JPH06509749A - 遠心分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心分離器 本発明は、液体の中に分散している、液体より密度の低い物質から液体を分離浄 化するための遠心分離器であって、回転軸を中心にして回転する回転子を備えて いる遠心分離器に関するものである。該遠心分離器の内部において、回転子は、 送込みチャンバと、この送込みチャンバに連結されている分離チャンバと、そし て、運転中に前記物質から分離浄化される液体のため、分離チャンバに連結され ている放出チャンバとを形成している０分離チャンバには、幾つかの円錐台状の 分離ディスクのスタックが、回転軸と同軸になるよう配置されている１分離ディ スクには、対になっているディスク間に隙間ができるよう、互いにある間隔を保 たせるための隔て部材が備えられている。遠心分離器には、また、液体が隙間の 中を径方向外側に向かって流れるように、運転中に送込みチャンバから隙間の中 央部に向かい、液体とこの液体内に分散している物質を導くように配置されてい る手段が、備えられている。

この種の遠心分離器は既に、相当以前から知られている。遠心力により処理され る液体混合物は通常、分離ディスク内の中央にある複数個の供給孔を通って隙間 に導入される。隔て部材は一般的に、点のような部材か、または分離ディスク間 において径方向に延びている隔て部材である。この隔て部材が点のような部材よ り成っていれば、これらの部材は、隙間における流れに本質的な影響を与えるこ とはない、従って、隙間内においていわゆる地衡バランスによって作られる地衡 流は基本的に、円周方向に流れるようになる。このようにして、径方向外側に向 かう液流は、分離ディスクの上側と下側に沿っている、薄いいわゆるエフマン層 として発生する。

前記の隙間における径方向の流れ抵抗は高くなり、その結果、流れは異なる隙間 ごとに等しく配分されることになる。また、円周方向における小さい流れ抵抗に よって、各隙間における流れは円周方向においても等しくなる。。

しかし、径方向外側に向かう液流が薄いエフマン層に配分されるということは、 これらの層における流速が高くなることを意味する。そのため、運転中に隙間内 で分離され、かつ分離ディスクの径方向外側に、即ち、一般的にはその上側に蓄 積された物質の層は、強いせん断力を受け、この力によって上記物質は径方向外 側に向けて動かされる。もしこのせん断力が遠心力を上回れば、物資の層は径方 向内側に動かされ、該物質を液体の流れの中に巻き込み、液体とともに遠心分離 器の外に出される恐れがある。その結果、液体を物質から分離浄化する可能性が 制限される。

この種の遠心分離器は、たとえば油に汚染されている水を浄化するために用いら れる。現在までの所、遠心分離器で浄化された水を直接海中に放出できるほど良 好な分離成績を達成するには、遠心分離器内を通る流れを低流動にする以外にな い。

本発明の目的は、上述の種類の遠心分離器であって、しかも液体と、該液体より 低い密度を有しかつ該液体中に分散している物質とを分離するに際し、従来より 知られている遠心分離器の場合より高い流動率で、満足な分離性能を発揮できる 遠心分離器を供することである。この物質は、上述の液体より低い密度を持って いる固体粒子または他の液体の部分からなるのが普通である。

本発明による上記の目的は、この種の遠心分離器において先ず第１に、径方向内 側域を有する分離ディスクであって、しかも該径方向内側域は、円周方向に一次 流、即ち、いわゆる地衡流に対する障害部材を基本的に備えておらず、したがっ て運転中に、この域の液体と分散物質の径方向の流れは、ディスクの円錐面に沿 って非常に薄い層、即ちいわゆるエフマン層に発生することを特徴とする分離デ ィスクを設計することにより、そして第２に、径方向外側域を有する分離ディス クであって、しがも該径方向外側域は、径方向内側域の径方向外側部においてこ の内側域に連続しており、また回転軸の周囲に等しく配分されており、がっ径方 向外側域に全体にわたって径方向に延びている多数の細長い障害部材であって、 円周方向の液流に対抗する部材を備えており、その結果この径方向外側域におけ る一次流は基本的に、２つの隣り合った流動障害部材間において径方向外側に発 生し、さらに、分離ディスクの径方向外側に向かう面にエフマン層と呼ばれる層 内にある外側域の一次流により起こされる二次流が、回転方向における前方の流 動障害部材に向かう方向のせん断力によって、この側に分離された物質の層に影 響を与え、その結果１分離物質が蓄積され、前方の流動障害部材に沿って径方向 外側に流れるように、前記の流動障害部材が、充分な長さと回転方向に対する適 当な方向を有することを特徴とする分離ディスクを設計することによって、達成 される。

