JPS62501756A - 低周波音に曝されたガス体の撹乱作用増大方法およびその装置 - 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】 本発明は開放端をもつ共鳴管を具えた音波発生器から発生した低周波音波中に気 体を曝させて気体の撹乱作用を増大化させる方法およびその装置に関する。

この国際出願ＷＯ９ｏ１０１３５８は強い音波好ましくは低周波音波によシ起さ れた高速の往復運動空気流中に粒子群を曝し粒子群を活動化させる方法とその装 置を開示するものである。上記往復運動する空気流は吸引された微粒物質を活動 化するために利用され又は粒子音速が最大となる位置に置かれた空気透過層また は支持体によって吸収された微粒物質の活動作用に利用される。微粒物質を含む 上記層を通して往復運動空気流を起すことによシ強制された又は加速された空気 曝露作用によって、上記微粒物質は混合されるか又は蒸発作用を受ける。上記往 復運動する空気流は１５〜５０ヘルツ程度の周波数において作動する共鳴管を具 えた低周波音波発生器によって起される。

スエーデン出願第８３０６６５３−０号に記載の方法によると、流動性燃料の燃 焼に対し該燃料は燃焼用空気中に散布され、その燃焼速度と効率を増進させるた めに、最高周波数５０ヘルツの低周波音波発生器により生じた高い粒子音速中に 曝される。この音波発生器は１／４波長波長波音波器でその開放端に拡散管を取 付けた共鳴管を具備する。この燃焼空気はその内部に燃料を蔵している共鳴管の 開放端から噴射されて該燃料は上記共鳴管の路外側において燃焼する。

もう一つ別の方法、即ちスエーデン出願第８４０５９１４−６号に記載した方法 によると、大醜の固体燃料に対する燃料作用に対し、３／４波長形共鳴管内に配 置した火床上の燃料層は最高５０ヘルツの脈動する燃焼空気中に曝される。この 燃料層から発生する排出ガスは共鳴管を通過し排出される。

本発明の目的は管状形状の空間または導管を通って流出するガス体内に強い攪乱 運動を起すような方法を提供するものである。この攪乱運動は上記ガス体並びに 粉体、液体又は気体の如き噴射流体に均質な混合作用を確保できるように適用さ れる。

更に詳しくは、本発明は上記物質およびＳＯＸやＮＯｘの如き煙道ガス中の汚染 物質間の化学的反応を促進させるために煙道排気ガスや微粒状液体又はガス状化 学物質に強烈な混合作用を生じさせるための方法を提供する。

本発明の方法によって得られた強い混合作用はまた固体物質を含む液体中の液相 部分を蒸発させる場合に利用しうるもので、例えばインスタント製品の製造時の 液体を乾燥せしめる噴射において利用され或は混・乾二酸化硫黄Ｓ０２と石灰と の反応行程に利用することもできる。

上述の目的および後述する説明から自明な他の目を提供するものであり、これは 本発明に係る請求の範囲第１項に記載の特徴要件から得られる。

本発明は更に請求の範囲第７項に記載した前述の本発明に係る方法を実施するた めの装置をも開示する。本発明の実施例を図説するために添付図面を参照して以 下説明する。

第１図は本発明に係る方法を実施するための装置の一実施例についてその図説的 な長手方向断面図であ！Ｄ、３／４波長波長波音波器を示し、第２図は第１図に 示す装置の変形図面で第１図と同様に長手方向断面図を示し、 第３図は第２図に示した変形実施例に係る装置の一組を具備するボイラーの部分 的破断の垂直方向断面図であシ、 第４図は１／２波長波長波音波器を含む本発明に係る装置に対する第２実施例の 図説的長手方向断面図であシ、 第５図は第４図に示す装置の変形例で第４図と同様に長手方向断面図を示し、 第６図は第４図に示した装置の一組を含む前述の第３図と同じ垂直方向断面図で あシ、 第７図は第４図に示した装置の第２変形例であり、第４図と同様にその長手方向 の断面図を示し、第８図は本発明に係る第３実施例で、第１図と類似な図面を示 す。

第１図に示された低周波形音波発生器１ｏは１９８２年１１月２３日付米国特許 第４３５９９６２号明細書に記載した正帰遺影音波発生器であってもよい。しか しながら如何なる他の低周波数音波発生器も本発明の目的に対し利用可能である 。

