JP4548791B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、ケーキを押し出して排出する押出し型の遠心分離機に関するものである。

従来から、遠心分離機としては、コニカル型、押出し型などの、種々の型式のものがある。そして、このうち押出し型の遠心分離機としては、例えば、回転する円筒バスケットと、この円筒バスケット内面に固定された円筒スクリーンと、この円筒スクリーン内面上に形成されたケーキの押出し機構と、この押出し機構によって押し出されたケーキの排出口と、が備えられたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
この押出し型の遠心分離機においては、スラリー状の被処理物を円筒バスケット内に投入し、この円筒バスケットを回転し、円筒スクリーンを介してろ液を外部に排出し、もって円筒スクリーン内面上にケーキを形成し、このケーキを押出し機構により押し出して排出口から排出する。
このようにしてなる押出し型の遠心分離機は、実用性に優れるため、現在では、さまざまな施設において、使用されるようになっている。
しかしながら、増加する被処理物に対する対応、乾燥工程等の後工程における処理コストの削減、生産性の向上などを目的として、近年では、排出されるケーキ水分の低減や単位時間あたりの処理量の増加、つまり「処理効率の向上」が求められるようになっている。
この点、処理効率の向上を図るためには、単に、単位時間あたりに円筒バスケット内に投入する被処理物の量を増加することも考えられる。しかしながら、「遠心分離によるろ過」という性質上、被処理物の投入量を増やすと、得られるケーキの水分率も上昇してしまう。したがって、得られるケーキの水分率を所定値以下としなければならない場合などにおいては、処理効率の向上を図ることができない。もちろん、ろ過時間を長くすれば、得られるケーキの水分率自体は低下するが、大型の装置が必要になる。そこで、近年においては、装置を大型化せずにろ過性能自体を向上させることが、求められている。
特許第２９３６２７０号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、ろ過性能に優れた遠心分離機を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。

〔請求項１記載の発明〕
それぞれ回転する外円筒バスケット及びこの外円筒バスケットと同軸に配設された内円筒バスケットと、前記外円筒バスケット内面に固定された外円筒スクリーン及び前記内円筒バスケット内面に固定された内円筒スクリーンと、前記内円筒バスケットを前進させて前記外円筒スクリーン内面上に形成されたケーキを押出し先側へ移動し、当該ケーキの一部を前記外円筒バスケットの先方に押し出すとともに、前記内円筒バスケットを後退させて前記内円筒スクリーン内面上に形成されたケーキの一部を前記外円筒バスケット内面上に移行する押出し機構と、
前記外円筒バスケットの先方に位置し、断面略半割円筒のリング状とされ、前記外円筒バスケットの先方に押し出されたケーキを受ける、回転しないケーキ受けリングと、が備えられ、
前記内円筒スクリーン内面上にスラリー状の被処理物が供給される構成とされた、遠心分離機であって、
少なくとも前記外円筒バスケットの押出し先側端部に当該外円筒スクリーン内径よりも小さな内径の小径部が設けられ、この小径部の少なくとも後端部が押出し先側の方が内径の狭まる傾斜面とされて、前記外円筒スクリーン内面上に形成されたケーキが前記押出し先側へ移動する際に前記小径部から抵抗を受けて圧縮される構成とされ、
前記外円筒バスケットの押出し先側端部に前記ケーキ受けリング内に位置する羽根が取り付けられた、
ことを特徴とする遠心分離機。

〔請求項２記載の発明〕
前記小径部の先端部は、押出し先側の方が内径の広がる傾斜面とされている、
請求項１記載の遠心分離機。

〔請求項３記載の発明〕
前記外円筒バスケットの押出し先側端部に口部材が取り付けられ、この口部材が前記小径部を有する構成とされた、
請求項１又は請求項２記載の遠心分離機。

本発明によると、ろ過性能に優れた遠心分離機となる。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
〔遠心分離機の全体構成及び遠心分離方法〕
図１に示すように、本形態の遠心分離機においては、装置前部に、対地固定された円筒形ケーシング１が備えられている。また、この円筒形ケーシング１内には、外円筒バスケット１１及びこの外円筒バスケット１１と同軸に配設された内円筒バスケット１２が、備えられている。さらに、外円筒バスケット１１の内面には外円筒スクリーン１１Ａが、内円筒バスケット１２の内面には内円筒スクリーン１２Ａが、それぞれ固定されている。

外円筒バスケット１１は、主軸３０の先端部にボルト固定された保持板１１Ｂと、ボルト等によって一体化されている。主軸３０は、図示しないモーター等からの出力がプーリー３３に伝達されることによって回転する。この回転によって、外円筒バスケット１１及び外円筒スクリーン１１Ａが、周方向に回転する。

