JP4605707B2 - フィルター分離機 - Google Patents

Description

本発明は、紙片などの紙片状体と気体となる気体とを分離するためのフィルター分離機に関する。特にフィルターを立体的に配置することで、分離機を巨大化させることなくフィルター孔の合計面積を大きくし、大風量であっても紙片状体がフィルターに目詰まりしないフィルター分離機に関する。

オフィスなどから排出されシュレッダーで裁断された紙片、及びコンピュータから排出される伝票などのマージン部分の紙片を処理する際、空気輸送による処理方法が用いられている。

図１に空気輸送による紙片処理装置の全体構成を示す。シュレッダー（０１００）により裁断された紙片は、風圧により配管（０１０１）内部を移動しカッターブロワー（０１０２）により２０〜１００ｍｍの長さに細分化される。細分化された紙片は紙片分離機（０１０３）により空気と紙片に分離され、分離された紙片はプレス機（０１０４）内部の圧縮プレス室（０１０６）に収容される。収容された紙片は油圧シリンダー（０１０７）により圧縮され、圧縮紙片ブロックとなりコンテナ（０１０５）に詰め込まれる。一方分離された空気は残留する粉塵をバグフィルタ（０１０９）で除去してダストボックス（０１１０）に回収される。バグフィルタ（０１０９）の先には吸引切替ダンパがあり、ここで吸引することにより、紙片分離機に対して混合流体の流れを生じさせる。空気輸送による処理方法は、従来の方法に比べ迅速かつ安全であること、塵が飛散することがなくクリーンな作業環境が得られること、紙片を固形化するため容量を軽減することができ、かつ発塵のおそれがないなどの利点がある。

従来より紙片分離機（０１０３）は、遠心分離式のサイクロンセパレーターまたは通気集塵方式のフィルターが、単独または連結して使用されている（特許文献１）。サイクロンセパレーターは、空気と紙片とを含む混合流体を気流の流れで回転させ、空気より比重の大きい物質を回収する装置である。一方通気集塵方式のフィルターは、空気と紙片とを含む混合流体の通過経路上にフィルターを設置し、フィルター孔より小さい粒子を分離して回収する装置である。ここで、通気集塵方式のフィルターに流す混合流体の流量をQ（ｍ^３／ｓ）、フィルター孔の合計面積をＡ（ｍ^２）、フィルター通過部分での混合流体の平均流速をｖ（ｍ／ｓ）とすると、理論的にはこれらの関係は以下の数式１のように表される。

特開平１１−５７３７０

遠心分離方式のサイクロンは、分離機に入る空気の流量が大きくなるに従い装置を巨大化させる必要がある。そのため分離機は高さが６ｍ以上になるものが多く、通常の施設には設置できないという問題がある。一方で風量を落とすと単位時間あたりの紙片処理量が減り、処理が遅くなる。また通気集塵方式のフィルターの場合は、大風量になると風圧のため紙片がフィルターに詰まり、詰まった紙片により流量を増やすことができず、分離効果が低下するという問題がある。数式１より、混合流体の平均流速ｖを一定にしたとき、混合流体の流量Ｑはフィルター孔の合計面積Ａに比例する。したがって、混合流体の流速を落とすことなく流量を増やすためには、フィルター孔の合計面積を大きくする必要があるため、この場合も装置が巨大化し、通常の施設には設置できなくなる。

上記課題を解決するため、本発明は２種類のフィルターを立体的に組み合わせたフィルター分離機を提供する。すなわち第一の発明は、気体と紙片状体とが混合した混合流体の流速を制止するように設けられる紙片状体分離のための第一フィルターと、前記第一フィルターによって偏向される混合流体の上昇流から紙片状体分離するための第二フィルターとを有するフィルター分離機に関する。第二の発明は、第一の発明に基づき、前記第一フィルターは、フィルターを混合流体の進行側と、左右側とに設けたボックス状フィルターであり、前記第二フィルターは、前記ボックス状の第一フィルターによって偏向され、そのボックス状フィルターの下面から下降流出後、上昇する混合流体の上昇流路に設けられたフィルター分離機に関する。第三の発明は、第一及び第二の発明に基づき、前記紙片状体が紙片である、フィルター分離機に関する。第四の発明は、第一から第三の発明に基づき、前記第一フィルター及び前記第二フィルターがパンチングメタルであるフィルター分離機に関する。第五の発明は、気体と紙片状体とが混合した混合流体の流速方向を偏向し、かつ気体と紙片状体とを分離する第一分離ステップと、前記第一分離ステップによって偏向される混合流体の上昇流から紙片状体を分離するための第二分離ステップとを有するフィルター分離方法に関する。

