(57)【要約】  本発明は、気体流から被分離材料を分離するサイクロンセパレータ（１）に関する。サイクロンセパレータは、セパレータチャンバ（２）、該セパレータチャンバに気体を供給する入口接続部（３）、および前記セパレータチャンバ（２）から気体を放出する放出接続部（４）を有する。前記セパレータチャンバ、入口接続部、および放出接続部は、中心軸と壁とを有する。サイクロンセパレータは、さらに、前記セパレータチャンバ（２）から分離された材料を放出するための分離開口（７）、ならびに前記入口接続部（３）および／またはセパレータチャンバ（２）内にあり、セパレータの前記壁（１１）の方に前記気体流を誘導する少なくとも一つのガイド翼（８ａ）を有する。前記ガイド翼は、第１の表面（１２）および該第１の表面と実質的に平行な長手軸と、前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、前記セパレータチャンバおよび／または前記入口接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、を有する。前記ガイド翼の第１の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向（１０）に対して、１乃至９０゜の角度（α）、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りに回転した状態で、あるいは同様の方法で配置される。また、本発明は、気体流から材料を分離する方法に関する。
2010528830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流から被分離材料を分離するサイクロンセパレータであって、
−セパレータチャンバ、
−該セパレータチャンバに気体を供給する入口接続部、
−前記セパレータチャンバから気体を放出する放出接続部であって、前記セパレータチャンバ、入口接続部、および放出接続部は、中心軸と壁とを有する、放出接続部、
−前記セパレータチャンバから分離された材料を放出するための分離開口、ならびに
−前記入口接続部および／またはセパレータチャンバ内にあり、当該サイクロンセパレータの前記壁の方に前記気体流を誘導する少なくとも一つのガイド翼、
を有し、
前記ガイド翼は、
第１の表面および該第１の表面と実質的に平行な長手軸と、
前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、前記セパレータチャンバおよび／または前記入口接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、
を有し、
前記ガイド翼の第１の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向に対して、１乃至９０゜の角度、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置されることを特徴とするサイクロンセパレータ。
【請求項２】
さらに、前記放出接続部に、前記セパレータチャンバから放出された気体流を直線化する少なくとも一つの直線化翼を有し、
該直線化翼は、
−第１の表面および該第１の表面に実質的に平行な長手軸と、
−前記直線化翼が、前記放出接続部の中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、前記放出接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、
を有し、
前記直線化翼の前記第１の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向に対して、０乃至９０゜の角度、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置されることを特徴とする請求項１に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項３】
前記第１の表面の前記角度は、可変式に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項４】
前記ガイド翼の第１の表面の前記角度は、前記気体流の主方向において増加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項５】
前記直線化翼の第１の表面の前記角度は、前記気体流の主方向において減少することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項６】
前記気体流の主方向に対する前記第１の表面の前記角度は、前記気体流の主方向に対して実質的に垂直な方向、すなわち前記半径方向において、少なくとも平均的に、可変に配置され、
前記角度は、前記中心軸に関して最大となり、当該サイクロンセパレータの前記壁に向かって平均的に減少することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項７】
前記翼の前記ベース部の第１の表面の大部分は、前記翼の外端での前記第１の表面よりも大きな角度となることを特徴とする請求項６に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項８】
さらに、中心素子を有し、
該中心素子は、前記入口接続部および／またはセパレータチャンバの中心軸と実質的に関連するように配置され、
前記気体流は、前記中心軸から遠ざかり、当該サイクロンセパレータの前記壁に向かうように誘導されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項９】
さらに、中心素子を有し、
該中心素子は、前記放出接続部の中心軸と実質的に関連するように配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項１０】
前記中心素子は、前記セパレータチャンバの前記中心軸に関して、少なくとも円柱状であることを特徴とする請求項８または９に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項１１】
前記ガイド翼および／または直線化翼の少なくとも一部は、前記中心素子に関連して、それぞれのベース部に配置されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項１２】
サイクロンセパレータにおいて気体流から材料を分離する方法であって、
