JP4730910B2 - 縦型固液遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、縦型固液遠心分離機に関するものである。好適には含水物の固液分離に用いる吊下分離機に係るものである。

吊下分離機は、食品工業、製薬工業等における固液分離処理に使用される回分式遠心分離機であり、その具体例として特許文献１及び２に示されたものがある。特許文献２のものは本出願人が提案したものであり、その基本構造は、本発明においても適用されるものであることを予め断っておく。
従来の吊下分離機の構造を図１及び図２によって概説すると次のとおりである。
モータ２（変速機構部分のみが図示されている）により回転せられる縦回転軸１と、この回転軸１と一体的に回転し、外周壁が固形分を透過せず液分を透過する固液分離壁１１となり、かつ底部に分離固形分を排出する排出孔１２が形成された、有底円筒形のバスケット１０と、排出孔１２を塞ぐ傘状部を有し回転軸１周囲に遊嵌された、バスケットバルブと称せられる栓体２０とを有する。
たとえば砂糖の精製に用いる場合の条件とともに操作を説明すると、図示しない前段のミキサーにて形成された、結晶と蜜の混合物であるスラリーＳが、概要的に示す供給管３を通して、バスケット１０が低速で回転する時に、バスケット１０の上部から所定量だけ供給される。
バスケット１０の外周壁は、多数の脱液孔１１Ａが形成され、その外周壁の内面にスクリーン１１Ｂが設けられた、固液分離壁１１となっているために、バスケット１０内のスラリーの液分はスクリーン１１Ｂの目及び脱液孔１１Ａを通ってバスケット１０の外部に分離・排出される。分離・排出された液分（瀘液）はバスケット１０の外側にあるケーシング４の内壁に沿って下降してケーシング４下部の排出口４Ａから遠心分離機外に排出される。一方、固体分はスクリーン１１Ｂに遮られてバスケット１０内に滞留する。また、飛散した固形分（結晶）の一部が栓体２０の傘部２１上に付着・堆積する。
固体分は固液分離壁１１の内面にも堆積する。そこで、これを掻き取るためにスクレーパ手段が設けられている。
このスクレーパ手段５の例は、図２も参照されるように、垂直シリンダ５Ａと、この垂直シリンダ５Ａをその軸心回りに旋回させる水平シリンダ（図示せず）と、垂直シリンダ５Ａのロッド先端に連結かつされたスクレーパ５Ｂ及びその先端に連結されたとブレード５Ｃを有している。固体分の掻き取り時においては、垂直シリンダ４が作動し、上昇していたスクレーパ５Ｂ及びブレード５Ｃを下降させた後、水平シリンダが垂直シリンダ４を旋回させ、それに伴ってスクレーパ５Ｂ及びブレード５Ｃを旋回させ、ブレード５Ｃを、固液分離壁１１の内面に当接させ（投入させ）、そこに堆積している固形分をバスケット１０の回転によって掻き取るようになっている。
他方、バスケット１０内に滞留している固形分は、栓体２０を上昇させ排出孔１２を開口させて排出する。栓体２０は、固形分排出時以外はバスケット１０底面上に設置されており、排出時のみ昇降する。この栓体２０の昇降手段としては、栓体２０の上端フランジ２０ａの下面に、昇降アーム８０先端に設けた自在回転するローラ８１を接触するように位置させ、昇降アーム８０の揺動軸８２を中心としてシリンダ（図示せず）により揺動させることで、栓体２０を昇降させるように構成していた。
しかるに、栓体２０の昇降時に、ローラ８１がフランジ２０ａの下面に接触しながら回転することを繰り返す、並びに栓体２０の回転中にローラ８１が接触回転するために、ローラ８１及びこれを軸支するローラシャフトの磨耗粉が排出する固形分（結晶）中に混入し、製品中への異物混入（コンタミネーション）を引き起こす可能性があった。
他方、栓体２０は回転軸１に遊嵌し、その程度はほぼ接触している状態にあるが、回転軸１の回転力を積極的に栓体２０に伝達する構造ではなく、回転軸１外面との摩擦力により成り行きで回転する構造である。
このように、栓体２０は回転軸１との摩擦力による成り行きで回転させる構造であったため、回転に伴う回転方向の分力よりも、堆積した結晶質量による抵抗力が勝った場合は、栓体２０が回転せずに、バスケット１０（特に傘部２１上）に固形分（結晶）が堆積したままとなり、これが、結晶回収率の向上の限界要因となるばかりでなく、堆積分が後のバッチの固形分（結晶）へ混入し、製品品質の不均一化の要因となっていた。
特表昭５５−５００６０２号公報 特許第３６８２６７１号公報