本発明を用いることにより、分離機を巨大化させることなく、大流量を流すことができ、処理速度を速めることができる。遠心分離式のサイクロンセパレーターに比べ小型の分離機を用いることで、ビルなどの通常の施設にも設置することが可能となる。

以下に本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

実施形態１は主に請求項１、３及び５について説明する。実施形態２は主に請求項２について説明する。実施形態３は主に請求項４について説明する。

<実施形態１：概念>
図２に、本実施形態のフィルター分離機の概略図を示す。本実施形態のフィルター分離機は、二のフィルターが立体的に組み合わせられている。これらのフィルターによって、紙片状体と気体とが混合した混合流体のうち、気体はフィルターを通り抜け、紙片状体はフィルターに当たって重力により下に落下する。本実施形態は、二のフィルターが単に立体的に組み合わされているだけでなく、二のフィルターがそれぞれ異なった流路上に設けられていることに特徴がある。フィルターをこのように組み合わせることで、フィルターを平面的に配置したときよりも、フィルターを通過する混合流体の流量を増やすことができる。したがって、フィルター分離機を大きくすることなく、かつフィルター通過部分での流速を速めることなく、フィルターを通過する混合流体の流量を増やすことができる。

<実施形態１：構成>
図３に本実施形態のフィルター分離機の概略を断面図により示す。本実施形態のフィルター分離機（０３００）は、第一フィルター（０３０１）と第二フィルター（０３０２）とから構成される。

第一フィルター（０３０１）は、気体（０３０３）と紙片状体（０３０４）とが混合した混合流体（０３０５）の流速を制止するように設けられた紙片状体分離のためのフィルターである。紙片状体（０３０４）とは、風によって舞い上がる性質を有する固体物質である。紙片状体は、例えば紙片であるが、紙片状であれば金属など材質は問わない。紙片とは、オフィスなどから排出されシュレッダーで裁断された紙片、及びコンピュータから排出される伝票などのマージン部分の紙片、ダンボール屑、紙製品の抜き屑、スリット屑、製本屑などである。

気体（０３０３）とは、紙片状体（０３０４）を流すための気体である。具体的には、空気、アルゴンガス、窒素ガスなどが挙げられるが、大量に処理を行うためには安価な空気が最も好ましい。ただし、紙片状体（０３０４）が燃えやすい性質のもので、かつ高温で処理する場合などは、アルゴンガスや窒素ガスなどを使用する場合もある。気体（０３０３）は気体以外の物質（液体、固体など）を含んでいても構わない。例えば、フィルターによって分離することのできない塵埃、紙片状体（０３０４）や配管などに付着している油などが気体（０３０３）に含まれていても良い。

紙片状体分離とは、紙片状体（０３０４）と気体（０３０３）とを含む混合流体（０３０５）から、紙片状体（０３０４）と気体（０３０３）とを分離して取り出すことである。しかし、実際には、混合流体（０３０５）にはフィルター孔よりも小さい紙片状体が含まれているため、紙片状体（０３０４）と気体（０３０３）とを完全に分離することは困難である。したがって、紙片状体分離とは紙片状体（０３０４）と気体（０３０３）とを完全に分離することだけでなく、ある程度の分離ができることでも良い。

流速を制止するようにとは、混合流体（０３０５）の流れを完全に制止するに至らないまでも、流れを遅くしたり、流れの向きを変化させたりすることをいう。図３の例では、第一フィルター（０３０１）は、混合流体（０３０５）から気体（０３０３）を分離するとともに、混合流体（０３０５）の流速を下向きに偏向させる役割がある。また図３の例では、第一フィルター（０３０１）は鉛直方向に平行に設けられているが、斜め方向であっても良い。また、第一フィルター（０３０１）は平面形状に限定されず、曲面であっても良い。

