JP2008086955A - ミスト・粉塵類の捕集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク溶接作業時に発生するヒューム、切削加工機・研磨加工機等から発生する微粉塵・ミスト等の捕集・回収等に適するミスト・粉塵類の捕集装置を提供すること。
【解決手段】捕集ユニット１０は、ルーツ式ブロワ５５の正転運転により内部を負圧状態とされるケース１１に設けられた回転軸２６に、メッシュ０．３μｍ〜１μｍの不織布により多数の襞３５がジグザグ状に連続して形成されたフィルター材３４を円筒形に装着した回転式フィルター３１を取り付け、そのフィルター３１をモータ装置２３により所定の回転速度で回転可能に設け、ルーツ式ブロワ５５の逆転運転により発生する圧力エアーを回転式フィルター３１の外周面に吹き付けることにより当該フィルターを洗浄するエアブローノズル５１を設け、エアブローノズル５１による洗浄時に回転式フィルター３１から除去される粉塵類を収容する回収バッグ４５をケース１１の下部に着脱可能に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接作業時に発生するヒューム、切削加工機・研磨加工機等から発生する微粉塵・ミスト、道路清掃車による路面の清掃時に発生するカーボン・油分・砂塵等の捕集・回収に適するミスト・粉塵類の捕集装置に関する。

防錆用油・塗料が塗られた溶接鉄材のアーク溶接時には、１００オングストローム級の微細なヒュームや粘性を帯びた０．０１μｍ〜１μｍという微細なヒューム(fume)が発生する。一般的なフィルター式集塵装置では、メッシュ０．１μｍ〜０．５μｍのフィルターを用いているが、目詰まりを生じやすい。このため、ターボブロワ（turbo blower）やエアーエゼクター（air
ejector）により発生させた圧力エアーに石灰粉等を混入させた状態のものをフィルターの捕集面に噴射させることにより、捕集面に付着したヒュームの油分を吸着させてフィルターの洗浄を施すようにしたヒューム回収方法が開発されている。また、振動体によりフィルターに振動を付与してヒュームを捕集面から剥離させる方式も採用されているが、目詰まりを十分に解消することは難しい。

特許第３３１６４７６号公報には、「ヒューム回収機におけるフィルタ洗浄装置」が記載されている。この装置は、本件出願人にかかるものであり、ルーツ式ブロワーによる逆回転運転による発生する空気作用によってフィルタの内方に配置された回転ノズルを回転させつつ同フィルタの捕集面の裏側に圧力エアーを噴出させることにより、フィルタを洗浄する構成としている。

ところが、従来のフィルター式集塵装置においては、油分を含むヒューム、粘性を帯びたヒュームによる目詰まりを十分に解消するには至らず、捕集性能を良好な状態で維持するのが難しかった。

つぎに、従来のミスト類の捕集装置については、フィルター方式、デミスター方式、サイクロン方式、衝突板方式、電気集塵方式等の各種構造のものが知られている。例えば、特開平１１−１７９１２２号公報には、オイルミストで汚れた気体を吸引する吸気部と、吸気部から吸引された気体からオイルミストを多孔体フィルターで捕捉する捕捉部と、捕捉部によって捕捉されたオイルミストの凝集体を貯留するオイル貯留部と、オイルミストが除去された気体を排出する排気部とを備えたオイルミスト捕集装置が開示されている。

特開２０００−２９６３０５号公報には、ミスト発生部の上方に配置されたフードの入り口に透過部材を設け、フードの吸引管に接続された吸引装置の作動によりミストを透過部材に付着させその液化物を吸引して回収するミスト回収装置が開示されている。

特開平９−４７６１７号公報には、ミストが衝突する側の表面に多孔質材料層を設けた捕集板を捕集室に設け、捕集室に導いたミスト含有空気を捕集板に衝突させてミストを捕集するミスト除去装置が開示されている。

また、特許第２８８８１６８４号公報には、高温の排気ガスを外気に排出する経路において、密閉したチャンバー内で排気ガスを循環する水に接触させ、その気化熱により排気ガスの温度が下がることにより排気ガス中のカーボン粉末等の固形粒子及び一酸化炭素等の有害成分を分解し水に吸着させる燃焼排気ガスの冷却及び浄化方法が開示されている。

