JP3709331B2 - 試験用遠心分離機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学製品の研究や製品の開発段階で使用するのに適した試験用遠心分離機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薬剤等の化学製品の研究や製品の開発段階で使用されている試験用遠心分離機は、製品を製造する際に使用される実機をそのまま縮小した構造を有していて、バスケットの容量（一度に供給し得る原液の最大量）は数リットル程度である。実例を挙げると、バスケットの内径（フィルタの内径）は例えば３０ｃｍ、深さは１６ｃｍ程度であり、バスケットの容量は４．５リットル程度である。
【０００３】
このバスケットの内周に２ｃｍの厚さのケーキ層を形成するものとすると、形成されるケーキの体積は２．８リットルとなる。この場合、原液の結晶濃度を２０％とすると、必要な原液の量は１４リットルとなる。
【０００４】
なお本明細書においては、バスケットの径方向に計ったケーキ層の寸法をケーキ層の厚さまたは厚さ寸法と呼び、バスケットの軸線方向に計ったケーキ層の寸法をケーキ層の軸線方向寸法と呼ぶ。
【０００５】
開発された薬剤等を製造する際には、試験用遠心分離機を用いて行った遠心ろ過の実験結果を実機にスケールアップして、実機でのろ過時間（ろ過速度）や、ケーキ中の最終的な残留液分を推測し、その推測値に基づいて決定した運転条件（脱液時間、洗浄時間、バスケットの回転速度等）で実機の試験運転を行って、その結果から最終的な運転条件を決定するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の試験用遠心分離機は、バスケットの深さが内径の１／２以上もあってふところが深いため、バスケットの内周に２ｃｍ程度の厚さのケーキ層を形成する場合でも相当に多くの原液を必要とし、１回の実験を行うために用意する必要がある原液の量が多くなるという問題があった。特に、最近開発される薬剤は高価なものが多いため、できるだけ少ない量の試料で遠心ろ過の実験を行うことができる試験用遠心分離機の開発が望まれている。
【０００７】
また実機でバスケケットの内周に形成するケーキ層の厚さは、通常１０〜２０ｃｍ程度であるが、従来の試験用遠心分離機で形成するケーキ層の厚さは通常２ｃｍ程度であって、実機で形成されるケーキ層の厚さに比べて極めて薄いため、試験結果をスケールアップして求めたろ過速度やケーキ中の残留液分の推測値と実機での値との誤差が大きくなるという問題があった。そのため、従来は、実機での運転条件を最終的に決定する前に、試験用遠心分離機と実機との中間の大きさの遠心分離機を用いて試験を行うことが必要になることがあり、運転条件の決定に手間取るという問題があった。
【０００８】
従って、試験用遠心分離機で形成するケーキ層の厚さを厚くすることが望ましいが、従来の試験用遠心分離機でケーキ層の厚さを厚くすると、必要な原液の量が多くなる上に、試験用遠心分離機として大形のものを用意することが必要になるため、試験に要するコストが高くなるのを避けられなかった。
【０００９】
また従来の試験用遠心分離機では、バスケット全体が金属で形成されていて、その内部の状況を見ることができなかったため、試験段階で、給液時のケーキ形成過程、ケーキ洗浄時の母液と洗浄液との置換状況、あるいはケーキの脱液状況等の時々刻々の変化を観察することができなかった。そのため、実験を繰り返し行って、そのデータの分析結果から実機の運転条件を推測しているが、バスケット内で起っている現象を観察できなかったため、情報が不足して、実機の運転条件の推測を的確に行うことが難しいという問題があった。
【００１０】
本発明の一つの目的は、少量の原液を用いて、形成されるケーキ層の厚さを厚くすることができるようにして、実機でのろ過速度や残留液分の推測を的確に行うことができるようにした試験用遠心分離機を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、給液から洗浄、脱液までの各工程でのバスケット内の現象を観察することができるようにして、実機へのスケールアップを行ったり、遠心ろ過の試験研究を行ったりするために必要なデータを豊富に得ることができるようにした試験用遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
遠心分離機において、バスケットの深さ（軸線方向寸法）が関係するのは、主としてバスケットの容量を計算する際のみであり、ろ過速度を求める際には、バスケットの深さを無視してよい。そのため、試験用の遠心分離機において、バスケットの深さは、実験データとして重要ではなく、それよりはむしろ、バスケット内に実機にできるだけ近い厚さのケーキ層を形成することが重要である。
【００１３】
そこで、本発明においては、従来用いていたバスケットに代えて、内径に比べて軸線方向寸法が極端に小さい間隙を内部に有する中空の回転体を用い、該回転体の軸心部からその内部に原液を供給して遠心ろ過を行わせるようにした。
【００１４】
また回転体の端板の少なくとも一部を透明にすることにより、遠心ろ過の過程で起る現象を観察することができるようした。
【００１５】
