JPH10286493A - 流体中粒子の分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】粗大粒子の分離効率は良いが、微粒子を分離で
きないサイクロンと、微粒子を効率良く分離できるが目
詰まりを起こし易いフィルタの両方の短所を補い、長所
を活かし、これにより分離効率が良く、寿命の長い流体
中粒子の分離装置を提供すること。 【構成】サイクロン内の排出部に筒状フィルタを設け
る。筒状フィルタは先端が開放されている。サイクロン
は内径が一定の円筒体とこれに連設された偏平円錐状体
とからなる器体を有する。フィルタの長さｌ、その内径
ｄ及び円筒体Ｄとはｌ＝ｄ〜６ｄ、ｄ＝Ｄ／４〜３Ｄ／
４の関係を有する。 【効果】上記目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体中粒子の分離効率
を高め、その性能を長期間維持できるようにした流体中
粒子の分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に集塵機やフィルタは、排水処理、
燃焼炉や焼却炉の排気処理、セラミックス工業、セメン
ト工業、鋳物工業あるいは食品工業における粉塵の処理
等、各種工業において用いられている。フィルタは気体
や液体の流体中の微粒子を除去する１つの手段として良
く知られているが、このようなフィルタを使用する場
合、捕捉可能な粒径によりそれぞれ長所短所はあるが、
いずれも必ず目詰まりによる性能劣化を起こす。それ故
に、高い捕捉効率を維持し、かつその寿命を延ばすこと
はフィルタを利用する上で重要な課題である。一方、集
塵機の１つとしてよく知られているサイクロンは、その
分離効率、経済性等から上記の分野等多分野に利用され
ているが、微粒子、軽量粒子の捕捉についてはまだ十分
な能力を有しているとはいえない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、フィル
タは微粒子を捕捉できるが、目詰まりによる性能劣化を
起こし易く、一方、サイクロンは粗大粒子は分離し易い
が、微粒子、軽量粒子の捕捉効率に問題がある。また、
両者を別個に組み合わせて用いた場合には、フィルタを
先に用い、サイクロンを後に用いると、フィルタは目詰
まりを生じ易いというフィルタを単独で用いる場合と同
様の問題を生じる。サイクロンを先に用い、フィルタを
後に用いると、サイクロンで分離できない微粒子は、流
体とともに排出されてフィルタに至る過程で互いに接触
して凝集し粒径が大きくなったり、通路の壁に付着しそ
れが堆積して大きな粒子となったのち剥がれて流体に混
入することがあり、このような大きな粒子を濾過するフ
ィルタはその目詰まりを起こし易い場合がある等の問題
があるのみならず、サイクロンから排出された流体はフ
ィルタに至るまでに流通路による圧力損失を生じ、処理
能率を悪くすることがあるという問題がある。本発明の
第１の目的は、流体中粒子の分離効率を高めることがで
き、かつ長期間その分離性能を維持することができる、
いわゆる寿命を長くできる流体中粒子の分離装置を提供
することにある。本発明の第２の目的は、サイクロンの
分離効率を高めることができる流体中粒子の分離装置を
提供することにある。本発明の第３の目的は、フィルタ
の目詰まりを少なくでき、その寿命を延ばすことができ
る流体中粒子の分離装置を提供することにある。本発明
の第４の目的は、フィルタはサイクロン内を流通し排出
される流体の圧力損を少なくできるようにした流体中粒
子の分離装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）、流体に含有される粒子を該流体
から分離する処理を行なうサイクロン内の流体排出部に
筒状フィルタを設けた流体中粒子の分離装置を提供する
ものである。また、本発明は、（２）、流体に含有され
る粒子を該流体から分離する処理を行なうサイクロン内
の流体排出部に片方の末端が開放されている筒状フィル
タをその開放側を先端にして設けた流体中粒子の分離装
置、（３）、サイクロンは粒子を含有する流体の導入部
と該粒子を分離する処理をされた流体の排出部を有する
円筒体と、該円筒体に連設された該分離した粒子を取り
出す逆円錐状体又は平底の蓋体を有する器体を備え、該
円筒体の内径が一定である上記（１）又は（２）の流体
中粒子の分離装置、（４）、筒状フィルタは円筒状であ
り、その長さｌ、内径ｄ及び円筒体の内径Ｄの関係はｌ
＝ｄ〜６ｄ、ｄ＝Ｄ／４〜３Ｄ／４である請求項３の流
体中粒子の分離装置を提供するものである。

