(57)【要約】【課題】高い分級精度、分離径の変更又は成分分離を比較的簡易に実現可能な湿式サイクロン装置を提供する。【解決手段】サイクロン本体１０内には内面１０ｂと同心に延在する電極棒５０が設けられ、内面１０ｂと電極棒５０との間に電界を付与可能に構成されている。【選択図】        図１
2004223462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐台状の内面をもち、該内面に分散液を遠心方向で回転可能に供給可能なサイクロン本体を備えた湿式サイクロン装置において、
前記サイクロン本体内には前記内面と同心に延在する中心電極が設けられ、該内面と該中心電極との間に電界を付与可能に構成されていることを特徴とする湿式サイクロン装置。
【請求項２】
電界の強さを変更可能であることを特徴とする請求項１記載の湿式サイクロン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は湿式サイクロン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な湿式サイクロン装置として、非特許文献１記載のものが知られている。この湿式サイクロン装置は、下方が小径である円錐台状の内面をもち、その内面に分散液を遠心方向で回転可能に供給可能なサイクロン本体が備えらたものである。分散液としては、水やアルコール等の液体からなる分散媒中に無機酸化物粒子等の分散相が分散されてなるスラリーが用いられ得る。
【０００３】
この湿式サイクロン装置では、分散液がサイクロン本体内に供給されれば、分散相のうち大きい径の粒子（粗粒）は、自己の質量に基づく大きな遠心力によってサイクロン本体の内面に押し付けられ、重力によって円錐台状の内面上を滑り落ち、サイクロン本体の下端で回収される。他方、分散相のうち、小さい径の粒子（細粒）は、遠心力が小さいことからサイクロン本体の内面には押し付けられ難く、順次供給される分散液によってサイクロン本体内を回転しながら下降し、円錐台の下端近くに達すると反転上昇し、サイクロン本体の上端で回収される。こうして、この湿式サイクロン装置では、分散液から粗粒と細粒とを連続的に分級することが可能である。このため、この湿式サイクロン装置では、篩いを用いて分散液から粗粒や細粒を分級する場合と比較すれば、目詰まりを生じないことと、バッチ式でないこととにより、大きな処理能力を発揮することができる。
【０００４】
【非特許文献１】
吉岡直哉著「粉体と工業：液体サイクロンのはなし」粉体と工業社出版、１９７１年１０月号、Ｐ．３２−４１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の湿式サイクロン装置では、分散相の遠心力のみによって粗粒と細粒との分級を行っていたため、分級精度を高めたり、分離径を変更したり、質量が異なる粒子を分離して成分分離を実現しようとすれば、内面のテーパ角度が異なるサイクロン本体を用いたり、分散液の供給流量や供給速度を変更したりしなければならず、面倒である。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高い分級精度、分離径の変更又は成分分離を比較的簡易に実現可能な湿式サイクロン装置を提供することを解決すべき課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、水を分散媒とし、分散相を無機酸化物粒子とした分散液としてのスラリーにおいては、無機酸化物粒子が負の帯電状態で分散されていることに基づき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の湿式サイクロン装置は、円錐台状の内面をもち、該内面に分散液を遠心方向で回転可能に供給可能なサイクロン本体を備えた湿式サイクロン装置において、
【０００９】
