Microsoft Word - 01-博論・表紙.doc

名古屋工業大学学術機関リポジトリ Nagoya Institute of Technology Repository

バグフィルターの圧力損失特性の解析と最適設計に 関する研究

著者 池野 栄宣

学位名 博士(工学)

学位授与番号 13903甲第445号 学位授与年月日 2004‑03‑23

URL http://id.nii.ac.jp/1476/00002802/

バグフィルターの圧力損失特性の解析と 最適設計に関する研究

２００４年

池 野 栄 宣

i

目 次

第 1 章 緒 論 1.1 は じ め に

1.2 粒 子 分 離 の 基 本 形 態 と 集 塵 装 置 の 分 類 1.3 バ グ フ ィ ル タ ー に 関 す る 既 往 の 研 究

1.3.1 圧 力 損 失 に 関 す る 既 往 の 研 究 1.3.2 捕 集 性 能 に 関 す る 既 往 の 研 究 1.4 バ グ フ ィ ル タ ー の 計 画 設 計 に お け る 課 題 1.5 本 研 究 の 目 的

Nomenclature Literature Cited

第 ２ 章 一 様 払 落 と し モ デ ル に 基 づ く 連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 特 性 の 解 析 2.1 緒 言

2.2 一 様 払 落 と し モ デ ル と 基 礎 式 2.3 圧 力 損 失 理 論 式

2.3.1 初 期 圧 損 ΔPIN

2.3.2 最 終 圧 損 ΔPFIN

2.4 圧 力 損 失 理 論 式 と 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 と の 比 較 2.4.1 初 期 圧 損 ΔPIN

2.4.2 最 終 圧 損 ΔPFIN

2.4.3 m (= /uav )お よ び の 相 関

2.5 圧 力 損 失 相 関 式 か ら の 圧 損 パ ラ メ ー タ ー お よ び 平 均 濾 過 速 度 の 推 算

2.5.1 圧 損 パ ラ メ ー タ ーζdお よ びαの 推 算 2.5.2 平 均 濾 過 速 度 uavの 推 算

2.6 圧 力 損 失 相 関 式 の 活 用 法 2.7 簡 易 圧 力 損 失 相 関 式

2.7.1 初 期 圧 損 ΔPIN

2.7.2 最 終 圧 損 ΔPFIN

uN ²_/ ²

uav

σ

1 1 3 9 9 13 14 15 18 20

25 25 26 30 31 31 32 34 35 37 41 41 44 45 46 46 47

ii

2.8 実 測 値 と の 比 較

2.8.1 実 験 装 置 図 お よ び 実 験 方 法 2.8.2 結 果 お よ び 考 察

2.9 結 言 Nomenclature Literature Cited

第 ３ 章 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 パ ラ メ ー タ ー に 及 ぼ す 濾 過 速 度 と 含 塵 濃 度 の 影 響

3.1 緒 言

3.2 実 験 装 置 と 測 定 方 法 3.3 実 験 結 果 と 考 察

3.3.1 比 抵 抗αの 相 関

3.3.2 比 抵 抗αに 関 す る 次 元 解 析 3.3.3 汚 れ 濾 布 抵 抗ζd

3.4 比 抵 抗 の 速 度 依 存 性 を 考 慮 し た 多 室 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 の 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果

3.5 結 言 Nomenclature Literature Cited

第 ４ 章 斑 落 ち モ デ ル に 基 づ く バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 に 関 す る 実 験 的 考 察

4.1 緒 言

4.2 斑 落 ち モ デ ル と 基 礎 式 4.3 実 験 装 置 と 測 定 方 法

4.3.1 清 浄 濾 布 抵 抗ζCと 機 械 圧 損ΔP” の 測 定 4.3.2 回 分 運 転 の 実 験 方 法

4.3.3 連 続 運 転 の 実 験 方 法 4.4 実 験 結 果 と 考 察

4.4.1 回 分 運 転 の 実 験 結 果 と 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 4.4.2 連 続 運 転 の 実 験 結 果 と 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 4.5 一 様 払 落 と し モ デ ル と の 比 較

4.6 結 言

49 49 51 53 54 56

57 57 58 62 62 66 69 70 72 74 76

79 79 80 84 84 86 86 87 87 92 97 99

iii

Nomenclature Literature Cited

第 ５ 章 斑 落 ち モ デ ル に 基 づ く 連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 特 性 の 解 析

5.1 緒 言

5.2 斑 落 ち モ デ ル と 基 礎 式 5.3 圧 力 損 失 理 論 式

5.4 圧 力 損 失 理 論 式 と 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 と の 比 較 5.4.1 任 意 の 時 間 に お け る 圧 力 損 失 相 関 式

5.4.2 m_D , m_C ,σ²_D u_D,av² お よ びσ²_{C uC,av}² の 相 関 5.4.3 本 体 圧 力 損 失 の 推 算

5.5 簡 易 圧 力 損 失 相 関 式 5.6 結 言

Nomenclature Literature Cited 第 ６ 章 総 括

Appendix

Ａ Eq.(2.11)の 導 出 Ｂ Eq.(2.23)の 導 出 Ｃ Eq.(3.14)の 導 出

Ｄ Eq.(4.11)と Eq.(4.12)の 導 出 Ｅ Eq.(5.11)の 導 出

Ｆ Eq.(5.22)の 導 出

Ｇ Eq.(5.26)と Eq.(5.27)の 導 出 Ｈ Eq.(5.32)の 導 出

著 者 発 表 の 研 究 論 文 謝 辞

100 103

105 105 106 109 112 114 117 123 125 135 136 141 143

147 147 149 151 152 154 156 158 160 163 165

第 1 章

緒 論

１.１ は じ め に

気 相 中 か ら 粒 子 を 分 離 す る 固 気 分 離 技 術 は 、 各 種 プ ロ セ ス で 生 産 さ れ た 有 価 物 質 の 回 収 を 目 的 に サ イ ク ロ ン を 発 端 と し て 研 究 開 発 さ れ て き た が 、1 9 6 0 年 の じ ん 肺 法 お よ び 1 9 6 8 年 の 大 気 汚 染 防 止 法 の 制 定 を 境 に し て 、公 害 防 止 技 術 あ る い は 集 塵 技 術 と し て 位 置 付 け ら れ る こ と に な っ た 。 し か し な が ら 、 対 象 粉 体 の 微 細 化 お よ び 大 気 排 出 規 制 値 の 低 濃 度 化 が す す む に 従 っ て 分 離 方 式 も 変 遷 し 、よ り 高 性 能 な 分 離 技 術 が 求 め ら れ る よ う に な っ た 。 そ れ に 伴 い 、 集 塵 分 野 は 捕 集 効 率 の 高 い 電 気 集 塵 機 お よ び バ グ フ ィ ル タ ー の 時 代 へ と 移 行 し た 。一 方 、1 9 8 0 年 代 後 半 か ら 地 球 環 境 問 題 が ク ロ ー ズ ア ッ プ さ れ 、集 塵 装 置 の 省 エ ネ ル ギ ー 化 技 術 と 捕 集 粉 の リ サ イ ク ル お よ び 処 理 技 術 が 社 会 的 に 要 求 さ れ て き た 。ま た 、1 9 9 0 年 の ダ イ オ キ シ ン ガ イ ド ラ イ ン 施 行 以 降 は 、気 相 中 に 含 ま れ る ダ イ オ キ シ ン お よ び 塩 化 水 素 な ど の 有 害 物 質 を バ グ フ ィ ル タ ー の 濾 過 面 上 で 反 応 ま た は 粒 子 化 さ せ て 分 離 除 去 す る 技 術 が 広 く 採 用 さ れ て き て い る 。こ の よ う に 、集 塵 分 野 は 社 会 ニ ー ズ と 関 連 法 令 の 流 れ と と も に 必 要 と す べ き 技 術 が 大 き く 推 移 し て き て い る( Ta b l e 1 . 1 参 照)。

こ の よ う な 社 会 背 景 に よ り 、バ グ フ ィ ル タ ー は 集 塵 装 置 の 主 流 と な っ て い る が 、捕 集 物 で あ る 粉 塵 お よ び 濾 過 材 を 構 成 す る 繊 維 が 不 均 一 な 層 を な す た め 数 学 的 手 法 が 複 雑 で あ り 、そ の 解 析 的 研 究 は あ

ま り 進 ん で い な い 。さ ら に 、実 験 的 研 究 も 粉 の 分 散 お よ び 粉 塵 の 堆 積 現 象 の 再 現 性 を 得 る の が 困 難 な た め 実 験 誤 差 が 大 き く 、普 遍 化 さ れ て い る も の は 少 な い 。従 っ て 、バ グ フ ィ ル タ ー の 計 画 設 計 や 性 能 の 推 算 は 、 経 験 に 頼 ら ざ る を 得 な い の が 現 状 で あ る 。

本 章 で は 、固 気 分 離 の 基 礎 的 事 項 と 代 表 的 な 固 気 分 離 装 置 で あ る 集 塵 装 置 に お け る 分 離 機 構 を 記 述 す る と と も に 、バ グ フ ィ ル タ ー に 関 す る 既 往 の 研 究 と 計 画 設 計 を す る 上 で の 問 題 点 を 述 べ 、本 研 究 の 目 的 を 記 述 す る 。

