JPS62102846A - 遠心分離機 - 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】 成体混合物からの２つ以上の成分の連続的遠心分離に関
する極めて久しい昔からの問題は、後続段階ての分離作
用に困難を生ぜしめないように、遠心分離ロータの分離
室内で混合物を回転速度まて加速することである。さら
に詳しくは、この問題は、加速中の混合物が例えば擾乱
によって２つの大きい剪断力を受けること、すなわちこ
のようなｒＡ断力を受けると一つまたは複数の混合物成
分か好ましくない程度まて剥離することによって分裂さ
れることを防止することである。

このような種類の、遠心分離機に関する問題が生じて以
来、種々の解決手段が提案されてきた。

例えば、混合物がロータに移送される前に、混合物が静
止供給装置内で成る程度の回転運動を与えられるようＧ
こ提案された。さらに、ロータ内に配設されてロータ分
離室への途中で流入する混合物を徐々に加速するための
部材に対して種々の計画が提案された〇 しかし、この問題に関して提案された解決手段はいずれ
も、なおかなりの程度の問題を残している。

広範囲に亘る実用面では適切とは考えらｒＬすい１９４
０年において既に提案された一つの解決手段が米国特許
明細書２，３０２，３８１に記載されている。

この発明において提案された遠心分離機は、分離室を形
成するロータ、およびロータ内で分離される複数の成分
からなる液体混合物用のロータの中央に位置する開口を
もつ供給装置を含み、ロータはロータおよび互いに同軸
に配置された仮数の蟻状ディスクをもつ流入装置を有し
、前記デイスクは供給装置を通ってロータに流入する混
合物用の中央受容室を形成しかつそれら自身の間で中央
受容室をロータ分離室と接続する複数の通路を形成する
。

この既知の流入装置において、垂直回転軸線をもつロー
タ内へ下方から静止供給パイプが延びている。この供給
パイプは中央受容室の下方部に末端をもちかつこの区域
において強力に絞られた軸方向に向いた開口をもつ。供
給パイプを通って混合物を供給すると、絞られた開口部
によって噴流が形成され、この噴流は受容室全体を遡っ
て軸方向に通過しかつロータとともに回転する円錐形の
偏向部材に肖る。この偏向部材によって、噴流は環状デ
ィスクに向って半径方向へ偏向され、これによってディ
スク間の通路を通ってざらに流動する。

る。

米国特許明細書２，３０２，３８１によれば、上述の流
入装置は、供給された混合物が激しい衝撃を受けずにロ
ータの速度まで迅速に加速される結果を与えるものと言
うことができる。環状ディスクは摩擦によって、混合物
の運動方向と垂直に動く面をもついずれの半径方向に延
びる羽根部材とも混合物を衝突させずに混合物をロータ
と同じ速度で回転させるものである。

既述のように、この提案された流入装置をちってしても
、環状ディスクのもつ＠記利点にも拘らず広い実用範囲
を得ることができないことが判明した。

この発明の目的は、米国特許明細書２，３０２，３８１
による流入装置と同じ形式の加速ディスクを含むが遠心
分離ロータに供給される混合物の処理のおだやかさとい
う点で前記装置より実質的にすぐれた流入装置を提供す
ることである。

上記目的は、この発明による装置によって達成され、す
なわち環状ディスクによって形成された中央受容室がそ
の・軸方向範囲に沿った区域内でそれからガスを導き出
す通路と連通し、供給部材の開口部が、前記開口部と受
容室の前占己区域との間で前記通路の幾つかの半径方向
内向きの開口部が軸方向ｌこ配置されるようｌこ選択さ
れた１つの平面に配設され、ロータの運転中に供給部材
開口部の区域において、液体量を前記通路の少くとも幾
つかを通って延びた位置を占めるように維持させる装置
が配置され、かつ供給部材がモアータの運転中に前記開
口部が前記孜体重の中に位置されるように形成され、そ
れによって供給部材を通って供給された液状混合物が＠
記敵体量と連続した液相を形１吸する。