前記特許公報にも記載されているように、ミストには、ウォーターミスト、オイルミストなど様々な性状のものがあり、また、粗大なミスト（粒径：約２０μｍ以上）や微細なミスト（粒径：約１〜０．０１μｍ以下）がある。このため、ミストの種類に対応して上述したような捕集方式が採用されている。何れにしても、発生したミスト類を効率的に処理しなければ、作業環境の快適化や作業者の健康面での安全、ミストを発生する加工機械・設備の正常な稼動、周囲の建物の汚染を防止すること等を図ることが困難であると言えよう。
特許第３３１６４７６号公報 特開平１１−１７９１２２号公報 特開２０００−２９６３０５号公報 特開平１１−１９７７５号公報 特開平９−４７６１７号公報 特許第２８８８１６８４号公報

本発明の目的は、アーク溶接作業時に発生するヒューム、切削加工機・研磨加工機等から発生する微粉塵・ミスト等の捕集・回収等に適するミスト・粉塵類の捕集装置を提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、溶接により生ずるヒューム、ミスト・粉塵類を周囲の空気と一緒に吸入管から吸引して当該ミスト・粉塵類を捕集する捕集ユニットと、その捕集ユニットのケース内を負圧にすると共に当該ユニットを通過した空気を外部へ排出させるルーツ式ブロワとから構成されたミスト・粉塵類の捕集装置において、
前記捕集ユニットについては、前記ケースのハウジングに回転自由に設けられて当該ケース内に臨むように配置された回転軸の先端部に、メッシュ０．３μｍ〜１μｍの不織布により多数の襞がジグザグ状に連続して形成されたフィルター材を多孔質円筒形心材の外周に装着した回転式フィルターを取り付け、その回転式フィルターをモータ装置により所定の回転速度で回転可能に設け、前記ルーツ式ブロワの逆転運転により発生する圧力エアーを前記回転式フィルターの外周面に吹き付けることにより当該フィルターを洗浄するエアブローノズルを設け、そのエアブローノズルによる洗浄時に前記回転式フィルターから除去される粉塵類を収容する回収バッグを前記ケースの下部に着脱可能に設けたことを特徴とする。

同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のミスト・粉塵類の捕集装置において、前記ケースの下部に回収タンクを装着可能に設けたことを特徴とするものである。

同様の目的を達成するために請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載のミスト・粉塵類の捕集装置において、前記吸入管と前記捕集ユニットとの間に、底部に向かってラッパ形状に広がるように形成されたサイクロンを内蔵した分離タンクを介装したことを特徴とするものである。

（請求項１の発明）
このミスト・粉塵類の捕集装置は、回転式フィルターを用いた捕集ユニットとルーツ式ブロワとをコンパクトに組み合わせた構成により、アーク溶接作業時に溶接鉄材に塗られた防錆用油・塗料から発生する粘性を有するヒューム、切削加工機・研磨加工機等から発生する微粉塵・ミスト等の捕集・回収を効率よく行なうことができる。さらに、エアブローノズルから圧力エアーを回転式フィルターに吹き付けることにより当該フィルターに付着した粉塵類を除去することができるので、フィルターを良好な状態に維持することができる。

（請求項２の発明）
このミスト・粉塵類の捕集装置は、捕集ユニットにより除去される粉塵類を回収タンクに貯蔵することができるので、除去された粉塵類の後処理が行い易い。

（請求項３の発明）
このミスト・粉塵類の捕集装置は、道路清掃車による路面の清掃時に発生するカーボン・油分・砂塵等を分離タンクに捕集可能な構造としており、それら砂塵等が捕集ユニットに流入することを抑制することができ、フィルターの目詰まりが起きにくい。

以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のミスト・粉塵類の捕集装置の説明図、図２は捕集ユニットの縦断側面図、図３は回転式フィルターの縦断正面図、図４は回転式フィルターの凸状部の説明図、図５は本発明のミスト・粉塵類の捕集装置を研磨加工機に適用した状態を示す説明図、図６は本発明のミスト・粉塵類の捕集装置を道路清掃車による路面の清掃に適用した状態を示す説明図、図７は分離タンクの説明図である。

図１に示すように、本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａは、溶接により生ずる粘性を有するヒューム、研磨加工機等から発生するミスト・粉塵類を周囲の空気と一緒に吸入管５の先端に設けられた吸込みフード６から吸引して当該ミスト・粉塵類を捕集する捕集ユニット１０と、その捕集ユニット１０のケース１１内を負圧にすると共に当該ユニットを通過した空気を外部へ排出させるルーツ式ブロワ５５とからなり、それらがキャスター２を備えたフレーム１に設置されている。７は吸入管５に介装された逆止弁である。

