JP6586619B1 - サイクロン分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペースで強力な旋回流を発生可能とすると共に、経済的に製造可能とするサイクロン装置を提供する。【解決手段】 主要な構成として、流入口２４が形成されるボディ側筒状体２１の一端がボディ側蓋状体２２で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口端部にボディ側フランジ部が形成されて成るボディ２０と、流出口１４が形成されるヘッド側筒状体１２の一端がヘッド側蓋状体１３で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口端部にヘッド側フランジ１５が形成されて成るヘッドと、上面側開口３０ｂから底面側開口３０ａに向かって漸次拡径する中空略円錐状に形成されて成るサイクロン本体３０と、を有するサイクロン分離器において、前記サイクロン本体３０は、座側辺縁部３０ｄが座２７に接触することで着座している状態でボディ側フランジ２６及びヘッド側フランジ１５によって挟着固定されている構成を採用する。【選択図】図1

Description

本発明は、気流中（とりわけ、圧縮空気）に混合し得る液体（とりわけ、ドレンもしくは油滴）を旋回流によって遠心分離・除去するサイクロン分離器に関するものである。

気相である何某かの流体を使用する際、用途を阻害し得る液体又は紛体が混合してしまうことが多々ある。
とりわけ、圧縮空気圧回路においては、凝縮水（ドレン）と潤滑油の油滴（オイルミスト）とが問題となる。
上記凝縮水は、圧縮空気の圧力変化と温度変化（冷却）とによって発生し得る。
上記油滴は、空気圧縮機の機構を潤滑させるための潤滑油が回路中に持ち出されることで存在し得る。
そうであるので、圧縮空気圧回路は、これらを分離・除去するための装置が要されている。

圧縮空気圧回路より、ドレン又はオイルミストを分離除去するための装置としては、エアフィルタとサイクロン分離器とがよく知られている。
エアフィルタは、網目状の繊維物を用い、濾過の原理によって、異物を分離・除去している。
サイクロン分離器は、羽もしくは逆円錐状から成る機構を用い、当該機構によって圧縮空気に旋回流を発生させて、異物を遠心的に分離・除去している。

エアフィルタは、その構造上、μｍオーダーの細かい異物も分離除去・可能な点が利点であるが、自身の網目に異物が堆積していく（目詰まりしていく）ので、経時的に圧力損失が増大していくという短所を有している。
サイクロン分離器は、その構造上、異物が機構表面に堆積しないので、初期的な圧力損失を維持可能であることが利点であるが、遠心分離可能な粒径は比較的大きいという短所を有している。
そのため、両者の短所を補完するという技術的観点で、エアフィルタの前段にサイクロン分離器を接続して、粒径の大きな異物は、サイクロン分離器によって、粒径の小さい異物はエアフィルタによって、それぞれ分離除去することも知られている。
この態様を採用することは、確率統計的には、粒径の大きい異物の方がその出現頻度が多いため、粒径の大きい異物によってエアフィルタが目詰まりする時期を遅らせることができて経済的である。

サイクロン分離器は、前述のように羽もしくは逆円錐状から成る機構を用い、遠心分離の原理によって、異物を分離・除去している。

サイクロン分離器について、逆円錐状の機構を有するものとしては、特許文献１に係る技術提案が、羽状の機構を有するものとしては、特許文献２に係る技術提案が、それぞれ挙げられる。
しかしながら、上記技術をしても以下が問題となる場合がある。

特開２０１５−１４２９２３号公報 特開２０１２−２３９９８５号公報

特許文献１に係る技術提案は、逆円錐状の機構の内壁壁面における接線方向に流体を流すことで旋回流を発生させ、当該旋回流による遠心力で異物を分離・除去するものである。
また、遠心力は、回転半径（ｒ）と回転角速度（ω）の二乗との積で表されるものである。
したがって、異物を効率的に分離除去するためには、逆円錐状の機構における半径（回転半径）を大きくするか、又は、流路のいずれかの場所を絞り、流体の流速（回転角速度）を早める必要がある。
逆円錐状の機構における半径を大きくとることは、装置の大型化が避けられず、特に大流量を処理する装置にあっては、省スペース性を阻害され得る。
また、流路のいずれかの場所を絞り、流体の流速を早めることは、それに資するための機構が要されて、場合によっては経済性を阻害され得る。

