JPH0278455A - 渦巻きチューブ型の分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一本発明は、粒子を含むガスの流れを処理する場合の使
用に適した、ガスから粒子を分離し清浄化するための分
離装置に関する。

本発明に関する種類の分離装置は、より明確には、その
作用のどの観点に重点が置かれているかによって、渦巻
きチューブ型の粒子回収装置または渦巻きチューブ型の
ガス清浄化装置と呼ばれるが、本発明は主にガスの清浄
化、特に空気の清浄化を意図したものである。従って便
宜上、本明細書においては一般に渦巻きチューブ型のガ
ス清浄化装置という語が使用されるが、本発明は粒子の
、回収という観点も含んでいる。

本明細書においては便宜上「上流」および「下流」とい
う語が使用されているが、それらはガス清浄化装置中の
ガスの流れの通常の方向に関して判断される。

より詳細には、本発明は、粒子を含むガスの流れを処理
する場合の使用に適した、粒子からガスを除去する、ま
たはガスから粒子を回収するための渦巻きチューブ型の
ガス清浄化装置または粒子回収装置に関し、装置は、使
用時には上流端となる一方の端にある注入口を有する外
側の円形チューブ、チューブ中の注入口の下流に軸方向
に配置されている渦巻きまたは回転流の発生装置、渦巻
き発生装置の下流の分離域、分離域の下流にあるチュー
ブの周囲（側壁）に向かう周囲排出域、分離域の下流に
あるチューブの中心の近くにある中心排出域、外側の円
形チューブ内に同軸に配置されて周囲排出域と中心排出
域とを分離する内側の円形抽出チューブ、および周囲排
出域の下流末端の近くにある予め定められた軸方向位置
にある外側の円形チューブ中の排出手段を含む、内側の
円形抽出チューブは、分離域の下流端に相当する予め定
められた軸方向位置に上流端を有し、前記上流端は前記
中心排出域の中心オリフィスの範囲を定め、下流端は中
心排出域用排出手段を備＾る。

内側の円形抽出チューブは、外側の円形チューブに対し
て排出手段の下流にあるガス清浄化装置の予め定められ
た軸方向位置で位置決めされ、周囲排出域中に連続的な
環状流路を与＾るために、上流方向にカンチレバー式に
延在スる。

環状流路は周囲排出部分の環状オリフィスを含み、前記
排出手段の上流先端または各々の上流先端は、外側の円
形チューブの注入口の内径の少なくとも約２５％、好適
には少なくとも約３０％の予め定められた距離だけ環状
オリフィスの下流に軸方向に間隔を置いて配置されてい
る。

外側の円形チューブ（以下、外側のチューブと記す）に
対する内側の円形抽出チューブ（以下、内側のチューブ
と記す）の配置は、外側のチューブの下流末端にあるソ
ケット部および内側のチュ、−ブの相補的なスピゴット
部により、雄型−雌型式に、外側のチューブに対して内
側のチューブを配置することを含む。

外側のチューブに対する内側のチューブの配置は、外側
のチューブと内側のチューブのそれぞれの相補的な相互
に当接するチェツキング表面（ストッパー表面）により
、外側のチューブに対して内側のチューブを配置するこ
とも含む。

排出手段は、外側のチューブの円周方向に間隔を置いた
位置で該外側のチューブを貫通する周囲ポートを含む、
この排出手段の形状は、外側のチューブの周囲が平行で
ある場合に有益な利用ができる。

そうでない場合には、排出手段は約９０°から約１８０
°の角度で円周方向に連続的に延在して外側のチューブ
に設けられた単一のポートである。前記ポートは約１２
０”の角度で延在する。

この排出手段の形状は、外側のチューブの直径が下流末
端に近づくに従って増大する場合に、有益に利用される
。

ここで本発明を添付の図式的な図面に関する例により説
明する。図面は本発明による渦巻きチューブ型のガス清
浄化装置の２つの実施例を軸方向の断面で示す。

図面のうち第１図に関して、本発明による渦巻きチュー
ブ型のガス清浄化装置は、全体として参照番号１０で示
される。

装置１０は円筒形の外側のチューブ１２を有し、チュー
ブ１２は使用中に上流端となる一方の端部に注入口１４
を有する。

注入口１４の下流の短い間隔を置いた位置には、渦巻き
発生域１８中に位置している、全体として参照番号】６
で示す渦巻き発生装置（以下、渦巻き発生器１６と記す
）がある。

