(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向の螺旋空間を形成するアルキメデス螺旋体と、アルキメデス螺旋体の螺旋空間の外周端部に備えた混合流体導入口と、螺旋空間の内周端部に連通して鉛直方向に延びる清澄流体取出管と、螺旋空間を形成する外側壁の内面に沿い外側壁に対して所要の間隔を隔てて備えた螺旋多孔板と、アルキメデス螺旋体の下側に多孔板を介して接続した沈殿室と、を備えたことを特徴とする固体分離装置。
【請求項２】
清澄流体取出管が、螺旋空間の内周端部と連通する縦方向に長いスリット開口を備えている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】
螺旋多孔板が、螺旋空間の長手方向に長い細孔を備えている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】
多孔板下面の沈殿室内に、旋回防止板を備えていることを特徴とする請求項１又は２又は３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の粒子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、また、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、また、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】
また、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】
また、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、水平方向の螺旋空間を形成するアルキメデス螺旋体と、アルキメデス螺旋体の螺旋空間の外周端部に備えた混合流体導入口と、螺旋空間の内周端部に連通して鉛直方向に延びる清澄流体取出管と、螺旋空間を形成する外側壁の内面に沿い外側壁に対して所要の間隔を隔てて備えた螺旋多孔板と、アルキメデス螺旋体の下側に多孔板を介して接続した沈殿室と、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、清澄流体取出管が、螺旋空間の内周端部と連通する縦方向に長いスリット開口を備えていてもよく、螺旋多孔板が、螺旋空間の長手方向に長い細孔を備えていてもよく、多孔板下面の沈殿室内に、旋回防止板を備えていてもよい。
【００１６】
上記本発明は、次のように作用する。
【００１７】
アルキメデス螺旋体の螺旋空間を形成する外側壁の内面に、該内面に対して所要の間隔を隔てて沿うように螺旋多孔板を設けて固体分離室を形成し、螺旋空間の外周端部から混合流体を導入して、混合流体中の固体を遠心力によって螺旋多孔板に向かわせ、細孔を通して固体分離室に排出させて分離するようにしているので、比較的簡略な構成にて、混合流体中の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続的且つ高能率に分離することができる。
【００１８】
また、アルキメデス螺旋体の下側に多孔板を介して沈殿室を形成したので、固体分離室に排出された固体、及び、螺旋空間の底部に沈下した固体は、多孔板の細孔を通して沈殿室内に降下させることができ、更に、多孔板の下面に放射状の旋回防止板を設けて、沈殿室の内部に流体の旋回や変動が生じるのを防止しているので、沈殿室内部に降下した固体は再飛散することなく安定して沈下し、更に確実な分離を達成できる。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は本発明の固体分離装置の形態の一例を示す切断平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図であり、図中１は、水平方向に螺旋空間２を形成するアルキメデス螺旋体である。
【００２１】
アルキメデス螺旋体１の螺旋空間２は、図１に示すように、外周端側から内周端側に向かって徐々に曲率半径が小さくなるように湾曲した形状を有している。又、螺旋空間２は図２に示すように矩形形状を有している。
【００２２】
螺旋空間２の外周端部には、混合流体導入口３が接続されている。混合流体導入口３は、円管部３ａから断面形状が変化する異形管部３ｂを介して矩形形状の螺旋空間２の外周端部に接続されている。
【００２３】
また、螺旋空間２の内周端部には該内周端部に連通して鉛直上方に延びた清澄流体取出管４が設けられている。図１、図２に示す清澄流体取出管４は、螺旋空間２の内周端部と連通する縦方向に長いスリット開口５を備えている。
【００２４】
螺旋空間２を形成している外側壁の内面２ａには、該内面２ａに対して所要の間隔を隔てて沿うように配設された螺旋多孔板６が設けられており、これによって前記内面２ａと螺旋多孔板６との間に固体分離室７が形成されている。螺旋多孔板６は、パンチングメタル等のように多数の細孔８が形成されており、螺旋空間２を流動方向Ａに流動する混合流体に含まれた固体が遠心力の作用を受けて外側に移動し、細孔８を通って外側の固体分離室７に排出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７に排出され易くするためには、螺旋多孔板６は薄板で構成することが好ましく、また、細孔８の形状は種々選定することができるが、図３に示すように、螺旋空間２の長手方向、即ち混合流体の流動方向Ａに長い長穴からなる細孔８とすると、固体が外側に移動し易いので好ましい。
【００２５】
前記アルキメデス螺旋体１の螺旋空間２の上側は、上面板９によって閉塞されており、また、アルキメデス螺旋体１の下側には、細孔１０ａを有する多孔板１０を介して沈殿室１１が接続されている。多孔板１０における清澄流体取出管４の底部位置には細孔１０ａが形成されておらず、この細孔を備えていない底部位置には、流体が清澄流体取出管４を上昇し易くするためのコーン形状部１２を備えている。
【００２６】
沈殿室１１は下部に絞り形状のテーパ面１３を有しており、その下端部には固体取出口１４が接続されている。固体取出口１４には開閉弁１５を備えて分離され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せるようにしている。
