(57)【要約】【課題】本体容器の長さを抑制することができると共に、分離対象物を確実に分離することができ、縦置きだけでなく横置きにも対応可能なサイクロン分離器を提供すること。【解決手段】円筒状の本体容器１と、その軸方向一端側１Ａに、本体容器１の円周壁面に対して接線方向に設けられ、分離対象物が含まれる流体を導入する流入管２と、軸方向他端側１Ｂに、本体容器１の円周壁面に対して接線方向に設けられ、分離対象物を排出させる排出管５と、流入管２の近傍に本体容器と同軸となるように配置され、流入された流体を排出管５側へ偏向させ、排出管５側ほど小径になるように形成されたテーパ管７と、このテーパ管７の排出管５側に設けられた開口部と、本体容器１の軸方向他端側１Ｂから本体容器１の中心軸に沿って挿入され、分離対象物が分離された流体を流出させる流出管８とを備え、この流出管８の流出口がテーパ管７の開口部からテーパ管７内部へ挿入された状態で設けられている。【選択図】図１
2006341180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の本体容器と、
本体容器の軸方向一端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられ、分離対象物が含まれる流体を導入する流入管と、
本体容器の軸方向他端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられ、分離対象物を排出させる排出管と、
流入管の近傍に本体容器と同軸となるように配置され、流入された流体を排出管側へ偏向させ、排出管側ほど小径になるように形成されたテーパ部と、
このテーパ部の排出管側に設けられた開口部と、
本体容器の軸方向他端側から本体容器の中心軸に沿って挿入され、分離対象物が分離された流体を流出させる流出管とを備え、この流出管の流出口がテーパ部の前記開口部からテーパ部の内部へ挿入された状態で設けられていることを特徴とするサイクロン分離器。
【請求項２】
テーパ部内に、流体の旋回を規制する規制部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のサイクロン分離器。
【請求項３】
前記規制部材は、テーパ部の内面と流出管の外面の間をまたがるように配置される規制羽根であることを特徴とする請求項２に記載のサイクロン分離器。
【請求項４】
前記規制部材は、流出口の位置よりも軸方向他端側に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載のサイクロン分離器。
【請求項５】
流出口の位置は、流入管とほぼ同じ位置、もしくは、流入管の位置よりも軸方向一端側の方向に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサイクロン分離器。
【請求項６】
本体容器の軸方向一端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられ、テーパ部の内部に侵入してきた分離対象物を排出させる第２排出管を設けたことを特徴とする請求項１又は５に記載のサイクロン分離器。
【請求項７】
テーパ部の内面は、排出管側ほど大径となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流入管から流入された分離対象物を含む流体から分離対象物を除去して流出するためのサイクロン分離器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かかるサイクロン分離器は、多様な産業分野で用いられている。例えば、化学プラントや食品プラントにおける反応生成物、未反応物、晶析の後工程で、固体と液体の分離を行う場合に必要である。また、火力、水力、原子力発電や、製鉄、化学、製紙などの産業、上下水処理、廃棄物リサイクル、農業における水処理では、水から異物を分離除去する場合に必要である。
【０００３】
また、空気中の粉塵除去は、工場における製造される製品の品質の面や、作業環境を良好に維持するという面で要求され、気体（空気）と固体あるいは液体との分離が製造工程において必要となる。更に、空気やガス中の固体と液体の分離は、燃焼、化学反応、粉砕、輸送工程において必要である。
【０００４】
以上のように、気体や液体（これらは流体に相当）から分離対象物を分離することを目的とした装置として、サイクロン分離器が知られている。この装置は、旋回流を発生させて遠心力により、分離対象物を分離するように構成されている。
【０００５】
かかるサイクロン分離器の一例として、下記特許文献１に示すサイクロン分離器がある。この装置は、ガス流中に浮遊する微粉状物質を分離するものであり、垂直軸線を備えた円筒状のチャンバと、チャンバの底部において下向きにテーパを有する沈殿物質の出口と、チャンバの頂部に設けられたガスの中央出口と、ガス流をチャンバの側壁の上方部分に導入する接線方向に配置された入口ダクトと、ガス流を下向きに変える偏向力を与える手段を備えている。
【０００６】
また。下記特許文献２に開示されるサイクロン式のオイル分離装置は、ガス流に含まれるオイルを分離除去することを目的とし、円筒状の本体容器と、円筒状の本体容器の上部に配置されるテーパ管と、このテーパ管の近傍に配置され、本体容器の接線方向からガスを流入するための流入管と、本体容器の下部に設けられた下向きにテーパを有する部分と、本体容器の最下部に配置される収集ホッパと、本体容器の上部に設けられたガス出口管とを備えている。
