JP2017200690A - Centrifugal filtration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心ろ過装置に関し、特に、遠心回転筒又は回転ろ過機の回転によって遠心力が生じ、原料液を遠心して軽液と重液を分離させる遠心ろ過装置に関する。 The present invention relates to a centrifugal filtration device, and more particularly to a centrifugal filtration device in which a centrifugal force is generated by rotation of a centrifugal rotary cylinder or a rotary filter, and a raw material liquid is centrifuged to separate a light liquid and a heavy liquid.
遠心及びろ過技術は、石油化学、冶金、化学工業、生物、食品、エネルギー、機械、電力、石炭、酒類、紡績、製薬、衛生等の産業分野において幅広く活用されている。日常的に使用されている遠心設備は、固相−液相、液相−液相、液相−液相−固相、固相−液相−液相を分離(「液体」は、ここで広義的に流体を指し、液相及び気相を含む)する装置で、脱水、清澄化、分級、濃縮及び分離等の分野で主に活用されている。 Centrifugation and filtration technology is widely used in industrial fields such as petrochemistry, metallurgy, chemical industry, biology, food, energy, machinery, electric power, coal, liquor, spinning, pharmaceuticals, and hygiene. The centrifuge equipment used on a daily basis separates solid phase-liquid phase, liquid phase-liquid phase, liquid phase-liquid phase-solid phase, solid phase-liquid phase-liquid phase ("Liquid" A device that broadly refers to a fluid and includes a liquid phase and a gas phase), and is mainly used in the fields of dehydration, clarification, classification, concentration, and separation.
一般的に言うと、遠心ろ過は、懸濁液を遠心力の作用によりろ過材を通じて固体の粒子をろ過材に残すことで、濾過ケークが堆積し、液体がケーク層及びろ過材ろ過を通過して濾液となる。この種のよく見られる遠心/ろ過機には、三脚式、平板式、上部懸架式、バイパス式、ピーラー、ピストンプッシャー、スクロール排出、遠心力排出、振動排出、回転排出、ろ布反転等のタイプがあり、これら遠心機或いはろ過機の詳細な構造及び原理は、非特許文献1(ISBN978−7−122−18787−1で、本明細書においては、その全文が参照することにより組み込まれることとする)を参考にできる。 Generally speaking, centrifugal filtration leaves the suspension through the filter medium by the action of centrifugal force, leaving solid particles on the filter medium, so that the filter cake accumulates and the liquid passes through the cake layer and filter medium filtration. To become a filtrate. Common types of centrifuges / filters of this type include tripod type, flat plate type, upper suspension type, bypass type, peeler, piston pusher, scroll discharge, centrifugal force discharge, vibration discharge, rotary discharge, filter cloth inversion, etc. The detailed structure and principle of these centrifuges or filters are described in Non-Patent Document 1 (ISBN 978-7-122-18787-1, which is incorporated herein by reference in its entirety. You can refer to.
しかしながら、粒子の粒径がより厳しい工業規格において、比較的小さな粒子を分離したい場合、往々にして比較的大きな遠心力及び比較的密度の高いろ過材が必要となり、小粒子は、極めて容易にろ過材を目詰まりさせた後に遠心分離、ろ過が困難に陥るため、常に操作を一時中止して、ろ過材を洗浄及び/或いはろ過材を交換しなければならなかった。こうすると、時間が増えると共にコストの無駄となっていた。よって、スケール付着を遅らせることができ、簡単な操作で、粒子と上澄み液を分離できる遠心分離設備が必要とされてきた。 However, in industrial standards where the particle size of the particles is more stringent, it is often necessary to use relatively large centrifugal forces and relatively high density filter media to separate relatively small particles, and small particles can be filtered very easily. Centrifugation and filtration after clogging the material became difficult, so it was necessary to always stop the operation, wash the filter material and / or replace the filter material. This increased time and wasted money. Therefore, there has been a need for a centrifugal separation facility that can delay scale adhesion and that can separate particles and supernatant liquid with a simple operation.
図1を参照すると、図1は、先行技術の遠心分離機の構造を示す模式図である。図に示すように、遠心分離機PA100は、遠心機本体PA1と回転軸PA2とろ過網アセンブリPA3とを含み、回転軸PA2が遠心機本体PA1内に回転可能に設けられ、ろ過網アセンブリPA3が回転軸PA2を貫設して固定することで、回転軸PA2に伴って回転する。回転軸PA2が回転した時、回転軸PA2の投入口PA21を経由してろ過網アセンブリPA3内に入った原料液PA300を旋回流動させることで、遠心力を発生させてろ過網アセンブリPA3に振り飛ばされてろ過を行い、また原料液PA300が含有する粒子をろ過網アセンブリPA3上に堆積させて濾過ケークPA200を形成させる。 Referring to FIG. 1, FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a prior art centrifuge. As shown in the figure, the centrifugal separator PA100 includes a centrifuge body PA1, a rotary shaft PA2, and a filtration mesh assembly PA3. The rotary shaft PA2 is rotatably provided in the centrifuge main body PA1, and the filtration mesh assembly PA3 is provided. By rotating and fixing the rotation shaft PA2, the rotation shaft PA2 rotates along with the rotation shaft PA2. When the rotary shaft PA2 rotates, the raw material liquid PA300 that has entered the filter mesh assembly PA3 via the inlet PA21 of the rotary shaft PA2 is swirled and flowed to the filter mesh assembly PA3 by generating centrifugal force. Then, filtration is performed, and particles contained in the raw material liquid PA300 are deposited on the filter mesh assembly PA3 to form a filter cake PA200.
