JP5108090B2 - 遠心分離機内の流体を浄化する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提記載部分による流体を浄化する方法に関する。すなわち、流体より密度が高くかつ汚染粒子同士を結合させる分離補助剤によって、遠心分離機内で流体から汚染粒子を浄化する方法であって、遠心分離機が回転軸周りに回転させられるロータ本体を有しており、浄化されるべき流体がロータ本体によって区画された分離室の中へ入口を介して導かれ、分離された粒子が第１の出口を介して排出され、汚染粒子を浄化された流体が第２の出口を介して排出され、流体が、ある量の分離補助剤と混合され、分離室に供給され、そして汚染粒子が分離補助剤に結合されることによって浄化され、分離補助剤がロータ本体の回転によってロータ本体の周囲まで押し出され、分離補助剤及び分離補助剤に結合された粒子が、第１の出口を介して分離室から少量流出され、浄化された流体が第２の出口を介して分離室から流出される方法に関する。本発明は、上記に示された方法による流体を浄化する装置にも関する。

ＷＯ２００４／０５３０３５は、油から粒子を浄化する遠心分離機形の装置を開示している。油を浄化する場合、粒子同士を結合する分離補助剤が添加され、それによって、ロータの回転しか使用しない場合と比べて分離度が高くなる。

従来技術による油の浄化に関する問題は、油から分離された少しの粒子が分離補助剤と一緒に、分離された粒子と分離補助剤とからなる高粘度の層の形でロータの内側に堆積することである。この分離された粒子の層は、比較的固体化されたスラッジ相を構成し、該スラッジ層は半径方向内側に回転軸の方へ成長し分離度を低下させ、最終的には障害が原因で継続して分離をすることが不可能になる。

本発明の目的は、上述の問題を防止し、かつ流体の分離度を改善することである。

この目的は、冒頭に定義された方法であって、分離補助剤および分離補助剤に結合された粒子が、搬送スレッドによってロータ本体の内側に沿って送られ、第１の出口の方へ流れ第１の出口を通して排出されることを特徴とする方法によって実現される。

他の目的は、流体の分離度を改善する簡素な装置を提供することである。

このような特徴の組み合わせによって、分離の連続性を向上させ、かつ生成物をより清浄にするのが可能になる。

本発明の一実施形態によれば、この方法は、流体に少量の液状の分離補助剤を添加することを含む。該分離補助剤は、流体よりも密度が高い。流体が遠心分離機に流入する前に添加され、流体はその後回転させられる。分離補助剤はそこに収集された粒子と一緒に、第１の出口を介してロータ本体から排出される。

本発明の他の実施形態によれば、この方法は、より高い密度の流体を第３の出口を介して排出することを含む。第３の出口は、遠心分離機内において、第１の出口と第２の出口との間で回転軸からある半径方向距離の所に配置されている。第３の出口から排出されるより高い密度の流体は、流体から分離されているが沈殿してスラッジ相を形成するまでに至っていない粒子を含んでよい。より高い密度の流体は、分離補助剤および／または水も含んでよい。

本発明の他の実施形態によれば、この方法は、油、たとえばある種の潤滑油から成る流体を含む。浄化されるべき潤滑油は、ディーゼル機関において潤滑油として使用されており、かつディーゼル機関において油中に分散された固体粒子によって汚染されている潤滑油であってよい。それだけでなく、浄化されるべき流体は、たとえば油圧オイル、シリンダー油、切削油、圧延油、焼き入れ油、鉱油、又は他の適切な所望の油で構成されていてもよい。本発明は、上述の流体の例に限定されず、これらの流体をさらに、ビルジ水、バイオディーゼル、または分散カオリンで構成してもよい。流体はさらに、たとえば食品や薬剤や薬品の流体で構成してもよい。

本発明の他の実施形態によれば、この方法で使用される分離補助剤は、液体ポリマー、水溶性ポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、脂溶性ポリマー、脂肪酸、又はそれらの組み合わせを含む。これらのポリマーは、適切な分離温度においてより高い密度の流体よりも高い密度を有するポリヒドロキシ系のアルコキシレートをさらに含んでよい。上記に示された種類のポリマーの一例は、ＷＯ２００５／１１１１８１で引用されている。このポリマーは、浄化すべき油からペンタン不溶性汚染物質を分離できるので、本発明による方法で使用するのに特に適している。従来の方法では、ペンタン不溶性汚染物質のわずか２〜４％が分離されることも困難であった。本発明による方法によって、ペンタン不溶性汚染物質の９９％を分離することができ、かなり純粋な生成物が得られる。

