JP2019147093A - 集塵フィルタ清掃装置及び集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集塵フィルタの清掃効果を高める。【解決手段】弁室１４と、タンク室１５と、ノズル１６と、を有するケーシング１１と、ダイヤフラム１２と、を備え、弁室１４は、平面視円形状であり、天井がドーム状で、底面にはノズル１６の開口部を囲むように弁座１８が形成されており、タンク室１５は、弁室１４を囲むように平面視環状に形成されており、ケーシング１１内部には、気体導通路１７が形成されており、ダイヤフラム１２は、弁室１４を上部空間Ｃ１と、下部空間Ｃ２とに区画し、上部空間Ｃ１の圧力が下部空間Ｃ２の圧力より高い時には、上部空間Ｃ１とタンク室１５とを連通させて導入気体をタンク室１５に導くとともに、弁座１８に密着することでノズル１６を閉塞させ、上部空間Ｃ１の圧力が下部空間Ｃ２の圧力より低い時には、気体導通路１７とタンク室１５との連通を閉塞させるとともに、弁座１８から離間することでノズル１６を開放させる。【選択図】図１

Description

本発明は、雰囲気中の粉塵を除去する集塵装置に取付けられた集塵フィルタを清掃する装置、及び当該装置を用いた集塵装置に関する。

この種の装置として、出願人は、特許文献１に記載の技術を提案している。特許文献１に記載の技術によれば、圧縮空気の風圧でフィルタに付着した粉塵を押し出す方式の集塵フィルタ清掃装置よりも優れた清掃効果を得ることができる。

特開２０１６−１３５３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置がなぜ粉塵の除去効果が高いのか、原理の詳細が不明な点があったため、さらに清掃効果を高める余地があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来のものよりも清掃効果を高めた集塵フィルタ清掃装置を提供することにある。

本発明は、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

[適用例]
本発明に係る集塵フィルタ清掃装置（１）は、 集塵装置内に取付けられた集塵フィルタ（２３）を清掃する集塵フィルタ清掃装置であって、
弁室（１４）と、該弁室と連通し加圧された気体が充填されるタンク室（１５）と、該弁室と連通し該タンク室から放出された気体を前記集塵フィルタに向かって噴出させるノズル（１６）と、を有するケーシング（１１）と、
前記弁室に収容されるダイヤフラム（１２）と、を備え、
前記弁室は、平面視円形状であり、天井の中央部が高くなるように形成されるとともに、底面には前記ノズルの開口部を囲むように上方に向かって突出して形成された、前記ダイヤフラムが載置される平面視円環状の弁座（１８）が形成されており、
前記タンク室は、前記弁室を囲むように平面視環状に形成されており、
前記ケーシング内部には、前記弁室の天井に設けられた開口部と前記ケーシングの外部とを連通する気体導通路（１７）が形成されており、
前記ダイヤフラムは、前記弁室を前記気体導通路と同じ圧力の上部空間（Ｃ１）と、前記タンク室の圧力と同じ圧力の下部空間（Ｃ２）とに区画し、前記上部空間の圧力が前記下部空間の圧力より高い時には、周縁が下がって前記上部空間と前記タンク室とを連通させて導入気体をタンク室に導くとともに、前記弁座に密着することで前記ノズルを閉塞させ、前記上部空間の圧力が前記下部空間の圧力より低い時には、前記気体導通路と前記タンク室との連通を閉塞させるとともに、前記弁座から離間することで前記ノズルを開放させること要旨とする。

このような構成とすることにより、従来のものよりも清掃効果を高めることができる。なお、清掃効果を高めることができることの原理の詳細が不明な点もあるが、効果を高めることができることは、実験で実証されている。

集塵フィルタ清掃装置を模式的に表す端面図である。 加圧気体を導入する際のダイヤフラムの状態を表す端面図である。 加圧気体が放出される際のダイヤフラムの状態を表す端面図である。 弁座部分の変形例を表す端面図である。 ノズルの変形例を表す端面図である。 集塵装置を模式的に表す断面図である。

