(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇旋回流形成手段と、下降旋回流形成手段と、排気流送出手段とを有する水滴の分離装置であって、円筒体と、吹込み口とは、前記上昇旋回流形成手段を形成し、前記吹込み口は、前記円筒体の接線方向より気流を前記円筒体内へ送入し、前記上昇旋回流形成手段は、下方より上方に向けて気体に上昇旋回流を生じさせ、気体中に含まれた水滴を空気力輸送しつつ気体中から水滴を遠心分離させる手段であり、円錐筒は、前記円筒体内にあって、前記下降旋回流形成手段を形成し、前記下降旋回流形成手段は、気体の上昇旋回流をその上昇終端で下方に反転した旋回流を受入れて下降旋回流を形成し、上昇旋回流の反転による負圧を気体中の水滴に作用させてこれを捕捉し、さらに、下降旋回流を下降させつつその下降端で上昇旋回流と合流させる手段であり、前記円筒体の頂部に設けられた吹出し口は、前記排気流送出手段であり、前記排気流送出手段は、前記下降旋回流形成手段によって水滴が除かれた上昇旋回流の一部の気体を機外へ圧送するものであることを特徴とする水滴の分離装置。
【請求項２】
上昇旋回流形成手段は、気体の上昇旋回流を重力に逆らう方向に形成するものであり、下降旋回流形成手段は、気体の下降旋回流を上昇旋回流の旋回径の範囲内で重力方向に形成するものであり、排気流送出手段は、下降旋回流の直上で、水滴が分離された上昇旋回流の一部の気体を重力に逆らう方向に排気流として外部へ送出するものであることを特徴とする請求項１に記載の水滴の分離装置。
【請求項３】
下降旋回流形成手段は、下降旋回流の旋回径を変化させる手段を有し、下降旋回流の旋回径を変化させる手段は、下降旋回流の下降方向にその流速を増大させて上昇旋回流の中心部の負圧を増大させ、上昇旋回流中に含まれた水滴に吸引力を作用させるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水滴の分離装置。
【請求項４】
下降旋回流の旋回径を変化させる手段は、上端の口径が大きく、下端の口径が小さい中空円錐型の筒の内壁面であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の水滴の分離装置。
【請求項５】
円筒体内に円錐筒を有する水滴の分離装置であって、円筒体は、水滴の分離装置の外筒であって、吹込み口と、吹出し口を有するものであり、吹込み口は、円筒体の胴部下周面の接線方向より、水滴を含有する気体を円筒体内へ送入する開口であり、吹出し口は、水滴が除去された気体を送出する開口であり、円筒体の軸心と同心位置で円筒体の頂部より一定深さに挿入された排気筒内に形成され、円錐筒は、大小異径の開口を上下に有する円錐型の中空筒状であり、大径側の開口を上向きとして円筒体内の軸心と同心位置に設置されたものであることを特徴とする水滴の分離装置。
【請求項６】
２以上の円錐筒を有する水滴の分離装置であって、各円錐筒は、互いに一定間隔を置いて上下に設置されたものであることを特徴とする請求項５に記載の水滴の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水滴の分離装置、特に遠心力作用を利用して水滴を気体から分離する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より遠心力分離装置としては、いわゆるサイクロンセパレータが一般に知られている。サイクロンセパレータは、周知のとおり、筒体内で粒子を含有した気体に旋回流を生じさせ、気体の旋回による遠心力で粒子を器壁にたたき付けてこれを気体中から排除する装置である。サイクロンセパレータの一般的な構造を図３に示す。
【０００３】
図３において、筒体２１は、胴部が円筒形、その下部が円錐形をなして下方のシュート２２に連なっている。一方、筒体２１には、上部より胴部内に気体の吹出し管２３が一定深さに挿し込まれ、胴部の比較的高い位置に気体の吹込み口２４が開口されている。サイクロンセパレータによる粒子分離の要領は次のとおりである。すなわち、粒子を含む気体は、吹込み口２４より筒体２１の胴部内に接線方向より圧入され、胴部の内壁を旋回しつつ下向きに流動し、この間に、旋回により生じた遠心力で気体中に含まれた微粒子は胴部の内壁にたたき付けられてシュート２２に落下する。粒子が除かれた気体は、吹出し管２３より外気中に排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