特許文献２に係る技術提案は、羽状の機構によって旋回流を発生させ、当該旋回流による遠心力で異物を分離・除去するものである。
羽状の機構は、一般に複雑であるので、樹脂によって成型・製造する場合は金型が複雑になるし、金属によって加工・製造する場合もプレスや溶接工程が要される。
どちらにせよ、経済性が阻害され得る。

本発明は、前々項及び前項の問題に鑑み、省スペースで強力な旋回流を発生可能とすると共に、経済的に製造可能とするサイクロン装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、流入口が形成されるボディ側筒状体の一端がボディ側蓋状体で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口外側端部にボディ側フランジ部が形成されて成るボディと、流出口が形成されるヘッド側筒状体の一端がヘッド側蓋状体で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口外側端部にヘッド側フランジ部が形成されて成るヘッドと、上面側開口部から底面側開口部に向かって漸次拡径する中空略円錐状に形成されて成るサイクロン本体と、を有するサイクロン分離器において、前記ボディ側フランジ部の上面内側に形成される座と、前記上面側開口部端部から形成されると共に座側辺縁部を有する環状鍔部と、を備え、前記サイクロン本体は、前記座側辺縁部が前記座に接触することで着座している状態で前記ボディ側フランジ部及び前記ヘッド側フランジ部によって挟着固定されている構成を採用する。

したがって、本発明は、ボディ側筒状体とサイクロン本体との間の空隙によって流路が狭小となるため、ボディ側筒状体及びサイクロン本体を小型化しつつ、圧縮空気を、強力な旋回流状態とすることに寄与する。
また、本発明は、羽を構成していないので、複雑な工程を経ないので、経済的（ローコスト）に製造することにも寄与する。

好ましきは、前記流入口は、前記ボディ側筒状体の前記ボディ側フランジ部より低い高さに位置すると共に、前記流入口の外周側管壁の延長線と、前記ボディ側筒状体内壁の接線とが、重なるように形成されている構成を採用する。

好ましきは、流体が前記流入口より前記サイクロン本体の外側側面に接しながら旋回して下方へと向かう下方流路と、前記流体が、前記底面側開口部から前記上面側開口部へと向かう上方流路と、前記流体が、前記上面側開口部から前記ヘッド側筒状体内部を介して流出口へと向かう流出流路と、を有し、前記流体は、記載の順序の流路となる構成を採用する。

したがって、前々項及び前項の構成は、ボディ側筒状体内壁とサイクロン本体の外側側面によって強力な旋回流を発生させる前に、圧縮空気をボディ側筒状体内壁のカーブによって初期的な旋回流を発生させる。また、圧縮空気は、ボディ側筒状体内壁と漸次拡径するサイクロン本体の外側側面との２つの壁に挟み込まれ、流路が狭小となっていくことで流速が速くなり、強力な旋回流とせる。
以上によって、当該構成は、高い異物分離効率を得ることに寄与する。

好ましきは、前記ボディ側筒状体と前記ヘッド側筒状体とは、同形及び同材質且つ同径の筒状体より成る構成を採用する。

したがって、前項の構成は、ボディ側筒状体及びヘッド側筒状体が同形及び同材質且つ同径の筒状体であるので、経済的に製造可能とすることに寄与する。

好ましきは、前記ボディ側蓋状体の下端近傍にドレン排出口が形成されている構成を採用する。

したがって、前項の構成は、下端近傍にドレン排出口が形成されているので、効率的にドレンを排出可能とすることに寄与する。

好ましきは、前記ボディ側蓋状体と前記ヘッド側蓋状体との形状差異は、前記ドレン排出口の存在のみである構成を採用する。

したがって、前項の構成は、前記ボディ側蓋状体と前記ヘッド側蓋状体との形状差異が、前記ドレン排出口の存在のみであるので、経済的に製造可能とすることに寄与する。

好ましきは、前記ボディ側筒状体の外側下端近傍に脚が取付けられている構成を採用する。

したがって、前項の構成は、回路配管に負担をかけずに自立的に重力を逃がすことが可能であるので、当該回路配管へのダメージ負荷軽減に寄与する。

以上の各構成によれば、本発明にかかるサイクロン分離器は、省スペースで強力な旋回流を発生可能とすると共に、経済的に製造可能とするサイクロン装置を提供することが可能である。

