JP7421286B2

JP7421286B2 - 遠心分離装置

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Publication number: JP7421286B2
Application number: JP2019151198A
Authority: JP
Inventors: 直也寺谷; 英哉桐山; 優輝松見; 祐輔宮崎; 良行磯; 充俊山本; 晃博小林
Original assignee: IHI Rotating Machinery Engineering Co Ltd
Current assignee: IHI Rotating Machinery Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2024-01-24
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: JP2021030132A

Description

本開示は、固体と液体との混合物から固体と液体とを遠心分離する遠心分離装置に関する。

特許文献１には、遠心分離によって固体と液体とを遠心分離する遠心分離装置が開示されている。この遠心分離装置は、同一の回転軸線を有する内側及び外側の筒状体を備える。遠心分離の対象である混合物は、内側の筒状体内を通過し、内側の筒状体の放出口から外側の筒状体内に放出される。この混合物は、外側の筒状体内で遠心分離され、固体から分離された液体は、外側の筒状体の内周面に追従して回転する液体層を形成する。内側の筒状体からは、例えば、外側の筒状体と同程度の回転速度で新たな混合物が放出されており、この新たな混合物は、外側の筒状体と同一方向に回転しながら遠心方向にも移動して液体層に混入する。

特開２００９－１３６７９０号公報

しかしながら、内側の筒状体から放出された混合物は、遠心方向に移動して回転中心から離れるほど、回転方向への速度は小さくなり、液体層に混入する際に、液体層との間での回転速度差が大きくなり易い。その結果、この回転速度差に起因して液体層が乱れ、固体と液体とを分ける固液分離性を損なう可能性があった。

本開示は、固体から分離された液体層を安定して維持するのに有利であり、固液分離性を損ない難い遠心分離装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る遠心分離装置は、固体と液体との混合物を収容し、回転によって混合物から固体と液体とを遠心分離する筒状の外胴部と、外胴部の内部で外胴部の回転軸線に沿って配置され、混合物を移送すると共に、外胴部の回転方向と同一方向に回転する内胴部と、内胴部の外周面に設けられ、内胴部の回転軸線に沿った一方側に固体を移送するスクリュウ羽根と、を備えている。内胴部は、内部の混合物を遠心方向に放出する放出口と、放出口から外胴部の内周面に向けて立設されたガイド部と、を備え、外胴部の内周面に沿った領域には、混合物から固体が分離された液体層が形成され、ガイド部の先端は、液体層と気体領域との境界面よりも、外胴部の内周面から離れた位置に設けられている。

この遠心分離装置によれば、内胴部の放出口から放出された混合物は、ガイド部の干渉を受けながら遠心方向に案内されるので、内胴部から遠心方向の離れた分だけ、実質的に回転方向への速度は増加する。その結果、混合物が液体層に混入する際の回転方向への速度差を小さくし易くなる。更に、ガイド部の先端は、液体層と気体領域との境界面よりも、外胴部の内周面から離れた位置に設けられている。その結果、液体層内に直接、混合物を放出して液体層を乱してしまうことを防止でき、液体層を安定して維持するのに有利であり、固液分離性を損ない難い。

いくつかの態様において、外胴部の一方側とは反対側の端部を閉塞する閉塞部と、閉塞部に設けられ、固体から分離された液体が排出される液体通過口と、液体通過口の一部を閉塞して液体を堰き止めるオリフィス板と、を備え、境界面は、液体を堰き止めるオリフィス板の高さによって規定されている。この形態によれば、境界面を構造的に規定し易くなる。

