遠心分離装置の可変ダム及び遠心分離装置
【課題】ダム深さの調整可能な範囲が広く、且つ、調整精度に優れた遠心分離装置の可変ダムを提供する
【解決手段】
分離液導入口(52)と排出口(53)が形成された環状部材の一方の表面に複数の位置決めピン(56)が立設されているセントリペダルポンプ(51)と、回転ボウル(3)の回転軸中心から偏心したところにその中心が位置するように配置され、セントリペダルポンプの中央開口部が摺動可能に嵌合される支持リング(71)と、支持リングが配置される固定パーツ(7)と、セントリペダルポンプを挟んで固定パーツの中央開口部に摺動可能に嵌合される環状部材を含み、内周面で位置決めピンを係止する円形の係止穴が各位置決めピンごとに形成されている周動パーツ(8)と、周動パーツを回転させることにより、支持リングの周方向におけるセントリペダルポンプの導入口の位置を変えてダム深さを調整するダム深さ調整機構を備えた構成とする。
【解決手段】
分離液導入口(52)と排出口(53)が形成された環状部材の一方の表面に複数の位置決めピン(56)が立設されているセントリペダルポンプ(51)と、回転ボウル(3)の回転軸中心から偏心したところにその中心が位置するように配置され、セントリペダルポンプの中央開口部が摺動可能に嵌合される支持リング(71)と、支持リングが配置される固定パーツ(7)と、セントリペダルポンプを挟んで固定パーツの中央開口部に摺動可能に嵌合される環状部材を含み、内周面で位置決めピンを係止する円形の係止穴が各位置決めピンごとに形成されている周動パーツ(8)と、周動パーツを回転させることにより、支持リングの周方向におけるセントリペダルポンプの導入口の位置を変えてダム深さを調整するダム深さ調整機構を備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転ボウル内の被処理液のダム深さを調整する遠心分離装置の可変ダム、及び可変ダムを備えた遠心分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心力を利用して固液分離を行う装置として、デカンタと称される遠心分離装置が知られている。図１０は、横型のデカンタの基本構造を概略的に示している。横型のデカンタ１は、水平軸廻りに回転可能な回転ボウル１１と、この回転ボウル１１に内挿されたスクリューコンベア１２とが、ケーシング１３の内部に収容されている。
【０００３】
回転することによって固形物を含む被処理液に遠心力を与える回転ボウル１１は、一端側が円錐形状に形成されている。この円錐形状の部分は、スクリューコンベア１２によって移送される固形物が液から離脱するビーチを形成しており、その先端側に固形物出口１４が形成されている。また回転ボウル１１の胴部は、回転ボウル１１の内部に供給される被処理液が滞留する液溜り（プール）を形成しており、回転ボウル１１の他端側に分離液出口１５が形成されている。一方、スクリューコンベア１２の胴部には、螺旋状のスクリュー羽根１２ａと、被処理液を回転ボウル内に供給するための供給口１２ｂが形成されている。
【０００４】
このような構成において、回転ボウル１１を回転させながら被処理液を供給すると、遠心力の作用により回転ボウル１１の内周面に固形物が沈降する。スクリューコンベア１２は、回転ボウル１１に対して相対的な差速をもって回転される。これにより、固形物がスクリュー羽根１２ａによってビーチの方へ移送され、液から分離される。分離された固形物は、固形物出口１４から排出される。一方、被処理液を連続的に供給することによって、固形物が分離された液（分離液）が分離液出口１５からオーバーフローして排出される。
【０００５】
回転ボウル１１内の液深（＝ダム深さ）Ｈ１は、デカンタ１の分離効率に影響を及ぼす要因の一つである。そのため、被処理液の液性，固形物の含水率の達成値，分離液中の固形物濃度の達成値など、種々の操業条件に応じてダム深さを調整したい場合がある。しかしながら、従来におけるデカンタの多くは、ダム深さを可変にする機構を備えておらず、例えば特許文献１，２に示すような堰を取り付けてダム深さを調整していた。この場合、装置を停止して堰を取り付ける作業が必要であり、装置の稼働率が低下するという問題があった。また、堰によってダム深さを調整する場合、高さが異なる複数の堰を保有しておかなければならないという問題もある。
【０００６】
特許文献３には、ダム深さを可変にする機構（以後、「可変ダム」と称する）が開示されている。しかしながら、特許文献３に開示されている可変ダムは、ダム深さの調整可能な範囲が小さい上に、調整精度が悪いという課題があった。特に、固形物出口１４から排出し難い難排出性固形物や、固形物の含水率の微調整が必要な処理物にあっては、ダム深さの微細な調整が要求される場合があり、特許文献３の可変ダムではその要求に応じることが難しい。さらに、特許文献３に開示されている可変ダムの構造では、ダム深さを変更しているときにピンが欠損するなど、耐久性が低いことも懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３６７９０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１６７４６８号公報
【特許文献３】特公昭５０−６６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、ダム深さの調整可能な範囲が広く、且つ、調整精度に優れた可変ダムを提供することにある。また、前記可変ダムを備えたことにより、処理条件に応じた良好なダム深さに設定することができ、良好な分離効率を維持することが可能な遠心分離装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ダム深さを変えているときに位置決めピンが欠損するのを防止でき、耐久性に優れている可変ダムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の可変ダムは、回転ボウルによって被処理液に遠心力を付与する遠心分離装置の可変ダムであって、外周面に形成された分離液の導入口と、内周面に形成された分離液の排出口と、前記導入口から排出口まで連通する分離液の流路が形成された環状部材を含み、該環状部材の一方の表面に複数の位置決めピンが立設されているセントリペダルポンプと、前記回転ボウルの回転軸中心から偏心したところにその中心が位置するように配置され前記セントリペダルポンプの中央開口部が摺動可能に嵌合される支持リングと、前記セントリペダルポンプの排出口と連通するように前記支持リングに形成された分離液の排出流路を有し、回転ボウルの分離液排出側の端部に固定配置される固定パーツと、前記セントリペダルポンプを挟んで前記固定パーツの中央開口部に摺動可能に嵌合される環状部材を含み、内周面で前記位置決めピンを係止する円形の係止穴が各位置決めピンごとに形成されている周動パーツと、前記周動パーツを回転させることにより、前記支持リングの周方向における前記セントリペダルポンプの導入口の位置を変えてダム深さを調整するダム深さ調整機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
好ましい一例として、前記位置決めピンを２本とし、この２本のピンを支持リングの中心の同心円上であって、且つ、支持リングの中心を挟んで直径線上に位置するように配置し、２本のピンを係止する２つの円形の係止穴は、回転ボウルの回転軸上に位置する周動パーツの中心の同心円上であって、且つ、周動パーツの中心を挟んで直径線上に配置する。
【００１２】
また、前記係止穴は、最も深いダム深さから最も浅いダム深さまでの最大可変量としてＬ１［ｍｍ］を実現したいとき、前記回転ボウルの回転軸中心からの偏心量をＬ１［ｍｍ］とし、さらに、前記係止穴の直径［ｍｍ］をＬ２（＝２Ｌ１＋Ｌ３，Ｌ３は位置決めピンの直径［ｍｍ］である）とするのが好ましく、いわゆる「遊び」の量を追加して（２Ｌ１＋Ｌ３）以上とするのがさらに好ましい。また、前記セントリペダルポンプは、外周縁の少なくとも一部に、遠心分離実行時に回転ボウル内に形成される分離液の液面に対する入水角θが３０°±５°の範囲となる液抵抗軽減部が形成されていることが好ましい。さらに、前記可変ダムは、回転ボウルの回転軸方向において、回転ボウルと回転ボウルの軸受機構との間に配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の遠心分離装置は、前述の可変ダムを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可変ダムによれば、回転ボウルの回転軸中心から偏心した位置でセントリペダルポンプが周方向に回転可能な構造とし、セントリペダルポンプに立設された位置決めピンを係止する周動パーツの係止穴を円形としたことにより、セントリペダルポンプを回転させるときの位置決めピンの移動距離が増大し、ダム深さの調整可能な範囲を拡張することができ、調整精度を高めることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の可変ダムによれば、ピンが単純せん断方向に動く特許文献３の可変ダムとは異なり、位置決めピンが回転円運動となって応力が分散するので、ダム深さを変えようとして周動パーツを回転させたときに、位置決めピンに過度の応力が集中するのを抑制できる。その結果、可変ダムの耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従う遠心分離装置の縦断面図である。
