(57)【要約】【課題】電気集塵機内の排ガスの流れを予測する流体モデルを簡易に作成することができ、作成した流体モデルを用いて解析するときの計算負荷を低減し、電気集塵機の排ガスの流れ解析の時間を短縮できる電気集塵機内の流体モデル作成方法を提供すること。【解決手段】電気集塵機内の流れを模擬する電気集塵機内の流体モデル作成方法であって、整流板の略円形の貫通孔をモデル化する整流板モデル作成ステップと、入口ダクト、集塵部及び出口ダクトの流路をモデル化する流路モデル作成ステップとを含み、整流板モデル作成ステップは、貫通孔の出口ダクト側の径を大きくしたテーパー形状を有する第１の整流板モデルを作成する第１整流板モデル作成ステップと、貫通孔の形状が略円筒となる位置に第１の整流板モデルの出口ダクト側の節点を移動する第２の整流板モデルを作成する第２整流板モデル作成ステップとを有する、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ダクトから流入した流体を整流板で整流した後に、集塵部を用いて流体中の粒子を集塵し、集塵された流体を出口ダクトから流出する電気集塵機について、前記電気集塵機内の流れを模擬する電気集塵機内の流体モデル作成方法であって、
前記整流板の略円形の貫通孔をモデル化する整流板モデル作成ステップと、
前記入口ダクト、前記集塵部及び前記出口ダクトの流路をモデル化する流路モデル作成ステップと
を含み、
前記整流板モデル作成ステップは、前記貫通孔の前記出口ダクト側の径を大きくしたテーパー形状を有する第１の整流板モデルを作成する第１整流板モデル作成ステップと、前記貫通孔の形状が略円筒となる位置に前記第１の整流板モデルの前記出口ダクト側の節点を移動して第２の整流板モデルを作成する第２整流板モデル作成ステップとを有する、
ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法。
【請求項２】
前記第２整流板モデル作成ステップは、前記貫通孔のテーパー形状及び前記整流板の板厚に基づいて、前記貫通孔の円周方向を要素分割する前記節点の数を８以上に設定する、ことを特徴とする、請求項１に記載の電気集塵機内の流体モデル作成方法。
【請求項３】
前記流路モデル作成ステップは、前記第２整流板モデル作成ステップで作成した前記第２の整流板モデルに基づいて、前記流路に対応するメッシュを作成する、ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の電気集塵機内の流体モデル作成方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電気集塵機内の流体モデル作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気集塵機内の流体モデル作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱を製造する装置（焼結機）では、複数の種類の粉鉄鉱石、石灰石、凝結材等を混合した焼結原料を点火炉で点火して、焼結鉱などを製造する。焼結鉱の製造時に発生する排ガスには、ダスト（未反応の微粉鉱石、未燃焼凝結材、凝結材の燃焼に伴う煤、灰など）が含まれている。このため、焼結機では、排ガスのダストを除去した後に、排ガスを大気に放散する。ダストの除去には、大流量、高圧力、排ガスの組成や温度等に対応した電気集塵機を使用される。
【０００３】
特許文献１では、複数に分割した排ガス流れ領域が排ガスの流れ方向と直角の方向に配置された電気集塵機において、電気集塵機の出口側の煤塵濃度を検出し、検出した煤塵濃度に応じて排ガスを通過させる排ガス流れ領域の数を変更する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、電気集塵機内の整流板に設けられた貫通孔の影響を予め予測することができない場合があるため、電気集塵機内の排ガスの流れの整流板での影響を予測して制御することができない場合がある。更に、電気集塵機では、その内部の排ガスの流れを最適化することによって、装置の低コスト化、小型化及び省エネルギ化を実現することが更に要求されている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑み、電気集塵機内の排ガスの流れを予測するために、入口ダクトから流入した流体を整流板で整流した後に、集塵部を用いて流体中の粒子を集塵する電気集塵機について、整流板の略円形の貫通孔をモデル化する整流板モデル作成ステップと、電気集塵機内の流路をモデル化する流路モデル作成ステップとを含む電気集塵機内の流体モデル作成方法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】
【０００７】
本発明の一の態様によれば、入口ダクトから流入した流体を整流板で整流した後に、集塵部を用いて流体中の粒子を集塵し、集塵された流体を出口ダクトから流出する電気集塵機について、前記電気集塵機内の流れを模擬する電気集塵機内の流体モデル作成方法であって、前記整流板の略円形の貫通孔をモデル化する整流板モデル作成ステップと、前記入口ダクト、前記集塵部及び前記出口ダクトの流路をモデル化する流路モデル作成ステップとを含み、前記整流板モデル作成ステップは、前記貫通孔の前記出口ダクト側の径を大きくしたテーパー形状を有する第１の整流板モデルを作成する第１整流板モデル作成ステップと、前記貫通孔の形状が略円筒となる位置に前記第１の整流板モデルの前記出口ダクト側の節点を移動して第２の整流板モデルを作成する第２整流板モデル作成ステップとを有する、ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法が提供される。