JP5634377B2 - 円筒型遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、円筒型遠心分離機に関する。

従来の円筒型遠心分離機は、鉛直軸心廻りに回転する中空回転筒と、その中空回転筒に挿入され中空回転体と一体状に回転する内装体を備えていた。
内装体は、帯板状部材を十字状に配設した４枚の縦フィンを有するもの（例えば、特許文献１参照）や、図９に示すように放射状に配設された３枚の縦フィン91を有するものがあった。

特表２００２−５２９２４２号公報

しかし、従来のような内装体では、鉛直軸心近傍の被処理流体には遠心力が作用しにくいため、分離効率が十分に高いとは言えず、特に、固形物の粒子径が１μｍ以下（以下、超微粒子と言う）では分離効率が極端に低かった。

そこで、本発明は、従来と同じ回転数で、効率良く超微粒子の遠心分離を行なうことが可能な円筒型遠心分離機の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の円筒型遠心分離機は、鉛直軸心廻りに回転する中空回転筒と、該中空回転筒に挿入される内装体とを、備え、上記中空回転筒と上記内装体とが一体状に回転すると共に上記中空回転筒の下部から鉛直軸心方向に被処理流体を内部に流入させ上記中空回転筒の上部から処理された流体を排出する円筒型遠心分離機に於て、上記内装体は、下円錐面と中間円周面と上円錐面から成る細円筒部と、該細円筒部の上記下円錐面から上記中間円周面に突設された３枚〜６枚の縦フィンと、該縦フィンの突出高さと同一乃至それ以上の突出高さであって上記中間円周面に突設された円環状の複数枚の横フィンと、を有し、上記縦フィンは、上端部に上記中間円周面の上端縁よりも上方へ延伸して上記中空回転筒の天井面に当接して接触摩擦力を発生させるための延伸部を有すると共に、下端部にラジアル外方へ突出して上記中空回転筒の内周面に当接して接触摩擦力を発生させるための膨出部を有し、上記内装体は、上記縦フィンの上記延伸部及び上記膨出部によって発生する接触摩擦力によって、上記中空回転筒から回転力が伝達され上記中空回転筒と一体状に回転するように設け、さらに、各々の上記横フィンの外周端縁との間に微小間隙をもって対向する円環状リングを、上記中空回転筒の内周面に複数突設し、上記微小間隙の微小間隙寸法を０．５〜３．０ｍｍに設定したものである。

または、鉛直軸心廻りに回転する中空回転筒と、該中空回転筒に挿入される内装体とを、備え、上記中空回転筒と上記内装体とが一体状に回転すると共に上記中空回転筒の下部から鉛直軸心方向に被処理流体を内部に流入させ上記中空回転筒の上部から処理された流体を排出する円筒型遠心分離機に於て、上記内装体は、下円錐面と中間円周面と上円錐面から成る細円筒部と、該細円筒部の上記下円錐面から上記中間円周面に突設された３枚〜６枚の縦フィンと、該縦フィンの突出高さよりも小さい突出高さであって上記中間円周面に突設された円環状の複数枚の横フィンと、を有し、上記縦フィンは、上端部に上記中間円周面の上端縁よりも上方へ延伸して上記中空回転筒の天井面に当接して接触摩擦力を発生させるための延伸部を有し、さらに、上記縦フィンの外周端縁を上記中空回転筒の内周面に当接して接触摩擦力を発生させるように設け、上記内装体は、上記縦フィンの上記延伸部及び上記外周端縁によって発生する接触摩擦力によって、上記中空回転筒から回転力が伝達され上記中空回転筒と一体状に回転するように設け、さらに、各々の上記横フィンの外周端縁と上記中空回転筒の内周面の間の微小間隙寸法を０．５〜３．０ｍｍに設定したものである。

本発明によれば、（回転数をアップさせずに）超微粒子の分離効率を（従来に比べて）著しく向上できる。

本発明の実施の一形態を示す簡略構成図である。 第１の実施形態の要部断面側面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 要部拡大断面図である。 第２の実施形態の要部断面側面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 第１実施例と第２実施例の分離効率を示すグラフ図である。 第３実施例と従来例の分離効率を比較するためのグラフ図である。 従来技術を説明するための要部断面平面図である。