【０００７】
【特許文献１】特許２６９０３１９号公報
【特許文献２】特表２００２−５４０３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術における課題について説明する。これら特許文献１，２においては、本体容器の下部に下向きにテーパを有するテーパ容器部分（逆円錐形部分）が設けられており、その最下部の尖端から遠心分離した分離対象物を下降させて排出させているが、かかる構成はテーパ容器部分を長くしなければならないという問題点を有している。流入管から流入した流体は旋回しながら下降し、分離対象物は遠心力により分離されながら下降するが、上記逆円錐形のテーパ角度が大きいと、その容器壁面位置を旋回する分離された分離対象物がテーパに沿って上昇（逆流）しようとする力が作用するためである。従って、テーパ容器部分のテーパ角度は小さくする必要があり、その結果、テーパ容器部分の長さが長くなるという問題点が生じる。従って、大きな能力が必要とされるサイクロン分離器の設置に際して、屋内天井高さの制約がある場合や屋内設置が困難な場合は、長さの長い配管や能力の大きなポンプ、送風機の設置が必要となり、動力損失の多大なものとなっている。
【０００９】
また、特許文献１，２に示すサイクロン分離器では、テーパ容器部分を本体容器の下部に配置する構成であり、遠心力の作用だけでなく、重力の作用も利用して分離対象物を分離しようとするものであるため、本体容器の軸線を垂直に配置しなければならない。すなわち、本体容器を縦置きに設置する必要があり、横置きに設置させて動作させることができない構造となっている。すなわち、横置きに設置したのでは、重力による分離が困難になるからである。従って、設置場所の高さ方向のスペースに余裕がない場合には、特許文献１，２の構成では対応することができないという問題点も有している。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、本体容器の長さを抑制することができると共に、分離対象物を確実に分離することができ、縦置きだけでなく横置きにも対応可能なサイクロン分離器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明に係るサイクロン分離器は、
円筒状の本体容器と、
本体容器の軸方向一端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられ、分離対象物が含まれる流体を導入する流入管と、
本体容器の軸方向他端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられ、分離対象物を排出させる排出管と、
流入管の近傍に本体容器と同軸となるように配置され、流入された流体を排出管側へ偏向させ、排出管側ほど小径になるように形成されたテーパ部と、
このテーパ部の排出管側に設けられた開口部と、
本体容器の軸方向他端側から本体容器の中心軸に沿って挿入され、分離対象物が分離された流体を流出させる流出管とを備え、この流出管の流出口がテーパ部の前記開口部からテーパ部の内部へ挿入された状態で設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
かかる構成によるサイクロン分離器の作用・効果を説明する。円筒状の本体容器を有しており、軸方向一端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられる流入管を備える。接線方向から流入されるため、流体は本体容器の内部で旋回流を形成する。また、流入管の近傍には、本体容器と同軸にテーパ部が設けられており、流出管から流入した流体は、本体容器の軸方向他端側にある排出管側へと偏向される。すなわち、テーパ部の表面は、排出管側ほど小径となるようなテーパ面を有しているため、このテーパ面の作用で流体は旋回しながら排出管の方向へ向かう。また、この旋回時の遠心力の作用により、流体に含まれる分離対象物は、本体容器の内壁面に凝集された状態で排出管の方向へ移動していく。かかる作用は、重力に依存するものではなく、本体容器の姿勢にかかわらず行われるものである。
【００１３】
また、テーパ部を設けることで、流入管から流入した流体を本体容器の内壁面の方向に向かわせることもでき、本体容器の内径と流入管の径の比で見た場合、本体容器の内径をより細い方向にすることも可能である。旋回流の線速度が同一であれば、本体容器の内径が細くなると、遠心力は半径に反比例するため、分離性能が向上するという利点が生じる。
【００１４】
本体容器の軸方向他端側には、流入管と同じように接線方向に排出管が設けられている。従って、本体容器の内壁面に沿って排出管の方向に移動した分離対象物は、スムーズに排出管から排出させることができる。接線方向に排出管を設けており、重力の作用ではなく旋回力により排出させることができ、本体容器の姿勢にかかわらず排出が可能である。
【００１５】
一方、分離対象物が分離された流体は、流出管から流出されることになるが、流出管は、本体容器の軸方向他端側から挿入されており、更に、その流出口はテーパ部の内部にも挿入されている。
【００１６】
次に、旋回流の性質について説明すると、流入管から流入した直後では、本体容器の内壁面に近い位置が最も高速に旋回する強制渦となっているが、旋回流が排出管方向に移動するほど、自然渦に近くなっていく。自然渦とは、渦中心が最も高速の旋回となる渦のことである。従って、流入管の近傍では強制渦であるが、徐々に自然渦と強制渦の複合したランキン渦となり、自然渦の状態に近づいていく。
