JP2009297676A - 異物粒子分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心力を利用して異物粒子の分離を行うサイクロン式処理容器２を備えた異物粒子分離装置１において、装置１全体の大型化及びメンテナンス性の悪化を防止しつつ、遠心力の作用し難い比重の軽い浮上物をも確実に分離除去する。
【解決手段】底壁部がサイクロン式処理容器の上壁部（つまり仕切り板１８）で構成された浮上物回収タンク１５を設け、該仕切り板１８に、浮上物を回収タンク１５内へと導くためのスリット状孔１９を形成し、さらに、仕切り板１８のスリット状孔１９に対応する部分を切欠いて下側に折り曲げることで、該折曲げ片２０ａにより上記浮上物をスリット状孔１９から回収タンク１５内へと案内する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異物粒子を含む被処理流体を内側周側壁面に沿って旋回流動させることでその遠心力により該異物粒子を分離するサイクロン式処理容器と、該サイクロン式処理容器の中心部にて上下方向に延び、浄化後の被処理流体を該処理容器外へと導く排出管とを備えた異物粒子分離装置に関する技術分野に属する。

一般に、この種の異物粒子分離装置は、工作機械等において切削加工時や研削加工時に生じるスラッジ（異物粒子）をクーラント液（被処理流体）から分離・除去するために使用される。

具体的には、この異物粒子分離装置は、サイクロン式処理容器の内側周側壁面が下側ほど縮径する逆円錐状に形成されていて、該サイクロン式処理容器の上部側壁の導入開口から該容器内に導いたクーラント液をその内側周側壁面に沿って旋回流動させることでその遠心力により異物粒子を該内側壁面近傍に集約して分離する。そして、このクーラント液の旋回流動に伴いその旋回中心部に生じる上昇流によって、異物粒子を含まない浄化処理されたクーラント液を該旋回中心部に配設された排出管から容器外へと排出する。

このような異物粒子分離装置において、異物粒子をより効率良く分離・除去するための技術が種々提案されており、例えば特許文献１に示す装置では、サイクロン式処理容器の外周面に沿って上下方向の略全体に亘って磁石を配設することで、旋回流動に伴う遠心力に加えてこの磁石の磁気吸引力でもって異物粒子をサイクロン式処理容器の内側周側壁面近傍に集約するようにしている。
特開２００５−２１８３５号公報

ところで、上述のサイクロン式処理容器を用いた異物粒子分離装置では、被処理流体の旋回流動時の遠心力を利用して異物粒子を分離しようとするものであり、このため、大きさが５μｍ以下の異物粒子については、その比重が軽いために遠心力を十分に作用させることができずに除去しきれないという問題がある。

そこで、サイクロン式処理装置で除去しきれなかった異物粒子等を、バグフィルタ等のろ過式のもので除去することも考えられるが、フィルタの目詰まりによる交換が必要となって、メンテナンス費用の増加を招くという問題がある。また、沈殿式濃縮装置（シックナー）を用いて該異物粒子を除去することも考えられるが、この場合、装置の大型化や設備費の増加を招くという問題がある。

また、上記特許文献１に示すように、サイクロン式処理容器の側壁部に磁石を設けることも考えられるが、比重の軽い異物粒子は、そもそも遠心力が作用し難いために容器の中心部寄り（つまり側壁部から離れた位置）に集まる傾向にあり、したがって、このような比重の軽い異物粒子については、磁気吸引力を十分に作用させることができず、たとえ磁石部材を設けたとしても除去することは困難である。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、遠心力を利用して異物粒子の分離を行うサイクロン式処理容器を備えた異物粒子分離装置において、装置全体の大型化及びメンテナンス性の悪化を防止しつつ、遠心力の作用し難い比重の軽い浮上物、例えば、油成分、浮遊ゴミ、浮遊カーボン、比重の軽い異物粒子等（以下、単に浮上物と称す）も確実に分離除去しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、底壁部がサイクロン式処理容器の上壁部で構成された浮上物回収タンクを備えた上で、該サイクロン式処理容器の上壁部（浮上物回収タンクの底壁部）に、浮上物を回収するための回収用貫通孔を形成するとともに、該上壁部の下面に、該浮上物を回収用貫通孔から浮上物回収タンク内へと案内する案内部材を形成するようにした。

具体的には、請求項１の発明では、上下方向に延びる内側周側壁面に、下側ほど縮径する逆円錐状部を形成してなる槽体からなり、異物粒子を含む被処理流体を該内側周側壁面に沿って旋回流動させることでその遠心力により該異物粒子を分離するサイクロン式処理容器と、該サイクロン式処理容器の中心部にて上下方向に延び、該処理容器の内外を連通して浄化後の被処理流体を該処理容器外へと導く排出管と、該サイクロン式処理容器の側壁部の上端部に形成され、上記被処理流体を該処理容器内に導入する導入口と、該サイクロン式処理容器の底壁部に形成され、上記分離された異物粒子を排出する排出口とを備えた異物粒子分離装置を対象とする。

そして、上記サイクロン式処理容器の上部に浮上した浮上物を回収するべく該処理容器の上側に配設され、底壁部が該サイクロン式処理容器の上壁部で構成された浮上物回収タンクをさらに備え、上記サイクロン式処理容器の上壁部には、上記浮上物を上記浮上物回収タンク内へと導くための回収用貫通孔が形成され、上記サイクロン式処理容器の上壁部の下面には、上記浮上物を上記貫通孔から上記浮上物回収タンク内へと案内する案内部材が設けられており、上記浮上物回収タンクには、該タンク内に流入した上記浮上物を含む被処理流体を排出するための浮上物排出口が設けられているものとする。

