(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開度を変更可能なダンパをそれぞれ備えた複数の吸引口と、前記複数の吸引口に共通に接続され、前記複数の吸引口から気体を吸引する吸引装置と、を備えた集塵装置において、
各ダンパの開度と吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性と、各吸引口において所望される吸引風量と、前記吸引装置の定格最大吸引風量と、に基づいて、各ダンパの開度を決定し、
各吸引口において所望される吸引風量の合計値の、前記定格最大吸引風量に対する比が大きいほど、各ダンパの開度を大きくすることを特徴とする集塵装置の運転方法。
【請求項２】
各吸引口において、前記ダンパ特性から見積もられる吸引風量と実測される吸引風量との間に生じる差異の補正をさらに考慮することを特徴とする請求項１に記載の集塵装置の運転方法。
【請求項３】
前記吸引口の総数をｎとして、
ｉ番目の吸引口に設けられたダンパの開度をｘｉ、ダンパ特性をｆｉ（ｘｉ）、
ｉ番目の吸引口で所望される吸引風量をＱｐｉ、
前記吸引装置の定格最大吸引風量をＱｔ、
補正係数をｍとして、
0006492767.tif 000007
なる関係式より、各ダンパの開度ｘｉを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の集塵装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集塵装置の運転方法に関し、さらに詳しくは、集塵装置の複数の吸引口に備えられたダンパの開度を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属を溶融させるアーク炉が設置された建屋等、多量の粉塵が発生する空間には通常、集塵装置が設けられる。この種の集塵装置は、例えば特許文献１に開示されている。こうした集塵装置は、送風機等の吸引装置を備え、空間内の粉塵を含んだ空気を吸引するが、空間の広さや粉塵発生源の分布等に応じて、ダンパを備えた吸引口が複数設けられることが多い。
【０００３】
複数の吸引口が設けられる場合に、各吸引口において、要求される吸引風量を確保することが求められる。粉塵の発生量の分布等に応じて、各吸引口で要求される吸引風量の組み合わせとして多様なパターンが想定されるが、それぞれのパターンに対して、各吸引口に設けられたダンパの開度を調節する必要がある。さらに、各吸引口の吸引風量は、その吸引口のダンパの開度だけでなく、他の吸引口も含めた全ダンパの開度のバランスに依存するため、必要風量に対して精度よく吸引を行う場合、各吸引口に風量計を設置して吸引風量を実測し、その実測値に基づいてフィードバック制御を行いながら、各吸引口における吸引風量が所望の値となるように、各ダンパの開度を調節する等の手法が用いられることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、複数の吸引口から集塵装置への吸引を行う場合に、各吸引口で所望される風量の組み合わせパターンが多くなると、その数に応じて、ダンパの開度の組み合わせパターンを設定し、さらには風量の実測値に基づいてダンパ開度の再調整を行うことが必要となる。その結果、作業者に大きな負荷がかかることになる。特に、吸引すべき粉塵の発生箇所が多岐にわたる場合や、粉塵の発生状況の変化に応じて、各吸引口での吸引風量を細やかに変化させる必要がある場合等に、適切に吸引風量を制御することは、非常に困難である。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ダンパが設けられた複数の吸引口から吸気を行う集塵装置において、各吸引口における所望の吸引風量に応じて、各ダンパの開度を簡便に決定することができる集塵装置の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる集塵装置の運転方法は、開度を変更可能なダンパをそれぞれ備えた複数の吸引口と、前記複数の吸引口に共通に接続され、前記複数の吸引口から気体を吸引する吸引装置と、を備えた集塵装置において、各ダンパの開度と吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性と、各吸引口において所望される吸引風量と、前記吸引装置の定格最大吸引風量と、に基づいて、各ダンパの開度を決定することを要旨とする。
【０００８】
ここで、各吸引口において所望される吸引風量の合計値の、前記定格最大吸引風量に対する比が大きいほど、各ダンパの開度を大きくすることが好ましい。
【０００９】
また、各吸引口において、前記ダンパ特性から見積もられる吸引風量と実測される吸引風量との間に生じる差異の補正をさらに考慮することが好ましい。
【００１０】
