(57)【要約】【課題】  混合物を含む気体を高速旋回させ、その遠心力で気体内から効果的に混合物を液体内に補足することで気体内の混合物分離装置を提供する。【解決手段】  前端部１ａと後端部１ｂを開放した長尺の円筒形外筒体１の内部同心位置に、前端部と後端部を閉鎖し且つ外径を該外筒体の内径の約１／４乃至３／４とした長尺の円筒形内筒体４を配設し、前記外筒体１の前端部から後端部へと抜ける多重の旋回路Ｒが形成されるように外筒体１と内筒体４とに内筒体４の外径の約３／４乃至４倍としたピッチで旋回する螺旋板７を固設した螺旋構造体を用いる。前記外筒体１の前端部１ａ及び後端部１ｂの外側を囲って前室２と後室３とを形成し、前室２には送気口８を設けて該送気口８に混合物とミストを含む気体を高速で送風可能とする気体圧送機１２を接続し、後室３には排気口９を設け、外筒体１の旋回路Ｒの途中及び後室３には排液回収口１１を設ける。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端部と後端部を開放した長尺の円筒形外筒体の内部同心位置に、前端部と後端部を閉鎖し且つ外径を該外筒体の内径の約１／４乃至３／４とした長尺の円筒形内筒体を配設し、前記外筒体の前端部から後端部へと抜ける多重の旋回路が形成されるように前記外筒体の内面と前記内筒体の外面とに前記内筒体の外径の約３／４乃至４倍としたピッチで旋回する螺旋板を固設したことを特徴とする螺旋構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の螺旋構造体を用いた気体内の混合物分離装置であって、該螺旋構造体の外筒体の前端部及び後端部の外側を囲って前室と後室を形成し、前記前室には送気口を設け、前記後室には排気口を設け、該排気口又は前記送気口に旋回路内に気体を高速で送風可能とする気体圧送機を接続し、前記外筒体の旋回路の途中及び／又は後室には排液回収口を設けて成る気体内の混合物分離装置。
【請求項３】
前室にミストを放出するスプレー装置を設けて成る請求項２に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項４】
後室内の排気口の前に、気体が旋回増速羽根を経てミスト付着網を通過できるように形成したミスト捕捉機を設けて成る請求項２又は３に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項５】
螺旋板を二枚が並行な間隔の二重構造にして該両螺旋板内に熱交換媒体を流すための内部流路を形成し、該内部流路に臨む外筒体に前記内部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を設け、さらに前記外筒体に設けられた前記熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を含む外筒体の外側を一定の空間を設けて被覆筒体で覆って前記外筒体との間に熱交換媒体を流すための外部流路を形成し、該該外部流路に臨む被覆筒体に前記外部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体注入口と熱媒体放出口とをそれぞれ離れた位置に設け、該熱媒体注入口に熱媒体を注入するための流路に熱媒体の温度を制御するための温度制御手段を設けて成り、前記外部流路及び内部流路内に温度制御した熱媒体を流して旋回路を冷却又は加熱できるようにしたことを特徴とする請求項２乃至４のうち少なくともいずれか一項に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項６】
内筒体の両端部にそれぞれ熱媒体供給口と熱媒体排出口を備え、前記熱媒体供給口及び熱媒体排出口に外筒体もしくは前室及び後室の壁面を貫通し外部に突出した送流管を設け、前記熱媒体供給口の送流管には熱媒体の温度を制御するための温度制御手段を接続させて成り、前記内筒体内に温度制御した熱媒体を流して旋回路を冷却又は加熱できるようにしたことを特徴とする請求項２乃至５のうち少なくともいずれか一項に気体内の混合物分離装置。
【請求項７】
外筒体及び内筒体を水平面に対して７０度〜９０度傾斜させて立設し、螺旋板上の傾斜側の各段に液溜りができるようにし、前記液溜り付近に螺旋板を貫通する小孔群を設けて成り、前記液溜りによって狭められた旋回路に気体が通過する際に発生する乱流と、前記小孔群から滴下されたミストとが攪拌されてミストに気体内の混合物がより多く吸収、反応及び捕捉できるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項８】
複数の段の液溜り上部の外筒体壁面にそれぞれ薬液投入口を設けるとともに前記各段の液溜りの水位より上部の外筒体壁面に流出口を設けて成り、前記薬液投入口から各液溜りに気体に含まれる混合物と反応する薬液を投入できるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項９】
旋回路内の外筒体壁面の螺旋板間に旋回路の外周側を堰き止めるように突出させたミスト発生板を、旋回路方向に一定間隔を置いて複数設けて成る請求項２乃至８のうち少なくともいずれか一項に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項１０】
旋回路内の外筒体壁面の螺旋板間に旋回路の外周側を堰き止め、上流部に各液溜りが形成されるように先端を傾斜させて突出させたミスト集積板を、旋回路方向に一定間隔を置いて複数設け、各液溜りに臨ませて前記外筒体壁面にその液を外部に排出する排液回収口を設けて成る請求項２至９のうち少なくともいずれか一項に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項１１】