サイクロンセパレータによる粒子分離の原理は、要するに、旋回気流が吹込み口から吹出し管の下端開口位置まで下降する間に粒子を気体より遠心力分離し、分離された粒子を自重で落下させるというものであり、粒子が除かれて吹出し管２３内を上昇する気体の流動方向は、重力に逆らう方向であるため、たしかに吹出し管２３内を上昇する気体中に粒子が同伴されることが少ない。しかしながら、実際には吹出し管２３内を気体が吹上げられることになるため、その気体中には可成りの粒子が混在し、特に遠心力分離作用の影響を受けることが少ない超微粒子は、遠心分離されることなくその殆どが排気中に含まれたまま外気中に放出されることになる。従来のサイクロンセパレータでの選別能力はせいぜい粒子径１０μｍが限度であるといわれている。
【０００５】
本発明の目的は、粒子を含む気体を旋回させて粒子の遠心力分離を行うと共に粒子が分離された排気流中に残存する粒子をさらに積極的に吸引排除する粒子の分離装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による水滴の分離装置においては、上昇旋回流形成手段と、下降旋回流形成手段と、排気流送出手段とを有する水滴の分離装置であって、円筒体と、吹込み口とは、前記上昇旋回流形成手段を形成し、前記吹込み口は、前記円筒体の接線方向より気流を前記円筒体内へ送入し、前記上昇旋回流形成手段は、下方より上方に向けて気体に上昇旋回流を生じさせ、気体中に含まれた水滴を空気力輸送しつつ気体中から水滴を遠心分離させる手段であり、円錐筒は、前記円筒体内にあって、前記下降旋回流形成手段を形成し、前記下降旋回流形成手段は、気体の上昇旋回流をその上昇終端で下方に反転した旋回流を受入れて下降旋回流を形成し、上昇旋回流の反転による負圧を気体中の水滴に作用させてこれを捕捉し、さらに、下降旋回流を下降させつつその下降端で上昇旋回流と合流させる手段であり、前記円筒体の頂部に設けられた吹出し口は、前記排気流送出手段であり、前記排気流送出手段は、前記下降旋回流形成手段によって水滴が除かれた上昇旋回流の一部の気体を機外へ圧送するものである。
【０００７】
また、上昇旋回流形成手段は、気体の上昇旋回流を重力に逆らう方向に形成するものであり、下降旋回流形成手段は、気体の下降旋回流を上昇旋回流の旋回径の範囲内で重力方向に形成するものであり、排気流送出手段は、下降旋回流の直上で、水滴が分離された上昇旋回流の一部の気体を重力に逆らう方向に排気流として外部へ送出するものである。
【０００８】
また、下降旋回流形成手段は、下降旋回流の旋回径を変化させる手段を有し、下降旋回流の旋回径を変化させる手段は、下降旋回流の下降方向にその流速を増大させて上昇旋回流の中心部の負圧を増大させ、上昇旋回流中に含まれた水滴に吸引力を作用させるものである。
【０００９】
また、下降旋回流の旋回径を変化させる手段は、上端の口径が大きく、下端の口径が小さい中空円錐型の筒の内壁面である。
【００１０】
また、円筒体内に円錐筒を有する水滴の分離装置であって、円筒体は、水滴の分離装置の外筒であって、吹込み口と、吹出し口を有するものであり、吹込み口は、円筒体の胴部下周面の接線方向より、水滴を含有する気体を円筒体内へ送入する開口であり、吹出し口は、水滴が除去された気体を送出する開口であり、円筒体の軸心と同心位置で円筒体の頂部より一定深さに挿入された排気筒内に形成され、円錐筒は、大小異径の開口を上下に有する円錐型の中空筒状であり、大径側の開口を上向きとして円筒体内の軸心と同心位置に設置されたものである。
【００１１】
また、２以上の円錐筒を有する水滴の分離装置であって、各円錐筒は、互いに一定間隔を置いて上下に設置されたものである。
【００１２】
【作用】
本発明において、粒子とは、粒状物，粉状物，液滴を含むものである。円筒体と、吹込み口とは、上昇旋回流形成手段を形成し、円錐筒は、円筒体内にあって、下降旋回流形成手段を形成するものである。円筒体の頂部に設けられた吹出し口は、排気流送出手段である。水滴を含有する気流は、吹込み口より筒体の接線方向に高速で吹込まれ、円筒体の内壁に沿って旋回しながら上昇し、気流中に含まれた粒子を上昇旋回流中から分離し、その内壁に沿って自重落下させる。
【００１３】
