JP2877251B2 - Clean air production method - Google Patents
Clean air production methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造やバイオテクノロジー、医薬品
・食品製造工場などで必要とされるクリーンエアの製造
方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing clean air required in semiconductor production, biotechnology, pharmaceutical and food production factories, and the like.
従来のクリーンエア製造方法として、濾過集塵装置
（バグフィルター等）を使用し塵埃を除去する方法、電
気集塵装置により塵埃を除去する方法、遠心力集塵装置
（サイクロン等）による方法などがある。Conventional methods for producing clean air include a method of removing dust using a filter dust collector (eg, a bag filter), a method of removing dust using an electric dust collector, and a method using a centrifugal dust collector (eg, a cyclone). is there.
上記従来の方法においては、フィルターの目詰まりに
伴いフィルターを交換する必要があったり、帯電に伴っ
て微粒子が炭化（煙の発生）するなどの解決すべき課題
があった。In the above-mentioned conventional method, there are problems to be solved, such as a need to replace the filter due to clogging of the filter and carbonization (smoke generation) of fine particles due to charging.
更に上記従来の方法では、いずれも直径がサブミクロ
ン（0.1μｍ）以下の微粒子が捕集されにくいという問
題があった。Further, in the above-mentioned conventional methods, there is a problem that fine particles having a diameter of submicron (0.1 μm) or less are hardly collected.
本発明は前記課題を解決する手段として、空気を加湿
し、旋回させながら軸対称の超音速ノズルに流入させて
膨張冷却し、上記空気中に含まれる塵埃を核として上記
湿分を凝縮させるとともに、旋回流によって上記凝縮水
滴を遠心分離することを特徴とするクリーンエア製造方
法を提案するものである。The present invention solves the above problem by humidifying air, flowing into an axisymmetric supersonic nozzle while swirling, expanding and cooling, and condensing the moisture with dust contained in the air as a core. Another object of the present invention is to provide a method for producing clean air, wherein the condensed water droplets are centrifuged by a swirling flow.
本発明によれば、空気中に含まれていた塵埃は、その
周囲に凝縮して大きくなった水滴とともに（水滴の中に
含まれて）分離される。この場合の水蒸気の凝縮（不均
一凝縮）では、直径が数nm以上の微粒子（ダスト）が凝
縮核として作用するので、空気中に含まれる直径数nmな
いしサブミクロン程度の微粒子（ダスト）も、十分取り
除くことができる。（水蒸気の凝縮でダストを捕獲す
る。） 〔実施例〕 第１図は本発明方法を実施する装置の一例を示す。こ
の図において（１）は軸対称の超音速ノズルであって、
亜音速部（２）と超音速部（３）を有する。（４）はそ
の亜音速部（２）に設けられたスワラー、（５）はその
スワラー（４）の上流側に接続された加湿器である。ま
た（６）はコンプレッサである。According to the present invention, the dust contained in the air is separated (contained in the water droplets) together with the water droplets that have condensed and increased around the air. In the condensation of water vapor in this case (heterogeneous condensation), fine particles (dust) having a diameter of several nm or more act as condensation nuclei. Can be sufficiently removed. (Dust is captured by condensation of water vapor.) Embodiment FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. In this figure, (1) is an axisymmetric supersonic nozzle,
It has a subsonic section (2) and a supersonic section (3). (4) is a swirler provided in the subsonic portion (2), and (5) is a humidifier connected upstream of the swirler (4). (6) is a compressor.
上記超音速ノズル（１）の後部には、内筒（７）と外
筒（８）とで二重円筒が形成されている。At the rear of the supersonic nozzle (1), a double cylinder is formed by an inner cylinder (7) and an outer cylinder (8).
このような装置において、コンプレッサ（６）を作動
させると、塵埃を含む原料空気（16）が加湿器（５）で
加湿（水蒸気を添加）された後、超音速ノズル（１）の
亜音速部（２）に押込まれ、スワラー（４）によって旋
回が与えられて、断熱膨張領域（11）を超音速部（３）
へ膨張してゆく。膨張に伴って気流温度は低下するの
で、超音速部（３）の或る領域（凝縮開始領域）（12）
で、空気中に含まれる塵埃を凝縮核とした水蒸気の凝縮
（不均一凝縮）が起こり、液滴（17）が形成される。形
成された液滴（17）は、液滴成長領域（遠心分離領域）
（13）において、下流へ流れるに従って成長を続けると
同時に、旋回流に伴う遠心力の作用でノズルの壁側へ運
ばれ、そのまま超音速部（３）の外筒（８）へ進入す
る。外筒へ進入した液滴は、斜め衝撃波（18）の通過で
気体温度が上昇するため、再び気化される。一方内筒
（７）へは液滴を含まない（塵埃を含まない）空気が流
入する。In such an apparatus, when the compressor (6) is operated, the raw air (16) containing dust is humidified (added with steam) by the humidifier (5), and then the subsonic portion of the supersonic nozzle (1). The swirler (4) pushes the adiabatic expansion zone (11) into the supersonic section (3).
