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発明の名称 浮遊粒子の収集方法とその装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−174829
公開日 平成10年(1998)6月30日
出願番号 特願平8−354112
出願日 平成8年(1996)12月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】矢島 正和
発明者 勝島 慎二郎 / 工藤 陽
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 自身が固有周波数で共振した際に、その内部に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた円筒形の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記円筒形の振動体の内部を流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集する一方、押込作用又は吸引作用を受けて相対する両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体を、上記強力な超音波を放射する円筒形の振動体の内部で衝突させて浮遊粒子を凝集することを特徴とする浮遊粒子の収集方法。
【請求項2】 自身が固有周波数で共振した際に、その内部に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた円筒形の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記円筒形の振動体の内部を流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集するように構成する一方、押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体が衝突する流通管の中間部周面に、衝突した流体が吹出す多数の吹出口を穿設し、且つ、この吹出口を穿設した流通管の周囲を上記強力な超音波を放射する円筒形の振動体で囲んだことを特徴とする浮遊粒子の収集装置。
【請求項3】 自身が固有周波数で共振した際に、その内部に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた円筒形の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記円筒形の振動体の内部を流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集するように構成する一方、押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体が衝突する流通管の中間部周面に、衝突した気体が吹出す多数の吹出口を穿設し、且つ、上記気体が衝突する流通管の中間部の内側には、上記強力な超音波を放射する円筒形の振動体を配置せしめたことを特徴とする浮遊粒子の収集装置。
【請求項4】 自身が固有周波数で共振した際に、その周囲に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた矩形状の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記矩形状の振動体の近くを流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集する一方、押込作用又は吸引作用を受けて相対する両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体を、上記強力な超音波を放射する矩形状の振動体の近くで衝突させて浮遊粒子を凝集することを特徴とする浮遊粒子の収集方法。
【請求項5】 自身が固有周波数で共振した際に、その周囲に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた矩形状の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記矩形状の振動体の近くを流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集するように構成する一方、押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体が衝突する流通管の中間部周面に、衝突した気体が吹出す多数の吹出口を穿設し、且つ、上記気体が衝突する流通管の中間部の内側には、上記強力な超音波を放射する矩形状の振動体を配置せしめたことを特徴とする浮遊粒子の収集装置。
