JP2529889B2 - 浮上液分離回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本装置は油と水域は有機溶剤と水などの如く、互に不
溶な二液間における浮上液を分離回収する装置におい
て、渦巻案内板の旋回渦流による向心力作用とインペラ
ーのポンプ作用との相互作用により、分離回収する装置
に関するものである。

そして本発明装置においては従来まで回収が困難であ
った高粘度の粘性浮上液でも効率よく回収できると共
に、渦巻案内板中央の円筒内に収集蓄積した貯溜液をイ
ンペラーが停止しても再び周辺に散逸することがないな
ど、極めて微量な薄膜浮上液でも一定量に達すまで貯溜
したり、或は又間欠稼仂をするなどを可能にしたもので
ある。したがってこれらの特性を有する本発明装置を海
洋や河川，沼湖或は工場や家庭排水などの油や有機溶剤
回収に利用した場合、自然や産業分野の環境公害防止装
置として極めて有効な手段となり得るものである。

〔従来の技術〕

定速回転する座標系には向心力（コリオリの力）とい
う慣性力が生じるが、渦流液体においても同様である。
そこでこれに加うるに液体の渦流方向に巻込む渦巻案内
板を配設することで向心力を一層助勢すると共に、この
案内板の下方に複数の羽根を上面に設けた円板からなる
インペラーを設け、渦巻案内板の巻込み方向に回転さ
せ、インペラーのポンプ作用をも併用し乍ら浮上液を分
離回収する方法をとつている。（例えば特公昭59−2080
7参照） 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の渦巻案内板とインペラーのみによる向心力利用
方式では浮上回収液が高粘度の場合、粘性抵抗のため渦
流速度が遅くなり向心力も著しく低下する傾向があっ
た。これを補正するにはコリオリの力が角速度の２乗に
比例するのでインペラーの回転速度を緩急調整すればよ
いが、或る速度以上になると逆にインペラーのポンプ作
用で遠心排水力の方が優勢になり、回収浮上液を逆に押
し戻すなどの不都合があった。

又従来は折角中央に収集蓄積してもインペラーが停止
する水面側から下方への吸引排水ポンプ作用もなくなる
ので、水中に厚く蓄積した貯溜液が再び浮上し、周辺に
散逸してしまう欠点があった。

本発明装置は上記の諸欠点を改善し、回収対象浮上液
の粘性範囲を広ろげると共に、一旦蓄積貯溜した液を再
度浮上散逸させぬ様に防止手段を講じ、 極微量な薄膜状の浮上回収液でも一定量に達するまで
間欠稼動させ乍ら、渦巻案内板中央部に収束して貯溜さ
せておくことも可能である。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

上記目的を達成するための次の二つの手段を講じてい
る。

先づ第一としてインペラーの高速回転時に起る渦巻案
内板流入口附近の浮上液逆流あるいは押し戻し現象の防
止策について述べる。

この対策としてインペラーの周りに円筒状のカバーを
設ける方法が考えられるが、インペラーの増速時に、円
筒の上端面からの流入液と円筒液の遠心上昇流とが干渉
を起こし流入を阻害してしまう。或はまた従来高知の羽
根車ポンプのようにインペラーの羽根の前面を小口径の
カバーで覆う方法があるが、インペラーの渦流が渦巻案
内板まで及ばず、向心力が生じないなどの欠点があっ
た。

これらを解決するためには次のような Ｉ）渦巻案内板に対して中心部の渦流は弱くてもよい
が、周辺部には向心力効果を上げるため強く働くような
渦流発生機構が望ましい。

II）インペラーを増速しても遠心上昇流を阻止し、上部
の渦巻案内板の方へ逆流させないような円筒カバーの創
設が必要。

などの対策が必要である。

これらを解決すれば高粘性液に対応す可く過流速度
（即ちインペラーの回転速度）を上げても浮上液の押し
戻し現象は生せず、安定した回収作業を行うことができ
る。

そこでこれらの要件を解決するため、まず前者の渦流
発生機構について、次のような手段を講じている。即ち
インペラーの羽根の高さを外周へ行くにつれ上向き渦巻
案内板に近づけるように高くする。或は図示されていな
いが半径方向に対する羽根のねじれ角なども適宜併用す
る。（なおインペラーが軸流式即ちプロペラ式の場合に
は実施例の項で説明する。） 次に後者の対策であるが、次の二つの手段で対応して
いる。

