(57)【要約】【課題】運転開始時、分離運転時、運転終了時のいずれにおいてもフィードチューブが折損してしまうのを防ぐことを可能にした遠心分離装置を提供する。【解決手段】遠心力により処理液を固液分離するボウル（３）と、前記ボウル内で分離された固形相を排出口に向けて搬送するスクリューコンベア（４）と、前記ボウル内に処理液を供給するためのフィードチューブ（５）と、を備えた遠心分離装置において、前記フィードチューブの本体部（５１）を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いた構成とする。【選択図】図１
2018038973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力により処理液を固液分離するボウルと、前記ボウル内で分離された固形相を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウル内に処理液を供給するためのフィードチューブと、を備えた遠心分離装置において、
前記フィードチューブの本体部を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いたことを特徴とする遠心分離装置。
【請求項２】
前記フィードチューブには、前記処理液が流れる流路と、該処理液が流れる流路とは別に洗浄液及び／又は薬液が流れる流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力を利用して処理液を固液分離する遠心分離装置に関するものであり、特に、回転するボウルにフィードチューブを用いて処理液を供給する遠心分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心力を利用して固液分離を行う装置として、デカンタと称される遠心分離装置が知られている。図６は、デカンタの基本構造を、概略的に示している。横型のデカンタ１は、水平軸廻りに回転するボウル１１とスクリューコンベア１２を備えている。
【０００３】
ボウル１１は、一端側又は両端が円錐形状に形成されている円筒形状体で構成されている。スクリューコンベア１２は、分離された固形相を搬送するためのスクリュー羽根１２ａを備えた回転式の搬送手段である。スクリューコンベア１２は、回転中心軸線に沿って空洞になっており、遠心分離される処理液の供給ノズルであるパイプ状のフィードチューブ１３が、スクリューコンベア１２と接触しないように僅かなクリアランスをもって挿入されている。フィードチューブ１３の先端から吐出される処理液は、スクリューコンベア１２内の空洞に供給され、遠心力の作用によって外周面に形成されている供給孔１４から吐出されてボウル１１内に供給される。
【０００４】
このような構成において、フィードチューブ１３から処理液を連続的に供給すると共に、ボウル１１を所定の回転数で回転させると、遠心力の作用によりボウル１１内にて処理液が固形相と液相とに分離される。固形相は、スクリューコンベア１２によってボウル１１の一端側に向けて搬送され、円錐形状となっている部分で液相から離脱して、固形相出口１５を介して排出される。一方、液相（分離液）は、反対側の液相出口１６から溢流して排出される。
【０００５】
固液分離を行うために必要な遠心力を処理液に付与するときのボウル１１の回転数（すなわち、「分離運転時」の回転数）は、処理液の種類や濃度などによって適宜調整され得るが、一例として、５００〜８０００ｒｐｍの範囲内で選択される所定の回転数に制御される。
【０００６】
ところで、上記構成の横型のデカンタ１を運転していると、ステンレス等の金属で製作したフィードチューブ１３が折損することがある。表面に部分的な欠損や亀裂が生じるに止まらず、途中で完全にフィードチューブが折損してしまうのである。フィードチューブ１３の折損は、運転開始時にボウル１１の回転数を上げているときや運転終了時にボウル１１の回転数を下げているときに起こりやすい傾向にあるが、分離運転時においても起こり得る場合がある。フィードチューブ１３が折れてしまうと、交換のため、一時運転不能になってしまう。さらに、フィードチューブ１３は、前述のように金属で製作されており、交換作業の負担も大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平１０−５１２７９９号公報
