液体サイクロンを用いた固液分離装置
【課題】液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が少ない懸濁粒子を流入速度に影響されずに効率良く分離する装置を提供する。
【解決手段】円筒部２と円筒部下端に連設された逆円錐台部３と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部４からなる本体と、前記円筒部の側面接線方向に設けた液流入口５と、前記円筒部上端または液流入口よりも上方の側面から、前記本体内部に開口する上部排液管８と、前記沈殿部下方に設けた懸濁粒子排出口９からなる液体サイクロンにおいて、前記本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物１５を前記本体内部に設置して、前記逆円錐台部内壁に沿って旋回する下降流が前記逆円錐台部の下部で上方に向きを変え前記本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子の流れを、前記逆円錐台部内壁方向に変える。
【解決手段】円筒部２と円筒部下端に連設された逆円錐台部３と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部４からなる本体と、前記円筒部の側面接線方向に設けた液流入口５と、前記円筒部上端または液流入口よりも上方の側面から、前記本体内部に開口する上部排液管８と、前記沈殿部下方に設けた懸濁粒子排出口９からなる液体サイクロンにおいて、前記本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物１５を前記本体内部に設置して、前記逆円錐台部内壁に沿って旋回する下降流が前記逆円錐台部の下部で上方に向きを変え前記本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子の流れを、前記逆円錐台部内壁方向に変える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚介類飼育水、沿岸海水、河川水などに含まれる液体本体（懸濁粒子が分散している懸濁液の液体部分）よりも比重が大きく、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子を除去するために、これら液体を旋回させることで生じる遠心力を利用し、液中から懸濁粒子を分離するための液体サイクロン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液中から懸濁粒子を分離するのに、液体サイクロンが用いられているが、液体本体との比重差の大きい懸濁粒子は簡単に分離することができるが、液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の分離は難しく、分離効率が低いのが現状である。
【０００３】
一般的な液体サイクロンは図７に示すように、円筒部２と円筒部下端に連設された逆円錐台部３で構成され、円筒部側面の液流入口５からポンプにより送液された懸濁液は、円筒部内壁及び逆円錐台部内壁に沿って旋回しながら下降し、懸濁粒子は遠心力により逆円錐台部内壁近くに押し付けられ、壁面に沿って下降する。下降旋回流の一部は、下部排液管１３より重い懸濁粒子と一緒に排液され、軽い懸濁粒子を含む大部分の懸濁液は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、中心軸に沿って旋回しながら上昇し、円筒部上端より本体内部に突出する上部排液管８より排液される。この液体サイクロンは分級型サイクロンと呼ばれ、液中から懸濁粒子を分離するのではなく、液中の粒子径や比重の違う懸濁粒子の分別に用いられ、上部より軽い懸濁粒子、下部より重い懸濁粒子を排出する。
【０００４】
また、特許文献１には、液体サイクロン本体逆円錐台部に円盤形状の障害部材を設置し、水と同程度の比重の中重質物を上方抜出管から排出することで、中重質物と重質物の分別精度を向上させる廃プラスチックの分別方法及び装置が提案されている。この液体サイクロンでは、重質物は逆円錐台部内壁に沿って旋回下降し、中重質物は重質物より中心部に近い場所を旋回下降するので、重質物は下部抜出管より排出されるが、中重質物は本体内部に設置した障害部材に流れを妨げられために下部抜出管に行くことなく上部抜出管より排出され、分別精度が向上する。
【０００５】
粒子径や比重の違う懸濁粒子を分別するのではなく、液体本体よりも重い懸濁粒子を液中から効率よく分離するには、分級型サイクロンの逆円錐台部下端に、懸濁粒子を堆積させるための沈殿部４が連設された図８に示す分離型サイクロンが用いられる。沈殿部下端には、沈降し、堆積した懸濁粒子を取り除くための懸濁粒子排出管１０とバルブ１１が連結される。分級型サイクロンと違い、懸濁粒子を分離した後の液体は上部排液管８からのみ排液される。懸濁粒子排出管１０からは、多量に懸濁粒子が堆積した時にバルブ１１を開き、濃縮懸濁液が間欠的に排出される。分離型サイクロンは下部からの排液がないので、中心軸に沿って旋回する上昇流は強くなり、液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の一部は上昇流に巻き込まれ、上部排液管８より排出されるため、分離効率は低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９７７７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
魚介類飼育水、沿岸海水、河川水などには様々な比重の懸濁粒子が混在しており、その中には有機物などの液体本体との比重差の小さい懸濁粒子も多く含まれている。有機物は水質悪化の原因となるため、なるべく迅速にほぼ全量取り除かれることが必要となる。また、ポンプを用いることができず、落差を利用した自然流下でしか送液できない場合もあり、流入速度が遅い場合でも効率良く除去できることが要求される。液体サイクロンは、比重差のある懸濁粒子が混在する懸濁液から、比重差の小さい懸濁粒子と比重差の大きい懸濁粒子に分別することは容易であるが、比重差に関係なく懸濁粒子を効率よく液中から分離することは難しい。特に、流入速度が遅く、液体本体との比重差の小さい懸濁粒子は、効率良く分離できない。
【０００８】
分級型サイクロンは、上部排液口より軽い懸濁粒子を含んだ液体、下部排液口より重い懸濁粒子を含んだ液体が排液される。懸濁粒子を液体本体から分離するには、上部排出液を、条件、構造の違う液体サイクロンやフィルターで再度処理する必要があるので、装置の大型化とコスト増につながる。また、懸濁粒子と一緒に下部排液口より排液される液量は多いので、廃棄する懸濁液量を少なくするために、後段に沈殿やろ過などの固液分離装置を設置することを考えると、さらに装置が大型化する。
【０００９】
分離型サイクロンは、沈殿部に懸濁粒子を堆積させ、間欠的に排出するので、後処理にかかる費用は低減する。しかし、分級型サイクロンと違い、下部より排液しないため、逆円錐台部下部で上方に向きを変え中心軸に沿って旋回する上昇流は強くなり、この上昇流の流れに懸濁粒子が巻き込まれやすくなる。このため、液体本体より重く、かつ液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の分離効率は悪くなる。さらに、流入速度が遅い場合は、軽い懸濁粒子はより中心軸に近い位置を旋回するため、中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれやすくなり、一層分離効率は悪くなる。
【００１０】