この構成によれば、上記導入口からサイクロン式処理容器内に導入された被処理流体はその内側周側壁面に沿って渦流され、この被処理流体に含まれる異物のうち比重の軽い浮上物は、受ける遠心力が小さいが故にその浮力が該遠心力を上回って該処理容器内の上部に浮上集約される。浮上集約された浮上物は、上記案内部材により回収用貫通孔から浮上物回収タンク内に導かれるとともに、該回収タンクに設けられた浮上物排出口から排出される。そうして、比重の小さい浮上物が除去された被処理流体は、サイクロン式処理容器内の内側周側壁面（逆円錐状部）に沿って旋回流動しながら下降していくことで、次第に増速され、この過程で、比重の重い異物粒子は強い遠心力を受けて該内側周側壁面近傍に集約される。集約された異物粒子は、自重により下側に落下するとともに上記排出口から排出されて回収容器等で回収される。一方、サイクロン式処理容器の上記逆円錐状部の中心部には、異物粒子等が除去されたクリーンな被処理流体が残ることとなり、このクリーンな被処理流体は、被処理流体の旋回流動に伴う中心部の上昇流によって上記排出管から処理容器外（異物粒子分離装置外）へと排出される。こうして、遠心力の作用し易い比重の大きな異物粒子と遠心力の作用し難い比重の小さい浮上物との双方を確実に分離除去することができる。

また、上記浮上物回収タンクは、その底壁部をサイクロン式処理容器の上壁部として該処理容器の上側に配設されるものであり、こうすることで、装置全体のコンパクト化を図ることができる。

また、バグフィルタ等のろ過式の装置のようにフィルタの交換作業を必要としないので、メンテナンス性の向上を図ることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記サイクロン式処理容器の内側周側壁面は、その上端部に形成されかつ上下方向に内径が略一定となる円筒状部と、該円筒状部と同軸にその下側に形成された上記逆円錐状部とで構成され、上記サイクロン式処理容器の導入口は、上側から見て上記円筒状部に対してその接線方向に貫通して開口することで、該開口から該処理容器内に流入する被処理流体を該円筒状部の中心軸周りに旋回流動させるように構成されており、上記回収用貫通孔は、上側から見て上記円筒状部の中心部側から径方向外側に延びかつ該円筒状部の中心軸周りに周方向に互いに所定間隔を隔てて並ぶ複数のスリット状孔からなり、上記案内部材は、下側に行くにしたがって上記被処理流体の旋回上流側に傾斜しかつ基端部が上記スリット状孔の幅方向の旋回下流側の側縁部に接続された傾斜板からなるものとする。

この構成によれば、上記導入口からサイクロン式処理容器内に導入された被処理流体は先ず、上記円筒状部にてその中心軸周りに旋回流動される。ここで、サイクロン式処理装置の上壁部（浮上物回収タンクの底壁部）の下面に設けられる傾斜板（案内部材）は、下側に向かって被処理流体の旋回上流側に向かって傾斜している。そして、傾斜板の基端部は、スリット状孔の幅方向の旋回下流側の側縁部に接続されているので、該傾斜板の旋回上流側面（上側面）に衝突した旋回流（被処理流体）は、該旋回上流側面の傾斜に沿って流れるとともにスリット状孔を通って浮上物回収タンク内へと案内される。したがって、回収タンクの上部（特に上端部）に存在する浮上物は、該被処理流体と共にこの傾斜板の旋回上流側面に沿って流動するとともに回収タンク内へと流入する。こうして、処理容器内の上部に浮上した比重の小さい浮上物を回収タンク内へと確実に導くことができて、請求項１の発明と同様の作用効果を確実に得ることができる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記サイクロン式処理容器の上壁部の下面には、上記案内部材の他に、上記被処理流体の旋回流れを整流する整流部材が設けられており、上記整流部材は、基端部が上記サイクロン式処理容器の上壁部の下面に接続されかつ下側に行くにしたがって上記被処理流体の旋回下流側に傾斜する傾斜板からなるものとする。

この構成によれば、上記案内部材（傾斜板）に衝突して乱れた流れを、整流部材（傾斜板）の下面で押さえ込むようにして早期に整流することができる。したがって、上記サイクロン式処理容器の上壁部の下面近傍における浮上物の挙動が乱れることにより案内部材（傾斜板）の案内機能が低下するのを防止することができる。

請求項４の発明では、請求項１乃至３のいずれか一項において、上記浮上物排出口は、上側から見て上記浮上物回収タンクの内側周側壁面に対して上記被処理流体の流れる向きに沿ってその旋回接線方向に貫通して開口しているものとする。

このことで、上記浮上物回収タンク内に流入してその内側周側壁面に沿って旋回流動する上記浮上物を含んだ被処理流体を、上記浮上物排出口からその旋回接線方向に高速で排出することができる。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、上記浮上物回収タンクの内側周側壁面は、上記サイクロン式処理容器の円筒状部と略同軸に形成された略円筒状をなしており、上記排出管は、上記浮上物回収タンクを串刺すようにその中心部を通って上下方向に延設されているものとする。

