JPH0386264A - 渦流形遠心分離機 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、渦流形遠心分離機の改良に関し、特に、質量
の大きい粒子と質量の小さい粒子とを分離する分離性能
の改良に関する。

（従来の技術） 従来、質量の異なる粒子が混在する混合粒子を質量の大
きい粒子と小さい粒子とに分離する分離機としては遠心
分離機が用いられてきた。

しかし、この遠心分離機においては、装置全体が大形化
せざるを得ないという問題、及び昇圧機能を備えていな
いため、分離した粒子を管路系を介して取り出す際に高
圧のブロアを要するという問題があった。

そこで、近年においては、特開平１−１１１４６２号公
報に示されるように、混合粒子を螺旋状に旋回しつつ流
動させることにより、該混合粒子に遠心力を作用させて
、質量の大きい粒子と小さい粒子とに分離する渦流形遠
心分離機が提案されている。

この渦流形遠心分離機は、第６図及び第７図に示すよう
に、粒子が流通する粒子流路（ａ）を形成する中空環状
部（ｂ）を有するハウジング（ｃ）と、該ハウジング（
Ｃ）内に収納され、前記粒子流路（ａ）において混合粒
子（ｄ）を螺旋状に旋回させつつ流動させて該混合粒子
に遠心力を作用させ、これにより質量の大きい粒子と質
量の小さい粒子とに分離する複数枚の羽根（ｅ）、　　
（ｅ）・・・を有する羽根車（ｆ）とを備えていると共
に、前記粒子流路（ａ）に開口して該粒子流路（ａ）に
ａ金粒子を導入する吸入口（ｇ）、該吸入口（ｇ）より
羽根車（ｆ）の反四転側における前記粒子流路（ａ）の
周面に開口し、質量の大きい粒子を導出する第１吐出口
（ｈ）、及び、前記吸入口（ｇ）より羽根車（ｆ）の反
同転側における前記粒子流路（ａ）の略中心軸線上に開
口し、質量の小さい粒子を導出する第２吐出口（ｉ）が
形成されているものである。

（発明が解決しようとする課題） 前述の渦流形遠心分離機は、遠心力の作用を受けた混合
粒子が粒子流路（ａ）内を螺旋状に旋回しつつ渦状に流
動しつつ、質量の大きい粒子が遠心力の作用を受けて外
周側に移動するので、中心軸側に集まる質量の小さい粒
子のみを取り出すことができる装置であるが、この装置
においては、渦流に生じる渦流変動の影響により、遠心
力によって外周側に移動していた質量の大きい粒子の一
部が粒子流路（ａ）の中心軸側に引き寄せられて、中心
軸側に集まっている質量の小さい粒子中に混入してしま
うことがある。

このため、従来の渦流形遠心分離機では、質量の大きい
粒子と小さい粒子との混合粒子中から、質量の小さい粒
子のみを精度良く取り出すことはできなかった。

前記に鑑み、本発明は、−吐分離された質量の大きい粒
子が再び質量の小さい粒子中に混入することを防止して
、混合粒子中から質量の小さい粒子のみを精度良く取り
出せるようにすることを目的とする。

＋　（課題を解決するための手段） 前記の目的を達成するため、請求項（１）の発明は、遠
心力の作用により混合粒子から分離された質量の大きい
粒子を、混合粒子が流動する流路とは別途に設けられた
流路に移送し、この流路角を流動させるものである。

具体的に請求項（１）の発明の講じた解決手段は、粒子
が流動する環状の粒子流路（４）を有するドーナツ状の
ハウジング（３）と、前記粒子流路（４）内を該粒子流
路（４）と同軸方向に延びる管状仕切壁（７）によって
内外に仕切って形成され、該環状仕切壁に設けられた連
通孔（７ａ）を介して互いに連通している中心軸側の主
流路（９）及び外周側の副流路（１１）と、前記ハウジ
ング（３）と同心状に配設され、前記主流路（９）内・
。

