JP6656696B2 - サイクロン型分級装置 - Google Patents

Description

本項案は、サイクロン型分級装置に関する。

流体が特定の軸を中心に回転して流れていく動きは旋回流と呼ばれる（「サイクロン流」とも呼ばれる。）。この旋回流では、その流体に対して遠心力が生じるため、この遠心力を利用して様々な物体を分級しようとする試みがなされており、その技術はいわゆる遠心分離機等や掃除機等身の回りの様々な製品に、サイクロン型分級装置として応用されている。

上記旋回流を用いた分級装置に関する技術としては、例えば下記特許文献１に記載された技術がある。

特開２００６−６８６９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、旋回軸が鉛直方向に対して垂直な予備旋回部を備えるものであって、液体の処理において十分な効果を発揮するには課題が残る。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一観点に係るサイクロン型分級装置は、鉛直方向下部に流入管が、鉛直方向上部に複数の接続管が接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室と、複数の接続管各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室と、を備えたサイクロン型分級装置であって、複数の接続管は、一次旋回室の延伸方向に対する同一の垂直な面内に配置され、かつ、接続管の延伸方向は、一次旋回室の内壁断面の円形状の接線に対し略平行となっており、一次旋回室は、中心において、流入管から接続管までの高さを有する断面が円形状の芯棒を備えるものである。

また、本発明の他の一観点に係る混入物分級方法は、延伸軸に対し垂直な面における内壁断面が円形状であって、中心において、前記流入管から前記接続管までの高さを有する断面が円形状の芯棒を備える一次旋回室内に混入物を含む液体を流入させて鉛直方向下から上に向かう一次旋回流を形成し、一次旋回流を前記一次旋回流の接線方向に対し略平行な方向で複数の二次旋回室内に分配導入し、液体と前記混入物を分級するものである。本混入物分級方法では、一次旋回室があることにより、遠心力を増幅させることによってより効率が高まるといった効果がある。

以上、本発明によって、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置で、混入物分離回収方法を提供することができる。

実施形態に係るサイクロン型分級装置の概略を示す図である。 実施形態に係るサイクロン型分級装置における一次旋回室と二次旋回室の間の接続関係を説明するための、上面図である。 実施形態に係るサイクロン型分級装置における一次旋回室と流入管の接続関係を説明するための図である。 本実施形態に係るサイクロン型分級装置の鉛直方向に沿った面で切断した場合の断面図である。 オーバーフロー側カバーを設けた場合の概略斜視図である。 オーバーフロー側カバーを設けた場合の概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下の実施形態に記載の具体的な例示のみ限定されるわけではない。

図１は、本実施形態に係るサイクロン型分級装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図であり、図２は、本装置１の部位の接続関係を上から見た場合の図であり、図３は、本装置１の一次旋回室と流入管の接続関係を示す図であり、図４は、鉛直方向に沿った面（それぞれが二つの接続管に沿った一次旋回室の中心で交差する面）で切断した場合の断面図である。

これらの図で示すように、本装置１は、鉛直方向下部に流入管２１を、鉛直方向上部に複数の接続管２２を備え、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室２と、複数の接続管２２各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室３と、を備えており、本図は処理量を増すため６連品の図としている。一次旋回室２の接続管２２の延伸方向は、一次旋回室の内壁断面の円形状の接線に対し略平行となっているものである。また、二次旋回室３の接続管２２も円形上の接線に対し略平行となっている。

まず本装置１において、一次旋回室２は、上記の通り、一次旋回流を形成するためのものであって、鉛直方向下部に流入管２１を、鉛直方向上部に複数の接続管２２を備え、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状のものである。なお、具体的には、一次旋回室２は円筒形状、二次旋回室３は円筒形状、円錐形状を組み合わせた形状である。なお、一次旋回室２には、後に詳述するが、その中心に、芯棒２３が設けられている。

本装置１における一次旋回室２の流入管２１からは、混入物が混入した液体が導入され、本装置１内によってその混入物が遠心力により粒径が大きいもの、比重が大きいものは外壁側に集まり下降し下部排出口であるアンダーフローから、細かい粒子は上部排出口よりそれぞれ排出されることになる。この詳細については以後の記載から明らかとなる。

また、一次旋回室２の鉛直方向に対して垂直な面における内壁断面は円形状となっており、一次旋回室２内に流入した液体はこの壁面に沿って上昇する旋回流となる。このため、一次旋回室２においては、重い混入物が液体中に混入しているとしても常時鉛直方向上向きの上昇流が発生しているため、一次旋回室２内に沈殿してしまう虞はない。また、後述しているが、一次旋回室の中心には芯棒２３が配置されているため、中心に渦が生じることによる流れの乱れを抑えることが可能となり、より流れの整った旋回流が生じることとなるため、よりこの効果は安定する。