以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係る円筒型遠心分離機は、図１に示すように、電動モータＭの回転力によって回転する伝達回転軸９に垂下状に取着され、鉛直軸心Ｌ廻りに回転する円筒型の中空回転筒１を備えている。そして、中空回転筒１の下部から被処理流体（液体やスラリー状流体）Ｗを内部に流入させ、遠心力にて、比重の軽いものと重いものに分離して、比重の軽い処理された流体Ｗ´を、中空回転筒１の上部から排出する縦置き型である。

図２乃至図４の第１の実施形態に於て、中空回転筒１は、内部の円柱状空間によって形成される処理室（収納室）11を有し、その処理室11に被処理流体Ｗの流路を形成すると共に中空回転筒１と同一速度にて回転する内装体２が挿入されている。

内装体２は、上円錐面20ｃと中間円周面20ｂと下円錐面20ａから成る両端先細り状の細円筒部20と、その細円筒部20の下円錐面20ａから中間円周面20ｂに突設された複数（４枚）の帯板状の縦フィン21と、水平面状（縦フィン21に直交する平面状）に配設され中間円周面20ｂに突設された円環板状の複数（３枚）の横フィン23と、有している。

細円筒部20は、中間円周面20ｂの外径寸法Ｄ20を、中空回転筒１の（処理室11の）内径寸法Ｄ１の５５％以上９５％以下に設定している。より好ましくは、６０％以上９０％以下に設定する。下限値未満であると、中空回転筒１の（処理室11の）内周面11ａ寄りに被処理流体Ｗの流れを形成できず、被処理流体Ｗに十分な遠心力が作用せず、高い分離効率を得られない虞がある。また、上限値を越えると、被処理流体Ｗが抵抗なくスムーズに上方へ流れず、効率が低下する虞がある。

横フィン23は、中間円周面20ｂからの突出高さｈを、縦フィン21の突出高さＨと同一乃至それ以上に形成されている。具体的には、横フィン23の突出高さｈ（ｈ１）は、縦フィン21の突出高さＨ（Ｈ１）の１００％以上１５０％以下の大きさに形成されている。

そして、各々の横フィン23の外周端縁（外周面）と対向する円環状リング３を、中空回転筒１の内周面11ａに複数（３つ）突設している。つまり、横フィン23と円環状リング３の鉛直軸心Ｌ方向（上下方向）位置を、略一致（略同位置）させている。なお、略一致（略同位置）とは、横フィン23の上下厚さ寸法Ｅ23の３０％以上に対応する外周面が、円環状リング３の内周面と対面する状態を言う。
また、円環状リング３の上下厚さ寸法Ｅ３は、横フィン23の上下厚さ寸法Ｅ23の５０％以上３００％以下に設定するのが望ましい。

つまり、各々の横フィン23の外周端縁と円環状リング３の内周面の間に、微小間隙Ｓを形成している。この微小間隙Ｓの微小間隙寸法Ｓ１は、０．５〜３．０ｍｍに設定されている。つまり、円環状リング３の内径寸法Ｄ３は、横フィン23の外径寸法Ｄ23よりも、１．０〜６．０ｍｍ大きい寸法で形成されている。
なお、横フィン23の外径寸法Ｄ23は、中空回転筒１の内径寸法Ｄ１の６０％以上９９％以下に形成されている。より好ましくは、６５％以上９５％以下とする。

また、縦フィン21は、下端部に、外周端縁からラジアル外方に突出して、中空回転筒１の内周面11ａに当接し、接触摩擦力を発生させるための膨出部21ａを有している。縦フィン21は、膨出部21ａを除いて、中空回転筒１の内周面11ａとの間に、隙間Ｊを形成している。この隙間Ｊは、微小間隙寸法Ｓ１より大きい隙間寸法Ｊ１をもって形成されている。
また、縦フィン21は、上端部に、中間円周面20ｂの上端縁よりも上方へ延伸して、中空回転筒１の天井面11ｄに当接し、接触摩擦力を発生させる当り用の延伸部21ｂを有している。

