特許 6934263 サイクロン型分級装置及び混合物分級方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6934263

(24)【登録日】2021年8月25日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】サイクロン型分級装置及び混合物分級方法

(51)【国際特許分類】

   B04C 5/28 20060101AFI20210906BHJP

   B03B 5/28 20060101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   B04C5/28

   B03B5/28 B

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2020-81645(P2020-81645)

(22)【出願日】2020年5月5日

【審査請求日】2021年2月10日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】598110507

【氏名又は名称】株式会社マシンテック中澤

(74)【代理人】

【識別番号】100121658

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 昌義

(72)【発明者】

【氏名】中澤 誠

【審査官】 小川 慶子

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−１０２４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−４７３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１１２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１３７８５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０４Ｃ ５／００−５／３０

Ｂ０３Ｂ ５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直方向下部に流入管が、鉛直方向上部に複数の接続管が接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室と、
前記複数の接続管各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室と、を備えたサイクロン型分級装置であって、
前記複数の接続管は、前記鉛直方向に対し同一の垂直な面内に配置され、かつ、前記接続管の延伸方向は、円形状である前記一次旋回室の前記内壁断面に対する接続位置から接線方向に延び、
前記一次旋回室は、内部空間が、鉛直方向上に向かうに従い前記円形状の直径が増加する円錐台形となっており、
前記一次旋回室内には、芯と前記芯の周囲に羽根を有する回転可能な回転部材を備えるサイクロン型分級装置であって、
前記回転部材の前記羽根の縁辺と前記一次旋回室の内壁面は略平行の部分を有するサイクロン型分級装置。

【請求項2】

前記羽根の縁辺は、前記芯の延伸軸に対して傾けて配置される請求項１記載のサイクロン型分級装置。

【請求項3】

前記回転部材を回転させる回転動力と、を備える請求項１記載のサイクロン型分級装置。

【請求項4】

前記回転部材を回転させた場合にできる立体は円錐台形である請求項１記載のサイクロン型分級装置。

【請求項5】

鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状でありかつ鉛直方向上に向かうに従い前記円形状の直径が増加する円錐台形となっているとともに、内部に芯と前記芯の周囲に羽根を有する回転可能な回転部材を備える一次旋回室内に混合物を含む液体を流入させて鉛直方向下から上に向かう一次旋回流を形成し、
前記一次旋回流を前記一次旋回流の接線方向に対し略平行な方向で複数の二次旋回室内に分配導入し、
前記液体と前記混合物を分級する、混合物分級方法であって、
前記回転部材の前記羽根の縁辺と前記一次旋回室の内壁面は略平行の部分を有する混合物分級方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サイクロン型分級装置及びこれを用いる混入物分級方法に関する。

【背景技術】

【0002】

流体が特定の軸を中心に回転して流れていく動きは旋回流と呼ばれる（「サイクロン流」とも呼ばれる。）。この旋回流では、その流体に対して遠心力が生じるため、この遠心力を利用して様々な物体を分級しようとする試みがなされており、その技術はいわゆる遠心分離機等や掃除機等身の回りの様々な製品に、サイクロン型分級装置として応用されている。

【0003】

上記旋回流を用いた分級装置に関する技術としては、例えば下記特許文献１、２に記載された技術がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−６８６９１号公報

【特許文献2】特許第６６５６６９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、旋回軸が鉛直方向に対して垂直な予備旋回部を備えるものであって、液体の処理において十分な効果を発揮するには課題が残る。

【0006】

また、上記特許文献２には、円筒形状の一次旋回室と、二次旋回流を形成するための二次旋回室とを備えたサイクロン型分級装置が開示されているが、比較的小型の分級対象物に対しては十分に対応できるものの、より大きな分級対象物に対して適用できる程度に大型化するにはその構造において限界がある。より具体的には、一次旋回室において形成される一次旋回流をより強いものとする必要がある。

【0007】

そこで、本発明は上記課題に鑑み、より大型化が可能であり、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する本発明の一観点に係るサイクロン型分級装置は、鉛直方向下部に流入管が、鉛直方向上部に複数の接続管が接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室と、複数の接続管各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室と、を備えたサイクロン型分級装置であって、複数の接続管は、一次旋回室の延伸方向に対する同一の垂直な面内に配置され、かつ、接続管の延伸方向は、一次旋回室の内壁断面の円形状の接線に対し略平行となっており、一次旋回室は、その内部空間が、鉛直方向上に向かうに従い円形状の直径が増加する円錐台形となっており、かつ、一次旋回室内には、芯と芯の周囲に羽根を有する回転可能な回転部材を備えるものである。

