JPH0377315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、繊維懸濁液で特に紙パルプ懸濁液を
部分に分離するための渦巻クリーナに関するもの
である。

発明の背景 前記渦巻クリーナはそれ自身よく知られた種類
のものであつて、円形断面の長い渦巻チヤンバを
備え、そのチヤンバはその長さ方向に沿つてその
一端に向つて先細になつており、前記チヤンバは
処理されるべき懸濁液のために概略接線方向に向
けられた取入れ口と、その処理された軽い部分の
ために軸方向に向けられた第１の出口をその広い
端部に有し、さらにその処理された懸濁液の重い
部分のために軸方向に向けられた第２の出口をそ
の狭い端部に有している。

この種の渦巻クリーナは、紙パルプ懸濁液から
微小木片、砂、金属粒子のような混入物、さらに
ステープル（ホツチキスの針）、紙クリツプ、釘、
ねじ、ナツト、石などのような大きな混入物を除
去するために紙パルプ工業で広く用いられてい
る。

本来、この種の渦巻クリーナを用いるとき、処
理されるべき懸濁液、いわゆる注入物は、渦巻チ
ヤンバの広い端部でそのチヤンバ壁の内側表面に
接する方向の取入れ口を通して高速で供給され
る。それによつて注入懸濁液は、チヤンバの反対
側の先細の端部に向けてそのチヤンバ壁の内側に
沿つて働く螺旋状の渦巻流を形成する。その渦巻
流の遠心力の影響の下に、懸濁液中の粒子はそれ
ら自身を方向付けて、粗くて重い粒子（たとえば
紙パルプ懸濁液中に含まれる混入物）がチヤンバ
壁へ集まり、一方、軽い粒子（たとえばその懸濁
液中に含まれる有用な繊維）はその渦巻チヤンバ
の幾何学的中心軸近くに留まる。渦巻流には渦巻
チヤンバの先細の部分で半径方向の圧縮力が働
き、その結果、渦巻チヤンバの中心軸近くに位置
している渦巻流の部分は、反転させられて、内部
螺旋渦巻流の形で軸に沿つた逆方向へ働き、それ
は渦巻チヤンバの広い端部で軸方向に向けられた
出口を通して軽い部分、いわゆる排出物として取
出され、紙パルプ懸濁液を洗浄したときそれは有
用な繊維を含んでいるであろう。一方、チヤンバ
壁近くに位置している渦巻流の層で重たい混入物
が濃縮されているものは、渦巻チヤンバの先細端
部にある軸方向の出口へ働き、混入物を含む重た
い部分、いわゆる排出物として放出される。

通常、紙パルプ懸濁液を浄化するためのこの種
の渦巻クリーナを使用するとき、その中心的問題
は可能な限り効率的にその懸濁液を浄化すること
である。すなわち、渦巻クリーナからの受取り流
れが可能な限り少ない混入物を含んでおり、その
排出流が可能な限り少ない量の有用な繊維を含む
ようにすることである。懸濁液のそのような完全
な浄化は単一の渦巻クリーナで達成することがで
きないので、パルプ懸濁液浄化装置は多段式に配
列された複数の渦巻クリーナを備えている。しか
しながら、その各々のクリーナが懸濁液をより効
果的に浄化できればできるほど多段式クリーナを
構成するのに必要な数が少なくて済み、その結
果、設備投資と運転経費の両方が節減されること
がわかるであろう。原理的には、渦巻クリーナの
排出口を制限することによつて排出流を減少し、
浄化設備における段数を減らし、排出流中の有用
な繊維の量を減らすことができる。しかし同時
に、受取り流れが多量の混入物を含むであろうと
いう欠点をも生じる。さらにこの場合、チヤンバ
の先細部分のチヤンバ壁近くに位置しておりかつ
粗くて重い混入物を含んでいる懸濁液の層がしば
しばチヤンバの細い端部に進むのが困難となり、
意図したように排出口から流出するのが困難とな
つて重大な問題となる。これは渦巻チヤンバの円
錐状の先細端部において混入物の蓄積を生じ、そ
の渦巻クリーナを完全に閉じてしまうこともあ
り、その閉塞物を除去するためにそのクリーナの
運転を中止する必要が生じる。たとえ渦巻チヤン
バの完全な閉塞が生じないとしても、石や金属の
ような固い材料の大きな混入物が渦巻チヤンバの
円錐状の先細部分内にかなりの長時間留まりがち
となり、その間、それらの混入物は渦巻流によつ
て渦巻チヤンバの円錐状の壁に近接してほぼ同じ
位置で回転させられる。これは、比較的短い時間
でそのチヤンバ壁を激しく摩耗させる結果となる
ことがわかつた。おそらくこの現象の理由は、渦
巻チヤンバの円錐状の壁がチヤンバ壁の近くに位
置している懸濁液層に対してその壁の概略垂直方
向に働く力を及ぼし、その力は渦巻チヤンバの広
い端部へ向う軸方向の力成分を有しており、渦巻
流を渦巻チヤンバの先細端部へ向けて駆動する注
入圧力から生じる力と対抗してバランスする可能
性があるからであろう。容易に理解されるであろ
うように、もしチヤンバ壁に近い混入物濃縮層に
働くこれら２つの力が互いにバランスすれば、そ
の混入物は渦巻チヤンバの先細端部の排出口に向
つて移動して排出されるのが非常に困難となるで
あろう。この閉塞問題は制限されている排出口を
拡げることにより部分的に解決することができる
が、それは不都合の大きな排出流を生じる結果と
なり、また注入口における注入圧力を増大するこ
とによつても部分的に解決できるが、それはクリ
ーナの対応する消費エネルギの増大をもたらす。

