JP2012187589A

JP2012187589A - 空気清浄装置及び空気清浄システム

Info

Publication number: JP2012187589A
Application number: JP2011050562A
Authority: JP
Inventors: Toru Funahashi; 徹舟橋; Toru Kaneko; 徹金子; Mitsunori Ito; 満徳伊東
Original assignee: TS KOGYO KK; Toyota Body Seiko Co Ltd
Current assignee: TS KOGYO KK; Toyota Body Seiko Co Ltd
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】装置を小型化して工場内のレイアウトを自由に変更することができる空気清浄装置及び空気清浄システムを提供する。
【解決手段】空気清浄システムＡＷを、空気清浄装置１と、移動式作業ボックス１００と、で構成する。空気清浄装置１を、溶接により生ずるヒュームを吸引してヒュームを捕集するデミスタ構造を有する第一のフィルタ２と、第一のフィルタ２を通過したヒュームを捕集する第一のフィルタ２より平均捕集効率が高く繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第二のフィルタ３と、第一のフィルタ２と第二のフィルタ３との間に配設される斜流羽根車４１を有する送風ファン４と、第二のフィルタ３を通過したヒュームを捕集する第二のフィルタ３より平均捕集効率が高く繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第三のフィルタ５と、で構成する。
【選択図】図２

Description

工場内の塵芥等を捕捉して作業環境を維持する空気清浄装置及び空気清浄システムに関する。

溶接ヒューム回収装置として特許文献１には、セラミック等の耐火材により構成されたプレフィルタと、通過粒子径が０．５μｍ以下のメインフィルタとを有したものがあった。それによれば、ブロアにより溶接ヒュームを含むガスを吸引口から吸引して、溶接ヒューム含有ガスがメインフィルタを通過する速度を０．０１メートル／秒以上となるようにして、ヒュームを鱗片上に固形化させた状態でフィルタに付着させていた。また、フィルタを清掃するときは、フィルタの背面から２ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力でパージガスを吹き付け、フィルタに付着するヒュームを払い落していた。

また、特許文献２には、溶接装置を囲う囲いブースと、空気流吹出し機構をもつプッシュフードと、プッシュフードと対向する位置に設けた吸引機構をもつプルフードと、プルフードからの排気を集塵機に搬送する伸縮フレキシブル排気ダクトと、を設けたヒューム回収装置があった。

特開平７−２６６０５３号公報特開２００６−７５８７６号公報

しかし、上記特許文献１の溶接ヒューム回収装置では、ブロアをプレフィルタ及びメインフィルタの後ろ側に配置するとともに、フィルタに付着するヒュームを払い落すため、パージガス供給口側でシールドガスボンベを接続させなければならず、装置が大型化するという問題があった。

また、特許文献２の溶接ヒューム回収装置では、伸縮フレキシブル排気ダクトが、工場内の天井等に懸架されるとともに、溶接装置は軌道上を移動するのみであるので、工場内のレイアウト変更が困難であった。

本発明は、上記事情に鑑み、装置を小型化して工場内のレイアウトを自由に変更することができる空気清浄装置及び空気清浄システムを提供するものである。

請求項１記載の発明では、溶接により生ずるヒュームを吸引してヒュームを捕集するデミスタ構造を有する第一のフィルタと、第一のフィルタを通過したヒュームを捕集する、繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第二のフィルタと、第一のフィルタと第二のフィルタとの間に配設される斜流羽根車を有する送風ファンと、を備えている。

これにより、デッドスペースとなっていた第一のフィルタと第二のフィルタとの間に送風ファンを配設することで、効率よく機材を配置し無駄なスペースを省けるので、空気清浄装置全体を小型化して工場内のレイアウトを自由に変更することができる。

また、細い金属線をメリヤス状に編みこんだデミスタ構造を有する第一のフィルタにより、火災の原因となるスパッタや粗大な粉じんを捕集したのち、補修しきれなかったヒュームは、斜流羽根車を有する送風ファンでファンの軸方向に対して斜めの方向に送られる。そして、送られたヒュームは繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第二のフィルタの厚さ方向に対して斜めに通過することになり、ヒュームが第二のフィルタを通過する距離が長くなり、ヒュームの捕集効率を高めることができる。

請求項２記載の発明のように、第二のフィルタを通過したヒュームを捕集する、繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有し、第二のフィルタより通過粒子径を小さく形成した第三のフィルタを備えるようにすれば、さらに、ヒュームの捕集効果を高くすることができる。

