特許 6352197 サイクロン装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6352197

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】サイクロン装置

(51)【国際特許分類】

   B04C 5/181 20060101AFI20180625BHJP

【ＦＩ】

   B04C5/181

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-12054(P2015-12054)

(22)【出願日】2015年1月26日

(65)【公開番号】特開2016-137415(P2016-137415A)

(43)【公開日】2016年8月4日

【審査請求日】2017年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】504360299

【氏名又は名称】西岡 祺人

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】西岡 祺人

【審査官】 中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０３１８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４６６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０６４８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０７１５４２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ４５／１２、５０／００

Ｂ０４Ｃ ５／１８１

Ｂ０７Ｂ ７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方ほど内径が縮径し、上端及び下端がともに開口した円錐台状のコニカル部（２０）と、
前記コニカル部（２０）の下端側に接続され、下端部に紛体取出口（５０）が形成された、前記コニカル部（２０）の錐面を下方に延長した仮想錐面（Ｓ）が集まる頂点（Ｔ）を内部に含むチャンバ（３０）と、
上端部に透孔（４１）が形成され、この透孔（４１）が前記頂点（Ｔ）の位置にくるように前記チャンバ（３０）の内部に配置される傘状の隔離部材（４０）と、
を備えたサイクロン装置。

【請求項2】

前記隔離部材（４０）の下方に、この隔離部材（４０）の傘の傾斜角よりも大きい傾斜角を形成した傘状の補助隔離部材（４２）をさらに備えた請求項１に記載のサイクロン装置。

【請求項3】

前記紛体取出口（５０）が、前記チャンバ（３０）の下端から上向きに突出する取出管（５１）と、前記取出管（５１）の先端側から前記チャンバ（３０）の下端側に向かって傾斜する傾斜部材（５２）と、を備えた請求項１又は２に記載のサイクロン装置。

【請求項4】

前記取出管（５１）の突出量を調節する突出量調節機構（５３）を設けた請求項３に記載のサイクロン装置。

【請求項5】

前記隔離部材（４０）に、前記透孔（４１）を通って流れる流体の流量を調節する流量調節機構（４３）を設けた請求項１から４のいずれか1項に記載のサイクロン装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、紛体を含んだ流体から紛体のみを分離するサイクロン装置に関し、特に、この紛体を所定時間旋回流中に滞留させて、装置内で化学反応（熟成）させるものに関する。

【背景技術】

【0002】

化学工業、粉末冶金等の分野では、原料となる紛体を所定条件下（所定の温度及び雰囲気ガス）において保持することによって、その紛体にゆっくりと化学変化を生じさせて（紛体を熟成させて）、所望の化学特性を備えた紛体が製造される。この製造においては、原料となる粉末を反応装置内に入れて、所定時間化学反応させる方法が採用されるのが一般的であるが、例えば特許文献１に示すような、サイクロン装置を使用することも考えられる。

【0003】

このサイクロン装置は、紛体を含む流体を装置内で旋回させて、遠心力によって流体から紛体のみを分離する装置であるが、各紛体は互いにばらばらとなった状態で装置内を旋回するとともに、各紛体が、所定の温度に保持された状態で、流体を構成する雰囲気ガスに効率よく接触するという特性を利用して、化学反応装置としても有用と考えられるためである。

【0004】

例えば、図６に示すサイクロン装置を化学反応装置として利用する場合を考える。このサイクロン装置は、紛体分離用として一般的に広く用いられるものと同じ構成であって、装置上部側から下部側に向かって順に、水平方向に流体導入口１００が、上部に排出管１０１がそれぞれ設けられた円筒部１０２と、円筒部１０２の下端側に接続され、下方ほど内径が縮径し、上端及び下端がともに開口した円錐台状のコニカル部１０３と、コニカル部１０３の下端側に接続され、下端部に紛体取出口１０４が形成されたチャンバ１０５と、を備えている。

