JP4968743B2 - 液体分級装置、及び、閉塞検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体分級装置に関し、特に、固体が懸濁している液体に対し、液体サイクロンを用いて分級処理、分離処理、濃縮処理を行う技術に関する。なお、本願においては、液体に懸濁している固体の分級、分離、濃縮を行う装置を「液体分級装置」と総称することに留意されたい。

液体サイクロンは、流入する液体の旋回により生ずる遠心力を利用して液体に懸濁している固体物の分級、分離、濃縮を行う装置である。液体サイクロンは、可動部分がないために構造が単純であり、処理能力が大きく、据付面積が小さい等、様々な特長を有するため、様々な分野で広く用いられている。

発明者の検討では、液体サイクロンの適切な運転のためには、液体サイクロンの濃厚液出口にロータリーバルブを接続することが有効である。液体サイクロンの適正な運転のためには、液体サイクロンの気密を保つ必要がある。液体サイクロンの処理によって得られる濃厚液の流動性が低い場合（すなわち、液体サイクロンによる濃縮率が高い場合）には、液体サイクロンの気密が濃厚液によって自動的に保たれるが、濃厚液の流動性が高い場合には、気密の確保が問題になる。ロータリーバルブは、濃厚液の流動性が高い場合にも液体サイクロンの気密を確保することを可能にする。例えば、特開２００６−２６３７０２号公報には、液体サイクロンの濃厚液出口にロータリーバルブが接続されたシステムが開示されている。

液体サイクロンに求められる要求の一つは、液体サイクロンの内部構造体の磨耗をなるべく抑制することである。不適切な条件で液体サイクロンを運転すると、処理対象物との摩擦によって内部構造体が磨耗し、液体サイクロンの寿命の短縮を招く。

液体サイクロンの磨耗を招く運転条件の一つが、濃厚液（固体を多く含む液）を排出する濃厚液出口が閉塞したまま液体サイクロンを運転することである。濃厚液出口から外部に濃厚液を排出できない状態で液体サイクロンを運転すると、蓄積された固体物が旋回流に巻き込まれ、液体サイクロンの内部構造体が磨耗する。従って、液体サイクロンの濃厚液出口が閉塞したときには、液体サイクロンの運転を速やかに停止することが望まれる。

液体サイクロンの閉塞が発生したときに液体サイクロンの運転を速やかに停止するためには、まず、閉塞の発生を検知する必要がある。しかしながら、発明者の知る限りにおいて、液体サイクロンの濃厚液出口における閉塞を確実に、且つ、簡便に検出するような機構は知られていない。
特開２００６−２６３７０２号公報

従って、本発明の目的は、液体サイクロンの濃厚液出口の閉塞の発生を確実に検知するための技術を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付記されている。但し、付記された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。

本発明の一の観点では、液体分級装置（１０）が、液体サイクロン（１）と、液体サイクロン（１）の濃厚液出口（１ｃ）に入口ポートが接続されたロータリーバルブ（３）と、ロータリーバルブ（３）の出口ポートに接続された、その少なくとも一部分が光を透過可能であるように構成された光透過管（４）と、光透過管（４）に検出光を入射する発光器（５ａ）と、光透過管（４）の内部を通過した前記検出光を受け取る受光器（５ｂ）と、受光器（５ｂ）によって受け取られた検出光の強度から液体サイクロン（１）の濃厚液出口（１ｃ）の閉塞を検出する監視装置（６）とを備えている。

好適な実施形態では、監視装置（６）は、受光器（５ｂ）によって受け取られた前記検出光の強度が、所定期間の間、常に所定の閾値（Ｐ_ＴＨ）よりも高い場合に液体サイクロン（１）の濃厚液出口（１ｃ）の閉塞が発生したと判断する。ロータリーバルブ（３）のロータに設けられた搬送室（３ａ）の数がｎであり、ロータリーバルブ（３）のロータの回転数がＮ_Ｒ（回転／秒）である場合、前記所定期間の長さｔ_ＴＨ（秒）が１／ｎＮ_Ｒよりも長いことが好ましい。

液体サイクロン（１）の原液入口（１ａ）に、液体サイクロン（１）に原液（１１）を供給する送液ポンプ（７）が接続される場合、監視装置（６）は、液体サイクロン（１）の濃厚液出口（１ｃ）の閉塞を検出したとき、送液ポンプ（７）を停止させることが好ましい。

本発明の他の観点では、液体サイクロン（１）と、液体サイクロン（１）の濃厚液出口に入口ポートが接続されたロータリーバルブ（３）とを備える液体分級装置（１０）における、液体サイクロン（１）の濃厚液出口（１ａ）の閉塞を検出する検出方法が提供される。当該検出方法は、
ロータリーバルブ（３）の出口ポートに接続された光透過管（４）に検出光を入射するステップと、
光透過管（４）の内部を通過した前記検出光を受光器（５ｂ）によって受け取るステップと、
受光器（５ｂ）によって受け取られた前記検出光の強度から液体サイクロン（１）の濃厚液出口の閉塞を検出するステップ
とを備えている。

本発明によれば、液体サイクロンの濃厚液出口における閉塞の発生を確実に検知することができる。

図１は、本発明の一実施形態の液体分級装置１０の構成を示す概念図である。本実施形態の液体分級装置１０は、固体物が懸濁された液体の原液１１に対し、分級処理、分離処理、濃縮処理を行うためのものである。

本実施形態の液体分級装置１０は、液体サイクロン１と、沈降管２と、ロータリーバルブ３と、透明管４とを備えている。

液体サイクロン１は、原液１１を、固体物が少ない清澄液１２と固体物が多い濃厚液１３に分離する。より詳細には、液体サイクロン１の原液入口１ａには、送液ポンプ７が接続されており、送液ポンプ７から、処理対象の原液１１が液体サイクロン１の内部に圧送される。送液ポンプ７によって原液１１が圧送されることにより、液体サイクロン１の内部では旋回流が発生し、原液１１の旋回により生ずる遠心力を利用して原液１１に懸濁している固体物が分級される。液体サイクロン１は、固体物が少ない清澄液１２を清澄液出口（上部出口）１ｂから排出し、固体物が多く含まれる濃厚液１３を濃厚液出口（下部出口）１ｃから排出する。液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃには沈降管２の一方の端が接続されている。

沈降管２は、液体サイクロン１から排出された濃厚液１３を一旦蓄積する。沈降管２は、濃厚液１３に含まれる固体物が液体サイクロン１の動作に影響を与えることを防止する役割を有している。沈降管２の下部では、濃厚液１３に含まれる固体物が沈殿する。沈降管２は、その下部に沈殿した沈殿物が、液体サイクロン１の内部に発生する旋回流に巻き込まれない程度の長さを有している。このような構造によれば、液体サイクロン１の旋回流に沈殿物が巻き込まれることによる液体サイクロン１の内部構造体の磨耗を抑制できる。沈降管２の他方の端は、ロータリーバルブ３の入口ポートに接続されている。

ロータリーバルブ３は、沈降管２に蓄積された濃厚液１３を順次に透明管４に送出する。本実施形態では、６つの搬送室３ａを備えたロータリーバルブ３が図示されている。即ち、ロータリーバルブ３のロータに６つの羽根が設けられ、その羽根の間に搬送室３ａが形成される。ロータリーバルブ３は、下記のように動作する：濃厚液１３は、ロータリーバルブ３の入口ポートにおいて搬送室３ａに充填される。ロータリーバルブ３のロータが回転して濃厚液１３が充填された搬送室３ａが出口ポートの位置に到達すると、搬送室３ａから濃厚液１３が流れ出して透明管４に送られる。このような動作によれば、濃厚液１３が間欠的に透明管４に送出されることに留意されたい。透明管４は、濃厚液１３を他の設備に送出する配管に接続されている。

透明管４には、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞を検知するための光センサ５が取り付けられている。光センサ５は、透明管４ａの直径方向に対向して設けられた発光器５ａと受光器５ｂとを備えている。発光器５ａは、半径方向に検出光を入射し、受光器５ｂは、透明管４を透過した検出光を受け取る。

受光器５ｂの出力には監視装置６が接続されている。監視装置６は、受光器５ａによって受け取られた検出光の強度から液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞を検出する。液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞とは、濃厚液出口１ｃから濃厚液１３が流れでない状態をいう。本明細書にいう液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞とは、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの詰りのみならず、例えば、沈降管２の詰りを含む概念として理解されなくてはならない。

液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞という現象は、受光器５ａによって受け取られた検出光の強度の変化に現れるから、検出光の強度の変化を監視することにより、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞を検出することができる。図２Ａ、図２Ｂは、受光器５ａによって受け取られた検出光の強度の変化を概略的に示すタイミングチャートである。詳細には、図２Ａは、液体サイクロン１が正常に運転されている場合における、検出光の強度の典型的な変化を示すタイミングチャートであり、図２Ｂは、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞が発生した場合における検出光の強度の典型的な変化を示すタイミングチャートである。液体サイクロン１が正常に運転されている場合、ロータリーバルブ３が濃厚液１３を間欠的に透明管４に排出するので、受光器５ａによって受け取られた検出光の強度が周期的に低下する。ロータリーバルブ３の回転数をＮ_Ｒ（回転／秒）とし、ロータリーバルブ３のロータに設けられた搬送室３ａの数をｎとすると、検出光の強度変化の周期Ｔ_Ｒは、１／（ｎＮ_Ｒ）（秒）である。一方、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞が発生すると、ロータリーバルブ３から透明管４に濃厚液１３が排出されないので、検出光の強度の周期的な低下が起こらなくなる。

本実施形態では、このような検出光の強度の振る舞いの違いを利用して液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞が検出される。一実施形態では、監視装置６は、受光器５ａによって受け取られた検出光の強度が所定期間の間、常に、閾値Ｐ_ＴＨよりも高い状態が維持された場合、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞が発生したと判断する。当該所定期間の長さｔ_ＴＨ（秒）は、検出光の強度変化の周期Ｔ_Ｒ（１／（ｎＮ_Ｒ））（秒）よりも長く設定される。当該所定期間の長さｔ_ＴＨ（秒）は、典型的には、検出光の強度変化の周期Ｔ_Ｒの２倍よりも長く選ばれる。このアルゴリズムによれば、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞を簡便に、且つ、確実に検出することができる。なお、他のアルゴリズムによっても液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞を検出し得ることに留意されたい。

液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞の発生が検知された場合、送液ポンプ７が停止されて原液１１の液体サイクロン１への投入が停止される。これにより、液体サイクロン１が保護される。液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞が検知された場合、自動的に送液ポンプ７が停止されることが好ましい。一実施形態では、監視装置６は、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃの閉塞を検知した場合、送液ポンプ７を自動的に停止させる。これにより、液体サイクロン１が有効に保護される。

以上に説明されているように、本実施形態の液体分級装置１０は、光センサ５を利用することにより、液体サイクロン１の濃厚液出口１ｃにおける閉塞の発生を確実に検知することができる。

なお、上には、本発明の具体的な実施形態が記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定して解釈されてはならない。例えば、透明管４は、その全体が透明である必要はなく、少なくとも検出光が通過する部分が透明であればよい。例えば、２つの透明な窓が設けられた管が透明管４の代わりに設けられてもよい。

図１は、本発明の一実施形態における液体分級装置の構成を示す概念図である。 図２Ａは、液体サイクロンの濃厚液出口の閉塞が発生していない場合における、受光器によって受け取られた検出光の強度の変化を示すタイミングチャートである。 図２Ｂは、液体サイクロンの濃厚液出口の閉塞が発生した場合における、受光器によって受け取られた検出光の強度の変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１：液体サイクロン
１ａ：原液入口
１ｂ：清澄液出口
１ｃ：濃厚液出口
２：沈降管
３：ロータリーバルブ
３ａ：搬送室
４：透明管
５：光センサ
６：監視装置
１０：液体分級装置
１１：原液
１２：清澄液
１３：濃厚液

Claims (5)

1. 液体サイクロンと、
   前記液体サイクロンの濃厚液出口に入口ポートが接続されたロータリーバルブと、
   前記ロータリーバルブの出口ポートに接続された、その少なくとも一部分が光を透過可能であるように構成された光透過管と、
   前記光透過管に検出光を入射する発光器と、
   前記光透過管の内部を通過した前記検出光を受け取る受光器と、
   前記受光器によって受け取られた前記検出光の強度から前記液体サイクロンの前記濃厚液出口の閉塞を検出する監視装置
   とを備えた
   液体分級装置。
2. 請求項１に記載の液体分級装置であって、
   前記監視装置は、前記受光器によって受け取られた前記検出光の強度が、所定期間の間、常に所定の閾値よりも高い場合、液体サイクロンの濃厚液出口の閉塞が発生したと判断する
   液体分級装置。
3. 請求項２に記載の液体分級装置であって、
   前記ロータリーバルブのロータに設けられた搬送室の数がｎであり、
   前記ロータリーバルブのロータの回転数がＮ_Ｒ（回転／秒）であり、
   前記所定期間の長さｔ_ＴＨ（秒）が１／ｎＮ_Ｒよりも長い
   液体分級装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の液体分級装置であって、
   前記液体サイクロンの原液入口には、前記液体サイクロンに原液を供給する送液ポンプが接続され、
   前記監視装置は、前記液体サイクロンの前記濃厚液出口の閉塞を検出したとき、前記送液ポンプを停止させる
   液体分級装置。
5. 液体サイクロンと、前記液体サイクロンの濃厚液出口に入口ポートが接続されたロータリーバルブとを備える液体分級装置における、前記液体サイクロンの前記濃厚液出口の閉塞を検出する検出方法であって、
   前記ロータリーバルブの出口ポートに接続された光透過管に検出光を入射するステップと、
   前記光透過管の内部を通過した前記検出光を受光器によって受け取るステップと、
   前記受光器によって受け取られた前記検出光の強度から前記液体サイクロンの前記濃厚液出口の閉塞を検出
   するステップ
   とを備える
   閉塞検出方法。

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