(57)【要約】遠心分離機は、垂直軸（Ｒ）を中心として回転可能であり、かつ密度が異なる２種類の液体を分離するロータボディ（１４）と、前記の２種類の液体の混合物を円錐形本体（３０）の外側を通してロータボディ（１４）の下に位置する液体（５）の表面層からロータボディ（１４）内に汲み上げるように構成された汲み上げ部材（１３）との両方を有する遠心ロータを有している。
2005520684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離室（１５）を形成しているロータボディ（１４）と、前記ロータボディと共に回転し、かつ遠心ロータの作動中に前記ロータボディ（１４）から下方へ前記ロータボディの下に位置する液体（５）内へと延びるように構成されて、液体を前記液体（５）から前記ロータボディ（１４）内に汲み上げる汲み上げ部材（１３）とを有する、実質的に垂直な回転軸（Ｒ）を中心として回転するように構成された遠心ロータを含んでいる遠心分離機において、
前記汲み上げ部材（１３）は、前記回転軸（Ｒ）から離れる方を向き、前記回転軸（Ｒ）を中心として主として回転対称に延び、かつ前記汲み上げ部材（１３）の周囲に広がっている領域内において前記液体（５）上の自由液面に接触するように構成されている汲み上げ面（３１）を自身の外面上に有しており、
前記領域内において前記汲み上げ部材の軸方向長さの少なくとも一部に沿っている、前記汲み上げ部材の前記外面上の前記汲み上げ面（３１）は、自身の軸方向長さの前記一部に沿っている前記汲み上げ部材（１３）の直径が下部から上部へ増加するように前記回転軸（Ｒ）との間に角度を成す母面を有しており、その結果、前記ロータの回転時に液体が前記汲み上げ部材（１３）の前記外面上の前記自由液面から上へ向かって流れ、
前記ロータは、前記ロータの回転時に前記汲み上げ部材（１３）の前記外面上の前記自由液面から上へ向かって流された液体を受け入れるように位置する受け入れ空間を形成している、
ことを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記母面は、前記回転軸（Ｒ）との間に３０°よりも大きい角度を成している、請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記母面は、前記回転軸（Ｒ）との間に３５°よりも大きい角度を成している、請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記母面は、前記回転軸（Ｒ）との間に４５°よりも小さい角度を成している、請求項１または２に記載の遠心分離機。
【請求項５】
前記ロータボディ（１４）は、前記遠心ロータの作動中に、前記ロータボディが前記自由液面のいくらか上の、前記汲み上げ部材の前記汲み上げ面（３１）の上側部分を囲むような高さまで下方に延びる、請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心分離機。
【請求項６】
前記汲み上げ部材（１３）は、前記汲み上げ面（３１）から前記ロータの前記受け入れ空間の一部内に延び、前記ロータの作動中に液体が入るように構成されている連続面を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
【請求項７】
前記遠心ロータの前記分離室（１５）内の自由液面を前記回転軸（Ｒ）から第１の半径方向距離に維持するように構成された手段を有し、前記分離室（１５）に連通している前記受け入れ空間が前記回転軸（Ｒ）から前記第１の半径方向距離よりも大きい第２の半径方向距離にある、請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心分離機。
【請求項８】
前記遠心ロータを回転させる駆動装置（１１）が、前記ロータボディ（１４）を支持している前記汲み上げ部材（１３）を支持している、請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項９】
前記分離室（１５）は、密度が異なる２種類の各々の液体用の２つの出口（２３，２４）を前記ロータの前記回転軸（Ｒ）から異なる半径方向距離に有している、請求項１から８のいずれか１項に記載の遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離室を形成しているロータボディと、ロータボディと共に回転し、かつ遠心ロータの作動中にロータボディから下方へロータボディの下に位置する液体内へと延びるように構成されて、液体を液体からロータボディ内に汲み上げる汲み上げ部材とを有する、実質的に垂直な回転軸を中心として回転するように構成された遠心ロータを含んでいる遠心分離機に関するものである。
【０００２】
この種の遠心分離機は、自由液面を有する液体からその液体の薄い表面層を取り除くことに用いることができ、したがって、前記の表面層に含まれる、例えば油と水のような密度が異なる２種類の液体を互いに直接分離することに用いることができる。
