JP3305716B2 - 気体や液体から浮遊する微粒子を除去する方法および装置 - Google Patents
気体や液体から浮遊する微粒子を除去する方法および装置Info
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Description
微細な粒子を除去することに関する。
で分布している、塵、霧、煙霧、煙、有害ガス等のよう
な微粒子状の物質を、純粋に機械的な手段を使用する新
しい特別な方法で、乱流現象に伴う或る効果を有効に活
用することによって分離収集することを可能とする。
荒れの渦と速度のふらつきとに従う傾向をもつことは流
体力学や、その関連分野の専門家の間では周知のことで
ある。このことは雪片やほこりの粒子が風に運ばれて、
大気の乱流の周りを渦巻くような大吹雪や土砂あらし等
に遭遇した専門家でない人々によっても屡々証言されて
いる経験である。このように乱流は、よく混ぜられた流
体の中に分布する微粒子を保有する。
微細な粒子を除去することは、これを効率よく行うこと
が困難で、費用のかかる作業である。従来からこの目的
に伝統的に使用されている装置には静電式沈澱器、種々
のフィルタおよび湿式洗浄器等がある。ガス洗浄器は工
業用ガスから有害なガスを除去するためにも使用され
る。サイクロン収じん器は約5ミクロン以上の大きさの
微粒子を除去するのに伝統的に使用されて来た。またこ
の動作範囲を約1ミクロンの微粒子の所まで拡げるため
に耐えざる努力がなされてきた。
ガスを除去するための、高価でない工業用ガス洗浄器は
存在していない。
い特別の方法で、分布している微粒子を分離し、収集す
るために乱流の混合効果を活用するものである。
体は、工業上の応用の場合、ダクトや処理プラントを通
過する際に乱流状態になっていることが多い。このよう
なダクトやプラントは金属か、時には他の堅い材質の堅
固な壁に囲まれている。乱流がそのようなダクトや処理
プラントの中を通過する際に、流体中に分布浮遊してい
る微粒子は、継続的に乱流の作用によって混合され、結
果として継続して新しい粒子が乱流によって堅固な壁の
極く近くに運ばれてくる。本発明の要諦は分布している
微粒子が乱流の混合作用によって絶えず平滑な表面に沿
って運ばれてくる時に、後述する新しいやり方でそれを
捕捉し、トラップして収集することにある。
至衰微する、すなわち壁の極く近傍、所謂「粘性副層」
では乱流はなくなる。充分の慣性力をもっている浮遊微
粒子が乱流の混合作用によってこの粘性副層に運ばれて
来ることは周知であるが、そこで、それを淀んだ浅い池
に投げ込まれた岩が底に沈むように捕捉できるのであ
る。従って、本発明は乱流混合によって流体の淀んだ乱
流のない層に運ばれてきた微粒子を、捕捉し、トラップ
し、収集するのであるが、その層とは堅固な壁の近傍の
粘性副層に対応する所ではなく、この目的のために特別
に作った所なのである。
又はプラントの一部分の断面だけに制限し、残りの部分
では実質的に流体が流れないようにして、乱流から離れ
るに伴い乱流が次第に消滅乃至衰退するようにして形成
する。このような結果は非常に多くの異なる方法で達成
できるが、それらのすべては本発明の範囲に含まれるも
のと考えられる。何故ならばそれらすべては本発明の主
要部分を構成する同じ目的を得るためのものであるから
である。