図１及び図２に示すように、円筒形ケーシング１の側面には、ろ液出口６が設けられている。このろ液出口６からは、外円筒バスケット１１や内円筒バスケット１２の回転による遠心分離によってろ過されたろ液（母液）や洗浄の際に供給される洗浄液が、排出される。

一方、主軸３０内には、押出し軸３１が遊びをもって挿嵌されている。この押出し軸３１の後端部は、前後移動可能なピストン３２と一体化されている。他方、押出し軸３１の先端部には、保持板１２Ｂがボルト固定されている。この保持板１２Ｂには、内円筒バスケット１２がボルト等によって固定されて一体化されている。この内円筒バスケット１２内には、押し出し板１３が配設されている。この押し出し板１３は、外円筒バスケット１１を保持する保持板１１Ｂに対して、複数本の支持アーム１１Ｃ，１１Ｃ…を介して固定されている。この複数本の支持アーム１１Ｃ，１１Ｃ…は、保持板１２Ｂを、遊びがある状態で貫通する。本押し出し板１３は、内円筒バスケット１２がピストン３２による前後作動によって、後方へ後退した際に内円筒スクリーン１２Ａ内面に形成されたケーキを前方へ押し出す板として機能する。押し出し板１３にはディストリビューター板１４がボルト固定されている。このディストリビューター板１４はスラリー供給管２から供給された被処理物たるスラリーを散らす板として機能する。

以上のほか、本形態の遠心分離機においては、蒸留水等の洗浄液を供給する洗浄液供給管１５が、円筒形ケーシング１に前方から挿設されている。洗浄液供給管１５には、複数の洗浄ノズル１５Ａ，１５Ａ…が取り付けられている。この洗浄ノズル１５Ａ，１５Ａ…からは、外円筒バスケット１１や内円筒バスケット１２（外円筒スクリーン１１Ａや内円筒スクリーン１２Ａを含む。）内面に向けて、洗浄液が噴射される。この洗浄液の噴射は、ケーキ洗浄のために行われる。ケーキ洗浄のために噴射された洗浄液は、ろ液出口６から排出される。

以上のように構成された本遠心分離機においては、被処理物たるスラリーが、スラリー供給管２からディストリビューター板１４に向けて供給される。この際、主軸３０の回転によって、外円筒バスケット１１及び外円筒スクリーン１１Ａが回転するとともに、内円筒バスケット１２及び内円筒スクリーン１２Ａも同一方向に回転する。

この回転過程においては、押出し軸３１が、ピストン３２によって前後運動させられる。このピストン３２の前後運動にともなって、後退していた内円筒バスケット１２が前進すると、この内円筒バスケット１２の押出し先側端部に取り付けられている押出し部１２Ｃが、外円筒スクリーン１１Ａの内面上を前進する。この前進にともなって、外円筒スクリーン１１Ａ内面上に堆積しているケーキは、前方に押し出され、ケーキ受けリング１６内に排出される。

ケーキ受けリング１６は、外円筒スクリーン１１Ａ内面上に堆積したケーキのうち前方へ押し出された分を受けとめるために、外円筒バスケット１１の先方に位置している。このケーキ受けリング１６は、外円筒バスケット１１とは別体とされており、ケーキ受けリングブラケット１６Ａを介して円筒形ケーシング１の内側面に固定されている。したがって、ケーキ受けリング１６は、外円筒バスケット１１が回転しても回転しない。ケーキ受けリング１６は、断面略半割円筒の部材をリング状にした形状をしている。このリング形状とされた部材の一部には、円筒状の排出管１６Ｂが接続されている。外円筒バスケット１１の回転によって法線方向の力を受けたケーキは、リング形状とされた部材内をリング状に旋回移動し、最終的には、ケーキ排出口たる排出管１６Ｂから排出される。

次いで、内円筒バスケット１２は、元の位置まで後退する。この後退にともなって、前述した押し出し板１３の周端部は、内円筒バスケット１２内面上を相対的に前進することになる。この前進によって、内円筒スクリーン１２Ａ内面上に形成されたケーキの一部は、外円筒バスケット１１内面上に押し出される（移行）。この押し出しに際しては、内円筒バスケット１２の回転によって、内円筒スクリーン１２Ａを介した被処理物たるスラリーの固液分離（ろ過）が行われる。また、外円筒バスケット１１内面上に押し出されたケーキも、外円筒バスケット１１の回転によって、外円筒スクリーン１１Ａを介した被処理物たるスラリーの固液分離（ろ過）が行われる。各円筒スクリーン１１Ａ，１２Ａを介してろ過されたろ液は、各円筒バスケット１１，１２の透孔を通って、ろ液出口６から排出される。

