(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体／固体混合物中の液体から固体を分離するための分離装置であって、前記分離装置は、
固体を含有する液体が導入される入口を有する上部入口チャンバであって、前記上部入口チャンバは内径を画定する内壁を有する、上部入口チャンバと、
前記上部入口チャンバに取り付けられた分離バレルであって、前記分離バレルは、外径を画定する外壁、中心軸、上端、下端、基部、回転の軸方向に延びる円筒面である内壁を有し、前記上端の一部は、前記上部入口チャンバに延び、前記一部は、遠心力により前記液体から固体を分離するために高速回転動作中の混合物を前記分離バレルの上端の中へ注入するために前記分離バレルの内壁を通って延びる入口手段を有する、分離バレルと、
前記入口手段の外側に配置された前室であって、前記前室は、前記上部入口チャンバの内壁、及び前記上部入口チャンバに延びる前記分離バレルの一部の外壁、により区切られ、前記前室は、水平に配置された天板により上端を区切られ、前記天板は、前記分離バレルの外径より大きく前記上部入口チャンバの内径より小さい直径を有する、前室と、
前記分離バレルの下端の軸に隣接したスピン構造体であって、前記分離装置は前記スピン構造体の下に、固体を含有する物質を受け入れるために頂部と溜め領域とを有する回収室をさらに備え、前記分離装置は前記スピン構造体と前記溜め領域との間に管路手段をさらに備え、前記管路手段は前記固体を含有する物質を溜め領域に渡す、スピン構造体と、
前記分離バレルと中央で位置合わせされた出口バレルであって、前記出口バレルは、前記スピン構造体から跳ね返された液体を受け入れるために、前記スピン構造体の軸方向の上方にある、出口バレルと、
前記スピン構造体と前記出口バレルの下端との間に延びるロッドであって、前記ロッドは、前記分離バレルと前記出口バレルとに中央で位置合わせされ、前記ロッドは上端を備え、前記上端の中央は、前記出口バレルの内部で内部支持体によって支持され、前記内部支持体は、前記ロッドの上端が差し込まれる中央ハブを備え、前記中央ハブは、前記出口バレルの内部で複数のフローベーンによって支持される、ロッドと、
を備える分離装置。
【請求項２】
前記スピン構造体は円錐台を備え、前記円錐台は頂部、基部、及び軸方向に延び、前記基部から前記頂部に延びる円錐面を備える請求項１に記載の分離装置。
【請求項３】
前記分離装置の直径は、前記スピン構造体の頂部以下で第１の直径から第２の直径まで増加し、前記第１の直径は前記分離バレルの内径を含み、及び前記第２の直径は前記回収室の内径を有する請求項２に記載の分離装置。
【請求項４】
前記直径は、前記第１の直径から前記第２の直径まで逐次増分的に増加し、前記増加する直径は、前記分離バレルと前記回収室との間に肩部を画定し、前記肩部は前記分離バレルの底部から前記回収室の頂部に延びる請求項３に記載の分離装置。
【請求項５】
前記肩部と前記円錐台との間に開口部が画定され、前記開口部は、前記スピン構造体と前記溜め領域との間に前記管路手段を備える請求項４に記載の分離装置。
【請求項６】
前記円錐台は下部及び上部を備え、前記下部は第１の基部、第１の頂部、及び前記第１の基部から前記第１の頂部に軸方向に延びる第１の円錐面を備え、前記上部は前記第１の頂部により画定される第２の基部、及び第２の頂部を備える請求項２に記載の分離装置。
【請求項７】
前記軸方向に延びる第１の円錐面は、第１の点の軌跡を備え、前記第１の点の軌跡は、前記第１の基部と前記第１の頂部との間に第１の直線を画定し、前記第１の直線は第１の傾斜角を有し、軸方向に延びる第２の円錐面は、第２の点の軌跡を備え、前記第２の点の軌跡は、前記第２の基部と前記第２の頂部との間に第２の直線を画定し、前記第２の直線は第２の傾斜角を有し、前記第１の傾斜角は前記第２の傾斜角より小さい請求項６に記載の分離装置。
【請求項８】
前記円錐台は、前記回収室の内部に取り付けられた複数の径方向支持体によって支持される請求項２に記載の分離装置。
【請求項９】
前記ロッドは、前記出口バレルの下端の内部に上端を備える請求項１に記載の分離装置。
【請求項１０】
前記ロッドは中空である請求項１に記載の分離装置。
