JPH02501366A - サイクロン分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 サイクロン分離器 本発明はサイクロン分離器に関する。このサイクロン分離器は水から油のように 多量の高濃密成分すなわち高密度成分から軽量成分すなわち低密度成分を除去し て、より多量の成分中の汚染物を除去する用途を見出す。もっとも通常のサイク ロン分離器は反対の目射、すなわち多量の低密度成分から高密度成分を除去して 、より量の少い成分中の汚染物を除去するよう設計されている、本出願の場合に 、典型的な出発液−液分散系は、軽い成分（低密度成分）を容積％で１％迄金含 有ているが、それ以上であってもよい。

本発明は、密度差が少いかあるいは、軽い成分の液滴が小さい（一般的に２５ｎ 以下）の時に、もしサイクロンの中をサイクロンの長手方向下流に流れるのに制 限があるならばより有効な分離ができるという知見に基づく。

本発明に基づき、一般的に回転の容積の形状を有して第１端部と第２端部と少な くとも１個の入口を具備する少なくとも１個の主要部分から成るサイクロン分離 器であり、前記第２端部の直径が第１端邪の直径より小さく、前記入口がサイク ロン分離器に分離されるための供給物を導入する少くとも１個の接線方向構成成 分を前記第１端部あるいはその近傍に有し、前記サイクロン分離器はさらに少く とも２個の出口を有し、サイクロン分離器の主要部分のそれぞれの端部の片方が 下記関係を有し、 ｄ、は、好ましくは前記主要部分の前記第１端邪における入口部分である（ただ し供給チャンネルがない場合）、流れが入る前記主要部分の直径であり、ｄｏが Ｘ　Ｌ？番目の入口を経て流れがサイクロンに入る位置での半径の２倍であり（ すなわち軸線からの入口中央線の接線成分の最小距離の２倍）、ＡｊＸは、前記 入口中央線の接線成分を含むサイクロン軸線に平行であると共に、平面に垂直で あるサイクロン分離器に平行な平面におけるサイクロン分離器への入口で測定し たＸ　Ｌｈ番目の入口の断面積の投影であり、点Ｚ２で測定された主要部分の直 径ｄ２にＺ＞２２の全てに対して下記条件が与えられ、 Ｚは入口を含む平面の下流でのサイクロン分離器軸線に沿った距離であり、ｄは Ｚにおけるサイクロンの直径であり、Ｚ＝０が、Ｚ＝０である前記軸線上位置の まわりにサイクロン分離器への角度運動量の投射が軸線的に均一に分布されるよ うに複数の入口の重み付は区域の軸線上位置であって、下記式によって規定され ており、 ＺＸはｘＬｈ番目の入口の軸線位置であり、前記主要部分の第２端部が一定の直 径ｄ、と長さ１３を有する第２部分につながり、 下記各関係式を満たすサイクロン分離器が提供される。

（ｉｉ）２０’＜α＜２０ αは分離部分の収斂の半角度、すなわちｄ、は主要部分の第２端部の位置であり 、（ｉｉｉ）　ｄｏ　／ｄｚ　＜０．２ ｄｏは主要部分の第１端邪における出口の直径であり、（ｉｖ）　０．９ｄ＋　 ＞ｄｚ （ｖ　）　０．９　ｄ　ｚ　＞　ｄ　５（ｖｉ）　１２　／　ｄｓ　＞　２２ 人口あるいは複数の入口が主要部分すなわち入口部分の中に接線方向的に向けら れるとよく、あるいはインボリュート入口のように内側に旋回する供給チャンネ ルを有するとよい。

好ましくは１個あるいは複数の接線方向的に向けられている場合に、少くとも２ 組の円周方向に等しく間隙をあけて配置された複数の入口があるとよい。

複数の入口が主要部分あるいは入口部分に沿って軸線方向にずらして配置される とよい。さらに１個あるいは複数の入口がセパレータの中に正確に半径方向に供 給するように配置される必要はなく、しかしそれらの供給方向に軸線方向成分を 有するとよい。

