JP5101688B2 - 遠心分離機及び液相排出ポート部材 - Google Patents

Description

本発明は、使用時に回転軸線を中心として回転するボウルを含む遠心分離機に関する。前記回転軸線は前記ボウルの長さ方向に延びており、ベースプレートが前記ボウルの一方の長さ方向端部に設けられている。前記ベースプレートは内側及び外側を有し、出口開口部が前記ベースプレートに設けられている。出口開口部のところで、ケーシングが前記ベースプレートの外側に突出している。前記ケーシングはケーシング側部を有し、前記ケーシング側部に対する垂線が、前記ケーシングのところで、ボウルの周方向に対して鋭角をなして延びている。排出開口部がケーシング側部に設けられている。

この種の遠心分離機は、ＵＳ２００４０７２６６８から周知である。この文献には、ノズルがケーシング側部に設けられたケーシングが記載されている。ケーシングの上方には、即ち長さ方向軸線と近接して、堰が設けられていてもよい。ボウル内の液体のプールの深さは、分離機への供給速度が一定である場合には、ノズルの直径で決まる。

別のこのような遠心分離機が、ＵＳ７０２２０６１から周知である。この文献には、エルボー湾曲部を備えたチューブ状部材を持つ液相排出ポートが記載されている。

米国特許第４，５７５，３７０号には、ベースプレートを備えたボウルを持つ遠心分離機が開示されている。前記ベースプレートには液相出口開口部が設けられている。これらの出口開口部は、ボウル内の液体のプールの液面高さ即ち深さを調節するため、堰プレートによって部分的に覆われている。一般的には、堰を使用することにより、ボウル内の液体の液面高さは、堰の高さを越えることができない。これは、堰の上方の開口部の領域が、実際上の観点から見て、制限されていないためである。米国特許第４，５７５，３７０号によれば、分離機の作動の始動相で、分離機への供給速度が小さい場合の低い液体液面高さで分離機が作動できるように、堰の溢流縁部にノッチが設けられているか或いは、堰に通穴が設けられている。

ＵＳ２００４０７２６６８ ＵＳ７０２２０６１ 米国特許第４，５７５，３７０号

このような遠心分離機における問題点は、堰プレートの溢流縁部を越えて流れる液体がベースプレートの外側にくっつこうとし、これによって、加速時にエネルギを消費し、かくしてエネルギの損失を招き、及び従って、最大１５％の余分の動力を消費することである。更に、ボウル内への進入時に供給物が回転速度まで加速され、液相がベースプレートの出口に設けられた堰を越えて出るとき、かくして消費されたエネルギが失われる。

上掲のＵＳ２００４０７２６６８の分離機は、この問題点を解決しようとするものである。しかしながら、所与の直径のノズルを使用するため、供給速度が変化すると、ボウル内の液体の液面高さもまた変化してしまう。

従って、本発明は、上述の問題点をなくすか或いは減少する遠心分離機を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴によれば、この目的は、冒頭に言及した当該技術分野で周知の遠心分離機において、排出開口部が、溢流縁部を備えた堰によって半径方向外側が制限され、前記排出開口部が、ボウル内の液体の所望の最高液面高さの上方所定位置まで半径方向内方に延びる、遠心分離機を提供することによって達成される。

堰を排出開口部に配置することにより、ボウル内の液体の液面高さを、全ての供給速度で、ほぼ一定に維持する。これは、排出された液体が、単に堰プレートの頂部を越えて流れ、かくしてケーシング内及び従ってボウル内の液体の液面高さを決定するためである。排出開口部及び堰を出口開口部から遠ざかる方向に移動することにより、ベースプレートの外側にくっつこうとする液体をなくす。これによって、１０％乃至１５％のエネルギ損失を回避できる。更に、回転する液体のエネルギを排出開口部で再度得ることができ、その結果、液体を回転方向に対して逆方向に排出するとき、１０％乃至１５％の範囲の動力が得られる。

通常は、ベースプレートには、共通の半径上に幾つかの出口が等間隔に設けられている。

本発明の好ましい実施例によれば、ケーシング側部の垂線がボウルの周方向となす鋭角は、０°乃至６０°の範囲内にあり、好ましくは、５°乃至３５°の範囲内にあり、更に好ましくは、１５°乃至３０°の範囲内にある。鋭角が０°又は０°に近いと、エネルギの再獲得が最大になる。しかしながら、複数の出口が設けられており、これらの出口にボウルのベースプレートから突出したケーシングが設けられている場合には、角度が０°であると、一つの出口から排出された液体が、ボウルのベースプレートから突出した隣接したケーシングに衝突してしまう。これは、角度を大きくすることによって回避される。出口が数個、例えば２個しか設けられていない場合には衝突の問題は存在しない。

