(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に１個のインペラーを有する回転軸、および前記回転軸を包囲する筒体とを含み、回転するインペラーの背面に発生する負圧を利用して気体を液中に導入し、さらに前記インペラーの回転により前記気体を微細気泡として液中に分散させ、気体中の微粒子と液体とを接触させて前記微粒子を液中に残留せしめることを特徴とする気体中の微粒子分離方法。
【請求項２】
上部に気体導入口と排気口を有し液体を収容する容器内に、前記気体導入口に連通する導入管を介して気体を導入する自吸式気液混合装置を設置してなる気体中の微粒子分離装置であって、
前記気液混合装置は、下部に１個のインペラーを有する回転軸と、前記回転軸を包囲する筒体とからなり、
前記筒体は前記インペラーの上端部と間隙を保つ開口部と前記導入管に連通する気体取入口とを有しており、
インペラーの回転とその回転による負圧の作用で前記導入口から微粒子を含む気体を吸引しさらに前記インペラーの回転によって前記気体を微細気泡として分散させ、気体中の微粒子と液体とを接触させ微粒子を液体内に残留させ、排気口より気体を排出する構成からなることを特徴とする気体中の微粒子分離装置。
【請求項３】
前記液体が水である請求項２に記載の微粒子分離装置。
【請求項４】
前記筒体の径は前記軸の底部が上部より大きく、前記底部の径がインペラーの径と同等またはそれ以下である請求項２記載の微粒子分離装置。
【請求項５】
前記気体取入口が前記筒体底部に設けられている請求項４に記載の微粒子分離装置。
【請求項６】
気体吸引補助手段を備えている請求項２または４に記載の微粒子分離装置。
【請求項７】
液体に捕集された微粒子の取出口を備えている請求項２に記載の微粒子分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、気体中に浮遊する微粒子（粉塵）を分離除去する方法及び装置に関する。さらに詳しくいえば、換気を十分に行なえない場所、例えば、トンネル工事、地下鉄工事、ビル建築工事等で発生する気体中の極微粒子の除去、さらにはクリーンルーム用の空気浄化等を目的として気体中の微粒子を除去する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
気体中に浮遊している微粒子を分離除去し気体を清浄化する方法は、乾式法及び湿式法に大別される。
乾式法としては、(1) ろ過体（フィルター）に含塵気体を通過させて粉塵をろ過体上に付着させるろ過法、 (2)含塵気体に遠心力を与えて、気体と粉塵とを遠心分離するサイクロン法、(3) 含塵気体を高速度で壁面に衝突させて粉塵をその壁面に付着捕集する慣性集塵法、及び(4) 粉塵を帯電させて電極に吸引する電気集塵法などがある。
湿式法としては、(5) 含塵気体に液体を噴霧することにより、粉塵を液体に接触付着させるスプレー法、 (6)気泡化した含塵気体を液体に接触させ、粉塵を液体に接触付着させる方法、及び(7) 前記サイクロン法とスプレー法との併用法などがある。
【０００３】
さらに、本発明に関連する前記 (6)の具体例としては、(i) ノズルから気体を噴出して底面に衝突させ、上方に向かう気体と慣性力によって容器底面に接触した微粒子とを液体に捕集して分離する湿式慣性方式、(ii)気体を液体中に放出するノズルに超音波振動を与えて微細気泡化した含微粒子気体を液体に接触させて液体内に捕集する装置（特開昭57-171414 号）、(iii) 導入管から気体を導入し、その下部の容器底部に撹拌子あるいは超音波を利用した撹拌装置を配設し強制撹拌して微細気泡化し、気液接触させて微粒子を分離する装置（特開昭61-200832 号）、(iv)螺旋状鋼線の高速回転により気泡を発生させる湿式汚染気体洗浄装置などが開示されている。
【０００４】
一般に、乾式法では、気体に含まれている粉塵の粒径が大きい場合に集塵効果が高いが、粒径が小さくなるに従い集塵が困難となり、特に粒径が0.1 μｍ以下の粒子はほとんど捕集不可能となる。電気集塵法では、粒径の小さい粒子も良好に集塵できるが、帯電しにくい粒子は集塵できず、適用範囲が狭いという欠点がある。また、これら乾式法では大量の粉塵を含有した気体を処理する場合、集塵後の粉塵処理、例えば、フィルター交換などに要する維持経費（ランニングコスト）が高い欠点がある。
【０００５】
これに対して、湿式法は乾式法よりも効率よく微細粒子を分離することができるが、一般に大型で装置が複雑であり、大量の汚染気体を処理する工事現場などで使用するには不向である。
