JPS608873B2 - サイクロン分離器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイクロン分離器に関し、特に流体の圧損を低
減すると共に粉粒体の分離効率（捕集効率）を高めたサ
イクロン分離器に関するものである。

サイクロン分離器は大別して渦巻型と軸流型に分類され
るが、処理能力では前者の方が優れている為、各種工業
分野において渦巻型サイクロンが広く利用されている。

渦巻型サイクロン分離器の利用例としては、流体中に含
まれる固形異物を気流と共に旋回させながら遠心力によ
って分離・捕集したり、或は固形異物を流体中に混入さ
せておき、該固形異物をその質量に応じて分級したり、
固体一気体の接触及び分離をしたりしながら両者間で熱
交換を行ったりするもので、用途に応じ単独装置として
或は複合装置として、たとえば以下に示す様な用途に利
用される。｛ａ｝ 粉粒体空気力輸送設備の端末分離器
。

｛ｂ｝ 石炭等の気流乾燥設備における端末分離器。｛
ｃ’各種鉱石、原料等の閉回路粉砕設備におけるサイク
ロンセ／ぐレー夕。（ｄ）セメント原料粉末、水酸化ア
ルミニウム粉末、粒状石灰右糖を焼成するときの予熱交
換装置。

たとえば第１図は、サイクロン分離器の一例を示す一部
破断見取り図で、外筒１の下部側には下方に向って順次
断面積を縮少した逆円錘体２を一体的に形成し、下端部
に固形異物の取出口３を設ける。

外筒１の頂部には天井４を形成してその中央部に気体排
出ダクト５を接続すると共に、該ダクト５は外筒１の内
側に突出させる。また外筒１の上部側に接線方向に入口
ダクト６が接続され、該ダクト６からは分離枚は分級ご
れるべき粉粒体が気体と共に導入される。そしてこれら
の混相流は、排出ダクト５と外筒１の間で旋回し、旋回
流８は順次降下して円錘筒２の下部付近で反転し中心流
９を形成して上昇し、排出ダクト５を通じて取り出され
る。他方粉流体は旋回流８による遠心力によって分離又
は分級され、外筒１及び円錐筒２の内壁に沿って取出口
３から取出される。ところでこの種のサイクロンでは気
流の圧損が相当大きく、吸引又は送風能力のかなり大き
い議引・送風機を使用する必要があり、省エネルギーの
観点から圧損を極力少なくすることが望まれる。そこで
本発明者等はまず圧損を高めている原因を究明すべく検
討したところ、サイクロンの構造上の欠陥が１つの原因
になっていることをつきとめた。即ち従来のサイクロン
では、第２図（第１図の横断面相当図）及び第３図（第
１図の横断面相当図）に矢印で示した如く、サイクロン
内でひとまわりしてきた流体が、入口部から入ってくる
新たな流体に対して斜め方向から吹きつける様に当たる
結果、入口ダクト６からの流体がサイクロン周壁側に押
し流される様な所調縮流現象が生じる。この様な現象が
生じると、周壁面では入口ダクト６部分よりも流速が増
大し、これに伴って周壁面との摩擦による圧損が増大し
ていることが確認さされた。またサイクロン内での流体
の旋回々数が多くなるほど、圧損は大きくなることも確
認された。従って前記縮流現象を防止すると共に、粉粒
体の分離効率を低下させない程度にサイクロン内での旋
回々数を少なくしてやれば、庄損を相当低減できると考
えられる。本発明は上記の知見を基に鋭意研究の結果な
されたものであって、入口ダクトのサイクロン中心側々
壁のほぼ延長線上に、サイクロン内部へ突出した案内羽
根を設けると共に、該案内羽根の下部を入口ダクトの底
面より下方へ延長する点に第１発明の要旨が存在し、こ
れによって縮流現象の防止に大きく寄与することが、圧
損低下の目的を達成することができた。

また該案内羽根の下部を、入口ダクトに背を向ける方向
に湾曲させごた点に第２発明の要旨が存在し、これによ
り旋回流８の掬に上げ効果が発揮され、粉粒体の分離効
率を維持しつつ圧損を低下させるという圧損を低下させ
るという目的が達成される。以下実施例図面に基づいて
本発明の構成及び作用効果を説明するが、下記の実施例
は代表例に過ぎず、本発明を限定する性質のものではな
い。

又前・後記の趣旨に適合し得る範囲でサイクロン本体の
形状や構造、案内羽根の形状や取付手段等を適当に変更
することはすべて本発明の範囲に含まれる。第４〜６図
は第１発明に係るサイクロン分離器を例示するもので、
第４図は一部破断見取り図、第５図は横断面図、第６図
は縦断面図であり、全体の構成は第１〜３図の例とほぼ
同様である。