したがって、本発明が解決しようとする主たる課題は、製品中への異物混入（コンタミネーション）を防止することにある。他の課題は、結晶回収率の向上を図るとともに、後のバッチの固形分（結晶）へ混入し、製品品質の不均一化を防止することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
縦回転軸と、この回転軸と一体的に回転し、外周壁が固形分を透過せず液分を透過する固液分離壁となり、かつ底部に分離固形分を排出する排出孔が形成された、有底円筒形のバスケットと、前記排出孔を塞ぐ傘状部を有し前記回転軸周囲に遊嵌された栓体とを有し、
前記栓体に設けられた第１磁石と、上下方向に昇降する昇降体と、この昇降体に設けられ、前記第１磁石の下方位置において前記第１磁石に対向し、反発関係をもたらす第２磁石とを備え、
前記昇降体の昇降に伴って、前記第１磁石と前記第２磁石との反発関係により前記栓体と前記昇降体とが非接触を維持しながら、前記栓体が昇降するように構成したことを特徴とする縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
図４〜図６の符号を参照すれば、昇降体４０の昇降に伴って、第１磁石３１と第２磁石３２との反発関係により栓体２０と昇降体４０とが非接触を維持しながら、栓体２０が昇降するように構成した。したがって、前記の従来例におけるローラ８１及びローラシャフトの磨耗粉が排出する固形分（結晶）中に混入し、製品中への異物混入（コンタミネーション）を引き起こす可能性を解消できる。
さらに、反発関係をもたらすために第１磁石３１及び第２磁石３２を使用しているので、簡易かつ安価な構成で実用的である。

〔請求項２記載の発明〕
さらに、前記回転軸に着脱部を一体的に設け、前記栓体の上昇時に前記着脱部と連結され、前記栓体が前記回転軸と一体的に回転可能とされた請求項１記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
前述の栓体２０が回転せず、バスケット１０（特に傘部２１上）に固形分（結晶）が堆積したままとなり、これが、結晶回収率の向上の限界要因となるばかりでなく、後のバッチの固形分（結晶）へ混入し、製品品質の不均一化の要因となっていた問題に対し、回転軸に着脱部を一体的に設け、栓体２０の上昇時に着脱部と連結させ、栓体２０が回転軸１と一体的に回転するようにしたので、栓体２０が回転しない事態がなくなり、１バッチごとの固形分（結晶）回収率の向上を図ることができ、製品品質が安定したものとなる。

〔請求項３記載の発明〕
前記着脱部には第３磁石が設けられ、前記栓体が前記第３磁石に吸着されて前記着脱部と連結される関係にある請求項２記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
第３磁石３３を利用することで、簡易かつ安価な構成で実用的なものとなる。

〔請求項４記載の発明〕
前記着脱部は、前記回転軸から張り出したフランジとその下面に設けられた前記第３磁石により構成され、前記栓体の上面と吸着可能関係にある請求項２記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
着脱部の構造として、回転軸１にフランジ１Ａを張り出して設け、その下面に第３磁石３３を設けて栓体２０の上面と吸着可能関係とすることで、簡素な構成となる。

〔請求項５記載の発明〕
前記着脱部には永久磁石からなる第３磁石が設けられ、この第３磁石による前記栓体の吸着力は前記栓体にかかる下方への力より小さく、かつこの第３磁石による吸着力に前記第１磁石が前記第２磁石から反発する反発力が加算された連結力によって前記栓体が前記着脱部と連結される関係にある請求項２記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
第３磁石３３として、電磁石でなく永久磁石を使用するために構造がシンプルとなり、しかも、第３磁石３３よる栓体２０の吸着力が栓体２０にかかる下方向への力より小さくすることで、昇降体４０を降下させたとき、栓体２０はその自重により降下させることができる。なお、ここでいう、下方向への力とは、自重、および外部要因（バスケット内外部の圧力差等）による下方向への力の合計をさす。

〔請求項６記載の発明〕
固液分離壁の内面に堆積した付着物を掻き取るスクレーパ手段が設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
固液分離壁１１の内面に堆積した付着物を掻き取るスクレーパ手段５が設けられているときに、栓体（バスケット、特にその傘部２１上）に固形分（結晶）が堆積する傾向にあるので、本発明の利点が顕著に発現する。

