(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液混相流体を、中途部位において複数個に分岐したパイプに分流させ、特定の分岐したパイプにおける固液混相流体につき、流速を、分流する前の全固液混相流体の流速の平均値よりも小さく設定することによって、該特定のパイプにおいて固体粒子の濃度が低下した固液混相流体から固体粒子をフィルターによって分離すると共に、固体粒子を分離していない他の分流した固液混相流体は、再び分岐する前のパイプ側に循環されることに基づく、固液混相流体から固体粒子を分離する方法。
【請求項２】
複数の分岐した状態のパイプとして、Ｙ継ぎ手を採用したことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
分岐した各パイプの流速の大小関係を、分岐した各パイプに設けた弁の開口度、分岐した各パイプの断面積、分岐した各パイプの壁面における凹凸形状の有無、又は凹凸の程度、分岐する前のパイプの方向に対する分岐した各パイプの角度の相違、の何れか、又はこれらのうちの一部又は全ての組み合わせによって規律することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
固液混相流体が、分岐する前のパイプに循環される前に、タンクに貯溜される工程を経ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体中に固体粒子が混入する場合、一例として、切削によって生じた金属粉などの固体粒子が混入した潤滑油等のような固液混相流体中の、固体粒子の濃度を低下又は増加させる方法、及び当該方法に基づき、該固液混相流体から、固体粒子を分離する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微細な固体粒子が液状の流体中に混入している流体は、固液混相流体と称されているが、当該固液混相流体の固体粒子濃度（以下「粒子濃度」と略称する。）を低下又は増加させる必要性が生ずる場合がある。
【０００３】
例えば、潤滑油中に切削による金属粉が混入している場合には、円滑な潤滑効果を生じさせるうえで、粒子濃度が特定の値よりも低いことが要求されている。
【０００４】
然るに、従来固体粒子を流動させながら、その粒子濃度を減少させる為の格別の方法が存在せず、結局、固液混相流体中の液状の流体自体の相対量を増加させるという手法を講ぜざるを得なかった。
【０００５】
しかしながら、当該液状の流体の相対量を増加させることは、明らかに操作上煩雑であると共に、不経済である。
【０００６】
他方、微細な固体粒子が混入している固液混相流体において、固体粒子を分離させる方法としては、様々な方法が存在するが、フィルターによって固体粒子を濾過する方法は、最も典型的な方法である。
【０００７】
しかしながら、当該方法では、微細な固体粒子が多数混入している場合、フィルターの交換頻度が高くなることによって、作業効率が悪化すること、及び廃棄するフィルターの数が増加することによって、環境上及び経済上好ましくない、という問題点が発生していた。
【０００８】
他方、前記分離を行うために遠心分離を行う方法が存在するが、当該方法では固体粒子が微細な場合には不向きであると共に、膨大な回転式遠心分離機を備えることが必要であることから、極めて不経済である。
【０００９】
更には、重力によって固体粒子を順次沈殿化させる方法も存在するが、当該方法では微細な固体粒子の場合には沈殿に多大な時間を要し、作業効率上不適格である。
【００１０】
他にも、固体粒子を固液混相流体から分離させる方法が存在するが、色々な技術上の問題点を免れることができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の如き従来技術の問題点に着目し、簡単な構成でありながら、固液混相流体中の固体粒子の粒子濃度を低下させる方法、及び当該方法に基づき、該固液混相流体から、固体粒子を分離する方法に関する構成を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため本発明の構成は、固液混相流体を、中途部位において複数個に分岐したパイプに分流させ、特定の分岐したパイプにおける固液混相流体につき、流速を、分流する前の全固液混相流体の流速の平均値よりも小さく設定することによって、該特定のパイプにおいて固体粒子の濃度が低下した固液混相流体から固体粒子をフィルターによって分離すると共に、固体粒子を分離していない他の分流した固液混相流体は、再び分岐する前のパイプ側に循環されることに基づく、固液混相流体から固体粒子を分離する方法からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、固液混相流体が流通しているパイプ１１の中途部位において、複数個に分岐したパイプ１２を設けた場合、分岐した各パイプ１２の状態を異なる設計とすることによって、該各パイプ１２における固液混相流体の流速を相違させることができる。
