(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に接線方向から接続された混合流体導入口を備え、下部に下方に向けて縮径する旋回加速部を備え、且つ軸中心上部に流体出口を備えたサイクロンと、
サイクロンの旋回加速部下端に接続されて鉛直下方に延びる多孔管と、
多孔管の外周を包囲して多孔管の細孔から遠心力により外方に排出される固体を受ける固体分離室を有し、該固体分離室の内部に流体の旋回を止めて固体を下方に移動させるための旋回止め部材を有する遠心分離器と、
多孔管の下端に接続され多孔管内部を下降する旋回流が軸中心を通る上昇流に反転するように下方に向けて拡径された旋回減速部を有し、且つ該旋回減速部の下側に、前記混合流体が上昇流に反転する際に混合流体中より分離した固体を受けるための沈殿部を有する沈降分離器と、
前記旋回減速部の外側における前記固体分離室の下部に形成した固体取出室と、
を備えたことを特徴とする固体分離装置。
【請求項２】
サイクロンの旋回加速部をテーパ多孔板により形成し、該テーパ多孔板の外周を包囲する固体分離室の内部に旋回止め部材を備えて加速部遠心分離器を構成していることを特徴とする請求項１記載の固体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体分離装置、より詳しくは、固液、及び固気の混合流体から固体を効率的に分離できるようにした固体分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、食品等の有機産業廃棄物、パルプスラッジ、粗悪重質油、汚泥、酒粕等のような液に固体が懸濁した混合流体中の有害な有機物を分解したり、或いはこうした混合流体を有価物に転用するために、超臨界水或いは臨界水による水熱反応装置を用いて処理することが行われているが、このような水熱反応装置で固液の混合流体を処理する場合には、混合流体中の固体（主に無機物）が水熱反応装置を含む処理設備のバルブ等に噛み込まれたり、或いは固体が処理設備の内部に付着・堆積して閉塞を起こすことにより、運転が困難になるという問題があり、このような問題の発生を未然に防止するために、固液の混合流体から固体を分離する固体分離装置が用いられている。
【０００３】
一方、固体を粉砕して微粉を得る微粉製造設備、或いは粉塵等を分離してクリーンなガス（空気）を得るための設備等においては、固気の混合流体から固体を分離するための固体分離装置が用いられている。
【０００４】
固液の混合流体から固体を分離する方法としては、主に沈降式と遠心式が従来から知られている。
【０００５】
沈降式は、沈降槽に固液の混合流体を充填し、静置しておくことによって、固体と液体との比重差によって固体を沈降分離させる方法であり、又、遠心式は、例えばサイクロン式分離器のように固液の混合流体を旋回させて遠心力を与えることにより、液体と固体との比重差によって固体を分離する方法である。
【０００６】
固気の混合流体から固体を分離する方法としては、主にフィルター式と、遠心式が従来から知られている。
【０００７】
フィルター式は、固気の混合流体をフィルターに通してフィルターによって固体を捕捉する方法であり、又、遠心式は、例えばサイクロン式分離器のように固気の混合流体を旋回させて遠心力を与えることにより、気体と固体との比重差によって固体を分離する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、固液の混合流体から沈降式にて固体を分離する際において、混合流体の粘度が高く、しかも液体と固体との比重差が小さい場合には、固液の分離に非常に長時間を要し、能率的な分離ができないという問題があり、しかも大型の沈降槽とそれを設置するための広大なスペースが必要になる問題がある。
【０００９】
又、固液の混合流体からサイクロン式分離器のような遠心式を用いて固体を分離する場合は、処理速度が大きく、混合流体の大量処理に適しているという利点がある反面、一般に遠心式で分離できる固体粒子の径は１０ミクロン前後が限度であり、これより小さい数ミクロン〜サブミクロンのような微粒の固体を分離することはできなかった。特に、遠心式の分離では、ある程度微粒も一旦は捕集できるが、機構的に再飛散してしまうという問題があるために、分離性能を余り高めることができなかった。
【００１０】
一方、固気の混合流体からフィルターを用いて固体を分離する場合は、フィルターの選定によって微粒の固体をも分離できる反面、フィルターが短時間で目詰まりを起こしてしまい、そのためにフィルターを逆洗によって機能回復させたり、或いはフィルターを新しいものと交換するといった作業が頻繁に必要であり、このために連続した分離作業ができないという問題がある。更に、フィルターが目詰まりを起こすと、圧損が大きくなって処理能力が低下し、このために安定した運転ができないという問題がある。
【００１１】
