(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心機であって、前記遠心機を通過する液体から粒状物を分離するための、前記遠心機において、前記遠心機は、
ベースと、
前記ベースに組み付けられ、且つ、前記ベースとともに中空内部空間を画成する、遠心機シェルと、
前記ベース内に組み付けられて前記中空内部空間に延在し、中空部を備えたロータハブと、
前記中空内部空間内に位置決めされ、且つ、流出口の開口部の少なくとも一部を画成する、支持プレートと、
前記中空内部空間内に位置決めされて、前記ロータハブ上に嵌合し、且つ前記支持プレートで支持されるように構成され且つ配置された、分離翼モジュールであって、前記分離翼モジュールは、間隔が隔てられ、且つ、軸線方向に延在する、複数の分離翼を含む、一体成形部材である前記分離翼モジュールと、
を有するとともに、
隣接する前記分離翼の各対の間には隙間が形成され、この隙間は、前記各分離翼の軸方向の略全長にわたって途切れずに延びている、遠心機。
【請求項２】
前記分離翼モジュールは、液体を前記分離翼モジュールに流入させるために、複数の入口孔を画成する上プレートを有する、請求項１に記載の遠心機。
【請求項３】
前記複数の分離翼の各分離翼は湾曲形状を有する、請求項２に記載の遠心機。
【請求項４】
前記分離翼モジュールは、前記入口孔への液体の流入を容易にするために、半径方向に延在する分割シールドを有する、請求項３に記載の遠心機。
【請求項５】
前記複数の分離翼は、それぞれ、乱流シールドを有し、前記乱流シールドは、隣り合う分離翼の間から半径方向に向かって前記分離翼モジュールから出る液体の乱流を減少させるように構成された、請求項４に記載の遠心機。
【請求項６】
前記複数の分離翼は、それぞれ、前記複数の入口孔のうちの対応する一つの入口孔を部分的に取り囲むように形成された、湾曲部分を含む、請求項５に記載の遠心機。
【請求項７】
前記分離翼モジュールは、前記入口孔への液体の流入を容易にするために、半径方向に延在する分割シールドを有する、請求項２に記載の遠心機。
【請求項８】
前記複数の分離翼は、それぞれ、前記複数の入口孔のうちの対応する一つの入口孔を部分的に取り囲むように形成された、湾曲部分を含む、請求項２に記載の遠心機。
【請求項９】
前記複数の分離翼は、それぞれ、隣り合う分離翼の間から半径方向に向かって前記分離翼モジュールを出る液体の乱流を減少させるために、乱流シールドを有する、請求項１に記載の遠心機。
【請求項１０】
前記複数の分離翼は、それぞれ、実質的に平らな形状を有する、請求項１に記載の遠心機。
【請求項１１】
前記分離翼モジュールは、液体を前記分離翼モジュールに流入させるための複数の入口孔を画成する上プレートを含む、請求項１０に記載の遠心機。
【請求項１２】
回転軸線から半径方向に延在して分離翼と交差する線と、交差点の接線との成す角度が、３０°乃至６０°である、請求項１に記載の遠心機。
【請求項１３】
前記複数の分離翼は、それぞれ、ハイパー螺旋状形状を有する、請求項１に記載の遠心機。
【請求項１４】
前記流出口の開口部は、前記支持プレートと前記ロータハブの間に形成される、請求項１に記載の遠心機。
【請求項１５】
前記流出口の開口部は、全体が前記支持プレートに形成される、請求項１に記載の遠心機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、流れている液体から遠心力場を使用して粒状物を連続的に分離することに関する。更に詳細には、本発明は、螺旋状プレート又は翼を、螺旋状翼を自動駆動する上で適当な推進装置と協働して遠心機ボウル内で使用することに関する。
【０００２】
本発明の一実施例では、推進装置は、ジェットノズルを使用することを含む。本発明の別の実施例では、螺旋状翼の特定の形状及び種類を変更し、平らなプレートの実施例が含まれる。
【０００３】
本発明の好ましい実施例での螺旋状翼の使用は、流れている液体から粒状物を分離する上でのベースとして円錐状部材を積み重ねた組立体を使用する従来技術に対する設計変更である。この円錐状部材を積み重ねた組立体を使用する従来技術を再検討することは、本発明と従来技術との間の相違及び本発明が提供する利点を理解する上で助けになる。
【０００４】
【従来の技術】
