JP4217759B2 - サイクロン型遠心分離装置 - Google Patents

Description

この発明は、流体に含まれる微粉末状クズ等の微細物を分離して除去するサイクロン型遠心分離装置に関するものである。

例えば、機械加工装置では、供給タンクから切削液を供給しながら切削加工が行なわれ、切削液には微粉末状の切削クズが含まれる。この微粉末状の切削クズが含まれる切削液をフィルタ装置に供給し、このフィルタ装置で切削クズを除去して切削液を供給タンクに戻している（例えば特許文献１）。

このようなフィルタ装置には、例えばフィルタ膜によって切削クズを除去したり、沈殿によって切削クズを除去するものがあるが、いずれも切削液に大量に含まれる微粉末状の切削クズを、小型の装置で短時間に確実に除去することができない等の問題がある。また、フィルタ膜が目詰まりを起こすことがあり、詰まってしまった場合まずフィルタ装置の分解作業をし、そのフィルタ膜を洗浄しなければならない。この洗浄作業や使用不能になると交換作業が発生する。また、フィルタ膜は大抵繰り返し使用すると、濾過精度は悪くなり、詰まり易くなるため、フィルタ膜の殆どが使い捨てフィルタ膜であり、コストがかかる等の問題がある。

このようなフィルタ装置に代えてサイクロン型遠心分離装置を用いると、液体導入通路から微細物を含む液体を所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路から微細物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるため、目詰まりのような問題は解消される（例えば特許文献２）。
特開２００１−１３７７４３号公報 特開平１０−２８６４９３号公報

ところで、このようなサイクロン型遠心分離装置では、渦巻きを減速させて分離された微細物を粒子捕集箱に沈降させるが、粒子捕集箱の内部では液体の流速が遅く飛散して中心付近から微細物が浮き上がる現象が生じ、効率よく微細物を粒子捕集箱に捕集することができなかった。

この発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、微細物の飛散を防止して効率よく微細物を粒子捕集箱内に捕集することが可能なサイクロン型遠心分離装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部と、
前記サイクロン部で沈降する微細物を連通孔を通して沈殿させる粒子捕集箱と、
前記粒子捕集箱の中心位置に配置した電極棒と、
前記粒子捕集箱の内壁に設けた前記電極棒と異なる極性の電極と、
前記電極棒と前記粒子捕集箱の電極にスイッチングして電圧を印加し電場を与える制御部とを有し、
前記粒子捕集箱は、
円筒状の部分と、
円筒状の部分に連続した下細りの底部とを有し、
前記電極棒と異なる極性の電極は、前記粒子捕集箱の円筒状の部分の内壁面全周に設け、
前記電極棒は、
前記粒子捕集箱の底部から前記連通孔に臨むように上方へ延び、かつ前記電極棒の下部は、屈曲して前記底部の側壁を貫通して外部へ突出させ、
前記底部の下端部に排出孔を形成し、
前記排出孔にドレンバルブを接続したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記電極棒は、上部に前記連通孔に臨む円錐状のセンターコーンを有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記制御部は、液体に含まれる微細物に応じてスイッチングのデューティ比を可変可能であることを特徴とする。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、粒子捕集箱の中心位置に配置した電極棒と、粒子捕集箱の内壁に設けた電極棒と異なる極性の電極とにスイッチングして電圧を印加し電場を与えることで、粒子捕集箱に沈降した微細物が負または正に帯電していると、スイッチングに対応して粒子捕集箱の電極または電極棒に強く引き寄せられ、粒子捕集箱の内部では微細物が浮き上がることを抑えて、効率よく微細物を粒子捕集箱に捕集することができ、所定の分離処理量や分離性能を得ることができる。また、電極棒と異なる極性の電極が、粒子捕集箱の内壁面全周に設けられ、帯電した微細物をスイッチングに対応して均等に強く引き寄せ、粒子捕集箱の内部では微細物が浮き上がることを抑えて、効率よく微細物を粒子捕集箱に捕集することができる。

