JPH0330420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サイクロン・セパレータに関し、さ
らに詳しく言えば流体に含有されている微粒子物
質を流体から分離するためのサイクロン・セパレ
ータに関するものである。

ここで、「微粒子」という用語は、固体の微粒
子ばかりではなく、液体の小滴、気泡、固体と液
体と気泡との組合せをも含むことを意図してい
る。このようにして、空気ばかりではなく繊維類
ばかりではなく「粘着物」として知られているイ
ンク、ゴムまたはその他の粘着物のような不純物
を流体から分離することが可能である。

本発明の目的は、微粒子を流体から有効に分離
するための円錐形流体サイクロン・セパレータを
提供することにある。

微粒子は「高密度」または「低密度」のものと
して引用される。「高密度」微粒子はそれが懸濁
されている流体の密度よりも大きい密度を有する
ものであり、他方、「低密度」粒子は流体の密度
よりも小さい密度を有するものである。これらの
粒度範囲は、浄化装置のサイクロンの上流または
前方に配置された装置およびサイクロンの寸法に
よつて通常は限定される。本発明が開発された流
体は水中に懸濁された固体微粒子を含有するパル
プ・ストツクを製造するさいに用いられる液体で
ある。以下の説明では、このようなパルプ・スト
ツクについてなされる。水の密度が溶解された固
体によつて変えられない限り、これらのストツク
の低密度微粒子は１ｇ／cm³以下の密度を有し、ま
た、高密度微粒子は１ｇ／cm³以上を有している。

サイクロン・セパレータのほとんどの従来の形
体においては、分離された部分用の流出口のうち
の少なくとも１つは、装置の頂部にしばしば向か
つて、流入口に密接して配置される。このような
構成は逆流渦作用によつて不変に動作する。処理
されるべき液体は螺旋経路内で装置を最初に通過
し、その後一部分は上方に、すなわち最初の螺旋
内で逆方向に流れる。ほとんどの従来のサイクロ
ン・セパレータにおいて、底部または供給部の反
対端において抽出されるこれらの部分は、半径方
向、円周方向または接線方向に通常は取り出され
る。これらの部分は、微粒子が装置に入る流線を
横断する分離微粒子を有している。本発明の目的
は、これらの欠点を排除するかまたは軽減するこ
とにある。

本発明によれば、流体が空心サイクロン・セパ
レータの頂部に供給されかつセパレータの底部に
おいて離隔した流出口から２以上の部分にして抽
出されるようにして、微粒子を含有する流体を複
数の部分に分離するには、流体がセパレータ内で
一定の横方向の流れをつくるように拘束され、各
部分がセパレータの底部に隣接した範囲からセパ
レータの底部において抽出され、少なくとも１つ
の部分が軸方向に抽出されることに特徴がある。

本発明によれば、流入流体を異なる密度のいく
つかの部分に変換するサイクロン・セパレータ
は、流入流体のみが一定方向空心サイクロンの上
部に設けられ、複数の流出口が設けられ、各部分
に対応する流出口の１つは流入口から離れた装置
の下部に設けられていてこの下部からいくつかの
部分を抽出し、他の１つはセパレータから軸方向
下方に延びるように構成されていることに特徴が
ある。

本発明の実施例においては、空心を有する円錐
形のサイクロンが微粒子を含有する液体によつて
形成され、また、サイクロンへのすべての入力が
少なくとも２つの分離出力流として先端すなわち
底部において抽出される。出力流の微粒子量は、
サイクロンの動作方式および入力流の微粒子量に
よつて定まる。したがつて、２つの分離出力流が
取り出され、一方がサイクロンの先端に隣接した
空心の領域から取り出される入力流の例えば10％
部分であるときは、10％部分は低密度粒子が比較
的多く、残りのものは比較的少ない。一方、10％
部分がサイクロンの先端においてサイクロンの横
方向境界から取り出されるときは、10％部分は高
密度微粒子が比較的多く、残りのものは比較的少
ない。３つの分離出力流が取り出され、また、そ
れらのうちの２つがサイクロンの先端においてサ
イクロンの横方向境界においてかつ先端付近の空
心を取り囲む領域から取り出される部分であると
きには、残りのものは低密度および高密度の両微
粒子が比較的少なくなり、したがつて純粋にな
る。