１９９６年１１月１９日にハーマン等に賦与された米国特許第５，５７５，９１２号は、循環液から粒状物を分離するためのバイパス回路遠心機を開示する。この遠心機の構造は、中空で全体に円筒形の遠心機ボウルを含み、このボウルを基部プレートと組み合わせて液体流れチャンバを画成する。中空中央チューブが基部プレートを通って遠心機ボウルの中空内部内に軸線方向上方に延びている。バイパス回路遠心機は、カバーアッセンブリ内に組み立てられるように設計されており、基部プレートで向き合って配置された一対の接線方向流れノズルを使用して遠心機をカバー内で回転させ、粒子を液体から分離する。遠心機ボウルの内部には複数の截頭円錐状部材が設けられており、これらの円錐状部材は、積み重ねられた配列をなすように配置されており、分離効率を高めるようにぴったりと近付けて離間されている。截頭円錐状部材からなる積み重ねられた配列は、遠心機ボウルの上部分と隣接して位置決めされた上プレートと基部プレートに近付けて位置決めされた下プレートとの間に挟まれている。来入液体流は、一対のオイル入口を通って出、そこから上プレートを通って流れる。上プレートは、遠心機ボウルの内面に設けられたリブと関連してこの流れを加速し、截頭円錐状部材からなる積み重ねられた配列の上部分に差し向ける。隣接した円錐状部材間に形成されたチャンネルを通って流れが半径方向内方に通過するときに粒子の分離が行われる。円錐状部材の内径に到達したとき、液体は接線方向流れノズルに下方に流れ続ける。
【０００５】
１９９７年６月１０日にハーマン等に賦与された米国特許第５，６３７，２１７号は、米国特許第５，５７５，９１２号に基づいた一部継続出願である。米国特許第５，６３７，２１７号は、循環液から粒状物を分離するためのバイ
パス回路遠心機を開示する。この遠心機の構造には、全体に円筒形の中空遠心機ボウルが含まれ、このボウルを基部プレートと組み合わせて液体流れチャンバを画成する。中空中央チューブが基部プレートを通って遠心機ボウルの中空内部内に軸線方向上方に延びている。バイパス回路遠心機は、カバーアッセンブリ内に組み立てられるように設計されており、基部プレートで向き合って配置された一対の接線方向流れノズルを使用して遠心機をカバー内で回転させ、粒子を液体から分離する。遠心機ボウルの内部には複数の截頭円錐状部材が設けられており、これらの円錐状部材は、積み重ねられた配列をなすように配置されており、分離効率を高めるようにぴったりと近付けて離間されている。来入液体流は、一対のオイル入口を通って出、そこから構造の積み重ねられた配列に差し向けられる。一実施例では、上プレートは、遠心機ボウルの内面に設
けられたリブと関連してこの流れを加速し、積み重ねられた配列の上部分に差し向ける。別の実施例では、積み重ねられた配列は、使い捨てサブアッセンブリの部分として配置される。各実施例では、隣接した円錐状部材間に形成されたチャンネルを流れが通過するとき、粒子の分離が行われ、液体は接線方向流れノズルに下方に流れ続ける。
【０００６】
２０００年１月１５日にハーマンに賦与された米国特許第６，０１７，３００号は、循環液から粒状物を分離するための円錐状部材の組立体を用いた遠心機を開示する。この遠心機の構造は、中空ロータハブとともに形成された円錐状部材を積み重ねた組立体を含み、軸線を中心として回転するように形成されている。円錐状部材を積み重ねた組立体は、シャフト中央チューブに取り付けられており、このチューブは、ベース部分の中空ベースハブに取り付けられている。ベース部分は、液体入口、第１通路、及びこの第１通路に連結された第２通路を更に含む。液体入口は、第１通路によって中空ベースハブに連結されている。ベアリング装置は、円錐状部材を積み重ねた組立体の回転運動のため、ロータハブとシャフト中央チューブとの間に位置決めされる。インパルス−タービンホイールがロータハブに取り付けられており、流れジェットノズルはタービンホイールに差し向けられるように位置決めされる。円錐状部材を積み重ねた組立体に回転運動を与えるために液体の流れジェットをタービンホイールに差し向けるため、流れジェットノズルは第２通路に連結されている。流れジェットの用の液体は、液体入口を通って遠心機に進入する。更に、同じ液体入口が、円錐状部材を積み重ねた組立体を通って循環する液体を提供する。
【０００７】
２０００年２月１日にハーマンに賦与された米国特許第６，０１９，７１７号は、米国特許第６，０１７，３００号に基づいた一部継続出願である。米国特許第６，０１９，７１７号は、親特許の構造と同様の構造を開示するが、ハニカム状挿入体を追加することを含む。ハニカム状挿入体は、入口乱流を減少し、タービン効率を向上するため、流れジェットノズルに組み込まれる。
【０００８】
