JP3008030B2

JP3008030B2 - 遠心分離機

Info

Publication number: JP3008030B2
Application number: JP9511290A
Authority: JP
Inventors: メイクランツ，ディヴィッド・エイチ; マカルソ，ローレンス・エル; サムズ，エイチ・ウイリアム; シャーディン，チャールズ・エイチ; フェデリーチ，アルフレッド・ジィ
Original assignee: コストナー・インダストリーズ・ネバダ・インコーポレーテッド
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: KR970706903A; AU6906596A; WO1997009105A1; JPH10511042A; EP0850099A1; EP0850099A4; US5591340A; US5762800A

Description

【発明の詳細な説明】背景技術 1.発明の分野本発明は、密度の異なった混合液体を分離するための
遠心分離機、特に様々な処理液体で分離効率を高めるこ
とができる改良形分離機アセンブリに関する。

2.従来の技術遠心分離装置は、密度の異なった物質を分離するため
に広く使用されている。そのような装置は、液体を異な
った重量相に基づいて互いに分離する非常に満足できる
方法を与えることがわかっている。

抽出機とも呼ばれる分離機は、混合された成分を有す
る投入流の個々の成分を、それらの成分が分離した相に
留まっている限り、分離することができる。多くの場
合、第２投入流として装置に注入される溶剤を使用する
ことで、抽出を容易にすることができる。この場合、廃
棄物流と溶剤流とを接触させるので、この装置は「接触
機」と呼ばれることが多い。そして、可溶性種を伴った
溶剤相が、相密度の差異化によってキャリヤ相から分離
される。一般的に、処理液体は、軽い（低密度）溶剤す
なわち有機相と重い液相とを含み、これらは、混合ゾー
ンに連通した個別の入口から遠心接触器に導入される。
これによって得られた混合液は次に、接触機のロータに
入り、そこで遠心力によって重相がロータの回転軸線か
ら離れた外側を流れ、それによって軽相がロータの回転
軸線の近くへ変位することによって、重相が軽相から分
離する。次に、２つの相はロータの上端部で個別に回収
され、重相は外周部に隣接した位置から、軽相は回転軸
線に近接した位置から取り出される。一般的に、流出相
の一方または両方には、別の接触機内の循環等による１
つまたは複数の抽出段階が続いて加えられる。

水／石油混合物の成分を遠心分離する方法が、本出願
の最初に挙げた発明者に発行された米国特許第4,959,15
8号に記載されている。それに記載されている方法は、
核処理工場で放射性廃棄物流から超ウラン元素を抽出す
るために米国エネルギ省が開発した遠心接触機を用いて
いる。この装置は、水／石油混合物の分離に好都合に使
用できることが発見された。しかし、この装置は比較的
小型であることから、処理能力が比較的低いためにこの
方法の実際の適用は限定されていた。ロータが接触機室
内にロータ軸から懸架されている構造のため、接触機の
構造は大型化できるようになっていなかった。そのよう
な構造は、一部には核廃棄物処理の用途に必要なロータ
へのロボットによるアクセスのためであった。大型化す
ると、同じ構造の接触機は、ロータ用の下側支持体がな
いために機能できなくなるであろう。

上記のものと同様な、やはり米国エネルギ省によって
開発された接触機が、米国特許第5,024,647号に記載さ
れている。この接触機も、懸架式ロータ構造を用いてお
り、それの使用寸法に限界がある。

発明の概要本発明は、現在まで当該分野で知られている同様な装
置よりも分離処理能力が相当に高く、広範な用途に使用
できる遠心分離機を提供する。本発明の分離機は、所望
の処理液体の流量に合わせて容易に大きさが定められ
る。分離機は、内部室を形成するほぼ円筒形の内表面を
備えたハウジングを有している。中空のロータが、室内
で回転可能に室内に配置されており、ロータには上下の
開口と、内外表面を備えたほぼ円筒形のロータ壁とが設
けられている。ロータ壁の外表面は、ハウジングの内表
面から離れて、環状混合室を形成している。混合液体を
環状室内へ導入するために少なくとも１つの入口が設け
られており、この環状室はロータの下側開口と連通して
いる。上部ロータアセンブリが、混合液体を相密度で分
離し、各分離成分はそれぞれの出口へ送られる。本発明
の１つの実施態様では、分離処理の「調整」を容易にす
るため、上部ロータアセンブリに取り外しが容易なせき
リングが設けられている。これによって、分離機を広範
な流体密度に適用できるようになる。分離機のロータ
は、分離機ハウジング内の上下軸受アセンブリまで分離
室内を軸方向に貫通している一体形ロータ軸に取り付け
られている。混合液体を環状混合室からロータ内へ送る
場所であるハウジングの底表面に、乱流を最小限に抑え
て混合液体を送るのを助けるように、ロータの回転方向
に湾曲した複数の半径方向羽根を設けることが好まし
い。上部ロータアセンブリから得られた分離成分用の回
収リングが、好ましくはハウジングの壁に一体成形され
て、排出流の乱流を低減させるように滑らかな形状の外
周表面を備えている。

