(57)【要約】【課題】を解決できるだけでなく、専用の駆動装置及び動力を必要とせず、簡素かつ安価である、運転初期時における固形分排出口からの液分漏れ防止技術を提供する。【解決手段】清澄液排出口４が、固形分排出口３と同じレベルか又は固形分排出口３よりも回転筒体１の中心軸ｘ１側に配設されているデカンタ型遠心分離機において、回転筒体１における固形分排出口３よりも周壁１ｒ側の位置に、回転筒体１の内外に連通する流路１１とこの流路１１を開閉する弁体１４とを有するレベル調整弁１０を設ける。このレベル調整弁１０は、弁体１４が、回転筒体の回転による遠心力により開位置に向かって付勢されるとともに、流路１１を通る液分の排出圧により閉位置に向かって付勢されるように構成されており、これらの付勢力のバランスにより開度調節されるものとする。【選択図】図１
2005254190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転筒体と、この回転筒体の内部に同軸的に配されたスクリューコンベアと、回転筒体内から固形分を排出するための固形分排出口と、回転筒体内から清澄液を排出するための清澄液排出口とを備え、
前記回転筒体およびスクリューコンベアが差速をもって同方向に回転され、前記回転筒体と前記スクリューコンベアとの間の環状空間に供給された原液が遠心力により固液分離され、固形分は前記固形分排出口より排出され、清澄液は前記清澄液排出口より排出されるように構成されたデカンタ型遠心分離機において；
前記清澄液排出口は、前記固形分排出口と同じレベルか又は前記固形分排出口よりも前記回転筒体の中心軸側に配設されており、
前記回転筒体における前記固形分排出口よりも周壁側の位置に、回転筒体の内外に連通する流路とこの流路を開閉する弁体とを有するレベル調整弁が設けられており、
このレベル調整弁は、弁体が、前記回転筒体の回転による遠心力により開位置に向かって付勢されるとともに、前記流路を通る液分の排出圧により閉位置に向かって付勢されるように構成されており、これらの付勢力のバランスにより開度調節されるものである、
ことを特徴とするデカンタ型遠心分離機。
【請求項２】
前記レベル調整弁の流路はその中間部分に拡径部を有し、この拡径部の下流側端に弁座を有し、前記弁体は前記拡径部内に流路方向の移動が自由なように且つ拡径部内周面に対して所定の隙間をもって配置されており、前記拡径部は、その上流側から下流側に向かうにつれて前記回転筒体の中心軸側に近づくように形成されており、
前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を流路の下流側へ移動させる作用力よりも、前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を流路の上流側へ移動させる作用力が大きいときには、前記弁体は前記弁座に当接せずに、両作用力がバランスするような拡径部内の位置に移動し、このときの弁体外面と拡径部内周面との隙間により定まる開度をもって前記レベル調整弁は開状態となるとともに、
前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を流路の上流側へ移動させる作用力よりも、前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を流路の下流側へ移動させる作用力が大きいときには、前記弁体が前記弁座に当接することにより、前記レベル調整弁は閉状態となるように構成されている、請求項１記載のデカンタ型遠心分離機。
【請求項３】
前記レベル調整弁の流路の上流側開口部の脇部に支持軸を有し、前記弁体はこの支持軸周りに回動することにより前記開口部を開閉するように構成された蓋状の弁体であり、
前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を前記開口部側へ回動させる作用力よりも、前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を前記開口部から離間する方向に回動させる作用力が大きいときには、前記弁体は前記開口部を閉塞せずに、両作用力がバランスするような位置に回動し、このときに定まる開度をもって前記レベル調整弁は開状態となるとともに、