請求項２に記載の発明では、電極棒は、上部に連通孔に臨む円錐状のセンターコーンを有し、渦巻きを減速させて分離された微細物が連通孔からセンターコーンに案内されて円滑に粒子捕集箱に沈降させることができ、かつ微細物の浮き上がりを抑えることができる。

請求項３に記載の発明では、液体に含まれる微細物に応じてスイッチングのデューティ比を可変可能であり、例えば微細物を含む液体の種類等に応じて電場の強さを変えることで、粒子捕集箱の内部では微細物が浮き上がることを抑えて、効率よく微細物を粒子捕集箱に捕集することができる。

以下、この発明のサイクロン型遠心分離装置の実施の形態について説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明の用語はこれに限定されない。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置は、製薬、化学、食品、飲料の原料他の微細物の濾過に、また自動車、工作機、加工業の切削粉等の微細物の回収に、また各工場、水処理等の循環水、排水の濾過に、また半導体、バイオ等の不純物等の微細物の除去に、また洗浄水、溶剤等の異物である微細物の除去等に使用され、液体に含まれる微細物を分離除去するものに広く使用される。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置の一例を、図１及び図２に示す。図１はサイクロン型遠心分離装置の断面図、図２はサイクロン型遠心分離装置の平面図である。

この実施の形態では、工作機、加工業の切削粉等の微細物の回収に用いる場合について説明する。この実施の形態では、液体に含まれる微粉末状クズの微細物を除去する場合について用いているが、微細物であればよく、微粉末状クズに限定されない。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、鉛直方向にサイクロン部２と粒子捕集箱３とを有する。サイクロン部２は、樹脂等の絶縁体、あるいはＳＵＳ等の導体金属で形成される。このサイクロン部２の上部には、軸芯に液体流出通路４を有し、軸芯から偏位した位置に液体導入通路５を有する。液体流出通路４は、サイクロン部２の上部を貫通した管体６により形成され、液体導入通路５は、サイクロン部２の上部に一体成形した管体７により形成される。

サイクロン部２は、テーパ部２ａ１を有し、このテーパ部２ａ１は連通孔８を介して粒子捕集箱３に連通している。このサイクロン部２で液体導入通路５から微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて液体流出通路４から微細物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させる。

このサイクロン部２で沈降する分離された微細物は、連通孔８を通して粒子捕集箱３に落下して溜る。粒子捕集箱３は、下部の排出孔３ａにドレンバルブ９が接続され、このドレンバルブ９によって粒子捕集箱３に溜る微細物のドレンが排出される。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、粒子捕集箱３の中心位置に電極棒１０を配置し、この電極棒１０は粒子捕集箱３の底部３ｂから連通孔８に臨むように上方へ延びている。この電極棒１０は、上部に連通孔８に臨む円錐状のセンターコーン１０ａを有する。

粒子捕集箱３の内壁面全周には、電極棒１０と異なる極性の電極１１が設けられている。この電極１１は、粒子捕集箱３の底部３ｂから上部までの内壁面全周に設けられている。

この粒子捕集箱３の中心位置に配置した電極棒１０と、粒子捕集箱３の内壁面全周に設けた電極１１とには、電源１２と制御部１３が接続されている。制御部１３は、電極棒１０と粒子捕集箱３の電極１１に電源１２をＯＮとＯＦＦし、このようにスイッチングして電圧を印加し電場を与える。この制御部１３は、液体に含まれる微細物に応じてスイッチングのデューティ比を可変可能である。