【0005】

紛体を含む流体は、流体導入口１００から導入されて、円筒部１０２内を旋回する。そして、その旋回状態を維持したまま、次第にコニカル部１０３に移動する。このコニカル部１０３においては、流体中の紛体は、この紛体に作用する遠心力によってコニカル部１０３の内壁面に沿って旋回する一方で、この紛体を搬送する気体部分は円筒部１０２に設けられた排出管１０１から排出される。コニカル部１０３の内壁面に沿って旋回する紛体は、次第にチャンバ１０５に移動する。

【0006】

このコニカル部１０３の錐面を下方に延長した仮想錐面Ｓはコニカル部１０３の下方の頂点Ｔに集まっている。サイクロン装置においては、この頂点Ｔよりも上では器内旋回は正圧となっており、紛体にはチャンバ１０５の中心から内壁側への力が作用する一方で、この頂点Ｔよりも下では器内旋回は負圧となっており、紛体にはチャンバ１０５の内壁側から中心向きへの力が作用する。すなわち、図６に示すサイクロン装置においては、頂点Ｔはチャンバ１０５の下方に位置しているため、紛体には常にチャンバ１０５の中心から内壁側への力が作用する。このため、この紛体は、チャンバ１０５の内壁に沿って旋回しつつ次第に下方に移動し、最終的に紛体取出口１０４から取り出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−２０５２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

図６に記載のサイクロン装置においては、紛体は旋回しながら円筒部１０２、コニカル部１０３、及びチャンバ１０５の内部を下方に向かって移動し、そのまま紛体取出口１０４から取り出されるため、紛体（原料粉）を十分長い時間、装置内に滞留させることが困難である。このため、紛体の大きさや種類によっては、化学反応を十分に完了させることができない虞がある。

【0009】

そこで、この発明は、粉末を装置内に十分な時間滞留させて、化学反応を確実に完了させることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するため、この発明は、下方ほど内径が縮径し、上端及び下端がともに開口した円錐台状のコニカル部と、前記コニカル部の下端側に接続され、下端部に紛体取出口が形成された、前記コニカル部の錐面を下方に延長した仮想錐面が集まる頂点を内部に含むチャンバと、上端部に透孔が形成され、この透孔が前記頂点の位置にくるように前記チャンバの内部に配置される傘状の隔離部材と、を備えたサイクロン装置を構成した。

【0011】

上述したように、コニカル部の錐面を下方に延長した仮想錐面の頂点をチャンバの内部に位置させると、この頂点よりも上か下かによって、紛体に作用する力の向きが異なり、チャンバ内で上下方向の旋回流が生じる。しかも、隔離部材によって、チャンバの中心から内壁側に移動する紛体の流れと、チャンバの内壁側から中心に移動する紛体の流れが隔離され、チャンバ内の紛体の流れに対する整流作用が発揮される。その結果、チャンバの負圧領域（チャンバの下側）に降下した紛体が、隔離部材に形成した透孔を通って上方に向かう上昇流に乗って再び上昇し、所定の時間、前記旋回流とともに旋回する。このように、紛体をチャンバ内で旋回させてチャンバ内の雰囲気ガス（反応ガス）中に所定時間滞留させることによって、粉末の化学反応（熟成）を確実に完了させることができる。この隔離部材の傘の傾斜角度を変えることによって、前記旋回流の流動状態、すなわち滞留時間を変化させることができ、種々の大きさ、種類の粉末に対応することができる。

【0012】

また、このチャンバ内において、紛体は、一カ所に停滞することなく、常に旋回流に乗って旋回した状態となっており、チャンバの内壁への付着や、紛体同士の付着が生じにくい。このため、紛体の化学反応を均質にかつ速やかに行うことができ、高品質な反応生成物を得ることができる。

【0013】

前記構成においては、前記隔離部材の下方に、この隔離部材の傘の傾斜角よりも大きい傾斜角を形成した傘状の補助隔離部材をさらに備えた構成とすることもできる。

【0014】

このように、補助隔離部材を設けることにより、チャンバの負圧領域においてこのチャンバの内壁側から中心に移動する紛体の流れを効率よく隔離部材の下側に集めることができ、この紛体を隔離部材に形成した透孔を通る上昇流に確実に乗せることができる。このため、紛体のチャンバ内における滞留時間を十分に確保することができ、この紛体の化学反応をより確実に完了させることができる。

