JP2933388B2 - 遠心揺動装置の脈動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、遠心力を利用して材料の重質分と軽質分と
の分離を促進する揺動装置に関するものである。

背景技術 本発明は、遠心揺動装置の流体（液体又は気体）を脈
動させる装置の改良に関するものである。かかる遠心液
体揺動装置の１つの特別な形式は、1981年７月21日に付
与された米国特許第4,279,741号に開示されている。該
遠心揺動装置の全体的な利点及び機能上の特徴は、上記
米国特許から容易に確認することが出来る。かかる揺動
装置の適用分野に応じて、その作用により分離される重
質分又は軽質分の比率は、最終製品として望ましい値と
なる。

上記米国特許の第５図に示した遠心揺動装置の形態の
場合、揺動装置の作用中、回転するスクリーンは、液体
を満たした状態に維持される外部の回転ハッチと関係す
る。高速回転するロータの同様の穴74と周期的に整合す
る穴64が設けられた静止型ヘッド62の形態の回転供給弁
により、流体の脈動は、流体が満たされたハッチの内部
スペースに伝達される。これら穴64、71が相互に整合し
ていない場合、ヘッド62内での水の流動は略停止され
る。該特許の開示は、ヘッド及びロータの相補的な壁面
は、通常、略入り子式に嵌まり、このためハッチ内への
浸出は極めて少ないと述べている。しかし、シャフトの
位置を調節することにより、一定の浸出を実現し、揺動
装置の底部で必要とされる正圧脈動に加えて、連続的な
正圧をハッチ内の流体に付与することが出来る。

本発明は、急激な衝撃波又は圧力パルスを発生させ、
それを回転するハッチ流体に付与することにより、揺動
装置のパルスを一層良く画成するために開発されたもの
である。これは、流入するパルス流体の流れを著しく妨
害することなく、ロータの回転中、連続的に流動する加
圧流体をハッチの内部スペースに周期的に導入すること
により実現される。該流体は、ハッチの内部スペース又
は囲繞するシュラウド若しくは周囲体の内部スペースの
何れかに選択的に導入される。本発明の装置は、ハッチ
の内部スペースに周期的に導入される流入流体の動きを
妨害することなく、連続的に流動する加圧流体に含まれ
る運動エネルギを効率的に利用するものである。

発明の開示 本発明による遠心揺動装置は、固定の基準軸線を中心
として回転可能に支持されたロータを備えている。該ロ
ータは、有孔スクリーンと、囲繞する中空ハッチとを備
えている。該スクリーンは、基準軸線を中心として中心
決めした同軸状の内面及び外面を備えている。該ハッチ
は、揺動装置の作用中、通常、液体が満たされている内
部スペースを備えている。該ハッチの前方スペースは、
該スクリーンから一連の外周ハッチ出口まで半径方向外
方に伸長している。

又、該揺動装置は、スラリーをスクリーンの内面に向
ける供給手段を備えている。シュラウドがロータを内部
スペース内に包み込み、開放した入口をその出口と連通
状態にする。パルスブロックの入口は、ロータの軸線を
中心として中心決めした第２の円弧状経路に沿って配置
され、囲繞する連続壁の形態をしている。該パルスブロ
ックの入口は、流体ノズルの出口の周期的に重なり合
い、ロータの回転中、これらを相互に開放連通状態にす
る。ロータの回転中、流体ノズルの出口に重なり合うパ
ルスブロックの入口の周囲を囲繞する連続壁は、流体ノ
ズルの出口面積よりも著しく小さい面積を有する。この
ようにして、流体ノズルに供給され、連続的に流動する
加圧流体は、パルスブロックの入口を介してハッチの内
部スペース、又はシュラウドの内部スペースの何れかに
選択的に導入される。その結果、ロータがロータ軸線を
中心として回転するとき、流体の流れは流体ノズルの出
口を通って完全に遮断されることなく、周期的な流体パ
ルスがハッチの内部スペースに導入される。

図面の簡単な説明 本発明の好適な実施例は添付図面に示してあり、この
添付図面において、 第１図は、本発明の一実施例の線図、 第２図は、該実施例の縦半分の断面図、 第３図は、第２図の線３−３に沿った断面平面図、 第４図は、第２図の線４−４に沿った部分断面図、 第５図は、第２図の線５−５に沿った部分断面図、 第６図は、第２図の線６−６に沿った部分平面図であ
る。

発明を実施するための最適な形態 本開示は、パルス流体媒体を利用し、流入する流体ス
ラリーの中の重質分と軽質分とを分離させるあらゆる遠
心揺動装置に関するものである。パルス流体媒体及びス
ラリーは、分離すべき材料いかんにより、液体又は気体
の何れかとすることが出来る。