前記サイクロン本体内には前記内面と同心に延在する中心電極が設けられ、該内面と該中心電極との間に電界を付与可能に構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の湿式サイクロン装置では、円錐台状の内面と同心に中心電極が延在しており、内面と中心電極との間に電界を付与することができるため、内面と中心電極とがそれぞれ逆に帯電することとなる。
【００１１】
このため、分散相が分散液中において負の帯電状態で分散されているのであれば、内面を正に帯電させ、中心電極を負に帯電させた場合、負に帯電した分散相は、遠心力ばかりでなく、電気泳動に基づく電気力（電気泳動力）によっても内面に押し付けられ、サイクロン本体の下端で回収される。一方、内面を負に帯電させ、中心電極を正に帯電させた場合、負に帯電した分散相は、遠心力に逆らう電気泳動力によって、内面へ押し付けられ難くなり、サイクロン本体の下端で回収され難くなる。
【００１２】
他方、分散相が分散液中において正の帯電状態で分散されているのであれば、内面を正に帯電させ、中心電極を負に帯電させた場合、正に帯電した分散相は、遠心力に逆らう電気泳動力によって、内面へ押し付けられ難くなり、サイクロン本体の下端で回収され難くなる。一方、内面を負に帯電させ、中心電極を正に帯電させた場合、正に帯電した分散相は、遠心力ばかりでなく、電気泳動力によっても内面に押し付けられ、サイクロン本体の下端で回収される。
【００１３】
こうして、この湿式サイクロン装置では、分散相を遠心力と電気泳動力とによって分級することができるため、単一のテーパ角度のサイクロン本体を用いながら、電界の付与によって分級精度を高めたり、電界の付与又は非付与によって分離径を変更したり、電界の付与又は非付与によって成分分離を実現することができる。
【００１４】
したがって、本発明の湿式サイクロン装置によれば、高い分級精度、分離径の変更又は成分分離を比較的簡易に実現することができる。この湿式サイクロン装置を用いれば、分級精度の向上及び成分分離の実現により、分散液の希釈、濃縮、ひいては分散液から分散媒の完全分離も行なうことができる。
【００１５】
本発明の湿式サイクロン装置では、電界の強さを変更可能であることが好ましい。電界の強さを変更することにより、分散相の部分分離効率を簡易に変更することができるからである。例えば、電界の強さを大きくすることにより、部分分離効率を高めることができ、高い分級精度を発揮することができる。また、中心電極や湿式サイクロンの内面に電気伝導性の高い材料を用いることでも部分分離効率を高めることができ、高い分級精度を発揮することができる。
【００１６】
なお、分散媒がアルコールのような非電解質である場合、アセチルアセトン等のような電解質又は電解質溶液を添加剤として分散液に添加することにより、上述の作用効果を得ることができる。また、添加剤としては、ポリカルボン酸等のような分散剤であってもよい。分散剤が分散相の分散を促すことにより、分散相の分級及びその分離を促進させることができるからである。
【００１７】
本発明の湿式サイクロン装置では、分散液の供給流量又は供給速度が変更可能であることもできる。湿式サイクロン装置に供給する分散液の供給流量や供給速度を変更することにより、高い分級精度、分離径の変更又は成分分離をより実現することができる。
【００１８】
なお、特開昭５９−１８３８４５号公報には、気体中に含まれる粒子にプラズマイオンを衝突させる乾式サイクロン装置が開示されている。この乾式サイクロン装置では、これにより粒子の分級精度等を向上させ得ると考えられる。しかし、かかる乾式サイクロン装置では、粒子が気体中に粒子群として存在しやすく、十分な分級精度等を期待できない。これに対し、本発明の湿式サイクロン装置では、粒子等の分散相が液体である分散媒中に分散されていることから、高い分級精度等を期待できる。
【００１９】
