JP4794647B2 - 分離板型遠心分離機とその分離板と固液分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、高回転・高遠心力によって被処理液（原液）を比重差に応じて液・液、及び／或いは固・液に分離する分離板型遠心分離機とその分離板とこれらを用いた固液分離方法とに関する。

本発明に係る分離板型遠心分離機（以下、単に「分離機」ともいう）は、産業の多くの分野に用いられており、例えば、船舶用ディーゼルエンジンの燃料油や潤滑油の浄化や、被処理液としてのこれらの油中（被処理液中）に混入した固形不純物を除去する清浄機として用いられている（特許文献１）。

特開２００２−３３６７３４号公報

従来のこの種の分離板型遠心分離機の構造は、回転体内の回転軸方向に截頭円錐形状の分離板が多数積層された分離板群を備え、分離板群の各層において上下に位置する各分離板相互の上下間隙、即ち、各層において上の分離板の円錐面の内面（下面）と下の分離板の円錐面外面（上面）との間として形成された円錐面間隙を、下の分離板の円錐面の外面（上面）の円錐母線方向に複数配設された分離空間仕切突条部で、回転体の回転方向に間隔を置いて、例えば、８分轄して８室の分離空間が形成されている。

このような構造の分離機による分離処理は次のようにして行われる。
例えば、使用済みの燃料油や潤滑油等である被処理液（以下、原液ともいう）が、回転体の回転軸方向から回転体内に導入されると、遠心力により、前記分離板群の下方側から分離板群を上下方向に貫通した流通孔を経て、各分離空間に流入し拡散して行く。

遠心力が与えられた被処理液は、流入した分離空間に拡散しつつ、液体は上下の分離板の円錐面の間を、分離板の中心即ち回転軸方向に向かって円錐面の傾斜を登るように流れて行く。

他方、被処理液中に混入している雑多な固形不純物粒子は、遠心沈降によって、当該分離空間を形成する上の分離板の円錐面の内面（下面）側に沈降し、沈降した円錐面に沿って分離空間の外周縁側即ち円錐面の底辺側へと流動（分離空間からの排出流動）して行く。

沈降した固形不純物粒子が、このように分離空間の外周縁へ向かって排出流動させられる際には、当該分離空間を形成するよう（仕切るよう）に回転方向の前後に配置されている２つの分離空間仕切突条部のうち、後方に位置する分離空間仕切突条部によって、詳しくは当該分離空間仕切突条部の回転方向側の縁である回転正面縁によって、固形不純物粒子が案内されながら、恰も、分離空間仕切突条部で分離空間から掃き出されるように、分離空間の外周縁側の、上の分離板の内面側の底辺（当該分離板の外周端）へと送られる。

こうして、各分離空間からその外周縁に送り出される固形不純物は、その外周縁に集められて、堆積し、分離群の周囲の回転体内の空間に至り、終には当該回転体内の最外周空部の所謂固形不純物集塵場所である回転体内の最大径部に一時的に貯蔵され、適宜手段により適宜に回転体外へと排出される。

しかしながら、問題は、固形不純物粒子が分離空間仕切突条部に案内されながら流動している間に在る。
従来の分離空間仕切突条部は、その回転正面縁が直線的（実際は円錐面上に一体的に装着されるため立体形状となるが、円錐母線と一致させた方向に細く装着する場合には直線となる）に成形されているため、分離空間仕切突条部（の直線的な回転正面縁）に接触してから当該分離空間仕切突条部（の直線的な回転正面縁）に沿って案内されている間における雑多な固形不純物粒子は、互いの粒子の流れが錯綜して乱れたり、粒子が接触したり衝突したりすることが少なく、或る意味では整然と秩序よく比較的順に流れるように案内されていた。

このために、比較的粒子が小さくて微細な微細微粒子の固形不純物の場合には、与えられる遠心力が小さくて流動力も弱いために、沈降速度や流動速度が遅く、分離空間からの排出流動に時間を要し、微細微粒子の固液分離に長時間を要する上に微細微粒子の除去能力についても更なる向上が課題、とされていた。