第一フィルター（０３０１）のフィルター孔の大きさは、紙片状体（０３０４）を分離することができる程度であれば良い。ただし紙片状体（０３０４）の大きさにはばらつきがあるため、紙片状体（０３０４）を全て第一フィルター（０３０１）によって分離することは実際上困難である。したがって、紙片状体（０３０４）をどの程度分離するかという目的に応じて、フィルター孔の大きさが決定される。

第一フィルター（０３０１）の材質は、紙片状体（０３０４）が衝突しても破壊、変形されないよう十分な強度及び耐久性を有することが必要である。例えば紙片状体（０３０４）が金属屑である場合、第一フィルター（０３０１）の材質を繊維材料とすると、金属屑により繊維屑が切断されるため好ましくない。

第二フィルター（０３０２）は、第一フィルター（０３０１）によって偏向される混合流体の上昇流から紙片状体（０３０４）を分離する。上昇流とは、第一フィルター（０３０１）によって偏向された混合流体（０３０５）が、圧力差によって再度偏向された流れをいう。分離された紙片状体（０３０４）は、重力によって落下し回収される。

図３の例では、第二フィルター（０３０２）は水平面となっているが、水平面から傾いていても良く、また曲面であっても良い。第二フィルター（０３０２）の材質、フィルター孔の大きさは第一フィルター（０３０１）とは異なっていても良い。

第一フィルター（０３０１）と第二フィルター（０３０２）は、連結されている必要はなく、その間に別の部材があっても良い。

図４の例では、第一フィルター（０４０１）と、第二フィルター（０４０２）とがフィルターでない板により接続されている。したがって、混合流体は、第一フィルター（０４０１）によって偏向された後、上下が板で挟まれた流路を通過し、第二フィルター（０４０２）に到達する。このような構造を取ることで、第一フィルター（０４０２）によって偏向された流れと、舞い上がる流れとが干渉せず、流れがスムーズになる。

フィルター分離機（０３００）は、混合流体（０３０５）の入り口及び出口、分離された紙片状体（０３０４）を回収するための回収口とをさらに有していても良い。空気輸送による紙片処理装置においては、回収口は紙片を圧縮するためのプレス機に接続されている。入り口側の圧力は出口側の圧力より高くなっているため、混合流体（０３０５）は入り口から出口に向かって流れるようになっている。

<実施形態１：処理の流れ>
図５を用いて本実施形態の処理の流れの一例を説明する。本実施形態では、気体と紙片状体とが混合した混合流体が流体入口（０５０３）から流入し、第一フィルター（０５０１）に衝突する（ａ）。混合流体の一部は第一フィルター（０５０１）によって分離され、分離された気体は流体出口側に排出される（ｂ）。一方、残りの混合流体の一部は第一フィルター（０５０１）によって下向きに偏向される（ｃ）。第二フィルター（０５０２）の上側の圧力は、下側の圧力よりも低いので、(ｃ)で偏向された混合流体は再度上向きに偏向される（ｄ）。第二フィルターにより混合流体は気体と紙片状体に分離され、分離された気体は、（ｂ）で分離された気体とともに流体出口（０５０４）から排出される（ｅ）。一方、分離された紙片状体は、重力により落下し、回収される（ｆ）。

<実施形態１：効果>
本実施形態のフィルター分離機によれば、フィルターを立体的に配置することで、分離機を巨大化させることなく、フィルター孔の合計面積を増やすことができる。数１より、混合流体の平均流速が一定の場合、フィルター孔の合計面積と、混合流体の流量は反比例するので、本実施形態のフィルター分離機により混合流体の流量を増やすことができ処理速度の向上につながる。また遠心分離式のサイクロンセパレーターに比べ小型の分離機を用いることで、ビルなどの通常の施設にも設置することが可能となる。