【００１７】
本体容器の軸方向他端側の端部においては、分離対象物が分離された流体は当該端部で反転し、竜巻状に本体容器の軸線に沿って移動し、テーパ部の内部に設定された流出口から流出されることになる。この場合、軸方向他端側に行くほど自然渦に近づいているため、分離しきれなかった分離対象物が共に前述した本体容器の軸線に沿った移動をし、流出口から排出されてしまうという不都合が発生する。
【００１８】
しかしながら、本発明の場合、本体容器の軸中心には流出管が配置されているため、渦の中心には流出管が存在することになり、自然渦による弊害を緩和することができる。従って、前述の分離し切れなかった分離対象物が共に流出口から排出されてしまう問題を抑制することができる。
【００１９】
さらに、流出管はテーパ部の内部にまで挿入されているので、分離しきれなかった分離対象物が流出口の方向へ移動しにくくしている。軸方向他端側の端面で反転した分離しきれなかった分離対象物は、再度旋回流による遠心力の作用で、排出管の方向へ向かわせることができる。その結果、本体容器の長さを抑制することができると共に、分離対象物を確実に分離することができ、縦置きだけでなく横置きにも対応可能なサイクロン分離器を提供することができる。
【００２０】
本発明において、テーパ部内に、流体の旋回を規制する規制部材を設けたことが好ましい。
【００２１】
テーパ部の内部には、流出管の流出口が挿入されており、この流出口から分離対象物が分離された流体を流出させる必要がある。テーパ部の内部もテーパ面に形成されていることから、テーパ部の内部において旋回流が形成させられると、テーパ部の内部に入り込んできた分離しきれなかった分離対象物は、テーパ部の作用により流出口の方向に向かおうとする。そこで、流体の旋回を規制する規制部材を設けることで、旋回流の発生を抑制し、分離対象物が流出口から排出されるのを防止することができる。
【００２２】
本発明に係る規制部材は、テーパ部の内面と流出管の外面の間をまたがるように配置される規制羽根であることが好ましい。
【００２３】
かかる規制羽根を設けることで、旋回流の動きを確実に遮断することができ、分離対象物の流出をより確実に防止することができる。
【００２４】
本発明に係る規制部材は、流出口の位置よりも軸方向他端側に配置されることが好ましい。
【００２５】
かかる位置に配置することで、流出口の近傍における旋回流の発生を抑制することができ、流出口から分離対象物が排出されることを確実に防止することができる。
【００２６】
本発明において、流出口の位置は、流入管とほぼ同じ位置、もしくは、流入管の位置よりも軸方向一端側の方向に設定されていることが好ましい。
【００２７】
流出口の位置をかかる位置に設定することで、分離し切れなかった分離対象物が流出口から排出されることを防止することができる。
【００２８】
本発明において、本体容器の軸方向一端側に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられ、テーパ部の内部に侵入してきた分離対象物を排出させる第２排出管を設けたことが好ましい。
【００２９】
テーパ部の内部に、本体容器の円周壁面に対して接線方向に設けられる第２排出管を配置することで、分離し切れなかった分離対象物がテーパ部の内部に侵入したとしても、第２排出管から排出させることができる。これにより、分離対象物を確実に分離することができる。なお、この構成の場合、テーパ部の内部での旋回流を発生させることが好ましいので、テーパ部の内部には規制部材は配置しない。
【００３０】
本発明に係るテーパ部の内面は、排出管側ほど大径となるように形成されていることが好ましい。
【００３１】
テーパ部の内面を排出管側ほど大径になるようにすれば、テーパ部の内部に侵入してきた分離対象物は、内部のテーパ面の作用により排出管の方向へ向かわせることができる。これにより、確実に分離対象物を排出管から排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係るサイクロン分離器の好適な実施形態を図面を用いて説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
＜構成＞
図１は、第２実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図である。図１（ａ）は正面図（軸線に垂直な方向の断面図を含む）であり、（ｂ）は側面図（軸線方向に沿った断面図を含む）である。
【００３４】
本体容器１は、円筒状に形成され、その軸線が垂直な状態（縦置き）で設置される。本体容器１の上端側１Ａ（軸方向一端側に相当）には、本体容器１の円周壁面に対して接線方向に流入管２が設けられる。流出管２からは、異物（分離対象物）を含有する空気（流体に相当）が流入する。本体容器１の上端側１Ａには、フランジ１ａが形成され、このフランジ１ａの上に容器蓋３がボルト・ナット４により結合される。この容器蓋３を取り外すことで、内部の部材の取り付けや内部の洗浄その他のメンテナンスを行うことができる。容器蓋３は、円盤状に形成される。流入管２は、容器蓋３のすぐ下（近傍）に位置している。
【００３５】
本体容器１の下端側１Ｂ（軸方向他端側に相当）には、本体容器１の円周壁面に対して接線方向に排出管５が設けられる。排出管５からは、空気から分離された異物が排出される。本体容器１の下端側１Ｂには、容器蓋６が溶接により本体容器１に対して結合される。
【００３６】