この発明は、米国・特許明細督２，３０２，３８１に示
された様態で遠心分離ロータ内に配設された環状ディス
クがディスク間でロータの速度まで加速される混合物に
、実際におだやかな効果をもつことの理解を基礎として
いるｏしかし、さらにこの発明は米国特許明細書２，３
０２，３８１による流入装置に３いては、環状ディスク
の半径方向内側の中央受容室への液体の供給は従って混
合物りこおだやかであるようには実施できないという理
解をもとにしている。よって、供給パイプ開口部におけ
る強力な絞り作用とそれにより円錐形偏向部材との衝突
によって形成された噴流Ｏこよる打撃とはともに。

はなはだしい擾乱と混合物中の成分の分裂を起こすであ
ろう。この望ましくない影響はこの既知の流入装置が全
般的に児て、他の既知の流入装置よりも有利にはならな
い程度の大ささである。従って、実質的に改善された分
離効果を得るための先行要件は、中央受容室への混合物
の擾乱状西ての供給によって既に打破されている。

この発明による流入装置においては、混合物の供給部材
は、ロータの１転中に、ロータに既に供給された液体中
に１部分的に浸漬される。これは流入混合物がロータに
入るとき分裂しないための先行要件である。このような
既に供給された混合物と供給部材自身間に形成された相
対連動は供給された混合物内では何等実質的な剪断力を
発生しないであろうＯＣの発明により、供給された混合
物とロータ中央部にある空気または他のカスとの接触が
最小限に減少される。

本来、この発明は供給部材が静止、すなわち非回転的で
ある場合に用いられるものである。しかし、もち論、こ
の発明はある理由または別の理由によって供給部材が回
転式である場合でも適用可能である。

米国特許開梱＄２，３０２．３８１による既知の流入装
置におけるように、この発明によ、る流入装置の環状デ
ィスクは全く平面状であることが適切である。

しかし、例えば截頭円錐形ディスクであっても論議の対
象になる。もしディスクが戴頭円錐形であれば、ディス
ク間の通路はその中で加速されている成分混合物の予備
分離にも用いることができるであろう。

この発明は、遠心分離ロータ軸顧の向き、およびロータ
内に混合物が流入する方向Ｇこは無関係である。しかし
、まず第１に、この発明は垂直回転・Ｍ勝をもちかつ上
方から下方へロータ内に延びる供給部材をもつ遠心分離
ロータ用として計画された。この発明の好適実施例によ
れば、中央受容室はその上方部分においてガス逃がし通
路と連通し、供＠部材は受容室のこの部分を通過しかつ
この部分の下方に開口部をもつ。

供給部材はその開口部が受容室の下方部分に位置するよ
うに受容室全体を貫通するように配置されることが好ま
しい。それにより、供給部材の開口部は、たとえロータ
への液体の供給流量が甑めて少なくてもこの液中に浸漬
された状態を保つことができる。供給部材からの混合物
の供給流量が比較的少ない場合、供給部材開口部に最も
近くに位置する通路にのみ、事実上、液体が流動するが
。

残りの通路は部分的にのみ混合物で満たされ、さらに他
の通路、すなわち受容室をこ最も近いａ路はガス抜き通
路と連通する受容室の部分としてカスで満たされる。供
給混合物の流量が比較的多量の場合は、可成り多くの通
路および受容室の大きい部分が液体で満たされ、従って
ディスクのポツプ作用効果はそれＧこ伴って大きくなる
。

流入装置のポンプ作用効果の対応する変化は、混合物が
流入装置を通過したのちに混合物の流れと遭遇した対抗
圧力の変動によって得られる〇従って、遠心分離ロータ
の正常作用中、受容室内の自由液面を環状加速ディスク
の半径方向内側に維持することが好ましい◎ 附図を参照して、この発明を以下に、詳細に説明する。

第１図に、遠心分離ロータの軸方向断面を示す。

ロータ本体１は垂直連動＠２の上端において支持されて
いる。ロータ本体内には普通の、截頭円錐形分離用ディ
スク４セツトを内蔵する分離室３が形成されている。

ロータ内の中央室は、管状の上方部分５および截頭円錐
状の下方部分６をもつ。下方部分６とロータ本体ｌの上
方端壁間においで、分離用ディスク・１が分離３内で所
定位置を占めている。（実際の場合、前記端壁はロータ
本体の池の部分とは別個に形成され、かつねじ山部分な
どによって他の部分と軸方向に合体保持される）。分離
ディスクセット４を軸方向に頁辿して、複数の分離用デ
ィスクの整合された穴によって形成された複数の通路７
が延びる。

