JP5735006B2 - 遠心分離装置を具備するシステムおよびそのシステムを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は密封した遠心分離装置（ｈｅｒｍｅｔｉｃ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を具備するシステムおよびそのシステムの制御方法に関する。

本発明は密封した遠心分離装置を備えているシステムに関し、そこにおいて、分離機は、分離チャンバを含むローターと、分離される成分の混合物のための入口チャンネルと、少なくとも１つの分離された軽い成分を受けるための第１の出口チャンネルと、少なくとも１つの分離された重い成分を受けるための第２の出口チャンネルと、を備え、このシステムは、前記第２の出口チャンネルから、前記分離チャンバまで、分離された重い成分の部分を再循環させるための再循環手段を更に備えている。

第２の態様によれば、本発明は、このようなシステムを制御する方法に関し、その方法は：
入口チャンネルから成分の混合物を分離チャンバに入れる工程と；
前記分離チャンバ内の成分の前記混合物を軽い成分と重い成分とに分離する工程と；
少なくとも１つの軽い成分を第１の出口に導く工程と；
少なくとも１つの重い成分を第２の出口に導く工程と；
前記第２の出口から前記入口チャンネルへと分離された重い成分の部分を再循環させる工程と、を具備する。

混合物の重い成分の内容が重く変化し、または一定の低度のときに、このようなシステムは使用される。一方、例えば重いフェーズの出口パイプの目詰まりを回避するために、一定の濃度を有する分離された沈積物を得ることはしばしば要求される。

密封した遠心分離機を具備する改良されたシステムおよびこのようなシステムを制御する方法を提供することが本発明の目的である。そしてそれは、重いフェーズの流量を制御することが可能である。本発明によれば、提供されるシステムは、まず最初に記載しているように、遠心分離機を具備している。そこにおいて、第１のモニタ手段は、前記第２の出口チャンネルを流れる重い成分の密度、流量またはそれらの組合せをモニタすることであり、第１の制御手段は、前記第１のモニタ手段からの制御信号に応答して再循環の流れを制御することである。

本発明の好ましい実施態様において、システムは、前記第２の出口チャンネル内を流れる重い成分の流量をモニタする第２のモニタ手段と、前記第２のモニタ手段からの制御信号に応答して前記第１の出口チャンネルの第１の背圧弁を制御することによって圧力を制御する第２の制御手段とを具備する。

更なる本発明の好ましい実施形態において、システムは、前記第２の出口チャンネルの圧力をモニタする第３のモニタ手段と、前記第３のモニタ手段からの制御信号に応答して前記第２の出口チャンネルの第２の背圧弁を制御することによって圧力を制御する第３の制御手段とを具備する。

さらに他の本発明の好ましい実施形態において、システムの前記制御手段は、前記モニタ手段からの制御信号と、モニタされたパラメータのための所望の設定点との間の違いに基づく信号に応答して制御するものである。

他の本発明の好ましい実施形態において、システムは、前記再循環手段の流量をモニタする第４のモニタ手段と、前記第４のモニタ手段からの制御信号に応答して再循環の流量を制御する第４の制御手段とを具備する。ここで、前記第４の制御手段は、前記第１の制御手段の出力からその設定点を得ている。

本発明の実施形態によれば、前記制御手段は、ＰＩＤ制御器である。本発明の他の実施形態において、前記第１の制御手段は、ＭＰＣ制御器であり、前記第２、第３および第４の制御手段は、ＰＩＤ制御器であり、ここで、前記第１の制御手段は、前記第２、第３および第４の制御手段のうちの少なくとも１つに設定点を供給している。

本発明の更なる実施形態において、前記第２の出口チャンネルは、分離チャンバ内部で重い成分の出口パイプに接続される。ここで、前記パイプは、分離機ボウルの内部壁の近くに入口開口を有する。

本発明の第２の態様によれば、まず最初に記載されているように、方法は提供される。そこにおいて、方法は：
前記第２の出口チャンネルに流れている重い成分の密度、流量またはそれらの組合せのパラメータをモニタする工程と；
前記パラメータに関して制御信号を生成する工程と；
前記制御信号に応答して再循環の流れを制御する工程と、を更に具備する。

この本発明の第２の態様の実施形態によれば、方法は、
前記第２の出口チャンネルに流れる重い成分の流量のパラメータをモニタする工程と；
流量の前記パラメータに関して第２の制御信号を生成する工程と；
前記第２の制御信号に応答して前記第１の出口チャンネルの第１の背圧弁を制御することによって前記第１の出口チャンネルの圧力を制御する工程と、を具備する。

