～空気の流れを設計～

皆さんこんにちは
株式会社ミツバエンジニアリングです

 

～空気の流れを設計～

 

 

工場や作業場では、製造工程に伴って粉じん、煙、ミスト、におい、熱気などが発生します。これらを適切に回収・排出しなければ、作業環境が悪化するだけでなく、製品品質や機械設備へ影響を与える可能性があります。

そこで活躍するのが、集塵装置や給排気装置です。

集塵装置は、加工や研磨などで発生する粉じんを吸引し、空気と分離する設備です。給排気装置は、室内の汚れた空気を排出しながら、必要な外気を取り入れ、工場内の空気環境を整えます。

しかし、単に大きなファンを設置し、太いダクトをつなげばよいわけではありません。吸引する対象物、発生量、作業位置、ダクトの長さ、曲がりの数、フィルターの抵抗などを計算し、必要な風量と圧力を確保する必要があります。

今回は、集塵装置・給排気装置の性能を支える風量設計とダクト設計の技術について紹介します😊

発生源を正確に把握することが設計の第一歩🔍

設備設計では、最初に粉じんや煙がどこで、どのように発生するかを確認します。

木材を切断する設備では、刃物の回転方向に沿って切粉が飛散します。金属研磨では、細かな粉じんや火花が一定方向へ飛ぶことがあります。溶接では、煙が熱によって上昇します。