本発明の特に好ましい実施例によれば、堰には穴が設けられている。この穴は、供給速度が低い始動状態で効果的な液体出口を提供し、上掲の米国特許第４，５７５，３７０号から周知のように、ボウル内の液体の液面高さを低くすることによって、液体が、始動期間中に、ボウルから、固体排出開口部を通って流出しないようにする。

本発明の好ましい実施例によれば、堰は、交換自在の堰プレートとして形成されている。これによって、溢流縁部の高さをボウル内の液体の所望の液面高さに合わせて変化させることができる。本発明の別の好ましい実施例によれば、前記排出開口部には溝が設けられており、これらの溝は、前記堰プレートを受け入れるようになっている。これによって、堰プレート交換プロセスが大幅に簡単になり、堰プレートをいつでも正しく設置できる。

本発明の別の好ましい実施例によれば、ケーシングは、ベースプレートから前記ケーシング側部の遠方の側部まで延びる湾曲壁含み、排出開口部の側部は前記湾曲壁に一致する。このような形体により、ケーシングの内面は、排出された液体に乱流をほとんど生じることがなく、これによって動力消費を更に減少する。

本発明の別の好ましい実施例によれば、前記湾曲壁及び前記ケーシング側部は、ほぼ直角をなして連結されている。

本発明の第２の特徴によれば、本発明の目的は、遠心分離機のボウルの出口開口部に被せて配置されるようになった液相排出ポート部材であって、フランジと、このフランジに設けられた入口開口部と、入口開口部のところで前記フランジの一方の側部に突出したケーシングであって、ケーシング側部を含み、前記ケーシング側部に対する垂線が前記フランジに対して鋭角をなして延びる、ケーシングと、前記ケーシング側部に設けられた排出開口部とを含む、液相排出ポート部材において、前記排出開口部は、溢流縁部を備えた堰によって制限されている、液相排出ポート部材によって達成される。

更に好ましい実施例は、従属項９乃至１４から明らかな、上述の利点を持つ液相排出部材を提供する。

本発明による液相排出ポート部材によれば、本発明による液相排出ポート部材を分離機の液相出口ポートに被せて取り付けるだけで、現存の遠心分離機を上述の利点を達するように適合できる。

好ましくは、液相排出ポート部材のフランジは、ボルト等のファスニング手段を受け入れるようになった穴を備えている。

次に、本発明を非限定的な例示の実施例に基づいて、添付図面を参照して更に詳細に説明する。

図１は、従来技術の遠心分離機の概略図である。 図２は、堰プレートが設けられた、従来技術の遠心分離機の出口開口部の正面図である。 図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。 図４は、本発明による液相排出ポート部材の斜視図である。 図５は、図４に示す液相排出ポート部材を上方から見た斜視図である。 図６は、液相排出ポート部材の平面図である。 図７は、遠心分離機のベースプレートに位置決めした液相排出ポート部材の正面図である。 図８は、液相排出ポート部材の背面図である。

図１に示す従来技術の遠心分離機１は、ボウル（回転体）２とスクリューコンベア３とを含み、これらは、使用時に回転軸線５を中心として回転させることができるようにシャフト４に取り付けられている。回転軸線５はボウル２の長さ方向に延びている。更に、遠心分離機１は、長さ方向に対して垂直方向に延びる半径方向５ａを有する。

明瞭化を図るため、回転軸線５に向かう半径方向及び回転軸線５から遠ざかる半径方向の夫々に関し、本明細書中、「アップ方向」及び「ダウン方向」という用語を使用する。

ボウル２の一方の長さ方向端部には、ベースプレート６が設けられている。ベースプレート６は、内側７及び外側８を有する。ベースプレート６には多くの液相出口開口部９が設けられている。更に、ボウル２のベースプレート６とは反対側の端部には固体相排出開口部１０が設けられている。

更に、スクリューコンベア３は、例えばスラリーを遠心分離機１に供給するための入口開口部１１を備えている。スラリーは、軽相即ち液相１２及び重相即ち固体相１３を含む。遠心分離機１が上文中に説明したように回転しているとき、液相１２及び固体相１３の分離が行われる。液相１２は、ベースプレート６の出口開口部９を通って排出されるのに対し、スクリューコンベア３は、固体相１３を固体相排出開口部１０に向かって移送する。固体相１３は固体相排出開口部１０を通って最終的に排出される。