分離効率を向上させるためには、液体サイクロン内壁に沿って旋回する下降流が、逆円錐台部下部で上方に向きを変え中心軸に沿って旋回する上昇流に、懸濁粒子が巻き込まれても、上部排液口から排出されることなく、沈殿部で沈降、堆積させなければならない。また、分離効率を向上させるために、上部排液管よりの排液を液流入管に返送し、流入懸濁液と一緒に再度処理する場合もあるが、懸濁液流入量が少なくなるため、同量の処理を行なうには大きな装置が必要となる。
【００１１】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決するために、流入速度が遅い場合でも、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差の小さい懸濁粒子を効率よく分離でき、後処理が容易になることで装置の小型化とイニシャルコストおよびランニングコストの低減化を図ることを目的とする固液分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記した目的を達成するために次の構成を備える。すなわち、本発明の装置は、円筒部と円筒部下端に連設された逆円錐台部と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部からなる本体を備える。円筒部の側面接線方向に液流入口、円筒部上端または液流入口よりも上方の側面に本体内部に開口する上部排液管、沈殿部下方に懸濁粒子排出口を設ける。この逆円錐台部内部には、本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物を取り付ける。
懸濁液は、円筒部内壁に沿って旋回流を成すように放出され、逆円錐台部内壁に沿って旋回しながら下降する。この下降旋回流は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する。懸濁粒子は逆円錐台部下端開口部から沈殿部に流入し、沈殿部で沈降、堆積する。逆円錐台部で沈殿部に流入せずに、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、この障害物に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れを変える。流れを変えた懸濁粒子は、内壁に沿って流れる下降旋回流に巻き込まれ、逆円錐台部下端開口部に向けて旋回下降する。一方、懸濁粒子が分離された液体は、障害物外表面を上方に流れ、上部排液口より排液される。このように、沈殿部に流れず、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、再度逆円錐台部開口部に向けて下降することになる。この一連の流れを繰り返すうちに、懸濁粒子は沈殿部に流れ込み、沈殿部で沈降、分離される。また、障害物上部が先細りになっているため、障害物上方では、乱流は起こらず、本体中心軸に沿って旋回する上昇流は弱くなり、この上昇流に巻き込まれる懸濁粒子が減少するため、分離効率が向上する。さらに、上部排液管を本体内部に突出しないようにすると、分離効率は一層向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係わる固液分離装置によれば次の効果を奏する。本体内部に障害物を設置したので、簡単な構造でありながら、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の分離効率を１００％近くまで向上させることができる。液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい有機物や水垢などを分離することができるので、水質の悪化と装置の汚れを低減することができる。また、沈殿部に流れ込まずに、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、本体内部で自動的に繰り返し分離することができるようになったので、装置全体を大型化することなく、ランニングコストやイニシャルコストを上昇させることなしに、分離効率を向上させることができる。さらに、流入速度が遅くても分離効率が高いため、ポンプが使えず、落差による自然流下で送液しなければならない（流速が確保できない）状況においても用いることができる。また、上記構成においては、全く予想外なことに、逆円錐台部の高さを短くしても、流速によらず安定して高い分離効率が実現できるため、さらなる小型が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係わる固液分離装置を一部断面図で示した概略構成図
【図２】本発明の他の実施形態に係わる固液分離装置を一部断面図で示した概略構成図
【図３】本発明の固液分離装置内部の流れを示した概念図
【図４】従来型装置と本発明の装置との懸濁粒子の分離効率の比較を示すグラフ
【図５】上部排液管の突出の有無における懸濁粒子の分離効率の比較を示すグラフ
【図６】流入速度と懸濁粒子の分離効率の関係を示すグラフ
【図７】一般的な分級型液体サイクロンの概略構成図
【図８】一般的な分離型液体サイクロンの概略構成図
【図９】逆円錐部長が１５０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ（図６と同じだが表示領域を広げて示してある）
【図１０】逆円錐部長が１２０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ
【図１１】逆円錐部長が８０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ
【図１２】逆円錐部長が４０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ
【図１３】障害物寸法と懸濁粒子の分離効率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図示した例とともに詳説するが、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。
図１は本発明の一実施形態に係わる装置の概略構成図、図３は本発明の固液分離装置内部の流れを示した概念図である。図中符号１aは固液分離装置本体で、円筒部２と円筒部下端に連設された逆円錐台部３と逆円錐台部下端に連設された沈殿部４からなる。
【００１６】
液流入管６は、懸濁液を貯留する水槽と装置本体１aの液流入口５とを、円筒部２の側面接線方向より連通する。液流入口５は円筒部内壁の内面に開口され、懸濁液が円筒部内壁に沿って旋回流を成すように放出される。円筒部内部に放出された懸濁液は、逆円錐台部内壁に沿って下方に旋回しながら流れる。この下降旋回流１８は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する（中心部上昇旋回流（下部）１９ｂ）。懸濁粒子は、逆円錐台部下端開口部１４から沈殿部４に流れ込み（懸濁粒子沈降流２２）、底部に沈殿するが、一部は中心部上昇旋回流（下部）１９ｂに巻き込まれ、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する。
【００１７】
本体内部には、本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物１５が設置されている。逆円錐台部下部で上方に向きを変えた中心部上昇旋回流（下部）１９ｂは、障害物１５に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れる中心部分流２０と障害物外表面流２１に分かれる。懸濁粒子は、中心部分流２０と一緒に逆円錐台部内壁方向に流れを変え、内壁に沿って流れる下降旋回流１８に巻き込まれ、上部排液口７に向かうことなく、再び逆円錐台部下端開口部１４に向かって下降する。一方、懸濁粒子が分離された液体は、障害物外表面を流れ（障害物外表面流２１）、障害物上方で中心軸に沿って旋回しながら上昇し（中心部上昇旋回流（上部）１９ａ）、円筒部上端の内面に開口する上部排液口７より排液される。図示しないが、液流入口５よりも上方であれば、上部排液口７は円筒部側面の内面に開口することもできる。