−被分離材料を含む気体が、前記サイクロンセパレータの入口接続部を介して、セパレータチャンバまで誘導されるとともに、
−前記気体は、前記入口接続部および／またはセパレータチャンバに配置された少なくとも一つのガイド翼によって、前記サイクロンセパレータの前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸から、壁に向かって誘導され、
前記ガイド翼は、
第１の表面および該第１の表面と実質的に平行な長手軸と、
前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸に関連して配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、半径方向に配置され、前記サイクロンセパレータの前記壁に向かって突出する、ベース部と、
を有し、
前記材料が分離された前記気体は、前記放出接続部を介して、前記サイクロンセパレータの前記セパレータチャンバから放出され、
前記分離された材料は、前記サイクロンセパレータの前記セパレータチャンバに配置された前記分離開口を介して放出され、
前記ガイド翼の第１の表面の少なくとも一部を、前記気体流の主方向に対して、１乃至９０゜の角度、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置することにより、前記気体は、前記サイクロンセパレータの壁に向かって誘導されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記第１の表面の角度は、可変式に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記気体流の主方向に対する前記第１の表面の角度は、前記気体流の主方向に対して実質的に垂直な方向、すなわち半径方向において、少なくとも平均的に変化するように配置され、
前記角度は、前記中心軸に関して最大となり、前記サイクロンセパレータの壁に向かって平均的に減少することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記サイクロンセパレータの中心軸での流れは、中心素子を用いることにより、抑制または低減されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
セパレータチャンバを有するサイクロンセパレータにおいて粒子の分離を助長する方法であって、
粒子を含む気体流が、第１の端部に配置された入口接続部を介してセパレータチャンバに誘導され、
前記粒子を含む気体流は、前記入口接続部または前記セパレータチャンバに配置された、少なくとも一つのガイド翼の表面に沿って誘導され、これにより、前記気体流には、前記セパレータチャンバの他の端部に向かう動きが導入され、前記粒子は、前記サイクロンセパレータの外壁に向かって誘導され、
気体流は、前記サイクロンセパレータの他の端部に配置された前記放出接続部を介して、前記セパレータチャンバから排出され、
前記サイクロンセパレータの中心部近傍で、前記ガイド翼の表面に当たった粒子は、前記サイクロンセパレータの外壁に向かって、サイクロンセパレータの前記中心部からさらに遠いガイド翼に当たる粒子よりも大きな角度で移動するように誘導されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の独立請求項の前提部に示すサイクロンセパレータおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロンセパレータは、気体物質から水滴等の不純物が分離される、いくつかの産業用プロセスにおいて重要である。サイクロンセパレータは、吸音性を維持するサイレンサの前段のプロセスに配置することができる。
【０００３】
例えば、登録実用新案ＦＩ２２４２には、例えば、水滴、スプレー、および他の同様の不純物のような粒子を気体流から分離するサイクロンセパレータが示されている。セパレータは、セパレータチャンバ内で純化される気体を供給する供給チャネルと、気体流から粒子を分離するセパレータチャンバとを有し、セパレータチャンバの直径は、供給チャネルの直径よりも大きい。また、サイクロンセパレータは、気体放出チャネルと、粒子放出チャネルとを有する。さらに、サイクロンセパレータは、供給チャネル内に配置された翼群を有し、気体流に渦の動きが導入される。また翼群は、気体放出チャネル内に配置され、ここで、渦の動きを有する気体流が直線化される。
【０００４】
従来のサイクロンセパレータの持つ一つの問題は、入口接続部の中心軸において、セパレータチャンバに導入した粒子がセパレータチャンバの壁まで移動する距離は、既に壁の近傍の入口接続部に存在する粒子が移動する距離よりも長いことである。このため、中心軸に侵入した一部の粒子には、セパレータチャンバの壁に衝突する十分な時間がなく、これらの粒子は、いかなる分離も生じずに、サイクロンセパレータを通過してしまう。分離処理は、翼の角度を大きくすることにより改善され、この場合、粒子の大部分がセパレータの壁に衝突し、気体流から分離されるようになる。しかしながら、翼の角度を大きくすることによって圧力低下が大きくなると言う問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術において見られる前述の問題の一部を抑制または完全に排除することである。
【０００６】
本発明のある目的は、サイクロンセパレータにおける被分離材料の分離を改善する解決法を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、気体およびそれに含まれる被分離材料が、セパレータの中心軸で、サイクロンセパレータを通過することを抑制または防止することである。
【０００８】
また本発明の一つの目的は、セパレータの分離効率に相関する圧力低下を抑制することである。
【０００９】
前述のおよび他の目的を達成するため、本発明では、添付の独立請求項の特徴的部分に示された特徴を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
気体流から被分離材料を分離する、本発明による典型的なサイクロンセパレータは、
−セパレータチャンバ、
−該セパレータチャンバに気体を供給する入口接続部、ならびに
−前記セパレータチャンバから気体を放出する放出接続部であって、前記セパレータチャンバ、入口接続部、および放出接続部は、中心軸と壁とを有する、放出接続部、
を有する。
【００１１】
また、当該サイクロンセパレータは、