回転軸PA2の回転が原料液PA300を旋回流動させるため、原料液PA300が含有する粒子は自然に原料液PA300の流動方向に伴って移動し、従ってろ過網アセンブリPA3上に堆積し、これにより遠心分離機PA100を一定期間使用した後、遠心分離機PA100のろ過速度が濾過ケークPA200の厚さの増加により低下し、利用者が機械稼働を停止して濾過ケークPA200の除去を行うことで、遠心ろ過装置PA100のろ過速度を維持できることになる。 Since the rotation of the rotation shaft PA2 causes the raw material liquid PA300 to swirl and flow, the particles contained in the raw material liquid PA300 naturally move along with the flow direction of the raw material liquid PA300, and thus accumulate on the filtration net assembly PA3, thereby causing the centrifugal separation. After the separator PA100 has been used for a certain period of time, the filtration speed of the centrifugal separator PA100 decreases due to the increase in the thickness of the filter cake PA200, and the user stops the machine operation and removes the filter cake PA200. The filtration rate of the filtration device PA100 can be maintained.
従来技術において、既存の遠心分離機の粒子と濾液運動方向の同一が原因で、粒子がろ過材上に堆積するため、ろ過速度が低下し或いはろ過材の交換や洗浄が必要となることに鑑み、本発明の主要目的は、遠心力とマスバランスの原理を利用し、遠心力が粒子を遠心力方向に向かって運動させ、マスバランスが液体を別の方向(ろ過材)へ運動させ、ろ過速度が高くなり、安定かつ常に(更に全く必要がない)ろ過材を交換又は洗浄する必要がない遠心ろ過装置を提供することである。 In view of the fact that in the prior art, particles accumulate on the filter medium due to the same direction of filtrate movement as the existing centrifuge particles, so that the filtration rate is reduced or the filter medium needs to be replaced or washed. The main object of the present invention is to use the principle of centrifugal force and mass balance, the centrifugal force moves the particles in the direction of centrifugal force, the mass balance moves the liquid in another direction (filter material), and the filtration The object is to provide a centrifugal filtration device which is fast and stable and does not always need to replace or wash the filter medium (which is not necessary at all).
本発明が従来技術の課題を解決するために用いる必要な技術手段は、複数の粒子を含有する原料液のろ過のために用いられる遠心ろ過装置を提供する。該遠心ろ過装置は、遠心回転筒と回転ろ過機とを含む。遠心回転筒は、収容空間を備え、該収容空間が該原料液を収容するために用いられる。回転ろ過機は、該収容空間内に相対回転可能に設けられ、且つろ過機本体と濾液排出管とを含み、ろ過機本体はろ過筒を備え、該ろ過筒で濾液収集空間を取り囲むように形成し;濾液排出管は、該ろ過機本体に連結し、また該濾液収集空間に連通する。該遠心回転筒と該回転ろ過機のうちのいずれかの回転を通じて、該原料液を回転させて渦流を発生することで、該原料液が遠心力により該遠心回転筒に振り飛ばされる重液及び該ろ過筒に近寄せられる軽液が形成し、それら粒子が受ける遠心力は、該重液から該軽液に向けて徐々に逓減し、且つ該軽液が該ろ過筒のろ過を経て該濾液収集空間で生じる濾液であり、該濾液が該濾液排出管を経由して該遠心ろ過装置から排出される。 Necessary technical means used by the present invention to solve the problems of the prior art provides a centrifugal filtration device used for filtration of a raw material liquid containing a plurality of particles. The centrifugal filtration device includes a centrifugal rotary cylinder and a rotary filter. The centrifugal rotating cylinder includes a storage space, and the storage space is used to store the raw material liquid. The rotary filter is provided in the accommodating space so as to be relatively rotatable, and includes a filter body and a filtrate discharge pipe. The filter body includes a filter cylinder, and is formed so as to surround the filtrate collection space with the filter cylinder. The filtrate discharge pipe is connected to the filter body and communicates with the filtrate collection space. By rotating the raw material liquid through the rotation of either the centrifugal rotary cylinder or the rotary filter to generate a vortex, the raw liquid is shaken off to the centrifugal rotary cylinder by centrifugal force, and A light liquid that approaches the filter cylinder is formed, and the centrifugal force that the particles receive gradually decreases from the heavy liquid toward the light liquid, and the light liquid passes through the filter cylinder and is filtered. The filtrate produced in the collection space, and the filtrate is discharged from the centrifugal filtration device via the filtrate discharge pipe.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該ろ過機本体は、台座と上蓋とを更に含み、該台座と該上蓋が該ろ過筒の上下両端に固設され、該ろ過筒に取り囲まれて該濾液収集空間を形成し、且つ該濾液排出管が該台座に連結する。 As a subordinate technical means derived from the necessary technical means, the filter body further includes a pedestal and an upper lid, and the pedestal and the upper lid are fixed to both upper and lower ends of the filtration cylinder and surrounded by the filtration cylinder. The filtrate collecting space is formed, and the filtrate discharge pipe is connected to the pedestal.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該回転ろ過機は、原料液投入管を更に含み、該原料液投入管が該ろ過機本体に連結し、該遠心回転筒に回転可能に貫設され、且つ少なくとも1つの排出口を備え、該排出口が該収容空間に連通することで、該原料液が該原料液投入管を経由して該収容空間内に入らせる。 As a subordinate technical means derived from the necessary technical means, the rotary filter further includes a raw material liquid input pipe, the raw material liquid input pipe is connected to the filter body, and is rotatably inserted into the centrifugal rotary cylinder. And provided with at least one discharge port, and the discharge port communicates with the storage space, whereby the raw material liquid enters the storage space via the raw material liquid input pipe.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該円筒体は、ろ過円筒体とする。 