〔請求項７記載の発明〕
前記第１磁石及び前記第２磁石が永久磁石である請求項１または２記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
第１磁石３１及び第２磁石３２として、電磁石でなく永久磁石を使用するために構造がシンプルとなる。

〔請求項８記載の発明〕
前記栓体は、上昇したときその傘状部の肩面が、前記バスケット底部の前記排出孔と接触してその排出孔を塞ぐ構造とされ、
前記肩面及び前記排出孔のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の閉塞磁石を設けた請求項１記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
上昇状態（閉塞状態）を維持するために、前記の第３磁石によって連結部を構成することもできるほか、縦型固液遠心分離機としては、栓体を上昇させたときその傘状部の肩面が、バスケット底部の排出孔と接触してその排出孔を塞ぐ構造ものがある。この型式の縦型固液遠心分離機にも本発明の思想を適用でき、その場合、前記肩面及び前記排出孔のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の閉塞磁石を設けることで、上昇状態（開口状態）を維持することができる。

〔請求項９記載の発明〕
前記栓体は、前記排出孔との接触を離れてこれを開口し、下降したとき前記栓体の傘状部の下部及び前記バスケット底部のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の開口維持磁石を設けた請求項８記載の縦型固液遠心分離機。

（作用効果）
下降したとき前記栓体の傘状部の下部及び前記バスケット底部のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の開口維持磁石を設けることで、下降状態（開口状態）を維持することができる。

以上、本発明の効果を要すれば、製品中への異物混入（コンタミネーション）を防止することができる。また、結晶回収率の向上を図るとともに、次バッチの固形分（結晶）へ混入し、製品品質の不均一化を防止することができる。

次に、図３〜図６によって本発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と基本的に同一の構成及び作動については、同一の符号を図示するのみで、説明を省略する。また、スクレーパ手段５、脱液孔１１Ａ及びスクリーン１１Ｂなどについて図示を省略しているが、本実施の形態においても設けられているものである。
図３は、１バッチ分の操作例の説明図であり、図４に示すように、栓体２０がバスケット１０の底面上に位置している状態で、モータ２により縦回転軸１が駆動されバスケット１０が回転し始める。その後、所定の回転数になって時点で、前述のように、スラリーＳが供給管３を通して、バスケット１０の上部から内部へ所定量だけ供給される。その後、増速されて所定の高回転数で所定の時間、固液分離される。この終了後において減速され、低回転数状態でスクレーパ手段５による掻取及び固液分の排出孔１２からの排出、並びにその間の栓体２０の昇降が行われる。

かかる掻取及び固液分の排出過程において、次の操作が行われる。
この操作のために、栓体２０の例えば上部のフランジ部３４に第１磁石３１が下方に臨んで設けられている。フランジ部３４の上面には、吸着板２２が一体化されている。
一方、上下方向に昇降する昇降体４０が設けられている。この昇降体４０の具体例は、適宜数の昇降シリンダ４１と、そのシリンダロッドの先端が連結される環状部材４２と、この環状部材４２に上方に臨んで設けられた第２磁石３２とを有する。
実施例での第１磁石３１及び第２磁石３２は永久磁石であり、両者は対面状態で設けられ、Ｎ極及びＳ極の選択配置により、相互が反発関係にあるように配置されている。第１磁石３１及び第２磁石３２の反発力は栓体２０が軸方向回転した際に、変動しないことが必要で、具体的には、第１磁石３１及び第２磁石３２の少なくとも一方を、環状（リング状）の形状とすることが好ましい。
また、回転軸１には着脱部が一体的に設けており、栓体２０の上昇時に着脱部と連結され、栓体２０が回転軸１と一体的に回転可能とされている。
その具体例は、着脱部は、回転軸１に一体化されたフランジ部１Ａと下方に臨んで設けられた永久磁石からなる第３磁石３３とを有し、その第３磁石３３に吸着板２２が吸着されて、フランジ部１Ａ及び第３磁石３３と連結される関係にあるものである。