その第一はインペラーを囲む円筒カバーの上端面に内
側へ直角に張り出すフランジカバー（以下これを単に
「上端フランジ面」と呼称する）を設け、このフランズ
面に少なくともインペラー直径より小さな口径の流入口
を設ける。そして円筒カバーの円筒部はインペラー直径
より十分大きな直径の円筒でインペラー底部の深さまで
伸ばし、その下端は円筒部と同等以上の口径で開口し、
排出口を構成している。

第二の手段として、前記上端フランジ面とインペラー
外周部の羽根の上端面との隙間をできるだけ狭くしてお
く。こうすると円筒内の遠心上昇流が流入口側へ漏出し
ようとするのを、この隙間の遠心流で阻止することがで
き、逆流防止の有力な手段を構成している。こうして円
筒カバーの上端フランジ面の流入口から下端排出口へ、
流入と排出ポンプ機能が働くことになる。このように本
発明特有の仕様条件を有するインペラーと円筒カバーと
を組み合わせたことで渦流発生機能部にポンプ機能を複
合化せしめたものである。以上が課題を解決するために
不可欠な構成要件である。

この機能の複合化で、インペラー回転の選択幅が拡大
でき、高粘性液や高水域での急速回収も容易に対応で
き、回収機能も著しく向上せしめたものである。

斯如して円筒上面から吸引された水流はインペラーの
遠心ポンプ作用で周辺へ回送され円筒カバー下方の開口
部より排水されるため、渦巻案内板周辺の流入液とイン
ペラーのポンプ作用で排水される流れが互いに干渉する
ことなく、即ち浮上液の押し戻し現象が生ぜず効率よく
回収することができる。

次に第２の課題である渦巻案内板中央の蓄積溜液がイ
ンペラー停止時に周辺に散逸することを防止する件であ
るが、次の手段を講じている。

従来の装置における渦巻中心の円筒部材は渦巻案内板
の巻込端の半径で画かれる円筒状の部材（以下これを
「包絡円筒」または単に「円筒」と呼称する）で、渦巻
案内板と一体に構成されていた。これに対し本発明装置
ではこの円筒部材を案内部材から切り離し、回転を拘束
するも水面に対し浮沈できるよう上下可動に保持し、こ
れにアクチュエータを連結させておく。そしてこのアク
チュエータをインペラー駆動部と連動して制御するよう
にしてあるため、インペラーが回転すると円筒が下降し
て上縁が水面下に没し、停止すると浮上し渦巻案内板の
流路と円筒内側とがその都度連通と遮断の動作を行う。

インペラーの回転中は収集作業か行なわれるがインペ
ラーが停止中は円筒から外部への流路が遮断されるため
一旦内部へ収集蓄積した液を散逸防止することができ
る。

この発明方式は例えば間欠的に発生する稀薄な油膜の
回収に間欠稼仂する際極めて有効な手段である。

尚円筒の駆動手段としては（イ）インペラーのポンプ
作用による下方吸引力を利用する方法、（ロ）インペラ
ー回転軸に取付けた重錘式遠心力を利用する方法、それ
に（ハ）外部エネルギー（電気、空圧、油圧など）で駆
動されるアクチュエータを利用する方法などがある。こ
の中（イ）の方法は力が弱く実用性に乏しいので後述の
実施例では（ロ）と（ハ）について説明する。

〔実施例〕

先づインペラーの高速回転時における流入側浮上液の
逆流防止策についての実施例を図面によって説明する。

第１図は本発明装置の原理及び機能を示説明図で
（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図である。

先づ１は渦巻案内板、２はインペラー、３は前記二者
の間に同心に配置された円筒カバーである。

此処で上記３点の構成状況について説明する。

まず渦巻案内板１については、１枚以上の板状の部材
で装置外縁部から中心部へ渦巻状に（第１図では時計方
向であるが、その逆向きでもよい）構成され、下半分を
水没して水面に回転を拘束し、水平に保持されている。
そしてその中心部には、渦巻案内板の巻き込み端の半径
で一体に構成される包絡円筒を形成している。

尚この包絡円筒は本発明方式固有のもので、過流の向
心力と過巻案内板の誘導作用（コリオリ力の分力）とで
収集された回収対象液を蓄積貯他留するためのものであ
る。したがって包絡円筒の上端面は収集を阻害しないよ
う適宜水面下に設定しておき、下端面は渦巻案内板の巻
込端の下端面より深く構成しておく。