（第１の実施形態）
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態としての集塵フィルタ清掃装置１について説明する。
図１〜図６を用いて、まず、集塵フィルタ清掃装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態の集塵フィルタ清掃装置１を模式的に表す端面図である（電磁式バルブは端面図ではない）。図２は、加圧気体を導入する際のダイヤフラムの状態を表す端面図である（電磁式バルブは端面図ではない）。図３は、加圧気体が放出される際のダイヤフラムの状態を表す端面図である（電磁式バルブは端面図ではない）。図４は、弁座部分の変形例を表す端面図である（電磁式バルブは省略）。ノズルの変形例を表す端面図である（電磁式バルブは省略）。図６は、集塵フィルタ清掃装置１を適用した集塵装置を模式的に表す断面図である（集塵フィルタ、電磁式三方バルブ、吸気ファン等断面図でない部分もある）。

集塵フィルタ清掃装置１は、主にケーシング１１、ダイヤフラム１２、電磁式三方バルブ１３で構成される。

ケーシング１１は、略直方体形状で二つの部品１１１ａ、１１１ｂから構成されている。二つの部品１１１ａ、１１１ｂは、図示しないボルトによってボルト結合されている。ケーシング１１の内部には、弁室１４、タンク室１５、ノズル１６、気体導通路１７が形成されている。

弁室１４は、平面視円形状で、天井は球体を平面で切取った、いわゆるドーム状になっている。なお、本実施形態では、ドーム状であるが、これに限らず、天井の中央部が高くなっていればよい。弁室１４の底面は略平面状であり、底面の中央部には、底面より一段高い位置に環状の弁座１８が形成されている。

なお、図示されていないが、弁座１８の内側には、ダイヤフラム１２を支持するための格子状の桟が設けられている。タンク室１５に加圧気体が充填されている状態では、弁室１４の上部空間Ｃ１の圧力がノズル１６内部の圧力より相当高くなるため、ダイヤフラム１２が撓むのを防止するためである。ただし、桟自体は、集塵フィルタ２３を清掃するための役割があるわけではなく、むしろ気体が流動する時の抵抗となってしまうため、できるだけ少ないほうがいいものである。

弁座１８は、図１に示すように、ダイヤフラム１２に接する部分だけが底面から上方に突出する形状としてもよいが、図４に示すように、弁座１８１の周縁部から底面にかけてなだらかに低くなるようにしてもよい。このようにすると、タンク室１５から放出された気体がノズル１６に流入する時の抵抗を減らすことができる。

タンク室１５は、弁室１４の側面と連通している。タンク室１５は、後述する気体導通路１７から導入された加圧された気体が充填される空間である。タンク室１５は、弁室１４を囲むように平面視円環状に形成されている。

従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）では、弁室の側方所定方向でやや下方に略直方体形状のタンク室が設けられていた。これではタンク室とノズルとの距離に近いところと遠いところができてしまう。ノズルは、タンク室内の気体の最終的な出口であるため、出口までの距離が異なることで、タンク室内の気体が放出され始めてから放出が完了するまでに時間がかかってしまっていた。発明者は、本装置の清掃効果を高めるためには、タンク室内の気体が放出され始めてから放出が完了するまでの時間をできるだけ短くなるようにし、一気にノズル内に流入させることが重要と考え、鋭意実験を重ねた結果、本形状を発明したのである。

タンク室１５が弁室１４を囲むようにすることで、タンク室１５とノズル１６とをできるだけ近づけることができる。また、タンク室１５内の気体が平面上の全方向からノズル１６に向けて放出されるため、タンク室１５内の気体を一気にノズル１６内に流入させることができる。

また、従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）では、タンク室から放出された気体は、一旦上方に向かいノズルの流入口で１８０度向きを変え、下方に向かって噴出されるようになっていたが、本実施形態の形状では、タンク室１５が弁室１４の側面に連通していることから、略９０度向きを変えるだけでよく、タンク室１５から放出された気体がノズル１６に流入する時の抵抗を減らすことができる。