かかる構造のもとで、バスケット１０の回転が減速され、低回転数状態となった時点で、昇降体４０が作動する。すなわち昇降シリンダ４１が作動し、環状部材４２を図４の下降位置から上昇させる。このとき、第１磁石３１と第２磁石３２とは反発関係にあるので、第２磁石３２の上昇に伴って、第１磁石３１がある離間距離も保持しながら（つまり非接触状態で）上昇する。その結果、フランジ部３４を介して栓体２０が上昇する。
栓体２０は、上昇する過程で、縦回転軸１との摩擦力および、吸着板２２と第３磁石３３と間に生じる吸着力により、不定速度で回転を開始する。フランジ部３４が上昇限まで上昇すると、図５に示すように、吸着板２２が第３磁石３３に吸着され、その吸着力に第１磁石３１が第２磁石３２から反発する反発力が加算された連結力となるので、栓体２０は回転軸１の回転と同期するように回転せられる。その結果、栓体２０の傘部２１の上面に付着した固形分が振り飛ばされる。
その後、前述のように、垂直シリンダ４が作動し、上昇していたスクレーパ５Ｂ及びブレード５Ｃを下降させた後、水平シリンダが垂直シリンダ４を旋回させ、それに伴ってスクレーパ５Ｂ及びブレード５Ｃを旋回させ、ブレード５Ｃを、固液分離壁１１の内面に当接させ（投入させ）、そこに堆積している固形分をバスケット１０の回転によって掻き取る。この掻き取り時において、バスケット１０内に滞留している固形分は、栓体２０の上昇によって開口した排出孔１２を通して排出する。
この排出が完了したならば栓体２０を下降させる。ところで、第３磁石（永久磁石）よる栓体２０の吸着板２２を吸着する力より栓体２０の自重が勝っている関係にあるように第３磁石の吸着力が選定されている。その結果、昇降体４０の下降に伴い第２磁石３２が下方に逃げると、第１磁石３１と第２磁石３２との反発力が弱くなるので、その反発力が栓体２０の上昇力として加算されなくなった時点で、吸着板２２は第３磁石３３から離れて、栓体２０の下降が開始される。図６に示すように、昇降体４０のさらなる下降に伴い栓体２０も下降し、図４の下降限に達するようになる。栓体２０の下降後、又は下降に伴い、スクレーパ手段５は、逆の過程を経て上昇限に戻り、バスケット１０の回転も止められ、次のバッチを待つ。

以上の構造及び操作によれば、第１磁石３１と第２磁石３２との反発関係により栓体２０と昇降体４０とが非接触を維持しながら、栓体２０が昇降するように構成したので、前記の従来例におけるローラ８１及びローラシャフトの磨耗粉が排出する固形分（結晶）中に混入し、製品中への異物混入（コンタミネーション）を引き起こす可能性を解消できる。
さらに、前述の栓体２０が回転せず、バスケット１０（特に傘部２１上）に固形分（結晶）が堆積したままとなり、これが、結晶回収率の向上の限界要因となるばかりでなく、後のバッチの固形分（結晶）へ混入し、製品品質の不均一化の要因となっていた問題に対し、回転軸１に着脱部を一体的に設け、栓体２０の上昇時に着脱部と連結させ、栓体２０が回転軸１と一体的に回転するようにしたので、栓体２０が回転しない事態がなくなり、１バッチごとの固形分（結晶）回収率の向上を図ることができ、かつ、製品品質が安定したものとなる。

（他の例）
上記例において、第１磁石３１、第２磁石３２及び第３磁石は永久磁石を使用したが、そのいずれかが電磁石でもよい。ただし、電磁石の場合、通電系統が必要となり、装置構成を複雑化させるので、永久磁石が最適である。吸着板２２と第３磁石３３との上下関係は逆であってもよい。
本発明において、栓体２０の上昇時において回転軸１と同期回転する手段の採用を必須とはしないが、その手段の採用は前述のように大きな利点をもたらす。必要ならば、回転軸１に着脱部を一体的に設け、栓体２０の上昇時に着脱部と連結され、栓体２０が回転軸１と一体的に回転可能とする手段としては、前述の磁力を利用するほか、機構学的な連結形態を採用してもよい。ただし、その場合には、接触を繰り返すので、磨耗による異物混入を防止することが肝要である。その点、吸着板２２と第３磁石３３との吸着・脱着は異物混入がなく、しかも、構造的にシンプルであり実用的である。
昇降体４０の変形例としては多くの例があるであろう。たとえば、その駆動源を電動シリンダ、油圧シリンダ、空気圧シリンダのほか、ネジの回転に伴い昇降させるようにしてもよい。
なお、図７のように、栓体１０を下方に移動させて、固形分を排出する構造においても本発明が適用できる。すなわち、図７の形態は、栓体２０は、上昇したときその傘状部２１の肩面が、バスケット１１底部の排出孔１２Ａと接触してその排出孔１２Ａを塞ぐ構造とされ、前記肩面及び排出孔１２Ａのそれぞれに吸着関係をもたらす一対の閉塞磁石５１、５２を設けたものである。なお、排出孔１２Ａを通った固形分は、最終的には、バスケット１１底板１１Ｂとの間に周方向に間欠的に開口された排出孔１２Ｂを通して外部に排出されるものである。
他方、栓体２０は、排出孔１２Ａとの接触を離れてこれを開口し、下降したとき栓体２０の傘状部２１の下部（実施の形態では下面）及びバスケット１１底部（実施の形態では底板１１Ｂ）のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の開口維持磁石５３、５４を設けた構成とすることができる。

