JP6756578B2 - 帯電水粒子散布装置 - Google Patents

Description

本発明は帯電水粒子散布装置に関する。

土工事などの作業現場では粉塵が発生しやすく、粉塵が大量に発生すると、作業効率の低下や作業環境および周辺環境の悪化を招くおそれがある。
そこで、粉塵の発生を抑制するために、水粒子を帯電させた帯電水粒子を空気流によって粉塵の発生する空間に移送させ、帯電水粒子によって粉塵を吸着、落下させる帯電水粒子散布装置が提案されている（特許文献１参照）。
そしてこの従来技術では、吹き出し口から一方向に向かって流れる送風機を用い、送風機で形成される空気流の流れ中心軸と、帯電水粒子の噴出中心軸とを、帯電水粒子の噴出位置よりも前方の一点で交差するように帯電水粒子散布装置を配置している。

特許第５９７３２１９号

一方、帯電水粒子は空気よりも比重が大きい。
そのため、従来技術では、多量の帯電水粒子を、送風機で形成される空気流に単に交差させて進入させても、多量の帯電水粒子を空気流に効率良く混合する上で不利がある。
また、従来技術では、送風機のケーシングの周方向に間隔をおいた多数の箇所から多量の帯電水粒子を、送風機で形成される空気流に交差させて進入させており、そのため、多量の帯電水粒子を含んだ空気の流れにより送風機で形成された空気流の速度が減速する。

このようなことから十分な量の帯電水粒子を目的の箇所まで運ぶことができず、工事における粉塵の発生を十分に抑制する効果が期待できない。
本発明は、軸流送風機の吹き出し口の前方の数ｍの範囲では、吹き出し口から噴出される空気が大きな流速の旋回流をなしていることに着目して案出されたものであって、本発明の目的は、帯電水粒子噴出部から噴出された帯電水粒子を、旋回流の流速の減速を抑制しつつ旋回流に効率良く混合させ、十分な量の帯電水粒子を軸流送風機で作られた送風に乗せて目的の箇所に到達させることができ、工事における粉塵の発生を抑制する上で有利な帯電水粒子散布装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、軸流送風機と、帯電水粒子を噴出させる帯電水粒子噴出部とを備え、前記帯電水粒子噴出部はその軸心が、前記軸流送風機の吹き出し口から吹き出される空気の旋回流の外周部における旋回流れの接線上に位置するように配置されていることを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、前記帯電水粒子噴出部は、前記吹き出し口の周方向に間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、前記軸流送風機は、前記吹き出し口を有するケーシングを備え、前記ケーシングに取り外し可能なフレーム部材が取着され、前記帯電水粒子噴出部は、前記フレーム部材で支持されていることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、前記帯電水粒子噴出部は、その軸心が前記ケーシングの軸心方向と交差する方向に傾動調整可能に支持されていることを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、前記ケーシングの軸心方向において、前記帯電水粒子噴出部は、前記吹き出し口よりも前記ケーシングの吸い込み口側に偏位した箇所に位置していることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、帯電水粒子噴出部から噴出された帯電水粒子は、軸流送風機で作られた旋回流の速度の減速を抑制しつつ旋回流に効率良く混合される。そして、十分な量の帯電水粒子を軸流送風機で作られた送風に乗せて目的の箇所に到達させることができ、工事における粉塵の発生を抑制する上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、十分な量の帯電水粒子を軸流送風機で作られた送風に乗せて目的の箇所に到達させることができ、工事における粉塵の発生を抑制する上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、帯電水粒子散布装置の汎用性を高める上で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、軸流送風機の送風量の変更に伴って帯電水粒子噴出部の向きを適宜変更でき、帯電水粒子を空気の旋回流に効率良く混合し、十分な量の帯電水粒子を軸流送風機で形成された空気流に効率良く乗せる上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、帯電水粒子を空気の旋回流に効率良く混合する上で有利となる。

帯電水粒子散布装置の要部断面側面図である。 帯電水粒子散布装置の正面図である。 帯電水粒子噴出部の構成を示す断面図である。 帯電水粒子散布装置の構成を示すブロック図である。 バックホウを用いた作業現場において帯電水粒子散布装置を使用した場合の説明図である。

