JP6567003B2

JP6567003B2 - 粉体分離装置

Info

Publication number: JP6567003B2
Application number: JP2017165294A
Authority: JP
Inventors: 弘亜高澤; 仁彦近藤; 信夫小川
Original assignee: ブラスト工業株式会社
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: JP2019042622A

Description

本発明は、紛体を混入された流体の流れから紛体粒子を分離して捕集するために用いられる粉体分離装置に関する。

気体に紛体を混合してなる流体の流れ（以下、固気二相流と呼ぶ）から紛体粒子を分離して捕集するための紛体分離装置として、固気二相流を旋回流となしてその旋回状態となった固気二相流から紛体粒子を分離して紛体粒子を捕集するサイクロン装置が知られている。

こうしたサイクロン装置に対して、より紛体粒子の捕集能を向上させる試みがなされている。例えば、流体の一例に該当する空気について粉体粒子を空気内に分散させた状態にて紛体を含んだ空気から紛体粒子を分離して捕集するためのサイクロン装置として、サイクロン胴体部となる分離器本体の接線方向に２次空気を導入することが提案されている（例えば、特許文献１）。このようなサイクロン装置では、サイクロン胴体部内において、固気二相流となる粉体を含んだ空気の流れが２次空気によって強く旋回し、紛体粒子に大きな遠心力が働いて、旋回する空気から粉体粒子が効率的に分離される。

特開２００４―２８３６７７号公報

特許文献１のサイクロン装置によれば、ある程度の大きさの粒子径と重量とを有する紛体粒子を遠心力によって固気二相流から分離することができる。しかしながら、このようなサイクロン装置では、紛体粒子がサイクロン胴体部の底方向に向かうにつれサイクロン胴体部の中央位置に近づくうえに、サイクロン胴体部である分離器本体の中央位置にて分離器本体の中心軸に沿った上昇流が生じてしまうことから、軽量な紛体粒子が上昇流で巻き上げられて捕集効率を上げることが難しいという問題があった。

本発明は、分離器本体内の旋回流の中心に上昇流を生じていても固気二相流が旋回流から上昇流に移動する途中で固気二相流から軽量な紛体粒子を効果的に分離して捕集することが可能な粉体分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、（１）円筒状の形状を有し且つ上面部の中央位置と周面部の所定位置に開口部を有する分離器本体と該分離器本体の上面部の開口部に接続され分離器本体の内部に下端側が突出することを避けるように配置された排出管と前記分離器本体の周面部の開口部に接続された導入管とを備えて、
導入管から導入され直径が０．０１μｍ以上１ｍｍ以下の粉体粒子を含む流体により分離器本体内に形成される固気二相流を旋回流となすとともに固気二相流からコリオリの力の作用により粉体粒子を分離し且つ前記旋回流の中央に形成される上昇流を排出管に導く分離部と、該分離部で分離され分離器本体に滞留する粉体を回収する回収部とを備えた粉体分離装置であって、
分離器本体には、該分離器本体の下端側に底面部が形成されており、
分離部から回収部に向けて分離部内の流体を誘導する回収誘導部と回収部から分離部に向けて回収部内の流体を誘導する排出誘導部とを有する誘導部が設けられており、
排出誘導部は、底面部内の所定部分で該底面部の中心位置を含む部分に形成された排気口を備えており、該排気口は分離部内及び回収部内にそれぞれ開口しており、
回収誘導部は、底面部内の所定部分で前記排気口の形成部分から外れた部分に形成された回収口を備えており、該回収口は分離部内及び回収部内にそれぞれ開口しており、
回収口は、底面部の中心位置から外向き方向に沿った方向を長手方向とするスリット状の構造を有する、ことを特徴とする粉体分離装置、
（２）排出管の端面が、分離器本体の上面部の開口部に位置している、上記（１）に記載の粉体分離装置、
（３）分離部の底面部の直下に回収部が直接連結されている、上記（１）または（２）に記載の粉体分離装置、
（４）排出誘導部は、排気口に一端側を連結された排気誘導用配管を備えており、該排気誘導用配管の一端は分離器本体の底面部の排気口に位置しており、
回収誘導部は、回収口に一端側を連結された回収誘導用配管を備えており、
排気誘導用配管の他端側と回収誘導用配管の他端側がそれぞれ回収部の所定位置に連結されることで分離部と回収部が繋がっている、上記（１）または（２）に記載の粉体分離装置、を要旨とする。

