JP2000508967A - ガス流中の粒子のアグロメレーション法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、音響学的アグロメレーションチャンバー（３）を介するガス流中の粒子のアグロメレーション法及びその装置を開示する。前記チャンバーのアウトレットで流れの一部、好ましくはより大きい粒子を抽出し、前記チャンバーのインレットに再注入する。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス流中の粒子のアグロメレーション法及び装置 本発明は、音響学的アグロメレーションチャンバーを介してガス流中の粒子を 集塊させる方法及び装置に係る。 各種の工業的処理によって生成され、ガス流によって環境に放出される固体及 び液体粒子は、自然を汚染する物質源を構成し、人の健康にとって危険物となる 特に、大気中におけるサブミクロン粒子濃度は、ヒトの病気の発生率を増大させ る原因であると考えられる。このように、本発明は、特にサブミクロン粒子が大 気中に放出される前に、ガス流中のサブミクロン粒子含量を低減させる方法及び 装置を提供することを目的とする。 現在の当該技術は、静電界又は機械的処理（サイクロン又はベンチュリータイ プのセパレーター）を利用するフィルターを使用するものであるが、これらはか なり煩雑であり、特にサブミクロン粒子に関しては、限られた精製効率しか達成 されていない。WO92/09354は、小さい粒子のアグロメレーションを行う音響学的 チャンバーを開示しており、これにより、集塊された粒子を、大きいサイズの粒 子用として考えられる古典的な手段によってその後収集することが可能である。 効率を高めるためには、音響学的チャンバーを通る粒子の移動時間が比較的長く なければならず、このため、大きい寸法のチャンバーが必要となり、従って、非 常に大きい音響エネルギーが必要である。 さらに、米国特許第2,535,679号によれば、音響学的チャンバーにおけるエー ロゾル粒子のアグロメレーション法も知られており、該方法によれば、音響学的 チャンバーのアウトレット流の一部をそのインレットにフィードバックして、エ ーロゾルの粒子間の衝突の確率を増大させている。 米国特許第4,378,976号においても同様のフィードバックが提案されているが 、この場合には、フィードバック用としては、集塊された粒子を実際には全く含 有しない濾過された流れが選択される。 本発明は、アグロメレーション効率の増大及び寸法の低減が可能な方法及び装 置を提案することを目的とする。 この目的は、請求項１において限定する方法及び請求項４において限定する装 置によって達成される。 該方法及び装置の好適な具体例に関しては、他の請求項を参照する。 次に、具体例及び添付図面によって本発明をさらに詳述する。 図１は、装置を概略的に示す。 図２及び３は、図１の装置に組込まれる２つの可能な抽出ユニットの具体例を 示す。 粒子の分離の各種問題においては、粘性力が解消されなければならない。粒子 のサイズが充分に小さい場合には、これらの力は、粒子の間を流れるガスの路に 実質的に沿って粒子を同伴させる。これら粘性力に打勝ち、ガスから粒子を分離 させるためには、他の機械的、電気的、磁気的等の力が使用される。 エーロゾルの音響学的アグロメレーションの範囲では、慣性欠損が使用され、 これによって、粒子は振動ガス運動内に別個に同伴される。これは、慣性欠損に よる粒子間の衝突を促進する。 以後、各種粒子（すすフレーク、開口粒子凝集体、砂粒、液滴等）に関して、 各粒子と同じ速度に置かれた水滴の直径に相当するものとして用語「空気動力学 的直径」を使用する。一般に、この直径は各粒子の機幾学的直径とは異なるが、 各種性質の粒子の慣性特性を相互に比較することができる。 各種の空気動力学的直径を有する粒子でなるエーロゾルにおいて特に音波の効 果に供される粒子の直径ｄ_fは次式で示される。 この式において、μはガスの動粘度であり、ρは水の密度であり、ｆは国際単位 系における音響周波数である。実験テストによって、１.５ｄ_f以下の空気動力学 的直径を有する粒子（以後、「小型」粒子と称する）は、相互に集塊されるよう になる。一方、小型粒子のアグロメレーションは、１.５ｄ_f以上の空気動力学的 直径を有する粒子（以後、「大型」粒子と称する）の存在によって促進される（ 大型粒子に小型粒子が凝集する）。 