JP4122438B2 - 多段風力選別装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体粒子の選別を高精度で行う風力選別機に関するものである。

従来、風力選別装置、気流選別装置として種々のタイプのものがある。内径の異なる管路を組み合わせることで、各管路内の流速に応じた浮揚物を回収する装置が知られている（特許文献１参照）。

図１に示すように、内径の異なる管１、管２、管３を直列に連結した管路よりなる風力選別機では、管路内の平均流速Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がそれぞれ異なるため、それぞれの管内で浮揚する軽量物が異なることを利用して、多種類の混合物の選別を一度に行うことが原理的に可能である。
英国特許第６８８３３５号明細書

しかしながら、実際の装置においては、管内に流速分布が存在するため選別精度が低いという欠点があった。通常、管内を流れる気流では、図２に示すように、流速は中心軸で一番大きく、管壁に近づくに従って小さくなる。図１のような多段カラムでは、図３に示すように、管１の流速分布が管２の流速分布に影響を与え、管２本来の流速分布が形成されるまで長い遷移距離を必要とする。

すなわち、管の中心軸から管壁に向かう方向だけではなく、管の長さ方向にも流速分布が存在することになる。このため、管路が充分に長くない場合には、中心軸付近の速い気流に乗って本来浮揚すべきでない固体粒子が浮揚し、選別精度が低下する。

また、これとは別に、図１に示す管路では、各段の平均流速は管径比に固定されるため、粒径や密度などが特定の比率を持つ粒子の混合物でないと選別が出来ず、汎用性に難がある。

本発明は、これらの多段型選別機の欠点を解消し、混合物（多種類の固体粒子）を１台の装置での高精度の選別を可能とすることを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、気流の流路の断面積を段階的に変化させ、断面積に対応したそれぞれの気流の平均流速で浮揚する軽量物を回収し、軽量物と重量物を選別して多種類の混合物を一度に選別する多段風力選別装置において、前記流路内に気流を分散させる障害物を設け、気流の流速分布を緩和して、一様な流速を実現することにより混合物の高精度な選別を可能にすることを特徴とする多段風力選別装置を提供する。

前記流路の壁面から二次気流を導入して、壁面近傍の流速を上げることで気流の流速分布をさらに緩和するとともに、前記流路の断面積の段階的変化とは独立して平均流速を変化させ、幅広い組み合わせの混合物の高精度な選別が可能である構成としてもよい。

本発明は上記課題を解決するために、上下方向に連結され、気流の流路の断面積が段階的に異なる複数の縦型のカラムと、前記カラムのうち最下位のものの下端開口の上方に設けられた上部バルブおよび下部バルブと、該上部バルブの上方において前記カラムに形成された給気口と、前記カラムに連通し前記吸気口の上方に形成された試料供給口と、該試料供給口の上方において前記カラムに設けられた重量物回収部と、前記カラムのうち最上位のものの上端に設けられた軽量物回収部と、を備えた風力選別装置であって、前記重量物回収部は、膨出部として形成されており、その中心に気流の流速分布を緩和する障害物を設け、その下部に回収口が設けられていることを特徴とする多段風力選別装置を提供する。

前記重量物回収部は、上下方向に複数個設けられている構成としてもよい。

前記重量物回収部には、二次給気口が形成されている構成としてもよい。

前記カラムのうち最上位のものの上端に設けられた軽量物回収部は、その上端には網面が形成されており、下部には回収口が形成されている構成としてもよい。

前記軽量物回収部は、軽量物回収口を有するサイクロンである構成としてもよい。

前記サイクロンは、軽量物回収口を有する流量調節器を備えている構成としてもよい。

本発明の風力選別機は、管路内の平均流速並びに流速分布を適切に調整することにより、従来の装置より短い全長で固体粒子を高精度に選別することが可能であり、また従来の装置では高精度の選別が不可能な粒径や比重の差が小さい多種類の固体粒子の高精度の選別・分離を実現することができる。

本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。

（原理）
まず、図４、５により、本発明の原理を説明する。高精度の選別のためには、前述の流速分布がないことが望ましい。図４に示すように、管１の出口近傍に適当な障害物４を置くことにより、中心軸の高い流速を管壁方向にそらすことが出来る。この障害物４は、気流のディフューザーとして作用し、短い距離で管２本来の流速分布を形成することを可能にする。