いくつかの態様において、ガイド部は、放出口を囲んで立設された管とすることができる。混合物は、適切にガイド部の先端まで移動し易くなる。

本開示のいくつかの態様によれば、固体から分離された液体層を安定して維持するのに有利であり、固液分離性を損ない難い。

図１は、実施形態に係るスクリュウデカンタ型の遠心分離装置を示した斜視図である。図２は、実施形態に係る外胴ボウル及び内胴スクリュウコンベアの内部構造を示した縦断面図である。図３は、図２の一部分を拡大して示す断面図である。図４は、実施例１に係る遠心分離装置を示し、（ａ）図は、外胴ボウル及び内胴スクリュウコンベアの内部を回転軸線方向から見た場合のスワールの状態を示す説明図であり、（ｂ）図は、液体層内における液体の流れの状態を示す説明図である。図５は、比較例１に係る遠心分離装置を示し、（ａ）図は、図３に対応した断面図であり、（ｂ）図は、外胴ボウル及び内胴スクリュウコンベアの内部を回転軸線方向から見た場合のスワールの状態を示す説明図であり、（ｃ）図は、液体層内における液体の流れの状態を示す説明図である。図６は、比較例２に係る遠心分離装置を示し、（ａ）図は、図３に対応した断面図であり、（ｂ）図は、外胴ボウル及び内胴スクリュウコンベアの内部を回転軸線方向から見た場合のスワールの状態を示す説明図であり、（ｃ）図は、液体層内における液体の流れの状態を示す説明図である。図７は、比較例２に係る遠心分離装置であり、図３に対応した断面図である。図８は、実施例２及び比較例３における固体粒子回収率（分離効率）を示すグラフである。図９は、実施例３、４、５及び比較例４、５における固体粒子回収率（分離効率）を示すグラフである。図１０は、比較例６における固体粒子回収率（分離効率）に対し、同じ条件で実施例６を使用した場合の回収率の改善分（回収率の差）を示すグラフである。

以下、遠心分離装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

重質分である固体と軽質分である液体との混合物（以下、「原液」と称する）に対し、両者を分離する固液分離処理として、遠心分離処理が用いられる。遠心分離処理では、例えば、回転体内で原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。本実施形態では、この遠心分離処理を実現する装置として、スクリュウデカンタ型遠心分離装置を例に挙げて説明する。

図１及び図２に示されるように、遠心分離装置１は、遠心分離処理を実現する主要部である回転体２と、回転体２を収容するケーシング５と、回転体２に所望の回転力を付与する駆動ユニット６と、回転体２内に原液Ｍを供給するフィードパイプ７と、を備えている。遠心分離装置１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。また、菌体や微生物などのできるだけ固体に衝撃を与えたくない処理物を対象とした固液分離に利用することもできる。

回転体２は、外胴ボウル３（外胴部）と、外胴ボウル３内に配置された内胴スクリュウコンベア４とを備えている。外胴ボウル３の回転方向Ｒａと内胴スクリュウコンベア４の回転方向Ｒａとは同一である。外胴ボウル３は、略円筒形状の筒状体であり、両端の軸部が軸受３ａによって回転自在に軸支されている。外胴ボウル３の主要部はケーシング５内に配置されている。外胴ボウル３の回転軸線Ｌは、両方の軸受３ａを通るように、外胴ボウル３の長手方向に延在している。外胴ボウル３は、原液Ｍを内部に収容し、駆動ユニット６の作用で回動し、原液Ｍから液体Ｌｑと固体Ｓｄ（図３参照）と遠心分離する。

図２に示されるように、外胴ボウル３の回転軸線方向（回転軸線Ｌに沿った方向）の一方の端部側は漸次縮径しており、この縮径によって絞り部３１が形成されている。絞り部３１には、内胴スクリュウコンベア４によって搬送された固体Ｓｄを排出する固体排出口３２が設けられている。外胴ボウル３の一方の端部には、外胴ボウル３を封止（閉鎖）する小径側外胴軸３３が固定されている。小径側外胴軸３３は、外部の軸受３ａ（図１参照）によって回転自在に軸支されている。小径側外胴軸３３の中央には、小径側外胴軸３３を貫通するようにフィードパイプ７が配置されている。フィードパイプ７は外胴ボウル３の回転軸線Ｌに沿って延在しており、フィードパイプホルダー７ａによって支持されている。フィードパイプ７内には、外胴ボウル３内に供給される原液Ｍが通過する。フィードパイプ７の一部を取り囲むように内胴スクリュウコンベア４が配置されている。内胴スクリュウコンベア４、外胴ボウル３の小径側外胴軸３３は、軸受３４を介して回転自在に連結されている。