It expands to. Since the airflow temperature decreases with expansion, a certain region (condensation start region) of the supersonic portion (3) (12)
Then, condensation (non-uniform condensation) of water vapor using dust contained in the air as condensation nuclei occurs, and droplets (17) are formed. The formed droplet (17) is in the droplet growth area (centrifugal separation area)
In (13), the growth continues as it flows downstream, and at the same time, it is conveyed to the nozzle wall side by the action of centrifugal force accompanying the swirling flow, and directly enters the outer cylinder (8) of the supersonic portion (3). The liquid droplet that has entered the outer cylinder is vaporized again because the gas temperature rises due to the passage of the oblique shock wave (18). On the other hand, air containing no liquid droplets (not containing dust) flows into the inner cylinder (7).
このようにして、内筒（７）に接続された管路（９）
から、塵埃および湿分を含まないクリーンエアを取り出
すことができる。なお、外筒（８）に接続された管路
（10）からは、塵埃を含む空気が排出される。Thus, the pipeline (9) connected to the inner cylinder (7)
, Clean air free from dust and moisture can be taken out. In addition, the air containing dust is discharged from the pipeline (10) connected to the outer cylinder (8).
第２図は加湿のために吹込んだ水蒸気の状態変化を示
す図であり、次にこの図を用いて説明する。FIG. 2 is a diagram showing a state change of steam blown for humidification, which will be described with reference to FIG.
まず、コンプレッサ入口の原料空気の状態は第２図中
Ａ点で示される。これをコンプレッサで圧縮昇圧して加
湿するので、超音速ノズルの入口では第２図のＢ点の状
態に移行する。次に水蒸気の分圧と温度は、超音速ノズ
ル内の急激な膨熱膨張による冷却で、気体状態のまま、
気相領域から液相領域、更には固相領域のＣ点へと変化
する（過飽和状態となる。）。ここで、第２図のＣ点を
起点とし、空気中の塵埃を核として凝縮が始まり、圧力
低下と温度上昇を伴って液滴が発生する。また、ノズル
内の気流は入口のスワラーから与えられた強い旋回力を
有するから、液滴はノズルの外周へ分離されてゆく。こ
れはＤ点で表わされる。そして最後に斜め衝撃波によっ
て、圧力と温度がＡ′点まで回復するのである。First, the state of the raw material air at the compressor inlet is indicated by point A in FIG. Since this is compressed and pressurized by the compressor and humidified, the state shifts to the state of point B in FIG. 2 at the inlet of the supersonic nozzle. Next, the partial pressure and temperature of the steam are kept in a gaseous state by cooling due to rapid thermal expansion inside the supersonic nozzle.
The state changes from the gas phase region to the liquid phase region and further to the point C in the solid phase region (it becomes a supersaturated state). Here, starting from point C in FIG. 2, condensation starts with dust in the air as a nucleus, and droplets are generated with a decrease in pressure and an increase in temperature. Further, since the air flow in the nozzle has a strong swirling force given by the swirler at the entrance, the droplet is separated to the outer periphery of the nozzle. This is represented by point D. Finally, the pressure and the temperature are restored to the point A 'by the oblique shock wave.
次に第３図は、本発明方法を実施する装置の第２の例
を示す。前記第１の例はコンプレッサ（６）を用いて超
音速ノズル（１）に空気を押込むものであったが、この
第３図に示すものは、コンプレッサを用いず、超音速ノ
ズル（１）後部の内筒（７）と外筒（８）に接続された
管路（９），（10）に、それぞれ真空ポンプ（21），
（22）を設け、吸込方式となっている。第３図の装置に
おいても、作用効果は前記第１図のものとほぼ同様であ
るが、真空ポンプ（21）に発生する塵に留意する必要が
ある。FIG. 3 shows a second example of an apparatus for implementing the method of the present invention. The first example uses the compressor (6) to push air into the supersonic nozzle (1), but the one shown in FIG. 3 uses no supersonic nozzle (1) without using a compressor. Vacuum pumps (21) and (10) are connected to pipes (9) and (10) connected to the rear inner cylinder (7) and outer cylinder (8), respectively.