前述の問題を解決するために、次のような渦巻
クリーナが提案されて実際に用いられてきた。そ
れによれば、渦巻チヤンバの先細になつている円
錐状の部分は、その壁の内側表面上に螺旋状の
溝、ねじ山、棚、またはそのような物が配置され
ており、それらは渦巻流の方向に延びており、そ
れらはチヤンバ壁近くの混入物を含有する懸濁液
層を渦巻チヤンバの先細端部の排出口へ向けて供
給するために働くように意図されている。この種
の渦巻クリーナは、たとえば、スウエーデン特許
第393644号と米国特許第4224145号で述べられて
いる。このデザインによる渦巻クリーナ、特に前
記米国特許に従つてデザインされた物は、排出流
あるいは注入圧力を増大させることなく渦巻クリ
ーナの閉塞を効果的に防ぐことがわかつた。しか
しながら、閉塞を防止するという点においては効
果的であるが、これらの渦巻クリーナはその排出
物が非常に高い割合で有用な繊維を含み、その結
果そのようなクリーナが望ましい浄化効果を持た
ないという欠点を有している。おそらくこの理由
は、チヤンバ壁の内側表面で螺旋状に延びている
溝が、渦巻チヤンバの先細になつている円錐状の
部分の上端部ですぐに混入物のみならずかなりの
量の有用な繊維をも含む懸濁液で満たされるから
であり、さらに渦巻チヤンバ内で効果的に分離さ
れることなくこれらの繊維が連続的にそのチヤン
バの先細端部の排出口へその螺旋状の溝に沿つて
送られるからである。前述したように、渦巻チヤ
ンバ内では軸方向に沿つて互いに反対方向に働く
２つの螺旋状の渦巻流が生じており、その外側の
流れば渦巻チヤンバの先細端部へ向つて排出口へ
働き、一方、内側の流ればチヤンバの広い端部へ
向つて受取り出口へ働く。これらの２つの逆流の
間には界面層が存在し、そこでは軸方向の速度は
概略零である。この境界層は渦巻チヤンバの円柱
状部分内では本質的に円柱状であり、チヤンバの
先細円錐形部分内では本質的に円錐形状を有して
いる。懸濁液中の軽い粒子と重い粒子は渦巻流中
の遠心力の作用により前記境界層を通して半径方
向に移動させられて、重い混入物は外側の渦巻流
中に集まり、他方、軽い粒子は、たとえば有用な
繊維は内側の渦巻流内に集まる。前記境界層を通
るこの分離過程は本来的に渦巻チヤンバの先細に
なつている円錐状部分内で起こる。渦巻流の先細
になつている部分の壁の渦巻状溝に捕われて保持
されている有用な繊維はこの境界層と接触するこ
とができなくて、したがつて前述の分離過程に参
加することができず受取り出口へ向つて働いてい
る内側の渦巻流に到達することができないことが
わかるであろう。したがつてこれらの有用な繊維
が渦巻チヤンバの先細端部の排出口を通して混入
物とともに放出されるであろう。

