(57)【要約】【課題】分離性能が向上し、しかもコストダウンを図ることが可能なサイクロンを提供する。【解決手段】チャンバー７内にはサイクロン１が設けられている。サイクロン１は、チャンバー７の上部セパレータ５を貫通して成る内筒２と、チャンバー７の下部セパレータ６を貫通して成る外筒３とを備え、内筒２と外筒３との重畳部の間には、内筒２の周りに巻き付く螺旋状の羽根４を設けて旋回流露を形成している。チャンバー７内に所定の圧力で導入されたオイルベーパーは、矢印ａで示すようにサイクロン１の上端より流入し、螺旋状の羽根４に沿って内筒１と外筒３との間を矢印ｂのように旋回しつつ流下する。このとき、オイルベーパーからオイルミストｍが遠心分離され、矢印ｃのように排出室Ｃへ滴下する。【選択図】　　　図１
2004081957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒とこれを取り囲む外筒とを備え、流入した流体を前記内筒と外筒が形成する環状流路を旋回しながら流下することにより、該流体中に浮遊する粒子を遠心分離するサイクロンにおいて、
前記内筒と外筒との間に螺旋状の羽根を設け、前記流体を該羽根に沿って該内筒の周りに旋回して流下するようにしたことを特徴とするサイクロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体からの液体又は固体粒子の分離、若しくは液体からの固体粒子の分離を行うサイクロンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体中に浮遊する粒子を分離するために、例えばサイクロンが用いられている。サイクロンは、流体の導入方法によって、ラジアルフロー式と軸流式に分類される。ラジアルフロー式は、流体を分離筒へノズルにより接線方向に流入させる方式である。一方、軸流式は、分離筒の流体流入部に複数の旋回羽根を設けた方式である。何れの方式も、分離筒内に流体の旋回流を生じさせ、粒子を分離するものである。サイクロンの特性は、後に詳細に記述するように、小型にすれば小型にするほど分離性能が高くなるので、大量の流体を処理する為に数百個から数千個配置する場合があり、単純で量産可能な構成が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサイクロンにおいては、流体の旋回流に均一性がなく、ノズル部もしくは旋回羽根部で最高流速となるが、その後は下流に行くに従い流速が低下することとなり、効果的な分離性能を持つことが出来ない。また、ラジアルフロー式の場合、ノズルは対象性の無い複雑な形状で量産化にほど遠い構成であり、一方、軸流式は複数の旋回羽根を内筒または外筒に取り付ける必要があり、同様に複雑な構成となっており、コストアップの要因となっている。また、旋回羽根を上下に複数段配置して遠心力の作用する時間を長くすれば、分離性能は向上するが、その構成はさらに複雑となるので、実際的でない。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、分離性能が高く、しかもコストダウンを図ることが可能な、サイクロンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、内筒とこれを取り囲む外筒とを備え、流入した流体を前記内筒と外筒が形成する環状流路を旋回しながら流下することにより、その流体中に浮遊する粒子を遠心分離するサイクロンにおいて、前記内筒と外筒との間に螺旋状の羽根を一回り以上巻き付け、前記流体をその羽根に沿ってその内筒の周りに旋回させるようにしたことを特徴とする。
螺旋状の羽根は次の特徴を有する。
１．旋回流は内筒、外筒、螺旋状の羽根の上流側下面と下流側上面で規定される流路を旋回しながら流下する。この結果、均一な流速の旋回流が得られ、サイクロンの性能が向上する。
２．螺旋状の羽根の長さを長くすれば分離時間が長くなり、サイクロン性能が向上する。
３．螺旋状の羽根に剛性を持たせれば、上流側一カ所と下流側一カ所を内筒に支持することで必要かつ十分な構成となる。（容易に組み立てることが出来る。）４．以上の構成から本発明のサイクロンは、単純な円筒の内筒と外筒、及び螺旋状の羽根で構成でき、量産化が従来のものに比し画期的に容易となる。この結果、製造コストの削減が達成できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。一般に、流体中での粒子の沈降には、ストークスの法則により、以下の式が成り立つ。
Ｖｐ＝αｆ・ｄｐ２・（ρｐ／ρｆ−１）／１８νｆ　　　　　　　（１）
但し、
Ｖｐ：粒子の沈降速度（ｍ／ｓ）
αｆ：流体の加速度（ｍ／ｓ２）
ｄｐ：粒子の直径（ｍ）
ρｐ：粒子の密度（ｋｇ／ｍ３）
ρｆ：流体の密度（ｋｇ／ｍ３）
νｆ：流体の動粘性係数（ｍ２／ｓ）
である。
【０００７】
ここで、サイクロンでの動作を考えると、Ｖｐは粒子の遠心方向の速度、αｆは流体の遠心方向の加速度となり、以下の式が成り立つ。
αｆ＝Ｒ・ωｆ２
ωｆ＝Ｖｆ／Ｒ
∴αｆ＝Ｖｆ２／Ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
但し、
Ｒ　：流体の平均回転半径（ｍ）
ωｆ：流体の回転角速度（ｒａｄ／ｓ）
Ｖｆ：流体の周方向速度（ｍ／ｓ）
である。
【０００８】
そして、式（１）に式（２）を代入し、粒子の直径ｄｐを求める形に書き直すと、
ｄｐ＝｛１８・Ｖｐ・νｆ・Ｒ／（ρｐ／ρｆ−１）｝１／２／Ｖｆ（３）となる。
【０００９】
