JPH0230301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばサイクロンのような装置にお
いて、粉粒体等を、自由渦流とともに作用する遠
心力によつて、より大きい質量の粒子が回転によ
り分離用の渦の外方部へ集まり、より小さい質量
の粒子が分離用の渦の回転中心の近傍に集まるよ
うにして、異なつた粒子質量を有する成分に分離
するための粉粒体等の質量別分離方法および渦流
分離装置に関するものである。

以下、“粉粒体等”とは粉砕された繊維の流動
している固体物質、流動している液体、液体のし
ずく、気体，ならびにそれらの混合物等を意味す
る。同じく、“粒子”とは、固体粒子、液体のし
ずく，液体分子，気体分子あるいは気体原子等を
意味する。“分離室”とは、種々の渦流室ならび
に送り管および流動室を意味し、その内部では、
遠心力による分離が行われる。

従来、例えば、渦流を閉じ込める円筒あるいは
円錐形の表面を有するサイクロンのように各種の
渦流分離器が知られている。通常、渦流すなわち
旋回室は滑らかな表面を有しており、そして、上
記渦流室等の壁は、渦流の流れ方向に連続的に続
いている。このような独立して操作される渦流分
離装置を互いに平行に位置させることにより、例
えばマルチサイクロンの組立が可能となつてい
た。このような例は、米国特許第3747306号明細
書に開示されている。加えて、いくつかの特許公
報において、２つの渦が互いに接して所定寸法の
粒子が一方の渦から他方の渦へ到る接線方向の流
路を形成した渦流分離器が開示されている。ま
た、分離される粉粒体等が２つの渦の間において
接線方向に供給される渦流システムが公知であ
る。この例は、米国特許第4148699号明細書に開
示されている。

上記従来の渦流分離装置の欠点は、遠心力が粉
粒体等の渦を閉じ込め面の外側に向つて押すとい
うことである。したがつて、摩擦によつて渦の動
きが減速されるであろうし、壁の近傍において乱
流が生じるであろう。摩擦および発生した乱流
は、かなりのエネルギー損失をもたらす。回転速
度の減少により、遠心力、したがつて分離能力は
弱まるであろう。さらに、乱流は既に分離された
いくらかのものを再び混合するであろう。従来の
マルチサイクロンは、多くの場所を要し、その構
造は大きな質量を有している。摩擦により生ずる
損失により、渦流分離装置が例えば気体混合物か
ら各気体への分離に要する高速渦流を有効に得る
のは難しい。摩擦は速度上昇とともに急激に増大
する。摩擦による制動効果のために、粉粒体等は
回転を持続することができず、したがつて非常に
長く分離作用を続けないと効果がない。

本発明の目的は、斯る欠点を軽減することにあ
り、２あるいはそれ以上の平行な分離用の渦を対
となるように、そして横方向に互いに接触するよ
うに生じさせ、その結果、分離用の渦が互いに反
対方向に回転しながら０〜90゜の角度で衝突する
本発明に係る方法により上記目的を達成すること
ができる。

本発明の中心課題は、分離用の渦と、この渦を
閉じ込めている周囲の表面との接触を減じ、斯る
接触の欠点を取除くことにある。このため、渦を
閉じ込めている周囲の表面の一部または全体が取
り除かれている。渦を内方へ押しやるという表面
が有する支持機能は、２つの隣接する渦を回転さ
せながら互いに衝突し、これにより渦が互いに内
方へ押しやることにより補われる。小さい角度で
互いに衝突する渦は、乱流を引き起さず、それら
の間の摩擦は、回転速度が等しい場合は、実質的
にゼロとなる。

