JP2016511140A - 延伸した支柱を有する遠心分離器 - Google Patents

Abstract

遠心分離器が、分離チャンバを画定している上端、下端、中心軸、および円筒壁を有する分離バレルを含んでいる。回転板は、その下端に隣接する分離チャンバを実質的に横切って延伸している。中央通路を含む支柱は、分離バレルの中心軸に沿って回転板から延伸している。支柱は、流体が支柱の中央通路から分離チャンバに流れるための少なくとも１つの開口部を含んでいる。分離チャンバと流体連通している入口により、固形物を含んだ流体が分離チャンバに流入することが可能になる。分離チャンバと流体連通している出口により、実質的に清浄な流体が、分離チャンバの外および装置の外へと流出することが可能になる。

Description

関連出願

該当なし。

本発明は、一般に遠心分離器に関し、より具体的には、回転板を越えて延伸している回転支柱を有する遠心分離器に関する。

遠心分離器は、取り込まれた水の流れているストリームから固形物を分離するために周知である。円筒状の分離バレルにノズルから接線方向にストリームを注入する構成が、一般的である。ストリームが分離バレルの壁の周りを旋回するにつれて、ストリーム内の高いＧ力により、旋回流が分離バレルの上の高さから下の高さに流れるように固体粒子が壁に向かって移動する。分離バレルの下端にあるいは下端付近に回転板があり、この回転板は、管状の旋回流の中心部分を中心出口ポートに向かって上方に反射する。このストリームの中心部分は、適切に設計されかつ適切に操作された遠心分離器では、固形物を実質的に含まない。

分離バレルの壁により近い固形物は、分離バレルの下端を通じてあるいは下端で、回転板近くにあるスロットを通過する。これらの固形物は、壁に接触しているストリームの外側部分の一部を形成する。

このタイプの分離装置は、多くの場合、広範囲のサイズにわたる固体粒子を分離するために使用される。この原理を使用した装置は、自動車のサービスベイで使用される部品洗浄装置と同様の小さいサイズから、洗浄水から作物の洗浄液や床くずを分離するための大規模な工場設置用のサイズ、大量の排水および灌漑システムからグリットを除去するサイズにおよび、さまざまである。

このようなシステムは一般に受動的であり、システムの機能および効率は、大部分が分離器内のストリームの流れの速度と円滑さから得られる。システム内のいずれかに場所にある乱流、または分離バレル内へのストリームの導入における非効率性が、より大きい力（高噴射圧）、または分離効率の低減を必要とする結果になる。

既存の遠心分離器は、分離チャンバ内での回転を補助するための回転板を含むことができる。ただし、場合によっては、分離チャンバ内で作られた渦が、回転板の中心から離れる。これは、流量がより少ない場合に特に当てはまる。さらに、粒子は、分離チャンバ内の渦の中心領域に入ることができ、粒子がその領域に入ると、分離チャンバの上部を出る前にこの粒子を除去することは困難である。

本発明は、分離チャンバを画定している上端、下端、中心軸、および円筒壁を有する分離バレルを含む遠心分離器を提供する。回転板は、その下端に隣接する分離チャンバを実質的に横切って延伸している。中央通路を含む支柱は、分離バレルの中心軸に沿って回転板から延伸している。支柱は、流体が支柱の中央通路から分離チャンバに流れるための少なくとも１つの開口部を含んでいる。分離チャンバと流体連通している入口により、固形物を含んだ流体が分離チャンバに流入することが可能になる。分離チャンバと流体連通している第１の導管により、実質的に清浄な流体が、分離チャンバの外および装置の外へと流出することが可能になる。

本発明の別の実施形態では、円筒壁は、分離バレルの周りに延伸し、分離バレルの上方の受け入れチャンバとこの受け入れチャンバの下方の収集チャンバを画定している。

本発明の別の実施形態では、第２の導管が、支柱の底部から延伸し、支柱と流体連通している。導管は、収集チャンバからの流体が、第２の導管を通って支柱内に流れ、そして支柱内の少なくとも１つの開口部を介して分離チャンバに入ることができるように、収集チャンバの上部まで延伸している。

本発明のさらに別の実施形態では、環状板が受け入れチャンバと収集チャンバとの間の分離バレルの周囲に延伸し、この環状板は分離バレルおよび円筒壁と流体密封係合している。