本発明による装置を概略的に示す図１を参照すると、粒子を含有するガス流れ は入口１に送られ、処理された後、アウトレット２を通って装置から出る。アグ ロメレーションに関して必須の部材はチャンバー３であり、該チャンバーは上述 のWO92/09354に開示されたものと同様のものである。本発明によれば、アウトレ ット２をこのチャンバーのイントレット１に接続し、しかもアウトレット２から メインの流れの一部を抽出し、これをチャンバー３の上流でメインの流れに再注 入できるファン４を包含するフィードバックループ１０が加えられている。かか る再注入は、上述の効果に従って単位容積当たりの大型粒子の初期の数を増大さ せることによって、アグロメレーションの開始を容易なものとする。このように 、このループは、かなり長い寸法のアグロメレーションチャンバー、かなり長い 移動時間をもつ手段、又は各種性質の開始粒子（種粒子）の注入と同様の効果を 発揮する。 フィードバックループ１０は、抽出ユニット（好ましくは大型粒子（ｄ＞ｄ_f ）の抽出を優先的に行うセパレーターとして作動する）によって、アグロメレー ションチャンバーの下流でアウトレット２に結合される。これは、再注入に関し て、ガス流（小さい流速を有する）から大型粒子を収集することを可能にするサ イクロン、又は図２又は３に示すように仮想インパクターによって達成される。 図２によれば、ファン４につながる収集口５が、アウトレット２に向かうメイ ンダクトの中心に配置されている。ファン４は、フィードバックループにおける 流速を、口５のレベルにおいて、メインダクトよりも低いものとなるようにする 。この結果、ガスの流れ（連続線）は口５に近づく際に湾曲するようになる。こ れに対して、より大きい粒子は、その慣性力のため、その真直な進行を追求する 傾向がある（点線）。この差によって、アウトレットに向うガス流に対して、収 集口５における大型粒子にある種の優先権が与えられる。 図１におけるセパレーター６の他の具体例を図３に示す。この仮想インパクタ ーは、アグロメレーションチャンバー３とアウトレット２との間のメイン流がそ の方向を変化させ、流れがＵ字形となる点で前述のものとは相違する。 本発明の第１の具体例によれば、フィードバックループは、単にアグロメレー ションチャンバーのインレットに大型粒子を注入することを意図するものである （これは既に創造されたものであり、アグロメレーション効率が同様の空気動力 学的直径を有する粒子間よりも、異なる空気動力学的直径を有する粒子間でより 大きいため、この目的に選択されたものである）。 さらに、フィードバックループは、たとえばファン４の下流にある追加の音響 学的チャンバーにおいて、さらに粒子のアグロメレーションを行うために使用さ れる。このチャンバーは、別個の音響源を具備するか、又はフィードバックルー プの音響インピーダンスを適宜選択することによってアグロメレーションチャン バーに音響学的に結合される。 本発明の他の具体例によれば、特定の極性の充電器８をフィードバックループ のアウトレットに設け、他の極性の充電器９をメイン流インレット１に設けるこ とができる。たとえば、これらの充電器は電極（ダクトの壁（接地電位に接続さ れた）に対して、これらに非常に高いプラス又はマイナスの電位を印加する）で 構成される。これらの電極はコロナ効果を生ずる。このようにしてプラス又はマ イナスに荷電された粒子は、フィードバックループから来る流れのメイン流への 注入の後、相互に接近する傾向がある。場合によっては、メイン流れが荷電され た粒子をアグロメレーションチャンバーに供給するものである場合には、フィー ドバックループにおいて唯１つのチャンバーで充分であろう。 テストによれば、小型TiO₂粒のアグロメレーション速度は、大型粒子の密度が 1000ｃｍ^-3から5000ｃｍ^-3に変化する場合には２倍に増大する（0.01秒^-1から0. 02秒^-1へ）ことが示された。これは、本発明によるフィードバックループがなけ れば、小型粒子のみを有する流れについての所望のアグロメレーションは不充分 なままであるか、又はチャンバーのサイズの点で使用できないようなアグロメレ ーションチャンバーにおける移動時間を要求することを意味する。 本発明は、主として大型粒子を保持する古典的なフィルターの上流で実現され る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年２月２６日（１９９８．２．