そして、前記吸引口の総数をｎとして、ｉ番目の吸引口に設けられたダンパの開度をｘｉ、ダンパ特性をｆｉ（ｘｉ）、ｉ番目の吸引口で所望される吸引風量をＱｐｉ、前記吸引装置の定格最大吸引風量をＱｔ、補正係数をｍとして、
0006492767.tif 000002
なる関係式より、各ダンパの開度ｘｉを決定するとよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記発明にかかる集塵装置の運転方法においては、あらかじめ規定しておいたダンパ特性に基づいて、各ダンパの開度を決定している。このため、簡便に各ダンパの開度を決定し、集塵装置を運転することができる。そして、各ダンパの開度を決定するに際し、単に各吸引口で所望される吸引風量に応じて各ダンパの開度を決定するのではなく、吸引装置の定格最大吸引風量まで考慮することで、吸引装置の能力の範囲内で、各吸引口においてバランスのよい吸引を達成することができる。
【００１２】
ここで、各吸引口において所望される吸引風量の合計値の、定格最大吸引風量に対する比が大きいほど、各ダンパの開度を大きくする場合には、各ダンパの開度が大きくなり、吸引風量が大きくなった際に、各吸引口と吸引装置の間で圧力損失が増大することで吸引効率が低下するのを抑制することができる。
【００１３】
また、各吸引口において、ダンパ特性から見積もられる吸引風量と実測される吸引風量との間に生じる差異の補正をさらに考慮する場合には、ダンパ特性の誤差や、圧力損失の影響等を原因として、吸引風量の見積もり値と実測値の間に不可避的に生じてしまう差異の影響を緩和して、各ダンパの開度を決定することができる。
【００１４】
そして、上記の関係式より、各ダンパの開度ｘｉを決定する場合には、簡素な数式を用いた演算によって、各吸引口で所望される風量、またはそれに近い風量を、吸引装置の定格最大風量の範囲内でバランスよく達成できるように、各ダンパの開度を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる運転方法を実施する集塵装置の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は押込式、（ｂ）は吸引式の装置を示している。
【図２】ダンパ特性の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態にかかる集塵装置の運転方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
［集塵装置］
本発明の一実施形態にかかる運転方法は、図１に示すような集塵装置１に対して適用することができる。本集塵装置１は、フィルタ装置１０と、吸引装置１５と、吸引経路２０と、５つの吸引口３１〜３５と、５つのダンパ４１〜４５とを備えている。図１（ａ）および（ｂ）に示した２つの形態は、吸引装置１５の位置においてのみ異なっており、以下の説明は、いずれの形態に対しても適用される。
【００１８】
フィルタ装置１０は、フィルタを備えて粉塵を捕捉するものである、例えば特許文献１に開示されたバグフィルタを備えた複数のバグフィルタ容器を適用することができる。吸引経路２０は、空気が流通できる管状部材よりなり、５つに分岐して、各吸引口３１〜３５とフィルタ装置１０の間を接続している。吸引装置１５は、送風機等、公知の気体流通装置よりなり、図１（ａ）の押込式装置の場合、吸引経路２０において、各吸引口３１〜３５へ分岐する経路が合流したフィルタ装置１０の上流の部位に設けられている。図１（ｂ）の吸引式装置の場合、吸引装置１５は、フィルタ装置１０の下流に設けられている。いずれの方式の場合にも、吸引装置１５は、各吸引口３１〜３５からフィルタ装置１０に向かう気体の流れを生成する。吸引装置１５の吸引風量は、定格最大吸引風量の範囲内で、連続的に変化させることができる。例えば、吸引装置１５が送風機よりなり、回転数を変化させることで吸引風量を変化させる形態を挙げることができる。
【００１９】
各吸引口３１〜３５は、吸引経路２０への入口として、アーク炉が設けられた建屋等、集塵を行う対象空間に向けて開口されている。そして、各吸引口３１〜３５に、それぞれダンパ４１〜４５が備えられている。各ダンパ４１〜４５は、図示しない制御部によって、０％〜１００％の間で、開度を独立に変更可能である。開度０％においては、ダンパ４１〜４５が閉じられた状態にあり、空気の吸引が起こらない。開度１００％においては、ダンパ４１〜４５は最も開いた状態にあり、吸引風量が最大となる。
【００２０】
本集塵装置１においては、上記のような構成を有することにより、共通の吸引装置１５によって、５つの吸引口３１〜３５から、建屋等の対象空間から粉塵を含んだ空気を吸引し、フィルタ装置１０に送り込んで、粉塵を捕捉することができる。そして、吸引装置１５の吸引風量と、各ダンパ４１〜４５の開度を制御することで、各吸引口３１〜３５からの吸引風量を変化させることができる。なお、ここでは、吸引口およびダンパが５組設けられる場合を例としているが、吸引口およびダンパの数は、対象空間の広さや粉塵の濃度等に応じて、任意に定めればよい。各吸引口を設置する位置も任意に定めればよく、例えば、粉塵の発生源に近い位置に設置すればよい。
