JP3233472U - サイクロン分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】除去すべき高比重夾雑物が高濃度の条件で、処理流体中の夾雑物同士の衝突で沈降させて除去すべき夾雑物が衝突によりはじかれて分離性能が低下するという問題を解決するサイクロン分離器を提供する。【解決手段】円筒缶状の本体容器、夾雑物混合流体を容器本体内部に導入する流入管、夾雑物を分離した処理流体を流出する流出管、円錐台状のサイクロンエレメント、および分離した夾雑物を含む廃流体を排出する排出管を備え、流入管は本体容器の上部円周壁面に接線方向に配設され、流出管は本体容器の底板の外面に立設され、排出管は本体容器の下端部壁面に接線方向に配設され、サイクロンエレメントは本体容器と同軸心で、下端は流出管と同内径で本体容器の底板に配設するとともに流出管に接続されており、本体容器内周の流入管配設位置とサイクロンエレメントの上端との間に円環状邪魔板が立設されている。【選択図】図１

Description

本考案は流体より高比重の夾雑物を含む混合流体から夾雑物を分離するサイクロン分離器に関するものである。

焼却設備などの排気ガス，クリーンルームなどへ取り込む空気には灰やダストなどの粉塵，液滴などの夾雑物が含まれており，人体や環境に悪影響を及ぼす恐れがある。また浄水場へ取り込む原水，水力発電所のダムから発電装置に送り込む水，流水を使用する生活用水，農業用水あるいは産業機械の冷却水などの淡水や海水には土砂，木材片，枯葉，小魚や小エビなどの高比重の夾雑物が含まれている。これらの夾雑物は配管詰まりや機械設備の損傷防止のために除去が必要であり，この目的でサイクロン分離器が使用される。

特許４６５９６７３公報 特開２０１４−１２４６３２号公報

特許４６５９６７３公報記載の発明は，円筒状本体容器の内部に円錐状のサイクロンエレメントを，上部が大口径になるように配設し，本体容器の外面に，サイクロンエレメントの上端より下部位置に配設された流入管から本体容器の接線方向に夾雑物を含む混合流体を導入し，円周方向に回転する回転流（渦流）を形成して遠心力で高比重夾雑物を分離するサイクロン分離器であり，逆円錐形のサイクロンエレメントの長さを抑制してサイクロン分離器の大きさ，とりわけ高さを低くしつつ分離することを目的として，流入管配設位置より下部のサイクロンエレメントのテーパ部の外周にリング状の突出部を形成したことを特徴とするものである。

しかし，特許文献１記載のサイクロン分離器は，流入管をサイクロンエレメントのテーパの上端部近くに配設したものであり，高比重夾雑物の濃度が高くなると，夾雑物同士の衝突が増加し，その衝突によりはじかれる夾雑物は沈降・分離されずにサイクロンエレメントの上端を超えて利用される処理流体に入り込み，結果としてサイクロン分離器の夾雑物の分離性能が低下するという欠点があった。

特許文献２に記載の発明は，渦流加速器を備えて渦流速度を加速して分離効率を大幅に向上することを目的として，渦流速度を調整可能にした液体サイクロン分離器を提供するものである。夾雑物を分離する前の混合流体はサイクロンエレメントの内側に導入され，ここで分離が行われる。

この発明では，テーパ状のサイクロンエレメントの内側に混合流体を送り込んで，逆円錐状の下部の小径部方向に渦を形成しながら送り，高比重固形物を分離した処理液をサイクロンエレメント底部の中心から上方に送って取り出すように構成されている。このため，サイクロン内部で下方に移動する流体と中央部を上方に移動する流体が接触するために，流入する際に強い送液手段が必要であり，サイクロンエレメントの高さも高くする必要がある。

