JP7379634B1

JP7379634B1 - スラリ回収装置

Info

Publication number: JP7379634B1
Application number: JP2022162583A
Authority: JP
Inventors: 孝典森光; 高明星野; 賢哲 ▲徳▼永
Original assignee: Rix Corp
Current assignee: Rix Corp
Priority date: 2022-10-07
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2023-11-14
Anticipated expiration: 2042-10-07
Also published as: JP2024055553A

Abstract

【課題】配管の内壁面へのスラリの付着を防止することが可能な整流体およびこれを備えたスラリ回収装置の提供。【解決手段】固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部２０に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置２の流れ方向後方の垂直配管３内に設けられる整流体４であり、垂直配管３の内壁面３０との間に微小な隙間４５を形成する頭頂部４０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置に用いられる整流体およびこれを備えたスラリ回収装置に関する。

固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する装置として、例えば特許文献１に記載された微粒化装置がある。また、衝突部への衝突により微粒化が行われた後の微小液滴をスラリとして回収する装置として、例えば特許文献２に記載されたスラリ回収装置がある。

図３は特許文献２に記載のスラリ回収装置を示す一部省略垂直断面図である。図３に示すように、スラリ回収装置１００では、微粒化装置１５０において気体供給配管１５２を経由して気体流（空気流）を供給するとともに、液体供給配管１５１を経由して固体粒子を含む液体を供給すると、液体供給配管１５１を経由して供給される固体粒子を含む液体は、気体供給配管１５２を経由して供給される気体流によって加速され、流動状態の微小液滴となって微細化処理部１５３に送り込まれる。

微細化処理部１５３においては、送り込まれた微小液滴を衝突部材１５５に衝突させることにより固体粒子が微細粒子に微粒化され、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った空気流Ｓ１００となって気体流動空間１５４を経由してスラリ回収装置１００の給気経路１０５へ供給される。給気経路１０５へ供給された空気流Ｓ１００は、エルボ１０５ｂによって進行方向が９０度曲げられ、チャンバ１０１の軸心１０１ｃとねじれの位置関係をなす方向へ吹き出し、チャンバ１０１の内周面１０１ｄに衝突するので、チャンバ１０１および回収部１０３の内部には軸心１０１ｃの周りを螺旋状に回転する旋回流が発生し、サイクロン効果が生じる。

このサイクロン効果により、空気流Ｓ１００に含まれている固体粒子を含む液体であるスラリは遠心力でチャンバ１０１の内周面１０１ｄに接近する方向へ移動して内周面１０１ｄに付着した後、重力により内周面１０１ｄに沿って回収部１０３の内周面１０３ｄに向かって下降し、内周面１０３ｄに到達した後は内周面１０３ｄに沿って下降して排液管１０８に流れ込み、所定の回収容器（図示せず）に回収される。また、サイクロン効果により、チャンバ１０１内の軸心１０１ｃ近傍の旋回流はスラリの含有量が著しく低下した状態となった後、排気経路１０４の下端開口部１０４ｂから排気経路１０４内へ吸い込まれ、排気経路１０４を経由して排気ユニット１０９へ流入する。

特許第４４４７０４２号公報特許第７０３９６６６号公報

上記のように、このスラリ回収装置１００では、微細化処理部１５３において、送り込まれた微小液滴を衝突部材１５５に衝突させることにより固体粒子が微細粒子に微粒化され、固体粒子を含む液体であるスラリがミスト状に交じり合った空気流Ｓ１００となって気体流動空間１５４を経由して給気経路１０５へ供給されるが、この気体流動空間１５４を形成する配管の内壁面にスラリが付着して再凝集してしまうことがある。

そこで、本発明においては、配管の内壁面へのスラリの付着を防止することが可能な整流体およびこれを備えたスラリ回収装置を提供することを目的とする。

本発明の整流体は、固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置の流れ方向後方の垂直配管内に設けられる整流体であり、垂直配管の内壁面との間に微小な隙間を形成する頭頂部を有するものである。本発明の整流体によれば、垂直配管の内壁面との間に形成された微小な隙間により気体流が加速され、垂直配管の内壁面の境界層を破壊するので、垂直配管の内壁面への付着液滴を除去することができる。

