(57)【要約】【課題】簡略な構成で製作が容易であり、粒子含有ガスの粒子を高い分離効率で分離できるようにした多角形サイクロンを提供する。【解決手段】上部本体１０と上部本体１０の下端から下方へ向かって断面が減少する下部本体１１を備えて水平断面が多角形状に形成された多角形サイクロン２であって、入口９からの粒子含有ガス８を導入板１２により上部本体１０の１つの内壁面に沿って導入することにより、旋回流を形成させると共に上部本体１０のコーナ部に衝突させて粒子を分離するよう構成し、上部本体１０の上面板１０'に、上部本体１０の中心に対して偏心した多角形状のガス取出口１３を形成し、ガス取出口１３から外方へ延びるガス取出ダクト１４を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部本体と該上部本体の下端から下方へ向かって断面が減少する下部本体を備えて水平断面が多角形状に形成された多角形サイクロンであって、入口からの粒子含有ガスを導入板により上部本体の１つの内壁面に沿って導入することにより、旋回流を形成させると共に上部本体のコーナ部に衝突させて粒子を分離するよう構成し、上部本体の上面板に、上部本体の中心に対して偏心した多角形状のガス取出口を形成し、該ガス取出口から外方へ延びる多角形状のガス取出ダクトを設けたことを特徴とする多角形サイクロン。
【請求項２】
前記ガス取出口は、前記上部本体の内部での旋回流と衝突によって生じる粒子高濃度部を除外した粒子低濃度部に設けることにより上部本体の中心に対して偏心されたことを特徴とする請求項１に記載の多角形サイクロン。
【請求項３】
前記ガス取出口は、粒子低濃度部を最大限にカバーするよう設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多角形サイクロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡略な構成で製作が容易であり、且つ、粒子含有ガスの粒子を高い分離効率で分離できるようにした多角形サイクロンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粒子含有ガスから粒子を分離するサイクロン（遠心粒子分離器）としては、特許文献１に示すものがある。一般的に知られているサイクロンは、水平断面が円形を有する円形サイクロンであり、円形サイクロンは円筒状の上部本体と、該上部本体の下端から下方へ向かって断面積が減少する円錐形状（テーパ状）の下部本体を有している。上部本体には、水平方向から接線的に粒子含有ガスを導入する入口ダクトが設けてあり、又、上部本体の軸中心には、ガスを外部へ導出するためのガス出口ダクトが設けられている。ガス出口ダクトは、水平断面が円形を有している。ガス出口ダクトには、上部本体の上面板を貫通して上部本体の内部に所要の長さで突出した内側突出部を設けている。
【０００３】
前記入口ダクトにより接線方向から円形サイクロン内へ導入された粒子含有ガスは、円形サイクロン内に鉛直な旋回流を生じ、粒子含有ガス中の粒子は上部本体の内壁へと吹き寄せられ、更に、下部本体の内壁へと吹き寄せられて分離され、分離された粒子は下部本体の下端から取り出される。
【０００４】
又、円形サイクロン内部での旋回流によって粒子が分離されたガスは、前記内側突出部を通ってガス出口ダクトから外部へ取り出される。
【０００５】
円形サイクロンでは、上部本体の内部に突出した内側突出部の突出長さ、及び直径を選定することにより、円形サイクロンの内部に安定した旋回流を形成させ、この安定した旋回流によって高い分離効率で粒子を分離できるようにしている。
【０００６】
又、前記特許文献１には、サイクロンを多角形状とすることも記載されている。しかし、特許文献１には、鉛直方向に延びる外壁が少なくとも１つのコーナを形成し、コーナの側面間の角度が９０度を超え、コーナが、外壁の内側にある耐熱性ライニングによって丸みを付けた構成とすることが記載されており、結果的に特許文献１はサイクロンを円形に近付けることによって旋回流を保持させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５３０２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記したように、上部本体内に突出することで円形サイクロンの内部に安定した旋回流が形成されるようにした内側突出部は、前記旋回流が下部本体の下端で反転して上昇してくるガスを旋回を保ったまま吸引することになるために、旋回したガスと共に微細な粒子が内側突出部に吸引される。このために、円形サイクロンにおいても、所定の分離効率以上の高い効率で粒子を分離することはできない。
