JPH0278412A - 渦巻きチューブ型分離装置およびその装置によるガス、粒子分離方法 - 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、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する、または粒子を除去
してガスを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、本発明はより詳細にはガ
スの清浄化、特に空気の清浄化を意図したものである。

従って一般に本明細書においては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ている。

本明細書においては方向を示すために便宜上「上流」お
よび「下流」という語が使用されているが、それらの語
は使用中の装置を通る流れの通常の方向に関して判断さ
れる。

より詳細には、本発明は粒子を取除いてガスを清浄化し
、または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、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する。装
置は、使用時に上流端となる一方の末端に注入口を有す
る外側の円形チューブ、該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］流にある
チューブの周囲（側壁）の近くにある周囲排出域、分離
域の下流にあるる前記チューブの中心の近くにある中心
排出域、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、分離域の端に
対応する所定の軸方向位置にある上流端には注入口を有
し、下流端には中心排出域用排出手段をもつ内側の円形
抽出チューブ、周囲排出域の下流端の近くには、周囲排
出域用の排出手段を備えている。

本発明により、前記のｆＩ類のガス清浄化装置で粒子を
取除いてガスの流れを清浄化する場合、または前記の種
類の粒子回収装置で粒子を含んだガスの流れから粒子を
回収する場合には、粒子を含むガスの流れを外側の円形
チューブの注入口を経て該チューブ中に軸方向に導入し
、粒子を含むガスの流れを渦巻き発生装置中に導くこと
により、該ガスの流れの中に回転流を起こし、回転流に
より、粒子を流れの外周に向かって集中させ、粒子の豊
富な流れの部分を該チューブの外周に向かって、周囲排
出域中に導き１粒子の少ない流れの部分をチューブの中
心方向の、中心排出域中に導くことにより、外側の円形
チューブの周囲に末広形を与えることによって、周囲排
出域および中心排出域の上流の流れを末広形にするステ
ップが達成される。

前記末広形は分離域に生ずるようになっている。

前記末広形はチューブの注入口の呼び径と同じ程度の軸
方向距離にわたって生ずる。従ってチューブの呼び径の
約０．５倍ないし約２倍、好適には０．７倍ないし１．
５倍の軸方向距離にわたって生ずる。

末広形は、流れの面積が約５％ないし２００％、好適に
は約１５％ないし約６０％増加するような度合である。

末広形の夾角は約２．５°から２０゛好適には約５°か
ら約ｌＯ°である。従って内周面はチューブの軸線と約
２．５から５°の角度を形成す好適な方法においては末
広形はむしろ分離域と渦巻き発生装置域のほぼ全体に生
じ得る。

その場合、末広形の外側の円形チューブの注入口の呼び
径の約１倍から約３倍の軸方向距離にわたって生ずる。

それに応じて流れの面積は約３０％から約８００％、好
適には約５００％から６００％増加する。同様に末広形
の夾角は約７゜ないし約１２０°、好適には約１５°な
いし約６０°、最も好適には約３０’である。

従って本発明の範囲は、前記の、本発明の方法を実行す
る場合の使用に適した渦巻きチューブ型のガス清浄化装
置または渦巻きチューブ型の粒子回収装置におよび、本
発明においては周囲排出域および中心排出域の上流にあ
る外側の円形チューブの周囲の少なくとも一部が末広形
である。

末広形部分が分離域にある場合もある。

好適な実施例においては渦巻き発生装置の区域および分
離域にある外側の円形のチューブの周囲が末広形をして
いる。好適には渦巻き発生装置の周囲も同様に末広形で
ある。その場合、好適には渦巻き発生装置の中央チャイ
ンが末広形であり、渦巻き発生装置の末広形と同じ状態
である。

ここで本発明を、添付の図式的図面を参照して実施例に
より説明する。第１図および第２図は、本発明によるガ
ス清浄化装置の２つの異なる実施例の断面を示す。

第１図に関しては、渦巻きチューブ型ガス清浄化装置の
１つの実施例は全体として参照番号１０により示される
。装置１０は全体として対称な円形で成型された合成プ
ラスチック素材の様々な構成部分で組み立てている。他
の実施例においては、装置は鋼のような耐摩耗性金属、
耐耐食性または非腐食性金屑、またはその他同種の他の
素材でも製造できる。

