JP2013163143A - サイクロンセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、サイクロン室で十分に分離できなかった異物を内筒において再度分離させることで分離効率をさらに向上させることができるサイクロンセパレータを提供すること。
【解決手段】本発明のサイクロンセパレータ１は、円筒状のサイクロン室２と、サイクロン室２に異物を含むガスを導入するガス導入口３と、前記異物を分離した後のガスを排出するガス排出口４とを備える。ガス排出口４は、筒状部材５によりサイクロン室２の内部と連通しており、筒状部材５の内壁には、環状の邪魔板６が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイクロンセパレータに関する。

空気圧縮機から圧縮空気に伴われて吐出される油を分離するために、サイクロンセパレータが用いられている。サイクロンセパレータは、油を含むガスを円筒状のサイクロン室内に導入して旋回流となし、その遠心分離作用によってガスに含まれる油分を分離するもので、分離された油分は油排出管よりオイルパンなどへ排出される。油分を分離したガスは、サイクロン室と筒状部材により連通するガス排出口から排出される。
このようなサイクロンセパレータでは、ガス中に含まれる異物（例えば液体）の分離効率を向上させることが検討されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特開２００１−２４６２１６号公報 特開平８−２１８８４１号公報

引用文献１に記載のようなサイクロン室内の気液分離効率を上げる工夫をした分離装置では、分離の原動力になる旋回流を弱めてしまうため、必ずしも分離効率が向上しないという問題があった。特許文献２に記載のようなオイルトラッパでは、内筒での分離効率を高めることができるが筒状部材内に別途の分離室を設ける構成となっているために、装置の製作が困難であり高コストになるという問題がある。

そこで、本発明は、簡単な構成で、サイクロン室で十分に分離できなかった異物を内筒において再度分離させることで分離効率をさらに向上させることができるサイクロンセパレータを提供することを目的とする。

前記課題を解決すべく、本発明は、以下のようなサイクロンセパレータを提供するものである。
すなわち、本発明のサイクロンセパレータは、円筒状のサイクロン室と、前記サイクロン室に異物を含むガスを導入するガス導入口と、前記異物を分離した後のガスを排出するガス排出口とを備えるサイクロンセパレータであって、前記ガス排出口は、筒状部材により前記サイクロン室の内部と連通しており、前記筒状部材の内壁には、環状の邪魔板が設けられていることを特徴とするものである。

本発明においては、筒状部材の内壁に設けられた環状の邪魔板により、サイクロン室にて分離されなかった異物を分離することができる。そのため、異物の分離効率を十分に向上させることができる。

本発明のサイクロンセパレータにおいては、前記異物は液滴であることが好ましい。
このように、本発明のサイクロンセパレータは、異物が油分などの液滴である場合に特に好適に用いることができる。

本発明のサイクロンセパレータにおいては、前記邪魔板は、前記筒状部材の軸方向の中心よりもガス排出口側に設けられていることが好ましい。
この発明のように、邪魔板が筒状部材の軸方向の中心よりもガス排出口側に設けられている場合には、サイクロン室で分離されずサイクロン室下部で滞留している異物を排出する可能性が低くなる。

本発明のサイクロンセパレータにおいては、前記邪魔板は、ロート状であって、その開口部が前記サイクロン室側に向いていることが好ましい。
ここで、前記邪魔板の本体と前記筒状部材の内壁とがなす角度は、２０°以上８０°以下であることが好ましい。
この発明のように、邪魔板の形状をロート状とし、サイクロン室側に所定範囲内で傾斜するようにすれば、サイクロン室からの旋回流に同伴された異物がこの邪魔板または筒状部材の内壁に衝突する可能性が高まり、サイクロン室にて分離されなかった異物をより確実に分離することができる。

本発明のサイクロンセパレータにおいては、前記邪魔板の開口部は、前記サイクロン室側に筒状に延出していることが好ましい。
この発明のように、ロート状の邪魔板の開口部がサイクロン室側に筒状に演出している場合には、サイクロン室からの旋回流に同伴された異物がこの邪魔板または筒状部材の内壁に衝突する可能性が高まり、サイクロン室にて分離されなかった異物をより確実に分離することができる。