【０００９】
又、循環流動層反応装置等のような大型の設備に用いられる大型の円形サイクロンを実施する場合には、円筒形の上部本体及び円錐形状の下部本体の組み立てが大変であり、このためにコストが増加するという問題がある。
【００１０】
更に、大型の円形のガス取出ダクトは既製品が無いため、新たに製作（特注）することになり、このために、ガス取出ダクトのコストも増加するという問題がある。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、簡略な構成で製作が容易であり、且つ、粒子含有ガスの粒子を高い分離効率で分離できるようにした多角形サイクロンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上部本体と該上部本体の下端から下方へ向かって断面が減少する下部本体を備えて水平断面が多角形状に形成された多角形サイクロンであって、入口からの粒子含有ガスを導入板により上部本体の１つの内壁面に沿って導入することにより、旋回流を形成させると共に上部本体のコーナ部に衝突させて粒子を分離するよう構成し、上部本体の上面板に、上部本体の中心に対して偏心した多角形状のガス取出口を形成し、該ガス取出口から外方へ延びる多角形状のガス取出ダクトを設けたことを特徴とする多角形サイクロン、に係るものである。
【００１３】
上記多角形サイクロンにおいて、前記ガス取出口は、前記上部本体の内部での旋回流と衝突によって生じる粒子高濃度部を除外した粒子低濃度部に設けることにより上部本体の中心に対して偏心されている。
【００１４】
又、上記多角形サイクロンにおいて、前記ガス取出口は、粒子低濃度部を最大限にカバーするように設けられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多角形サイクロンによれば、上部本体、下部本体及びガス取出口が簡略な多角形状を有しているため低コストで製造することができる。更に、多角形サイクロンは、導入される粒子含有ガスの旋回流と衝突によって粒子を分離することができ、しかも、多角形状のガス取出口に内側突出部が備えられておらず、上部本体内の粒子が旋回を保ってガス取出口に吸引される作用を低下できるため、粒子含有ガスの粒子を高い分離効率で分離できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の多角形サイクロンの一例である四角形サイクロンを備えた循環流動層反応装置の構成を示す上面斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の四角形サイクロンにおける上部本体の水平断面図、（ｂ）は上部本体の切断正面図である。
【図３】（ａ）は図１の四角形サイクロンの水平断面における粒子の濃度分布をシミュレーションした結果を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の四角形サイクロンにおける２つのコーナ部を切り欠いて異形六角形サイクロンとした実施例の水平断面図である。
【図４】（ａ）はガス取出ダクトに内側突出部を有する従来の円形サイクロンの斜視図、（ｂ）はガス取出ダクトに内側突出部を有する四角形サイクロンの斜視図、（ｃ）は図１に示した内側突出部を備えない本発明の四角形サイクロンの斜視図、（ｄ）は図３（ｂ）の異形六角形サイクロンの斜視図、（ｅ）は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した各サイクロンの総分離効率を比較して示したグラフである。
【図５】（ａ）は、図３（ａ）の円形サイクロンと、図３（ｃ）の本発明の四角形サイクロンの圧損を比較して示したグラフ、（ｂ）は、図３（ａ）の円形サイクロンと、図３（ｃ）の本発明の四角形サイクロンの総分離効率を比較して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１８】