装置１０は、一般に１２で示される外側の円形チューブ
、チューブ１２内の一方の末端に向かってきちんとはめ
込まれている渦巻き発生装置１６、および外側の円形チ
ューブ（以下、外側チューブと記す）１２内にチューブ
１２の反対側末端に向かって同軸にはめ込まれた内側の
円形チューブの形の内側の円形抽出チューブ４０を含む
、渦巻き発生装置を有する末端は使用時は上流端になり
、反対側の末端は下流端になる。

外側チューブ１２の前記上流端には注入口１４がある。

外側チューブ１２は注入口１４から全長の一部にわたっ
て平行に延び、渦巻き発生装置１６が配置されている渦
巻き発生域１８の範囲を形成する。外側チューブ１２の
上流端には、リセス２０の形の載置構造がある。

渦巻き発生装置１６は中央コアまたはチャイン２６とコ
ア２６の周りにオーガ式に配置されている一対のヘリカ
ルブレード２８を有する。各ブレードは１８０′″の角
度で湾曲する。各ブレードの外周は、軸線と５７°の角
度になっている。

渦巻き発生域１８の下流では外側チューブ１２の壁は予
め定められた距離にわたって参照番号３０の示すように
末広形になる（末広形成）。末広形の夾角は、末広形の
壁部と装置１０の軸線との間の角度３２の２倍に等しい
、角度３２は５゜であるから夾角はＩＱ”である。

外側チューブは、末広形成３ｏの下流でより急な末広形
になってデイフユーザウオールを形成する。デイフユー
ザウオールは後により詳細に説明するが、全体として参
照番号３４で示される。

外側チューブ１２は、参照番号３８で示されているよう
に、デイフユーザウオール３４の下流で平行になる。外
側チューブ１２の平行部３８中には周囲部分の周りに約
１２０゛の角度で延在する単一の排出ボート３６がある
。

円形抽出チューブ４０は上流端に前縁４２によって識別
される注入口をもち、注入口の次には中心流路４４があ
り、中心流路４４はデイフユーザに融合して円形抽出チ
ューブ４０の排出手段（ｉＪＥ出口）４８に延在する。

前縁４２は装置１０の予め定められた軸方向位置にある
０分離域１９は渦巻き発生装置の下流端と前縁４２との
間に形成される０分離域１９は前記のように末広形にな
っていることがわかる。

分離域１９の下流においては、内側の円形抽出チューブ
４０と外側チューブ１２との間に周囲排出域または掃気
域２２が環状に形成される。中心、または主要排出域２
４は内側の円形抽出チューブ４０によって区画され、形
成される。掃気域２２も主要排出域２４も分離域１９の
下流にある。

掃気域２２への環状注入口は前縁４２の周りに形成され
る。前記環状注入口の下流にわずかな間隔を置いて、内
側の円形抽出チューブ４０と一体のリング５０が掃気域
２２中に突出している。リング５０は斜めの前壁５２を
形成し、該前壁５２は使用時には掃気域中の流れを、リ
ング５０のクラウンの外側に環状に形成されている環状
オリフィス５４に向かって収縮させる。

末広形の壁部３４は、環状オリフィス５４の下流の流れ
についてデイフユーザのように作用する。

内側の円形抽出チューブ４ｏはスピゴット部６０を形成
し、スピゴット部６０は、必要な場合には下流端に向か
って、わずかに先細りになる。

スピゴット部６ｏはショルダー６２を有し外側方向に延
在するフランジで終端する。

スピゴット部６０は外側チューブ１２の末端部６４内に
きちんとはめ込まれ、外側チューブ１２の末端６６はシ
ョルダー６２と当接する。

このように内側の円形抽出チューブ４０は外側チューブ
１２に対して同軸かつ軸方向に配置されている。内側の
円形抽出チューブ４０は、掃気域２２が制限されないよ
うに上流方向にカンチレバー式に延在する。従って環状
オリフィス５４を含む掃気域２２中の流路が連続的にな
る。

使用時には粒子を含むガスの流れは注入口１４により外
側チューブ１２中に導入される。流れが渦巻き発生域１
８中を移動する間、流れには渦巻き発生装置１６により
回転流が生ずる１回転流は、分離域１９に入ると、末広
形３２により許容されるように外側方向に拡散する。

流れの回転の性質により、流れの中のガスよりも重い粒
子に遠心力が作用して粒子を外側方向に移動させて流れ
の外周方向に集中させる０粒子は末広形３２により、分
離域が平行な場合よりも更に半径方向外側に移動するこ
とができる。末広形３２は流れを減速させ、動圧を減少
させて流れの中に静圧を増加させる二次的なディフュザ
ー作用をもっている。