この構成によれば、サイクロン式処理容器内（円筒状部内）における被処理流体の旋回流の勢いを利用して、浮上物回収タンク内に流入した被処理流体をその中心部に位置する排出管周りに旋回流動させることができる。したがって、回収タンク内の被処理流体が流体抵抗となって、上記回収用貫通孔を介したサイクロン式処理容器内への被処理流体（浮上物）の流入が妨げられるのを防止することができる。

請求項６の発明では、請求項１乃至５のいずれかの発明において、上記異物粒子は磁性粒子であり、上記サイクロン処理容器の側壁部における上記逆円錐状部の少なくとも下端部に対応する部分には、上記被処理流体内の磁性粒子に対して該処理容器の径方向外側に向かう磁気吸引力を作用させる磁石部材が設けられているものとする。

この構成によれば、浮上物回収タンクでは回収することのできない比重の大きい磁性粒子を、逆円錐状部にてより一層確実に分離除去することができる。すなわち、該逆円錐状部に流入した被処理流体中の磁性粒子には、その旋回流動により遠心力に加えて上記磁石部材から径方向外側へと向かう磁気吸引力が作用することとなる。このため、磁石部材を設けない場合に比べて、被処理流体中の磁性粒子をより一層確実に分離除去することができる。よって、被処理流体の浄化効率を可及的に向上させることが可能となる。

以上説明したように、本発明の異物粒子分離装置によると、底壁部がサイクロン式処理容器の上壁部で構成された浮上物回収タンクを備えた上で、該サイクロン式処理容器の上壁部（浮上物回収タンクの底壁部）に、浮上物を回収するための回収用貫通孔を形成するとともに、該上壁部の下面に、該浮上物を回収用貫通孔から浮上物回収タンク内へと案内する案内部材を形成するようにしたことで、装置全体の大型化及びメンテナンス性の悪化を防止しつつ、遠心力の作用し易い比重の大きい異物粒子のみならず、比重の小さい浮上物をも確実に分離除去することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る異物粒子分離装置１を示し、該異物粒子分離装置１は、研削加工や切削加工や研磨加工等の各種機械加工を行うための機械加工機において、切削液（すなわち被処理流体）の中に混入する切粉（異物粒子）或いは該切粉と砥粒との溶着したもの等からなる切削屑（異物粒子）と、切削液とを分離し、該切削屑等の異物粒子を分離回収する場合に適用したものである。尚、以下の説明のおいては、異物粒子というときは、上記切粉や切削屑等の磁性粒子を意味するものとするが、これに限定されるものではなく、磁性を有しないものであってもよい。

異物粒子分離装置１は、ステンレス、アルミニウムや樹脂等の非磁性体からなるサイクロン式処理容器２と、該サイクロン式処理容器２の上側に配設される浮上物回収タンク１５と、サイクロン式処理容器２内の浄化後の被処理流体を該処理容器２外（異物粒子分離装置１外）へと排出する筒状排出管６とを備えており、該サイクロン式処理容器２及び浮上物回収タンク１５は、上端部が閉塞された略円筒状の本体部２ａと、該本体部２ａの下端部に接続される略円筒状の流体渦流部２ｅとで構成されている。より具体的には、本体部２ａの内側空間１３は、仕切り板１８により上下に仕切られており、この仕切り板１８がサイクロン式処理容器２の上壁部を構成するとともに、浮上物回収タンク１５の底壁部を構成している。

このサイクロン式処理容器２は、上下方向に延びる内側周側壁面２ｇに、逆円錐状部２ｂ，２ｄを形成した槽体からなるものであって、後述するように、異物粒子を含む被処理流体を該内側周側壁面２ｇに沿って反時計回り方向に旋回流動させることでその遠心力により該異物粒子を分離する。尚、被処理流体を時計回り方向に旋回流動させるようにしてもよいことは言うまでもない。

より詳細には、サイクロン式処理容器２の内側周側壁面２ｇは、その上端部に形成されて内径が上下方向の全体に亘って略一定となる円筒状部２ｆと、該円筒状部２ｆの下側に連設され、下側ほど内径が小さくなる上記上側逆円錐状部２ｂと、該上側逆円錐状部２ｂに隣接してその下側に形成された下側逆円錐状部２ｄと、両逆円錐状部２ｂ，２ｄ同士を接続する円錐状部２ｃとからなる。該円筒状部２ｆ、両逆円錐状部２ｂ，２ｄ、及び円錐状部２ｃの軸心は一致しており、この軸心が、サイクロン式処理容器２の中心軸５０とされる。そして、この中心軸５０は、被処理流体の旋回中心軸に略一致している。尚、円筒状部２ｆは、上記本体部２ａの内側周側壁面における仕切り板１８よりも下側の部分とされ、両逆円錐状部２ｂ，２ｄ及び円錐状部２ｃは、上記流体渦流部２ｅの内側周側壁面とされている。

上記円筒状部２ｆの上端部（つまりサイクロン式処理容器２の上端部）には、上記サイクロン式処理容器２内に被処理流体を導入するための導入口３が形成されている。この導入口３は、上側から見て該円筒状部２ｆに対してその接線方向から貫通して開口するとともに、該開口から処理容器２内に流入する被処理流体を該円筒状部２ｆの中心軸（処理容器２の中心軸５０）周りに反時計回り方向に旋回流動させるように構成されている。こうして、被処理流体は、該円筒状部２ｆにおいて反時計回り方向に旋回流動されることで、その勢いで流体渦流部２ｅ内においても同方向（反時計回り方向）に旋回流動される。

