JP2022049427A - スラリ回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素であって、装置の大型化を回避可能であり、スラリ消失量を低減すること（スラリ回収率を向上させること）ができるスラリ回収装置を提供する。
【解決手段】スラリ回収装置１０は、軸心１ｃが直立状態に保持された円筒状のチャンバ１と、チャンバ１の上端開口部１ａを閉塞する蓋体２と、チャンバ１の下部に設けられた漏斗状の回収部３と、チャンバ１の蓋体２の中心を貫通し、下方部４ａがチャンバ１内に位置する状態に配設された排気経路４と、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流を導入するため蓋体２を貫通し、下端開口部５ａがチャンバ１内に位置する状態で配設された給気経路５と、を備え、給気経路５の下方部に、給気経路５を経由してチャンバ１内へ供給される気体流（空気流）をチャンバ１の軸心１ｃとねじれの位置関係をなす方向へ吹き出すエルボ５ｂを設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流からスラリを分離して回収するスラリ回収装置に関する。

固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突させることにより固体粒子を微細粒子に微粒化する装置として、例えば、特許文献１に記載された「微粒化装置」などがある。特許文献１に記載された「微粒化装置」においては、衝突面への衝突により微粒化が行われた後の微小液滴をスラリとして回収する手段として、特許文献１中の図１１並びに図１２などに記載された回収構造が使用されていたが、回収工程におけるスラリ消失量の低減並びにスラリ回収率の向上を図るため、近年は、図５に示すようなスラリ回収装置１０１が使用されている。

図５に示すスラリ回収装置１０１は、微粒化装置１００より、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流（空気流）からスラリを回収するために使用される。スラリ回収装置１０１は、下方に漏斗状の回収部１０２を有する円筒状のチャンバ１０３と、チャンバ１０３の上端開口部を覆うように配置された隔壁１０４ｂ及び蓋体１０４ａと、蓋体１０４ａを貫通し、下端開口部１０５ａが隔壁１０４ｂより下方のチャンバ１０３内に位置する状態で配設された給気管１０５と、給気管１０５の下端開口部１０５ａの真下に配置された上ホッパー１０６及び下ホッパー１０７と、チャンバ１０３内において回収部１０２に向かって液体を噴出するスプレー１０８などを備えている。

液体供給配管１１０を経由して供給される固体粒子を含む液体は、気体供給配管１０９を経由して供給される気体流によって加速され流動状態の微小液滴となって微細化処理部１１１に送り込まれ、微細化処理部１１１において微小液滴を衝突させることにより固体粒子は微細粒子に微粒化され、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った気体流となって給気管１０５を経由してスラリ回収装置１０１へ供給される。

スラリ回収装置１０１へ供給された前記気体流は、上ホッパー１０６及び下ホッパー１０７を通過して回収部１０２へ流下する際に圧力損失によって減速され、気体流に含まれる微小液滴（固体粒子を含む液体）は回収部１０２の内周面１０２ａに落下してスラリ状態となり、スプレー１０８から吹き出す液体と共に内周面１０２ａに沿って流下していき、回収管１１２を経由して所定の回収容器（図示せず）に回収される。上ホッパー１０６及び下ホッパー１０７を通過した後の気体流は回収部１０２の内周面１０２ａに当接して上昇し、隔壁１０４ｂの貫通部１０４ｃを通過し、排気ダクト１１３を経由して所定の排気ユニット（図示せず）へ送給される。

一方、分散粉体を含んだ気体流から分散粉体を連続して捕集可能な装置として、従来、サイクロン装置が知られているが、本発明に関連するものとして、例えば、特許文献２に記載された「サイクロン装置」などがある。

特許文献２に記載された「サイクロン装置」は、ほぼ直立円筒形のサイクロン胴体部と、分散粉体を含んだ空気流をサイクロン胴体部の内壁面に沿って水平方向に吹き込むために、そのサイクロン胴体部の一部を外周接線方向に延ばして設けられた粉体導入部と、サイクロン胴体部内の空気を上方向に排気するためにサイクロン胴体部の上部を覆う天部の中心部を貫通して設けられた排気部と、粉体導入部から４５度～１８０度の位置でサイクロン胴体部の接線方向に２次空気を導入する２次空気導入部と、を備えている。

特許第４４４７０４２号公報 特許第４４２２９７２号公報

図５に示すスラリ回収装置１０１は、上ホッパー１０６、下ホッパー１０７並びに隔壁１０４ｂの部分の部品点数が多く構造も複雑であるため、給気管１０５を経由してスラリ回収装置１０１へ供給された気体流に含まれるスラリがこれらの部品に多量に付着し、回収管１１２を経由して回収されるスラリの回収率を低下させる要因となっている。

