JP6331194B2

JP6331194B2 - 建物の集塵換気設備および集塵換気方法

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Publication number: JP6331194B2
Application number: JP2014155210A
Authority: JP
Inventors: 西村　章; 章西村; 健太星谷
Original assignee: RYUKI ENGINEERING INC.
Current assignee: RYUKI ENGINEERING INC.
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: JP2016031218A

Description

本発明は、複数の作業空間に区画された建物の集塵換気設備および集塵換気方法に関する。たとえば、鋳物工場、鍛造工場、製缶工場、メッキ工場などの作業空間を換気する際に用いる集塵換気設備および集塵換気方法に係るものである。

前記鋳物工場等は、複数の作業空間に区画されていることが多い。そして、作業空間ごとに異なる量の粉塵が発生する。このような建物の集塵換気方法としては、各空間の粉塵をまとめて一括して集塵するものが一般的である。

より詳しく説明すると、前記鋳物工場等の粉塵を含む空気は、温度が高く密度が軽いため、作業空間内で上昇する傾向がある。そのため、作業空間ごとに、作業者に近い建物下部の給気口から新鮮な空気を取り入れ、建物上部に設けた排気口から粉塵を含む空気（汚染空気）を排気している。そして、各作業空間内の汚染空気を外部に設けた大容量の集塵装置で一括して集塵している。すなわち、複数の作業空間の汚染空気を同じ吸引量（風量）で均一に吸引している。

なお、前記集塵装置の吸引量は、建物の屋内容積と換気回数を基に経験則で決定している。例えば、床面積が１，５００ｍ²、高さが２０ｍである、計３０，０００ｍ³の屋内容積を有する建物内を１時間で１０回換気するケースを想定する。この場合は、１時間で３００，０００ｍ³の吸引量が必要となるため、１分間で５，０００ｍ³の空気を吸引するように、固定運転している。

複数の作業空間で行われる作業はそれぞれ異なるため、一部の空間で一時的に大量の粉塵が発生することがある。このような場合、前記のように換気回数を基に吸引量を決定して固定運転していたのでは、粉塵を適切に除去できないという問題があった。すなわち、作業空間全体に粉塵が拡散した後に集塵することとなり、作業環境が悪化してしまうという問題があった。

また、各作業空間の汚染空気を同じ吸引量で吸引しているため、粉塵の発生が少ない作業空間で必要以上に吸引していることとなる。すなわち、電力を浪費しており、非効率であるという問題あった。

さらに、必要以上に吸引していることから、必要以上の吸引力や容量を備えた集塵装置を設けていることになり、イニシャルコストが高いという問題がある。また、ランニングコストの面でも、電力コストやフィルタのメンテナンスコストが高いという問題がある。

したがって、本発明の主たる課題は、粉塵が少ない安全な作業環境を実現する集塵換気設備および集塵換気方法を提供することにある。また、集塵装置の容量を従来よりも少なくし、コストの削減、設置スペースの縮小などを図ることにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。

＜請求項１記載の発明＞
鋳物工場の建物の集塵換気設備であって、
前記建物の内部を鋳物製造の作業工程に応じて複数の作業空間に区切り、隣接する作業空間からの粉塵の流入を防止する間仕切りシートと、
前記複数の作業空間の天井にそれぞれ設けた排気口と、
前記排気口から排気された空気を浄化する集塵機と、
各作業空間の粉塵を含む空気を、前記集塵機を介して一括して吸引する、回転翼を備えたブロワと、
前記複数の作業空間にそれぞれ設けられ、前記作業空間にいる者が操作する各作業空間内の空気の吸引量を変更可能なスイッチと、
前記複数の作業空間と前記集塵機の間にそれぞれ配置された複数の分岐ダクトと、
前記複数の分岐ダクトにそれぞれ配置され、前記分岐ダクト内を流れる空気の流量を調節するダンパと、
各作業空間で必要な吸引量を合算し、合算値に基づいて前記ブロワの回転翼の回転数を制御するとともに、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する制御手段と、
を有することを特徴とする集塵換気設備。

（作用効果）
各作業空間の作業段階に応じて、吸引量を変えることで、粉塵を含む空気を適切に排気できる。例えば、各作業空間の粉塵量が多い場合は、ブロワの吸引量を増やして粉塵を含む空気を速やかに排気することで、粉塵の少ない安全な作業環境を実現できる。また、各作業空間の粉塵量が少ない場合は、吸引量を減らすことで、消費電力の無駄が少なくなり、電力コストを下げることができる。さらに、過大な吸引量で吸引しなくなることから、必要最小限の容量の集塵装置を用いることができ、イニシャルコストの低減を図ることもできる。
また、ダンパが粉塵を含む空気の流量を調節するため、作業空間ごとの吸引量を異なるものにできる。その結果、粉塵量が多い作業空間の吸引量を多くして、作業環境の悪化を防ぐことができる。また、粉塵量が少ない作業空間の吸引量を少なくして、省エネを図ることができる。

（削除）

さらに、現在の作業段階で必要な吸引量を具体的に入力すると、回転翼の回転数をより適切な値に制御できる。そのため、作業空間の粉塵を含む空気をより確実に排気できる。

＜請求項２記載の発明＞
各作業空間に粉塵量を計測する計測手段が設けられ、
前記スイッチは自動制御を指定可能であり、
前記スイッチで自動制御が指定された状態で、前記制御手段は、前記計測手段で計測した粉塵量から各作業空間で必要な吸引量を算出し、算出した各吸引量を合算し、合算値に基づいて前記ブロワの回転翼の回転数を制御するとともに、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する構成とした請求項１記載の集塵換気設備。

