JPS62503081A - サイクロン分離器 - 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】 サイクロン分離器 本発明はサイクロン分離器に関連するものであり、かつ英国特許第１，５８３， ７４２号、同第１，５８３，７３０号又は同第２，１０２，３１１号明細書に開 示されかつその請求の範囲記載のサイクロン分離器或は又英国特許出願第８，４ １９，７７１号又は英国特許出願第８．４１９，７７１号と同第８，５１５，２ ５４号に記載のサイクロン分離器に利用可能である。それ故前掲の英国特許出願 第８，４１９，７７１号にはサイクロン分離器内に分離すべき供給物を導入する ために単一の接線方向の入口（好ましくはインボリュート曲線状の供給通路を有 する）をもつ一般には同軸体形状の容積空間をもつ一つの入口を有するサイクロ ン分離器を記載し、かつ上記入口に隣接し略同心状に下流部分に向って阻害され ることなく連続的に収斂する略軸線上に対称的な分離部分が形成される。この入 口部分には上記分離作用部分の反対側即ち端部壁体部分に軸線方向の溢流出口が 形成されている。上記インボリュート曲線状の供給通路は上記入口部分に向って 接線状に方向付けられた一つの導管から供給され、該供給通路の外側壁は入口部 分の主要直径に向って収斂し、好ましくは軸線周りの単位円周角に付いて半径寸 法の減小量が略均−な割合で収斂し、かつ軸線周りの３６０°に亘って主要直径 が得られる。

英国特許出願第８，５１１，１４９号には単−個の入口部分を具えて略回転体形 状の容積空間を形成した入口部分（好ましくはこの部分はインボリュート曲線状 流入口の如き接線状でかつ内方に向って螺旋状にねじれた供給通路をもつ）を形 成して、サイクロン分離器内部に向って分離すべき供給物を導入しかつその入口 部分に隣接し略同心軸状であって下流部分に向って収斂（好ましくは連続的に） する一般に軸線対称性の分離作用部分を具備するサイクロン分離器を記載してい る。この入口部分は分離作用部分の反対側即ちその端壁側に軸線方向の溢流出口 を有する。上記サイクロン分離器においては次のような関係式が成立する。ただ し ｄｌは、流体が流入側入口部分内のサイクロン直径であり（しかしいずれの供給 通路も無視する）、 ｄｉ”はサイクロンに流体が流入するところにおける半径の２倍である即ちその 軸線から入口中心線の接線成分が距てられる最小距離の２倍である。

Ａｉはサイクロン流入口における入口断面積であるが、この断面は上記サイクロ ン軸線に平行でがつ上記サイクロン軸線に平行でな　い入口中心線の一成分に垂 直な一平面内にある。

ｄ２は上記入口部分と分離部分が合流するサイクロンの直径を表わし、この接合 点は軸線上の位置Ｚ２（入口平面がら離れた位置にあるものとして定義される） を表わす、ただしこの条件は当初次式により適用される、即ちＺ２より大なる凡 てのＺ値に対して即ち２＞２２において、ここでｄは位置Ｚにおけるサイクロン 直径を示す。

ｄ、は分離部分が下流部分に合流するサイクロン直径を表わし、これはＺ、より 大なるＺに対し即２＞２．に対しｄｚｄ３＞０．９８を満足するＺ、における直 径として定義される。

ｄｏは軸線方向の溢流出口の最小内部直径を表わすものとすれば下記の数式が成 立する。

（ｉｉ）　２０’＜αく２゜ （ｉｖ）　０．９ｄ＋　＞　ｄ２ （Ｖ）　０．９ｄ２　＞　ｄ。

英国特許出願第８，５１５，２６４号のサイクロン分離器は１個の入口、ただし η〉１（各入口は好しくは接線方向に指向しかつインボリュート曲線形状の流入 部の如き内方に向って螺旋形状をなす供給通路をもつのが好ましい）を以って一 つの回転体形状の容積空間により形成される入口部分を有し、これによりサイク ロン分離器内部に向って分離さるべき供給物を導入し、次いで上記入口部分に隣 接しかつ実質的にそれと略同心状に略軸対称をなす分離部分が下流部分に向って （好ましくは断続することなく）収縮収斂作用をもつ入口部分を具備する。