発明の目的 本発明の目的は、排出流の大きさまたは注入圧
力の増大を必要としないでクリーナの閉塞を防止
し、一方同時に、その渦巻チヤンバからの排出流
に伴なう有用な繊維の量を大幅に減少させるため
に、前に論議した問題点を軽減する最初に述べた
種類の渦巻クリーナを提供することである。

本発明によれば、この目的は前述の特許請求の
範囲に従つて構成される渦巻クリーナによつて達
成される。

本発明は、本発明に従つて構成された渦巻クリ
ーナであつて、添付した図面を例として概略図示
されているものを参照してさらに詳しく説明す
る。

実施例の説明 図面に概略図示されている本発明による典型的
な渦巻クリーナは、知られているような長い渦巻
チヤンバを備えており、それは全体として１で示
されており、円筒状の部分２と、さらにその渦巻
チヤンバの一端に向けて先細になつている円錐状
の部分３を含んでいる。渦巻チヤンバ１の広い端
部には、処理されるべき懸濁液のために接線方向
に向けられた取入れ口４と、さらにその処理され
た懸濁液の軽い部分のために軸方向に向けられた
受取り出口６を備え、その出口６はチヤンバの長
さ方向の軸５に関して中心に位置している。その
受取り出口６は、従来のように、いわゆる渦巻覗
き（vortex−finder）パイプの形をしている。チ
ヤンバの細い端部には、処理された懸濁液の重い
部分のために軸方向に向けられた類似の排出口７
が位置している。この排出口は、従来のように排
出流の大きさを制御するために、適当な従来の排
出物放出手段（図示せず）に接続することができ
る。

懸濁液が注入取入れ口４を通してチヤンバ壁の
内側表面近くで接線方向に高速で供給されると
き、その懸濁液は渦巻チヤンバ内で螺旋状の渦巻
流を形成し、その渦巻はチヤンバの先細端部へ向
けて流れる。渦巻流内で働く遠心力の影響の下
に、懸濁液中の粒子は方向付けられて内側の壁の
近くの層内に集まり、この層は渦巻流によつて運
ばれて排出口７を通して送り出される。渦巻チヤ
ンバの先細の形状のために、渦巻流の大部分はチ
ヤンバの円錐状部分３内で反転して、逆向きの内
部螺旋状渦巻流として渦巻チヤンバの広い端部へ
向けて逆戻りするであろう。理想的には、粗くて
重い粒子（すなわち混入物）が混つていないこの
内部渦巻流は、渦巻覗き口６を通して送り出され
る。前述したように、２つの逆向きの流れの間に
境界層が存在し、そこでは流れの軸方向の速度は
本来的に零である。第４図において、この境界層
８の位置が一点鎖線で示されている。渦巻流の遠
心力の影響の下に、懸濁液中の粒子はその境界層
を通して半径方向に運ばれて、重くて粗い粒子
（すなわち混入物）は渦巻チヤンバの壁の近くに
集まつて排出口７を通して送り出される。一方、
軽い粒子（すなわち有用な繊維）は内側の渦巻流
内に集まつて、渦巻除きパイプ６を通して送り出
される。

本発明によれば、渦巻チヤンバ１は、その先細
になつている円錐状部分３内に、チヤンバ壁から
半径方向の内向きに突出してかつ排出口７に向う
螺旋状渦巻流の方向に沿つて傾けられた複数本の
バツフル９を備えている。以前に提案された螺旋
状の溝と同様に、バツフル９は、渦巻チヤンバの
壁の近くに存在している混入物を含む懸濁液層を
排出口７の方へ強制的に送り出す効果を生じ、た
とえ排出流が小さく制限されかつ注入取入れ口４
の注入圧力が比較的小さい場合でも、渦巻クリー
ナの閉塞が起こり得ない。しかしながら、バツフ
ル９は渦巻チヤンバの先細円錐状部分の全長にわ
たつてつながつて延びているのではない。その代
わりに、バツフル９は、互いに順番に続いている
バツフル間に、軸方向や円周方向に中断または中
間の隙間を持つように配列されている。このよう
にして、時々バツフル９の下側に位置して、それ
によつて排出口７の方へ下向きに力を加えられる
懸濁液の流れの部分は次のような可能性が与えら
れる。前記懸濁液はバツフルの下流端から離れて
バツフルに影響されることのない自由な流れとな
り、それによつて前記懸濁液の大部分がその境界
層８と接触する機会を生じ、そこで前述の分離過
程に参加して、前記懸濁液の流れの前記部分内に
存在する軽い粒子（すなわち、有用な繊維）が境
界層を通つて半径方向に内向きに移動して、渦巻
覗きパイプ６の方へ向う内部渦巻流へ移ることが
できる。