【図２】上記遠心分離装置の可変ダムを拡大した部分拡大図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に従う可変ダムの斜視図である。
【図４】上記可変ダムの側面図である。
【図５】上記可変ダムの縦断面図である。
【図６】上記可変ダムの動作を示す図である。
【図７】上記可変ダムによってダム深さを変えるメカニズムを説明する図である。
【図８】上記可変ダムのセントリペダルポンプの外周形状を示す平面図である。
【図９】上記可変ダムの係止穴の形状による調整代の変化を示す図である。
【図１０】従来の遠心分離装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態に従う可変ダムについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。図１は、本実施形態に従う可変ダムを備えた遠心分離装置の一例を示しており、具体的には、可変ダムを装着した横型のデカンタを示している。図２は、前記デカンタの可変ダムのところを拡大した部分拡大図である。また、図３〜図５は、それぞれ、本実施形態に従う可変ダムの詳細な構造を示している。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１８】
デカンタ１は、図１に示すように、固形物出口２１が一端側の下面に形成されているケーシング２と、ケーシング２内に配置された回転筒状体をなす回転ボウル３と、回転ボウル３内で分離される固形物Ｓを移送するスクリューコンベア４と、ケーシング２の他端側に配置された可変ダム５を備えている。回転ボウル３は、例えばケーシング２の外部に配置されるベアリング等の主軸受機構２２によって支持され、さらにスクリューコンベア４はコンベアベアリング等の軸受機構２３によって支持され、回転ボウル３とスクリューコンベア４のそれぞれが独立して水平軸周りに回転可能となっている。図中２４で示されるケーシング２内の複数の板は、分離された固形物と分離液とが再び混ざらないようにケーシング２内を区画する仕切板である。
【００１９】
そして、駆動機構である主モーター２５の動力が回転ベルト２５ａを介して回転ボウル３側のプーリー２５ｂに伝達されると、回転ボウル３が回転し、さらに差速発生機構であるギアボックス２６及びスプラインシャフト２６ａを通じてスクリューコンベア４に動力が伝達され、回転ボウル３とスクリューコンベア４とが相対的な差速をもって回転する。限定はされないが、一例として、回転ボウル３を３０００ｒｐｍで回転させ、スクリューコンベア４を１〜３ｒｐｍの差速をもって回転させることができる。
【００２０】
ギアボックス２６には、バックドライブモーター２７と称されるモーターが回転ベルト２７ａ及びプーリー２７ｂを介して連結されている。バックドライブモーター２７は、スクリューコンベア４が回転ボウル３よりも遅く回転するようにブレーキをかけるためのものである。ブレーキをかけることによってバックドライブモーター２７に発生する回生電力は、主モーター２５に供給するようにし、これにより装置全体の消費電力を抑えるようにしている。但し、バックドライブモーター２７は必ずしも設けなくともよい。
【００２１】
デカンタ１は、更に、被処理液を回転ボウル３内に供給するための供給ノズル６を備えている。供給ノズル６は、回転ボウル３及びスクリューコンベア４と接触しないように、これらと離間して、スクリューコンベア４の内部に形成されている空洞（バッファ部）４１内まで挿入されている。例えばポンプなどの送液手段（不図示）によって送られてくる被処理液は、この供給ノズル６の先端からバッファ部４１内に吐出され、回転するスクリューコンベア４の遠心力によって、スクリューコンベア４の側周面に形成されている供給孔４２から回転ボウル３内に供給される。
【００２２】
回転ボウル３は、一端側に形成されている円錐部３１および他端側に形成されている円筒部３２を含む胴部と、円筒部３２の開口部分を塞ぐためのカバー部材３３を有している。カバー部材３３は、例えばボルト等の固定手段によって円筒部３２に脱着可能なように固定される。カバー部材３３は、中央部が開口し、断面が概ねＬ字状の環状部材で構成されている。カバー部材３３は、可変ダム５のセントリペダルポンプ５１が回転ボウル３の内部空間内に位置するように囲い、Ｌ字の端部（すなわち、カバー部材３３の内周縁）が僅かな隙間を介して可変ダム５の側周面に近接するように配置される。遠心分離の実行時に回転ボウル３を回転させると、カバー部材３３は回転するが、可変ダム５は回転しない固定配置であるため両者の間に僅かな隙間を設けている。勿論、隙間からの液漏れを防止するために、シール部材を用いて封止するようにしてもよい。
【００２３】
遠心分離の実行時には、遠心力の作用によって回転ボウル３の内周面側に被処理液が寄せられ、プール（液溜まり）を形成する。このとき、固形物はスクリューコンベア４によって円錐部３１の側に移送されるので、カバー部材３３の側には固形物濃度が低い分離液の液溜まりが形成される。この遠心力を付与した状態で被処理液を連続的に供給していくと、図２に示すように、分離液の液面レベルが高くなってセントリペダルポンプ５１の液導入口５２が液中に浸る状態となる。そうすると、遠心力を駆動力として分離液がセントリペダルポンプ５１の液導入口５２に進入し、可変ダムの内部に形成されている流路を流れ、ケーシング２外に形成された分離液排出口５３から排出される。分離液排出口５３には例えばホースや配管などの流路が接続されており、この流路を介して分離液の貯留槽（不図示）が接続されている。本実施形態によるデカンタ１は、特許文献１，２のオーバーフロー方式とは異なり、このような作用によって分離液を装置外に排出する。
【００２４】
説明を図１に戻すと、回転ボウル３の円錐部３１は、スクリューコンベア４によって移送される固形物が液から離脱するビーチを形成しており、ビーチの先端側に固形物の排出口３４が形成されている。スクリューコンベア４には、外周面に螺旋状にスクリュー羽根４３が形成されており、このスクリュー羽根４３によって固形物を移送する。ビーチは、その傾斜面で固形物をスリップさせ、スクリュー羽根４３の圧搾力を固形物に作用させる役割と、プール（液溜まり）の有効容積を大きくして被処理液の滞留時間を増加させる機能がある。
【００２５】
続いて、可変ダム５の詳細な構造について、図３〜図５を参照しながら説明する。可変ダムは、図３及び図４の分解図に示されるように、セントリペダルポンプ５１，セントリペダルポンプ５１を支持する固定パーツ７，ダム深さを変えるためにセントリペダルポンプ５１を周方向に例えば１８０°までの範囲内で回転させる周動パーツ８（８１，８２，８３）を備えており、これらのパーツを同図に示されるように組み立てる。
【００２６】
図３〜図５に示されるように、セントリペダルポンプ５１は、中央に円形の開口部を有する概ねリング状の環状部材によって構成されている。セントリペダルポンプ５１は、外周面に液導入口５２が形成され、内周面に液排出口５４が形成され、液導入口５２と液排出口５４とが内部流路５５によって連通している。セントリペダルポンプ５１の外周縁は、例えば図７及び図８の平面図に示されるように、中央開口部の中心からの距離が、周方向で変化するように湾曲しており、液導入口５２は、周方向において中央開口部の中心から最も遠くなる位置（位相）に形成されている。
【００２７】
さらに詳しくは、セントリペダルポンプ５１の外周縁には、液導入口５２から回転ボウル３の回転方向とは反対の方向に沿って液抵抗軽減部５８が形成されている（図８参照）。液抵抗軽減部５８は、セントリペダルポンプ５１の外周縁を、回転ボウル３の回転軸を中心とする円（仮想円）の接線との角度θが３０°±５°となるように切り欠いた形状とすることによって構成される。
