【誤訳訂正書】
【提出日】平成28年11月8日(2016.11.8)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】入口流れシールドを備えたハイドロクロン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ハイドロクロンおよび流体のサイクロン分離に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロクロンは、液体から懸濁粒子を分離するために、一般に使用されている。一般的な実施形態においては、加圧された供給液（例えば廃水）を、チャンバー内に渦を生成する条件下で、円錐形状のチャンバーに導入する。供給液は、円錐状チャンバーの頂点近くから導入され、流出液の流れは底部近くから排出される。渦に伴う遠心力は、より高密度の粒子をチャンバーの周辺部へと移動させる。その結果、渦の中心近辺に位置する液体は、周辺部よりも、より低濃度の粒子を有する。次いで、この「より清浄な」液体を、ハイドロクロンの中央領域から取り出すことができる。ハイドロクロンの例は、米国特許第３０６１０９８号、同第３５２９５４４号、同第５１０４５２０号、同第５４０７５８４号、同第５４７８４８４号、および同第７９９８２５１号に記載されている。チャンバーの中心部に移動する液体の一部がフィルタを通過するように、チャンバー内にフィルタを含むことにより、分離効率を改善することができる。このような実施形態においては、サイクロン分離を十字流濾過と組み合わせる。このような実施形態の例は、米国特許第７６３２４１６号、同第７８９６１６９号、同第８２０１６９７号、米国特許出願公開第２０１１／１６００８７号、同第２０１３／０１２６４２１号、および同第２０１２／００１００６３号に記載されている。サイクロン分離の態様は、十字流濾過において、種々の問題を呈する。例えば、サイクロン分離において渦を生成するために使用される供給流速は、十字流濾過で用いられる膜の摩耗または汚損を加速させ得る。高固形分濃度を有する供給液を使用すると、この状態は悪化する。他の種類のフィルタは米国特許第６５１１５５９号に記載されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、複数のハイドロクロンの実施形態およびこれを使用するサイクロン分離の実施方法を含む。一実施形態において、本発明は、流体入口（１４）、濾過済み流体出口（１６）、流出液出口（１８）、プロセス流体出口（２０）、および中心軸（Ｘ）を中心とする内周壁（２２）を含むチャンバー（２４）、を含むタンク（１２）を含む、ハイドロクロン（１０）を含む。ハイドロクロンは：ｉ）チャンバー（２４）内に位置し、中心軸（Ｘ）の周囲に対称的に位置する円柱状の外膜表面（４４）を有し、かつ濾過済み流体出口（１６）と流体連通する濾液チャンバー（４６）を取り囲む、フィルタアセンブリ（２６）；ならびにｉｉ）膜表面（４４）と同心円状に位置し、かつ膜表面（４４）と回転可能に係合するクリーニングアセンブリ（５０）；をさらに含む。流体通路（２８）は、流体入口（１４）から延び、チャンバー（２４）の内周壁（２２）と膜表面（４４）との間の渦領域（２５）を画定し、かつ流入液を受容するよう適合されている。入口流れシールド（５８）は、フィルタアセンブリ（２６）の周りに同心円状に位置し、流体入口（１４）からチャンバー（２４）内へ流入する流体の少なくとも一部を、膜表面（４４）に衝撃を与えることから阻止するよう適合されている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の種々の態様は、添付される図面とともに、以下の記載を参照することにより、よりよく理解され得る。図中、種々の図に渡って、同様の数字が、同様の部分を示すために使用されている。描画は例示的なものであり、本発明の縮尺を規定するかまたは、本発明を他の方法により限定することを意図してはいない。
【０００５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態を示す、立面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線１Ｂ−１Ｂにおける横断面図である。
【図２Ａ】フィルタアセンブリの、部分切除斜視図である。
【図２Ｂ】クリーニングアセンブリを含む、図２Ａのフィルタの斜視図である。
【図２Ｃ】入口流れシールドを含む、図２Ｂのアセンブリの斜視図である。
【図３】図２Ｃのアセンブリの代替的実施形態の斜視図である。
【図４】本発明の代替的実施形態を示す横断面図である。
