JPH0549972A - サイクロン分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粒子の飛散を防止して，捕集効率を向上さ
せることを可能とする。 【構成】 サイクロン本体３７は，その終端出口部３７
４におけるサイクロン軸３７０が，ストッカー３８のス
トッカー軸３８０に対して偏心している。また，ストッ
カー３８は，サイクロン本体３７の終端出口部３７４に
対面するストッカー底面３８１が傾斜している。ストッ
カー底面３８１に溜まっている微粒子８は，サイクロン
軸３７０とストッカー軸３８０との偏心により，上昇流
の影響をほとんど受けない。また，ストッカー底面３８
１の傾斜底３８２に付着している微粒子も溜まり部３８
３へスムーズに落下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，微粒子，特にディーゼ
ルエンジン等の内燃機関より排出された微粒子を分離捕
集するためのサイクロン分離装置に関する。

【０００２】

【従来技術】ディーゼル車等の自動車においては，排ガ
スに含まれている微粒子を分離捕集するための装置とし
て，構造が簡単で安価なサイクロン分離装置を用いるこ
とが提案されている。この微粒子は，一般にパーティキ
ュレートと呼ばれており，カーボン，未燃焼燃料，オイ
ル等の高分子炭化水素を主成分とするものである。この
種のサイクロン分離装置は，図１６に示すごとく，サイ
クロン本体９１と，該サイクロン本体９１の終端出口部
９１３に接続したストッカー９２とよりなる。該サイク
ロン本体９１は，円筒部９１１と円錐部９１２とよりな
り，微粒子と排ガスを遠心力により分離するためのもの
である。また，ストッカー９２は，分離された微粒子を
貯めるための容器である。

【０００３】上記ストッカー９２においては，内部を気
流が旋回するため，ストッカー底面９２１に溜まった微
粒子８が飛散し易い。そこで，微粒子８の飛散を防止す
る手段として，同図に示すごとく，円錐筒状に拡開形成
したデフューザ９２２をストッカー９２の入口部９２３
に設ける方法が提案されている（例えば，特開昭５９−
１３０５５８号公報）。また，他の手段として，軸線を
旋回流中心と一致させた円筒をストッカー底面に直立さ
せる方法が提案されている（例えば，特開昭６３−４２
７５８号公報）。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，従来のサイク
ロン分離装置においては，それぞれ次の不具合を有す
る。即ち，前者のサイクロン分離装置においては，図１
６に示すごとく，旋回中心部に上昇流９３が生じ，この
上昇流９３により，旋回中心部の微粒子８の飛散が起こ
る。

【０００５】また，後者のサイクロン分離装置において
は，旋回中心部に直立させた円筒により，旋回中心部に
おける微粒子の舞い上がりは防止することができる反
面，上記円筒の近傍における微粒子の飛散が生ずる場合
がある。本発明は，かかる従来の問題点に鑑み，微粒子
の飛散を防止して，捕集効率を向上させることができ
る，サイクロン分離装置を提供しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明は，サイクロン本体と，該サ
イクロン本体の終端出口部に接続したストッカーとより
なるサイクロン分離装置において，上記サイクロン本体
は，その終端出口部におけるサイクロン軸が上記ストッ
カーのストッカー軸に対して偏心しており，また上記ス
トッカーは，上記サイクロン本体の終端出口部に対面す
るストッカー底面が傾斜していることを特徴とするサイ
クロン分離装置にある。本発明において最も注目すべき
ことは，ストッカー軸における旋回中心に対してサイク
ロン軸における旋回中心を偏心させて，上昇流による飛
散を防止するように構成したことにある。また，ストッ
カー底面を傾斜させて，低い位置に溜まり部を形成する
ように構成したことにある。