本発明によれば、分離器本体内に形成された旋回流の中心で上昇流を生じていても固気二相流が旋回流から旋回流の中央に形成される上昇流へ移動する途中で固気二相流から軽量な紛体粒子を効果的に分離して捕集することが可能な粉体分離装置が提供される。

図１Ａは、本発明の第１実施形態の粉体分離装置の実施例の一つを模式的に示す概略模式正面図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態の粉体分離装置の実施例の一つを模式的に示す概略模式上面図である。図１Ｃは、図１ＢのＢ−Ｂ線断面の概略状態を模式的に示す概略模式断面図である。図１Ｄは、図１ＡのＡ−Ａ線断面の概略状態を模式的に示す概略模式断面図である。図２Ａは、本発明の第２実施形態の粉体分離装置の実施例の一つを模式的に示す概略模式上面図であり、図２Ｂは、本発明の第２実施形態の粉体分離装置の他の実施例の一つを模式的に示す概略模式上面図である。図３は、本発明の粉体分離装置の稼働状態を模式的に説明するための概略模式図である。図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ本発明の粉体分離装置の実施例の一つにおける排気口と回収口の一実施例を模式的に示す概略模式図である。図５は、本発明の粉体分離装置の実施例の一つを利用した紛体処理システムを説明するための概略模式図である。

本発明の第１の実施形態における粉体分離装置の例について、図面を用いて詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１等に例示されるように、第１実施形態の粉体分離装置１ａ（１）は、分離部２と回収部３と誘導部４ａ（４）を備える。

（分離部２）
分離部２は、分離器本体５と導入管６と排出管７を備えて構成される。また、分離部２は、導入管６から分離器本体５の内の空間部１５に導入された固気二相流を構成する流体を旋回流となして旋回流状態から上昇流に移動する途中で固気二相流から紛体粒子を分離するとともに固気二相流から紛体粒子を分離された流体を上昇流となして排出管７に導くためのものである。

固気二相流とは、気体に紛体粒子を分散してなる流体の流れを示しているが、この流れを構成する気体は、一種類で構成されてもよいし、複数種類で構成されてもよく、たとえば、空気などを例示することができる。また、この流れを構成する紛体を形成する紛体粒子の種類は、特に限定されるものではないが、シリカ、炭酸カルシウム微粒子、鉄系ヒュームなどを例示することができる。紛体粒子の寸法は、特に限定されるものではないが、紛体分離装置１は、紛体粒子として直径が概ね０．０１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲にあるものが使用される場合に好適に利用される。なお、本明細書において、流体は、気体又は気体に紛体粒子を分散してなる流体を示す。

（分離器本体５）
分離器本体５は、筒状に形成されており、図１Ａから図１Ｄの例では、円筒状に形成されている。また、分離器本体５は、その内部に空間部１５を形成するとともに、上端側に上面部１０を有し、下端側に底面部１１を有し、分離器本体５の中心軸Ｍの周りを取り巻くように周面部１６を有している。上面部１０には、その中央位置に開口部１２が形成されており、周面部１６には、その上端側の所定位置に開口部１３が形成されている。上面部１０の中央位置は、上面部１０の領域についての中心となる位置として特定することができる。なお、図１Ａ、図１Ｃ中、筒状の分離器本体５の中心軸Ｍを一点鎖線で示す。このことは、図２Ａ、図２Ｂ、図３についても同様である。

分離器本体５は、その中心軸Ｍ方向に沿った方向が上下方向（図１Ａにおいて矢印Ｇに沿った方向）となるように位置決めされている。なお、分離器本体５の中心軸Ｍは、上面部１０の中央位置（図１Ｂにおいて、符号Ｃで示す）と底面部１１の中央位置（図１Ｄにおいて、符号Ｄで示す）を結ぶ線上に定められる。なお、図１Ｂ中、筒状の分離器本体５の上面部１０の中央位置Ｃは、分離器本体５の中央位置を通過する互いに直交する二本の一点鎖線Ｃ１、Ｃ２の交差位置で特定されている。また、図１Ｄ中、筒状の分離器本体５の底面部の１１の中央位置Ｄは、分離器本体５の中央位置を通過する互いに直交する二本の一点鎖線Ｄ１、Ｄ２の交差位置で特定されている。このような底面部の１１の中央位置Ｃの特定については、図４Ａ、図４Ｂについても同様である。

