JP2021058846A

JP2021058846A - 集塵装置

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Publication number: JP2021058846A
Application number: JP2019184766A
Authority: JP
Inventors: 旭王; Akira O; 昭二倉元; Shoji Kuramoto; 誠司郎上野; Seishiro Ueno; 敬史橋本; Keiji Hashimoto; 真吾車谷; Shingo Kurumaya; 藤原　茂樹; Shigeki Fujiwara; 茂樹藤原
Original assignee: Trinity Industrial Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Trinity Industrial Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-07
Also published as: JP7464369B2

Abstract

【課題】粉塵の回収効率を十分に高めることができる集塵装置を提供する。【解決手段】粉塵を含む空気が流れる第１タワー１１に吸気通路の断面積を小さくしたスロート部４１を設けると共に、該スロート部４１に向けて噴霧を噴射する噴霧ノズル５０を設ける。これにより、スロート部４１から流出する粒体（粉塵と水滴とが合体されて成る粒体）の高い慣性力により、該粒体が貯水タンク１３の水面に叩き付けられ、確実に消火されて貯水タンク１３内に回収されることになる。その結果、粉塵の回収効率を十分に高めることが可能になる。【選択図】図２

Description

本発明は、高温度の粉塵を貯水タンク内に回収する集塵装置に係る。

従来、特許文献１に開示されているように、溶接作業時に発生する粉塵（溶接ヒュームや溶接粉塵とも呼ばれる）を消火して回収する集塵装置が知られている。この種の集塵装置は、粉塵を含む空気を吸引して貯水タンクに通過させ、高温度（燃えている）粉塵を貯水タンク内の水によって消火すると共に、消火した粉塵を貯水タンク内に沈殿させて回収するようになっている。

特開２０１８−１１１０６２号公報

しかしながら、従来の集塵装置にあっては、粉塵の回収効率を十分に高める（高除塵効率を確保する）には限界があった。特に、粉塵は質量および粒子径が小さいため、自重で貯水タンク内に沈殿させることが困難であり、一部の粉塵は貯水タンク内に回収されずに排出されてしまう虞があった。このため、集塵装置から排出される空気は屋内に戻すことができず、屋外に排出する必要があり、環境への悪影響が懸念されるものとなっていた。また、屋内に排出する空気を浄化するための設備を設けることも考えられるが、設備の大型化やコストの高騰を招いてしまうことになり実用化が困難である。

本発明の発明者らは、粉塵の回収効率を十分に高める構成について検討した。そして、粉塵が貯水タンクに達するまでの当該粉塵の状態を改良することによって粉塵の回収効率を十分に高めることが可能になるといった新たな知見に基づき本発明に至った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、粉塵の回収効率を十分に高めることができる集塵装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、吸気通路、貯水タンク、排気通路を備え、粉塵を含む空気を、前記吸気通路、前記貯水タンクの内部空間、前記排気通路の順に通過させることによって前記粉塵を前記貯水タンク内に回収する集塵装置を前提とする。そして、この集塵装置は、前記吸気通路に、通路断面積が他の部分よりも小さく設定され且つ前記貯水タンク内の水面に対して交差する方向において該水面に向けて前記空気を流すスロート部が設けられており、前記スロート部に向けて水滴を噴射する水滴供給手段が設けられていることを特徴とする。

この特定事項により、高温度の粉塵を含む空気がスロート部を通過する際、このスロート部は吸気通路における他の部分よりも通路断面積が小さく設定されているため、該スロート部にあっては空気の流速が上昇する。また、このスロート部にあっては、水滴供給手段から水滴が噴射されているため、このスロート部において、空気と共に高速度で流れている粉塵と水滴とが衝突して合体し、この粉塵と水滴とによって、質量が大きな粒体が形成される。つまり、スロート部から流出されて貯水タンクに向かう粒体（粉塵と水滴とが合体されて成る粒体）は大きな質量であって高い流速で貯水タンクの水面に向かって流れることになる。このため、この粒体の高い慣性力により、該粒体は貯水タンクの水面に叩き付けられることになる。その結果、粒体に含まれる粉塵は、貯水タンク内の水との接触によって確実に消火されて貯水タンク内に回収される（貯水タンク内に沈殿する）ことになる。このようにして粉塵が貯水タンク内に回収されていくことにより、粉塵の回収効率を十分に高めることが可能になる。

