JP2005131624A - サイクロン型遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で微細物の分離径を変えることが可能である。
【解決手段】サイクロン型遠心分離装置は、液体導入通路５から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路４から微細物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部２を備え、サイクロン部２の軸芯位置に電極棒を配置し、この電極棒に微細物の電荷と同じ電荷を付与し、サイクロン部２の電極に微細物の電荷と異なる電荷を付与し、液体のｐＨを変化させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、流体に含まれる微粉末状クズ等の微細物を分離して除去するサイクロン型遠心分離装置に関するものである。

例えば、機械加工装置では、供給タンクから切削液を供給しながら切削加工が行なわれ、切削液には微粉末状の切削クズが含まれる。この微粉末状の切削クズが含まれる切削液をフィルタ装置に供給し、このフィルタ装置で切削クズを除去して切削液を供給タンクに戻している（例えば特許文献１）。

このようなフィルタ装置には、例えばフィルタ膜によって切削クズを除去したり、沈殿によって切削クズを除去するものがあるが、いずれも切削液に大量に含まれる微粉末状の切削クズを、小型の装置で短時間に確実に除去することができない等の問題がある。また、フィルタ膜が目詰まりを起こすことがあり、詰まってしまった場合まずフィルタ装置の分解作業をし、そのフィルタ膜を洗浄しなければならない。この洗浄作業や使用不能になると交換作業が発生する。また、フィルタ膜は大抵繰り返し使用すると、濾過精度は悪くなり、詰まり易くなるため、フィルタ膜の殆どが使い捨てフィルタ膜であり、コストがかかる等の問題がある。

このようなフィルタ装置に代えてサイクロン型遠心分離装置を用いると、液体導入通路から微細物を含む液体を所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるため、目詰まりのような問題は解消される（例えば特許文献２）。

このようなサイクロン型遠心分離装置において、微細物に電荷を付与することによって液体中の微細物を遠心力と静電気によって分離するものがある（例えば特許文献３）。
特開２００１−１３７７４３号公報 特開平１０−２８６４９３号公報 特開２０００−２８８４２５号公報

このように、微細物に電荷を付与することによって液体中の微細物を遠心力と静電気によって分離効率を向上させることができるが、微細物の種類や溶媒等によっては微細物の分離径を変えないと分離効率が低下することがある。

この発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で微細物の分離径を変えることが可能なサイクロン型遠心分離装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、液体導入通路から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部を備え、
前記サイクロン部の軸芯位置に電極棒を配置し、この電極棒に前記微細物の電荷と同じ電荷を付与し、
前記液体のｐＨを変化させることを特徴とするサイクロン型遠心分離装置である。

請求項２に記載の発明は、液体導入通路から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部を備え、
前記サイクロン部の電極に前記微細物の電荷と異なる電荷を付与し、
前記液体のｐＨを変化させることを特徴とするサイクロン型遠心分離装置である。

請求項３に記載の発明は、液体導入通路から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部を備え、
前記サイクロン部の軸芯位置に電極棒を配置し、この電極棒に前記微細物の電荷と同じ電荷を付与し、
前記サイクロン部の電極に前記微細物の電荷と異なる電荷を付与し、
前記液体のｐＨを変化させることを特徴とするサイクロン型遠心分離装置である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、サイクロン部の軸芯位置に電極棒を配置し、この電極棒に微細物の電荷と同じ電荷を付与し、遠心状態で微細物を外側へ移動させ、さらに電極棒の電荷によって微細物をサイクロン部の内壁方向へ移動させのに加え、微細物の種類や溶媒等に応じて液体のｐＨを変化させることで、簡単な構造で微細物の分離径を変えることができる。

請求項２に記載の発明では、サイクロン部の電極に微細物の電荷と異なる電荷を付与し、遠心状態で微細物を外側へ移動させ、さらにサイクロン部の電荷によって微細物をサイクロン部の内壁方向へ移動させるのに加え、微細物の種類や溶媒等に応じて液体のｐＨを変化させることで、簡単な構造で微細物の分離径を変えることができる。

請求項３に記載の発明では、電極棒に微細物の電荷と同じ電荷を付与し、サイクロン部の電極に微細物の電荷と異なる電荷を付与し、遠心状態で微細物を外側へ移動させ、さらに電極棒とサイクロン部の電荷によって微細物をサイクロン部の内壁方向へ移動させるのに加え、微細物の種類や溶媒等に応じて液体のｐＨを変化させることで、簡単な構造で微細物の分離径を変えることができる。