膨出部21ａと延伸部21ｂによって発生する接触摩擦力によって、中空回転筒１の回転力が内装体２に伝達され、内装体２を中空回転筒１と同方向かつ略同回転数で回転するように設けている。また、膨出部21ａの接触摩擦力によって、内装体２の下方への滑り（位置ズレ）を防止している。

次に、図５及び図６の第２の実施形態に於て、中空回転筒１に内装される内装体２は、下円錐面20ａと中間円周面20ｂと上円錐面20ｃから成る細円筒部20と、その細円筒部20の下円錐面20ａから中間円周面20ｂに突設された複数（４枚の）の縦フィン21と、水平面状に配設され中間円周面20ｂに突設された複数（３枚）の横フィン23と、有している。

中間円周面20ｂの外径寸法Ｄ20は、中空回転筒１の内径寸法Ｄ１の５５％以上９０％以下に形成されている。より好ましくは、６０％以上８５％以下に形成する。
また、横フィン23は、突出高さ（寸法）ｈを、縦フィン21の突出高さ（寸法）Ｈよりも小さく形成されている。具体的には、横フィン23の突出高さｈ（ｈ２）は、縦フィン21の突出高さＨ（Ｈ２）の６０％以上９９％以下の大きさに形成されている。

ここで、縦フィン21の外端縁は、中空回転筒１の内周面11ａに接触（当接）するように設けられている。そして、中空回転筒１の内周面11ａと、各々の横フィン23の外周端縁は、微小間隙Ｓをもって相互に対向している。この微小間隙Ｓの微小間隙寸法Ｓ２は、０．５〜３．０ｍｍに設定されている。
言い換えると、横フィン23と縦フィン21との間に微小段差部Ｔを形成し、その微小段差寸法Ｔ２を、０．５〜３．０ｍｍとしている。

また、縦フィン21の外周端縁は、中空回転筒１の内周面11ａに当接し、接触摩擦力を発生させる。また、縦フィン21は、上端部に、天井面11ｄに接触して摩擦力を発生させる当り用の延伸部21ｂを有している。
つまり、縦フィン21は、下円錐面20ａに沿って、かつ、中間円周面20ｂの下端縁部から上端縁部に渡って連続して形成され、さらに、中間円周面20ｂの上端縁部から上方へ突出した延伸部21ｂを有している。

また、第１の実施形態及び第２の実施形態に於て、中空回転筒１内の処理室11は、３枚の横フィン23によって上下方向に区分けられた複数（４つ）の小処理室19（19ａ，19ｂ，19ｃ，19ｄ）が形成される。各小処理室19は、微小間隙Ｓを介して上下方向に連通している。
また、中空回転筒１は、下部に、被処理流体Ｗを最下位置の小処理室19ａに鉛直軸心Ｌ方向に流入させるための導入路13を有し、上部に、遠心分離処理された流体（処理済流体）Ｗ´を最上位置の小処理室19ｄから吐出させるための吐出路14を有している。
また、中空回転筒１は、内装体２が挿入される有蓋円筒状のケース部材10と、ケース部材10の下方開口部に着脱自在に螺着される底蓋部材12と、を備えている。
内装体２は、中空回転筒１に接触摩擦力（嵌合力）によって、着脱自在（可能）に組み込まれ、底蓋部材12を取り外すことで、ケース部材10から取り出し自在である。つまり、中空回転筒１の清掃や被分離物の回収、メンテナンスを容易にしている。

また、図示省略するが、横フィン23を２枚、又は、４枚以上設けても良いが、好ましくは３枚以上である。横フィン23のピッチ寸法Ｐは、中空回転筒１の内径寸法Ｄ１の１００％以上１５０％以下とするのが望ましい。
また、横フィン23は、図示のように、平面視十字状に配設された４枚の場合や、鉛直軸心Ｌ廻りの周方向に等分配に放射状配設された３枚、又は、５枚、或いは、６枚とするも良い。

