JPS58133852A - 媒質の分離方法および装置 - 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】 本発明は、サイクロンの々口き自由乱流で動作する装置
中の遠心力によって、大きいほうの塊を有する粒子が回
転運動中に分離渦の外側部に集中するとともに小さいほ
うの塊を有する粒子が分離渦の回転中心の部分に集中す
るように、媒質を異なる粒子の塊に分離する方法および
装置に関するものである。

本明細書中で「媒質」なる語は、粉末状および繊維状の
流動性固形物質、流動性液体、液滴およびそれらの混合
物を包含した意味で用いる。また、「粒子」なる語は、
固形粒子、液滴、液状分子、気体分子または気体原子を
包含した意味で用いる。

「分離室」なる語は、種々の乱流室および、遠心力によ
って分離が行なわれる流動管および流動室を包含した意
味で用いる。

流体力学において知られていることであるが、自由乱流
における接線方向の速度Ｖは回転半１１”によって以下
の式（１）から得られるｍ：Ｖ　＝に−ｒ”　　　　（
１） 故に、渦の中心部圧力は外側部よりも低くなっている。

実際に、渦分離器中の接線方向速度は渦中で生じる消耗
作用のためにわずかに低くなっている。

市販で入手可能な渦分離器では、分離渦中の接線方向速
度■は次式（２）から得られる：Ｖ＝に−ｒ”　　　　
　（２） （式中、ｎは−１とＯとの間の数値である）ここで、ま
た、渦の中間部の圧力は縁部よりも低い。分離渦におい
ては、圧力エネルギーは運動エネルギーに変わっている
。本明細書において、「分離渦ｊなる語は、圧力が縁部
よりも中間部で実質的に低い式（２）で表わされる渦を
意味している。

渦の形状が円形以外のものであれば、式Ｃ）は近似的に
のみ適用することができる。

流体力学で知られているように、強制渦の接線方向速度
は以下の式（３）から得られる：Ｖ　＝　Ｋ　、　ｒ　
　　　　　　　（３）したがって、強制渦の種々の部分
の角速度は一定である。圧力エネルギーは運動エネルギ
ーに変換されないので、強制渦の中間部の圧力は縁部よ
りも基本的に低くはならない。本明細書中で［強制渦ｊ
・冗る語は式（３）で表わされるかまたはそれに近似す
る渦を意味する。上記の強制渦が円形と異なる場合には
、式（３）は近似的にのみ適用できる。強制渦は外部か
らの作用によって生起する。

従来、サイクロンの如く設計され、円筒形状または円錐
形状の表面によって渦が形成される多数の渦分離器が知
られている。渦室は一般に滑らかな表面と壁面を備える
とともに乱流動方向に連続している。例えば、独立して
運転される渦分離器を互いに平行に配置することによっ
てマルチサイクロンが築き上げられている。この−例は
米国特許第３７４７３０６号明細書に開示されている。

さらにいくつかの特許明細書において、２つの渦が互い
に接線方向に接触しである種の大きさの粒子を１つの渦
から他の渦へ接線方向に移動できる渦分離装置が開示さ
れている。

フィンランド国特許出願第８１３３８７号明細書には、
２つまたはそれ以上の平行に配置された分離渦を対ζこ
して側方に互いに接触させる方法を開示している。

従来の渦分離装置−こおける欠点は、被分離温媒質が遠
心力によって外部の結合面におしやられることである。

それで、摩擦によって渦の動きが減速され、壁面近傍で
乱される。摩擦およびそれから生じる乱れによってかな
りのエネルー゛ギー損が生じる。回転速度が減速される
と、遠心力および分離容量は、分離のために最も重要な
領域である外側周辺部で減少する。さらＣと、上記の乱
れは、すでに行なわれた分離した一部を再混合してしま
う。

従来のマルチサイクロンは広大な空間を必要とし、据え
付けに際し重くかつかさばるものである。摩擦によって
生じる損失のために、現在までに知られている渦または
回転分離器では高い渦巻速度に到達するのはきわめて困
難である。

フィンランド国特許出願第８１３３８７号明細書に開示
された発明では、壁面摩擦は減少しているが、渦の激し
い衝突のためにエネルギーの消費に関する有益な効果を
失っている。

本発明の目的は、上記の欠点を軽減するとともに、分離
器と強制渦とを対にして互いに側方に接触させて０〜９
０°の角度で互いに衝突させ反対方向に回転させること
によってこの目的を達成することにある。