<実施形態２：概念>
本実施形態は、混合流体の流入口と下面以外を囲んだボックス形状の第一フィルターと、第一フィルターによって偏向された混合流体の上昇流を分離するための第二フィルターとから構成されるフィルター分離機である。

<実施形態２：構成>
図６に本実施形態のフィルター分離機の概略図を示す。本実施形態のフィルター分離機（０６００）は、第一フィルター（０６０１）と第二フィルター（０６０２）とから構成される。

第一フィルター（０６０１）は、フィルターを混合流体の進行側と、左右側とに設けたボックス状フィルターである。混合流体の進行側とは、混合流体（０６０５）が突き当たる側である。混合流体の左右側とは、混合流体（０６０５）の進行側に向かって左右側である。ボックス状とは、箱状であり、立方体形状や図８に示すような球面の４分の１を切り取った形状などがある。ボックス形状が立方体形状である場合は、一面が混合流体の流入口であり、他の一面が排出口である。図６の例では、第一フィルター（０６０１）は直方体型であり、混合流体入り口以外の鉛直方向に平行な３つの面がフィルターで構成されている。第一フィルター（０６０１）のその他の構成に関しては実施形態１と同様である。

第二フィルター（０６０２）は、ボックス状の第一フィルター（０６０１）によって偏向され、そのボックス状フィルターの下面から下降流出後、上昇する混合流体の上昇流路に設けられている。図６の例では、第二フィルター（０６０２）は水平であり、第二フィルターの上側が下側より圧力が低くなっている。したがって、第一フィルター（０６０１）によって偏向され、第二フィルターの下側に移動した混合流体（０６０５）は、圧力差により上昇しようとする流れが生じる。第二フィルター（０６０２）はその上昇流から気体（０６０３）と紙片状体（０６０４）とを分離する。第二フィルター（０６０２）のその他の構成に関しては実施形態１と同様である。

図７のフィルター分離機は、ボックスの上側の面をさらにフィルターとした場合の例である。図６のフィルター分離機に比べ、形状が少し大きくなるが、フィルターを増やしたことで、フィルター孔の合計面積を増やすことができる。

図８の例では、第一フィルターが曲面、すなわち、球面の４分の１を切り取った形状である。第一フィルターを曲面としたことにより、第一フィルターに角がなくなり、角に紙片状体が詰まるということがなくなる。

第二フィルターは、水平面に平行でなくても良い。

図９のフィルター分離機は、第二フィルターを水平面に対して傾けた場合の一例である。上昇する混合流体の流れの向きが斜め上方向であるならば、図９のように、第二フィルターを水平面に対して傾けると、フィルター面が流れの向きに対して垂直になる。流速方向がフィルターに対して斜めになっている場合よりも、垂直になっている方が、フィルターを通過する混合流体の流量は増加するので、混合流体の流量を増やすことができる。さらに図９のフィルター分離機では、第二フィルターを水平面に対し斜めに傾けた方がフィルターの面積を広く取ることができる。したがってフィルター孔の合計面積も増加するため、さらに混合流体の流量を増加させることができる。

<実施形態２：効果>
第一フィルターをボックス形状とすることにより、第一フィルターの面積をより広くすることができる。したがって、フィルター孔の合計面積を大きくすることができ、フィルターの目詰まりを生じさせることなく風量を増やすことができるので、処理の迅速化につながる。

<実施形態３：概念>
本実施形態のフィルター分離機は、フィルターをパンチングメタルとしたものである。

<実施形態３：構成>
本実施形態においては第一フィルター及び第二フィルターがパンチングメタルである。その他の構成は実施形態１及び２と同様である。

図１０にパンチングメタルの一例を示す。パンチングメタルは金属（アルミニウム、ステンレス、チタンなど）製の板に規則的に配置された孔を有するものである。厚さは０．２〜１０ｍｍであり、孔の形状は円形に限らず、楕円形、正方形、長方形、菱形などであっても良い。パンチングメタルは曲面であっても良いが、市販されているパンチングメタルのほとんどは平面型である。したがって、第一フィルター及び第二フィルターは平面により構成されているのが好ましい。

