JP6886312B2

JP6886312B2 - サイクロン式集塵装置

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Publication number: JP6886312B2
Application number: JP2017034687A
Authority: JP
Inventors: 敬史橋本
Original assignee: Trinity Industrial Corp
Current assignee: Trinity Industrial Corp
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: JP2018140328A

Description

本発明は、筒形ケース内に、螺旋ガイドで仕切られた螺旋形流路と、水ミストを噴霧するノズルとを備え、螺旋形流路を通過するエアーに含まれる除去対象粒子を水ミストと合体させて遠心力にて筒形ケースの内側面に集めて回収するサイクロン式集塵装置に関する。

従来、この種のサイクロン式集塵装置として、複数のノズルが螺旋形流路に沿って一定パターンで分散配置されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２０１２９号公報（図２参照）

しかしながら、上記したサイクロン式集塵装置では、集塵効率が十分ではなく、その向上が求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より集塵効率が高いサイクロン式集塵装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、上下方向に延びる円筒形ケースと、前記円筒形ケースの中心部で上下方向に延びるセンターパイプと、前記センターパイプの回りを巻回する螺旋ガイドで前記円筒形ケース内を仕切ってなり、除去対象粒子を含んだエアーが下端部から上端部に向かって螺旋状に流れる螺旋形流路と、前記螺旋形流路内に水ミストを噴霧する複数のノズルと、を備え、前記除去対象粒子を前記水ミストと合体させて遠心力にて前記筒形ケースの内側面に集めて回収するサイクロン式集塵装置において、前記円筒形ケースの半径方向に延びる棒状をなして、前記螺旋形流路の鉛直な縦断面を１対の分割領域に仕切る仕切部材と、前記仕切部材の長手方向の略中央部位置に前記複数のノズルを集めてなり、その略中央位置から前記１対の分割領域に向けて放射状に前記水ミストを噴霧するノズル集合部と、を備えたサイクロン式集塵装置である。

請求項２の発明は、前記ノズル集合部は、前記螺旋形流路の下端部に配置されている請求項１に記載のサイクロン式集塵装置である。

請求項３の発明は、前記螺旋形流路の下端部に嵌め込まれかつ中央部に貫通孔を有する板部材又は漏斗部材を備え、前記仕切部材は、前記板部材又は前記漏斗部材の前記貫通孔を横切り、前記ノズル集合部は、前記貫通孔内の中央部に配置されている請求項２に記載のサイクロン式集塵装置である。

［請求項１の発明］
請求項１のサイクロン式集塵装置では、螺旋形流路の縦断面内に複数のノズルを配置してなるノズル集合部を備え、それらノズルが分担して螺旋形流路の共通の縦断面の略全体に水ミストを噴霧する。これにより、複数のノズルが螺旋形流路に沿って一定パターンで分散配置されている従来のものに比べ、水ミストを受けずにノズルを通過するエアーの量を抑えることができ、エアー中の除去対象粒子と水ミストの粒子との混合率が高くなる。そして、除去対象粒子と水ミストの粒子とが容易に合体し、除去対象粒子の集塵効率が従来より向上する。

また、請求項１のサイクロン式集塵装置では、螺旋形流路の縦断面を複数の分割領域に分割する仕切部材が備えられているので、螺旋形流路の縦断面のうち各ノズルが噴霧を担当する分割領域が明確になる。また、仕切部材によって乱流が生じ易くなるので、除去対象粒子と水ミストの粒子との混合が進みかつ合体も進んで、除去対象粒子の集塵効率が従来より向上する。

［請求項２の発明］
請求項２のサイクロン式集塵装置では、螺旋形流路の上流側端部が配置され、エアーが螺旋形流路を通過する初期段階で水ミストと除去対象粒子とが混合される。これにより、除去対象粒子の集塵効率が向上する。

［請求項３の発明］
請求項３のサイクロン式集塵装置では、エアーの通過面積が小さくなったところに水ミストを噴霧する。これにより、除去対象粒子の集塵効率が更に向上する。