【背景技術】
【０００３】
冒頭に述べた種類の汲み上げ部材を有する公知の遠心ロータは、特許文献１および特許文献２に図示され、かつ記載されている。
【０００４】
特許文献１には、当該種類の遠心ロータを液体から表面層を取り除く特別な装置と共に用いることが提案されている。この件における遠心ロータの汲み上げ部材は、液体を前記の特別な装置からロータ内に汲み上げ、したがって液体を前記の液体からロータ内に直接汲み上げないように構成されている。この種の特別な装置は、分離装置全体を複雑で高価なものにしてしまう。
【０００５】
特許文献２には、その代わりに、前記の液体から汲み上げられている液体が、汲み上げ部材の外面上を流れることを防止し、かつそこから前記の液体へ投げ戻されることを防止するようになっている特別な封止装置を、冒頭に述べた種類の汲み上げ部材を有する遠心ロータに備えることが提案されている。これにより、液体から取り除いて遠心ロータ内で処理する液体の表面層に乱流が引き起こされる。したがって、この件においても、現存の汲み上げ部材に加えて、特別な装置、すなわち前記の封止装置が液体を遠心ロータ内に汲み上げるために必要である。
【０００６】
特許文献１および特許文献２における汲み上げ部材と実質的に同様に作動するようになっているが、液体から表面層を取り除く特別な装置も特別な封止装置も備えていない、汲み上げ部材を有する遠心ロータが、特許文献３〜５に図示され、かつ記載されている。
【特許文献１】国際公開第００／５９６３９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第００／５９６４０号パンフレット
【特許文献３】米国特許第３４２４３７５号明細書
【特許文献４】英国特許第８８４８１２号明細書
【特許文献５】スイス国特許第３４５５９９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主たる目的は、とても簡単でかつ高価でない冒頭に述べた種類の遠心ロータを有する遠心分離機を提供することにある。他の目的は、液体から表面層をできるだけ効率的に取り除き、かつ遠心ロータが液体上にある間に表面層に実質的な乱流を引き起こすことなくそれを遠心ロータ内にできるだけ効率的に汲み上げることができる遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの目的は、汲み上げ部材が、回転軸から離れる方を向き、回転軸を中心として主として回転対称に延び、かつ汲み上げ部材の周囲に広がっている領域内において液体上の自由液面に接触するように構成されている汲み上げ面を自身の外面上に有しており、
領域内において汲み上げ部材の軸方向長さの少なくとも一部に沿っている、汲み上げ部材の外面上の汲み上げ面は、自身の軸方向長さの一部に沿っている汲み上げ部材の直径が下部から上部へ増加するように回転軸との間に角度を形成する母面を有しており、その結果、ロータの回転時に液体が汲み上げ部材の外面上の自由液面から上へ向かって流れ、
ロータは、ロータの回転時に汲み上げ部材の外面上の自由液面から上へ向かって流れるようにさせられた液体を受け入れるように位置する受け入れ空間を形成している、ことを特徴とする、冒頭に述べた種類の遠心分離機によって達成することが可能である。
【０００９】
汲み上げ面に沿って上方へ流れていく液体が汲み上げ面から投げ飛ばされることが無い満足のいく汲み上げ能力を可能にするために、母面は回転軸との間に３０°よりも大きい角度を成すことが望ましい。その角度が３５°を越えると、汲み上げ能力に関する利点が得られない。母面は、回転軸との間に３０°から４５°の間、好ましくは３５°の角度を成すことが好ましい。
【００１０】
汲み上げ部材の汲み上げ面に沿って上方に汲み上げられた液体をつつがなく受け入れるために、ロータボディは、遠心ロータの作動中に、ロータボディが、自由液面のいくらか上の、汲み上げ部材の汲み上げ面の上側部分を囲むような高さまで下方に適切に延びている。
【００１１】
汲み上げ面に沿って上方に汲み上げられている液体を汲み上げ面から離し、かつロータボディに受け止められる前に空中を多少の距離を投げ飛ばすことが可能である。しかしながら、後に遠心ロータ内で互いに分離される液体成分が不必要に分離してしまうことを防ぐために、汲み上げ部材は、汲み上げ面からロータの受け入れ空間の一部内に延び、ロータの作動中に液体が入るように構成されている連続面を適切に有している。そのため、液体は、乱流ができるだけ少ない状態で、この面に沿って流れて受け入れ空間内に流入する。
【００１２】