旋回路内の外筒体壁面の螺旋板間に旋回路の外周側を堰き止めるようにするとともに下流部に減圧空間が形成されるように傾斜させて突出させた旋回流増速板を旋回路方向に一定間隔を置いて複数設け、該旋回流増速板に返送流入口を前記減圧空間に臨ませて開設するとともに前記外筒体の後室寄り部位に気体の排出口を設けて前記返送流入口と前記排出口とを接続する流路を形成して成り、気体の流れで前記減圧空間が減圧されるとそれより高圧となる前記気体の排出口付近の気体が前記返送流入口へと吸い込まれていくようにしたことを特徴とする請求項２至１０のうち少なくともいずれか一項に記載の気体内の混合物分離装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の螺旋構造体を用いた気体の熱交換装置であって、該螺旋構造体の外筒体の前端部及び後端部の外側を囲って前室と後室を形成し、前記前室には送気口を設け、前記後室には排気口を設け、該排気口又は前記送気口に旋回路内に気体を高速で送風可能とする気体圧送機を接続し、前記螺旋板を二枚が並行な間隔の二重構造にして該両螺旋板内に熱交換媒体を流すための内部流路を形成し、該内部流路に臨む外筒体に前記内部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を設け、さらに前記外筒体に設けられた前記熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を含む外筒体の外側を一定の空間を設けて被覆筒体で覆って前記外筒体との間に熱交換媒体を流すための外部流路を形成し、該該外部流路に臨む被覆筒体に前記外部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体注入口と熱媒体放出口とをそれぞれ離れた位置に設け、該熱媒体注入口に熱媒体を注入するための流路に熱媒体の温度を制御するための温度制御手段を設けて成り、前記外部流路及び内部流路内に熱媒体を流して旋回路内の気体と内部流路内の熱媒体とで熱の交換ができるようにしたことを特徴とする気体の熱交換装置。
【請求項１３】
内筒体の両端部にそれぞれ熱媒体供給口と熱媒体排出口を備え、前記熱媒体供給口及び熱媒体排出口に外筒体もしくは前室及び後室の壁面を貫通し外部に突出した送流管を設け、前記熱媒体供給口の送流管には前記外筒体の外部に設けた温度制御手段を接続させて成り、前記内筒体内に温度制御した熱媒体を流して旋回路内の気体と内部流路内の熱媒体とで熱の交換ができるようにしたことを特徴とする請求項１２に気体の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を高速旋回させて通過させるための多重式の螺旋構造体と、その螺旋構造体を用いて気体内に含まれる混合物を気体内から高速旋回で遠心分離するための装置及び気体の熱を旋回中に熱媒体の熱と交換する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や工場などから排出される有害物質や浮遊粒子状物質などを含む煤塵や、下水施設やし尿処理施設などか排出される臭気物質などの大気汚染物質の拡散防止や環境対策として、それらの汚染物質を空気中から分離除去する装置が提供されている。
他方、例えば水素ガスの精製プロセスにおけるガスの分離など燃料エネルギー確保のための対策として、気体内の混合物を分離回収して再資源化する装置が模索されている。
それらのいずれの装置においても、高い分離回収率を求めるとともに、安全性やコンパクト性が高く、またコスト面においても安価に保守点検管理を行うことができて設備建設費も廉価なものが求められている。
しかし、これまでそれらの要求を全て満足できるような優れた装置がなかった。
【０００３】
例えば、スクラバー方式、スプレー塔方式、充填塔方式、棚段塔方式、泡塔方式、濡れ網方式など各種様式の混合物を分離する装置が提案・提供されてきた。しかし、どれを採っても分離回収率は低く、使用目的も限られたものであった。
そこで、本発明では上記方式の内、コンパクトで簡潔な構造を有し、多目的に利用できる可能性のあるスクラバー方式を採用し、改良を加えたものである。
そのスクラバー方式においては、旋回方式、サイクロン式、ベンチュリー式、流動床式、溜水旋回流式、ファンスプレー式などの構造を持った装置がこれまで提案されてきた。
しかし、それらは高濃度のガスの処理が困難で、処理効率も９５％以下で、しかも精々１０００ｐｐｍ程度までしか分離処理することができなかった。
【０００４】
そして、それらの中でも旋回方式とする従来の装置では、円筒内に回転螺旋体を装着してその回転螺旋体を回転させて内部に旋回流を発生させ、その旋回流に生じる遠心力で気体とその中に含まれる物質とを遠心分離をする手法の装置が主流であった。
しかしながら、そのような装置では、旋回流を発生させるために回転螺旋体を回転させるモータなどの動力源と回転できるよにした構造の装置が必要であって、結果的に構造の複雑化、装置の重量化、大型化は避けられず、また重量物の回転速度を上げることは難しいため強力な遠心力を得られるような高速の旋回流を容易に得られなかった。そしてこのような構造であるために処理効率を大幅に上げることは困難であった。
そこで、回転螺旋体を動力で回転させるのではなく、空気を螺旋路に圧送させるサイクロン式で気体内の混合物を遠心分離させようとした特許文献１に示される固液分離装置が提案されている。