−前記セパレータチャンバから分離された材料を放出するための分離開口、ならびに
−前記入口接続部および／またはセパレータチャンバ内にあり、当該サイクロンセパレータの前記壁の方に前記気体流を誘導する少なくとも一つのガイド翼、
を有する。
【００１２】
前記ガイド翼は、
第１の表面および該第１の表面と実質的に平行な長手軸と、
前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、前記セパレータチャンバおよび／または前記入口接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、
を有する。
【００１３】
前記ガイド翼の第１の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向に対して、１乃至９０゜の角度、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置される。
【００１４】
サイクロンセパレータにおいて気体流から材料を分離する、本発明による典型的な方法では、
−被分離材料を含む気体が、前記サイクロンセパレータの入口接続部を介して、セパレータチャンバまで誘導されるとともに、
−前記気体は、前記入口接続部および／またはセパレータチャンバに配置された少なくとも一つのガイド翼によって、前記サイクロンセパレータの前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸から、壁に向かって誘導され、
前記ガイド翼は、
第１の表面および該第１の表面と実質的に平行な長手軸と、
前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸に関連して配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、半径方向に配置され、前記サイクロンセパレータの前記壁に向かって突出する、ベース部と、
を有し、
前記材料が分離された前記気体は、前記放出接続部を介して、前記サイクロンセパレータの前記セパレータチャンバから放出され、
前記分離された材料は、前記サイクロンセパレータの前記セパレータチャンバに配置された前記分離開口を介して放出され、
前記ガイド翼の第１の表面の少なくとも一部を、前記気体流の主方向に対して、１乃至９０゜の角度、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置することにより、前記気体は、前記サイクロンセパレータの壁に向かって誘導される。
【００１５】
本願において示された本発明の異なる実施例および特徴は、明確に記載されていない場合であっても、可能な場合、本発明によるサイクロンセパレータ、および気体流から材料を分離する方法の両方に関する。
【００１６】
本発明の好適実施例では、サイクロンセパレータの壁に気体流を誘導することは、特に、セパレータチャンバの壁に誘導することを意味するが、ある実施例では、気体流は、入口接続部の壁に向かって誘導されても良い。
【００１７】
サイクロンセパレータが、入口接続部および／またはセパレータチャンバに、少なくとも一つのガイド翼を有することは、入口接続部またはセパレータチャンバのいずれかに少なくとも一つの翼が配置されること、あるいは入口接続部とセパレータチャンバの両方に同時に少なくとも一つの翼が配置されることを意味する。後者の場合、ガイド翼は、少なくとも一部が入口接続部からセパレータチャンバの方に延伸する。また、複数のガイド翼は、入口接続部および／またはセパレータチャンバに配置されても良い。通常、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個のガイド翼が存在し、より典型的には、２乃至１２個のガイド翼、より好ましくは、４乃至１０個のガイド翼が存在する。
【００１８】
入口接続部、セパレータチャンバ、および放出接続部の中心軸は、仮想的なものであっても良く、すなわち、中心軸は、必ずしも実際の物理的構造である必要はない。入口接続部、セパレータチャンバ、および放出接続部の中心軸は、類似および一致していること、すなわちこれらは、平行であり、同一の仮想線上にあることが好ましい。
【００１９】
また本発明のある実施例では、サイクロンセパレータは、放出接続部に、セパレータチャンバから放出される気体流を直線化する少なくとも一つの直線化翼を有する。通常、放出接続部には、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個の直線化翼が配置される。放出接続部に直線化翼を配置することにより、セパレータの後ろの放出チャネルシステムにおいて、セパレータから放出される気体の渦が抑制される。
【００２０】
本発明の好適実施例では、直線化翼は、
−第１の表面および該第１の表面に実質的に平行な長手軸と、
−前記直線化翼が、前記放出接続部の中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第１の表面および前記長手軸は、前記放出接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、
を有する。
【００２１】
直線化翼の第１の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向に対して、０乃至９０゜の角度、好ましくは５乃至７０゜の角度、より好ましくは１０乃至６０゜の角度で、前記長手軸の周りに回転した状態で、あるいは同様の方法で配置される。
【００２２】
また、直線化翼は、全体または一部が、放出接続部の近傍のセパレータチャンバの側に配置されても良い。実際には、本願において、直線化翼は、セパレータチャンバの中心線の後方の、セパレータチャンバの放出接続部の側にある部分において、気体流の主方向に配置された翼として定められる。これに対して、ガイド翼は、セパレータチャンバの中心線の前段の、セパレータチャンバの入口接続部の中心軸の側にある部分において、気体流の主方向に配置された翼として定められる。
【００２３】
また本願において、ガイド翼または直線化翼は、通常、翼とも称される。通常、翼は、例えば、鋼板のような金属板からなる平坦材料で、またはガラス繊維のような板状複合材料で形成される。翼は、気体流と衝突するように配置された第１の端部と、この第１の端部に垂直な第２の端部とを有する。翼は、サイクロンセパレータの中心軸に関連して、その基部に配置され、翼の外端部は、基部もしくはその近傍の反対にあり、またはサイクロンセパレータの外壁に関連している。
【００２４】