この過程は第４図と第５図に概略図示されてお
り、それらの図は２つの続いているバツフル９ａ
と９ｂとともに渦巻チヤンバの円錐部分３の断面
を示している。境界層８の半径方向の外側に存在
する外側の螺旋状渦巻流の流れ方向は、第４図に
おいて矢印１０によつて示されている。１時的に
バツフル９ａの下を流れて、それによつて排出口
７の方へ下向きに力が加えられる懸濁液の部分が
第５図において矢印Ａ，ＢとＣで示されている。
懸濁液の流れの前記部分がバツフル９ａの先細に
なつている下流端を離れるとき、それはそれ以上
前記バツフルによる下向きの力が加えられず、本
質的には矢印１０で示された方向であるが、或る
範囲の間、自由に流れることができる。チヤンバ
壁３に最も近いところを流れる懸濁液の部分Ａの
大部分は、次に続くバツフル９ｂの下に捉えられ
て、それによつて排出口７の方へ働く力が加えら
れるであろう。一方、懸濁液の流れの部分ＢとＣ
内の懸濁液の大部分は次に続くバツフルを離れて
通過し、したがつて前記流れのこれらの部分は渦
巻チヤンバの中心軸５のまわりに１回またはそれ
以上の回数だけ自由に回転することができ、境界
層８と接触するようになり、それによつて軽い粒
子（すなわち、有用な繊維）を外側の渦巻流から
受取り出口６へ向つて働く内側の渦巻流へ移す。
こうして、チヤンバ壁に最も近いところを流れる
最も外側の懸濁液の層は排出口７の方へ向けて効
率的に下向きに移動させられて、渦巻クリーナの
閉塞が起こり得ない。一方同時に、境界層８を通
して効率的な分離過程を得ることができ、排出口
７を通して放出される放出流は少量の軽い粒子
（すなわち、有用な繊維）を含むだけである。図
面の例で示された本発明の好ましい実施例におい
て、各バツフル９は概略円の切片の形を有する平
らな板からなつている。それらのバツフルは渦巻
チヤンバの円錐状壁３に傾けられた位置で取付け
られており、たとえばそのチヤンバ壁のそれぞれ
の溝の中にバツフルを挿入して、前記溝内にその
バツフルを溶接する。各バツフル９は渦巻チヤン
バの円周の約４分の１回転に相当する長さを有し
ており、或るバツフルの下流端とその直後のバツ
フルの上流端の間の円周距離も渦巻チヤンバの円
周の約４分の１に相当している。第３図からわか
るように、典型的な実施例のバツフルは、或るバ
ツフル（たとえば、第３図のバツフル９ａ）の下
流端がその直後に続くバツフル９ｂの上流端と軸
方向に関して概略同レベルに位置している。各バ
ツフルは、そのバツフルの上流端と下流端の両方
で減少する幅を有することが望ましい。なぜなら
ばこれによつて、境界層８の近くに存在する懸
濁液の流れの部分が、境界層８となりよく接触で
きるようになるからである。

