JP2017209640A - 分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ逆洗浄用の流体を予め準備しなくてもフィルタを逆洗浄できる分離装置を提供する。【解決手段】分離装置は、流体中の固体粒子を分離するための複数の分離ユニット１を備える。各分離ユニット１は、ハウジング１０と、ハウジング１０内に配置された筒状の分離用のフィルタ１１とを備える。さらに、分離装置は、分離ユニット１を、そのハウジング１０が供給室２と連通する分離モードと、そのハウジング１０と供給室２との連通が遮断された逆洗モードとの間で切り替える切替機構５を備える。分離モードの分離ユニット１から第１排出室３へ排出された流体は、逆洗モードの分離ユニット１のフィルタ１１内へ供給され当該フィルタ１１を内側から外側へ通過して逆洗浄する。【選択図】図１

Description

本発明は、ろ過または分級に使用されるサイクロン式の分離ユニットを複数有する分離装置に関する。

ろ過または分級に使用されるサイクロン式の分離装置には、外筒としてのハウジングと、内筒としてのフィルタと備えたものがある。ハウジングは、円筒形状の上部と、下向き円錐形状の下部とを有している。フィルタは、円筒形状のウェッジワイヤストレーナであって、ハウジングの上部内においてこれと同心状になるように配置されている。この分離装置では、以下のようにして固体粒子の分級が行なわれる。

固体粒子を含む流体は、ハウジングの上部にその接線方向に供給されると、ハウジングとフィルタとの間で旋回する。この流体の旋回流によって、比較的に比重または粒径が大きい固体粒子は、ハウジングの内周壁に沿って旋回しながら下方に流れる。そして、この固体粒子を含む流体は、フィルタを通過せずにハウジングの下端の排出口から外部へ排出される。

一方、比較的に比重または粒径が小さい固体粒子は、フィルタの外周壁に沿って旋回し、当該旋回の間に流体とともにフィルタを通過し、ハウジングの上端の排出口から外部へ排出される。

サイクロン式の分離装置は、以上のように、旋回流とフィルタとによって固体粒子を分離している。この分離装置が運転し続けると、フィルタのスリットが形成された部分（以下、単にスリット部とする）に固体粒子が吸着していき、フィルタが目詰りする。それゆえに、単独の分離装置を長時間安定して運転させることはできない。

特許文献１では、上記の分離装置が分離ユニットとして複数設けられており、各分離ユニットは、逆洗浄用の圧力流体をフィルタ内に注入するための洗浄口を有している。フィルタの外周面が目詰まりすると、逆洗浄用の流体が洗浄口を通ってフィルタ内に供給され、フィルタを内側から外側に通過する。それによって、フィルタが逆洗浄される。

特許文献１では、ある分離ユニットが逆洗浄用の流体によってフィルタを逆洗浄している間、他の分離ユニットが固体粒子を分離することによって、連続運転が可能となっている。

実開昭６２-１７３５５号公報

しかしながら、特許文献１では、逆洗浄用の流体を予め準備しておく必要があり、これを貯留しておくためのタンク等を設ける必要があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フィルタ逆洗浄用の流体を予め準備しなくてもフィルタを逆洗浄できる分離装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る分離装置は、供給室と、第１排出室と、複数のサイクロン式の分離ユニットと、を備え、
前記分離ユニットは、それぞれ、
ハウジングと、
前記ハウジング内に設けられて上下方向にのびる筒状の分離用のフィルタと、
固体粒子を含む流体を前記ハウジングと前記フィルタとの間で旋回するように前記供給室から前記ハウジングへ供給するために前記供給室と前記ハウジングの上部とに接続された供給路と、
前記フィルタを通過した前記フィルタ内の前記流体を前記第１排出室へ排出するために前記フィルタと前記第１排出室とに接続された第１排出路と、
前記フィルタを通過しなかった前記ハウジング内の前記流体を排出するために前記ハウジングの下部に接続された第２排出路と、を備える、
前記固体粒子を分離するための分離装置であって、
前記分離ユニットを、その前記ハウジングが前記供給室と連通する分離モードと、その前記ハウジングと前記供給室との連通が遮断された逆洗モードとの間で切り替える切替機構、を備え、
前記分離モードの前記分離ユニットから前記第１排出室へ排出された流体は、前記逆洗モードの前記分離ユニットの前記フィルタ内へ供給され当該フィルタを内側から外側へ通過して逆洗浄する、ことを特徴とする。

