JP2002529217A - ガス流中に存在する高温砂粒を機械的に分離するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はガス乱流の中に存在する大きな粒度分布を有する固体粒子を分離するための方法に関し、これはまず、最大寸法の粒子を高効率の分離室（１）の中で除去し、次いで、沈殿装置（２０）の中で残余の微細粒子を高効率で除去することよりなる段階を含む。本発明はまた、この方法を使用する方法にも関する。本発明は更に、ガス乱流の中に存在する大きな粒度分布を有する固体粒子を分離するための装置に関し、これは、懸濁している上記固体粒子を受け取って上記流れから大型粒子の大部分を除去するための分離室（１）と、及び上記の流れから最も細かい粒子を分離するための沈殿装置（２０）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、熱的再生過程よりもたらされて高温度のガス流の中に存在している
広い粒度分布の砂粒の分離についてなされた改良と、及び粒子の分離についてな
された改良との両者に関する。

【０００２】 発明の背景 米国特許第５，６２６，６５１号及び国際特許出願ＷＯ−９７／２７，９２８
（１９９５年５月２４日に公告された英国特許２，２６４，６５５をも参照）は
ガス乱流に同伴された粒子の分離のためのいくつかの型の粒子分離器を記述して
いる。これらの開示はここに参照文献として採用される。

【０００３】 以下の記述において本発明は、高温度のガスの乱流の中に存在する約１ミクロ
ン（下限）と約１００ミクロン（上限）との間の範囲内の粒度分布を有する砂粒
の分離の領域の中で説明される。このような粒子含有ガスは鋳物砂再生過程の領
域で得られる副生物である。

【０００４】 しかしながら、ガスの乱流の中に含まれる固体粒子の分離に関する本発明のこ
の説明は本発明のより広い範囲を制限しようとするものではなく、そして本発明
がガスの乱流の中に懸濁している他の固体粒子の分離にも適用できることは明ら
かである。

【０００５】 米国特許第５，６２６，６５１号、或いは対応するヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ１
−６２６，８８０に記述されているような沈殿装置の捕集プレートの上で約３０
ミクロンを越える粒径の砂粒が跳ね返る傾向を有することが見出されているが、
これはそのガスの流れからのそれらの除去の効率を低下させる。それら砂粒の捕
集プレートの上での跳ね返りの強さ、及びそれによりもたらされる効率の損失が
粒子の大きさと共に上昇することも観測されている。従って、約３０ミクロンを
越える粒度の砂粒よりなる砂の分画の除去は非常に大きな長さのプレートを有す
る沈殿装置の構造を必要とし、このものの費用はその必要な非常に多数の捕集プ
レートのために実際的でないと考えられる。

【０００６】 プレート式沈殿装置による大粒度の砂粒の分離に伴う他の問題は、この砂粒が
それら捕集プレートを摩損する傾向があることであり、これはそれらプレートを
取り替えるための不当な出費、及びそれに伴うそのガス流の中に存在する砂粒の
除去の過程の中断に導く。

【０００７】 発明の要約 本発明の目的は中でも、ガスの流れの中に存在する約３０ミクロンを越える粒
度の砂粒を、それらがもう一つの装置、例えば沈殿装置等へ進入するに先立って
除去することを許容する方法と１組の粒子分離器とを提供することにより、上述
した諸欠点を克服することである。この目的は、ガスの流れの中に存在する約３
０ミクロンを越える粒度の砂粒のような粒子を効率的に分離するために特に設計
された手段を用いることによって達成される。

【０００８】 本発明の対象は、ガス乱流の中に存在する広い粒度分布の固体粒子を分離する
方法であり、これはまず分離室の中で粗大粒子を高効率で除去することを含む。
分離は、適当な装置、例えばプレート式沈殿装置や、いくつかの流路で貫通され
た多孔質構造装置の中で残余の、より細かな粒子を高い効率で除去することによ
り完結される。

【０００９】 すなわち本発明は、一方において、ガス乱流の中に存在する広い粒度分布の砂
粒を分離するための、まず大粒度の砂粒よりなる砂分画をそれのために設けられ
た分離室の中で分離し、次いで残余の細かな砂粒を、もしそのガス流が直接にプ
レート式沈殿装置のような分離装置の中に直接供給されてしまった場合に大粒度
の砂粒を効率的に除去するのに要求されるよりも大いに短い長さのプレート式沈
殿装置或いはそれと等価の装置（いくつかの流路を有する多孔質構造体）の中で
除去することを含む方法として定義することができる。