頭頂部は、上方から下方へ向かって拡径する円錐状であることが望ましい。整流体の頭頂部には、整流体の上方より流れてくるスラリと気体とが衝突するが、この頭頂部にスラリが付着したままでは気体流によりスラリの液体分が気化し、固体分が固化して凝着する。そこで、頭頂部は、上方から下方へ向かって拡径する円錐状とすることで、気体流によりスラリの液体分が気化するより早く短時間でスラリを押し流すことができ、頭頂部へのスラリの付着を防止することができる。

本発明の整流体は、頭頂部の円錐状の底部から縮径する縮径部を有することが望ましい。整流体の円錐状の頭頂部により急な拡大断面変化があるため、円錐状の底部で渦が発生する。このとき、流体の流れが整流体の表面から大きく剥離すると、流体の滞留領域ができ、この滞留領域でスラリが凝集し、固化する場合がある。そこで、整流体が頭頂部の円錐状の底部から縮径する縮径部を有する構成とすることで、整流体の表面からの剥離を防いで流体の滞留領域の発生を防止して、スラリの凝集固化を防ぐことができる。また、スラリが整流体に付着した状態で気体流を停止した場合、付着したスラリが重力により整流体表面から垂れ下がるため、この付着したスラリを縮径部により整流体の中心側へ導き、垂直配管の内壁面との間の微小な隙間を閉塞しないようにすることができる。

本発明の整流体は、縮径部の下方に接続された円柱部を有することが望ましい。これにより、整流体の縮径部からの断面変化をなだらかにし、流体の流れを滞留させずに付着スラリを下部へ導くことができる。

本発明の整流体は、円柱部の下方に接続されたスカート部であり、円柱部の下方から拡径して垂直配管の内壁面との間に微小な隙間を形成するスカート部を有することが望ましい。これにより、縮径部および円柱部と垂直配管の内壁面との間の空間を通過することにより減速された気体流が、スカート部により垂直配管の内壁面との間に形成された微小な隙間により再び加速され、垂直配管の内壁面の境界層を破壊するので、垂直配管の内壁面への付着液滴を除去することができる。

本発明の整流体は、上方から下方へ向かって縮径する逆円錐状の尾部を有することが望ましい。これにより、流体が整流体と垂直配管の内壁面との間に形成された微小な隙間を通過後、上方から下方へ向かって縮径する逆円錐状の尾部によって整流体の表面から剥離するのを防いで流体の滞留領域の発生を防止して、スラリの凝集固化を防ぐことができる。

（１）固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置の流れ方向後方の垂直配管内に設けられる整流体であり、垂直配管の内壁面との間に微小な隙間を形成する頭頂部を有する整流体によれば、気体流が垂直配管の内壁面と整流体との間を高速で流れ、垂直配管の内壁面の境界層を破壊し、垂直配管の内壁面への付着液滴を除去することができるので、垂直配管の内壁面へのスラリの付着を防止し、スラリの回収性を向上させることができる。また、整流体は垂直配管の流路を狭めるため、バッフルとして機能し、騒音を抑えることができる。

（２）頭頂部が、上方から下方へ向かって拡径する円錐状であることにより、スラリの液体分が気化するより早く短時間でスラリを押し流すことができ、頭頂部へのスラリの付着を防止することができる。

（３）頭頂部の円錐状の底部から縮径する縮径部を有することにより、整流体の表面からの剥離を防いで流体の滞留領域の発生を防止して、スラリの凝集固化を防ぐことができる。また、スラリが整流体に付着したスラリを縮径部により整流体の中心側へ導き、垂直配管の内壁面との間の微小な隙間を閉塞しないようにすることができる。

（４）縮径部の下方に接続された円柱部を有することにより、整流体の縮径部からの断面変化をなだらかにし、流体の流れを滞留させずに付着スラリを下部へ導くことができ、整流体へのスラリの付着を防止することができる。