【請求項１１】
前記内部支持体は、前記ロッドの上端と前記出口バレルの内壁との間に延びる複数の径方向支持体を備える請求項１に記載の分離装置。
【請求項１２】
前記出口バレルは、前記出口バレルの圧力降下を最小限にするための手段を備える請求項１に記載の分離装置。
【請求項１３】
前記出口バレルの圧力降下を最小限にするための手段は、前記フローベーンが羽根車の形状に構成されることを含む請求項１２に記載の分離装置。
【請求項１４】
前記フローベーンはそれぞれ水平面から２０°〜６０°の範囲に角度付けられている請求項１に記載の分離装置。
【請求項１５】
前記フローベーンの前記中央ハブへの取り付け部に隣接して、前記フローベーンは水平面から６０°の角度を有する請求項１に記載の分離装置。
【請求項１６】
前記出口バレルの内壁への前記フローベーンの取り付け部に隣接して、前記フローベーンは水平面から２０°の角度を有する請求項１に記載の分離装置。
【請求項１７】
液体／固体混合物中の液体から固体を分離するための分離装置であって、前記分離装置は、
内径を有する上部チャンバであって、前記上部チャンバは、固体を含有する液体が導入される入口を備える、上部チャンバと、
外径を画定する外壁を有する分離バレルであって、前記分離バレルは、前記上部チャンバに流体連通し、前記分離バレルの一部は前記上部チャンバの内部に延び、及び前記上部チャンバから液体が前記分離バレルに流れ込むことが可能な開口部を前記分離バレルの外壁に少なくとも１つ有する、分離バレルと、
前記上部チャンバに延びる前記分離バレルの一部に取り付けられた、水平に配置された天板であって、前記水平に配置された天板は、前記分離バレルの外径より大きく前記上部チャンバの内径より小さい直径を有する、天板と、
前記分離バレル内に配置されたスピン構造体と、
前記分離バレルに流体連通し、前記スピン構造体から跳ね返された液体を受け入れるために前記スピン構造体の上方に配置された出口バレルと、
前記スピン構造体と前記出口バレルの下端との間に延びるロッドであって、前記ロッドは、前記分離バレルと前記出口バレルとに中央で位置合わせされ、前記ロッドは上端を備え、前記上端の中央は、前記出口バレルの内部で内部支持体によって支持され、前記内部支持体は、前記ロッドの上端が差し込まれる中央ハブを備え、前記中央ハブは、前記出口バレルの内部で複数のフローベーンによって支持される、ロッドと、
を備える分離装置。
【請求項１８】
前記スピン構造体は円錐台を備え、前記円錐台は頂部、基部、及び前記基部から前記頂部に延び、軸方向に延びる円錐面を備える請求項１７に記載の分離装置。
【請求項１９】
前記ロッドは中空である請求項１７または１８に記載の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「改良された遠心分離装置」と題する２０１１年６月２６日出願の米国特許第１３／１６８，９９５号の優先権を主張し、その内容全体は本明細書に参考として組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
開示の装置は、一般に、液体から固体を分離するために使用する装置に関し、詳細には分離装置において好ましい流動挙動を達成し、その結果として液体からの固体の分離に優れること、及び分離装置の運転効率を高めることを可能にする内部構造を有する、改良された遠心分離装置に関する。
【０００３】
遠心分離装置は、一般に、固体を同伴する液体の流れから固体を分離する手段として知られる。遠心分離装置の典型的な構成は、流入液の流れを円筒状の分離バレルにノズルを通して注入する。注入された流れは分離バレルの内壁を旋回するので、分離バレルの一方の端からもう一方の端まで、典型的には分離バレルの昇降する上方から下方まで、旋回流が流れるに伴い、流れの高いｇ力が固体粒子を壁に向かって移動させる。粒子を側壁に向かって移動させるに必要な力は、Ｆ＝ｍｖ２／ｒ（ｍは粒子の質量、ｖは粒子の旋回速度、ｒは分離装置の半径をそれぞれ表す）により定義される。
【０００４】