図面の簡単な説明第１図は、本発明に従って構成された遠心分離機の断
面図である。

第２図は、第１図に示されている分離機のロータに使
用されている軸方向羽根の１つを示している。

第３図は、第１図に示されている分離機に使用されて
いるロータダイバータプレートを示している。

第４図は、第１図の分離機に使用されている軽相スリ
ンガの平面図である。

第５図は、第４図の５−５線に沿った軽相スリンガの
断面図である。

第６図は、第１図の分離機に使用されているせきプレ
ートを示している。

第７図は、第１図の分離機に使用されている重相スリ
ンガを示している。

第８図は変更形ロータアセンブリの部分断面図であ
る。

第９図は、第１図に示されている分離機の底プレート
の平面図である。

発明の詳細な説明以下の説明では、限定のためではなく説明のため、本
発明が完全に理解されるように特定の詳細を述べる。し
かし、本発明はこれらの特定の詳細から逸脱しない他の
実施形態でも実現できることは、当該分野の専門家には
明らかであろう。他の例では、本発明の説明が不必要な
詳細で曖昧にならないようにするため、公知の方法及び
装置の詳細な説明を省略する。

第１図は、本発明に従って構成された分離機10の断面
図である。部材の全体的配置は、従来技術で知られてい
る遠心分離機に極めて典型的なものである。従って、本
発明の特別な主題事項から外れた分離機の構造の詳細を
ここでは詳しく説明しない。

分離機10のハウジングは、ねじ16で結合された下スリ
ーブ12と上スリーブ14とを備えている。分離機10は、上
スリーブ14にねじ止めまたは他の適当な方法で締結され
ている脚部18によって支持されている。図示の実施形態
では、分離機10は４つのそのような脚部で支持されてい
る。しかし、脚部の数は必要に応じて３か、４より多く
してもよい。脚部18はベース20上に載置されているか、
それに取り付けられている。分離機ハウジングの歳差運
動を減衰するため、各脚部上のバンパ19が下スリーブ12
に当接している。

分離機10は、所望の流量に応じて寸法を容易に大小で
きる構造になっている。図示のものとほぼ同じ構造を、
直径が５インチから60インチ以上の分離機に使用するこ
とができる。ロータの直径に関係なく、直径に対する高
さの比を約2.4に維持することが好ましい。

底プレート22が下スリーブ12の底部にねじ24で固定さ
れている。底部軸受26が、底プレート22にねじ30で固定
されている軸受キャップ28によって所定位置に保持され
ている。軸受26は、下スリーブ12内に収容されている液
体で汚染されないように、オイルシール32によって保護
されている。

上部軸受ハウジング34が、上スリーブ14の上部にねじ
36で固定されている。上部軸受38が軸受リテーナプレー
ト40によってハウジング34内に保持されている。これ
は、ねじ42で軸受ハウジング34に固定されている。

ロータ44が、下スリーブ12と上スリーブ14とによって
形成された分離室内において軸46に取り付けられてい
る。軸46の底端部48は、底部軸受26によって軸方向及び
半径方向の両方が支持されている。軸46が分離室全体を
貫通しており、その上端部50が上部軸受38によって支持
されている。上部軸受38の内レースが、止めナット52に
よって軸46上に保持されている。

ロータ44は、モータ54によって軸46の軸線回りに回転
し、モータはモータ取り付け部56によって上部軸受ハウ
ジング34に取り付けられている。モータ軸58が、ロータ
軸46及びモータ軸58の両方にキー連結されている追従カ
ップリング60によって軸46の上端部50に連結されてい
る。

