JPH04349951A - サイクロン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒径が分布している粉
体を粒径によって選り分ける装置、詳しくは、集塵ある
いは分級のために、粉体中の粗粉と微粉を分けて少なく
ともその一方を回収するために用いられるサイクロン装
置、具体的には分級装置あるいは集塵装置に関するもの
である。

【０００２】

【発明の背景と従来技術】近時、製品の耐摩耗性や耐研
磨性などの機能向上や改善を目的とした有用な無機充填
剤として、あるいはそれ自体が薬品の担持体であるとか
研磨剤などとして単独に製品となる分野等、無機物質で
あるセラミックや有機物質の粉体を取り扱う分野におい
ては、技術の高精度化，製品の高品質化等の要求から、
材料の種類の選択だけでなく、選択された材料がもつ物
理的，化学的な性質を多面的に検討することが非常に重
要となってきている。

【０００３】これらのうちで、粒径が１ｍｍ以下のμｍ
レベルやそれ以下の粉体を取り扱い分野では、例えばそ
の粉体の表面積の大小は、実現しようとする技術的な課
題に対して物理的にも化学的にも多大な影響をもつこと
はしばしばあり、これに直接的に関係があるものの一つ
が、使用する材料の粒径や粒度分布である。例えば１〜
１００μｍの範囲で分布する粉体を用いた場合と、１〜
５μｍで分布する粉体を用いた場合において、期待する
効果に大差のあることは種々の分野でよくみられること
である。

【０００４】具体的に言えば、例えば紙等のシートの表
面平滑度が無視できない感熱記録紙等の技術分野におい
ては、インキのにじみ防止等の目的で紙表面のコート層
に充填する無機材料の粒度分布は、にじみ防止という直
接的な要求は満たせる場合であっても、シートの表面平
滑度が満足できない場合には到底実用に供し得ないこと
もある。

【０００５】このような問題が重要であることは、微細
な粉体を取り扱う技術分野においては周知のことであり
、このため種々の分野において、使用粉体の粒度分布を
調整する目的等のために従来から様々な分級装置が提案
されてきている。例えば回転ロータを使用した強制的な
遠心力の作用とこの遠心力に逆向する内向きの空気流の
作用で粗粉と微粉を分級する回転ロータ式分級装置、サ
イクロン塔の原理を利用したサイクロン式分級装置等々
が提案されている。そして後者のサイクロン式分級装置
は、構造が簡単で、回転ロータ等の稼動部分がなく、保
守点検の負担も小さいという利点をもつことが知られて
いる。

【０００６】第６図はこのサイクロン式の分級装置の従
来一例の構成概要を示したものであり、図において１は
粉体フィーダーであり、分級対象の粉体を貯留し、フィ
ーダースクリュー２によって連続的に粉体搬送管３に粉
体を供給する。この粉体搬送管３にはバルブ４から加圧
空気が送り込まれていて、上記供給された粉体をサイク
ロン塔５の粉体導入部６に吹込まれる。

【０００７】サイクロン塔は直立円筒状をなしていて、
上部の直筒部５ａと下部の逆円錐台形筒部５ｂとから成
っていて、その下端は粗粉貯留槽７に開口している。ま
たサイクロン塔５の天井部からは、微粉取り出しのため
の一次空気取り出し筒９が塔内部の一定高さの位置まで
垂下されてその下端が開口され、塔内部に負圧を作用す
るように設けられている。１０は微粉回収のために一次
空気取り出し筒９の外部に連結されたフィルターであり
、風量計１１，開閉バルブ１２を通して吸引ポンプ１３
に接続されている。

【０００８】また上記のようなサイクロ装置は、一般的
には、粉塵を含む気体から出来るだけ多くの粉塵を回収
して、大気に排出する空気中の粉塵量を少なくするため
の集塵装置として、広く汎用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
なサイクロン装置を使用した従来の分級装置や集塵装置
を改良することを課題とする。

