JP4664002B2 - マルチサイクロン式集塵装置及び粉塵の分離方法 - Google Patents
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Description
本発明は気体中に含まれる粉塵を分離除去するマルチサイクロン式集塵装置及び粉塵分離方法に関する。
サイクロン式集塵装置は、遠心集塵装置とも呼ばれ、構造が簡単で、しかも可動部分を伴わないという理由から工業分野において広く普及している。またサイクロン式集塵装置の集塵能力を高めるため、サイクロンを複数本設置したマルチサイクロン式集塵装置も広く用いられている。
サイクロン式集塵装置の原理を図１を用いて説明する。サイクロン内の気体は、通常、図１中の矢印のように流れる。すなわち、気体導入管１１から流入した粉塵を含む気体は、内筒４の外周と外筒３の内周の間のサイクロン気体入口２の部分で螺旋状の羽根５により旋回しながら下降し、その後、サイクロンの外筒３の下部のある点で反転し、サイクロン内筒４を通って内筒のサイクロン気体出口６から装置外へ流出する。粉塵を含む気体が旋回しながら下降する際、粉塵は遠心分離されサイクロン粉塵出口７からサイクロンの外に出され、ホッパ１２に貯められる。
サイクロン式集塵装置の原理を図１を用いて説明する。サイクロン内の気体は、通常、図１中の矢印のように流れる。すなわち、気体導入管１１から流入した粉塵を含む気体は、内筒４の外周と外筒３の内周の間のサイクロン気体入口２の部分で螺旋状の羽根５により旋回しながら下降し、その後、サイクロンの外筒３の下部のある点で反転し、サイクロン内筒４を通って内筒のサイクロン気体出口６から装置外へ流出する。粉塵を含む気体が旋回しながら下降する際、粉塵は遠心分離されサイクロン粉塵出口７からサイクロンの外に出され、ホッパ１２に貯められる。
このようにサイクロン式集塵装置は簡単な構造で気体中の粉塵を分離できるが、サイクロン内の気体の流れは複雑で、捕集率の理論予測が難しく、経験に基づいて設計されることも多い。特に、サイクロン式集塵装置内に導入する気体の流量と粉塵の捕集率とは密接な関係があり、気体中の粉塵を高い捕集率で分離するためには、サイクロン式集塵装置内に導入する気体流量を一定以上にする必要がある。また、サイクロン式集塵装置内に導入する気体の流量が高くなりすぎると、サイクロン前後の圧力損失が大きくなり、排風ブロワーの過負荷による破損や、装置内壁の摩耗等の問題が発生する。
しかし、サイクロン式集塵装置の使用目的によっては、装置内に導入する気体流量を一定に保つのが困難な場合も多く、変化する気体流量に対応してサイクロン内の気体流量を一定に保ち、サイクロン式集塵装置の捕集率を一定に保つのは困難であった。
例えば、マルチサイクロン式集塵装置において、本体内部を仕切部材にて２個のサイクロン室に仕切り、各サイクロン室に連通する気体入口流路の少なくとも一方にこれを開閉するダンパを設けることにより、サイクロン内の気体流量を一定に保つ機構が開示されているが（例えば、特許文献１参照。）、このような方法は気体の流量変動が所定の比率に常に定まっている場合はよいが、変動比率が様々に変わる場合は、それに対応できず、したがってサイクロン内部の厳密な流量制御は困難であった。
特開平８−８０３４５５号公報
しかし、サイクロン式集塵装置の使用目的によっては、装置内に導入する気体流量を一定に保つのが困難な場合も多く、変化する気体流量に対応してサイクロン内の気体流量を一定に保ち、サイクロン式集塵装置の捕集率を一定に保つのは困難であった。
例えば、マルチサイクロン式集塵装置において、本体内部を仕切部材にて２個のサイクロン室に仕切り、各サイクロン室に連通する気体入口流路の少なくとも一方にこれを開閉するダンパを設けることにより、サイクロン内の気体流量を一定に保つ機構が開示されているが（例えば、特許文献１参照。）、このような方法は気体の流量変動が所定の比率に常に定まっている場合はよいが、変動比率が様々に変わる場合は、それに対応できず、したがってサイクロン内部の厳密な流量制御は困難であった。
本発明は上記問題点を解決し、サイクロン本体に導入される気体の量が変動しても各サイクロンの気体流量を一定に保つことにより、捕集の難しい粉塵においても高い捕集率で分離除去でき、またサイクロン前後での圧力損失を適正な範囲で一定に保つことができる、マルチサイクロン式集塵装置およびマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法を提供することを目的とする。
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達した。すなわち本発明は以下の各発明からなる。
（１）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
（２）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体入口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
（１）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
（２）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体入口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
