(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ直立円筒形のサイクロン塔本体と、
分散粉体を含んだ空気流を前記サイクロン塔本体の内側面に沿って水平方向に吹き込むために、そのサイクロン塔本体の一部を外周接線方向に延ばして設けられた粉体導入部と、
前記サイクロン塔本体内の空気を上方向に排気するために設けられ、そのサイクロン塔本体の上部を覆う天板の中心部を貫通する排気管と、
前記排気管の中心周りの角度を、前記粉体導入部と前記サイクロン塔本体との境目を０°とした場合に、９０°から２７０°までの間の領域における前記排気管と前記天板との境界部を含む空間に局所的に発生する前記空気流の逆の流れを抑止する部分であって、前記排気管の一部の肉厚を実効的に変化させ、当該排気管の一部を前記逆の流れが発生する空間内に張り出させて形成した局所渦流抑止部と
を含むサイクロン装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサイクロン装置において、
前記局所渦流抑止部は、前記排気管の張出量が、前記排気管の外周面と前記サイクロン塔本体の内側面までの長さの１／３以下に設定され、上下方向の寸法が、前記天板から前記排気管の最下位までの長さの１／５以下に設定されること
を特徴とするサイクロン装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のサイクロン装置において、
前記局所渦流抑止部は、前記排気管の張出量が、前記粉体導入部と前記サイクロン塔本体との境目を０°とした場合に、１８０°の位置で最も大きく且つ前記９０°及び前記２７０°の位置で最も小さく設定され、上下方向の張出量が、前記天板から離れるにしたがって小さくなること
を特徴とするサイクロン装置。
【請求項４】
請求項１に記載のサイクロン装置において、
前記局所渦流抑止部は、前記排気管と前記天板との境界線に沿って設けたリングであること
を特徴とするサイクロン装置。
【請求項５】
請求項４に記載のサイクロン装置において、
前記リングは、前記リングの輪に直交する断面の半径方向の幅が、
前記境界線から前記サイクロン塔本体の内側面までの長さの１／３以内であり、前記断面の縦方向の幅が前記境界線から前記排気管の最下位までの長さの１／５以内であること
を特徴とするサイクロン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細粉体の分級を行うサイクロン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のサイクロン装置は、粉体の分級のために、構造が簡単で安価に設置できるため、広く利用されている。また、サイクロン装置は、この他にも、火力発電における石炭ガス化コンバインド発電プラント（ＩＧＣＣ）や、焼却炉の集塵装置としても利用されている。
【０００３】
図９は、従来のサイクロン装置の一例の構成概要を示す説明図である。
図９に示すように、分級対象の粉体は、フィーダースクリュー１ａによって連続的に、フィーダー１から下部の粉体分散機２に供給される。
粉体分散機２は、凝集状態の粉体を一次粒子の状態に分散させるためのものである。粉体分散機２を通った粉体は、粉体搬送管３を通って、空気取り入れ口から空気と共にサイクロン塔本体５の粉体導入部６に吸い込まれる。
【０００４】
サイクロン塔本体５は、直立円筒状であり、上部の直筒部５ａと、下部の漏斗状のテーパー部５ｂとからなり、下端は粗粉貯留層８に対して開口している。また、サイクロン塔５の天井部からは、微粉取り出しのための排気管７が、塔本体内部の一定高さの位置まで垂下していて、ブロアー１０からの負圧が与えられている。なお、７ｂは、微粉回収のために、微粉搬送管７ａに設けられたフィルターである。
【０００５】
サイクロン装置は、粉体導入部の構造のちがいよって、全円周渦巻入口式と接線入口式に大別される。図１０および図１１は、上記の二つの方式のサイクロンの外形を示す斜視図である。
図１０は、サイクロン塔の直筒部５ａの全円周に沿って粉体を巻き込みながら導入するように、粉体導入部６を構成した全円周渦巻入口式のサイクロン塔を示す斜視図である。
図１１は、サイクロン塔の直筒部５０ａの外側接線方向から内側に、粉体を導入するように、粉体導入部６０を構成した接線入口式のサイクロン塔を示す斜視図である。
サイクロン塔５は、前記いずれの方式であっても、図９の構成により、サイクロン塔５の内部では、渦流に乗って粗粉が沈降し、一次空気取り出し筒７からの弱い負圧により、上部から微粉が取り出され分級が行われる。
【０００６】