本発明の本態様の更なる実施形態において、方法は、
前記第２の出口チャンネルの圧力のパラメータをモニタする工程と；
圧力の前記パラメータに関して第３の制御信号を生成する工程と；
前記第３の制御信号に応答して前記第２の出口チャンネルの第２の背圧弁を制御することによって前記第２の出口チャンネルの圧力を制御する工程と、を具備する。

本発明の本態様の他の実施形態において、方法の前記制御する工程は、前記制御信号と、モニタされたパラメータのための所望の設定点との間の違いを計算（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）する工程を具備する。

本発明の本態様の更なる実施形態において、方法は、
前記再循環手段の流量のパラメータをモニタする工程と；
前記再循環手段の流量の前記パラメータに関して第４の制御信号を生成する工程と；
前記第４の制御信号に応答して前記再循環の流量を制御する工程と、を具備する。
そこにおいて、前記制御する工程は、前記第４の制御信号と、第１の制御信号に対応する設定点との間の違いを計算する工程を備えている。

本発明は、従って、変化している内容の供給（ｆｅｅｄ）を伴う分離機を供給するときでも、分離された重い成分の特性を制御するシステム及び方法を提供する。

本発明に係るシステムおよび方法は、図１〜４を参照して、本発明の好ましい実施態様のより詳細な説明にて以下で記載される。

図１は、本発明によるシステムの１つの実施形態のフローチャートである。 図２は、本発明によるシステムの第２の実施形態のフローチャートである。 図３は、本発明によるシステムの第３の実施態様のフローチャートである。 図４は、本発明の実施例に係る分離機ボウルの上部部分の横断された側面図である。

図１にて、密封した遠心分離機１を備える遠心システムが開示される。そして、それは供給ポンプ３によって入口チャンネル２を介して分離される成分の混合物を供給される。前記分離機１において、成分の液体混合物は、成分が分離される分離チャンバを有するローターにて遠心分離される。少なくとも１つの分離された軽い成分を受けるための分離チャンバに接続される第１の出口チャンネル４および少なくとも１つの分離された重い成分を受けるための第２の出口チャンネル５がある。

各々の出口チャンネル４、５（それぞれ第１および第２に対応する）において、配置される背圧弁６、７がある。重い成分のための前記第２の出口チャンネル５から前記入口チャンネル２まで導くのは、配置されている再循環手段８によるものである。前記再循環手段８は、前記第２の背圧弁７の上流に分離された重い成分の部分を偏らすのに適している再循環チャンネル９と、前記入口チャンネル２へ分離された重い成分の前記部分をポンプで送り出す（ｐｕｍｐ）のに適合された再循環ポンプ１０とを備える。

再循環ポンプ１０のポンプで送り出す流れ（ｐｕｍｐｉｎｇ ｆｌｏｗ）は、いわゆるＰＩＤ制御器（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）１１によって制御される。そして、それは重い成分のための前記出口チャンネル５に位置づけられたコリオリ（ｃｏｒｉｏｌｉｓ）流量計１２からの信号に連続してまたは断続的に反応する。前記信号は、測定された流れまたは密度と、所望の設定点との間の計算された違いから導き出される。例えば、出口チャンネル５が重い成分の連続の流れが中断されるような目詰まりになりにくいことは、たいへん好ましい。所望の設定点は、従って、続けて流れることを確認する値にすることができる。

また、背圧弁６、７は、ＰＩＤ制御器１３、１４を提供される。軽い成分の出口チャンネル４の背圧弁６を制御するＰＩＤ制御器１３は、出口チャンネル５の重い成分の流れと、同じ所望の設定点との間の違いに基づいた信号に応答する。ＰＩＤ制御器１１は、それで出口チャンネル５の重い成分の密度に応答する。

重い成分の出口チャンネル５の背圧弁７を制御するＰＩＤ制御器１４は、前記重い成分の出口チャンネル５の背圧に応答している。

アイデアは、密度を制御するために再循環の流れを制御することであり、一方、軽い成分の弁６は、重い成分の圧力を制御する。

図２で分かるように、この制御策は、再循環ポンプ１０の上のいわゆるカスケードされた制御器を追加することによって修正されることができる。カスケード制御において、もう一方の設定点を制御する１つのＰＩＤを配置される２つのＰＩＤがある。外側ループ制御器として、ＰＩＤ制御器は働く。そして、それは主要な物理パラメータ、例えば流体レベルまたは速度を制御する。他の制御器は、内側ループ制御器として働く。そして、それは設定点として外側ループ制御器の出力を読み込む。そして、通常、より急速に変更しているパラメータ、流量または加速を制御する。