遠心分離器をこのように設計することにより、各隙間間の流れは、円周方向にお いて等しく配分され、そして隙間を通って径方向外側に向かう流れに対する抵抗 は、スタックの各隙間で流れの同等な配分がなされるのに充分な強さを有するよ うになる。同時に、径方向外側に向かう液流は、径方向内側域の薄いエフマン層 に発生することから、径方向外側の基本的に厚い一次流に発生するように変わる ０円周方向の一次流は、隙間の間を通る液流がある値を越えると、はとんど完全 に止む、このようにして、径方向外側域における液体の流速は低速になり、その 結果、外側域において分離ディスクの径方向外側に向かう側に蓄積されていた物 質の層は、液流に因る径方向外側に向かうより弱いせん断力に影響される。径方 向外側域における物質の層は薄く、したがって層物質に対し径方向内側に向かっ て作用する遠心力は小さ−いため、この場合、つまり径方向外側域において上記 のせん断力を低く保つことは特に重要なことである。

選択された１実施例において、製造上の経済的理由によって、径方向外側域にお ける流動障害部材は真っ直ぐであり、また基本的には完全に径方向に向いている ことが望ましいことが、示されている。

流動障害部材は、２つの隣り合った流動障害部材間の円周方向における最大距離 と少なくとも同じ長さであることが、適当である。

特殊な実施例では、流動障害部材は、径方向外側から見て、回転方向において前 方に向かって湾曲していることが、示されている。このようにして、−次流は回 転方向に沿って前方に向かう。これにより一次流が物質層に影響を与えるせん断 力は、−次流の方向から見た正面より４５°の角度に働くので、せん断力は、遠 心力を打ち消して弱くするような方向に向かっておす、その結果、分離効率は改 善される。

特殊な実施例では、径方向内側域は、環状で、回転軸の周囲を囲むように設計さ れている。しかし、回転軸の周囲を囲まない径方向内側域をもつ分離ディスクを 設計することもまた、本発明の範囲に含まれる。たとえば、外側域に配置されて いる少数の流動障害部材が、分離ディスクの中央部に向かって径方向内側に向か って延びており、円周方向において径方向内側域を画することも可能である。そ のようにすると、径方向内側域のみが分離ディスクの一部分弧を囲むことになる 。しかしながら、この部分弧は、この域において円周方向に充分な一次流、すな わち地衡流を生じさせるために、少なくとも４５°、好ましくは６０°の中心角 を有していなければならない。

またもう一つ別の実施例では、供給された液体混合物が、既に分離されて分離チ ャンバの中央部に蓄積されている物質を飛沫同伴したり、これと再混合したりし ないように、分離ディスクには中央部に幾つかの供給孔が備えられていることが 示されている。

以下に、本発明は、添付の図面を参照しながら、より詳細に説明される。

これらの図面において、 図１は、本発明による遠心分離器における回転子の軸方向断面の略図である。

図２は、図１による遠心分離器における分離ディスクの平面図であり、そして 図３は、図１による遠心分離器における分離ディスクのもう一つ別の実施例の平 面図である。

図１に示されている回転子には、上部１と下部２とがあり、この２つの部分は固 定リング３によって結合されている０回転子は、駆動軸４により支持され、この 軸４は、下部２に連結されている９回転子の中には、下部２に軸方向に可動なよ うに取り付けられている弁スライド５がある。この弁スライド５は、上部１と共 に分離チャンバ６を形成するが、またさらに、運転中に回転子に供給され、分離 チャンバ６の周囲に蓄積される液体混合物から分離された成分を断続的に放出す るための放出口と分離チャンバとの間において分離チャンバの最も広い周囲の環 状間隙を開閉するために、前記弁スライド５は、配置されている。また弁スライ ド５は、下部２と共に閉鎖チャンバ８を画し、しかもこのチャンバ８は、送込み 口９と閉鎖液のための絞り放出口１０とを備えている。

回転子の中央に、分配部１１が配置されていて、これは固定送込み管１２を囲み 、その内部に送込みチャンバ１３を形成している。この送込みチャンバ１３は、 分配部１１の円錐状下部において比較的中央にある複数の孔１４を経由して分離 チャンバ６に接続している０分離チャンバ６の中には、多くの円錐台状分離ディ スク１５のスタックが回転軸を同軸に配置されている。このスタックは、分配部 １１により支持され、かつ案内されている。少なくとも分離ディスク１５の１部 は、同一である。

