JP6934871B2 - 微細粒及び極微細粒の分離のためマルチサイクロンを動作させる方法並びにマルチサイクロン - Google Patents

Description

本発明は、マルチサイクロンを動作させることで微細粒(fine grain)及び極微細粒(very fine grain)を分離させる方法並びにマルチサイクロンに関する。

一般的な方法としては、それぞれキャリアガス入口開口(inlet opening)、キャリアガス出口開口(outlet opening)及びグリット吐出開口(discharge opening)を有し実質同一構成である数個の個別サイクロンによるものが知られている。それら個別サイクロンは、上部室(upper chamber)及び下部室(lower chamber)が設けられた少侵入空気(low-infiltrated-air)ハウジング内に併せて収容される。個別サイクロンのキャリアガス出口開口は上部室に向かい開いていて、その上部室はキャリアガス総出口開口(overall outlet opening)を有する。その役割は、個別サイクロンの個別のキャリアガス出口開口から上部室内へと逃れたキャリアガスを、そのキャリアガス総出口開口を介しマルチサイクロンのハウジングから吐出させることである。個別サイクロンのグリット吐出開口はそれぞれ下部室に向かい開いた構成である。加えて、下部室は、グリット出口開口を介し導入されたサイクロングリットの少侵入空気抽出装置を有する。更に、共通のサイクロン制御空気供給器を下部室に設けたものである。

個別サイクロンは遠心分離機とも呼ばれるものである。それらは、例えば、ガスからの固体粒子分離用のプロシージュラルプラントにて、いわゆる質量力分離機として役立つ。それらは例えばガス洗浄に用いられる。その狙いは、サイクロンを用い粒子を極力完全に除去すること、即ちそれら粒子をそのサイクロン内へと輸送してきたキャリアガスから除去して極高い純化度にすることと、そのキャリアガスを再びそのサイクロンから吐出させることとにある。

理想は、粒子サイズ及び質量にもよるがこれにより９９％超の純化度を達成することである。

遠心分離機の本質的構成要素は、上部入口シリンダ、そのシリンダの円錐状延長体並びに浸漬管である。サイクロンの動作は次の通りである：分離対象粒子を含有するキャリアガスを接線方向に沿い入口シリンダ内に吹き込み、それにより環状経路を形成させる。キャリアガス内に存する粒子を、それらに働く遠心力により円筒状領域の壁まで案内し、更に後続の円錐状領域内、とりわけ円錐壁上で減速させることでキャリアガス流から脱落させ、サイクロンから下方に去らせる。この要領で洗浄されたキャリアガスを、入口シリンダ及びその後続の円錐内に延びる浸漬管を介しサイクロン外に出す。

国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１５／０６６３４８号から知られているように、サイクロンを用い微細粒子(fine particle)を分離させ又は分類することができる。その教示によれば、サイクロンの分離特性に、キャリアガス流のサイクロン内への流入速度により部分的に影響を及ぼすことができる。しかしながら、プロシージュラルプラント内キャリアガス流又はプロセスガス流には、そのプラント内の他機器が実装されているため故意に影響を及ぼせないことが多く、従ってその種の制御をいつも最適に実行可能であるとは限らない。

ここに、本発明の基となる目的は、マルチサイクロンを動作させることで微細粒及び極微細粒を分離させる単純且つ効率的な方法並びにマルチサイクロンを創案することである。

本発明によれば、この目的が、請求項１の特徴を有しマルチサイクロンを動作させることで微細粒及び極微細粒を分離させる方法により、また請求項８の特徴を有するマルチサイクロンにより達成される。

本発明の有益な諸実施形態が、従属形式請求項及び明細書にて、またそれらの図面及び説明にて示されている。

本発明に係る方法では、キャリアガス入口開口それぞれにハウジング外から等体積のキャリアガス流を分離対象微細粒及び極微細粒込みで供給する。マルチサイクロンの個別サイクロンでは微細粒及び極微細粒の少なくとも部分的な分離を実行し、微細粒を、サイクロングリットとしてグリット吐出開口を介し下部室内に入れそこから少侵入空気出口装置を介しハウジング外に吐出する。極微細粒子(very fine particle)を、キャリアガス流によりサイクロンファインとして上部室及びキャリアガス総出口開口内に差し向けマルチサイクロン外に出す。これもまた企図されているところによれば、サイクロン制御空気供給器により下部室内に送給されるサイクロン制御空気の単位時間当たり量を制御することで、マルチサイクロンから送給される極微細粒子の量、粒度及び／又は純度を調整する。

こうしたことからわかるように、本願では、その少侵入空気抽出装置により、例えば、関連するサイクロン内に不相応量の空気が入らないようにしつつ、微細粒子を個別サイクロンからサイクロングリットとして分離させることができる。このとき入ってくる不要な空気のことを侵入空気と呼ぶ。空気が入らないようにすること、即ち侵入空気無しになるよう装置を設計することが狙いである。現実的な理由がありこれは不可能であるので、最善でも、その抽出装置がほぼ侵入空気無しのものであると見なせればよい。これはロータリ弁によりなすことができ、それにより、例えば、サイクロン内に空気が全く又は極力少量しか流入しないようにしつつ、微細粒を吐出させることができる。他に見込みがありそうなものとしては、相応に構成されたロックがある。

本発明の趣旨によれば、少過誤空気(low false air)或いは少侵入空気とは、ご理解頂けるように、ほぼ完全に又は理想的には全く、空気やガスがマルチサイクロン外からマルチサイクロン内へと入り込み得ないことである。とはいえ、過誤空気又は侵入空気入り込みの完全な防止は、現実条件下ではなしえないし、さもなければ不相応量の労力を伴う。マルチサイクロン内に侵入空気が入る主な原因は、グリット吐出開口から吐出されたサイクロングリットの少侵入空気抽出装置である。この装置は例えばロータリ弁として実現することができる。本願記載の発明の条件に合致するロータリ弁は、例えばそのギャップ幅が約０．３ｍｍのものである。総じて言える通り、本発明の趣旨によれば、過誤空気の導入が極力０に近いのが理想だが、実情を踏まえれば１％なる最大値域内となるべきである。

