JP2015510840A - スクリュウデカンタ型遠心分離機 - Google Patents

Abstract

スクリュウデカンタ型遠心分離機が、異なる密度の流動性材料から成る混合物を連続的に分離するために使用される。このスクリュウデカンタ型遠心分離機は、円筒胴部１８と円錐胴部２０とを有する、水平軸１６を中心にして回転可能な回転胴１２と、重い層を前記円錐胴部２０内の排出口２８へ送り出すために中空軸２４に取り付けられたスクリュウ２６を有する、この回転胴１２内に軸支されたこの回転胴１２の前記水平軸１６を中心にして回転するスクリュウコンベヤ２２とを備える。水位を調整するための装置を有する、軽い層のための少なくとも１つの流出口６２が、前記円筒胴部１８を閉鎖する前壁４０に設けられている。前記水位を調整するための装置が、前記軽い層の液体粒子を減速又は加速するための手段を有する流体誘導要素４２から構成され、この手段は、前記回転胴の回転数と異なる回転数で回転するように駆動されていて、胴内壁５８に対して環状の隙間６０を開ける。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機に関する。

例えば独国特許第３９２１３２７号明細書による従来の技術のスクリュウデカンタ型遠心分離機では、水位を調整するための装置が、稼働中に機械式に調整され得る堰から構成される。したがって、分離すべき混合液が、固定されたフィードパイプを経由してスクリュウ本体内に組み込まれた供給室内に供給され、この供給室から当該遠心分離機の処理室内に供給され、対応する遠心加速度の回転胴の回転数で回転される。当該遠心分離機の処理室内では、最も重い特定の固体が、胴内壁に堆積し、スクリュウコンベヤによって円錐胴部の端部の排出口へ送り出されて排出される。分離された遠心分離液である軽い層が、当該固体の送り出し方向の反対の方向に当該スクリュウコンベヤの流路内を流れ、堰開口部を通じて当該遠心分離機から流出される。

当該独国特許第３９２１３２７号明細書から公知の堰は、軸方向に移動可能なリングと偏向機構とによって半径方向に調整される。

別の調整手段が、欧州特許第７０２５９９号明細書に記載されていて且つ図示されている。当該調整手段では、流出口を、堰の固定されているスロットルディスクに対して相対変化できるようにするため、当該スロットルディスクが、軸方向に調整される。

独国特許第１０３３６３５０号明細書には、スクリュウデカンタ型遠心分離機が記載されていて且つ図示されている。このスクリュウデカンタ型遠心分離機では、後部ディスクが、稼働中に固定されているフィードパイプ上に回転不可能に配置されている。スロットルディスクが、この後部ディスクの前方に取り付けられている。当該２つのディスクは、電気駆動部によって軸方向に調整され得る。この代わりに、当該スロットルディスクが、回転胴部と一緒に回転する構成要素として形成されてもよい。

独国特許第３９２１３２７号明細書 欧州特許第７０２５９９号明細書 独国特許第１０３３６３５０号明細書

本発明の課題は、請求項１に記載の構成のスクリュウデカンタ型遠心分離機において、水位を調整するための装置を、稼働中に水位を調整する手段を維持しつつ、構成的に単純化することにある。

本発明によれば、この課題は、水位を調整するための装置が、軽い層の液体粒子を減速又は加速するための手段を有する流体誘導要素から構成され、この手段は、回転胴の回転数と異なる回転数で回転するように駆動されていて、且つ胴内壁から環状の隙間までを通流させることによって解決される。

この課題には、機械式の調整機構を有する堰が、水位を調整するために不要であるという、従来の技術と比較して著しく有利な効果を有する。何故なら、当該機械式の調整機構の代わりに、流体誘導要素が設けられていて、この流体誘導要素の回転数が変更可能であるからである。

本発明のその他の構成では、流体誘導要素が、液中ディスクとして形成されている。この液中ディスクの表面の不連続性が、液体粒子を減速又は加速できる。この液中ディスクから張り出しているリブが、当該表面の不連続性として可能である。しかし、当該リブのほかに、スリット若しくは孔又は突起部若しくは粗面も、この液中ディスクにおいて可能である。これらは、この液中ディスクの片側又は両側に設けられ得る。

この代わりに、当該流体誘導要素を羽根付きロータとして構成することが可能である。

当該流体誘導要素は、スクリュウコンベヤの中空軸に固定されてもよい。その結果、この流体誘導要素の回転数が、このスクリュウコンベヤの回転数の変化に同時に連動する。

本発明の別の実施の形態では、当該流体誘導要素が、回転胴の中空軸端部上に回転可能に軸支され、且つ駆動モータとしてのただ１つの回転駆動部に連結され得る。この流体誘導要素の減速時には、この回転駆動部は、発電機用の駆動部として作用する。