本発明は、上記課題を解決し、被処理液中に混入した固形不純物、特に微細微粒子の分離性能や分離速度等の分離能力を従来に比べて一段と高めた分離板型遠心分離機とその分離板と分離方法の提供を目的とする。

請求項１の分離板型遠心分離機の分離板の発明は、
分離板型遠心分離機の回転体内に当該回転体の回転軸方向に積層される截頭円錐形状の分離板において、積層された上下の各前記分離板相互間の円錐面間隙を前記回転体の回転方向に間隔を置いて分離空間が形成されるよう、下方に位置する分離板の円錐面の円錐母線方向に配設される分離空間仕切突条部は、
当該分離空間仕切突条部を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部の上端部側が回転方向側に位置し、分離空間仕切突条部の下端部側が回転後方側に位置する傾きに配設され、
当該分離空間仕切突条部の回転体の回転方向側の回転正面縁が、
前記回転体の回転方向とは反対方向に膨出する曲線を描くようへの字状に湾曲形成された湾曲部を有し、前記湾曲部は、分離空間仕切突条部の全長のうち円錐面の底辺側寄り部分を曲げて形成されたことを特徴とする。

請求項２の分離板型遠心分離機の発明は、
分離板型遠心分離機の回転体内の回転軸方向に積層される截頭円錐形状の分離板を備えた分離板型遠心分離機おいて、
積層されて上下に位置する前記分離板相互間の円錐面間隙を前記回転体の回転方向に間隔を置いて分離空間が形成されるよう下方に位置する分離板の円錐面の円錐母線方向に配設される分離空間仕切突条部が、
当該分離空間仕切突条部を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部の上端部側が回転方向側に位置し、分離空間仕切突条部の下端部側が回転後方側に位置する傾きに配設され、
当該分離空間仕切突条部の回転体の回転方向側の回転正面縁が、
前記回転体の回転方向とは反対方向に膨出する曲線を描くようへの字状に湾曲形成された湾曲部を有し、
前記湾曲部は、分離空間仕切突条部の全長のうち円錐面の底辺側寄り部分を曲げて形成されたことを特徴とする。

請求項３の分離板型遠心分離機における固液分離方法の発明は、
分離板型遠心分離機の回転体内に当該回転体の回転軸方向に積層される截頭円錐形状の分離板において、積層された上下の各前記分離板相互間の円錐面間隙を前記回転体の回転方向に間隔を置いて分離空間が形成されるよう、下方に位置する分離板の円錐面の円錐母線方向に配設される分離空間仕切突条部を、
当該分離空間仕切突条部を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部の上端部側が回転方向側に位置し、分離空間仕切突条部の下端部側が回転後方側に位置する傾きに配設し、
当該分離空間仕切突条部の回転体の回転方向側の回転正面縁は、
前記回転体の回転方向とは反対方向に膨出する曲線を描くようへの字状に湾曲形成された湾曲部を有し、
前記湾曲部を分離空間仕切突条部の全長のうち円錐面の底辺側寄り部分を曲げて形成し、
前記分離空間を満たす被処理液中に浮遊する固形不純物粒子が遠心力により当該回転正面縁に案内されながら当該分離空間から放出移動される際、当該回転正面縁において、軽重に差のある個々雑多の固形不純物粒子が互いの移動速度の違いや流路の錯綜による接触や衝突により単位粒子の質量を増大させ、
質量増大により遠心力がより効果的に単位粒子に与えられて、液と固体との分離性能を高めること、を内容とする。

請求項１乃至請求項３の各発明によれば、何れも、分離空間の被処理液中の固形不純物粒子が遠心力によって回転正面縁に案内されて流動する際、への字状の湾曲部及びその近傍において、軽重に差のある個々雑多の固形不純物粒子が互いの移動速度の違いや流路の錯綜による接触や衝突或いはこれら接触や衝突の繰り返しにより、単位粒子の質量が増大するので、遠心力がより効果的に固形不純物粒子に作用して、分離所要時間が短縮されたり、従来では分離が困難であった、より微細な固形不純物粒子の分離が比較的容易になる等、従来に比べて固液分離性能を一段と高めることができる。