好ましくは、前記切替機構は、前記分離ユニットを前記分離モードと前記逆洗モードとの間で切り替える際に、前記分離ユニットの前記第２排出路の排出開口の大きさを切り替えるものであり、前記逆洗モードの前記分離ユニットの前記排出開口を前記分離モードの前記分離ユニットの前記排出開口よりも大きくする。

好ましくは、前記各分離ユニットの前記フィルタを通過しなかった前記ハウジング内の前記流体が排出される第２排出室をさらに備え、前記各分離ユニットの前記第２排出路は、前記第２排出室の上面に接続されており、
前記切替機構は、
上下方向にのびる駆動軸と、
前記駆動軸を回転させる駆動源と、
前記排出開口としての前記分離用開口と、前記分離用開口よりも大きい、前記排出開口としての前記逆洗用開口とを有し、前記第２排出室において前記駆動軸に連結されて前記駆動軸の回転によって前記第２排出室の上面を摺動しながら回転する下切替弁板と、を備える。

好ましくは、
前記各分離ユニットの前記供給路は、前記供給室の下面に接続されており、
前記切替機構は、
上下方向にのびる駆動軸と、
前記駆動軸を回転させる駆動源と、
前記ハウジングと前記供給室とを連通させるための連通開口を有し、前記供給室において前記駆動軸に連結されて前記駆動軸の回転によって前記供給室の下面を摺動しながら回転する上切替弁板と、を備える。

好ましくは、前記フィルタは、上下方向にのびる複数のウェッジワイヤが円周方向に間隔をあけて並べて配置され、隣接する前記ウェッジワイヤの間隔によって上下方向にのびるスリットが形成された円筒状のウェッジワイヤストレーナである。

本発明によれば、上記構成を備えることにより、逆洗浄用の流体を予め準備しておかなくてもフィルタを逆洗浄できる分離装置を提供することができる。

本発明に係る分離装置の構成及び動作を説明するための概略図である。 各分離ユニットのハウジングと供給路との接続を概略的に示す横断面図である。 図３Ａは上切替弁板の平面図であり、図３Ｂは下切替弁板の平面図である。 各分離ユニットのフィルタの一例を概略的に示す横断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る分離装置（以下、単に分離装置とする）について説明する。以下の実施例では、分離装置が、分級装置として使用される場合について説明する。

分離装置は、複数のサイクロン式の分離ユニット１、供給室２、第１排出室３、及び、第２排出室４を備えている。

分離ユニット１は、分離装置の上下方向にのびる中心線周りに等角度間隔で配置されている（図２参照）。本実施例では、３つの分離ユニット１が、中心線周りに１２０°の間隔をあけて配置されている。

各分離ユニット１は、ハウジング１０と、円筒状の分離用のフィルタ１１とを備えている。ハウジング１０は、上部が円筒形状を有し、下部が上部の円筒形状から下向きに窄まる略円錐形状を有する。

円筒形状のフィルタ１１は、ハウジング１０の上部内に配置されて上下方向にのびている。フィルタ１１は、ハウジング１０と同心状になるように配置されている。フィルタ１１は、その外側が一次側として構成され、その内側が二次側として構成されている。そして、フィルタ１１には、小さい固体粒子が流体と共に通過するための複数の分離用のスリットＳ（図４参照）が形成されている。なお、フィルタ１１は、その上端がハウジング１０の上面に当接され、下端は閉口している。

図４の通り、本実施例では、フィルタ１１は、円筒形状のウェッジワイヤストレーナである。フィルタ１１は、断面が楔状で上下方向にのびる複数のウェッジワイヤ１２を備えている。ウェッジワイヤ１２は、フィルタ１１の中心線周りに円周方向に間隔をあけて配置されている。上下方向にのびる複数の分離用のスリットＳが、隣接するウェッジワイヤ１２の間隔によって形成されている。