（５）円柱部の下方に接続されたスカート部であり、円柱部の下方から拡径して垂直配管の内壁面との間に微小な隙間を形成するスカート部を有することにより、縮径部および円柱部と垂直配管の内壁面との間の空間を通過することにより減速された気体流が再び加速され、垂直配管の内壁面の境界層を破壊するので、垂直配管の内壁面への付着液滴を除去することができるので、垂直配管の内壁面へのスラリの付着を防止することができる。

（６）上方から下方へ向かって縮径する逆円錐状の尾部を有することにより、流体が整流体と垂直配管の内壁面との間に形成された微小な隙間を通過後、整流体の表面から剥離するのを防いで流体の滞留領域の発生を防止して、スラリの凝集固化を防ぐことができる。

本発明の実施の形態におけるスラリ回収装置の微粒化装置を示す一部省略垂直断面図である。（Ａ）は本実施形態における整流体を備えた微粒化装置の気流解析を行った結果を示す図、（Ｂ）は比較のために整流体が無い場合の気流解析結果を示す図である。従来のスラリ回収装置を示す一部省略垂直断面図である。

図１は本発明の実施の形態におけるスラリ回収装置の微粒化装置を示す一部省略垂直断面図である。図１に示すスラリ回収装置１は、固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部２０に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置２を備える。スラリ回収装置１は、この微粒化装置２の衝突部２０への衝突により微粒化が行われた後の微小液滴をスラリとして回収する装置である。衝突部２０への微小液滴の衝突速度は、超音速（３４０ｍ／秒以上）である。

また、このスラリ回収装置１の微粒化装置２の流れ方向後方の垂直配管３内には、垂直配管３内の流路を狭めて整流する整流体４が設けられている。整流体４は、上方から下方に向かって拡径する円錐状の頭頂部４０と、頭頂部４０の円錐状の底部から縮径する縮径部４１と、縮径部４１の下方に接続された円柱部４２と、円柱部４２の下方に接続されたスカート部４３と、上方から下方へ向かって縮径する円錐状の尾部４４とを有する。

頭頂部４０は、上方を頂点とし、上方から下方に向かって拡径する円錐状である。整流体４は、この頭頂部４０の径が最大となる底部において、垂直配管３の内壁面３０との間に微小な隙間４５を形成する。この微小な隙間４５は、隙間４５を流れる流速を２０～４０ｍ／秒とする隙間である。本実施形態においては、隙間４５は５～７ｍｍ程度である。この微小な隙間４５により気体流が加速され、垂直配管３の内壁面３０の境界層を破壊し、垂直配管３の内壁面３０への付着液滴を除去する。

また、この整流体４の頭頂部４０には、整流体４の上方より流れてくるスラリと気体とが衝突する。このとき、頭頂部４０にスラリが付着したままでは、気体流によりスラリの液体分が気化し、固体分が固化して凝着する。そこで、頭頂部４０は、上方から下方へ向かって拡径する円錐状とすることで、気体流によりスラリの液体分が気化するより早く短時間でスラリを押し流し、頭頂部４０へのスラリの付着を防止している。

本実施形態においては、頭頂部４０に対するスラリの付着面積をできるだけ小さくし、スラリの除去効果を上げるために、頂角αを９０°としている。なお、スラリの粘度によって、頂角αは８０～１２０°とすることが望ましい。粘度が高い場合には、頭頂部４０表面におけるスラリの流れが悪くなるので、頂角αは８０°とすることが望ましい。仮に、頂角αを３０°とした場合、スラリはより落ちやすくなるが、頭頂部４０の円錐面の表面積が頂角α＝９０°の場合と比較して約５．４倍大きくなるため、表面に付着したスラリが凝集し、この固化した凝集分がスラリ中に多く混入してしまう懸念がある。