【0009】

また、本観点において、回転部材の羽根の縁辺と一次旋回室の内壁面は略平行の部分を有することが好ましい。

【0010】

また、本観点において、羽根の縁辺は、芯の延伸軸に対して傾けて配置されることが好ましい。

【0011】

また、本観点において、回転部材を回転させる回転動力と、を備えているものであることが好ましい。

【0012】

また、本観点において、回転部材を回転させた場合にできる立体は円錐台形であることが好ましい。

【0013】

また、本発明の他の一観点に係る混合物分級方法は、延伸軸に対し垂直な面における内壁断面が円形状でありかつ鉛直方向上に向かうに従い円形状の直径が増加する円錐台形となっているとともに、内部に芯と芯の周囲に羽根を有する回転可能な回転部材を備える一次旋回室内に混合物を含む液体を流入させて鉛直方向下から上に向かう一次旋回流を形成し、一次旋回流を一次旋回流の接線方向に対し略平行な方向で複数の二次旋回室内に分配導入し、液体と前記混合物を分級するものである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るサイクロン型分級装置の概略を示す図である。

【図2】実施形態に係るサイクロン型分級装置の接続関係を上から見た場合の図である。

【図3】実施形態に係るサイクロン型分級装置の一次旋回室と流入管の接続関係を示す図である。

【図4】実施形態に係るサイクロン型分級装置を鉛直方向に沿った面（それぞれが二つの接続管に沿った一次旋回室の中心で交差する面）で切断した場合の断面図である。

【図5】実施形態に係るサイクロン型分級装置の回転部材の一例の概略を示す図である。

【図6】実施形態に係るオーバーフロー側カバーの斜視概略図である。

【図7】実施形態に係るオーバーフロー側カバーの縦断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、また以下に示す実施形態、実施例において記載される具体的な例示についても適宜変更及び調整が可能であり、これらに限定されるものではない。

【0016】

図１は、本実施形態に係るサイクロン型分級装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図であり、図２は、本装置１の部位の接続関係を上から見た場合の図であり、図３は、本装置１の一次旋回室と流入管の接続関係を示す図であり、図４は、本装置１を鉛直方向に沿った面（それぞれが二つの接続管に沿った一次旋回室の中心で交差する面）で切断した場合の断面図であり、図５は、本装置１の回転部材の一例の概略を示す図である。

【0017】

これらの図で示すように、本装置１は、鉛直方向下部に流入管２１を、鉛直方向上部に複数の接続管２２を備え、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室２と、複数の接続管２２各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室３と、を備えている。

【0018】

本装置１の動作については後述の記載から明らかであるが、本装置１では、まず、一次旋回室２の流入管２１から、混合物が混入した液体が導入され、一次旋回室２を旋回した後、二次旋回室３に送られる。そして、遠心力によって、液体中の粒径が大きいものや比重が大きいものは二次旋回室３の外壁側に集まって下降し、下部排出口であるアンダーフローから排出され、一方、細かいものは上部排出口から排出されることになる。この詳細については以後の記載から明らかとなる。

【0019】

本装置１において、流入管２１は、液体を一次旋回室２内の所望の方向に導くことができるものであり、いわゆる配管である。また、流入管２１の一次旋回室２への接続位置は、鉛直方向に沿った下部に備えられており、特に限定されるわけではないが、一次旋回室２の底面に沿って配置されていることが好ましい。鉛直方向下から上に向かう旋回流を形成することができるようになる。また、流入管２１は、流入させる面における断面である円形状の接線方向に略平行にそって流入させること、すなわち液体流入方向（流入管２１の延伸方向）は円形状の接線に略平行となっていることが好ましい。このようにすることで、円形状の内面に沿って液体を導入させることが可能であり、液体に対する抵抗を少なくすることができ、一次旋回室２内に液体を滑らかに導入することが可能となる。ここで、「略平行」とは、完全なる平行を含む概念であるが、実際の製品作成においては製造誤差が生じうるものであってこの誤差を含むことを意味する。具体的には５度程度の誤差を含む概念である。

【0020】

また、流入管２１の配管の断面形状は特に限定されるわけではないが、鉛直方向に沿って縦長の断面形状がより好ましいが、縦長の楕円形状又は丸型であっても旋回流を得ることができる。