上記供給通路がその内方に向って螺旋状に設けられていない場合、若しくは軸線 方向によろめき状の流れがない場合には上記入口部分乃至は分離部分の少くとも 一部は湾曲状に形成される。この入口部分は分離部分の反対側即ち端部壁体面内 に軸方向の溢流出口を具備する。

このサイクロン分離器において次の関係式（ｉ）−（ｖ）が適用される。この場 合 ｄ、は流体流入の入口部分内のサイクロン直径であり、（ただしいずれの供給通 路も無視する）、ｄｉｒは第１番目の入口を通って上記サイクロンに入ってくる ところの流れの半径の２倍とする（即ち軸線から距てられる入口中心線の接線方 向成分の最小距離である）、そして ここにＡｉは上記サイクロン流入部において測定された第１番目の入口の全断面 積を表わし、上記断面積はサイクロン軸線に平行でかつ上記サイクロン軸線に平 行でない入口中心線成分に垂直な一平面内にある。

するサイクロンの直径であって、その接合点は軸線方向位置Ｚ２（これはＺ＝０ の位置の入口平面がら離れて測定される）にあるものとして定義される。ここで その条件式は初めにＺ〉Ｚ２に対して が適用される。ただしｄはＺにおけるサイクロンの直径であり、Ｚ＝０はいくつ かの入口の軸線方向セントロイドの位置とする。ｄ、は分離部分が後流部分に合 流するサイクロンの直径であり、これはＺ、における直径と定義される。ここで Ｚ＞Ｚコを満す凡てのＺに 径である。そのとき次の諸条件式が適用される。

（ｉｖ）　０．９ｄ＋　＞　ｄｚ （ｖ）　０．９ｄ２　＞　ｄ。

使用されているこれらのサイクロン分離器において、大部分の計測的容積成分は 数％の低密度流体相にいたるまで恐らくつと高密度相をもつ連続流体相のもので ある０通常、低密皮相を含む出口流体容積を最小限に保持するときは高度に清浄 化された連続相が優先的に得られるのである。

サイクロン分離器の典形的な使用態様を上記の如く述べたけれｔ、両特性は大抵 の場合使用するサイクロン分離器製造技術では殆んど実施されていない。

本発明の一特性によれば１個の分離室を有するサイクロン分離器を提供する。こ の分離室はサイクロン分離器内に分離すべき供給物を導入するための少くとも１ 個の入口と、上記分離室から物質を排出する少なくとも２個の出口とを具え、少 くとも１個のスロットが該入口または複数個の入口の下流側の分離室壁内に配置 され、該スロットは分離室から一つの出口に導かれるか又は連通して接続される 。

好ましくは上記１個のスロット又は複数個のスロットは一般に上記分離室の壁を 巡って円周状に形成されがっ少くとも部分的に壁の周りに形成される。一つの設 計態様において、２個のスロットが同一の周囲線上に間隔を置いた関係を保って 配置される。また他の態様において上記スロットは分離室の壁の全周囲周りに連 続的に延在して形成される。

更にその出口からの物質排出作用を制御する排出制御弁が設けられて、上記分離 室から流出する物質量を選定した分量だけその出口から排出するようにすること もできる。好しくは容積率において１５％の物質がその出口から排出できるよう に制御される。

好ましくは上記スロットは略平らな端縁部分を以って半径外方向に向って延びそ して上記サイクロン分離器本体内部に向って半径内方向に延在する突出部とは関 係しない。

成る形式のものにおいて、上記分離室は少くとも一つの第１部分を具備し、この 第１部分は一般に回転体形状の容積空間部と第１と第２の端部分を有し、この第 ２端部分の直径は第１端部分の直径より小さくかつ上記単一の入口は少くとも接 線方向成分を有してサイクロン分離器内に向って分離さるべき供給物を導入する ための上記第１端部又はその近傍に配置されるもので、このサイクロン分離器に おいては次の関係式が適用される。ただし、 ｄ、は流れが流入する（しかしいずれの供給通路をも無視する）ところの第１部 分のサイクロンの直径とする。