【００１０】例えば、サイクロン式の分級装置では、粉
体を含んだ空気の吹込みによってサイクロン塔内に渦流
が生じこの流れの中の粉体に与えられる遠心力の大きさ
と、上記のような一次空気取り出し筒９から該渦流の中
心部に作用する上方向への吸引力のバランスで、粒径の
大きな粗粉は前者の遠心力の作用をより大きく受けて渦
流に乗ったまま次第に下方に移行して下端の粗粉回収貯
槽に入り、微粉は後者の吸引力の作用をより大きく受け
て上部の一次空気取り出し筒からフィルターに回収され
る。したがってこれにより粗粉，微粉の選り分けが行な
われる。

【００１１】ところで、供給粉体中に仮に粗大な粒子が
含まれていてもこれを粗粉と選り分けることはできない
ため、かかる粗大な粒子は粗粉側に混入することになる
。これでは高精度な分級ができないことになるし、特に
粗粉側の粉体を所定の分布範囲内のものとして取り出し
たいような場合の分級には限界がある。

【００１２】また、集塵装置においても、例えば比較的
高価な粉体を含む排気ガス中からこの粉体を回収してそ
の再利用を図ることを意図した場合、目的とする粉体よ
りも極微細で再利用に適しない微粉体や、作業環境によ
って混入することがある粗大な粒子を同時に除去するこ
とができれば、回収粉体の再利用を有利とできる場合も
ある。

【００１３】本発明はこれらのように、現状において要
望されている技術的な改善課題や、従来技術では解決で
きなかった課題に対して新規な提案を提供するものであ
り、その目的の一つは、従来のサイクロン装置では実現
できなかった微粉，粗粉及び粗大粒子の選り分けを同時
におこなうことができる装置、特に構造が簡単でかつ保
守点検が容易であり、したがっていわゆる分級コストの
安価なサイクロン装置を提供することにある。

【００１４】また本発明の別の目的は、かかるサイクロ
ン装置を備えた分級装置を提案することにある。

【００１５】また本発明の別の目的は、例えば再利用可
能な粗粉を回収することを目的とした集塵装置に好適に
用いられるサイクロン装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記のような目的のため
に本発明者等は、上側の直筒部及びこの直筒部から下方
に連続しかつ最下端に向かって径が漸減する下側の逆円
錐台形筒部をもつサイクロン塔の胴筒と、分散粉体を含
んだ空気流を前記直筒部の上端付近でその内周に沿って
吹込むように設けられた粉体導入ガイド部と、吹込まれ
た空気流が胴筒内周面に沿って流れることで形成する渦
流に乗り沈降する嵩比重の大きな粗粉を回収するために
前記胴筒下端に設けられた粗粉回収手段と、胴筒上部の
中央位置から直筒部内に一定長垂下されて開口した筒体
により前記渦流の中心部に上方からの弱い吸気を作用す
る吸気手段とを備えたサイクロン装置において、前記直
筒部の下端近傍の内壁に、胴筒内に向かって開口した周
状のスリット開口を設けた特徴とするサイクロン装置を
完成した。

【００１７】上記構成をなす本発明のサイクロン装置に
おいては、渦流が流通する動的な状態におかれたサイク
ロン塔内において、粗大粒子は小さな粒子に比べて渦流
からより大きな遠心力の作用を受けるため、サイクロン
塔の内壁面に沿って浮遊，流通する確率が高く、したが
って上記周状のスリット開口からこの粗大粒子を選択的
に選り分けることができる。本発明の構成はかかる知見
に基づき、また以下の実施例で述べる効果が実験的に確
認された事実に基づいて、採用されたものである。

【００１８】本発明においては、上記スリット開口の外
側には、このスリット開口を通過した粉体を回収するた
めの適当な手段を設けることも好ましい。このためには
例えば、スリット開口を通過した粉体を貯留し、必要に
応じて適宜開くことができるボックスを周状に設けてお
くような構成を例示できる。

【００１９】本発明において、その特徴的な構成である
スリット開口の形成位置、あるいはスリット開口の開口
程度は、サイクロン塔に対する吹込み空気流の速度、風
量、サイクロン塔の直径や塔高（特に直筒部の縦寸法）
、粗粉及びこれから選り分けようとする粗大粒子の粒径
の値等々によって必ずしも一律に決めることはできない
が、これは実験的にあるいは経験的に定めることができ
る。なおスリット開口を逆円錐台形筒部に設けるように
すると、直筒部から該逆円錐台形筒部に移行する渦流の
状態が変化するため、分離しようとする粗大粒子と粗粉
の選り分け基準の設定が難しくなるため、好ましくは直
筒部に設けることがよい。

【００２０】スリット開口の大きさは特に限定されるも
のではないが一般的には１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１
ｍｍ〜３ｍｍ程度で十分である。また、スリット開口が
開いている向きは、上方から連続する直頭部の垂直内壁
面に対して若干内側に開口形成用の壁面を設けることで
、上方に向かって開いた開口を有する開口を設けること
ができる他、垂直内壁面の途中に径内方に向かって開い
た開口として設けることもできる、またこれらの間の斜
め上方に向かって開いた開口として設けることも出来る
。

【００２１】スリット開口の形成位置は、直筒部の上部
中央から垂下される一次空気取り出し用の筒の下端開口
の位置とは特に関係なく設定できる。

【００２２】本発明のサイクロン装置は、渦流の中心部
に上方から作用する弱い負圧により吸引された空気が流
通される経路の下流に、この流通空気中に含まれる微粉
を回収するフィルターなどの微粉回収手段を設けて、上
記粗粉回収手段で回収される粗粉と、該微粉回収手段で
回収される微粉を分級するサイクロン式分級装置として
好適に使用することができる他、空気流に含まれる粉塵
の中から粗粉を除去するサイクロン式集塵装置としても
使用できる。

【００２３】なお前記構成において、サイクロン塔に粉
体を導入する粉体導入ガイド部は、径寸法が円周方向に
沿って漸増する粉体ガイド用内周壁面を半円周以上に渡
って有する円周渦巻構造型のものが好ましい。

【００２４】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。

【００２５】本実施例は、上述の第６図で説明した分級
装置に第１図で図示したサイクロン装置を適用したもの
であり、この図で説明する本実施例においては、サイク
ロン塔のみを示し、他の部分の図示は省略した。

【００２６】この図において、３１は直立円筒状の胴筒
をもつサイクロン塔であり、上部の直筒部３２と、これ
から実質的に下方に連続された逆円錐台形部３３とから
なっている。また直筒部３２の上端部には、塔壁面から
径外側に張り出す形式で、その半径が略一周に渡って弧
状に漸増する渦巻状のガイド壁面３３が設けられて粉体
導入部３４を形成している。３５は胴筒の下端に設けら
れた粗粉回収ボックス、３６はサイクロン塔の天面中央
から胴筒内に一定長垂下された微粉取出筒であり、微粉
を取り出すために外部から一定の負圧が与えられている
。

【００２７】以上のような構成に加え、本実施例におい
ては、直筒部３２の下端縁近傍に、直筒部３２の内壁面
を周状に切欠き、かつその周状切欠き３９の下側縁から
、直筒部の内壁面よりも若干その径を小さくした立上げ
壁３７を、該周状切欠き３９の上側縁より上側まで立ち
上げて、この立上げ壁３７と直筒部の内壁面との間でス
リット開口３８を形成するようにしている。

【００２８】また上記直筒部３２の内壁面に設けた周状
切欠き３９の外側には、スリット開口３８を通して胴筒
の外側に出てくる粗大粒子を溜めておくためのコレクシ
ョンボックス４０が周状に設けられている。

【００２９】以上の構成のサイクロン式分級装置の分級
性能を確認するために、以下の寸法関係を有するように
構築されたサイクロン式分級装置を用いて分級テストを
行なった。

【００３０】 　　サイクロン塔の構造 サイクロン塔の直筒部の直径・・・・・・・・　　　　
４０ｍｍφ　　　　同　　　　　　　　直筒部の縦寸法
・・・・・・・　　３５０ｍｍサイクロン塔の逆円錐台
形部下端の直径・・・　　　　２０ｍｍφ　　　　同　
　　　　　　　逆円錐台形部の縦寸法・・・・　　１０
０ｍｍ粉体導入部の最大径・・・・・・・・・・・・　
　　　４５．５ｍｍφ　　　　同　　　　　　縦寸法・
・・・・・・・・・・・　　　　１５ｍｍ微粉取出筒の
直径・・・・・・・・・・・・・　　　　１６ｍｍ　　
　　同　　　　　　垂下長：Ｓ＝・・・・・・・・・　
　　　６３ｍｍスリット開口の形成位置（胴筒上端から
）：ｈ＝　　６３ｍｍ　　　　同　　　　　　　　スリ
ット幅：ｗ＝・・・・・・　　　　　　３ｍｍ分級テス
ト１ 含粉体空気流の吹込流速（空気流吹込管内）　　　　　
　３０．０ｍ／ｓ吹込粉体・・関東ロームＪＩＳＮｏ１
１粉体（Ｄｐ　＝１．８μｍ、ρｐ　＝３）粉体吹込量
・・・・・・・・・・・・・・・・　　１００ｇ／時以
上のテストを行なった結果を第２図に示した。

【００３１】この試験結果から分かるように、粗大粒子
４２はコレクションボックス４０で回収され、また粗粉
４１は粗粉回収ボックスで回収されて、特に３μｍ以上
の粒径の粗大粒子の殆どがコレクションボックス４０に
回収されていることが明らかである。

【００３２】この実施例の分級テストの結果によって、
本発明のサイクロン装置が従来にない粗大粒子の分級と
いう優れた効果を発揮できることが明かとなったが、本
発明は上記実施例１のテストを行なった装置に限定され
るものではなく、各部の寸法を変更することも当然出来
る。第３図（ａ）〜（ｃ）はその寸法を若干変更した場
合のサイクロン装置を概略的に示したものであり、図（
ａ）はスリット開口の形成位置（胴筒上端から）をｈ＝
５３ｍｍ、微粉取出筒の垂下長をＳ＝５３ｍｍ、スリッ
ト開口の幅をｗ＝１ｍｍとした場合であり、図（ｂ）は
ｈ＝６３ｍｍ，Ｓ＝６３ｍｍ，ｗ＝１ｍｍとした場合で
あり、図（ｃ）はｈ＝７３ｍｍ，Ｓ＝７３ｍｍ，ｗ＝１
ｍｍとした場合である。

【００３３】そしてこのような種々の構成のサイクロン
装置において、粗大粒子を分離するためのスリット開口
３８を設けた場合と、これを設けなかった場合の分級精
度を比較するために以下の分級テストを行なった。

【００３４】分級テスト２ サイクロン装置として第３図（ａ）のものを使用した以
外は上記分級テスト１と同様の試験を行なった。また同
様にしてスリット開口を設けなかった以外は同じ構成の
サイクロン装置を使用して比較試験を行なった。

【００３５】その試験結果を、粒子径と部分分級効率に
よって第４図に示した。この図から明かであるように、
スリット開口を設けた場合には、このスリット開口を設
けなかった場合に比べて粒径の大きい部分（０．６μｍ
以上）で分級曲線が立ち上がっており、本発明のサイク
ロン装置によって分級精度の向上することが認められた
。

【００３６】分級テスト３ サイクロン装置として第３図（ｂ）のものを使用した以
外は上記分級テスト１と同様の試験を行なった。また同
様にしてスリット開口を設けなかった以外は同じ構成の
サイクロン装置を使用して比較試験を行なった。