図２を参照すると、各液相出口開口部９は、従来技術によれば、堰プレート１４によって部分的に覆われていてもよい。堰プレート１４は、ボウル内の液体の液面高さ１５（図３参照）を決定する。ボウル内の液面高さ１５は、実質的に、堰プレートの溢流縁部１７を越えることはない。これは、堰プレート１４の上方の開口部の領域１６が、液体の実際上の性質のため、制限されていないためである。堰プレート１４は、支持デバイス２１の周囲部分１９に設けられた穴１８を通して突出した、例えばボルトの形態のファスニング手段（図示せず）によってベースプレート６にしっかりと固定されている。固定された状態で、周囲部分１９は、液相出口開口部９のリム２０を少なくとも部分的に覆っており、支持デバイス２１は、堰プレート１４を、図２に参照番号２２で示す所定の高さまで部分的に覆っている。

図３は、図２のIII−III線に沿った液相出口開口部９の断面を示す。この図には液体の液面高さ１５が示してあり、これは、堰プレート１４の溢流縁部１７と実質的に一致する。

従来技術の問題点は、堰プレート１４の溢流縁部１７を越えて流れる液体が、支持デバイス２１によって捕捉されることによってベースプレート６の外面にくっつこうとし、これにより余分の動力消費を招くということである。

この欠点を解決するため、遠心分離機１には、本発明によれば、液相排出ポート部材が設けられている。この液相排出ポート部材は、堰プレート１４及びその支持デバイス２１の代わりに遠心分離機１のボウルの出口開口部９に被せて配置される。

液相排出ポート部材３０の一実施例を図４乃至図８に様々な角度から示し、かくして、本発明の例示の非限定的実施例として以下に説明する。

図４及び図５を参照すると、詳細には、液相排出ポート部材３０はフランジ３１を含み、このフランジには、入口開口部３２（図８で最もよくわかる）及び入口開口部３２のところでフランジ３１の側方に設けられたケーシング３３が設けられている。ケーシング３３はケーシング側部３４を含み、ケーシング側部３４の垂線３５（図６参照）は、フランジ３１に対して鋭角β（図６参照）をなして延びる。ケーシング側部３４には、排出開口部３６が設けられている。この排出開口部３６は、溢流縁部３９を持つ堰プレート４５が形成する堰によって制限されている。

取り付けられた位置では、溢流縁部３９は、遠心分離機１の回転軸線５までの距離が実質的に一定である。これを図７に半径４６で示す。半径４６は、溢流縁部３９に対して垂直である。前記半径を、遠心分離機１の回転軸線５に向かって延びる矢印によって示す。この形体では、遠心分離機１のボウル２内の液体の液面高さは、堰プレート４５の溢流縁部３９の高さで決まる。従って、ボウル２内の液体の液面高さは、全ての供給速度で実質的に一定に保持される。

好ましい実施例によれば、上述の鋭角βの範囲は０°乃至６０°であり、好ましくは５°乃至３５°であり、更に好ましくは１５°乃至３０°、例えば図示のように約２５°である。

図示の実施例では、液相排出ポート部材３０は、溢流縁部３９の下に余剰液体出口を提供する穴３７を含む。この余剰液体出口は、それ自体周知の方法で、始動相中にボウル２内の液体の液面高さが低い状態で、遠心分離機１を作動できるようにする（例えば、米国特許第４，５７５，３７０号参照）。

堰プレート４５は、この実施例では交換自在であり、堰プレート４５の交換を容易にする目的のため、排出開口部３６のところに溝３８が設けられている。これらの溝３８は堰プレート４５を受け入れるようになっており、堰プレート４５はねじ５０によって固定される。この形体では、ボウル２内の液体の所望の液面高さに合わせて溢流縁部３９の高さを簡単な方法で変えることができる。

添付図面では、ケーシング側部３４は、上横形材４４を持つものとして示してある。しかしながら、この上横形材４４の目的は、ケーシング３３を支持するためだけであって、従って、ケーシング３３及びケーシング側部３４の残りの部分の強度が、排出される液体によって加えられる圧力に対して変形することなく耐えるのに十分である場合には、省略してもよい。

