JP2008012371A - 脱臭機能付き集塵装置および該集塵装置におけるろ過フィルターの製法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱臭効率を向上させるとともに、ダストの捕集能力を下げずに、フィルターを長期間使用できる脱臭機能付き集塵装置を提供する。
【解決手段】開口が形成された仕切板により区画される脱臭ろ過室と排気室を有する筐体と、該脱臭ろ過室において前記仕切板の開口周辺に設けられた脱臭ろ過ユニットと、前記排気室において前記仕切板の開口周辺に設けられた吸引装置と、該吸引装置の駆動操作部とを備える脱臭機能付き集塵装置であって、前記脱臭ろ過ユニットが、円筒状のろ過フィルターと、該ろ過フィルターの外側に同心状に配置される活性炭層と、前記ろ過フィルターと活性炭層双方の両端面に設けられる蓋とを有しており、かつ、前記ろ過フィルターの空隙率が６０〜９５％である。
【選択図】図２

Description

本発明は脱臭機能付き集塵装置に関する。さらに詳しくは、たとえばレーザにより被加工物を加工したときに発生する粉塵の他に、蒸発する臭気物質を含む排ガスを脱臭および集塵処理したのち、外部に排気する脱臭機能付き集塵装置および該集塵装置におけるろ過フィルターの製法に関する。

従来、レーザ加工機により樹脂やゴムなどを加工すると、加工面から臭気とともにヒュームなどの粉塵を含むガスが発生する。この発生するガス（排ガス）を処理する装置として、たとえば特許文献１記載の装置がある。この特許文献１には、ケーシングの内部に取り入れ口から気相流体を吸い込み、これを排出口から排出するように内部に気相流体の気流を生じさせるための起風手段を備え、かつ、気相流体を通過させる途中で塵埃を除去処理する処理経路を備えた装置が開示されている。この除塵装置は、除塵処理部と脱臭処理部との二種の処理部を組合せて脱臭機能付きの除塵装置に構成されている。

特開２００４−２０２３９２号公報

この装置においては、脱臭処理部が平面形状であるため排ガスの処理量を確保すべくその流速を通常１５〜２０ｍ／ｍｉｎの速度で通過させているが、この速度では排ガスは脱臭処理部内の脱臭剤（たとえば活性炭）の微粒子内に充分進入できず、脱臭効率がわるいという問題がある。

また、排ガス中の集塵対象物に、たとえばアクリルやＡＢＳ樹脂などを切断し、加工したときに発生するヒュームまたはオイルミストなどの蒸着物が多く含まれていると、フィルターの表面に蒸着物が固着して、フィルター圧カ損失が増大し、処理風量の低下を引き起こすおそれがある。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、脱臭効率を向上させるとともに、ダストの捕集能カを下げずに、フィルターを長期間使用できる脱臭機能付き集塵装置および該集塵装置におけるろ過フィルターの製法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の脱臭機能付き集塵装置は、開口が形成された仕切板により区画される脱臭ろ過室と排気室を有する筐体と、該脱臭ろ過室において前記仕切板の開口周辺に設けられた脱臭ろ過ユニットと、前記排気室において前記仕切板の開口周辺に設けられた吸引装置と、該吸引装置の駆動操作部とを備える脱臭機能付き集塵装置であって、前記脱臭ろ過ユニットが、円筒状のろ過フィルターと、該ろ過フィルターの外側に同心状に配置される活性炭層と、前記ろ過フィルターと活性炭層双方の両端面に設けられる蓋とを有しており、かつ、前記ろ過フィルターの空隙率が６０〜９５％であることを特徴としている。

また、本発明の脱臭機能付集塵装置におけるろ過フィルターの製法は、請求項１記載の脱臭機能付き集塵装置におけるろ過フィルターの製法であって、前記ろ過フィルターの空隙率が圧密操作により得られることを特徴としている。

