JP6757198B2 - 帯電水粒子を用いた粉塵除去方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設工事やトンネル工事などにおける、空気中に飛散するコンクリートや岩石等の粉塵を除去するための、帯電水粒子を用いた粉塵除去方法と装置に関するものである。

建築物の解体現場やトンネル工事において、コンクリート・岩石等の圧砕や破砕時に周囲に飛散する大量の粉塵は、作業環境を悪化させ、作業員の呼吸器系にも悪影響を及ぼすものである。

そこで従来から、粉塵の飛散防止対策として、従来例１：散水用の作業員が解体用重機に一人ついて、大量の水を散水しながら解体工事を行っている。

しかしながら、前記大量の水による除塵作用は必ずしも効率的ではなく、更に、作業場の下部に水が溜まり、作業員の足下が悪くなる。また、専用の作業員を一人付ける必要があって、除塵作業が効率的で無く施工コストが嵩むことになる。そこで、従来例２：前記粉塵が電気的に帯電することに着目して、帯電ミストを用いた粉塵除去工法が知られている（特許文献１）。

特開２０１３−２２７８０６号公報

しかし、前記従来例２としての帯電水粒子を用いた粉塵除去方法では、除去対象となる粉塵の電荷量が把握されていないので、粉塵の事前計測を行わないと、噴霧するミストの最適な帯電の設定や、水の噴霧量の設定を行うことができない課題がある。本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去方法と装置は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去方法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、帯電水粒子と粉塵と互いに電気的に吸引させて、前記粉塵を前記帯電水粒子とともに除去する粉塵除去方法において、前記粉塵の正・負電荷のいずれであるかを正・負電荷判別手段によって判別し、前記判別された粉塵の電荷と反対の電荷を帯電手段によって帯電された前記帯電水粒子によって、前記粉塵を除去することである。

前記帯電水粒子の噴霧量の制御は、該帯電水粒子を噴霧するノズルの数の増減、噴霧される帯電水粒子の粒径の大きさの調整、ノズルに供給される水の水量調整のうち、これらのいずれか一つ、若しくは、これらの適宜な組み合わせにて制御することである。

本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去装置の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、帯電水粒子の噴霧用のノズルと、該ノズルの噴口側周囲に配設される帯電水粒子生成用の帯電手段と、前記ノズルと前記帯電手段とを駆動制御する制御装置とを少なくとも有してなり、前記ノズルから帯電水粒子を噴霧し、浮遊する粉塵と前記帯電水粒子とを互いに吸引させて、除塵する粉塵除去装置において、前記粉塵が正電荷・負電荷のいずれかに帯電しているかを判別する正・負電荷判別手段が設けられていることである。

前記帯電手段に流れる電流の正・負を、制御装置を介して切り換える電流切替手段が設けられていることである。

除塵対象の粉塵の電荷量を測定する電荷量計測手段が設けられていることである。

前記帯電水粒子を噴霧する複数のノズルの噴霧をＯＮ／ＯＦＦさせる開閉手段と、前記ノズルの口径を可変する口径可変手段と、前記ノズルへの水の供給量を可変可能にして水を供給する供給手段と、これらの各手段に接続された制御手段とを備え、前記帯電水粒子の噴霧量を、前記ノズルの数の増減、前記ノズルから噴霧される帯電水粒子の粒径の大きさの調整、前記ノズルに供給される水の水量調整のうち、これらのいずれか一つ、若しくは、これらの適宜な組み合わせにて、前記制御手段を介して制御することである。

本発明の帯電水粒子を用いた粉塵除去方法と装置によれば、除塵対象の粉塵の電位を正・負電荷判別手段で予め判別することで、作業現場で直ちに帯電水粒子を前記粉塵の電位と逆の電位に帯電させて、粉塵に向けて噴霧することができるので、現場の粉塵に対して最適で効率的な除塵が自動制御にて実施できる。

また、粉塵量と風向風速に応じて、前記帯電水粒子の噴霧量が制御装置で適宜に制御され、無駄に水を噴霧すること無く節水となり、粉塵に対して適切な量の帯電水粒子が噴霧されるものである。