の粒子を螺旋状に旋回させつつ流動させて質量の大きい
粒子と質量の小さい粒子とに分離する複数枚の羽根（２
１）を有する回転する羽根車（１３）と、前記主流路（
９）に開口する吸入口（２つ）をＨし、前記主流路（９
）に粒子を導入する吸入路（２７）と、前記吸入口（２
９）より前記羽根車（１３）の反回転側の主流路（９）
に開口する主流路用吐出口（３５）を有し、前記主流路
（９）から前記質量の小さい粒子を導出する主流路用吐
出路（３４）と、前記吸入口（２つ）より前記羽根車（
１３）の反回転側の副流路（１１）に開口する副流路用
吐出口（４１）を有し、前記副流路（１１）から質量の
大きい粒子を導出する副流路用吐出路（３９）とを備え
ている構成とするものである。

また、請求項（２）の発明では、渦流形遠心分離機をバ
ッチプロセスにより作動させるため、前記主流路用吐出
路（３４）と吸入路（２７）とを連通させる連通路（４
７）が設けられ、前記主流路用吐出路（３４）には前記
連通路（４７）との接続部（３４ａ）より下流側に吐出
路用開閉弁（４９）が設けられていると共に、前記吸入
路（２７）には前記連通路（４７）との接続部（２７ａ
）より上流側に吸入路用開閉弁（５１）が設けられてい
る構成とするものである。

さらに、請求項（３）の発明では、混合粒子から質量の
大きい粒子を分離する効率を向上させるため、連通孔（
７ａ）は、前記主流路（９）内を流動する粒子が螺旋状
に旋回する方向に延びるスリット状に形成されている構
成とするものである。

（作用） 請求項（１）の発明の構成により、羽根車（１３）を同
転させると、混合粒子が吸入路（２７）内を吸引されて
吸入口（２９）から主流路（９）内に導入され、主流路
（９）内に導入された混合粒子は遠心力の作用を受けな
がら、主流路（９）内を螺旋状に旋回して流動する。

この際、遠心力の作用により、質量の大きい粒子は主流
路（９）内を外周側に移動した後、管状仕切壁（７）に
設けられた連通孔（７ａ）を通り抜けて副流路（１１）
に流入する。このようにして副流路（１１）に移送され
た質量の大きい粒子は、渦流に変動が生じても管状仕切
壁（７）に妨げられて再度主流路（９）に復帰すること
はない。

一方、質量の小さい粒子に作用する遠心力は小さいので
、質量の小さい粒子は主流路（９）の内部に止まった状
態で流動する。

以上のようにして、質量の大きい粒子が副流路（１１）
に、質量の小さい粒子が主流路（９）にと各々分離され
た状態で流動するので、質量の大きい粒子は副流路（１
１）山を流動して副流路用吐出口（４１）から、質量の
小さい粒子は主流路（９）内を流動して主流路用吐出口
（３５）から各々導出される。

また、請求項（２）の発明の構成により、吸入路用開閉
弁（５１）を開く一方吐出路用開閉弁（４９）を閉じた
状態で羽根車（１３）を回転させると、混合粒子は吸入
路（２７）を通って主流路（９）内へ導入され、次に、
吸入路用開閉弁（５１）及び吐出路用開閉弁（４９）を
閉じると、質量の大きい粒子は前記と同様に混合粒子か
ら分離して副流路（１１）内に移送され、副流路用吐出
路（３９）からハウジング（３）外へ流出する。

一方、質量の大きい粒子が少し残存する混合粒子は主流
路（９）内を流動した後、−旦主流路用吐出路（３４）
へ導出された後、連；ａ鮎（４７）及び吸入路（２７）
を通って再度主流路（９）内へ導入されて質量の大きい
粒子の分離が行われる。