外胴ボウル３の回転軸線方向の他方の端部には大径側外胴軸３５が設けられている。大径側外胴軸３５は、外胴ボウル３と内胴スクリュウコンベア４との間の空間を封止（閉塞）する環状の内壁部３５ａ（閉塞部）と、内壁部３５ａの中央部分から外胴ボウル３の内方に突出する内軸部３５ｂと、内壁部３５ａの中央部分から外胴ボウル３の外方に突出する外軸部３５ｃとを備えている。内軸部３５ｂには内胴スクリュウコンベア４を軸支する軸受３５ｄが取り付けられている。外軸部３５ｃは、外部の軸受３ａ（図１参照）によって回転自在に軸支されている。内壁部３５ａの遠心方向ＣＤの外寄りの位置には、液体層内で固体Ｓｄから分離された液体Ｌｑが通過して排出される複数の液体通過口３６が設けられている。複数の液体通過口３６は、外胴ボウル３の内周面３ｂに沿うように設けられている。

内胴スクリュウコンベア４は、略円筒形状の筒状体である内胴部４１と、内胴部４１の外周面４１ａに設けられ、径方向外方に突出したスクリュウ羽根４２とを備えている。内胴部４１は外胴ボウル３の回転方向Ｒａと同一方向に回転する。スクリュウ羽根４２は、内胴部４１の外周面４１ａに螺旋状に巻回して設けられている。スクリュウ羽根４２は、内胴部４１の回転に伴って回転し、液体Ｌｑから遠心分離された固体Ｓｄを内胴部４１の一方の端部側に移送する。内胴部４１の一方の端部側は、外胴ボウル３の縮径に対応するように縮径している。内胴部４１の一方の端部は、軸受３４を介して、フィードパイプ７及び外胴ボウル３に対して回転自在となるように連結されている。

内胴部４１の周壁４３には、原液Ｍが通過する放出口８と、放出口８を通過した原液Ｍを遠心方向ＣＤに案内する原液供給管９（ガイド部）とが設けられている。原液供給管９は、放出口８の周縁形状に沿った管内形状を有し、放出口８を囲むようにして内胴部４１の周壁４３から外胴ボウル３の内周面３ｂに向けて立設されている。遠心分離の対象となる原液Ｍは、フィードパイプ７を通過して内胴部４１の内部に供給され、次に、内胴部４１の放出口８から遠心方向ＣＤに放出され、更に原液供給管９を通過し、原液供給管９の先端９ａの開口から外胴ボウル３内に放出される。

原液供給管９は、内胴部４１の外周面４１ａに溶接されてもよく、内胴部４１に一体に形成されてもよい。また、原液供給管９は原液Ｍ中の固定粒子によって摩耗することも懸念されるため、原液供給管９を内胴部４１に対して取り換え交換可能な構造（例えば、ブッシュ）にすることも可能である。

外胴ボウル３内に供給された原液Ｍは、外胴ボウル３の回転によって液体Ｌｑと固体Ｓｄとに遠心分離される。固体Ｓｄが分離された液体Ｌｑは、外胴ボウル３の内周面３ｂに追従して回転する液体層ＬＬを形成する。より詳細に説明すると、原液Ｍのうち、重質分である固体Ｓｄ（主に固体粒子）は外胴ボウル３の内周面３ｂに堆積されるように集積され、軽質分である液体Ｌｑは固体Ｓｄよりも内方（遠心方向ＣＤに対して逆となる方向）に主体的に存在するようになって液体層ＬＬを形成する。液体層ＬＬの表層面、つまり、液体層ＬＬの内方に形成される表面は、固体Ｓｄ及び液体Ｌｑが疎となる気体領域Ａｓと液体層ＬＬとの境界面Ｂｓである。