請求項２の発明によれば、従来に較べて、分離所要時間が短く、より微細な固形不純物粒子の分離が可能な固液分離性能が高い分離板型遠心分離機を提供できる。

又、請求項２の発明によれば、固形不純物粒子が比較的集積する円錐面の底辺寄りに湾曲部が設けられた分離板を備えているので、固形不純物粒子の接触や衝突の頻度を高めることができ、質量増大化をよって、より分離効率の高い分離板型遠心分離機を提供できる。

請求項３の発明によれば、被処理液中の固形不純物粒子をそのまま液と分離するだけでなく、固形不純物粒子同士を接触させたり衝突させたりすることよって、単位粒子の質量を増大させることで、増大させた固形不純物粒子に対して遠心力をより効果的に作用させることができ、これにより、従来に較べて、分離所要時間が短縮され、従来では分離が困難であった、より微細な固形不純物粒子の分離をも可能とする分離性能の高い分離板型遠心分離機における固液分離方法を提供できる。

又、請求項３の発明によれば、固形不純物粒子が比較的集積する円錐面の底辺寄りに設けられた湾曲部及びその付近で、固形不純物粒子の接触や衝突の頻度を高めることができ、質量増大化をよって、より分離効率の高い分離板型遠心分離機における固液分離方法を提供できる。

以下、本発明を、船舶用ディーゼルエンジンの燃料油や潤滑油等を被処理液とする分離板型遠心分離機（以下、単に分離機ともいう）を例にして説明する。

実施例の分離板型遠心分離機の構造を図１乃至図６において説明する。
図１は分離板型遠心分離機の回転体の断面図、図２は分離板群を構成する分離板の平面図、図３は分離板の底面図、図４は分離板の側面図、図５は分離板の斜視図、図６は分離板の縦断面図である。

図１において、回転体１の内部には、回転体１の回転軸方向に笠状の分離板２が多数積層された分離板群２０が設けられている。この分離板群２０を構成する分離板２は、図２乃至図６に示すとおり、平板を絞り加工によって截頭円錐形状に加工されたものである。

分離板群２０の各層において、積層方向の上下に相対的に位置する上の各分離板２と下の分離板２との相互の上下間隙、即ち、図２乃至図６に示す分離板２おいて、各層における上の分離板２の円錐面２１の内面（下面）２１２と下の分離板２の円錐面２１の外面（上面）２１１との間には、被処理液が導入（図１の分離板群２０中に図示の斜め上方に向けた多数の矢印は被処理液の導入方向を示す）される間隙として円錐面間隙（図示せず）が形成されている。

相対的に下に位置する分離板２の円錐面２１の外面（上面）２１１上には、当該円錐面２１の略円錐母線方向に分離空間仕切突条部３が回転体１の回転方向（この実施例では図において右方向＝反時計回り）に間隔を置いて、例えば８分轄して８室の分離空間４が形成されるように複数、平面図においては回転中心側から放射状に配設されている。

この分離機による被処理液（スラッジや水分を含んだ燃料油や潤滑油等）の分離処理は大別して一次分離と二次分離によって次のように遠心分離処理される。
先ず、図１において、被処理液は、回転体１の回転軸に回転方向に設けられた導入口１１から回転体１の内に導入され、回転体１の高速回転による遠心力で比重の軽い軽液、比重の重い重液、固形物等に分離される（以下、これを一次分離処理という）る。

この一次分離処理により分離された比重の軽い軽液は、分離板群２０の下方側から上方側に向けて当該分離板群２０を上下方向に貫通し、少なくとも、各分離空間４毎に当該分離空間４を貫通するように設けられた各々の流通孔２２を上向き方向に流れて、順次下から上の各層の各分離空間４へと流入して、各分離空間４内に拡散して行く。

次に二次処理を説明する。
各分離空間４内に拡散して行く被処理液は、遠心力が与えられているため、各分離空間４に当該流通孔２２から拡散しつつ、被処理液の液体は、上下の分離板２，２の円錐面２１の間、即ち、上の分離板２の円錐面２１の内面（下面）２１２と下の分離板２の円錐面２１の外面（上面）２１１との間隙である分離空間４内を、分離板２の中心即ち回転軸方向に向かって下の円錐面２１の傾斜面２１１を登るよう上方へ向けて流れて行く。この流れ即ち上向流通は、図１の分離板群２０中において、斜め上方に向け回転軸方向に向かうように示した多数の矢印の通りである。

