JP5037607B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の、液体混合物に含有された、それぞれ異なる密度を有する各成分を遠心分離する遠心分離機に関する。

このような遠心分離機は、中央流路を通じて上方から供給を受ける遠心ロータを備えた遠心分離機として、ソ連特許第１１９４５０４号明細書に開示されている。その遠心ロータは、電気モータによって駆動される。電気モータは、固定ハウジングに固定して取り付けられた固定子と、遠心ロータの回転ケーシングに固定して取り付けられた回転子とを有している。したがって、電気モータは、軸方向では、遠心ロータの高さに位置している。

英国特許第２２７７７００号明細書には、遠心ロータがスピンドルに直接取り付けられ、そのスピンドルが遠心ロータの外側に配置された電気駆動モータに直接接続されている遠心分離機を開示されている。このような構成では、遠心ロータの内部分離空間に対して材料の供給および／または排出のために利用できるのは、遠心ロータの両端部のうちの一方だけである。遠心ロータの両端部を通じて供給および排出を可能にするためには、いわゆる中空スピンドル上に遠心ロータを取り付けることが、スウェーデン特許第３４８１２１号明細書によって公知である。このような遠心ロータでは、遠心ロータおよびスピンドルに近接して設けられたモータによって駆動を行うことができる。駆動モータからスピンドルへの動力伝達は、例えば駆動ベルトやねじ歯車によって行われる。

現在入手可能な電気モータは、非常に満足のいくように制御可能であり、高回転数で動作可能である。したがって、遠心ロータは、直接駆動によって動作可能であることが望ましい。

独国特許第１０３００９７６号明細書には、固定軸を有し、その固定軸上に固定子が取り付けられた遠心分離機が開示されている。回転翼を有する回転子は、固定軸上に支持されている。駆動モータ自体は、回転子の内側で、遠心機中央の中心に設けられている。別の実施形態では、固定中央流路を介して媒体が供給される回転子を有する遠心分離機が参照されている。回転子の外側にある固定ケーシング上に設けられた電磁コイルによって駆動されている。回転子は、交互に磁化可能な領域を備えた円板を有している。

米国特許第６７０９４７７号明細書には、中空スピンドルを有する遠心分離機が開示されている。その遠心分離機は、吸気管とタービン回転子とによるタービン駆動を対象とするものである。

米国特許出願公開第２００２／００１６２４５号明細書には、中空スピンドルと、下からの入口と上からの出口とを有する遠心分離機を開示している。駆動についてはそれほど詳しく記載されていない。

英国特許第４０９１９６号明細書には、下方供給用の中空スピンドルを有する遠心分離機が開示されている。スピンドルは２つの軸受に支持されている。駆動については、あまり詳細には記載されていない。

国際公開第９８／４５０５０号パンフレットには、炭素粉末の動的分類を行うための装置が開示されている。この装置は、軸方向および半径方向に方向づけられた翼からなる回転子部材を保持する回転スピンドルを有している。スピンドルは中空であり、固定子および回転子を有する駆動モータを貫通して延びている。スピンドルは、駆動モータの回転子に固定して取り付けられている。

米国特許出願公開第２００１／００１２８１４号明細書には、液体から粒子を濾過するための遠心濾過器が開示されている。一実施形態として、回転中空軸およびケーシングを備えた濾材の形態としての回転子が参照されている。濾過手段が、軸上または軸の半径方向外側に設けられている。この濾過手段は、分離板の構成要素ではない。このような濾過手段の目的は、液体を濾過して、粒子を濾過手段に捕捉することである。回転子上に磁石が取り付けられている。回転子の磁石によって、開示されていない固定子を備えた電気モータが形成される。濾過される液体は、入口を介して、固定軸を通じて上向きに、回転子の回転中空軸内へと供給することができる。濾過済みの液体用の出口は、中心軸から遠く離れた位置に設けられている。

本発明の目的は、上述の問題を解決することである。特に、本発明は、内部分離空間へのアクセス性が高く、小型の構成を有する遠心分離機を提供することが目的となる。

この目的は、冒頭に定義され、駆動モータが、中心軸の方向で、遠心ロータより軸方向外側に設けられていることを特徴とする遠心分離機によって実現される。

このような遠心ロータより軸方向外側に配置された駆動モータによって、小型の構成を有する遠心分離機が得られると同時に、エネルギー損失の少ない効率的な駆動が実現される。駆動モータを貫通するキャビティは、上記の流路のうちの１つを形成することができ、遠心分離機の中心部分に、例えば処理される混合物、処理済みの生成物、油圧液などの液体を輸送するのに使用することができる。このようにして、比較的低いエネルギーで輸送をを行うことができる。キャビティは、遠心分離機の分離空間自体を形成したり、液体の輸送用の流路を形成したりすることができる。