本明細書では語「キャリアガス流」が用いられている。本願の趣旨によれば、これは、分離対象粒子即ち微細粒子及び極微細粒子と呼ばれる粒子を輸送するガス流又は気流のことである。原理的には、どのようなガス又はガス混合物であれこの目的で用いることができる。これは、例えば、外気、低酸素プロセスガス又はそれに類するものとすることができる。

本発明の背後にある基本思想は、看取できるように、マルチサイクロン内に設けられた個別サイクロンそれぞれに等体積のキャリアガス流を供給することにある。その結果、それら個別サイクロンが本質的に同一の微細粒子・極微細粒子間分離特性を呈することとなり、ひいてはその分離限界のマルチサイクロン全体に亘る制御が顕著に単純化される。

更に、本発明によれば、認識されている通り、マルチサイクロンの構成単純化及び制御単純化なる目的を踏まえ、サイクロン制御空気を分離限界に係る制御変数、とりわけ極微細粒子の量、粒度及び／又は純度に係るそれとして用いるのが望ましい。制御単純化の実現には、サイクロン制御空気を個々の個別サイクロンに個別送給しないこと、寧ろマルチサイクロンの下部室に共通且つ単一のサイクロン制御空気供給器を設けることも役立つ。無論、構成によっては下部室に数個の供給器を設けてもよい。ただ、サイクロン制御空気の供給ひいては制御が下部室にて行われ、個々の個別サイクロン自体にて直に行われないことが、本質的である。

本発明の中心的特徴は、認識されている通り、サイクロン制御空気が供給されるとサイクロン内に形成された渦又は渦シンクが攪乱され、ひいてはキャリアガス流内固体粒子の９９％分離又は更に良好な分離が可能になることである。より粗な粒子即ちより高密度な粒子がより遠くへと分離される傾向を示す一方、より小さく又は微細でより低密度な粒子はキャリアガス流から分離させられず、サイクロン外に出るキャリアガス流の働きでまたそれを通り搬出される。

有益なことに、個別サイクロンに向かう等体積のキャリアガス流の単位時間当たり体積を、用いられている個別サイクロンの幾何によって調整することで、そのキャリアガス流に含まれている微細粒子及び極微細粒子のうち約９９％を、サイクロングリットとして、サイクロン制御空気供給器が閉じているときに分離させることができる。判明したところによれば、この要領で設定された基本状態を、サイクロン制御空気の供給によってひときわ効率的且つ効果的に調整又は制御することができる。そうなるのは、この基本状態では、それらによる微細粒子及び極微細粒子の極力完全な分離が可能なよう、マルチサイクロンの個別サイクロンが動作するためである。その上でサイクロン制御空気を供給することでこの分離を悪化させることができ、それにより目的を達成すること、即ちキャリアガス流に含まれている粒子のうち一部を総キャリアガス出口流により極微細粒子としてマルチサイクロンから除き後段での分離に送給することができる。

個別サイクロンに向かう等体積のキャリアガス流の単位時間当たり体積を調整するのに代え又は加え、個別サイクロンに向かう等体積のキャリアガス流の負荷であり微細粒子及び極微細粒子によるものを、その個別サイクロンの幾何によって調整することで、そのキャリアガス流に含まれている微細粒子及び極微細粒子のうち約９９％を、サイクロングリットとして、サイクロン制御空気供給器が閉じている状態で分離させることもできる。等体積のキャリアガス流の単位時間当たり体積と同様、微細粒子及び極微細粒子として分離可能な粒子による等体積のキャリアガス流の負荷も、安定基本状態の調整に係る相応な変数である。この負荷は、キャリアガス１立方メートル当たり塵埃粒子のグラム数で、或いはキャリアガス１キログラム当たり塵埃粒子のキログラム数で表すことができる。

負荷が高すぎると、微細粒子及び極微細粒子のサイクロングリットとしての９９％分離ができず、従ってサイクロン制御空気による制御がより困難になるので、上述の条件を満足するよう負荷を設定することが望ましい。負荷はマルチサイクロンの効率に多大な影響を及ぼすので、望まれているところに従い負荷を極力最適化すべきである。これは、負荷が最適負荷、即ちサイクロン制御空気無しでの９９％分離を伴うそれにより近い方が、そのマルチサイクロンで達成できるスループットが高くなることを意味している。

上部室・下部室間の圧力差を動作中に設定すること、並びに上部室内圧力を下部室内圧力よりも低くすることが望ましい。これは、例えば、マルチサイクロンより後段の吸引ファンによりマルチサイクロン全体に亘り圧力降下を発生させることで達成することができる。結果として上部室内静圧が下部室内静圧よりも低くなる。これにより、下部室内に導入されたサイクロン制御空気を個別サイクロンを介し上部室内に確と流すこと、ひいては個別サイクロンの分離特性に対し所望の影響を及ぼすことが容易になる。

この構成では、上部室内及び下部室内の圧力を外気圧よりも低く設定することが有益である。これにより、サイクロン制御空気をマルチサイクロン自体の内部に吹き込まずとも、サイクロン制御空気がマルチサイクロン内に吸い込まれるようになる。マルチサイクロン内にキャリアガス流を能動的に吹き込むことか、好適な如くファンによりキャリアガス流をマルチサイクロン内に吸い込ませることが、手順上必須であるので、こうした手順によりマルチサイクロンの構築及び動作を進めることができる。