示されている図において、上部はその上端において、運転中に物質から浄化され た液体の放出のための中央放出チャンバ１６と、運転中に分離された物質の放出 のための中央放出チャンバ１７とを形成する。前者の放出チャンバ１６は、上部 １に形成されている放流路１８と溢流放出口１９とを経由して分離チャンバ６に 連絡している。上部１に形成されているこの放流路１８は、分離チャンバ６の径 方向内側部に開口している。

後者の放出チャンバ１７は、溢流放出口２０を経由して分離チャンバ６の中央部 と連絡している。

２つの放出チャンバ１６と１７にはそれぞれ、固定放出装置２１．２２が、それ ぞれ放出口２５．２６に向かって各内側放流路２３．２４を通してそれぞれ液体 と物質を放出する周知の方法にしたがって、配置されている。

図２は、上から見た分離ディスク１５ａを示している。矢印Ａは、回転子の作動 中における回転方向、したがって分離ディスクの作動中における回転方向を示し ている。

円錐台状分離ディスク１５ａはその上側に、円周方向の液流のための真っ直ぐに 延びている流動障害部材２７ａをいくつか備えており、しかもこれらの部材２７ ａは、分離ディスクの中央部の周囲に等しく配置され、分離ディスク１５ａの径 方向外側域２８ａの全体にわたって完全に径方向に延びている。この流動障害部 材２７ａは同時に、隔て部材を構成し、しかもこれらの隔て部材は、それぞれ一 対毎に隙間を形成するように、同一スタックにおける分離ディスクをして互いに 一定の距離を保たせている。外側域２８ａの径方向内側において、分離ディスク は径方向内側域２９ａを有するように設計されており、しかもこの内側域２９ａ は、円周方向における液流に対する障害部材を持たず、そして分離ディスクの内 径から、径方向外側域２８ａの径方向内側部分に向かって径方向外側に延びてい る。径方向内側域２９ａの径方向内側部において、多くの供給孔３０ａが、処理 される液体の供給のため、分離ディスク１５ａの中央部の周囲に等しく配置され ている。

図３は、上から見た分離ディスク１５ｂの他の実施例を示している１図２のよう に、矢印Ａは、回転子と分離ディスクの作動中における回転方向を示している。

図３に示されている円錐台状の分離ディスク１５ｂはその上側において、円周方 向の液流のための湾曲している細長い流動障害部材２７ｂをいくつか備えており 、しかもこれらの流動障害部材２７ｂは、分離ディスクの中央の周囲に等しく配 分されており、かつ分離ディスク１５ｂの径方向外側域２８ｂ全体にわたって径 方向に延びている。径方向外側から見て、これらの流動障害部材は、回転方向に 向かって湾曲している０図２による分離ディスク１５ａ上の流動障害部材２７ａ のように、当実施例による分離ディスク１５ｂ上の流動障害部材２７ｂもまた、 隔て部材を構成する。またこの実施例は、径方向内側域２９１〕を有しており、 しかもこの内側域２９ｂは、円周方向の流れに対し障害部材を持たず、また径方 向外側域２８ｂの径方向内側部分に向かい、分離ディスクの内径から径方向外側 に延びている。幾つかの供給孔３０ｂもまた、この分離ディスク１５ｂにおいて 、分離ディスク１５ｂの中央部と径方向内側域２９ｂの径方向内側部との周囲に 等しく配分されている。

図２による分離ディスクも図３による分離ディスクもそれぞれ、外側域２８ａ、 ２８ｂ内の流動障害部材の径方向外側に位置する周縁域３１ａ、３１ｂを有して いる。各径方向内側域２９ａ、２９ｂのように、この周縁域は、回転軸を囲み、 そして円周方向の液流に対する障害部材を持たない、このような周縁域３１ａ、 ３１ｂを配することにより、流れなどの配分が、分離チャンバ６の径方向外側部 分内部で円周方向において均等化される。

本発明に基づき設計された遠心分離器は、以下のように働く、すなわち、 遠心分離器を始動させると、回転子は回転し始め、送込み口９を通して閉鎖液を 閉鎖チャンバ８に供給することにより、分離チャンバは閉鎖される１次に、液体 内に分散されていて、遠心力により処理される物質と共に液体は、分配部ＩＩ内 の送込み管１２、送込みチャンバ１３および供給孔１４を経由して５分離チャン バ６に送られる。供給液体は、供給孔３０ａまたは３０ｂを通って、実質的な分 離が行われる分離ディスク１５間の隙間に送られる０分離中に、比重のより重い 液体は径方向外側に向かって流れ、分離チャンバの径方向外側部に蓄積され、一 方、比重のより軽い物質は分離ディスク１５の径方向外側に向かう側に蓄積され 、そして、これらの側に沿って径方向内側に向かって流れる。

