(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上部渦室と、上部渦室の下端に連結した多数の貫通孔を有する円筒状のスクリーンと、スクリーンの下端に連結し旋回流の速度を徐々に減速させる上方が細く下方が太いテーパ管であり接線方向に清澄液を排出する下部渦室と、スクリーンを囲繞するように設けた円筒状の粒子補集室とからなり、粒子捕集室は内面にスクリュー状の溝が配設してあり、下端に微小粒子排出口が接続されていることを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
下部渦室から排出した清澄液の一部をポンプで吸引して上部渦室の処理液流入口に送給する液循環回路を付加した請求項１記載の固液分離装置。
【請求項３】
上部渦室の上板と下部渦室の底板の内面に、旋回流を安定させる上部コーンと下部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、流体サイクロン式を適用しつつ、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上部渦室と、上部渦室の下端に連結した多数の貫通孔を有する円筒状のスクリーンと、スクリーンの下端に連結し旋回流の速度を徐々に減速させる上方が細く下方が太いテーパ管であり接線方向に清澄液を排出する下部渦室と、スクリーンを囲繞するように設けた円筒状の粒子補集室とからなり、粒子捕集室は内面にスクリュー状の溝が配設してあり、下端に微小粒子排出口が接続されている固液分離装置が提供される。
【０００７】
下部渦室から排出した清澄液の一部をポンプで吸引して上部渦室の処理液流入口に送給する液循環回路を付加するのが好ましい。
【０００８】
上部渦室の上板と下部渦室の底板の内面に、旋回流を安定させる上部コーンと下部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を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。分離器の上部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。上部渦室の下端には多数の貫通孔を有する円筒状のスクリーンが連結されている。スクリーンの外側にはスクリーンを囲繞するように円筒状の粒子捕集室が設けられており、上部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排出口から排出する。スクリーンの下端には上方が細く下方が太いテーパ管で形成された下部渦室が連結されており、下部渦室で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、下部渦室の下端に接線方向に設けられた排出口から清澄液として流出する。
【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。スクリーンでは上部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が設けられており、微小粒子はその中を旋回しながら降下する。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ことはない。下方部では旋回流の速度を徐々に減速させるようにして分離器外に流出して旋回流の圧力損失の低減を図るようにした。したがって、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】
上部渦室の上板と下部渦室の底板の内面に、上部コーンと下部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ある。
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１５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上端に接線方向に処理液１５を流入して旋回流１１を形成するとともに、旋回流１１の速度を徐々に増大させながら流下させる上方が太く（半径Ｒ）下方が細い（半径ｒ）テーパ管２ａからなる上部渦室２と、上部渦室２の下端に連結した多数の貫通孔４ａを有する円筒状のスクリーン４と、スクリーン４の下端に連結し旋回流１１の速度を徐々に減速させる上方が細く下方が太いテーパ管３ａであり接線方向に清澄液１７を排出する下部渦室３と、スクリーン４を囲繞するように設けた円筒状の粒子捕集室５とからなり、粒子捕集室５は内面にスクリュー状の溝７が配設してあり、下端に微小粒子排出口１０が接続されている。
【００１３】
上部渦室２の上板内面２ｂには、上部コーン１２が、下部渦室３の底板内面３ｂには、下部コーン１３が配設されており、上部渦室２内および下部渦室３内で旋回流１１を安定させるようになっている。
【００１４】
スクリーン４は上部渦室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おり、上部渦室２の下端に連結されている。スクリーン４内の旋回流１１の速度は、上部渦室２下端の流速とほぼ等しく、遠心力が最大になっており、この遠心力により上部渦室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４の貫通孔４ａを通過させて粒子捕集室５へ飛び出させる。
【００１５】