タンク室１５の形状をこのようにした本実施形態にかかる集塵フィルタ清掃装置１が従来のものよりも清掃効果が高いことは実験にて確認済みであるが、その原理の詳細は、未だ不明な点も多い。この点、発明者は、圧力波をより強力に発生することができるためだと考えている。

ノズル１６は、弁座１８の内側に流入開口部を有し、筒部が下方に延びている直管のノズルである。筒部の下端は開放端となっている。ノズル１６は、タンク室１５から放出された気体を弁室１４を介して受入れ、集塵フィルタ２３に向けて噴出させる。

ノズル１６の径及び長さは、ノズル１６の開放端から噴出される圧力波の最大圧力を計測し、計測された最大圧力が所定の値以上であるものを採用している。

なお、弁室１４の天井の頂部と、ダイヤフラム１２の中心と、弁座１８の中心と、ノズル１６の中心軸は、同軸上であることが望ましく、本実施形態でもそのようになっている。

従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）にも、膨張部という名称で管状のノズルが設けられていたが、その役割は必ずしも明確ではなかった。

発明者は、本実施形態のような直管ノズルの場合、気体を膨張させて流速を上げるという作用以外にも、ノズルに流入した気体が、ノズル内の拡散できない空気の抵抗によって圧縮強調されて衝撃波のようになり、それがノズル出口で開放されるという作用があるのではないかと考えた。そして、鋭意実験を重ねた結果、集塵フィルタ清掃装置の性能を上げるためには、ノズルの径、長さが重要であることを発見し、本発明を完成するに至ったものである。

ただし、ノズルの径、長さを決定するための要因として、タンクの容量、圧力、ノズルまでの経路等、何が影響しているのか未だ不明である。したがって、ノズルの径、長さを計算で求めることはできない。
また、仮に原理が詳細に判明したとしても、理論的に求められる寸法は、気体が完全流体である場合のものであるため、最終的には、実機による実験で調整すべきものである。

また、気体が弁室１４からノズル１６に流入する速度が亜音速であれば、ノズルの形状を先細ノズルにして気体の流れを加速させてもよい。しかし、先細ノズルでは、その出口で超音速流を生成することはできず、亜音速流から超音速流を生成するには、先細末広ノズルを用いる必要がある。そこで、ノズルの形状を先細末広ノズル（ラバルノズル、臨界ノズル、音速ノズルなどとも呼ばれる）としてもよい。
ただし、ノズル１６の径、及び長さを決定するにあたりこのような方法を採ることは本発明においては必須ではない。

気体導通路１７は、弁室１４の天井の頂部に設けられた開口部と、ケーシング１１の外部とを連通するケーシング１１内に形成された空間である。気体導通路１７は、弁室１４の天井の頂部から真上に向けて貫通する貫通孔にて構成される。
気体導通路１７の径は、ノズル１６の開放端から噴出される圧力波の最大圧力を計測し、計測された最大圧力が所定の値以上であるものを採用している。
なお、本実施形態では、ノズル１６の開放端から噴出される圧力波の最大圧力を計測しているが、気体導通路１７に加圧気体が充填されている状態で気体導通路１７を大気開放としたときのタンク室１５又は気体導通路１７の圧力変化を計測して、圧力が減少し始めてから所定の圧力（例えば大気圧の１１０％）になるまでの時間が所定の時間以下であるものを採用するようにしてもよい。

そして、電磁式三方バルブ１３は、気体の導入孔（図示せず）をケーシング１１の外側に設けられた気体導通路１７の開口部（図示せず）に合わせて、ケーシング１１に直付けされている。

従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）では、気体導通路の径はノズル径とほぼ同じであった。しかし、気体導通路の容積は、大きいほど本装置の清掃効果が低くなることが判明した。これは、気体導通路に加圧気体が充填されている状態で気体導通路を大気開放とした場合に、容積が大きいほど気体導通路内の気体が排出されるのに時間がかかり、その結果、ダイヤフラムが弁座から完全に離間するまでの時間がかかるためだと考えられた。

