(57)【要約】繊維懸濁液を、重い汚染物質を実質的に含む重質留分と、繊維を実質的に含む軽質繊維留分に分離させる液体サイクロン（２）は、２つの対向する端部（１４、１６）を有する細長い分離室（６）、軽質留分を一端で分離室から排出するための第１の出口部材（２０）、および、重質留分を分離室からその他方の端部（１６）で排出するための第２の出口部材（２２）を備える。流体を分離室に供給するための分配ヘッド（３６）は、分離室（６）内に前記他方の端部（１６）の比較的近くで中心に位置し、流体ジェットを分離室（６）の周囲壁（８）に向かう方向で噴霧するように設計された少なくとも１つの出口通路（４２）を有する。出口通路（４８）は、分離室の中心軸（１７）に対して垂直に延在する平面上の流体ジェットの投影図で見て、流体ジェットを分割室（６）の周囲壁（８）に対して斜めの方向で噴霧するように設計されて、流体ジェットが分離室（６）の他方の端部（１６）に向かう方向の流れ成分を有するようになされている。その結果、重い粒子に関する分離効率を低下させずに、重質留分用出口通路の閉塞が有効に防止される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維懸濁液を、重い汚染物質を実質的に含む重質留分と、繊維を実質的に含む軽質繊維留分に分離させる液体サイクロン（２）であって、２つの対向する端部（１４、１６）と前記対向する端部の間に延在する中心軸を有する細長い分離室（６）を区画する周囲壁（８）を備えたハウジング（４）と、前記繊維懸濁液を前記分離室にその一端（１４）で実質的に接線方向に供給して前記繊維懸濁液が前記分離室内で渦の中で流れるようにする入口部材（１８）と、軽質留分を前記分離室から前記一端で排出するための第１の出口部材（２０）と、重質留分を前記分離室からその他方の端部（１６）で排出するための第２の出口部材（２２）と、前記分離室（６）内に前記他方の端部（１６）の比較的近くで中心に位置し流体ジェットを前記分離室（６）の前記周囲壁（８）に向かう方向で噴霧するように設計された少なくとも１つの出口通路（４２、４８、５６）を有する、流体を前記分離室に供給するための分配ヘッド（３６、４６、５２）とを備え、前記出口通路（４８）は、前記分離室の前記中心軸に対して垂直に延在する平面上の前記流体ジェットの投影図で見て、前記流体ジェットを前記分割室（６）の前記周囲壁（８）に対して斜めの方向で噴霧するように設計されており、前記出口通路（４８）は、前記出口通路から噴霧される前記流体ジェットが前記分離室（６）の前記他方の端部（１６）に向かう方向の流れ成分を有するように設計されることを特徴とする、液体サイクロン。
【請求項２】
前記分離室の前記周囲壁（８）に、分離された重い粒子を前記分離室の前記他方の端部（１６）に向けて輸送する少なくとも１つのらせん状チャネル（５０）が設けられ、前記分配ヘッド（３６、４６、５２）が、流体ジェットをらせん状チャネルに対して噴霧するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の液体サイクロン。
【請求項３】
前記出口通路（４８）は、前記出口通路から噴霧された前記流体ジェットが前記繊維懸濁液の前記渦の回転方向の流れ成分を有するように設計されることを特徴とする、請求項１または２に記載の液体サイクロン。
【請求項４】
前記出口通路（４８）は、前記流体ジェットが前記周囲壁に当たる前記周囲壁に垂直に対して最大角度３０°を形成する方向に前記流体ジェットを噴霧するように設計されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体サイクロン。
【請求項５】
前記分配ヘッド（３６）は、２つの軸方向の端部を有する円筒形の壁（３８）および前記円筒形の壁の一端を覆う切妻壁（４０）を備え、前記出口通路（４８）が前記円筒形の壁を通って斜めに延びる孔によって形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の液体サイクロン。
【請求項６】
前記流体供給デバイス（２６）は、前記分離室（６）の前記他方の端部（１６）を通って前記分離室内に中心に延び、前記分配ヘッド（３６、４６、５２）に接合された供給パイプ（２８）を備え、前記供給パイプの内部は前記分配ヘッドの前記出口通路（４２、４８、５６）と連通することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の液体サイクロン。
【請求項７】
前記分離室（６）は、前記分離室の前記他方の端部に対応する先端部（１６）を持つ円錐形室部（１０）を有し、前記分配ヘッド（３６、４６、５２）が前記分離室の円錐形室部（１０）内に位置することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の液体サイクロン。
