(57)【要約】【課題】低コストでありながらも、固形物の分離効率を向上する。【解決手段】固液分離装置１００は、外部から導入された懸濁液が旋回する第１旋回空間１１４が内部に形成された第１管体１１２を有する上流サイクロン部１１０と、少なくとも一部が第１管体１１２の上方に位置するとともに、第１旋回空間１１４から導入された懸濁液が旋回する、第１旋回空間１１４よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間１５４が内部に形成された複数の第２管体１５２を有し、第１旋回空間１１４を旋回した懸濁液が複数の第２管体１５２に導かれる下流サイクロン部１５０と、を備える。【選択図】図２
2017047368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から導入された懸濁液が旋回する第１旋回空間が内部に形成された第１管体を有する上流サイクロン部と、
少なくとも一部が前記第１管体の上方に位置するとともに、前記第１旋回空間から導入された懸濁液が旋回する、該第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間が内部に形成された複数の第２管体を有し、該第１旋回空間を旋回した懸濁液が複数の該第２管体に導かれる下流サイクロン部と、
を備えたことを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
前記第１管体の下端には、前記第１旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、
前記第１管体の下方には、前記第１管体の下端が内部に位置し、該第１管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する上流貯留部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固液分離装置。
【請求項３】
前記第１管体における前記第１旋回空間の中心軸には、前記上流貯留部から該第１管体への前記固形物の拡散を抑制する第１整流部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の固液分離装置。
【請求項４】
前記第１整流部材は、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の固液分離装置。
【請求項５】
複数の前記第２旋回空間を旋回した懸濁液を集合して外部に排出する集合排出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固液分離装置。
【請求項６】
前記集合排出部は、
少なくとも下端が前記第２管体内に配され、下方から上方に向けて内部を懸濁液が上昇する排液管を備え、
前記排液管の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であることを特徴とする請求項５に記載の固液分離装置。
【請求項７】
前記第１旋回空間は水平断面形状が円形であり、
複数の前記第２管体は、前記第１旋回空間の中心軸を囲繞するように配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の固液分離装置。
【請求項８】
前記第１旋回空間の中心軸には、該第１旋回空間から前記第２旋回空間に懸濁液を導く連通管が設けられ、
前記連通管は、
本体部と、
前記本体部の下端に形成され、前記第１旋回空間を旋回した懸濁液を該本体部に導入する導入口と、
前記導入口から前記本体部に導入され、該本体部を上昇する懸濁液を分流して複数の前記第２管体に導く分流口と、
を備えたことを特徴とする請求項７に記載の固液分離装置。
【請求項９】
前記導入口が形成される前記本体部の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であることを特徴とする請求項８に記載の固液分離装置。
【請求項１０】
前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、
前記第２管体の下方には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する下流貯留部が設けられ、
前記下流貯留部は、前記連通管を貫通させる貫通部を有することを特徴とする請求項８または９に記載の固液分離装置。
【請求項１１】
前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、
前記第２管体の下方には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する下流貯留部が設けられ、
前記下流貯留部は、前記第１管体を貫通させる貫通部を有することを特徴とする請求項８または９に記載の固液分離装置。
【請求項１２】
複数の前記第２管体は、少なくとも一部が前記第１管体の上方から前記第１旋回空間内に突出しているか、もしくは、全体が該第１旋回空間内に位置していることを特徴とする請求項８または９に記載の固液分離装置。
【請求項１３】
前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、
前記第１旋回空間内における前記第２管体の下方には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する下流貯留部が設けられ、
