JP4456140B2 - 湿式集塵機 - Google Patents

Description

本発明は、地下や山岳のトンネル掘削工事において発生する粉塵を集めて除去するための湿式集塵機に関するものである。

この種のトンネル掘削工事においては、粉塵が大量に発生する。このような粉塵が作業領域内に残存していると、作業者の健康を害する恐れがあるため、粉塵を外部に排出する必要がある。

そのため、従来、大容量のフィルター式集塵機を設置するとともに、通常の換気を行うため、給気用および排気用の送風機を設置していた。ところが、この場合、動力の大きいフィルター式集塵機のほかに２種類の送風機を使用するため、消費電力が増大して電気代が嵩み、非経済的であった。

そこで、風管を用いて坑道内に風を送り込んで粉塵を坑口まで送り出す送気式換気方式において、坑道内を送出される粉塵に水を噴霧する方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７８９９号公報（段落〔０００４〕〔０００７〕〔００１２〕の欄、図１）

しかしながら、これでは、小径の風管から大径の坑道に向けて送風する方式であるため、坑道内の粉塵の送出速度が低下することから、粉塵の除去効率があまり高くない。また、粉塵に水を噴霧するとはいえ、粉塵の出口が大気（坑口）に開放されている送気式換気方式であることに変わりはないため、周辺環境に粉塵公害などの悪影響を及ぼす。

本発明は、このような事情に鑑み、電気代が少なくて経済的であるのは勿論のこと、粉塵の除去効率を高めるとともに、周辺環境への悪影響を軽減することが可能な湿式集塵機を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ケーシング内の下部に水が貯留された貯留槽と、この貯留槽に粉塵空気を供給する給気手段とを備え、前記給気手段には、粉塵空気に散水する散水部が設けられ、前記ケーシング内の下部には、漏斗部が形成され、前記漏斗部の下部には、排出口が設けられ、前記漏斗部には、前記ケーシング内の液面を泡立たせる気泡発生装置が設けられ、前記貯留槽には、前記ケーシング内の上部を中央のエア取込空間とその両側のエア放出空間とに分割する第１仕切り板が設けられ、前記第１仕切り板には、排気口が前記ケーシング内の基準液面以下に位置して設けられ、前記貯留槽には、前記排気口から排出された粉塵空気を水中撹拌して渦流を生じさせる第２仕切り板が設けられ、前記エア放出空間には、粉塵空気に付着した水滴を除去する水切り板が設けられ、前記貯留槽には、清浄空気出口が形成され、この清浄空気出口には、エアフィルターが着脱自在に設けられている湿式集塵機としたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、粉塵空気を散水部と貯留槽の２箇所で水と混合し、貯留槽では、液面が泡立った状態の水に通じさせることができる。これにより、粉塵を水と強固に混合することができ、粉塵の除去効率を高めることが可能となる。また、エアフィルターにより、粉塵空気のミストを除去してから排出することができるため、周辺環境への悪影響を軽減することができる。さらに、動力を抑制することができるため、電気代が少なくて経済的である。

しかも、粉塵空気は、排気口から排出された後、第２仕切り板により、水中撹拌されて渦流が生じるため、粉塵と水との混合が一層強固なものになり、粉塵の除去効率がますます向上する。

その上、粉塵空気がケーシング内の水を通過するときに粉塵空気に水滴が付着しても、その水滴が水切り板によって除去されるため、エアフィルターに水が詰まる不具合を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図５には、本発明の実施の形態１を示す。

まず、構成を説明する。

湿式集塵機１は、図１から図３までに示すように、斜材（図示せず）で補強された枠状の架台２を有しており、架台２には貯留槽３が支持されている。

この貯留槽３はケーシング５を有しており、ケーシング５内の下部には、図１に示すように、２つの円錐状の漏斗（ろうと）部５ａが形成されている。各漏斗部５ａの下部には、それぞれ排出口６が取り付けられている。また、ケーシング５内の下部には、水が貯留されているとともに、この水の液面を泡立たせる気泡発生装置７が水没して設置されている。この気泡発生装置７は、６本の通気管７ａを有しており、各通気管７ａにはそれぞれ６個のエア噴射孔７ｂが上向きに形成されている。また、ケーシング５内には２枚の平板状の第１仕切り板９が互いに平行に立設されており、この第１仕切り板９の下端部９ａは、ケーシング５内の水に浸かっているため、ケーシング５内の上部は、図３に示すように、中央に位置するエア取込空間１０と、このエア取込空間１０の両側に位置する２つのエア放出空間１１とに分割された状態となっている。

