JP2942882B2 - 集塵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集塵装置に関し、特にサ
イクロン式集塵装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、集塵装置は工場等の作業環境に
おける大気の汚染を防止する装置、または工程に用いる
プロセス装置として広く使用されている。なかでも遠心
力を利用したサイクロン式集塵装置は大量の気体を処理
できると共に、フイルタ式やその他の方式の集塵装置に
比して維持費及び運転費を低く抑えることができること
により多くの分野で使用されている。

【０００３】従来、図８に示すように、サイクロン式集
塵装置１においては、集塵対象となる気体２を排気ポン
プ３の吸引力によつて導入口４からサイクロン５の円筒
形状部５Ａに導入する。この気体２は円筒形状部５Ａ内
を螺旋状の軌跡を描きながらサイクロン５の円錐形状部
５Ｂの方に下降していく。このとき気体２に含まれる捕
集対象となる粒子の軌跡は気体流の描く軌跡よりも遠心
力によつて大きくなる。この結果比較的質量の大きい粒
子は円筒形状部５Ａの内壁面に衝突し付着する。

【０００４】さらに気体流が螺旋状の軌跡を描きながら
下降して円錐形状部５Ｂに突入すると気体流の回転半径
が次第に小さくなることにより、角運動量保存の法則に
より粒子に加わる加速度は次第に増大し、粒子の軌跡は
気体流の軌跡に比較して一層大きくなる。換言すれば、
粒子はその質量に基づいて空気流の回転弧より外側にず
れてくる。この結果円筒形状部５Ａの内壁に付着しなか
つた比較的質量の小さい粒子が円錐形状部５Ｂの内壁面
に衝突し付着する。

【０００５】円筒形状部５Ａ及び円錐形状部５Ｂの内壁
面に付着した粒子は後から付着した粒子と凝集し質量が
増大することにより、重力によつて内壁面沿いに落下
し、ついにはトラツプ６に落下する。粒子が除去され清
浄となつた気体７は排気パイプ８を通過してサイクロン
５の外に排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにサイクロン
式集塵装置１においては、サイクロン５内において気体
２を回転させた際、当該気体２に含まれる粒子に生じる
遠心力に基づいて粒子を除去するようになされ、この結
果サイクロン式集塵装置１においては質量が非常に小さ
い微小な粒子を除去することは困難であつた。

【０００７】そこで従来、サイクロンを小型化すること
によつて粒子に加わる遠心力を大きくし、これにより除
去することができる粒子の粒径を一段と小さくできるよ
うにしたサイクロン式集塵装置が提案されている。また
サイクロン内部に微小水滴を噴霧し、当該水滴に粒子を
取り込むことにより捕集可能な粒子の粒径をさらに小さ
くできる、所謂スクラバ方式のサイクロン式集塵装置が
提案されている。

【０００８】しかしながら、上述のようにサイクロンを
小型化した場合又はスクラバ方式を適用した場合におい
ても、捕集可能な粒子の最小粒径は 0.2〔μm 〕程度が
限界であり、未だフイルタ式集塵装置に比較すると捕集
可能な粒子の最小直径は大きいという問題があつた。こ
れにより従来のサイクロン式集塵装置においては、粒径
が 0.1〔μm 〕以下でなる微小な粒子や有毒なガス等は
除去できなかつた。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされてたも
ので、一段と小さな粒子を除去することができる集塵装
置を提案しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、集塵対象の気体１３Ａをサイ
クロン１７に導入し、当該サイクロン１７内において気
体１３Ａ中の粒子に生じる遠心力を利用して気体から粒
子を除去する集塵装置において、気体１３Ａの粒子濃度
を検出する粒子濃度検出手段３２と、気体１３Ａに対し
て、粒子濃度検出手段３２により検出された気体１３Ａ
の粒子濃度に応じた量の水蒸気１４Ｃを付加する水蒸気
付加手段１４と、水蒸気１４Ｃが付加された気体１３Ａ
を冷却する冷却手段１６と、冷却手段１６により冷却さ
れた気体１３Ａをサイクロン１７に導入する導入手段１
２、１５とを設けるようにした。また第２の発明におい
ては、集塵対象の気体１３Ａをサイクロン１７に導入
し、当該サイクロン１７内において気体１３Ａ中の粒子
に生じる遠心力を利用して気体から粒子を除去する集塵
装置において、気体１３Ａに水蒸気１４Ｃを付加する水
蒸気付加手段１４と、水蒸気１４Ｃが付加された気体１
３Ａを冷却する冷却手段４６と、冷却手段４６により冷
却された気体１３Ａをサイクロン１７に導入する導入手
段１２とを設け、冷却手段４６が、サイクロン１７から
排出される気体１３Ａの断熱膨張による冷却作用を利用
して気体１３Ａを冷却するようにした。