流れが減速されることによって外側チューブ１２の摩耗
が改善され、このことは特に研磨粒子の場合に重要であ
る。

全体として粒子は流れの外周部中に集中し、換言すれば
流れの外周部で粒子は豊富であり、流れの中心部では粒
子が少ない。

粒子が豊富な、流れの外周部が掃気域２２中に流入する
と、まず斜めの前壁５２沿いに環状オリフィス５４中で
収縮されつつ加速され、その後デイフユーザの壁部３４
沿いに減速される１粒子が豊富な流れの部分はブレナム
５６中に移動し、そこから排出手段（排出ポート）３６
を経て排出される。

粒子の少ない流れの部分は、前縁４２を経て中央の、ま
たは主要排出域に注入され、デイフユーザ中で拡散され
、排出口４日を経て排出される。

「削除」と呼ばれる粒子の豊富な流れに対する粒子の少
ない流れの質量またはボリュームの割合は、一方では注
入口１４の注入圧力と排出ボート３６の下流の圧力、他
方では注入口１４と排出口４８の下流との圧力の割合を
制御することによって制御されることがわかる。

前記の分離域１９中の末広形３２は、掃気域２２中の粒
子をより集中させる作用をもっことが認められる。

壁部３４で形成されるデイフユーザ域中では、分離域１
９中の２次的作用と同様、動圧が失われ、静圧が得られ
る。前記のように動圧が失われて静圧が得られることに
より、注入口Ｉ４とプレナム５６との間の圧力降下が減
少し、それによりエネルギー消費の点から装置１０の効
率は上がる。

同様に、中心流路４４中のデイフユーザは、動圧を失っ
て静圧を得、それにより、注入口１４と排出口４８との
間の圧力降下が減少し、エネルギー消費の点からは装置
１０の効率は上がる。

末広形の夾角が７°、外側のチューブの内径が１８ｎ＋
ｍ、全長が６０ｍｍ、渦巻き発生域の長さが２０ｍｍ、
渦巻きの角度り月８０°、および中心オリフィス７０の
内径力’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　ｋＰａ）がっ空気の流れが毎秒
４．６グラムで作用する第２図の全体的な形状の試験標
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
（主要排出域中の流れ）中の圧力降下の合計は標準水位
計で４インチ（約１　ｋＰａｌ、空気の流れは毎秒４．
６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。

第２図に関しては、本発明による渦巻きチューブ型ガス
清浄化装置の別の実施例が全体として参照番号１１０で
示される。実施例は一般に第１図の装置ｌＯと似ている
ので説明は繰返さない、同様の番号は同様の部品を指す
。

装置１１０は、１つの重要な点において装置１０と異な
る。外側の円形チューブ１１２は注入口１１４から環状
オリフィス１５４とｔ非出ボート１３６との中間の位置
まで末広形である９本発明の末広形は一定不変で、約３
０°である。渦巻き発生装置１１６の周囲は、それに応
じて末広形となる。

渦巻き発生装置＋１６のコアまたはチャイン１２６も、
一般に外側の円形チューブ１１２とほぼ同じ角度で末広
形である。

末広形の夾角が１４°、外側のチューブの内径が１８ｍ
ｍ、全長が６０ｍｍ、渦巻き発生域の長さが２０ｍｍ、
渦巻きの角度が１８０°、末広形の全長が４０ｍｍ、お
よび中央オリフィスの内径が約１２．５ｍｍ、すなわち
１０ｍｍの直径よりも５６％大きな流れ面積であり、ま
た圧力降下の合計が標準水位計で３．４インチ（約０．
８５にＰａ）かつ空気の流れが毎秒５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９８％
データあり、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で３．４インチ（約０．
８５にＰａ）、空気の流れは毎秒５グラム、分離効率は
９８％以上であった。

両試験はＡＣコースダストであった。

注入口の直径が５０ｍｍ、末広形の夾角が３０°、全長
カ月６０ｍｍ、および中央オリフィスの内径が４０ｍｍ
であり、また圧力降下の合計が標準水位計２．８インチ
（約０．７にＰａ）かつ空気の流れが毎秒３０グラムで
作用する第２図の一般的な形状の別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９１％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、中間
の粒子サイズである８６ミクロンのアルミナを使用する
と、主流中の圧力降下の合計は標準水位計で２．８イン
チ（約０．７ＫＰａ）　、空気の流れは毎秒３０グラム
であり、分離効率は９９．７％であった。