（作用効果）
作業空間で粉塵量に変化があった時、計測手段がその変化を感知し、回転翼の回転数を速やかに変える。そのため、粉塵が作業空間全体に拡散する前に排気することができ、安全で快適な作業環境を実現できる。

＜請求項３記載の発明＞
前記複数の分岐ダクトに、前記分岐ダクトを流れる空気の風量を計測する風量センサがそれぞれ設けられ、
前記制御手段は、前記風量センサで計測した風量と、各作業空間で必要とする吸引量を比較して、前記ブロワの回転翼の回転数を修正する構成とした請求項１記載の集塵換気設備。

（削除）

＜請求項４記載の発明＞
鋳物工場の建物の集塵換気方法であって、
前記建物の内部を鋳物製造の作業工程に応じて複数の作業空間に区切り、隣接する作業空間からの粉塵の流入を防止する間仕切りシートと、
前記複数の作業空間の天井にそれぞれ設けた排気口と、
前記排気口から排気された空気を浄化する集塵機と、
各作業空間の粉塵を含む空気を、前記集塵機を介して一括して吸引する、回転翼を備えたブロワと、
前記複数の作業空間にそれぞれ設けられたスイッチと、
前記複数の作業空間と前記集塵機の間にそれぞれ配置された複数の分岐ダクトと、
前記複数の分岐ダクトにそれぞれ配置され、前記分岐ダクト内を流れる空気の流量を調節するダンパと、
前記ブロワの回転翼の回転数を制御するとともに、前記ダンパの開度を決定する制御手段と、を有する集塵換気設備を用いて、
前記作業空間にいる者が、前記スイッチを操作して、各作業空間内の空気の吸引量を設定する工程と、
前記制御手段が、前記各作業空間で必要な吸引量を合算し、合算値に基づいてブロワの回転翼の回転数を制御する工程と、
前記制御手段が、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する工程と、
を有することを特徴とする集塵換気方法。

（作用効果）
請求項１と同様の作用効果を奏する。

＜請求項５記載の発明＞
前記各作業空間に粉塵量を計測する計測手段が設けられ、
前記スイッチは自動制御を指定可能であり、
前記作業空間にいる者が、前記スイッチを操作して、自動制御を指定する工程と、
前記計測装置が、前記各作業空間の内部の粉塵量を計測する工程と、
前記制御手段が、前記計測手段で計測した粉塵量から各作業空間で必要な吸引量を算出し、算出した各吸引量を合算し、合算値に基づいて前記ブロワの回転翼の回転数を制御する工程と、
前記制御手段が、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する工程、を有する請求項４記載の集塵換気方法。

（作用効果）
請求項２と同様の作用効果を奏する。

＜請求項６記載の発明＞
前記複数の分岐ダクトに、前記分岐ダクトを流れる空気の風量を計測する風量センサがそれぞれ設けられ、
前記制御手段が、前記風量センサで計測した風量と、各作業空間で必要とする吸引量を比較して、前記ブロワの回転翼の回転数を修正する工程、を有する請求項４記載の集塵換気方法。

（作用効果）
請求項３と同様の作用効果を奏する。

（削除）

本発明によれば、粉塵が少ない安全な作業環境を実現することができる。また、集塵装置の容量を従来よりも少なくし、コストの削減、設置スペースの縮小を図ることができる。

本発明に係る集塵換気設備および集塵換気方法の説明用簡略図（平面図）である。回転数の決定プロセスの説明に用いるＰ−Ｑ線図である。

以下、本発明に係る換気設備及び換気方法の好適な例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明及び図面は、本発明の実施形態の一例を示したものにすぎず、本発明の内容をこの実施形態に限定して解釈すべきではない。

（建物）
本発明に係る集塵換気設備１が適用される建物２は、鋳物工場、鍛造工場、製缶工場、メッキ工場など、複数の作業空間Ｒ₁〜Ｒ_nに区画され、作業空間Ｒ内で粉塵が発生する建物２である。図１では、鋳物工場の建物２を例示した。

（作業空間）
建物２内は、作業工程に応じて、複数の作業空間Ｒ₁〜Ｒｎに区切られている。この作業空間Ｒは、建物２内を区切り部材３で区切ることにより形成される。この区切り部材３の例としては、耐力壁、間仕切り壁や間仕切りカーテンを挙げることができる。図１では、天井から間仕切りシート３を垂れ下げることで、複数の作業空間Ｒ₁〜Ｒｎを形成している。このシート３により、隣接する作業空間Ｒへの粉塵の拡散や、隣接する作業空間Ｒからの粉塵の流入を防ぐことができる。なお、図１では、区切り部材３が存在しない場所Ｒ_xを設けている。この場所Ｒ_xは、作業者が他の作業空間Ｒへ移動したり、原料や半製品等を運んだりするための通路となっている。

図１で例示する鋳物工場には、計６つの作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆が存在する。図面左から右へ向かって順に、原料置き場Ｒ₁、電気炉Ｒ₂、鋳込場Ｒ₃、型ばらし場Ｒ₄、研磨場Ｒ₅、砂再生場Ｒ₆となっている。

