JP2022100305A - エアーカーテン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人の対面、対話によるウイルスによる飛沫感染を防止するため、人に不快感を与えることなく、エアーカーテンにより、咳や会話等によって飛散する飛沫をブロックし、捕捉し、殺菌・除去するエアーカーテン装置を提供する。【解決手段】 吐出用ファンより送られ吐出口より吐出される空気の風速を、向かい合う者同士に向けて漸次遅くする前記吐出空気調整部を有する吐出部と、エアーカーテンの左右側面に位置し、吸込口より吸い込んだ空気を吐出部の空気流入口へ送るダクトと、前記ダクト内にダクトを通過する空気を殺菌する紫外線照射手段とを備え、向かい合う者同士の間に、上方から下方へ空気が流れるエアーカーテンを生成して、人の咳や会話等によって飛散する飛沫を人に不快感を与えることなくエアーカーテンによりブロックし、捕捉し、殺菌・除去する。【選択図】図６

Description

本発明は対面、対話する人の咳、くしゃみ、会話等によって飛散する飛沫をブロックし、捕捉し、殺菌・除去するエアーカーテン装置に関する。

建物の解放された出入口に、外気の熱侵入や、ほこり、虫などの侵入を防ぐ目的でエアーカーテンが設置されている。例えば送風機を備えたエアーカーテン本体を建物の出入口上方に設置し、エアーカーテン本体の設置と反対の側面に吸込み口が設けられ、吸い込み口より送風機により送られた空気は、エアーカーテン本体の下面に設けられた吐出口より床面に向けて吹き出し、吐出口と床面との間にエアーカーテンを形成している（特許文献１）。

特開平０５－１０６８９８号公報

しかしながら、特許文献１では、吐出口より床に向けて強い吐出空気を吹き付けているため、２人が対面、対話する間に形成するエアーカーテンとしては、風量が多く、風速も早く、エアーカーテン気流が頭や顔に触れ、人に不快感を与え、本発明のエアーカーテンには適さない。

そこで本発明では、対面、対話する人の咳、くしゃみ等によって飛散する飛沫を、人に不快感を与えることなくエアーカーテンによりブロックし、捕捉し、捕捉した飛沫を殺菌できるエアーカーテン装置を提供することを目的とする。

エアーカーテン装置に係る第１の発明は、向かい合う者同士の間に、上方から下方へ空気が流れるエアーカーテンを生成し、人の咳や会話等によって飛散する飛沫をブロックするためのエアーカーテン装置であって、
吐出用ファンより送られ吐出口より吐出される空気の風速分布を調整する吐出空気調整部を備えた吐出部を上方に配設し、前記吐出口より吐出される空気を吸い込む吸込口を下方に配設して、向かい合う者同士の間に上方から下方へ空気が流れるエアーカーテンを生成させるよう構成し、
前記吐出用ファンより送られ吐出口より吐出される空気の風速を、向かい合う者同士に向けて漸次遅くする前記吐出空気調整部を有する吐出部と、エアーカーテンの左右側面に位置し、吸込口より吸い込んだ空気を吐出部の空気流入口へ送るダクトと、前記ダクト内にダクトを通過する空気を殺菌する紫外線照射手段とを備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明におけるエアーカーテン装置を、キャスターの付いた台車に取り付けたことを特徴とする。

本発明のエアーカーテン装置では、対面、対話する人の咳、くしゃみ等によって飛散する飛沫を、人に不快感を与えることなくブロックし、捕捉し、捕捉した飛沫を殺菌・除去することが可能となった。

本発明の実施の形態におけるエアーカーテン装置を示す概略構成図である。 図１の吐出部における実施の形態を示す吐出部の断面図である。 本発明の実施の形態における吸込部の断面図である。 本発明の実施の形態におけるエアーカーテン気流の風速分布図である。 本発明の実施の形態における空気循環型のエアーカーテン装置図である。 本発明の実施の形態における空気循環型で移動式のエアーカーテン装置図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係るエアーカーテン装置１０１で、エアーカーテンにより人の飛沫をブロックし、捕捉し、殺菌・除去するための構成を示す概略図である。