上記下側逆円錐状部２ｄの上端の内径は、上側逆円錐状部２ｂの下端の内径よりも大きくなっており（つまり拡径している）、後述するように、この下側逆円錐状部２ｄの上端部に異物粒子が分離集約されるようになっている。

上記下側逆円錐状部２ｄの上端と上側逆円錐状部２ｂの下端とは、下側ほど拡径する円錐状部２ｃを介して接続されている。下側逆円錐状部２ｄの下端（つまりサイクロン式処理容器２（流体渦流部２ｅ）の底壁面）には、異物粒子ｊを排出するための排出口４が設けられている。これら両逆円錐状部２ｂ，２ｄ及び円錐状部２ｃを構成する流体渦流部２ｅは、円筒外筒５に嵌合挿入されて着脱可能になっている。尚、円筒外筒５はステンレス、合成樹脂等の非磁性体で構成するが、永久磁石１０の磁力の作用上で影響が無ければ、鋼管としてもよい。また、本体部２ａ及び流体渦流部２ｅは別体で構成しているが、一体でもよい。

円筒外筒５は、その上端部の外周面に形成された雄ねじ部９ｂを本体部２ａの下端部に形成された雌ねじ部９ａに螺合してねじ込み固定されている。流体渦流部２ｅの上端面の外周縁、及び、円筒外筒５の上端面の内周縁は共に面取り加工が施されていて、両面取り面によりＶ字状の溝部が形成され、この溝部にＯリング８がセットされている。こうすることで、本体部２ａと流体下流部２ｅとの接続部から被処理流体が漏出するのを防止している。特に、円筒外筒５の上端部がねじ込まれて本体部２ａの下端部に押しつけられ、かつ流体渦流部２ｅの上端面がスプリング（図示省略）で上方に押しつけられることで、組み付けできかつシールできるので、組付性及びメンテナンス性に優れる。

上記浮上物回収タンク１５は、サイクロン式処理容器２内の上部に浮上した比較的比重の小さい浮上物を回収するためのものであって、上述のように、底壁部がサイクロン式処理容器２の上壁部（仕切り板１８）で構成されている。

浮上物回収タンク１５の内側周側壁面１５ａは、上記サイクロン式処理容器２の円筒状部２ｆと同軸の円筒状をなしていて、上下方向において径寸法が略一定となるように形成されている。

また、浮上物回収タンク１５の内側周側壁面１５ａには、回収した浮上物を含む被処理流体を該回収タンク１５外（装置１外）へと排出するための浮上物排出口２１が形成されている。この浮上物排出口２１は、図２に示すように、上側から見て該回収タンク１５の内側周側壁面１５ａに対してその接線方向から貫通して開口している。

上記浮上物回収タンク１５の底壁部（つまりサイクロン式処理容器２の上壁部）を構成する仕切り板１８には、該処理容器２の上部に浮上した浮上物（異物粒子）を浮上物回収タンク１５内に導くための回収用貫通孔が形成されている。

この回収用貫通孔は、複数のスリット状孔１９からなり、各スリット状孔１９は、上側から見てサイクロン式処理容器２（円筒状部２ｆ）の中心部側から径方向外側に延びるとともに、該処理容器２の中心軸５０（円筒状部２ｆの中心軸）周りに周方向に等間隔（本実施形態では９０°間隔）に配設されている。

各スリット状孔１９は、仕切り板１８の該各スリット状孔１９に対応する部分を切り欠いて下側に折り曲げることで形成されている。該仕切り板１８の該折り曲げた部分である折曲げ片２０は、各スリット状孔１９から回収タンク１５内へと浮上物を案内する案内用折曲げ片２０ａ（本実施形態では、４つの折曲げ片２０のうちの３つ）と、仕切り板１８の下面近傍の流れ（サイクロン式処理容器２内の上端部の流れ）を整流するための整流用折曲げ片２０ｂとで構成されている。

上記案内用折曲げ片２０ａは、仕切り板１８のスリット状孔１９に対応する部分をその幅方向の旋回下流側（被処理流体の旋回方向の下流側であって、図３の右側）の側縁部に沿って折り曲げることで形成されている。換言すると、各案内用折曲げ片２０ａの基端部は、スリット状孔１９の幅方向の旋回下流側の側縁部に接続されている。そして、各案内用折曲げ片２０ａは、該基端部から下側に向かって被処理流体の流れる向きとは逆向きに傾斜している。すなわち、案内用折曲げ片２０ａは、下側に行くにしたがって旋回上流側に傾斜するように形成されている。

上記整流用折曲げ片２０ｂは、仕切り板１８のスリット状孔１９に対応する部分をその幅方向の旋回上流側（被処理流体の旋回方向の上流側であって、図４の左側）の側縁部に沿って折り曲げることで形成されている。整流用折曲げ片２０ｂは、上記案内用折曲げ片２０ａの傾斜方向とは逆に、その基端部から下側に向かって被処理流体の流れる向きに傾斜している。すなわち、整流用折曲げ片２０ｂは、下側に行くにしたがって被処理流体の旋回下流側に傾斜するように形成されている。