なお、図１Ａから図１Ｄの例は分離器本体５の形状の一例であり、分離器本体５の形状は、導入管６から導入される固気二相流を、分離器本体５の中心軸Ｍのまわりを旋回する旋回流となすことができるような形状であればよい。

（導入管６）
導入管６は、分離器本体５の周面部１６の上端側の所定位置に気密的に取り付けられている。分離器本体５の空間部１５は、導入管６を介して粉体分離装置１の外部と連通している。分離器本体５に連結された導入管６は、分離器本体５との連結端部側とは逆側の端部を導入口６ａとなしており、導入口６ａから固気二相流を形成する流体が導入されることで、導入口６ａから分離器本体５内の空間部１５に向かう固気二相流が形成される。なお、気密的に取り付けられているとは、その取り付け位置で気体の漏れが発生しないように取り付けられていることを意味する。

導入管６は、分離器本体５の周面部１６の内壁面１４の接線のうち周面部１６の開口部１３の前端位置Ｅにおける内壁面１４の接線方向に対して平行な方向に固気二相流が形成されるように配置されることが、より効率的に旋回流を形成することができて好適である。なお、周面部１６の開口部１３の前端位置Ｅとは、導入管６における固気二相流の進行方向に沿った方向を前方向とした場合に、開口部１３の最前部の位置を示すものとする。

また、導入管６の伸びる方向は、分離器本体５の中心軸Ｍに平行な法線ベクトルを有する平面と平行する方向となっていることが好ましい。

導入管６の伸びる方向に対して直交する平面で導入管６を切断した場合に認められる導入管６の断面形状は、円形状でもよいし、楕円形上でもよいし、矩形状などの多角形状でもよい。図１の例では、導入管６の断面形状は円形状である。

（排出管７）
排出管７は、分離器本体５の上面部１０側の開口部１２に気密的に接続される。排出管７は、旋回流の中央に形成された上昇流を構成する流体を紛体分離装置１の外部に排出する。

排出管７の端面のうち分離器本体５側に向けられたほうの端面は、分離器本体５の上面部１０の開口部１２に位置している。すなわち、排出管７の下端側が分離器本体５内部に突出することを避けるように排出管７が設けられている。排出管７の下端側が分離器本体５内部の空間部１５内に位置することを避ける（進出した状態となることを避ける）ことで、導入管６から分離器本体５の空間部１５に向けて固気二相流が形成されて旋回流をなす際に、排出管７の立体障害によって旋回流の形成が乱される虞をなくすることができ、より安定的に、固気二相流を、分離器本体５の中心軸Ｍのまわりで旋回する旋回流とすることができるようになるとともに、旋回流の中央で上昇流を形成することができるようになる。

（誘導部４）
誘導部４ａ（４）は、分離器本体５内の流体を分離部２から回収部３に向けて誘導する回収誘導部２３と、回収部３内の流体を回収部３から分離部２に向けて誘導する排出誘導部２４とを有する。

図１の例に示す誘導部４は、分離器本体５の底面部１１の所定位置に形成された回収口９と排気口８を備える。誘導部４は排気口８と回収口９を通じて分離部２と回収部３を互いに連通させる構造を有する。図１の例では、回収口９が、分離部２内で分離された紛体粒子を伴って分離部２内の流体を分離器本体５の底面部１１から回収部３に向けて誘導する回収誘導部２３であり、排気口８が、回収部３から分離部２に向け回収部３内の流体を誘導する排出誘導部２４である。