なお、本発明は設計変更可能であって、遠心分離した比重の大きい固形成分（超微粒子）等を回収するための（付着させるための）円筒状又は布状のシート部材を、ケース部材10の内周面に沿って円筒状に内装しても良い。即ち、本発明に於て、ケース部材10に回収用のシート部材を内装したものを中空回転筒１とした場合は、処理室11は、円筒状に配設されたシート部材に外周を包囲された円柱状空間であり、中空回転筒１の内周面11ａとは、ケース部材10に円筒状に配設したシート部材の内周面であり、中空回転筒１の内径寸法Ｄ１は、円筒状となったシート部材の内径寸法を言う。
また、導入路13や吐出路14の数や流路形状は図示した以外のものとするも自由である。

次に、本発明の円筒型遠心分離機の作用について説明する。
モータＭを駆動させると伝達回転軸９と共に、中空回転筒１が回転する。内装体２は、縦フィン21との接触摩擦力によって、中空回転筒１と一体状に（同一回転数で）回転する。

先ず、第１の実施形態に於て、図２に示すように、被処理流体Ｗは、鉛直軸心Ｌに沿った下方から中空回転筒１内に流入すると、最下位置の小処理室19ａ内で、下円錐面20ａに沿って、中空回転筒１の内周面11ａ方向（ラジアル外方）へ誘導される。さらに、中間円周面20ｂによって、（鉛直軸心Ｌから離れた位置である）中空回転筒１の内周面11ａ近傍を流れる。
被処理流体Ｗは、大きい（強い）遠心力を受け、図４に示すように、分離すべき比重の重い固形成分（被分離物）Ｑが、内周面11ａに付着する。

さらに、内周面11ａに沿って流れる被処理流体Ｗ（Ｗａ）は、円環状リング３を乗り越えるように微小間隙Ｓを流れる。この際、円環状リング３が堰となって、内周面11ａに沿った流体Ｗａが、被分離物Ｑを、次の（上方位置の）小処理室19へ搬送するのを防止する。

また、横フィン23は、中間円周面20ｂ近傍の被処理流体Ｗｂを、内周面11ａ側へ誘導し、円環状リング３と横フィン23の間の微小間隙Ｓに、送流させる。つまり、内周面11ａ側の被処理流体Ｗａよりは遠心力を受けていなかった（十分な分離が行なわれなかった）中間円周面20ｂ側の被処理流体Ｗｂを、遠心力の強い内周面11ａ側へ移動させ、次の小処理室19内で強い遠心力を作用させる。

また、微小間隙Ｓを流れる被処理流体Ｗは、下位置の小処理室19から次の小処理室19に流入する際に、遠心力によって、ラジアル外方向寄りの斜め上方向に流れると共に、オリフィス効果により流速及び圧力が高まることで、分離効率を向上できる。

そして、最上位置の小処理室19ｄの上部で、処理された流体Ｗ´は、上円錐面20ｃに沿うように低抵抗でスムーズに吐出路14へ流れる。
また、処理室11内に於て、縦フィン21は、被処理流体Ｗが一体に回転して十分に遠心力を受けるようにしている。

また、第２の実施の形態は、第１の実施形態と同様に、被処理流体Ｗが、下円錐面20ａ及び中間円周面20ｂによって、中空回転筒１の内周面11ａ寄りを流れる。さらに、内周面11ａと横フィン23の外周端縁の間の微小隙間Ｓを通過することで、被処理流体Ｗを、安定的に内周面11ａに沿うように送流でき、より強い遠心力を作用させつつ上方へ送流させてて、分離効率を向上させている。

ここで、図２乃至図４に図示した実施形態について、微小間隙寸法Ｓ１を３ｍｍとした第１実施例と、微小間隙寸法Ｓ１を０．５ｍｍとした第２実施例との、分離効率を図７に示す。図７から明らかなように、（従来より）少ない回転数（１００００ｒｐｍ）でも、０．７μｍの粒径以上の被分離物を、８０％以上分離可能である。回転数を大きくせずとも、十分な分離効率が得られることが明らかである。なお、図示省略するが、図９に示すような従来技術の内装体90及び中空回転筒80では、０．７μｍの粒径以上の被分離物を、８０％以上分離するのに、１２０００ｒｐｍ以上必要であった。また、微小間隙寸法Ｓ１が、０．５ｍｍ未満のものや、３ｍｍを越えるものでは、従来技術よりも効率は良かったが、第１実施例と第２実施例よりは効率が低かった。

