JPH0751214B2 - 空中浮遊粒子捕集用の対向板熱泳動集塵器及びそれを用いた空中浮遊粒子の捕集方法 - Google Patents

空中浮遊粒子捕集用の対向板熱泳動集塵器及びそれを用いた空中浮遊粒子の捕集方法

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JPH0751214B2
JPH0751214B2 JP4267129A JP26712992A JPH0751214B2 JP H0751214 B2 JPH0751214 B2 JP H0751214B2 JP 4267129 A JP4267129 A JP 4267129A JP 26712992 A JP26712992 A JP 26712992A JP H0751214 B2 JPH0751214 B2 JP H0751214B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、対向板熱泳動集塵器及
びそれを用いた空中浮遊粒子の捕集方法に関し、更に詳
しくは、2枚の離れたプレートの安定かつ一定した大き
な温度勾配を維持することによって、空気が2枚のプレ
ートの間のギャップを通過するときに、粒子が効果的か
つ効率的に低温側のプレート上に集積するようにした、
対向板熱泳動集塵器及びそれを用いた空中浮遊粒子の捕
集方法に関する。
【0002】
【従来の技術】環境汚染、とりわけ公衆に深刻な健康上
の障害をもたらす大気汚染は、現在、世界的に深刻な問
題になっている。汚染源を突き止め、対応する解決策を
定めるには、それに先立って、空中に浮遊する汚染物質
粒子を抽出・収集しなければならない。更に、特定産業
の労働環境においては多量の粒子が産出されるが、これ
らの空中浮遊粒子は、そこで働く労働者に、深刻な健康
障害をもたらしたり、換気が不十分な米の製粉工場にお
いて空中浮遊粉塵によって起こる爆発のように安全を害
することさえある。したがって、粉塵の管理あるいは除
去のための装置の他、効果的かつ効率的な空中浮遊粒子
の補集装置が切望されている。
【0003】通常、空中浮遊粒子の補集に用いられる方
法には、慣性を利用した方法(慣性集塵)や、ろ過によ
る方法(ろ過集塵)がある。その他、あまり一般的では
ないが電気集塵や、熱泳動集塵も用いられる。空中浮遊
粒子を観察や分析を目的として集める場合には、ろ過に
よる方法は適当ではなく、一般に、このような目的に
は、慣性衝突集塵器が用いられる。慣性衝突集塵器で
は、空気が小さなノズルを通じて加速され、十分な慣性
を持った空中浮遊粒子が、コレクタープレート上に集積
する。この慣性を利用した方法の欠点は、空気流が高速
なため集塵効率が低いことである。すなわち、高速の空
気流は、補集された粒子をコレクタープレートから容易
に跳ね落とし、粒子の捕集状態にムラが生じる原因とな
る。
【0004】図1は従来の発熱線対向板熱泳動集塵器の
構造(図1及びGreen, H.L., and Watson, H.H., Medic
al Research Council, Special Report No.199, His Ma
jesty's Stationary Office, London, 1935 参照)を示
している。図は、元々は顕微鏡のカバーガラスである2
枚のプレート10及び11の間に位置する細長い金属線
9を示しており、この金属線9は室温から後に120℃
まで加熱される。通過する空気流によってもたらされる
粒子は、上記プレート上に集積することになる。プレー
ト間のギャップ8は0.5mmで、金属線9は直径0.2
54mmである。粉塵を含んだ空気は入口aから入り、ウ
ォーターアスピレーター(図示せず)に結合された出口
bを通じて排出される。空中浮遊粒子はコレクタープレ
ート上に徐々に集積されていく。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発熱線対向板熱泳動集塵器は、集塵効率が低く、集
塵容量が小さい。また、粒子の捕集状態にムラができ
(縞c状に)、空気流量も7cc/minと小さい。本発明
の主目的は、熱泳動効果を利用して、空中浮遊粒子や粉
塵の管理、除去並びに捕集を、高効率かつ効果的に行え
る方法及び装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば、第
度に設定される第一プレートを設ける第一工程、第
二温度に設定され、整合する第二プレートを設ける第二
工程、上記二枚のプレートの間の熱移動を防止する
め、かつ、これらのプレートの間に空気流の通路を形成
するため、上記二枚のプレートの間に熱絶縁要素を配置
