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大型集塵機における圧力損失の重要性と計算方法について

2024/02/20

大型集塵機における圧力損失は、運転コストや性能に直結する重要な要素です。圧力損失が増大すると、必要な動力が増加し、吸引力や集塵効率が低下します。適切な計算方法を用いて圧力損失を把握することで、効率的な集塵機の選定や設計が可能となります。

圧力損失とは?集塵機における圧力損失の重要性

圧力損失とは、流体が管や機器を通過する際に、摩擦や抵抗によって圧力が低下する現象のことです。流体の種類や密度、流速、管の長さや径、曲げや継ぎ手の数などによって変化します。圧力損失を減らすことで、エネルギー効率を向上させることができます。

◇大型集塵機における圧力損失の重要性

集塵機とは、空気中のほこりや粒子を除去する装置のことです。集塵機は、工場や事務所などの空気環境を改善するために広く利用されています。集塵機の性能を評価する指標の一つが、圧力損失です。集塵機における圧力損失とは、集塵機に入る前と出る後の圧力の差のことです。集塵機における圧力損失は、以下の理由で重要です。

・圧力損失が大きいと、集塵機に必要な動力が増えるため、運転コストが高くなります。
・圧力損失が大きいと、集塵機の吸引力が低下するため、集塵効率が低くなります。
・圧力損失が大きいと、集塵機のフィルターが目詰まりしやすくなるため、メンテナンスが頻繁に必要になります。

圧力損失とは、流体が管や機器を通過する際に圧力が低下する現象のことで、集塵機の性能やコストに影響を与えます。圧力損失を減らすことで、集塵機の効率を高めることができます。圧力損失の計算には、一般的な式がありますが、集塵機の特性に合わせて適切に選択する必要があります。

吸引方式の違いと圧力損失に対する影響

集塵機は、空気中のほこりや煙などの微粒子を除去する装置です。集塵機には、吸引方式によって風量型と高圧型の二種類があります。それぞれの集塵機の特徴や違い、そして圧力損失に対する影響について解説します。

◇風量型と高圧型

風量型の集塵機は、大きな風量で微粒子を吸引するタイプの集塵機です。風量型の集塵機は、吸引口の直径が大きく、吸引力が弱いのが特徴です。風量型の集塵機は、微粒子の濃度が低く、分散している場合に効果的です。例えば、木工や金属加工などの工場で発生するほこりや煙を除去するのに適しています。

高圧型の集塵機は、小さな風量で微粒子を吸引するタイプの集塵機です。高圧型の集塵機は、吸引口の直径が小さく、吸引力が強いのが特徴です。高圧型の集塵機は、微粒子の濃度が高く、局所的に集まっている場合に効果的です。例えば、溶接や切断などの作業で発生するスパークやスラグを除去するのに適しています。

◇それぞれの集塵機と圧力損失に対する影響

高圧型集塵機と風量型集塵機の性能は、主に圧力損失によって異なります。圧力損失が小さい場合、風量型集塵機の方が風量が大きくなります。これは、風量型が圧力損失が小さいため、より効率的に風量を確保できるからです。一方、圧力損失が大きい場合、高圧型集塵機の方が風量が大きくなります。これは、高圧型が圧力損失に対してより効率的に対処できるためです。

風量型集塵機を使用する場合、圧力損失を減らすためには、吸引口の直径を大きくし、配管の長さや曲がりを減らし、フィルターの目詰まりを防ぐなどの対策が必要です。一方、高圧型集塵機を使用する場合は、吸引口の直径を小さくし、吸引距離を短くし、吸引部分を密閉するなどの対策が必要です。


集塵機の選択や設計には、吸引方式に応じた圧力損失の考慮が重要です。集塵機の性能を最大限に発揮するためには、吸引する微粒子の特性や発生状況に合わせて、適切な集塵機を選ぶことが必要です。