次に、図５と図６に図示した実施形態を第３実施例とし、図９に図示した３枚の縦フィン91が鉛直軸心Ｌ廻りの円周方向に放射状に等分配された、従来技術の内装体90を用いたものを従来例として、分離効率を比較したグラフ図を図８に示す。なお、図５と図６に図示した中空回転筒１と、図９の中空回転筒80は同じものである。
図８から明らかなように、同じ回転数で分離を行なった場合、第３実施例の方が効率が良い。つまり、従来技術よりも少ない回転数で、同等の分離効率が得られると言える。特に、粒径が０．７μｍ以下の被分離物を分離する場合に効率の差は明らかであり、このような超微小な被分離物の分離に有効であるといえる。
なお、本発明は上述の図示の実施形態に限らず、設計変更自由であって、（図２，図５等に於て）横フィン23を、全体を逆傘形になるように帯板材を、細円筒部20の外周面に固着（突設）するのも、好ましい。

以上のように、本発明の円筒型遠心分離機は、鉛直軸心Ｌ廻りに回転する中空回転筒１と、中空回転筒１に挿入される内装体２とを、備えた円筒型遠心分離機に於て、内装体２は、下円錐面20ａと中間円周面20ｂと上円錐面20ｃから成る細円筒部20と、該細円筒部20の下円錐面20ａから中間円周面20ｂに突設された３枚〜６枚の縦フィン21と、縦フィン21の突出高さＨと同一乃至それ以上の突出高さｈであって中間円周面20ｂに突設された円環状の複数枚の横フィン23と、を有し、さらに、各々の横フィン23の外周端縁との間に微小間隙Ｓをもって対向する円環状リング３を、中空回転筒１の内周面11ａに複数突設したので、被処理流体Ｗを中空回転筒１のラジアル外方側寄りに存在させて、強い遠心力が作用する。これによって分離効率良く遠心分離を行なうことができる。また、従来よりも中空回転筒１内の内装体２の占める割合を大きくしながらも、内装体２を軽量にできる。被処理流体Ｗの流入から吐出までの抵抗を少なくしてスムーズかつ安定して中空回転筒１の内周面11ａ寄りを送流させることができる。

また、鉛直軸心Ｌ廻りに回転する中空回転筒１と、中空回転筒１に挿入される内装体２とを、備えた円筒型遠心分離機に於て、内装体２は、下円錐面20ａと中間円周面20ｂと上円錐面20ｃから成る細円筒部20と、細円筒部20の下円錐面20ａから中間円周面20ｂに突設された３枚〜６枚の縦フィン21と、縦フィン21の突出高さＨよりも小さい突出高さｈであって中間円周面20ｂに突設された円環状の複数枚の横フィン23と、を有するので、被処理流体Ｗを中空回転筒１のラジアル外方側寄りに存在させて、強い遠心力が作用する。これによって超微粒子であっても分離効率が著しく向上できる。また、従来よりも中空回転筒１内の内装体２の占める割合を大きくしながらも、内装体２を軽量なものにできる。被処理流体Ｗの流入から吐出までの抵抗を少なくしてスムーズに送流できる。

１ 中空回転筒
２ 内装体
３ 円環状リング
11ａ 内周面
11ｄ 天井面
20 細円筒部
20ａ 下円錐面
20ｂ 中間円周面
20ｃ 上円錐面
21 縦フィン
21ａ 膨出部
21ｂ 延伸部
23 横フィン
Ｈ 縦フィンの突出高さ
ｈ 横フィンの突出高さ
Ｌ 鉛直軸心
Ｓ 微小間隙
Ｓ１ 微小間隙寸法
Ｓ２ 微小間隙寸法
Ｗ 被処理流体
Ｗ´ 処理された流体

