JP2017148689A - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心分離された分離固形物を残留液に触れにくくして、分離固形物を固形物の状態で回収する。
【解決手段】ケーシングと、前記ケーシングの内部に収容され、垂直方向に延びる回転軸周りに回転して被処理液を分離固形物と分離液とに遠心分離するとともに、分離固形物の堆積量が所定量に到達すると、減速停止して、堆積した分離固形物が落下排出されるボウルと、前記ボウルから落下排出された分離固形物を一時的に貯留する貯留部と、を有する竪型式の遠心分離装置であって、前記ボウルの下端部は、前記ボウルから落下排出される分離固形物の排出口を形成するとともに、下端側が上端側よりも前記回転軸側に近接するように傾斜した環状のテーパ部を有しており、前記ケーシングの内側面には、前記ボウルの減速中に、前記ボウルから落下排出され、前記テーパ部の外周面上を前記ケーシングの内側面に向かって前記ボウルの遠心力により移動する残留液を回収する回収凹部が平面視環状に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、垂直な回転軸を中心として回転するボウルによる遠心分離を行う竪型の遠心分離装置に関するものである。

従来、垂直な回転軸を中心として回転するボウルによる遠心分離を行う遠心分離装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

上記従来の遠心分離装置では、ケーシング内に収容されたボウル内に堆積する分離固形物はボウル下部の排出口から排出され、分離液はケーシングの側面に形成された排出口から排出される。近年、分離固形物を分離液等と混合させることなく、固形物の状態で回収することが求められている。

国際公開ＷＯ２０１０／０８４７８２

ここで、分離固形物の排出処理は、高速回転するボウルを停止した状態で行われるため、排出処理に先立ち、ボウルを停止させる必要がある。一方、ボウルの内部には、一回の遠心分離によって処理仕切れなかった残留液が残っているため、分離固形物を排出するためにボウルを停止させると、残留液がボウルから流出してケーシングの底面に落水する。

連続バッチ式の遠心分離装置では、遠心分離を複数回行い、ケーシングの底面に分離固形物がある程度溜まってから分離固形物の回収が行われる。したがって、ボウルを停止する際に残留液が落水して、ケーシング底面に一時的に貯留された分離固形物に混ざるおそれがある。

残留液と混合された分離固形物を加熱処理して、固形物の状態に戻す方法も考えられるが、熱源等のコストが増大する。また、別の方法として、遠心分離が終了する度に分離固形物を回収する方法も考えられるが、交互にケーシング底面に落下する残留液及び分離固形物をそれぞれ回収する必要があるため、設備が煩雑化する。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、遠心分離された分離固形物を残留液に触れにくくして、分離固形物を固形物の状態で回収することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願発明の遠心分離装置は、（１）ケーシングと、前記ケーシングの内部に収容され、垂直方向に延びる回転軸周りに回転して被処理液を分離固形物と分離液とに遠心分離するとともに、分離固形物の堆積量が所定量に到達すると、減速停止して、堆積した分離固形物が落下排出されるボウルと、前記ボウルから落下排出された分離固形物を一時的に貯留する貯留部と、を有する竪型式の遠心分離装置であって、前記ボウルの下端部は、前記ボウルから落下排出される分離固形物の排出口を形成するとともに、下端側が上端側よりも前記回転軸側に近接するように傾斜した環状のテーパ部を有しており、前記ケーシングの内側面には、前記ボウルの減速中に、前記ボウルの前記排出口から排出され、前記テーパ部の外周面上を前記ケーシングの内側面に向かって前記ボウルの遠心力により払い出された残留液を回収する回収凹部が平面視環状に形成されていることを特徴とする。

（２）前記テーパ部は、上端部に水平方向に延びる固定部を備えており、この固定部は前記ボウルの本体部分における下端部に対して着脱可能に装着されていることを特徴とする（１）に記載の遠心分離装置。

（３）前記回収凹部は、前記ケーシングの内側面に沿って環状に延びる縦壁部と、前記縦壁部と前記ケーシングの内側面とを繋ぐ底壁部と、を有しており、前記縦壁部の上端部は、前記テーパ部の下端部よりも上側であって、かつ、前記固定部の下端部よりも下側の位置に設けられていることを特徴とする（２）に記載の遠心分離装置。

（４）前記テーパ部の外周面の水平方向に対する傾斜角度は、３０°以上６０°以下であることを特徴とする（１）乃至（３）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

（５）前記ケーシングの底面は、前記ボウルの半径方向における一端側から他端側に向かって傾斜しており、前記貯留部は、前記ケーシングの底面から立ち上がる壁部を平面視弧状に配設することにより構成されるとともに、前記底面の傾斜方向における下流側端部が開口していることを特徴とする（１）乃至（４）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

（６）前記ボウルの速度を制御するコントローラを有し、前記コントローラは、前記ボウルの減速中に減速勾配を減少する処理を少なくとも１回実施することを特徴とする（１）乃至（５）のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。

