JP4383073B2

JP4383073B2 - サイクロン型気流応用分離装置

Info

Publication number: JP4383073B2
Application number: JP2003078530A
Authority: JP
Inventors: 圭三河野; 卓治茂木
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004283720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクロン型気流応用分離装置に関し、特に粉体や各種の軽量異物類を多数含有する粉粒体からサイクロン式分離方式で、これら軽量異物等を効率的に分離除去し粒状体として回収処理するのに好適な、サイクロン型気流応用分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒度分布の広い粉粒体を粗粒分と微粒粉に分級したり、粉塵含有気体から粉塵を捕集する方法としてサイクロン式分離方法が知られている。サイクロン式分離方法とは、粉粒体や粉塵を含有する気体を旋回させて気体から粉粒体等をその遠心力で分離する方法である。かかる分離方法に使用されるサイクロン分離装置の基本構造としては、図４に示すように、垂直な円筒状の外筒部１とその下端部に同心状に接続された垂直な逆円錐部２とを有し、外筒部１の上部壁面には粉粒体含有気流の接線方向流入管３が、上部蓋中央部には内部へ垂設された気流排出管４が、また逆円錐部の下端部にはホッパー６へ連結される分級粒状体の排出口５が設けられた極めて簡単な構造からなる。
【０００３】
通常は粉粒体等を含む気流が接線方向の流入管３から外筒部１に接線方向に流入され、その勢いで内部に旋回気流ａが発生し、該旋回気流ａにより粉粒体は遠心力作用で外壁に向かって集まり、粒径の大きいものや密度の大きいものは重力で気流より沈降分離しつつ逆円錐部の外壁に沿って下降して下部排出口５からホッパー又はダストボックス６等に分離収容される。一方、密度の小さいものや浮遊し易い微粉体等は気流と共に中央部から上昇流ｂとなって排出管４から外部へ排出され、必要に応じて外部のフイルター等で微粉体を回収し、ブロワーで吸引して大気放散される。かかるサイクロン分離装置は、目的に応じて内部の基本構造に若干の改良工夫を加えることが種々提案されている。
【０００４】
例えば、掃除機等のように粉塵の捕集率を高める目的として、気流排出管の下端部を径の大きい円板で遮蔽し、排出管周壁に多数の貫通孔を設けたストレーナとすることで微細な粉塵が気流とともに排出管から排出されるのを防止すること（特許文献１参照）や、気流排出管の下部軸線上にクロスブレードや、メッシュ形態の円筒形等の層流化手段を備えて排出管入口での圧力損失を低減させることで集塵効率の低下を防止すること（特許文献２参照）等が提案されている。また、所定の粒径範囲で分布する粉粒体の分級点を変更可能とする目的として、空気流の吹込み先端の断面積を可変構造としたり、気流排出管を上下可動式としたり、さらに逆円錐台形状の胴筒を段付き構造とすること（特許文献３参照）や、粗粉が排出口から排出される際の気流の乱れで粗粉が微粉側に混入するの防止するために粗粉排出口の下方に円錐形状の内側ガイドと外側ガイドを設けて円環状の粗粉排出路を長く形成させること（特許文献４参照）等が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２９０７２４号
【特許文献２】
特表２００２−５４１９５７号公報
【特許文献３】
特開平８−２６６９３８号公報
【特許文献４】