また、図５に示すスラリ回収装置１０１は構造が複雑であることに起因して、スプレー１０８から噴出する液体が、チャンバ１０３及び回収部１０２の内部全体に隈なく届かないことがあるので、回収部１０２の内周面１０２ａなどに付着したスラリ成分を残さず洗浄することができない。

さらに、図５に示すスラリ回収装置１０１においては、スプレー１０８から真下に向かって液体が吹き出すので、チャンバ１０３内を流動する気体流に含まれる微小液滴が巻き上がってチャンバ１０３内の各種部材の表面に付着したり、巻き上がった微小液滴が排気と共にチャンバ１０３と連通する排気ダクト（図示せず）を経由して排出されたりして、スラリの消失量の増大を招いている。

一方、特許文献２に記載された「サイクロン装置」は、分散粉体を含んだ気体流から分散粉体を回収する技術分野においては好適に使用することができるが、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流からスラリを分離して回収する技術分野には不向きである。

また、特許文献２に記載された「サイクロン装置」においては、分散粉体を含んだ空気流をサイクロン胴体部の内壁面に沿って水平方向に吹き込むための粉体導入部が、サイクロン胴体部の一部を外周接線方向に延ばして設けられているので、装置全体の大型化を招き易い。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、比較的簡素な構造であって、装置の大型化を回避可能であり、スラリ消失量を低減すること（スラリ回収率を向上させること）ができるスラリ回収装置を提供することにある。

本発明に係るスラリ回収装置は、
軸心が直立した状態に保持された筒状のチャンバと、
前記チャンバの上端開口部を閉塞する蓋体と、
前記チャンバの下部に設けられた漏斗状の回収部と、
前記チャンバの蓋体の中心を貫通し、下方部が前記チャンバ内に位置する状態に配設された排気経路と、
固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流を導入するため前記チャンバの蓋体を貫通し、下端開口部が前記チャンバ内に位置する状態で配設された給気経路と、を備え、
前記給気経路の下方部に、前記給気経路を経由して前記チャンバ内へ供給される前記気体流を前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ吹き出すエルボを設けたことを特徴とする。
ここで、前記ねじれの位置関係とは、２本の直線が平行をなさず、且つ、交わらない位置関係にあることをいう。

前記スラリ回収装置においては、前記チャンバ内にて、前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ液体を吹き出すスプレーを前記蓋体若しくは前記チャンバの周壁の少なくとも一方に設けることが望ましい。

前記スラリ回収装置においては、
前記スラリに含まれる固体粒子の粒径が０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、
前記スラリに含まれる固体粒子の質量濃度が５ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下であり、
前記スラリに含まれる固体粒子の密度が３ｇ／ｃｍ³以上、２０ｇ／ｃｍ³以下であり、
前記スラリの粘度が１ｍＰａ・Ｓ以上、１０００ｍＰａ・Ｓ以下であることが望ましい。

前記スラリ回収装置においては、前記エルボから吹き出す前記気体流の気温１５℃（標準大気状態）における体積流量（ｍ³／Ｓ）を前記エルボの横断面積（ｍ²）で除して得られる気体流速度が５ｍ／ｓｅｃ以上、５０ｍ／ｓｅｃ以下であることが望ましい。

本発明により、比較的簡素な構造であって、装置の大型化を回避可能であり、スラリ消失量を低減すること（スラリ回収率を向上させること）ができるスラリ回収装置を提供することができる。

本発明の実施形態であるスラリ回収装置を示す一部省略垂直断面図である。 図１に示すスラリ回収装置の一部省略拡大図である。 図１中のＡ－Ａ線における一部省略水平断面図である。 図３中の矢線Ｘ方向から見た一部省略図である。 従来の微粒化装置に使用されたスラリ回収装置を示す一部省略垂直断面図である。

以下、図１～図４に基づいて、本発明の実施形態であるスラリ回収装置１０について説明する。図１に示すように、スラリ回収装置１０は、スラリ回収装置１０の上方に配置された微粒化装置５０より、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流からスラリを回収するために使用される。

図１～図４に示すように、スラリ回収装置１０は、チャンバ１、蓋体２、回収部３、排気経路４、給気経路５、エルボ５ｂ、スプレー６，７などを備えている。チャンバ１は円筒形状をなし、その軸心１ｃが直立した状態に保持されている。チャンバ１の上端開口部１ａは開閉可能な蓋体２で閉塞され、チャンバ１の下部には漏斗状の回収部３が着脱可能に取り付けられている。チャンバ１の下端開口部１ｂの内径と回収部３の上端開口部３ａの内径は同等である。回収部３の内周面は下方に向かって連続的に縮径しており、回収部３の下端開口部３ｂは排液管８に接続されている。