【００３７】その試験結果を、粒子径と部分分級効率に
よって第５図に示した。この図から明かであるように、
スリット開口を設けた場合には、分級テスト２と同様に
スリット開口を設けなかった場合に比べて粒径の大きい
部分で分級曲線が立ち上がっており、本発明のサイクロ
ン装置によって分級精度の向上することが認められた。

【００３８】

【効果】以上述べたように、本発明のサイクロン装置に
よれば、従来のサイクロン装置では実現できなかった微
粉，粗粉及び粗大粒子の選り分けを同時におこなうこと
ができるという効果がある。

【００３９】またかかるサイクロン装置を使用すること
で、分級精度の高いサイクロン式分級装置を提供できる
という効果があり、しかも構造が簡単でかつ保守点検が
容易であるため、設備及び運転コストが安価なサイクロ
ン装置を提供できるという効果がある。

【００４０】更にまた本発明は、再利用可能な粗粉を回
収することを目的とした集塵装置にも好適に利用できる
という効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図（ａ）は、本発明よりなるサイクロン式
分級装置の一実施例のサイクロン塔部分の構成概要を示
した縦断面図であり、第１図（ｂ）は同図（ａ）の矢印
で示したＡ部の拡大断面図である。

【図２】第２図は同実施例１によって分級された微粉，
粗粉及び粗大粒子の粒度分布をを示した図である。

【図３】第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ直
筒部の構造が異なる胴筒を備えたサイクロン装置の概要
を説明するための図である。

【図４】第４図は、同実施例１の装置を用いて分級効率
を測定した結果を示した図である。

【図５】第５図は、同実施例１とはサイクロン塔の構造
寸法が異なる装置を用いて分級効率を測定した結果を示
した図である。

【図６】第６図は、本発明が適用されるサイクロン式分
級装置の全体構成概要を示した図である。

【符号の説明】

１：粉体フィーダー、２：フィーダースクリュー、３：
粉体搬送管、４：バルブ、５：サイクロン塔、６：粉体
導入部、７：粗粉貯留槽、９：一次空気取り出し筒、１
０：フィルター、１１：風量計、１２：開閉バルブ、１
３：吸引ポンプ、３１：サイクロン塔、３２：直筒部、
３３：逆円錐台形部、３４：粉体導入部、３５：粗粉回
収ボックス、３６：微粉取出筒、３７：立上げ壁、３８
：スリット開口、４０：コレクションボックス、４１：
粗粉，４２：粗大粒子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上側の直筒部及びこの直筒部から下方
   に連続しかつ最下端に向かって径が漸減する下側の逆円
   錐台形筒部をもつサイクロン塔の胴筒と、分散粉体を含
   んだ空気流を前記直筒部の上端付近でその内周に沿って
   吹込むように設けられた粉体導入ガイド部と、吹込まれ
   た空気流が胴筒内周面に沿って流れることで形成する渦
   流に乗り沈降する嵩比重の大きな粗粉を回収するために
   前記胴筒下端に設けられた粗粉回収手段と、胴筒上部の
   中央位置から直筒部内に一定長垂下されて開口した筒体
   により前記渦流の中心部に上方からの弱い負圧を作用す
   る吸気手段とを備えたサイクロン装置において、前記直
   筒部の下端近傍の内壁に、胴筒内に向かって開口した周
   状のスリット開口を設けた特徴とするサイクロン装置。
2. 【請求項２】　　請求項１において、スリット開口を通
   過した粉体を回収する上記胴筒外側の粗大粒子回収手段
   を設けたことを特徴とするサイクロン装置。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２において、渦流の中心
   部に上方から作用する弱い負圧により空気を吸引し、こ
   の吸引した空気が流通する通路の下流に、該流通空気中
   に含まれる微粉を回収する微粉回収手段を設けて、上記
   粗粉回収手段で回収される粗粉と、該微粉回収手段で回
   収される微粉を分級することを特徴とするサイクロン式
   分級装置。
4. 【請求項４】　　請求項１又は２のサイクロン装置が、
   空気流に含まれる粉塵中から粗粉を除去することを特徴
   とするサイクロン式集塵装置。