JPH07507716A - 遠心力により流体混合体をその成分に分離する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 遠心力により流体混合体をその成分に分離する装置及び方法発明の分野 本発明は、分離装置及び方法、特に、遠心力によって２又はそれ以上の混合した 流体成分を分離する装置に関する。

発明の背景 遠心分離装置は、回転によって発生した遠心力を使用して密度の異なる流体成分 を分離するものである。多くの基本的な特徴において、重力及び回転により流体 に加えられる力（遠心力）は、流体の質量が増すに伴ってその大きさが増す点て 共通するから、これらの遠心分離装置は、重力分離技術及び装置に代えて、及び これらの改良技術として使用されている。密度の小さい流体は、力による影響が 小さく、故に、密度の大きい流体よりも、重力の場合の地球、及び遠心力の場合 の回転する容器の外部にある力の発生源に向けて引き寄せられる程度力（少な０ ゜このため、流体は分離し、せき又はその他の適当な分離構造体を使用すること １こよって別個の収集ポートに導入することが出来る。流体に加えられる力は、 回転速度によって制御し、また、重力の何倍もの大きさとすることが出来るから 、重力による分離よりも遠心分離の方が望ましいことが多い。

流体分離の一般的な例は、油を水から分離することである。海上又は湖１こおけ る油の流出、船のビルジ内での２種類の流体の混合、ガソリンの流出等とシ）ツ たこれら２つの成分を分離することが望まれる多くの状況がある。この方法（ま 、特定の地理的区域内にて生活の質を保つために重要であることが多い。水１ま 油よりも密度が大きく、従って、遠心力を加えたときに、油に対して「沈む」力 Ｘら、これらの２つの流体は遠心分離により分離出来る。このことは、重力の場 （こで重力（水上に浮遊することから容易に理解出来る。その他の流体の分離の 適用例１こ；よ、ワインの清澄化、水対水の処理、血液の血漿の分離等が含まれ る。また、沈殿１こよって固形分を液体から分離するためにも遠心力が利用され る。

溶液、又はエマルジョン中に溶解した成分を分離することが望まれることも多い 。溶解した成分は溶液と共に動くから、標準的な遠心分離装置、単独で１ま、力 λかる分離を行うことは出来ない。故に、溶解した成分を抽出するため、溶剤を 流体流中に導入しなければならない。かかる方法は、溶液に溶剤を完全に混合さ せ、溶解した全ての成分が抽出されるようにする必要がある。次に、溶剤及び流 体を遠心力により分離させる。この型式の分離の一例は、原子力処理施設にて超 ウラン成分を放射性廃棄物の流れから溶剤抽出し且つ分離する場合がある。

メイクランツ（Ｍｅｉｋｒａｎｔｚ）の米国特許第４．９５９．１５８号は、従 来技術の典型的な遠心分離機の一例である。この装置において、分離すべき流体 は、内側ロータと外側固定ハウジングとの間のスペース内に導入され、ここで、 流体のせん断混合が行われる。せん新液体の粘性な抗力に対してロータの速度を 維持するため大量の電力が必要とされ、このため、この装置のエネルギ効率は低 い。電力の損失は、角速度の増加に伴なって増し、ロータの速度が制限される。

ロータは、その頂部に分離用せきを有する頂部開放型の円筒体である。メイクラ ンツは、ロータとそのハウジングとの間のスペースを利用して、分離すべき油− 水の混合体を導入する。このため、作動中、スペースの底部は液体で一杯になる 。液体が分離し、ロータからハウジングまで移動する箇所であるスペースの頂部 分は、適正に作動するためには空気を保持する必要がある。このスペース内にて 、流入する液体と空気との間の相互接続面の直径が大きいため、その部分にシー ルを形成することは出来ない。このため、抗力は許容し得ない程度となる。この 強く撹拌された空気／液体の相互接続面により、ロータ内に導入された流体が空 気と混合し、流動性が低下して、モータオイル中の洗剤のような多くの物質に対 して発泡する。この発泡は、分離機の効果を著しく低下させ、粘性抗力を更に増 大させる。メイクランツは、ロータの中心部にて空気のコアが第一のせきから半 径方向内方に形成するため、ロータ内に第二の空気−水の相互接続面が存在する ことを許容する。液体が分離機を通って勢いよく流れることにより、この相互接 続面には、表面波が形成され、その結果、分離過程が更に不良になる。更に、分 離後のより軽質な液体は、空気のコアと部分的に形成された液体／液体の相互接 続面との間でロータの全長に沿って分散される。この分散された不安定な質量体 は、長さが比較的短かい第一のせきの上に集めることが困難である。

発明の目的及び概要 故に、本発明の一つの目的は、従来技術の欠点を解決することである。

本発明の別の目的は、空気を導入することなく、分離すべき流体を投入し且つ混 合させることである。

本発明の更に別の目的は、任意の方向に作動可能にすることの出来る遠心分離機 を提供することである。

本発明の更に別の目的は、流体の動き、また、流体と空気との接触を最小にし、 更に、流動性を最大にしつつ、分離機を作動させるのに必要な電力が最小で済む ようにすることである。

本発明の更に別の目的は、流体が広範囲に亙る状態下で分離するように遠心分離 機内のせき構造体を最適なものにし、また、せき上における空気圧を制御し且つ 発生したガスを除去することである。

本発明の更に別の目的は、固定型分離機におけるよりも親曲面をより有効に利用 すると共に、ロータ中の流体の動きを制御し、また、完全に自動的に排水し且つ 洗浄することを許容する手段を提供することである。

本発明の更に別の目的は、混和不能な材料及び溶解した材料の双方を分離し、泡 及び懸濁液を除去し且つ第二の過程を不要にするため、溶剤の抽出法を利用する ２段式分離機を提供することである。