【特許文献２】特表２０１２−５２９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、運転開始時、分離運転時、運転終了時のいずれにおいてもフィードチューブが折損してしまうのを防ぐことを可能にした遠心分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）本発明の遠心分離装置は、遠心力により処理液を固液分離するボウルと、前記ボウル内で分離された固体相を排出口に向けて搬送するスクリューコンベアと、前記ボウル内に処理液を供給するためのフィードチューブと、を備えた遠心分離装置において、前記フィードチューブの本体部を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いたことを特徴とする。「本体部を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いる」とは、本体部を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のみで形成した構成、さらに付加的に他の材質で形成した部材（例えば、内周管やコーティング材など）を設けた構成、或いは、本体部を成形する炭素繊維強化プラスチック材料自体に他の材料を混合等により付加する構成も含まれる。遠心分離装置は、ボウルが水平軸廻りに回転する横型であってもよく、鉛直軸廻りに回転する竪型であってもよい。
（２）前記フィードチューブは、好ましい一例として、前記処理液が流れる流路と、該処理液が流れる流路とは別に洗浄液及び／又は薬液が流れる流路が形成された構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フィードチューブによって処理液を供給する遠心分離装置において、フィードチューブの本体部を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いたことにより、該フィードチューブは、強度が高く、加振力に対して先端部の振幅が小さく、さらに加振力に対して減衰性が優れているので、運転開始時にボウルの回転数を上げていく過程、処理液を固液分離する分離運転時、及び運転停止時にボウルの回転数を下げていく過程のいずれにおいても、フィードチューブが折損してしまうのを防ぐことができる。
【００１１】
さらに、フィードチューブの好ましい変形例として、前記処理液が流れる流路と、該処理液が流れる流路とは別に洗浄液及び／又は薬液が流れる流路が形成された構成とすれば、洗浄液や薬液などの機能液を必要とする種類の遠心分離装置に対しても、該フィードチューブを適用可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい第１実施形態に従う遠心分離装置の縦断面図である。
【図２】上記遠心分離装置のフィードチューブを示す斜視図である。
【図３】遠心分離装置の周波数と振動変位を模式的に示す図である。
【図４】遠心分離装置の周波数と振動変位を模式的に示す図である。
【図５】フィードチューブの減衰特性を説明するための図である。
【図６】上記フィードチューブの変形例を説明するための図である。
【図７】遠心分離装置の基本構成を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態に従う遠心分離装置について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１４】
（第１実施形態）
本実施形態のデカンタ１は、図１に示すように、固形相出口２０と液相出口２１が下面側に形成されているケーシング２と、ケーシング内に配置されたボウル３と、ボウル３内で遠心分離された固形相を搬送するスクリューコンベア４と、遠心分離する処理液をボウル３内に供給するための供給ノズルであるパイプ状のフィードチューブ５を備えている。ボウル３は、例えばケーシング２の外部に配置されるベアリング等の軸受機構２２によって、その両軸が支持されている。さらにスクリューコンベア４は、コンベアベアリング等の軸受機構２３によって、その両軸が支持されている。なお、符号２４は、ケーシング２内の空間を区画する仕切壁である。
【００１５】
そして、駆動機構である主モーター２５の動力が回転ベルト２５ａを介してボウル３側のプーリー２５ｂに伝達されると、ボウル３が回転し、さらに差速発生装置であるギアボックス２６及びスプラインシャフト２６ａを通じてスクリューコンベア４に回転動力が伝達され、これによりボウル３とスクリューコンベア４とが相対的な差速をもって回転する。処理液の種類や濃度等によって適宜調整され得るが、通常運転の一例として、５００〜８０００ｒｐｍの範囲内で選択される所定の回転数でボウル３を回転させ、ボウル３に対して０．５〜５０ｒｐｍの差速をもってスクリューコンベア４を回転させて遠心分離を行う。
【００１６】
ギアボックス２６には、バックドライブモーター２７と称されるモーターが回転ベルト２７ａ及びプーリー２７ｂを介して連結されている。バックドライブモーター２７は、スクリューコンベア４がボウル３よりも遅く回転するようにブレーキをかけるためのものである。ブレーキをかけることによってバックドライブモーター２７に発生する回生電力は、主モーター２５に供給するようにすることができる。但し、バックドライブモーター２７は必ずしも設けなくともよい。
【００１７】