但し本第１発明では、入口ダクト６のサイクロン中心側
々壁のほぼ延長線上で且つ入口ダクト６の外側々壁とほ
ぼ平行に、サイクロン内部へ突出した案内羽根１０が設
けられ、該案内羽根１川ま下方部１０ａが入口ダクト６
の底面６ａよりも下方に延長して形成されている。従っ
て入口ダクト６から流入した流体の旋回流は、第５図に
示す如くサイクロンの内壁に沿って１周し、入口ダクト
６の開□部に至る前に案内羽根１０１こ当り、曲率半径
の小さな円を描く様に旋回しつつ降下する。従ってサイ
クロン入口部での縮流現象が可及的に抑制されることに
なり、周壁部での旋回流速が低下する。しかも、案内羽
根１０の下端部１０ａを入口ダクト６の底面６ａよりも
下方に延長して形成することにより、分離効率の低下を
防止しつつ圧損をかなり大幅に改善し得ることが確認さ
れた。即ち外筒の内半径（Ｒ）：１５０側、同高さ（Ｈ
）：２２５肌、入口ダクトの高さ（ｈ）：１６５柳のサ
イクロン分離器を用い、入口ダクトのサイクロン中心側
々壁の延長線上に、幅（Ｗ）が４０側で高さ（Ｌ）の異
なる直板状の案内羽根１０を取り付け、（Ｌ）と圧損（
△Ｐ）及び分離効率（刀）の関係を調べた。但し流体と
しては、市販のセメント粉末を混入した乾燥空気を使用
した（セメント粉末送給量：２０ｋｇ／分、入口ダクト
部の流速：１８ｍ／秒）。その結果第７，８図の結果が
得られた。第７図からも明らかな様に圧損は、（Ｌ／ｈ
）が大きくなるにつれ低下する。一方分離効率は、第８
図からも明らかな様に（Ｌ／ｈ）が０．７付近までは急
激に低下するが、入口ダクト６の底面より長く（Ｌ／ｈ
〉１．０）なるにつれて向上し、１．３〜１．４付近に
於て、分離効率は（Ｌ／ｈ）が零の場合と同程度にまで
向上した。これらの結果から、本実験の場合は、（Ｌ／
ｈ）が、１．３〜１．４の範囲になる様に入口案内羽根
の形状を設定することにより、圧頃を最少眼に押えつつ
高い分離効率を確保し得ることが判った。第１発明に係
るサイクロン分離器は、前述の如く（Ｌ／ｈ）が１以上
になる様に設計したところに最大の特徴があり、この様
な構成によりサイクロン内での圧損軽減効果が得られる
。

しかし第８図に見られた如く、特に案内羽根の高さ（Ｌ
）を充分大きくしない限り分離効率に若干の悪影響が出
るという問題があった。その分離効率の低下を可及的に
抑えつつ圧損を低下させるということが次の課題となっ
た。第９〜１２図は第２発明に係るサイクロン分離器を
例示するもので、第９図は一部破断見取り図、第１０図
は横断面図、第１１，１２図は第１０図における紅−幻
線及び狐一皿線断面図であり、全体の構成は第４〜６図
の第１発明の例とほぼ同様である。

但し本第２発明では、案内羽根１０の下方部１０ｂが入
口ダクト６に背を向ける方向に湾曲されている。従って
、サイクロン入口部での縮流現象が抑制されるだけでな
く、周壁部に沿って旋回下降してきた旋回流が湾曲部１
０ｂによって掬い上げられ、この上向流れが入口ダクト
６よりサイクロン内に流入した流体の流線方向を下向き
に規制して、サイクロン内における流体の総旋回々数を
減少させる作用を発揮する。これらの結果、サィクロン
ー内における流体の圧損を大幅に低減し得ることになっ
た。ちなみに、前記寸法のサイクロンを使用し、案内羽
根を付属しない場合（比較例）、幅（Ｗ）が４仇肋で高
さ（Ｌ）が２０仇肋（Ｌ／ｈ二１．２）の直板状案内羽
根を付属する場合（実施例１）、および同案内羽根の下
方１００柳を曲率半径１５仇ゆで湾曲した場合（実施例
２）につき前記と同じ条件にて分離試験を行ったところ
、第１表の結果が得られた。

第１表 第１表の結果からも明らかな様に、案内羽根を付属しな
い従釆型のサイクロン（比較例）では、分離効率は相当
高いものの圧損がかなり大きい。

また単なる直板状の案内羽根を入口ダクトの底面より下
方に延長させる様に設けた第１発明のサイクロン（実施
例１）では、圧損は相当低下するものの分離効率も若干
低下するきらいがある。これらに対し、案内羽根の下方
を入口ダクトに背を向ける方向に湾曲させた第２発明の
サイクロン（実施例２）では、高い分離効率を維持しつ
つ圧損を大幅に低減することができる。この様に本発明
では入口ダクト部分に案内羽根を設け、且つ該案内羽根
の下方を入口ダクトの底面より下方に延長させる構成、
並びに当該下方部を入口ダクトに背を向ける様に湾曲さ
せる構成とすることにより、入口ダクト部分における縮
流現象を防止すると共に、特に旋回流を掬い上げるよう
に構成した場合にはサイクロンに流入した流体を下向き
に方向親側する作用を発揮する。