尚、実施形態１では、案内用折曲げ片２０ａと整流用折曲げ片２０ｂとを設けたが、旋回流の渦流形成状態によれば、案内用折曲げ片２０ａだけとして、整流用折曲げ片２０ｂを省略することもあり得る。

上記筒状排出管６（図１参照）は、サイクロン式処理容器２及び浮上物回収タンク１５の中心部を通って上下方向に延びるとともに、該処理容器２の内外を連通することで該処理容器２内のクリーンな被処理流体を該処理容器２外（装置１外）へと導くように構成されている。

より詳細には、筒状排出管６は、その下端部がサイクロン式処理容器２内に位置していて、そこから上側に向かって延びるとともに、該処理容器２の上壁部（仕切り板１８であって浮上物回収タンク１５の底壁部）及び浮上物回収タンク１５の上壁部（本体部２ａの上端部）を貫通して該処理容器２外（装置１外）へと延設されている。換言すると、上記筒状排出管６は、浮上物回収タンク１５を串刺すようにその中心部を通って上下方向に延設されている。筒状排出管６の下端部の開口７（以下、流体排出口７という）の高さ位置は、下側逆円錐状部２ｄの上端とほぼ同じ高さ位置か、その近傍（例えば、下側逆円錐状部２ｄの上端よりも上側で上側逆円錐状部２ｂの下端よりも下側）に位置しており、後述するように、異物粒子が除去されたクリーンな被処理流体は、該流体排出口７から筒状排出管６内を通って装置１外へと導かれる。また、流体排出口７が設けられた筒状排出管６の下端部の外周面は僅かに外側に拡径しており、こうすることで、流体により確実に遠心力が作用するようになっている。しかし、場合によれば、該下端部は筒状排出管６の本体部分（該下端部を除く部分）と同径のままでもよい。

上記サイクロン式処理容器２（流体渦流部２ｅ）の外側周側壁面２ｈ（側壁部２ｉの外周面）における下側逆円錐状部２ｄの上端部に対応する部分には、８つの凹部１１からなる凹部列１２が形成されている。そして、各凹部１１にはそれぞれ、永久磁石１０が嵌め込まれている。

各永久磁石１０は、図５に示すように、半径方向内側がN極になるものとS極になるものとが、上側から見て時計周り方向に略１２時の位置からN極、N極、S極、N極、S極、S極、N極、S極と配設されている。このことによって、径方向に相対向する永久磁石１０が互いに引き合う磁極関係（N極とS極）になるように配設されている。このように、対向する永久磁石１０が互いに引き合うように異なる磁極からなることよって、半径方向内側に向かう磁力が強力になり、異物粒子が強力に側壁の内側周側壁面２ｇに吸着される。

以上のように構成された異物粒子分離装置１における異物粒子ｊの分離回収動作について説明する。

先ず、異物粒子ｊを含む被処理流体が、高速で、導入口３（図１参照）からサイクロン式処理容器２内に導入される。導入された被処理流体は、該処理容器２の内側周側壁面２ｇの円筒状部２ｆに沿って上記筒状排出管６周りに旋回運動することで旋回流が生じる。ここで、被処理流体中に含まれる比重の小さい浮上物は、これを浮上させようとする浮力の影響が遠心力の影響を上回って、処理容器２内の上部に浮上集約されることとなる。この浮上集約された浮上物は、被処理流体が筒状排出管６周りに旋回流動する過程で、スリット状孔１９（図２参照）から浮上物回収タンク１５内へと流入する。より具体的には、サイクロン式処理容器２内の上端部（仕切り板１８の下面１８ａ近傍）に集約された浮上物は、被処理流体の旋回流動により該処理流体と共にその旋回上流側から旋回下流側へと流れる中で、上記案内用折曲げ片２０ａの案内面２０ｊ（図３参照）に衝突することでその進路を上方へと変更し、回収タンク１５内へと導かれる。回収タンク１５内へと導かれた浮上物を含む被処理流体は、その旋回慣性により該回収タンク１５内においてもその内側周側壁面１５ａに沿って上記筒状排出管６周りに旋回流動して、上記浮上物排出口２１から接線方向に排出され、装置１外へと導かれる。

一方、上記導入口３からサイクロン式処理容器２内に流入した被処理流体のうち、回収タンク１５内に流入しなかった残りの流体（つまり比重の小さい浮上物が除去された被処理流体）は、逆円錐状部２ｂに導かれて下側に行くほど周速（旋回流速）を増加させていく。そして、その周速が最も速くなる逆円錐状部２ｂの下端部にて、その旋回流の速度が略最大となり、被処理流体中の異物粒子ｊには、大きな遠心力が作用することとなる。そして、被処理流体中の異物粒子ｊには、径方向外側へと向かう強い遠心力が作用することとなり、この結果、該異物粒子ｊは、側壁面２ｇ側（径方向外側）に分離される一方、異物粒子ｊを含まないクリーンな流体は上側逆円錐状部２ｂの中心部に残ることとなる。

そして、被処理流体は、異物粒子ｊが側壁面２ｇ側に偏って分離された状態のまま円錐状部２ｃに導かれる。

円錐状部２ｃにおいては、被処理流体の旋回流速は若干低下するものの、上記のように、異物粒子は、既に側壁面２ｇ側に偏った状態にあって遠心力が作用し易い状態となっているので、径方向外側へとさらに移動する。

