JP2012000591A - デカンタ型遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】デカンタ型遠心分離機において、動力ロスを削減する。
【解決手段】軽液Ｙ２を分離領域から放出する軽液放出口１９が外胴２の外壁面よりも回転軸Ｌ寄りに設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、デカンタ型遠心分離機に関するものである。

特許文献１に示すように、デカンタ型遠心分離機は、内胴と外胴とを備えており、内胴と外胴との間の分離領域において原液を遠心分離する。
３相分離を行うデカンタ型遠心分離機に供給される原液には、比重の小さい軽液と比重の大きな重液と固体とが混合されており、デカンタ型遠心分離機は、これらの３つを分離して各々を別の放出口から外胴の外側に放出するように構成されている。
固体は、最も比重が大きいため、外胴側に寄ることとなるが、スクリュー型搬送機にて回転軸の一方の端部側に集められる。この結果、回転軸の他方の端部側には液体のみが存在することとなり、この液体は、遠心力により外胴寄りの重液と内胴よりの軽液とに分離される。
そして、外胴の端部に対してはフランジ部が固定されており、軽液と重液とは、当該フランジ部に独立して形成される軽液用流路と重液用流路とを介して分離領域から排出される。

特開２００５−７４３７３号公報

ところで、従来のデカンタ型遠心分離機においては、特許文献１に示すように、フランジ部の外周面に軽液放出口が形成されており、当該軽液放出口に上記軽液用流路が接続されている。フランジ部が外胴と固定されることから、フランジ部の外周面の半径方向位置は、回転軸方向から見て、外胴の外壁面に対して同一の位置または外側に存在することとなる。この結果、軽液放出口が外胴の外壁面に対して同一の位置または外側に位置している。

つまり、軽液放出口は、デカンタ型遠心分離機において最も移動速度が速い領域に形成されている。このため、軽液放出口から放出される軽液は大きな運動エネルギが与えられて放出されることとなる。
このように従来のデカンタ型遠心分離機は、軽液放出口が外胴の外壁面に対して同一の位置または外側に位置しているため、動力ロスが大きい。このため、従来のデカンタ型遠心分離機では、大型のモータを設置する必要があった。
なお、このような動力ロスの問題は、３相分離を行う場合に限られず、例えば固体を含まない原液を軽液と重液とに分離する２相分離を行う場合にも同様に生じるものである。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、デカンタ型遠心分離機において、動力ロスを削減することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、内胴を囲んで回転軸を中心として回転する外胴と上記内胴との間の分離領域において原液を重液と軽液とに遠心分離するデカンタ型遠心分離機であって、上記軽液を上記分離領域から放出する軽液放出口が上記外胴の外壁面よりも上記回転軸寄りに設けられているという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記回転軸方向から上記外胴に対して固定される第１段部と、該第１段部の外周面よりも外周面が上記回転軸寄りに位置すると共に回転シャフトに対して固定される第２段部とを有するフランジ部を備え、上記軽液放出口が、上記第２段部の外周面に開口されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記軽液放出口が複数設けられているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記外胴の外側に設けられる上記軽液案内流路及び上記重液案内流路と、上記軽液案内流路の外壁と上記重液案内流路の外壁との間に差し込まれる差込板とを備えるという構成を採用する。

本発明によれば、分離領域から軽液を放出する軽液放出口が外胴の外壁面よりも回転軸寄りに設けられている。
このため、本発明によれば、従来のデカンタ型遠心分離機よりも軽液放出口から放出される軽液に与えられる運動エネルギが少なくなり、動力ロスを削減することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるデカンタ型遠心分離機の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるデカンタ型遠心分離機が備えるフランジ部を含む拡大図である。 本発明の一実施形態におけるデカンタ型遠心分離機の効果を説明するためのグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係るデカンタ型遠心分離機の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１は、内胴１と、外胴２と、ケーシング３と、ギアボックス４と、回転シャフト５と、フランジ部６とを備えている。