分離装置の下端またはその近くには、流れの螺旋運動を誘導するスピンプレートがあり、従って渦巻きを作り出し、液体がスピンプレートから典型的には渦ファインダーと呼ばれる中央に配置された構造体に向かって流れ、出口ポートに流れる。分離装置から出るろ液は、理想的には、同伴した固体が実質的に除去されている。分離バレルの壁により近い同伴した固体が、相当な部分通り抜けるバレル下端のスピンプレートの近くには、開口部またはスロットがある。これら固体は、バレルの底の回収室に蓄積する。このような遠心分離装置の一般的なタイプが米国特許第４，０７２，４８１号、同第５，８１１，００６号、及び同第６，１４３，１７５号に示されており、このような分離装置の理論と実際を示す内容として、本明細書に参考として組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなタイプの分離装置の機能及び効率は、分離装置の流れの速度及び平滑度から大部分は得られる。分離装置の所望の流動挙動は、滑らかで一定の流体運動により特徴付けられる層流である。これに対して、乱流は、ランダムな渦及び流動不安定性を作り出す。システムのどこの乱れであっても、より高い射出圧力を提供するためにより電力が必要となるか、または分離効率が低下する。乱れが増加すると、スピンプレートによって跳ね返され渦ファインダーを通って分離装置から出る流れに同伴する粒子が増加する。
【０００６】
特に高い流量が要求される冷却塔への適用などでは、要求される流量は１３０００ｇｐｍ以上となり、電力需要の増加が著しくなり得る。分離装置の乱れは、分離装置中の流れを駆動するために必要なポンプのエネルギー需要に著しく影響する。
【０００７】
また、乱れは、分離装置内部品の摩滅をさらに悪化させる。流入液に同伴した固体は研磨剤となる。液体から固体を遠心分離するために必要な十分なｇ力を生成するためには、粒子の速度及び分離装置の一部と接触する力は、結果としてスチール合金のような耐摩耗性材料の使用により一部のみ補うことができるような著しい磨耗率に結びつく。従って、乱れのない滑らかな流れは、結果としてシステム全体の磨耗の低下に結びつく。しかしながら、分離装置の様々な領域において乱れの低減に対する技術の改良が行われているにもかかわらず、本発明者は、公知の遠心分離装置において乱れのない流れを達成するために残された課題があることを発見した。回収室中の固体の沈殿を促進する、及び回収室から分離チャンバに戻される液体に固体が再度同伴することを低減する、ためには回収室が静止状態に維持されていることが望ましい。
【０００８】
システム全体にわたる乱れの低減は、重大な程度の分離の改良、電力コストの削減、修理間隔の延長、及び装置の耐用年数の延長につながる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、液体／固体混合物中の液体から固体を分離するための分離装置を提供する。分離装置は、固体を含有する液体が導入される入口を有する上部入口チャンバを含む。上部入口チャンバは、内径を画定する内壁をさらに含む。分離バレルは、上部入口チャンバに取り付けられる。分離チャンバは、外径を画定する外壁、中心軸、上端、下端、基部、及び回転の軸方向に延びる円筒面である内壁を有する。分離バレルの上端の一部は、上部入口チャンバの内部に延び、高速回転動作中の分離バレルの上端の中へ液体／固体混合物を注入するために分離バレルの内壁を通って延びる入口手段を含む。前室は入口手段の外側に配置される。前室は上部入口チャンバの内壁と、上部入口チャンバの内部に延びる分離バレルの一部の外壁と、により区切られる。さらに、前室は水平に配置された天板により上端を区切られる。天板は分離バレルの外径より大きく上部入口チャンバの内径より小さい直径を有する。スピン構造体は、分離バレルの下端と軸方向に隣接する。分離装置は、スピン構造体の下に固体を含有する物質を受け入れるための頂部と溜め領域とを有する回収室をさらに含む。また、分離装置は、スピン構造体と溜め領域との間に管路手段を含み、管路手段は固体を含有する物質を溜め領域に渡す。出口バレルは分離バレルと中央で位置合わせされ、スピン構造体から跳ね返された液体を受け入れるためにスピン構造体の軸方向の上方に備えられる。
【００１０】
本発明の一態様によれば、スピン構造体は、頂部、基部、及び軸方向に基部から頂部に延びる円錐面を有する円錐台である。
