JP2010188283A - サイクロン装置および微粉除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒体と微粉とを効率よく分離することのできるサイクロン装置、および、粉塵除去方法を提供すること。
【解決手段】サイクロン装置１が、鉛直方向に軸線を有する本体部２と、本体部２に連通する流入管３と、本体部２の内部に設けられる内筒部４と、内筒部４の上方に設けられ、内筒部４に連通する排出管３とを備える。本体部２が、外筒部６と、円錐部７とを備え、円錐部７の下端部には排出口８が形成される。流入管３が外筒部６に外筒部６の接線方向に沿って接続され、内筒部４が外筒部６内において、外筒部６と軸線を共有するように外筒部６と間隔を隔てて配置される。そして、内筒部４の外径ｄと、外筒部６の内径Ｄと、流入管３の、外筒部６の接線方向と水平方向において直交する方向における長さｈとを、Ｄ／２＜ｄ≦Ｄ−２を満足するように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイクロン装置および微粉除去方法、詳しくは、サイクロン装置、および、そのサイクロン装置を用いた微粉除去方法に関する。

樹脂ペレットを気力輸送するときは、樹脂ペレットから微粉を生じる場合がある。
このような微粉が樹脂ペレットに付着していると、その樹脂ペレットを用いて得られる成形品において、フィッシュアイなどの不具合を生じる場合があるため、樹脂ペレット（粒体）と微粉とを分離し、微粉を除去することが求められる。
しかしながら、通常、樹脂ペレット（粒体）と微粉との間には、ファンデルワールス力や静電力などの強い親和力が生じているため、粒体に、微粉として粒径１００μｍ以下の微粒子などが付着する場合には、例えば、その粒体に単に気流（風力）のみを導入しても、微粉を十分に除去することができない場合がある。

そのため、樹脂ペレット（粒体）と微粉とをサイクロンにより分離することが知られている。
このようなサイクロンとしては、例えば、上下方向の軸心を有する筒状本体を備え、その筒状本体が、上部に円筒形状の円筒部を有し、かつ、下部に下方へ向けて内径が小さくなるコーン部を有し、円筒部の周壁に、空気輸送された粉粒体を筒状本体へ流入させるための流入管が接線方向に接続され、コーン部の下端部に、筒状本体から粉粒体を排出するための排出口が形成され、円筒部の上壁に、輸送用空気を筒状本体から流出させるための流出管が接続され、流出管の下端部が前記コーン部内に配置され、さらに、排出口からコーン部内へ上昇空気流を供給する送気手段を備えているサイクロンが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このサイクロンでは、気力輸送により、流入管から流入した気流および粉粒体が、円筒部の内壁に沿って旋回しながらコーン部内に下降するときに、粉粒体が、遠心力により粒体と微粉とに分離される。
そして、コーン部の下端部付近では、気流が反転して、サイクロン中心部を回転しながら流出管内へと上昇するとともに、送気手段によって、排出口からコーン部内へ向かう上昇空気流が、供給される。

そのため、このサイクロンでは、粉粒体を気力輸送し、粒体を下部の排出口から排出する一方、微粉を気流とともに流出管から上方へ除去（流出）することができる。
また、サイクロンにおける各部の標準寸法は、流出管の直径ｄが、円筒部の直径Ｄの１／２（ｄ＝Ｄ／２）であり、また、流入管の、円筒部の接線方向と水平方向において直交する方向における長さｈが、円筒部の直径Ｄの１／５（ｈ＝Ｄ／５）であるとされている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００８−１１０３１６号公報

伊井谷鋼一、三輪茂雄著、「改訂新版 化学工学通論II」、株式会社朝倉書店、１９８２年１月２５日発行、Ｐ．１１３〜１１７

しかしながら、非特許文献１に示される標準寸法のサイクロンにおいては、流出管の外径が小さく（例えば、流出管の外径が、円筒部の内径の１／２）、すなわち、流出管と円筒部との間隔が広く（例えば、円筒部の直径の１／４）設定されている。
このようなサイクロンにおいては、粉粒体が流入管から円筒部内へと導入されるときに、その流動速度が大幅に低下するため、粉粒体に遠心力を十分に与えることができず、粒体と微粉とを効率よく分離することができない場合がある。