（第１の実施の形態）
以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。
帯電水粒子散布装置１０は、土工事や土質改良作業を行なう現場で粉塵が大量に発生する箇所または粉塵の飛散した箇所へ空気流によって帯電水粒子２５を移送させることで帯電水粒子２５に粉塵を吸着させ地面に落下させ、粉塵の発生抑止、大気中の粉塵の除去を図るものである。
図１、図２、図４に示すように、帯電水粒子散布装置１０は、軸流送風機１２と、複数の帯電水粒子噴出部１４と、フレーム部材１６と、タンク１８と、ポンプ２０と、帯電化電源２２と、制御部２４とを含んで構成されている。

図１に示すように、軸流送風機１２は、筒状のケーシング１２０２と、ケーシング１２０２の内部に配置されたファン１２０４と、ケーシング１２０２を上下に揺動可能に支持するフレーム１２０６と、フレーム１２０６の下部に設けられた複数の移動用キャスター１２０８とを含んで構成されている。
軸流送風機１２は、ケーシング１２０２の軸方向から吸い込み軸方向に送風するものであり、ケーシング１２０２の一端の吸い込み口１２０２Ａから空気を吸い込み、他端の吹き出し口１２０２Ｂから空気を送風する。
また、軸流送風機１２では、吹き出し口１２０２Ｂの前方の数ｍの範囲において、吹き出し口１２０２Ｂから送風される空気が旋回流ＲＦをなしている。

なお、静翼（あるいは案内翼）が設けられたものでは、軸流送風機１２の吹き出し口１２０２Ｂ側での旋回流ＲＦが少なくなる。本発明は、帯電水粒子を移送するため旋回流ＲＦを積極的に利用するものであり、本発明において軸流送風機１２とは、旋回流ＲＦを少なくする静翼（あるいは案内翼）が省略されているものを意味する。
ファン１２０４は、ケーシング１２０２の内部中央で支持されたモータ１２１０と、モータ１２１０により回転駆動される複数の羽根体１２１２とを含んで構成され、モータ１２１０と制御部２４とは電気的に接続されている。
なお、このような軸流送風機１２として多段軸流ファンなど従来公知の様々な構造が採用可能であり、本実施の形態では、市販品を用いている。

帯電水粒子噴出部１４は、帯電水粒子２５を噴出させるものである。
本実施の形態では、帯電水粒子噴出部１４は複数（４つ）設けられている。
図３に示すように、各帯電水粒子噴出部１４は、ノズル部２６と、ノズル部２６に設けられた環状誘電電極部３０とを含んで構成され、図中ＣＬは帯電水粒子噴出部１４の軸心すなわちノズル部２６の軸心を示している。
ノズル部２６は、基部２６０２と、カバー部２６０４と、噴霧部２６０６とを備えている。
基部２６０２は円筒状を呈し、基部２６０２の半径方向内側の空間は水が供給される通路２６０８となっている。
基部２６０２には、フレキシブルな水供給管３４が継手３４０２を介して接続され、水供給管３４は分配弁３４Ａを介してポンプ２０に接続されると共にホース１９を介してタンク１８に連結されている。

カバー部２６０４は、基部２６０２の先端に設けられ、基部２６０２よりも大きな外径で基部２６０２と同軸の円筒状を呈している。
本実施の形態では、基部２６０２およびカバー部２６０４は絶縁性材料で一体的に形成されている。なお、基部２６０２およびカバー部２６０４は別体で構成されていてもよいが、少なくともカバー部２６０４は絶縁性材料で形成されていることが水粒子を帯電させるために必要である。
噴霧部２６０６は、基部２６０２及びカバー部２６０４と同軸の円筒状に形成され、カバー部２６０４の内側中央に位置している。
噴霧部２６０６の内側の空間は通路２６０８に連通し、噴霧部２６０６の基端は、カバー部２６０４の内周部に接続され、噴霧部２６０６の先端中央に水粒子を噴出する噴霧孔２６１４が形成されている。
本実施の形態では、水粒子の平均粒径が８０〜２５０μｍとなるように噴霧孔２６１４が形成されている。

