(57)【要約】【課題】遠心分離による固液分離処理と固形物の排出処理とを並行して行うことが可能な竪形デカンタ式遠心分離装置等を提供する。【解決手段】軸方向における一端側に分離液を排出する分離液排出口が形成され、他端側に分離固形物を排出する分離固形物排出口が形成されたボウルと、前記ボウルに処理物である原液を供給するフィード部と、前記ボウルの内側に配置され、前記ボウルとは異なる回転速度で回転駆動されるスクリューコンベアと、前記ボウルと前記スクリューコンベアとの間で差速を発生させる差速発生機構と、を備え、前記分離固形物排出口は、前記ボウルの周方向に複数個等間隔に形成されており、各前記分離固形物排出口のそれぞれには、開位置と閉位置との間で動作するバルブが設けられており、前記バルブは、前記ボウルの遠心力が所定の動作遠心力に到達した時に、遠心力により前記開位置及び前記閉位置のうちいずれか一方の位置に移動することを特徴とする。【選択図】図１
2019193920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向における一端側に分離液を排出する分離液排出口が形成され、他端側に分離固形物を排出する分離固形物排出口が形成されたボウルと、
前記ボウルに処理物である原液を供給するフィード部と、
前記ボウルの内側に配置され、前記ボウルとは異なる回転速度で回転駆動されるスクリューコンベアと、
前記ボウルと前記スクリューコンベアとの間で差速を発生させる差速発生機構と、
を備え、
前記分離固形物排出口は、前記ボウルの周方向に複数個等間隔に形成されており、
各前記分離固形物排出口のそれぞれには、開位置と閉位置との間で動作するバルブが設けられており、
前記バルブは、前記ボウルの遠心力が所定の動作遠心力に到達した時に、遠心力により前記開位置及び前記閉位置のうちいずれか一方の位置に移動することを特徴とする竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項２】
前記動作遠心力は、１００００Ｇ以上の超遠心力であることを特徴とする請求項１に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項３】
前記一方の位置は、前記閉位置であり、
前記動作遠心力よりも高い第２の遠心力に到達したときに、前記フィード部を介して前記原液を前記ボウルに供給するフィード処理を開始することを特徴とする請求項２に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項４】
前記一方の位置は、前記開位置であり、
前記動作遠心力よりも低く、かつ、１００００Ｇ以上の第３の遠心力に到達したときに、前記フィード部を介して前記原液を前記ボウルに供給するフィード処理を開始することを特徴とする請求項２に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項５】
前記バルブは、スプリング式の自動復帰バルブであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項６】
前記ボウルは、円筒形又は円錐形であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項７】
前記ボウルの遠心力が１００００Ｇよりも高い超遠心力下において、前記ボウルと前記スクリューコンベアとの差速を１min-１以下の微小差速領域に維持する差速発生装置を有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【請求項８】
請求項１に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置を用いて原液を遠心分離する遠心分離方法であって、
前記バルブの位置が前記閉位置から前記開位置に切り替わるタイミングの前後に亘って前記フィード部を介して連続的に前記原液を供給しながら、前記ボウルの遠心力が１００００Ｇよりも高い超遠心力下において前記原液を固液分離するとともに、分離固形物を前記分離固形物排出口から遠心力により排出させることを特徴とする遠心分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理物としての原液を固液分離する竪形デカンタ式遠心分離装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固液分離を行うデカンタ式遠心分離装置の用途として、食品、医薬品分野における菌体分離操作、化粧品分野における無機物超微粉末の湿式分級操作等、超遠心力領域での濃縮、脱液、分離、分級操作が知られている。特に、最近では超遠心分離によって清澄液が製品となるケースが多く、例えば、化粧品無機物超微粉（ナノミクロン粒子）、エキス分を超遠心分離によって回収することが行われている。すなわち、この種のナノミクロンサイズの粒子は沈降性が悪いため、超遠心力下で遠心分離しないと、固液分離が不十分となるおそれがある。本明細書では、１００００Ｇ以上の遠心力を超遠心力と定義する（以下、同様である）。
【０００３】
従来のデカンタ式遠心分離機を用いた超遠心力下の分離操作では、回転筒内における処理液の十分な滞留時間の確保が困難で、また分離した固形物がコニカル部内でスリップし易く排出が困難という課題があった。この課題を解決する方法として、デカンタ式遠心分離機とは異なる遠心分離機において、固液分離や脱水処理後に、ボウルやバスケットの内側に付着するケーキをスクレーパで掻き取る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この種の遠心分離機では、いわゆるバッチ処理を繰り返す必要があるため、運転効率が悪かった。
【０００４】
また、別の方法として、分離フェーズにおいて、ロータ・ボディを高速度で回転させることにより、固液分離を効率よく行うとともに、粒子排出フェーズにおいて、ロータ・ボディを減速して遠心力を低減し、スクリューコンベアによるスラッジの移送を容易に行うデカンタ式遠心分離機が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２のデカンタ式遠心分離機では、固液分離処理とスラッジの排出処理とを１００００Ｇ以上の超遠心力下で行うことは考慮されていない。
【０００５】
また、特許文献３には、遠心分離用ドラムの壁の中にバネ付き弁を設置したネジ型遠心分離機が開示されている。この弁は、ドラムの回転速度が低下した時に遠心力に抗しながらバネ力により開き方向に作動し、残水を落水させずに排出させる機能を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５２１４８１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−５０９２９１号公報
【特許文献３】特公昭５２−７５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、遠心分離による固液分離処理と固形物の排出処理とを並行して行うことが可能な竪形デカンタ式遠心分離装置等を提供することを目的とする。本願発明は、さらに、遠心分離による固液分離処理と固形物の排出処理とを１００００Ｇ以上の超遠心力下で並行して行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明は、（１）軸方向における一端側に分離液を排出する分離液排出口が形成され、他端側に分離固形物を排出する分離固形物排出口が形成されたボウルと、前記ボウルに処理物である原液を供給するフィード部と、前記ボウルの内側に配置され、前記ボウルとは異なる回転速度で回転駆動されるスクリューコンベアと、前記ボウルと前記スクリューコンベアとの間で差速を発生させる差速発生機構と、を備え、前記分離固形物排出口は、前記ボウルの周方向に複数個等間隔に形成されており、各前記分離固形物排出口のそれぞれには、開位置と閉位置との間で動作するバルブが設けられており、前記バルブは、前記ボウルの遠心力が所定の動作遠心力に到達した時に、遠心力により前記開位置及び前記閉位置のうちいずれか一方の位置に移動することを特徴とする竪形デカンタ式遠心分離装置。
【０００９】
（２）前記動作遠心力は、１００００Ｇ以上の超遠心力であることを特徴とする上記（１）に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【００１０】
