JP2825530B2 - 渦巻きチューブ型のガス除去装置 - Google Patents

渦巻きチューブ型のガス除去装置

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JP2825530B2
JP2825530B2 JP1139382A JP13938289A JP2825530B2 JP 2825530 B2 JP2825530 B2 JP 2825530B2 JP 1139382 A JP1139382 A JP 1139382A JP 13938289 A JP13938289 A JP 13938289A JP 2825530 B2 JP2825530 B2 JP 2825530B2
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extraction tube
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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、または粒子から
ガスを除去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
の作用のどの様相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
のガス除去装置と呼ばれるが、本発明はより詳細にはガ
スの除去、特に空気の除去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除
去装置という語が使用されているが、本発明は粒子回収
の様相も論じている。
便宜上、方向を述べたもの、より詳細には「上流」お
よび「下流」は、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
のガス除去装置または粒子回収装置に関し、装置は、使
用中に上流の末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、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器、渦
巻き発生装置の下流の分離部分、分離部分の下流にある
チューブの外囲に向かう外囲排出部分、分離部分の下流
にあるチューブの中心に向かう中央排出部分、外側の円
形チューブ内に同軸線上に配置されて外囲排出部分と中
央排出部分とを分離する内側の円形抽出チューブ、およ
び外囲排出部分の下流にある排出装置を含む。内側の円
形抽出チューブは、分離部分の末端に相当する予め定め
られた軸方向位置に注入口、およびその下流末端に中央
排出装置を有する。
本発明により、前記種類の装置で粒子を含むガスの流
れを処理する場合において、粒子を含んだガスの流れを
外側の円形チューブの注入口によりチューブ中に軸方向
に導入する方法、粒子を含むガスの流れを渦巻き発生器
中に導くことによりガスの流れの中に回転流を起こす方
法、渦巻き発生器および分離部分を流れが通る間に回転
流により流れの外側外囲に向かって粒子を移動させかつ
集中させる方法、粒子の豊富な流れの部分を排出装置の
外囲排出部分によりチューブの外側外囲に向かって導く
方法、および粒子の少ない流れの部分を中央排出装置中
の中央排出ゾーンによりチューブの中心に向かって導く
方法が与えられ、それには外囲排出部分の加速部分中に
ある粒子が豊富な流れの部分を加速する手段が含まれ
る。
加速は約50％から約30％、好適には約100％である。
方法は、加速部分の下流にある外囲排出部分中のディ
フューザで流れを拡散または減速させることにより、カ
イネティックまたはタイナミックプレッシャーを失っ
て、粒子の豊富な流れの中に静圧を得るさらに別の段階
も含む。
それにより本発明は、使用中に加速さてた流れを生じ
させる加速部分を形成するために、外囲排出部分の少な
くとも一部が流域に関して集中または収縮する前記種類
の渦巻きチューブ型のガス除去装置または粒子回収装置
におよぶ。
集中または収縮は、内側の円形抽出チューブの末広形
またはフレヤーにより形成される。内側の円形抽出チュ
ーブのフレヤーまたは末広形の夾角は約60゜から約135
゜で、好適には約90゜である。
加速部分のすぐ上流および下流のそれぞれの流域の割
合は約1.5:1から約4:1、好適には約2:1である。
開発により、加速部分の下流の外囲排出部分の一部
は、粒子の豊富な流れを減速させるために配置されたデ
ィフューザの形をしている。
さらに開発により、内側の円形抽出チューブの末広形
またはフレヤーは内側の円形抽出チューブへの注入口の
空間的に下流で始まり、前記注入口は鋭角のリーディン
グエッジおよびリーディングエッジから内側方向に湾曲
するリップを有する空気力学的な形状の口の形であり、
リップの曲率半径は、リーディングエッジにおいてリッ
プに接しかつ内側方向および下流に延在する接線が内側
のチューブの内側外囲と鋭角を形成するように、リップ
の厚さよりも大きい。好適には、鋭角は30゜から50゜の
範囲である。