【００２８】
すなわち、遠心分離の実行時には、遠心力の作用によって回転ボウル３の内周面側に液が寄せられ、回転ボウル３の回転軸を中心とするドーナツ状の液層を形成する。従って、回転ボウル３の回転軸を中心とする円（仮想円）の接線との角度θが３０°±５°となる部分を形成することにより、その部分（すなわち、液抵抗軽減部５８）は液面に対して３０°±５°の角度で入水するので、造波抵抗に因る液抵抗を小さく抑えることができる。造波抵抗を小さくできれば、回転ボウル３内の液の乱れを抑制でき、また動力を削減して省電力化を図ることもできる。
【００２９】
さらに、図８に示すように、液抵抗軽減部５８および液導入口５２の部分を除いた外周縁（概ね２点破線の領域）が、前記仮想円よりも内側に位置するように形成すれば、この領域は遠心分離の実行時に液に浸からないので、さらに液抵抗を小さくすることができる。この領域は、空気抵抗を考慮して円形とし、鋭角部のない滑らかな表面にする事が望ましい。但し、図７及び図８に示した外周縁の形状は、好ましい一例であり、この形状に限定されることはない。他の例として、外周縁が円形であり、円形の中央開口部を外周縁の中心から偏心した位置に形成し、さらに周方向において幅が最も広くなる位置（位相）に液導入口５２を形成した形状であってもよい。
【００３０】
セントリペダルポンプ５１の内部流路５５は、分離液の導入・排出を促進するために、例えば図７の平面図に示されるように、回転ボウル３の回転方向に反る湾曲した形状となっている。本実施形態によるセントリペダルポンプ５１の使用方法は、それ自身を連続回転させて液を吸い込むのではなく、前述したように、連続回転する回転ボウル３の遠心力を駆動力として被処理液を導入する。そのため、遠心分離の実行時には、セントリペダルポンプ５１は固定配置され、ダム深さを変えるときのみ所定の角度分だけ回転させる。
【００３１】
セントリペダルポンプ５１は、ダム深さを可変にする機能を実現するために、回転ボウル３の回転軸から偏心した位置で回転可能なように、固定パーツ７の支持リング７１に支持されている。ダム深さを変更する際には、支持リング７１を軸受けとして例えば０°〜１８０°の範囲内、実際の操業では０°〜１５０°の範囲内における任意の角度にセントリペダルポンプ５１を回転させ、周方向における液導入口５２の位置（位相）を変更する。このセントリペダルポンプ５１の回転及び位相の位置決めを実行するために、セントリペダルポンプ５１の一面側には、複数の位置決めピン５６が立設されている。図３〜図５には、好ましい一例として、セントリペダルポンプ５１の円形の中央開口部を中心にして、直径線上の対称位置に２本の位置決めピン５６を配置している。位置決めピン５６は、周動パーツ８の係止穴８４に係止される。なお、位置決めピン５６は、１本であっても、反対に３本以上でもよい。３本以上の場合にも位置決めピン５６を周方向に等間隔で配置する。
【００３２】
セントリペダルポンプ５１の液導入口５２は、外周面に一か所設けられているが、セントリペダルポンプ５１が回転されて液導入口５２がどの位相に設定されたとしても分離液が支持リング７１の液導入口７２に流れ込めるように、セントリペダルポンプ５１の内周面には全周に亘って溝５７が形成されている。
【００３３】
固定パーツ７は、概ね円筒状に形成された部材によって構成されている。固定パーツ７は、その円形の開口部の中心が回転ボウル３の中心軸上に位置するように配置され、この開口部に回転ボウル３とスクリューコンベア４の回転軸が通される。固定パーツ７には、周方向に全周に亘ってフランジ７３が形成されており、面内の貫通穴に例えばボルト等の固定手段を通してケーシング２の側壁に脱着可能にフランジ７３を固定する（図２参照）。これにより、ケーシング２の側面開口部が封止される。一方で、固定パーツ７の一面には、回転ボウル３の中心軸から偏心した位置に支持リング７１が形成されている。支持リング７１の外周縁は円形に形成されており、セントリペダルポンプ５１の円形の中央開口部が摺動可能に嵌め込まれる。これにより、セントリペダルポンプ５１の液導入口５２が、回転ボウル３の中心軸から偏心したところを中心として、真円軌道で回転する構造となっている。
【００３４】
既述したように、セントリペダルポンプ５１の液導入口５２は、中央開口部の中心から最も離れた位置に形成されている。加えて、支持リング７１は固定パーツ７の一面の偏心位置に形成されている。そして可変ダム５を組み立てるときに、支持リング７１の外周縁から固定パーツ７の外周縁までの距離が最も遠くなる位置（位相）に、液導入口５２が位置するように組み立てる。説明の便宜上、この位相を０°とする。
【００３５】
支持リング７１の側周面には、周方向に間隔をあけて分離液の液導入口７２が形成されている。さらに、固定パーツ７には、ケーシング２外に位置するところに、周方向に間隔をあけて分離液の排出口５３が形成されている。排出口７２，５３同士は、固定パーツ７の内部流路７５を通じて連通している。従って、セントリペダル５１の内周面に形成されている液排出口５４及び溝５７から排出される分離液は、支持リング７１の液導入口７２に流れ込み、内部流路７５を通じてケーシング２外に配置された排出口５３から排出される。排出口５３には、例えばホースや配管等の流路（不図示）が接続され、この流路を介して分離液を貯留槽に移送する。
【００３６】
周動パーツは、図の例では、操作板８１、操作レバー８２、および操作板８１と操作レバー８２を連結する連結部材８３によって構成されている。勿論、３つの部材で構成しなくともよい。
【００３７】
操作板８１は、中央に円形の開口部が形成された円形板の部位と、開口部の縁線に沿って一方面側（固定パーツ７側）に形成された円筒状の部位を有する。円筒状の部位は、固定パーツ７の円形の開口部に回転可能に嵌合される。さらに、操作板８１の面内には、開口部を挟んで直径線上の対称位置に２つの円形の係止穴８４が形成されている。係止穴８４は、その内周縁で、セントリペダルポンプ５１の位置決めピン５６を係止する。位置決めピン５６は、周動パーツ８が回転されると、係止穴８４の内周縁に沿って移動するように動きが規制され、これによりセントリペダルポンプ５１の液導入口５２の位相が制御（調整）されることとなる。
【００３８】
２つの係止穴８４は、同じ大きさで、且つ、中央開口部を中心とする同心円上に形成されている。本例では、セントリペダル５１の液導入口５２が０°の位置にあるときに、係止穴８４が１８０°の位置で位置決めピン５６を係止し、セントリペダルポンプ５１を回転させて液導入口５２が１８０°の位置に達したときに、係止穴８４が０°の位置で位置決めピン５６を係止するように、係止穴８４が形成されている（図６，図７参照）。そのため、係止穴８４の大きさは、最も深いダム深さから最も浅いダム深さまでの最大可変量としてＬ１［ｍｍ］を実現したいとき、図７に示される回転ボウル３の回転軸中心からのセントリペダルポンプ５１の回転軸中心の偏心量をＬ１［ｍｍ］とし、さらに、係止穴８４の直径［ｍｍ］をＬ２（＝２Ｌ１＋Ｌ３，Ｌ３は位置決めピン５６の直径［ｍｍ］である）とするのが好ましく、いわゆる「遊び」を追加して（２Ｌ１＋Ｌ３）以上とするのがさらに好ましい。一例として、目的とする最大可変量Ｌ１が１３．５［ｍｍ］，位置決めピン５６の直径Ｌ３が６．４［ｍｍ］の場合、遊びの量Ｌ４を１．６［ｍｍ］（＝２×０．８［ｍｍ］）とし、係止穴８４の直径Ｌ２を３５．０［ｍｍ］とする。
【００３９】
操作レバー８２は、ダム深さを変えるときに、作業員が装置外から操作板８１を回転させるために使用するレバー８２ａが固定されたリング状の部材によって構成されている。但し、レバー８２ａを用いて手動で操作する構成に限られず、例えばモーターなどの駆動機構と、駆動量を制御する制御装置を使って遠隔制御するようにしてもよい。さらに、作業員がレバー８２ａをどれだけ回転させれば良いかの指標のため、更には現在のダム深さを作業員が把握できるようにするため、例えば固定パーツ７の側周面に目盛を設けるようにしてもよい。
【００４０】
連結部材８３は、円筒状の部分８３ａと、円筒状の部分８３ａの一端側に円形のフランジ部分８３ｂが形成された構造である。フランジ部分８３ｂには、例えばボルト等の固定手段を通じて操作レバー８２のリング状の部材が固定される。さらに、連結部材８３の円筒状の部分８３ａを、フランジ部分８３ｂが固定パーツ７の対向面に当接する位置まで固定パーツ７の開口部内に嵌め込み、例えばボルト等の固定手段を通じて、円筒状の部分８３ａの端部と操作板８１の円筒状の部分とを固定することによって、周動パーツ８が完成する。
【００４１】