即ち、本発明に係わる試験用遠心分離機は、中心軸線を一致させた状態で設けられて間隙を介して対向配置された円板状の第１及び第２の端板と、該第１及び第２の端板の外周側に両端板間の間隙を塞ぐよう設けられて両端板の外周部に接続された環状の周壁部材とを有して、第１及び第２の端板間の間隙が周壁部材に形成された多数の透過孔を通して外部に連通させられる回転体と、第１及び第２の端板の中心軸線を中心にして回転体を回転駆動する回転駆動装置と、第１及び第２の端板の中心軸線に沿って回転体内の間隙内に原液を供給する給液装置とを備えた構成とし、第１及び第２の端板の少なくとも一方は、その少なくとも一部を透明に形成する。
【００１６】
ここで、第１及び第２の端板間の間隔（間隙の深さ）は、周壁部材の内径の如何に係わりなく、０．５〜３［cm］程度、好ましくは０．５〜２［cm］程度の十分に小さい値に設定する。実機へのスケールアップの際の換算を容易にするためには、間隙の深さを１［cm］とするのがよい。
【００１７】
上記のように、内部空間の軸線方向寸法を内径寸法に比べて極端に小さくした回転体を用いて遠心ろ過を行わせると、回転体内に供給する原液（試料）の量を少なくして、しかもその内部に形成されるケーキ層の厚さを厚くすることができるため、ろ過速度や残留液分の検証を実機に近い形で行わせて、実機にスケールアップする際の誤差を少なくすることができ、運転条件の推定を的確に行わせることができる。
【００１８】
また上記のように、回転体の端板の少なくとも一部を透明にしておくと、回転体の回転に同期させてストロボライトを発光させる等の方法により回転体の像を静止させる観察手法を用いることによって、回転体の端板の透明部分を通してその内部を観察することができるため、給液から洗浄、脱液までの各工程においてバスケット内で起る現象を観察することができる。従って、遠心ろ過の研究に用いるデータを収集したり、実機にスケールアップする際の運転条件を的確に推測したりすることができる。
【００１９】
ストロボライトによる観察を容易に行うことができるようにするため、回転体に向けて発光するストロボライトを予め設けておくのが好ましい。
【００２０】
このストロボライトは、回転体の観察者側の面と反対側から回転体に光を照射するように設けるのが好ましい。例えば、第２の端板側から回転体の内部を観察するように回転体を設ける場合には、観察者と反対側の第１の端板側から回転体に光を照射するように、ストロボライトを配置する。このようにストロボライトを配置すると、ストロボライトの光がケーキ層を透過して、ケーキ層の断面を明るく浮かび上がらせるため、ケーキ層の断面の観察を明瞭に行わせることができる。
【００２１】
本発明においてはまた、所定の厚さのケーキ層を形成するために回転体の内部に供給する原液の量を少なくすることができるため、高価な薬剤の試験、研究、開発に要するコストの低減を図ることができる。
【００２２】
上記給液装置は、例えば、回転体の端板の中心部に形成した孔に挿入された給液パイプと、該給液パイプを通して原液を供給する原液供給源とにより構成することができるが、この給液装置は、原液を外気に触れることなく回転体の内部に供給し得るように構成するのが好ましい。
【００２３】
そのため、本発明に係わる遠心分離機は、第１及び第２の端板と軸線を共有するように設けられて第１及び第２の端板の一方の側で回転体に接続された第１の回転軸と、該第１の回転軸を回転駆動する回転駆動装置と、第１及び第２の端板と軸線を共有した状態で第１及び第２の端板の他方の側で回転体に接続されて中空部内が間隙内に連通させられた中空の第２の回転軸と、流体供給用のフィードパイプと、第２の回転軸の回転を妨げない状態で第２の回転軸とフィードパイプとを気密及び液密に連結する継手とを備えた構成とするのが好ましい。
【００２４】
上記のように、回転体に中空の第２の回転軸を取り付けて、該第２の回転軸を継手を介してフィードパイプに連結する構造にすると、フィードパイプと第２の回転軸の中空部内を通して外気に触れることなく、原液を回転体内に供給することができるので、ケーキが汚染されるのを防ぐことができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施態様では、中心軸線を一致させた状態で設けられて間隙を介して対向配置された円板状の第１及び第２の端板と、該第１及び第２の端板の外周側に両端板間の間隙を塞ぐよう設けられて両端板の外周部に接続された環状の周壁部材と、第１及び第２の端板を間にして対向配置されて外周寄りの部分が周壁部材に締結された円板状の第１及び第２のカバー板とを有して、第１及び第２の端板間の間隙が周壁部材に形成された多数の透過孔を通して外部に連通させられている回転体と、第１及び第２の端板の中心軸線を中心にして回転体を回転駆動する回転駆動装置と、第１の端板及び第２の端板の中心軸線に沿って第１及び第２の端板間の間隙内に原液を供給する給液装置とが設けられる。この場合、第１及び第２の端板はガラス板等の透明な材料により形成する。また、第１及び第２のカバー板の少なくとも一方には、少なくとも１つの窓を形成しておく。
【００２６】
上記のように、第１及び第２のカバー板の間に第１及び第２の端板と周壁部材とを挟み込む構造にすると、第１及び第２のカバー板により機械的な強度を確保することができるため、第１及び第２の端板としてガラス板などの透明板を用いることができ、回転体の内部を目視し得るようにするための構造を簡単に実現することができる。
【００２７】
上記のように第１及び第２のカバー板を設ける場合には、周壁部材の軸線方向の中間部に、内径側に突出した突条部（突起）を周設して、該周壁部材の軸線方向の一端側及び他端側の内周部にそれぞれ第１の端板及び第２の端板を嵌合させ、両端板を周壁部材の突条部に当接させることにより、軸線方向に位置決めするようにするのが好ましい。この場合、第１及び第２のカバー板は、周壁部材と第１及び第２の端板とを間にして対向配置して、それぞれの外周寄りの部分を周壁部材に締結する。