請求項３記載の発明のように、第二のフィルタの排気側に、箱状のフィルタチャンバを配設して、第三のフィルタを、フィルタチャンバに形成された複数の排気口に配設すれば、フィルタチャンバ内においてヒュームの重力沈降による捕集効果が期待できるとともに、排気面積が増えて第三のフィルタにかかる圧力を軽減することができ、第三のフィルタの交換寿命をのばすことができる。

請求項４記載の発明では、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載の空気清浄装置と、空気清浄装置と連結する排気口を有した箱状の移動式作業ボックスと、を備える空気清浄システムとすることで、排気ダクトの改修工事が不要になり工場内のレイアウトを自由に変更することができる。

本発明では、空気清浄装置及び空気清浄システムを小型化して工場内のレイアウトを自由に変更することができる。

本発明の一実施形態の空気清浄システムの使用状態図である。本発明の一実施形態の空気清浄システムの正面図である。従来の排気ダクトにより工場内の換気を行なった場合の実験データである。本発明の空気清浄システムの実験データである。

本願発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。

空気清浄システムＡＷは、図１、２に示すように、空気清浄装置１と、空気清浄装置１と連結する排気口１０１ａを有した箱状の移動式作業ボックス１００と、後述する送風ファン４を作動制御する制御手段１４（図２においては、省略してある。）と、を備えている。

空気清浄装置１は、移動式作業ボックス１００の上面に支持台１３を介して配設され、溶接により生ずるヒュームを吸引してヒュームを捕集するデミスタ構造を有する第一のフィルタ２と、第一のフィルタ２を通過したヒュームを捕集する第一のフィルタ２より平均捕集効率が高く繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第二のフィルタ３と、第一のフィルタ２と第二のフィルタ３との間に配設される斜流羽根車４１を有する送風ファン４と、第二のフィルタ３を通過したヒュームを捕集する第二のフィルタ３より平均捕集効率が高く繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第三のフィルタ５と、第二のフィルタ３の排気側において第三のフィルタ５が配設される箱状のフィルタチャンバ６と、を備えている。

ここで、「平均捕集効率」とは、ＪＩＳ９９０８形式３の質量法に基づいて各風速における平均粒子捕集率（％）をいう。

粒子捕集率の測定はＪＩＳＢ９９０８では、試験用ダスト１５種を用い、粉じん濃度は７０±３０ｍｇ／ｍ³で供給され、測定対象のフィルタユニットに捕集されずに通過した試験用ダストを通過粉じん捕集フィルタで捕集してその質量を計測して行なう。

粒子捕集率は一般に次式によって求められる。
η＝（１−Ｗｐ／Ｗｆ）×１００％
η ：フィルタユニットの粒子捕集率（％）
Ｗｆ：供給した粉じんの質量（ｇ）
Ｗｐ：通過粉じん捕集フィルタに捕集された粉じんの質量（ｇ）

移動式作業ボックス１００は、上面壁１０１と、前面壁１０２と、後面壁１０３と、左面壁１０４と、右面壁１０５と、底部枠１０６と、を有している。なお、図１においては、上面壁１０１、前面壁１０２、後面壁１０３、左面壁１０４、右面壁１０５を作図の関係上省略して対応する部分を破線の引き出し線で示すことにする。

上面壁１０１には、溶接により生ずるヒュームが排出される排気口１０１ａが設けられている。排気口１０１ａを底部枠１０６側から覆うように金属製の防火板１５（図１では省略してある）が、配設されている。

前面壁１０２には、作業時にワークを搬入搬出する図示しない開口部と、開口部を開閉自在な図示しない遮光シャッタが設けられている。

底部枠１０６は、格子枠状に形成され、底部枠１０６の下面には、キャスタ１０６ａが四隅部分に配設されている。底部枠１０６の上面の中央部には、溶接ユニットベース１０７が配設され、溶接ユニットベース１０７上に、溶接ロボット７が設置され、溶接ロボット７の前面壁１０２側に溶接用治具８が設置されている。底部枠１０６の右面壁１０５及び後面壁１０３との近傍部分には、溶接電源９が設置され、その隣にロボット制御盤１０が設置されている。なお、図２においては、溶接ロボット７、溶接用治具８、溶接電源９、ロボット制御盤１０は省略してある。

後面壁１０３の外側には、インバータ１１が配設されている。

空気清浄装置１は、上面壁１０１の排気口１０１ａから延設された排気ダクト１２によって、移動式作業ボックス１００と連結されている。

第一のフィルタ２は、アルミニウムで形成され風速２．５ｍ／ｓｅｃにおいて初期圧力損失３３Ｐａ、平均捕集効率が３２％のデミスタフィルタが用いられている。なお、細い金属線をメリヤス状に編みこんだものを「デミスタ」という。