図１は本発明の多角形サイクロンの一例である四角形サイクロンを備えた循環流動層反応装置の構成を示す。循環流動層反応装置には、流動媒体が循環するようにしたガス化設備或いはボイラ設備等が用いられ、この循環流動層反応装置は、水平断面が矩形（正方形又は長方形）の反応装置１と、水平断面が四角形の四角形サイクロン２と、四角形サイクロン２で分離した粒子を反応装置１に戻すためのリターン・ダクト３を備えている。リターン・ダクト３は、Ｌ字管または他のガス・ロック・アセンブリを備えて、反応装置１のガスがリターン・ダクト３を通してサイクロン２へ流れ込むのを防止している。
【００１９】
前記反応装置１は、水管壁パネルにより周方向から取り囲んだ構成を有している。水管壁パネルは、複数の垂直水管を有しており、これら垂直水管は、管の間に溶接された細い鋼リブすなわちフィンによって互いに接続されている。四角形サイクロン２の外壁も、反応装置１の壁と同様の水管壁パネルによって形成されている。従って、循環流動層反応装置を構成する反応装置１及び四角形サイクロン２は水管壁パネルを用いて構成することにより、水蒸気を生成することができる。
【００２０】
循環流動層反応装置を構成する反応装置１内には砂等の流動媒体が装入されており、反応装置１内で必要な熱量を得るために燃料等の原料４が供給ダクト５により供給されている。そして、反応装置１の底部にあるグリッド６を通して導入される空気等の流動ガス７により前記原料４が燃焼し、流動媒体が流動化されて加熱される。
【００２１】
図１の循環流動層反応装置では、反応装置１内での燃焼等により高温となった粒子含有ガス８は、反応装置１の上側セクションに設けた入口９から図１、図２に示す四角形サイクロン２へ導入される。
【００２２】
尚、図１は循環流動層反応装置であるため、流動媒体を加熱するための原料４を供給する供給ダクト５を反応装置１に備えた場合について示したが、前記四角形サイクロン２は燃焼を行う以外の種々の反応装置に適用することができ、燃焼を必要としない反応装置では、原料４を供給するための供給ダクト５は省略される。燃焼を必要としない反応装置としては、例えば、石油のＦＣＣ触媒分解プラント、或いは、空気又は蒸気を用いた物品の乾燥装置等が挙げられ、この反応装置の分離装置として前記四角形サイクロン２を採用することができる。
【００２３】
前記四角形サイクロン２は、水平断面が四角形の上部本体１０と、該上部本体１０の下端から下方へ向かって断面積が減少する四角錘状（テーパ状）の下部本体１１とを有している。四角形サイクロン２における前記反応装置１に対応した壁面は、前記反応装置１の１つの壁面と共用された共用壁面２ａとなっており、共用壁面２ａに形成した入口９に導入板１２を設けている。
【００２４】
入口９に設けた導入板１２は、入口９から導入される粒子含有ガス８を、上部本体１０の共用壁面２ａに隣接した他の壁面２ｂに沿って導入するように、入口９から徐々に壁面２ｂに接近するように湾曲しており、図２（ａ）に示す上部本体１０の左右奥行きの中間位置まで延設された長さを有している。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、入口９から１つの壁面２ｂに沿うように上部本体１０内に導入された粒子含有ガス８は、上部本体１０内で旋回流Ｒを形成することにより遠心力による粒子の分離が行われ、更に、粒子含有ガス８が上部本体１０の壁面のコーナ部Ｃに衝突することにより粒子の分離が行われる。又、下部本体１１内においても、粒子含有ガス８の旋回流Ｒによる粒子の分離が行われ、且つ、粒子含有ガス８が下部本体１１のコーナ部Ｃに衝突することによって粒子の分離が行われる。
【００２６】
又、図２（ｂ）に示すように、上部本体１０の上面板１０'には、前記上部本体１０の水平面の中心に対して偏心した位置に多角形状のガス取出口１３を設けている。ガス取出口１３には外方（上方）へ向かって延びるガス取出ダクト１４が設けられている。前記ガス取出ダクト１４の下流には、通常は熱回収ユニット、沈降分離装置、及び、煙突等が設けられる。
【００２７】