（７）前記コントローラは、前記ボウルの減速勾配を０に減少させて前記ボウルを等速運転する処理を少なくとも１回実施することを特徴とする（６）に記載の遠心分離装置。

本願発明の遠心分離装置の制御方法は、（８）ケーシングと、前記ケーシングの内部に収容され、垂直方向に延びる回転軸周りに回転して被処理液を分離固形物と分離液とに遠心分離するとともに、分離固形物の堆積量が所定量に到達すると、減速停止して、堆積した分離固形物が落下排出されるボウルと、前記ボウルから落下排出された分離固形物を一時的に貯留する貯留部と、を有し、前記ボウルの下端部には、前記ボウルから落下排出される分離固形物の排出口を形成するとともに、下端側が上端側よりも前記回転軸側に近接するように傾斜した環状のテーパ部が設けられており、前記ケーシングの内側面には、前記ボウルの減速中に、前記ボウルの前記排出口から落下排出され、前記テーパ部の外周面上を前記ケーシングの内側面に向かって前記ボウルの遠心力により払い出される残留液を回収する回収凹部が平面視環状に形成された遠心分離装置の制御方法であって、前記ボウルの減速中に減速勾配を減少する処理を少なくとも１回実施することを特徴とする。

本発明によれば、遠心分離された分離固形物を残留液に触れにくくして、分離固形物を固形物の状態で回収することができる。

第１の実施の形態による遠心分離装置の構成を説明する概略図である。 ケーシングの下部を拡大した図１の拡大図である。 図２のＥ矢視図である。 被処理液の供給を停止した直後の状態を示す遠心分離装置の断面図である。 ボウルを停止させる際の遠心力の変化を模式的に示したグラフである。 遠心力低下時における残留液の挙動を模式的に示したテーパ部の拡大図である。 ケーシングの下部を拡大した拡大図である（第２の実施形態）。 図７のＥ矢視図である。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施の形態による遠心分離装置の構成を説明するための概略図である。図２は、ケーシングの下部を拡大した図１の拡大図である。図３は、図２のＥ矢視図である。遠心分離装置１は、遠心分離処理の対象である被処理液を遠心分離し、分離液と分離固形物とに分離する。被処理液は、例えば、パン酵母、重曹、インク、カカオマス、鶏骨ミンチ及び魚節の配合物、牛豚ミンチ、茶葉、架橋アクリルポリマー、コラーゲン、穀物（米、大麦等）糖化液、野菜色素抽出液、水性インクのいずれかを含むものであってもよい。

また、本実施の形態による遠心分離装置は、被処理液に比重の異なる複数種類の液体が含まれている場合には、比重の軽い軽液と比重の重い重液と、分離固形物の３つに分離することも可能となっている。

図１に示すように、本実施形態の遠心分離装置１は、例えば、基台１１上に設けられているフレーム２に対して竪型の遠心分離装置本体３が取付けられた構造とすることができる。なお、基台１１及びフレーム２は一体的に設けることができる。

フレーム２の上部における左端側には本体駆動用モータ７１が設置されている。この本体駆動用モータ７１は、ケーシング４の内部に収容されたボウル５を回転動作させるためのエネルギーを生成する。すなわち、本体駆動用モータ７１は、駆動軸にプーリ７１０が取付けられており、このプーリ７１０に架け渡された駆動ベルト７１１を介して本体駆動用モータ７１の回転駆動力をボウル５に伝達することができる。本体駆動用モータ７１は、コントローラ７によりインバータ制御される。したがって、コントローラ７は、本体駆動用モータ７１の周波数を制御することにより、ボウル５の速度を可変させることができる。

ウイング駆動用モータ７３は、後述するボウル５とウイング６との位置決めの際および分離固形物の排出動作の際に駆動される。ウイング駆動用モータ７３は、駆動軸が後述するウイング６の回転軸６２と同軸上に位置するように、シリンダ２４１を介してフレーム２の上部に支持部材２４４を介して取付けられる。ここで、ウイング駆動用モータ７３の駆動軸はウイング駆動用モータ７３の下側に位置し、ウイング６の回転軸６２の上端に対向するように配置されている。ウイング駆動用モータ７３の駆動軸の先端と、ウイング６の回転軸６２の上端とは、互いに近接する方向に移動することで係合するカプラ構造となっている。

シリンダ２４１は、ウイング駆動用モータ７３をフレーム２に対して上／下方向に移動させるとともに、ウイング６の位置を上／下方向に移動させる。ブレーキ２４３は、ボウル５の回転軸５２の上部に当接してボウル５の回転を停止させる。

遠心分離装置本体３は、ケーシング４と、ボウル５と、ウイング６とを有する。

（ケーシング４について）
ケーシング４は、フレーム２に支持部材２４４を介して取り付けられており、重液排出部４３、排出ノズル４４及び軽液排出部２５を備えている。重液排出部４３は、ケーシング４の外部に向かって突出しており、被処理液を遠心分離することによって得られた重液を排出するために使用される。排出ノズル４４は、ケーシング４内を封水洗浄した際に、洗浄液をオーバーフローさせるために使用される。軽液排出部２５は、支持部材２４４に形成されており、被処理液を遠心分離することによって得られた軽液を排出するために使用される。