【０００５】本発明において、サイクロンとは、粒子を
含有する気体や液体の流体を器体内部で旋回させ、その
遠心力で粒子を周壁へ沈降させ、ついで器壁に沿って下
降させ器体下部から排出できるようにするとともに、粒
子を分離する処理をされた流体を器体上部から排出でき
るようにしたものであり、通常使用されているサイクロ
ンは使用できる。一般的なサイクロンの器体の形状は、
円筒体とこれに連設された逆円錐状体を有するものであ
るが、同一径の円筒体の底部に偏平な逆円錐状体を設け
たもの、その底部を平底にしたものも容積を大きくで
き、その下方からの流体の圧力を過度にしない点で好ま
しい。平底のものは製作が容易でコストを低減できる点
でも好ましい。サイクロンの器体には、上部の一側に導
入管を円筒体の接線方向に設け、その上面板の中央に排
出管を設け、逆円錐状体の下端にはバルブ等の開閉によ
り分離した粒子を取り出せる粒子取出部を設けることが
一般的であり、これら付属物の寸法や円筒体と逆円錐状
体の容積比の寸法は一般的に好ましいとされている形状
を標準に考えて、本発明においてもこれを使用すること
ができるが、上述のように偏平逆円錐状体を設けたもの
でもよく、平底のものでもよく、本発明においては排出
管にフィルタを設けるので、排出管の長さを短くしても
よい。器体やその付属品の材質は金属、金属メッキ材
料、樹脂等のいずれでもよい。

【０００６】本発明において使用するフィルタは、円筒
状フィルタ等の筒状フィルタであるが、その片方の末端
が開放され、その他端が上記サイクロンの内部において
その排出管に流体が漏れないように設けられるものであ
ればいずれも使用でき、その開放端を先端にすると流体
の流入の際の圧力損を無いようにできるが、その開放端
を閉じたものでも使用でき、特に制限されないが、長さ
ｌと内径ｄとの関係がｌ＝ｄ〜６ｄ、円筒体の内径Ｄと
の関係がｄ＝Ｄ／４〜３Ｄ／４である円筒状フィルタで
あることが、その中を流通する流体の速度と粒子の捕捉
性の関係から好ましい。フィルタの材質にも特に制限は
なく、不織布積層タイプ、糸あるいは紐状材料を巻き付
けたワインディングタイプ、樹脂あるいはセラミック焼
結タイプ、単層濾紙、プリーツ濾紙等任意に選択するこ
とができ、また、孔径も目的に応じ、任意に選ぶことが
できる。フィルタには流体の流通による摩擦やその他の
手段で静電気を発生するものを使用し、静電気により粒
子を吸着することを併用しても良く、また、粘着性を有
する物質を含有させ、その粘着力により粒子を捕捉する
ことを併用してもよく、これらやその他の粒子付着手段
は単独又は複数を組み合わせて用いてもよい。このフィ
ルタを排出管に設けるには、筒状フィルタの一端側を排
出管側に固定し、他端側の開放端側又は閉塞端側を自由
端にし、あるいは自由端にしないその他の方法でもよい
が、いずれも開放端を有する場合には流体がその開放端
等の先端から流入できるものであればよい。その設け方
としては例えば、両端又は一端開放の筒状フィルタの一
端側に中央にねじ孔を有する端板を設け、排出管にもね
じ部を設けてこれにねじ込む方法、その端板のねじ孔を
通常の貫通孔にしてこれに排出管を圧入する方法、両端
又は一端開放の筒状フィルターを排出管に挿入しその端
部をサイクロンの器体の上面に当接して反対側からその
器体に支持したスプリングで押圧する方法等が挙げられ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に示すように、１はサイクロ
ンであり、内径Ｄが一定で長さＬ₁ が３Ｄ〜３．５Ｄの
円筒体２と、これに連設された長さＬ₂ が０．２〜０．
２５の偏平逆円錐状体３とからなる器体４を有し、さら
に円筒体２の上部の側部の接線方向に設けられた粒子を
含有する流体を導入する内径Ｒ₁ が０．１〜０．２Ｄの
導入管２ａ、円筒体２の上部中央に設けられた粒子を分
離する処理をされた流体を排出する内径Ｒ₂ が０．１〜
０．２Ｄの排出管２ｂと、偏平逆円錐状体３の先端部に
設けられた分離した粒子の粒子取出部３ａとを有する。
また、５はそのサイクロン１内に設けられた筒状フィル
タであり、円筒状に形成され、その先端が開放され自由
端の垂直に設けられている。フィルタの長さｌと内径ｄ
はｌ＝４ｄ〜５ｄの関係にし、上記サイクロンの寸法と
は、ｌ＝０．７〜０．７５Ｌ₁ 、d ＝２Ｄ／５〜２Ｄ／
３の関係とする。このような構成において、粒子を含有
する流体を導入管２ａから導入すると、その流体圧によ
り粒子及び流体は円筒体２にその接線方向に流入され、
その内壁に沿って順次下方に旋回され、その過程で遠心
作用により大きな粒子ほどその内壁に衝突させられて流
体から分離され、これが上側から順次行なわれて大きな
粒子ほど多くが分離される。分離し切れない微粒子を含
有する流体はフィルタ５の開放端側から流入されてその
内部を流通し排出管２ｂから排出される。フィルタ５は
主にその過程でその内側で微粒子を分離するが、その外
側において流通する流体に接触した部分ではその流体か
らも主に微粒子を分離する。このようにして粒子の分離
処理をされた流体が排出部２ｂから得られるが、分離さ
れた粒子は逆円錐状部３ａに溜まるので粒子取出部３ａ
から開閉弁の操作等により取り出すことができる。この
際、上記のようなサイクロンの寸法にすると、円筒体は
一定径であり、偏平円錐状体は円筒体の長さの１割以下
に過ぎないので、器体４の容積を大きくでき、それだけ
処理能力を増大させ、しかもフィルタに流入する流体の
圧力を過度にすることを避け、適度にすることができる
のでその流体からの微粒子の捕捉性をよくすることがで
きる。また、フィルタを上記寸法にすると、サイクロン
を旋回する流体中に含まれる微粒子が中央側に集まるそ
のよいところに位置することができ、大きな粒子と接触
せず目詰まりを起こし難くでき、また、その径と長さの
比、その径と円筒体の内径との比は、流体の流通速度と
の関連で微粒子の捕捉効率を好適にすることができ、ま
た、先端を開放端にすると流体の流入を容易にし圧力損
を少なくできる。なお、偏平逆円錐状体３は、図１と同
一符号は同一構成部分を示す図２に示すように、平底で
ねじ留め等により着脱自在にできる蓋体６でもよく、製
作の容易、コスト低減の点では好ましい。また、筒状フ
ィルタ５はその先端を同じ材料その他で閉じ、その際細
孔の大きさを変えてもよいが、この場合でもサイクロン
から排出される流体を濾過する場合に比べれば、その外
部のフィルタに至る流通路における圧力損失をなくすこ
とができ、それだけ処理能率を向上することができる。