内胴スクリュウコンベア４は、液体層ＬＬ内で遠心方向ＣＤに沈降し、外胴ボウル３の内周面３ｂに堆積された固体Ｓｄをスクリュウ羽根４２によって外胴ボウル３の一方の端部側に送る。この一方の端部側には絞り部３１が設けられており、絞り部３１とスクリュウ羽根４２との相互作用によって固体Ｓｄは脱水され、固体排出口３２から排出される。

外胴ボウル３の他方の端部には、内壁部３５ａが設けられており、内壁部３５ａには、液体通過口３６が設けられている。液体層ＬＬを形成する液体Ｌｑは、内壁部３５ａの液体通過口３６を通過して外部に排出される。液体通過口３６の少なくとも一部はオリフィス板３７によって閉塞されている。より詳細に説明すると、オリフィス板３７は、液体通過口３６の全領域のうち、外胴ボウル３の内周面３ｂに近い側の一部領域を堰き止めるように閉塞している。その結果、液体層ＬＬの厚さ、言い換えると外胴ボウル３の内周面３ｂから液体層ＬＬの境界面Ｂｓまでの高さは、オリフィス板３７の高さによって規定されることになる。オリフィス板３７の高さとは、実質的に、オリフィス板３７によって堰き止められた液体通過口３６の一部領域のうち、外胴ボウル３の内周面３ｂに最も近い位置から内周面３ｂまでの距離を意味する。

駆動ユニット６は、外胴ボウル３を一方向に回転させ、外胴ボウル３に遠心分離機能を付与する駆動用モータ６１を備える。外胴ボウル３は、駆動用モータ６１により、例えば、１０ｒｐｍ～１００００ｒｐｍの高速回転をする。また、駆動ユニット６は、内胴スクリュウコンベア４を回転させる差速制動機６２及びギヤボックス６３の遊星歯車機構等を備えている。内胴スクリュウコンベア４の内胴部４１は、差速制動機６２の動力とギヤボックス６３の遊星歯車機構によって、外胴ボウル３と同方向に高速回転する。内胴部４１と外胴ボウル３との回転速度差は５０ｒｐｍ以下である。この回転速度差は、２０ｒｐｍ以下とすることができ、また、１０ｒｐｍ以下とすることができ、５ｒｐｍ以下とすることができる。

次に、図２及び図３を参照して原液供給管９の先端９ａと液体層ＬＬの境界面Ｂｓとの関係について説明する。原液供給管９は、外胴ボウル３の内周面３ｂに向けて立設され、先端９ａは、外胴ボウル３の内周面３ｂに向けて開放されている。原液供給管９の先端９ａは、液体層ＬＬ内に埋没しておらず、液体層ＬＬの境界面Ｂｓよりも、外胴ボウル３の内周面３ｂから離れた位置に設けられている。本実施形態に係る液体層ＬＬの境界面Ｂｓは、例えば、液体通過口３６の周縁のうち、外胴ボウル３の内周面３ｂに最も近い位置３６ａによって規定される。そして、この位置３６ａを基準として規定された境界面Ｂｓから外胴ボウル３の内周面３ｂまでの距離ｄ２は、原液供給管９の先端９ａから外胴ボウル３の内周面３ｂまでの距離ｄ１よりも短い。

また、原液供給管９の先端９ａから境界面Ｂｓまでの距離ｄ３は、内胴部４１の外周面４１ａから原液供給管９の先端９ａまでの距離ｄ４よりも短くすることができる。

次に、本実施形態に係る遠心分離装置１の作用、効果について説明する。遠心分離装置１によれば、内胴部４１の放出口８から放出された原液Ｍは、原液供給管９の干渉を受けながら遠心方向ＣＤに案内される。その結果、原液Ｍは、内胴部４１から遠心方向ＣＤの離れた分だけ、回転中心からの半径が大きくなり、実質的に回転方向Ｒａへの速度（回転速度）は増加する。