本発明の目的は、粒体と微粉とを効率よく分離することのできるサイクロン装置、および、粉塵除去方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のサイクロン装置は、鉛直方向に軸線を有する本体部と、前記本体部に連通する流入管と、前記本体部の内部に設けられる内筒部と、前記内筒部の上方に設けられ、前記内筒部に連通する排出管とを備え、前記本体部が、円筒形状の外筒部と、前記外筒部の下端部に接続され、上方から下方へ向かうに従って内径が小さくなる円錐部とを備え、前記円錐部の下端部には、前記本体部から粒体を排出するための排出口が形成され、前記流入管が、前記外筒部に、前記外筒部の接線方向に沿って接続され、前記内筒部が、前記外筒部内において、前記外筒部と軸線を共有するように、前記外筒部と間隔を隔てて配置され、前記内筒部の外径ｄと、前記外筒部の内径Ｄと、前記流入管の、前記外筒部の接線方向と水平方向において直交する方向における長さｈとが、下記式（１）を満たすこと特徴としている。

Ｄ／２＜ｄ≦Ｄ−２ｈ （１）
このようなサイクロン装置によれば、内筒部の外径ｄが、外筒部の内径Ｄの１／２よりも大きく形成されているため、粉粒体が流入管から外筒部内へ導入されたときには、粉粒体の、外筒部の内面に沿う円周運動を増大させることができ、粉粒体に遠心力を十分に与えることができる。

そのため、粉粒体を外筒部の内面に勢いよく衝突させて、粉粒体に、粉粒体と外筒部の内面との摩擦による十分な剪断力を与えることができ、その結果、粒体と微粉とを効率よく分離することができる。
また、このようなサイクロン装置では、内筒部の外径ｄが、外筒部の内径Ｄと、流入管の、外筒部の接線方向と水平方向において直交する方向における長さ（以下、単に「流入管の幅」という場合がある。）ｈの２倍との差と同等、または、それより小さく形成される、すなわち、外筒部と内筒部との間隔が、流入管の幅と同等、または、それよりも大きく形成されるため、気力および粉粒体が流入管から外筒部内へ導入されたときに、気力および粉粒体が内筒部に衝突することを、抑制することができる。

そのため、流入管から導入される気力の圧力損失を抑制することができ、その結果、粉粒体をサイクロン装置に効率よく気力輸送することができる。
また、本発明のサイクロン装置は、さらに、前記排出口から前記円錐部内に向かう上昇気流を発生させる気力導入手段を備え、前記気力導入装置により発生する上昇気流の流速Ｖと、粒体の終末速度Ｖｔとが、下記式（２）を満たすことが好適である。

２（ｍ／ｓ）＜Ｖ＜Ｖｔ （２）
このようなサイクロン装置によれば、上昇気流によって、粒体を浮上させることなく、微粉のみを浮上させることができるため、粒体に付着する微粉のみを、効率よく除去することができる。
また、本発明のサイクロン装置は、さらに、前記内筒部内に、下方へ向かって小径となる円錐状フィルターを備えることが好適である。

このようなサイクロン装置によれば、粒体が、微粉とともに内筒部内に導入された場合には、円錐状フィルターによって、内筒部内の気流を損ねることなく粒体を気流から分離することができ、粒体に付着する微粉のみを、より一層効率よく除去することができる。
また、本発明の微粉除去方法は、上記のサイクロン装置を用いた微粉除去方法であって、粉粒体を、前記流入管から、前記本体部に流入させ、前記本体部の内面に沿って旋回させ、摩擦による剪断力を与えることにより、粉粒体に含まれる粒体と微粉とを分離させることを特徴としている。

このような粉塵除去方法によれば、粉粒体に十分な剪断力を与えることができるため、粒体に付着する微粉を剥離させることができる。
そのため、このような粉塵除去方法によれば、排出口からは粒体のみを排出させるとともに、排出管からは微粉のみを除去させることができ、その結果、粒体と微粉とを効率よく分離し、粉粒体から微粉のみを除去することができる。