前記下流貯留部は、前記第１旋回空間から前記導入口へ懸濁液を導く貫通部を有することを特徴とする請求項１２に記載の固液分離装置。
【請求項１４】
前記貫通部の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であることを特徴とする請求項１３に記載の固液分離装置。
【請求項１５】
前記第２管体における前記第２旋回空間の中心軸には、前記下流貯留部から該第２管体への前記固形物の拡散を抑制する第２整流部材が設けられていることを特徴とする請求項１０、１１、１３、および１４のうちいずれか１項に記載の固液分離装置。
【請求項１６】
前記第２整流部材は、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成されることを特徴とする請求項１５に記載の固液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁液から固形物を分離する固液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、雨水、河川もしくは池等の水源から汲み出した水や、プラントからの工場排水等の懸濁液から固形物を除去して清浄水を得るために、液体サイクロンが利用されている。液体サイクロンは、懸濁液が旋回する旋回空間が内部に形成された管体を有しており、懸濁液の旋回によって生じる遠心力を利用して、懸濁液中の固形物を分級、分離、濃縮する装置である。このように、液体サイクロンにおける固形物の分離原理は、乾式サイクロンと同様であるが、媒体が液体であるため気体と比較して粘性が大きく、また、媒体（液体）と固形物との比重差が小さいことから、同一の固形物を分級する場合、装置自体の大きさを極めて小さくすることができるという利点を有している。
【０００３】
液体サイクロンとして、例えば、特許文献１には、円筒部と、円筒部の下端に連接された逆円錐台部とを含んで構成される本体部を備え、円筒部の側面に設けられた導入口を通じて本体部内に懸濁液を導入することで、懸濁液が円筒部および逆円錐台部の内壁に沿って旋回しながら下降し、旋回過程において遠心力によって懸濁液から固形物を分級する分級型サイクロンが開示されている。分級型サイクロンには、さらに、本体部の下端に下部排液管が設けられるとともに、本体部の上端に上部排液管が設けられており、相対的に質量密度（比重）または粒径が大きい固形物（以下、「重い固形物」と称する）は、下降流となった液体とともに下部排液管から連続的に排出され、相対的に質量密度または粒径が小さい固形物（以下、「軽い固形物」と称する）は、上昇流となった液体とともに上部排液管から連続的に排出されることとなる。
【０００４】
また、液体サイクロンとして、例えば、特許文献２には、円筒部と、円筒部の下端に連接された逆円錐台部とを含んで構成される本体部と、本体部の下端に接続され、懸濁液から分離された所定の質量密度または粒径以上の固形物を貯留する貯留部とを備え、所定の質量密度または粒径以上の固形物が除去された液体を上昇流として外部に排出する分離型サイクロンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９７７７９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−７８９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載されたような分級型サイクロンは、重い固形物を含む液体と、軽い固形物を含む液体とに分級する装置であるため、清浄水を得るには、分級型サイクロンで分級された、軽い固形物を含む液体からさらに固形物を除去する必要がある。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載されたような分離型サイクロンは、貯留した固形物を間欠的に排出するため、固形物の処理を低コストで行うことができる。しかし、分離型サイクロンは、分級型サイクロンと異なり、本体部の下部から液体を排出しない構成となっているため、本体部の中心軸に沿って上昇する上昇流が強くなる。このため、貯留された固形物の一部が上昇流によって巻き込まれて再度混入してしまうため、分離効率の向上には限界があった。
【０００８】
したがって、分級型サイクロンを用いたとしても、分離型サイクロンを用いたとしても、１段の液体サイクロンのみでは１０μｍ以下の超微粒の固形物の分離は困難であり、超微粒の固形物を除去するためには、別途、他の液体サイクロンや、フィルタが必要となり、コストが高くなるという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、低コストでありながらも、固形物の分離効率を向上することができる固液分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の固液分離装置は、外部から導入された懸濁液が旋回する第１旋回空間が内部に形成された第１管体を有する上流サイクロン部と、少なくとも一部が前記第１管体の上方に位置するとともに、前記第１旋回空間から導入された懸濁液が旋回する、該第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間が内部に形成された複数の第２管体を有し、該第１旋回空間を旋回した懸濁液が複数の該第２管体に導かれる下流サイクロン部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記第１管体の下端には、前記第１旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、前記第１管体の下方には、前記第１管体の下端が内部に位置し、該第１管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する上流貯留部が設けられているとしてもよい。