このように、粒子捕集箱３の中心位置に配置した電極棒１０と、粒子捕集箱３に設けた電極棒１０と異なる極性の電極１１とにスイッチングして電圧を印加し電場を与えることで、渦巻きを減速させて分離された負または正に帯電した微細物９０がスイッチングに対応して電極１１に強く引き寄せられ、粒子捕集箱３に迅速かつ確実に沈降させることができる。しかも、粒子捕集箱３の内部では微細物９０が浮き上がることを抑えて、効率よく微細物９０を粒子捕集箱３に捕集することができ、所定の分離処理量や分離性能を得ることができる。

また、電極棒１０は、上部に連通孔８に臨む円錐状のセンターコーン１０ａを有し、渦巻きを減速させて分離された微細物９０が連通孔８からセンターコーン１０ａに案内されて円滑に粒子捕集箱３に沈降させることができ、かつ微細物９０の浮き上がりを抑えることができる。

また、電極棒１０と異なる極性の電極１１が、粒子捕集箱３の内壁面全周に設けられ、帯電した微細物９０がスイッチングに対応して均等に強く引き寄せられ、粒子捕集箱３に迅速かつ確実に沈降させることができる。

また、制御部１３では、液体に含まれる微細物９０に応じてＯＮとＯＦＦのスイッチングのデューティ比を可変可能であり、例えば微細物９０を含む液体の種類等に応じて電場の強さを変えることで、粒子捕集箱３の内部では微細物９０に応じて浮き上がることを抑え、効率よく微細物９０を粒子捕集箱３に捕集することができ、所定の分離処理量や分離性能を得ることができる。

この実施の形態では、スイッチングする機構は、電極棒１０に負の電圧を印加し、粒子捕集箱３の内壁面全周の電極１１に正の電圧を印加しているが、制御部１３で電源１２の極性を変えて中心の電極棒１０に正の電圧を印加し、粒子捕集箱３の内壁面全周の電極１１に負の電圧を印加してもよい。例えば、微細物がシリカの場合は、シリカが正に帯電しているために中心の電極棒１０に負の電圧を印加し、シリカ以外では、粒子が正に帯電している場合もあるために、中心の電極棒１０に正の電圧を印加する。

次に、他の実施の形態のサイクロン型遠心分離装置の一例を、図３に示す。図３はサイクロン型遠心分離装置の断面図である。この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、図１及び図２の実施の形態と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。

この実施の形態のサイクロン型遠心分離装置１は、サイクロン部２が、上下２段のテーパ部２ａ１，２ａ２を有し、下部のテーパ部２ａ２は連通孔８を介して粒子捕集箱３に連通している。この実施の形態では、粒子捕集箱３の上部３ｃがサイクロン部２の下部２ｂに螺着して挿着されている。粒子捕集箱３の下部３ｄには底蓋２０が螺着され、底蓋２０に排出孔２０ａが形成され、この排出孔２０ａにドレンバルブ９が接続されている。

この底蓋２０には、電極棒１０が立設され、粒子捕集箱３の内壁面全周には電極１１が設けられ、粒子捕集箱３の中心位置に配置した電極棒１０と、粒子捕集箱３の内壁面全周に設けた電極１１とには、電源１２と制御部１３が接続されている。制御部１３は、電極棒１０と粒子捕集箱３の電極１１に電源１２をＯＮとＯＦＦし、このようにスイッチングして電圧を印加し電場を与える。この制御部１３は、液体に含まれる微細物に応じてスイッチングのデューティ比を可変可能である。
［実施例］
図１及び図２のサイクロン型遠心分離装置を用い、微細物を含む液体は、シリカ粒子を含むイオン交換水の分散媒を試料として用いた。試料粉体のシリカ粒子の分離効率を測定した。