As a dependent technical means derived from the necessary technical means, the cylindrical body is a filtration cylindrical body.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該濾液排出管は、該遠心回転筒に回転可能に貫設される。 As a subordinate technical means derived from the necessary technical means, the filtrate discharge pipe is rotatably provided in the centrifugal rotating cylinder.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該遠心回転筒は、下部ホルダーと円筒体と上部ホルダーとを含み、該下部ホルダーには該収容空間に連通する少なくとも1個の液体出口を開設し、該粒子が該液体出口を経由して該収容空間から排出され、該円筒体が該下部ホルダーに連結し、該上部ホルダーが該円筒体に連結し、該収容空間が該下部ホルダー、該円筒体及び該上部ホルダーに取り囲まれて形成する。 As a dependent technical means derived from the necessary technical means, the centrifugal rotating cylinder includes a lower holder, a cylindrical body, and an upper holder, and the lower holder has at least one liquid outlet communicating with the accommodation space. The particles are discharged from the storage space via the liquid outlet, the cylindrical body is connected to the lower holder, the upper holder is connected to the cylindrical body, the storage space is the lower holder, the It is formed by being surrounded by a cylindrical body and the upper holder.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、遠心ろ過装置は、液体収集タンクを更に含み、該遠心回転筒が該液体収集タンク内に回転可能に設けられ、且つ該収容空間に連通する少なくとも1個の液体出口を更に開設され、該液体収集タンクが該液体出口から排出された該重液を収集するために用いられる。前記液体収集タンクは、上部液体収集タンクを更に設け、且つ該上部ホルダーに収容空間に連通する少なくとも1個の溢流口を開設し、該上部液体収集タンクは該液体収集タンクの上方に対応して設けられる。 As a subordinate technical means derived from the necessary technical means, the centrifugal filtration device further includes a liquid collection tank, and the centrifugal rotating cylinder is rotatably provided in the liquid collection tank and communicates with the accommodating space. One liquid outlet is further opened and the liquid collection tank is used to collect the heavy liquid discharged from the liquid outlet. The liquid collection tank is further provided with an upper liquid collection tank, and the upper holder is provided with at least one overflow opening communicating with the accommodation space. The upper liquid collection tank corresponds to an upper side of the liquid collection tank. Provided.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該遠心回転筒は、ろ過円筒体を含み、該ろ過円筒体が該重液をろ過するために用いられる。 As a dependent technical means derived from the necessary technical means, the centrifugal rotating cylinder includes a filtering cylinder, and the filtering cylinder is used for filtering the heavy liquid.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該回転ろ過機は、該ろ過筒に設けられる螺旋スクレイパーを更に含む。 As a dependent technical means derived from the necessary technical means, the rotary filter further includes a helical scraper provided in the filter cylinder.
上記必要な技術手段から派生する従属技術手段として、該回転ろ過機本体は、複数のディスクを更に含み、これらディスクが該ろ過筒に連結する。 As a dependent technical means derived from the necessary technical means, the rotary filter body further includes a plurality of disks, which are connected to the filter cylinder.
遠心ろ過装置の操作方法であって、請求項1に記載の遠心ろ過装置を操作するために用いられる。該操作方法は、輸送管路を構築し、該原料液を貯蔵している原料液貯蔵容器を該遠心回転筒の該収容空間に連通させるステップ(a)と、ポンプを用いて該原料液貯蔵容器に貯蔵している該原料液を該収容空間に送リ込むと共に充満させるステップ(b)と、該遠心回転筒と該回転ろ過機のうちのいずれかを駆動して回転させ、該収容空間に収容している該原料液を回転させて渦流を発生することで、該重液と該軽液を形成させ、且つ該ろ過筒が該軽液を濾過して該濾液を排出させるステップ(c)と、を含む。
A method for operating a centrifugal filtration device, which is used to operate the centrifugal filtration device according to
前記で述べたように、先行技術の遠心分離機は、遠心力で粒子を原料液内から分離する時、粒子と液体の運動方向が一致するため、粒子が液体をろ過するろ過材上に堆積することで、ろ過速度の低下が起き、或いは洗浄や交換が必要となり;しかしながら、本発明はろ過機を遠心回転筒内に設け、並びにマスバランスの原理を通じ、遠心回転筒が回転した時、原料液が遠心力により遠心回転筒の壁に向かって移動する重液及びろ過筒に向かって移動する軽液に分かれ、粒子が液体のろ過経路に堆積することを効果的に避けることができるため、先行技術と比べても、本発明の粒子と濾液の運動方向が逆になるろ過方式を利用して、比較的高いろ過速度で効果的に達することができ、且つろ過材のスケール付着も効果的に遅らせることができる。 As mentioned above, prior art centrifuges, when separating particles from the raw material liquid by centrifugal force, the particles and liquid move in the same direction of movement, so the particles are deposited on the filter medium that filters the liquid. However, the filtration speed is reduced, or cleaning or replacement is required; however, the present invention provides a filter in the centrifugal rotating cylinder, and when the centrifugal rotating cylinder rotates through the principle of mass balance, Since the liquid is divided into a heavy liquid that moves toward the wall of the centrifugal rotating cylinder and a light liquid that moves toward the filtration cylinder by centrifugal force, it is possible to effectively avoid the accumulation of particles in the filtration path of the liquid, Compared to the prior art, the filtration method in which the direction of movement of the particles and the filtrate of the present invention is reversed can be effectively achieved at a relatively high filtration rate, and the filter material is also effectively attached to the scale. Can be delayed
本発明で用いる具体的実施例は、以下の実施例及び図面を介して更なる説明を行う。 Specific examples used in the present invention will be further described with reference to the following examples and drawings.