【請求項6】 流通管の中間部に穿設した多数の吹出口から吹出された気体が、送風機による押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両端口側に循環対流し、流通管の両側から再び中央部に向けて導入されて衝突を繰返すように構成したことを特徴とする請求項2、3又は5に記載の浮遊粒子の収集装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オイルミストや粉塵等の浮遊粒子が含まれている気体中から、これ等浮遊粒子のみを凝集して分離収集するように工夫した浮遊粒子の収集方法とその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】気体中に含まれているオイルミスト等の浮遊粒子を収集する装置の一つとして、例えば特開平6−47346号公報に記載されているような超音波を用いた浮遊粒子収集装置が存在する。
【0003】この収集装置は、図5に記載したように、浮遊粒子を含んだ気体が導入される中空なダクト管Eと、このダクト管Eの内部に配置され、且つ、自身が固有周波数で共振した際にその内部に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた円筒形の振動体Dと、この振動体Dを固有周波数で共振させて超音波を放射させることができるホーンBと共振棒Cを備えた超音波振動子Aとによって構成されている。
【0004】尚、上記円筒形を成す振動体Dの寸法は上記公報の第4頁右欄に記載された各数式に基づいて算出されるものであって、その理想的な寸法(半径r,肉厚h,全長)は当該公報の図3に記載の如くであり、また、振動体Dの形状には、上述した円筒形のものに加えて、長方形(矩形状)のものも使用可能であることは、上記公報の第6頁・第3実施例と、図11に記載の通りである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の収集装置は、気体中の浮遊粒子を振動体Dから放射される強力な超音波によって励振させ、この励振によって各粒子同士を互いに衝突・凝集してより大きな浮遊粒子の集合体(例えば50μm程度)を形成することにより、重力等の作用により圧力損失を殆ど発生させることなく捕集する仕組に成っているが、しかし、この様に超音波を用いて浮遊粒子を衝突・凝集して捕集する装置の場合は、浮遊粒子の数が多いほど捕集効果が良く、逆に浮遊粒子の数が少い場合、要するに粉塵濃度が少い場合は、浮遊粒子同士が衝突する機会が少くなるため、捕集効果(効率)が悪くなる問題があった。
【0006】つまり、送風機(ブロアー)による押込作用又は吸引作用を受けて一方向から導入される浮遊粒子を含んだ気体は、超音波振動による凝集作用を受けながら他方向(排気側)に通り抜けて行くのであるが、この気体に含まれている浮遊粒子の数が少くて捕集効果が上がらない場合には、排気側には浮遊粒子を含んだ汚れた気体が相変わらず排出されてしまう問題があった。
【0007】従って本発明の技術的課題は、超音波振動によって気体中の浮遊粒子を凝集して収集するに当って、気体中の浮遊粒子の数が少なくても、浮遊粒子同士が凝集する機会を増やして高い捕集効率を発揮できるようにすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決するために本発明で講じた手段は以下の如くである。
【0009】自身が固有周波数で共振した際に、その内部に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた円筒形の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記円筒形の振動体の内部を流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集する収集方法とその装置に於いて、【0010】(1) 押込作用又は吸引作用を受けて相対する両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体を、上記強力な超音波を放射する円筒形の振動体の内部で衝突させて、浮遊粒子を凝集すること。
【0011】(2) 押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体が衝突する流通管の中間部周面に、衝突した流体が吹出す多数の吹出口を穿設すると共に、この吹出口を穿設した流通管の周囲を上記強力な超音波を放射する円筒形の振動体で囲むこと。
【0012】(3) 押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体が衝突する流通管の中間部周面に、衝突した気体が吹出す多数の吹出口を穿設すると共に、上記気体が衝突する流通管の中間部の内側には、上記強力な超音波を放射する円筒形の振動体を配置すること。
【0013】自身が固有周波数で共振した際に、その周囲に形成される音場が強力定在波状態となるようにその寸法が定められた矩形状の振動体と、この振動体を固有周波数で共振させて超音波を放射させる超音波振動子とによって構成された超音波発生源を用いることにより、上記矩形状の振動体の近くを流れる浮遊粒子を振動体から放射される強力な超音波で励振して凝集する超音波収集方法とその装置に於いて、【0014】(4) 押込作用又は吸引作用を受けて相対する両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体を、上記強力な超音波を放射する矩形状の振動体の近くで衝突させて浮遊粒子を凝集すること。