霧、さらには有害ガス等を独特の効果的な方法で除去す
るものである。本発明では、非常に荒れた乱流となって
いるガス流をその流れに垂直な方向にせまい間隔で複数
の垂直収集プレートを配置し、その上方にガス流の流れ
る通路を有する室を流す。
の間の空隙の中に運ばれるが、そこには実質的なガスの
流れはなく、渦は衰退する。微粒子はトラップされ、慣
性力の衝撃とブラウンの拡散メカニズムによって固体表
面に沈澱させられる。沈澱物は重力の作用によって沈下
乃至流下させられるのに充分な程厚くなるに伴って、前
記室の底部に落下乃至沈澱する。その固体乃至流体沈澱
物は機器の底から除去する。
ために、垂直収集プレートの間に約0.1ミクロン又はそ
れ以下の直径の繊維を約0.001から約0.1の体積率でゆる
くつめて、ブラウン拡散メカニズムによる収集に使える
固体表面積を非常に増大することができる。
直径を有する非常に微細な塵や霧状の粒子をガス流から
使用中に継続的に除去して、収集することができる。更
に装置から上流のガス流の中に霧化した流体を微細な煙
霧状に噴射することによって、乱流に吸収されている有
害なガスを噴射した霧状粒子と一緒に垂直収集プレート
に衝突させて取除く。
むガス流から微粒子を除去する方法であって、次のステ
ップを含む: a) 実質的なガスの流れは存在しないが前記ガス流と
は交流している、少くとも1つのガス停滞地帯の上に位
置する少くとも1つの流れの通路を通して、前記ガス流
を非常に乱した流れにして運ぶこと、 b) 微粒子を浮遊させて運んでいる前記ガス流の乱流
の渦を前記淀んだガス停滞地帯の中に引き込み、衰退さ
せて、前記微粒子をできるだけ純粋に機械的な手段でト
ラップし、固体表面に沈澱させること、 c) 前記微粒子の沈澱物を主として重力の作用で除去
落下させること、 d) 前記落下した沈澱物を継続的にねじコンベアーに
よって、又は周期的にルーバーやその他前記機械的トラ
ップ手段の底に位置する適当な手段を開けることによっ
て除去すること、および e) 前記沈澱物をホッパーやその他の適当な手段の中
に放出すること。
に、一乃至複数の格子を挿入しておくことによって乱れ
を有利に増大できる。
はスラリー即ち懸濁液を微細な噴霧としてガス流の中に
噴射することもできる。この液体又はスラリーの噴霧は
ガス流の中を浮遊する微粒子や有害なガスを洗浄し、前
記垂直プレート上に沈澱させ、前記室の底部から放出す
る作用をもつ。
微粒子を除去するための装置にも関するもので、 − 前記流体を非常に荒れた乱流として運ぶための少な
くとも1つの通路と、 − 該通路と連絡し、少くとも1つの淀んだ停滞地帯を
形成し、そこで前記微粒子をトラップするための複数の
垂直収集プレートと、 を備える、少くとも1つの室を含むものである。
約3から10cmの高さをもち、互いに約0.5から5cmの間隔
をおいて複数の垂直なにプレートを、流れの通路の下に
平行に並べておくことによって形成される。従って前記
の流れの通路の底面は、これら垂直プレート群の上縁
と、それらの上縁の間の空隙とによって形成される形と
なる。前記流体の渦によってこのプレート群の間に運ば
れて来た粒子は、慣性の衝撃とブラウンの拡散運動の力
によって、該プレートの表面に沈積する。
直径が約0.01から1ミクロンの繊維からなる適当なフィ
ルタ媒体をつめる方が効果のある場合がある。これは0.