従って、図１のように可変ダム５を配置し、図６に示されるようにレバー８２ａを周方向に回していくと、操作板８１が回転ボウル３の回転軸上を中心として周方向に回転する。そして、回転する操作板８１の係止穴８４によってセントリペダルポンプ５１の位置決めピン５６が規制されながら移動することにより、支持リング７１を軸受けとしてセントリペダルポンプ５１が回転する。但し、操作板８１の回転軸は回転ボウル３の回転軸と同じであるが、セントリペダルポンプ５１の回転軸は、回転ボウル３の回転軸から偏心した位置にある。さらに、セントリペダルポンプ５１の外周縁は、中央開口部の中心からの距離が周方向で異なるように形成されており、液導入口は、周方向において円形の開口部の中心から最も遠くなる位置（位相）に形成されている。従って、レバー８２ａを０°の位置から回転させるに伴ってセントリペダルポンプ５１の液導入口５２が外方にせり出し、レバー８２ａを１８０°の位置まで回したときに液導入口５２が最も外方にせり出した状態となる。
【００４２】
レバー８２ａが１８０°回されて液導入口５２が最も外方にせり出した位置とは、図７（ａ）に示されるように、液導入口５２と回転ボウル３の内周面との距離が最も短くなる位置である。換言すると、ダム深さが最も浅くなる位置である。反対に、レバー８２ａが０°に設定されて液導入口５２が最も中心側に引っ込んだ位置とは、図７（ｂ）に示されるように、液導入口５２と回転ボウル３の内周面との距離が最も長くなる位置である。換言すると、ダム深さが最も深くなる位置である。
【００４３】
このように本実施形態の可変ダム５は、レバー８２ａを０°及び１８０°の位置に設定することによってダム深さが最も浅い位置と深い位置にそれぞれ設定可能である。さらに、図６にも示したように、レバー８２ａを回転するに伴って液導入口５２が順次せり出すので、０〜１８０°の範囲内における任意の角度にレバー８２ａを回すことによって、無段階でダム深さを調整することが可能である。但し、実際の操業時には、０°〜１５０°の範囲で使用するのが好ましい。そしてこの可動範囲内において精度の高い調整を実現できるのは、本実施形態が円形の係止穴８４を採用したからである。円形以外の形状、例えば特許文献３のような溝の場合、一部の領域で調整精度が著しく低くなるか、或いは調整不能となってしまう。
【００４４】
図９は、本実施形態に従う可変ダム５の調整代の変化を、実際の製作品を使って検証した結果を示す。図９には、セントリペダルポンプ５１を５°間隔で回転させた際のダム深さの調整代（言いかえると変化幅）（単位；ｍｍ）を示している。比較として、係止穴を溝形状としたことを除いて本実施形態と同じ構造の可変ダムを製作し、調整代の変化を検証した。図９の結果から明らかなように、係止穴を溝形状とした場合は、９０°を超えたあたりから調整代が低下していき、１４０°〜１５０°の範囲では調整範囲外となってしまう。一方、円形の係止穴の場合は、９０°以降も調整代が維持され、溝形状では調整範囲外となる領域でも使用可能であり、且つ、ダム深さを微調整することが可能である。
【００４５】
以上のように、本実施形態の可変ダム５によれば、回転ボウル３の回転軸中心から偏心した位置でセントリペダルポンプ５１が周方向に回転可能な構造とし、セントリペダルポンプ５１に立設された位置決めピン５６を係止する周動パーツ８の係止穴８４を円形としたことにより、セントリペダルポンプ５１を回転させるときの位置決めピン５６の移動距離が増大し、ダム深さの調整可能な範囲を拡張することができ、且つ、調整精度を高めることが可能となる。さらに、説明した図を見れば明らかなように、本実施形態の可変ダム５は部品構成が単純であるため、メンテナンスが容易であるという利点がある。
【００４６】
さらに、本実施形態の可変ダム５によれば、単純せん断方向にピンが動く特許文献３の可変ダムとは異なり、位置決めピン５６が回転円運動となって応力が分散するので、ダム深さを変えようとして周動パーツ８を回転させたときに、位置決めピン５６に過度の応力が集中するのを抑制できる。その結果、可変ダム５の耐久性を向上させることが可能となる。装置の大型化を図る場合、位置決めピンの本数を増やすことによって更なる応力の分散を図ることも可能である。
【００４７】
さらに、係止穴８４を円形としたことにより、溝形状の場合に比べて開口領域が大きくなる。そのため、固形物の侵入による閉塞が起きにくく、また固形物が付着した場合であっても通常の可変動作を行うことによって付着物の除去が可能であるという利点がある。一方、係止穴が溝形状の場合、開口部が小さく閉塞が起こりやすい。さらに固形物が溝内に付着すると、移動するピンが溝内の付着物を圧搾して固めてしまうので、装置を分解しなければ除去できない。
【００４８】
さらに、本実施形態の可変ダム５は、主軸受機構２２から完全に分離されているので、軸封シールが容易である利点がある。特許文献３の場合、軸受内部を分離液の移送管が通っているので、主軸受機構への液体侵入によるトラブルが懸念される。
【００４９】
上述の特長を有する可変ダム５を用いれば、従来におけるデカンタ１の用途に加え、難排出性固形物（タンパク残渣等）を含む処理物の遠心分離、固形物中に含有する水分の微調整が必要な処理物の遠心分離（特に、下流工程でポンプを使用する場合等）、含有固形物の粒度分布が変化する処理物の遠心分離への適用が実現可能となる。また、分離条件が運転中に変化する処理物の遠心分離にも適用が可能となる。
【００５０】
すなわち、可変ダム５は、デカンタ１の稼動運転中に機械を停止する事無く回転ボウル３内部の滞留液体量を無段階に調整することのできる機構である。通常のデカンタ１では内部の滞留液体量を調整するために装置を停止する必要があるが、本実施形態による可変ダム５を有するデカンタ１ではその必要はない。従って、性状・比重が連続処理中に変化するような液体（例えば、切削油、廃油等）でも運転状態を確認しながらの無段階調整が可能である。また、予備試験等の分離条件が不確定な状況での運転に適しており、連続運転を継続しながら最適な分離条件に調整することが可能である。
【００５１】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
２ ケーシング
３ 回転ボウル
４ スクリューコンベア
５ 可変ダム
５１ セントリペダルポンプ
５２ 液導入口
５３ 液排出口
７ 固定パーツ
８１ 周動パーツの操作板
８２ 操作レバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転ボウル内の被処理液のダム深さを調整する遠心分離装置の可変ダム、及び可変ダムを備えた遠心分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心力を利用して固液分離を行う装置として、デカンタと称される遠心分離装置が知られている。図１０は、横型のデカンタの基本構造を概略的に示している。横型のデカンタ１は、水平軸廻りに回転可能な回転ボウル１１と、この回転ボウル１１に内挿されたスクリューコンベア１２とが、ケーシング１３の内部に収容されている。
【０００３】
回転することによって固形物を含む被処理液に遠心力を与える回転ボウル１１は、一端側が円錐形状に形成されている。この円錐形状の部分は、スクリューコンベア１２によって移送される固形物が液から離脱するビーチを形成しており、その先端側に固形物出口１４が形成されている。また回転ボウル１１の胴部は、回転ボウル１１の内部に供給される被処理液が滞留する液溜り（プール）を形成しており、回転ボウル１１の他端側に分離液出口１５が形成されている。一方、スクリューコンベア１２の胴部には、螺旋状のスクリュー羽根１２ａと、被処理液を回転ボウル内に供給するための供給口１２ｂが形成されている。
【０００４】
このような構成において、回転ボウル１１を回転させながら被処理液を供給すると、遠心力の作用により回転ボウル１１の内周面に固形物が沈降する。スクリューコンベア１２は、回転ボウル１１に対して相対的な差速をもって回転される。これにより、固形物がスクリュー羽根１２ａによってビーチの方へ移送され、液から分離される。分離された固形物は、固形物出口１４から排出される。一方、被処理液を連続的に供給することによって、固形物が分離された液（分離液）が分離液出口１５からオーバーフローして排出される。
【０００５】
回転ボウル１１内の液深（＝ダム深さ）Ｈ１は、デカンタ１の分離効率に影響を及ぼす要因の一つである。そのため、被処理液の液性，固形物の含水率の達成値，分離液中の固形物濃度の達成値など、種々の操業条件に応じてダム深さを調整したい場合がある。しかしながら、従来におけるデカンタの多くは、ダム深さを可変にする機構を備えておらず、例えば特許文献１，２に示すような堰を取り付けてダム深さを調整していた。この場合、装置を停止して堰を取り付ける作業が必要であり、装置の稼働率が低下するという問題があった。また、堰によってダム深さを調整する場合、高さが異なる複数の堰を保有しておかなければならないという問題もある。
