JPS60500487A - 媒体を順次異種成分に分離する方法及び該方法を実施する為の装置 - 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】 発明の名称 媒体を順次異種成分に分離する方法及び該方法を実施する為の装置発明の技術分 野 本発明は、渦流の一部が、１つの渦の外方部から大の渦の外方部に前進し、個々 の渦中では、大質量の粒子が渦の外方部に集中すると共に、小質量の粒子は、渦 の内方部に集中する様にして、渦列中で遠心力により、媒体を異なる成分に分離 する方法及びその方法を実施する為の装置に関するものである。

先行技術の説明 本明細書で使用するｔ体」なる用語は、粉状及び繊維状固形物質、流状液体類、 液滴やガス、及びその種々の混合物等を包含する。同様に、１粒子」なる用語は 、固形粒子、液滴、液体分子、ガス粒子、ガス原子等を包含する。「大質量の粒 子」なる用語も又、実際には質量に差異がなく、或いは、その様な差異が相反す るものとしても、例えば形状により大質量の粒子と同様に渦中で挙動する全ての 粒子を包含しようとするものである。

従来、種々の型式の渦分離機が知られているが、それらの渦分離磯では、通常、 渦は円筒状面又は円錐状面にかこまれる。渦室の壁面は、一般に平坦で、渦の進 行方向に連続して設けられる。公知の渦分ａ機は大部分、ねじ状ヘリカル進路を 用い、又、円錐を問題とする場合には、しばしば２本の同心ねじを使用する。連 続式渦列分ａ機の一例は、米国特許明細書第１，６６０．６８７号、＠１，６６ ０．６８５号、第３，９４８゜７７１号、第５３５，０９９号、及び第２．７０ １０５６号等に開示されている。互に衝突する分離渦は、フィンラント国特許出 願第８４３，３８７号に開示されている。

従来の渦分離機の欠点は、静止壁面と、急速に運動する渦との開に発生する大き い摩擦抵抗である。この様な摩擦は、相当のエネルギ損失を生じ、壁面の近くで 乱流を生じ、すでに得られた分離結果をだいなしにしてしまう。摩擦抵抗は、ら せん状の乱流運動により活発に増犬腰粒子は強制的に複数のサイクルを通しで循 環せしめられ、壁面に隣接する摩擦距離は長くなる。摩擦抵抗は、フィンラント 国特許出願第８１３゜３８７号に開示される解決策により実質的に滅しられる。

しカル、例えは、その第１６図に示す様な、らせん状部材を使用しても、複数の サイクルの為に壁部の摩擦距離は長いままで、問題の解決は半ばにすぎなし１゜ 強い壁部摩擦の為１こ、乱流運動は次第に減速され遠心力は滅して、その結果分 離力が低下する。したがって、乱流運動か漸次消滅する場合、従来技術では、長 い分離機側はうまく作動せしめることか出来なり）。最も困難な分離作業では、 極めて長い渦動を必要と腰その中て゛は、異なる成分への集中は漸次性われる。

従来の渦動では、渦は摩擦の減少の為に、実質的に互に助は合うことはない。使 用される少スリントは、１つの渦から他の渦への粒子の通路にすぎない。

従来の渦分離システムは、構造が複雑で多数の構成材料を必要とし、製造」二不 便な点がある。このことは、製造の原理の簡単さに比して、その価格か過度に高 い円錐装置に特にあてはまる。複数の単位装置からなるシステムの形状は一般に 不規則で、該単位装置の開に多くの無駄なスペースか存在する。又、装置は、大 きい又ペースを必要とする為、常に最良の位置に設置できるとは限らない。

円錐状渦分離磯では、重い粒子は、渦の外方部に分離されようとするが、同心ら せん形状の為に、重い成分と、軽い成分は、極めて接近せしめられる。これは、 軽い成分を含む内部渦は、円錐形の頂部近傍で回転する為である。このことによ り、すでに互に十分分離された成分が、再び新たに、殆んど結合するという矛盾 した状況を生じる。この結果として、当然、種々の成分か混合し、最終の分離状 態が悪くなる。

大部分の公知の渦分離機には、装置の全高さに対して、比較的平らな接線方向供 給ダクトが設けられる。供給口か小さい為、能力は低く、装置は大きなスペース を必要とする。従来の装置における供給口の高さは、−ｉに装置全体の高さの約 １０分の］又はそれよりはるかに低い。

発明の要旨 本発明は、上記従来の欠点を軽減することをその目的とするものであって、該目 的は、渦動の連続的な渦を、反対方向に回転しつつ実質的に互に支持せしめると 共に、個々の満開の流れを実質的に軸方向の運動なしに通過せしめる様にして、 本発明の方法を適用することにより達成し得るものである。