【００１１】
本発明のその他の態様によれば、分離装置の直径は、スピン構造体の頂部以下で、第１の直径から第２の直径まで増加する。第１の直径は、分離バレルの内径であり、第２の直径は回収室の内径である。
【００１２】
本発明のその他の態様によれば、直径は、第１の直径から第２の直径まで逐次増分的に増加する。増加する直径は、分離バレルと回収室との間に肩部を画定する。肩部は分離バレルの底部から回収室の頂部に延びる。
【００１３】
本発明のその他の態様になれば、肩部と円錐台との間に開口部が画定される。開口部は、スピン構造体と溜め領域との間に管路手段を形成する。
【００１４】
本発明のその他の態様によれば、円錐台は下部及び上部を備える。下部は、第１の基部、第１の頂部、及び第１の基部から第１の頂部に軸方向に延びる第１の円錐面を含む。上部は第１の頂部により画定される第２の基部、及び第２の頂部を備える。
【００１５】
本発明のその他の態様によれば、軸方向に延びる円錐面は、第１の基部と第１の頂部の間とに第１の直線を画定する第１の点の軌跡を有する。第１の直線は、第１の傾斜角を有し、第２の軸方向に延びる円錐面は、第２の点の軌跡を含む。第２の点の軌跡は、第２の基部と第２の頂部との間に第２の直線を画定する。第２の直線は、第２の傾斜角を有し、第１の傾斜角は第２の傾斜角より小さい。
【００１６】
本発明のその他の態様によれば、円錐台は、回収室の内部に取り付けられた複数の径方向支持体によって支持される。
【００１７】
本発明のその他の態様によれば、分離装置は、スピン構造体と出口バレルの下端との間に延びるロッドを含む。ロッドは、分離バレル及び出口バレルと中央で位置合わせされる。
【００１８】
本発明のその他の態様によれば、ロッドは、出口バレルの下端の中に上端を含む。
【００１９】
本発明のその他の態様によれば、ロッドは中空である。
【００２０】
本発明のその他の態様によれば、ロッドは、出口バレルの中で、内部支持体により中央が支持される上端を含む。
【００２１】
本発明のその他の態様によれば、中央支持体構造は、ロッドの上端と出口バレルの内壁との間に延びる複数の径方向支持体を含む。
【００２２】
本発明のその他の態様によれば、中央支持体構造は、ロッドの上端が差し込まれる中央ハブを含む。中央ハブは、出口バレルの中で複数のフローベーンによって支持される。
【００２３】
本発明のその他の態様によれば、出口バレルは、出口バレルの圧力降下を最小限にするための手段を備える。
【００２４】
本発明のその他の態様によれば、出口バレルの圧力降下を最小限にするための手段は、フローベーンが羽根車の形状に構成されることを含む。
【００２５】
本発明のその他の態様によれば、フローベーンはそれぞれ水平面から略２０°〜略６０°の範囲に角度付けられている。
【００２６】
本発明のその他の態様によれば、フローベーンの中央ハブへの取り付けに隣接して、フローベーンは水平面から略６０°の角度を有する。
【００２７】
本発明のその他の態様によれば、出口バレルの内壁へのフローベーンの取り付けに隣接して、フローベーンは水平面から略２０°の角度を有する。
【００２８】
本発明のその他の態様によれば、内径を有する上部チャンバを有し、上部チャンバは固体を含有する液体が導入される入口を含む、分離装置を提供する。分離バレルは、上部チャンバに流体連通する。分離バレルは外径を画定する外壁を有し、分離バレルの一部は上部チャンバの内部に延びる。上部チャンバの内部に延びる分離バレルの一部は、上部チャンバから液体が分離バレルに流れ込むことが可能な開口部を少なくとも１つ有する。水平に配置された天板は、上部チャンバの内部に延びる分離バレルの一部に取り付けられる。水平に配置された天板は、分離バレルの外径より大きい直径を有し、上部チャンバの内径より小さい直径を有する。分離チャンバの中にスピン構造体が配置される。出口バレルは分離バレルに流体連通し、スピン構造体から跳ね返された液体を受け入れるためにスピン構造体の上方に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】公知の遠心分離装置を示す図である。
【図２】本開示の遠心分離装置の実施形態の側面図である。