本発明の第一の特徴によれば、密度の異なる第一の液体及び第二の液体の混和不 能な成分を有する混合体を遠心力によってその成分に分離する装置は、混合体を 受け取る開放した受け入れ端払混合体を装置内に供給するときに通る開放した排 出端とを有する細長の入口シャフトと、該入口シャフトに対して略同軸状で且つ 該入ロシャフトを囲繞すると共に、該入口シャフトの周りで回転動作し得るよう にされたロータと、該ロータから分離した液体を受け取り且つ収集すべくロータ を囲繞するハウジングとを備えている。該ロータは、入口シャフト自体及び該入 口シャフトを囲繞する截頭円錐形の中央壁を備えた壁を有する、入口シャフトの 周りの混合チャンバと、その内壁が截頭円錐形の中央壁で、その外壁がその中央 壁から反対方向に傾斜した、混合チャンバから混合体を受け取る分離チャンバと 、該分離チャンバの底部に配置された第一のせきとを備えている。第一のせきの 底部と中央壁との間には、より軽質の液体の通路が形成され、第一のせきと外壁 との間にはより重質の液体の通路が形成されている。第一のせきから／％’＋ジ ング内の採取チャンバまでより軽質の液体の排出通路が設けられている。より重 質の液体をハウジング内の第二の採取チャンバに排出する第二のせきが第一のせ きの下方に形成されている。

本発明の第二の特徴によれば、第−及び第二の混和不能な液体の成分を含む混合 体を遠心力により分離する方法は、環状の外縁部が入口シャフトを囲繞する、半 径方向外方に傾斜した中央壁を有する回転可能なロータの略中心に、入口シャフ トを通じて混合体を供給する段階と、ロータを回転させて、混合体が中央壁の傾 斜面に沿って下方に動き、その縁部を越えて、分離チャンバ内に流動させる段階 と、を備え、 該分離チャンバが、中央壁と該中央壁と反対方向に傾斜する半径方向傾斜面を有 する同軸状の外壁とにより形成され、該分離チャンバが、中央壁の縁部から対向 状態に配置された第一のせきを有し、分離チャンバ内で混合体をその成分に分離 する段階と、分離チャンバからの第一の液体を中央壁と第一のせきとの間の第一 の環状通路を通じて排出する段階と、第一の液体を第一の収集チャンバに案内す る段階と、第二の液体を外壁と第一のせきの底部との間の第二の仕切った環状通 路を通じて分離チャンバから排出する段階と、第二の液体を第二のせきに且つ該 第二のせきを越えて第二の収集チャンバ内に案内する段階とを備えている。

本発明の第三の特徴によれば、第−及び第二の混和不能な液体と、第二の液体中 に溶解又は懸濁された汚染物質とを含む、液体混合体を溶剤抽出により遠心力を 利用してその成分に分離する装置は、混和不能な液体を分離する第一の分離チャ ンバと、該第−の液体をハウジング内に排出する第一の排出通路と、第二の液体 を溶剤と混合する混合チャンバと、第二の液体を溶剤から分離する第二の分離チ ャンバと、溶剤及び第二の液体をそれぞれハウジング内に排出する第二及び第三 の排出通路とを備えている。

本発明の第四の特徴によれば、第−及び第二の液体の混合体をその成分に分離す る方法は、該混合体を回転可能なロータ内に噴射する段階と、第一の分離チャン バ内で第−及び第二の液体を互いに分離する段階と、該第−の液体をロータから 排出する段階と、溶剤をロータ内に噴射する段階と、第二の液体を溶剤と纒合す る段階と、第二の分離チャンバ内で該第二の液体を溶剤から分離する段階と、溶 剤をロータから排出する段階と、第二の液体をロータから排出する段階とを装本 発明の上記及びその他の目的、特徴及び実施例は、当業者が以下の説明及び添付 図面を参照することにより明らかになるであろう。添付図面において、図１は、 本発明による１段式遠心分離機の一例の部分断面立面図、図２は、分離チャンバ 内の選択可能な別の入口ポート及びベーンを示す図１の分離機の部分断面立面図 、 図３は、図１の線３−３に沿った図、 図４は、図２の線４−４に沿った図、 図５は、図１の線５−５に沿った図、 図６は、本発明による２段式遠心分離機の一例の断面立面図である。

発明の詳細な説明 先ず、図１を参照すると、本発明による１段式遠心分離機１０は、密度の異なる ２種類の混和不能な液体の複合流をその成分に分離する。本発明はその他の複合 流体も効率良く分離するが、本発明は、水に混合した油の流れを分離するものと して説明することを理解すべきである。分離機１０は、固定シャフトの入口ポー ト１２と、該入口ポート１２の周りで回転し得るようにしたロータ１４と、該ロ ータ１４を囲繞する固定ハウジング外殻１６という３つの主要な構成要素を備え ている。これらの構成要素は、好適な実施例において、鋼又はプラスチ・ツクの ような適当に堅固な材料から成る構造体を備えている。

油水混合体は、固定シャフト１２の入口１８から分離機１０に入る。この入口の 配置は、該混合体がロータ１４とハウジング１６との間の空気に接触しないよう にし、これにより、分離の妨げとなる撹拌及び発泡を最小限にするという利点が ある。更に、油／水混合体はロータ１４とハウジング１６との間のスペースに入 らず、これにより分離された液体がロータからＩ＼ウジングに移動するのを妨害 しないから、排出構造体が適宜に構成されている限り、分離機１０は、任意の方 向に使用することが可能である。しかしながら、分離機１０の上述の実施例は、 複合流体が図１に矢印で示すように入口シャフト１２を通って下方に流動する垂 直位置にて使用し得るようにしたものである。

入口シャフト１２は、１段式の場合、単一の中空シャフトを備え、又は、本発明 の２段式の実施例に関して以下に説明するように、より小さい複数のシャフトを 束とし、又は同心状の構造にすることも可能である。

ロータ１４は、入口シャフト１２と同軸状で且つ該入口シャフト１２の下方に配 置された回転駆動シャフト２２を備えており、該駆動シャフトは、モータ及びこ れに関係する駆動列（図示せず）のような任意の回転手段によって回転させる。