翼の第１の表面の角度は、入口接続部および放出接続部の翼の間で、必ずしも同一である必要はなく、すなわちガイド翼と直線化翼との間で、異なっていても良いことは明らかである。
【００２５】
本願において、被分離材料または粒子は、例えば、水滴および水滴に含まれる不純物、ダスト、繊維、ならびに／または他の固体状粒子を表す。
【００２６】
ガイド翼および直線化翼の第１の表面は、主に気体流が衝突する表面を表し、この表面の主要目的は、気体流を前記表面によって定められた方向に偏向させ、誘導することである。
【００２７】
サイクロンセパレータの壁に向かうように気体流を誘導する目的は、セパレータチャンバにおいて、気体流に渦の動きを導入することである。気体が壁の近くで渦化すると、遠心力により、被分離材料が気体から分離される。
【００２８】
気体の動きが乱流であり、特に乱流がセパレータチャンバ内で意図的に生じる場合であっても、通常、気体流の主方向は、気体が進行するように向けられた方向を意味する。この方向は、しばしば、セパレータチャンバを介して、実質的に入口接続部の方向から放出接続部の方向に向かう方向である。本発明の大部分の実施例では、気体流の主方向は、入口接続部から放出接続部に向かうセパレータチャンバの中心軸の方向と同じである。
【００２９】
本発明のある好適実施例では、本発明によるサイクロンセパレータは、液滴セパレータとして使用される。本発明によるサイクロンセパレータは、例えば、加工産業の気体からの水分の除去に適しており、紙およびパルプ産業において生じる放出気体からの水分の除去に特に適している。本発明によるサイクロンセパレータは、製紙機械の湿式端部、例えば配線または圧縮区画に対応して配置されることが特に好ましい。湿式端部から放出される空気は、水滴および水分を有し、これらは、繊維、フィラー粒子、および他の不純物を含む。これらの不純物は、本発明により、空気から容易に分離することができる。本発明によるサイクロンセパレータの利点は、動作の信頼性であり、すなわちこれらは、従来の積層セパレータとは異なり、簡単に目詰まりを起こすことはなく、寸法が極めてコンパクトで、これらを他の加工装置に対応付けて配置することが容易となる。
【００３０】
セパレータチャンバは、例えば、円柱状、矩形状プリズム等の形状であっても良い。この直径は、例えば、これに接続される入口接続部の直径、および／またはこれに接続される放出接続部の直径と等しくても良い。セパレータチャンバの直径は、入口接続部および／または放出接続部の直径よりも大きいことが好ましい。セパレータチャンバの直径は、通常、０．３乃至３ｍであり、より一般的には、０．５乃至２．５ｍであり、さらに一般的には０．８乃至２．２ｍである。
【００３１】
入口接続部は、入口開口の少なくとも端部を有し、これに関連して、気体入口チャネルが配置されても良い。同様に、放出接続部は、放出開口の少なくとも端部を有し、これに関連して、セパレータチャンバから気体を放出するための、気体放出チャネルの開口が配置されても良い。また入口開口は、入口開口に加えて、入口開口の前段に配置された壁を有しても良く、放出開口は、放出開口の後段に配置された壁を有しても良い。この場合、入口接続部および／または放出接続部は、例えば同様の円柱状、矩形プリズム等の形態で、相互に独立していても良い。入口および／または放出接続部は、セパレータチャンバから分離するように配置されても良く、あるいは、これらは、セパレータチャンバと一体化されても良い。入口および／または放出接続部の直径は、通常、０．２５乃至２．５ｍであり、より一般的には０．４乃至２ｍであり、さらに一般的には０．６乃至１．８ｍである。入口および放出接続部の直径は、同じ寸法である必要はなく、入口接続部の直径は、放出接続部の直径よりも大きくても良い。また、入口接続部の全長は、放出接続部の全長とは異なる寸法を有しても良い。
【００３２】
サイクロンセパレータの全長は、通常、その中心軸の方向において、０．６乃至６ｍであり、より一般的には、１．０乃至５．０ｍであり、更に一般的には１．５乃至４．５ｍである。
【００３３】
入口接続部および／またはセパレータチャンバおよび／または放出接続部に関して、２以上の翼が配置されることが好ましく、これは、例えば２乃至１５個または４乃至１０個である。
【００３４】
本発明のある実施例では、翼の第１の表面の角度は、可変となるように配置される。これは、第１の表面のある第１の部分では、翼の角度は、気体流の主方向に対してある大きさを有し、第１の表面の第２の部分では、翼の角度が他の大きさであり、すなわち第１の角度とは異なることを意味する。本発明のある実施例では、ガイド翼の角度は、通常、翼のベース部から、その外端部に向かって減少する。同様に、直線化翼の角度は、気体流の主方向において、通常、第１の端部から第２の端部に向かって増加する。
【００３５】
翼は、前記角度で配置されても良く、例えば、回転、ねじれ、湾曲、成形された形状であっても良い。翼は、該翼を回転またはねじることにより、角度が可変に配置されることが好ましい。これは、容易であり、経済的であるからである。
【００３６】
可変角度は、例えば、第１の表面を有限数の角度で折り曲げることにより、あるいは第１の表面を、折り部が認められず、平滑に変化するように配置させることにより、形成されても良い。本発明の実施例では、翼は、１または２以上の不連続性を有するよう、すなわち折り曲げて配置され、これにより翼の第１の表面の角度が変化する。
【００３７】
本発明の実施例は、セパレータチャンバを有するサイクロンセパレータにおいて粒子の分離を助長する方法に関し、この方法では、
粒子を含む気体流が、第１の端部に配置された入口接続部を介してセパレータチャンバに誘導され、
前記粒子を含む気体流は、前記入口接続部または前記セパレータチャンバに配置された、少なくとも一つのガイド翼の表面に沿って誘導され、これにより、前記気体流には、前記セパレータチャンバの他の端部に向かう動きが導入され、前記粒子は、前記サイクロンセパレータの外壁に向かって誘導され、
気体流は、前記サイクロンセパレータの他の端部に配置された前記放出接続部を介して、前記セパレータチャンバから排出され、
前記サイクロンセパレータの中心部近傍で、前記ガイド翼の表面に当たった粒子は、前記サイクロンセパレータの外壁に向かって、サイクロンセパレータの前記中心部からさらに遠いガイド翼に当たった粒子よりも大きな角度で移動するように誘導される。気体流には、少なくとも一つのガイド翼により、セパレータチャンバの他の端部に向かって、渦の動きが導入されることが好ましい。
【００３８】