【００２１】
［ダンパの開度の決定方法］
次に、ダンパ４１〜４５の開度ｘ１〜ｘ５の決定方法について説明する。具体的には、集塵装置１において、各吸引口３１〜３５において所望される吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐ５に応じて、各ダンパ４１〜４５の開度ｘ１〜ｘ５を決定する方法について説明する。
【００２２】
以下では、ダンパの総数をｎとして、説明を行う（上記の例ではｎ＝５）。本方法においては、
（１）各ダンパ４１〜４ｎにおいて、開度ｘ１〜ｘｎと吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性ｆ１（ｘ１）〜ｆｎ（ｘｎ）
（２）各ダンパ４１〜４ｎにおいて所望される吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎ
（３）吸引装置１５の定格最大吸引風量Ｑｔ
の３つのパラメータに基づいて、吸引装置１５の能力の範囲内で、所望の吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎに応じたバランスで、各吸引口３１〜３ｎにおける吸引風量が得られるように、ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎを演算によって決定する。この際、適宜、圧力損失や制御式の誤差等を考慮した補正を加える。以下に、開度ｘ１〜ｘｎの具体的な算出方法を説明する。
【００２３】
まず、ｉ番目の吸引口３ｉのダンパ４ｉについて、開度ｘｉと吸引風量の関係を示すダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）を考える。ここで、ｎを吸引口（ダンパ）の総数として、ｉは１以上ｎ以下の自然数である。図１の例では、ｎ＝５であり、ｉ＝１，２，３，４，５である。ダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）は、図２に例示するように、ダンパ４ｉの開度をｘｉ（単位：％）、吸引口３ｉでの吸引風量をｙ（単位：ｍ３／ｍｉｎ）として、ｙ＝ｆｉ（ｘｉ）なる関係を与える単調増加型の関数である。
【００２４】
ダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）は、例えば、集塵装置１において、着目しているダンパ４ｉ以外の全ダンパ４ｊ（ｊ≠ｉ）を閉状態（開度ｘｊ＝０％）とし、吸引装置１５を定格最大吸引風量Ｑｔで運転して、ダンパ４ｉの開度ｘｉを変化させながら、風量計を用いて吸引口３ｉの吸引風量を計測することで、求めることができる。このようにして実測したダンパ４ｉの開度ｘｉと吸引風量の関係は、図２に示すプロット点のようなデータ点として得られる。それらのデータ点を、例えば多項式のような近似式でフィッティングすることにより、連続関数としてダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）を得ることができる。あるいは、ダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）は、実測によらず、メーカ等から供給されているダンパ４ｉの仕様に基づいて演算等によって規定してもよい。ダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）は、ダンパ４ｉの種類や吸引口３ｉの径等に応じて定まり、各ダンパ４１〜４ｎで異なっていても、同じでもよい。
【００２５】
次に、上記で得られたダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）と吸引装置１５の定格最大吸引風量Ｑｔを用いて、各吸引口３ｉで所望される吸引風量Ｑｐｉから、各ダンパの開度ｘｉを決定する。吸引口３ｉの所望吸引風量Ｑｐｉは、その吸引口３ｉ近傍での粉塵の濃度等、集塵を行う対象空間の状態に応じて、どの程度の吸引風量を吸引口３ｉにおいて実現すれば所望の水準で対象空間の集塵を行えるか、という観点から定めればよく、対象空間の状況の変化を反映させて、リアルタイムに変更してもよい。
【００２６】
このように各吸引口３ｉの所望吸引風量Ｑｐｉを設定したうえで、次の制御式（１）に基づいて、各ダンパ４ｉの開度ｘｉを求める。
0006492767.tif 000003
【００２７】
ここで、Ｑｒは、各吸引口３ｉの所望吸引風量Ｑｐｉの合計値として得られる合計所望風量であり、式（２）で表される。
0006492767.tif 000004
【００２８】