原料置き場Ｒ₁には、銑鉄、鋼屑、ダライ粉、カーボン、シリコン、マンガン等の鋳物の原料が保管される。これらの原料を運搬車の荷台から積み卸す時や、屋内における積み込みまたは積み卸し作業時などに、大量の粉塵が発生しやすい。また、原料を保管している間も少量の粉塵が発生する。そのため、原料をシートなどで覆って保管することも多い。

電気炉が置かれている場所Ｒ₂では、鋳物原料の溶解が行われる。溶解工程では、原料を電気炉に投入する時や、湯出しする時などに、大量の粉塵が発生しやすい。また、電気炉の代わりに、るつぼ炉やアーク炉などの他の炉を用いる場合も、同様に大量の粉塵が発生する。

鋳込場Ｒ₃では、溶かした原料を鋳型に流し入れる鋳込みが行われる。鋳込み工程では、溶かした原料の運搬時や鋳込み作業時などに、大量の粉塵が発生する。そのため、取鍋にカバーが設けられることもある。

型ばらし場Ｒ₄では、砂型を壊したり、鋳物に付着している砂を取り除いたりする作業が行われる。型ばらし工程では、砂型を壊すために型ばらし装置を用いることがあるが、この型ばらし装置から粉塵が発生しやすい。また、砂を取り除く（砂落とし）時にも大量の粉塵が発生しやすい。

研磨場Ｒ₅では、鋳物製品の研磨、バリ取り、裁断等が行われる。研磨は、研磨材を吹き付けたり、グラインダー等の工具を用いたりして行うが、この作業時に大量の粉塵が発生する。同様に、バリ取り、裁断、溶断、溶接時などにも大量の粉塵が発生する。

砂再生場Ｒ₆では、使用した古砂（珪砂と粘土を混合した混合砂）を鋳物用に再生する。具体的には、古砂の付着物を焼いて除去する焙焼や、古砂の表面を研磨する表面研磨などを行うが、これらの作業中にも大量の粉塵が発生する。

なお、前記各空間の区分けは一例であり、木型製造などの他の作業を行う場所を設けたり、原料置き場を建物２の外に移したりなど、種々の変更をすることができる。また、鍛造工場、製缶工場、メッキ工場等の他の工場においても同様に、作業工程ごとに複数の作業空間Ｒに区画されることが多い。

各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆の上部（天井など）には、排気口が設けられている。この排気口の口径は、その作業空間Ｒに必要な最大集塵風量を考慮して決定すると良い。また、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆の下部に給気口を設け、その給気口から新鮮な空気を供給すると、粉塵の少ない安全な作業環境を実現しやすくなる。

（スイッチ）
各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆には、後述するブロワ７の風量を切り替えるスイッチＳを設置している。操作手段の一例であるこのスイッチＳを、作業空間Ｒ内にいる作業者や、集塵換気設備の制御室にいる管理者など（以下、「作業者等」という。）が操作する。このスイッチＳの機械的な種類としては、つまみを上下左右に動かす形態や、複数のボタンを押す形態や、タッチパネル等により情報を入力する形態など、任意のものを選択できる。

スイッチＳの例として、つまみにより「ＯＮ」「ＯＦＦ」を切り替える形態を挙げることができる。この場合、鋳込み等の前記作業を開始する前や作業をしている間に、作業者等がこのスイッチＳを「ＯＮ」にする。すると、ブロワ７が強い風量（吸引量）で、作業空間Ｒ内の空気を大量に吸引する。その結果、前記作業によって発生した粉塵を含む空気（汚染空気）を作業空間Ｒ外へ迅速に排気することができる。他方、作業を終了した後、または作業をしていない間は、前記作業者等がスイッチＳを「ＯＦＦ」にする。すると、ブロワ７の風量が少なくなり、汚染空気が作業空間Ｒ外へあまり排気されないこととなる。しかし、作業をしていない間は、ほとんど粉塵が発生しないことから、スイッチによるこのような制御により、省エネを実現できる。

なお、スイッチＳを「ＯＦＦ」にしたときに、ブロワ７の稼働を停止させ、作業空間Ｒ内の空気を排気しないようにしても良い。しかし、作業を行っていない場合であっても、微量の粉塵が作業空間Ｒ中を漂うと考えられることから、風量が少なくても、常に排気を継続する構成にしたほうが良い。

また、前記スイッチＳには、風量を細かく指定できる機能を搭載すると良い。例えば、風量を選択する「小」「中」「大」の３種類のスイッチＳを追加し、「中」を選択したときは通常の風量とし、「小」を選択したときは風量を少なくし、「大」を選択したときは風量を多くする。例えば、型ばらし工程の中にも、様々な作業工程があり、砂型を壊す作業をしている間と、鋳物に付着している砂を取り除いている間では、発生する粉塵量が異なる。そのため、具体的な作業内容に応じて、作業者等が必要な風量を細かく指定することで、より安全な作業環境の実現に寄与できる。

また、前記風量を無段階で変更できるスイッチＳを設けても良い。この無段階スイッチＳは、前記「小」「中」「大」のスイッチＳよりも、風量を細かく指定できるとともに、風量の変更指示が容易であるという利点を有する。このスイッチＳは、例えば円盤の形状をしており、この円盤を回転させることにより、風量を多くしたり少なくしたりといった調整ができる。