前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を前記開口部から離間する方向に回動させる作用力よりも、前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を前記開口部側へ回動させる作用力が大きいときには、前記弁体が前記開口部を閉塞することにより、前記レベル調整弁は閉状態となるように構成されている、請求項１記載のデカンタ型遠心分離機。
【請求項４】
前記レベル調整弁により排出される液分の排出流量が、定常運転時に前記清澄液排出口より排出される清澄液の排出流量よりも少なく設定された所定流量に達すると、前記レベル調整弁が閉状態となるように構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデカンタ型遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デカンタ型遠心分離機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デカンタ型遠心分離機は、固体と液体の混合物（スラリー）の清澄、脱水、分級等に使用される遠心分離機であり、一般的に、図６に示すように、回転筒体（回転ボウル）１と、この回転筒体１の内部に同軸的に配されたスクリューコンベア２と、回転筒体１の一方側端部に設けられた固形分排出口３と、回転筒体１内から清澄液を排出するための清澄液排出口４と、スクリューコンベア２の軸部内を通じて外部から回転筒体１とスクリューコンベア２との間の環状空間５に対して原液を供給するための原液供給路６とを備え、回転駆動源７，８により、回転筒体１およびスクリューコンベア２が差速をもって同方向に回転され、原液供給路６を介して環状空間５に供給された原液が遠心力により固液分離され、固形分は回転するスクリューコンベア２により推進され固形分排出口３より排出され、清澄液は遠心力による液圧で自動的に清澄液排出口４より排出される構造を有している。
【０００３】
また、デカンタ型遠心分離機は、分離した清澄液の排出路構成の違いにより、図６に示す軸心排出型のものと、図７に示す堰板型のものとに大別される。軸心排出型は、スクリューコンベア２の軸部外面に清澄液排出口４を設け、軸部内を通じて回転筒体１外部へ清澄液を排出するものであり、堰板型は、図７に示すように、回転筒体１における固形分排出口３側とは反対側の側壁部１ｗに清澄液排出口４を有し、この排出口４に液位微調整のための堰板４ｄを取り付け、堰板４ｄからの溢流により清澄液を排出するものである。
【０００４】
これらのデカンタ型遠心分離機において、清澄液排出口４が固形分排出口３と同じレベルか又は固形分排出口３よりも回転筒体１の中心軸ｘ１側に配設されていると、原液中の固形分を回転筒体１の固形分排出口３側へ搬送し難い原液（例えば汚泥等）を処理する場合、定常運転時には図示のように固形分Ｓにより固形分排出口３が堰き止められ、液分（主に清澄液）が固形分排出口３から排出されないものの、運転初期においてはこの堰き止め作用が発揮されないうちに回転筒体１内の液位が上昇するため、液分がそのまま又は固形分を伴って固形分排出口３から排出されてしまうといった問題点がある。
【０００５】
この問題点を解決するものとして、従来、清澄液排出口の液位方向の高さ位置を流体圧シリンダにより移動する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、この先行技術は、専用の駆動装置及び動力を必要とし、機器コスト及びランニングコストも嵩むという問題点がある。また、シリンダ、配管等の機器設置が必要となり、軸心排出型への適用が困難であるという問題点がある。
【特許文献１】特開２００１−３１４７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の主たる課題は、運転初期時における固形分排出口からの液分漏れ防止を解決できるだけでなく、専用の駆動装置及び動力を必要とせず、簡素かつ安価であり、既存装置への適用も容易な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
回転筒体と、この回転筒体の内部に同軸的に配されたスクリューコンベアと、回転筒体内から固形分を排出するための固形分排出口と、回転筒体内から清澄液を排出するための清澄液排出口とを備え、