ボウル３は、円筒状の胴部の一端側に円錐形状部３１が形成されており、他端側にはフロントハブ３２と称する円盤状部材が設けられている。ボウル３の胴部は、ボウル３内に供給される処理液のプール（液溜り）部を形成する。一方、円錐形状部３１は、スクリューコンベア４によって搬送される固形相が液相から離脱するビーチ部を形成しており、その端部に固形相排出口３３が設けられている。フロントハブ３２には、液相が溢流して排出される液相排出口３４が設けられている。液相排出口３４は、フロントハブ３２を貫通する円形状の開口穴である。
【００１８】
スクリューコンベア４の外周面には、固形相を搬送するためのスクリュー羽根４１が螺旋状に設けられている。さらに、スクリューコンベア４の外周面には、供給孔４２が設けられている。供給孔４２は、スクリューコンベア４の先端側内部に形成されている液供給室４３と連通している。
【００１９】
フィードチューブ５は、回転するボウル３及びスクリューコンベア４とは接触しないようにして、液供給室４３内まで接近又は挿入されている。すなわち、スクリューコンベア４の回転中心軸線に沿って該スクリューコンベア４の内部にまで延びるように配置されている。液供給室４３には、供給された処理液が逆流出するのを防ぐための防液堤となる起立壁４４が周方向に沿って設けられている。この起立壁４４の上端とフィードチューブ５の外周面との間のクリアランスは、作図の都合で大きく図示しているが、実際には僅かな隙間となっている。一例として、１〜２０ｍｍに設定している。一方、フィードチューブ５の基端側には、例えばポンプなどの送液手段（不図示）からの配管が接続されるようになっている。送液手段によって送られてくる処理液は、フィードチューブ５の先端から液供給室４３内に吐出され、さらに液供給室４３内に供給された処理液は、回転するスクリューコンベア４の遠心力の作用によって供給孔４２から吐出されてボウル３内に供給される。
【００２０】
前述したデカンタ１の主要な構成要素は、例えば金属で製作された架台２８上に設置することによって支持されている。そして、フィードチューブ５は、架台２８から延びる支持部材２９によって基端側が固定支持されている。すなわち、フィードチューブ５は、その基端側を片持ちされた状態で、デカンタ１に設置されている。そのため、例えばボウル３及びスクリューコンベア４が回転することによってデカンタ１に発生する振動が、支持部材２９を支点にして片持ち支持されているフィードチューブ５に対する加振力として作用する。
【００２１】
フィードチューブ５は、図２に示すように、スクリューコンベア４内に挿入されるパイプ状の本体部５１を備えている。本体部５１の長さは、デカンタ１の仕様などに応じて例えば３００〜３０００ｍｍの範囲内から選択される長さに設定される。フィードチューブ５の基端部５２には、ポンプ等の送液手段からの配管を接続するためのフランジ部５３が設けられている。フィードチューブ５の本体部５１を形成する主たる材質には、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を採用する。すなわち、本体部５１を好ましくは炭素繊維強化プラスチックのみで形成してもよく、他の材質で形成した部材を付加してもよい。一例として、本体部５１内を流れる処理液に対する耐食性や耐摩耗性などを高めるために、金属や樹脂などの材質で形成した内周管及び／又は外周管を配してもよく、或いは内周面及び／又は外周面にコーティングを施すようにしてもよい。また、本体部５１を成形する炭素繊維強化プラスチック材料自体に他の材料を混合等により付加してもよい。基端部５２も、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いて本体部５１と一体的に製作してもよいが、本例では加工が比較的容易な金属で製作している。基端部５２を形成する金属の好ましい一例は、ステンレスなどの金属である。
【００２２】
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で製作される本体部５１は、炭素繊維を幾重にも巻いて強度を向上させることが好ましい。一例として、フィラメントワインディング法によって炭素繊維を巻いて成型してもよく、或いは、炭素繊維強化プラスチックのプリプレグを巻いて成型するようにしてもよい。この場合、樹脂は熱可塑性を用いてもよい。また、樹脂と炭素繊維を混合し射出成形または押出成形してもよい。
【００２３】
ここで、本発明の理解を助けるために、フィードチューブ５が折損する原因の主だったものについて、図３〜図４を参照しながら説明しておく。図３は、デカンタ１の運転時に表れる周波数と振動変位を模式的に示したものである。周波数は、計算式（周波数［Ｈｚ］＝回転数［ｒｐｍ］／６０［ｓｅｃ］）で求めることができる。ボウル３の回転数が４０００ｒｐｍの場合の周波数は６７Ｈｚである。デカンタ１に発生する振動の要因は、ボウル３とスクリューコンベア４の回転に起因するものが大きく（前述したように、スクリューコンベア４は、ボウル３と略同速で回転している）、ゆえに図３（ａ）に模式的に示すように、ボウル３とスクリューコンベア４の回転に起因する振幅が周波数６７Ｈｚ付近に表れる。デカンタ１は、その設計仕様の一例として、振動変位が約５０〜８０μｍ以内に収まるように各構成要素（ボウル、スクリューコンベアなど）が設計・製作されている。かかる設計仕様にあっては、従来のステンレス製のフィードチューブであっても、加振力として作用する振動が小さいので先端の振れがないか或いは振れ幅が小さく、フィードチューブ５が折損することはない。
