JP2013146653A - サイクロン式分級器 - Google Patents

Abstract

【課題】微粉と粗粉の分級効率を高めること。
【解決手段】微粉と粗粉が混在した状態で送り込まれる円筒部４の内部にエアレーション部１１を設ける。このエアレーション部１１は、上向きに設けられたエア供給管１２と、このエア供給管１２の上端側に設けられた傘部１３とで構成される。エア供給管１２の上端から供給されたエアは、傘部１３の内側下面に当たり、この傘部１３の周縁部を回り込んで縮径部２の上側に向かうため、粗粉の降下に悪影響を与えない。また、この円筒部４内には、エアレーション部１１よりも上側の内壁面に、この内壁面から軸心方向に旋回流の旋回方向に沿いつつ起立する突起部１４が設けられている。この突起部１４によって局所的な乱流が生じ、この乱流によって微粉のみが巻き上げられるとともに、前記エアによって排出管１０を通して回収される。このため、微粉と粗粉の高い分級効率が得られる。
【選択図】図２

Description

この発明は、微粉と粗粉の分級効率を高めたサイクロン式分級器に関する。

高分子化学、粉末冶金等の分野においては、原料となる粉末の粒径を所定範囲内に前もって揃える分級が行われることが多い。この分級によって、この粉末から製造される製品の品質を均一化することができるためである。この分級を行う分級器の一つとして、粉末を含んだ流体に旋回流を生じさせ、粉末に作用する遠心力を利用してこの流体中から粉末を取り除くサイクロン式のものがある。このサイクロン式分級器を特許文献１及び２に例示して説明する。

特許文献１に示すサイクロン式分級器は、漏斗状部下端の粗粉排出口に対向するように内側ガイドを設けるとともに粗粉排出口にカバーを設け、前記内側ガイドとカバーとの間に流路を構成する。そして、この流路に上向きのブローアップ気流を生じさせ、微粉を巻き上げる一方で、この気流で巻き上げられない粗粉を粗粉貯留槽に排出することによって、微粉と粗粉の分級を行っている。

特許文献２に示すサイクロン式分級器は、粗粉排出口に末広がり状に拡口する外側ガイドを設けるとともに、この外側ガイドの下方に円錐形の内側ガイドを設ける。さらに、両ガイドの間に中央隔壁を設け、粗粉捕集室に向かう下降流（外側）と、ブローアップエアの上昇流（内側）の流路を分離して形成する。これによって、粗粉は前記下降流によって粗粉捕集室で捕集される一方で、微粉は前記上昇流によって巻き上げられて捕集され、微粉と粗粉が分級される。

特開２００１−１７９１３４号公報 特開２００５−２８８２７３号公報

特許文献１に記載の構成では、流路に上昇流のみが生じ、粗粉はこの上昇流に逆らって下降する。このため、粗粉の下降速度が緩慢となって、その下降の途中で流路の内壁に付着しやすく、この流路が閉塞して分級に支障をきたす恐れがある。

また、特許文献２に記載の構成では、分離された流路の内径側をブローアップ用のエアが上向きに、外径側を粉末を含む旋回流が下向きに、ほとんど混じり合うことなく独立して流動している。すなわち、側壁面に沿うように旋回流とともに旋回する微粉がブローアップ用のエアによって巻き上げられにくく、粗粉を捕集する捕集部に微粉が混入して分級効率が大幅に低下する恐れがある。

そこで、この発明は、微粉と粗粉の分級効率を高めることを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、内径が下部ほど縮径する縮径部の下端部側に、上方に向かうブローアップ気流を生じさせるエアレーション部を設け、このブローアップ気流で流体中の微粉を巻き上げて、前記縮径部の上端部側に設けた排出管を通して捕集する一方で、前記ブローアップ気流で巻き上げられずに降下する粗粉を前記下端部側に設けた捕集部で捕集するようにしたサイクロン式分級器において、前記エアレーション部が、上向きに設けられたエア供給管と、このエア供給管の上端側に設けられた傘部とを備え、前記エア供給管の上端から供給されたエアが前記傘部の内側下面に当たり、この傘部の周縁部を回り込んで前記縮径部の上方に向かうようにエア流路を構成してサイクロン式分級器を構成した。

このように、エアを傘部に一旦当てて、その勢いを弱めるようにすれば、上向きのエアの勢いによって下降流が妨げられにくい。このため、粗粉の下降速度が緩慢となって、その途中で流路の内壁に付着して、この流路を閉塞するトラブルを防止することができる。しかも、エアが傘部の周縁部を回り込むようにしたことで、このエアが側壁面に一旦接近し、この側壁面の近傍を旋回する微粉を側壁面から引き離す作用を発揮する。このように側壁面から引き離された微粉は、エアの流れとともに上昇して、縮径部の上端部側に設けた排出管を通して捕集される。