供給室２は、分離ユニット１の上方に設けられている。外部供給路２０が供給室２に接続されており、分離される固体粒子を含む流体が、不図示のポンプ等の駆動によって、外部供給路２０を通じて供給室２に供給されるようになっている。

各分離ユニット１は、流体を供給室２からハウジング１０へ供給するための供給路１３を備えている。供給路１３は、その一端が供給室２の下面に接続され、第１排出室３を気密又は液密に貫通し、その他端がハウジング１０の上部に接続されている。それによって、流体が、供給室２から各分離ユニット１のハウジング１０に供給路１３を通じて供給される。

図２の通り、供給路１３の他端は、ハウジング１０の上部の円周面にその接線方向に接続されており、それによって、ハウジング１０に供給された流体は、ハウジング１０とフィルタ１１との間を旋回する旋回流となる。

図１を参照して、第１排出室３は、分離ユニット１の上方に設けられている。第１外部排出路３０が、第１排出室３に接続されている。

各分離ユニット１は、ハウジング１０に供給されてフィルタ１１を通過したフィルタ１１内の流体を第１排出室３へ排出するための第１排出路１４を備えている。第１排出路１４は、一端が第１排出室３の下面に接続され、ハウジング１０の上面を貫通し、他端が前記フィルタ１１の上端に接続されてフィルタ１１内にまで挿入されている。それによって、各分離ユニット１のフィルタ１１内の流体が、第１排出室３で合流し、第１外部排出路３０から外部へ排出される。

第２排出室４は、分離ユニット１の下方に配置されている。第２外部排出路４０が、第２排出室４に接続されている。

各分離ユニット１は、フィルタ１１を通過しなかったハウジング１０内の流体を第２排出室４へ排出するための第２排出路１５を備えている。第２排出路１５は、一端がハウジング１０の下端に接続され、他端が第２排出室４の上面に接続されている。それによって、各分離ユニット１のフィルタ１１を通過しなかったハウジング１０内の流体は第２排出室４で合流し、第２外部排出路４０から外部へ排出される。

分離装置は、各分離ユニット１のハウジング１０と供給室２との連通状態を切り替えるための切替機構５を備えている。以下、切替機構５について説明する。

切替機構５は、分離装置の中心において上下方向にのびる駆動軸５０と、駆動軸５０を回転させるための駆動源としてのモータ５１とを備えている。従って、分離ユニット１は、駆動軸５０の周りに等角度間隔で配置されている。この駆動軸５０は、供給室２、第１排出室３、及び、第２排出室４を気密又は液密に貫通し、かつ、軸周りに回転自在となっている。駆動軸５０の上端が、カップリングを介してモータ５１の出力軸に連結されている。これによって、モータ５１が駆動すると、駆動軸５０がその軸周りに回転する。

なお、切替機構５は、駆動軸５０の回転を制御する回転制御部５２を備えており、回転制御部５２は、駆動軸５０を、所定の時間毎に所定の角度だけ回転する。本実施例では、回転制御部５２は、所定の時間毎に駆動軸５０を６０°回転させる。回転制御部５２は、駆動軸５０に連結された検出部材５２ａ、検出部材５２ａの検出によって駆動軸５０の回転角度を検出する検出センサ５２ｂ、所定の時間の経過を検出するタイマー（不図示）等からなる。回転制御部５２は、実登３１９９００７に開示された構成と同じなのでその詳細な説明は省略される。

さらに、分離装置は、上切替弁板６を備えている。上切替弁板６は、円盤状である。上切替弁板６は、供給室２において駆動軸５０に連結されている。スプリング５３が、供給室２の中央に配置されており、その付勢力によって上切替弁板６を供給室２の下面に押し当てている。従って、上切替弁板６は、駆動軸５０の回転によって供給室２の下面を摺動しながら回転する。

図３Ａに、上切替弁板６の平面図が示されている。上切替弁板６には、供給室２とハウジング１０と連通させるための複数の連通開口６０が形成されている。本実施例では断面が円形状の連通開口６０が、５つ形成されており、駆動軸５０を中心とする円周方向に６０°の角度間隔をあけて並んでいる。