【００２８】
上記のように第１及び第２のカバー板を設ける場合、第１のカバー板に第１の回転軸を接続し、第２のカバー板の中心部に中空の第２の回転軸を接続して、該第２の回転軸内の中空部を回転体内に連通させるようにするのが好ましい。この場合、第２の回転軸の回転を妨げない状態で第２の回転軸とフィードパイプとを気密かつ液密に連結する継手を設けて、該継手を通して回転体内に原液を供給するようにするのが好ましい。
【００２９】
このように構成すると、原液を外気に触れさせることなく、回転体内に供給することができる。またフィードパイプを通して圧縮されたガスを回転体内に供給することもできるので、回転体内の圧力を上昇させた状態で遠心ろ過を行った際の効果を確認するための試験をも行うことができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施態様では、上記回転体を収容するケーシングが設けられて、第１のカバー板に取り付けられた第１の回転軸が、第１の軸受装置を介してケーシングに支持される。また第２の回転軸とフィードパイプとを連結する継手もケーシングに支持される。
【００３１】
このように構成すると、回転体がその両側で回転軸により支持されることになるので、回転体を安定に支持することができる。
【００３２】
本発明に係わる遠心分離機においては、フィードパイプを原液供給源と圧縮ガス供給源とに選択的に接続する切換バルブを設けて、該バルブによりフィードパイプを原液供給源または圧縮ガス供給源に切換接続することができるようにしておくのが好ましい。
【００３３】
なお、原液のろ過を行うためには、周壁部材に形成する透過孔を微細にしておいてもよいが、周壁部材の加工を容易にし、脱液を円滑に行わせ、かつ回転体のクリーニングを容易にするためには、周壁部材に形成する透過孔の径を比較的大きくして、周壁部材の内周面の前記間隙内に臨む部分に添わせてフィルタを配置するのが好ましい。
【００３４】
このフィルタとしては、微細な孔を無数に有する円弧状の多孔板と、金網との積層体を用いるのが好ましい。
【００３５】
多孔板としては、薄い金属板にレーザ加工により無数の孔を形成したものを用いることができる。
【００３６】
上記のようなフィルタを用いた場合、原液中の結晶（ケーキ）は多孔板の孔を通過できないため、該多孔板の内周側に層をなして堆積する。液分は、多孔板の孔を通して金網内に流入した後、周壁部材の透過孔から外部に排出される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係わる試験用遠心分離機の構成例を示したもので、同図において１はケーシング、２はケーシング１内に収容された回転体である。
【００３８】
ケーシング１は底板１００と、下端が底板１００に接続された円筒状のケーシング本体１０１と、ケーシング本体１０１の上端の開口部を閉じるように、該本体１０１の上端に着脱可能に取り付けられた蓋板１０２とを備えている。
【００３９】
蓋板１０２は、半円形状に形成された第１の半部１０２Ａと第２の半部１０２Ｂとに分割されていて、第１の半部１０２Ａはヒンジ１０６により本体１０１に回動自在に支持されている。また第２の半部１０２Ｂは、ボルト１０７により本体１０１に着脱可能に取り付けられている。図示の例では、第２の半部１０２Ｂの、第１の半部１０２Ａ寄りの端部が、第１の半部１０２Ａの上にオーバラップするように形成されていて、第２の半部１０２Ｂを取り外した状態で、第１の半部１０２Ａをヒンジ１０６を中心に回動させて開くことができるようになっている。
【００４０】
蓋板１０２の第１の半部１０２Ａにはガラス板３が取り付けられた窓部１０２ａが少なくとも１つ形成されていて、該窓部１０２ａのガラス板を通してケーシング１内を観察することができるようになっている。
【００４１】
ケーシング１の内側には、該ケーシング内を上下に仕切る仕切壁１０３が形成され、該仕切壁１０３の中央部には、ケーシング本体１０１と軸線を共有する軸受保持用のボス部１０４が形成されている。仕切壁１０３は一方向に傾斜した状態で設けられ、ケーシング本体１０１には、仕切壁１０３の最も低い部分に臨む排液口１０５が形成されている。
【００４２】
ボス部１０４の内側には液密保持構造の軸受装置４が保持され、該軸受装置４によりケーシング本体１０１と軸線を共有する第１の回転軸５が回転自在に支持されている。
【００４３】
ケーシング１の底板１００の上にはインバータにより駆動されるモータ６が、その出力軸を上方に向けて支持され、該モータ６の出力軸に第１の回転軸５の下端が連結されている。
【００４４】
第１の回転軸５の上端寄りの部分にはテーパ部５ａが形成され、開口部を上方に向けた状態で設けられたカップ状のアダプタ７に形成されたテーパ孔７ａにテーパ部５ａが嵌合されている。第１の回転軸５の上端にはネジ部が形成されていて、アブプタ７内に挿入された第１の回転軸の上端のネジ部にナット８が螺合され、該ナット８によりアダプタ７が回転軸５に締結されている。
【００４５】
アダプタ７の開口部を塞ぐように円板状の回転体支持板９がボルト１０により取り付けられている。
【００４６】
回転体２は、周壁部材２００と、第１の端板２０１Ａ及び２０１Ｂと、第１及び第２のカバー板２０２Ａ及び２０２Ｂと、フィルタ２０５とを備えている。