本発明にかかる方法を実施する為の装置は、以下に述べると共に、添付した請求 の範囲に開示する。

本発明は、事実上すべての分離作業に適用し得るものである。−例として、気体 より固体の分離、液体より固体の分離、固体粒子の分類及び格付け、一般的増粘 及び濃縮、ガス混合物の精留、エマルションの分離等があげられる。

本発明の要点は、実際の分離作用を、従来の遠心分離法、例えば、遠心分離磯を 用いる方法に比べて、簡素化する一方、それを強化するものである。その第一の 目的とする所は、渦と壁面との開の摩擦を減じて、それに起因する欠点を除去す ることにある。更に、重い成分の外部渦は、軽い成分をその中に有する渦中心部 から出来るだけ遠ざけること１こより、副成分の混合を避ける。この目的の為に 、渦を閉し込める壁面の一部は除去される。

渦を内方に付勢し壁面により加えられる支持作用は、渦動の連続するることによ り補償される。連続した渦の回転方向か反対である結果、壁面が除去された所は 媒体粒子の移動方向か同じであり、そのため者しい乱流の発生は除去される。個 々の渦の回転速度は、自から、自動的に等しくなる。

本発明の更に池の目的は、渦中の所要回転数、特に、壁面に隣接する重い成分の 回転数を滅しることにある。温間の開口を介して、重い成分用の出来るだけ簡単 で急速な出口を設けることにより摩耗の欠点を緩和し、又、それにより摩擦を減 じることが可能である。渦の全高又は殆んど全高にわたって渦動に接線方向の供 給又は補給を行うことにより、軸心方向の運動の必要性は実質的に除去され、例 えば、らせん状の通路を、渦の外方部から除去することかできる。これは、又、 重い成分の排出Ｉ］を接線方向とし、かつ、渦の長さと同程度にすることにより 容易化される。

本発明の池の目的は、除去された壁部の近傍に生しる渦の突然の反転点で、渦の 外方部における遠心力を強化することにある。この様な反転点を生じる理由は、 連続する渦の共通断面か個々の渦の弦となる平面を形成する傾向かあり、その為 、この京で運動経路が直線状となり、この様な点の前後で、渦の外方部の運動経 路中に、通常より短い回転半径を生じる。　添付の図面は、本発明の二、三の実 施例と、本発明を実施する方法を示す。実際上は、本発明は多数の種々の実施例 に適用して実施することができる。本発明に開示した装置の形式や寸法は特定の 応用例に対して選ばれたものである。この様な選定は、実験的研究や理論的研究 に基づいて行ってもよい。

太施胴 以下、本発明を添付図面に示す実施例について説明する。

第１図は、連続した渦か互に支持し合うと共に反対方向に回転する、本発明にか かる渦動を示し、 第２図は、第１図の線ＩＩ−ＩＩに於ける断面図を示し、第３図は、第１図の線 ＩＩ−ＩＩに於ける二者択一的断面図を示腰第４図は、本発明にかかる４つの渦 動が互に平行に支持し合う様に配置された渦システムを示し、 第５図は、本発明にかかる、２つの渦動よりなり、渦の直径が減少する渦システ ムを示し 第６図は、本発明にかかる、２つの渦動よりなり、流れに対抗する衝撃縁部の角 を丸めた渦システムを示し、第７図は、単−供給湯からなる３方向に分かれる本 発明の渦動を示し、第８図は、数個所の分岐部と接続部よりなる本発明の渦動を 示し、第９図は、分岐し再結合する、本発明にかかる２つの渦動を示し、第１０ 図は、渦か、渦動の平均的長手方向軸心の両側に交互に配置された、本発明にか かる渦動を示し、 第１１図は、第１０図の２つの渦動か平行関係で結合された渦システムを示し、 第１２図は、最終の渦に軽量成分用の出口を取り付けない本発明にがかる渦動を 示し、 第１３図は、最終の渦に排出媒体を供給する、本発明にががる渦動を示し、 第１４図は、渦中心の渦室の幾何学的中心よりのずれを原理的に示す。

添付図面中に図示する部品として、１は渦室の壁部、２は渦の普通回転方向、１ ２は接線方向供給ダクト、１３は軽い成分の出口、３９は個々の渦を互いに分離 する流れ分割部材、４０は隣接する渦か互いに支持し合う部位、４７は渦室の蓋 、４９は渦の中実軸心、６２は渦室底部の重い成分、６３は原理的に図示した、 渦を側路する流れ、６４は閉止フィーダ（ｓｈｕｔ　−ｏｆｆ　ｆｅｅｄｅｒ） 、　６５は原理的に示す排出媒体の旋回運動、６６は排出媒体の供給パイプ、６ ７は渦室の幾何学的中心、６８は渦室の底部、７０は重い成分の出口、７１は原 理的に示す重い成分の移動経路、７２は角を丸められた衝撃縁部、７３は渦動の 平均長手方向細心、７４は流れの方向の急変火点を用いている。