さらに、請求項（３）の発明の構成により、質量の大き
い粒子に遠心力が作用すると、この質量の大きい粒子は
、主流路（９）内の外周側を螺旋状に旋回しつつ流動す
るので、この流動方向と一致する方向に延びるスリット
状の連通孔（７ａ）からスムーズに副流路（１１）に移
送される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は、本発明の一実施例に係る渦流形遠心
分離機（１）の断面横這を示し、この渦流形遠心分離機
（１）のハウジング（３）は、粒子が流動する円環状の
粒子流路（４）を形成する中空環状部（５）と、中空環
状部（５）の内方に設けられ、中空環状部（５）の内周
面に周状に形成された開口を介して中空環状部（５）と
連通している中空平坦部（６）とによりドーナツ状に形
成されている。

中空環状部（５）の内部つまり粒子流路（４）は、粒子
流路（４）内を粒子流路（４）と同軸方向に延びる円環
状の管状仕切壁（７）によって内外に仕切られ、中心軸
側の主流路（９）と外周側の副流路（１１）とから構成
されている。また、管状仕切９（７）の外周側には中心
軸方向に延びる適当数の連通孔（７ａ）が設けられてお
り、この連通孔（７ａ）を介して主流路（９）と副流路
（１１）とは連通している。さらに、管状仕切壁（７）
の内周側には中心軸方向に延びる環状の開口部（７ｂ）
が設けられている。

ハウジング（３）の内部には羽根車（１３）が収納され
ており、この羽根車（１３）は、中空平坦部（６）に収
納された厚肉円板状のハブ（１５）と、副流路（１１）
に臨みハブ（１５）の外周面から外方に延びるステー（
１７）と、管状仕切壁（７）の開口部（７ｂ）に臨み、
主流路（９）の周壁を兼ねると共にステー（１７）の先
端部を連結する環状のリム（１９）と、主流路（９）に
臨み、リム（１９）の外周面から放射線状に延びる多数
の羽根（２１）とを備えている。また、ノ＼ブ（１５）
の中心部には駆動軸（２３）が連結されており、この駆
動軸（２３）の同転に伴って羽根車（１３）つまり羽根
（２１）が回転する。

前記のようにして羽根（２１）が回転すると、主流路（
９）内の粒子は、第２図及び第３図の矢印Ａに示すよう
に、主流路（９）の内部において主流路（９）の横断面
内で同転しつつ主流路（９）の軸方向に流れ、第１図の
矢印Ｂに示すように、螺旋状に旋回しつつ流動する。そ
して、螺旋運動により発生する遠心力により質量の大き
い粒子は主流路（９）の外周側に、質量の小さい粒子は
主流路（９）の中心軸側に各々移動するので、質量の大
きい粒子と小さい粒子とが分離され、さらに、質量の大
きい粒子は、管状仕切を（７）に設けられた連通孔（７
ａ）を通り抜けて副流路（１１）に移送される。この場
合、図示はしていないが、連通孔（７ａ）を、主流路（
９）内を流動する粒子が螺旋状に旋回する方向に延びる
スリット状に形成しておくと、質量の大きい粒子が連通
孔（７ａ）を通ってスムーズに副流路（１１）に移送さ
れるので好ましい。

なお、前記の羽根車（１３）のステー（１７）に、第２
の羽根列を形成する羽根（図示していない）を取り付け
ると、副流路（１１）が昇圧されて質量の大きい粒子の
流動が促進される。

管状仕Ｉ７１壁（７）の適所を貫通して吸入管（２５）
が配設されており、この吸入管（２５）は、その内部が
混合粒子を主流路（９）に導入する吸入路（２７）に形
成されていると共に、その他端は主流路（９）における
吸入口（２つ）で開口している。

吸入路（２７）の吸入口（２９）より羽根車（１３）の
反回転側の管状仕切壁（７）を貫通して一端がハウジン
グ（３）外へ延びる主流路用吐出管（３３）が配設され
ており、この主流路用吐出管（３３）は、その内部が質
量の小さい粒子を導出する主流路用吐出路（３４）に形
成されていると共に、その他端は主流路（９）における
主流路用吐出口（３５）で開口している。