前記回転筒体およびスクリューコンベアが差速をもって同方向に回転され、前記回転筒体と前記スクリューコンベアとの間の環状空間に供給された原液が遠心力により固液分離され、固形分は前記固形分排出口より排出され、清澄液は前記清澄液排出口より排出されるように構成されたデカンタ型遠心分離機において；
前記清澄液排出口は、前記固形分排出口と同じレベルか又は前記固形分排出口よりも前記回転筒体の中心軸側に配設されており、
前記回転筒体における前記固形分排出口よりも周壁側の位置に、回転筒体の内外に連通する流路とこの流路を開閉する弁体とを有するレベル調整弁が設けられており、
このレベル調整弁は、弁体が、前記回転筒体の回転による遠心力により開位置に向かって付勢されるとともに、前記流路を通る液分の排出圧により閉位置に向かって付勢されるように構成されており、これらの付勢力のバランスにより開度調節されるものである、
ことを特徴とするデカンタ型遠心分離機。
【０００９】
（作用効果）
本発明のポイントは、専用の駆動装置及び動力を必要としない簡素なレベル調整弁にある。すなわち、本発明のレベル調整弁は、弁体が、回転筒体の回転に伴う遠心力と、弁を通る液体の排出圧とを利用して開度調節されるものであり、専用の動力は全く必要なく自力で開閉し、かつ簡素に構成できるため、安価であり、かつ軸心排出型のようなものにも容易に適用でき、さらに既存設備への適用も容易である。
【００１０】
なお、遠心力を利用した開閉弁を有するものとして、特開平１１−５８１号公報記載の技術があるが、この先行技術は運転停止に際して回転筒体内に残留する液体を排出するためのものであり、根本的に相違する。また、この先行技術を運転初期における固形分排出口からの液分排出に応用したとしても、その開閉弁は遠心力により閉動作を行い、スプリングバネにより閉動作を行うものである点で根本的に相違し、さらに定常運転時においては、数千Ｇにも及ぶ力によりスプリングバネを伸長させた状態で運転を継続するため、バネが伸び易く、耐久性に乏しいという問題点がある。この問題点は本発明には実質的にない。
【００１１】
＜請求項２記載の発明＞
前記レベル調整弁の流路はその中間部分に拡径部を有し、この拡径部の下流側端に弁座を有し、前記弁体は前記拡径部内に流路方向の移動が自由なように且つ拡径部内周面に対して所定の隙間をもって配置されており、前記拡径部は、その上流側から下流側に向かうにつれて前記回転筒体の中心軸側に近づくように形成されており、
前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を流路の下流側へ移動させる作用力よりも、前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を流路の上流側へ移動させる作用力が大きいときには、前記弁体は前記弁座に当接せずに、両作用力がバランスするような拡径部内の位置に移動し、このときの弁体外面と拡径部内周面との隙間により定まる開度をもって前記レベル調整弁は開状態となるとともに、
前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を流路の上流側へ移動させる作用力よりも、前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を流路の下流側へ移動させる作用力が大きいときには、前記弁体が前記弁座に当接することにより、前記レベル調整弁は閉状態となるように構成されている、請求項１記載のデカンタ型遠心分離機。
【００１２】
（作用効果）
本項記載の発明は、好適なレベル調整弁の構造に関するものである。本項記載の発明では、回転筒体の中心軸に対して所定の方向に傾斜した拡径部を設けるとともに、この拡径部の内部に弁体を配置するだけの極めて簡素な構成であり、またそのため耐久性やメンテナンス性にも優れるものである。
【００１３】
＜請求項３記載の発明＞
前記レベル調整弁の流路の上流側開口部の脇部に支持軸を有し、前記弁体はこの支持軸周りに回動することにより前記開口部を開閉するように構成された蓋状の弁体であり、