第１図は連続する渦２か、点４０で実質的に互い支持し合う構成の渦動分離機を 示す。連続する渦の流れ２は、この様な点４０で共通方向に移動する一方、回転 方向は、細心方向に見て互に反対である。図示の渦動２，２．２．２．２は、５ 個の連続的渦を含む。流れの全体的方向は、図中、左から右へ向う。渦全体の高 さをカバーする狭い供給ダクトにより供給が行われ、その為高性能が得られる。

列２，２．・・・・・・の最も左側の第１の渦では、重い成分は外周部へ向い、 次の渦へと進む。軽い成分の最も軽い一部は、第１の渦中で回転を続け、漸次中 央部へ向い、出口１３に進む。列２，２．・・・・・・の第２の渦２内で・は、 最ら重い成分は、尚も外周部を進み続けるが、第２の渦に比べて運動の湾曲方向 ７１を変更しつつ進む。重い成分は、渦動２，２．・・・・・・の第２の渦２が 帆布の方へ、第３の渦２へと進み、一方軽い成分の一部は、第２の渦２中で回転 しつづける。第２の渦中で回転する流れ２は、部位４０内で、該第１の渦２の外 方部と衝突し、その遠心力により、第１の渦の粒子を、該第１の渦２の中央部に 向けて付勢する傾向がある。個々の渦２の遠心力は互に反対に作用し渦２は部位 ４０で互に支持し合って、壁部１の支持作用なしに旋回運動を維持する。渦動の 個々の渦２の間にも同様の現象を生しる。

もし、大きい質量を有する重い成分の粒子が、該渦２の−っの軽い成分内で偶然 回転し続けると、該粒子は、１サイクルの後に、渦２のその入口部に戻り、その 後、次のサイクルの開に重い成分中に入り込む可能性が極めて高い。図示の渦動 分離機では、重い成分は、外周部近傍で個々の渦２中に常に保持され、一方、軽 い成分は、渦２の中央部に集められる。両者間の距離によって、もはや、異なる 成分が互に混合する危険性はない。第１図に示す、渦動分離磯は直線状のもので あるか、この様な渦動は所望の場所に設置すると共に、その形状を弓形としても よい。図示の渦２は円形であるか、渦室１も池の形状、例えば、楕円形とか多角 形にさえ形成してもよい。

第２図の断面図に、渦動分離磯用の平らな蓋カバー４７と平らな底部６８とを示 し、両者共に例えば、円錐等と比べて、製作が極めて容易である。

軽量成分出口バイブ１３は、この実施例では、各局の中央部で蓋４７と底部６８ の両方に設けられる。もし望ましυ・場合は、軽（・成分用として、一方のみの 排出部を使用することも可能である。軽い成分をパイプ１３を介して両側部に排 出する場合は、装置の高さを高くして、能力を増すことかできる。必要に応して 、蓋４７と底部６８を、例えば剛性を増す為に、コツプ状又は隆起状に形成して もよい。個々の渦２の出口、すなわち、排出パイプ１３は最終的に全ての成分の 内、最も重し）ものか排出ダクト７０から得られ、次に重いものが列の最終渦と 連係する排出パイプ１３から得られる様に、最も軽い成分が第１のパイプから得 られ、少し重い成分か次のパイプから得られるという様にして互に少し異った成 分を排出する。

第３図に示す断面図では、軽量成分排出パイプ１３は、渦２の列２゜２、・・・ ・・・に沿って漸次進むにつれて次第に小さくなる。かくして、個々の渦２の排 出パイプ１３から、大略等しい成分を取り出すことか可能である。以前に行った 分類や濃縮化は、後端部渦２から排出される減量により補償される。

第３図に示す実施例の場合、供給ダクト１２の高さは、パイプ１３の端部間の距 離に等しい。同様か、又は、等しい成分を、パイプ］３から取り出す場合、この 様な成分は、例えは、蓋４７の頂部及び底部６８の下部に設けた共通容器内に集 めることかできる。各パイプ１３から取り出される成分の等しさは、弁と対抗圧 力によっても調整可能で、この様に本発明の装置は、種々の条件に容易に適応し 得るものである。