ここで本発明を、添付の図式的図面に関して例により
説明する。図面のうち第１図は、本発明により渦巻きチ
ューブ形の粒子回収装置の軸方向断面時を示し、第２図
は第１図の装置の一部を通る流れを断片的に、より拡大
して軸方向の断面図で示す。
図面のうち第１図に関して、渦巻きチューブ形のガス
除去装置は一般に参照番号10で示される。装置は一般に
対称な円形で、型に取った合成プラスチック素材の様々
な構成部分を組み立てたものである。他の実施例におい
ては、装置は、例えば適切なタイプの鋼など、耐アブレ
ーション性、耐腐食性または非腐食性の素材のような他
の素材の場合もある。
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器16、およびチューブ12内の反対側
末端に向かって同軸上にはめ込まれた内側の円形抽出チ
ューブ40の形である排出コアを含む。渦巻き発生器を有
する末端は使用中に上流末端になり、反対側の末端は下
流末端になる。
チューブ12の前記上流末端には注入口14がある。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在
して、渦巻き発生器16の配置されている渦巻き発生部分
18の範囲を定める。チューブ12の上流末端には、リセス
20の形の載置構造がある。
渦巻き発生器16は中央コアまたはチャイン26およびコ
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。各ブレードは外囲において軸線と57゜の角度にな
っている。
チューブ12のウォールは渦巻き発生部分18の下流で予
め定められた距離にわたって30の示すように末広形にな
る末広形のウォールと装置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10゜であ
る。
チューブは末広形30の下流でより急な末広形になって
ディフューザウォールを形成する。ディフューザウォー
ルは後により詳細に説明するが、一般に参照番号34で示
される。
チューブ12は、38で示すように、ディフューザウォー
ル34の下流で平行になる。チューブ12の平行部分38中に
は、外囲部分の周りに約120゜の角度で延在する単一の
排出ポート36がある。
抽出チューブ40は、リーディングエッジと同一であ
り、またディフューザ中に融合しかつ抽出チューブ40の
排出口48に延在する中央流路44中に達する注入口42を上
流末端に有する。
注入口42は装置10の予め定められた軸方向位置にあ
る。分離部分19は渦巻き発生器の下流末端と注入口42と
の間に形成される。分離部分19は前記のように末広形に
なっていることがわかる。
分離部分19の下流においては、内側の抽出チューブ40
と外側のチューブとの間に外側外囲または除去部分22が
環状に形成される。中央のまたは主要な排出部分24は内
側の抽出チューブ40が境界となって形成される。除去部
分22も主要な排出部分24も分離部分19の下流にある。
除去部分22への環状注入口はリーディングエッジ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、内側の抽出チューブ40と複合的なリング50
が除去部分22中に突出している。リング50は、使用中に
除去部分の加速部分90中の流れを、リング50のクラウン
の外側に環状に範囲を定められる環状オリフィス54に向
かって収縮させる斜角のリーディングウォール52を形成
する。斜角のリーディングウォル52は約60゜から約135
゜の範囲にある、好適には約90゜の夾角を有する円錐台
の表面を形成する。
末広形ウォール部34は加速部分90の下流の除去部分22
中にディフューザ部分92を形成する。
内側の抽出チューブ40は下流末端に向かって、望まし
い場合わずかに先細りになるスピゴット部60を形成す
る。スピゴット60はショルダー62を有する外側方向に延
在するフランジで終わる。スピゴット60はチューブ12の
末端部64内にきちんとはめ込まれ、チューブ12の末端66
はショルダー62を止めている。このように内側の抽出チ
ューブ40は外側のチューブ12に関して同軸線上にかつ軸
方向に配置されている。内側の抽出チューブ40は、除去
部分22が途切れない、または連続的になるように、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を含む除去部分22中の流路が同様に途切れない、ま
たは連続的になる。
使用中に粒子を含むガスの流れは注入口14によりチュ
ーブ12中に導入される。流れが渦巻き発生部分18を移動
する間、流れには渦巻き発生器16により回転流が生じ
る。回転流は、分離部分19に入ると、末広形32により可
能な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、また粒子を外側方向に移動さ
せ、かつ流れの外側外囲方向に集中させる。
一般に粒子は流れの外囲部中に集中している、換言す
れば豊富であり、流れの中央部は粒子が少ない。粒子の
豊富な流れの外囲部が除去部分22中に流入すると、まず
加速部分中の斜角のウォール52沿いにオリフィス54で収
