(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状の空間を有する本体と、
空間上部にて形成された旋回室に接線方向から接続された上部流体導入口を備え、旋回室の下部に下方に向けて縮径したテーパ多孔板からなる下向旋回加速部を備え、該下向旋回加速部の下端に下方に延長された多孔管を備え、且つ旋回室の軸中心上部に流体出口を備えた上部遠心分離器と、
空間の下部内側に旋回室を形成し前記上部流体導入口と同方向の接線方向から下部流体導入口が接続された下部旋回部を備え、該下部旋回部の上部に、上方に向けて縮径しその上端が多孔管の下端と所要の間隔を隔てて開口した上向旋回加速部を備えた下部遠心分離器と、
空間の底部に接続された固体取出口と、
上部遠心分離器の外側における固体分離室に旋回流が形成されるのを防止するための旋回防止板と、を備えたことを特徴とする固体分離装置。
【請求項２】
下部遠心分離器の外側おける固体分離室に、再飛散防止板を備えたことを特徴とする請求項１記載の固体分離装置。
【請求項３】
テーパ多孔板の下端近傍内側に、オリフィスを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体分離装置。
【請求項４】
流体出口の内部に旋回用羽根を備え、該旋回用羽根下流の流体出口の軸中心位置に取出口を有する清澄液取出管を備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の固体分離装置。
【請求項５】
上部流体導入口に混合流体供給管が接続され、流体出口が、循環ポンプを備えた循環配管により下部流体導入口に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の固体分離装置。
【請求項６】
下部流体導入口に混合流体供給管が接続され、流体出口が、循環ポンプを備えた循環配管により上部流体導入口に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか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、略円筒状の空間を有する本体と、
空間上部にて形成された旋回室に接線方向から接続された上部流体導入口を備え、旋回室の下部に下方に向けて縮径したテーパ多孔板からなる下向旋回加速部を備え、該下向旋回加速部の下端に下方に延長された多孔管を備え、且つ旋回室の軸中心上部に流体出口を備えた上部遠心分離器と、
空間の下部内側に旋回室を形成し前記上部流体導入口と同方向の接線方向から下部流体導入口が接続された下部旋回部を備え、該下部旋回部の上部に、上方に向けて縮径しその上端が多孔管の下端と所要の間隔を隔てて開口した上向旋回加速部を備えた下部遠心分離器と、
空間の底部に接続された固体取出口と、
上部遠心分離器の外側における固体分離室に旋回流が形成されるのを防止するための旋回防止板と、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、下部遠心分離器の外側おける固体分離室に、再飛散防止板を備えてもよく、又、テーパ多孔板の下端近傍内側に、オリフィスを備えてもよく、更に、流体出口の内部に旋回用羽根を備え、該旋回用羽根下流の流体出口の軸中心位置に取出口を有する清澄液取出管を備えてもよい。
【００１６】
又、上部流体導入口に混合流体供給管が接続され、流体出口が、循環ポンプを備えた循環配管により下部流体導入口に接続されていてもよく、又、下部流体導入口に混合流体供給管が接続され、流体出口が、循環ポンプを備えた循環配管により上部流体導入口に接続されていてもよい。
【００１７】
上記本発明は、次のように作用する。
【００１８】
上部遠心分離器による下向きの旋回流と、下部遠心分離器による上向きの旋回流とを対向させて強調させることにより旋回増強部を形成して高い遠心力が得られるようにしたので、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】
上部遠心分離器の下向旋回加速部を、下方に向けて縮径したテーパ多孔板により形成したことにより、下向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、下向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ることができる。
【００２０】
固体分離室内に、旋回防止板を備えて流体の旋回を防止したり、再飛散防止板を備えて流体の変動を防止するようにしているので、固体の落下分離効果を高めることができる。
【００２１】
テーパ多孔板の下端近傍内側に、オリフィスを備えることにより、反転部及び旋回速度増強部の位置を最適位置に調節することができる。
【００２２】