該固液分離装置では、螺旋状の連続壁を形成し、圧送気体を旋回させる構造となっているが、中央に仕切りがなく筒抜けになっているために気体の旋回を効率よく行えない難点があった。
【０００５】
また、特許文献２に記載されたような、空気を螺旋路に圧送させる方式の気体内の混合物を遠心分離する空気清浄機も提案されている。
この空気清浄機では、螺旋筒内の中央にノズル付きのパイプが配されてはいるが、この装置でも上記装置と同様にその中央のパイプの周囲を仕切ることは為されていないため、気体の高速旋回を効率よく得ることは難しかった。
【０００６】
他方、気体の熱交換装置に関しては、従来、熱媒体中の蛇行配管や螺旋管を敷設し、熱接触する表面積を大きくすることで、効率的に熱交換をしようとする装置があるが、そのような蛇行管によるものは、管内を通過する時の摩擦抵抗が大きいので、時間当たりの流量を大きくすることと、高速に送風させることが困難であった。
このため発熱量が莫大な化学工場などでは、その理由で必要なだけ広大な熱処理設備を確保しなければならない難点があった。
【特許文献１】特開平４−４０２１２号公報
【特許文献２】実開平９−３８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、気体を効率良く高速旋回させることができる多重式の螺旋構造体と、それを用いて、気体を高速旋回させて生じる強い遠心力で気体内の混合物を同時に注入したミスト内に吸収補足させて気体内から混合物を高効率に分離さできるようにした混合物分離装置と、多量の気体の熱を熱媒体の熱と短時間に効果的に交換することができる装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の螺旋構造体は、前端部と後端部を開放した長尺の円筒形外筒体の内部同心位置に、前端部と後端部を閉鎖し且つ外径を該外筒体の内径の約１／４乃至３／４とした長尺の円筒形内筒体を配設する。
そして、前記外筒体の前端部から後端部へと抜ける多重の旋回路が形成されるように前記外筒体の内面と前記内筒体の外面とに前記内筒体の外径の約３／４乃至４倍としたピッチで旋回する螺旋板を固設したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記の螺旋構造体を用いた気体内の混合物分離装置であって、該螺旋構造体の外筒体の前端部及び後端部の外側を囲って前室と後室を形成する。
そして、前記前室には送気口を設け、前記後室には排気口を設け、該排気口又は前記送気口に旋回路内に気体を高速で送風可能とする気体圧送機を接続し、前記外筒体の旋回路の途中及び／又は後室には排液回収口を設けて構成される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の混合物分離装置であって、前記前室にミストを放出するスプレー装置を設けて構成される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、上記請求項２又は３に記載の混合物分離装置であって、前記後室内の排気口の前に、気体が旋回増速羽根を経てミスト付着網を通過できるように形成したミスト捕捉機を設けて構成される。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、上記請求項２乃至４のうち少なくともいずれか一項に記載の混合物分離装置であって、前記螺旋板を二枚が並行な間隔の二重構造にして該両螺旋板内に熱交換媒体を流すための内部流路を形成し、該内部流路に臨む外筒体に前記内部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を設ける。
さらに前記外筒体に設けられた前記熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を含む外筒体の外側を一定の空間を設けて被覆筒体で覆って前記外筒体との間に熱交換媒体を流すための外部流路を形成し、該該外部流路に臨む被覆筒体に前記外部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体注入口と熱媒体放出口とをそれぞれ離れた位置に設ける。
また、該熱媒体注入口に熱媒体を注入するための流路に熱媒体の温度を制御するための温度制御手段を設けて構成される。
そして、前記外部流路及び内部流路内に温度制御した熱媒体を流して旋回路を冷却又は加熱できるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、上記請求項２乃至５のうち少なくともいずれか一項に記載の混合物分離装置であって、前記内筒体の両端部にそれぞれ熱媒体供給口と熱媒体排出口を備え、前記熱媒体供給口及び熱媒体排出口に外筒体もしくは前室及び後室の壁面を貫通し外部に突出した送流管を設け、前記熱媒体供給口の送流管には熱媒体の温度を制御するための温度制御手段を接続して構成される。
そして、前記内筒体内に温度制御した熱媒体を流して旋回路を冷却又は加熱できるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、上記請求項４に記載の混合物分離装置であって、前記外筒体及び内筒体を水平面に対して７０度〜９０度傾斜させて立設し、螺旋板上の傾斜側の各段に液溜りができるようにし、前記液溜り付近に螺旋板を貫通する小孔群を設けて構成される。