建設工事やトンネル工事等を含むあらゆる箇所の正・負のいずれかの電荷に帯電した粉塵にも、自動制御で迅速に対応することができると言う優れた効果を奏するものである。

本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去装置１の概略構成を使用状態で示す構成図である。 同本発明の帯電水粒子を用いた粉塵除去装置１における電荷量計測手段の、吸引式電荷量測定装置１０であって、振動発生装置でフィルターに付着した帯電体を落として電荷をリセットする場合の構成原理図（Ａ）と、フィルターに付着した帯電体を定期的にアース接続してリセットする場合の構成原理図（Ｂ）と、帯電水粒子を用いた粉塵除去装置１の使用状態を示す概略構成図（Ｃ）である。 同帯電水粒子を用いた粉塵除去装置１における帯電手段１１の構成図である。 帯電水粒子を用いた粉塵除去方法の概念を示す説明図である。 建設工事で発生する様々な粉塵が、粉塵発生源の物質によって正・負電荷のいずれに帯電しているかを一覧表にした説明図である。 帯電水粒子による除塵の結果で、他の除塵方法と比較した、粉塵の残存率を示す図である。

本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去方法と装置は、図１に示すように、除塵作業の前に、予め粉塵９ａの正・負の電荷を計測し、粉塵９ａの電荷と反対の電荷を付与した帯電水粒子９で効率的に除塵する。

また、粉塵９ａの電荷量を予め計測して、その電荷量に応じて帯電水粒子９の噴霧量を決めて、粉塵９ａの除去効果を高めて、効率的に除塵することで、結果的に水の使用量を節減させるものである。

本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去装置１の構成について、図面を参照して説明する。図１に示すように、前記粉塵除去装置１は、粉塵９ａの電荷を計測して正・負の電荷を判別する正・負電荷判別手段である電荷量センサ２と、粉塵センサ３によって粉塵９ａの粉塵量を計測する粉塵量計測手段（図示せず）と、風向風速を計測する手段である風向風速センサ４と、制御装置５と、水を貯留するタンクと該タンクからノズル７へと水を供給するポンプを具備した水の供給手段である水供給装置６と、水をミスト状にして噴霧するノズル７と、該ノズル７の噴口外側近傍の周囲に配設される誘導電極部８と、該誘導電極部８に正・負のいずれかの電流を流す電流切替手段１４とからなる。

前記粉塵９ａの電荷の正・負を判別する正・負電荷判別手段である電荷量センサ２は電荷量計測手段の一部を構成するものである。この電荷量計測手段は、構成の一例として、電荷量測定装置（市販品：ユーテック株式会社製、ＥＡ０２、これの相当品）と、電子天秤（市販品：Ａ＆Ｄ社製、ＧＨ０２、これの相当品）と、電荷量の自動計算ソフトを制御装置（ＣＰＵ）５に組み込んだパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）と、データ表示用のモニタとでなるものである。

前記電荷量センサ２は、前記電荷量測定装置で吸引された粉塵９ａの帯電状況が、正の電荷か、負の電荷かを判別するものである。その判別手段の一例として、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記電荷量計測手段における電荷量測定装置１０によって、帯電した粉塵等の帯電体を、吸引ポンプで吸引して内容器に導いて捕捉し、フィルター部に付着した帯電体の電荷を測定する。前記フィルター部に付着した帯電体の電荷は、振動装置（図２（Ａ）に示す例）若しくはアース接続（図２（Ｂ）に示す例）などによってリセットされ、一定時間での電荷の増減を測定することが可能となる。

その際、粉塵等の帯電体の電荷が「正」であれば、デジタル信号として、例えば、「１」のデータとして、逆に、前記電荷が「負」であれば、デジタル信号として「０」のデータとして、前記パソコンの制御装置５に、判別の結果として前記電荷量測定装置からケーブルを介して出力される。

前記粉塵センサ３は、具体的には粉塵量検出装置のことであり、光散乱方式により粉塵濃度および粉塵量を測定し、工事進捗により発生する粉塵量をリアルタイムで求めるためのセンサである。

図１に示す風向風速センサ４は、風速検出装置のことであり、熱線式風速計により、０．０１〜４０ｍ/ｓの範囲で風速を求めるためのセンサである。

前記水供給装置６は、図１と図２（Ｃ）とに示すように、水を貯留してあるタンクから給水して、ポンプでノズル７に水を給水管を介して供給するものである。前記ポンプは、制御装置５によって水圧送時の回転が制御されることで、前記供給される水の水圧が調整され、前記ノズル７から噴霧される水粒子（ミスト）の噴霧量が、調整されるようになっている。

前記ノズル７は、供給された水をミスト（約２５〜３００μｍの液体の微粒子）状にして、噴口から噴霧するものである。このノズル７は、図２（Ｃ）に示すように、帯電水粒子９を用いた粉塵除去装置１において、複数個のノズル７，７…が配設されている。

前記粉塵９ａの総電荷量（Ｑ）に応じて、前記制御装置５の制御によって、前記ノズル７に連通する給水管の管路を開閉する電磁弁（図示せず）等が開閉操作されて、噴霧するノズル７の数が増減される。