また、作業空間Ｒで必要と考える風量を具体的な数値で入力するスイッチＳを設けても良い。例えば、中央制御室（図示しない）にいる管理者が、各作業空間Ｒで行っている作業状況を確認し、現在の作業で必要な風量をマニュアルに基づいて入力する。そのほか、作業空間Ｒにいる作業者が、マニュアルや経験に基づいて、具体的な数値を入力するなどしても良い。

そのほか、「自動」のスイッチＳを設け、「自動」を選択したときは、赤外線センサやダストセンサなどの計測手段（図示しない）によって作業空間Ｒ内の粉塵量をモニタリングし、発生した粉塵量に応じて風量を調整するようにしても良い。

以上のように、作業中であるか休止中であるか、作業中の場合に何の作業をしているときか、休止中の場合にこれから作業を始めるのか、それとも作業を終えた後なのか等の作業段階を基に、スイッチＳを操作し、風量を設定すると良い。なお、前記「ＯＮ」「ＯＦＦ」「大」「中」「小」などのスイッチＳは一例であり、種々の変更をすることができる。例えば、「作業中」「休止中」等の作業段階を具体的に記載したスイッチＳを設けても良い。

（ダクト）
排気口から排気された空気中の粉塵は、後段に配置した集塵機４によって集塵される。この排気口から集塵機４までの間は、複数のダクトＤによって連結される。図１では、前記各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆の排気口の後段に、それぞれ分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆を配置し、各分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆を後段に配置した集合ダクトＤ₇と連結させ、集合ダクトＤ₇が集塵装置と連結している。各ダクトＤ₁〜Ｄ₆は、排気された空気の流路ともいう。なお、前記ダクトＤ₁〜Ｄ₇の配置は一例であり、集合ダクトＤ₇を設けずに、分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆と集塵機４を直接連結するなど、種々の変更が可能である。各ダクトＤには、ダンパＥ、風量センサＦなどを設けることができる。

（ダンパ）
分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆には、それぞれ開度を制御可能なダンパＥ（Ｄａｍｐｅｒ）を配置している。流量調節手段の一例であるダンパＥ₁〜Ｅ₆の開度は、後述する制御装置５により制御される。具体的には、前記スイッチＳの信号を制御装置５へ送り、制御装置５がその信号に基づいて各ダンパＥ₁〜Ｅ₆の開度を決める。そして、各ダンパＥ₁〜Ｅ₆に設けられた補助制御装置Ｃ₁〜Ｃ₆へ開度の信号を送り、補助制御装置Ｃ₁〜Ｃ₆が指定された開度に変更する。このとき、要求された風量が少ないときは、ダンパＥを閉じる方向に動かし、ダクトＤ内の通気量を減らす。他方、要求された風量が多いときは、ダンパＥを開く方向に動かし、ダクトＤ内の通気量を増やす。このダンパＥの制御には、例えばＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ‐Ｉｎｔｅｇｒａｌ‐ＤｅｒｉｖａｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いる。また、作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆ごとに要求する風量が異なる場合は、各ダンパＥ₁〜Ｅ₆の開度をそれぞれ異なる開度にする。

（風量センサ）
分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆には、それぞれ風量センサＦ₁〜Ｆ₆を配置している。図１では、ダンパＥ₁〜Ｅ₆と集塵機４の間の各分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆にそれぞれ風量センサＦ₁〜Ｆ₆を設けている。風量センサＦの配置位置は任意に変更することができ、作業空間Ｒの排気口とダンパＥの間の各分岐ダクトＤ₁〜Ｄ₆に配置しても良い。この風量センサＦは、排気口から排気した空気の流量を測定する。測定結果は、後述する制御装置５へ送られ、ブロワ７の風量の変更やダンパＥの開度の変更に用いられる。

（集塵機）
作業空間Ｒの排気口から排気された空気は、屋外の集塵機４によって浄化される。すなわち、集塵手段の一例である集塵機４のフィルタにより、空気中の粉塵が除去（捕集）される。この各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆から集塵機４までの一連の空気の流れは、後述するブロワ７で吸引することによって生まれる。

また、設置する集塵機４を決める際は、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆の風量を合計し、その合計量を処理可能な容量を有する集塵機４にすると良い。具体的な決定方法について、下記の表１を参照しながら説明することにする。

表１は、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆における作業中と休止中のブロワ７の風量（吸引量）を例示したものである。この例によれば、鋳込場Ｒ₃では、鋳込み中のブロワ７の風量を２０００ｍ³／ｍｉｎとし、休止中のブロワ７の風量を２００ｍ³／ｍｉｎとしている。また、型ばらし場Ｒ₄では、型ばらし中のブロワ７の風量を１０００ｍ³／ｍｉｎとし、休止中のブロワ７の風量を２００ｍ³／ｍｉｎとしている。このように作業空間Ｒの粉塵量が多いときは、ブロワ７の風量を上げて、飛散する粉塵を速やかに作業空間Ｒ外に排気し、快適で安全な作業環境を実現させる。他方、粉塵量が少ないときは、ブロワ７の風量を下げて、電力消費を抑える。なお、粉塵発生量は作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆ごとに異なるため、風量を空間ごとに変えると良い。また、表１の風量はあくまでも一例であり、作業空間Ｒの広さ、生産量、原料の種類などを考慮して種々の変更が可能である。

一般的に、所定の時間帯において、作業中の場所と休止中の場所が混在することが多い。例えば、１３時〜１４時の間は、鋳込作業と砂再生作業を行い、その他の作業を休止するなど、時間帯ごとに作業内容が異なる。