（３）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置において、各サイクロンののうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体出口部及び気体入口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
（４）サイクロンで分離した粉塵の出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のマルチサイクロン式集塵装置。
（５）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法であって、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマルチサイクロン式集塵装置を用い、所定のサイクロンの開閉ダンパを風量に応じて開閉することにより、ダンパを開いているサイクロンの粉塵の捕集率変動や圧力損失の変動を低減することを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法。
（４）サイクロンで分離した粉塵の出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のマルチサイクロン式集塵装置。
（５）本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法であって、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマルチサイクロン式集塵装置を用い、所定のサイクロンの開閉ダンパを風量に応じて開閉することにより、ダンパを開いているサイクロンの粉塵の捕集率変動や圧力損失の変動を低減することを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法。
本発明のマルチサイクロン式集塵装置を用いることにより、集塵装置内に流れる気体流量が変動した場合でも、サイクロン１本当たりの流量を適正な状態に保つことが可能となり、常に最高の捕集率及び所定の圧力損失を得る事が可能となった。
本発明は、本体の内部に設置した多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより、気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置において、サイクロンの気体出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置および該装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法に関する。
多数のサイクロンとは、サイクロンが２本以上設けられたマルチサイクロン構造であることを意味し、より好ましくは、サイクロンの本数を５本〜１００本の範囲内とすることにより捕集率が高く、また捕集率の変動や圧力損失の変動を効率良く制御可能なマルチサイクロン式集塵装置とすることができる。
多数のサイクロンとは、サイクロンが２本以上設けられたマルチサイクロン構造であることを意味し、より好ましくは、サイクロンの本数を５本〜１００本の範囲内とすることにより捕集率が高く、また捕集率の変動や圧力損失の変動を効率良く制御可能なマルチサイクロン式集塵装置とすることができる。
本発明を、図１を用いて詳細に説明する。本発明の集塵装置は本体１の内部に設置されたサイクロンに開閉ダンパを設けた以外は前記の従来の装置と基本的には変わりはない。図１はサイクロンの気体出口６に開閉ダンパ８を設けた場合である。このダンパ８は軸支点６１を中心に矢印１３のように回動することにより開閉するようになっている。その動作は例えばピストンシリンダー機構６２により行われる。このように可動するサイクロンを気体流量に合わせて設定することにより、マルチサイクロン集塵装置に導入される気体流量が変化した場合でも、各サイクロン当たりの気体流量を一定に保つことができる。
例えば、サイクロンの本数が１０本の、マルチサイクロン構造の集塵装置の場合において、全てのサイクロンの気体出口部が開いている場合に、集塵装置に１０ｍ3/分の気体を導入した場合、各サイクロンに流れる気体は１ｍ3/分となる。この場合、集塵装置に導入される気体流量が５ｍ3/分に減少した場合、各サイクロンに流れる気体は０．５ｍ3/分となり、サイクロンの捕集率は低下してしまうが、この際、５本のサイクロンの出口部を閉じると、実効のサイクロンの本数は５本となり、各サイクロンに流れる気体は１ｍ3/分となり、サイクロンの捕集率の変動や圧力損失の変動を低減することができる。
なお、粉塵の捕集率の変動を低減するとは、捕集率の変動を２０％以内、より好ましくは１０％以内に抑えることをいう。またや圧力損失の変動についても同様である。
図１では、サイクロン気体出口６に開閉ダンパを設け、ダンパを閉じることにより、サイクロンに流入する気体を抑える場合である。この装置において気体の入口２は開となっていても、気体出口６が塞がれていれば集塵効果が得られる。
図３は本発明の別の態様を示すもので、気体入口２のところに開閉ダンパ９を設けた構造である。このダンパは図に示すように上下動させることによって気体入口の開閉を行うことができる。