Ta b l e 1 . 1 関 連 法 令 と 集 塵 分 野 の 流 れ

1 9 6 0 年　 じ ん 肺法 制定

1 9 6 7 年　 公 害 対策 基 本 法 制 定 1 9 6 8 年　大 気 汚染 防 止 法 制 定

騒 音規 制 法 制 定 1 9 7 0 年　 水 質 汚濁 防 止 法 制 定 1 9 7 2 年　 悪 臭 防止 法 制 定

労 働 安 全衛 生 法 制 定

1 9 7 9 年　粉 じ ん障 害 防 止規 則 　 　　 　 　 制 定

1 9 7 6 年　 振 動 規則 法 制 定

1 9 8 2 年　労 働 安全 衛 生 法 改 定

　 　　作 業 環境 濃 度 によ る 　 　 　 　　 工 場 内の 「 管 理区 分 」 評価

1 9 8 8 年 オ ゾ ン 層保 護 に 関す る 　 　 　 　 法 律施 行

1 9 9 0 年　 ダ イ オキ シ ン ガイ ド ラ イン

サ イク ロ ン 湿式 集 塵 機

バ グ フィ ル タ 時代 へ

公害防止時代

高 捕集 効 率 を求 め て ！

1 9 9 1 年　 リ サ イク ル 法 施 行 1 9 9 2 年　 廃 棄 物処 理 法 改 定 1 9 9 4 年　 環 境 基本 法 制 定

作業環境改善時代

快 適 な 作業 空 間 の創 造

・

地球環境時代

○ 有害 物 質 の除 去 技 術

○ 省エ ネ に よる C O 2 削 減

○ 有価 粉 体 の回 収 技 術

○ 効 率の 良 い

　 「 粉じ ん 捕 捉技 術 」の 模 索

○ 工 場 内の ク リ ーン ル ー ム化 　 　 ［ 気流 解 析 と制 御 ］

○ 浮 遊粉 じ ん 濃度 予 測モ デ ル

1 9 9 7 年　 ダ イ オキ シ ン 排出 基 準 制 定

１.２ 粒 子 分 離 の 基 本 形 態 と 集 塵 装 置 の 分 類

E m i a n d O t a n i ( 1 9 9 4 a )は 、 分 散 系 で あ る 気 相 か ら 粒 子 を 分 離 す る 上 で 必 要 な 場 を 、 気 体 と 粒 子 の 間 に 速 度 差 を 生 じ さ せ る 「 エ ネ ル ギ ー 勾 配 場 ＝ 力 の 場 」 と 、 気 体 を 通 過 さ せ 粒 子 の み を 補 集 す る 「 隔 壁 場 」 の ２ 種 類 の 形 態 に 分 類 し て い る( Ta b l e 1 . 2 参 照)。

Ta b l e 1 . 2 分 散 系 粒 子 分 離 の 基 本 形 態 ( E m i a n d O t a n i , 1 9 9 4 a )

そ の 要 素 を 列 記 す る と 、

力 の 場 - - - 重 力 ・ 遠 心 力 ・ 静 電 気 力 ・ 磁 気 力 ・ 慣 性 力 濃 度 差 ・ 熱 泳 動 力 な ど

隔 壁 場 - - - 繊 維 層 ・ 粒 子 層 ・ 流 動 層 ・ 織 布 ・ 不 織 布 網 ・ 水 滴 ・ 多 孔 質 材 な ど

が 挙 げ ら れ る 。 力 の 場 の み を 利 用 し た 装 置 は 、 チ ャ ン バ ー ・ サ イ ク ロ ン ・ 電 気 集 塵 機 が 該 当 し 、 隔 壁 場 の み を 利 用 し た 装 置 の 代 表 的 な も の に バ グ フ ィ ル タ ー が あ る 。 ま た 、 力 の 場 と 隔 壁 場 を 併 用 し た 装 置 と し て は 、 噴 霧 ス ク ラ バ ー ・ 充 填 層 ・ 移 動 層 が 列 記 さ れ る 。 分 離 性 能 面 か ら 見 た 場 合 、 力 の 場 で は 「 気 体 と 粒 子 の 速 度 差 」 が 大 き い ほ ど 性 能 は 向 上 す る が 、分 離 対 象 粒 子 径 に よ っ て 利 用 す べ き 力 の 種 類 が 変 わ っ て く る 。Ta k a h a s h i ( 1 9 8 9 )は 、 力 の 種 類 別 に 粒 子 の

移 動 速 度 と 粒 子 径 の 関 係 を F i g . 1 . 1 の よ う に ま と め て い る 。 本 図 か ら 分 か る よ う に 、0 . 1～0 . 5μm を 境 に し て「 拡 散 力 ・ 静 電 気 力 利 用 エ リ ア 」 と 「 慣 性 力 ・ 重 力 利 用 の エ リ ア 」 に 分 か れ る 。

一 方 、 隔 壁 場 で は 「 隔 壁 の 材 質 ・ 密 度 ・ 厚 さ ・ 繊 維 径 な ど 」 に よ っ て 性 能 が 大 き く 違 っ て く る 。 一 般 的 に は 、 力 の 場 利 用 よ り 隔 壁 場 利 用 の ほ う が 性 能 が 良 い と 考 え ら れ て お り 、高 性 能 化 が 求 め ら れ る 昨 今 で は 、隔 壁 場 を 利 用 し た 装 置 す な わ ち バ グ フ ィ ル タ ー が 広 く 採 用 さ れ て き て い る 。

F i g . 1 . 1 力 の 種 類 と 粒 子 の 移 動 速 度 ( Ta k a h a s h i , 1 9 8 9 )

固 気 分 離 操 作 は 、 集 塵 装 置 と し て 広 く 用 い ら れ て い る が 、 そ の 捕 集 原 理 と 特 性 に 応 じ て 用 途 が 違 っ て く る 。Yo n e d a ( 1 9 9 4 a )は 、各 種 の 集 塵 方 式 と 対 象 用 途 ・ 圧 力 損 失 ・ 分 離 粒 子 径 な ど の 特 性 を Ta b l e 1 .3 の よ う に ま と め 、E m i a n d O t a n i ( 1 9 9 4 b )は 、各 種 集 塵 装 置 の 部 分 捕 集

効 率 曲 線 の 傾 向 を F i g . 1 . 2 の よ う に 表 し て い る 。

Ta b l e 1 . 3 各 種 集 塵 方 式 の 特 性 ( Yo n e d a , 1 9 9 4 a )

F i g . 1 . 2 各 種 集 塵 装 置 の 部 分 捕 集 効 率 曲 線

( E m i a n d O t a n i , 1 9 9 4 b )

こ れ ら の 図 表 か ら 分 か る よ う に 、 重 力 ・ 慣 性 集 塵 装 置 お よ び サ イ ク ロ ン は プ レ ダ ス タ ー あ る い は 粗 粉 体 回 収 用 と し て 、バ グ フ ィ ル タ ー と 電 気 集 塵 装 置 は 高 性 能 集 塵 装 置 と し て 利 用 さ れ て い る 。移 動 層

集 塵 は 粒 子 充 填 層 を 移 動 さ せ な が ら 濾 過 す る 方 式 で 、粒 子 の 材 質 を 考 慮 す る こ と で 5 0 0～8 0 0℃ の 高 温 ガ ス 集 塵 に 使 用 で き る が 、 固 定 費 お よ び 運 転 費 が 高 い た め 実 際 に 運 用 さ れ て い る 台 数 は 少 な い 。近 年 、高 温 ガ ス 用 と し て セ ラ ミ ッ ク お よ び 金 属 焼 結 体 を 使 用 し た フ ィ ル タ ー が 実 用 化 さ れ 、K a n a o k a e t a l .( 1 9 8 8 , 1 9 9 8 , 1 9 9 9 )に よ っ て 払 落 と し 特 性 と 圧 力 損 失 な ど に つ い て 研 究 さ れ て い る 。

こ れ ま で 述 べ て き た よ う に 、高 性 能 が 求 め ら れ る 昨 今 に お い て は 、 捕 集 効 率 の 高 い バ グ フ ィ ル タ ー が 集 塵 装 置 の 主 流 と な っ て い る 。バ グ フ ィ ル タ ー は 払 落 と し 方 式 別 に 分 類 さ れ る こ と が 多 く 、機 械 シ ェ ー キ ン グ 方 式 、 パ ル ス ジ ェ ッ ト 方 式 、 逆 洗 ま た は 逆 圧 方 式 に 大 別 さ れ て い る 。 そ の 概 念 図 を F i g . 1 . 3 ( I k e n o , 1 9 9 9 )に 示 す 。 ま た 、Yo n e d a ( 1 9 9 4 b )が ま と め た 分 類 と 特 徴 を Ta b l e 1 . 4 に 示 す 。

F i g . 1 . 3 払 落 と し 方 式 別 バ グ フ ィ ル タ ー の 概 念 図 ( I k e n o , 1 9 9 9 )

T a b le 1. 4 バグフィルターの分類 と特徴　 (Y on ed a, 19 9 4 b )

機 械 シ ェ ー キ ン グ 方 式 の バ グ フ ィ ル タ ー は 、円 筒 濾 布 の 内 面 を 濾 過 面 と し て お り 、 含 塵 ガ ス は 円 筒 濾 布 の 下 部 か ら 流 入 す る 。 捕 集 堆 積 し た 粉 塵 は 、濾 布 の 上 部 ま た は 中 央 部 を 振 動 さ せ て 払 落 と し 操 作 を 行 う 。振 動 数 お よ び 振 幅 を 大 き く す る こ と で 払 落 と し 効 果 を 増 す こ と が で き る が 、濾 布 に 大 き な 剪 断 力 が か か り す ぎ る と 損 傷 を 招 く こ と に な る 。 ま た 、 本 方 式 で は 払 落 と し 操 作 は 気 流 を 止 め て 行 う 必 要 が あ る こ と か ら 、連 続 運 転 を す る た め に は 多 室 構 成 と し て 各 室 を 切 換 な が ら 払 落 と し 操 作 を 行 う た め の ダ ン パ ー な ど の 機 器 が 必 要 と な る 。 バ グ フ ィ ル タ ー 本 体 の 圧 力 損 失 は 、 濾 過 部 の 圧 力 損 失 と 切 換 機 器 の 圧 力 損 失 、含 塵 ガ ス が 円 筒 濾 布 の 下 部 か ら 流 入 す る 時 に 生 じ る 圧 力 損 失 お よ び バ グ フ ィ ル タ ー 出 入 口 部 で の 圧 力 損 失 の 和 と な る 。