本発明の一実施形態による遠心分離機の概略図である。 本発明の他の実施形態による遠心分離機の概略図である。 本発明の他の実施形態による遠心分離機の概略図である。

次に、様々な実施形態について説明し、かつ添付の図面を参照することによって、本発明をより詳しく説明する。

図１は、垂直な回転軸Ｒ周りに一定速度で回転可能なロータ本体１と、ロータ本体１内に配置され、同じ回転軸Ｒ周りにロータ本体１の回転速度とは異なる速度で回転可能なスクリューコンベア２と、を有する遠心分離機の一例を示している。

遠心分離機は、ＷＯ９９／６５６１０に示された方法で垂直に吊下げられるようになっている。したがって、遠心分離機を吊下げて駆動するのに必要な装置については本明細書では説明しない。

ロータ本体１は、中空のロータ軸４を有するかまたはロータ軸４に連結されたほぼ円筒形の上部ロータ部３と、ほぼ円錐形の下部ロータ部５と、を有している。ロータ部３及びロータ部５は、ねじ６によって互いに連結されており、分離室７を区画している。もちろん、他の連結機構を使用してよい。

他の中空軸８がロータ軸４の内側を介してロータ本体１内へ延びている。軸８は、スクリューコンベア２を支持しており、軸８とスクリューコンベア２はねじ９によって互いに連結されている。中空軸８は、スクリューコンベア２と駆動可能に連結されており、以下ではコンベア軸と呼ばれる。

図１に示されているように、スクリューコンベア２は、下部ロータ部全体を貫通して軸方向に延びている中央コア１０と、回転軸Ｒを中心にして分散された多数の孔１２を有するスリーブ形成部１１であって、スクリューコンベア２の上部からスクリューコンベア２の円錐部まで軸方向に延びているスリーブ形成部１１と、回転軸Ｒを中心にして分散されており、且つコア１０を、スクリューコンベア２のスリーブ形成部１１内で回転軸Ｒからある半径方向距離の所に位置し円錐部及び下部支持板１４まで遷移している中央スリーブ１３に連結している多数のウイング１５と、ロータ本体１の内側全体に沿ってロータ本体１の上端から下端までねじ状に延び、それ自体がスリーブ形成部１１およびコア１０に連結されている少なくとも１つの搬送スレッド１６と、を有している。少なくとも１つの搬送スレッド１６は、適切な数の、例えば２つや３つや４つの、ロータ本体１の内側に沿うようにねじ状に延びる搬送スレッドによってもちろん補われていてもよい。

ロータ本体１内で処理すべき液体混合物を供給するための入口管１７が、コンベア軸８を貫通して延び、中央スリーブ１３内に至っている。入口管１７は、ウイング１５に至る前にスクリューコンベア２内の中央の空間に軸方向に開放されている。コア１０のより軸方向に近い位置で、コアと下部支持板１４は、入口管１７内を通って延びる入口流路の連続部を形成する通路１８を形成している。また、通路１８は、ウイング１５同士の間の流路を介してロータ本体１の内側と連通している。

出口室２０を形取る空間が、コンベア軸８と上部円錐形支持板１９との間に形成されている。浄化された液体を排出するための一対の円盤２１が、出口室２０内に配置されている。一対の円盤２１は、入口管１７にしっかりと連結されている。浄化された液体用の出口流路２２が、入口管１７を囲み第２の出口を形成する出口管内を延びている。

分離された粒子（スラッジ）２６用の中央軸方向に向かう出口２５が、ロータ本体１の下端に配置され、第１の出口を形成している。このスラッジ２６用の出口２５に関連して、ロータ本体１は、出口２５から出るスラッジ２６を受ける装置２７に囲まれている。スラッジ２６は、図面では、搬送スレッド１６の半径方向外側部分であって第１の出口２５の方に面する側に蓄積物の形で示されている。

ロータ本体１は、表面拡大用挿入物の例である、積層された円錐台形の分離円盤２８をさらに有している。これらの分離円盤は、円筒形部分３内の中央にロータ本体１と同軸に取り付けられている。円錐形分離円盤２８は、その基端が分離された粒子用の出口２５から遠ざかる方に向いており、積層された円錐台形の分離円盤２８を貫通して延びる中央スリーブ１３によって上部円錐形支持板１９と下部円錐形支持板１４との間に軸方向に保持されている。分離円盤２８は、分離円盤２８が遠心分離機内に取り付けられたときに液体の軸方向の流れ用の流路２９を形成する穴を有している。上部円錐形支持板１９は、積層された分離円盤の半径方向内側に位置する空間２４を出口室２０に連結する多数の孔２３を有している。