本発明によれば、ろ過フィルターの空隙率が６０〜９５％の範囲内で、排ガス中に含まれる集塵対象物の種類や量などに合せて設定することにより、脱臭効率を向上させるとともに、ダストの捕集能カを下げずに、フィルターを長期間使用できる。

なお、本明細書において、排ガスとは、粉塵の他に、たとえば加熱溶接した金属からの蒸気が凝集したヒュームや、レーザ加工時に発生する蒸発する臭気物質を含んだガス、蒸着物などを意味する。

以下、添付図面に基づいて、本発明の脱臭機能付き集塵装置および該集塵装置におけるろ過フィルターの製法を説明する。本発明の一実施の形態にかかわる脱臭機能付き集塵装置は、図１〜５に示されるように、筐体１、脱臭ろ過ユニットＵ、吸引装置としての送風機８および該送風機８の駆動操作部Ｅから構成されている。集塵装置は、筐体１の下面に取り付けられるキャスター１ａにより移動自在にされている。なお、図３においてはキャスター１ａは省略している。前記筐体１は、直方体のボックス形状をなす装置本体のケーシングであって、前蓋１ｂが四隅の開閉金具１ｂ１により着脱自在に取り付けられており、また上蓋１ｃがその内面および筐体１の天井に設けられる磁石と金具とにより着脱自在に取り付けられている。また、筐体１の内部は開口２ａが形成された仕切板２により脱臭ろ過室３と排気室４に区画されており、前記脱臭ろ過室３内に吸引された排ガスは、脱臭ろ過ユニットＵを構成する、活性炭層７およびろ過フィルター６を通過しなければ前記排気室４内に流入することはできない構造にされている。前記排気室４の内壁には不燃性の防音スポンジマット（図示せず）が貼り付けられている。また、前記脱臭ろ過室３の側面には吸引口５が設けられており、この吸引口５から前記筐体１内に排ガスを吸引することが可能となっている。

前記駆動操作部Ｅは、電源スイッチＥ１の他、インバータ制御により送風機８の回転速度が可変駆動できるように回転数調整つまみＥ２などから構成されている。本実施の形態における集塵装置は、前記電源スイッチＥ１のＯＮ操作で集塵運転をさせることができるが、加工機の運転と連動して集塵運転を開始させるようにすることもできる。

また、図２および図３に示されるように、排気の上流側である排気口（窓）１７を跨って内壁面には、前記送風機８の駆動モータ８ａ側に向けて突出する山形で、上下端部が開放した吸収部材Ｋが配置されている。この吸収部材Ｋは、インバータ制御により駆動モータ８ａから発生する高調波を吸収することができるため、排気室４の騒音を低減することができる。なお、本実施の形態では、吸収部材Ｋが山形であり排気口（窓）１７の内壁面に配置されているが、本発明においては、形状および配置はこれに限定されるものではなく、形状としては湾曲形状などおよび配置としては排気室３の内壁面の適宜の部位に選定することができる。また、前記吸収部材Ｋには、防音材である不燃性スポンジ部材を貼り付けることもできる。

前記脱臭ろ過室３内には、円筒状のろ過フィルター６がその開放端側の一端の中心を前記仕切板２の中央位置付近に形成されている前記開口２ａの中心と一致させて前記仕切板２に着脱可能ではあるが密着した状態にして取り付けられている。前記ろ過フィルター６は、蛇腹状のヒダが成形された円筒形状を呈しており、その内面には補強用の孔付筒状部材（図示せず）が装入されている。また、該ろ過フィルター６の左右両端には、環状の固定座１４、１４が固着されている。なお、前記孔付筒状部材としては、筒状パンチングメタルまたは筒状の樹脂をパンチングして所定の孔を有する樹脂製パンチング部材とすることができる。また、前記固定座１４、１４としては、プレスによる打ち抜き加工により成形されたものまたは樹脂成形されたものとすることができる。そして、前記ろ過フィルター６の外側には環状の活性炭層７が該ろ過フィルター６と同心状に配置されており、当該ろ過フィルター６の外周と前記活性炭層７の内周とのあいだには、たとえば長手方向に補強用として配設された線材（棒材）により所定の間隙が設けられている。