パ ル ス ジ ェ ッ ト 方 式 の バ グ フ ィ ル タ ー は 、円 筒 ま た は 封 筒 状 濾 布 の 外 面 を 濾 過 面 と し 、含 塵 ガ ス は 集 塵 機 の 入 口 部 に 設 け ら れ た 分 散 板 に 衝 突 し た の ち 濾 布 外 面 で 濾 過 さ れ る 。払 落 と し 操 作 は 圧 縮 エ ア ー を 濾 布 の 内 側 に パ ル ス 的 に 噴 出(一 般 的 に は 0 . 1 s～0 . 3 s )さ せ て 行 い 、 圧 縮 エ ア ー の 力 と 濾 布 の 変 形 に よ り 堆 積 粉 塵 を 剥 離 さ せ る 。 圧 縮 エ ア ー の 圧 力 と 量 を 大 き く す る こ と で 払 落 と し 効 果 が 増 す が 、オ ー バ ー ク リ ー ニ ン グ に よ る 捕 集 効 率 の 低 下 お よ び 濾 布 の 損 傷 の 観 点 か ら 限 界 が 生 じ る 。 本 方 式 の バ グ フ ィ ル タ ー は 、 払 落 と し 力 が 他 の 方 式 に 較 べ て 強 く パ ル ス 的 に 短 時 間 で 行 わ れ る こ と か ら 、多 室 に 分 割 せ ず に 気 流 を 止 め る こ と な く 一 列 ご と に 払 落 と し 操 作 を 行 う こ と が で き る(オ ン ラ イ ン パ ル ス と 言 わ れ る)。 こ の 方 式 の 場 合 の 本 体 圧 力 損 失 は 、濾 過 部 の 圧 力 損 失 と 濾 過 後 の 清 浄 ガ ス が 円 筒 ま た は 封 筒 状 濾 布 の 上 部 か ら 流 出 す る 時 に 生 じ る 圧 力 損 失 お よ び バ グ フ ィ ル タ ー 出 入 口 部 で の 圧 力 損 失 の 和 と な る 。 し か し な が ら 、 払 落 と し 時 間 が 短 く 、 そ の 直 後 か ら 濾 過 操 作 が 始 ま る た め に 、 一 旦 は 払 落 と さ れ た 粉 塵 の 何 割 か が 落 下 せ ず に 再 付 着 し て 圧 力 損 失 の 上 昇 を 招 く 傾 向 が あ る 。 特 に 、 粒 子 径 お よ び 比 重 の 小 さ な 粉 塵 の 場 合 は 再 付 着 現 象 が 顕 著 で あ る こ と か ら 、パ ル ス ジ ェ ッ ト 方 式 で あ っ て も 多

室 に 分 割 し て 気 流 を 止 め て 払 落 と し 操 作 を 行 う(オ フ ラ イ ン パ ル ス と 言 わ れ る) シ ス テ ム に す る 必 要 が あ る 。

逆 洗 ま た は 逆 圧 方 式 の バ グ フ ィ ル タ ー で は 、円 筒 ま た は 封 筒 状 濾 布 を 使 用 し て 内 面 濾 過 と 外 面 濾 過 の 両 方 法 が 使 用 さ れ て い る 。払 落 と し 機 構 は 、大 気 と 機 内 の 差 圧 を 利 用 し て 濾 過 方 向 と 逆 向 き に 大 気 を 流 入 さ せ る 点 に あ る 。 従 っ て 、 多 室 構 成 と し て 気 流 を 切 換 え る ダ ン パ ー な ど の 機 器 が 必 要 と な る 。払 落 と し 効 果 は 他 の 方 式 に 較 べ て 低 い た め 、 剥 離 性 の 良 い 粉 塵 の み に 用 い ら れ て い る 。 ま た 、 払 落 と し 時 に 流 入 さ せ る 逆 洗 エ ア ー の 量 が 多 い た め 、集 塵 風 量 の 変 動 が 大 き く な る と い う 欠 点 も あ る 。払 落 と し に 使 用 さ れ る 動 力 が 小 さ い と い う 長 所 が あ る が 、払 落 と し 効 果 が 低 い こ と か ら 実 機 と し て 採 用 さ れ て い る 台 数 は 少 な い 。

１.３ バ グ フ ィ ル タ ー に 関 す る 既 往 の 研 究

バ グ フ ィ ル タ ー を 含 め た 集 塵 装 置 に 関 す る 成 書 の 代 表 的 な も の に 、I i n o y a e t a l.に よ る「 集 塵 装 置 の 性 能( 1 9 7 6 a )」と「 集 塵 工 学( 1 9 8 0 )」 が あ る 。最 近 で は 、理 論 だ け で な く 実 施 例 と 課 題 を 含 め て K a n a o k a e t a l.に よ っ て ま と め ら れ た 「 集 塵 の 技 術 と 装 置( 1 9 9 7 )」 が あ る 。 こ れ ら の 成 書 に も 記 述 さ れ て い る が 、集 塵 装 置 の 性 能 を 論 じ る 上 で 重 要 な 点 は 、集 塵 装 置 全 体 の 動 力 を 左 右 す る 圧 力 損 失 と 大 気 浄 化 に 寄 与 す る 粉 塵 の 捕 集 性 能 の ２ 点 に あ る 。 本 節 で は 、 バ グ フ ィ ル タ ー の 性 能 の 指 標 と な る 圧 力 損 失 と 捕 集 性 能 に 関 す る 既 往 の 研 究 内 容 を 列 記 し 、 残 さ れ た 課 題 を 記 述 す る 。

１.３.１ 圧 力 損 失 に 関 す る 既 往 の 研 究

バ グ フ ィ ル タ ー は 隔 壁 で あ る 濾 布 上 で 粉 塵 を 捕 集 す る こ と か ら K i m u r a a n d I i n o y a ( 1 9 6 5 )は 、 集 塵 時 の 濾 布 圧 損 を 清 浄 濾 布 の 圧 力 損

失 と 粉 塵 層 の 圧 力 損 失 の 和 と し て 次 式 で 表 現 し て い る 。 Δ Ｐ’＝Δ Ｐ’C＋Δ Ｐ’D

＝(ζ_C＋mpα)μu ( 1 . 1 ) し か し な が ら 、 バ グ フ ィ ル タ ー の 濾 布 圧 損 は 、 清 浄 濾 布 設 置 時 に は 小 さ い が 運 転 時 間 と と も に 徐 々 に 上 昇 し た 後 、払 落 と し 周 期 内 に 捕 集 堆 積 す る 粉 塵 層 の 圧 力 損 失 を 変 動 範 囲 と し て 定 常 化 す る 。こ れ は 、 払 落 と し 操 作 で 落 ち な い 残 留 粉 塵 が 濾 布 内 部 ま た は 表 面 に 徐 々 に 堆 積 し た の ち 、払 落 と し 力 と 粉 塵 と 濾 布 と の 付 着 力 が 均 衡 状 態 に 達 し て 定 常 化 す る た め と 考 え ら れ る 。定 常 に 達 し た 時 点 に お け る 払 落 と し 直 後 の 圧 力 損 失 は 、清 浄 濾 布 の 圧 力 損 失 よ り も 大 き く 粉 塵 の 物 性 に よ っ て は 数 十 倍 に な る 。 こ れ を 表 現 す る た め 、N o l l e t a l. ( 1 9 7 3 ) は 単 位 面 積 当 た り に 残 留 す る 粉 塵 量 をＷ[ k g / m²]と し て 次 式 で 表 し て い る 。

Δ Ｐ’ ^＝Ｂ₍Ｗ＋Ｍ₎u (1.2) こ こ で 、Ｍは 払 落 と し 操 作 の の ち 新 た に 捕 集 堆 積 す る 単 位 面 積 当 た り の 粉 塵 量 と し て い る 。E q . ( 1 . 2 )に は 清 浄 濾 布 の 圧 力 損 失 特 性 が 含 ま れ て い な い こ と か ら 、I i n o y a a n d M a k i n o ( 1 9 7 6 )は 払 落 と し 時 に 残 留 す る 粉 塵 と 清 浄 濾 布 の 圧 力 損 失 を 合 わ せ て 係 数Ａを 用 い た 次 式 を 提 案 し て い る 。

Δ Ｐ’ ^＝(Ａ＋Ｂ Ｍ^δ₎u (1.3) こ こ で 、δ は 近 似 的 に 1 と し て 扱 え る と し て い る( I i n o y a e t a l, 1 9 7 8 )。 圧 力 損 失 の 正 確 な 表 現 式 は 未 だ 確 立 さ れ て は い な い が 、 現 在 で は Eq.(1. 3)の 形 で 表 現 さ れ る こ と が 多 く 、 係 数ＡとＢを 圧 損 パ ラ メ ー タ ー と 称 し て 研 究 が 進 め ら れ て い る 。 一 方 、E q . ( 1 . 3 )中 の 係 数Ａと Ｂの 経 時 変 化 に つ い て 、M ori(1979)が 機 械 シ ェ ー キ ン グ 方 式 の バ グ フ ィ ル タ ー で 鋳 物 砂 を 集 塵 し た 場 合 に つ い て 報 告 し て い る 。そ れ に よ れ ば 、 係 数Ｂは 運 転 当 初 か ら ほ ぼ 一 定 で あ る が 、 係 数Ａは 定 常 化 す る ま で 8 0～1 2 0 日 を 要 し て い る 。

さ て 、上 記 の い ず れ の 式 の 係 数 も 実 験 あ る い は 実 機 の デ ー タ か ら 算 出 せ ざ る を 得 ず 、必 然 的 に 実 測 デ ー タ の 解 析 方 法 が 重 要 と な っ て