本発明のサイクロン装置および粉塵除去方法によれば、粒体と微粉とを効率よく分離することができる。

本発明のサイクロン装置の一実施形態を示す概略図である。 図１に示すサイクロン装置の水平断面図である。 他のサイクロン装置を示す概略図であって、（ａ）は、内筒部の外径が、外筒部の内径の１／２以下である形態を示す概略図、（ｂ）は、内筒部の外径が、外筒部の内径と、流入管の幅の２倍との差よりも大きい形態を示す概略図である。

図１は、本発明のサイクロン装置の一実施形態を示す概略図、図２は、図１に示すサイクロン装置の水平断面図である。
図１および図２において、サイクロン装置１は、気力輸送装置に適用され、例えば、プラスチックからなる粉粒体から、粒体と粉塵とを分離して、分離された粒体（ペレット）を、たとえば、成形機などの他の処理装置に供給するために使用される。

サイクロン装置１は、本体部２と、本体部２に連通する流入管３と、本体部２の内部に設けられる内筒部４と、内筒部４に連通する排出管５とを備えている。
本体部２は、鉛直方向に軸線を有する筒状に形成されており、外筒部６と、外筒部６に連続する円錐部７とを一体的に備えている。
外筒部６は、鉛直方向に軸線を有し、一定の内径（内径Ｄ）および外径を有する円筒形状に形成されており、その下端部が、円錐部７の上端部に接続されている。

また、外筒部６の内径Ｄは、例えば、１００〜５００ｍｍ、好ましくは、２００〜３００ｍｍに、設定されている。
また、外筒部６の上端部には、円板形状の上壁部１２が、一体的に形成されている。
上壁部１２は、内筒部４を支持するとともに、排出管５が接続されている。より具体的には、上壁部１２には、排出管５と連通する開口部（図示せず）が形成されており、排出管５が、その開口部を囲むように上壁部１２の上面に立設されている。また、上壁部１２の下面には、排出管５との接続部分を囲むように、内筒部４が下方から接続されている。

円錐部７は、その上端部が、外筒部６と同径であって、外筒部６の下端部に接続され、上方から下方へ向かうに従って内径が小さくなる円錐筒形状に形成されており、その下端部には、排出口８が形成されている。
排出口８は、本体部２から粒体を排出するための開口部であって、円錐部７の下端部において、水平方向に沿う円形状に、形成されている。

また、排出口８の内径は、例えば、５０〜２００ｍｍ、好ましくは、１００〜１５０ｍｍに設定されている。
流入管３は、外筒部６の上部において、水平方向に延び、外筒部６の接線方向に沿って接続され、外筒部６に連通しており、一定の幅（流入管３の、外筒部６の接線方向と水平方向において直交する方向における長さ）ｈを有する断面矩形状の角管形状に形成されている。

また、流入管３の幅ｈは、例えば、１０〜１００ｍｍ、好ましくは、２０〜６０ｍｍに、設定されている。
内筒部４は、一定の内径および外径（外径ｄ）を有する円筒形状に形成されており、その上端部が、外筒部６の上壁部１２の下面に接続され、排出管５に連通している。
また、内筒部４の外径ｄは、外筒部７の内径Ｄに対して、例えば、５０〜８５％、好ましくは、６０〜８０％の大きさに設定されており、具体的には、例えば、５０〜４００ｍｍ、好ましくは、６０〜３００ｍｍに、設定されている。

また、内筒部４は、外筒部６の内側において、外筒部６と軸線を共有するように、外筒部６と等間隔を隔てて配置されており、その下端部が、外筒部６と円錐部７の境界よりも外筒部６側に配置されている。
排出管５は、円筒形状に形成されており、外筒部６の上壁部１２の上面に接続され、内筒部４に連通している。

また、排出管５は、その内径が、外筒部６の内径Ｄの半分（すなわち、Ｄ／２）となるように、設定されている。
また、このサイクロン装置１は、さらに、内筒部４内に、円錐状フィルター１６を備えている。
円錐状フィルター１６は、流出管３内に粒体が導入することを防止するため、粒体より細かい孔を有するフィルターとして形成され、内筒部４と流出管３とを隔てるように備えられている。