【0021】

本装置１において、一次旋回室２は、一次旋回流を形成するためのものであって、一次旋回流を形成した後、二次旋回室３に混合物を含む液体を送り出すためのものである。ここで、一次旋回流とは、一次旋回室内において形成され、次段の二次旋回室３に送られ、効率的に分級を行うために整えられた旋回流をいう。

【0022】

また、一次旋回室２は、上記の通り、その鉛直方向下部に流入管２１を、鉛直方向上部に複数の接続管２２を備え、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状のものである。また一次旋回室２は、その内部空間２３が、鉛直方向上に向かうに従い円形状の直径が増加する円錐台形となっている。すなわち、鉛直方向に沿った面で切断した断面形状が台形となっている。

【0023】

また、本装置１において、一次旋回室２の鉛直方向に対して平行な面における内壁断面は、上記の通り円錐台形となっており、一次旋回室２内に鉛直方向下側から流入した液体はこの壁面に沿って上昇する旋回流となる。このため、一次旋回室２においては、重い混合物が液体中に混入しているとしても常時鉛直方向上向きの上昇流が発生しているため、一次旋回室２内に沈殿してしまうおそれは少ない。特に、一次旋回室２は円錐台形となっているため、上昇するほど遠心力は強くなり、上部へ導かれることとなり液体を接続管２２を介して外部に押し出す力は強くなる。

【0024】

また、一次旋回室２内には、芯２４１と、この芯２４１の周囲に羽根２４２を有する回転可能な回転部材２４を備える。本装置１は、この一次旋回室２内に設けられた回転部材２４を回転させることで、より強い液体の流れを形成し、接続管２２を介して二次旋回室３に液体を排出することが可能となる。

【0025】

本装置１において、回転部材２４の芯２４１は、回転部材の回転中心となる部材である。この芯２４１は、一次旋回室２外に突出した部分を有しており、回転動力２４３に接続され、回転する。ここで「回転動力」とは、芯２４１を回転させるための動力機械をいい、例えばモーター等を例示することができるがこれに限定されない。

【0026】

また、本装置１において、芯２４１の一次旋回室２内において、形状は限定されるわけではなく、円柱形状であってもよいが、円錐台形状であることが好ましい。円錐台形状とすることで、一次旋回室２の内壁面と平行な部分を備えた空間を形成することが可能となり、安定した一次旋回流を形成しやすくなるといった利点がある。

【0027】

また、芯２４１の周囲には、上記の通り羽根２４２が配置されている。羽根２４２は、芯２４１の表面と一次旋回室２の内壁面との間の空間を区切るとともに、一次旋回室２内に導入された液体を押し出すための力を加えるためのものである。

【0028】

羽根２４２は、一次旋回室２の内壁面と均一な狭い間隙を形成するよう配置されていることが好ましい。このようにすることで、芯２４１、一次旋回室２の内壁面、羽根２４２によって空間を確実に仕切り、回転部材２４の回転を十分に液体に伝えることができるようになる。

【0029】

また、羽根２４２は、芯２４１の延伸軸を含む面上に配置されていてもよいが、芯２４１の延伸軸を中心軸として、延伸軸方向に進むに従い螺旋を描くよう周方向に移動させつつ配置されていることが好ましい。螺旋を描くように周方向に配置していくことで、回転部材２４が回転した際、より強く液体に力を加えることができるとともに、羽根２４２が傾くことで斜め上方向に液体を押し出す力も得ることができるようになる。

【0030】

また、回転部材２４において、羽根２４２の枚数は特に限定されるわけではないが、複数枚設けられていることが好ましく、例えば４枚以上８枚以下の範囲であることが好ましい。羽根２４２が複数枚設けることで、より安定的に液体を押し出す力を確保することが可能となる。ただし、この場合において、羽根２４２の配置は、芯２４１の周方向に均等に配置されていることが好ましい。均等に配置することでより均一な液体の流れを形成することが可能となる。

【0031】

また、回転部材２４において、羽根２４２の上には、更に接続管２２に流体を送り出すための垂直型の上部羽根２４４が配置されている。この上部羽根２４４はこの下の羽根２４２に接続され、羽根２４２及び芯２４１にそって螺旋的に上昇してくる流体の流れを整え、滑らかに横方向に押し出す効果を有する。