【００２４】
ところが、運転開始時にボウル３の回転数を上げていく過程において、ボウル３の回転数に対応する周波数が、ステンレス製のフィードチューブの固有振動数と重なるときがあり、図３（ｂ）に模式的に示すように、共振点でフィードチューブの先端部が大きく振れ、振れ幅がスクリューコンベア４の起立壁４４とのクリアランスを上回ると起立壁４４と衝突し、衝突にフィードチューブの強度が耐えられないときに折れてしまうのである。このような現象は、運転終了時にボウル３の回転数を下げていく過程でも同様に起こり得る。
【００２５】
また、デカンタ１は、長期に使用すると、ボウル３やスクリューコンベア４の偏摩耗などによりアンバランスが生じてしまう場合がある。アンバランスは、ボウル３内の固形相の詰りや偏りなどによっても生じる場合がある。このようなアンバランスが生じると、デカンタ１の運転時に表れる振動変位が増大する。図４（ａ）に模式的に示すように、実際に、設計仕様では分離運転時において約７０μｍであった周波数６７Ｈｚの振動変位が、例えば１００〜１５０μｍにまで増大することがあった。このようにアンバランスによって振動変位が増大すると、図４（ｂ）に模式的に示すように、共振点でのフィードチューブの先端部の振れ幅がさらに大きくなってしまう。
【００２６】
以上のことから、従来のステンレス製のフィードチューブにあっては、厚みを増やして強度を高めるといった設計段階での対策を講じたとしても、アンバランスの発生による振動変位の増大など、追加的に生じる不確定要因に対してまでは対応することができない場合がある。また、起立壁４４との間のクリアランスが設計上決まっているので、ステンレスの厚みを増やして強度を高めることには限界がある。
【００２７】
これに対し、本実施形態のフィードチューブ５は、スクリューコンベア４の液供給室４３にまで延びる本体部５１を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いたことにより、強度が高く、共振等に起因する加振力に対して先端部の振幅が小さく、さらに共振等に起因する加振力に対して減衰性が高いので、運転開始時にボウル３の回転数を上げていく過程、及び運転停止時にボウルの回転数を下げていく過程で、フィードチューブが折損してしまうのを防ぐことが可能である。係るフィードチューブ５の有利な特性により、処理液を固液分離する分離運転時においても、フィードチューブが折損してしまうのを防ぐことができる。
【００２８】
すなわち、炭素繊維強化プラスチック製のフィードチューブ５は、実際に試験を行って確認したところ、同形状に製作したステンレス製のフィードチューブに比べて６倍の強度を有する結果であったので、運転開始時、分離運転時及び運転停止時において、たとえスクリューコンベア４の起立壁４４に衝突したとしても、その衝突に耐え得ることが可能である。
【００２９】
また、炭素繊維強化プラスチック製のフィードチューブ５は、実際に試験を行って確認したところ、図５に示した時間軸応答波形のように、同形状に製作したステンレス製のフィードチューブに比べて、基端側に加振力を与えたときの先端部の振幅が小さいという結果が得られた。よって、たとえ共振が起きたとしても、スクリューコンベア４の起立壁４４に衝突するのを回避できる確率が高く、衝突したとしてもその衝撃が小さくて済む。また、加振力に対して先端部の振幅が小さいので、例えば前述のアンバランスに起因してデカンタ１の振動変位が大きくなっても、スクリューコンベア４の起立壁４４に衝突するのを回避することができる。
【００３０】
さらに、炭素繊維強化プラスチック製のフィードチューブ５は、減衰性が高いので、たとえ共振が起きて先端部が振れたとしても、その振れが早期に収束する。従って、フィードチューブが折損してしまう程にスクリューコンベア４の起立壁４４に衝突する回数を減らすことができる。
【００３１】
また、フィードチューブ５の変形例として、中央の処理液の流路の外側に、洗浄液及び／又は薬液を供給するための流路を形成するようにしてもよい。図６に示すのは、その一例である。すなわち、図６（ａ）に示すように、中央に処理液の流路５４、その周囲に洗浄液及び／又は薬液のための複数の流路５５を形成した２重管構造とすることができる。洗浄液及び薬液の両方を供給する場合、複数の流路５５のうちのいずれかを洗浄液に割り当て、残りを薬液に割り当てるようにする。また、変形例として、図６（ｂ）に示すように、周方向に９０度間隔で区画した４つの流路に、流路５４と流路５５を割り当てる構成としてもよい。さらにまた、変形例として、図６（ｃ）に示すように、中央の処理液の流路５４の外周に径の小さい複数の流路５５を形成した構造としてもよい。すなわち、その構成は、適宜変更し得る。洗浄液としては、例えばデカンタ１内を洗浄するための洗浄水を供給することができる。また、薬液としては、高分子凝集剤や無機凝集剤などの凝集剤を供給することができる。かかる構成であっても、前述のフィードチューブ５の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００３２】