図１の通り、分離ユニット１（右側参照）は、そのハウジング１０が供給路１３及び上切替弁板６の連通開口６０を介して供給室２と連通し、流体を供給室２からハウジング１０へ供給可能な状態となっている（以下、これを分離モードとする）。一方、分離ユニット１（左側参照）は、上切替弁板６が供給路１３を閉じることによって、そのハウジング１０と供給室２との連通が遮断され流体を供給室２からハウジング１０へ供給不能な状態となっている（以下、これを逆洗モードとする）。

駆動軸５０の回転によって上切替弁板６が所定角度回転すると、その連通開口６０の角度位置が変わり、それによって、ハウジング１０と供給室２との連通状態が切り替わる。即ち、分離ユニット１が分離モードと逆洗モードとの間で切り替わるようになっている。

このようにして、切替機構５は、分離ユニット１を分離モードと逆洗モードとの間で切り替える。なお、切替機構５は、全ての分離ユニット１を一斉に逆洗モードへ切り替えることはなく、分離モードの分離ユニット１と逆洗モードの分離ユニット１の双方が存在するように、一部の分離ユニット１だけを逆洗モードにする。なお、全ての分離ユニット１が分離モードになる状態はあってもよい。

本実施例の場合、３つ分離ユニット１が１２０°間隔で配置され、図３Ａのように５つの連通開口６０を有する上切替弁板６が所定の時間間隔で６０°回転する。従って、切替機構５によって、逆洗モードになる分離ユニット１が、全ての分離ユニット１が分離モードになる状態を一度経て順番に切り替わる。

切替機構５は、分離ユニット１を分離モードと逆洗モードとの間で切り替えるときに、分離ユニット１の第２排出路１５の排出開口の大きさを切り替える。具体的には、切替機構は、逆洗モードの分離ユニット１の前記排出開口を分離モードの分離ユニット１の前記排出開口よりも大きくする。

このために、切替機構５は、下切替弁板７を備えている。下切替弁板７は、円盤状である。下切替弁板７は、第２排出室４において駆動軸５０に連結されている。スプリング５４が、第２排出室４の中央に配置されており、その付勢力によって下切替弁板７を第２排出室４の上面に押し当てている。従って、下切替弁板７は、駆動軸５０の回転によって第２排出室４の上面を摺動しながら回転する。下切替弁板７は、駆動軸５０に連結されているので上切替弁板６と共に同じ角度で回転する。

図３Ｂに、下切替弁板７の平面図が示されている。下切替弁板７には、第２排出路１５の排出開口を構成する複数（実施例では５つ）の分離用開口７０と、第２排出路１５の排出開口を構成する逆洗用開口７１（実施例では１つ）とが形成されている。これらの開口７０、７１は、駆動軸５０を中心に等角度間隔（実施例は６０°）で形成されている。

分離用開口７０は、上切替弁板６の連通開口６０と同じ数形成されている。分離用開口７０は、上切替弁板６の連通開口６０と同じ角度位置に形成されている。分離用開口７０は、断面が円形状で、図１に示される通り、下向きに窄まるように形成されている。

逆洗用開口７１は、断面が円形状であり、上記の分離用開口７０よりも開口断面が大きい。図３Ａ、図３Ｂの通り、上切替弁板６の、逆洗用開口７１と同じ角度位置には、連通開口６０は形成されず塞がれている。なお、実施例では、１つの逆洗用開口７１は形成されているが、例えば同時に複数の分離ユニット１を逆洗モードにする場合等においては、複数の逆洗用開口７１が形成されてもよい。

図１の通り、分離モードの分離ユニット１（右側参照）は、第２排出路１５の排出開口が下切替弁板７の分離用開口７０で構成される。一方、逆洗モードの分離ユニット１（左側）は、第２排出路１５の排出開口が、分離用開口７０よりも大きい逆洗用開口７１で構成される。上切替弁板６の回転によって分離ユニット１が分離モードと逆洗モードとの間で切り替わる際、上切替弁板６とともに回転する下切替弁板７によって、第２排出路１５の排出開口が分離モードでは分離用開口７０に、逆洗モードでは逆洗用開口７１になるよう切り替わる。

