JPS60110355A - 遠心分離機及びその使用方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス流から固体粒子を遠心力により分離する
遠心分離機並びにこの遠心分離機を多段熱交換及び／又
は物質交換のためのシステムに使用する方法に関する。

〔従来の技術〕

スイス特許第４１１，５３６号には、ガス流が環状分離
領域において螺旋状に下降し、その後、分離領域の内部
を上昇するような冒頭に述べた種類の分離機が記載され
ている。その装置は、ガス供給管路が上部領域において
内側から環状分離領域まで延在し、排出領域に隣接して
ガス流のための少なくとも１本の流路を有することを特
徴としている。

この公知の装置の場合、下方から垂直に上昇するガス流
はまず水平方向／半径方向に外方へ導かれ、次に接線方
向に偏向され、続いて螺旋状に下降し、最後に内方へ偏
向されて上昇する。さらに、ガス流は、少なくとも図示
される実施例によれば、半径方向に対称形の分離状態を
達成しようとする限り複数の分流に分割される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなガス流動軌道は著しく大きな流動損失をもた
らすのみならず、分離効率に関しても満足できるもので
はない。その理由は、下方へ、向かう流動領域において
ガス流が固体粒子の運動方向と平行に流れることにより
、既に分離されている粒子がガス流に再び取込まれ、装
置から排出されるからである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、分離効率を低下させることなく流動損
失を著しく減少させるような、冒頭に述べた種類の分離
機を提供することである。

本発明によれば、この目的は、冒頭に述べた種類の分離
機においてガス供給管路が、その上端部で閉鎖されてお
り、かつ下方から垂直に上昇するガス流をガス供給管路
に対しそ接線となるほぼ水平な方向に偏向させる管路有
することにより達成される。

本発明のその他の有利な特徴は実施例を含む以下の記載
から明らかであろう。

本発明による装置即ち遠心分離機の流動損失はこの種の
従来の装置に比べて少なくとも１５％は少ない。これは
、ガス流と固体粒子の流れとの間で多段熱交換／物質交
換を行うためのプラントにおいて、複数の遠心分離機が
使用される場合に特に有利な特徴である。そのような場
合、コンパクトな構成と、下方の段における分離効率の
改善とにより、放射による熱損失を少なくとも１０％低
減させることができ、投資コストをｌＯ〜２０％節減す
ることができる。分離効率は構成によって８５〜９５％
及びそれ以上に達する。

本発明の装置は、構造が非常に簡単であり、複雑な構成
要素を含まず、ガス流を必ずしも分割する必要がないと
いう利点をさらに有する。ガスの流量が非常に多く、そ
れに応じてガス供給管路の横断面を大きくしなければな
らない場合だけは、ガス排出のために２本の導管を設け
ると好都合である（第４ａ図及び第４ｂ図）。ガス流を
分割させないことは製造時のみならず、操作時にも有利
となる。それによって、固体粒子の堆積及び装置の摩耗
を最小限度に抑えることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例をさらＧこ詳細に
説明する。

第１図に示される装置は垂直に設置された円筒形のハウ
ジング１から成り、ガス供給管路２力ζ下方からハウジ
ング内に延在し、ガス排出管９力くハウジングの上部か
ら出ている。ガス供給管路２（よ上端部が閉鎖され、そ
の箇所に導管３を有する。

この導管により、下方から垂直に上昇するガス流は、矢
印により示されるように、力゛ス供給管路２に対して接
線となる水平方向に偏向される。この偏向効果を生じさ
せるために、導管３は、力スの流動方向に半径が螺旋状
に大きくなる垂直の円筒形壁部分４と、この壁部分４と
ガス供給管路２との間に上方水平カバー６及び下方水平
カッマー７とを有する。ガス供給管路２の壁部５の全体
又番よ一部は円筒形壁部分４に対向して離隔されてし）
る。

円筒形壁部分４は半径方向の拡張開始箇所力・ら１５０
〜３００°の角度にわたり延在することカベできる。通
常は１５０〜１８０°の角度にわたり延在する。円筒形
壁部分４をガス供給管路の壁部５から形成すると、導管
３は特に構成することができる。分離される固体粒子は
導管８を通って装置から排出される。

利用目的に応じて導管３の構成を様々に変えることによ
り、流動損失が最少比となるように又は分離効率が可能
な限り高くなるように本発明の装置を最適化することが
できる。

円筒形壁部分４が１８０〜２７０”の角度にわたって延
在し、ガス供給管路２の壁部５が半径方向の拡張開始箇
所から１５０−１８０°の角度だけ離隔するように構成
すれば、分離効率の改善が達成される。さらに、上方水
平カバー及び下方水平カバーが円筒形壁部分４の長さ全
体にわたって延在するか、又は下方水平カバーが円筒形
壁部分４の長さの一部、たとえば１５０〜１８０°の角
度にわたって延在するように構成することにより、本発
明の装置の作動結果を変化させることができる。円筒形
のハウジング１の自由横断面面積はガス供給管路２の自
由横断面面積の３〜７倍に形成するのが好ましい。導管
３の出口横断面の面積はガス供給管路の自由横断面面積
の０．６倍から１．２倍とすることができる。

