JP3747433B2 - 浮遊粉塵制御のための多重遠心分離器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大気中の浮遊粉塵を制御するための二重遠心分離器、三重遠心分離器を含む多重遠心分離器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒子状物質（浮遊粉塵）は重要な大気汚染物質のうちの一つであり、自然的または人為的に発生する。自然的に発生する粒子は大体２．５μｍ以上の粒子であり、風によって生成された土壌埃や海塩粒子などの機械的粉砕過程を通じて主に生成される。これに反し、人為的に発生する浮遊粉塵は２．５μｍ以下の粒子であり、化学的燃焼、自動車排ガス、および化学物質製造過程で多量発生する。粒子状物質の生成は、ガス状物質によって生成されることもあり、ガス状物質は凝縮と凝集過程を経て分子の大きさから微細粒子の大きさまで増加するようになる。このような現象は単純に粒子の大きさの増加のみならず、有害な亜硫酸ガスおよび揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などを含むようになってしまい、人体にはより致命的なものになる。汚染源から排出される粒子の大きさは極めて多様であり、人体の有害度は粒子の大きさの分布と、いかなる化学物質と結合しているかによって大きく違ってくる。
【０００３】
現在、粒子を制御（control）する装置としてインパクター（impactor）、遠心分離器（cyclone）、洗浄スクラバー（wet scrubber）、濾過（filtration）、電気集塵機（electrostatic precipitator）が多く使用され、粒子を測定する方法としてはインパクター（impactor）、遠心分離器（cyclone）、分散バッテリー（diffusion battery）、動力学的粒子測定器（aerodynamic particle sizer）、電気的移動度粒子測定器（differential mobility particle sizer）の原理を用いた方法が多く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の粒子を制御する方法として言及されたもののうち、遠心分離器は、粉塵を含むガスを旋回運動させて粒子に遠心力を付与し、その遠心力によって粒子を分離捕集する装置である。特に、この装置は設計および製作方法が簡単で使用しやすいため、粒子の測定および制御の分野で多く用いられている。遠心分離器は排ガスに含まれている有害な粒子を制御するので、広範に使用されており、電気集塵機や濾過集塵機の前処理装置で使用するか、あるいは単独で使用する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記の目的を達成すべく、本発明は、二重遠心分離器および三重遠心分離器を含む多重遠心分離器であり、１次遠心力によって通過した粒子を含む空気を同一空間内で再度遠心力を発生するように設計し、さらに粒子が遠心力によって分離されるようにする。本発明は、狭い敷地内でより高い制御効率を示すことができるので、経済的効果のみならず、電気集塵機や濾過集塵機で前処理装置の低効率によって発生する過負荷を解消することができ、微細な粒子を分離することができて産業保健および粉塵工学分野で広く用いることができるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多重遠心分離器の構成について、二重遠心分離器と三重遠心分離器を例示して添付の図面に基づき詳細に説明する。
【０００７】
図２ａは本発明による二重遠心分離器を示す縦断面図であり、上部が上面板２で閉鎖されて上端一側に流入口１が連通され、下部に下部収斂管４が形成された外通体３、上面板２の内低面に固定されて上部に上部収斂管６が形成され、外通体３に対し第１空間部５を介在する第１内通体７、そして第１内通体７の下部に空間部を介在して挿入され、下部収斂管４に固定されて流出口１０をなす流出管９とからなる。流入口１の直径は第１空間部５の直径より大きく、第１空間部５の直径は流出管９の直径より大きく構成されている。
【０００８】