ケーシング４の底面部４７（貯留部に相当する）は、ボウル５の半径方向における一端側から他端側に向かって傾斜しており、ボウル５から排出された分離固形物が一時的に貯留される。ケーシング４の底面部４７は、ケーシング４の側面下端部から突出する突き出し排出口４８に向かって延びている。突き出し排出口４８には、蓋４１が着脱可能に装着されている。蓋４１を取り外すことで、突き出し排出口４８が開かれ、底面部４７に貯留された分離固形物をケーシング４の外部に取り出すことができる。

ケーシング４の外部に分離固形物を取り出す処理は、遠心分離処理が複数回実施され、分離固形物の貯留量が所定量に達した後に行われる。したがって、分離固形物を取り出した直後の１回目の遠心分離処理を除く他の遠心分離中は、常に、分離固形物が底面部４７に貯留された状態となっている。ケーシング４の内側面には、収容凹部４５が平面視環状に形成されている。収容凹部４５の詳細については、後述する。

ボウル５は、支持部材２４４に支持された状態でケーシング４の内部に収容されている。ボウル５は、ボウル本体５１と、テーパ部５１０と、回転軸５２と、を備える。ボウル本体５１は、ケーシング４よりも小型の略円筒形に形成されており、ケーシング４の内部に配置された供給管４２から被処理液が供給されるようになっている。

テーパ部５１０は、ボウル５の回転軸５２を中心軸として環状に形成されており、内側テーパ面５１０１と、垂直面５１０２と、水平面５１０３と、外側テーパ面５１０４とを含む。内側テーパ面５１０１は、ボウル５の内側に形成されており、下方に向かうに従って径が縮径するように形成されている。垂直面５１０２は、内側テーパ面５１０１の下端部に連設しており、垂直方向に延びている。水平面５１０３は、垂直面５１０２の下端部と外側テーパ面５１０４の下端部とを繋ぐ位置に形成されており、ボウル５の半径方向に向かって延びている。外側テーパ面５１０４は、ボウル５の外側に形成されており、下方に向かうに従って径が縮径するように形成されている。外側テーパ面５１０４の水平方向に対する角度βは、内側テーパ面５１０１の水平方向に対する角度よりも僅かに小さく形成されており、好ましくは、３０°以上６０°以下である。角度βが３０°未満に低下すると、テーパ部５１０によって分離固形物の排出動作が妨げられるおそれがある。角度βが６０°超になると、ボウル５のボトム形状が鉛直方向に長くなり、製作上現実的ではない。詳細については後述するが、テーパ部５１０が設けられることで、残留液をケーシング４の側面方向に向かって払い出す作用効果が得られるとともに、分離固形物の排出が容易となる。

テーパ部５１０の内側テーパ面５１０１とウイング６との間には隙間が形成されている。テーパ部５１０の下端部には、テーパ部５１０の垂直面５１０２によって孔部５１０ａ（分離固形物の排出口に相当する）が形成されている。これらの隙間及び孔部５１０ａを介して分離固形物及び残留液をボウル５に外部に排出することができる。

テーパ部５１０の上部には、固定部５１０ｂが形成されており、この固定部５１０ｂの底面はテーパ部５１０の外側テーパ面５１０４に繋がっており、ボウル５の半径方向に延びている。この固定部５１０ｂの底面に対してボルト等の締結部材５１０ｃ（図１での図示は省略している）を締結することによって、テーパ部５１０がボウル本体５１に対して固定される。この締結部材５１０ｃは、固定部５１０ｂの底面から突出しないように設けることが好ましい。これにより、テーパ部５１０ａの外側テーパ面５１０４及びこれに繋がる固定部５１０ｂの底面のそれぞれが凹凸の少ないフラットな形状に形成されるため、後述する残留液の排出をスムーズに行うことができる。

ボウル５の回転軸５２は、ボウル本体５１の上部に一体に設けられており、支持部材２４４に対して軸受機構５２１を介して回転可能に支持されている。

また、ボウル５の回転軸５２の中心部には、ウイング６を回転可能に支持するために、中空の回転支持部５２０が形成されている。このようにして、ウイング６は、ボウル５内で垂直方向に延びる軸周りに回転するとともに、ボウル５に対して所定の回転方向に相対回転する際にボウル５内の分離固形物を孔部５１０ａへ向けて搬送する。

ウイング６の構成について具体的に述べる。
ウイング６は、詳細を図２に図示するように、回転中心となる軸部材６１０から複数の板状の羽根部６２１〜６２３が回転半径方向外側へ向けて突出するように形成された構造のウイング本体６１と、軸部材６１０と同軸上に設けられウイング本体６１から上方に突出する回転軸６２と、を備える。各羽根部６２１〜６２３の羽根面は、上方から見て時計回り方向にねじれるように形成されている。ウイング６は、その回転軸６２が上述したボウル５の回転軸５２における回転支持部５２０内に挿入されることで、ウイング６全体がボウル５および支持部材２４４に対して回転可能に支持される。

