CN106440182B

CN106440182B - 风障装置

Info

Publication number: CN106440182B
Application number: CN201511011146.7A
Authority: CN
Inventors: 川野通彦
Original assignee: Kawano Giken Co Ltd
Current assignee: Kawano Giken Co Ltd
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2035-12-30
Also published as: US10018369B2; CN106440182A; JP2017036871A; US20170038085A1; JP5881227B1

Abstract

在助跑区间出口部形成的平行气流是无涡流的，所以具有牢固的气流截断性能，因此将由平行气流构成的平行流风障装置的开发作为本发明的目的。借助由相同的上层非轴对称喷流核幕和下层非轴对称喷流核幕构成的内循环上下对流式的风障装置完成平行流风障装置。

Description

风障装置

技术领域

本发明涉及风障装置。

背景技术

风障装置是喷流空气的应用装置。以下记载涉及风障装置的喷流技术。

在图1中表示引用自非专利文献1的“从喷嘴向静止空间中喷出的空气自由喷流的速度分布”。在图1（a）及图1（b）中表示的速度分布形状能够分为喷嘴附近的区域和与其相比更靠下游的区域这两个区域。喷嘴附近的区域被称为初始区域，在中心存在喷流核（噴流コア），在其周围存在喷流与周围流体混合而成的含有涡流的混合区域。从喷嘴出口朝向下游，混合区域扩大，核区域缩小直至消失。将与之相比更靠下游的下游区域称作发展区域，是混合流扩散的区域。

图1（a）所示的喷流核表示在图2所示的三维轴对称导管的乱流助跑区间（乱流助走空間）出口喷嘴处形成的无涡流的平行流核，平行流核长度X1≒10D。

图1（b）所示的喷流核表示在二维喷嘴处形成的无涡流的平行流核，平行流核长度X2≒6D。

图1（a）、1（b）的平行流核无涡流，所以示出了牢固的气流截断性能。在图1（b）的平行流核上，存在核长度X2较短的缺点。

在图1（a）及图1（b）所示的喷流核的周围，作为与周围流体之间的较大的速度梯度和流体的粘性作用的卷入的结果，存在混合区域，形成喷流外缘。在喷流外缘上产生由卷入引起的诱导流（誘引流），将周围流体收回至混合区域内。

在图2中，根据（非专利文献2），表示形成图1（a）的平行流核的乱流助跑区间。在乱流助跑区间流入口处，含有涡流的混合流体以相同速度流入，在导管壁上产生较薄的边界层（境界層），随着气流向下游前进，边界层的厚度增加，涡流减少，同时至某一距离La（将其称为助跑区间长度）涡流消失，形成导管截面的速度分布恒定的无涡流的平行流。平行流在不使速度分布变化的情况下在导管内以定常速度平行移动。这样助跑区间流入部的涡流成分在助跑区间中消失，在助跑区间结束部中形成不含涡流成分的无涡流的平行流。根据非专利文献3，乱流助跑区间长度La≒50D。（D：在助跑区间为导管的情况下是导管宽度、在助跑区间为圆形的情况下是直径）。

在图3中，表示引用自（非专利文献4）的二维狭孔（slot）吹出口。由二维狭孔吹出口形成的无涡流的平行流核幕存在核长较短、表示气流截断性能的区域较窄的缺点，但装置的制造较容易，所以被广泛使用于以往的风障装置。

在图4（a）中根据非专利文献5表示经过助跑区间、已充分发展的长方形导管截面速度等值线图，在图4（b）中根据非专利文献6表示经过助跑区间、已充分发展的乱流平行流速度分布。如图4（a）及（b）所示，已充分发展的乱流平行流相对于X-X轴及Z-Z轴形成对称的轴速度分布，形成无涡流的平行流，前述无涡流的平行流的各速度成分的矢量为相同方向。

在图5（a）中表示形成于长方形助跑区间端吹出口处的平行流核。在图5（b）中表示形成于在长方形助跑区间端吹出口上将顶板及地板延长的吹出口处的平行流核幕。由平行流核幕形成的风障装置具有高度的功能。

专利文献1：（日本特许第4884547号 & 中国授权公告102213253号）《装有导向叶片的吹出弯头》。

专利文献2：（日本特许第2948199号 & 中国授权公告1196868号）《带导向叶片的吸入弯头》。

专利文献3：（日本特开2014-35844）《离子发生装置及具备该离子发生装置的除电装置》。

非专利文献1：社河内敏彦著《喷流工学》（「噴流工学」）、森北出版株式会社、2004，p.4。

非专利文献2：技术资料《管路・导管的流体阻力》（「管路・ダクトの流体抵抗」）、日本机械学会、1991，p.23。

非专利文献3：技术资料《管路・导管的流体阻力》（「管路・ダクトの流体抵抗」）、日本机械学会、1991，p.26。

非专利文献4：技术资料《新版工厂换气》（「新版工場換気」）、空气调和・卫生工学会、2009，p.44。

非专利文献5：技术资料《管路・导管的流体阻力》（「管路・ダクトの流体抵抗」）、日本机械学会、1991，p.48 。

非专利文献6：技术资料《管路・导管的流体阻力》（「管路・ダクトの流体抵抗」）、日本机械学会、1991，p.25。

非专利文献7：神部勉，《流体的百科》（「ながれの事典」）、丸善株式会社、2004，p.472。

非专利文献8：泷泽清一《除去对象物质和各种过滤器、（1）颗粒状污染物》（「除去対象物質と各種フィルタ、（1）粒子状汚染物」）、空气调和卫生工学、第76巻、第10号，p.7。