内胴１は、回転軸Ｌを中心として回転可能とされた中空の円筒部材である。この内胴１は、回転軸Ｌ方向の中央部に、内部から外部に原液Ｘを排出するための供給口１ａを有している。この供給口１ａは、回転軸Ｌ周りに複数設けられている。
内胴１の内部には、内胴１の内部に原液Ｘを供給するための供給パイプ７が挿入されている。そして、本実施形態において原液Ｘは、図１の右側から左側に向けて供給パイプ７内を流れて内胴１の内部に供給される。
なお、以下の説明においては、説明の便宜上、原液Ｘの流れに倣い、図１の紙面右側の上流側と称し、図１の紙面左側の下流側と称する。

また、この内胴１の外壁面１ｂには、回転軸Ｌを中心として螺旋状に巻回されたスクリュー板８が設けられている。なお、このスクリュー板８は、内胴１の回転に伴って、内胴１と外胴２との間に存在する固体Ｙ１を上流側に搬送するように巻回されている。

後に詳説するが、回転シャフト５は、内胴用回転シャフト５ａと、ギアボックス支持シャフト５ｂとから構成されている。そして、内胴１は、下流側の端部が内胴用回転シャフト５ａに連結されており、内胴用回転シャフト５ａが回転することによって回転軸Ｌを中心として回転する。
そして、内胴１は、上流側が軸受９を介して外胴２に対して回転可能に支持され、下流側が軸受１０を介して後に説明するギアボックス支持シャフト５ｂに対して回転可能に支持されている。

外胴２は、内胴１と同様に回転軸Ｌを中心として回転可能とされた中空の円筒部材であり、内胴１を内部に収容するように内胴１の外側を囲って配置されている。
この外胴２は、上流側が軸受１１を介して設置台に支持されており、下流側が開口端とされると共にフランジ部６と固定されている。なお、フランジ部６は、ギアボックス支持シャフト５ｂに固定されており、外胴２は、不図示の駆動装置により回転軸Ｌを中心として回転する。
また、外胴２の上流側の端部には、内胴１と外胴２との間に存在する固体Ｙ１を外胴２の外側に排出するための固体放出口２ａが設けられている。

そして、内胴１と外胴２とによって挟まれた領域は、原液Ｘに対して遠心力を働かせることによって原液Ｘを、固体Ｙ１と軽液Ｙ２と重液Ｙ３とに遠心分離する分離領域Ｒとなっている。

ケーシング３は、外胴２のさらに外側を囲って設置されており、設置台に対して固定されている。このケーシング３の内部には、軽液Ｙ２を案内する軽液案内流路１２と、重液Ｙ３を案内する重液案内流路１３とが形成されている。つまり、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１は、外胴２の外側に設けられる軽液案内流路１２及び重液案内流路１３を備えている。
これらの軽液案内流路１２及び重液案内流路１３の下端は開口端とされている。そして、軽液案内流路１２に案内される軽液Ｙ２は軽液案内流路１２の下端からデカンタ型遠心分離機Ｓ１の外部に排出され、重液案内流路１３に案内される重液Ｙ３は重液案内流路１３の下端からデカンタ型遠心分離機Ｓ１の外部に排出される。

なお、軽液案内流路１２の内部には、回転軸Ｌを中心とする半径方向の上方に向けて放出された軽液Ｙ２の進行方向を回転軸Ｌ方向に変更する案内板１４と、案内板１４によって進行方向が変更された軽液Ｙ２のフランジ部６への落下を防止する落下防止板１５とが設けられている。
そして、上方に向けて放出された軽液Ｙ２は、案内板１４で案内されることによって、フランジ部６に落下することなく進行する。

また、ケーシング３の内部には、外胴２の固体放出口２ａから放出された固体Ｙ１を受けて案内する固体案内路１６が設けられている。
この固体案内路１６の下端は開口端とされており、固体Ｙ１は、固体案内路１６の下端からデカンタ型遠心分離機Ｓ１の外部に排出される。