001から0.1ミクロンのようなミクロン以下の超微粒子を
ブラウンの拡散運動によって、その上に沈積させる性能
がある。
流れの通路も、前記少くとも1つの通路の全長に亘って
それぞれ均一の高さをもっている。
路の上流側の端から約5cm乃至約30cmの距離に亘って、
約3cmから最大約10cm位まで徐々に増加していって、そ
の後は一定に保たれ、その結果通路の高さは始めは約8c
mで、それから最小約1cmの値まで漸減し、その後は一定
に保たれるようになっている。
反対の方向に折れ曲がっていたり、曲線を形成している
ことも本発明の範囲から逸脱するものではない。
約20度から60度傾斜していてもよい。
て、重なるような配置にしてもよい。この場合沈澱物は
ねじコンベアーによるか、前記室の間にあるパイプによ
って室から排出される。
いる場合で、1つの室から排出された沈澱物がすぐ下に
ある室の上面の外側を下方に滑るなり、流れるなりする
ようになっている実施例もある。
できる: ここでLは通路の長さ、Sは通路の高さ、vは通路の中
のガスの速度、wは通路と淀んでいる地帯との間の境界
を形成する面を通る、塵等の実効流動速度である。wは
Lには無関係であるが、乱流の強さに依存し、vに直接
比較するよりもおそく、又、Sに逆比例するよりもずっ
とおそく増大する。更にwは通路の幅、垂直収集プレー
トの間の間隙の大きさ、垂直収集プレートの高さ、通路
に入ってくるガスの初期条件、および微粒子の沈澱のた
めに使用できる単位体積当りの表面積などの、装置の外
の構造的特徴によっても影響をうける。典型的な例とし
て、約2ミクロンの中位の大きさの粒子の塵に対しては
wの値は1.8から3.4mの範囲のL、2又は3mのS、約30c
mの通路幅および24から57m/sの範囲のvに対して40から
100cm/Sであった。
して示すにすぎず、その他の実施例の可能性を除外する
ものではない。以下の記述において、参照番号は次のよ
うな付属図面に対するものである。
る乱流沈澱器の概観図、 − 第2図は本発明の1つの実施例におけるダクトの構
成を示す側面図、 − 第3図は本発明の別の実施例におけるダクトの構成
を示す側面図、 − 第4図は本発明の更に別の実施例におけるダクトの
構成を示す側面図である。
を帯びたガスの入口(12)と、清浄化されたガス(典型
的には空気)の出口(14)とを含む。この実施例では入
口(12)と出口(14)とは一般的に水平軸上に配置され
ている。室(10)の中でガスは通路(16)を流れ、その
下には複数の垂直収集プレート(18)が並置されてい
る。微粒子はプレート(18)の表面上に沈澱し、主とし
て重力の効果によってそこから除去されて、底部(20)
に落ちる。そして適時ルーバー(22)を通してホッパー
(24)の中に放出される。ルーバーに代わるものとして
室の底部に軸方向に位置するねじコンベアを使ってもよ
い。
含むどのような材料で構成してもよいが、非常な高温も
含めて広い範囲の温度に耐えるものがよい。塵、霧、煙
霧等が除去されるので、この装置は周期的に清掃するこ
とは必要としない。例えばディーゼルの排気のすすのよ
うな粘着性の物質を除去するためには、微細に気化した
ディーゼル燃料その他適当な流体を洗浄剤として使っ
て、乱流沈澱器を洗浄器として使うことができる。
のために有害なガスを吸収する適当な溶融剤又はスラリ
ー(懸濁液)を微細に気化して、乱流沈澱器(10)の上
流で噴射することによって、この乱流沈澱器を洗浄器と
して使うことができる。霧はおおむね垂直収集プレート
(18)上に沈澱し、溶融剤又はスラリーは底部(20)か
らルーバー(22)の代わりに適当なバルブで制御された
出口を通して放出される。
の空間を好ましくは直径0.1ミクロン以下の微細なファ