Ｑｔは、吸引装置１５の仕様によって定まっている定格最大吸引風量である。Ｑｔを別の観点でとらえると、各吸引口３ｉにおける最大吸引風量、つまりダンパ４ｉの開度ｘｉが１００％の時に発揮しうる最大の吸引風量をＱｍａｘｉとし、その最大吸引風量Ｑｍａｘｉの合計値（ΣＱｍａｘｉ）を吸引装置１５の定格に合わせるように補正した風量をＱａｉとして、
0006492767.tif 000005
となる。
【００２９】
制御式（１）において、ｍは、補正係数である。
【００３０】
ｎ個の吸引口３ｉに対して所望吸引風量Ｑｐｉを設定すると、ｎ個のダンパ４ｉの開度ｘｉについて、それぞれ制御式（１）で示した形態の方程式が得られる。これら合計ｎ個の方程式に、式（２）で計算された合計所望風量Ｑｒを代入し、それぞれの方程式を開度ｘｉについて解くことで、制御式（１）を満たすような各ダンパ４ｉの開度ｘｉを算出することができる。そして、算出された開度ｘｉに従って、各ダンパ４ｉを実際に制御すればよい。また、定格最大吸引風量Ｑｔを上限として、合計所望風量Ｑｒに合わせて、吸引装置１５の吸引風量を設定すればよい。
【００３１】
ある吸引口３ｉを除いた全吸引口３ｊ（ｊ≠ｉ）のダンパ４ｊを閉状態とした場合のように、その吸引口３ｉのダンパ４ｉの開度ｘｉとその吸引口３ｉで実際に得られる吸引風量Ｑｉとの関係が、他の吸引口３ｊの吸引風量Ｑｊに影響されないとすれば、その吸引口３ｉにおける吸引風量Ｑｉは、単に、
0006492767.tif 000006
で表されることになる。
【００３２】
しかし、実際に、各ダンパ４１〜４ｎを開け、共通の吸引装置１５を用いて複数の吸引口３１〜３ｎから並列に吸引を行う場合には、各吸引口３１〜３ｎにおける吸引風量は、吸引装置１５の吸引能力、そして他の吸引口３ｊ（ｊ≠ｉ）における吸引風量にも影響される。そこで、制御式（１）において、着目している吸引口３ｉの所望吸引風量Ｑｐｉのみならず、全吸引口３１〜３ｎの所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎの合計値である合計所望風量Ｑｒ、そして吸引装置１５の能力の上限である定格最大吸引風量Ｑｔを考慮することで、全吸引口３１〜３ｎの間における吸引風量のバランスと、吸引装置１５の能力を考慮して、式（４）で定まる仮想的なダンパ開度ｘｉに対して修正を加えることができる。換言すると、ある吸引口３ｉにおけるダンパ開度ｘｉの決定に当たり、吸引風量の実測値に基づくフィードバック制御を行わなくても、その吸引口３ｉ以外の吸引口３ｊ（ｊ≠ｉ）における吸引の影響が考慮されることになり、吸引装置１５の能力の範囲内で、各吸引口３１〜３ｎにおいてバランス良く、所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎの比に応じた吸引風量を達成することができる。
【００３３】
具体的には、制御式（１）において、定格最大吸引風量Ｑｔに対して合計所望風量Ｑｒの値が大きくなるほど、右辺のＱｔ／Ｑｒの値が小さくなり、左辺の所望吸引風量Ｑｐｉの値が同じであっても、ｆｉ（ｘｉ）が大きな値をとる。すると、ｆｉ（ｘｉ）が単調増加関数なので、開度ｘｉが大きな値をとることになる。このことは、合計所望風量Ｑｒが大きくなるほど、各ダンパ４ｉの開度ｘｉが大きくなることを示している。各ダンパ４ｉでの吸引風量が大きくなるほど、吸引経路２０での圧力損失が大きくなるが、制御式（１）においては、Ｑｔ／Ｑｒの項を設けることで、吸引風量が大きくなった際の圧力損失によって吸引効率が低下するのを抑制することができる。
【００３４】
特に、Ｑｒ＞Ｑｔ、つまり合計所望風量Ｑｒが定格最大吸引風量Ｑｔよりも大きい場合には、１よりも小さい値をとるＱｔ／Ｑｒの項が、全吸引口３１〜３ｎについての制御式（１）において、一律に右辺に乗じられるため、全吸引口３１〜３ｎにおいて、ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎが大きくなり、全体として、圧力損失が低減される。そして、有限の定格最大吸引風量Ｑｔが、特定の吸引口３ｉに集中的に割り当てられることはなく、定格最大吸引風量Ｑｔの範囲内で、所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎの比に応じて、全吸引口３１〜３ｎにバランス良く吸引風量が割り当てられる。なお、ある吸引口３ｉの所望吸引風量Ｑｐｉが非常に大きい場合に、制御式（１）が有効な解を与えない可能性がありうるが、このような場合には、その吸引口３ｉのダンパ４ｉの開度ｘｉを１００％としておけばよい。
【００３５】
一方、Ｑｒ＜Ｑｔ、つまり合計所望風量Ｑｒが定格最大吸引風量Ｑｔよりも小さい場合には、全吸引口３１〜３ｎにおいて、ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎが小さくなり、所望吸引風量Ｑｐｉの比に応じて、全吸引口３１〜３ｎの吸引風量が、バランスよく抑制される。