流体出口の内部に旋回用羽根を備え、該旋回用羽根下流の流体出口の軸中心位置に取出口を有する清澄液取出管を備えると、更に固体の含有が低減された清澄液を取出すことができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は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り、図中１は、略円筒状の空間２を内部に備えた本体であり、該本体１の上部にはサイクロン式の上部遠心分離器３が形成されている。
【００２５】
上部遠心分離器３は、本体１上部の空間２によって形成される旋回室４に、図２に示すように接線方向から接続された上部流体導入口５と、旋回室４の下部に下方に向けて縮径したテーパ多孔板６からなる下向旋回加速部７とを備えていて、半径比に反比例した高速の下向きの旋回流Ａを形成できるようになっており、更に、テーパ多孔板６の下端には、下方に延長された直管状の多孔管８が接続されており、又、旋回室４の軸中心上部には流体出口９が備えられている。
【００２６】
上記テーパ多孔板６及び多孔管８には、パンチングメタル等のように多数の細孔１０が形成されており、矢印で示す下向きの旋回流Ａによる遠心力によって、外側に移動した固体が細孔１０を通って外側の固体分離室１１に弾き飛ばされるようになっている。混合流体中の固体が固体分離室１１に移動し易くするためには、テーパ多孔板６及び多孔管８は薄板で構成することが好ましく、又、細孔１０の形状は種々選定することができるが、図５に示すように旋回流Ａの旋回方向に長い長穴による細孔１０とすると固体が外側に移動し易いので好ましい。
【００２７】
又、テーパ多孔板６の下端近傍の内側には、図５に示すようなオリフィス１２を備えるようにしてもよい。
【００２８】
本体１による空間２の下部内側には、サイクロン式の下部遠心分離器１３が備えられている。
【００２９】
下部遠心分離器１３は、空間２内部に旋回室１４を形成し、且つ図４に示すように前記上部流体導入口５と同方向の接線方向から接続された下部流体導入口１５を有する下部旋回部１６を備えている。更に、下部旋回部１６の上部には、前記上部遠心分離器３の軸心と同一軸心上において、上方に向けて縮径しその上端が多孔管８と略同一径を有し、且つその上端が多孔管８の下端との間に所要の間隔Ｌを隔てて開口した上向旋回加速部１７を備えており、上記下部遠心分離器１３によって、矢印で示すように、前記下向きの旋回流Ａと同方向に旋回する上向きの旋回流Ｂが形成されるようになっている。
【００３０】
本体１の内面における、上部遠心分離器３のテーパ多孔板６及び多孔管８の外側位置には、固体分離室１１内に旋回流が形成されるのを防止するための旋回防止板１８が設けられている。旋回防止板１８は、テーパ多孔板６及び多孔管８の細孔１０から外側の固体分離室１１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ものであり、旋回防止板１８は、図３のように本体１の内面に放射状に固定されており、且つテーパ多孔板６及び多孔管８との間に所要の間隔を有する幅の板にて形成されている。この旋回防止板１８は、図３の形状のものに限定されるものではなく種々の形状を選定することができ、更に旋回防止板１８は固体を下方に向わせるように捻られた形状となっていてもよい。
【００３１】
又、下部遠心分離器１３の外周と本体１の内面との間の固体分離室１１には、前記旋回防止板１８に連続した放射状の再飛散防止板１９が設けられている。
【００３２】
更に、固体分離室１１の下端内部には前記再飛散防止板１９が設けられていない部分があり、この再飛散防止板１９が無い空間２の底部には、固体取出口２０が設けられている。固体取出口２０には開閉弁２１を備えて分離した固体を間欠的に取出すようにしたり、或いは図示しないオリフィス等を備えて固体を連続的に取出すようにしている。
【００３３】
一方、流体出口９の内部に旋回羽根２２を設けて、流体出口９から取出す流体に旋回力を与えるようにしており、旋回羽根２２の設置位置より下流の流体出口９の軸中心位置には、取出口２３ａが開口された清澄液取出管２３が設けられている。
【００３４】
更に、図１の例では、上部流体導入口５に混合流体供給管２４を接続しており、又、流体出口９に接続した循環配管２５を、循環ポンプ２６及び開閉弁２７を介して下部流体導入口１５に接続した構成としている。
【００３５】
以下に、上記図１に示した形態例の作用を説明する。
【００３６】
図１において、本体１内上部に形成した上部遠心分離器３に、上部流体導入口５から混合流体を導入すると、上部流体導入口５が接線方向に接続されていることにより、混合流体は旋回室４の内部で矢印で示すように旋回流Ａを形成する。更に、この旋回流Ａは、テーパ多孔板６からなる下向旋回加速部７によって旋回速度が加速されながら下降し、多孔管８内部に高速の旋回流Ａを形成するようになる。この時、多孔管８の下端近傍の旋回力が弱まる部分における反転部２８にて、旋回流Ａが下降流から上昇流に反転し、軸中心を上昇して、流体出口９から外部に排出されるようになる。
【００３７】