２６） 【補正内容】 請求の範囲 １ 音響学的アグロメレーションチャンバー（３）を介してガス流中の粒子を集 塊させる方法において、前記チャンバーのアウトレットでより大きい粒子を優先 させることによって前記流れの一部を選択的に抽出し、前記チャンバーのインレ ットに再注入することを特徴とする、ガス流中の粒子を集塊させる方法。 ２ 前記抽出した流れの一部を、前記チャンバーのインレットに再注入する前に 、さらに音響学的アグロメレーション処理に供することを特徴とする、請求項１ 記載の方法。 ３ 処理されるべきガス流中の粒子を１つの極性に電気的に荷電し、前記抽出し た流れの一部中の粒子を、前記チャンバーへの再注入前に他の極性に荷電するこ とを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。 ４ 請求項１〜３のいずれか１項記載の音響学的アグロメレーションチャンバー を介してガス流中の粒子を集塊させる方法を実施するための装置において、優先 的により大きい粒子を抽出するセパレーター（６）及び前記抽出した流れを前記 チャンバー（３）に再注入させるファン（４）を前記チャンバー（３）のアウト レットとインレットとの間に直列に包含してなるフィードバックループ（１０） を設けたことを特徴とする、ガス流中の粒子を集塊させる装置。 ５ 前記フィードバックループが、該ループにおける粒子のアグロメレーション に関して音響学的処理を可能にする手段（７）をさらに包含するものであること を特徴とする、請求項４記載の装置。 ６ 前記フィードバックループが前記音響学的チャンバーに音響学的に結合され ていることを特徴とする、請求項４又は５記載の装置。 ７ 前記フィードバックループのアウトレット及び／又は該装置のインレット（ １）に充電器（８,９）を設けて、粒子を異なる極性に荷電するようにしたこと を特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リヒテル カール ドイツ連邦共和国 カルルスルーエ デー ―76185 ルドヴィク―マルム―ストラー セ 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音響学的アグロメレーションチャンバー（３）を介してガス流中の粒子を集 塊させる方法において、前記チャンバーのアウトレットでより大きい粒子を優先 させることによって前記流れの一部を選択的に抽出し、前記チャンバーのインレ ットに再注入することを特徴とする、ガス流中の粒子を集塊させる方法。 ２ 前記抽出を、低い流速において、かつ単位容積当たりのより大きい粒子の数 が増大された条件下で行うことを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３ 前記抽出した流れの一部を、前記チャンバーのインレットに再注入する前に 、さらに音響学的アグロメレーション処理に供することを特徴とする、請求項１ 又は２記載の方法。 ４ 処理されるべきガス流中の粒子を１つの極性に電気的に荷電し、前記抽出し た流れの一部中の粒子を、前記チャンバーへの再注入前に他の極性に荷電するこ とを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。 ５ 請求項１〜４のいずれか１項記載の音響学的アグロメレーションチャンバー を介してガス流中の粒子を集塊させる方法を実施するための装置において、優先 的により大きい粒子を抽出するセパレーター（６）及び前記抽出した流れを前記 チャンバー（３）に再注入させるファン（４）を前記チャンバー（３）のアウト レットとインレットとの間に直列に包含してなるフィードバックループ（１０） を設けたことを特徴とする、ガス流中の粒子を集塊させる装置。 ６ 前記フィードバックループが、該ループにおける粒子のアグロメレーション に関して音響学的処理を可能にする手段（７）をさらに包含するものであること を特徴とする、請求項５記載の装置。 ７ 前記フィードバックループが前記音響学的チャンバーに音響学的に結合され ていることを特徴とする、請求項５又は６記載の装置。 ８ 前記フィードバックループのアウトレット及び／又は該装置のインレット（ １）に充電器（８,９）を設けて、粒子を異なる極性に荷電するようにしたこと を特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項記載の装置。