又、固気の混合流体から遠心式にて固体を分離する場合は、処理速度が大きく、混合流体の大量処理に適している反面、前記固液の混合流体を分離する場合と同様に、一般に遠心式で分離できる固体粒子の径は１０ミクロン前後が限度であり、これより小さい数ミクロン〜サブミクロンのような微粒の固体を分離することはできなかった。特に、遠心式の分離では、ある程度微粒も一旦は捕集できるが、機構的に再飛散してしまうという問題があるために、分離性能を余り高めることができなかった。
【００１２】
上記したように、従来、固液、及び固気の混合流体から固体を分離する際に、数ミクロン或いはそれ以下の微粒をも、効率的にしかも安定して分離することはできなかった。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術のもつ問題点を解決すべくなしたもので、固液、及び固気の混合流体から微粒の固体をも高能率に分離することができ、しかも捕集した固体が再飛散するのを防止して確実な分離ができるようにした固体分離装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上部に接線方向から接続された混合流体導入口を備え、下部に下方に向けて縮径する旋回加速部を備え、且つ軸中心上部に流体出口を備えたサイクロンと、
サイクロンの旋回加速部下端に接続されて鉛直下方に延びる多孔管と、
多孔管の外周を包囲して多孔管の細孔から遠心力により外方に排出される固体を受ける固体分離室を有し、該固体分離室の内部に流体の旋回を止めて固体を下方に移動させるための旋回止め部材を有する遠心分離器と、
多孔管の下端に接続され多孔管内部を下降する旋回流が軸中心を通る上昇流に反転するように下方に向けて拡径された旋回減速部を有し、且つ該旋回減速部の下側に、前記混合流体が上昇流に反転する際に混合流体中より分離した固体を受けるための沈殿部を有する沈降分離器と、
前記旋回減速部の外側における前記固体分離室の下部に形成した固体取出室と、
を備えたことを特徴とする固体分離装置、に係るものである。
【００１５】
上記手段において、サイクロンの旋回加速部をテーパ多孔板により形成し、該テーパ多孔板の外周を包囲する固体分離室の内部に旋回止め部材を備えて加速部遠心分離器を構成してもよい。
【００１７】
上記本発明は、次のように作用する。
【００１８】
多孔管の外側に設けた遠心分離器と、混合流体の流動方向の反転を利用した沈降分離器との組み合わせにより、混合流体の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続且つ高能率に分離することができる。
【００１９】
サイクロンの旋回加速部を、下方に向けて縮径したテーパ多孔板により形成し、テーパ多孔板の外側に加速部遠心分離器を構成したことにより、旋回加速部において外側に移動した固体がテーパ多孔板の細孔を通って外側に弾き飛ばされるようになるので、旋回加速部での二次流れの影響を無くして分離性能を高められる。
【００２０】
分離器内に旋回止め部材を設けて分離器内での流体の旋回を抑制するようにしたことにより、固体の落下分離作用を高められる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明の固体分離装置の一例を示したものであり、図１では超臨界水・水熱反応装置のような高温・高圧の固液の混合流体から固体を連続分離する場合を示している。
【００２３】
図１において、本体１の上部内側にサイクロン２を備えている。サイクロン２は、円筒状空間の上部に、図２のように接線方向から混合流体導入口３が接続されており、下部には下方に向けて縮径したテーパ状の旋回加速部４が形成されており、更に軸中心上部には流体出口２ａが設けられている。
【００２４】
サイクロン２の旋回加速部４の下端には、鉛直下方に延びる多孔管５が接続されている。多孔管５は、パンチングメタル等にて構成されていて多数の細孔６が形成されている。
【００２５】
多孔管５は、細孔６を通して固体を外側に移動させるためのものであり、固体の移動を容易にするために、多孔管５は薄板で構成することが好ましく、又、細孔６の形状は種々選定することができるが、図３に示すように旋回流の旋回方向に長い長穴になっていると固体が外側に移動し易いので好ましい。
【００２６】
多孔管５の外周には、多孔管５の細孔６から遠心力によって外方に排出される固体を回収するための遠心分離器７が設けられている。
【００２７】
多孔管５の下端には、下方に向かって拡径されたテーパ状の旋回減速部８が接続されており、該旋回減速部８の下部には混合流体中より分離した固体を受ける沈殿部８ａを備えた沈降分離器９が形成されている。
【００２８】
遠心分離器７は、図１、図４に示すように、多孔管５の外周面を所要の空間を隔てて包囲する固体分離室１０を備えており、該固体分離室１０の内部には、多孔管５の細孔６から外側に排出される流体の旋回を止めて固体を下方に移動させるための旋回止め部材１１を備えている。旋回止め部材１１は、図４のように固体分離室１０の内面に放射状に固定され、且つ多孔管５との間に所要の隙間を隔てた幅の複数の板で構成することができる。この旋回止め部材１１は、図示の形状のものに限定されるものではなく、更に旋回止め部材１１は固体を下方に向かわせるように捻られていてもよい。
【００２９】
更に、多孔管５の下端における細孔６を有していない部分と固体分離室１０の内面との間には、図５に示すように、放射状の再飛散防止板１２が設けられており、該再飛散防止板１２の下部における旋回減速部８の外側位置には、固体取出室１３が形成されている。上記再飛散防止板１２は、固体取出室１３内の流体の変動を押えて安定させ得るものであれば、種々の形状のものを採用することができる。固体取出室１３の底部には固体取出口１４が備えられている。又、固体取出室１３底部の所要位置には、分離された固体を固体取出口１４に向かわせるための流体吹込口１５が備えられている。
【００３０】
図１に矢印で示すように、サイクロン２によって旋回された混合流体の旋回流は、多孔管５内を旋回しながら沈降分離器９の旋回減速部８の上端近傍まで下降した後、反転部１６で反転して軸中心を上昇して流体出口２ａに向かうようになっている。このように、旋回減速部８では旋回力が弱められ、しかも下降してきた混合流体が反転部１６で反転して上昇することにより、流体と共に下降してきた微粒の固体が慣性と自重とによって効果的に沈殿部８ａ内下部に分離されるようになる。沈降分離器９の下部には、テーパ部１７を介して固体取出口１８が形成されている。
【００３１】
又、サイクロン２の流体出口２ａに連通した流体管１９の途中には、清澄流体取出管２０が接続されている。清澄流体取出管２０の接続部より下流の流体管１９には、混合流体供給管２１が接続されており、混合流体は、水熱反応装置２２によって処理された後、ポンプ２３を介してサイクロン２の混合流体導入口３に導入されるようになっている。又、図１においては、ポンプ２３出口の混合流体の一部が配管２４、開閉弁２５を介して前記流体吹込口１５に導かれるようになっている。
【００３２】
固体取出口１４，１８の夫々には開閉弁２６が備えられている。更に、固体取出口１４の開閉弁２６の下流には、取出容器２７を介して下流開閉弁２８が備えられており、下流開閉弁２８を閉じて開閉弁２６を開け、開閉弁２５を開けて混合流体の一部を流体吹込口１５に供給することにより固体取出室１３の固体を取出容器２７に取り出し、その後開閉弁２５，２６を閉めて下流開閉弁２８を開けることにより、取出容器２７の固体を外部に排出できるようにしている。この方法によれば、本体１内部の圧力を保持した状態で、固体取出室１３内に分離された固体を間欠的に取り出すことができる。一方、上記した取出容器２７を備えることなく、固体取出口１４に絞り等を設けることにより、本体１内の圧力を保持しつつ固体取出室１３の固体を連続的に取り出すこともできる。
【００３３】
又、上記では固体取出室１３からの固体の取出しについて説明したが、沈降分離器９の固体取出口１８にも、前記と同様に取出容器２７を設けて固体を間欠的に取り出すようにしたり、或いは絞りを設けることにより固体を連続的に取り出すようにしてもよい。
【００３４】
図６は、前記流体管１９に対する清澄流体取出管２０の接続部の構成を示している。図６の例では、流体管１９の軸線に対して、流体の上流側（サイクロン２側）に、９０゜より小さい角度αで傾斜させて清澄流体取出管２０を接続している。これにより、流体管１９内を矢印方向に流動する流体中の微粒は慣性で直進しようとするため、清澄流体取出管２０には微粒の混入が極めて少ない清澄流体を取り出すことができる。このとき、図７、図８に示すように、流体管１９に対する清澄流体取出管２０の接続部の直上流位置にオリフィス２９を設けるようにすると、オリフィス２９によって流体の流速が高められ、微粒の慣性力が高められることにより、微粒が清澄流体取出管２０側に流出するのが更に減少し、清澄流体のみを取り出すことができるようになる。図中３０は、オリフィス２９上に堆積した固体を旋回流にて除去するために、流体管１９に接線方向から所定の流体を吹き込むようにしたオリフィス洗浄ノズルである。
【００３５】
以下に、上記図１に示した形態例の作用を説明する。
【００３６】
サイクロン２に対して接線方向に接続された混合流体導入口３から混合流体を導入すると、混合流体はサイクロン２の内部で矢印で示すように旋回流を形成する。更に、この旋回流は、サイクロン２下部のテーパ状に縮径された旋回加速部４によって旋回が加速され、多孔管５内部を旋回しながら下降し、沈降分離器９における旋回減速部８の上端近傍で旋回力が弱まり、反転部１６位置にて下降流から上昇流に反転し、軸中心を上昇して、サイクロン２の流体出口２ａから外部に排出される。
【００３７】