渦巻き発生器１６の下流には分離域２ｏの範囲が定めら
れる。使用時には、装置ｌＯを通る流れは、分離域２０
において周囲方向外側の掃気流（ｓｃａｖｅｎｇｅ　ｆ
ｌｏｗ　ｓｔｒｅａｍ）　２２と中心の、または主要な
流れ２６とに分けられる。

分離域２０の下流には、掃気流２２が向かう周、凹方向
外側の掃気域２４の範囲が定められる。掃気流は後に説
明するように環状の掃気オリフィス２９に向かって収縮
される。

掃気域２４と同軸で内側には、使用時に主要な流れ２６
の向かう中心または主要な排出域２８が設けられている
。

掃気域２４と中心排出域２８とは、内側の円形抽出チュ
ーブ（内側のチューブ）３０によって分離され、該円形
抽出チューブ３０の注入口は、分離域２０の下流末端に
ある中心オリフィス４０の先端４２により区画されてい
る１円形抽出チューブ３ｏは、全体として外側に末広形
になって外側のチューブ１２に接し、外側のチューブ１
２の、参照番号３２で示される予め定められた設置位置
に設置される。内側のチューブ３０は、位置３２におい
て、同軸のスピゴット構造３４を形成し、該スピゴット
構造３４は、必要ならばわずかにテーパーをつけること
ができる。さらに位置３２においては外側のチューブ１
２の下流末端近くの内周は同軸のソケット３６を形成す
る。スピゴット構造３４はソケット３６中に同軸きちん
とはまり込む、スピゴット構造３４のすぐ下流にある円
形抽出チューブ３０の外周フランジのショルダー３８お
よびソケット３６のすぐ下流にある、外側のチューブの
下流末端表面３９は、外側のチューブに対して内側のチ
ューブを軸方向に位置決めするために相互に当接するチ
ェツキング構造（ストッパー構造）を形成する。

このように内側のチューブ３ｏは接続構造（スピゴット
構造３４およびソケット３６）により外側のチューブ１
２に対して固定され、かつ同軸に位置しているか、また
は中心に配置されている。

従って掃気域（周囲排出域）２４への注入口は、内側の
チューブ３０の先端の周りに同軸に区画される。注入口
は連続的な環状流路の一部を形成する。環状流路が連続
的であることの重要性は以下に説明する。

前記注入口の下流では、斜めの前面２５を有する周囲リ
ング２７が環状流路中に突出する。該リングのクラウン
および外側のチューブ１２の内周、は、環状の掃気オリ
フィス２９を形成する０周囲リング２７は、内側のチュ
ーブ３０と一体になっており、その外周面から延在して
いる。斜めの前面２５は、掃気流２２を収縮するように
掃気オリフィス２つに導く、掃気オリフィス２９の下流
の環状の掃気域２４内には環状掃気室４６が形成されて
いる。外側のチューブ１２の壁にある円周方向に間隔を
置いて配置されたポート４８は環状掃気室４６から通じ
ており、掃気流２２の円周方向の排出手段を形成する。

ポート４８の上流末端５０は、掃気オリフィス２９から
、所定の間隔だけ下流に距たっていて、その間隔は外側
のチューブの内径の少なくとも２５％である。好適な実
施例においては、その間隔は前記内径の約３０％である
。

使用時、粒子を含むガスの流れは、注入口Ｊ４から装置
１０中に入る。渦巻き域１８中には回転流が発生するが
、この渦巻き域１８はガスよりも比重の重い粒子を回転
流により外側に移動させるものである。従って掃気流２
２は粒子が豊富で、主流２６は粒子が少ない、換言すれ
ば、ガスが粒子について清浄されたということで、その
ためガス清浄化装置という語が使用される。

掃気流２２は周囲排出域（掃気域）２４に流入し、掃気
オリフィス２つに流入する際に収縮し、さらに抽出室（
環状掃気室）４６に入って、そこから周囲ポート４８に
より排出される。

粒子が減少され、すなわち清浄化された主流２６は中心
排出域２８に流入し、そこから排出される。

本発明による装置は、円形抽出チューブ３０が前記の設
置構造により厳密かつ明確に同軸または同心に調節がで
きる。従って環状流路、特に掃気オリフィス２９は連続
的でありまたは途切れがなく、それにより特に掃気流お
よび装置中の一般の流れの特徴が大いに強められる。