より詳しく説明すると、回転軸線Ｌ（回転中心）からの半径方向距離ｒ（ｍ）と回転数ω（ｒａｄ／ｓ）との積が回転速度ｖθ＝ｒ×ω（ｍ／ｓ）となるため、ｒに比例して回転速度が増加する。つまり、外胴ボウル３と内胴部４１との回転数が同じであったとしても、外胴ボウル３の方が回転軸線Ｌからの半径方向距離が大きいため、外胴ボウル３の回転速度ｖθａの方が、内胴部４１の回転速度ｖθａよりも大きいことになる。

ここで、例えば、原液供給管９が設けられていない形態（第１の比較形態）において、内胴部の回転数は外胴ボウルと同じであると仮定する。ここで、内胴部の放出口から放出された原液Ｍは回転速度をｖθｂを有する。この原液Ｍは、遠心方向ＣＤに移動しながらｖθｂの回転速度で液体層ＬＬの境界面Ｂｓに達する。これに対し、液体層ＬＬは外胴ボウルの回転に追従して回転しており、液体層ＬＬの境界面Ｂｓは、外胴ボウルの回転速度に準じた回転速度ｖθａを有すると仮定できる。その結果、液体層ＬＬの境界面Ｂｓの回転速度ｖθａと原液Ｍの回転速度ｖθｂとの差は大きくなる。

これに対し、本実施形態に係る原液供給管９の先端９ａは、少なくとも、内胴部４１の外周面４１ａよりも、液体層ＬＬの境界面Ｂｓに近い位置に配置されており、遠心方向ＣＤの距離である半径方向距離ｒは大きくなる。更に、内胴部４１の放出口８から放出された原液Ｍは、原液供給管９に案内されながら先端９ａまで到達するので、回転数（または角速度）は内胴部４１と同じである。そして、内胴部４１の回転数と外胴ボウル３の回転数が同じであると仮定すると、上記の原液供給管９が設けられていない形態に比べ、原液Ｍが液体層ＬＬ内に混入する際に、原液Ｍと液体層ＬＬとの間に生じる回転速度の差を小さくし易くなる。

原液Ｍと液体層ＬＬとの回転速度の差が小さくなると、液体層ＬＬ内の液体Ｌｑの流れに乱れを与え難くなる。その結果、液体層ＬＬを安定して維持し易くなって、固液分離性の低下を抑制できる。特に、本実施形態では、外胴ボウル３と内胴部４１の回転速度差は、５０ｒｐｍ以下であるため、原液Ｍが液体層ＬＬに混入する際の回転方向Ｒａへの速度差は非常に小さくなり、固液分離性の低下を抑制するのに更に有利である。

また、ここで、原液Ｍの回転速度をより増加させる目的で、原液供給管の先端を液体層ＬＬ内に配置した形態（第２の比較形態）を仮定する。この形態では、液体層ＬＬ内で固液分離途中の液体Ｌｑに原液Ｍが直接に放出されて液体層ＬＬを乱してしまい、固液分離性に不利に働く可能性がある。また、この原液Ｍの直接の混入により、遠心力で外胴ボウル３の内周面３ｂに向かって沈降中の固体粒子や既に沈降堆積している固体Ｓｄを舞い上げてしまう可能性がある。その結果、この形態では、固液分離性が低下する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、原液供給管９の先端９ａは液体層ＬＬ内に埋没することなく、液体層ＬＬの境界面Ｂｓよりも、外胴ボウル３の内周面３ｂから離れた位置に設けられている。従って、原液供給管９の先端９ａが液体層ＬＬ内に配置されている態様に比べ、液体層ＬＬ内での固液分離性を損ない難く、固液分離性の低下を抑制できる。また、本実施形態によれば、遠心力で外胴ボウル３の内周面３ｂに向かって沈降中の固体粒子や既に沈降堆積している固体Ｓｄを舞い上げてしまうことを防止できるので、更に固液分離性の低下を抑制できる。

また、例えば、菌体や微生物などのできるだけ固体Ｓｄに衝撃を与えたくない処理物が原液Ｍの場合に、本実施形態に係る遠心分離装置１によれば、原液Ｍと液体層ＬＬとの回転速度の差を小さくできるので、固体Ｓｄにかかる衝撃を和らげることができ、有利である。

