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技術 サイクロン装置

出願人 株式会社静岡プラント
発明者 戸田泰寛
出願日 2015年4月1日 (3年6ヶ月経過) 出願番号 2015-075490
公開日 2015年8月6日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2015-142923
状態 特許登録済
技術分野 サイクロン
主要キーワード テーパ内壁 半割リング 仮想延長面 上下方向中心位置 サイクロンミル 筒状開口 燃料電池発電機 モーター回転数
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

気流中に混合された粉体旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置に関し、サブミクロンサイズ微粉体捕集効率を高める。

解決手段

気流導入セクション12は、コニカルセクション13に向かって漸次拡径した球面部112Aと、球面部112Aに設けられ粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部14とを有するものであり、コニカルセクション13が、球面部112Aに接続し、球面部112Aから離れるにつれて漸次縮径する逆円錐状のものであって、気流導入セクション12の全長Haとコニカルセクション13の全長Hbの比Ha/Hbが1/5以上1/3以下であり、粉体捕集セクション116における、開口部116aが設けられた端部の内径D3が、気流導入セクション12とコニカルセクション13との接続部の内径D1に対して1.2倍以上2倍以下の値に設定されている。

概要

背景

従来、気流中の粉体分級する装置として用いられるサイクロン装置20は、図9に示すように、円筒状の上部構造サイクロンボディ21)と逆円錐状下部構造コニカルセクション22)を有する接線入口式サイクロン装置が知られている。

このサイクロン装置においては、粉体の混じった気流が、気流導入部23からサイクロンボディ21の接線方向に渦を描く様にして導入される。そして、気流中に混じった粉体は、遠心力で気流中から分離されてサイクロンボディ21の内壁面衝突して速度が低下する。

その後、サイクロンボディ21の内壁面に衝突して減速した粉体は、重力によりサイクロンボディ21の下端に接続する逆円錐状のコニカルセクション22の内壁面に沿って落下し、コニカルセクション22の下方部の粉体捕集部24に落下して捕集される。

一方、気流はサイクロンボディ21の中心の気流排出部25から外部へ排出されるようになっている。

このようなサイクロン装置の改良技術に関連して、例えば特許文献1(特公平7−22722号公報)にはサイクロンの本体を球形状に形成した球形サイクロンが記載されている。また、特許文献2(特許2609537号公報)には球形内面に沿って渦巻き状に液体を回転通過させることによって、懸濁・分散液から固体粒子を分離させる固液分離方法が記載されている。

概要

気流中に混合された粉体を旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置に関し、サブミクロンサイズ微粉体捕集効率を高める。気流導入セクション12は、コニカルセクション13に向かって漸次拡径した球面部112Aと、球面部112Aに設けられ粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部14とを有するものであり、コニカルセクション13が、球面部112Aに接続し、球面部112Aから離れるにつれて漸次縮径する逆円錐状のものであって、気流導入セクション12の全長Haとコニカルセクション13の全長Hbの比Ha/Hbが1/5以上1/3以下であり、粉体捕集セクション116における、開口部116aが設けられた端部の内径D3が、気流導入セクション12とコニカルセクション13との接続部の内径D1に対して1.2倍以上2倍以下の値に設定されている。

目的

本発明は、前記従来の問題点に鑑みて、バグフィルターなどを用いることなくサブミクロンサイズの微粉体の捕集効率を高めることができるサイクロン装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

気流中に混合された粉体旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置であって、気流導入セクションと、前記気流導入セクションに接続したコニカルセクションと、前記コニカルセクションの下端に接続した開口部を有し、旋回気流から分離された粉体を捕集するための粉体捕集セクションとを備え、前記気流導入セクションは、前記コニカルセクションに向かって漸次拡径した球面部と、該球面部に設けられ粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部とを有するものであり、前記コニカルセクションが、前記球面部に接続し、該球面部から離れるにつれて漸次縮径する逆円錐状のものであって、前記気流導入セクションの全長Haと前記コニカルセクションの全長Hbの比Ha/Hbが1/5以上1/3以下であり、前記粉体捕集セクションにおける、前記開口部が設けられた端部の内径が、前記気流導入セクションと前記コニカルセクションとの接続部の内径に対して1.2倍以上2倍以下の値に設定されていることを特徴とするサイクロン装置。

技術分野

0001

本発明は、気流中の微粉体を高い捕集率で捕集することができるサイクロン装置に関する。

背景技術

0002

従来、気流中の粉体分級する装置として用いられるサイクロン装置20は、図9に示すように、円筒状の上部構造サイクロンボディ21)と逆円錐状下部構造コニカルセクション22)を有する接線入口式サイクロン装置が知られている。

0003

このサイクロン装置においては、粉体の混じった気流が、気流導入部23からサイクロンボディ21の接線方向に渦を描く様にして導入される。そして、気流中に混じった粉体は、遠心力で気流中から分離されてサイクロンボディ21の内壁面衝突して速度が低下する。