これに関して、円錐形の汲み上げ部材を、成分の液体混合物を液体の表面から上方に汲み上げてその成分を分離することに用いることが公知であるということに言及することができる。そのような技術は、例えばスウェーデン国特許第１３８２４９６号明細書および同国特許第１１８００７９号明細書を通じて知られている。この点、もっとも、その成分は円錐形の汲み上げ部材の異なる軸方向高さで円錐形の汲み上げ部材から投げ飛ばされることによって互いに分離される。
【００１３】
本発明の好ましい態様では、自由液面は遠心ロータの分離室内の回転軸から第１の半径方向距離に維持される。分離室内においてできるだけ乱されないように分離を成し遂げるために、受け入れ空間は回転軸から第１の半径方向距離よりも大きい第２の半径方向距離で分離室に連通していることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、遠心分離機はまた、遠心ロータを回転させる駆動装置を含んでいる。ロータボディと汲み上げ部材とは、この駆動装置によって別々に支持されていてもよい。しかしながら、本発明の実施態様では、汲み上げ部材のみが駆動装置に直接連結され、したがって汲み上げ部材が駆動装置に支持されているのに対して、ロータボディは汲み上げ部材によって支持されており、したがって駆動装置に間接的に支持されているにすぎない。そのため、ロータボディは例えば洗浄のために汲み上げ部材から取り外せるように構成されており、汲み上げ部材を駆動装置から取り外す必要がない。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、分離室は、密度が異なる２種類の各々の液体用の２つの出口をロータの回転軸から異なる半径方向距離に有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、フロート２、バー３および支持部材４によって液体５の表面の直ぐ上方に支持されている遠心分離機１を示している。液体の表面が小さな三角で示されている。このような遠心分離機は、油と水とを含む薄い表面層を液体５から取り除き、油と水とを互いに分離するように構成されている。分離された油がパイプ６を通って回収タンク７内に流れるように示されているのに対し、分離された水は導管８を通って液体に戻されるように示されている。電気結線部９が、遠心分離機がどのようにして駆動させられるのかを示す例として示されている。
【００１７】
図２は、図１の遠心分離機１を通る軸方向断面を示す図である。この遠心分離機は、図１に示されているように支持部材４に支持され、かつ支持部材４から吊り下げられている固定支持装置１０を含んでいる。支持装置１０は、垂直回転軸Ｒを中心として回転するように配置された駆動シャフト１２を下向きに有している電気モータ１１を支持している。中央の汲み上げ部材１３が駆動シャフト１２に取り付けられ、かつその最下部が液体５内につかるように下方に延びている。
【００１８】
汲み上げ部材１３は、汲み上げ部材を囲み、かつ液体５の液面よりも僅かだけ上の高さまで下方に延びているロータボディ１４を支持している。分離室１５が、汲み上げ部材１３とロータボディ１４との間に形成されている。汲み上げ部材１３の上側部分が、分離室１５と汲み上げ部材１３の上方の空間１７との間の仕切り１６を形成している。
【００１９】
空間１７を囲む、スリーブが形成されている部材１８が、汲み上げ部材１３の最上部に取り付けられている。仕切り１６とスリーブが形成されている部材１８とは、半径方向内側に向いた環状のフランジ１９および２０によって、空間１７の部分を成す環状の室２１および２２をそれぞれ形成している。第１の流路２３が、仕切り１６を通って分離室１５の半径方向外側の部分から環状の室２１へ延びている。第２の流路２４が、仕切り１６を通って分離室１５の半径方向内側の部分から環状の室２２へ延びている。
【００２０】
（仕切り１６を備えている）汲み上げ部材１３、ロータボディ１４およびスリーブが形成されている部材１８は、モータ１１の駆動シャフト１２によって回転可能な遠心ロータを一緒になって形成している。その遠心ロータの上側部分は固定支持装置１０に囲まれている。
【００２１】
環状の室２１は、仕切り１６を通って室２１から半径方向に離れるように延び、かつ上述した遠心ロータの外側上に開口している排水流路２５を有している。環状の室２２は、支持装置１０の上側を通って空間１７内に延び、さらに室２２内に達している、固定されたいわゆるペアリングチューブ(paring tube)２６によって排水することが可能である。
【００２２】
固定支持装置１０は、遠心ロータの周囲を囲んで延び、かつ排水流路２５の開口と同じ軸方向高さに位置する環状のスロット２８の方に向かって開口している環状の樋２７を形成している。樋２７は出口２９を有している。
【００２３】
汲み上げ部材１３の最下部は、円錐形の汲み上げ面３１を有する立体的な円錐形の本体３０のように形成されている。その本体３０の一部は、ロータボディ１４の下向きの中央開口３２を通って外に延びている。本体３０のその部分の先端だけが、液体５内につかっている。環状の狭いスロット３３が、円錐形の本体３０と開口３２の縁との間に形成されている。