（３）前記一方の位置は、前記閉位置であり、前記動作遠心力よりも高い第２の遠心力に到達したときに、前記フィード部を介して前記原液を前記ボウルに供給するフィード処理を開始することを特徴とする上記（２）に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【００１１】
（４）前記一方の位置は、前記開位置であり、前記動作遠心力よりも低く、かつ、１００００Ｇ以上の第３の遠心力に到達したときに、前記フィード部を介して前記原液を前記ボウルに供給するフィード処理を開始することを特徴とする上記（２）に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【００１２】
（５）前記バルブは、スプリング式の自動復帰バルブであることを特徴とする上記（１）乃至（４）のうちいずれか一つに記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【００１３】
（６）前記ボウルは、円筒形又は円錐形であることを特徴とする上記（１）乃至（５）のうちいずれか一つに記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【００１４】
（７）前記ボウルの遠心力が１００００Ｇよりも高い超遠心力下において、前記ボウルと前記スクリューコンベアとの差速を１min-１以下の微小差速領域に維持する差速発生装置を有することを特徴とする上記（１）乃至（６）のうちいずれか一つに記載の竪形デカンタ式遠心分離装置。
【００１５】
（８）上記（１）に記載の竪形デカンタ式遠心分離装置を用いて原液を遠心分離する遠心分離方法であって、前記バルブの位置が前記閉位置から前記開位置に切り替わるタイミングの前後に亘って前記フィード部を介して連続的に前記原液を供給しながら、前記ボウルの遠心力が１００００Ｇよりも高い超遠心力下において前記原液を固液分離するとともに、分離固形物を前記分離固形物排出口から遠心力により排出させることを特徴とする遠心分離方法。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明によれば、遠心分離による固液分離処理と固形物の排出処理とを並行して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】竪形デカンタ式遠心分離装置の断面図である（第１実施形態）。
【図２】ＣＩＰバルブの動作説明図である（第１実施形態）。
【図３】竪形デカンタ式遠心分離装置の運転方法を説明するためのタイミングチャートである（第１実施形態）。
【図４】ＣＩＰバルブの動作説明図である（第２実施形態）。
【図５】竪形デカンタ式遠心分離装置の運転方法を説明するためのタイミングチャートである（第２実施形態）。
【図６】竪形デカンタ式遠心分離装置の断面図である（第３実施形態）。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の竪形デカンタ式遠心分離装置の断面図である。竪形デカンタ式遠心分離装置１００は、ケーシング１１と、ケーシング１１の内部に回転可能に収容された円筒形ボウル１２と、円筒形ボウル１２の内部に回転可能に収容されたスクリューコンベア１３と含む。ケーシング１１の外周面には、径方向外側に突出する液排出管１１aが形成されており、ケーシング１１の下端部には、上端側から下端側に向かって径寸法が縮径するテーパ部１１ｂが形成されており、このテーパ部１１ｂの下端には、固形物排出口１１ｂ１が形成されている。また、ケーシング１１には、フィードチューブ１４を挿通させるための貫通穴１１ｃが形成されている。
【００１９】