音波の最高周波数は１５０ヘルツである。好適には４０ヘルツ又はこれより低い 。しかしながら多くの場合２０ヘルツか又はより低周波数のものが適切である。

音波発生器１０は一端が閉鎖すると共に他端が開放した共鳴管１１を有し符号ｔ で表示した音響的長さは発生した音波長のＶ４倍の長さとなっておシ、該共鳴器 １１の直径は実質的にその波長より短かくなければならない。本明細書の目的に 対しイキシダータ（Ｅｘｉｇａｔｏｒ　）と以下に呼称される供給器又は作動ユ ニット１２は共鳴器１１の閉鎖された端部に設置され作動ガス（空気）の供給導 管１３に連結される。作動ガスは前述した米国特許明細書に述べられているイキ シグータの制御下に共鳴管１１を通して供給される。該共鳴管１１の開放端は拡 散管１４を形成するために末拡がシ状に拡開し、次いでこの拡散管１４は共鳴管 １１の内部よシも実質に大きい空間を形成している空間室１５に連結される。空 間室１５の入口１６は拡散管１４の開口部の反対側に配置されている。出口１７ は共鳴管１１内に配置され、その位置は共鳴器ｌｏ内に発生する定常波音圧が一 音波節即ちイキシダータから共鳴器までの長さの１／３に相当する領域内に略設 定される。

導管１８は共鳴管の両端間の成る位置に在って共鳴管に向ってその半径方向に延 び、次いで拡散管１４の開口端に向って共鳴管内部を軸線方向に延ばされ、拡散 管１４の開口端近傍で終っている。この拡散管１４の開口端は該音波の定常波粒 子速度の１／２波長位置即ち音波腹部に相当している。上記導管１８の末端部に はノズル１９が取付けられている。

本発明の方法において、加熱空気や加熱煙道ガスは入口１６を通って空間室１５ 内に供給され、次いで共鳴管１１を経て出口１７を流過してゆく。インスタント 製品の製造例において処理すべき液体又は煙道ガスを処理する場合のスラリーは 煙霧化されるべき導管１８を経てノズルト９に供給され、次いで符号２０で示し た霧となって空間室１５内に導入され、入口１６から入りて来るガス体と会合混 合する。

加熱空気又は加熱煙道ガスによシ供給された熱量によって、微粒化された液体又 は霧化状のスラリーは空気又はガス体と接触するとき蒸発する。低周波音波発生 器１ｏによって起された低周波音波にょシガス体内には高度の撹乱作用が生ずる ので、空気と液体或はまた煙道ガスとスラリーの親密性ある混合物はそれぞれ空 間室１５内及び特に共鳴管１１内において液体又は液相部分の蒸発作用が増進さ れるにいたる。かくして蒸発した液体を含む空気又はガス体は該液体から発散す る固体粒子をも含み或はその液体と共に運ばれた供給スラリーを含む空気或はガ ス体は共鳴管１１を通過し次いで出口１７を通って排出されることになる。ノズ ル１９は必ずしも拡散管１４に配置される必要はない。それは空間室１５又は入 口１６内に同じ様にして配置することも可能だが、しかしその配置位置にも関ら ず、好適には入口１６を通して供給された空気又はガス体とは逆向きの関係とし て上記液体又はスラリーが供給できるようにその向きを選定しなければならない 。更に効率を増大化するために、いくつかの例において共鳴管１１の長さを音波 長の５倍又は７倍に延長するととにより達成される。原理的には音波長の１／４ ×奇数倍の長さが利用可能である。

第２図の実施例は温度が高い区域にあるボイラーの煙道ガス中に微粒子状流体又 はガス体を供給する場合特別に好適に利用することができる。例えば煙道ガス中 のＳ０２やＳ０３の含有成分を減少させるために、煙道ガス中にＣａ　（ＣＨ） 　２又はＣａＣＯ３を添加することは一般的な実際的手法となっている。これら の複合化合物とＳ０２やＳＯ３との間の煙道ガス中に生ずる化学的反応は１００ ０℃の温度範囲内で最適に行われる。しかしながら、上記複合化合物は前述した 温度範囲にあるガス体の流れに向けて単に噴射するだけではいけない。これは高 温度における煙道ガスの高い粘性を考慮すれば上記添加物とガス体の完全な混合 物を得るには実際上困難となるからである。流動床燃焼作用の場合には上記添加 物は流動床に供給されるが、しかし他の場合には上記添加物は通常煙道ガス温度 が２０００℃の範囲にある領域に水スラリーとして供給される。このような温度 においては該反応は緩漫となシ大きな設備を必要とする。

煙道ガス中のＮｏおよびＮＯ２の含有成分を減少させるためにアンモニアが添加 物として使用される。このとき生ずる反応は１０００℃の温度範囲において最適 であシ、前述した理由からこの添加物はこのような高温度の煙道ガス中に噴射せ しめることはできない。それ故、その反応は低い温度例えば３５０℃前後の温度 において通常バナジウム−ベントオキサイドｖ２０５から成る触媒の存在下で施 行される。