この間隙が１５ｍｍをこえる大きさ、たとえば２０ｍｍ以上の場合、前記ろ過フィルター６と前記活性炭層７とを含めた部分の外径全体が大きくなり、装置のコンパクト化が困難となる。また、間隙が小さい、たとえば１ｍｍ以下の場合には前記ろ過フィルター６に流入する気流に偏りが生じろ過効率が低下してしまう。したがって、前記間隙は５〜１５ｍｍが適切な範囲である。前記排気室４内には送風機８が、その吸い込み口の中心を前記開口２ａの中心と一致させた状態で前記ろ過フィルター６と連通連結されて設けられている。

この連結は取付座１１の底面を前記送風機８に締結することによってなされている。前記取付座１１は、その底面の中心位置に開口が設けられ、前記開口の周囲を取り囲んで立設する内壁１１ａと、前記底面の周縁部から立設し先端を外側に折り曲げて鍔を形成した外壁１１ｂと、を有する環状構造であり、前記内壁１１ａの内側には該内壁１１ａを横断する棒状の固定部材１２が固着されるとともに、前記固定部材１２の中心位置に前記ろ過フィルター６の軸方向の寸法より所要量長くされた棒状の締結部材としてのスタッドボルト１３が固定されて構成されている。

前記活性炭層７の内外側壁は各々通気性部材である樹脂製ネット９、９によって形成され、前記樹脂製ネット９、９間には活性炭が充填されている。
また、前記ろ過フィルター６と前記活性炭層７双方の右端面（図４）には、中央に前記スタッドボルト１３の外径より若干大きい開口が設けられた蓋１０（図２）が、左端面（図４）には前記開口２ａとほぼ等しい大きさの開口が中央に設けられた蓋１０ａ（図２）が各々装着されていることにより前記ろ過フィルター６と前記活性炭層７とは一体化されて脱臭ろ過ユニットＵを構成している。前記蓋１０、１０ａは金属または樹脂製である。そして、このような構成の脱臭ろ過ユニットＵにおいて、前記スタッドボルト１３の先端を前記ろ過フィルター６の中空部を通過して右端面の前記蓋１０の開口から所要量飛び出させて蝶ナット１５にて固定している。

前記脱臭ろ過ユニットＵの交換に際しては、該脱臭ろ過ユニットＵの下部に沿って前記筐体１に２本のガイド部材１６が所定の間隔で設けられているため、該ガイド部材１６に沿わせて出し入れすることにより、前記脱臭ろ過ユニットＵの交換を比較的容易に行なうことができる。なお、本実施の形態にかかわる脱臭ろ過ユニットＵを構成する孔付筒状部材、固定座および蓋などをすべて樹脂により形成することにより、交換後の脱臭ろ過ユニットＵを分別することなく、そのまま廃棄することができる。

なお、排ガスに含まれる集塵対象物の種類や量などの違いにより、脱臭効率や使用期間（寿命）が異なる。たとえばアクリルやＡＢＳ樹脂などを切断し、加工したときに発生するヒュームまたはオイルミストなどの蒸着物が含まれていると、前記ろ過フィルター６の表面に蒸着物が固着して、フィルター圧カ損失が増大し、処理風量の低下を引き起こす。

そこで、まず実施例１として、図６に寸法が縦１２０×横１２０×厚さ０.６〜１.８（ｍｍ）の試験フィルターのサンプルＡ〜Ｆを使用して、ＡＢＳ樹脂を燃焼したときに発生する蒸着物を含むダスト分を集塵したときのフィルター圧カ損失と運転時間との関係を調べた。ここで、フィルターそれ自身の抵抗は差し引いてある。前記サンプルＡは、ポリエステル製不織布（東レ（株）製）であり、サンプルＢはサンプルＡをエンボス加工したものであり、サンプルＣはポリエステル製不織布（東洋紡（株）製）である。また、サンプルＤはポリエステル製不織布（泉（株）製）であり、サンプルＥはポリプロピレン製不織布（（株）アクシー製）であり、サンプルＦはポリエステル／モダアクリル製不織布（日本バイリーン（株）製）である。