く る 。 回 分 運 転(単 室 運 転 ま た は 間 欠 運 転 と も 言 わ れ る)で 使 用 さ れ て い る バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 の 時 間 変 化 挙 動 は 、単 位 面 積 当 た り に 堆 積 す る 粉 塵 量Ｍの み に よ っ て 支 配 さ れ る こ と か ら 、E q . ( 1 . 3 ) に 基 づ い て デ ー タ の 解 析 が 行 わ れ て い る 。し か し な が ら 、実 用 的 に 運 用 さ れ て い る バ グ フ ィ ル タ ー の 殆 ど は 連 続 運 転 型 で 多 室 ま た は 多 列 構 成 に な っ て お り 、運 転 中 に 一 室 ま た は 一 列 づ つ 払 落 と し 操 作 を 行 う こ と で 、途 中 停 止 す る こ と な く 一 定 範 囲 内 の 圧 力 損 失 で 運 転 さ れ る 。こ の 場 合 、各 室 の 堆 積 粉 塵 量Ｍが 異 な る た め 、各 室 の 濾 過 速 度 も 異 な り 時 間 と と も に 変 化 す る 。Ta n a k a e t a l. ( 1 9 7 3 )は 、各 室 の 流 量 と 圧 力 損 失 を 電 気 回 路 の 電 流 と 電 圧 に 置 き 換 え て 並 列 回 路 と し て 圧 力 損 失 を 求 め て い る 。 同 様 な 考 え 方 に よ り I i n o y a e t a l. ( 1 9 7 6 b )は 、多 室 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 値 か ら E q . ( 1 . 3 )の 係 数 Ａ_,Ｂを 求 め る 方 法 を 示 し て い る 。 ま た 、C o o p e r a n d H a m p l ( 1 9 7 6 ) は 、 圧 力 損 失 と 堆 積 粉 塵 量 と の 関 係 を 実 験 的 に ま と め 、E q . ( 1 . 3 )の 変 形 式 を 用 い て 各 室 の 任 意 時 間 で の 濾 過 速 度 を 求 め て い る 。い ず れ の 方 法 も バ グ フ ィ ル タ ー 本 体 の 圧 力 損 失 を 、濾 布 の 圧 力 損 失 と 粉 塵 層 の 圧 力 損 失 の 和 と し て 解 析 し て い る 。

し か し な が ら 、 装 置 化 す る と き に は 装 置 固 有 の 圧 力 損 失(機 械 圧 損)が 必 ず 発 生 す る 。 特 に 、 連 続 運 転 を す る に は 各 室 ま た は 各 列 を 切 換 え る 機 器 が 必 要 不 可 欠 と な り 、そ の 抵 抗 は 濾 布 圧 損 の 挙 動 に 大 き く 影 響 す る 。ま た 、前 節 で も 記 述 し た よ う に 、含 塵 ガ ス が 円 筒 濾 布 の 下 部 か ら 流 入 す る 時 に 生 じ る 圧 力 損 失 あ る い は 濾 過 後 の 清 浄 ガ ス が 円 筒 ま た は 封 筒 状 濾 布 の 上 部 か ら 流 出 す る 時 に 生 じ る 圧 力 損 失 も 濾 布 圧 損 の 挙 動 に 影 響 す る 。 こ れ を 考 慮 し た モ デ ル と し て I k e n o a n d Yo n e d a ( 1 9 8 3 )は 、濾 布 圧 損 に 切 換 機 器 な ど の 機 械 圧 損 を 加 え た 本 体 圧 力 損 失 モ デ ル を 示 し 、数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 か ら 最 終 圧 損 の 近 似 式 を 提 示 し た 。し か し な が ら 、そ の 近 似 式 は 誤 差 が 大 き く 、最 終 圧 損 の み に 対 す る 近 似 式 で あ っ た た め 、実 機 の 測 定 デ ー タ か ら 圧 損 パ ラ メ ー タ ー を 正 確 に 算 出 す る こ と が で き な か っ た 。

一 方 、粉 塵 層 の 圧 力 損 失 に 関 す る 研 究 も 古 く か ら す す め ら れ て い る 。C a r m a n ( 1 9 3 7 )は 、K o z e n y の 導 い た 理 論 式 に 検 討 を 加 え て 粒 子 充 填 層 の 圧 力 損 失 を 空 隙 率

ε

と 粒 子 の 比 表 面 積 Sv を 用 い て 表 し て い る(K o z e n y - C a r m a n 式)が 、 空 隙 率

ε

と 粉 体 物 性 お よ び 濾 過 速 度 と の 関 係 を 表 現 す る ま で に は 至 っ て い な い 。粉 塵 層 の 圧 力 損 失 の 指 標 (圧 損 パ ラ メ ー タ ー)は 比 抵 抗αと し て 表 現 さ れ て お り 、 そ れ に 関 し て は 、B o rg w a r d t e t a l. ( 1 9 6 8 ) , D e n n i s e t a l. ( 1 9 7 8 ) , M o r i ( 1 9 7 9 )に よ っ て 濾 過 速 度 へ の 依 存 性 が 報 告 さ れ て い る 。し か し な が ら 、そ の 依 存 度 は 濾 過 速 度 の 0 . 2 乗 ～1 . 5 乗 と 幅 が あ り 普 遍 化 さ れ て い な い 。 Ya m a d a e t a l. ( 1 9 8 7 )は 、 粉 塵 層 の 圧 力 損 失 が 濾 過 速 度 の 0 . 4 乗 ～1 . 0 乗 に 比 例 す る デ ー タ と と も に 空 隙 率 に 対 す る 影 響 を 示 し 、圧 密 特 性 の 測 定 方 法 を 提 唱 し て い る が 、空 隙 率 が 粉 体 物 性 と 濾 過 速 度 に よ っ て ど の よ う に 変 わ る か ま で は 言 及 し て い な い 。比 抵 抗 に 対 す る 空 隙 率 の 影 響 に 関 し て は K i m u r a a n d I i n o y a ( 1 9 6 5 )が 、K o z e n y - C a r m a n 式 を 用 い て 考 察 し 、S u z u k i e t a l. ( 1 9 9 1 )は 、 粒 子 層 空 間 率 推 定 モ デ ル を 提 唱 し て 粒 度 分 布 か ら 圧 力 損 失 を 推 定 で き る こ と を 示 し て い る が 、 充 填 速 度(＝ 濾 過 速 度 × 含 塵 濃 度)の 影 響 を 数 値 化 す る ま で に は 至 っ て い な い 。こ の よ う に 、比 抵 抗 は 定 量 的 に 十 分 評 価 さ れ て い る と は 言 え ず 、バ グ フ ィ ル タ ー を 設 計 す る 場 合 に は 実 機 の デ ー タ お よ び 実 験 に 頼 ら ざ る を 得 な い の が 現 状 で あ る 。

残 留 粉 塵 を 含 ん だ 払 落 と し 後 の 濾 布 圧 損 を 示 す 指 標(圧 損 パ ラ メ ー タ ー)は 汚 れ 濾 布 抵 抗ζ_d と し て 表 現 さ れ て お り 、 粉 塵 の 物 性 お よ び 濾 布 の 種 類 に よ っ て 様 々 な 値 を 示 す 。 ま た 、 払 落 と し 方 式 あ る い は 払 落 と し 力 に よ っ て も 変 わ っ て く る 。 こ の 汚 れ 濾 布 抵 抗ζd に 関 す る 解 析 的 な 研 究 は 、定 常 化 ま で の 時 間 が 長 い こ と お よ び 濾 材 と 粉 体 と の 組 み 合 わ せ の 多 さ 故 に ほ と ん ど 成 さ れ て い な い 。こ れ を 解 明 す る 手 段 と し て 、 払 落 と し 機 構 に 関 す る 研 究 が K a n a o k a e t a l. ( 1 9 9 4 ) に よ っ て す す め ら れ て い る 。

１.３.２ 捕 集 性 能 に 関 す る 既 往 の 研 究

バ グ フ ィ ル タ ー は 、繊 維 層 で あ る 濾 布 で 粉 塵 を 捕 集 す る 機 構 で あ る こ と か ら 、エ ア ー フ ィ ル タ ー の 粉 塵 捕 集 機 構 と 同 じ と 考 え ら れ る 。 エ ア ー フ ィ ル タ ー の 捕 集 効 率 に つ い て は 、E m i e t a l. ( 1 9 7 3 )が 慣 性 力 と 重 力 お よ び 拡 散 力 と 繊 維 に よ る さ え ぎ り 効 果 を 用 い て 解 析 し 、捕 集 効 率 を 推 算 す る 図 表 を 表 し て い る 。ま た 、I n a g a k i e t a l. ( 2 0 0 1 )は 繊 維 断 面 形 状 が 捕 集 効 率 に 影 響 す る と し て 研 究 報 告 し て い る 。 ま た 、 M o r i e t a l. ( 1 9 9 5 )は 、繊 維 の さ え ぎ り 効 果 に よ る 捕 集 効 率 が 繊 維 層 の 充 填 密 度 に よ っ て 変 わ る と 報 告 し て い る 。

一 方 、 粉 塵 負 荷 を 伴 う 場 合 の 捕 集 効 率 に つ い て は 、K i m u r a a n d S h i r a t o ( 1 9 7 0 )が 粉 塵 の 粒 度 と 濾 過 速 度 な ど の 運 転 条 件 を パ ラ メ ー タ ー と し て 実 験 式 を 提 示 し て い る 。M o r i ( 1 9 7 9 )は 、 粉 塵 負 荷 量 に よ っ て 捕 集 効 率 が 大 き く 変 わ る こ と を 実 験 デ ー タ で 示 し 、実 験 で 得 ら れ た 積 算 透 過 率 か ら 瞬 間 透 過 率 を 算 出 し て い る 。 ま た 、I k e m o r i a n d K o s a k a i ( 1 9 7 8 )は 、粉 塵 負 荷 量 と 圧 力 損 失 の 関 係 を 実 験 的 に 求 め て 捕 集 効 率 と 圧 力 損 失 と の 相 関 を 実 験 式 で 示 し て い る 。こ れ ら の 研 究 に よ れ ば 、 粉 塵 負 荷 量 が 多 く な る(圧 力 損 失 が 高 い)ほ ど 捕 集 効 率 は 良 く な り 、濾 過 速 度 が 遅 い ほ ど 捕 集 効 率 が 良 く な る こ と を 示 し て い る 。 E m i e t a l. ( 1 9 8 7 )も 同 様 な 報 告 を し て い る が 、 い ず れ の 研 究 も 実 験 室 で の 回 分 実 験 で 得 ら れ た 結 果 で あ り 、実 用 さ れ て い る バ グ フ ィ ル タ ー の 運 転 デ ー タ と の 比 較 は 行 わ れ て い な い 。 一 般 的 に は 、 バ グ フ ィ ル タ ー の 出 口 粉 塵 濃 度 は 払 落 と し 直 後 に 増 大 し 、そ の 後 急 激 に 減 少 す る 。H a k a m a t a e t a l. ( 1 9 9 3 )は 、パ ル ス ジ ェ ッ ト 型 バ グ フ ィ ル タ ー の 出 口 粉 塵 の 個 数 を 経 時 的 に 測 定 し て 報 告 し て い る 。そ の 図 を F i g . 1 . 4 に 示 す 。実 用 さ れ て い る バ グ フ ィ ル タ ー の 殆 ど を 占 め る 多 室 あ る い は 多 列 構 成 の 連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー の 粉 塵 捕 集 効 率 に つ い て