本考案は，上記特許文献記載の発明の課題，とりわけ特許文献1記載のサイクロン分離器における夾雑物同士の衝突によりはじかれた夾雑物が上方に移動し，処理流体に入り込んで分離効率が低下するという課題を解決することを目的とするものである。
本考案のサイクロン分離器は，高比重の夾雑物を含む混合流体から前記夾雑物を分離除去して処理流体とするものであり，
上蓋と底板を備えた円筒缶状の本体容器，前記混合流体を前記本体容器内部に導入する流入管，前記夾雑物を分離した処理流体を流出する流出管，上方ほど大口径の円錐台筒状のサイクロンエレメント，および分離した前記夾雑物を含む廃流体を排出する排出管を備え，
前記流入管は前記本体容器の円周壁面に接線方向に配設され，
前記流出管は前記本体容器の底板の外面に立設され，
前記排出管は前記本体容器の下端部壁面に接線方向に配設され，
前記サイクロンエレメントは，下端は前記流出管と同内径の筒状に形成され，前記本体容器と同軸心にて前記底板に配設するとともに前記流出管に接続されており，
前記本体容器内周面の前記流入管配設位置と前記サイクロンエレメントの上端位置との間に円環状邪魔板が立設されていることを特徴とする。
上記考案においては，さらに前記サイクロンエレメントの外周面に前記流入管配設位置と前記排出管配設位置の間に円環状下部邪魔板を立設することが好ましい。

高比重の固形の夾雑物あるいは流体と相溶しない高比重液滴の混合物が流入管より本体容器の内周面に高流速で送り込まれて回転流を形成することにより，比重差により高比重物が遠心分離して重力により下方に沈降し，排出管から流体とともに本体容器外に廃流体として排出される。夾雑物が分離された処理流体は，サイクロンエレメントの上端から内筒部に流れ込み，下端開口に連接された流出管から流出して利用に供される。

回転流には容器本体の周方向の高速の流れ成分と軸心方向の低速の流れ成分が存在する。すなわち，本体容器壁面に沿い，流入管の高さ位置を基準として，これより上方に分かれる流れと下方に向かう流れである。夾雑物の中には，流体の流れに乗って上方に流されるものもあるが，流れの回転による遠心力で本体容器内面に接触，あるいは本体容器内面に近接して処理流体の流速が低下することにより，流体より高比重であるために重力によって沈降して排出管方向に移動する。高比重夾雑物の濃度が高く，夾雑物同士の衝突によりはじかれて上方に移動した場合であっても，本体容器の内周面に立設された円環状邪魔板が上方にはじかれた夾雑物のサイクロンエレメントの上端への移動を阻止して下方へ沈降させるために分離性能が向上する。

実際に，土木工事において生じた湧水の土砂除去において使用した結果，従来よりも分離効果が向上しており，液体サイクロン分離器としての性能が従来より良好であることが確認された。

本考案のサイクロン分離器の実施形態の構成を示す半透明立体図 本考案のサイクロン分離器の流体の流れを示した半透明立体図 本考案のサイクロン分離器の別の実施形態の構成を示す半透明立体図

本発明に係るサイクロン分離器の好適な実施形態を図面により説明する。
図１は，本考案のサイクロン分離器の実施形態の構成を示す半透明立体図である。
本体容器は円筒缶筒状に形成され，その軸芯が垂直になる縦置き状に設置される。本体容器の上端側には上蓋が形成されており，容器蓋は容器本体に固定される。本体容器の上端と容器蓋の固定方法は特に限定されないが，本体容器の上端をフランジ状に構成してボルト・ナットにより固定する方法が好ましい。

本体容器の下端側には底板が配設されている。底板の本体容器下端との固定方法は特に限定されるものではなく，溶接であってもよく，本体容器下端部にフランジを形成して底板とボルト・ナットにより固定してもよい。本体容器は，好ましくは，ＳＳ４００やＳＵＳ３０４などの鋼材により製作される。
本体容器の内壁面は，ゴムライニングを施して防食や摩耗防止を行うことは好ましい態様であるが，限定されるものではなく，ゴムライニングなしでもよい。

本体容器の流入管配設位置の上部でかつサイクロンエレメントの上端より下部位置の内周面に，円環状邪魔板が立設される。
円環状邪魔板の高さは，上記の効果を奏すれば特に限定はされないが，低すぎると効果が小さく，先端とサイクロンエレメント外面との距離が流入管の内径の２倍未満の場合は流体の流れの抵抗が大きくなる。また，円環状邪魔板の厚さは，流体の流れや高比重の夾雑物の衝突によって変形しなければよく，摩耗に対する耐久性も考慮して適宜設定される。