【００４７】
周壁部材２００は、図２及び図５（Ａ），（Ｂ）に示すように環状に形成されていて、その軸線方向の中間部には、内径側に突出した突条部（突起）２００ａが周設されている。周壁部材の突条部２００ａが設けられた部分を径方向に貫通させて、多数の透過孔２００ｂ，２００ｂ，…が放射状に形成されるとともに、後記するフィルタを取り付けるためのボルトを挿通する４個のボルト挿通孔２００ｃが９０度間隔で形成されている。周壁部材２００にはまた、透過孔が形成された部分を避けて、軸線方向の一端側に開口したネジ孔２００ｄと、軸線方向の他端側に開口したネジ孔２００ｅとが形成されている。周壁部材２００の一端側の内周部２００ｆの内径と他端側の内周部２００ｇの内径は等しく設定されている。
【００４８】
第１及び第２の端板２０１Ａ及び２０１Ｂは、円板状のガラス板からなっていて、それぞれの中央部には、アダプタ７の開口部の内径よりも小さい内径を有する孔２０１A1及び２０１B1が、それぞれの中心をそれぞれの端板２０１Ａ及び２０１Ｂの中心に一致させた状態で形成されている。端板２０１Ａ及び２０１Ｂの外径は、周壁部材２００の軸線方向の一端側及び他端側の内周部２００ｆ及び２００ｇにほぼ隙間なく嵌合し得る大きさに設定され、それぞれの厚さは、周壁部材２００の軸線方向の一端側及び他端側の内周部２０１A1及び２００B1の軸線方向寸法よりも僅かに小さく設定されている。
【００４９】
第１及び第２の端板２０１Ａ及び２０１Ｂはそれぞれの中心軸線を一致させた状態で配置されて、周壁部材２００の軸線方向の一端側及び他端側の内周に嵌合され、両端板間に隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇの軸線方向寸法（端板２０１Ａ，２０１Ｂの間の間隔）は、その内径（突条部２００ａの内径）に比べて極端に小さく設定されている。
【００５０】
第１及び第２のカバー板２０２Ａ及び２０２Ｂはガラス板からなる端板２０１Ａ及び２０１Ｂの固定と保護とを図るために設けられたものである。第１のカバー板２０２Ａは、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円板状の金属板からなっていて、その外径は周壁部材２００の外径に等しく設定されている。カバー板２０２Ａの外周寄りの部分は厚さが薄く形成されたフランジ部２０２A1となっていて、フランジ部２０２A1と該フランジ部よりも内径側の部分との間に、周壁部材２００の軸線方向の一端側の周壁部２００ｆの開口端側の内周に嵌合する段部２０２A2が形成されている。フランジ部２０２A1には、該フランジ部を厚み方向に貫通した多数の取付孔２０２A3，２０２A3，…が周壁部材２００のネジ孔２００ｄ，２００ｄ，…と整合し得る状態で設けられている。
【００５１】
第１のカバー板２０２Ａの中央部にはネジ孔２０２A4が形成され、このネジ孔を囲むように４つの取付孔２０２A5が形成されている。また４つの取付孔２０２A5を囲むように、Ｏリング嵌合溝２０２A6が形成されている。
【００５２】
第１のカバー板２０２ＡのＯリング嵌合溝２０２A6とフランジ部２０２A1との間の部分には、４つの円形の窓部２０２A7が９０度間隔で形成されている。
【００５３】
この第１のカバー板２０２Ａは、Ｏリング嵌合溝２０２A6にＯリングを嵌合させた後、その段部２０２A2を第１の端板２０１Ａが嵌合された周壁部材２００の軸線方向の一端側の内周に嵌合させた状態で配置され、各取付孔２０２A3を通して周壁部材２００の各ネジ孔２００ｄにねじ込まれたボルト２０３により周壁部材２００に締結される。
【００５４】
第２のカバー板２０２Ｂは、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円板状の金属板からなっていて、その外径は周壁部材２００の外径に等しく設定されている。第１のカバー板２０２Ａと同様に、第２のカバー板２０２Ｂの外周寄りの部分は厚みが薄く形成されたフランジ部２０２B1となっていて、フランジ部２０２B1と該フランジ部よりも内径側の部分との間に、周壁部材２００の軸線方向の他端側の内周部２００ｇの開口端側の内周に嵌合する段部２０２B2が形成されている。フランジ部２０２B1には、該フランジ部を厚み方向に貫通した多数の取付孔２０２B3，２０２B3，…が周壁部材２００のネジ孔２００ｅ，２００ｅ，…と整合し得る状態で設けられている。
【００５５】
第２のカバー板２０２Ｂの中央部には第２の端板２０１Ｂの中央の孔２０１B1と整合する孔２０２B4が形成され、この孔２０２B4を囲むように４つのネジ孔２０２B5が形成されている。また４つのネジ孔２０２B5を囲むように、Ｏリング嵌合溝２０２B6が形成され、Ｏリング嵌合溝２０２B6とフランジ部２０２B1との間の部分に、４つの円形の窓部２０２B7が９０度間隔で形成されている。
【００５６】
第２のカバー板２０２Ｂは、Ｏリング嵌合溝２０２B6にＯリングを嵌合させた後、その段部２０２B2を第２の端板２０１Ｂが嵌合された周壁部材２００の軸線方向の他端側の内周に嵌合させた状態で、かつ４つの窓部２０２B7をそれぞれ第１のカバー板２０２Ａの４つの窓部２０２A7に整合された状態で配置され、取付孔２０２B3，２０２B3を通して周壁部材２００のネジ孔２００ｅにねじ込まれたボルト２０４により周壁部材２００に締結される。
【００５７】