前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を前記開口部側へ回動させる作用力よりも、前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を前記開口部から離間する方向に回動させる作用力が大きいときには、前記弁体は前記開口部を閉塞せずに、両作用力がバランスするような位置に回動し、このときに定まる開度をもって前記レベル調整弁は開状態となるとともに、
前記回転筒体の回転による遠心力が前記弁体を前記開口部から離間する方向に回動させる作用力よりも、前記流路を通る液分の排出圧が前記弁体を前記開口部側へ回動させる作用力が大きいときには、前記弁体が前記開口部を閉塞することにより、前記レベル調整弁は閉状態となるように構成されている、請求項１記載のデカンタ型遠心分離機。
【００１４】
（作用効果）
本項記載の発明も、好適なレベル調整弁の構造に関するものであり、所謂フラップ弁を応用したものである。本項記載の発明も、極めて簡素な構成であり、またそのため耐久性やメンテナンス性にも優れるものである。
【００１５】
＜請求項４記載の発明＞
前記レベル調整弁により排出される液分の排出流量が、定常運転時に前記清澄液排出口より排出される清澄液の排出流量よりも少なく設定された所定流量に達すると、前記レベル調整弁が閉状態となるように構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデカンタ型遠心分離機。
【００１６】
（作用効果）
レベル調整弁の具体的な開度調節制御については適宜設計すれば良いが、運転初期時における固形分排出口からの液分漏れ防止を図る場合、本項記載のように構成することで、定常運転時の排出量になると同時に、自動的に、本来の液位での清澄液排出がなされるようになるため好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、運転初期時における固形分排出口からの液分漏れ防止を解決できるだけでなく、専用の駆動装置及び動力を必要とせず、簡素かつ安価であり、既存装置への適用も容易になる等の利点がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係るレベル調整弁１０を示している。レベル調整弁１０は、内空が流路１１をなす管状部１２Ｐと、この管状部１２Ｐの一端部に設けられたフランジ部１２Ｆとを有する。レベル調整弁１０の設置に際しては、図３に示すように、回転筒体１の壁部１ｗにレベル調整弁取り付け孔を設け、管状部１２Ｐを貫通させるとともに、フランジ部１２Ｆを壁部にボルトや溶接等により固定するだけであり、極めて容易に設置でき、また既存設備への適用も極めて容易である。なお、図３は、レベル調整弁１０以外は前述の従来例と同様であるため、同じ符号を用い説明は省略する。
【００１９】
第１の実施形態に係るレベル調整弁１０では、管状部１２Ｐの流路１１の中間部分には拡径部１３が設けられており、拡径部１３内には球状弁体１４が配されている。そして、この拡径部１３の下流側端は球状弁体１４が当接する球面状弁座１５とされている。
【００２０】
また、球状弁体１４が拡径部１３の流路方向一端から他端まで移動自由なように、球状弁体１４の外周面と拡径部１３の内周面との間に所定の隙間を有するように形成している。特に図示形態では、拡径部１３は弁座１５側（下流側）から上流側に向かうにつれて径が漸増する形状を有している。これにより、拡径部１３内における球状弁体１４の流路方向位置に応じて開度が連続的に変化するようになる。拡径部１３の内径を流路方向に一定とし開閉のみの開度調節を行うように構成する、あるいは拡径部１３の内径を流路方向に段階的に変化させ、段階的な開度調節を行うように構成することもできる。
【００２１】
また本発明では、拡径部１３は、その上流側から下流側に向かうにつれて回転筒体１の中心軸ｘ１側に近づくように形成される。このため、本実施形態のレベル調整弁１０では拡径部１３を水平方向に対して若干傾斜させており、このレベル調整弁１０を回転筒体１の清澄液排出口４側の側壁１ｗに水平方向に沿って且つ下流側が上流側よりも回転筒体１の中心軸ｘ１側となるように取り付けるように構成している。
【００２２】