本発明には本発明方法を実施する装置も含まれる。

以下、本・発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図中、第１図は２つの分離器間に１つの強制渦を設けた
本発明の両系の断面図、第２図は４つの分離器間に１つ
の強制渦を設けた本発明の両系の断面図、第３図は本発
明の分離装置の側面図、第４図は第３図のｌ　Ｖ−Ｉ　
Ｖ線に沿った断面図、第５図は本発明の分離装置の軸方
向断面図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿った断面
図、第７図は流れ分割部の一例を示す不等角投影図、第
８図は流れ分割部の他の例を示す不等角投影図、第９図
は第８図の流れ分割部の断面変動を示す図、第１Ｏ図は
第８図のＸ−Ｘ線に沿った回転軸の断面図、第１１図は
第６図における接線方向供給部の一例を示す側面図、第
１２図は渦が円錐形となる本発明の分離装置の斜視図、
第１３図は渦が円錐形となる分離装置における流れ分割
部の不等角投影図、第１４図は渦が軸方向に互い違いと
なる本発明の１つの分＃装置の不等角投影図である。

本発明の基本的な対象は、分離器と該渦を外周部；こ形
成する表面との間の接触を減少し、該接触によって生じ
る障害を取り除くことにある。この目的のために、外周
部で渦を形成するかまたは抑制する表面の一部が除去さ
れる。渦を内方に推進する表面の保持作用は、分離器と
強制渦とをそれらの回転中、互いに衝突させ、それらの
渦を互いに押すことによって、補整される。小さな角度
で〃いに衝突する渦は乱れを生起せず、回転速度が等し
ければその間に摩擦はほとんどない。分離器は、その強
い遠心力のためにはソ円形となり、角度配置からエネル
ギー損の軽減が得られる。

添付図面は本発明のいくつかの実施例を示し、また本発
明の操作モードを示すものである。実際に、本発明には
多数の種々の実施例が考えられる。

本発明装置の形状および寸法は目的に応じて選択される
。実験による調査および理論的研究も補助のために利用
することができる。

添付図面中の符号は以下の意味で用いている＝１・・・
渦を閉じ込める外周側部面、 ２・・・分離器の概略走行路、 ３・・・強制渦の概略７走行路、 ｌＯ・・・分離器または強制渦用の渦室、１２・・・被
分離粒子を分離空間に入れる接線方向の入口、 １３・・・分離後の小さいほうの塊を有する粒子用の軸
方向出口、 １４・・・分離後の大きいほうの塊を有する粒子用の軸
方向出口、 ３９・・・種々の渦を互いに分離するための流れ分割部
、 ４０・・・分離器と強制渦とが互いに衝突する領域、４
７・・・渦室用のふた 第１図および第２図は、高速回転する分離器２と、その
分離器２の間で回転する強制渦３とを示している。強制
渦３はそれを囲む分離器２からエネルギーを受けている
。強制渦３は、実際の分離において積極的には関与せず
に分離器２間で軸受のように機能する。原理的には、強
制渦３中の物質はほとんど連続的にその軌道を走行する
ことができる。実際には、強制渦３の物質成分は除々に
変化している。強制渦３中で累積する傾向があるのは、
主として被分離混合物の重い成分である。

それを放出するために、強制渦の所に個々の出口を配置
することができる。強制渦のふた部分および底部は一般
に閉鎖され、それらの構成は、例えばドーム形状または
カップ形状とすることができる。

第３図の側面図は、互いに結合した４行４列の渦を０″
する本発明による１つの渦装置を示すものである。図中
には供給手段を示していない。被分離媒質の供給は軸方
向または接線方向に行なうことかできる。第３図に示す
場合、被分離部分は軸方向に放出するが、接線方向への
放出配置も可能である。分離機２の供給も強制渦３を介
して行なうことができる。

第４図に示した渦装置の横断面は、個々の渦または乱流
室ｌｄが同じ大きさであることを示している。この場合
、流れ分割部３９は、円筒状表面を着する４つの滑らか
な部分から成る。流れ分割部３９の大きさはかなり変え
ることができる。極端に小さな流れ分割部３９でさえ可
能である。

第５図の断面図は、分離機２と強制渦３との間に配置さ
れた接線方向の入口１２を備えた１つの渦装置を示すも
のである。

第６図は該当する接線方向の入口１２を上方から示すも
のである。

第７図は、渦の流れ方向にみぞ形状みぞとそのみぞの間
にとがったリブとを設けた流れ分割部３９を示すもので
ある。上記の形状の効力で、渦２の軸方向断面形状は回
転の種々の段階で変えることができる。個々の渦２・３
の衝突領域４０内で、渦の境界面は軸方向に直線である
。粒子が第７図の流れ分割部３９に到達したとき、その
粒子は軸方向にも部分的に動くような力を受ける。それ
て、異なる大きさを有する粒子は、所望の分離方向に互
いに容易に通過することができる。流れ分割部３９に関
して、分離機２と直接面する表面はみぞ形状になり、強
制渦３と面する部分は滑らかである。