≪実施例1≫
図2を参照すると、図2は本発明の第1の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置の構造を示す模式図である。図に示すように、遠心ろ過装置100は、原料液のろ過に用いられ、原料液が複数種類の粒子(図示せず)を包括することができる。遠心ろ過装置100は遠心回転筒1と回転ろ過機2と液体収集タンク3とを含む。遠心回転筒1は、下部ホルダー11と円筒体12と上部ホルダー13とを含み、下部ホルダー11に複数の液体出口111(図内では1個のみ表示)を開設し、円筒体12が下部ホルダー11に連結し、上部ホルダー13が円筒体12に連結し、下部ホルダー11、円筒体12及び上部ホルダー13で取り囲んで収容空間S1を形成する。収容空間S1は、一般的な遠心機のバスケットであるため、その形状が筒状、槽状、円錐状又は例えば従来の遠心機、或いはサイクロン分離機の形状とすることができるが、これに限られるものではなく、実務運用上、下部ホルダー11、円筒体12及び上部ホルダー13の素材はアクリル等の軽く硬い素材とすることができるが、これに限られるものではい。下部ホルダー11と上部ホルダー13の間が例えばスクリュー締め付け方式で固結(ただしこれに限るものではなく、他の固定方式で締め付けることもよい)されることで、円筒体12を下部ホルダー11と上部ホルダー13の間に固定し、且つ液体出口111が実際上バルブを設けて排出の流量を制御する。
Example 1
Referring to FIG. 2, FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the centrifugal filtration device according to the first preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
回転ろ過機2は、収容空間S1内に相対回転可能に設けられ、且つろ過機本体21と濾液排出管22と原料液投入管23とを含み、ろ過機本体21がろ過筒211と台座212と上蓋213とを含む。実務運用上、ろ過筒211は、ろ過素材で構成された円筒状構造とするが、これに限られるものではない。ろ過筒211はまた折り畳み式のろ過材又は広義のろ過材とすることもよい。台座212はろ過筒211の底端に係設され、上蓋213がろ過筒211の頂端に係設することで、ろ過筒211の上下両端が台座212と上蓋213の挟持固定を受け、且つろ過筒211が台座212及び上蓋213で取り囲んで濾液収集空間S2を形成する。
The
濾液排出管22は、遠心回転筒1の下部ホルダー11に回転可能に貫設され、またろ過機本体21の台座212に連結し、且つ濾液収集空間S2に更に連通する。濾液排出管22と下部ホルダー11の間は、軸受を通じて枢着することで、濾液排出管22と下部ホルダー11の間を相対回転させることができる。
The
原料液投入管23は、遠心回転筒1の上部ホルダー13に回転可能に貫設され、また上蓋213に連結し、且つ複数の排出口231(図内では1個のみ表示)を備え、また排出口231が収容空間S1に連通することで、原料液が原料液投入管23を経由して収容空間S1内に入られせることができる。原料液投入管23と上部ホルダー13の間は、軸受を通じて枢着することで、原料液投入管23と上部ホルダー13の間を相対回転させることができる。
The raw material
液体収集タンク3は、遠心回転筒1外に嵌設され、遠心回転筒1が液体収集タンク3内に回転可能に設けられる。
The liquid collection tank 3 is fitted outside the centrifugal
前記で述べたように、実務運用上、原料液が原料液投入管23から排出口231を引き続き経由して収容空間S1へ入り、且つ投入量がろ過筒211でろ過した液体量よりやや大きいことを制御する場合、利用者は遠心回転筒1又は回転ろ過機2の回転を通じて、収容空間S1内に収容されている原料液を回転させることで渦流を発生させることができ、この時原料液が遠心力の発生により遠心回転筒1に振り飛ばされる重液とろ過筒211に近寄せてくる軽液を形成し、重液は遠心力を受けた影響が比較的大きい流体(粒子を含む)で、軽液が遠心力を受ける影響が比較的小さな流体で、円筒体12に振り飛ばされた重液が下方に沈降し、下部ホルダー11の液体出口111から液体の形で液体収集タンク3内に排出されると、大量の重い粒子を含有する混濁液を形成し、液体出口111は操作が一定時間に達してから開くよう設定できる。これ以外に、原料液が収容空間S1に入る流量は、濾液が濾液排出管22から排出される流量より大きいか又は等しい時、軽液をろ過筒211に近寄せられることで、軽液がろ過筒211を通って濾液収集空間S2内に清澄な濾液を発生し、濾液が更に濾液排出管22から排出できる。当然、原料液が収容空間S1に入る流量は、液体が液体出口111から排出される流量及びろ過筒211でろ過して排出される液体量の総和より大きいか又は等しい時、軽液がろ過筒211に近寄せることで軽液がろ過筒211を通って濾液収集空間S2内で清澄な濾液を発生し、濾液が更に濾液排出管22から排出されるよう設定できる。
As described above, in practical operation, the raw material liquid continuously enters the accommodation space S1 from the raw material
これ以外に、上記遠心回転筒1又は回転ろ過機2の回転に関し、回転ろ過機2が各々濾液排出管22と原料液投入管23に連接するため、濾液排出管22と原料液投入管23を駆動モータに連結することを通じて回転ろ過機2を回転させることができる、若しくは遠心回転筒1を駆動モータに直接連結して遠心回転筒1を回転させることができる。利用者は、実際のニーズに応じて遠心回転筒1又は回転ろ過機2を同じ方向或いは逆方向に回転するかどうか等の制御が可能で、従って原料液の収容空間S1内における渦流の流速を増加させ、ろ過効率を相対的に増え、回転ろ過機2の回転が当然ろ過筒211を回転させ、この回転で生じたせん断力が粒子をろ過筒211の表面に付着させにくく、スケール付着を遅らせることで、ろ過速度をアップできる。
In addition to this, regarding the rotation of the centrifugal
≪実施例2≫
図3を参照すると、図3は、本発明の第2の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置の構造を示す模式図である。図に示すように、遠心ろ過装置100aが上記遠心ろ過装置100と類似し、その相違点は、主に遠心ろ過装置100aが支持枠4aを更に含み、また支持枠4aは上記液体収集タンク3と類似する液体収集タンク3aを支えるために用いられ、且つ液体収集タンク3aが液体排出管31aと上部液体収集タンク32aとを更に含み、液体収集タンク3aが遠心回転筒1aで遠心分離した液体を収集した時、液体排出管31aを通じて液体を導出することである。これ以外に、上部液体収集タンク32aは、上部ホルダー13aに設けられ、且つ上部ホルダー13aに収容空間(図示せず)に連通する複数の溢流口131aを開設し、上部液体収集タンク32aが溢流口131aから溢流した一次軽液を収集するために用いられ、且つ上部液体収集タンク32aに排出弁321aを更に設け、一次軽液の排出量の制御に用いられる。
<< Example 2 >>
Referring to FIG. 3, FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of a centrifugal filtration device according to a second preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
≪実施例3≫