こうして、分離板群２０の各層の分離板２の分離空間４の間隙を経て、分離板群２０の上層側即ち上向へと流通した比較的軽い被処理液は、最終的には、図１に示す回転体１の回転軸近傍に設けられた回収口１５から浄化液として回収される。

他方、被処理液中に混入している処理対象の個々雑多な固形不純物粒子のうち比較的比重の大きな粒子は、回転体１の高速回転による遠心沈降によって、速やかに回転体１内の空間１２の最大径部１３に至って集積され、回転体１の胴回りにおける最大径部１３に設けられた排出口１４から、適宜のタイミングと適宜手段により回転体４外へと排出される。この最大径部１３は、回転体４の内部側から観ると、内部における最外周空部であって固形不純物を一時的に貯蔵する集塵・集積場所である。

又、比重の重い被処理液や被処理液中に含まれる固形不純物粒子等は、分離板群２０によって形成される広大な沈降面（分離板２の円錐面積×分離板２の数）を構成する各分離空間４において、当該分離空間４の沈降面の分離空間４を形成する相対的に上（天井側）に位置する上の分離板２の円錐面２１の内面（下面）２１２側（当該分離空間４の天井側に遠心力によって沈降）に沈降し、沈降した円錐面２１に沿って当該分離空間４の外周縁４１側即ち当該円錐面２１の底辺４１側へと流動して行く。以下、この流動を分離空間４からの排出流動と言う。

こうして各分離空間４内において沈降した個々雑多な質量の固形不純物粒子が、各分離空間４の外周縁４１へ向かって排出流動させられる際には、当該分離空間４が回転方向に複数形成されるように（仕切るように）、回転方向の前後方向に間隔をおいて配置されている相対的に一対をなす２つの分離空間仕切突条部３，３のうちの、回転方向の後方に位置する分離空間仕切突条部３（例えば、図４における符号３Ｆで示す分離空間仕切突条部に対する分離空間仕切突条部３Ｒ）によって、正確には、当該分離空間仕切突条部３Ｒの回転方向側の縁（前縁）である回転正面縁３１によって、固形不純物粒子が例えば図４や図５の破線矢印の流動軌跡で示すように、案内されながら、恰も、分離空間仕切突条部３Ｒによって当該分離空間４から掃き出されるようにして、当該分離空間４の外周縁４１側の、上の分離板２の内面２１２側の底辺４１（当該分離板２の外周縁４１）側へと送られる。

そして、図１において、上記のように各分離空間４からその外周縁４１側に送られて、分離板群２０の外へと放出された固形不純物（図示せず）は、分離板群２０の周囲の回転体１内の空間１２に至り、終には、上記と同様に、当該回転体４内の最外周空部の所謂固形不純物集塵場所である回転体４内の最大径部１３に一時的に貯蔵され、適宜手段により排出口１４から回転体４外へと排出される。

上記のように、分離空間４を満たす被処理液中に浮遊する固形不純物粒子を遠心力により分離空間仕切突条部３の回転正面縁３１に案内させながら、当該分離空間４から外、即ち分離板群２０の外周囲へと、当該分離空間４内を放出移動させる際、当該回転正面縁３１において、軽重に差のある個々雑多の固形不純物粒子が互いの移動速度の違いや流路の錯綜による接触や衝突（図５の破線矢印）により単位粒子の質量が増大するように分離空間仕切突条部３を、より正確には、分離空間仕切突条部３の回転正面縁３１を形成する。

