JP3729354B2 - 集塵装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、含塵空気（又はガス）中の浮遊粉塵を捕集除去するための集塵装置の改良に関する。
背景技術
粉塵の発生する雰囲気から含塵空気を排除して浮遊粉塵を捕集するために種々の形式の集塵装置が使用されており、これには湿式集塵装置と乾式集塵装置がある。
湿式集塵装置としては、サイクロンスクラバ、もれ棚式洗浄塔、ベンチュリスクラバ、充填塔、インピンジメントスクラバ、ウォーターフィルムスクラバなどが知られている。
この種の湿式集塵機は、一般に、大型で構造が複雑で高価であり、移動が不可能又は不便なことが多い。また、湿式集塵機の限界粒径は一般にマイクロメートルのオーダーであり、より微細な粒子を捕捉するのに適していない。
乾式集塵装置は典型的にはフィルターを備えた濾過型のもので、ブロワーやバキュームポンプやエジェクターなどの負圧源によって含塵空気を吸引しフィルターを通過させて濾過作用により粉塵を除去するようになっている。
この濾過型の集塵装置は、フィルターが粉塵で目詰まりするので圧縮空気を噴射することにより周期的にフィルターを逆洗する必要がある。粉塵の性質（粉塵が微細な場合や吸湿性がある場合など）によっては、フィルターを頻繁に逆洗しても通気抵抗が増大する。
そこで、本発明者は、フィルターによる濾過段の前段にバブリング式サイクロンスクラバからなる湿式集塵構造を配置し、被処理空気中の粉塵の一部をサイクロンスクラバで予め捕集することにより後段の濾過段への負荷を軽減するようになったハイブリッド型集塵装置を提案した（JP-C-3,351,735）。
このハイブリッド型集塵装置では、両端の閉鎖された直立した円筒形の本体の内側に小径の円筒形仕切壁を同心的に配置することにより、中央濾過室とその外側に位置する環状のサイクロン室とが形成してある。濾過室にはフィルタが配置してあり、このフィルタの二次側に負圧を印加する手段が設けてある。本体にはサイクロン室の上部に向かって接線方向に開口する空気入口が設けてある。
仕切壁の下端は本体の底より上方に離間させてあり、濾過室とサイクロン室とがそれらの下部で互いに連通するようになっている。使用時には本体の底部に水を入れて水溜まりを形成し、仕切壁の下端をこの水溜まりに潜らせる。
このハイブリッド型集塵装置は、水蒸気を含んだ含塵空気を処理できるように設計されており、サイクロン室に吸い込まれた含塵空気の粉塵は水蒸気の膨張と冷却により生成した凝縮水滴と共にサイクロン室の内壁に衝突することにより一次捕集される。粉塵は、更に、空気が仕切壁の下端を介して水溜りをくぐる際のバブリングによる気液接触により二次捕集される。粉塵は、更に、最集段としてのフィルタで捕集される。
この集塵装置には、中央に濾過室その外側にサイクロン室が配置してあるので小型かつコンパクトで構造簡素であり、安価であり、丸洗い可能であるため保守が容易であるという利点がある。また、バブリング式スクラバ構造は防火壁として作用するので、防爆性能に優れている。
しかしながら、或る運転条件によっては、このハイブリッド型集塵装置には２つの問題が伴う。
第１に、フィルタの前段にバブリング式スクラバが配置してあるので、バブルが弾ける時に発生した水の飛沫が飛散してフィルターの方へ吸引され、フィルターの水濡れを引き起こす。
フィルターの表面が水で濡れると、フィルターで捕集された粉体もまた水に濡れてフィルターに付着するので、捕集された粉体は圧縮空気によって逆洗してもフィルターから落ちにくくなる。その結果、フィルターが目詰まりし、フィルターの通気抵抗と圧損が増加するので、ブロワーや真空ポンプのような負圧源の出力を増強しなければならならず、装置のランニングコストや設備コストが嵩む。
特に、サブミクロンの微細な粒子を捕捉可能な超微粒子用フィルターを使用する場合には、水濡れに因る通気抵抗・圧損の増加が著しいので、装置のランニングコストや設備コストは許容できないものとなる。