以下、この発明のサイクロン型遠心分離装置の実施の形態について説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明の用語はこれに限定されない。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置は、製薬、化学、食品、飲料の原料他の微細物の濾過に、また自動車、工作機、加工業の切削粉等の微細物の回収に、また各工場、水処理等の循環水、排水の濾過に、また半導体、バイオ等の不純物等の微細物の除去に、また洗浄水、溶剤等の異物である微細物の除去等に使用され、液体に含まれる微細物を分離除去するものに広く使用される。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置の一例を、図１乃至図３に示す。図１はサイクロン型遠心分離装置の断面図、図２はサイクロン型遠心分離装置の平面図、図３は電極棒の取付具を示す斜視図である。

この実施の形態では、工作機、加工業の切削粉等の微細物の回収に用いる場合について説明する。この実施の形態では、液体に含まれる微粉末状クズの微細物を除去する場合について用いているが、微細物であればよく、微粉末状クズに限定されない。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、鉛直方向にサイクロン部２と粒子捕集箱３とを有する。サイクロン部２は、円筒２ａ、サイクロン本体２ｂ、蓋体２ｃから構成される。円筒２ａ内にサイクロン本体２ｂが挿着され、この上部に蓋体２ｃが取り付けられている。

サイクロン本体２ｂは、ＳＵＳ等の導体金属で形成され、円筒２ａは樹脂等の絶縁体で形成されている。蓋体２ｃは、樹脂等の絶縁体で形成され、この蓋体２ｃの軸芯に液体流出通路４を有し、軸芯から偏位した位置に液体導入通路５を有する。

液体流出通路４は、蓋体２ｃに貫通した管体６により形成され、この管体６はＳＵＳ等の導体金属で形成される。液体導入通路５は、蓋体２ｃに一体成形した管体７により形成される。

サイクロン本体２ｂは、上下２段のテーパ部２ｂ１，２ｂ２を有し、下部のテーパ部２ｂ２は連通孔８を介して粒子捕集箱３に連通している。このサイクロン部２で液体導入通路５から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路４から微細物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させる。

このサイクロン部２で沈降する分離された微細物は、連通孔８を通して粒子捕集箱３に落下して溜る。粒子捕集箱３は、下部の排出孔３ａにドレンバルブ９が接続され、このドレンバルブ９によって粒子捕集箱３に溜る微細物のドレンが排出される。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、サイクロン部２の軸芯位置に電極棒１０を配置している。この電極棒１０は、図１及び図３に示すように、電極棒１０の上端１０ａに固定した取付具１１を管体６の内部に取り付けている。取付具１１は、４個の取付片１１ａを有し、管体６の内部に取り付けた状態で取付片１１ａの間から微細物を分離した流体を排出できるようになっている。また、取付具１１はＳＵＳ等の導体金属で形成される。

この電極棒１０は、図１に示すように、サイクロン部２から連通孔８を通して粒子捕集箱３の中央部まで延びて位置している。電圧印加手段１２が管体６、取付具１１を介して電極棒１０に微細物の電荷と同じ電荷を付与する。この実施の形態では、液体に含まれる微細物が処理工程で静電気が生じて負に帯電するために、管体６、取付具１１、電極棒１０に負の電位をかけて負極として負の電荷を与えている。

また、電圧印加手段１２は、サイクロン部２に微細物の電荷とは反対の電荷を付与する。この実施の形態では、サイクロン部２のサイクロン本体２ｂに正の電位をかけて正極として正の電荷を与えている。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路４から微細物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させる。液体が酸性であり、ｐＨ＜７とすることで、電気的陰性な性質を有することから微細物のゼータ電位が大きくなっている。サイクロン部２の軸芯位置に電極棒１０を配置し、この電極棒１０に微細物の電荷と同じ電荷を付与することで、遠心状態で微細物を外側へ移動させるのに加え、電極棒１０の電荷によって微細物をサイクロン部２の内壁方向へ移動させるから、微細物を分離する分離性能が向上する。

また、サイクロン部２に微細物の電荷とは反対の電荷を付与することで、遠心状態で微細物を外側へ移動させるのに加え、サイクロン部２の電荷によって微細物をサイクロン部２の内壁方向へ移動させるから、微細物を分離する分離性能がより向上する。

この実施の形態では、遠心状態で微細物を外側へ移動させ、さらに電極棒１０とサイクロン部２の電荷によって微細物をサイクロン部２の内壁方向へ移動させるのに加え、微細物の種類や溶媒等に応じて液体のｐＨを変化させることで、簡単な構造で微細物の分離径を変えることができる。