ｄｉは流れが上記サイクロンに入ってくる半径の２倍とする。

（即ち入口中心線の接線方向成分が軸線とから距てられる最小距離の２倍である ）。

Ａｉは上記サイクロン流入部における入口の断面積で、該断面積は上記サイクロ ン軸線に平行でかつ該サイクロン軸線に平行でない入口中心線の成分に垂直な一 平面内にある。

ｄ２は上記第２端における第１部分の直径で、次の条件式によって示される点Ｚ ２において測定されるものとする、即ちＺ２より大なる凡てのＺ値に対して であり、Ｚは入口を含む上記平面の下流におけるサイクロン分離器に沿う距離と する。そのときｄはそのＺにおけるサイクロンの直径であり、 他の形式のものにおいて、上記分離室は一般に回転体形状の容積空間並びに第１ 端部と第２端部を有する少くとも１個の第１部分を含み、上記第２端部の直径は 第１端部における直径より小さく、η〉１なるη個の入口を有し、これらの各入 口はサイクロン分離器内に分離さるべき供給物を導入するために第１端部又はそ の近傍に少くとも１つの接線方向成分を有する。更にこの分離器は少くとも２個 の出口を有して、該サイクロン分離器においては次の関係式が適用される。

ただし、ｄ、は流れが流入する（しかし他のいかなる供給通路も無視する）上記 主要部分の直径であり、ｄｉｘは第Ｘ番目の入口を通って流れがサイクロンに入 るところの半径の２倍である（即ち入口中心線の接線方向成分がその軸線がら距 てられる最小距離の２倍である）。それ故ただし、Ａｉｘはサイクロン分離器流 入部における第Ｘ番目入口の全断面積であり、この断面はサイクロン分離器の軸 線に平行にして、かつ、上記サイクロン軸線に平行でない入口中心線の成分に垂 直な一つの平面内にあるものとする。

そしてこのとき 更にｄ２は第２端部における上記第１部分の直径とし、これは点Ｚ２において測 定されるものとすればその当初の条件式はＺ２より大なる凡てのＺに対して適用 される。即ちただし、Ｚは上記入口を含む平面の下流におけるサイクロン分離器 軸線に沿う距離であり、ｄはＺにおけるサイクロンの直径であり、更にＺ＝０は 多数の入口の加重値区域の軸線方向位置とし、これによりサイクロン分離器内部 に向う、角運動量の射出流体がＺ＝０なる軸線方向位置の回りに軸方向に向って 均等に分布されることになる。そしてこれは次式により定義される、即ち ただしＺｘは第Ｘ番目の入口の軸線方向位置であり、更に本発明の他の特徴によ れば、（ｉ＞容積的に優位を占める連続流体相と、（ｉｉ）上記（ｉ）の流体相 より低密度の分散流体相と、更に（ｉｉｉ）上記（ｉ）の流体相より高密度の分 散流体相とを包含する物質の分離方法を提供するものであり、この物質分離方法 は上記一つ又はいくつかの入口に物質を適用せしめるもので、上記（ｉｉ）の分 散流体相は前記複数個の出口のうち軸線方向に配置された出口により優先的に処 理されるものであり、上記スロットを通る出口に対しては上記（ｉｉ）の分散流 体相に対し優先的に処理される。

かくして本発明においては下記の諸要件が提供される、即ち１個の分離室と、サ イクロン分離器に向って分離すべき供給物を導入するための少くとも１個の入口 と、上記分離室から物質を排出するための少くとも２個の出口と、上記一つの入 口又は複数個の各入口下流側に在る分離室の壁体内に設けた略周囲線上の少くと も一つのスロットとを含むものであり、該スロットは上記分離室の出口に導びか れるか又は連通状態に接続されるものである。好ましくは一個の制御弁が上記出 口を制御するために設置されて、上記物質の希望する割合量（例えば容積量が１ ５％まで）がその出口を通って放出される。