0004

その後、サイクロンボディ21の内壁面に衝突して減速した粉体は、重力によりサイクロンボディ21の下端に接続する逆円錐状のコニカルセクション22の内壁面に沿って落下し、コニカルセクション22の下方部の粉体捕集部24に落下して捕集される。

0005

一方、気流はサイクロンボディ21の中心の気流排出部25から外部へ排出されるようになっている。

0006

このようなサイクロン装置の改良技術に関連して、例えば特許文献1(特公平7−22722号公報)にはサイクロンの本体を球形状に形成した球形サイクロンが記載されている。また、特許文献2(特許2609537号公報)には球形内面に沿って渦巻き状に液体を回転通過させることによって、懸濁・分散液から固体粒子を分離させる固液分離方法が記載されている。

先行技術

0007

特公平7−22722号公報
特許2609537号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、図9に示すような従来の接線入口式サイクロン装置20は、サイクロンボディ21の気流導入部23付近の気流の角速度を速くして気流中に混じった粉体を遠心力で分離するともに、サイクロンボディ21の内壁面に衝突させて速度を低下させ、下部の逆円錐状のコニカルセクション22により捕集しているが、その捕集する粉体の粒径は主として1μm以上であり、このようなサブミクロンサイズの微粉体の捕集には、別途バグフィルターのようなフィルターを設けて捕集していた。

0009

また、前記特許文献1や特許文献2に記載されたサイクロン技術は、サイクロンボディを球形化することによって装置自体コンパクトにするものではあるが、粉体の捕集位置と気流の排出位置が近接するために、分離捕集した粉体と気流とが粉体捕集位置で混在しやすく、サブミクロンサイズの微粉体の分離捕集効率を高めるには限界があった。

0010

本発明は、前記従来の問題点に鑑みて、バグフィルターなどを用いることなくサブミクロンサイズの微粉体の捕集効率を高めることができるサイクロン装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

本発明のサイクロン装置は、
気流中に混合された粉体を旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置であって、
気流導入セクションと、
前記気流導入セクションに接続したコニカルセクションと、
前記コニカルセクションの下端に接続した開口部を有し、旋回気流から分離された粉体を捕集するための粉体捕集セクションとを備え、
前記気流導入セクションは、前記コニカルセクションに向かって漸次拡径した球面部と、該球面部に設けられ粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部とを有するものであり、
前記コニカルセクションが、前記球面部に接続し、該球面部から離れるにつれて漸次縮径する逆円錐状のものであって、
前記気流導入セクションの全長Haと前記コニカルセクションの全長Hbの比Ha/Hbが1/5以上1/3以下であり、
前記粉体捕集セクションにおける、前記開口部が設けられた端部の内径が、前記気流導入セクションと前記コニカルセクションとの接続部の内径に対して1.2倍以上2倍以下の値に設定されていることを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明のサイクロン装置は、サブミクロンサイズの微粉体の捕集効率を高めることができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の第1実施例に係るサイクロン装置の正面図である。
上記第1実施例のサイクロン装置の平面図である。
上記第1実施例のサイクロン装置の変形例を示す正面図である。
従来の接線入口式サイクロン装置により捕集された粉体の粒度分布を示すグラフである。
上記第1実施例のサイクロン装置により捕集された粉体の粒度分布を示すグラフである。
本発明の第2実施例に係るサイクロン装置の正面断面図である。
上記第2実施例のサイクロン装置の平面図である。
上記第2実施例のサイクロン装置において、粉体を含む気流が装置内を流れる様子を示す、図6と同様の図である。
従来の接線入口式サイクロン装置の構造を示す概略説明図である。

0014

本実施形態に係るサイクロン装置は、気流中に混合された粉体を旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置であって、粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部を有して下方に漸次拡径する半球状の気流導入セクションと、この半球状の気流導入セクションの下端に接続して下方に漸次縮径する逆円錐状のコニカルセクションを設けて構成されている。

0015

これによって、従来の接線入口式サイクロン装置で捕集する粉体の限界粒径が1μm以上とされていたが、本発明のサイクロン装置ではサブミクロンサイズの微粉体の捕集も可能とした。

0016

本実施形態に係るサイクロン装置の上部構造の気流導入セクションは、粉体を混合した気流を気流導入部から導入してその内壁面に沿って接線方向に旋回させる部位であり、コニカルセクションの上端に接続して、半球状に突出してお椀を伏せたような構造を呈している。

0017

なお、気流導入セクションは、下方向が漸次拡径状態の内部構造になっていればよく、半球状の構造の他、円錐状(直線状のテーパを有する)の構造でもよい(図3参照)。

0018

このように気流導入セクションを、下方に漸次拡径した状態(下方広がり)とすることによって、勢いよく導入される気流の角速度を一旦低下させることができ、1μm以下の粒径の微粉体であっても分離捕集できるようにした(後述する図4図5参照)。

