JP6936021B2

JP6936021B2 - サイクロン式集塵装置

Info

Publication number: JP6936021B2
Application number: JP2017034686A
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: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: JP2018140327A

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を備えると共に、螺旋形流路内で水ミストを発生させて、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、筒形ケースの中心部に備えたセンターパイプの複数箇所に噴霧用の複数のノズルを備えた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、上下方向に延びる筒形ケースと、前記筒形ケース内を螺旋ガイドで仕切ってなり、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、前記螺旋形流路の下端部を絞って絞り部を形成する絞り部形成部材と、前記絞り部を通過するエアーに対して前記水ミストを噴霧する絞り部ノズルと、を備え、前記絞り部ノズルが噴霧する水ミストと前記除去対象粒子を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、前記絞り部形成部材には、前記筒形ケースの中心軸を含む面と前記螺旋形流路とが交差してなる縦断面の角部に配置される１つ又は複数の三角リブが含まれるサイクロン式集塵装置である。

請求項２の発明は、前記絞り部形成部材には、前記縦断面と平行な枠状をなして前記筒形ケース又は前記螺旋ガイドに着脱可能に取り付けられる支持枠体が含まれ、前記支持枠体の角部に前記１つ又は複数の三角リブが固定されている請求項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、前記絞り部ノズルは、前記絞り部の略中央部に複数配置されて、前記縦断面内で略放射状に前記水ミストを噴霧する請求項１又は２に記載のサイクロン式集塵装置である。

請求項４の発明は、前記螺旋形流路のうち前記絞り部より下流側に、前記水ミストを噴霧する通常ノズルが複数、配置され、前記絞り部ノズル及び前記通常ノズルが、前記螺旋形流路の前記上流寄りに偏在している請求項１乃至３の何れか１の請求項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、螺旋形流路に絞り部を設け、その絞り部を通過するエアーに対して水ミストを噴霧する。つまり、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、エアーに含まれる除去対象粒子と水ミストの粒子との混合率が従来より高くなってそれらが合体し易くなり、除去対象粒子の集塵効率が従来より向上する。
また、請求項１のサイクロン式集塵装置では、螺旋形流路の下端部に絞り部が配置され、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１及び２の発明］
シミュレーションによれば、螺旋形流路の角部には水ミストが行き渡り難いので、請求項１のサイクロン式集塵装置のように、螺旋形流路の縦断面の角部に三角リブを配置することで、除去対象粒子と水ミストの粒子との混合率を効率よく上げることができる。また、請求項２の構成のように、螺旋形流路の縦断面と平行な支持枠体を、筒形ケース又は螺旋ガイドに着脱可能に取り付け、支持枠体の角部に１つ又は複数の三角リブを固定すれば、支持枠体を取り外してサイクロン式集塵装置内の清掃を容易に行うことができる。

［請求項３の発明］
請求項３の構成では、絞り部ノズルが、絞り部の略中央部に複数配置されて、縦断面内で略放射状に水ミストを噴霧するので絞り部全体に水ミストが行き渡り易くなる。

［請求項４の発明］
請求項４の構成では、絞り部ノズル及び通常ノズルが、螺旋形流路の上流寄りに偏在しているから、サイクロン式集塵装置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。

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絞り部ノズルが装着された部分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ダクト兼循環水タンク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ダクト兼循環水タンク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、排気ダクト兼循環水タンク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、排気ダクト兼循環水タンク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、塗料ミストを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、排気ダクト兼循環水タンク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、排気ダクト兼循環水タンク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、排気ダクト兼循環水タンク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中間架橋部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。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。

中間架橋部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つの絞り部ノズル２２が備えられている。具体的には、図３に示すように、例えば、中間架橋部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、噴霧用の絞り部ノズル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中間架橋部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つの絞り部ノズル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通常ノズル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、そこにも通常ノズル３０がねじ込まれている。そして、センターパイプ１４Ａ内の水が各通常ノズル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、排気ダクト兼循環水タンク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分散配置されだけの従来のもの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では、螺旋形流路１６に絞り部１９を形成し、その絞り部１９を通過するエアーに対して絞り部ノズル２２が水ミストを噴霧する構成になっている。つまり、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、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従来より高くなる。また、絞り部ノズル２２は、絞り部１９内の略中央部に複数配置されて、縦断面１６Ａ内で略放射状に水ミストを噴霧するので、このことによっても、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。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。

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。また、絞り部形成部材２０によって螺旋形流路１６内が乱流になるために、塗料ミストの粒子と水ミストの粒子との混合し易くなるという効果も有する。

さらに、絞り部１９が、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。これにより、塗料ミストの集塵効率が向上する。また、絞り部ノズル２２及び通常ノズル３０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ダクト兼循環水タンク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の中央部に前述の絞り部ノズル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３実施形態］
本実施形態は、図５に示されており、前記第２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２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を横切るように架橋部材１７Ｄが取り付けられていて、その架橋部材１７Ｄに前記第１実施形態と同様に複数の絞り部ノズル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から通常ノズル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及び絞り部ノズル２２と三角リブ１８の後側の通常ノズル３０とを排除し、残り３つの通常ノズル３０を、絞り部ノズル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通常ノズル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６（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６（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７（Ａ））、第２分布図（図７（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実施形態の絞り部形成部材２０は、螺旋形流路１６の縦断面１６Ａを絞る構造になっていたが、絞り部形成部材が螺旋形流路の横断面を絞る構造であってもよい。即ち、筒形ケースの中心軸と直交する面と螺旋形流路の一部とが交差してなる螺旋形流路の横断面と平行に絞り部形成部材を設けてもよい。

（４）また、螺旋形流路１６の縦断面１６Ａを絞る構造としては、上記第１〜第３の実施形態以外に、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。

（５）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
１５螺旋ガイド
１５Ｂ下縁部
１６螺旋形流路
１６Ａ縦断面
１７支持枠体
１８三角リブ
１９絞り部
２０絞り部形成部材
２２絞り部ノズル
３０通常ノズル
４０板部材
４１漏斗部材

Claims

上下方向に延びる筒形ケースと、
前記筒形ケース内を螺旋ガイドで仕切ってなり、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、
前記螺旋形流路の下端部を絞って絞り部を形成する絞り部形成部材と、
前記絞り部を通過するエアーに対して前記水ミストを噴霧する絞り部ノズルと、を備え、前記絞り部ノズルが噴霧する水ミストと前記除去対象粒子を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、
前記絞り部形成部材には、前記筒形ケースの中心軸を含む面と前記螺旋形流路とが交差してなる縦断面の角部に配置される１つ又は複数の三角リブが含まれるサイクロン式集塵装置。
前記絞り部形成部材には、前記縦断面と平行な枠状をなして前記筒形ケース又は前記螺旋ガイドに着脱可能に取り付けられる支持枠体が含まれ、前記支持枠体の角部に前記１つ又は複数の三角リブが固定されている請求項１に記載のサイクロン式集塵装置。
前記絞り部ノズルは、前記絞り部の略中央部に複数配置されて、前記縦断面内で略放射状に前記水ミストを噴霧する請求項１又は２に記載のサイクロン式集塵装置。
前記螺旋形流路のうち前記絞り部より下流側に、前記水ミストを噴霧する通常ノズルが複数、配置され、
前記絞り部ノズル及び前記通常ノズルが、前記螺旋形流路の前記上流寄りに偏在している請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のサイクロン式集塵装置。