また、本実施形態に係る遠心分離装置１では、外胴ボウル３の回転速度を落とすことなく、原液Ｍと液体層ＬＬとの回転速度の差を小さくできるので、固液分離に必要な遠心力を維持、または増加し易くなる。

また、本実施形態に係る遠心分離装置１は、外胴ボウル３の一方側とは反対側の端部を閉塞する大径側外胴軸３５と、大径側外胴軸３５の内壁部３５ａの位置に設けられ、固体Ｓｄから分離された液体Ｌｑが排出される液体通過口３６と、を備えている。そして、例えば、液体層ＬＬの境界面Ｂｓの仮想的な位置を、液体通過口３６の周縁のうち、外胴ボウル３の内周面３ｂに最も近い位置によって規定することができる。その結果、本実施形態によれば、実際の遠心分離処理を行うことなく、境界面Ｂｓを構造的に規定し易くなる。

また、本実施形態に係る遠心分離装置１では、放出口８を囲んで立設された原液供給管９を設けている。原液供給管９とすることで、原液Ｍが遠心方向ＣＤに移動する途中で経路から外れることなく、適切に原液供給管９の先端９ａまで移動し易くなる。

以上、実施形態に基づいて本開示に係る遠心分離装置１の説明をした。しかしながら、本開示は、上記の実施形態のみに限定されない。例えば、上記の実施形態では、ガイド部として原液供給管９を例に説明したが、原液供給管９に代えて、放出口８から立設された板状の部材を適用することもできる。

また、上記の実施形態では、ガイド部として、所定長さの原液供給管９を例に説明したが、ガイド部の立設長さを調節可能（例えば、伸縮可能）な構造にすることもできる。例えば、液体層ＬＬの境界面Ｂｓは原液Ｍの処理量によって増減する可能性がある。そこで、外胴ボウル３内に、境界面Ｂｓを検知するセンサーを設けておき、このセンサーで検知した境界面Ｂｓの高さに基づき、ガイド部の立設高さを調節し、ガイド部の先端９ａが液体層ＬＬ内に配置されないようにすることも可能である。

以下、実施例により本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれらの例に限定されるものではない。また、後述の実施例及び比較例について、上述の実施形態と同一の要素や対応する構造については、上述の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

（実施例１、比較例１、比較例２）
実施例１（図４参照）は、上述の実施形態に対応する構造を備えており、内胴スクリュウコンベア４の内胴部４１には、回転軸線方向から見た場合に、周方向で等間隔となるように複数（四個）の放出口８及び原液供給管９が設けられている。

比較例１（図５参照）は、原液供給管９を備えていない点を除き、実質的に実施例１と共通する。また、比較例２（図６参照）は、原液供給管９の先端９ａが液体層ＬＬ内に配置されている点を除き、実質的に実施例１と共通する。

図４の（ａ）図は、実施例１に係る外胴ボウル３及び内胴部４１の内部を回転軸線方向から見た場合のスワールの状態を示す図であり、（ｂ）図は、（ａ）図の領域Ｘの液体層内において、外胴ボウル３に対する液体層ＬＬ内の相対的な流れの向きや大きさを模式的に示した図である。なお、（ｂ）図において領域Ｘに対して左側に向けて伸びる矢印は、外胴ボウル３の回転方向Ｒａの速度に対して相対的に逆流していることを意味し、矢印の長さは逆流の大きさを意味している。

図５の（ａ）図は、比較例１に係る外胴ボウル３及び内胴部４１の一部を拡大した断面図であり、（ｂ）図は、外胴ボウル３及び内胴部４１の内部を回転軸線方向から見た場合のスワールの状態を示す説明図であり、（ｃ）図は、（ｂ）図の領域Ｙの液体層ＬＬ内において、外胴ボウル３に対する液体層ＬＬ内の相対的な流れの向きや大きさを模式的に示した図である。なお、（ｂ）図において領域Ｙに対して左側に向けて伸びる矢印は、外胴ボウル３の回転方向Ｒａの速度に対して相対的に逆流していることを意味し、矢印の長さは逆流の大きさを意味している。