浄化された液体は、流路１８を通って分離チャンバ６から流れ出し、溢流放出口 １９を経由して放出チャンバ１６に入る。この液体は、固定放出装置２１内の内 部放出路２７を通り、外側チャンバ１６から放出され、放出口２５に向かう。

分離され、分離チャンバ６の中央部に蓄積された物質は、溢流放出口２０を経由 して分離チャンバ６から流れ出し、放出チャンバ１７に入る。この物質もまた固 定放出装置２２内の内部放出路２４を通り、外側チャンバ１７から放出され、放 出口２６に向がう。

もし、比重のより重い固体粒子、たとえばスラッジまたはこれと同様なものが、 運転中に分離チャンバの最大半径の箇所に蓄積されていれば、短時間の間、閉鎖 チャンバ８への閉鎖液の供給を一時中断して、放出ロアより断続的に放出するこ とができる。

それぞれ径方向内側域２９ａ、２９ｂにおいて隙間内の液体と物質が流動してい る間に、いわゆる地階バランスが取られ、このバランスにおいて、液体に作用す るコリオリの力が生じるが、この力は、圧力勾配が液体に及ぼす、逆方向すなわ ち径方向内側に向かう力と同じ大きさである。このバランスが達成されていると き、液体の大部分は、圧力勾配に垂直な、いわゆる地階流である一次流動をなし て流れる。この内側域においては円周方向に液流の障害部材がないので、−次流 は基本的に、回転方向に抗して円周方向に向かう。

この回転システムにおける一次流の結果として、もう一つの液体流動、すなわち 二次流が、分離ディスクの上側と下側において薄い層、すなわちエフマン層をな して発生する。これらの層において液流は、−次流の方向とは異なる方向に流れ る。方向は、分離ディスりの面からの距離によって異なる。このような表面に最 も近い所では、エフマン層における流動方向は、−次流の方向に対して４５°の 角度を成す、内側域内のエフマン層における流動方向は、径方向外側に向かう成 分となる。したがって、この域における液体の径方向への移動は、これらの薄い 層で発生する。その結果、この域を通過する径方向液流に対する抵抗は非常に太 き（なるので、流れはスタック内の各隙間で等しく配分される。

分離ディスクの径方向外側に向かう上側に蓄積された物質層は、遠心力によって 部分的に影響され、その結果、径方向外側に向かう成分を有する、エフマン層内 の液流に因るせん断力によっても部分的に影響され、上述の遠心力は、物質層を 望みの内側方向に向かわせる。

物質層の厚さを増大させることにより、遠心力は大きくなる。しかし、せん断力 はしばしば、層の厚さとは無関係である。

径方向外側域２８ａまたは２８ｂにおいては、−次流は基本的に径方向に向かっ ており、したがって径方向外側に向かう液流は、エフマン層より相当厚い層に発 生するが、そのため、液体と、この液体内に分散されていて未分離の物質との流 速は、より低速になる。

そのために一方では、物質層に作用するせん断力は、径方向外側域２８ａまたは ２８ｂにおいて低下する。

径方向外側域において物質層は薄いので、この域においてせん断力を低く保てる ことは、非常に有利である。

流動障害部材２７ａまたは２７ｂが、２つの隣り合った流動障害部材間の少なく とも最大距離に等しい長さになっている場合、せん断力が一次流に対しある一定 の角度、すなわち４５”をなしていることは、物質の大部分が、前方の流動障害 部材の後ろ側に蓄積され、この流動障害部材に沿って径方向内側に向がい流れる ことになる。

図３に示されているように、径方向外側から見て回転方向の前方に向かって、流 動障害部材２７ｂを湾曲させるよう設計すれば、せん断力は同程度に遠心力を打 ち消さず、その結果得られる力は、分離成績を向上させるのにより好ましい方向 を与えることができる。