本発明では、粉塵を含む空気が流れる吸気通路にスロート部を設けると共に、該スロート部に向けて水滴を噴射する水滴供給手段を設けている。このため、スロート部から流出する粒体（粉塵と水滴とが合体されて成る粒体）の高い慣性力により、該粒体が貯水タンクの水面に叩き付けられ、粉塵が確実に消火されて貯水タンク内に回収されることになる。その結果、粉塵の回収効率を十分に高めることが可能である。

実施形態に係る集塵装置を備えたアーク溶接設備の概略構成を示す図である。集塵装置の正面図である。集塵装置の平面図である。集塵装置のエリミネータの概略構成を示す図である。シミュレーションによる空気の流れを示した集塵装置の概略図である。従来の集塵装置および実施形態に係る集塵装置それぞれにおける除塵濃度の計測結果を示す図である。変形例に係るエリミネータの概略構成を示す図である。変形例に係る集塵装置の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、アーク溶接設備に備えられた集塵装置（ヒューム集塵装置）に本発明を適用した場合について説明する。

−アーク溶接設備の概略構成−
図１は、本実施形態に係る集塵装置１０を備えたアーク溶接設備１の概略構成を示す図である。この図１に示すように、アーク溶接設備１は、アーク溶接装置２、ワーク台３、集塵装置１０、排気ダクト４を備えている。

アーク溶接装置２は、壁材１ａおよび天井１ｂに囲まれた溶接作業エリア１ｃに設置されており、例えば周知の溶接ロボットによって構成されている。ワーク台３上に溶接対象物となるワークが載置され、このワークをアーク溶接装置２によって溶接するようになっている。

また、溶接作業エリア１ｃの外部には集塵装置１０が設置されており、アーク溶接装置２による溶接作業時に発生したスパッタ等に起因する粉塵等を集塵装置１０が回収して処理するようになっている。この集塵装置１０による粉塵等の回収および処理については後述する。

そして、集塵装置１０には、空気導入部４３Ａが設けられており、この空気導入部４３Ａの内部が、壁材１ａを貫通するダクトＤ１を介して溶接作業エリア１ｃに連通している。

また、集塵装置１０には、空気排出部２２Ａが設けられており、この空気排出部２２Ａが排気ダクト４に連通している。この排気ダクト４は、集塵装置１０の上部から天井１ｂの上方に亘って配設されており、屋内排気ダクト４ａと還流ダクト４ｂとに分岐されている。屋内排気ダクト４ａは、集塵装置１０によって処理された空気の一部を屋内（工場内等）に排出する。また、還流ダクト４ｂは、天井１ｂにおけるワーク台３の上部に繋がっており、集塵装置１０によって処理された空気の一部を溶接作業エリア１ｃに戻す。このため、この溶接作業エリア１ｃにあっては、還流ダクト４ｂの下流端（溶接作業エリア１ｃに向かって開放する開口）から、集塵装置１０の空気導入部４３Ａに向けての空気の流れが生じることになり（図１における破線の矢印を参照）、溶接作業時に発生した粉塵等を集塵装置１０に向けて流すようにしている。このように、本実施形態に係るアーク溶接設備１は、還流式排煙システムとして構成されている。

−集塵装置−
次に、集塵装置１０の構成について説明する。図２は集塵装置１０の正面図である。また、図３は、集塵装置１０の平面図である。これらの図に示すように集塵装置１０は、貯水タンク１３の上面から第１タワー１１と第２タワー１２とが起立した構造をなしている。この第１タワー１１の内部空間が本発明でいう吸気通路を構成し、第２タワー１２の内部空間が本発明でいう排気通路を構成している。

貯水タンク１３は、例えば、複数のアングル材又はチャンネル材を溶接してなる直方体状のフレーム構造体１４の４つの内側面と底面と上面とに板金１５を張った状態に溶接してなる。貯水タンク１３の平面形状は、例えば、長辺が短辺の略２倍の長方形状をなしている。このように、本実施形態の貯水タンク１３は、フレーム構造体１４によって強度が確保されるので板金１５を薄くすることができ、板金１５のみで強度を確保した貯水タンクに比べて軽量且つ高強度化が図られる。

貯水タンク１３の底面に配置される板金１５には、その一角部を四角形に切除して貫通孔１５Ａ（図３参照）が形成され、その貫通孔１５Ａの下面側の縁部に箱形の拡張部１７が溶接されている。また、拡張部１７の一側面から排水用ノズル１９Ａが突出し、その排水用ノズル１９Ａは詰栓１９Ｓにて閉塞されている。