【００１８】
沈殿部下端の懸濁粒子排出口９は、沈降し、堆積した懸濁粒子を排出するための懸濁粒子排出管１０が連通している。懸濁粒子排出管１０には、多量の懸濁粒子が堆積したしたときに、沈殿部より排出するためのバルブ１１が設置されている。沈殿部は効率良く懸濁粒子を排出するために下部に傾斜が付いているが、平らな底板にすることもできる。また、沈殿部４の径は、逆円錐台部下端開口部１４より大きければ、なんら制限されない。
【００１９】
障害物１５は、下方に向かって径の小さくなる逆円錐台状の柱状部材と前記柱状部材上端に円錐状部材を連設した形状が好ましいが、中心部上昇旋回流（下部）１９ｂに巻き込まれた懸濁粒子の流れを、逆円錐台部内壁方向の流れ（中心部分流２０）に変えることができ、前記内壁に沿って旋回する下降旋回流１８を妨げず、障害物上方の中心部上昇旋回流（上部）１９ａに乱流や大きな旋回流が生じないものであれば、形状、数など、別段、制限されるものではない。
【００２０】
障害物１５の設置位置は、障害物上端が逆円錐台部３の上端となる位置を上限とし、障害物１５の底面が逆円錐台部３の下端となる位置を下限とすることが好ましい。本発明によれば、好ましくは0.5m/s以上において分離効率が８０％以上、より好ましくは0.6m/s以上において分離効率が９０％以上である固液分離装置が得られる。また、これらの領域において、本発明の装置は、分離効率の変動率が好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満である。なお、本発明において、分離効率とは、（投入粒子総数−循環側戻り粒子数）を投入粒子総数で割った値（％）である。
好ましくは逆円錐台部の全長のうち下から３分の１より上に障害物の最膨大部（断面の径が最大の部位）を位置させる。障害物の大きさは、装置に要求される諸条件によって変え得るが、例えば、障害物の底面を通る断面において障害物断面積／逆円錐台断面積比を好ましくは0.05〜0.45とすることができる。また、障害物の最膨大部を通る断面において障害物断面積／逆円錐台断面積比を好ましくは0.1〜0.33とすることができる。さらにまた、障害物底面積／障害物断面積（最膨大部）比を0.4〜0.8、より好ましくは0.55〜0.7とすることができる。最も、これは目安であり、これ以外の範囲であっても上記の構成を有し、本発明の効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
障害物１５を複数個設置する場合は、逆円錐台部３に複数個設置することが好ましいが、逆円錐台部３に1個以上設置していれば、沈殿部４にも設置することができる。
【００２２】
図２は、上部排液管８が本体内部に突出している、他の実施形態に係わる装置の概略構成図である。上部排液管８は、液流入口５よりも上方であれば、円筒部側面より連通することもできる。
【実施例】
【００２３】
実施例１
図４から図６に実施例を示す。図１に示すような本体逆円錐台部に、障害物を設置しない場合、従来型の円盤状障害物を設置した場合、本発明の障害物を設置した場合について、分離効率の比較試験を行った結果を図４に示す。試験は円筒部内径１５０ｍｍ、円筒部高さ２１５ｍｍ、逆円錐台部高さ３１０ｍｍ、逆円錐台部下端開口部径５０ｍｍ、沈殿部上部内径２５０ｍｍ、上部排液管突出長０mmの図１に示す装置に障害物（本発明の障害物は底部径３４ｍｍ、高さ５０ｍｍ、円錐部頂角７０度、円盤状障害物は径３４ｍｍ、高さ５ｍｍ）を設置し、比重１．０４、直径２．３ｍｍ、高さ２．３ｍｍのシリコン粒子を水道水に分散させた懸濁液を用い、流入流速０．２ｍ／ｓで行った。縦軸はシリコン粒子の分離効率（投入した粒子量に対する沈殿部に堆積した粒子の割合、％）を、横軸には障害物の設置高さ（逆円錐台部下端から障害物上端までの距離、ｍｍ）を示す。シリコン粒子の分離効率は、障害物を設置しない液体サイクロン装置では７０％程度、円盤状障害物を設置した場合では８５％程度、本発明の障害物を設置した場合では９０〜１００％程度となった。円盤状障害物を円錐状障害物に変えた場合も、同様に分離効率が劣る結果が得られた。
【００２４】
図４を現象面から説明すると、障害物を設置しない場合、中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、全て上部排液管より排出され、分離効率が極端に低下する。障害物を設置すると、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、障害物に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れを変える。この粒子は、内壁に沿って流れる下降旋回流に巻き込まれ、上部排液管に向かうことなく、再び逆円錐台部下端開口部に向かって下降する。この一連の流れが装置内部で繰り返されることにより、沈殿部にほとんどの粒子が沈殿し、分離効率が向上する。円盤状障害物と本発明の障害物で分離効率に差が出るのは、円盤状障害物は、障害物上方に乱流と本体中心軸に沿って旋回する径の大きな上昇流が発生するため、逆円錐台部上部の下降旋回流に含まれる懸濁粒子の一部が、この径の大きな本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれるため分離効率が低下する。一方、本発明の障害物は、障害物上部が先細りになっているため、乱流は起こらず、障害物上方で本体中心軸に沿って旋回する上昇流の径は小さくなる。そのため、障害物上方で、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子が減少し、分離効率が向上する。
【００２５】
実施例２
図５は、上部排液管が本体内部に突出していない図１に示す装置と、上部排液管が突出している図２に示す装置を用いて、上部排液管の突出の有無による分離効率の比較試験を行った。上部排液管の突出長は円筒部上端より５５ｍｍ、障害物の設置高さは７６ｍｍとした。装置形状は、円筒部内径８０ｍｍ、円筒部高さ１２０ｍｍ、逆円錐台部高さ１５０ｍｍ、逆円錐台部下端開口部径２５ｍｍ、沈殿部上部内径８０ｍｍ、障害物底部径２０ｍｍ、障害物高さ３５ｍｍ、障害物円錐部頂角７０度であり、実施例１と同じ懸濁液を用いた。突出していない場合は突出している場合に比べ、最大１０％程度効率が良くなった。
【００２６】
図５を現象面から説明すると、図２に示す上部排液管が突出している場合は、図１に示す上部排液管が突出していない場合と比べて、円筒部上部空間が狭くなるので、流入速度は速くなる。しかし、円筒部下部では上部排液管がなくなるため円筒部下部空間が広がり、旋回流は減速され、懸濁粒子がより中心軸に近い位置を旋回するようなる。そのため、懸濁粒子が本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれて、分離効率が低下する。一方、上部排液管が突出していない場合は、旋回流の速度に変化が生じないので、懸濁粒子は円筒部内壁近傍を旋回する。そのため、懸濁粒子は本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれず、分離効率が向上する。
【００２７】
実施例３
図６は、装置本体に流入する懸濁液の速度を変化させ、流入速度が分離効率に及ぼす影響を調べた。装置、懸濁液は実施例２の試験と若干の寸法を変更したほかは同じものを用いた。障害物を設置しない場合は、流入速度が遅くなると分離効率は低下し、０．８ｍ／ｓにおいては６０％程度になる。本発明の障害物を設置すると、流入流速が遅くなっても分離効率は低下せず、０．８ｍ／ｓにおいて９０％以上の分離効率が得られる。