（排気口８と回収口９）
誘導部４ａ（４）を構成する回収口９と排気口８は、それぞれ底面部１１を貫通する孔である。誘導部４ａ（４）を構成する排気口８は、分離器本体５の底面部１１の中心位置を含む所定部分として底面部１１内の部分に形成されている。回収口９は、排気口８の形成部分からずれた所定部分として底面部１１内の部分に形成されている。図３に示すように、このような構成を備えた誘導部４によれば、次のように紛体を回収部３に回収することができる。分離部２内においては、旋回流Ｗ２から上昇流Ｗ３に移動する途中で、固気二相流から紛体粒子が分離される。ところで、誘導部４では、排気口８の直上又は直上付近の気圧が負圧となることから、排気口８の直下又は直下付近で、流体を引き上げる流れＷ５を生じさせる。また、回収部３は、誘導部４の他では回収部３の外部に連通することを避けた構造となっており、回収口９は、上昇流Ｗ３の下側位置を避けつつ旋回流Ｗ２の下側に形成されているため、誘導部４では、排気口８の位置で流体を引き上げる流れＷ５を形成すると、排気口８の位置とは異なる位置に形成された回収口９を通って分離部２内の流体の一部を回収部３に誘導する流体の流れＷ４が形成される。この流体の流れＷ４により分離部２内の流体が紛体粒子Ｐを伴って回収部３に誘導される。そして、紛体粒子Ｐは回収部３に誘導されると、回収部３内において紛体粒子Ｐが蓄積され、流体の流れＷ４から固気二相流に含まれていた紛体が分離される。また誘導部４では、上述したように排気口８の直下又は直下付近で、流体を引き上げる流れＷ５が生じている。この流れＷ５により、回収部３内で紛体粒子Ｐを分離された流体が、排気口８の直下又は直下付近で分離部２に向けて誘導される。

（排気口８と回収口９の形成パターン）
排気口８は、底面部１１の中央に１か所形成されていることが好適である。回収口９は、図１の例では、排気口８から離間した箇所に１か所形成された孔構造から構成されているが、この例に限定されず、排気口８から離間した箇所に複数か所形成された孔構造の群から形成されていてもよい。回収口９が複数個所形成された孔構造の群から形成されている場合、回収口９は、底面部１１の中央位置を中心として、回転対称性を有するように配置されている孔構造の群から形成されていることが好ましい。例えば、回収口９が、４つ形成されている孔構造の群から構成されている場合には、図４Ａに示すように、９０°回転対称性を有するように４つの孔構造１７、１７、１７、１７を配置された状態にて形成されていることが好適である。このように配置されていると、流体の一部が回収口９を介して回収部３に誘導される流体の流れを形成して分離部２内の紛体を回収部３に誘導した際に、回収部３内においても流体の流れをより効率的に旋回流の状態とすることができるとともに、排気口８の下方に流体の上昇流を生じさせることができて排気口８を介して流体を分離部２に誘導することがより容易になるとともに、回収部３内での流体の流れに乱れが生じにくくなる。

（排気口８と回収口９の別形態）
排気口８と回収口９は、図１に示すように、離間した位置すなわち、互いに独立した位置に離れて形成されているが、第１の実施形態の紛体分離装置１ａにおいては、図４Ｂに示すように、底面部１１の中央に形成された中央孔構造２６に４つのスリット状の孔構造２５、２５、２５、２５が繋がった形状の併合孔部２２が形成されていてもよい。この場合、併合孔部２２は、排気口８と回収口９とがつながった構造部である。また、併合孔部２２のうち排気口８に対応する部分が、排出誘導部２４に対応し、併合孔部２２のうち回収口９に対応する部分が、回収誘導部２３に対応する。なお、図４Ｂ中において、排出誘導部２４と回収誘導部２３との境界位置が位置Ｊである。すなわち、図４Ｂの例では、孔２６の中心から孔構造２５に向かった所定の位置Ｊまでの部分が排気口８に対応する排出誘導部２４にあたり、併合孔部２２のうち排気口８に対応する部分を除いた部分が回収口９に対応する回収誘導部２３にあたる。ここに図４Ｂは、第１の実施形態の紛体分離装置１ａにおいて併合孔部２２が形成されている場合の例を示す。そして、この例では、併合孔部２２の中央位置から外方向に向かった所定位置Ｊまでの部分で、回収部３から分離部２に向かう流体の流れが生じ、所定位置Ｊで流体の流れの速さがゼロになり、所定位置Ｊから外側端までの部分で、分離部２から回収部３に向かうように流体の流れが生じる。

（排気口８と回収口９の形状および寸法）
排気口８と回収口９の形状および寸法は特に限定されるものではないが、排気口８については、回収部３から分離部２に向けて回収部３内の流体を誘導することが可能な形状および寸法であればよい。この点で、排気口８は、底面部１１の中心を対称点とした点対称な輪郭形状を呈していることが好適であり、図１の例に示すように円形状であることがより好ましい。図１の例では、回収口８は、円形状に形成されている。円形状であれば、回収部３から分離部２に向かう流体の流れの乱れが生じる虞を抑制することができる。