本発明にかかるサイクロン分離器を示す図面である。 本発明にかかるサイクロン分離器におけるサイクロン本体を示す図面である。 本発明にかかるサイクロン分離器におけるサイクロン本体の挟着固定部を示す図面である。 本発明にかかるサイクロン分離器における流入口付近を示す図面である。

本発明にかかるサイクロン分離器１は、流入口２４が形成されるボディ側筒状体２１の一端がボディ側蓋状体２２で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口外側端部にボディ側フランジ部２６が形成されて成るボディ２０と、流出口１４が形成されるヘッド側筒状体１２の一端がヘッド側蓋状体１１で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口外側端部にヘッド側フランジ部１５が形成されて成るヘッド１０と、上面側開口部３０ｂから底面側開口部３０ａに向かって漸次拡径する中空略円錐状に形成されて成るサイクロン本体３０と、を有するサイクロン分離器において、前記ボディ側フランジ部２６の上面内側に形成される座２７と、前記上面側開口部３０ｂ端部から形成されると共に座側辺縁部３０ｄを有する環状鍔部３０ｃと、を備え、前記サイクロン本体３０は、前記座側辺縁部３０ｄが前記座２７に接触することで着座している状態で前記ボディ側フランジ部２６及び前記ヘッド側フランジ部１５によって挟着固定されている構成を最大の特徴とする。
以下、本発明にかかるサイクロン分離器の実施形態、すなわち、構成及び動作を図面に基づいて説明する。

なお、本発明にかかるサイクロン分離器１は、以下に述べる実施形態に特に限定されるものではなく、その構成や動作について、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる素材もしくは形状、動作などに関して適宜変更することができる。

本発明にかかるサイクロン分離器１は、主要な構成として、ヘッド１０、ボディ２０、並びにサイクロン本体３０より成る。
また、本発明にかかるサイクロン分離器１は、流入口２４から入気した圧縮空気を、主としてサイクロン本体３０によって強力な旋回流とさせて、オイルミストやドレンなどの異物を遠心分離することで分離・除去した上で、流出口１４から排気している。
各々の構成や動作については、次項以下において詳述する。

まず、本発明にかかるサイクロン分離器１の構成について説明する。

ヘッド１０は、両端が開口しているヘッド側筒状体１２の一端は、ヘッド側蓋状体１１によってヘッド側接合部１３において接合・閉鎖され、他端は開口すると共に、該開口外側端部にはヘッド側締結手段１６を挿通させる孔部を有するヘッド側フランジ部１５が形成されている。
また、ヘッド側筒状体１２の側面には、内部と連通する流出口１４も形成されている。

ボディ２０は、両端が開口しているボディ側筒状体２１の一端は、ボディ側蓋状体２２によってボディ側接合部２３において接合・閉鎖され、他端は開口すると共に、該開口外側端部にはヘッド側締結手段１６を挿通させる孔部を有するボディ側フランジ部２６が形成されている。
上記のボディ側筒状体２１の側面には、ボディ側フランジ部２６よりも低い高さに、内部と連通する流入口２４が形成されている。
上記のボディ側筒状体２１の側面には、脚２５も取付けられている。
脚２５については、小型のものでは流入口２４及び流出口１４に接続される回路配管に適宜接続して懸架する態様で構わないが、大型のものについては、自重によって回路配管へのたわみなどのダメージを与えかねないので、それを逃がすことが可能なように構成するとよい。
また、上記のボディ側蓋状体２２の底部には、ドレン排出口２９も内部と連通するように開口しており、当該開口にはドレン排出バルブなどが螺合され接続される。ドレンが貯留すると二次側以降へそれが流出することもあるので、ドレン排出バルブは必須である。

サイクロン本体３０は、上面側開口部３０ｂから底面側開口部３０ａに向かって漸次拡径する中空略円錐状に形成されている。
上面側開口部３０ｂは、その開口端部から環状鍔部３０ｃが形成されている。