図2及び図4を参照すると、図4は、本発明の第3の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置の構造を示す模式図である。図に示すように、遠心ろ過装置100bが上記遠心ろ過装置100と類似し、その相違点は、わずかに遠心回転筒1bが螺旋スクレイパー24bを更に含み、螺旋スクレイパー24bが包括するろ過筒211bの外方にあり、これをもってろ過筒211bが回転した時、その外方に設けられた螺旋スクレイパー24bを介して円筒体12b内壁に堆積した粒子を掻き取ることである。
Example 3
Referring to FIGS. 2 and 4, FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a centrifugal filtration device according to a third preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
≪実施例4≫
図2及び図5を参照すると、図5は、本発明の第4の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置の構造を示す模式図である。図に示すように、遠心ろ過装置100cが上記遠心ろ過装置100と類似し、その相違点は、わずかに回転ろ過機2cのろ過機本体(図示せず)が上記ろ過機本体21に比べて複数のディスク214cを更に含み、ディスク214cは各々ろ過筒211cから一体成形して外方且つ下方へ延出し、つまりディスク214cとろ過筒211cが同様にろ過材とし、これを介してろ過機本体が回転した時、ディスク214cを回転させることで、原料液のろ過を加速できることである。
Example 4
Referring to FIGS. 2 and 5, FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a centrifugal filtration device according to a fourth preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
≪実施例5≫
図6を参照すると、図6は、本発明の第5の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置の構造を示す模式図である。図に示すように、遠心ろ過装置100dは、遠心回転筒1dと回転ろ過機2と液体収集タンク3とを含む。遠心ろ過装置100dが上記遠心ろ過装置100と類似し、その相違点は、主に遠心ろ過装置100dが遠心回転筒1dで上記遠心回転筒1に置換し、遠心回転筒1dが下部ホルダー11dと円筒体12dと上部ホルダー13dとを含み、円筒体12dが下部ホルダー11dと上部ホルダー13dの間に固設され、且つ本実施例において、円筒体12dがろ過機能付きろ過円筒体であることである。実務運用上、円筒体12dは、ろ過素材を含有する構造、或いはろ過素材で構成された構造とすることもよしとする。
Example 5
Referring to FIG. 6, FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a centrifugal filtration device according to a fifth preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
前記続き、原料液は、原料液投入管23を経由して下部ホルダー11d、円筒体12d及び上部ホルダー13dで取り囲んで形成された収容空間(図示せず)に入った後、遠心回転筒1d又は回転ろ過機2の回転により原料液を回転させると共に遠心力により円筒体12dに振り飛ばされる重液とろ過筒211に近寄せられる軽液が生じた時、軽液がろ過筒211を通過することで濾液を排出し、円筒体12dに振り飛ばされた重液も円筒体12dがろ過機能付きろ過円筒体であることにより、濾過した濾液を液体収集タンク3内に排出でき、且つ重液に含まれる粒子も円筒体12dの内壁上に堆積して濾過ケークFCを形成し、こうすると、本実施例として提供する遠心ろ過装置100dは、回転ろ過機2のろ過筒211を通じて濾液を安定して産出させるだけでなく、更にろ過機能付き円筒体12dを通じて濾液の産出量を増やすこともでき、且つ濾過ケークFCを効果的に収集でき、該濾過ケークが遠心力の作用を受ける時間は比較的長いため、その固形分含量が比較的高い。
Subsequently, the raw material liquid enters the accommodation space (not shown) formed by being surrounded by the
図2と図7を参照すると、図7は、本発明の第1の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置を実際に運用するシステムを示す模式図である。図に示すように、本発明の遠心ろ過装置100の操作方法は、輸送管路200を構築し、原料液を貯蔵している原料液貯蔵容器300は輸送管路200を経由して遠心回転筒1の収容空間S1に連通させることができる。輸送管路200は、連通する入口側201と出口側202と第1還流側203と第2還流側204とを備え、入口側201が原料液貯蔵容器300の底部に連通し、出口側202が遠心ろ過装置100の原料液投入管23に連通し、第1還流側203と第2還流側204が原料液貯蔵容器300の頂部に連通する。
Referring to FIGS. 2 and 7, FIG. 7 is a schematic diagram showing a system for actually operating the centrifugal filtration device according to the first preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the operation method of the
ポンプPで原料液貯蔵容器300に貯蔵する原料液を収容空間S1に送り込むと共に充満する。ポンプPは、入口側201に近づくように輸送管路200の入口側201と出口側202の間に設けられ、且つ入口側201と第1還流側203の間に第1還流弁V1を更に設け、入口側201と出口側202の間に流量制御弁V2を更に設け、入口側201と第2還流側204の間に第2還流弁V3を更に設け、流量制御弁V2の両側に2つの圧力計P1とP2を更に設ける。
The raw material liquid stored in the raw material
収容空間S1に原料液が充満すると共に遠心回転筒1と回転ろ過機2のいずれかを駆動して収容空間S1に収容している原料液が回転されて渦流を発生させることで、重液と軽液を形成し、軽液がろ過筒211を通って濾液を排出させる。利用者は濾液の排出流量を更に記録でき、また液体出口111を開いて連続操作する時、収容空間S1に入る原料液の流量が濾液の排出流量と液体排出量の和より大きくなるよう制御し、液体出口111を閉めるバッチ操作の時、収容空間S1に入る原料液の流量が濾液の排出流量より大きくなるよう制御する。
The raw material liquid is filled in the storage space S1, and either the centrifugal
前記続き、実際の操作ばかり時、第1還流弁V1、流量制御弁V2及び第2還流弁V3はいずれも全開を保持し;遠心回転筒1と回転ろ過機2のうちのいずれかが回転開始した時、利用者は第1還流弁V1の流量を更に調整し、圧力計P1の圧力値を観察でき、収容空間S1に入る原料液の圧力が予め設定した圧力値に達させ、この圧力値は主に遠心ろ過装置100のろ過速度と関連性があり、一定の圧力制御範囲内において、圧力が増加する時、遠心ろ過装置100のろ過速度を加速できる。これ以外に、収容空間S1に原料液が充満した後、利用者は第2還流弁V3の開きの制御を通じて収容空間S1内に残留する空気を排出させることができる。
When the actual operation is continued, the first recirculation valve V1, the flow control valve V2 and the second recirculation valve V3 are all fully opened; either the centrifugal