そして、前記液溜りによって狭められた旋回路に気体が通過する際に発生する乱流と、前記小孔群から滴下されたミストとが攪拌されてミストに気体内の混合物がより多く吸収、反応及び捕捉できるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載の混合物分離装置であって、複数の段の液溜り上部の外筒体壁面にそれぞれ薬液投入口を設けるとともに前記各段の液溜りの水位より上部の外筒体壁面に流出口を設けて構成される。
そして、前記薬液投入口から各液溜りに気体に含まれる混合物と反応する薬液を投入できるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、上記請求項２乃至８のうち少なくともいずれか一項に記載の混合物分離装置であって、前記旋回路内の外筒体壁面の螺旋板間に旋回路の外周側を堰き止めるように突出させたミスト発生板を、旋回路方向に一定間隔を置いて複数設けて構成される。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、上記請求項２乃至９のうち少なくともいずれか一項に記載の混合物分離装置であって、前記旋回路内の外筒体壁面の螺旋板間に旋回路の外周側を堰き止め、上流部に各液溜りが形成されるように先端を傾斜させて突出させたミスト集積板を、旋回路方向に一定間隔を置いて複数設け、各液溜りに臨ませて前記外筒体壁面にその液を外部に排出する排液回収口を設けて構成される。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、上記請求項２乃至１０のうち少なくともいずれか一項に記載の混合物分離装置であって、前記旋回路内の外筒体壁面の螺旋板間に旋回路の外周側を堰き止めるようにするとともに下流部に減圧空間が形成されるように傾斜させて突出させた旋回流増速板を旋回路方向に一定間隔を置いて複数設ける。
さらに、該旋回流増速板に返送流入口を前記減圧空間に臨ませて開設するとともに前記外筒体の後室寄り部位に気体の排出口を設けて前記返送流入口と前記排出口とを接続する流路を形成して構成される。
そして、気体の流れで前記減圧空間が減圧されるとそれより高圧となる前記気体の排出口付近の気体が前記返送流入口へと吸い込まれていくようにしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、上記請求項１に記載の螺旋構造体を用いた気体の熱交換装置であって、該螺旋構造体の外筒体の前端部及び後端部の外側を囲って前室と後室を形成し、前記前室には送気口を設け、前記後室には排気口を設け、該排気口又は前記送気口に旋回路内に気体を高速で送風可能とする気体圧送機を接続する。
そして、前記螺旋板を二枚が並行な間隔の二重構造にして該両螺旋板内に熱交換媒体を流すための内部流路を形成し、該内部流路に臨む外筒体に前記内部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を設ける。
さらに前記外筒体に設けられた前記熱媒体供給孔と熱媒体排出孔を含む外筒体の外側を一定の空間を設けて被覆筒体で覆って前記外筒体との間に熱交換媒体を流すための外部流路を形成し、該該外部流路に臨む被覆筒体に前記外部流路の一方側から他方側に熱交換媒体を流すための熱媒体注入口と熱媒体放出口とをそれぞれ離れた位置に設ける。
また、該熱媒体注入口に熱媒体を注入するための流路に熱媒体の温度を制御するための温度制御手段を設けて構成される。
そして、前記外部流路及び内部流路内に熱媒体を流して旋回路内の気体と内部流路内の熱媒体とで熱の交換ができるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、上記請求項１２に記載の気体の熱交換装置であって、前記内筒体の両端部にそれぞれ熱媒体供給口と熱媒体排出口を備え、前記熱媒体供給口及び熱媒体排出口に外筒体もしくは前室及び後室の壁面を貫通し外部に突出した送流管を設け、前記熱媒体供給口の送流管には前記外筒体の外部に設けた温度制御手段を接続して構成される。
そして、前記内筒体内に温度制御した熱媒体を流して旋回路内の気体と内部流路内の熱媒体とで熱の交換ができるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は上記構成であり、本発明の螺旋構造体は、外筒体の中心に中筒体が設けられ、且つ前記外筒体と中筒体の間を仕切る螺旋板によって、圧送された気体を一方側から他方側へと全量旋回させることが可能となり、その際に、前記中筒体の外径は前記外筒体の内径の１／４乃至３／４としたことで、その範囲の気体を遠心力が小さい中筒体内部側には流れないようにして、遠心力が大きい外筒体側に気体の流れを集中させることによって外筒体内壁面向かう大きな遠心力を効率良く得ることが可能になった。
【００２２】
このため、気体内の混合物分離装置においては、その螺旋構造体に混合物を含む気体を圧送すると、旋回流に起こる大きな遠心力で気体内の混合物が外筒体の壁面に向かって加圧され、スプレー装置で放出されたミストと一緒に強力に遠心分離されて混合物とミストが一体よなって壁流化する。この時、壁流化したミスト内に混合物が効果的に補足されていく。
そして、多重に旋回する旋回路を巡る過程で、混合物がミスト内に補足されつつ濃度が高められて行き、最終的に高濃度に混合物を補足したミスト液が得られ、その液が回収できるようになる。
その結果、従来は高濃度のガスの浄化濃度は精々１０００ｐｐｍ程度までの浄化が限界であったが、本発明では気体中の排出濃度を極めて低い１ｐｐｍ以下にまですることが可能となり、そのように気体内から混合物を極めて効率良く分離させることが可能となった。