0019

本実施形態のサイクロン装置の下部構造のコニカルセクションは、気流導入セクションの下端に接続して逆円錐状(下方に漸次縮径する)の形状をなした部位であり、旋回気流に混合した粉体を遠心分離するともに、逆円錐状の内壁面に衝突させて落下させることで、サブミクロンサイズの微粉体を気流中から分離捕集するようにしている。

0020

また、本実施形態のサイクロン装置においては、気流導入セクションの高さHaとコニカルセクションの高さHbを、Ha<Hbの範囲に設定することができる。

0021

これによって、気流中に含まれるサブミクロンサイズの微粉体あるいはミクロンオーダーの粉体をさらに効率的に分離捕集することが可能になる。

0022

ここで、気流導入セクションの高さHa≧コニカルセクションの高さHbであると、気流導入セクションの内壁面に沿って接線状に導入される粉体を含む気流を十分な角速度を有した旋回状態にするためのコニカルセクションのスペースが相対的に少なくなるために、分離効率極端に低下する傾向が生じる。

0023

また、気流導入セクションとコニカルセクションとのそれぞれの高さの比率(Ha/Hb)は、1/10〜1/5の範囲に設定することがより好ましい。高さの比率(Ha/Hb)が1/10より小さくなると、コニカルセクションが長くなるので、粉体を含む気流が粉体捕集セクションまで届かなくなり、分離効率が低下する。

0024

逆に比率(Ha/Hb)が1/5より大きくなると、気流導入部と捕集粉体の捕集位置とが近接するために、気流が速すぎて粉体捕集セクションや捕集箱の中の粉体を巻き上げてしまい、分離効率が低下する傾向が生じる。

0025

なお、実施形態において、気流導入セクションとコニカルセクションとの接続する部分の内径を200〜250mmとし、気流導入セクションの高さHaを70〜100mmとし、コニカルセクションの高さHbを200〜1000mmの範囲とするとともに、気流導入セクションの高さHa<コニカルセクションの高さHbとした。

0026

<第1実施例>
以下、本発明の第1実施例に係るサイクロン装置について図面を参照しながら説明する。

0027

図1及び図2に示すように、本実施例のサイクロン装置10は、上部構造の気流導入セクション12と、下部構造のコニカルセクション13とから構成されている。

0028

気流導入セクション12は、下方に漸次拡径した半球状の内部構造を呈しており、粉体を含む気流が、気流導入セクション12の一端に設けられた気流導入部14から気流導入セクション12の接線方向に導入され、その内壁面に沿って旋回気流を生成するようになっている。

0029

下部構造のコニカルセクション13は、この半球状の気流導入セクション12の下端に接続して下方に漸次縮径するテーパ状の逆円錐状の内部構造を呈しており、上部構造の気流導入セクション12内で減速させられた気流の角速度を増速させるようになっている。

0030

また、気流導入セクション12の中心位置には、気流排出部15が上下方向に貫通して設けられており、粉体の分離を終えた気流を外部に排出させるようになっている。

0031

なお、下部構造のコニカルセクション13の下端には、分離された粉体を捕集する粉体捕集セクション16が設けられている。

0032

本実施例において、半球状の気流導入セクション12とコニカルセクション13の接続部の内径を215mmとし、高さHaは85mmとし、コニカルセクション13の高さHbは515mmとした。すなわち、気流導入セクション12とコニカルセクション13との高さの比率(Ha/Hb)を1/6に設定し、所定のテーパがコニカルセクション13に形成されるようにした。なお、粉体捕集セクション16の口径を約50mmとした。

0033

気流導入部14から気流導入セクション12内に導入された粉体を含む気流は、気流導入セクション12の内壁面に沿って旋回気流を形成し、この間に、気流中の粉体に遠心力が作用して、粉体は気流導入セクション12の内壁面に衝突し気流中から分離させられる。

0034

旋回気流は、気流導入セクション12が下方へ漸次拡径した内部構造となっているため、気流導入セクション12内において気流の角速度は低下させられる。

0035

このため、気流導入セクション12内において気流中から分離された粉体は、角速度が低下した気流中を落下しやすくなり、気流導入セクション12の下端に接続された逆円錐状のコニカルセクション13のテーパ内壁面に沿って下降し、粉体捕集セクション16に捕集されるようになる。

0036

一方、粉体を分離した気流は、コニカルセクション13の下部で旋回流径が小さくなるとともにコニカルセクション13の中央部において上昇気流となり、気流導入セクション12の上方中心部に設けられた気流排出部15から外部へ排出されるようになっている。