そうして、円錐状部２ｃを通過した被処理流体中の異物粒子は、下側逆円錐状部２ｄの上端部に流入すると、その径方向外側への流動慣性力に加えて、凹部列１２に嵌入された永久磁石１０から径方向外側へと向かう磁気吸引力を受けて、下側逆円錐状部２ｄの上端部に分離集約される。

そして、下側逆円錐状部２ｄに流入した被処理流体は、直ぐに旋回流動（渦流）を開始するとともに、中心部の被処理流体には上向き軸方向の力が作用して、流体排出口７から筒状排出管６を通ってクリーンな液体として装置１外に排出される。一方、上記下側逆円錐状部２ｄの上端部に分離集約された異物粒子ｊは、いずれ団塊状になってその自重により下側逆円錐状部２ｄの傾斜面に沿って落下し、排出口４から排出され、該排出された異物粒子は、図示しない回収容器内に回収される。

以上の如く上記実施形態１では、サイクロン式処理容器２の上側には、底壁部が該処理容器２の上壁部（つまり仕切り板１８）で構成された浮上物回収タンク１５が設けられ、該仕切り板１８には、浮上物を該回収タンク１５内へと導くためのスリット状孔１９（回収用貫通孔）が形成されている。

こうすることで、処理容器２内に流入した被処理流体を流体渦流部２ｅにて遠心分離処理する前に、該被処理流体中に含まれる比重の小さい浮上物を該処理容器２の上部に浮上させて、スリット状孔１９から浮上物回収タンク１５内へと導くことができる。したがって、流体渦流部２ｅにおける遠心分離処理では除去しきれない比重の小さな浮上物をも確実に除去することができて、装置１全体の浮上物や異物粒子の除去効率を向上させることができる。

また、上記実施形態１では、仕切り板１８の下面１８ａには、該仕切り板１８の該スリット状孔１９に対応する部分を切欠いて下側に折り曲げることにより形成される案内用折曲げ片２０ａ及び整流用折曲げ片２０ｂが設けられており、案内用折曲げ片２０ａは、その基端部から下側に行くにしたがって旋回上流側に傾斜するように形成されている。これにより、サイクロン式処理容器２内の上部に浮上した浮上物を該案内用折曲げ片２０ａの案内面２０ｊに沿って浮上物回収タンク１５内に確実かつ容易に案内することができる。

また、整流用折曲げ片２０ｂは、その基端部から下側に行くにしたがって旋回下流側に傾斜するように形成されている。これにより、仕切り板１８の下面近傍の被処理流体が、案内用折曲げ片２０ａに衝突することで乱れた流れを、該整流用折曲げ片２０ｂの下面２０ｋで押さえ込むようにして整流することができる。したがって、該被処理流体の流れが乱れることに起因して浮上物の挙動が乱れるのを防止することができ、延いては、該浮上物を上記案内用折曲げ片２０ａにより浮上物回収タンク１５内へと確実に案内することができる。

また、上記実施形態１では、浮上物回収タンク１５の内側周側壁面１５ａは、サイクロン式処理容器２の円筒状部２ｆと略同軸に形成された略円筒状をなしており、筒状排出管６は、浮上物回収タンク１５を串刺すようにその中心部を通って上下方向に延設されている。

こうすることで、スリット状孔１９から回収タンク１５内へと流入した被処理流体を、その旋回慣性を持続したまま、筒状排出管６周りに旋回流動させることができる。よって、回収タンク１５内の被処理流体が流体抵抗となることでスリット状孔１９から該回収タンク１５内への被処理流体（延いては浮上物）の流入が妨げられるのを確実に防止することができる。

また、上記実施形態１では、浮上物排出口２１は、上側から見て浮上物回収タンク１５の内側周側壁面１５ａに対してその接線方向に貫通して開口している。これにより、該回収タンク１５内に流入してその内側周側壁面１５ａに沿って旋回流動する被処理流体を、旋回接線方向に高速で確実に排出することができる。したがって、該回収タンク１５内の被処理流体の排出性能を十分に高めることができて、該回収タンク１５内の被処理流体が流体抵抗となるのを確実に防止することができる。

また、各永久磁石１０によって、下側逆円錐状部２ｄの上端部に分離集約された比較的比重の重い磁性粒子の分離落下を促進するために、各永久磁石１０を上下動させるようにしてもよい。また、外筒５の外周にヨークを設けて、このヨークを各永久磁石１０の外周位置に位置させて、内側方向に作用する磁力を強化して吸着力を上げ、一方このヨークを下動させることで、永久磁石１０の磁力の強さを弱めて、吸着した比重の重い磁性粒子の分離落下を促進するようにしてもよい。その他、永久磁石１０による磁力を他の手段で調整して、比重の重い磁性粒子の吸着と落下分離とを制御するようにしてもよい。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２を示し、磁石部材の構成及び配置位置並びに上側逆円錐状部２ｂの形状を上記実施形態１とは異ならせたものである。尚、図１と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明を適宜省略する。すなわち、本実施形態では、上記サイクロン式処理容器２（流体渦流部２ｅ）の下側逆円錐状部２ｄの上端部に対応する部分のみならず、上側逆円錐状部２ｂの下端部に対応する部分にも磁石部材が配設されており、磁石部材は、永久磁石１０とヨーク２０とで構成されている。

