JP2018111062A

JP2018111062A - 集塵装置

Info

Publication number: JP2018111062A
Application number: JP2017002674A
Authority: JP
Inventors: 知己武藤; Tomoki Muto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-07-19

Abstract

【課題】吸引ファンの出力を上げても、貯水容器の水位が低くなることを抑制する集塵装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る集塵装置１は、粉塵を含んだ空気１２が取り込まれ、内部に貯水された水１１と空気１２とを接触させる貯水容器１０と、貯水容器１０に接続され、水１１を含んだ空気１２を貯水容器１０から吸引する吸引ファン２０と、吸引ファン２０に接続され、吸引ファン２０から排出された空気１２に含まれる水１１を捕獲するジャバラ状の内面を含んだ管状の接続ダクト３０と、接続ダクト３０の吸引ファン２０と反対側に接続され、接続ダクト３０で捕獲された水１１を捕集するウォータキャッチャ４０と、ウォータキャッチャ４０で捕集された水１１を貯水容器１０に返還する返還流路５０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、集塵装置に関するものであり、例えば、溶接時に発生する粉塵を集める集塵装置に関する。

特許文献１には、吸引した粉塵を貯水容器に取り込み、火種等の燃えている粉塵を水によって消火すると共に、消火した粉塵を貯水容器に集める集塵用消火装置が記載されている。特許文献１の集塵用消火装置では、軽い粉塵は、そのまま排気ダクトヘ吸引されている。

特開２０１２−１１５５６３号公報

一般的に、溶接を行う際、火種等の燃えている粉塵が発生するので、特許文献１に記載された集塵用消火装置のように、燃えている粉塵を水によって消火する機能を有する集塵装置が必要である。一方、溶接をする際に、発生する粉塵が多い場合には、作業環境における粉塵を適切な濃度に保つために、粉塵を吸引する吸引ファンの出力を上げる必要がある。しかし、吸引ファンの出力を上げると、消火に使用される水まで貯水容器から舞い上がってしまい、貯水容器の水位が低くなってしまう。また、舞い上がった水によって、排気ダクトに漏水を引き起こしてしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、吸引ファンの出力を上げても、貯水容器の水位が低くなることを抑制する集塵装置を提供する。

本発明の一態様に係る集塵装置は、粉塵を含んだ空気が取り込まれ、内部に貯水した水と接触させる貯水容器と、前記貯水容器に接続され、前記水を含んだ前記空気を前記貯水容器から吸引する吸引ファンと、前記吸引ファンに接続され、前記吸引ファンから排出された前記空気に含まれる前記水を捕獲するジャバラ状の内面を含んだ管状の接続ダクトと、前記接続ダクトの前記吸引ファンと反対側に接続され、前記接続ダクトで捕獲された前記水を捕集するウォータキャッチャと、前記ウォータキャッチャで捕集された前記水を前記貯水容器に返還する返還流路と、を備える。このような構成により、吸引ファンの出力を上げても、貯水容器の水位が低くなることを抑制することができる。

本発明により、吸引ファンの出力を上げても、貯水容器の水位が低くなることを抑制する集塵装置を提供する。

実施形態に係る集塵装置を例示した断面図である。実施形態に係る接続ダクトのジャバラ状管を例示した図であり、（ａ）は、（ｂ）に示したＢＢ線による断面図を示し、（ｂ）は、（ａ）に示したＡＡ線による断面図を示す。実施形態に係る集塵装置の使用例を例示した説明図である。実施形態に係る集塵装置の貯水容器に貯水された水の水面と、吸引フードの風量との関係を例示したグラフであり、横軸は、水面の水位を示し、縦軸は、吸引フードの風量を示す。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施形態）
実施形態に係る集塵装置を説明する。まず、実施形態に係る集塵装置の構成を説明する。図１は、実施形態に係る集塵装置１を例示した断面図である。図１に示すように、集塵装置１は、貯水容器１０、吸引ファン２０、接続ダクト３０、ウォータキャッチャ４０、返還流路５０及び吐出ダクト６０を備えている。集塵装置１は、例えば、アーク溶接を行う際に発生する粉塵を集塵する装置である。

貯水容器１０は、燃えている粉塵を消火する水１１が貯水された容器である。貯水容器１０には、粉塵を含んだ空気１２が取り込まれる。貯水容器１０は、内部に貯水された水１１と、粉塵を含んだ空気１２とを接触させる。貯水容器１０は箱状の外形をしている。貯水容器１０には、吸引フード１３が取り付けられている。また、貯水容器１０には、吸引路１４、整流板１５、スクラブ部１６、水位計１７が設けられている。貯水容器１０には、吸引ファン２０が接続されている。