そして、その際に、さらに熱媒体で旋回路を冷却できるようにすることによって、旋回路内の温度を下げて気体中の溶解許容量を低下させ、気体中から析出した混合物をさらに効率良くミストで補足させることが可能となった。
【００２３】
また、気体中に含まれた水蒸気及び水分も熱媒体で旋回路を冷却できるようにすることによって、他の混合物と同様に旋回路内の温度を下げて気体中の溶解許容量を低下させ、気体中から水滴として析出させ効率良く気体から水を分離させることもできるようになった。
さらに、前記旋回路にミスト発生板、ミスト集積板及び旋回流増速板を設置することによって、ミスト発生板では壁流化した液体を再度ミスト化して補足濃度を高め、また、ミスト集積板では混合物を補足して高濃度になって壁流化したミストを回収し、さらに旋回流増速板によって、旋回して下流に行った気体を再度旋回路の途中へ返流させることによって、再度その気体内に残った混合物を補足して気体浄化効果をさらに高め、混合物をより効率良く分離させることが可能となった。
【００２４】
また、上記螺旋構造体を用いた気体の熱交換装置では、前記螺旋板の表面は長くて面積が広いので、熱が接触する広い表面に気体を接触させつつ高速で旋回させて、熱を含んだ極めて多量の気体を一気に熱媒体と熱交換させることが可能となった。
【００２５】
また、本発明の気体内の混合物分離装置及び熱交換装置は、前記螺旋板を回転させて旋回流を発生させるものではなく、気体圧送機で旋回路に気体を高速送風させる構造なので、モーターなどの螺旋板回転手段は不用で設備コストも廉価となり、また、全体としてコンパクトな装置にすることが可能となった。
さらに、それらの装置のメンテナンスを行う場合には、外筒体を分割分離させて外筒体を開放できるようにし、内部の螺旋板を外筒体内から取り出すことによって、装置内部まで分解することが可能となり、螺旋路部分の清掃や修理など保守点検管理が容易且つ安全に行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の螺旋構造体と、その螺旋構造体を用いた気体からの混合物分離装置及び熱交換装置を実施するための形態について以下詳しく説明する。
本発明の螺旋構造体は、図１に示すように、前端部１ａと後端部１ｂを開放した長尺の円筒形外筒体１の内部に、前端部と後端部を閉鎖し且つ外径（図１０中で示される符号Ｌ2）を該外筒体の内径（図１０中で示される符号Ｌ1）の約１／４乃至３／４とした長尺の円筒形内筒体４を同心状態に配設する。
そして、前記外筒体１の前端部１ａから後端部１ｂへと抜ける旋回路Ｒが形成されるように前記外筒体１の内面１ｃと前記内筒体４の外面とに前記内筒体４の外径の約３／４乃至４倍としたピッチで旋回する螺旋板７を固設したものである。
【００２７】
前記内筒体４の外径値が前記外筒体１の内径値の約１／４乃至３／４としたのは、空気の流体としての性質としての風速と圧力損失と関係の流体力学から、内筒体４が約１／４よりも細いと旋回エネルギーのロスが大ききなり、また３／４よりも太くすると旋回路が狭くなるので摩擦抵抗が増大するとともに各種仕切り板の装着空間が確保しにくくなるためである。
そして前期螺旋板７を前記内筒体４の外径値の約３／４乃至４倍の旋回ピッチとしたのは、旋回ピッチが約４倍よりも長いと旋回がなだらかで大きい遠心力が生み出せないためであり、また約３／４倍よりも小さいと大きな遠心力は出ても旋回エネルギーのロスが大きくなるためである。
なお最も好ましい旋回ピッチは、前記内筒体４の外径値の３．１４（π）倍とした場合である。
【００２８】
例えば、旋回ピッチを２００ｍｍとし、外筒体１の内径Ｌ1を１０００ｍｍにした場合、１０００／２−２００／３．１４＝４３６の計算により中筒体４の外径Ｌ2のサイズが４３６ｍｍとなる。
外筒体１と中筒体４の径の関係をこの数値の近い数値にすることによって、効率良く気体の高速旋回が得られ、強力な遠心分離効果が発揮される。
【００２９】
次に上記螺旋構造体を用いた気体内の混合物分離装置について説明する。
この装置は、図２に示すように、上記螺旋構造体が外筒体１と、その内部に設けられ中筒体４と、前記外筒体１と中筒体４と間を仕切って外筒体１の前端部１ａから後端部１ｂへ旋回する旋回路Ｒを形成した螺旋板７とで構成される。
そして、その螺旋構造体の前記外筒体１の前端部１ａ及び後端部１ｂの外側を囲って前室２と後室３とを形成する。
さらに、前記前室１ａには送気口８を設け、該送気口８に水蒸気及び／又はミストを含み且つ混合物を含む気体を高速で送風（例えば秒速１０〜２０ｍの風速）可能とする気体圧送機１２（送風機）を接続する。
また、前記後室３には処理した気体を排出させるための排気口９を設ける。
さらに、前記外筒体１の旋回路Ｒの途中及び／又は後室３に排液回収口１１を設ける。
【００３０】
この形態の装置を、稼動する場合、前記前室１ａへ混合物と水蒸気及び／又はミストを含む気体を気体圧送機１２で圧送させ、その気体が前記旋回路Ｒを高速旋回中に旋回の遠心力により気体よりも質量の大きい気体内の混合物及びミスト（液体）が外筒体１の内壁面へ向かって遠心され、同時に混合物及びミストが混合され、前記外筒体１の内面１ｃに付着して壁流化する。
その混合物を溶解して壁流化した溶解液が前記排液回収口１１から前記外筒体１を囲って設けた廃液誘導筒体６７内に排出され、前記外筒体１と廃液誘導筒体６７の間に形成された廃液流路６８を通ってドレン４４から排出される。そして、前記ドレン４４から容器などに収納し回収される。
また、この場合には、廃液流路６８の下流部に後室３からの抜き孔６６を設けて、前記溶解液がドレン４４から排出しやすくすると良い
また、混合物が分離除去された気体は前記排気口９から排出される。