第二のフィルタ３は、モダアクリル及びポリアミドで形成され繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有し、風速２．５ｍ／ｓｅｃにおいて初期圧力損失３５Ｐａ、平均捕集効率が７４％のフィレドン（登録商標）フィルタが用いられている。

送風ファン４は、斜流羽根車４１を有して略円筒状に形成され第一のフィルタ２側に吸気口４２を、第二のフィルタ３側に排気口４３を有している。なお、送風ファン４は、通過風速が風速２．０ｍ／ｓｅｃとなるように作動する。

第三のフィルタ５は、モダアクリル、ポリエチレン及びポリアミドで形成され繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有し、風速２．５ｍ／ｓｅｃにおいて初期圧力損失７８Ｐａ、平均捕集効率が８５％のフィレドンフィルタが用いられている。第三のフィルタ５の通過粒子径は２μｍ以下に形成されている。

箱状のフィルタチャンバ６は、第二のフィルタ３の排気側に配設されている。フィルタチャンバ６は、矩形箱状に形成され第二のフィルタ３と対向する側にヒュームを取り入れる吸気口６１が配設され、吸気口６１と対向する面と、平面視において吸気口６１に直交する面とに、排気口６２がそれぞれ配設されている。

第三のフィルタ５は、フィルタチャンバ６に形成された複数の排気口６２にそれぞれ配設されている。

制御手段１４は、溶接ロボット７に放電電力を供給する溶接電源９と、送風ファン４の作動制御を行なうインバータ１１と、溶接ロボット７、溶接電源９及びインバータ１１の作動制御を行なうロボット制御盤１０と、を有している。

ロボット制御盤１０は、溶接ロボット７及び溶接電源９に接続されるとともに、インバータ１１にも接続されている。インバータ１１は、送風ファン４に接続されている。

空気清浄システムＡＷの機能作用について説明する。

空気清浄システムＡＷでは、ロボット制御盤１０から溶接ロボット７に溶接作業にかかる信号を送った時に時間差を設けてインバータ１１にも送風ファン４を作動停止させるシーケンス制御を行う。

溶接ロボット７が溶接作業開始時から３０秒経過後に送風ファン４を作動させる。

上面壁１０１の排気口１０１ａから吸引されたヒュームは、排気ダクト１２内を通り第一のフィルタ２において、５〜１０μｍ以上の粒子は、障害物であるデミスタフィルタに慣性力で気流の流線から外れて衝突捕集される（これを慣性衝突という）。また、１〜５μｍの粒子は、デミスタフィルタのすぐ近くの気流の流線に乗り接触捕集される（これを遮断という）。第一のフィルタ２は、９０％以上の空間率を有しているので初期圧力損失が少なく送風ファン４の作動に負担をかけない。第一のフィルタ２の段階でヒュームは、総質量の３２％程度捕集されることになる。

第一のフィルタ２を通過したヒュームは、第二のフィルタ３において、第一のフィルタ２の慣性衝突及び遮断効果に加えて０．１〜０．５μｍの粒子は気体分子と衝突し気流の流線とは関係なく不規則な運動をして捕集される（これをブラウン拡散という）。

また、送風ファン４の斜流羽根車４１により回転軸方向に対して斜め方向に風が送られるため、第二のフィルタ３をヒュームは斜めに通過することになり通過距離が長くなるので第二のフィルタ３の捕集効果が高くなる。

よって、第二のフィルタ３を通過した段階で、第一のフィルタ２を通過したヒュームの７４％程度が捕集されることになる。

第二のフィルタ３を通過したヒュームは、フィルタチャンバ６の内部空間において、一部は重力で沈降、堆積する。第三のフィルタ５による圧力損失によりフィルタチャンバ６の内部空間での通過風速が遅くなるので２５μｍ以下の粒子は、空間を通過する過程で静電気を帯び、電気的に第三のフィルタ５に付着する。また、通過粒子径が２μｍ以下に制限され繊維間隔よりも大きい粒子が捕集される。よって、第三のフィルタ５を通過した段階で、第二のフィルタ３を通過したヒュームの８５％程度が捕集されることになる。

溶接作業終了後３０秒後に送風ファン４を停止させる。

上記の各構成の複合的な機能作用により、空気を清浄し作業環境を良好に保つことができる。

空気清浄システムＡＷでは、空気清浄装置１を、溶接により生ずるヒュームを吸引してヒュームを捕集するデミスタ構造を有する第一のフィルタ２と、第一のフィルタ２を通過したヒュームを捕集する第一のフィルタ２より平均捕集効率が高いフィレドン構造を有した第二のフィルタ３と、第一のフィルタ２と第二のフィルタ３との間に配設される斜流羽根車４１を有する送風ファン４と、を備える構成にしている。