次に、他の実施の形態のサイクロン型遠心分離装置の一例を、図４及び図５に示す。図４はサイクロン型遠心分離装置の断面図、図５はサイクロン型遠心分離装置の平面図である。この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、図１乃至図３の実施の形態のサイクロン部２を構成する円筒２ａ、サイクロン本体２ｂ、蓋体２ｃを一体の樹脂等の絶縁体で形成しており、他の同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、一体の樹脂等の絶縁体で形成したサイクロン部２の内壁にパンチングメタルの電極３０を取り付けている。このパンチングメタルの電極３０に微細物の電荷とは反対の電荷を付与し、パンチングメタルの電極３０を取り付けることで過電流を防止できる。この実施の形態でも、遠心状態で微細物を外側へ移動させ、さらに電極棒１０とサイクロン部２の電荷によって微細物をサイクロン部２の内壁方向へ移動させるのに加え、微細物の種類や溶媒等に応じて液体のｐＨを変化させることで、簡単な構造で微細物の分離径を変えることができる。
［実施例］
図６に液体に水酸化ナトリウムを添加して微細物のシリカ粒子のゼータ電位とｐＨの関係を測定した結果を示す。液体のｐＨの変化によってシリカ粒子のゼータ電位が変化し、ｐＨ７でシリカ粒子のゼータ電位の絶対値が低く、ｐＨ９付近でシリカ粒子のゼータ電位の絶対値が高かった。

図７に示す構成のサイクロン型遠心分離装置を用い、微細物を含む液体は、シリカ粒子を含むイオン交換水の分散媒を試料として用いた。サイクロン型遠心分離装置は、円筒部を長くし、円筒部全体に電位をかけた。ｐＨを変化させ、試料粉体のシリカ粒子の分離効率を測定した。この結果を図８に示す。

図８に示す測定条件は、以下の通りである。

試料粉体：シリカ粒子
分散媒：イオン交換水
分散媒の温度Ｔ：３２℃
分散媒の流量Ｑ：６００ｌ／ｈ
分散媒の濃度Ｃｐ：０．２ｗｔ％
入り側と出側の圧力差△Ｐ：０．４Ｋｇ／ｍ²
図８に示す測定結果では、ｐＨ＝７で、効率Ｅが３９％であり、ｐＨ＝８で、効率Ｅが３９％であり、ｐＨ＝９で、効率Ｅが４４％であり、ｐＨ＝９で効率が向上した。

電位差滴定装置によって電位差滴定曲線から算出した微細物の粒子帯電量を求め、この結果を図９に示す。電位差滴定装置は、粒子の単位質量当たりの帯電量を計測することが可能で、具体的には（クローン／ｇ）の数値が得られる。この結果よりｐＨが６程度で粒子の帯電量が最も少なく、ｐＨが９程度では粒子帯電量が多くなった。

このサイクロン型遠心分離装置は、製薬、化学、食品、飲料の原料他の微細物の濾過に、また自動車、工作機、加工業の切削粉等の微細物の回収に、また各工場、水処理等の循環水、排水の濾過に、また半導体、バイオ等の不純物等の微細物の除去に、また洗浄水、溶剤等の異物である微細物の除去等に使用され、液体に含まれる微細物を分離除去するものに広く使用される。

サイクロン型遠心分離装置の断面図である。 サイクロン型遠心分離装置の平面図である。 図３は電極棒の取付具を示す斜視図である。 サイクロン型遠心分離装置の断面図である。 サイクロン型遠心分離装置の平面図である。 微細物のシリカ粒子のゼータ電位とｐＨの関係を示す図である。 実施例のサイクロン型遠心分離装置を示す図である。 ｐＨを変化させた測定結果を示す図である。 電位差滴定曲線から算出した電荷量とｐＨの関係を示す図である。

符号の説明

１ サイクロン型遠心分離装置
２ サイクロン部
４ 液体流出通路
５ 液体導入通路

Claims (3)

1. 液体導入通路から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部を備え、
   前記サイクロン部の軸芯位置に電極棒を配置し、この電極棒に前記微細物の電荷と同じ電荷を付与し、
   前記液体のｐＨを変化させることを特徴とするサイクロン型遠心分離装置。
2. 液体導入通路から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部を備え、
   前記サイクロン部の電極に前記微細物の電荷と異なる電荷を付与し、
   前記液体のｐＨを変化させることを特徴とするサイクロン型遠心分離装置。
3. 液体導入通路から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部を備え、
   前記サイクロン部の軸芯位置に電極棒を配置し、この電極棒に前記微細物の電荷と同じ電荷を付与し、
   前記サイクロン部の電極に前記微細物の電荷と異なる電荷を付与し、
   前記液体のｐＨを変化させることを特徴とするサイクロン型遠心分離装置。

Images