(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水熱反応装置で反応処理された処理液を流入させて微小粒子と清澄液に分離する固液分離装置であって、上端に接線方向に処理液を流入して旋回流を形成するとともに、旋回流の速度を徐々に増大させながら流下させる上方が太く下方が細いテーパ管からなる渦室と、渦室の下端に連結した内面にスクリュー状の溝を配設した円筒状の粒子捕集室と、粒子捕集室内に内嵌した多数の貫通孔を有する円筒状のスクリーンと、上端を粒子捕集室の下端に連結した上方が細く下方が太いテーパ管と上方が太く下方が細い下部テーパ管を有する円筒状の粒子沈降室と、粒子沈降室の上方に内嵌され上端をスクリーン下端に連結した上方が細く下方が太いテーパ管と円板状の底板を有する旋回流保持室と、旋回流保持室内の清澄液を外部に排出する清澄液排出管とからなり、粒子沈降室の下端に微小粒子排出管が連結されていることを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
旋回流保持室のテーパ管外面と粒子沈降室の上部テーパ管内面との間に旋回流保持室を支持するとともに、旋回流の旋回を防止する複数の旋回防止板が配設されている請求項１記載の固液分離装置。
【請求項３】
渦室の上板内面に、旋回流を安定させるコーンを配設した請求項１または請求項２記載の固液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水熱反応装置での処理後または処理途中で、無機懸濁物が分離堆積して詰まりを起こすのを防止するための固液分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルプスラッジなどの有機廃棄物の減容化のための装置として水熱反応装置が開発されている。水熱反応装置は、温度２００℃以上、圧力２０気圧以上の水熱条件下で有機廃棄物を反応処理するもので、有機廃棄物は分解して可溶化し、無機物または無機物と有機物の混合の微粒子の残滓が残る。これらの微粒子の懸濁物は、バルブ、配管、背圧弁等に沈積して閉塞が発生するおそれがあるので、水熱反応装置での処理後または処理途中で液中から除去する必要がある。
【０００３】
固液分離する装置として沈降式や流体サイクロン式などの分離装置があるが、処理時間、必要なスペース、分離能力などの点で流体サイクロン式の固液分離装置が適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記流体サイクロン式の固液分離装置では、粒子径が数μｍ〜１００μｍのものには適しているが、捕集した微小粒子が分離器内で再飛散してしまうなどの問題があるため、１μｍ以下のサブミクロン粒子や比重差の少ないものに対してはかなり難しい。なお、水熱反応装置の温度および圧力条件は被処理物により異なり、処理の困難なものについては、超臨界の温度・圧力条件下で行うものもある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたもので、流体サイクロン式と沈降式とを組み合わせることによって、分離器内での再飛散を防止し、粒子径が約１μｍ以下のサブミクロン粒子までも捕集できるような固液分離装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、水熱反応装置で反応処理された処理液を流入させて微小粒子と清澄液に分離する固液分離装置であって、上端に接線方向に処理液を流入して旋回流を形成するとともに、旋回流の速度を徐々に増大させながら流下させる上方が太く下方が細いテーパ管からなる渦室と、渦室の下端に連結した内面にスクリュー状の溝を配設した円筒状の粒子捕集室と、粒子捕集室内に内嵌した多数の貫通孔を有する円筒状のスクリーンと、上端を粒子捕集室の下端に連結した上方が細く下方が太いテーパ管と上方が太く下方が細い下部テーパ管を有する円筒状の粒子沈降室と、粒子沈降室の上方に内嵌され上端をスクリーン下端に連結した上方が細く下方が太いテーパ管と円板状の底板を有する旋回流保持室と、旋回流保持室内の清澄液を外部に排出する清澄液排出管とからなり、粒子沈降室の下端に微小粒子排出管が連結されている固液分離装置が提供される。