本体容器１の上端側１Ａには、本体容器１と同軸状にテーパ管７（テーパ部に相当）が取り付けられる。テーパ管７は、大径の上端側７ａと小径の下端側７ｂを有し、下方に向かうほど径が小さくなるテーパ面７ｃを備えている。このテーパ面７ｃは、流入管２の流入口とちょうど向かい合う位置に取り付けられている。テーパ管７ｃの上端側７ａには、ドーナツリング状に形成されたフランジ部材７ｄが溶接により一体的に結合されている。このフランジ部材７ｄは、本体容器１のフランジ１ａと容器蓋３とにより挟持されることで固定される。
【００３７】
テーパ管７の下端側７ｂは、流入管２の流入口の外径下端部よりも更に下側に位置している。また、テーパ管７の下端側７ｂには、開口部が形成される。かかるテーパ管７は、鉄板を扇形に切り出した後、ロール加工により丸め、端面同士を溶接接合することで製作される。テーパ管７の上端側７ａの寸法は、本体容器１の内壁面の内径とほぼ同じとなるように設定される。
【００３８】
異物が分離された空気を流出するための流出管８が、本体容器１の下端側１Ｂから挿入されるような形で設けられ、流出管８は、本体容器１の中心軸の位置に配置される。流出管８の流出口８ａは、流出管８の上端部に位置しており、この流出口８ａがテーパ管７の内部に挿入された状態で設置される。流出口８ａの高さは、流入管２の外径上端部の位置とほぼ同じ高さになるように設置される。また、流出口８ａの高さは、テーパ管７の全高さの約１／２の位置に相当している。
【００３９】
テーパ管７の内部には、旋回流による空気の動きを規制するために規制羽根９が設けられる。規制羽根９は、図１（ａ）に示すように、円周方向に沿って等間隔に６箇所取り付けられている。規制羽根９は、プレート状であり、そのプレート面が垂直姿勢となるように、テーパ管７の内面と流出管８の外周面にまたがるように、テーパ管７に対して溶接により取り付けられる。ただし、規制羽根９の内側と流出管８の外周面とは、隙間が設けられるように設定され、容器蓋３を外したときに、テーパ管７の取り外しを可能にしている。規制羽根９の下端側は、テーパ管７の下端側７ｂと一致し、規制羽根９の上端側は、流出口８ａの高さと一致する。規制羽根９の枚数は６枚に設定されているが、これに限定されるものではなく、他の枚数に設定してもよい。
【００４０】
本体容器１、テーパ管７、流入管２、流出管８などは、ＳＳ（炭素鋼）等の金属材料により製作することができる。
【００４１】
＜作用＞
次に、図１に示すサイクロン分離器の作用を説明する。流入管２から異物を含む空気を圧縮空気の状態で流入させる。流入管２は、本体容器１に接線方向に取り付けられているため、本体容器１の内部に高速の旋回流を生じさせる。この旋回流による遠心力の作用で、圧力空気よりも比重の高い鉄錆や微小水滴状の水を本体容器１の内壁面方向に濃縮させることができる。
【００４２】
テーパ管７のテーパ面７ｃの作用により、旋回流は排出管５（下端側１Ｂ）に向かう方向に偏向されるため、濃縮された水分を含む鉄錆等の異物は、旋回しながら下方向に移動する。本体容器１の下端側１Ｂの容器蓋６内面にまで旋回しながら移動した異物は、本体容器１に接線方向に取り付けられた排出管５から圧縮空気と共に本体容器１外に排出される。また、異物が分離された空気は、流出管８の流出口８ａから排出されることになる。
【００４３】
上記のテーパ管７の作用について、もう少し詳しく説明する。流入管２の流れ方向からテーパ管７を見ると、テーパ面７ｃは、斜め下方向の堤を形成していることになる。このため、流入管２からの空気の流れは、本体容器１の内壁面側に偏向されるため、本体容器１の内壁面に沿った旋回流を形成することができる。このように、接線方向に流入管２を設けることと相まって、テーパ管７の作用により、効率よく旋回流に変換することができ、より高速の旋回による遠心分離効果を生成することができる。すなわち、流入管２の本体容器１の中心に近い側の空気の流れも、旋回流の生成に寄与させることができ、より高速の旋回流を形成することができる。
【００４４】
仮にテーパ管７がないとすれば、旋回流の生成に寄与するのは、流入管２のうち、本体容器１の壁面近くを流入してくる空気のみということになる。従って、旋回流を効率よく生成するためには、流入管２の径よりもかなり大きな内径を有する本体容器１が必要とされるが、本発明のごとくテーパ管７を設けることで、流入管２から流入する空気の流れ方向をテーパ管７により本体容器１壁面側に偏向させることができ、本体容器１の内径と流入管２の径の比において、本体容器１の内径をより細くすることができ、小型化の面で利点を有する。また、旋回流の線速度が同一であれば、遠心力は半径に反比例するため、本体容器１を細くすることで分離性能が向上する。
【００４５】
遠心分離された水分を含む鉄錆は、重力とテーパ管７による下方向の流れの２つの力の作用を受けて高速に沈降する。従って、本体容器１の軸方向の寸法が短くても、下端側１Ｂに設けた排出管５から排出することができる。
【００４６】
次に、旋回流の渦の性質に関して説明する。本体容器１の流入管２が設けられている高さ近傍では、径方向外側ほど高速の強制渦となっている。しかし、流入管２の位置から下方向に行くほど、自然渦の性質が強くなる。自然渦は、中心部ほど線速度が大きく、径方向外側ほど線速度が低くなる。従って、本体容器１の下部では強制渦と自然渦の複合であるランキン渦であり、下端側１Ｂに近づくほど自然渦の傾向が強くなる。
【００４７】
