【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体からの液体又は固体粒子の分離、若しくは液体からの固体粒子の分離を行うサイクロンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体中に浮遊する粒子を分離するために、例えばサイクロンが用いられている。サイクロンは、流体の導入方法によって、ラジアルフロー式と軸流式に分類される。ラジアルフロー式は、流体を分離筒へノズルにより接線方向に流入させる方式である。一方、軸流式は、分離筒の流体流入部に複数の旋回羽根を設けた方式である。何れの方式も、分離筒内に流体の旋回流を生じさせ、粒子を分離するものである。サイクロンの特性は、後に詳細に記述するように、小型にすれば小型にするほど分離性能が高くなるので、大量の流体を処理する為に数百個から数千個配置する場合があり、単純で量産可能な構成が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサイクロンにおいては、流体の旋回流に均一性がなく、ノズル部もしくは旋回羽根部で最高流速となるが、その後は下流に行くに従い流速が低下することとなり、効果的な分離性能を持つことが出来ない。また、ラジアルフロー式の場合、ノズルは対象性の無い複雑な形状で量産化にほど遠い構成であり、一方、軸流式は複数の旋回羽根を内筒または外筒に取り付ける必要があり、同様に複雑な構成となっており、コストアップの要因となっている。また、旋回羽根を上下に複数段配置して遠心力の作用する時間を長くすれば、分離性能は向上するが、その構成はさらに複雑となるので、実際的でない。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、分離性能が高く、しかもコストダウンを図ることが可能な、サイクロンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、内筒とこれを取り囲む外筒とを備え、流入した流体を前記内筒と外筒が形成する環状流路を旋回しながら流下することにより、その流体中に浮遊する粒子を遠心分離するサイクロンにおいて、前記内筒と外筒との間に螺旋状の羽根を一回り以上巻き付け、前記流体をその羽根に沿ってその内筒の周りに旋回させるようにしたことを特徴とする。
螺旋状の羽根は次の特徴を有する。
１．旋回流は内筒、外筒、螺旋状の羽根の上流側下面と下流側上面で規定される流路を旋回しながら流下する。この結果、均一な流速の旋回流が得られ、サイクロンの性能が向上する。
２．螺旋状の羽根の長さを長くすれば分離時間が長くなり、サイクロン性能が向上する。
３．螺旋状の羽根に剛性を持たせれば、上流側一カ所と下流側一カ所を内筒に支持することで必要かつ十分な構成となる。（容易に組み立てることが出来る。）４．以上の構成から本発明のサイクロンは、単純な円筒の内筒と外筒、及び螺旋状の羽根で構成でき、量産化が従来のものに比し画期的に容易となる。この結果、製造コストの削減が達成できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。一般に、流体中での粒子の沈降には、ストークスの法則により、以下の式が成り立つ。
Ｖｐ＝αｆ・ｄｐ２・（ρｐ／ρｆ−１）／１８νｆ （１）
但し、
Ｖｐ：粒子の沈降速度（ｍ／ｓ）
αｆ：流体の加速度（ｍ／ｓ２）
ｄｐ：粒子の直径（ｍ）
ρｐ：粒子の密度（ｋｇ／ｍ３）
ρｆ：流体の密度（ｋｇ／ｍ３）
νｆ：流体の動粘性係数（ｍ２／ｓ）
である。
【０００７】
ここで、サイクロンでの動作を考えると、Ｖｐは粒子の遠心方向の速度、αｆは流体の遠心方向の加速度となり、以下の式が成り立つ。
αｆ＝Ｒ・ωｆ２
ωｆ＝Ｖｆ／Ｒ
∴αｆ＝Ｖｆ２／Ｒ （２）
但し、
Ｒ ：流体の平均回転半径（ｍ）
ωｆ：流体の回転角速度（ｒａｄ／ｓ）
Ｖｆ：流体の周方向速度（ｍ／ｓ）
である。
【０００８】
そして、式（１）に式（２）を代入し、粒子の直径ｄｐを求める形に書き直すと、
ｄｐ＝｛１８・Ｖｐ・νｆ・Ｒ／（ρｐ／ρｆ−１）｝１／２／Ｖｆ（３）となる。
【０００９】
一方、サイクロン内で流体が旋回する数を設定し、流体がサイクロンを通過する時間と粒子が内筒近傍から外筒へと遠心力により沈降する時間とを等しいとおくと、以下の式が成り立つ。
２π・Ｒ・Ｎ／Ｖｆ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｖｐ （４）
但し、
Ｒ１：サイクロンの外半径（ｍ）
Ｒ２：サイクロンの内半径（ｍ）
Ｎ ：サイクロン内での旋回数（回）
上記を式（３）に組み込むと
ｄｐ＝（Ｋ・νｆ・Ｒ／Ｎ／Ｖｆ／（ρｐ／ρｆ−１））１／２ （５）
ここで、
Ｋ：常数（０．９６８８）
Ｒ２＝Ｒ１・１／２１／２
Ｒ＝３１／２／２／Ｒ１
を設計条件とした。
式（５）より、サイクロンの分離能力（分離可能な粒子径）は、サイクロンの流体の平均回転半径Ｒの平方根に比例し、旋回数Ｎと流体の旋回流速Ｖｆの平方根に反比例する。以上により、分離可能な粒子径を算出することが出来る。
【００１０】
図１、図２及び図３により本発明のサイクロンの一実施形態を説明する。図１はサイクロン１の働きを示す斜視断面図であり、図２はマルチサイクロンの正面断面図であり、図３はマルチサイクロンの平面断面図である。ここではオイルベーパーからオイルミストを分離する例について説明する。同図に示すように、複数のサイクロン１（ここでは１９個）が、チャンバー７内に収納されている。チャンバー７は、上部セパレータ５及び下部セパレータ６により、流入室Ａ，吐出室Ｂ及び排出室Ｃに分離されている。サイクロン１は、上部セパレータ５を貫通して成る内筒２と、下部セパレータ６を貫通して成る外筒３とを備え、同軸心の内筒２と外筒３との間の環状部に螺旋状の羽根４が設けられて、旋回流路を構成する。
【００１１】
なお、上部セパレータ５と内筒２との間、及び下部セパレータ６と外筒３との貫通部はシールされている。また、螺旋状の羽根４は外筒３側に支持固定される構成としても良い。さらに、螺旋状の羽根４の上端及び下端をそれぞれ軸方向外側に反らせた形状とすると、サイクロン１に流入／流出する流体の昇速／減速をよりスムーズとすることが出来、サイクロンによる圧損を低減できる。また、同図では螺旋状の羽根４は一枚となっているが、これを二枚にして二重螺旋構造としても良い。
【００１２】
チャンバー７下部と下部セパレータ６で構成される排出室Ｃには、サイクロン１で分離された粒子（オイルミスト）が滴下滞留され、排出管１３から排出される構成となっている。
【００１３】
さて、チャンバー７の流入室Ａに流入管１１から流入したオイルベーパーは、矢印ａで示すようにサイクロン１へその上端より流入し、螺旋状の羽根４に沿って内筒２と外筒３との間を矢印ｂのように旋回しつつ流下する。このとき、オイルベーパーからオイルミストｍが遠心分離され、矢印ｃのように排出室Ｃへ滴下する。オイルベーパーのサイクロン１内での旋回数は、羽根６により規定されているので、オイルミストｍを確実に分離することができる。