本発明の第１実施形態に係るサイクロン式集塵装置の斜視図絞り部形成部材の斜視図ノズル集合部の一部拡大斜視図第２実施形態の絞り部形成部材の斜視図第３実施形態の絞り部形成部材の斜視図第４実施形態の絞り部形成部材の斜視図第５実施形態の絞り部形成部材の側断面図実施品１に係る（Ａ）粒子１の第１分布図、（Ｂ）粒子２の第２分布図比較品１に係る（Ａ）粒子１の第１分布図、（Ｂ）粒子２の第２分布図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態のサイクロン式集塵装置１０は、図示しない塗装ブースから排出されるエアーを浄化するために使用される。その塗装ブース内では、塗装ロボットがワークに向けて霧状の塗料（以下、「塗料ミスト」という）を噴霧して塗装が行われる。また、塗装ブースの天井はメッシュ状をなし、床は簀の子状になっている。さらに、床下は、複数の貫通孔を有する中間板によって上下に仕切られると共に、中間板上には水が張られている。そして、天井全体から流下するエアーが未塗着の塗料ミストと共に床下に流れ込み、塗料ミストの一部は中間板上の水に捉えられ、その一部以外の塗料ミストを含んだエアーが中間板の下の部屋から略水平に延びる排気兼排液ダクト１１へと排出される。また、中間板上の水も貫通孔から溢れて下の排気兼排液ダクト１１へと流れ込む。

図１に示すように、本実施形態のサイクロン式集塵装置１０は、排気兼排液ダクト１１の末端部の上に起立する円筒状の筒形ケース１２を備える。筒形ケース１２の下端部は開放していて、排気兼排液ダクト１１内に連通している。筒形ケース１２の上端部には、内側に張り出す円環状の内向フランジ１３が備えられ、その内向フランジ１３の内側がサイクロン式集塵装置１０の排気口１３Ａになっている。そして、塗料ミストを含むエアーが、筒形ケース１２に下端部から流れ込み、塗料ミストは除去されて上端の排気口１３Ａから抜けていく。本実施形態では、このエアーに含まれる塗料ミストの粒子が本発明に係る「除去対象粒子」に相当する。

筒形ケース１２の中心部には、センターパイプ１４Ａ（本発明の「センター部材」に相当する）が備えられている。センターパイプ１４Ａは、筒形ケース１２の下端部から上端寄り位置まで延びかつ上端部が閉塞されている。また、排気兼排液ダクト１１の一側面の上端寄り位置には、配水管１４Ｂが貫通し、その配水管１４Ｂの先端部がセンターパイプ１４Ａの下端部に接続されている。そして、図示しないポンプから配水管１４Ｂを通してセンターパイプ１４Ａへと水が供給されている。

また、筒形ケース１２には、螺旋ガイド１５が収容されている。螺旋ガイド１５は、センターパイプ１４Ａの周りに例えば略２回転半、巻回されている。そして、螺旋ガイド１５の外縁部が筒形ケース１２の内側面に当接し、筒形ケース１２内に螺旋形流路１６が形成されている。また、螺旋ガイド１５の上端縁１５Ａは、筒形ケース１２の上端寄り位置に配置されている。一方の螺旋ガイド１５の下縁部１５Ｂは、筒形ケース１２の下面の開口面内に位置して、排気兼排液ダクト１１においてエアーの流れ方向と直交する方向（即ち、幅方向）に延びている。さらに、螺旋ガイド１５の下部は、排気兼排液ダクト１１のエアーの流れ方向で下縁部１５Ｂから徐々に上昇するように傾斜している。

螺旋形流路１６の下端部には、絞り部形成部材２０が装着されている。絞り部形成部材２０は、螺旋形流路１６の下端部に嵌め込まれた支持枠体１７を有する。具体的には、筒形ケース１２の中心軸Ｊ１と螺旋ガイド１５の下縁部１５Ｂとを含む面と、螺旋形流路１６の下端部とが交差してなる縦断面１６Ａ内に支持枠体１７が配置されている。