図３に示すように、フレーム構造体１４の四隅の下部側面からはブラケット１８Ｂが側方に張り出され、それらブラケット１８Ｂの下面にキャスター１８が取り付けられている。図２に示すように、各キャスター１８はブレーキ付きであると共に、ローラー１８Ｒを支持する支持アーム１８Ａがブラケット１８Ｂに対して旋回可能になっている。

図３に示すように、貯水タンク１３の上面には、共に正方形の第１開口１３Ｎと第２開口１３Ｍとが形成されている。第１開口１３Ｎは、貯水タンク１３の上面の長手方向の一端で且つ短手方向の中央に配置されている。そして、第１開口１３Ｎは、第１タワー１１によって閉塞されている。一方、第２開口１３Ｍの正方形の１辺は、貯水タンク１３における１対の長辺側の側壁間の距離と同じで、貯水タンク１３の上面の長手方向の一端に寄せて配置されている。そして、第２開口１３Ｍは、第２タワー１２によって閉塞されている。なお、第１開口１３Ｎと第２開口１３Ｍとの間には、給水用ノズル１９Ｃが設けられている。なお、貯水タンク１３には、上面よりも僅かに低い位置を水面（図１では貯水タンク１３内において破線で示している）とする水（粉塵消火用の水）が貯留されている。

図２に示すように、第１タワー１１は、ベンチュリ構造部１１Ｂとヘッド部４３とを有し、それらの水平断面は例えば正方形になっている。ベンチュリ構造部１１Ｂは、貯水タンク１３から立ち上がり、上方に向かうに従って徐々に窄まる四角錐状の下側錐形部４０と、下側錐形部４０の上端部から上方に延びる角筒状のスロート部４１と、スロート部４１の上端から上方に向かうに従って徐々に拡開する四角錐状の上側錐形部４２とを備えてなる。そして、下側錐形部４０の下端から四方に張り出すフランジ４０Ｆが前述の第１開口１３Ｎの開口縁にボルト止めされている。

詳細には、上側錐形部４２の対向面間の開き角（拡開角）は、例えば５５°〜６５°であって、上側錐形部４２の上端の開口面積は下端の開口面積の例えば５〜７倍になっている。また、スロート部４１は、上側錐形部４２の高さの１〜１．５倍程度の高さをなしている。更に、下側錐形部４０は、上側錐形部４２の高さの３〜５倍程度の高さをなし、下側錐形部４０の対向面間の開き角（拡開角）は、例えば１０°〜２０°になっている。また、下側錐形部４０の上端開口と上側錐形部４２の下端開口は略同一の大きさをなし且つ、下側錐形部４０の下端開口と上側錐形部４２の上端開口は略同一の大きさになっている。このように、スロート部４１の通路断面積（水平方向での通路断面積）は、上側錐形部４２および下側錐形部４０の通路断面積（スロート部４１との接続部分以外での通路断面積）よりも小さく設定されている。このため、上側錐形部４２からスロート部４１に流れ込んだ空気の流速が高められる構成となっている。

下側錐形部４０、スロート部４１、上側錐形部４２には、正面側の側壁の外縁部を除く略全体を透光部材（例えば、ガラス板、アクリル板）で構成して窓部４０Ｗ，４１Ｗ，４２Ｗが形成されている。

スロート部４１のうち第２タワー１２と反対側の側面の上端寄り位置には、スロート部４１に向けて噴霧（水滴）を噴射する噴霧ノズル（水滴供給手段）５０が貫通した状態に固定されている。噴霧ノズル５０は、スロート部４１内で下方に直角に屈曲し、その屈曲部より下側部分がスロート部４１の中心軸上に配置されている。また、噴霧ノズル５０の基端部には、パイプ５０Ｐを介してポンプ６０の噴出口が接続され、そのポンプ６０の吸引口が貯水タンク１３のノズル１９Ｂに接続されている。そして、ポンプ６０によって貯水タンク１３内の水が吸引されて、噴霧ノズル５０の先端の噴出口５１から下向きに霧（水滴）が噴出される。なお、この噴霧ノズル５０の噴出口５１からの霧の噴出方向は、水平，上方方向であってもよい。また、スロート部４１の窓部４１Ｗを通して噴出口５１から噴出される霧を視認することができるようになっている。また、各窓部４０Ｗ，４１Ｗ，４２Ｗを通してベンチュリ構造部１１Ｂ内の汚れ度合いも容易に確認することができる。