前述の図解された渦巻クリーナは、本発明の範
囲から外れることなく変更が可能である。たとえ
ば、バツフル９は数通りの異なつたようにデザイ
ンしたり配置することが可能で、たとえば或るバ
ツフルの下流端とその直後のバツフルの上流端の
間に円周方向のみならず軸方向にも間隔を隔てた
り、あるいはその代わりに軸方向にのみ間隔を隔
ててもよい。各バツフルはまた、渦巻チヤンバの
円周より長い部分またはそれより短い部分を有し
てもよく、また各バツフルは渦巻クリーナの円周
の１回より十分に長くすることも可能である。さ
らに、それらのバツフルは対称的に配置される必
要もない。図解された実施例では、２つの直径方
向に向い合つたバツフルの組を有し、これらの組
の１つはたとえば省略されてもよく、その場合、
残りの組のバツフルはより長い長さを持つことが
できる。しかしながらいずれの場合でも、各バツ
フルの下流端とそれに続くバツフルの上流端の間
で、円周方向や軸方向の双方またはいずれか一方
で間隔が隔てられて、それらのバツフルによつて
下向きに強制的に送られる懸濁液の流れが周期的
に自由に流れることができて、境界層８と接触す
ることができて、その境界層を通して分離過程が
起こるということが重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例の渦巻クリー
ナの軸断面概略図である。第２図は、第１図にお
ける線−で切断された渦巻チヤンバの半径方
向断面図である。第３図は、第１図による渦巻ク
リーナの渦巻チヤンバの先細円錐状部分の展開図
である。第４図は、第１図の渦巻クリーナの渦巻
チヤンバの先細円錐状部分の軸方向断面図であ
る。第５図は、第４図の線−の方向に見た渦
巻チヤンバの半径方向断面図である。 図において、１は渦巻チヤンバ、２は円筒状部
分、３は円錐状部分、４は取入れ口、５は中心
軸、６は受取り出口、７は排出口、８は境界層、
９はバツフル、１０は渦巻流の方向を示す。各図
において、同一番号は同一符号または同一内容を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維懸濁液を第１の比較的重い部分と第２の
   比較的軽い部分とに分離するための渦巻クリーナ
   であつて、 円形断面を有しかつ一端部に向かつて長さの少
   なくとも一部３に亘つて先細になつている細長い
   渦巻チヤンバ２，３と、 処理されるべき懸濁液のために前記チヤンバの
   広いほうの端部において実質的に接線方向に設け
   られた取入口４と、 前記第２の比較的軽い部分のために前記チヤン
   バの広いほうの端部において軸方向に設けられた
   第１の出口６と、 前記第１の比較的重い部分のために前記チヤン
   バの狭いほうの端部において設けられた第２の出
   口７と、 前記チヤンバの先細になつている部分内におい
   て、前記チヤンバの壁から前記チヤンバ内への実
   質的に半径方向に突出するように前記チヤンバの
   内壁表面に取付けられていて、かつ前記接線方向
   の取入口を介して前記チヤンバ内に供給される懸
   濁液によつて前記チヤンバ壁の近くに形成される
   渦巻流れの方向と実質的に一致するように前記チ
   ヤンバの軸方向に関して傾斜した方向に延びてい
   る複数の棚状の羽根９とを備え、 前記羽根９は相互に隔てられており、任意の羽
   根の前記渦巻流れの方法に関係付けられた上流端
   部が前記渦巻流れ方向に関係付けられた直前の羽
   根の下流端部の前記渦巻流れの方向に関係付けら
   れた下流に配置され、かつ前記直前の羽根の前記
   下流端部から実質的に円周方向と軸方向に隔てら
   れていることを特徴とする渦巻クリーナ。 ２ 前記羽根９の幅は前記羽根の上流端と下流端
   の双方に向かう前記羽根の長さ方向に沿つて次第
   に減少していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の渦巻クリーナ。 ３ 前記羽根９の幅は前記羽根の上流端と下流端
   の双方において実質的に０まで減少していること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の渦巻ク
   リーナ。 ４ 各羽根９はその羽根の位置において前記渦巻
   チヤンバ２，３の円周の１周より小さい範囲に亘
   つて延びていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第３項のいずれかの項に記載の渦巻
   クリーナ。 ５ 任意の羽根９の上流端は直前の羽根９ａの下
   流端と実質的に同じ軸方向のレベルに配置されて
   おり、前記直前の羽根９ａの前記下流端から円周
   方向において実質的に隔てられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の渦巻クリー
   ナ。 ６ 各羽根９はその羽根の位置において前記渦巻
   チヤンバの円周の約1/4に亘つて延びており、任
   意の羽根の下流端とそれに続く羽根の上流端との
   間の円周方向における間隔はその間隔の位置にお
   いて前記渦巻チヤンバの円周の約1/4に相当して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第４項また
   は第５項に記載の渦巻クリーナ。