ドナルドソントリット、アプリケーションエンジニア、Naald Hildebrand
安さを選んだばかりに結局は高くついてしまったということは、よくあります。 集塵機のフード設計には、特にこれが当てはまります。 フード設計を少し変更するだけで、とりわけ性能や総運用コストにおいて、大きな違いが生まれます。
有能なマネージャーであれば最大の資産は人材であるとわかっているため、作業員の快適さを事業成功の最優先課題に位置付けるのは当然です。 ACGIH（アメリカ合衆国産業衛生専門官会議） - Industrial Ventigation、A Manual of Recommended Practice for Designの第28版では、集塵ソリューションは評価すべき標準と見なされています。 産業衛生のベストプラクティスを定めたもので、作業員や施設内スタッフの呼吸域の改善を目的としています。 このマニュアルは、フードに関連するガイダンスを提供し、フード構成で重要な「良」、「優」、「最良」のケース戦略を紹介しています。
フード設計を始める際には、作業空間の空気の質を向上させる以外の懸念事項の重要性も考慮しておくとよいでしょう。 粉塵の可燃性や毒性の可能性は、フード設計やシステム設計において重要です。 清潔度基準を満たしていない場合、設備が深刻なリスクにさらされる可能性があります。 労働条件への影響だけでなく、設備に法令遵守（コンプライアンス）違反が認められると巨額の罰金が科される可能性もあります。
労働環境の空気の質に加えて、ビジネスにおいて、製品や作業の質と経営コストという2つの重要な考慮課題のバランスが求められます。 ファンなどの機器の資本コスト節約を目的としたフード設計の改善など、一見節約につながらないように感じます。 フード設計も重要な課題になると考えて、さまざまなオプションを検討してみましょう。
一般的なフード設計
工程を囲うことができない場合は、作業中に発生する粉塵を制御するために、作業工程の近くに外部フードの設置が必要になる場合があります。 5種類の基本的な外付けフードを有効性の低いものから順にご紹介しますが、有効性が高くなるにつれ製造コストも上がります。 ただし、次のような関連事項を比較すると、フードの初期費用は短期間で回収できる可能性があることがわかります。
- 工場の清浄度の向上と、製品を製造するためのダウンタイムの短縮、
- ダクト、集塵機、ファンの小型化による省スペースが可能、
- 必要なエネルギーや風量が少なければファンの馬力も抑えられるため、関連する光熱費の削減につながる。
1. ローエッジフードはフード構成の中で最も一般的かつ安価な製品です。 粉塵の発生場所付近を末端とするオープンダクトで、 フード設計の中で最もシンプルなものです。
ローエッジフードは、非常に簡単に作れますが、汚染物質を発生場所で捕集する性能は最も低くなります。 このフード構成だと、ダクト開口部の前面部だけでなく、フード開口部の背面からも空気を引き込むため、効率が悪くなります。 また、ひどい乱流も発生してエネルギー損失が増大し、大型のファンが必要になる可能性もあります。 そのため、総運用コストの観点から最適とは言えません。
2. フランジフードは製造コストが低くて比較的シンプルです。フランジを付けることでローエッジフードの設計を改善しています。 フランジフードは、粉塵の捕集に要する空気/エネルギーがオープンダクトの前面部に限定されるため、性能が向上します。
フードの設計にフランジを取り入れることによってフードの性能が重視され、施設を清浄に保つために必要な風量を減らすことができます。 また、従業員の労働環境における空気の質も改善されます。 フランジの形状が円形である必要はありません。前面からフード内に集中して空気が流入しさえすれば、状況によっては正方形や三角形の方がよい場合もあります。 フランジに関しては、無いよりはあったほうが断然よいものです。 フランジフードでも乱流が過剰発生する場合があるため、なるべく発生しないよう設計を見直してみましょう。
3. テーパードフードはさらにフードの性能を改善したものです。 長方形のフランジを使用した円形のダクトを考えてみましょう。 フランジエッジを前方に折りたたんで側面で接続すると、空気をダクトに送り込むためのテーパード状のろう斗ができ上がります。 この先細のろう斗は、未処理またはフランジ付きの入口よりもゆっくりとフードに空気を送り込み、フードの後ろにあるダクトに空気が入るときに生じる乱流を低減します。 このような少しの改善でエネルギーを節約でき、ファンの運用コストを削減することで、フードの製造コストがわずかに高くなっても長期的に見ればコストの削減につながります。 フードの表面にフランジを再導入したことで、フードの効果を再度集中させ、総風量を削減しています。 また、ダクトと集塵機を小型化できる点、ファンの馬力を下げられるという点で、資本設備においてコスト削減のチャンスが生まれます。