本発明者は次のことを発見した、即ち最も普通の慣用的な規格ボイラの上方部分 において煙道ガスの温度は約１０００℃であシ、それ故にこの区域はもしこの煙 道ガス中に上記添加物が噴射可能であれば前述した両反応が効果的に行われるで あろう。これは本発明に係る方法並びに装置を使用することによシ成功裡に実施 できる。

第３図を参照するに、燃焼室２２を有する実用ボイラーの上方部分において１’ ＯＯＯ℃の区域であるその頂上には第２図に示した実施例の音波発生器が多数配 置されている。各発生器の拡散器１４は上記ボイラーの上部壁体に結合され第２ 図に示した空間室１５を形成する燃焼室２２に接続されている。煙道ガスを上記 音波発生器列内に向けて導入せしめるため、壁体２３はボイラーの燃焼室２２を その還流区域から分離させている。そうしないと壁体２３がないために燃焼室２ ２と直接に接続されてしまう。各音波発生器の出口１７は還流区域２４に接続さ れている。上記添付物例えば粉末状の炭酸カルシウムＣａＣＯ３とガス体状のア ンモニアＢ３は各音波発生器の導管１８を通じて供給され、ノズル１９によシ煙 道ガス中に散布される。低周波音波の影響下に上記添加物は共鳴管１１中の煙道 ガス体と全面的に混合される。好ましくは奇数個の音波発生器を一組の音波発生 器群として構成して逆位相状態で作動せしめるときはこれによって合成騒音を減 少せしめることができる。この装置において、音波発生器の位相状態を積極的に 制御するために各組の音波発生器群相互間に成る間隔を置いて配置しておくのが よく、この間隔は隣接し合う音波発生器間の距離よシ短かくする。

第４図に示された音波発生器１０は１／２波長形のもので、その青波長ｔは音波 発生器で発生された青波長の１／２である。この場合の共鳴管１１は両側端が開 放しイキシグータ１２は共鳴管１１の長手方向中心に当る両端間の中間に設定さ れる。共鳴管の一端における拡散管１４は空間室１５に連通し、導管１８は付設 のノズル１９を通して流体を供給できるように拡散管内部に導かれている。共鳴 管１１の他方端側にも拡散管１４′が設けられ空間室１５′に連通している。か くして空間室１５′に流入するガス体は空間室１５′に排出されるように、一端 から他端に該共鳴管内を貫流せしめられる。第４図の実施例においては、上記共 鳴管内に生ずる定常波の音圧は共鳴管の各端部に節部を有する。添加物は既に述 べたと同じ態様で共鳴管を通過するガス体に向って供給される。この音波発生器 が実用ボイラーに結合して使用されるとき、拡散管１４は第６図に示したボイラ ーの燃焼室２２に連結され、該拡散器１４′は還流区域２４に連結される。第６ 図に示す実施例の作用は第３図について記載したものと同様である。

原理的に第４図に示した実施例の共鳴管はその定常音波の１つまたはよシ多くの 波腹部にイキシグータを設置し、その半波長の整数倍に相当する長さをもつこと ができる。即ちこの場合その音圧は数個のイキシグータをもつ場合に最高音圧を 示し、設置されたそれらのイキシグータは同期して作動しうるようになる。

第４図に示す実施例において、音波発生器に供給された作動ガス体は共鳴管を通 過する煙道ガスの温度を低下させる。これは第５図に示した２個の正画室から成 るイキシグータを採用することによシ回避することができる。第５図について以 下に説明する。

この形式のイキシグータは米国特許第４，３５９．’１１６２号明細書にも記載 されているように、作動ガスは導管１３を通して上記区画室の一つに導入され、 導管１３′を通して他の区画室から吸出される、即ち作動ガスは煙道ガスを冷却 しない。

第６図に示した装置の問題点は共鳴管の長さがボイラーの全体高さを実質的に増 加させることである。

煙程ガス温度が１０００℃である場合には青波長の１／２は２０ヘルツにおいて 約１７メートルにも達する。

次に参照する第７図の装置において、両共鳴管１１および１１′は共に半波長共 鳴管を形成し、もしもその共鳴管１１′の断面積が共鳴管１１の断面積の青波長 とする、このときこの種類の音波発生器によシ定常波を得ることが可能になる。