流入口１に流入された浮遊粉塵を含有した空気は、上部収斂管６の回りを割合余裕をもって回転下降して第１空間部５を経て第１内通体７の外周に沿ってさらに勢い強く回転下降し、再度流出管９の外周に沿って回転上昇して第２空間部８で渦流を起こし、流出管９の内部に沿って流出口１０に流出される。このような構成は空気中に含有された浮遊粉塵が重量差によって１次的に外通体３の内面に衝突して落下し、２次的に第１内通体７の内面に衝突して落下するようになる作用を有するのに特徴がある。
【０００９】
図２ｂは本発明の三重遠心分離器を示した縦断面図であり、遠心分離器上端側に流入口１が連通され、下部に下部収斂管４が形成された外通体３、上面板２の内底面に固定されて上部に上部収斂管６が形成され、外通体３と第１空間部５を介在して第１内通体７、そして下部収斂管４に固定されて第１内通体７の内部に存在する第２内通体１２、そして第２内通体１２の内部に挿入され上面板２に連通されて流出口１０をなす流出管９からなる構成である。流入口１の直径は第１空間部５の直径より大きく、第１空間部５の直径は第２空間部１１の直径より大きく、第２空間部１１の直径は第３空間部１３の直径より大きく構成されている。
【００１０】
流入口１に流入された浮遊粉塵を含有する空気は第１内通体７内部まで上記の二重遠心分離器のような作用によって流入され、第１内通体７内部の空気は、再度第２内通体１２と流出管９の間の第２空間部１１を経て浮遊粉塵を分離し、分離された空気は流出管９および流出口１０を通じて遠心分離器外部に流出される。
【００１１】
一方、上記で言及した遠心分離器を根幹にして遠心分離器の内通体内部に再度多数の内通体を設置し、設置された多数の内通体内部に流出管および流出口を備える多重遠心分離器を設計製作することにより、高性能の集塵効率を得ることができる。
【００１２】
この場合、他の実施の形態によれば、第２内通体の内部にさらに１以上の内通体を設け、それぞれこの新たに設けられた内通体に流出管および流出口を設けるようにしてもよい。より一層の集塵効果が得られる。
【００１３】
添付の図３ａおよび図３ｂは本発明の多重遠心分離器のうち、二重遠心分離器の性能を評価した実験結果を示している。図３ａおよび図３ｂで示したように、本発明により製作された二重遠心分離器の導入部を有する実験装置を用いてその効率を諸元が同一な遠心分離器と比較実験を行った。
【００１４】
遠心分離器はある地点までは流速に比例してその効率が増加するため、流速の増加によってその効率を比較した。勿論、流速を継続して増加させても粒子の分離効率は限界があり、これによって遠心分離器内に圧力損失が増加するので、これに対する考慮をしなければならない。図３ａは２０リットル／分で粒子の分離効率を示している。粒子の大きさが３μｍの場合、本発明はその分離効率が７４％である反面、既存の遠心分離器は４１％の効率を示した。さらに粒子の大きさが４．５μｍの場合には、本発明では、１００％の効率を示したが、既存の遠心分離器は７７％の効率を示した。図３ｂは４０リットル／分で粒子の分離効率を示している。前述のように遠心分離器による粒子の分離は流速に比例するため、流速が増加するほど粒子の分離効率は増加するようになる。粒子の大きさが１．２μｍの場合、本発明では、分離効率が３７％である反面、既存の遠心分離器は５．４％の効率を示した。さらに粒子の大きさが２．２μｍの場合には、本発明では、９３．３％の効率を示す反面、既存の遠心分離器は６４％の効率を示した。このような実験結果に基づいて、本発明に係る多重遠心分離器は、既存の遠心分離器に比べ、粒子分離効率が優れているため、制御用として広く活用することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明では、以上のように、二重遠心分離器（double cyclone）および三重遠心分離器（triple cyclone）を含む多重遠心分離器（multi cyclone）において、１次遠心力によって通過した粒子を含む空気を同一空間内で再度遠心力を発生するように設計し、空気中の粒子を遠心力によって分離されるようにした。本発明の多重遠心分離器を用いることにより、既存の方法で発生される粒子の低い分離効率を大きく改善することができ、粒子が２回あるいは３回の遠心力を受けるため、粒子の分離限界を高めることができる。本発明の多重遠心分離器のうち、二重遠心分離器と同一諸元を持つ既存の遠心分離器との比較実験を行ったところ、既存の方法に比べて粒子の分離限界および分離効率が大きく増加し、既存の方法によって分離されない粒子を制御分離することができることが判明している。本発明は、産業目的として用いるときには、狭い敷地内でより高い制御効率を示すことができるので、小型化され、経済的効果のみならず、前処理装置の低効率によって発生する電気集塵機や濾過集塵機の過負荷（over-loading）を解消することができて大気汚染制御分野でも大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多重遠心分離器の平面構成説明図である。