イバを、好ましくは0.1以下の体積率の充填密度でつめ
こんで使う。これによってブラウンの運動による超微細
粒子の沈澱に使用される単位体積当りの表面積を著しく
増加させることができる。このやり方を応用した時に
は、ファイバから沈澱物を除去るするために周期的な洗
浄が必要である。
流れの通路の上流又は、その中に1つ又は複数の格子を
置く等のいろいろな方法で増大できる。
業において生じることは、塵の多いガスがダクトの中を
流れる場合が最も多い。流れは通常乱流となっている。
この場合比較的多数の垂直プレートを第2図、第3図に
示すように次々とダクト中に横断するような方向で、ダ
クトの底部から立たせてある。
全長に亘って均一の高さをもっている。第3図では前記
垂直プレート(18)の高さは前記通路の上流の端から約
5cm乃至30cmの間の距離に亘って、約3cmから最大値約10
cmまで徐々に増加し、その後の区間は一定に保たれる。
従って前記通路の高さは始めは約8cmであって、それか
ら徐々に減少して約1cmの最小値に達し、その後は一定
に保たれる。
並べ方をどのように組合わせてもよく、第3図に示す配
列を繰り返してもよい。
れに戻ることを防ぐために、垂直プレートの上端の縁を
第4図に示すようにガス流に対抗するような方に折り曲
げるかカーブさせることができる。
れはないけれども、乱流の渦はプレート間を或る程度の
深さまで浸透し、プレートによって構成されるトラップ
の上に微粒子を運ぶ。垂直プレートの間の空間で乱流は
プレートの上端で画成される表面からの距離が増大する
につれて急速に減衰する。渦によってプレートの間を運
ばれた粒子の大部分はガス流の通路に運び戻されること
はない。粒子はガス流の淀みの部分に達してしてしまっ
ているからであり、一部には粒子は2つのプレートの間
の空隙の下流で、ブラウンの運動によって両方のプレー
トの表面上に沈澱させられてしまうからである。粒子は
プレートの上に或る厚さになるまでは積み上がるが、そ
の限度を超すと不安定になりダクトの底部のルーバーの
方へ落下する。そこから粒子は周期的にルーバーを開け
て、ホッパーの中に放出することによって除去される。
ることも本発明の範囲に含まれる。
く、積った粒子を除去する期間を長くしても使える。垂
直プレートから沈澱した微粒子が戻ってしまうことも10
0m/sの程度のガス流速度になるまで顕著には起こらな
い。ダクトの開いている部分の高さが1cmのオーダーで
あり、隣接する垂直プレートの間隔も同じオーダーであ
るが、これらの寸法はガス流の性質、流量、およびガス
流の汚濁物の含有量によって変わることがある。
って、平均1.5μmの直径のASP−100アルミニウム硅酸
塩の顔料の除去能率を約5mのダクト長によって99%のオ
ーダーにすることができる。圧力損失は水柱で数インチ
のオーダーである。
酸塩顔料を含むガス流に対して、2.7mのダクト長で、通
路の高さ3cmのダクトを使い、35m/sと24m/sの間のガス
の速度とすることによって、除去能率が80%から86%の
間の範囲に達することが可能である。
能率を93%にすることができる。
流の渦を淀んでいる地帯に導くのと同じ原理を他のガス
洗浄装置にも応用することができる。例えば本発明の別
の実施例では、微粒子を含むガス流の流れるダクトを水
平に区切る穴のあいた仕切り板を挿入して2つの部分に
分け、ガス流は上の方の部分だけに流れるようにし、穴
のあいた仕切り板の下の空間にはガス流がないようにす
る。乱流の渦は仕切り板の穴を通して下に行くが、その
静かな地帯で減衰する。穴を通して渦によって運ばれた
微粒子はガス流の中に戻ることはできず、ダクトの底に
たまる。
な垂直のひれをつけて、5ミクロン以下の微粒子を高能
率で収集することもできる。特に大きな回転数をガスに