【請求項８】
前記分配ヘッド（３６、４６、５２）の前記出口通路（４２、４８、５６）は、前記先端部（１６）から前記円錐形室部の軸方向の長さの０〜４５％、好ましくは３〜１５％の距離のところで前記分離室（６）の前記円錐形室部（１０）内に開放されていることを特徴とする、請求項７に記載の液体サイクロン。
【請求項９】
前記分配ヘッド（３６、４６、５２）および前記分離室（６）の円錐形室部（１０）の前記周囲壁（８）が環状通路（４４）を区画し、その半径方向の延長部は、前記分配ヘッドの前部で軸方向に前記円錐形室部の径の６〜６０％であることを特徴とする、請求項７または８に記載の液体サイクロン。
【請求項１０】
前記一端（１４）で前記分離室（６）から中心にさらに分離された軽い汚染物質を実質的に含む軽質留分を排出するための第３の出口部材（２４）を備え、前記さらなる軽質留分が前記軽質繊維留分よりも軽いことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の液体サイクロン。
【請求項１１】
前記液体供給デバイス（２６）が液体または気体の形態の流体を供給するように適合されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の液体サイクロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維懸濁液を、重い汚染物質を実質的に含む重質留分と、繊維を実質的に含む軽質繊維留分に分離するための液体サイクロンであって、２つの対向する端部とその対向する端部の間に延在する中心軸を有する細長い分離室を区画する周囲壁を持つハウジングを備えた液体サイクロンに関する。この液体サイクロンはさらに、繊維懸濁液を分離室内にその一端で実質的に接線方向に供給して繊維懸濁液が分離室内の渦の中で流れるようにする入口部材、軽質繊維留分を前記一端で分離室から排出するための第１の出口部材、分離室から分離室の他方の一端で重質留分を排出するための第２の出口部材、さらに流体を分離室に供給するための分配ヘッドを備える。この分配ヘッドは、分離室内で前記第２の端部の比較的近くに中心に位置し、流体ジェットを分離室の周囲壁に向けて噴霧するように設計された少なくとも１つの出口通路を有する。出口通路は、分離室の中心軸に対して垂直に延在する平面上の流体ジェットの投影図で見て、流体ジェットを分離室の周囲壁に向けて斜めの方向で噴霧するように設計されている。
【背景技術】
【０００２】
この種の液体サイクロンの動作中に起こる周知の問題は、通常、軽質繊維留分よりも実質的に流れが小さい重質留分が、密に濃縮され、その結果第２の出口部材を詰まらせる傾向があることである。流体供給デバイスは、液体の形態の流体を分離室に供給して濃縮された重質留分を希釈することによって、この問題を回避することが意図されている。液体が、分離室の周囲壁を通る液体チャネルを介して分離室に供給される共通点を持つ、様々な周知の流体供給デバイスがある。
【０００３】
しかし、こうした周知の流体供給デバイスを使用することで起こる他の問題は、すなわち液体サイクロンの分離効率が悪化することである。したがって、流体供給デバイスによって、軽質繊維留分とともに液体サイクロンから排出すべきさらに重い粒子が生じるようになり、これは重大な欠点である。周知の流体供給デバイスによる重質留分用出口の閉塞を防止する他に、普通なら重質留分とともに損失されたはずの繊維の一部が軽質繊維留分に追従する利点も得られる。しかしこの利点は、分離効率の悪化、すなわち重い汚染粒子が軽質繊維留分に追従することと引き換えに得られるものであり、それは多くの場合、容認できない欠点である。これらの理由で、こうした流体供給デバイスを備えた液体サイクロンは、製紙用パルプ産業ではあまり利用されてこなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、十分な分離効率で操作することができ、さらに上記に記載の周知の液体サイクロンの欠点が生じることなく、汚染繊維懸濁液を分離させるのに適した、上記に記載した種類の改良型液体サイクロンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、出口通路から噴霧される流体ジェットが分離室の他方の端部に向かう方向の流れ成分を有するように、出口通路が設計されていることを特徴とする最初に記載した種類の液体サイクロンによって達成される。
【０００６】