する第三工程粒子を含有する空気の流れが上記空気
流の通路を通り、上記第一プレート及び上記第二プレー
トのいずれか温度が低い方でその粒子の熱泳動捕集を行
う第四工程とを有することを特徴とする対向板熱泳動集
塵器を用いた空中浮遊粒子捕集方法が提供される。
【0007】 また、本発明によれば、第一温度に設定
される第一プレート上記一温と異なる第二温
に設定される第二プレート、上記二枚のプレートの間
の熱移動を防止するため、かつ、これらのプレートの間
に空気流が通過する通路を形成するため、上記二枚のプ
レートの間に配置された少なくとも一つの熱絶縁要素
を有していて、空中浮遊粒子が上記第一プレート及び上
記第二プレートのいずれか温度が低い方に沈殿すること
を特徴とする空中浮遊粒子捕集用の対向板熱泳動集塵器
が提供される。
【0008】電気集塵器に比して、熱泳動集塵器は、比
較的効果が高く、かつ使用の簡単な装置である。熱泳動
集塵器の機構は、熱泳動の法則に基づくものである。粒
子は低温側においてよりも、高温側においての方がより
大きな運動量を持つので、温度勾配を伴う気体中に漂う
粒子は、温度が低下していく方向に移動する。これが熱
泳動として知られている現象である。この熱泳動効果
は、加熱された物体の周囲に無粒子層(particle-free
layer)が形成されることで証明される。
【0009】
【実施例】図2(a)及び図2(b)は、各々本発明の
好適な実施例の上部及び横断面を示している。図に示す
ように本発明を構成する主要な部品は、第一カバー1、
第一プレート2、熱絶縁要素3、第二プレート4、第二
カバー5及び複数個のO-リング6である。第一カバー
1と第一プレート2とは固着されて、その間に第一入口
hと第一出口iを有する第一通路が形成され、第一プレ
ート2上の第一予定温度を維持するために温水が強制的
に循環される。また、第二カバー5と第二プレート4と
は固着されて、その間に第二入口fと第二出口eを有す
る第二通路が形成され、第二プレート4上の第一温度と
は異なる第二温度を維持するために冷水が強制的に循環
される。更に、第一プレート2と第2プレート4の間
に、粉塵を含んだ空気流が通過するための第三通路が形
成される。図2(b)に示すように共にL形をした第三
入口gと第三出口dとは、第二プレートの両端部に形成
されて第三通路に通じており、そこを空気流が通過する
ようになっている。熱絶縁要素3は、2枚のプレートの
間に配設されて、2枚のプレートの間の熱を絶縁し、こ
れらのプレートの間の熱移動を防止する。
【0010】図3は、本発明の好適な実施例における主
要部品をそれぞれ分離して示した図である。この図によ
って、本発明の好適な実施例における符号1〜5の5つ
の主要部品が明瞭に理解できよう。
【0011】図4は、本発明の好適な実施例において、
種々の温度勾配の下で実験して得られた集塵効率(%)
と粒子の直径(μm)との間の関係を説明しているグラ
フである。このグラフは、2枚のプレートの温度勾配が
大きくなるにつれて、熱泳動効果が大きくなり、低温側
プレートの集塵効率が高まることを明瞭に示している。
更にこのグラフは、温度勾配1093℃/cmで2枚のプ
レートの間の温度差が約44℃のときに、低温側プレー
トの直径0.3μm未満の空中浮遊粒子の集塵効率が9
5%にまで達することを示している。本実施例におい
て、空中浮遊粒子は普通の室内で捕集され、制御パラメ
ーターは以下の通りであった。 流量Q :0.5slpm プレート間のギャップ :0.4mm コレクタープレートの表面積 :20cm2 システム圧力損失 :6mmH2O
【0012】2枚のプレートの温度勾配は、以下の因子
によって決定される。 (a)温度調節用の高温水と低温水との温度差。 (b)第一通路及び第二通路を通過する温度調節用の高
温水及び低温水の各々の流量。 (c)第三通路を通過する気体流量。 (d)2枚のプレートの間のギャップの幅、及び使用す
る熱絶縁要素の特性。
【0013】熱泳動効果は、2枚のプレートの温度勾配
が大きくなるにつれて、着実に大きくなり、この結果、
低温側(コレクター)プレート上の集塵効率が高まる。
上記好適な実施例において、2枚のプレートの間のギャ
ップは0.4mmに保たれ、熱絶縁要素は2枚のプレート
の間に配置される。熱絶縁要素は2枚のプレートの間の
熱移動を防止し、これによりこれらのプレートの大きな
温度勾配が維持される。
【0014】実際には、2枚のプレートの間のギャップ
は、下記数1に示すタルボットの理論に基づいた方程式
から必然的に算定される(図5参照)。
【0015】
【数1】
【0016】ここで、Uthは熱泳動速度、μは気体速
度、Csは熱スリップ係数、Cmは運動量交換係数、Ct