周壁部材２００の内周にはフィルタ２０５が取り付けられている。図２に示したように、フィルタ２０５は、周壁部材２００の内周面の間隙Ｇ内に臨む部分（突条部２００ａの内周面）に添うように円弧状に形成された４つのフィルタ構成部材２０５Ａ〜２０５Ｄからなっている。図３及び図４は各フィルタ構成部材の構成例を示したもので、図３は正面図、図４は拡大断面図である。図示のフィルタ構成部材は、極弧角が９０度よりも僅かに小さく設定された円弧状の多孔板２０５ａと、該多孔板２０５ａの外周に貼り付けられた細密な金網２０５ｂとの積層体からなっている。フィルタ構成部材２０５Ａ〜２０５Ｄのそれぞれの極弧角は９０度よりも僅かに小さく設定され、それぞれの幅寸法は、周壁部材２００の突条部２００ａの幅寸法にほぼ等しく設定されている。多孔板２０５ａは、薄い金属板にレーザ加工により微細な孔を無数に形成したものからなっている。
【００５８】
フィルタ構成部材２０５Ａ〜２０５Ｄは、それぞれの金網２０５ｂを周壁部材２００の突条部２００ａの内周面に添わせた状態で、かつそれぞれの両端を周壁部材２００の隣り合うボルト挿通孔２００ｃ，２００ｃの近傍に位置させた状態で、周壁部材の突条部２００ａの内周に並べて配置されて、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示したような締結具２０６と、ナット２０７（図２参照）とにより、周壁部材２００に固定されている。
【００５９】
図示の締結具２０６は、ボルト２０６ａと該ボルト２０６ａの一端に固定された鍔板２０６ｂとからなっていて、そのボルト２０６ａが周壁部材２００に設けられたボルト挿通孔２００ｃに挿入されるとともに、鍔板２０６ｂが隣り合うフィルタ構成部材の端部に当接された状態で配置される。そして、周壁部材２００の外周側から各締結具のボルト２０６ａにナット２０７が螺合され、該ナット２０７の締め付けにより、フィルタ構成部材２０５Ａ〜２０５Ｄが周壁部材２００に固定される。
【００６０】
上記の回転体２においては、その内部に形成された間隙Ｇの深さ（回転体の軸線方向に計った寸法）を該間隙Ｇの内径に比べて極端に小さくしてある。そのため、従来の遠心分離機で用いられていたバスケットが円筒形であったのに対し、本発明で用いる回転体は、その全体が偏平でほぼ円盤状を呈している。
【００６１】
上記回転体２は、その中心軸線を第１の回転軸５の中心軸線に一致させた状態で配置され、第１のカバー板２０２Ａの取付孔２０２A5を通して回転体支持板９のネジ孔に螺合されたボルト１２により回転体支持板９に締結される。そして、第１の端板２０１Ａの中央の孔２０１A1に円板状の蓋板２０６が嵌合され、該蓋板２０５の中央部に設けられた孔を貫通したボルト２０７がネジ孔２０２A4に螺合されて、蓋板２０５が第１のカバー板２０２Ａに締結される。
【００６２】
回転体２の第２のカバー板２０２Ｂの中央の孔２０２B4には、大径部１５Ａと小径部１５Ｂとを有する環状のアダプタ１５の小径部１５Ｂが嵌合され、該アダプタ１５の大径部１５Ａに、中空の第２の回転軸１６の一端に形成されたフランジ１６ａが当接されている。そして、第２のカバー板２０２Ｂの各ネジ孔２０２B5に螺合されたスタッドボルト１７がアダプタ１５の大径部１５Ａとフランジ１６ａとに設けられた孔に挿入され、フランジ１６ａから突出したスタッドボルト１７の端部に螺合されたナット１８により、第２の回転軸１６が回転体２に締結されている。第２の回転軸１６の中空部はアダプタ１５の中空部を通して回転体２内の間隙Ｇ内に連通させられている。
【００６３】
中空の第２の回転軸１６はケーシング１の蓋板１０２の第２の半部１０２Ｂに取り付けられたブラケット１０８にボルト止めされた継手２０を介してフィードパイプ２１の一端に連結されている。継手２０は、第２の回転軸１６とフィードパイプ２１とを、第２の回転軸１６の回転を妨げることなく気密かつ液密に連結するもので、この継手２０としては、ロータリジョイントとして市販されているものを用いることができる。
【００６４】
フィードパイプ２１は、回転体２内の間隙Ｇに原液や圧縮ガスを供給するために設けられたもので、その他端は、３方切換えバルブ２２を介して原液供給源２３につながる原液供給管２４と、図示しない圧縮ガス供給源に繋がるホース２５とに接続されている。図示の原液供給源２３は、ホッパからなっていて、該ホッパとフィードパイプ２１とを連通させ、フィードパイプ２１とホース２５との連通を絶つようにバルブ２２を切り換えた状態で、該ホッパ内に原液を流入させることにより、原液供給管２４とバルブ２２とフィードパイプ２１と第２の回転軸１６内とを通して回転体２内の間隙Ｇ内に原液を供給するようになっている。
【００６５】
またフィードパイプ２１とホッパとの連通を絶ち、フィードパイプ２１とホース２５とを連通させるようにバルブ２２を切り換えた状態で、コンプレッサやガスボンベ等の図示しない圧縮ガス供給源からホース２５とバルブ２２とフィードパイプ２１と第２の回転軸１６内とを通して回転体２内の間隙Ｇ内に圧縮ガスを供給することができるようになっている。また必要な場合には、ホース２５に真空ポンプを接続することにより、回転体２内を減圧することもできる。
【００６６】
上記の例では、アダプタ１５と、中空の第２の回転軸１６と、継手２０と、フィードパイプ２１と、バルブ２２と、ホッパ２３と、原液供給管２４とにより、第１及び第２の端板２０１Ａ及び２０１Ｂの中心軸線に沿って間隙内に原液を供給する給液装置が構成されている。
【００６７】
図示の例では、ケーシング１の仕切壁１０３に液分に対してシールされた構造のストロボライト３０が取り付けられていて、回転体２の回転に同期してストロボライト３０が発する光を回転体２の第１の端板２０１Ａに向けて照射することができるようになっている。