この点において、装置中の流れは強力な軸方向および回
転の成分を有することがわかる。流れの回転成分および
その結果として比較的重い粒子に作用する遠心力により
、粒子が装置の外囲方向に、集中し、かつ装置の中心に
向かって減少する。このように装置の作用は流れの回転
成分次第である０発明者は例えばスポークのようないか
なる障害物も流れの回転成分に悪影響を与えることを既
に証明している。換言すれば、環状流路を連続的にする
ことにより、排出部分中の流れの回転成分が維持され、
それにより流れの障害物を有する他の装置に比較して装
置の作用を強化する。

さらに発明者は、回転流が流れの障害物を「上流で認識
」することを熟知している。従って、流れの障害物が存
在すると、流れの障害物の上流の流れも悪影響を受ける
。そのため、発明者が既に知っている他の清浄化装置の
ように、掃気域２４への注入口また掃気域２４のオリフ
ィスの近くに流れの障害物が存在すると、流れの回転成
分、およびそれにより装置の作用が分離域中で悪影響を
受ける。

前記「上流の流れの認識」により、装置の作用に重要な
流域であるオリフィス２９の下流の予め定められた最小
の距離に排出手段４８を（より詳細には上流末端５０を
）有することに限度が生ずる。従って環状掃気オリフィ
スを対称または連続的にするために、掃気流の排出ポー
トを環状の掃気オリフィスの下流の予め定められた最短
距離の位置に配置することが有益である。そのように間
隔を最小にすることによって排出ポートの中間の柱状物
またはランド部分のような流れの障害物が、掃気オリフ
ィスを通る流れに影響を与えることが防がれる。

発明者は、前記特徴によって装置を通る流れが完全に対
称または連続的となるため、主流中の粒子世の減少度が
高まることを証明した。

また発明者は、ＡＣコースダスト（ＡＣｃｏａｒｓｅｄ
ｕｓｔ）を用いた試験において、従来技術の装置に比較
して本発明による装置の主流中のｌＯミクロン以上の粒
子は５〜ｌＯ倍少なくなることを発見した。

外側のチューブの内径が１８ｍｍ、全長が６０ｍｍ。

渦巻き発生域の長さが２０ｎ＋＋＋＋、渦巻きの角度が
１８０°、および中心オリフィスの内径がｌＯＩＩＩｍ
、であり、また主流２６中における圧力降下の合計が標
準水位計で３．８インチ（約０．９６ｋＰａ）かつ空気
の流れが毎秒４．４グラムで作用する第１図の一般的な
形状の試験標本において、ＡＣコースダストの場合、ダ
スト除去の質量効率の合計は約９８％であり、掃気流が
約６％〜１４％、一般には１０％で前記効率が生じた。

１０ミクロン以上の粒子を除去する場合の質量効率は９
９．７％であった。大粒の部分はど摩耗または浸食にと
って特に有害であることが認められるので、大きな粒子
を十分に分離することが重要である。

図面のうち第２図に関しては、本発明によるガス清浄化
装置の別の実施例が一般に参照番号１１０で示される。

装置１１０は一般に第１図の装置１０に似ており、同様
の特徴を有するものは同様の数字で示している。装置１
１０の詳細は説明せず、装置１０との２つの違いを特に
述べる。

まず、装置１０は、平行な外周をもち、バッテリーまた
はアレイ中で使用される場合にバッキング密度が高くな
りやすいが、装置１１０の外径は下流末端に向かって増
大する。直径は、角度１１３によって示されているよう
に外側の円形チューブ１１２がまず、末広形になること
によって増大する。チューブの末広形の部分は１１２．
１で示され、分離域１２０の先の環状オリフィス１２つ
の軸方向位置まで延在する。

直径はまた、初めの末広形のすぐ下流の別の末広形また
はデイフユーザ域によりさらに増大する。デイフユーザ
域はデイフユーザ壁部１１２．２により区画される。

角度１１３は一般に約５°であり、換言すれば初めの末
広形の夾角は一般に１０°である。

デイフユーザ部分１１２．２の夾角は約２０〜５０″で
、便宜上は約３０”である。

第２の違いは、装置１０が複数の円周方向に間隔を置い
て配置されている排出部分（排出手段）４８を有するの
に対し、装置１１０は約１２０゜の角度を含む単一の連
続的な排出部分１４８を有することである。

、出願者は推測に束縛されるものではないが、外側の周
囲部分中の流れの回転成分は、第２図の排出手段によっ
てより良く維持されると思われる。

試験は、周囲排出域（掃気域）を通る流れを１００％「
削除」する場合、換言すれば流れがほぼ全くない場合に
粒子はそれにもかかわらず、第２図の排出手段の形状に
おいて、かなりの程度まで維持できる相当な回転速度成
分を有し、それにより分離効率が良くなることを示して
いる。