第４図は、互に平行に接続され一つの作動単位を提供する、本発明にかかる４つ の渦列分離！２．２．２・・・・・・を示す。渦２を、他の渦２上で横方向にも 支持することにより、構成材料だけではなく、摩擦壁部１の分担を更に滅しるこ とさえ可能となる。エネルギの消費と摩耗；こよる欠点は減じられる。小さい箱 状の空間に多数の渦２を入れ、不必要な中間スペースを除去することかできる。

流れ分割部材３９は、ダクト１２からの細い供給流を切り取って２つの列に流し 、各列２，２．・・・・・・により受け取られる供給流は、非常に細いものとな る。かくして、異った供給縁部から所望の方向へ軽い成分分子及び重い成分分子 を交差進行せしめることが容易となる。供給ダクト１２は、小さい装置でも高い 能力を出すことができる様に広くしてもよい。種々の応用の為に、供給ダクト１ ２の巾は調節可能とすることができる。

第５図は、渦動２，２Ｉ・・・・・・が進むにつれて、渦の直径が減少する実施 例を示す。かくしで、充分濃縮された重い成分か、後端部から得られる。必要に 応じて、渦の直径か次第に大きくなる様に構成してもよい。

装置の作動特性は、部位４０の巾を修正することによっても調整できる。

これは、例えば、流れ分割部材３９を取り換えることによって実施できる。

第６図は、２つの渦動な有し、長いフィラメント状粒子の取ｊ〕扱いを目的とす るシステムを図示する。衝撃縁部への付着を避けるために、本装置には角を丸め た衝撃部材７２を設ける。

第７図に示す実施例では、１つの渦２か、それから流れを３つの個々の渦動に配 分する配分手段として役立つ。個々の渦動は、該渦動か供給ダクト１２より出て くる流れに出合う順序にしたがって異なる成分を受け入れる。最も重い成分は、 第１の分岐に、そして、最も軽い成分は、最終の分岐にそれぞれ圧入される。必 要に応して、分岐の数は、３つ以上に増加してもよい。

第８図に示す実施例では、単一の供給ダクト１２より出る流れは、３×３の渦流 に分岐される。種々の成分は、それに最も適する自然な通路を見出す。例えば、 最も重い成分は、それ自身の出口の方へと、殆んど直線的に進む傾向がある。個 々の渦の排出パイプは、種々の成分を排出してもよい。各パイプ１３より出る種 々の成分の質は、パイプのサイズや対抗圧力により調整できる。図示の実施例で は、軽い成分はパイプ１３を介して、９個の異なる渦より排出され、各渦中の半 径方向流速は非常に低い。かくして、渦中での滞溜時間が長い場合、極めて小さ い粒子をも分離することが可能である。

従来のらせん状運動を行う装置に対して、肝要な摩擦抵抗の減少を実施すること により、旋回運動を長時間維持て゛きる為、非常に広範囲なシステムの構成が容 易となる。

第８図に示す実施例では、個々の渦列は何度も分岐及び結合を繰り返している。

第９図に示す実施例では、２つの渦列２，２．・・・・・・は、単一の供給点よ り分岐し最終的に結合しているので、最も重い成分は、両分岐から単一の排出ダ クト７０中に集めることか゛でとる。

第１０図に示す実施例では、渦列２，２．・・・・・・の連続する渦は、平均長 手方向軸心７３の両側に交互に配置される。この為、最も重い成分に約して、装 置を通る比較的直線状の通路か与えられ、摩耗の問題が緩ギロされる。

第１１図では、第１０図の２つの渦列２，２．・・・・・・か、平行関係で組み 合わされ、壁面の減少をもたらしている。更に広範囲なシステムも構成し得る。

第１２図では、最終の渦には、軽量成分排出パイプ１３か全く設けられていない ので、最終渦は、重い成分に対する閉鎖回収容器として形成することかできる。

上記重い成分は、例えば、閉止フィーダ６４を介して定期的に排出し得る。最終 渦室は閉しられでいるので、実際の流入はなく、最も重い成分の粒子のみか、そ の遠心力の為に飛び込む。この様にして、微細な成分が粗い成分に混入するのか 防止される。最終渦とそれに先行する渦との間の界面には、軽い成分の為の見え ない壁が存在している。

第１３図の構成では、第１２図に関して述べた作用は渦支持区域４０を介して徐 々に先行する渦２に流入し、それに沿って重い成分と混在する軽い成分を洗浄す る排出媒体を、最終渦室１に通すことにより強化される。排出媒体６５の流れは 、重い成分の通路７１に対して、斜に交差する。