このようにして、本発明による円錐形流体サイ
クロンにおいては、装置の底部に２、３、または
それ以上の出力ができることになる。

液体のサイクロン中に乗つた微粒子が、液体サ
イクロンの特別の領域内で微粒子を集中させかつ
微粒子の最初の流線を横断することを低減させる
傾向のある経路に従うという効果によつて分離が
起る。

特定の比重の微粒子を乗せたサイクロンにおい
ては、微粒子がセパレータに入つた後に最初に配
置される流線から去るようにして、微粒子が特別
の流出口の方向に動くが、しかし、低密度および
高密度微粒子のいずれもそれぞれの流出口に達す
る流線を横断しないことがわかつた。

実際には、微粒子を乗せた液体は、断面形状お
よび入口角度がセパレータ内で流れ条件を最適に
するように選定された管および入口を通つて装置
内にほぼ接線方向に導入される。

本発明は、小頂角円錐または円筒サイクロン・
セパレータに適用できる。

第１図において、セパレータ１は液体入力を装
置の底部から２つの部分、すなわち低密度排除流
Ｘと受容流Ｙとに分離するように設計された小頂
角円錐サイクロン・セパレータである。

セパレータは、厳密に円錐形である必要はな
い。例えば、回転軸に関して凸状または凹状に湾
曲した曲線の回転表面であつてもよい。セパレー
タは円錐形状の容器３を備え、容器３の頂部には
分離されるべき微粒子を有する供給流体Ａを圧力
をかけた状態で接線方向に噴射する入口７が設け
られている。供給液体Ａは、ほぼ円錐形状をして
いて中央部に設けられたスタビライザ５のまわり
に流れ込む。スタビライザ５の頂点はセパレータ
内に相当に入り込んでいて後述するロール渦形成
の程度を制御する。入口７は後述する出口から離
れている（すなわち、セパレータの反対端にあ
る）ことに注意されたい。入口７から供給される
液体は、中央空心９（第２図）を有する一定方向
流のサイクロンを形成するのに十分な速度でセパ
レータ内で渦巻きをつくる。低密度排除流Ｘから
なる液体の一方の部分は、底部流出管１１をかい
してセパレータから軸方向に排除される。流出管
１１は空心９に密接しかつサイクロン頂点近くで
軸方向に調整できる。受容流Ｘからなる残りの部
分は、出力室１３内に流れ込み、そこから受容部
分Ｙとして流体は流出口１５をかいしてセパレー
タから排出される。本発明の重要な事項は、流入
口がすべての流出口から離れてセパレータの頂部
にあること、そして、分離された部分の一方は底
部で頂点に密接した領域から軸方向に抽出される
ことである。

本実施例において、液体が低密度微粒子と高密
度微粒子とを含有しているときには、高密度微粒
子が受容部分Ｙの一部を構成し、また、低密度微
粒子のみが低密度排除部分Ｘに含有される。第２
図からわかるように、各構成流線A′内の低およ
び高密度微粒子はそれぞれ破線で示す異なる経路
に流れる。微粒子はそれらが最初に位置していた
入流流線A′から去り、そして微粒子が個々の部
分に分離したときその流線A′とは実質的に交差
しないということが重要である。低密度微粒子は
空心９に向かう経路２１にそつて内側にほぼ移動
し、一方、高密度微粒子はセパレータの壁に向か
う経路２３にそつて移動する。したがつて、その
中間の流線からは微粒子はいなくなる。

サイクロンの外部における流れは、従来の円錐
形サイクロン・セパレータで得られる流れと類似
している。この従来のサイクロン・セパレータに
おいては、受容部分と時には排除部分とが流出口
の付近で円錐形容器の上部にある渦流フアインダ
によつて排出される。同様に、流れは相当のロー
ル渦および起りえる弱い二次渦によつて支配され
るが、本実施例では、受容部分×と排除部分Ｙと
の底部抽出による滞流が生じる。そこで実際に
は、これらの部分の一方は軸方向に抽出される。
したがつて、従来法によるロール渦流はサイクロ
ン内に引きずり込まれ、正味の上昇流または逆流
のない一定方向流として作用する。