それぞれの供給チャンネルは入口部分に実質的に接線方向的に向けられたダクト から供給されるとよく、チャンネルの外側表面は、例えば軸線を中心とした単位 角度当りの実質的に等しい半径方向の縮小によって入口部分の主要な直径ｄ１に 収斂する。軸線を中心とした少くとも３６０°の後に直径ｄ１を得ると好ましい 。

クロンに入り、面ｄ２に達する接線的な複数の速度の比を適切に予知する表示で ある。

我々にとって興味の対象である分散された低密度成分に関し、１％のオーダの低 い分離比で分離するのに好ましい内部流れ構造を作ることができるために、オー バフロー出口が主要部分の第１端邪にある出口であり、全主要部分にわたって平 均した収斂の半角度が２０′から２°であり、好ましくは１°より大きくなく、 さらに好ましくは５２′より小さく且つ少くとも３０’であり、Ｓの値は３から ２０．好ましくは４か１２、より好ましくは６から１０である。

分散比は下記式で示される。

入口面で測定された直径ｄ、から直径ｄ２への平均した収斂程度はサイクロン中 で最大（円錐体半角度が最大）であると良く、５°から４５°であるとよい（入 口面は点Ｚ＝０を含むサイクロン軸線に垂直な面である）。

入口部分は複数の入口から入る材料の角度運動量が実質的に主要部分に保存され るようなものであるべきである。

長さ１．の入口部分を分離器が含む時に、１１／ｄＩは０．５から５、好ましく は１から４である。ｄ　ｓ　／　ｄ　２は好ましくは０．７５より小さく、より 好ましく０．７より小さく、０．２５を越える、より好ましくは０．３を越える とよい。下流の出口部分の内部長が１．である場合に、ｌ　ｓ　／　ｄ　２は少 くとも２２、且つ少くとも５０であるように希望されるだけ大きいとよい。空間 的理由のために、第２部分をゆるやかに湾曲させると好ましく、湾曲半径を３０ ｄ３のオーダにすることができる。サイクロン軸線のゆるやかな湾曲もまた実施 できる。

ｄ　＋　／　ｄ　２は１．５から３であるとよい。ｄｏ　／　ａ　２は多くて０ ．１５で少くとも０．００８、例えば０．０１から０．１であるとよい。

軸線上オーバフロー出口における圧力降下は過剰であるべきではなく、したがっ て軸線上オーバフロー出口の６０部分の長さは短く保つべきである。軸線上オー バフロー出口はそのｄｏの直径に、瞬時にあるいは突然又は平滑な変化の各種の 形状に達すればよく、その後でテーバ又は階段で拡げられるとよい。入口面から ｄ０点迄の軸線上距離は好ましくは４ｄ２より小さとよい。ｄ、の実際の大きさ は作動上および製造上の都合によって選択される事であり、例えば１０〜１００ ｍｍであるとよい。

本発明によれば、入口部分あるいは主要部分の発生機の少くとも一部分が湾曲さ れているとよい。

発生機は例えば、（１）入口部分においてもっとも急である単調な曲線（変曲点 がない）であって、その開口端において００円錐角になる曲線、（２）１個以上 の変曲点を有する白線であって、下流の出口部分に向って全体が収斂し、且つ好 ましくは下流の出口部分に向って決して拡大することのない曲線であるとよい。

湾曲した発生機が下記の式にしたがうと好ましい。例えば指数又は立方の方式で あるとよい。

本発明は前述のサイクロン分離器の供給部に高密度成分と低密度成分を付与する ことを含んで成り、大量の高密度成分から低密度成分を除く方法にも及び、２つ の成分は軸線上オーバフロー出口および下流の出口部分の下流端部におけるより 高い圧力下にある。実際には、下流出口部分から出る圧力は一般的に軸線上オー バフロー出口から出る圧力を越えることが見出される。

この方法は、流出、難破、オイルリング破裂あるいは船底洗滌やオイルリング掘 削のような日常の作業の結果として油で汚染されることになった海水あるいは油 田生産用水のような水（高密度成分）の１９部以上から油（低密度成分）の容積 で１部迄を除去することを特にもくろむ。下流出口に対する上流出口の流速の比 （したがって分離比）は油の分離を成功させるために最小値を有し、その値はサ イクロンの幾何学的構造（特にｄ　ａ　／　ｄ　２の値で定められる。しかしサ イクロンは、例えば用いられるサイクロンの外側の弁配置や流れ制限によってあ たえられる背圧によって、最低値以上で作動されると好ましい。かくして好まし くは、本方法は分離比を１各（ｄｏ／ｃｉｚ）”以上、より好ましくは２（ｄｏ ／ｄ２）’以上で用いることを含む。