歯車170が、ロータ軸46の上端部50に連結されてい
る。歯車170の回転を感知するため、近接センサ172がモ
ータ取り付け部56内に設けられている。近接センサ172
の出力部は、モータ54の速度を調節するための制御電子
機器（図示せず）に連結されている。モータ速度は、分
離機10の物理的寸法及び関連の処理液体に相関させて選
択される。石油汚染物質を水から分離する等の一般的な
用例では、ロータ速度は、約200〜300gの遠心力が得ら
れるように選択される。呼び径が５インチの分離機の場
合、約1750rpmの回転速度が適当である。

前述したように、ロータ44は軸46に担持されている。
ロータ44の外スリーブ70は、部分的に軸方向羽根72によ
って軸46上に支持されており、羽根の１つが第２図にわ
かりやすく示されている。分離機10の図示の実施形態で
は、そのような羽根が４つあるが、他の適当な数の羽根
を用いることもできる。ロータ底部74がロータスリーブ
70に取り付けられており、それに設けられた中央開口が
軸46を取り囲む軸方向開口76を形成しており、それを通
して混合液体がロータ44の内部に流入する。ダイバータ
プレート78が、ロータ底部74のすぐ上方で軸46に取り付
けられている。ダイバータプレート78の平面図が、第３
図に示されている。

相分離が行われるロータ44の上部アセンブリは、軽相
スリンガ80と、せきプレート82と、バッフルプレート84
と、重相スリンガ86とを有している。本発明の１つの実
施形態では、重相せき88がねじ90でスリンガ86に固定さ
れている。これは、せきを容易に交換できるようにし、
特定の分離処理用に分離機10を「調整」するのに特に有
益な特徴である。せき88の開口直径をわずかに変更する
ことによって、分離処理の効率に対して劇的な効果をも
たらすことができる。適当な開口直径を決定した後、せ
きを永久的にスリンガ86に固定することができる。ある
いは、せきをスリンガ86と一体状に加工することもでき
る。ねじ90及びせき88に触れることができるようにする
ため、別体のスリンガキャップ92が設けられている。ス
リンガキャップ92は、ねじ94でスリンガ86に固定されて
いる。スリンガ86の詳細が、第７図に示されている。せ
きプレート88及びキャップ92を所定位置に置くと、出口
ポート112に連通した室110が形成される。せきがスリン
ガと一体成形されている場合、別体のスリンガキャップ
は不必要で、重相スリンガを軽相スリンガ80とほぼ同様
に構成することができる。

軽相スリンガ80の詳細が、第４及び第５図にわかりや
すく示されている。スリンガ80は、出口ポート104に連
通した中空室102を備えている。液体は、一体形環状せ
き106を通って室102に流入する。

せきプレート82の詳細が、第６図に示されている。こ
れは単純に、半径方向バッフル114をはめ込むスロット1
08を備えた環状プレートである。バッフルプレート84は
単純に、軸46にはめ付けられたロータスリーブ70より幾
分小径の中実のディスクであり、半径方向バッフル114
を受け取るように、せきプレート82と同様にスロットが
設けられている。

次に第８図を参照すると、ロータ44の構成部材は、以
下の工程で好都合に組み立てられる。まず、有機物スリ
ンガ80を軸46上に位置決めして、それに溶接する。スリ
ンガ80の軸方向位置決めを容易にするため、好ましくは
スリンガを受け取る肩部116を軸46に加工する。せきプ
レート82をロータ軸の上端部にはめる。次に、バッフル
プレート84をロータ軸にはめて、好ましくは軸に加工さ
れた第２肩部118に当接させる。次に、半径方向バッフ
ルプレート114をせきプレート82及びバッフルプレート8
4のそれぞれのスリットに挿入して、そこにタック溶接
する。軸方向バッフルを軽相スリンガ80の出口ポートに
整合させてから、バッフルプレート84を軸46上の所定位
置に溶接する。次に、ここでは一体形せきとして示され
ている重相スリンガ86を軸にはめて、出口ポートを半径
方向バッフルに整合させる。次に、スリンガを軸46に溶
接することによって、上部ロータアセンブリが完成す
る。