流れ分割部３９のタイプとして、第８．９図および１０
図のものを挙げることができるが、それらの軸方向断面
は波形をしている。波形隆起部の間には、渦２．３を駆
り立てるくぼみが設けられている。軸方向および半径方
向に渦２を規則的に形成するものは分離を増進する。

第１１図は、第５図および第６図６４示した接線方向の
入口１２の一例の要部を示すものである。

第１２図および第１３図は円錐形渦室の配置の一例を示
すものである。衝突領域４０の幅は所望により選択する
ことができる。流れ分割部３９は平ｇ４ｚ円錐形面とす
ることかでき、または渦２の進行方向に波状にまたは波
形板状に、または軸方向にみぞを付けて作ることができ
る。

第１４図は渦が軸方向に互い違いとなる本発明の１つの
渦装置を示すものである。被分離媒質の供給は頂部の中
央渦に行なわれ、そこからいくつかの粒子が側方へ移動
して、下方位置に配列された他の渦に到達する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法を実施するための装置の実例を示すも
ので、第１図は２つの分離温間に１つの強制渦を設けた
渦装置の断面図、第２図は４つの分離温間に１つの強制
渦を設けた渦装置の断面図、第３図は分離装置の側面図
、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、第５
図は分離装置の軸方向断面図、第６図は第５図のＶｌ−
■Ｉｉｌに沿つ端面図、第７図は流れ分割部の一例を示
す不等角投影図、第８図は流れ分割部の他の例を示す不
等角　　７投影図、第９図は第８図の流れ分割部の断面
変動７を示す説明図、第１θ図は第８図のＸ−Ｘ線に沿
った回転軸の断面図、第１１図は第６図にお′１する′
接線方向供給部の一例を示す側部断面図、第１２図は渦
が円錐形となる分離装置の斜視図、第１３図は渦が円錐
形となる分離装置における流れ分割部の不等角投影図、
第１４図は渦が軸方向に互い違いとなる分離装置の一例
を示す不等角投影図である。 １・・・渦を閉じ込める外周側部面、　２・・・分離機
の概略走行路、　　３・・・強制渦の概略走行路、１０
・・・分離機または強制渦用の渦室、　　１２・・・被
分離粒子を分離空間に入れる接線方向の入口、　　１３
・・・分離後の小さいほうの塊を有する粒子用の軸方回
出［コ、　　１４・・・分離後の大きいほうの塊を有す
る粒子用の軸方向出口、　　３９・・・種々の渦を互い
に分離するための流れ分割部、　４０・・・分離渦と強
制渦とが互いに衝突する領域、　　４７・・・渦室用の
ふた。 特許出願人　ノーバー・ギイ 代理人弁理士青山　葆　　外１名 ｊ阿１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、サイクロンの如き自由乱流で動作する装置中の遠心
   力によって、大きいほうの塊を有する粒子が回転運動中
   に分離渦２の外側部に集中するとともに小さいほうの塊
   を有する粒子が分離渦２の回転中・しの部分に集中する
   ように、媒質を異なる粒の角度で互いに衝突させ、互い
   に反対方向に回転させることを特徴とする媒質の分離方
   法。 ２、平行に配置した両群２．３は、それらの回転中心が
   軸方向に見て規則正しい正方形網を形成する両系を編成
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、平行に配置した両群２，３は、強制渦３の周囲を複
   数の分離渦２によって取り囲んだ両系を編成する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ４、平行に配置した両群２，３は、分離渦２の周囲を複
   数の強制渦３によって取り囲んだ両系を編成する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ５、サイクロンの如き自由乱流で動作する装置中の遠心
   力によって、大きいほうの塊を有する粒子が回転運動中
   に分離渦２の外側部に集中するとともに小さいほうの塊
   を存する粒子が分離渦２の回転中心の部分に集中するよ
   うに、媒質を異なる粒子の塊に分離する装置において、
   互いに対になって部分的に衝突領域４ｏを形成するとと
   もに反対方向に回転する平行な渦２．３を衝突させる平
   行な渦室ｌＯを設けたことを特徴とする媒質の分離装置
   。 ６、被分離媒質の供給部１２は渦室１０間の衝突領域４
   ０に配置されている特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、渦室ｉｏは互いに平行な規則正しい正方形網に配置
   されている特許請求の範囲第５項記載の装置。 ８．１つの渦室１０は他の渦室ｌｏによって取り囲まれ
   ている特許請求の範囲第５項記載の装置。 ９．４つの平行な渦室１０間に４つに分岐した断面を有
   する流れ分割部３９を設けている特許請求の範囲第５項
   〜第７項のいずれかに記載の装置。 １０、流れ分割部３９は分離渦２の走行方向にみそを設
   けている特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１、流れ分割部３９は分離渦２の走行方向に波形状に
   なっている特許請求の範囲第９項記載の装置。 １２、隣接する渦室１０は軸方向に互い違いになってい
   る特許請求の範囲第５項記載の装置。