【００１１】

【作用】第１の発明においては、冷却手段１６によつて
冷却された気体１３Ａが飽和状態となり、当該気体１３
Ａ中に含まれる粒子の周りに水蒸気１４Ｃが凝結する。
この結果粒径が0.1 〔μm 〕以下である質量が非常に小
さい粒子でも見かけ上の質量が大きな粒子となり、サイ
クロン１７によつて除去することができる。この場合に
おいて、この第１の発明では気体１３Ａの粒子濃度に応
じた量の水蒸気１４Ｃを付加するようにしているため、
粒子濃度の高低に関わらず集塵対象の粒子に適量の水蒸
気１４Ｃを凝結させることができ、一段と効率良く粒子
を捕集することができる。また第２の発明においても、
冷却手段４６によつて冷却された気体１３Ａが飽和状態
となり、当該気体１３Ａ中に含まれる粒子の周りに水蒸
気１４Ｃが凝結する。この結果粒径が0.1 〔μm 〕以下
である質量が非常に小さい粒子でも見かけ上の質量が大
きな粒子となり、サイクロン１７によつて除去すること
ができる。この場合において、この第２の発明ではサイ
クロン１７から排出される気体１３Ａの断熱膨張による
冷却作用を利用して気体１３Ａを冷却するようにしてい
るため、例えば液体窒素などを使用することなく効率良
く気体１３Ａを冷却することができる。

【００１２】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１３】（１）第１実施例 図１において、１０は全体としてサイクロン式集塵装置
を示し、導入パイプ１１には工場設備の排気ダクト（図
示せず）が接続されており、排気ポンプ１２によつて導
入口１１Ａから吸引された集塵対象となる空気１３Ａは
導入パイプ１１、水蒸気発生部１４及び導入パイプ１５
を順次通過した後、冷却部１６によつて表面が冷却され
たサイクロン１７において空気１３Ａ中の粒子が取り除
かれ、清浄な空気１３Ｂのみが排気パイプ１８を通過し
てサイクロン式集塵装置１０の外に排気されるようにな
されている。

【００１４】すなわちサイクロン式集塵装置１０におい
ては、導入パイプ１１及び１５に連通した位置に水蒸気
発生部１４が設けられている。水蒸気発生部１４は水槽
１４Ａと、当該水槽１４Ａの底面に隣接して設けられた
加熱部１４Ｂとによつて構成され、これにより水蒸気発
生部１４は水槽１４Ａに溜められた水を加熱部１４Ｂに
よつて加熱することにより水蒸気１４Ｃを発生してこの
水蒸気１４Ｃを導入空気１３Ａに供給するようになされ
ている。

【００１５】導入パイプ１５はパイプの長手方向がサイ
クロン１７の円筒形状部１７Ａの横断面の円の接線方向
と一致するようにして円筒形状部１７Ａに取り付けら
れ、これによりサイクロン１７内に導入された導入空気
１３Ａはサイクロン１７内部を螺旋状に回転するように
なされている。