バブリングによるフィルターの水濡れは集塵装置の風量および風速を上げるにつれて激しくなる。
第２に、一般に、被処理空気中の浮遊粉塵が可燃性であり、かつ、微細である場合には、含塵空気は爆発性を帯び、粉塵爆発を招くので、防爆対策が必要である。粉塵爆発は、静電気火花放電などによる小爆発が堆積粉塵の連鎖爆発を惹起することにより起こると考えられており、粉塵の堆積は大敵である。特に、微細粉塵の着火は、静電気帯電による火花放電などの微少なエネルギで起こり得る。また、粉塵爆発は被処理空気が乾燥している時に起こりやすい。
前述したハイブリッド型集塵装置は、水蒸気を含んだ含塵空気が入口からサイクロン室に入った時に膨脹と冷却により水蒸気が凝縮し、凝縮水滴と共に粉塵がサイクロン室の内壁に付着することにより粉塵が除去されるように設計されている。
従って、この集塵装置は、乾燥した爆発性の含塵空気の処理に使用するには適していない。何故ならば、捕集された粉塵がサイクロン室の内壁に堆積することがあり、入口からサイクロン室に入った空気がこの堆積粉塵に直に触れるからである。
そこで、爆発性の乾燥した含塵空気の処理に使用したい場合には、このハイブリッド型集塵装置は防爆上改良する余地がある。
従って、本発明の目的は、前記特許に開示されたハイブリッド型集塵装置を改良し、フィルタの水濡れを防止することにより、フィルターの通気抵抗および圧損の増加を抑制することにある。
本発明の他の目的は、上記ハイブリッド型集塵装置を改良し、防爆性能を向上させることにある。
本発明の他の目的は、上記目的を達成しながらも、小型かつコンパクトで、構造簡素かつ安価で、保守の容易なハイブリッド型集塵装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、両端の閉鎖された直立した円筒形の本体の内側に小径の円筒形仕切壁を同心的に配置することにより中央濾過室とその外側に位置する環状のサイクロン室とを形成し、前記仕切壁の下縁を本体底部より上方に離間させることにより濾過室とサイクロン室とをそれらの下部で互いに連通させ、前記濾過室にフィルタを配置すると共に、このフィルタの二次側に負圧（或いは真空）を印加する手段を設け、本体にサイクロン室の上部に向かって接線方向に開口する空気入口を設け、本体の底部に排水口を設けてなる集塵装置を提供するものである。
本発明によれば、この集塵装置は、前記サイクロン室の上部には本体内周面および仕切壁外周面に沿って流下する水膜を形成する手段を設け、もって、空気入口からサイクロン室に吸引された旋回する被処理空気流を前記水膜に衝突或いは接触させて被処理空気中の浮遊粉塵を捕捉すると共に、捕捉された粉塵を洗い流すようにしたことを特徴とするものである。
このように、本発明の集塵装置にはバブリング式スクラバがなく、気液接触と衝突による粉塵捕集は本体の内周面および円筒形仕切壁の外周面に沿って流下する水膜により飛沫の飛散を伴うことなく行われるので、フィルタの水濡れを回避し、通気抵抗および圧損の増加を抑制することができる。
更に、本発明の集塵装置では、水膜に捕集された粉塵は水で濡れると共に、流下する水膜によって絶えず洗い流されるので、乾燥した粉塵が堆積する場所がない。従って、本発明によれば、集塵装置の防爆性能は格段に向上する。
好ましい実施態様においては、水膜形成手段は本体内周面および仕切壁外周面の上部に向かって水を散布する環状の給水手段からなる。
集塵装置の風量を増加した場合には、サイクロン室内の旋回する空気流の流速が増加するので、水の飛沫が飛散するおそれが生ずると共に、本体の底部まで流下した水が遠心力により旋回流を生成して排水が困難になるという問題が生じる。
そこで、好ましい実施態様においては、仕切壁の下部領域と本体との間に複数の整流フィンを設け、空気流および本体内周面および仕切壁外周面に沿って流下する水がサイクロン室の底部において旋回するのを減衰し或いは阻止する。