【０００７】上記サイクロン軸のストッカー軸に対する
偏心量ｘ（図１参照）は，サイクロン本体の径をＤｃ
を，ストッカーの径をＤｓとした場合にｘ＜（Ｄｓ−Ｄ
ｃ）／２なることが望ましい。ｘ＞（Ｄｓ−Ｄｃ）／
２にすると，サイクロンの径より短い壁面サイクロン軸
間部ができ旋回流軸がストッカーの内部に曲がる現象が
生じて舞い上がり量がかえって増加する。また，上記ス
トッカー底面の傾斜底の範囲は，ストッカー軸からのサ
イクロン軸と反対方向の距離をｙとしたときｙ＞Ｄｃ／
２−ｘとすることが望ましい。ｙ＜Ｄｃ／２−ｘにする
と少量のパーティキュレートの蓄積によりサイクロン軸
近くにパーティキュレートがレベリングし舞い上がりを
起こす。

【０００８】横置タイプのサイクロン分離装置にあって
は，サイクロン本体における終端出口部に向かう通路が
湾曲している場合（図１参照）と，サイクロン本体にお
ける終端出口部に向かう空路が直角状となっている場合
（図１０参照）とがある。また，ストッカーは，円形で
なくても良く，多角形，楕円等，搭載性に合わせて自由
設計して良い。この場合，ストッカー軸は，重心を通る
軸と考えて良い。なお，本発明は，ディーゼルエンジン
の微粒子捕集用として使う静電サイクロンに限定される
ことなく，一般のサイクロンに用いることもできる。

【０００９】

【作用及び効果】サイクロン本体よりストッカーへ入っ
た粒子は，遠心力によりストッカー内の側壁面に押し付
けられながら重力により落下する。そして，微粒子は，
ストッカー底面における最下点へ順次溜まっていく。こ
の溜まり部は，偏心した終端出口部より離れているた
め，この終端出口部近傍で生ずる上昇流の影響をほとん
ど受けない。

【００１０】また，終端出口部に対面するストッカー底
面は傾斜している。そのため，この傾斜面に付着してい
る僅かな微粒子も，車両の振動により，一層低い位置の
上記溜まり部へ落下する。それ故，本発明によれば，微
粒子の飛散を防止して，捕集効率を向上させることが可
能な，サイクロン分離装置を提供することができる。

【００１１】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかるサイクロン分離装置につき，図
１〜図９を用いて説明する。本例は，ディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置に，本発明を適用したものである（図
４）。本例装置は，図１〜図３に示すごとく，サイクロ
ン本体３７と，該サイクロン本体３７の終端出口部３７
４に接続したストッカー３８とよりなる。そして，サイ
クロン本体３７は，その終端出口部３７４におけるサイ
クロン軸３７０がストッカー３８のストッカー軸３８０
に対して偏心している。また，ストッカー３８は，サイ
クロン本体３７の終端出口部３７４に対面するストッカ
ー底面３８１が傾斜している。なお，符号３４は，サイ
クロン本体３７の上流側に配置された静電凝集装置を示
す。

【００１２】以下，詳述する。本例装置及びエンジンを
含む全体図を図４に示す。自動車用排気浄化装置３０
は，ディーゼルエンジン３１の排ガスに含まれる微粒子
を静電気力を利用して排ガスから分離するものである。
この自動車用排気浄化装置３０は，マフラー３２の後方
に設置してあり，流入管３３，静電凝集装置３４，高電
圧発生装置３５，エアーポンプ３６，サイクロン本体３
７，ストッカー３８，排出管３９を備えている。マフラ
ー３２は，消音器であって周知構造のものである。流入
管３３はディーゼルエンジン３１の排ガスを本装置３０
に流入させるものであり，排出管３９は排ガスを大気に
放出するものである。

【００１３】サイクロン本体３７およびストッカー３８
は，それぞれステンレスにより作製してあり，かつ両者
は一体に形成してある。サイクロン本体３７は，微粒子
と排ガスを遠心力にて分離して，微粒子をストッカー３
８に送り，清浄となった排ガスを排気管３９に送るもの
である。ストッカー３８は，分離した微粒子８を貯める
容器である。サイクロン本体３７は，円筒部３７１と，
円錐筒部３７２と，該円錐筒部３７２と終端出口部３７
４との間に設けた通路３７３とよりなる。本例において
は，該通路３７３を湾曲形成してある。