原理的には、分離対象微細粒子及び極微細粒子をキャリアガス流内に直接送給してもよい。とはいえ、キャリアガスによるマルチサイクロンへの送給に先立ち、分離対象微細粒子及び極微細粒子を分散ユニット内へと送給し、そこからマルチサイクロンへとキャリアガス流により輸送する方が、有益である。微細粒子及び極微細粒子が上流プロセスからキャリアガス流により直に送給されるのではなく、ホッパ等の貯留ポイントから送給される場合に、こうした手順がひときわ有益である。分散ユニットを用いることで、微細粒子及び極微細粒子がキャリアガス流内で極力均等に分散され、粒子同士がほとんどくっつかないようになる。これは、マルチサイクロンにおける分離結果に肯定的な影響を及ぼす。

原理的には、キャリアガス出口流によりマルチサイクロンから吐出された極微細粒子を、どのような要領でキャリアガス流から分離させてもよい。これはフィルタにより実行することが望ましい。用いうるフィルタの例としてはバッグフィルタやカートリッジフィルタがある。

本発明により提案される方法は、実質同一構成である数個の個別サイクロンを備えるマルチサイクロンに、有利に適用することができる。個々の個別サイクロンは、キャリアガス入口開口、キャリアガス出口開口及びグリット吐出開口を有するものとする。個別サイクロンは、上部室及び下部室が設けられた少侵入空気ハウジング内に併せて収容する。個別サイクロンのキャリアガス出口開口は、上部室に向かい開いた態で構成する。この上部室はキャリアガス総出口開口を有するものとし、個別サイクロンの個別のキャリアガス出口開口から上部室に入ったキャリアガスを、そのキャリアガス総出口開口を介しマルチサイクロンのハウジングから吐出させる。個別サイクロンのグリット吐出開口はそれぞれ下部室に向かい開いたものとし、下部室は、グリット吐出開口を介し導入されたサイクロングリットの少侵入空気抽出装置を有するものとする。

キャリアガス入口開口は、マルチサイクロンのハウジング外からそれぞれ等体積のキャリアガス流の供給を受けうるよう、且つ流れに沿って上部又は下部室につながらないよう構成する。共通のサイクロン制御空気供給器を下部室に設け、それを介しサイクロン制御空気を随時下部室内へと差し向けうるようにする。加えて制御及び調整装置を設け、マルチサイクロンから差し向けられる極微細粒子の量、粒度及び／又は純度をサイクロン制御空気の単位時間当たり量により調整しうるようその装置を設定する。

本発明に係るこうした構成によれば、マルチサイクロンによって分離される極微細粒子の量、粒度及び／又は純度を、サイクロン制御空気の単位時間当たり量の調整により、比較的容易に調整することができる。

マルチサイクロンの全体構造は、全ての個別サイクロンに共通なサイクロン制御空気供給器が存する態のものである。これは、下部室内へと集中的に導かれる単一の供給器を調整及び／又は制御するだけで、極微細粒子の上述した特性に影響を及ぼせることを、意味している。

これを容易化するため、個別サイクロンは、そのグリット吐出開口を介し下部室へと流れに沿い連結される。下部室及びグリット吐出開口を介し個別サイクロン内へとサイクロン制御空気を供給するとその影響が渦シンク、即ちそれぞれ個別サイクロン内に形成され分離効率その他のサイクロン内分離特性に関し重要な要因となる渦シンクに及ぶ。この渦シンクが受ける影響が大きいほど、分離限界が極微細粒子の領域から微細粒子の領域へと大きくシフトする。

この構成の長所は、個別サイクロンへと送給されたキャリアガス流を修正し又は変化させる必要がないことである。これは、マルチサイクロンを動作中にひとたび理想的最適動作点に設定した後は、サイクロン制御空気の単位時間当たり供給量により分離特性を変化させ再調整するだけでよいことを、意味している。

本発明に係る構成のマルチサイクロンには、従って、流入するキャリアガスの量及びその負荷に関しマルチサイクロンを基本的に最適動作点に設定することができ、従って効率的に動作させることでできる、という長所がある。

原理的には、個別サイクロンを、マルチサイクロン内にどのような順序で配列してもよい。マルチサイクロンの制御単純化という観点からは、個別サイクロンをハウジング内に並列に、流れに沿って設けることが望ましい。これは、個別サイクロンそれぞれに１個備わるキャリアガス入口開口に、粒子で以て負荷されたキャリアガスがマルチサイクロン外から供給されることを、意味している。

この並列配列によれば、実質同一構成な個別サイクロンそれぞれが同じ要領で振る舞い、従って同様の分離挙動を呈することとなる。もう一つの長所は、それらを共通ハウジング内に設けるだけでよいので、新たな個別サイクロンを並列に付加することでマルチサイクロンを容易に規模拡張できることである。このとき、付加する個別サイクロン向けに新たなサイクロン制御空気供給器を付加する必要がないことから、共通のサイクロン制御空気供給器の有益性は明らかである。

互いに気密になるよう上部室及び下部室を構成し、上部室・下部室間空気交換が本質的には個別サイクロンを介してのみ生じるようにすることが、望ましい。ここで言う気密は、２個の室間の空気交換が個別サイクロンを経て又はそれを通じてしか起こりえず、従ってそれら２個の室間の直接的な空気交換が生じない、という意味である。上部室及び下部室の気密分離の結果、サイクロン制御空気の個別サイクロン内への流入は個別サイクロンのグリット出口開口を介するものだけとなり、上部室内への流入はキャリアガス出口開口を介するものだけとなる。この構成によれば、下部室内に導入されたサイクロン制御空気が悉く個別サイクロン内を流れ、ひいては微細粒子・極微細粒子間分離の制御に全面的に利用されることとなる。