【００１２】
また、前記第１管体における前記第１旋回空間の中心軸には、前記上流貯留部から該第１管体への前記固形物の拡散を抑制する第１整流部材が設けられているとしてもよい。
【００１３】
また、前記第１整流部材は、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成されるとしてもよい。
【００１４】
また、複数の前記第２旋回空間を旋回した懸濁液を集合して外部に排出する集合排出部をさらに備えるとしてもよい。
【００１５】
また、前記集合排出部は、少なくとも下端が前記第２管体内に配され、下方から上方に向けて内部を懸濁液が上昇する排液管を備え、前記排液管の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であるとしてもよい。
【００１６】
また、前記第１旋回空間は水平断面形状が円形であり、複数の前記第２管体は、前記第１旋回空間の中心軸を囲繞するように配置されているとしてもよい。
【００１７】
また、前記第１旋回空間の中心軸には、該第１旋回空間から前記第２旋回空間に懸濁液を導く連通管が設けられ、前記連通管は、本体部と、前記本体部の下端に形成され、前記第１旋回空間を旋回した懸濁液を該本体部に導入する導入口と、前記導入口から前記本体部に導入され、該本体部を上昇する懸濁液を分流して複数の前記第２管体に導く分流口と、を備えるとしてもよい。
【００１８】
また、前記導入口が形成される前記本体部の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であるとしてもよい。
【００１９】
また、前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、前記第２管体の下方には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する下流貯留部が設けられ、前記下流貯留部は、前記連通管を貫通させる貫通部を有するとしてもよい。
【００２０】
また、前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、前記第２管体の下方には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する下流貯留部が設けられ、前記下流貯留部は、前記第１管体を貫通させる貫通部を有するとしてもよい。
【００２１】
また、複数の前記第２管体は、少なくとも一部が前記第１管体の上方から前記第１旋回空間内に突出しているか、もしくは、全体が該第１旋回空間内に位置しているとしてもよい。
【００２２】
また、前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で懸濁液から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口が設けられ、前記第１旋回空間内における前記第２管体の下方には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出された固形物を貯留する下流貯留部が設けられ、前記下流貯留部は、前記第１旋回空間から前記導入口へ懸濁液を導く貫通部を有するとしてもよい。
【００２３】
また、前記貫通部の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であるとしてもよい。
【００２４】
また、前記第２管体における前記第２旋回空間の中心軸には、前記下流貯留部から該第２管体への前記固形物の拡散を抑制する第２整流部材が設けられているとしてもよい。
【００２５】
また、前記第２整流部材は、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成されるとしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、低コストでありながらも、固形物の分離効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】固液分離システムの全体系統を説明する図である。
【図２】第１実施形態にかかる固液分離装置を説明する概念図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】第２実施形態にかかる固液分離装置を説明する概念図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】第３実施形態にかかる固液分離装置を説明する概念図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】第４実施形態にかかる固液分離装置を説明する概念図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２９】
（第１実施形態：固液分離システム１）