より具体的には、円錐状フィルター１６は、上方から下方へ向かうに従って次第に小径となり、その上下方向長さが、内筒部４の上下方向長さよりも小さい円錐筒形状に形成されている。
円錐状フィルター１６の上端部においては、円錐状フィルター１６の内径が、流出管５の内径よりも大径に形成されており、かつ、外径が内筒部４の内径よりもわずかに小径に形成されている。また、円錐状フィルター１６の下端部には、底面が、水平方向に沿う円形状に、形成されている。

また、円錐状フィルター１６は、その上端が、流出管５の下端を含むように、外筒部６の上壁部１２の下面に接続され、内筒部４内において、内筒部４と間隔を隔てて配置されている。
また、このサイクロン装置１は、さらに、気力導入手段としての気力導入装置９と、材料受けタンク１１とを備えている。

気力導入装置９は、中継管１０と、中継管１０に接続される二次エア供給管１３と、二次エア供給管１３に接続される圧縮空気源であるブロワ１４とを備えている。
中継管１０は、ブロワ１４により発生する気流（図１における矢印ａ）を、排出口８から円錐部７へと供給するとともに、排出口８から排出される材料（粒体）を、材料受けタンク１１へと導入するために略ボックス状に形成されており、その上端部には、排出口８が中継管１０の内部に臨むように、円錐部７が挿入されており、側方には、二次エア供給管１３が接続されている。

二次エア供給管１３は、中継管１０の側方から、中継管１０の内部に挿入されており、その一端部が、排出口８と対向するように上方に向かって屈曲している。
また、二次エア供給管１３の上方には、排出口８から排出される材料（粒体）が二次エア供給管１３の開口部に入ることを防止するため、コーン状のパンチングプレート１５（粒体より細孔）が設けられている。また、二次エア供給管１３の他端部には、ブロワ１４が接続されており、さらに、二次エア供給管１３の途中には、図示しないが、必要により、微粉を除去するためのフィルター、および、空気量を調整するための風量調節弁が、介在されている。

材料受けタンク１１は、中継管１０の下方において、粒体を一時的に貯蔵できるように、中継管１０と連通している。
なお、サイクロン装置１には、粒体と微粉とを効率よく分離するため、必要により、任意の箇所に、静電気除去装置を設けることもできる。
そして、このサイクロン装置１では、内筒部４の外径ｄと、外筒部６の内径Ｄと、流入管３の幅ｈとが、下記式（１）を満足するように設定されている。

Ｄ／２＜ｄ≦Ｄ−２ｈ （１）
つまり、内筒部４の外径ｄは、図２における矢印ｂで示されうる範囲、すなわち、外筒部６の内径Ｄの１／２よりも大きく、かつ、外筒部６の内径Ｄと、流入管３の幅ｈの２倍との差（Ｄ−２ｈ）と同等、または、それより小さく形成される。
より具体的には、内筒部４の外径ｄは、Ｄ−２ｈと略同等、または、それよりわずかに小さく形成されている。

例えば、内筒部４の外径ｄが、外筒部６の内径Ｄの１／２以下であると、図３（ａ）に示すように、内筒部４と外筒部６との間隔が広く設定される。そうすると、粉粒体が流入管３から外筒部６内へと導入されるときに、その流動速度が大幅に低下するため、粉粒体に遠心力を十分に与えることができず、粒体と微粉とを効率よく分離することができない場合がある。

一方、このサイクロン装置１では、内筒部４の外径ｄが、外筒部６の内径Ｄの１／２よりも大きく形成されているため、粉粒体が流入管３から外筒部６内へ導入されたときには、粉粒体の、外筒部６の内面に沿う円周運動を増大させることができ、粉粒体に遠心力を十分に与えることができる。
そのため、粉粒体を外筒部６の内面に勢いよく衝突させて、粉粒体に、粉粒体と外筒部６の内面との摩擦による十分な剪断力を与えることができ、その結果、粒体と微粉とを効率よく分離することができる。