本発明に係るマルチサイクロンは、好適にも、初期又は中間生産物から微細粒子及び極微細粒子を分離させる極微細粒子分離機にて用い又はそれに搭載することができる。本発明に係るマルチサイクロンに加え、この極微細粒子分離機は、そのマルチサイクロンより後段又は下流に連結されたフィルタを備える。初期又は中間生産物はキャリアガス流により少なくとも１個のマルチサイクロンへと供給される。マルチサイクロンでは微細粒子をサイクロングリットとして分離することができる。その後は、なおもキャリアガス流内に存している極微細粒子を更にフィルタへと差し向け、そこでそれらを分離することができる。この極微細粒子分離機によれば、マルチサイクロンから出てくるキャリアガス流、即ちサイクロン内で分離されなかった極微細粒子が存しているガス流を容易に再処理すること、それによりそのキャリアガス流から極微細粒子をも回収すること、並びにそのキャリアガス流自体をプロセスに逆送し又は環境へと差し向けることができる。

更に、数個のマルチサイクロンを、縦続的に、相次いで、フィルタの前段に、流れに沿って設けることができる。それぞれ、複数個のマルチサイクロンそれぞれの個別サイクロンは、キャリアガス流の流動方向に沿いその直径がより小さくなるように設ける。言い換えれば、流動方向に沿いフィルタの近くに配置されているマルチサイクロンほど個別サイクロンの直径が小さくなるよう、数個のマルチサイクロンをフィルタの前段に縦続配列の態で配置することができる。

個別サイクロンの直径は、分離限界を調整する手段に関し本質的に重要なものである。この直径が小さいほど、微細粒子・極微細粒子間分離限界が極微細粒子の方向即ち小径方向へと大きくシフトしうるので、極微細粒子がより微細なものとなる。数個のマルチサイクロンのこうした縦続配列により、様々な比率の微細粒子又は極微細粒子を極微細粒子分離機で以て生成することができる。

原理的には、初期又は中間生産物をプロシージュラルプラント例えばグラインディングプロセスから極微細粒子分離機へと直に送給することができる。しかしながら、その場合、キャリアガス流の体積が上流プロセスに基づき定まることが多いため、マルチサイクロンを効率的な動作点にて動作させるのが容易でない。

従って、初期及び中間生産物用の貯留ホッパ、並びに分散ユニットを、極微細粒子分離機に備わる１個又は複数個のマルチサイクロンの上流に設けるのが有益である。その分離対象初期又は中間生産物は、貯留ホッパから分散ユニットを介し極微細粒子分離機へとキャリアガス流により送給される。この構成によれば、極微細粒子分離機を上流プロセスから切り離し、後者の動作条件とは独立に動作させることができる。分散ユニットを貯留ホッパより後段で用いることは、その分散ユニットの働きで、同じくキャリアガス流により搬送される微細粒子及び極微細粒子を、均等で本質的にキャリアガス流内付着がないものとすることができ、ひいてはマルチサイクロンにおける良好な分離が可能となるため、明らかに有益である。

極微細粒子分離機は、生素材から微細粒子及び極微細粒子を生産するグラインディングプラントにて用いることもできる。このグラインディングプラントは、シフタ（篩い）及びミルを有するミルシフタコンビネーションを備える。そのミルシフタコンビネーションは、生素材を少なくとも１回グラインディングしたものを、初期篩いがけの際にそのミルシフタコンビネーションのシフタからミルへと除外粗素材として逆送給し、更なるグラインディングに供するよう構成される。

グラインディングプラントフィルタも設けられる。ミルシフタコンビネーションのシフタにより除外されなかった砂状のグラインディング済素材を、グラインディングプラント内キャリアガス流によってグラインディングプラントフィルタへと輸送し、そこでそれをそのグラインディングプラント内キャリアガス流から分離させる。そして、直接的又は間接的に、例えばホッパを介し、グラインディングプラントフィルタにて分離された砂状のグラインディング済素材を極微細粒子分離機へと送給し、そこでそれを微細粒子及び極微細粒子へと分離させる。

基本的には、グラインディング済素材を所望粒度になるまでグラインディングしうるものであれば、どのような構成のミルでも用いることができる。判明しているところによれば、良好なグラインディング結果が達成されグラインディング中に広範囲な粒子小集団(fraction)が生産されるため、即ち両小集団の微細粒子及び極微細粒子がそのキャリアガス流内に現れるため、グラインディングテーブル及びそれ用のグラインディングローラを有する垂直ミルを用いることが有益である。他の長所としては、ボールミルに比べ垂直ミルの方が、本方法に従い比較的高いエネルギ効率で動作させうる点がある。

以下、例及び模式図を用い本発明について説明する。

本発明に係るマルチサイクロンの概略を示す図である。 本発明に係り分散ユニット及び貯留ホッパを有する極微細粒子分離機の模式的フロー図である。 本発明に係る極微細粒子分離機を有するグラインディングプラントの模式的フロー図である。 サイクロン制御空気量とキャリアガスの塵埃負荷とを粒度との関係で描いた複合模式図である。

図１は本発明に係るマルチサイクロン１の模式図である。このマルチサイクロン１では、数個の同一構成の個別サイクロン１０がハウジング３内に配列されており、ここに示す構成例では６×６即ち３６個が並んでいる。図１では個別サイクロン１０が６個しか見えていない。他の個別サイクロン１０はこの図の深さ方向に沿い所在している。個別サイクロン１０は好ましくは正方形配列で用いられる。

個別サイクロン１０は実質同一構成であり、めいめいにキャリアガス入口開口１１、キャリアガス出口開口１２及びグリット吐出開口１３を有している。ハウジング３は、分離部１５により上部室５及び下部室６に分割されている。

個々の個別サイクロン１０は上部室５・下部室６間に配列されている。個別サイクロン１０のキャリアガス入口開口１１は、ハウジング３外からのキャリアガス流で以てそれらを動作させうるように構成されている。キャリアガスは個別サイクロン１０のキャリアガス入口開口１１内へとハウジング３外から直に送給されており、キャリアガスがまず上部室５又は下部室６内に入り込むようにはなっていない。