塗装工程では、塗料のミストや溶剤蒸気が広がるため、作業者の位置や塗装対象物の大きさまで確認しなければなりません。

発生源の特徴を把握せず、離れた場所から強く吸い込もうとすると、必要以上に大きな風量が必要になります。

反対に、発生源のすぐ近くへ適切な吸込み口を配置できれば、比較的小さな風量でも効率よく回収できます。

設計者は、図面だけでなく実際の作業動作を観察し、工具の向き、材料の投入位置、作業者の立ち位置などを確認します👀

必要風量を計算する技術📐

集塵や換気では、一定時間にどれだけの空気を動かすかを示す風量が重要です。

必要風量が不足すると、粉じんや煙が吸込み口へ入らず、作業場へ拡散します。

一方、風量を必要以上に大きくすると、ファンの電力消費が増え、空調された空気まで大量に排出してしまいます。

吸込み口の大きさと必要な吸込速度から、基本となる風量を考えます。

作業面全体を吸引するのか、工具の近くを局所的に吸引するのかによって、必要な風量は大きく変わります。

また、複数の設備を同時に使用する場合は、各吸込み口の必要風量を合計します。

ただし、すべての設備が常に同時稼働するとは限りません。稼働状況を確認し、ダンパーや自動制御を使って風量を切り替える設計もあります🔄

静圧を考慮してファンを選ぶ⚙️

ファンの選定では、風量だけでなく、空気を押し引きする力である静圧も重要です。

空気はダクト内を移動する際、壁面との摩擦や曲がり、分岐、フィルターなどによって抵抗を受けます。

ダクトが長い、曲がりが多い、フィルターが細かいといった条件では、より大きな圧力が必要です。

風量だけを見てファンを選ぶと、実際に設備へ接続した際に予定した風量が出ないことがあります。

設計者は、ダクト長、直径、曲がり、分岐、フード、集塵機内部、排気口など、空気が通るすべての部分の圧力損失を計算します📊

その合計に対して必要な能力を持つファンを選びます。

ただし、余裕を持たせすぎると、騒音や消費電力が増えます。設備の状態変化を考慮しつつ、適切な能力を設定することが重要です。

ダクト内の搬送速度を維持する💨

粉じんを含む空気をダクトで搬送する場合、内部の風速が遅すぎると、粉じんがダクト底部へ堆積します。

堆積物が増えると、ダクトの断面が狭くなり、吸引力が低下します。粉じんの種類によっては、火災や衛生上のリスクにもつながります。

反対に風速が速すぎると、ダクト内面の摩耗、騒音、圧力損失が大きくなります。

木粉、金属粉、軽い繊維、煙など、吸引対象によって適切な搬送速度は異なります。

粒が大きく重い粉じんには、沈降しにくい速い風速が必要です。煙や細かなミストでは、別の基準で考えます。

ダクト径を決める際は、必要風量と搬送速度の両方を考える必要があります。

ダクト形状と曲がりの設計🔩

ダクトは、工場の梁、配管、電気設備などを避けながら配置します。

しかし、設備を避けるために急な曲がりを増やすと、空気抵抗が大きくなります。

直角に近い急な曲がりでは、ダクト内部で空気の流れが乱れ、圧力損失や粉じん堆積が起こりやすくなります。

可能な範囲で緩やかな曲がりを使用し、空気が滑らかに流れる経路をつくります🌬️

分岐部も、空気の流れに沿った角度で接続します。

枝ダクトを主ダクトへ急角度で接続すると、流れがぶつかり、吸引バランスが崩れる場合があります。

ダクトの形状は、施工しやすさだけでなく、空気の流れと保守性を考えて決めます。

各吸込み口の風量を調整する技術🎛️

一台の集塵機へ複数の機械を接続すると、集塵機に近い吸込み口へ空気が集中し、遠い場所の吸引力が不足することがあります。

そこで、各枝ダクトにダンパーを取り付け、風量を調整します。

設計計算だけでは、実際の施工誤差や設備条件を完全に予測できません。

試運転時に風速や静圧を測定し、各吸込み口が必要な性能を発揮するよう調整します。

ダンパーの開度を変えた際には、ほかの吸込み口の風量も変化するため、全体を繰り返し確認します。

作業者が誤って開度を変更しないよう、調整後に位置を表示・固定することも重要です🏷️

フード形状で捕集性能が変わる🛡️

粉じんや煙を集める吸込み口をフードと呼びます。

フードの形状や設置位置によって、集塵性能は大きく変わります。

発生源を囲うことができれば、外部から入り込む空気を減らし、少ない風量で回収できます。

研磨機や切断機では、粉じんの飛散方向を覆うようにフードを設計します。

溶接煙のように上昇するものには、上部から吸引する方法があります。ただし、作業者の呼吸域を通過してから吸い込む配置では意味がありません。

作業者と発生源の位置を考え、汚染物質が作業者側へ流れないようにします。

フードは大きければよいわけではなく、作業性や材料搬入を妨げない形状にする必要があります😊

給気と排気のバランスを取る⚖️

強力な排気設備を設置すると、工場内の空気が外へ大量に排出されます。

その分の空気を外部から取り入れなければ、室内が負圧になり、扉が開きにくくなったり、隙間からほこりや外気が流入したりします。

燃焼設備がある場合には、排気バランスが安全性へ影響することもあります。

そのため、排気量に応じた給気設備を設計します。

給気口の位置が悪いと、取り入れた空気が作業区域を通らず、そのまま排気口へ流れるショートサーキットが起こります。

清浄な空気が作業者側から汚染源へ向かって流れるよう、給気口と排気口を配置します。

騒音と振動を抑える技術🔇

ファンや高速の空気流は、騒音や振動を発生させます。

ダクト径が小さく風速が高い場合や、急な曲がりがある場合は、風切り音が大きくなることがあります。

ファンの回転振動が架台や建物へ伝わると、離れた場所でも低い音が聞こえる場合があります。

防振ゴム、フレキシブル継手、消音器などを使用し、振動や音の伝達を抑えます。

ファンの能力だけでなく、回転数、羽根形状、設置場所なども検討します。

作業者が長時間過ごす工場では、集塵性能と同時に作業環境の快適性も重要です。

試運転と性能測定📊

設備完成後は、ファンを動かして性能を確認します。

各吸込み口の風速、ダクト内風速、静圧、ファン電流、騒音、振動などを測定します。

実際に加工設備を稼働させ、粉じんや煙が漏れずに回収されているかを確認します。

目視だけでは判断しにくい場合は、煙を使って気流を確認したり、粉じん濃度を測定したりします🔍

計画値に達していない場合は、ダンパー、ファン回転数、ダクト経路などを調整します。

測定結果を記録し、将来の点検時に比較できるようにします。

空気の流れを見えない図面として設計する🌟

集塵装置や給排気装置の設計では、目に見えない空気の動きを予測しなければなりません。

発生源、フード、ダクト、フィルター、ファン、給気口、排気口を一つの流れとして考えます。

必要な風量と静圧を計算し、粉じんを搬送できる速度を確保しながら、騒音や消費電力を抑えることが重要です。

集塵装置・給排気装置設計製造業における技術とは、大きな機械を設置することではありません。

作業場の空気がどこから入り、どの方向へ流れ、どこから排出されるかを精密に設計する技術です。

見えない空気の流れを制御する技術が、働く人の安全と工場の生産性を支えているのです🌬️🏭✨