本発明のある実施例では、ガイド翼の第１の表面の角度は、気体流の主方向、すなわち、翼の長手軸に対して垂直な方向で増加する。これは、気体が主方向に移動した際に、気体は、まず、気体流の主方向に対してある角度で、翼の第１の表面の第１の部分に当たることを意味する。気体が、その主方向において、すなわち主としてセパレータチャンバの中心軸の方向において、翼の第１の表面に沿って移動すると、第１の表面の角度は、徐々に、または例えば折り部で、ステップ状に増加する。
【００３９】
本発明のある実施例では、直線化翼の第１の表面の角度は、気体流の主方向で減少する。通常、これは、直接入口接続部から放出接続部を通る方向に対する第１の表面の角度を意味する。そのような場合、直線化翼は、セパレータチャンバからの乱流の放出気体流を直線化し、流れを放出接続部および／またはセパレータチャンバの中心軸に対して平行にする。
【００４０】
また直線化翼の第１の表面の角度は、ゼロであることが好ましく、この場合、翼の第１の表面は、気体流の主方向と平行である。翼の全表面は、同じ角度であっても良く、あるいは角度は、第１の表面のある部分におけるゼロから、別の部分で増加するような、可変状態であっても良い。
【００４１】
本発明のある実施例では、気体流の主方向に対するガイド翼の第１の表面の角度は、気体流の主方向に対して実質的に垂直な方向、すなわち半径方向において、少なくとも平均的に可変となるように配置され、角度は、中心軸に対応して最大となり、サイクロンセパレータの壁に向かって、平均的に減少する。この特性により、中心軸に関連してセパレータチャンバに導入された粒子は、セパレータチャンバに導入された際に、既に壁の近傍にある粒子よりも強い力で、壁に向かって誘導される。これは、翼の同じ表面角度が、翼のベース部および翼の外端部で、表面積の異なる割合を網羅することを意味する。例えば、翼のベース部の大部分は、翼の外端部よりも大きな角度であることが好ましい。また、直線化翼の角度は、同様に、半径方向において、平均的に可変になるように配置されても良い。
【００４２】
また本発明のある実施例では、サイクロンセパレータは、第１の中心素子を有し、この中心素子は、入口接続部および／またはセパレータチャンバの中心軸に実質的に関連して配置され、気体流は、中心軸から離れ、サイクロンセパレータの壁に向かうように誘導される。従って、中心素子を使用することにより、サイクロンセパレータの中心軸における流れが抑制され、あるいは減少する。第１の中心素子は、円錐状に配置されても良く、この場合、これは、気体流の主方向において、ガイド翼に向かって広がる。中心素子の拡大形状は、サイクロンセパレータの中心軸から外壁に向かって、気体流を遠ざけるように誘導し、これにより、気体流の誘導が助長される。これに対して、ガイド翼の後段では、第１の中心素子は、円錐型のテーパ状に配置され、流れ状態が最適化される。
【００４３】
また本発明のある実施例では、サイクロンセパレータは、第２の中心素子を有し、この中心素子は、実質的に放出接続部の中心軸に関連して配置される。１または２以上の直線化翼は、放出接続部の第２の中心素子に取り付けられても良く、あるいは第２の中心素子に関連して配置されても良い。中心素子の形状は、気体流の主方向において、テーパ状に配置されても良い。テーパ化は、例えば、中心素子の円錐形により、気体流が中心軸に戻るように誘導され、これにより流れの断面において、気体流が均質化される。
【００４４】
入口および放出接続部の双方が、相互に別々の中心素子を有しても良い。また、入口接続部および／または放出接続部の中心素子は、セパレータチャンバ内に配置された中心素子と一体化された単一片を形成しても良く、および／または相互に一体化されても良い。この場合、一つの一体化中心素子は、セパレータチャンバを介して、中心線に沿って、入口接続部から放出接続部まで延伸する。
【００４５】
本発明のある実施例では、中心素子は、少なくともセパレータチャンバの中心軸に関して、円柱状である。円柱状中心素子は、セパレータチャンバの中心軸に関連した、気体の侵入を抑制することができ、さらには気体を強制的にセパレータチャンバの壁に向かうようにすることができる。円柱状中心素子は、例えば、管状であっても良い。
【００４６】
本発明のある実施例では、ガイド翼および／または直線化翼の少なくとも一部は、中心素子に関連して、ベース部に配置される。例えば、翼は、溶接により、中心素子に固定されても良い。
【００４７】
本発明の利点は、サイクロンセパレータでの被分離材料の分離が改善されることである。
【００４８】
本発明のある利点は、セパレータの中心軸において、サイクロンセパレータを通る気体および該気体に含まれる被分離材料が通過することを有意に抑制し、またはこれを防止することが可能になることである。
【００４９】
本発明の別の有意な利点は、分離効率に関係する圧力低下を抑制することができることである。
【００５０】
本発明によるサイクロンセパレータは、被分離材料を気体流から分離する方法に使用されることが好ましい。従属請求項に記載の解決法、および図に示した一例の内容の解決法は、前記方法での使用にも適している。
【００５１】
通常、サイクロンセパレータは、垂直に使用されるように配置され、これにより、入口接続部は、放出接続部の下側に配置される。被純化気体流は、底部からサイクロンセパレータに導入され、この被純化気体流は、サイクロンセパレータの上部から放出される。サイクロンセパレータが水平使用にも適していることは、明らかである。
【００５２】
本発明の好適実施例では、セパレータチャンバに、少なくとも一つの分離開口が配置され、この分離開口を介して、被純化気体から分離された材料が放出される。分離開口は、セパレータチャンバの壁の適当な位置に配置されても良い。分離開口の直径は、通常、入口接続部の直径および／または放出接続部の直径よりも有意に小さく、通常、約０．０７乃至０．１５ｍである。サイクロンセパレータが垂直位置に、すなわちセパレータチャンバの底部に垂直に、取り付けられるように設計される場合、セパレータチャンバの底部に放出シュートが配置され、分離開口は、この放出シュートに配置される。この場合、被分離材料は、セパレータチャンバの壁に沿って、放出シュートまで移動し、ここから、放出開口を介して放出される。また放出シュートは、水平サイクロンセパレータの底部に配置されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来のサイクロンセパレータを示した図である。
【図２】本発明の第１の実施例によるサイクロンセパレータを示す図である。
【図３ａ】サイクロンセパレータの管状入口接続部の断面図およびガイド翼の斜視図である。