特開２００１−１７９１３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる改良方式等は、粒子径が１ｍｍ以下μｍレベルまでの粒径範囲が広く分布する粉体材料の分級処理や、粉塵含有気体からの集塵処理等の目的にはかなりの効果が得られるが、粒子径が１０ｍｍ以下と比較的大きい破砕粒状体等からの軽量異物類を多数含有するものの分級処理の場合には、上記した従来の基本構造方式のサイクロン分離装置や上記の改良方式では分離除去率は低く限られたものとなる。この理由としては破砕粒状体等の粒子径が大きくなるほど、同伴される軽量異物類の粒子径も大きくなり、且つ沈降途中の粒状体から中央部の上昇気流帯域への浮遊分離作用が低下するためと考えられる。従って、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、粒子径の比較的大きい粉粒体等に同伴される軽量異物類を効率よく分離除去できるサイクロン分離装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討の結果、円筒部内で遠心降下する粒状体含有気流を、中央に開口部を有する仕切り板によって気流排出管の先端開口の下部空間部へ急激に流速を高めた渦流として集合させることによって、固形分からの軽量異物類の分離機能が促進され上昇流による浮遊分離効率が高まることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明のサイクロン型気流応用分離装置は、垂直な円筒状の外筒部とその下端部に同心状に接続された垂直な逆円錐部とを有し、外筒部の上部壁面には粉粒体含有気流の接線方向流入管が、上蓋中央部には内部へ垂設された気流排出管が、また逆円錐部の下端部には分級された粒状体の排出口が設けられたサイクロン分級装置において、上記気流排出管の先端開口部より下方の分級器内に、円筒部と同一軸心上の中央部に上記気流排出管の先端開口面積より小さい開口部を有する仕切り板を設置して、粉粒体含有気流を該仕切り板により円筒部の中心部へ流速を高めて集合させるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
かかる本発明によれば、外筒部内で遠心降下する粒状固形分含有気流が、仕切り板の中央開口部と気流排出管の先端開口部の絞られた間隙空間部へ急激に流速が高められた乱流（渦流）となって集合される結果、粒状固形分に同伴される軽量異物類の浮遊分離機能が促進されると同時に近接された気流排出管開口内への上昇流で直ちに排出されることで粒状固形分からの軽量異物類の分級効率を高めることができる。
【００１０】
上記本発明の好ましい実施形態としては、気流排出管の先端開口部と仕切り板との離間距離は、両者で形成される垂直空間部への粉粒体含有気流の流入断面積が円筒部内での環状空間断面積の３２％以下に絞るように設定されている。
これによって粒状固形分含有気流の外筒部１内での遠心降下速度よりも、気流排出管の先端開口部付近への合流速度が早くなり、気流排出管の先端開口部の絞られた円筒空間部へ急激に流速が高められた乱流（渦流）となって集合される結果、粒状固形分に同伴される軽量異物類の浮遊分離機能が強化されると同時に近接された気流排出管開口内へ直ちに排出される点で望ましい。
【００１１】
また上記本発明の好ましい実施形態としては、仕切り板の中央開口部の下部には、粒状体の通過に支障のないメッシュ寸法を有する金網を１層以上設ける。
これによって、仕切り板の中央開口部を通過し降下する粒状固形分が金網に衝突し、気流と共に相互に跳ねるなどの挙動を経つつ下部排出口へ落下されることで、粒状体に部分付着していた軽量異物類等の強制分離と浮遊分離効率を更に高めることができる。
【００１２】
さらに、上記本発明の好ましい実施形態としては、仕切り板より下方部における分級器内の側壁部から、一端部がエアー源に連通される配管の先端部を突設させ、該配管先端部には上記仕切り板の中央開口部に向けて上向き噴射可能なエアー噴射ノズルが設けられている。
これによって、仕切り板の中央開口部から降下する粒状固形分が、上向きエアー噴射によって更に攪拌洗浄され、同時に気流排出管内での排出流速が高められることで、同伴されている軽量異物類の浮遊分級効率がさらに上昇する。
【００１３】