は 、F i g . 1 . 4 に 類 似 し た 実 測 例 は 報 告 さ れ て は い る が 解 析 的 な 研 究 は

殆 ど 報 告 さ れ て い な い 。

F i g . 1 . 4 パ ル ス ジ ェ ッ ト 前 後 の 出 口 個 数 濃 度 の 推 移 ( H a k a m a t a e t a l . , 1 9 9 3 )

こ れ ま で 述 べ て き た よ う に 、バ グ フ ィ ル タ ー の 性 能 の 指 標 で あ る 圧 力 損 失 と 粉 塵 捕 集 性 能 は 、 濾 過 面 に 堆 積 す る 粉 塵 量(粉 塵 負 荷 量) と 密 接 な 関 係 が あ る 。

１.４ バ グ フ ィ ル タ ー の 計 画 設 計 に お け る 課 題

バ グ フ ィ ル タ ー を 計 画 設 計 す る 場 合 、以 下 の よ う な 手 順 で 計 画 さ れ る 。

第 １ ス テ ッ プ 集 塵 対 象 に 応 じ た 必 要 集 塵 風 量 を 算 出 す る 。 第 ２ ス テ ッ プ バ グ フ ィ ル タ ー に 与 え る 許 容 圧 力 損 失( 1 . 5 k P a

～2 k P a と さ れ る 場 合 が 多 い)以 下 で 運 転 で き る

最 大 濾 過 速 度 を 推 算 し て 必 要 濾 過 面 積 を 算 出 す る 。 こ の 場 合 、 出 口 粉 塵 濃 度 を 増 加 さ せ な い

よ う に 払 落 と し サ イ ク ル を 極 端 に 短 く し な い こ と に 留 意 す る 。

第 ３ ス テ ッ プ 集 塵 系 統(吸 引 部 ～ ダ ク ト ～ バ グ フ ィ ル タ ー ～ ダ ク ト ～ ブ ロ ア ー ～ 排 気)全 体 の 圧 力 損 失 を 算 出 し て ブ ロ ア ー の 必 要 静 圧 と 駆 動 モ ー タ ー の 仕 様 を 決 定 す る 。 こ の 場 合 、 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 は 、第 ２ ス テ ッ プ で 与 え た 許 容 圧 力 損 失 と し て い る 。

最 も 重 要 な の が 機 器 の 大 小 を 決 定 す る 第 ２ ス テ ッ プ の 作 業 と な る 。 し か し な が ら 、 粒 子 径 を 含 め た 対 象 粉 塵 の 物 性 値 が 様 々 で あ る た め 濾 過 速 度 と 圧 力 損 失 の 関 係 も 画 一 的 に は 表 せ な い 。 必 然 的 に 、 集 塵 実 績 か ら 類 似 す る 粉 塵 の 運 転 デ ー タ を 検 索 し て 濾 過 速 度 と 圧 力 損 失 の 関 係 を 推 定 せ ざ る を 得 な い 。類 似 す る 集 塵 実 績 が あ る 場 合 に お い て も 、濾 過 速 度 お よ び 払 落 と し サ イ ク ル な ど の 運 転 条 件 を 変 え た と き に 、圧 力 損 失 が ど の よ う に 変 化 す る か も 実 際 に 運 転 し て み な け れ ば 正 確 な 値 を 把 握 で き な い 。 一 方 、 実 績 の な い 粉 塵 の 集 塵 計 画 に 至 っ て は 、現 場 に テ ス ト 機 を 持 ち 込 ん で １ ～ ２ ヶ 月 の 時 間 を か け て 圧 力 損 失 特 性 を 測 定 し て 、濾 過 速 度 お よ び 払 落 と し サ イ ク ル な ど の 最 適 設 計 点 を 把 握 す る し か 手 段 が な い の が 現 状 で あ る 。こ れ は 、 圧 損 パ ラ メ ー タ ー で あ る 汚 れ 濾 布 抵 抗ζ_d と 比 抵 抗αが 経 験 的 に し か 得 ら れ な い こ と と 、圧 力 損 失 の 正 確 な 表 現 式 が 確 立 さ れ て い な い こ と に 起 因 し て い る 。

１.５ 本 研 究 の 目 的

バ グ フ ィ ル タ ー の 性 能 の 優 劣 は 、動 力 の 指 標 で あ る 圧 力 損 失 と 大 気 浄 化 の 指 標 で あ る 粉 塵 捕 集 効 率 で 示 さ れ る 。計 画 設 計 を す る 際 に も 、こ の ２ 点 を 重 視 し て 最 適 設 計 点 の 検 討 を す る 必 要 が あ る 。一 方 、

既 往 の 研 究 で も 述 べ ら れ て い る よ う に 、バ グ フ ィ ル タ ー の 粉 塵 捕 集 効 率 は 粉 塵 負 荷 量 の 増 減 に 伴 う 圧 力 損 失 の 挙 動 と 密 接 な 関 係 が あ る 。し か し な が ら 、バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 に 関 す る 研 究 は 濾 過 部 の 圧 力 損 失 の み に 対 し て 検 討 さ れ て お り 、装 置 化 す る と き に 必 ず 発 生 す る 装 置 固 有 の 圧 力 損 失(機 械 圧 損)の 影 響 を 加 え て 検 討 さ れ た も の は 殆 ど 報 告 さ れ て い な い 。特 に 、実 用 的 に 運 転 さ れ て い る バ グ フ ィ ル タ ー の 殆 ど を 占 め る 連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー は 多 室 ま た は 多 列 構 成 に な っ て お り 、運 転 中 に 一 室 ま た は 一 列 づ つ 払 落 と し 操 作 を し て 連 続 的 に 運 転 を し て い る 。そ の た め に は 、各 室 ま た は 各 列 を 切 換 え る 機 器 が 必 要 不 可 欠 と な り 、 そ の 抵 抗(機 械 圧 損)は 濾 布 の 圧 力 損 失 の 挙 動 に 大 き く 影 響 す る 。

本 研 究 の 目 的 は 、こ の 機 械 圧 損 の 影 響 を 考 慮 し て 、多 室 あ る い は 多 列 で 構 成 さ れ る 連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 の 挙 動 を 数 値 的 に 表 し 、濾 過 速 度 お よ び 払 落 と し サ イ ク ル な ど の 運 転 条 件 の 最 適 設 計 を 可 能 と す る こ と に あ る 。ま た 、圧 損 パ ラ メ ー タ ー で あ る 汚 れ 濾 布 抵 抗ζ_d お よ び 比 抵 抗αと 粉 体 物 性 お よ び 運 転 条 件 と の 相 関 を 求 め 、 経 験 則 に 依 存 し た 計 画 設 計 か ら の 脱 却 を 図 る 。

第 ２ 章 で は 、連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー に 不 可 欠 な 機 械 圧 損 を 加 え た I k e n o a n d Yo n e d a ( 1 9 8 3 ) が 提 示 し た 本 体 圧 力 損 失 に 対 す る 表 現 式 を 用 い て 、新 た に 払 落 と し 直 前 の 第 N 室(ま た は N 列)の 平 均 濾 過 速 度 u_N と 全 室 に 対 す る 平 均 濾 過 速 度 ua v と の 比 m (＝ u_N/ua v)と 、 ua v に 対 す る 各 室 の 平 均 濾 過 速 度 _ui の 分 散 値σ² の 考 え を 加 え て 本 体 初 期 圧 損ΔPI N と 本 体 最 終 圧 損ΔPF I N に 対 す る 圧 力 損 失 理 論 式 を 導 出 し 、機 械 圧 損 の 大 小 に よ る 本 体 圧 力 損 失 へ の 影 響 を 評 価 す る 。 こ の 理 論 式 に 補 正 項 を 加 え たΔPI N とΔPF I N に 対 す る 精 度 の 高 い 相 関 式 を 提 示 し 、こ れ ら の 相 関 式 の 装 置 設 計 へ の 活 用 法 お よ び 実 験 あ る い は 実 機 の 運 転 デ ー タ か ら 圧 力 損 失 の 指 標 で あ る 圧 損 パ ラ メ ー タ ー(ζ_d ,α)が 算 出 で き る こ と を 示 す 。 ま た 、 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 と 圧 力 損 失 理 論 式 と の 比 較 か ら m お よ びσ²を 用 い な い 簡 便 化 し た 場 合 のΔ_{PI N} とΔ_{PF I N} の 相 関 式 を 提 示 す る 。

第 ３ 章 で は 、粒 度 分 布 お よ び 流 動 性 の 異 な る ３ 種 類 の 粉 体 に よ る 実 験 結 果 か ら 、 汚 れ 濾 布 抵 抗ζ_d と 比 抵 抗αに 対 す る 濾 過 速 度 お よ び 含 塵 濃 度 の 影 響 を 示 す 。 ま た 、K o z e n y - C a r m a n 式 と 実 験 結 果 を 用 い て 粉 塵 層 の 空 隙 率 を 数 値 化 し 、 比 抵 抗αを 粉 体 物 性 お よ び 運 転 条 件 か ら 推 算 で き る 実 験 式 を 求 め る 。