本発明の第一実施形態におけるサイクロンセパレータを示す斜視断面図である。 本発明の第二実施形態におけるサイクロンセパレータを示す斜視断面図である。 従来のサイクロンセパレータを示す斜視断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
また、実施形態では、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」といった方位を示す用語は、図１を基準として用いる。
［第一実施形態］
本発明の一態様（第一実施形態）におけるサイクロンセパレータ１は、図１に示すように、サイクロン室２と、ガス導入口３と、ガス排出口４と、筒状部材５と、邪魔板６と、を備えている。

サイクロン室２は、円筒状である。ガス導入口３から異物を含むガスが流入した場合には、このサイクロン室２の内壁や底壁にて、接触した異物を分離することができる。
ガス導入口３は、サイクロン室２に異物を含むガスを導入する。このガス導入口３は、図１に示すように、周壁の接線方向に配設される。
ガス排出口４は、異物を分離した後のガスを排出する。このガス排出口４は、筒状部材５によりサイクロン室２の内部と連通している。
筒状部材５は、図１に示すように、サイクロン室２の上半部に配置されている。また、筒状部材５は、サイクロンセパレータ１の上方からみた断面視において、サイクロン室２の中央部に（好ましくは、中心同士が重なるように）配置されている。異物を含むガスが流入した場合には、この筒状部材５の内壁にて、接触した異物を分離することができる。

筒状部材５の内壁には、環状の邪魔板６が設けられている。
邪魔板６は、図１に示すように、筒状部材５の軸方向の中心よりもガス排出口４側に設けられている。また、この邪魔板６は、図１に示すように、ロート状であって、その開口部６１はサイクロン室２側に向いている。異物を含むガスが流入した場合には、この邪魔板６にて、接触した異物を分離することができる。
また、この邪魔板６の本体と筒状部材５の内壁とがなす角度θは、２０°以上８０°以下であることが好ましい。この角度が前記下限未満、あるいは前記上限を超える場合は、分離効率を向上するという効果が低下する傾向にある。

以上のようなサイクロンセパレータ１では、次のようにして、異物を含むガスから異物を分離する。ここでは、この異物が、油分などの液滴である場合について説明する。
ガス導入口３から導入される油分を含むガスが、サイクロン室２の内壁に沿って周方向に流入するように案内する。これにより、このガスは、サイクロン室２の内壁に沿う旋回流となり、周方向に旋回しながら、下方へ向かう間に、旋回流の遠心分離作用によりサイクロン室２の内壁に接触させることで油分を分離する。また、この旋回流がサイクロン室２の底壁に至ると、上方に向かう旋回流となる。そして、この旋回流が、上方へ向かう間に、旋回流の遠心分離作用により筒状部材５の内壁および邪魔板６に接触させることで油分を分離する。

油分を分離したガスは、筒状部材５を経て、ガス排出口４から排出される。また、サイクロン室２の底壁には、図示は省略するが、油分回収通路に接続される油分排出管が設けられている。分離された油分は、筒状部材５の内壁およびサイクロン室２の内壁に案内されて下方へ移動し、油分排出管から排出される。

前記したような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）筒状部材５の内壁に設けられた環状の邪魔板６により、サイクロン室２にて分離されなかった異物を分離することができる。そのため、異物の分離効率を十分に向上させることができる。
（２）邪魔板６が筒状部材５の軸方向の中心よりもガス排出口４側に設けられているので、サイクロン室２で分離されずサイクロン室２下部で滞留している異物を排出する可能性が低くなる。
（３）邪魔板６の形状をロート状とし、サイクロン室２側に所定範囲内で傾斜するようにしているので、サイクロン室２からの旋回流に同伴された異物がこの邪魔板６または筒状部材５の内壁に衝突する可能性が高まり、サイクロン室２にて分離されなかった異物をより確実に分離することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について図２を用いて説明する。
図２は、本発明の第二実施形態におけるサイクロンセパレータ１Ａを示す斜視断面図である。第二実施形態におけるサイクロンセパレータ１Ａの構成は、邪魔板６Ａの構成が僅かに異なる以外は第一実施形態におけるサイクロンセパレータ１と同様の構成であるので、邪魔板６Ａについて説明する。
邪魔板６Ａの開口部６１Ａは、サイクロン室２側に筒状に延出している延出部６２を有している。異物を含むガスが流入した場合には、この延出部６２の内壁にて、接触した異物を分離することができる。

第二実施形態におけるサイクロンセパレータ１Ａにおいても、前述の第一実施形態の効果と同様の効果とともに、下記効果を奏することもできる。
（４）ロート状の邪魔板６Ａの開口部６１Ａがサイクロン室２側に筒状に演出しているので、サイクロン室２からの旋回流に同伴された異物がこの邪魔板６Ａまたは筒状部材５の内壁に衝突する可能性が高まり、サイクロン室２にて分離されなかった異物をより確実に分離することができる。