縮径部４１は、上方から下方へ向かって縮径する逆円錐台状である。本実施形態における整流体４では、円錐状の頭頂部４０により急な拡大断面変化があるため、円錐状の底部で渦が発生する。このとき、流体の流れが整流体４の表面から大きく剥離すると、流体の滞留領域ができ、この滞留領域でスラリが凝集し、固化する場合がある。そこで、整流体４が頭頂部４０の円錐状の底部から縮径する縮径部４１を有する構成とすることで、整流体４の表面からの剥離を防いで流体の滞留領域の発生を防止して、スラリの凝集固化を防いでいる。

また、スラリが整流体４に付着した状態で気体流を停止した場合、付着したスラリが重力により整流体４表面から垂れ下がるため、この付着したスラリを縮径部４１により整流体４の中心側へ導き、垂直配管３の内壁面３０との間の微小な隙間を閉塞しないようにする。なお、縮径部４１の逆円錐台状の頂角βは、前述の頭頂部４０の頂角αと同様の理由により、８０～９０°とすることが望ましい。

円柱部４２は、上方から下方へ向かって一定の径とした円柱状である。円柱状の下方には上方から下方へ向かって拡径するスカート部４３が接続されており、仮に縮径部４１の縮径断面からスカート部４３の拡径断面へ直接変化した場合、その変化部において流体の流れがなくなり、スラリが滞留する。そこで、縮径部４１とスカート部４３との間に円柱部４２を設けることで、整流体４の縮径部４１からの断面変化をなだらかにし、流体の流れを滞留させずに付着スラリを下部へ導くようにしている。

スカート部４３は、上方から下方へ向かって円柱部４２の下方から拡径する円錐台状である。スカート部４３は、垂直配管３の内壁面３０との間に微小な隙間４６を形成する。この微小な隙間４６は、隙間４６を流れる流速を２０～４０ｍ／秒とする隙間である。本実施形態においては、隙間４６は５～７ｍｍ程度である。この隙間４６により、縮径部４１および円柱部４２と垂直配管３の内壁面３０との間の空間を通過することにより減速された気体流が再び加速され、垂直配管３の内壁面３０の境界層を破壊し、垂直配管３の内壁面３０への付着液滴を除去する。

尾部４４は、上方から下方へ向かって縮径する逆円錐状である。尾部４４は、スカート部４３の下面に設けられた凹部４３ａに設けられている。これにより、流体が整流体４と垂直配管３の内壁面３０との間に形成された微小な隙間４６を通過後、この上方から下方へ向かって縮径する逆円錐状の尾部４４によって整流体４の表面から剥離するのを防いで流体の滞留領域の発生を防止して、スラリの凝集固化を防ぐことができる。

なお、垂直配管３の下部の内壁面３０には、整流体４を支持する支持部３１が４箇所に設けられている。支持部３１の上部には、整流体４の凹部４３ａが係止される凸部３１ａが設けられている。整流体４の凹部４３ａは、すり鉢状に形成されている。凸部３１ａは、この整流体４の凹部４３ａのすり鉢状の斜めに形成された側面４３ｂと面接触することにより、整流体４が垂直配管３の中心位置に固定されるように形成されている。

図２（Ａ）は本実施形態における整流体４を備えた微粒化装置２の気流解析を行った結果を示す図、（Ｂ）は比較のために整流体４が無い場合の気流解析結果を示す図である。図２（Ｂ）に示すように、整流体４を備えていない場合、衝突部２０へ超音速で衝突した気体流は、衝突部２０の側方の流路が絞られた部分において最も高速となるが、その後、垂直配管３へ向かって流路が単純に拡大するため、垂直配管３の内壁面３０の流れがほぼなくなる。そのため、この垂直配管３の内壁面３０にはスラリが付着して再凝集してしまうことがある。

一方、図２（Ａ）に示すように、整流体４を備えた微粒化装置２では、衝突部２０へ超音速で衝突した気体流は、垂直配管３へ向かって流路が拡大することにより一旦減速されるが、整流体４の頭頂部４０によって垂直配管３の内壁面３０との間に形成された微小な隙間４５により気体流が加速されている。これにより、この隙間４５の後方の垂直配管３の内壁面３０の境界層が破壊され、垂直配管３の内壁面３０への付着液滴が除去されるので、スラリの付着が防止される。