本発明の別の実施形態は、分離チャンバを画定している上端、下端、中心軸、および内部の環状に円筒状に軸方向に延伸している壁を有する分離バレルを含む遠心分離器を提供する。回転板は、その下端に隣接する分離チャンバを実質的に横切って延伸している。中央通路を有する支柱は、分離バレルの中心軸に沿って回転板から延伸している。支柱は、流体が支柱の中央通路から分離チャンバに流入することができるように、その長さに沿った少なくとも１つの開口部を画定している。分離チャンバと流体連通している入口により、固形物を含んだ流体の流れが流入することが可能になる。分離バレルと流体連通している第１の導管により、実質的に清浄な流体の流れが、分離チャンバの外へと流出することが可能になる。第２の導管は、支柱の底部から、支柱によって画定された少なくとも１つの開口部よりも高い位置で、収集チャンバの上部まで延伸し、支柱と流体連通している。収集チャンバ内の流体が第２の導管に流入して、分離チャンバに送達されることができるように、第２の導管の頂部は開放されている。離間した複数のフィンが、回転板の下の位置で支柱に取り付けられている。

装置の別の実施形態では、離間した複数のフィンのうちの少なくとも１つが、その上縁に切り欠き部を含んでいる。

本発明の別の実施形態では、支柱の上端がキャップされている。

本発明の別の実施形態は、固形物を含んだ流体のストリームから粒子を分離する方法を提供する。この方法は、固形物を含んだ流体のストリームを遠心分離器内に導入するステップを含む。遠心分離器は、固形物を含んだ流体のストリームが遠心力によって粒子を分離しながら回転している分離チャンバを画定している分離バレルを含んでいる。また、遠心分離器は、分離バレルの周りに延伸して、分離バレルと円筒壁との間に、分離バレルの下方およびその長さに沿って収集チャンバを画定している円筒壁を含んでいる。支柱は、分離チャンバの中心軸に沿って延伸し、回転している流体のストリームを中央に配置している。支柱は、中央通路を含み、その中に少なくとも１つの開口部を画定している。導管は、収集チャンバ内の位置から支柱に延伸し、支柱と流体連通している。この方法は、収集チャンバ内で部分的に浄化された流体が、導管に沿って移動して支柱の少なくとも１つの開口部を通じて支柱を出ることによって、分離チャンバに再度流入することを可能にするステップをさらに含む。そして、分離チャンバに流入する流体は、遠心力によりさらに分離される。最後に、この方法は、分離チャンバから浄化された流体を引き出すステップを含む。

本発明の遠心分離器の一実施形態の部分切断面の側面図である。

本発明の遠心分離器の一実施形態の部分切断面の等角図である。

本発明のＪ字管、支柱、およびセンタリングフィンの一実施形態の斜視図である。

本発明の遠心分離器の一実施形態の分解図である。

同じ符号が同じ部分を示す図面を参照すると、一般に符号１０が本発明の遠心分離器を指している。遠心分離器１０は、一般にこの分離器の外側の筐体として機能する円筒壁１２および円筒壁１３を含んでいる。円筒壁１２および円筒壁１３は、中心軸に沿って延伸して、本発明の他の構成要素を包含するための内部空間を画定している。上部円筒壁１３は、受け入れチャンバを画定して、装置の上部のための筐体を形成し、一方で、下部円筒壁１２は、上部円筒壁１３よりも低い位置の装置の部分のための筐体として機能する。

円筒壁１２および円筒壁１３内では、分離バレル１５が、中心軸線に沿って延伸し、その中に分離チャンバ１４を形成している。分離バレル１５は、円筒壁１２内に主に配置され、分離バレル１５の上部が、上部円筒壁１３によって画定される空間内に延伸している。環状板４０が、円筒壁１２および円筒壁１３と分離バレル１５と流体密封係合している分離バレル１５の上部を囲むため、流体は、分離バレル１５と円筒壁１２との間の受け入れチャンバ３４（以下で説明）から流れない。図面に示した本発明の実施形態では、上述したように、円筒壁１２は、環状板４０によって上部円筒壁１３と下部円筒壁１２に分けられている。ただし、単一の円筒壁が装置全体に沿って延設されてもよいこと、または円筒壁が２つ以上の部分に分けられてもよいことが企図されている。分離バレル１５の上部は、上部円筒壁１３によって画定される領域内に延伸している。分離チャンバ１４の底部であるいは底部付近で、回転板２０が分離チャンバ１４にわたる中心軸に対して垂直に延伸している。