分離される成分混合物用の静止供給バイブ８が上方から
ロータ本体ｌ内へ中央に延ひている。バイブ８゜はロー
タ内の中央部材５．６を軸方向Ｇこ貫通しかつロータ本
体内部の下方部分内に９において開口する〇 中央部材５．６の截頭円錐形下方部分の下方りこは一重
なりの同軸に配置された平面状の環状ディスク１０が配
置されている。これらのディスク１０は、ディスクのほ
ぼ半径方向外側に位置しかっロータ軸組まわりに分蒲さ
れた半径方向および軸方向に延びる羽根部材１１１こよ
って軸方向に互いシこ隔てられて支持かつ保持されてい
る。その池の部分にはディスク１０間には間゛隔装置が
設けられていないので、ディスク間の通路はほぼ環状形
である。

重なりディスク１０の中央には、受容室１２が形成され
て、その中に供給バイブ８の開口部９が位置づけられて
いる。羽根部材１１によって個別の区画に区分されたデ
ィスク１０のまわりの空所はその上方部分において、分
離用ディスクセット４を通って通路と軸方向に向き合う
分離室３と直接に連通する。

ロータ本体の上方端壁の半径方向内側自由縁部ｌ３は、
ロータの止転中に、分離室３からのオーバフロー流出部
として用いられる。中央受容室１２の上方部分を貫通す
る環状通路１４はロータ本体の周囲の大気お連通する。

第１図に示された装置の作用はつぎのとおりである。

ロータ（供給バイブ８を除き第１図に示されたすべての
部材を含む）が回転中に、バイブ８を通って１分離され
る成分の液状混合物が供給される。

受容室１２およびディスク１０間の最上方の通路内に、
バイブ８の内部から受容室内へ流出しさらに最下方ディ
スク１０間の通路を通って延びる凝集性の液体量の自由
ｒｊ、面が形成される０ロータの運転中、バイブ８は、
このようにして既にロータ内に存在する液体中に部分的
に浸漬されている。

受容室１２に流入する混合物は、ディスク１０間の多数
または小数の通路を通って極めて薄い層上そさらに流動
する。これらの通路内において。

混合物はディスクと混合物間に起こる摩擦によってロー
タと同一の回転速度とほぼ同一の回転速度にもたらされ
る。混合物が羽根部材１１に到達すると１羽根部材とほ
ぼ同一の速度を得、かつそれにより軸方向上方へ導かれ
、さらに分離室３に流入する。このようにしてディスク
ｉｏｆわりの空所は、最上方ディスク１０の区域内で分
離室３と連通し、一方、流入バイブ８の開口９は最下方
ディスクの区域内に位置している。これによって、たと
えすべてのディスク間空所は流入混合物によっては流通
されなくても、ディスク１０まわりの全空所の連続貫流
を保証する。

分離室内において、混合物の相対的に重い成分は、相対
的に軽い成分から分離される。ロータの連続運転に対し
、相対的に軽量の分離された成分は液相であり、従って
それは分離ディスク４間の通路を通って半径方向内方へ
流れることが推定される。

相対的に重い成分は、液相もしくは固相であることが考
えられる０分離されたそのような重い成分は分離室の半
径方向最外方部に集められる。

ロータの上方端壁の内側自由縁部１３は、分離された軽
い液体成分ｌこ対し分離室３からのオーバフロー流出部
を形成する。それＯこより、縁部１３は同時Ｇこ、ロー
タ内への流体の成る供給流量において、受容室１２内で
前記自由液面を受容室１２内に維持するのに必要な装置
の１つを構成し、それによって供給バイブ８はその一部
を夜中に浸漬した状態を維持するであろう。第１図には
、装置の」車伝中に分離室３内に形成された自由液面と
、混合物の成る供給流量において受容室１２Ｇこ形成さ
れた自由液面との両方がＣ実線で）示されている。