【図３ｂ】矢印ｄの方向から見たときの、図３ａに示した状態を示す図である。
【図４ａ】サイクロンセパレータの管状入口接続部の断面図およびガイド翼の斜視図である。
【図４ｂ】矢印ｄの方向から見たときの、図４ａに示した状態を示す図である。
【図５ａ】サイクロンセパレータの管状入口接続部の断面図およびガイド翼の斜視図である。
【図５ｂ】矢印ｄの方向から見たときの、図５ａに示した状態を示す図である。
【図６ａ】気体流の主方向において、ガイド翼の第１の表面の角度の変化を示す図である。
【図６ｂ】半径方向におけるガイド翼の第１の表面の角度の平均的な変化を示す図である
【図７ａ】本発明の第２の実施例によるサイクロンセパレータの斜視図である。
【図７ｂ】本発明のある実施例によるサイクロンセパレータを示す図であり、放出接続部に直線化翼が設置された図である。
【図８】図７ａおよび７ｂに示したような、入口接続部に配置された、いくつかの翼および中心素子を示す図である。
【図９】本発明の実施例による翼の角度の変化を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、添付の概略的な図面を参照して、本発明について詳しく説明する。
【００５５】
図１には、従来のサイクロンセパレータ９１を示す。このサイクロンセパレータは、気体供給チャネル９５と、気体放出チャネル９６と、両者の間のセパレータチャンバ９２とを有し、このセパレータチャンバは、粒子用の放出チャネル９７を有する。矢印１００は、気体の流れ方向を示している。送り込み側のガイド翼９８は、供給開口９３と関連するように配置され、このガイド翼は、被純化気体に渦の動きを導入するように設計される。放出側の翼群９９は、放出開口９４と関連するように配置され、これらの翼は、セパレータチャンバ９２からの流れを直線化するように設計される。
【００５６】
図２には、本発明の第１の実施例によるサイクロンセパレータ１を示す。矢印１０は、入口チャネル５、セパレータチャンバ２、および放出チャネル６内の気体流の主方向を示している。サイクロンセパレータ１は、入口接続部３を有し、これを介して、被純化気体は、セパレータチャンバ２に供給される。入口接続部３と関連して、ガイド翼８ａが配置され、この例では、ガイド翼の第１の表面１２は、気体流の主方向１０に対して約４５゜の角度αで配置される。この例では、気体流の主方向１０は、入口接続部３およびセパレータチャンバ２の共通中心軸１３の方向と実質的に等しい。ガイド翼８ａの目的は、セパレータチャンバ２に供給される気体流を主方向１０から偏向させることであり、これにより、気体流の少なくとも一部は、セパレータチャンバ２の壁１１に向かって誘導される。同時に、気体流には、セパレータチャンバ２内で、渦の動きが導入される。気体が壁１１の近傍で渦化すると、水滴または粒子のような被分離材料は、遠心力により気体から分離される。この材料は、分離開口７を介して放出される。気体は、セパレータチャンバ２から、放出接続部４を通り、その後、さらに放出チャネル６を介して放出される。
【００５７】
図３ａ、４ａ、５ａには、気体流の主方向に対して垂直な方向における、サイクロンセパレータの管状入口接続部３の断面の一例を示す。図３ａ、４ａ、５ａでは、気体流の方向は、紙面を介して観者から垂直である。図３ｂ、４ｂ、５ｂには、ガイド翼８ａの斜視図が示されている。図３ｂ、４ｂ、５ｂには、矢印ｄの方向から見たときの、管状入口接続部の上部の図３ａ、４  ａ、５  ａに示した状態が示されている。これらの例の目的は、本願における、気体流の主方向１０に対するガイド翼８ａの第１の表面の角度の意味を説明することである。この例では、翼８ａは、均一な板状および直線状であり、中心軸に対応する配置で、ベース部９で、中心素子１５ａに取り付けられている。中心素子は、図３ｂ、４ｂ、５ｂには示されていない。翼８ａの長手軸１８は、入口接続部３の半径方向に平行に配置され、すなわち中心素子１５ａから入口接続部３の壁に向かって垂直に配置される。図３ａおよび３ｂでは、翼８ａの第１の表面１２は、気体流の主方向１０に対して９０゜の角度で配置され、すなわち図３ａにおいて、第１の表面１２は、紙面と平行である。図４ａおよび４ｂでは、翼８ａは、図３ａおよび３ｂの位置から、長手軸１８の周りに４５゜だけ回転しており、この場合、第１の表面１２の角度αは、気体流の主方向１０に対して４５゜である。図５ａおよび５ｂでは、翼８ａは、図３ａおよび３ｂの位置から、長手軸１８の周囲に９０゜だけ回転しており、この場合、気体流の主方向１０に対する第１の表面１２の角度は、ゼロであり、すなわち第１の表面１２は、気体流の方向と平行である。
【００５８】
図６ａには、角度の変化が表す意味を示す。この特定の場合、ガス流の主方向１０において、中心素子１５に取り付けられたガイド翼の第１の表面１２ａ、１２ｂの角度が増加している。気体が主方向１０に移動すると、まず気体は、気体流の主方向１０に対してある角度で、例えば１０゜で、翼の第１の部分１２ａに当たる。主方向１０において、翼の第１の表面の第１の部分１２ａに沿って、気体が移動すると、第１の表面の角度は、折り部１９、特に位置１９ａで増加し、これにより、気体流の主方向１０に対する第２の部分１２ｂの角度は、第１の部分１２ａの角度よりも大きくなる。第２の部分１２ｂの角度は、例えば、４０゜であっても良い。
【００５９】
図６ｂには、気体流の主方向に対して実質的に垂直な方向、すなわち半径方向における、ガイド翼の第１の表面１２ａ、１２ｂの角度の平均的な変化によって生じる状態を示す。この例では、気体流の主方向１０に対する第１の部分１２ａの角度は、第２の部分１２ｂの角度よりも小さい。翼のベース部１２ｂ’の大部分は、気体流の主方向１０に対して大きな角度であり、少しの部分１２ａ’だけが小さな角度となる。翼の長手軸１８の方向、すなわちサイクロンセパレータの半径方向から見たとき、翼１２ａ”の外側端部の大部分は、小さな角度となり、少しの部分１２ｂ”のみが、気体流の主方向１０に対して大きな角度となる。本願では、この特性は、第１の表面１２ａ、１２ｂの角度が、中心軸１３に対して平均的に最大となり、サイクロンセパレータの壁に向かって、すなわち翼の長手軸の方向において、平均的に減少すると記載される。
【００６０】