【００２８】
図６を現象面から説明すると、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子は、流入速度が遅くなると、より中心軸に近い場所を旋回するため、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれやすくなる。本発明の障害物を設置することで、障害物上方の本体中心軸に沿って旋回する上昇流は弱くなり、懸濁粒子が巻き込まれる割合が低下するため、分離効率が向上すると考えられる。
【００２９】
実施例４〜６
この例においては、さらに、逆円錐台部の長さを切り縮めた場合における、本発明の障害物設置の効果を示す。
実施例３の装置において、下表に示すように、逆円錐台部の長さをそれぞれ１２０ｍｍ、８０ｍｍ、４０ｍｍと切り縮め、障害物を設置した。
〔実施例３〕（前記と同じ）
・逆円錐台部−−高さ：１５０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ８０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ２９．６ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:５０〜１４５ ｍｍ;最膨大部径：φ２５ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H３８ｍｍ；底部径φ１９ｍｍ
〔実施例４〕
・逆円錐台部−−高さ：１２０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ６０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ２０ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:３０〜１００ ｍｍ;最膨大部径：φ２５ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H３８ｍｍ；底部径φ１９ｍｍ
〔実施例５〕
・逆円錐台部−−高さ：８０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ６０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ３４ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:１５〜５０ｍｍ;最膨大部径：φ３０ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H４１ｍｍ；底部径 φ２５ｍｍ
〔実施例６〕
・逆円錐台部−−高さ：４０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ６０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ４７ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:１５〜３５ｍｍ;最膨大部径：φ４０ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H４８ｍｍ；底部径 φ３３ｍｍ
【００３０】
これらの装置について、実施例３と同様な実験を行った。結果を図９〜１２に示す。なお、図９は図６と同様の実験結果であるが、対比の便宜上、流速範囲を広げて示してある。また、各図において、白抜きの符号は障害物を設けない比較例であり、黒塗りの符号が障害物を設けた場合の結果である。
【００３１】
これらの結果から明らかなように、本発明により障害物を設けた場合は、いずれの場合においても流入速度(駆動水速流)０．５ｍ／ｓで分離効率の顕著な改善が見られる。すなわち、この領域では、いずれの図においても障害物を設けた場合（図中、黒塗りの符号で示す）は、障害物がない場合（図中、白抜きの符号）よりも安定して高い分離効率を示している。
【００３２】
また、障害物がない場合（図中、白抜きの符号）、流入速度(駆動水速流)に対する分離挙動は著しく安定性に欠いている。例えば、逆円錐台部長＝１２０ｍｍの場合（図９）、流入流速が１．０ｍ／ｓ以上で（障害物を設けなくても）９０％以上の分離効率が得られるが、逆円錐台部長＝１２０ｍｍの場合（図１０）、分離効率の安定が見られるのは流入流速が１．２ｍ／ｓ以上であり、流入速度が低下すると、急激な低下を示す。さらに、逆円錐台部長＝８０ｍｍの場合（図１１）、図１０と比べて安定しているようにも見えるが、実際には流速に応じて分離効率の安定性はむしろ大きい（グラフでは特に０．７ｍ／ｓ近傍の変動はそれ程大きく現れていないが、データの取り方によってはより大きな変動を示す）。さらに、逆円錐台部長＝４０ｍｍの場合（図１２）、中流速以上での分離効率は著しく低下する。
【００３３】
障害物を設けた場合、流入速度(駆動水速流)０．５ｍ／ｓ未満の低速域での変動は若干増大するが、現実にはこのような流入速度(駆動水速流)まで考慮する必要は稀であり、本発明により、流入速度(駆動水速流)０．５ｍ／ｓ以上の領域で安定した分離効率を実現できることは予想外の効果である。また、逆円錐長を短縮できるということは、装置全体の高さも短縮できるということであり、本発明によれば、装置のコンパクト化の実現効果は極めて顕著である。
【００３４】
実施例７
様々な条件において、障害物の最膨大部を通る断面における障害物断面積／逆円錐台断面積比を変えて分離効率との関係を調べた。結果を図１３及び表１〜９に示す（両者は同じものであるが図では一部区別がつかないため数値データも示すものである）。なお、図１３及び表１〜９において、「逆円錐台部」直後の数値は逆円錐台部の長さを示し、その後の括弧内の数値は、障害物の最膨大部の径、障害物の底面の径、障害物の全高、流入速度(駆動水速流)である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
【表６】
【００４１】
【表７】
【００４２】
【表８】
【００４３】
【表９】
【符合の説明】
【００４４】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 固液分離装置本体
２ 円筒部
３ 逆円錐台部
４ 沈殿部
５ 液流入口
６ 液流入管
７ 上部排液口
８ 上部排液管
９ 懸濁粒子排出口
１０ 懸濁粒子排出口管
１１ バルブ
１２ 下部排液口
１３ 下部排液管
１４ 逆円錐台部下端開口部
１５ 障害物
１６ 円筒部上部空間
１７ 円筒部下部空間
１８ 下降旋回流
１９ａ 中心部上昇旋回流（上部）
１９ｂ 中心部上昇旋回流（下部）
２０ 中心部分流
２１ 障害物外表面流
２２ 懸濁粒子沈降流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚介類飼育水、沿岸海水、河川水などに含まれる液体本体（懸濁粒子が分散している懸濁液の液体部分）よりも比重が大きく、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子を除去するために、これら液体を旋回させることで生じる遠心力を利用し、液中から懸濁粒子を分離するための液体サイクロン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液中から懸濁粒子を分離するのに、液体サイクロンが用いられているが、液体本体との比重差の大きい懸濁粒子は簡単に分離することができるが、液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の分離は難しく、分離効率が低いのが現状である。
【０００３】