これにより、デッドスペースとなっていた第一のフィルタ２と第二のフィルタ３との間に送風ファン４を配設することで、効率よく機材を配置し無駄なスペースを省けるので、空気清浄装置１全体を小型化して工場内のレイアウトを自由に変更することができる。

また、細い金属線をメリヤス状に編みこんだデミスタ構造を有する第一のフィルタ２により、火災の原因となるスパッタや粗大な粉じんを捕集したのち、補修しきれなかったヒュームは、送風ファン４の斜流羽根車４１でファンの軸方向に対して斜めの方向に送られる。そして、送られたヒュームは第一のフィルタ２より平均捕集効率が高く繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第二のフィルタ３の厚さ方向に対して斜めに通過することになり、ヒュームが第二のフィルタ３を通過する距離が長くなり、ヒュームの捕集効率を高めることができる。

また、第二のフィルタ３を通過したヒュームを捕集する、第二のフィルタ３より平均捕集効率が高く通過粒子径が２μｍ以下に形成され、繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第三のフィルタ５を備えているので、粒子径が２μｍ以上のヒュームは通過することができなくなる。よって、ヒュームの捕集効果を高くすることができる。

また、第二のフィルタ３の排気側に、箱状のフィルタチャンバ６を配設して、第三のフィルタ５を、フィルタチャンバ６に形成された複数の排気口６２に配設しているので、フィルタチャンバ６内においてヒュームの重力沈降による捕集効果が期待できるとともに、排気面積が増えて第三のフィルタ５にかかる圧力を軽減することができ、第三のフィルタ５の交換寿命をのばすことができる。

また、空気清浄装置１と、空気清浄装置１と連結する排気口１０１ａを有した箱状の移動式作業ボックス１００と、を備える空気清浄システムＡＷとすることで、従来行っていた排気ダクトの改修工事が不要になり工場内のレイアウトを自由に変更することができる。

また、溶接ロボット７の溶接作業開始時から３０秒経過後に送風ファン４を作動させ、溶接作業終了後３０秒後に送風ファン４を停止させるようしているので、ヒュームが大量に発生する時に送風ファン４を作動させることになり、第一のフィルタ２、第二のフィルタ３及び第三のフィルタ５の交換時期をのばすことができる。

なお、送風ファン４の性能を確保するため、上面壁１０１の排気口１０１ａから延設された排気ダクト１２の第一のフィルタ２側の端部には直線部分を形成しておくのが望ましい。

また、フィルタチャンバ６の排気口６２の数は、上記のものにこだわらない。費用対効果を考慮して、フィルタチャンバ６の吸気口６１を有する面以外のすべての面に設けてもよいし、二か所だけにしてもよい。

図３では、従来から実施されている方法で空気の清浄を行なった状態での管理区分の結果を表し、Ｅ工程乃至Ｍ工程の各工程に溶接装置が配置され、各溶接装置に対して排気ダクトが配設され、各排気ダクトがメインダクトに連結され、メインダクトから工場外に配管されている。

図４では、本願発明の空気清浄システムで空気の清浄を行なった状態での管理区分の結果を表し、Ａ工程乃至Ｄ工程の各工程に溶接装置が配置されるとともに、空気清浄システムＡＷが設置されている。

上記管理区分の結果は、労働安全衛生法６５条に規定する作業環境測定に基づき、遊離ケイ酸含有率を計測して行われ、遊離ケイ酸含有率は、堆積粉じんを再発じん法による試料調整を行い、Ｘ線回折法により求められる。

以下に図３、４の表の語句について説明する。

単位作業場所は、作業場の区域内の労働者の作業中の行動範囲、有害因子の分布の状況に基づき定められる、作業環境測定のために必要な区域のことで、作業環境測定の結果が及ぶ範囲をいう。

Ａ測定は、単位作業場所における気中有害物質等の（有害物質等の分布、そのばらつき等）を把握するために行なう測定をいう。

Ｂ測定は、Ａ測定の結果を評価するだけでは、労働者への有害因子の大きなばく露の危険性を見逃すおそれがあると考えられる作業が存在する場合に、Ａ測定を補完するために行なう測定で、有害因子の発散が最も大きいと考えられる時間、場所で行う測定をいう。Ｂ測定での測定値はＣＢで表わされる。