第 ４ 章 で は 、第 ２ 章 で 表 現 で き な か っ た 圧 力 損 失 の 時 間 変 化 挙 動 を 実 験 的 に 考 察 し 、圧 力 損 失 の 時 間 変 化 挙 動 を 表 現 で き る 新 た な モ デ ル を 提 示 す る 。第 ２ 章 で 用 い た 既 往 の 払 落 と し モ デ ル は 、払 落 と し 操 作 後 の 濾 過 面 に 残 留 す る 粉 塵 量 は 均 一 に 分 布 し て い る と し た

「 一 様 払 落 と し モ デ ル 」で あ っ た が 、払 落 と し 操 作 後 の 濾 過 面 を 観 察 す る と 残 留 す る 粉 塵 量 が 場 所 に よ っ て 差 異 が あ っ た 。 本 章 で は 、 濾 過 面 が 粉 塵 の 残 留 し た 汚 れ 濾 布 抵 抗ζD を 有 す る 濾 過 面 と 清 浄 濾 布 状 態 ま で 払 落 と さ れ た 清 浄 濾 布 抵 抗ζC を 有 す る 濾 過 面 の ２ 面 で 構 成 さ れ て い る と す る「 斑 落 ち モ デ ル 」を 提 示 す る 。そ の 面 積 比 率 を

ε

^D対

ε

^Cと し た 斑 落 ち モ デ ル に 基 づ く 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 が 、回 分 運 転 お よ び 連 続 運 転 に お け る 本 体 圧 力 損 失 の 時 間 変 化 挙 動 の 実 測 値 を 全 時 間 領 域 で 良 好 に 表 現 で き る こ と を 示 す 。

第 ５ 章 で は 、 第 ２ 章 で 提 示 し た 払 落 と し 直 前 の 第 N ^室(ま た は 第 N 列)の 時 間 平 均 の 濾 過 速 度 u_Nと 室 平 均 の 濾 過 速 度 ua v と の 比 m (＝ uN/ua v)お よ び ua v に 対 す る 各 室 の 平 均 濾 過 速 度 _ui の 分 散 値σ² の 考 え を 第 ４ 章 で 提 示 し た「 斑 落 ち モ デ ル 」に 適 用 し て 理 論 解 析 を 行 い 、 本 体 圧 力 損 失 の 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 と 理 論 解 析 結 果 を 比 較 す る 。 そ の 比 較 か ら 、 様 々 な 運 転 条 件 に 適 用 で き 、 さ ら に 最 終 圧 損 だ け で な く 全 時 間 域 に 適 用 可 能 な 本 体 圧 力 損 失 の 精 度 の 高 い 相 関 式 を 導 出 す る 。

第 ６ 章 で は 、 本 論 文 を 総 括 す る 。

Nomenclature

Ａ ＝ p r e s s u r e d r o p p a r a m e t e r d e f i n e d b y E q . ( 1 . 3 ) [ P a･s / m ] Ｂ ＝ p r e s s u r e d r o p p a r a m e t e r d e f i n e d b y E q . ( 1 . 3 ) [ P a･s / m ] Ｍ ＝ d u s t l o a d i n g o n f i l t e r c l o t h [ k g / m²] ｍ ＝ r a t i o o f a v e r a g e f i l t e r i n g v e l o c i t y o f t h e N - t h

c o m p a r t m e n t j u s t b e f o r e c l e a n i n g o p e r a t i o n t o

t h a t o f a l l c o m p a r t m e n t s [－]

ｍ_p ＝ d u s t l o a d i n g o n f i l t e r c l o t h [ k g / m²]

Ｎ ＝ n u m b e r o f c o m p a r t m e n t s [－]

Ｓ_v ＝ s p e c i f i c s u r f a c e a r e a [ m²/ m³]

ｕ ＝ f i l t e r i n g v e l o c i t y f o r f i l t e r i n g o p e r a t i o n [ m / s ] ｕ_{a v} ＝ a v e r a g e f i l t e r i n g v e l o c i t y f o r c o n t i n u o u s f i l t e r i n g

o p e r a t i o n [ m / s ]

ui _＝ f i l t e r i n g v e l o c i t y i n t h e i- t h c o m p a r t me n t

a v e r a g e d o v e r f i l t e r i n g o p e r a t i o n [ m / s ]

u

N ＝ f i l t e r i n g v e l o c i t y i n t h e N - t h c o m p a r t m e n t j u s t

b e f o r e c l e a n i n g a v e r a g e d o v e r f i l t e r i n g o p e r a t i o n [ m / s ] Ｗ ＝ r e s i d u a l d u s t o n f i l t e r c l o t h [ k g / m²] α ＝ s p e c i f i c r e s i s t a n c e o f d u s t c a k e [ m / k g ] ΔＰ_’ ＝ f i l t e r c l o t h p r e s s u r e d r o p w i t h d u s t l o a d i n g [ P a ] ΔＰ’C ＝ p r e s s u r e d r o p o f v i rg i n a l f i l t e r c l o t h [ P a ] ΔＰ’D ＝ p r e s s u r e d r o p o f d u s t l a y e r [ P a ] ΔPF I N ＝ t o t a l p r e s s u r e d r o p f or b a g f i l t e r j u s t b e f o r e

c l e a n i n g [ P a ] ΔPI N ＝ t o t a l p r e s s u r e d r o p f o r b a g f i l t e r j u s t a f t e r c l e a n i n g [ P a ]

ε

＝ v o i d f r a c t i o n [－]

ε

^{C ＝} f r a c t i o n o f v i rg i n a l f i l t er c l o t h a r e a t o t h e t o t a l

a r e a [－]

ε

D ＝ f r a c t i o n o f f i l t e r c l o t h a r e a w i t h r e s i d u a l d u s t

t o t h e t o t a l a r e a [－]

ζd ＝ s p e c i f i c r e s i s t a n c e o f f i l t e r c l o t h w i t h r e s i d u a l

d u s t b y u n i f o r m e d c l e a n i n g m o d e l [ m^－1] ζC ＝ s p e c i f i c r e s i s t a n c e o f v i rg i n a l f i l t e r c l o t h b y

p a t c h e d c l e a n i n g m o d e l [ m^－1]

ζD ＝ s p e c i f i c r e s i s t a n c e o f f i l t e r c l o t h w i t h r e s i d u a l

d u s t b y p a t c h e d c l e a n i n g m o d e l [ m^－1]

μ ＝ g a s v i s c o s i t y [ P a･s ]

σ² ＝ v a r i a n c e o f t h e f i l t e r i n g v e l o c i t y i n i - t h

c o m p a r t m e n t a v e r a g e d o v e r f i l t e r i n g o p e r a t i o n

ui t o ua v [ m²/ s²]

Literature Cited

B o rg w a r d t , R . H . , R . E . H a r r i n g t o n a n d P. W. S p a i t e ;

” F i l t r a t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f F l y A s h f r o m a P u l v e r i z e d C o a l - F i r e d P o w e r P l a n t ,” J o u r n a l o f t h e A i r P o l l u t i o n C o n t ro l A s s o c i a t i o n, 1 8, 3 8 7 - 3 9 0 ( 1 9 6 8 )

C a r m a n , P. C . ;

“ F l u i d F l o w t h r o u g h G r a n u l a r B e d , ” Tr a n s a c t i o n s o f t h e I n s t i t u t i o n o f C h e m i c a l E n g i n e e r s (L o n d o n) , 1 5, 1 5 0 - 1 6 6 ( 1 9 3 7 )

C o o p e r, D . W. a n d V. H a m p l ;

” C o n f e r e n c e o n P a r t i c u l a t e C o l l e c t i o n P r o b l e m s i n C o n v e r t i n g t o L o w S u l f u r C o a l s , ” P a p e r N o . 9 F a b r i c F i l t r a t i o n P e r f o r m a n c e M o d e l , E PA - 6 0 0 / 7 - 7 6 - 0 1 6 , U . S . E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y, Wa s h i n g t o n , D . C . ( 1 9 7 6 )

D e n n i s , R . , R . W. C a s s a n d R . R . H a l l ;

” D u s t D i s l o d g e m e n t f r o m Wo v e n F a b r i c s Ve r s u s F i l t e r P e r f o r m a n c e , ” J o u r n a l o f t h e A i r P o l l u t i o n C o n t ro l A s s o c i a t i o n, 2 8, 4 7 - 5 1 ( 1 9 7 8 ) E m i , H . , K . O k u y a m a a n d N . Yo s h i o k a ;

“ P r e d i c t i o n o f C o l l e c t i o n E ff i c i e n c y o f A e r o s o l s b y H i g h - P o r o s i t y F i b r o u s F i l t e r, ” J o u r n a l o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g o f J a p a n , 6, 3 4 9 - 3 5 4 ( 1 9 7 3 )

E m i , H . , C . K a n a o k a , Y. O t a n i a n d M . H i g a s h i ;

“ F u r t h e r U p g r a d i n g o f A d v a n c e d A i r F i l t e r, ” P r o c e e d i n g o f t h e 5 2 t h A n n u a l M e e t i n g o f t h e S o c i e t y o f C h e m i c a l E n g i n e e r s , J a p a n , p . 2 1 3 ( 1 9 8 7 )

E m i , H . a n d Y. O t a n i ;

“ G a s - Ry u s h i - K e i B u n r i n o K i s o , ” K a g a k u K o g a k u n o S h i n p o , 2 8 , Ry u t a i - Ry u s h i - K e i B u n r i , K a g a k u k o g a k u k a i e d . , 1 8 - 2 1 ( 1 9 9 4 a ) E m i , H . a n d Y. O t a n i ;

“ G a s - Ry u s h i - K e i B u n r i n o K i s o , ” K a g a k u K o g a k u n o S h i n p o , 2 8 , Ry u t a i - Ry u s h i - K e i B u n r i , K a g a k u k o g a k u k a i e d . , p . 2 5 ( 1 9 9 4 b ) H a k a m a t a , T. , K . U s h i r o e b i s u a n d A . S u z u k i ;