環状誘電電極部３０は、軸方向において噴霧孔２６１４に対して基部２６０２から離れる方向に離間したカバー部２６０４の部分に埋設されている。
環状誘電電極部３０は、カバー部２６０４の全周にわたって延在している。
したがって、後述する帯電化電源２２により環状誘電電極部３０に高圧電圧を印加することで、噴霧孔２６１４から噴出される水粒子が帯電され、帯電水粒子噴出部１４から平均粒径が８０〜２５０μの帯電水粒子２５が噴出される。
なお、帯電方式は誘電帯電方式やコロナ放電方式などの様々な方式があり、帯電水粒子噴出部１４として従来公知の様々な構造が採用可能であり、本実施の形態では、帯電水粒子噴出部１４として誘電帯電方式の市販品を使用している。
また、帯電化電源２２と１つのノズル部２６の環状誘電電極部３０とは、防水コネクタ２３０２が介設されたケーブル２３Ａを介して接続されている。
また、当該ノズル部２６に隣接するノズル部２６の環状誘電電極部３０への高圧電圧の印加は、当該ノズル部２６の環状誘電電極部３０に接続され防水コネクタ２３０２が介設された別のケーブル２３Ｂを介して接続されている。
残りのノズル部２６の環状誘電電極部３０も、上記と同様に防水コネクタ２３０２が介設されたケーブル２３Ｃ、２３Ｄを介して直列に接続されることで高圧電圧が順次印加されるように構成されている。

フレーム部材１６は各帯電水粒子噴出部１４を、ケーシング１２０２の前部の外周面の半径方向外側で支持するものである。
フレーム部材１６は、ケーシング１２０２の前部の外周面に着脱可能に取着される環状の取り付け部材１６０２と、取り付け部材１６０２の周方向に等間隔をおいた複数箇所（本実施の形態では４箇所）から突設されたロッド１６０４と、ロッド１６０４に取着された自在継手１６０６とを含んで構成されている。したがって、帯電水粒子噴出部１４はケーシング１２０２に取り外し可能に設けられ、帯電水粒子散布装置１０の汎用性が高められている。
各帯電水粒子噴出部１４は自在継手１６０６を介してロッド１６０４に取着され、各帯電水粒子噴出部１４は、ケーシング１２０２の軸心方向と交差する方向に傾動調節可能に支持されている。

このように水供給管３４が接続された複数の帯電水粒子噴出部１４がフレーム部材１６によりケーシング１２０２の前部の半径方向外側に配置された状態で、複数の帯電水粒子噴出部１４はケーシング１２０２の周方向に等間隔をおいた箇所に位置している。
また、帯電水粒子噴出部１４はその軸心ＣＬが、軸流送風機１２の吹き出し口１２０２Ｂから吹き出される旋回流ＲＦの外周部における空気の旋回流れの接線上に向けられて配置されている。
ここで、旋回流ＲＦの外周部とは旋回流ＲＦが確実に形成される箇所であり、図２に示すように、旋回流ＲＦの直径をＤとした場合、Ｄ/２を直径とする円の外側の環状の円部分が旋回流ＲＦの外周部である。
本実施の形態では、軸心ＣＬが、旋回流ＲＦの直径Ｄ方向において外周部の中間部（旋回流ＲＦの外周から旋回流ＲＦの半径方向内側に向かって１/８Ｄの寸法に位置する箇所）における旋回流れの接線上を通るように、言い換えると、旋回流れの接線上に位置するように帯電水粒子噴出部１４が配置されている。
また、図１に示すように、ケーシング１２０２の軸心方向において、帯電水粒子噴出部１４の先端は、吹き出し口１２０２Ｂよりもケーシング１２０２の吸い込み口１２０２Ａ側に偏位した箇所に位置している。