【００１４】上記ストッカー３８は，静電凝集装置３０
に組み込まれている。そして，図１及び図２に示すごと
く，サイクロン本体３７のサイクロン軸３７０は，スト
ッカー３８のストッカー軸３８０に対して偏心してお
り，旋回流やサイクロン本体３７からの排出流の影響の
少ない所に，蓄積パーティキュレートを導くように，傾
斜底３８２が設置してある。上記ストッカー底面３８１
は，この傾斜底３８２と，傾斜底３８２の下端部に配設
した溜まり部３８３とよりなる。

【００１５】上記偏心の度合いについては，サイクロン
本体３７の直径をＤｃ，ストッカー３８の直径をＤｓと
したときＤｓ＞Ｄｃなる様ストッカー３８を設計する。
また，ストッカー軸３８０からの偏心距離とは，ｘ＜
（Ｄｓ−Ｄｃ）／２になる様設計する。傾斜底３８２は
偏心軸からＤｃ／２以上の範囲に置く。即ち，ストッカ
ー軸３８０からの距離をｙとしたときｙ＞Ｄｃ／２−ｘ
となる様にする。上記傾斜底３８２の傾斜角度について
は，車軸振動による蓄積パーティキュレートの底部への
傾斜面に沿って移動があれば良く，実験等により実用上
は１５度以上あれば良い。

【００１６】次に，この自動車用排気浄化装置３０の作
用を図１〜図４に基づき説明する。まず，ディーゼルエ
ンジン３１から排出された微粒子を含む排ガスは，マフ
ラー３２及び導入管３３を通って，静電凝集部３４内に
流入する。このとき入口管２９及び出口管２８は接線方
向に取り付けられているので静電凝集部３４内に流入し
た排ガスは円筒電極２７内で渦流（旋回流）となる。こ
の排気ガスの渦流化による遠心力によって排気ガス中の
微粒子が円筒電極２７の内周面に接触し易くなる。

【００１７】ここで，高電圧発生装置３５からロッド２
６を介して複数針により成る放電電極２５に負の高電圧
が印加されると，円筒電極２７と放電電極２５の間に静
電場が形成され，放電電極２５から円筒電極２７の円周
面に向かってコロナ放電が生起する。すると，円筒電極
２７内を流れている排ガス中の微粒子が負と帯電して，
円筒電極２７の円周面に衝突蓄積し，粒子径が成長する
いわゆる静電凝集が起きる。これにより，排気ガス中の
微粒子の粒子径は，静電凝集部３４内に流入する前は約
０．１〜７μｍであるが，静電凝集部３４から流出する
ときは約５０〜１００μｍと成長する。

【００１８】ここで，円板状の絶縁体２３，２４は円筒
電極２７とロッド２６の間を電気的に絶縁するものであ
るが，微粒子が絶縁体２３，２４に付着するとリークが
生起するおそれがある。このためエアーポンプ３６から
連通管２１，２２を通して保持筒１８，１９内に清浄空
気を導入することによって，絶縁体２３，２４の表面に
微粒子が付着しない様エアーカーテンを形成して円筒電
極２７とロッド２６との間の絶縁性の低下を防いでい
る。

【００１９】静電凝集部３４から出た粒子径の成長した
微粒子は，サイクロン本体３７に流入して遠心力によっ
て，排気ガスと微粒子とに分離させられる。そして，微
粒子８はストッカー３８に送られる。一方，サイクロン
本体３７において，清浄化させられた排気ガスは，排気
管３９を通って大気に排出される。また，ストッカー３
８に入り粒成長した微粒子８は，図１に示すサイクロン
本体軸３７０を中心に旋回するものの，車両の振動で傾
斜底３８２に沿って底部側の領域に蓄積する。更に，微
粒子８を運んできたガスは，サイクロン軸３７０に面す
る傾斜底面３８２から反転し，終端出口部３７４からサ
イクロン本体３７へ排出される。しかしながら，蓄積粒
子８は，排出流や旋回流の影響が少ないので，舞い上が
ることもなく，排出されにくくなる。