また、特開平７−２５６１４６号公報には、円筒管の一端に挿入した挿入針を一方の電極としており、円筒管の外周を他方の電極とした分級装置が開示されている。この分級装置では、粒子を含んだ気体を円筒管内に注入し、挿入針と円筒管との間に電界を付与することにより、粒子の分級を行い得ると考えられる。しかし、この分級装置はテーパ面による遠心力を利用できないことから十分な分級精度を期待できない。また、この分級装置においても、粒子が粒子群として存在しやすく、十分な分級精度を期待できない。これに対し、本発明の湿式サイクロン装置では、円錐台状の内面をもつサイクロン本体によってテーパ面による遠心力を利用できるとともに、粒子等の分散相が液体である分散媒中に分散されていることから、高い分級精度等を期待できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態１、２を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
（実施形態１）
実施形態１の湿式サイクロン装置では、図１に示すように、サイクロン本体１０を備えている。このサイクロン本体１０は下方を小径とした円錐台状の内面１０ｂをもっている。サイクロン本体の内面１０ｂの材質はカーボンであり、その外面１０ａの材質はアクリルである。サイクロン本体１０の上端側の側方には、内面１０ｂ内の遠心方向に向かって分散液を供給可能な供給口１２が設けられている。サイクロン本体１０の上端の中心には、分散液を排出可能な排出管２０が設けられており、排出管２０はサイクロン本体１０の内側から外側に延在している。サイクロン本体１０内の排出管２０の下端が排出口２０ａである。また、サイクロン本体１０の下端には、回収容器３０が設けられている。回収容器３０は上端に開口する回収口３０ａによってサイクロン本体１０の下端に接続されている。回収容器３０内の回収口３０ａ付近には、上端を頂点とする小型の円錐部材４０が設けられている。
【００２２】
この湿式サイクロン装置に外部にはポンプＰと制御装置ＣＳとが設けられている。ポンプＰは供給口１２と制御装置ＣＳとに接続されている。制御装置ＣＳがポンプＰの圧力を制御することにより、供給口１２に供給される分散液の供給流量や供給速度を変更できるようになっている。
【００２３】
この湿式サイクロン装置の特徴的な構成として、サイクロン本体１０内の中心には、外側からサイクロン本体１０の排出管２０の中心を経て、内面１０ｂと同心に延在する電極棒５０が設けられている。電極棒５０の一端は回収容器３０の回収口３０ａ付近まで延在しており、電極棒５０の他端は制御装置ＣＳに接続されている。この電極棒５０が中心電極である。また、サイクロン本体１０の内面１０ｂも制御装置ＣＳに接続されている。制御装置ＣＳによって、その内面１０ｂ及び電極棒５０に流れる電流及びその内面１０ｂと電極棒５０との間の電圧を制御することができるようになっている。
【００２４】
以上のように構成される湿式サイクロン装置では、制御装置ＣＳによってサイクロン本体１０の内面１０ｂ及び電極棒５０に流れる電流及びその内面１０ｂと電極棒５０との間の電圧を制御することにより、その内面１０ｂと電極棒５０との間に電界を付与することができる。これにより、その内面１０ｂに正の電荷を帯電させ、電極棒５０に負の電荷を帯電させ、その内面１０ｂと電極棒５０とをそれぞれ逆に帯電させることができる。
【００２５】
この状態の湿式サイクロン装置において、水を分散媒とし、この分散媒中にシリカ粒子を分散相として分散した分散液が供給口１２から供給される。ここで、分散液は制御装置ＣＳで制御されるポンプＰによって所定の供給流量及び供給速度で供給される。このため、シリカ粒子のうち大きい径の粒子（粗粒）は、自己の質量に基づく大きな遠心力によってサイクロン本体１０の内面１０ｂに押し付けられる。その際、分散液の供給流量又は供給速度によって分離径が決定されることとなり、分離径より大きい径が粗粒の径となる。また、分散液ではシリカ粒子が分散されており、シリカ粒子は、コロイド粒子として存在するため、分散液中において負の電荷によって帯電している。このため、シリカ粒子は、電気泳動力によっても内面１０ｂに押し付けられる。
【００２６】