【００６８】
図示の例ではまた、ケーシング１の蓋板１０２の第１の半部１０２Ａの下面にも防液構造のストロボライト３１が取り付けられていて、回転体２の回転に同期してストロボライト３１が発する光を回転体２の第２の端板２０１Ｂに照射することができるようになっている。
【００６９】
上記の遠心分離機において、インバータモータ６を駆動して回転体２を高速回転させた状態で回転体２内の間隙Ｇに原液を供給すると、原液は遠心沈降作用により液分と固形分とに分離され、回転体２内のフィルタ２０５の上にケーキ層（固形分の層）が形成される。液分は、遠心力によりケーキ層内とフィルタ２０５と回転体の周壁部材の透過孔２００ｂ，２００ｂ，…とを通してケーシング１内に排出され、ケーシング内に排出された液分は、排液口１０５から外部に排出されて、図示しない受液容器内に収容される。
【００７０】
上記の遠心分離機では、第１の端板２０１Ａ及び２０１Ｂが透明なガラス板からなっていて、第１及び第２のカバー板２０２Ａ及び２０２Ｂに窓部が形成されているため、回転体２の回転に同期させて発光させたストロボライト３０の光を回転体２に照射しながら該回転体２を軸線方向からビデオカメラ等のムービィカメラで撮影するか、または目視観察を行うことにより、回転体２内で生じている現象をリアルタイムで観察することができる。そのため、遠心ろ過の過程で原液が固形分と液分とに分離される様子や、ケーキを洗浄する際の母液と洗浄液との置換状況、ケーキの脱液状況などを直接観察することができ、回転体２の回転速度を変えながらこれらを観察することにより、給液、脱液、洗浄をそれぞれ行う際に最適な遠心分離機の回転速度を容易に求めることができる。
【００７１】
上記の例では、第１のカバー板２０２Ａに設けた窓部２０２A7と第２のカバー板２０２Ｂに設けた窓部２０２B7とが整合するように配置されているため、ストロボライト３０から放射された光の一部が薄いケーキ層を透過して観察者の目に到達する。そのため、観察者は、ケーキ層の内部の様子を明瞭に観察することができる。
【００７２】
なお、ケーキの性質により、下方のストロボライト３０から照射された光がケーキ層を透過することができないために、ケーキ層の観察を適確に行うことができない場合には、蓋板の第１の半部１０２Ａに取り付けられたストロボライト３１により回転体２の第２端板２０１Ｂに向けて光を照射することにより、回転体２内のケーキ層の状態を観察することができる。
【００７３】
また上記の遠心分離機においては、ケーキ層の洗浄を行った後、ケーシングの蓋板１０２を開いて、回転体２の第２のカバー板２０２Ｂと第２の端板２０１Ｂとを外すことにより、リング状に形成されたケーキ層を採取することができるため、ケーキ層の各部の粒度分布、残留水分、分級の状態等を分析することができる。
【００７４】
上記の例において、回転体を分解する際には、先ず継手２０とブラケット１０８とを連結しているボルトを外し、蓋板の第２の半部１０２Ｂをケーシングの本体１０１に締結しているボルト１０７を外して蓋板の第２の半部１０２Ｂを取り外す。その後、蓋板１０２の第１の半部１０２Ａを開いてケーシングの上端を開口させ、第２の回転軸１６を回転体２に締結しているナット１８を外して、第２の回転軸１６を継手２０とともに取り外す。次いで第２のカバー板２０２Ｂを取り外し、第２の端板２０１Ｂを取り外す。
【００７５】
本発明に係わる遠心分離機においては、回転体２の中心部からその内部に原液を供給するため、ケーキ層を回転体２の中心部付近まで形成することができる。また回転体２内の間隙Ｇの軸線方向寸法（深さ）を充分に小さく設定してあるため、従来よりも少ない試料（原液）で、従来より厚いケーキ層を形成することができる。
【００７６】
試験用遠心分離機において求めたろ過速度や、ケーキ洗浄後の残留液分を実機にスケールアップして、実機の運転条件を推定するためには、試験用の遠心分離機において形成するケーキ層の厚さをできるだけ実機で形成するケーキ層の厚さに近付けることが望ましい。この場合、試験用遠心分離機で形成するケーキ層の軸線方向寸法は余り問題にならないので、試験用遠心分離機で形成するケーキ層の軸線方向寸法は小さくても何等差し支えない。
【００７７】
本発明に係わる遠心分離機において、できるだけ少ない試料で厚いケーキ層を形成するためには、回転体２内に形成する間隙Ｇの深さ（軸線方向寸法）を、遠心ろ過作用の検証に支障を来さない範囲で、可能な限り浅く設定することが好ましい。また間隙Ｇの深さを浅くして、該間隙内に形成されるケーキ層の軸線方向寸法を小さくしておくと、ストロボライト３０の光の一部がケーキ層を透過するようになるので、観察者と反対側（上記の例では第１の端板２０１Ａ側）から回転体２にストロボライト３０の光を当てた状態で、ケーシングの窓部１０２ａを通して回転体２の窓部２０２B7を観察することにより、回転体２内のケーキ層の状態を明瞭に観察することができる。
【００７８】
特にケーキ層を洗浄する際に、洗浄液に着色をしておくと、母液が洗浄液により置換される様子を明瞭に観察することができる。
【００７９】
上記のように、回転体２内に形成する間隙Ｇの深さ寸法はできるだけ小さく設定するのが好ましいが、間隙Ｇを余り浅くすると、回転体内において、原液と端板２０１Ａ，２０１Ｂとの間に生じる摩擦抵抗がろ過速度に与える影響を無視できなくなるおそれがある。間隙Ｇの深さ寸法は、その内径寸法（フィルタの内径）の如何に係わりなく、０．５〜３［cm］、好ましくは０．５〜２［cm］程度の範囲に設定するのが好ましい。