上記本発明のサイクロン型気流応用分離装置は、特に廃棄プラスチック類を再生樹脂として回収処理するために粒子径が１０ｍｍ以下に破砕処理し、且つ劣化表面層の剥離処理等を主目的に乾式洗浄処理した後の軽量異物類を多数含有するプラスチック破砕粒状体をホッパー貯蔵槽ヘ気流搬送する工程中に軽量異物類を分級処理するのに好適に使用される。この場合、廃棄プラスチック類の劣化表面層や軽量異物類を完全に分離して得られる再生樹脂は、物性強度の低下が抑えられることで種々の分野のマテリアルリサイクル用の樹脂成形素材として再使用するのに有用である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明のサイクロン型気流応用分離装置の一例を示す概略の縦断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ’断面図である。ここで、本発明のサイクロン型気流応用分離装置は垂直な外筒部１とその下端部に同心状に接続された垂直な逆円錐部２とを有し、外筒部１の上部壁面には粉粒体含有気流の接線方向流入管３が、上部蓋中央部には内部へ垂設された気流排出管４が、また逆円錐部の下端部には分級された粒状体のホッパー６等への排出口５が設けられた点で、図４で説明した従来の基本構造とは同じである。しかし、本発明では特に上記気流排出管４の先端開口部７より下方の分級器内に、外筒部１と同一軸心上の中央部に上記気流排出管４の先端開口部７の面積と同一若しくはこれより小さい面積からなる開口部８を粒状体の降下用として有する仕切り板９を設置しているものである。
【００１５】
また、仕切り板９は、外筒部１の下流付近の内壁部に適宜フランジに挟んで取付けられるが、図３に詳細を示すように、気流排出管４の先端開口部７と該仕切り板９との離間距離Ｃは、気流排出管の先端開口部外周から仕切り板までの垂直間に形成される仮想円筒空間部の外周面積Ｂ（二次流路断面積）が外筒部１の内壁と気流排出管４の外壁間で形成される環状断面積Ａ（一次流路断面積）の５０％以下に小さく絞り込むように設定される。好ましくはＢ＝０．５Ａ〜０．１Ａとなるように絞り込んで設置される。これによって粒状固形分含有気流の外筒部１内での遠心降下速度よりも、気流排出管４の先端開口部付近への合流速度が早くなり、気流排出管の先端開口部の絞られた間隙空間部へ急激に流速が高められた乱流（渦流）となって粒状固形分全体が集合される結果、粒状固形分に同伴される軽量異物類の浮遊分離機能が強化されると同時に近接された気流排出管４の開口内へ直ちに上昇流に同伴されて排出される。
【００１６】
さらに本発明では、仕切り板９の中央開口部８又はその下部には、粒状体の通過に支障のないメッシュ寸法（１メッシュ又は２メッシュ程度）を有する金網１０を少なくとも１〜３層設けることが望ましい。
なお中央開口部８の面積は、気流排出管４の断面積に対して、軽量異物等を気流排出管４を通じて分離除去するためには、小さくした方が良い。但し、中央開口部８の面積を余り小さくし過ぎると、投入される製品カレットの量に対して落下面積が不足し分離機能を損ねる結果となるので、メッシュ寸法や離間距離Ｃ等にも依存するが概ね、７０〜８８％の範囲にする。
また、仕切り板９より下方部における分級器内の側壁部から、一端部がエアー源に連通される配管１１の先端部を突設させ、該配管先端部には上記仕切り板９の中央開口部８及び金網１０に向けて上向き噴射可能なエアー噴射ノズル１２が設けられる。
【００１７】
本発明のサイクロン型気流応用分離装置で好適に処理されるものとしては、限定するものではないが、特に廃棄プラスチック類を再生樹脂として回収処理するために粒子径を１０ｍｍ以下に破砕処理し、且つ劣化表面層の剥離を主目的にした乾式洗浄処理した後の紙片等の軽量異物類を多数含有するプラスチック破砕粒状体を気流搬送流として貯蔵ホッパーヘ搬送する工程中に軽量異物類を分級処理するのに好適に使用される。
ここで廃棄プラスチック類としては、容器類や家電製品廃棄物、情報機器廃棄物など多岐に亘り、例えばテレビキャビネット、パソコンボディ、ディスプレー筐体、複写機に使用筐体等の難燃化プラスチックで成形された筐体類や、該筐体の一部例えばテレビのバックカバー等の部材が挙げられる。
【００１８】