外胴１及び内胴２は、不図示の駆動装置に接続されており、同一方向に所定の回転数（例えば、２０００〜６０００ｒｐｍ）で回転するようになっている。なお、外胴１、内胴２の間には速度差が設けられている。内胴２の単位時間あたりの回転数は、外胴１よりもわずかに少なくなるように定められている。
そして、ギアボックス４は、内胴１及び外胴２の回転差を定めるためのギヤを有している。

回転シャフト５は、ギアボックス４の支持及び内胴１に動力を伝達するものであり、中実の棒状とされた内胴用回転シャフト５ａと、当該内胴用回転シャフト５ａを囲う中空のギアボックス支持シャフト５ｂとから構成されている。
そして、ギアボックス支持シャフト５ｂは、軸受１７によって設置台に対して回転可能に支持されている。

フランジ部６は、ギアボックス支持シャフト５ｂに対して設けられている。図２は、フランジ部６を含む拡大図であり、（ａ）が断面図、（ｂ）が下流側から見た正面図である。この図に示すように、フランジ部６は、回転軸Ｌを中心とする円板形状に形状設定されている。

このフランジ部６は、図１及び図２に示すように、下流側（回転軸Ｌ方向）から外胴２に対して固定される第１段部６ａと、この第１段部６ａの外周面６ａ１よりも外周面６ｂ１が回転軸Ｌ寄りに位置すると共にギアボックス支持シャフト５ｂに対して固定される第２段部６ｂとを有している。
より詳細に説明すると、第１段部６ａは、外胴２よりも大径の円板形状に設定されており、ボトル締めによって外胴２の下流側の端部に対して固定されている。また、第２段部６ｂは、第１段部６ａよりも下流側に位置し、当該第１段部６ａ及び外胴２よりも小径の円板形状に設定されることで外周面６ｂ１が第１段部６ａの外周面６ａ１よりも回転軸Ｌ寄りに位置されている。
また、図２に示すように、第１段部６ａと、第２段部６ｂと、ギアボックス支持シャフト５ｂとは、同一材料によって一体成形されている。

そして、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においてフランジ部６には、軽液取込口１８、軽液放出口１９及び軽液用流路２０が設けられている。
軽液取込口１８は、分離領域Ｒで分離された軽液Ｙ２をフランジ部６の内部に取込むための開口であり、フランジ部６の外胴２側の端面に設けられると共に分離領域Ｒの最も回転軸Ｌ寄りに配置されている。
軽液放出口１９は、分離領域Ｒから軽液Ｙ２を軽液案内流路１２に放出するための開口であり、フランジ部６の第２段部６ｂの外周面６ｂ１に設けられている。
軽液用流路２０は、フランジ部６の内部に形成されており、軽液取込口１８で取込んだ軽液Ｙ２を軽液放出口１９まで案内するための流路である。
なお、軽液取込口１８、軽液放出口１９及び軽液用流路２０は、フランジ部６に対して回転軸Ｌ周りに複数設けられており、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においては、図２（ｂ）に示すように、各々４つ設けられている。

ここで、上述のようにフランジ部６の第２段部６ｂの外周面６ｂ１は、外胴２よりも大径とされた第１段部６ａの外周面６ａ１よりも回転軸Ｌ寄りに位置している。すなわち、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１では、軽液放出口１９は、外胴２の外壁よりも回転軸Ｌ寄りに設けられている。

また、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においてフランジ部６には、重液取込口２１、重液放出口２２及び重液用流路２３が設けられている。
重液取込口２１は、分離領域Ｒから重液Ｙ３をフランジ部６の内部に取込むための開口であり、フランジ部６の外胴２側の端面に設けられると共に分離領域Ｒの最も外胴２寄りに配置されている。
重液放出口２２は、分離領域Ｒから重液Ｙ３を重液案内流路１３に放出するための開口であり、第２段部６ｂの下流側の端面に設けられている。
重液用流路２３は、フランジ部６の内部に形成されており、重液取込口２１で取込んだ重液Ｙ３を重液放出口２２まで案内するための流路である。
なお、重液取込口２１、重液放出口２２及び重液用流路２３は、上述の軽液取込口１８、軽液放出口１９及び軽液用流路２０と重ならないように、フランジ部６に対して回転軸Ｌ周りに複数設けられており、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においては、図２（ｂ）に示すように、各々４つ設けられている。

