JPS59130558A - 排気ガス浄化用サイクロン集じん器 - 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】 この発明は、例えば自動車等の内燃機関の排気浄化用と
して、排気黒煙に含まれているカーボンを主成分とした
サブミクロンの微粒デス１−Ｔｈ排気流から分離捕集す
るのに好適なサイクロン朶じん器に関する。

勿体中の微粒子を気体から分離する固気分離器として、
対象とする微粒子の直径が数μ乳程度以上の場合には、
構造が簡単で安価な接線型サイクロン集じん器が多用さ
れている。

この種のサイクロン集じん器の従来における一般構造を
第１図を用いて説明する。図において、サイクロン集じ
ん器は入口管１と出口管２を備えた円筒部３、円筒部の
後段に連なる円錐筒部４からなるサイクロン本体、およ
びダスト捕集部としての集じん室５より構成されている
。入口管１よゆ矢印方向にダストを含む空気が導入され
た場合、まず気流の動きについて説明すると、入口管１
から円筒部３へ向けて接線方向に導入されたダストを含
む空気流は、円筒部３および円錐筒部４で旋回する主気
流Ａになるが、そのほとんどは円錐筒部４の終端から反
転気流ＢＫなり、最終的には出口管２から流出気流Ｃと
して排出される。反転気流Ｂにならなかった残シの気流
は集じん室５に侵入し、気流りになって集じん室内を旋
回した後でサブクロンキしん器の中心を通って出口管２
から排出される。次にダストの動きについて説明すると
、円筒部３および円錐筒部４で旋回している主気流ＡＫ
含まれるダストには、遠”心力加速度が働き、その大き
さは重力加速度に比べて一般的に３００〜２０００倍に
もなる。したがってダストは、この遠心力速度の作用に
よって円筒部３および円錐筒部４の内壁面に沿って移動
し、更に重力加速度の作用が加わって集じん室５へ自重
落下して沈積する。符号６が室内に沈積した捕集ダスト
である。

ところで、この種の従来におけるサイクロン集じん器で
は、その分離限界粒径は２〜３μ〃ｌが限度とされ、そ
れより微細なダスト、例えば頭記した内燃機関の排気に
含まれているカーボンを主成分としたミクロン以下の０
．２μ虎程度のサブミクロン微粒ダストはそのかさ密度
がｏ、ｏ　ｉ〜Ｑ、Ｉｇ／／＋７と極めて小さく、シた
がって十分な捕集効率が得られずにこのままでは実用に
供し得なかった。すなわち、いわゆる遠心効果を利用し
てダストの分離を行う接線型のサイクロンは、特に入口
側領域において得られる。しかしてダストの粒径がサブ
ミクロンの微粒子の場合、遠心力作用（よってサイクロ
ンの壁面近くに集中されても、旋回流の周分速紋が犬で
あると、ダスト同志の凝集が十分に行われず、小径粒子
のままサイクロンの壁面に沿って沈降して行く。このた
めに一旦は主気流Ａから分離されたダストも円錐部４の
終端で反転する反転気流Ｂに乗って出口管２へ向けて運
ばれてしまう量が太く、自重により沈降して集じん室５
内に捕集される割合が少なくなる。このためにサブミク
ロンの微粒子ダストでは十分な捕集効率か得られない。

このためにミクロン以下の微粒ダストの処理を行うため
に、従来では図示のようにサイクロン集じん器の前段に
阻気集じん器等の凝集器７を組み合わせ、内燃機関８か
ら吐出される排気ガスに含まれている微細粒径のダスト
を前段の一気集じん工程で凝集粗大化し、その後にサイ
クロン集じん器へ導入して分離捕集させる等の試みがな
されたが、この方式でもなお十分な捕集効率を得るのが
困難であるのが現状である。しかも自動車等に塔載し２
て排タガス浄化を行う場合には、長子寸法の大きなサイ
クロン莱じん器を上下の姿勢の１ま搭載することは設置
場所の制約があって極めてむづかしく、でき得ればサイ
クロン集じん器を横向きに寝かし５た姿勢で使用できる
のが好プしい。ところでサイクロン集じん器を横置して
使用する場合には、第１図に示した立て姿勢で使用する
場合と異なり、ダストを集じん室５へ駆動するのに重力
加速度が有効に働かず、むしろサイクロン集じん器内を
流れる気流による搬送力の彩管を大きく受けるようにな
る。