縮されつつ加速され、その後ディフューザ部分92中のデ
ィフューザウォール34沿いに減速される。粒子の豊富な
流れの部分はプレナム56中に移動し、そこから排出ポー
ト36を経るか、あるいはそのかわりに複数の円周方向に
間隔を置いて配置されたポートが与えられている場合に
はそこを経て排出される。
粒子の少ない流れの部分は、注入口42を経て中央の、
または主要な排出部分に注入され、ディフューザ中で拡
散され、排出口48を経て排出される。
第２図に関しても注入口42はリーディングエッジから
内側方向および下流に至る内側方向に湾曲したリップ43
を有する。リップ43の曲率半径は、リップがリーディン
グエッジにおいて装置10の軸線に対して鋭角をなす接線
を有することにより、内側のチューブ40の注入口42の厚
さよりも大きい。本実施例において、鋭角とは45の示す
約40゜である。抽出チューブ30の内側外囲は、内側方向
に湾曲したリップから短い距離を平行に延在した後、末
広形になって注入口42の下流にディフューザを形成する 第２図に関してより詳細には、装置12中の流れのフロ
ーラインが実線で示されている。直感的には、リーディ
ングエッジ42上で終わるフローライン80が１本あると考
えられる。前記フローライン80の半径方向外側の流れの
要素中に流入している粒子が環状の外囲排出部分中に流
れ、フローライン84および86の示すような粒子の豊富な
流れの一部を形成し、逆にフローライン80の半径方向内
側で、粒子がほとんどまたは全く中に流入していない流
れの要素が中央排出部分中に流れて、フローライン88の
示すような粒子の少ない流れの一部を形成すると考えが
ちであるが、発明者はそのような仮設が正しくないこと
を発見した。
発明者は理論に束縛されるものではないが、外囲排出
部分中の流れを理論的に説明することにより、本発明を
より理解できると思われる。
回転流域において、静圧は回転流域の軸線から半径方
向の位置に進むとともに増大する。従って静圧は流れの
要素を内側方向に押す傾向がある。流域中の要素にかか
る遠心力は、反対方向に作用し、要素を外側方向に押す
傾向がある。粒子が重い場合には遠心力が優位を占め、
粒子は流域の外側方向に移動する。ガスの成分のように
流れの要素が軽い場合には、圧力が優位を占め、前記要
素または前記流れを内側方向に押す。そのため粒子を含
むガスの流れの重い粒子は流れの外囲に向かって外側方
向に集中する。
しかし流れの中の流れの要素が、ウォールのような障
害物にぶつかると、流れの回転の性質がなくなり、それ
により遠心力も前記要素に作用しなくなる。ただ圧力の
グラジエントは依然として存在し、前記要素を内側方向
に押す。
末広形52または末広形52に付随した境界層は前記障害
物として作用する。従って末広形52またはその境界層に
にぶつかる流れの要素は、前記要素を内側方向に、従っ
てわずかに上流、すなわち粒子の少ない流れの中に移動
させる傾向のある圧力グラジエントにさらされる。前記
流れの傾向はフローライン82、より詳細には82.1で示さ
れる。理論的には、衝突地点で力のバランスがとれてい
る。すなわち前にも移動しないフローラインが存在す
る。衝突地点は、リバースフローまたはフローリバーサ
ルの地点として公知である。
除去部分中の粒子はリバースフロー中に流入し、それ
により分離効率が悪くなる。
発明者は、加速部分90中の粒子の豊富な流れを加速す
ることにより、フローリバーサルの地点が上流の半径方
向内側に移動されることを発見した。このように粒子の
豊富な流れの加速は、前記フローリバーサルの望ましく
ない傾向を改善する。
ディフューザ部分92中でダイナミックまたはカイネテ
ィックプレッシャーが失われると、静圧が得られる。カ
イネティックまたはダイナミックプレッシャーが失われ
て前記静圧が得られると、注入口14と排出部分36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の効率が上がる。
発明者は、試験によって、注入口42が空気力学的な形
状をしているために、本発明のこの様相によらない他の
装置に比較して、約15％の圧力降下の合計に等しい圧力
降下の合計がかなり減少することを発見した。これによ
り、圧力降下の利益を受ける代わりに、発明者にとって
既知の他の装置に比較して、質量効率の合計を大きくす
る小さな内径の抽出チューブを、圧力降下を増加させず
に使用する選択が可能となる。
発明者はさらに本発明の流れの特徴が、公知の他の装
置に比較して、ずっと安定していることを証明した。前
記他の公知の装置においては、圧力降下の合計および流
量の合計の変動の形の不安定性は固有の特徴である。他
の装置においては、フローリバーサル地点の変動によっ
て、除去部分からの粒子により粒子の少ない流れがより
汚染される。本発明の装置においては前記変動は少なく
とも減少され、多くの場合ほぼ除去され、さらに不利な
汚染も同様に少なくとも減少され、多くの場合ほぼ除去
される。
末広形の夾角が７゜、外側のチューブの内径が18mm、
全長が60mm、渦巻き発生部分の長さが20mm、渦巻きの角