【図３】本開示の遠心分離装置の実施形態の断面斜視図である。
【図４】上部入口チャンバ及び分離バレル上部の断面斜視図である。
【図５】本発明に使用されるスピン構造体の実施形態の断面斜視図である。
【図６】本発明の円錐スピン構造体の実施形態を示す図である。
【図７】図６で示した円錐スピン構造体の分解図である。
【図８】図６で示したロッド及び円錐スピン構造体の分離装置内部の位置を示す図である。
【図９】段階的な分離のために、複数の本設計の分離装置を単一ハウジングにどのように収容可能かを示す図である。
【図１０】本発明の円錐スピン構造体の１つの代替え実施形態を示す図である。
【図１１】図１０で示した円錐スピン構造体の分解図である。
【図１２】本発明の支持構造の１つの実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を組み入れた遠心分離装置は、上部入口チャンバ、及びそれに連結した分離バレルを備える。上部入口チャンバは、固体を含有する液体を上部入口チャンバに導入する入口を備える。上部入口チャンバの内壁と分離ボリュームの上部とにより空間（以下、前室と呼ぶ）が画定されるように、分離バレルの上部は、上部入口チャンバ内部の入口の下まで延びる。前室は、分離バレルの直径より大きく、上部入口チャンバの内径より小さい直径の、水平に配置された天板によりさらに画定される。分離バレルの上部は、一般的に軸方向に配向させた複数のスロットを有し、前室から分離バレルに入る液体に接線方向のフローパターンを一般的に誘導するために、スロットは、分離バレルの壁を接線方向に貫通する。
【００３１】
水平に配置された天板の目的は、１）液体が分離装置に入る際に、上部チャンバの内側の入口の反対側に打ち当たる、液体の「跳ね（スプラッシュ）」の影響を分散すること、及び２）スロットへの流れがより一定となるよう促進することの２つが存在する。跳ねの影響に関しては、分離装置に入ってくる液体が上部チャンバの後部に突き当たり、扇形に広がる（庭のホースから噴出した水が家の側面に斜めに打ち当たることを想像してほしい）ため、スロット近傍で高速の流れが生成される。高速の流れはスロットを通って移動し、分離バレルの下まで流れの不均衡や揺れを引き起こす。スロットの上に天板を有すると、跳ねの影響は上部チャンバの周辺でより分散させられ、不均衡の一部は緩和される。流れは直ちに「角を曲がる」ので、いわば天板を通って前室の中まで下方へ流れるため、流れの少なくとも一部は、スロットに対してほぼ垂直にスロットに向かう。これにより、天板がなければ液体が高速でスロットへ螺旋状に下降する場合よりも、液体のスロットへの接近をより一定にする。ネット効果（ｎｅｔ  ｅｆｆｅｃｔ）はさらにスロットの全長にわたって流れを分散させる。
【００３２】
分離バレルに入る液体は、分離バレルの壁を、通常は（必須ではないないが）低仰角の螺旋状にバレルの一部（流れが中心構造と衝突することにより流れの向きが逆転し、流れの中で回転を引き起こすバレルの一部）に向かって、下降旋回する。ここでは、この構造をスピン構造体と呼び、公知の遠心分離装置で使用されるスピンプレートに優れた流動特性を引き起こす。スピン構造体の下には、回収室、及びスピン構造体と内壁との間に固体が回収室へ通り抜けられる管路手段がある。スピン構造体により、旋回する流れは、中心部の軸方向を逆転させ、分離バレルの中央で位置合わせされた出口バレルを通って上方に流れ、分離チャンバの頂部にある出口ポートを通って分離装置から出る。出口バレルは渦ファインダーと呼ばれる。
【００３３】
スピン構造体に隣接する分離バレルの乱れを低減すること、及び対向する固体含有の流れの中への渦の侵入をも低減することは、渦への固体の同伴を大幅に低減するため、分離装置の効率を高める。ここで本発明者は、スピン構造体が、上面、基部、及び基部から上面に延びる円錐面を備え、回収室の上に配置される円錐台の上面に形成された場合、渦がより安定し、乱れた流れが低減する傾向にあることがわかった。
【００３４】