第１４図は、渦の真の中心４９と渦室の幾何学的中心６７どの間の「ずれ」を原 理的に示すものである。渦２を側路する流れ６３は、渦中心４９を、それ自体か ら離間する方向に付勢し、該渦２に流入する流れの力は、渦の中心を渦列２、２ ・・・・・・の進行方向にも若干移動せしめる。前述の図面には、この様な「ず れ」は図示されていないが、実用的構成では、排出パイプ１３は、実際の渦中心 ４９内に位置せしめるべきである。その位置は、実験的に決定し得る。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．渦流（７１）の一部か、渦（２）の外方部から次の渦（２）の外方部に進み 、個々の渦内で、大きい質量を有する粒子が渦の外方部に集中し、小さい質量を 有する粒子が渦の中央部に集中するようにして、渦列（２゜２）中で遠心力によ り、媒体を異なる成分に逐次分離する方法であって、渦列（２，２）の連続する 渦（２）か反対方向に回転しつつ、実質的に互に支持し合うと共に、個々の渦の 間の流れ（７１）が実質的に細心方向（４９）の運動を伴うことなしに移動する ことを特徴とする分離方法。 ２、請求の範囲第１項に記載の分離方法であって、分離されるべき媒体が、渦列 の第１渦に接線方向に供給され、該媒体が第１の渦中に供給されるにつれて、連 続する渦か実質的に同一平面で互に支持し合い、該平面は渦の細心に垂直とした ことを特徴とする方法。 ３、請求の範囲第１項又は第２項に記載の分離方法であって、最も粗い粒子が、 連続する渦か互に支持し合う、実質的に同一平面で渦列の最終の渦の外周部から 集められ、該平面は、渦の軸心に垂直であることを特徴とする方法。 ４、請求の範囲第１項に記載の分離方法であって、２つ又はそれ以上の渦列（２ ，２）が、互に接触する渦（２）か反対方向に回転する様に、平行方向で実質的 に互に支持し合うことを！徴とする方法。 ５、請求の範囲第１項に記載の分離方法であって、共通供給部を設けた渦列が２ つ、又は、それ以上の個々の渦列に分岐され、粗い粒子が各分岐の最終渦の周辺 部から集められることを特徴とする方法。 ６、請求の範囲第１項に記載の分離方法であって、少くとも１つの禍に、排出媒 体を供給することを特徴とする方法。 ７、請求の範囲第１項に記載の分離方法を実施する為の渦分離機であって、渦室 （１）の渦スペースか部分的に合致する殊に互に連係せしめた渦室（１）の列と 、渦室（１）の端部に設けた成分排出用の軸心方向徘畠ダク）（１３）と、少く とも１つの渦室に接線方向に接続した供給ダク）（１２）とよりなり、該供給ダ クト（１２）は、渦細心に垂直な面に交差し、顔面は隣接する渦（２）か互に支 持し合う各渦スペース間の界面（４０）と交差することを特徴とする分離機。 ８、請求の範囲第７項に記載の渦分離機であって、１つ、又は、それ以」二の渦 室（１）の外周部に、渦紬心に垂直な前記面と交差する、最も粗い粒子排出ダク ）（７０）を設けたことを特徴とする分離機。 ９、請求の範囲第７項又は第８項に記載の渦分離機であって、２つ、又はそれ以 上の渦室列を平行に配置し、該平行な渦室の渦スペースも部分的に合致する構成 としたことを特徴とする分離機。 １０、請求の範囲第７項又は第８項に記載の渦分離機であって、単一の渦室を個 々の渦室分岐部に接続した２つ、又はそれ以上の個々の渦室に接続し、後者の各 々に、それ自体の最も粗い粒子排出ダク）（７０）を設けたことを特徴とする分 離機。 １１、請求の範囲第７項又は第８項に記載の渦分離機であって、渦室列の連続し た渦室か２゛グザグ形状を呈し、最も重い／最も粗い成分か供給ダク）（１２） から排出グク）（７０）へ、渦相互支持部位（４０）を介して、ゆるいうねり状 、又は、殆んど直線状をなして、通過せしめられることを特徴とする分離機。 １２、請求の範囲第７項に記載の渦分離磯であって、接線方向供給ダク）（１２ ）を細い又リント状に形成しその巾に対して渦室（１）の半径を倍数とし、その 長さが、渦細心の長さの大部分に亘って延在することを特徴とする分離機。 １３、請求の範囲第７項に記載の渦分離機であって、互に支持し合う渦（２）の 渦流か個々の渦を互に分離する様に衝突する、渦室壁（１）と流れ分割部材（４ ９）の部分を、角を丸めた衝撃縁部（７２）として形成したことを特徴とする分 離機。