駆動シャフト２２は、せきの構造、分離する流体の相対的密度、分離機の構成要 素の寸法、所望の遠心力の大きさの程度、及び当業者に周知のその他の因子の観 点から適当であると考えられる速度でロータを回転させる。所望であれば、該駆 動シャフト２２は、ねじ又はその他の手段によって固着されたストッパ又は包囲 体２６を有する排液通路２４を有し、入口ポート１２に適当な洗浄流体を流すこ とにより、分離機１０の洗浄及び排液が便宜に行えるようにして、流体が分離機 内を流動し、また、遮断されない排液通路２４を通じて余分な排液を排出するこ とが可能であるようにすることが出来る。

中央壁２８は、駆動シャフト２２から立ち上がって、混合チャンバ３０を形成し 、ここで、ロータの可動の中央壁２８と固定入口シャフト１２の外壁との間のせ ん新作用によって入力流体が混合される。混合チャンバ３０は、例えば、分離機 の外周における、混合チャンバに関する容積が小さく、せん断抵抗力を最小にし 且つロータを所望の速度に維持するのに必要な電力を最小にする。截頭円錐形の 突起３２を固定シャフト１２に取り付けるか、又は固定シャフト１２又は中央壁 ２８によって押し除かれる容積をその他の方法で太き（することにより、混合チ ャンバの容積は、更に小さくすることが選択随意的に可能である。図２に関して 以下に更に詳細に説明するように、混合機能が不要であれば、混合チャンノくは 、選択随意的に省略することも可能である。混合チャンバの主たる目的は、粘度 を低下させ、または、溶剤を抽出するための溶剤のような調整材料を添加するこ とである。

流体混合体は、外部から付与させる圧力及び混合チャンバ又は選択随意的に入ロ シャフトからの遠心力により、中央壁２８と同軸状の外壁３６とにより形成され た分離チャンバ３４内に流動し、この分離チャンバ内で流体成分の分離が行われ る。外壁３６は、中央壁２８と反対方向に傾斜しており、分離した油及び水がそ れぞれ内壁及び外壁に沿って、分離機のせき構造体に向けて下方に流動するのを 可能にする。外壁３６の頂部は、環状の停台状態にて固定シャフト１２に接触す る。この位置にて、軸受３８が壁３６とシャフト１２との間に取り付けられて、 ロータ１４が固定シャフト１２に関して回転するのを可能にする。軸受が内部の 流体に接触しないようシャフトシール８ｏが設けられている。

図２には、長さが短くまたフランジとしてシャフト４２がら外方に伸長するディ スク４４が頂部に設けられている点にて、固定シャフト１２と異なる固定シャフ ト４２を備える選択可能な別の入口ポート４ｏが示しである。入力流体は、シャ フト４２の底部付近で且つディスク４４に形成された穴４６がらロータ１４に入 る。中央壁２８の内側で且つ入口ポート４ｏの下方のロータ１４の中央部分は頂 部壁４８により密封され、これにより入力流体は、ディスク４４と頂部壁４８と の間の領域内及びディスク４４と外壁３６の頂部との間の領域内で、分離チャン バ３４に入る前にせん断作用により混合される。中央壁２８の内側の領域内に溜 まる液体が無いから、駆動シャフト２２に排液通路がなくとも、入口ポート４゜ が分離機を完全に洗浄し且つ排液することが可能である。、せん断ディスク４４ を省略することにより、図２の構造から流入する流れを混合することを省略する ことも選択随意的に可能である。

再度、図１を参照すると、水よりも油の方が密度が小さいため、複合入力流体の 油及び水は分離チャンバ３４内で分離する。ロータ１４の回転により形成された 遠心力の場において、水が外壁３６に向けて半径方向外方に「沈む」一方、油は 、中央壁２８に向けて半径方向内方に「上昇」する。

所望であれば、図１及び図３に示した選択随意のシーブ５ｏを分離チャンバ３４ の上方部分内で中央壁２８と外壁３６との間に取り付けて、分離を促進し得るよ うにすることも出来る。該シーブ５０は、好適な実施例において、回転軸線に対 して平行である、間隔が狭く且つ半径方向に方向法めした複数の板を備えている 。浦／水の分離のため、鎖板は、ポリプロピレンのような親油性材料が被覆され 又はかかる材料で形成されている。流体混合体がシーブ５ｏを通って流動する間 に、遠心力だけでは分離が困難である微細に分散し又は懸濁した油は、板の表面 に凝縮し、これにより収集されて水から分離する。重力式分離機に使用されるシ ーブは、１−ｇの場で作用し得るよう間隔の広い板を備える大きい寸法でなけれ ばならないから、効果的ではなかった。しかしながら、分離機ｌｏ内で使用する 場合、該シーブは一層大きいｇの場となるから、間隔の狭い板を備える小さい寸 法とすることが可能である。こうした変更は、分離効果を著しく改善するもので ある。

また、シーブ５０は流入する流体の流れの方向を変更し且つ整合させる。中央壁 ２８及び外壁３６に対するせん断作用を回避するためには、流体を軸方向に案内 することが効果的であることが判明した。同一の目的を達成するため、分離チャ ンバの壁には、図２及び図４に示したベーン、又はリブ５２を取り付けることも 可能である。これらのベーン５２は、分離チャンバ３４を半径方向に部分的にま たは完全に横断するようにすることが出来る。

図１及び図５に示すように、分離チャンバ３４は、その底部に、分離された油及 び水を案内するせき５４を備えている。該せき５４は、駆動シャフト２２に取り 付けられ且つ該駆動シャフト２２から外壁３６に向けて伸長する環状の反らせ板 を備えている。該反らせ板は折り重なり、中央壁２８に向けて伸長して、箇所５ ４ａにて壁３６に達し、曲げ部分５４ａと外壁３６との間に、分離チャンバ３４ からの水が通る仕切った環状通路を形成する。該せきの曲げ板は中央壁２８の手 前で終端となっており、せき５４の縁部と中央壁２８との間に、分離チャンバ３ ４からの油を収集するための環状通路５８を形成する。せきの曲げ板は、該せき ５４の頂部板の下方に中間の油採取チャンバ５９を形成する。該中間チャンバ５ ９内に採取された油は、せき５４の曲げ部分５４ａに形成された複数の通路６１ 、水通路５６及び外壁３６を通じて分路される。