その為、圧損を大幅に低減しつつ高い分離効率を確保し
得ることになった。又、このような案内羽根は単にサイ
クロン自体の圧損を低減するのみならずず、後続の排出
ダクト５における圧損も低減させる効果をもっている。
ところで案内羽根の形状は格別限定されず、第４〜６図
及び第９〜１２図のほか種々変更することができる。

たとえば第１３図〜１５図は案内羽根１０の他の例を示
す見取り図、第１３図は下部を屈曲させて掬い上げ部を
形成した例、第１４図は下部のサイクロン内壁側の掬い
上げ傾斜角（Ｑ）がサイクロン中心側の掬い上げ傾斜角
（３）よりも漸次つ・ごくなる様に形成して掬い上げ効
果を高めた例、第１ ５図は下方部の幅Ｗ′を上方部の
幅Ｗよりも広く形成し掬い上げ効果を高めた例であり、
この様に案内羽根の形状を適当に変更すればその機能を
−−段と高めることができる。また案内羽根の寸法も特
に限定されないが、第６図及び第１１図に示す如く、案
内羽根１０の幅（Ｗ）とサイクロンの半径（Ｒ）の比（
Ｗ／Ｒ）を１／１０〜１／２に、案内羽根１０の高さ（
Ｌ）と入口ダクト６の高さ（ｈ）の比（Ｌ／ｈ）を１以
上に設定することにより、案内羽根の機能を最大限に高
めることができる。しかして（Ｗ／Ｒ）が前記範囲を外
れると分離効率を十分に高めることができず、また（Ｌ
／ｈ）が１未満では圧損低減効果及び分離効率共に十分
な効果が得られ難いからである。更に案内羽根の取付手
段も格別限定されず、第４図及び第９図の様にサィク。

ン内壁側に取り付ける以外にも、第１６図の如く排出ダ
クト５に取付けることも可能である。また、案内羽根を
取付けるサイクロンの入口ダクト形状についても接線入
口型、半円周渦巻入口径など、その型式を限定するもの
ではない。さらに、排出ダクト５内にも特関昭５２−１
４９６６などに示した様な整流翼を取付けて圧損を更に
低減することもでき、これらの程度の変更はすべて本発
明の範囲に含まれる。本発明は以上の様に構成されてお
り、サイクロンの入口ダクト部分に該入口ダクトの低面
より下方に延長した案内羽根或は該羽根の下方を入口ダ
クトに背を向ける方向に湾曲させる案内羽根を取り付け
る比較的簡単な構成で、圧損低減による省エネルギーを
可能にすると共に、粉粒体の分離効率を効果的に高め得
たもので、先に述べた様な粉粒体の分離補集及び分級若
し〈は熱交換装置としての利用価値は頗る大きい。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は従来のサイクロンを例示するもので、第１
図は一部被断見取り図、第２図は横断面図、第３図は縦
断面図である。 第４〜６図は第１発明のサイクロンを例示するもので、
第４図は−−部破断見取り図、第４図は横断面図、第６
図は縦断面図、第７，８図は第４図のサイクロンを用い
たときの効果を示すクラフ、第９〜１２図は第２発明の
サイクロンを例示するもので、第９図は一部破断見取り
図、第１０図は横断面図、第１１，１２図は第１０図に
おける幻−幻線及び血−皿線断面図、第１３〜１５は案
内羽根の他の例を示す見取り図、第１６図は案内羽根の
他の取り付け例を示す一部被断見取り図である。１・・
・サイクロン本体、５・・・排出ダクト、６・・・入口
ダクト、１０・・・案内羽根。 第１図 繁２図 繁３Ｍ 鮫ム図 第５図 第６図 第７図 第８図 簾９図 燐１０図 第１１図 繁は図 第１３榊 筋仏鼠 第１５図 第１６髄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口ダクトが外筒の上部に接続されるサイクロン分
   離器において、入口ダクトのサイクロン中心個々壁のほ
   ぼ延長線上で、且つ入口ダクトの外側々壁とほぼ平行に
   サイクロン内部へ突出した案内羽根を設けると共に、該
   案内羽根の下部を入口ダクトの底面よりも下方に延長し
   てなることを特徴とするサイクロン分離器。 ２ 入口ダクトが外筒の上部に接続されるサイクロン分
   離器において、入口ダクトのサイクロン中心側々壁のほ
   ぼ延長線上で、且つ入口ダクトの外側々壁とほぼ平行に
   サイクロン内部へ突出した案内羽根を設けると共に、該
   案内羽根の下部を入口ダクトの底面よりも下方に延長し
   、該案内羽根の下部を、入口ダクトに背を向ける方向に
   湾曲させてなることを特徴とするサイクロン分離器。