図１では、サイクロン気体出口６に開閉ダンパを設け、ダンパを閉じることにより、サイクロンに流入する気体を抑える場合である。この装置において気体の入口２は開となっていても、気体出口６が塞がれていれば集塵効果が得られる。
図３は本発明の別の態様を示すもので、気体入口２のところに開閉ダンパ９を設けた構造である。このダンパは図に示すように上下動させることによって気体入口の開閉を行うことができる。
本発明の集塵装置において、多数のサイクロンの少なくとも一つに上記の開閉ダンパが設けられ、そのダンパは気体の入口または出口のいずれでも可能であるが、サイクロンに流入するガスの流量を厳密に一定にするにはこれらの両者に開閉ダンパを設けることが好ましい。さらに図１に示すようにサイクロンの外筒３の粉塵出口７にも開閉ダンパ１０を設けることが一層好ましい。このダンパ１０は例えば矢印１４に示すように作動することによって開閉させることができる。開閉ダンパ１０を閉じることによりサイクロン外筒内部に生ずる上昇気流を防ぐことができる。開閉ダンパ１０は同様に図３に示す装置にも設けることができることは云うまでもない。
本発明ではサイクロンに設けたダンパの開閉を手動操作または自動操作で行うことができる。図１の開閉ダンパ８および矢印１３、開閉ダンパ１０および矢印１４はダンパを手動で操作する機構および開閉ダンパの動きを例示したものである。
本発明において、サイクロンにダンパを設ける場合、その開閉機構が必要であり、それが集塵装置本体の気体の流れる部分に設けられる場合がある。そのため、これらの開閉機構により集塵装置内の気体の流れが乱されることがある場合も考えられる。
本発明のマルチサイクロン式集塵装置において、開閉ダンパを設けたサイクロンを、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置に設置することにより、集塵装置内の気体流をなるべく乱さない構造とすることができる。
図２は、図１で例示した本発明のマルチサイクロン式集塵装置の内部の断面模式図で、開閉ダンパを設置するのに適したサイクロンの位置を示した例である。図２中で開閉ダンパを設置するのに最も適したサイクロンの位置を黒丸で示し、次に適したサイクロンの位置を二重丸で示している。黒丸のサイクロンの位置は気体の入口側で外壁に近いところである。
本発明において、サイクロンにダンパを設ける場合、その開閉機構が必要であり、それが集塵装置本体の気体の流れる部分に設けられる場合がある。そのため、これらの開閉機構により集塵装置内の気体の流れが乱されることがある場合も考えられる。
本発明のマルチサイクロン式集塵装置において、開閉ダンパを設けたサイクロンを、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置に設置することにより、集塵装置内の気体流をなるべく乱さない構造とすることができる。
図２は、図１で例示した本発明のマルチサイクロン式集塵装置の内部の断面模式図で、開閉ダンパを設置するのに適したサイクロンの位置を示した例である。図２中で開閉ダンパを設置するのに最も適したサイクロンの位置を黒丸で示し、次に適したサイクロンの位置を二重丸で示している。黒丸のサイクロンの位置は気体の入口側で外壁に近いところである。
以下に本発明のマルチサイクロン式集塵装置の実施例を示すが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すようなサイクロンの外筒３の内径が２４０ｍｍ、サイクロン内筒４の内径が１２０ｍｍであるサイクロンを１６本有するマルチサイクロン式集塵装置を用いた。このマルチサイクロン式集塵装置では図２の黒丸および二重丸の、１０本のサイクロンの、サイクロン気体出口およびサイクロン粉塵出口に開閉ダンパが設けられている。
このマルチサイクロン式集塵装置の、図２中黒丸の位置の開閉ダンパを全て閉じた状態で、１２０ｍ3／分の流量で、１ｍ3当たり平均粒径５０μｍのアルミナ粉を５ｇ含む空気を流した。この条件下での有効（ダンパが開）なサイクロン１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１０ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は９５％であった。
（実施例１）
図１に示すようなサイクロンの外筒３の内径が２４０ｍｍ、サイクロン内筒４の内径が１２０ｍｍであるサイクロンを１６本有するマルチサイクロン式集塵装置を用いた。このマルチサイクロン式集塵装置では図２の黒丸および二重丸の、１０本のサイクロンの、サイクロン気体出口およびサイクロン粉塵出口に開閉ダンパが設けられている。
このマルチサイクロン式集塵装置の、図２中黒丸の位置の開閉ダンパを全て閉じた状態で、１２０ｍ3／分の流量で、１ｍ3当たり平均粒径５０μｍのアルミナ粉を５ｇ含む空気を流した。この条件下での有効（ダンパが開）なサイクロン１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１０ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は９５％であった。
（比較例１）
実施例１において、空気の流量を１６０ｍ3／分とした以外は、実施例１と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１３ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は９６％に高まったが、サイクロン前後の圧力損失が実施例１の約１．７倍となり排風ブロワーが過負荷状態となった。またサイクロン内壁の摩耗速度が実施例１の約１．７倍となった。