【０００６】
特許文献３には、ダム深さを可変にする機構（以後、「可変ダム」と称する）が開示されている。しかしながら、特許文献３に開示されている可変ダムは、ダム深さの調整可能な範囲が小さい上に、調整精度が悪いという課題があった。特に、固形物出口１４から排出し難い難排出性固形物や、固形物の含水率の微調整が必要な処理物にあっては、ダム深さの微細な調整が要求される場合があり、特許文献３の可変ダムではその要求に応じることが難しい。さらに、特許文献３に開示されている可変ダムの構造では、ダム深さを変更しているときにピンが欠損するなど、耐久性が低いことも懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３６７９０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１６７４６８号公報
【特許文献３】特公昭５０−６６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、ダム深さの調整可能な範囲が広く、且つ、調整精度に優れた可変ダムを提供することにある。また、前記可変ダムを備えたことにより、処理条件に応じた良好なダム深さに設定することができ、良好な分離効率を維持することが可能な遠心分離装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ダム深さを変えているときに位置決めピンが欠損するのを防止でき、耐久性に優れている可変ダムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の可変ダムは、回転ボウルによって被処理液に遠心力を付与する遠心分離装置の可変ダムであって、外周面に形成された分離液の導入口と、内周面に形成された分離液の排出口と、前記導入口から排出口まで連通する分離液の流路が形成された環状部材を含み、該環状部材の一方の表面に複数の位置決めピンが立設されているセントリペダルポンプと、前記回転ボウルの回転軸中心から偏心したところにその中心が位置するように配置され前記セントリペダルポンプの中央開口部が摺動可能に嵌合される支持リングと、前記セントリペダルポンプの排出口と連通するように前記支持リングに形成された分離液の排出流路を有し、回転ボウルの分離液排出側の端部に固定配置される固定パーツと、前記セントリペダルポンプを挟んで前記固定パーツの中央開口部に摺動可能に嵌合される環状部材を含み、内周面で前記位置決めピンを係止する円形の係止穴が各位置決めピンごとに形成されている周動パーツと、前記周動パーツを回転させることにより、前記支持リングの周方向における前記セントリペダルポンプの導入口の位置を変えてダム深さを調整するダム深さ調整機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
好ましい一例として、前記位置決めピンを２本とし、この２本のピンを支持リングの中心の同心円上であって、且つ、支持リングの中心を挟んで直径線上に位置するように配置し、２本のピンを係止する２つの円形の係止穴は、回転ボウルの回転軸上に位置する周動パーツの中心の同心円上であって、且つ、周動パーツの中心を挟んで直径線上に配置する。
【００１２】
また、前記係止穴は、最も深いダム深さから最も浅いダム深さまでの最大可変量としてＬ１［ｍｍ］を実現したいとき、前記回転ボウルの回転軸中心からの偏心量をＬ１［ｍｍ］とし、さらに、前記係止穴の直径［ｍｍ］をＬ２（＝２Ｌ１＋Ｌ３，Ｌ３は位置決めピンの直径［ｍｍ］である）とするのが好ましく、いわゆる「遊び」の量を追加して（２Ｌ１＋Ｌ３）以上とするのがさらに好ましい。また、前記セントリペダルポンプは、外周縁の少なくとも一部に、遠心分離実行時に回転ボウル内に形成される分離液の液面に対する入水角θが３０°±５°の範囲となる液抵抗軽減部が形成されていることが好ましい。さらに、前記可変ダムは、回転ボウルの回転軸方向において、回転ボウルと回転ボウルの軸受機構との間に配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の遠心分離装置は、前述の可変ダムを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可変ダムによれば、回転ボウルの回転軸中心から偏心した位置でセントリペダルポンプが周方向に回転可能な構造とし、セントリペダルポンプに立設された位置決めピンを係止する周動パーツの係止穴を円形としたことにより、セントリペダルポンプを回転させるときの位置決めピンの移動距離が増大し、ダム深さの調整可能な範囲を拡張することができ、調整精度を高めることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の可変ダムによれば、ピンが単純せん断方向に動く特許文献３の可変ダムとは異なり、位置決めピンが回転円運動となって応力が分散するので、ダム深さを変えようとして周動パーツを回転させたときに、位置決めピンに過度の応力が集中するのを抑制できる。その結果、可変ダムの耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従う遠心分離装置の縦断面図である。
【図２】上記遠心分離装置の可変ダムを拡大した部分拡大図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に従う可変ダムの斜視図である。
【図４】上記可変ダムの側面図である。
【図５】上記可変ダムの縦断面図である。
【図６】上記可変ダムの動作を示す図である。
【図７】上記可変ダムによってダム深さを変えるメカニズムを説明する図である。
【図８】上記可変ダムのセントリペダルポンプの外周形状を示す平面図である。
【図９】上記可変ダムの係止穴の形状による調整代の変化を示す図である。
【図１０】従来の遠心分離装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態に従う可変ダムについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。図１は、本実施形態に従う可変ダムを備えた遠心分離装置の一例を示しており、具体的には、可変ダムを装着した横型のデカンタを示している。図２は、前記デカンタの可変ダムのところを拡大した部分拡大図である。また、図３〜図５は、それぞれ、本実施形態に従う可変ダムの詳細な構造を示している。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１８】
デカンタ１は、図１に示すように、固形物出口２１が一端側の下面に形成されているケーシング２と、ケーシング２内に配置された回転筒状体をなす回転ボウル３と、回転ボウル３内で分離される固形物Ｓを移送するスクリューコンベア４と、ケーシング２の他端側に配置された可変ダム５を備えている。回転ボウル３は、例えばケーシング２の外部に配置されるベアリング等の主軸受機構２２によって支持され、さらにスクリューコンベア４はコンベアベアリング等の軸受機構２３によって支持され、回転ボウル３とスクリューコンベア４のそれぞれが独立して水平軸周りに回転可能となっている。図中２４で示されるケーシング２内の複数の板は、分離された固形物と分離液とが再び混ざらないようにケーシング２内を区画する仕切板である。
【００１９】
そして、駆動機構である主モーター２５の動力が回転ベルト２５ａを介して回転ボウル３側のプーリー２５ｂに伝達されると、回転ボウル３が回転し、さらに差速発生機構であるギアボックス２６及びスプラインシャフト２６ａを通じてスクリューコンベア４に動力が伝達され、回転ボウル３とスクリューコンベア４とが相対的な差速をもって回転する。限定はされないが、一例として、回転ボウル３を３０００ｒｐｍで回転させ、スクリューコンベア４を１〜３ｒｐｍの差速をもって回転させることができる。
【００２０】
ギアボックス２６には、バックドライブモーター２７と称されるモーターが回転ベルト２７ａ及びプーリー２７ｂを介して連結されている。バックドライブモーター２７は、スクリューコンベア４が回転ボウル３よりも遅く回転するようにブレーキをかけるためのものである。ブレーキをかけることによってバックドライブモーター２７に発生する回生電力は、主モーター２５に供給するようにし、これにより装置全体の消費電力を抑えるようにしている。但し、バックドライブモーター２７は必ずしも設けなくともよい。