円筒形ボウル１２は、内径が略一定であり、上下方向に延びる回転軸周りに回転する。円筒形ボウル１２の軸方向端部はボウルハブ１２ａにより閉塞されている。このボウルハブ１２ａは、回転軸周りに延びるスリーブベアリング１２ｂの外周面に支持されている。また、円筒形ボウル１２は、ボウルハブシャフト１２ｃを介して、平ベルト１５により回転駆動される。円筒形ボウル１２の下端周面には、複数の固形物排出口１２１（分離固形物排出口に相当する）が形成されている。固形物排出口１２１の数は特に限定しないが、周方向において隣接する固形物排出口１２１の配置間隔は、互いに等しくなければならない。配置間隔が異なると、円筒形ボウル１２の重心がずれるため、円筒形ボウル１２の回転動作が著しく不安定となる。特に本実施形態では、円筒形ボウル１２の遠心力を、１００００Ｇ以上の超遠心力下で回転させることを想定しているため、その傾向が顕著となる。この１００００Ｇ以上の超遠心力下では、通常、固形物の連続排出が困難と考えられている。
【００２０】
各固形物排出口１２１には円筒形ボウル１２の遠心力の大小に応じて開閉するＣＩＰバルブ１６が設けられている。ＣＩＰバルブ１６の詳細については、後述する。円筒形ボウル１２の上端には、複数の清澄液排出口１２２（分離液排出口に相当する）が形成されている。
【００２１】
スクリューコンベア１３は、中空構造のスクリューコンベアハブ１３ａと、スクリューコンベアハブ１３ａの外周面に形成された複数のスクリューコンベアフライト１３ｂとを有する。スクリューコンベアハブ１３ａには、下端側から原液供給管１４ａが挿入されており、この原液供給管１４ａはフィードチューブ１４に接続されている。スクリューコンベアハブ１３ａの外周面には、スクリューコンベアフライト１３ｂを避けた位置に複数のフィード開口部１３ａ１が形成されている。フィードチューブ１４から送液された原液は、原液供給管１４ａを介してスクリューコンベアハブ１３ａの内部に排出される。スクリューコンベアハブ１３ａの内部に排出された原液は、フィード開口部１３ａ１を介して、円筒形ボウル１２の内部に排出される。
【００２２】
スクリューコンベア１３は、スクリューコンベア継手１８を介してスクリュー駆動伝達軸１７に連結されている。このスクリュー駆動伝達軸１７は、遊星減速装置１９（差速発生機構に相当する）に連結されており、この遊星減速装置１９は平ベルト２０により駆動される。遊星減速装置１９は、円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３が互いに異なる回転速度で回転するように（言い換えると、円筒形ボウル１２がスクリューコンベア１３に対して差速をもって回転するように）、速度差を調整する。すなわち、スクリューコンベア１３が円筒形ボウル１２よりも遅く回転するように、差速を調整する。
【００２３】
遊星減速装置１９は、円筒形ボウル１２の遠心力を大きく変化させても差速を一定（例えば、１min-１以下）に維持できる差速制御機構を有することが望ましい。これにより、円筒形ボウル１２の内部において必要な原液滞留時間を確保し、また固形物粒子の撹拌を極力抑制しながら分離固形物をゆっくりと連続排出することができる。その結果、超遠心力下での高精度な分級操作が実現できる。差速制御機構の構成は、特に限定するものではないが、例えば、特許第５１４７７２６号公報に開示された竪形デカンタ式遠心分離機用ギアボックスを用いることができる。
【００２４】
次に、図２を参照しながら、ＣＩＰバルブ１６について詳細に説明する。図２（ａ）は開位置に位置するＣＩＰバルブの断面図であり、図２（ｂ）は閉位置に位置するＣＩＰバルブの断面図である。図２（ａ）を参照して、ＣＩＰバルブ１６は、バルブ本体１６１と、バルブシート面１６２と、摺動シート１６３と、ガイドリング１６４と、バルブボディ１６５と、スプリング１６６と、スプリング収容部１６７と、スプリング支持部１６８と、固定ナット１６９とを含む。
【００２５】
バルブ本体１６１は、軸部１６１ａと、鍔部１６１ｂと、摺動シート保持部１６１ｃとを含む。軸部１６１ａは、一点鎖線で示す円筒形ボウル１２の径方向に向かって延びており、その先端にはねじ溝１６１ａ１が切られている。このねじ溝１６１ａ１に対して固定ナット１６９を螺合させることにより、バルブ本体１６１の抜けを防止している。
【００２６】