は温度ジャンプ係数、ρは気体密度、Rは粒子半径、T
0は粒子付近の平均気体温度、(ΔT)Xは気体のX方向に
おける温度勾配、kgは気体の熱伝導率、kpは粒子の熱
伝導率、λ/Rはクヌーセン数、ηは対向板熱泳動集塵
器の集塵効率、Hはプレート間のギャップ幅、qnet
プレートへの真の熱流量、qoutはプレートから出る熱
流量、LはZ方向におけるプレートの長さ、を表すもの
とする。
【0017】2枚のプレートの間の温度差が一定に維持
されていれば、これらのプレート間に温度勾配が生じ、
これにより熱泳動効果及び低温側プレートの集塵効率
は、ギャップが狭くなるにつれて大きくなる。考慮すべ
きもう1つの重要事項は、ギャップが狭くなると、シス
テム圧力損失が大きくなることである。したがって、本
発明の設計及び操作にあたっては、適当なパラメーター
値を選択する必要がある。本発明では、捕集された空中
浮遊粒子が顕微鏡による観察及び分析に利用できるよう
に、顕微鏡のカバーガラス(図示せず)を第二プレート
上に置いて利用することができる。
【0018】粉塵の管理あるいは除去のため、集塵効率
及び集塵容量は、コレクタープレートの表面積、2枚の
プレートの温度勾配及び気体流量を大きくすることによ
って増大できる。気体流量は、本発明の装置を複数個並
行して配置することによって、大幅に増大させることが
できる。
【0019】以上、本発明を最も実用的かつ好適な実施
例によって説明したが、本発明はここに記載された実施
例に限定して理解されるべきではなく、むしろ特許請求
の範囲に表されている精神及び範囲に含まれる様々な変
形や類似の装置を包含するものであり、その範囲は、か
かる全ての変形や類似構造を含む最も広義の解釈と一致
すべきである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱泳動効果を利用して、空中浮遊粒子や粉塵の管理、除
去並びに捕集を、高効率かつ効果的に行える方法及び装
置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】発熱線対向板熱泳動集塵器の構造を示す図であ
る。
【図2】本発明の好適な実施例の平面図及び横断面図
(A−A断面図)である。
【図3】本発明の好適な実施例における主要部品をそれ
ぞれ分離して示した図である。
【図4】本発明の好適な実施例において、種々の温度勾
配の下での集塵効率(%)と粒子の直径(μm)との関
係を示すグラフである(流量Q=0.5slpm、プレート
間のギャップ=0.04cm)。
【図5】数1に表した公式の一部に関する座標系を示す
図である。
【符号の説明】
1 第一カバー 2 第一プレート 3 熱絶縁要素 4 第二プレート 5 第二カバー 6 O-リング 8 ギャップ 9 金属線 10、11 プレート

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の工程を有することを特徴とする
    向板熱泳動集塵器を用いた空中浮遊粒子捕集方法。 (a)第一温度に設定される第一プレートを設ける。 (b)第二温度に設定され、整合する第二プレートを設
    ける。 (c)上記二枚のプレートの間の熱移動を防止する
    め、かつ、これらのプレートの間に空気流の通路を形成
    するため、上記二枚のプレートの間に熱絶縁要素を配置
    する。 (d)粒子を含有する空気の流れが上記空気流の通路を
    通り、上記第一プレート及び上記第二プレートのいずれ
    か温度が低い方でその粒子の熱泳動捕集を行う。
  2. 【請求項2】 上記二枚のプレートが互いに平行に位置
    して、これらのプレートの間隔が0.4mmである請求
    項1記載の空中浮遊粒子捕集方法。
  3. 【請求項3】(a)第一温度に設定される第一プレート
    と、 (b)上記第一温度と異なる第二温度に設定される第二
    プレートと、 (c)上記二枚のプレートの間の熱移動を防止するた
    め、かつ、これらのプレートの間に空気流が通過する通
    路を形成するため、上記二枚のプレートの間に配置され
    た少なくとも一つの熱絶縁要素とを有していて、空中浮
    遊粒子が上記第一プレート及び上記第二プレートのいず
    れか温度が低い方に沈殿することを特徴とする空中浮遊
    粒子捕集用の対向板熱泳動集塵器。
  4. 【請求項4】 上記二枚のプレートが互いに平行に位置
    して、これらのプレートの間隔が0.4mmである請求
    項3記載の対向板熱泳動集塵器。
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