また、内筒部４の外径ｄが、外筒部６の内径Ｄと、流入管３の幅ｈの２倍との差（Ｄ−２ｈ）よりも大きいと、図３（ｂ）に示すように、内筒部４と外筒部６との間隔が流入管３の幅よりも狭く設定され、内筒部４が、流入管３の幅ｈの延長線上に膨出する。そうすると、気力および粉粒体が流入管３から外筒部６内へ導入されたときに、気力および粉粒体が内筒部４に衝突するため、気力に圧力損失が生じる。

一方、このサイクロン装置１では、内筒部４の外径ｄが、外筒部６の内径Ｄと、流入管３の幅ｈの２倍との差と同等、または、それより小さく形成される、すなわち、外筒部６と内筒部４との間隔が、流入管３の幅と同等、または、それよりも大きく形成されるため、内筒部４が、流入管３の幅ｈの延長線上に膨出せず、気力および粉粒体が流入管３から外筒部６内へ導入されたときに、気力および粉粒体が内筒部４に衝突することを、抑制することができる。

そのため、流入管３から導入される気力の圧力損失を抑制することができ、その結果、粉粒体をサイクロン装置１に効率よく気力輸送することができる。
また、このサイクロン装置１では、気力導入装置９により発生する上昇気流の流速（Ｖ）と、粒体の終末速度（Ｖｔ）とが、下記式（２）を満足するように設定されている。
２（ｍ／ｓ）＜Ｖ＜Ｖｔ （２）
すなわち、気力導入装置９によって発生する上昇気流の流速（Ｖ）が、２（ｍ／ｓ）を超過し、かつ、粒体の終末速度（Ｖｔ）未満となるように、調整されている。

より具体的には、上昇気流の流速は、例えば、粒体の終末速度Ｖｔが、１０ｍ／ｓである場合における流速Ｖとして、例えば、２ｍ／ｓを超過し、９．５ｍ／ｓ未満、好ましくは、６ｍ／ｓを超過し、９ｍ／ｓ未満である。なお、Ｖｔは、例えば、ストークスの式による計算、あるいは、直接測定など、公知の方法により求めることができる。
また、粒体の終末速度とは、粒体が自由落下する状態において、空気抵抗とバランスして、ある一定の速度で定常状態となり、それ以上速くならない落下速度として定義される。

このように設定すれば、上昇気流によって、粒体を浮上させることなく、微粉のみを浮上させることができるため、粒体に付着する微粉のみを、効率よく除去することができる。
次に、このサイクロン装置１を用いた、粒体と微粉との分離、および、微粉除去方法について説明する。

この方法では、まず、図１において、粒体と微粉とを含む粉粒体を、サイクロン装置１に気力輸送し、流入管３から本体部２に流入させる。
粉粒体をサイクロン装置１に気力輸送するには、流入管３に輸送管を介して粉粒体の貯蔵タンクを接続し、排出管５に、排気管を介して吸引ブロワを接続し、吸引ブロワを駆動させる。

また、これと同時に、ブロワ１４の駆動により気流を発生させ、その気流を二次エア供給管１３に流入させる。これにより、本体部２内に、排出口８から円錐部７内に向かう上昇気流を発生させる。
なお、流入管３における気流および粉粒体の流量は、例えば、１００〜３００Ｎｍ^３／ｈｒ、好ましくは、１２０〜２００Ｎｍ^３／ｈｒである。

また、ブロワ１４による気流の流量は、例えば、３０〜３００Ｎｍ^３／ｈｒ、好ましくは、５０〜２００Ｎｍ^３／ｈｒである。
これにより、粉粒体を、本体部２における外筒部７の内面に沿って旋回させ、その外筒部７の内面に沿って旋回する粉粒体に、粉粒体と外筒部７の内面との摩擦による剪断力を十分に与えて、粉粒体に含まれる粒体と微粉とを分離させながら、粉粒体および気流を、円錐部７に下降させる。