個々の個別サイクロン１０は、自身のキャリアガス出口開口１２を介し上部室５へと流れに沿い連結されている。同じ要領で、個々の個別サイクロン１０は、自身のグリット吐出開口１３を介し下部室６へと流れに沿い連結されている。上部室５はキャリアガス総出口開口７を有しており、これを介し、個別サイクロン１０のキャリアガス出口開口１２から上部室５に入ってくるキャリアガスを出すことができる。

下部室６にはサイクロングリットの少過誤空気又は少侵入空気抽出装置が設けられている。この装置は例えばロータリ弁８として構成することができ、それにより、下部室６に入る空気の量が増えないようにしつつ下部室６からサイクロングリットを吐出させることができる。

加えて、サイクロン制御空気供給器９が下部室６に設けられている。このサイクロン制御空気供給器９を介し、下部室６内へと空気又はガスを随時差し向けることができる。この目的を踏まえ、体積流量計測器６２及び制御弁６１がサイクロン制御空気供給器９の前側に実装されており、それにより、下部室６内に導入されるサイクロン制御空気の体積又は量を変化させ又は調整することができる。

以下、本発明に係るマルチサイクロン１の動作及び機能についてより詳細に説明する。

本発明に係るマルチサイクロン１は、通例の如く空気又はガス流から粒子を除くのに用いられるのではなく、キャリアガス流内に存する粒子を狙った標的分離ユニットとして用いられる。この使途を踏まえ、キャリアガス流は、それぞれ流れに沿い並列配列、即ち横並びに且つ列をなし配列されている個別サイクロン１０内へと、対応する粒子負荷と共に送給される。

本発明の文脈上、これとの関連で言及しているのは微細粒子及び極微細粒子であり、微細粒子・極微細粒子間分離が実行されることになる。粒子で以て負荷されたキャリアガスは、それら個別サイクロン１０が極力同一な分離特性を呈するよう、相等しい単位時間当たり体積及び相等しい粒子負荷で以て、個別サイクロン１０間で分かたれる。入口シリンダの幾何及び個別サイクロン１０の円錐部により、粒子をキャリアガス流からなじみのある形態で分離させることができる。分離された粒子は、グリット吐出開口１３を介しサイクロングリットとして下部室６内に運ばれその内部に落下する。次いで、本質的には粒子の洗浄が済んでいるそのキャリアガスを、個別サイクロン１０からキャリアガス出口開口１２を介し上部室５内に入り込ませ、更にキャリアガス総出口開口７を介しそこから去らせることができる。

個別サイクロン１０では、本質的に、粒子と共に環状経路上に存しているキャリアガスをそのサイクロンの幾何により更に加速すること、ひいてはそれら粒子を遠心力及び重力によりその加速キャリアガス流から去らせグリット吐出開口１３を介し下方に落下させることによって、粒子が分離される。こうして洗浄されたキャリアガスは、その後、上述の如く設けられている浸漬管を介しまたキャリアガス出口開口１２を介し、個別サイクロン１０から脱出させることができる。

個別サイクロン１０内で生じる流動状態は渦シンクとしても知られている。この渦シンクが、例えばグリット吐出開口１３を介し個別サイクロン１０内に流入するサイクロン制御空気により攪乱されると、個別サイクロン１０におけるキャリアガスの流速が変化して更に軽量な粒子、即ち本願にて極微細粒子と称されているものが、浸漬管を介し個別サイクロン１０から出られるようになり、グリット吐出開口１３を介するサイクロングリットではないものとして分離される。

本発明では、サイクロン制御空気供給器９を介しマルチサイクロン１の下部室６内へとサイクロン制御空気を独特な態で送給することにより、この知識を利用している。本質的なことは、供給されたサイクロン制御空気を個別サイクロン１０内に流し、その渦シンクに影響を与えることである。これは、例えば、キャリアガス総出口開口７の下流に吸引ファンを設け、その吸引ファンでマルチサイクロン１内のキャリアガスを吸引することにより、なすことができる。このようにすると、上部室５内の静圧が下部室６内のそれより低くなり、ひいてはそこの圧力が外気圧より低くなる。この方法では、制御弁６２を開閉することでサイクロン制御空気を下部室６に供給することができる。

本発明に係るマルチサイクロン１の有効動作を達成する上で、明らかに有益なのは、キャリアガスの量及び粒子によるその負荷を調整することで、個別サイクロン１０における粒子の９９％分離又は更に良好な分離を、サイクロン制御空気供給器９が閉じている状態で行えることである。その上でサイクロン制御空気を故意に供給することで分離レートを変化させることができ、ひいてはマルチサイクロン１から出て行く総キャリアガス流により粒子の一部を極微細粒子として吐出させ、追ってそのガス流から分離させることができる。

言い換えれば、サイクロン制御空気を手段として用いることで、マルチサイクロンから吐出される極微細粒子と、そのマルチサイクロンにてサイクロングリットとして分離される微細粒子と、の間で質量流量分布を調整することができる。これは、サイクロン制御空気供給器９を完全に開くと、キャリアガス流内に存する粒子のうちほとんど１００％が、キャリアガス総出口開口７を介しマルチサイクロン１から除かれることを、意味している。これに対し、サイクロン制御空気供給器９が完全に閉じられているときには、キャリアガス流内の粒子のうちほとんど１００％、より厳密には約９９％が、そのマルチサイクロン１にてサイクロングリットとして分離される。