図３（ａ）は、四角形サイクロンの上部本体１０の内部で粒子含有ガス８が旋回流Ｒを形成し、且つ、コーナ部Ｃに衝突することによって生じる、上部本体１０の水平断面における粒子の濃度分布をシミュレーションした結果を示す説明図である。
【００２８】
図３（ａ）において、入口９から四角形サイクロン２に導入される粒子含有ガス８の粒子の濃度割合が例えば５０であるとした場合に、図２（ａ）中、黒色部分の濃度割合Ｐ１は５０であり、ハッチング部分Ｐ２の濃度割合は４０〜２０であり、ドットを付した部分Ｐ３の濃度割合は２０〜５であり、白色部分Ｐ４の濃度割合は５以下であった。
【００２９】
上記多角形サイクロン２の上面板１０'に備える多角形のガス取出口１３は、図３（ａ）に示すＰ１〜Ｐ３である粒子高濃度部Ｘを除外したＰ４の粒子低濃度部Ｙに設ける。前記多角形のガス取出口１３は、図３（ａ）に二点鎖線で示すように、正方形、或いは長方形の矩形のガス取出口１３ａとしてもよい。このとき、前記ガス取出口１３は、Ｐ４の粒子低濃度部Ｙを最大限にカバーできように、即ち、Ｐ４の粒子低濃度部Ｙに対して可能な限り大きい面積を有して設けることが好ましい。このため、図３（ａ）に実線で示すように、前記Ｐ４の粒子低濃度部Ｙの形状に合わせて、入口９側に対応するコーナ部を導入板１２に沿って切り欠いた異形の五角形のガス取出口１３ｂとすることは好ましい。
【００３０】
上記したように、Ｐ４の粒子低濃度部Ｙを最大限にカバーするように設けられるガス取出口１３ａ，１３ｂは、上部本体１０の中心Ｏに対しては偏心した状態になる。即ち、上部本体１０の中心Ｏに対して、二点鎖線で示す矩形のガス取出口１３ａの中心はＯ１であり、又、実線で示す異形の五角形のガス取出口１３ｂの中心はＯ２となる。
【００３１】
上記実施例の作動を以下に説明する。
【００３２】
前記反応装置１の粒子含有ガス８は、入口９を通して四角形サイクロン２の上部本体１０に導入され、図２（ａ）に示すように四角形サイクロン２内に鉛直な旋回流Ｒを生じる。このとき、粒子含有ガス８の粒子は遠心力によって四角形サイクロン２の内壁へと吹き寄せられるように分離され、更にこのとき、四角形サイクロン２は四角形を有しているので、粒子含有ガス８の粒子はコーナ部Ｃに衝突して分離される。従って、四角形サイクロン２では、粒子含有ガス８による旋回流Ｒの作用とコーナ部Ｃに衝突する作用によって、高い分離効率で粒子が分離される。
【００３３】
一方、図２（ｂ）の上部本体１０の上面板１０'には、図３（ａ）に示したＰ１〜Ｐ３である粒子高濃度部Ｘを除外したＰ４の粒子低濃度部Ｙを最大限にカバーするガス取出口１３が設けてあり、このガス取出口１３には、外方に延びたガス取出ダクト１４が設けてあるのみであり、従来の円形サイクロンに備えられている二点鎖線で示す内側突出部Ｓは備えていない。
【００３４】
従って、従来の内側突出部Ｓによって旋回流Ｒが保持し続けられる作用は低下し、しかも、ガス取出口１３は粒子低濃度部Ｙを最大限にカバーするように大きな面積を有して上部本体１０の上面板１０'に形成されているので、Ｐ４の粒子低濃度部Ｙからガス取出口１３へ向かうガスの流速は小さく、しかもガスの旋回が抑制されるので、ガスと共に粒子がガス取出口１３から排出される量を減少することができる。
【００３５】
図３（ｂ）は多角形サイクロンの他の形状例を示したものであり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した四角形サイクロンの２つのコーナ部Ｃを切り欠いて切欠面Ｃ'を形成することにより異形六角形サイクロン２'とした場合を示している。尚、本発明の多角形サイクロンは、図３（ａ）、（ｂ）の形状以外にも種々の多角形状とすることができる。
【００３６】
図４（ａ）は円形のガス取出ダクト１５に内側突出部Ｓを有する従来の円形サイクロンの斜視図、（ｂ）は円形のガス取出ダクト１５に内側突出部Ｓを有する四角形サイクロンの斜視図、（ｃ）は図１の内側突出部を備えない四角形サイクロンの斜視図、（ｄ）は図３（ｂ）の異形六角形サイクロンの斜視図、（ｅ）は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した各サイクロンの総分離効率を比較して示したグラフである。
【００３７】