本発明の一実施態様によれば、駆動モータが電気駆動モータである。駆動モータは、遠心ロータを駆動するためのそのような電気モータの形態として容易に実現することができる。しかし、駆動モータが油圧モータまたは空気圧モータの形態として実現されていてもよいことに留意されたい。

本発明のさらなる実施態様によれば、流路が、中心軸と同軸上に延びている。流路が、分離空間から互いに逆方向に延びていてよいことが有利である。このようにして、入口流路および出口流路は、分離空間からそれぞれ個別の方向に延びることができ、すなわち、供給および排出を、２つの方向、例えば上方および下方から行うことができる。このような中央供給および中央排出によって、低エネルギー消費がもたらされる。

本発明のさらなる実施態様によれば、駆動モータの回転子が、入口流路および出口流路の少なくとも一方を形成するキャビティを囲んでいる。このようにして、遠心ロータの両端部、通常は上端部および下端部を利用して、遠心分離によって浄化される生成物を供給し、浄化された生成物と分離された成分とを排出することが可能となる。したがって、入口と出口は両方とも、中心軸および半径方向の小延長部と同軸上に設けることができる。このことは、清浄な液体を供給する場合のエネルギー消費が比較的少ないことを意味している。したがって、本発明の遠心分離機により、中間伝達装置を用いることのない遠心ロータの直接駆動と、供給および排出を両側から、例えば上下両側から行える可能性との両方が実現される。

本発明のさらなる実施態様によれば、駆動モータの固定子が回転子を囲んでいる。このとき、トルク伝達部が、回転子を備えるように回転子に接続して設けられ、入口流路および出口流路の少なくとも一方を形成する中空のスピンドルによって形成されていてよいことが有利である。

本発明の別の実施態様によれば、駆動モータの回転子が固定子を囲んでいる。このとき、トルク伝達部は、遠心ロータに固定して接続された構成部材であって、駆動モータの回転子の周りで駆動モータの回転子に固定して接続された構成部材を形成していてよい。その場合、駆動モータの固定子は回転子の内部に設けられている。

本発明のさらなる実施態様によれば、駆動モータが、遠心ロータの方向を向いた第１の軸端部と、遠心ロータから離れる方向を向いた第２の軸端部とを有している。

本発明のさらなる実施態様によれば、キャビティが、入口流路および出口流路の一方を形成するように、遠心ロータの内部分離空間内の第１の開口部と、駆動モータの第２の軸端部より外側の第２の開口部とを有している。これにより、混合物、すなわち遠心分離によって分離される成分からなる混合物は、駆動モータを貫通して延びる入口流路から供給可能であり、かつ／あるいは、清浄な生成物は、駆動モータを貫通して延びる出口流路から排出可能である。

本発明のさらなる実施態様によれば、遠心分離機が、キャビティの内部に設けられ、媒体用の入口流路または出口流路の一方を形成するように、遠心ロータの内部分離空間と遠心ロータより外側の位置との間を延びる固定管を有している。

固定管が、駆動モータの第２の軸端部より外側に開口部を有していてよいことが有利である。このことは、固定管が駆動モータを貫通する中空スピンドル内に延びていてよいことを意味している。したがって、固定管内に、媒体の供給および／または排出を可能にする流路が形成されることになる。さらに、この構成によって、媒体の供給および／または排出を行う流路を、固定管とキャビティの内壁との間に配置することが可能となる。

本発明の他の実施態様によれば、遠心分離機が、固定フレームと、フレームに接続された少なくとも１つの軸受とを有し、トルク伝達部が、少なくとも１つの軸受に回転可能に支持されている。このとき、駆動モータの固定子がフレームに接続されていてよい。

本発明のさらなる実施態様によれば、遠心分離機が、それぞれがフレームに接続された第１の軸受および第２の軸受を有し、トルク伝達部が、２つの軸受に回転可能に支持されている。このとき、第１の軸受が、駆動モータと遠心ロータとの間に設けられていてよく、第２の軸受が、駆動モータの第２の軸端部より外側に設けられていてよい。このようにして、スピンドルおよび遠心ロータの安定した支持が実現される。