上昇旋回流は、円筒体の頂部で反転し、円錐筒内に受入れられ、円錐筒の内壁に沿って旋回しながら下降し、円錐筒内を下降旋回流として下降する間に円錐筒の内径の減少に応じて下降旋回流の流速が増大し、円錐筒の上方空間に負圧領域を形成する。一方、上昇旋回流の一部は、排気流として吹出し管内から外部へ流出するが、排気流中に含まれる水滴は、下降旋回流の形成によって生じた負圧領域中に吸引されて排気流から除去される。下降旋回流は、最下段の円錐筒より抜けて上昇旋回流に合流し、再び上昇旋回流となって円筒体内を上昇する。
【００１４】
本発明において、上昇旋回流は、重力に逆らう方向に形成されるものであるため、気流から分離された水滴の落下に無理がなく、特に下降旋回流は重力方向に形成されるものであるため、分離流中の水滴の吸引落下が有効に行われる。
【００１５】
以下に本発明の実施例を気液分離に適用した例について図によって説明する。図１において、本発明は、円筒体１内に円錐筒２を設置したものである。円筒体１は、水滴の分離装置の外筒であって、円筒形をなし、胴部に気体の吹込み口３を有し、頂部に吹出し口４を有している。また、下底部には、ドレン抜き５が開口されている。
【００１６】
吹込み口３は、円筒体１の胴部下周面に接続された給気管６の開口であり、円筒体１の胴部下周面の接線方向より気流を円筒体１内へ送入するものである。給気管６内には、一定角度で下傾させた整流板７が取付けられている。もっとも、吹込み気体が層流の場合には、整流板は不要である。また、開口に通ずる円筒体１の内底部には、図２のように送入気体を円筒体１の内壁の方向に導くガイド板８を一定の範囲で上方に立上がらせて設置している。
【００１７】
吹出し口４は、円筒体１の軸心と同心位置で、中高状をなす円筒体１の上底の頂部より一定の深さに挿し込まれた排気筒９の開口である。円錐筒２は、大小異径の開口を上，下に有する円錐型の中空筒状をなし、大径側の開口を上向きとし、支柱１０に支えて排気筒９の直下に設置されている。支柱１０は、円筒体１の内底に支えて該円筒体１の軸心位置に設置したものであり、ブラケット１１を用いて円錐筒２を水平姿勢に支持している。円錐筒２は、円筒体１内の一定領域に設けるものであるが、実施例では、短寸の円錐筒２の２個を、互いに一定の間隔を置いてその領域内に上下２段に設置した例を示している。各段の円錐筒２の形状は設計条件により決定されるものであり、必ずしも同じではない。
【００１８】
実施例において、給気管６の吹込み口３より、水滴を含む気体を高速で圧入する。気体は、整流板７で層流に整流され、さらにガイド板８に誘導され、円筒体１内で上昇旋回流Ａを形成し、円筒体１の内壁に沿って上昇する。その上昇途中では、気体の旋回によって生じた遠心力作用で気体中に含まれた水滴は、円筒体１の内壁面にたたき付けられて気体から分離され、さらに自重によってその内壁面を落下し、ドレン抜き５より外部に排出される。
【００１９】
上昇旋回流Ａは、円筒体１の上底に達し、その一部は、排気流Ｃとなって吹出し口４より外部へ流出し、残りの大部分は、反転してまず、上段の円錐筒２内に受入れられ、下降旋回流Ｂとなって円錐筒２内を、その内壁に沿って下降する。円錐筒２は、下端開口側が小径のため、下降旋回流Ｂは、円錐筒２内を下降する間に次第にその周速が増大し、円錐筒２の上方空間に強力な負圧領域を形成する。
【００２０】
図１において、上端近くの円筒体内壁での気流の圧力をＰ1、上段円錐筒の上 縁開口における外壁での気流の圧力をＰ2、その内壁での気流の圧力をＰ3、上
段円錐筒の下縁開口における内壁での気流の圧力Ｐ4としたときに、その大小の 関係は、
Ｐ1＞Ｐ2＞Ｐ3》Ｐ4 
となり、円錐筒２内に強力な吸引力が生じ、吹出し口４から排気される排気流Ｃ中に残存する水滴は、この吸引力に吸引されて下降旋回流Ｂ中に落下し、水滴が除かれた気流のみが排気流Ｃとなって吹出し口４より外部へ排気される。一方、下降旋回流Ｂは、上段円錐筒２から下段円錐筒２内へ流入する際に上昇旋回流Ａの一部を吸引して下段円錐筒２内へ流入し、その下端で吹込み口３より新たに導入された気体と混合し、再び上昇旋回流Ａを形成して円筒体１内を上昇する。
【００２１】
（実施例）以下に本発明の実施例を示す。実施例は、超微細水滴を多量に含む高多湿空気の製造装置に用いた例である。超微細水滴とは、１μｍ以下、特に０．１μｍ以下の粒径の水滴であり、１μｍ以下の超微細水滴を多量に含む空気は、高多湿空気であるにもかかわらず、物品表面に吹付けられても物品表面を濡らすことがなく、また、空気中で水が分裂して発生したものであるためにレナード効果又はシンプソン効果によって多量の負イオンを含む空気である。本実施例に用いた装置の仕様は次のとおりである。