粒子捕集室５は、スクリーン４を囲繞して設けられ、上端がスクリーン４の上端に位置し、下端は下部渦室３のテーパ管３ａの中間に位置するように設けられている。６は粒子捕集室５の外壁で、内面に旋回流１１と同じ方向のスクリュー状の溝７を配設している。微小粒子排出口１０は、溝７の下端に接続されており、溝７に沿って沈降してきた微小粒子１６を排出する。旋回流１１のつれまわり作用により粒子捕集室５内でも旋回流が発生しているが、スクリーン４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】
８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り、９は下部渦室３の下端に接線方向に配設した清澄液流出口である。
【００１７】
上部渦室２の円筒部の半径をＲ、スクリーン４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。
【００１８】
図３は請求項２に記載の固液分離装置の正面断面図であり、図４は旋回流を示す図である。
図において、１８は一端を下部渦室３下端の清澄液排出口９に連結し、他端を上部渦室２上端の処理液流入口８に連結した液循環回路である。液循環回路１８は、中間にポンプ１４を設けていて、清澄液排出口９から排出された清澄液１７の一部をポンプ１４により処理液流入口８に送給し、処理液１５と混入して分離器１内に流入する。なお、図１および図２に示す固液分離装置とは、液循環回路１８を付加したほか、清澄液排出口９と微小粒子排出口１０の接続方向が相違するだけで、他の構成は同じであり、重複する説明は省略する。
【００１９】
流入速度は、一般に処理液の流量に依存するため、流量が少ないと流速が下がり分離効率が低下する。このように、分離器１の下部から排出した清澄液１７の一部をポンプ１４で吸引して処理液流入口８に送給する液循環回路１８を付加して循環させれば、処理流量が少ない場合にも旋回速度を増大させて微小粒子の捕集と分離効率の向上を図ることができる。
【００２０】
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１５を分離器１の上方に流入する。処理液１５は分離器１上部の接線方向に設けられている流入口８から流入されるので、分離器１内で旋回流１１が形成される。分離器１の上部渦室２は上方が太く（半径Ｒ）下方が細い（半径ｒ）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１１は流下するにしたがって徐々に旋回速度を増大する。上部渦室２の下端には多数の貫通孔４ａを有する円筒状のスクリーン４が連結されている。スクリーン４の外側にはスクリーン４を囲繞するように円筒状の粒子捕集室５が設けられており、スクリーン４内を流下する処理液１５中の微小粒子１６は、遠心力によってスクリーン４に設けられた多数の貫通孔４ａを通過して粒子捕集室５内へ飛び出し粒子捕集室５の内面に当たる。粒子捕集室５の内面には旋回流１１の回転方向と同方向のスクリュー溝７が設けられており、粒子捕集室５の内面に当たった微小粒子１６は溝７内を降下するので、微小粒子１６の再飛散が防止される。溝７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５下端に配設されている排出口１０から排出する。スクリーン４の下端には上方が細く下方が太いテーパ管３ａで形成された下部渦室３が連結されており、下部渦室３でスクリーン４から流下した旋回流１１の旋回速度を徐々に減速させ、下部渦室３の下端に接線方向に設けられた排出口９から清澄液１７として流出する。
【００２１】
このように、処理液１５の旋回流１１の速度を徐々に増大させながら流下させ、スクリーン４内において流速が最大にする。スクリーン４では上部渦室２の壁面に沿って流下した微小粒子１６および処理液１５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４ａを通ってスクリーン４外に飛び出させる。スクリーン４の外にはスクリュー溝７が設けられており、微小粒子１６はその中を旋回しながら降下する。このように、スクリーン４とスクリュー溝７の相互作用により、微小粒子１６が再飛散して清澄液１７中に再度混入することはない。下方部では旋回流１１の速度を徐々に減速させるようにして分離器１外に流出して旋回流１１の圧力損失の低減を図るようにした。したがって、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になった。
【００２２】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、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。
【００２３】
【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て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】旋回流を示す図である。
【図３】請求項２に記載の固液分離装置の正面断面図である。
【図４】旋回流を示す図である。
【符号の説明】
１  分離器
２  上部渦室
２ａ  テーパ管
３  下部渦室
３ａ  テーパ管
４  スクリーン
４ａ  貫通孔
５  捕集室
６  外壁
７  スクリュー溝
８  処理液流入口
９  清澄液排出口
１０  微小粒子排出口
１１  旋回流
１２  上部コーン
１３  下部コーン
１４  ポンプ
１５  処理液
１６  微小粒子
１７  清澄液
１８  液循環回路
【図１】
0004284734.tif 000002
【図２】
0004284734.tif 000003
【図３】
0004284734.tif 000004
【図４】
0004284734.tif 000005