(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備える遠心分離機：
中央領域、端部領域及び前記中央領域と端部領域との間の開口を囲む内面を有する円筒状ハウジングであって、前記中央領域は、その内部に回転可能な遠心分離機を取り付けており、前記開口は、蓄積された固形物類を前記ボウルから排出する構成；及び
前記ハウジングの端部領域に取り付けられている固形物類バルブであって、この固形物類バルブは、前記ハウジングの直径方向軸を回転軸として開放位置と閉止位置との間を回転できるようになっており、前記固形物類バルブは、（ｉ）前記固形物類バルブが閉止位置にあるとき、前記ハウジングの内面に密接して前記開口から蓄積された固形物類が排出されないように作用し、そして、（ｉｉ）前記固形物類バルブが開放位置にあるとき、前記端部領域の一方側に位置して前記開口から蓄積された固形物類が排出されるように作用するオフセット部をもっている構成。
【請求項２】
前記固形物類バルブは、内部排出通路を含み、前記分離機ボウルから液体が前記通路を通って排出され、前記固形物類バルブのアーム部分に配置の前記排出通路が前記固形物類バルブのオフセット部から前記分離機ハウジングへ達している請求項１による遠心分離機。
【請求項３】
前記固形物類バルブは、内部供給液体通路を含み、前記分離機ボウルへ液体が前記通路を通って供給され、前記固形物類バルブのアーム部分に配置の前記供給液体通路が前記固形物類バルブのオフセット部から前記分離機ハウジングへ達している請求項１による遠心分離機。
【請求項４】
前記分離機ボウルは、前記分離機ハウジングに隣接した分離機ボウル開口を含み、前記供給液体が前記固形物類バルブの供給液体通路からの流れとなって前記分離機ボウル開口を経て前記分離機ボウルに流入する構成の請求項３による遠心分離機。
【請求項５】
前記分離機ハウジングは、前記中央領域と端部領域との間に内方へ延びた環状フランジを含み、このフランジは、前記開口を囲み、前記内面は、前記端部領域に面するフランジ面を備えている構成の請求項１による遠心分離機。
【請求項６】
前記固形物類バルブが閉止位置にあるとき、前記分離機ハウジングの内面と前記固形物類バルブのオフセット部との間をシールするために膨らむ操作（ｉ）と前記固形物類バルブを回転させて開放位置にするように凹む操作（ｉｉ）を行う膨張可能なシールを備えている構成の請求項１による遠心分離機。
【請求項７】
前記シールが液体圧で膨張する構成の請求項６による遠心分離機。
【請求項８】
記シールが空気圧で膨張する構成の請求項６による遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願へのクロスリファレンス〕
この出願は、３５合衆国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて２００２年４月１２日提出の合衆国仮特許出願第６０／３７２，１５３の優先権を主張するもので、ここに、その全文を引用して加入するものである。
【０００２】
〔連邦政府により支援された研究又は開発に関する声明〕
−なし−
【０００３】
〔発明の背景〕
この発明は、おまかに言えば遠心機、そして、詳しくは、分離の間蓄積された固形物類を自動的に排出することができる遠心機に関するものである。
【０００４】
異種の混合物を比重を基準にして複数の成分に分離する多数の異なる型式の遠心分離機は、知られている。供給マテリアル又は供給液体とも言う一つの異種混合物は、前記分離機の回転するボウルへ注入される。このボウルは、高速で回転し、前記混合物の比重がより重い粒子類を沈降により前記液体から強制的に分離する。その結果、濃密な固形物ケーキが前記ボウルの面をぴったり押圧し、澄んだ液体又は“分離液”が前記固形物ケーキから内方へ向けて形成される。前記ボウルは、前記分離液から固形物類を分離する重力よりも２０，０００倍大きな力を生じるのに十分な速度で回転する。