次に、図１を参照して、本発明に係る分離装置の動作について説明する。分離される固体粒子を含む流体が、原流体として、不図示のポンプによって、外部から供給室２へ外部供給路２０を通じて供給される。それから、原流体は、連通開口６０を通って、供給室２から分離モードの分離ユニット１へ供給される。一方、原流体の逆洗モードの分離ユニット１への供給は、上切替弁板６によって防止される。

分離モードの分離ユニット１では、原流体が、供給路１３を通ってハウジング１０へ供給され、ハウジング１０の内周壁とフィルタ１１の外周壁との間で旋回するようになっている。この旋回流による遠心力によって、比較的に粒径または比重の大きい固体粒子はフィルタ１１の外周壁に沿って旋回する。一方、比較的に粒径または比重の小さい固体粒子は、フィルタ１１の外周壁に沿って旋回し、当該旋回の間にフィルタ１１のスリットＳ（図４）を通過することによって流体と共にフィルタ１１内へ流れ込む。

従って、分離モードの分離ユニット１では、固体粒子が、フィルタ１１外の粒径または比重の大きい固体粒子と、フィルタ１１内の粒径または比重の小さい固体粒子とに分離される。また本実施例では、フィルタ１１が、上下方向にのびるスリットＳを有するウェッジワイヤストレーナであることにより、慣性ろ過の原理によって、より多くの固体粒子がスリットＳを飛び越えるのでフィルタ１１の目詰まりが生じにくい。但し、長時間運転を続けると、いずれはフィルタ１１のスリット部に固体粒子が吸着し、分離効率が低下していく傾向がある。

フィルタ１１を通過しなかったハウジング１０内の流体、即ち、粒径または比重の大きい固体粒子が濃縮された流体は、濃縮流体として、ハウジング１０内を旋回しながらその下方へと流れる。そして、濃縮流体は、第２排出路１５を通り、第２排出路１５の排出開口としての分離用開口７０から第２排出室４へと排出される。分離モードの各分離ユニット１から排出された濃縮流体は、第２排出室４で合流し、第２外部排出路４０を通って外部へ排出される。

一方、フィルタ１１を通過した流体、即ち、粒径の小さい固体粒子を含む流体は、ろ過流体として、第１排出路１４を通って第１排出室３へ排出される。各分離モードの分離ユニット１から排出されたろ過流体は、第１排出室３で合流し、第１外部排出路３０を通って外部へ排出される。

ここで、逆洗モードの分離ユニット１が存在するときには、第２排出室３のろ過流体の一部は、逆洗モードの分離ユニット１の第１排出路１４を逆流して、そのフィルタ１１内へ供給される。それから、このろ過流体は、フィルタ１１を内側から外側へと通過する。それによって、フィルタ１１が逆洗浄される。即ち、フィルタ１１のスリット部に吸着した固体粒子が除去される。フィルタ１１を逆洗浄した流体は、第２排出路１５を通って第２排出室４へ流れ出て、濃縮流体とともに第２外部排出路４０を通って外部へ排出される。

以上のように、本発明に係る分離装置では、逆洗モードの分離ユニット１のフィルタ１１が、分離モードの分離ユニット１から排出されたろ過流体によって逆洗浄されるようになっている。なお、逆洗モードの分離ユニット１は、その第２排出路１５の排出開口が、分離用開口７０より大きな逆洗用開口７１に切り替わっているので、フィルタ１１を逆洗浄した流体が短時間で排出される。従って、フィルタ１１を効果的に逆洗浄できるようになっている。

逆洗モードの分離ユニット１のフィルタ１１が、分離モードの分離ユニット１のろ過流体によって逆洗状されるので、逆洗浄用の流体を予め準備しておく必要はない。従って、特許文献１のような逆洗浄用の流体を貯留するタンクや、これを供給するコンプレッサーや逆止弁や自動弁が不要となるので、逆洗機構の大幅なコンパクト化が可能である。

上記の通り、回転制御部５２によって、逆洗モードの分離ユニット１が順次切り替わり、各分離モードのフィルタ１１が順番に逆洗浄されるので、常時、目詰まりのしていないフィルタ１１によって固体粒子を分離できる。即ち、分離装置の連続運転可能となっている。