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、すなわち末広形の流れに重点を置いている１本発明
の特徴は、本発明者が出願中の他の発明において強調し
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、本発明が貢献したそれらの特徴を特に説明する
０本発明の特徴のみが、必ずしも前記長所の唯一の要因
でないことが分る。

第２図の実施例の長所は、第１図の実施例の長所と一般
に似ているが、かなりの程度まで、一般に末広形がより
長く、また一般に末広形の角度がより大きいことにより
末広形が拡大されている。

発明者は、渦巻き発生域（の前端）で末広形が始まるこ
とにより、第１図の実施例よりも大きな角度の末広形が
許容されることを発見した。

発明者はまた、速度の軸方向成分に対する速度の渦巻き
または回転成分の割合（「渦巻きの数」とも呼ばれる）
は、末広形成の半径に正比例することを発見した。従っ
て、末広形により流速の両成分の絶対値が減少するけれ
ども、渦巻きの数は増加する。

末広形タイプのガス清浄化装置を、末広形の装置の大き
な方の直径に等しい直径をもつ平行タイプの装置に比較
した場合、外周方向への粒子の集中が速くなる結果、（
末広形タイプの）渦巻きが初めの段階でずっと激しくな
り、それにより分離が増進される。外周方向への粒子の
集中が強化されると、分離効率を犠牲にせずに、より大
きな直径の注入口を使用する選択が可能となることが重
要である。より大きな直径の注入口は圧力降下およびそ
の結果としてエネルギー消費に重要で有益な影響を与え
る。

従って発明者は、低い圧力降下で高い分離効率を要求さ
れる情況下では、末広形タイプの分離装置が平行タイプ
の装置よりも有利な設計となることを発見した。

末広形の装置を、より小さな直径の平行な装置と比較し
た場合、低い軸方向速度の成分によって滞留時間が長く
なるため、渦巻きの絶対成分が低いにもかかわらず、分
離効率は良好に保たれる。

末広形装置の主な長所は、浸食または摩耗に対して重要
な利益を有することである。浸食は速度に比例し、その
指数は３よりも大きい。

発明者は、特に第２図の型の末広形の分離装置が主要な
分離装置、または−組の分離装置の１つの段階として有
利に利用できると考える。末広形の分離装置は、それに
匹敵する性能の平行装置よりも妨害を受けにくい、簡単
に言えば、布きれまたは紙きれのような詰まる可能性の
ある物体が流れの中に存在する場合、概してそれは装置
を、より詳細には周囲排出域を通過することがわかって
いる。

発明者は、本発明による分離装置が、一般に周囲排出域
中の１００％削除、すなわちガスの流れがほぼ全くない
状態で十分に作用し得ることを発見した。１００％の削
除は実際に周囲排出域の排出手段を閉鎖室と連絡するこ
とより達成される。