米国特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号の発明により提供された分離効率の上昇は、部分的には、円錐状部材間隙間に亘る沈降距離を減少する上で部分的に寄与する。本発明の概念に亘り、円錐状部材を積み重ねた組立体を、軸線方向断面形状が一定の半径方向に延びる一連の螺旋状翼又はプレートに変化させることによって等価の効果を得ることができると理論的に結論付けられる。本発明の螺旋状翼は、本明細書中に更に詳細に説明するように、中央ハブ及び上プレートに一体に接合されている。好ましい実施例は、構成部品のこの組み合わせを、単一の構成要素であるように一体の成形組み合わせとして説明する。上プレートは、遠心機の中央部分からの流出流を、入口孔が配置された上プレートの外周縁部まで導くように、シェルの内面に設けられた加速翼と関連して作用する。上プレートの外周と隣接して配置された分割シールドは、流れが入口孔を逸れ、即ち迂回した後、翼隙間間の外側周囲を通って螺旋状翼モジュールに進入することがないように機能する。流れがこのように移動することが許容された場合には、流れは乱流を生じ、粒子が或る程度再同伴されてしまう。これは、粒子がこのゾーンに放出されてしまうためである。各螺旋状翼の形体では、外周縁部には乱流シールドが形成されており、このシールドは、外静止スラッジ収集ゾーンと液体が流れ且つ粒子の分離が行われる隣接した翼間の隙間との間での流体相互作用を更に減少するための手段として、各螺旋状翼の軸線方向全長に亘って延びている。本発明の理論的概念に従って、実際の減少が起こった。本発明が提供する利点及び改善を確認するため、試験を行った。
【０００９】
米国特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号に開示された発明の商業的実施例は、２０枚乃至５０枚の個々の円錐状部材でできたスタックを含む円錐状部材を積み重ねた組立体を使用する。個々の円錐状部材は、別々に成形し、積み重ね、組み立て前にライナシェル及び基部プレートと整合し、又は使い捨てロータ設計の場合にはハブ又はスプール部分と整合しなければならない。この特定の形体は、大きな多キャビティ金型を必要とするために加工費用が高く、個々の円錐状部材の各々を別々に積み重ねて整合するのに必要な時間のために組み立て費用が高い。本発明の「一体成形螺旋状」の概念により、本発明は、従来技術の個々の円錐状部材の全てに代えて一つの成形部品を使用できる。一体のモジュールを構成する螺旋状翼は、モジュールのハブ部分及び基準上プレートと一緒に同時に射出成形できる。別の態様では、これらの個々の螺旋状翼をハブとともに押出した後、別に成形した上プレートに組み立てることができる。本発明の製造方法についてのこの別のアプローチでも、全部品数は、２０個乃至５０個の別々の部品から２個の部品に減少する。
【００１０】
本発明は、上述の円錐状部材を積み重ねた組立体を使用する従来技術に対する変形例の設計を提供する。米国特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号に開示された自己被動式の円錐状部材の組立体を用いた設計の設計上の新規性及び性能上の利点は、実際の使用により証明されてきた。これらの従来の発明の成功の「鍵」の幾つか、即ち自動駆動の概念及び円錐状部材間隙間に亘る沈降距離の減少は保持されるけれども、基本的な設計を変更した。個々に成形した円錐状部材でできた垂直スタックに代えて単一の螺旋状翼モジュールを使用することは、大幅な構造変更であり、当該技術における新規であり且つ自明でない進歩であると考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、分離翼モジュールを含む、改良された自己被動遠心機を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例として、遠心機を通って流れる液体から粒状物を分離するための遠心機は、ベースと、このベースに組み付けられて、ベースとともに中空内部空間を画成する遠心機シェルと、中央回転軸線を備え、且つ、ベースに組み付けられ、中空内部空間を通って延在する、中空ロータハブと、中空内部空間内に位置決めされ、且つ、中空ロータハブと協働して流出口の開口部を画成する、支持プレートと、中空内部空間内に位置決めされ、中空ロータハブの周囲に延在するように、そして、支持プレートによって支持されるように、形成され且つ構成された分離翼モジュールを有し、この分離翼モジュールは間隔が隔てられた軸線方向に延びる複数の分離翼を含む。
【００１３】
本発明の関連した目的及び利点は、以下の説明から明らかである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の原理の理解を促す目的で、添付図面に示す実施例を参照し、特別の用語を使用してこれを説明する。しかしながら、本発明の範囲をこれによって限定しようとするものではなく、例示の装置の変形及び変更、及び本発明の原理の本明細書中に例示した以外の用途は、本発明が属する分野の当業者によって通常に思い付くと考えられるということは理解されよう。
【００１５】