上記したように、サイクロン２によって旋回され、更に旋回加速部４によって旋回が加速された混合流体の固体は、遠心力の作用によって外側に移動し、多孔管５の細孔６から、遠心分離器７の固体分離室１０に流体の一部と共に弾き出されるようになる。この時、多孔管５の細孔６から固体分離室１０に排出される流体は、接線方向に排出されることになるために固体分離室１０内においても旋回しようとする。しかし、固体分離室１０の内部には旋回止め部材１１が設けられているので、固体分離室１０では旋回が防止され、これによって固体は固体分離室内を下方に落下し、分離される。
【００３８】
更に、遠心分離器７で分離された固体は再飛散防止板１２を通って固体取出室１３に落下し、固体取出口１４から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。この時、固体取出室１３の上部に設けた再飛散防止板１２によって、固体取出室１３内の流体は変動を押えられて安定するので、固体取出室１３に落下した微粒は再飛散することなく沈下し、よって固体を確実に分離することができる。
【００３９】
一方、上記遠心分離器７で分離されなかった固体を含む混合流体は、旋回減速部８の上部近傍で旋回力が弱められ、且つ下降してきた流体が反転部１６で反転して上昇することにより、流体と共に下降してきた微粒の固体が慣性と自重とによって沈殿部８ａ内を下降するようになり、これにより沈降分離器９によって微粒の固体も分離されるようになる。沈降分離器９で分離された固体は、下部のテーパ部１７を経て固体取出口１８に落下し、固体取出口１８から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。
【００４０】
上記したように、多孔管５の外側に設けた遠心分離器７と、混合流体の流動方向の反転を利用した沈降分離器９との組み合わせにより、混合流体の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続且つ高能率に分離することができる。
【００４１】
図９は本発明の他の形態例を示したものである。図９の構成では、サイクロン２の旋回加速部４を、細孔３１ａを有するテーパ多孔板３１にて構成している。この場合の細孔３１ａも図３に示したような長穴としてもよい。
【００４２】
更に、テーパ多孔板３１の外周に、テーパ多孔板３１を包囲し且つ仕切板３２によって前記遠心分離器７の固体分離室１０と仕切られた固体分離室３３を形成し、更に固体分離室３３の内部に図１の旋回止め部材１１と同様の旋回止め部材３４を備えた加速部遠心分離器３５を構成している。加速部遠心分離器３５の底部には、開閉弁２６を備えた固体取出口３６が設けられている。尚、上記した構成以外は、図１の構成と同様であるので、説明は省略する。
【００４３】
図９の形態例によれば、サイクロン２の旋回加速部４における固体分離性を高めて、更に効果的な固体分離を行うことができる。
【００４４】
即ち、サイクロン２の内部では、図１、図９に示したような旋回流が形成されると同時に、図１０に示すように旋回加速部４の内面に沿って上下に循環する二次流れ３７が生じる。この二次流れ３７のために、遠心力で外側に移動した微粒が二次流れ３７に巻き込まれて循環し、微粒の一部が軸中心を上昇する上昇流に乗って流体出口２ａに流出してしまい、この問題がサイクロンを用いた場合に分離性能を大幅に高められない原因となっていた。
【００４５】
しかし、図９の装置によれば、サイクロン２の旋回加速部４をテーパ多孔板３１によって形成し、テーパ多孔板３１の外側に加速部遠心分離器３５を構成したので、旋回による遠心力によって外側に移動した固体は、図１０の二次流れ３７に乗って内側に戻ることなく、そのままテーパ多孔板３１の細孔３１ａを通って外側に排出されるので、従来の二次流れ３７によって分離性能が悪化するという問題を無くして高能率な固体分離を達成することができる。
【００４６】
図１１は、本発明の更に他の形態例を示している。図１１中、図１及び図９と同じ符号を付した部分は同一のものを表わしており詳細な説明は省略する。
【００４７】
本体１の内部に略円筒状の空間３８が形成されており、空間３８の上部にサイクロン２が構成されている。サイクロン２は、空間３８の上部に接線方向から接続された混合流体導入口３を有しており、混合流体導入口３の下部位置には、下方に向けて縮径した細孔３１ａを有するテーパ多孔板３１によって旋回加速部４が構成されており、且つ軸中心上部には流体出口２ａが備えられている。
【００４８】
旋回加速部４の下端外周部には、空間３８の外周部を上下に仕切る仕切板３９が設けられている。
【００４９】
仕切板３９上側の空間３８内面には、図９と同様の旋回止め部材３４が設けられており、更に、テーパ多孔板３１の細孔３１ａから遠心力によって外方に排出される固体を受けるようにした加速部遠心分離器３５が構成されている。
【００５０】
仕切板３９下側の空間３８内面には、放射状の旋回止め部材４１を備えることとにより沈降分離器４２を構成している。
【００５１】