さらに図５に示すように、管２に空気の二次給気口５を設け、二次空気を導入すると、管壁近傍の流速を上げて中心軸付近の流速との差をさらに小さくし、一様な流速に近づけるとともに、管２内の流速の微調整が可能で、理想的な選別を実現することが出来る。

また、内径の異なる管を直列に連結した多段選別機の場合、図１に示したように、各管内の平均流速は管の内径比によって固定されるが、二次空気の導入により、後段の管内
の平均流速を前段の管内のそれと独立して任意の値にすることが出来る。

これにより、管の内径比を変化させるのと同じ効果を得ることができるため、異なった混合物に対して、それぞれ内径比の異なる多段風力選別機を複数用意することなく、１台
の多段選別機で幅広い組み合わせの混合物の選別が可能となる。

図６に実施例１を示す。この風力選別機は縦型の細いカラム１０、中細のカラム１１および太いカラム１２を有する。カラム１０の下端は開口し、その上方に二つのバルブ１３、１４が設けられており、その上
方には給気口１５が、さらにその上方には試料供給口１６が形成されている。

カラム１０の上端には重量物回収部１７が設けられている。この重量物回収部１７は縦型カラム１０、１１より直径が大きい膨出部として形成されており、ディフューザー２４（本発明の障害物に相当する。）が固定具２６、２７を介して、カラム１０の出口付近に設けられている。

ディフューザー２４の形状は任意の形状で良いが、ここでは円錐を上下に貼り合わせたそろばんのコマ状のものを用いた。重量物回収部１７の下部には重量物回収口１８が形成されており、上部にはカラム１１が設けられている。

カラム１１の上端には重量物回収部１９が設けられている。この重量物回収部１９は、カラム１１、１２より直径が大きい膨出部として形成されており、ディフューザー２５（本発明の障害物に相当する。）が固定具２８、２９を介して、カラム１１の出口付近に設けられている。ディフューザー２５の形状は任意の形状で良いが、ここでは円錐を上下に貼り合わせたそろばんのコマ状のものを用いた。

重量物回収部１９の下部には重量物回収口２０が形成されており、上部にはカラム１２が設けられている。カラム１２の上端には軽量物回収部２１が設けられている。軽量物回収部２１の上部には網面２３が設けられ、下部には軽量物回収口２２が形成されている。

（作用）
送風機により給気口１５から供給された空気はカラム１０を上昇し、ディフューザー２４により拡散された後、カラム１１に流入する。この空気はさらにカラム１１を上昇し、ディフューザー２５に拡散された後、カラム１２を上昇して、軽量物回収部２１に設けられた網面２３を通じて排気される。

選別対象の混合物は、試料供給口１６を通じてカラム１０に供給される。ここで、軽量物は浮揚し、気流とともにカラム１０内を上昇する。上昇流に抗して落下した重量物は、開いたバルブ１３を通過して閉じたバルブ１４上に堆積する。重量物を回収するときは、バルブ１３を閉じ、バルブ１４を開いて回収する。

カラム１０内を上昇した浮揚物は、重量物回収部１７内でディフューザー２４に衝突し、浮揚物中の重量物は落下して重量物回収口１８を通じて回収される。浮揚物中の軽量物は気流に乗ってカラム１１内を上昇する。

カラム１１内を上昇した浮揚物は、重量物回収部１９内でディフューザー２５に衝突し、浮揚物中の重量物は落下して重量物回収口２０を通じて回収される。浮揚物中の軽量物は気流に乗ってカラム１２内を上昇する。カラム１２内を上昇した浮揚物は、軽量物回収部２１で空気と分離され、軽量物回収口２２を通じて回収される。

図７に実施例２を示す。この風力選別機は縦型の細いカラム３０および太いカラム３１を有する。カラム３０の下端は開口し、その上方に二つのバルブ３２、３３が設けられており、その上方には給気口３４が、さらにその上方には試料供給口３５が形成されている。

カラム３０の上端には重量物回収部３６が設けられている。この重量物回収部３６にディフューザー４４（本発明の障害物に相当する。）が固定具４５、４６を介して、カラム３０の出口付近に設けられている。

ディフューザー４４の形状は任意の形状で良いが、ここでは円錐を上下に貼り合わせたそろばんのコマ状のものを用いた。重量物回収部３６の下部には重量物回収口３８が、上部には二次給気口３７が形成されている。二次給気口３７の数は任意で良いが、カラム３０の軸対称に複数個設けるのが望ましい。