【００８０】
試作機では、実機へのスケールアップの際の計算を容易にするために、間隙Ｇの深さ寸法を１［cm］に設定した。また試作機で用いた回転体の間隙Ｇの内径は、従来の試験用遠心分離機で用いられていたバスケット（内径３０［cm］，深さ１６［cm］）の内径と同様に３０［cm］とした。この場合、回転体２の間隙Ｇ内に形成するケーキ層の径方向寸法を５［cm］とすると、形成されるケーキの量は、ほぼ０．４リットルとなり、原液の結晶濃度を２０［％］とすると、必要な試料の量はほぼ２リットルとなる。上記試作機の回転体と同径のバスケットを用いた従来の試験用遠心分離機では、同じ結晶濃度の原液を用いて厚さが２［cm］のケーキ層を形成するのに１４リットルもの試料を必要としたのに対し、上記試作機によれば、従来のほぼ１４％の量の試料を用いるだけで従来の２．５倍の厚さのケーキ層を形成することができる。
【００８１】
上記の例では、回転体２を周壁部材２００と、第１及び第２の端板２０１Ａ及び２０１Ｂと、第１及び第２のカバー板２０２Ａ及び２０２Ｂと、フィルタ２０５とにより構成したが，第１及び第２の端板２０１Ａ及び２０１Ｂが充分な機械的強度を有している場合には、カバー板２０２Ａ及び２０２Ｂを省略することができる。
【００８２】
また第１及び第２の端板２０１Ａ及び２０１Ｂは少なくとも一方が、その一部に透明な部分を有していて、該透明な部分を通して間隙Ｇ内を観察し得るようになっていればよい。
【００８３】
例えば、上記の例において、第１の端板２０１Ａを不透明な金属板により形成して第１のカバー板２０２Ａを省略し、第２の端板２０１Ｂのみをガラス板により形成して、該第２の端板を覆うように第２のカバー板２０２Ｂを取り付ける構造にすることができる。
【００８４】
また第１の端板２０１Ａ及び２０１Ｂの双方を、ガラス板を取り付けた窓部を有する金属板により構成して、カバー板２０２Ａ及び２０２Ｂを省略するようにしてもよい。
【００８５】
例えば、図６に示した第１のカバー板の窓部２０２A7を塞ぐようにガラス板を取り付けたものを第１の端板として用い、図７に示した第２のカバー板の窓部２０２B7を塞ぐようにガラス板を取り付けたものを第２の端板として用いるようにすることができる。
【００８６】
回転体内のケーキ層の観察を容易にするためには、ストロボライトの光の一部がケーキ層を透過して観察者の目に到達するように構成しておくのが好ましい。したがって、第１の端板及び第２の端板をガラスなどの透明板により構成し、これらの端板を保護する第１及び第２のカバー板を設ける場合には、上記の実施形態のように、第１及び第２のカバー板のそれぞれに窓部を設けて、両カバー板の窓部を整合させた状態で配置するのが好ましい。
【００８７】
またカバー板を設けることなく、ガラス板を取り付けた窓部を備えた金属板により、第１の端板２０１Ａ及び２０１Ｂを構成する場合には、両端板の窓部を互いに整合させた状態で配置するのが好ましい。
【００８８】
上記の例のように、回転体２に中空の第２の回転軸を取り付けて、該第２の回転軸とフィードパイプ２１とを継手を介して連結するようにすると、フィードパイプ２１を通して回転体２内に圧縮された空気や不活性ガスを供給することができるため、回転体内の圧力を上昇させた状態での遠心ろ過作用の検証を行うことができる。
【００８９】
しかしながら、本発明は上記のように構成する場合に限定されるものではなく、例えば、回転体内に圧縮されたガスを供給する必要がない場合には、第２の端板２０１Ｂの中心部に設けた孔内に軸線方向からフィードパイプを挿入して、該フィードパイプを通して回転体内に原液を供給するようにしてもよい。
【００９０】
上記の例では、第１のカバー板２０２Ａ及び第２のカバー板２０２Ｂに設ける窓部を円形としたが、窓部の形状は上記の例に限定されるものではなく、例えば、観察範囲を拡大するために、カバー板の中心部側から外周側に向って末広がり状に広がる扇形の形状の窓部を各カバー板に設けることもできる。
【００９１】
図１の例では、フィードパイプ２１の長さを長くしてホッパ２３をケーシング１から外れた位置に配置しているが、フィードパイプ２１を短くして、ホッパ２３をケーシング１の上方に配置するようにしてもよい。
【００９２】
また回転体２内に圧縮ガスを供給する必要がない場合には、バルブ２２を省略するか、または該バルブとしてストップバルブを用いて、フィードパイプを直接またはストップバルブを介してホッパや貯液タンクなどの原液供給源に接続するようにしてもよい。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、軸線方向寸法が径方向寸法に比べて十部に小さい間隙を内部に有する回転体を用いて遠心ろ過を行わせるようにしたので、回転体内に供給する原液の量を少なくして、しかもその内部に形成されるケーキ層の厚さを厚くすることができる。したがって、本発明に係わる遠心分離機を用いて試験を行えば、ケーキ層の厚さを実機で形成されるケーキ層の厚さに近付けて、ろ過速度や残留液分の検証を実機に近い形で行わせることができ、実機にスケールアップする際の誤差を少なくして、実機の運転条件の推定を的確に行わせることができる。
【００９４】