第１図を参照すると、遠心揺動装置は、基準軸線Ｙ−
Ｙを中心として回転し得るように可動に取り付けられた
揺動装置ロータを備えている。該揺動装置ロータは、有
孔スクリーン16と、囲繞する中空流体ハッチ40とを備え
ている。該ロータは、外部から駆動され、Ｙ−Ｙ軸線を
中心として高速回転する。かかる駆動力は、外部の任意
の動力駆動装置（図示せず）により供給することが出来
る。

ロータのスクリーン16は、基準軸線Ｙ−Ｙを中心とし
て中心決めした同軸状の内面及び外面を備えている。図
示した実施例において、該スクリーン16は、円筒状であ
る。しかし、所望であれば、該スクリーンは平面断面を
多角形とし、又は縦平面からみてテーパー付き又は円錐
形とすることが出来る。

該ハッチ40は、揺動装置の作用中、通常、流体が満た
されている内部スペース41を備えている。該ハッチ40の
内部スペース41は、スクリーン16から一連の外周ハッチ
オリフィス又は出口（以下に説明）まで半径方向外方に
伸長する。該ハッチは、流入するスラリーの量及び揺動
装置ロータに供給されるパルス流体の量とハッチの出口
から排出される流体の量とを均衡させることにより、満
杯状態に維持される。

流入するスラリーをスクリーン16の内面に向ける供給
手段が、回転可能な供給シャフト10として示してある。
該供給手段の下端は、直立の加速装置フィン13により円
形のスラリー供給ディスク12を支持する環状の基板11に
取り付けられる。図示するように、供給シャフト10は、
介在させた軸受15により囲繞する管状軸受ハウジング14
内で回転可能に支持される。

供給シャフト10を通じて供給されるスラリーは、水平
型の回転ディスク12上に落下し、加速装置フィン13の間
で環状反らせ板リング42まで半径方向外方に跳ね飛ばさ
れる。次に、流入するスラリーは、回転するスクリーン
16の内面に垂直下方に流動し、ここで、ハッチ40の内部
スペース41内の流体によりスクリーン16の外面から半径
方向内方に向けられた周期的な流体パルスに露呈され
る。

遠心力により揺動装置スクリーンの内面に保持された
スラリーは、等間隔に離間して配置した一連の流体供給
ノズル、及びハッチの内部に達する相補的な一連のパル
スブロックが相互作用することで形成された流体パルス
により、周期的に「揺動」する。パルスブロックは相互
に離間されており、ノズル出口がパルスブロックと整合
していない場合、流体がそのノズル出口から自由に供給
されるようにする。パルスブロックを囲繞する壁面領域
の面積は、ノズル出口の面積より著しく小さく、装置の
回転中、ノズル出口が著しく妨害されることはない。連
続的に流動する加圧流体は、装置を包み込む囲繞シュラ
ウド内に、又はハッチ内に選択的に導入される。その結
果、ハッチ内部には、極めて急激な流体パレスが発生
し、スラリーは高速回転するスクリーン上で相当な遠心
力を受けるため、該スラリー成分の揺動が促進される。

静止型シュラウド34は、ロータを包み込む内部スペー
スを備えている。シュラウド34は、遠心揺動装置内に設
けられる回転装置に対する簡単な連続壁のハウジングと
する。該シュラウドは、横方向に傾斜した底部壁43を備
え、該底部壁43に沿って、各種の流体成分が重力により
動き、仕切り部分35、36、37間でシュラウド34内に配置
された別々の排出口44、45、46から出る。遠心揺動装置
により分離され、それぞれの出口44、46を通じて排出さ
れる成分の性質は、現在の遠心揺動装置の技術の当業者
にとって自明のことであろう。

揺動するパルスをハッチ40内に保持された流体に効果
的に伝達するため、ロータの回転中、流体の流れを完全
に妨害することなく、連続的に流動する加圧流体を内部
スペース41内に周期的に導入する装置が設けられる。こ
の連続的に流動する加圧流体は、囲繞シュラウド34内、
又はハッチ40の内部スペース41内に選択的に導入され
る。このようにして、連続的に流動する流入流体の動的
特性は、ハッチ流体が脈動しているかどうかに関係な
く、略一定に維持される。

該脈動装置は、出口23（第１図）として図示した少な
くとも１つの流体ノズルを備えている。該流体ノズル
は、ポンプ48及び供給導管50を介して、図示した連続的
に流動する加圧流体源に連通し得るようにしてある。ポ
ンプ48は、利用可能な任意の流体供給リザーバ又はタン
ク（図示せず）に接続し、脈動装置に対する流体の補充
を行うことが出来る。