本形態においては、外円筒バスケット１１及びこれと同軸に配設された内円筒バスケット１２を有する多段（２段）式の押出し型遠心分離機について説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１段の円筒バスケットのみの単段式の押出し型遠心分離機とすることもできる。

〔特徴的構成〕
次に、本形態の特徴的構成について、説明する。
本形態の遠心分離機においては、外円筒バスケット１１や内円筒バスケット１２の押出し先側端部（先端部）に、外円筒スクリーン１１Ａや内円筒スクリーン１２Ａの内径よりも小さな内径の小径部が設けられることを特徴とする。この小径部は、外円筒バスケット１１や内円筒バスケット１２の押出し先側端部自体を変形させることにより構成することもできる。ただし、外円筒バスケット１１や内円筒バスケット１２の押出し先側端部に、かかる小径部を有する例えばリング状の口金などからなる口部材を取り付けることにより構成する方が好ましい。この構成によれば、既存の装置をほとんど変更する必要がなく、経済的である。また、かかる小径部は、外円筒バスケット１１及び内円筒バスケット１２のいずれに設けられていても効果を発揮するが、両方に設けられていればより大きな効果を発揮する。

本形態の遠心分離機においては、小径部を有する口部材たるエンドリング２１が、外円筒バスケット１１の押出し先側端部のみに取り付けられている。そこで、以下、エンドリング２１について、詳しく説明する。
エンドリング２１は、その取付け方法が特に限定されない。例えば、ボルト等の固定手段により固定して、取り付けることができる。

そして、図３の（１）に示すように、従来のエンドリング１２１は、外円筒スクリーン１１Ａ内面と同一の水平となるようにされていた。つまり、従来のエンドリング１２１は、外円筒スクリーン１１Ａの内径と同一の内径とされていた。

これに対して、本形態のエンドリング２１は、外円筒スクリーン１１Ａ内面よりも内方に突出した小径部を有する。つまり、本形態のエンドリング２１は、外円筒スクリーン１１Ａの内径よりも小さな内径の小径部を有する。したがって、後退していた内円筒バスケット１２が前進して、その押出し先側端部に設けられた押出し部１２Ｃが外円筒スクリーン１１Ａの内面（内周面）上を前進すると、外円筒スクリーン１１Ａ内面上に堆積しているケーキは、エンドリング２１小径部からの抵抗を受けつつ押出し先側（排出側）へ移動する。

この際、かかるケーキは、内方からは遠心力を受け、後方（押出し後側）からは押出力を受け、前方（押出し先側）からはエンドリング２１小径部による抵抗を受けることで、圧縮され、この圧縮によるろ液が外円筒スクリーン１１Ａを介してろ過されることになる。したがって、遠心力のみによる場合と比較して、ろ過性能が向上する。

本形態の小径部を有するエンドリング２１は、内円筒バスケット１２の押出し先側端部にも取り付けることができる。この取付けを行った場合は、内円筒バスケット１２が後退した場合における内円筒スクリーン１２Ａ内面上のケーキの圧縮効果が向上する。

ここでエンドリング２１の小径部は、図４の（２）に示すような、押出し先側の方が内径の小さい段差２１ｅを有しないのが好ましく、また、押出し先側の方が内径の大きい段差２１ｆも有しないのがより好ましい。段差２１ｅや段差２１ｆを有すると、この部分に、ケーキが残留してしまうおそれがある。

一方、エンドリング２１の小径部は、少なくとも後端部が、望ましくは全部が、図３の（２）に示すように、押出し先側の方が内径の狭まる傾斜面２１ａとされ、この傾斜面２１ａの、対応する円筒スクリーン（本形態では、外円筒スクリーン１１Ａ。なお、内円筒バスケット１２の押出し先側端部が対象となる場合は、内円筒スクリーン１２Ａ。）内面に対する傾斜角θが４５°以下とされているのが好ましく、５〜４０°とされているのがより好ましい。傾斜角θが小さすぎると、ろ過性能向上効果が得られない。他方、傾斜角θが大きすぎると、ケーキが排出されずに残留する、内円筒バスケット１２を往復動させるピストン３２に大きな負荷がかかる、等の問題が生じる。

ところで、以上では、エンドリング２１小径部の内面が平面である場合を説明したが、平面に限定されるものではない。例えば、図３の（３）に示すように、凹曲面２１ｂとなっていても、図３の（４）に示すように、凸曲面２１ｃとなっていてもよい。また、エンドリング２１小径部の内面には、図４の（１）に示すように、水平面２１ｄが存在していてもよい。