もし、バイブ８を通る混合物の流量が壇Ｄ口すると、デ
ィスク１０間の部分的にα体を満たした通路内の自由液
面は、半径方向内方へ移動するであろう。同時に、散体
レベルは受容室１２の中央部分内のバイブ８の外側に沿
って第１図において破線で示された位置に上昇する。図
から分かるように、従ってディスク１０の広い合計面積
が供給された混合物と接触することになる。従って、供
給された混合物へのディスクのポツプ作用効果が増大す
るであろう。流入装置のポツプ作用効果は。

このようにして供給される混合物の流量増加に従って増
大する。

従って、ディスクのポンプ作用効果は混合物の供給量の
減少とともに減少し、ｆ、：ｆｆｉらは、それに伴って
自白液面が半径方向外方へ、および下向きにそれぞれ移
動するからである。

第１図から分かるように、ディスク１０の穴直径は、軸
方向上方へ進むにつれて減少する。このことは、液体の
増加された供給流量の結果としてそのポンプ作用として
用いられる谷新規のディスクが下方に瞬接するディスク
よりも成分大きいポンプ作用効果をもつことを意味する
。同一の成果が、同じく第１図から分かるように、ディ
スク１０が軸方向上方へ進むにつれて増大する外径をも
っという事実のゆえに達成される。

供給された混合物から受容室１２内に分離された空気ま
たは他のガスは環状通路１４から上方へ離脱する。

第２図にはこの発明の別の実施例を示す。第１図による
実施例におけるものと類似するその部分は第１図と同一
の参照数字をもって示されている。

しかし１図を明瞭にするために、第１図における羽根部
材１１に相当する羽根部、材は第２図においては示され
ていない。

第２図において、ロータ内の中央部Ｇこ配置された部材
５，６の盲状部分にはその上方端に内方環状フラッジ１
５を有している。この場合、加速ディスクｌ０ｉｌ　こ
のフラッジと中央室５，６の截頭円錐形下方部分間で軸
方向に配置される。ディスク１０の半径方向外側の空所
は、その下方端において、ロータ＠勝まわりに均等に分
布された半径方向羽根部材（不図示）間に形成された通
路１６を通ってロータ分離室３と連通する・第 ２図における供給パイプ８の開口９は、ディスク１０の
軸方向下方へ成る距離をもって位置づけられている。開
口９と最下方ディスクｌ　Ｏ１司Ｇこおいて、パイプ８
は外側ＥＪ状フランジ１７を支持する。楕円形の軸方向
断面をもつレンズ状のフラノシェフがバイブ８上に取り
外し可能に取り付けられている。

パイプ８の最下方部分は％環状フラッジ１７の半径方向
内方に向いた面におけるように、外方へ幾分円錐形状と
なった形態をもつ。ロータからパイプ８を取り外すと、
フランジはロータの椀形表面１８上の中央にもたらされ
る。ロータ内にパイプ８を再挿入して、該パイプを通し
て液体を供給すると、液体はフラッジの中央穴を通って
流動し、さらにフランジの下方を通ってフラッジとロー
タの凹状表面１８間を半径方向外方へ流動し、フランジ
は第２図に示す位置まで軸方向上向きに押動される。７
ラノジ１７の下方の凹状表面はカスや空気が７ランジの
下方に集まらないことを保証する。

流入する成分混合物がフラッジ１７と凹状表面１８間の
空所を流動したのちに、該混合物は軸方向上方へ転勤し
、７ラノジ１７の縁部を通過し受容室１２内に流入する
。流入流体流量によって多数または小数のディスク１０
間の通路をこの混合物が流過し、それからさらに軸方向
へ下方に流動し、通路１６から分離室３に流入する。デ
ィスク１０間の残りの通路には第２図に示すように自由
液面が形成される。第１図におけるディスク１０のよう
に、第２図におけるディスクは上向きに増大する外径を
もつ。

流入混合物が通路１６？こ向って軸方向下方へ合流せず
に、受容室１２に向って軸方向上方へ流動する理由は１
通路１６へ向う流れはロータとほぼ同一の速度で回転す
るがフランジ下方の流入混合物はまだ口伝速度にまで至
っていないからである。