こうして、この湿式サイクロン装置では、電気泳動力と自己の質量に基づく大きな遠心力との相乗効果によって、内面１０ｂに押し付けられたシリカ粒子が円錐台状の内面１０ｂ上を滑り落ちる。そして、その内面１０ｂを滑り落ちたシリカ粒子はサイクロン本体１０の下端の回収口３０ａから回収容器３０に回収される。
【００２７】
また、シリカ粒子のうち、分離径より小さい径の粒子（細粒）は、遠心力が小さいことからサイクロン本体１０の内面１０ｂには押し付けられ難く、順次供給される分散液によってサイクロン本体１０内を回転しながら下降し、円錐台の下端近くに達すると反転上昇する。その際、円錐部材４０によって、反転上昇するシリカ粒子と回収口３０ａから回収容器３０に回収されるシリカ粒子とが合流することを防止している。こうして、反転上昇したシリカ粒子はサイクロン本体１０の上端の排出口２０ａから排出管２０を経て排出される。
【００２８】
こうして、実施形態１の湿式サイクロン装置では、分散液から粗粒と細粒とを連続的に分級することが可能である。
【００２９】
他方、制御装置ＣＳを制御することにより、内面１０ｂに負の電荷を帯電させて、電極棒５０に正の電荷を帯電させることも可能である。この状態で分散液をサイクロン本体１０内に供給するのであれば、コロイド粒子として負に帯電するシリカ粒子は、遠心力に逆らう電気泳動力によって、内面１０ｂへ押し付けられ難くなり、サイクロン本体１０の下端で回収され難くなる。このため、シリカ粒子のうち分離径より大きい径の粒子（粗粒）のみが、自己の質量に基づく大きな遠心力によってサイクロン本体１０の内面１０ｂに押し付けられ、回収されることとなる。
【００３０】
こうして、実施形態１の湿式サイクロン装置では、シリカ粒子を遠心力と電気泳動力とによって分級することができるため、単一のテーパ角度のサイクロン本体１０を用いながら、電界の付与によって分級精度を高めたり、電界の付与又は非付与によって分離径を変更したり、電界の付与又は非付与によって成分分離を実現することができる。
【００３１】
また、実施形態１の湿式サイクロン装置では、制御装置ＣＳによって分散液の供給流量又は供給速度を変更することにより、シリカ粒子の分離径を変更することができる。
【００３２】
上述した湿式サイクロン装置において、シリカ粒子として、図２に示す粒度分布曲線で表される粒度分布特性によって分散液に分散されているものを用いる。そして、分散液の温度を３０（°Ｃ）、電極棒５０を直径３（ｍｍ）のカーボン製として、１時間当たりの分散液の供給流量を６００（ｌ／ｈｒ）としたとき、内面１０ｂと電極棒５０との間の電圧を０〜１００（Ｖ）まで変化させる。そのときの部分分離効率曲線を図３に示す。
【００３３】
また、上述した湿式サイクロン装置において、電極棒５０として、直径が１（ｍｍ）であるステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものをＡ、直径が３（ｍｍ）であるステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものをＢ、直径が３（ｍｍ）であるカーボン製のものをＣとして用意する。そして、１時間当たりの分散液の供給流量を６００（ｌ／ｈｒ）としたときの部分分離効率曲線を図４に示す。Ａを電極棒５０とする場合は、内面１０ｂ及び電極棒５０に流れる電流を４００（ｍＡ）、内面１０ｂと電極棒５０と間の電圧を１８０（Ｖ）とする。また、Ｂを電極棒５０とする場合は、内面１０ｂ及び電極棒５０に流れる電流を４００（ｍＡ）、内面１０ｂと電極棒５０と間の電圧を１３０（Ｖ）とする。さらに、Ｃを電極棒５０とする場合は、内面１０ｂ及び電極棒５０に流れる電流を５０（ｍＡ）、内面１０ｂと電極棒５０と間の電圧を１００（Ｖ）とする。
【００３４】
図３に示すように、内面１０ｂと電極棒５０との間の電圧を変更することにより、その間の電界の強さを簡易に変更することができる。こうして電界の強さを変更することにより、シリカ粒子の分離径を簡易に変更することができる。特に、電圧が高いほど部分分離効率曲線の傾斜が大きくなっている。このため、電圧を高め、内面１０ｂと電極棒５０との間の電界を大きくすれば、部分分離効率を高めることができ、高い分級精度を実現できることがわかる。