遠心分離器１０の上部であるいは上部付近で、受け入れチャンバ３４が上部円筒壁１３と分離バレル１５の上部によって画定されている。入口３０は、上部円筒壁１３を通って受け入れチャンバ３４内に延伸している。流体の固形物を含んだストリームは、入口３０を介して受け入れチャンバ３４に入る。入口３０は、受け入れチャンバ３４内で環状流を作成するような方法で向けられるのが好ましい。分離バレル１５の上壁は、流体の固形物を含んだストリームが分離チャンバ１４に入ることを可能にするために、スロット４２または他の開口部を含んでいる。

スロット４２は、受け入れチャンバ３４に入るストリームを統制する接線方向に向けられたスロットであることが好ましい。入口３０を介して受け入れチャンバ３４に入るストリームは、スロット４２を通過して分離バレル１５に入り、画定された分離チャンバ１４の壁に沿って下方に流れる。このストリームは、分離チャンバ１４を通って渦に流れることが好ましい。ストリーム内に配置された粒子がストリーム方向に対してできるだけ小さな角速度を有するように、分離バレル１５に入るストリームの乱れを低減することが望ましい。本発明のスロット４２は、ストリームが分離バレル１５に入る際に、この乱流を最小限に抑える。

収集チャンバ１６は、円筒壁１２の底部であるいは底部付近で、回転板２０の下に円筒壁１２によって画定され、分離バレル１５と下部円筒壁１２との間の空間に沿って延伸している。収集チャンバ１６は、固形物または固形分が非常に多い流体の流れを収集する。排水口３６は、円筒壁１２の底部付近に配置され、そこを通って延伸し、収集チャンバ１６から遠心分離器１０の外への流れの経路を提供している。収集チャンバ１６からの固形物または固形分の多い流体を、連続的にまたは所望の間隔で収集チャンバ１６から引き出すことができる。固形物または固形分の多い流体の引き出しが断続的である場合に使用するために、取り外し可能なプラグを設置することができる。

固形物および固形物を含んだ流体は、回転板２０と分離バレル１５の壁との間の隙間を通過することによって、および離間したセンタリングフィン４４を通過することによって、収集チャンバ１６に入る。この隙間は、分離バレル１５の底部を通って延伸し、収集チャンバ１６への流路を提供している。これは、本発明の装置の好ましい実施形態であるが、分離バレル１５は底部で閉鎖されてもよく、固形物または固形物を含んだ流体がそこを流れるためにこの底部にスロットまたは他の開口部を含んでもよいことが企図されている。センタリングフィン４４は、その上縁に切り欠き部２１を含む。切り欠き部２１は、回転板２０と収集チャンバ１４の壁との間の環状スロットを通ってくる固形物を含んだ流体の流れが、フィン４４に到達する前にさらに収集チャンバ内に来ることを可能にする。これにより、フィン４４と早期に接触し、分離チャンバ内に戻るように向けられる固形物の再飛散を低減することができる。フィン４４は、回転を落とすように機能し、収集チャンバ１４内の流体の速度を減少させることによって、固形物が収集チャンバ１６内に沈降するのを促進する。

分離チャンバ１４の上端が閉じられ、これを通じて装置の外へ延伸する出口管２４を有し、この出口管２４は、上部円筒壁１３によって画定されている受け入れチャンバ３４を通過する。出口管２４は、開放端２６と分離チャンバ１４の外へ処理された流体の移動を可能にする中央通路２８を有する。回転板２０によって上方に反射した水が出口管２４の開放端２６に流入するように、出口管２４は、その中心軸に沿って分離チャンバ１４内に下方に延伸している。出口管２４と分離チャンバ１４の内壁との間の環状領域が、分離チャンバを通って上方に移動する固形物を含んだストリームを受け入れる。出口管２４の外壁は、分離バレル１４に入るようにストリームを抑制するためのものであり、そのストリームを流体の上向きの中央流から分離する。以下に説明するように、回転板２０によって上方に反射した流体は、Ｊ字管２２を通って移動する流体である。

収集チャンバ１６内の材料の固形部分は、収集チャンバ１６の上部であるいは上部付近で、部分的に浄化された上澄みを残して、沈降することができる。この部分的に浄化された上澄みは、典型的には、固形物の濃度が低い。収集チャンバ１６からの部分的に浄化された流体は、Ｊ字管２２を介して分離チャンバ１４に入り、この流体は、１つまたは複数の開口部３８を通って出ながら支柱１８に流入する。流体の流れが支柱１８の周りを回転するにつれて、低圧領域が、ベルヌーイの法則に従って作成される。支柱１８の下端部における圧力は、収集チャンバ１６内の圧力よりもはるかに低い。図１に示すように、Ｊ字管２２の上部は、収集チャンバ１６の上部付近で開いている。支柱１８の周囲の領域とＪ字管２２の上部との間に存在する圧力差により、流体は、Ｊ字管２２とその中の開口部３８を通じて分離チャンバ１４に引き込まれる。