分離板２の円錐面２１の円錐母線に対する分離空間仕切突条部３の配置は、例えば、円錐母線と交差するように斜めに傾けた配置とするが、図示されてないが円錐母線と略平行に配設（配置）してもよい。
何れの場合も、この分離空間仕切突条部３は、当該分離空間４中の固形不純物粒子を遠心力に応じて当該分離空間４の下方の底辺４１側に、相対的に掃き出すように作用させる装置であるから、当該分離空間仕切突条部３を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部３上端部側が回転方向側に位置し、離空間仕切突条部３の下端部側が回転後方側に位置する傾き（以下、単に傾斜ともいう）となるように配設する。
この傾き即ち傾斜は、被処理液の成分や被処理液に混入する固形不純物の物性に応じて分離に最適な角度となるように分離空間仕切突条部３を配設する。

このように分離空間仕切突条部３を設けると、固形不純物粒子相互の接触や衝突により不純物粒子の質量を増大させることができ、粒子質量の増大によって遠心力がより効果的に増大した固形不純物粒子（単位粒子）に与えられて作用するので、固液の分離、即ち液体と固体との分離性能を従来の分離板に較べて一段と高めることができる。

尚、実施例では截頭円錐形状に形成した円錐面２１に、「へ」の字状に成形した分離空間仕切突条部３をスポット溶接にて一体的に装着して分離板２を設けて、分離板２の本体である円錐面板（２１）と容易には分離しがたい堅牢な構成としている。

この実施例の分離空間仕切突条部３の回転正面縁３１の形は、当該回転正面縁３１の全長にわたって回転体４の回転方向（図において右回転）とは反対方向（図において左方向）に膨出する曲線を描くよう湾曲形成してある。
このように分離空間仕切突条部３の前縁即ち回転正面縁３１の全長に渡る曲線とすることで、比較的広い領域で固形不純物粒子の接触や衝突による質量増大化を図ることができる。

又、その湾曲は回転正面縁３１の全長のうち円錐面２１の底辺４１側寄りの部分が最も深く形成している。
このように、固形不純物粒子が比較的集積する円錐面２１の底辺４１寄りに湾曲部を設けると、粒子相互の接触や衝突の頻度を高めることができ、それだけ粒子の質量増大化をより効率化させることができる。

実施例に示す「へ」の字状の分離空間仕切突条部３の形状は、船舶用ディーゼルエンジンの燃料油や潤滑油等を被処理液とする固液分離性能実験において、実施実験を重ねての実験上見出された最良の形状である。
従って、分離機の性能や用途、例えば、被処理液の成分の如何や被処理液中に混入する固形不純物（粒子）の物性の如何によっては、分離空間仕切突条部３の形状は異なる場合もある。
しかし、何れにしても、その分離空間仕切突条部３の形状、正確にはその回転正面縁３１の形状は、従来のような直線形状ではなく、当該回転正面縁３１に案内されながら流動する個々雑多の固形不純物粒子が相互に接触や衝突がより効率的に発生する曲線的形状とするとよい。

尚、従来の分離空間仕切突条部は、例えば、特許文献１では、分離空間仕切突条部に相当する短冊状間隙片（同文献の図中の符号２）の回転正面縁が直線的（実際は円錐面上に一体的に装着されるため立体形状となるが、円錐母線と一致させた方向に細く装着する場合には直線となる）に成形されているため、短冊状間隙片即ち分離空間仕切突条部（の直線的な回転正面縁）に接触してから当該分離空間仕切突条部（の直線的な回転正面縁）に沿って案内されている間における雑多な固形不純物粒子は、互いの粒子の流れが錯綜して乱れたり、粒子が接触したり衝突したりすることが少なく、或る意味では整然と秩序よく比較的順に流れるように案内されていた。

このため、被処理液中に混入した固形不純物粒子は、混入時のままの粒子の大きさのままで浮遊し、案内されていたため、殊に比較的粒子が小さくて微細な微細微粒子の固形不純物の場合には、与えられる遠心力が小さくて流動力が弱く、沈降速度や流動速度が遅くなり、分離空間４からの排出流動に長時間を要し、微細微粒子の固液分離にも長時間を要するにも拘らず、微細微粒子の除去能力については不十分であったのである。

本発明は、上記実施例において船舶用ディーゼルエンジンの燃料油や潤滑油等を被処理液とする分離板型遠心分離機について説明したが、これに限らず、産業上利用する固液分離機において広く利用できる。