与えれば有効である。
空間を置いて1つずつ上に重ねるような使い方もでき
る。
塵、霧、煙霧又は煙等を含む粒子を、液体でも気体でも
どんな流体からでも除去するために使用することができ
る。水の濾過にも使える。
粉砕燃料によるボイラ:燃焼制限ボイラ:亜炭給炭機燃
料ボイラ:亜炭粉砕燃料燃焼ボイラ(ハンマミル) 2.石炭産業:亜炭回転型蒸気乾燥機:亜炭プレート型乾
燥機:燃焼ガス亜炭乾燥機:亜炭ミル乾燥機:亜炭運搬
機の脱じん:瀝青炭チューブ型蒸気乾燥機:瀝青炭運搬
機の脱じん:瀝青炭−コークス粉砕プラント。
ラント:亜炭練炭からのガス生成器:半瀝青炭亜炭から
のガス生成器:頁岩ガス清浄プラント:コークス炉市ガ
ス清浄:コークス炉ガス清浄:石油気化水ガス清浄:タ
ール気化水ガス清浄。
ン乾燥工程:回転キルン湿潤工程:焼器付き回転キル
ン湿潤工程:垂直キルン:原材料乾燥機:セメント ミ
ル:包装機。
随伴冷却塔:硫化亜鉛焙煎器:砒素および硫酸煙霧除
去:硫酸用テイルガス濃度:硫化水素燃焼プラントから
の硫黄煙霧。
イト焼および処理キルン:多重遠心分離洗浄器付きア
ルミナ焼器:塩素酸カリウム乾燥機:フラーの土壌乾
燥器。
亜鉛鉱石:同用垂直衝風炉:錫鉱石:同用垂直衝風炉:
アンチモニー鉱石:銅変換器:ニッケル含有鉄鉱石用回
転キルン:フェロシリコン生成器:導線生成器:炭化カ
ルシウム生成器。
イバ:グラファイト:石こう:油煙:石灰石:ゴム:
砂:シリカ粉:ごみ焼却器:ビルディング材料:石け
ん:石けん石:滑石:木粉:やすり:磁気磨き:金属研
磨:ペンキ顔料:肥料:原石焼結物:パーライト等。
とスパイス:パン焼き材料:インスタント食品:等。
をエア・コンディショナーに直列に挿入することができ
る。
よってガスが淀んでいる所に運び、そこにある固体の表
面に沈澱させ、気化した流体のスプレーや有害ガスも一
緒に処理することを含む、動作中も使用できる継続的な
手順で、ガス流から、微粒子状の塵、霧、煙霧、有害ガ
スを除去する新しい安価な方法を提供するものである。
本発明の範囲内で多くの修飾が可能である。
Claims (15)
- 【請求項1】微粒子を含むガス又は液体の流れから微粒
子を除去する方法にして、該方法が: a)実質的なガスの流れはないが、ガスの流れと連絡し
ている、少くとも1つのガスの淀んでいる地帯の上に位
置する少くとも1つの流れの通路を通して、前記ガスの
流れを非常に荒れた乱流の中で運ぶことと、 b)浮遊している微粒子を運んでいる前記ガス流の乱流
の渦を前記淀んでいる地帯に入り込ませ、衰退させて、
そこで前記微粒子を純粋に機械的な手段によって固体表
面に捕捉、沈澱させることと、 c)前記微粒子の沈澱物を主として重力の作用で該固体
表面から剥離することと、 d)該沈澱物を継続的にねじコンベアによって除去する
か、前記機械的捕捉手段の底部に位置するルーバーその
他の適当な手段を周期的に開き、 e)該沈澱物をホッパー又は適当な手段の中に放出する
ことを、 含むことを特徴とする方法。 - 【請求項2】前記ガス流における乱流の乱れを1又は複
数の格子を流れの通路の上流又は該通路の中に挿入する
ことによって強くすることを特徴とする、請求項(1)
に記載の方法。 - 【請求項3】前記流れの通路の上流において、噴霧器に
より前記ガス流の中に適当な液体又は懸濁液を微細な噴
霧として吹き付け、浮遊している微粒子や有害なガスを
ガス流から洗浄して、前記固体の表面に沈澱させ、前記
淀んでいる地帯の底部から放出することを特徴とする、
請求項(1)又は(2)に記載の方法。 - 【請求項4】微粒子を含むガス又は液体の流れから微粒
子を除去するための装置にして、該装置が少くとも1つ
の室(10)を含み、該室(10)が: −前記流体の流れを非常に荒れた乱流の中で運ぶための