外壁３６は、せき５４の湾曲部分の下方で曲がり且つ該湾曲部分と平行となり収 集した水を駆動シャフト２２に向けて分路させて戻す。外壁３６は駆動シャフト ２２に接触する手前で終端となり、これにより、第二のせき６０を形成する。

水の通路５６と反対側の外壁３６の側部には、環状溝６２が形成されて、壁８４ を受け入れ、膣壁はそれぞれ水及び油の排出流を流す収集チャンバ７８．７２を 仕切る。図１に示すように、外壁３６は、ねじ又はその他の手段により互いに固 着した上方壁要素３６ａ及び下方壁要素３６ｂにより形成される。この構成要素 の形態は、単に構造の便宜さのためだけである。所望であれば、壁３６は、分離 させずに単一の要素で形成することも可能である。駆動シャフト２２から伸長す る傾斜した突起部６４が水をシャフトシール８２から離れる方向に案内する。

せき５４の周りの分離された流体の排出流は、回転中、通路５６．５８の出口の 間に固定した油／水の相互接続面が維持されるように制御される。この相互接続 面は何れの出口にも過度に接近してはならず、さもなければ、混合した流体が排 出される可能性がある。従来技術の装置と同様、分離された液体の排出流はせき ５４．６０を越える自由面の流れにより決まるから、せき５４．６０の各々の縁 部付近には、空気が存在しなければならない。しかしながら、本発明において、 ロータ１４の中心の空気／液体の相互接触面は、中央壁２８が半径方向外方に傾 斜していることにより概ね不要となり、これにより、中央壁の殆んどがせき５４ の縁部よりも半径方向に一層外方に位置しており、必要な空気／油の相互接触面 をせき５４の縁部に隣接する狭小な空所領域に限定し、この領域で、中央壁は、 せきの縁部に対して十分に内方に位置して、液体の自由面を形成する。このよう に、ロータ１４は、空気と相互作用し、その結果、発泡して分離を妨げることな く、実質的に全ての入力液体を分離する。同様の空気空所（ｐｏｃｋｅｔ　ｏｆ ａ　ｉ　ｒ）がせき６０の縁部付近に形成されている。せき５４底部板に形成さ れた空気導管６６は、２つの空気空所間の圧力を均等にし、その結果、例えば、 入力流体が中央壁まで「上昇」し、せき５４の縁部付近にて空気空所に接続する 迄、この中央壁に沿って混合することによって形成される余剰ガスが解消される 。

中央壁２８及び外壁３６の傾斜によって、ロータの全体的な寸法に比してせき５ ４．６０の寸法を大きくして、流量及び分離効率を改善することが可能となる。

分離チャンバ３４内の分離した液体間の液体／液体（浦／水）の相互接続面の位 置に関する等式は、次の通りである。

（（Ｐ−ｒ−２Ｐ６ｒｅす ｒｂは、液体／液体の相互接続面の回転軸線からの軸方向距離、ｒ、は、第二の せきの縁部上方におけるより重質の液体面が半径方向距離、ｒｏは、第一のせき 縁部上方におけるより軽質の液体面が半径方向距離、ｐ、は、より重質な液体の 密度、 ｐｏは、より軽質な液体の密度。

分離チャンバ３４内の液体／液体相互接続面は、せき５４の縁部とせきの曲げ部 分５４ａとの開に位置し、混合した流体が排出されないようにしなければならな い。これは、次の数式で表現される。

ｒ、は、第一のせきの曲げ部分５４ａの半径方向距離、ｒｌは、第一のせきの縁 部の半径方向への距離。

このように、第一のせきの縁部とせきの曲げ部分５４ｇとの間の距離が増すに伴 ない、液体の相互接続面に可能な位置の範囲は拡がり、このため、せきによって 分離可能である液体密度の範囲が拡がる。これらの関係を利用して、任意の特定 の適用例について好適に機能するせき構造体を設計することが可能となる。

原油が０．８２乃至０．９２の比重を有する場合、次の関係を満足する構造のも のが一般的な原油を分離するのに好適なものであることが判明した。

ｒ、＝０．９３７ｒ、＋０．０５ｒ、＋０．００８−−−−　（３）間接的に、 等式にてｒｌ、ｒｏで示した、せきの縁部上方における液体の深さは、入力混合 体中の成分液体の相対的な比率、粘度、供給流量、及びロータ１４の速度によっ て決まる。せきの縁部の上方の流れの深さを浅く保つものが最も効果的な設計で ある。上述の等式が有効であるためには、空気導管６６又はその他の同等の手段 によってせきの縁部における空気圧力を等しくしなければならない。

ハウジング１６は、分離した液体をロータ１４から収集する。ハウジング１６は 、ロータ１４の周りに形成され且つ該ロータを完全に囲繞する単一形状の壁であ る。適当な手段により入口シャフト１２に固着されたハウジングの環状頂部６８ は、ロータ１４を経て水平方向に伸長している。側壁７０は、頂部６８の縁部に 合流し、ロータの外壁３６に対して平行に下方に伸長している。上述の実施例に おいて、構造の便宜上、側壁７０は、２つの要素７０ａ、７０ｂにて形成されて おり、これらは、ロータの外壁３６と同様の方法にて、ねじ又はその他の適当な 手段によって側壁７０の底部付近に接続されている。

壁３６の油通路６１から分離した浦を受け取るため、油収集チャンバ７２が側１ ７０の底部に形成されている。水収集チャンバ７８は油収集チャンバ７２に隣接 し且つ該チャンバ７２から半径方向内方に形成されている。分離した流体を分離 したままに保つ中間壁８４が油収集チャンバ７２と水収集チャンバ７８との間に 形成されている。壁８４の端部がロータの環状溝６２内に嵌まり、分離した流体 の相互の汚染を効果的に防止する。収集チャンバ７２．７８には、分離した流体 を除去するパイプ又はホースを接続するための取り付は具（図示せず）が設けら れている。