本発明の幾つかの実施形態では、上端及び下端を有するロッドは、分離バレルの中に配置され、分離バレルと中央で位置合わせするように配置され、ロッドの下端はスピン構造体に付着またはスピン構造体の中に配置され、ロッドの上端は出口バレルの一部の中に配置される。「スピンプレート」という用語は、スピン構造体を指す場合がある。「スピンプレート」という用語は２次元の構造体を示唆するので、具体的にはスピン構造体の上面を指すが、しかし一方で、「スピンプレート」という用語は、ここに開示した円錐の実施形態のように３次元の構造体をも指す。
【００３５】
スピンプレートと出口バレルとの間に軸方向に中心合わせされたロッドを配置することにより、スピンプレートと軸方向に隣接した分離バレルの一部での乱れの発生は低減する。さらに、ロッドを配置することにより、渦の軸方向部分が安定化する。この安定化により、渦の傾向、特にスピンプレート近傍の分離バレルの一部の中で、スピンプレートに向かって内壁の接線方向に流れる、固体含有の流れが通り抜ける中へ移動する傾向をも低減する。
【００３６】
本発明の上述した特徴及びその他の特徴は、以下の詳細な説明及び図面の参照により明らかとなる。
【００３７】
先行技術による分離装置の説明
図１は、公知の遠心分離装置１００を示す。基本的な構成要素は、アウターハウジング１０４に含まれる分離バレル１０２である。回収室１０６はアウターハウジング１０４の下端に配置され、回収室が、分離バレルの中に時計回りの矢印で図示された液体の下降流から分離された固体Ｐを回収する。液体の下降流は、固体の同伴を高濃度に含み、遠心力によりお離バレルの内壁に押し付けられる。回収室１０６の下端部にあるドレン口１０８は、固体といくらかの液体を連続的あるいは随時そこから排出することができる。分離バレル１０２の下端、またはその近傍には、分離バレルの中心軸に垂直に全体として延びるスピンプレート１１０がある。スロット１１２またはその他の管路手段は、固体が分離バレルから回収室１０６へ通り抜けられるために、スピンプレート１１０と分離バレル１０２との間に置かれる。出口バレル１１４は、分離バレル１０２の上端の中心に配置される。出口バレル１１４は、処理済みの液体が出るための出口チューブ１１６を含む。
【００３８】
受け入れ室１１８は、分離バレル１０２の上端の周りにあるアウターハウジング１０４により形成される。受け入れ室１１８は、環状形状で分離バレル１０２の周りに取り付けられ、分離バレル１０２と液体シールの関係にある。また、受け入れ室１１８は、分割壁１２６によりアウターハウジング１０４の下部から分離されている。アウターハウジング１０４の壁を貫く注入ノズル１２０は、受け入れ室１１８内部に接線方向に入る。注入ノズル１２０は、圧力をかけた固体を含んだ液体の流れを受け入れ室１１８に注入する。これにより、アウターハウジング１０４の壁１２２と分離バレル１０２との間に環状流を作り出す。分離バレル１０２の壁を貫く入口スロット１２４は、受け入れ室１１８から分離バレルへ流れを通す。
【００３９】
液体からの固体の分離は、ｇ力場により引き出される。流れは、高速で分離バレル１０２に注入され、勢いよく螺旋状に動く流れのように分離バレルの上端から下端へ旋回する。分離バレルでは、遠心力は重力よりもはるかに大きく、粒子Ｐは遠心作用により外に向かって押し付けられる。
【００４０】
バレル内面の線速が等しければ、分離バレル１０２の直径が小さいほど遠心力は大きくなる。分離バレル１０２の下端またはその近傍で、スピンプレート１１０は、流れの螺旋運動を誘導し、その結果渦を作り出す。図１の上向きの矢印により示されたように、渦の液体は、スピンプレートから出口バレル１１４に向かって上方に流れる。出口バレル１１４は、渦ファインダーとも呼ばれる。正常に作動する分離装置では、出口チューブ１１６を流れ出る液体は、実質的に固体を含まない。
【００４１】
本発明の説明
図２〜３は、本発明を含む遠心分離装置１０を全体として示す。図２〜３に示すように、改良された分離装置は、上部入口チャンバ１１、及びアウターハウジング１４に含まれ、相互接続された分離バレル１２を備える。回収室１６は、分離装置の下端に配置される。図１と図２を比較することにより、本発明の実施形態では、分離バレル１２は図１で使用される中間壁構造の必要がなく、直接アウターハウジング１４に形成してもよいことがわかる。回収室１６は、液体の下降流から分離された固体を回収する。回収室１６の下端部にあるドレン口１８は、固体といくらかの液体を連続的あるいは随時そこから排出することができる。