吸引フード１３は、貯水容器１０に取付けられている。吸引フード１３は、例えば、貯水容器１０の側面に設けられた開口部に取付けられている。吸引フード１３は、貯水容器１０に取付けられた根元部分から口径が拡がった角錐形の漏斗状となっている。粉塵を含んだ空気１２は、吸引フード１３から貯水容器１０の内部に取り込まれる。粉塵には、火種となるような、燃えている粉塵が含まれている。吸引フード１３における空気の風量は、例えば、５０ｍ^３／ｍｉｎ以上となっている。

吸引路１４は、貯水容器１０の内部に設けられている。吸引路１４は、貯水容器１０の開口部から下方に向かって延びた空気１２の流路である。吸引路１４は、貯水された水１１の水面近傍まで延びたＪの字状の側壁１４ａを含んでいる。吸引フード１３から取り込まれた空気１２は、吸引路１４に沿って下方に導かれる。貯水された水１１の水面近傍まで導かれた空気１２は、側壁１４ａの下端で勢いよく噴射され、水１１と混合する。

整流板１５は、貯水容器１０の下部に設けられている。整流板１５は、吸引路１４によって導かれた空気１２をスクラブ部１６に導いている。例えば、吸引路１４の側壁１４ａの下端が、貯水された水１１の水面に接している。そして、粉塵を含んだ空気１２は、整流板１５及び側壁１４ａの下端の間を通るときに、貯水された水１１と接触する。例えば、吸引路１４によって導かれた空気１２は、整流板１５及び側壁１４ａの下端の間から水１１と共に噴射されてスクラブ部１６に導かれる。

スクラブ部１６は、貯水容器１０に貯水された水１１の水面上に配置されている。スクラブ部１６は、整流板１５によって導かれた空気１２及び水１１をスクラブする。例えば、空気１２及び水１１を混合させる。これにより、スクラブ部１６は、空気１２に含まれた、火種等の燃えている粉塵を水１１によって消火する。空気１２に含まれた粉塵は、スクラブ部１６によって水１１と混合され、水１１に付着する。また、スクラブ部１６で空気１２と水１１が混合されることにより、空気１２は水１１を含むようになる。例えば、空気１２は、しぶき状の水１１の水滴を含んでいる。このように、スクラブ部１６で空気１２と水１１が混合されることにより、スクラブ部１６を通り抜けた空気１２は、粉塵が除去され、水１１を含んでいる。

なお、スクラブ部１６を通り抜けた空気１２は、粉塵を含んでいてもよいし、水１１を含んでいなくてもよい。また、空気１２に含まれた水１１は、水滴の状態となっていてもよいし、霧状になっていてもよい。

水位計１７は、貯水容器１０に貯水された水１１の水面近傍に取付けられている。水位計１７によって、貯水容器１０に貯水された水１１の水位が測定される。

吸引ファン２０は、貯水容器１０に接続している。吸引ファン２０は、例えば、貯水容器１０の上面に設けられた開口部に接続されている。吸引ファン２０は、貯水容器１０の内部の空気を吸引する。具体的には、吸引ファン２０は、貯水容器１０のスクラブ部１６において、水１１と混合された空気１２を吸引する。したがって、吸引ファン２０は、水１１を含んだ空気１２を貯水容器１０から吸引する。具体的には、吸引ファン２０は、しぶき状の水１１の水滴を含んだ空気１２を吸引する。

また、吸引ファン２０が貯水容器１０の内部の空気を吸引することにより、貯水容器１０の内部は負圧となる。よって、粉塵を含んだ空気１２が、吸引フード１３から貯水容器１０の内部に吸引される。吸引ファン２０は、吸引した空気１２、すなわち、水１１を含んだ空気１２を接続ダクト３０に排出する。例えば、吸引ファン２０は、遠心力を用いて、貯水容器１０の内部を吸引し、水１１を含んだ空気１２を接続ダクト３０に排出する。

接続ダクト３０は、吸引ファン２０に接続している。接続ダクト３０には、吸引ファン２０が吸引した空気１２が排出される。接続ダクト３０は、ジャバラ状管３１を含んでいる。接続ダクト３０は、例えば、ジャバラ状管３１を外側から外管３２で覆った形状となっている。その場合には、接続ダクト３０は、ジャバラ状管３１及び外管３２を含んだ２重管の形状となっている。接続ダクト３０の一方の端部が吸引ファン２０に接続している。接続ダクト３０の他方の端部は、ウォータキャッチャ４０に接続している。