フラノシェフを供給バイブ８の下方に配置する目的は、
主として、パイプ同に存在する混合物とロータ内でパイ
プの外側に存在する混合物間に連続する液相を維持しな
がら極めて少量の供給流量を流通させることである。フ
ランジ１７の第２の目的は、流入混合物が受答室１２内
への飛散によって分流されるのを防止することである。

第１図における羽根部材１１と類似の羽根部材によって
支持される代りに、第２図に示すディスク１０は、フラ
ノン１５から懸吊される。従って。

複数のロッドがフラッジ１５と連結されかつ一重なりの
ディスク１０を通って軸向きに延びる。こ種の口゛ラド
はディスクの半径方向最外方部分を貫通ずることが好ま
しく、ディスクを互いに所望の距離を維持するためディ
スク間で間隔部材を支持する。

第３図には、静止供給パイプ８を取り囲む一重なりの環
状ディスク１０を略示する０バイブ８はその下端に円形
部材１９および２０を具備し、これらは羽根部材または
それに類似する部材（不図示）と協働して、パイプ８の
通路と連続する通路を形成する半径方向通路２１を形成
する。この場合、静止供給バイブ８，１９．２０は半径
方向開口をもつことになる。もし望むならば１通路２１
は単一のほぼ環状の通路によって置換できる。

第３図から分かるように、ディスク１０間の距離は、供
給部材開口から■つの方向へかつ上方へ漸減している。

このことは、重なりディスクの下方部分はその上方部分
よりも低いポンプ作用効果をもつこと、それにより供給
部材からの混合物の供給流量が極めて少ない場合でも、
連続する液相が供給部材８，１９．２０の内部から分離
室３まで維持されることが望ましいことを意味するＯデ
ィスクの間隔幅ＫＷ化させることは、第１図０こ示すデ
ィスク１０の穴サイズと外径の変化と同じ効果をもつ。

第３図の部材１９は、第１２図の７ランジ１７の表面に
極めて接近して形成された、いわゆるエフマン（Ｅｋｍ
ａｎ　）層の結果として実質的に得られる。これらのエ
フマン層の厚さは、なかんずく、当該液体の粒住によっ
て左右される。この形式の当該遠心分離機に流入する成
体の代表的なエフマン層の厚さは、３０μｍ　と３５０
μｍの間である。

ディスク間における液体の所望のおだやかな加速を得る
ために隣接するディスク間に形成すべき最小距離は関連
エフマン層の厚さの２倍である。

しかし、遠心分離機に供給された液体中にしばしば存在
する固形物は、隣接するディスク間のこの空所の下限を
定めることになる。この限度（ま、しばしば関連のエフ
マノ層の厚さのほぼ２倍以上である。実際には、隣接す
るディスク間の空所は３００μｍ　より小さいＣとは稀
である。デスク間の通常の距離は０．３Ｉｕと５．Ｏｕ
の間の値をとる。

ディスク１０のポンプ作用は１例えば隣接するディスク
間の距離の全部または一部を檎かけする半径方向のリブ
を用いることによって望まれる場合には増大することも
できる。