本発明のその他の特徴及び利点は、特許請求の範囲と図面に示されている実施の形態の以下の説明とに記載されている。

本発明の第１の実施の形態におけるスクリュウデカンタ型遠心分離機の概略部分断面図である。 液体が充填されている２つの連通管を示す。 異なる濃度の２つの液体を有する図２のＵ字管を示す。 制御要素用の駆動モータを有する図１に示されたスクリュウデカンタ型遠心分離機を示す。 図４のバリエーションを示す。 図４の別のバリエーションを示す。 ３層用の遠心分離機としての図６のバリエーションを示す。 図６の原理に基づいてさらに変更された実施の形態を示す。 図８の拡大部分図である。 図８のバリエーションを示す。 図１０の詳細図である。

図１は、本発明によるスクリュウデカンタ型遠心分離機１０の第１の実施の形態を大まかに示す。このスクリュウデカンタ型遠心分離機１０は、公知のように回転胴１２から構成される。この回転胴１２は、その両端部のラジアル軸受１４に支持され、図示されなかった駆動モータによって水平軸１６を中心にして回転可能である。この回転胴は、円筒胴部１８及び円錐胴部２０を有する。

当該回転胴１２内では、スクリュウコンベヤ２２が、この回転胴と異なる回転数で水平軸１６を中心にして回転可能に軸支されている。このために必要な回転駆動モータも図示されていない。当該スクリュウコンベヤ２２は、中空軸２４から構成される。重い層を円錐胴部２０内の排出口２８へ送り出すためのスクリュウ２６が、この中空軸２４の面に周設固定されている。

図１に示されなかった、分離すべき混合液（供給される懸濁液）用のフィードパイプ３２（図６参照）が、回転胴１２の、図１の左側の中空軸端部３０を貫通して中空軸２４内に形成されたフィード室３４の方向に水平軸に沿って延在している。複数のフィード口３６が、このフィード室３４からスクリュウ２６の処理室３８内へ通じている。

上記スクリュウデカンタ型遠心分離機の稼働中に、スクリュウ２６が、胴内壁５８に対して高さｈ_Ｄに及ぶ特定の重い層（高粘性材料）を円錐胴部２０内へ送り出す。当該重い層は、この円錐胴２０から排出口２８を通じて排出される。高さｈ_Ｆに及ぶ軽い層（遠心分離層）が、円筒胴部１８を閉鎖する前壁４０に向かって反対方向に流れる。本発明によれば、流体誘導要素４２が、この前壁４０の前方に配置されている。図１の例では、この流体誘導要素４２は、半径方向に形成された液中ディスク４４から構成される。水平軸方向のリブ４６が、この液中ディスク４４から前壁４０の方向に張り出している。ここでは、この液中ディスク４４は、円筒リング４８に固定されている。この円筒リング４８は、２つのころ軸受５０を介して中空軸端部３０上に回転可能に軸支されている。当該円筒リング４８は、回転胴１２から突出しているその端部に、駆動モータ５６（図４参照）に連結しているベルト５４用のプーリ５２を有する。

隙間６０と前壁４０内の流出口６２とを通流して外側に流出させるため、上記遠心分離液の粒子が、まず初めに胴内壁５８に向かって放射状に流れるＵ字管内と同様な圧力が、流体誘導要素４２の領域内で発生する。

図２は、Ｕ字管を示す。このＵ字管の２つの管が、高さｈの液体で充填されている。圧力ｐ＝ｈ・ρ・ｇ（ρ＝液体の濃度、ｇ＝重力加速度）が、このＵ字管の頂点で発生する。

図３では、図１の流体誘導要素４２の領域内の、回転するＵ字管に相当するモデルが示されている。当該頂点では、
Ｐ_Ｆ＝Ｐ_Ｄ
が、遠心分離液Ｆ（液体の層）の圧力Ｐ_Ｚと高粘性材料Ｄ（重い層）の圧力Ｐ_Ｄとに対して成立する。