さらに本発明の他の目的は、粉粒体等をそれら
が衝突した時に、渦内で生じる径方向の振動運動
によつて分離することである。この径方向の振動
運動は、異なつた質量を有する粒子の分離に寄与
する。衝突点を双方より一定の距離に調整するこ
とにより、実質的に回転の半径方向に伝播し、そ
して選択的に粉粒体等の粒子の回転の半径方向に
互いに、より近づけ、あるいは遠ざけて分離する
規則的な波動を渦内に発生させることが可能とな
る。外周から内周に向かう径方向に向かう衝撃
は、遠心力と同様により大きな慣性を有する重い
粒子よりも軽い粒子に、より高速で回転中心に向
かわせることができる。

以下の図面は、本発明の操作方法とともに本発
明の実施例のいくつかを示す。実際は、本発明に
対して多くの各種実施例が考えられる。本発明に
係る装置の形状、寸法は与えられた最終用途にし
たがつて決められる。実験による探究および理論
的研究は補助的に利用することができる。

次の用語は、図中に示されている構成要素に対
して使われている。

１：分離空間を外周に向かつて限定する表面 ２：振動効果がない場合における分離用の渦の概
略的な進路 １０：異なつた質量を有する粒子が互いに分離す
る分離空間、すなわち渦流室 １２：粉粒体等が分離空間に入るための接線方向
の入口パイプ １３：分離後の小さい質量を有する粒子のための
軸方向の出口パイプ ３９：各種の渦を互いに分離するための流れ分離
器 ４０：分離用の渦が互いに衝突する衝突エリア ４７：上記渦流室のふた ４８：軸方向の供給パイプ ４９：分離用の渦の回転中心 ６０：より小さい方の流れ分配器 ４９０：遠心分離機の回転中心 第１図は、本発明に係る渦流室システムを示
し、当該システムにおいては、各渦流室は等寸正
方形からなる網目に沿つて相並んで位置してい
る。渦流室すなわち分離空間１０は横方向に互い
に接触し、その結果、中央部の渦流室の壁面の約
半分は取除かれている。取除かれた壁面の部分に
て、種々の渦流室の渦が互いに衝突している衝突
エリア４０が形成されている。図示する場合で
は、渦の数は４×４であるが、渦流システムは横
方向に互いに対となるように接触している任意数
の渦２を含むことができる。第１図の例では、渦
の間に４つの分岐した形状の断面を有し、寸法が
可変である流れ分配器３９が残つている。また、
流れ分配器３９の形状も可変である。例えば、波
形形状は振動を強める。

第２図は、径方向の衝撃を強めるために各渦２
を楕円形とした。本発明に係る渦流システムを示
す。この第２図の場合においては、上記楕円の長
軸は互いに直交している。選択的に、楕円の長軸
を平行にすることができる。本発明に係る渦流シ
ステムは、また、他のいくつかの形状、例えば丸
みをつけた三角形に似た形状、丸みをつけた正方
形に似た形状等の渦によつても形成される。

第３図に示す側面図では、１つのシステムに結
合された４×４のサイクロン、すなわち配列され
たサイクロンを有する本発明に係るサイクロンシ
ステムが描写されている。本図はサイクロンに対
するいかなる供給手段も示していない。粉粒体等
のサイクロン内への供給は、軸方向あるいは接線
方向に行うことができる。第３図に示された場合
では、分離された部分は軸方向に出て行くが、接
線方向の出口を配設することも可能である。

第４図に示されるサイクロンシステムの断面図
は各渦流室１０が等寸であるものを描写してい
る。これは、種々の渦において衝撃力が等しくな
る点から見ても好ましい。この場合、流れ分配器
３９は円筒状の面をした４つの滑らかな部分から
なつている。