【0015】(5) 押込作用又は吸引作用を受けて流通管の両側から導入される浮遊粒子を含んだ気体が衝突する流通管の中間部周面に、衝突した気体が吹出す多数の吹出口を穿設すると共に、上記気体が衝突する流通管の中間部の内側には、上記強力な超音波を放射する矩形状の振動体を配置すること。
【0016】(6) 流通管の中間部に穿設した多数の吹出口から吹出された気体が、送風機による押込作用又は吸引作用を受けて再び流通管の両端口側に循環対流し、流通管の両側から中央部に向けて導入して衝突を繰返すように構成すること。
【0017】上記(1)で述べた請求項1に係る手段によれば、オイルミスト等の浮遊粒子を含んだ流体を相対する両側から導入して衝突させるため、浮遊粒子同士の衝突の機会が増大して凝集を進める一方、衝突によって凝集作用を受けた浮遊粒子は更に超音波の放射を受けて音波凝集されるから、浮遊粒子の含有数が少い気体であっても、浮遊粒子同士が凝集する機会を増して、高い捕集効果を発揮することを可能にする。
【0018】上記(2)で述べた請求項2に係る手段によれば、流通管の両側から導入された浮遊粒子を含んだ気体は、流通管の中間部で衝突して浮遊粒子同士の凝集を進める一方、衝突後に周面に穿設した吹出口から吹出した気体は、超音波の放射を受けて浮遊粒子同士を更に音波凝集するため、浮遊粒子の含有数が少い気体であっても浮遊粒子同士が凝集する機会を増して、高い捕集効果を発揮することを可能にする。
【0019】上記(3)で述べた請求項3に係る手段によれば、流通管の両側から導入された浮遊粒子を含んだ気体は、流通管の中間部で衝突して浮遊粒子同士の凝集を進めると同時に、超音波の放射を受けて更に音波凝集されるため、凝集の機会が増えて流通管の吹出口から吹出される時点で可成りの数の浮遊粒子同士が凝集された状態になるから、浮遊粒子の含有数が少い気体であっても、高い捕集効果を発揮することを可能にする。
【0020】上記(4)と(5)で述べた請求項4と5に係る手段によれば、全体を矩形状に造った振動体を用いることにより、全体を円筒状に造った振動体を用いた時と同様の優れた超音波凝集作用を発揮することができるものであって、浮遊粒子の含有数が少い気体であっても、浮遊粒子同士が凝集する機会を増やして高い凝集効率を発揮することを可能とする。
【0021】上記(6)で述べた請求項6に係る手段によれば、循環対流方式に従って浮遊粒子が繰返し装置内を通過するため、浮遊粒子同士が凝集するチャンスが繰返しあって、凝集効果の向上を更に進めることを可能にする。
【0022】以上の如くであるから、上記(1)〜(6)の手段によって上述した技術的課題を解決して、前記従来の技術の問題点を解消することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下に、上述した本発明に係る浮遊粒子の収集方法とその装置の実施の形態を、添付した図面と共に詳細に説明する。
【0024】図1は、本発明に係る収集装置の一例である所謂押込式収集装置の構造を説明した構成図であって、図中1Aと1Bは断面円形に形成した流通管2(パイプ又はダクト)の両端口に取付けた左右の送風機(ブロアー)で、工作機械から発生するオイルミスト等の浮遊粒子を含んだ気体は、矢印に示すようにこれ等左右の送風機1A,1Bによって流通管2の相対する両端口から内部に向かって夫々押込み導入されて、中間部2Sで衝突して浮遊粒子同士が衝突凝集するように構成されている。
【0025】2A…は相対する両側から導入された気体が衝突する流通管2の中間部2Sの周面に多数穿設した吹出口で、この中間部2Sの部分で衝突・混合して浮遊粒子同士を衝突凝集した気体は、凝集した浮遊粒子と一緒にこれ等各吹出口2A…を通って流通管2の外に吹出される仕組に成っている。
【0026】4は上記流通管2の中間部2S、即ち、吹出口2A…が穿設された部分の周囲を囲むように取付けた円筒形の振動体であって、この振動体4は、自身が固有周波数で共振した際にその内部に形成される音場が強力定在波状態となるように、各寸法(半径、肉厚、全長)が上述した特開平6−47346号公報の第4頁に記載された数式に基づいて、同公報の図3の表に示された寸法に構成されるものであるから、ここではその具体的な説明は省略する。
【0027】また、5は超音波振動を発生する超音波振動子(ドライバー)、5aと5bはこの超音波振動子5からの超音波振動を振動体4に伝達するホーンと共振棒であって、この共振棒5bの先端が振動体4の側面にナット5cでネジ止めされていて、これ等の振動体4と超音波振動子5及びホーン5aによって超音波発生源が構成されている。
【0028】6と7は上記の超音波振動子5に接続したジエネレータとアンプであって、アンプ7はジエネレータ6からの駆動信号を増幅し、ジエネレータ6はホーン5aから振動周波数をフイールドバックして、これを一定範囲内に収める周波数制御機を備えている。