圧力損失の計算方法

正しい圧力損失を知ることは、集塵機の選定や、風量を把握するための重要な指標となります。ここでは、先ほど紹介しきれなかった集塵機の圧力損失の影響と、計算方法について解説します。

◇それぞれの集塵機と圧力損失

以下の集塵機について、特徴と圧力損失の影響について解説します。


・流通形式 電気集塵機
・流通形式 サイクロン
・障害物形式 慣性集塵機
・隔壁形式 バグフィルタ

流通形式 電気集塵機とは、高電圧をかけた電極と接地した集塵板の間に空気を通し、ほこりや粉末に電荷を与えて集塵板に吸着させる集塵機です。圧力損失は小さく、ほこりや粉末の粒径に関係なく高い集塵効率を持ちます。しかし、電極の汚れや火花放電などの問題があります。

流通形式 サイクロンとは、円筒部と円錐部からなる集塵機で、空気を渦流にして遠心力でほこりや粉末を分離させる集塵機です。圧力損失は中程度で、ほこりや粉末の粒径が大きいほど高い集塵効率を持ちます。構造が簡単で、耐久性や安全性が高いです。

障害物形式 慣性集塵機とは空気中のほこりや粉末を、直線的に流れる空気に対して垂直に配置された障害物に衝突させて分離させる集塵機です。圧力損失は小さく、ほこりや粉末の粒径が大きいほど高い集塵効率を持ちます。しかし、障害物の汚れや詰まりなどの問題があります。

隔壁形式 バグフィルタとは、空気中のほこりや粉末を、繊維製の袋やカートリッジなどの隔壁に吸着させる集塵機です。圧力損失は大きく、ほこりや粉末の粒径が小さいほど高い集塵効率を持ちます。しかし、隔壁の交換や清掃などのメンテナンスが必要です。

◇集塵機の圧力損失の計算方法

ここでは、サイクロン集塵機の圧力損失の計算方法を例に説明します。

入口速度の計算

入口面積aとサイクロン直径Dから、viという入口速度を計算します。これは、円筒部への流入速度です。入口面積と直径の関係によって、viの値が決まります。

円筒部での速度変化

円筒部を通過すると、流速は加速または減速します。摩擦係数と円筒部内壁面積を用いて、円筒部での速度の減少率を計算します。これにより、入口速度viから円筒部での速度v1が求められます。入口面積と直径の関係によって、v1/viの比率が決まります。

円錐部での速度変化

円筒部を通過した後、流体は円錐部へと移動します。この過程で、流速はさらに減速し、求心流が発生します。この段階での速度をv2とします。

圧力損失の計算

圧力損失は、サイクロン内部の流れの速度変化や形状によって決まります。摩擦係数や流れの指数などのパラメータを使って、圧力損失を算出します。また、出口管の壁面上静圧Peと入口管静圧Piの差からも圧力損失を計算することができます。

特殊な要因の考慮

サイクロン内部に案内羽根を設置したり、特殊な型式を採用することで圧力損失が低減する場合があります。また、ガス中の粉末濃度が高くなると圧力損失が上昇する傾向があります。


圧力損失は、流体が管や機器を通過する際に生じる摩擦や抵抗によって圧力が低下する現象であり、流体の性質や流れる条件に依存します。特に集塵機においては、圧力損失が重要視されます。大きな圧力損失は、集塵機の運転コストを増やし、吸引力や集塵効率を低下させ、メンテナンス頻度を増加させます。

集塵機の種類によっても圧力損失の影響は異なり、風量型と高圧型では圧力損失が異なる影響を与えます。圧力損失の計算方法には一般的な式がありますが、集塵機の特性に応じて適切な方法を選択する必要があります。

サイクロン集塵機の場合、入口速度や円筒部、円錐部での速度変化を考慮し、特殊な要因も加味して圧力損失を計算します。これらの要素を考慮することで、効率的な集塵機の選定や設計が可能となります。

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