排気経路４は、チャンバ１の蓋体２の中心を貫通し、下方部４ａがチャンバ１内に位置する状態で配設されている。排気経路４は円筒形状をなし、その軸心４ｃがチャンバ１の軸心１ｃと一致するように配置されている。排気経路４の上方部は、気体吸引機能を有する排気ユニット９に接続されている。

給気経路５は、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される空気流Ｓをチャンバ１内へ導入するための円筒形状の部材である。給気経路５は、チャンバ１の蓋体２を貫通し、下端開口部５ａがチャンバ１内に位置する状態で配設され、給気経路５の下方部にエルボ５ｂが設けられている。図４に示すように、エルボ５ｂはＬ字状に湾曲しており、下端開口部５ａ寄りに位置する水平部分５ｈの軸心５ｃはチャンバ１の軸心１ｃとねじれの位置関係をなしているので、給気経路５を経由してチャンバ１内へ供給される気体流（空気流Ｓ）はチャンバ１の軸心１ｃとねじれの位置関係をなす方向（本実施形態においては水平方向）へ吹き出される。

図３，図４に示すように、給気経路５の下端開口部５ａを形成する給気経路５の周縁は、軸心５ｃと直交する仮想平面と一致する直交周縁部５ｄと、軸心５ｃと斜めに交差する仮想平面と一致する斜交周縁部５ｅとを有している。斜交周縁部５ｅは、給気経路５の下端開口部の周縁全体のうちチャンバ１の内周面１ｄに近い方の半周部分に設けられ、直交周縁部５ｅは残りの半周部分に設けられている。

図１～図４に示すように、スラリ回収装置１０においては、チャンバ１の蓋体２の下面側にスプレー６が設けられ、チャンバ１の周壁１ｗにスプレー７が設けられている。チャンバ１内において、スプレー６は、チャンバ１の軸心１ｃとねじれの位置関係をなす方向（チャンバ１の内周面１ｄに向かう方向６ｓ）へ液体（例えば、水や溶剤など）を吹き出す機能を有している。スプレー７は、チャンバ１の軸心１ｃとねじれの位置関係をなす方向または軸心１ｃと平行をなす方向（回収部３の内周面３ｄに直行する方向７ｓを含む複数方向）へ液体を吹き出す機能を有している。スプレー６，７の液体吹出方向はそれぞれ変更可能である。

スプレー６，７は同時に運転したり、交互に運転したりすることが可能であるが、本実施形態ではスプレー６，７を交互に運転する。スプレー６，７の運転間隔は３秒～２０秒間隔であり、運転時間は１秒～２秒であるが、これに限定するものではない。

図１に示すように、スラリ回収装置１０においては、チャンバ１の内径１Ｄと高さ１Ｈの比率を１：１とし、排気経路４の内径４Ｄとチャンバ１の内径１Ｄとの比率を１：４とし、回収部３の内周面における円錐頂角３Ｖを７０度としているが、これらの数値に限定するものではないので、スラリの種類や作業条件に応じて、チャンバ１の内径１Ｄと高さ１Ｈの比率は１：１～１：２の範囲、排気経路４の内径４Ｄとチャンバ１の内径１Ｄとの比率は１：３～１：８の範囲、回収部３の内周面における円錐頂角３Ｖは４５度～１２０度の範囲で変更することができる。

次に、図１～図４に基づいて、スラリ回収装置１０の使い方、機能などについて説明する。図１に示すように、排気ユニット９を作動させ、微粒化装置５０において気体供給配管５２を経由して気体流（空気流）を供給するとともに、液体供給配管５１を経由して固体粒子を含む液体を供給すると、液体供給配管５１を経由して供給される固体粒子を含む液体は、気体供給配管５２を経由して供給される気体流によって加速され流動状態の微小液滴となって微細化処理部５３に送り込まれる。

微細化処理部５３においては、送り込まれた微小液滴を衝突部材（図示せず）衝突させることにより固体粒子が微細粒子に微粒化され、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った空気流Ｓとなって気体流動空間５４を経由してスラリ回収装置１０の給気経路５へ供給される。

図４に示すように、給気経路５へ供給された空気流Ｓは、エルボ５ｂによって進行方向が９０度曲げられ、チャンバ１の軸心１ｃとねじれの位置関係をなす方向へ吹き出し、チャンバ１の内周面１ｄに衝突するので、図２，図３に示すように、チャンバ１及び回収部３の内部には軸心１ｃの周りを螺旋状に回転する旋回流Ｔが発生し、サイクロン効果が生じる。