【００２０】上記のように偏心した傾斜底を有するスト
ッカーにおける舞い上がり防止効果を確認するため，次
の実験を行った。図５に示すごとく，７ｍ³ ／ｍｉｎの
ブロワー２１の後に直径φ７２ｍｍ，側筒部長１５０ｍ
ｍ，足部１４０ｍｍの小型サイクロン３７を横置きに
し，サイクロン足部に９０°エルボ３７９を結合した。
また，その後部にφ２００ｍｍ，高さ１１ｍｍのストッ
カー３８を取り付けた。次に偏心効果をみるため，図６
に示すごとく，サイクロン軸とストッカー軸の位置を約
６０ ｍｍずらしたものを試すこととした。また，偏心
傾斜底効果をみるため，図７に示すごとく，図６と同じ
偏心量であり，かつ高さが５〜１７ｍｍになるように，
傾斜を付けたものを試すこととした。

【００２１】ストッカー内には予めディーゼルエンジン
より排出されたパーティキュレートを約１０ｇ入れ振動
を与えてレベリングさせた。ブロワーを回転させストッ
カー内に旋回流を起こし，パーティキュレートの舞い上
がりによる重量低減量を経過時間とともに調査した。図
８は，その結果を示している。図８より知られるごと
く，偏心傾斜底（図７）にすると舞い上がり防止効果が
あることがわかる。

【００２２】次に，車両に取り付ける場合の具体的実施
例を示す。ここに，エンジン３１が，排気量３４３１ｃ
ｃで３０００ｒｐｍで回転し，室温２５℃で排気温度が
２００℃になった場合，排ガス流量ＱはＱ＝３４３１ｃ
ｃ×３０００×１／２×１／６０×（２７３＋２００／
２７３＋２５）＝１３６１４６ｃｃ／ｓｅｃである。こ
のとき，静電凝集部は，滞留時間０．２〜０．５秒で設
計するので容積は２７２２９〜６８０７３ｃｃとなる。
即ち，円筒電極２７の長さを１ｍとしたとき，またその
内径はφ１８６〜φ２９５ｍｍとなる。よって，本例で
はφ２４０ｍｍ×１ｍとした。

【００２３】この静電凝集部３４で凝集されたディーゼ
ル粒子を含む排ガスはサイクロン本体３７に入る。一般
にサイクロン本体３７は，入口流速１５〜２２ｍ／ｓｅ
ｃで設計し，この入口断面積Ｓｃは，サイクロン直径を
ＤｃとしたときＤｃ² ／１０＜Ｓｃ＜Ｄｃ² ／８で設計
する。今回の場合，入口流速２２ｍ／ｓｅｃ，入口断面
積Ｓｃ＝Ｄｃ² ／８で設計すると， 入口断面積Ｓｃ＝１３６１４６÷２２００＝６１．９ｃ
ｍ² サイクロン直径Ｄｃ≒２２０ｍｍ となる。

【００２４】ストッカー３８には，密度ρ＝０．０５ｇ
／ｃｃの粒子が０．２ｇ／ｋｍの割合で蓄積し，２００
００ｋｍ走行まで無処理，無交換にした場合，２０Ｌの
粒子が蓄積する。安全をみて４０Ｌのストッカーで，そ
の高さ１５０ｍｍで設計すると，ストッカー３８の直径
Ｄｓ≒φ６００ｍｍとなる。この場合，サイクロン軸３
７０のストッカー軸３８０からの偏心量ｘは， ｘ＜（Ｄｓ−Ｄｃ）／２＝（６００−２２０）／２＝１
９０となる。 よってｘ＝１５０ｍｍとした。 傾斜底の範囲ｙは， ｙ＝Ｄｃ／２−ｘ＝２２０／２−１５０＝−４０ よってｙ＝０とした。

【００２５】そして，本発明の効果を，比較例との比較
で説明する。比較例にかかるサイクロン分離装置におい
ては，図１４に示すごとく，サイクロン本体５１のサイ
クロン軸５１０は，ストッカー５２のサイクロン軸５２
０と一致し，ストッカー底面５２１は水平になってい
る。それ故，蓄積パーティキュレートは，振動によりレ
ベリングし，ストッカー５２内に一様に広がる。サイク
ロン軸５１０の近くは上昇流が生じるので，この近くの
蓄積パーティキュレートは舞い上がり，粒子分離効率が
低下する。