図8を参照すると、図8は、先行技術の一般的な遠心分離機と本発明の遠心ろ過装置を実際にテストした時間とろ過流束のデータ分布を示す模式図である。図に示すように、先行技術の一般的なろ過機と本発明の遠心ろ過装置(例えば、上記第1の好ましい実施例に係る遠心ろ過装置100)について、ろ過材と原料液(0.3wt%,37〜44マイクロメートルの炭化ケイ素粒子を含有する)が同じという状況において1時間程度の実験とテストを行い、図8に示すデータ分布を得ることができ、図内の曲線C3は先行技術の一般的なろ過機を使用してテストを行った後に得られたろ過流束のデータ分布を示すもので、また曲線C2が本発明の遠心ろ過装置を使用してテストを行った後に得られたろ過流束のデータ分布を示し;曲線C1は、清浄水でろ過テストを行って得られたろ過流束のデータ分布を示す。
Referring to FIG. 8, FIG. 8 is a schematic diagram showing data distribution of time and filtration flux for actually testing a general centrifugal separator of the prior art and the centrifugal filtration device of the present invention. As shown in the figure, for a general filter of the prior art and the centrifugal filtration device of the present invention (for example, the
前記続き、清浄水のろ過テストを1時間行った後、曲線C1からそのろ過流束(Filtrate Flux)は、200LPH(L/m2−hr−bar)程度が分かり、これは該ろ過材を使用した最大流速である。先行技術の一般的なろ過機で原料液のろ過テストを1時間行った後、曲線C3からそのろ過流速が75LPH程度に下がることが分かり、これは粒子がろ過材上に堆積し始めるからであり、これに比べると、本発明の遠心ろ過装置100で原料液のろ過テストを1時間行った後、曲線C2からそのろ過流速は150LPH程度であることが分かり、これからも明らかに分かるように、同じろ過材と同じ操作条件において、本発明の遠心ろ過装置のろ過速度は、一般的なろ過機のろ過速度の2倍程度となっている。これ以外に、操作の時間を更に増した時、先行技術の一般的なろ過機は、濾過ケークの厚さの増加により機器稼働を停止して取り除く必要がある。ただし、本発明の遠心ろ過装置のろ過は濾過ケークの影響を大幅に減少させるだけでなく、更に濾滓排出を通じて機器稼働を停止する必要なく連続して操作できる。
Subsequently, after performing a filtration test of clean water for 1 hour, the curve C1 shows that the filtration flux is about 200 LPH (L / m2-hr-bar), and this filter medium was used. Maximum flow rate. After conducting a filtration test of the raw material liquid for 1 hour with a general filter of the prior art, it can be seen from curve C3 that the filtration flow rate drops to about 75 LPH, because the particles start to accumulate on the filter medium. In comparison with this, after performing the filtration test of the raw material liquid for 1 hour with the
上記をまとめると、先行技術の遠心分離機は遠心力で粒子等の不純物を原料液内から分離するが、基本的に粒子と液体の運動方向が一致することにより、粒子が遠心ろ過材に堆積するため、ろ過速度の低下が起き、或いは洗浄や交換が必要となり;しかしながら、本発明は、ろ過機を遠心回転筒内に設け、更にはろ過機を回転させることができ、遠心回転筒の回転により遠心力を発生させて重液(粒子を含有する)を遠心回転筒の壁に向かって運動させ、投入量が排出量より大きいか又は等しい操作を通じて、軽液(ほとんど粒子を含有しない)を逆方向、つまりろ過筒に向かって運動させ、ろ過筒のろ過により、濾液収集空間に濾液を排出し、濾液が濾液排出管を経由して遠心ろ過装置から排出させため、先行技術と、本発明の主要技術的特徴を従来のろ過技術に比べても、dead endろ過(濾過ケークのろ過)ではなく、掃流ろ過もなく、粒子と濾液の運動方向が逆のろ過方式であるため、比較的高いろ過速度及びろ過材のスケール付着を遅らせる要求を満たすことができる。 To summarize the above, the prior art centrifuge separates impurities such as particles from the raw material liquid by centrifugal force, but basically the particles are deposited on the centrifugal filter medium because the movement directions of the particles and liquid coincide. Therefore, the filtration speed is reduced, or cleaning or replacement is necessary; however, the present invention can provide the filter in the centrifugal rotating cylinder, and further rotate the filtering machine. A centrifugal force is generated to move a heavy liquid (containing particles) toward the wall of the centrifugal rotating cylinder, and a light liquid (containing almost no particles) through an operation in which the input amount is greater than or equal to the discharge amount. In the reverse direction, that is, moving toward the filter cylinder, the filtrate is discharged into the filtrate collection space by filtration of the filter cylinder, and the filtrate is discharged from the centrifugal filtration device via the filtrate discharge pipe. The main technical Compared with conventional filtration technology, the filtration method is not dead end filtration (filter cake filtration), no sweep filtration, and the movement direction of particles and filtrate is reversed. It is possible to satisfy the demand for delaying the scale deposition of the filter medium.