一般的な液体サイクロンは図７に示すように、円筒部２と円筒部下端に連設された逆円錐台部３で構成され、円筒部側面の液流入口５からポンプにより送液された懸濁液は、円筒部内壁及び逆円錐台部内壁に沿って旋回しながら下降し、懸濁粒子は遠心力により逆円錐台部内壁近くに押し付けられ、壁面に沿って下降する。下降旋回流の一部は、下部排液管１３より重い懸濁粒子と一緒に排液され、軽い懸濁粒子を含む大部分の懸濁液は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、中心軸に沿って旋回しながら上昇し、円筒部上端より本体内部に突出する上部排液管８より排液される。この液体サイクロンは分級型サイクロンと呼ばれ、液中から懸濁粒子を分離するのではなく、液中の粒子径や比重の違う懸濁粒子の分別に用いられ、上部より軽い懸濁粒子、下部より重い懸濁粒子を排出する。
【０００４】
また、特許文献１には、液体サイクロン本体逆円錐台部に円盤形状の障害部材を設置し、水と同程度の比重の中重質物を上方抜出管から排出することで、中重質物と重質物の分別精度を向上させる廃プラスチックの分別方法及び装置が提案されている。この液体サイクロンでは、重質物は逆円錐台部内壁に沿って旋回下降し、中重質物は重質物より中心部に近い場所を旋回下降するので、重質物は下部抜出管より排出されるが、中重質物は本体内部に設置した障害部材に流れを妨げられために下部抜出管に行くことなく上部抜出管より排出され、分別精度が向上する。
【０００５】
粒子径や比重の違う懸濁粒子を分別するのではなく、液体本体よりも重い懸濁粒子を液中から効率よく分離するには、分級型サイクロンの逆円錐台部下端に、懸濁粒子を堆積させるための沈殿部４が連設された図８に示す分離型サイクロンが用いられる。沈殿部下端には、沈降し、堆積した懸濁粒子を取り除くための懸濁粒子排出管１０とバルブ１１が連結される。分級型サイクロンと違い、懸濁粒子を分離した後の液体は上部排液管８からのみ排液される。懸濁粒子排出管１０からは、多量に懸濁粒子が堆積した時にバルブ１１を開き、濃縮懸濁液が間欠的に排出される。分離型サイクロンは下部からの排液がないので、中心軸に沿って旋回する上昇流は強くなり、液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の一部は上昇流に巻き込まれ、上部排液管８より排出されるため、分離効率は低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９７７７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
魚介類飼育水、沿岸海水、河川水などには様々な比重の懸濁粒子が混在しており、その中には有機物などの液体本体との比重差の小さい懸濁粒子も多く含まれている。有機物は水質悪化の原因となるため、なるべく迅速にほぼ全量取り除かれることが必要となる。また、ポンプを用いることができず、落差を利用した自然流下でしか送液できない場合もあり、流入速度が遅い場合でも効率良く除去できることが要求される。液体サイクロンは、比重差のある懸濁粒子が混在する懸濁液から、比重差の小さい懸濁粒子と比重差の大きい懸濁粒子に分別することは容易であるが、比重差に関係なく懸濁粒子を効率よく液中から分離することは難しい。特に、流入速度が遅く、液体本体との比重差の小さい懸濁粒子は、効率良く分離できない。
【０００８】
分級型サイクロンは、上部排液口より軽い懸濁粒子を含んだ液体、下部排液口より重い懸濁粒子を含んだ液体が排液される。懸濁粒子を液体本体から分離するには、上部排出液を、条件、構造の違う液体サイクロンやフィルターで再度処理する必要があるので、装置の大型化とコスト増につながる。また、懸濁粒子と一緒に下部排液口より排液される液量は多いので、廃棄する懸濁液量を少なくするために、後段に沈殿やろ過などの固液分離装置を設置することを考えると、さらに装置が大型化する。
【０００９】
分離型サイクロンは、沈殿部に懸濁粒子を堆積させ、間欠的に排出するので、後処理にかかる費用は低減する。しかし、分級型サイクロンと違い、下部より排液しないため、逆円錐台部下部で上方に向きを変え中心軸に沿って旋回する上昇流は強くなり、この上昇流の流れに懸濁粒子が巻き込まれやすくなる。このため、液体本体より重く、かつ液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の分離効率は悪くなる。さらに、流入速度が遅い場合は、軽い懸濁粒子はより中心軸に近い位置を旋回するため、中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれやすくなり、一層分離効率は悪くなる。
【００１０】
分離効率を向上させるためには、液体サイクロン内壁に沿って旋回する下降流が、逆円錐台部下部で上方に向きを変え中心軸に沿って旋回する上昇流に、懸濁粒子が巻き込まれても、上部排液口から排出されることなく、沈殿部で沈降、堆積させなければならない。また、分離効率を向上させるために、上部排液管よりの排液を液流入管に返送し、流入懸濁液と一緒に再度処理する場合もあるが、懸濁液流入量が少なくなるため、同量の処理を行なうには大きな装置が必要となる。
【００１１】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決するために、流入速度が遅い場合でも、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差の小さい懸濁粒子を効率よく分離でき、後処理が容易になることで装置の小型化とイニシャルコストおよびランニングコストの低減化を図ることを目的とする固液分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記した目的を達成するために次の構成を備える。すなわち、本発明の装置は、円筒部と円筒部下端に連設された逆円錐台部と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部からなる本体を備える。円筒部の側面接線方向に液流入口、円筒部上端または液流入口よりも上方の側面に本体内部に開口する上部排液管、沈殿部下方に懸濁粒子排出口を設ける。この逆円錐台部内部には、本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物を取り付ける。
懸濁液は、円筒部内壁に沿って旋回流を成すように放出され、逆円錐台部内壁に沿って旋回しながら下降する。この下降旋回流は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する。懸濁粒子は逆円錐台部下端開口部から沈殿部に流入し、沈殿部で沈降、堆積する。逆円錐台部で沈殿部に流入せずに、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、この障害物に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れを変える。流れを変えた懸濁粒子は、内壁に沿って流れる下降旋回流に巻き込まれ、逆円錐台部下端開口部に向けて旋回下降する。一方、懸濁粒子が分離された液体は、障害物外表面を上方に流れ、上部排液口より排液される。このように、沈殿部に流れず、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、再度逆円錐台部開口部に向けて下降することになる。この一連の流れを繰り返すうちに、懸濁粒子は沈殿部に流れ込み、沈殿部で沈降、分離される。また、障害物上部が先細りになっているため、障害物上方では、乱流は起こらず、本体中心軸に沿って旋回する上昇流は弱くなり、この上昇流に巻き込まれる懸濁粒子が減少するため、分離効率が向上する。