しかし、最近では、上記サイクロン装置は、サイクロン塔の直筒部の上壁付近で、壁面の影響で流れの旋回方向の速度成分が小さく、粒子に遠心力が加わらないので、粒子は、サイクロン塔の中心方向に流れて捕集されにくくなることが判明している。
そこで、さらに高い集塵性能を得るために、下側に曲率を設けた入口管路により入口下部に粉体が集中し、大きな旋回速度が与えられることを利用して、その収率向上を図った「遠心力集塵装置」が、特開平６−３２００５５号に提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−３２００５５号の「遠心力集塵装置」は、それ以前のものに比べ、改良の効果は見られるものの、特に、細かい粒子の捕集効率については、十分な改善効果が得られないことが判明している。
【０００８】
本発明者等は、その原因を究明する過程において、前記装置を含む従来の装置では、サイクロン塔内に空気の２次流れが発生し、サイクロンの入口付近での流れに乱れが多くなるということを発見した。
特に、遠心力のかかりにくい細かい粒子の場合では、上記流れの乱れが塔内空気流の旋回回数を減少させてる。したがって、この場合は、サイクロン塔の高さを有効に活用できないので、粒子の捕集効率を低下させる原因となっている。
【０００９】
本発明の課題は、従来のサイクロン装置を改良し、作動中のサイクロン塔内の局部的な渦流の発生を抑えることにより、集塵効率の向上を図ったサイクロン装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、ほぼ直立円筒形のサイクロン塔本体（１５）と、分散粉体を含んだ空気流を前記サイクロン塔本体（１５）の内側面に沿って水平方向に吹き込むために、そのサイクロン塔本体の一部を外周接線方向に延ばして設けられた粉体導入部（１６）と、前記サイクロン塔本体（１５）内の空気を上方向に排気するために設けられ、そのサイクロン塔本体（１５）の上部を覆う天板（１５ｃ）の中心部を貫通する排気管（１７）と、前記排気管（１７）の中心周りの角度を、前記粉体導入部（１６）と前記サイクロン塔本体（１５）との境目を０°とした場合に、９０°から２７０°までの間の領域における前記排気管（１７）と前記天板（１５ｃ）との境界部を含む空間に局所的に発生する前記空気流の逆の流れを抑止する部分であって、前記排気管（１７）の一部の肉厚を実効的に変化させ、当該排気管（１７）の一部を前記逆の流れが発生する空間内に張り出させて形成した局所渦流抑止部（１１）とを含むサイクロン装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のサイクロン装置において、前記局所渦流抑止部（１１）は、前記排気管（１７）の張出量が、前記排気管（１７）の外周面と前記サイクロン塔本体の内側面までの長さの１／３以下に設定され、上下方向の寸法が、前記天板（１５ｃ）から前記排気管（１７）の最下位までの長さの１／５以下に設定されることを特徴とするサイクロン装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のサイクロン装置において、前記局所渦流抑止部（１１）は、前記排気管（１７）の張出量が、前記粉体導入部（１６）と前記サイクロン塔本体（１５）との境目を０°とした場合に、１８０°の位置で最も大きく且つ前記９０°及び前記２７０°の位置で最も小さく設定され、上下方向の張出量が、前記天板（１５ｃ）から離れるにしたがって小さくなることを特徴とするサイクロン装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載のサイクロン装置において、前記局所渦流抑止部（１３）は、前記排気管と前記天板との境界線に沿って設けたリングであることを特徴とするサイクロン装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載のサイクロン装置において、前記リング（１３）は、前記リングの輪に直交する断面の半径方向の幅が前記境界線から前記サイクロン塔本体（１５）の内側面までの長さの１／３以内であり、前記断面の縦方向の幅が前記境界線から前記排気管（１７）の最下位までの長さの１／５以内であることを特徴とするサイクロン装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、上述したように、従来装置で粉体を分級する動作の作動中に、サイクロン塔内に局部的な不要な渦流が生じることに着目し、その発生を抑止することによって、捕集効率が向上することを発見した。
【００１６】
図２は、従来のサイクロン装置のサイクロン塔内に吹き込まれた空気の流れの様子を調べた結果を示す説明図である。