ケーシング３３は、フランジ３１からケーシング側部３４の遠方の側部４０まで延びる湾曲壁４９を含み、排出開口部３６の側部４３は、湾曲壁４９と面一である（一致する）。この形体により、ケーシングの内面４１は、排出される液体に対して乱流をほとんど又は全く発生しない。湾曲壁４９及びケーシング側部３４は、ほぼ直角を形成して連結されている。

更に、好ましくは、フランジ３１に通穴４２が設けられている。これらの通穴４２は、液相排出ポート部材３０を遠心分離機１のベースプレート６にボルト等のファスニング手段（図示せず）を使用することによって固定するのに使用できる。

図示の実施例では、ケーシングの頂部は開放している。ケーシングは、上壁によって閉鎖されていてもよいが、出口開口部９を通ってボウル２を離れる液相が、排出開口部３６の上部分を満たすことなく、溢流縁部３９の上方の排出開口部３６の下部分を通って流出するため、このような上壁は、少なくとも、流れの観点から不必要である。

本発明の変形例では、ケーシングは、フランジ３１によって遠心分離機のベースプレートに取り付けられているのでなく、遠心分離機のベースプレートと一体である。上文中に説明した実施例と比較すると、ベースプレートの出口開口部は、このような変形例では、ケーシングの入口開口部と同じである。

液相排出ポート部材３０が設けられた遠心分離機は以下のように作動する。

ボウル２及びスクリューコンベア３を、共通の回転軸線５を中心として同方向に異なる回転速度で回転させる。液相１２及び固体相１３を含む物質を、入口開口部１１を通してボウル内に供給する。固体相１３が液相１２から分離され、回転速度の差により固体相排出開口部１０に向かって送られる。これと同時に、液相はベースプレート６の出口開口部９に向かって流れ、ここで液相排出ポート部材３０を通して排出される。ボウル２の回転により、液相排出ポート部材３０は矢印４８が示す方向（図７参照）に移動する。

遠心分離が逆の回転方向で行われる場合には、液相排出ポート部材は、半径に対して鏡像対称でなければならないということに着目されたい。

液相排出ポート部材３０の排出開口部３６は、回転方向４８に関して後方に向くように配置されており、これによって、液相は、実質的に周囲方向に回転方向とは逆方向に排出される。

液相はケーシング３３の下部分を見たし、溢流縁部３９を越えて流れる。ケーシング３３が湾曲形状をなしており、ケーシング３３とケーシング側部３４との間が面一で移行しているため、ケーシング３３を通る液体の流れは滑らかであり、これによって、液体は垂線３５の方向でケーシングを離れる。

液相は、次いで、排出開口部３６を通して排出され、流れプロファイルは溢流縁部３９の僅かに上方に盛り上がる。開始相では、液体の液面高さ１５は溢流縁部３９の下にあり、液相は、上文中に説明したように、堰プレート４５の穴３７を通って排出される。全力作動では、液相の３０％乃至７０％、例えば約５０％が穴３７を通って排出される。遠心分離で処理がなされるべき供給物によっては、幾つかの堰プレートだけに穴が設けられているのが好ましい。これによって、少数の比較的大きな穴の数を設けることによって、これらの穴が詰まり難くする。これらの少数の比較的大きな穴は、一緒になって、各堰プレートに設けられた比較的小さな穴と同じ容量を提供する。

堰プレート４５の配向、及びこの配向により溢流縁部３９が鋭角βをなして配置されていること（図６参照）、並びにベースプレート６から外方に突出したケーシング３３の位置のため、液体が溢流縁部３９を越えて流れるとき、この液体は、ボウル２のベースプレート６の外側にくっついたり、ベースプレート６の隣接した出口開口部９に配置された隣接した液相排出ポート部材３０と干渉したりせず、ベースプレート６又は液相排出ポート部材３０に残滓をほとんど又は全く残さずに排出される。

溢流縁部３９のため、供給速度が変化する場合でも、ボウル２内の液体の液面高さは実質的に一定にされる。

好ましい実施例の以上の説明は単なる例であり、特許請求の範囲から逸脱することなく多くの変更を行うことができるということは当業者に周知であるということに着目すべきである。例えば二つの液相の遠心分離を行う場合、一方の液相用の出口で、又は両液相用の出口で本発明による液相排出ポート部材を使用できる。

１ 遠心分離機
２ ボウル
５ 回転軸線
６ ベースプレート
９ 出口開口部
３０ 液相排出ポート部材
３１ フランジ
３２ 入口開口部
３３ ケーシング
３４ ケーシング側部
３５ 垂線
３６ 排出開口部
３８ 溝
３９ 溢流縁部
４２ 通穴
４４ 上横形材
４５ 堰プレート
４９ 湾曲壁