水収集チャンバ７８の半径方向内壁８６の端部は、突起６４の下方で駆動シャフ ト２２と環状の係合状態に嵌まる。ロータ１４がハウジング１６内で回転するこ とを可能にする軸受８８が壁８６の端部と駆動シャフト２２との間に取り付けら れている。軸受を内部流体から保護するためのシール８２が設けられている。

分離機１０は、洗浄スラリーを含む水、ペンタン及び適当な洗剤又はその他の同 様のスラリーフォーミュレーションを使用して作動させて洗浄し、掃除すること が出来る。分離機のせき及び流路は、傾斜させてあり、このため、分離機及び入 力流体の流れが停止したとき、内部に液体が取り込まれることはない。

分離機１０は、各種の寸法で形成することが出来、寸法の大きいものは同等の適 用例にて角速度がより遅くなる点を除いて、その全ては、機能的に同等である。

分離可能な液体の範囲は同じである。

図６には、本発明による２段式分離機１１０が示しである。該分離機１１０は、 溶解汚染物質を含む混和不能な液体、又はエマルジョン中のもののような分離し 難い混和不能な液体を分離する。１段式分離機１０は、−回の工程では混合した 流体中に溶解した汚染物質を分離させることが出来ない。分離機１０は、特に、 シーブ５０によって、分離し難い流体をある程度まで分離させることが出来るが 、その効率は劣る。これは、特に、極めて安定し、微細に分散されたコロイド状 の懸濁液及び溶液の場合に当て嵌まる。

当該技術分野で公知であるように、分離機１０のような分離機は、混和不能な液 体及び溶解した汚染物質を分離させるべく２段で使用することが出来る。上述の 方法によって最初に混和不能な液体が分離され、汚染物質を含む分離した液体が その汚染物質に対して親和力の強い溶剤と混合して、これにより、溶剤が溶液又 はエマルジョンを分解して、分散した汚染物質をそれ自体内に吸引する。次に混 和不能であることが望ましい溶剤及び液体は、それらを二回、分離機１０に投入 することで分離される。溶剤は組み合わせて分離機１０内に投入し、分離機１０ の混合チャンバ３０（図１）内のせん新作用によって混合させることにより、汚 染物質を含む液体と便宜に混合させることが出来る。極めて高純度であることを 必要とする液体の場合、所望の純度レベルが得られる迄、溶剤の精製過程を反復 することが出来る。

市販のモータオイルは、発泡及びエマルジョンの原因となる洗剤を含むから、水 と混合した市販のモータオイルのような混合体の場合、溶剤の抽出分離によるこ とがが望ましい。更なる一例は、水と市販のガソリンとの混合体である。ガソリ ンフォーミュレーションは、ベンゼン、トルエン、エチレンベンゼン、キシレン 、及びナフラネンのような発癌性物質を含んでいる。添加剤は僅かに水に溶け、 溶液中に１０００分の幾らかの部分が存在することを許容する。

２段式分離機１１０は、最初の分離、溶剤の抽出、及び最後の分離といった必要 とされる段階を単一の工程で実施する。該分離機１１０は、水中で僅かに溶解す るベンゼン汚染物質を含む油と混合したモータオイルを分離するものとして説明 する。使用する溶剤はペンタンである。各種のその他の混合体及び溶剤が使用可 能であることを理解すべきである。分離機１１０は、多くの点で分離機１０と同 様の構造をしているが、特に、２つの分離チャンバを備え、溶剤が噴射された後 に、第一のチャンバの高密度の液体の排出がより半径方向外方の第二のチャンバ 内に続くようにした点が異なる。

分離機１１０は、固定入口シャフト１１２と、ロータ１１４と、ハウジング外殻 １１６とを備えている。該入口シャフト１１２は、油／水混合体が分離機に入る ときに通る内側シャフト１１８と、ペンタン溶剤が入るときに通る外側シャフト １２０という二つの同軸シャフトを備えている。ロータ１１４は、モータ又はそ の他の手段（図示せず）の動力によって回転可能な駆動シャフト１２２Ｉこより 駆動される。ストッパ１２６を有する排液通路１２４が駆動シャフト１２２内Ｉ こ設けられて、分離機１１０の洗浄及び排液を完全に行う。ロータ１１４の中央 壁１２８は、内側人ロンヤフト１１８の人口１３０の側における開始点から下方 に伸長しており、又、半径方向外方に傾斜した後に、駆動シャフト１２２の頂部 付近にて終端となっている。中央壁１２８は、環状シール１３２によって外側の 入口シャフト１２０から密封されており、中央壁１２８により形成されたチャン ノく１３４に溶剤が入るのを防止する。

中間壁１３６が回転可能なシャフト１２２の頂部に取り付けられ、上方１こ且つ 半径方向外方に伸長し、中間壁１３６と中央壁１２８との間に分離チャンバ１３ ８を形成する。入力油／水混合体は、内側シャフト１１８からチャン／＜１３４ に入り、又、回転中、外部の圧力及び遠心力により下方に付勢される。次に、こ の混合体は、中央壁１２８の縁部に沿って分離チャンノく１３８内に流動し、該 分離チャンバ内で分離された成分は、中間壁１３６の半径方向外方の傾斜面（水 用の）及び中央壁１２８の半径方向内方の傾斜面（油用）により上方に付勢され て、分離チャンバ１３８の頂部に配置されたせき１４０に向けられる。

せき１４０は、１段式分離機１０におけるせき５４と同様の構造をしてＬ）る。

該せき１４０は、中央壁１２８から開始して、半径方向外方に伸長し、折り重な って、せき１４０の縁部と中央壁１２８との間に環状の油通路１４２を形成する 反らせ板を備えている。せきの曲げ部分１４０ａと中間壁１３６との間に１′！ 、水通路１４４が形成されており、該中間壁は、せき１４０の周りで湾曲して、 通路１４４に連続し、又せき１４６を形成する。構造の便宜上、中間壁：虚、溶 接又：まその他の適当な手段により、せき１４０の曲げ部分１４０ａ付近に接続 された下方部分１３６ａ及び上方部分１３６ｂという２つ部分を備えてＩ、Ｎ６ ．中間の油チャンバ１４８がせき１４０の内部に形成される一方、油通路１５０ は、せきの曲げ部分１４０ａ、水通路１４４及び中間壁１３６を通じて形成され る。