非专利文献9：日本宝翎（株）（日本バイリーン（株））《再生式过滤器、目录》（「再生式フィルタ、カタログ」）。

非专利文献10：山田丰，其他3人共著《机械工学概论》（「机械工学概論」）、朝仓书店、1988，p.111。

非专利文献11：三菱换气送风机综合目录（三菱換気送風机総合カタログ）、2014，p.565，566。

非专利文献12：《店铺营业中浪费的能源使用的排除和节约能源的应有状态研讨会、研讨总结》（「店舗営業における無駄なエネルギー使用の排除と省エネルギーのあり方検討会、検討のまとめ」）东京都环境局都市地球环境部计划调整课、2012年11月（東京都環境局都市地球環境部計画調整課、平成24年11月）。

非专利文献13：《用于职场的吸烟对策的指南》（「職場における喫煙対策のためのガイドライン」）厚生劳动省、2003（厚生労働省、平15）。

非专利文献14：《新感染病病房的设施规划指南》（「新しい感染症病室の施設計画ガイドライン」）健康出版（へるす出版）、2001，P.157。

发明内容

本发明的目的在于，相对于在图3中所示的现有的狭孔形式的含有涡流的混合流风障装置，开发平行流风障装置，所述平行流风障装置使用在图5（b）中所示的无涡流的平行流核幕的。

在图6中表示技术方案1中记载的内循环轴对称上下层对流式风障装置。由第1通风箱100a、第2通风箱100b及通路顶板8构成，风障装置的吹出口宽度设为D，通路尺寸设为高度2L、横向宽度Xg≦5D。在图1（a）中所示的平行流核的长度X1≒10D，但作为平行流核的强度被安全地维持的设计长度，设定为在图1（a）中所示的平行流核的长度的1/2即5D。第1通风箱100a和第2通风箱100b是相同的构造件，在长方形箱体1a、1b的内部依次容纳装有导向叶片的吹出弯头2a、2b、整流格栅3a、3b、压力换气扇4a、4b、装有导向叶片的吸入弯头5a、5b、粗滤器6a、6b，将装有导向叶片的吹出弯头2a、2b的吹出口14a、14b和粗滤器6a、6b配置于箱体1a、1b的相同的侧面上。粗滤器的详细情况根据（非专利文献8）及（非专利文献9）。

吹出口14a、14ｂ的高度相同，都是Ｌ。风障装置由第1通风箱100a和第2通风箱100b的倒立对置配置构成，所以上层非轴对称喷流核幕20a和下层非轴对称喷流核幕20b在以中央水平面10为中心的对称状态下对流。在中央水平面10上形成在非专利文献7中记载的凯文亥姆霍兹不稳定性（Kevin-Helmholtz instability）的剪切层涡列11（参照图12），将上层非轴对称喷流核幕20a与下层非轴对称喷流核幕20b结合，形成以剪切层涡列11为中心轴的内部循环轴对称上下层对流喷流核幕，构成图6的风障装置。已证实，即使在上层吹出口14a和下层吹出口14b对流对置配置的情况下，也与以中心轴10为对称轴的三维轴对称长方形吹出口一样，如图13所示地借助实机试验形成平行流风障。

图2所示的乱流助跑区间入口部处流入含有涡流的混合流，在助跑区间中涡流减少，在助跑区间出口端形成没有涡流的相同流向的平行流，所以助跑区间的功能可以考虑为涡流除去区间。

在图4（a）所示的长方形导管助跑区间端形成的平行流横截面速度分布可以视作合成比中心线X-X靠上层的上层的非轴对称速度分布和比中心线X-X靠下层的下层的非轴对称速度分布而形成的轴对称平行流的速度分布，所以可以视作图6所示的内循环轴对称上下层对流式风障装置是将图7所示的非轴对称吹出口的装有导向叶片的吹出弯头2a、2b配置于上下的轴对称风障装置。此外，借助伴随着装有导向叶片的吹出弯头具有的扩大流动的动压回收效果（動圧回収効果），驱动用风扇能够采用低压大风量的压力换气扇。

装有导向叶片的吹出弯头2a、2b是日本特许第4884547号即中国授权公告102213253号（专利文献1）的装有导向叶片的吹出弯头，如图7所示，该装有导向叶片的吹出弯头将在曲板的前后连接着平板的导向叶片配设于弯头内，是矩形截面、扩大率f为1<f≦5、流出口宽度为W的装有导向叶片的吹出弯头，具有以下特征，基于下式形成m个相似局部流路，使弯头内壁变形成与相邻的导向叶片的曲板同心的曲板，将n=1局部流路设置成流路宽度是流路入口宽度b₁的同心弯管等宽流路，

p=h/[{f/（f-r）}^m-1] （1式）

a_n=pr{f/（f-r）}ⁿ （2式）

b_n=a_n/f （3式）

f=W₀/h （4式）

W=W₀-（a₁-b₁）（5式）

p:导向叶片流出端伸出长度

h:流入口长度

f:弯头扩大率（f=W_0/h），1<f≦5

m:局部流路数

a_ｎ:第n个局部流路出口宽度（其中，在n是0的情况下表示内壁半径，在n是m的情况下表示外壁半径）

b_n:第n个局部流路入口宽度

W₀:基准流出口长度

W:流出口长度

r:局部流路纵横比（=横向尺寸相对于纵向尺寸的比=（横向尺寸）/（纵向尺寸）

r=（B₂C₁）/（A₁C₁）=（B₃C₂）/（A₂C₂）=（B₄C₃）/（A₃C₃）=（B₅C₄）/（A₄C₄），参照图7。

如图7所示，在基于（1式）、（2式）、（3式）、（4式）设计的流入口宽度为h、流出口宽度为基准值W₀的装有导向叶片的吹出弯头中，将内壁向第1导向叶片侧移动（a₁-b₁）来作成通路宽度b₁的第1局部通路。ｒ的值是弯头扩大率f及吹出角度90°的函数，是实测值。