この時、図１の例では、流体出口９に接続した循環配管２５が、循環ポンプ２６を介して下部流体導入口１５に接続されているので、前記流体出口９からの流体が、上部流体導入口５と同じ接線方向に接続されている下部流体導入口１５から下部遠心分離器１３の下部旋回部１６に供給される。これにより、下部遠心分離器１３の下部旋回部１６の内部には、前記旋回流Ａと同方向の旋回流Ｂが形成される。
【００３８】
更に、下部旋回部１６の上部には、上向旋回加速部１７が形成されているので、旋回流Ｂは旋回速度が加速され、これによって流体中に含まれる固体は遠心力によって外周に移動されながら上昇し、上向旋回加速部１７の上端開口から上方に向けて噴射される。この時、固体は、図１に示すように遠心力によって上部外方に放射状に拡散されて固体分離室１１内に噴射されるようになる。
【００３９】
一方上向きの旋回流Ｂの中心部分は固体を殆ど含まない流体であり、この旋回流Ｂの中心部分は多孔管８の下端内部に向かうようになり、これによって多孔管８内部に形成された下向きの旋回流Ａと、下部遠心分離器１３からの上向きの旋回流Ｂとが互いに強調し合って、旋回速度が増強される旋回速度増強部Ｓが形成されるようになる。
【００４０】
上記において、上部遠心分離器３の下向旋回加速部７によって旋回が加速された混合流体中の固体は、遠心力の作用によって外側に移動し、テーパ多孔板６の細孔１０から流体の一部と共に外部の固体分離室１１に弾き出されるようになり、更に、多孔管８内部に移動した混合流体中の固体も、遠心力の作用によって細孔１０から流体の一部と共に外側の固体分離室１１に弾き出される。この時、テーパ多孔板６及び多孔管８の細孔１０から固体分離室１１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１１内においても旋回しようとする。しかし、固体分離室１１の内部には旋回防止板１８が設けられているので、固体分離室１１では旋回が防止され、これによって固体分離室１１に排出された固体は旋回防止板１８に沿って下方に落下し分離される。
【００４１】
図１の形態例によれば、上部遠心分離器３の下向旋回加速部７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。
【００４２】
即ち、上部遠心分離器３の内部では、図１に示したような旋回流Ａが形成されると同時に、図７に示すように通常のサイクロン式遠心分離器では下向旋回加速部７の内面に沿って上下に循環する二次流れ２９が生じる。この二次流れ２９のために、遠心力で外側に移動した微粒が二次流れ２９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９に流出してしまい、この問題がサイクロン式の遠心分離器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。
【００４３】
これに対して、図１の装置によれば、上部遠心分離器３の下向旋回加速部７をテーパ多孔板６によって形成したので、旋回による遠心力によって外側に移動した固体は、図７の二次流れ２９に乗って内側に戻ることなく、そのままテーパ多孔板６の細孔１０を通って外側に排出されるので、従来の二次流れ２９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。
【００４４】
又、下部遠心分離器１３の上向旋回加速部１７で旋回速度が加速された旋回流Ｂは、混合流体中の固体を外側に移動させながら上昇し、上向旋回加速部１７上端の開口から上方に向けて噴射される。この時、下部遠心分離器１３によって外方に移動された流体中の固体は図１に示すように放射状に拡散して固体分離室１１内に噴射され、固体が分離される。
【００４５】
又、上向旋回加速部１７から上方に向かう旋回流Ｂの中心部分は、殆ど固体を含まない状態にあり、この旋回流Ｂの中心部分が多孔管８の下端内部に向かうことにより、多孔管８内部に形成された下向きの旋回流Ａと、下部遠心分離器１３からの上向きの旋回流Ｂとが互いに強調し合って、旋回速度が増強された旋回速度増強部Ｓが形成される。
【００４６】
この旋回速度増強部Ｓによる高い遠心力によって、流体中に含まれる微細な固体も分離されて多孔管８の細孔１０から固体分離室１１に弾き飛ばされるようになり、これによって数ミクロン以下の微細な粒子も分離可能となる。
【００４７】
従って、上部遠心分離器３の軸中心を上昇して流体出口９から取出される流体は、殆ど固体が含まない状態となる。
【００４８】
又、下部遠心分離器１３の外周には、再飛散防止板１９を備えて下部遠心分離器１３外側の流体の変動を防止するようにしているので、上部遠心分離器３のテーパ多孔板６及び多孔管８から固体分離室１１に排出された固体、及び下部遠心分離器１３の上向旋回加速部１７上端から外側に噴射された固体は、再飛散防止板１９に沿って落下して固体分離室１１底部に溜まり、この固体は、固体取出口２０によって間欠的に、又は連続的に外部に取出される。上記したように、再飛散防止板１９を備えて流体の変動を押えるようにしているので、固体分離室１１に排出された固体は再飛散することなく再飛散防止板１９に沿って効果的に沈下し、これにより固体の分離を確実に行わせることができる。