このサイクロン装置１では、円錐部７の下端部付近において、気流が反転し、本体部２の中心部を回転しながら排出管５内へと上昇する。また、円錐部７の下端部付近においては、排出口８から円錐部７内に向かう上昇気流が、気力導入装置９によって発生している。
そのため、このサイクロン装置１において、粉粒体が、円錐部７の下端部付近に到達すると、微粉が、上昇気流によって浮上し、内筒部４および排出管５から排出（除去）されるとともに、粒体が、円錐部７の下端部に開口される排出口８から排出される。

また、このサイクロン装置１では、内筒部４内に、円錐状フィルター１６が備えられているため、粒体が、微粉とともに内筒部４内に導入された場合には、円錐状フィルター１６によって、内筒部４内の気流を損ねることなく粒体を気流から分離することができ、粒体に付着する微粉のみを、より一層効率よく除去することができる。
なお、排出管５における気流および粉粒体（粉塵）の流量は、例えば、１３０〜６００Ｎｍ^３／ｈｒ、好ましくは、１７０〜４００Ｎｍ^３／ｈｒである。

そして、内筒部４および排出管５から排出された微粉は、図示しないが、例えば、ダスト捕集フィルターへと導入され、回収される。
また、排出口８から排出された粒体は、中継管１０を介して材料受けタンク１１へと導入されて、一時貯蔵される。
このような粉塵除去方法によれば、粉粒体に十分な剪断力を与えることができるため、粒体に付着する微粉を剥離させることができる。

そのため、このような粉塵除去方法によれば、排出口８からは粒体のみを排出させるとともに、排出管５からは微粉のみを除去させることができ、その結果、粒体と微粉とを効率よく分離し、粉粒体から微粉のみを除去することができる。
その結果、このサイクロン装置１および粉塵除去方法によれば、粒体と微粉とを効率よく分離することができる。

なお、上記した説明では、例えば、外筒部６の内径Ｄ、排出口８の内径、流入管３の幅ｈ、内筒部４の外径ｄ、流入管３における気流および粉粒体の流量、ブロワ１４による気流の流量、排出管５における気流および粉粒体の流量などについて、それぞれ数値を設定しているが、これらの数値は特に限定されるものではなく、例えば、サイクロン装置１に導入される粉粒体の処理容量や、サイクロン装置１のスケールなどにより、適宜選択される。

１ サイクロン装置
２ 本体部
３ 流入管
４ 内筒部
５ 排出管
６ 外筒部
７ 円錐部
８ 排出口
９ 気力導入装置

Claims (4)

1. 鉛直方向に軸線を有する本体部と、前記本体部に連通する流入管と、前記本体部の内部に設けられる内筒部と、前記内筒部の上方に設けられ、前記内筒部に連通する排出管とを備え、
   前記本体部が、円筒形状の外筒部と、前記外筒部の下端部に接続され、上方から下方へ向かうに従って内径が小さくなる円錐部とを備え、
   前記円錐部の下端部には、前記本体部から粒体を排出するための排出口が形成され、
   前記流入管が、前記外筒部に、前記外筒部の接線方向に沿って接続され、
   前記内筒部が、前記外筒部内において、前記外筒部と軸線を共有するように、前記外筒部と間隔を隔てて配置され、
   前記内筒部の外径ｄと、前記外筒部の内径Ｄと、前記流入管の、前記外筒部の接線方向と水平方向において直交する方向における長さｈとが、下記式（１）を満たすこと特徴とする、サイクロン装置。
   Ｄ／２＜ｄ≦Ｄ−２ｈ （１）
2. さらに、前記排出口から前記円錐部内に向かう上昇気流を発生させる気力導入手段を備え、
   前記気力導入装置により発生する上昇気流の流速Ｖと、粒体の終末速度Ｖｔとが、下記式（２）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のサイクロン装置。
   ２（ｍ／ｓ）＜Ｖ＜Ｖｔ （２）
3. さらに、前記内筒部内に、下方へ向かって小径となる円錐状フィルターを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のサイクロン装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のサイクロン装置を用いた微粉除去方法であって、
   粉粒体を、前記流入管から、前記本体部に流入させ、
   前記本体部の内面に沿って旋回させ、摩擦による剪断力を与えることにより、粉粒体に含まれる粒体と微粉とを分離させることを特徴とする、微粉除去方法。

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