図２は、実施形態に係る接続ダクト３０のジャバラ状管３１を例示した図であり、（ａ）は、（ｂ）に示したＢＢ線による断面図を示し、（ｂ）は、（ａ）に示したＡＡ線による断面図を示す。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、接続ダクト３０におけるジャバラ状管３１は、延在方向に沿って、拡径部３３と縮径部３４とが交互に配置されたジャバラ状となっている。接続ダクト３０の延在方向における長さは、例えば、７００ｍｍ以上となっている。拡径部３３の外径３３ａは、ジャバラ状管３１の外径となっている。縮径部３４の内径３４ａは、ジャバラ状管３１の内径となっている。例えば、内径３４ａは、φ２５０ｍｍであり、外径３３ａは、φ２５０ｍｍよりも大きくなっている。接続ダクト３０の吸引ファン２０側に角丸ダクトを設け、円管状のジャバラ状管３１及び外管３２を吸引ファン２０につないでもよい。

このように、接続ダクト３０は、ジャバラ状の内面を含んだ管状となっている。よって、ジャバラ状の内面は、吸引ファン２０から排出された空気１２を乱流にする。例えば、吸引ファン２０から接続ダクト３０に排出された空気１２は、ジャバラ状管３１の内部を通ることによって、上昇気流及び下降気流を繰り返す。こうすることにより、接続ダクト３０に排出された空気１２の勢いを抑制することができる。これにより、排出された空気１２は、水１１を含んだまま吐出ダクト６０から排出されることを抑制することができる。すなわち、接続ダクト３０は、ジャバラ状の内面によって、吸引ファン２０から排出された空気１２に含まれる水１１を捕獲する。接続ダクト３０の延在方向における長さを７００ｍｍ以上とすることで、ジャバラ状の内面による水１１の捕獲の機会を多くすることができる。

ジャバラ状管３１で、捕獲された水１１は、ウォータキャッチャ４０に導かれる。例えば、接続ダクト３０は、吸引ファン２０側からウォータキャッチャ４０側にかけて下方に傾いている。よって、接続ダクト３０で、捕獲された水１１は、ウォータキャッチャ４０に流れる。

例えば、ジャバラ状管３１には、溝３５が形成されている。溝３５は、ジャバラ状管３１の延在方向に沿って一定の幅で形成されている。溝３５は、ジャバラ状管３１の下部に形成されている。溝３５において、ジャバラ状管３１の内周面における縮径部３４の凸部は、拡径部３３の内周面に一致するようにつぶされている。よって、ジャバラ状管３１を延在方向から見たとき、ジャバラ状管３１の下部に、延在方向に延びた平坦な通路が形成されている。このような構成とすることにより、ジャバラ状管３１の内面によって捕獲された水１１は、ジャバラ状管３１の内周面を伝って、ジャバラ状管３１の下部に流れ、溝３５へ導かれる。

ジャバラ状管３１は、吸引ファン２０側からウォータキャッチャ４０側にかけて下方に傾けて配置されている。よって、溝３５へ集まった水１１は、溝３５を伝ってウォータキャッチャ４０側へ流れるようになっている。

このように、ジャバラ状管３１に溝３５を形成することにより、接続ダクト３０で、捕獲された水１１は、溝３５を通って、容易にウォータキャッチャ４０に導かれる。これにより、水１１の捕集を容易にすることができる。

ウォータキャッチャ４０は、接続ダクト３０の吸引ファン２０と反対側に接続されている。ウォータキャッチャ４０は、接続ダクト３０で捕獲された水１１を捕集する。ウォータキャッチャ４０の底面は所定の方向へ傾いている。よって、ウォータキャッチャ４０は、ジャバラ状管３１を伝って導かれた水１１を底面の所定の方向に捕集する。また、ウォータキャッチャ４０には、のぞき窓４１が設けられており、水滴等となった水１１の通過の有無を確認することができる。

返還流路５０は、ウォータキャッチャ４０と貯水容器１０との間を繋ぐように設けられている。返還流路５０は、例えば、ホースである。返還流路５０は、ウォータキャッチャ４０の底面における所定の方向側に接続されている。返還流路５０は、ウォータキャッチャ４０で捕集された水１１を貯水容器１０に返還する。返還流路５０には、ウォータキャッチャ４０で捕集された水１１を貯水容器１０に返還するために図示しないポンプが接続されてもよい。なお、返還流路５０は、ウォータキャッチャ４０から貯水容器１０に水１１を返還できれば、ホース以外の部材でもよい。