あるいは、円錐形分離円盤２８は、その基端が、分離された粒子用の出口２５の方に向かうように、向きを定めてもよい。

図２において、図１内の部品と同じ部品は、対応する参照番号を有している。

図２は、浄化された後に一対の円盤２１を通して排出される流体よりも密度が高い流体用の出口であって、第３の出口を形成する少なくとも１つの出口３０が、ロータ本体１の内部の上端に備える遠心分離機の他の実施形態を示している。少なくとも１つの出口３０の領域において、この出口の少々下側に、少なくとも１つの出口３０に向かって流れ排出されるロータ本体１内の流体用のオーバーフロー出口３１を形成するフランジが配置されている。フランジのオーバーフロー出口３１は、ロータ本体１内のある半径方向のレベル（レベルは図示されていない）において、より高い密度の流体とより低い密度の流体との間の接触面レベルを維持するようになっている。この接触面レベルは、半径方向におけるオーバーフロー出口３１の範囲を選択することによって分離室７内で半径方向に調整することができる。図２に示されている実施形態によれば、遠心分離機は、ロータ本体１を囲み、少なくとも１つの出口３０を通ってロータ本体１から排出される液体を遮る装置３２を有している。図２は、少なくとも１つの出口３０を開放出口として示している。あるいは、この出口は、第２の出口２２と同様に、流体を収集するための空間と、この空間から流体を排出するための一対の円盤とを備えてよい。図２に示されている開放出口に代わるこのような出口は、図３に示されている。図３において、図２の部品と同じ部品は対応する参照符号を有している。

したがって、図３は、比較的高い密度の流体用の他の出口を備えた遠心分離機の他の実施形態を示している。このために、出口は、比較的低い密度の流体用の第２の出口２２とほぼ同様に構成されている。したがって、より高い密度の流体用の出口室２０ｂを形取る他の空間が、より低い密度の流体（浄化された流体）用にコンベア軸８と出口室２０との間に形成されている。より高い密度の流体を排出するための一対の円盤２１ｂがこの出口室２０ｂ内に配置されており、一対の円盤２１ｂはその流体用の出口流路２２ｂと連通する。より高い密度の流体用の出口流路２２ｂは、より低い密度の流体（浄化された流体）用の出口管および出口流路２２を囲む出口管の内部を延びている。コンベア軸８は、積層された分離円盤の半径方向外側に位置する環状空間をより高い密度の流体用の出口室２０ｂに連結する多数の穴３１ｂを有している。穴３１ｂは、より高い密度の流体とより低い密度の流体との間の接触面レベルがロータ本体１内のある半径方向のレベル（レベルは図３には示されていない）より高い密度の流体用の出口に向かって流れ排出されるロータ本体１内の流体用のオーバーフロー出口であって、図２に示されているオーバーフロー出口に相当するオーバーフロー出口を形成するようになっている。一対の円盤と一緒に説明した出口は、より高い密度の流体用の遠心分離機の出口２２ｂを、ロータ本体を囲んで解放出口から排出された液体を遮る装置３２（図２）と連通するのではなく、遠心分離機（図３には示されていない）からある距離に、且つ遠心分離機よりも高い位置に配置することのできる収集装置（収集タンクなど）と連通する。したがって、流体は、一対の円盤を通して遠心分離機から収集装置に汲み出される。

本発明はもちろん、図示の回転軸Ｒの向きに限定されない。「遠心分離機」は、ほぼ水平方向に向けられた回転軸を有する遠心分離機も含む。図１〜３に示されている実施形態によれば、遠心分離機はその一端の所で吊下げられて支持されている。この種の遠心分離機は、分離された粒子用の出口２５の所に吊下げることもできる。

上述の遠心分離機は、ロータ本体１の回転時に以下のように機能する。

分離補助剤は、汚染された流体が遠心分離機に入る前に流体に添加される。分離補助剤の添加は、スタティックミキサーを介して行われるか、または分離補助剤を流体中に最適に分散させ、分離補助剤と汚染粒子とをうまく接触させる攪拌器によって行われる。添加される分離補助剤の量は、浄化すべき流体の量および流体の汚染度に応じて異なる。