図１及び図２を参照すると、これらの図には、従来の設計の円錐状部材を積み重ねた組立体に代えて一体の螺旋状翼モジュール２１が設けられた自己被動式遠心機２０が示してある。前記従来の設計は、米国特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号に開示されている。１９９６年１１月１９日にハーマン等に賦与された米国特許第５，５７５，９１２号に触れたことにより、この特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする。１９９７年６月１０日にハーマン等に賦与された米国特許第５，６３７，２１７号に触れたことにより、この特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする。２０００年１月１５日にハーマンに賦与された米国特許第６，０１７，３００号に触れたことにより、この特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする。２０００年２月１日にハーマンに賦与された米国特許第６，０１９，７１７号に触れたことにより、この特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする。
【００１６】
遠心機２０の全体としてのパッケージング及び構造の大部分は、二つの上掲の米国特許に開示されているのと同じである。相違点は、従来技術の円錐状部材を積み重ねた組立体を本発明の螺旋状翼モジュール２１と交換したことである。部分的に側部と側部とを向き合わせた図６の比較に示すように、螺旋状翼モジュール２１に適合するためのこの他の些細な構造上の変更が含まれる。
【００１７】
遠心機２０は、液体、代表的には、オイルの流入流を対応する支持ベース（図示せず）に設けられた入口開口部を通して受け入れるという点で、米国特許第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，６３７，２１７号に記載された装置と同様に作動する。ベースに設けられた連結通路により、液体をロータハブの中空内部に流入させることができる。ロータハブは、ベアリングチューブ２２と記載される場合もある。液体は、次いで、上チューブ孔２３に至るまで上方に流れる。代表的には、チューブ２２の上周面に亘って等間隔に間隔が隔てられた四つの孔２３が設けられている。液体は、螺旋状翼モジュール２１の近くに進入するとき、これらの孔２３を通って半径方向外方に流出する。ライナ２４の上部分は、協働して流れチャンネル（一つのチャンネルは隣接した対をなした加速翼の各々の間に形成される）を形成する加速翼２５が一体成形されるように形成されている。代表的には４枚、６枚、又は８枚の等間隔に間隔が隔てられたこれらの加速翼は、半径方向外方へのオイル（又は他の液体）の流れを促し、螺旋状翼モジュール２１の上プレート２７に形成された入口孔２６の位置に液体流れを送出する。ライナ２４は、ベース２９に組み立てられたシェル２８によって取り囲まれている。液体は入口孔２６に進入し、螺旋状翼モジュール２１を通って流れ、最終的にはモジュール２１の下縁部３１で出る。この時点で、流れは、基部プレート３３とベアリングチューブ２２即ちロータハブの外面との間の環状隙間空間３２を通過する。流出流は、二つの流れジェットオリフィス３４に流れ続ける（断面図には一方だけが見える）。これらの二つの流れジェットオリフィスは、接線方向に差し向けられた二つのジェット流れノズル用の内部開口部を提供する。各ノズルオリフィスを出る高速ジェットは、反作用トルクを発生し、前記反作用トルクにより遠心機２０を３０００ｒｐｍ乃至６０００ｒｐｍの十分高い速度で駆動（回転）し、液体が螺旋状翼モジュール２１を通って流れると同時に螺旋状翼モジュール内で粒子の分離を行う。遠心機２０を通る、特定の流路を含む液体流れ、及び遠心機２０を自動駆動するための流出液体の使用は、基本的には、米国特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号に開示されているのと同じであるが、螺旋状翼モジュール２１内で起こることが異なり、モジュール２１の構造が異なっている。モジュール２１は、米国特許第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，６３７，２１７号に示された円錐状部材を積み重ねた組立体の構造とは著しく異なっている。
【００１８】