【００３６】
さらに、制御式（１）においては、右辺に補正係数ｍが乗じられている。これは、吸引経路２０および各ダンパ４１〜４ｎにおける圧力損失による風量の低下の影響を補正するためのものである。各吸引口３１〜３ｎの所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎが小さく、全ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎが小さい状況において、圧力損失によって吸引風量が低下することの影響で、所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎが達成されにくくなってしまう場合には、補正係数ｍを用いることで、吸引口３ｉの所望吸引風量Ｑｐｉが同じでも、ダンパ４ｉの開度ｘｉが大きくなり、ダンパ４ｉが開方向に制御される。これにより、圧力損失の影響を緩和することができる。
【００３７】
補正係数ｍには、圧力損失の緩和以外に、制御式（１）の近似誤差等、制御式（１）と実測によって得られる現実の吸引風量との間に生じる差異を修正する役割や、制御式（１）の変更の自由度を確保する役割を担わせることができる。例えば、代表的ないくつかのダンパ開度ｘｉの組み合わせに対して、実際の吸引風量を計測したうえで、補正係数ｍの具体的な値を定めればよい。また、集塵装置１の経年劣化や粉塵発生状況の変化等に伴って、制御式（１）を変更する必要が生じたときは、補正係数ｍの値を変更することで、制御式（１）の形自体は変更しないまま、簡便にそれらの変化に対応することができる。
【００３８】
以上のように、本運転方法においては、演算によって各ダンパ４ｉの開度ｘｉを決定している。よって、風量計を用いて各ダンパ４ｉのダンパ特性ｆｉ（ｘｉ）をあらかじめ定めておき、また代表的な開度ｘｉの組み合わせパターンについて、実測される風量と制御式（１）の間の整合性を確認しておけば、集塵装置１の運転においては、各吸引口３ｉに風量計を用いてフィードバック制御を行うことは必要でない。よって、簡便にダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎを決定し、全吸引口３１〜３ｎにおいて、所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎに応じたバランスのよい吸引を達成することができる。
【００３９】
また、連続関数であるダンパ特性ｆ１（ｘ１）〜ｆｎ（ｘｎ）を用いて、全ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎを演算により決定するので、任意の所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎの組み合わせに対応して、全ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎを高自由度に定めることができる。仮に、想定される所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎの複数の組み合わせパターンに対して、ダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎを定めたテーブルを事前に準備しておくとすれば、事前に想定した以外の所望吸引風量Ｑｐ１〜Ｑｐｎの組み合わせを採用することができない。また、組み合わせパターンの数は、吸引口３ｉの総数ｎが大きくなると累乗的に大きくなるので、作業者が各パターンを準備し、また運転条件に応じてそれらから適切なパターンを選択、適用するのに、大きな労力を要する。選択したパターンに対して、実測値を基に修正を加えるとすれば、その労力はますます大きくなる。例えば、吸引口総数ｎ＝５の場合に、５個の吸引口３１〜３５において、それぞれ３とおりずつの風量を選択できるようにするためには、ダンパ４１〜４５の開度ｘ１〜ｘ５の組み合わせパターンを、３５＝２４３とおり設定する必要がある。
【００４０】
これに対し、上記のように制御式（１）を用いてダンパ４１〜４ｎの開度ｘ１〜ｘｎを決定するようにすれば、パターンの制約に縛られることなく、粉塵の発生状況等に応じて、細やかな開度ｘ１〜ｘｎの決定および制御を、小さな労力で行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１                      集塵装置
１０                    フィルタ装置
１５                    吸引装置
２０                    吸引経路
３ｉ（３１〜３５）      吸引口
４ｉ（４１〜４５）      ダンパ
【図１】
0006492767.tif 000008
【図２】
0006492767.tif 000009