图8表示由图7的装有导向叶片的吹出弯头形成的喷流流线图。由图6的风障装置的风扇4a产生的旋转混合气流借助图15的整流格栅3a除去旋转成分，流入吹出弯头，借助吹出弯头内的各导向叶片受到90°的方向改变，并且由于离心力导向叶片横向的风速均匀化，各局部流路的形状相似，通路流动阻力相同，所以图8所示的各导向叶片出口端14处的风速除了内壁及外壁部以外借助各导向叶片变得速度相同。吹出空气流形成非对称的轴速度分布，但各速度成分的矢量方向大致相同。此外，图8所示的各局部流路是相似扩大流路，所以在导向叶片的背面产生图示的相似固定涡，形成稳定的扩大流动。图9表示图8所示的喷流流线图的喷流幕照片。能够从该喷流照片相对于弯头扩大率f来求出表示垂直喷流的局部流路纵横比r的值。在照片中表示的装有导向叶片的吹出弯头单独的喷流幕的吹出部截面不是轴对称的，所以不形成平行流核幕，而形成混合流核幕。如前所述，吹出空气流形成非对称的轴速度分布，但各速度成分的矢量方向大致相同。

装有导向叶片的吸入弯头5a、5b是日本特许第2948199号即中国授权公告1196868号（专利文献2）的装有导向叶片的吸入弯头，如图10（a）所示，具有以下特征，借助由曲板与连接于该曲板的平板构成的1张以上的导向叶片，基于下式，被划分成彼此形状相似的多个局部流路。

p=h/[{f/（f-r）}^m-1] （6式）

a_n=pr{f/（f-r）}ⁿ （7式）

b_n=a_n/f （8式）

这里，

p:流入口伸出长度

W:吸入口长度

h:流出口长度

f:弯头缩小率（f=W/h，1<f≦5）

m:局部流路数（m≧2）

a_n:第n个局部流路入口宽度（其中，a₀表示弯头内壁的曲率半径，a_m表示弯头外壁的曲率半径）

b_n:第n个局部流路出口宽度

r=（B₂C₁）/（A₁C₁）=（B₃C₂）/（A₂C₂）=（B₄C₃）/（A₃C₃）=（B₅C₄）/（A₄C₄），参照图10

由（6式），（7式），（8式）得到的吸入弯头是与由装有导向叶片的吹出弯头的计算式（1式）、（2式）、（3式）得到的装有导向叶片的弯头相同形状的弯头。

图10（b）表示缩小率f=5.0、吸入口长度1,000mm的吸入弯头吸入速度分布。本吸入弯头具有优异的均匀的吸入特性，在平行流风障装置的压力换气扇4a及4b的吸入部上设置吸入弯头5a及5b，实现吸入粗滤器6a及6b整体的均匀吸入，对粗滤器能够使用压力损失较小的粗滤器，由于压力换气扇初始出口压力P₁值的降低，变得能够长期连续运转。

图11表示在图6所示的平行流风障装置的吸入过滤器6a、6b的背面上分别设置的吸入弯头5。吸入弯头支承吸入口过滤器面积的约1/2，同时进行诱导，余下的吸入口过滤器的诱导气流作为风扇4的侧部吸入气流进行诱导，能够进行吸入口过滤器整体的均匀吸入。

图12表示形成在中央水平面10上的（非专利文献7）中记载的凯文亥姆霍兹不稳定性（Kevin-Helmholtz instability）的剪切层涡列11。在图6所示的平行流风障装置中，将上层非轴对称喷流核幕20a与下层非轴对称喷流核幕20b结合，形成以剪切层涡列11为中心轴的内循环上下层对流式的合成轴对称平行流风障。上层非轴对称喷流核幕20a和下层非轴对称喷流核幕20b以相同平均速度在上下层对称的状态下对流，所以构成图12（b）的涡列11的各涡流的大小为相同尺寸。

图13表示在技术方案1中表示的图6的风障装置200的流速分布的测定值。用于测定的风障装置200的要点为，通路高度2L＝2,100mm、吹出口宽度D＝400mm、通路横向宽度Xg＝5D=2,000mm。上层非轴对称喷流核幕20a和下层非轴对称喷流核幕20b在上层和下层形成对流的核幕，所以为了容易地判定流动状态，将上层核幕的速度分布和下层核幕的速度分布的测定值朝向相同方向用●点来表示。流速的测定在将通路横向宽度Xg＝2,000mm四等分的（1）、（2）、（3）这3条垂直线上进行。在通路的水平中央部存在固定涡流的剪切层涡列11，所以没有速度表示。从图13可知，流动形状是凹皿型，（1）、（2）、（3）的平均流速值都表示为3.1m/s这一相同数值，流动状态表示为针对每条流线以特定速度保持水平流动且恒定的速度分布平行移动的平行流状态。根据该测定结果示出了，即使在上层非轴对称喷流核幕20a和下层非轴对称喷流核幕20b对流的情况下，也形成轴对称平行流风障。

进而在本试验中，在图1所示的混合区域的喷流外缘上产生的诱导流在混合区域的喷流外缘整面上均匀地产生，诱导速度在喷流速度为3.1m/s的情况下是均匀的，为0.2m/s。诱导流在风障通路面（高度2,100mm×横向宽度2,000mm）的两侧整面上产生，进行浮尘的一同收回。根据以上的试验结果，证实图6的内循环轴对称上下层对流式风障装置的气流幕为图5（b）的平行流核幕，所以图6的装置200是平行流风障装置。