さらに、上部排液管を本体内部に突出しないようにすると、分離効率は一層向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係わる固液分離装置によれば次の効果を奏する。本体内部に障害物を設置したので、簡単な構造でありながら、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差の小さい懸濁粒子の分離効率を１００％近くまで向上させることができる。液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい有機物や水垢などを分離することができるので、水質の悪化と装置の汚れを低減することができる。また、沈殿部に流れ込まずに、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、本体内部で自動的に繰り返し分離することができるようになったので、装置全体を大型化することなく、ランニングコストやイニシャルコストを上昇させることなしに、分離効率を向上させることができる。さらに、流入速度が遅くても分離効率が高いため、ポンプが使えず、落差による自然流下で送液しなければならない（流速が確保できない）状況においても用いることができる。また、上記構成においては、全く予想外なことに、逆円錐台部の高さを短くしても、流速によらず安定して高い分離効率が実現できるため、さらなる小型が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係わる固液分離装置を一部断面図で示した概略構成図
【図２】本発明の他の実施形態に係わる固液分離装置を一部断面図で示した概略構成図
【図３】本発明の固液分離装置内部の流れを示した概念図
【図４】従来型装置と本発明の装置との懸濁粒子の分離効率の比較を示すグラフ
【図５】上部排液管の突出の有無における懸濁粒子の分離効率の比較を示すグラフ
【図６】流入速度と懸濁粒子の分離効率の関係を示すグラフ
【図７】一般的な分級型液体サイクロンの概略構成図
【図８】一般的な分離型液体サイクロンの概略構成図
【図９】逆円錐部長が１５０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ（図６と同じだが表示領域を広げて示してある）
【図１０】逆円錐部長が１２０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ
【図１１】逆円錐部長が８０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ
【図１２】逆円錐部長が４０mmでの流入速度（駆動水流速）と懸濁粒子と分離効率の関係を示すグラフ
【図１３】障害物寸法と懸濁粒子の分離効率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図示した例とともに詳説するが、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。
図１は本発明の一実施形態に係わる装置の概略構成図、図３は本発明の固液分離装置内部の流れを示した概念図である。図中符号１aは固液分離装置本体で、円筒部２と円筒部下端に連設された逆円錐台部３と逆円錐台部下端に連設された沈殿部４からなる。
【００１６】
液流入管６は、懸濁液を貯留する水槽と装置本体１aの液流入口５とを、円筒部２の側面接線方向より連通する。液流入口５は円筒部内壁の内面に開口され、懸濁液が円筒部内壁に沿って旋回流を成すように放出される。円筒部内部に放出された懸濁液は、逆円錐台部内壁に沿って下方に旋回しながら流れる。この下降旋回流１８は、逆円錐台部下部で上方に向きを変え、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する（中心部上昇旋回流（下部）１９ｂ）。懸濁粒子は、逆円錐台部下端開口部１４から沈殿部４に流れ込み（懸濁粒子沈降流２２）、底部に沈殿するが、一部は中心部上昇旋回流（下部）１９ｂに巻き込まれ、本体中心軸に沿って旋回しながら上昇する。
【００１７】
本体内部には、本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物１５が設置されている。逆円錐台部下部で上方に向きを変えた中心部上昇旋回流（下部）１９ｂは、障害物１５に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れる中心部分流２０と障害物外表面流２１に分かれる。懸濁粒子は、中心部分流２０と一緒に逆円錐台部内壁方向に流れを変え、内壁に沿って流れる下降旋回流１８に巻き込まれ、上部排液口７に向かうことなく、再び逆円錐台部下端開口部１４に向かって下降する。一方、懸濁粒子が分離された液体は、障害物外表面を流れ（障害物外表面流２１）、障害物上方で中心軸に沿って旋回しながら上昇し（中心部上昇旋回流（上部）１９ａ）、円筒部上端の内面に開口する上部排液口７より排液される。図示しないが、液流入口５よりも上方であれば、上部排液口７は円筒部側面の内面に開口することもできる。
【００１８】
沈殿部下端の懸濁粒子排出口９は、沈降し、堆積した懸濁粒子を排出するための懸濁粒子排出管１０が連通している。懸濁粒子排出管１０には、多量の懸濁粒子が堆積したしたときに、沈殿部より排出するためのバルブ１１が設置されている。沈殿部は効率良く懸濁粒子を排出するために下部に傾斜が付いているが、平らな底板にすることもできる。また、沈殿部４の径は、逆円錐台部下端開口部１４より大きければ、なんら制限されない。
【００１９】
障害物１５は、下方に向かって径の小さくなる逆円錐台状の柱状部材と前記柱状部材上端に円錐状部材を連設した形状が好ましいが、中心部上昇旋回流（下部）１９ｂに巻き込まれた懸濁粒子の流れを、逆円錐台部内壁方向の流れ（中心部分流２０）に変えることができ、前記内壁に沿って旋回する下降旋回流１８を妨げず、障害物上方の中心部上昇旋回流（上部）１９ａに乱流や大きな旋回流が生じないものであれば、形状、数など、別段、制限されるものではない。
【００２０】
障害物１５の設置位置は、障害物上端が逆円錐台部３の上端となる位置を上限とし、障害物１５の底面が逆円錐台部３の下端となる位置を下限とすることが好ましい。本発明によれば、好ましくは0.5m/s以上において分離効率が８０％以上、より好ましくは0.6m/s以上において分離効率が９０％以上である固液分離装置が得られる。また、これらの領域において、本発明の装置は、分離効率の変動率が好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満である。なお、本発明において、分離効率とは、（投入粒子総数−循環側戻り粒子数）を投入粒子総数で割った値（％）である。
好ましくは逆円錐台部の全長のうち下から３分の１より上に障害物の最膨大部（断面の径が最大の部位）を位置させる。障害物の大きさは、装置に要求される諸条件によって変え得るが、例えば、障害物の底面を通る断面において障害物断面積／逆円錐台断面積比を好ましくは0.05〜0.45とすることができる。また、障害物の最膨大部を通る断面において障害物断面積／逆円錐台断面積比を好ましくは0.1〜0.33とすることができる。さらにまた、障害物底面積／障害物断面積（最膨大部）比を0.4〜0.8、より好ましくは0.55〜0.7とすることができる。最も、これは目安であり、これ以外の範囲であっても上記の構成を有し、本発明の効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
障害物１５を複数個設置する場合は、逆円錐台部３に複数個設置することが好ましいが、逆円錐台部３に1個以上設置していれば、沈殿部４にも設置することができる。
【００２２】
図２は、上部排液管８が本体内部に突出している、他の実施形態に係わる装置の概略構成図である。上部排液管８は、液流入口５よりも上方であれば、円筒部側面より連通することもできる。