Claims (2)

1. 鉛直軸心（Ｌ）廻りに回転する中空回転筒（１）と、該中空回転筒（１）に挿入される内装体（２）とを、備え、上記中空回転筒（１）と上記内装体（２）とが一体状に回転すると共に上記中空回転筒（１）の下部から鉛直軸心（Ｌ）方向に被処理流体（Ｗ）を内部に流入させ上記中空回転筒（１）の上部から処理された流体（Ｗ´）を排出する円筒型遠心分離機に於て、
   上記内装体（２）は、下円錐面（20ａ）と中間円周面（20ｂ）と上円錐面（20ｃ）から成る細円筒部（20）と、該細円筒部（20）の上記下円錐面（20ａ）から上記中間円周面（20ｂ）に突設された３枚〜６枚の縦フィン（21）と、該縦フィン（21）の突出高さ（Ｈ）と同一乃至それ以上の突出高さ（ｈ）であって上記中間円周面（20ｂ）に突設された円環状の複数枚の横フィン（23）と、を有し、
   上記縦フィン（21）は、上端部に上記中間円周面（20ｂ）の上端縁よりも上方へ延伸して上記中空回転筒（１）の天井面（11ｄ）に当接して接触摩擦力を発生させるための延伸部（21ｂ）を有すると共に、下端部にラジアル外方へ突出して上記中空回転筒（１）の内周面（11ａ）に当接して接触摩擦力を発生させるための膨出部（21ａ）を有し、
   上記内装体（２）は、上記縦フィン（21）の上記延伸部（21ｂ）及び上記膨出部（21ａ）によって発生する接触摩擦力によって、上記中空回転筒（１）から回転力が伝達され上記中空回転筒（１）と一体状に回転するように設け、
   さらに、各々の上記横フィン（23）の外周端縁との間に微小間隙（Ｓ）をもって対向する円環状リング（３）を、上記中空回転筒（１）の内周面（11ａ）に複数突設し、
   上記微小間隙（Ｓ）の微小間隙寸法（Ｓ１）を０．５〜３．０ｍｍに設定したことを特徴とする円筒型遠心分離機。
2. 鉛直軸心（Ｌ）廻りに回転する中空回転筒（１）と、該中空回転筒（１）に挿入される内装体（２）とを、備え、上記中空回転筒（１）と上記内装体（２）とが一体状に回転すると共に上記中空回転筒（１）の下部から鉛直軸心（Ｌ）方向に被処理流体（Ｗ）を内部に流入させ上記中空回転筒（１）の上部から処理された流体（Ｗ´）を排出する円筒型遠心分離機に於て、
   上記内装体（２）は、下円錐面（20ａ）と中間円周面（20ｂ）と上円錐面（20ｃ）から成る細円筒部（20）と、該細円筒部（20）の上記下円錐面（20ａ）から上記中間円周面（20ｂ）に突設された３枚〜６枚の縦フィン（21）と、該縦フィン（21）の突出高さ（Ｈ）よりも小さい突出高さ（ｈ）であって上記中間円周面（20ｂ）に突設された円環状の複数枚の横フィン（23）と、を有し、
   上記縦フィン（21）は、上端部に上記中間円周面（20ｂ）の上端縁よりも上方へ延伸して上記中空回転筒（１）の天井面（11ｄ）に当接して接触摩擦力を発生させるための延伸部（21ｂ）を有し、さらに、上記縦フィン（21）の外周端縁を上記中空回転筒（１）の内周面（11ａ）に当接して接触摩擦力を発生させるように設け、
   上記内装体（２）は、上記縦フィン（21）の上記延伸部（21ｂ）及び上記外周端縁によって発生する接触摩擦力によって、上記中空回転筒（１）から回転力が伝達され上記中空回転筒（１）と一体状に回転するように設け、
   さらに、各々の上記横フィン（23）の外周端縁と上記中空回転筒（１）の内周面（11ａ）の間の微小間隙寸法（Ｓ２）を０．５〜３．０ｍｍに設定したことを特徴とする円筒型遠心分離機。

Images