ヘッド部４３は、上側錐形部４２の上端から上方に延びる直方体状をなし且つ、第２タワー１２と反対側の側面から突出する円筒状の空気導入部４３Ａを有する。そして、その空気導入部４３ＡにダクトＤ１が接続され、アーク溶接によって発生する粉塵（溶接ヒューム）を含んだ空気が前記溶接作業エリア１ｃからダクトＤ１を通してヘッド部４３に流れ込む。

第２タワー１２は、上下方向に延びる第２タワー本体２１の上部にレデューサー２２を備えてなる。第２タワー本体２１の水平断面は正方形をなし、その下端開口は前述の貯水タンク１３の第２開口１３Ｍと略同じ大きさをなしている。そして、貯水タンク１３の第２開口１３Ｍに第２タワー本体２１の下端開口が重ねられ、第２タワー本体２１の下端部から四方に張り出すフランジ２１Ｆが、第２開口１３Ｍの開口縁にボルト止めされている。

第２タワー本体２１は、第１タワー１１の下側錐形部４０と同等かそれより僅かに高くなっていて、第２タワー本体２１の水平断面における内側の開口面積（即ち、通路断面積）は、スロート部４１の水平断面における内側の開口面積（即ち、通路断面積）の１０〜２０倍（より具体的には、１５〜１８倍）になっている。

第２タワー本体２１の正面側の側壁には、下部に第１開口２１Ａが形成されると共に、上部に第２開口２１Ｂが形成され、それぞれが扉２３，２４にて開閉されるようになっている。第２開口２１Ｂは、第２タワー本体２１の正面側の側壁のうち上端寄り位置から上下方向の途中位置までの間を横方向の全体に亘って切除してなる。そして、第２開口２１Ｂの上縁部に扉２４がヒンジ２４Ｈによって連結され、通常は、第２開口２１Ｂの下縁部に扉２４が螺子２４Ｎにて固定されている。一方、第１開口２１Ａは、第２タワー本体２１の正面側の側壁のうち横方向の両端寄り位置の間を第２開口２１Ｂより小さい四角形に切除してなる。そして、第１開口２１Ａの一方の側縁部に扉２３がヒンジ２３Ｈによって連結され、通常は、第１開口２１Ａの他方の側縁部に扉２３が螺子２３Ｎにて固定されている。

なお、扉２３，２４のうち回動中心と反対側の端部には、門形状の持手部２３Ｋ，２４Ｋが備えられている。

第２タワー本体２１の上端寄り位置と上下方向の途中位置とには、フィルタ２６，２６が備えられている。フィルタ２６は、例えば、板金に複数の孔を穿孔してなる複数枚のパンチングメタルを隙間を空けて重ねた構造をなしている。また、隙間は、例えば、枠形のスペーサをパンチングメタル同士の間に挟んで形成されている。なお、フィルタ２６は、織布又は不織布であってもよい。

第２タワー本体２１の上端寄り位置と上下方向の途中位置とには、フィルタ２６を支持するための支持レール２５が取り付けられている。各支持レール２５は、第２開口２１Ｂから第２タワー本体２１内への奥行き方向に延びる角溝構造をなし、第２タワー本体２１の内面の上端寄り位置と上下方向の途中位置とに対向配置されている。そして、フィルタ２６の両側部が支持レール２５，２５内にスライド係合し、第２開口２１Ｂを通してフィルタ２６を抜き差し可能になっている。

第２タワー本体２１の下端部には、エリミネータ３０が取り付けられている。エリミネータ３０は、図４（エリミネータの概略構成を示す図）の紙面と直交する方向に延びる長尺状の複数の障壁部材３１を備えてなる。各障壁部材３１は、帯状板３１Ａと、その両側部に直交し且つ先端部から帯状板３１Ａと対向する側に直角曲げされたサイド壁３１Ｂとを備えた構造をなしている。また、複数の障壁部材３１が、それらの帯状板３１Ａが同一平面内に配置された状態で横並びに配置されて障壁層３２が構成され、そのような障壁層３２が隙間３３Ｂを空けて３層以上重ねられている。また、各障壁層３２内で隣合う障壁部材３１，３１同士の間の隙間３３Ａは各障壁部材３１より幅狭で、障壁層３２の各隙間３３Ａにその隣の障壁層３２の障壁部材３１が対向している。更に、外側の障壁層３２の隙間３３Ａを通して、その内側隣の障壁層３２の隙間３３Ａを視認することが不可能な配置になっている。また、上記した複数の障壁層３２に含まれる障壁部材３１群は、それらの長手方向の両端部を図示しない支持部材に接続され、それら支持部材が、第２タワー本体２１のうち第１開口２１Ａを有する内面とその対向面とに重ねられた状態でエリミネータ３０が第２タワー本体２１に固定されている。