本実施例１から明らかなように、サンプルＡ〜Ｃについては、運転直後から急激に圧カ損失が増大し、約３０〜５０分で圧カ損失１．０ｋＰａに達したが、排ガスに含まれる集塵対象物が主に粉塵である場合には使用することができる。これに対して、サンプルＤ〜Ｆでは、運転時間に対する圧カ損失の増加がサンプルＡ〜Ｃに比べて緩やかであり、圧カ損失１．０ｋＰａに達する時間は、約１４０〜６５０分の範囲であることがわかった。このサンプルＤ〜Ｆは排ガス中に含まれる集塵対象物の蒸着物が多い場合に使用することができる。

つぎに、実施例２として、フィルター空隙率が圧カ損失の増大に及ぼす影響について調べるために、前記フィルターＡ〜Ｆの圧カ損失が１ｋＰａに達する時間とサンプルＡ〜Ｆの空隙率との関係をまとめたものを図７に示す。また、表１にサンプルＡ〜Ｆの空隙率を示す。

本実施例２から明らかなように、フィルターの空隙率の増加にともなって、フィルターの圧カ損失が１ｋＰａに達する時間が増大していることがわかる。サンプルＡ〜Ｃの時間は約３０〜５０分に対して、サンプルＤ（空隙率７８％）、Ｅ（空隙率８５％）のそれは約１４０分および３００分となり、寿命は約４〜１０倍長くなることを確認した。また、サンプルＦ（空隙率９８％）では、寿命が約２０倍長くなることを確認した。

つぎに、実施例３として、図８に粉塵が全く付着していない新品ろ布の大気塵１μｍの集塵効率とフィルター空隙率との関係を示す。本実施例３から明らかなように、フィルターの空隙率が約９５％までの集塵効率は、フィルターの空隙率が６０％〜８０％の集塵効率と殆ど変わらない。一方、フィルターの空隙率が上限値９５％を超えると、集塵効率は急激に低下することが認められた。したがって、フィルターの寿命を延ばしつつ性能を維持するためには、上限９５％程度の空隙率とするのが好ましいことがわかる。

以上の説明したように、蒸着物の発生を伴う集塵操作において、蒸着物をフィルター内部に保持でき、かつ圧損上昇が緩和される空隙率８５％のフィルターを使用することにより、寿命は空隙率６５％のフィルターの約１０倍となる。また、これに付随してフィルターの交換頻度は１／１０、廃棄物量は１／１０に低減することができる。一方、価格については、サンプルＥはサンプルＡの約２倍であるが、寿命が約１０倍になっていることを考慮すると、トータルのランニングコストは、サンプルＥの方が約５倍安くなることになる。

したがって、本実施の形態では、蒸着物の発生を伴う集塵操作において、ろ過フィルターの空隙率を、実施例１から下限値として８０％とし、実施例３から上限値として９５％とすることにより、蒸着物をフィルター内部に保持でき、かつ圧損上昇を緩和することができる。このため、排ガス中に含まれる集塵対象物に合せて、ダストの捕集能カを下げずに、フィルターを長期間使用できるようにフィルターの空隙率を設計し、フィルターの高寿命化、交換頻度の低減、廃棄物量の低減およびランニングコストの低減を行うことができる。

前記ろ過フィルター６は、排ガス中に含まれる集塵対象物の種類や量などに合せて、脱臭効率やフィルターの寿命を考慮しその空隙率が設定されるが、たとえばフィルター寸法に対する所望の空隙率を圧密操作により作製することができる。