この構成によれば、微粉を効率的に捕集できるため、粗粉と微粉が混じり合ったまま捕集部に排出されて、分級効率が低下するのを防止することができる。この傘部の周縁部と側壁面との間の隙間の大きさは、下向きの旋回流及びエアの流動を妨げない限りにおいて、適宜調節することができる。

前記構成においては、前記傘部の内側下面を、その中央部から周縁部に向かって下向きに傾斜させるのがより好ましい。

このように下向きに傾斜させると、エアがやや下向きに傘部の周縁部下面から放出される。すると、縮径部で生じた下向きの旋回流が、放出されたエアによって弱められる恐れが一層低くなり、粗粉の降下がよりスムーズになされる。

前記各構成においては、前記縮径部の下端側に、内径が一定の円筒部を連設し、この円筒部内に前記エアレーション部を設けるとともに、前記エアレーション部よりも上側の前記円筒部の内壁面に、この内壁面から軸心方向に旋回流の旋回方向に沿いつつ起立する突起部を設けるのがより好ましい。

微粉は円筒部の内壁面に沿うように旋回流とともに旋回しているが、この内壁面に突起部を設けて、この旋回流に局所的な乱流を形成すれば、この乱流によって旋回流中の微粉が内壁面から引き離される。そして、この微粉が、それよりも下方に設けたエアレーション部から供給されるエアによってさらに巻き上げられて回収される。

この突起部によって微粉とともに粗粉も内壁面から引き離され得るが、粗粉は微粉よりも質量が大きい分だけ遠心力の影響を受けやすく、この遠心力によって速やかに内壁面に戻される。このように内壁面から引き離された後の微粉と粗粉の挙動が大きく異なるため、両者を混じり合うことなく確実に分級することができる。

この微粉及び粗粉は、旋回中に互いに凝集して凝集体となることが多く、このままではそれぞれのサイズに対応して正しく分級を行うことができない。そこで、この凝集体を円筒部内において突起部と当接させることによって、あるいは、乱流に巻き込むことによって、微粉と粗粉に分散した状態（ほぐした状態）とした上で、乱流による分級を行うようにした。このように突起部の作用により凝集体を分散させることにより、それぞれの本来のサイズに対応して正しく分級することができる。

また、前記円筒部を設ける構成においては、前記傘部及び前記突起部が、前記縮径部の内面を下方に仮想的に延長した円錐面よりも下側に位置するようにすることがより好ましい。

縮径部は、上述したように下部ほど縮径し、その内面は円錐面の一部を構成する。そして、この縮径部内の粒子は、旋回流によって軸心から外向きへの遠心力を受ける。この旋回流によって、縮径部の内面近傍では陽圧となる一方で、軸心近傍では陰圧となっている。この内面近傍と軸心近傍の気圧差によって、軸心近傍では縮径部の上端部側に設けた排出管に抜ける上向きの気流が生じ、前記粒子にはこの気流による上昇力が作用する。

この遠心力と上昇力の影響は、縮径部の下端側の円筒部まで及び、前記縮径部の内面を下方に仮想的に延長した円錐面の内側では、粒子には前記軸心から外向きへの遠心力が作用するとともに、前記軸心の延長線近傍では上昇力が作用する。そして、この円錐面の下側頂部近傍では、旋回流による遠心力の効果は小さくなり、上昇力の効果が主となる。

円筒部の内周面近傍では縮径部からの旋回流の影響が残る一方で、この内周面から少し離れた領域では、エアの放出に伴って前記軸心の延長線側に向かう気流が生じ、この領域にある粒子にはこの気流による向心力が作用する。すなわち、前記傘部が前記仮想的に延長した円錐面よりも下側にあれば、この傘部の周縁部を回り込んだエアによって内壁面から巻き上げた微粉は、前記向心力によって速やかに軸心付近まで移動し、排出管を通して捕集される。このように、円筒部内に形成した軸心向きの気流に微粉をうまく乗せて捕集することにより、微粉と粗粉が混じり合うのを極力防止することができる。

この発明は、サイクロン式分級器において、縮径部の下方からエアレーション部のエア供給管を通してエアを供給するとともに、このエアをエア供給管の上側に設けた傘部に当てて、この傘部の周縁部を回り込むようにエアの流路を構成した。この流路においてはエアが直接上方に向かわないので、このエアによって粗粉の下降が妨げられず、この粗粉によって流路が閉塞する恐れが低い。さらに、エアが傘部の周縁部を回り込む際に、内壁に沿って旋回する微粉を巻き上げるように作用し、微粉と粗粉を効率的に分級することができ、高い分級精度が達成できる。