第５図に示す断面は、サイクロンシステムに対
する接線方向の入口１２を図示したもので、上記
入口１２は各渦２の間に配されている。

第６図は、上方より見た上記接線方向の入口１
２を示す。

第７図は、上記渦の流れ方向に筋状の溝と、各
溝間に鋭いリブとを備えた流れ分配器３９を示
す。斯る形状により、回転の種々の段階にて渦２
の軸方向断面の形状を修正することが可能とな
る。各渦２の衝突エリア４０内で、上記渦の中間
面は平面で、すなわち渦２の軸方向断面は直線で
ある。粒子が第７図に示す渦分配器３９に到達す
ると、上記粒子は部分的にまた軸方向に移動させ
られる。その結果、異なつた質量を有する粒子
は、より簡単に分離のために望ましい方向に、互
いに通過することが可能となる。また、流れ分配
器の横断面の形状は、例えば円形あるいは楕円形
とすることができる。

第８，９図および第１０図に示す流れ分配器３
９のタイプでは、軸を含む断面は波形である。波
形の峰の間に渦２が押しやられるくぼみがある。
渦２を軸方向および径方向に規則的な形状にすれ
ば、分離が促進される。

第１１図は、第５，６図に示した場合における
接線方向の入口１２の配置の一例の詳細を示す。

第１２，１３図は、円錐形の渦流室の配列の一
実施例を示す。衝突エリア４０の幅は望むように
決めることができる。流れ分配器３９は平坦な円
錐面としてもよく、あるいは渦２の進む方向に波
状に、すなわちしわを設けてもよく、あるいは軸
方向に溝を設けてもよい。

第１４図は、各渦２間の壁が完全に取除かれた
本発明の一実施例を示す。渦２は、矢印により方
向付けられているように、渦２の間に設けられた
接線方向の入口１２によつて作られ、維持されて
いる。各渦２は等速回転しかつ等寸で、互いに横
方向に重複している。渦２間の横方向の摩擦は非
常に小さい。第１４図の場合は、回転中心４９は
平行である。また、入口すなわち供給は軸方向に
設けられている。

第１５図は、１つの大きな渦２の周囲を多数の
小さい渦２に取囲まれた本発明に係る渦流システ
ムを示している。衝突エリア４０内では、大きい
方の渦２と小さい方の渦２の接線方向速度は等し
く、上記小さい方の渦２の角速度がより速い。上
記小さい方の渦２の遠心力は大きい方の渦２に比
し、より小さい回転質量により減少する反面、よ
り小さい半径により増大する。したがつて、寸法
の異なる渦２は遠心力に関してはつりあつてい
る。第１５図の例では、上記大きい方の渦２の粒
子は１サイクルの間に18回衝突するであろう。第
１５図においては、上記大きい方の渦２の外方部
に位置する衝突エリア４０は、衝突ポイント４０
間の部分と同じ長さを有するように接線方向に作
られている。ゆえに、大きい方の渦２は規則的な
波動運動をさせられる。

第１６図は、複数のサイクロンを軸方向に少し
ずつずらして配列した本発明に係るサイクロンシ
ステムを示す。粉粒体等の取入れ口は、最も高い
位置にある中央のサイクロンに設けてあり、そこ
から粒子が部分的にわきにそれて、衝突エリア４
０を経てより低い位置にあるサイクロン内に進む
ことができる。より低い位置にあるサイクロンに
進むのは、渦流室１０の上部に集められた、より
大きい質量を有する粒子である。重い粒子は、一
続きのサイクロンの内の最後の、軸方向に最も低
い位置のサイクロンに最もよく集まる。軸方向に
異なつた高さに位置する上記サイクロンから得ら
れるものは、重い粒子、軽い粒子の集まりで、出
口１３，１４を通り抜けて種々の等級に分かれて
集まる。この等級別の集まりを効果的にするため
に、上記集められたもののいくつかを、入口パイ
プ１２により再度中央のサイクロンに通すことが
できる。種々の高さに位置するサイクロンの出口
１３，１４の寸法および圧力を調整することによ
り種々のサイクロンの粒子構成をコントロールす
ることができる。したがつて、中央のサイクロン
が一定の間隔で３，４，５基あるいは、その他の
基数のサイクロンに囲まれ、そして後者のサイク
ロンは他のサイクロンによつて拡大できるサイク
ロンシステムすなわちサイクロンの配列を組み立
てることができる。