なお、帯電水粒子９の噴霧量の調整においては、例えば、前記ノズル７の噴口の口径を、ノズル片を軸周りに回転させて口径を絞るような公知の口径可変手段で大小変化させて、帯電水粒子９の粒径の大きさを変えて、調整することもできる。

前記誘導電極部８は、図１に示すように、前記ノズル７を囲むように配置し、高電圧の電流を流すことで、前記ノズル７から噴霧される水粒子に、正・負のいずれかの電荷を帯電させ、帯電水粒子９を生成させるものである。なお、この誘導電極部８は、導電性の金属部材に合成樹脂製の絶縁部材を被覆されている。これにより、電気的短絡防止や放電の発生防止の対策が施されている。

前記誘導電極部８は、図３に示すように、帯電手段１１の一部を構成するものである。この帯電手段１１によって、前記ノズル７から噴霧される水粒子を帯電させ、帯電水粒子９を生成するものである。

この帯電水粒子９を生成する構成は、所望の電圧が印加されて電界を形成して水粒子を前記電界で帯電させる誘導電極部８、水供給装置６を介して、ノズル７に接続される配管経路とアース側に接続されて、水に粉塵塵９ａとは逆の電荷を供給し、前記誘導電極部８に印加する電圧の基準電位を与える水側電極部１２、ケーブルを介して電圧を印加するための電源１３、電流の流れる方向を切り換える電流切替手段１４、該電流切替手段１４を制御する制御装置５で構成される。なお、電源１３には、短絡発生を防止する電流制限手段が設けられている。

前記帯電手段１１の帯電作用を説明すると、電源１３によって誘導電極部８に所望の電圧（粉塵９ａと同じ電位）を印加する。これにより、誘導電極部８によって電界が形成される。該電界によって、ノズル７から噴射される水膜が粉塵９ａとは逆の電荷で帯電され、帯電した水膜がミスト状に噴霧されることで水粒子が帯電水粒子９となる。

図４に示すように、前記帯電水粒子９が、この帯電水粒子９が帯電している電荷とは逆の電荷の粉塵９ａとクーロン力によって一体となり、その帯電水粒子９が地面に落下する。前記粉塵９ａの電荷と前記帯電水粒子９の電荷とが、逆の正・負になるように、制御装置５によって電流切替手段１４で、誘導電極部８に接続された電源１３の電流の流れを切り替えるものである。

以上のように構成される帯電水粒子を用いた粉塵除去装置１による、粉塵除去方法を説明する。建築物やトンネル工事の現場において、発生した粉塵９ａの電荷が、正・負の電荷のいずれであるかを正・負電荷判別手段で判別する。

図５に示すように、粉塵９ａの電荷は、その発生源によって「正」・「負」が異なり、更に、同じ発生源でも、工事の進捗によっては異なる電荷となることがある。これは、発生源の外側と内側とで組成が異なることがあるからである。

よって、除塵する前に、予め粉塵９ａの電荷を計測することが、能率的な除塵作業に遂行するにおいて重要である。また、粉塵９ａの粉塵量と風向風速を、電荷量計測手段と風向風速計測手段で計測することも、粉塵除去装置１の最適な除塵設定を行う上で重要である。

前記正・負電荷判別手段により制御装置５に、粉塵９ａの電荷が「正」であれば、デジタル信号「１」が送信・入力され、「負」であれば「０」のデジタル信号が、ケーブルを介して送信・入力される。前記電荷量測定装置から粉塵９ａの粉塵量が数値化されて、前記制御装置５にケーブルを介して送信・入力される。

前記制御装置５により、図３に示すように、帯電手段１１の誘導電極部８に所望の電圧が印加される。このとき、前記正・負電荷判別手段の、正・負の電荷に係る判別結果により、電流切替手段１４を介して、制御装置５で電磁弁を開閉してスイッチを切り換えて、前記粉塵９ａと同じ電位の電流にして、前記誘導電極部８が印加されるものである。これによって、帯電水粒子９は、粉塵９ａと逆の電荷で帯電される。

このように、粉塵９ａの電荷の正・負に応じて、互いにクーロン力で引き合うように適切な正・負いずれかの電荷にして、水粒子を帯電させて帯電水粒子９を自動生成するので、除塵作業が能率的になる。

また、前記制御装置５により、水供給装置６のポンプを適宜な水圧になるように駆動させて、複数のノズル７のうち適宜に選択して、選択されたノズル７から水粒子をミスト状にして噴霧させる。

そのとき、前記誘導電極部８が形成した電界によって、前記水粒子が前記粉塵９ａの帯電している電荷と逆の電荷に帯電して、図１に示すように、帯電水粒子９となって、噴霧される。