【００１４】
オイルベーパーからオイルミストｍが分離された後の残りの空気は、内筒２の下端で向きを転じ、矢印ｄで示すようにその内側を上昇する。そして、内筒２の上端より矢印ｅで示すように吐出室Ｂへ流出する。吐出室Ｂへ流入した空気は、吐出管１２より大気へ放出される（図示省略）。以上示したようなサイクロン１を、チャンバー内に所定数配設することにより、所望の処理能力を得ることができる。
【００１５】
ちなみに、本実施形態におけるサイクロンの数値例を以下に挙げておく。
【００１６】
なお、本実施形態では、オイルベーパーからオイルミストを分離する例について示したが、これに限定されるものでは勿論なく、従来からの集塵装置としても使用可能であるし、その他、例えば蒸気と水の二相流から気液分離する装置としても使用可能である。また、懸濁液中の粒子を分離する装置としても使用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分離性能が向上し、しかもコストダウンを図ることが可能なサイクロンを提供することができる。
【００１８】
具体的には、一枚若しくは二枚の螺旋状の羽根を設けた構成とすることにより、流体流速の分布の均一化が効果的に図れる。これは旋回流路が内筒、外筒及び螺旋状の羽根で構成される為、流速を乱す要素がないためである。更に螺旋状の羽根の長さを長くするだけで、容易に分離時間を長く設定することができるので、分離性能が向上する。また、単純な形状の部品の採用、更に部品点数の減少及び組立時間の短縮を図ることができるので、コストダウンが可能となる。
【００１９】
さらに、螺旋状の羽根が内筒に巻き付く構成とすることができるので、支持構成が簡便となる。例えば、羽根の上端及び下端をそれぞれ内筒に支持もしくは接合するだけで固定することができる。その他、全体的に構成がシンプルとなるので、組立工数の低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサイクロンの一実施形態を示す斜視断面図。
【図２】本発明のマルチサイクロンの正面断面図。
【図３】本発明のマルチサイクロンの平面断面図。
【符号の説明】
１ サイクロン
２ 内筒
３ 外筒
４ 螺旋状の羽根
５ 上部セパレータ
６ 下部セパレータ
７ チャンバー
１１ 流入管
１２ 吐出管
１３ 排出管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cyclone for separating liquid or solid particles from a gas or separating solid particles from a liquid.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, for example, a cyclone has been used to separate particles suspended in a fluid. Cyclones are classified into a radial flow type and an axial flow type according to a method of introducing a fluid. The radial flow method is a method in which a fluid is caused to flow in a tangential direction by a nozzle into a separation cylinder. On the other hand, the axial flow type is a type in which a plurality of swirling blades are provided at a fluid inflow portion of a separation cylinder. In either method, a swirling flow of a fluid is generated in a separation cylinder to separate particles. As will be described in detail later, the characteristics of a cyclone are such that the smaller the size, the higher the separation performance will be, so hundreds to thousands of cyclones may be arranged to process a large amount of fluid. A configuration that can be mass-produced is required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional cyclone, the swirling flow of the fluid is not uniform, and the maximum flow velocity is obtained at the nozzle portion or the swirling vane portion. Can't have Also, in the case of the radial flow type, the nozzle has a complicated shape with no symmetry and is far from mass production, while the axial flow type requires that a plurality of swirling blades be attached to the inner cylinder or outer cylinder, It has a complicated configuration, which causes an increase in cost. Further, if the time during which the centrifugal force acts is increased by arranging the swirling blades in a plurality of stages vertically, the separation performance is improved, but the configuration becomes more complicated, which is not practical.