ポンプ48は、又、第１図に、シュラウド出口44から伸
長する戻り導管51に相互接続した状態で示してあり、迂
回された流体は、該戻り導管51を通って循環する。

流体ノズルの出口23は、シュラウド34内の内部スペー
ス内に位置決めされている。これら出口は、基準軸線Ｙ
−Ｙを中心として中心決めした第１の円弧状通路内に配
置される。

個々のパルスブロック25はロータに取り付けられ、該
ロータと共に、軸線Ｙ−Ｙを中心として高速回転する。
パルスブロック25の各々は又、ハッチ40の内部スペース
41に連通する開放出口30を備えている。又、パルスブロ
ック25は各々は、それぞれの出口30と連通する開放入口
27を備えている。これらは基準軸線Ｙ−Ｙ中心として中
心決めした第２の円弧状経路に沿って配置され、ロータ
の回転中、流体ノズルの出口23に周期的に重なり合う。

作動時、ノズル出口23に供給された連続的に流動する
加圧流体はパルスブロック25を介してハッチの内部スペ
ース41に又はシュラウド34内の内部スペースの何れかに
選択的に導入することが出来る。ノズル出口23及びパル
スブロックの入口27を囲繞する壁領域の物理的寸法は、
ロータが基準軸線Ｙ−Ｙを中心として高速回転すると
き、これら囲繞する壁領域がノズルの出口23を通る流体
流を完全に妨害することなく、パルスがハッチ40の内部
スペース41に伝達されるような値とする。又、流入する
加圧流体は、ハッチ40の内部スペース41内に単に浸出す
るだけでないようにしてある点も注目される。該流体
は、パルスリング出口23がパルスブロックの入口27と整
合しているか否かにより、その流動を妨害することな
く、流体の全速度にてシュラウド34の内部に自由に迂回
され、又はハッチ40の内部スペース41内に導入される。

パルスブロックの入口27は、スクリーン16の半径に等
しく又はこれを上廻る半径方向距離にて基準軸線Ｙ−Ｙ
に対して位置決めする。このように、パルスブロックの
入口27における流体境界面は、ロータの回転中、周囲の
大気圧に対して正圧に維持され、これにより、揺動装置
の作用中、ハッチ及びパルスブロック25の内部は、常
時、流体で満たされている。

連続的に流動する加圧流体の運動力学的作用力が、僅
かに加圧されかつ比較的、静圧状態にあるハッチ流体に
加えられたとき、形成されるパルスは、流入する流体流
が急激に減速されるため、極めて急激な衝撃波となる。
これは、弁を急激に閉じたときに生じる「ウォータハン
マー」と比較することが出来る。この形成された衝撃波
は、流体が満たされたハッチ40の全体に伝達され、これ
により、スクリーン16内の揺動される材料は分離目的の
ため、急激な流体パルスに露呈される。この急激な流体
パルスは、分離工程を促進するために利用される大きい
遠心荷重の下、スクリーン16における材料の揺動及び分
離を促進させることが判ってきている。

第２図乃至第６図の詳細図には、第１図に関して説明
した装置の更なる特徴が示してある。スクリーン16の下
端は、環状ハッチの基板17により支持される。上方及び
下方ハッチ壁18、19は、回転する基板11と平行なハッチ
基板17との間で対向状態に固定される。これら壁は、ボ
ルト51により、環状フランジ20に接合される（第６
図）。

ハッチ壁18、19は、フランジ20により提供される対向
環状面に向けて半径方向及び軸方向に収斂する環状内壁
面52を備えている。フランジ20の対向環状面は、フラン
ジ20の円形外端縁を横断してハッチ出口を画成する等角
度で離間させたウェジ53により相互に軸方向に離間され
ている。これらウェジ53の各々は、フランジ20の円形外
端縁に向けて収斂するフランジ20の対向環状面の間を伸
長する直立の側面54を備えている。ハッチ出口は、第６
図に示すように、フランジ20の円形外端縁で隣接するウ
ェジ53の側面54間のスペースにより画成される。

又、各ウェジ53の側面54は、フランジ20の円形内端縁
で相互方向に収斂し、これにより、固体材料がその受け
る遠心力により集まる可能性のあるハッチ40のオリフィ
スを横断する同心状の円形端縁が存在しなくなる。ハッ
チの軸方向に収斂する内壁52、及びフランジ20間に介在
させたウェジ53により、ハッチ40の内部スペース41内の
全ての固体粒子は、ハッチ出口を通り、仕切り35、36に
より画成されたシュラウドの受け入れスペース内に流動
し、回転するスクリーン16の底端縁から落下する固体粒
子から確実に分離される。