【００１６】冷却部１６はサイクロン１７の外表面に螺
旋状に巻き付けられた冷却パイプ１６Ａと当該冷却パイ
プ１６Ａに液体窒素を供給する液体窒素ボンベ（図示せ
ず）とからなり、これによりサイクロン式集塵装置１０
においては冷却パイプ１６Ａ内に液体窒素を流すことに
よりサイクロン１７内を通過する空気を冷却するように
なされている。

【００１７】以上の構成において、導入口１１Ａから取
り込まれた導入空気１３Ａは水蒸気発生部１４を通過す
る際に水蒸気１４Ｃが供給された後、サイクロン１７に
流入する。導入空気１３Ａはサイクロン１７の円筒形状
部１７Ａ内を螺旋状の軌跡を描きながら円錐形状部１７
Ｂに向つて下降していく。このとき導入空気１３Ａは冷
却部１６によりサイクロン１７が冷却されていることに
より過飽和状態となる。

【００１８】この結果、導入空気１３Ａ中の水蒸気１４
Ｃは空気中に含まれる粒子に凝結する。すなわち粒子の
周囲を水が包囲した状態となる。水蒸気１４Ｃが凝結し
た粒子は粒子単体よりも見かけ上の質量が増大する。こ
れによりこの粒子は粒子単体の場合に比してサイクロン
１７内における遠心力が大きくなり、サイクロン１７の
内壁に付着する。これによりサイクロン式集塵装置１０
においては、従来のサイクロン式集塵装置では質量が小
さいことにより除去し得なかつた微小粒子をも除去する
ことができる。

【００１９】またサイクロン式集塵装置１０において
は、導入空気１３Ａ中に例えば塩酸ガス、ふつ酸ガス等
の有毒ガスが含まれている場合でも、当該有毒ガスを水
滴（粒子に凝結した）や結露したサイクロン内壁に取り
込むことができることにより、導入空気１３Ａ中に含ま
れる有毒ガスを除去することができる。

【００２０】因に、図２に示すように、温度が30〔°
Ｃ〕の気体における水の蒸気圧は31.824〔mmHg〕であ
り、これに対して温度が 0〔°Ｃ〕における水の蒸気圧
は4.579〔mmHg〕である。従つて温度が30〔°Ｃ〕の気
体に水蒸気を供給して湿度が80〔％〕の気体を得た後、
この気体を 0〔°Ｃ〕に冷却すると、当該気体の過飽和
度は、次式、

【数１】 によつて 560〔％〕と計算することができる。

【００２１】ここで 0〔°Ｃ〕において過飽和度が 560
〔％〕の気体中における粒子の臨界径ｄは、液滴の蒸気
圧をｐ、平面上の飽和蒸気圧をｐ₀ 、水の表面張力を
γ、水の分子量をＭ、気体定数をＲ、絶対温度をＴ、水
の密度をρとすると、Thomson-Gibbs の式、

【数２】 によつて6.7 ×10^-4〔μm 〕（ 6.7〔Å〕) と計算する
ことができる。これによりサイクロン式集塵装置１０は
理論上従来に比して格段に小さい微粒子を除去し得るこ
とが分かる。

【００２２】以上の構成によれば、集塵対象となる導入
空気１３Ａに水蒸気１４Ｃを供給する水蒸気発生部１４
を設けると共に、サイクロン１７を冷却する冷却部１６
を設けたことにより、粒子単体ではサイクロン１７によ
つて捕集できないような粒径の小さい、すなわち質量の
小さい粒子であつても捕集し得るサイクロン式集塵装置
１０を実現することができる。また水蒸気水滴（粒子に
凝結した）や結露したサイクロン内壁に有毒ガスを吸収
し得ることにより、従来のサイクロン式集塵装置におい
ては捕集し得なかつた有毒ガスをも除去することができ
る。

【００２３】（２）第２実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図３は第２実
施例を示すもので、サイクロン式集塵装置２０は第１実
施例のサイクロン式集塵装置１０と比較して冷却部２６
の位置が異なる。すなわちサイクロン式集塵装置２０に
おいては、水蒸気発生部１４とサイクロン１７との間に
冷却部２６が設けられ、これによりサイクロン式集塵装
置２０は水蒸気発生部１４によつて水蒸気１４Ｃが供給
された導入空気１３Ａを冷却部２６によつて冷却した
後、サイクロン１７内に導入するようになされている。