一方、先述のように立て姿勢で、かつ比較的がさ密度の
大きなダストの分離捕集を行う場合には、集じん室５へ
のダスト沈降は主として重力加速度の作用によって行わ
れるために、その集じん効率は隼じん室５の形状にあま
り左右されることがなく、従来は集じん室５の形状九つ
いての配慮が特になされていない。そして多くの場合に
第１図のように単純な円筒形の集じん室５を円錐筒部４
の後段に接続して構成しているのが一般的である。

しかしながら内燃機関の排気ガスに含まれるカーボンダ
ストのように、粒径がザブミクロンの微粒であるかさ密
度の杉く小さなダストでは、ダストだ働く重力加速度が
小さく、むしろ器内を流れる気流の影響が大きく作用す
るために、隼じん室５の形状が集じん効率に大きな影′
４ルを及ぼすようになる。吐たこの１頃向はす・ｆクロ
ン集じん器を横置して使用する場合にはより犬となる。

この点について発明者の行った実験によれば、第１図の
ように単純な円筒形振じん室５をそのまま円錐筒部４Ｏ
スｏ　−トＩＣ接続した構成ではサブミクロンの微粒ダ
ストの捕集率は極めて低く、大半が出口管２を通じて逸
出してし１うことが確められた。この理由は円錐筒部４
の終端から集じん室内へ向けて空間が急激に拡大してい
るために、この部分に乱流が生じて款じん牢５に流入す
る気流りが乱されることにある。このように集じん室５
の入口で乱流があると、一旦遠心分離して沈降して来た
ダストが年じん室にスムーズに落下せず、２；１゜気流
によって飛散し、反転気流に乗って出口管２から逸出す
る。これに対し、集じん室内へ旋回しながら流入する気
流りが翰じん室の入口で乱されずに層流を保つことがで
きれば、この気流りに乗せて微粒ダストを円滑に集じん
室内へ誘導することが可能になると考えられる。

この発明は上記の点に着目し、各種の実験、考察を基に
微粒ダストを含む排気ガス浄化用としてダスト捕集効率
が高く、しかも自動軍搭叱に便利なように横置形として
使用しても立て形使用と同等の集じん性能が得られるサ
イクロン集じん器を提供することを目的としてなされた
ものである。

かかる目的を達成するために、この発明は、円錐筒部の
後段に円錐筒部のスロートに連ねて出口が拡大する逆円
錐形状のデフー−ザを設け、しかも該デフーーザの開角
を１５度ないし、７０度の＃肝に定めて構成したもので
ある。

以下この発明の実施例を因面に基づいて説明する。

第２図は立て形サイクロン集じん器の実施例を示し、て
おり、図において、円錐筒部４と襄訃じん室５との間に
は、円錐筒部４のスロートに連ねて出口がｗ大する逆円
錐形状のテフーー号′９カニカー在されている。しかも
このデフユーザ９の出ロテーノく−である開角θは１５
度ないし７０度の範囲内のＭＵに定めである。このよう
に開角θを比較的／Ｊ％さい角度に定めたデフー−ザ９
を設けたことにより、円錐筒部４のスロートを経て集じ
ん室５の方へ向う器内の気流通路が緩やかに拡大するの
で、デフユーザ９内では殆ど乱流を生じることなく気流
Ｄ′が層流を保った１壕集じん室５へ向けて旋回下降す
る。しかもデフー−ザ９の断面拡大により気流　Ｄ′の
流速は徐々ごて低下する。したカニって円錐７．５部４
の内周壁面に沿って遠心分離されて沈降して来た２粒ダ
ストはスロート通過後も途中で飛散することなく、気流
Ｄ／；、こ誘導さｈて円）骨に集じん室５の方へ搬送さ
れることＶζなる。し力為もデフユーザ９を通過する過
程で気流Ｄ′の流速低下圧より加速的にダスト粒子の凝
集が進み粗大化する。かくして排気ガス：Ｃ含１れてい
た微粒ダストは、デフ＝−ザ９を経由して大径粒子とな
り、飛散逸出することなく集じん室５へ効率よく捕集さ
れ、その室内底部に沈積する。なお気流Ｄ′は集じん室
５の中まで達した後に、その中心部から反転して出口管
２へ向けて流出する。