4. コニカルフードは、長方形ではなく、円形のフード開口部から移行したものです。 フード設計がさらによくなって性能も向上しています。 フードの背面にあるダクトに空気が流入することで発生する乱流をさらに抑えることで、フードの性能が向上します。 また、必要となるエネルギー量を削減し、ファンの馬力を節約します。 つまり、フードの表面にフランジを追加することで、粉塵の制御に必要な空気量が減り、ダクト、集塵機、ファンの馬力などの資本コストを前述のように削減できます。 ご覧のように、これらのほとんどは比較的単純な板金処理で、どのようなオープンダクトにも追加することができます。
5. ベルマウスフードは、おそらく外付けフードの性能という点ではトップでしょう。 フランジフードのメリットに加え、フランジからダクト入口への移行が非常にスムーズです。 このスムーズな移行により、空気がダクトに入るときの乱流を最小限に抑えます。 フランジの風量低減性能とスパンボウルエントリープロファイルの乱流低減の両方が得られ、外付けフード設計としては最も効果的です。 もちろん、こうした性能の向上には投資が必要です。 通常、このフードインレットにはスパンコーンを使用してスムーズなインレットを製造しますが、コストは高くなります。
その他の留意事項： フードの位置
さまざまなフード構成と形状について説明してきましたが、他にも無視できない重要な問題があります。 粉塵の発生源に対してフードはどこに配置すべきでしょうか？ 高価で高性能なフードを選択したとしても、配置が適切でなければ大量の空気を取り込むだけで粉塵はほとんど捕集できません。
フードの位置は粉塵の発生源近くに、という点は、集塵に関する説明の一部にすぎません。 効果的に粉塵管理を行うには、フードが粉塵発生源からできるだけ近い場所にフードを設置する必要があります。 この事実は、近接性が非常に重要である理由を説明する際に役立つかもしれません。 以下の状況を考えてみましょう。
例1：
粉塵発生源から1フィートの位置に4インチ径のローエッジフードが設置されており、粉塵を制御するためには、粉塵発生源で100フィート/分の捕捉速度が必要になります。 この速度の生成に必要な空気量を概算するには、工場換気マニュアルの計算式を使用します。 Q=（10X² + A）V
- 発生源からの距離（x）は1フィートであり
- ダクトの断面積（A）は、4インチ径ダクトの場合、0.087平方フィートのため
- 必要な総風量は（Q） = [10（1 ft）² +（0.087 ft²] 100 ft/min = 毎分1,009立方フィートとなります。
例2：
粉塵発生源から0.5フィートの位置に4インチ径のローエッジフードが設置されており、粉塵を制御するためには、粉塵発生源で100フィート/分の捕捉速度が必要になります。 必要な空気量を概算するため、ここでも工場換気マニュアルの計算式を使用します。 Q=（10X² + A）V
- 発生源からの距離（x）は0.5フィートであり
- ダクトの断面積（A）は0.087平方フィートのため
- 必要な総風量は（Q） = [10（0.5ft）² +（0.087 ft²] 100 ft/min = 毎分259立方フィートとなります。
このように、距離（x）の変化は、必要な風量の量に劇的な影響を与えます。 この場合、そしてほとんどの場合で、距離を半分にすると、必要な風量は4分の1に減少します。 これは非常に大きな違いです。 必要規模の4倍も大きな集塵機やファンを使用する費用と、6インチダクトの追加に要する費用を比較してみてください。 さらに、必要な空気の量も少なくなるため、ダクトのサイズも小さくでき、コストをさらに節約できることも忘れてはいけません。
では、その重要な設計エレメントを見てみましょう。 総所有コスト（TCO）について。 フードの設計がよければ、粉塵管理に要する総空気量を削減し、運用コストも削減できることがお分かりいただけたと思います。 つまり、ダクト、集塵機、ファンを小型化できるということです。 これで、高額資本を必要とする3つのアイテムの費用を節約できます。
次に、ファンと集塵機の運用コストについて検討します。 乱流が少なく、総空気量も少なければ、システム稼働に必要な馬力を抑えられます。 また、設備からの排気量が減ればエア補給の需要が小さくなり、HVACシステムの負荷も軽減されます。 では、これら製品の寿命はどのくらいでしょうか？ 10年？ 20年？ 年間の電力や圧縮空気にかかるコストにどう影響するでしょうか？ このように、単純なシステムコンポーネントの小さな変更が、所有コストに大きな違いを生むことをお分かりいただけたと思います。
設備や従業員の作業スペースの改善から設備の総所有コストまで、フード設計のベストプラクティスは、設計で考慮されるべき重要項目です。 小さな変更から生まれる大きな違いこそが、まさに求めていたものだったということもよくあるのです。