【００３１】
また、この装置の別の形態は、図３に示すように、上記気体内の混合物分離装置の前室２にスプレー装置１０を設けて該スプレー装置１０から前室内にミストが注入できるようにポンプ１３を接続したものである。
この装置では、前記前室１ａへ混合物含む気体を気体圧送機１２で圧送するとともに前記スプレー装置１０からミストを前記前室１ａにスプレーする。
すると、気体が前記旋回路Ｒを高速旋回中に遠心力により混合物とスプレーされたミストとが混合し、前記外筒体１の内面１ｃに付着して壁流化して前記排液回収口１１から排出され、混合物が分離除去された気体は前記排気口９から排出される。
このようにして、気体内から混合物が効率良く分離される。
【００３２】
さらに、別の形態は、図３に示すように、上記気体内の混合物分離装置の後室３内の排気口９の前に、気体通過路に掛かようにミスト付着網４７を備えたミスト捕捉機５を設けたものである。
そのミスト捕捉機５は、その図３では、気体が旋回路Ｒから出て旋回羽根４８で再度旋回され、その気体が中央のテーパーディスク４９で周囲に振り送られ、ミスト付着網４７を通って排気口９へと出て行く態様を示している。
この際に、ミスト付着網４７を通過する際に、気体内のミストはそのミスト付着網４７に接触してそのミスト付着網４７に付着して気体内から分離される。
そして、ミスト付着網４７により分離され液流化したミストはその下のドレン４３で集めて容器などに収納し回収できるようにする。
【００３３】
また、別の形態は、図４に示すように、螺旋板７を二枚７ａ、７ｂが並行な間隔の二重構造にし、螺旋板７ａ、７ｂの内部に熱交換媒体を流すための内部流路Ｎを形成し、該内部流路Ｎに臨む外筒体１に前記内部流路Ｎに一方端から他方端に熱交換媒体を流すための熱媒体供給孔１４と熱媒体排出孔１５を設ける。
さらに、前記外筒体１の外側を被覆筒体１６で覆ってその内部に前記熱媒体供給孔１４と熱媒体排出孔部分１５に繋がる外部流路Ｇを形成し、該被覆筒体１６の外部に熱媒体注入口１７と熱媒体放出口１８とを離して設け、該熱媒体注入口１７に該被覆筒体１６の外部に設けた温度制御手段１９を接続させる。
そして、前記内部流路Ｎ内に温度制御した熱媒体を流して旋回路Ｒを冷却又は加熱できるようにする。
【００３４】
上記並行な間隔の二重構造は、図１０及び図１１に示すように、前記外筒体１を螺旋板７の接続部位に沿って分割し、その分割部で分離される対向両面にフランジ２２を形成し、そのフランジ２２に間隔保持材２３を介してボルト孔２４を設けてボルト２５を貫通させてナット５５で固定し、さらに前記間隔保持材２３の一部を切除することにより外部流路Ｇと内部流路Ｎの空間が繋がるように、二重構造の螺旋板７ａ、７ｂに熱媒体を流すための熱媒体供給孔１４と熱媒体排出孔１５を形成することができる。
そして、さらに螺旋板７ａ、７ｂの板面内の対向面にボルト孔５１を貫通させ、間隔を保持するための間隔保持管５０を介してボルト５２を貫通させてナット５３で固定するとともに柔軟樹脂で被覆した管５４を挟んで螺旋板７ａ、７ｂの板面間隔を保持できるようにする。
この形態では温度制御した低温の熱媒体を、熱媒体注入口１７と熱媒体放出口１８から流して外部流路Ｇを冷却し、さらに熱媒体供給孔１４と熱媒体排出孔１５から流して内部流路Ｎを冷却させることができ、この冷却で旋回中の気体内の水蒸気が低温凝集することにより、微粒子ミストを発生させ、そのミストの充満密度の増加により、煙霧体の増粒化を図って気体内から含まれる混合物の回収率を向上させることが可能となる。
【００３５】
さらに別の形態は、図４及び図６に示すように、前記内筒体４の両端部にそれぞれ熱媒体供給口２６と熱媒体排出口２７を備え、前記熱媒体供給口２６及び熱媒体排出口２７に外筒体１を貫通し外部に突出した金属製の送流管２８を設け、前記熱媒体供給口２６の送流管２８には前記外筒体１の外部に設けた温度制御手段２９を接続させる。
そして、前記内筒体４内に温度制御した熱媒体を流して旋回路Ｒをその中心部から冷却又は加熱できるようにする。
前記温度制御手段１９、２９は冷却及び加熱をして温度制御することによって、前記旋回路Ｒ内を混合物を含む気体から分離するのに最適な温度に前記熱媒体の温度を調節することができる。
【００３６】
また別の形態は、上記気体内の混合物分離装置において、図５に示すように、外筒体１及び内筒体４を水平面に対して７０度〜９０度傾斜させて立設する。
この形態の場合には、前記螺旋板７上の傾斜側の各段に傾斜の角度の応じて溜まる量が決まる液溜り６５ができる。
液溜り６５に液体が溜まると、旋回路Ｒのその部分は狭くなり、旋回中の気体の速度が速められ乱流が起き、その際に液溜まり内の液が気体内に巻き上げられ混合される。
また、螺旋板７の板面には小孔６群を前記液溜り６５付近に設ける。
これにより、液溜まり内の液が螺旋板７の板面を伝って小孔６群から滴下されてミスト化する。
このように、液溜まり内の液が攪拌されてミスト化し気体内に混合され、旋回中の気体内の混合物がより多く吸収、反応及び捕捉できるようにする。
【００３７】
また別の形態は、図５に示すように、この装置において、液溜り６５上の外筒体１に薬液投入口６４を設けるとともに前記液溜り６５水位上に流出口６３を設けて成り、前記薬液投入口６４から各液溜り６５に気体に含まれる混合物と反応する薬液を投入できるようにしたものである。
投入されて液溜まり６５に溜まった吸収液や中和液などの薬液は、旋回流で攪拌されてミスト化され旋回気体内に混合される。
そして、薬液を含む気体が旋回中に気体内の混合物が吸収、反応及び捕捉され、前記液溜り６５内に再度補足され、液溜まり６５内の液が増量し水位が上がると前記流出口６３から排出される。