１３時〜１４時の時間帯に必要な風量を表１に従って計算すると、原料置き場（休止中）１００ｍ³／ｍｉｎ、電気炉（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎ、鋳込場（作業中）２，０００ｍ³／ｍｉｎ、型ばらし場（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎ、研磨場（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎ、砂再生場（作業中）１５００ｍ³／ｍｉｎとなり、合計で４２００ｍ³／ｍｉｎの風量が必要となる。

このように、各時間帯で必要な風量（合計値）を計算し、最も風量（合計値）の多い時間帯を選出する。そして、選出した時間帯の風量（合計値）を基準にして、ブロワ７がその風量（合計値）を吸引したときに、浄化処理できる容量を備えた集塵機４を設置すると良い。このとき、必要以上の容量を備えた大型の集塵機４を配置しても良いが、イニシャルコストの削減、設置スペースの縮小、騒音の低下等を図るため、出来る限り容量が小さい集塵機４を設置すると良い。また、二以上の集塵機４を並列に配置し、これらの集塵機４を用いて浄化処理しても良い。この場合は、選出した時間帯の風量（合計値）を、複数の集塵機４によって浄化処理できれば良いため、一機当たりの集塵機４で必要な容量は少なくなる。

集塵機４のフィルタの種類は、集塵する粉塵の大きさに基づいて決定する。具体的には、粒径が０．３μｍ以下の粒子の捕集率が９９．９７％以上であるＨＥＰＡフィルタ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）や、粒径が０．１５μｍ以下の粒子の捕集率が９９．９９９５％以上であるＵＬＰＡフィルタ（ＵｌｔｒａＬｏｗＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）等の目が細かいフィルタを用いると良い。そのほか、電気の力を用いて集塵を行う電気集塵機を設置しても良い。

（ブロワ）
集塵機４の後段には、前述のブロワ７を配置することができる。吸引手段の一例であるこのブロワ７は、作業空間Ｒに漂う粉塵を含む空気を吸い込む排風機である。ブロワ７にはインバータ６が連結しており、インバータ６には制御装置５が連結している。そして、ブロワ７の回転数を制御装置５によって制御している。すなわち、制御装置５からインバータ６へ回転数に関する指示信号を送信し、インバータ６は指示信号に従って、ブロワ７の回転数を変更する。なお、前記ブロワ７の代わりにファンを設けてもよい。

（制御装置、制御方法）
次に、制御装置５によるブロワ７の回転数の制御について説明する。この制御装置５は、制御手段の一例として挙げたものである。

まず、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆のスイッチＳの信号が制御装置５へ送られる。このスイッチＳの信号の例としては、「作業中」「休止中」という作業段階の情報を挙げることができる。制御装置５は、この作業段階の情報と、表１のように予め定めた作業空間Ｒの作業段階に応じて必要な吸引量を対比し、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量を算出する。なお、「作業中」「休止中」というスイッチＳの代わりに、同様の意味を有する「ＯＮ」「ＯＦＦ」というスイッチＳを設けても良い。

また、「作業中」「休止中」というスイッチＳのほかに、より詳しい作業段階のスイッチＳを設けても良い。例えば、鋳込み工程は、溶解原料の運搬作業や鋳込み作業や片付け作業など、さらに複数の工程に分けられる。従って、「溶解原料の運搬中」「鋳込み作業中」「片付け中」などのようなスイッチＳを設けても良い。このようなスイッチＳを設けた場合は、表１に定める区分をさらに細かく分類しておく。そして制御装置５は、この詳しい作業段階の情報と、予め定めた作業空間Ｒの作業段階に応じて必要な吸引量を対比し、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量を算出する。なお、「溶解原料の運搬中」「鋳込み作業中」「片付け中」というスイッチＳの代わりに、風量の多さを示す「大」「中」「小」などのスイッチＳを設けても良い。

なお、スイッチＳによって入力される作業段階は、必ずしも現在の作業段階とは限らない。例えば、現在は作業を行っていない状態「休止中」であるが、少しして作業を始める予定である場合に、作業者等が「作業中」のスイッチＳを押すことも考えられる。また、現在は作業が終了した状態「休止中」であるが、作業を終えて間もないため、作業空間Ｒ内に残存している粉塵を排気したいと考えて、スイッチＳを「作業中」のままにすることも考えらえる。このようなときは、現在の作業段階がスイッチＳで入力された状態にあると仮定し、スイッチＳの入力情報に基づいて、「作業中」の風量を出力すると良い。

また、スイッチＳを、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量を具体的に入力させる形態に変えても良い。そのほか、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で生じている粉塵量を計測し、その粉塵量に応じて必要な風量を算出するようにしても良い。

以上のようなスイッチＳの種類と、スイッチＳからの信号に基づく各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量の決め方はあくまでも一例であり、諸々の変更をすることができる。

次に、制御装置５は各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量に基づき、全ての作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量（合計量）を算出する。なお、全ての作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量をその都度計算する方式ではなく、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆のスイッチＳの入力パターンと、その各パターンに応じた合計量を予め定めておき、入力されたパターンに合せて合計量が自動的に決まる方式を採用しても良い。例えば、前記表１において、原料置き場（休止中）、電気炉（休止中）、鋳込場（作業中）、型ばらし場（休止中）、研磨場（休止中）、砂再生場（作業中）と選択された場合は、合計量が４２００ｍ³／ｍｉｎになるというように、予め入力され得る複数のパターンと、それに応じた合計量も予め定めておく方式を採っても良い。