【実施例】
【００２３】
実施例１
図４から図６に実施例を示す。図１に示すような本体逆円錐台部に、障害物を設置しない場合、従来型の円盤状障害物を設置した場合、本発明の障害物を設置した場合について、分離効率の比較試験を行った結果を図４に示す。試験は円筒部内径１５０ｍｍ、円筒部高さ２１５ｍｍ、逆円錐台部高さ３１０ｍｍ、逆円錐台部下端開口部径５０ｍｍ、沈殿部上部内径２５０ｍｍ、上部排液管突出長０mmの図１に示す装置に障害物（本発明の障害物は底部径３４ｍｍ、高さ５０ｍｍ、円錐部頂角７０度、円盤状障害物は径３４ｍｍ、高さ５ｍｍ）を設置し、比重１．０４、直径２．３ｍｍ、高さ２．３ｍｍのシリコン粒子を水道水に分散させた懸濁液を用い、流入流速０．２ｍ／ｓで行った。縦軸はシリコン粒子の分離効率（投入した粒子量に対する沈殿部に堆積した粒子の割合、％）を、横軸には障害物の設置高さ（逆円錐台部下端から障害物上端までの距離、ｍｍ）を示す。シリコン粒子の分離効率は、障害物を設置しない液体サイクロン装置では７０％程度、円盤状障害物を設置した場合では８５％程度、本発明の障害物を設置した場合では９０〜１００％程度となった。円盤状障害物を円錐状障害物に変えた場合も、同様に分離効率が劣る結果が得られた。
【００２４】
図４を現象面から説明すると、障害物を設置しない場合、中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、全て上部排液管より排出され、分離効率が極端に低下する。障害物を設置すると、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれた懸濁粒子は、障害物に衝突し、逆円錐台部内壁方向に流れを変える。この粒子は、内壁に沿って流れる下降旋回流に巻き込まれ、上部排液管に向かうことなく、再び逆円錐台部下端開口部に向かって下降する。この一連の流れが装置内部で繰り返されることにより、沈殿部にほとんどの粒子が沈殿し、分離効率が向上する。円盤状障害物と本発明の障害物で分離効率に差が出るのは、円盤状障害物は、障害物上方に乱流と本体中心軸に沿って旋回する径の大きな上昇流が発生するため、逆円錐台部上部の下降旋回流に含まれる懸濁粒子の一部が、この径の大きな本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれるため分離効率が低下する。一方、本発明の障害物は、障害物上部が先細りになっているため、乱流は起こらず、障害物上方で本体中心軸に沿って旋回する上昇流の径は小さくなる。そのため、障害物上方で、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子が減少し、分離効率が向上する。
【００２５】
実施例２
図５は、上部排液管が本体内部に突出していない図１に示す装置と、上部排液管が突出している図２に示す装置を用いて、上部排液管の突出の有無による分離効率の比較試験を行った。上部排液管の突出長は円筒部上端より５５ｍｍ、障害物の設置高さは７６ｍｍとした。装置形状は、円筒部内径８０ｍｍ、円筒部高さ１２０ｍｍ、逆円錐台部高さ１５０ｍｍ、逆円錐台部下端開口部径２５ｍｍ、沈殿部上部内径８０ｍｍ、障害物底部径２０ｍｍ、障害物高さ３５ｍｍ、障害物円錐部頂角７０度であり、実施例１と同じ懸濁液を用いた。突出していない場合は突出している場合に比べ、最大１０％程度効率が良くなった。
【００２６】
図５を現象面から説明すると、図２に示す上部排液管が突出している場合は、図１に示す上部排液管が突出していない場合と比べて、円筒部上部空間が狭くなるので、流入速度は速くなる。しかし、円筒部下部では上部排液管がなくなるため円筒部下部空間が広がり、旋回流は減速され、懸濁粒子がより中心軸に近い位置を旋回するようなる。そのため、懸濁粒子が本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれて、分離効率が低下する。一方、上部排液管が突出していない場合は、旋回流の速度に変化が生じないので、懸濁粒子は円筒部内壁近傍を旋回する。そのため、懸濁粒子は本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれず、分離効率が向上する。
【００２７】
実施例３
図６は、装置本体に流入する懸濁液の速度を変化させ、流入速度が分離効率に及ぼす影響を調べた。装置、懸濁液は実施例２の試験と若干の寸法を変更したほかは同じものを用いた。障害物を設置しない場合は、流入速度が遅くなると分離効率は低下し、０．８ｍ／ｓにおいては６０％程度になる。本発明の障害物を設置すると、流入流速が遅くなっても分離効率は低下せず、０．８ｍ／ｓにおいて９０％以上の分離効率が得られる。
【００２８】
図６を現象面から説明すると、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子は、流入速度が遅くなると、より中心軸に近い場所を旋回するため、本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれやすくなる。本発明の障害物を設置することで、障害物上方の本体中心軸に沿って旋回する上昇流は弱くなり、懸濁粒子が巻き込まれる割合が低下するため、分離効率が向上すると考えられる。
【００２９】
実施例４〜６
この例においては、さらに、逆円錐台部の長さを切り縮めた場合における、本発明の障害物設置の効果を示す。
実施例３の装置において、下表に示すように、逆円錐台部の長さをそれぞれ１２０ｍｍ、８０ｍｍ、４０ｍｍと切り縮め、障害物を設置した。
〔実施例３〕（前記と同じ）
・逆円錐台部−−高さ：１５０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ８０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ２９．６ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:５０〜１４５ ｍｍ;最膨大部径：φ２５ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H３８ｍｍ；底部径φ１９ｍｍ
〔実施例４〕
・逆円錐台部−−高さ：１２０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ６０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ２０ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:３０〜１００ ｍｍ;最膨大部径：φ２５ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H３８ｍｍ；底部径φ１９ｍｍ
〔実施例５〕
・逆円錐台部−−高さ：８０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ６０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ３４ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:１５〜５０ｍｍ;最膨大部径：φ３０ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H４１ｍｍ；底部径 φ２５ｍｍ
〔実施例６〕
・逆円錐台部−−高さ：４０ｍｍ；最大開口部径（上部径）：φ６０ｍｍ；最小開口部径（底部径）：φ４７ｍｍ
・障害物−−設置位置（逆円錐台部底面から障害物底面までの距離）:１５〜３５ｍｍ;最膨大部径：φ４０ｍｍ；高さ（底面から上部尖端までの距離）：H４８ｍｍ；底部径 φ３３ｍｍ
【００３０】