【0029】以上のような構成に於いて、ジエネレータ6及びアンプ7を介して超音波振動子5を駆動すると、振動子5で発生された超音波がホーン5aを介して振動体4に伝達され、振動体4の周方向に曲げ振動が優勢に起きるようにこの振動体4が共振されるため、その近傍の気体が振動体4によって加速されて超音波が放射され、且つ、振動体4から放射された超音波によって、円筒状の振動体4内に形成される音場が共振状態になるから、従来の超音波源では得られない高音圧の超音波を発生させ、流通管2の各吹出口2A…から吹出して来る気体と、これに含まれている浮遊粒子を励振するように構成されているが、浮遊粒子を励振する具体的な構造の説明は上記特開平6−47346号公報の明細書と図面に記載の通りであるから、ここではその説明を省略する。
【0030】そして、上記の如く励振された浮遊粒子は互いに衝突して超音波凝集され、より大きな浮遊粒子の集合体を形成して重力等の作用により回収されるのであるが、前述した衝突凝集とこの超音波凝集を受けても充分な大きさに凝集しきれない浮遊粒子を含んだ気体は、図1の矢印に示すように左右の送風機1A,1B側に循環して再び両側から流通管2内に導入され、浮遊粒子同士の衝突凝集と超音波凝集を繰返すため、浮遊粒子の凝集率を著しく向上させることができる。
【0031】尚、図中3A,3Bは上述した流通管2の左右の口元部分に内装したストローフイルタであって、これ等の各ストローフイルタ3A,3Bは複数本(例えば200本程度)の細長いストロー状の中空管を略円柱状に結束することにより、複数の細長い通路を並べた状態で構成されていて、左右の送風機1A,1Bによって流通管2の内部に導入される気体は、先ず各送風機1A,1Bのインペラー(羽根)によって攪拌されて浮遊粒子同士を凝集し、次いで、上記各ストローフイル3A,3Bの細長い通路を通ることによって同様に付着凝集され、その後、上述した衝突凝集と超音波凝集が行われて、浮遊粒子同士が付着、凝集を繰返す仕組に成っている。
【0032】図2は、本発明に係る収集装置の他の例である所謂吸引式収集装置の構造を説明した構成図であって、この吸引式収集装置では、流通管2の左右の両端に口を大きく広げた吸込口10A,10Bを取付ける一方、上記円筒状の振動体4を含めた流通管2の略全体を、一側に吸引用の送風機13T(ブロアー)を備えた集塵ボックス13の内部に収めた構造に成っていて、上記送風機13Tの吸引運転によって浮遊粒子を含んだ気体を左右の吸込口10A,10Bから流通管2の内部に吸引導入することにより、浮遊粒子を上述した衝突凝集及び超音波凝集して収集すると共に、送風機13Tより排気された気体を再び左右の吸引口10A,10Bに循環対流させて、上記の凝集を繰返すように構成されている。
【0033】尚、図2に於いて図1と同一の部材は、夫々図1と同一の符号を付してその説明を省略することにする。
【0034】図3は、上述した押込式と吸引式のいずれの収集装置にも実施可能な本発明の他の例の構造を説明した構成図であって、図3に示した収集装置では円筒状に形成した振動体4を流通管2の中間部2Sの内部に取付けて、両側から導入されて衝突した後の浮遊粒子に対して、その場で超音波による振動を与えて、浮遊粒子同士の衝突凝集と超音波凝集を上記中間部2Sの内部で効率良く行い、これ等2度の凝集を受けて大きくなった浮遊粒子を気体と共に各吹出口2Aより流通管2の外に吹出して、重力等の作用により回収するように構成されている。
【0035】図4は、図3に示した円筒形の振動体4に代えて、全体を矩形状(長方形状)に形成した振動体4Xを、左右から導入された気体が衝突する流通管2の中間部2S内に設けるように構成した本発明の他の構造を説明したものであって、衝突凝集される浮遊粒子同士をその場、即ち、流通管2の内部で更に超音波凝集することにより、凝集の機会を増して凝集効果を増進するように構成されている。
【0036】本発明に係る浮遊粒子の収集方法とその装置は以上述べた如くであって、流通管2の両側から押込作用又は吸引作用を受けて導入される気体を衝突させることにより、気体に含まれている浮遊粒子同士を先ず衝突凝集し、更に、これに超音波を放射した音波凝集を加えるため、浮遊粒子同士が凝集する機会を増して優れた収集効果を発揮することができる。
【0037】従って、本発明に係る上記の収集装置を工作機械等を設置した工作室内に直接設置するか、或は、導入用と排気用の各循環ダクト(パイプ)を介して工作室の外部に設置すれば、浮遊粒子を含んだ気体を工作室内と装置との間で繰返し循環させて凝集の機会を増すことができるため、周囲の環境を汚染させることなく、工作室内の浮遊粒子を収集することができるものであって、気体中の浮遊粒子の数が少くても優れた収集効果を発揮できる特徴を備えている。
【0038】
【発明の効果】以上述べた次第で、本発明に係る浮遊粒子の収集方法とその装置によれば、特に、気体中の浮遊粒子の数が少ない気流、つまり、粉塵濃度が低い気流に対して、優れた捕集効果を発揮でき、更に、浮遊粒子が重力沈降する程のサイズに凝集しない場合でも、凝集の機会を与えて確実に捕集することができるものであって、安全でコストの安い集塵を行うことができる。




 

 


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