本体容器と同軸心に円錐台筒状のサイクロンエレメントは，本体容器の内部に大口径部が上になるように逆円錐台状となるように配設され，小口径である下端は底板に固定配設されている。
サイクロンエレメントは，逆円錐台筒状であり，夾雑物が除去された処理流体は，上端から内部に流入し，下端開口から流出管に流れ込む構成となっている。
サイクロンエレメントの上端の開口の直径は，本体容器内径の８０〜５０％であることが好ましい。８０％を超える場合は，容器本体との間隔が狭くなりすぎて処理流体の流れが悪くなり，５０％未満の場合は，内部に流れ込む処理流体の量が制限される。

サイクロンエレメントの上端と上蓋の下面との間隔は処理流体が円滑に流れればよく，限定されるものではないが，流入管の内径の２倍以下で２分の１以上であることが好ましい。間隔が広すぎると本体容器の高さが高くなり，材料の無駄となる。また狭すぎると処理流体の流れに抵抗が生じる。
逆円錐台筒状のサイクロンエレメントの下端開口の内径は，処理流体が円滑に流れれば特に限定されるものではなく，流入管の内径程度であればよい。サイクロンエレメントの円錐のテーパの角度は，上記の条件を考慮して設定される。

サイクロンエレメントと底板の固定方法も特に限定されず，溶接，フランジを形成してボルト・ナットでの固定，嵌合などが例示できる。
底板の中央部にはサイクロンエレメントの下端の開口と同口径の貫通孔が形成されており，サイクロンエレメントは，下端の開口が底板の貫通孔に一致するように固定配設される。サイクロンエレメントは，本体容器と同じ金属材料で製作することができる。

流入管は，本体容器の中央部付近に，本体容器の円周壁面に対して接線方向に配設されており，高比重の夾雑物である土砂などを含む水などの混合流体が，本体容器の円筒壁面に沿う回転流（渦流）を形成するように導入可能に配設される。流入管の取り付け位置は，サイクロンエレメントの開口部の高さの中央部付近に設定されているが，正確に中央である必要はなく，円環状邪魔板が流入管配設位置よりも上部でサイクロンエレメントの上端位置よりも下部に設置できて目的とする効果が発揮できればよい。

底板の中心部外面には，貫通孔と同内径の流出管が取り付けられており，この流出管より高比重の夾雑物が除去された水などの処理流体が流出する。流出管はサイクロンエレメントの円筒部と連結されているか，円筒部と一体化され，処理流体が円滑に流れるように構成されている。流入管，流出管，排出管，サイクロンエレメントも本体容器と同じ金属材料で製作することができる。
流出管は，高比重の夾雑物が除去された処理流体が円滑に利用設備に流れればよく，流入管と同様な内径に設定することが好ましい。

本体容器の下端部には，混合流体から分離された高比重夾雑物を多く含む流体を廃流体として排出させるための排出管が設けられている。排出管は，本体容器の軸心に対して直角で円周壁面に対して接線方向に取り付けられている。排出管の取り付け方向は流入管と同様に回転流の順方向であり，かかる構成により回転流を利用して土砂などの高比重夾雑物をスムーズに排出させることができる。

排出管の内径は，流入管の内径の７０％以下で，５％以上であることが好ましい。
排出管の内径が流入管の内径の７０％を超えると排出管から夾雑物とともに排出される廃流体量が多くなり，処理流体量が減少して効率が悪くなる。排出管の内径が流入管の内径の５％未満の場合には廃流体量が少なくなり，沈降した夾雑物の排出が不十分となって本体容器の底部に蓄積され，場合によっては排出管の開口に詰まりを生じる。

高比重夾雑物は回転流の遠心力により，本体容器の内壁面側に濃縮され，重力の作用と共に，下方に向かう旋回流により旋回しながら徐々に下方向へと沈降していく。下方向へ移動した高比重夾雑物は，廃流体の旋回する流れ旋回力に乗って排出管から廃流体と共に排出される。なお，排出管には開閉弁またはバルブを配設し，夾雑物が蓄積したときに開放して排出するようにすることも好ましい態様である。この態様によれば，排出管から排出される流体量を削減することができ，処理流体の割合を高くすることができる。