図１及び図２を参照し続けると、螺旋状翼モジュール２１は、ライナ２４内に、基本的には従来技術の円錐状部材を積み重ねた組立体が置かれていたのと同じ位置に位置決めされる。モジュール２１は、上プレート２７、及び一連の同じ形体の等間隔に間隔が隔てられた（隙間３７参照）螺旋状翼３８を含む。「等間隔に間隔が隔てられた」という概念は、螺旋状翼から螺旋状翼まで均等なパターンをなしているということだけに関し、隣接した翼が画成する空間又は隙間が半径方向外方に向かって大きくなることとは関わりがない。隣接した翼３８間の空間又は隙間３７は、内ハブ部分３９の位置から最外縁部４０まで半径方向外方にいくにつれて徐々に大きくなっている（即ち周方向に広幅になっている）。
【００１９】
螺旋状翼モジュール２１全体は、プラスチックから一体成形された単一の部品である。個々の翼３８は、それらの内縁部に沿って接合されて中央チューブ即ちハブ部分３９を形成する。このハブ部分は、ベアリングチューブ即ち遠心機ロータハブ２２と呼ばれることのある部品上で摺動するように設計されている。ハブ部分３９の内径の大きさをロータハブの外径に対して適切に定めることによって、許容差が厳密で同心な嵌着を形成できる。これは、遠心機の回転速度により望ましい全体としてのバランスに寄与する。
【００２０】
螺旋状翼モジュール２１は環状形態であり、個々の螺旋状翼３８（全部で３４枚）は、全体に円筒形の形態を形成するように配置されている。成形されたハブ部分３９もまた円筒形である。上プレート２７は全体に円錐形形態であるが、中空内部を取り囲む実質的に平らな環状リング部分２７ａを含む。この上プレート２７は、半球形の上面を持つ形状をなしていてもよい。モジュール２１の部品として分割シールド４４が更に含まれる。このシールドは、上プレート２７の外周縁部４３と隣接して配置されている。分割シールド４４もまた環状のリング形状を有し、半径方向外方に水平方向に延びている。上プレート２７に形成された複数の入口孔２６は、上プレートの外周縁部４３と隣接して配置されている。この外周縁部は、更に、シールド４４が開始する場所と隣接しており且つ近接している。図２の断面図では、入口孔２６及びシールド４４は破線で示してある。これは、これらが実際には切断平面２−２の上方にあるためである。これらの特徴が翼３８に対して配置された場所を概略に示すため、破線の形態を使用する。
【００２１】
チューブ孔２３を出てそこから入口孔２６の方向に導かれる液体の流れは、実際には、入口孔２６と対応する（半径方向）位置に設けられた加速翼２５によって「落とされる（ｄｒｏｐｐｅｄ ｏｆｆ）」。流れは、これらの入口孔によ
って上プレート２７を通過する。上プレートには、隣接した螺旋状翼３８からなる各対間の離間隙間３７と対応する一つの穴が設けられている。流れは、入口孔を通過して各隙間３７に入ると、隙間を半径方向内方に及び軸線方向下方に流れる。これは、流出口がロータハブの外面と基部プレートの内縁部との間に配置されているためである。流れの動力学は次の通りである。即ち、チューブ孔２３を出た流れは、上プレートの表面に亘って均等に分配され、及びかくして３４個の入口孔２６を通って等しく分配される傾向がある。上文中に説明したように、各隙間と対応する一つの入口孔及び各翼３８と対応する一つの隙間が設けられている。液体の流れが外側の広幅の箇所から各隙間３７を通ってロータハブと隣接した内側の狭幅の箇所まで移動するとき、遠心機の高速回転による遠心力が重い粒状物に作用し、これを半径方向外方に徐々に移動し、螺旋状翼の凹状の表面上に集め、外方に摺動させ続ける。粒状物は、ここで、最終的には、モジュールから出てモジュール２１の周囲とライナシェル２４の内面との間に配置されたスラッジ収集ゾーンに溜まる。粒子４５についての一つの可能な粒子経路を図５に概略に示す。分割シールド４４は、ほぼ入口孔２６の位置からライナ２４の内側面４８の近くであるがこれと接触しない位置まで半径方向外方に延びている。分割シールド４４は、流れが入口孔２６を迂回しないようにし、これによって、スラッジ（分離された粒状物及び幾分かのオイル）が集められる静止ゾーン５０が乱されないようにする。流れによって静止ゾーン５０が乱されないようにすることにより、本発明の設計は、流れている液体から既に分離された粒状物の再同伴を大幅になくす。再同伴の概念は、液体流れから既に分離された粒状物の幾分かを緩くするか或いは再度取り上げてこれを液体に戻し、これによって既に行われた作業を無駄にすることである。分割シールド４４とライナ２４の内側面４８との間の離間距離は、加速翼２５の領域で分離できる比較的大きな粒状物を静止ゾーン５０内に排出できるようにするのに十分大きいということにも着目されたい。
【００２２】
液体の流れは、入口孔２６を通過して分離隙間３７に進入するとき、隙間内で拡がり、半径方向内方及び軸線方向下方に下縁部３１に向かって前進する。流れは、下縁部のところで隙間空間３２を通って出る。基部プレート３３の円形の内縁部５１とベアリングチューブ即ちロータハブ２２の外面５２とによって画成された隙間空間３２（図１のＡ参照）が提供する流れ開口部以外の任意の他の出口経路を閉鎖する基部プレート３３を使用することによって、流れが所定の流通隙間３７を迂回しないようにする。