【図２】図２ａは本発明による第１の実施の形態の二重遠心分離器の縦断面図であり、図２ｂは本発明による第２の実施の形態の三重遠心分離器の縦断面図である。
【図３】図３ａは２０リットル／分で粒子の分離効率を示すものであり、−●−は従来の遠心分離器使用時、−□−は本発明の二重遠心分離器を使用した場合の粒子の分離効率を示す図表であり、図３ｂは４０リットル／分で粒子の分離効率を示すものであって、−●−は従来の遠心分離器使用時、−□−は本発明の二重遠心分離器を使用した場合の粒子の分離効率を示す図表である。
【符号の説明】
１…流入口 ２…上面板
３…外通体 ４…下部収斂管
５…第１空間部 ６…上部収斂管
７…第１内通体 ８…第２空間部
９…流出管 １０…流出口
１１…第２空間部 １２…第２内通体
１３…第３空間部
【発明の属する技術分野】
本発明は大気中の浮遊粉塵を制御するための二重遠心分離器、三重遠心分離器を含む多重遠心分離器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒子状物質（浮遊粉塵）は重要な大気汚染物質のうちの一つであり、自然的または人為的に発生する。自然的に発生する粒子は大体２．５μｍ以上の粒子であり、風によって生成された土壌埃や海塩粒子などの機械的粉砕過程を通じて主に生成される。これに反し、人為的に発生する浮遊粉塵は２．５μｍ以下の粒子であり、化学的燃焼、自動車排ガス、および化学物質製造過程で多量発生する。粒子状物質の生成は、ガス状物質によって生成されることもあり、ガス状物質は凝縮と凝集過程を経て分子の大きさから微細粒子の大きさまで増加するようになる。このような現象は単純に粒子の大きさの増加のみならず、有害な亜硫酸ガスおよび揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などを含むようになってしまい、人体にはより致命的なものになる。汚染源から排出される粒子の大きさは極めて多様であり、人体の有害度は粒子の大きさの分布と、いかなる化学物質と結合しているかによって大きく違ってくる。
【０００３】
現在、粒子を制御（control）する装置としてインパクター（impactor）、遠心分離器（cyclone）、洗浄スクラバー（wet scrubber）、濾過（filtration）、電気集塵機（electrostatic precipitator）が多く使用され、粒子を測定する方法としてはインパクター（impactor）、遠心分離器（cyclone）、分散バッテリー（diffusion battery）、動力学的粒子測定器（aerodynamic particle sizer）、電気的移動度粒子測定器（differential mobility particle sizer）の原理を用いた方法が多く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の粒子を制御する方法として言及されたもののうち、遠心分離器は、粉塵を含むガスを旋回運動させて粒子に遠心力を付与し、その遠心力によって粒子を分離捕集する装置である。特に、この装置は設計および製作方法が簡単で使用しやすいため、粒子の測定および制御の分野で多く用いられている。遠心分離器は排ガスに含まれている有害な粒子を制御するので、広範に使用されており、電気集塵機や濾過集塵機の前処理装置で使用するか、あるいは単独で使用する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記の目的を達成すべく、本発明は、二重遠心分離器および三重遠心分離器を含む多重遠心分離器であり、１次遠心力によって通過した粒子を含む空気を同一空間内で再度遠心力を発生するように設計し、さらに粒子が遠心力によって分離されるようにする。本発明は、狭い敷地内でより高い制御効率を示すことができるので、経済的効果のみならず、電気集塵機や濾過集塵機で前処理装置の低効率によって発生する過負荷を解消することができ、微細な粒子を分離することができて産業保健および粉塵工学分野で広く用いることができるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多重遠心分離器の構成について、二重遠心分離器と三重遠心分離器を例示して添付の図面に基づき詳細に説明する。