図２は本考案のサイクロン分離器による混合流体からの高比重の夾雑物が効果的に分離される状態を示した半透明立体図である。
流入管からサイクロン分離器に送り込まれた混合流体は，流入管が本体容器の外面に接線方向に配設されているために内部で回転流を形成する。回転流には容器本体の周方向の高速の流れ成分と軸心方向の低速の流れ成分が形成される。すなわち，本体容器壁面に沿い，流入管の高さ位置を基準として，これより上方に分かれる流れと下方に向かう流れである。夾雑物の中には，流体の流れに乗って上方に流されるものもあるが，流れの回転による遠心力で本体容器内面に接触，あるいは本体容器内面に近接して処理流体の流速が低下することにより，流体より高比重であるために重力によって沈降して排出管方向に移動する。

高比重夾雑物の濃度が高く，夾雑物同士の衝突によりはじかれて上方に移動した場合であっても，本体容器の内周面に立設された円環状邪魔板が上方にはじかれた夾雑物のサイクロンエレメントの上端への移動を阻止して下方へ沈降させるために分離性能が向上する。円環状邪魔板は，回転流を形成する混合流体の前記の上方への流れをサイクロンエレメントのある軸心方向から下方に向かう流れを発生させる結果，衝突ではじかれて流入管から上方に移動した夾雑物を下方の排出管方向に移動させる。

図３は本考案の別の好ましい態様を示した半透明立体図であり，サイクロンエレメントの外周面には，円環状下部邪魔板が立設されている。
円環状下部邪魔板の取り付け位置は，流入管配設位置と排出管配設位置の間である。円環状下部邪魔板は，分離，沈降した土砂などの高比重夾雑物がサイクロンエレメントの外表面に沿って上昇することを抑制し，確実に排出管から高比重夾雑物を排出させる効果を奏するものである。

高比重夾雑物は本体容器の底部に設けられた排出管から排出され，高比重夾雑物が除去された水はサイクロンエレメントの外表面に沿って上昇しようとする。土砂のような高比重の夾雑物は，排出管から排出されるが，水との比重差が小さく粒径の小さな分離対象物は残っていることがあり，流体と共にサイクロンエレメントの外表面に沿って上昇していこうとする。

しかし，途中に円環状下部邪魔板がサイクロンエレメントの外周面に立設さられており，この円環状下部邪魔板の存在が夾雑物の上昇の障壁となり，サイクロンエレメントの開口部へと到達することを困難とする。これにより，より効果的に夾雑物を分離することができる。
上記説明においては，流体として水の場合を念頭に置いているが，粉塵や液滴を含む気体の場合にも同様の作用により分離が行われる。

生活用水，環境水処理，農林水産業，エネルギー，金属，船舶，石油工業の水処理機器，鉄鋼生産の圧延における冷却水からの金属くず除去などに使用でき，さらにエアーダストの除去用途にも利用可能である。

Claims (2)

1. 高比重の夾雑物を含む混合流体から前記夾雑物を分離除去して処理流体とするサイクロン分離器であり，
   上蓋と底板を備えた円筒缶状の本体容器，前記混合流体を前記本体容器内部に導入する流入管，前記夾雑物を分離した処理流体を流出する流出管，上方ほど大口径の円錐台状のサイクロンエレメント，および分離した前記夾雑物を含む廃流体を排出する排出管を備え，
   前記流入管は前記本体容器の円周壁面に接線方向に配設され，
   前記流出管は前記本体容器の前記底板の外面に立設され，
   前記排出管は前記本体容器の下端部壁面に接線方向に配設され，
   前記サイクロンエレメントは，下端は前記流出管と同内径の筒状に形成され，前記本体容器内部に同軸心にて前記底板に配設するとともに前記流出管に連接されており，
   前記本体容器内周面の前記流入管配設位置と前記サイクロンエレメントの上端位置との間に円環状邪魔板が立設されていることを特徴とするサイクロン分離器。
   
2. さらに前記サイクロンエレメントの外周面に前記流入管配設位置と前記排出管配設位置の間に円環状下部邪魔板が立設されている請求項1記載のサイクロン分離器。
   

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