図２に示すように、支持枠体１７は、縦断面１６Ａの両側縁部に沿って上下方向に延びる１対の脚部１７Ｂ，１７Ｂの上端部の間を、縦断面１６Ａの上縁部に沿って延びる上端架橋部１７Ａで連絡すると共に、１対の脚部１７Ｂ，１７Ｂのそれぞれの上下方向の略中央部の間を仕切部材１７Ｃで連絡した構造をなしている。そして、一方の脚部１７Ｂがセンターパイプ１４Ａに螺子にて固定される一方、他方の脚部１７Ｂが筒形ケース１２に螺子にて固定されている。また、上端架橋部１７Ａは、上側の螺旋ガイド１５の下面に当接している。さらに、仕切部材１７Ｃによって縦断面１６Ａが１対の分割領域５１Ａ，５１Ｂに仕切られている。なお、センターパイプ１４Ａのうち脚部１７Ｂを固定するための螺子孔は、貫通しないように形成されているかシール材によって密閉されている。

支持枠体１７の上側の両角部には、三角リブ１８，１８が固定されている。そして、支持枠体１７と三角リブ１８，１８とによって螺旋形流路１６の始端部が絞られて絞り部１９が形成されている。

仕切部材１７Ｃの長手方向の中央部には、絞り部１９内で放射状に水ミストを噴霧する４つのノズル２２が備えられてノズル集合部５０が形成されている。具体的には、図３に示すように、例えば、仕切部材１７Ｃには、上下方向に対して４５度傾斜した１対の貫通孔２１Ａ，２１Ａが互いに直交した状態に貫通形成されている。そして、それら貫通孔２１Ａ，２１Ａの両端部に、噴霧用のノズル２２がねじ込まれている。また、貫通孔２１Ａ，２１Ａ同士の交差部分からは仕切部材１７Ｃの後面に亘って連通孔２１Ｂが形成され、その連通孔２１Ｂの後端開口にエルボージョイント２３が取り付けられている。さらには、図２に示すように、センターパイプ１４Ａのうちエルボージョイント２３と対向する位置に貫通孔が形成されて、そこにストレートジョイント２４が取り付けられている。そして、それらエルボージョイント２３とストレートジョイント２４の間がパイプＰで連絡されている。これにより、センターパイプ１４Ａから４つのノズル２２へと水が共有されて水のミスト、即ち、水ミストが放射状に噴霧される。

センターパイプ１４Ａのうち絞り部１９から螺旋形流路１６に沿って９０度巻回が進んだ位置と、さらにその位置から１８０度巻回が進んだ位置と、さらにその位置から１８０度巻回が進んだ位置との３箇所には、上下の螺旋ガイド１５，１５の間の中央となる位置に貫通孔が形成されてノズル３０がねじ込まれている。また、センターパイプ１４Ａには、一方の三角リブ１８の後方部分にも貫通孔が形成され、そこにもノズル３０がねじ込まれている。そして、センターパイプ１４Ａ内の水が各ノズル３０から筒形ケース１２の内側面に向けて噴霧される。

本実施形態のサイクロン式集塵装置１０の構成に関する説明は以上である。次に、このサイクロン式集塵装置１０の作用効果について説明する。塗装ブースから排出される塗料ミストを含んだエアーは、排気兼排液ダクト１１を通ってサイクロン式集塵装置１０の筒形ケース１２に流れ込む。そして、筒形ケース１２内でエアーに対して水ミストが噴霧され、水ミストと塗料ミストとを含んだ状態のエアーが螺旋形流路１６に沿って旋回しながら上昇する。その旋回の遠心力により、エアー中の気体分子以外の粒子が、筒形ケース１２の内側面側に集められる。また、粒子は重いほど大きな遠心力を受けて筒形ケース１２の内側面側に寄せられる。従って、塗料ミストを除去するためには、塗料ミストの粒子と水ミストの粒子とが合体して大きくなることが好ましい。