【図５】図４の実施形態の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、一般に、ハイドロクロン濾過装置、およびサイクロン分離を実施するための関連する方法に関する。本明細書の目的のために、「ハイドロクロン」という用語は、液体混合物から構成要素を分離するために、少なくとも部分的に、渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）により生じる遠心力に依存する、濾過装置を指す。例としては、液体混合物（例えば水性の混合物）からの固体粒子の分離、および異なる密度の液体を含む混合物（例えば油と水）の分離が挙げられる。具体的な用途としては、製紙工場で生成されるパルプ排液、油およびガス回収により生成される工程用水、ビルジ水ならびに都市および産業廃水が挙げられる。
【０００７】
本発明の一実施形態を、図１Ａ〜Ｂに例示する。該図には、着脱可能な蓋（１３）、流体入口（１４）、濾過済み流体出口（１６）、流出液出口（１８）、プロセス流体出口（２０）、およびチャンバー（２４）を取り囲み、かつ中心軸（Ｘ）を中心とする内周壁（２２）、を有するタンク（１２）を含む、１０に一般的に示されるハイドロクロンが含まれる。単一のチャンバーを含むように示されているが、図４〜５との関連において示すように、付加的なチャンバーも含まれ得る。同様に、付加的な流体入口および出口もまた、含まれ得る。円柱状の上部および円錐台状の基部を有するように示されるが、タンク（１２）は、図４〜５との関連において示されるように、より円柱状の形状を含む、他の構成を有し得る。
【０００８】
フィルタアセンブリ（２６）は、好ましくはチャンバー（２４）内の中心に位置し、タンク（１２）の内周壁（２２）から均等の距離を有する。図２Ａにおいて最もよく示されるように、アセンブリ（２６）は、中心軸（Ｘ）の周囲に対称的に位置する円柱状の外膜表面（４４）を含み、かつ濾過済み流体出口（１６）と流体連通する濾液チャンバー（４６）を取り囲む。単純な円柱の形状であるように示されているが、階段状および円錐形状のフィルタを含む、他の構成も使用し得る。図２Ａにおいて最もよく示されるように、フィルタアセンブリ（２６）は、多孔性ポリマー、セラミックスおよび金属を含む広範な材料から作成し得る、外膜表面（４４）を含む。一実施形態において、膜は、例えば０．２〜０．４ｍｍなど、比較的薄く、下にある堅固な骨組みまたは多孔性の支持体（非表示）により支持されている。代表的な例は、米国特許出願公開第２０１２／００１００６３号に記載されている。孔径（例えば１〜５００ミクロン）、形状（例えばＶ型、円柱状、スロット型）および膜（４４）の均一性は、用途に応じて多様であり得る。多くの好ましい実施形態において、膜（４４）は、１０〜１００ミクロンの大きさの均一なサイズの孔を含む、耐食性金属（例えば、電鋳ニッケルスクリーン）を含む。このような金属の代表的な例は、その主題の全体が参照により本明細書に組み込まれる：米国特許第７６３２４１６号、同第７８９６１６９号、米国特許出願公開第２０１１／０１２０９５９、同第２０１１／０２２０５８６号、および同第２０１２／００１００６３号に記載されている。
【０００９】
図１Ｂにおいて最もよく示されるように、流体通路（２８）は流体入口（１４）から延び、チャンバー（２４）の内周壁（２２）と膜表面（４４）との間の渦領域（２５）を画定する。作動中、加圧された供給液（例えば好ましくは４〜１２０ｐｓｉ）は、流体入口（１４）を介してタンク（１２）に入り、流体通路（２８）を通って、フィルタアセンブリ（２６）の周りに渦を形成する。遠心力は、より高密度の物質を、タンク（１２）の内周壁（２２）へ向かって移動させ、一方、より低密度の液体は、フィルタアセンブリ（２６）に向かって放射状に内側へ流れる。この液体の一部は、膜表面（４４）を通って濾液チャンバー（４６）に流れ込み、その後「濾液」として、濾過済み流体出口（１６）を通って、タンク（１２）から流出し得る。残りの「非濾液」は、チャンバー（２４）から、下向きに流れる。流体の流れは遅くなり、より高密度の物質（例えば粒子）が優先的にタンクの下部中心に向かって沈降し、次いで流出液出口（１８）を通ってタンクから流出し得る。流出液出口（１８）は、所望により、タンク（１２）からの流出液の除去を選択的に制御するための、バルブ（例えば一方向逆止弁）を含み得る。残りの液体（以下、「プロセス流体」と呼ぶ）は下向きに流れ、プロセス流体出口（２０）を介して、タンクから流出し得る。ほとんどの用途において、プロセス流体は、さらなる処理のために再利用、廃棄されるかまたは流体入口（１４）に再循環される、中程度の品質の生成物を表す。「濾液」は一般的に、再利用または廃棄され得る、高品質の生成物を表す。「流出液」は、さらに処理されるかまたは廃棄される、低品質の生成物を表す。しかしながら、いくつかの用途においては、流出液が、価値のある生成物を表し得るということが、理解されるべきである。