【００３５】
また、図４に示すように、ＡやＢの電極棒５０に比してＣの電極棒５０のように電気伝導性の高いものを用いることにより、部分分離効率曲線の傾斜を大きくできることがわかる。また、電極棒５０の直径を小さくして、電圧を高めることにより、部分分離効率曲線の傾斜を大きくできることがわかる。つまり、電極棒５０の材料を変更したり、電極棒５０の径や電圧を変更したりすることにより、部分分離効率を変更できることがわかる。
【００３６】
（実施形態２）
実施形態２の湿式サイクロン装置では、図１に示す制御装置ＣＳによって、内面１０ｂに負の電荷を帯電させ、電極棒５０に正の電荷を帯電させ、その内面１０ｂと電極棒５０とをそれぞれ逆に帯電させることができる。他の構成は実施形態１と同様である。
【００３７】
この状態の湿式サイクロン装置において、水を分散媒とし、この分散媒中に０．２（質量％）のＣｕ粒子を分散相として分散した分散液が供給口１２から供給される。なお、分散液には、分散剤として０．２（質量％）のポリカルボン酸も含まれている。ここで、分散液は制御装置ＣＳで制御されるポンプＰによって所定の供給流量及び供給速度で供給される。このため、Ｃｕ粒子のうち大きい径の粒子（粗粒）は、自己の質量に基づく大きな遠心力によってサイクロン本体１０の内面１０ｂに押し付けられる。その際、分散液の供給流量又は供給速度によって分離径が決定されることとなり、分離径より大きい径が粗粒の径となる。また、分散液ではＣｕ粒子が分散されており、Ｃｕ粒子は、コロイド粒子として存在するため、分散液中において正の電荷によって帯電している。このため、Ｃｕ粒子は、電気泳動力によっても内面１０ｂに押し付けられる。他の作用効果は実施形態１と同様である。
【００３８】
こうして、実施形態２の湿式サイクロン装置でも、Ｃｕ粒子を遠心力と電気泳動力とによって分級することができるため、単一のテーパ角度のサイクロン本体１０を用いながら、電界の付与によって分級精度を高めたり、電界の付与又は非付与によって分離径を変更したり、電界の付与又は非付与によって成分分離を実現することができる。
【００３９】
また、この湿式サイクロン装置でも、制御装置ＣＳによって分散液の供給流量又は供給速度を変更することにより、Ｃｕ粒子の分離径を変更することができる。
【００４０】
上述した湿式サイクロン装置において、Ｃｕ粒子として、図５に示す粒度分布曲線で表される粒度分布特性によって分散液に分散されているものを用いる。そして、分散液の温度を４０（°Ｃ）、電極棒５０を直径３（ｍｍ）のステンレス（ＳＵＳ３０４）製として、１時間当たりの分散液の供給流量を６００（ｌ／ｈｒ）としたとき、内面１０ｂと電極棒５０との間の電圧を０（Ｖ）又は２８（Ｖ）とする。そのときの部分分離効率曲線を図６に示す。
【００４１】
図６に示すように、内面１０ｂと電極棒５０との間の電圧を変更することにより、電界の強さが変更されることとなり、Ｃｕ粒子の分離径を簡易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係り、湿式サイクロンの断面模式図である。
【図２】実施形態１に係り、分散液中においるシリカ粒子の粒度分布曲線を示すグラフである。
【図３】実施形態１に係り、部分分離効率曲線を示すグラフである。
【図４】実施形態１に係り、他の部分分離効率曲線示すグラフである。
【図５】実施形態２に係り、分散液中においるＣｕ粒子の粒度分布曲線を示すグラフである。
【図６】実施形態２に係り、部分分離効率曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ｂ…内面
１０…サイクロン本体
５０…電極棒（中心電極）
【図１】
2004223462.tif 000003
【図２】
2004223462.tif 000004
【図３】
2004223462.tif 000005
【図４】
2004223462.tif 000006
【図５】
2004223462.tif 000007
【図６】
2004223462.tif 000008