なお、所定の時間帯ごとに必要な排風量の合計値は、１日の作業予定から予測可能である。例えば、１３時〜１４時の間に鋳込み作業と砂再生作業だけを行う予定のときは、鋳込場と砂再生場のスイッチＳが「ＯＮ」になり、他の場所のスイッチＳが「ＯＦＦ」になると予測できる。そのため、前記表１に基づいて計算すると、前述のとおり合計で４２００ｍ³／ｍｉｎの風量が必要になると予測できる。また、例えば１４時〜１５時の間に型ばらし作業だけを行う予定のときは、型ばらし場のスイッチＳが「ＯＮ」になり、他の場所のスイッチＳが「ＯＦＦ」になると予測できる。そのため、前記表１に基づいて計算すると、原料置き場（休止中）１００ｍ³／ｍｉｎ、電気炉（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎ、鋳込場（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎ、型ばらし場（作業中）１，０００ｍ³／ｍｉｎ、研磨場（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎ、砂再生場（休止中）２００ｍ³／ｍｉｎとなり、合計で１９００ｍ³／ｍｉｎの風量が必要になると予測できる。

従って、１日の作業予定から、各時間帯に各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要となる風量の合計値を予め予測しておいても良い。

なお、前記の例では１時間ごとに時間帯を区分したが、数分ごとに区分したり、数時間ごとに区分したりしても良い。また、表１に示す風量の設定値は、それぞれ任意の値に変更しても良い。

次に、制御装置５は、前記合計値からブロワ７の回転数を算出する。このブロワ７の回転数の求め方について、図２を参照しながら説明する。

ブロワ７の回転数は、風量Ｑ（ｍ³／ｈ）をＸ軸に、静圧Ｐ（Ｐａ）をＹ軸にとったＰ−Ｑ線図（性能曲線図）を用いて定める。このＰ−Ｑ線図を図２に例示する。Ｐ−Ｑ線図において、空気の流れに対するダクトＤや集塵機４の性質は、空気量と圧力抵抗との関係を示す抵抗曲線Ｎとして表される。また、ブロワ７の性能は性能曲線Ｍとして表される。

このＰ−Ｑ線図において、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要とする風量の合計値Ｑ１の抵抗曲線Ｎ上の点を設計点Ｌ（Ｌ１）とする。この設計点は、設計上の値に相当する点である。なお、性能曲線Ｍ（Ｍ１）よりも下の範囲（砂模様を付した範囲）が、ブロワ７の能力を示している。すなわち、設計点Ｌ（Ｌ１）が、性能曲線Ｍ（Ｍ１）よりも下の範囲にあれば、設計点Ｌ（Ｌ１）の風量（Ｑ１）を出力できることとなる。図２の場合では、設計点Ｌ（Ｌ１）が性能曲線Ｍ（Ｍ１）よりも下の範囲に入っているため、設計点Ｌ（Ｌ１）の風量（Ｑ１）を出力できることが分かる。そのため、ブロワ７はこの性能曲線Ｍ（Ｍ１）を描く回転数で運転すれば良い。

なお、性能曲線Ｍの位置は、ブロワ７の回転数によって異なる。例えば、ブロワ７の回転数が高い場合、性能曲線Ｍはより外側（図２の右上方向）に位置し、例えばＭ２の位置となる。反対に、ブロワ７の回転数が低い場合、性能曲線Ｍはより内側（図２の左下方向）に位置し、例えばＭ３の位置となる。

例えば、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量の合計値Ｑが、Ｑ１よりも高いＱ２である場合、設計点ＬはＬ２となる。そのため、設計点Ｌ２が性能曲線Ｍより下の範囲に入るように、ブロワ７の回転数をより早くして、性能曲線ＭをＭ２の位置にする。反対に、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量の合計値Ｑが、Ｑ１よりも低いＱ３である場合、設計点ＬはＬ３となる。そのため、ブロワ７の回転数をより遅くして、性能曲線ＭをＭ３の位置にする。なお、ブロワ７の回転数を変えたときの性能曲線Ｍは、風量に比例するとともに、静圧の２乗に比例する。

以上の内容をまとめると、まず各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量の合計値（例えば、Ｑ１）と、図２に例示したような抵抗曲線Ｎから、設計点Ｌ（例えば、Ｌ１）を定める。そして、その設計点Ｌ１が性能曲線Ｍの図面下側となるように、性能曲線Ｍの位置を決定する（例えば、Ｍ１とする）。そして、この性能曲線Ｍ１を描くブロワ７の回転数を、合計値Ｑ１から求めたブロワ７の回転数とする。なお、抵抗曲線Ｎは、原点を通る二次曲線であり、風量Ｑと静圧Ｐに基づいて求める。

また、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で現在必要な風量の合計値に基づいて、ブロワ７の回転数をその都度求めるのではなく、１日の作業予定に基づいて、各時間帯で必要となるブロワ７の回転数を予め算出しておいても良い。

また、１日の作業予定が、異なる日にちで変わらないこともある。例えば、今日も明日も同じ作業予定である場合や、毎週月曜日に同じ作業予定を組んでいる場合を挙げることができる。このような場合、ブロワ７の回転数を毎日計算し直すのではなく、作業予定が同じ日は、ブロワ７の回転数も同じになるようにプログラミングしておくと良い。すなわち、作業予定を複数のパターンにパターン化しておき、パターンが同じ日は、回転数も同じになるようにする。例えば、毎週同じ曜日に同じ作業予定を組んでいる鋳物工場の場合は、月曜日の作業予定をＡパターン、火曜日の作業予定をＢパターンなどと、月曜日から金曜日までの作業予定を計５つのパターンに分けておく。そして、同じパターンの日には、始業時間から終業時間にかけて、ブロワ７の回転数を時間帯ごとに同じように変化させると良い。当然にパターンが違う日は、時間帯ごとのブロワ７の回転数も違うものとなる。