（第２実施形態）
本実施形態に従うフィードチューブ５は、その固有振動数が、分離運転時におけるボウル３の回転数に対応する周波数よりも高周波側にあるように構成している。この限定を除いた他の構成については第１実施形態と同じである。既述のとおり、周波数は回転数を６０で除した値（周波数［Ｈｚ］＝回転数［ｒｐｍ］／６０［ｓｅｃ］）で求めることができ、例えば回転数が４０００ｒｐｍの場合の周波数は６７Ｈｚとなる。また、フィードチューブ５の固有振動数は、形状や材質等の情報から演算やシミュレーションによって求めてもよく、実際にフィードチューブ５を製作して試験を行って求めてもよい。
【００３３】
一例として、外径３６ｍｍ、内径３１ｍｍ、厚み２．５ｍｍ、長さ７６０ｍｍのフィードチューブ５を製作し、固有振動数を解析したところ８９Ｈｚであったことを確認している。固有振動数８９Ｈｚは、周波数６７Ｈｚの２割増し以上である。この例では２割増しであれば十分であると考えられる。但し、分離運転時におけるボウル３の回転数に対応する周波数よりも高周波側に固有振動数が位置していればよく、特にフィードチューブ５の寸法が限定されることはない。
【００３４】
固有振動数（８９Ｈｚ）が、分離運転時におけるボウル３の回転数に対応する周波数よりも高周波側にあれば、運転開始時においてボウル３の回転数を分離運転時の回転数にまで上げていく過程、及び運転終了時においてボウル３の回転数を下げていく過程において、ボウル３の回転数に対応する周波数がフィードチューブ５の固有振動数を通過することはない。よって、フィードチューブ５が折損してしまうのを防ぐことが可能となる。さらに、フィードチューブ５の固有振動数（８９Ｈｚ）が、周波数（６７Ｈｚ）の２割増し以上であることから、分離運転時においてもフィードチューブ５が折損してしまうのを防ぐことが可能となる。さらには、アンバランスの発生に起因する振動変位の増大が起きたとしても、その影響が及ぶこともない。
【００３５】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。
【符号の説明】
【００３６】
１  デカンタ
２  ケーシング
３  ボウル
４  スクリューコンベア
５  フィードチューブ
５１  フィードチューブ本体部
５２  フィードチューブ基端部
【図１】
2018038973.tif 000003
【図２】
2018038973.tif 000004
【図３】
2018038973.tif 000005
【図４】
2018038973.tif 000006
【図５】
2018038973.tif 000007
【図６】
2018038973.tif 000008
【図７】
2018038973.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
遠心力を利用して固液分離を行う装置として、デカンタと称される遠心分離装置が知られている。図７は、デカンタの基本構造を、概略的に示している。横型のデカンタ１は、水平軸廻りに回転するボウル１１とスクリューコンベア１２を備えている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
すなわち、炭素繊維強化プラスチック製のフィードチューブ５を実際に複数製作し試験を行って確認した。その中の一例として、同形状に製作したステンレス製のフィードチューブに比べて６倍の強度を有するものを設計できた。よって、運転開始時、分離運転時及び運転停止時において、たとえスクリューコンベア４の起立壁４４に衝突したとしても、その衝突に耐え得ることが可能である。
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月11日(2017.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力により処理液を固液分離する回転式のボウルと、前記ボウル内で分離された固形相を排出口に向けて搬送する回転式のスクリューコンベアと、前記ボウル内に処理液を供給するための非回転のフィードチューブと、を備えた遠心分離装置において、
前記フィードチューブの本体部を形成する主たる材質に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いたことを特徴とする遠心分離装置。
【請求項２】
前記フィードチューブには、前記処理液が流れる流路と、該処理液が流れる流路とは別に洗浄液及び／又は薬液が流れる流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置。