以下表示使用频率较多的平行流风障装置设计例。

图14表示图6所示的平行流风障装置200的通风箱100a内部的机械装置和各部的静压及流速记号。粗滤器6a的详细说明根据（非专利文献8）及（非专利文献9）。

图15表示图14所示的机械装置内的整流格栅3a及缩流导管12。

整流格栅3a除去气流的旋转成分，缩流导管12在将吹出弯头2a的吹出口宽度D的值缩小至压力换气扇口径F以下的情况下使用。

表1及表2表示平行流风障装置的设计值。根据吹出口动压回收值ΔP₁（16式），能够进行压力换气扇自由空气风量运转。

V₂=Qa/LD （9式）

V₂=2.0～3.5m/s （10式）（对人安全风速值）

f=W/h=L/F，（1<f≦5）（11式）

V₁=fV₂ （12式）

X₁=KD（1<K≦5）（13式）

V₃=Qa/LE （14式）

ΔP₀=H₀（V₃/V₀）² （15式）（非专利文献9）

ΔP₁=（ρV₁ ²/2）（1/f²-1）（16式）（非专利文献10）

P₁=ΔP₀+△P₁ （17式）

这里，

F：换气扇口径

D：吹出弯头宽度（D=F）（参照图6）

2L：通路高度（参照图6）

L：吹出弯头出口高度（W=L）（参照图6）

L：粗滤器高度（参照图6）

W：吹出弯头出口长度（参照图7）

h：吹出口弯头入口长度（h=D）

f：吹出弯头扩大率（f=W/h， 1<f≦5）

P₁：压力换气扇初始出口压力（压力表示计示压力）

ΔP₁：动压回收值Pa

Qa：压力换气扇自由空气风量m³/s （P₁=标准大气压时的风量）

ρ：空气密度=1.204（kg/m³）

A：吹出弯头入口面积=D²（m²）

V₁：吹出弯头入口初始风速=Qa/A（m/s）

V₂：吹出弯头出口初始风速（m/s）=V₁/f

E：粗滤器宽度（m）

V₃：粗滤器初始吸入风速m/s

V₀：粗滤器标准风速m/s（非专利文献9）

H₀：粗滤器标准压力损失Pa（非专利文献9）

ΔP₀：粗滤器初始压力损失Pa（非专利文献9）

X₁:乱流自由喷流初始区域长（平行流核长X₁≦10D）（参照图1）

Xg：风障装置通路横向宽度Xg≦5D（参照图6）

K：平行流风障长度倍率

注：根据图1（a）的三维导管形吹出口的吹出实验，平行流核幕长度X₁≦10D，但将平行流风障装置的必要通路横向宽度Xg的设计值设为平行流核幕长度的1/2，即Xg≦5D，所以气流幕强度被保持。

在表1及表2中，使用换气扇口径为400mm及500mm，表示以下共3例的平行流风障装置的设计例，例1：对人通路（高度2,100mm）；例2：车辆用通路（高度2,500mm）；例3：（高度2,800mm）。

注：省略换气扇口径400mm以下及500mm以上的设计例。

【表1】

表1的内容

No.1：风障通路高度2L（设计指定值）

No.2：压力换气扇口径F（非专利文献11）

No.3：压力换气扇自由空气风量Qa（非专利文献11）

No.4：吹出弯头宽度D

No.5：吹出自由风速V₂　　　　　　　　（9式）

No.6：通路横向宽度Xg （设计指定值）

No.7：吹出弯头扩大率f

【表2】

表2的内容

No.8：粗滤器宽度E

No.9：粗滤器面积LE

No.9：粗滤器高度L

No.10：粗滤器初始吸入风速V₃ （14式）

No.11：粗滤器初始压力损失△P₀ （15式）

No.12：动压回收值△P₁ （16式）

No.13：压力换气扇初始出口压力P₁ （17式）

本发明的平行流风障装置根据（16式）所示的动压回收效果，在粗滤器初始状态下，换气扇出口压力P₁值为负压状态，开始运转。对表1、表2的设计例No，1的情况进行说明，在初始状态下，P₁≒（-14.1Pa）的负压的状态，开始运转。

P₁值在安装有外壳的气压计上被表示。随着运转，由于浮尘污染，粗滤器压力损失增加，P₁值从负压上升至计示压力为零。在该负压的期间自由风量恒定，风速V₂≒3.2m/s被保持。若由于污染的进行P₁值进入正压的区域，则风量随即减少，在V₂≒2m/s时更换粗滤器。图26所示的注射成型工厂的运转成绩中，工厂内浮尘的塑料微粉较多，所以平均连续运转时间在24时间内更换粗滤器。在图27所示的涂装工厂使用例中，粗滤器的污染为涂装液体状的漂浮微滴较多，所以在粗滤器上干燥的情况的固体浮尘较少，所以粗滤器交换间隔较长。

“换气次数和换气效果”

下述表示平行流风障装置的应用建筑物面积。

作为由室内循环流产生的换气性能的计算例，表示在表1及表2的例1中所示的相对于通路开口高度2,100mm、通路开口横向宽度2,000mm的平行流风障装置的计算。

（1），室内诱导风量Q1（=Q2）

Q1=风障通路面积×V4=2.1m×2m×0.2m/s=0.84m³/s=3,024m³/h

V4：室内诱导气流23的诱导速度，V4≒0.2m/s（实测值）。

（2），标准换气室容积W

换气次数n=Q1/W，

W=Q1/n 换气次数n=8 （通常的办公室的情况）

室内容积W=Q1/n=3,024/8≒370m³。

（3），室内面积A=370/3≒120m²。（室内顶棚高度3m的情况）

平行流风障装置每个单面具有相当于120m²的室内净化性能。

（4），在不将平行流风障装置设置于出入口而设置于室内的情况下，平均1台具有相当于240m²的室内净化性能。

将在技术方案2中记载的带有离子电极棒的平行流风障装置在图16中表示。

将用离子平行流风障装置300测定的除电时间相对于除电距离线图在图18的除电性能曲线（2）中表示，前述离子平行流风障装置300将离子电极棒27a及27b设置于用于图13的流速分布测定的风障装置200的吹出口14a及14b的中央部。

将图17所示的以往的离子送风型除电装置的除电时间相对于除电距离线图（1）在图18中表示。除电性能曲线（1）作为以往的使用口径120mm左右的小口径风扇的离子气流装置的代表例，引用自（专利文献3）。