回収口９については、底面部１１の中心位置から外向き方向（図３において矢印Ｔ）に沿った方向を長手方向とするスリット状に形成されていることが好ましい。分離器本体５内部の空間部１５における旋回流Ｗ２の流速に応じて紛体粒子Ｐの位置が分離器本体５の内壁面１４まで到達している場合や紛体粒子Ｐが中心軸Ｍと内壁面１４の間の位置に存在している場合など、紛体粒子Ｐの位置にばらつきがある。この点、回収口８がスリット状となっていることで、紛体粒子Ｐの位置が分離器本体５の内壁面１４近くまで到達している場合には回収口９のうち最も外側の部分で紛体粒子Ｐを回収部３に誘導することができ、紛体粒子Ｐの位置が分離器本体５の内壁面１４よりもやや中心軸Ｍ寄りの位置にある場合には回収口８のうちやや中央寄りの部分で紛体粒子Ｐを回収部３に誘導することができ、より効率的に紛体を回収部３に誘導することができる。

（回収部３）
回収部３は、分離部２で固気二相流から分離された紛体粒子を回収する部分である。回収部３は、誘導部４につながる部分とは異なる部分で回収部３の外側と連通することを避けた構造となっていることが好ましい。第１実施形態の粉体分離装置１ａの例においては、分離部２の底面部１１の直下に回収部３が気密的に直接連結されている。回収部３の形状は、紛体粒子を回収し貯留することができる形状に形成されている。また、第１実施形態の粉体分離装置１ａにおいては、回収口９を通って分離部２から回収部３に紛体粒子Ｐとともに送られた流体が回収部３内において旋回状態となるような形状であることが好ましい。この場合、回収部３内で、紛体粒子Ｐを排気口８からできるだけ離れた位置にコリオリの力の作用により蓄積することができるようになるとともに、回収部３内で旋回する流体の中央に（排気口８の直下又はその近傍に）上昇流を生じさせることができるようになり、その上昇流によって回収部３内の流体を排気口８から分離部２に移動させ分離部２の上昇流に合流させて排出管７から紛体分離装置１ａの外に向けてスムーズに排出させることができるようになる。

本発明の粉体分離装置は、次の第２実施形態に例示する粉体分離装置１ｂ（１）であってもよい。なお、第２実施形態で例示される粉体分離装置１ｂを説明するにあたり、第１実施形態の粉体分離装置１ａと同じ機能を有する部分や構成については同じ符号を用いて説明する。

［第２実施形態］
第２実施形態の粉体分離装置１ｂは、図２Ａ、図２Ｂに示すように、分離部２と回収部３と誘導部４ｂ（４）を有している。分離部２は、第１実施形態の粉体分離装置１ａと同様に構成されており、分離器本体５と導入管６と排出管７を備えている。第２実施形態において、回収部３が分離部２の底面部１１の直下において直接連結されずに後述する排気誘導用配管１８と回収誘導用配管１９を介して分離部２に繋がっている他は、第２の実施形態の粉体分離装置１ｂは第１実施形態の粉体分離装置と同様に構成される。

（誘導部４ｂ）
誘導部４ｂ（４）は、第１実施形態の粉体分離装置１ａと同様に回収誘導部２３と排出誘導部２４を備えており、排気口８と回収口９を備えている。ただし、第２実施形態の粉体分離装置１ｂにおいては、誘導部４ｂは、排気口８と回収口９のほかに、排気誘導用配管１８と回収誘導用配管１９が備えられている。

排気誘導用配管１８は、排気口８に一端側を連結されており、回収誘導用配管１９は、回収口９に一端側を連結されている。排気誘導用配管１８の他端側と回収誘導用配管１９の他端側については、それぞれ回収部３の所定位置に連結されている。具体的には、図２Ａ、図２Ｂの例に示すように、回収誘導用配管１９は、回収部３の上面側の中央位置にて回収部３に対して気密に連結されている。また、排気誘導用配管１８は、図２Ａに示すように回収部３の上面側における回収部３の上面内の中央位置を避けた位置にて、又は、図２Ｂに示すように回収部３の側周面の上端側の所定位置にて、回収部３に対して気密に連結されている。また、この場合、回収部３は、分離部２を構成する分離器本体５と同様に筒状に形成されていることが好ましく、円筒状であることがより好ましい。この場合、例えば図２Ｂの例において回収部３の内部に矢印Ｓで示すように、回収部３内で更に分離器本体５内と同様の旋回流を形成することができ、回収部３内でより確実に紛体を回収することができるようになる。