また本発明においては、回転体の端板の少なくとも一部を透明に形成したので、回転体の回転に同期させてストロボを発光させる等の方法により回転体の像を静止させる観察手法を用いることにより、回転体の端板の透明部分を通してその内部を観察することができる。そのため、給液から洗浄、脱液までの各工程でのバスケット内の現象を観察することができ、遠心ろ過の研究に用いるデータを収集したり、実機にスケールアップする際の運転条件を的確に推測したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる試験用遠心分離機の構成例を示した断面図である。
【図２】図１の遠心分離機で用いる回転体の横断面図である。
【図３】図１の遠心分離機で用いるフィルタの正面図である。
【図４】図１の遠心分離機で用いるフィルタの拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は図１の遠心分離機で用いる周壁部材の縦断面図、（Ｂ）は同周壁部材の上面図である。
【図６】（Ａ）は図１の遠心分離機で用いる第１のカバー板の上面図、（Ｂ）は同カバー板の縦断面図である。
【図７】（Ａ）は図１の遠心分離機で用いる第２のカバー板の縦断面図、（Ｂ）は同カバー板の上面図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１の遠心分離機においてフィルタを固定するために用いる締結具の上面図及び正面図である。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…回転体、２００…周壁部材、２０１Ａ…第１の端板、２０１Ｂ…第２の端板、２０２Ａ…第１のカバー板、２０２Ｂ…第２のカバー板、５…第１の回転軸、６…モータ、１６…第２の回転軸、２０…継手、２１…フィードパイプ。

Claims (6)

1. 中心軸線を一致させた状態で設けられて間隙を介して対向配置された円板状の第１及び第２の端板と、前記第１及び第２の端板の外周側に両端板間の間隙を塞ぐよう設けられて両端板の外周部に接続された環状の周壁部材と、前記第１及び第２の端板を間にして対向配置されて外周寄りの部分が前記周壁部材に締結された円板状の第１及び第２のカバー板とを有して、前記第１及び第２の端板間の間隙が前記周壁部材に形成された多数の透過孔を通して外部に連通させられている回転体と、
   前記第１及び第２の端板と軸線を共有するように設けられて前記第１のカバー板に接続された第１の回転軸と、
   前記第１及び第２の端板と軸線を共有した状態で前記第２のカバー板の中心部に接続されて中空部内が前記第１及び第２の端板の間の間隙内に連通させられた中空の第２の回転軸と、
   前記第１の回転駆動軸を回転駆動する回転駆動装置と、
   流体供給用のフィードパイプと、
   前記第２の回転軸の回転を妨げない状態で前記第２の回転軸と前記フィードパイプとを気密かつ液密に連結する継手と、
   を具備し、
   前記第１及び第２の端板は透明な材料からなり、
   前記第１及び第２のカバー板に互いに整合する窓が少なくとも１つずつ形成され、
   前記第１の端板と第２の端板との間の間隔は、０．５〜２［ cm ］に設定されている、
   試験用遠心分離機。
2. 環状に形成されて軸線方向の中間部に内径側に突出した突条部が周設された環状の周壁部材と、前記周壁部材の軸線方向の一端側の内周及び他端側の内周にそれぞれ嵌合されて前記突条部に当接されて間隙を介して対向するように軸線方向に位置決めされた円板状の第１及び第２の端板と、前記周壁部材と第１及び第２の端板とを間にして対向配置されて外周寄りの部分が前記周壁部材に締結された円板状の第１及び第２のカバー板とを有して、前記第１及び第２の端板間の間隙が前記周壁部材に形成された多数の透過孔を通して外部に連通させられている回転体と、
   前記回転体を収容するケーシングと、
   中心軸線を前記回転体の中心軸線に一致させた状態で前記第１の端板に取り付けられて前記ケーシングに第１の軸受装置を介して回転自在に支持された第１の回転軸と、
   中心軸線を前記回転体の中心軸線に一致させた状態で前記第２の端板に取り付けられて中空部内が前記第１及び第２の端板の間の間隙に連通させられた中空の第２の回転軸と、
   前記第１の回転駆動軸を回転駆動する回転駆動装置と、
   流体供給用のフィードパイプと、
   前記第２の回転軸の回転を妨げることなく前記第２の回転軸と前記フィードパイプとを気密かつ液密に連結する継手と、
   を具備し、
   前記第１及び第２の端板は透明な材料からなり、
   前記第１及び第２のカバー板に互いに整合する窓が少なくとも１つずつ形成され、
   前記継手は前記ケーシングに支持され、
   前記ケーシングの蓋板には該ケーシング内を観察するための窓部が形成され、
   前記第１の端板と第２の端板との間の間隔は、０．５〜２［ cm ］に設定されている、
   試験用遠心分離機。
3. 前記フィードパイプを原液供給源と圧縮ガス供給源とに選択的に接続する切換バルブを更に備えている請求項１または２のいずれかに記載の試験用遠心分離機。
4. 前記周壁部材の内周面の前記間隙内に臨む部分に添わせてフィルタが配置されている請求項１，２または３に記載の試験用遠心分離機。
5. 前記フィルタは、微細な孔を無数に有する円弧状の多孔板と、金網との積層体からなっていて、前記金網を前記周壁部材側に向けて配置されている請求項４に記 載の試験用遠心分離機。
6. 前記回転体に向けて発光するストロボライトを備えている請求項１，２，３，４または５に記載の試験用遠心分離機。

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