在图18中，若将以往的离子送风型除电装置的除电性能曲线（1）和离子平行流风障装置的除电性能曲线（2）进行比较，则除电时间1.0秒的除电距离在性能曲线（1）中是10cm，在性能曲线（2）中是50cm，除电时间2秒的除电距离在性能曲线（1）中是40cm，在性能曲线（2）中是80cm。表示的结果是，在离子送风型除电装置中，使用含有涡流的混合气流，所以由正负离子间的接触引起的离子损耗较多，所以除电距离变短，在离子平行流风障装置中，由于是不含有涡流的平行气流，所以离子损耗较少，因此除电距离变长。在风障装置中，将除电时间2.0秒的除电距离设为有效距离，能够设定成通路横向宽度Xg≒80cm。

图19表示通路横向宽度Xg≒80cm的离子平行流风障装置。

若将通过离子平行流风障装置的风障气流幕（幕厚度400mm）的时间根据人员歩行速度设想为平均2秒，则通路横向宽度Xg≒800mm为有效尺寸。

在图20中，若将离子平行流风障装置设为复式，则能够扩大成通路横向宽度Xg≒1600mmm，所以能够进行小型车辆的除尘通过。

图21表示设置供气换气扇32及排气换气扇33的第1种换气法。表示在将平行流风障装置200或300设置于换气室29的开放出入口的情况下的气流分布。本例表示机械供气量Q3≒机械排气量Q4、室内压Pr≒0的情况，沿喷流外缘25、26产生诱导气流23、24，借助装置上层气流20a引起内部诱导风量Q1及外部诱导风量Q2。内部循环量Qa一直继续恒定的运转，所以在室内，室内诱导量Q1=室内回旋量Q5。

下层回旋流39在图6所示的下层平行流核幕20b处产生，上层回旋流40在上层平行流核幕20a处产生。室内浮尘及附着灰尘与下层回旋流39及上层回旋流40一同流入至混合区域流21内，借助粗滤器6b被部分地过滤收集。该收集作业连续地进行，室内被清洁化。能够广泛地应用于办公单位，将工厂及办公场所（办公室、零售商店、餐馆、医院、酒店、学校、服务施设等）统称为办公单位。

图22表示保持供气量Q7＞自然排气量Q8、室内压Pr＞0的正压的第2种换气室30。

第2种换气法是防止外部有害浮尘的侵入的换气法，室内回旋量Q9=室内诱导量Q1-（机械供气量Q7-排气量Q8）。

下层回旋流39在图6所示的下层平行流核幕20b处产生，上层回旋流40在上层平行流核幕20a处产生。

室内浮尘被一同输送至回旋的气流，借助粗滤器6a、6b被过滤收集。附着灰尘借助离子平行流风障装置被从人体或器材剥离，借助粗滤器6a、6b，颗粒径d为d≧5μｍ的路上浮尘、花粉、Pm10、禽流感病毒污染羽毛、放射性颗粒等被收集，所以能够应用于清洁室、手术室、病房、密闭型鸡舍、高放射线量休息处、核发电站紧急应对处等。

图23表示机械排气量Q11＞自然供气量Q12、室内压Pr＜0（负压）的第3种换气室31。

第3种换气法以防止室内污染物质的流出为目的，（室内回旋量Q13）=（内部诱导风量Q1）＋（Q11-Q12）。

室内浮尘被一同输送至回旋的气流，借助粗滤器6a、6b被过滤收集。附着灰尘借助离子平行流风障装置被从人体和器材剥离，借助粗滤器6a、6b被过滤收集。可应用于室内产生污染气流和污染浮尘较多的吸烟室、厨房、厕所、涂装室、注射成形工厂、石棉作业室等。

发明的效果

为了进行建筑物内的温度、湿度、气流速度、洁净度等的环境调整，借助机械换气进行“室内空气的换气”和“浮尘的排除”，进而借助空调进行温度调节。

但是在工厂、设施、店铺等中，由于工作人员、搬运车辆、来客等的出入，多数出入口在开放状态下被使用。在这样的开放出入口中，夏季的空调冷气和冬期的空调暖气流出，据说产生空调动力的约50%的损失。

进而从开放出入口流入路上浮尘、花粉、黄砂、PM10、火山灰、感染病蚊（登革热、疟疾系）、放射性浮尘等，流出厨房・厕所的臭气、吸烟室的香烟烟气、工厂内部产生的浮尘、干燥室的涂装液滴、石棉浮尘、感染病飞沫等，产生环境问题。

在产业分类中，将工厂（生产设备、冷藏仓库等）及办公场所（办公室、零售商店、餐馆、医院、酒店、学校、服务施设等）概括称作办公单位。根据（非专利文献12），在东京都内约69万办公单位内，存在以零售商店和餐馆为代表的约20万家店铺的70%（约14万家）的开放出入口。若包含工厂相关，则推定存在20万处以上的开放出入口。仅东京都就存在20万处以上的开放出入口，所以可设想世界整体的开放出入口的数目是个庞大的数值。对于开放出入口处的空调动力的损失对策及环境污染对策有效的风障装置的开发是极为重要的课题。

以下表示技术方案1及技术方案2的风障装置的主要的开放出入口应用对象。能够进一步作为独立的集尘装置及除电装置来使用。

1.工厂开放出入口设置用

1-1：制造工厂。1-2：组装工厂。1-3：缝制工厂。1-4：冷藏冷冻仓库。1-5：清洁室。1-6：涂装室。1-7：石棉处理室。1-8：食品工厂。1-9：植物工厂。1-10：封闭型鸡舍。

2.办公场所开放出入口用

2-1：吸烟室（非专利文献13）。2-2：餐馆。2-3：店铺。2-4：办公室。2-5：酒店。2-6：学校。2-7：医院（病房、集中治疗室。手术室）。2-8：高放射线量休息处。2-9：核发电站紧急应对处。2-10：服务施设（机场大厅、展示会场、美术馆等）。