図７ａには、本発明の第２の実施例によるサイクロンセパレータ１の斜視図を示す。サイクロンセパレータ１の入口接続部３には、ガイド翼８ａが提供される。中心素子１５は、円柱形状である。これは、セパレータチャンバ２の中心軸に関連して配置され、実質的に入口接続部３から放出接続部４に向かって延在する。中心素子１５は、セパレータチャンバ２の中心軸に対応する気体の流れを抑制し、従って気体流は、強制的にセパレータチャンバ２の壁１１に近づけられる。ガイド翼８ａは、ベース部９により、中心素子１５ａに取り付けられる。これらのベース部分に取り付けられた位置から、翼８ａは、中心素子１５ａの方向に対して、実質的に垂直に突出し、中心軸の方向は、サイクロンセパレータの壁１１の方に向かう。翼８ａの第１の表面１２の角度は、可変状態で配置され、この角度は、気体流の主方向１０において増加し、換言すれば、翼の横方向において増加する。翼８ａの第１の表面１２は、２つの折り部１９、２０を有し、これらは、第１の表面を３つの部分１２ａ、１２ｂ、１２ｃに分割する。折り部の数は、異なっていても良く、例えば１、３、４、５またはそれ以上であっても良い。また、第１の表面の角度の変化は、少なくとも一部が連続的になり、いかなる明確な折り部も生じなくなるように配置されても良い。この例では、気体流の主方向１０に対する第１の部分１２ａの角度は、小さく、約５゜である。第２の部分１２ｂの角度は、約２５゜であり、第３の部分１２ｃの角度は、４５゜である。入口接続部３に関連して、中心素子１５ａは、円錐状であり、気体流の主方向１０において、広くなるように配置される。円錐形状は、中心軸からサイクロンセパレータの壁１１に向かって、気体流を遠ざけるように誘導する。破線で示された矢印３０は、ガイド翼８ａが気体流を壁１１の方に誘導する状態を示している。中心素子１５ｂは、放出接続部４では円錐であり、気体流の主方向１０においてテーパ化され、これにより、放出接続部４の中心軸１４に対応した気体流の流れが助長され、さらには流れの断面において、気体流の均一化が助長される。
【００６１】
図７ｂには、本発明のある実施例によるサイクロンセパレータを示す。この放出接続部には、直線化翼８ｂが提供される。翼の目的は、セパレータチャンバ２から放出される乱流気体流を直線化することである。
【００６２】
図８には、入口接続部に配置された、図７ａ、７ｂと同様のいくつかの翼、および中心素子を示す。この図は、入口接続部の壁の、中心素子１５、１５ａおよび中心軸に向かう、半径方向に平行な方向から見たときのものである。図８において、ガイド翼の角度は、図７ａおよび７ｂとは異なる方向において、可変となるように配置される。図８の翼は、気体流を反時計方向に誘導するが、図７ａおよび７ｂのガイド翼は、時計方向に誘導する。
【００６３】
図９には、本発明の実施例における翼の角度の変化を概略的に示す。中心素子１５には、ガイド翼１２が取り付けられ、この翼に、折り部１２’が破線に沿って配置される。中心素子１５の側の折り部１２’の翼１２の部分１２ｂにおいて、翼の第１の表面の角度は、気体流の主方向１０に対して５０゜である。粒子Ａが中心素子１５の近傍で、翼の第１の表面に当たると、翼１２の角度が、翼の全長に対して平均的に５０゜の位置において、粒子Ａは、翼１２の第１の表面に沿って誘導される。粒子Ｂが翼の中央部分において、翼の第１の表面に当たると、最初、粒子Ｂは、翼の折部までは、角度が４０゜の翼の部分により誘導され、その後は、角度が５０゜の翼の表面により誘導される。従って、粒子Ｂの誘導に使用される角度は、平均的に、粒子Ａを誘導する際に使用される角度よりも小さくなる。翼の外側端部近傍で、粒子Ｃが翼の第１の表面に当たると、粒子Ｃは、翼１２の角度が、平均して翼の全長の４０゜となる位置で、翼１２の第１の表面に沿って誘導される。従って、粒子Ｃの誘導に使用される翼の第１の表面の角度は、平均的に、粒子ＡおよびＢの誘導に使用される角度よりも小さくなる。従って、この方法では、中心軸に対応してセパレータチャンバに侵入した粒子は、セパレータチャンバに侵入した際に既に壁の近傍にある粒子に比べて、大きな力で壁に向かって誘導される。図９における角度は、一例によって示されたものであり、これらの角度は、特許請求の範囲の記載の範囲内で変更することが可能である。
【００６４】
本発明は、前述のように一例として示された実施例に限定されるものと解してはならない。本発明は、特許請求の範囲に記載の保護の範囲内で、広く解される必要がある。
【図１】
2010528830.tif 000003
【図２】
2010528830.tif 000004
【図３ａ】
2010528830.tif 000005
【図３ｂ】
2010528830.tif 000006
【図４ａ】
2010528830.tif 000007
【図４ｂ】
2010528830.tif 000008
【図５ａ】
2010528830.tif 000009
【図５ｂ】
2010528830.tif 000010
【図６ａ】
2010528830.tif 000011
【図６ｂ】
2010528830.tif 000012
【図７ａ】
2010528830.tif 000013
【図７ｂ】
2010528830.tif 000014
【図８】
2010528830.tif 000015
【図９】
2010528830.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月3日(2009.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流から被分離材料を分離するサイクロンセパレータであって、
−セパレータチャンバ、
−該セパレータチャンバに気体を供給する入口接続部、
−前記セパレータチャンバから気体を放出する放出接続部であって、前記セパレータチャンバ、入口接続部、および放出接続部は、中心軸と壁とを有する、放出接続部、
−前記セパレータチャンバから分離された材料を放出するための分離開口、ならびに
−前記入口接続部および／またはセパレータチャンバ内にあり、当該サイクロンセパレータの前記壁の方に前記気体流を誘導する少なくとも一つのガイド翼、
を有し、
前記ガイド翼は、
第1の表面および該第1の表面と実質的に平行な長手軸と、
前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第1の表面および前記長手軸は、前記セパレータチャンバおよび／または前記入口接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、
を有し、
前記ガイド翼の第1の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向に対して、1乃至90゜の角度、好ましくは5乃至70゜の角度、より好ましくは10乃至60゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置され、