【００２４】冷却部２６は円筒形状の冷却筒２６Ｂと、
冷却筒２６Ｂの外表面に螺旋状に巻き付けられた冷却パ
イプ２６Ａと、冷却パイプ２６Ａに液体窒素を供給する
液体窒素ポンベ（図示せず）とからなる。これにより冷
却部２６は冷却パイプ２６Ａ内に液体窒素を流すことよ
り、冷却筒２６Ｂ内を通過する導入空気１３Ａを冷却し
得るようになされている。

【００２５】以上の構成において、導入口１１Ａから取
り込まれた集塵対象となる導入空気１３Ａは水蒸気発生
部１４を通過する際に水蒸気１４Ｃが供給される。この
導入空気１３Ａは冷却部２６に流入する。このとき導入
空気１３Ａは冷却部２６によつて冷却されることにより
過飽和状態となり、この結果導入空気１３Ａ中の水蒸気
１４Ｃは導入空気１３Ａ中に含まれる粒子に凝結する。
水蒸気１４Ｃが凝結した粒子は粒子単体よりも見かけ上
の質量が増大した状態でサイクロン１７内に流入する。
これによりこの粒子は粒子単体の場合に比してサイクロ
ン１７内における遠心力が大きくなり、サイクロン１７
の内壁に付着する。これによりサイクロン式集塵装置２
０においては、従来は質量が小さいことにより除去し得
なかつた微小粒子をも除去することができる。

【００２６】以上の構成によれば、集塵対象となる導入
空気１３Ａに水蒸気１４Ｃを供給する水蒸気発生部１４
を設けると共に、水蒸気１４Ｃが供給された導入空気１
３Ａを冷却する冷却部２６を設けたことにより、サイク
ロン１７に導入される微小粒子の見かけ上の質量を増大
し得、かくして粒子単体ではサイクロン１７によつて捕
集できないような粒径の小さい、すなわち質量の小さい
粒子であつても捕集し得るサイクロン式集塵装置２０を
実現することができる。また水滴（粒子に凝結した）や
結露したサイクロン内壁に有毒ガスを吸収し得ることに
より、従来のサイクロン式集塵装置においては捕集し得
なかつた有毒ガスをも除去することができる。

【００２７】さらにサイクロン式集塵装置２０は通常の
サイクロン式集塵装置におけるサイクロンの上流側に当
該サイクロンとは独立して水蒸気発生部１４及び冷却部
２６を設けて構成できることにより、既設のサイクロン
式集塵装置に水蒸気発生部１４及び冷却部２６を付加す
る改造を加えることにより容易に実現でき好適である。

【００２８】（３）第３実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図４は第３実
施例を示し、サイクロン式集塵装置３０は水蒸気制御部
３１を有する。水蒸気制御部３１は粒子濃度測定器３２
を有し、当該粒子濃度測定器３２には導入パイプ１１か
ら分岐したサンプリングパイプ３３の一端が連結されて
いる。これにより水蒸気制御部３１は導入空気１３Ａの
一部を粒子濃度測定器３２に導入するようになされてい
る。

【００２９】水蒸気制御部３１は粒子濃度測定器３２に
よつて導入空気１３Ａの粒子濃度を測定し、当該測定結
果に応じた測定結果信号Ｓ１をコントローラ３４に送出
するようになされている。コントローラ３４は測定結果
信号Ｓ１に応じた制御信号Ｓ２を水蒸気発生部１４の加
熱部１４Ｂに送出し、この結果加熱部１４Ｂは制御信号
Ｓ２に基づいた電圧をヒータに印加するようになされて
いる。