【００２１】
デカンタ１は、更に、被処理液を回転ボウル３内に供給するための供給ノズル６を備えている。供給ノズル６は、回転ボウル３及びスクリューコンベア４と接触しないように、これらと離間して、スクリューコンベア４の内部に形成されている空洞（バッファ部）４１内まで挿入されている。例えばポンプなどの送液手段（不図示）によって送られてくる被処理液は、この供給ノズル６の先端からバッファ部４１内に吐出され、回転するスクリューコンベア４の遠心力によって、スクリューコンベア４の側周面に形成されている供給孔４２から回転ボウル３内に供給される。
【００２２】
回転ボウル３は、一端側に形成されている円錐部３１および他端側に形成されている円筒部３２を含む胴部と、円筒部３２の開口部分を塞ぐためのカバー部材３３を有している。カバー部材３３は、例えばボルト等の固定手段によって円筒部３２に脱着可能なように固定される。カバー部材３３は、中央部が開口し、断面が概ねＬ字状の環状部材で構成されている。カバー部材３３は、可変ダム５のセントリペダルポンプ５１が回転ボウル３の内部空間内に位置するように囲い、Ｌ字の端部（すなわち、カバー部材３３の内周縁）が僅かな隙間を介して可変ダム５の側周面に近接するように配置される。遠心分離の実行時に回転ボウル３を回転させると、カバー部材３３は回転するが、可変ダム５は回転しない固定配置であるため両者の間に僅かな隙間を設けている。勿論、隙間からの液漏れを防止するために、シール部材を用いて封止するようにしてもよい。
【００２３】
遠心分離の実行時には、遠心力の作用によって回転ボウル３の内周面側に被処理液が寄せられ、プール（液溜まり）を形成する。このとき、固形物はスクリューコンベア４によって円錐部３１の側に移送されるので、カバー部材３３の側には固形物濃度が低い分離液の液溜まりが形成される。この遠心力を付与した状態で被処理液を連続的に供給していくと、図２に示すように、分離液の液面レベルが高くなってセントリペダルポンプ５１の液導入口５２が液中に浸る状態となる。そうすると、遠心力を駆動力として分離液がセントリペダルポンプ５１の液導入口５２に進入し、可変ダムの内部に形成されている流路を流れ、ケーシング２外に形成された分離液排出口５３から排出される。分離液排出口５３には例えばホースや配管などの流路が接続されており、この流路を介して分離液の貯留槽（不図示）が接続されている。本実施形態によるデカンタ１は、特許文献１，２のオーバーフロー方式とは異なり、このような作用によって分離液を装置外に排出する。
【００２４】
説明を図１に戻すと、回転ボウル３の円錐部３１は、スクリューコンベア４によって移送される固形物が液から離脱するビーチを形成しており、ビーチの先端側に固形物の排出口３４が形成されている。スクリューコンベア４には、外周面に螺旋状にスクリュー羽根４３が形成されており、このスクリュー羽根４３によって固形物を移送する。ビーチは、その傾斜面で固形物をスリップさせ、スクリュー羽根４３の圧搾力を固形物に作用させる役割と、プール（液溜まり）の有効容積を大きくして被処理液の滞留時間を増加させる機能がある。
【００２５】
続いて、可変ダム５の詳細な構造について、図３〜図５を参照しながら説明する。可変ダムは、図３及び図４の分解図に示されるように、セントリペダルポンプ５１，セントリペダルポンプ５１を支持する固定パーツ７，ダム深さを変えるためにセントリペダルポンプ５１を周方向に例えば１８０°までの範囲内で回転させる周動パーツ８（８１，８２，８３）を備えており、これらのパーツを同図に示されるように組み立てる。
【００２６】
図３〜図５に示されるように、セントリペダルポンプ５１は、中央に円形の開口部を有する概ねリング状の環状部材によって構成されている。セントリペダルポンプ５１は、外周面に液導入口５２が形成され、内周面に液排出口５４が形成され、液導入口５２と液排出口５４とが内部流路５５によって連通している。セントリペダルポンプ５１の外周縁は、例えば図７及び図８の平面図に示されるように、中央開口部の中心からの距離が、周方向で変化するように湾曲しており、液導入口５２は、周方向において中央開口部の中心から最も遠くなる位置（位相）に形成されている。
【００２７】
さらに詳しくは、セントリペダルポンプ５１の外周縁には、液導入口５２から回転ボウル３の回転方向とは反対の方向に沿って液抵抗軽減部５８が形成されている（図８参照）。液抵抗軽減部５８は、セントリペダルポンプ５１の外周縁を、回転ボウル３の回転軸を中心とする円（仮想円）の接線との角度θが３０°±５°となるように切り欠いた形状とすることによって構成される。
【００２８】
すなわち、遠心分離の実行時には、遠心力の作用によって回転ボウル３の内周面側に液が寄せられ、回転ボウル３の回転軸を中心とするドーナツ状の液層を形成する。従って、回転ボウル３の回転軸を中心とする円（仮想円）の接線との角度θが３０°±５°となる部分を形成することにより、その部分（すなわち、液抵抗軽減部５８）は液面に対して３０°±５°の角度で入水するので、造波抵抗に因る液抵抗を小さく抑えることができる。造波抵抗を小さくできれば、回転ボウル３内の液の乱れを抑制でき、また動力を削減して省電力化を図ることもできる。
【００２９】
さらに、図８に示すように、液抵抗軽減部５８および液導入口５２の部分を除いた外周縁（概ね２点破線の領域）が、前記仮想円よりも内側に位置するように形成すれば、この領域は遠心分離の実行時に液に浸からないので、さらに液抵抗を小さくすることができる。この領域は、空気抵抗を考慮して円形とし、鋭角部のない滑らかな表面にする事が望ましい。但し、図７及び図８に示した外周縁の形状は、好ましい一例であり、この形状に限定されることはない。他の例として、外周縁が円形であり、円形の中央開口部を外周縁の中心から偏心した位置に形成し、さらに周方向において幅が最も広くなる位置（位相）に液導入口５２を形成した形状であってもよい。
【００３０】
セントリペダルポンプ５１の内部流路５５は、分離液の導入・排出を促進するために、例えば図７の平面図に示されるように、回転ボウル３の回転方向に反る湾曲した形状となっている。本実施形態によるセントリペダルポンプ５１の使用方法は、それ自身を連続回転させて液を吸い込むのではなく、前述したように、連続回転する回転ボウル３の遠心力を駆動力として被処理液を導入する。そのため、遠心分離の実行時には、セントリペダルポンプ５１は固定配置され、ダム深さを変えるときのみ所定の角度分だけ回転させる。
【００３１】
セントリペダルポンプ５１は、ダム深さを可変にする機能を実現するために、回転ボウル３の回転軸から偏心した位置で回転可能なように、固定パーツ７の支持リング７１に支持されている。ダム深さを変更する際には、支持リング７１を軸受けとして例えば０°〜１８０°の範囲内、実際の操業では０°〜１５０°の範囲内における任意の角度にセントリペダルポンプ５１を回転させ、周方向における液導入口５２の位置（位相）を変更する。このセントリペダルポンプ５１の回転及び位相の位置決めを実行するために、セントリペダルポンプ５１の一面側には、複数の位置決めピン５６が立設されている。図３〜図５には、好ましい一例として、セントリペダルポンプ５１の円形の中央開口部を中心にして、直径線上の対称位置に２本の位置決めピン５６を配置している。位置決めピン５６は、周動パーツ８の係止穴８４に係止される。なお、位置決めピン５６は、１本であっても、反対に３本以上でもよい。３本以上の場合にも位置決めピン５６を周方向に等間隔で配置する。
【００３２】
セントリペダルポンプ５１の液導入口５２は、外周面に一か所設けられているが、セントリペダルポンプ５１が回転されて液導入口５２がどの位相に設定されたとしても分離液が支持リング７１の液導入口７２に流れ込めるように、セントリペダルポンプ５１の内周面には全周に亘って溝５７が形成されている。
【００３３】
固定パーツ７は、概ね円筒状に形成された部材によって構成されている。固定パーツ７は、その円形の開口部の中心が回転ボウル３の中心軸上に位置するように配置され、この開口部に回転ボウル３とスクリューコンベア４の回転軸が通される。固定パーツ７には、周方向に全周に亘ってフランジ７３が形成されており、面内の貫通穴に例えばボルト等の固定手段を通してケーシング２の側壁に脱着可能にフランジ７３を固定する（図２参照）。これにより、ケーシング２の側面開口部が封止される。一方で、固定パーツ７の一面には、回転ボウル３の中心軸から偏心した位置に支持リング７１が形成されている。支持リング７１の外周縁は円形に形成されており、セントリペダルポンプ５１の円形の中央開口部が摺動可能に嵌め込まれる。これにより、セントリペダルポンプ５１の液導入口５２が、回転ボウル３の中心軸から偏心したところを中心として、真円軌道で回転する構造となっている。