(22) is provided, and it is a suction system. In the apparatus of FIG. 3, the operation and effect are almost the same as those of FIG. 1, but it is necessary to pay attention to dust generated in the vacuum pump (21).
次に第４図は、本発明方法を実施する装置の第３の例
を示す。この例は、超音速ノズル（31）の外形を円筒形
とし、中子（32）を設けることによって、流路断面積の
変化を前記第１図および第２図図示のものと同様にした
ものであって、作用効果は前記例と同様である。Next, FIG. 4 shows a third example of an apparatus for performing the method of the present invention. In this example, the outer shape of the supersonic nozzle (31) is made cylindrical and the core (32) is provided to change the cross-sectional area of the flow channel in the same manner as that shown in FIGS. 1 and 2. The operation and effect are the same as those in the above-described example.
さらに第５図は、本発明方法を実施する装置の第４の
例を示す。前記第４図により説明した第３図の例では、
超音速ノズル（31）の外形が円筒形であったが、この第
５図に示すものは超音速ノズル（41）が先細のテーパ管
（円錐台形）となっている。またスワラー（44）はノズ
ル入口の接線方向から流入するようになっている。（4
2）は中子、（47）は内筒、（48）は外筒である。FIG. 5 shows a fourth example of an apparatus for performing the method of the present invention. In the example of FIG. 3 described with reference to FIG. 4,
The outer shape of the supersonic nozzle (31) is cylindrical, but the one shown in FIG. 5 is such that the supersonic nozzle (41) is a tapered pipe (frustoconical shape). Further, the swirler (44) flows in from the tangential direction of the nozzle inlet. (Four
2) is a core, (47) is an inner cylinder, and (48) is an outer cylinder.
本実施例では、スワラー（44）を接線方向流入方式と
したので、強い旋回流を得ることができる。また超音速
ノズル（41）の外形を円錐台形としたので、円筒形の場
合に比し、壁面との摩擦による旋回流の減衰が軽減でき
る。In this embodiment, since the swirler (44) is of the tangential inflow type, a strong swirling flow can be obtained. Further, since the outer shape of the supersonic nozzle (41) is a truncated cone, attenuation of the swirling flow due to friction with the wall surface can be reduced as compared with the case of a cylindrical shape.
本発明のクリーンエア製造法によれば、従来法では不
可能であった直径がサブミクロン以下の空気中塵埃を取
り除くことができ、更に湿分も取り除くことができる。According to the clean air manufacturing method of the present invention, it is possible to remove dust in the air having a diameter of submicron or less, which was impossible with the conventional method, and further remove moisture.
第１図は本発明方法を実施する装置の一例を示す図、第
２図は加湿のため吹込んだ蒸気の状態変化を示す図、第
３図は本発明方法を実施する装置の第２の例を示す図、
第４図は同じく第３の例を示す図、第５図は同じく第４
の例を示す図である。 （１），（31），（41）…超音速ノズル （２）…亜音速部、（３）…超音速部 （４），（44）…スワラー、（５）…加湿器 （６）…コンプレッサ、（７），（47）…内筒 （８），（48）…外筒、（９），（10）…管路 （11）…断熱膨張領域、（12）…凝縮開始領域 （13）…液滴成長領域（遠心分離領域） （16）…原料空気、（17）…液滴 （18）…斜め衝撃波、（21），（22）…真空ポンプ （32），（42）…中子FIG. 1 is a view showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is a view showing a state change of steam blown for humidification, and FIG. 3 is a second view of an apparatus for carrying out the method of the present invention. Diagram showing an example,
FIG. 4 is a diagram showing a third example, and FIG.
It is a figure showing the example of. (1), (31), (41) ... supersonic nozzle (2) ... subsonic part, (3) ... supersonic part (4), (44) ... swirler, (5) ... humidifier (6) ... Compressor, (7), (47) ... inner cylinder (8), (48) ... outer cylinder, (9), (10) ... pipeline (11) ... adiabatic expansion area, (12) ... condensation start area (13) ) ... droplet growth area (centrifugal separation area) (16) ... raw air, (17) ... droplet (18) ... oblique shock wave, (21), (22) ... vacuum pump (32), (42) ... medium Child
Claims (1)
音速ノズルに流入させて膨張冷却し、上記空気中に含ま
れる塵埃を核として上記湿分を凝縮させるとともに、旋
回流によって上記凝縮水滴を遠心分離することを特徴と
するクリーンエア製造方法。1. A method of humidifying and swirling air to flow into an axially symmetric supersonic nozzle while expanding and cooling it, condensing the moisture with dust contained in the air as nuclei, and condensing the moisture by a swirling flow. A method for producing clean air, comprising centrifuging water droplets.
Priority Applications (1)
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