次にインペラー２であるが、これは本発明の収集方式
の原理（渦流による向心力とコリオリ力の利用）から、
回転することにより渦流創成機能を有しているが、この
他に本発明ではもう一つ新しい機能、即ち本発明特有の
仕様条件で構成された円筒カバー３と組み合わされて、
ポンプ機能を付与された新しい複合機能部を構成してい
る。

尚この新しいポンプ機能を付与するために、インペラ
ー２も本発明の特殊仕様条件で構成している。即ちイン
ペラーの羽根を外周へ行くにつれ上向きに高く（その他
図示していないが羽根の半径方向に対するねじ角も適宜
併用）する様に構成しておく。

さて一方円筒カバー３は、インペラー２の直径より十
分大きな内径の円筒部材で囲み、上端にフランジ面を一
体に構成し、その上端フランジ面に少なくともインペラ
ー２の直径より小さな口径（実用上10％以上小さいこと
が望ましい）の流入口を同心に設け、また円筒部の下方
はインペラー２の底面の位置まで伸ばし、下端面は円筒
部と同等以上の口径で開口し、排出口を形成している。
そして上端フランジ面を渦巻案内板１の直下に配置して
おく。（なお図面では少し離れて図示されているが接す
るように配置してもよい。） またインペラー２については羽根の外周上端面と円筒
ガバー３の上端フランジ面（内面）との隙間ををできる
だけ狭く配置しておく。ただしインペラーの回転に支障
のないよう適度の間隔を開けておくことは勿論である。
以上のような本発明特有の条件で配置構成されることに
より、インペラーの遠心力で円筒内を流入口へ向かって
逆流しようとする旋回上昇流を、インペラーの羽根上端
面と円筒カバー上端フランジ内面との隙間に生じる遠心
流で防止することができる。

以上が本発明の渦巻案内板１とインペラー２及び円筒
カバー３の基本構成部材についての配置関係の説明であ
る。

尚此処で前記３部材について補足説明しておく。

まず渦巻案内板１については、案内板部材の渦巻角度
は１週（360゜）以内でよく、複数の案内板では包絡円
筒に外接する円弧状または特殊な場合として直線状に構
成してもよい。

次にインペラー２についてであるが、本実施例ではイ
ンペラーが羽根車式の場合について述べたが、軸流式の
プロペラの場合について補足しておく。

一般に第１図（ロ）のように上方から下方へ送流する
時、プロペラは翼の膨らみ面（背面）を上方（吸入側）
に向け、且つ翼の前縁部を回転方向に対して斜め上方に
傾け（ねじ）られている。このような場合、送出側（プ
ロペラの下側）には渦は生じるが、流入側（プロペラの
上側）には渦は殆ど生じない。従って渦巻案内板側にも
渦流は生じない。しかもプロペラの回転を速めると送水
量が増し、混流分散状態となり、中心円筒部へ収集蓄積
は殆ど行われず、従ってこのような形状のプロペラは向
心力方式には不向きである。

しかし翼の膨らみ面を下向きにするか、翼の前縁部を
大きく上方に（外周部はほぼ垂直に近く）ひねった特殊
形状のプロペラの場合は、低速回転でも流入側に渦を生
じるので向心力回収が可能である。但しこの場合も先に
説明したと同様に、本発明特有の仕様条件である円筒カ
バーとの相互配置関係は成り立つ。従って円筒カバー上
端フランジ面とプロペラ翼上端面との隙間を狭くしなけ
ればならないことは勿論である。

最後に円筒カバー３について補足すると、本実施例で
の円筒カバーは円筒部の形状が扁平な円筒体であるが、
この円筒部の形状は円筒の他三角や四角筒など多角筒で
も良い。またこの筒状部と上端フランジ部が接合する角
部は、流体抵抗を軽減するため、傾斜や丸みを帯びた形
状にしてもよい。

以上が本発明の基本構成部材に関する補足説明の概要
である。

そして０は回収す可き浮上液、４は回収用吸引ホー
ス、５はインペラー回転軸である。

尚渦巻案内板１は一条以上の複数部材から成り第１図
では二条で構成された場合を示す。

又本図では本装置の機能説明を容易にするため、本体
フレームやインペラー駆動部及び渦巻案内板１と円筒カ
バー３の保持部材は図示を省略している。

図において回転軸５でインペラー２を渦巻案内板１の
巻込方向（矢印方向）に回転すると水中に過流が生じ浮
上液０も旋回を始める。そしてこの過流の向心力と渦巻
案内板１の向心流とにより次第に中心部に誘導される。
一方インペラー側では遠心ポンプ作用により円筒カバー
３の上端面開口部から浮上液０の下側の液がインペラー
側に引寄せられ、半径方向に回送されて円筒カバー３に
達し図（ロ）の矢印の如く下方に排出される。