図４に示すように、タンク１８は水を貯留するものである。
ポンプ２０は、タンク１８からホース１９を介して供給される水を、分配弁３４Ａおよび水供給管３４を介して各帯電水粒子噴出部１４のノズル部２６に供給するものであり、ポンプ２０の動作の実行、停止は制御部２４によって制御される。
帯電化電源２２は、商用電源の電圧を変圧して各帯電水粒子噴出部１４の環状誘電電極部３０にケーブル２３Ａ〜２３Ｄを介して高圧電圧（例えば７５００Ｖ）を印加するものである。
本実施の形態では、環状誘電電極部３０に正の電圧を印加することで、負に帯電させた帯電水粒子２５を各帯電水粒子噴出部１４から噴出させるようにしているが、これとは逆に、環状誘電電極部３０に負の電圧を印加することで、正に帯電させた帯電水粒子２５を各帯電水粒子噴出部１４から噴出させるようにしてもよい。
帯電化電源２２による電圧の印加の実行、停止は制御部２４によって制御される。
なお、水源として井戸水や上水道を利用できる場合には、タンク１８は不要となる。
制御部２４は、帯電水粒子噴出部１４による帯電水粒子２５の噴出および軸流送風機１２による空気流の形成を行なう粉塵抑制動作を実行あるいは停止させるものである。なお、制御部２４は、商用電源が供給されることで機能する。

次に帯電水粒子散布装置１０の使用方法について説明する。
図５は、建設機械５２を用いて地盤Ｇの掘削を行なう土工事での使用例を示す。
本実施の形態では、建設機械５２がバックホウ５２Ａである場合について説明するが、建設機械５２は、バックホウ５２Ａに限定されるものではなく、ブルドーザーなど従来公知の様々な建設機械５２であってもよい。
バックホウ５２ＡのバケットＢによって地盤Ｇが掘削されることで粉塵が発生する箇所、すなわち、掘削される地盤Ｇの上方の空間Ｓに向けて空気流が到達するように軸流送風機１２の上下方向および水平方向の向きを調節する。

制御部２４のスイッチの操作によりあるいはリモートコントローラの操作により、ポンプ２０、帯電化電源２２、モータ１２１０の電源をオンさせ、粉塵抑制動作を実行させる。
これにより、帯電水粒子２５は、吹き出し口１２０２Ｂから吹き出される旋回流ＲＦの外周部における空気の旋回流れの接線上に向けて噴出され、旋回流ＲＦにより空気と混合されつつ旋回し、軸流送風機１２で形成された空気流に乗って空間Ｓに向けて移送される。
空間Ｓに到達した帯電水粒子２５は、例えば負に帯電しているので、空間Ｓの粉塵をクーロン力によって吸着したのち、帯電水粒子２５および粉塵の自重により地面に落下する。
なお、帯電水粒子２５の平均粒径が前述した８０〜２５０μｍであるのに対して、粉塵の平均粒径は例えば１０μｍ以下である。
このような帯電水粒子２５による粉塵の吸着、落下がなされることにより空間Ｓの粉塵の発生が抑制される。

本実施の形態によれば、帯電水粒子２５は帯電水粒子散布装置１０から、吹き出し口１２０２Ｂから吹き出される旋回流ＲＦの外周部における空気の旋回流れの接線上に向けて噴出される。
そのため、旋回流ＲＦの流速の減速を抑制しつつ旋回流ＲＦを利用して帯電水粒子２５を空気の旋回流ＲＦに効率良く混合でき、言い換えると、旋回流ＲＦを利用して十分な量の帯電水粒子２５を軸流送風機１２で形成された空気流に効率良く乗せることができる。
これにより軸流送風機１２で形成された空気流に乗せて十分な量の帯電水粒子２５を粉塵発生箇所に確実に移送する上で有利となる。
本実施の形態では、帯電水粒子噴出部１４を複数配置したので、十分な量の帯電水粒子２５を粉塵発生箇所に確実に移送する上でより有利となる。
したがって、粉塵の飛散を効果的に抑制することで、作業効率の向上を図る上で有利となり、また、バックホウ５２Ａの運転者、あるいは、現場に所在する作業者に粉塵が与える影響を抑制して現場の作業環境を良好に保つ上で有利となる。
また、粉塵が風によって現場近隣の住宅などに流れることを抑制でき、現場近隣の周辺環境を良好に保つ上で有利となる。