更に、エリミネータ３０は、第１タワー１１から離れるに従って下るように傾斜した姿勢になっている。

エリミネータ３０の配設位置および姿勢は、前述したものには限定されず、第２タワー本体２１の下端部において、水平方向に延在するように配設されていてもよい。

図２に示すように、レデューサー２２は、上方に向かって徐々に通路断面積が絞られる構造をなし、上端部に円筒状の空気排出部２２Ａを有する。そして、空気排出部２２ＡにはダクトＤ２を介してブロアー５（図１を参照）が接続され、そのブロアー５によって集塵装置１０内が負圧にされる。なお、本実施形態の集塵装置１０では、第１タワー１１における下側錐形部４０内を、例えば流速５０ｍ／ｓ以上で空気が下方に向かって流れ、第２タワー１２における第２タワー本体２１内を例えば流速２〜４ｍ／ｓで空気が上方に向かって流れる状態で使用される。

本実施形態に係る集塵装置１０の各部の具体的な寸法として、第１タワー１１の高さ寸法は約１０００ｍｍ、上側錐形部４２の上端および下側錐形部４０の下端の幅寸法は約３００ｍｍ、第２タワー１２の高さ寸法は約７００ｍｍ、第２タワー１２の幅寸法は約５００ｍｍ、貯水タンク１３の高さ寸法は約４５０ｍｍ、貯水タンク１３の幅寸法は約１０００ｍｍとなっている。これらの寸法はこれに限定されるものではなく、任意に設定可能である。また、第２タワー１２の高さ寸法は第１タワー１１の高さ寸法よりも大きく設定してもよい。

次に、集塵装置１０の作用効果について説明する。この集塵装置１０は、前述の如く内部が負圧にされて、第１タワー１１の上部（ヘッド部４３）に粉塵を含んだ空気を取り込む。そして、ベンチュリ構造部１１Ｂのスロート部４１内に噴霧ノズル５０から噴出されている霧と粉塵とが衝突し、これら霧と粉塵とが合体した粒子が生成されることになる。ここで、上側錐形部４２は下側錐形部４０より短く拡開が大きいので、粉塵の粒子がスロート部４１の中央側に加速されて集められ、粉塵の粒子が霧の粒子と衝突して合体され易くなる。また、このスロート部４１での空気の流速が上昇することに伴い、該スロート部４１での圧力が低下する（例えば−３０００Ｐａ〜−４０００Ｐａ程度まで圧力が低下する）ことで霧（水滴）が更に微粒化され、水滴数が増加し、これによっても粉塵の粒子が霧の粒子とが衝突して合体され易くなる。また、下側錐形部４０はスロート部４１より上方の上側錐形部４２より長く拡開が小さいので長距離に亘って移動しながら結合し、結合効率が向上する。また、噴霧ノズル５０は下方に向けて霧を噴出するので、空気の流れに沿って霧をスムーズに噴出することができる。

粉塵と結合した霧を含む空気は、第１タワー１１から貯水タンク１３内に流下する。ここで、本実施形態では、第１タワー１１の上部に対して第２タワー１２と反対側を向いた側面から空気が取り込まれるので、第１タワー１１のうち第２タワー１２側の内側面に沿って空気が流下する。これにより、貯水タンク１３内の水（貯留水）に衝突した空気の一部は、第１タワー１１内のうち第２タワー１２と反対側に巻き上がって第１タワー１１内を旋回する。しかも、第１タワー１１が角筒状をなしているので、その第１タワー１１の平坦な内側面に沿って空気が流れて、スムーズに旋回される。これにより、粉塵の除去が促進される。