【００４９】
又、流体出口９の内部に旋回羽根２２を備えて取出される流体に旋回力を与えるようにし、且つ、該旋回羽根２２の設置位置より下流の流体出口９の軸中心に取出口２３ａが開口した清澄液取出管２３を備えているので、流体出口９内部を流動する流体が旋回羽根２２によって旋回させられ、その遠心力によって流体中に僅かに含まれる微細な固体が外周方向に移動し、この状態で流体出口９の軸中心から清澄液取出管２３によって流体を取り出すようにしているので、更に固体の含有が少ない清澄液を得ることができる。
【００５０】
上記したように、上部遠心分離器３による下向きの旋回流Ａと、下部遠心分離器１３による上向きの旋回流Ｂとを対向させて強調し合う旋回速度増強部Ｓを形成して高い遠心力を得るようにしたので、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。
【００５１】
更に、上記したような旋回速度増強部Ｓを形成して高い遠心力を得られるようにしたので、サイクロン式遠心分離器において半径比を大きく取ることができないような場合でも、高い遠心力を達成することが可能になる。
【００５２】
又、図１の構成において、図５に示すように、テーパ多孔板６の下端近傍の内側にオリフィス１２を備え、このオリフィス１２の厚さ（多孔管８内部の絞り量）を調節することによって、反転部２８の位置及び旋回速度増強部Ｓの上下位置を最適な位置に調節することができる。
【００５３】
又、図６に示すように、下部流体導入口１５に混合流体供給管２４を接続し、流体出口９を、循環ポンプ２６を備えた循環配管２５により上部流体導入口５に接続するようにしても、前記と同様に多孔管８或いはその近傍位置に旋回速度増強部Ｓを形成して、前記と同様に高効率な固体分離を行わせることができる。
【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、固液混合液体からの固体の分離、及び、固気混合流体からの固体の分離の何れにも適用できること、固体を分離する混合流体の圧力には限定されないこと、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、上部遠心分離器による下向きの旋回流と、下部遠心分離器による上向きの旋回流とを対向させて強調させることにより旋回増強部を形成して高い遠心力が得られるようにしたので、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できる効果がある。
【００５６】
上部遠心分離器の下向旋回加速部を、下方に向けて縮径したテーパ多孔板により形成したことにより、下向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、下向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】
固体分離室内に、旋回防止板を備えて流体の旋回を防止したり、再飛散防止板を備えて流体の変動を防止するようにしているので、固体の落下分離効果が高められる効果がある。
【００５８】
テーパ多孔板の下端近傍内側に、オリフィスを備えることにより、反転部及び旋回速度増強部の位置を最適位置に調節することができる効果がある。
【００５９】
流体出口の内部に旋回用羽根を備え、該旋回用羽根下流の流体出口の軸中心位置に取出口を有する清澄液取出管を備えると、更に固体の含有が低減された清澄液を取出すことができる効果がある。
【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】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。
【図４】図１のＩＶ方向矢視図である。
【図５】テーパ多孔板及び多孔管に形成する細孔の形状例と、テーパ多孔板に備えるオリフィスの説明図である。
【図６】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７】サイクロン式遠心分離器における二次流れを説明するための概略図である。
【符号の説明】
１  本体
２  空間
３  上部遠心分離器
４  旋回室
５  上部流体導入口
６  テーパ多孔板
７  下向旋回加速部
８  多孔管
９  流体出口
１１  固体分離室
１２  オリフィス
１３  下部遠心分離器
１４  旋回室
１５  下部流体導入口
１６  下部旋回部
１７  上向旋回加速部
１８  旋回防止板
１９  再飛散防止板
２０  固体取出口
２２  旋回羽根
２３  清澄液取出管
２３ａ        取出口
２４  混合流体供給管
２５  循環配管
２６  循環ポンプ
Ｌ  間隔
【図１】
0004406976.tif 000002
【図２】
0004406976.tif 000003
【図３】
0004406976.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004406976.tif 000008