【0032】

以上、回転部材２４の効果については後述するが、回転部材２４を設けることで、一次旋回室２に導入された液体に対し徐々に回転径を大きくし、羽根２４２によりさらに力強く液体を押し出すことで、液体の流れを整えつつ、より大きな流量を提供することが可能となる。

【0033】

また、一次旋回室２には、上記の通り、鉛直方向上部に複数の接続管２２を備えている。接続管２２のそれぞれの構造については、上記流入管２１と同様の構成、すなわち縦長四角配管を採用することができる。

【0034】

また、接続管２２の一次旋回室２への接続方向（延伸方向）は、鉛直方向に沿った上部に備えられており、特に限定されるわけではないが、一次旋回室２の天井面に沿って配置されていることが好ましい。このようにすることで、鉛直方向下から上に到達した旋回流を効率的に一次旋回室２外に排出させることができるようになる。また、接続管２２は、流入させる面における断面である円形状の接線方向に略平行に沿って排出させること、すなわち液体排出方向（接続管２２の延伸方向）は円形状の接線に略平行となっていることが好ましい。このようにすることで、円形状の内面に沿って液体を排出させることが可能であり、液体に対する抵抗を少なくし、より効率的な分級が可能となる。ここで、「略平行」とは、完全なる平行を含む概念であるが、実際の製品作成においては製造誤差が生じうるものであってこの誤差を含むことを意味する。具体的には５度程度の誤差を含む概念である。

【0035】

また、上記の通り、接続管２２は、一次旋回室２に対し処理量を増すため複数設けられている。複数設けることでそのそれぞれに二次旋回室を接続し、そのそれぞれにおいて細かく分級作業を行わせることが可能となる。この二次旋回室の数は特に限定されるわけではないが、円形状の周方向に沿って均等に配置されていることが好ましい。

【0036】

なお、本装置１において、二次旋回室３及び接続管２２の数は、処理量を増すため６個の場合の例（６連品の図）を示しているが、この数は適宜調整可能であって限定されるわけではない。ただし、均等に流体を分配する必要性から、周方向に均等に配置されている構成となっていることが好ましい。

【0037】

また、接続管２２は、鉛直方向に垂直な一面内に複数配置していることが好ましい。このようにすることで、面内にある接続管２２それぞれに対し均等に液体の流れを分配することが可能となる。

【0038】

また、本装置１における二次旋回室３は、上記の通り、複数の接続管２２各々に接続されるものであって、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状であって、二次旋回流を形成するためのものである。また、二次旋回室３の上部は円筒形状の空洞が形成されている一方、二次旋回室の下側の内部空間は、鉛直方向下側に向かうに従いその径が小さくなる円錐状となっており、いわゆるサイクロン形状をしている。また、二次旋回室３は、上記接続管２２の延伸方向が、二次旋回室３の上部を鉛直方向に対し垂直な面で切断した場合における断面である円形状の接線上にある。このようにすることで、接続管２２から創出される液体に対し抵抗を生じさせることなく二次旋回室に液体を導入することが可能となる。

【0039】

また、本装置１における二次旋回室３は、上部にはオーバーフローを排出するための上部排出口３１、下部にはアンダーフローを排出させる下部排出口３２を備えている。つまり、接続管２２によって二次旋回室３に導入された液体は、二次旋回室３において更に旋回流を形成し、液体中の混合物を分級し、上部に軽い混合物及び粒径の小さい固形物を含む液体を、下部に重い混合物及び粒径の大きい固形物を含む液体を排出させることができる。この原理については後述の記載から明らかとなる。

【0040】

また、二次旋回室３上部排出口３１は、二次旋回室３内に設けられ、上部排出口３１に接続される筒状部分３１１を備えている。この筒状部分３１１を設けることで、二次旋回室３に導入された液体が、筒状部分３１１の周囲を旋回しつつ分級する旋回流となるため、直接上部排出口３１から混合物を分級せず排出されてしまう流れを形成するのを防ぐことができるようになる。

【0041】

また、本装置における二次旋回室３と上記の接続管２２は、二次旋回室３の上部、具体的には天井板近接する位置に接していることが好ましい。このようにすることで、二次旋回室３内の内部空間の壁面に沿って徐々に鉛直方向下部に向かう旋回流を安定的に形成することが可能となる。