【００１０】
本発明のハイドロクロン（１０）は、フィルタアセンブリ（２６）の膜表面（４４）からデブリを除去するためのクリーニングアセンブリ（５０）を、さらに含み得る。代表的な実施形態を図２Ｂに示す。図中、アセンブリ（５０）は、膜表面（４４）と同心円状に位置しかつ膜表面（４４）と回転可能に係合し、および外側に向かって放射状に延びる、１つまたは複数のスポーク（５２）を含む。ブラシ（５４）は、スポーク（５２）の端から下向きに延び、膜基質の表面（４４）と係合する（例えば、接触するかまたは非常に接近する）。ブラシ（５４）として示されるが、ワイパー、スキージーまたはスクレイパーを含む、代替的なクリーニング手段が含まれ得る。ほとんどの実施形態において、２〜５０個のブラシ、好ましくは１８〜２４個のブラシが使用される。曲線の矢印によって表される通り、クリーニングアセンブリ（５０）は、例えば、表面近くで乱流を起こすことによるかまたは直接的に表面に接触することにより、ブラシ（５４）が膜基質の表面（４４）を掃引しデブリを除去するように、フィルタアセンブリ（２６）の周りを回転する。渦チャンバー（２４）に流れ込む流体によって、クリーニングアセンブリ（５０）がフィルタアセンブリ（２６）の周りを回転するように、１つまたは複数のパドル（５６）が、少なくとも１つのスポーク（５２）の端に設置され得る。フィルタアセンブリ周囲に均一に位置する間隔確保パドル（５６）は、クリーニングアセンブリ（５０）の回転動作に安定性を与え、渦チャンバー（２４）中の渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）の保持を補助し得る。膜基質の表面（４４）から外向きに放射状に延びるように示されているが、パドルは、回転速度を増加させるために、傾いていてもよい（例えば、放射軸から−５°〜−３０°または５°〜３０°）。フィルタアセンブリとクリーニングアセンブリ（２６、５０）との間にベアリングを使用して、渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）を妨げることなく、さらに回転を促進することもできる。示されていない代替的な実施形態において、クリーニングアセンブリ（５０）は、例えば電気モーター、磁力などの代替的な手段によって駆動され得る。さらに別の実施形態において、フィルタアセンブリは、固定されたクリーニングアセンブリに対して、相対的に移動し得る。
【００１１】
供給液の流入圧力、およびフィルタアセンブリ（２６）の外周とタンク（１２）の内周壁（２２）間の間隔を最適化して、チャンバー（２４）内に渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）を生成し、維持することができる。渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）の生成および維持をさらに促進するために、流体入口（１４）は、図１Ａに示す通り、流入する供給液を渦チャンバーの周囲の接線経路に誘導することが好ましい。このような接線経路を通ったとしても、加圧された供給液はフィルタアセンブリ（２６）の膜表面（４４）に直接衝突し、特に高固形分濃度を有する供給液に関して、早期の摩耗または汚損をもたらし得る。膜表面（４４）を保護するため、入口流れシールド（５８）は、流体入口（１４）と膜表面（４４）との間、例えばフィルタアセンブリ（２６）の周囲に、同心円状に位置していてもよい。非限定的な実施形態を、図２Ｃおよび３に例示する。図３に最もよく示される通り、シールド（５８）は、流体入口（１４）からチャンバー（２４）内に流入する流体の少なくとも一部を、膜表面（４４）に直接衝突する（衝撃を与える）ことから阻止する、プラスチックなどの、非孔質材料の円柱状の帯を含むことが好ましい。帯は、連続したループ状材料から形成してもよく、または独立した複数の円弧として形成されてもよい。好ましい実施形態において、シールド（５８）および膜表面（４４）が同軸の円柱を形成するように、シールド（５８）は、膜表面（４４）の高さとほぼ同じ高さを有する。好ましい実施形態において、シールドは、クリーニングアセンブリ（５０）に、回転可能に設置され得る。非限定的な例として、クリーニングアセンブリ（５０）のパドル（５６）は、図２Ｂ〜Ｃおよび３に示す通り、シールド（５８）を受容するための垂直スロット（６０）を含み得る。