【００１４】
このような流速の相違は、例えば、分岐した各パイプ１２に設けた弁５の開口度の相違、分岐した各パイプ１２の断面積の相違、更には分岐したパイプ１２の内壁における凹凸形状の有無又は凹凸の程度に基づく相違、分岐する前のパイプ１１との角度の相違の何れか、又はこれらの一部又は全ての結合によって実現することができる。
【００１５】
このように、分岐した各パイプ１２を流通する固液混相流体においては、流速が小さくなるに従って、粒子濃度もまた小さくなり、逆に流速が大きくなるに従って、粒子濃度も大きくなるという客観的事実が存在する。
【００１６】
このような事実を裏付ける根拠は、必ずしも確定している訳ではない。
【００１７】
このような場合、仮に、固体粒子が流体中の液体部分の流れによって受ける力が、単に流体速度に比例するのであれば、固体粒子は、パイプ１１が複数個に分岐する段階において、何れかの分岐したパイプ１２に吸引されるが、この場合には、固体粒子が各分岐したパイプ１２毎に分岐して流れていく液体部分によって吸引される度合いは、各パイプ毎の流体速度と比例することになる。
【００１８】
このような場合には、流速が大きいほど、吸引される固体粒子の数も比例して増大することになり、分岐した各パイプ１２における粒子濃度の相違は、生じ得ない。
【００１９】
しかしながら、実際には固体粒子が固液混相流体における液体部分から受ける力は、決して当該流体の速度と比例関係にあるわけではない。
【００２０】
例えば、流体力学における静止流体中において、半径ａの球が速度Ｕにて移動した場合、当該球が流動方向に受ける力Ｆは、流体の密度をρとした場合には、ρａ２Ｕ２に比例することが判明している。
【００２１】
このような関係は、逆に密度ρの流体が、速度Ｕにて移動している場合、半径ａの球が静止している場合において受ける力もまた、ρａ２Ｕ２に比例することを意味している。
【００２２】
実際の固液混相流体において、固体粒子が受ける力は、前項のように、単なる２乗というような単純な関係ではないが、何れにせよ固体粒子が当該流体中の液体部分によって受ける力が、流体の速度の１乗という単純な比例関係ではなく、速度Ｕのｋ乗（但しｋ＞１）に比例する要因を含んでいる場合には、固体粒子は固液混相流体の速度が大きいほど、流速の大きい分岐したパイプ１２に吸引されることになる。
【００２３】
その結果として、分岐したパイプ１２における流速がより大きい場合には、固体粒子が単位面積当りに流れ込む流量は、相対的に大きくなり、これによって、粒子濃度は大きくなると考えられる。
【００２４】
逆に、分岐したパイプ１２の流速がより小さい場合には、固体粒子が流れ込む単位面積当りの数は相対的に小さくなり、これによって、粒子濃度もまた、小さくなると考えられる。
【００２５】
このように、分岐したパイプ１２における流速の大小関係によって、粒子濃度が左右されるのは、固液混相流体の速度と固体粒子が受ける力が単純な比例ではなく、相対速度のｋ乗（但し、ｋ>１）に比例するような要素が存在することに由来するものと推定されるが、現時点では、厳密な根拠は必ずしも明確ではない。
但し、何れにせよ、従来、上記のような流量の大小関係によって、粒子濃度を低くすることは、これまで着目されていなかった。
【００２６】
本発明においては、図２に示すように、パイプ１１を中途部位において複数個分岐した状態とし、流速の相違が生ずるような設計を行った上で、分岐した各パイプ１２による、全固液混相流体の単位面積当りの平均流量よりも、低い流量となるような分岐したパイプ１２によって、粒子濃度の低下を実現しているが、前記分岐したパイプ１２の個数は、複数本であって、特に２本に限定されている訳ではない（尚、図２では、パイプ１１が分岐してパイプ１２と変化する部分を特に拡大した状態にて表示している。）。
但し、３本以上の分岐したパイプ１２を設定した場合には、少なくとも、流速の最も小さい状態にあるパイプからの出口配管において流出した固液混相流体を収納することによって、固液混相流体中の粒子濃度を低下させることができる。
【００２７】