前記第２整流板モデル作成ステップは、前記貫通孔のテーパー形状及び前記整流板の板厚に基づいて、前記貫通孔の円周方向を要素分割する前記節点の数を８以上に設定する、ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法であってもよい。前記流路モデル作成ステップは、前記第２整流板モデル作成ステップで作成した前記第２の整流板モデルに基づいて、前記流路に対応するメッシュを作成する、ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法であってもよい。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、上記の電気集塵機内の流体モデル作成方法のいずれか１つをコンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法又はそのプログラムによれば、電気集塵機内の排ガスの流れを予測する流体モデルを簡易に作成することができ、作成した流体モデルを用いて解析するときの計算負荷を低減し、電気集塵機の排ガスの流れ解析の時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法の一例を説明するフローチャート図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法の解析対象（電気集塵機）の一例を説明する概略斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法の解析対象の要部（整流板の配置）の例を説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法の解析対象の整流板の一例を説明する斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法の要素分割及びメッシュの補正の例を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法で作成した流体モデル（メッシュ）の一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面を参照しながら、限定的でない例示の実施形態に係る電気集塵機内の流体を解析するためのモデル作成方法（以下、「流体モデル作成方法」という）を用いて、本発明を説明する。本発明は、以下に説明する流体モデル作成方法以外でも、電気集塵機内の流体を整流板で整流するもの（装置、機械、機器、ユニット、システムなど）であれば、いずれのものにも用いることができる。
【００１２】
なお、以後の説明において、添付の全図面の記載の同一又は対応する装置、部品又は部材には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に説明しない限り、装置、部品若しくは部材間の限定的な関係を示すことを目的としない。したがって、具体的な相関関係は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
【００１３】
下記に示す順序で、実施形態に係る流体モデル作成方法を用いて、本発明を説明する。
【００１４】
１．電気集塵機内の流体モデル作成方法
２．電気集塵機内の流体モデル作成方法のプログラム
［１．電気集塵機内の流体モデル作成方法］
図１乃至図６を用いて、本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法を説明する。以後の説明において、電気集塵機とは、流体中の粒子を集塵（回収、除去、捕捉など）する装置である。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法の一例を説明するフローチャート図である。図２は、電気集塵機内の流体モデル作成方法の解析対象の一例を説明する概略斜視図である。図３は、電気集塵機内の流体モデル作成方法の解析対象の要部の一例を説明する斜視図である。図４は、電気集塵機内の流体モデル作成方法の解析対象の整流板の一例を説明する斜視図である。図５は、電気集塵機内の流体モデル作成方法の要素分割及びメッシュの補正の一例を説明する説明図である。図６は、電気集塵機内の流体モデル作成方法で作成した流体モデル（メッシュ）の一例を説明する説明図である。
【００１６】
なお、図１乃至図６に示す電気集塵機内の流体モデル作成方法は一例であり、本発明を用いることができる電気集塵機内の流体モデル作成方法は図１等に示すものに限定されるものではない。
【００１７】
以後の説明における電気集塵機内の流体モデル作成方法では、入出力手段を用いて入力された情報を記憶手段で記憶する。また、電気集塵機内の流体モデル作成方法では、入出力手段を用いて入力された情報及び／又は記憶手段で記憶された情報に基づいて、解析手段を用いて流体モデルを作成する。更に、電気集塵機内の流体モデル作成方法では、解析手段で解析された解析結果を記憶手段で記憶する及び／又は入出力手段を用いて出力する。すなわち、本発明に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法では、ソフトウエアによる情報処理（流体モデル作成）が、ハードウエア資源（入出力手段、記憶手段及び解析手段）を用いて具体的に実現される。
【００１８】
なお、入出力手段とは、公知の技術の電子情報を入出力する装置（インターフェースなど）を用いることができる。記憶手段は、公知の技術（ハードディスク、メモリなどの記憶装置）を用いることができる。解析手段は、公知の技術のＣＰＵ（  Central  Processing  Unit  ）及びメモリ等を含む演算処理装置を用いることができる。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る流体モデル作成方法は、先ず、ステップＳ１０１において、例えば入出力手段を用いて入力された情報に基づいて、流体モデルを作成する動作を開始する。開始後、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０２に進む。なお、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０１において、入出力手段を用いて入力された情報を記憶手段で記憶又は更新してもよい。