好ましくは、これらの整流フィンは放射状かつ垂直に配置してあり、本体底面に沿って延長する部分を有する。
代替的実施態様においては、本体の下部又は底部には外向きに開口する追加的な排水口を設け、渦流の遠心力を利用して排水を円滑に行う。
本発明の上記特徴や効果並びに他の特徴や効果は以下の実施例の記載につれて更に明らかにする。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の集塵装置の実施例の断面図で、周辺機器は模式的に示してある。
図２は図１に示した集塵装置の分解斜視図である。
図３Ａは図１に示した集塵装置の本体下部の断面図、図３Ｂおよび図３Ｃは本体下部に整流フィンを設けたところを示す。
図４Ａは図３Ｂに示した整流フィンの斜視図、図４Ｂは図３Ｃに示した整流フィンの斜視図である。
図５は図１に示した集塵装置の本体の変化形を示す。
発明を実施するための最良の形態
添付図面を参照しながら、本発明の集塵装置の実施例を説明する。
図１および図２を参照するに、集塵装置１０は円筒形の胴部１２と凹んだ底部１４を有する本体１６を備え、胴部１２は円形の上部開口１８を有する。本体１６は例えばステンレス鋼板で形成することができる。
本体１６は例えば４本の脚部２０によってキャスター２２付きの基台２４に搭載することができる。
本体１６の内側には、胴部１２よりも小径でかつ短い例えばステンレス鋼板製の円筒形仕切壁２６がそのフランジ２８を胴部１２の上縁に載せることにより同心的に配置してある。円筒形仕切壁２６の内側はフィルタ室３０となり、胴部１２と円筒形仕切壁２６との間の環状の空間はサイクロン室３２として作用する。
円筒形仕切壁２６は胴部１２よりも短いので、仕切壁２６の下縁は本体１６の底部１４から上方に離間しており、フィルタ室３０とサイクロン室３２とはそれらの下部で互いに連通している。
胴部１２には、サイクロン室３２に対し接線方向に開口する空気入口管３４が設けてあり、後述するように空気入口管３４を介してサイクロン室３２内に空気を吸引した時にサイクロン室３２内に旋回流が生成するようになっている。空気入口管３４は粉塵の発生する雰囲気から導かれたダクト（図示せず）に接続し、粉塵の発生する雰囲気から含塵空気を吸引により排風することができる。
サイクロン室３２の上部には環状の給水パイプ３６が配置してある。給水パイプ３６には、胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に向かって半径方向に指向した一連の給水ノズル３８が設けてあり、胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に向かって水を散布することにより胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に沿って流下する水膜を形成するようになっている。
給水ノズル３８は、そこから散布された水のほぼ全量が胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に当たって水膜の形成に消費されるように胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に向かって水平に指向させてある。これは、給水ノズル３８から散布された水がサイクロン室３２内を雨のように降ることがなく、サイクロン室３２内を旋回する空気流にミスト又はスプレーが発生しないようにするためである。
給水パイプ３６には例えば一対の給水エルボ４０が設けてあり、これらの給水エルボ４０はホース（図示せず）などにより水道又は圧力水源に接続することができる。本体の胴部１２に設けた穴４１にこれらの給水エルボ４０を通すことにより給水パイプ３６を胴部１２に固定することができる。
仕切壁２６のフランジ２８の上には、円周方向等間隔に離間された例えば３つの円形開口を備えたフィルタ支持板４２が載置されている。フィルタ支持板４２の夫々の開口にはフィルタエレメント４４が挿通してあり、フィルタエレメント４４はその上部フランジ４６をフィルタ支持板４２に載置密着させることによりフィルタ支持板４２に交換可能かつ気密に装着される。