つぎに、寸法が縦１００×横１００×厚さ２（ｍｍ）であり、目付重量Ｗが２９０ｇ／ｍ^２であるポリエステルフェルトを用いて空隙率を制御する場合について説明する。まず、空隙率がつぎの式（１）にて定義されるものとする。
空隙率ε（％）＝［１−Ｗ／（Ｖ×ρ）］×１００ ・・・（１）
前記ポリエステルの繊維比重ρは１．３８であるため、空隙率εは前記式（１）により、
空隙率ε＝［１−２９０／（１００×１００×０．２×１．３８）］×１００
＝８９．５％
と計算される。

前記ポリエステルフェルトは、このままでは膨潤状態なので加工し易いように、バインダーを加え、ついで圧密操作をすることで剛性をもたせて、厚さ０．６ｍｍに製作した。このとき、空隙率εが、前記式（１）により、
空隙率ε＝［１−２９０／（１００×１００×０．０６×１．３８）］×１００
＝６５％
であるポリエステル製不織布のフィルターを製造することができる。

また、前記活性炭層７における活性炭としては、適宜選定することができるが、活性炭Ａ〜Ｄについて、たとえば風量が０．１５ｍ^３／ｍｉｎのもとで脱臭効率を調べた。その結果を表１に示す。表１から、石炭系活性炭よりヤシガラ系活性炭の方が脱臭効率は良い。また、粒状に加工（成形）したものより、不定形な破砕炭の方が脱臭効率は良い。さらに比表面積（単位重量あたりの表面積ｍ^２／ｇ）が大きいほど脱臭効率は良い。したがって、脱臭効率が最も高い気相用の活性炭Ｃを用いるのが良いことがわかる。

また、この活性炭Ｃの形状の平均粒径としては、１〜６ｍｍであるのが好ましい。１ｍｍ未満では、活性炭層の抵抗が大きくなり、動力が高くなるため、ランニングコストが高くなるからである。また、前記比表面積としては、１０００ｍ^２／ｇ以上であるのが好ましい。

前記活性炭層７は、このように構成された環状構造であるため、平面形状のものに比べて排ガスとの接触面積が大きくなり、該活性炭層７を貫流する排ガスの流速を低速、たとえば３〜１２ｍ／ｍｉｎとしても所要の処理量を確保することができる。そして、このように排ガスの流速を低速とすることができるため、活性炭層７における活性炭との接触時間も増え、その微粒子内に排ガスが充分進入できるため、脱臭効率を高めるとともに活性炭の寿命も延ばすことができる。

本実施の形態における脱臭機能付き集塵装置は、以上述べた如き構成であるから、送風機８の駆動によって前記吸引口５を介して前記筐体１における脱臭ろ過室３内に吸引された排ガスは、前記送風機８による旋回流の働きにより前記活性炭層７の外側面全周に亘ってほぼ均一な流速で該活性炭層７を貫流して前記ろ過フィルター６内に流入するため、活性炭層７およびろ過フィルター６の全面において効率的な脱臭およびろ過が行なわれる。

すなわち、前記脱臭ろ過室３内に吸引された排ガスは、前記樹脂製ネット９、９の開き目から活性炭内に入り、この活性炭を通過する際に脱臭されることとなる。そして、活性炭を通過して臭気が除去された排ガスは、前記ろ過フィルター６によってヒュームとその他の粉塵もろ過され、清浄な空気のみが前記送風機８を通過したのち、排気室４内から排気口（窓）１７までの排気経路を経て大気中に放出される。

