JP6255821B2 - 洗浄方法およびスクリュウデカンタ型遠心分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、分離液における気泡の発生を抑制するスキミング機構を有するスクリュウデカンタ型遠心分離装置を洗浄する洗浄方法およびスクリュウデカンタ型遠心分離装置に関する。

固体と液体との混合液に対し、両者を分離する固液分離処理として、例えば、固体と液体との比重差を利用し、固体（固形分）を沈降させて、上澄み液を分離液として取り出す処理が考えられる。また、その応用例として、回転体内で混合液を高速で回転させ、回転体に加わる径方向の遠心力により固体の沈降速度を高めることで固液分離を促進する、所謂、遠心分離処理も実現されている。

例えば、外胴ボウル内に混合液を収容して高速回転し、外胴ボウルの内面に堆積された固体と、その径方向内側に位置する液体とに遠心分離し、さらに、固体を内胴スクリュウコンベアによって外胴ボウルの一端から吐出し、液体を清澄液として他端から排出するスクリュウデカンタ型遠心分離装置が利用されている（例えば、特許文献１）。

このとき、固液分離された液体を排出する液体排出口近傍に邪魔板を設け、固体粒子に付着した気泡を固体粒子から分離して固液分離を促進する技術が知られている（例えば、特許文献２）。また、固液分離された液体を外胴ボウルから単に排出すると、遠心力により、排出された液体とケーシングとが衝突し、液体に気泡が生じてしまう。そこで、回転中の液体を一旦固定側で吸い上げ、液体とケーシングとの衝突を避けるスキミング機構が提案されている。

特開平１０−３２８５８０号公報 特開昭６０−１９０６２号公報

上述したスキミング機構では、液体を固定側に吸い上げるべく、外胴ボウルとは空間を異にして液体を保持する液体保持部が設けられている。当該スクリュウデカンタ型遠心分離装置では、食品や飲料水の生成にも用いられることから、外胴ボウル内とともに当該液体保持部内も洗浄する必要があるが、洗浄専用の機構を設けることでスキミング機構自体が複雑になり、また、洗浄液を供給するための付帯機器が別途必要となる。したがって、スキミング機構における液体保持部内の洗浄コストが高くなり、かつ、洗浄に特化した煩雑な作業を強いられていた。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、液体保持部内を容易に洗浄可能な洗浄方法およびスクリュウデカンタ型遠心分離装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、円筒形状の中空ボウルで形成され、固体と液体との混合液を中空ボウルに収容し、回動することで固体と液体とを遠心分離する外胴ボウルと、外胴ボウルと回転速度差を有して回動し、外胴ボウルの内面に堆積された固体を外胴ボウル外に吐出する内胴スクリュウコンベアと、外胴ボウルと一体的に回動し、外胴ボウルで遠心分離された液体を、遠心力を通じて保持する液体保持部と、外胴ボウルを軸支する固定側に配され、液体保持部に保持された液体を圧力差により吸入して排出流路に排出するディスクと、液体保持部より径方向内側に設けられ、液体保持部と外胴ボウルの外方雰囲気とを連通する連通部と、排出流路を流れる液体の流量を調整するバルブと、を備えたスクリュウデカンタ型遠心分離装置を洗浄する本発明の洗浄方法は、外胴ボウルと内胴スクリュウコンベアとを回動し、バルブを閉弁し、混合液の代わりに洗浄液を供給し、液体保持部に充填した洗浄液がオーバーフローして連通部から排出されることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のスクリュウデカンタ型遠心分離装置は、円筒形状の中空ボウルで形成され、固体と液体との混合液を中空ボウルに収容し、回動することで固体と液体とを遠心分離する外胴ボウルと、外胴ボウルと回転速度差を有して回動し、外胴ボウルの内面に堆積された固体を外胴ボウル外に吐出する内胴スクリュウコンベアと、外胴ボウルと一体的に回動し、外胴ボウルで遠心分離された液体を、遠心力を通じて保持する液体保持部と、外胴ボウルを軸支する固定側に配され、液体保持部に保持された液体を圧力差により吸入して排出流路に排出するディスクと、排出流路を流れる液体の流量を調整するバルブと、液体保持部より径方向内側に設けられ、液体保持部と外胴ボウルの外方雰囲気とを連通し、外胴ボウルと内胴スクリュウコンベアとを回動している間にバルブを閉弁することで液体保持部に充填された液体がオーバーフローして排出される連通部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、既存の構成を最大限利用し、簡易な構成で、液体保持部内を容易に洗浄可能となる。