この場合、ｚ＝遠心加速度のときに、
Ｐ_Ｆ＝ｈ_Ｆ・ρ_Ｆ・ｚ
Ｐ_Ｄ＝ｈ_Ｄ・ρ_Ｄ・ｚ
が成立する。

図１には、回転胴の異なる角速度ω_Ｒと流体誘導要素の異なる角速度ω_Ｓとが示されている。当該回転胴の角速度が、上記液体の層の角速度ω_Ｆを決定する。

ω_Ｒ＝ω_Ｆ
リブ４６を有するか又は有しない液中ディスク４４として形成された流体誘導要素４２の角速度ω_Ｓは、高粘性材料（重い層）の角速度ω_Ｄにほぼ等しいが、上記遠心分離液の角速度ω_Ｆと異なる。

ω_Ｓ≒ω_Ｄ≠ω_Ｆ
以下に、３つの異なる場合を検討する。第１の場合では、例えば図１１に示されているように、流体誘導要素４２の液中ディスク４４が、リブ４６なしに形成されている。この場合、遠心分離液の粒子が、胴内壁５８に沿って許容される周速度を維持する。このことは、直径が小さくなるにつれて、遠心分離液の粒子の角速度ω_Ｆを増大させる必要があることを意味する。したがって、当該遠心分離液の角速度が、それを取り囲んでいる当該胴内壁の角速度より速い。遠心加速度ｚ、すなわち液中ディスク４４と胴内壁５８との間の隙間６０内の流体圧力が、当該角速度ω_Ｆを上昇させることによって増大する。この隙間内では、図２のＵ字管内と同様な圧力が発生する。すなわち、同じ圧力が、液中ディスク４４の両側の液柱によって生成される。この液中ディスク４４の前後の液体が、同じ濃度ρを有するものの、異なる遠心加速度の影響下にあるので、その圧力平衡は、当該遠心分離機の処理室３８内の液柱の高さを大きくすることだけによって達成され得る。したがって、この極端な例では、排出口２８を通じた液体の望まない流出が起こり得る。

場合２は、図６，７，８，９に示された略図に対応する。これらの図によれば、液中ディスク４４が、スクリュウコンベヤ２２の中空軸２４上に固定されていて、且つこの液中ディスク４４の、前壁４０に面した側面上にリブ４６を有する。まず初めに、遠心分離液が、胴内壁５８に沿って許容される周速度を有する。当該遠心分離液は、直径が小さくなるにつれて、その半径とそのスクリュウコンベヤの回転数とに対応する周速度で回転される（この場合、当該スクリュウコンベヤの回転数は、回転胴の回転数と少しだけ異なる。）。このことは、直径が小さくなるにつれても、当該遠心分離液の角速度は変化しないままであることを意味する。当該遠心分離液の角速度は、それを取り囲んでいる当該胴内壁の角速度にほぼ等しい。したがって、Ｕ字管の効果に起因した望まない水位の影響が、当該遠心分離機の処理室３８に及ぼされない（液体の濃度及び遠心加速度が等しい）。

第３の場合は、図４中の構成に対応する。この図によれば、リブ４６付き液中ディスク４４を有する流体誘導要素４２が、駆動モータ５６によって（又は発電機によって）回転胴に対して相対駆動（又は相対減速）され得る。この代わりに、当該流体誘導要素４２は、図５に示されているように、半径方向に指向された羽根６６をさらに有するロータ６４として形成されてもよい。以下に、減速の場合を説明する。したがって、駆動の場合は、減速の場合の反対になる。

遠心分離液の粒子が、胴内壁５８に沿って許容される周速度で、液中ディスク４４と前壁４０との間の隙間６０内に流入する。リブ４６又は羽根６６の領域内では、当該遠心分離液の粒子が、液中ディスク４４又は羽根６６の回転数とほぼ同じ回転数で回転される。当該遠心分離機の粒子の周速度が、液中ディスク又は羽根と所定の直径とに応じて減速される。その減速エネルギーが、発電機内で電気エネルギーに変換される。当該遠心分離液の粒子に作用する遠心加速度が、そのより小さい周速度に応じて低下する。液中ディスク４４と胴内壁５８との間の隙間６０内の圧力平衡の条件が、当該遠心分離機の処理室３８内の液柱の高さを小さくすることによって得られる。羽根６６を使用する場合は、当該遠心分離機の処理室３８に対向する隔壁６８が必須である。

図６の例では、既に説明したように、流体誘導要素４２の液中ディスク４４が、スクリュウコンベヤ２２の中空軸２４上に直接に固定されている。当該液中ディスク４４は、リブ４６とリブ４６との間に、液体の層を流出させるための流出口７０を有する。