本願発明に係るサイクロン式分級器を示す側面図 図１に示すサイクロン式分級器の要部を示す側面図 サイクロン式分級器による捕集効率を示す図 図１に示すサイクロン式分級器のエアレーション部を示す側面図 図１に示すサイクロン式分級器の円筒部の横断面図

この発明に係るサイクロン式分級器を図１に、その要部を図２にそれぞれ示す。このサイクロン式分級器は、内径が一定の円筒状の旋回部１と、下部ほど縮径する縮径部２と、粉末受け部３と、内径が一定の円筒部４と、捕集部５とを下方向に順次連設したものである。

旋回部１の上端部には、サイズの異なる粉末が混在した流体をこの旋回部１の接線方向に流入させる流入管６が設けられている。また、旋回部１の内壁面には、円周方向の所定間隔ごとに、上下方向に延びるスリット７が形成されるとともに、このスリット７に対応する旋回部１の外壁面には、スリット７に連通する捕集管８が複数本設けられている。さらに、旋回部１の軸心には、この旋回部１の上端を閉じる天板９を貫通して、排出管１０が設けられている。

このスリット７は、サイズが約１０μｍ以下の微粉を分別する際に不可欠である。それは、スリット７がない場合、旋回部１の内壁面全体に沿って二次気流層が生じ、このサイズの微粉は、この二次気流層の表面（境界面）で跳ね返されてしまい、内壁面に到達できないためである。この跳ね返された微粉は、遠心分離されることなくそのまま排出管１０から排出される。このため、この二次気流層が内壁面全体に形成された状態では、１０μｍ以下の微粉を分級することができない。

そこで、本構成のように、旋回部１にスリット７を形成することによって、その形成位置に二次気流層の切れ目が生じ、微粉はこの切れ目を通して捕集管８側に抜けることができる。このように微粉を回収することによって、旋回部１から排出管１０に、分級がなされていない微粉が直接流入するのを防ぐことができる。捕集管８を通った微粉は、後述するエアレーション部１１によって分級される。

このスリット７を採用したサイクロン式分級器による捕集効率を図３に示す。スリット７を採用していない一般的なサイクロン式分級器は、捕集効率Ｅｃが５０％となる粉末サイズＤ_５０が約１４μｍ（１４μｍ以上のサイズの粉末は５０％以上捕集できる）であるのに対して、スリット７を採用したサイクロン式分級器は、捕集効率Ｅｉが５０％となる粉末サイズが約１μｍ以下であって、非常に微細な微粉も逃すことなく粉末受け部３に送り込むことができる。このスリット７の幅、長さ、及び本数は、旋回部１内の流体に乱流が生じないことを前提に適宜変更することができる。

円筒部４内には、図４に示すエアレーション部１１が設けられている。このエアレーション部１１は、上向きに設けられたエア供給管１２と、このエア供給管１２の上端側に設けられた傘部１３とで構成される。傘部１３は、その内側下面が、その中央部から周縁部に向かって下向きに傾斜している。エア供給管１２の上端から供給されたエアは、傘部１３の内側下面に当たり、この傘部１３の周縁部を回り込んで縮径部２の上側に向かうようにエア流路が構成される（同図中の矢印を参照）。

さらに、この円筒部４内には、エアレーション部１１（傘部１３の外周縁）よりも上側の内壁面に、図５に示すように、この内壁面から軸心方向に旋回流の旋回方向に沿いつつ起立する突起部１４が設けられている。この突起部１４は軸心側にやや湾曲した板状をしており、その一端側が前記内壁面に所定範囲内で角度変更自在に弾性的に取り付けられるとともに、その他端側には、内壁面側から軸心側に向かってボルト１５が宛がわれている。突起部１４の弾性力に抗してボルト１５をねじ込むことで、この突起部１４の角度を自在に調節することができる。

傘部１３及び突起部１４は、縮径部２の内面を下方に仮想的に延長した円錐面（以下、仮想円錐面という。）よりも下側に位置している。円筒部４の前記仮想円錐面よりも軸心側においては、縮径部２における旋回流の影響が残っており、粉末には軸心から外向きの遠心力が作用する（図２中の軸心外向きの矢印を参照）。そして、この軸心の延長線近傍では粉末には上昇力が作用する（図２中の上向きの矢印を参照）。