【００１０】 そのガス乱流に同伴されている大粒の砂粒の除去の段階は、その流れをその分
離室の中へ送り込み、上記ガス流の流速を低下させて上記粒子が重力の作用のも
とでそのガス流の中で或る短い距離にわたって沈降し、次いで、そこでそのガス
が非常に低い速度の粘性流となっている上記室の後壁の上に衝突してこの壁に沿
って落下して上記室の底の上に落下するようにすることよりなる。

【００１１】 本発明は更に、熱砂再生過程からやって来る高温ガス流に同伴されている砂粒
を分離するためにそのような方法を利用する方法に関する。

【００１２】 本発明はまた、ガス乱流の中に存在する広い粒度分布の固体粒子を分離するた
めの、（ａ）上記粒子を含む上記高温ガス乱流を受け取って上記乱流から重力の
作用のもとに大粒度の粒子の大部分を除去するための分離室と、及び（ｂ）上記
分離室からやって来る流れを受け取ってこの流れの中のより細かな粒子を捕集す
るための沈殿装置とを含む装置にも関する。

【００１３】 その分離室は、その流れを受け取るための入口ポートの設けられた或る水平の
ラインと、及びこの室の全幅にわたり延びていて上記室の上端に位置している、
その室の後壁の中の或る水平のスロットに連結された上記流れの排出のためのも
う一つのラインとを含むことができる。この分離室はまた、下端においてテーパ
していてその中に大型粒子がそのガス流から除去された後で捕集されるいくつか
の下方部分をも含む。

【００１４】 その砂粒（大粒度の粒子）は上記室からいくつかの容器の中に排出させること
ができる。

【００１５】 より詳細には、そのプレート式沈殿装置は、 ○ その粒子含有ガスの流れのための入口及び正面側の、粒子が除かれてしまっ たガスの流れのための出口、 ○ 水平の上部と、及びそのガス流の流れ方向について上昇してゆく傾斜の樋状 の第１の底板とが設けられたハウジング、 ○ 上記樋状の底板７と共働する実質的に等しい高さの多数の等間隔の捕集プレ ート、 ○ 各プレートの上端と、ハウジングの上部と、及びハウジングの側壁とによっ て画定されているガス流路、 ○ ２枚の隣接の捕集プレートの間の途中に上記樋状の底板の最下点のところに 設けられて、それを通して各プレートにより捕集された微細粒子が排出され る手段、 ○ 上記樋状の底板に対して実質的に平行であって、その上に上記手段を通して 排出された微細粒子が落下し、そして下向きにスライドされる第２の底板、 ○ 上記第２底板の下端のところの、粉塵放出ポートに連結されたラインと組み 合わされている少なくとも１つの粉塵放出ポート、 ○ ハウジングの２つの底板の間の粉塵放出通路、 ○ ガス流路と粉塵放出通路とを隔てている壁 を含む。

【００１６】 もう一つの変形態様において、その沈殿装置は、例えば架橋化された発泡材の
ような、少なくとも１つの、いくつかの流路により貫通されていてそれらを通し
て残余の粒子を含むガスが乱流で流れるような多孔質構造体を含む。

【００１７】 本発明に従う分離装置はガス流の吸引手段を含むこともできる。

【００１８】 上に記述した組み合わせに属するプレート式沈殿装置は前述した特許文献に記
述されているいかなる装置の形を有していてもよく、そして好ましくは水平の上
端を有するハウジングの底板の上に、そのガスの流れの方向について上昇する傾
斜で取り付けられた等しい高さの多数のプレートを含み、そしてこのハウジング
は高さが減少してゆく通路をそのガス流のために提供する。その底板は樋状であ
り、そしてその最下点において小さな直径の多数の穿孔を含み、それらを通して
微細砂粒は第２底板の中に放出され、これの上を滑走した後、容器に連結された
ラインの中へ或るポートを通して排出される。この第２底板の外側面の上に設け
られたバイブレータの周期的な賦勢がその微細粉塵の排出を支援する。

【００１９】 いくつかの流路により貫通されている多孔質構造体の設けられたこの沈殿装置
は、ここで参照文献としてあげるフランス国特許出願ＦＲ−２，７７７，８０１
及び同ＦＲ−２，７６９，５１７に記述されているものと類似のものであること
ができる。

【００２０】 詳細な説明 分離装置の１つが図１の下部に示されており、そしてこれは室１よりなり、こ
れは下向きにテーパしている各下方部分２と、軸方向の円形のガス入口ライン３
と、及び室１の全幅にわたり延びていて室１の後壁５の上端のところに位置して
いるスロット状の出口４とを備えている。