本発明のさらなる実施態様によれば、それぞれが円錐形状を有する分離板が、互いに積み重ねて設けられている。

本発明のさらなる実施態様によれば、駆動モータの固定子が、電気巻線を有し、駆動モータの回転子が、少なくとも１つの永久磁石を有している。このようにして、駆動モータの回転子による発熱が比較的抑えられ、すなわち、キャビティを通じて輸送される液体への熱の影響が小さくなる。駆動モータが、特にＰＭＳＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎ Ｍｏｔｏｒ、永久磁石同期電動機）型の電気同期モータを有してよいことが有利である。

本発明の第１の実施形態による遠心分離機を概略的に示す図である。 本発明の第２の実施形態による遠心分離機を概略的に示す図である。 本発明の第３の実施形態による遠心分離機を概略的に示す図である。 本発明の第４の実施形態による遠心分離機を概略的に示す図である。

次に、添付の図面を参照しながら、本発明の実現例である有利な実施形態によって、本発明をより詳細に説明する。

以下、図１から図４に開示された様々な実施形態を参照して本発明について説明する。４つの実施形態において、同一または同様の機能を有する構成部材については同じ参照番号が付されていることに留意されたい。

図１から図４に示すように、遠心分離機は固定フレーム１を有している。フレーム１は、床のような適切な基板２上に配置されるようになっているベースと、フレーム１上に設けられた固定ケーシング３とを有している。遠心分離機は、第１の軸受５および第２の軸受６によってフレーム１内に支持され、中心軸ｘに沿って延びる回転トルク伝達部４を有している。図１から図３に開示された実施形態では、トルク伝達部４が、スピンドルとして構成されている。遠心分離機は、回転部分４上に固定して設けられた遠心ロータ９をさらに有している。遠心ロータ９は、固定ケーシング３内に設けられている。遠心ロータ９は、内部分離空間１１を画定するか、あるいは内部分離空間を囲んでいるケーシング１０を、それ自体は既知の方法で有している（図３参照）。図１から図３に開示された実施形態では、スピンドルが、図３に示すように、内部分離空間１１内に延びている。

遠心分離機は、トルク伝達部４を駆動し、それにより遠心ロータ９を駆動して中心軸ｘの周りを回転させる電気駆動モータ１５をさらに有している。図１から図３に示すように、トルク伝達部４は、駆動モータ１５を貫通して延びている。駆動モータ１５は、トルク伝達部４に固定して接続された回転子１６と、フレーム１のベースに固定して接続された固定子１７とを有している。駆動モータ１５は、第１の軸受５と第２の軸受６との間に設けられている。したがって、駆動モータ１５は、中心軸ｘの方向で、遠心ロータ９より外側に配置されている。開示された実施形態では、駆動モータ１５は、遠心ロータ９の垂直方向の真下に設けられている。したがって、駆動モータ１５は、遠心ロータ９の方向を向いた第１の上部軸端部と、遠心ロータ９から離れる方向を向いた第２の下部軸端部とを有している。

駆動モータ１５の固定子１７は電気巻線１８を有しており、駆動モータ１５の回転子１６は、事前に磁化されていて、少なくとも１つ、または１組の永久磁石１９を有している。駆動モータ１５は、特にＰＭＳＭ（永久磁石同期電動機）型の電気同期モータ、例えばいわゆるＨＰＭ（Ｈｙｂｒｉｄｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ（商標）を有することができると有利であり、あるいはこのようなモータで構成することができると有利である。

遠心分離機は、遠心ロータの内部分離空間１１内に設けられ、それ自体は既知の方法で遠心ロータ９と共に回転する１組の分離板２４をさらに有している。分離板２４は、開示された実施形態では、円錐形状を有しており、互いに積み重ねて設けられている（図３参照）。他の種類の分離板、例えば、半径方向に延びる分離板や軸方向に延びる分離板を使用することもできる。

図１から図３に開示された実施形態によれば、スピンドルを形成するトルク伝達部４は、中心軸ｘに沿って延びる入口流路および／または出口流路を形成するキャビティ２５を囲んでいる。図１に開示された第１の実施形態によれば、トルク伝達部４のキャビティ２５は、遠心ロータ９の内部分離空間１１の第１の開口部と、駆動モータ１５の第２の端部より外側の第２の開口部とを有している。第１の実施形態によれば、キャビティ２５は、媒体、すなわち遠心分離によって浄化される生成物または混合物用の入口流路２９を形成している。この媒体の流入は、入口流路２９から分離空間内へと延びる２本の矢印ａで示されている。第１の実施形態によれば、浄化された生成物の排出は、矢印ｂで示されているが、遠心ロータ９の上端部の出口流路３０を通じて、従来の方法で行うことができる。