吐出ダクト６０は、ウォータキャッチャ４０に接続されている。吐出ダクト６０は、吸引ファン２０から排出され、接続ダクト３０及びウォータキャッチャ４０を介して到達した空気１２を集塵装置１の外部へ吐出する。例えば、屋外へ吐出する。吐出ダクト６０には、ボリュームダンパー６１が設けられている。ボリュームダンパー６１は、吐出ダクト６０から排出される排気量を調整する。ボリュームダンパー６１を調整することによって、吸引フード１３から取り込まれる空気の風量を調整することができる。

次に、集塵装置１の動作を説明する。
図３は、実施形態に係る集塵装置１の使用例を例示した説明図である。
図３に示すように、まず、集塵装置１の貯水容器１０に水１１を貯水し、吐出ダクト６０のボリュームダンパー６１を調整する。吸引フード１３を、アーク溶接を行う設備７０に向けて配置させる。そして、吸引ファン２０を作動させる。吸引ファン２０の作動により、吸引ファン２０は、貯水容器１０の内部を吸引する。これにより、貯水容器１０の内部が負圧となり、貯水容器１０の開口部に通じている吸引フード１３は、設備７０の内部の空気１２を取り込む。

次に、アーク溶接を行う設備７０を用いてアーク溶接を行う。これにより、粉塵７１が発生する。粉塵７１には、火種等の燃えている粉塵７１も含まれている。粉塵７１を含んだ空気１２は、吸引フード１３から集塵装置１の内部に取り込まれる。

図１に示すように、吸引フード１３から取り込まれた空気１２は、吸引路１４に導かれる。そして、吸引路１４に導かれた空気１２は、側壁１４ａの下端及び整流板１５の間を水１１とともに噴射して通りぬける。

側壁１４ａの下端及び整流板１５の間を通りぬけた空気１２は、スクラブ部１６に導かれ、水１１と混合される。これにより、空気１２に含まれた、燃えている粉塵７１は、水１１によって消火される。さらに、粉塵７１は、水１１に付着する。また、貯水容器１０内で水１１と接触した空気１２は、水１１を含むようになる。水１１は、例えば、水滴の状態となっている。

水１１を含んだ空気１２は、吸引ファン２０により吸引され、接続ダクト３０に排出される。接続ダクト３０に排出された空気１２は、接続ダクト３０におけるジャバラ状の内面によって、水１１を捕獲される。接続ダクト３０で水１１を捕獲された空気１２は、ウォータキャッチャ４０及び吐出ダクト６０を介して集塵装置１の外部へ排出される。

一方、接続ダクト３０におけるジャバラ状の内面で捕獲された水１１は、ウォータキャッチャ４０で捕集され、返還流路５０を介して貯水容器１０に返還される。このように、集塵装置１を用いて、設備７０で発生した粉塵７１を集塵し、設備７０の粉塵を、所定の濃度以下に保っている。

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態では、接続ダクト３０の内面がジャバラ状になっている。よって、接続ゲクト３０における空気１２の流れの勢いを弱めることができる。これにより、空気１２が水滴状の水１１を巻き上げ、空気１２が水１１を含んだまま装置の外部へ排出されることを抑制することができる。すなわち、水１１を含んだ空気１２がジャバラ状の内面を通過することによって、空気１２の流れの勢いが弱められ、空気１２に含まれた水１１を、ジャバラ状の内面で捕獲することができる。

また、ジャバラ状管３１の下部には溝３５が設けられており、ジャバラ状の内面で捕獲された水１１は、溝３５を伝って、ウォータキャッチャ４０で捕集される。これにより、空気１２に含まれた水１１を一か所に集めることができるので、意図しない箇所での漏水を抑制することができる。

さらに、ウォータキャッチャ４０で捕集した水１１を、返還流路５０を介して貯水容器１０に返還している。よって、貯水容器１０に水１１を返還することができるので、吸引ファン２０の出力を上げても、貯水容器１０の水位が低くなることを抑制することができる。これにより、貯水容器１０への給水の間隔を大きくすることができる。

また、貯水容器１０に水１１を返還することができるので、貯水容器１０における消火能力の低下を抑制することができる。

図４は、実施形態に係る集塵装置１の貯水容器１０に貯水された水１１の水位と、吸引フード１３における風量との関係を例示したグラフであり、横軸は、水１１の水位を示し、縦軸は、吸引フード１３における風量を示す。グラフ中の四角（□）、三角（△）等のマークは、吸引ファン２０によって、貯水容器１０から空気１２とともに吸引され、接続ダクト３０に巻き上げられる１分あたりの水１１の量（巻上量）を示している。