ウイング６の各羽根部６２１〜６２３は、ボウル５の内部でボウル５と相対回転可能とするために、ボウル５の内径よりも小さい外径となっている。

ウィング６の軸部材６１０には、羽根部６２１〜６２３の羽根面およびボウル５の内面を洗浄するための複数のノズル６１５が設けられている。これらノズル６１５は、洗浄液供給管８０から供給された洗浄液を横方向すなわち各羽根部６２１〜６２３の回転半径方向外側に向けて高圧噴出する。ここで、各ノズル６１５は、噴出口が扁平状を呈しており、供給された洗浄液を平面状に広げるような態様で噴出するようになっている。

さらに、遠心分離装置１では、ウイング６とボウル５とを回転軸周りの所定の位相、
例えば回転軸周りの一箇所で位置合わせするための位置合わせ機構が設けられている。か
かる位置合わせ機構は、ウイング６およびボウル５の各回転軸６２，５２の上方側に、複数の溝部および該溝部に嵌合される複数の突起部が形成され、各回転軸６２，５２を相対回転させると、前記嵌合部の各々が対応する前記溝部の各々に対して嵌合されることによって、ウイング６とボウル５とが回転軸を中心として所定の角度位置の関係となったときにのみ嵌合により位置合わせされる構造となっている。

本実施形態では、位置合わせ機構は、ボウル５の回転軸５２の上端に設けられているインデックスリング５３と、ウイング６の回転軸６２の上端側に着脱可能に設けられインデックスリング５３と係合するインナーリング６３と、を備え、インデックスリング５３側に突起部が、インナーリング６３側に溝部が形成される。

このインナーリング６３は、その外径がインデックスリング５３の内径よりも若干小さい平面略円環状をなし、中央にはウイング６の回転軸６２が嵌入されるための平面略円形の孔部６３１が形成される。この孔部６３１には、ウイング６の回転軸６２に設けられた位置合わせ用の凸部（図示せず）が嵌入されるための切り欠き部が設けられる。また、インナーリング６３は、先端側にフランジ部６３２が形成されることで、インデックスリング５３に対峙する下側の部位が外側に張り出された形状となっている。そして、インナーリング６３のフランジ部６３２には、インデックスリング５３の各突起部に対応する数の溝部が、上記各突起部に対応する位置に形成される。

さらに、インデックスリング５３とインナーリング６３との間には、インナーリング６３ひいてはウイング６全体を上方に付勢する付勢手段としてのコイルばね５４が、ウイング６の回転軸６２に挿入されるように配置される。

かかる構成を備えた本実施形態では、コイルばね５４のばね力に逆らってインナーリン
グ６３をインデックスリング５３の方向に押し付ける力を加えながら、ウイング６の回転軸６２を中心としてインナーリング６３とインデックスリング５３とを相対回動させた場合に、インデックスリング５３の不図示の突起部が、インナーリング６３の不図示の溝部に嵌入されることにより、ボウル５側のインデックスリング５３とウイング６側のインナーリング６３とが係合し、これによりボウル５と羽根部６とが垂直方向に延びる回転軸を回転中心として一体的に回転可能となる。

なお、例えば突起部と溝部それぞれの回転軸周りでの角度位置を不等間隔とする等、ある特定の角度位置の関係とならなければ係合しないようなパターンの係合機構とすることにより、インデックスリング５３とインナーリング６３とがある特定の角度位置の関係となったときにのみ互いに係合できる構成とすることもできる。遠心分離時にはボウル５とウイング６を一体に回転させ、その後の分離固形物の排出時および洗浄時に相対回転させる構成とした場合、相対回転を停止したときの回転軸周りのボウル５とウイング６の位置関係が、一体回転させたときの位置に戻っているとは限らない。高速回転を行う場合、例えば製作誤差に起因する僅かなアンバランスによっても振動が生じ、安定した高速回転を行えない場合がある。従って、例えば振動が最も小さくなる位相を試験等を行って予め把握しておき、一体に回転させるときには毎回この位相で位置決めされるようにすることにより、動バランスを考慮した位置決めを実現することができる。

続いて、収容凹部４５について、詳細に説明する。収容凹部４５は、上端側が開口した有底筒形状に形成されており、縦壁部４５１、底壁部４５２及びケーシング４の内側面から構成される。縦壁部４５１はケーシング４の内側面に対して隙間を空けた状態で設置されている。底壁部４５２は縦壁部４５１の下端部とケーシング４の内側面とを繋ぐ位置に設けられている。

図３に図示するように、ケーシング４の内側面には、収容凹部４５とケーシング４の外部とを繋ぐ残留液メイン排出口４６が形成されており、この残留液メイン排出口４６はホース等の管状部材（不図示）を介して回収容器（不図示）に接続されている。なお、管状部材は省略することもできる。この場合、残留液メイン排出口４６から落水する残留液の落水位置に回収容器を設置することで、残留液を回収することができる。残留液メイン排出口４６は、一つであってもよいし、或いは複数であってもよい。