出口流路３０は、それ自体は既知の方法で削り取りチャンバ３２内に設けられた削り（paring）部材３１を有していてよい。トルク伝達部４のキャビティ２５を浄化された生成物の排出に使用して、その代わりに、浄化すべき生成物の供給を分離空間１１内に延びる供給管を通じて上方から実施できることに留意されたい。

図２に含まれる第２の実施形態によれば、遠心分離機が、回転トルク伝達部４のキャビティ２５の内部に設けられた固定管３６をさらに有している。固定管３６は、駆動モータ１５の第２の軸端部の外側の遠心ロータ９の外側の位置と分離空間１１内の位置との間を延びている。固定管３６は、媒体の供給または排出用のさらに別の流路を形成する。第２の実施形態では、固定管３６は、浄化される生成物を供給する入口流路２９として使用される。第２の実施形態によれば、遠心分離機は、それぞれ異なる密度を有する２つの異なる相、例えば油と水の中央排出を可能にする。例えば、第１の実施形態と同様に固定出口流路３０を通して第１の媒体を供給してよく、その一方で、第２の媒体は、矢印ｃで示されているが、固定管３６と内壁との間の空間に出口流路３４を形成する、トルク伝達部４のキャビティ２５を通して供給される。

図３に開示されている第３の実施形態は、浄化される生成物の供給用の入口流路を形成するスピンドルの形態としての回転トルク伝達部４を有している。浄化された生成物は、削り室３２および削り部材３１を介して、固定出口流路３０を通じて排出される。比較的高い密度を有する汚泥および固体粒子は、分離空間１１の半径方向外側の部分に収集され、３８として概略的に示す弁構成によって、それ自体は既知の方法で断続的に開放可能な周辺開口部３７を介して排出することができる。

図４に開示された第４の実施形態によれば、駆動モータ１５の回転子１６は固定子１７を囲んでいる。トルク伝達部４は、遠心ロータ９に固定して接続されており、内壁を備えた円筒形状を有していてよい。固定フレーム１は、トルク伝達部４内を上方に延びている。回転子１６は、トルク伝達部４に固定して接続されており、固定子１７は、フレーム１に固定して接続されて、回転子１６の内部に設けられている。第４の実施形態では、さらに、駆動モータ１５とトルク伝達部４とが、中心軸ｘと同軸の、または実質的に同軸に延びるキャビティ２５を囲んでいる。キャビティ２５は、固定フレーム１を貫通して延びている。キャビティ２５は、遠心ロータ９の内部分離空間１１内に突出する固定管４０によって限定することができる。

本発明は、開示された実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で変更し修正することができる。特に、媒体の供給および排出における様々な異なる構成例が実現可能であることに留意されたい。例えば、遠心分離機は、遠心ロータ全体を貫通する中空スピンドルを備えるように構成されていてよく、また、入口流路および／または出口流路は、第１の開口部および第２の開口部に加えて、遠心ロータの内部分離空間内の第３の開口部と、駆動モータから離れる軸方向側の遠心ロータより外側の第４の開口部とを有して、媒体用の入口流路または出口流路を形成してもよい。したがって、媒体、すなわち遠心分離によって浄化される生成物および／または浄化された生成物は、駆動モータが配置されていない側の遠心ロータの第２の軸方向側部を介した流路を通じて、供給および排出をそれぞれ行うことも可能である。

開示された実施形態では、駆動モータの各軸方向側部に軸受が設けられている。しかし、軸受は、多数の異なる位置に設けられていてよいことに留意されたい。例えば、両方の軸受を駆動モータまたは遠心ロータの同じ軸方向側部に配置することができる。軸受は、駆動モータ自体に一体的に設られていてもよい。

開示された実施形態では、駆動モータは電気駆動モータである。代替として、上述のように、駆動モータを油圧駆動モータまたは空気圧駆動モータとして構成することが可能である。

Claims (15)