また、粉塵と霧（水滴）とが合体することによって、質量が大きな粒体が形成されている。つまり、スロート部４１から流出されて貯水タンク１３に向かう粒体（粉塵と水滴とが合体されて成る粒体）は大きな質量であって高い流速で貯水タンク１３の水面に向かって流れることになる。このため、この粒体の高い慣性力により、該粒体は貯水タンク１３の水面に叩き付けられることになる。その結果、粒体に含まれる粉塵は、貯水タンク１３内の水との接触によって確実に消火されて貯水タンク１３内に回収され、これによっても粉塵の除去が促進される。

第１タワー１１から貯水タンク１３内に流下した空気の残りの一部は、貯水タンク１３内の貯留水の上を通過して第２タワー１２へと向かう。そして、第２タワー１２への入口部分でエリミネータ３０により大粒の霧が空気から除去される。ここで、エリミネータ３０は、図４に示すように外側の障壁層３２の隙間３３Ａを通して、その内側隣の障壁層３２の隙間３３Ａを視認することが不可能な配置になっている。つまり、隣合う障壁層３２，３２の間で隙間３３Ａ，３３Ａが一直線上に並んでいない。これにより、エリミネータ３０を通過する空気が十分に蛇行する。そして、各障壁層３２を構成する障壁部材３１のサイド壁３１Ｂに粉塵を含む霧がキャッチされ、水滴となって貯水タンク１３内の貯留水と合流する。また、エリミネータ３０では、除去しきれなかった霧は、第２タワー１２内を上昇し、複数のフィルタ２６にて除去される。そして、第２タワー１２の上端から集塵装置１０外のダクトＤ２へと空気が流れて大気へと排出される。

上記したように本実施形態の集塵装置１０では、霧の粒子と粉塵とが結合する空間を内部に有する第１タワー１１と、フィルタ２６を収容する空間を内部に有する第２タワー１２とを別個に設けて貯水タンク１３の上面から起立させたので、ケース内を仕切って両空間を備えた従来の集塵装置に比べて無駄な空間が減り集塵装置１０のコンパクト化と軽量化が可能である。また、集塵装置１０のコンパクト化と軽量化が可能になるのでキャスター１８を備えて容易に移動することができる。

なお、図５には、シミュレーションによる集塵装置１０内の風の向きが示されている。このシミュレーションでは、エリミネータ３０が排除されていて、それ以外は上述した集塵装置１０の構造と同じに設定されている。同図に示すように、集塵装置１０では、貯水タンク１３の上部のヘッド部４３に対して第２タワー１２と反対側から流れ込んだ空気の多くが第１タワー１１における第２タワー１２側の壁面を伝わり、一部の空気が貯水タンク１３の液面で跳ね返って下側錐形部４０内における第２タワー１２とは反対側に巻き上がって旋回する状態を確認することができる。また、残りの一部の空気は、貯水タンク１３の貯留水上を流れて第２タワー１２のうち第１タワー１１と反対側の内面に伝わって巻き上がって第２タワー１２内を旋回することも確認することができる。

−実施形態の効果−
以上説明したように本実施形態では、高温度の粉塵を含む空気がスロート部４１を通過する際、このスロート部４１は上側錐形部４２および下側錐形部４０によって通路断面積が小さく設定されているため、該スロート部４１にあっては空気の流速が上昇する。また、このスロート部４１にあっては、噴霧ノズル５０から噴霧（水滴）が噴射されているため、このスロート部４１において、空気と共に高速度で流れている粉塵と水滴とが衝突して合体し、この粉塵と水滴とによって、質量が大きな粒体が形成される。つまり、スロート部４１から流出されて貯水タンク１３に向かう粒体（粉塵と水滴とが合体されて成る粒体）は大きな質量であって高い流速で貯水タンク１３の水面に向かって（水面に対して交差する方向に向かって）流れることになる。このため、この粒体の高い慣性力により、該粒体は貯水タンク１３の水面に叩き付けられることになる。その結果、粒体に含まれる粉塵は、貯水タンク１３内の水との接触によって確実に消火されて貯水タンク１３内に回収される（貯水タンク１３内に沈殿する）ことになる。このようにして粉塵が貯水タンク１３内に回収されていくことにより、粉塵の回収効率を十分に高めることが可能になる。そして、このように粉塵の回収効率を十分に高めることが可能になるため、集塵装置１０から排出される空気を屋内排気ダクト４ａによって屋内に戻すことが可能になる。つまり、粉塵を含んだ空気を屋外に排出することが必要なくなり、環境への悪影響を大幅に改善することができる。また、集塵装置１０から排出された空気を浄化するための設備を設ける必要もないことから、アーク溶接設備１の大型化やコストの高騰を招いてしまうことが無くなり実用性の高いアーク溶接設備１を実現することができる。