上述したように、Ｊ字管２２を通じて移動する流体は支柱１８に向けられ、この支柱１８はこれを通る中央通路を含む。流体は、中央通路を通って、支柱１８の長さに沿って移動し、本発明の装置の分離工程が行われる分離チャンバ１４内に開口部３８を通って出る。支柱１８から出る流体のストリームは、分離チャンバ１４の一番高い回転部分に向けられており、したがって、再度分離されている可能性が高い（Ｊ字管２２を介して分離チャンバ１４に入る任意の粒子は、すでに一度分離チャンバ１４で分離されている）。Ｊ字管２２の存在により、分離チャンバ１４と回転板２０との間のスロット付近に存在する微粒子が、分離チャンバ１４を出る上向きのストリームに引き込まれるのではなく、収集チャンバ１６に入るように促進される。Ｊ字管を通じて発生している流量がどのような量であっても、回転板２０の周りの環状スロットを通じて発生するため、Ｊ字管の流れは、収集チャンバ内にこれらの粒子を引き込むのを助ける。このように、Ｊ字管２２の存在は、微粒子の除去を強化する。支柱１８を追加することは、分離チャンバ１４内の渦を中央に維持するのを助け、粒子が意図せずに渦の中心に引き込まれないようにしながら、分離チャンバ１４の中心部分を占めることを確実にする。

液体からの固形物の分離は、Ｇ力のフィールドから導出される。本発明を通過する固形物／液体のストリームが、十分な長さの時間静置することを許可された場合、コロイドよりも大きいサイズの固形物は、最終的に沈降することになる。重い粒子は微細な粒子よりも迅速に分離することになる。素早く移動するストリームであっても、重力は、液体から粒子を分離するため、およびこれらが分離するときにサイズによって分離するために有効である。

力が静かな環境における重力以外である場合にも、同様の分離が達成される。具体的には、遠心分離チャンバに作用している非常に大きな遠心力が、はるかに速く、より効率的な分離を引き起こす。

Ｊ字管２２からのストリームは、回転板２０の高さの丁度上で、１つまたは複数の開口部３８で支柱１８を出て、高速で分離バレルに注入されることが好ましい。注入された流体は、その上端からその下端に速やかに流れる、螺旋状に移動するストリームとして旋回する。分離バレルでは、遠心力が重力よりもはるかに大きい。直径が小さいほど、バレルの内面に沿った線速度と同じになるように遠心力は大きくなる。清浄な流体は、分離チャンバ１４内に、そこから分離された粒子を有して、出口管２４を介して装置を出る。分離チャンバ１４内の流体のストリームから分離された固体粒子は、分離チャンバ１４の壁に沿って受け入れチャンバ３４から収集チャンバ１６に流れる流体のストリームに加わる。

上述のように、既存の遠心分離チャンバにおいて、分離チャンバ１４内に作られた渦がチャンバに対して偏心になる傾向がある。渦の先端が、渦を作って維持する際の働きでの重要な力に起因してさまよう、自然な傾向を有する。また、渦が位置を移すと、粒子は、チャンバの中心領域に入り、出口管２４を介して出ることができる。支柱１８は、渦が中心にとどまり、分離チャンバ１４内の分離プロセスが円滑に続くことを確実にしながら、分離チャンバ１４内に作られた渦を中心に置くためのものである。また、支柱１８の存在は、粒子が、渦の中心領域に入り、出口管２４を通って清浄な流体と共に分離チャンバから出ることを妨げる。図に示すように、支柱１８は、回転板２０を越えて分離チャンバ１４内に延伸しているＪ字管２２の延伸部である。支柱１８は、所望のように直径が変化してもよいことが企図されるが、Ｊ字管２２と同じ内径を有していることが好ましい。また、同様に、支柱１８の長さが変化してもよい。ただし、開口部３８は、支柱１８の長さにさらに沿ってではなく、回転板２０のかなり近くに配置され、この開口部３８を通って流体が支柱１８を出て、分離チャンバ１４に入る。支柱１８は好ましくはキャップ１９含むことに留意すべきであり、これにより支柱１８を通る流体の流れが開口部３８を通ってのみ出ることができる。

上記の説明、ならびに添付の図面は、本発明の例示的な実施形態に向けられていることを理解されたい。上述のおよび図示の説明による種々の変形は、本開示を読めば当業者には容易に明らかになる。このような変形は、本発明の趣旨および範囲内であることが意図されている。