分離板型遠心分離機の回転体の断面図である。 分離板群を構成する分離板の平面図である。 分離板の底面図である。 分離板の側面図である。 分離板の斜視図である。 分離板の縦断面図である。

１ 回転体
１１ 導入口（被処理液）
１２ 空間（回転体）
１３ 最大径部（回転体）
１４ 排出口（固形不純物）
１５ 回収口（浄化液）
２ 分離板
２０ 分離板群
２１ 円錐面
２１１ 円錐面の外面（上面）
２１２ 円錐面の内面（下面）
２２ 流通孔
３ 分離空間仕切突条部
３Ｒ 分離空間仕切突条部（図５）
３Ｆ 分離空間仕切突条部（図５）
３１ 回転正面縁（分離空間仕切突条部の前縁）
４ 分離空間
４１ 円錐面の底辺（分離板の外周縁）

Claims (3)

1. 分離板型遠心分離機の回転体内に当該回転体の回転軸方向に積層される截頭円錐形状の分離板において、積層された上下の各前記分離板相互間の円錐面間隙を前記回転体の回転方向に間隔を置いて分離空間が形成されるよう、下方に位置する分離板の円錐面の円錐母線方向に配設される分離空間仕切突条部は、
   当該分離空間仕切突条部を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部の上端部側が回転方向側に位置し、分離空間仕切突条部の下端部側が回転後方側に位置する傾きに配設され、
   当該分離空間仕切突条部の回転体の回転方向側の回転正面縁が、
   前記回転体の回転方向とは反対方向に膨出する曲線を描くようへの字状に湾曲形成された湾曲部を有し、前記湾曲部は、分離空間仕切突条部の全長のうち円錐面の底辺側寄り部分を曲げて形成されたことを特徴とする分離板型遠心分離機の分離板。
2. 分離板型遠心分離機の回転体内の回転軸方向に積層される截頭円錐形状の分離板を備えた分離板型遠心分離機おいて、
   積層されて上下に位置する前記分離板相互間の円錐面間隙を前記回転体の回転方向に間隔を置いて分離空間が形成されるよう下方に位置する分離板の円錐面の円錐母線方向に配設される分離空間仕切突条部が、
   当該分離空間仕切突条部を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部の上端部側が回転方向側に位置し、分離空間仕切突条部の下端部側が回転後方側に位置する傾きに配設され、
   当該分離空間仕切突条部の回転体の回転方向側の回転正面縁が、
   前記回転体の回転方向とは反対方向に膨出する曲線を描くようへの字状に湾曲形成された湾曲部を有し、
   前記湾曲部は、分離空間仕切突条部の全長のうち円錐面の底辺側寄り部分を曲げて形成されたことを特徴とする分離板型遠心分離機。
3. 分離板型遠心分離機の回転体内に当該回転体の回転軸方向に積層される截頭円錐形状の分離板において、積層された上下の各前記分離板相互間の円錐面間隙を前記回転体の回転方向に間隔を置いて分離空間が形成されるよう、下方に位置する分離板の円錐面の円錐母線方向に配設される分離空間仕切突条部を、
   当該分離空間仕切突条部を通る円錐母線に対して、分離空間仕切突条部の上端部側が回転方向側に位置し、分離空間仕切突条部の下端部側が回転後方側に位置する傾きに配設し、
   当該分離空間仕切突条部の回転体の回転方向側の回転正面縁は、
   前記回転体の回転方向とは反対方向に膨出する曲線を描くようへの字状に湾曲形成された湾曲部を有し、
   前記湾曲部を分離空間仕切突条部の全長のうち円錐面の底辺側寄り部分を曲げて形成し、
   前記分離空間を満たす被処理液中に浮遊する固形不純物粒子が遠心力により当該回転正面縁に案内されながら当該分離空間から放出移動される際、当該回転正面縁において、軽重に差のある個々雑多の固形不純物粒子が互いの移動速度の違いや流路の錯綜による接触や衝突により単位粒子の質量を増大させ、
   質量増大により遠心力がより効果的に単位粒子に与えられて、液と固体との分離性能を高めること、を内容とする分離板型遠心分離機における固液分離方法。
   

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