また、本実施の形態では、前記排気経路に図２および図３に示されるように、前記送風機８の排気部８ｂに連結される排気ポケットＰと、該排気ポケットＰからの排気の下流位置に隣接して設けられる消音部Ｓが送風機８の周辺下部空間に配置されている。この消音部Ｓは、筐体１に着脱自在に取り付けられた消音部用蓋Ｓ１（図１参照）を取り外すことにより、排気室４に出し入れでき、たとえば通気性を有する繊維またはフィルターなどにより形成することができる。これにより、清浄な空気は消音部Ｓを通過するときに、排気圧が抑えられて排気音を低減させることができる。また、該消音部Ｓを通過した清浄な空気は、送風機８の周りを通過するあいだに、該送風機用駆動モータの熱を取り去るため、該送風機用駆動モータを冷却することができる。さらに、前記消音部Ｓが、たとえばネットに収納した脱臭剤、たとえば活性炭層の上にフィルターを被せた二重構造の脱臭層である場合には、脱臭効果が高められてより清浄な空気を排気することができる。

なお、前記排ガスがエアロゾルのような微細な粉塵を含むガスである場合、排気室４の排気口１７にヘパフィルタ（ＨＥＰＡ：Ｈｉｇｈ
Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ；０．３μｍの粒子を９９．７％以上除去することができるフィルター）またはウルパフィルター（ＵＬＰＡ：Ｕｌｔｒａ
Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ；０．１μｍの粒子を９９．９９９％以上除去することができるフィルター）を設ける。これにより清浄効果を高めることができる。

本発明の一実施の形態にかかわる脱臭機能付き集塵装置の正面図である。 図１の集塵装置の縦断面の模式図である。 図１の集塵装置の横断面の模式図である。 ろ過フィルターおよび活性炭層と送風機との連結の構成を示す模式図である。 図４におけるＡ−Ａ矢視図である。 フィルター圧カ損失と運転時間との関係を示す図である。 圧損１ｋＰａに達する時間とフィルター空隙率との関係を示す図である。 新品ろ布の大気塵の集塵効率とフィルター空隙率との関係を示す図である。

符号の説明

１ 筐体
１ａ キャスター
２ 仕切板
２ａ 開口
３ 脱臭ろ過室
４ 排気室
５ 吸引口
６ ろ過フィルター
７ 活性炭層
８ 送風機
８ａ 駆動モータ
８ｂ 排気部
９ 樹脂製ネット
１０、１０ａ 蓋
１１ 取付座
１１ａ 内壁
１１ｂ 外壁
１２ 固定部材
１３ スタッドボルト
１４ 固定座
１５ 蝶ナット
１６ ガイド部材
１７ 排気口（窓）
Ｅ 駆動操作部
Ｅ１ 電源スイッチ
Ｅ２ 回転数調整つまみ
Ｋ 吸収部材
Ｐ 排気ポケット
Ｓ 消音部
Ｕ 脱臭ろ過ユニット

Claims (4)

1. 開口が形成された仕切板により区画される脱臭ろ過室と排気室を有する筐体と、該脱臭ろ過室において前記仕切板の開口周辺に設けられた脱臭ろ過ユニットと、前記排気室において前記仕切板の開口周辺に設けられた吸引装置と、該吸引装置の駆動操作部とを備える脱臭機能付き集塵装置であって、前記脱臭ろ過ユニットが、円筒状のろ過フィルターと、該ろ過フィルターの外側に同心状に配置される活性炭層と、前記ろ過フィルターと活性炭層双方の両端面に設けられる蓋とを有しており、かつ、前記ろ過フィルターの空隙率が６０〜９５％である脱臭機能付き集塵装置。
2. 前記ろ過フィルターの空隙率が好ましくは８０〜９５％である請求項１記載の脱臭機能付き集塵装置。
3. 前記活性炭層内の活性炭が、ヤシガラ系で１〜６ｍｍに不定形に破砕される形状であり、比表面積が１０００ｍ^２／ｇ以上である請求項１または２記載の脱臭機能付き集塵装置。
4. 請求項１、２または３記載の脱臭機能付き集塵装置におけるろ過フィルターの製法であって、
   前記ろ過フィルターの空隙率が圧密操作により得られるろ過フィルターの製法。