パルスリング21の詳細は、第２図乃至第４図から最も
良く理解することが出来る。該環状パルスリング21は、
円形の取り付け板31で覆われた静止型流体リザーバ又は
マニホルド32から垂下する。該環状パルスリング21に
は、等角度で離間した直角穴22が形成されており、これ
ら直角穴22はパルスリングの出口23及びリザーバ32及び
リバーザ32内の流体に開放連通している。

各パルスリングの出口23は、該パルスリング21の円筒
状外周壁24に形成されている。壁24の囲繞面は、流体ノ
ズルの出口23の間を伸長する連続的でかつ無孔（soli
d）の円筒状壁面である。これら壁面は、パルスブロッ
クの入口27に重なり合い、該入口27が流体ノズル出口23
と整合しないときは、加圧流体がハッチ40内部から外方
に排出されるのを阻止する。

パルスブロック25は第３図及び第５図から最も良く理
解することが出来る。その入口27は、回転する基板11上
に位置決めされ、ノズル出口23に重なり合う。パルスブ
ロックの入口27を画成する囲繞壁面28は、各ノズル出口
23の面積より著しく小さい面積を有する。このため、囲
繞壁面28が次々と各流体ノズルを通過する際に、該囲繞
壁面28が出口23を通る流体流を著しく妨害することはな
い。

ノズル出口23の断面形状は円形であることが望ましい
（第４図）。パルスブロックの入口27の断面形状は、細
長であることが望ましい。第５図において、出口30は、
整合状態に配置すべきノズル出口23の径に略等しい最高
高さ位置からテーパーが付けられた水滴型の形状をして
いる。入口27の最初の幅広部分により、ハッチ40内には
急激に増大する圧力パルスが生じ、パルスブロックの入
口27がノズル出口23を連続的に通過するにつれて、この
パルスの強さは、徐々に低下する。

ノズル出口23及びパルスブロックの入口27は等しい数
で示してある。しかし、ノズル出口23の数は、パルスブ
ロックの入口27の数の整数倍とし、全てのパルスブロッ
クには、流動する加圧流体が同時に供給されるようにす
ることが出来る。パルスブロック25の数、及びその入口
27、出口30の寸法により、ハッチ40の内部スペース41に
供給される脈動流体の量を制御し、スラリーが揺動装置
を通って流動する間、ハッチ40内を及びスクリーン16に
沿って流動する流体の適正な体積を維持することが可能
である。