捕集ユニット１０のケース１１は、円筒形ケース本体１２と、エンドカバー１６及びハウジング１９とから構成されている。エンドカバー１６は、逆止弁１８を備えた流出口１７ａを設けており、ケース本体１２の一方の開口端１２ａに取り付けられている。ハウジング１９は、ケース本体１２の他方の開口端１２ｂに取付けられている。また、ケース本体１２の胴部には、前記吸入管５を接続するための流入口１３とヒューム排出管１４とが開設されている。

上記ハウジング１９の中心穴には、ケース本体１２側の内奥に環状シール２０とボールベアリング２１を順に装着し、これら環状シール２０とボールベアリング２１に後記モータ装置２３の回転軸２６の中間部分が挿入されている。

モータ装置２３のケーシング２４は、ハウジング１９の小径フランジ１９ｂに取付けられている。このモータ装置２３の回転軸２６は、ケーシング２４に内蔵されたボールベアリング２５と前記ボールベアリング２１とにより回転自由に支持されており、その先端部２６ａをケース１１内に臨むように配置されている。

３１は上記回転軸２６の先端部２６ａに着脱可能に設けられた回転式フィルターである。図３に示すように、このフィルター３１は、パンチングメタル等の多孔質円筒形心材３２の外周に耐油性ポリプロピレン材等を用いた荒目軟質干渉材３３を被着し、さらに、その上に円筒形状のフィルター材３４を装着し、それら円筒形心材３２、荒目軟質干渉材３３及びフィルター材３４の両端を面板３８，４０により挟持して回転軸２６に固定するように設けられている。

上記フィルター材３４は、１００オングストローム級の微細なヒューム粉塵の捕集を行なうことが可能な素材であり、メッシュ０．３μｍ〜１μｍの不織布により多数の襞３５がジグザグ状に連続して形成されている（図３、図４）。フィルター材３４の大きさは、外径２００〜５００ｍｍ、長さ２００〜５００ｍｍ程度である。

一方の面板３８は、中心部に形成された穴を回転軸２６に遊嵌してブッシュ２７を嵌めた状態で回転軸２６に螺合したナット２８を締め付けることにより当該回転軸２６に固定されている。面板３８の外周には内向きフランジ３８ａを形成し、その内向きフランジ３８ａにより上記フィルター材３４の凸状部３５ａを緩く嵌合させるように設けている。

他方の面板４０は、中心部の裏側に形成された軸筒４１を回転軸２６に挿入してボルト４４を締め付けることにより当該回転軸２６に固定されている。その軸筒４１の周囲には、図３に示すように、４個の穴４２が設けられている。面板４０には内向きフランジ４０ａを形成し、その内向きフランジ４０ａによりフィルター材３４の凸状部３５ａを緩く嵌合させるように設けられている。また、面板４０の中心部の表側に形成された円筒部４３は、前記エンドカバー１６の大径孔１７ｂにほぼ接触状に挿入されている。その大径孔１７ｂには複数個の環状溝１７ｃが形成されており、この環状溝１７ｃと円筒部４３の外周面とによりラビリンスシールが形成される。

上記回転式フィルター３１は、モータ装置２３により毎分５００〜１０００回転で駆動回転されるように設けられている。

上記ヒューム排出管１４から分岐された分岐管１４ａの出口１４ｂには、回転式フィルター３１から除去される粉塵類の一部を回収するための回収バッグ４５を着脱可能に設ける。１５は分岐管１４ａに介装された逆止弁である。４６はヒューム排出管１４に装着可能に設けた箱型の回収タンクである。上記捕集ユニット１０の流出口１７ａには、吸引管５０を介してルーツ式ブロワ５５の吸込み側を接続する。

５１は回転式フィルター３１を洗浄するためにエアブローノズルである。エアブローノズル５１は数個の吹出し口を回転式フィルター３１の外周面に向けて配置されている。エアブローノズル５１の空気導入口５１ａは、供給管５２を介して前記吸引管５０に接続されている。５３は供給管５２に介装された逆止弁である。