0037

本実施例におけるサイクロン装置の粉体捕集効果を検証するために行った従来装置との比較試験の結果を以下に示す。図4及び図5は、この比較試験において捕集された粉体の粒度分布を示すグラフである。
試験条件
(a)天候曇り
(b)気温:14℃
(c)湿度:56.0%
(d)試験原料カーボン
(e)試験機サイクロンミル150BMS型
(f)粉砕機モーター回転数:15,000rpm
(g)粉体捕集用プロワー周波数:50hz
(h)導入機スクリュウ周波数:50hz
(i)原料投入量:500g
試験結果
(イ)捕集率の比較
装置A(従来型サイクロン装置):捕集率81.3%
装置B(本実施例のサイクロン装置):捕集率94.0%
カーボン投入量500gとする同一条件のもと、サイクロン装置上部構造のサイクロンボディ(本実施例の気流導入セクション)の形状と直径、長さを変えることで捕集率の変化を測定した。

0038

図1に示す本実施例のサイクロン装置の捕集率は、従来型サイクロン装置の捕集率よりも1.16倍高くなることが分かる。
(ロ)粒度分布の比較
図4及び図5は、従来型サイクロン装置及び本実施例のサイクロン装置により、それぞれ捕集された微粉体の粒度分布を示すグラフである。同一条件のもと粒度分布に変化を測定した。

0039

本実施例のサイクロン装置は、従来型サイクロン装置が捕集できなかった、粒径1.060μm未満から粒径0.630μm以上の粉体を捕集することができた。

0040

従って、本実施例のサイクロン装置で捕集した粉体の粒径のピークである平均粒径(D50)は、従来型サイクロン装置で捕集した粉体の粒径のピークである平均粒径よりも、1.66μm小さいことが分かる。

0041

また、本実施例のサイクロン装置で捕集された粉体の粒径は、累積値10%(D10)でも、従来型サイクロン装置よりも0.85μm小さく、累積値90%(D90)でも、従来型サイクロン装置よりも6.3μm小さいことが明らかである。

0042

以上説明したように、本実施例のサイクロン装置10は、バグフィルターなどを用いることなく、サブミクロンサイズの微粉体の分離捕集効率を高めることができる。

0043

このように分離捕集効率がよくなるのは以下の理由によるものと推定される。

0044

すなわち、気流導入セクション12が下方に漸次拡径内部構造を有しているため、気流導入セクション12の接線方向に入ってきた気流は、半球の中を回る間に、角速度が落ちる。そして、下部構造のコニカルセクション13は下方に漸次縮径する構造であるので回転径が小さくなって角速度が上昇する。

0045

このように、角速度の差を大きくすることによって、サブミクロンサイズの微粉体が遠心作用で気流から分離されやすくなり捕集されやすくなる。

0046

また、サイクロン装置10では、バグフィルターに起因する異物混入の恐れがなく、バグフィルターで発生する目詰まりも発生しないので、メンテナンスが容易で長時間の連続運転が可能である。

0047

さらに、円筒状の上部で旋回流を形成させて粉体を遠心分離させる従来型のサイクロン装置では、圧力損失が大きいため風量の大きなブロア等が必要である。

0048

しかし、本実施例のサイクロン装置10は、円筒状のものに比べてコンパクト化が可能であり、しかも圧力損失が小さく、風量の小さいブロア等で装置を駆動させることができ、省エネ性に優れる。

0049

本実施例のサイクロン装置10は、その気流導入セクション12が上部に平面部を有する半球状の内部構造を有する構成となっているが、その変形例として、図3に示すように、その気流導入セクション12が上部に平面部を有する円錐状の内部構造を有する構成とすることも可能である。
<第2実施例>
次に、本発明の第2実施例について説明する。

0050

図6は、本実施例に係るサイクロン装置110を示す正面断面図であり、図7は、その平面図である。

0051

これらの図に示すように、本実施例のサイクロン装置110は、下方に漸次拡径する半球状の気流導入セクション112と、この気流導入セクションの下端に接続して下方に漸次縮径する逆円錐状のコニカルセクション113と、このコニカルセクション113の下端部に接続された粉体捕集セクション116とを備えている。

0052

本実施例においても、気流導入セクション112には、粉体を含む気流を装置内に導入するための気流導入部114と、粉体の分離を終えた気流を外部に排出するための気流排出部115とが設けられている。これらの具体的な構成については後述する。

0053

気流導入セクション112は、内壁面の全域が球面に沿って半球状に形成された球面部112Aと、この球面部112Aの上端位置(平面視では球面部112Aの中心位置)において上向きに開口する筒状開口部112Bと、球面部112Aの下端位置(平面視では外周縁の位置)において水平に延びる外周フランジ部112Cとからなっている。

0054

このように球面部112Aの上端位置に筒状開口部112Bが形成されていることにより、気流導入セクション112の高さ(正確には球面部112Aの内壁面の高さ)Haは、その下端位置の内径D1の半分よりも僅かに小さい値になっている。