ここで、サイクロン式集塵装置１０が、螺旋形流路１６に沿って複数のノズルが一定パターンで分散配置された従来と同様の構造であると、水ミストの粒子がエアー全体に行き渡らず、塗料ミストと十分に混ざらない。また、螺旋形流路１６内ではエアーが層流状態になっているので、分離している塗料ミストと水ミストとは下流側に移動しても十分に混ざらない。そのため、塗料ミストの粒子と水ミストの粒子との合体が進まず、塗料ミストの集塵効率が低くなる。

これに対し、本実施形態のサイクロン式集塵装置１０は、絞り部形成部材２０とノズル集合部５０とを備える。そして、図２に示すように、絞り部形成部材２０の仕切部材１７Ｃによって縦断面１６Ａが上下に２つの分割領域５１Ａ，５１Ｂに仕切られ、ノズル集合部５０を構成する４つのノズル２２が、上側の分割領域５１Ａの左側略半分の領域と右側略半分の領域と、下側の分割領域５１Ｂの左側略半分の領域と右側略半分の領域とに分けて分担し、各領域に水ミストを噴霧する。つまり、複数のノズル２２が分担して螺旋形流路１６の共通の縦断面１６Ａの略全体に水ミストを噴霧することができる。これにより、複数のノズルが螺旋形流路１６に沿って一定パターンで分散配置されている従来のものに比べ、水ミストを受けずにノズルを通過するエアーの量を抑えることができ、エアー中の除去対象粒子と水ミストの粒子との混合率を高することができる。

また、ノズル集合部５０は、螺旋形流路１６の上流側端部に配置され、エアーが螺旋形流路１６を通過する初期段階で水ミストと塗料ミストとが混合される。さらに、絞り部形成部材２０を備えたことでエアーが乱流になり、混合され易くなる。また、絞り部形成部材２０によって螺旋形流路１６の縦断面１６Ａが絞られて絞り部１９をなし、他の部分に比べてエアーの通過面積が小さくなっているので、水ミストが縦断面１６Ａ全体に行き渡り易くなる。また、後述するようにシミュレーションによれば、螺旋形流路１６の角部には水ミストは行き渡り難いが、これに対して三角リブ１８，１８を縦断面１６Ａの角部に配置することで、水ミストが行き渡り難い部位を減らして、塗装ミストの粒子と水ミストの粒子との混合率を効率良く上げることができる。

このように、本実施形態のサイクロン式集塵装置１０によれば、塗装ミストの粒子と水ミストの粒子との混合率が上がり、除去対象粒子と水ミストの粒子とが合体し易くなり、除去対象粒子の集塵効率が従来より向上する。

また、筒形ケース１２内の複数のノズル２２，３０の全体が、螺旋形流路１６の上流寄りに偏在しているから、サイクロン式集塵装置１０外への水ミストの放出が抑えられる。これにより、サイクロン式集塵装置１０から放出されるエアーの排出経路に配置されるダクトや排気ファンの腐食や水漏れを抑えることができる。さらに、このサイクロン式集塵装置１０では、絞り部形成部材２０を取り外して内部を容易に清掃することができる。

なお、サイクロン式集塵装置１０の排気口１３Ａから排出されたエアーは、一部が大気に排出され、残りは公知な設備により湿度及び温度を調整されてから塗装ブースに送給されて再利用される。また、塗装ブースから排気兼排液ダクト１１へと排出された水は、公知な設備により浄化されて塗装ブースに送給されたり、配水管１４Ｂからセンターパイプ１４Ａへと送給されて再利用される。

［第２実施形態］
本実施形態は、図４に示されており、前記第１実施形態の絞り部形成部材２０から三角リブ１８，１８を排除し、仕切部材１７Ｃの上面と下面とにそれぞれ複数のノズル２２を備えてノズル集合部５０Ｖとした構造をなしている。そして、仕切部材１７Ｃの上面の複数のノズル２２が上方に向けて水ミストを噴霧する一方、仕切部材１７Ｃの下面の複数のノズル２２が下方に向けて水ミストを噴霧する。本実施形態の構成によっても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