図６は、従来の集塵装置（特許文献１に開示されている集塵装置）および本実施形態に係る集塵装置１０それぞれにおける除塵濃度（排出された空気中に含まれる除塵の濃度）の計測結果を示す図である。

この図６からも分かるように、溶接作業に伴う設備内（溶接作業エリア１ｃ）での粉塵濃度は約１２ｍｇ／ｍ³であり、従来の集塵装置から排出される空気中の粉塵濃度は約９．５ｍｇ／ｍ³であるのに対し、本実施形態に係る集塵装置１０から排出される空気中の粉塵濃度は約３．０ｍｇ／ｍ³となっていた。つまり、本実施形態に係る集塵装置１０によれば、従来の集塵装置に比べて３倍以上の除塵性能（除塵効率）が得られるものとなっていた。これにより、前述した効果が確認されたことになる。

また、本実施形態では、前述したように集塵装置１０からの空気を排出する排気ダクト４の下流側を屋内排気ダクト４ａと還流ダクト４ｂとに分岐している。これにより、集塵装置１０からの空気の全量を還流ダクト４ｂによって溶接作業エリア１ｃに戻す場合に比べて該溶接作業エリア１ｃを流れる空気の流速（還流ダクト４ｂの下流端から集塵装置１０の空気導入部４３Ａに向かって流れる空気の流速）を必要以上に高くすることがなくなる。これは、溶接作業エリア１ｃを流れる空気の流速が高すぎる場合、アーク溶接装置２によるワークの溶接に悪影響（溶接品質に悪影響）を与えてしまう可能性があることを考慮したものである。つまり、集塵装置１０から排出される空気の一部を屋内排気ダクト４ａに流すことで、還流ダクト４ｂを流れる空気の量を減少させ、溶接作業エリア１ｃを流れる空気の流速が高くなりすぎる状況を回避して溶接品質が良好に得られるようにしている。

−実験に基づく最適条件−
本発明の発明者らは、前述の如く構成された集塵装置１０における粉塵の回収効率を十分に高めるための最適条件を求める実験を行った。具体的には、噴霧ノズル５０からの噴射水量、噴霧ノズル５０からの水噴射角度、スロート部４１の通路断面積、スロート部４１の長さ、および、貯水タンク１３内の水面高さそれぞれを変更しながら、これらの最適条件を求めた。その結果は以下のとおりである。
（１）噴霧ノズル５０からの噴射水量
噴霧ノズル５０からの噴射水量としては、２０Ｌ／ｍｉｎ〜２２Ｌ／ｍｉｎの範囲が最適である。本実験によれば、噴射水量が２２Ｌ／ｍｉｎを超えると、噴霧ノズル５０から噴射される水滴の径が大きすぎることに起因して水滴と粉塵との衝突率が悪化してしまい、噴射水量が２０Ｌ／ｍｉｎを下回ると、噴霧ノズル５０から噴射される水滴の数が少なくなりすぎることに起因し、この場合にも水滴と粉塵との衝突率が悪化してしまうことが判明した。
（２）噴霧ノズル５０からの水噴射角度
噴霧ノズル５０からの水噴射角度としては、空気の流れ方向に対して１６０°〜１７０°の範囲が最適である。本実験によれば、水噴射角度をこの範囲に設定することで風（空気の流れ）との衝突面が最大になり、水滴の微粒化の効果も最適となることが判明した。
（３）スロート部４１の通路断面積
スロート部４１の通路断面積としては、１００００ｍｍ²〜１２０００ｍｍ²の範囲が最適である。本実験によれば、スロート部４１の通路断面積が１２０００ｍｍ²を超えると、スロート部４１における空気の流速が遅くなりすぎることに起因して水滴の微粒化の効果が悪化することになり、スロート部４１の通路断面積が１００００ｍｍ²を下回ると、スロート部４１における空気の流量を十分に確保することができず除塵効率の低下に伴って溶接作業エリア１ｃの環境が悪化してしまうことが判明した。
（４）スロート部４１の長さ
スロート部４１の長さ（空気流れ方向での長さ）としては、１００ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲が最適である。本実験によれば、スロート部４１の長さが１２０ｍｍを超えると、水滴と空気との速度差が無くなってしまうことに起因して無駄な圧力損失が発生することになり、スロート部４１の長さが１００ｍｍを下回ると、水滴と空気とが衝突可能な時間が不十分となり、水滴と粉塵との衝突率が悪化してしまうことが判明した。
（５）貯水タンク１３内の水面高さ
貯水タンク１３内の水面と各タワー１１，１２の底面との間隔寸法としては、２００ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲が最適である。本実験によれば、この間隔寸法が２５０ｍｍを超えると、粉塵が水面に届きにくくなり、消火能力が悪化してしまい、この間隔寸法が２００ｍｍを下回ると、水面付近での空気の流速が高くなり、水滴と合体していた粉塵が離脱し、除塵効率が悪化してしまうことが判明した。