Claims (18)

1. 遠心分離機（１）において、
   使用時に回転軸線（５）を中心として回転するボウル（２）であって、前記回転軸線は前記ボウルの長さ方向に延びる、ボウル（２）と、
   前記長さ方向に対して垂直方向に延びる半径方向（５ａ）と、
   前記ボウルの一方の長さ方向端部に設けられた、内側（７）及び外側（８）を持つベースプレート（６）と、
   前記ベースプレートに設けられた出口開口部（９）と、
   前記出口開口部のところで前記ベースプレートの前記外側に突出したケーシング（３３）であって、ケーシング側部（３４）を含み、前記ケーシング側部に対する垂線（３５）は、前記ケーシングにおいて前記ボウルの周方向に対して鋭角（β）をなして延びる、ケーシングと、
   前記ケーシング側部に設けられた排出開口部（３６）とを含み、
   前記排出開口部は、溢流縁部（３９）を有する堰（４５）によって半径方向外側が制限されており、前記排出開口部は、前記ボウル内の液体の所望の最高液面高さの上方の位置まで半径方向内方に延びている、遠心分離機。
2. 請求項１に記載の遠心分離機において、
   前記鋭角（Ｂ）は、０°乃至６０°の範囲内にある、遠心分離機。
3. 請求項１に記載の遠心分離機において、前記鋭角は、５°乃至３５°の範囲にある、遠心分離機。
4. 請求項１に記載の遠心分離機において、前記鋭角は、１５°乃至３０°の範囲にある、遠心分離機。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の遠心分離機において、
   前記堰には穴（３７）が設けられている、遠心分離機。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心分離機において、
   前記堰は、交換自在の堰プレートによって形成されている、遠心分離機。
7. 請求項６に記載の遠心分離機において、
   前記排出開口部に設けられた溝（３８）が前記堰プレートを受け入れるようになっている、遠心分離機。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の遠心分離機において、
   前記ケーシングは、前記ベースプレートから前記ケーシング側部の遠方の側部（４０）まで延びる湾曲壁（４９）を含み、前記排出開口部の側部は前記湾曲壁に一致する、遠心分離機。
9. 請求項８に記載の遠心分離機において、
   前記湾曲壁及び前記ケーシング側部は、ほぼ直角をなして連結する、遠心分離機。
10. 遠心分離機（１）のボウル（２）の出口開口部（９）に被せて配置されるようになった液相排出ポート部材（３０）において、
    フランジ（３１）と、
    前記フランジに設けられた入口開口部（３２）と、
    前記入口開口部のところで前記フランジの一方の側部に突出したケーシング（３３）であって、ケーシング側部（３４）を含み、前記ケーシング側部に対する垂線（３５）は、前記フランジに対して鋭角（β）をなして延びる、ケーシングと、
    前記ケーシング側部に設けられた排出開口部（３６）とを含み、
    前記排出開口部は、溢流縁部（３９）を有する堰（４５）によって制限されている、液相排出ポート部材。
11. 請求項１０に記載の液相排出ポート部材において、
    前記鋭角は、０°乃至６０°の範囲内にある、液相排出ポート部材。
12. 請求項１０に記載の液相排出ポート部材において、前記鋭角は、５°乃至３５°の範囲にある、液相排出ポート部材。
13. 請求項１０に記載の液相排出ポート部材において、前記鋭角は、１５°乃至３０°の範囲にある、液相排出ポート部材。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の液相排出ポート部材において、
    前記堰には穴（３７）が設けられている、液相排出ポート部材。
15. 請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の液相排出ポート部材において、
    前記堰は、交換自在の堰プレートによって形成されている、液相排出ポート部材。
16. 請求項１５に記載の液相排出ポート部材において、
    前記排出開口部に設けられた溝（３８）が前記堰プレートを受け入れるようになっている、液相排出ポート部材。
17. 請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載の液相排出ポート部材において、
    前記ケーシングは、前記フランジから前記ケーシング側部の遠方の側部（４０）まで延びる湾曲壁（４９）を含み、前記排出開口部の側部（４３）は前記湾曲壁に一致する、液相排出ポート部材。
18. 請求項１７に記載の液相排出ポート部材において、
    前記湾曲壁及び前記ケーシング側部は、ほぼ直角をなして連結する、液相排出ポート部材。

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