上記スロットは好適にはｄ２の１０％（軸線方向で測定して）より幅広くあって はならない。好ましくは上記スロットは略平坦な端縁をなして半径外方に延びが っサイクロン分離器の本体内へ向う半径内方突起とは無関係である。好ましくは 各入口における圧力は出口にある圧力より高く、・更に軸線方向の出口は溢流出 口であることが好ましい。

好ましくは、上記分散流体相（ｉｉ）は容積において物質の５％以下（より好ま しくは１％以下）であり、そして例えば油の如く水が嫌われる。

例えば上記（ｉ）の連続相は水のようなものである。また上記（ｉｉｉ）の分散 流体相は固体粒子群であり、好ましくは容積においてその物質 しくけ上記サイクロン分離器を離れるときにその運動エネルギは回収される。

以下に本発明は添付図面を参照して説明されるが、これは本発明に係るサイクロ ン分離器が骨組図に示される。図面は比例的な寸法で描かれていない。

以下に説明するものを除けば図示したサイクロン分離器は英国特許第２１０２３ １１号本文に記載されたものおよび請求の範囲記載のものと一致し、これについ ては上記英国特許が参照される。従って出来るだけ前記特許と同一の参照番号が 使用される。分離部分２の流れを滑らかにするテーパ一部分子２がその下流端に おいて中空円筒状をなす第３部分３に移る場所において円周方向に沿うスロット ２０が切断成形されており、このスロット２０には環状空所２１に接続し、更に この環状空所には制御弁２３により制御作用を受けるべき一般的に多くは半径方 向に延びる排水通路２２が形成される。このスロット２０の幅は軸線方向に測っ て３ｆｆ１ｍであり、即ち分離部分２の直径ｄ２即ち３８ｎ＋ｍの約８％に当る 。ｄ、は１９ＩＩＩＭである。

油混じりの水を処理する場合において、この油の除去効率は上記スロット２０を 通過する低容積流率において即ちサイクロン分離器に流入する流れの約１５％ま でにおいて大幅な分離比率を示し満足すべきものであった。上記制御弁が充分閉 じられるときこのサイクロン分離器は恰も上記スロットが存在しないように作動 した。

上記スロット２０それ自体は流れが漸次縮流するテーパ一部分子２に沿うどの位 置に設けてもよい。湾曲した壁をもつサイクロンにおいてもまた適用可能であり 、即ち上記ダクト２０は流れ構成が下流側出口に向って収斂する特性をもつどの 位置に配置してもよいのである。

上記スロット２０の幅が大体においてｄ２の１０％を越え、或は又半径内方向に 突出する唇部分や、案内部分やその他の不連続部分を形成する場合には該サイク ロン分離器内の流れ構成が破壊されることが分っな。

上記制御弁２３が適切に開放されるときの上記スロット２０の効果はサイクロン 分離器から放出するための第３の出口を設けることにより得られる。これは低密 度の２つの分散相即ち連続流体相よりも高密度のものと低密度のもの例えば固体 と油を含んで【する連続液体相例えば水を処理するような場合に特に適している 。上記固体は実際には砂（例えば石英）或は粘土又は白亜（チョーク）で容積で 約千分の１まで含まれるものである。上記高密度相は上記スロット２０を通じて 抽出することができるもので、該高密度相はサイクロン分離器の壁面に向って遠 心力により半径外方向に投げ付けられる。このような固体の粒子寸法は上記２つ の例においては２０ミクロンと１００ミクロンの大ささであり、これらの粒子群 は簡単に上記スロット２０内に向って流入してゆく。成る粒子群はその流れに伴 って上記スロット２０を過ぎて運び去られてゆくが、しかしこれは大抵の応用 しうるものである。