本方法はさらに、予備段階として、入口への供給物中でガスの容量が好ましくは ２０％以上でないように、供給物中の自由ガスの量を減少することを含む。

ｄ　ｏ　／　ｄ　２の比が大きい程、分離されることになる混合物中のガスの量 を高くすることができる。

液体は暖められると粘度が低くなり、例えば水では５０℃の粘度は２０℃の粘度 の各となる。本発明の方法は都合の良い程度に高温で行われるとよい。本発明は 、本方法による生産物（濃縮油あるいは清浄化された水）に及ぶ。

本発明によるサイクロン分離器を略示する添付図面を参照した下記例によって本 発明を説明する。

一般的に円筒形の入口部分１は２組の円周方向に間隔をあけて対称に配置された 供給部グループ８（図中には片方のグループのみ示す）を有し、これら２組の供 給部グループ８は入口部分１に対して接線方向で同じ方向に向いており、図面に おいて左側を形成する壁１１から軸線方向に僅かに間隔をあけて配置され、且つ 軸線方向対称な流を形成する。これら供給部グループ８の配置や形状は限定的な ものではない。入口部分１に同軸且つ隣接して主要部分２があり、この主要部分 ２はその端部で同軸で一般的に円筒形の第３部分３に開口する。第３部分３は収 集ダクト４に開口する。複数の供給部は、速度の軸線方向成分を与えるために、 主要部分２に向って僅かな角度、例えば軸線に対して垂直方向から５°だけ傾け られるとよい。

入口部分１は主要部分２とは反対側に軸線方向のオーツくフロー用出口１０を有 する。

本発明のサイクロンにおける実際の寸法関係は下記の通り。

ｄ＋／ｄ２＝２ この値はエネルギセービングとスペースセービングを考慮の上の妥協値であり、 この値は約３と１．５の間で用いてもよい。

図のＴ２におけるテーバ半角＝３８′ ｄｓ　／ｄｚ　＝０．５．０．５〜４の値で良好に作動、１　＋　／ｄ＋　＝１ ．ＯＯ，５〜４の値で良好に作動、１２　／　ｄ　２は約２２ 主要部分２は余り長くてはいけない。

図面は説明上、主要部分２の一部分を円筒形で示したが、我々の実際の例では全 長にわたってテーバ状になっている。

本発明によれば、１　ｓ　／　ｄ　２は少くとも２２、好ましくは２２〜５０、 もっと良い結果は約３０である。

ｄ　ａ　／　ｄ　ｚ　＝０．０４、もしこの比が余りに大きいと、過剰な高密度 成分が軸線上のオーバフローの出口を経て、低密度成分を伴ってオーバフローす る。もしこの比が小さすぎると、（グリースの小片、渦中での減圧によって溶液 から解放された空気の泡のような）小さな構成物がオーバフロー用出口を塞ぎ、 低密度成分の小片が収集ダクト４における悪い端部からの通過を生じる。これら の寸法を有する例ではサイクロン分離器で処理された原料の約１容積％（０，４ ％迄下げることができる）が軸線上オーバフロー出口１０を経てオーバフローす る。（０，０２〜０．０６のｄｏ　／　ａ　２を有するサイクロンでも成功裡に 試験された。） （Ｌ＝３８ｍｍ この式はサイクロン直径に関し、多くの目的に対して１０〜１００ｍｍの間の何 れかの値、例えば１５ｍｍにすることができ、ｄ２が大きすぎるとエネルギー消 費が非常に大きくなり、−刃車さすぎると好ましくないレイノルズ数効果および 過剰な剪断応力が生ずる。ｄ２＝３８ｍｍを有するサイクロンは非常に実用性が ある。

サイクロン交換器は無意味の影響を具備してどの方向でも用いることができる。

壁１１は平滑であり、不規則であるとサイクロン内での望ましい流れおよびパタ ーンを阻害する。より良き性能のためには、サイクロンの他の内表面全てが平滑 であるべきである。