なお、第２実施形態における誘導部４ｂでは、排気口８と回収口９は互いに独立している。回収誘導部２３は、回収口９と回収誘導用配管１９で構成された部分であり、排出誘導部２４は、排気口８と排気誘導用配管１８で構成された部分である。

誘導部４ｂには、排気誘導用配管１８及び／又は回収誘導用配管１９にバルブ２１が設けられて、分離部２と回収部３との間で生じる流体の移動の速さが制御されてもよい。図２の例では、排気誘導用配管１８にバルブ２１が設けられている。

第２実施形態の紛体分離装置１ｂにおいては、誘導部４ｂで次のように紛体が回収部３に誘導される。紛体分離装置１ｂにおいては、誘導部４ｂを構成する排出口８の位置での負圧により、排気口８ではその直下又は直下付近の流体が分離部２に向かう方向に引き上げられ、また、これにともない、回収口９では回収部３に向かう流体の流れを生じる。したがって、紛体分離装置１ｂでは、誘導部４ｂを構成する回収口９で回収口９から回収誘導用配管１９側に誘導する流体の流れ及び回収誘導用配管１９からさらに回収部３に向かう流体の流れが生じている。また、このとき、紛体分離装置１ｂでは、分離部２内の流体の一部が回収口９から回収誘導用配管１９側に誘導され、流体が分離部２で分離された紛体粒子を伴いつつ回収口２から回収誘導用配管１９側に誘導される。さらに、回収誘導用配管１９では、上述したように回収部３に向かう流体の流れが生じており、回収誘導用配管１９に誘導された流体は、紛体粒子を伴って、回収誘導用配管１９から回収部３へとさらに誘導される。こうして、誘導部４ｂは、分離部２で分離された紛体粒子を分離部２から回収部３に向けて誘導する。

このように、第２実施形態の回収部３内では、第１実施形態の回収部３内と同様の流体の流れが形成される。このため、第２実施形態の紛体分離装置１ｂにおいては、回収部３内では、分離部２内と同様の作用により、回収部３内に誘導された流体から紛体粒子が分離され回収部３内に蓄積される。その後、さらに誘導部４ｂによって分離部２から回収部３に流体が誘導される。

［粉体分離装置による紛体粒子の分離］
本発明における粉体分離装置を用いた紛体粒子の分離を実施する方法について、図３、図５を用いてさらに説明する。ここでは、第１実施形態の粉体分離装置を用いて紛体粒子を分離する場合を例として採り上げて説明する。

図３には、粉体分離装置１が稼働状態にある場合における固気二相流などの流体の動きを模式的に説明するための説明図が示されており、図５には、第１実施形態の粉体分離装置１ａを用いた紛体処理システム１００の概略を模式的に説明するための模式図が示される。

紛体処理システム１００において、粉体分離装置１には、排出管７が誘引ブロワ２０に接続されており、誘引ブロワ２０の駆動によって分離器本体５内の流体が吸引される。誘引ブロワ２０を駆動状態としたまま、固気二相流を構成する流体Ｒが導入管６内に送り込まれると、誘引ブロワ２０の駆動に伴う分離器本体５内の流体の吸引力の作用で導入管６から分離器本体５内に向かう流体Ｒの流れＷ１が形成される。流れＷ１により分離器本体５内に固気二相流が形成されるが、分離器本体５内の円筒状の形状により、固気二相流は、分離器本体５内の中心軸Ｍのまわりに旋回する渦巻き状の流れ（旋回流Ｗ２）をなす。旋回流Ｗ２は、分離器本体５内を旋回しつつ上面部１０から底面部１１側に移行する。また、このとき、中心軸Ｍの位置又はその付近の気圧よりも外側の気圧に対して中心軸Ｍの位置又はその付近の気圧が低くなっている（負圧を生じている）ことから、旋回流Ｗ２は上面部１０から底面部１１側に移行するとともに分離器本体５の中心へ向かう流れとなる。そして旋回流Ｗ２となった固気二相流が底面部１１側に移行すると固気二相流を構成する流体が旋回流Ｗ２の中央に集まり上昇する流れとなる。すなわち、この旋回流Ｗ２の中央で下から上方向に排気管１７へと向かう流体の流れ（上昇流Ｗ３）が形成される。なお、旋回流Ｗ２の中央は、分離器本体５内の中心軸Ｍの位置又はその付近である。