第１７図は、遠心分離機内周部の、回転中心４
９０の回りに配された本発明に係るサイクロンシ
ステムを示す。サイクロンの回転と結合した遠心
分離機の回転は、サイクロンの渦内に振動運動を
生じさせ、これにより、分離を活発にする。振動
はまた、隣接する渦が互いに衝突することにより
強められる。

第１８図は、遠心分離機の軸を含む断面を示
す。サイクロンの回転中心４９と上記遠心分離機
の回転中心４９０との間の角度は、サイクロンの
円錐形状あるいは円柱形状によつて、そして衝突
エリア４０の所望の長さにしたがつて変えること
ができる。

第１９図は、軸を含む断面において、渦２の上
方部分では取り除かれている各渦間の壁を有し、
円錐形をした渦２の回転中心の互いに対称的な位
置を示す。この場合、正方形の網目内の回転中心
４９の位置は、球面４７に沿つて測定される。

第２０図は、１つの大きな流れ分配器３９の代
り、２つの小さな分配器６０の間に４つの渦２が
位置する場合を説明している。このようにして、
渦２を閉じ込める摩擦面により小さくなるであろ
う。渦２と小さな流れ分配器６０との間には、分
離用の渦２を横方向から支える逆方向流れの渦が
生じるであろう。

第２１図は、流れ分配器３９，６０が全くない
場合に、上記分離用の渦の間に形成される逆方向
流れの過を示す。各渦は、自然に拡がり、内部で
バランスを保つ。実際には、上記渦は非常に複雑
な状態を組立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る渦流システムを示し、並
列させて設けた分離用の渦が互いに対となるよう
に、かつ横方向に接触しており、第２図は渦が楕
円形である本発明に係る渦流システムを示し、第
３図は本発明に係るサイクロンシステムの側面
で、第４図は第３図の―線に沿つた断面で、
第５図は本発明を適用したサイクロンシステムの
軸方向断面で、第６図は第５図の―線に沿つ
た断面で、第７図は流れ分配器の一実施例を軸測
投象法により示したもので、第８図は流れ分配器
の他の実施例を軸測投象法により示したもので、
第９図は第８図の流れ分配器の横断面の変化を示
し、第１０図は第８図の―線上の回転軸に沿
つた断面で、第１１図は第６図における接線方向
の供給の一例を示す側面図で、第１２図は渦が円
錐形である本発明に係るサイクロンシステムの透
視図で、第１３図は渦が円錐形であるサイクロン
システム中の流れ分配器を軸測投象法により示し
たもので、第１４図は各渦間に壁を設けていない
本発明に係る渦流システムの軸測投象図で、第１
５図は一つの渦流室が他の複数の渦流室によつて
周囲を囲まれた本発明に係る渦流室の断面で、第
１６図は粉粒体等が中央のサイクロンに供給され
る本発明に係るサイクロンシステムの軸測投象図
で、第１７図は回転中心の周囲に本発明に係るサ
イクロンシステムを有する遠心分離機の横断面
で、第１８図は第１７図中の―線に沿つ
た軸を含む断面で、第１９図は渦が円錐で、各渦
間の壁が殆ど省略された本発明に係るサイクロン
の軸を含む断面図で、第２０図は小さい方の流れ
分配器とその付近の渦の概略を示し、第２１図は
流れ分配器がない場合の渦の概略を示している。 １…分離用の渦、１０…渦流室、１２…入口パ
イパ、３９…流れ分配器、４０…衝突エリア、６
０…流れ分配器、４９０…回転中心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 例えば、サイクロン等の装置における自由渦
   流内の遠心力によつて、より大きい質量の粒子を
   回転運動させながら分離用の渦２の外方に集め、
   より小さい質量の粒子を分離用の渦２の回転中心
   に集める粉粒体等の質量別分離方法において、２
   あるいはそれ以上の分離用の渦２を横方向に対と
   なるように互いに接触させて配置することによ
   り、上記分離用の渦２を互いに逆方向に回転させ
   ながら０〜90゜の角度で互いに衝突させることを
   特徴とする粉粒体等の質量別分離方法。 ２ 上記分離用の渦２が、相並んで配置されると
   ともに、軸方向からみて回転中心４９が一定の正
   方形の網目を作る渦流システムを形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粉粒体等
   の質量別分離方法。 ３ 上記分離用の渦２が、相並んで配置されると
   ともに、１つの分離用の渦２の周囲に多数の分離
   用の渦２を配置した渦流システムを形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粉粒体
