JP2008030028A - Multi-stage type cyclone apparatus and method for classifying and collecting particulate - Google Patents
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Description
本発明は、多段式サイクロン装置と粒状物の分類収集方法に関するものである。 The present invention relates to a multistage cyclone apparatus and a granular material classification and collection method.
ナノ技術は未来のハイテク技術産業の重要な技術であり、化学、光学、電子、セラミック、および、生物技術等に産業に応用されて、産業層と競争力を強化すると共に、高付加価値を創造して、ハイテク産業の主力となっている。しかし、粒状物生産工程において、ナノレベルの微小物は一般の粒状物処理メカニズムでは収集できないので、本案の発明者は、台湾において、中華民国92年(2003年)10月9日に「サイクロンによりナノ粒子を収集する方法、および、サイクロンの設計方法」の発明案(出願番号092128213)を提出し、粒状物収集問題を解決している。 Nanotechnology is an important technology in the future high-tech industry, and is applied to industries such as chemistry, optics, electronics, ceramics, and biotechnology to strengthen the industrial layer and competitiveness and create high added value. It has become the mainstay of the high-tech industry. However, in the granular material production process, nano-level microscopic materials cannot be collected by a general granular material processing mechanism. Therefore, the inventor of the present plan in Taiwan on October 9, 1992 (2003) An invention proposal (Application No. 092128213) of “Method of collecting nanoparticles and method of designing cyclone” has been submitted to solve the problem of collecting particulate matter.
しかし、直接、サイクロンを使用して粒状物を収集するのは、大量、かつ、効果的に粒状物を粒径に応じて分類、収集するのが不可能であり、高経済価値の超細粒状物は、細粒状物や粗粒状物が混入し、低価格での販売することになる。公知のサイクロンを例とすると、10μm以上の粒状物しか収集できないので、各粒状物をどうやって効果的に分離収集するか、また、分類の方式により、超細粒状物の経済価値をどう向上させるかが、本案が解決する問題である。 However, it is impossible to classify and collect the granular materials according to the particle size effectively and to collect the granular materials directly using the cyclone, and it is very fine particles with high economic value. Items are mixed with fine and coarse particles and sold at low prices. Taking a known cyclone as an example, only granular materials of 10 μm or more can be collected, so how to effectively separate and collect each granular material, and how to improve the economic value of ultrafine granular materials by the classification method However, this is a problem that this plan solves.
上述の欠点を改善するため、本発明は、多段式サイクロン装置と粒状物分類収集の方法を提供することを目的とする。 In order to remedy the above-mentioned drawbacks, the present invention aims to provide a multistage cyclone apparatus and a method for collecting and collecting particulate matter.
本発明の多段式サイクロン装置は、少なくとも一つの第一段階サイクロンと少なくとも一つの第二段階サイクロンとからなり、第一段階サイクロンは、カットオフ空気動力学的直径dpa50,1,jを有し、第二段階サイクロンは、カットオフ空気動力学的直径dpa50,2,jを有する。第一段階サイクロンと第二段階サイクロンは直列接続であり、カットオフ空気動力学的直径dpa50,1,jは以下の方程式で求められる:
上述の1とjは第一段階の第j個のサイクロンを示す;μは気体粘度である;Nはブレード数;wはブレードの厚さ;Pはブレード間距離;nはブレードの旋転回数;rmax、および、rminはそれぞれブレードの外径と内径;Qは気体体積流率;ζは適合常数;Cは粒状物滑り補正係数;である。 1 and j above denote the jth cyclone in the first stage; μ is the gas viscosity; N is the number of blades; w is the thickness of the blade; P is the distance between the blades; n is the number of blade rotations; r max and r min are the outer diameter and inner diameter of the blade, respectively; Q is the gas volumetric flow rate; ζ is the fitting constant; C is the particulate matter slip correction factor.
カットオフ空気動力学的直径dpa50,2,jは以下の方程式で求められる:
上述の2とjは第二段階の第j個のサイクロンを示す;μは気体粘度である;Nはブレード数;wはブレードの厚さ;Pはブレード間距離;nはブレードの旋転回数;rmax、および、rminはそれぞれブレードの外径と内径;Qは気体体積流率;ζは適合常数;Cは粒状物滑り補正係数;である。 2 and j above represent the jth cyclone in the second stage; μ is the gas viscosity; N is the number of blades; w is the blade thickness; P is the distance between the blades; n is the number of blade rotations; r max and r min are the outer diameter and inner diameter of the blade, respectively; Q is the gas volumetric flow rate; ζ is the fitting constant; C is the particulate matter slip correction factor.