ここで、収容凹部４５の縦壁部４５１の上端部は、テーパ部５１０の下端部よりも上側、かつ、テーパ部５１０の固定部５１０ｂの底面よりも下側に配置されている。縦壁部４５１の上端部がテーパ部５１０の下端部よりも下側になると、遠心力により払い出された残留液がケーシング４の内側面に衝突して跳ね返り、収容凹部４５に入ることなく飛散するおそれがある。縦壁部４５１の上端部がテーパ部５１０の固定部５１０ｂの底面よりも上側に配置されると、固定部５１０ｂの底面に沿って遠心力により払い出された残留液が縦壁部４５１の回転軸５２側における外面に衝突して、収容凹部４５で回収され難くなる。
＜動作説明＞
以下、遠心分離装置１の各動作を説明する。

（遠心分離時）
まず、被処理液を遠心分離する際の遠心分離装置１の基本動作について説明する。図１に示す状態では、コイルばね５４の付勢力によりウイング６全体が相対的に上方に位置しており、ボウル５とウイング６とが一体的に回転可能な係合状態にある。この状態から、シリンダ２４１によりウイング駆動用モータ７３を下方に移動させることで、ウイング駆動用モータ７３の駆動軸の先端とウイング６の回転軸６２の上端とが上述のカプラ構造によってカップリング結合される。かかる動作により、インデックスリング５３と係合状態にあったインナーリング６３は、ウイング駆動用モータ７３の下降動作に伴ってインデックスリング５３に対して相対的に降下する。これにより、インナーリング６３とインデックスリング５３との係合が解除され、ウイング６はボウル５に対して相対的に回転動作可能な状態となる。

続いて、ブレーキ２４３がＯＮすなわちボウル５の回転軸５２に当接するように不図示
のアクチュエータを駆動する。かかる動作により、ボウル５が支持部材２４４およびケーシング４に対して固定された状態となる。かかるボウル５の固定状態から、ウイング駆動用モータ７３を駆動することで、ウイング６全体が回転する。このとき、上述した位置合わせ機構におけるインナーリング６３の溝部にインデックスリング５３の突起部が嵌入され、インナーリング６３とインデックスリング５３とが所定の位置で係合することで、ウイング６とボウル５との軸周りの位置（位相）が、動バランスを考慮した高速回転可能な位置関係にセットされる。

次に、シリンダ２４１によりウイング駆動用モータ７３を上方へ退避させることにより、コイルばね５４の付勢力によりウイング６全体が所定の上昇位置まで上昇し、ウイング駆動用モータ７３の駆動軸の先端とウイング６の回転軸６２の上端とのカップリングが解除される。このとき、ボウル５のテーパ部５１１とウイング６の各羽根部６２１〜６２３と当接、係合してウイング６とボウル５とが一体的に回転可能なように固定する構成としてもよい。

続いて、この状態からコントローラ７により本体駆動用モータ７１を駆動するとともに、所定の回転数を達成してから供給管４２を介してボウル５の内部に被処理液を供給する。かかる動作により、ウイング６とボウル５とが一体で高速回転（上方から見て例えば時計回り方向）され、供給された被処理液の固−液分離作業が開始される。以下、ボウル５およびウイング６を総称して「回転筒状体」と呼ぶ場合がある。かかる高速回転時には、回転筒状体は、その回転数および遠心力が約１００００ｒｐｍ／２００００Ｇ（２万Ｇ）となるが、上述のように、ボウル５とウイング６との位相が動バランスを考慮した位置の状態で一体回転する。

このため、本実施形態の遠心分離装置１では、回転筒状体の回転速度が高速になるほど、いわゆるジャイロ効果により回転運動が安定化してゆき、片持ち支持の構造でありながら、遠心分離時に発生する振動を少なく抑えることが可能になる。さらには、本実施形態の遠心分離装置１によれば、遠心分離時に発生する振動を上下両方の軸受けで吸収していた従来の両持ち支持の構造の遠心分離装置と比較して、ボウルの径を相対的に大径にすることも可能になる。

かかる遠心分離装置１によれば、被処理液の遠心分離時には、極めて大きな遠心力の作用により、分離された軽液が最上方の軽液排出部２５から、重液がその下方の重液排出部４３からそれぞれ排出され、さらに、分離された分離固形物（ケーキ）がボウル５内に溜まる。

そして、ボウル５内に分離固形物が所定量（例えば１０リットル程度）堆積したら、遠心分離が終了したとして、被処理液の供給を停止するとともに、分離固形物を掻き出すためにボウル５を減速停止させる処理を行う。図４は、被処理液の供給を停止した直後の状態を示す遠心分離装置１の断面図であり、ボウル５の内部に堆積した分離固形物及び残留液をそれぞれハッチングにより示している。同図に示すように、ボウル５の内面全体に遠心分離された分離固形物が堆積しており、この分離固形物の径方向内側の面に残留液が堆積している。

（残留液回収時）
図５及び図６を参照しながら、ボウル５の内部に残留した残留液を、収容凹部４５で回収する方法について説明する。図５のグラフはボウルを停止させる際の遠心力の変化を模式的に示しており、横軸が時間、縦軸がボウルの遠心力である。図６は、遠心力を低下させた際の残留液の挙動を模式的に示すテーパ部の拡大図である。

これらの図を参照して、時刻Ｔ１において遠心分離が完了すると、コントローラ７は、本体駆動用モータ７１をインバータ制御して、ボウル５の遠心力をリニアに下げる処理を行う。ボウル５の遠心力が低下すると、分離固形物の上に堆積している残留液が徐々に下がり、テーパ部５１０の垂直面５１０２の下端部に到達する。垂直面５１０２の下端部に到達した残留液は、ボウル５の遠心力により水平面５１０３の上を移動して、外側テーパ面５１０４の下端部に到達する。

外側テーパ面５１０４に到達した残留液の挙動について、詳細に説明する。ボウル５の半径方向に働く残留液の遠心力をＦとしたとき、残留液には外側テーパ面５１０４に沿って上斜方向にＦｃｏｓβの分力が働くとともに、外側テーパ面５１０４の垂直方向にＦｓｉｎβの分力が働く。一方、残留液には重力Ｇが働いているから、外側テーパ面５１０４に沿って下斜方向にＧｓｉｎβの分力が働くとともに、外側テーパ面５１０４の垂直方向にＧｃｏｓβの分力が働く。

ここで、ボウル５の遠心力ＣＦが過度に低下しない限り、残留液の遠心力の分力である
Ｆｃｏｓβは、残留液の重力の分力であるＧｓｉｎβよりも大きくなるため、残留液には垂直抗力に応じた摩擦力が下斜方向に働く。

ボウル５の遠心力ＣＦが過度に低下しない限り、残留液に働く遠心力の分力であるＦｃｏｓβは、残留液に働く重力の分力であるＧｓｉｎβと摩擦力との合算値よりも大きくなるため、残留液は外側テーパ面５１０４の外周面に沿って上斜方向に進む。上斜方向に進むにしたがってボウル５の回転軸５２と残留液との距離が拡大して、残留液に働く遠心力がより大きくなるため、残留液はさらに上斜方向に進み、固定部５１０ｂの底面に到達する。

ここで、外側テーパ面５１０４に付着した残留液の粘着力は、残留液に働く遠心力及び重力の分力であるＦｓｉｎβ及びＧｃｏｓβの合算値よりも大きいため、残留液が固定部５１０ｂに到達する前に外側テーパ面５１０４から剥がれ落ちることはない。

固定部５１０ｂの底面に到達した残留液には、ケーシング４の内側面側に向かって遠心力が働き、その反対方向には抗力として摩擦力のみが働くため（つまり、重力の分力による抗力が無くなる）、残留液は固定部５１０ｂの底面上を外側テーパ面５１０４から離間する方向に移動して、固定部５１０ｂの底面の端部に到達する。固定部５１０ｂの底面の端部に到達した残留液は、ボウル５の遠心力により振り切られ、ケーシング４の内側面に衝突する。ケーシング４の内側面に衝突した残留液は、収容凹部４５に落水する。

以上の処理によって、ボウル５の内部に残留している残留液は徐々にボウル５から排出されるとともに、ケーシング４の底面部４７とは異なる収容凹部４５に落水して、回収される。

時刻Ｔ２においてボウル５の遠心力を遠心力ＣＦ２に維持する。ボウル５を停止するまで一定の減速勾配で降下させると、残留液を収容凹部４５に回収するための時間が不足して、ボウル５の内部に残った残留液が底面部４７に落水するおそれがある。したがって、残留液を水平方向に払い出す効果が確実に得られる遠心力ＣＦ２にて、一定時間（つまり、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで）遠心力を維持することにより、残留液を収容凹部４５に集める時間を十分に確保することができる。

本実施形態では、時刻Ｔ２において減速勾配を減少させて０にしたが、本発明はこれに限るものではなく、０超の減速勾配に減少させることができる。なお、減速勾配を減少させるとは、減速勾配の傾きを小さくすることである。また、減速勾配を減少させるタイミングを時刻Ｔ２の一回だけとしたが、本発明はこれに限るものではなく、複数回としてもよい。

さらに、残留液の液量が少なく、ボウル５が停止するまでの減速勾配を一定としても大部分の残留液を水平方向に払い出すことができる場合には、減速勾配を減少させる処理を省略することもできる。

時刻Ｔ３において、ボウル５の減速勾配を再び初期の状態（減速を開始した直後の状態）に戻して、残留液の処理を継続する。時刻Ｔ４において、ボウル５の遠心力がＣＦ３に下がると、残留液に働く遠心力の分力よりも残留液に働く重力の分力が大きくなるため、残留液は底面部４７に向かって落水する。本実施形態では、ボウル５の遠心力がＣＦ３に下がる前に殆どの残留液が収容凹部４５に回収されているため、ケーシング４の底面部４７に落水する残留液を極めて少量とすることができる。