1. 液体混合物に含有された、それぞれ異なる密度を有する各成分を遠心分離する遠心分離機であって、
   内部分離空間（１１）を画定するケーシング（１０）を有し、中心軸（ｘ）の周りを回転するように構成された回転遠心ロータ（９）と、
   前記回転遠心ロータ（９）の前記内部分離空間（１１）内に設けられた１組の分離板（２４）と、
   前記内部分離空間に接続された少なくとも２つの流路であって、分離される成分からなる液体混合物を前記内部分離空間（１１）に供給するための少なくとも１つの入口流路（２９）と、動作中に分離された成分を前記内部分離空間（１１）から排出するための少なくとも１つの出口流路（３０、３４）とを有する少なくとも２つの流路と、
   前記中心軸（ｘ）の周りに位置し、前記回転遠心ロータ（９）に固定して接続されたトルク伝達部（４）と、
   固定子（１７）と、前記トルク伝達部（４）に固定して接続された回転子（１６）とを有し、前記トルク伝達部（４）を駆動することにより、前記回転遠心ロータ（９）が回転するように前記回転遠心ロータ（９）を駆動する駆動モータ（１５）と、を有し、
   前記駆動モータ（１５）の前記回転子（１６）が、前記遠心分離機の動作中に液体が通過するように構成されたキャビティ（２５）を囲んでいる遠心分離機において、
   前記駆動モータ（１５）が、前記中心軸（ｘ）の方向で、前記回転遠心ロータ（９）より軸方向外側に設けられ、
   前記駆動モータ（１５）が、前記回転遠心ロータ（９）の方向を向いた第１の軸端部と、前記回転遠心ロータ（９）から離れる方向を向いた第２の軸端部とを有し、
   前記遠心分離機が、固定フレーム（１）と、該固定フレーム（１）に接続された第１の軸受（５）と、該固定フレーム（１）に接続された第２の軸受（６）と、を有し、前記トルク伝達部（４）が、前記第１の軸受（５）と前記第２の軸受（６）とに回転可能に支持され、
   前記第１の軸受（５）が、前記駆動モータ（１５）と前記回転遠心ロータ（９）との間に設けられ、前記第２の軸受（６）が、前記駆動モータの前記第２の軸端部（１５）より外側に設けられていることを特徴とする遠心分離機。
2. 前記駆動モータ（１５）が電気駆動モータであることを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機。
3. 前記流路が、前記中心軸（ｘ）と同軸上に延びることを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心分離機。
4. 前記流路が、前記内部分離空間（１１）から互いに逆方向に延びることを特徴とする、請求項３に記載の遠心分離機。
5. 前記キャビティ（２５）が、前記入口流路（２９）および前記出口流路（３４）の少なくとも一方を形成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心分離機。
6. 前記駆動モータ（１５）の前記固定子（１７）が前記回転子（１６）を囲んでいることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
7. 前記トルク伝達部（４）が、前記回転子（１６）の内部で該回転子に接続して設けられ、前記入口流路（２９）および出口流路（３４）の少なくとも一方を形成する中空のスピンドルによって形成されることを特徴とする、請求項６に記載の遠心分離機。
8. 前記駆動モータ（１５）の前記回転子（１６）が前記固定子（１７）を囲んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心分離機。
9. 前記キャビティ（２５）が、前記入口流路（２９）および前記出口流路（３４）の一方を形成するように、前記回転遠心ロータ（９）の前記内部分離空間（１１）内の第１の開口部と、前記駆動モータ（１５）の前記第２の軸端部より外側の第２の開口部とを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の遠心分離機。
10. 前記キャビティ（２５）内に設けられ、媒体用の入口流路または出口流路（３４）を形成するように、前記回転遠心ロータ（９）の前記内部分離空間（１１）と前記回転遠心ロータ（９）より外側の位置との間を延びる固定管（３６）を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の遠心分離機。
11. 前記固定管（３６）が、前記駆動モータ（１５）の前記第２の軸端部より外側に開口部を有することを特徴とする、請求項１０に記載の遠心分離機。
12. 前記駆動モータの前記固定子（１７）が前記固定フレーム（１）に接続されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の遠心分離機。
13. それぞれが円錐形状を有する前記１組の分離板（２４）が、互いに積み重ねて設けられていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の遠心分離機。
14. 前記駆動モータ（１５）の前記固定子（１７）が、電気巻線（１８）を有し、前記駆動モータ（１５）の前記回転子（１６）が、少なくとも１つの永久磁石（１９）を有することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の遠心分離機。
15. 前記駆動モータ（１５）が、特にＰＭＳＭ（永久磁石同期電動機）型の電気同期モータを有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の遠心分離機。

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