第１図のパルスリング21は静止型であり、パルスブロ
ック25は支持ロータと連動して回転するため、この実施
例により発生されるパルスは、軸線Ｙ−Ｙを中心とする
ロータの角速度の直接的な関係となる。パルス振動数を
変調させることが必要な場合、パルスリング21は、軸線
Ｙ−Ｙを中心として独立的に回転させることが出来る。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遠心揺動装置にして、基準軸線（Ｙ−Ｙ）
   を中心として回転し得るように可動に取り付けられたロ
   ータであって、前記ロータが、有孔スクリーン（16）
   と、囲繞する中空ハッチ（40）とを備え、前記スクリー
   ン（16）は前記基準軸線（Ｙ−Ｙ）を中心として中心決
   めした同軸状の内面及び外面を備え、前記ハッチ（40）
   は前記揺動装置の作用中、通常、流体で満たされた内部
   スペース（41）を有し、前記中空ハッチ（40）の前記内
   部スペース（41）が、前記スクリーン（16）から一連の
   外周ハッチ出口まで半径方向外方に伸長した、前記ロー
   タと、流入するスラリーを前記スクリーンの内面に向け
   る供給手段（10）と、前記ロータを包み込む内部スペー
   スを有する静止型シュラウド（34）と、少なくとも１つ
   の流体ノズル（23）であって、連続的に流動する加圧流
   体源（48、50）に連通し得るようにされると共に、前記
   基準軸線を中心として中心決めした第１の円弧状経路内
   に配置された囲繞する無孔壁により画成される開放出口
   を備え、前記流体ノズルの出口が前記シュラウドの内部
   スペース内に配置される前記流体ノズル（23）と、を有
   する遠心揺動装置において、 前記ロータに取り付けられた少なくとも１つのパルスブ
   ロック（25）であって、前記ハッチ（40）の内部スペー
   ス（41）に開放連通する出口（30）を有し、更に、その
   出口（30）に連通する開放入口（27）を有するパルスブ
   ロック（25）を備え、前記パルスブロックの入口（27）
   が、基準軸線を中心として中心決めされた第２の円弧状
   経路に沿って配置された囲繞無孔壁により画成される一
   方、前記ロータの回転中、前記流体ノズルの出口に周期
   的に重なり合い、これらを相互に開放連通させ得るよう
   にされ、前記ロータの回転中の任意の時点で、流体ノズ
   ルの出口に重なり合うパルスブロックの入口（27）を囲
   繞する前記無孔壁が、前記流体ノズルの出口面積より著
   しく小さい面積を有し、 これにより、前記流体ノズル（23）に供給された連続的
   に流動する加圧流体が、前記パルスブロック（25）を通
   じてハッチの内部スペース（41）に又はシュラウド（3
   4）の内部スペースの何れかに選択的に導入可能である
   ようにし、これにより前記ロータが基準軸線を中心とし
   て回転する間、前記流体ノズルの出口を通る流体の流れ
   を完全に妨害することなく、前記流体パルスを前記中空
   ハッチ（40）の内部スペース（41）に周期的に向けるよ
   うにしたことを特徴とする遠心揺動装置。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の遠心揺動装置に
   して、前記流体ノズルの出口が前記基準軸線（Ｙ−Ｙ）
   を中心として中心決めされた共通の環状リング（21）の
   外周の回りに形成され、前記連続的な無孔壁面が、流体
   ノズルの出口間を伸長して、流体ノズルの出口と整合し
   ないときパルスブロックの入口（27）に重なり合い流体
   が外方に排出されるのを阻止することを特徴とする遠心
   揺動装置。
3. 【請求項３】請求の範囲第１項に記載の遠心揺動装置に
   して、流体ノズルの出口の各々が円形の断面形状を有
   し、 前記パルスブロックの入口（27）の各々が第２の円弧状
   経路に沿って細長い断面形状を有することを特徴とする
   遠心揺動装置。
4. 【請求項４】請求の範囲第１項に記載の遠心揺動装置に
   して、前記第２の円弧状経路が前記スクリーンの半径に
   等しく又はそれ以上でない距離だけ、前記基準軸線に対
   して軸方向に位置決めされ、これにより、ロータの回転
   中、前記パルスブロックの入口（27）の流体界面が大気
   に対し正圧に維持されるようにしたことを特徴とする遠
   心揺動装置。
5. 【請求項５】請求の範囲第１項に記載の遠心揺動装置に
   して、前記中空ハッチが、前記中空ハッチの出口を画成
   する等角度で離間したウェジ（53）により、相互に軸方
   向に離間した対向環状面（20）に向け半径方向及び軸方
   向に収斂する環状内壁面を備えることを更に特徴とする
   遠心揺動装置。
6. 【請求項６】請求の範囲第５項に記載の遠心揺動装置に
   して、前記対向環状面が円形内端縁と外端縁との間を半
   径方向に伸長し、 前記ウェジ（53）の各々が、前記円形外端縁に向けて収
   斂する前記対向環状面の間を伸長する側面（54）を備
   え、前記ハッチ出口が、前記円形外端縁にて隣接するウ
   ェジ（53）のそれぞれの側面（54）間のスペースにより
   画成されることを更に特徴とする遠心揺動装置。
7. 【請求項７】請求の範囲第６項に記載の遠心揺動装置に
   して、前記ウェジの各々の側面（54）が前記円形内端縁
   にて相互方向に収斂することを更に特徴とする遠心揺動
   装置。
8. 【請求項８】基準軸線（Ｙ−Ｙ）を中心として中心決め
   した同軸状の内面及び外面を有する有孔スクリーン（1
   6）と、前記スクリーン（16）から一連の外周ハッチ出
   口まで半径方向外方に伸長する内側スペース（41）を包
   み込む囲繞中空ハッチ（40）とを備えるロータを有する
   遠心揺動装置により材料を分離する方法であって、 前記ロータを前記基準軸線を中心として回転させる段階
   と、 流入するスラリーを前記スクリーン（16）の回転する内
   面に向ける段階と、 前記ロータの回転中、連続的に流動する加圧流体を前記
   中空ハッチ（40）の内部スペース（41）内に周期的に導
   入する段階とを備える方法において、 連続的に流動する加圧流体を前記中空ハッチ（40）の内
   部スペース（41）内に周期的に導入する前記段階を流体
   の流れを完全に妨害することなく実行する段階と、 前記流体が前記中空ハッチ（40）の内部スペース（41）
   内に導入されないとき、連続的に流動する加圧流体を前
   記ロータを包み込むシュラウド（34）内に選択的に迂回
   させる段階とを備えることを特徴とする方法。