図４（ｅ）に示すように、（ａ）に示す内側突出部Ｓを有する従来の円形サイクロンの場合の総分離効率は９７．３％であったのに対し、（ｂ）に示す内側突出部Ｓを有する四角形サイクロンの場合は９５．６％であり、これに対して、（ｃ）に示す本発明の四角形サイクロンの場合は９６％であり、又、（ｄ）に示す本発明の異形六角形サイクロンの場合は９７．２％であった。
【００３８】
図４（ｅ）から明らかなように、（ｃ）に示す内側突出部Ｓを備えていない本発明の四角形サイクロンの場合には、簡略な構成でありながら、（ａ）に示す従来の円形サイクロンに近い高い分離効率を得ることができる。又、（ｄ）に示す本発明の異形六角形サイクロンの場合には、（ｃ）よりは構造が複雑になるけれども、（ａ）に示す従来の円形サイクロンと同等の高い分離効率を得ることができる。
【００３９】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示す従来の円形サイクロンと、図４（ｃ）に示す本発明の四角形サイクロンの圧損を、粒子ロードが５０ｋｇ／ｓの場合と１００ｋｇ／ｓの場合について比較して示したグラフ、（ｂ）は、図４（ａ）に示す従来の円形サイクロンと、図４（ｃ）に示す本発明の四角形サイクロンの総分離効率を、粒子ロードが５０ｋｇ／ｓの場合と１００ｋｇ／ｓの場合について比較して示したグラフである。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、本発明の四角形サイクロンによれば、従来の円形サイクロンに対して圧損を小さく抑制することができる。又、図５（ｂ）に示すように、本発明の四角形サイクロンによれば、従来の円形サイクロンによる総分離効率に近い高い総分離効率を維持することができる。ここで、本発明の四角形サイクロンでは、粒子ロードが１００ｋｇ／ｓの場合の総分離効率よりも、粒子ロードが５０ｋｇ／ｓの場合の総分離効率は高く維持されており、本発明では特に粒子ロードが低い粒子含有ガス８の分離に有効であるという結果が得られた。
【００４１】
従って、本発明のように、四角形或いは異形六角形のような多角形サイクロンとした場合には、ガス取出口１３に内側突出部Ｓを備えないことにより、簡略な構成にて、従来の円形サイクロンと同等の高い分離効率が得られることが判明した。
【００４２】
更に、図２、図３及び図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、四角形或いは異形六角形のような多角形サイクロンを形成した場合には、上部本体１０及び下部本体１１を平板状の壁面或いは、平板状の水管壁パネルによって形成できるので、多角形サイクロンを容易に低コストで製造することができる。又、多角形状のガス取出口１３に設けるガス取出ダクト１４も多角形とすることにより、大型のガス取出ダクト１４であっても容易に製造することができる。
【００４３】
前記ガス取出口１３は、前記上部本体１０の内部での粒子含有ガス８の旋回流Ｒと衝突によって生じる粒子高濃度部Ｘを除外した粒子低濃度部Ｙに設けることにより上部本体１０の中心に対して偏心しているので、上部本体１０の内部のガスが旋回を保ってガス取出口１３に吸引される作用が低減され、これによって粒子の分離効率が向上される。
【００４４】
又、前記ガス取出口１３は、粒子低濃度部Ｙを最大限にカバーするように大きな面積で設けることにより、前記上部本体１０の内部のガスが前記ガス取出口１３に向かう流速が低下するので、粒子の分離効率が更に向上される。
【００４５】
尚、本発明の多角形サイクロンは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
２  四角形サイクロン（多角形サイクロン）
２ｂ  １つの壁面
８  粒子含有ガス
９  入口
１０  上部本体
１０'  上面板
１１  下部本体
１２  導入板
１３  ガス取出口
１３ａ  ガス取出口
１３ｂ  ガス取出口
１４  ガス取出ダクト
Ｒ      旋回流
Ｘ      粒子高濃度部
Ｙ      粒子低濃度部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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