吸入路（２７）の吸入口（２つ）より羽根車（１３）の
反回転側の管状仕切壁（７）を貫通して一端がハウジン
グ（３）外へ延びる副流路用吐出管（３７）が形成され
ていると共に、その内部は質量の大きい粒子を導出する
副流路用吐出路（３つ）に形成されているとｊ（に、そ
の他端は副流路（１１）における副流路用吐出管（４１
）で開口している。

主流路（９）の内部には、主流路用吐出口（３５）と吸
入口（２９）との間に主流路用仕切部材（４３）が配設
されており、この主流路用仕切部材（４３）によって主
流路（９）内を主流路用吐出口（３５）の方へ流動して
きた質量の小さい粒子は吸入口（２９）側へ逆流するの
を阻止される。

また、副流路（１１）の内部には、副流路用吐出口（４
１）と吸入管（２５）との間に副流路用仕切部材（４５
）が配設されており、この副流路用仕切部材（４５）に
よって副流路（１１）内を副流路用吐出口（４１）の方
へ流動してきた質量の大きい粒子が再度副流路（１１）
内を流動することが阻ＩＬされる。

以下、本実施例に係る渦流形遠心分離機（１）の分離動
作について説明する。

まず、駆動軸（２３）を同転させて羽根車（１３）を回
転させると、羽根（２１）が主流路（９）内を主流路（
９）の中心軸方向に回転するので、質量の大きい粒子と
小さい粒子からなる混合粒子は、主流路（９）内外の圧
力差によって吸引されて吸入口（２９）から主流路（９
）内へ導入される。

次に、羽根車（１３）の回転を継続すると、吸入口（２
９）から主流路（９）に流入した混合粒子は、羽根（２
１）の回転による遠心力の作用により、主流路（９）の
内部において第２図及び第３図の矢印Ａで示すように周
方向に回転し、羽根（２１）の間から流出した混合粒子
は再度羽根（２１）の間に流入する。このため、混合粒
子は上述の周方向の回転を繰り返しながら、第１図の矢
印Ｂに示すように螺旋状に主流路（９）内を流動する。

そして、この流動中において、混合粒子には遠心力が作
用するので、’ＥＫＩｕの大きい粒子は主流路（９）の
外周側に移動した後、さらに遠心力の作用によって管状
仕切壁（７）に設けられた連通孔（７ａ）から副流路（
１１）内に移送される。副流路（１１）に移送された質
量の大きい粒子は、副流路（１１）と主流路（９）とが
管状仕切壁（７）で仕切られているため、主流路（９）
内へ逆流することなく副流路（１１）内を螺旋状に旋回
しながら副流路用吐出口（４１）の方へ流動する。

一方、質量の小さい粒子は主流路（９）の中心軸側に集
まりながら主流路（９）内を螺旋状に旋回しながら主流
路用吐出口（３５）の方へ流動するので、質量の小さい
粒子中に質量の大きい粒子が再度混合されることがない
。

さらに、羽根車（１３）の回転を継続すると、質量の大
きい粒子は副流路用吐出口（４１）からハウジング（３
）外へ、質量の軽い粒子は主流路用吐出口（３５）から
ハウジング（３）外へと各々導出される。

第４図は前記実施例の第１変形例を示し、この第１変形
例においては主流路用吐出路（３４）と吸入路（２７）
とを連通させる連通路（４７）が設けられている。また
、主流路用吐出路（３４）には連通路（４７）との接続
部（３４ａ）より下流側において、この主流路用吐出路
（３４）を通過する粒子の流動の開放及び閉塞をする吐
出路用開閉弁（４９）が設けられていると共に、吸入路
（２７）には連通路（４７）との接続部（２７ａ）より
上流側において、この吸入路（２７）を通過する粒子の
流動の開放及び閉塞をする吸入路用開閉弁（５１）が設
けられている。