一方、サイクロン内で流体が旋回する数を設定し、流体がサイクロンを通過する時間と粒子が内筒近傍から外筒へと遠心力により沈降する時間とを等しいとおくと、以下の式が成り立つ。
２π・Ｒ・Ｎ／Ｖｆ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｖｐ　　　　　　　　　　　（４）
但し、
Ｒ１：サイクロンの外半径（ｍ）
Ｒ２：サイクロンの内半径（ｍ）
Ｎ　：サイクロン内での旋回数（回）
上記を式（３）に組み込むと
ｄｐ＝（Ｋ・νｆ・Ｒ／Ｎ／Ｖｆ／（ρｐ／ρｆ−１））１／２　　　（５）
ここで、
Ｋ：常数（０．９６８８）
Ｒ２＝Ｒ１・１／２１／２
Ｒ＝３１／２／２／Ｒ１
を設計条件とした。
式（５）より、サイクロンの分離能力（分離可能な粒子径）は、サイクロンの流体の平均回転半径Ｒの平方根に比例し、旋回数Ｎと流体の旋回流速Ｖｆの平方根に反比例する。以上により、分離可能な粒子径を算出することが出来る。
【００１０】
図１、図２及び図３により本発明のサイクロンの一実施形態を説明する。図１はサイクロン１の働きを示す斜視断面図であり、図２はマルチサイクロンの正面断面図であり、図３はマルチサイクロンの平面断面図である。ここではオイルベーパーからオイルミストを分離する例について説明する。同図に示すように、複数のサイクロン１（ここでは１９個）が、チャンバー７内に収納されている。チャンバー７は、上部セパレータ５及び下部セパレータ６により、流入室Ａ，吐出室Ｂ及び排出室Ｃに分離されている。サイクロン１は、上部セパレータ５を貫通して成る内筒２と、下部セパレータ６を貫通して成る外筒３とを備え、同軸心の内筒２と外筒３との間の環状部に螺旋状の羽根４が設けられて、旋回流路を構成する。
【００１１】
なお、上部セパレータ５と内筒２との間、及び下部セパレータ６と外筒３との貫通部はシールされている。また、螺旋状の羽根４は外筒３側に支持固定される構成としても良い。さらに、螺旋状の羽根４の上端及び下端をそれぞれ軸方向外側に反らせた形状とすると、サイクロン１に流入／流出する流体の昇速／減速をよりスムーズとすることが出来、サイクロンによる圧損を低減できる。また、同図では螺旋状の羽根４は一枚となっているが、これを二枚にして二重螺旋構造としても良い。
【００１２】
チャンバー７下部と下部セパレータ６で構成される排出室Ｃには、サイクロン１で分離された粒子（オイルミスト）が滴下滞留され、排出管１３から排出される構成となっている。
【００１３】
さて、チャンバー７の流入室Ａに流入管１１から流入したオイルベーパーは、矢印ａで示すようにサイクロン１へその上端より流入し、螺旋状の羽根４に沿って内筒２と外筒３との間を矢印ｂのように旋回しつつ流下する。このとき、オイルベーパーからオイルミストｍが遠心分離され、矢印ｃのように排出室Ｃへ滴下する。オイルベーパーのサイクロン１内での旋回数は、羽根６により規定されているので、オイルミストｍを確実に分離することができる。
【００１４】
オイルベーパーからオイルミストｍが分離された後の残りの空気は、内筒２の下端で向きを転じ、矢印ｄで示すようにその内側を上昇する。そして、内筒２の上端より矢印ｅで示すように吐出室Ｂへ流出する。吐出室Ｂへ流入した空気は、吐出管１２より大気へ放出される（図示省略）。以上示したようなサイクロン１を、チャンバー内に所定数配設することにより、所望の処理能力を得ることができる。
【００１５】
ちなみに、本実施形態におけるサイクロンの数値例を以下に挙げておく。
2004081957.tif 000003
【００１６】
なお、本実施形態では、オイルベーパーからオイルミストを分離する例について示したが、これに限定されるものでは勿論なく、従来からの集塵装置としても使用可能であるし、その他、例えば蒸気と水の二相流から気液分離する装置としても使用可能である。また、懸濁液中の粒子を分離する装置としても使用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分離性能が向上し、しかもコストダウンを図ることが可能なサイクロンを提供することができる。
【００１８】
具体的には、一枚若しくは二枚の螺旋状の羽根を設けた構成とすることにより、流体流速の分布の均一化が効果的に図れる。これは旋回流路が内筒、外筒及び螺旋状の羽根で構成される為、流速を乱す要素がないためである。更に螺旋状の羽根の長さを長くするだけで、容易に分離時間を長く設定することができるので、分離性能が向上する。また、単純な形状の部品の採用、更に部品点数の減少及び組立時間の短縮を図ることができるので、コストダウンが可能となる。
【００１９】
さらに、螺旋状の羽根が内筒に巻き付く構成とすることができるので、支持構成が簡便となる。例えば、羽根の上端及び下端をそれぞれ内筒に支持もしくは接合するだけで固定することができる。その他、全体的に構成がシンプルとなるので、組立工数の低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサイクロンの一実施形態を示す斜視断面図。
【図２】本発明のマルチサイクロンの正面断面図。
【図３】本発明のマルチサイクロンの平面断面図。
【符号の説明】
１　　サイクロン
２　　内筒
３　　外筒
４　　螺旋状の羽根
５　　上部セパレータ
６　　下部セパレータ
７　　チャンバー
１１　　流入管
１２　　吐出管
１３　　排出管
【図１】
2004081957.tif 000004
【図２】
2004081957.tif 000005
【図３】
2004081957.tif 000006