【0015】

前記各構成においては、前記紛体取出口が、前記チャンバの下端から上向きに突出する取出管と、前記取出管の先端側から前記チャンバの下端側に向かって傾斜する傾斜部材と、を備えた構成とするのが好ましい。

【0016】

このように、取出管を上向きに突出させたことにより、チャンバの下端に到達した紛体が紛体取出口からそのまま取り出されるのを防止して、紛体のチャンバ内での滞留時間を確保することができる。さらに、傾斜部材を設けたことにより、化学反応が十分に完了した紛体を傾斜部材に沿って越流させて、スムーズに紛体取出口から取り出すことができる。

【0017】

前記取出管を備えた構成においては、この取出管の突出量を調節する突出量調節機構を設けた構成とすることもできる。

【0018】

このように、取出管の突出量を変化させると、紛体の越流量も変化し、この紛体のチャンバ内の滞留時間を微調整することができる。

【0019】

前記各構成においては、前記隔離部材に、前記透孔を通って流れる流体の流量を調節する流量調節機構を設けた構成とすることもできる。

【0020】

このように、流量調節機構を設けることにより、透孔を通ってチャンバ内を上下方向に旋回する旋回流の強さを変えることができ、これにより、紛体のチャンバ内の滞留時間を微調整することができる。

【発明の効果】

【0021】

この発明は、紛体を旋回させるコニカル部の錐面を下方に延長した仮想錐面が集まる頂点を内部に含むようにチャンバを配置し、このチャンバ内に、上端部に透孔が形成された傘状の隔離部材を、この透孔が前記頂点の位置にくるように配置したサイクロン装置を構成した。この構成によると、前記頂点の上か下かによって、紛体に作用する力の向きを異ならせることができ、チャンバ内で上下方向の旋回流を生じさせることができる。このように、旋回流を生じさせることにより、隔離部材に形成した透孔を通過する上向きの紛体の流動が生じ、この紛体のチャンバ内における滞留時間を十分に確保することができる。このため、この紛体の化学反応を確実に完了させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本願発明に係るサイクロン装置の第一実施形態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図

【図2】図１（ａ）に示すサイクロン装置の要部（チャンバ）を示す縦断面図

【図3】本願発明に係るサイクロン装置の第二実施形態の要部（チャンバ）を示す縦断面図

【図4】本願発明に係るサイクロン装置の第三実施形態の要部（チャンバ）を示す縦断面図

【図5】本願発明に係るサイクロン装置の第四実施形態の要部（チャンバ）を示す縦断面図

【図6】従来技術に係るサイクロン装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図

【発明を実施するための形態】

【0023】

本願発明に係るサイクロン装置の第一実施形態を図１（ａ）（ｂ）、図２に示す。このサイクロン装置は、装置上部側から下部側に向かって順に、円筒部１０、コニカル部２０、及びチャンバ３０を備えている。

【0024】

円筒部１０の円筒面には、紛体を含む流体を装置内に導入する流体導入口１１が、この円筒部１０の周方向の接線に沿うように設けられている。この流体導入口１１から、所定流速の流体を導入すると円筒部１０内に旋回流が生じ、紛体はこの旋回流に乗って旋回し始める。また、円筒部１０の上部には、流体から紛体のみを除去した気体成分を排出する排出管１２が、この円筒部１０の上面を貫通するように設けられている。

【0025】

円筒部１０の下端側には、コニカル部２０が接続されている。このコニカル部２０は、下方ほど内径が縮径し、上端及び下端がともに開口した円錐台状となっている。紛体は、旋回状態を維持しつつ、次第に円筒部１０からコニカル部２０に移動する。このコニカル部２０は下方に向かうほど内径が縮径するため、旋回流の旋回周速度は次第に大きくなる。このように旋回周速度が大きくなることにより、紛体には次第に大きな遠心力が作用することになり、流体中の紛体と気体成分の分離が促進される。その結果、紛体は、旋回しつつコニカル部２０の内壁面に沿うように集められる一方で、気体成分は上向きに方向転換して円筒部１０に形成された排出管１２に向かって流動する。