図２においてＰＩＤ制御器１５は、前記ポンプ１０の後で再循環の流れに基づく信号に応答して再循環の流れを制御している内側のループに配置される。外側ループにおいてＰＩＤ制御器１６は、重い成分の出力チャネルのモニタされた密度からその制御信号を得て、ＰＩＤ制御器１５に設定点を提供する。

カスケードされた制御器を伴うアイデアは、内側のループが外側ループより非常に急速であるということである。直ちに実現するように、外側の制御器は、それらが動作する異なるタイムスケールのために、制御信号（すなわち内側のループに対する設定点）を考慮する。制御はまだ分散され、しかし、その設定点をセットすることによって、ここで再循環の流れを制御する可能性もある。重い成分の背圧弁７を制御するＰＩＤ制御器１７は、コリオリ流量計によってモニタされる重い成分の流れから計算される信号に応答する。

図３はシステムの実施形態を開示し、いわゆるＭＰＣ制御器１８（Ｍｏｄｅｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が直接制御信号を動作するために適用され、および、所望の動作コースに従う。例えば、動作中の重い成分濃度を変える混合物を分離するときに、ＰＩＤ制御器によって制御されるパラメータが例えば効率、出力の品質および／または目詰まりのリスクに関してプロセスを最適化するグラフに従って調整されることが、しばしば選ばれる。ＭＰＣ制御器１８は、それで基礎をなす制御器、すなわちＰＩＤ制御器の基準値を制御し、ＭＰＣ制御器の操作量がＰＩＤ制御器（例えば流量、密度または圧力）のための設定点であることを意味する。これは、全部の制御をカスケードされた制御器にさせ、そこにおいて、ＭＰＣ制御器は全てのＰＩＤ制御器のための外側ループである。重い成分の出口チャンネルの密度を制御するＰＩＤ制御器が停止する例外を有する図２として、ＰＩＤ制御器は構成される。この実施形態において、ＭＰＣ制御器は、再循環の流れおよび重い成分は流れのためにリファレンス値を設定することによって密度を制御し、一方、供給される流れ（ｆｅｅｄ ｆｌｏｗ）の設定点は一定に保持される。

図４は、分離機ボウル１９の上部部分を開示し、分離機ボウルが分離チャンバ２０を規定する。遠心力によって分離された混合物の重い成分は、回転軸から最も遠く離れた領域に、すなわち分離機ボウルの内部の壁の近くに集まる。従来の遠心分離機において、重い成分は、分離機内部で蓄積するのを防ぐために、特定の間隔にて分離機ボウル１９の周辺のポートを介して放出される。しかしながら、本発明に係る遠心分離機において、重い成分は、分離機ボウル１９の上部に配置される重い成分の出口チャンネル５を介して、外へ分離チャンバ２０から連続的に送られる。分離機ボウル１９の内部は、それゆえに、分離機ボウル１９の前記上部部分の内部壁上においてまたはその近くに配置される重い成分の出口パイプ２１を提供される。出口パイプ２１は、内部壁に従って、上方を延びて、そして重い成分の出口チャンネル５に接続して、それで、分離チャンバ２０の周辺部分から、半径方向に内側および上方へ、前記重い成分の出口チャンネル５へと、重い成分を導いている。重い成分のパイプ２１の長さおよび分離チャンバ２０のそれらの入口オリフィスのための位置を選択することによって、パイプ２１に送るスラッジの特性を制御することが可能性である。

本出願は、本発明に係るシステムを開示する。そこにおいて、密封した遠心分離機はスラッジの任意の間欠放出（ｏｐｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）のための従来の射出開口（ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｏｐｅｎｉｎｇｓ）を備えている。

当業者に対して、本発明は記載されている実施例によって制限されるものではなく、いくつかの修正および代替は請求項に記載の本発明の範囲内において可能である。

Claims (11)

1. 密封した遠心分離機（１）を具備するシステムであって、
   前記遠心分離機は、
   分離チャンバ（２０）を含んでいるローターと、
   分離される成分の混合物を前記分離チャンバ（２０）に供給するための入口チャンネル（２）と、
   前記分離チャンバ（２０）からの少なくとも１つの分離された軽い成分を受けるための第１の出口チャンネル（４）と、
   前記分離チャンバ（２０）からの少なくとも１つの分離された重い成分を受けるための第２の出口チャンネル（５）と、を具備し、
   前記システムは、
   前記第２の出口チャンネル（５）から、前記分離チャンバ（２０）へと、分離された重い成分の一部を再循環させるための再循環手段（８）と、
   前記重い成分の他部を流すように、前記第２の出口チャンネル（５）から分岐された流し手段と、
   前記第２の出口チャンネル（５）を流れている重い成分の圧力、密度、流量またはそれらの組合せをモニタするモニタ手段（１２）と、
   前記モニタ手段（１２）からの制御信号に応答して再循環の流量を制御する第１の制御手段（１１、１５、１８）と、
   前記モニタ手段（１２）からの制御信号に応答して、前記第１の出口チャンネル（４）の第１の背圧弁（６）を制御することによって、第１の出口チャンネル（４）を流れている軽い成分の圧力を制御する第２の制御手段（１３）と、を具備する、システム。
   