0055

コニカルセクション113は、逆円錐状に形成された筒状の本体部113Aと、この本体部113Aの上下両端においてそれぞれ水平に延びる上端フランジ部113Bおよび下端フランジ部113Cとからなっている。

0056

コニカルセクションの高さHbは、気流導入セクションの高さHaの2倍以上の値(すなわちHa/Hb≦1/2)(より好ましくはHa/Hb≦1/3)に設定されている。具体的には、Ha/Hb=1/6程度の値に設定されている。

0057

このコニカルセクション113の上端位置の内径は、気流導入セクション112の球面部112Aの下端位置の内径D1と同じ値に設定されている。また、このコニカルセクション113の下端位置の内径D2は、その上端位置の内径D1に対して、D2=1/6〜1/4×D1程度の値に設定されている。

0058

このコニカルセクション113は気流導入セクション112に固定されているが、この固定はリング状固定具120の着脱によって分離可能な態様で行われている。

0059

このリング状固定具120は、図7に示すように、1対の半割リング120A、120Bがピン120Cを中心にして相対回動し得るように構成されている。そして、このリング状固定具120は、気流導入セクション112の外周フランジ部112Cとコニカルセクション113の上端フランジ部113Bとを上下に重ね合わせた状態で、その外周側から1対の半割リング120A、120Bをこれらに嵌め込んでバックル120Dを締め付けることにより、その装着が行われるように構成されている。

0060

粉体捕集セクション116は、円筒状の密閉容器として構成されており、その上面中心位置には円形の開口部116aが形成されている。この開口部116aの内径は、コニカルセクション113の下端位置の内径D2と同じ値に設定されている。

0061

この粉体捕集セクション116の内径D3は、気流導入セクション112の球面部112Aの下端位置の内径D1よりも大きい値に設定されている。具体的には、D3/D1=1.2〜2程度の範囲内の値に設定されている。

0062

この粉体捕集セクション116は、その開口部116aの外周縁部においてコニカルセクション113の下端フランジ部113Cに固定されている。この固定は、例えば溶接ボルト締め等によって行われている。

0063

次に、気流導入部114および気流排出部115の構成について説明する。

0064

気流導入部114は、円筒状に形成されており、平面視において気流導入セクション112の中心位置から外れた位置において接線方向に水平に延びている。そして、この気流導入部114は、その一端部において気流導入セクション112の球面部112Aに固定されている。この固定は、例えば溶接やボルト締め等によって行われている。

0065

気流導入セクション112の球面部112Aには、気流導入部114と連通する開口部112Aaが形成されている。

0066

一方、気流排出部115は、円筒状に形成されており、気流導入セクション112をその中心位置において上下方向に貫通している。その際、この気流排出部115は、気流導入セクション112の筒状開口部112Bに嵌め込まれた状態で、その上端部において筒状開口部112Bに固定されている。この固定は、例えば溶接やボルト締め等によって行われている。

0067

本実施例のサイクロン装置110において、気流導入部114は、粉体混合気流を気流導入セクション116に対して気流排出部115の外周面に沿って導入する位置に形成されている。

0068

すなわち、この気流導入部114は、その内周面仮想延長面が気流排出部115の外周面と点接触するような位置関係またはこれに近い位置関係で配置されている。気流導入部114がこのような位置関係で配置されていることにより、気流導入セクション112の開口部112Aaは、その球面部112Aの上端部に位置することとなる。

0069

この気流導入部114の内径D4は、気流導入セクションの下端位置の内径D1に対して1/5以下の値に設定されている。具体的には、D4/D1=1/7〜1/5程度の範囲内の値(例えばD4/D1=1/6程度の値)に設定されている。

0070

気流排出部115は、その下端位置が気流導入セクション112の下端位置よりも下方側でかつコニカルセクション113の上下方向中心位置よりも上方側の位置に設定されている。すなわち、この気流排出部115の下端位置から気流導入セクション112の下端位置までの高さHcは、コニカルセクションの高さHbに対して、Hc<1/2×Hb(より好ましくはHc<1/4×Hb)の値(例えばHc=1/7×Hb程度の値)に設定されている。

0071

また、この気流排出部115の内径D5は、気流導入部114の内径D4に対して、D5≧D4に設定されている。具体的には、D5/D4=1〜1.5程度の範囲内の値に設定されている。

0072

図8は、本実施例のサイクロン装置110において、粉体混合気流(すなわち粉体を含む気流)が装置内を流れる様子を示す、図6と同様の図である。

0073

同図において、太線で示す矢印付きの曲線Aは、粉体混合気流の典型的な流れの状態を示している。また、この曲線Aに沿って直列状に配置された複数の矢印Bは、粉体混合気流の流速を示しており、長い矢印ほど流速が大きいことを示している。