以下、第１変形例に係る渦流形遠心分離機（１）の分離
動作について説明する。

まず、吸入路用開閉弁（５１）を開く一方吐出路用開閉
弁（４９）を閉じた状態で羽根車（１３）を回転させる
と、混合粒子は吸入路（２７）を通って主流路（９）内
へ導入される。次に、吸入路用開閉弁（５１）及び吐出
路用開閉弁（４９）を閉じ、羽根車（１３）の回転を継
続すると、質量の大きい粒子は前記と同様に混合粒子か
ら分離して副流路（１１）内に移送され、副流路用吐出
路（３つ）からハウジング（３）外へ流出する。

一方、質量の大きい粒子が未だ残存した状態の混合粒子
は主流路（９）内を螺旋状に流動した後、主流路用吐出
口（３５）から主流路用吐出路（３４）へ導出された後
、連通路（４７）及び吸入路（２７）を通って吸入口（
２つ）から再度主流路（９）内へ導入されて、前記同様
にして再度、質量の大きい粒子の分離が行われる。この
ようにして質量の大きい粒子の分離が完了すると、吐出
路用開閉弁（４９）を開いて質量の小さい粒子のみを主
流路用吐出路（３４）からハウジング（３）外へ導出す
る。

第５図は前記実施例の第２変形例を示し、この第２変形
例においては、主流路（９）内に、主流路（９）の中心
軸線上に環状のガイド部材（５３）が配設され、且つ、
このガイド部材（５３）の内側に羽根車（１３）の羽根
（２１）が近接している。このようにすることにより、
混合粒子はガイド部材（５３）に案内されてガイド部材
（５３）の外方を螺旋状に旋回して流動するので、混合
粒子の渦流が乱れ難くなる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明に係る渦流形
遠心分離機によると、管状仕切壁によって内外に仕切っ
て形成され、該環状仕切壁に設けられた連通孔を介して
互いに連通している中心軸側の主流路及び外周側の副流
路を備えているため、遠心力の作用により、管状仕切壁
に設けられた連通孔を通り抜けて副流路に流入した質量
の大きい粒子は、渦流に変動が生じても管状仕切壁に妨
げられて再度主流路に復帰することはないので、混合粒
子中から質量の小さい粒子のみを精度良く取り出すこと
ができる。

このため、請求項（１）の発明によると、渦流形遠心分
離機に特有の高遠心力場の利用と相俟って、極めて質量
の小さい粒子、例えばサブミクロン領域の粒子のみを精
度良く取り出すことができる。

また、渦流形遠心分離機に特Ｈの渦流循環路の利用と相
俟って、質量の差が大きくない粒子をも精度良く分離で
きるので、多段分４１が可能になり、ｎつ粒径分布がシ
ャープになる。また、質量の大きい粒子専用の副流路を
設けたにも拘らず、従来の渦流形遠心分離機と同様に昇
圧作用が得られるので、ブロア等の機器は不要である。

また、請求項（２）の発明によると、主流路用吐出路と
吸入路とを連通させる連通路が設けられているため、質
量の大きい粒子が残Ｈする混合粒子を、主流路から一旦
主流路用吐出路へ導出させた後、連通路及び吸入路を通
って１１ｉ度主流路へ導入することができるので、連続
的に繰返して分離動作がなされるため、−層桔度の高い
粒子の分離を行うことができる。