図７は、軽い液体を流出させるために周設された、半径方向に調整可能なオーバーフロー管７２を有する別形態の３層用遠心分離機を示す。より重い液体を流出させるための流出口７０は、ボルト７４によって閉鎖され得る。円錐胴部２０内では、固体が、排出口２８を通じて排出される。

図８及び９に示された実施の形態は、図７の別形態と比較可能である。この実施の形態では、液中ディスク４４が、スクリュウコンベヤ２２の中空軸２４に固定されていて、且つリブ４６を有する。図９には、当該液中ディスク４４内の流出口７０を閉鎖するための複数のボルト７４のうちの１つのボルトが明瞭に見て取れる。

最後に、図１０及び１１は、リブなしの液中ディスク４４を有する別形態を再び示す。ここでは、液体粒子を減速又は加速させるための手段が、その他の表面不連続性、例えば、粗面又は突起部から構成され得る。

以下の可能性が、本発明の遠心分離機の稼働中の水位を制御することによって得られる。
１．供給量の変更時又は固体濃度の変動時に遠心分離機を調整すること。
２．固体の乾燥度と遠心分離液の純度とを制御すること。
３．固体の供給挙動を特定の製品特性に適合させること。

１０ スクリュウデカンタ型遠心分離機
１２ 回転胴
１４ ラジアル軸受
１６ 水平軸
１８ 円筒胴部
２０ 円錐胴部
２２ スクリュウコンベヤ
２４ 中空軸
２６ スクリュウ
２８ 排出口
３０ 中空軸端部
３２ フィードパイプ
３４ フィード室
３６ フィード口
３８ 処理室
４０ 前壁
４２ 流体誘導要素
４４ 液中ディスク
４６ リブ
４８ 円筒リング
５０ ころ軸受
５２ プーリ
５４ ベルト
５６ 駆動モータ
５８ 胴内壁
６０ 隙間
６２ 流出口
６４ ロータ
６６ 羽根
６８ 隔壁
７０ 流出口
７２ オーバーフロー管
７４ ボルト

Claims (11)

1. 円筒胴部（１８）と円錐胴部（２０）とを有する、水平軸（１６）を中心にして回転可能な回転胴（１２）と、重い層を前記円錐胴部（２０）の排出口（２８）へ送り出すために中空軸（２４）に取り付けられたスクリュウ（２６）を有する、前記回転胴（１２）内に軸支されて前記水平軸（１６）を中心にして回転するスクリュウコンベヤ（２２）とを備える一方で、水位を調整するための装置を有する、軽い層のための少なくとも１つの流出口（６２）が、前記円筒胴部（１８）を閉鎖する前壁（４０）に設けられている、異なる密度の流動性材料の混合物を連続的に分離するためのスクリュウデカンタ型遠心分離機において、
   前記水位を調整するための装置が、前記軽い層の液体粒子を減速又は加速するための手段を有する流体誘導要素（４２）から構成され、この手段は、前記回転胴の回転数とは異なる回転数で回転するように駆動されていて、胴内壁（５８）に対して環状の隙間（６０）を開けることを特徴とするスクリュウデカンタ型遠心分離機。
2. 前記流体誘導要素（４２）は、前記軽い層の流れ方向に沿って、前記円筒胴部（１８）を閉鎖する前壁（４０）の前方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
3. 前記流体誘導要素（４２）は、液中ディスク（４４）として構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
4. 前記流体誘導要素（４２）は、羽根（６６）付きロータ（６４）として構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
5. 前記液体粒子を減速又は加速させるための手段が、前記流体誘導要素（４２）の表面に形成された表面不連続性体から構成されることを特徴とする請求項３又は４に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
6. 前記手段は、前記流体誘導要素（４２）から水平軸方向に張り出しているリブ（４６）として形成されていることを特徴とする請求項５に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
7. 前記流体誘導要素（４２）は、前記スクリュウコンベヤ（２２）の前記中空軸（２４）に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
8. 前記流体誘導要素（４２）は、前記回転胴（１２）の中空軸端部（３０）上に回転可能に軸支されていて、固有の１つの回転駆動部（５６）又は回転従動機に連結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
9. 前記表面不連続性体は、少なくとも１つの流出口（７０）から形成されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
10. 前記流出口（７０）は、閉鎖可能であることを特徴とする請求項９に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。
11. 半径方向に内方に突出している少なくとも１つの３層分離用オーバーフロー管（７２）が、前記軽い層の流れ方向に沿って、前記流体誘導要素（４２）の前方に、前記回転胴（１２）に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスクリュウデカンタ型遠心分離機。

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