また、帯電水粒子噴出部１４は軸流送風機１２のケーシング１２０２に取り外し可能に設けられているので、市販の軸流送風機１２に帯電水粒子噴出部１４を取り付けることができ、帯電水粒子散布装置１０の汎用性を高める上で有利となる。
また、帯電水粒子噴出部１４は、ケーシング１２０２の軸心方向と交差する方向に傾動調整可能に支持されている。
そのため、軸流送風機１２の送風量の変更に伴って帯電水粒子噴出部１４の向きを適宜変更でき、帯電水粒子２５を空気の旋回流ＲＦに効率良く混合し、十分な量の帯電水粒子２５を軸流送風機１２で形成された空気流に効率良く乗せる上で有利となる。

また、本発明において、ケーシング１２０２の軸心方向において、帯電水粒子噴出部１４の先端を、吹き出し口１２０２Ｂよりも前方に配置してもよいが、本実施の形態のように、ケーシング１２０２の軸心方向において、帯電水粒子噴出部１４の先端を、吹き出し口１２０２Ｂよりもケーシング１２０２の吸い込み口１２０２Ａ側に偏位した箇所に配置すると、次のような効果が奏される。
すなわち、吹き出し口１２０２Ｂの前方の数ｍの範囲では、旋回流ＲＦの流速は極めて速く、旋回流ＲＦの周囲の空気が旋回流ＲＦに引き込まれる。
そのため、旋回流ＲＦに引き込まれる空気の流れに対しての帯電水粒子噴出部１４の干渉を抑制できることから、旋回流ＲＦに引き込まれる空気の流れを利用して帯電水粒子２５を空気の旋回流ＲＦに効率良く混合する上で有利となり、十分な量の帯電水粒子２５を軸流送風機１２で形成された空気流に効率良く乗せる上で有利となる。

なお、実施の形態では、帯電水粒子散布装置１０を土工事の現場で使用した場合について説明した。しかしながら、帯電水粒子散布装置１０の用途は実施の形態に限定されるものではなく、例えば、掘削土砂や廃棄物などの粉塵を生じる粉塵発生物をダンプトラックの荷台に積載する積載場所や、土壌に土質改良材を混合する土質改良装置が設置されている場所のように粉塵が発生する場所に広く用いることができることは無論である。

１０ 帯電水粒子散布装置
１２ 軸流送風機
１２０２ ケーシング
１２０２Ａ 吸い込み口
１２０２Ｂ 吹き出し口
１２０４ ファン
１２０６ フレーム
１２１０ モータ
１６ フレーム部材
１４ 帯電水粒子噴出部
２２ 帯電化電源
２６ ノズル部
３０ 環状誘電電極部
３４ フレキシブルな水供給管
ＲＦ 旋回流
ＣＬ 帯電水粒子噴出部の軸心

Claims (5)

1. 軸流送風機と、
   帯電水粒子を噴出させる帯電水粒子噴出部とを備え、
   前記帯電水粒子噴出部はその軸心が、前記軸流送風機の吹き出し口から吹き出される空気の旋回流の外周部における旋回流れの接線上に位置するように配置されている、
   ことを特徴とする帯電水粒子散布装置。
2. 前記帯電水粒子噴出部は、前記吹き出し口の周方向に間隔をおいて複数配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の帯電水粒子散布装置。
3. 前記軸流送風機は、前記吹き出し口を有するケーシングを備え、
   前記ケーシングに取り外し可能なフレーム部材が取着され、
   前記帯電水粒子噴出部は、前記フレーム部材で支持されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の帯電水粒子散布装置。
4. 前記帯電水粒子噴出部は、その軸心が前記ケーシングの軸心方向と交差する方向に傾動調整可能に支持されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の帯電水粒子散布装置。
5. 前記ケーシングの軸心方向において、前記帯電水粒子噴出部は、前記吹き出し口よりも前記ケーシングの吸い込み口側に偏位した箇所に位置している、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の帯電水粒子散布装置。

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