閉鎖質は、時々粒子を除去するために閉鎖室を空にする
ことを可能にする装置をもつ、これにより通常、分離効
率がわずかに悪くなるが、掃気流の処理が非常に単純化
されるという大きな利点がある。除去された粒子のみが
処理されればよいだけで、濾過作用のような処理をしな
ければならない掃気ガス流はない、これには有益なコス
ト上の意味がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明によるガス清浄化装置の
２つの異なる実施例の断面を示す。 １０．１１０・・・渦巻きチューブ型のガス清浄化装置 １２．１１２・・・外側の円形チューブ１４．１１４・
・・注入口 １６．１１６・・・渦巻き発生装置 １８・・・渦巻き発生域　　１９・・・分離域２０・・
・リセス　　　　　２２・・・掃気域２４・・・主要排
出域 ２６．１２６・・・コアまたはチャイン２８・・・ヘリ
カルブレード ３ｏ・・・末広形成 ３２・・・末広形成と装置ｌＯの軸線との間の角度３４
・・・デイフユーザ壁部 ３８・・・平行部 ４０・・・内側の円形抽出チューブ ４２・・・前縁　　　　　　４４・・・中心流路４８・
・・４ｏの排出口　　５０・・・リング５２・・・前壁 ５４．１５４・・・環状オリフィス ５６・・・ブレナム　　　　６０・・・スピゴット部６
２・・・ショルダー　　１３６・・・排出ポート１５４
・・・環状オリフィス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス清浄化装置中で粒子を除去して粒子を含むガス
   の流れを清浄化し、または粒子回収装置中で粒子を含む
   ガスの流れから粒子を回収する方法であって、前記装置
   は、 使用時に上流端となる一方の末端に注入口を有する外側
   の円形チューブと、 該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前記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前記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、分離域の端に対応する所定
   の軸方向の位置にある上流端に注入口を有し、下流端の
   近くに中心排出域用排出手段を有す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、周囲排出域用の排出手段
   を備え、 前記方法は、 粒子を含むガスの流れを、外側の円形チューブの注入口
   を経て該チューブ中に軸方向に導入するステップと、 粒子を含むガスの流れを渦巻き発生装置中に導くことに
   より前記ガスの流れに回転流を起こすステップと、 回転流により粒子を流れの外周に向かって集中させるス
   テップと、 粒子の豊富な流れの部分を外側の円形チューブの外周に
   向って周囲排出域中に導くステップと、粒子の少ない流
   れの部分を外側の円形チューブの中心へ向って中心排出
   域中に導くステップと、外側の円形チューブの外周に末
   広形部を与えることにより、周囲排出域および中心排出
   域の上流の流れを末広形にするステップを含む渦巻きチ
   ューブ型分離装置によるガス、粒子分離方法。 ２、前記末広形を分離域中に生じされることを含む、請
   求項１記載の方法。 ３、前記末広形を外側の円形チューブの注入口の呼び径
   と同じ程度の軸方向距離にわたって生じさせることを含
   む、請求項２記載の方法。 ４、前記末広形を外側の円形チューブの呼び径の約０．
   ５倍ないし約２倍の軸方向距離にわたって生じさせるこ
   とを含む、請求項３記載の方法。 ５、前記末広形が、約５％ないし約２００％の量だけ流
   れの面積を増加させることを含む、請求項２ないし４の
   いずれか１項に記載の方法。 ６、前記末広形を約２．５°ないし約２０°の末広形の
   夾角で生じさせることを含む、請求項２ないし５のいず
   れか１項記載の方法。 ７、前記末広形を分離域と、渦巻き発生装置の区域のほ
   ぼ全体に生じさせることを含む、請求項１記載の方法。 ８、前記末広形を外側の円形チューブの注入口の呼び径
   の約１倍ないし約３倍の軸方向距離にわたって生じさせ
   ることを含む、請求項７記載の方法。 ９、前記末広形が流れの面積を約３０％ないし約８００
   ％増加させることを含む、請求項７または８記載の方法
   。 １０、前記末広形を約７°ないし約１２０°の末広形の
   夾角で生じさせることを含む、請求項７ないし９のいず
   れか１項記載の方法。 １１、粒子を除いてガスを清浄化し、またはガスから粒
   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、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であって、 使用時に上流端となる一方の末端にある注入口を有する
   外側の円形チューブと、 前記注入口の下流の前記チューブ中に軸方向に配置され
   ている渦巻きまたは回転流発生装置と、渦巻き発生装置
   の下流の分離域と、 分離域の下流にある前記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前記チューブの中心の近くにある中
   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、分離域の端に対応する
   所定の軸方向位置にある上流端には注入口を有し、下流
   端には中心排出域用排出手段を有する内側の円形抽出チ
   ューブを備え、周囲排出域および中心排出域の上流にあ
   る外側の円形チューブの周囲の少なくとも一部が末広形
   である、渦巻きチューブ型分離装置。 １２、末広形部分が分離域中に設けられる、請求項１１
   記載の装置。 １３、末広形部分は外側の円形チューブの注入口の呼び
   径の約０．５倍ないし約２倍である、請求項１２記載の
   装置。 １４、分離域の下流端の流れの面積は、上流端よりも約
   ５％ないし約２００％広い、請求項１２または１３記載
   の装置。 １５、末広形の夾角は約２．５°ないし約２０°である
   請求項１２ないし１４のうちいずれか１項記載の装置。 １６、末広形部分は渦巻き発生域および分離域中に設け
   られる、請求項１１記載の装置。１７、末広形部分の長
   さが外側の円形チューブの注入口の呼び径の約１倍ない
   し約３倍である、請求項１６記載の装置。 １８、分離域の下流端の流れの面積は外側の円形チュー
   ブの注入口よりも約３０％ないし約８００％大きい、請
   求項１６または１７記載の装置。 １９、末広形の夾角が約７°ないし約１２０°である、
   請求項１６ないし１８のいずれか１項記載の装置。 ２０、渦巻き発生装置の周囲もそれ相応に末広形をして
   いることを含む、請求項１６ないし１９のいずれか１項
   に記載の装置。