   等の質量別分離方法。 ４ 上記分離用の渦２が、相並んで配置されると
   ともに、分離用の渦２の回転中心４９がその中の
   １つの回転中心４９に対して対称に位置する渦流
   システムを形成することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の粉粒体等の質量別分離方法。 ５ 例えば、サイクロン等の装置における自由渦
   流内の遠心力によつて、より大きい質量の粒子を
   回転運動させながら分離用の渦２の外方に集め、
   より小さい質量の粒子を分離用の渦２の回転中心
   に集めるようにした粉粒体等を質量別に分離する
   渦流分離装置において、互いに平行な渦流分離器
   の渦流室１０に対を組ませ、互いに内部の一部に
   逆方向に回転する平行な渦２が衝突する衝突エリ
   ア４０を形成することを特徴とする渦流分離装
   置。 ６ 上記分離用の渦２が、相並んで配置されると
   ともに、軸方向からみて回転中心４９が一定の正
   方形の網目を作る渦流システムを形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の渦流分離
   装置。 ７ 上記分離用の渦２が、相並んで配置されると
   ともに、１つの分離用の渦２の周囲に多数の分離
   用の渦２を配置した渦流システムを形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の渦流分
   離装置。 ８ 上記分離用の渦２が、相並んで配置されると
   ともに、分離用の渦２の回転中心４９が、その内
   の１つの回転中心４９に対して対称に位置する渦
   流システムを形成することを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の渦流分離装置。 ９ 上記粉粒体等の供給部１２が、上記渦流室１
   ０の間より衝突エリア４０に向けて設けることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の渦流分離
   装置。 １０ 上記渦流室１０が一定の正方形の網目内に
   互いに平行に位置することを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の渦流分離装置。 １１ 上記渦流室１０が、その内の１つの周囲を
   他のものが取り囲むように配されることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の渦流分離装置。 １２ 上記渦流室１０が、互いに平行でかつそれ
   らの間の壁１が取り除かれていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項から第１０項のいずれか
   に記載の渦流分離装置。 １３ 上記渦流室１０が、互いに平行な４室の間
   に１つの断面正方形の流れ分配器３９を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項から第１０
   項のいずれかに記載の渦流分離装置。 １４ 上記渦流室１０が、互いに平行な２室の間
   に、２つの小さい流れ分配器６０を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第５項から第１０項の
   いずれかに記載の渦流分離装置。 １５ 上記渦流室１０が、互いに平行な４室の間
   に１つの断面円形の流れ分配器３９を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項から第１０項
   のいずれかに記載の渦流分離装置。 １６ 上記流れ分配器３９が、分離用の渦２の伝
   播方向に溝を設けたものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１３項から第１５項のいずれか
   に記載の渦流分離装置。 １７ 上記流れ分配器３９が、分離用の渦２の伝
   播方向にしわを設けたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１３項記載の渦流分離装置。 １８ 上記渦流室１０が、軸方向に互いに高さを
   異ならせて隣接させて設けられることを特徴とす
   る特許請求の範囲第８項または第１１項のいずれ
   かに記載の渦流分離装置。 １９ 上記渦流室１０が、遠心分離機の回転中心
   の周囲に配置されることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の渦流分離装置。