“ P e r f o r m a n c e o f P u l s e J e t Ty p e B a g F i l t e r, ” S i n t o G i h o u, 1 3, 3 7 - 4 1 ( 1 9 9 3 )

I i n o y a , K . , N . K i m u r a , K . M a k i n o , M . L i n , N . M o r i s h i m a , T. Yo s h i d a , H . E m i a n d I . Ta m o r i ;

“ S h u j i n S o u c h i n o S e i n o u , ” I i n o y a , K . e d . , S a n g y o G i j u t s u C e n t e r, To k y o , J a p a n ( 1 9 7 6 a )

I i n o y a , K . a n d K . M a k i n o ;

“ B a g F i l t e r n o S e i n o u s u i t e i , ” S h u j i n S o u c h i n o S e i n o u , I i n o y a , K . e d . , 5 1 - 5 9 , S a n g y o G i j u t s u C e n t e r, To k y o , J a p a n ( 1 9 7 6 )

I i n o y a , K . , K . M a k i n o , K . U e s h i ma , M . H . L i n a n d Y. M o r i ;

“ A M e t h o d f o r M e a s u r i n g P r e s s u r e D r o p P a r a m e t e r s o f M u l t i - C o m p a r - t me n t B a g F i l t e r, ” K a g a k u K o g a k u R o n b u n s h u, 2, 5 1 7 - 5 2 1 ( 1 9 7 6 b ) I i n o y a , K . , K . M a k i n o , N . I z u mi a n d Y. M o r i ;

“ T h e A n a l y t i c a l O p t i m a l D e s i g n o f F a b r i c F i l t e r S y s t e m , ” J o u r n a l o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g o f J a p a n , 11, 1 3 6 - 1 4 2 ( 1 9 7 8 )

I i n o y a , K . ;

“ S h u j i n K o g a k u , ” N i k k a n K o u g y o S h i n b u n s y a , To k y o , J a p a n ( 1 9 8 0 )

I k e m o r i , K . a n d Y. K o s a k a i ;

“ C o l l e c t i o n E ff i c i e n c y, F l o w R e s i s t a n c e a n d T h e i r C o r r e l a t i o n i n a N e e d l e - P u n c h e d F e l t U s e d f o r B a g F i l t e r, ” K u u k i S e i j y o ,1 6 ( 3 ), 1 - 1 9 ( 1 9 7 8 )

I k e n o , H . a n d T. Yo n e d a ;

“ P r e s s u r e D r o p i n M u l t i - C o m p a r t m e n t B a g F i l t e r, ” J o u r n a l o f t h e S o c i e t y o f P o w d e r Te c h n o l o g y , J a p a n , 2 0, 1 4 2 - 1 4 6 ( 1 9 8 3 )

I k e n o , H . ;

“ K o k i B u n r i G i j u t s u n o S h i n t en , ” S a i k i n n o K a g a k u K o g a k u 5 1, Ry u t a i - Ry u s h i - K e i B u n r i K o g a k u n o Te n k a i , K a g a k u k o g a k u k a i e d . , p . 1 0 1 ( 1 9 9 9 )

I n a g a k i , M . , K . S a k ai , N . N a mi k i , H . E m i a n d Y. O t a n i ;

“ I n f l u e n c e o f F i b e r C r o s s - s e c t i o n a l S h a p e o n F i l t e r C o l l e c t i o n P e r f o r m a n c e , ” K a g a k u K o g a k u R o n b u n s h u, 2 7, 11 3 - 1 2 0 ( 2 0 0 1 ) K a n a o k a , C . a n d I . Ta m o r i ;

“ R e c e n t Tr e n d s o f C e r a m i c F i l t e r Te c h n i q u e s f o r D u s t - L a d e n H o t G a s e s , ” T h e A s s o c i a t i o n o f P o w d e r P r o c e s s I n d u s t r y a n d

E n g i n e e r i n g J a p a n , 2 0, N o . 2 , 1 - 8 ( 1 9 8 8 ) K a n a o k a , C . , M . F u r u u c h i a n d J . M u r a i ;

“ T h e D u s t C l e a n i n g M e c h a n i s m o f a P u l s e J e t Ty p e B a g F i l t e r, ” J o u r n a l o f t h e S o c i e t y o f P o w d e r Te c h n o l o g y , J a p a n , 3 1, 4 2 4 - 4 2 9 ( 1 9 9 4 )

K a n a o k a , C . , I . Ta m o r i , T. Yo n e d a a n d H . M a k i n o ;

“ S h u j i n n o G i j u t s u t o S o u c h i , ” N i k k a n K o u g y o S h i n b u n s y a , To k y o , J a p a n ( 1 9 9 7 )

K a n a o k a , C . a n d T. K i s h i m a ;

“ R e l e a s i n g M e c h a n i s m o f D u s t a c c u m u l a t e d o n C e r a m i c F i l t e r S u r f a c e , ” J o u r n a l o f t h e S o c i e t y o f P o w d e r Te c h n o l o g y , J a p a n , 3 5, 2 5 0 - 2 5 5 ( 1 9 9 8 )

K a n a o k a , C . , T. K i s h i m a a nd M . A m o r m k i t b a n a m r u n g ;

“ C l e a n i n g M e c h a n i s m o f D u s t f r o m C e r a mi c F i l t e r E l e m e n t , ” H i g h Te m p e r a t u r e G a s C l e a n i n g , E d . A . D i t t e r, G. H a m m e r a n d G. K a s p e r, M V M , K a r l s r u h e , 1 4 2 - 1 5 2 ( 1 9 9 9 )

K i m u r a , N . a n d K . I i n o y a ;

“ P r e s u r e D r o p C h a r a c t e r i s t i c s o f F i l t e r C l o t h f o r D u s t C o l l e c t i o n ,”

K a g a k u K o g a k u, 2 9, 1 6 6 - 1 7 4 ( 1 9 6 5 )

K i m u r a , N . a n d M . S h i r a t o ;

“ C o l l e c t i o n E ff i c i e n c y o f D r y C l o t h - F i l t e r s w i t h D u s t L o a d i n g ,” K a g a k u K o g a k u, 3 4, 9 8 4 - 9 9 0 ( 1 9 7 0 )

M o r i , H . , N . K i m u r a , M . K a k i z o e a n d S . U e s a k a ;

“ T h e P e r f o r m a n c e o f N e e dl e P u n c h e d F e l t F i l t e r s , ” J o u r n a l o f t h e S o c i e t y o f P o w d e r Te c h n o l o g y , J a p a n , 3 2, 8 5 6 - 8 6 5 ( 1 9 9 5 )

M o r i , Y. ;

“ P e r f o r m a n c e a n d O p e r a t i o n f o r B a g F i l t e r, ” D o c t o r T h e s i s , K y o t o U n i v. , J a p a n ( 1 9 7 9 )

N o l l , K . E . , W. T. D a v i e s a n d S . P. S h e l t o n ;

” P r e s s u r e D r o p o f F a b r i c s F i l t e r f o r D u s t L o a d i n g , ” P a p e r N o . 7 3 - 3 0 - 1 , 6 6 t h A n n u a l M e e t i n g , A P C A ( C h i c a g o , 1 9 7 3 )

S u z u k i , M . , T. S a k a t a , S . N a k a m u r a , M . H i r o t a a n d T. O s h i m a ;

“ E ff e c t o f S i z e D i s t r i b u t i o n o n P r e s s u r e D r o p i n P a r t i c l e P a c k e d B e d , ” K a g a k u K o g a k u R o n b u n s h u, 1 7, 4 1 7 - 4 2 2 ( 1 9 9 1 )

Ta k a h a s h i , K . e d . ;

“ O u y o u A e r o s o l G a k u , ” p . 1 4 4 , Yo u k e n d o , To k y o , J a p a n ( 1 9 8 9 ) Ta n a k a , N . , K . M a k i n o a n d K . I i n o y a ;

“ T h e o r e t i c a l A n a l y s i s o f D u s t C l e a n i n g O p e r a t i o n i n M u l t i - C o m a r t - me n t B a g F i l t e r, ” K a g a k u K o g a k u, 3 7, 7 1 8 - 7 2 4 ( 1 9 7 3 )

Ya m a d a , M . , K . K u r a m i t su a n d K . M a k i n o ;

“ O n E s t i m a t i o n o f t h e M e c h a n i c a l St r e n g t h o f t h e D u s t L a y e r C o l l e c t e d o n B a g F i l t e r C l o t h s , ” K a g a k u K o g a k u R o n b u n s h u, 1 3, 1 3 - 1 9 ( 1 9 8 7 )

Yo n e d a , T. ;

“ H a i g a s S h o r i G i j u t s u , ” K a g a k u K o g a k u n o S h i n p o , 2 8 , Ry u t a i - Ry u s h i - K e i B u n r i , K a g a k u k o g a k u ka i e d . , p . 1 9 5 ( 1 9 9 4 a )

Yo n e d a , T. ;

“ H a i g a s S h o r i G i j u t s u , ” K a g a k u K o g a k u n o S h i n p o , 2 8 , Ry u t a i - Ry u s h i - K e i B u n r i , K a g a k u k o g a k u k a i e d . , p . 1 9 6 ( 1 9 9 4 b )

第 ２ 章

一 様 払 落 と し モ デ ル に 基 づ く 連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 特 性 の 解 析