しかしながら壁１１において、流れが壁の近くで半径方向内側に移動するのを助 け、渦の外側縁が一般的に下方方向で再循環して集めるために、出口に対して同 心の小さな立上った隆起が設けられるとよい。出口１０は図示されたように円形 孔である。この円形孔が壁１１上に平面をおき、比較的大きな孔に直接つながる 直径ｄ０の中央孔を含むオリフィス板によって代用されるならば、異った流れ特 性が性能には極端な影響は与えないけれども僅かな不利益を具備して生ずる。直 径ｄ。を壁１１で有する出口オリフィスが壁から先で１０”迄の半角を有する円 錐体で拡がるように、出口が流れの方向で拡大していると有利である。このよう な場合に、僅かな圧力降下が出口に沿って生ずる。この圧力降下は使用者の要求 にしたがって低密度成分の複数の小滴の併合を促進するために図示した円筒形孔 （前記円錐体の半角がＯ）で生ずる傾向にバランスしなければならない。

一例としてあげる水から油を除去するために、水油混合物はダクト４あるいは軸 線方向オーバフロー出口１０における圧力を上廻る圧力で且つ好ましくは少くと も１０００１／ｍｉｎの速度で供給部を経て導入される。供給部８につながるバ イブラインの大きさ、配置形状および弁配置は、サイクロン分離器のもっともよ い作動のために低密度成分の小滴（あるいは泡）の過剰な分裂を避けるように行 われる。水と油の場合において同じ理由（小滴分裂を避けること）のために、分 散剤が加えられないことが好ましい。（もっとも良い性能のための）供給速度は 、供給速度をｍ”／　５ｅｃｏｎｄ、　ｄ２をｍで表した時に、ｄｔｌあたりの 供給速度が６．８を上廻るように設定される。混合物は入口部分１内で旋回し、 その角速度は混合物が主要部分２に入る隙に増加する。軸線に対する角度１０゜ の流れをスムースにするテーバＴ＋が入口部分と主要部分２の間に配置される。

ここにいう１０°はＴ１で示す円錐台の円錐部の（半角）である。

油のバルクは主要部分２内での軸線方向うす巻きの中で分離する。水と残余の油 の旋回する流れは第３部分３に入る。

残っている油は第３部分３内の連続した軸線方向うす巻き内で分離する。清浄化 された水は収集ダクト４を経て排出し、例えば海に戻すために集められ、あるい は例えば類似したあるいは同様のサイクロンすなわち前置した他の複数のサイク ロンでさらに清浄化するために集められる。

うす巻き中にとられれている油は軸線方向でオーバフロー出口１０に移動し、廃 棄、貯蔵あるいはこの油の中には未だ幾分かの水を含んでいるので再度分離操作 のために集められる。この場合においても、さらに行われる分離操作は２番目の 同様なサイクロン分離器を含むとよい。

範囲の下方端部における値ｄ　ｏ　／　ｄ　２は、１番目のサイクロンからの高 密度成分が第２サイクロンで処理される例のように、複数のサイクロン分離器を 連続した作動する場合に特に有利である。低密度成分の容積の減少は３＃目のサ イクロンで処理される。軸線方向オーバフロー出口１０を通過するそれぞれの段 階における低密度成分、さらに低密度成分と共に行われる望ましくない他の成分 の容積の減少は、油流出を清浄するために用いられて油貯蔵用スペースが限られ ているボートのような場合に特に重要である。完全に油は除去された海水を海に 戻すことが最っも優先されることであるけれども、油貯蔵槽が油だけを収容する ために用いられ、偶然に得られる海水を収容するためには使われないならば、船 の耐久力を最大にすることができる。