ボウル５の遠心力を低下させる方法は、ボウル５のサイズ、被処理液の種類等に応じて適宜定めることができる。すなわち、本実施形態では、残留液を水平方向に遠心力で払い出すことによって、ケーシング４の底面部４７に落水することを防止しているが、この作用効果が得られる条件は、ボウル５のサイズ、被処理液の種類等に応じて変わるため、ボウル５の遠心力を低下させる方法については特に限定しない。すなわち、実験、或いはシミュレーションを通じて、上述の作用効果が得られるボウル５の減速方法を予め把握しておくことで、より多くの残留液を回収凹部４５に回収することができる。

（分離固形物排出時）
次に、分離固形物の排出方法について述べる。

上述した回転筒の停止状態（ウイング６が所定の上昇位置にある状態）から、シリンダ２４１によってウイング駆動用モータ７３を降下させ、ウイング駆動用モータ７３の駆動軸とウイング６の回転軸６２とをカップリング結合させる。

この状態からさらに、シリンダ２４１によってウイング駆動用モータ７３を降下させることにより、ウイング６が所定の降下位置まで降下し、インナーリング６３の溝部とインデックスリング５３の突起部との係合状態が解除される。これにより、ウイング６がボウル５に対して相対回転可能となる。

本実施の形態では、例えばシリンダ２４１、ウイング駆動用モータ７３、インナーリング６３、インデックスリング５３、コイルばね５４等を備える駆動機構により、ウイング６を所定の上昇位置へと移動させることによりボウル５とウイング６とを一体的に回転させ、ウイング６を所定の上昇位置よりも低い所定の降下位置へと移動させることによりウイング６がボウル５に対して所定の回転方向に相対回転するようにウイング６およびボウル５の少なくともいずれかを回転させることができる。

次に、不図示のアクチュエータによってブレーキ２４３をＯＮにし、ボウル５の回転軸５２を支持部材２４４およびケーシング４に対して固定された状態とする。このようにボウル５を回転不能に固定した状態から、ウイング駆動用モータ７３を駆動することで、ウイング６のみが所定方向（上方から見た反時計回り方向）に回転する。これにより、ボウル５内に溜まった分離固形物がウイング６の各羽根部６２１〜６２３により掻き出されて、ボウル５の孔部５１０ａからケーシング４の底面部４７に落下する。

このように、本実施形態の遠心分離装置１によれば、遠心分離処理時に発生しボウ
ル５内に溜まった分離固形物につき、ボウル５をケーシング４から取り外すことなく自動で排出することが可能となる。

すなわち、遠心分離装置１の上述した動作により、比較的粘性の高い分離固形物をボウル５内から自動的に排出することができるので、この後に行われるボウル５内の洗浄に要する時間やコスト等が大幅に削減される。具体的には、ボウル５をケーシング４から取り外す必要がなくなり、また、被処理液の種類やメインテナンス等によりボウル５をケーシング４から取り外してボウル５内のさらなる洗浄を行う場合であっても、洗浄完了までの時間およびコストが大幅に削減される。したがって、例えば被処理液として食品や化学薬品を扱う場合の洗浄完了までの時間およびコストが、従来の遠心分離装置と比較して大幅に低減される。

（第２の実施の形態）
図７及び図８を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、図２に対応したケーシングの下部を拡大した拡大図である。図８は、図７のＥ矢視図である。第１の実施の形態と機能が共通する要素には、同一符号を付している。

第１の実施の形態では、貯留部をケーシング４の底面部４７によって構成したが、本実施形態では、底面部４７及び貯留壁部４８１によって貯留部を構成している。貯留壁部４８１は、ケーシング４の底面部４７から立ち上がる壁部を平面視弧状に配設することにより構成されている。言い換えると、貯留壁部４８１は、平面視Ｕ字状に配設されており、底面部４７の傾斜方向における下流側端部が開口した形状となっている。この貯留壁部４８１の内側における底面部４７にボウル５から排出される分離固形物が一時的に貯留される。

貯留壁部４８１は、平面視において、ボウル５の孔部５１０ａの外側に配置されている。貯留壁部４８１がボウル５の孔部５１０ａの内側に配置されると、孔部５１０ａから排出された分離固形物が貯留壁部４８１の外側に漏れるおそれがある。

遠心力がＣＦ３に低下した段階でボウル５に残留液が残っている場合には、このボウル５の内部における残留液がケーシング４の底面部４７に向かって落水する。そして、落水した残留液は、ケーシング４の底面部４７に沿って傾斜方向下流側に流れる。貯留壁部４８１は、この底面部４７を流れる残留液が分離固形物に接触するのを防ぐ位置に配置される。

また、貯留壁部４８１の高さが過度に低くなると、分離固形物が貯留壁部４８１を乗り越えたり、底面部４７に落水した残留液が貯留壁部４８１を乗り越えて分離固形物に接触するおそれがある。一方、貯留壁部４８１の高さが過度に高くなると、落水する残留液が貯留壁部４８１の内面に衝突して、貯留された分離固形物に接触するおそれがある。したがって、貯留壁部４８１は、これらの条件を考慮した高さに設定する必要がある。