図４に示すように、貯水容器１０の水位が、２０ｍｍの場合には、吸引フード１３の風量が４０ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は１〜６ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４１ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は６〜１１ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４４〜４７ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は１１ｍｌ／ｍｉｎ以上である。

また、貯水容器１０の水位が、１０ｍｍの場合には、吸引フード１３の風量が４２ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４６〜４７ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は６〜１１ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４９〜５０ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は１１ｍｌ／ｍｉｎ以上である。

さらに、貯水容器１０の水位が、０ｍｍの場合には、吸引フード１３の風量が４４ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４８〜５０ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０．１〜１ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が５２〜５４ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は１〜６ｍｌ／ｍｉｎ以上である。

また、貯水容器１０の水位が、−１０ｍｍの場合には、吸引フード１３の風量が４６ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４９〜５５ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０〜０．１ｍｌ／ｍｉｎである。

貯水容器１０の水位が、−２０ｍｍの場合には、吸引フード１３の風量が４６ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が４９〜５５ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０〜０．１ｍｌ／ｍｉｎである。

貯水容器１０の水位が、−３０ｍｍの場合には、吸引フード１３の風量が４８ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０ｍｌ／ｍｉｎであり、風量が５１〜５７ｍ^３／ｍｉｎのときに、巻上量は０〜０．１ｍｌ／ｍｉｎである。

このように、貯水容器１０に貯水された水１１の水位が高くなると、水１１の巻上量が大きくなっている。これは、貯水容器１０の水位が高くなると、吸引ファン２０の吸引力によって、発生する水１１のしぶきが多くなり、水１１の巻上量が大きくなると考えられる。なお、本実施形態では、所定の水位となるように、溶接のサイクル毎に貯水容器１０に給水している。

また、吸引フード１３における風量が大きいほど、水の巻上量が大きくなっている。本実施形態では、ウォータキャッチャ４０において、捕集した水１１を、返還流路５０を用いて貯水容器１０に返還している。よって、貯水容器１０の水位を所定の水位に保つことができる。よって、吸引ファン２０の吸引量を大きくすることができる（図４の点線Ｄ参照）。

一方、返還流路５０が設けられない場合には、巻き上げた水１１を貯水容器１０に返還することができない。よって、貯水容器１０内の水は減少する一方となってしまう。したがって、従来技術では、風量を大きくすることができない（図４の点線Ｃ参照）。具体的には、返還流路５０が設けられない場合には、吸引ファン２０の吸引量を、５０ｍ^３／ｍｉｎよりも大きくすることができない。仮に、大きくする場合には、貯水容器１０に頻繁に水を供給しなければならない。一方、本実施形態の集塵装置１は、返還流路５０が設けられているので、吸引ファン２０の吸引量を５０ｍ^３／ｍｉｎよりも大きくすることができる。仮に、水の巻上が発生しても、貯水容器１０への給水の頻度を低減することができる。

本実施形態では、吸引ファン２０の吸引量を大きくし、吸引フード１３の風量を大きくすることができるので、粉塵が発生する設備７０、例えば、溶接の設備７０を大きくすることができる。

ウォータキャッチャ４０で捕集した水１１を、返還流路５０を介して貯水容器１０に返還しているので、貯水容器１０への給水間隔を大きくすることができる。よって、稼働時間を長くすることができるとともに稼働コストを低減することができる。

ウォータキャッチャ４０にのぞき窓４１を設けることにより、水滴状の水１１の有無を確認することができる。よって、のぞき窓４１で確認しながらボリュームダンパーを調整することができるので、適切な風量に設定することができる。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

１集塵装置
１０貯水容器
１１水
１２空気
１３吸引フード
１４吸引路
１５整流板
１６スクラブ部
１７水位計
２０吸引ファン
３０接続ダクト
３１ジャバラ状管
３２外管
３３拡径部
３３ａ外径
３４縮径部
３４ａ内径
３５溝
４０ウォータキャッチ
４１のぞき窓
５０返還流路
６０吐出ダクト
６１ボリュームダンパー
７０設備
７１粉塵

Claims

粉塵を含んだ空気が取り込まれ、内部に貯水された水と前記空気とを接触させる貯水容器と、
前記貯水容器に接続され、前記水を含んだ前記空気を前記貯水容器から吸引する吸引ファンと、
前記吸引ファンに接続され、前記吸引ファンから排出された前記空気に含まれる前記水を捕獲するジャバラ状の内面を含んだ管状の接続ダクトと、
前記接続ダクトの前記吸引ファンと反対側に接続され、前記接続ダクトで捕獲された前記水を捕集するウォータキャッチャと、
前記ウォータキャッチャで捕集された前記水を前記貯水容器に返還する返還流路と、
を備えた集塵装置。