また、各第１仕切り板９の下部には、図３に示すように、それぞれ排気口１２が基準液面ＳＬ以下に位置して形成されており、各排気口１２の前方にはそれぞれＣ字断面状の第２仕切り板１３が配設されている。ここで、基準液面ＳＬとは、静水位、つまりエア取込空間１０にエアが吹き込まれないときの水位を意味する。

また、エア放出空間１１には、図３に示すように、一対のＬ字断面状の第１水切り板１５が第１仕切り板９の外周面に接続された形で配設されているとともに、一対の平板状の第２水切り板１６がケーシング５の内周面に接続された形で水平に配設されている。

また、ケーシング５の上部には、図１および図２に示すように、上蓋８が載置されており、上蓋８には２個の清浄空気出口８ａが形成されている。さらに、各清浄空気出口８ａにはそれぞれ、図３に示すように、エアフィルター２０が着脱自在に取り付けられている。

なお、貯留槽３には、図１に示すように、オーバーフロー機構１７が付設されており、オーバーフロー機構１７は貯水タンク１７ａを有しており、貯水タンク１７ａの下部には排水口１７ｂが取り付けられている。さらに、貯水タンク１７ａには堰１７ｃが昇降自在に設けられている。

また、貯留槽３の上側には、図１および図２に示すように、導入部１９が第１仕切り板９の上端部につながるように連設されている。導入部１９は、Ｌ字筒状の導入管１９ａを備えており、導入管１９ａの貯留槽３側の端部には粉塵空気入口１９ｂが形成されている。この粉塵空気入口１９ｂの幅Ｗ１は、図１に示すように、貯留槽３のケーシング５の幅Ｗ２の１／３程度に狭くなっている。また、粉塵空気入口１９ｂの上側には、図３に示すように、上部から下部に向かって一定の比率で幅が狭くなる断面変化部１９ｃが形成されている。

さらに、導入部１９の前側（図１左側）には散水部２１が連設されており、散水部２１は、図４に示すように、円筒状の管２１ａを備えている。管２１ａ内の上部には散水管２１ｂが管心方向（粉塵空気の通過方向）に沿って配設されており、散水管２１ｂには配管２１ｃが連通して設けられている。また、散水管２１ｂには、図１および図２に示すように、５個の散水ノズル２１ｄが下向きに形成されている。なお、管２１ａの底部には排水路２１ｅが、導入部１９側に向けて緩やかに下るように傾斜する形で形成されている。

また、散水部２１の前側（図１左側）には、可撓性のある風管２２が着脱自在に取り付けられており、風管２２の前側には送風機２３が取り付けられている。

次に、作用について説明する。

湿式集塵機１は以上のような構成を有するので、この湿式集塵機１を使用する際には次の手順による。

まず、図５に示すように、湿式集塵機１を地上に設置した後、送風機２３を地下トンネル２５内に挿通して設置する。このとき、送風機２３と散水部２１とをつなぐ風管２２は可撓性を備えているので、いかなる形状の地下トンネル２５に対しても送風機２３の設置作業を円滑に行うことができる。

この状態で、貯留槽３において、気泡発生装置７を駆動する。すると、すべての通気管７ａの各エア噴射孔７ｂから一斉に気泡が噴出されるため、液面は、この気泡によってエアレーション（曝気）され、気液混合して泡立った状態となる。

また、散水部２１において、配管２１ｃから散水管２１ｂへ給水する。すると、すべての散水ノズル２１ｄから水が管２１ａの全断面をほぼカバーする形で下向きに散水された状態となる。ここで、「散水」は「噴霧」をも含む広い概念である。

こうして、貯留槽３において液面が泡立った状態になるとともに、散水部２１において散水された状態で、送風機２３を駆動する。すると、地下トンネル２５内の粉塵空気が、風管２２を通過して散水部２１に供給される。そして、この粉塵空気は、その大部分が、管２１ａ内で散水されて（つまり、水気を帯びて）重くなり、排水路２１ｅおよび導入部１９を経由して貯留槽３に供給されるとともに、残部が、散水されることなく導入部１９を通過して貯留槽３に供給されるため、すべて貯留槽３で合流することになる。このとき、残部の粉塵空気が通過する導入部１９には、粉塵空気の供給方向に向かって幅が狭くなる断面変化部１９ｃが形成されているので、粉塵空気の供給速度が増大する。

なお、散水部２１で散水された水は、排水路２１ｅを経由して貯留槽３のケーシング５内に流れ込むため、ケーシング５内の液面は上昇する一方である。しかし、所定の高さを超えた余分な水は、オーバーフロー機構１７の堰１７ｃを越流して貯水タンク１７ａに一時的に貯留され、定期的に排水口１７ｂから排出される。したがって、貯留槽３においては、ケーシング５内の基準液面ＳＬを常に一定の高さに保持することができる。