この一方で、円筒部４の内周面から少し離れた領域では、エアの放出に伴って内周面から軸心側に向かう気流が生じ、この領域にある粉末にはこの気流による向心力が作用している（図２中の軸心内向きの矢印を参照）。この向心力は、仮想円錐面の下端付近で最も大きい。この下端付近では、旋回流の影響がほとんどなく、対向する遠心力が非常に小さいためである。この下端付近に突起部を設けることによって、効率良く微粉をこの向心力によって軸心側に運搬するとともに、軸心延長線近傍の上昇力によって、この微粉を排出管に導くことができる。

このサイクロン式分級器を用いた微粉と粗粉の分別について説明する。微粉と粗粉が混在した流体を流入管６から旋回部１に流入させると、この旋回流に伴う遠心力によって、微粉及び粗粉は旋回部１の内壁面に接近し、微粉は主としてスリット７及び捕集管８を経由して、粗粉は主として縮径部２を経由して、粉末受け部３、そして円筒部４に到達する。

このうち粗粉は、その自重によって円筒部４内で下降を続け、最終的に捕集部５で捕集される。エアレーション部１１から放出されるエアは、傘部１３の作用によって上方に直接放出されないようになっているため、このエアの放出によって粗粒の下降速度が緩慢となって、その途中で流路の内壁に付着する恐れは低い。このようにエア流路を構成することによって、常に良好な分級効率が発揮される。しかも、周縁部に向かって下向きに傾斜しているので、この周縁部から回り込むエアも若干下向きとなる。このため、粗粒の下降が妨げられる恐れは一層低い。

この傾斜角度を大きくするほど、突起部１４によって生じる乱流の度合いが大きくなって、よりサイズの大きい粉末を内壁面から引き離すことができる。すなわち、この傾斜角度の調節によって、微粉と粗粉との分級の閾値サイズを自在に変更（例えば、１〜２０μｍの間の任意の値）することができる。この閾値サイズの変更は、エアレーション部１１に供給するエア量や、旋回部１に流入させる流体の流量を変えることによっても行うことができる。この突起部１４の大きさ、個数、位置等は、分級に必要な乱流を生じ得る限りにおいて適宜変更することができる。

上記の実施形態においては、サイズが約１０μｍ以下の微粉の分級を行うべく、旋回部１にスリット７を形成した構成を採用したが、例えば、微粉と粗粉の閾値サイズが１５μｍの場合、スリット７は必須の構成要素とはならない。上述したように、約１０μｍ以下のサイズの微粉は旋回部１から直接排出管１０に流入するが、このサイズ範囲の微粉は最終的に排出管１０を通して回収されるため、このように直接排出管１０に流入しても何ら問題はないためである。

１ 旋回部
２ 縮径部
３ 粉末受け部
４ 円筒部
５ 捕集部
６ 流入管
７ スリット
８ 捕集管
９ 天板
１０ 排出管
１１ エアレーション部
１２ エア供給管
１３ 傘部
１４ 突起部
１５ ボルト

Claims (4)

1. 内径が下部ほど縮径する縮径部（２）の下端部側に、上方に向かうブローアップ気流を生じさせるエアレーション部（１１）を設け、このブローアップ気流で流体中の微粉を巻き上げて、前記縮径部（２）の上端部側に設けた排出管（１０）を通して捕集する一方で、前記ブローアップ気流で巻き上げられずに降下する粗粉を前記下端部側に設けた捕集部（５）で捕集するようにしたサイクロン式分級器において、
   前記エアレーション部（１１）が、上向きに設けられたエア供給管（１２）と、このエア供給管（１２）の上端側に設けられた傘部（１３）とを備え、前記エア供給管（１２）の上端から供給されたエアが前記傘部（１３）の内側下面に当たり、この傘部（１３）の周縁部を回り込んで前記縮径部（２）の上方に向かうようにエア流路を構成したことを特徴とするサイクロン式分級器。
2. 前記傘部（１３）の内側下面が、その中央部から周縁部に向かって下向きに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン式分級器。
3. 前記縮径部（２）の下端側に、内径が一定の円筒部（４）を連設し、この円筒部（４）内に前記エアレーション部（１１）を設けるとともに、前記エアレーション部（１１）よりも上側の前記円筒部（４）の内壁面に、この内壁面から軸心方向に旋回流の旋回方向に沿いつつ起立する突起部（１４）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のサイクロン式分級器。
4. 前記傘部（１３）及び前記突起部（１４）が、前記縮径部（２）の内面を下方に仮想的に延長した円錐面よりも下側に位置していることを特徴とする請求項３に記載のサイクロン式分級器。

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