固体粒子を含む流体は、液体でも気体でもどちらでもよい。即ち、分離装置は、湿式サイクロンでもよいし、乾式サイクロンでもよい。上記実施例では、本発明の分離装置を、分級装置として使用する例を説明したが、固液分離あるいは固気分離のためのろ過装置として使用することも当然可能である。また、実施例では、フィルタ１１は、ウェッジワイヤストレーナであったが他のフィルタでも当然よく、分離装置を分級装置またはろ過装置として使用するか等、その用途、目的によって適切に選択されるものである。

１ 分離ユニット
１０ ハウジング
１１ 分離用フィルタ
１２ ウェッジワイヤ
１３ 供給路
１４ 第１排出路
１５ 第２排出路
２ 供給室
２０ 外部供給路
３ 第１排出室
３０ 第１外部排出路
４ 第２排出室
４０ 第２外部排出路
５ 切替機構
５０ 駆動軸
５１ モータ（駆動源）
５２ 回転制御部
５２ａ 検出部材
５２ｂ 検出センサ
５３ スプリング
５４ スプリング
６ 上切替弁板
６０ 連通開口
７ 下切替弁板
７０ 分離用開口
７１ 逆洗用開口
Ｓ スリット

Claims (5)

1. 供給室と、第１排出室と、複数のサイクロン式の分離ユニットと、を備え、
   前記分離ユニットは、それぞれ、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられて上下方向にのびる筒状のフィルタと、
   固体粒子を含む流体を前記ハウジングと前記フィルタとの間で旋回するように前記供給室から前記ハウジングへ供給するために前記供給室と前記ハウジングの上部とに接続された供給路と、
   前記フィルタを通過した前記フィルタ内の前記流体を前記第１排出室へ排出するために前記フィルタと前記第１排出室とに接続された第１排出路と、
   前記フィルタを通過しなかった前記ハウジング内の前記流体を排出するために前記ハウジングの下部に接続された第２排出路と、を備える、
   前記固体粒子を分離するための分離装置であって、
   前記分離ユニットを、その前記ハウジングが前記供給室と連通する分離モードと、その前記ハウジングと前記供給室との連通が遮断された逆洗モードとの間で切り替える切替機構、を備え、
   前記分離モードの前記分離ユニットから前記第１排出室へ排出された流体は、前記逆洗モードの前記分離ユニットの前記フィルタ内へ供給され当該フィルタを内側から外側へ通過して逆洗浄する、
   ことを特徴とする分離装置。
2. 前記切替機構は、前記分離ユニットを前記分離モードと前記逆洗モードとの間で切り替える際に、前記分離ユニットの前記第２排出路の排出開口の大きさを切り替えるものであり、前記逆洗モードの前記分離ユニットの前記排出開口を前記分離モードの前記分離ユニットの前記排出開口よりも大きくする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
3. 前記各分離ユニットの前記フィルタを通過しなかった前記ハウジング内の前記流体が排出される第２排出室をさらに備え、前記各分離ユニットの前記第２排出路は、前記第２排出室の上面に接続されており、
   前記切替機構は、
   上下方向にのびる駆動軸と、
   前記駆動軸を回転させる駆動源と、
   前記排出開口としての前記分離用開口と、前記分離用開口よりも大きい、前記排出開口としての前記逆洗用開口とを有し、前記第２排出室において前記駆動軸に連結されて前記駆動軸の回転によって前記第２排出室の上面を摺動しながら回転する下切替弁板と、を備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の分離装置。
4. 前記各分離ユニットの前記供給路は、前記供給室の下面に接続されており、
   前記切替機構は、
   上下方向にのびる駆動軸と、
   前記駆動軸を回転させる駆動源と、
   前記ハウジングと前記供給室とを連通させるための連通開口を有し、前記供給室において前記駆動軸に連結されて前記駆動軸の回転によって前記供給室の下面を摺動しながら回転する上切替弁板と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
5. 前記フィルタは、上下方向にのびる複数のウェッジワイヤが円周方向に間隔をあけて並べて配置され、隣接する前記ウェッジワイヤの間隔によって上下方向にのびるスリットが形成された円筒状のウェッジワイヤストレーナである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分離装置。

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