かかる廃棄プラスチック類を再生樹脂として回収処理する方法は特に限定されないが、例えばテレビのバックカバーに使用された難燃性の廃プラスチック等を再生処理し、各種の家電製品に再使用できるマテリアルリサイクル可能な再生コンパウンド（製品カレット樹脂）を得るには、物性値等の品質保証上のクリアすべき問題が多々ある。ここで再生処理の一例を挙げれば（１）廃プラスチックを樹脂種別に選別する選別工程、（２）破砕・粉砕処理と金属異物類の除去処理工程、（３）乾式洗浄処理による表面付着物や劣化層等の研削除去処理工程、（４）軽量異物類を分離除去して所定量のロットとして一時貯蔵する工程、（５）品質管理工程、（６）調合工程、（７）製品カレットとしての包装出荷工程、等を経て家電製品等の成形工程に搬入し使用される。
【００１９】
特に上記の（３）乾式洗浄処理による表面付着物や劣化層等の研削除去処理された粉砕品の粒子径は、適宜調合されるバージン樹脂ペレット（粒子径３ｍｍ）との関係上、好ましくは１０ｍｍ以下に調整される。かかる研削除去処理された粉砕粒状体中には、嵩比重の小さいもの（表面研削された粉砕微粉を含む）、紙やテープ類（シール、ヒメロンテープ、フイルム状又は繊維毛玉等）の軽量異物等が多数含まれており、かかる軽量異物等は、物性値の品質保証上可能な限り分離除去することが望まれる。本発明のサイクロン型気流応用分離装置は、かかる表面処理された粉砕粒状体から軽量異物等を除去するのに好適に使用することができるが、かかる用途のみに限定されず、その他の粉粒体の分級処理にも勿論使用することができる。
【００２０】
【実施例】
次に実施例により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２１】
実施例１〜２と比較例１
テレビのバックカバーを主体とした廃棄プラスチック類を樹脂種別に選別し、２００ｍｍ以下に一次破砕処理し、金属異物を除去した後で、更に粒子径が１０ｍｍ以下に二次破砕処理し、次いでエアーブロアーによる乾式洗浄機（クリーンセパレーター装置；アイン・エンジニアリング社製）で粒子に付着した異物や表面劣化層の研削（除去）処理と同時にメッシュ篩により２ｍｍ以下のダストを除去処理した残りの合成紙片、ヒメロン、その他の異物混入材料が、サイクロン型気流応用分離装置ヘ気流搬送されホッパー貯蔵槽に貯蔵される。
ここでサイクロン型気流応用分離装置は、改造前が図４に示したような外筒部１の内径５００ｍｍ×高さ５００ｍｍ、逆円錐部２の排出口５までの高さ１０００ｍｍ、排出管４の内径２５０ｍｍφ×垂下部の長さ５００ｍｍからなるものである。また本発明に係る同サイクロン型気流応用分離装置の改造後が、図１に示すように排出管４の先端開口部より下部には、所定の離間距離Ｃに、先端開口部よりも小さい開口部８を有する仕切り板９を設けたものである。また、開口部８の下部には２メッシュの金網１〜３枚を設置し、且つ逆円錐部２の中間付近から仕切り板の開口部８へ吹き付けるエアー噴射ノズルを設けたものである。
【００２２】
先ず、改造前のサイクロン型気流応用分離装置にて上記した異物混入材料を含む気流が接線方向の流入管３から外筒部１に接線方向に６〜７Ｎｍ³／ｍｉｎの割合で流入して軽量異物類を分級処理した結果、逆円錐部２の下部排出口から得られた粉粒体中には、かなりな量の軽量異物類の混入が認められ、家電製品に再使用できるマテリアルリサイクル可能な再生コンパウンド（製品カレット樹脂）としては物性低下の面で不適であることがわかった。
そこで、上記の如き改造前後における軽量異物類の除去効果を詳細に確認するために、上記した異物混入材料約２０ｋｇに一辺５ｍｍ×５ｍｍに切断した色付きの紙片を５０片混合し、サイクロン型気流応用分離装置へバッチ空気輸送して分級処理し、排気側に設けた捕集ネットで捕集される色付き紙片の数を求めて、この数が多いほど軽量異物類の除去効果があると評価した。
【００２３】
なお、前述した図１と２において、参考として気流に搬送されて流入する軽量異物類を、○（洗浄済みカレット）、△（小さな樹脂片）、□（紙片）、その他（樹脂微粉）等の順に重いものから軽いもので表わして、これら混合粒子体の流入から分級までの状況を示している。仕切板の設置効果を確認するために、仕切板の開口部の径１７５ｍｍφで気流排出管の先端開口からの離間寸法が３０ｍｍで、且つ下部からのエアー噴射量０．３Ｎｍ³／ｍｉｎにて評価した結果を下記に表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例３