【００１２】
本発明の代替的な実施形態を図４〜５に例示する。図中、タンク（１２）は、実質的に円柱状であり、渦チャンバー（２４）、流出液分離チャンバー（３０）およびプロセス流体チャンバー（３２）を含む、少なくとも２つ、好ましくは３つの垂直に並んだチャンバーを含む。渦チャンバー（２４）は、流体入口（１４）と流体連通する。フィルタアセンブリ（２６）は、渦チャンバー（２４）内の中心に位置し、濾液チャンバー（４６）を取り囲む。濾液チャンバー（４６）は、濾過済み流体出口（１６）と流体連通する。流出液分離チャンバー（３０）はその下に位置し、渦チャンバー（２４）と流体連通する。流出液分離チャンバー（３０）は、渦チャンバー（２４）からの濾過されていない流体を受容するよう適合されている。プロセス流体チャンバー（３２）は、その下に順に位置し、流出液分離チャンバー（３０）と流体連通する。プロセス流体チャンバー（３２）は、流出液分離チャンバー（３０）からのプロセス流体を受容するように適合され、プロセス流体出口（２０）と流体連通し、プロセス流体は該プロセス流体出口を通って、タンク（１２）から流出し得る。
【００１３】
渦流れバリア（３４）は、渦チャンバーと流出液分離チャンバー（２４、３０）との間に位置し、渦チャンバーと流出液分離チャンバー（２４、３０）との間の流体流れを、タンク（１２）の内周壁（２２）に隣接する位置に誘導する。渦流れバリア（３４）は、流出液分離チャンバー（３０）において渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）を維持し、流体の渦チャンバー（２４）から流出液分離チャンバー（３０）への流入に伴い、渦流体の流れ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）を乱すように設計されていてもよい。より具体的には、渦流れバリア（３４）は、タンク（１２）の内周壁（２２）と隣接するかまたは接触する位置に延在する外周（４０）を含み、かつ外周（４０）の近くに位置し、そこを通って延在する複数の開口部（４２）をさらに含み得る。例示された実施形態において、開口部（４２）は、ホタテガイの形状であるが、代替的な形状も使用し得る。
【００１４】
任意の流出液バリア（３６）は、流出液分離チャンバー（３０）の下に位置し、流出液分離チャンバー（３０）からプロセス流体出口（２０）への流体流れを誘導するように適合されている。流出液バリア（３６）は、タンク（１２）の内周壁（２２）と隣接するかまたは接触する位置に延在する外周（４０’）を含み、および外周（４０’）の近くに位置し、そこを通って延在する複数の開口部（４２’）をさらに含み得る。例示された実施形態において、開口部（４２’）はホタテガイの形状であるが、代替的な形状も使用し得る。好ましい実施形態において、渦流れバリア（３４）の開口部（４２）は、図２の点線の矢印により示される通り、流出液バリア（３６）の開口部（４２’）から、垂直方向にずれている。流出液バリア（３６）はまた、流出液出口（１８）と流体連通する、中心に位置する流出液開口部（３８）も含み、流出液は、そこを通ってタンク（１２）を流出し得る。
【００１５】
作動中、加圧された供給液（例えば好ましくは４〜１２０ｐｓｉ）は、流体入口（１４）を介してタンク（１２）に入り、流体通路（２８）を通って、フィルタアセンブリ（２６）の周りに渦を形成する。遠心力は、より高密度の物質を、タンク（１２）の内周壁（２２）へと移動させ、より低密度の液体は、フィルタアセンブリ（２６）に向かって放射状に内側へ流れる。この液体の一部は、フィルタアセンブリ（２６）を通って、濾液チャンバー（４６）中に流れ、その後「濾液」として、濾過済み流体出口（１６）を通って、タンク（１２）から流出し得る。残りの「非濾液」は、渦チャンバー（２４）から下に向かって、流出液分離チャンバー（３０）へと流れる。渦流れバリア（３４）は、ほとんど（例えば好ましくは少なくとも７５％、およびいくつかの実施形態においては、少なくとも９０％）のそのような下向きの流れを、タンク（１２）の内周壁（２２）に沿うかまたは隣接した位置に誘導する。この配置は、渦チャンバー（２４）内の渦流れを維持すると同時に、渦流れが流出液分離チャンバー（３０）に流入する際に、渦流れを乱すことを補助すると考えられる。流体流れは、流出液分離チャンバー（３０）中で減速し、高密度の物質（例えば粒子）は、流出液バリア（３４）の中心に向かって優先的に沈降して、流出液開口部（３８）に流入し、次いで流出液出口（１８）を通ってタンクから流出し得る。流出液出口（１８）は、所望により、タンク（１２）からの流出液の除去を選択的に制御するための、バルブ（４８）（例えば一方向逆止弁）を含み得る。流出液分離チャンバー（３０）中の残りの液体（以下、「プロセス流体」と呼ぶ）は、下に向かって、プロセス流体チャンバー（３２）に流入する。流出液バリア（３６）は、流出液分離渦チャンバーとプロセス流体チャンバー（３０、３２）間の流体流れのほとんど（例えば好ましくは少なくとも７５％、およびいくつかの実施形態においては、少なくとも９０％）を、タンク（１２）の内周壁（２２）に沿うかまたは隣接した位置、すなわち開口部（４２’）に、誘導する。