【００２０】
次に、ステップＳ１０２において、流体モデル作成方法は、解析手段を用いて、三次元モデルを作成する。三次元モデルの作成後、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０３に進む。
【００２１】
具体的には、流体モデル作成方法は、図２に示す電気集塵機１００の三次元モデルを作成する。ここで、電気集塵機の三次元モデルとは、本実施形態では、図２に示すように、流体を供給される入口ダクトＤｉと流体を排出する出口ダクトＤｏと、入口ダクトＤｉと出口ダクトＤｏとの間に配置された集塵部Ｄｓとを有するモデルである。集塵部Ｄｓは、例えば複数のダクトで構成される。また、図３（図２のＲａ）に示すように、入口ダクトＤｉと集塵部Ｄｓとの間に、流体の流れを整える（整流する）整流板Ｐｓが配置される。更に、図４（ｂ）に示すように、整流板Ｐｓ（図４（ａ）のＲｂ）の略円形の貫通孔Ｐｓａの三次元モデルを作成する。
【００２２】
なお、電気集塵機は、本実施形態では、入口ダクトＤｉに供給された流体を整流板Ｐｓを介して集塵部Ｄｓに流入する。次に、電気集塵機は、集塵部Ｄｓ（複数のダクト）で流体中の粒子（粉塵など）を集塵する。ここで、集塵部Ｄｓは、例えばコロナ放電によって排ガス中のダストを帯電し、帯電したダストを例えば集塵極で捕捉して、排ガスからダストを除去する。次いで、電気集塵機は、粒子を集塵された流体を出口ダクトＤｏから排出する。
【００２３】
電気集塵機は、例えば焼結鉱を製造する装置（以下、「焼結機」という）に用いられる場合に、排ガス中に含まれるダスト（未反応の微粉鉱石、未燃焼凝結材、凝結材の燃焼に伴う煤、灰など）を除去する。これにより、焼結機は、排ガスのダストを除去した後に、排ガスを大気に放散することができる。
【００２４】
次いで、ステップＳ１０３において、流体モデル作成方法は、整流板モデル作成ステップとして、解析手段を用いて、整流板Ｐｓの円筒形の貫通孔Ｐｓａ（図４（ｂ））を変更する（第１整流板モデル作成ステップ）。図５を用いて、第１整流板モデル作成ステップを説明する。ここで、図５（ａ）は変更前の整流板Ｐｓの整流板モデルＤＳの断面図である。図５（ｂ）は変更前の貫通孔Ｐｓａの整流板モデルＤＳの平面図である。図５（ｃ）は変更後の整流板Ｐｓの整流板モデルＤＳｒ（第１の整流板モデル）の断面図である。
【００２５】
第１整流板モデル作成ステップでは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す整流板モデルＤＳの貫通孔Ｐｓａの出口ダクト側の径を大きくし、テーパー形状を有する貫通孔Ｐｓｂの整流板モデルＤＳｒ（第１の整流板モデル）に変更する。これにより、流体モデル作成方法は、後述するステップＳ１０４で整流板の貫通孔Ｐｓｂを要素分割するときに、要素分割の最小サイズを大きくすることができ、要素分割を容易にすることができる。
【００２６】
変更後、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０４に進む。
【００２７】
ステップＳ１０４において、流体モデル作成方法は、解析手段を用いて、ステップＳ１０３で変更した整流板モデルＤＳｒの貫通孔Ｐｓｂを節点ＥＬｂ（図５（ｄ））で要素分割する。流体モデル作成方法は、貫通孔Ｐｓｂのテーパー形状及び整流板Ｐｓの板厚に基づいて、貫通孔Ｐｓｂの円周方向を要素分割する節点ＥＬｂの数を８以上に設定する。その後、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０５に進む。
【００２８】
ステップＳ１０５において、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０４で要素分割した整流板モデルＤＳｒを用いて、電気集塵機内の流路をモデル化する（流路モデル作成ステップ）。具体的には、流体モデル作成方法は、解析手段を用いて、ステップＳ１０４で要素分割した整流板モデルＤＳｒに基づいて、入口ダクトＤｉ、集塵部Ｄｓ及び出口ダクトＤｏの流路に対応するメッシュを作成する。なお、解析手段は、例えば予め記憶されているプログラム（解析プログラム、アプリケーション、データベース等）を用いて、電気集塵機内の流路をモデル化してもよい。
【００２９】
ここで、本発明に係る流体モデル作成方法は、ステップＳ１０３で整流板の貫通孔を変更して、ステップＳ１０４で要素分割の最小サイズを大きくすることにより、整流板の板厚が薄い場合でも、分割した要素に基づいて最小サイズを大きくしたメッシュを作成することができる。すなわち、流体モデル作成方法は、メッシュの数を減少させることができる。
【００３０】
その後、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０６に進む。
【００３１】
ステップＳ１０６において、流体モデル作成方法は、整流板モデル作成ステップとして、解析手段を用いて、ステップＳ１０５で作成したメッシュを補正する（第２整流板モデル作成ステップ）。具体的には、第２整流板モデル作成ステップでは、図５（ｅ）で示すように、整流板モデルＤＳｒの節点ＥＬｂを節点ＥＬａに移動し（図中のＭｅ）、第２の整流板モデルを作成する。流体モデル作成方法は、例えば図６で示すように、流体モデル（整流板のメッシュＭＳ）を作成することができる。その後、流体モデル作成方法は、ステップＳ１０７に進む。