［実施形態の作用効果の確認］
前記実施形態においては、分離効率を向上できることを確認するために、以下に示すような解析を行った。
シミュレータソフト（ＡＮＳＹＳ社製のＦＬＵＥＮＴ（フルエント））を用いて、前記第一実施形態のサイクロンセパレータの場合（図１）、前記第二実施形態のサイクロンセパレータの場合（図２）および従来型のサイクロンセパレータの場合（図３）について、レイノルズ応力方程式モデル（ＲＳＭ）での流動解析および粒子追跡解析を行い、排出数、捕獲数および内部留保数を求めた。
具体的には、以下の条件を設定し、それぞれ解析した。得られた結果を表１に示す。

（共通条件）
サイクロン室の内直径：３０００ｍｍ
サイクロン室の高さ：８０００ｍｍ
筒状部材の内直径：１６５０ｍｍ
邪魔板の開口部の直径：５５０ｍｍ
粒子数：１００個（均一分散）
粒子密度：７００ｋｇ／ｍ^３
壁面処理：捕獲
底面処理：捕獲
（条件１）
粒子径：１μｍ
粒子スタート位置：底面から１０ｃｍ面全体
（条件２）
粒子径：１０μｍ
粒子スタート位置：底面から１０ｃｍ面全体
（条件３）
粒子径：１μｍ
粒子スタート位置：底面から４ｍ面全体
（条件４）
粒子径：１０μｍ
粒子スタート位置：底面から４ｍ面全体
（条件５）
粒子径：１００μｍ
粒子スタート位置：底面から４ｍ面全体

表１に示す結果からも明らかなように、筒状部材５の内壁に邪魔板６，６Ａが設けられている場合（第一実施形態および第二実施形態）には、筒状部材５の内壁に邪魔板６，６Ａが設けられていない従来型のサイクロンセパレータ（図３）と比較して、分離効率を向上できることが確認された。

［実施形態の変形］
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。

例えば、本実施形態では、邪魔板６は、筒状部材５の軸方向の中心よりもガス排出口４側に設けられているが、本発明の目的を達成できる範囲であれば、筒状部材５の軸方向の中心よりサイクロン室２側に設けられていてもよい。
また、本実施形態では、邪魔板６は、一箇所に設けられているが、二箇所以上に設けられていてもよい。
さらに、本実施形態において円筒状とは、遠心分離作用が得られる形状であれば完全な円筒形でなくてもよく、例えば、多角形であってもよい。

本発明のサイクロンセパレータは、異物分離装置、特に異物が油分などの液滴の場合の異物分離装置として好適に用いることができる。

１，１Ａ…サイクロンセパレータ
２…サイクロン室
３…ガス導入口
４…ガス排出口
５…筒状部材
６，６Ａ…邪魔板
６１，６１Ａ…開口部
６２…延出部

Claims (6)

1. 円筒状のサイクロン室と、前記サイクロン室に異物を含むガスを導入するガス導入口と、前記異物を分離した後のガスを排出するガス排出口とを備えるサイクロンセパレータであって、
   前記ガス排出口は、筒状部材により前記サイクロン室の内部と連通しており、
   前記筒状部材の内壁には、環状の邪魔板が設けられている
   ことを特徴とするサイクロンセパレータ。
2. 請求項１に記載のサイクロンセパレータにおいて、
   前記異物は液滴である
   ことを特徴とするサイクロンセパレータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のサイクロンセパレータにおいて、
   前記邪魔板は、前記筒状部材の軸方向の中心よりもガス排出口側に設けられている
   ことを特徴とするサイクロンセパレータ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のサイクロンセパレータにおいて、
   前記邪魔板は、ロート状であって、その開口部が前記サイクロン室側に向いている
   ことを特徴とするサイクロンセパレータ。
5. 請求項４に記載のサイクロンセパレータにおいて、
   前記邪魔板の本体と前記筒状部材の内壁とがなす角度は、２０°以上８０°以下である
   ことを特徴とするサイクロンセパレータ。
6. 請求項４または請求項５に記載のサイクロンセパレータにおいて、
   前記邪魔板の開口部は、前記サイクロン室側に筒状に延出している
   ことを特徴とするサイクロンセパレータ。