図１は、固液分離システム１の全体系統を説明する図である。なお、本実施形態では、懸濁液として、水に固形物が懸濁された懸濁水を例に挙げて説明する。図１に示す固液分離システム１は、１次貯水部１０と、固液分離装置１００と、フィルタ装置２０と、２次貯水部３０と、３次貯水部４０とを含んで構成される。
【００３０】
１次貯水部１０は、懸濁水貯水槽１２と、散気装置１４と、圧送ポンプ１６とを含んで構成される。懸濁水貯水槽１２は、懸濁水流入経路１０ａを通じて導入された、雨水、河川、池等の水源から汲み出した原水や、工場排水等の固形物を含む懸濁水ＤＤを貯留する。散気装置（曝気装置）１４は、懸濁水貯水槽１２内に設けられ、貯留された懸濁水ＤＤに圧縮空気（圧空）を供給して、懸濁水ＤＤに対して曝気処理を行う。これにより、懸濁水貯水槽１２において懸濁水ＤＤを撹拌することができ、懸濁水ＤＤ中の固形物の沈殿、堆積を防止している。また、懸濁水貯水槽１２は、圧送配管１２ａを介して固液分離装置１００の第１導入口１１６に連通されており、圧送配管１２ａには圧送ポンプ１６が設けられている。圧送ポンプ１６は、懸濁水貯水槽１２内の曝気処理が施された懸濁水ＤＷをポンプアップして固液分離装置１００に導入する。
【００３１】
固液分離装置１００は、懸濁水ＤＷから固形物（スラッジ）を分離し、分離した固形物を３次貯水部４０に排出するとともに、固形物が除去された清浄水ＣＷをフィルタ装置２０に送出する。固液分離装置１００の具体的な構成については、後に詳述する。
【００３２】
フィルタ装置２０は、清浄水ＣＷを濾過してさらに固形物を除去し、飲料水ＣＷａを生成する。フィルタ装置２０は、例えば、ＵＦ（Ultra Filtration：限外濾過）フィルタを含んで構成される。ＵＦフィルタは、孔径が２ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＵＦ膜を備えているため、フィルタ装置２０で濾過することにより、清浄水ＣＷから細菌やウイルスを除去することができ、飲料に適した水（飲料水ＣＷａ）を生成することができる。ＵＦ膜は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、酢酸セルロース（ＣＡ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）等で構成される。ＵＦ膜の膜モジュール構造は、中空糸型、シート型、スパイラル型、チューブラー型、回転閉膜型等を採用することができる。
【００３３】
２次貯水部３０は、フィルタ装置２０で濾過された飲料水ＣＷａを貯留する清浄水水槽３２と、清浄水水槽３２から外部に飲料水ＣＷａを移送する移送ポンプ３４とを含んで構成される。なお、清浄水水槽３２は、外部環境からの汚染による水質の低下を防止するために、密閉構造であるとよい。
【００３４】
３次貯水部４０は、濃縮槽４２と、スラリーポンプ４４と、脱水装置４６と、送水ポンプ４８とを含んで構成される。濃縮槽４２は、固液分離装置１００から排出された固形物（粗粒スラッジＤ１、微細粒スラッジＤ２）を貯留する。なお、濃縮槽４２は、凝集剤や余剰水等が供給されるとともに、これらと固形物とを混和する機能を備えていてもよい。濃縮槽４２は、スラリー配管４２ａを介して脱水装置４６に連通されており、スラリー配管４２ａにはスラリーポンプ４４が設けられている。スラリーポンプ４４は、濃縮槽４２に貯留された固形物のスラリーを脱水装置４６に送出する。脱水装置４６は、例えば、フィルタープレス装置や、ベルトプレス装置で構成され、スラリーを脱水して、脱水ケーキＤ３を生成する。脱水装置４６において生成された脱水ケーキＤ３は、系外に排出され、例えば、セメント原料等として利用される。また、脱水装置４６において生じた水は、送水ポンプ４８によって１次貯水部１０の懸濁水貯水槽１２に送られることとなる。
【００３５】
（固液分離装置１００）
図２は、第１実施形態にかかる固液分離装置１００を説明する概念図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。第１実施形態の固液分離装置１００は、上記の圧送配管１２ａから導かれた懸濁水ＤＷ中の固形物を除去する上流サイクロン部１１０を備えている。この上流サイクロン部１１０は、第１管体１１２と、第１管体１１２の下部に接続される上流貯留部１２０と、を有している。
【００３６】
第１管体１１２は、円筒形状の側壁部１１２ａと、側壁部１１２ａの下端に連続し、上方から下方に向かうにしたがって径が漸減するテーパ状の円錐部１１２ｂと、側壁部１１２ａの上端を閉塞する上面部１１２ｃと、を備えた管部材で構成され、鉛直方向に中心軸（図２中、Ｙで示す）を沿わせて設置される。第１管体１１２の内部には、水平断面形状が円形の第１旋回空間１１４が形成されており、側壁部１１２ａには、圧送配管１２ａが接続される第１導入口１１６が形成されている。第１導入口１１６は、圧送配管１２ａから第１旋回空間１１４に導入された懸濁水ＤＷが、側壁部１１２ａの接線方向もしくは内周面に沿って流れるように、側壁部１１２ａの中心から内周面側に角度をずらして開口している。換言すれば、第１旋回空間１１４内で懸濁水ＤＷが高速度で旋回するように、第１導入口１１６の開口角度が設定されている。
【００３７】
これにより、外部から第１管体１１２に導かれた懸濁水ＤＷは、第１旋回空間１１４内で旋回するとともに、この旋回過程において、遠心力による慣性と重力とで、懸濁水ＤＷから固形物（粗粒スラッジＤ１）が遠心分離される。このように、第１旋回空間１１４内で懸濁水ＤＷから遠心分離された固形物は、図２の矢印ａに示すように、最終的に自重によって第１管体１１２内を落下する。第１管体１１２の下端には、第１旋回空間１１４内で懸濁水ＤＷから遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口１１２ｄが設けられている。