【０００８】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 実施例１ 図１に示すＤ＝１３０ｍｍ、Ｌ₁ ＝４００ｍｍ、Ｌ₂ ＝
３０ｍｍ、Ｒ₁ ＝１５ｍｍ、Ｒ₂ ＝１５ｍｍのサイクロ
ン１において、筒状フィルタ５としてのｌ＝３００ｍ
ｍ、ｄ＝６５ｍｍの単層の不織布（ポリエステル、孔径
５０μ、厚さ５００μ）をメッシュの補強円筒に巻き付
けた円筒状フィルタが、その一端に取り付けられたねじ
孔を有する端板が上記排出管２ｂに設けられたねじ部に
ねじ込まれることにより取付けられている。なお、フィ
ルタを取付けるには、円筒体の上面板を適宜密閉手段で
着脱自在に設けるか、逆円錐状体を適宜密閉手段で着脱
自在に設け、その取外した状態で取付けることができ
る。この状態で、流体として水道水に０．５％の下記表
１の粒度分布の試験用ダスト（ＪＩＳ Ｚ８９０１試験
用ダスト８種（関東ローム層の粒子）を混ぜたものを
０．３８ｍ／秒の流速で導入管２ａから円筒体２内に導
入し、器体４内で処理を行って排出管２ｂから排出させ
た。その導入を開始してから１０分の時点で排出管２ｂ
から排出される流体１０００ｃｃのサンプルを採取し、
０．１μメンブレンで濾過することにより残存粒子量を
求めた。その結果、「１０分間でのダスト捕捉量
（ｇ）」は１６６ｇであり、１０分間の粒子導入量に対
するその割合である「ダスト捕捉効率（％）」は８３％
であった。また、サンプルを採取した時点で排出管２ｂ
の排出時の流速及び上記の導入時とその排出時の流体圧
力の差圧をそれぞれの流速（流速計）から求めたとこ
ろ、流体排出当初の流速及び差圧（０．１Ｋｇ／ｃ
ｍ² ）と同じであり変化がなかった。このことから、当
然のことながらフィルタは継続使用が可能である。な
お、同一構成部分は上記と同一寸法にした図２の装置に
ついてもほぼ同様の結果が得られた。