【００２３】
本発明の変形例（図１のＢ参照）では、基部プレート３３ａは、ベアリングチューブ２２と接触するまで延びており、隙間空間３２を閉鎖する。流路を提供するため、基部プレート３３ａには、隙間空間３２とほぼ同じ位置に複数の隙間穴３３ｂが形成されている。図面を簡略化する目的のため、図１のＡ及びＢの断面図から個々のベース３８は省略してある。円形の穴３３ｂの代わりに、半径方向スロット及び／又は周方向スロットを含む実際上どのような種類の開口部でも使用できる。
【００２４】
図３、図４、及び図５を参照すると、これらの図には螺旋状翼モジュール２１の構造上の詳細が示してある。図３及び図４は、モジュール２１の一体成形設計の斜視図である。図５は、一対の螺旋状翼３８及びこれらの翼間に位置決めされた隙間３７の概略平面図である。流路に関して部分的に説明したように、螺旋状翼モジュール２１は３４枚の螺旋状翼３８を含み、これらの翼の各々は、実際上同じ構造であり、一体の成形モジュールに一体に接合されている。これらの３４枚の螺旋状翼３８の各々は、一体構造の部品として、それらの上縁部に沿って上プレート２７の下面の下側に一体に接合されている。各螺旋状翼３８は、上プレートから軸線方向にその対応する下縁部３１に向かって遠ざかるように延びている。各翼の内縁部は、内ハブ部分３９に協働するように形成されている。各螺旋状翼３８は、凸状の外面５５及び凹状の内面５６を含む。これらの表面は、実質的に均等な約１．０ｍｍ（０．０４インチ）の厚さを持つ螺旋状翼を画成する。一つの翼の凸状の表面５５は隣接した翼の凹状の表面と協働し、これらの２枚の翼間に対応する隙間３７を画成する。翼間の隙間の幅、即ちその周方向厚さは、外側にいくにつれて大きくなる。
【００２５】
各螺旋状翼３８は、内ハブ部分３９から遠ざかるように半径方向外方に延びるにつれて、対応する入口孔２６を部分的に取り囲むように湾曲している（湾曲部分５７）。この部分５７が入口孔の位置から接線方向に遠ざかるように延び、乱流シールド５８を形成する。一つの螺旋状翼３８の乱流シールド５８は、平面図で、隣接した翼に向かって周方向に反時計廻り方向に延びている。一つの翼のシールド５８の自由端又は自由縁部と、隣接した螺旋状翼に設けられた湾曲部分５７との間には分離隙間５９が画成される。この分離隙間は、実際には、軸線方向スリット即ち全長スリットであり、周方向幅が約１．８ｍｍ（０．０７インチ）である。各乱流シールド５８の僅かな湾曲は、交互の分離隙間５９と協働し、上プレート２７の下に位置決めされる螺旋状翼モジュール２１の最外面を画成する全体に円筒形の形態を形成する。
【００２６】
各螺旋状翼の内縁部から湾曲した外部分までの湾曲は、独特の形状をなしている。遠心機の回転の軸線方向中心線６０ａから３４枚の螺旋状翼３８のうちの任意の一枚の翼上の交差点６１まで引いた線６０は、交差点のところでの螺旋状翼の湾曲に対する接線６２と、４５°の包含角度６０ｂをなす（図２参照）。この独特の形状は、各螺旋状翼の主本体の凸状部分及び凹状部分に適用され、湾曲部分５７又は乱流シールド５８のいずれも含まない。好ましい実施例で４５°の包含角度は、螺旋状翼モジュール及び対応する遠心機についての螺旋状翼角度と記載できる。包含角度についての好ましい範囲は、３０°乃至６０°であると考えられる。上掲の米国特許第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，６３７，２１７号では、代表的には４５°である円錐状部材の角度が、各円錐状部材の円錐形の壁の傾斜に基づいて定義されているが、本発明では、螺旋状翼の角度を定義する。
【００２７】
隙間３７を通過する流れのプロセスでは、分離されるべき粒状物は、隣接した翼３８間の隙間を通る全体に半径方向の経路で、半径方向遠心力成分により隙間を横切って外方にドリフトする。この粒状物は、実際には、上掲の米国特許第５，５７５，９１２号及び米国特許第５，６３７，２１７号の円錐状部材を積み重ねた組立体で起こるのと同様の方法で、流れ方向に対して上流にドリフトする。液体流れから分離されるべき粒状物を含む粒子が、対応する翼の凹状の内方に螺旋状の表面に到達すると（図５参照）、これらの粒子は、流体境界層により流れ速度が失われるため、半径方向外方に移動する。この半径方向外方への経路は、スラッジ収集部即ち静止ゾーン５０の方向にある。粒子は、次いで、螺旋状翼モジュールから、連続した軸線方向スリットを通って「落下」する。これらの軸線方向スリットは、対応する螺旋状翼の周方向で不連続の乱流シールド間に配置される（即ち分離隙間５９）。