【００２１】 本発明のこの具体例によれば、その室の底板に対して高められているスロット
状出口４の位置は少なくとも、約３０ミクロンの粒度を有する砂粒がそのガスの
室１の中での滞留時間の間に沈降する距離に等しい。より大きな粒度の粒子はよ
り大きく沈降し、そしてそれらの多くが後壁５に到達する前にホッパー２の中に
落下する。しかしながら、３０ミクロンに等しいか又はそれよりも大きな粒度の
砂粒の大部分はこの室の後壁５に衝突する。

【００２２】 この３０ミクロンの値はここでは情報だけのためにあげてある。

【００２３】 室１の中での１ｍ／秒のオーダーの低いガス流速ではそれら砂粒は壁５に衝突
した後で跳ね返らずに、それらはこの壁に沿って、出口に最も近いホッパーの中
へ落下することが実験的に見出されている。実験はまた、壁５に沿って落下する
砂粒がガスにより再び捕捉されたり再同伴されたりしないことも示している。そ
の物理的な理由は、壁５の上ではそのガスが粘性流（非乱流）のみの状態にあっ
て、その速度が砂粒の沈降速度よりも大いに低いということである。ホッパー２
の中へ排出された砂粒は再捕捉も再同伴もされず、と言うのはそれら砂粒が捕集
される速度は１ｍ／秒よりも大いに高いからである。室１の容積はその粒子含有
砂の速度が、より重い粒子の沈降の記述された原理が行なわれるよりも充分に低
くなるような寸法に設計される。

【００２４】 分離装置２０の１つが図１の上部に示されている。装置２０は従来技術、そし
て中でもこの記述の頭初に述べたいくつかの特許に記載されている沈殿装置に比
して改善されている。

【００２５】 これは主として、水平方向の上端８及び各傾斜底板７及び１３の設けられたハ
ウジングよりなる。実質的に等しい高さの多数の垂直の捕集プレート６が傾斜底
板７の上に取り付けられている。ガスは円形ポート１０を通して分離装置２０の
中へ供給される。この分離装置の中のガス流路９の高さは入口１０と出口１１と
の間で減少している。沈殿装置２０の中に入口１０を通して進入してくるガスの
中に懸濁している微細砂粒はその乱流の流速の変動によってそれらプレートの間
に含まれる空間の中へ追い込まれ、ここでそれらは衝突して各プレート６の上に
沈着する。この現象はこの記述の頭初にあげた従来技術において既に説明されて
いる。

【００２６】 流路９の高さがガス乱流の進行方向について低下する場合に除去効率が上昇す
ることが実験的に見出されている。より細かな粒子はこの沈殿装置出口の近傍に
位置する各プレートの上に沈着することが観測されている。更に、各プレート６
の上に微細粉塵の層が形成された後で、この沈着物が重力の作用のもとにそれ自
身で脱落するのが観測されている。次いでその粉塵は各プレート６からこの沈殿
装置の樋状の底板７の上に脱落する。

【００２７】 図２は、４つの個別区間に分割された流路９を示す。これは必須ではない。図
２はそれらプレート６の形が底板７の樋状の形に適合されていることを示してい
る。更に、底板７と、２枚のプレート６と、及び２つの壁とが或る室を形成して
おり、その中央部下方の点において小さな直径の円い孔１２を含み、これを通し
て粉塵が底板１３の設けられた区間１７の中へ排出される。上記粉塵は上記底板
１３に連結されたバイブレータ１４の間欠的な賦勢によって支援されて底板１３
に沿い滑動する。次にこの粉塵はその２つの底板により形成される傾斜の底に配
置された一般的な粉塵排出ライン１５の中に進入する。粉塵排出区間１７は壁１
６によってガス流路９と隔てられている。この粉塵は最終的に、排出ライン１５
に連結された容器（図示されていない）の中へ排出されることができる。

【００２８】 本発明によれば、そのガスは出口１１から下流に配置された吸引手段１８によ
って、分離室１とプレート式沈殿装置２０との組み合わせ構造体を連続的に流過
する。砂粒又はこの組み合わせ構造体の中に存在する粉塵の排出及び除去は、ガ
ス流及びそのガスからの固体物質の分離を中断することなく、連続的に実施され
る。