［第３実施形態］
本実施形態は、図５（Ａ）に示されており、前記第２実施形態から仕切部材１７Ｃを排除し、１対の脚部１７Ｂ，１７Ｂの対向面に、それぞれ複数のノズル２２を縦一列に並べて備え、それらノズル２２からノズル集合部５０Ｗが構成されている。そして、それらノズル２２が脚部１７Ｂ，１７Ｂの対向方向に水ミストを噴霧する。本実施形態の構成によっても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

なお、上述のように支持枠体１７の脚部１７Ｂ，１７Ｂに複数のノズル２２を配置するのではなく、図５（Ｂ）に示すように支持枠体１７の上端架橋部１７Ａに複数のノズル２２を配置して、螺旋形流路１６に対して上方からのみ水ミストが噴霧されるようにしてもよい。

［第４実施形態］
本実施形態は、図６に示されており、前記第１実施形態の三角リブ１８の代わりに、螺旋形流路１６の縦断面１６Ａと略同一形状の板部材４０が支持枠体１７に固定されている。また、その板部材４０の中央にはセンター孔４０Ａが形成され、そのセンター孔４０Ａの中央部に前述のノズル２２が配置された構造になっている。本実施形態の構成によっても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

［第５実施形態］
本実施形態は、図７に示されており、前記第４実施形態の板部材４０の代わりに漏斗部材４１が支持枠体１７に取り付けられている。この漏斗部材４１は、第４実施形態の板部材４０を漏斗状に湾曲させた形状をなしている。また、漏斗部材４１のセンター孔４１Ａを横切るように仕切部材１７Ｄが取り付けられていて、その仕切部材１７Ｄに前記第１実施形態と同様に複数のノズル２２が備えられている。本実施形態の構成によっても第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。

［実施例］
シミュレータにて実験を以下のように行った。

Ａ．実験方法
（１）前述の第１実施形態のサイクロン式集塵装置１０からノズル３０を全て排除したものを本発明の実施品１としてシミュレータに設定した。

（２）前述の第１実施形態のサイクロン式集塵装置１０から絞り部形成部材２０及びノズル集合部５０のノズル２２と三角リブ１８の後側のノズル３０とを排除し、残り３つのノズル３０を、ノズル２２が配置されていた螺旋形流路１６の始端位置と、その始端位置から螺旋形流路１６に沿って１８０度回転した位置と、さらにその位置から螺旋形流路１６に沿って１８０度回転した位置とにノズル３０を配置したものを比較品１としてシミュレータに設定した。

（３）塗料ミストの粒子を粒子１とする一方、水ミストの粒子を粒子２として、それらの大きさ、比重を以下のようにシミュレータに設定した。
粒子１：直径３０〜４０［μｍ］、比重１
粒子２：直径３０〜４０［μｍ］、比重１

（４）粒子１が均等に分布したエアーが、実施品１に所定の第１風速で流れ込んだ場合において、筒形ケース１２全体の所定の縦断面における粒子１の分布図を第１分布図として求めた（図８（Ａ））。

（５）粒子１を含まないエアーが、実施品１に前記第１風速で流れ込んでいる状態で、実施品１のノズルから粒子２を噴霧した場合において、筒形ケース１２全体の前記所定の縦断面における粒子２の分布図を第２分布図として求めた（図８（Ｂ））。

（６）第１分布図と第２分布図とに基づき、実施品１の筒形ケース１２全体の前記所定の断面において、塗料ミストが有りかつ水ミストが無い領域の面積の比率を非混合率として求め、１００％からその非混合率を差し引いたものを混合率として求めた。