3.独立使用例

3-1：空气清净器。

能够将本发明的风障装置设置于室内，作为空气清净器来使用。

3-2：除电装置。

能够将本发明的离子平行流风障装置作为独立的除电装置来使用。

列举由本发明的风障装置的设置产生的效果。

1.防止冷气和暖气流出和流入。

在将本发明的风障装置设置于各种空调室和冷藏仓库的开放出入口的情况下，防止冷气和暖气的流入和流出，减少空调动力损失，实现节约能源。

2.防止雨天时的湿气流入。

在将本发明的风障装置设置于工厂开放出入口的情况下，防止雨天时的潮湿空气的流入，防止食品的发霉、金属制品和精密模具等的生锈。

3.室内温度的均匀化。

在将本发明的风障装置设置于工厂开放出入口的情况下，借助在工厂内产生的回旋流，工厂内空气温度均匀化，生产性提高。

4.对应于指南的吸烟室的结构。

根据厚生劳动省示出的吸烟室指南（非专利文献13），在吸烟室中，示出了以下3个条件：1.防止出入口处的室内香烟烟气和气味的泄露；2.确保向出入口靠近的风速0.2m/s；3.吸烟室内的浮尘浓度为0.15mg/m³以下。

在开放出入口设置了本发明的风障装置的带有排烟装置的吸烟室相当于图23所示的带有风障装置的第3种换气室。在该吸烟室中，开放出入口处的室内烟气的漏烟被风障防止。向出入口靠近的风速0.2m/s由图23所示的诱导风速24确保。室内浮尘浓度如图26所示的注射成形工厂的运转结果所示，粒径5μｍ以上的浓度在300个/ft³以下，被保持在限度值以下。吸烟室的香烟烟气中的焦油成分扩散，附着于室内壁，一直放出较强的焦油气味。本发明的风障装置借助图23所示的室内回旋流39、40，将香烟烟气诱导至混合区域流21内，借助粗滤器6a、6b过滤，焦油成分附着收集于粗滤器，然后，由换气扇排出。因此，装配有本发明的风障的吸烟室的焦油的墙壁附着较少，焦油气味也较低。

5.外部浮尘及附着灰尘的收集。

平行流风障装置及离子平行流风障装置根据（非专利文献9）收集粒径d为d≧5μｍ的浮尘及附着灰尘。收集路上浮尘、灰尘、细菌、霉、一般昆虫、毛发、花粉、黄砂、PM10、感染病蚊、放射性浮尘、禽流感污染的浮尘・附着羽毛等。颗粒径d为5μｍ以下的微细颗粒在外部空气中扩散至大气中，在建筑物内借助附有高效空气过滤器（HEPA filter）的空气清净器来收集。

6.室内产生的浮尘及附着灰尘的收集。

室内产生的内部浮尘是漂浮石棉粉尘、工厂内产生的粉尘、产业用塑料粉尘、漂浮油滴、涂料喷雾等，但能够借助粗滤器收集。

7.感染病对策

若在病房内设置平行流风障装置，则能够收集中东呼吸综合征（MERS）、重症急性呼吸综合征（SARS）冠状病毒等感染病飞沫（非专利文献14）。此外，若在野外单独设置平行流风障装置，则能够作为捕捉感染病媒介蚊（登革热、疟疾等）的装置来使用。

8.室内空气澄清化

若室内空气中的颗粒径5μm以上的浮尘较多，则室内空气由于米氏散射（Miescattering）看起来模糊，反之，若颗粒径5μm以上的浮尘减少，则由于瑞利散射澄清化至蓝天一样。

在图26中表示将平行流风障装置设置于注射成形工厂开放出入口的情况的浮尘浓度的测定值。借助平行流风障装置的粗滤器，5μｍ以上的浮尘浓度减少，工厂内空气清澈化至蓝天一样，室内降尘量也急剧减少。

室内空气像蓝天一样，看起来清澈，意味着室内浮尘和降尘量减少，在食品工厂、生鲜食品销售店、展示会场、组装工厂等中有效。若在美术馆等中，将平行流风障装置设置于开放出入口，则可收集来馆者带入的浮尘，减少馆内浮尘，馆内空气像蓝天一样，变得清澈，展示品的欣赏环境被保持。在会场较宽敞的情况下，能够将风障装置单独设置于室内，收集馆内浮尘。