本発明の基本構造を従来例と共に説明する分離機の縦断面図である。 スクレーパ手段５の説明用水平横断面図である。 １バッチ分の分離操作説明図である。 固液分離状態における分離機の縦断面図である。 栓体の上昇時における分離機の縦断面図である。 栓体の下降過程における分離機の縦断面図である。 若干態様を異にする分離機における縦断面図である。

１…縦回転軸、４…ケーシング、５…スクレーパ手段、１０…バスケット、１１…固液分離壁、１２Ａ…排出孔、２０…栓体、２１…傘部、２２…吸着板、３１…第１磁石、３２…第２磁石、３３…第３磁石、４０…昇降体、４１…昇降シリンダ、４２…環状部材、５１、５２…閉塞磁石、５３、５４…開口維持磁石、Ｓ…スラリー。

Claims (9)

1. 縦回転軸と、この回転軸と一体的に回転し、外周壁が固形分を透過せず液分を透過する固液分離壁となり、かつ底部に分離固形分を排出する排出孔が形成された、有底円筒形のバスケットと、前記排出孔を塞ぐ傘状部を有し前記回転軸周囲に遊嵌された栓体とを有し、
   前記栓体に設けられた第１磁石と、上下方向に昇降する昇降体と、この昇降体に設けられ、前記第１磁石の下方位置において前記第１磁石に対向し、反発関係をもたらす第２磁石とを備え、
   前記昇降体の昇降に伴って、前記第１磁石と前記第２磁石との反発関係により前記栓体と前記昇降体とが非接触を維持しながら、前記栓体が昇降するように構成したことを特徴とする縦型固液遠心分離機。
2. さらに、前記回転軸に着脱部を一体的に設け、前記栓体の上昇時に前記着脱部と連結され、前記栓体が前記回転軸と一体的に回転可能とされた請求項１記載の縦型固液遠心分離機。
3. 前記着脱部には第３磁石が設けられ、前記栓体が前記第３磁石に吸着されて前記着脱部と連結される関係にある請求項２記載の縦型固液遠心分離機。
4. 前記着脱部は、前記回転軸から張り出したフランジとその下面に設けられた前記第３磁石により構成され、前記栓体の上面と吸着可能関係にある請求項２記載の縦型固液遠心分離機。
5. 前記着脱部には永久磁石からなる第３磁石が設けられ、この第３磁石による前記栓体の吸着力は前記栓体にかかる下方への力より小さく、かつこの第３磁石による吸着力に前記第１磁石が前記第２磁石から反発する反発力が加算された連結力によって前記栓体が前記着脱部と連結される関係にある請求項２記載の縦型固液遠心分離機。
6. 固液分離壁の内面に堆積した付着物を掻き取るスクレーパ手段が設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載の縦型固液遠心分離機。
7. 前記第１磁石及び前記第２磁石が永久磁石である請求項１または２記載の縦型固液遠心分離機。
8. 前記栓体は、上昇したときその傘状部の肩面が、前記バスケット底部の前記排出孔と接触してその排出孔を塞ぐ構造とされ、
   前記肩面及び前記排出孔のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の閉塞磁石を設けた請求項１記載の縦型固液遠心分離機。
9. 前記栓体は、前記排出孔との接触を離れてこれを開口し、下降したとき前記栓体の傘状部の下部及び前記バスケット底部のそれぞれに吸着関係をもたらす一対の開口維持磁石を設けた請求項８記載の縦型固液遠心分離機。

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