そこで、発明者は、鋭意実験を重ねた結果、気体導通路１７の容積は、小さいほどタンク室１５の気体が排出される時間が短くなるが、一定の数値を下回ると、流路が細くなって流れが悪くなり、むしろタンク室１５の気体の排出時間が長くなることを確認し、本発明を完成したものである。

また、従来の集塵フィルタ清掃装置（特許文献１）では、三方バルブが気体導通路の開口部に接続されたホースの先に取付けられていたが、これは気体導通路の容積を大きくしたのと同じであり、清掃効果を下げるものであった。ホースが弾力性を有する場合は、さらに悪い影響を与えることも判明した。

そこで、ケーシング１１に電磁式三方バルブ１３を直付けすることとしたのである。電磁式とした理由は、気体導通路１７に加圧気体が充填されている状態で気体導通路１７を大気開放とした場合、極めて短時間のうちに気体導通路１７内の加圧気体を排出させなければならないが、手動だとバルブを一気に空けることができない可能性があるためである。電磁式であれば確実に一気に開けることができる。なお、本実施形態では三方バルブとしているが、電磁式にするのは、排出側のバルブだけもよい。

気体導通路１７及び電磁式三方バルブ１３をこのようにした本実施形態にかかる集塵フィルタ清掃装置１が従来のものよりも清掃効果が高いことは確認済みであるが、その原理の詳細は、未だ不明な点も多い。この点、発明者は、圧力波をより強力に発生することができるためだと考えている。ただし、気体導通路１７及び電磁式三方バルブ１３をこのような構成にすることは、本発明においては必須ではない。

ダイヤフラム１２は、弁室１４内に収容される。ダイヤフラム１２は、皿ばねのように弾性変形する円板状のダイヤフラムである。ダイヤフラム１２は、弁座１８の上に載置され、弁室１４の天井が当接することによって、僅かに下方に付勢されている。

なお、本実施形態では、硬質のゴム製であるが、弁座１８に載置する部分に撓みを防止するための例えば金属製の芯材（金属製に限らない）を入れてもよい。このようにすれば、弁座１８の内側に桟を設けなくてもよくなるか、少なくとも桟を減らすことができる。

ダイヤフラム１２は、弁室１４を気体導通路１７と同じ圧力の上部空間Ｃ１と、タンク室１５内の圧力と同じ圧力の下部空間Ｃ２とに区画する。そして、上部空間Ｃ１の圧力が下部空間Ｃ２の圧力より高い時には、図２に示すように、ダイヤフラム１２の周縁が下がって気体導通路１７とタンク室１５とを連通させるとともに、ノズル１６を閉塞させる。また、上部空間Ｃ１の圧力が下部空間Ｃ２の圧力より低い時は、図３に示すように、ダイヤフラム１２が弁室１４の天井にしっかりと当接することで、気体導通路１７とタンク室１５との連通を閉塞させるとともに、ダイヤフラム１２が弁座１８から離間することでノズル１６を開放させる。

これにより、タンク室１５に加圧した気体を畜圧させ、また、畜圧された気体の開放を瞬間的に行うことができる。

つぎに、集塵フィルタ清掃装置１の使用方法について説明する。まず、電磁式三方バルブ１３の加圧気体導入側にポンプＰを接続する。気体は空気を利用する。なお、本実施形態では使用気体を空気としたが、ヘリウム等としてもよい。図６に示すように、清掃対象である集塵フィルタ２３は、開口側を上側にして、集塵フィルタ清掃装置１の下方に離間して配置する。

電磁式三方バルブ１３は、気体導通路１７とポンプＰの吐出側とを連通させる場合、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞する場合、気体導通路１７を大気開放とする場合、のうちいずれかの場合を選択するための切替バルブである。

＜タンク室に空気を充填する場合＞
タンク室１５の圧力がポンプＰの吐出圧より低い状態で、気体導通路１７とポンプＰとを連通させるように電磁式三方バルブ１３を作動させると、弁室１４の上部空間Ｃ１の圧力が弁室１４の下部空間Ｃ２よりも高くなるため、ダイヤフラム１２の上面側に作用する圧力がダイヤフラム１２の下面側に作用する圧力を上回る。このため、図２に示すように、ダイヤフラムの周縁部が下降し、隙間ができる。ポンプＰから供給された空気は、ダイヤフラム１２の外周縁と弁室１４の天井との隙間を通ってタンク室１５に流入する。なお、この時ノズル１６は閉塞されている。