本発明により作られた実施例の分離器は下記の寸法を有する。

ｄＩ７６ｎＩＩＩｌ ｄｚ　３８ｍｍ １＋　７６ｍｍ Ｔ２（入口部分と主要部分との間の交換器の部分の半角度、すなわちテーバ）　 １０゛ １２　８５０ｍｍ Ｔ２　（主要部分の半角度すなわちテーバ）　３８ｍｍｄｓ　１９ｏ＋ｍ １　ｓ　１１３７ｍｍ 分離器の全長　２１６９ｎ＋ｍ ｄ　Ｏ１，５ｍｍ 分離器は、２組の接線方向に配置され、それぞれが本発明により作られた分離器 を用いて得られた分離効率が、長さ１．がそれぞれ３４０Ｍと７４０ｍ＋ｎ、　 １　ｓ　／　ｄ　２がそれぞれ９および１９．５を有し、さらに１　ｓ　／　ｄ 　２が約５０の他の分離器が用いられる２個の分離器の効率で比較される。得ら れた効果が第２図に示され、この図は比１　ａ　／　ｄ　ｚに対する分離効率（ ε）を示す。試験は３５μの入口滴下サイズを具備したフォーティオイルフィー ルドからのガス抜きした未加工油を用いて行われる。入口供給部における油濃度 は１１００ｐｐと７１０ｐｐｍの間にあり、供給速度は１分間当り１００１であ る。分離器は０．２％から１．７％の分散比で作動される。下流出口における油 濃度は７５Ｐｐｍより下の値に減少される。

グラフは、比１　ｓ　／　ｄ　２が約３０に達して平たい区域に到達する迄、分 離効率が１　ｓ　／　ｄ　２の増加に伴って、増加し、その後では効率には変化 が得られない。下流の出口に到達した油の蛍は比１３　／　ｄ　２が１９．５で ある分離器と比較して２２％だけ減少される。

手続補正書く方式） ％式％ １゜事件の表示 ＰＣＴ／ＡＵ８７１００４０２ ２、発明の名称 サイクロン分離器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号】１ ５８　補正命令の日付 ６、補正の対象 （１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の「特許出願人の代表者」 の欄 （２）明細書及び請求の範囲の翻訳文 （３）委任状 ７、補正の内容 ＋１）　＋３）　別紙の通り （２）明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 ＋１）　訂正した特許法第１８４条の５第１項の規定による書面　１通 （２）明細書及び請求の範囲の翻訳文　各１通（３）委任状及びその翻訳文　各 １通 国際調査報告 一ψ−Ｉ＋、−，Ａ、、−、，１，＋１−−−、　ＰＣＴ／ＡＬＩ　８７１００ ４０２ＴＥ４２３７００６ＡＵ４７１０５／７９ＣＡ１１１７４４１ＧＢ１５８ ３７４２１Ｂ　４２５１３６ｅ　記４７１０６／７９　ＧＢ　１５ε３７３０Ａ Ｕ　５９９９２／８６　ＤＫ　７４７／８７　℃　８６０７５４ＢＡＩ）　５９ ９９４／８６　醜　８６０７５４９ＤＤＯＦ入で在ズ ２３４１６１／ユ