鍔部１６１ｂは、軸部１６１ａの基端部に形成されており、前記の径方向に対して直交する方向に延在している。鍔部１６１ｂの外径端には傾斜方向に延びるバルブシート面１６２が形成されている。摺動シート保持部１６１ｃは、軸部１６１ａの周りに環状に形成されており、バルブシート部１６２の近傍から前記の径方向に向かって延びており、その先端には軸部１６１ａ側に向かって折れ曲がったシート支持部１６１ｃ１が形成されている。スプリング収容部１６７は、軸部１６１ａと摺動シート保持部１６１ｃとの間に形成されており、スプリング収容部１６７に収容されたスプリング１６６は、スプリング支持部１６８に支持されるとともに、バルブ本体１６１を円筒形ボウル１２の径方向内側に向かって付勢している。つまり、スプリング１６６は、固定ナット１６９をスプリング支持部１６８に対して押し付ける方向に、バルブ本体１６１を付勢している。
【００２７】
摺動シート１６３は、軸部１６１ａの周りに環状に形成されており、シート支持部１６１ｃ１に支持されるとともに、摺動シート１６３の軸部１６１ａ側に近接配置されたガイドリング１６４に対して接触している。バルブボディ１６５は、固形物排出口１２１に対して固定されている。バルブボディ１６５には、閉じ位置に移動したバルブ本体１６１のバルブシート面１６２に密着するシート受け面１６５ａが形成されている。
【００２８】
円筒形ボウル１２の遠心力が低い場合には、図２（ａ）に図示するように、バルブシート面１６２及びシート受け面１６５ａは離間しており、固形物排出口１２１を介した固形物の排出を行うことができる。円筒形ボウル１２の遠心力が高い場合には、図２（ｂ）に図示するように、バルブ本体１６１がスプリング１６６のバネ力に抗しながら円筒形ボウル１２の径方向外側に向かって移動し、バルブシート面１６２及びシート受け面１６５ａが密着する。これにより、固形物排出口１２１を介した固形物の排出を禁止することができる。
【００２９】
図３のタイミングチャートを参照しながら、竪形デカンタ式遠心分離装置１００の運転方法について説明する。図３において、左側の縦軸は円筒形ボウル１２に働く遠心力を示しており、右側の縦軸は原液のフィード量（l/ min）を示しており、横軸は時間を示している。初期状態において、ＣＩＰバルブ１６は、図２（ａ）に図示する開位置に位置しているものとする。また、円筒形ボウル１２の遠心力が動作遠心力に到達したときに、ＣＩＰバルブ１６が開位置から閉位置に向かって動作するように、スプリング１６６のバネ定数は設定されているものとする。動作遠心力は、後述する第１の遠心力と第２の遠心力との間に設定されているものとする。
【００３０】
円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３の回転動作を開始させ、円筒形ボウル１２を加速させる。円筒形ボウル１２の遠心力が動作遠心力に到達すると、ＣＩＰバルブ１６が開位置から閉位置に移動して、固形物排出口１２１がＣＩＰバルブ１６により閉塞される。円筒形ボウル１２を更に加速させ、第２の遠心力に到達すると、加速動作を停止して円筒形ボウル１２の回転速度を等速に維持するとともに、フィードチューブ１４を介して、円筒形ボウル１２の内部に原液を供給するフィード処理を開始する。第２の遠心力は、例えば、超遠心力である２５０００Ｇに設定することができる。動作遠心力は、例えば、超遠心力である２３０００Ｇに設定することができる。
【００３１】
フィードされた原液は円筒形ボウル１２の回転動作にしたがって遠心分離され、円筒形ボウル１２の内面に固形物層が堆積し、この固形物層の上に清澄液層が形成される。この時（つまり、円筒形ボウル１２が２５０００Ｇで回転している時）、遊星減速装置１９により円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３の差速は１ｍｉｎ-１以下に維持される。分離された清澄液は、スクリューコンベアフライト１３ｂ間を螺旋状に流れ、清澄液排出口１２２から排水される。
【００３２】
所定時間経過後、円筒形ボウル１２を減速して、遠心力を降下させる。所定時間は、原液の性状等に左右されるため特に限定しないが、予め実験により一定の厚みの固形物層及び清澄液層を形成するのに必要な滞留時間を計測しておき、この計測時間を所定時間とすることができる。円筒形ボウル１２の遠心力が動作遠心力に降下すると、ＣＩＰバルブ１６が閉位置から開位置に移動して、固形物排出口１２１が開かれるとともに、スクリューコンベア１３により搬送された固形物の排出処理が開始される。