【００３０】これによりサイクロン式集塵装置３０にお
いては、導入空気１３Ａに含まれる粒子の粒子濃度に応
じた水蒸気１４Ｃを発生し得るようになされている。す
なわちサイクロン式集塵装置３０は粒子濃度が高い場合
には発生する水蒸気１４Ｃの量を多くし、これに対して
粒子濃度が低い場合には発生する水蒸気１４Ｃの量を少
なくするようになされている。

【００３１】以上の構成によれば、水蒸気制御部３１を
設け、導入空気１３Ａに含まれる粒子の粒子濃度に応じ
て、水蒸気発生部１４において導入空気１３Ａに供給す
る水蒸気１４Ｃの供給量を調節したことにより、導入空
気１３Ａの粒子濃度の高低に係わらず集塵対象となる粒
子に適量の水蒸気１４Ｃを凝結させることができ、一段
と効率よく粒子を捕集することができる。

【００３２】（４）他の実施例 （４−１）なお上述の実施例においては、冷却部１６又
は２６は液体窒素を使用して水蒸気１４Ｃが供給された
導入空気１３Ａを冷却するようになされているが、本発
明はこれに限らず、種々の冷却手段を適用することがで
きる。例えば図５に示すように空気の断熱膨張による冷
却作用を利用してもよい。すなわち冷却部４６において
は、大口径と小口径の２種類の薄肉のパイプ４６Ａ及び
４６Ｂが同軸状に配置されている。大口径パイプ４６Ａ
と小口径パイプ４６Ｂで形成される両端面は小口径パイ
プ４６Ｂの内径部分を残して閉塞され、大口径パイプ４
６Ａの外表面には細孔４６Ｃが複数個設けられている。

【００３３】これによりサイクロン式集塵装置４０は、
サイクロン１７から排気される空気１３Ｂを排気パイプ
４１によつて冷却部４６の大口径パイプ４６Ａと小口径
パイプ４６Ｂで形成される空間に導き、この空気１３Ｂ
を大口径パイプ４６Ａの外表面に設けられた細孔４６Ｃ
から噴出させて大口径パイプ４６Ａと小口径パイプ４６
Ｂで形成される空間の空気を冷却することにより、小口
径パイプ４６Ｂの内部を通過する導入空気１３Ａを冷却
するようになされている。

【００３４】（４−２）また上述の実施例におけるサイ
クロン式集塵装置１０、２０又は３０は工場設備の排気
ダクトから排気される空気１３Ａを取り込み、清浄化し
た空気１３Ｂを大気中に放出するようになされている
が、本発明はこれに限らず、サイクロン式集塵装置１
０、２０又は３０をクリーンルームの空気循環系中に配
置するようにしてもよい。例えば図６に示すように、第
２実施例のサイクロン式集塵装置２０をクリーンルーム
の空気循環系中に配置する場合には、クリーンルーム５
１の排気５２をグレーテイグ５３、送風機５４及び排気
ダクト５５を介してサイクロン式集塵装置２０に取り込
み、清浄化された空気５６を送気ダクト５７及びグレー
テイグ５８を介して再度クリーンルーム５１内に放出す
るようにすればよい。

【００３５】このようにクリーンルームの空気循環系中
に本発明によるサイクロン式集塵装置１０、２０又は３
０を用いるようにすれば、空気中の微小粒子を除去する
ことができると共に、長期的に亘つて連続的に稼働させ
ることができるメンテナンスフリーのクリーンルームを
実現することができる。すなわち従来のクリーンルーム
に広く用いられているフイルタ式の集塵装置において
は、クリーンルーム内の微小粒子を除去することができ
る利点があるのに対して、定期的にフイルタを交換する
必要があり、この結果フイルタ交換時にはクリーンルー
ムの運転を停止しなければならない不都合があつた。

【００３６】（４−３）またサイクロン式集塵装置１
０、２０又は３０をクリーンベンチに適用するようにし
てもよい。すなわち、図７に示すように、サイクロン式
集塵装置２０は塵等を含んだ導入空気６１をグレーテイ
グ６２、送風機６３及び排気ダクト６４を介してサイク
ロン式集塵装置２０に取り込み、清浄化された空気６５
を送気ダクト６６及びグレーテイグ６７を介して作業用
テーブル６８上の空間に放出するようになされている。