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a cyclone having a simple configuration, high separation performance, and cost reduction.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, an inner cylinder and an outer cylinder surrounding the inner cylinder are provided, and the inflowing fluid flows down while rotating in an annular flow path formed by the inner cylinder and the outer cylinder. In a cyclone for centrifuging particles suspended in a fluid, a spiral blade is wound one or more times between the inner cylinder and the outer cylinder, and the fluid is swirled around the inner cylinder along the blade. It is characterized in that.
The spiral blade has the following characteristics.
1. The swirling flow flows down while swirling a flow path defined by the upper surface and the lower surface of the inner cylinder, the outer cylinder, and the spiral blade. As a result, a swirling flow having a uniform flow velocity is obtained, and the performance of the cyclone is improved.
2. Increasing the length of the spiral blades increases the separation time and improves cyclone performance.
3. If the spiral blade has rigidity, a necessary and sufficient configuration can be obtained by supporting one location on the upstream side and one location on the downstream side with the inner cylinder. (It can be easily assembled.) With the above configuration, the cyclone of the present invention can be composed of a simple cylindrical inner cylinder and outer cylinder, and a spiral blade, and mass production is significantly easier than conventional ones. As a result, a reduction in manufacturing cost can be achieved.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Generally, the following equation holds for the sedimentation of particles in a fluid according to Stokes' law.
Vp = αf · dp 2 · (ρp / ρf−1) / 18νf (1)
However,
Vp: sedimentation velocity of particles (m / s)
αf: acceleration of fluid (m / s 2 )
dp: diameter of particle (m)
ρp: particle density (kg / m 3 )
ρf: density of fluid (kg / m 3 )
νf: Coefficient of kinematic viscosity of fluid (m 2 / s)
It is.
[0007]
Here, considering the operation in the cyclone, Vp is the velocity of the particles in the centrifugal direction, and αf is the acceleration of the fluid in the centrifugal direction, and the following equation is established.
αf = R · ωf 2
ωf = Vf / R
∴αf = Vf 2 / R (2)
However,
R: average radius of gyration of fluid (m)
ωf: rotational angular velocity of the fluid (rad / s)
Vf: circumferential velocity of fluid (m / s)
It is.
[0008]
Then, by substituting the equation (2) into the equation (1) and rewriting the equation to obtain the particle diameter dp,
dp = {18 · Vp · νf · R / (ρp / ρf−1)} 1/2 / Vf (3)
[0009]
On the other hand, if the number of times that the fluid swirls in the cyclone is set and the time for the fluid to pass through the cyclone is equal to the time for the particles to settle from the vicinity of the inner cylinder to the outer cylinder due to centrifugal force, the following equation is established. .
