(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0009】
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。
【0011】
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。
【発明の効果】
【0012】
[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。
【0013】
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。
【0014】
[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。
【0016】
[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。
【発明を実施するための形態】
【0018】
[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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
[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。
【0035】
[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。
【0036】
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。
【0037】
[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。
【0038】
[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。
【0039】
[実施例]
シミュレータにて実験を以下のように行った。
【0040】
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。
【0041】
(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。
【0042】
(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
【0043】
(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))。
【0044】
(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))。
【0045】
(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。
【0046】
(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。
【0047】
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。
【0048】
[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。
【0049】
(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。
【0050】
(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。
【0051】
(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。
【0052】
(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。
【0053】
(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。
【0054】
(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。
【0055】
(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。