流入管２から流入した圧縮空気の流れは、本体容器１の内壁面に近い部分では、既に述べたように下降流であり、最下端部において異物が分離された空気は、下端部（容器蓋６の内面）で反転し、旋回流の中心側で上昇流となる。この上昇流の典型が竜巻である。この竜巻の上昇速度は高速であり、遠心力により十分に分離されなかった鉄錆、特に微粒子の鉄錆やミスト状の水分を同伴してしまう不都合が生じる。
【００４８】
かかる不都合を解消するために、本体容器１の中心（渦中心にも相当）に流出管８が配置されている。仮に、この流出管８が本体容器１の下端側１Ｂから挿入される構成でなければ、渦中心は本体容器１の中心軸線上（垂直線）となるが、所定の外径を有する流出管８を配置することで、渦の中心は流出管８の外周面となる。これにより、不都合な高速の上昇流による作用を分散させることができ、高速上昇流による異物の同伴を抑制することができる。
【００４９】
なお、反転上昇した圧縮空気の流れは、上昇しながらも旋回を続けているため、最下部で除去しきれなかった異物は、遠心力の作用を受けながら上昇することになり、本体容器１の内壁面の方向に向かわせることができる。
【００５０】
また、テーパ管７の下端側７ｂの開口部と流出管８の外周面との隙間を小さくしておけば、上昇流により上方に移動した異物が、テーパ管７の内部に侵入しようとするのを困難にすることができる。テーパ管７の内部に進入できなかった上昇した異物は、再び流入管２からの空気の旋回流の中に取り込まれることになり、再度下降流の流れに乗り、排出管５の方向に向かうことができる。
【００５１】
更に、テーパ管７の内部には、規制羽根９が設けられており、そのプレート面は垂直になるように取り付けられている。この規制羽根９は、旋回流を止めるような役割を果たす。仮に、テーパ管７の内部にまで異物が侵入してくると、テーパ管７の内壁面は、上側ほど大径のテーパ面となっているため、この旋回流による遠心力の作用と、テーパ面の偏向作用により、異物は上向の力を受け上方に移動しようとする。この上方には、流出管８の流出口８ａが配置されているため、異物が流出口８ａから流出してしまうという不都合を生じる。かかる不都合を解消するため、規制羽根９により旋回流の発生を抑制し、異物が流出口８ａの方向に向かうのを阻止することができる。
【００５２】
以上のように、本発明によるサイクロン分離器によれば、異物が流出管８から排出されてしまうという不都合をなくすための工夫を何重にも設定しているため、確実に異物を分離することが可能になる。
【００５３】
＜実験結果＞
図１のサイクロン分離器を用いて異物分離の効果を確認した。使用した流体は圧縮空気（０．５ＭＰａ）であり、流入速度は１０ｍ／ｓ、温度は３０℃、異物は鉄錆（２〜１００μｍ）、ミスト状の水分である。運転条件として、排出管５は連続開状態で運転した。
【００５４】
結果は、５μｍ以上の鉄錆を分離除去することができた。また、流出管８では凝縮状の水も認められた。
【００５５】
＜第２実施形態＞
＜構成＞
図２は、第２実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図である。図１に示す構造と同じ機能をする部分には同じ図番を付与し、図１と異なる部分を中心に説明する。この実施形態では、異物として砂や土を含む水が流入管２から流入される。
【００５６】
本体容器１の上端側１Ａには、鏡板の形をした容器蓋３が設けられる。容器蓋３は外方に突出した球面凹部を有しており、強度アップに寄与している。また、容器蓋３の頂部には本体容器１の内部の空気を抜くための空気抜き管１１が接続されており、適宜のタイミングに開放される。
【００５７】
流入管２の流入口には、堤１０が取り付けられており、本体容器１の内壁面と同じ曲率を有する内面１０ａと、流入管２の内部に突出する突出部１９ｂを有している。この堤１０は、流入管２から流入する流体が直接テーパ管７の方向に向かうのを阻止し、流れを本体容器１の内壁面の方向に向かわせる。
【００５８】
テーパ管７の上端側７ａの外径は、本体容器１の内径とほぼ同じであり、上端側７ａは本体容器１のフランジ１ａの上面に位置する。テーパ管７の下端側７ｂは、流入管３の管中心に位置し、その開口部の径は、流出管８の外周面の径の２．５倍に設定されている。
【００５９】
テーパ管７の内部には、規制羽根９が図２（ａ）に示すように、円周方向に沿って等間隔に３箇所取り付けられている。規制羽根９は、プレート状であり、そのプレート面が垂直姿勢となるように、テーパ管７に対して溶接により取り付けられる。ただし、規制羽根９の内側と流出管８の外周面とは、僅かの隙間が設けられるように設定される。規制羽根９の上端側は、流出口８ａの高さと一致している。規制羽根９の枚数は３枚に設定されているが、これに限定されるものではなく、他の枚数に設定してもよい。
【００６０】
また、規制羽根９の下端側は、傾斜端面９ａとなっており、最も径方向外側は、テーパ管７の下端側７ｂと一致しており、径方向内側（流出管８の外表面）に向かうほど、高さが高くなるような傾斜端面９ａとなっている。
【００６１】
本体容器１の下端側１Ｂにもフランジ１ｂが設けられ、容器蓋６はボルト・ナット１２により結合される。
【００６２】
本体容器１、テーパ管７、流入管２、流出管８、堤１０などは、ＳＵＳ３０４鋼（ステンレスの一種）等の金属材料により製作することができる。
【００６３】
＜作用＞
次に、図２に示すサイクロン分離器１の作用を説明する。基本的な作用は、第１実施形態と同じである。流入管２から、砂と土等（これらは分離対象物に相当）を含む水が導入される。水よりも高比重の砂や土等の異物は、本体容器１の内壁面に濃縮されながら下方に移動していき、容器蓋６の内面にまで移動してくると、排出管５により水と共に砂や土が本体容器１外に排出される。