例えば、５０００ブレーン即ちＤ５０＝約８μｍなる分離対象粒子が注入され且つ１５０ｍｍなる直径を有する個別サイクロンが用いられている場合、Ｄ５０＜６μｍなる粒度を有する極微細粒子を、相応に調整されたサイクロン制御空気量で以て分離させることができる。原理的に言えるのは、最適分離領域が本質的には個別サイクロンの幾何、とりわけその直径によっても規定されることである。これは個別サイクロンの選択性とも呼ぶことができる。サイクロン制御空気との関連では、このような要領で、微細粒子の粒度を規定しある帯域内に再調整することができる。

Ｄ５０値は、指定されている限界粒子直径より大きなものが５０重量％あり小さなものが５０重量％ある粒子分布における、粒子サイズ分布を物語っている。おわかりの通り、とりわけここで示した粒度であれば、ブレーンによる通常の指定面に比べこのサイズが適している。

図２に、本発明に係るマルチサイクロン１を極微細粒子分離機４０の文脈で示す。この極微細粒子分離機４０は、本質的構成要素として、分離対象初期又は中間生産物用の貯留ホッパ４２を備えている。

更に、その分離対象初期又は中間生産物をキャリア空気流内に極力均等に分散させうるよう、分散ユニット２０が設けられている。それより後段には本発明に係るマルチサイクロン１があり、その下流には、バッグフィルタとして好適に構成されたフィルタ３０がある。

以下、極微細粒子分離機４０の構成について、その機能及び動作モードについての記述込みでより詳細に論ずる。

ホッパ４２内に貯留されている初期又は中間生産物は、ロータリ弁４３を介し速度制御型ネジ式コンベア４４へと送給され、そのコンベアによって分散ユニット２０へと送給される。原理的には、ホッパからの吐出と分散ユニット２０への送給とを、別々の手段で達成することができる。

既に説明した通り、分散ユニット２０の役目は、分離対象生産物をキャリアガス流内に極力均等に分散させることである。図２中に模式的に示した分散ユニット２０は一例として記されたものであり、これとは別様に構成された分散ユニットも用いることができる。

初期及び中間生産物が導入されるキャリアガス流を発生させるため、フィルタ３０の下流にファン４５及びそれに対応するコントローラが設けられている。このファン４５はフィルタ３０、マルチサイクロン１及び分散ユニット２０内のキャリアガスを吸引する。

この目的を踏まえ、分散ユニット２０には吸気開口２３が設けられている。その分散ユニット２０自体は、ディストリビュータプレート２２、ブレードリング２４、乱流具２５及び変位体２６を有している。ネジ式コンベア４４により分散ユニット２０へと送給された初期又は中間生産物は、ディストリビュータプレート２２上へと落下する。ディストリビュータプレート２２の回動により、送給されてきた初期又は中間生産物はそのディストリビュータプレート２２の側部にて滑り落ち、分散ユニット２０の壁上に投げ出される。即ち機械的に引き裂かれてより広い流積(flow crosssection)に亘り分散される。上述のキャリアガスが吸気開口２３内を流れ、ディストリビュータプレート２２の縁に配置されたブレードリング２４の働きで更に渦を巻くため、分離対象初期又は中間生産物がキャリアガス流によって吹き流される。高速で入ってくるキャリアガスにより、この場合は空気圧的に、初期又は中間生産物が再び引き裂かれる。

より良好な分散を実現するため、キャリアガスの流動方向沿いには乱流器２５が設けられており、それにより、更なる攪乱、ひいては分離対象初期及び中間生産物のより良好な分散が実現されている。この乱流器２５は、例えば、静的混合部材又はブラッフボディ（渦発生体）を用い構成することができる。とはいえ、そうした実施形態に加え又は代え、ダイナミックロータを用い、初期又は中間生産物の混合及び分散を更に改善することも可能である。これは変位体２６により更に改善されるものであり、その変位体は高さ可調となるよう構成することができる。

分散ユニット２０より後段では、分離対象初期又は中間生産物がキャリアガス流により本発明に係るマルチサイクロン１へと差し向けられる。これは、図１との関連で既に説明した通り、ホッパ４２からの供給により調整されるキャリアガス流の負荷と、ファン４５の働きで調整されるキャリアガス流の単位時間当たり体積と、に係る基本状態でそれを動作させることで、初期状態にてマルチサイクロン１内の微細粒子及び極微細粒子をほとんど完全に分離しうるよう調整される。サイクロン制御空気供給器９を介しサイクロン制御空気を供給することでより貧弱な分離が実現されることとなり、従って、キャリアガス流内の微細粒子がサイクロングリットとして分離されずそのキャリアガス流で以て更にフィルタ３０へと差し向けられることとなる。

このフィルタ３０では、極微細粒子をも分離し、例えばロータリ弁３１の働きでフィルタ３０から吐出させることができる。こうして洗浄されたキャリアガス流は、部分的にプロセスへと逆送給し又は環境中に放出することができる。

ここで述べた極微細粒子分離機４０の長所は、キャリアガスの負荷，単位時間当たり体積双方が専らその極微細粒子分離機４０の個別アセンブリの特性で定まり、より上流又は下流のプロセスを考慮に入れる必要がないため、初期又は中間生産物を生産する上流プロセスの如何によらず、最適動作点付近で常に動作させうることである。

これについて、以下、図３を参照し更に解明する。図３に、ミルシフタコンビネーション５１を有するグラインディングプラント５０を示す。そのミルシフタコンビネーションはミル５２及びシフタ５３を有している。グラインディング済素材はミルシフタコンビネーション５１にて細砕され、ミルファン５６により調整されたグラインディングプラント内キャリアガス流によってグラインディングプラントフィルタ５５へと輸送される。そのグラインディングプラント内キャリアガス流のうち一部を、ホットガス発生器５７を介し再び帰還させることで、例えば、ミルシフタコンビネーション内グラインド乾燥を行うことができる。