2π · R · N / Vf = (R1−R2) / Vp (4)
However,
R1: Outer radius of cyclone (m)
R2: Inner radius of cyclone (m)
N: Number of turns in the cyclone (times)
When the above is incorporated into the equation (3), dp = (K · νf · R / N / Vf / (ρp / ρf−1)) 1/2 (5)
here,
K: Constant (0.9688)
R2 = R1 · 1/2 1/2
R = 3 1/2 / R1
Was set as a design condition.
From Equation (5), the cyclone separation capability (separable particle diameter) is proportional to the square root of the average rotation radius R of the cyclone fluid, and inversely proportional to the number of swirls N and the square root of the swirl flow velocity Vf of the fluid. As described above, the separable particle diameter can be calculated.
[0010]
An embodiment of the cyclone of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective sectional view showing the operation of the cyclone 1, FIG. 2 is a front sectional view of the multicyclone, and FIG. 3 is a plan sectional view of the multicyclone. Here, an example in which oil mist is separated from oil vapor will be described. As shown in the figure, a plurality of cyclones 1 (here, 19) are housed in the chamber 7. The chamber 7 is separated into an inflow chamber A, a discharge chamber B, and a discharge chamber C by an upper separator 5 and a lower separator 6. The cyclone 1 includes an inner cylinder 2 penetrating through the upper separator 5 and an outer cylinder 3 penetrating through the lower separator 6, and has a spiral formed in an annular portion between the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 having the same coaxial center. The blades 4 are provided to form a swirling flow path.
[0011]
The penetration between the upper separator 5 and the inner cylinder 2 and the penetration between the lower separator 6 and the outer cylinder 3 are sealed. Further, the spiral blade 4 may be configured to be supported and fixed to the outer cylinder 3 side. Further, when the upper and lower ends of the spiral blade 4 are formed so as to be warped outward in the axial direction, the speed of the fluid flowing into / out of the cyclone 1 can be increased / decreased more smoothly, and the pressure loss due to the cyclone is reduced. it can. Further, in the same figure, the spiral blade 4 is one, but it may be a double spiral structure with two blades.
[0012]
Particles (oil mist) separated by the cyclone 1 are dropped and retained in the discharge chamber C formed by the lower part of the chamber 7 and the lower separator 6 and discharged from the discharge pipe 13.
[0013]
The oil vapor that has flowed into the inflow chamber A of the chamber 7 from the inflow pipe 11 flows into the cyclone 1 from its upper end as shown by an arrow a, and the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 move along the spiral blade 4. And flows down while turning as shown by the arrow b. At this time, the oil mist m is centrifuged from the oil vapor and drops into the discharge chamber C as shown by an arrow c. Since the number of turns of the oil vapor in the cyclone 1 is determined by the blades 6, the oil mist m can be reliably separated.
[0014]
The remaining air after the oil mist m is separated from the oil vapor turns at the lower end of the inner cylinder 2 and rises inside as shown by an arrow d. Then, it flows out from the upper end of the inner cylinder 2 to the discharge chamber B as shown by an arrow e. The air flowing into the discharge chamber B is discharged from the discharge pipe 12 to the atmosphere (not shown). By arranging a predetermined number of cyclones 1 as described above in the chamber, a desired processing capacity can be obtained.
[0015]
Incidentally, numerical examples of cyclones in the present embodiment will be described below.
[0016]
In the present embodiment, an example in which the oil mist is separated from the oil vapor has been described. However, the present invention is not limited to this, and it can be used as a conventional dust collector. It can also be used as a device for gas-liquid separation from a two-phase flow of water. It can also be used as a device for separating particles in a suspension.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cyclone having improved separation performance and capable of reducing costs.
[0018]
Specifically, by providing one or two spiral blades, the distribution of the fluid flow velocity can be effectively made uniform. This is because the swirling flow path is composed of the inner cylinder, the outer cylinder, and the spiral blades, and there is no element that disturbs the flow velocity. Further, the separation time can be easily set long only by increasing the length of the spiral blade, so that the separation performance is improved. In addition, since it is possible to adopt a component having a simple shape, to further reduce the number of components and to shorten the assembling time, it is possible to reduce the cost.
[0019]
Furthermore, since the spiral blade can be configured to be wound around the inner cylinder, the support configuration is simplified. For example, the upper end and the lower end of the blade can be fixed only by supporting or joining to the inner cylinder, respectively. In addition, since the configuration is simplified as a whole, the number of assembly steps can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective sectional view showing one embodiment of a cyclone of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of the multicyclone of the present invention.
FIG. 3 is a plan sectional view of the multicyclone of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 cyclone 2 inner cylinder 3 outer cylinder 4 spiral blade 5 upper separator 6 lower separator 7 chamber 11 inflow pipe 12 discharge pipe 13 discharge pipe