このように本発明の好ましい実施形態を説明したが、新しく所望される請求内容は、以下の特許請求の範囲によって保護されるべきである。

Claims (7)

1. 分離チャンバを画定している上端、下端、中心軸、および内部の環状に円筒状に軸方向に延伸している壁を有する分離バレルと、
   前記下端に隣接する前記分離チャンバを実質的に横切って延伸している回転板と、
   中央通路を備え、前記分離バレルの前記中心軸に沿って前記回転板から延伸している支柱であって、流体が前記支柱の前記中央通路から前記分離チャンバに流入することができるように、前記支柱が、その長さに沿った少なくとも１つの開口部を画定している、支柱と、
   固形物を含んだ流体の流れが流入することを可能にする前記分離チャンバと流体連通している入口と、
   実質的に清浄な流体の流れが前記分離チャンバの外へと流出することを可能にする前記分離バレルと流体連通している第１の導管と
   を備える、遠心分離器。
2. 前記分離バレルの周りに延伸し、前記分離バレルの上方の受け入れチャンバと前記受け入れチャンバの下方の収集チャンバを画定している円筒壁をさらに備える、請求項１に記載の遠心分離器。
3. 前記支柱の底部から前記収集チャンバの上部まで延伸し、前記支柱と流体連通している第２の導管をさらに含み、前記収集チャンバ内の流体が前記第２の導管に流入して、前記支柱の前記少なくとも１つの開口部を介して前記分離チャンバに送達されることができるように、前記第２の導管の頂部が開放されている、請求項２に記載の遠心分離器。
4. 分離チャンバを画定している上端、下端、中心軸、および内部の環状に円筒状に軸方向に延伸している壁を有する分離バレルと、
   前記下端に隣接する前記分離チャンバを実質的に横切って延伸している回転板と、
   中央通路を備え、前記分離バレルの前記中心軸に沿って前記回転板から延伸している支柱であって、流体が前記支柱の前記中央通路から前記分離チャンバに流入することができるように、前記支柱が、長さに沿った少なくとも１つの開口部を画定している、支柱と、
   固形物を含んだ流体の流れが流入することを可能にする前記分離チャンバと流体連通している入口と、
   実質的に清浄な流体の流れが前記分離チャンバの外へと流出することを可能にする前記分離バレルと流体連通している第１の導管と、
   前記支柱の底部から、前記支柱によって画定された前記少なくとも１つの開口部よりも高い位置で、前記収集チャンバの上部まで延伸し、前記支柱と流体連通している第２の導管であって、前記収集チャンバ内の流体が前記導管に流入して、前記支柱の前記少なくとも１つの開口部を介して前記分離チャンバに送達されることができるように、前記第２の導管の頂部が開放されている、第２の導管と、
   前記回転板の下の位置で前記支柱に取り付けられている離間した複数のフィンと
   を備える、遠心分離器。
5. 前記離間した複数のフィンのうちの少なくとも１つが、その上縁に切り欠き部を含んでいる、請求項４に記載の装置。
6. 前記支柱の上端がキャップされている、請求項４に記載の装置。
7. 固形物を含んだ流体のストリームから粒子を分離する方法であって、前記方法が、
   遠心分離器に固形物を含んだ流体のストリームを導入するステップであって、前記遠心分離器が、
   前記固形物を含んだ流体のストリームが遠心力によってそこから粒子を分離しながら回転している分離チャンバを画定している分離バレルと、
   前記分離バレルの周りに延伸し、前記分離バレルと前記円筒壁との間に、前記分離バレルの下方およびその長さに沿って収集チャンバを画定している円筒壁と、
   前記分離チャンバの中心軸に沿って延伸し、中で回転している流体のストリームを中央に配置している支柱であって、前記支柱が中央通路を備え、その長さに沿って少なくとも１つの開口部を画定している、支柱と、
   前記支柱で画定された前記少なくとも１つの開口部よりも高い前記収集チャンバ内の位置から延伸している導管と
   を備える、ステップと、
   前記収集チャンバ内で部分的に浄化された流体が、前記導管に沿って移動して前記支柱の前記少なくとも１つの開口部を通じて前記支柱を出ることによって、前記分離チャンバに再度流入することを可能にするステップと、
   前記支柱から前記分離チャンバに入る前記部分的に浄化された流体を遠心力によってさらに分離するステップと、
   前記分離チャンバから浄化された流体を引き出すステップと
   を含む方法。

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