これ以外に、本発明は回転ろ過機を遠心回転筒内に設けるため、遠心回転筒又は回転ろ過機の回転に合わせて渦流が発生した時、粒径が比較的大きく且つ比較的重い粒子が遠心力の関係により遠心回転筒の内壁に向かって移動し、回転ろ過機の表面に目詰まることなく、原料液を回転ろ過機で効果的且つ引き続いてろ過させることができるため、使用時間を増やすことができ、常に回転ろ過機のろ過筒を洗浄又は交換する必要がなくなり、最大のろ過速度を効果的に維持することで、本発明はバッチ操作に運用できるだけでなく、更に連続操作にも運用できる。 In addition, since the present invention provides the rotary filter in the centrifugal rotary cylinder, when a vortex is generated in accordance with the rotation of the centrifugal rotary cylinder or the rotary filter, relatively large and relatively heavy particles are centrifuged. It moves toward the inner wall of the centrifugal rotating cylinder due to the force, and the raw material liquid can be filtered effectively and continuously with the rotary filter without clogging the surface of the rotary filter, increasing the usage time. It is not necessary to always wash or replace the filter cylinder of the rotary filter, and by effectively maintaining the maximum filtration rate, the present invention can be used not only for batch operation but also for continuous operation. .
次に、本発明は液体収集タンクを更に設けるため、液体出口から排出された粒子を豊富に含む液体を回収でき、上部液体収集タンクを更に設けることで、原料液を分級分離ろ過できる。 Next, since the present invention further provides a liquid collection tank, it is possible to collect a liquid containing a large amount of particles discharged from the liquid outlet, and by further providing an upper liquid collection tank, the raw material liquid can be classified and filtered.
これ以外に、従来の遠心分離機でろ過を行った時、容易に粒子がろ過材に堆積することにより、ろ過速度が低下する。ただし、本発明の遠心ろ過装置で遠心ろ過を行った時、前記で述べたことからも分かる通り、最も完ぺきな状況は遠心力が十分に大きく、全ての粒子が遠心回転筒の円筒体の筒壁に向かって移動することであり;ただし、遠心力が不足すると、やはり少数の粒子がろ過機本体に堆積し、この時ろ過速度がやはりゆっくりと低下し、これにより利用者は濾液排出管の濾液出口部に流量センサーを設けることで、濾液流量の減少に伴って原料液の投入流速を相対的に減少できる。例えば、図8の曲線C2を例とすると、2000秒まで操作した時、ろ過速度が200LPH程度となり、3000秒まで操作した時、ろ過速度が170LPH程度となり、30LPH下がったことで、3000秒の時に投入量を30LPH下げることができる。 In addition to this, when filtration is performed with a conventional centrifugal separator, the particles are easily deposited on the filter medium, thereby reducing the filtration rate. However, when centrifugal filtration is performed with the centrifugal filtration device of the present invention, as can be seen from the above, the most perfect situation is that the centrifugal force is sufficiently large, and all the particles are cylinders of a centrifugal rotating cylinder. However, if the centrifugal force is insufficient, a small number of particles will also accumulate on the filter body, at which time the filtration rate will also slowly decrease, which will allow the user to By providing a flow rate sensor at the filtrate outlet, the flow rate of the raw material liquid can be relatively reduced as the filtrate flow rate decreases. For example, taking the curve C2 in FIG. 8 as an example, when operating up to 2000 seconds, the filtration rate is about 200 LPH, and when operating up to 3000 seconds, the filtration rate is about 170 LPH, and when it has decreased by 30 LPH, The input amount can be reduced by 30 LPH.
実務運用上、本発明は例えばウエハの切削研磨等のプロセスに運用でき、ウエハの主要構成元素がSiであるため、SiCを研磨砥粒としてよく使用し、またPEG(ポリエチレングリコール)等のような有機溶剤を使用し、コストを削減するため、通常有機溶剤が回収され、よってSiCとSiを含有するPEGが本発明の遠心ろ過装置に入って来た時、最も重いSiC粒子が遠心力により円筒体の内壁に振り飛ばされた液体出口から排出され、次に重いSi粒子が溢流口から排出され、最も軽い有機溶剤PEGがろ過筒を通ってろ過して濾液収集空間内において清澄な濾液を得て、効果的に有機溶剤を回収することで、コストを大幅に削減でき;SiC粒子が円筒体の内壁に堆積するのを避けるため、螺旋スクレイパーを回転ろ過機に設けることで、螺旋スクレイパーにより円筒体の内壁に堆積しているSiC粒子を掻き取って排出できる。 In practical operation, the present invention can be applied to a process such as cutting and polishing of a wafer. Since the main constituent element of the wafer is Si, SiC is often used as an abrasive grain, and PEG (polyethylene glycol) or the like is used. In order to reduce costs by using organic solvent, usually organic solvent is recovered, so when PEG containing SiC and Si enters the centrifugal filtration device of the present invention, the heaviest SiC particles are cylinders by centrifugal force It is discharged from the liquid outlet sprinkled on the inner wall of the body, then the heavy Si particles are discharged from the overflow port, and the lightest organic solvent PEG is filtered through the filter cylinder to obtain a clear filtrate in the filtrate collection space. And effectively recovering organic solvents can significantly reduce costs; a spiral scraper is installed on the rotary filter to avoid the deposition of SiC particles on the inner wall of the cylinder. In Rukoto it can be discharged by scraping the SiC particles deposited on the inner wall of the cylinder by the helical scraper.