ルーツ式ブロワ５５は、正転と逆転運転を切替えることができる３葉形式を用いる。５６はルーツ式ブロワ５５の排気側に連結された排気タンクである。５７は排気タンク５６の排気口である。
以上により、本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａが構成される。

つぎに、本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａをアーク溶接作業時に発生するヒュームの捕集に使用する場合における作用について述べる。
（１）架台ａに載置された防錆用油・塗料が塗られた溶接鉄材ｂにアーク溶接を行なうと、１００オングストローム級のヒューム粉塵と共に粘性を有するヒュームが発生する。
（２）ミスト・粉塵類の捕集装置Ａでは、ルーツ式ブロワ５５の正転運転により捕集ユニット１０と吸入管５内が負圧に保持され、その負圧作用によって（１）で発生したヒュームは吸込みフード６から周囲の空気と一緒に吸入管５を通って捕集ユニット１０に流入する。
（３）捕集ユニット１０では、モータ装置２３により回転式フィルター３１が毎分５００〜１０００回転の範囲内で回転制御される。しかして、ケース１１内に吸引された空気に含まれる粘性を有するヒュームは、回転式フィルター３１の遠心力作用により跳ね飛ばされて分離除去される。
（４）回転式フィルター３１により分離除去されたヒュームは、ケース１１の下方に落下して回収タンク４６に溜まる。
（５）捕集ユニット１０によりドライ化された空気は、吸引管５０、ルーツ式ブロワ５５を通って排気タンク５６の排気口５７から外部へ排出される。

また、ルーツ式ブロワ５５の運転を正転から逆転に切り替えることにより、同ブロワ５５の排気側からエアーが吸引され、エアーは圧力が高められて供給管５２を通ってエアブローノズル５１に導入される。そして、エアブローノズル５１の吹出し口から噴出する圧力エアーによって回転式フィルター３１が洗浄され、そのフィルター３１により除去されたヒュームは下方のヒューム排出管１４に落下して回収バッグ４５及び回収タンク４６に貯留される。なお、回転式フィルター３１の洗浄時には、同フィルター３１の回転数を毎分１００回程度とするのが好ましい。

本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａは、図５に示すように、研磨加工機ｄから発生する微粉塵・ミストの捕集に適用することもできる。図中、ｅは研磨加工機ｄの回転自在に設けられた円盤形の砥石、ｆは被加工物である。

本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａは、図６に示すように、道路清掃車による路面の清掃時に発生するカーボン・油分・砂塵等の捕集に適用することもできる。図中、ｈは道路清掃車（図示せず）に設けられる回転ブラシである。

前記路面の清掃時に多量の砂塵等が混入する虞がある場合には、それらが前記捕集ユニット１０内に吸い込まれて回転式フィルター３１の目詰まりを生じるため、ミスト・粉塵類の捕集装置Ａの吸入管５と捕集ユニット１０との間に、図７に示す分離タンク６０を介装するのが好ましい。

分離タンク６０は、タンク本体６１の上方の開口部６１ａに蓋６２を着脱可能に設け、蓋６２をタンク本体６１にボルト６３により固定するように設けられている。蓋６２の中央部には、底部に向かってラッパ形状に広がるように形成されたサイクロン６５と前記吸入管５に接続される入口管６７を設けている。サイクロン６５の出口管６６は、捕集ユニット１０の流入口１３に接続される。

（実験）
本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａについて、防錆用油が塗られた溶接鉄材の溶接作業時に発生する粘性を有するヒューム（ウエットヒューム）の捕集性能と、吸込みフードからルーツ式ブロワの吸込み口の間における圧力損失（圧損）について、下記条件下で比較例１〜３も含めて実験を行なった。その結果を図８、図９のグラフに示す。

（本発明）
捕集ユニット
フィルター ：フィルター素材は合成不織布を使用 メッシュ０．３μｍ
直径２００ｍｍ×長さ２００ｍｍ
フィルターの回転速度：１０００ｒｐｍ
モータ装置の出力 ：０．４ｋｗ
ルーツ式ブロワ ：口径５０ｍｍ×出力１．５ｋｗ、回転速度２５００ｒｐｍ
吐出空気量１．５ｍ^３／分
ウエットヒューム発生量：約２０ｍｇ／ｍ^３
ただし、本発明のミスト・粉塵類の捕集装置Ａについては、ウエットヒュームでエアブローノズルにより洗浄作業を繰り返し行った。