末広形の夾角が７°、外側のチューブの内径が１８ｍｍ
、全長が６０ｍｍ、渦巻き発生域の長さが２０ｍｍ、渦
巻きの角度が１８０°、および中心オリフィスの内径が
１０ｍｍであり、また圧力降下の合計が標準水位計で４
インチ（約１　ｋｌ’ａ）かつ空気の流れが毎秒４．６
グラムで作用する第２図の一般的な形状の試験標本にお
いて、ＡＣコースダストの場合、ダスト除去の質量効率
の合計は約９７％であり、１００％の削除、すなわち掃
気流が全くない場合に前記効率が生じた。

同じ標本に関して、９０％の削除で作用する場合、主流
中の圧力降下の合計は標準水位計で４インチ（約１　ｋ
Ｐａ）、空気の流れは毎秒４６グラムであり、分離効率
は９８％以上であった。

両試験はＡＣコースダストで行った。

発明者は、本発明に関する種類の分離装置の多数の態様
に創意に冨む貢献をした０本発明はそのような１つの態
様、すなわち外側の周囲域に連続的な流れを与えること
に重点を置いている。本発明の特徴は、やはり本発明者
が出願中の特許において強調している特徴とともに、多
数の長所をもたらした。以下において、本発明が大いに
貢献したそれらの長所を特に説明する０本発明の特徴の
みが、必ずしも前記長所の唯一の要因ではないことがわ
かる。

本発明の装置の重要な長所は、他の公知の装置と比較し
て、分離効率が上がったことである。

約１８ｍｍ程度の呼び径の、一般に第１図の形状をした
比較的小さな装置に関して、例えばヘリコプタ−のよう
な航空機におけるタービンにとって有害な作用条件をシ
ュミレートした条件下で、標準化された濃度の粒子を用
いた試験を行った。現在使用可能な、前記種類のタービ
ンにおいて使用される分離装置が最高９５％の粒子除去
値な出し、換言すれば特定の試験に関しては５％以上の
粒子が、タービンが取り入れた気流中に残ったのとは対
照的に、本発明による分離装置は９７％〜９８％の粒子
除去率を出し、換言すれば注入された気流に約３％〜２
％の粒子しか残らなかったのである。

分離効率の重要性は、大型タービンのブレードの耐用年
数に対する分離効率の影響を考えれば、理解できる。

注入システムの分離効率が９４％から９５％に上昇すれ
ば、耐用年数は２倍になり、さらに９７％に上昇すれば
、耐用年数はその２倍になる。従って現在の９４％から
（本発明により得られる）９７％に効率を上げると、耐
用年数は４倍に１曽加する。

工業用サイクロンを使用した大気汚染防止の出願中の出
願者が調査した粒子除去効率は約３０％〜約５０％まで
様々である。そのような性能の悪さの主な要因は、サイ
クロンが特定の応用に不適当なためである。同じ条件下
で、本発明による一般に第２図の、注入口の呼び径が概
して１００ｍｍである分離装置を使用した場合の粒子除
去率は約８０％〜約９０％であった。換言すれば、粒子
による大気汚染の度合は、従来装置を用いた場合のわず
か約３０％（悪い場合）または２０％（良い場合）であ
った。

さらに本発明による装置は、７ミクロン末端の粒子を除
去する場合、従来のサイクロンよりも効果的である。こ
のことは、鼻毛のような人間の生来の防護力が７ミクロ
ン未満の粒子に対して大きく低下することを考＾ると、
特に重要である。さらに人間の肺の肺胞の断面が一般に
約７ミクロンであるため７ミクロン未満の粒子に対して
特に影響を受けやすい。

本発明による分離装置は、比較的低密度の粒子を除去す
る場合に将来のサイクロンより優れてい、る。

本発明の別の主な利点は、作用範囲が広いことである０
発明者は、周囲排出域に流れの障害物がないことにより
流れが安定することを発見した。

このことは、流れの容量および動作圧力について作用範
囲が広いことを要求される応用においてとりわけ有益で
ある。このように呼び径の小さな（１８ｍｍ）本発明に
よる分離装置は、与えられた最小の分離効率に関して、
発明者が試験をした公知の装置よりも作用範囲が広いこ
とがわかっている。

さらに別の主な長所は、分離装置、特に工業利用のため
の一般に第２図の実施例のような装置は、周囲排出域中
の１００％削除、すなわちガス流がほぼ全くない条件下
で使用できることである。その結果、処理すべきガスの
流れが全くないため、粒子のみを除去すればよいので、
掃気流の処理が大幅に単純化される。