【０００５】
固形物類は、前記ボウルの壁にたまり、前記セントレートが排出される。所望の量の固形物類がたまったことが分かれば、前記分離機は、排出モードにおかれる。このような排出モードの一つにあっては、回転ボウルの長さ方向に延びているスクレーパーのブレードが前記分離機の壁を掻き取るような位置におかれ、前記ボウルをゆっくりとした掻き取り速度で回転させる。ついで、ラジアル運動のスクレーパーで前記ボウルの側面から固形物類を掻き取ると、固形物類は、固形物類収集出口に向かい落下してゆく。しかしながら、このようなラジアル運動のスクレーパでは、湿った又はピーナッツバターのように粘稠性をもつくっつきやすい固形物類をうまく取り除くことができない。このような場合、くっつきやすい固形物類は、前記スクレーパのブレードにくっついて残ってしまうか、前記壁から落ちてから再び前記ブレードにくっついてしまい、収集出口に達しなくなってしまう。その結果、固形物類の回収率は、低下し、残ってしまう固形物類が前記分離機を汚染してしまい、望ましくない。
【０００７】
〔発明の概要〕
この発明によれば、現在の遠心分離機の欠点、特に、固形物類の回収及び機械的不安性に関連する欠点を対処する特徴を含む遠心分離機が開示されている。
【０００８】
一つのアスペクトにおいては、開示された遠心分離機は、パーツ類が交換可能である軸方向運動のスクレーパ又はピストン／突き出し組立部品のいずれかのもので、操作速度が可変で多用途に向く手段により固形物類を自動的に排出する。軸方向運動のスクレーパは、固く固められた固形物類や砕けやすい固形物類に使用され、一体になった供給液体加速機及び複数の供給ホールを含んでいる。前記スクレーパのブレードは、高い遠心力の作用で外側へたわみ、このスクレーパを前記ボウルに対し所定位置に固定する。これによって、前記スクレーパの軸の下端部をしっかり固定させる。前記スクレーパは、固形物類のくっつきやすい面を少なくし、比較的長い分離機のボウルについて用いられる。
【０００９】
前記ピストン／突き出し組立部品は、ペースト状でくっつきやすい固形物類に使用され、これらを排出する。前記ボウルの頂部にある分離液バルブ（遠心分離操作によって分離された液体を供給モードの操作中に作動して外部へ排出するためのバルブ。以下同じ）を用いて、分離液（分離された液体）を供給操作モードの間に排出し、ついで、固形物類排出モードのために前記ボウルの頂部を開く。前記アッセンブリーは、さらに、ピストンを含み、このピストンは、供給操作モードの間は前記ボウルの底部に着座している。このピストンは、供給加速機及び供給ホール（複数）と一体になっていて、これらホールを介して供給液体が流れる。これらのホールは、また、固形物類の排出操作モードにおいて行われる排出の間の固形物類の出口にもなる。前記ピストン／突き出し組立部品は、他の現存する遠心分離機ではうまく排出できないくっつきやすい固形物類に使用でき、これら固形物類をほぼ完全に取り除くことができ、この点は、固形物類に価値があるマテリアルが含まれているときに好都合なものである。
【００１１】
さらに別のアスペクトにおいては、開示した半球形状の固形物排出バルブをケースの底部に使用している。この排出バルブは、供給液体と前記ボウルから排出される残りの液体それぞれの通路を有している。このバルブは、閉止位置と開放位置の両者の間を回転し、閉止位置にあるときは、ケースの底部は、供給液体通路及び残渣の液体通路への開口を除き閉止されており、開放位置にあるときは、前記分離機ボウルから排出される固形物が前記ケースの底部から排出されるようになっている。この構成により排出バルブが既存の構成よりもぐっとコンパクトになり、衛生上の用途及び／又は清浄な場所での用途に使用できる。
【００１２】
この発明の別のアスペクト、特徴及び利点は、以下における発明の詳細な記述から明らかになる。
【００１３】
〔発明の詳細な記述〕