＜畜圧状態＞
ダイヤフラム１２の構造上、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞すると、弁室１４の上部空間Ｃ１とタンク室１５の圧力はほぼ同じとなって保持される。そこで、タンク室１５の圧力がポンプＰの吐出圧と同一圧力になったときに、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞するように電磁式三方バルブ１３を作動させる。発生する圧力波を最も強くすることができるからである。なお、本実施形態では、ポンプＰの吐出圧は、０．６ＭＰａである。

これにより、タンク室１５及び弁室１４の下部空間Ｃ２に加圧された空気が充填された状態になるとともに、当該充填状態が保持される。なお、この時、気体導通路１７及び弁室１４の上部空間Ｃ１にも加圧された空気が充填された状態に保持される。この時もノズル１６は閉塞されている。

本実施形態では、タンク室１５の圧力がポンプＰの吐出圧と同一になったか否かを検出する圧力センサ等は設けていない。タンク室１５に空気を充填させるように電磁式三方バルブ１３を作動させてから所定時間が経過したときにタンク室１５の圧力がポンプＰの吐出圧と同一になったと推定し、気体導通路１７とケーシング１１の外部とを閉塞するように電磁式三方バルブ１３を作動させるようになっている。

＜ノズルから空気を噴出する場合＞
気体導通路１７を大気開放とするように電磁式三方バルブ１３を作動させる。これにより、気体導通路１７に常時連通している弁室１４の上部空間Ｃ１の圧力が下部空間Ｃ２の圧力よりも低くなるため、図３に示すようにダイヤフラム１２の中央部が弁座１８から離間し、弁室１４の下部空間Ｃ２とノズル１６とが連通する。
なお、このとき弁室１４の上部空間Ｃ１とタンク室１５とはダイヤフラム１２によって閉塞されている。
これにより、タンク室１５内に畜圧された気体の開放を瞬間的に行うことができる。

タンク室１５から放出された気体は、ノズル１６を通って、集塵フィルタ２３の内部に向けて噴出される。そして、この際に圧力波を発生させる。
集塵フィルタ２３から粉塵を除去できる原理の詳細は判明していないが、圧力波によって極めて短時間の周期で集塵フィルタ２３を振動させて粉塵を振るい落とすということがわかっている。

（第２の実施形態）
図６用いて、まず、集塵装置２の構成について説明する。図６は、本実施形態の集塵装置２を模式的に表す断面図である（集塵フィルタ、電磁式三方バルブ、吸気ファン等断面図でない部分もある）。

集塵装置２は、主に集塵ケーシング２１、集塵フィルタ２３、集塵フィルタ清掃装置１、吸気ファン２５で構成される。なお、集塵装置２は、レーザ加工や溶接作業時に発生する金属蒸気が凝集した微細な粒子（以下、粉塵という。）を補足する装置である。集塵装置２自体は周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

集塵ケーシング２１には、第１の仕切壁２１ａと第２の仕切壁２１ｂが設けられ、一番下にフィルタ室２２ａ、真中に集塵フィルタ清掃装置室２２ｂ、一番上に吸気ファン室２２ｃが形成されている。

フィルタ室２２ａには、集塵フィルタ２３が配置され、集塵フィルタ清掃装置室２２ｂには、集塵フィルタ清掃装置１が配置され、吸気ファン室２２ｃには吸気ファン２５が配置されている。そして、集塵フィルタ清掃装置室２２ｂは、下方で集塵フィルタ２３の内側と連通し、上方で吸気ファン２５の吸気口と連通している。

フィルタ室２２ａには、フィルタ室２２ａの外から粉塵を含む空気をフィルタ室２２ａ内に取り込む吸入口２２ｄが設けられ、吸気ファン室２２ｃには、吸気ファン室２２ｃの外に空気を排出する排出口２２ｅが設けられている。