度が180゜、および中央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1k
pa）かつ空気の流れが毎秒4.6グラムで作用する図示し
た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、10
0％の削除、すなわち除去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1kP
a）、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コースダストで行なった。
発明者は、本発明に関する種類の分離装置の多数の様
相に創意に富む貢献をした。本発明は主にそのような１
つの様相、すなわち外側外囲部分中の流れの加速、およ
び空気力学的な中央注入口の補助的かつ関連的な様相に
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
した前記長所を特に説明している。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理解
できる。
【図面の簡単な説明】
図面のうち第１図は、本発明により渦巻きチューブ型の
粒子回収装置の軸方向断面を示し、第２図は第１図の装
置の一部を通る流れを断片的に、より拡大して軸方向の
断面で示す。 10……渦巻きチューブ形のガス除去装置、 12……外側の円形チューブ、 14……注入口、16……渦巻き発生器、 18……渦巻き発生部分、 19……分離部分、20……リセス、 22……除去部分、26……コア、 28……ヘリカルブレード、 30……末広形部、 32……末広形のウォールと装置10の軸線との間の角度、 34……ディフューザウォール、 38……平行部、40……抽出チューブ、 42……注入口、43……リップ、 44……中央流路、45……鋭角、 48……排出口、50……リング、 52……リーディングウォール、 54……環状オリフィス、 56……プレナム、60……スピゴット部、 62……ショルダー、 66……チューブ12の末端、 80,82,84,86,88……フローライン 90……加速部分、92……ディフューザ部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエール デ ヴィラース 南アフリカ共和国 トランスヴァール プロヴィンス ハートビースポールショ エマンスヴィール クイパー ストリー ト 118 (72)発明者 マーテイン コルネリス ヴァン ディ ッケン 南アフリカ共和国 トランスヴァール プロヴィンス プレトリア マガリース クリュン オンガーズ ストリート 165 (56)参考文献 特公 昭54−4106（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01D 45/12 B04C 3/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】粒子を含むガスを浄化するために、または
    粒子を含むガスから粒子を回収するためにガスの流れを
    処理する装置におけるガスの流れを処理する方法であっ
    て、前記装置は、 使用中に上流端となる一方の端部と使用中に下流端とな
    る他方の端部とを有し、前記一方の端部に注入口を有す
    る外側の円形チューブと、 外側の円形チューブ中に注入□の下流に軸方向に配置さ
    れている渦巻き発生器と、 渦巻き発生器の下流の分離部分と、 外側の円形チューブの下流端の側に階外側の円形チュー
    ブ内に同軸に配置され、前記分離部分の端部に対応する
    所定の軸方向位置に注入口を有し、下流端には中央排出
    手段を有する内側の円形抽出チューブと、 外側の円形チューブと内側の円形抽出チューブとの間に
    環状に介在する外囲排出部分と、 前記内側の円形抽出チューブによって形成される中央排
    出部分と、 外囲排出部分の下流にある排出手段と、 内側の円形抽出チューブの回りに環状に、該内側の円形
    抽出チューブの注入口に近接して配置され、末広形に発
    散する部分とクラウンと、先細り形に収束する部分と
    を、この順序にもつリングの形状に形成され、外囲排出
    部分中に内側の円形抽出チューブの注入口から間隔をお
    いて環状加速部分と、環状オリフィスと、環状ディフュ
    ーザ部分とをこの順序に形成する加速−減速構造と を有し、前記ガスの流れを処理する方法は、 粒子を含んだガスの流れを外側の円形チューブの注入□
    を経由して軸方向に該チューブ中に導入する工程と、、 粒子を含むガスの流れを渦巻き発生器中を通って導くこ
    とにより当該ガスの流れに回転流を誘起する工程と、 渦巻き発生器および分離部分を流れが通る間に流れの周
    囲部に向かって粒子を移動させ、かつ、集中させる工程
    と、 粒子の少ない流れの部分をチューブの中心に向かって導
    き、中央排出部分を経由して中央排出手段を通って導く
    工程と、 粒子を豊富に含む流れの部分を外囲排出部分を経由して
    排出手段を通ってチューブの外側の周辺に向かって導く