以上で述べたのは、液体のろ過向けものであるが、当業者は容易に上述に開示した技術を気体のろ過にも応用できる。 Although the above is intended for liquid filtration, those skilled in the art can easily apply the technique disclosed above to gas filtration.
発明の詳細な説明の項においてなされた好ましい具体的実施例は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の改良変更をなし得ることは、添付されている特許請求の範囲内に含めるものであるのが勿論である。 The preferred specific embodiments made in the section of the detailed description of the invention are merely to clarify the technical contents of the present invention, and should not be construed in a narrow sense by limiting to such specific examples. It should be understood that various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention as included in the appended claims.
PA100 遠心分離機
PA1 遠心機本体
PA2 回転軸
PA21 投入口
PA3 ろ過網アセンブリ
PA200 濾過ケーク
PA300 原料液
100 遠心ろ過装置
1 遠心回転筒
11 下部ホルダー
111 液体出口
12 円筒体
13 上部ホルダー
2 回転ろ過機
21 ろ過機本体
211 ろ過筒
212 台座
213 上蓋
22 濾液排出管
23 原料液投入管
231 排出口
3 液体収集タンク
S1 収容空間
S2 濾液収集空間
100a 遠心ろ過装置
1a 遠心回転筒
13a 上部ホルダー
131a 溢流口
3a 液体収集タンク
31a 液体排出管
32a 上部液体収集タンク
321a 排出弁
4a 支持枠
100b 遠心ろ過装置
1b 遠心回転筒
211b ろ過筒
24b 螺旋スクレイパー
100c 遠心ろ過装置
2c 回転ろ過機
211c ろ過筒
214c ディスク
100d 遠心ろ過装置
1d 遠心回転筒
11d 下部ホルダー
12d 円筒体
13d 上部ホルダー
200 輸送管路
201 入口側
202 出口側
203 第1還流側
204 第2還流側
300 原料液貯蔵容器
C1、C2、C3 曲線
FC 濾過ケーク
P ポンプ
P1、P2 圧力計
V1 第1還流弁
V2 流量制御弁
V3 第2還流弁
PA100 Centrifuge PA1 Centrifuge body PA2 Rotating shaft PA21 Input port PA3 Filtration network assembly PA200 Filtration cake PA300
Claims (10)
前記原料液を収容するための収容空間を備える遠心回転筒と、
ろ過筒を備え、該ろ過筒で濾液収集空間を取り囲むように形成するろ過機本体と、前記ろ過機本体に連結し、また前記濾液収集空間に連通する濾液排出管とを含み、前記収容空間内に相対回転可能に設けられた回転ろ過機とを、包括し、
遠心力とマスバランスの方法を利用し、前記遠心回転筒と前記回転ろ過機のうちのいずれかの回転を通じて、前記原料液を回転させて渦流を発生することで、前記原料液が遠心力により前記遠心回転筒に振り飛ばされる重液を形成し、マスバランスが液体を前記ろ過筒に向かって運動させて前記ろ過筒に近寄せてくる軽液となり、それら粒子の重量が前記重液から前記軽液に向けて徐々に逓減し、且つ前記軽液が前記ろ過筒のろ過を経て前記濾液収集空間で生じる濾液であり、前記濾液が前記濾液排出管を経由して前記遠心ろ過装置から排出されることを特徴とする遠心ろ過装置。 A centrifugal filtration device used for filtration of a raw material liquid containing a plurality of particles, the centrifugal filtration device,
A centrifugal rotating cylinder having a storage space for storing the raw material liquid;
A filter body, a filter body formed so as to surround the filtrate collection space with the filter cylinder, and a filtrate discharge pipe connected to the filter body and communicating with the filtrate collection space. And a rotary filter provided in a relatively rotatable manner,
Using the centrifugal force and mass balance method, the raw material liquid is generated by the centrifugal force by rotating the raw material liquid through the rotation of either the centrifugal rotating cylinder or the rotary filter to generate a vortex. A heavy liquid that is spun off into the centrifugal rotating cylinder is formed, and a mass balance moves the liquid toward the filtration cylinder to become a light liquid approaching the filtration cylinder, and the weight of the particles from the heavy liquid Gradually decreasing toward the light liquid, and the light liquid is a filtrate generated in the filtrate collection space through the filtration of the filter cylinder, and the filtrate is discharged from the centrifugal filtration device via the filtrate discharge pipe. A centrifugal filtration device characterized by that.
輸送管路を構築し、前記原料液を貯蔵している原料液貯蔵容器を前記遠心回転筒の前記収容空間に連通させるステップ(a)と、
ポンプを用いて前記原料液貯蔵容器に貯蔵している前記原料液を前記収容空間に送リ込むと共に充満させるステップ(b)と、
前記遠心回転筒と前記回転ろ過機のうちのいずれかを駆動して回転させ、前記収容空間に収容している前記原料液を回転させて渦流を発生することで、前記重液と前記軽液を形成させ、且つ前記ろ過筒が前記軽液を濾過して前記濾液を排出させるステップ(c)と、
を含むことを特徴とする遠心ろ過装置の操作方法。
A method for operating a centrifugal filtration device, which is used for operating the centrifugal filtration device according to claim 1, wherein the operation method comprises:
(A) constructing a transport pipeline and communicating a raw material liquid storage container storing the raw material liquid with the accommodation space of the centrifugal rotating cylinder;
(B) filling and filling the raw material liquid stored in the raw material liquid storage container into the accommodation space using a pump;
The heavy liquid and the light liquid are generated by driving and rotating one of the centrifugal rotary cylinder and the rotary filter, and rotating the raw material liquid stored in the storage space to generate a vortex. And (c) the filter cylinder filters the light liquid and discharges the filtrate;
The operation method of the centrifugal filtration apparatus characterized by including.
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