【０００９】

【表１】

【００１０】比較例１ 実施例１において、上記フィルタの代わりに、スチール
製円筒体（内径６５ｍｍ、長さ１００ｍｍ）の一端にね
じ孔を有する端板を設けたものを排出管２ｂに同様に取
付けて用いたこと以外は同様にして試験を行ったとこ
ろ、サンプル採取時の排出管２ｂからの排出時の流速、
その導入時の流体の圧力との差圧は当初と変わらなかっ
たが、「１０分間でのダスト捕捉量（ｇ）」は１０８
ｇ、「ダスト捕捉効率」は５４％であった。これは実質
的にはフィルタを併用しない場合とすることもできる。

【００１１】比較例２ 実施例１において、上記フィルタの代わりに、そのフィ
ルタの自由端をそのフィルタに使用した不織布で閉じた
ものを排出管２ｂに同様に取付け、さらに導入管２ａを
円筒体２の中心下方に向かうように取付けて流体が円筒
体に対して垂直下方に流れるようにしたこと以外は同様
にして試験をを行ったところ、排出管２ｂから排出され
る流体の圧力が急激に減少し、導入時の圧力との差圧が
急激に上昇したため、９０秒で試験を停止した。この時
点でのダスト捕捉量は２８．５ｇ、「ダスト捕捉効率」
は９５％であったが、フィルタは目詰まりが激しく継続
しての使用が不可能であると判断した。これは実質的に
はサイクロンを使用せず、フィルタのみを使用したこと
に当たるということもできる。

【００１２】以上の実施例１、比較例１、２の結果を表
２に示す。表中、寿命はフィルタが継続して使用可能な
ものを「○」、不可能なものを「×」として示した。こ
の表によると、実施例１はダスト捕捉効率、寿命の両方
とも良いの比べ、比較例１はダスト捕捉効率が悪過ぎ、
比較例２は寿命が短か過ぎることが分かる。なお、本発
明の装置を「粒子含有流体の清浄化装置」とすることも
でき、また、本発明を「流体中粒子の分離方法」、「流
体中粒子を分離する流体の清浄化方法」とすることもで
きる。また、いずれの場合においても「粒子」を「不純
物粒子」としてもよく、さらにいずれの場合も「粒子」
に「固体粒子」の限定を加えてもよい。

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、サイクロン内に筒状フ
ィルタを設けたので、流体中粒子の分離効率を高め、か
つ特にそのフィルタの片方の末端を開放端にすると、そ
のフィルタはサイクロン内を流通され排出される流体の
圧力損を少なくすることができるので、長期間その分離
性能を維持する、いわゆる寿命を長くできる流体中粒子
の分離装置を提供することができ、これをサイクロンの
側からみれば、サイクロンの分離効率を高めることがで
き、他方、フィルタの側からみれば、フィルタの目詰ま
りを少なくできることによりその寿命を延ばすことがで
き、これにより両方の装置の良いところを組み合わせ
て、しかもフィルタの側からみれば、可及的微粒子状態
で、いわゆる川上で微粒子を捕捉することができ、流体
の圧力損失も少なく、その性能を最大限発揮できる状態
で組み合わせ、両者の悪いところを補ない合う流体中粒
子の分離装置を提供することができる。また、円筒体を
同一内径にすると、その下方からの流体の速度を過度に
することを避けることができ、フィルタの長さ、その内
径、円筒体の内径との関係の限定とともに、流体の速度
とその流体中の粒子の捕捉の関係を好適に保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の流体中粒子の分離装置を示
す断面正面及び上面模式図である。

【図２】本発明の他の実施例の流体中粒子の分離装置を
示す断面正面及び上面模式図である。

【符号の簡単な説明】

１ サイクロン ２ 円筒体 ２ａ 導入管 ２ｂ 排出管 ３ 偏平逆円錐状体 ３ａ 粒子取出部 ４ 器体 ５ 筒状フィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体に含有される粒子を該流体から分離
   する処理を行なうサイクロン内の流体排出部に筒状フィ
   ルタを設けた流体中粒子の分離装置。
2. 【請求項２】 流体に含有される粒子を該流体から分離
   する処理を行なうサイクロン内の流体排出部に片方の末
   端が開放されている筒状フィルタをその開放側を先端に
   して設けた流体中粒子の分離装置。
3. 【請求項３】 サイクロンは粒子を含有する流体の導入
   部と該粒子を分離する処理をされた流体の排出部を有す
   る円筒体と、該円筒体に連設された該分離した粒子を取
   り出す偏平逆円錐状体又は平底の蓋体を有する器体を備
   え、該円筒体の内径が一定である請求項１又は２記載の
   流体中粒子の分離装置。
4. 【請求項４】 筒状フィルタは円筒状であり、その長さ
   ｌ、内径ｄ及び円筒体の内径Ｄの関係はｌ＝ｄ〜６ｄ、
   ｄ＝Ｄ／４〜３Ｄ／４である請求項３に記載の流体中粒
   子の分離装置。