浄化すべき流体と分離補助剤との混合物は、遠心分離機が回転させられたときに分離室７の入口１７を介して遠心分離機内に送られ、混合物が回転させられ、したがって、混合物に遠心力がかかる。その結果、高さ３３の位置に自由液体表面が形成される。高さ３３の位置は、孔２３によって決定される。

流体から分離された粒子およびロータ本体の周囲に形成されたスラッジは、スクリューコンベア２によってロータ本体１の円錐形部分５の軸方向へ送られ第１の出口２５を通過する。

分離補助剤によって複数の粒子を浄化された流体はさらに、円錐形分離円盤２８同士の間に形成された隙間３４を通して送られる。それによって、まだ分離されていない粒子および分離補助剤自体が分離円盤２８上に堆積され、半径方向外側に突き出されることによって流体をさらに浄化することができ、一方、浄化された流体は、半径方向内側に流れ、第２の出口２２を介して排出される。それぞれ図２および図３に示されている実施形態によれば、スラッジ相を形成しておらず、依然としてより軽い相である粒子および分離補助剤は、それぞれ第３の出口３０および出口２２ｂを介して抽出される。

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。

１ ロータ本体
２ スクリューコンベア
７ 分離室
１６ 搬送スレッド
１７ 入口
２０ 出口室
２２ 第２の出口
２３ 孔
２５ 第１の出口
２８ 分離円盤
３０ 第３の出口
３１ オーバーフロー出口
Ｒ 回転軸

Claims (11)

1. 油より密度が高くかつペンタン不溶性の汚染粒子同士を結合させる分離補助剤によって、遠心分離機内で前記油から前記ペンタン不溶性の汚染粒子を浄化する方法であって、前記遠心分離機が、回転軸（Ｒ）周りに回転させられるロータ本体（１）を有しており、浄化されるべき前記油が、前記ロータ本体（１）によって区画された分離室（７）の中へ入口（１７）を介して導かれ、分離された前記汚染粒子が、第１の出口（２５）を介して排出され、前記汚染粒子を浄化された前記油が、第２の出口（２２）を介して排出され、前記油が、ある量の分離補助剤と混合され、前記分離室（７）に供給され、そして前記汚染物質粒子が前記分離補助剤に結合されることによって該分離室内で浄化され、前記分離補助剤が、前記ロータ本体（１）の回転によって前記ロータ本体（１）の周囲まで押出され、前記分離補助剤および前記分離補助剤に結合された前記汚染粒子が、前記第１の出口（２５）を介して前記分離室（７）から少量流出され、浄化された前記油が、前記第２の出口（２２）を介して前記分離室（７）から流出され、前記第２の出口（２２）を介して流れる前記油が、前記第２の出口（２２）を介して流れる前に、積層された円錐台形分離円盤（２８）同士の間に形成された隙間（３４）を通って流れる方法において、
   前記分離補助剤と前記分離補助剤に結合された前記汚染粒子とは、少なくとも１つの搬送スレッド（１６）によって前記ロータ本体（１）の内側に沿って送られ、前記第１の出口（２５）の方へ流れ前記第１の出口（２５）を通って排出されることを特徴とする方法。
2. 前記分離補助剤と前記分離補助剤に結合された前記汚染粒子とからなるスラッジ相は、前記少なくとも１つの搬送スレッド（１６）によって、前記第１の出口（２５）の方へ送られ前記第１の出口（２５）を通って排出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 高い密度を有する前記油の部分は、前記遠心分離機内において、前記第１の出口（２５）と前記第２の出口（２２）との間で前記回転軸（Ｒ）からある半径方向距離の所に配置された第３の出口（３０）を介して排出され、前記高い密度を有する油は、前記油から分離されているが沈殿してスラッジ相を形成するまでに至っていない前記汚染粒子を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記油は潤滑油を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記油は、ディーゼル機関において潤滑油として使用されており、かつ前記油中に分散された固体粒子によって汚染されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記分離補助剤は、水溶性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記分離補助剤は、親水性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記分離補助剤は、脂肪酸を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記分離補助剤は、複数の前記分離補助剤の組み合わせを含むことを特徴とする請求項６から８に記載の方法。
10. 前記ポリマーはポリヒドロキシ系のアルコキシレートを含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
11. 前記油は、一端の所で吊下げられて支持された前記ロータ本体の中心に送り込まれることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。

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