16 円筒部上部空間
17 円筒部下部空間
18 下降旋回流
19a 中心部上昇旋回流(上部)
19b 中心部上昇旋回流(下部)
20 中心部分流
21 障害物外表面流
22 懸濁粒子沈降流
Claims (6)
- 円筒部と円筒部下端に連設された逆円錐台部と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部からなる本体と、前記円筒部の側面接線方向に設けた液流入口と、前記円筒部上端または液流入口よりも上方の側面から、前記本体内部に開口する上部排液管と、前記沈殿部下方に設けた懸濁粒子排出口からなる液体サイクロンにおいて、前記本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物を前記本体内部に設置して、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子を分離することを特徴とする固液分離装置
- 前記障害物が、前記逆円錐台部内壁に沿って旋回する下降流が前記逆円錐台部の下部で上方に向きを変え本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子の流れを、前記逆円錐台部内壁方向に変えることを特徴とする請求項1に記載の固液分離装置
- 前記障害物が、下方に向かって径の小さくなる逆円錐台状の柱状部材と前記柱状部材上端に連設した円錐状部材からなる請求項1または2に記載の固液分離装置
- 前記上部排液管が、前記本体内部に突出しないことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の固液分離装置
- 前記液流入口における液流入速度が、1.2m/s以下である請求項1から4のいずれかに記載の固液分離装置
- 前記液流入口における液流入速度が、0.5m/s以上において分離効率が80%以上である請求項1から5のいずれかに記載の固液分離装置。
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