【００２２】
１．装置の仕様
◎円筒体
・直径                                  １６００φｍｍ
・高さ                                  ２４００φｍｍ
・吸気管の直径                            ８００φｍｍ
・排気筒の直径                            ８００φｍｍ
◎円錐筒  上下２段
上段円錐筒
・円錐筒の高さ位置（下端）                ９４０ｍｍ
・円錐筒の長さ                            ４００ｍｍ
・上端開口の直径                        １１００ｍｍ
・下端開口の直径                          ５００ｍｍ
・円錐角度                                  ５３°
下段円錐筒
・円錐筒の高さ位置（下端）                ３４０ｍｍ
・円錐筒の長さ                            ６００ｍｍ
・上端開口の直径                          ９００ｍｍ
・下端開口の直径                          ２００ｍｍ
・円錐角度                                  ６０°
◎排気筒の挿入長さ                        ２５０ｍｍ
◎上段円錐筒の上端と排気筒の下端との間隔  ８００ｍｍ
◎支柱                                    １００φｍｍ
【００２３】
0003769034.tif 000002
【００２４】
予め、旋回気流中に水を噴出して発生させた大小各種粒径の水滴を多量に含む気体を吹込み口の整流板で層流に整流して円筒体内へ送入し、吹出し口に得られた水滴の粒径を測定した。
【００２５】
リオン（株）パーティクルカウンターＫＣ０１Ａで測定した測定結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003769034.tif 000003
【００２７】
リオン（株）パーティクルカウンターＫＣ−１８による測定結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
0003769034.tif 000004
【００２９】
また、市水を用いたときに、市水中に含まれる各種成分と、吹出し口から得られた高多湿空気の凝縮水中に含まれる成分との比較を表３に示す。
【００３０】
【表３】
0003769034.tif 000005
【００３１】
以上、表１〜表３に明らかなとおり、本発明によれば、吹出し口には、粒径０．２μｍ以下、特に０．１μｍ以下の超微細水滴を多量に含む高多湿空気が得られ、高多湿空気中には、タンク内の水中に含まれる成分を同伴することがないことが分かった。
【００３２】
以上実施例は水滴の除去に使用した例を示しているが、本発明は気液分離に限らず、粉塵その他の粉状物，粒状物の粒子の分離にも全く同様に適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときには、円筒体内に、外部から供給されてきた水滴を含む気体が上昇旋回流となって円筒体内を上昇する間に旋回による遠心力作用を受けて上昇旋回流中大部分の水滴は分離除去され、上昇旋回流から分かれて外部へ排気される排気流中に残された水滴は、上昇旋回流の反転によって円錐筒内に形成された下降旋回流に吸引されて排気流中から除かれるために、外部へ拡散させる排気中の微粒子を含めて水滴を有効に除去することができ、気液分離に用いて１μｍ以下、特に０．１μｍ以下の粒径の超微細水滴を多量に含む高湿度空気を発生させることができ、本発明は、負イオン発生装置として優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】従来のサイクロンセパレータの断面図である。
【符号の説明】
１  円筒体
２  円錐筒
３  吹込み口
４  吹出し口
５  ドレン抜き
６  給気管
７  整流板
８  ガイド板
９  排気筒
１０  支柱
１１  ブラケット
【図１】
0003769034.tif 000006
【図２】
0003769034.tif 000007
【図３】
0003769034.tif 000008