さらに、請求項（３）の発明によると、連通孔を主流路
内を流動する粒子が螺旋状に旋回する方向に延びるスリ
ット状に形成したので、質量の大きい粒子の主流路から
副流路への移送がスムーズである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一丈施例である渦流形遠心分
離機を示し、第１図は縦断面図、第２図は横断面図、第
３図は一部分の拡大横断面図、第４図は第１変形例であ
る渦流形遠心分離機の縦断面図、第５図は第２変形例で
ある渦流形遠心分離機の一部分の拡大横断面図、第６図
及び第７図は従来の渦流形遠心分離機を示し、第６図は
縦断面図、第７図は横断面図である。 （１）・・・渦流形遠心分離機 （３）・・・ハウジング （４）・・・粒子流ｉｆδ （７）・・・管状仕切壁 （７ａ）・・・連通孔 （９）・・・主流路 （１１）・・・副流路 （１３）・・弓ｐＩ根巾 （２１） （２７） （２７ａ） （２９） （３４） （３４ａ） （３５） （３つ） （４１） （４７） （４９） ・・・羽根 ・・・吸入路 ・・・接続部 ・・・吸入口 ・・・主流路用吐出路 ・・・接続部 ・・・主流路用吐出口 ・・・副流路用吐出路 ・・・副流路用吐出口 ・・・連通路 ・・・吐出路用開閉弁 ばか ２名 （１） （３） （４） （７） （７ｍ） （９） （１１） （１３） （２１） （２７） （２７ａ） （２つ） （３４） （３４ａ） （３５） （３つ） （４１） （４７） （４９） ・・・局流形遠心分離機 ・・・ハウジング ・・・粒子流路 ・・・管状仕切壁 ・・・連通孔 ・・・主流路 ・・・副流路 ・・・羽根車 ・・・羽根 ・・・吸入路 ・・・接続部 ・・・吸入口 ・・・主ｉ！８川吐出路 ・・・接続部 ・・・主流路用吐出口 ・・・副流路用吐出路 ・・・刈流路用吐出■ ・・・連通路 ・・・吐出路用開閉弁 第１Ｂ 第２０ 勇３１ 括４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒子が流動する環状の粒子流路（４）を有するド
   ーナツ状のハウジング（３）と、前記粒子流路（４）内
   を該粒子流路（４）と同軸方向に延びる管状仕切壁（７
   ）によって内外に仕切って形成され、該管状仕切壁（７
   ）に設けられた連通孔（７ａ）を介して互いに連通して
   いる中心軸側の主流路（９）及び外周側の副流路（１１
   ）と、 前記ハウジング（３）と同心状に配設され、前記主流路
   （９）内の粒子を螺旋状に旋回させつつ流動させて質量
   の大きい粒子と質量の小さい粒子とに分離する複数枚の
   羽根（２１）を有する回転する羽根車（１３）と、 前記主流路（９）に開口する吸入口（２９）を有し、前
   記主流路（９）に粒子を導入する吸入路（２７）と、 前記吸入口（２９）より前記羽根車（１３）の反回転側
   の主流路（９）に開口する主流路用吐出口（３５）を有
   し、前記主流路（９）から前記質量の小さい粒子を導出
   する主流路用吐出路（３４）と、 前記吸入口（２９）より前記羽根車（１３）の反回転側
   の副流路（１１）に開口する副流路用吐出口（４１）を
   有し、前記副流路（１１）から質量の大きい粒子を導出
   する副流路用吐出路（３９）とを備えていることを特徴
   とする渦流形遠心分離機。
2. （２）前記主流路用吐出路（３４）と吸入路（２７）と
   を連通させる連通路（４７）が設けられ、前記主流路用
   吐出路（３４）には前記連通路（４７）との接続部（３
   ４ａ）より下流側に吐出路用開閉弁（４９）が設けられ
   ていると共に、前記吸入路（２７）には前記連通路（４
   ７）との接続部（２７ａ）より上流側に吸入路用開閉弁
   （５１）が設けられていることを特徴とする請求項（１
   ）に記載の渦流形遠心分離機。
3. （３）前記連通孔（７ａ）は、前記主流路（９）内を流
   動する粒子が螺旋状に旋回する方向に延びるスリット状
   に形成されていることを特徴とする請求項（１）又は（
   ２）に記載の渦流形遠心分離機。