第４図は第２図におけるデフー−ザ９の開角θを種々に
変えて行った内燃機関の排気ガス浄化処理試験の実測結
果に基づくカーボンダスト抽象率を示したものであり、
開角７０度を超えてそれ以上に大に一ノ“ると急徴気流
の乱れによる影響が犬きく現わｔてダスト捕集率が低下
していることが刊かる。また開角全１５度以下にしても
捕集率そのものは低下することはないが、寸法的にデフ
＝−ザ９の長さが円筒部３と円錐筒部４を合わせた長さ
に匹敵する寸法となり、捕集率向上の効釆以上にサイク
ロン集じん器の寸法が大型してしま′Ｘ／’５Ｘ／的で
なくなる。

また、上記構成のサイクロン集じん器で１は、器内を流
れる気流が有効に作用して排気ガス中から遠心分離され
た微粒ダストを、東じん室へ向けて搬送するようにして
おり、重力加速度の作用はダストの沈降に殆ど関与して
ない。したがってこのように梱成さｔ１ヒサ・ｆクロン
果じん器は垂直妥努から傾斜させでもダスト捕集効率に
殆ど変化がなく、々も３図のよう横置姿勢で使用しても
第４図と殆ど同等な捕集性能の得られることが実験結果
からも秘められている。このことは自動車等に搭載する
場合にな、めて好都合である。なお集じん室５内しこ捕
潟、果枝されたダスト６は定期的に外部へ取出して反証
処分する刀・、あるいｖ′ｉ某じん室内にてヒータなど
の煩、却手段により焼却処理さする。

以上述べたようにこの発明の構成によ庇ば、円錐筒部か
ら集じん室へ向けて流入する気流に乱れの生じることか
ムくなり、この気流が有効かつ積極的【作用して遠心分
離された微粒ダストを集じん室内へ向けて円漏に誘導搬
送きせることになる。

かくし゛Ｃカーホン等の微粒ダストを含む内燃機関の排
気ガス浄化用として性能の優れたサイクロン集じん器を
提供することかできる。なおこの発明は先に述べたよう
に自動車に搭載して内燃機関がら吐出される排気ガスを
大気中１で放出する以前と浄化させる装置のほかに、例
えば自動車専用道路のトンネル内空気のごとく排気ガス
が充満しているトンネル内空気からカーボンタスト等を
集じんして浄化する装置にも実施適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来におけるサイクロン集じん器の構成図、第
２図および第３図はそれぞれこの発明の実施例による立
て形、横置形サイクロン集じん器の構成図、第４図はデ
フー−ザの開角に対するダスト捕集率を示した実ｊ楓結
果に基づく捕集性能の線図である。 １・・・入口管、２　・出口管、３・・・円筒部、４・
・・円錐筒部、５・・・集じん箆、６・・・捕集ダスト
、８・・・内燃機関、９　・デフー−ザ、θ・　デフー
−ザの開角。 才１ｆＪｊｉＪ ３５６− ？４（ト） 開乃θ〜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ）入口管と出口管を備えた円筒部、該円筒部に連なる
   円錐筒部−および集じん室がらなり、入口管を通じて接
   線方向から円筒部へ微粒ダストを含む排気ガスを送シ込
   むことにより、排気ガス流から微粒ダストを遠心分離し
   、集じん室に沈降させて捕集するようにしたサイクロン
   年じん器において、円錐筒部の後段に該円錐筒部のスロ
   ートに連ねて出口が拡大する逆円錐形状のデフー−ザを
   設け、しかも該デフユーザの開角を１５度ないし７０度
   の範囲に定めたことを特徴とする排気ガス浄化用サイク
   ロン年じん器。