図１は、自動のチューブ状ボウル遠心分離機を断面で示し、さらに中間部を除去して水平断面をも示している。この遠心分離機は、分離機ハウジング１３の中央領域１１に取り付けられた円筒状の分離機ボウル１０を含んでいる。分離機ボウル１０は、好ましくはチューブ形状のボウルであって、直径Ｄが比較的細く、長さＬは、Ｌ／Ｄの比率が約５／１またはそれよりも大きな比率をもつ長さになっている。分離機ボウル１０の内部には、ピストン組立部品が取り付けられていて、このピストン組立部品は、ピストン軸１４に連結されているピストンヘッド１２からなる。
【００１４】
速度可変の駆動モータ１６が球形状に取り付けられたベアリングとスピンドル組立部品１８の駆動プーリーに連結している。駆動ベルト２０が分離機ハウジング１３の上端部のカラー状突部２１に連結している。駆動モータ１６は、操作制御されて分離機ボウル１０を所望の速度で回転させ、供給液体を分離する。ピストン軸クラッチ２２がピストン作動器の架設ヘッド２４に取り付けられていて、前記作動器は、ピストン作動器の２本のプランジャ２６を含み、これらプランジャは、それぞれピストン作動器・シリンダ２８に取り付けられている。各ピストン作動器のプランジャ２６は、架設スヘッド２４を介してピストン軸１４とピストン軸クラッチ２２に連結し、ピストン作動器のポート２９から流入される圧縮空気又はハイドロリック流体に応答して分離機ボウル１０内をピストン組立部品が上下に昇降する。排出操作モードにおいては、ピストン軸クラッチ２２が外れ、これによってピストン組立部品が回転するだけで、軸方向には動かない。これらのような操作モードにおいては、ロックリング３１で前記ピストン組立部品が分離機ボウル１０の底部開口から脱落するのを防いでいる。
【００１５】
図１には、また、分離液ケース３０、分離液出口ポート３２、分離液バルブ３４及び分離液バルブのアクチュエータ３６が示されていて、これらすべては、以下に詳しく説明するように、操作の間、遠心分離機から分離液又はきれいになった液体を排出させるとき用いられる。固形物類バルブ３８は分離機ハウジング１３の内側に向いているフランジ４１の下の下端部領域３９に取り付けられている。この固形物類バルブ３８は、供給液体ポート４２に通じている供給液体通路４０ならびに残渣液体排出ポート４６に通じている残渣液体排出通路４４に通じている。固形物類バルブのシール４８がフランジ４１の下面に配置されている。固形物類バルブ３８の付加構造と機能については、以下に記載する。
【００１６】
図２は、ピストンヘッド１２の一帯を詳細に示すものである。ピストンヘッド１２の中央領域４３は、断面がコーンを逆さにした形状になっており、複数の開口４５が境界部にぐるり設けられている。供給操作モードにおいては、以下に述べるように、供給液体通路４０からの供給液体が中央領域４３の下のキャビティへ４７で示すように流入し、複数の開口４５から分離機ボウル１０の内面に向かう。この操作モードにおけるピストンヘッド２２の回転により、前記複数の開口４５が供給液体を加速させ、該液体を分離機ボウル１０の底部一帯にゆきわたらせる。
【００１７】
遠心分離機の供給操作モードを図３を参照しながら記載する。ピストン軸クラッチ２２が外れると、駆動モータ１６の作用で軸ピストン軸１４は、分離機ボウル１０を伴って高速で回転するようになる。固形物類バルブ３８は、閉止位置にあって、その上部外側面は、固形物類バルブのシール４８に当接している。固形物類バルブ４８は、固形物類バルブのアクチュエータ５０により膨張通路５３を介して空気圧又は流体圧で膨らむようになっている。
【００１８】