したがって、重い粒子に関する分離効率を悪化させずに、重質留分用出口の閉塞が有効に防止される。本発明による液体サイクロンのこの建設的な作用の主な理由は、流体ジェットが分離室の中心部分から外側に向いた方向で噴霧され、それによって重い粒子が流体ジェットによって分離室の中心部分内に引き込まれないことである。中心部分では、重い粒子は成長した軽質留分の中心流とともに引っ張られる危険がある。また驚いたことには、重い汚染物質の繊維懸濁液からの分離に関して、本発明による液体サイクロンは、本明細書で提示した種類の流体供給デバイスを装備した周知の液体サイクロンの分離効率と比較してかなり改良されている他に、こうした流体供給デバイスを装備していない伝統的な液体サイクロンの分離効率と比較しても大幅に改良されていることが判明している。
【０００７】
分離室の周囲壁には、分離された重い粒子を分離室の他方の端部に向かって輸送するための少なくとも１つのらせん状のチャネルが有利に設けられており、分配ヘッドが、流体ジェットをらせん状チャネルに対して噴霧するように配置されている。その結果、分離された重い粒子の輸送が容易になる。
【０００８】
出口通路は、流体ジェットが周囲壁に当たる周囲壁に向かって垂直に対して最大角度３０°を形成する方向に流体ジェットを噴霧するように適切に設計される。
【０００９】
出口通路は、出口通路から噴霧された流体ジェットが繊維懸濁液の渦の回転方向の流れ成分を有するように有利に設計される。
【００１０】
本発明による液体サイクロンは、前記一端で分離室から中心に分離された軽い汚染物質を実質的に含むさらなる軽質留分を排出するための第３の出口部材を含むことができ、このさらなる軽質留分は軽質繊維留分よりも軽いものである。この場合、流体供給デバイスは、有利には気体、好ましくは空気を供給して、空気ジェットが分離室の周囲壁に対して噴霧されるようになされている。供給される空気は、重質留分用出口部材の閉塞を防止する他に、分離室の中心部分に分離され、そこで軽い汚染物質を第３の出口部材に向かう方向に引き出して、軽い汚染物質に関する分離効率も向上させる。
【００１１】
本発明の好ましい一実施態様によれば、分配ヘッドは、２つの軸方向の端部を有する円筒形の壁および円筒形の壁の一端を覆う切妻壁を備え、出口通路が円筒形の壁を通って斜めに延びる孔によって形成されている。あるいは、分配ヘッドは円錐形の壁を備えてもよく、出口通路は円錐形の壁内の孔によって形成される。当然、分配ヘッドは、たとえば３つなど複数の出口通路を備えることができ、それらは円筒形または円錐形の壁の周りに均等に分配される。流体供給デバイスは、供給パイプを適切に備えており、この供給パイプは、分離室の前記他方の端部を通って分離室内に中心に延在し、分配ヘッドに接合され、供給パイプの内部は分配ヘッドの出口通路と連通している。
【００１２】
通常、分離室は従来の方法で、分離室の前記他方の端部に対応する先端部を持つ円錐形室部を有する。分配ヘッドは、好ましくは、分配ヘッドの出口通路が、先端部から円錐形室部の軸方向の長さの０〜４５％、好ましくは３〜１５％の距離のところで円錐形室部内に開放されるように前記円錐形室分内に配置されなければならない。さらに、分配ヘッドと分離室の円錐形室部の周囲壁によって区画される環状通路の半径方向の延長部は、分配ヘッドの前部で軸方向に円錐形室部の径の６〜６０％が好ましい。
【００１３】
本発明を以下でより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図では、図示した実施形態の同じ構成要素には同じ参照番号が付けられている。
【００１５】
図１では、比較的軽い汚染物質と重い汚染物質を含む繊維懸濁液を分離するように特別に寸法設定された、本発明による液体サイクロン２の例が示されている。液体サイクロン２は、周囲壁８を有する、長さ４９ｃｍの分離室６を形成するハウジング４を備える。分離室６は、長さが約２８ｃｍの円錐形室部１０と、円錐形室部１０のベースを連結する円筒形室部１２を有しており、そのため分離室６は比較的広いベース端部１４と反対側の比較的狭い開放先端部１６を有する。この例では、円錐形室部１０のテーパ角度は１０°である。しかし、一般に、前記テーパ角度は約５〜２０°でもよい。分離室６は、ベース端部１４と先端部１６の間に延在する中心軸１７を有する。
【００１６】
繊維懸濁液を分離室のベース端部１４で円筒形室部１２内に接線方向に供給するための入口部材１８がある。パイプ２０の形の第１の出口部材は、円筒形室部１２内に分離室６のベース端部１４からある距離だけ中心に延びて、繊維を実質的に含む繊維懸濁液の軽質留分を排出する。第２の出口部材２２は、分離室６の先端部１６に配置されて、砂、金属破片など重い汚染粒子を含む繊維懸濁液の重質留分を排出する。パイプ２０よりも径が実質的に小さいパイプ２４の形の第３の出口部材は、パイプ２０の中心を通って延在して、プラスチックの破片など軽い汚染粒子を含む繊維懸濁液のさらなる軽質留分を排出する。