9.独立除电装置

能够将离子平行流风障装置作为独立的除电装置，利用于汽车用保险杠等大型帯电物的除电。

附图说明

图1是乱流自由喷流图。

图2是助跑区间的说明图。

图3是狭孔形吹出口的图。

图4是导管内平行气流速度分布图。（a）表示经过助跑区间、已充分发展的长方形导管截面速度等值线图、（b）表示经过助跑区间、已充分发展的乱流平行流速度分布。

图5是三维轴对称长方形导管助跑区间端的平行气流核和平行气流核幕的图。

图6是平行流风障装置的构造图。（a）是主视图，（b）是（a）的A-A方向向视图，（c）是（a）的B-B方向向视图。

图7是吹出弯头2a的详细图。

图8是吹出弯头导管内速度分布图。

图9是吹出弯头空气喷流照片。

图10是吸入弯头的图。（a）是详细图，（b）是速度分布图。

图11是吸入弯头5a的详细图。

图12是剪切层涡列11的图。（a）表示上层平行流核幕20a、下层平行流核幕20b和剪切层涡列11的关系，（b）表示剪切层涡列11。

图13是平行流风障装置速度分布图。

图14是通风箱100a的构造图。

图15是吹出弯头入口部详细图。（a）是侧视图，（b）是整流格栅3a的主视图，（c）是缩流导管12的俯视图。

图16是离子平行流风障装置300的构造图。（a）是主视图，（b）是（a）的A-A方向向视图。

图17是表示以往的送风型除电装置的例子的图。

图18是以往的除电装置和离子平行流风障装置的除电时间的比较图。

图19是通路间隔80cm的离子平行流风障装置300的构造图。

图20是通路间隔160cm的复式离子平行流风障装置300的构造图。

图21是设置于第1种换气室（室内压≒0）的本发明的风障装置的特性图。

图22是设置于第2种换气室（室内压＞0）的本发明的风障装置的特性图。

图23是设置于第3种换气室（室内压＜0）的本发明的风障装置的特性图。

图24是表示冷冻仓库的本发明的风障装置的节约能源效果的图。

图25是表示清洁棚的本发明的风障装置的清洁化效果的图。

图26是表示注射成型工厂的本发明的风障装置的清洁化效果的图。

图27是表示将本发明的风障装置应用于汽车用涂装工序的实施例的图。

图28是表示将离子平行流风障装置使用于汽车用保险杠的连续除电的实施例的图。

具体实施方式

以下说明表示本发明风障装置的试验结果的具体例。

图24表示在将平行流风障装置200设置于蔬菜冷冻仓库的情况下的节约能源试验结果。冷冻仓库的作业是每天重复下述作业：在上午8点开门来搬出冷冻蔬菜，搬入未冷冻蔬菜，在下午13点关门。设定成冷冻温度为-40℃，在开门时为-20℃。在出入口门打开时，将不使用风障装置的情况的消耗电量的过程用曲线（1）来表示，将使用风障时的情况的消耗电量过程用曲线（2）来表示。在（1）的过程中，在与8点的开门的同时冷气流出且外部空气流入的状态下作业。消耗电量从2小时后的10点起急剧增大，在12点以后稳定。在第二天的相同作业中使风障工作的（2）的情况下，8点开门时的冷气流出被风障截断，即使包括由通过的作业者导致的风障断裂的影响，也没有（1）所示的10点起的消耗电量的异常增加，表示由于常温蔬菜的冷冻消耗电量的增加引起的稳定的增加曲线。13点关门后，进行收纳蔬菜的冷冻，消耗电量也渐渐向8点开门时的最低消耗电量值下降。将本试验的门开口中的（1）、（2）的消耗电量进行比较，求出风障节约能源效果。

1.关于（1）及（2）的过程，根据图24的消耗电量曲线面积求出从开门时间8点至13点的5个小时的消耗电量W。

2.（1）的全部消耗电量 ΣW1=289Kwh

3.（2）的全部消耗电量 ΣW2=210Kwh

4.开门时间中的节约能源量 △W=ΣW1-ΣW2 =210Kwh-289Kwh ==-79Kwh

5.开门时间中的节约能源率 △W /ΣW1=-79Kwh/289Kwh=-0.27=-27%

6.13点门关闭时的电量减少率（2）/（1）-1=（58kwh/79kwh）-1=0.73-1=-27%。

本试验的平行流风障装置的全部消耗电量节约能源率和门关闭时的电量减少率都是-27%。在作业者的通过较多的本试验中，平行流风障装置取得电量减少率-27%的好成绩。

图25表示在属于第2种换气室的清洁棚（clean booth）出入口开门时设置图19所示的离子化平行流风障装置的情况的净化试验结果。向棚供给的清洁空气的清洁度是等级10，棚周围空气清洁度是等级100,000的标准外部空气等级。清洁棚的通常使用状态下的棚内清洁度是等级10,000，5μm浓度（5μm以上的颗粒数）为80个/ft3。相对于此，在棚出入口开门时设置离子化平行流风障装置的情况下，减少为等级4,000水平的5μm浓度（11个/ft3）。根据本试验结果可知，若在作业室出入口设置平行流风障装置，向室内供给清洁度较高的空气，则能够容易地构成5μm浓度是4,000等级的作业室。

图26表示在图23所示的属于第3种换气室的注射成形工厂（占地面积300m²）出入口设置图19的离子化平行流风障装置300的情况的工厂内的洁净度测定结果。

注射成形工厂发热作业较多，需要较大的风冷动力，但由于工厂出入口开门时离子化平行流风障装置的设置，得到由出入口的冷气漏出截断带来的空调动力节约能源效果，同时工厂内温度均匀化，所以多数注射成型机的温度调节精度上升，生产性上升。此外，通过截断雨天时潮湿空气的流入来减少精密模具生锈，减轻模具维持费。

注射成形工厂在熔融树脂的冷却固化时产生大量塑料粉尘，但作为在工厂出入口处设置图19所示的通路宽度800mm的离子平行流风障装置的结果，借助由离子平行流风障装置进行的循环流换气产生的除尘效果和工作人员与器材的附着灰尘剥离收集，工厂内空气的5μm浓度下降至相当于等级50,000。工厂作业中5～10μm径的粉尘一直在漂浮，但作业停止后沉降，堆积在装置和器材表面上。但是在离子化平行流风障装置设置后，工厂内的各种设备表面的粉尘堆积减少，结果成品树脂的品质上升。借助工厂内浮尘的减少，如同在“发明效果”一栏中记载的一样，观察到由瑞利散射产生的工厂内空气的像蓝天一样。

总结本试验的离子化平行流风障装置的效果，（1）由空调动力降低产生的节约能源、（2）由室内浮尘减少带来的成品品质的提高、（3）由工厂内温度的均匀化带来的生产性提高、（4）由通过阻止雨天时高湿度空气流入产生的精密模具防锈减少来节约模具费用。

图27表示将本发明的风障装置设置于汽车用涂装工序的各涂装室的实施例。涂装室为了使在涂装时产生的剩余涂装液滴一同除去，使低速的下降气流从顶棚供气面41朝地板吸入面42流动，但是下降气流是含有涡流的不均匀的混合气流，所以剩余液滴再次附着，在涂装面上产生涂装麻点。涂装麻点除去工序的减少是涂装工序的最大的问题。作为该问题的对策，图27表示在每个被涂装车W1之间设置有本发明的风障装置的实施例。风障装置如图23所示在室内形成旋转流39、40，将剩余液滴切实地一同除去，借助粗滤器6a、6b来收集。进而，可以将被涂装车W1列的间隔缩短至最少限度，实现涂装工序长度的缩小。