ロータの下端部において、ダイバータプレート78を軸
46にはめて肩部120に当接させる。軸方向羽根72を軸46
の収容溝に挿入して、ダイバータプレート78にはめる。
次に、ロータ底部74を軸方向羽根72に当接するように取
り付けて、所定位置に固定する。次に、軸方向羽根をダ
イバータプレート及びロータ軸にタック溶接する。次
に、ロータ底部を軸方向羽根にタック溶接する。次に、
ダイバータプレートをロータ軸に溶接する。すべての構
成部材の整合状態を点検した後、それらを永久的に溶接
して固定する。ロータ底部74の底表面の外周付近から材
料を選択的に除去することによって、ロータ44の内部構
成部材の動的バランスを取る。次に、ロータスリーブ70
を取り付けて、軸方向羽根72に溶接する。スリーブ70
も、液スリンガ86及びロータ底部74にタック溶接する。
最終整合点検の後、ロータスリーブ70をスリンガ86及び
ロータ底部74に仕上げ溶接する。

再び第１図を参照すると、環状混合室144へ投入流を
導入することができるように、２つの入口ポート140及
び142が下スリーブ12に設けられている。入口ポート140
及び142は対称配置されており、いずれか一方または両
方を分離すべき混合液体の導入に使用することができ
る。溶剤抽出方法の場合、溶剤を導入するための補助入
口ポート146が設けられている。補助入口ポート146は、
他の分離剤、例えば界面活性剤、乳剤ブレーク剤等の導
入に使用することができる。ロータ44の回転によって、
環状混合室144内の処理液体を完全に混合することがで
きる。環状混合室144内の混合液体を目視検査するため
の点検窓160が、下スリーブ12の壁に設けられている。
混合成分は、底プレート22の羽根148で軸方向開口76か
らロータ44の内部へ案内される。ロータ44の回転によっ
て混合液体を相密度に従って遠心分離する。混合液体内
の重相、一般的に液相は、遠心作用によってスリーブ70
の壁へ押し付けられる。これによって軽相、一般的に有
機相が半径方向内側へ軸46の方へ移動する。軽相は、せ
き106を介してスリンガ80の室102に流入する。軽相は、
出口ポート104から回収リング150内へ流出する。重相
は、スリンガ80を越えて上方へ移動し続けて、スリンガ
86内へ導入され、そこで出口ポート112から回収リング1
52内へ排出される。回収リング150及び152は、上スリー
ブ14内の一体形チャネルとして形成され、滑らかな曲線
状の外周壁を備えている。この構造によって、流出流の
乱流を低減させ、分離機内の流速を高速化することが容
易になる。回収リング150及び152は、それぞれの出口ポ
ート154及び156と連通している。

第９図は、羽根148の好適な形状を示す底プレート22
の平面図である。羽根は、ロータ44の回転方向に湾曲し
ている。このように羽根が湾曲していることによって、
従来の分離機の直線状の半径方向羽根の場合に一般的に
発生する乱流を大幅に抑えて混合液体を軸方向開口76の
方へ進ませる効果が得られる。好ましくは、羽根148
は、鋳込みまたは機械加工によって底プレート22に一体
成形される。しかし、羽根148を個別に形成した後、溶
接または他の適当な手段で底プレート22に取り付けるこ
ともできる。

上記発明は、開示内容の精神または本質的特徴から逸
脱しない他の特定形状でも実現できることは理解される
であろう。このため、本発明は、上記説明の詳細によっ
て限定されるものではなく、添付の請求項によって定義
されるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マカルソ，ローレンス・エルアメリカ合衆国・91320・カリフォルニア州・ニューバリーパーク・ビジネスセンターサークル・1125 (72)発明者サムズ，エイチ・ウイリアムアメリカ合衆国・91320・カリフォルニア州・ニューバリーパーク・ビジネスセンターサークル・1125 (72)発明者シャーディン，チャールズ・エイチアメリカ合衆国・91320・カリフォルニア州・ニューバリーパーク・ビジネスセンターサークル・1125 (72)発明者フェデリーチ，アルフレッド・ジィアメリカ合衆国・91320・カリフォルニア州・ニューバリーパーク・ビジネスセンターサークル・1125