0074

同図に示すように、本実施例においても、気流導入部114から気流導入セクション112に対して接線方向に導入された粉体混合気流は、その球面部112Aの内壁面に沿って旋回する気流となる。

0075

その際、球面部112Aは、その内壁面の全域が球面に沿って半球状に形成されており、その上端部に形成された開口部112Aaから粉体混合気流が導入されるので、この粉体混合気流は球面部112Aの内壁面に沿って滑らかに旋回しながらその向きを下向きに大きく変化させることとなる。しかも、この粉体混合気流は、球面部112Aの内部においてその旋回半径が急激に増大するので、その流速は急激に減少し、球面部112Aの下端位置に到達した時点ではかなり緩やかな流れとなり、この状態でコニカルセクション113に移行することとなる。このため、気流中に含まれている粉体がたとえサブミクロンサイズの微粉体であっても気流中から容易に分離され、コニカルセクション113の本体部113Aの内壁面に沿って落下することとなる。

0076

コニカルセクション113の内部に移行した直後の気流は、かなり下向きで緩やかに旋回する渦状の流れとなっているが、このコニカルセクション113の本体部113Aは逆円錐状に形成されているので、この本体部113Aの内部を下降するに従って旋回半径が徐々に減少し、これに伴って流速が徐々に増大する。このため、この渦状の気流は、その下端位置に到達した時点ではある程度速い流れとなる。

0077

そして、この渦状の気流は、本体部113Aの内壁面に沿って落下する粉体と共にある程度速い流れのまま粉体捕集セクション116に流入する。その際、この粉体捕集セクション116の内径はその開口部116aの内径に比してかなり大きいので、渦状の気流は開口部116aを通過した直後にその流速が急激に減少する。このため、粉体捕集セクション116に流入した気流に含まれるサブミクロンサイズの微粉体が分離して、その内部に滞留しやすくなる。

0078

一方、粉体捕集セクション116に流入してサブミクロンサイズの微粉体を分離した気流は、その開口部116aを介してコニカルセクション113に戻る。その際、コニカルセクション113から粉体捕集セクション116に流入する渦状の気流は、この開口部116aにおける外周縁寄り環状領域を通過するので、コニカルセクション113に戻る上向きの気流は開口部116aの中心領域を通過する。

0079

そして、このコニカルセクション113に戻った上向きの気流は、その本体部113Aの内壁面に沿って下向きに流れる渦状の気流の中心を上昇し、気流排出部115を介して装置の外部に排出される。

0080

次に本実施例の作用効果について説明する。

0081

本実施例のサイクロン装置110は、その気流導入セクション112の球面部112Aにおける内壁面の全域が球面に沿って半球状に形成されており、この球面部112Aの開口部112Aaから粉体混合気流が気流排出部115の外周面に沿って導入される構成となっているので、気流排出部115への衝突により粉体混合気流の向きが変わってしまうのを未然に防止した上で、球面部112Aの最も内周側でかつ最も上方側において粉体混合気流の導入を行うことができる。

0082

したがって、球面部112Aの内部において粉体混合気流の流速を急激に減少させることができ、これにより気流中に含まれている粉体がたとえサブミクロンサイズの微粉体であっても容易にこれを分離することができる。

0083

また本実施例においては、気流導入セクション112とコニカルセクション113の高さの比Ha/Hbが、Ha/Hb≦1/2に設定されているので、コニカルセクション113において渦状に下降する気流の速度を過度に増大させないようにすることができる。したがって、サブミクロンサイズの微粉体を気流に乗せて粉体捕集セクション116まで運ぶことができる。また、コニカルセクション113での上昇気流の速度も過度に大きくはならないので、サブミクロンサイズの微粉体が上に上がって行きにくくすることができる。さらに、コニカルセクション113を上昇する気流中にサブミクロンサイズの微粉体が残留していても、その周囲において渦状に下降する気流によってサブミクロンサイズの微粉体を下方へ押し戻して粉体捕集セクション116まで運ぶことができる。

0084

このような効果は、粉体の種類にかかわらず得ることが可能であり、その際、Ha/Hb≦1/3とすることがより効果的である。なお、粉体がカーボンの場合には、Ha/Hb=1/10〜1/5とすることがより一層効果的であり、粉体がおの炭である場合には、Ha/Hb=1/3〜1/5とすることがより一層効果的である。

0085

さらに本実施例においては、気流排出部115の下端位置が、気流導入セクション112の下端位置よりも下方側でかつコニカルセクション113の上下方向中心位置よりも上方側の位置に設定されているので、粉体の捕集位置(すなわち粉体捕集セクション116の開口部116aの位置)とコニカルセクション113からの気流の排出位置とを十分に離すことができる。したがって、分離捕集した粉体と気流とが粉体の捕集位置で混在しにくくなり、これによりサブミクロンサイズの微粉体の分離捕集効率をさらに高めることができる。その際、流排出部115の下端位置から気流導入セクション112の下端位置までの高さHcは、コニカルセクションの高さHbに対して、Hc<1/4×Hbとすることがより効果的である。