图28表示借助本发明的离子平行流风障装置将高分子材料制汽车用保险杠W2连续除电的实施例。使移动台车46上的工件W2通过离子平行流风障装置300来除电。得到良好的除电结果。

附图标记说明

1a、1b长方形箱体；2a、2b装有导向叶片的吹出弯头；3a、3b整流格栅；4a、4b压力换气扇；5a、5b装有导向叶片的吸入弯头；6a、6b粗滤器；7a、7b装有导向叶片的吸入弯头吸入口；8通路顶板；9通路地板面；10通路中央水平面；11剪切层涡列；12缩流导管；14a、14b吹出口；20a上层非对称喷流核幕、上层平行流核幕；20b下层非对称喷流核幕、下层平行流核幕；21、22混合区域；23、24诱导气流；25、26喷流外缘；27a、27b离子电极棒；29第1种换气室；30第2种换气室；31第3种换气室；32第1种供气换气扇；33第1种排气换气扇；34第2种供气换气扇；35第2种排气口；36第3种排气换气扇；37第3种供气口；38风障通过者；39下层回旋流；40上层回旋流；41顶棚供气面；42地板吸入面；43供气室；44间隔板；45涂装装置；46移动台车；Pr室内压；Qa风障装置内循环量；Q1气流幕室内诱导量；Q2气流幕室外诱导量；Q3第1种机械供气量；Q4第1种机械排气量；Q5第1种室内循环量；Q6第1种室外循环量；Q7第2种机械供气量；Q8第2种排气量；Q9第2种室内循环量；Q10第2种室外循环量；Q11第3种机械排气量；Q12第3种供气量；Q13第3种室内循环量；Q14第3种室外循环量；100a第1通风箱；100b第2通风箱；200平行流风障装置；300离子平行流风障装置。

Claims

1.一种风障装置，前述风障装置在长方形箱体的内部依次收纳装有导向叶片的吹出弯头、整流格栅、压力换气扇、吸入弯头、粗滤器，将装有导向叶片的吹出弯头的吹出口和粗滤器配置在箱体的同一侧面上，构成第1通风箱，使装有导向叶片的吹出弯头处于上方地将第1通风箱设置于通路地板面上，将与第1通风箱相同构造的第2通风箱使装有导向叶片的吹出弯头处于下方地以通路横向宽度Xg的间隔设置于通路地板面上，使得第2通风箱相对于第1通风箱倒立地对置，设置将第1通风箱的顶部和第2通风箱的顶部连结的与通风箱宽度相同宽度的通路顶板，形成风障装置通路，将风障装置通路横向宽度Xg的值相对于吹出口宽度D设定成Xg≦5D，前述风障装置是内循环轴对称上下层对流式的，其特征在于，

装有导向叶片的吹出弯头将在曲板的前后连接着平板的导向叶片配设于弯头内，是矩形截面、扩大率f为1<f≦5的装有导向叶片的吹出弯头，具有以下特征，基于下式形成m个相似局部流路，使弯头内壁变形成与相邻的导向叶片的曲板同心的曲板，将n=1局部流路设置成流路宽度是流路入口宽度b₁的同心弯管等宽流路，

式1：p=h/[{f/（f-r）}^ｍ-1]；

式2：a_ｎ=pr{f/（f-r）}^ｎ；

式3：b_ｎ=a_ｎ/f；

式4：f=W₀/h；

式5：W=W₀-（a₁-ｂ₁）；

p:导向叶片流出端伸出长度；

h:流入口宽度；

W₀:基准流出口宽度；

W:流出口宽度；

f:弯头扩大率，f=W₀/h；

r:局部流路纵横比，其中，r<f；

m:局部流路数；

a_ｎ:第n个局部流路出口宽度，其中，a₀=内壁半径，a_ｍ=外壁半径；

b_ｎ:第n个局部流路入口宽度；

装有导向叶片的吸入弯头具有以下特征，由曲板与连接于该曲板的平板构成1张以上的导向叶片，借助前述导向叶片，基于下式，前述装有导向叶片的吸入弯头被划分成彼此形状相似的多个局部流路，

式6：p=h/[{f/（f-r）}^ｍ-1]

式7：a_ｎ=pr{f/（f-r）}^ｎ

式8：b_ｎ=a_ｎ/f

p:流入口伸出长度；

W:流入口宽度；

h:流出口宽度；

f:弯头缩小率，f=W/h，1<f≦5；

r:局部流路纵横比；

m:局部流路数，m≧2；

a_ｎ:第n个局部流路入口宽度，其中，a₀表示弯头内壁的曲率半径，a_ｍ表示弯头外壁的曲率半径；

b_ｎ:第n个局部流路出口宽度；

借助风障装置的上层非对称吹出口面与下层非对称吹出口面，通路整体的吹出口面形成以中央水平面为对称轴的轴对称吹出口面，由此，使上层非轴对称喷流核幕与下层非轴对称喷流核幕同时成为无涡流的平行流，分别构成上层平行流风障及下层平行流风障，内循环轴对称上下层对流风障装置形成平行流风障装置。

2.如权利要求1所述的风障装置，其特征在于，

借助由吹出弯头入口初始风速减速至吹出弯头出口初始风速产生的动压回收效果，在初始运转时将压力换气扇初始出口压力保持为负压，上层平行流风障及下层平行流风障的初始运转风量为与压力换气扇的自由空气风量相同的风量。

3.如权利要求1或2所述的风障装置，其特征在于，

将离子电极棒设置于第1通风箱的吹出弯头的吹出口的全长及第2通风箱的吹出弯头的吹出口的全长，构成离子平行流风障装置。