尚、制御装置５により、口径可変手段でノズル７の口径を可変させて、帯電水粒子９の粒径の大きさを変えることで、噴霧量を調整することもできる。

その結果、図４に示すように、互いに正・負が異なる電荷に帯電した前記帯電水粒子９と、浮遊する粉塵９ａとが、クーロン力で互いに引き合い、一体となって地面に落下するものである。

図６に示すように、粉塵９ａの粉塵量に対して、帯電水粒子９の適切な電荷量と噴霧量とにより、除塵残存率で示されているように、除塵効果が発揮されているものである。

以上のように、本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去方法は、帯電水粒子と粉塵と互いに電気的に吸引させて、前記粉塵を前記帯電水粒子とともに除去する粉塵除去方法において、前記粉塵の正・負電荷のいずれであるかを正・負電荷判別手段によって予め判別し、前記予め判別された粉塵の電荷と反対の電荷を帯電手段によって帯電された前記帯電水粒子によって、前記粉塵を除去するので、能率的な除塵作業を遂行できるものである。

また、前記電荷量計測手段によって粉塵９ａの電荷量をリアルタイムで測定し、その測定した電荷量に応じて、制御装置５を介して、帯電水粒子９の噴霧量を制御するので、水を無駄に使用すること無く、結果的に節水となるのである。

本発明に係る帯電水粒子を用いた粉塵除去方法とその装置とは、粉塵が正・負のいずれかの電荷に帯電している場合に、予め電荷の正・負を正・負電荷判別手段で判別し、且つ、その電荷量を計測するので、あらゆる場所の粉塵除去対策に適用することができる。

１ 粉塵除去装置、
２ 電荷量センサ、
３ 粉塵センサ、
４ 風向風速センサ、
５ 制御装置、
６ 水供給装置、
７ ノズル、
８ 誘導電極部、
９ 帯電水粒子（帯電ミスト）、
９ａ 粉塵、
１０ 吸引式電荷量測定装置、
１１ 帯電手段、
１２ 水側電極部、
１３ 電源、
１４ 電流切換手段。

Claims (6)

1. 帯電水粒子と粉塵と互いに電気的に吸引させて、前記粉塵を前記帯電水粒子とともに除去する粉塵除去方法において、
   前記粉塵の正・負電荷のいずれであるかを正・負電荷判別手段によって判別し、
   前記判別された粉塵の電荷と反対の電荷を帯電手段によって帯電された前記帯電水粒子によって、前記粉塵を除去すること、
   を特徴とする帯電水粒子を用いた粉塵除去方法。
2. 帯電水粒子の噴霧量の制御は、該帯電水粒子を噴霧するノズルの数の増減、噴霧される帯電水粒子の粒径の大きさの調整、ノズルに供給される水の水量調整のうち、これらのいずれか一つ、若しくは、これらの適宜な組み合わせにて制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の帯電水粒子を用いた粉塵除去方法。
3. 帯電水粒子の噴霧用のノズルと、
   該ノズルの噴口側周囲に配設される帯電水粒子生成用の帯電手段と、
   前記ノズルと前記帯電手段とを駆動制御する制御装置とを少なくとも有してなり、
   前記ノズルから帯電水粒子を噴霧し、浮遊する粉塵と前記帯電水粒子とを互いに吸引させて、除塵する粉塵除去装置において、
   前記粉塵が正電荷・負電荷のいずれかに帯電しているかを判別する正・負電荷判別手段が設けられていること、
   を特徴とする耐電水粒子を用いた粉塵除去装置。
4. 帯電手段に流れる電流の正・負を、制御装置を介して切り換える電流切替手段が設けられていること、
   を特徴とする請求項３に記載の帯電水粒子を用いた粉塵除去装置。
5. 除塵対象の粉塵の電荷量を測定する電荷量計測手段が設けられていること、
   を特徴とする請求項３または４に記載の帯電水粒子を用いた粉塵除去装置。
6. 帯電水粒子を噴霧する複数のノズルの噴霧をＯＮ／ＯＦＦさせる開閉手段と、前記ノズルの口径を可変する口径可変手段と、前記ノズルへの水の供給量を可変可能にして水を供給する供給手段と、これらの各手段に接続された制御手段とを備え、
   前記帯電水粒子の噴霧量を、前記ノズルの数の増減、前記ノズルから噴霧される帯電水粒子の粒径の大きさの調整、前記ノズルに供給される水の水量調整のうち、これらのいずれか一つ、若しくは、これらの適宜な組み合わせにて、前記制御手段を介して制御すること、
   を特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の帯電水粒子を用いた粉塵除去装置。

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