本発明の技術的範囲内において、上記スロット２０は図示したサイクロン分離器 以外のサイクロン分離器にも適用しうる。

このような次第であるから、例えば上記スロット２０は英国特許第１，５８３， ７４２号明細書本文及びその請求の範囲に記載したサイクロン分離器にも適用す ることができた。この場合には５％に至るまでのように、低密度分散相を高い割 合で含んでいる物質を処理することができた。１個以上の多数のスロット２０を Ｚ＞２２なる条件をもつ異なる軸方向位置に配列することもできる。かくして上 記多数のスロット群は一つの価格において３方路分離作用を可能にする。このサ イクロン分離器における圧力降下はスロットを有しないものと略同−程度であり 、かつ慣用的に使用される特別構成のエネルギを消費する従来の砂除去形サイク ロンの必要性は全くない。更にその上、運動エネルギは上記スロット２０から螺 旋状又は接線状の適切な形式の連結部を利用することにより前述した正確に半径 方向に導びかれな放出通路２２を使用することなく、その出口部分から成る程度 回収することが可能であり、また別法としてスロット２０のそれ自体が具備する 拡散効果は上記動的エネルギを回収しうるために設計可能である。

国際調査報告 に！＃ＴＰｌＩｎＡＩＩＡａ＠ｌ１−１１Ｌ６’＋・ＰＣＴ／ＡＵ８６．’００ １７４”’６，１７６／１５４１５ Ｐａｔｅｎｔ　ｏｏｃｕｍｅｎｔ ＵＳ　４３７８２８９　ＣＡ　１１６０５７６　ＳＥ　８２Ｌ１００１９ＡＵ　 ４６７５３７８５　回　８６０１１３０　ＧＢ　２１６２４４５ＧＢ　１５８３ ７３０　ＡＩ＋４７１０６／７９　ＵＳ　４２５１３６８Ａｌｌ　４７１０５／ ７９　ＣＡ　１１１７４４１　ＧＢ　１５８３７４２　ＵＳ　４２３７００６