従って、本発明の目的は、気体中の微粒子を、より簡単に分離除去でき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】
本発明者らは、特に微粒子含有気体の大量かつ迅速な処理を要求される工業的用途においては分離除去操作の制御が容易で、ランニングコストの低い湿式法が有利であると考え、微細気泡を液体と接触させる方式による分離法に着目し検討した。その結果、回転するインペラーの背面に発生する負圧を利用して気体を液中に導入する気液混合装置を利用することにより前記の課題を解決し、本発明に至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
１） 下部に１個のインペラーを有する回転軸、および前記回転軸を包囲する筒体とを含み、回転するインペラーの背面に発生する負圧を利用して気体を液中に導入し、さらに前記インペラーの回転により前記気体を微細気泡として液中に分散させ、気体中の微粒子と液体とを接触させて前記微粒子を液中に残留せしめることを特徴とする気体中の微粒子分離方法。
２） 上部に気体導入口と排気口を有し液体を収容する容器内に、前記気体導入口に連通する導入管を介して気体を導入する自吸式気液混合装置を設置してなる気体中の微粒子分離装置であって、
前記気液混合装置は、下部に１個のインペラーを有する回転軸と、前記回転軸を包囲する筒体とからなり、
前記筒体は前記インペラーの上端部と間隙を保つ開口部と前記導入管に連通する気体取入口とを有しており、
インペラーの回転とその回転による負圧の作用で前記導入口から微粒子を含む気体を吸引しさらに前記インペラーの回転によって前記気体を微細気泡として分散させ、気体中の微粒子と液体とを接触させ微粒子を液体内に残留させ、排気口より気体を排出する構成からなることを特徴とする気体中の微粒子分離装置。
３） 前記液体が水である前記２に記載の微粒子分離装置。
４） 前記筒体の径は前記軸の底部が上部より大きく、前記底部の径がインペラーの径と同等またはそれ以下である前記２記載の微粒子分離装置。
５）前記気体取入口が前記筒体底部に設けられている前記４に記載の微粒子分離装置。
６） 気体吸引補助手段を備えている前記２または４に記載の微粒子分離装置。
７） 液体に捕集された微粒子の取出口を備えている前記２に記載の微粒子分離装置を提供したものである。
【０００８】
【作用】
気液混合装置２０の駆動モーター２８の作動により回転軸２２を回転せしめ、これによりインペラー２１が液体中で回転して過流を生じ、インペラー２１の回転方向の背面の液体中に負圧が生じ、筒体２６に接続された気体導入管２７を介して微粒子含有気体が過流中に混入する。混入した含塵気体は過流とインペラーの剪断力とにより液体中に微細気泡を多量に発生して液体と微粒子の接触面積が増えた状態で上昇し、この上昇過程で微粒子が液体に捕集され、浄化された気体は排気口１２より排気される。
【０００９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の構成を説明する。図１は本発明方法を実施する本発明装置例の概要を示す断面図である。
本例の微粒子分離除去装置１０は、上部に気体導入口１１と排気口１２を有し液体１３を収容する容器１４内に自吸式の気液混合装置２０を設置してなる。
気液混合装置２０は、下部にインペラー２１を有する回転軸２２、及び前記回転軸２２を包囲し前記インペラーの上端部２３と間隙を保つ開口部２４を下部に有する筒体２６を備えている。筒体２６には導入管２７を介して気体導入口１１と連通する気体取入口２５が設けられている。
【００１０】
容器１４には液体１３を収容し、モーター２８の回転によりインペラー２１が回転すると背面が負圧となり導入口１１から導入管２７を経て微粒子を含む気体が自動的に吸引されインペラー上端部２３と筒体の下端との間隙部２４で微小気泡が多量に発生し上昇する。この上昇過程で微小気泡中の微粒子は液体と接触して液中にほぼ完全に取込まれる。
気泡を発生させる間隙部の深さは、液面から１０ｃｍ程度以上の深さにあればよいが、好ましいのは３０〜５０ｃｍ程度である。また、間隙部の間隔は２〜５ｍｍ程度が好ましい。
本発明の方法に用いる自吸式の気液混合装置は、上記の構成に限定されず、回転するインペラーの背面に生ずる負圧により気体が吸入される構造のものであればよく、例えば、特公昭62-34436号、同62-34437号、同 63-221676号等に開示されているものなどを使用することができる。
【００１１】