円筒形のハウジング１と、上方ガス排出開口１０との間
に、円錐形に狭まる排出管１１を設けるのが好都合であ
る。ハウジング１の下端部は平坦な傾斜壁１２により形
成することができ、この壁の迎角は固体粒子の流動特性
に従って設定される。粒子の堆積を防ぐために、ガス供
給管路２の上端部１３は屋根形に形成される。さらに、
乱流を阻止し、それに伴う流動損失を阻止するために、
ガス供給管路２の上端部にそらせ壁１４を設けると有利
である。

導管３のこのような構成により、ガス流は、随伴固体粒
子をハウジング１の内壁に向かう外方への遠心力によっ
て分離するために必要なうず巻を形成する。その後、固
体粒子は重力の作用により落下し、一方ガス流はまずね
じれた軌道に沿い、次に螺旋状に狭まる軌道に沿ってハ
ウジング内を上昇し、ガス排出口９から排出される。重
要な点は、導管３の構成によりガス流は垂直下向きの運
動成分を発生せず、そのため、流れ偏向の程度は必要最
少限に制限され、既に分離されている固体粒子をも取込
んでしまう危険が全くないということである。上述のよ
うなガス流れ軌道は流動損失をできる限り低く抑えると
共に、所望の高い分離効率を可能にするものである。

第２ａ図及び第２ｂ図は、導管３が実質的に螺旋状に広
がる円筒形壁部分４により形成されている状態を示して
いる。

このような装置を、通常のいわゆる無負荷試験、すなわ
ち固体粒子を含まないガスを様々な流速で供給して実施
される試験において、本発明による装置の圧力損失は従
来の装置より最高で４０％少ないことが判明したが、経
験により実用的にも同程度の改善が達成されることがわ
かった。いわゆる遠心分離ｍ（又はサイクロン）におい
て流動損失をできる限り少なくして所望の分離効率を得
ることが常にめられていたが、これまで長い間、経済的
観点からも十分な改善は全く認められなかった。本発明
の装置により、分離効率を低下さセることなく流動損失
に関して著しく改善が達成されること、並びに装置の構
造をさらに簡単にし、製造コストを低減できることは意
外なことであった。

第３図は、ガス流と固体粒子の流れとの間で多段熱交換
及び／又は物質交換を行うためのプラントにおける３台
の本発明の装置の使用法を概略的に示す。この場合、そ
れぞれ下方の装置１５ｂ。

１５Ｃのガス排出管は一時的にそれぞれすぐ上の装置１
５ａ、１５ｂのガス供給管路と同軸的に連結され、各装
置１５ａ、１５ｂ、１５ｃの下方には固体粒子をガス供
給管路２に供給するための入口１６ａ、１６ｂ、１６ｃ
がそれぞれ設けられる。

まず一番上の入口１６ａから固体粒子がガス流に供給さ
れ、一方、入口１６ｂ及び１６ｃはそれぞれすぐ上の装
置１５ａ及びｉ　５　ｂの固体排出口に配管装置により
接続される。固体粒子がほぼ全て除去さたガス流は一番
上の装置１５ａのガス排出管からプラントを去り、一方
、固体粒子の流れは一番下の装置１５ｃの固体排出口か
ら排出される。

第４ａ図及び第４ｂ図は、互いに１８０°ずれて配置さ
れた２本の導管３を有する装置を示す。

その他の点に関しては、第２ａ図及び第２ｂ図の構成及
び符号に対応する。この実施例は、ガスの流量が非常に
多く、従って装置の直径が大きい場合にのみ考慮される
。

本発明の装置の利点は第５図のグラフから明白である。

このグラフは、上端に接線方向のガス人口を有し、かつ
浸し管（Ｔａｕｃｈｒｏｈｒ）を有する従来のサイクロ
ン（曲線１）と、本発明の装置（曲線２）とについてガ
ス処理量と圧力損失との関係を示す。

比較した２台の分離機のハウジングの内径は０゜４５ｍ
であり、従って自由横断面面積Ｆ１は０．１５９　ｏｆ
であった。従来のサイクロンの場合、一般に圧力損失の
約７５％は浸し管に起因し、１０％は入口領域によるも
のであり、残りは壁面の摩擦及びその他の損失原因に分
けられる。全く構造の異なる本発明の装置においては、
圧力損失の原因を従来の装置のように分けられない。測
定に使用した装置の場合、ガス供給管路の内径は０．２
０ｍであるので、自由流動横断面の面積Ｆ２は０．０３
１４ｍであった。