【０００７】
旋回流保持室のテーパ管外面と粒子沈降室の上部テーパ管内面との間に旋回流保持室を支持するとともに、旋回流の旋回を防止する複数の旋回防止板が配設されているのが好ましい。
【０００８】
渦室の上板内面に、旋回流を安定させるコーンを配設するのが好ましい。
【０００９】
次に本発明の作用について説明する。
図示しない水熱反応装置で反応処理された処理液は分離器の上方に流入する。処理液は分離器上部の接線方向に設けられている流入口から流入されるので、分離器内で旋回流が形成される。分離器の渦室は上方が太く下方が細いテーパ管で形成しており、分離器内で形成した旋回流は流下するにしたがって徐々に旋回速度を増大する。渦室の下端に内面にスクリュー状の溝を配設した円筒状の粒子捕集室が設けられており、粒子捕集室内には多数の貫通孔を有する円筒状のスクリーンが内嵌されている。上端を粒子捕集室の下端には上方が細く下方が太い上部テーパ管と上方が太く下方が細い下部テーパ管を有する円筒状の粒子沈降室が連設されており、スクリーン下端には粒子沈降室の上方に内嵌された上方が細く下方が太いテーパ管と底板を有する旋回流保持室が設けられており、渦室壁面からスクリーン内を流下する処理液中の微小粒子は、遠心力によってスクリーンに設けられた多数の貫通孔を通過して粒子捕集室内へ飛び出し粒子捕集室の内面に当たる。粒子捕集室の内面には旋回流の回転方向と同方向のスクリュー溝が設けられており、粒子捕集室の内面に当たった微小粒子は溝内を降下するので、微小粒子の再飛散が防止される。溝内をらせん状にゆっくり降下した微小粒子は、粒子捕集室下端に配設されている粒子沈降室に沈降し、一時的に貯留されたあと、沈降室下端に連結されている排出口から排出する。排出口からの微小粒子の排出は、図示しない検知器により微小粒子の堆積状況を検知し、排出弁を定期的に開閉して行う。スクリーンの下端には上方が細く下方が太いテーパ管を有する旋回流保持室が連結されており、スクリーンから流下した旋回流の旋回速度を徐々に減速させながら旋回流保持室に設けられている清澄液排出管から清澄液を排出する。
【００１０】
このように、処理液の旋回流の速度を徐々に増大させながら流下させ、スクリーン内において流速が最大になる。スクリーンでは渦室の壁面に沿って流下した微小粒子および処理液中にまだ懸濁状態の微小粒子に大きな遠心力を働かせて貫通孔を通ってスクリーン外に飛び出させる。スクリーンの外にはスクリュー溝を有する粒子捕集室が設けられており、微小粒子はスクリュー溝内を旋回しながら降下し、一時的に粒子沈降室に貯留されたあと、排出弁を開閉して間欠的に排出する。このように、スクリーンとスクリュー溝の相互作用により、微小粒子が再飛散して清澄液中に再度混入するのを防止する。旋回流保持室内では、下方部では旋回流の速度をわずかに減速させながら清澄液を清澄液排出管から排出する。微小粒子は粒子沈降室から間欠的に排出する。このように、流体サイクロン式と沈降式とを組み合わせた分離装置なので、粒子径が約１μｍ以下のサブミクロン粒子までも捕集できる。
【００１１】
渦室の上板内面に、コーンを配設すると旋回流を安定させることができる。
【００１２】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の固液分離装置の正面断面図である。図２は旋回流を示す図で、（Ａ）は渦室内での旋回流を、（Ｂ）は旋回流保持室内での旋回流をそれぞれ示している。
【００１３】