少くとも1つの通路(16)と、 −前記少くとも1つの通路(16)と連絡し、その下に少
くとも1つの淀んだ地帯を形成し、そこで前記微粒子を
沈澱させて捕捉するための平行に配置された垂直の収集
用プレート群(18)とを含むことを特徴とする装置。 - 【請求項5】請求項(4)に記載の装置において、前記
淀んでいる地帯が約0.1から約3mmの厚さと、約3から10
cmの高さとをもち、互いに約5cm離れて平行に配置され
る垂直なプレート群(18)を前記流れの通路(16)の下
に並べて置くことによって形成され、従って該通路(1
6)の底部は、該垂直なプレート群(18)の上縁と、該
プレート間の隙間とによって形成され、乱流の渦によっ
て該プレートの間の空間まで運ばれて来た微粒子が慣性
の衝撃とブラウンの拡散運動とによって該プレートの表
面に沈澱することを特徴とする装置。 - 【請求項6】請求項(4)又は(5)に記載の装置にお
いて、前記垂直なプレート群(18)の間の淀んだ地帯に
約0.01から約1ミクロンまでの直径をもつファイバから
なる適当なフィルタ媒体を約0.001から約0.1の体積率で
つめて、該ファイバーの表面上に極微細な粒子をブラウ
ンの拡散運動により沈澱させることを特徴とする装置。 - 【請求項7】前記垂直なプレート群も、前記通路も、前
記少くとも1つの流れの通路の全長に亘って均一の高さ
をもつことを特徴とする、請求項(4)から(6)まで
に記載の装置。 - 【請求項8】前記垂直プレート群の高さが前記通路の上
流の方の端から約5乃至30cmの距離に亘って約3cmから
約10cmの最大値まで徐々に増加して行き、その後は通路
長の残りの部分全部に亘って、その高さに保たれ、従っ
て該通路の高さが約8cmから徐々に減少して約1cmの最小
値に達し、以後の全長に亘って約1cmの高さに保たれる
ことを特徴とする、請求項(4)から(6)までに記載
の装置。 - 【請求項9】前記垂直プレートの上縁が前記流体の流れ
の方向と反対方向に折れ曲がるか曲線的に曲がっている
ことを特徴とする、請求項(4)から(8)までに記載
の装置。 - 【請求項10】前記室(10)と前記通路(16)とが水平
面に平行な軸をもつように形成されていることを特徴と
する、請求項(4)から(9)までに記載の装置。 - 【請求項11】前記室(10)と前記通路(16)とが水平
面に対して約20度から60度の角度で流れの方向に上方に
傾斜する軸をもって形成されていることを特徴とする、
請求項(4)から(9)までに記載の装置。 - 【請求項12】2つ以上の前記室(10)が適当な間隔を
おいて、1つが他のものの上になるように配置されてい
て、それぞれの室から放出される沈澱物が、それぞれの
室の間又は下に位置するねじコンベア又はパイプによっ
て除去されることを特徴とする、請求項(4)から(1
1)までに記載の装置。 - 【請求項13】水平面に対して角度をもって配置されて
いる前記室から放出される沈澱物が、該室の下にある室
の上面の外側を滑り又は流れ落ちることを特徴とする、
請求項(12)に記載の装置。 - 【請求項14】前記除去する微粒子が約0.01から100ミ
クロンの直径をもち、前記ガス流が約10から50m/sの速
度をもち、前記流れの通路が約1から8cmの高さと約5
から30cm幅とをもつことを特徴とする、請求項(1)か
ら(3)までに記載の方法。 - 【請求項15】前記除去する微粒子が約0.01から100ミ
クロンの直径をもち、前記ガス流が約10から50m/sの速
度をもち、前記流れの通路が約1から8cmの高さと約5
から30cmの幅とをもつことを特徴とする、請求項(4)
から(13)までに記載の装置。
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