従って、Ｆ１対Ｆ２の比は５をわずかに越える。

導管は螺旋形拡張の開始箇所から２００°の角度にわた
って延在し、その領域全体に上方カバー及び下方カバー
が設けられている。ガス供給管路の壁部は１５５°の角
度だけ離隔されているので、２００−１．５５　＝　４
５°にわたり周囲全体を閉鎖された導管が形成されるこ
とになり、この導管の自由横断面面積はガス供給管路の
横断面面積とほぼ等しい。

流通ガス重量１　ｋｇ当たりのセメント製造用原料粉混
合物の負荷を０．９〜ｌ　ｋｇとし、第５図のグラフか
ら明らかな処理量において実験を実施した。

両対数グラフに示された従来のサイクロンの数値の直線
１は、本発明による装置の数値を示す直線２よりかなり
急な傾きを有する。選択された装置の大きさにとって重
要ではないさらに低い処理量範囲において、曲線１はや
や低い圧力損失を示ず。しかしながら、この、所望の処
理量からかけ離れた範囲では、通常のサイクロンの分離
効率は明らかに低いことがわかっているので、この領域
は比較の際に考慮する必要がない。双方の装置の操作点
がある約１３〜１６ｄ／分の範囲では、曲線２の傾きは
明らかに小さくなるばかりでなく、曲線１に比べて処理
量の増大に伴う圧力損失が徐々に低下することがわかる
。この範囲において、選択された実施例では少なくとも
９５％の分離効率が達成され、さらに上の範囲ではほぼ
９９％まで効率がアップしたことは注目に値する。従来
のサイクロンでもほぼ同じ高い分離効率が達成されるの
で、グラフに示された曲線は実質的に等しい分離効率に
基づくものである。

グラフに示されるように、本発明の遠心分離機は、たと
えば２Ｏｎ？／分の処理量では圧力損失が公知のサイク
ロンの１３．５ミリバールに対して８．５ミリバールと
明らかに低い外に、このグラフから、たとえば１３ミリ
バールの同じ圧力損失において、本発明の遠心分離機は
２０ｄ／分（公知のサイクロンの場合）ではなく２’６
％／分、すなわち３０％多い処理量で操作することがで
きることがわかる。逆にいえば、与えられた処理量に対
して公知のサイクロンより全体の大きさを縮小できると
いうことである。このことは、サイクロンのハウジング
の直径に公知の上限があるため、ガス流と固体粒子の流
れとの多段熱交換及び／又は物質交換を行うシステムの
装置を使用しなければならない大型プラントの場合に特
に重要な利点である。この点を考慮して処理量に与えら
れる上限は、本発明の装置においては少なくとも３０％
高くなる。