0086

また本実施例においては、気流導入セクション112の下端位置の内径D1が、気流導入部114の内径D4に対して5倍以上の値に設定されているので、気流導入セクション112における粉体混合気流の角速度低減効果を十分に高めることができる。

0087

すなわち、図9に示す従来のサイクロン装置20においては、円筒状のサイクロンボディ21に流入する粉体混合気流の角速度を大きくして気流中の粉体を遠心力で分離する必要があるので、気流導入部23の内径に対してサイクロンボディ21の内径をあまり大きくすることができない。これに対し、本実施例においては、気流導入セクション112の球面部112Aの内壁面に沿って粉体混合気流を滑らかに旋回させてその向きを下向きに大きく変化させるとともにその角速度を急激に小さくすることにより、気流中の粉体を分離する構成となっているので、気流導入セクション112の下端位置の内径D1をある程度大きくすることがむしろ効果的である。

0088

そこで、本実施例のようにD1≧5×D4として、気流導入セクション112における粉体混合気流の角速度低減効果を十分に高めるようにすれば、気流中からの粉体の分離機能を高めることができる。その際、たとえサブミクロンサイズの微粉体であっても分離機能を高めることができる。

0089

さらに本実施例においては、円筒状に形成された粉体捕集セクション116の内径D3が、気流導入セクション112とコニカルセクション113との接続部の内径D1よりも大きい内径を有しているので、粉体捕集セクション116に捕集された粉体の撹拌速度を十分低下させることができ、これにより粉体捕集セクション116に捕集された粉体を、粉体捕集セクション116に流入した気流によって巻き上げられてしまうのを未然に防止することができる。したがって、たとえサブミクロンサイズの微粉体であっても、粉体捕集セクション116に一旦捕集された後は、粉体捕集セクション116に滞留させておくことが容易に可能となる。

0090

なお、本実施例においては、粉体捕集セクション116が円筒状の密閉容器として構成されているものとして説明したが、これ以外の形状を有する構成とすることも可能である。このようにした場合においても、粉体捕集セクション116の上端部が、気流導入セクション112とコニカルセクション113との接続部の内径D1よりも大きい内径を有する構成(例えば、逆円錐状の構成)とすれば、本実施例と同様の作用効果を得ることができる。

0091

以上、本発明に係るサイクロン装置の形態に関して第1および第2実施例を説明した。

0092

本発明に係るサイクロン装置の構成部材や、導入される粉体混合気流の量などの各設定値は、第1および第2実施例のものに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で当業者により随時変更が可能であることは言うまでもない。

0093

本発明に係るサイクロン装置の用途として、例えば、掃除機において吸引ブロワーと組み合わせて用いたり、燃料電池車燃料電池発電機においてエアークリーナー吸引口に取り付けた状態で用いたりすることも可能である。

0094

以上説明したサイクロン装置は、
気流中に混合された粉体を旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置であって、
粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部を有して下方に漸次拡径する気流導入セクションと、
この気流導入セクションの下端に接続して下方に漸次縮径する逆円錐状のコニカルセクションを設けたことを特徴とする。

0095

上記「気流導入セクション」は、下方に漸次拡径する内部構造を有していれば、その具体的な構成は特に限定されるものではなく、例えば、半球状の内部構造を有する構成や円錐状の内部構造を有する構成等が採用可能である。

0096

その際、半球状の内部構造を有する構成の態様としては、気流導入セクションの内壁面全体が球面形状を有する構成や、気流導入セクションの内壁面の上部が球面以外(例えば平面等)の形状を有する構成等が採用可能である。

0097

以上説明したサイクロン装置は、気流中に混合された粉体を旋回気流中から分離し捕集するサイクロン装置であって、粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部を有して下方に漸次拡径する気流導入セクションと、この半球状の気流導入セクションの下端に接続して下方に漸次縮径する逆円錐状のコニカルセクションを設けているので、気流中に混合されたサブミクロンサイズの微粉体の分離捕集を可能とするとともに、粉体捕集効率を飛躍的に高めることができる。

0098

すなわち、従来の接線入口式サイクロン装置では、粉体の混じった気流を気流導入セクションの接線方向から渦を描く様に導入し、気流中に混じった粉体を、遠心力で気流から分離して気流導入セクションの内壁面に衝突させて速度を低下させ、粉体を重力により気流導入セクションの下方(粉体捕集部)に落下させることで捕集しているが、以上説明したサイクロン装置においては、気流導入セクションの気流導入部よりその接線方向から導入された粉体を混合した気流は、気流導入セクションが下方に漸次拡径するような内部構造になっているので、気流中の粉体は遠心力で分離させられる一方、気流は気流導入セクション内に導入された途端にその旋回流の角速度が急速に低下させられる。