斯如くして浮上液０は旋回し乍ら渦巻中心部に誘導さ
れると同時に、その過程で下層の液体と除々に分離 濃
縮され、中央円筒部に収集蓄積される。そして十分貯溜
された後、回収ホース４で吸引回収する仕組になってい
る。

以上のような原理・機能を有する本発明装置は次によ
うな特徴がある。

即ち渦巻案内板周辺からの流入液とインペラーのポン
プ作用による排水液とが円筒カバー３によって前者は水
平方向に、後者は下向き方向にそれぞれ向きを異にする
ため互いに干渉することがない。

故に流動抵抗の高い高粘性浮上液の渦流速度を速めて
も従来のようにインペラーの排水流が流入側へ逆送され
て浮上液が押し戻されるなどの不都合が解消される。

以上な訳で本発明装置によれば浮上回収液の粘性範囲
を従来より広ろげることができ、しかもインペラー２の
回転を制御するだけで効率よく分離回収することができ
る。

次に渦紙案内板中心部に蓄積した貯溜液のインペラー
停止時における散逸防止策について実施例を説明する。

先づ第２図は重錘式遠心力方式の要部縦断面図で、第
３図は今一つの直進シリンダ一方式のフロート付の縦断
面図を示す。

いづれも基本的構成部材１〜５は第１図で説明した場
合と全く共通なので平面図を省略し、それぞれ縦断面図
のみを示す。

尚第２図は説明上最少限の構成部材を図示し、本体上
部フレームの一部分以外は円筒カバーや吸引ホースも省
略している。

さて第２図において渦巻案内板１の中央部にある円筒
６を案内部材から分離独立せしめ、この円筒６の上縁部
に複数のスライドバー12を重力バランスをとる様均等に
取付け、本体の上部フレーム19にこれ等と嵌合するスリ
ーブ13を図示の如く配置し取付けてある。尚このスリー
ブにリニアベアリングを用いることは有効な手段であ
る。

以上の如くして円筒６は回転を拘束されるも水面に対
し上下方向に摺動し得るよう保持されている。一方円筒
６の下方には遠心式力バナーと同様のアクチュエータ7,
7′,8,9,10を組込んでいる。

即ち回転軸５に上下摺動自在に嵌合する摺動環10に等
配分してピンで屈折自在に係合する複数のリンクアーム
７を配置し、その先端に錘り８をそれぞれ取付け、又補
助リンクアーム７′をリンクアーム７の中間からインペ
ラー２のボスにピンで係合せしめ、インペラーと共に回
転せしめると共にリンクアーム7,7′の屈伸動作で摺動
環10を上下に摺動するように構成されている。そしてこ
の摺動環とインペラーボスとの間に圧縮バネ９が装着さ
れている。又摺動環10の上部外周にはミゾが設けられ、
円筒６の底部から伸びる棒状のリム11を複数個周遊自在
に遊合し、摺動環10の上下動には追従するも回転は拘束
しないようになっている。

以上のように構成された遠心力式アクチュエータにお
いて第２図について回転軸５の右半分にインペラー回転
時の状態を示し、左半分に停止時の状態を示す。

今図の右半分において原動機20でインペラーの回転軸
５を回転すると、アクチュエータ７〜10も共に回転し、
錘り８の遠心力でリンクアーム７、７′が半径方向に開
きバネ９に抗して摺動環10を引き下げ、従ってリム11を
介して円筒６も水中に引き下げられる。このようにして
渦巻案内板１から円筒６への流路が開通するため収積作
業が支障なく行なわれる。

尚本装置に使用される原動機20は電動モータや空圧又
は油圧式モータ等でよく、歯車減速機と併用した方が望
ましい。

次に図面の左半分のインペラー停止時について説明す
る。このときは錘り８に遠心力が仂かないため、前記回
転時と逆にバネ９で摺動環10が押し上げられ、従って円
筒６も上昇して上端が水面に浮上し、渦巻案内板１への
流路が円筒６の側壁で遮断され、円筒６内の貯溜液は散
逸を防止される。

以上が重錘式遠心力利用のアクチュエータ方式が概要
である。

次に今一つの直進シリンダーによるアクチュエータ方
式の実施例を第３図について説明する。

この方式の第２図と異る点は、円筒のスライドバー12
の上端がシリンダ14と直結していることである。その他
の本装置の基本的な要素の各種部材１〜５及び第２図に
説明した貯溜円筒６とそれのスライド機構部材12、13の
仕様及び機能は全て共通なので説明を省略する。