かくして構成されたレベル調整弁１０は、図３に示すように、回転筒体１の清澄液排出口４側の側壁１ｗにおける、固形分排出口３よりも周壁１ｒ側の位置（換言すれば回転筒体１の中心軸ｘ１に対してより遠位の位置）に設けられる。この取付位置は、回転筒体１の内径、レベル調整弁１０の排出流量・開閉切り替え流量、原液供給流量等を考慮し、固形分排出口３から液分が排出されないように設定することができる。通常の場合、回転筒体１の内径に対して４０〜６０％の径方向範囲にレベル調整弁を設け、固形分排出口３から液分が排出されないようにレベル調整弁１０の排出流量・開閉切り替え流量、原液供給流量等を設計するのが好ましい。
【００２３】
かくして構成された遠心分離機において運転を開始すると、回転筒体１およびスクリューコンベア２が差速をもって同方向に回転するとともに、原液供給路６を介して回転筒体１とスクリューコンベア２との間に原液が供給される。原液は遠心力を受け回転筒体１の周壁１ｒ側に滞留し固液分離されつつ、回転筒体１の中心軸ｘ１側に向かって液位が上昇する。固形分は回転しているスクリューコンベア２により固形分排出口３側へ移送され、次第に集積される。定常運転時には、図７に示すのと同じように、この固形分Ｓの集積により固形分排出口３への液分の流出が堰き止められるが、運転初期においては図３に示すように固形分Ｓの集積が不十分なため、この堰き止め作用が発揮されない状態で、液分（主に清澄液）の液位が固形分排出口３に向かって上昇し、固形分排出口３に達する前に、先ずレベル調整弁１０の位置に到達する。この際、レベル調整弁１０は、液分の排出圧が球状弁体１４を弁座１５側へ移動させる作用力よりも、回転筒体１の回転による遠心力が球状弁体１４を流路１１の上流側へ移動させる作用力が大きい状態にあるため、球状弁体１４は弁座１５に当接せずに、両作用力がバランスするような拡径部１３内の位置に移動し、このときの弁体１４外面と拡径部１３内周面との隙間により定まる開度をもって開状態となる。したがって、液分はレベル調整弁１０を介して排出されるようになり、固形分出口３からは排出されず、液位の上昇は緩慢化する。この状態で順次、原液が回転筒体１内に供給され、固液分離が進行し、固形分排出口３側における固形分Ｓの集積が進行する。
【００２４】
この固形分Ｓの集積の進行により、回転筒体１内の液位は次第に上昇する。そして、図６に示すのと同じように、固形分Ｓの集積が定常運転と同レベルになり、液分の堰き止め作用が発生すると、液位の上昇により液分の排出圧が高まり、球状弁体１４を弁座１５側へ移動させる作用力が、遠心力が弁体１４を流路の上流側へ移動させる作用力を超えるようになり、図１中に二点鎖線で示すように、球状弁体１４が弁座１５に当接してレベル調整弁１０は閉状態となる。以降は、定常運転になり、固形部排出口３からは液分は排出されずに固形分のみが排出されるようになり、清澄液排出口４からは清澄液が排出されるようになる。
【００２５】
液分の堰き止め作用の発生と対応したレベル調整弁１０の開閉切り替えは、遠心分離機の仕様を考慮して、レベル調整弁１０の排出流量及び拡径部の傾斜等を設計することにより達成することができる。例えば通常の場合、レベル調整弁１０の排出流量が、定常運転時における清澄液排出口４からの排出流量よりも少ない流量、例えば５０％程度の流量に達すると閉状態となるように構成するのが望ましい。
【００２６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図４及び図５に示すように所謂フラップ弁を応用したものであり、内空が流路２１をなす管状部２２Ｐと、この管状部２２Ｐの一端部に設けられたフランジ部２２Ｆとを有し、流路２１の上流側開口部２３の脇部に支持軸２４を設け、この支持軸周りに回動することにより流路の２１の上流側開口部２３を開閉する蓋状の弁体２５（以下、フラップという）を設けたものである。
【００２７】
ただし、単なるフラップ弁ではなく、本発明に従って、遠心力により開状態となる方向に付勢され、排出圧により閉状態となるように付勢される構成となっている。すなわち、フラップ２５が遠心力により安定する位置で、流路２１の上流側開口部２３の周縁により定まる弁座面２６がフラップ２５と当接せず、フラップ２５と流路２１の上流側開口部２３との間に流通空間を生じるとともに、フラップ２５が上流側開口部２３に流れ込む液体の排出圧を受け得るように、上流側開口部２３の弁座面２６の向きが定められている。
【００２８】
