Downfloカートリッジ式集塵の事例

ドナルドソントリット、プロダクトマネージャー、John Woolever

カートリッジと呼ばれるプリーツメディアフィルターエレメントを使用した集塵は、ここ数十年の産業用換気要件に対するユビキタスソリューションとなっています。 カートリッジ集塵機は、カートリッジの向きとキャビネットの風量設計に基づいて、2つの種類に分類できます。

1）カートリッジフィルターが水平に配置され、汚染空気の吸引口がすべてのフィルターメディアより上に配置されたダウンフロー集塵機の設計

2）カートリッジフィルターが垂直に吊り下げられ、汚染空気の吸引口がフィルターメディアの下または側面に配置されたクロスフローまたはアップフローコレクターの設計。

産業換気市場には、垂直に吊るされたカートリッジを備えた集塵機が優れていると主張する人もいます。しかし、そういった人々は裏付けとなるデータのない事例を引用しています。 一方、ダウンフロー集塵機の設計の利点は米国政府産業衛生専門家会議（ACGIH®）の産業換気マニュアルなど、信頼できる事実により裏付けられています。

産業用換気マニュアルのセクション8.3.2に、EPAがスポンサーとなって行われた¹研究で、汚染空気の下降気流から優れた性能が得られたことが示されています。 下降気流によって、粉塵粒子がホッパーに向かって移動する際の重力によって、再堆積量が減少します。

このテーマに関する他の要素を確認する前に、カートリッジ式集塵の起源を簡単に確認しましょう。

1970年代、カートリッジ集塵機は、バグハウス集塵機を再現するために設計されました。バグハウス集塵機には、垂直に吊り下げられた布製のフィルターバグが備えられており、フィルターの下から汚染空気を取り込んでいました。 （画像Aを参照）。 カートリッジフィルターエレメントのプリーツメディアは、同等のバグファブリックよりも優れたフィルトレーション効率と、低排出量を実現しましたが、 この新しいスタイルの集塵機にも、以前のバグハウスと同じ制限が数多く存在していました。

• クリーニング後、カートリッジフィルターから排出された粉塵は、流入空気に抗いながらホッパー/格納容器に回収する必要がありました。 そのため、フィルターメディアの表面に粉塵が再び取り込まれてしまい、稼働時の正味圧力損失が大きくなり、フィルターの寿命が短くなります。
• フィルターのメンテナンスでは、作業員が大きなアクセスドアを介して汚染空気プレナムを開ける必要があったため、フィルター交換に時間がかかり、不衛生で不快な作業でした。

垂直吊り下げ式集塵機の設計改善は、側方インレットを組み込むことで、長年かけて実現されました。この新しい設計により、作業員はフィルターメディアの下側からではなく、横側から集塵機に入れるようになりました。 こうして粉塵の再飛散がある程度減少したのです。 しかし、清浄後の粉塵粒子は依然として流入空気の影響を受けていました。また、カートリッジの交換プロセスにおいても、作業員と集塵機周辺は、依然として汚染空気プレナムの大きな開口部にさらされていたのです。 （画像Bを参照）。

1980年代になって、フィルターカートリッジの向きを垂直から水平に回転させ、汚染空気のインレットをすべてのフィルターメディアの上に配置することにより、ようやく画期的な成果が得られました。 この変化により、流入空気パターンが、清浄されたフィルターカートリッジから排出される粉塵の最終的な位置と一致するようになりました。 排出された粉塵粒子が、重力によって集塵機底部にある格納容器に向かって自然と下降するため、ダウンフロー集塵機の流入空気パターンに抗うことなく、集塵機底部にある貯蔵容器への粒子の移動を促進できるようになりました（画像Cを参照）。

この改善された気流管理設計により、粉塵の再飛散が減少しました。これは、表面に負荷をかけるファインファイバーフィルトレーション材を含むフィルターカートリッジを使用することでさらに強化できます。 粉塵の再飛散の減少により、稼働時の圧力損失を低減し、フィルターの寿命を延ばし、パルスクリーニングフィルターエレメントに使用される圧縮空気の消費量を削減できます。その結果、集塵機の運用コストと総所有コストの削減につながります。

低損失の事前分離を実現するために汚染空気の取り込み口を配置した新しいアプローチを使用することで、さらに多くのメリットが得られます。 近年の設計の進歩により、汚染空気のインレットをフィルターメディアから離れた位置に下向きで配置すると、風量が増加することがわかりました。 このドロップアウトゾーンによりフィルターメディアを通ることなく重い粒子が気流から落下し、さらに風量を均等に分散させることができるため、フィルター材を早期に摩耗させる高速の「ホットスポット」を排除できます。 （画像Dを参照）。