【００２９】 本発明の例として、下記の装置をあげることができる：５００℃と７００℃と
の間の温度で約１１，０００Ａｍ³ ／ｈｒの、鋳物砂を同伴しているガス流を処
理するための分離室１及びプレート式沈殿装置は下記の寸法を有する：分離室１
の長さ＝４．５ｍ、高さ（テーパ状底部を含まない）＝１．６ｍ、幅＝１．８ｍ
。ガス出口スロット４は１５ｃｍの高さである。砂の９０重量％が室１の中で分
離される。そのプレート式沈殿装置のガス流路９は長さが３．２ｍ、幅が１．８
ｍであり、そしてその高さは入口における１．５ｍから出口１１における７．６
ｃｍまで減少している。各捕集プレート６は、プレート間間隔７．６ｃｍととも
に高さが３２ｃｍである。各粉塵放出孔１２は直径が１３ｍｍである。この分離
室とプレート式沈殿装置とよりなる組み合わせ構造体の熱砂粒除去効率は９９．
５％のオーダーである。そのプレート式沈殿装置だけではその熱砂粒の約７０重
量％しか除去することができず、従って１の型の分離室とそのプレート式沈殿装
置との間には相乗作用がある。この相乗の物理的な理由は、大粒度の砂粒は、分
離の原理が「重力分離」と呼ぶことのできる分離室１の中でより効率的に除去さ
れるが、一方、より細かな粒子はプレート式沈殿装置２０の中でより効率的に除
去されると言うことである。

【００３０】 その分離室の性能は通常的水平型重力分離器のそれと比較することができる。
３０ミクロンの直径の砂粒について１００％の分離効率を得るためには、本発明
の上記の例に記述した分離室と同じ高さ及び幅を有する従来の水平型重力分離器
は約４８ｍの長さでなければならず、これは本発明の分離室の４．５ｍの長さよ
りも１１倍大きい。もし、従来の水平型重力分離器の高さ、幅及び長さが同じ値
を有すると決めたとすれば、これら３つの寸法は９．４ｍとなることが計算され
た。

【００３１】 その分離室の性能はまた、３０ミクロンの砂粒について９０％の除去効率に達
することのできる複雑な設計の慣性分離器のそれと比べることもできるが、この
場合にはその分離室の中で測定される１８０Ｐａよりも大いに高い圧力落差を条
件とする。

【００３２】 高性能のサイクロン捕集器は３０ミクロンの砂粒について１００％除去効率を
ほぼ達成できるけれども、これも１８０Ｐａより大いに高い圧力落差を条件とす
る。

【００３３】 本発明に従う組み合わせ構造体を用いて得られる９９．５％のオーダーの総合
熱砂粒分離効率は公知の他のいかなる機械的分離器とも比べ物にならない。

【００３４】 図３に示した変形態様では、より細かな粒子を分離するための装置２１は、室
１から流出するガス流のための入口１０と、及びガス吸引装置がその上に取り付
けられていてもよい出口２６とに連結されている管状のライン２２を含む。参照
番号２３はライン２２の主軸に沿ういくつかの流路によって貫通されている多孔
質材料の各ブロックを示す。この分離装置は、フランス国特許出願ＦＲ−２，７
６９，５１７に対応する国際特許公告ＷＯ−９９／１９，０４４に記述されてい
る装置に相当するものであることができる。その発泡材の孔隙率は９０％よりも
大きく、その空胞寸法は０．５ｍｍと５ｍｍとの間である。これが開放胞発泡材
、すなわち空孔が互いに連通している発泡材であることは明らかである。これら
のブロックは、例えば３ｍｍと１００ｍｍとの間の範囲の直径のいくつかの流路
で貫通されている。これは次のように運転される：粒子含有ガス乱流の流れはそ
れら平行な流路の中を著しい圧力低下なしに流れ、そしてそれら粒子は各流路の
壁の中に入り込む。或る振動装置がそれら粒子をその多孔質材料から追い出すこ
とができ、そしてそれらを或る受け取り部材２４へ向かい移動させ、これがそれ
ら粒子を受槽２５の中に捕集する。

【００３５】 ガス流量に従って、ライン２１の長さは増減でき、そして直列に配置された１
つ以上の多孔質材料ブロック２３を設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好ましい具体例に従う分離室とプレート式沈殿装置とを含む装置の全
体配置を示す。