二次給気口３７の上部にはカラム３１が設けられている。カラム３１の上端には、軽量物回収部として、連結部３９、４０を介してサイクロン４１（軽量物回収部）が設けられている。サイクロン４１はオーバーフロー４２とアンダーフロー４３から構成されている。

（作用）
空気は給気口３４および３７から送風機により供給される。それぞれ別個の送風機を用いても良く、また１台の送風機で流路を分岐して給気しても良い。給気口３４から供給された空気はカラム３０を上昇し、ディフューザー４４で拡散された後、カラム３１に流入する。

二次給気口３７から供給された空気は、ディフューザー４４で拡散された後、カラム３０から上昇してきた空気と合流してカラム３１を上昇する。カラム３１を上昇した空気は、連結部３９および４０を通過してサイクロン４１に流入する。

サイクロン４１に流入した空気の大部分はオーバーフロー４２を通じて、残りはアンダーフロー４３を通じてそれぞれ排気される。

選別対象の混合物は、試料供給口３５を通じてカラム３０に供給される。ここで、軽量物は浮揚し、気流とともにカラム３０内を上昇する。上昇流に抗して落下した重量物は、開いたバルブ３２を通過して閉じたバルブ３３上に堆積する。重量物を回収するときは、バルブ３２を閉じ、バルブ３４を開いて回収する。

カラム３０内を上昇した浮揚物は、重量物回収部３６内でディフューザー４４に衝突し、浮揚物中の重量物は落下して重量物回収口３８を通じて回収される。浮揚物中の軽量物は気流に乗ってカラム３１内を上昇する。カラム３１内を上昇した浮揚物は、連結部３９および４０を通過してサイクロン４１に流入し、ここで空気と分離されてアンダーフロー４３を通じて回収される。

本発明は以上のような構成であるから、粉粒体製造プロセスにおける粒度の異なる粉粒体の選別や異物の除去、廃棄物のリサイクルプロセスにおける素材の選別、農産物中の異物の除去、穀粒の選別をはじめ、粒子の大きさ、密度、形状による選別全般に用途がある。

一般的な多段カラムの原理図である。 一般的な管内の流速分布概念図である。 ２段カラム内の流速分布概念図 本発明の原理図である。 本発明の原理図である。 本発明の実施例１の選別装置の正面図および平面図である。 本発明の実施例２の選別装置正面図および平面図である。

符号の説明

１、１０、３０ 細いカラム
２、１１ 中細のカラム
３、１２、３１ 太いカラム
４、２５、４４ ディフューザー（障害物）
５、３７ 二次給気口
１３、１４、３２、３３ バルブ
１５、３４ 給気口
１６、３５ 試料供給口
１７、１９、３６ 重量物回収部
１８、２０、３８ 重量物回収口
２１ 軽量物回収部
２２ 軽量物回収口
２３ 網面
２６、２７、２８、２９、４５、４６ ディフューザー固定具
３９、４０ 連結部
４１ サイクロン（軽量物回収部）
４２ サイクロンオーバーフロー
４３ サイクロンアンダーフロー
４６ ディフューザー固定具
Ｖ１ カラム１内の平均流速
Ｖ２ カラム２内の平均流速
Ｖ３ カラム３内の平均流速

Claims (2)

1. 互いに内径の異なる複数の縦型のカラムが、下段より上段へ向けて順次内径の大きいカラムが配列されるように直列に連結して成る空気の流路を備え、多種類の混合物を重量により選別する多段風力選別装置において、
   前記直列に連結した複数のカラムのうち最下段のカラムには、送風機からの空気を導入して、前記流路を通して上方に流すための供給口と、該供給口の上方に配置された試料供給口とが形成されており、
   最下段のカラムより上方のカラムの下部には、重量物回収部が設けられており、前記複数のカラムのうち最上段のカラムの上端には軽量物回収部が設けられており、
   前記重量物回収部の中心に気流を分散させる下方及び上方に向けて円錐面を有するそろばん駒状の障害物が設けられており、該障害物の下方に回収口が設けられており、
   前記流路の壁面から二次気流を導入して、前記カラムの壁面近傍の流速を上げることで気流の流速分布をさらに緩和するとともに、前記流路を形成する複数のカラムの内径が異なることによる断面積の段階的変化とは独立して平均流速を変化させ、幅広い組み合わせの混合物の選別が可能であることを特徴とする多段風力選別装置。
2. 前記重量物回収部には、二次給気口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の多段風力選別装置。