【００６４】
流入管２から導入された水は、流入口に設けられた堤１０により、本体容器１内の内壁面に沿った方向に水の流れを強制的に偏向させるので、旋回流を効率よく発生させることができる。
【００６５】
容器蓋３には、空気抜き管１１が設けられており、水に含まれる空気を抜きやすくする。すなわち、流入管２から導入される水には空気が同伴しているが、この空気が本体容器１の上部に徐々に滞留していき、その量が多くなると、空気の泡に土や砂が同伴されやすくなり、砂や土の分離機能が低下する。そこで、空気抜き管１１により空気を抜くようにする。空気抜きは、分離除去作業を行っている間は、常時行うようにすることが好ましいが、適宜のタイミングで断続的に行うようにしてもよい。
【００６６】
また、テーパ管７の下端側７ｂにおいては、先ほど説明したように規制羽根９に傾斜端面９ａが形成されている。従って、テーパ管７の内部であっても、この傾斜端面９ａの開口部の空間では、旋回流が形成されている。従って、この旋回流により、テーパ管７の内部に侵入してしまった異物は、テーパ管７の内壁面の方向に移動し、その結果、流入管２から導入された水による旋回流の流れに乗ることができ、排出管５の方向に向かうことができる。これにより、異物の分離機能を高めることができる。
【００６７】
＜実験結果＞
図２のサイクロン分離器を用いて異物分離の効果を確認した。使用した流体は、食品洗浄再利用のための水（０．１ＭＰａ）であり、分離対象物としてゴミ、砂、土が含まれる。運転条件として、排出管５を間歇的に（１８分間隔で２分間だけ弁開）開くように運転した。流入管２における水の速度は、２ｍ／ｓである。その結果、５０μｍ以上のゴミ、砂、土を分離除去することができた。
【００６８】
＜第３実施形態＞
＜構成＞
図３は、第３実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図である。図１に示す構造と同じ機能をする部分には同じ図番を付与し、図１と異なる部分を中心に説明する。この実施形態では、異物としてゴミ、粉塵やタールを含むコークス炉ガスが流入管２から流入される。
【００６９】
本実施形態において本体容器１は、横置きに設定される。図３において、本体容器１の右側が一端側１Ａに該当し、左側が他端側１Ｂに該当する。流入管２は、本体容器１の上方からコークス炉ガスが流入されるように、本体容器１の円周壁面に対して接線方向に設けられる。
【００７０】
本実施形態では、排出管５が２つ設けられており、１つは本体容器１の他端側１Ｂに第１排出管５Ａが設けられ、本体容器１の下部に接線方向に設けられる。もう１つは、本体容器１の一端側１Ａに第２排出管５Ｂが設けられ、第１排出管５Ａと同位相になるように設けられる。
【００７１】
テーパ管７は、そのテーパ面７ｃが流入管２に向かい合う位置に設けられる。テーパ管７の一端側７ａが大径であり、他端側７ｂが小径に形成される。テーパ管７の一端側７ａには、フランジ部材７ｄが設けられており、本体容器１の内壁面に取り付けられた取り付け部１ｂに対して、ボルト・ナット１３により結合される。
【００７２】
テーパ管７の他端側７ｂの開口部の径は、流出管８の外周面の径の１．４倍になるように設定されている。テーパ管７の他端側７ｂの位置は、流入管２の内径の左端よりも少し左側の位置にあり、一端側７ａの位置は、流入管２の内径の右端よりも少し右側の位置にある。テーパ管７は、ＳＵＳの板を扇形に切り出し、ロール加工で丸め、端面を溶接接合することで製作される。
【００７３】
流出管８は、容器蓋６の方から本体容器１の内部に挿入され、その流出口８ａは、テーパ管７の一端側７ａよりも突出した位置にある。テーパ管７の一端側７ａと、容器蓋３の間の位置に、第２排出管５Ｂが設けられる。第１排出管５Ａで除去し切れなかった異物がテーパ管７の内部に進入してきた場合、この第２排出管５Ｂから排出させることができる。
【００７４】
本体容器１の上部であって、第２排出管５Ｂに対向する位置に洗浄液注入管１４が設けられる。サイクロン分離器の運転を停止した場合、本体容器１内部のタールを洗浄清掃する目的で使用される。従って、サイクロン分離器を運転している際は、洗浄液注入管１４は閉止されている。
【００７５】
本体容器１、テーパ管７、流入管２、流出管８、排出管５、洗浄液注入管１４などは、ＳＵＳ３１６鋼（ステンレスの一種）等の金属材料により製作することができる。
【００７６】
＜作用＞
次に、図３に示すサイクロン分離器１の作用を説明する。基本的な作用は、第１実施形態と同じである。流入管２からは、異物を含むコークス炉ガスが流入される。本体容器１内で発生する旋回流により、ガスよりも高比重のダストやタール等は、本体容器１の内壁面に分離凝集される。これら異物は、旋回しながら内壁面に沿って移動し、ガスと共に第１排出管５Ａから排出される。遠心力の作用で異物が分離されたコークス炉ガスは、流出管８から流出される。
【００７７】
本発明によるテーパ管７の作用により、流入管２からのガスの流れは内壁面方向と第１排出管５Ａの方向に偏向される。従って、ガスに含まれる異物は、この偏向作用により、排出管５Ａの方向に移動することができるので、本体容器１を縦置きにしなくても（重力の作用はなくても）、異物を第１排出管５Ａの方向に移動させることができる。
【００７８】