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．１個の分離室と、サイクロン分離器内に分離さるべき供給物を導入する少く とも１個の入口及び前記分離室から物質を排出する少くとも２個の出口と、前記 １個の入口または２個の入口の各々の下流における分離室の壁体に少くとも１個 のスロットとが配置され、前記スロットは前記分離室から一つの出口部へ導びき 又は連通するように設けられているサイクロン分離器。
2. ２．前記１個のスロット又は２個以上のスロットの各々は略周囲に沿って形成さ れかつ前記分離室の壁内の回りに少くとも部分的に延在して設けられている請求 の範囲第１項記載のサイクロン分離器。
3. ３．前記スロットが２個とも同一の周囲線上に間隔を置いて配置されている請求 の範囲第２項記載のサイクロン分離器。
4. ４．前記スロットは分離室の壁体全周囲に亘って連続的に延在している請求の範 囲第２項記載のサイクロン分離器。
5. ５．前記分離室を流下する物質の選定された割合だけをその出口から排出するよ うに、上記出口から排出される物質の排出量を制御する弁を具備する請求の範囲 第１項から第４項までのいずれかに記載のサイクロン分離器。
6. ６．前記出口を通って容積率で前記物質の１５％までが去るように設けた請求の 範囲第２項記載のサイクロン分離器。
7. ７．前記スロットは実質的に平坦な周縁をなして半径外方向に延在して形成され かつサイクロン分離器本体内部の内方に延びる突出物は何等設けられていない請 求の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載のサイクロン分離器。
8. ８．前記分離室は一般に回転体形状の容積室間を有しかつ第１端部と第２端部を もつ少くとも一つの第１部分を具え、前記第２端部の直径は第１端部直径より小 さく、前記単一の入口は少くとも一つの接線方向分力を有してサイクロン分離器 内に向って分離さるべき供給物を導入するために前記第１端部又はその近傍に配 置されているものであって、そのサイクロン分離器内において次の関係式を適用 して形成され、ただし ｄｉは流れが流入する第１部分の直径であり（しかしいずれの供給通路も無視す る）、ｄｉは流れがサイクロンに入る位置の半径の２倍であり（即ち入口中心線 の接線方向成分がその軸線から距てられている最小距離の２倍であり）、Ａｉは サイクロン流入入口部の断面積であり、この断面はサイクロンの軸線に平行でか つサイクロン軸線に平行でない入口部中心線の成分に垂直な一平面内にあり、 ｄ２は前記第２端部における第１部分の直径であって、次式が適用される点Ｚ２ において測定される値であり、Ｚ２より大なる凡てのＺ値に対して、 ｔａｎ−１｛（ｄ２−ｄ／２（Ｚ−Ｚ２））｝＜２°ただし、Ｚはその入口を含 む平面の下流側にあるサイクロン分離器の軸線に沿う距離を表わし、かつｄはＺ におけるサイクロンの直径であり、そのとき （π・ｄ２・ｄｉ／４Ａｉ）＝３〜１２を満足する請求の範囲第１項記載のサイ クロン分離器。
9. ９．前記サイクロン分離器は凡そ回転体形状の容積空間及び第１端部と第２端部 を有する少くとも１つの第１部分を含み、該第２端部の直径は第１端部の直径よ り大きく形成され、ｎ＞１なるｎ個の複数入口を含み、これらの各入口はサイク ロン分離器内に分離さるべき供給物を導入するため前記入口又はその近傍におい て少くとも一つの接線方向成分をもつ、と共に該サイクロン分離器は少くとも２ 個の出口を有するものであって、前記サイクロン分離器において下記関係式が適 用され、ただし、ｄ１は流れが流入する第１部分の直径で（しかしいかなる供給 通路をも無視する）あり、ｄｉｘは第Ｘ番目の入口を通って流れがサイクロンに 入る所における半径の２倍（即ち入口中心線の接線方向成分がその軸線から距て られる最小距離の２倍）であり、そして ▲数式、化学式、表等があります▼ ここにＡｉｘはサイクロン分離器流入部における第Ｘ番目入口の全断面積を表わ し、該断面積はサイクロン分離器の軸線に平行でかつサイクロン軸線に平行でな い入口中心線上の成分に垂直な一平面内に延在し、かつここで▲数式、化学式、 表等があります▼であり、更にｄ２は第２端部における第１部分の直径であって 、Ｚ２点において測定されるものとすればＺ２より大なる凡ての点Ｚ即Ｚ＞Ｚ２ に対し、 ｔａｎ−１｛（ｄ２−ｄ／２（Ｚ−Ｚ２））｝であり、この場合Ｚは上記入口を 含む平面の下流側に在るサイクロン分離器軸線に沿う距離を表わし、ｄはＺにお けるサイクロンの直径であり、更にＺ＝０は前記多数の入口群の加重値区域の軸 線方向位置であって、該サイクロン分離器内に生ずる角運動量をもつ射出流体は Ｚ＝０なる軸線方向位置の回りに軸線上に均等に分散され、かつＺｘを第Ｘ番目 入口の軸線上の位置であるとすれば、 （π・ｄ２・ｄｉ／４Ａｉ）＝３〜１２を満じて形成される請求の範囲第１項記 載のサイクロン分離器。
10. １０．（ｉ）容積量的に優位性をもつ連続相と、（ｉｉ）前記連続相（ｉ）より 低密度の分散相と、（ｉｉｉ）前記連続相（ｉ）より高密度の分散相を包含する 物質を分離する方法であって、該分離方法は一つ又は二つ以上の入口に前記物質 を供給する工程と、前記低密度分散相（ｉｉ）は軸線上に配置された複数個の出 口の一つにより優先的に処理される工程と、前記高密度分散相（ｉｉｉ）はスロ ットを通過する出口から優先的に処理される工程とから成る物質の分離方法。