２段式分離機１１０内のせきは、上述の好適なせきの構造に従って形成すること が望ましい。

分離チャンバ１３８は、油／水混合体を分離し、その後、分離された油はチャン バ１４８内への通路１４２及び通路１５０を通じて案内される。水は通路１４４ 内に案内され、せき１４６の縁部を越える。せき１４０．１４６の上方のエアポ ケットが空気導管１５２を通じて連通し、これによりその圧力を均等にする。

外壁１５６が中間壁１３６の上方に設けられ、せき１４６を越える外側水通路１ ５８を形成し、また該外壁は、貫通して形成された空気導管１６０を有し、せき １４６の上方のエアポケット力かウジングのスペースに連通ずることを可能にす る。外壁１５６の端部は、入口シャフト１１２と環状の係合状態にて接触する。

ロータ１１４が入口シャフト１１２の周りで回転するのを許容するため、壁１５ ６とシャフト１１２との間には、軸受１６２が取り付けられている。又、外壁と 入口シャフトとの間には、シール１６４が設けられている。中央壁１２８の端部 には張出し部１６６が形成され、この箇所で張出し部は外壁１５６に係合して、 せき１４６の周りで水を案内する。

外側入口シャフト１２０と外側水道路１５８との間で外壁１５６と中央壁１２８ との接合部には、溶剤通路１６８が形成されて、せき１４６の真上の水流中にペ ンタン溶剤を供給する。該溶剤と水とは、外側通路１５８内で混合して、エマル ジョン及び溶解した汚染物質を除去する。溶剤通路１６８は、混合を促進すべ（ せき１４６の上方を流動する高速の水流内に溶剤が導入されるように方向法めさ れている。せき１４６には、水の流れがせきの表面から分離しないよう適当な傾 斜及び湾曲状態で形成されており、これは、混合を促進し、またせきの腐食を緩 和する。各種の実施例の全てのせきは、同一の目的のため同様の傾斜及び湾曲状 態であるようことを明らかにすべく示しである。

油通路１５０は、中間壁１３６から外側水通路１５８及び外壁１５６を通ってハ ウジング１１６内の収集チャンバに伸長している。

外側水通路１５８は、壁１３６．１５６の間に形成された第二の分離チャンバ１ ７０に入る迄、中間壁１３６と外壁１５６との間を下方に伸長している。分離チ ャンバ１７０は、抽出された汚染物質を含む溶剤から水を分離する。外壁１５６ は、半径方向外方に傾斜して、分離チャンバ１７０の底部に形成されたせき１７ ２まで洗浄し且つ分離した水を下方に付勢し、該せきが分離された液体を分離チ ャンバ１７０の外に排出する。ペンタンは水よりも密度が小さく、このため、水 が外壁１５６に対して半径方向外方に「沈む」一方、ペンタンは半径方向内方に 「上昇」して、半径方向内方に傾斜した中間壁１３６により下方に付勢される。

せき１７２は、駆動シャフト１２２から開始する反らせ板にて形成され、半径方 向外方に伸長し、折り重なり、駆動シャフト１２２の手前で終端となって環状の 溶剤通路１７４を形成する。せきの曲げ部分１７２ａと外壁１５６との間に水通 路１７６が形成され、該通路は、せき１７２の下方で湾曲し、せき１７８を形成 するように終端となっている。曲げ部分１７２ａ、通路１７６及び外壁１５６に は、収集した溶剤をハウジング１１６内に分路する溶剤通路１８０が形成される 。

外壁１５６は、構造の便宜上、三つの固着要素１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃに より形成されている。下方部分１５６Ｃの外側には、環状溝１８１が形成されて いる。

突起１８２がせき１７８の縁部の周りでせき１７２の底部から伸長して、水をハ ウジング１１６内に案内する。突起１８２の下方の小さい空気通路１８４がハウ ジングの空気スペースからキャビティ１８６まで伸長している。空気導管１８８ はキャビティ１８６からせき１７２の縁部のエアポケットまで伸長して、その内 部の圧力を均等にする。

ハウジング１１６は、溶接又はその他の手段により入口シャフト１１２に環状の 取り付けた状態に固着された頂部壁１９０を備えている。該頂部壁１９０は、ロ ータ１１４の外壁１５６の上方を水平方向外方に伸長し、又、側壁がそこから下 方に伸長して、油通路１５０の下方に油収集チャンバ１９２を形成する。該チャ ンバ１９２は、分離した油を受け取り且つ収集する。チャンバ１９２への取り付 は部分（図示せず）が分離した油を排出するためのパイプ又はホースの接続部分 となる。

油収集チャンバ１９２の半径方向内壁１９８は、ロータの外壁１５６に対して略 平行に下方に伸長し、溶剤通路１８０の下方に、溶剤及びそれに伴う汚染物質を 収集する溶剤収集チャンバ２００を形成する。溶剤収集チャンバ２００への取り 付は部分（図示せず）は、溶剤を排出するためのパイプ又はホースの接続部分と なる。所望であれば、排出した溶剤はリサイクルし、分離機１１０内で再使用す ることも可能である。

溶剤収集チャンバ２００の内壁２０６は、環状溝１８１の内部で終端となり、チ ャンバ２０８内の純水との相互汚染を効果的に防止する。又、壁２０６は、油か ら分離され、ベンゼン又はその他の不純物が更に除去された水を収集するためせ き１７８の下方に形成された水収集チャンバ２０８の外壁として機能する。換言 すれば、純水は、混和不能な物質又は可溶物質を一切含まない。純水を排出する パイプ又はホースを接続するための取り付は部分（図示せず）が水収集チャンバ に設けられている。