【００３８】
上流貯留部１２０は、円筒形状の上部１２０ａと、上部１２０ａの下端に連続し、上方から下方に向かうにしたがって径が漸減するテーパ状の下部１２０ｂとを含んで構成され、内部に固形物チャンバ１２０ｃが形成されている。この固形物チャンバ１２０ｃは密閉されており、第１管体１１２の下端が、上部１２０ａの上面に形成された貫通孔を貫通して、固形物チャンバ１２０ｃ内に位置するように設けられている。したがって、第１管体１１２の下端の開口１１２ｄから排出された固形物（粗粒スラッジＤ１）は、固形物チャンバ１２０ｃに落下して貯留されることとなる。
【００３９】
また、上流貯留部１２０の下端には、固形物（粗粒スラッジＤ１）を排出するための排出管１２２が接続されており、排出管１２２を通じて濃縮槽４２に固形物が排出されることとなる。上流貯留部１２０の下部１２０ｂをテーパ状とすることにより、固形物をスムーズに排出管１２２に導くことができる。
【００４０】
また、排出管１２２には、バルブ１２４が設けられており、バルブ１２４は、レベルセンサ１２６によって上流貯留部１２０内の固形物の堆積レベルが所定値を超えたことが検知されると、制御部１２８によって開弁される。バルブ１２４は、例えば、ピンチバルブで構成される。ピンチバルブは、ゴム製の円筒形状のチューブを、圧縮空気で押圧して内部の流体を締め切るものであるため、研磨性や腐食性の高いスラリーが流れる流路を遮断したり、開度を調整したりするのに好適である。また、ゴム製のチューブを取り換えるだけでメンテナンスが終了するため、メンテナンスが容易である。さらに、ピンチバルブは、バルブスペースが小さく、また、流体に固形物が懸濁されていても完全に密閉することができる。また、ピンチバルブは、別途のパッキン等を用いずに配管に設置することができる。
【００４１】
また、上流貯留部１２０内には、第１管体１１２内において第１整流部材１３０を、第１旋回空間１１４の中心軸に保持する第１保持部材１３２が設けられている。第１整流部材１３０は、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する半球面形状の上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成される、所謂涙滴形状の部材である。第１整流部材１３０を涙滴形状とすることにより、第１整流部材１３０の下方（上流貯留部１２０）において乱流の発生を抑制することができ、上流貯留部１２０から第１管体１１２への固形物の拡散（舞い上がり）を抑制することが可能となる。また、第１旋回空間１１４で固形物が遠心分離された懸濁水は、図２の矢印ｂで示すように、第１整流部材１３０の上部で折り返されて上昇旋回流となるが、第１整流部材１３０を涙滴形状とすることにより、上昇旋回流を弱くすることができ、分離された固形物の懸濁液への混入（巻き込まれ）を低減することが可能となる。
【００４２】
上記のようにして、第１旋回空間１１４で固形物が遠心分離された懸濁水は、図２の矢印ｂで示すように、第１管体１１２の上部から連通管１４０に導かれる。連通管１４０は、第１旋回空間１１４の中心軸において、第１管体１１２の上面部１１２ｃを鉛直方向に貫通する本体部１４０ａを備えており、この本体部１４０ａの下端には、第１旋回空間１１４を旋回した懸濁水を本体部１４０ａ内に導入する導入口１４０ｂが形成されている。したがって、第１旋回空間１１４内で固形物が遠心分離された懸濁水は、導入口１４０ｂから本体部１４０ａ内に進入し、本体部１４０ａ内を下方から上方に向けて上昇することとなる。
【００４３】
なお、導入口１４０ｂが形成される本体部１４０ａの下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増するベルマウスの曲面形状である。このように、本体部１４０ａの下端をベルマウスの曲面形状とすることにより、下端を同一径の直管とする場合と比較して、液流体（懸濁水）吸込み時の圧力損失を１／２０以下に低減することができ、後述する排液管１８０の下端のベルマウスの曲面形状と併せて、本体部１４０ａの下端および排液管１８０の下端での懸濁水の流速の低下を抑制することが可能となり、固液分離装置１００系全体の圧力損失を大幅に低減することができる。
【００４４】
また、本体部１４０ａの上端側の内部には分流チャンバ１４０ｃが形成されており、本体部１４０ａの上端側、すなわち、分流チャンバ１４０ｃを囲繞する部分には、本体部１４０ａを径方向に貫通する複数の分流口１４０ｄが形成されている。これら複数の分流口１４０ｄには、それぞれ接続管１４２が接続されており、本体部１４０ａを上昇して分流チャンバ１４０ｃに導かれた懸濁水は、分流口１４０ｄによって径方向に分流され、接続管１４２を介して下流サイクロン部１５０の複数の第２管体１５２に、接線方向に沿うように導かれる。
【００４５】
下流サイクロン部１５０は、上流サイクロン部１１０の下流側に位置し、上流サイクロン部１１０で除去しきれなかった微細粒の固形物（微細粒スラッジＤ２）を懸濁水中から除去する。この下流サイクロン部１５０は、複数（第１実施形態では８個）の第２管体１５２と、第２管体１５２の下部に接続される下流貯留部１６０と、を有している。
【００４６】