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．一般的に回転の容積の形状を有して第１端部と第２端部と少なくとも１個の 入口を具備する少くとも１個の主要部分から成るサイクロン分離器であって、前 記第２端部の直径が第１端部の直径より小さく、前記入口がサイクロン分離器に 分離されるための供給物を導入する少くとも１個の接線方向構成成分を前記第１ 端部あるいはその近傍に有し、前記サイクロン分離器はさらに少くとも２個の出 口を有し、サイクロン分離器の主要部分のそれぞれの端部の片方が下記関係を有 し、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ｄｉは、好ましくは前記主要部分の前記第１端部における入口部分である（ただ し供給チャンネルがない場合）、流れが入る前記主要部分の直径であり、ｄｉｘ がＸｔｈ番目の入口を経て流れがサイクロンに入る位置での半径の２倍であり（ すなわち軸線からの入口中央線の接線成分の最小距離の２倍）、▲数式、化学式 、表等があります▼ Ａｉｘは、前記入口中央線の接線成分を含むサイクロン軸線に平行であると共に 、平面に垂直であるサイクロン分離器に平行な平面におけるサイクロン分離器へ の入口で測定したＸｔｈ番目の入口の断面積の投影であり、点Ｚ２で測定された 主要部分の直径ｄ２にＺ＞Ｚ２の全てに対して下記条件が与えられ、 ｔａｎ−１（ｄ２−ｄ）／２（Ｚ−Ｚ２）＜２■Ｚは入口を含む平面の下流での サイクロン分離器軸線に沿った距離であり、ｄはＺにおけるサイクロンの直径で あり、Ｚ＝０が、Ｚ＝０である前記軸線位置のまわりにサイクロン分離器への角 度運動量の投射が軸線的に均一に分布されるように複数の入口の重み付け区域の 軸線方向位置であって、下記式によって規定されており、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ＺｘはＸｔｈ番目の入口の軸線位置であり、前記主要部分の第２端部が一定の直 径ｄ３と長さｌ３を有する第２部分につながり、 下記各関係式を満たすサイクロン分離器、（ｉ）３＜πｄ２ｄ１／４Ａ１＜２０ （ｉｉ）２０′＜α＜２０ αは分離部分の収斂の半角度、すなわちα＝ｔａｎ−１（ｄ２−ｄ３）／２（Ｚ ３−Ｚ２）ｄ３は主要部分の第２端部の位置であり、（ｉｉｉ）ｄｏ／ｄ２＜０ ．２ ｄｏは主要部分の第１端部における出口の直径であり、（ｉｖ）０．９ｄ１＞ｄ ２ （ｖ）０．９ｄ２＞ｄ３ （ｖｉ）ｌ２／ｄ３＞２２０
2. ２．主要部分の前記第１端部に入口部分を有する請求項１記載のサイクロン分離 器。
3. ３．入口あるいは複数の入口が接線方向的に向けられ、すなわち内側に旋回する 供給チャンネルを有する請求項１又は２記載のサイクロン分離器。
4. ４．接線方向に向けられた複数の入口を有し、且つ少くとも２組の円周方向に等 しく間隔をあけて配置された複数の入口を有する請求項３記載のサイクロン分離 器。
5. ５．複数の入口が分離器に沿って軸線方向にずらして配置されている請求項１か ら４迄の何れか１項記載のサイクロン分離器。
6. ６．主要部分の全長にわたって平均した収斂の半角度が２０′と２０°の間であ る請求項１から５迄の何れか１項記載のサイクロン分離器。
7. ７．収斂の半角度が５２′より小さく且つ少くとも３０′である請求項６に記載 のサイクロン分離器。
8. ８．旋回係数Ｓが４から１２である請求項１から８迄の何れか１項記載のサイク ロン分離器。
9. ９．旋回係数Ｓが６から１０である請求項８記載のサイクロン分離器。
10. １０．分離器が長さｌ１であってｌ１ｄ１が０．５から５である入口部分を有す る請求項２から９迄の何れか１項記載のサイクロン分離器。
11. １１．ｄ３ｄ２が０．７５より小さく且つ０．２５を越える請求項１から１０迄 の何れか１項記載のサイクロン分離器。
12. １２．ｌ３ｄ２が３０から５０である請求項１から１０迄の何れか１項記載のサ イクロン分離器。
13. １３．ｄ１ｄ２が１．５から３である請求項１から１２迄の何れか１項記載のサ イクロン分離器。
14. １４．ｄ０ｄ２が多くても０．１５である請求項１から１３迄の何れか１項記載 のサイクロン分離器。
15. １５．ｄ０ｄ２が０．０１から０．１である請求項１４記載のサイクロン分離器 。
16. １６．第２部分の軸線が湾曲している請求項１から１５迄の何れか１項記載のサ イクロン分離器。
17. １７．主要部分の発生器の少くとも１部分が湾曲している請求項１から１６迄の 何れか１項記載のサイクロン分離器。
18. １８．サイクロンの軸線が湾曲している請求項１から１７迄の何れか１項記載の サイクロン分離器。
19. １９．図面を参照して実質的にここに記載されている請求項１記載のサイクロン 分離器。
20. ２０．請求項１から１９の何れか１項によサイクロン分離器に供給物として混合 物を供給することを含んで成り、大量の高密度成分から低密度成分を除くために 、液体の混合物を分離する方法であって、混合物が、主要部分の第１端部の軸線 上オーバフロー出口に存在する圧力および第２部分の端部における下流出口に存 在する圧力より高い圧力で、入口または複数の入口で供給される液体の混合物を 分離する方法。
21. ２１．実質的にここに記載されているように行われる請求項２０記載の方法。