より詳細には、上記サイクロン式処理容器２（流体渦流部２ｅ）の外側周側壁面２ｈ（側壁部２ｉの外周面）における上側逆円錐状部２ｂの下端部に対応する部分には、周方向に互いに所定間隔を隔てて並ぶ複数の凹部３０（本実施形態では８つの凹部３０）からなる上段凹部列３５が形成されており、同様に、下側逆円錐状部２ｄの上端部に対応する部分には、８つの凹部３１からなる下段凹部列３６が形成されている。そして、各凹部列３５，３６の各凹部３０，３１にはそれぞれ、永久磁石１０及びヨーク２０が嵌め込まれている。永久磁石１０及びヨーク２０は、矩形状の薄板からなり、ヨーク２０は、永久磁石１０に重なるようにしてその裏側（径方向外側）に配設されている。そして、このヨーク２０を設けることによって、該永久磁石１０の磁気吸引力をより一層強めることができる。すなわち、ヨーク２０を永久磁石１０の径方向外側に配置することで、径方向外側に作用する透磁率を阻止することができるので、永久磁石１０の径方向内側に作用する磁力が強くなる。したがって、永久磁石１０のコンパクト化を図ることができる。また、永久磁石１０の径方向外側に、鉄製部材等の強磁性体を配設したとしても該強磁性体に対して永久磁石１０から磁気吸引力が作用することもない。このため、サイクロン式処理容器２やその周辺装置を設計する際の設計自由度を高めることができる。

各永久磁石１０は、図７に示すように、半径方向内側がN極になるものとS極になるものとが、上側から見て時計方向に略１２時の位置からN極、N極、S極、N極、S極、S極、N極、S極と配設されている。このことによって、対向する永久磁石１０同士が引き合う磁極関係（N極とS極）になるように配設されている。このように、対向する永久磁石１０が互いに引き合うように異なる磁極からなることよって、半径方向内側に向かう磁力が強力になり、磁性粒子ｊが強力に側壁の内側周側壁面２ｇに吸着される。尚、図７では、下段凹部列３６に設けられた各永久磁石１０の配置を示すが、上段凹部列３５の各永久磁石１０の配置も下段凹部列３６における永久磁石１０の配置と同様であるものとする。

また、上側逆円錐状部２ｂの上端部は、該上端部を除く部分に比べて、内径の減少率が大きくなるように形成されている。こうすることで、上記導入口３からサイクロン式処理容器２内に流入した被処理流体を確実にかつ強力に渦流することができる。

以上の如く上記実施形態２では、側壁部２ｉの外周面における上側逆円錐形状部分２ｂの下端部に対応する部分にも永久磁石１０が配設されている。これにより、被処理流体が上側逆円錐形状部２ｂから下側逆円錐状部２ｄに流入する前に、被処理流体中の磁性粒子ｊを予め、その遠心力のみならず上記上段凹部列３５の永久磁石１０の磁気吸引力によって側壁面２ｇ側に分離集約させることができる。したがって、被処理流体が下側逆円錐状部２ｄに流入する際の磁性粒子ｊの分離効果をより一層高めることができる。

（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３を示し、ヨーク２０の形状を上記実施形態２とは異ならせたものである。尚、図６と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明を適宜省略する。すなわち、本実施形態では、ヨーク２０は、永久磁石１０の容器２０径方向外側面を覆うのみならずその周壁面を囲むように形成されている。こうすることで、永久磁石１０から容器２０径方向外側へと漏れる磁力を確実に遮断することができ、延いては、該永久磁石１０から処理容器２０内の磁性粒子ｊに作用する磁気吸引力をより一層強めることができる。したがって、下側逆円錐状部２ｄの上端部に磁性粒子ｊを効率的にかつ確実に分離集約することができる。よって、上記実施形態２と同様の作用効果を確実に得ることができる。
この実施形態２では、下側逆円錐状部２ｄの内壁に吸着した磁性粒子は自重で落下するが、実施形態１と同様に、磁石部材の磁力を弱める構造を設けて、積極的に分離除去するようにしてもよい。

（他の実施形態）
本発明の構成は、上記各実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、上記サイクロン式処理容器２は、その内側周側壁面２ｇに、逆円錐状部２ｂ，２ｄを上下２段に亘って形成するようにしているが、これに限ったものではなく、１段のみ形成するようにしてもよいし３段以上形成するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、上記回収用貫通孔１９は、スリット状孔１９で構成されているが、これに限ったものではなく、例えば、円孔等であってもよい。

また、上記各実施形態では、仕切り板１８には、スリット状孔１９が４つ形成されているが、これに限ったものではなく、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。

上記各実施形態では、サイクロン式処理容器２の側壁部に永久磁石を設けるようにしているが、必ずしも設ける必要はない。

また、上記各実施形態では、整流部材としての傾斜板（整流用折曲げ片２０ｂ）は、仕切り板１８の各スリット状孔１９に対応する部分を折り曲げて形成されているが、これに限ったものではなく、例えば、該傾斜板の基端部を仕切り板１８の下面１８ａに溶接により接続するようにしてもよい。また、このように溶接による場合には、傾斜板の基端部を必ずしもスリット状孔１９の側縁部に接続する必要はなく、例えば仕切り板１８における各スリット状孔１９の周方向の中間位置に接続するようにしてもよい。