また、大気汚染防止に適した分離装置に関して、従来装
置よりもコンパクトであるという主な利点も発見された
。

静浄化装置の２つの実施例を軸方向の断面で示す。

１０・・・渦巻きチェーブ型のガス静浄化装置、（渦巻
きチューブ型分離装置） １２・・・外側のチューブ、 １４・・・注入口、 １６・・・渦巻き発生器、 １８・・・渦巻き発生域、 ２０・・・分離域、 ２２・・・掃気流、 ２４・・・周囲排出域または、掃気域、２５・・・斜め
の前面、 ２６・・・主流、 ２７・・・周囲リング、 ２８・・・中心排出域、 ２９・・・掃気オリフィス、 ３０・・・内側の円形抽出チューブ、 ３４・・・スピゴット構造、 ３６・・・ソケット・ ３８・・・周囲フランジのショルダー、３９・・・外側
のチューブの下流末端表面、４０・・・中心オリフィス
、 ４６・・・環状掃気室、 ４８・・・ポート、（排出手段） ５０・・・中心オリフィス４０の上流末端、１１０・・
・渦巻きチューブ型のガス清浄化装置、 １１２・・・外側の円形チューブ、 １１３・・・角度、 １１２．１・・・チューブの末広形の部分、１１２．２
・・・デイフユーザ壁部、 １２０・・・分離域、 １２９・・・環状オリフィス、 １４８・・・排出域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒子を含むガスを清浄にし、または該ガスから粒子
   を回収するために、粒子を含むガスの流れを処理する場
   合の使用に適したガス清浄用または粒子回収用の渦巻き
   チューブ型分離装置であって、 使用中に上流端となる一方の末端にガスの注入口を有す
   る外側の円形チューブと、 該注入口の下流のチューブ部分に軸方向に配置されてい
   る渦巻きまたは回転流の発生装置と、渦巻き発生装置の
   下流の分離域と、 分離域の下流にあるチューブの周囲の近くにある周囲排
   出域と、 分離域の下流にあるチューブの中心軸の近くにある中心
   排出域と、 周囲排出域と中心排出域とを分離するために外側の円形
   チューブ内に同軸に配置され、前記分離域の下流端に対
   応する軸方向の所定の位置に上流端を有し、該上流端は
   前記中心排出域に対する中心オリフィスを画成し、下流
   端は中心排出域用排出手段を備えている内側の円形抽出
   チューブと、周囲排出域の下流端の近くの軸方向の所定
   の位置で外側の円形チューブを貫通する排出手段を有し
   、 内側の円形抽出チューブは排出手段の下流の、分離装置
   の予め定められた軸方向位置で外側の円形チューブに対
   して位置決めされ、かつ、周囲排出域中に連続的な環状
   流路を与えるために、上流方向にカンチレバー式に延在
   するように置かれている、渦巻きチューブ型分離装置。 ２、環状流路は周囲排出域の環状オリフィスを含み、前
   記排出手段の上流先端または各々の上流先端は、外側の
   円形チューブの注入口の内径の少なくとも約２５％の予
   め定められた距離だけ環状オリフィスから軸方向下流に
   間隔を置いて配置されている、請求項１記載の装置。 ３、外側の円形チューブに対する内側の円形抽出チュー
   ブの配置は、外側の円形チューブの下流末端にあるソケ
   ット部および内側の円形抽出チューブの相補的なスピゴ
   ット部により、雄型−雌型式に外側の円形チューブに対
   して内側の円形抽出チューブを同心的に配置することを
   含む、請求項１または２記載の装置。 ４、外側の円形チューブに対する内側の円形抽出チュー
   ブの配置は、外側の円形チューブと内側の円形抽出チュ
   ーブのそれぞれの相補的な相互に当接するチェッキング
   表面により、外側の円形チューブに対して内側の円形抽
   出チューブを配置することを含む、請求項１もしくは３
   項のいずれか１項に記載の装置。 ５、前記排出手段は、外側の円形チューブの円周方向に
   間隔を置いた位置に該外側の円形チューブを貫通する周
   囲ポートを含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記
   載の装置。６、前記排出手段は外側の円形チューブに設
   けられた単一のポートであり、該ポートは約９０°ない
   し約１８０°の角度で円周方向に連続的に延在する請求
   項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。 ７、前記ポートは約１２０°の角度で延在する、請求項
   ６記載の装置。