第２管体１５２は、円筒形状の上壁部１５２ａと、上壁部１５２ａの下端に連続し、上方から下方に向かうにしたがって径が漸減するテーパ状の下壁部１５２ｂと、上壁部１５２ａの上端を閉塞する閉塞部１５２ｃと、を備えた管部材で構成され、鉛直方向に中心軸（図２中、Ｚで示す）を沿わせて設置される。第２管体１５２の内部には、第１旋回空間１１４から導入された懸濁水が高速度で旋回するとともに、第１旋回空間１１４よりも径の小さい第２旋回空間１５４が形成される。
【００４７】
上壁部１５２ａには、接続管１４２が接続される第２導入口１５６が形成されている。第２導入口１５６は、接続管１４２から第２旋回空間１５４に導入された懸濁水が、第２管体１５２の接線方向もしくは内周面に沿って流れるように、上壁部１５２ａの中心から内周面側に角度をずらして開口している。換言すれば、第２旋回空間１５４内で懸濁水が旋回するように、第２導入口１５６の開口角度が設定されている。
【００４８】
また、複数の第２管体１５２および下流貯留部１６０は、第１管体１１２の上方に位置している。このとき、図３に示すように、複数の第２管体１５２は、第１旋回空間１１４の中心軸を囲繞するように（周方向に均等に）配置されており、上記の連通管１４０は、複数の第２管体１５２で囲繞されている。そして、連通管１４０の分流口１４０ｄと、第２管体１５２の第２導入口１５６とが対向しており、これら対向配置された分流口１４０ｄおよび第２導入口１５６が、接続管１４２によって接続されている。このようにして、下流サイクロン部１５０においては、第１旋回空間１１４を旋回した懸濁水が、図２の矢印ｃで示すように、連通管１４０を介して、複数の第２管体１５２それぞれの第２旋回空間１５４に分散して接線方向に導かれることとなる。
【００４９】
そして、連通管１４０から第２管体１５２に導かれた懸濁水は、第２旋回空間１５４内で旋回するとともに、この旋回過程において懸濁水からさらに固形物（微細粒スラッジＤ２）が高流速で遠心分離される。このように、第２旋回空間１５４内で懸濁水から高流速で遠心分離された固形物は、図２の矢印ｄに示すように、最終的に自重によって第２管体１５２内を落下する。第２管体１５２の下端には、第２旋回空間１５４内で懸濁水から遠心分離された固形物を鉛直下方に排出する開口１５２ｄが設けられている。
【００５０】
下流貯留部１６０は、所謂ドーナツ形状の空間である固形物チャンバ１６０ｅが、内周面部１６０ａ、外周面部１６０ｂ、上面部１６０ｃ、底面部１６０ｄによって囲繞形成された部材であり、内周面部１６０ａで囲繞される貫通部１６０ｆに連通管１４０が挿通されている。具体的に説明すると、内周面部１６０ａは、連通管１４０が非接触状態で挿通されるように、連通管１４０の直径よりも内径が大きく、外周面部１６０ｂは、内周面部１６０ａよりもさらに内径が大きい。これにより、内周面部１６０ａと外周面部１６０ｂとの間に固形物チャンバ１６０ｅが形成され、この固形物チャンバ１６０ｅを密閉するように、上面部１６０ｃおよび底面部１６０ｄが、内周面部１６０ａから外周面部１６０ｂまで、下流貯留部１６０の径方向に延在している。そして、第２管体１５２の下端が、上面部１６０ｃの上面に形成された貫通孔を貫通して、固形物チャンバ１６０ｅ内に位置するように設けられている。したがって、第２管体１５２の下端の開口１５２ｄから排出された固形物（微細粒スラッジＤ２）は、固形物チャンバ１６０ｅに落下して貯留されることとなる。
【００５１】
また、下流貯留部１６０の底面部１６０ｄには、固形物（微細粒スラッジＤ２）を排出するための排出管１６２が接続されており、排出管１６２を通じて濃縮槽４２に固形物が排出されることとなる。なお、下流貯留部１６０の底面部１６０ｄは、排出管１６２に向かって鉛直下方に傾斜しているため、固形物をスムーズに排出管１６２に導くことができる。
【００５２】
また、排出管１６２には、バルブ１６４が設けられており、バルブ１６４は、レベルセンサ１６６によって下流貯留部１６０内の固形物の堆積レベルが所定値を超えたことが検知されると、制御部１６８によって開弁される。バルブ１６４は、バルブ１２４と同様に、例えば、ピンチバルブで構成される。
【００５３】
また、下流貯留部１６０内には、第２管体１５２内において第２整流部材１７０を、第２旋回空間１５４の中心軸に保持する第２保持部材１７２が設けられている。第２整流部材１７０は、第１整流部材１３０と同様の形状であり、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する半球面形状の上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成される、所謂涙滴形状の部材である。第２整流部材１７０を涙滴形状とすることにより、第２整流部材１７０の下方（下流貯留部１６０）において乱流の発生を抑制することができ、下流貯留部１６０から第２管体１５２への固形物の拡散（舞い上がり）を抑制することが可能となる。また、第２旋回空間１５４で固形物が遠心分離された清浄水は、図２の矢印ｅで示すように、第２整流部材１７０の上部で折り返されて上昇旋回流となるが、第２整流部材１７０を涙滴形状とすることにより、上昇旋回流を弱くすることができ、分離された固形物の懸濁液への混入（巻き込まれ）を低減することが可能となる。
【００５４】