容器１４に収容する液体１３は、特に限定されないが、水が好ましく用いられる。気体中に含有される粒子の種類によっては、界面活性剤などを水に添加してもよい。
また、装置を長時間作動すると液体は粉塵等で汚染されてくるが、微小粒子の分離除去の性能、効率には液体の汚染は殆ど影響を与えない。
【００１２】
筒体２６底部の径はインペラーの径と同等またはそれ以下とすることが好ましい。底部の径がインペラーの径より著しく小さくなると筒体の下部開口部に液体１３が入り込み、装置作動時の初期負荷が大きくなると共に気体の吸入効率、微細気泡の発生効率が低下する。
インペラー２１の回転径は回転軸２２の径より通常かなり大きいので、筒体２６は軸２２の底部で上部よりも径を大きくすると好都合である。
筒体の気体取入口２５は、図示の例では筒体底部付近に設けているが、筒体の任意の位置に設けることができる。
【００１３】
また、図２に示すように、筒体の上部を開放して、筒体を容器の上部に出た状態にすれば、図１で示される気体取入口２５、導入管２７及び容器の気体導入口１１を省略することができる。
【００１４】
本発明の装置によれば、モーターの動力のみで気体中の微粒子を効率よく分離することができるが、工事現場等粉塵を多量に含む気体を迅速に処理する場合には図３に示すように気体吸引補助手段２９を付設することが好ましい。気体吸引補助手段２９は気体を圧送あるいは吸引する手段であり、導入管２７の前方に気体圧送用ブロアーあるいは気体吸引ファンなどを設置する。気体吸引補助手段２９による送風量は、気泡の微細化を妨げない程度とするが、回転動力による自吸量に対して、最大５倍程度まで増やしても問題がないことが確認されている。
【００１５】
液体１３に取込まれた微粒子は、液体より比重の大きいものは液収容容器１４の底面にスラッジ３１として沈殿し、また比重の小さいもの３２は液面１５付近に浮遊する。これらの回収は、液収容容器の液体１３を一括交換することにより行なうことができるが、容器の底面に重比重スラッジ用の排出口３３、液面付近に軽比重スラッジ用の排出口３４を設けて、連続的あるいは間けつ的に適宜取出すことができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の微粒子分離方法及び装置は、回転するインペラーの背面に発生する負圧を利用して含塵気体を液中に導入する自吸式気液混合装置を用い微粒子含有気体の微細気泡を発生させて、液体と微粒子との接触面積を高め、液体に微粒子を効率よく取込ませるものである。
本発明の微粒子分離方法及び装置によれば以下のような効果が得られる。
【００１７】
（１）微細気泡発生装置（曝気装置）が撹拌動力で気体を吸引する自吸式であるため、従来の強制吸入式の微細気泡発生装置あるいは別途撹拌装置を採用したものに比べてエネルギー効率に優れる。
（２）従来の装置に比べて気泡の発生量が多い気液混合装置を使用し、気泡の微細化も十分に行なわれるので、粒径の大きな粉塵から極微状粒子まで効率よく分離除去できる。
（３）簡略な装置であり装置のコストが低減化できる。また、装置自体が簡単な構造であるため分解が容易で、点検、修理等も容易に行なえる。
【００１８】
このような本発明の分離除去装置は、換気を十分に行なえない場所で発生する極微粉塵、例えば、トンネル工事、地下鉄工事、さらにはビル建築等で発生する極微粉塵の分離除去に有効であり、作業場所の環境の改善に寄与することができる。さらにはクリーンルーム用の清浄空気の製造などにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法を実施する本発明装置例の概要を示す断面図である。
【図２】  本発明方法を実施する他の本発明装置例の概要を示す断面図である。
【図３】  本発明方法を実施する他の本発明装置例の概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  分離除去装置
１１  気体導入口
１２  排気口
１３  液体
１４  容器
１５  液面
２０  気液混合装置
２１  インペラー
２２  回転軸
２３  インペラー上端部
２４  間隙部
２５  気体取入口
２６  筒体
２７  気体導入管
２８  駆動モーター
２９  気体吸引補助手段
３１  スラッジ（重比重）
３２  スラッジ（軽比重）
３３  スラッジ（重比重）排出口
３４  スラッジ（軽比重）排出口
【図１】
0003667780.tif 000002
【図２】
0003667780.tif 000003
【図３】
0003667780.tif 000004