以上のように、ブロワ７の回転数を決定したら、制御装置５からインバータ６へ指示信号を送信する。信号を受けたインバータ６は、指示された回転数となるように、ブロワ７の回転数を変える。

この内容について、設計点をＬ１に設定し、性能曲線をＭ１にして運転する場合を例に詳述する。制御装置５は、性能曲線Ｍ１を描くブロワ７の回転数を指示信号としてインバータ６へ送る。インバータ６は、制御装置５からの信号に基づき、周波数を変更してブロワ７の回転数を変更する。このときの動作点（実際の性能曲線上の運転点）は、性能曲線Ｍ１と抵抗曲線Ｎとの交点Ｒ１となる。

なお、作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆ごとに必要な風量が違うことが多い。そのため、前記のようにブロワ７の回転数を変更するとともに、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆で必要な風量に応じて、各ダンパＥ₁〜Ｅ₆の開度を変えて、各ダクトＤ₁〜Ｄ₆を流れる風量を変えるようにする。すなわち、粉塵発生量が多い作業空間Ｒと連結しているダクトＤでは、ダンパＥの開度を大きくする。他方、粉塵量が少ない作業空間Ｒと連結しているダクトＤでは、ダンパＥの開度を小さくする。このように、ダンパＥの開度を変えることにより、作用空間Ｒごとに風量を変えることができる。

次に、制御装置５がブロワ７の回転数を修正する。この修正は、はじめに風量センサＦ₁〜Ｆ₆によって各ダクトＤ₁〜Ｄ₆の実際の風量を計測し、その計測結果を制御装置５へ送信する。制御装置５は、各ダクトＤ₁〜Ｄ₆の風量が、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ₆から要求された風量を満たしているか否かを確認する。

そして、一部のダクトの風量が要求された風量を満たしていないときは、ブロワ７の回転数を上げたり、ダンパＥの開度を大きくしたりする調整を行う。詳しくは、ブロワ７の風量は十分であるが、一部の作業空間Ｒの風量が足りず、一部の作業空間Ｒの風量が必要以上に多い場合は、風量の配分が良くない状態であると判断し、風量が足りないダクトＤのダンパＥの開度を大きくし、風量が多いダクトＤのダンパＥの開度を小さくする。他方、風量の配分は良い状態であるが、ブロワ７の風量が足りない場合は、ブロワ７の回転数を上げて風量を多くする。

反対に、一部のダクトの風量が、要求された風量よりも多すぎるときは、ブロワ７の回転数を下げたり、ダンパの開度を小さくしたりする調整を行う。このように本発明においては、実際の風量を計測して、ブロワ７の回転数を変えたりダンパＥの開度を変えたりするフィードバック制御を行うと良い。

また前述のとおり、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ_n内の粉塵量をダストセンサ等で計測し、その粉塵量に基づいて、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ_n内で必要な風量を制御装置５が算出しても良い。この場合、算出した風量Ｑや抵抗曲線Ｎから設計点Ｌを求め、性能曲線Ｍに基づいてブロワ７の回転数を決定することや、実際に流れている風量を計測して、フィードバック制御で風量を修正する点は前記と同様である。

（ポンプ）
集塵装置５の後段には、ポンプ８を設けても良い。このポンプ８は、湿式の集塵装置５を採用した場合に、水を集塵装置５内へ送るために用いられる。集塵装置５では、水のシャワーによって、空気中の粉塵が除去される。

（その他）
以上のように、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ_nの作業段階に応じてブロワ７の回転数を最適化することで、従来の集塵換気設備よりもブロワ７の風量を減らすことができる。また、ダンパＥ₁〜Ｅ_nの開度をそれぞれ変えることで、粉塵量が多い作業空間Ｒの風量（吸引量）を多くし、粉塵量が少ない作業空間Ｒの風量（吸引量）を少なくできるとともに、従来の集塵換気設備よりもブロワ７の風量を減らすことができる。その結果、集塵機４を通過する空気量が減るため、従来の集塵換気設備の集塵機４の容量を最大５０％程度小さくすることができる。そして、集塵機４の容量が小さくなるため、イニシャルコストを低減できるとともに、設置スペースの縮小、騒音の低下などを実現できる。

また、スイッチＳを用いて、各作業空間Ｒ₁〜Ｒ_nの作業段階や各作業空間Ｒ₁〜Ｒ_nで必要とする風量を細目に入力したり、ダストセンサで粉塵量を自動検知したりすることで、作業空間Ｒ内に粉塵が拡散する前に汚染空気を排気でき、快適で安全な作業環境を実現できる。

また、予め定められた休憩や突発的に作業を休止したときなどに、作業者等がスイッチＳを操作したり、ダストセンサが粉塵量を検知したりすることで、ブロワ７の風量を抑えることができる。その結果、ブロワ７の無駄な運転が減り、エネルギーの省エネや、電力料金の削減等を実現できる。