0099

そのため、気流中から分離した粉体は気流導入セクション内において落下しやすく、その後の逆円錐状のコニカルセクションで角速度を上げられテーパ状の内壁面に衝突して捕集効率が向上する。

0100

このように、従来方式よりもサイクロン装置内での気流の角速度の差を大きくすることにより、サブミクロンサイズの微粉体の捕集効率を上げることができる。

0101

上記構成において、気流導入セクションの高さHa<逆円錐状のコニカルセクションの高さHbの範囲に設定すれば、コニカルセクションにおいて渦状に下降する気流の速度を過度に増大させないようにすることが可能となり、これによりサブミクロンサイズの微粉体を気流に乗せて粉体捕集セクション(捕集箱)まで運ぶことが可能となる。また、コニカルセクションでの上昇気流の速度も過度に大きくはならないので、サブミクロンサイズの微粉体が上に上がって行きにくくすることが可能となる。さらに、コニカルセクションを上昇する気流中にサブミクロンサイズの微粉体が残留していても、その周囲において渦状に下降する気流によってサブミクロンサイズの微粉体を下方へ押し戻して粉体捕集セクションまで運ぶことが可能となる。

0102

以下、これまで説明したことについて付記する。
(付記1)
気流中に混合された粉体を旋回気流から分離し捕集するサイクロン装置であって、
気流導入セクションと、
前記気流導入セクションに接続したコニカルセクションとを備え、
前記気流導入セクションは、前記コニカルセクションに向かって漸次拡径した球面部と、該球面部に設けられ粉体混合気流を接線方向から導入する気流導入部とを有するものであり、
前記コニカルセクションが、前記球面部に接続し、該球面部から離れるにつれて漸次縮径する逆円錐状のものであり、
前記気流導入セクションの全長Haと前記コニカルセクションの全長Hbの比Ha/Hbが1/10以上1/5以下であることを特徴とするサイクロン装置。

0103

(付記2)
前記気流導入セクションが、半球状の内部構造を有するように構成されたことを特徴とする付記1に記載のサイクロン装置。

0104

(付記3)
粉体の分離を終えた気流を外部に排出するための気流排出部が設けられており、
前記気流排出部が、前記コニカルセクション内における、該コニカルセクションの長さ方向中心位置よりも前記気流導入セクション側の位置から、該気流導入セクションの中心軸に沿って該気流導入セクションを貫通するようにして設けられたものであることを特徴とする付記1乃至2のいずれか1項に記載のサイクロン装置。

0105

(付記4)
前記気流導入部が、粉体混合気流を前記気流導入セクションに対して前記気流排出部の外周面に沿って導入する位置に形成されていることを特徴とする付記3に記載のサイクロン装置。

0106

(付記5)
前記気流導入セクションと前記コニカルセクションとの接続部の内径が、前記気流導入部の内径に対して5倍以上の値に設定されていることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載のサイクロン装置。

実施例

0107

(付記6)
前記コニカルセクションにおける、前記気流導入セクション側とは反対側の端部の内径
が、このコニカルセクションと前記気流導入セクションとの接続部の内径に対して1/6以上1/4以下の値に設定されていることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載のサイクロン装置。

0108

近年、粉体の付加価値を高めるために1μm以下の粒径でかつ粒径分布が制御された微粉体を要求する傾向が強くなっていることから、本発明のサイクロン装置は、微粉体を対象とした分級および粉砕操作などの粉体を扱う工業プロセスに広く応用することが期待でき、産業上の利用可能性が極めて高い。

0109

10 第1実施例のサイクロン装置
12気流導入セクション
13コニカルセクション
14気流導入部
15 気流排出部
16粉体捕集セクション
20従来型のサイクロン装置
21サイクロンボディ
22 コニカルセクション
23 気流導入部
24 粉体捕集部
25 気流排出部
110 第2実施例のサイクロン装置
112 気流導入セクション
112A 球面部
112Aa 開口部
112B筒状開口部
112C外周フランジ部
113 コニカルセクション
113A 本体部
113B上端フランジ部
113C下端フランジ部
114 気流導入部
115 気流排出部
116 粉体捕集セクション
116a 開口部
120リング状固定具
120A、120B半割リング
120Cピン
120Dバックル
D1 気流導入セクションの下端位置の内径
D2 コニカルセクションの下端位置の内径
D3 粉体捕集セクションの内径
D4 気流導入部の内径
D5 気流排出部の内径
Ha 気流導入セクションの高さ
Hbコニカルセクションの高さ
Hc 気流排出部の下端位置から気流導入セクションの下端位置までの高さ

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