グラインディングプラントフィルタ５５では、グラインディングプラントのキャリアガス流内に存する粒子が分離される。それらの粒子は、次いで、本発明に係るマルチサイクロン１を有する極微細粒子分離機４０へと送給される。

この図に示したところによれば、本発明に係る構成の極微細粒子分離機４０は、グラインディングプラント系統から本質的に分離された態で動作させることができる。結果として、グラインディングプラント５０自体，極微細粒子分離機４０双方を、それぞれ、やはりグラインディング又は分離対象素材によるキャリアガス流の負荷とキャリアガスの単位時間当たり体積とに依存する最適動作点にて、動作させることができる。

例えば、図３中に一例として示した従来のグラインディングプラント５０では、通常、そのキャリアガス負荷が３０ｇ／ｍ^３〜５０ｇ／ｍ^３とされ、その最適動作点における粒度が最高６０００ｃｍ^２／ｇとされる。他方で、本発明に係るマルチサイクロン１、更には極微細粒子分離機４０は、２００ｇ／ｍ^３〜３００ｇ／ｍ^３の範囲に属する負荷で動作させることができる。分離させることで、従って、極微細粒子分離機４０の寸法を小さくすることや、幾つかのグラインディングプラント５０向けに極微細粒子分離機４０を１個だけ設けるようにすることが可能になる。これにより所要プラント規模が小さくなり、従って投資コストが低減される。

図４は、サイクロン制御空気量とキャリアガスの塵埃負荷との間の関係を極微細粒子の粒度との関連で示す複合模式図である。

ここでは、極微細粒子の粒度がｃｍ^２／ｇ単位で縦軸上に示されている。横軸の左部分にはサイクロン制御空気量がｍ^３／ｈ単位で、右部分にはキャリアガスの負荷がｇ／ｍ^３単位で示されている。

この図から読み取れるように、サイクロン制御空気量が増えると極微細粒子の粒度が低下する。これに対し、マルチサイクロンより前段におけるキャリアガス流の最適塵埃負荷又は粒子負荷が、粒度に関し形成される。

これから結論づけうるように、また上述した通り、本発明に係るマルチサイクロンを動作させる上で最適な動作点が、キャリア空気流の負荷との関係で存在している。そして、サイクロン制御空気を用いる制御システムにより、極微細粒子の粒度に影響を及ぼすことができる。

本発明に係るマルチサイクロンと、微細粒子及び極微細粒子を分離させるためそれを動作させる方法とによれば、従って、微細粒子及び極微細粒子の単純且つ効率的な分離と、上流プロセスプラントから分離された動作とが可能になる。

Claims (15)