【００４２】
分離バレル１２の下端またはその近傍には、分離バレルの中心軸に垂直に全体として延びるスピン構造体２０（いくつかの特徴は図６及び図７でラベル付けされる）がある。スピン構造体２０は、好ましくは図示したような円錐台の構成を含む。本実施形態では、スピン構造体２０は、頂部２３及び基部２５を有する円錐台２１を備える。円錐台２１は、基部２５から平坦な上面２３まで軸方向に延びる円錐外面２７備える。スピン構造体２０は、下部２９及び上部３１を備えてもよい。本実施形態では、下部２９は第１の基部２５を備える。下部２９は、さらに頂部３３を備える。第１の軸方向に延びる円錐面３５は、第１の基部２５から第１の頂部３３へ延びる。同様に、上部３１は、下部２９の頂部はまた上部の基部であるため、第１の頂部３３により画定される第２の基部を備える。上部の頂部は、スピン構造体の頂部２３により画定される。第２の軸方向に延びる円錐面３７は、下部２９の頂部３３から上部３１の頂部２３へ延びる。
【００４３】
環状開口部２２またはその他の管路手段は、スピン構造体２０とアウターハウジング１４の内壁との間に置かれ、固体が分離バレル１２から回収室１６へ通り抜けられる。出口バレル２４または渦ファインダーは、分離バレル１２の上端の中心に配置される。渦ファインダー２４は、処理済みの液体が出るための出口チューブ２６を含む。出口バレルの長さは分離装置の性能に影響することがわかった。本発明の実施形態は、渦ファインダーの下端部から入口スロット３６の距離が、分離バレル１２の内径の約０．１２５倍の渦ファインダー２４を使用してもよい。渦ファインダーを短くすることにより、従来の長い渦ファインダーに比べて性能に劇的な効果を及ぼした。
【００４４】
前室２８は、分離バレル１２の上部３８と上部入口チャンバ１１の内壁３０との間に形成される。前室２８は、環状形状で分離バレル１２の上部３８の周りに取り付けられ、分離バレル１２の上部３８と液体シールの関係にある。アウターハウジング１４の壁を貫く注入ノズル３２は、上部入口チャンバ１１の上端、分離バレル１２の上部３８に接線方向に入る。天板１３は、前室２８を上部入口チャンバの上端から分離する。注入ノズル３２は、圧力をかけた固体を含んだ液体の流れを上部入口チャンバの上端に注入する。これにより、天板１３の上に環状流を作り出す。前室２８の中に流れるためには、液体は天板１３を通り前室へと下方に流れることにより、必ず「角を曲がる」必要があり、分離バレル１２の上部３８は、固体を含んだ液体の流れが前室２８から分離チャンバへ流れられるように、壁を貫く複数の入口スロット３６を備える。スロットは、前室２８から分離バレル１２に入る液体に、接線方向のフローパターンを一般的に誘導するために、一般的に軸方向に配向され、分離バレルの壁を接線方向に貫通する。スロット３６の幅は、好ましくは分離バレル１２の壁の厚さよりも厚くならないように設計される。例えば、分離バレル１２の壁の厚さが１／４インチの場合、スロットの幅は１／４インチに設計される。この関係を維持することで、性能が改善を実現することがわかった。スロットの幅の増大により、以前より大きい粒子が通り抜けられる。ただし、任意の最適なスロットの幅は、本発明の範囲内にある。
【００４５】
図１に示した分離装置と同様に、液体からの固体の分離は、ｇ力場により引き出される。流れは、高速で分離バレル１２に注入され、勢いよく螺旋状に動く流れのように分離バレル１２の上端から下端へ旋回する。分離バレルでは、遠心力は重力よりもはるかに大きく、粒子は遠心作用により外に向かって押し付けられる。
【００４６】
バレル内面の線速が等しければ、分離バレル１２の直径が小さいほど遠心力は大きくなる。分離バレル１２の下端またはその近傍で、スピン構造体２０は、流れの螺旋運動を誘導し、その結果渦を作り出す。渦を含む液体は、スピンプ構造から出口バレル２４（または渦ファインダー）に向かって上方に流れ、出口チューブ２６を抜け出る。
【００４７】