流出口１１を通る排除流Ｘの量を知ることによ
つて、種々の寸法の微粒子の分離比率が計算され
る。高密度微粒子がセパレータの境界側壁に達し
たならば、その微粒子は捕えられたものと考えら
れる。高密度微粒子が受容流Ｙに入ることを要求
されている場合には、図示したサイクロンは低密
度微粒子と高密度微粒子とを等しく処理すること
がわかる。このことは、高密度微粒子に対してよ
りも低密度微粒子に対して効果の少ない従来のサ
イクロン・セパレータとは対照的である。

本発明の別の実施例においては、第３図に示す
構成が３つの部分の出力を形成するように設けら
れる。この構成では、低密度排除流Ｘと受容流Ｙ
との外に、比較的高密度の微粒子、すなわち高密
度排除流Ｚがサイクロンの横方向の境界から取り
出される。低密度および高密度排除部分の除去は
純粋の受容流Ｙを生じる。

第３図の実施例においては、セパレータの底部
は部材３１によつて構成される。部材３１は、環
状穴または組になつた溝または穴の形体の流出口
３５によつてセパレータの頂部に隣接してセパレ
ータの円錐部に連通しかつ流出管３７に連通する
第１の室３３を有している。前述したように、高
密度微粒子がセパレータの円錐部の壁まで移動
し、そして、流出口３５を通つて室３３に入り、
次いで高密度排除流Ｚとして流出管３７を通つて
セパレータの円錐形壁における流体の通過によつ
て除去される。流出管３７には弁（図示せず）が
設けられていて全高密度排除流Ｚの流量が変えら
れる。

第１図の実施例と同様に、低密度排除流Ｘが管
４１によつて除去される。管４１の上端はセパレ
ータの円錐部の先端において空心の領域に配置さ
れる。他方、受容流Ｙは管４１のまわりでかつ部
材３１内に設けられた別の室４３内に流れ込む。
室４３は室３３と類似してはいるが室３３よりも
大きく、流出管４５に連通し、弁（図示せず）に
よつて受容流Ｙの流量が変えられる。部材３１は
別個に成形された部材であつてもよく、また、例
えばリングまたはねじの使用によつてセパレータ
の本体に連結されてもよい。したがつて、部材３
１の軸方向の位置は、上方の室に流れ込む流量に
比例してわずかな変更を与えるように変えられ
る。同様に、低密度排除部分流出管４１は軸方向
の位置が調節自在に構成されてもよい。

流入口のすべてはセパレータの頂部にあり、底
部にある３つの流出口から十分に離れている。流
出口のすべては先端部からそれぞれの分離部分を
集める。それらの１つ、すなわち軽量排除流Ｘは
装置の軸方向に排出する。一定方向の流れがセパ
レータ内に生じ、正味の逆流（上昇流）がない。

第４図に示す実施例においては、２つの部分だ
けが生じるが、第１図の構成に対比して、低密度
微粒子が受容流の一部を形成する。１つの流出口
は高密度排除流Ｚ用のものであり、他の１つはセ
パレータを通る流れの残部を構成しかつ低密度微
粒子を含有した受容流Ｙ用のものである。両流出
口は底部にあり、流入口から離れた流出口はセパ
レータの先端部からそれぞれの部分を受け取る。
その１つ（本実施例では受容流Ｘ）が装置かろ軸
方向に抽出される。本実施例では、セパレータに
部材４７が設けられている。部材４７は、円錐部
の先端に隣接して円錐部の壁にある環状孔を通る
サイクロンの円錐部に連通する室４９からできて
いる。室４９には弁（図示せず）が設けられた流
出管５１が設けられていて、第３図の室３３と同
様に、高密度排除流Ｚを排出するために高密度排
除流を受ける。