【０００７】
図２ａは本発明による二重遠心分離器を示す縦断面図であり、上部が上面板２で閉鎖されて上端一側に流入口１が連通され、下部に下部収斂管４が形成された外通体３、上面板２の内低面に固定されて上部に上部収斂管６が形成され、外通体３に対し第１空間部５を介在する第１内通体７、そして第１内通体７の下部に空間部を介在して挿入され、下部収斂管４に固定されて流出口１０をなす流出管９とからなる。流入口１の直径は第１空間部５の直径より大きく、第１空間部５の直径は流出管９の直径より大きく構成されている。
【０００８】
流入口１に流入された浮遊粉塵を含有した空気は、上部収斂管６の回りを割合余裕をもって回転下降して第１空間部５を経て第１内通体７の外周に沿ってさらに勢い強く回転下降し、再度流出管９の外周に沿って回転上昇して第２空間部８で渦流を起こし、流出管９の内部に沿って流出口１０に流出される。このような構成は空気中に含有された浮遊粉塵が重量差によって１次的に外通体３の内面に衝突して落下し、２次的に第１内通体７の内面に衝突して落下するようになる作用を有するのに特徴がある。
【０００９】
図２ｂは本発明の三重遠心分離器を示した縦断面図であり、遠心分離器上端側に流入口１が連通され、下部に下部収斂管４が形成された外通体３、上面板２の内底面に固定されて上部に上部収斂管６が形成され、外通体３と第１空間部５を介在して第１内通体７、そして下部収斂管４に固定されて第１内通体７の内部に存在する第２内通体１２、そして第２内通体１２の内部に挿入され上面板２に連通されて流出口１０をなす流出管９からなる構成である。流入口１の直径は第１空間部５の直径より大きく、第１空間部５の直径は第２空間部１１の直径より大きく、第２空間部１１の直径は第３空間部１３の直径より大きく構成されている。
【００１０】
流入口１に流入された浮遊粉塵を含有する空気は第１内通体７内部まで上記の二重遠心分離器のような作用によって流入され、第１内通体７内部の空気は、再度第２内通体１２と流出管９の間の第２空間部１１を経て浮遊粉塵を分離し、分離された空気は流出管９および流出口１０を通じて遠心分離器外部に流出される。
【００１１】
一方、上記で言及した遠心分離器を根幹にして遠心分離器の内通体内部に再度多数の内通体を設置し、設置された多数の内通体内部に流出管および流出口を備える多重遠心分離器を設計製作することにより、高性能の集塵効率を得ることができる。
【００１２】
この場合、他の実施の形態によれば、第２内通体の内部にさらに１以上の内通体を設け、それぞれこの新たに設けられた内通体に流出管および流出口を設けるようにしてもよい。より一層の集塵効果が得られる。
【００１３】
添付の図３ａおよび図３ｂは本発明の多重遠心分離器のうち、二重遠心分離器の性能を評価した実験結果を示している。図３ａおよび図３ｂで示したように、本発明により製作された二重遠心分離器の導入部を有する実験装置を用いてその効率を諸元が同一な遠心分離器と比較実験を行った。
【００１４】
遠心分離器はある地点までは流速に比例してその効率が増加するため、流速の増加によってその効率を比較した。勿論、流速を継続して増加させても粒子の分離効率は限界があり、これによって遠心分離器内に圧力損失が増加するので、これに対する考慮をしなければならない。図３ａは２０リットル／分で粒子の分離効率を示している。粒子の大きさが３μｍの場合、本発明はその分離効率が７４％である反面、既存の遠心分離器は４１％の効率を示した。さらに粒子の大きさが４．５μｍの場合には、本発明では、１００％の効率を示したが、既存の遠心分離器は７７％の効率を示した。図３ｂは４０リットル／分で粒子の分離効率を示している。前述のように遠心分離器による粒子の分離は流速に比例するため、流速が増加するほど粒子の分離効率は増加するようになる。粒子の大きさが１．２μｍの場合、本発明では、分離効率が３７％である反面、既存の遠心分離器は５．４％の効率を示した。さらに粒子の大きさが２．２μｍの場合には、本発明では、９３．３％の効率を示す反面、既存の遠心分離器は６４％の効率を示した。