スクリュウデカンタ型遠心分離装置の概略的な構成を示した斜視図である。 スクリュウデカンタ型遠心分離装置の概略的な構成を示した縦断面図である。 遠心分離機構を説明するための説明図である。 図２におけるスキミング機構の部分を拡大した部分拡大図である。 スキミング機構の一部であるディスクを説明するための説明図である。 液体保持部の従来の洗浄処理を説明するための部分拡大図である。 本実施形態の洗浄機構を説明するためのスキミング機構の部分拡大図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００）
図１は、スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００の概略的な構成を示した斜視図であり、図２は、スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００の概略的な構成を示した縦断面図である。説明の便宜上、図１では、主たる内部構造も示している。スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００は、外胴ボウル１１０と、ケーシング１１２と、軸受１１４と、本体駆動用モータ１１６と、フィートパイプ１１８と、内胴スクリュウコンベア１２０と、差速制動機１２２と、ギヤボックス１２４と、スキミング機構１２６とを含んで構成される。スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００は、例えば、食品、飲料水、薬品、化学製品、鉄鋼製品等の製造プロセスや、屎尿処理、下水処理、スラリー処理、工場排水処理等の水処理といった様々な分野において、固液分離に利用される。

外胴ボウル１１０は、スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００の長手方向に延びる円筒形状の中空ボウルで形成され、ケーシング１１２内において両端が軸受１１４により回転自在に軸支される。そして、外胴ボウル１１０は、フィートパイプ１１８から供給された、固体と液体との混合液を中空ボウル内に収容し、本体駆動用モータ１１６を動力として回動して固体と液体とを遠心分離する。

内胴スクリュウコンベア１２０は、径方向外方に突出したスクリュウ羽根１２０ａを胴体１２０ｂの外周に螺旋状に巻回して構成され、両端が軸受（図示せず）により外胴ボウル１１０と同心に回転自在に軸支される。したがって、内胴スクリュウコンベア１２０は、外胴ボウル１１０に囲繞されることとなる。そして、内胴スクリュウコンベア１２０は、差速制動機１２２の動力とギヤボックス１２４の遊星歯車機構によって、外胴ボウル１１０と同方向に高速回転するとともに、外胴ボウル１１０と相対的な回転速度差を有して回動する。こうして、内胴スクリュウコンベア１２０は、外胴ボウル１１０内面に堆積された固体をスクリュウ羽根１２０ａによって外胴ボウル１１０外に吐出する。

スキミング機構１２６は、外胴ボウル１１０で分離された液体に気泡が生じるのを抑制しつつ、液体を外部に排出する。

以下、外胴ボウル１１０と内胴スクリュウコンベア１２０とによる遠心分離機構と、スキミング機構１２６について詳述する。

（遠心分離機構）
図３は、遠心分離機構を説明するための説明図である。図３において、白抜き矢印は混合液、固体、液体それぞれの流動方向を示し、黒点は固体、ハッチングした領域は液体を示している。

図３（ａ）に示すように、混合液（原液）は、フィートパイプ１１８および内胴スクリュウコンベア１２０を通じて外胴ボウル１１０に供給される。外胴ボウル１１０と内胴スクリュウコンベア１２０とは、実線の矢印で示したように同方向に高速回転（例えば２，０００〜６，０００ｒｐｍ）し、その回転を通じた径方向外方への遠心力によって、外胴ボウル１１０内面に比重の高い固体１５０を堆積させ、径方向内側に位置する比重の低い液体１５２と分離する。

液体１５２は、新たに外胴ボウル１１０に供給された混合液により押圧され、清澄液として外胴ボウル１１０の大径側の側板１１０ａに設けられた液体排出口１１０ｂから排出される。このとき、液体排出口１１０ｂは、外胴ボウル１１０の外径より径方向内側に形成されるので、遠心力によって外胴ボウル１１０内面に押しつけられた固体１５０は、側板１１０ａを超えて液体排出口１１０ｂから排出されることはほぼない。

また、図３（ｂ）に示すように、内胴スクリュウコンベア１２０には、胴体１２０ｂの外周に沿って螺旋状にスクリュウ羽根１２０ａが形成されている。そして、上述したように、差速制動機１２２の動力とギヤボックス１２４の遊星歯車機構によって、内胴スクリュウコンベア１２０と外胴ボウル１１０とは相対的な回転速度差が生じるように構成されており、内胴スクリュウコンベア１２０は外胴ボウル１１０に対して相対的に回転（例えば＋１０〜＋６０ｒｐｍ）する。したがって、外胴ボウル１１０の内面に堆積された固体１５０はスクリュウ羽根１２０ａによるスクリュウコンベアの作用によって図３（ｂ）中、右側に移動される。

ここで、外胴ボウル１１０は、図３（ｂ）中、右側に推移するに連れ、断面が漸減する円錐形状となっており、スクリュウ羽根１２０ａによって移動させられた固体１５０は、脱水された状態で、外胴ボウル１１０の小径側に設けられた固体吐出口１１０ｃから吐出される。