図３に示すように、アウターハウジング１４は、頂部４４及び底部を備え得る。この構成では、分離装置１０の直径はスピン構造体２０の下で、第１の直径から第２の直径まで増加する。ただし、第１の直径は、分離バレル１２の内径を含み、第２の直径は、回収室１６の直径を含む。回収室１６の直径の増加は、分離バレル１２と回収室１６の間の肩部４８を画定し、肩部は分離バレルの底部から回収室の頂部へ延びる。この構成では、開口部２２が肩部４８とスピン構造体２０との間に画定される。開口部は、スピンプレートと溜め領域との間に固体及び液体が回収室１６へ通すための管路手段を提供する。
【００４８】
図９に示すように、分離装置２００は、段階的な分離のために１つのハウジング１４’に収容された多数の本設計の分離装置１０’を備える。分離バレルに入る流れを改善するために、天板１３’及びより厚い壁を有する分離バレル１２’を使用することで、もはや個々の分離バレルの周りに上部チャンバを必要としない。一連のより小さい同一の分離装置を使用することにより、高流量の際に、単一のより大きい分離装置を使用するよりも高い効率が得られた。
【００４９】
本発明の幾つかの実施形態では、スピン構造体３２１と出口バレル３２４との間に配置されるロッド３４０（図１０及び図１１に示した）を含む。ロッドは中空か中実である。ロッド３４０は、スピン構造体３２１の中央で位置合わせされ、ハブ３４２により位置を維持する。ロッド３４０は、上部及び上端３５０を備え、スピン構造体の下に延びる下端３５２も含み得る。上端３５０は、分離バレルの一部（不図示。対応する図２及び図３を参照）に配置される。出口バレルは、出口バレルのロッド３４０の上端３５０を安定させるために使用される内部支持体３５４（図１２に示した）を備える。
【００５０】
内部支持体３５４は、より小型のユニットあるいはより大型のユニットにある必要はない。支持体３５４はロッド３４０の上端３５０が差し込まれる中央ハブ３５６を備える。支持体３５４は、上昇する液体の流れが通り抜けるフローベーン３５８をさらに備える。フローベーン３５８は、液体の流れをさらに安定化させる形状及びピッチを有する。フローベーン３５８の利点は、分離装置の起動及び停止と、バルブの開閉とに特に認識される。フローベーン３５８は、流れの軌跡が長い期間そのまま分離装置内に留める助けとなる。その結果、流れの急速な変化の際に典型的に観察される固体除去効率の低下を最小限にする。フローベーン３５８は、羽根車の形状で、下向きに傾けた縁を有する。羽根車の形状は、フローベーン３５８の角度を流れが戸出バレルに入る角度と同じにすることにより、上向きの流れの圧力降下を最小限にする。フローベーン３５８の許容できる形態は、出口バレルの内壁に取り付けられる地点の水平面から約２０°の角度を有し、フローベーン３５８が中央ハブ３５６に取り付けられる場所から約６０°の角度を有する。
【００５１】
ロッド３４０は、さらにロッドの下端３５２に取り付けられる径方向支持部材を備え、径方向支持部材は、回収室の内壁に付着する（不図示。対応する構造は図８参照）。本発明の有利な流動特性は、一部分はスピン構造体３２１の頂部３２３と出口バレルとの間にあるロッド３４０の一部により誘導されることが認められる。従って、ロッド３４０の一部がスピン構造体３２１に差し込まれることは、スピン構造体を保持する及びロッドの安定性を実現する観点から有利である一方で、本発明の他の実施形態ではスピン構造体の下で異なった構成を有することもある。
【００５２】
このように、本発明の好ましい実施形態を記載したが、新規であり、特許証により保護を望む対象を以下の特許請求の範囲に記載する。
【図１】
0005883506.tif 000002
【図２】
0005883506.tif 000003
【図３】
0005883506.tif 000004
【図４】
0005883506.tif 000005
【図５】
0005883506.tif 000006
【図６】
0005883506.tif 000007
【図７】
0005883506.tif 000008
【図８】
0005883506.tif 000009
【図９】
0005883506.tif 000010
【図１０】
0005883506.tif 000011
【図１１】
0005883506.tif 000012
【図１２】
0005883506.tif 000013