供給液体は、供給液体ポート４２を経て導入される。この供給液体は、供給液体ポート４２から供給液体通路４０へ流れ、供給液体通路４０の終端に達すると、ピストンヘッド１２の底部への流れ５５になる。上記のように、ピストンヘッド１２は、供給液体を加速し、これを回転しているボウル１０の内面へ向かうようにする構造を含んでいる。遠心力により、前記液体は、液体たまり面５２になる分離機ボウル１０の内面にそって上方へ流れる。図示のように、分離液バルブ３４が開いていると、オーバーフローの液体は、分離機ボウル１０の頂部において清澄にされた液体（分離液）として堰５４を越えて流れ出される。ついで分離液は、分離液ケース３０に流入し、図示５８のように分離液出口ポート３２から排出される。この液体が分離機ボウル１０内を流れるときに、この液体に作用する強力な遠心力により包含されている固形粒子が分離される。固形物類は、分離機ボウル１０の内部壁にくっつき、遠心力の結果として圧縮された固形物類ケーキとして回収される。
【００１９】
例えば分離液の濁り度を検知するなどして、分離機ボウル１０が固形物類で一杯になってしまったことが分かると、遠心分離機を図４に示すようなボウル排液モードにする。液体供給は、遮断され、駆動モータ１６が電子的に分離機ボウル１０を制動し、完全に停止させる。分離機ボウル１０内の残渣液体をピストンヘッド１２の複数の開口を介して固形物類バルブ３８の形作られた上部面へ排出し、この上部面を経て残渣液体が液体排出通路４４へ流れるようにする。ついで残渣液体は、６０で示すように、液体排出ポート４６から排出される。用途に応じては、固形物類からさらに液体を分離するために、分離機ボウル１０を再度回転させてもよい。
【００２０】
残りの液体が分離機ボウル１０から完全に排出し終えれば、遠心分離機は、“ピストン”モードに入り、ここでは、蓄積された固形物類を分離機ボウル１０から強制的に取り出す。このピストンモードを図５と図６に示す。固形物類バルブシール４８を凹ませ、固形物類バルブ３８の上部オフセット部６１を回転させ、フランジ４１の内縁部による開口から外れるようにする。ピストン軸クラッチ２２をピストン軸１４に係合させ、分離液バルブ３４を分離液バルブアクチュエータ４６により閉じる。ついで、架設ヘッド２４をゆっくり上昇させ、これと共にピストン軸１４とピストンヘッド１２をも上昇させる。ピストンヘッド１２が引き上げられるにつれ、蓄積された固形物類は、分離機ボウル１０の内面から掻き取られピストンヘッド１２の圧縮されたスペース６２を満たすことになる。ピストンヘッド１２をさらに上昇させると、囲まれた固形物類に圧力が作用し、これら固形物類は、ピストンヘッド１２の複数の開口から下方へ押し出される。押し出された固形物類は、分離機ボウル１０の開放底部から落下し、６４で示すように開放された固形物類バルブ３８を通過する。この押し出し作用は、ピストンヘッド１２が最高の高さまで引き上げられるまで続けられ、最高の高さに達すれば蓄積された実質的なすべての固形物類が排出される。この時点で、ピストンヘッド１２，分離液バルブ３４及び固形物類バルブ３８を含む部材類が図１に示すそれぞれの位置に戻り、次の供給／排出／ピストンサイクルに備える。この時点で、次の操作サイクルのためにクリーニング操作も行われる。
【００２１】
図７は、ピストン操作モードにおける分離液バルブ３４の領域を詳細に示すものである。分離液バルブ３４は、戻りスプリング６６，６８により通常時保持されている。圧縮空気又は流体圧液体７０の作用で、分離液バルブアクチュエータ３６が上げられると、柔らかな固形物類がピストンヘッドの複数の開口７０を経て６４で示すように押し出される。図示のように、ピストン軸シール７２、ピストンヘッドシール７４及び分離液バルブシール７６を含むいくつかのシールがピストン・モード（ピストンの作動状態）におけるボウル１０の上部を液密にシールし、固形物類は、ピストンの開口を通るしかないようにされる。
【００２２】
図８は、図１〜図７の遠心分離機と多くの点で類似している遠心分離機を示している。主な相違点は、スクレーパ軸７８とピストンの代わりにスクレーパヘッド８０を有するスクレーパの使用である。また、図９の遠心分離機も図１〜図７の遠心分離機における分離液バルブ３４と関連した装置を含んでいない。図８の遠心分離機は、押し出し作用よりもボウル１０の内面に作用するヘリカル掻き取り作用を用いており、蓄積された固形物類が比較的密で、固くなっているものに使用することが多い。
【００２３】