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸線回りに対称配置されて内部室を形成し
ているほぼ円筒形の内表面を備えたハウジングと、軸線回りに回転可能に前記室内に配置されており、上下
の開口と、内外表面を備えたほぼ円筒形のロータ壁とを
備えており、ロータ壁の外表面をハウジングの内表面か
ら離してその間に環状の室を形成しており、前記下側開
口を環状の室に連通させたロータと、ある密度の混合液体を環状室内へ導入するための少なく
とも１つの入口と、ロータの上側開口に隣接配置されて、混合液体中の混合
物密度より大きい密度の第１成分を第１出口へ送り、混
合液体中の混合物密度より小さい密度の第２成分を第２
出口へ送る分離手段とを有しており、該分離手段は、複数の半径方向羽根を備えたバッフルア
センブリで軸方向に離隔された固定せきリング及び取り
外し式せきリングを含む上部ロータアセンブリを備えて
いることを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】前記分離手段は、第１成分用のスリンガア
センブリを有しており、前記取り外し式せきリングはス
リンガアセンブリに取り付けられていることを特徴とす
る請求の範囲第１項に記載の遠心分離機。
【請求項３】前記スリンガアセンブリは、直立した円周
方向壁を備えた環状プレートを有しており、前記取り外
し式せきリングは前記環状プレートに取り付けられてお
り、カバープレートが円周方向壁に取り外し式に固定さ
れていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の遠
心分離機。
【請求項４】軸線回りに対称配置されて内部室を形成し
ているほぼ円筒形の内表面を備えたハウジングと、軸線回りに回転可能に前記室内に配置されており、上下
の開口と、内外表面を備えたほぼ円筒形のロータ壁とを
備えており、ロータ壁の外表面をハウジングの内表面か
ら離してその間に環状室を形成しており、前記下側開口
を環状室に連通させたロータと、ある密度の混合液体を環状室内へ導入するための少なく
とも１つの入口と、ロータの上側開口に隣接配置されて、混合液体中の混合
物密度より大きい密度の第１成分を第１出口へ送り、混
合液体中の混合物密度より小さい密度の第２成分を第２
出口へ送る分離手段とを有しており、前記ハウジングは底表面に、ロータの下方に配置されて
ロータの回転方向に湾曲した複数の直立したほぼ半径方
向の羽根を備えて、混合液体を環状室からロータの下側
開口へ進ませることができるようにしていることを特徴
とする遠心分離機。
【請求項５】半径方向の羽根はハウジングの底プレート
に一体成形されていることを特徴とする請求の範囲第４
項に記載の遠心分離機。
【請求項６】軸線回りに対称配置されて内部室を形成し
ているほぼ円筒形の内表面を備えたハウジングと、軸線回りに回転可能に前記室内に配置されており、上下
の開口と、内外表面を備えたほぼ円筒形のロータ壁とを
備えており、ロータ壁の外表面をハウジングの内表面か
ら離してその間に環状室を形成しており、前記下側開口
を環状室に連通させたロータと、ある密度の混合液体を環状室内へ導入するための少なく
とも１つの入口と、ロータの上側開口に隣接配置されて、混合液体中の混合
物密度より大きい密度の第１成分を第１出口へ送り、混
合液体中の混合物密度より小さい密度の第２成分を第２
出口へ送る分離手段とを有しており、該分離手段は、第１せき及び半径方向出口を設けた第１
成分スリンガを備えており、さらに、第１成分スリンガ
から軸方向に離設されている、第２せき及び半径方向出
口を設けた第２成分スリンガを備えており、前記ハウジングは、第１出口に連通すると共に、混合液
体の第１成分を受け取るように第１スリンガの半径方向
出口に軸方向に整合している第１回収リングと、第２出
口に連通すると共に、混合液体の第２成分を受け取るよ
うに第２スリンガの半径方向出口に軸方向に整合してい
る第２回収リングとを備えており、前記第１及び第２回
収リングの各々は、それぞれ前記軸線から下方へ傾斜し
た上下環状壁を備えており、それぞれの上下環状壁は、
半径方向断面において滑らかな曲線状の外周壁で結合さ
れていることを特徴とする遠心分離機。
【請求項７】前記第１及び第２回収リングはハウジング
の上スリーブ内に一体成形されていることを特徴とする
請求の範囲第６項に記載の遠心分離機。
【請求項８】前記第１せきは、前記第１スリンガに取り
外し式に取り付けられていることを特徴とする請求の範
囲第６項に記載の遠心分離機。