【００３７】（４−４）さらに上述の実施例において
は、水槽１４Ａに溜められた水を加熱部１４Ｂによつて
加熱することにより水蒸気１４Ｃを発生するようにした
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、超音波
を使用して水蒸気を発生するようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、集塵対象
の気体をサイクロンに導入し、当該サイクロン内におい
て気体中の粒子に生じる遠心力を利用して気体から粒子
を除去する集塵装置において、気体の粒子濃度を検出す
る粒子濃度検出手段と、気体に対して、粒子濃度検出手
段により検出された気体の粒子濃度に応じた量の水蒸気
を付加する水蒸気付加手段と、水蒸気が付加された気体
を冷却する冷却手段と、冷却手段により冷却された気体
をサイクロンに導入する導入手段とを設けるようにした
ことにより、一段と小さな粒子を一段と効率良く除去す
ることができる集塵装置を実現できる。また本発明によ
れば、集塵対象の気体をサイクロンに導入し、当該サイ
クロン内において気体中の粒子に生じる遠心力を利用し
て気体から粒子を除去する集塵装置において、気体に水
蒸気を付加する水蒸気付加手段と、水蒸気が付加された
気体を冷却する冷却手段と、冷却手段により冷却された
気体をサイクロンに導入する導入手段とを設け、冷却手
段が、サイクロンから排出される気体の断熱膨張による
冷却作用を利用して気体を冷却するようにしたことによ
り、気体を効率良く冷却しながら一段と小さな粒子を除
去することができる集塵装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサイクロン式集塵装置の第１実施
例の全体構成を示す略線的断面図である。

【図２】第１実施例の動作の説明に供する図表である。

【図３】本発明によるサイクロン式集塵装置の第２実施
例の全体構成を示す略線的断面図である。

【図４】本発明によるサイクロン式集塵装置の第３実施
例の全体構成を示す略線的断面図である。

【図５】本発明によるサイクロン式集塵装置の他の実施
例を示す略線的断面図である。

【図６】本発明によるサイクロン式集塵装置の他の実施
例を示す略線図である。

【図７】本発明によるサイクロン式集塵装置の他の実施
例を示す略線図である。

【図８】従来のサイクロン式集塵装置を示す略線的側断
面図である。

【符号の説明】

１、１０、２０、３０……サイクロン式集塵装置、２、
１３Ａ、５２、６１……導入空気、５、１７……サイク
ロン、７、１３Ｂ、５６、６５……清浄空気、１４……
水蒸気発生部、１６、２６、４６……冷却部、１６Ａ…
…冷却パイプ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集塵対象の気体をサイクロンに導入し、当
   該サイクロン内において上記気体中の粒子に生じる遠心
   力を利用して上記気体から上記粒子を除去する集塵装置
   において、上記気体の粒子濃度を検出する粒子濃度検出手段と、 上記気体に対して、上記粒子濃度検出手段により検出さ
   れた上記気体の上記粒子濃度に応じた量の上記水蒸気を
   付加する水蒸気付加手段と、上記水蒸気が付加された 上記気体を冷却する冷却手段
   と、上記冷却手段により冷却された上記気体を上記サイクロ
   ンに導入する導入手段と を具えることを特徴とする集塵
   装置。
2. 【請求項２】集塵対象の気体をサイクロンに導入し、当
   該サイクロン内において上記気体中の粒子に生じる遠心
   力を利用して上記気体から上記粒子を除去する集塵装置
   において、 上記気体に水蒸気を付加する水蒸気付加手段と、 上記水蒸気が付加された上記気体を冷却する冷却手段
   と、 上記冷却手段により冷却された上記気体を上記サイクロ
   ンに導入する導入手段と を具え、 上記冷却手段は、 上記サイクロンから排出される上記気体の断熱膨張によ
   る冷却作用を利用して上記気体を冷却する ことを特徴と
   する集塵装置。