図９〜図１１は、スクレーパヘッド８０の別方向からの図である。４つのスクレーパアーム８２が中央本体部８４から突き出ており、この本体部は、いくつかの放射状になっている供給加速体ホール９０を含む。別の例として、スクレーパアームの使用個数を増減してもよい。各スクレーパアーム８２は、分離機ボウル１０の内面と密接する端縁面８８をもつ前張り出し面８６を有している。前張り出し部８６は、アーム８２と一体または別体の固いマテリアルで、溶接又はブレージングなどによりアーム８２に取り付けられている。また図９〜図１１においては、アーム８２の下方へ下がっている複数のスカート部８９が示されている。スカート部８９の機能は、後記する。
【００２４】
図１２は、供給操作モードにおける図８の遠心分離機を示し、このモードは、図１〜図７の遠心分離機の供給操作モードと実質的に同じである。図１３は、供給操作モードにおけるスクレーパヘッド８０の領域の詳細を示す。このスクレーパヘッド８０は、ボウル１０の下端部に位置し、ボウル１０と共に高速で回転する。スクレーパヘッド８０のスカート部分８９は、ボウル１０の下方に向いていて、高速回転の間は、遠心力に呼応して外側へ僅かにたわみ、ボウル１０の下位リム９１に当たる。この作用で、スクレーパアッセンブリーの好ましくない振動が抑えられる。
【００２５】
供給操作モードの間、供給液体の流れ５５は、分離機ボウル１０と共に回転するスクレーパヘッド８０の作用で放射状に加速される。殊に、供給液体の流れ５５は、スクレーパヘッド８０の本体部８４の下面９３に当たり（図１０、１１参照）、複数の開口９０を介して分離機ボウル１０の内面に向け外方へ流れる。分離液が分離機ボウル１０の内面にそって上方へ流れ、図３に関して述べたように分離液ポート出口３２から流れるにつれ、固形物類５６は、分離機ボウル１０の内面近くにたまる。
【００２６】
図１４は、図８の遠心分離機の排出操作モードを示す。固形物類バルブシール４８がしぼみ、図６に示すように固形物類バルブ３８が回転して分離機ボウル１０の底部から離れる。スクレーパクラッチ２２が係合して、スクレーパ軸７８を回転しないようにし、スクレーパアクチュエータの上昇につれてスクレーパ軸７８を上昇させる。スクレーパヘッド８０がゆっくり上がるにつれモータ１６が前記ボウルをゆっくり回転させる。これによって詰みこまれたような固形物類は、ボウル１０の内面のヘリカルパスにそって掻き取られる。この作用は、スクレーパヘッド８０がボウル１０の頂部に達するまで続き、頂部に達すれば、ゆっくり下降し、残りの固形物類を掻き取る。この掻き取るサイクルが終われば、固形物類バルブ３８が再び閉じ、固形物類バルブシール４８は、再び膨らみ、次の供給／排出／掻き取りサイクルの開始に備える。
【００２７】
クリーニング及び／又はリンス液体を同じ液体供給路から導入し、駆動モータ１６を操作してクリーニング及び／又はリンス液体をくまなくゆきわたらせるようにすることもできる。ついで上記したように、掻き取る操作モードに入り、分離機ボウル１０の内部をさらに清浄にする。
【００２８】
図１６は、図１と図８の遠心分離機のスピンドル及びベアリング組立部品１８の領域を示す。ベアリングハウジングが球形部９６と短い円筒状のスピンドル部９８とを有している。このスピンドル部９８の内部にベアリング１００と分離機ボウル１０の延長したスピンドル又はハブ１０２が装着されている。駆動ベルト２０に係合の駆動されるプーリー１０４がハブ１０２に取り付けられている。球形部９６は、シート１０６の面に当接している。クリアランス調節ナット１０８を用いてシート１０６を保持し、さらに、シート１０６と前記ベアリングハウジングとの間に所望のクリアランスをとるようになっている。緩衝ゴム支持リング１０７が球形部９６の頂部に固定されている。この支持リング１０７と振れ減衰用ゴムリング１１０とがリング圧縮ナット１１２により保持されている。ベアリングハウジングの回転抑制ピン１１４でベアリングハウジングが回転しないようになっている。このピン１１４は、ハウジング１３の大きくされた開口１１５に通されている。