この排出液を前記薬液投入口６４へ導き繰り返し循環させることにより薬液との接触機会を高め、液体内に混合物を濃縮させることができ、混合物の補足効果をより高めることが可能となる。
前記外筒体１の傾斜角度は７０度以下では、液溜まり６４が大きくなり旋回路Ｒが狭まって気体の通過が困難になり、９０度以上の傾斜で充分な大きさの液溜まり６４ができないので好ましくない。
なお、この形態の装置では、混合物の濃度が高い場合に適している。
【００３８】
そして、上記スプレー装置１０を備えた装置に、図１３の（イ）に示すように、旋回路Ｒ内の外筒体壁面１ｃの螺旋板７間に旋回路Ｒを堰きとめるように突出させたミスト発生板３８を、旋回路Ｒ方向に一定間隔を置いて複数設ける。
この、ミスト発生板３８は、図１３の（ロ）に示すように、先端を鋸歯状に形成すると、上記上記スプレー装置１０で発生させたミストが壁流化した後に、再度壁流が分散されて、よりミストの発生が促される。
【００３９】
また、図１２に示すように、旋回路Ｒ内の外筒体１の壁面１ｃの螺旋板７間に旋回路Ｒを堰きとめるように突出させたミスト集積板３７を、旋回路方向に一定間隔を置いて複数設ける。
この集積板３７には、上流部に各液溜り３６が形成されるように先端を傾斜させて突出させ、その液溜りに臨ませて外部に排液する排液回収口１１を設ける。
その排液回収口１１は、外筒体１と螺旋板７との接続部分の隙間を設けることで形成できる。
【００４０】
さらに、図１４に示すように、旋回路Ｒ内の外筒体壁面１ｃの螺旋板７間に旋回路Ｒを堰き止めるようにするとともに下流部に減圧空間が形成されるように傾斜させて突出させた旋回流増速板３９を旋回路Ｒ方向に一定間隔を置いて複数設ける。
そして、該旋回流増速板３９に返送流入口４１を前記減圧空間に臨ませて開設するとともに前記外筒体１の後室寄り部位に気体の排出口６６（図２参照）を設けて前記返送流入口３９と前記排出口６６とを接続する流路４２を形成する。
そして、気体の流れで前記減圧空間が減圧されると、それより高圧な前記気体の排出口６６から前記返送流入口４１へ気体が吸い込まれていくようにする。
【００４１】
なお、旋回路Ｒ内の高速旋回で発生する遠心力でミストが壁流化するが、上記ミスト発生板３８、ミスト集積板３７、旋回流増速板３９は、いずれも壁流化した流体を乱流攪拌させる作用があり、その壁流を再ミスト化させ、再度気体に含まれている混合物を補足するようになる。
【００４２】
次に上記螺旋構造体を用いた気体の熱交換装置について説明する。
この装置は、図１５に示すように、上記螺旋構造体が外筒体１と、その内部に設けられ中筒体４と、前記外筒体１と中筒体４と間を仕切って外筒体１の前端部１ａから後端部１ｂへ旋回する旋回路Ｒを形成した螺旋板７とで構成される。
そして、その螺旋構造体の前記外筒体１の前端部１ａ及び後端部１ｂの外側を囲って前室２と後室３とを形成する。
さらに、前記前室１ａには送気口８を設けて該送気口８に気体を高速で送風可能とする気体圧送機１２を接続する。
また、前記後室３には排気口９を設ける。
【００４３】
この装置では、前記螺旋板７を二枚７ａ、７ｂが並行な間隔の二重構造にし、該螺旋板７ａ、７ｂの内部に熱交換媒体を流すための内部流路Ｎを形成し、該内部流路Ｎに臨む外筒体１に前記内部流路Ｎに一方端から他方端に熱交換媒体を流すための熱媒体供給孔１４と熱媒体排出孔１５を設ける。
さらに、前記外筒体１の外側を被覆筒体１６で覆ってその内部に前記熱媒体供給孔１４と熱媒体排出孔部分１５に繋がる外部流路Ｇを形成し、該被覆筒体１６の外部に熱媒体注入口１７と熱媒体放出口１８とを離して設け、該熱媒体注入口１７を該被覆筒体１６の外部に設けた温度制御手段１９と接続する。
そして、前記内部流路Ｎ内に熱媒体を流して旋回路Ｒ内の気体と内部流路Ｎ内の熱媒体とで熱交換できるようにする。
【００４４】
さらに、上記熱交換装置の前記内筒体４の両端部にそれぞれ熱媒体供給口２６と熱媒体排出口２７を備え、前記熱媒体供給口２６及び熱媒体排出口２７に外筒体１を貫通し外部に突出した送流管２８を設け、前記熱媒体供給口２６の送流管２８には前記外筒体１の外部に設けた温度制御手段２９を接続させる。
そして、前記内筒体４内に温度制御した熱媒体を流して旋回路Ｒ内の気体と内部流路Ｎ内の熱媒体とで熱交換できるようにする。
上記各温度制御手段１９、２９から送り出された熱媒体は循環路を形成する配管（図１５の一点鎖線で示す）をして、回収し、各温度制御手段１９、２９で温度を制御して再度送り出すことができる。
また、水を使用する場合は循環路を形成する配管（図１５の一点鎖線で示す）をせずに各温度制御手段１９、２９から掛け流すこともできる。
【００４５】
次に上記気体内の混合物分離装置及び気体の熱交換装置に用いる前記螺旋構造体についての組立構造を説明する。
前記外円筒体１に螺旋板７を固定するには、その螺旋板７に沿った部位を分割し、分離される対向部を折り曲げ、図８に示すように、前記外円筒体１を断面コ字型にフランジ３０を形成するか、図９に示すように、はぜ曲げを形成することができる。
上記フランジ３０を形成した装置では、図８に示すように、前記外筒体１の円周方向１８０度の対向部位を少なくとも２つに分割して分割し、その分割部で分離される対向両面にフランジ３０を形成し、そのフランジ３０にボルト孔３１を設けてボルト３２とナット６２とワッシャー６１で半筒部分を着脱可能に固定する。
そして、前記ボルト３２を外すことにより半筒部分を分離して内部の螺旋板７を外筒体内から容易に取り出せるようにするものである。