また、インバータ６を用いてブロワ７の回転数を自動変速制御するため、ブロワ７のベアリングや集塵機４のフィルタなどの負荷を低減できる。さらに、従来のように、ブロワ７の回転数を一定に固定して運転する場合と比べて、集塵換気設備１の寿命を大幅に延ばすことができるとともに、メンテナンスコストを低減できる。

１集塵換気設備
２建物
３区切り部材
４集塵機
５制御装置
６インバータ
７ブロワ
８ポンプ
Ｃ補助制御装置
Ｃ₁〜Ｃ₆（Ｃ₁〜Ｃ_n）補助制御装置１〜補助制御装置６（補助制御装置１〜補助制御装置ｎ）
Ｄダクト
Ｄ₁〜Ｄ₆分岐ダクト
Ｄ₇集合ダクト
Ｅダンパ
Ｅ₁〜Ｅ₆（Ｅ₁〜Ｅ_n）ダンパ１〜ダンパ６（ダンパ１〜ダンパｎ）
Ｆ風量センサ
Ｆ₁〜Ｆ₆（Ｆ₁〜Ｆ_n）風量センサ１〜風量センサ６（風量センサ１〜風量センサｎ）
Ｒ作業空間
Ｒ₁〜Ｒ₆（Ｒ₁〜Ｒ_n）作業空間１〜作業空間６（作業空間１〜作業空間ｎ）
Ｓスイッチ

Claims

鋳物工場の建物の集塵換気設備であって、
前記建物の内部を鋳物製造の作業工程に応じて複数の作業空間に区切り、隣接する作業空間からの粉塵の流入を防止する間仕切りシートと、
前記複数の作業空間の天井にそれぞれ設けた排気口と、
前記排気口から排気された空気を浄化する集塵機と、
各作業空間の粉塵を含む空気を、前記集塵機を介して一括して吸引する、回転翼を備えたブロワと、
前記複数の作業空間にそれぞれ設けられ、前記作業空間にいる者が操作する各作業空間内の空気の吸引量を変更可能なスイッチと、
前記複数の作業空間と前記集塵機の間にそれぞれ配置された複数の分岐ダクトと、
前記複数の分岐ダクトにそれぞれ配置され、前記分岐ダクト内を流れる空気の流量を調節するダンパと、
各作業空間で必要な吸引量を合算し、合算値に基づいて前記ブロワの回転翼の回転数を制御するとともに、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する制御手段と、
を有することを特徴とする集塵換気設備。
各作業空間に粉塵量を計測する計測手段が設けられ、
前記スイッチは自動制御を指定可能であり、
前記スイッチで自動制御が指定された状態で、前記制御手段は、前記計測手段で計測した粉塵量から各作業空間で必要な吸引量を算出し、算出した各吸引量を合算し、合算値に基づいて前記ブロワの回転翼の回転数を制御するとともに、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する構成とした請求項１記載の集塵換気設備。
前記複数の分岐ダクトに、前記分岐ダクトを流れる空気の風量を計測する風量センサがそれぞれ設けられ、
前記制御手段は、前記風量センサで計測した風量と、各作業空間で必要とする吸引量を比較して、前記ブロワの回転翼の回転数を修正する構成とした請求項１記載の集塵換気設備。
鋳物工場の建物の集塵換気方法であって、
前記建物の内部を鋳物製造の作業工程に応じて複数の作業空間に区切り、隣接する作業空間からの粉塵の流入を防止する間仕切りシートと、
前記複数の作業空間の天井にそれぞれ設けた排気口と、
前記排気口から排気された空気を浄化する集塵機と、
各作業空間の粉塵を含む空気を、前記集塵機を介して一括して吸引する、回転翼を備えたブロワと、
前記複数の作業空間にそれぞれ設けられたスイッチと、
前記複数の作業空間と前記集塵機の間にそれぞれ配置された複数の分岐ダクトと、
前記複数の分岐ダクトにそれぞれ配置され、前記分岐ダクト内を流れる空気の流量を調節するダンパと、
前記ブロワの回転翼の回転数を制御するとともに、前記ダンパの開度を決定する制御手段と、を有する集塵換気設備を用いて、
前記作業空間にいる者が、前記スイッチを操作して、各作業空間内の空気の吸引量を設定する工程と、
前記制御手段が、前記各作業空間で必要な吸引量を合算し、合算値に基づいてブロワの回転翼の回転数を制御する工程と、
前記制御手段が、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する工程と、
を有することを特徴とする集塵換気方法。
前記各作業空間に粉塵量を計測する計測手段が設けられ、
前記スイッチは自動制御を指定可能であり、
前記作業空間にいる者が、前記スイッチを操作して、自動制御を指定する工程と、
前記計測装置が、前記各作業空間の内部の粉塵量を計測する工程と、
前記制御手段が、前記計測手段で計測した粉塵量から各作業空間で必要な吸引量を算出し、算出した各吸引量を合算し、合算値に基づいて前記ブロワの回転翼の回転数を制御する工程と、
前記制御手段が、前記各作業空間で必要な吸引量に基づいて前記ダンパの開度を決定する工程、を有する請求項４記載の集塵換気方法。
前記複数の分岐ダクトに、前記分岐ダクトを流れる空気の風量を計測する風量センサがそれぞれ設けられ、
前記制御手段が、前記風量センサで計測した風量と、各作業空間で必要とする吸引量を比較して、前記ブロワの回転翼の回転数を修正する工程、を有する請求項４記載の集塵換気方法。