（７）比較品１においても、同様にして第１分布図（図９（Ａ））、第２分布図（図９（Ｂ））及び混合率とを求めた。

Ｂ．実験結果
実施品１の塗料ミストと水ミストとの混合率は、９１．２［％］であり、比較品１の塗料ミストと水ミストとの混合率は、７５．６［％］であった。このことから、本発明によれば、エアーに含まれる塗料ミストの粒子と水ミストの粒子との混合率が高くなることを確認することができる。そして、塗料ミストの粒子と水ミストの粒子との混合率が高くなることで、それらが合体し易くなり、塗料ミストの集塵効率が従来より向上すると推論することができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態のサイクロン式集塵装置１０の筒形ケース１２は、断面円形であったが、断面多角形や楕円形であってもよい。

（２）前記第１実施形態のサイクロン式集塵装置１０の筒形ケース１２は、中心軸Ｊ１が鉛直方向に延びていたが、中心軸が水平になっていてもよいし、水平方向に傾斜していてもよい。

（３）前記第１及び第２の実施形態の仕切部材１７Ｃは、横方向に延びていたが、仕切部材１７Ｃを縦方向に延びばして、それらの横方向の両面に複数のノズル２２を備えた構成としてもよい。

（４）前記第１及び第２の実施形態では、仕切部材１７Ｃが縦断面１６Ａを２分割していたが、縦断面１６Ａを３つ以上の分割領域に分割して、各分割領域にそれぞれノズル２２が水ミストを噴霧する構成としてもよい。

（５）前記第１及び第２の実施形態の仕切部材１７Ｃは、両持ち梁構造であったが、片持ち梁構造であってもより。具体的には、例えば、配水管１４Ｂから分岐して片持ち梁状に延びる分岐パイプの上面と下面とに複数のノズル２２を備えた構造としてもよい。

（６）また、螺旋形流路１６の縦断面１６Ａを絞る構造としては、上記実施形態以外に、例えば、四角形の板部材で、縦断面１６Ａの上側略半分又は、下側略半分、又は左右の一方側の略半分を覆う構造としてもよい。

（７）前記第１実施形態のサイクロン式集塵装置１０は、エアーから塗料ミストの粒子を除去するためのものであったが、塗料ミスト以外の除去対象粒子をエアーから除去するサイクロン式集塵装置に本発明を適用してもよい。

１０サイクロン式集塵装置
１２筒形ケース
１４Ａセンターパイプ（センター部材）
１５螺旋ガイド
１６螺旋形流路
１６Ａ縦断面
１７Ｃ，１７Ｄ仕切部材
１９絞り部
２２，３０ノズル
５０，５０Ｖ，５０Ｗノズル集合部
５１Ａ，５１Ｂ分割領域
Ｊ１中心軸

Claims

上下方向に延びる円筒形ケースと、前記円筒形ケースの中心部で上下方向に延びるセンターパイプと、前記センターパイプの回りを巻回する螺旋ガイドで前記円筒形ケース内を仕切ってなり、除去対象粒子を含んだエアーが下端部から上端部に向かって螺旋状に流れる螺旋形流路と、前記螺旋形流路内に水ミストを噴霧する複数のノズルと、を備え、前記除去対象粒子を前記水ミストと合体させて遠心力にて前記筒形ケースの内側面に集めて回収するサイクロン式集塵装置において、
前記円筒形ケースの半径方向に延びる棒状をなして、前記螺旋形流路の鉛直な縦断面を１対の分割領域に仕切る仕切部材と、
前記仕切部材の長手方向の略中央部位置に前記複数のノズルを集めてなり、その略中央位置から前記１対の分割領域に向けて放射状に前記水ミストを噴霧するノズル集合部と、を備えたサイクロン式集塵装置。
前記ノズル集合部は、前記螺旋形流路の下端部に配置されている請求項１に記載のサイクロン式集塵装置。
前記螺旋形流路の下端部に嵌め込まれかつ中央部に貫通孔を有する板部材又は漏斗部材を備え、
前記仕切部材は、前記板部材又は前記漏斗部材の前記貫通孔を横切り、
前記ノズル集合部は、前記貫通孔内の中央部に配置されている請求項２に記載のサイクロン式集塵装置。