水収集チャンバの内壁２１０は、駆動シャフト１２２と環状の係合状態で終端と なっている。駆動シャフトがハウジング内で回転するのを許容するため壁２１０ と駆動シャフト１２２との間には、軸受２１２が取り付けられている。軸受を内 部の流体から保護するため、軸受２１２に隣接して現状シール２０４が配置され ている。

混和不能な物質及び可溶物質を水から分離するのためには、分離機１１０の一回 の操作で充分である。所望であれば、高レベルの純度を達成するためこの操作を 反復することも出来る。

分離機１１０により多くの異なる液体の複合体を分離することが可能であること が理解されよう。また、シーブ５０及びベーン５２のような、分離機１０に関し て上述した異なる補助的な構造体も分離機１１０内に有利に使用することが可能 である。上記の実施例は、本発明を実際に実施する方法の単に一例にしか過ぎず 、本発明は、その各種の応用例及び変形例が可能である。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、　ＳＥ ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ 、　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、 ＫＲ，ＫＺ、ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、　ＰＬ 、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ。

ＳＥ、ＳＫ、ＵＡ

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．密度の異なる第一の液体及び第二の液体の混和不能な成分を有する混合体を 遠心力によりその成分に分離する装置にして、該混合体を受け取る開放した受け 入れ端部と、混合体を装置内に供給する開放した排出端部とを有する細長の中空 の入口シャフトと、該入口シャフトに対して略同軸状に配置され且つ該入口シャ フトを囲繞する、回転可能に配置されたロータであって、前記入口シャフトから 混合体を受け取る受け入れ手段と、該受け入れ手段から混合体を受け取り、外部 の制御又は調節を必要とせずに、混合体を自動的にその成分液体に分離する分離 手段と、該混合体の分離された液体を前記ロータから排出する排出手段とを備え るロータと、該ロータを前記入口シャフトの周りで回転させる回転手段と、分離 された液体を前記ロータから受け取り且つ収集すべく該ロータを囲繞するハウジ ングとを備えることを特徴とする分離装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記入口シャフトに対して同軸状に 配置された第二の入口シャフトを更に備えることを特徴とする装置。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記受け取り手段が、前記入口シャ フトに対して垂直で且つその排出端から離間された略円形壁と、該円形壁に角度 を為して取り付けられ且つ該円形壁から前記入口シャフトに向けて且つその排出 端を経て伸長する截頭円錐形の中央壁とを備え、該截頭円錐形の中央壁が半径方 向外方に傾斜して、入口シャフトの一部を囲繞し且つ該入口シャフトと中央壁と の間に混合チャンバを形成することを特徴とする装置。
4. ４．請求の範囲第３項に記載の装置にして、前記入口シャフトが略円筒形であり 、前記中央壁と略同一の半径方向への傾斜角度を有する、前記入口シャフトに対 する截頭円錐形の取り付け部分を更に備えることを特徴とする装置。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記分離手段が、細長の環状の分離 チャンバを備え、前記入口シャフトが該環状の分離チャンバの略中央に位置し、 該分離チャンバが混合体をロータの受け入れ手段から受け取る環状の入口端部と 、該入力端部と反対の位置に配置された該環状の排出端部とを備え、該排出端部 に配置された第一のせきと、前記入口端部から排出端部まで半径方向内方に傾斜 した細長の環状の内壁と、入口端から排出端まで半径方向外方に傾斜した細長の 環状の外壁とを備えることを特徴とする装置。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記分離手段が細長の環状の分離チ ャンバを備え、その入力シャフトが該環状の分離チャンバの略中央にあり、該分 離チャンバが、ロータの受け入れ手段から混合体を受け取る環状の入口端部と、 細長の環状の内壁と、細長の環状の外壁と、該外壁に向けて半径方向外方に伸長 する第一のせきが中央壁に配置された箇所である環状の排出端とを備え、該第一 のせきが外壁に接触する前に入口端の方向に向けて折り重なり、曲がった後に内 壁に向けて半径方向内方に伸長し且つ内壁に接触する前に環状縁部にて終端とな り、第一のせきと外壁との間に、より重質な液体の通路を形成し、又、前記せき の略曲げ部分、より重質な液体の通路及び外壁を通じて、前記せきの縁部に形成 されたより軽質な液体の通路を更に備えることを特徴とする装置。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の装置にして、前記外壁が第一のせきの下方にて略 半径方向内方に湾曲し、重質な液体の通路を延長し、更に、前記より重質な液体 の通路の半径方向内方に配置された、細長で環状の対向壁を備え、該外壁が、対 向する壁から離間された環状縁部にて終端となり、これにより第二のせきを形成 することを特徴とする装置。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の装置にして、前記より軽質な液体の通路と前記よ り重質な液体の通路との間の空気圧力を連通させる手段を更に備えることを特徴 とする装置。
9. ９．請求の範囲第７項に記載の装置にして、前記対向する壁が第二のせきの縁部 に略対向する突起部分を形成することを特徴とする装置。
10. １０．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記回転手段が、前記入口シャフ トに対して略同軸状に配置され且つ該入口シャフトから軸方向に離間された駆動 シャフトと、該駆動シャフトに形成された排液通路とを更に備えることを特徴と する装置。
11. １１．請求の範囲第１項に記載の装置にして、前記入口シャフトが略円筒形であ り、前記ロータが、前記入口シャフトを囲繞する細長で環状の外壁を備え、該外 壁の一縁部が前記入口シャフトに回転可能に接続され且つ該入口シャフトに対し て密封されることを特徴とする装置。