また、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１は、軽液案内流路１２の外壁と重液案内流路１３の外壁との間に差し込まれる差込板２５を備えている。
この差込板２５は、軽液案内流路１２と重液案内流路１３との間の隙間をラビリンス構造とすることによって、軽液案内流路１２と重液案内流路１３との間で軽液Ｙ２及び重液Ｙ３が混入しないようにするものである。
そして、差込板２５は、フランジ部６の第２段部６ｂの外周面６ｂ１に設置されており、図２（ｂ）に示すように、回転軸Ｌを中心とする円環状に形状設定されている。

このような構成を有する本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１では、不図示の駆動装置によって回転シャフト５が回転されると、内胴１と外胴２とが同一方向に異なる速度で回転される。このように内胴１と外胴２とが回転され、さらに供給パイプ７を介して原液Ｘが内胴１の内部に供給されると、原液Ｘは、内胴１の供給口１ａから分離領域Ｒに供給される。
そして、分離領域Ｒに供給された原液Ｘは、遠心力によって、固体Ｙ１と、軽液Ｙ２と、重液Ｙ３とに分離される。

固体Ｙ１は、スクリュー板８によって上流側に運ばれ、固体放出口２ａを介して分離領域Ｒから固体案内路１６に放出され、その後固体案内路１６の下端から外部に排出される。

軽液Ｙ２は、重液Ｙ３に対して比重が小さいため、分離領域Ｒにおいて内胴１寄り（すなわち回転軸Ｌ寄り）に集まる。そして、軽液Ｙ２は、軽液取込口１８からフランジ部６の内部に取込まれ、軽液用流路２０を通って軽液放出口１９に到達し、軽液放出口１９から半径方向に放出される。
軽液放出口１９から放出された軽液Ｙ２は、軽液案内流路１２に放出されることとなり、軽液案内流路１２の下端から外部に排出される。なお、軽液放出口１９から上方に放出された軽液Ｙ２は、案内板１４によって回転軸Ｌ方向に進行方向が変更されて落下防止板１５上に案内され、フランジ部６上に落下することなく軽液案内流路１２の下端まで案内される。

重液Ｙ３は、軽液Ｙ２に対して比重が大きいため、分離領域Ｒにおいて外胴２寄りに集まる。そして、重液Ｙ３は、重液取込口２１からフランジ部６の内部に取込まれ、重液用流路２３を通って重液放出口２２に到達し、重液放出口２２から下流側に向けて放出される。
重液放出口２２から放出された重液Ｙ３は、重液案内流路１３に放出されることとなり、重液案内流路１３の下端から外部に排出される。

ここで、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においては、軽液放出口１９が外胴２の外壁面よりも回転軸Ｌ寄りに設けられている。
このため、従来のデカンタ型遠心分離機よりも軽液放出口から放出される軽液に与えられる運動エネルギが少なくなり、動力ロスを削減することが可能となる。

また、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においては、下流側から外胴に対して固定される第１段部６ａと、この第１段部６ａの外周面６ａ１よりも外周面６ｂ１が回転軸Ｌ寄りに位置すると共にギアボックス支持シャフト５ｂに対して固定される第２段部６ｂとを有するフランジ部６を備え、軽液放出口１９が第２段部６ｂの外周面６ｂ１に開口されている。
このような構成を採用することによって、軽液取込口１８、軽液放出口１９及び軽液用流路２０を一体成形物に対して形成することができ、軽液取込口１８、軽液放出口１９及び軽液用流路２０を容易に形成することができると共に軽液Ｙ２が漏れることを防止することが可能となる。