【００１７】
液体サイクロン１はさらに液体供給デバイス２６を備えて、液体および／または気体を分離室６の円錐形室部１０に先端部１６の比較的近くに供給する。液体供給デバイス２６は、円筒形の栓３０に取り付けられた供給パイプ２８を備える。周囲壁８は、先端部１６からハウジング４の半径方向に広がった部分３２にも渡っている。拡張部分３２は開放円筒形室３４を区画し、この円筒形室３４は、たとえばねじによって栓３０で閉鎖されて、供給パイプ２８が先端部１６を介して円錐形室部１０内に中心に延在するようになされている。図２で分かるように、分離室６内の供給パイプ２８の端部は、分配ヘッド３６によって閉鎖され、分配ヘッド３６は、２つの軸方向の端部を持つ円筒形の壁３８とその壁３８の一端を覆う切妻壁４０を有する。図３で分かるように、壁３８には、出口通路４２を形成する３つの半径方向の孔が設けられており、この出口通路４２は、供給パイプ２８の内部と連通している。この場合、各出口通路４２は、円錐形室部１０内に先端部１６から約４ｃｍのところで開放されている。分配ヘッド３６と円錐形室部１０の周囲壁８は、成長する重質留分用環状通路４４を区画し、通路４４は約０．５ｃｍの半径方向の拡張部を有する。
【００１８】
通常、各出口通路４２は、先端部１６から円錐形室部１０の軸方向の長さの５〜４５％の距離のところで開放され、通路４４の半径方向の拡張部は、分配ヘッド３６の前部で円錐形室部１０の径の６〜６０％でなければならない。この範囲からの適した値は、いずれの場合も実験に基づいて決定される。
【００１９】
図４では、代替実施形態による分配ヘッド４６が示されているが、これは、異なって設計された３つの出口通路４８を有していること以外は、分配ヘッド３６と等価のものである。したがって、出口通路４８は、それを通る断面図で分かるように、分配ヘッド４６の円筒形の周囲壁を通って非半径方向に延びる。
【００２０】
図５は、本発明の他の実施形態による液体サイクロンを示す。この図では、分離室６の周囲壁８には、分離された重い粒子を分離室の他方の端部１６に向けて輸送するための少なくとも１つのらせん状チャネル５０が設けられている。このチャネル５０は、分離室６内の回転する渦流と同じ方向に延在する。この場合、液体供給デバイスは、円錐形の壁５４を有するように設計された分配ヘッド５２を有し、各出口通路は円錐形の壁５４内の孔５６によって形成される。分配ヘッド５２は、流体ジェットをらせん状チャネル５０の少なくとも１部に対して噴霧するように配置される。チャネル５０は、たとえば台形ねじの形、または図５で示したように三角形の断面を有するなど様々に設計することができる。
【００２１】
図１の液体サイクロン１の動作中、比較的軽量と重量の汚染物質を含む繊維懸濁液は、入口部材１８を介して分離室６内に接線方向にポンプ５０によってポンピングされて、繊維懸濁液の渦が分離室６内に生成されるようになされている。その結果、繊維懸濁液は、パイプ２０を通って排出される、実質的に繊維を含む軽質繊維留分と、パイプ２４を通って排出される、比較的軽い汚染物質を含むさらなる軽質留分と、出口部材２２を通って排出される比較的重い汚染物質を含む重質留分に分離される。水と空気の混合物が液体供給デバイス２６によって円錐形室部１０の周囲壁８に対して噴霧されて、成長し濃縮された重質留分を希釈し、埋め込まれた繊維を解放して、これらの繊維が成長した軽質繊維留分に追従することができるようにする。噴射された空気は、分離室６内で内向きに気泡の形態に分離し、軽い汚染物質を中心に位置するパイプ２４に引き込む。
【００２２】
当然、液体供給デバイス２６は別法として、液体または気体を分離室６に供給するだけでもよい。
【００２３】
上記に記載の実施形態はいずれも、分離室の周囲にらせん状チャネルまたは別法として平滑な表面が設けられるように設計することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による液体サイクロンを通る軸方向の断面図である。
【図２】図１の液体サイクロン内の流体供給デバイスを示す拡大図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切り取った断面図である。
【図４】図３の実施形態の変形形態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態による液体サイクロンを通る軸方向の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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