フィルタエレメント４４は多数のプリーツを有する下端の閉鎖された中空筒状の従来型のもので、その上部開口４５は上方に向かって開口している。フィルタエレメント４４は例えばサブミクロンの粒径をもった超微粒子を捕集可能な超微粒子用濾材で形成するのが好ましい。
フィルタ支持板４２の上にはフランジ４８を備えたトップカバー５０が装着される。トップカバー５０は、そのフランジ４８と本体１６の胴部１２の上縁との間に仕切壁２６のフランジ２８とフィルタ支持板３６の外縁とパッキン（図示せず）とを挟み、胴部１２の上部に取り付けた例えば４つのバックル５２によってフランジ４８を胴部１２の上縁に対してクランプすることにより、本体１６に着脱自在かつ気密に固定される。
トップカバー５０の内側空間５４は、フィルタエレメント４４の二次室として作用すると共に、フィルタ逆洗弁を収容する逆洗室として作用する。
このため、トップカバー５０には負圧印加手段を構成する負圧導入管５６が設けてあり、負圧導入管５６をターボブロワーや真空ポンプのような負圧源５８に接続することにより二次室５４内に負圧を印加し、吸引作用によりフィルタ室３０内の空気をしてフィルタエレメント４４を通過させ、粉塵を濾過するようになっている。
更に、トップカバー５０には夫々のフィルタエレメント４４の上部開口４５と相対峙してエレメントと同数の逆洗弁６０が装着してあり、フィルタエレメント４４の内側に向かって周期的に圧縮空気パルスを噴射することにより周知の態様でフィルタエレメント４４を逆洗するようになっている。逆先弁６０としては従来型の急速排気弁を使用することができる。
夫々の逆洗弁６０は制御装置６２によって制御されるマスターバルブ６４にエルボ６１を介して接続されており、夫々のマスターバルブ６４は共通のアキュムレータ６６およびコンプレッサ６８のような圧縮空気源に接続される。
マスターバルブ６４から急速排気弁６０に印加される信号圧力が高い間は圧縮空気源からの圧縮空気はアキュムレータ６６に蓄積され、信号圧力が低下すると急速排気弁６０はアキュムレータ６６を開放して圧縮空気をフィルタエレメント４４に向かって噴射させ、フィルタエレメント４４の逆洗を行う。３つのフィルタエレメント４４の逆洗は交互に行うことができる。
給水パイプ３６から散布され本体１６の底部１４に流下した水を排出するため、本体１６の底部１４の中央には排水管７０が設けてある。この排水管７０にはホース７２が接続してあり、このホース７２の下端は基台２４に搭載したオーバーフロータンク７４内に深く差し込んである。オーバーフロータンク７４はオーバーフロー管７６を備え、オーバーフロータンク７４内に常にこのオーバーフロー管７６のレベルまで水が溜まるようになっている。オーバーフロータンク７４内にこのように溜まった水により、排水管７０は水封される。
次に、この集塵装置１０の使用と作動の態様を説明する。集塵装置１０の空気入口管３４は粉塵の発生する雰囲気まで配設されたダクト（図示せず）に接続し、粉塵の発生する雰囲気から含塵空気又はガスを排除することができる。
給水パイプ３６への給水を開始すると、給水ノズル３８から吐出された水は胴部１２の内周面および円筒形仕上壁２６の外周面に散布され、胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に沿って流下する水膜を形成する。
ターボブロワー５８を作動させると、トップカバー５０の内側空間５４には負圧が印加され、粉塵の発生する雰囲気の含塵空気は、順次に、ダクト、空気入口管３４、サイクロン室３２、フィルタ室３０、フィルタエレメント４４、二次室５４へと吸引される。
空気入口管３４はサイクロン室３２に対して接線方向に開口させてあるので、サイクロン室３２内に吸引された空気は旋回流を形成し、胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に沿って流下する水膜に接触せられ、被処理空気中の粉塵の大部分は水膜に衝突してそこに捕捉される。