本発明の実験の結果を図８に示す。２００分運転後におけるフィルター圧損については、−１７ｋＰａであり、２８００分運転中に大きな圧力変動がなかった。ルーツ式ブロワの排気側で測定したヒューム濃度については、ほぼ０．０２ｍｇ／ｍ^３ 以下で推移し、良好な捕集効果を得られることが確認された。

比較例１については、防錆用油が塗られていない溶接鉄材の溶接作業時に発生するドライヒュームについて実験した。フィルターの洗浄は、フィルターの内部からエアーブローを行なった。

比較例１の実験の結果を図９に示す。１６０分運転後におけるフィルター圧損については、−８．５ｋＰａであり、ヒューム濃度については、０．０２５ｍｇ／ｍ^３であった。

比較例２については、ウエットヒュームについて実験した。フィルターの洗浄は、フィルターの内部からエアーブローを行なった。
ウエットヒューム発生量：約１０ｍｇ／ｍ^３

比較例２の実験の結果を図９に示す。２４０分運転後におけるフィルター圧損については、−１０．５ｋＰａであった。

比較例３については、ウエットヒュームについて実験した。フィルターの洗浄は、フィルターの外部からエアーブローを行なった。また、フィルター材については、本発明で用いるフィルター材３４の襞３５の凸状部３５ａに長さ３０ｍｍのスリットを２０ｍｍの間隔をおいて形成したものを使用した。

比較例３の実験の結果を図９に示す。４７０分運転後におけるフィルター圧損については、−１１ｋＰａであった。上記フィルター材のスリットにより襞３５の微振動が生じることにより、フィルター材の目詰まりが少なくなると考えられる。

本発明のミスト・粉塵類の捕集装置の説明図 捕集ユニットの縦断側面図 回転式フィルターの縦断正面図 回転式フィルターの凸状部の説明図 本発明のミスト・粉塵類の捕集装置を研磨加工機に適用した状態を示す説明図 本発明のミスト・粉塵類の捕集装置を道路清掃車による路面の清掃に適用した状態を示す説明図 分離タンクの説明図 本発明の捕集装置における捕集性能と圧力損失の実験結果を示すグラフ 比較例１〜３の捕集装置における捕集性能と圧力損失の実験結果を示すグラフ

符号の説明

Ａ・・・本発明のミスト・粉塵類の捕集装置
５・・・吸入管
１０・・・捕集ユニット
１１・・・ケース
２３・・モータ装置
２６・・・回転軸
３１・・・回転式フィルター
３４・・・フィルター材
３５・・・襞
４５・・・回収バッグ
４６・・・回収タンク
５１・・・エアブローノズル
５５・・・ルーツ式ブロワ
６０・・・分離タンク
６５・・・サイクロン

Claims (3)

1. 溶接により生ずるヒューム、ミスト・粉塵類を周囲の空気と一緒に吸入管から吸引して当該ミスト・粉塵類を捕集する捕集ユニットと、その捕集ユニットのケース内を負圧にすると共に当該ユニットを通過した空気を外部へ排出させるルーツ式ブロワとから構成されたミスト・粉塵類の捕集装置において、
   前記捕集ユニットについては、前記ケースのハウジングに回転自由に設けられて当該ケース内に臨むように配置された回転軸の先端部に、メッシュ０．３μｍ〜１μｍの不織布により多数の襞がジグザグ状に連続して形成されたフィルター材を多孔質円筒形心材の外周に装着した回転式フィルターを取り付け、その回転式フィルターをモータ装置により所定の回転速度で回転可能に設け、前記ルーツ式ブロワの逆転運転により発生する圧力エアーを前記回転式フィルターの外周面に吹き付けることにより当該フィルターを洗浄するエアブローノズルを設け、そのエアブローノズルによる洗浄時に前記回転式フィルターから除去される粉塵類を収容する回収バッグを前記ケースの下部に着脱可能に設けたことを特徴とするミスト・粉塵類の捕集装置。
2. 前記ケースの下部に回収タンクを装着可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載のミスト・粉塵類の捕集装置。
3. 前記吸入管と前記捕集ユニットとの間に、底部に向かってラッパ形状に広がるように形成されたサイクロンを内蔵した分離タンクを介装したことを特徴とする請求項１又は２に記載のミスト・粉塵類の捕集装置。
   

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