【0026】

コニカル部２０の下端側には、チャンバ３０が接続される。このチャンバ３０は、上部が円筒状、下部が下方に向かうほど若干縮径した円筒箱型をしており、コニカル部２０の錐面を下方に延長した仮想錐面Ｓが集まる頂点Ｔをその内部に含む位置に配置されている。

【0027】

チャンバ３０の内部には、保持部材（図示せず）を用いて隔離部材４０が固定されている。この隔離部材４０は傘状をしており、この傘の中央の上端部には透孔４１が形成されている。この隔離部材４０は、透孔４１が頂点Ｔの位置（高さ）にくるように配置されている。隔離部材４０の傘の外周縁とチャンバ３０の内壁との間には紛体が旋回し得る程度の十分な隙間が設けられている。このチャンバ３０の容量は、処理する紛体の量や滞留時間を考慮した上で適宜決定することができる。一般的には、チャンバ３０の容量を大きくするほど、滞留時間を長くすることができる。

【0028】

チャンバ３０の下部には、紛体取出口５０が設けられている。この紛体取出口５０は、チャンバ３０の下端から上向きに突出する取出管５１と、この取出管５１の先端側からチャンバ３０の下端側に向かって傾斜する傾斜部材５２と、を備える。このように、取出管５１を上向きに突出させたことにより、チャンバ３０の下端に到達した紛体がこの取出管５１からそのまま取り出されるのを防止して、紛体のチャンバ３０内での滞留時間を確保することができる。しかも、傾斜部材５２を設けたことにより、化学反応が十分に完了した紛体を傾斜部材５２に沿って越流させて、スムーズに紛体取出口５０から取り出すことができる。取出管５１の突出量や傾斜部材５２の角度を変えて越流の流動状態を変えることによって、紛体のチャンバ３０内の滞留時間を調節することができる。装置内における紛体の滞留時間は、例えば１０秒から数分程度の範囲内とするのが一般的であるが、紛体の大きさ、種類、化学反応の反応速度等の種々の要因を考慮して前記範囲外とすることも勿論許容される。このチャンバ３０に加熱装置又は冷却装置を併設して、紛体の化学反応に適するようにチャンバ内温度を制御する構成とすることもできる。

【0029】

次にコニカル部２０からチャンバ３０に送り込まれた紛体の挙動について説明する。チャンバ３０に送り込まれた紛体は、旋回流に乗って旋回した状態が維持されている。このチャンバ３０内においては、コニカル部２０の錐面の下方への仮想錐面Ｓが集まる頂点Ｔよりも上か下かによって、紛体に作用する力の向きが異なる。すなわち、頂点Ｔよりも上では器内旋回は正圧となっており、紛体にはチャンバ３０の中心から内壁側への力が作用する一方で、この頂点Ｔよりも下では器内旋回は負圧となっており、紛体にはチャンバ３０の内壁側から中心向きへの力が作用する。

【0030】

このため、図２に示すように、隔離部材４０の透孔４１よりも上の領域（本図中で、「正」と示した領域）では、紛体にはチャンバ３０の中心から内壁側（本図中の矢印ｆ１参照）への力が作用する一方で、隔離部材４０の透孔４１よりも下の領域（本図中で、「負」と示した領域）では、紛体にはチャンバ３０の内壁側から中心向き（本図中の矢印ｆ２参照）への力が作用する。この結果、チャンバ３０内には、隔離部材４０に形成した透孔４１を通って上方に向かう上昇流（本図中の矢印ｆ３参照）が生じ、この上下方向の旋回流によって紛体を旋回させることができる。

【0031】

チャンバ３０内に十分な時間滞留して、化学反応（熟成）が完了した紛体は、次第にチャンバ３０の下端部に集まり、傾斜部材５２に沿って取出管５１に向かう越流（本図中の矢印ｆ４参照）に乗って流動し、装置外に取り出される。

【0032】

本願発明に係るサイクロン装置の第二実施形態を図３に示す。このサイクロン装置の全体の基本構成は、第一実施形態に係るサイクロン装置と同じであるが、隔離部材４０の傘の傾斜角が第一実施形態のものと比較して大きい点で異なる。このように傾斜角を変えることにより、チャンバ３０内の上下方向の旋回流の流動状態が変わり、紛体のチャンバ３０内での滞留時間を調節することができる。