幾何平均値Ｍは、単位作業場所で実際に測定したデータをもとに統計処理により求めた平均値で、気中有害物質の濃度を表す数値をいう。

幾何標準偏差σは、単位作業場所で実際に測定したデータをもとに統計処理により求めた気中有害物質のばらつきを表す数値をいう。

第１評価値ＥＡ１は、単位作業場所において考えうるすべての測定点の作業時間における気中有害物質の濃度の実現値のうち、高濃度側から５％に相当する濃度の推定値をいう。

第２評価値ＥＡ２は、単位作業場所における気中有害物質の算術平均濃度の推定値をいう。

管理濃度Ｅは、作業環境測定の結果から作業環境の状態を評価するときの基準となる濃度をいう。管理濃度Ｅ＝３．０（ｍｇ／ｍ²）は次式によって求められる。
Ｅ＝３．０／（１．１９Ｑ＋１）
Ｑ＝当該粉じんの遊離ケイ酸含有率（％）

図３、４の表においては、粉じんの遊離ケイ酸含有率が０％として設定されていることになる。

管理区分は、気中有害物質の測定結果から作業環境管理の状態を評価するときの区分で３つの区分に分けられる。第１管理区分を１、第２管理区分を２、第３管理区分を３で表わす。

第１管理区分は、第１評価値ＥＡ１及びＢ測定での測定値ＣＢが、管理濃度Ｅに満たない場合で、作業環境管理が適切であると判断される状態をいう。

第２管理区分は、第１管理区分又は、第３管理区分のいずれにも該当しない場合で、作業環境管理になお改善の余地があると判断される状態をいう。

第３管理区分は、第２評価値ＥＡ２が、管理濃度Ｅを超えるか、Ｂ測定での測定値ＣＢが管理濃度Ｅの１．５倍を超える場合で、作業環境管理が不適切であると判断される状態をいう。

図４に示すように、本願発明においては、Ａ工程での第１評価値ＥＡが２．３７及びＢ測定での測定値ＣＢが１．１３、Ｂ工程での第１評価値ＥＡが１．６７及びＢ測定での測定値ＣＢが０．５４、Ｃ工程での第１評価値ＥＡが０．９２及びＢ測定での測定値ＣＢが０．８４、Ｄ工程での第１評価値ＥＡが０．７４及びＢ測定での測定値ＣＢが０．５２であり、第１評価値ＥＡ１及びＢ測定での測定値ＣＢが、いずれも管理濃度Ｅ３．００に満たないので、第１管理区分と判断され、作業環境管理が適切であるといえる。

また、図３に示された、従来の工場にダクトを設置して空気を清浄している場合のＥ工程乃至Ｍ工程の各工程では、いずれも第１管理区分であるが、Ｅ工程乃至Ｍ工程の各工程に溶接装置が配置され、溶接装置に対して排気ダクトが配設され、各排気ダクトがメインダクトに連結され、メインダクトから工場外に配管されているので、工場内のレイアウト変更は、容易ではない。

それに対して本願発明の空気清浄システムＡＷでは、小型で移動可能であるので、同じ第１管理区分であっても工場内のレイアウトは自由に行なうことができ、工場内のレイアウト変更による操業停止時間を短縮できる。

また、スパッタによりヒュームが発火する火災が発生しても、Ａ工程乃至Ｄ工程の各工程に設置された空気清浄システムＡＷごとに対応すればよくなりトラブルに対するリスクを減らすことができ、多大なメリットがあるといえる。

１空気清浄装置
２第一のフィルタ
３第二のフィルタ
４送風ファン４
４１斜流羽根車
５第三のフィルタ
６フィルタチャンバ
６１排気口
１００移動式作業ボックス
ＡＷ空気清浄システム

Claims

溶接により生ずるヒュームを吸引して前記ヒュームを捕集するデミスタ構造を有する第一のフィルタと、
前記第一のフィルタを通過した前記ヒュームを捕集する、繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有した第二のフィルタと、
前記第一のフィルタと前記第二のフィルタとの間に配設される斜流羽根車を有する送風ファンと、
を備えていることを特徴とする空気清浄装置。
前記第二のフィルタを通過した前記ヒュームを捕集する、繊維間が完全接着された無方向性の繊維集合構造を有し、前記第二のフィルタより通過粒子径が小さく形成された第三のフィルタを備えていることを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
前記第二のフィルタの排気側には、箱状のフィルタチャンバが配設され、
前記第三のフィルタは、前記フィルタチャンバに形成された複数の排気口に配設されていることを特徴とする請求項２記載の空気清浄装置。
請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載の空気清浄装置と、
前記空気清浄装置と連結する排気口を有した箱状の移動式作業ボックスと、
を備えていることを特徴とする空気清浄システム。