パンチングメタルは、フィルター孔が規則的に配列しているため、開孔率（フィルター孔の合計面積／フィルター面積）を容易に求めることができる。例えば図１０のように、フィルター孔が円形で６回対称に配列しており、孔の直径をａ（ｍｍ）、ピッチ（隣接する孔どうしの間隔）をｂ（ｍｍ）とした場合、開孔率Ｆ（％）は以下の式で表される。

したがって、孔の直径及びピッチを求めるだけで開孔率が容易に計算できる。

<実施形態３：実施例>
図１１は、本実施形態の実施例を説明する図である。図１１（ａ）は本実施例のフィルター分離機（１１００）を横から見た図、図１１（ｂ）は本実施例のフィルター分離機（１１００）を上から見た図である。図１１に示す各部位の長さを表１に示す。第一フィルター（１１０１）は、鉛直方向に対して水平であり、開孔率５０％、孔径３ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのパンチングメタルである。第二フィルター（１１０２）は、鉛直方向に対して水平であり、開孔率５０％、孔径８ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのパンチングメタルである。紙片状体は、コンピュータから排出された伝票のマージン部分の紙片であって、幅約１３ｍｍ、長さ３００〜５００ｍｍ、厚みがコピー紙程度である。また気体は空気とした。処理空気量を２００ｍ^３／ｍｉｎとした結果、紙片がフィルターに目詰まりすることなく、紙片と空気の分離を行うことができた。また本実施例の分離機の高さは約２．３ｍであり、同じ処理空気量を有する遠心分離機の場合高さは５．７ｍとなるので、高さを半分以下に抑えることができた。したがって、分離機の下に紙片圧縮用のプレス機を接続する場合でも高さが５ｍを越えることはなく、通常のビルなどにも設置することが可能となった。

<実施形態３：効果>
第一フィルターと第二フィルターとの接続部分は、フィルター分離機の壁に固定されていないため変形しやすい。本実施形態のフィルター分離機は、フィルターを変形しにくいパンチングメタルとすることで、フィルター形状を固定することができる。またパンチングメタルは、開孔率が容易に求められるため、フィルター通過部分での流速制御が容易である。さらにパンチングメタルは市販されている製品で良いので、フィルター分離機のコストを下げることができる。

空気輸送による紙片処理装置の全体構成 実施形態１を説明するための概念図。 実施形態１のフィルター分離機の概略図。 実施形態１のフィルター分離機の概略図。 実施形態１の流れを説明した図。 実施形態２のフィルター分離機の概略図。 実施形態２のフィルター分離機の一例。 実施形態２のフィルター分離機の一例。 実施形態２のフィルター分離機の一例。 実施形態３のパンチングメタルの概略図。 実施形態３の実施例を説明する図。

符号の説明

０３００ フィルター分離機
０３０１ 第一フィルター
０３０２ 第二フィルター
０３０３ 気体
０３０４ 紙片状体
０３０５ 混合流体

Claims (5)

1. 気体と風によって舞い上がる性質を有する固体物質である紙片状体とが混合した混合流体の流速を制止するように設けられる前記紙片状体分離のための第一フィルターと、前記第一フィルターによって偏向される混合流体の上昇流から紙片状体を分離するための第二フィルターと、を有するフィルター分離機。
2. 前記第一フィルターは、フィルターを混合流体の進行側と、左右側と、に設けたボックス状フィルターであり、前記第二フィルターは、前記ボックス状の第一フィルターによって偏向され、そのボックス状フィルターの下面から下降流出後、上昇する混合流体の上昇流路に設けられた請求項１に記載のフィルター分離機。
3. 前記紙片状体が紙片である、請求項１または２に記載のフィルター分離機。
4. 前記第一フィルター及び前記第二フィルターがパンチングメタルである、請求項１から３のいずれか一に記載のフィルター分離機。
5. 気体と風によって舞い上がる性質を有する固体物質である紙片状体とが混合した混合流体の流速方向を偏向し、かつ混合流体の一部を分離する第一分離ステップと、前記第一分離ステップによって偏向される混合流体の上昇流から前記紙片状体を分離するための第二分離ステップと、を有するフィルター分離方法。

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