実施例１において、空気の流量を１６０ｍ3／分とした以外は、実施例１と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１３ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は９６％に高まったが、サイクロン前後の圧力損失が実施例１の約１．７倍となり排風ブロワーが過負荷状態となった。またサイクロン内壁の摩耗速度が実施例１の約１．７倍となった。
（実施例２）
比較例１において、全ての開閉ダンパを開いた以外は、比較例１と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１０ｍ3／分となり、サイクロン前後の圧力損失は実施例１と同じになった。また、アルミナ粉の捕集率は９５％であった。
比較例１において、全ての開閉ダンパを開いた以外は、比較例１と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１０ｍ3／分となり、サイクロン前後の圧力損失は実施例１と同じになった。また、アルミナ粉の捕集率は９５％であった。
（比較例２）
実施例１において、空気の流量を６０ｍ3／分とした以外は、実施例１と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約５ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は５０％であった。
実施例１において、空気の流量を６０ｍ3／分とした以外は、実施例１と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約５ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は５０％であった。
（実施例３）
比較例２において、全ての開閉ダンパを閉じた以外は、比較例２と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１０ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は９５％に回復した。
比較例２において、全ての開閉ダンパを閉じた以外は、比較例２と同様の条件で粉塵の捕集を行った。この条件下での有効なサイクロンに１本当たりに流れる粉塵を含む空気の流量は約１０ｍ3／分となり、アルミナ粉の捕集率は９５％に回復した。
アルミナ粉等捕集し難い粉塵も高い捕集率で分離できる。
１ 集塵装置本体
２ サイクロン気体入口
３ サイクロン外筒
４ サイクロン内筒
５ 螺旋状の羽根
６ サイクロンの気体出口
６１ 軸支点
６２ ピストンシリンダー機構
７ サイクロン粉塵出口
８ 開閉ダンパ
９ 開閉ダンパ
１０ 開閉ダンパ
１１ 気体導入管
１２ ホッパー
２ サイクロン気体入口
３ サイクロン外筒
４ サイクロン内筒
５ 螺旋状の羽根
６ サイクロンの気体出口
６１ 軸支点
６２ ピストンシリンダー機構
７ サイクロン粉塵出口
８ 開閉ダンパ
９ 開閉ダンパ
１０ 開閉ダンパ
１１ 気体導入管
１２ ホッパー
Claims (5)
- 本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置において、各サイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
- 本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置において、各サイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体入口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
- 本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置において、各サイクロンのうち、本体内部の気体入口側の外壁部に近い位置にあるサイクロンのみに気体出口部及び気体入口部に開閉ダンパを設けることを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置。
- サイクロンで分離した粉塵の出口部に開閉ダンパを設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチサイクロン式集塵装置。
- 本体の内部に設置された多数のサイクロン内で気体を旋回せしめることにより気体中に含まれる粉塵を分離するマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法であって、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチサイクロン式集塵装置を用い、所定のサイクロンの開閉ダンパを風量に応じて開閉することにより、ダンパを開いているサイクロンの粉塵の捕集率変動や圧力損失の変動を低減することを特徴とするマルチサイクロン式集塵装置を用いた気体中に含まれる粉塵の分離方法。
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