このサイクロン効果により、空気流Ｓに含まれている固体粒子を含む液体であるスラリは遠心力でチャンバ１の内周面１ｄに接近する方向へ移動して内周面１ｄに付着した後、重力により内周面１ｄに沿って回収部３の内周面３ｄに向かって下降し、内周面３ｄに到達した後は内周面３ｄに沿って下降して排液管８に流れ込み、所定の回収容器（図示せず）に回収される。

また、サイクロン効果により、チャンバ１内の軸心１ｃ近傍の旋回流Ｔはスラリの含有量が著しく低下した状態となった後、排気経路４の下端開口部４ｂから排気経路４内へ吸い込まれ、排気経路４を経由して排気ユニット９へ流入する。

一方、図１，図２に示すように、スプレー６はエルボ５ｂの下端開口部５ａ（図３，図４参照）の上方に配置され、下端開口部５ａから吹き出す空気流Ｓがチャンバ１の内周面１ｄに衝突する領域の中心よりも旋回流Ｔの上流側に向かって液体を吹き出すことができる。また、スプレー７は、チャンバ１の内周面１ｄにおいて回収部３の内周面３ｄより上方であってスラリが付着する領域よりも旋回流Ｔの上流側に向かって液体を吹き出すことができる。

前述したように、スプレー６，７を、３秒～６０秒の間隔で、１秒～２秒ずつ交互に運転させることにより、チャンバ１の内周面１ｄ並びに回収部３の内周面３ｄに付着するスラリを速やかに排液管８に向かって流下させることができる。

このように、スラリ回収装置１０においては、チャンバ１内に旋回流Ｔを発生させることによりサイクロン効果が生じ、スラリ、液滴、固体粒子の大きな粒子が排気へ混入することを回避することができ、チャンバ１の内周面１ｄ並びに回収部３の内周面３ｄへのスラリなどの付着を減らすことができるので、スラリ消失量を低減すること（スラリ回収率を向上させること）ができる。

図１に示すスラリ回収装置１０並びに図５に示す従来のスラリ回収装置１０１を同一の条件で稼働させたところ、スラリ回収装置１０においては、排気中に混入して消失する固体粒子及びスラリ回収装置１０内に付着堆積するスラリが減少し、スラリ回収装置１０１に比べ、固体粒子を含むスラリの消失量を４０％以上低減することができた。

スラリ回収装置１０は、従来のスラリ回収装置１０１よりも簡素な構造であるため、部品点数が低減され、製作コストを削減することができ、また、スラリ回収装置１０を稼動させた後の洗浄時間も短縮され、メンテナンス性が格段に向上した。また、スラリ回収装置１０はチャンバ１や回収部３の構造が簡素な形状であるため、チャンバ１の内周面１ｄの下方部分や回収部３の内周面３ｄなどに付着したスラリは、スプレー７から吹き出す液体によって簡単に洗い流され、効率良く回収することができる。

前述したように、スラリ回収装置１０においては、液体供給配管５１を経由して供給される、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態の空気流Ｓに含まれるスラリを効率的に回収することができ、様々な種類、性状のスラリ回収作業に対応可能であるが、例えば、
スラリに含まれる固体粒子の粒径が０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、
前記スラリに含まれる固体粒子の質量濃度が５ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下であり、
前記スラリに含まれる固体粒子の密度が３ｇ／ｃｍ³以上、２０ｇ／ｃｍ³以下であり、
前記スラリの粘度が１ｍＰａ・Ｓ以上、１０００ｍＰａ・Ｓ以下であることが望ましい。

また、給気経路５のエルボ５ｂから吹き出す空気流Ｓの速度についても任意に設定することができるが、例えば、エルボ５ｂから吹き出す空気流Ｓの気温１５℃（標準大気状態）における体積流量（ｍ³／Ｓ）を前記エルボの横断面積（ｍ²）で除して得られる空気流速度が５ｍ／ｓｅｃ以上、５０ｍ／ｓｅｃ以下であることが望ましい。

なお、図１～図４に基づいて説明したスラリ回収装置１０は、本発明に係るスラリ回収装置の一例を示すものであり、本発明に係るスラリ回収装置は、前述したスラリ回収装置１０に限定されるものではない。

本発明に係るスラリ回収装置は、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流からスラリを分離して回収する作業を必要とする様々な産業分野において広く利用することができる。