そして、この粉塵空気は、貯留槽３において、エア取込空間１０を下降した後、液面に衝突して液面を押し下げ、排気口１２から高速で外向きに排出される。このとき、粉塵空気は、上述したとおり、導入部１９の断面変化部１９ｃを通過したときに供給速度が増大しているので、水を同伴・分散し、第２仕切り板１３の内側で水中撹拌されて渦流が生じる。また、ケーシング５内の水がエアレーションによって気液混合しているので、粉塵空気は、圧力損失を抑制しつつ、この水と効果的に混合される。

また、粉塵空気は水気を帯びて重くなっているのに対して、ケーシング５内の水はエアレーションによって気泡と混在しているため、見掛けの比重が小さくなり、しかも表面が泡立っている。したがって、粉塵空気は、撹拌の度合が大きくなり、かつ水との接触時間が長くなる。その結果、粉塵空気は効率よく水に溶け込んで清浄化され、粉塵は貯留槽３のケーシング５内の下部に溜まる。なお、このケーシング５内に溜まった粉塵は、定期的に２つの排出口６から排出される。これらの排出口６は、ケーシング５の２つの漏斗部５ａの下部に設けられているので、これらの漏斗部５ａに沿って粉塵を自重で効率よく排出口６に集めることができる。そのため、粉塵の排出作業を短時間で迅速に行うことが可能となる。

その後、この粉塵空気は、エア放出空間１１を上昇し、第１水切り板１５および第２水切り板１６に順に衝突して水滴が除去され、エアフィルター２０でミストが除去された後、清浄空気となって上蓋８の清浄空気出口８ａから外部（大気）へ放出される。

なお、エア取込空間１０からエア放出空間１１へ粉塵空気を排出する排気口１２は、上述したとおり、基準液面ＳＬ以下に位置しているため、エア取込空間１０の水面が粉塵空気の圧力を受けて下降しても、それに伴ってエア放出空間１１の水面が上昇することから、粉塵空気は、エア取込空間１０からエア放出空間１１に至る途中で必ずケーシング５内の水を通過することになる。しかも、基準液面ＳＬはオーバーフロー機構１７によって常に一定の高さに保持されているため、粉塵の除去動作を適切なものとすることができる。

このように、地下トンネル２５内の粉塵空気は、散水部２１と貯留槽３の２箇所で水と混合され、しかも貯留槽３では、エアレーションによって液面が泡立った状態の水を通過するので、粉塵は水と強固に混合されることになる。その結果、粉塵の除去効率を高めることが可能となる。

しかも、粉塵空気は、排気口１２から排出された後、第２仕切り板１３により、水中撹拌されて渦流が生じるため、粉塵と水との混合が一層強固なものになり、粉塵の除去効率がますます向上する。

また、地下トンネル２５内の粉塵空気は、清浄空気となって大気へ放出されるため、周辺環境に粉塵公害などの悪影響を及ぼすことはなく、周辺環境への悪影響を軽減することができる。

さらに、粉塵空気は、ケーシング５内の水を通過するときに水滴が付着しても、その水滴が第１水切り板１５および第２水切り板１６によって２段階で除去されるため、エアフィルター２０に水が詰まる不具合を回避することができる。

また、散水部２１で散水された水は、排水路２１ｅに沿って貯留槽３に導かれるため、湿式集塵機１の使用時に水を有効利用することができる。

また、オーバーフロー機構１７の堰１７ｃは昇降自在となっているので、粉塵空気中の粉塵の濃度などの状況に応じてオーバーフロー高さの調整を行うことにより、ケーシング５内の基準液面ＳＬを上下させて粉塵の除去動作を最適化することができる。

また、湿式集塵機１の使用に際しては、散水部２１の散水管２１ｂへ給水し、気泡発生装置７および送風機２３を駆動するだけで足りるので、電力消費量を小さくすることができる。

また、湿式集塵機１は、風管２２および送風機２３を導入部１９から分離することができるので、湿式集塵機１の運搬や移動などのハンドリング性に優れる。

さらに、貯留槽３は、ケーシング５の幅Ｗ２が導入部１９の粉塵空気入口１９ｂの幅Ｗ１より大きくなっているので、粉塵除去の処理量を確保することができる。

また、湿式集塵機１は、給気用および排気用の送風機を兼ねているため、動力の大きいフィルター式集塵機のほかに給気用および排気用の送風機を設置しなければならない従来法と比べて、消費電力を抑制することができる。その結果、電気代を節約することが可能となり、経済性に優れる。