また、この態様では、前記外筒体１に設けた混合物を溶解した液を旋回路Ｒ外に排出させるための排液回収口１１を、前記外筒体１の分割分離可能部分に挟んだ厚み１ｍｍ〜２ｍｍのガスケット４５の一部を切除して前記外筒体１内の気液が外へ排出できるようにすることができる。
【００４６】
また、はぜ曲げによる場合では、図９に示すように、両面分離される対向両面に離れた位置にフランジ３３及び補強リブ６０を溶接し、その分割部にガスケット５７を介して螺旋板７の外側板面を挟み、その螺旋板７とランジ３３にボルト孔５６、３４を貫設し、間隔保持管５７を嵌め各ボルト孔５６、３４にボルト３５を差し込んでナット５８を締めて固定することができる。
前記外筒体１の軸方向中間部位を少なくとも２つに輪切り状態に分割し、その分割部で分離される対向両面にフランジ３３を形成し、そのフランジ３３にボルト孔３４を設けてボルト３５で円筒半筒部分を着脱可能に固定することもできる。
この場合、前記ボルト３５を外すことにより外筒体１の少なくとも一方端側を全開放可能に分離して内部の螺旋板７を引き抜いて外筒体１内から容易に取り出せるのでメンテナンスが容易になる。
【００４７】
また、上記気体内の混合物分離装置及び気体の熱交換装置では、図７に示すように、二種類の装置を繋げた形態も可能であり用途に応じて複数を組み合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、混合ガスの分離機器、ガス吸収装置、蒸気の凝集装置、煙霧体粒子の分離操作用機器など気体中の混合物を分離するための各種機器類及び気体の熱交換装置として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の螺旋構造体の縦断側面図。
【図２】気体内の混合物分離装置の縦断側面図。
【図３】気体内の混合物分離装置にミスト捕捉機を備えた形態の縦断側面図。
【図４】二重の螺旋板内に内部流路を形成した形態の縦断側面図。
【図５】外筒体を傾斜させた形態の縦断側面図。
【図６】中筒体に熱交換できるようにした形態の縦断側面図。
【図７】二種類の装置を繋げた形態を示す縦断側面図。
【図８】外筒体への螺旋板の固定部分を示す要部の縦断側面図。
【図９】別の外筒体への螺旋板の固定部分を示す要部の縦断側面図。
【図１０】二重の螺旋板内に内部流路を形成した形態の輪切り縦断面図。
【図１１】二重の螺旋板内に内部流路を形成した形態の上半分の要部の縦断側面図。
【図１２】ミスト集積板を設けた形態の輪切り縦断図。
【図１３】ミスト発生板を設けた形態の輪切り縦断図。
【図１４】旋回流増速板を設けた形態の輪切り縦断図。
【図１５】気体の熱交換装置の縦断側面図。
【符号の説明】
【００５０】
１    外筒体
１ｃ  外筒体の内壁面
１ａ  外筒体の前端部
１ｂ  外筒体の後端部
２    前室
３    後室
４    中筒体
５    ミスト捕捉機
６    小孔
７    螺旋板
７ａ  螺旋板
７ｂ  螺旋板
８    気体圧送口
９    排気口
１０    スプレー装置
１１    排液回収口
１２    気体圧送機
１３    ポンプ
１４    熱媒体供給孔
１５    熱媒体排出孔
１６    被覆筒体
１７    熱媒体供給口
１８    熱媒体排出口
１９    温度制御手段
２０    熱媒体送出路
２１    熱交換手段
２２    フランジ
２３    間隔保持材
２４    ボルト孔
２５    ボルト
２６    熱媒体供給口
２７    熱媒体排出口
２８    送流管
２９    温度制御手段
３０    フランジ
３１    ボルト孔
３２    ボルト
３３    フランジ
３４    ボルト孔
３５    ボルト
３６    液溜り
３７    ミスト発生板
３８    ミスト集積板
３９    旋回流増速板
４０    気体の排出口
４１    返送流入口
４２    流路
４３    ドレン
４４    ドレン
４５    ガスケット
４６    ドレンパイプ
４７    ミスト付着網
４８    旋回羽根
４９    テーパーディスク
５０    間隔保持管
５１    ボルト孔
５２    ボルト
５３    ナット
５４    柔軟樹脂で被覆した管
５５    ナット
５６    ボルト孔
５７    ガスケット
５８    ナット
５９    間隔保持管
６０    補強リブ
６１    ワッシャー
６２    ナット
６３    液入口
６４    排液口
６５    液溜まり
６６    抜き孔
６７    廃液誘導筒体
６８    廃液流路
Ｒ    旋回路
Ｎ    内部流路
Ｇ    外部流路
Ｌ1  外筒体の内径
Ｌ2  中筒体の外径
【図１】
2006205077.tif 000003
【図２】
2006205077.tif 000004
【図３】
2006205077.tif 000005
【図４】
2006205077.tif 000006
【図５】
2006205077.tif 000007
【図６】
2006205077.tif 000008
【図７】
2006205077.tif 000009
【図８】
2006205077.tif 000010
【図９】
2006205077.tif 000011
【図１０】
2006205077.tif 000012
【図１１】
2006205077.tif 000013
【図１２】
2006205077.tif 000014
【図１３】
2006205077.tif 000015
【図１４】
2006205077.tif 000016
【図１５】
2006205077.tif 000017