粒状物分類収集方法は、複数の異なる大きさの粒状物を含む気流が多段式サイクロン装置の少なくとも一つの第一段階サイクロンを通過する。第一段階サイクロンにより、第一粒状物群を収集する。第一段階サイクロンを通過した複数の異なる大きさの粒状物を含む気流は多段式サイクロン装置の少なくとも一つの第二段階サイクロンを通過する。第二段階サイクロンにより、第二粒状物群を収集する。第一段階サイクロン、および、第二段階サイクロン内の気圧は20〜760トールである。 In the particulate matter classification and collection method, an air flow including a plurality of particulates having different sizes passes through at least one first-stage cyclone of the multistage cyclone apparatus. The first granular material group is collected by the first stage cyclone. The airflow including a plurality of differently sized particles passing through the first stage cyclone passes through at least one second stage cyclone of the multistage cyclone device. The second group of particulates is collected by a second stage cyclone. The pressure in the first stage cyclone and the second stage cyclone is 20 to 760 Torr.
本発明の多段式サイクロン装置、および、粒状物の分類収集方法は、公知技術中の大量、かつ、効果的に粒状物を粒径によって分類収集できない問題を解決し、高経済価値の超細粒状物が細粒状物や粗粒状物が混入して低価格で販売することになるのを防止し、効果的に粒状物を粒径によって分類し、高経済価値を達成する。 The multistage cyclone apparatus and the granular material collection method of the present invention solve the problem that a large amount and a granular material in the known technology cannot be effectively classified and collected by the particle size, and have a high economic value of ultrafine particles. Prevents the product from being sold at a low price due to the mixing of fine and coarse particles, and effectively classifies the particles by particle size to achieve high economic value.
図1と図8は本発明の粒状物分類収集方法を示す図で、その工程は、a.複数の異なる大きさの粒状物を含む気流が少なくとも一つの第一段階サイクロン11を通過する。b.第一段階サイクロン11により、第一粒状物群を収集する。c.第一段階サイクロン11を通過した複数の異なる大きさの粒状物を含む気流は少なくとも一つの第二段階サイクロン12を通過する。d.第二段階サイクロン12により、第二粒状物群を収集する。第一段階サイクロン11、および、第二段階サイクロン12内の気圧幅は20〜760トールである。図1を参照すると、注意すべきことは、本発明の多段式サイクロン装置10は中度の真空(20トール)から常圧(760トール)の条件下で作用し、多段式サイクロン装置10は、複数の第一段階サイクロン11、および、第二段階サイクロン12を有し、第一段階サイクロン11は互いに並列され、第二段階サイクロン12も互いに並列され、かつ、第一段階サイクロン11と第二段階サイクロン12は対応し、直列接続である。図1は、粒状物収集の分類金型工場の設計で、複数の異なる大きさの粒状物を含む気流が、まず、供給機20により、公知のサイクロン21中に伝送され、公知のサイクロン21により、最大粒径の粒状物を収集する。気流は、さらに、多段式サイクロン装置10中に流れ、多段式サイクロン装置10に流入した気体は、複数の第一サイクロン11を通過し、これらの第一段階サイクロン11は、気流中の大粒径の粒状物(第一レベル粒状物群)を収集し、その後、気流は第二段階サイクロン12に流入し、第二段階サイクロン12は、小粒径の粒状物(第二レベル粒状物群)を収集し、続いて、第一段階サイクロン11中の大粒径粒状物(第一レベル粒状物群)は、第一収集器22に送られ、第二段階サイクロン12中の小粒径粒状物(第二レベル粒状物群)は第二収集器23中に送られる。最後に、多段式サイクロン10を経た気流は、フィルター24、および、送風機25を通過中に最後の処理が施される。注意すべきことは、本発明の多段式サイクロン10が袋式集塵設備(図示しない)、或いは、その他の収集設備に結合されて、粒状物を収集するのを助ける。本発明の多段式サイクロン装置10は、袋式集塵設備と結合することが出来る以外に、バッグハウス型(bag-house)、バッグフィルター(bag-filter)、HEPAフィルター(HEPA filter)、および、電気集塵装置(electrostatic precipitator)と結合し、粒状物の収集を助ける。また、気流が多段式サイクロン装置10を通過する前、気流はT型三通管(図示しない)を通過し、T型三通管により、粒径が10μm以上の粒状物をろ過して、気流が多段式サイクロン装置10を通過するときに、直接10μm以下の粒状物を収集することができる。
1 and 8 are diagrams showing the particulate matter classification and collection method of the present invention. An air stream containing a plurality of different sized particles passes through at least one