    工程であって、環状加速部分において粒子を豊富に含む
    流れの部分を収縮させて加速する工程と、粒子を豊富に
    含む流れを環状ディフューザ部分で拡張させることによ
    って粒子を豊富に含む流れの動圧を静圧に変換する過程
    を含む工程 とを有する、粒子を含むガスの流れを処理する方法。
  2. 【請求項２】粒子を豊富に含む流れの部分の加速が約50
    ％から約300％の間である、請求項１記載の粒子を含む
    ガスの流れを処理する方法。
  3. 【請求項３】使用中に上流端となる一方の端部と使用中
    に下流端となる他方の端部とを有し、前記一方の端部に
    注入口を有する外側の円形チューブと、 外側の円形チューブ中に注入□の下流に軸方向に配置さ
    れている渦巻き発生器と、 渦巻き発生器の下流の分離部分と、 外側の円形チューブの下流端の側に該外側の円形チュー
    ブ内に同軸に配置され、前記分離部分の端部に対応する
    所定の軸方向位置に注入口を有し、下流端には中央排出
    手段を有する内側の円形抽出チューブと、 外側の円形チューブと内側の円形抽出チューブとの間に
    環状に介在する外囲排出部分と、 前記内側の円形抽出チューブによって形成される中央排
    出部分と、 外囲排出部分の下流にある排出手段と、 内側の円形抽出チューブの回りに環状に、該内側の円形
    抽出チューブの注入口に近接して配置され、末広形に発
    散する部分とクラウンと、先細り形に収束する部分と
    を、この順序にもつリングの形状に形成され、外囲排出
    部分中に内側の円形抽出チューブの注入口から間隔をお
    いて環状加速部分と、環状オリフィスと、環状ディフュ
    ーザ部分とをこの順序に形成する加速−減速構造とを有
    し、 内側の円形抽出チューブへの注入□は鋭角の前縁および
    該前縁から内側方向に湾曲するリップを有する空気力学
    的な形状の口の形であり、前記前縁においてリップに接
    し、かつ内側方向および下流に延びる接線が内側の円形
    抽出チューブの内周と鋭角を形成するように、リップの
    曲率半径は内側の円形抽出チューブの壁の厚さよりも大
    きく形成されている、前記ガスの流れを処理する装置に
    おけるガスの流れを処理する方法であって、該ガスの流
    れを処理する方法は、 前記粒子の少ない流れの部分を空気力学的な形状の口を
    通って空気力学的に中央排出部分中に導く工程を有す
    る、請求項１に記載の粒子を含むガスの流れを処理する
    方法。
  4. 【請求項４】使用中に上流端となる一方の端部と使用中
    に下流端となる他方の端部とを有し、前記一方の端部に
    注入口を有する外側の円形チューブと、 外側の円形チューブ中に注入□の下流に軸方向に配置さ
    れている渦巻き発生器と、 渦巻き発生器の下流の分離部分と、 外側の円形チューブの下流端の側に該外側の円形チュー
    ブ内に同軸に配置され、前記分離部分の端部に対する所
    定の軸方向位置に注入口を有し、下流端には中央排出手
    段を有する内側の円形抽出チューブと、 外側の円形チューブと内側の円形抽出チューブとの間に
    環状に介在する外囲排出部分と、 前記内側の円形抽出チューブによって形成される中央排
    出部分と、 外囲排出部分の下流にある排出手段と、 内側の円形排出チューブの回りに環状に、該内側の円形
    抽出チューブの注入口に近接して配置され、末広形に発
    散する部分とクラウンと、先細り形に収束する部分と
    を、この順序にもつリングの形状に形成され、外囲排出
    部分中に内側の円形抽出チューブの注入口から間隔をお
    いて環状加速部分と、環状オリフィスと、環状ディフュ
    ーザ部分とをこの順序に形成する加速−減速構造と を有する渦巻きチューブ形ガス浄化または粒子回収装
    置。
  5. 【請求項５】加速−減速構造の末広形の爽角は約60゜と
    約135゜との間である、請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】加速部分のすぐ上流および下流それぞれの
    流れの面積の比は、約1.5:1と約4:1との間である、請求
    項４記載の装置。
  7. 【請求項７】前記内側の円形抽出チューブの注入口は鋭
    角の前縁および該前縁から内側方向に湾曲するリップを
    有する空気力学的な形状の口の形であり、前記前縁にお
    いてリップに接し、かつ内側方向および下流に延びる接
    線が内側の円形抽出チューブの内周と鋭角を作るよう
    に、リップの曲率半径は内側の円形抽出チューブの壁の
    厚さよりも大きく形成されている、請求項４に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】前記鋭角が30゜から50゜の範囲である、請
    求項７に記載の装置。
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