本装置１における一次旋回室２の断面は円形状であればよく、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面の円形状の直径がいずれの位置においても等しい円筒形であることは整った旋回流を形成するうえで好ましいが、この円形状の直径は鉛直方向に沿って変化してもよく、具体的には円錐形、円錐台形となっていてもよく、さらにはこれらを組み合わせたものであってもよい。例えば鉛直方向上に向かうに従い直径が大きくなることとしてもよい。もちろん、これら円筒形と上記円錐台形が組み合わさった形であってもよい。

また、一次旋回室２は、上記の通り、液体を流入させる流入管２１を備えている。流入管２１は、液体を一次旋回室２内の所望の方向に導くことができるものであり、いわゆる配管である。また、流入管２１の一次旋回室２への接続位置は、鉛直方向に沿った下部に備えられており、特に限定されるわけではないが、一次旋回室２の底面に沿って配置されていることが好ましい。このようにすることで確実に鉛直方向下から上に向かう旋回流を形成することができるようになる。また、流入管２１は、流入させる面における断面である円形状の接線方向に略平行にそって流入させること、すなわち液体流入方向（流入管２１の延伸方向）は円形状の接線に略平行となっていることが好ましい。このようにすることで、円形状の内面に沿って液体を導入させることが可能であり、液体に対する抵抗を少なくすることができる。ここで、「略平行」とは、完全なる平行を含む概念であるが、実際の製品作成においては製造誤差が生じうるものであってこの誤差を含むことを意味する。具体的には５度程度の誤差を含む概念である。

また、流入管２１の配管の断面形状は特に限定されるわけではないが、鉛直方向に沿って縦長の断面形状がより好ましいが、縦長の楕円形状であっても旋回流を得ることができる。

また、本装置１の一次旋回室２の内部には、上記の通り、内部、より具体的には中心に芯棒２３を備えている。また別言すると、一次旋回室２には、中心において、流入管から接続管までの高さを有する断面が円形状の芯棒を備えている。流入管から接続管までの高さを確保することで、安定的な層流を形成することが可能となる。特に、断面が円形状の芯棒となることで、一次旋回室２の断面形状と相似形となり芯棒表面と一次旋回室内壁面との距離を一定とすることができるため、渦が発生することによる流れの乱れを防止し、整った層流を維持する効果が高くなる。すなわち、旋回流の流れをより安定的に形成することができるといった利点がある。

また、一次旋回室２には、上記の通り、鉛直方向上部に複数の接続管２２を備えている。接続管２２のそれぞれの構造については、上記流入管２１と同様の構成、すなわち縦長四角配管を採用することができる。

また、接続管２２の一次旋回室２への接続方向（延伸方向）は、鉛直方向に沿った上部に備えられており、特に限定されるわけではないが、一次旋回室２の天井面に沿って配置されていることが好ましい。このようにすることで鉛直方向下から上に到達した旋回流を効率的に一次旋回室２外に排出させることができるようになる。また、接続管２２は、流入させる面における断面である円形状の接線方向に略平行に沿って排出させること、すなわち液体排出方向（接続管２２の延伸方向）は円形状の接線に略平行となっていることが好ましい。このようにすることで、円形状の内面に沿って液体を排出させることが可能であり、液体に対する抵抗を少なくし、より効率的な分級が可能となる。ここで、「略平行」とは、完全なる平行を含む概念であるが、実際の製品作成においては製造誤差が生じうるものであってこの誤差を含むことを意味する。具体的には５度程度の誤差を含む概念である。

また、上記の通り、接続管２２は、一次旋回室２に対し処理量を増すため複数設けられている。複数設けることでそのそれぞれに二次旋回室を接続し、そのそれぞれにおいて細かく分級作業を行わせることが可能となる。この二次旋回室の数は特に限定されるわけではないが、円形状の周方向に沿って均等に配置されていることが好ましい。

また、接続管２２は、鉛直方向に垂直な一面内に複数配置していることが好ましい。このようにすることで、面内にある接続管２２それぞれに対し均等に液体の流れを分配することが可能となる。

また、本装置１における二次旋回室３は、上記の通り、複数の接続管２２各々に接続されるものであって、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するためのものである。また、円形状の下側は円錐状となっておりいわゆるサイクロン形状をしている。

また、本装置１における二次旋回室３は、上部にはオーバーフローを排出するための上部排出口３１、下部にはアンダーフローを排出させる下部排出口３２を備えている。つまり、二次旋回室３に導入された液体は、二次旋回室３において更に旋回流を形成し、液体中の混合物を分級し、上部に軽い混入物及び粒径の小さい固形物を含む液体を、下部に重い混入物及び粒径の大きい固形物を含む液体を排出させることができる。この原理については後述の記載から明らかとなる。

また、上部排出口３１は、二次旋回室３内に設けられる筒状部分３１１を備えている。この筒状部分を設けることで、二次旋回室３に導入された液体が直接上部排出口３１から排出されてしまう流れを形成するのを防ぐことができるようになる。