さらに、湿式集塵機１では、ケーシング５内の中央に位置するエア取込空間１０から両側のエア放出空間１１に粉塵空気を送る方式を採用しているので、ケーシング５の幅Ｗ２を広げることなく大容量の粉塵空気を処理することが可能となる。そのため、地下トンネル２５などの狭小な空間に湿式集塵機１を設置することもできる。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、貯留槽３に水が貯留されている場合について説明したが、この水に界面活性剤を添加してもよい。この場合、界面張力が小さくなり、粉塵と水との化学的結合力が一層増大するため、粉塵の除去効率がますます高くなる。

また、導入部１９において、ダンパーおよびダンパー開度調整ノブ（ともに図示せず）を粉塵空気入口１９ｂに取り付けることにより、風量の調整（導入部１９から貯留槽３に至る風量の調整）を行えるようにすることもできる。この場合、貯留槽３の処理能力に合わせて粉塵空気の供給量を適宜加減することができるので、貯留槽３の処理効率を最大限に高めることが可能となる。

さらに、貯留槽３のケーシング５に覗き窓（図示せず）を設けて、この覗き窓を通してケーシング５の外部から内部の状況を視認しつつ、風量の調整やオーバーフロー高さの調整を行うと好適である。

また、上蓋８の清浄空気出口８ａにダクト（図示せず）を取り付けて、このダクトから清浄空気を放出するようにしても構わない。この場合、ダクトの出口の設置場所を適宜選定することにより、所望の場所で清浄空気を放出することができる。

また、上述した実施の形態１では、２枚の第１仕切り板９がケーシング５内に立設された場合について説明したが、ケーシング５内の上部エア取込空間１０とエア放出空間１１とに分割することができる限り、第１仕切り板９を１枚とすることもできる。

また、上述した実施の形態１では、湿式集塵機１を地上に設置して使用する場合について説明したが、湿式集塵機１の設置場所は地上に限るわけではなく、坑内などに湿式集塵機１を設置することもできる。

また、上述した実施の形態１では、散水部２１において、散水管２１ｂの散水ノズル２１ｄから下向きに散水する場合について説明したが、散水方向は下向きに限るわけではなく、上向き、横向き、斜め向きに散水しても構わない。

また、上述した実施の形態１では、地下トンネル２５に対して湿式集塵機１を使用する場合について説明したが、山岳トンネル（図示せず）に対して湿式集塵機１を同様に使用することも可能である。

本発明の実施の形態１に係る湿式集塵機を示す正面図である。 図１に示す湿式集塵機の平面図である。 図２に示す湿式集塵機のIII−III線による断面図である。 図２に示す湿式集塵機のIV−IV線による断面図である。 同実施の形態１に係る湿式集塵機の使用状態を示す断面図である。

符号の説明

１……湿式集塵機
２……架台
３……貯留槽
５……ケーシング
５ａ……漏斗部
６……排出口
７……気泡発生装置
７ａ……通気管
７ｂ……噴射孔
８……上蓋
８ａ……清浄空気出口
９……第１仕切り板
１０……エア取込空間
１１……エア放出空間
１２……排気口
１３……第２仕切り板
１５……第１水切り板（水切り板）
１６……第２水切り板（水切り板）
１７……オーバーフロー機構
１７ａ……貯水タンク
１７ｂ……排水口
１７ｃ……堰
１９……導入部（給気手段）
１９ａ……導入管
１９ｂ……粉塵空気入口
１９ｃ……断面変化部
２０……エアフィルター
２１……散水部（給気手段）
２１ａ……管
２１ｂ……散水管
２１ｃ……配管
２１ｄ……散水ノズル
２１ｅ……排水路
２２……風管（給気手段）
２３……送風機（給気手段）
２５……地下トンネル
ＳＬ……基準液面
Ｗ１……粉塵空気入口の幅
Ｗ２……ケーシングの幅

Claims (1)

1. ケーシング内の下部に水が貯留された貯留槽と、この貯留槽に粉塵空気を供給する給気手段とを備え、
   前記給気手段には、粉塵空気に散水する散水部が設けられ、
   前記ケーシング内の下部には、漏斗部が形成され、
   前記漏斗部の下部には、排出口が設けられ、
   前記漏斗部には、前記ケーシング内の液面を泡立たせる気泡発生装置が設けられ、
   前記貯留槽には、前記ケーシング内の上部を中央のエア取込空間とその両側のエア放出空間とに分割する第１仕切り板が設けられ、
   前記第１仕切り板には、排気口が前記ケーシング内の基準液面以下に位置して設けられ、
   前記貯留槽には、前記排気口から排出された粉塵空気を水中撹拌して渦流を生じさせる第２仕切り板が設けられ、
   前記エア放出空間には、粉塵空気に付着した水滴を除去する水切り板が設けられ、
   前記貯留槽には、清浄空気出口が形成され、
   この清浄空気出口には、エアフィルターが着脱自在に設けられていることを特徴とする湿式集塵機。

Images