これらの装置について、実施例３と同様な実験を行った。結果を図９〜１２に示す。なお、図９は図６と同様の実験結果であるが、対比の便宜上、流速範囲を広げて示してある。また、各図において、白抜きの符号は障害物を設けない比較例であり、黒塗りの符号が障害物を設けた場合の結果である。
【００３１】
これらの結果から明らかなように、本発明により障害物を設けた場合は、いずれの場合においても流入速度(駆動水速流)０．５ｍ／ｓで分離効率の顕著な改善が見られる。すなわち、この領域では、いずれの図においても障害物を設けた場合（図中、黒塗りの符号で示す）は、障害物がない場合（図中、白抜きの符号）よりも安定して高い分離効率を示している。
【００３２】
また、障害物がない場合（図中、白抜きの符号）、流入速度(駆動水速流)に対する分離挙動は著しく安定性に欠いている。例えば、逆円錐台部長＝１２０ｍｍの場合（図９）、流入流速が１．０ｍ／ｓ以上で（障害物を設けなくても）９０％以上の分離効率が得られるが、逆円錐台部長＝１２０ｍｍの場合（図１０）、分離効率の安定が見られるのは流入流速が１．２ｍ／ｓ以上であり、流入速度が低下すると、急激な低下を示す。さらに、逆円錐台部長＝８０ｍｍの場合（図１１）、図１０と比べて安定しているようにも見えるが、実際には流速に応じて分離効率の安定性はむしろ大きい（グラフでは特に０．７ｍ／ｓ近傍の変動はそれ程大きく現れていないが、データの取り方によってはより大きな変動を示す）。さらに、逆円錐台部長＝４０ｍｍの場合（図１２）、中流速以上での分離効率は著しく低下する。
【００３３】
障害物を設けた場合、流入速度(駆動水速流)０．５ｍ／ｓ未満の低速域での変動は若干増大するが、現実にはこのような流入速度(駆動水速流)まで考慮する必要は稀であり、本発明により、流入速度(駆動水速流)０．５ｍ／ｓ以上の領域で安定した分離効率を実現できることは予想外の効果である。また、逆円錐長を短縮できるということは、装置全体の高さも短縮できるということであり、本発明によれば、装置のコンパクト化の実現効果は極めて顕著である。
【００３４】
実施例７
様々な条件において、障害物の最膨大部を通る断面における障害物断面積／逆円錐台断面積比を変えて分離効率との関係を調べた。結果を図１３及び表１〜９に示す（両者は同じものであるが図では一部区別がつかないため数値データも示すものである）。なお、図１３及び表１〜９において、「逆円錐台部」直後の数値は逆円錐台部の長さを示し、その後の括弧内の数値は、障害物の最膨大部の径、障害物の底面の径、障害物の全高、流入速度(駆動水速流)である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
【表６】
【００４１】
【表７】
【００４２】
【表８】
【００４３】
【表９】
【符合の説明】
【００４４】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 固液分離装置本体
２ 円筒部
３ 逆円錐台部
４ 沈殿部
５ 液流入口
６ 液流入管
７ 上部排液口
８ 上部排液管
９ 懸濁粒子排出口
１０ 懸濁粒子排出口管
１１ バルブ
１２ 下部排液口
１３ 下部排液管
１４ 逆円錐台部下端開口部
１５ 障害物
１６ 円筒部上部空間
１７ 円筒部下部空間
１８ 下降旋回流
１９ａ 中心部上昇旋回流（上部）
１９ｂ 中心部上昇旋回流（下部）
２０ 中心部分流
２１ 障害物外表面流
２２ 懸濁粒子沈降流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部と円筒部下端に連設された逆円錐台部と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部からなる本体と、前記円筒部の側面接線方向に設けた液流入口と、前記円筒部上端または液流入口よりも上方の側面から、前記本体内部に開口する上部排液管と、前記沈殿部下方に設けた懸濁粒子排出口からなる液体サイクロンにおいて、前記本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物を前記本体内部に設置して、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子を分離することを特徴とする固液分離装置
【請求項２】
前記障害物が、前記逆円錐台部内壁に沿って旋回する下降流が前記逆円錐台部の下部で上方に向きを変え本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子の流れを、前記逆円錐台部内壁方向に変えることを特徴とする請求項１に記載の固液分離装置
【請求項３】
前記障害物が、下方に向かって径の小さくなる逆円錐台状の柱状部材と前記柱状部材上端に連設した円錐状部材からなる請求項１または２に記載の固液分離装置
【請求項４】
前記上部排液管が、前記本体内部に突出しないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固液分離装置
【請求項５】
前記液流入口における液流入速度が、1.2m/s以下である請求項１から４のいずれかに記載の固液分離装置
【請求項６】
前記液流入口における液流入速度が、0.5m/s以上において分離効率が８０％以上である請求項１から５のいずれかに記載の固液分離装置。
【請求項１】
円筒部と円筒部下端に連設された逆円錐台部と逆円錐台部下端に連設された懸濁粒子を堆積するための沈殿部からなる本体と、前記円筒部の側面接線方向に設けた液流入口と、前記円筒部上端または液流入口よりも上方の側面から、前記本体内部に開口する上部排液管と、前記沈殿部下方に設けた懸濁粒子排出口からなる液体サイクロンにおいて、前記本体中心軸上に中心軸と直交する底面を有する柱状部材と前記部材上端に連設した上方に向かって先細りになる部材からなる障害物を前記本体内部に設置して、液体本体よりも重く、かつ液体本体との比重差が小さい懸濁粒子を分離することを特徴とする固液分離装置
【請求項２】
前記障害物が、前記逆円錐台部内壁に沿って旋回する下降流が前記逆円錐台部の下部で上方に向きを変え本体中心軸に沿って旋回する上昇流に巻き込まれる懸濁粒子の流れを、前記逆円錐台部内壁方向に変えることを特徴とする請求項１に記載の固液分離装置
【請求項３】
前記障害物が、下方に向かって径の小さくなる逆円錐台状の柱状部材と前記柱状部材上端に連設した円錐状部材からなる請求項１または２に記載の固液分離装置
【請求項４】
前記上部排液管が、前記本体内部に突出しないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固液分離装置
【請求項５】
前記液流入口における液流入速度が、1.2m/s以下である請求項１から４のいずれかに記載の固液分離装置
【請求項６】
前記液流入口における液流入速度が、0.5m/s以上において分離効率が８０％以上である請求項１から５のいずれかに記載の固液分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−７８９６５（Ｐ２０１１−７８９６５Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１５９８（Ｐ２０１０−１９１５９８）
【出願日】平成２２年８月２８日（２０１０．８．２８）
【出願人】（５０９２５３９１８）株式会社プレスカ (1)
【出願人】（５０９２５３９０７）
【出願人】（５０９２５３８９３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２８日（２０１０．８．２８）
【出願人】（５０９２５３９１８）株式会社プレスカ (1)
【出願人】（５０９２５３９０７）
【出願人】（５０９２５３８９３）
【Ｆターム（参考）】
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