１ チャンバ
１ａ，３ａ 上端開口部
１ｂ，４ｂ，５ａ 下端開口部
１ｃ，４ｃ，５ｃ 軸心
１ｄ，３ｄ 内周面
１Ｄ チャンバの内径
１Ｈ チャンバの高さ
２ 蓋体
３ 回収部
３Ｖ 円錐頂角
４ 排気経路
４ａ 下方部
４Ｄ 排気経路の内径
５ 給気経路
５ｂ エルボ
５ｄ 直交周縁部
５ｅ 斜交周縁部
５ｈ 水平部分
６，７ スプレー
８ 排液管
９ 排気ユニット
１０ スラリ回収装置
５０ 微粒化装置
５１ 液体供給配管
５２ 気体供給配管
５３ 微細化処理部
５４ 気体流動空間
Ｓ 空気流（気体流）
Ｔ 旋回流

本発明に係るスラリ回収装置は、
軸心が直立した状態に保持された筒状のチャンバと、
前記チャンバの上端開口部を閉塞する蓋体と、
前記チャンバの下方に設けられた漏斗状の回収部と、
前記チャンバの蓋体の中心を貫通し、下方部が前記チャンバ内に位置する状態に配設された排気経路と、
固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流を導入するため前記蓋体を貫通し、下端開口部が前記チャンバ内に位置する状態で配設された給気経路と、を備え、
前記給気経路の下方に、前記給気経路を経由して前記チャンバ内へ供給される前記気体流を前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ吹き出して前記チャンバ及び前記回収部の内部に前記軸心の周りを螺旋状に回転する旋回流を発生させるエルボを設け、
前記給気経路の下端開口部を形成する前記給気経路の周縁は、前記軸心と直交する仮想平面と一致する直交周縁部と、前記軸心と斜めに交差する仮想平面と一致する斜交周縁部とを有し、前記斜交周縁部を前記給気経路の下端開口部の周縁全体のうちの前記チャンバの内周面に近い方の半周部分に設け、前記直交周縁部を残りの半周部分に設け、
前記チャンバ内にて、前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ液体を吹き出すスプレーを前記蓋体の下面側及び前記チャンバの周壁に設け、
前記蓋体の下面側に設けた前記スプレーは前記エルボの下端開口部の上方に配置され、前記下端開口部から吹き出す空気流が前記チャンバの内周面に衝突する領域の中心よりも前記旋回流の上流側に向かって液体を吹き出すことができ、
前記チャンバの周壁に設けた前記スプレーは、前記チャンバの内周面において前記回収部の内周面より上方であって前記スラリが付着する領域よりも前記旋回流の上流側に向かって液体を吹き出すことができ、
二つの前記スプレーは交互に運転することが可能であることを特徴する。
ここで、前記ねじれの位置関係とは、２本の直線が平行をなさず、且つ、交わらない位置関係にあることをいう。

前記スラリ回収装置においては、前記チャンバ内にて、前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ液体を吹き出すスプレーを前記蓋体の下面側及び前記チャンバの周壁に設けている。

Claims (4)

1. 軸心が直立した状態に保持された筒状のチャンバと、
   前記チャンバの上端開口部を閉塞する蓋体と、
   前記チャンバの下方に設けられた漏斗状の回収部と、
   前記チャンバの蓋体の中心を貫通し、下方部が前記チャンバ内に位置する状態に配設された排気経路と、
   固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った状態で供給される気体流を導入するため前記蓋体を貫通し、下端開口部が前記チャンバ内に位置する状態で配設された給気経路と、を備え、
   前記給気経路の下方に、前記給気経路を経由して前記チャンバ内へ供給される前記気体流を前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ吹き出すエルボを設けたスラリ回収装置。
2. 前記チャンバ内にて、前記チャンバの軸心とねじれの位置関係をなす方向へ液体を吹き出すスプレーを前記蓋体若しくは前記チャンバの周壁の少なくとも一方に設けた請求項１記載のスラリ回収装置。
3. 前記スラリに含まれる固体粒子の粒径が０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、
   前記スラリに含まれる固体粒子の質量濃度が５ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下であり、
   前記スラリに含まれる固体粒子の密度が３ｇ／ｃｍ³以上、２０ｇ／ｃｍ³以下であり、
   前記スラリの粘度が１ｍＰａ・Ｓ以上、１０００ｍＰａ・Ｓ以下である、請求項１または２記載のスラリ回収装置。
4. 前記エルボから吹き出す前記気体流の気温１５℃（標準大気状態）における体積流量（ｍ³／Ｓ）を前記エルボの横断面積（ｍ²）で除して得られる気体流速度が５ｍ／ｓｅｃ以上、５０ｍ／ｓｅｃ以下である請求項１～３の何れかの項に記載のスラリ回収装置。

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