図１１の形態例によれば、サイクロン２によって旋回され、テーパ多孔板３１による旋回加速部４にて加速された混合流体の旋回流は、矢印で示すように、沈降分離器４２の上端近傍まで下降した後、反転部１６で反転して軸中心を上昇して流体出口２ａに向かう。
【００５２】
この時、サイクロン２の旋回流による遠心力によって外側に移動した固体は、図１０に示した二次流れ３７に乗って内側に戻ることなく、そのままテーパ多孔板３１の細孔３１ａを通って外側の加速部遠心分離器３５に弾き出されるようになる。従って、従来のように二次流れ３７によって分離性能が悪化する問題を無くすことができて、高能率な固体分離を達成することができる。加速部遠心分離器３５に排出された固体は旋回止め部材４１により旋回が押えられていることにより安定して下部に落下し、固体取出口３６から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。
【００５３】
一方、上記加速部遠心分離器３５で分離されなかった固体を含む流体は、沈降分離器４２の上端近傍で旋回力が弱められ、且つ下降してきた流体が反転部１６で反転して上昇することにより、流体と共に下降してきた微粒の固体が慣性と自重とによって沈降分離器４２内を下降するようになり、これによって沈降分離器４２では微粒の固体も分離できるようになる。沈降分離器４２で分離された固体は、下部のテーパ部１７により固体取出口１８に落下して、固体取出口１８から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。
【００５４】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、図示例では固液混合液体からの固体の分離について説明したが、固気混合流体からの固体の分離にも適用できること、固体を分離する混合流体の圧力は種々の圧力の場合でも実施できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔管の外側に設けた遠心分離器と、混合流体の流動方向の反転を利用した沈降分離器との組み合わせにより、混合流体の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続且つ高能率に分離することができる効果がある。
【００５６】
サイクロンの旋回加速部を、下方に向けて縮径したテーパ多孔板により形成し、テーパ多孔板の外側に加速部遠心分離器を構成したことにより、旋回加速部において外側に移動した固体がテーパ多孔板の細孔を通って外側に弾き飛ばされるようになるので、旋回加速部での二次流れの影響を無くして分離性能を高められる効果がある。
【００５７】
分離器内に旋回止め部材を設けて分離器内での流体の旋回を抑制するようにしたことにより、固体の落下分離作用を高められる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体分離装置の形態の一例を示す切断側面図である。
【図２】図１のＩＩ方向矢視図である。
【図３】多孔管の細孔の形状例を示す部分側面図である。
【図４】図１のＩＶ方向矢視図である。
【図５】図１のＶ方向矢視図である。
【図６】流体管に対する清澄流体取出管の接続部の構成例を示す切断側面図である。
【図７】流体管に対する清澄流体取出管の接続部の他の構成例を示す切断側面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ方向矢視図である。
【図９】本発明の固体分離装置の他の形態例を示す切断側面図である。
【図１０】サイクロンにおける二次流れを説明するための概略図である。
【図１１】本発明の固体分離装置の更に他の形態例を示す切断側面図である。
【符号の説明】
２  サイクロン
２ａ  流体出口
３  混合流体導入口
４  旋回加速部
５  多孔管
６  細孔
７  遠心分離器
８  旋回減速部
８ａ  沈殿部
９  沈降分離器
１０  固体分離室
１１  旋回止め部材
１２  再飛散防止板
１３  固体取出室
１６  反転部
３１  テーパ多孔板
３１ａ  細孔
３３  固体分離室
３４  旋回止め部材
３５  加速部遠心分離器
３８  空間
３９  仕切板
４１  旋回止め部材
４２  沈降分離器
【図１】
0004724894.tif 000002
【図２】
0004724894.tif 000003
【図３】
0004724894.tif 000004
【図４】
0004724894.tif 000005
【図５】
0004724894.tif 000006
【図６】
0004724894.tif 000007
【図７】
0004724894.tif 000008
【図８】
0004724894.tif 000009
【図９】
0004724894.tif 000010
【図１０】
0004724894.tif 000011
【図１１】
0004724894.tif 000012