【００３３】
円筒形ボウル１２を更に減速させ、第１の遠心力に降下すると、減速動作を停止させて円筒形ボウル１２の回転速度を等速に維持する。円筒形ボウル１２の遠心力が下がるため、固形物の排出がし易くなる。第１の遠心力は、例えば超遠心力である２００００Ｇに設定することができる。本実施形態では第１及び第２の遠心力をそれぞれ２５０００Ｇ及び２００００Ｇに設定したが、本発明はこれに限るものではなく、原液の種類に応じて適宜変更することができる。
【００３４】
円筒形ボウル１２の遠心力が第１の遠心力に降下した後も、原液のフィード処理、清澄液及び固形物の排出処理は継続する。原液のフィード処理が終了すると、円筒形ボウル１２の遠心力を徐々に降下させ、円筒形ボウル１２を停止させる。なお、ボウル内残留物は全て固形物排出口１２１より排出される。ただし、この排出されたボウル内残留物は、製品規格外であるため、分離固形物とは別に回収を行う。具体的には、固形物回収口下部に切り替えバルブ等を設置して分離固形物とボウル内残留物とを夫々別に回収するとよい。
【００３５】
遊星減速装置１９は、円筒形ボウル１２の遠心力が第２の遠心力から第１の遠心力に降下した後も円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３の差速を１ｍｉｎ-１以下に維持する。このように、遠心力を第２の遠心力から第１の遠心力に大きく変化させても、差速がほぼ一定に維持されるため、円筒形ボウル１２の内部において必要な原液滞留時間を確保し、また固形物粒子の撹拌を極力抑制しながら分離固形物をゆっくりと連続排出することができる。その結果、超遠心力下での高精度な分級操作が実現できる。
【００３６】
本実施形態の構成によれば、円筒形ボウル１２の遠心力を超遠心力下で変更するだけで、固形物を排出することができる。このため、円筒形ボウル１２を一旦停止又は遠心分離不能な速度まで減速させてから、固形物を掻き出す等の処理が不要となるため、原液を連続処理することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
本実施形態は、ＣＩＰバルブの構成が第１実施形態と異なる。ＣＩＰバルブ以外の構成は、第１実施形態と同様であるから、詳細な説明を省略する。図４（ａ）は開位置に位置するＣＩＰバルブの断面図であり、図４（ｂ）は閉位置に位置するＣＩＰバルブの断面図である。図４（ｂ）を参照して、ＣＩＰバルブ２６は、バルブ本体２６１と、バルブシート面２６２と、摺動シート２６３と、ガイドリング２６４と、バルブボディ２６５と、スプリング２６６と、スプリング収容部２６７と、スプリング支持部２６８と、固定ナット２６９とを含む。
【００３８】
バルブ本体２６１は、軸部２６１ａと、鍔部２６１ｂと、摺動シート保持部２６１ｃとを含む。軸部２６１ａは、一点鎖線で示す円筒形ボウル１２の径方向に向かって延びており、その先端にはねじ溝２６１ａ１が切られている。このねじ溝２６１ａ１に対して固定ナット２６９を螺合させることにより、バルブ本体２６１の抜けを防止している。
【００３９】
鍔部２６１ｂは、軸部２６１ａの基端部に形成されており、前記の径方向に対して直交する方向に延在している。鍔部２６１ｂの外径端には傾斜方向に延びるバルブシート面２６２が形成されている。摺動シート保持部２６１ｃは、軸部２６１ａの周りに環状に形成されており、バルブシート部２６２の近傍から前記の径方向に向かって延びており、その先端には軸部２６１ａ側に向かって折れ曲がったシート支持部２６１ｃ１が形成されている。スプリング収容部２６７は、軸部２６１ａと摺動シート保持部２６１ｃとの間に形成されており、スプリング収容部２６７に収容されたスプリング２６６は、スプリング支持部２６８に支持されるとともに、バルブ本体２６１を円筒形ボウル１２の径方向内側に向かって付勢している。つまり、スプリング２６６は、固定ナット２６９をスプリング支持部２６８に対して押し付ける方向（言い換えると、バルブシート面２６２をシート受け面２６５ａに密着させる方向）に、バルブ本体２６１を付勢している。
【００４０】