【００２４】
本体３０は、開口３２の直ぐ上方で、円錐形から実質的に円板の形状に変化している。開口３２の周囲に分散配置されている複数の流路３４が、開口３２からロータボディ１４の内部、すなわち分離室１５に延びている。これらの流路３４を形成している壁が、液体を液体５から分離室１５内へ汲み上げる流れ面を形成している。
【００２５】
円錐形の本体３０の頂角は約７０°であり、すなわち円錐形の汲み上げ面３１の母面はロータの回転軸Ｒとの間に約３５°を成している。これにより、汲み上げ部材がある速度で回転している時に液体流量が最大となることが実証されている。
【００２６】
汲み上げ部材の汲み上げ面は必ずしも円錐形である必要はない。汲み上げ面の母面はあるいは湾曲していてもよく、その場合には比較的大きな半径の曲率で湾曲していることが好ましい。この場合には、汲み上げ面上を流れる液体がそこから投げ飛ばされることを防ぐために、母面が液体から上方に汲み上げ面に沿う方向に増大する角度を回転軸との間に成すことが好ましい。所望であれば、汲み上げ部材の最下部は円錐台の形状を有していてもよい。
【００２７】
上述した遠心分離機は、水の表面上に浮いている油の薄い層を取り除いて水の表面を浄化することに関して以下のように作動する。
【００２８】
遠心分離機が、汲み上げ部材１３が液体５内に最適な深さにつかるように支持装置２４によって垂直方向の適切な高さに調節された後に、遠心ロータが回転軸Ｒを中心として回転させられるようにモータ１１が始動させられる。その結果、汲み上げ部材１３が始動して、液体を液体５から円錐形の面３１に沿って液体５の液面を通って上方に汲み上げる。液体は、円錐形の表面３１上の薄い層における液面の上を下から上へ流れる。水の表面上の油層における表面張力があることにより、油層は汲み上げ部材の方へ次第に移動し、それにより円錐形の表面３１上の前記の層の一部と同じように上方へ汲み上げられる。
【００２９】
表面３１上の汲み上げられた液体層がロータボディ１４の開口３２に到達すると、その層は遠心ロータ内の水と油との混合物の受け入れ空間としての役目をする流路３４内に遠心力によってさらに流入する。液体混合物は、ロータボディ１４と同じ回転速度で回転させられている間、流路３４を通って分離室１５内にさらに流入する。図２に示すように、油と水とは分離されて分離室１５内でそれぞれ１つの層を形成する。２つの小さな三角が、空気と油との境界層（半径方向内側の三角）と、油と水との境界層（半径方向外側の三角）とをそれぞれ示している。
【００３０】
理解できるように、入口流路３４は、分離室内の自由液面の半径方向外側の液位で分離室１５内に開口している。分離室内の流路３４の開口は、油と水との境界層と同じ半径方向液位に位置していることが好ましい。
【００３１】
分離された水は、分離室１５の上側部分で、流路２３を通って環状の室２１内に流入し、そこからさらに排水流路２５を通って固定支持装置１０の樋２７内に流れ出る。その水は、出口２９を通って、好ましくは遠心分離機の周囲の油の表面層に乱流を起こさせないように液体５の液面からいくらか下方に開口している導管を通って、液体５に戻される。
【００３２】
分離された油は、流路２４を通って環状の室２２内に流入し、そこから固定されたペアリングチューブ２６によって遠心ロータの外に導かれ、さらに導管６を通ってタンク７に導出される。
【００３３】
図は、環状のフランジ２０の上方のスリーブが形成された部材１８がそのような他のフランジを有しており、かつその部材１８がそれらの２つのフランジと一緒になって環状のフランジ２０と同様の最高位置の環状の室を形成していることを示している。フランジ２０の半径方向最外部には２つの小さな孔が示されており、液体はその孔を通って前記の最高位置の環状の室から室２２へ排出される。前記の最高位置の環状の室の目的は、フランジ２０と固定支持装置１０との間の空間を通って室２２からはね上がるであろう液体を回収することであり、これにより液体はそれから直ぐに室２２へ戻される。所望であれば、他のはね上げ回収部材として、例えば可撓性材料からなる環状のフランジが支持装置１０に（図に示した環状の樋において）取り付けられ、かつ前記の最高位置の環状の室内に半径方向外側に延びていてもよい。室２２から出た液体の全ての飛沫は、このようにしてつつがなく受け止められる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】複数のフロートによって液体の表面上に支持されている、本発明による遠心分離機を示す図である。
【図２】図１の遠心分離機を通る軸方向断面を示す図である。
【図１】
2005520684.tif 000003
【図２】
2005520684.tif 000004
【国際調査報告】
2005520684.tif 000005
2005520684.tif 000006
2005520684.tif 000007