本体容器１内におけるコークス炉ガスの流れは、内壁面の近傍では図３の左向きである。そして、第１排出管５Ａにより異物が分離されたコークス炉ガスは、渦の挙動により左端（容器蓋６の内面）で反転し、旋回流（竜巻）の中心では右側向きの流れとなる。流出管８が、本体容器１の軸中心にないとすれば、竜巻中心の右側方向の流れ速度は高速となり、第１排出管５Ａで分離し切れなかった異物を同伴してしまう可能性がある。流出管８が存在することに、渦中心は線から面（流出管８の外周面）に分散されるため、異物の同伴を減少することができる。
【００７９】
反転した右側方向の渦中心に近い場所では、コークス炉ガスの流れは旋回を続けており、前述の第１排出管５Ａにより分離し切れなかった異物は、旋回による遠心分離作用を受けつつ、右側へと移動する。この異物のうち、渦中心に近い位置に存在するものは、テーパ管７の内部に侵入する。また、テーパ管７の内部に入らなかった異物は、再び、本体容器１の内壁面に沿って旋回しながら第１排出管５Ａの方向に向かい排出される。また、テーパ管７の内部に入った異物は、テーパ管７の内部に規制羽根が設けられていないため、旋回を続けることができ、２回目の遠心分離作用を受ける。この遠心分離を受けた異物は、第２排出管５Ｂから本体容器１の外部に排出される。
【００８０】
＜実験結果＞
図３のサイクロン分離器を用いて異物分離の効果を確認した。使用した流体は、コークス炉ガスであり、分離対象物として、ゴミ、粉塵、タール等の異物が含まれる。運転条件として、第１・第２排出管５Ａ，５Ｂを連続的に開いた状態で行った。流入管２からのガスの流速は、１５ｍ／ｓである。その結果、１０μｍ以上のタールを含むダストを除去できた。流出管８において、ダストは認められなかった。第１排出管５Ａにはダストが多く、第２排出管５Ｂにはタールが多かった。
【００８１】
＜第４実施形態＞
＜構成＞
図４は、第４実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図である。図１に示す構造と同じ機能をする部分には同じ図番を付与し、図１と異なる部分を中心に説明する。この実施形態では、異物として金属ニッケル微粉を含む水が流入管２から流入される。また、本体容器１は、金属製ではなく樹脂製で構成した例である。
【００８２】
本体容器１は、縦置きに設置され、上部本体１００、中部本体１０１、下部本体１０２に部品として別れており、ボルト・ナット２０により、これらをサンドイッチする形で結合する。この本体容器１は、例えば、超高分子量ポリエチレンにより形成される。また、上部本体１００と中部本体１０１の境界と、中部本体１０１と下部本体１０２の境界には、Ｏリング２１が取り付けられている。
【００８３】
各本体１００，１０１，１０２には、内壁面１００ａ，１０１ａ，１０２ａが形成されており、同径の内径寸法となっている。上部本体１００には、水平方向に流入管の取り付け穴１００ｂが形成されており、ここに流入管が圧入される。この取り付け穴１００ｂは、上部本体１００の内壁面１００ａの接線方向に形成される。
【００８４】
下部本体１０２には、水平方向に排出管の取り付け穴１０２ｂが形成されており、ここに排出管が圧入される。この取り付け穴１０２ｂも、下部本体１０２の内壁面１０２ａの接線方向に形成される。この下部本体１０２の底面には、リング状の凹部１０２ｃが形成されており、この凹部１０２ｃに取り付け穴１０２ｂが形成される。また、下部本体１０２の底部中央には水平面１０２ｄが形成され、その高さは、取り付け穴１０２ｂよりも少し高い位置にある。
【００８５】
上部本体１００の内部には、テーパ部として機能するテーパ面７０が一体形成される。テーパ面７０は、下方に向かうほど外径が小さくなるように設定されており、最下端における寸法は、内壁面１００ａの内径寸法の０．６５倍に設定されている。また、その最下端の位置は、流入管の位置よりも少し下方に位置しており、流入管に対向する位置にテーパ面７０が配置されていることになる。また、テーパ面７０は直線的に径が変化しているのではなく、曲線的に変化している。
【００８６】
テーパ面７０の内部は円錐面７１が形成されており、下端側ほど大径となるように設定されている。円錐面７１の頂部７２は、球面に形成されている。
【００８７】
下部本体１０２の下部中心には、流出管８を圧入するための取り付け穴１０２ｅが設けられている。流出管８の先端には流出口８ａが設けられ、円錐面７１の内部に挿入されている。流出口８ａの近傍の外周面には、円錐面７２の形状に合わせて、テーパ状の面取りがされている。
【００８８】
＜作用＞
次に、図４に示すサイクロン分離器１の作用を説明する。基本的な作用は、第１実施形態と同じである。流入管からは、ニッケル粉を含む水が導入される。水を導入すると、内壁面１００ａに沿った旋回流が発生し、水よりも高比重の大粒径のニッケル粉（異物）は、内壁面方向に濃縮され、旋回しながら下方に移動し、排出管から水と共に排出される。
【００８９】
また、分離し切れなかった異物が上昇して円錐面７１の内部に侵入した場合、円錐面７１は、下方ほど大径に形成されているため、円錐面７１の方向に遠心力により移動し、下向きの力を受けて円錐面７１の中から外へ追い出される。この追い出された異物は、再び下方向に移動する水の流れに乗り、排出管の方向に向かうことになる。
【００９０】
本体容器１（テーパ部も一体）は、超高分子量ポリエチレン（例えば、日本ポリペンコ社製のポリペンコＵ−ＰＥ１００）で製作することができる。流入管、流出管、排出管などは、ポリフッ化ビニリデン（例えば、日本ポリペンコ社製のポリペンコＰＶＤＦ）により製作することができる。Ｏリング２１は、シリコンゴムにより製作することができる。
【００９１】
＜実験結果＞