また、本装置における二次旋回室３と上記の接続管２２は、二次旋回室３の上部、具体的には天井板近接する位置に接していることが好ましい。このようにすることで、壁面に沿って徐々に鉛直方向下部に向かう旋回流を安定的に形成することが可能となる。

本装置１における一次旋回室２の断面は円形状であればよいが、二次旋回室３は鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面の円形状の直径がいずれの位置においても等しい円筒形部分と、鉛直方向下に向かうに従い直径が小さくなる円錐台形部分を組み合わせた形状となっていることが好ましい。このようにすることで、円筒形部分において旋回流の流れを整えた後、円錐台形部分において重い混入物と軽い混入物と粒径の大きいものと小さいものを効率的に分級し、下部に重い混入物及び粒径の大きいものを、上部にはそれよりも軽い混入物及び粒径の小さいものを排出させることができるようになる。

また、本装置１における二次旋回室３の大きさは適宜変更可能であり限定されない。ただし、より装置の微細分級及び小型化を図る観点から二次旋回室３の鉛直方向上部（接続管２２接続位置）の円形状の直径としては１ｃｍ以上１０ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｃｍ以下である。また、この場合において、二次旋回室３内の底面から天井までの高さについても適宜変更可能であり限定されるわけではない。

また、本装置１では、複数の二次旋回室３の上部排出口３１から排出されるオーバーフローは外部に排出させるためのオーバーフロー側カバー３３を備えていることが好ましい。このようにすることで、排出側の液体を一つにまとめることができ、排出口３４からまとめて排出する。この場合の図を図５、６に示しておく。図５は、斜視概略図であり、図６はその縦断面図である。

また、本装置１では、複数の二次旋回室３の下部排出口３２から排出されるアンダーフローは外部に排出させる。このようにすることで、排出側の混入物を一つにまとめることができる。この場合の図は上記図７に示したとおりである。

ここで、上記記載から明らかであるが、本装置１を用いた混入物分級方法（以下「本方法」という。）について説明する。

すなわち、本方法は、延伸軸に対し垂直な面における内壁断面が円形状である一次旋回室２内に混入物を含む液体を流入させて鉛直方向下から上に向かう一次旋回流を形成し、一次旋回流を一次旋回流の接線方向に対し略平行な方向で複数の二次旋回室３内に分配導入し、液体と前記混入物を分級するものである。この液体の流れについては図に示したとおりである。

本方法によると、一次旋回室２内において一次旋回流を形成して遠心力を与え、かつ整流をさせ更にこの遠心力を維持した状態で二次旋回室３内に導入する。そして二次旋回流内において重い混入物と軽い混入物と粒径の大きいものと小さいものを分級することにより、精度よく混入物を分級することができるようになる。

特に、本方法によると、土木工事現場等において発生する微土砂を含む水を投入し、これに対して旋回流を発生させることにより、重さや大きさに基づき土砂の分別を行うことができるようになる。更には、工作機械で研磨装置における研削液中の研磨材と切粉を分離回収することができる。更には、薬剤や食材等の粉体を水に溶かした状態でその粒の大きさや重さに基づき分級することが可能となる。

以上、本発明によって、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置及びこれを用いた混入物分離・分級方法を提供することができる。

本発明は、サイクロン型分級装置として産業上の利用可能性がある。

Claims (3)

1. 鉛直方向下部に流入管が、鉛直方向上部に複数の接続管が接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室と、
   前記複数の接続管各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室と、を備えたサイクロン型分級装置であって、
   前記一次旋回室は、円筒形状によって構成され、
   前記二次旋回室は、円筒形状および円錐形状の組み合わせによるサイクロン型で構成され、鉛直方向上部に上部排出口を備え、下部に下部排出口を備えており、
   前記複数の接続管は、前記一次旋回室の延伸方向に対する同一の垂直な面内に配置され、かつ、前記接続管の延伸方向は、前記一次旋回室の前記内壁断面の前記円形状の接線に対し略平行となっており、
   前記一次旋回室は、中心において、前記流入管から前記接続管までの高さを有し、前記一次旋回室の断面形状と相似形となっている円形状の断面を有し、前記一次旋回室内壁面から表面までの距離が一定となっている芯棒を備えており、
   前記一次旋回室の前記流入管の接続高さは、前記二次旋回室の下部排出口よりも鉛直方向上部にあり、かつ、前記流入管は、前記複数の二次旋回室の前記円錐形状の部分における間隙から前記一次旋回室に接続されるサイクロン型分級装置。
2. 前記一次旋回室の前記内壁断面の前記円形状における直径の大きさが、前記二次旋回室の前記円筒形状における前記円形状の直径よりも大きい請求項１記載のサイクロン型分級装置。
3. 前記複数の二次旋回室の前記上部排出口を共通して覆うオーバーフロー側カバーを備える請求項１記載のサイクロン型分級装置。