【００３２】
ステップＳ１０７において、流体モデル作成方法は、流体モデルを作成する動作を終了するか否かを判断する。流体モデル作成方法は、例えば入出力手段を用いて外部から入力される情報に基づいて、流体モデルを作成する動作を終了するか否かを判断してもよい。流体モデル作成方法は、流体モデルを作成する動作を終了すると判断した場合には、ステップＳ１０８に進む。流体モデル作成方法は、流体モデルを作成する動作を終了しないと判断した場合には、ステップＳ１０２に戻る。
【００３３】
ステップＳ１０８において、流体モデル作成方法は、例えば解析手段の解析結果を記憶手段で記憶及び／又は入出力手段を用いて出力し、流体モデルを作成する動作を終了する。
【００３４】
以上のとおり、本発明の実施形態に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法によれば、貫通孔の出口ダクト側の径を大きくしたテーパー形状を有する第１の整流板モデルを作成し、その第１の整流板モデルを用いて電気集塵機内の流路をモデル化し、その後、貫通孔の形状が略円筒となる位置に第１の整流板モデルの出口ダクト側の節点を移動することによって、電気集塵機内の排ガスの流れを予測する流体モデルを作成することができる。また、電気集塵機内の流体モデル作成方法によれば、貫通孔の出口ダクト側の径を大きくしたテーパー形状を有する第１の整流板モデルを作成し、その第１の整流板モデルを用いて電気集塵機内の流路をモデル化することによって、電気集塵機内を模擬するメッシュの数を減少させることができる。これにより、電気集塵機内の流体モデル作成方法によれば、作成した流体モデルを用いて解析するときの計算負荷を低減し、解析時間を短縮することができる。
【００３５】
［２．電気集塵機内の流体モデル作成方法のプログラム］
本発明に係る電気集塵機内の流体モデル作成方法のプログラムは、入口ダクトから流入した流体を整流板で整流した後に、集塵部を用いて流体中の粒子を集塵し、集塵された流体を出口ダクトから流出する電気集塵機について、前記電気集塵機内の流れを模擬する電気集塵機内の流体モデル作成方法であって、前記整流板の略円形の貫通孔をモデル化する整流板モデル作成ステップと、前記入口ダクト、前記集塵部及び前記出口ダクトの流路をモデル化する流路モデル作成ステップとを含み、前記整流板モデル作成ステップは、前記貫通孔の前記出口ダクト側の径を大きくしたテーパー形状を有する第１の整流板モデルを作成する第１整流板モデル作成ステップと、前記貫通孔の形状が略円筒となる位置に前記第１の整流板モデルの前記出口ダクト側の節点を移動する第２の整流板モデルを作成する第２整流板モデル作成ステップとを有する、ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。また、本発明に係るプログラムは、前記第２整流板モデル作成ステップが前記貫通孔のテーパー形状及び前記整流板の板厚に基づいて前記貫通孔の円周方向の要素分割する前記節点の数を８以上に設定する、ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法を実行してもよい。更に、本発明に係るプログラムは、前記流路モデル作成ステップが前記第２整流板モデル作成ステップで作成した前記第２の整流板モデルに基づいて前記流路に対応するメッシュを作成する、ことを特徴とする電気集塵機内の流体モデル作成方法を実行してもよい。
【００３６】
また、本発明は、上記の電気集塵機内の流体モデル作成方法のプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体としてもよい。ここで、記録媒体には、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−ＲＯＭ）、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）及びその他コンピュータ読み取り可能な媒体、並びに、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体メモリ、メモリカード、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）及びその他コンピュータ読み取り可能なものを用いることができる。また、上記プログラムは、既存の電気集塵機に差分ファイルをインストールされる構成であってもよい。
【００３７】
これらによれば、本発明に係るプログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体は、前述の電気集塵機内の流体モデル作成方法と同等の効果が得られる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態を参照しながら、本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変更又は変形することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  ：  電気集塵機
Ｄｉ  ：  入口部
Ｄｏ  ：  出口部
Ｄｓ  ：  集塵部
Ｐｓ  ：  整流板
Ｐｓａ：  整流板の貫通孔
Ｐｓｂ：  整流板の貫通孔（第１の整流板モデル）
Ｐｓｅ：  整流板の貫通孔（第２の整流板モデル）
ＥＬａ，ＥＬｂ：  節点
ＭＳ  ：  メッシュ
【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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【図６】
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