これにより、吸気ファン２５を作動させると、粉塵を含む空気は、フィルタ室
２２ａの外からフィルタ室２２ａに入り、集塵フィルタ２３の外側から内側に通り抜ける。そして、このとき、集塵フィルタ２３は、空気（雰囲気）中の粉塵を濾過して当該空気中の粉塵を除去する。このため、集塵フィルタ２３には、補足された粉塵が外周面側に蓄積されていく。

集塵フィルタ２３は、パンチメタルで構成された円筒状の芯材（図示せず）、及び蛇腹状に折り畳まれた濾紙材（図示せず）等を有し、略円筒状に構成されている。なお、集塵フィルタ２３の軸線方向一端側（本実施形態では下端側）は、閉塞体（図示せず）により閉塞されている。

その後、粉塵が除去された空気は、集塵フィルタ清掃装置室２２ｂを通り、吸気ファン２５に吸い込まれる。そして、吸気ファン２５から吸気ファン室２２ｃに排出され、最終的には、排出口２２ｅからケーシング２１の外側に排出される。

吸気ファン２５は、図示しない遠心ファン、スクロールケーシング、電動モータ等で構成される周知の技術であるため、説明を省略する。

集塵フィルタ清掃装置１は、第１の仕切壁２２ｄ上に第１の仕切壁２２ｄから少し離間して配置される。横から見ると宙に浮いているような状態である。集塵フィルタ清掃装置１のノズル１６は、集塵フィルタ２３の同軸上になるように配置されるが、集塵フィルタ２３の内部に入り込んではおらず、ノズル１６の開放端と集塵フィルタとは離間している。

なお、集塵フィルタ清掃装置１によって、除去された粉塵は、フィルタ室２２ａの下部に設けられた集塵部２２ｆに集められる。

以上、実施形態に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。

すなわち、本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

１…集塵フィルタ清掃装置（第１の実施形態）
２…集塵装置（第２の実施形態）
１１…ケーシング
１２…ダイヤフラム
１３…電磁式三方バルブ
１４…弁室
１５…タンク室
１６…ノズル
１７…気体導通路
１８…弁座
２１…集塵ケーシング
２３…集塵フィルタ
２５…吸気ファン

Claims (2)

1. 集塵装置内に取付けられた集塵フィルタを清掃する集塵フィルタ清掃装置であって、
   弁室と、該弁室と連通し加圧された気体が充填されるタンク室と、該弁室と連通し該タンク室から放出された気体を前記集塵フィルタに向かって噴出させるノズルと、を有するケーシングと、
   前記弁室に収容されるダイヤフラムと、を備え、
   前記弁室は、平面視円形状であり、天井の中央部が高くなるように形成されるとともに、底面には前記ノズルの開口部を囲むように上方に向かって突出して形成された、前記ダイヤフラムが載置される平面視円環状の弁座が形成されており、
   前記タンク室は、前記弁室を囲むように平面視環状に形成されており、
   前記ケーシング内部には、前記弁室の天井に設けられた開口部と前記ケーシングの外部とを連通する気体導通路が形成されており、
   前記ダイヤフラムは、前記弁室を前記気体導通路と同じ圧力の上部空間と、前記タンク室の圧力と同じ圧力の下部空間とに区画し、前記上部空間の圧力が前記下部空間の圧力より高い時には、周縁が下がって前記上部空間と前記タンク室とを連通させて導入気体をタンク室に導くとともに、前記弁座に密着することで前記ノズルを閉塞させ、前記上部空間の圧力が前記下部空間の圧力より低い時には、前記気体導通路と前記タンク室との連通を閉塞させるとともに、前記弁座から離間することで前記ノズルを開放させることを特徴とする集塵フィルタ清掃装置。
2. 雰囲気中の粉塵を除去する集塵装置であって、
   取り込んだ雰囲気中から粉塵を除去する集塵フィルタと、
   前記集塵フィルタを清掃する請求項１に記載の集塵フィルタ清掃装置と、
   を備えた集塵装置。