フロントページの続き （７２）発明者　カールソン、クラニス・ヨーランスウェーデン国　ニス−１４ ６００ツリンゲ　ソグスヘムスヴエーゲン　６３　べ−（７２）発明者　フラン ツエン、ペーテルスウェーデン国　ニス−１４６００ツリンゲ　モンストールブ スヴーゲン　２２ （７２）発明者　インゲ、クラエス スウェーデン国　ニス−１３１５０サルッヨードヴネス　クリスティナヴエーゲ ン（７２）発明者　ラゲールステット、トルグニイスウェーデン国　ニス−１１ ３５２ストックホルム　ドエーベルンスガータン　８９（７２）発明者　モベル グ、ハンス スウェーデン国　ニス−１１６４７ストックホルム　ベルマンスガータン　２１ ．２テーアル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．液体の中に分散している、前記液体より密度の低い物質から前記液体を分離 浄化するための遠心分離器であって、該遠心分離器は、回転軸を中心にして回転 する回転子を備えており、しかも前記回転子は、−送込みチャンバ（１３）と、 −この送込みチヤンバ（１３）に連結されている分離チヤンバ（６）と、そして −運転中に前記物質から分離浄化される液体のため分離チヤンバに連結されてい る放出チャンバ（１６）とを形成しており、 さらに分離チヤンバ（６）には、幾つかの円錐台状の分離ディスク（１５、１５ ａ、１５ｂ）のスタックが回転軸と同軸になるよう配置されており、また分離デ ィスク（１５、１５ａ、１５ｂ）には、対になっているディスク間に隙間を形成 するよう、互いにある間隔を保たせるための隔て部材が備えられ、そして遠心分 離器にはまた、液体が隙間の中を径方向外側に向かって流れるように、運転中に おいて送込みチャンバ（１３）から隙間の中央部に向かい、液体とこの液体内に 分散している物質を導くように配置されている手段（１４、３０ａ、３０ｂ）が 、備えられている遠心分離器において、 −前記分離ディスク（１５、１５ａ、１５ｂ）は、径方向内側域（２９ａ、２９ ｂ）を有し、しかも径方向内側域（２９ａ、２９ｂ）は、円周方向に一次流、即 ち，いわゆる地衡流に対抗する障害部材を基本的に備えておらず、したがって運 転中この域（２９ａ、２９ｂ）の液体と分散物質の径方向の流れは、ディスク（ １５、１５ａ、１５ｂ）の円錐面に沿って非常に薄い層、即ちいわゆるエクマン 層を発生し、および−前記分離ディスク（１５、１５ａ、１５ｂ）は、径方向外 側域（２８ａ、２８ｂ）を有し、しかも該径方向外側域（２８ａ、２８ｂ）は、 径方向内側域（２９ａ、２９ｂ）の径方向外側部においてこの内側域に連続して おり、また回転軸の周囲に等しく配分され、かつ、径方向外側域全体にわたって 径方向に延びている多数の細長い、円周方向の液流に対する障害部材（２７ａ、 ２７ｂ）を備えており、その結果この径方向外側域（２８ａ、２８ｂ）における 一次流が基本的に、２つの隣り合った流動障害部材（２７ａ、２７ｂ）間におい て径方向外側に発生し、 前記流動障害部材（２７ａ，２７ｂ）は、十分な長さと回転方向に対する適当な 方向を有しており、分離ディスクの径方向外側に向かう面においてエクマン層と 呼ばれる層内にあって外側域（２８ａ、２８ｂ）の一次流により発生された二次 流が、回転方向における前方の流動障害部材（２７ａ、２７ｂ）に向かう方向の せん断力によって、この側に分離された物質の層に影響を与え、その結果、分離 物質が蓄積され、前方の流動障害部材（２７ａ、２７ｂ）に沿って径方向外側に 流れるようにする構造を有することを特徴とする遠心分離器。
2. ２．前記径方向外側域（２８ａ）における前記流動障害部材（２７ａ）は、真っ 直ぐであることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器。
3. ３．前記径方向外側域（２８ａ）内の前記流動障害部材（２７ａ）は基本的に、 完全に径方向に向かっていることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離器。
4. ４．前記流動障害部材（２７ａ、２７ｂ）は、２つの隣り合った流動障害部材（ ２７ａ、２７ｂ）間における円周方向の最大距離と少なくとも等しい径方向の長 さを有していることを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１つに記載の 遠心分離器。
5. ５．前記径方向外側域（２８ｂ）内の前記流動障害部材（２７ｂ）は、径方向外 側が回転方向の前方に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離 器。
6. ６．前記径方向内側域（２９ａ、２９ｂ）は、環状であり、かつ回転軸を囲んで いることを特徴とする前記各請求項のいずれか１項に記載の遠心分離器。
7. ７．前記手段は、分離ディスク内において中央部に位置している送込み口（３０ ａ、３０ｂ）から成ることを特徴とする前記各請求項のいずれか１項に記載の遠 心分離器。
8. ８．前記流動障害部材（２７ａ、２７ｂ）は、前記隔て部材から成ることを特徴 とする前記各請求項のいずれか１つに記載の遠心分離器。