この結果を図４及び図５に示した。

図４に示す測定条件は、以下の通りである。

粒子捕集箱長さ：１０ｃｍ
分散媒の流量Ｑ：３００ｌ／ｈ
ブローダウンＢｕ：０．０（−）
分散媒の濃度Ｃｐ：０．２ｗｔ％
分散媒：０．０ｗｔ％イオン交換水
試料粉体：シリカ粒子
電場印加：５０Ｖｏｌｔ
入り側と出側の圧力差△Ｐ：０．２３Ｍｐａ
分散媒：イオン交換水
分散媒の温度Ｔ：３４℃
図４に示す測定結果では、電極棒と粒子捕集箱の電極に電圧を印加しない場合より、電極棒に負の電圧を、粒子捕集箱の内壁面全周の電極に正の電圧をスイッチングして印加した場合、また中心の電極棒に正の電圧を、粒子捕集箱の内壁面全周の電極に負の電圧をスイッチングして印加した場合ともに、分離効率が向上した。

図５に示す測定条件は、以下の通りである。

粒子捕集箱長さ：１０ｃｍ
分散媒の流量Ｑ：４２０ｌ／ｈ
ブローダウンＢｕ：０．０（−）
分散媒の濃度Ｃｐ：０．２ｗｔ％
分散媒：０．０ｗｔ％イオン交換水
試料粉体：シリカ粒子
電場印加：５０Ｖｏｌｔ
入り側と出側の圧力差△Ｐ：０．５２Ｍｐａ
分散媒：イオン交換水
分散媒の温度Ｔ：３４℃
図５に示す測定結果では、電極棒と粒子捕集箱の電極に電圧を印加しない場合より、電極棒に負の電圧を、粒子捕集箱の内壁面全周の電極に正の電圧をスイッチングして印加した場合、また中心の電極棒に正の電圧を、粒子捕集箱の内壁面全周の電極に負の電圧をスイッチングして印加した場合ともに、分離効率が向上した。

このサイクロン型遠心分離装置は、製薬、化学、食品、飲料の原料他の微細物の濾過に、また自動車、工作機、加工業の切削粉等の微細物の回収に、また各工場、水処理等の循環水、排水の濾過に、また半導体、バイオ等の不純物等の微細物の除去に、また洗浄水、溶剤等の異物である微細物の除去等に使用され、液体に含まれる微細物を分離除去するものに広く使用される。

サイクロン型遠心分離装置の断面図である。 サイクロン型遠心分離装置の平面図である。 他の実施の形態のサイクロン型遠心分離装置の断面図である。 電場のスイッチング効果を示す図である。 電場のスイッチング効果を示す図である。

符号の説明

１ サイクロン型遠心分離装置
２ サイクロン部
４ 液体流出通路
５ 液体導入通路
１０ 電極棒
１１ 電極

Claims (3)

1. 微細物を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で微細物を外側へ移動させて微細物を分離した流体を排出し、前記渦巻きを減速させて分離された微細物を沈降させるサイクロン部と、
   前記サイクロン部で沈降する微細物を連通孔を通して沈殿させる粒子捕集箱と、
   前記粒子捕集箱の中心位置に配置した電極棒と、
   前記粒子捕集箱の内壁に設けた前記電極棒と異なる極性の電極と、
   前記電極棒と前記粒子捕集箱の電極にスイッチングして電圧を印加し電場を与える制御部とを有し、
   前記粒子捕集箱は、
   円筒状の部分と、
   円筒状の部分に連続した下細りの底部とを有し、
   前記電極棒と異なる極性の電極は、前記粒子捕集箱の円筒状の部分の内壁面全周に設け、
   前記電極棒は、
   前記粒子捕集箱の底部から前記連通孔に臨むように上方へ延び、かつ前記電極棒の下部は、屈曲して前記底部の側壁を貫通して外部へ突出させ、
   前記底部の下端部に排出孔を形成し、
   前記排出孔にドレンバルブを接続したことを特徴とするサイクロン型遠心分離装置。
2. 前記電極棒は、上部に前記連通孔に臨む円錐状のセンターコーンを有することを特徴とする請求項１に記載のサイクロン型遠心分離装置。
3. 前記制御部は、液体に含まれる微細物に応じてスイッチングのデューティ比を可変可能であることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン型遠心分離装置。

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