上記のようにして、第２旋回空間１５４で固形物が遠心分離された清浄水ＣＷは、第２管体１５２の上部から排液管１８０に導かれる。排液管１８０は、第２旋回空間１５４の中心位置において、各第２管体１５２の閉塞部１５２ｃを鉛直方向にそれぞれ貫通する。排液管１８０の下端は、第２管体１５２内すなわち第２旋回空間１５４内に位置しており、上端は合流管１８２に接続されている。このように、排液管１８０と合流管１８２とによって集合排出部１８４が構成され、この集合排出部１８４によって、複数の第２旋回空間１５４で固形物が遠心分離された後の清浄水ＣＷが集合して、固液分離装置１００の外部（フィルタ装置２０）に排出されることとなる。なお、排液管１８０の下端も、上記の連通管１４０と同様に、先端に向かうにしたがって径が漸増するベルマウスの曲面形状であり、液流体の流速が大きい固液分離装置１００系全体の圧力損失の大幅な低減が図られている。
【００５５】
本実施形態の固液分離装置１００によれば、上流サイクロン部１１０および下流サイクロン部１５０を備える構成により、１段の液体サイクロンのみの構成と比較して、粗粒スラッジＤ１のみならず微細粒スラッジＤ２（有機物、水垢等）を分離することができるため、固形物の分離効率を向上することが可能となる。したがって、別途の装置を利用せずとも清浄水ＣＷを得ることができ、低コストに懸濁水から固形物を除去することが可能となる。
【００５６】
また、固液分離装置１００の第２旋回空間１５４（第２管体１５２）は、第１旋回空間１１４（第１管体１１２）より小径であるため、同径の液体サイクロンを複数段組み合わせる構成と比較して、固形物の分離効率を向上させることができる。さらに、固液分離装置１００は、可動部分がないため、構造が単純であり、メンテナンスに要するコストを低減することが可能となる。
【００５７】
（第２実施形態：固液分離装置２００）
上記第１実施形態の固液分離装置１００は、複数の第２管体１５２および下流貯留部１６０が、第１管体１１２の上方に位置している構成を例に挙げて説明した。しかし、第２管体１５２の少なくとも一部が第１管体１１２の上方に位置していてもよい。
【００５８】
図４は、第２実施形態にかかる固液分離装置２００を説明する概念図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。この第２実施形態の固液分離装置２００は、第２管体１５２および下流貯留部２６０の配置が上記第１実施形態の固液分離装置１００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００５９】
第２実施形態の固液分離装置２００においては、第２管体１５２の下壁部１５２ｂの一部が、第１管体１１２の径方向外側に配され、下流貯留部２６０が第１管体１１２の外周に沿って設けられる。より詳細に説明すると、第１管体１１２が、下流貯留部２６０の内周面部２６０ａで囲繞される貫通部２６０ｆを貫通するように構成される。このように第２管体１５２および下流貯留部２６０を配置することにより、連通管１４０を短くすることができ、固液分離装置２００自体をコンパクトにすることが可能となり、さらなるコストの削減と、設置スペースの削減とを実現することができる。
【００６０】
（第３実施形態：固液分離装置３００）
上記第１実施形態の固液分離装置１００、第２実施形態の固液分離装置２００は、複数の第２管体１５２が第１管体１１２の外方に位置している構成を例に挙げて説明した。しかし、第２管体１５２の少なくとも一部が第１管体１１２の第１旋回空間１１４内に位置していてもよい。
【００６１】
図６は、第３実施形態にかかる固液分離装置３００を説明する概念図であり、図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。この第３実施形態の固液分離装置３００は、第２管体１５２および下流貯留部３６０の配置が上記第１実施形態の固液分離装置１００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６２】
第３実施形態の固液分離装置３００において、複数の第２管体１５２は、上端側が第１管体１１２の上方に位置し、下端側の一部が、第１管体１１２の第１旋回空間１１４内に突出している。具体的に説明すると、第１管体１１２の上面部３１２ｃには、第２管体１５２が挿通される挿通孔が複数形成されており、第２管体１５２は、その下端が上面部３１２ｃの上方から各挿通孔に挿入された状態で、第１管体１１２の上面部３１２ｃに固定されている。
【００６３】
また、下流貯留部３６０が第２管体１５２の下方であって、第１管体１１２の第１旋回空間１１４内に設けられる。より詳細に説明すると、下流貯留部３６０は、連通管１４０の導入口１４０ｂの下方に設けられ、下流貯留部３６０の内周面部３６０ａに囲繞される貫通部３６０ｆには、第１旋回空間１１４から導入口１４０ｂへ懸濁液が導かれることとなる。このように第２管体１５２および下流貯留部３６０を配置することにより、連通管１４０を短くするとともに、下流貯留部３６０の胴径（外周面部１６０ｂ）を小さくすることができ、固液分離装置３００自体をコンパクトにすることが可能となり、さらなるコストの削減と、設置スペースの削減とを実現することができる。
【００６４】
なお、内周面部３６０ａの下端は、上記の連通管１４０と同様に、先端に向かうにしたがって径が漸増するベルマウスの曲面形状であり、第１管体１１２から導入口１４０ｂへと上昇する懸濁液の圧力損失の大幅な低減が図られている。
【００６５】
また、内周面部３６０ａの内径Ｒｂが、本体部１４０ａの径Ｒａより大きくなるように構成されている。これにより、第１管体１１２から導入口１４０ｂへスムーズに懸濁液を導入することができる。
【００６６】
（第４実施形態：固液分離装置４００）