図２は、図１１に示す接線入口式のサイクロン塔内の空気の流れの様子をコンピューターでナビエストークス方程式により解析した速度ベクトル図である。
図中の矢印群は、サイクロン塔本体の最上部を覆う天板内側付近における速度ベクトルであり、その一つ一つが、その点における空気の流れの方向と速さを示している。
【００１７】
図２に示すように、サイクロン塔の天井付近では、天板と排気管の境界線１７ｂから空気流通路の中心との間の一定の範囲（図中に二点鎖線で示す境界線Ｌの内側）に囲まれた部分に、空気流の旋回方向とは逆の流れが存在しており、これが、従来装置の捕集効率を低下させる原因となっている。
本発明では、この欠点を除去するために、サイクロン塔内の空気流通路に、前記逆の流れを抑止するための局部渦流抑止部を設けている。
【００１８】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。なお、以下に示す実施形態では、前述した従来例と同様な機能を果たす部分には、対応する符号を付して、重複する図面や説明を適宜省略する。
図１は、図９に準じた構成の本発明によるサイクロン装置（サイクロン塔は接線入力式）の実施形態の特徴ある部分を示す説明図（斜視図）である。
図１では、前記局部渦流を抑制するための局部渦流抑止部を、その周辺の主要部（サイクロン塔本体の上部、粉体導入部、排気管など）と共に示したが、サイクロン塔本体の最上部を覆う天板の一部は切除してある。
【００１９】
図１の実施形態の場合は、局部渦流抑止部１１が排気管１７（図９の排気管７に相当）の実効的な肉厚を、所定の範囲で滑らかに変化させている。
局部渦流抑止部１１の支持（又は取り付け）方法は、排気管１７側に固定してもよいし、サイクロン塔１５の天井を覆う板（以下、天板という）１５ｃ側に固定してもよい。また、図示しない方法で、天板そのものを加工変形して同様の形態を形成してもよい。
【００２０】
なお、粉体導入部１６は、図示しない分散粉体を含んだ空気をサイクロン塔本体１５の上部１５ａの内壁面に沿って水平方向に吹き込むものであり、図９の粉体導入部６に相当する。
また、排気管１７は、塔本体１５の中心部に図示しない上方からからの吸気を作用させ、負圧を与えるもので、図９の排気管７に相当し、その下部１７ａは、開放されている。
【００２１】
局部渦流抑止部１１を配置する部分は、実効的に排気管１７の肉厚を変えるために、粉体導入部１６の取り付け位置（空気流の入口）が排気管１７の中心線に対する角度（中心角）θを０°として、９０°≦θ≦２７０°の範囲が好適である。
【００２２】
図３は、局部渦流抑止部１１の配置状況を図４のＢ−Ｂで切断して示した断面図である。
図４は、局部渦流抑止部１１の配置状況を図３のＡ−Ａで切断して示した断面図である。
局部渦流抑止部１１が、外に向かって最も膨らむ位置（中心角θ＝１８０°の位置）での厚さｔ1 は、空気流通路の断面幅ｔ0 の１／３以下で、かつ、上下の幅ｈ1 は、空気流通路の天井面から排気管の最下部までの長さｈ0 の１／５以下が好適である。
【００２３】
図５は、局部渦流抑止部１１を図１０の全円周渦巻入口式のサイクロンに取り付けた例を示し、サイクロンに流入する粉体を含む空気流の回転方向は、図１に示すものとは逆であるので、局部渦流抑止部１１の膨らみは、粉体導入部６の入り口の中心角θを０°として−９０°≦θ≦−２７０°の範囲内にあり、その最大の位置は、略−１８０°の位置にある。なお、形状寸法については、図３の場合とほぼ同等でよい。
【００２４】
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
例えば、局部渦流抑止部１１の変形形態として、図６の斜視図に示すようなものがある。
図６の（ａ）に示す局部渦流抑止部１２は、局部渦流抑止部１１に比べ形状はやや異なるものの、前記境界線から空気流通路の中心に向かって滑らかに膨らむ範囲は、局部渦流抑止部１１と同様である。
【００２５】
図６の（ｂ）に示す局部渦流抑止部１３は、リング状であり、前記境界線の一部ではなく、排気管の全周を囲むように配置される。
図７は、局部渦流抑止部１３の配置状況を、図８のＤ−Ｄで切断して示した断面図である。
図８は、局部渦流抑止部１３の配置状況を、図７のＣ−Ｃで切断して示した断面図である。
局部渦流抑止部１３の外形寸法は、リング中央の中心線を含む面で切断した断面の左右の幅ｔ2 が空気流通路の断面幅ｔ0 の１／３以下で、かつ、上下の長さ（高さ）ｈ2 が空気流通路の天井面から排気管の最下部までの長さｈ0 の１／５以下とする。
【００２６】
【実施例】