【0042】

本装置１における一次旋回室２の断面は、円形状であればよいが、上記のように、二次旋回室３は鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面の円形状の直径がいずれの位置においても等しい円筒形部分と、鉛直方向下に向かうに従い直径が小さくなる円錐台形部分を組み合わせた形状となっていることが好ましい。このようにすることで、円筒形部分において旋回流の流れを整えた後、円錐台形部分において重い混合物と軽い混合物と粒径の大きいものと小さいものを効率的に分級し、下部に重い混合物及び粒径の大きいものを、上部にはそれよりも軽い混合物及び粒径の小さいものを排出させることができるようになる。

【0043】

また、本装置１における二次旋回室３の大きさは適宜変更可能であり限定されない。ただし、より装置の微細分級及び小型化を図る観点から二次旋回室３の鉛直方向上部（接続管２２接続位置）の円形状の直径としては１ｃｍ以上１５ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは７．５ｃｍ以下である。また、この場合において、二次旋回室３内の底面から天井までの高さについても適宜変更可能であり限定されるわけではない。

【0044】

また、本装置１では、複数の二次旋回室３の上部排出口３１から排出されるオーバーフローは外部に排出させるためのオーバーフロー側カバー３３を備えていることが好ましい。このようにすることで、排出側の液体を一つにまとめることができ、排出口３４からまとめて排出する。この場合の図を図６、７に示しておく。図６は、斜視概略図であり、図７はその縦断面図である。

【0045】

また、本装置１では、複数の二次旋回室３の下部排出口３２からアンダーフローが外部に排出される。

【0046】

ここで、上記記載から明らかであるが、本装置１を用いた混合物分級方法（以下「本方法」という。）について説明する。

【0047】

すなわち、本方法は、延伸軸に対し垂直な面における内壁断面が円形状でありかつ鉛直方向上に向かうに従い円形状の直径が増加する円錐台形となっているとともに、内部に芯と前記芯の周囲に羽根を有する回転可能な回転部材を備える一次旋回室内に混合物を含む液体を流入させて鉛直方向下から上に向かう一次旋回流を形成し、一次旋回流を前記一次旋回流の接線方向に対し略平行な方向で複数の二次旋回室内に分配導入し、液体と前記混合物を分級する、混合物分級方法である。この液体の流れについては上記に示したとおりである。

【0048】

本方法によると、一次旋回室２に液体が導入された場合、回転部材と一次旋回室内２の空間に液体が入る。そして回転部材を回転させると液体はこの回転に合わせて一次旋回室内を旋回することとなり、力強い整流となる。なお、回転部材においては、羽根が傾けて配置されているため、回転部材の回転とともに液体が上昇する方向に力が加えられ、結果として螺旋的に移動することになる。そして、接続管２２を介して二次旋回室３にこの液体が供給されていくことになる。そして二次旋回流内において重い混合物と軽い混合物と粒径の大きいものと小さいものを分級することにより、精度よく混合物を分級することができるようになる。

【0049】

特に、本方法によると、土木工事現場等において発生する微土砂を含む水を投入し、これに対して旋回流を発生させることにより、重さや大きさに基づき土砂の分別を行うことができるようになる。更には、工作機械で研磨装置における研削液中の研磨材と切粉を分離回収することができる。更には、薬剤や食材等の粉体を水に溶かした状態でその粒の大きさや重さに基づき分級することが可能となる。特に、本方法によると、回転部材を回転させることでより強力な流れを形成することが可能となり、より大型化が可能であり、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置を提供することができる。

【0050】

以上、本実施形態により、より大型化が可能であり、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置を提供することができる。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、サイクロン型分級装置として産業上の利用可能性がある。

【要約】      （修正有）

【課題】より大型化が可能であり、液体に対しても十分な効果を発揮することのできるサイクロン型分級装置を提供する。
【解決手段】鉛直方向下部に流入管２１が、鉛直方向上部に複数の接続管２２が接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、一次旋回流を形成するための一次旋回室２と、複数の接続管各々に接続され、鉛直方向に対し垂直な面における内壁断面が円形状である、二次旋回流を形成するための複数の二次旋回室３と、を備えており、複数の接続管は、一次旋回室の延伸方向に対する同一の垂直な面内に配置され、かつ、接続管の延伸方向は、一次旋回室の内壁断面の円形状の接線に対し略平行となっており、一次旋回室は、内部空間が、鉛直方向上に向かうに従い円形状の直径が増加する円錐台形となっており、一次旋回室内には、芯と芯の周囲に羽根を有する回転可能な回転部材を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】