−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態の集塵装置１０のエリミネータ３０に代えて図７に示した断面構造のエリミネータ３０Ｖを備えるようにしてもよい。このエリミネータ３０Ｖは、図７の紙面と直交する方向に延びる長尺状の複数の障壁部材３５を横並びに配置して備える。障壁部材３５は、断面Ｖ字形の溝形本体３５Ａと、溝形本体３５Ａの外面角部から突出し且つ溝形本体３５Ａの中心面内に位置する第１突壁３５Ｂと、溝形本体３５Ａの両側部から突出し、溝形本体３５Ａの中心面と平行な第２突壁３５Ｃ，３５Ｃとを備えてなる。そして、複数の障壁部材３５が中心面を一致させた状態で同じ向きにして平行に並べられている。また、隣合う障壁部材３５，３５のうち一方の障壁部材３５の第１突壁３５Ｂが、他方の障壁部材３５の第２突壁３５Ｃ，３５Ｃの間に配置されている。更に、障壁部材３５群の両端部には、帯状部材３６Ａの両側部と中心とから障壁部材３５群側に突壁３６Ｂが突出した構造の障壁部材３６が配置されている。そして、これら障壁部材３５，３６の長手方向の両端部が支持部材に固定されてエリミネータ３０Ｖになっている。

また、第２タワー１２内にエリミネータ３０を設けずにフィルタ２６のみを備えた構成としてもよい。

前記実施形態の第１タワー１１および第２タワー１２は、断面正方形の角筒状であったが、断面正方形以外の角筒状であってもよいし、円筒状であってもよい。

前記実施形態の貯水タンク１３の底部を下方に向かって窄んだホッパー部とし、ホッパー部の下端部に開閉可能な排出口を設けてもよい。そのようにすれば、貯水タンク１３内に溜まった粉塵による異物を容易に集めて排出することができる。

また、図８に示すように、貯水タンク１３内に１対の長辺側の側壁の間に架橋されて貯留水の上側部分に浸漬された波消し壁６１を設けてもよい。そうすれば、貯留水が波立つことが抑えられ、水しぶきの発生を抑えることができる。なお、波消し壁６１は、貯水タンク１３の長手方向に複数備えてもよい。

また、前記実施形態では、集塵装置１０から排出された空気を屋内と溶接作業エリア１ｃとに分流するようにしていた。本発明はこれに限らず、集塵装置１０から排出された空気を屋外と溶接作業エリア１ｃとに分流するようにしてもよいし、屋内と屋外と溶接作業エリア１ｃとに分流するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、第１タワー１１の１箇所のみにスロート部４１を備えさせるようにしていた。本発明はこれに限らず、第１タワー１１の複数箇所にスロート部４１を備えさせるようにしてもよい。この場合、各スロート部４１それぞれに噴霧ノズル５０を備えさせることが好ましい。

本発明は、アーク溶接設備に備えられた集塵装置に適用可能である。

１０集塵装置
１１第１タワー
１２第２タワー
１３貯水タンク
２１第２タワー本体
４０下側錐形部
４１スロート部
４２上側錐形部
５０噴霧ノズル（水滴供給手段）
５１噴出口
５０Ｐパイプ
６０ポンプ

Claims

吸気通路、貯水タンク、排気通路を備え、粉塵を含む空気を、前記吸気通路、前記貯水タンクの内部空間、前記排気通路の順に通過させることによって前記粉塵を前記貯水タンク内に回収する集塵装置において、
前記吸気通路には、通路断面積が他の部分よりも小さく設定され且つ前記貯水タンク内の水面に対して交差する方向において該水面に向けて前記空気を流すスロート部が設けられており、
前記スロート部に向けて水滴を噴射する水滴供給手段が設けられていることを特徴とする集塵装置。