第１図および第２図によるこの発明の実施νＩＪにおい
て、通路１４はロータの周囲の大気と連通する。しかし
、これは必すしも必要ではない。通路１４を設けた理由
は、中央の受容室１２から生気またはガスを成る程度に
排除することを主目的とし、それによって受容室内に滞
溜したガスのために可成りの数の加速用ディスク１０が
無効状態とならず、従って前記ディスク間の通路内に混
合物が流入するのを防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは、この発明による流入装置の３
種の異なる実施例を示す。 Ｊ：ローフ本体 ２：ロータ駆動軸 ３：分離室 ４：分離用ディスク ５：上方中央部材 ６：下方中央部材 ７：上下方向通路 ８：静止供給パイプ ９：開口部 ■０：頃状デイスク １１二羽根部材 １２：受容室 １３：ロータ内１ｌｌｌ縁部 １４：環状通路 １５：偏向部材 １６：通路 １７：外側フラノン １８：腕形表面 １９：円形部材 ２０：円形部材 ２１：通路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分離室（３）を形成するロータ、および分離される
   成分を含む液状混合物のためにロータ内でその中央部に
   位置する開口（９）をもつ供給部材（８）を含み、ロー
   タがロータと、および相互に同心に配置された複数の環
   状デイスク（１０）を有する流入装置をもち、前記デイ
   スクが供給部材（８）を通つてロータに流入する混合物
   用の中央受容室（１２）を形成しかつ相互間に、中央受
   容室（１２）をロータ分離室（３）と連結する通路を形
   成し、 自身の軸方向延長部に沿つた区域内で受容室（１２）が
   ガスを排出させるための通路１４と連通し、 供給部材（８）の開口（９）が、前記複数の通路のいく
   つかの半径方向内方に開口する部品が前記開口（９）と
   受容室（１２）の前記区域間で軸方向に位置され、 部材（１３）がロータの作用中に、少くともどれかの前
   記通路を貫通する液体量を供給部材の開口（９）の位置
   において維持するように配置され、および 供給部材（８）が、その前記開口（９）がロータの作用
   中に前記液体量内に位置し、それにより供給部材（８）
   を通つて供給された液状混合物が前記液体量と連続する
   液相を形成することを特徴とする遠心分離機。 ２、前記液体量を維持する前記部材（１３）が中央受容
   室（１２）内に前記液体量の自由液面を維持するように
   配置されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の遠心分離機。 ３、ロータが垂直な回転軸線をもちかつ供給部材（８）
   が上方から下向きにロータ内に延び、中央受容室（１２
   ）が、その上方部分においてガスを導出するための通路
   （１４）と連通し、供給部材（８）が受容室（１２）を
   貫通しかつ受容室のこの部分の下方に位置するその開口
   （９）をもつことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の遠心分離機。 ４、供給部材（８）が、受容室（１２）の全体を貫通し
   かつその軸方向外側に位置するその開口（９）をもつこ
   とを特徴とする特許請求の範囲上記各項のいずれか一項
   に記載の遠心分離機。 ５、環状デイスク（１０）が、供給部材の開口（９）か
   ら前記通路（１４）と連通する受容室（１２）の区域に
   向う方向へ直径が減少する穴をもつことを特徴とする特
   許請求の範囲上記各項のいずれか一項に記載の遠心分離
   機。 ６　環状デイスク（１０）が、供給部材の開口（９）か
   ら前記通路（１４）と連通する受容室（１２）の区域に
   向う方向へ外径が増大していることを特徴とする特許請
   求の範囲上記各項のいずれか一項に記載の遠心分離機。 ７、隣接する環状デイスク（１０）間の軸方向距離が、
   前記通路（１４）と連通する受容室（１２）の区域に接
   近した部分よりも供給部材の開口（９）に近い部分にお
   いて大きいことを特徴とする特許請求の範囲上記各項の
   いずれか一項に記載の遠心分離機。 ８、供給部材の開口（９）がロータ内で軸方向に配向さ
   れたことを特徴とする特許請求の範囲上記各項のいずれ
   か一項に記載の遠心分離機。 ９、供給部材（８）が、その外方に向けてその開口（９
   ）と環状デイスク（１０）の少くとも或るもとの間にお
   いて軸方向に囲む環状フランジ（１７）をもつことを特
   徴とする特許請求の範囲上記各項のいずれか一項に記載
   の遠心分離機。 １０、前記フランジ（１７）が環状デイスク（１０）の
   少くとも或るものの穴径よりも大きい外径をもつことを
   特徴とする特許請求の範囲第９項記載の遠心分離機。 １１、供給部材の開口（９）がロータ内で軸方向に配向
   され、 環状フランジ（１７）が、供給部材の開口（９）と同一
   方向に軸方向へ彎曲されたその各側において凸状形をな
   すことを特徴とする特許請求の範囲用第９項または第１
   ０項記載の遠心分離機。 １２、環状フランジ（１７）が、供給部材（８）に対し
   て軸方向に可動な弛嵌リングを具備し、供給部材（８）
   が前記リングを附随させずにロータから引き出せるよう
   に構成され、供給部材（８）をロータ内に再挿入し次い
   でロータ内に液体を供給したとき、液体がリングの中心
   穴を通つて導かれさらにリングの反対側から供給部材を
   まわつてリングを軸方向に押動するように、ロータ内の
   １つの位置にリングを維持する部材（１８）が配設され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項から第１１項
   までのいずれか一項に記載の遠心分離機。