本発明は、異物粒子を含む被処理流体を内側周側壁面に沿って旋回流動させることでその遠心力により該異物粒子を分離するサイクロン式処理容器と、該サイクロン式処理容器の中心部にて上下方向に延び、浄化後の被処理流体を該処理容器外へと導く排出管とを備えた異物粒子分離装置に有用であり、特に、被処理流体に含まれる比重の軽い小さな浮上物を除去する際に有用である。

本発明の実施形態１に係る異物粒子分離装置を示す模式図である。 図１のII-II線断面図である。 図２のIII-III線断面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 永久磁石の配設状態を説明するための図である。 実施形態２を示す図１相当図である。 実施形態２を示す図５相当図である。 実施形態３を示す図１相当図である。

符号の説明

２ サイクロン式処理容器
２ｂ 上側逆円錐状部（逆円錐状部）
２ｄ 下側逆円錐状部（逆円錐状部）
２ｇ 内側周側壁面
３ 導入口
４ 排出口
６ 筒状排出管
１５ 浮上物回収タンク
１５ａ 浮上物回収タンクの内側周側壁面
１８ 仕切り板（サイクロン式処理容器の上壁部、浮上物回収タンクの底壁部）
１８ａ サイクロン式処理容器の上壁部の下面
１９ スリット状孔（回収用貫通孔）
２０ａ 案内用折曲げ片（案内部材）
２０ｂ 整流用折曲げ片（整流部材）
２１ 浮上物排出口

Claims (6)

1. 上下方向に延びる内側周側壁面に、下側ほど縮径する逆円錐状部を形成してなる槽体からなり、異物粒子を含む被処理流体を該内側周側壁面に沿って旋回流動させることでその遠心力により該異物粒子を分離するサイクロン式処理容器と、該サイクロン式処理容器の中心部にて上下方向に延び、該処理容器の内外を連通して浄化後の被処理流体を該処理容器外へと導く排出管と、該サイクロン式処理容器の側壁部の上端部に形成され、上記被処理流体を該処理容器内に導入する導入口と、該サイクロン式処理容器の底壁部に形成され、上記分離された異物粒子を排出する排出口とを備えた異物粒子分離装置であって、
   上記サイクロン式処理容器の上部に浮上した浮上物を回収するべく該処理容器の上側に配設され、底壁部が該サイクロン式処理容器の上壁部で構成された浮上物回収タンクをさらに備え、
   上記サイクロン式処理容器の上壁部には、上記浮上物を上記浮上物回収タンク内へと導くための回収用貫通孔が形成され、
   上記サイクロン式処理容器の上壁部の下面には、上記浮上物を上記貫通孔から上記浮上物回収タンク内へと案内する案内部材が設けられており、
   上記浮上物回収タンクには、該タンク内に流入した上記浮上物を含む被処理流体を排出するための浮上物排出口が設けられていることを特徴とする異物粒子分離装置。
2. 請求項１記載の異物粒子分離装置において、
   上記サイクロン式処理容器の内側周側壁面は、その上端部に形成されかつ上下方向に内径が略一定となる円筒状部と、該円筒状部と同軸にその下側に形成された上記逆円錐状部とを有しており、
   上記サイクロン式処理容器の導入口は、上側から見て上記円筒状部に対してその接線方向に貫通して開口することで、該開口から該処理容器内に流入する被処理流体を該円筒状部の中心軸周りに旋回流動させるように構成されており、
   上記回収用貫通孔は、上側から見て上記円筒状部の中心部側から径方向外側に延びかつ該円筒状部の中心軸周りに周方向に互いに所定間隔を隔てて並ぶ複数のスリット状孔からなり、
   上記案内部材は、下側に行くにしたがって上記被処理流体の旋回上流側に傾斜しかつ基端部が上記スリット状孔の幅方向の旋回下流側の側縁部に接続された傾斜板からなることを特徴とする異物粒子分離装置。
3. 請求項１又は２記載の異物粒子分離装置において、
   上記サイクロン式処理容器の上壁部の下面には、上記案内部材の他に、上記被処理流体の旋回流れを整流する整流部材が設けられており、
   上記整流部材は、基端部が上記サイクロン処理容器の上壁部の下面に接続されかつ下側に行くにしたがって上記被処理流体の旋回下流側に傾斜する傾斜板からなることを特徴とする異物粒子分離装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の異物粒子分離装置において、
   上記浮上物排出口は、上側から見て上記浮上物回収タンクの内側周側壁面に対して上記被処理流体の流れる向きに沿ってその旋回接線方向に貫通して開口していることを特徴とする異物粒子分離装置。
5. 請求項４記載の異物粒子分離装置において、
   上記浮上物回収タンクの内側周側壁面は、上記サイクロン式処理容器の円筒状部と略同軸に形成された略円筒状をなし、
   上記排出管は、上記浮上物回収タンクを串刺すようにその中心部を通って上下方向に延設されていることを特徴とする異物粒子分離装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の異物粒子分離装置において、
   上記異物粒子は磁性粒子であり、
   上記サイクロン処理容器の側壁部における上記逆円錐状部の少なくとも下端部に対応する部分には、上記被処理流体内の磁性粒子に対して該処理容器の径方向外側に向かう磁気吸引力を作用させる磁石部材が設けられていることを特徴とする異物粒子分離装置。

Images