【００２７】
更に、多孔板１０の下面の沈殿室１１内には、例えば図４に示すような放射状を有する旋回防止板１６が設けられている。
【００２８】
以下に、上記図１、図２に示した形態例の作用を説明する。
【００２９】
図１において、混合流体導入口３からアルキメデス螺旋体１の螺旋空間２の外周側端部に混合流体を導入すると、混合流体は螺旋空間２を流動方向Ａに流動する。
【００３０】
この時、螺旋空間２は、図１に示すように螺旋状に湾曲しているので、図５に示すように混合流体中の固体の粒子は遠心力の作用を受け、流体の流れに対して半径方向に偏向するようになる。直径ｄの球形粒子が曲率半径ｒの流れ場を接線方向に流体と同一の速度ｕで移動するとき、粒子は遠心力（∝ｕ2／ｒ）の作用で曲率半径方向に速度Ｖpで移動する。粒子の移動方向と流れ方向との傾き角θは、流体抵抗をストークスの抵抗法則で表わすと、
【数１】
0004359975.tif 000002
ここでρp：粒子密度
Ｖp：半径方向移動速度
ρf：流体密度
νf：流体の動粘性係数
ｒ ：曲率半径
ｄ ：粒子直径
ｕ ：流速
となる。
【００３１】
従って、螺旋空間２を流動する混合流体中の固体の粒子の軌道は、曲率半径の中心から通ざかるにように移動し、しかも螺旋空間２は内周端部に向かって徐々に曲率半径が小さくなっているので、混合流体中の固体は、原理的に必ず螺旋多孔板６に向かうことになり、従って固体は細孔８を通って固体分離室７に排出されるようになる。
【００３２】
このとき、螺旋多孔板６を薄板で構成し、更に、細孔８の形状を図３に示すように、螺旋空間２の長手方向、即ち混合流体の流動方向Ａに長い長穴からなる細孔８とすれば、固体が螺旋多孔板６に当たって再飛散することがなく、効果的に固体を固体分離室７に移動させて分離することができる。
【００３３】
固体分離室７に排出された固体は、外側壁の内面２ａに沿って下降し、多孔板１０の細孔１０ａを通って沈殿室１１内に下降する。
【００３４】
また、螺旋空間２の底部に沈下した固体も多孔板１０の細孔１０ａを通って沈殿室１１内に降下するようになる。
【００３５】
沈殿室１１内には、図４に示したような放射状の旋回防止板１６が設けられているので、細孔１０ａを通して螺旋空間２に連通している沈殿室１１内部の流体に旋回が生じたり、或いは流体が変動するのを防止することができ、よって沈殿室１１の内部に降下した固体は、再飛散することなく安定して沈殿室１１内部を沈下し、テーパ面１３に沿って固体取出口１４に落下する。このようにして分離された固体は、固体取出口１４によって間欠的に、又は連続的に外部に取出される。
【００３６】
また上記したように螺旋空間２を流動する間に固体が分離された清澄流体は、螺旋空間２の内周端部から清澄流体取出管４のスリット開口５を通って清澄流体取出管４内に流入し、コーン形状部１２により安定して上側外部に取出されるようになる。
【００３７】
上記したように、アルキメデス螺旋体１の螺旋空間２を形成する外側壁の内面２ａに、該内面２ａに対して所要の間隔を隔てて沿うように螺旋多孔板６を設けて固体分離室７を形成し、螺旋空間２の外周端部から混合流体を導入して、混合流体中の固体を遠心力によって螺旋多孔板６に向かわせ、細孔８を通して固体分離室７に排出させて分離するようにしているので、比較的簡略な構成にて、混合流体中の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続的且つ高能率に分離することができる。
【００３８】
また、アルキメデス螺旋体１の下側に多孔板１０を介して沈殿室１１を形成したので、固体分離室７に排出された固体、及び、螺旋空間２の底部に沈下した固体は、多孔板１０の細孔１０ａを通して沈殿室１１内に降下させることができ、更に、多孔板１０の下面に放射状の旋回防止板１６を設けて、沈殿室１１の内部に流体の旋回や変動が生じるのを防止しているので、沈殿室１１内部に降下した固体は再飛散することなく安定して沈下し、更に確実な分離を達成することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、アルキメデス螺旋体の螺旋空間を形成する外側壁の内面に、該内面に対して所要の間隔を隔てて沿うように螺旋多孔板を設けて固体分離室を形成し、螺旋空間の外周端部から混合流体を導入して、混合流体中の固体を遠心力によって螺旋多孔板に向かわせ、細孔を通して固体分離室に排出させて分離するようにしているので、比較的簡略な構成にて、混合流体中の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続的且つ高能率に分離することができる効果がある。
【００４１】
また、アルキメデス螺旋体の下側に多孔板を介して沈殿室を形成したので、固体分離室に排出された固体、及び、螺旋空間の底部に沈下した固体は、多孔板の細孔を通して沈殿室内に降下させることができ、更に、多孔板の下面に放射状の旋回防止板を設けて、沈殿室の内部に流体の旋回や変動が生じるのを防止しているので、沈殿室内部に降下した固体は再飛散することなく安定して沈下し、更に確実な分離を達成できる効果がある。
【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平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【図３】螺旋多孔板に形成する細孔の形状例を示す部分正面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ方向矢視図である。
【図５】螺旋空間を流動する混合流体中の固体の粒子の移動方向を示す線図である。
【符号の説明】
１  アルキメデス螺旋体
２  螺旋空間
２ａ        内面
３  混合流体導入口
４  清澄流体取出管
５  スリット開口
６  螺旋多孔板
７  固体分離室
８  細孔
１０  多孔板
１１  沈殿室
１６  旋回防止板
【図１】
0004359975.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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