12. １２．請求の範囲第６項に記載の装置にして、前記第一のせきの縁部が、内壁の 一部よりも更に半径方向内方に配置されることを特徴とする装置。
13. １３．請求の範囲第６項に記載の装置にして、前記分離チャンバの内壁と外壁と の間にて、狭い間隔で略半径方向に配置された複数の板を更に備えることを特徴 とする装置。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の装置にして、前記混合体が油を含み、前記板 が親油性材料を含むことを特徴とする装置。
15. １５．請求の範囲第６項に記載の装置にして、前記分離チャンバの内壁又は外壁 に取り付けられ、該分離チャンバ内まで半径方向に伸長する複数のベーンを備え ることを特徴とする装置。
16. １６．請求の範囲第７項に記載の装置にして、０．８２乃至０．９２の範囲の比 重を有する炭化水素を水から分離するために使用したとき、以下の関係を満足さ せることを特徴とする装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼
17. １７．請求の範囲第７項に記載の装置にして、前記ハウジングが、その頂部にて 前記入口シャフトに固着された細長の環状のハウジング壁と、軽質な液体通路に 隣接して配置された軽質な液体の収集チャンバと、第二のせきに隣接して配置さ れた重質な液体の収集チャンバとを備え、前記回転手段が、前記排除ハウジング と回転可能に環状に係合する回転可能な駆動シャフトと、前記ハウジング壁の一 部に係合する、前記外壁の半径方向外面に形成された環状溝とを更に備えること を特徴とする装置。
18. １８．第一及び第二の混和不能な液体の成分を有する混合体を遠心力により分離 する方法にして、 環状の外縁部が前記入口シャフトを囲繞する、半径方向外方に傾斜した中央壁を 有する回転可能なロータの略中心内に入口シャフトを通じて混合体を供給する段 階と、 前記ロータを回転させ、混合体が中央壁の傾斜面に沿って下方に動き且つその縁 部を超えて流動し、中央壁により形成され、該中央壁から反対方向への傾斜面を 有する同軸状の外壁と、中央壁の縁部から反対方向に配置された第一のせきとを 有する分離チャンバ内に入るようにする段階と、分離チャンバ内で前記混合体を その成分に分離する段階と、第一の液体を前記中央壁と第一のせきとの間の第一 の環状通路を通じて前記分離チャンバから排出する段階と、 前記第一の液体を第一の収集チャンバ内に案内する段階と、前記第二の液体を前 記外壁と第一のせきとの間の第二の環状通路を通じて分離チャンバから排出する 段階と、 第二の液体を第二のせきに且つ第二のせきを越えて第二の収集チャンバ内に案内 する段階とを備えることを特徴とする方法。
19. １９．請求の範囲第１８項に記載の方法にして、前記第一及び第二のせきの上方 の空気圧力を均等にする段階を更に備えることを特徴とする方法。
20. ２０．請求の範囲第１８項に記載の方法にして、前記第一及び第二の収集チャン バの間に形成された壁を前記外壁に形成された溝に係合させる段階を更に備える ことを特徴とする方法。
21. ２１．請求の範囲第１８項に記載の方法にして、前記分離チャンバ内で狭い間隔 にて配置された複数の板を通じて混合体を導入する段階を更に備えることを特徴 とする方法。
22. ２２．第一及び第二の混和不能な液体と、該第二の液体中に溶解又は懸濁させた 汚染物質とを有する液体混合体を溶剤抽出又はその他の化学的手段により遠心力 を利用してその成分に分離する装置にして、混合体を受け取る第一の受け入れ端 と、溶剤を受け取る第二の受け入れ端と、混合体を装置内に供給するときに通る 第一の排出端と、溶剤を装置内に供給するときに通る第二の排出端とを有する細 長の中空の入口シャフトと、該入口シャフトに対して略同軸状に配置され且つ該 入口シャフトを囲繞する、回転可能に配置されたロータであって、前記入口シャ フトから混合体を受け取る受け入れ手段と、該混合体をその混和不能な液体成分 に分離する第一の分離手段と、該分離された第一の液体を前記ロータから排出す る第一の排出手段と、前記溶剤を第二の液体と混合し、これにより、該溶剤が汚 染物質の少なくとも一部を吸収するようにする混合手段と、溶剤及び吸収した汚 染物質を第二の液体から分離する第二の分離手段と、前記ロータ内に設けられて 、分離した第二の液体を該ロータから排出する第二の排出手段と、前記ロータ内 に設けられて、分離した溶剤を該ロータから排出する第三の排出手段と、を備え るロータと、該ロータを前記入口シャフトの周りで回転させる回転手段と、第一 の液体、第二の液体、及び溶剤をそのそれぞれの排出手段から受け取り且つ収集 する第一、第二、及び第三の収集チャンバを収容するハウジングと、を備えるこ とを特徴とする装置。
23. ２３．請求の範囲第２２項に記載の装置にして、前記第一の分離手段が、環状の 入口端と、該入口端から半径方向外方に傾斜した第一の内壁と、該入口端から半 径方向外方に傾斜した第一の外壁と、前記入口端に対向状態に配置された第一の せきと、第一のせきと第一の内壁との間に形成された、より軽質な液体の環状通 路と、第一のせきと第一の外壁との間に形成された、より重質な液体の環状通路 とを有する第一の細長い環状の分離チャンバを備えることを特徴とする装置。
24. ２４．請求の範囲第２３項に記載の装置にして、前記第一の外壁が、前記第一の せきの下方にて半径方向内方に曲がり、重質な液体の通路を延長させ且つ第二の せきを形成して終端となり、前記溶剤が、第二のせきの縁部付近の入口ポートの 第二の排出端から噴射されるこを特徴とする装置。
25. ２５．請求の範囲第２４項に記載の装置にして、前記第一及び第二のせきの間に 配置され、その内部の圧力を均等にする空気導管を更に備えることを特徴とする 装置。
26. ２６．請求の範囲第２２項に記載の装置にして、前記第二の分離手段が、前記第 一の分離手段から半径方向外方に配置された第二の環状の細長い分離チャンバを 備えることを特徴とする装置。
27. ２７．第一及び第二の液体の混合体をその成分に分離する方法にして、混合体を 回転可能なロータ内に噴射する段階と、第一の分離チャンバ内で第一及び第二の 液体を互いに分離する段階と、第一の液体を前記ロータから排出する段階と、溶 剤を前記ロータ内に噴射する段階と、前記第二の液体と溶剤とを混合する段階と 、第二の分離チャンバ内で第二の液体を溶剤から分離する段階と、第二の液体を 前記ロータから排出する段階と、溶剤を前記ロータから排出する段階とを備える ことを特徴とする方法。