摺動シート２６３は、環状に形成されており、シート支持部２６１ｃ１に支持されるとともに、摺動シート２６３の軸部２６１ａ側に近接配置された環状に延びるガイドリング２６４に対して接触している。バルブボディ２６５は、固形物排出口１２１に対して固定されている。バルブボディ２６５には、閉位置に移動したバルブ本体２６１のバルブシート面２６２に密着するシート受け面２６５ａが形成されている。
【００４１】
円筒形ボウル１２の遠心力が低い場合には、図４（ｂ）に図示するように、バルブシート面２６２及びシート受け面２６５ａは密着しているため、固形物排出口１２１を介した固形物の排出が禁止される。円筒形ボウル１２の遠心力が高い場合には、図４（ａ）に図示するように、バルブ本体２６１がスプリング２６６のバネ力に抗しながら円筒形ボウル１２の径方向外側に向かって移動し、バルブシート面２６２がシート受け面２６５ａから離間する。これにより、固形物排出口１２１を介した固形物の排出を行うことができる。
【００４２】
次に、図５のタイミングチャートを参照しながら、本実施形態の竪形デカンタ式遠心分離装置１００の運転方法について説明する。図５において、左側の縦軸は円筒形ボウル１２の遠心力を示しており、右側の縦軸は原液のフィード量（l/min）を示しており、横軸は時間を示している。初期状態において、ＣＩＰバルブ２６は、図４（ｂ）に位置する閉位置に位置しているものとする。また、円筒形ボウル１２の遠心力が動作遠心力に到達したときに、ＣＩＰバルブ２６が閉位置から開位置に動作するように、スプリング２６６のバネ定数は設定されているものとする。動作遠心力は、後述する第３の遠心力と第４の遠心力との間に設定されているものとする。
【００４３】
円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３の回転動作を開始させ、円筒形ボウル１２を加速させる。円筒形ボウル１２の遠心力が第３の遠心力に到達すると、フィードチューブ１４を介して、円筒形ボウル１２の内部に原液を供給するフィード処理を開始する。第３の遠心力は、例えば、超遠心力である１５０００Ｇに設定することができる。円筒形ボウル１２の遠心力が第３の遠心力に到達すると、加速動作を停止して円筒形ボウル１２の回転速度を等速に維持する。
【００４４】
フィードされた原液は円筒形ボウル１２の回転動作にしたがって遠心分離され、円筒形ボウル１２の内面に固形物層が堆積し、この固形物層の上に清澄液層が形成される。この時（つまり、円筒形ボウル１２が１５０００Ｇで回転している時）、遊星減速装置１９により円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３の差速は１ｍｉｎ-１以下に維持される。分離された清澄液は、スクリューコンベアフライト１３ｂ間を螺旋状に流れ、清澄液排出口１２２から排水される。
【００４５】
所定時間経過後、円筒形ボウル１２を更に加速して、遠心力を上昇させる。所定時間は、原液の性状等に左右されるため特に限定しないが、予め実験により一定の厚みの固形物層及び清澄液層を形成するのに必要な滞留時間を計測しておき、この計測時間を所定時間とすることができる。動作遠心力に到達すると、ＣＩＰバルブ２６が閉位置から開位置に移動して、固形物排出口１２１が開かれるとともに、スクリューコンベア１３により搬送された固形物の排出処理が開始される。動作遠心力は、例えば超遠心力である１７０００Ｇに設定することができる。円筒形ボウル１２の遠心力が第４の遠心力に到達すると、加速動作を停止して円筒形ボウル１２の回転速度を等速に維持する。第４の遠心力は、例えば超遠心力である２００００Ｇに設定することができる。
【００４６】
本実施形態では第３及び第４の遠心力をそれぞれ１５０００Ｇ及び２００００Ｇに設定したが、本発明はこれに限るものではなく、原液の種類に応じて適宜変更することができる。第４の遠心力については、遠心力が過度に高くなると、固形物が固形物排出口１２１に移動し難くなる場合があるため、原液の種類に応じて遠心力を変えることが望ましい。
【００４７】