図４の（ａ）図に示されるように、実施例１では、内胴部４１の放出口８を通過した原液Ｍは、原液供給管９に案内されながら遠心方向ＣＤに移動し、原液供給管９の先端９ａから液体層ＬＬの境界面Ｂｓに向けて略直交するように混入している。ここで図４の（ｂ）図に示されるように、実施例１では、液体層ＬＬの境界面Ｂｓ付近の回転速度は、外胴ボウル３の回転速度に対して相対的に逆流しているが、流れの向き等は比較的安定しており、液体層ＬＬを安定して維持するのに有効である。

一方で、図５の（ｂ）図に示されるように、比較例１では、内胴部４１の放出口８を通過した原液Ｍは、液体層ＬＬの境界面Ｂｓに対して斜めに混入している。ここで図５の（ｃ）図に示されるように、比較例１の液体層ＬＬの境界面Ｂｓ付近の流れの向きは、実施例１（図４の（ｂ）図参照）に比べて乱れている。更に、比較例１の液体層ＬＬの境界面Ｂｓ付近の回転速度は、外胴ボウル３の回転速度に対して相対的に逆流しており、この逆流の大きさは実施例１よりも大きくなっており、固液分離性に不利に働いている可能性がある。

図６の（ａ）図は、比較例２に係る外胴ボウル３及び内胴部４１の一部を拡大した断面図であり、（ｂ）図は、外胴ボウル３及び内胴部４１の内部を回転軸線方向から見た場合のスワールの状態を示す説明図であり、（ｃ）図は、（ｂ）図の領域Ｚの液体層ＬＬ内において、外胴ボウル３に対する液体層ＬＬ内の相対的な流れの向きや大きさを模式的に示した図である。なお、（ｂ）図において領域Ｚに対して左側に向けて伸びる矢印は、外胴ボウル３の回転方向Ｒａの速度に対して相対的に逆流していることを意味し、矢印の長さは逆流の大きさを意味している。また、図７は、図６の（ａ）図を拡大して示しており、特に液体層ＬＬ内における固体Ｓｄと液体Ｌｑの状況を示す断面図である。

図６の（ｂ）図に示されるように、比較例２では、内胴部の放出口８を通過した原液Ｍは、原液供給管９０に案内されながら遠心方向ＣＤに移動し、液体層ＬＬ内で原液供給管９０の先端９０ａから放出されている。ここで図６の（ｃ）図に示されるように、比較例２では、液体層ＬＬ内に原液Ｍを直接、混入しているので、実施例１に比べ、外胴ボウル３との間での相対的な回転速度差は小さい。しかしながら、図７に示されるように、比較例２では、原液供給管９０から放出された原液Ｍは、外胴ボウル３の内周面３ｂに堆積された固体Ｓｄを巻き上げてしまって固液分離性を損なうおそれがある。更に、比較例２では、内胴スクリュウコンベア４のスクリュウ羽根４２によって液体Ｌｑから絞り部３１に向けて送り出された固体Ｓｄの密度が小さく、つまり含水率が大きくなって脱水性が低下して固体Ｓｄの排出性が低下する可能性も有る。

（実施例２、比較例３）
図８は、固体粒子回収率（分離効率）を示すグラフであり、数値解析結果と試験での実証結果とを示している。実施例２は、原液供給管９を立設した装置であり、比較例３は、原液供給管９を備えていない点を除き、実質的に実施例２に共通する装置である。

図８に示されるように、実施例２は、比較例３に比べて、数値解析結果及び試験結果の両方とも、固体粒子回収率が向上している。

（実施例３、実施例４、実施例５、比較例４、比較例５）
図９は、固体粒子回収率（分離効率）を示すグラフであり、試験での実証結果を示している。実施例３は、原液供給管９を立設した装置であり、実施例４は、実施例３よりも長い原液供給管９を立設した装置であり、実施例５は、実施例３よりも長い原液供給管９を立設した装置である。実施例５に係る原液供給管９の先端９ａは、実施例３、４に比べ、液体層ＬＬの境界面Ｂｓに最も近い位置に配置されている。また、実施例５に係る原液供給管９の先端９ａと境界面Ｂｓとの距離は、実施例５に係る原液供給管９の長さよりも短くなっている。