図2、図3で示されるように、本発明の第一段階サイクロン11、および、第二段階サイクロン12は皆軸翼型サイクロンで、キャビン111、および、サイクロン構造112、からなり、キャビン111は気流を導入する気流入口113、気流出口114、および、内壁115、を有し、キャビン構造112はキャビン111内に位置し、かつ、気流入口113と気流出口114の間を介し、サイクロン構造112とキャビン111の内壁115はチャンネル116を形成する。チャンネル116は気流がチャンネル116を通過するときに旋転を生成し、気流中の粒状物は遠心力により、キャビン111内の内壁115に衝突する。サイクロン構造112は、円柱体117と円柱体117の軸心を環繞し、かつ、円柱体117上に設置される螺旋型ブレード118を有し、チャンネル116は螺旋型ブレード118とブレード118に近接するキャビン111により定義される。注意すべきことは、本実施例中、気体入口113はキャビン111の上部に設置され、気流出口114はサイクロン構造112下方に設置され、キャビン111の径方向から延伸する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図4は、第一段階サイクロン11と第二段階サイクロン12のもう一つの実施例を示し、構造はほぼ同じであるが、異なるのは、本実施例の気体入口113aは、キャビン111の上部に設置され、気体入口113aの設計方向とキャビン111の切線方向は相同で、気流出口114aはサイクロン構造112下方に設置され、キャビン111の径方向に延伸する。
FIG. 4 shows another embodiment of the
図5は、本案の第一段階サイクロン11と第二段階サイクロン12のもう一つの実施例を示す図で、構造はほぼ同じであるが、異なるのは、本実施例の気体入口113bは、キャビン111の上部に設置され、気体入口113bの設計方向とキャビン111の切線方向は相同で、気流出口114bはサイクロン構造112上方に設置され、キャビン111の軸方向に延伸する。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the first-
注意すべきことは、本発明のサイクロン(第一段階サイクロン11、および、第二段階サイクロン12)の構造と本案の発明者が提出した「サイクロンによりナノ粒子を収集する方法、および、サイクロンの設計方法」の発明案(申請番号092128213)のサイクロン構造とは異なり、異なるのは、本発明はさらに、図2、図4、図5の設計のように、多種のサイクロン中の気流入口、および、気流出口の設計位置を提供していることである。また、本案のサイクロンは多段式設計を採用し、故に、サイクロン中に適用する気圧は、20〜760トールで、本案の申請者が提出する前案の適用気圧(20トール以下)と明らかに異なり、適用気圧が異なる故、カットオフ空気動力学的直径を計算する理論方程式も伴って変化する。
It should be noted that the structure of the cyclone of the present invention (first-
本発明の第一段階サイクロン11、および、第二段階サイクロン12は、それぞれ、カットオフ空気動力学的直径(dpa50)を有し、カットオフ空気動力学的直径(dpa50)は以下の公式で算出され:
上述のiとjは第i段階の第j個のサイクロンを示す;μは気体粘度である;Nはブレード数;wはブレードの厚さ;Pはブレード間距離;nはブレードの旋転回数;rmax、および、rminはそれぞれブレードの外径と内径;Qは気体体積流率;ζは適合常数;Cは粒状物滑り補正係数;であり、理論効率と文献上実験データは符合し、第i段階の第j個のサイクロンの滑り補正係数Ci,jは以下の公式で算出される(Hinds, W.C., 1999, Aerosol Technology, 2nd Ed., Wiley & Sons, Inc., 99.49.):
dpは粒径、λi,jは第i段階の第j個のサイクロン中の気体分子の自由平均路径長さで、その値と気体圧力は反比例し、気体温度と正比例する。 dp is the particle size, λ i, j is the free average path length of gas molecules in the j-th cyclone in the i-th stage, and its value and gas pressure are inversely proportional and directly proportional to the gas temperature.
本発明の粒状物を含む気体の生成工程に対し、圧力が中度の中空(20トール)から常圧(760トール)の条件下で、粒状物の分類収集装置と方法を設計すると共に、実験室の実験を実行し、第i段階の第j個のサイクロンの粒状物の収集効率は、以下の公式で計算される:
図6を参照すると、本発明の軸翼型サイクロンの正規化パラメータ:
上述から分かるように、ηi,jと粒状物の粒径dpは一定の関係があり、粒状物が緻密性(非多孔性)の場合、粒径dpは、BET比表面積分析方法により決定され、円球粒状物の比表面積Sと粒径dpの関係は下式で示される:
ρpは粒状物の密度、図7は粒状物の密度ρp=5.8g/cm3を例として生成された粒状物の粒径dpと比表面積Sの関係対照図である。例えば、比表面積Sが10.3m2/gである場合、このときの粒径は0.1μm(すなわち、100nm)で、注意すべきことは、本実施例はBET比表面積を利用して分析するとき、フィルター(図示しない)を使用し、フィルターに用いるフィルター布の空気体布比(m3/min/m2;単位フィルター布面積に流れる単位時間当たりの廃気量の比例)は約1.95で、粒状物の収集効率ηi,jを向上させる必要がある場合、空気体布比は1か1以下に下がる。 ρ p is the density of the granular material, and FIG. 7 is a graph showing the relationship between the particle diameter dp and the specific surface area S of the granular material generated by taking the density ρ p = 5.8 g / cm 3 of the granular material as an example. For example, when the specific surface area S is 10.3 m 2 / g, the particle size at this time is 0.1 μm (that is, 100 nm), and it should be noted that the present embodiment analyzes using the BET specific surface area. When using a filter (not shown), the ratio of air body cloth to the filter cloth used for the filter (m 3 / min / m 2 ; proportional to the amount of waste air per unit time flowing into the unit filter cloth area) is about 1 If the particulate collection efficiency η i, j needs to be improved at 0.95, the air body cloth ratio is reduced to 1 or 1 or less.