本第２の実施形態のレベル調整弁２０では、図３に示すように、回転筒体１の清澄液排出口４側の側壁１ｗに取付孔を設け、この取付孔に管状部２１を水平方向に沿って挿入し固定することを想定したものであり（この点では第１の実施形態と同様）、かつ管状部２１内の流路は水平方向に沿って直線的に延在している。このため図示形態では、流路の上流側開口部２３に対して回転筒体１の中心軸ｘ１側となる側に支持軸２４を設け、この支持軸２４に対して流路２１の上流側開口部２３側にフラップ２５を延在させるとともに、上流側開口部２３の周縁により定まる弁座面２６を、回転筒体１の中心軸ｘ１から遠ざかるにつれてフラップ２５から離間するように傾斜させている。またこの弁座面２６の向きを定めるために、管状部２２Ｐの上流側端部に拡径部２７を設け、この拡径部２７の先端の段部により弁座面２６が形成され、かつフラップ２５が拡径部２７内において支持軸２４周りに回動して弁座面２６に当接するようになしている。
【００２９】
さらに図示形態では、フラップ２５の周縁と拡径部２７内面との隙間により開度が定まることになるため、この隙間を大きくする（拡径部２７を大きくする）か、図示例のように、拡径部２７内周面に開度確保のための流通溝２９を形成するのが好ましい。
【００３０】
かくして構成されたレベル調整弁２０は、第１の実施形態と同様に取り付けることができ、運転初期において液位がレベル調整弁２０に達したときには、流路を通る液分の排出圧がフラップ２５を弁座２６側へ回動させる作用力よりも、遠心力がフラップ２５を弁座２６から離間する方向に回動させる作用力が大きく、フラップ２５は水平方向に対して略直交する位置で安定し、流路の上流側開口部２３は閉塞しない。よって、このときに定まる開度をもってレベル調整弁２０は開状態となり、液分はレベル調整弁２０を介して排出されるようになり、固形分排出口３からは排出されず、液位の上昇は緩慢化する。この状態で順次、原液が回転筒体１内に供給され、固液分離が進行し、固形分排出口３側における固形分の集積が進行し、固形分の集積が定常運転と同レベルになり、液分の堰き止め作用が発生する。このような状態になると、今度は、遠心力がフラップ２５を弁座２６から離間する方向に回動させる作用力よりも、流路を通る液分の排出圧がフラップを弁座２６側へ回動させる作用力が大きくなり、図４中に二点鎖線で示すように、弁体２５が流路２１の上流側開口部２３を閉塞する。これにより、レベル調整弁２０は閉状態となり、以降は定常運転になり、固形分排出口３からは液分は排出されずに固形分が排出されるようになり、清澄液排出口４からは清澄液が排出されるようになる。
【００３１】
なお、その他は、第１の実施形態と同様であるため、敢えて説明を省略する。
【００３２】
＜その他＞
上記例では、レベル調整弁をユニットとして回転筒体１の壁部１ｗに設けた孔に取り付けるようにしたものであるが、回転筒体壁部にレベル調整弁の流路を直に形成したり、配管の一部をレベル調整弁の流路として利用したりすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、軸心排出型、堰板型を問わず、清澄液排出口が固形分排出口と同じレベルか又は固形分排出口よりも回転筒体の中心軸側に配設されているものであれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態のレベル調整弁を示す縦断面図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】本発明に係る遠心分離機の概要を示す縦断面図である。
【図４】第２の実施形態のレベル調整弁を示す縦断面図である。
【図５】第２の実施形態のレベル調整弁を示す左側面図である。
【図６】従来のデカンタ型遠心分離機の概要を示す縦断面図である。
【図７】従来のデカンタ型遠心分離機の概要を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…回転筒体、２…スクリュー軸、３…固形分排出口、４…清澄液排出口、１０，２００…レベル調整弁、１１，２１…流路、１４…球状弁体、１５，２６…弁座、２５…フラップ。
【図１】
2005254190.tif 000003
【図２】
2005254190.tif 000004
【図３】
2005254190.tif 000005
【図４】
2005254190.tif 000006
【図５】
2005254190.tif 000007
【図６】
2005254190.tif 000008
【図７】
2005254190.tif 000009