上文中に説明したように、乱流シールドの機能は、隙間３７内で生じる流れとスラッジ収集ゾーン（静止ゾーン５０）との間の流体相互作用を減少することである。このスラッジ収集ゾーンを「静止ゾーン」と呼ぶけれども、用語の選択は、好ましい又は所望の状態を表す。理想的には、このスラッジ収集ゾーン５０は、乱流が実際上なく且つ粒状物が液体流れに再同伴される危険が全くないように、完全に静止している。乱流シールド５８は、本発明では、平面図で見て円形の輪郭を形成する即ち画成するように配置されている。しかしながら、各乱流シールドの内面に収集された粒状物を収集ゾーン内に「滑り出す」こともできるようにするため、これらの乱流シールド５８を外方に僅かに傾けることができるということは本発明の範疇に含まれるものと考えられる。各螺旋状翼の湾曲部分の位置に隅部が効果的に形成されるため、粒状物の幾分かがその隅部に溜まる傾向がある。乱流シールド部分を傾斜させることにより、この隅部を開放し、その結果、捕捉された粒状物をスラッジ収集ゾーン（静止ゾーン５０）に滑り込ませることができる傾向が大きくなる。乱流シールド部分についての好ましい変形例の形状を図５に破線で示す。
【００２８】
流れは、隣接した螺旋状翼間の隙間から離れた後、ロータハブと隣接した隙間空間を出て、ジェットノズルに通過し、これらのノズルのところで高速で排出され、ロータハブを反作用力により高速で回転させる。この形体に対する変形例として、特定のロータをロータ取り付け型インパルスタービンによって駆動できる。更に、螺旋状成形翼モジュールは、米国特許第５，６３７，２１７号に開示されているのと同様のスラッジ包含ライナシェル／基部プレートアッセンブリの内側に「封入」できる。この特定の形体により、遠心機ロータを迅速に且つ容易に作動できる。これは、スラッジ全体が内カプセル内に包含され、掻取りやクリーニングが不要であるためである。別の態様では、本発明の螺旋状翼モジュールに代えて、完全に使い捨ての遠心機ロータ設計の部分として含まれる円錐状部材を積み重ねた組立体を使用できる。
【００２９】
図６を参照すると、この図には、側部と側部とを向き合わせた概略図が示してある。この図は、代表的な従来技術の円錐状部材を積み重ねた組立体６４の半分が遠心機６３の左側に示してあり、本発明による螺旋状翼モジュール２１の半分が右側に示してある。図６は、以上の説明を補足しようとするものであり、本発明の螺旋状翼モジュール２１に代えて、米国特許第５，５７５，９１２号、米国特許第５，６３７，２１７号、米国特許第６，０１７，３００号、及び米国特許第６，０１９，７１７号に記載されているような従来技術の円錐状部材を積み重ねた組立体を使用する、又は使用できるということを示す。二つの種類の間では、対応する基部プレート６５及び３３の設計が僅かに異なるけれども、遠心機の構造のバランスは各種類について実際上同じである。
【００３０】
図７のＡ、Ｂ、及びＣを参照すると、これらの図には、螺旋状翼モジュールの部分として使用される螺旋状翼の種類についての三つの変形例の設計が示してある。本発明の理論及び機能に含まれ、従来技術の円錐状部材を積み重ねた組立体に代えて螺旋状翼モジュールを使用するという概念を保持するけれども、これらの変形例の設計のいずれも使用できる。
【００３１】
図７のＡでは、モジュール２１の湾曲した螺旋状翼３８に代えて実質的に平らな平面を持つ翼６８を使用する。これらの翼６８は、外方に延びるようにずらされているが、純粋に半径方向に延びているのではない。図７のＡの平面図は、全部で２４枚の翼即ちライナプレート６８を示すが、実際の数は、遠心機の全体としての大きさ、液体の粘度、及び分離されるべき粒径についての所望の効率等の変数に応じて増減できる。各プレートのピッチ角（α）即ち傾斜は別の変数である。各プレート６８が同じ半径方向角度（α）に設定されている場合、選択された角度を変化させることができる。角度についての選択は、部分的には、遠心機の回転速度に応じてなされる。
【００３２】
図７のＢでは、個々の翼６９は、翼３８の種類と同様に湾曲しているが、湾曲の程度が大きくなっている。即ち更に大きく凹状をなしている。更に、個々の翼６９の各々は、ベアリングチューブ２２から離れるにつれて湾曲が徐々に大きくなっている。この翼形状は、「ハイパー螺旋状」と記載され、以下のように幾何学的に定義される。第１に、モジュール２１の軸線方向中心線でもあるベアリングチューブ２２の軸線方向中心線から引いた半径方向線７２を使用し、この線を一つの翼の凸状の表面上の箇所７３と交差させる。この交差点７３で接線７４を引き、半径方向線と接線との間に包含角度７５を画成する。この包含角度７５の大きさは、交差点７３がベアリングチューブ２２から離れるにつれて大きくなる。この変形例の螺旋状翼の理論は、回転軸線からの距離に比例してｇ−力が増大するため、一定の粒子スリップ速度があるように各翼を形成することである。図７のＢに概略に示す螺旋状翼モジュールは、各翼６９についての湾曲形状以外は、螺旋状翼モジュール２１と同じである。