【００３４】
既述したように、セントリペダルポンプ５１の液導入口５２は、中央開口部の中心から最も離れた位置に形成されている。加えて、支持リング７１は固定パーツ７の一面の偏心位置に形成されている。そして可変ダム５を組み立てるときに、支持リング７１の外周縁から固定パーツ７の外周縁までの距離が最も遠くなる位置（位相）に、液導入口５２が位置するように組み立てる。説明の便宜上、この位相を０°とする。
【００３５】
支持リング７１の側周面には、周方向に間隔をあけて分離液の液導入口７２が形成されている。さらに、固定パーツ７には、ケーシング２外に位置するところに、周方向に間隔をあけて分離液の排出口５３が形成されている。排出口７２，５３同士は、固定パーツ７の内部流路７５を通じて連通している。従って、セントリペダル５１の内周面に形成されている液排出口５４及び溝５７から排出される分離液は、支持リング７１の液導入口７２に流れ込み、内部流路７５を通じてケーシング２外に配置された排出口５３から排出される。排出口５３には、例えばホースや配管等の流路（不図示）が接続され、この流路を介して分離液を貯留槽に移送する。
【００３６】
周動パーツは、図の例では、操作板８１、操作レバー８２、および操作板８１と操作レバー８２を連結する連結部材８３によって構成されている。勿論、３つの部材で構成しなくともよい。
【００３７】
操作板８１は、中央に円形の開口部が形成された円形板の部位と、開口部の縁線に沿って一方面側（固定パーツ７側）に形成された円筒状の部位を有する。円筒状の部位は、固定パーツ７の円形の開口部に回転可能に嵌合される。さらに、操作板８１の面内には、開口部を挟んで直径線上の対称位置に２つの円形の係止穴８４が形成されている。係止穴８４は、その内周縁で、セントリペダルポンプ５１の位置決めピン５６を係止する。位置決めピン５６は、周動パーツ８が回転されると、係止穴８４の内周縁に沿って移動するように動きが規制され、これによりセントリペダルポンプ５１の液導入口５２の位相が制御（調整）されることとなる。
【００３８】
２つの係止穴８４は、同じ大きさで、且つ、中央開口部を中心とする同心円上に形成されている。本例では、セントリペダル５１の液導入口５２が０°の位置にあるときに、係止穴８４が１８０°の位置で位置決めピン５６を係止し、セントリペダルポンプ５１を回転させて液導入口５２が１８０°の位置に達したときに、係止穴８４が０°の位置で位置決めピン５６を係止するように、係止穴８４が形成されている（図６，図７参照）。そのため、係止穴８４の大きさは、最も深いダム深さから最も浅いダム深さまでの最大可変量としてＬ１［ｍｍ］を実現したいとき、図７に示される回転ボウル３の回転軸中心からのセントリペダルポンプ５１の回転軸中心の偏心量をＬ１［ｍｍ］とし、さらに、係止穴８４の直径［ｍｍ］をＬ２（＝２Ｌ１＋Ｌ３，Ｌ３は位置決めピン５６の直径［ｍｍ］である）とするのが好ましく、いわゆる「遊び」を追加して（２Ｌ１＋Ｌ３）以上とするのがさらに好ましい。一例として、目的とする最大可変量Ｌ１が１３．５［ｍｍ］，位置決めピン５６の直径Ｌ３が６．４［ｍｍ］の場合、遊びの量Ｌ４を１．６［ｍｍ］（＝２×０．８［ｍｍ］）とし、係止穴８４の直径Ｌ２を３５．０［ｍｍ］とする。
【００３９】
操作レバー８２は、ダム深さを変えるときに、作業員が装置外から操作板８１を回転させるために使用するレバー８２ａが固定されたリング状の部材によって構成されている。但し、レバー８２ａを用いて手動で操作する構成に限られず、例えばモーターなどの駆動機構と、駆動量を制御する制御装置を使って遠隔制御するようにしてもよい。さらに、作業員がレバー８２ａをどれだけ回転させれば良いかの指標のため、更には現在のダム深さを作業員が把握できるようにするため、例えば固定パーツ７の側周面に目盛を設けるようにしてもよい。
【００４０】
連結部材８３は、円筒状の部分８３ａと、円筒状の部分８３ａの一端側に円形のフランジ部分８３ｂが形成された構造である。フランジ部分８３ｂには、例えばボルト等の固定手段を通じて操作レバー８２のリング状の部材が固定される。さらに、連結部材８３の円筒状の部分８３ａを、フランジ部分８３ｂが固定パーツ７の対向面に当接する位置まで固定パーツ７の開口部内に嵌め込み、例えばボルト等の固定手段を通じて、円筒状の部分８３ａの端部と操作板８１の円筒状の部分とを固定することによって、周動パーツ８が完成する。
【００４１】
従って、図１のように可変ダム５を配置し、図６に示されるようにレバー８２ａを周方向に回していくと、操作板８１が回転ボウル３の回転軸上を中心として周方向に回転する。そして、回転する操作板８１の係止穴８４によってセントリペダルポンプ５１の位置決めピン５６が規制されながら移動することにより、支持リング７１を軸受けとしてセントリペダルポンプ５１が回転する。但し、操作板８１の回転軸は回転ボウル３の回転軸と同じであるが、セントリペダルポンプ５１の回転軸は、回転ボウル３の回転軸から偏心した位置にある。さらに、セントリペダルポンプ５１の外周縁は、中央開口部の中心からの距離が周方向で異なるように形成されており、液導入口は、周方向において円形の開口部の中心から最も遠くなる位置（位相）に形成されている。従って、レバー８２ａを０°の位置から回転させるに伴ってセントリペダルポンプ５１の液導入口５２が外方にせり出し、レバー８２ａを１８０°の位置まで回したときに液導入口５２が最も外方にせり出した状態となる。
【００４２】
レバー８２ａが１８０°回されて液導入口５２が最も外方にせり出した位置とは、図７（ａ）に示されるように、液導入口５２と回転ボウル３の内周面との距離が最も短くなる位置である。換言すると、ダム深さが最も浅くなる位置である。反対に、レバー８２ａが０°に設定されて液導入口５２が最も中心側に引っ込んだ位置とは、図７（ｂ）に示されるように、液導入口５２と回転ボウル３の内周面との距離が最も長くなる位置である。換言すると、ダム深さが最も深くなる位置である。
【００４３】
このように本実施形態の可変ダム５は、レバー８２ａを０°及び１８０°の位置に設定することによってダム深さが最も浅い位置と深い位置にそれぞれ設定可能である。さらに、図６にも示したように、レバー８２ａを回転するに伴って液導入口５２が順次せり出すので、０〜１８０°の範囲内における任意の角度にレバー８２ａを回すことによって、無段階でダム深さを調整することが可能である。但し、実際の操業時には、０°〜１５０°の範囲で使用するのが好ましい。そしてこの可動範囲内において精度の高い調整を実現できるのは、本実施形態が円形の係止穴８４を採用したからである。円形以外の形状、例えば特許文献３のような溝の場合、一部の領域で調整精度が著しく低くなるか、或いは調整不能となってしまう。
【００４４】
図９は、本実施形態に従う可変ダム５の調整代の変化を、実際の製作品を使って検証した結果を示す。図９には、セントリペダルポンプ５１を５°間隔で回転させた際のダム深さの調整代（言いかえると変化幅）（単位；ｍｍ）を示している。比較として、係止穴を溝形状としたことを除いて本実施形態と同じ構造の可変ダムを製作し、調整代の変化を検証した。図９の結果から明らかなように、係止穴を溝形状とした場合は、９０°を超えたあたりから調整代が低下していき、１４０°〜１５０°の範囲では調整範囲外となってしまう。一方、円形の係止穴の場合は、９０°以降も調整代が維持され、溝形状では調整範囲外となる領域でも使用可能であり、且つ、ダム深さを微調整することが可能である。
【００４５】
以上のように、本実施形態の可変ダム５によれば、回転ボウル３の回転軸中心から偏心した位置でセントリペダルポンプ５１が周方向に回転可能な構造とし、セントリペダルポンプ５１に立設された位置決めピン５６を係止する周動パーツ８の係止穴８４を円形としたことにより、セントリペダルポンプ５１を回転させるときの位置決めピン５６の移動距離が増大し、ダム深さの調整可能な範囲を拡張することができ、且つ、調整精度を高めることが可能となる。さらに、説明した図を見れば明らかなように、本実施形態の可変ダム５は部品構成が単純であるため、メンテナンスが容易であるという利点がある。
【００４６】
さらに、本実施形態の可変ダム５によれば、単純せん断方向にピンが動く特許文献３の可変ダムとは異なり、位置決めピン５６が回転円運動となって応力が分散するので、ダム深さを変えようとして周動パーツ８を回転させたときに、位置決めピン５６に過度の応力が集中するのを抑制できる。その結果、可変ダム５の耐久性を向上させることが可能となる。装置の大型化を図る場合、位置決めピンの本数を増やすことによって更なる応力の分散を図ることも可能である。