このような実験結果に基づいて、本発明に係る多重遠心分離器は、既存の遠心分離器に比べ、粒子分離効率が優れているため、制御用として広く活用することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明では、以上のように、二重遠心分離器（double cyclone）および三重遠心分離器（triple cyclone）を含む多重遠心分離器（multi cyclone）において、１次遠心力によって通過した粒子を含む空気を同一空間内で再度遠心力を発生するように設計し、空気中の粒子を遠心力によって分離されるようにした。本発明の多重遠心分離器を用いることにより、既存の方法で発生される粒子の低い分離効率を大きく改善することができ、粒子が２回あるいは３回の遠心力を受けるため、粒子の分離限界を高めることができる。本発明の多重遠心分離器のうち、二重遠心分離器と同一諸元を持つ既存の遠心分離器との比較実験を行ったところ、既存の方法に比べて粒子の分離限界および分離効率が大きく増加し、既存の方法によって分離されない粒子を制御分離することができることが判明している。本発明は、産業目的として用いるときには、狭い敷地内でより高い制御効率を示すことができるので、小型化され、経済的効果のみならず、前処理装置の低効率によって発生する電気集塵機や濾過集塵機の過負荷（over-loading）を解消することができて大気汚染制御分野でも大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多重遠心分離器の平面構成説明図である。
【図２】図２ａは本発明による第１の実施の形態の二重遠心分離器の縦断面図であり、図２ｂは本発明による第２の実施の形態の三重遠心分離器の縦断面図である。
【図３】図３ａは２０リットル／分で粒子の分離効率を示すものであり、−●−は従来の遠心分離器使用時、−□−は本発明の二重遠心分離器を使用した場合の粒子の分離効率を示す図表であり、図３ｂは４０リットル／分で粒子の分離効率を示すものであって、−●−は従来の遠心分離器使用時、−□−は本発明の二重遠心分離器を使用した場合の粒子の分離効率を示す図表である。
【符号の説明】
１…流入口 ２…上面板
３…外通体 ４…下部収斂管
５…第１空間部 ６…上部収斂管
７…第１内通体 ８…第２空間部
９…流出管 １０…流出口
１１…第２空間部 １２…第２内通体
１３…第３空間部
Claims (5)
- 上部が表面板で閉鎖されて上端側に流入口が連通され下部に下部収斂管が形成された外通体と、前記外通体との間に第１空間部を形成するように前記外通体内部に挿入され、その上部に形成された上部収斂管が前記表面板の中底面に固定される第１内通体と、前記第１内通体の下部に一端部が挿入され第２空間部を形成し、他端部が前記下部収斂管に固定され流出口をなす流出管から構成されることを特徴とする浮遊粉塵制御のための多重遠心分離器。
- 流入口と第１空間部と流出管とは直径が相対的に減少するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の浮遊粉塵制御のための多重遠心分離器。
- 上部が表面板で閉鎖されて上端側に流入口が連通され、下部に下部収斂管が形成された外通体と、前記外通体との間に第１空間部を形成するように前記外通体内部に挿入され、その上部に形成された上部収斂管が前記表面板の中底面に固定される第１内通体と、一端部が前記下部収斂管に固定され、他端部が前記第１内通体の内部に挿入され第２空間部を形成する第２内通体と、一端部が前記第２内通体の内部に挿入され第３空間部を形成し、他端部が前記表面板を貫通する流出口をなす流出管から構成されることを特徴とする浮遊粉塵制御のための多重遠心分離器。
- 流入口と、第１空間部と第２空間部と第３空間部とはそれぞれの直径が相対的に減少するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の浮遊粉塵制御のための多重遠心分離器。
- 前記遠心分離器の内通体内部にさらに多数の内通体を設置し、それぞれ設置された多数の内通体内部に流出管および流出口を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多重遠心分離器。
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