【００３３】
図７のＣでは、対応するモジュールについての螺旋状翼設計は、部分的スプリッター翼７０を追加した図７のＢの設計の翼６９に基づいている。対をなしたフル翼６９の各々の間に一枚のスプリッター翼７０が設けられており、各スプリッター翼の大きさ、形状、及び位置は、モジュール全体に亘って同じである。スプリッター翼７０は、翼の数に関わらず翼の総表面積を増大するため、ターボチャージャーのコンプレッサーで使用されている翼と同様である。翼間隔は、ハブの内径のところでの密な間隔によって制限される。
【００３４】
本発明の他の設計上の変化及び配慮には、製造技術及び成形技術の変更が含まれる。例えば、成形翼（又はプレート）の全体に円筒形の形態を連続部材として伸長した後、所望の軸線方向長さ又は高さのところで切離し、代表的には型成形により別に製造した上プレートに組み立てることができる。上プレートには所望の入口孔及び分割シールドが、上文中に説明したように、モジュール２１の部品として形成されている。
【００３５】
本発明について考えている設計上の別の変更は、螺旋状翼モジュールを上半部及びこれと協働する下半部の二つの部品に分割することである。この製造技術は、翼間間隔が小さいということにより生じる成形上の困難をなくすために使用される。二つの半部の製造後、これらの半部を互いに接合して一体のモジュールにする。この方法では、上プレートを翼サブアッセンブリの上半部と一体に成形すること、及び基部プレートを翼サブアッセンブリの下半部と一体に成形することが考えられている。
【００３６】
螺旋状翼モジュール２１及び／又は図７のＡ、Ｂ、及びＣの三つの変形例の（螺旋状）翼の種類のうちの任意の種類を、図８及び図８のＡに示すように、インパルス−タービン駆動式の遠心機８０と組み合わせて使用できる。この図について、螺旋状翼モジュール２１を使用した。インパルス−タービン装置８１は、図８のＡに概略に示してある。
【００３７】
螺旋状翼モジュール２１及び／又は図７のＡ、Ｂ、及びＣの三つの変形例の（螺旋状）翼の種類のうちの任意の種類を、協働する遠心機（図示せず）で使用するのに適した使い捨てロータ８２の部品として使用できる。螺旋状翼モジュール２１は、図９に含まれている。更に、図９の使い捨てロータ８２は、遠心機８０等のインパルス−タービン駆動式の遠心機と組み合わせて使用できるということもまた考えられる。
【００３８】
本発明を添付図面及び以上の説明で詳細に例示し且つ説明したが、これは例示であって、特徴を限定するものではないと考えられるべきであり、好ましい実施例を示し且つ説明したに過ぎないと理解されるべきであり、本発明の精神に含まれる全ての変形及び変更を保護しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の代表的実施例による自己被動式遠心機の縦断面図であり、図１Ａは、図１の遠心機の１Ａ−１Ａ線に沿った部分横断面図であり、図１Ｂは、図１の１Ａ−１Ａ線と同様の方向から見た本発明の変形例の部分平断面図である。
【図２】 図１の遠心機の図１の２−２線に沿った横断面図である。
【図３】 本発明による図１の遠心機の一つの部分を構成する成形螺旋状翼モジュールの斜視図である。
【図４】 図３の螺旋状翼モジュールを下から見た斜視図である。
【図５】 図３の螺旋状翼モジュールの二つの螺旋状翼及び対応する粒子経路の概略部分平面図である。
【図６】 従来技術の円錐状部材を積み重ねた組立体と本発明による図３の螺旋状翼モジュールとを側方に並べて比較するための概略縦断面図である。
【図７】 Ａは、本発明による変形例の翼の概略平面図であり、Ｂは、本発明による別の変形例の翼の概略平面図であり、Ｃは、本発明による更に別の変形例の翼の概略平面図である。
【図８】 図８は、本発明の別の実施例による衝動タービン駆動式遠心機の縦断面図であり、図８Ａは、図８の遠心機と関連した衝動タービン式の装置の概略平面図である。
【図９】 本発明の別の実施例による使い捨てロータの縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 遠心機 ２１ 螺旋状翼モジュール
２２ ベアリングチューブ ２３ 上チューブ孔
２４ ライナ ２５ 加速翼
２６ 入口孔 ２７ 上プレート
２８ シェル ２９ ベース
３１ 下縁部 ３２ 環状隙間空間
３３ 支持プレート ３４ 流れジェットオリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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