【００４７】
さらに、係止穴８４を円形としたことにより、溝形状の場合に比べて開口領域が大きくなる。そのため、固形物の侵入による閉塞が起きにくく、また固形物が付着した場合であっても通常の可変動作を行うことによって付着物の除去が可能であるという利点がある。一方、係止穴が溝形状の場合、開口部が小さく閉塞が起こりやすい。さらに固形物が溝内に付着すると、移動するピンが溝内の付着物を圧搾して固めてしまうので、装置を分解しなければ除去できない。
【００４８】
さらに、本実施形態の可変ダム５は、主軸受機構２２から完全に分離されているので、軸封シールが容易である利点がある。特許文献３の場合、軸受内部を分離液の移送管が通っているので、主軸受機構への液体侵入によるトラブルが懸念される。
【００４９】
上述の特長を有する可変ダム５を用いれば、従来におけるデカンタ１の用途に加え、難排出性固形物（タンパク残渣等）を含む処理物の遠心分離、固形物中に含有する水分の微調整が必要な処理物の遠心分離（特に、下流工程でポンプを使用する場合等）、含有固形物の粒度分布が変化する処理物の遠心分離への適用が実現可能となる。また、分離条件が運転中に変化する処理物の遠心分離にも適用が可能となる。
【００５０】
すなわち、可変ダム５は、デカンタ１の稼動運転中に機械を停止する事無く回転ボウル３内部の滞留液体量を無段階に調整することのできる機構である。通常のデカンタ１では内部の滞留液体量を調整するために装置を停止する必要があるが、本実施形態による可変ダム５を有するデカンタ１ではその必要はない。従って、性状・比重が連続処理中に変化するような液体（例えば、切削油、廃油等）でも運転状態を確認しながらの無段階調整が可能である。また、予備試験等の分離条件が不確定な状況での運転に適しており、連続運転を継続しながら最適な分離条件に調整することが可能である。
【００５１】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
２ ケーシング
３ 回転ボウル
４ スクリューコンベア
５ 可変ダム
５１ セントリペダルポンプ
５２ 液導入口
５３ 液排出口
７ 固定パーツ
８１ 周動パーツの操作板
８２ 操作レバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ボウルによって被処理液に遠心力を付与する遠心分離装置の可変ダムであって、
外周面に形成された分離液の導入口と、内周面に形成された分離液の排出口と、前記導入口から排出口まで連通する分離液の流路が形成された環状部材を含み、該環状部材の一方の表面に複数の位置決めピンが立設されているセントリペダルポンプと、
前記回転ボウルの回転軸中心から偏心したところにその中心が位置するように配置され前記セントリペダルポンプの中央開口部が摺動可能に嵌合される支持リングと、前記セントリペダルポンプの排出口と連通するように前記支持リングに形成された分離液の排出流路を有し、回転ボウルの分離液排出側の端部に固定配置される固定パーツと、
前記セントリペダルポンプを挟んで前記固定パーツの中央開口部に摺動可能に嵌合される環状部材を含み、内周面で前記位置決めピンを係止する円形の係止穴が各位置決めピンごとに形成されている周動パーツと、
前記周動パーツを回転させることにより、前記支持リングの周方向における前記セントリペダルポンプの導入口の位置を変えてダム深さを調整するダム深さ調整機構と、を備えたことを特徴とする遠心分離装置の可変ダム。
【請求項２】
前記位置決めピンは２本であって、この２本のピンが支持リングの中心の同心円上であって、且つ、支持リングの中心を挟んで直径線上に位置するように配置されており、
２本のピンを係止する２つの円形の係止穴は、回転ボウルの回転軸上に位置する周動パーツの中心の同心円上であって、且つ、周動パーツの中心を挟んで直径線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置の可変ダム。
【請求項３】
最も深いダム深さから最も浅いダム深さまでの最大可変量としてＬ１［ｍｍ］を実現したいとき、
前記回転ボウルの回転軸中心からの偏心量をＬ１［ｍｍ］とし、さらに、前記係止穴の直径［ｍｍ］を少なくともＬ２（＝２Ｌ１＋Ｌ３，Ｌ３は位置決めピンの直径［ｍｍ］である）以上にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離装置の可変ダム。
【請求項４】
前記セントリペダルポンプは、外周縁の少なくとも一部に、遠心分離実行時に回転ボウル内に形成される分離液の液面に対する入水角θが３０°±５°の範囲となる液抵抗軽減部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変ダム。
【請求項５】
前記可変ダムは、回転ボウルの回転軸方向において、回転ボウルと回転ボウルの軸受機構との間に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の遠心分離装置の可変ダム。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変ダムを備えたことを特徴とする遠心分離装置。
【請求項１】
回転ボウルによって被処理液に遠心力を付与する遠心分離装置の可変ダムであって、
外周面に形成された分離液の導入口と、内周面に形成された分離液の排出口と、前記導入口から排出口まで連通する分離液の流路が形成された環状部材を含み、該環状部材の一方の表面に複数の位置決めピンが立設されているセントリペダルポンプと、
前記回転ボウルの回転軸中心から偏心したところにその中心が位置するように配置され前記セントリペダルポンプの中央開口部が摺動可能に嵌合される支持リングと、前記セントリペダルポンプの排出口と連通するように前記支持リングに形成された分離液の排出流路を有し、回転ボウルの分離液排出側の端部に固定配置される固定パーツと、
前記セントリペダルポンプを挟んで前記固定パーツの中央開口部に摺動可能に嵌合される環状部材を含み、内周面で前記位置決めピンを係止する円形の係止穴が各位置決めピンごとに形成されている周動パーツと、
前記周動パーツを回転させることにより、前記支持リングの周方向における前記セントリペダルポンプの導入口の位置を変えてダム深さを調整するダム深さ調整機構と、を備えたことを特徴とする遠心分離装置の可変ダム。
【請求項２】
前記位置決めピンは２本であって、この２本のピンが支持リングの中心の同心円上であって、且つ、支持リングの中心を挟んで直径線上に位置するように配置されており、
２本のピンを係止する２つの円形の係止穴は、回転ボウルの回転軸上に位置する周動パーツの中心の同心円上であって、且つ、周動パーツの中心を挟んで直径線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置の可変ダム。
【請求項３】
最も深いダム深さから最も浅いダム深さまでの最大可変量としてＬ１［ｍｍ］を実現したいとき、
前記回転ボウルの回転軸中心からの偏心量をＬ１［ｍｍ］とし、さらに、前記係止穴の直径［ｍｍ］を少なくともＬ２（＝２Ｌ１＋Ｌ３，Ｌ３は位置決めピンの直径［ｍｍ］である）以上にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離装置の可変ダム。
【請求項４】
前記セントリペダルポンプは、外周縁の少なくとも一部に、遠心分離実行時に回転ボウル内に形成される分離液の液面に対する入水角θが３０°±５°の範囲となる液抵抗軽減部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変ダム。
【請求項５】
前記可変ダムは、回転ボウルの回転軸方向において、回転ボウルと回転ボウルの軸受機構との間に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の遠心分離装置の可変ダム。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変ダムを備えたことを特徴とする遠心分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４９００６（Ｐ２０１３−４９００６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７７３４（Ｐ２０１１−１８７７３４）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]