底面部４７の傾斜方向下流側端部であって、かつ、傾斜方向に直交する方向の端部には、残留液サブ排出口４９が設けられている。この残留液サブ排出口４９はホース等の管状部材（不図示）を介して回収容器（不図示）に接続されている。なお、管状部材は省略することもできる。この場合、残留液サブ排出口４９から落水する残留液の落水位置に回収容器を設置することで、残留液を回収することができる。残留液サブ排出口４９は、一つであってもよいし、或いは複数であってもよい。

底面部４７に落水した残留液は、貯留壁部４８１の外周面に衝突することなく底面部４７の下流端部に到達するか、或いは貯留壁部４８１の外周面に衝突した後、貯留壁部４８１に沿って底面部４７の下流端部に到達する。底面部４７の下流端部に到達した残留液は、残留液サブ排出口４９から排出される。

このように、本実施形態の構成によれば、遠心力がＣＦ３に低下するまでにボウル５の内部にある残留液を全て回収できなかった場合でも、残留液が分離固形物と混ざることを防止できる。

（変形例１）
上述の各実施形態では、ボウル５に堆積した分離固形物をウイング６により自動排出したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、スクレーパをボウル５の下側から挿入して、堆積した分離固形物を掻き取る方法であってもよい。

（変形例２）
上述の各実施形態では、被処理液をボウル５の下側から噴射してフィードしているが、本発明はこれに限るものではなく、ボウル５の上側から被処理液をフィードする方法であってもよい。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１ 遠心分離装置
２ フレーム
２４４ 支持部材
２４１ シリンダ
２４３ ブレーキ
３ 遠心分離装置本体
４ ケーシング
５ ボウル
５１０ テーパ部
５１０ａ 孔部
５１０ｂ 固定部
５１０ｃ 締結部材
５１０１ 内側テーパ面
５１０２ 垂直面
５１０３ 水平面
５１０４ 外側テーパ面
５２ 回転軸
５３ インデックスリング
５４ コイルばね
７ コントローラ
７１ 本体駆動用モータ
７３ ウイング駆動用モータ

Claims (8)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部に収容され、垂直方向に延びる回転軸周りに回転して被処理液を分離固形物と分離液とに遠心分離するとともに、分離固形物の堆積量が所定量に到達すると、減速停止して、堆積した分離固形物が落下排出されるボウルと、
   前記ボウルから落下排出された分離固形物を一時的に貯留する貯留部と、
   を有する竪型式の遠心分離装置であって、
   前記ボウルの下端部は、前記ボウルから落下排出される分離固形物の排出口を形成するとともに、下端側が上端側よりも前記回転軸側に近接するように傾斜した環状のテーパ部を有しており、
   前記ケーシングの内側面には、前記ボウルの減速中に、前記ボウルの前記排出口から排出され、前記テーパ部の外周面上を前記ケーシングの内側面に向かって前記ボウルの遠心力により払い出された残留液を回収する回収凹部が平面視環状に形成されていることを特徴とする遠心分離装置。
2. 前記テーパ部は、上端部に水平方向に延びる固定部を備えており、この固定部は前記ボウルの本体部分における下端部に対して着脱可能に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置。
3. 前記回収凹部は、前記ケーシングの内側面に沿って環状に延びる縦壁部と、前記縦壁部と前記ケーシングの内側面とを繋ぐ底壁部と、を有しており、
   前記縦壁部の上端部は、前記テーパ部の下端部よりも上側であって、かつ、前記固定部の下端部よりも下側の位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離装置。
4. 前記テーパ部の外周面の水平方向に対する傾斜角度は、３０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。
5. 前記ケーシングの底面は、前記ボウルの半径方向における一端側から他端側に向かって傾斜しており、
   前記貯留部は、前記ケーシングの底面から立ち上がる壁部を平面視弧状に配設することにより構成されるとともに、前記底面の傾斜方向における下流側端部が開口していることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。
6. 前記ボウルの速度を制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、前記ボウルの減速中に減速勾配を減少する処理を少なくとも１回実施することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の遠心分離装置。
7. 前記コントローラは、前記ボウルの減速勾配を０に減少させて前記ボウルを等速運転する処理を少なくとも１回実施することを特徴とする請求項６に記載の遠心分離装置。
8. ケーシングと、前記ケーシングの内部に収容され、垂直方向に延びる回転軸周りに回転して被処理液を分離固形物と分離液とに遠心分離するとともに、分離固形物の堆積量が所定量に到達すると、減速停止して、堆積した分離固形物が落下排出されるボウルと、前記ボウルから落下排出された分離固形物を一時的に貯留する貯留部と、を有し、前記ボウルの下端部には、前記ボウルから落下排出される分離固形物の排出口を形成するとともに、下端側が上端側よりも前記回転軸側に近接するように傾斜した環状のテーパ部が設けられており、前記ケーシングの内側面には、前記ボウルの減速中に、前記ボウルの前記排出口から落下排出され、前記テーパ部の外周面上を前記ケーシングの内側面に向かって前記ボウルの遠心力により払い出される残留液を回収する回収凹部が平面視環状に形成された遠心分離装置の制御方法であって、
   前記ボウルの減速中に減速勾配を減少する処理を少なくとも１回実施することを特徴とする遠心分離装置の制御方法。