図８は、第４実施形態の固液分離装置４００を説明する概念図であり、図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ線断面図である。この第４実施形態の固液分離装置４００は、第２管体１５２の配置が上記第３実施形態の固液分離装置３００と異なり、その他の構成、作用については、上記第３実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第３実施形態と同一の構成については説明を省略し、上記第３実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６７】
第４実施形態の固液分離装置４００においては、第２管体１５２の中心軸（図８中、Ｚで示す）を鉛直方向に対して傾斜させた状態で、複数の第２管体１５２が第１管体１１２の上面部３１２ｃに挿通、固定されている。より詳細に説明すると、複数の第２管体１５２は、第１管体１１２の上方に位置する上端側に対して、第１管体１１２（第１旋回空間１１４）内に突出する下端側が、第１旋回空間１１４の径方向の内側（中心側）に位置している。このように第２管体１５２を配置することにより、第１管体１１２の胴径を小さくすることが可能となり、さらなるコストの削減と、設置スペースの削減とを実現することができる。
【００６８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６９】
例えば、上記第１実施形態において、懸濁液として、固形物が懸濁された水（懸濁水）を例に挙げて説明した。しかし、懸濁液を構成する液体の種類に限定はない。
【００７０】
また、上記第１実施形態において、圧送ポンプ１６を圧送配管１２ａに設ける構成を例に挙げて説明した。しかし、圧送ポンプ１６を合流管１８２に設けてもよい。これにより、圧送ポンプ１６を構成するインペラが固形物によって摩耗する事態を回避することができる。
【００７１】
また、上記第１実施形態において、固液分離システム１がフィルタ装置２０を備える構成について説明した。しかし、フィルタ装置２０は必須ではない。上記固液分離装置１００では、懸濁水ＤＷに粒径１０μｍより大きい固形物が多量に混在していても、目詰りすることなく、中水道の水質基準程度（粒径２〜３μｍ程度の固形物が含まれている）の清浄水ＣＷを得ることができる。したがって、フィルタ装置２０を備えない場合、固液分離装置１００によって精製された清浄水ＣＷは、機器冷却用水、水洗便所用水、消火用水、屋外清掃用水、ボイラ用水、レクリエーション用水等に利用することができる。
【００７２】
また、上記第１実施形態において第２旋回空間１５４が、第１旋回空間１１４よりも径が小さい構成を例に挙げて説明した。しかし、第２旋回空間１５４は、第１旋回空間１１４よりも、容積が小さくてもよいし、第１旋回空間１１４よりも周長が小さくてもよい。
【００７３】
また、上記第１実施形態において、すべての第２管体１５２の下端が下流貯留部１６０内に配される構成、つまり、下流サイクロン部１５０に１の下流貯留部１６０が設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、第２管体１５２ごとに下流貯留部１６０が設けられていてもよい。
【００７４】
また、上記第１実施形態において、第１整流部材１３０および第２整流部材１７０が涙滴形状である構成を例に挙げて説明した。第１整流部材１３０および第２整流部材１７０は、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が漸減する下部とを含んで構成されるとよいが、形状に限定はなく、少なくとも固形物の拡散を抑制することができる形状であればよい。第１整流部材１３０および第２整流部材１７０は、例えば、鉛直断面が楕円形状の部材で構成されていてもよいし、上方から下方に向かうに従って水平断面積が漸増する上部と、上部から下端に向かうに従って水平断面積が一定の下部とを含んで構成される所謂弾丸型の部材で構成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、懸濁液から固形物を分離する固液分離装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  固液分離装置
１１０  上流サイクロン部
１１２  第１管体
１１２ｄ  開口
１１４  第１旋回空間
１２０  上流貯留部
１３０  第１整流部材
１４０  連通管
１４０ａ  本体部
１４０ｂ  導入口
１４０ｄ  分流口
１５０  下流サイクロン部
１５２  第２管体
１５２ｄ  開口
１５４  第２旋回空間
１６０  下流貯留部
１６０ｆ  貫通部
１７０  第２整流部材
１８２  合流管
１８４  集合排出部
２００  固液分離装置
２６０  下流貯留部
２６０ｆ  貫通部
３００  固液分離装置
３６０  下流貯留部
３６０ｆ  貫通部
４００  固液分離装置
【図１】
2017047368.tif 000003
【図２】
2017047368.tif 000004
【図３】
2017047368.tif 000005
【図４】
2017047368.tif 000006
【図５】
2017047368.tif 000007
【図６】
2017047368.tif 000008
【図７】
2017047368.tif 000009
【図８】
2017047368.tif 000010
【図９】
2017047368.tif 000011