前記気体流の主方向に対する前記第1の表面の角度は、少なくとも前記気体流の主方向に対して実質的に垂直な方向、すなわち半径方向において、可変式に配置され、前記角度は、前記中心軸に関して最大となり、当該サイクロンセパレータの前記壁に向かって平均的に減少することを特徴とするサイクロンセパレータ。
【請求項２】
さらに、前記放出接続部に、前記セパレータチャンバから放出された気体流を直線化する少なくとも一つの直線化翼を有し、
該直線化翼は、
−第1の表面および該第1の表面に実質的に平行な長手軸と、
−前記直線化翼が、前記放出接続部の中心軸と関連するように配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第1の表面および前記長手軸は、前記放出接続部の壁に向かって突出するように、半径方向に配置されるベース部と、
を有し、
前記直線化翼の前記第1の表面の少なくとも一部は、前記気体流の主方向に対して、0乃至90゜の角度、好ましくは5乃至70゜の角度、より好ましくは10乃至60゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置されることを特徴とする請求項1に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項３】
前記第1の表面の前記角度は、可変式に配置されることを特徴とする請求項2に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項４】
前記ガイド翼の第1の表面の前記角度は、前記気体流の主方向において増加することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項５】
前記直線化翼の第1の表面の前記角度は、前記気体流の主方向において減少することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項６】
前記翼の前記ベース部の第1の表面の大部分は、前記翼の外端での前記第1の表面よりも大きな角度となることを特徴とする請求項1に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項７】
さらに、中心素子を有し、
該中心素子は、前記入口接続部および／またはセパレータチャンバの中心軸と実質的に関連するように配置され、
前記気体流は、前記中心軸から遠ざかり、当該サイクロンセパレータの前記壁に向かうように誘導されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項８】
さらに、中心素子を有し、
該中心素子は、前記放出接続部の中心軸と実質的に関連するように配置されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項９】
前記中心素子は、前記セパレータチャンバの前記中心軸に関して、少なくとも円柱状であることを特徴とする請求項7または8に記載のサイクロンセパレータ。
【請求項１０】
前記ガイド翼および／または直線化翼の少なくとも一部は、前記中心素子に関連して、それぞれのベース部に配置されることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一つに記載のサイクロンセパレータ。
【請求項１１】
サイクロンセパレータにおいて気体流から材料を分離する方法であって、
−被分離材料を含む気体が、前記サイクロンセパレータの入口接続部を介して、セパレータチャンバまで誘導されるとともに、
−前記気体は、前記入口接続部および／またはセパレータチャンバに配置された少なくとも一つのガイド翼によって、前記サイクロンセパレータの前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸から、壁に向かって誘導され、
前記ガイド翼は、
第1の表面および該第1の表面と実質的に平行な長手軸と、
前記ガイド翼が、前記入口接続部および／または前記セパレータチャンバの中心軸に関連して配置されるベース部であって、該ベース部から、前記第1の表面および前記長手軸は、半径方向に配置され、前記サイクロンセパレータの前記壁に向かって突出する、ベース部と、
を有し、
前記材料が分離された前記気体は、前記放出接続部を介して、前記サイクロンセパレータの前記セパレータチャンバから放出され、
前記分離された材料は、前記サイクロンセパレータの前記セパレータチャンバに配置された前記分離開口を介して放出され、
前記ガイド翼の第1の表面の少なくとも一部を、前記気体流の主方向に対して、1乃至90゜の角度、好ましくは5乃至70゜の角度、より好ましくは10乃至60゜の角度で、前記長手軸の周りを回転した状態で、あるいは同様の方法で配置することにより、前記気体は、前記サイクロンセパレータの壁に向かって誘導され、
前記気体流の主方向に対する前記第1の表面の角度は、少なくとも前記気体流の主方向に対して実質的に垂直な方向、すなわち半径方向において、可変式に配置され、前記角度は、前記中心軸に関して最大となり、前記サイクロンセパレータの前記壁に向かって平均的に減少することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記サイクロンセパレータの中心軸での流れは、中心素子を用いることにより、抑制または低減されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
セパレータチャンバを有するサイクロンセパレータにおいて粒子の分離を助長する方法であって、
粒子を含む気体流が、第1の端部に配置された入口接続部を介してセパレータチャンバに誘導され、
前記粒子を含む気体流は、前記入口接続部または前記セパレータチャンバに配置された、少なくとも一つのガイド翼の表面に沿って誘導され、これにより、前記気体流には、前記セパレータチャンバの他の端部に向かう動きが導入され、前記粒子は、前記サイクロンセパレータの外壁に向かって誘導され、
気体流は、前記サイクロンセパレータの他の端部に配置された前記放出接続部を介して、前記セパレータチャンバから排出され、
前記サイクロンセパレータの中心部近傍で、前記ガイド翼の表面に当たった粒子は、前記サイクロンセパレータの外壁に向かって、サイクロンセパレータの前記中心部からさらに遠いガイド翼に当たる粒子よりも大きな角度で移動するように誘導されることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2010528830.tif 000017
2010528830.tif 000018
2010528830.tif 000019