1. マルチサイクロン（１）を動作させることで微細粒子及び極微細粒子を分離させる方法であり、そのマルチサイクロン（１）が、
   実質同一構成である数個の個別サイクロン（１０）を備え、個別サイクロンそれぞれがキャリアガス入口開口（１１）、キャリアガス出口開口（１２）及びグリット吐出開口（１３）を有し、
   それら個別サイクロンがハウジング（３）内に併せて収容されており、そのハウジングには上部室（５）及び下部室（６）が設けられており、
   個別サイクロン（１０）のキャリアガス出口開口（１２）が上部室（５）に向かい開いており、
   上部室（５）がキャリアガス総出口開口（７）を有し、そのキャリアガス総出口開口が、個別サイクロン（１０）の個別のキャリアガス出口開口（１２）から上部室（５）に入ってくるキャリアガスをそのキャリアガス総出口開口（７）を介しマルチサイクロン（１）のハウジング（３）から吐出させるためのものであり、
   グリット吐出開口（１３）がそれぞれ下部室（６）に向かい開いた態で構成されており、
   下部室（６）が、グリット吐出開口（１３）を介し導入されたサイクロングリットの抽出用で、ハウジング外から下部室への空気の侵入がほぼ無しでサイクロングリットの抽出が可能なサイクロングリット抽出装置（８）を有し、
   共通のサイクロン制御空気供給器（９）が下部室（６）に設けられている、
   方法であって、
   キャリアガス入口開口（１１）それぞれに、ハウジング（３）外から等体積のキャリアガス流を分離対象微細粒子及び極微細粒子込みで供給すること、
   個別サイクロン（１０）にて微細粒子及び極微細粒子の少なくとも部分的な分離を実行すること、
   微細粒子を、グリット吐出開口（１３）を介しサイクロングリットとして下部室（６）内に入れそこからサイクロングリット抽出装置（８）を介しハウジング（３）外に吐出すること、
   極微細粒子を、キャリアガス流によりサイクロンファインとして上部室（５）及びキャリアガス総出口開口（７）内に通しマルチサイクロン（１）外に出すこと、
   サイクロン制御空気供給器（９）により下部室（６）内に送給されるサイクロン制御空気の単位時間当たり量（９）を制御することで、マルチサイクロン（１）から送給される極微細粒子の量及び／又は粒度を調整すること、
   を特徴とする方法。
2. 請求項１に係る方法であって、
   個別サイクロン（１０）に向かう等体積のキャリアガス流の単位時間当たり体積をその個別サイクロン（１０）の幾何によって調整することで、そのキャリアガス流内に存在している微細粒子及び極微細粒子のうち約９９％を、サイクロングリットとして、サイクロン制御空気供給器（９）が閉じているときに分離させることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に係る方法であって、
   個別サイクロン（１０）に向かう等体積のキャリアガス流の負荷であり微細粒子及び極微細粒子によるものをその個別サイクロン（１０）の幾何によって調整することで、そのキャリアガス流内に存在している微細粒子及び極微細粒子のうち約９９％を、サイクロングリットとして、サイクロン制御空気供給器（９）が閉じているときに分離させることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に係る方法であって、
   上部室（５）と下部室（６）との間の圧力差を動作中に設定すること、並びに
   上部室（５）内の圧力を下部室（６）内の圧力よりも低くすること、
   を特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に係る方法であって、
   上部室（５）内及び下部室（６）内の圧力を外気圧よりも低く設定することを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に係る方法であって、
   マルチサイクロン（１０）内での送給に先立ち、分離対象微細粒子及び極微細粒子を分散ユニット（２０）へと送給し、そこからマルチサイクロン（１）へとキャリアガス流により輸送することを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に係る方法であって、
   キャリアガス総出口開口（７）からのキャリアガス流及び極微細粒子を、そのキャリアガス流から極微細粒子を分離させるフィルタ（３０）へと送給することを、特徴とする方法。
8. マルチサイクロン（１）であって、
   実質同一構成である数個の個別サイクロン（１０）を備え、個別サイクロンそれぞれがキャリアガス入口開口（１１）、キャリアガス出口開口（１２）及びグリット吐出開口（１３）を有し、
   それら個別サイクロン（１０）がハウジング（３）内に併せて収容されており、ハウジングには上部室（５）及び下部室（６）が設けられており、
   個別サイクロン（１０）のキャリアガス出口開口（１２）が上部室（５）に向かい開いた態で構成されており、
   上部室（５）がキャリアガス総出口開口（７）を有し、そのキャリアガス総出口開口が、個別サイクロン（１０）の個別のキャリアガス出口開口（１２）から上部室（５）に入ってくるキャリアガスをそのキャリアガス総出口開口（７）を介しマルチサイクロン（１０）のハウジング（３）から吐出させるためのものであり、
   グリット吐出開口（１３）それぞれが下部室（６）に向かい開いた態で構成されており、
   下部室（６）が、グリット吐出開口（１３）を介し導入されたサイクロングリットの抽出用で、ハウジング外から下部室への空気の侵入がほぼ無しでサイクロングリットの抽出が可能なサイクロングリット抽出装置（８）を有し、
   キャリアガス入口開口（１１）が、それぞれ、ハウジング（３）外から等体積のキャリアガス流が分離対象微細粒子及び極微細粒子込みで供給されるよう構成されており、
   制御空気を下部室（６）内へと差し向けることができる共通のサイクロン制御空気供給器（９）が下部室（６）に設けられており、
   マルチサイクロン（１）から差し向けられる極微細粒子の量及び／又は粒度をサイクロン制御空気の単位時間当たり量により調整する制御及び調整装置が設けられており、
   微細粒子をサイクロングリットとして分離させることができるマルチサイクロン。
9. 請求項８に係るマルチサイクロンであって、
   個別サイクロン（１０）がハウジング（３）内で並列に、流れに沿って設けられていることを特徴とするマルチサイクロン。
10. 請求項８又は９に係るマルチサイクロンであって、
    互いに気密になるよう上部室（５）及び下部室（６）が構成されており、
    上部室（５）と下部室（６）との間の空気交換が専ら個別サイクロン（１０）を介し生じること、
    を特徴とするマルチサイクロン。
11. 初期又は中間生産物から微細粒子及び極微細粒子を分離させる極微細粒子分離機（４０）であって、
    請求項８乃至１０のいずれか一項に係る少なくとも１個のマルチサイクロン（１）と、フィルタ（３０）と、を備え、
    初期又は中間生産物をキャリアガス流により上記少なくとも１個のマルチサイクロン（１）に供給することができ、
    微細粒子をマルチサイクロン（１）側で分離させることができ、且つ
    キャリアガスにより極微細粒子を更にフィルタ（３０）へと差し向けそこで分離させることができる極微細粒子分離機。
12. 請求項１１に係る極微細粒子分離機（４０）であって、
    数個のマルチサイクロン（１）が、縦続的に、流れに沿って、フィルタ（３０）の上流に相次いで設けられていること、並びに、
    それら複数個のマルチサイクロン（１）の個別サイクロン（１０）にて、それぞれ、直径がキャリアガス流の流動方向に沿い小さくなること、
    を特徴とする極微細粒子分離機。
13. 請求項１１又は１２に係る極微細粒子分離機（４０）であって、
    初期及び中間生産物用の貯留ホッパ（４２）と、分散ユニット（２０）と、
    分離対象初期又は中間生産物が貯留ホッパ（４２）から分散ユニット（２０）を介し極微細粒子分離機（４０）へとキャリアガス流により送給されることと、
    を特徴とする極微細粒子分離機。
14. 生素材から微細粒子及び極微細粒子を生産するグラインディングプラント（５０）であり、
    シフタ（５３）及びミル（５２）を有するミルシフタコンビネーション（５１）を備え、
    そのミルシフタコンビネーション（５１）が、生素材を少なくとも１回グラインディングしたものを、初期篩いがけの際にそのミルシフタコンビネーション（５１）のシフタ（５３）からミル（５２）へと除外粗素材として逆送給し、更なるグラインディングに供するよう構成されており、
    グラインディングプラントフィルタ（５５）を備え、
    ミルシフタコンビネーション（５１）のシフタ（５３）により除外されなかったグラインディング済素材を、グラインディングプラント内キャリアガス流によってグラインディングプラントフィルタ（５５）へと輸送することができ、そこでそれをそのグラインディングプラント内キャリアガス流から分離させることができる、
    グラインディングプラントであって、
    請求項１１乃至１３のいずれか一項に係る極微細粒子分離機（４０）と、
    グラインディングプラントフィルタ（５５）側で分離されたグラインディング済生産物のうち少なくとも一部分を極微細粒子分離機（４０）に初期又は中間生産物として送給し微細粒子及び極微細粒子の分離に供せることと、
    を特徴とするグラインディングプラント。
15. 請求項１４に係るグラインディングプラントであって、
    ミルシフタコンビネーション（５１）のミル（５２）が垂直ミルでありグラインディングテーブル及びグラインディングローラを有することを特徴とするグラインディングプラント。
    

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