また、整流体４を備えた微粒化装置２では、縮径部４１および円柱部４２と垂直配管３の内壁面３０との間の空間を通過することにより減速された気体流が、スカート部４３により垂直配管３の内壁面３０との間に形成された微小な隙間４６により再び加速されている。これにより、この隙間４６の後方の垂直配管３の内壁面３０の境界層が破壊され、垂直配管３の内壁面３０への付着液滴が除去されるので、スラリの付着が防止される。

以上のように、本実施形態における整流体４を備えた微粒化装置２では、気体流が垂直配管３の内壁面３０と整流体４との間を高速で流れ、垂直配管３の内壁面３０の境界層を破壊し、垂直配管３の内壁面３０への付着液滴を除去することができるので、垂直配管３の内壁面３０へのスラリの付着を防止することができ、スラリの回収性を向上させることができる。また、整流体４は垂直配管３の流路を狭めるため、バッフルとして機能し、騒音を抑えることができる。また、整流体４に撥水撥油性が高い樹脂コーティングを施工することで、整流体４へのスラリの付着を防止し、さらにスラリの回収性を向上させることができる。

上記構成の整流体４を備えた微粒化装置２においてスラリの付着試験を行った。
スラリの組成は以下の通りである。
・固形粉：酸化チタン（中位径Ｄ５０＝１．２μｍ）
・溶媒：水
・分散剤：ポリアクリル系分散剤
・スラリの固形分濃度：１５ｗｔ％
・粘度：２ｍＰａｓ

上記スラリを用いて、エア圧：０．５ＭＰａ（エア噴射量５０００Ｌ／ｍｉｎ）、スラリ流量５Ｌ／ｍｉｎで処理した場合、垂直配管３内の付着量は１．３ｇであった。なお、整流体４無しの場合の付着量は３ｇであった。

また、上記スラリに増粘用ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロースナトリウム）を入れて粘度４０ｍＰａｓとしたところ、垂直配管３内の付着量は２．５ｇとなった。なお、整流体４無しの場合の付着量は４．５ｇであった。

また、整流体４の有無により騒音測定したところ、整流体４無しの場合は８６．１ｄＢ（Ａ）であったのに対し、整流体４有りの場合は８３．４ｄＢ（Ａ）であった。整流体４が騒音低減に効果的であることが分かった。

本発明は、固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を衝突部に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置に用いられる整流体およびこれを備えたスラリ回収装置として有用であり、特に、配管の内壁面へのスラリの付着を防止することが可能な整流体およびこれを備えたスラリ回収装置として好適である。

１スラリ回収装置
２微粒化装置
２０衝突部
３垂直配管
３０内壁面
４整流体
４０頭頂部
４１縮径部
４２円柱部
４３スカート部
４４尾部
４５，４６隙間

Claims

固体粒子を含む液体を気体流によって加速して流動状態の微小液滴とし、この微小液滴を超音速で衝突部に衝突させることにより、固体粒子を微細粒子に微粒化する微粒化装置の流れ方向後方の垂直配管内に設けられ、前記垂直配管内の流路を狭めて整流する整流体であり、上方から下方へ向かって拡径する円錐状の頭頂部であり前記垂直配管の内壁面との間に微小な隙間を形成して当該隙間を流れる流速を２０～４０ｍ／秒とする頭頂部を有する整流体を備えたスラリ回収装置。
前記頭頂部の円錐状の底部から縮径する縮径部を有する請求項１記載のスラリ回収装置。
前記縮径部の下方に接続された円柱部を有する請求項２記載のスラリ回収装置。
前記円柱部の下方に接続されたスカート部であり、前記円柱部の下方から拡径して前記垂直配管の内壁面との間に微小な隙間を形成するスカート部を有する請求項３記載のスラリ回収装置。
前記整流体は、上方から下方へ向かって縮径する逆円錐状の尾部を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のスラリ回収装置。