サイクロン本体３０は、ヘッド１０とボディ２０とに挟着される態様で固定されている。
具体的には、サイクロン本体３０は、ボディ２０に対しては、ボディ側フランジ部２６の内側内周に形成されている座２７の面に、環状鍔部３０ｃの下側の外側端部である座側辺縁部３０ｄが接触することで着座している。また、そのような状態で環状鍔部３０ｃの上部面とボディ側フランジ部２６における座２７以外の他の上部面とは、ほとんど水平となるような態様である。
サイクロン本体３０は、ヘッド１０に対しては、ヘッド側フランジ部１５においてガスケット４０を介して固定されている。
これは組立て時におけるサイクロン本体３０の位置決めが容易であることや固定方法が容易であるため、このような態様となっている。
そのような観点から考慮すると、環状鍔部３０ｃは取付け用の機構であると言える。

ヘッド１０及びボディ２０は、ヘッド側フランジ部１５及びボディ側フランジ部２６において、サイクロン本体３０及びガスケット４０を挟装した状態で、ボルトなどのヘッド側締結手段１６及びボディ側締結手段２８によって挟着・固定されている。

筒状体がフランジによって固定されている態様を鑑みると、ヘッド側筒状体１２とボディ側筒状体２１とについては、製造コストの観点や利便性の観点から、同形及び同材質且つ同径の筒状体を所望の長さに適宜切断したような状態であることが望ましい。
また、上述と同じ理由で、ヘッド側蓋状体１１とボディ側蓋状体２２も同種の蓋状体を一度製造した上で、ボディ側蓋状体２２については別途ドレン排出口２９を開口することが望ましい。

次に、本発明にかかるサイクロン分離器１の動作について説明する。

流体とりわけ圧縮空気は、流入口２４より入気され、ボディ側筒状体２１における内壁２１ａによって初期的な旋回流を与えられ、次いで内壁２１ａとサイクロン本体３０の外壁との空隙によって強力な旋回流を与えられながら、下方へと向かう下方流路５１を通過する。
この際、流入した圧縮空気は、流入口２４とボディ側筒状体２１とでは後者の方が拡径しているため、流速が低下する。相対的に自重があるドレン及びオイルミストなどは、慣性によってボディ側筒状体２１における流入口２４とは反対側内壁面に衝突・落下していく。また、その際に圧縮空気は、若干の膨張があることで新たにドレンを発生させながら、ボディ側筒状体２１の円周上の内壁面に沿うような態様で初期的な旋回流を与えられる。

圧縮空気に対して、より内壁面に沿うように旋回させる効果を得るためには、流入口２４については、外周側管壁２４ａの延長線２４ｂと、ボディ側筒状体２１における内壁２１ａの接線２１ｂとが、重なるように形成されていることが望ましい。これは流路に段や継ぎ目などが少なく、できるだけ平滑な方が乱流を生まずスムーズに旋回させ始めることが可能だからである。

次いで、下方流路５１を通過している圧縮空気は、ボディ側筒状体２１とサイクロン本体３０の外側側面との間の空隙によって流路が漸次狭小となり、流速が増加していくことで強力な旋回流を与えられる。
この際、ボディ側筒状体２１における内壁２１ａは当然ながら円周を有するし、また、サイクロン本体３０の外側側面は略円錐状の形状をしているので、これについても当然ながら円周を有し、且つ下方になるにつれ内壁２１ａとの空隙は漸次狭小となっていくので、流路もより狭小となっていく関係にある。また、どちらも円周を有するので、圧縮空気に対して、乱流を与えずにスムーズに旋回させ、または流速増加をさせ、ドレンやオイルミストなどの異物を遠心分離・除去する作用を与える。
副次的な効果としては、ボディ側筒状体２１とサイクロン本体３０との「空隙」が分離効率を決定している主要素であるので、異物分離効率を求めてより強い旋回流としたければ、同径のボディ側筒状体２１であっても、サイクロン本体３０の形状を大とするなどして「空隙」を小とすればよく、外形を大とせずに効率向上が可能な点も挙げられる。他の表現をすると、それは省スペース性にも寄与する。

圧縮空気は、底面側開口部３０ａ端部付近で一度膨張的な体積変化を与えられ、流速を落とした上で、上方流路５２に向かう。その際、圧縮空気からは、再度ドレンが発生し得る。
上方流路５２は、サイクロン本体３０における底面側開口部３０ａから上面側開口部３０ｂへと向かう。つまり、サイクロン本体３０の内側（内部）を通過する。
この際、拡径した底面側開口部３０ａから漸次狭小となる上面側開口部３０ｂに向かうので、流速は漸次増加していき、ドレンやオイルミストなどの異物が混入している場合は、それらに対して、それら自身の自重により慣性が与えられる。