その結果、投資コストを著しく節減できることは明らか
である。従って、本発明の装置により稼動コストと投資
コストの双方に関して従来のサイクロンに比べて著しい
利点が得られる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、要約的に
記載すると、ガス流から固体粒子を遠心力により分離す
る本発明の遠心分離機は、同軸の上方ガス排出口を有す
る、実質的に垂直に配置された円筒形のハウジングと、
ハウジングの内部に同軸に延在する下方ガス供給管路と
、ハウジングの下部の側方に配設された固体排出口とか
ら構成され、ガス供給管路は上端部が閉鎖されており、
かつ下から垂直に上昇するガス流を供給管路に対して接
線となるほぼ水平な方向に偏向させる１本又は多くとも
２本の導管を有していることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の原理的構成を非常に簡略化し
て示す側面図、第２ａ図は、第２ｂ図のＢ−Ｂ線に沿っ
た縦断面図、第２ｂ図は、第１図のＡ−Ａ線に沿った水
平断面図、第３図は、互いに上下接続された３台の本発
明の装置を含む本発明の方法の実施例によるシステムの
略図、第４ａ図は、２本の導管を有する装置の原理的構
造を非常に簡略化して示す図、第４ｂ図は、第４ａ図の
Ｃ−Ｃ線に沿った水平断面図、第５閏は、ガス処理量と
圧力損失との関係を示すグラフである。 なお図面に用いた符号において、 １−−＝−、−−−−−・−ハウジング２−−−−−−
−−−−・−ガス供給管路３−−−−−−−−−−−・
・−・−導管４−・−−−−−ｍ−−・−−−一一一円
筒形壁部分５−−一−−・−−−一−−−−−−−−・
壁部６−・−・−−一−−−−・・−上方水平カバー７
−・−−一−−−−−−・−・−下方水平カバー９−・
・・−・−・・−・−ガス排出管１０−−−−・−・−
・−上方ガス排出口１１−−−−−・・−・・−・−・
排出管１２・・−・・−・−・−・傾斜壁 １４−・−・・−・−・−そらせ壁 である。 代理人　土星　勝 〃　常包　芳男 （自発）′手続補正書 昭和５９年１１月１６日 昭和５９年特許願第２２５０６４号 ２・発明ノ名称　遠心分離機及びその使用方法基　称　
（９１２）メタルゲゼルシャフト・アクチェンゲゼルシ
ャフト５、補正命令の日付（発送日）　昭和　年　月　
日６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同軸の上方ガス排出口を有する、垂直に設置された
   円筒形のハウジングと、ハウジングの内部に同軸に延在
   する下方ガス供給管路と、ハウジングの下部の側方に配
   設された固体排出口とから構成された、ガス流から固体
   粒子を遠心力により分離する遠心分離機において、前記
   ガス供給管路は上端部が閉鎖されており、かつ下方から
   垂直に上昇するガス流をガス供給管路に対して接線とな
   るほぼ水平な方向に偏向させる１本又は多くとも２本の
   導管を有していることを特徴とする遠心分離機。 ２、導管は、半径が流動方向に螺旋状に大きくなる垂直
   の円筒形壁部分と、円筒形壁部分とガス供給管路との間
   にそれぞれ設けられた上方水平カバー及び下方水平カバ
   ーとから構成され、ガス供給管路の壁部の全体又は一部
   が円筒形壁部分から離隔されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の遠心分離機。 ３、円筒形壁部分が半径方向の拡張開始箇所から１５０
   〜３００°の角度にわたり延在することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の遠心分離機。 ４、円筒形壁部分が１５０〜１８０°の角度にわたり延
   在していることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の遠心分離機。 ５、円筒形壁部分がガス供給管路の壁部から形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の遠心
   分離機。 ６、円筒形壁部分が１８０〜２７０°の角度にわたり延
   在し、ガス供給管路の壁部が半径方向の拡張開始箇所か
   ら１５０〜１８０°の角度にわたり離隔されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の遠心分離機。 ７、上方水平カバーが円筒形壁部分の長さ全体にわたり
   延在していることを特徴とする特許請求の範囲第２項〜
   第６項のいずれか一項に記載の遠６分離接。 ８、下方水平カバーが円筒形壁部分の端部までは延在し
   ていないことを特徴とする特許請求の範囲第２項〜第６
   項のいずれか一項に記載の遠心分離機。 ９、下方水平カバーが半径方向の拡張開始箇所から１５
   ０〜１８０°の角度にわたり延在していることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載の遠心分離機。 １０、円筒形のハウジングの自由横断面面積がガス供給
   管路の自由横断面面積の３〜７倍であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれか一項に記載
   の遠心分離機。 １１、導管の出口横断面面積がガス供給管路の自由横断
   面面積の０．６倍〜１．２倍であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか一項に記載の
   遠心分離機。 １２、円筒形のハウジングと上方ガス排出口との間に、
   円錐形に狭まる排出管が設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか一項に記
   載の遠心分離機。 １３、ハウジングの下方排出口が平坦な傾斜壁により形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第１２項のいずれが一項に記載の遠心分Ｈ機。 １４、ガス供給管路の上端部が屋根形に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第１３項のい
   ずれが一項に記載の遠心分離機。 １５、ガス供給管路の上端部にそらせ壁が設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第１４項の
   いずれが一項に記載の遠心分離機。 １６．２木の導管が互いに１８ｏ°ずれて配設されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第１５項の
   いずれか一項に記載の遠心分離機。 １７、同軸の上方ガス排出口を有する、垂直に設置され
   た円筒形のハウジングと、ハウジングの内部に同軸に延
   在する下方ガス供給管路と、ハウジングの下部の側方に
   配設された固体排出口とから構成され、前記ガス供給管
   路は上端部が閉鎖されており、かつ下方がら垂直に上昇
   するガス流をガス供給管路に対して接線となるほぼ水平
   な方向に偏向させる１本又は多くとも２本の導管を有す
   る、ガス流から固体粒子を遠心力により分離する遠心分
   離機を、ガス流と固体粒子の流れとの間で多段熱交換及
   び／又は物質交換を行うためのシステムに使用する方法
   において、複数の遠心分離機を互いに上下に配置させ、
   各遠心分離機の間においてそれぞれ下方の遠心分離機の
   ガス排出管をそれぞれすぐ上の装置のガス供給管路と同
   軸に連接し、一番上の遠心分離機の下方のガス供給管路
   に固体粒子をガス流に供給するための入口を設け、一番
   上の遠心分離機の固体排出口をその下に配置された遠心
   分離機の固体入口と接続し、ガス流を、必要に応じて追
   加分離のために一番上の遠心分離機から排出させ、固体
   粒子の流れを一番下の遠心分離機からプラントの外へ排
   出させることを特徴とする方法。