２.１ 緒 言

バ グ フ ィ ル タ ー に 使 用 し て い る 濾 布 は 、濾 布 上 に 捕 集 さ れ た 粉 塵 を 定 期 的 に 払 落 と す こ と に よ っ て 長 期 間 使 用 さ れ る 。そ の 圧 力 損 失 は 、清 浄 濾 布 設 置 時 に は 小 さ い が 運 転 時 間 と と も に 徐 々 に 上 昇 し た 後 、払 落 と し 周 期 内 に 捕 集 堆 積 す る 粉 塵 層 の 圧 力 損 失 を 変 動 範 囲 と し て 定 常 化 す る 。こ れ は 、払 落 と し 操 作 で 落 ち な い 残 留 粉 塵 が 濾 布 内 部 ま た は 表 面 に 徐 々 に 堆 積 し た の ち 、払 落 と し 力 と 粉 塵 と 濾 布 と の 付 着 力 が 均 衡 状 態 に 達 し て 定 常 化 す る と 考 え ら れ て い る 。こ の 定 常 圧 力 損 失 は 、集 塵 装 置 全 体 の 運 転 動 力 を 決 定 す る う え で 重 要 な 数 値 で あ り 、上 限 設 定 値 に よ っ て 機 器 の 大 き さ が 変 わ っ て く る 。従 っ て バ グ フ ィ ル タ ー の 設 計 に お い て 、濾 過 速 度 お よ び 含 塵 濃 度 な ど の 運 転 条 件 に 対 す る 定 常 圧 力 損 失 を 推 算 す る こ と が 重 要 に な っ て く る 。圧 力 損 失 が 定 常 に 達 し た 後 は 一 定 期 間 経 過 し 、濾 布 の 劣 化 と と も に 粉 塵 の 濾 布 内 部 へ の 浸 透 が す す み 、圧 力 損 失 の 上 昇 と 捕 集 効 率 の 低 下 現 象 が 起 き る 。 こ れ が 濾 布 の 寿 命 と 考 え ら れ て い る 。

一 方 、バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 損 パ ラ メ ー タ ー で あ る 汚 れ 濾 布 抵 抗 と 比 抵 抗 は 、定 常 化 ま で の 時 間 が 長 い こ と お よ び 粉 の 分 散 を 含 め た ガ ス 条 件 の 再 現 性 の 問 題 か ら 実 験 室 で は 正 確 な 数 値 が 得 ら れ な い 。必

然 的 に 実 機 の 運 転 デ ー タ か ら 圧 損 パ ラ メ ー タ ー を 算 出 せ ざ る を 得 な い た め 、運 転 条 件 に よ る 圧 力 損 失 の 挙 動 を 理 論 的 に 把 握 す る こ と が 重 要 と な る 。

連 続 運 転 型 で あ る 多 室 バ グ フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 に 関 し て は 、 Ta naka et al.(1973) に よ る 理 論 的 考 察 と I i n o y a e t a l.(1976)に よ る 圧 損 パ ラ メ ー タ ー 測 定 法 が 研 究 報 告 さ れ て い る が 、濾 布 圧 損 の み に つ い て 検 討 さ れ て お り 機 械 圧 損 の 影 響 に つ い て は 言 及 さ れ て い な い 。 し か し な が ら 、連 続 運 転 型 バ グ フ ィ ル タ ー は 、多 室 ま た は 多 列 構 成 に な っ て お り 、運 転 中 に 一 室 ま た は 一 列 づ つ 払 落 と し 操 作 を 行 う こ と で 、 途 中 停 止 す る こ と な く 一 定 範 囲 内 の 圧 力 損 失 で 運 転 さ れ る 。 そ の た め に は 各 室 ま た は 各 列 を 切 換 え る 機 器 が 必 要 不 可 欠 と な り 、 そ の 抵 抗 は 濾 布 圧 損 の 挙 動 に 大 き く 影 響 す る 。こ れ を 考 慮 し た モ デ ル と し て Ikeno and Yo neda( 1983)は 、 濾 布 圧 損 に 切 換 機 器 な ど の 機 械 圧 損 を 加 え た 本 体 圧 力 損 失 モ デ ル を 示 し 、数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 か ら 最 終 圧 損 の 近 似 式 を 提 示 し た 。し か し な が ら 、そ の 近 似 式 は 誤 差 も 大 き く 最 終 圧 損 の み に 対 す る 近 似 式 で あ っ た た め 、実 機 の 測 定 デ ー タ か ら 圧 損 パ ラ メ ー タ ー を 正 確 に 算 出 す る こ と が で き な か っ た 。

本 章 で は 、数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 と 理 論 解 析 結 果 の 比 較 か ら 、 本 体 圧 力 損 失 の 初 期 圧 損 と 最 終 圧 損 に 対 す る 精 度 の 高 い 相 関 式 を 導 出 し て 機 械 圧 損 に よ る 本 体 圧 力 損 失 へ の 影 響 を 評 価 す る 。 ま た 、 本 相 関 式 の 装 置 設 計 へ の 活 用 法 を 示 す 。

２.２ 一 様 払 落 と し モ デ ル と 基 礎 式

濾 布 圧 損 の 表 現 式 に 関 し て は 、 数 多 く の 研 究 者 ( M u m f o l d , 1 9 6 3 ; K i m u r a a n d S h i r a t o , 1 9 7 0 ; I i n o y a a n d M a k i n o , 1 9 7 6 ; M o r i , 1 9 7 9 ) に よ っ て 報 告 さ れ て い る が 、本 章 で は I k e n o a n d Yo n e d a ( 1 9 8 3 )が 提 出 し た

E q . ( 2 . 1 )を 用 い る 。本 式 で は 、濾 過 面 に 捕 集 さ れ た 粉 塵 層 が 払 落 と し 操 作 に よ っ て 一 様 に 払 落 と さ れ る も の と し て 、 濾 布 圧 損 を 払 落 と し 操 作 後 の 残 留 粉 塵 を 含 ん だ 濾 布 の 圧 力 損 失 と 、 そ こ に 捕 集 堆 積 す る 粉 塵 層 の 圧 力 損 失 の 和 と し て 表 現 し て い る 。 こ の 一 様 払 落 と し モ デ ル の 模 式 図 を F i g . 2 . 1 に 示 す 。

Δ_P’ ＝ (ζ_d＋α_{c u t )}μ_u ( 2 . 1 ) こ こ で 、ζ_d は 払 落 と し 操 作 で 払 落 と さ れ な い 残 留 粉 塵 と 濾 材 に よ る 抵 抗 係 数 で 汚 れ 濾 布 抵 抗 と よ ば れ 、 全 濾 過 面 で 一 定 と し て い る 。 ま た 、αは 払 落 と し 操 作 の の ち 、 新 た に 捕 集 堆 積 し た 粉 塵 層 に よ る 抵 抗 係 数 で 比 抵 抗 と よ ば れ る 。本 章 で は 、ζ_d とαは 濾 過 速 度 に よ っ て 変 動 し な い も の と 仮 定 す る 。c は 濾 布 に 捕 集 さ れ た 粉 塵 量 に 基 づ く 含 塵 濃 度 、u は 濾 過 速 度 、μは 空 気 の 粘 度 で あ る 。

F i g . 2 . 1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f u n i f o r m e d c l e a n i n g m o d e l

機 械 圧 損 は 、 流 速 と 抵 抗 係 数 の 異 な る 出 入 口 部 圧 損 と 切 換 機 器 部 圧 損 な ど 複 数 項 の 和 に な る が 、 こ こ で は 代 表 速 度 v と 機 械 抵 抗 係 数 λを 用 い て 次 式 で 表 す 。

Filtering Cleaning

Filter cloth

Residual dust

ζ_dμu αcutμu

u

{ {

(Pressure drop)

Filtering Cleaning

Filter cloth

Residual dust

ζ_dμu αcutμu

u

{ {

(Pressure drop)

ΔP”

2

= 1λ γv² (2.2) 機 械 抵 抗 係 数λは 、切 換 ダ ン パ ー,入 口 お よ び 出 口 部 で の 平 均 抵 抗 係 数 で 、 通 常 は 切 換 ダ ン パ ー 部 の 通 過 流 速 を 代 表 速 度 と し て 決 定 さ れ る 。 機 械 特 性 で あ る 代 表 速 度 v と 濾 過 速 度 u の 間 に は v＝K u の 関 係 が あ る 。 従 っ て 、 バ グ フ ィ ル タ ー 本 体 の 圧 力 損 失ΔP は 次 式 で 表 現 で き る(Ikeno and Yone da, 1983)。

ΔP＝ ΔP’ + ΔP ”

＝ (ζ_d＋αc u t )μu + ¹

2λ γK² u² ( 2.3) 機 械 圧 損 を 含 め た 多 室(ま た は 多 列)バ グ フ ィ ル タ ー の 本 体 圧 力 損 失 の 模 式 図 を Fig. 2.2 に 、本 体 圧 力 損 失ΔP お よ び 濾 布 圧 損ΔP’の 時 間 変 化 図 を Fig.2 . 3 に 示 す 。

F i g . 2 . 2 S c h e m a t i c d i a g r a m o f p r e s s u r e d r o p f o r m u l t i - c o m p a r t m e n t b a g f i l t e r

1: Δ P

₁

’

2: Δ P

₂

’

i： Δ P

_i

’

N: Δ _P

_N

_’

1: Δ P

₁

”

2: Δ P

₂

”

i: Δ P

_i

”

N: Δ _P

_N

_” Q

u

₁

u

₂

u

_i

u

_N

Q

₁

Q

₂

Q

_i

Q

_N

Δ _P= Δ _P’+ Δ _P”

0 1

= = /

N

i av

i

u Nu NQ A

∑

=

Δ _P= Δ _P

₁

₌ Δ _P

₂

₌ ･･･ = Δ _P

_i

₌ ･･･ = Δ _P

_N

1

=

N i i

Q Q

∑

=

1: Δ P

₁

’

2: Δ P

₂

’

i： Δ P

_i

’

N: Δ _P

_N

_’

1: Δ P

₁

”

2: Δ P

₂

”

i: Δ P

_i

”

N: Δ _P

_N

_” Q

u

₁

u

₂

u

_i

u

_N

Q

₁

Q

₂

Q

_i

Q

_N

Δ _P= Δ _P’+ Δ _P”

0 1

= = /

N

i av

i

u Nu NQ A

∑

=

Δ _P= Δ _P

₁

₌ Δ _P

₂

₌ ･･･ = Δ _P

_i

₌ ･･･ = Δ _P

_N

1

=

N i i

Q Q

∑

=