【００１６】
一実施形態において、流出液バリア（３６）は、ホタテガイの形状の開口部（４２’）を含むが、外周（４０’）の周囲に位置する、放射状スロット、角度の付いたスロットおよび三角形の開口部を含む、代替的な形状の開口部もまた使用し得る。同様に、渦流れバリア（３４）に関しても、代替的な形状の開口部（４２）を使用し得る。開口部（４２、４２’）の形状およびサイズを、タンク（１２）のチャンバー（２４、３０、３２）を通る下向きの流体の流れを制御するように設計して、流れがタンク（１２）の内周壁（２２）に優先的に誘導されるようにしてもよい。とはいえ、下向きの流れのうちの少量（例えば５０％未満、より好ましくは７５％未満、さらにより好ましくは９０％未満）（すなわち、流出液バリア（３６）に対する非流出液）が、１つまたは両方のバリア（３４、３６）の中心部を含む、代替的な位置に生じ得る。さらに他の例示されていない実施形態において、１つまたは両方の渦流れバリア（３４）および流出液バリア（３６）は、タンク（１２）の内周壁（２２）と接触せず、開口部を含まない外周を含み得る。
【００１７】
本発明のハイドロクロンは、以前の設計と比較して、より優れた分離効率を提供する。これらの効率は、特に、プロセス流体が再循環され、所望により補給供給液（ｍａｋｅ−ｕｐ  ｆｅｅｄ  ｆｌｕｉｄ）と混合される実施形態において、より広範な用途におけるハイドロクロンの使用を可能にする。概していえば、単一のデバイス内での複数の分離プロセスの相乗的な組み合わせに、供給液を付す。具体的には、より高密度の物質（例えば粒子、液体）がタンクの内周に向かって押しやられる、少なくとも部分的に密度に基づくサイクロン分離に、供給液を付す。フィルタアセンブリを通過する流体を、さらに十字流濾過に付す。本発明の入口流れシールドは、サイクロン分離に付随する供給圧力および供給内容物によって、十字流濾過に使用される膜に、過度の摩耗または汚損が生じることを防止する。本明細書に記載される米国特許のそれぞれのすべての主題は、参照により完全に組み込まれる。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸（Ｘ）を中心とする内周壁（２２）、流体入口（１４）、濾過済み流体出口（１６）、流出液出口（１８）、プロセス流体出口（２０）、渦流れバリア（３４）により分離された渦チャンバー（２４）および流出液分離チャンバー（３０）を含むタンク（１２）であって、前記流出液出口（１８）およびプロセス流体出口（２０）が、前記流出液分離チャンバー（３０）内に位置する、タンク（１２）；
前記渦チャンバー（２４）内に位置し、中心軸（Ｘ）に関して対称に位置する外膜表面（４４）を含み、かつ前記濾過済み流体出口（１６）と流体連通する濾液チャンバー（４６）を取り囲む、フィルタアセンブリ（２６）；
前記外膜表面（４４）の周囲に同心円状に位置し、かつ前記外膜表面（４４）と回転可能に係合する、クリーニングアセンブリ（５０）；
前記流体入口（１４）から延び、前記渦チャンバー（２４）の内周壁（２２）と前記外膜表面（４４）との間の渦領域（２５）を画定し、流入液を受容するよう適合された、流体通路（２８）；
前記フィルタアセンブリ（２６）の周囲に同心円状に位置するクリーニングアセンブリ（５０）上に設置され、前記流体入口（１４）から前記渦チャンバー（２４）に流入する流体の少なくとも一部が前記外膜表面（４４）に衝撃を与えることを妨げるように適合された、入口流れシールド（５８）；を含み、
前記渦流れバリア（３４）が、前記渦領域（２５）から前記流出液分離チャンバー（３０）への流体流れを乱す、
ハイドロクロン（１０）。
【請求項２】
前記入口流れシールド（５８）が、非孔質の円筒状の帯を含む、請求項１に記載のハイドロクロン（１０）。
【請求項３】
前記渦流れバリア（３４）が、前記渦チャンバーおよび前記流出液分離チャンバー（２４、３０）間の流体流れの大部分を、前記タンク（１２）の前記内周壁（２２）と隣接する位置に誘導する、請求項１に記載のハイドロクロン（１０）。