粒状物がその他の形状(円球形ではない)場合、比表面積Sと粒径dpの関係は、形状修正因子ζを加えて修正し、以下のように示される:
本発明の多段式サイクロン装置、および、粒状物の分類収集方法は、公知技術中の大量、かつ、効果的に粒状物を粒径によって分類収集できない問題を解決し、高経済価値の超細粒状物が細粒状物や粗粒状物が混入して低価格で販売することになるのを防止する。本発明の多段式サイクロン装置、および、粒状物の分類収集方法は、効果的に粒状物を粒径によって分類し、高経済価値を達成する。 The multistage cyclone apparatus and the granular material collection method of the present invention solve the problem that a large amount and a granular material in the known technology cannot be effectively classified and collected by the particle size, and have a high economic value of ultrafine particles. Prevents products from being sold at a low price due to the inclusion of fine or coarse particles. The multistage cyclone apparatus and the granular material collection method of the present invention effectively classify granular materials according to particle size and achieve high economic value.
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、したがって本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。 In the present invention, preferred embodiments have been disclosed as described above. However, the present invention is not limited to the present invention, and any person who is familiar with the technology can use various methods within the spirit and scope of the present invention. Variations and moist colors can be added, so the protection scope of the present invention is based on what is specified in the claims.
10 多段式サイクロン装置
11 第一段階サイクロン
111 キャビン
112 サイクロン構造
113、113a、113b 気流入口
114、114a、114b 気流出口
115 内壁
116 チャンネル
117 円柱体
118 螺旋型ブレード
12 第二段階サイクロン
20 供給機
21 公知のサイクロン
22 第一収集器
23 第二収集器
24 フィルター
25 送風機
dpa50 カットオフ空気動力学的直径
10
Claims (11)
複数の異なる大きさの粒状物を含む気流が少なくとも一つの第一段階サイクロンを通過する工程と、
前記第一段階サイクロンにより、第一粒状物群を収集する工程と、
前記第一段階サイクロンを通過した複数の異なる大きさの粒状物を含む気流は少なくとも一つの第二段階サイクロンを通過する工程と、
前記第二段階サイクロンにより、第二粒状物群を収集する工程と
を含み、
前記第一段階サイクロン、および、前記第二段階サイクロン内の気圧幅が20〜760トールである
ことを特徴とする方法。 A method for collecting and collecting particulate matter, the process comprising:
An air stream comprising a plurality of different sized particulates passes through at least one first stage cyclone;
Collecting the first granular material group by the first stage cyclone;
An air flow including a plurality of particles having different sizes that have passed through the first stage cyclone passes through at least one second stage cyclone;
Collecting the second granular group by the second stage cyclone,
The method according to claim 1, wherein a pressure width in the first stage cyclone and the second stage cyclone is 20 to 760 Torr.
少なくとも一つのブレードとカットオフ空気動力学的直径dpa50,1,jを有し、前記ブレードが設けられる少なくとも一つの第一段階サイクロンと、
少なくとも一つのブレードとカットオフ空気動力学的直径dpa50,2,jを有し、前記ブレードが設けられる少なくとも一つの第二段階サイクロンと、
からなり、前記第一段階サイクロンと前記第二段階サイクロンは直列接続で、前記カットオフ空気動力学的直径dpa50,1,jは以下の方程式により求められ、
前記カットオフ空気動力学的直径dpa50,2,jは以下の方程式で求められ、
At least one first stage cyclone having at least one blade and a cut-off aerodynamic diameter d pa50,1, j provided with said blade;
At least one second stage cyclone having at least one blade and a cut-off aerodynamic diameter d pa50,2, j provided with said blade;
The first stage cyclone and the second stage cyclone are connected in series, and the cut-off aerodynamic diameter d pa50,1, j is obtained by the following equation:
The cut-off aerodynamic diameter d pa50,2, j is determined by the following equation:
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RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20100602 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20100803 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20101102 |
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A602 | Written permission of extension of time |
Effective date: 20101108 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101202 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20110726 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |