JP2020032355A - 流体中の混合物分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体（液体及び気体）中に含まれる混合物を、効果的に分離・除去するための構造が簡単で保守・整備が容易という特性を持つ、流体中の混合物分離装置を提供する。【解決手段】混合物を含む流体が貯蔵される流体貯蔵タンク（１）と、この流体貯蔵タンク（１）に接続された循環ポンプ（２）に至る配管（６ａ）と、この配管（６ａ）の末端に設置された循環ポンプ（２）と、循環ポンプ（２）の吐出側に接続され分離容器（４）に至る配管（６ｂ）と、この配管（６ｂ）の途中から分岐して循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｃ）と、この配管（６ｃ）の途中に設置された分離容器入口圧力調整弁（３）と、配管（６ｂ）の末端に設置された分離容器（４）と、分離容器（４）から循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｄ）と、この配管（６ｄ）の途中に設置された分離容器内圧力調整弁（５）から構成されることを特徴とする流体中の混合物分離装置。【選択図】図２

Description

本発明は、流体中に混入した汚泥や油等の原流体と密度差のある液体や金属・鉱物・粉塵等の個体を源流体と分離・除去する装置に係わり、遠心力、慣性力、重力などの物理的手法のみを用いて源流体中に含まれる混合物を分離・除去できるとともに、構造が簡単で保守・整備が容易という特性を持つ装置の提供に関する。

地球上においては流体（気体及び液体）中に様々な混合物が混在している状態が多く存在する。しかし、科学技術分野においては、大気中の粉塵除去、汚水中の汚泥除去、油分に含まれる水分の除去など、源流体に含まれる混合物を除去して、出来るだけ原流体の純度を高める技術が求められている。そこで、近年では、遠心力を利用した遠心分離機による分離方法、慣性力を利用した分離方法、沈殿作用を利用した分離方法及びこれらの組み合わせによる方法が使用されている。

これらの方法のうち、例えば、特許文献１、２に記載されている方法では分離を促進させるために薬剤を用いるため、複雑かつ高コストな工程（薬剤投入量の制御を含む複雑な装置と消費薬剤のコスト）を必要とする。

特開平０９-２４８４０４ 特開２０１７-２０５７１３

これに対し、例えば特許文献３、４に記載されているように、薬剤を用いずに遠心力、慣性力、重力、圧力差などの物理的手法のみを用いて混合物を分離・除去できるとの報告もあるが、
源流体中に含まれる混合物を効果的に分離・除去する装置を実用化するためには、構造が簡単（加工が容易でかつ耐久性に優れている）で、保守・整備が容易（メインテナンスフリーに近い）という特性を必要とする。

特開平０７-０００９５７ 特開２００６-２５８４１３

しかしながら、一般に、遠心力、慣性力、重力、圧力差などの物理的手法のみを用いて源流体中に含まれる混合物を分離・除去できる装置に、構造が簡単で保守・整備が容易という特性をもたせると、分離能力が低下するとともに、装置が大型化する可能性がある。

そこで本発明は、流体中に含まれる混合物が、装置に流入する際に、流体に速度を与えることにより、流れが曲面に沿って流れていく間に遠心力、慣性力という物理的作用が効果的に作用して分離しやすい構造とするとともに、分離した混合物が重力という物理的作用により混合物溜りに集積されるような構造とした。さらに、これらの作用を繰り返すことによって効果的な分離・除去を行えるようにすることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、混合物を含む流体（液体や気体）が貯蔵される流体貯蔵タンク（１）と、この流体貯蔵タンク（１）に接続された循環ポンプ（２）に至る配管（６ａ）と、この配管（６ａ）の末端に設置された循環ポンプ（２）と、循環ポンプ（２）の吐出側に接続され分離容器（４）に至る配管（６ｂ）と、この配管（６ｂ）の途中から分岐して循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｃ）と、この配管（６ｃ）の途中に設置された分離容器入口圧力調整弁（３）と、配管（６ｂ）の末端に設置された分離容器（４）と、分離容器（４）から循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｄ）と、この配管（６ｄ）の途中に設置された分離容器内圧力調整弁（５）から構成されることを特徴とする流体中の混合物分離装置で、
流体貯蔵タンクを出た混合物を含む流体は、循環ポンプを経て分離容器に入り、分離容器から配管（６ｄ）を経て再び循環ポンプの吸入側に至るという循環を繰り返すことにより、効果的に、繰り返し遠心力、慣性力、重力の作用を受けるという構造と機能を持つとともに、
循環ポンプ出口から分離容器に至る配管（６ｂ）及び分離容器内に流入する流体の圧力を、分離容器圧力調整弁により高圧に保つことにより、分離容器内に流入する混合物を含む流体が分離容器内を移動する際に高速を与えることができるという構造と機能を持ち、さらに、
分離容器出口から循環ポンプの吸入側に至る配管（６ｄ）の圧力を、分離容器出口圧力調整弁により設定された圧力に保つことにより、分離容器から流出する混合物を除去された流体が自然流出するとともに、混合物溜りに集積した流体が自然流出するという構造と機能を持っている。

請求項２に記載の発明は、分離容器内において流体（液体及び気体）中に混入した汚泥や油等の原流体と密度差のある液体や金属・鉱物・粉塵等の個体を源流体と分離・除去するために、分離容器は中空で流入口と流出口及び循環用分岐口を持った容器と、それに連結される管及び循環ポンプから構成され、まず、流入口から流入した原液中に含まれる混合物の大部分は、容器内で遠心力、慣性力、重力の作用により原液から分離されて混合物集合部に集められ、下部流出口から分離容器の外に流出する。次に、この一連の動作では分離されなかった混合物は、循環ポンプにより吸入されて循環用分岐口から流出して循環ポンプを経て、流入口に至る管と合流して再び容器内に入り、容器内で遠心力、慣性力、重力の作用により原液から分離されて混合物集合部に集められるという動作を繰り返す。さらに、これらの循環経路を循環する液体や固体よりも密度・質量が小さな混合物は原流体とともに容器内を上昇して上部流出口から分離容器の外に流出する。この一連の動作を繰り返すことにより、流体中に含まれる混合物を効率よく分離・除去することができるという構造と機能を持っている。

流体中に含まれる混合物が分離容器に流入する際に、流路を狭くして速度を増加させることにより、流れが分離容器の曲面に沿って常に方向を変化させながら流れていく間に遠心力、慣性力という物理的作用が効果的に作用して分離しやすくするとともに、分離した混合物が重力という物理的作用が働きやすくするための構造と機能を持っている。

本発明は、流体（液体や気体）中に混入している源流体と密度差のある流体や固体を、遠心力、慣性力、重力などの物理的な作用のみを用いて効果的に分離・除去できるとともに、構造が簡単（加工が容易でかつ耐久性に優れている）で、保守・整備が容易（メインテナンスフリーに近い）な流体中の混交物除去装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る流体に含まれる混合物の分離・除去装置の工程の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る流体に含まれる混合物の分離・除去装置の構成の一例を示したブロック線図である。 本発明の実施の形態に係る流体に含まれる混合物の分離・除去装置の主要部である分離容器の一例を示した概念図である。

以下に、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る流体に含まれる混合物の分離・除去装置の工程の一例を示したフローチャートである。
タンク内に貯蔵された混合物を含む流体は、ポンプにより吸引されるとともに加圧されて分離容器に流入する。
ポンプによって加圧された流体の圧力は圧力調整弁により高圧を保持され、分離容器入口部において流路が絞られることにより高速で容器内に流入する。
容器内に高速で流入した流体は、曲面を移動しながら遠心力、慣性力を受けることにより密度差のある混合物が効果的に分離される。
また、容器内の空間を移動する際に重力の作用により、密度差のある混合物は容器の下部に滞留する。
分離容器内の圧力は、圧力調整弁により大気圧以上に設定されているため、
流体から分離され容器の下部に滞留した比較的密度の大きな混合物は、自然流出できる。
また、流体から分離された比較的密度の小さな混合物は、容器の上部に移動し、自然流出できる。
容器内の中間位置から循環ポンプに吸引された流体は、再び高速で分離容器に流入し、遠心力、慣性力、重力の作用による分離作用を受ける。
洗出口の圧力は圧力調整弁により高圧を保持するため、分離容器に流入する分離から分岐して貯蔵タンクとポンプを接続するするラインに

図２は、本発明の実施の形態に係る流体に含まれる混合物の分離・除去装置の構成の一例を示したブロック線図である。流体の混合物除去装置は、混合物を含む流体（液体や気体）が貯蔵される流体貯蔵タンク（１）と、この流体貯蔵タンク（１）に接続された循環ポンプ（２）に至る配管（６ａ）と、この配管（６ａ）の末端に設置された循環ポンプ（２）と、循環ポンプ（２）の吐出側に接続され分離容器（４）に至る配管（６ｂ）と、この配管（６ｂ）の途中から分岐して循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｃ）と、この配管（６ｃ）の途中に設置された分離容器入口圧力調整弁（３）と、配管（６ｂ）の末端に設置された分離容器（４）と、分離容器（４）から循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｄ）と、この配管（６ｄ）の途中に設置された分離容器出口圧力調整弁（５）から構成されている。

図３は、本発明の実施の形態に係る流体に含まれる混合物の分離・除去装置の主要部である分離容器の一例を示した概念図である。循環ポンプと圧力調整弁により高圧となった流体は、分離容器入口部分で流路を絞られて速度を増した状態で分離容器に流入する（分離容器内に噴射される）。

分離容器に流入した流体は容器内の曲面に添って移動し、その際に遠心力、慣性力を受けることにより比較的密度が大きな流体（混合物）は内壁に沿って移動し、容器下部に設けられた混合物溜まりに滞留する。

分離容器内に流入した比較的密度の小さい流体（混合物）は、比較的密度の大きな流体（混合物）よりも内壁から遠い位置（中心に近い位置）に移動することにより、容器内の曲面に添って流体（混合物）の密度差による層を生成する。

その結果、比較的密度差の大きな流体（混合物）は分離容器の下部に滞留し続けることになるが、最下部に設置された流出口２を開放することにより、容器外へ流出する。

比較的密度差の小さな流体（混合物）は分離容器の上部に滞留するが、循環ポンプにより吸入されることにより容器外へ流出する。

さらに密度差の小さな流体（混合物）は、分離容器の最上部に設置された流出口から容器外へ流出する。

これらの作用を繰り返し行うことにより、密度の異なる混合物を含む流体は、容器内において密度差により分離されるとともに、分離容器の異なる位置に設置された流出口から容器外へ流出する（流体の混合物が分離される）

本発明は、流体（液体及び気体）中に含まれる混合物を効果的に分離・除去する場合に適用可能である。

（１）流体貯蔵タンク
（２）循環ポンプ
（３）分離容器入口圧力調整弁
（４）分離容器
（５）分離容器内圧力調整弁
（６ａ）流体貯蔵タンクから循環ポンプに至る配管
（６ｂ）循環ポンプから分離容器に至る配管
（６ｃ）配管（６ｂ）と配管（６ａ）を接続する配管
（６ｄ）配管（６ｄ）と配管（６ａ）を接続する配管

Claims (3)

1. 混合物を含む流体（液体や気体）が貯蔵される流体貯蔵タンク（１）と、この流体貯蔵タンク（１）に接続された循環ポンプ（２）に至る配管（６ａ）と、この配管（６ａ）の末端に設置された循環ポンプ（２）と、循環ポンプ（２）の吐出側に接続され分離容器（４）に至る配管（６ｂ）と、この配管（６ｂ）の途中から分岐して循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｃ）と、この配管（６ｃ）の途中に設置された分離容器入口圧力調整弁（３）と、配管（６ｂ）の末端に設置された分離容器（４）と、分離容器（４）から循環ポンプ（２）の吸入側に至る配管（６ｄ）と、この配管（６ｄ）の途中に設置された分離容器内圧力調整弁（５）から構成されることを特徴とする流体中の混合物分離装置。
2. 流体（液体及び気体）中に混入した汚泥や油等の原流体と密度差のある液体や金属・鉱物・粉塵等の個体を源流体と分離・除去する装置であって、中空で流入口と流出口及び循環用分岐口を持った容器と、それに連結される管及び循環ポンプから構成され、まず、流入口から流入した原液中に含まれる混合物の大部分は、容器内で遠心力、慣性力、重力の作用により原液から分離されて混合物集合部に集められ、下部流出口から容器外に流出される。次に、この一連の動作では分離されなかった混合物は、循環用分岐口から流出して循環ポンプを経て、流入口に至る管と合流して再び容器内に入り、容器内で遠心力、慣性力、重力の作用により原液から分離されて混合物集合部に集められるという動作を繰り返す。さらに、混合物が分離された流体は容器内を上昇して上部流出口から容器外に流出する。この一連の動作を繰り返すことにより、流体中に含まれる混合物を効率よく分離することができる請求項１に記載の流体中の混合物分離装置。
3. 流体中に含まれる混合物が分離容器に流入する際に、流路を狭くして速度を増加させることにより、流れが分離容器の曲面に沿って常に方向を変化させながら流れていく間に遠心力、慣性力という物理的作用が効果的に作用して分離しやすくするとともに、分離した混合物が重力という物理的作用が働きやすくするための構造を有する装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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