図４のサイクロン分離器を用いて異物分離の効果を確認した。使用した流体は、水（０．７ＭＰａ）であり、分離対象物として金属ニッケル微粉が含まれる。運転条件として、排出管を連続的に開いた状態で行った。流入管での水の流速は４ｍ／ｓであった。その結果、１０μｍ以下のニッケル粉を分離することができた。
【００９２】
＜別実施形態＞
本実施形態について、４つの実施形態を説明してきたが、更に種々の実施形態を採用することができる。また、各実施形態において採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。
【００９３】
流入管２からの流体が旋回する方向は、時計方向、反時計方向のいずれであってもかまわない。流入管２、流出管８、排出管５を本体容器１の接線方向（円周壁面上）に設ける場合、３６０゜のどの位相で設けてもよい。
【００９４】
本体容器１、流入管２、流出管８、テーパ管７、排出管５等の材質については、金属や強化プラスチックを含む樹脂、セラミックスや種々の複合材を組み合わせて用いることができる。例えば、鋼（炭素鋼、ステンレスを含む合金鋼）、ニッケル、ニッケル合金（ハステロイ等）、銅、銅合金、チタン、チタン合金、アルミ、アルミ合金、クラッド鋼（鋼と鋼以外の金属を張り合わせた材料）が使用できる。樹脂としては、熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂が使用でき、熱可塑性樹脂としてのＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＰＳ、ＰＯＭ、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ等）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ナイロン樹脂（ＰＡ）、ＰＰＥ樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリシクロペンタジエン樹脂が使用できる。繊維強化樹脂（ＦＲＰ）として、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維との複合材を使用できる。
【００９５】
また、本体容器１などの内壁面にゴムライニングを行う場合に用いるゴムとして、ＮＲゴム、ＩＲゴム、ＢＲゴム、ＣＲゴム、ＮＢＲゴム、ＥＰＤＭゴム、ＫＦＭゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム、ＳＢＲゴム、ニロリルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を使用できる。
【００９６】
本発明に係るサイクロン分離器で処理対象となる流体及び分離対象物については、本実施形態で説明した流体（気体、液体）や物質に限定されるものではなく、種々の流体や物質に対して適用できるものである。また、本実施形態では、本体容器１を横置き・縦置きに設置した例を説明しており、いずれの場合にも適用可能であり、また斜め状態に設定してもかまわない。
【００９７】
テーパ部の実施形態として、金属プレートから製作されるテーパ管７による構成と、図４に示すように樹脂で形成する例を説明したが、テーパ部の具体的な構成は、これらに限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。テーパ面７ｃの角度は、４５゜程度に設定されるが、本体容器１の大きさや流入管２と排出管５との距離に応じて、適切な角度に設定することが好ましい。
【００９８】
本発明として、排出管５を開放するタイミングは適宜設定することができる。すなわち、運転中は常時開放しておいてもよいし、間歇的に開放するような構成であってもよい。
【００９９】
流出管８をテーパ管７（テーパ部）の内部に挿入する構成において、流出口８ａの位置はテーパ管７の内部にとどまっていても良いし（図１等参照）、テーパ管７を貫通した位置にまで挿入してもよい(図３参照)。このように、流出口８ａの位置は適宜変形例が考えられる。また、規制羽根９は、テーパ管７と流出管８の両方に接合しても良いし、片側のみに接合し、他方にまで至らない形のいずれでもよい。
【０１００】
本発明において、軸方向の一端側及び他端側は、説明の便宜上使用する用語である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図
【図２】第２実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図
【図３】第３実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図
【図４】第４実施形態にかかるサイクロン分離器の構成を示す図
【符号の説明】
【０１０２】
１        本体容器
１Ａ      上端側（軸方向一端側）
１Ｂ      下端側（軸方向他端側）
２        流入管
３，６    容器蓋
５，５Ａ，５Ｂ        排出管
７        テーパ管
７ｃ      テーパ面
８        流出管
８ａ      流出口
９        規制羽根
１０      堤
１００ａ    上部本体
１００ｂ    中部本体
１００ｃ    下部本体
【図１】
2006341180.tif 000003
【図２】
2006341180.tif 000004
【図３】
2006341180.tif 000005
【図４】
2006341180.tif 000006