【0033】

本願発明に係るサイクロン装置の第三実施形態を図４に示す。このサイクロン装置の全体の基本構成も、第一及び第二実施形態に係るサイクロン装置と同じであるが、隔離部材４０の下方に、この隔離部材４０の傘の傾斜角よりも大きい傾斜角を形成した傘状の補助隔離部材４２をさらに備えた点で異なる。隔離部材４０と補助隔離部材４２との間には、紛体がスムーズに流動することができる程度の隙間が設けられている。なお、隔離部材４０とは異なり、この補助隔離部材４２には透孔は形成されていない。

【0034】

このように補助隔離部材４２を設けることにより、チャンバ３０の内壁側から中心向きに隔離部材４０の下側を移動する紛体を、この補助隔離部材４２の傘によって、効率的に隔離部材４０に形成した透孔４１の方に誘導することができる。このため、透孔４１を通る上昇流ｆ３の流動が増大して、チャンバ３０内における紛体の滞留時間をさらに長くすることができる。また、隔離部材４０と補助隔離部材４２との間の隙間の大きさを変えて、上昇流ｆ３の流動を増減することによって、紛体の滞留時間を微調整することもできる。

【0035】

本願発明に係るサイクロン装置の第四実施形態を図５に示す。このサイクロン装置の全体の基本構成も第一から第三実施形態に係るサイクロン装置と同じであるが、隔離部材４０に流量調節機構４３を設けるとともに、紛体取出口５０に取出管５１の突出量を調節する突出量調節機構５３を設けた点で異なる。

【0036】

流量調節機構４３は、隔離部材４０の上端部に、透孔４１と連通して上方に突出するように設けられる調節管４４と、この調節管４４の内部に設けられる弁体４５と、から構成される。この弁体４５として、例えばバタフライ弁が採用される。この弁体４５の開弁度を調節することにより、透孔４１を通る上昇流ｆ３の流量を増減することができ、紛体のチャンバ３０内の滞留時間を適宜調節することができる。この流量調節機構４３は、本図に図示した構成に限定されず、透孔４１を通る上昇流ｆ３を調節できる構成であれば、適宜変更した構成を適用することができる。

【0037】

突出量調節機構５３は、外周に突条５１ａを形成した取出管５１と、この突条５１ａと螺合する雌ねじ５４ａが形成され、取出管５１と同軸に相対回転する調節部材５４と、この調節部材５４をチャンバ３０に保持する保持部材５５と、を備える。調節部材５４を軸周りに回転すると、取出管５１がその軸方向に進退して、この取出管５１のチャンバ３０内への突出量が変化する。この突出量を大きくするほど、チャンバ３０の下端部に集まった紛体の越流量が小さくなり、その結果、紛体のチャンバ３０内での滞留時間を長くすることができる。この突出量調節機構５３は、本図に図示した構成に限定されず、取出管５１を軸方向に進退できる構成であれば、適宜変更した構成を適用することができる。

【0038】

なお、この第四実施形態においては、サイクロン装置に、流量調節機構４３及び突出量調節機構５３の両方を設けた構成としたが、これらのうち一方の機構のみを設けた構成としてもよい。

【0039】

上記各実施形態に示すサイクロン装置はあくまでも一例であって、粉末を装置内に十分な時間滞留させて、化学反応を確実に完了させる、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、コニカル部２０、チャンバ３０、隔離部材４０等の各部材の形状や位置を適宜変更することも許容される。

【符号の説明】

【0040】

１０ 円筒部
１１ 流体導入口
１２ 排出管
２０ コニカル部
３０ チャンバ
４０ 隔離部材
４１ 透孔
４２ 補助隔離部材
４３ 流量調節機構
４４ 調節管
４５ 弁体
５０ 紛体取出口
５１ 取出管
５１ａ 突条
５２ 傾斜部材
５３ 突出量調節機構
５４ 調節部材
５４ａ 雌ねじ
５５ 保持部材
Ｓ 仮想錐面
Ｔ 頂点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】