集塵機メーカーの中には、粉塵が蓄積し、フィルターエレメントの上面全体にブリッジが発生している水平フィルターの画像を事例として示しているところもあります。 実際には、適切に設計、操作、メンテナンスされたダウンフロー集塵機は、フィルターメディアの表面に堆積する粉塵を抑制する逆パルスクリーニングシステムを備えています。 知識のあるカートリッジ集塵機のサプライヤーであれば、フィルターメディアに供給されるクリーニングエネルギーを定量化する、包括的なパルス信号データを提供できるはずです。

先日、大幅に進歩したパルスクリーニング技術が市場に導入されましたが、現時点ではダウンフローカートリッジ構成での利用に限られています。 パルスクリーニングシステムの圧縮空気の膨張とエネルギー伝送損失の最小化を制御する設計により、新しいクリーニングシステムで供給されるインパルスクリーニングエネルギーは27%高いことが証明されています。 クリーニングエネルギーが増加すると、フィルトレーション性能が向上し、圧縮空気のエネルギー消費が減少します。

優れた気流管理設計、効果的なパルスクリーニング性能、表面捕集のファインファイバーフィルトレーションメディアが単体パッケージに一元化されていることで、ダウンフロー集塵機は優れたエアフィルトレーション能力というメリットをもたらします。 集塵機の風量の評価方法の1つに、体積の風量率をフィルターメディアの面積と比較する方法があります。 特定の用途において機器のサイズを測定する際、通常はこの流入空気（AMR）やフィルトレーション速度を使用します。

垂直吊り下げ式集塵機にはない、ダウンフロー集塵機の利点として、集塵機の性能と処理能力以外に、スケーラビリティーとコンフィギュアビリティーの2つが挙げられます。 ダウンフロー集塵機の水平フィルターの配向性により、カートリッジを縦横に配列することができ、高さや幅を増大することができます。これにより柔軟性が高まり、製造現場の総設置面積を削減できます。 垂直吊り下げ式集塵機にはフィルターが1層しかなく高さが固定されているため、フィルターメディアの面積を増やすには、幅と深さを増大する必要があります。 そのため、空気の処理能力を向上させるには総設置面積が大きくなってしまいます。

ダウンフロー集塵機が垂直エレメント集塵機と異なるもう一つのセクションは、爆発ベントです。 防爆ベントは、機器の設置面積はそのままで、ダウンフロー集塵機の屋根や側面に配置できます。 爆発ベントは垂直吊り下げ式集塵機の側面に配置する必要があるため、通常、ベントを上向きにするには設置面積を拡張する必要があります。 爆燃火炎の前面と爆燃中に放出される物質はどちらも上方に向かうため、多くの施設は上向きまたは屋根に取り付ける爆発ベントを選びます。

最後に、ダウンフロー集塵機でのフィルター交換プロセスにより、エレメント交換は簡素化し、従来の垂直吊り下げ式集塵機の設計と比較して、捕集汚染物質への作業員のばく露を最小限に抑えます。 通常、ダウンフロー集塵機には一度に数個のカートリッジにアクセスできるようカバーが取り付けられており、 集塵機が屋外の強風にさらされやすい場所に設置されている場合、とりわけ便利です。 旧式の垂直吊り下げ式集塵機には、通常、大きなアクセスドアの設置が必要となり、作業員と周辺領域を汚染空気プレナム全体にさらします。 ダウンフロー式集塵機は水平カートリッジの取り外しも簡単で清潔です。集塵機の中に腕を入れるだけでカートリッジフィルターに手が届きます。 垂直吊り下げ式集塵機では、海綿状の汚染空気プレナムにリーチするための特別なツール、または実際に作業員がキャビネット構造の奥深くにあるカートリッジフィルターにアクセスするための物理的な入口（潜在的な閉所への入口）が必要となります。 ほとんどの集塵機は、フィルター交換作業用の産業プラットフォームに対応していますが、ダウンフロー集塵機は、脚立を使ってのフィルター交換作業も可能なので、作業現場の設置面積を抑えることができます。

扉が大きいためカートリッジフィルターへのアクセスが困難なだけでなく、通常フィルターは大きくて重いため、垂直吊り下げ式集塵機のフィルター交換には、プラットフォームや昇降機など、手のかかるアクセス手段が必要となります。

発明から40年以上が経過した今でも、カートリッジ集塵機は、さまざまな業界において依然として魅力的で経済的なソリューションです。 ダウンフロー式集塵機は、粉塵の再飛散を減らし、設置面積を最小限に抑え、構成の柔軟性を高め、フィルター交換を簡単に行うことができます。 こうしたメリットから見ても、ダウンフローカートリッジ式集塵の利点は明白です。