粉体分離装置１では、旋回流Ｗ２が上昇流Ｗ３に移動するまでの途中において、固気二相流に含まれていた粉体粒子Ｐにコリオリの力が働き、これにより旋回流Ｗ２の流れから粉体粒子Ｐが分離されて分離器本体５の中に滞留する。

分離器本体５の中に滞留する粉体粒子Ｐは、その周囲の渦巻き状の流れの作用を受けて旋回しながら移動する。

図３に示すように、誘導部４は、排気口８と回収口９を備えている。排気口８は分離器本体５内の中央に形成されており、回収口９は、排気口８の位置からずれた位置に形成されている。

分離器本体５内では旋回流Ｗ２の中央付近に生じた負圧に伴い、排気口８の位置において回収部３内側の圧力よりも分離器本体５内側の圧力が低くなっている（負圧となっている）ため、誘導部４では、排気口８の直下又は直下付近で回収部３から分離部２に向けて引き上げられる流体の流れ（流れＷ５）が生じる。ところで、図３、図５の例では、粉体分離装置１の稼働中、回収部３は、誘導部４の他では回収部３の外部に連通することを避けた構造となっている。また、回収口９は、排気口８の位置からずれた位置に形成されており、すなわち上昇流Ｗ３の下側位置を避けつつ旋回流Ｗ２の下側の位置に形成される。このため、誘導部４では、排気口８の位置で流体を引き上げる流れＷ５を形成すると、排気口８の位置とは異なる位置に形成された回収口９を通って分離部２内の流体の一部を分離部２から回収部３に誘導する流体の流れＷ４が形成されるようになる。

コリオリの力により旋回流Ｗ２の流れから分離され分離器本体５の中に滞留する紛体粒子Ｐは、その周囲の渦巻き状の流れの作用を受けて旋回しながら移動することから、やがて誘導部４を構成する回収誘導部２３をなす回収口９の直上又は直上付近に到達する。そして回収口９の直上又は直上付近に到達すると流れＷ４の作用により、紛体Ｐの周囲の流体、すなわち回収誘導部２３をなす回収口９の直上又は直上付近の流体が紛体粒子Ｐを伴って、回収口９を通って回収部３へと誘導される。

回収部３では、回収誘導部２３をなす回収口９を通って回収部３へと誘導された固気二相流は分離器本体５内と同様の作用により旋回流となり、排気口８へ向かう過程でコリオリの力により粉体粒子Ｐは、固気二相流から分離され回収部３内に滞留し、回収部３内に蓄積される。

そして、排気口８の直上又は直上付近では回収部３から分離部２に向かう流体の流れ（流れＷ５）が生じていることから、この流れＷ５の作用により、粉体粒子Ｐを分離された流体が排気口８を通って回収部３内から分離部２に向けて誘導される。

排気口８を通って分離部２へと誘導された流体は、分離部２内の上昇流Ｗ３に合流して排出管７に導かれ、さらに排出管７から粉体分離装置１の外部へと導かれる。

紛体分離装置として、図１に示す構造の装置を準備した。分離部の分離器本体は内径（直径）が１９０ｍｍ、分離部の分離器本体の内部における高さが２３０ｍｍ、排気管、導入管は内径が５０ｍｍ、回収部は、内径は分離部と同じで、回収部内部における高さが１００ｍｍであった。

誘導部は、分離部の底面部における中央に形成された円形状の排気口、排気口から離れた位置に形成された回収口とで構成されている。なお、回収口は底面部の半径方向に沿って方向を長手方向とするスリット状に形成された。

粉体分離装置の排出管に対して誘引ブロワが接続され、誘引ブロワの駆動によって分離器本体内の流体が吸引されるように構成された。誘引ブロワの駆動によって紛体分離装置が稼働状態となり、紛体分離装置への固気二相流の流入が可能となる。