図において、１は分離器で、図示しない水熱反応装置で反応処理された処理液１４を流入させて微小粒子１６と清澄液１７に分離する。分離器１は、上端に接線方向に処理液１４を流入して旋回流１５を形成するとともに、旋回流１５の速度を徐々に増大させながら流下させる上方が太く（Ｒ）下方が細い（ｒ）テーパ管２ａからなる渦室２と、渦室２の下端に連結した内面にスクリュー状の溝４を配設した円筒状の粒子捕集室３と、粒子捕集室３内に内嵌した多数の貫通孔６ａを有する円筒状のスクリーン６と、上端を粒子捕集室３の下端に連結した上方が細く下方が太いテーパ管５ａと上方が太く下方が細い下部テーパ管５ｂを有する円筒状の粒子沈降室５と、粒子沈降室５の上方に内嵌され上端をスクリーン６下端に連結した上方が細く下方が太いテーパ管７ａと円板状の底板７ｂを有する旋回流保持室７と、旋回流保持室７内の清澄液１７を外部に排出する清澄液排出管８とからなり、粒子沈降室５の下端に微小粒子排出管１２が連結されている。
【００１４】
渦室２の上板２ｂ内面にはコーン１０が配設されており、渦室２内で旋回流１５を安定させるようになっている。１１は上部渦室２の上端に接線方向に配設した処理液流入口である。
【００１５】
粒子捕集室３は、渦室２のテーパ管２ａの下端の半径ｒと同一の半径の円筒状形状をしている。３ａは粒子捕集室３の外壁で、内面に旋回流１５と同じ方向のスクリュー状の溝４を配設している。旋回流１５のつれまわり作用により粒子捕集室３内でも旋回流が発生しているが、スクリーン６で隔離されているので、流速は小さく微小粒子１６の飛散を起こさせることはない。
【００１６】
粒子沈降室５は、粒子捕集室３の溝４の下端に接続されており、溝４に沿って沈降してきた微小粒子１６を貯留する。１２は下部テーパ管５ｂの下端に連結した微小粒子排出管である。１３は微小粒子排出管１２に配設した排出弁で、粒子捕集室３に一時的に貯留された微小粒子１６の堆積状況を、図示しない検知器により検知し、間欠的に開閉して排出する。
【００１７】
スクリーン６は、多孔板６ｂを円筒状に形成してなり、粒子捕集室３に内嵌され、上端を渦室２のテーパ管２ａの下端に連結している。スクリーン６内の旋回流１５の速度は、渦室２下端の流速とほぼ等しく、遠心力が最大になっており、この遠心力により渦室２の壁面に沿って流下した微小粒子１６やまだ処理液中に懸濁している微小粒子１６をスクリーン６の貫通孔６ａを通過させて粒子捕集室３へ飛び出させる。
【００１８】
旋回流保持室７は、スクリーン６の下端に連結され、かつ、テーパ管７ａと粒子沈降室５の上部テーパ管５ａ内面との間に配設された旋回防止板９により支持されている。旋回流保持室７内の旋回流１５は、旋回流保持室７内でわずかに減速される。
【００１９】
清澄液排出管８は、渦室上板２ｂの外方から渦室２内およびスクリーン６内を貫通して設けられている。８ａは清澄液排出管８下端の清澄液排出口で、旋回流保持室７内の旋回流１５に向けて設けられている。なお、清澄液排出管８は、図１に仮想線で示すように、旋回流保持室７の下端に粒子沈降室５を貫通するように連結して清澄液１７を横方向へ排出してもよい。
【００２０】
旋回防止板９は、平板状部材で形成されている。旋回流保持室７のテーパ管７ａ外面と粒子沈降室５の上部テーパ管５ａ内面との間に縦方向に配設されていて、粒子沈降室５内の液の旋回を防止するとともに、旋回流保持室７を支持する。
【００２１】
渦室２の円筒部の半径をＲ、スクリーン６の半径をｒとし、旋回速度をＣｕとすると、ＣｕはほぼＲ／ｒ×Ｖとなり、微小粒子に働く遠心力は、∝Ｃｕ2 ／ｒ∝（Ｒ／ｒ）2 Ｖ2 １／ｒとなる。したがって、Ｒ／ｒ比を大きくするほど旋回速度と遠心力を増大することができ、分離効率を増大してサブミクロン単位の微小粒子の捕集が可能となる。
【００２２】
次に本実施形態の作用について述べる。
図示しない水熱反応装置で反応処理された処理液１４を分離器１の上方に流入する。処理液１４は分離器１上部の接線方向に設けられている流入口１１から流入されるので、分離器１内で旋回流１５が形成される。分離器１の渦室２は上方が太く下方が細いテーパ管２ａで形成しており、分離器１内で形成した旋回流１５は流下するにしたがって徐々に旋回速度を増大する。渦室２の下端に内面にスクリュー状の溝４を配設した円筒状の粒子捕集室３が設けられており、粒子捕集室３内には多数の貫通孔６ａを有する円筒状のスクリーン６が内嵌されている。上端を粒子捕集室３の下端には上方が細く下方が太い上部テーパ管５ａと上方が細く下方が太い下部テーパ管５ｂを有する円筒状の粒子沈降室５が連設されており、スクリーン６下端には粒子沈降室５の上方に内嵌された上方が細く下方が太いテーパ管７ａと底板７ｂを有する旋回流保持室７が設けられており、渦室２壁面からスクリーン６内を流下する処理液１４中の微小粒子１６は、遠心力によってスクリーン６に設けられた多数の貫通孔６ａを通過して粒子捕集室３内へ飛び出し粒子捕集室３の内面に当たる。粒子捕集室３の内面には旋回流１５の回転方向と同方向のスクリュー溝４が設けられており、粒子捕集室３の内面に当たった微小粒子１６は溝４内を降下するので、微小粒子１６の再飛散が防止される。溝４内をらせん状にゆっくり降下した微小粒子１６は、粒子捕集室３下端に配設されている粒子沈降室５に沈降し、一時的に貯留されたあと、粒子沈降室５下端に連結されている排出管１２から排出する。排出管１２からの微小粒子１６の排出は、図示しない検知器により微小粒子１６の堆積状況を検知し、排出弁１３を間欠的に開閉して行う。スクリーン６の下端には上方が細く下方が太いテーパ管７ａを有する旋回流保持室７が連結されており、スクリーン６から流下した旋回流１５の旋回速度を徐々に減速させながら旋回流保持室７に設けられている清澄液排出管８から清澄液１７を排出する。
【００２３】
このように、処理液１４の旋回流１５の速度を徐々に増大させながら流下させ、スクリーン６内において流速が最大になる。スクリーン６では渦室２の壁面に沿って流下した微小粒子１６および処理液１４中にまだ懸濁状態の微小粒子１６に大きな遠心力を働かせて貫通孔６ａを通ってスクリーン６外に飛び出させる。スクリーン６の外にはスクリュー溝４を有する粒子捕集室３が設けられており、微小粒子１６はスクリュー溝４内を旋回しながら降下し、一時的に粒子沈降室５に貯留されたあと、排出弁１３を開閉して間欠的に排出する。このように、スクリーン６とスクリュー溝４の相互作用により、微小粒子１６が再飛散して清澄液１７中に再度混入するのを防止する。旋回流保持室７内では、下方部では旋回流１５の速度をわずかに減速させながら清澄液１７を清澄液排出管８から排出する。微小粒子１６は粒子沈降室５から間欠的に排出する。このように、流体サイクロン式と沈降式とを組み合わせた分離装置なので、粒子径が約１μｍ以下のサブミクロン粒子までも捕集できる。
【００２４】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、たとえば、旋回流保持室の円板状の底板内面にも旋回流を安定させるコーンを設けてもよいなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理液を分離器内で旋回させて、遠心力により微小粒子と清澄液に分離し、微小粒子はスクリーンの貫通孔を通って粒子捕集室壁面にぶつかり、そのスクリュー溝に沿って降下させ、粒子沈降室に一時的に貯留したあと外部に排出し、清澄液は旋回流保持室から外部に排出するので、微小粒子が捕集室内で飛散し、再度清澄液中に混入することがなく、粒子径が約１μｍ以下のサブミクロン粒子までも捕集できるなどの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固液分離装置の正面断面図である。
【図２】（Ａ）は渦室内での旋回流を、（Ｂ）は旋回流保持室内での旋回流を示す図である。
【符号の説明】
１  分離器
２  渦室
２ａ  テーパ管
２ｂ  上板
３  粒子捕集室
３ａ  外壁
４  スクリュー溝
５  粒子沈降室
６  スクリーン
６ａ  貫通孔
６ｂ  多孔板
７  旋回流保持室
７ａ  テーパ管
７ｂ  底板
８  清澄液排出管
８ａ  清澄液排出口
９  旋回防止板
１０  コーン
１１  処理液流入口
１２  微小粒子排出管
１３  排出弁
１４  処理液
１５  旋回流
１６  微小粒子
１７  清澄液
【図１】
0004085501.tif 000002
【図２】
0004085501.tif 000003