【００２６】図１５は，３４３１ｃｃディーゼルエンジ
ンのトルク１０ｋｇ・ｍの各回転における，本自動車排
気処理装置の比較例構造における，処理前のスモーク濃
度Ｓ１と，処理後のスモーク濃度Ｓ２とを示したもので
ある。斜線で示したところが比較例にかかるサイクロン
分離装置の効果である。同図より，回転数が２０００ｒ
ｐｍ近くを越えるとＳ２濃度が上昇し効率が悪くなって
いることがわかる。これに対して，本例装置は，図１に
示すごとく，サイクロン軸３７０がストッカー軸３８０
に対して偏心し，サイクロン軸近く３７０の近くは傾斜
底３８２となっている。そのため振動により，サイクロ
ン軸３７０から離れた位置にパーティキュレートが蓄積
する。よってサイクロン軸３７０の近くのパーティキュ
レートの舞い上がりは，殆ど起きなくなる。

【００２７】図９は，３４３１ｃｃディーゼルエンジン
のトルク１０ｋｇ・ｍの各回転における，本例装置を用
いた自動車排気処理装置の，処理前のスモーク効率Ｓ３
と処理後のスモーク効率Ｓ４とを示したものである。斜
線で示した部分が本例装置の効果である。同図より知ら
れるごとく，回転数が高くなっても比較例構造の前記Ｓ
２に比べＳ４が低く，捕集効率が大きく向上しているの
が分かる。このように，本例によれば，微粒子の飛散を
防止して，捕集効率を大幅に向上させることができる。
また，横置きタイプのサイクロン分離装置の下部へ上記
ストッカー３８を配置する構造は，サイクロン分離装置
の車両への搭載を容易にする。

【００２８】実施例２ 本例装置につき，図１０〜図１２を用いて説明する。前
記実施例１がサイクロン本体３７において終端出口部３
７４に向かう通路３７３を湾曲形成していたのに対し
て，本例においては，通路３７５を直角状に形成してい
る。その他は，前記実施例１と同様である。本例装置
は，上記のように構成されているので，前記実施例１と
同様の作用効果を得ることができる。

【００２９】実施例３ 本例装置につき，図１３を用いて説明する。本例におい
ては，サイクロン本体３７の終端出口部３７４に対面す
る対面部位３８４が最高点となるように，ストッカー底
面を持ち上げた構造となっており，上記対面部位３８４
の両側に傾斜底３８５，３８６を設けてある。その他
は，前記実施例１と同様である。本例装置は，上記のよ
うに構成されているので，実施例１と同様の作用効果を
呈する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１にかかるサイクロン分離装置の側面断
面図。

【図２】実施例１のサイクロン分離装置の平面図。

【図３】実施例１のサイクロン分離装置の正面図。

【図４】実施例１のサイクロン分離装置を含む自動車様
排気装置の説明図。

【図５】実施例１の実験装置の説明図。

【図６】実施例１の他の実験装置の説明図。

【図７】実施例１の更に他の実験装置の説明図。

【図８】実施例１の実験結果の説明図。

【図９】実施例１の効果の説明図。

【図１０】実施例２にかかるサイクロン分離装置の側面
断面図。

【図１１】実施例２のサイクロン分離装置の平面図。

【図１２】実施例２のサイクロン分離装置の正面図。

【図１３】実施例３にかかるサイクロン分離装置の説明
図。

【図１４】比較例にかかるサイクロン分離装置を含む自
動車用排気装置の説明図。

【図１５】比較例のサイクロン分離装置の効果の説明
図。

【図１６】従来のサイクロン分離装置の側面断面図。

【符号の説明】

３７．．．サイクロン本体， ３７０．．．サイクロン軸， ３７４．．．終端出口部， ３８．．．ストッカー， ３８０．．．ストッカー軸， ３８１．．．ストッカー底面，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サイクロン本体と，該サイクロン本体の
   終端出口部に接続したストッカーとよりなるサイクロン
   分離装置において，上記サイクロン本体は，その終端出
   口部におけるサイクロン軸が上記ストッカーのストッカ
   ー軸に対して偏心しており，また上記ストッカーは，上
   記サイクロン本体の終端出口部に対面するストッカー底
   面が傾斜していることを特徴とするサイクロン分離装
   置。