ただし、本実施の形態のように、回転する外円筒バスケット１１から排出されたケーキを受けるケーキ受けリング１６が備えられている場合は、図４の（３）や（４）に示すように、エンドリング２１小径部の先端部は、押出し先側の方が内径の広がる傾斜面２１ｇ，２１ｈとされているのが好ましい。この形態によると、ろ過されたケーキのケーキ受けリング１６に向けての押出し（排出）が円滑になされることになる。

本形態のように、ケーキ受けリング１６を備える場合は、図１に示すように、エンドリング２１に、ケーキ受けリング１６内に位置するように羽根２２を取り付けるのも好ましい。羽根２２を取り付けると、ケーキ受けリング１６内において、ケーキが堆積するのを防止することができる。

次に、実施例について、説明する。
図３の（２）に示すようなエンドリング２１（傾斜角θ＝３０°）を使用した場合（傾斜型）、及び、図３の（１）に示すようなエンドリング１２１（傾斜角θ＝０°）を使用した場合（水平型）について、ろ過性能の比較試験を行った。試験は、遠心効果を７００Ｇ又は１０００Ｇと変化させ、また、スラリー供給流量を変化させて行った。結果を、図５に示した。

まず、図５からは、スラリー供給流量が増えるとケーキ水分率（ｗｔ％ＷＢ）も上昇することがわかる。

しかしながら、傾斜型のエンドリング２１を使用すると、同一条件にて排出されるケーキ水分率が１〜１．５ｗｔ％低下すること、つまり、ろ過性能が向上することが分かる。特に、図５からは、所定の水分率、例えば、遠心効果１０００Ｇの条件で水分率３３．００ｗｔ％のケーキを得たい場合、水平型の場合は１５０〜１６０ｋｇ／ｈｒ程度のケーキしか得られないのに対し、傾斜型の場合は２５０ｋｇ／ｈｒ以上のケーキが得られるというように、ケーキ水分率が上昇するために処理量が制限される場合においては、著しく処理効率が向上することが分かる。

本発明は、ケーキを押し出して排出する押出し型の遠心分離機、この遠心分離機に用いられる円筒バスケットの口部材、及びこれらを用いた遠心分離方法として、適用可能である。

遠心分離機の側面・断面図である。 遠心分離機の正面断面図である。 エンドリングの形態例である。 エンドリングの形態例である。 試験結果を示すグラフである。

１…ケーシング、２…スラリー供給管、６…ろ液出口、１１…外円筒バスケット、１１Ａ…外円筒スクリーン、１１Ｂ…保持板、１１Ｃ…支持アーム、１２…内円筒バスケット、１２Ａ…内円筒スクリーン、１２Ｂ…保持板、１２Ｃ…押出し部、１３…押し出し板、１４…ディストリビューター板、１５…洗浄液供給管、１５Ａ…洗浄ノズル、１６…ケーキ受けリング、１６Ａ…ケーキ受けリングブラケット、１６Ｂ…排出管、２１，１２１…エンドリング、３０…主軸、３１…押出し軸、３２…ピストン、３３…プーリー。

Claims (3)

1. それぞれ回転する外円筒バスケット及びこの外円筒バスケットと同軸に配設された内円筒バスケットと、前記外円筒バスケット内面に固定された外円筒スクリーン及び前記内円筒バスケット内面に固定された内円筒スクリーンと、前記内円筒バスケットを前進させて前記外円筒スクリーン内面上に形成されたケーキを押出し先側へ移動し、当該ケーキの一部を前記外円筒バスケットの先方に押し出すとともに、前記内円筒バスケットを後退させて前記内円筒スクリーン内面上に形成されたケーキの一部を前記外円筒バスケット内面上に移行する押出し機構と、
   前記外円筒バスケットの先方に位置し、断面略半割円筒のリング状とされ、前記外円筒バスケットの先方に押し出されたケーキを受ける、回転しないケーキ受けリングと、が備えられ、
   前記内円筒スクリーン内面上にスラリー状の被処理物が供給される構成とされた、遠心分離機であって、
   少なくとも前記外円筒バスケットの押出し先側端部に当該外円筒スクリーン内径よりも小さな内径の小径部が設けられ、この小径部の少なくとも後端部が押出し先側の方が内径の狭まる傾斜面とされて、前記外円筒スクリーン内面上に形成されたケーキが前記押出し先側へ移動する際に前記小径部から抵抗を受けて圧縮される構成とされ、
   前記外円筒バスケットの押出し先側端部に前記ケーキ受けリング内に位置する羽根が取り付けられた、
   ことを特徴とする遠心分離機。
2. 前記小径部の先端部は、押出し先側の方が内径の広がる傾斜面とされている、
   請求項１記載の遠心分離機。
3. 前記外円筒バスケットの押出し先側端部に口部材が取り付けられ、この口部材が前記小径部を有する構成とされた、
   請求項１又は請求項２記載の遠心分離機。

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