粉塵を捕集した水膜は旋回する空気流に引きずられて螺旋状に回りながら胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に沿って流下し、排水管７０およびホース７２からオーバーフロータンク７４に排出される。集塵装置１０の作動中は本体１６内部の負圧の作用によりホース７２内の水位はオーバーフロー管７６のレベルよりも高く保持され、排水管７０およびホース７２は水封される。
空気入口管３４からサイクロン室３２に入来した空気は胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面の水膜に衝突して濡れると共に、表面に捕捉された粉塵は流下する水膜によって絶えず洗い流されるので、たとえ被処理空気中の粉塵が搬送中に帯電していたとしても、静電気火花放電を起こすこともなく、堆積粉塵の着火を起こすこともない。従って、この集塵装置は格段に優れた防爆性能を提供する。
このようにしてサイクロン室３２によって予備処理された被処理空気は次いでフィルタ室３０へと吸引され、更に超微粒子用フィルタエレメント４４によって濾過され、微細な粉塵は効果的に捕集される。
フィルタエレメント４４は集塵装置の分野において周知の態様で逆洗弁６０によって周期的に交互に逆洗され、濾過機能が再生される。
本発明の集塵装置１０では、気液接触による粉塵捕集は胴部１２の内周面および円筒形仕切壁２６の外周面に沿って流下する水膜によって行われ、サイクロン室３２とフィルタ室３０との間にはバブリング式スクラバがないので、バブリングによるフィルタエレメント４４の水濡れを回避することができる。
従って、フィルタエレメント４４の通気抵抗および圧損の増加を抑制することができ、限られた出力のブロワーで集塵装置１０を作動させることにより装置のランニングコストおよび設備コストを抑えることができる。
集塵装置を小型化するためには、本体１６、仕切壁２６およびフィルタエレメント４４を出来るだけ小径化することが好ましい。このように構成要素を小径化した場合には、粉塵の発生する雰囲気からの排風量を増加するべくブロワ６８の風量を増加した時には、集塵装置１０を通る空気の流速が増加すると共に、サイクロン室３２内の旋回流の流速が増加する。その結果、幾つかの問題が生じる。
より詳しくは、図３Ａを参照するに、ブロワ６８の風量の増加に伴いサイクロン室３２内の旋回流の流速が増加するにつれて、本体１６の底部１４へ流下した水が旋回空気流に引きずられて旋回する速度が増大し、排出口７０を中心として旋回する渦流７８が発生する。この渦流７８の表面は空気流によって波立ち、飛沫を飛散させるので、飛散した飛沫はサイクロン室３２からフィルタ室３０へと吸引される旋回空気流に乗ってフィルタエレメント４４の方へ吹き上げられ、フィルタエレメント４４を濡らすであろう。
また、円筒形仕切壁２６の外周面に沿って螺旋状に旋回しながら流下した水膜８０が円筒形仕切壁２６の下縁を離れる時には、図３Ａに示したように水は旋回する空気流に乗って飛沫となって飛散し、やはりフィルタエレメント４４の方へ吹き上げられてフィルタエレメント４４を濡らす。
更に、渦流７８に作用する遠心力により渦流７８は排水口７０から上側方へ遠ざけられ、排水口７０からの排水が行われなくなるので、本体１６の底部１４は水浸しとなり、同様にフィルタエレメント４４の水濡れをきたすであろう。
これらの問題に対処するため、図３Ｂに示したように、放射状に延長する複数の垂直な整流フィン８２を仕切壁２６の下部領域と胴部１２との間に配置するのが好ましい。図４Ａから良く分かるように、これらの整流フィン８２は溶接などにより支持リング８４に固定することができる。