上記パイプ以外の他のパイプの場合には、前記のような分岐する前の全固液混相流体の平均流速との対比を行ったうえで、その流速よりも小さい場合には、粒子濃度の低下が実現されることになるが、その程度は流速が最も小さい分岐したパイプの場合よりも劣っていることになる。
【００２８】
本発明の方法は、粒子濃度が低下している状態にある分岐したパイプ１２おいて、図２に示すように、フィルター４によって濾過する方法を採用しているが、フィルター４を使用する段階では、粒子濃度が低下しているために、フィルター４を交換する頻度を減少することができる。
【００２９】
本発明の方法では、図２に示すように、フィルター４による濾過の対象とならない他の分岐したパイプ１２中を流動する固液混相流体は、フィルター４による濾過工程を経ずに、分岐する前のパイプ１１に循環されることになる。
【００３０】
フィルター４の濾過を経ずに、単に循環される固液混相流体の粒子濃度は、分岐する前のパイプ１１における粒子濃度が大きくなっていることから、前記（２）の方法によって、固体粒子の分離を行った場合には、未だ濾過を経ずに残留している固液混相流体全体の粒子濃度が、次第に増大するという懸念もない訳ではない。
【００３１】
しかしながら、バルブ５１から戻ってくる固液混相流と６から来る固液混相流はタンク６内で直ちに良く混ざる訳ではない。
【００３２】
更に、６から供給される固液混相流はそのタンク２への出口と分岐管の入口を近づければ、殆どが分岐管に流入させられる。
また、バルブ５１を経てタンク２に戻す固液混相流はタンク２の断面積を大きくとれば流速を下げることができる。
【００３３】
このためにタンク２内で固液混相流体中の単位時間当たりの粒子沈殿量を多くできる。
したがって、前記懸念は事実上解消可能である。
尚、もし、分岐管を使わずにタンク２における沈殿量を増やしてフィルター４に供給される粒子濃度を飛躍的に下げることが可能であれば、そのような粒子濃度の飛躍的な下降によって本件の問題は全て解決しているはずである。
【００３４】
以下、実施例に即して説明する。
【００３５】
【実施例１】
実施例１においては、図１に示すように、２個のパイプに分岐した場合、即ち所謂Ｙ継ぎ手（Ｙジャンクション）を採用した場合の本発明の構成を示す。
【００３６】
このようなＹ継ぎ手は構造及び設計が簡単であり、しかも分岐した双方のパイプ１２の流速を単純に設計できる点においても、極めて優れている。
尚、図３においては、分岐したパイプ１２の双方を、１８０度の角度をなすように設計しているが、Ｙ継ぎ手の分岐した形状は、このような場合に限定される訳ではない。
即ち、例えば、分岐したパイプ１２のうち、単位面積他当りの流量が小さい側のパイプを、上記のような１８０度の角度の場合よりも、更に分岐する前のパイプ１１の側に近い状態の角度とするような設計もまた、当然に可能である。
【００３７】
【実施例２】
実施例２においては、図２に示すように、前記（２）の構成において、循環を行う途中過程において、貯溜タンク２を設けている。
【００３８】
該貯溜タンク２においては、固液混相流体の流動が極めて緩慢であるため、固体粒子が沈殿し、分岐前のパイプ１１に流入する粒子濃度が該貯溜タンク２に流入する前よりも減少させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明においては、極めて簡単な構成でありながら、粒子濃度を減少することができると共に、当該減少に基づいてフィルターの交換頻度を少なくした固体粒子の分離を実現することができる。
【００４０】
このような、フィルターの交換頻度の減少により、工程全体の作業効率が上昇すると共に、運転コストを下げることが可能である。
【００４１】
しかも、本発明の方法に対応する装置は、単にパイプ部分の分岐によって済むため、装置の設置は簡便かつ安価であり、格別の制御装置及び動力装置を不要とするため、故障が生ずることも殆どない。
【００４２】
更には、フィルターの廃棄量が減少するため、廃棄のコストが下げられ、かつ環境汚染の防止にも資することができる。
【００４３】
このように本発明は、多面的な効果を発揮することが可能であり、その価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の構成態様を示すブロック図である。
【図２】  本発明の構成の基本原理を示す模式図である。
【符号の説明】
１：パイプ
１１：分岐前のパイプ
１２：分岐したパイプ
２：タンク
３：ポンプ
４：フィルター
５１、５２、５３：弁
６：濾過した液体に、固体粒子が混入する装置
【図１】
0005032724.tif 000002
【図２】
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