ここでは、外胴ボウル１１０と内胴スクリュウコンベア１２０とが回転している状態で、フィートパイプ１１８から混合液を連続的に供給することで、分離された固体１５０と液体１５２とを連続的に取得することが可能となる。

（スキミング機構１２６）
図４は、図２におけるスキミング機構１２６の部分を拡大した部分拡大図であり、図５は、スキミング機構１２６の一部であるディスク１２８を説明するための説明図である。ここでは、遠心分離された液体が排出される経路を説明する。

外胴ボウル１１０では、その回動に応じて、図４中クロスハッチングによって示すように径方向外方に液体が蓄積され、新たに混合液が供給されて液体の体積が増加すると、オーバーフロー口１１０ｄより径方向内側に向かって水嵩が高くなり、オーバーフロー口１１０ｄから液体が排出される。オーバーフロー口１１０ｄから排出された液体は、外胴ボウル１１０に一体的に設けられた液体保持部１１０ｅに移動し、液体保持部１１０ｅにおいて、外胴ボウル１１０内の液体同様、遠心力により径方向外方に押しつけられる。

また、外胴ボウル１１０（回転側）に対し、スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００における外胴ボウル１１０を軸支する固定側には、ディスク１２８が設けられる。ディスク１２８は、外胴ボウル１１０の回動中において液体保持部１１０ｅに保持される液体中にディスク１２８の先端が浸かる位置関係を有する。また、ディスク１２８は、図５に示すように、ドーナツ形状の円盤で、その中には湾曲しながら径方向内側に向かう流路１２８ａが周方向に均等に形成されている。したがって、図５中、白抜き矢印で示すように外胴ボウル１１０が回転することで、その回転運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、圧力差により、実線矢印で示すように、固定されたディスク１２８に液体が吸入される。こうして、吸入された液体は、ディスク１２８に接続された固定側の排出流路１３０を経由して排出される。

こうして、図４中の拡大図において実線の矢印で示したように、外胴ボウル１１０、液体保持部１１０ｅ、ディスク１２８、排出流路１３０の順に液体が流通する流路が形成される。ここでは、固定側の排出流路１３０を通じて液体が排出されるので、排出された液体とケーシング１１２との衝突で液体に気泡が生じることもなく、気泡の発生を抑制することができる。

（洗浄機構）
ところで、スクリュウデカンタ型遠心分離装置１００は、食品、飲料水、薬品等の製造プロセスにも用いることができ、その衛生面（サニタリー性）が問題になる場合がある。そこで、外胴ボウル１１０内のみならず、液体を一時的に保持する液体保持部１１０ｅの洗浄も行わなければならない。

図６は、液体保持部１１０ｅの従来の洗浄処理を説明するための部分拡大図である。従来、例えば、固定側の排出流路１３０に隣接した位置に、液体保持部１１０ｅに貫通する洗浄用流路１３２が形成され、そこから図６中、クロスハッチングで示すように洗浄液を液体保持部１１０ｅに供給していた。この場合、洗浄用流路１３２を別途設けなくてはならないので、スキミング機構１２６自体が複雑になり、また、洗浄液を供給するため、ポンプ等の付帯機器を要し、液体保持部１１０ｅ内の洗浄コストが高くなっていた。さらに、外胴ボウル１１０の洗浄作業とは別に、洗浄用流路１３２に洗浄液を供給するといった洗浄に特化した煩雑な作業が強いられることとなる。そこで、本実施形態では、より簡易に洗浄処理を遂行する。

図７は、本実施形態の洗浄機構を説明するためのスキミング機構１２６の部分拡大図である。本実施形態のスキミング機構１２６には、さらに、バルブ１４０と、連通部１４２とが含まれ、それらが洗浄機構として機能する。

図７（ａ）のように、バルブ１４０は、排出流路１３０上に設けられ、排出流路１３０を流れる液体の流量を調整できる。ただし、本実施形態では、バルブ１４０によって液体の流量を所定値（開弁）と０（閉弁）との間で切り替える。すなわち、洗浄時にはバルブ１４０を閉弁し、排出流路１３０における液体の流れを止める。連通部１４２は、液体保持部１１０ｅより相対的に径方向内側に設けられ、液体保持部１１０ｅと外胴ボウル１１０の外方雰囲気とを連通する。

外胴ボウル１１０を洗浄する際、遠心分離処理同様、外胴ボウル１１０と内胴スクリュウコンベア１２０とが回動し、外胴ボウル１１０には混合液の代わりに洗浄液が供給される。供給された洗浄液は、外胴ボウル１１０内を洗浄した後、外胴ボウル１１０のオーバーフロー口１１０ｄから排出され、液体保持部１１０ｅに移動する。また、液体保持部１１０ｅに保持された洗浄液は、さらにディスク１２８に吸入されて排出流路１３０に排出される。