図３Ｃおよび図４Ｂには整流フィンの他の実施例を示す。この実施例では、整流フィン８６は、仕切壁２６と胴部１２との間に位置する部分８８と、本体の底面に沿って延長する部分９０とを有する。これらの整流フィン８６も共通の支持リング８４に固定されており、放射状に位置決めされている。
これらの整流フィン８２、８６はサイクロン室３２の下部における空気流と水流の旋回を減衰し消失させる。その結果、渦流７８の発生と波立ちが阻止され、排水口７０からの排水が円滑に行われる。
また、整流フィン８２、８６があると、円筒形仕切壁２６の外周面に沿って流下して来た水膜が円筒形仕切壁２６の下縁を離れようとする時には、水膜は整流フィンに案内されながらそれに沿って本体１６の底部１４まで滑らかに流下する。従って、仕切壁２６の下縁を離れようとする水が飛沫となって飛散してフィルタエレメント４４を濡らすことがない。
図５は、図３Ａを参照しながら前述した渦流７８の発生を解消させ又は低減するための本体１６の変化形を示す。
この変化形では、胴部１２の下部又は底部１４には外向きに開口する一以上の追加的な排水口９２が設けてあり、これらの排水口９２に対応して排水管９４が取付けてある。排水口９２は胴部１２の接線方向に細長く形成し、排水管９４はサイクロン室３２内における空気流の旋回方向（矢印９６）に対して接線方向に配置するのが好ましい。夫々の排水管９４は排水管７０と同様のやり方でオーバーフロータンク７４に水封関係で接続することができる。
このような追加的排水口９２を設けると、渦流７８の発生と同時に遠心力の作用により水が排水口９２から排出されるので、本体１６の底に水が溜まることがない。従って、フィルタエレメント４４の水濡れ事故が防止される。
以上には本発明の特定の実施例を記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の修正や変更を施すことができる。例えば、フィルタエレメントの数は適宜増減することができる。トップカバーをより浅く又は平たく形成し、フィルタの二次室を本体胴部に設けてもよい。追加的排水管は底部の内側に突出させてもよいし、本体の底部は渦流の流速又は遠心力が低下するように拡径してもよい。

Claims (6)

1. 両端の閉鎖された直立した円筒形の本体の内側に小径の円筒形仕切壁を同心的に配置することにより中央濾過室とその外側に位置する環状のサイクロン室とを形成し、前記仕切壁の下縁を本体底部より上方で終端させることにより濾過室とサイクロン室とをそれらの下部で互いに連通させ、前記濾過室にフィルタを配置すると共に、このフィルタの二次側に負圧を印加する手段を設け、本体にサイクロン室の上部に向かって接線方向に開口する空気入口を設け、本体の底部に排水口を設けてなる集塵装置において：
   前記サイクロン室の上部には本体内周面および仕切壁外周面に沿って流下する水膜を形成する手段を設け、もって、空気入口からサイクロン室に吸引された旋回する被処理空気流を前記水膜に接触させて被処理空気中の浮遊粉塵を捕捉すると共に捕捉された粉塵を洗い流すようにしたことを特徴とする集塵装置。
2. 前記水膜形成手段は本体内周面および仕切壁外周面の上部に向かって水を散布する環状の給水手段を有することを特徴とする請求項１に基づく集塵装置。
3. 前記仕切壁の下部領域と本体との間に複数の整流フィンを設け、空気流および本体内周面および仕切壁外周面に沿って流下する水がサイクロン室の底部において旋回するのを阻止するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に基づく集塵装置。
4. 前記整流フィンは放射状かつ垂直に延長することを特徴とする請求項３に基づく集塵装置。
5. 前記整流フィンは更に本体底面に沿って延長する部分を有することを特徴とする請求項３又は４に基づく集塵装置。
6. 前記本体の下部又は底部には外向きに開口する追加的な排水口を設けたことを特徴とする請求項１から５のいづれかに基づく集塵装置。

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