また、比較例４は、原液供給管９を備えていない点を除き、実質的に実施例３、４、５に共通する。また、比較例５は、内径１００ｍｍの内胴部４１に対し、１３０ｍｍの長さの原液供給管９０（比較例３参照）を立設した装置であり、比較例５の原液供給管９０の先端９０ａは液体層ＬＬ内に配置されている。

図９に示されるように、実施例３は、比較例４、比較例５に比べて固体粒子回収率が向上している。また、実施例４は、実施例３に比べて固体粒子回収率が向上しており、実施例５は、実施例４に比べて固体粒子回収率が向上している。つまり、原液供給管９の先端９ａが液体層ＬＬの境界面Ｂｓに近づくほど、固体粒子回収率が向上していることを確認できる。

（実施例６、比較例６）
図１０は、比較例６における固体粒子回収率（分離効率）に対し、同じ条件で実施例６を使用した場合の回収率の改善分（回収率の差）を示すグラフである。実施例６は、原液供給管９を立設した装置であり、比較例６は、原液供給管９を備えていない点を除き、実施的に実施例６に共通する。

表１に示されるように、実施例６及び比較例６に係る装置を用いて、遠心効果及び流量の少なくとも一方が異なる七態様の運転条件で処理物Ａに対して遠心処理を施した。また、実施例６及び比較例６に係る装置を用いて、遠心効果及び流量の少なくとも一方が異なる四態様の運転条件で処理物Ｂに対して遠心処理を施した。比較例６の回収率が１００％に近い高い数値の場合には、実施例６との回収率の差は無くなってしまうが、基本的には、実施例６の方が回収率は高くなった。

１遠心分離装置
３外胴ボウル（外胴部）
３ｂ内周面
８放出口
９原液供給管（ガイド部）
９ａ先端
４１内胴部
４２スクリュウ羽根
Ｂｓ境界面
３５ａ内壁部（閉塞部）
３６液体通過口
３７オリフィス板
Ａｓ気体領域
ＣＤ遠心方向
ＬＬ液体層
Ｓｄ固体
Ｌｑ液体
Ｍ原液（混合物）

Claims

固体と液体との混合物を収容し、回転によって前記混合物から前記固体と前記液体とを遠心分離する筒状の外胴部と、
前記外胴部の内部で前記外胴部の回転軸線に沿って配置され、前記混合物を移送すると共に、前記外胴部の回転方向と同一方向に回転する内胴部と、
前記内胴部の外周面に設けられ、前記内胴部の前記回転軸線に沿った一方側に前記固体を移送するスクリュウ羽根と、を備え、
前記内胴部は、
内部の前記混合物を遠心方向に放出する放出口と、
前記放出口から前記外胴部の内周面に向けて立設され、前記放出口から放出された前記混合物を遠心方向に案内するガイド部と、を備え、
前記外胴部の前記内周面に沿った領域には、前記混合物から前記固体が分離された液体層が形成され、
前記ガイド部の先端は、前記外胴部の前記内周面に向けて開放されており、
前記先端は、前記液体層と気体領域との境界面よりも、前記外胴部の内周面から離れた位置に設けられている、遠心分離装置。
前記外胴部の前記一方側とは反対側の端部を閉塞する閉塞部と、
前記閉塞部に設けられ、前記固体から分離された前記液体が排出される液体通過口と、
前記液体通過口の一部を閉塞して前記液体を堰き止めるオリフィス板と、を備え、
前記境界面は、前記液体を堰き止める前記オリフィス板の高さによって規定されている、請求項１記載の遠心分離装置。
前記ガイド部は、前記放出口を囲んで立設された管である。請求項１または２記載の遠心分離装置。