尚第３図の実施例では本体フレームにフロート16を取
付け、水位の変動に追従し得る様構成されている。その
ため本体フレームに上部フレーム19と下部フレーム19′
とを設け、両者を複数の支柱15で連結し、これに貫通穴
を有するフロート16を（浮上姿勢を安定させるため）３
個以上の適正な数だけ取付けておくものとする。

尚浮上手段としては図示以外の形状や他の手段の例え
ば双胴船などを用いてもよい。又フロート部材は中空体
や独立気泡の発泡体でもよい。

又回転軸下端の17はベアリングブシュ、18は渦巻案内
板１や円筒カバー３の保持部材である。

尚シリンダ14は円筒状のアクチュエータで電磁ソレノ
ドや、空圧又は油圧シリンダ等で構成され、インペラー
駆動部20と連動して制御されるようになっている。即ち
インペラー２の回転と同時にシリンダ14が作動しスライ
ドバー12が下降して円筒６を中水へ沈める。逆にインペ
ラーが停止するとシリンダも消勢し、スライドバーが後
退して円筒を浮上させる。この様にして円筒６を浮沈さ
せることで渦巻案内板１側への流路に「開通」と「遮
断」の切換機能を付与し、その作用効果は第２図で説明
したときと全く同様である。

第３図は回転軸５を中心として右半分にインペラーの
回転時の状態を示し、左側半分に停止時の状態を示す。
尚本実施例の様にフロート式の場合はインペラーによる
自転防止のため、繋留索を設けるなどは勿論である。

〔発明の効果〕

以上各種の実施例について説明した様に、本発明装置
によれば油と水、或は有機溶剤と水等の如く、二液が互
に不溶な液体についての浮上液を分離回収する装置にお
いて、高粘性浮上液についても効率よく回収でき、又一
旦収集蓄積した回収液をインペラーが停止しても貯溜円
筒から外部へ再び散逸することがない。したがって極め
て微量な薄膜状の浮上液等を回収する際でも吸引可能な
量に達するまで貯溜したり、或は又浮上液検出装置と連
動して間欠稼働が可能など、今日の社会問題である自然
環境や多様化する産業分野の公害汚染防止対策に対し有
効な手段になる得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の原理及び機能を示す説明図で
（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図、第２図及び第３図
は収積貯溜液の散逸防止策の実施例を示すもので、第２
図は重錘式遠心力を利用したアクチュエータによる方式
の動作説明用縦断面図、第３図は直進シリンダー方式の
フロート付装置における縦断面図である。 １……渦巻案内板、２……インペラー、３……円筒カバ
ー、４……吸引ホース、５……回転軸、６……円筒、7,
7′……リンクアーム、８……錘り、９……バネ、10…
…摺動環、11……リム、12……スライドバー、13……ス
リーブ、14……シリンダ、15……支柱、16……フロー
ト、17……ベアリングブシュ、18……保持部材、19、1
9′……フレーム、20……原動機。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１条以上の渦巻案内板を水面に回転を拘束
   して水平に保持し、この案内板の下半部を水面下に没せ
   しめ、その中央の円筒部は上端を水面下に適宜設定し、
   下端は案内板部材より深く構成し、この円筒内に回収用
   吸引管を設け、また渦巻案内板の下方には案内板の巻き
   込み方向と同方向に回転するインペラーと、その周りを
   囲む円筒カバーとを同心に配置した装置において、イン
   ペラーの羽根の高さを外周へ行くにつれ上向きに高く伸
   ばし、一方円筒カバーの上端フランジ面には少なくとも
   インペラー直径より小さな口径の注入口を同心に設け、
   円筒カバーの下端はインペラー直径より十分大きな口径
   でインペラー底面の深さまで伸ばして開口し、且つイン
   ペラー外周羽根の上端面と円筒カバーの上端フラン面と
   の隙間を狭く構成したことを特徴とする浮上液分離回収
   装置。
2. 【請求項２】渦巻案内板中央に案内板部材から遊離した
   円筒を、回転は拘束するも上下動可能に保持し、これを
   上下方向に駆動するアクチュエータと連結し、インペラ
   ーの回転時には円筒の上端が水面より没し、停止時には
   浮上するようインペラー駆動部と連動して制御すること
   を特徴とする請求項１記載の浮上液分離回収装置。