【図２】 そのプレート式沈殿装置の、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】 その分離装置の、いくつかの流路で貫通された多孔質構造体の中での沈殿を含
む分離装置が後続しているもう一つの変形態様を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デュリアン、 フランシス、 アー．、 エル． カナダ国 エヌ０ジェー １ジー０ オン タリオ州 ドランボ アール．アール． １番 Ｆターム(参考） 4D021 FA12 FA16 GA06 GA08 GA10 GA12 GA13 GA14 GA17 GA18 GA23 HA10 4D031 AA01 AB01 AB23 AB26 AB27 BA03 BA06 BA10 BB10 DA01 4E093 CA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス乱流の中に存在する広い粒度分布の固体粒子を分離する方法
   において、まず分離室（１）の中で重力により粗大粒子を高効率で除去し、次い
   で残余のより微細な粒子を沈殿装置（２０、２１）の中で高効率で除去すること
   を含む、上記方法。
2. 【請求項２】 ガス乱流に同伴されている大型粒子の除去の段階が、上記流れを
   定められた寸法の室（１）の中へ送り込んで上記ガス流の速度を低下させ、そし
   て上記粒子が重力の作用のもとに或る限定された高さにわたり沈降し、次いで上
   記室（１）の後壁（５）に衝突してこの壁に沿いこの室（１）の下部（２）の中
   へ落下するようにすることよりなる、請求項１に特許請求された方法。
3. 【請求項３】 それら固体粒子が高温ガスの流れに同伴されており、そして上記
   流れが高温砂粒再生過程からもたらされる、請求項１又は請求項２に特許請求さ
   れた方法。
4. 【請求項４】 それら粒子の粒度分布が１μｍと約１００μｍとの間にわたって
   いる、請求項１乃至３のいずれか１項に特許請求された方法。
5. 【請求項５】 ガス乱流の中に存在する広い粒度分布の固体粒子を分離するため
   の装置において、これが、上記固体粒子を懸濁状態で含む上記高温ガス乱流を受
   け取って上記乱流から重力の作用のもとに、より大きい粒子の大部分を除去する
   ための分離室（１）と、及び上記分離室（１）からやって来る流れを受け取って
   この流れから、より細かな粒子を除去するための沈殿装置（２０、２１）とを含
   むことを特徴とする、上記装置。
6. 【請求項６】 上記室（１）が、 ○ その流れのための入口ポート（３）、及びその流れのための、この室（１） の後壁（５）の中に室（１）の全幅にわたり延びて設けられ、そして上記壁 の上部に配置されている水平のスロット（４）の形の出口ポート、及び ○ 下端においてテーパしていて、その中に大型粒子を上記のガス流から分離さ れた後に捕集する下部（２） を含む、請求項５に特許請求された装置。
7. 【請求項７】 上記沈殿装置（２０）が、 ○ 分離室（１）の出口（４）に連結されたガスの流れのための入口（１０）及 びこのガスの流れのための出口（１１）、 ○ 水平の上部（８）と、及びそのガス流の流れ方向について上昇してゆく傾斜 の樋状の第１の底板（７）とが設けられたハウジング、 ○ 上記樋状の底板（７）と共働する実質的に等しい高さの多数の等間隔の捕集 プレート（６）、 ○ 各プレート（６）の上端と、ハウジングの上部（８）と、及びハウジングの 側壁とによって画定されているガス流路（９）、 ○ ２枚の隣接の捕集プレートの間の途中に上記樋状の底板（７）の最下点のと ころに設けられて、各プレート（６）により捕集された微細粒子がそれを通 して排出される手段（１２）、 ○ 上記樋状の底板（７）に対して実質的に平行であって、その上に上記手段（ １２）を通して排出された微細粒子が落下し、そして下向きにスライドされ る第２の底板（１３）、 ○ 上記第２底板（１３）の下端のところの、粉塵放出ポートに連結されたライ ン（１５）と組み合わされている少なくとも１つの粉塵放出ポート、 ○ ハウジングの２つの底板（７、１３）の間の粉塵放出通路（１７）、 ○ ガス流路（９）と粉塵放出通路とを隔てている壁（１６） を含んでいる、請求項５又は６に特許請求された装置。
8. 【請求項８】 沈殿装置が上記室（１）の出口（４）と連通するライン（２２）
   の中に配置された少なくとも１つの多孔質材料のブロック（２３）を含み、その
   際このブロックは上記ラインの主軸の方向にいくつかの流路で貫通されていて、
   それによりガスの流れが上記各流路を通して流れるようになっている、請求項５
   又は６に特許請求された装置。
9. 【請求項９】 沈殿装置が上記ラインに沿い直列に間隔を置いて配置されたいく
   つかの多孔質材料ブロックを含む、請求項８に特許請求された装置。
10. 【請求項１０】 装置（２０）がガス流吸引手段（１８）をも含む、請求項５乃
    至９のいずれか１項に特許請求された装置。