【００３０】
図１７は、ベアリング及びスピンドルアッセンブリー１８’の取り付けの代替例を示す。ベアリングハウジングは、円筒状の上部９６’をもち、この上部のノッチで二つの隔離ゴムリング１１６を受ける。このアッセンブリーは、リング圧縮調節ナット１１２’により所定位置に保持される。別の代替例においては、ナット１１２又は１１２’をボルトつきリング又はディスクを含む別の構造のものにしてもよい。
【００３１】
当業者によれば、開示した方法と装置の変更およびバリエーションをここに記載の発明の概念から逸脱することなく行うことが可能であることは明らかなことであり、したがって、この発明は、添付の請求の範囲のすべての範囲と精神とを除いて限定して解釈されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明による第１の構造をもつ自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図２】図１の自動筒状ボウル遠心機の詳細な断面図。
【図３】供給モードにおける操作を図解する図１の自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図４】残渣液体の排出モードにおける操作を図解する図１の自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図５】固形物類排出モードにおける操作を図解する図１の自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図６】図５の左ポイントから見た図５の自動筒状ボウル遠心機の下方部分の詳細な断面図。
【図７】図５の自動筒状ボウル遠心機の上方部分の詳細な断面図。
【図８】この発明による第２の構造をもつ自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図９】図８の自動筒状ボウル遠心機におけるスクレーパの上部の斜視図。
【図１０】図９のスクレーパの底部の斜視図。
【図１１】図９のスクレーパの側部の断面図。
【図１２】供給モードにおける操作を図解する図８の自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図１３】図１２の自動筒状ボウル遠心機の下方部分の詳細な断面図。
【図１４】排出モードにおける操作を図解する図８の自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図１５】固形物類排出モードにおける操作を図解する図８の自動筒状ボウル遠心機の断面図。
【図１６】図１と図８の自動筒状ボウル遠心機におけるボウル支持構造の詳細な断面図。
【図１７】図１と図８の自動筒状ボウル遠心機に使用できる別のボウル支持構造の詳細な断面図。
【図１】
0004542785.tif 000002
【図２】
0004542785.tif 000003
【図３】
0004542785.tif 000004
【図４】
0004542785.tif 000005
【図５】
0004542785.tif 000006
【図６】
0004542785.tif 000007
【図７】
0004542785.tif 000008
【図８】
0004542785.tif 000009
【図９】
0004542785.tif 000010
【図１０】
0004542785.tif 000011
【図１１】
0004542785.tif 000012
【図１２】
0004542785.tif 000013
【図１３】
0004542785.tif 000014
【図１４】
0004542785.tif 000015
【図１５】
0004542785.tif 000016
【図１６】
0004542785.tif 000017
【図１７】
0004542785.tif 000018