紛体分離装置を稼働状態とし、気体と紛体粒子の組み合わせとして空気と鉄系ヒューム（粒子径１．５μｍ、嵩密度０．２６７ｇ／ｃｍ^３）を紛体分離装置に対して導入口から流入させて分離器本体中に固気二相流を形成した（固気二相流の流入速度は、１７．５ｍ／ｓ）。また、このとき、分離器本体内の固気二相流は、旋回流をなし、さらに、旋回流の中央に上昇流が形成された。

固気二相流の形成は、鉄系ヒューム５０ｇが紛体分離装置の分離部に流入されるまで継続された。３分間紛体分離装置を稼働状態とすることで、鉄系ヒューム５０ｇが分離部に流入された。

紛体分離装置を稼働状態にして鉄系ヒューム５０ｇを空気とともに分離部に流入することに並行して、分離部における固気二相流からの紛体の分離及び回収部における紛体粒子（鉄系ヒューム）の回収が行われるとともに、排出管からの流体の排気が継続的に実施された。

３分間紛体分離装置を稼働状態としたあと、紛体分離装置の稼働を停止し、回収部に蓄積された鉄系ヒュームの総重量（紛体粒子の総重量）を測定することで鉄系ヒュームの回収量を測定した。そして、この鉄系ヒュームの回収量と分離部に流入させた量との比率を算出することで紛体粒子回収率（％）を得た。結果、紛体粒子回収率は、約１００％であった。なお、回収部に蓄積された紛体の重量は、電子はかり（株式会社エー・アンド・ディー製、ＥＫ１２−ＫＡ）で測定された。

１、１ａ、１ｂ紛体分離装置
２分離部
３回収部
４、４ａ、４ｂ誘導部
５分離器本体
６導入管
７排出管
８排気口
９回収口
１０上面部
１１底面部
１２上面部の開口部
１３周面部の開口部
１４分離器本体の内壁面
１５分離器本体内の空間部
１６周面部
１７孔構造
１８排気誘導用配管
１９回収誘導用配管
２０誘引ブロワ
２１バルブ
２２併合孔部
２３回収誘導部
２４排出誘導部
２５孔構造
２６中央孔構造
１００紛体処理システム

Claims

円筒状の形状を有し且つ上面部の中央位置と周面部の所定位置に開口部を有する分離器本体と該分離器本体の上面部の開口部に接続され分離器本体の内部に下端側が突出することを避けるように配置された排出管と前記分離器本体の周面部の開口部に接続された導入管とを備えて、
導入管から導入され直径が０．０１μｍ以上１ｍｍ以下の粉体粒子を含む流体により分離器本体内に形成される固気二相流を旋回流となすとともに固気二相流からコリオリの力の作用により粉体粒子を分離し且つ前記旋回流の中央に形成される上昇流を排出管に導く分離部と、該分離部で分離され分離器本体に滞留する粉体を回収する回収部とを備えた粉体分離装置であって、
分離器本体には、該分離器本体の下端側に底面部が形成されており、
分離部から回収部に向けて分離部内の流体を誘導する回収誘導部と回収部から分離部に向けて回収部内の流体を誘導する排出誘導部とを有する誘導部が設けられており、
排出誘導部は、底面部内の所定部分で該底面部の中心位置を含む部分に形成された排気口を備えており、該排気口は分離部内及び回収部内にそれぞれ開口しており、
回収誘導部は、底面部内の所定部分で前記排気口の形成部分から外れた部分に形成された回収口を備えており、該回収口は分離部内及び回収部内にそれぞれ開口しており、
回収口は、底面部の中心位置から外向き方向に沿った方向を長手方向とするスリット状の構造を有する、ことを特徴とする粉体分離装置。
排出管の端面が、分離器本体の上面部の開口部に位置している、請求項１に記載の粉体分離装置。
分離部の底面部の直下に回収部が直接連結されている、請求項１または２に記載の粉体分離装置。
排出誘導部は、排気口に一端側を連結された排気誘導用配管を備えており、該排気誘導用配管の一端は分離器本体の底面部の排気口に位置しており、
回収誘導部は、回収口に一端側を連結された回収誘導用配管を備えており、
排気誘導用配管の他端側と回収誘導用配管の他端側がそれぞれ回収部の所定位置に連結されることで分離部と回収部が繋がっている、請求項１または２に記載の粉体分離装置。