2. 前記モニタ手段は、第２の出口チャンネル（５）の圧力をモニタし、
   このモニタ手段からの制御信号に応答して、前記流し手段に設けられた第２の背圧弁（７）を制御することによって前記第２の出口チャンネル（５）を流れている重い成分の圧力を制御する第３の制御手段（１４）と、を具備する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１ないし第３の制御手段（１１、１３、１４、１５、１８）は、前記モニタ手段（１２）からの制御信号と、モニタされるパラメータのための所望の設定点との違いに基づく信号に応答して制御する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記モニタ手段は、前記第２の出口チャンネル(５)を流れている重い成分の流量をモニタし、
   前記モニタ手段からの流量に係る制御信号に応答して再循環の流量を制御する第４の制御手段と、を具備し、
   前記第４の制御手段は、前記第１の制御手段（１１）の出力からその設定点を得ている、請求項２または３に記載のシステム。
5. 前記第１ないし第４の制御手段（１１、１３、１４、１５、１７）は、ＰＩＤ制御器である、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１の制御手段は、ＭＰＣ制御器（１８）であり、
   前記２、第３および第４の制御手段は、ＰＩＤ制御器（１３−１５）であり、
   前記第１の制御手段（１８）は、前記２、第３および第４の制御手段（１３−１５）のうちの少なくとも１つに設定点を供給している、請求項４に記載のシステム。
7. 前記第２の出口チャンネル（５）は、分離チャンバ（２０）内部で、重い成分の出口パイプ（２１）に接続され、
   前記出口パイプ（２１）は、前記分離チャンバを形成している分離機ボウル（１９）の内部壁の近くに入口開口を有する、請求項１ないし６のいずれか１に記載のシステム。
8. 請求項１に係るシステムを制御する方法であって、
   入口チャンネルから分離チャンバに成分の混合物を供給する工程と、
   前記分離チャンバの成分の前記混合物を軽い成分と重い成分とに分離する工程と、
   少なくとも１つの軽い成分を前記第１の出口チャンネル(４)へと導く工程と、
   少なくとも１つの重い成分を第２の出口チャンネル（５）へと導く工程と、
   前記第２の出口チャンネルから前記入口チャンネルへと分離された重い成分の一部を再循環させる工程と、
   前記第２の出口チャンネルから分岐された流し手段によって前記重い成分の他部を前記第２の出口チャンネルから流す工程と、
   前記第２の出口チャンネルに流れている重い成分の圧力、密度、流量またはそれらの組合せのパラメータをモニタする工程と、
   前記パラメータに関して第１の制御信号を生成する工程と、
   前記制御信号に応答して再循環の流量を制御する工程と、
   前記第２の出口チャンネルを流れている重い成分の流量のパラメータをモニタする工程と、
   流量の前記パラメータに関して第２の制御信号を生成する工程と、
   前記第２の制御信号に応答して前記第１の出口チャンネルの第１の背圧弁を制御することによって前記第１の出口チャンネルの圧力を制御する工程とを具備する、方法。
9. 前記第２の出口チャンネルの圧力のパラメータをモニタする工程と、
   圧力の前記パラメータに関して第３の制御信号を生成する工程と、
   前記第３の制御信号に応答して前記流し手段の第２の背圧弁を制御することによって前記第２の出口チャンネルの圧力を制御する工程と、を具備する、請求項８に記載の方法。
10. 前記第２の出口チャンネルの圧力を制御する工程は、前記第３の制御信号と、モニタされたパラメータのための所望の設定点との間の違いを計算する工程を具備する、請求項９に記載の方法。
11. 前記再循環手段の流量のパラメータをモニタする工程と、
    前記再循環手段の流量の前記パラメータに関して第４の制御信号を生成する工程と、
    前記第４の制御信号に応答して前記再循環の流量を制御する工程と、を具備し、
    前記制御する工程は、前記第４の制御信号と、第１の制御信号に対応する設定点との間の違いを計算する工程を具備する、請求項１０に記載の方法。

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