また、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においては、軽液放出口１９が複数設けられている。このため、軽液Ｙ２の放出量を多量に確保し、軽液Ｙ２の円滑な放出が可能となる。
さらに、複数の軽液放出口１９が回転軸Ｌ周りに設けられているため、回転軸Ｌ方向から見て、軽液Ｙ２が分散して放出されることとなり、内胴１及び外胴２の回転を安定させることができる。

また、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１においては、外胴２の外側に設けられる軽液案内流路１２及び重液案内流路１３と、軽液案内流路１２の外壁と重液案内流路１３の外壁との間に差し込まれる差込板２５とを備えている。
このため、軽液案内流路１２と重液案内流路１３との間で軽液Ｙ２及び重液Ｙ３が混入することが抑止され、確実に軽液Ｙ２と重液Ｙ３とを分離することが可能となる。

図３は、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１と従来のデカンタ型遠心分離機とに対して原液Ｘの代わりに水を供給した場合における消費動力を示すグラフである。なお、ここでの従来のデカンタ型遠心分離機とは、フランジ部の最外周面（本実施形態においては第１段部６ａの外周面６ａ１）に軽液放出口が設けられたデカンタ型遠心分離機である。

図３に示すように、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１の消費動力は、従来のデカンタ型遠心分離機に対して、給水量が１２ｍ^３／Ｈｒの場合で２．３％、２０ｍ^３／Ｈｒの場合で７．６％、３０ｍ^３／Ｈｒの場合で２０．３％減少した。
通常、デカンタ型遠心分離機の定格運転における原液の供給量は、３０ｍ^３／Ｈｒ程度である。このため、本実施形態のデカンタ型遠心分離機Ｓ１によれば、大きく動力ロスを削減することが期待できる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、固体Ｙ１を含む原液Ｘを３相分離するデカンタ型遠心分離機Ｓ１について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、固体を含まない原液を軽液と重液とに２相分離するデカンタ型遠心分離機に適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、フランジ部６が第１段部６ａと第２段部６ｂとを備え、第２段部６ｂの外周面６ｂ１に軽液放出口１９が開口された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、軽液放出口が外胴の外壁面よりも回転軸寄りに設けられていれば良い。例えば、フランジ部を第１段部のみからなる形状とし、第２段部に相当する部分を他部品から構成し、当該他部品に対して軽液放出口を設けても良い。

Ｓ１……デカンタ型遠心分離機、１……内胴、２……外胴、５……回転シャフト、６……フランジ部、６ａ……第１段部、６ａ１……外周面、６ｂ……第２段部、６ｂ１……外周面、１２……軽液案内流路、１３……重液案内流路、１８……軽液取込口、１９……軽液放出口、２０……軽液用流路、２１……重液取込口、２２……重液放出口、２３……重液用流路、Ｘ……原液、Ｙ１……固体、Ｙ２……軽液、Ｙ３……重液、Ｌ……回転軸

Claims (4)

1. 内胴を囲んで回転軸を中心として回転する外胴と前記内胴との間の分離領域において原液を重液と軽液とに遠心分離するデカンタ型遠心分離機であって、
   前記軽液を前記分離領域から放出する軽液放出口が前記外胴の外壁面よりも前記回転軸寄りに設けられていることを特徴とするデカンタ型遠心分離機。
2. 前記回転軸方向から前記外胴に対して固定される第１段部と、該第１段部の外周面よりも外周面が前記回転軸寄りに位置すると共に回転シャフトに対して固定される第２段部とを有するフランジ部を備え、
   前記軽液放出口は、前記第２段部の外周面に開口されている
   ことを特徴とする請求項１記載のデカンタ型遠心分離機。
3. 前記軽液放出口が複数設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のデカンタ型遠心分離機。
4. 前記外胴の外側に設けられる前記軽液案内流路及び前記重液案内流路と、
   前記軽液案内流路の外壁と前記重液案内流路の外壁との間に差し込まれる差込板と
   を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のデカンタ型遠心分離機。

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