円筒形ボウル１２の遠心力が第４の遠心力に上昇した後も、原液のフィード処理、清澄液及び固形物の排出処理は継続する。原液のフィード処理が終了すると、円筒形ボウル１２の遠心力を徐々に降下させ、円筒形ボウル１２を停止させる。なお、ボウル内残留物は全て固形物排出口１２１より排出される。ただし、この排出されたボウル内残留物は、製品規格外であるため、分離固形物とは別に回収を行う。具体的には、固形物回収口下部に切り替えバルブ等を設置して分離固形物とボウル内残留物とを夫々別に回収するとよい。
【００４８】
遊星減速装置１９は、円筒形ボウル１２の遠心力が第３の遠心力から第４の遠心力に上昇した後も円筒形ボウル１２及びスクリューコンベア１３の差速を１ｍｉｎ-１以下に維持する。このように、遠心力を第３の遠心力から第４の遠心力に大きく変化させても、差速がほぼ一定に維持されるため、円筒形ボウル１２の内部において必要な原液滞留時間を確保し、また固形物粒子の撹拌を極力抑制しながら分離固形物をゆっくりと連続排出することができる。その結果、超遠心力下での高精度な分級操作が実現できる。
【００４９】
本実施形態の構成によれば、円筒形ボウル１２の遠心力を超遠心力下で変更するだけで、固形物を排出することができる。このため、円筒形ボウル１２を一旦停止又は遠心分離不能な速度まで減速させてから、固形物を掻き出す等の処理が不要となるため、原液を連続処理することができる。
【００５０】
竪形デカンタ式遠心分離装置１００の運転方式は、原液に含まれる固形物の濃度、固形物の粒子形状及びサイズ、母液の性状等に左右される固形物の沈降性に応じて選定することができる。例えば、沈降性が非常に悪い超微粉体を分級操作する場合には、運転開始時に非常に高い遠心力で遠心分離を行うことにより固液分離が容易となるため、第１実施形態の運転方式（つまり、図３に図示する運転方式）が望ましい。一方、沈降性が比較的悪くない超微粉体を分級操作する場合には、第２実施形態の運転方式（つまり、図５に図示する運転方式）が望ましい。また、第１及び第２実施形態では、原液のフィード量（l/min）を一定にしたが、可変であってもよい。
【００５１】
（第３実施形態）
図６を参照しながら、本願発明の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態の竪形デカンタ式遠心分離装置２００の断面図である。第１実施形態と共通する要素には、同一符号を付することにより、詳細な説明を省略する。スクリューコンベア２３は、第１実施形態のスクリューコンベア１３と同様に、スクリューコンベアハブ２３ａと、スクリューコンベアハブ２３ａの外周面に形成された複数のスクリューコンベアフライト２３ｂとを有している。スクリューコンベアハブ２３ａは、固形物排出口１２１に接近するにしたがって、径寸法が拡大するテーパ形状を呈している。
【００５２】
円錐形ボウル２２は、固形物排出口１２１に接近するにしたがって、径寸法が拡大するテーパ形状を呈しており、その拡径代がスクリューコンベア２３よりも大きい。このように、円錐形ボウル２２をテーパ状に形成することにより、固形物が移動する方向に遠心力の分力が発生するため、固形物排出口１２１に向かって固形物が登りやすくなる。また、固形物排出口１２１近傍における固形物層の厚みを大きくできるため、固形物の排出が容易になる。
【００５３】
なお、ボウル１２及びスクリューコンベア１３を除いて、第１及び第２実施形態の構成は本実施形態に適用することができる。
【００５４】
（変形例）
上述の実施形態では、ＣＩＰバルブを自動復帰式のスプリングバルブにより構成したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、軸部１６１ａ等を弾性材料により構成し、遠心力の大小に応じて軸部１６１ａ等が伸長及び短縮する構成であってもよい。この場合、スプリング１６６等を省略することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１００、２００  竪形デカンタ式遠心分離装置
１１、２１  ケーシング
１２、２２  ボウル
１３、２３  スクリューコンベア
１６、２６  ＣＩＰバルブ
１２１  固形物排出口
【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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