上記実施形態のサイクロン装置の構成を図９と同様にして、サイクロン塔内に局部渦流抑止部を設けて試験したところ、以下の結果を得た。
使用対象のサイクロン装置は、粉体フィーダー１により供給した原料粉体は、分散器２（ディスパーションノズル）で分散させ、ブロワー１０で吸引した空気とともに、サイクロン塔本体５に導入する。原料粉体は、通常は個々の粒子同士で凝集しており、微粉が凝集した凝集粒子は、粗粉のように振舞うので、サイクロン塔本体５で捕集しやすい。そのため、分散器２で個々の粒子の状態に分散させ、細かい粒子の捕集性能を調べた。粗粉は、貯留槽８で回収され、サイクロンで捕集できなかった微粉は、フィルター７ｂで回収される。回収した粗粉の割合で捕集効率を計算した。
【００２７】
使用サイクロン塔本体５の各部寸法は、下記の通りである。
サイクロンの直筒部５ａの直径：７６ｍｍ
サイクロンの直筒部５ａの長さ：１５０．５ｍｍ
サイクロン円錐台形部５ｂの下端の直径：５６ｍｍ
サイクロン円錐台形部５ｂの長さ：７１．５ｍｍ
サイクロン入口部の上下幅：４０ｍｍ
サイクロン入口部の横幅；２０ｍｍ
排出管７の外径：３２ｍｍ
排出管７の内径：３０ｍｍ
排出管７のサイクロン塔本体内の長さ：１１０ｍｍ
粗粉貯留槽８の直径：１０１ｍｍ
粗粉貯留槽８の長さ：２１５ｍｍ
【００２８】
試験粉体は、５０％粒子径２．５μｍのフライアッシュを、０．０３ｇ／ｓの供給速度で投入し、粉体導入部からの入り口の流速が１７．５ｍ／ｓになるようブロワー１０の風量を調節した。
前記入り口の排出管７に対する中心角θを０°とするθ＝１８０°で最大厚み５ｍｍになるように、９０〜２７０°の範囲で、なだらかに排出管７の外側に沿って樹脂製パテを固定し測定した。
【００２９】
比較のため、パテを付けていない従来のサイクロン（比較例）でも実験したところ、本実施例によるパテ付の排気管を用いたサイクロンでは、捕集効率が９６．８％、パテ無しのサイクロン（比較例）では９３．５％であった。サイクロンの圧力損出は、両者の違いはなかった。このように、本実施例では、比較例よりも大幅に捕集効率が改善された。
【００３０】
なお、前記パテの代わりに、外径３８ｍｍ、高さ２２ｍｍのリングを排気管に差込み天井面に接触させて設置し、それ以外は、同一装置、同一条件で試験を行ったところ、その捕集効率は、９５．０％であり、圧力損失は同じであった。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、空気流が吹き込まれたときに発生する局部的な渦流を抑止するために、サイクロン塔本体の天板内面が排気管の外側面に接する境界線に沿って局部渦流抑止部を設けることにより、作動中のサイクロン塔内の局部的な渦流の発生が有効に抑えられるので、集塵効率の向上を図ることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサイクロン装置の実施形態の主要部分を示す説明図（斜視図）である。
【図２】従来のサイクロン塔内に吹き込まれた空気の流れを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態によるサイクロン装置の局部渦流抑止部の配置を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態によるサイクロン装置の局部渦流抑止部の配置を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態によるサイクロン装置の全円周渦巻入口式サイクロン塔への局部渦流抑止部の配置を示す説明図（斜視図）である。
【図６】本発明の実施形態によるサイクロン装置の局部渦流抑止部の変形形態を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態によるサイクロン装置のリング状の局部渦流抑止部の配置を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態によるサイクロン装置のリング状の局部渦流抑止部の配置を示す説明図である。
【図９】従来のサイクロン装置の構成例を示す説明図である。
【図１０】全円周渦巻入口式のサイクロンの外形を示す斜視図である。
【図１１】接線入口式のサイクロンの外形を示す斜視図である。
【符号の説明】
５、１５  サイクロン塔本体
６、１６  粉体導入部
７、１７  排気管
８、１８  粗粉貯留槽
１１、１２、１３  局部渦流抑止部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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