気流搬送風量一定下で、気流排出管の先端部から仕切板（中央開口部径１７５ｍｍφ）までの離間距離だけを変更して、固形分含有気流の流入断面積を変更した結果を下記表２に示す。
【表２】

【００２６】
実施例４
気流搬送風量一定下（６〜７Ｎｍ³／ｍｉｎ）で、且つ気流排出管の先端部から仕切板までの離間距離３０ｍｍ、金網仕様は２メッシュの一定下で、仕切板の開口部径（ｍｍφ）だけを変更した結果を下記表３に示す。
【表３】

【００２７】
実施例５
上記の実施例２おいて、下部からのエアー噴射量を１．０Ｎｍ³／ｍｉｎ品に変更した結果、捕集される紙片の数は４０枚であったが、製品カレット及び微紛の分離、排出量が多くなり歩留まりが悪化した。従って下部からのエアー噴射には適宜歩留まりを考慮して選択使用する必要があることが分かった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、サイクロン分級装置の気流排出管の先端開口部より下方の分級器内に、円筒部と同一軸心上の中央部に上記気流排出管の先端開口面積より小さい開口部を有する仕切り板を設置していることで、粒状体含有気流が該仕切り板により円筒部の中心部へ流速を高めて集合し、粒状固形分に同伴される軽量異物類の浮遊分離機能が促進されると同時に近接された気流排出管開口内への上昇流で直ちに排出されることで粒状固形分からの軽量異物類の分級効率を高めることができる。特に本発明のサイクロン分級装置は、廃棄プラスチック類を再生樹脂として回収処理する際のプラスチック破砕粒状体に含有される軽量異物類を分級処理するのに実用上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサイクロン型気流応用分離装置の一例を示す概略の縦断面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ’による平面断面図である。
【図３】本発明のサイクロン型気流応用分離装置の一例について、環状断面積Ａ、外周面積Ｂ、離間距離Ｃを示す斜視図である。
【図４】従来のサイクロン分離装置の一例を示す概略の縦断面図である。
【符号の説明】
１外筒部
２逆円錐部
３接線方向流入管
４気流排出管
５材料排出口
６ホッパー
７気流排出管の先端開口部
８中央開口部
９仕切り板
１０金網
１１エアー配管
１２エアー噴射ノズル

Claims

垂直な円筒状の外筒部とその下端部に同心状に接続された垂直な逆円錐部とを有し、外筒部の上部壁面には粉粒体含有気流の接線方向流入管が、上蓋中央部には内部へ垂設された気流排出管が、また逆円錐部の下端部には分級された粒状体の排出口が設けられたサイクロン分級装置において、
上記気流排出管の先端開口部より下方の分級器内に、外筒部と同一軸心上の中央部に上記気流排出管の先端開口面積より小さい開口部を有する仕切り板を設置して、粉粒体含有気流を該仕切り板により円筒部の中心部へ流速を高めて集合させるようにし、
上記仕切り板の中央開口部面積が、気流排出管の断面積に対して、７０〜８８％の範囲に設定され、
上記仕切り板の中央開口部には、粒状体の通過に支障のないメッシュ寸法を有する金網を１層以上設けてなることを特徴とするサイクロン型気流応用分離装置。
上記気流排出管の先端開口部と仕切り板との離間距離は、両者で形成される垂直空間部への粉粒体含有気流の流入断面積が外筒部内での環状空間断面積の３２％以下に絞るように設定されていることを特徴とする請求項１記載のサイクロン型気流応用分離装置。
仕切り板より下方部における分級器内の側壁部から、一端部がエアー源に連通される配管の先端部を突設させ、該配管先端部には上記仕切り板の中央開口部に向けて上向き噴射可能なエアー噴射ノズルが設けられている請求項１又は２に記載のサイクロン型気流応用分離装置。
廃棄プラスチック類を再生樹脂として回収処理するために粒子径が10ｍｍ以下に破砕処理し、且つ劣化表面層の剥離処理等を主目的に乾式洗浄処理した後の軽量異物類を多数含有するプラスチック破砕粒状体をホッパー貯蔵槽ヘ気流搬送する工程中に軽量異物類を分級処理するのに使用される請求項１〜３の何れかの項に記載のサイクロン型気流応用分離装置。