最後に、圧縮空気は、流出流路５３を経て、流出口１４より外部へと排気される。
この際、圧縮空気は流路に略９０度程度のカーブを与えられる。
前項におけるドレンやオイルミストなどの異物が混入している場合は、それらは慣性によって当該カーブに向けては流れにくいので、多くのものがヘッド側筒状体１２に衝突する。

以上によると、サイクロン分離器１において、ドレンやオイルミストは、下方流路５１において２回、流出流路５３によって分離・除去される機会を得ている。
具体的には、上方流路５２においては、流入口２４とボディ側筒状体２１の内壁２１ａとの関係で１回、当該内壁２１ａとサイクロン本体３０の外側側面との関係で１回その機会が与えられる。
また、流出流路５３においては、流出口１４とヘッド側筒状体１２との関係でそれが与えられる。
したがって、本発明にかかるサイクロン分離器１は、ドレンやオイルミストの分離効率が高い。

以上の通り、本発明は、主として圧縮空気用のサイクロン分離器に関する発明であって、圧縮空気の利用分野は、多岐にわたる幅広い分野で利用されるものである。
よって、本発明における「サイクロン分離器」の産業上の利用可能性は大であるものと思料する。

１ サイクロン分離器
１０ ヘッド
１１ ヘッド側蓋状体
１２ ヘッド側筒状体
１３ ヘッド側接合部
１４ 流出口
１５ ヘッド側フランジ部
１６ ヘッド側締結手段
２０ ボディ
２１ ボディ側筒状体
２１ａ 内壁
２１ｂ 接線
２２ ボディ側蓋状体
２３ ボディ側接合部
２４ 流入口
２４ａ 外周側管壁
２４ｂ 延長線
２５ 脚
２６ ボディ側フランジ部
２７ 座
２８ ボディ側締結手段
２９ ドレン排出口
３０ サイクロン本体
３０ａ 底面側開口
３０ｂ 上面側開口
３０ｃ 環状鍔部
３０ｄ 座側辺縁部
４０ ガスケット
５１ 下方流路
５２ 上方流路
５３ 流出流路

Claims (4)

1. 流入口が形成されるボディ側筒状体の一端がボディ側蓋状体で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口外側端部にボディ側フランジ部が形成されて成るボディと、
   流出口が形成されるヘッド側筒状体の一端がヘッド側蓋状体で閉鎖されると共に、他端が開口され且つ該開口外側端部にヘッド側フランジ部が形成されて成るヘッドと、
   上面側開口部から底面側開口部に向かって漸次拡径する中空略円錐状に形成されて成るサイクロン本体と、
   を有するサイクロン分離器において、
   前記ボディ側筒状体と前記ヘッド側筒状体とは同形及び同材質且つ同径の筒状体より成ると共に、前記ボディ側フランジ部の上面内側に形成される座と、前記上面側開口部端部から形成されると共に座側辺縁部を有する環状鍔部と、を備え、
   前記サイクロン本体は前記座側辺縁部が前記座に接触することで着座している状態で前記ボディ側フランジ部及び前記ヘッド側フランジ部によって挟着固定されており、
   前記ボディ側蓋状体の下端近傍にドレン排出口が形成されると共に、該ボディ側蓋状体と前記ヘッド側蓋状体との形状差異は、前記ドレン排出口の存在のみであることを特徴とするサイクロン分離器。
2. 前記流入口は、前記ボディ側筒状体の前記ボディ側フランジ部より低い高さに位置すると共に、前記流入口の外周側管壁の延長線と、前記ボディ側筒状体内壁の接線とが、重なるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン分離器。
3. 流体が前記流入口より前記サイクロン本体の外壁に接しながら旋回して下方へと向かう下方流路と、
   前記流体が、前記底面側開口部から前記上面側開口部へと向かう上方流路と、
   前記流体が、前記上面側開口部から前記ヘッド側筒状体内部を介して流出口へと向かう流出流路と、を有し、
   前記流体は、記載の順序の流路となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサイクロン分離器。
4. 前記ボディ側筒状体の外側下端近傍に脚が取付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサイクロン分離器。