ここで、図７（ｂ）のように、バルブ１４０を閉弁して液体の流れを止める。すると、排出流路１３０に洗浄液が充填され、ディスク１２８への洗浄液の吸入が停止し、液体保持部１１０ｅに移動した洗浄液の流動先がなくなって、液体保持部１１０ｅに洗浄液が蓄積される。やがて、液体保持部１１０ｅに洗浄液が充填されると、図７（ｃ）のように、オーバーフローして連通部１４２から洗浄液が排出される。

このとき、連通部１４２の位置は、液体保持部１１０ｅの径方向内側であることが望ましく、さらに、外胴ボウル１１０（回動側）とディスク１２８を含む固定側との境界に形成するとよい。こうすることで、液体保持部１１０ｅ内全体を洗浄することが可能となる。

こうして、洗浄液が、液体保持部１１０ｅ内に万遍なく行き渡った後、連通部１４２を通じて排出される流路が形成され、液体保持部１１０ｅ内を確実に洗浄することができる。また、ここでは、連通部１４２の加工と、バルブ１４０の設置のみで洗浄を行うことができるので、スキミング機構１２６に複雑な洗浄用流路１３２を形成したり、洗浄液を供給するための別途の付帯機器を準備したりする必要もない。

以上説明したように、本実施形態のスクリュウデカンタ型遠心分離装置１００によれば、特別な洗浄用流路１３２を設けることなく、既存の構成を最大限利用した簡易な構成で、液体保持部１１０ｅ内を容易に洗浄可能となる。また、遠心分離工程と等しい工程において混合液を洗浄液に交換することのみで、外胴ボウル１１０および液体保持部１１０ｅを同時に洗浄することができるので、洗浄コストを低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、分離液における気泡の発生を抑制するスキミング機構を有するスクリュウデカンタ型遠心分離装置を洗浄する洗浄方法およびスクリュウデカンタ型遠心分離装置に利用することができる。

１００ スクリュウデカンタ型遠心分離装置
１１０ 外胴ボウル
１１０ｅ 液体保持部
１２０ 内胴スクリュウコンベア
１２８ ディスク
１４０ バルブ
１４２ 連通部

Claims (2)

1. 円筒形状の中空ボウルで形成され、固体と液体との混合液を該中空ボウルに収容し、回動することで固体と液体とを遠心分離する外胴ボウルと、該外胴ボウルと回転速度差を有して回動し、該外胴ボウルの内面に堆積された固体を該外胴ボウル外に吐出する内胴スクリュウコンベアと、該外胴ボウルと一体的に回動し、該外胴ボウルで遠心分離された液体を、遠心力を通じて保持する液体保持部と、該外胴ボウルを軸支する固定側に配され、該液体保持部に保持された液体を圧力差により吸入して排出流路に排出するディスクと、該液体保持部より径方向内側に設けられ、該液体保持部と該外胴ボウルの外方雰囲気とを連通する連通部と、該排出流路を流れる液体の流量を調整するバルブと、を備えたスクリュウデカンタ型遠心分離装置を洗浄する洗浄方法であって、
   前記外胴ボウルと前記内胴スクリュウコンベアとを回動し、
   前記バルブを閉弁し、
   前記混合液の代わりに洗浄液を供給し、
   前記液体保持部に充填した洗浄液がオーバーフローして前記連通部から排出されることを特徴とする洗浄方法。
2. 円筒形状の中空ボウルで形成され、固体と液体との混合液を該中空ボウルに収容し、回動することで固体と液体とを遠心分離する外胴ボウルと、
   前記外胴ボウルと回転速度差を有して回動し、該外胴ボウルの内面に堆積された固体を該外胴ボウル外に吐出する内胴スクリュウコンベアと、
   前記外胴ボウルと一体的に回動し、該外胴ボウルで遠心分離された液体を、遠心力を通じて保持する液体保持部と、
   前記外胴ボウルを軸支する固定側に配され、前記液体保持部に保持された液体を圧力差により吸入して排出流路に排出するディスクと、
   前記排出流路を流れる液体の流量を調整するバルブと、
   前記液体保持部より径方向内側に設けられ、該液体保持部と前記外胴ボウルの外方雰囲気とを連通し、前記外胴ボウルと前記内胴スクリュウコンベアとを回動している間にバルブを閉弁することで前記液体保持部に充填された液体がオーバーフローして排出される連通部と、
   を備えることを特徴とするスクリュウデカンタ型遠心分離装置。

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