このことは共鳴管両端間の長さがこの配置設計によシ短小化可能であることを示 している。

低周波音波によって起された撹乱作用は上記定常波の中間点における半波長共鳴 管の両端領域内にのみ生ずることである。その音波粒子速度はその最小値を示し 即ちその音波はその領域において撹乱作用を生じない。第７図に示した装置によ れば、共鳴管１１′内には殆んど撹乱作用は酪酸されずに共鳴管１１の凡ての部 分にむしろより高度の撹乱作用が醸この装置の他の利点としては、イキシグータ １２は第４図に示す装置に比しガス温度がよシ低くなる点に設置できることであ る。

上記共鳴管を短小化しうろこの方法￥：ｉ４た第１図および第２図に示した装置 にも適用できる。第６図に示す如く、大抵の場合共鳴管の温度を許容温度に保持 できるよう冷媒循環用の配管２５を共鳴管外側に設置する必要がある。勿論これ と同じような装備は第３図に示した装置の場合にも付属させることができよう。

ノズル１９は第８図に示した装置によって置き替えることができ、この場合には 成る液体が蒸発さるべきガス体に供給されるか或は上記ガス体又はその中に含ま れた物質と反応させるべく供給される。団殊状の充填物質２６内をガス体が通さ れるが、この充填物質２６は上記導管の開口部下方の共鳴管内に保持されている 。かくしてガス体が上記充填物質を通過するとき、該ガス体は導管１８かも充填 物質２６上に供給された液体と接触状態となって流入する。この液体とガス体の 接触作用は低周波音波の影響を受けて相互間の接触を烈しく増大化するようにな る。

閏　ａ　捌　容　鮒　牛

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．一つの開放端をもつ共鳴管から成る音波発生器により起された低周波音に曝 されたガス体の攪乱作用増大方法であって、該方法は前記音波発生器を最高周波 数１５０ヘルツにいたるまでの共振周波数の一つにより作動させ、前記ガス体を 前記共鳴管の開口端を通して流入せしめると共に該共鳴管の実質的な作用長さを 通過させた後、該共鳴管定常波の音圧節部に当る実質的な領域において前記流入 ガスを共鳴管外へ排出せしめるようにしたことを特徴とするガス体の攪乱作用増 大方法。
2. ２．粉体、液体又はガス体又はその混合物から成る第２流体を前記増大した攪乱 作用下において混合すべき前記ガス体に向けて供給するようにしたことを特徴と する請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記共鳴管の開放端に連通しかつ該共鳴管の内部空間に対し実質的に拡大さ れた空間をもつ空間室から前記ガス体を前記共鳴管内に向けて流入せしめること を特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。
4. ４．前記第２流体を前記ガス体の流れに対し逆向き方向から供給せしめることを 特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
5. ５．前記第２流体を前記共鳴管開口近くに供給することを特徴とする請求の範囲 第１項から第４項までのいずれかに記載の方法。
6. ６．前記共鳴管の一関口端から他の開口端へ前記ガス体を通過せしめるようにし たことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．開放された一端をもつ共鳴管を具備する音波発生器は発射される音波長より 実質的に小さい直径を以って形成され、かつ上記共鳴管の開口端にガス体供給手 段を設けている前記請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載した方法によ りガス体の攪乱作用を増大する装置であって、該装置は前記共鳴管からガス体を 排出するための共鳴管出口は共鳴管の開口端から離れた本質的な距離をおいて音 圧の節部領域内に配置されていることを特徴とするガス体の攪乱作用増進装置。
8. ８．前記共鳴管の内部に対し実質的に拡大された空間を形成する手段を設けてい ることを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。
9. ９．前記共鳴管は一端が開放され、その他端が閉鎖された３／４波長形共鳴管に より形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。
10. １０．前記共鳴管の出口は該共鳴管の開放端から略半波長に等しい距離に設置さ れていることを特徴とする請求の範囲第９項記載の装置。
11. １１．前記共鳴器はその出口に拡大部分を形成していることを特徴とする請求の 範囲第１０項記載の装置。
12. １２．前記共鳴管はその両端が開放された半波形共鳴器として形成され、該共鳴 器の一端から他端に亘って前記ガス体が通されるように構成したことを特徴とす る請求の範囲第７項記載の装置。
13. １３．前記共鳴管の各開放端は拡散管に形成されていることを特徴とする請求の 範囲第１２項記載の装置。
14. １４．前記音波発生器は交互に空気をそれぞれ作動ユニットへ供給したり、該作 動ユニットから排出したりして作動する空気圧形作動ユニットにより構成されて いることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の装置。
15. １５．前記共鳴管はＴ形形状の共鳴管として構成され、その水平管部分は前記ガ ス体の貫流通路を形成し、その垂直管部分の断面積は水平管部分の断面積の略２ 倍であり、かつ前記音波発生器の作動ユニットは前記垂直管部分の閉鎖端に結合 されていることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の装置。