環状孔または組になつた溝または穴の下方表面
を構成するように、第３図に示す対応する部分お
よび室４７の円錐部分５３の形状は、妨害を避け
るために最適に変えられる。例えば、円錐形部分
５３は図示した角度とは相当に異なる角度を与え
るように形成されてもよい。同様な変更は、円錐
部の対応する部分についての第３図に示す実施例
にも用られてもよい。

部材４７もまた、室４９の頂部に隣接して接線
方向に室に入る流入管５５からの水によつて排除
部分Ｚを浄化するように設けられている。

第３図の対応する部材と同様に、部材４７は軸
方向に調節自在に定位置に取り付けられる別個の
ものでもよい。第３図および第４図に示すよう
に、流出管３７，４５，５１は適切な室にほぼ半
径方向または接線方向に接続されてもよい。

セパレータの円錐形容器の拡大端に配置された
軽量排除流を取り除く内側ボルテツクス・フアイ
ンダおよび受容流を取り除く外側ボルテツクス・
フアインダを有する従来のセパレータの動作にお
いては、流線から去る低密度微粒子は流出口まで
の経路の流線に再交差することが知られていた。

従来のサイクロン内に入る流体のなかにはボル
テツクス・フアインダ内に直接流れ込み、サイク
ロン作用を受けることなしに装置の外に流出す
る。この効果は、「短絡」または「漏洩」として
知られている。これらの効果はサイクロンの効率
を低下させるが、本発明によつて避けられる。第
１の効果はサイクロンを通る正味の上昇流（逆
流）がないということによつて避けられ、また、
第２の効果は各受容流がサイクロンの反対端にお
いて入力まで物理的に配置されているということ
で避けられる。

同じレベルのエネルギ消費で測定したとき、図
示したサイクロンは従来のサイクロンで達成され
る分離よりもかなり良好な分離を達成できる。排
除流は相当に低いので紙パルプ懸濁液の浄化のさ
いに繊維の排除率が低くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にもとづく流体サイクロン・セ
パレータの縦断面図。第２図は第１図のセパレー
タの中心線の片側における流線パターンおよび微
粒子経路を示す線図。第３図は本発明のさらに別
の実施例の流体サイクロン・セパレータの縦断面
図。第４図は本発明のさらに別の実施例の流体サ
イクロン・セパレータの縦断面図。 １：サイクロン・セパレータ、３：容器、５：
スタビライザ、７：入口、９：中央空心、１１：
流出管、１３：出力室、１５：流出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水成流体混合物に保持された微粒子の低密度
   の排除部分を高密度の受容部分から分離するため
   の空心流体サイクロン・セパレータであつて、 上端部と、下端部と、縦軸と、上端部から下端
   部まで縦軸の回りに連続して延びた平滑な湾曲し
   た壁面と、その上端部に湾曲した壁面の実質的な
   接線方向へかつ縦軸と角度をなした方向へ延びる
   入口開口を有しそしてその下端部に縦軸に同心円
   状でありかつ縦軸に同心円状の出口開口を備えた
   出口開口手段を構成する手段とを有する垂直に配
   置された室と、 流入された水成流体混合物の全てを出口開口手
   段に向かつて螺旋状に容器を通る実質的に偏つた
   流線の流れに沿つて移動させて縦軸に沿つた中央
   空心を現出するために、流入された水成流体混合
   物を案内しそしてロール渦を制御するように入口
   開口から離れた側の端部に向かつて内方へテーパ
   ー付けられかつ出口開口手段に向かつて更に延び
   た壁面を有して入口開口近傍の中央部に配設され
   たスタビライザを備えた手段と、 セパレータの壁面近傍を移動してきた微粒子の
   受容部分を含む水成流体混合物を受け取るように
   出口開口よりも大きくかつその回りに配設された
   出力室と から構成され、 出力開口手段は、受容および排除部分の全てを
   含む流入された水成流体混合物の全てをセパレー
   タの下端部で排出するために、セパレータの縦軸
   近傍を移動してきた微粒子の排除部分の水成流体
   混合物を受容するように出力室を通り同心円状の
   出口開口および室内に延びた流出管を備える ことを特徴としたサイクロン・セパレータ。