上部に吐出用ファン０３を設けた吐出部０１が設置され、下部に吸込用ファン０４を設けた吸込部０２が設置されている。吐出用ファン０３により送られた空気は吐出口０５より吐出され、下部の吸込部０２内の吸込用ファン０４によって吸込口０６より吸い込まれ、吐出口０５と吸込口０６との間に上から下向きに空気が流れる白抜き矢印のエアーカーテンＡＣを形成している。

吐出部０１には吐出用ファン０３から送られ、吐出口０５より吐出される空気の風速分布を調整する吐出空気調整部０７が設けられている。吐出空気調整部０７は吐出口仕切版０８、風量調整板０９、ハニカム構造の整流部材１０によって構成されている。吐出空気調整部０７は、吐出口０５より吐出される空気の吐出部断面横方向の吐出口中央部３０の風速を速く、中央部３０に隣接する外側の風速を遅くするよう調整している。

これにより吐出空気の周囲の静止空気との混合が少なくなり、吐出空気の風速の減速が少なく、人の口から飛散する飛沫のブロックに必要なエアーカーテンの風速を維持し、また向かい合う人の頭や顔への空気の接触により不快感を与えるエアーカーテンの気流の拡散も低減している。

飛沫を含んだ空気は吸込用ファン０４により吸込口０６を通って吸込部０２内に流入する。吸込部０２内に流入した飛沫を、吸込部０２内のフィルター１４の表面及び表面近くに付着させる。フィルター１４に付着させることにより飛沫を吸込部０２内に短時間静止させ、留めることができる。

フィルター１４に付着させ静止させた飛沫を紫外線照射手段である紫外線照射ランプ１３で殺菌し、殺菌した空気を屋内またはダクト（図示せず）を繋いで屋外へ排出する。吸込部０２の図中の断面Ａ―Ａについては、後述の図４で説明する。吸込部０２には側面に紫外線照射ランプ１３、フィルター１４のサービス、メインテナンス用に、容易に取り外しが可能なサービスパネル２５が取り付けられている。

図２は本実施の形態に係る吐出部０１を示す断面図で、破線で囲んだ部分が前述の吐出空気調整部０７である。吐出口０５は板状の吐出口仕切版０８によって仕切られ、３層吐出口構造となっている。以後中央の層をメインエアー１１、外側の２層をガードエアー１２と呼ぶ。

ガードエアー１２の空気の入口部分には、風量調整板０９ａが取り付けられており、空気が通過するその開口面積は約５０％となっている。吐出用ファン０３により送られた空気は、メインエアー１１はそのまま流れ、ガードエアー１２は風量調整板０９ａにより減速され、ガードエアー１２の吐出風速はメインエアー１１の吐出風速の概ね１／２になっている。

メインエアー１１の整流部材１０ａの断面は水平カットの矩形で、ガードエアー１２の整流部材１０ｂは断面を概ね３０度の斜めカット形状にし、長い側を外側にし、外側の流れの抵抗を大きくし、ガードエアー１２においても外側が遅い速度勾配を付けている（吐出空気調整部詳細図）。

これにより吐出口全体の風速分布は、逆放物線の近似形状となり、ガードエアー１２と周囲の静止空気との速度差が小さくなり、周囲空気の巻き込み、混合が少なくなる。これによりエアーカーテンの風速の減速が少なくなり、飛沫をブロックできる風速を長く維持できる。更にガードエアー１２の吐出速度をメインエアー１１の概ね１／２にしたことにより、ガードエアー１２の風速をメインエアー１１の風速へ移すことにつながり、メインエアー１１の風速を風速調整前の約１．５倍にでき、飛沫のブロック性能を向上している。

図４は本実施の形態における吸込部０２の断面図で、図１の吸込部０２の断面Ａ―Ａを示す図である。本発明では、吸込部０２にエアーカーテンの形成と同時に、飛沫を吸引し、殺菌し、除去する機能を付けている。

吸込部０２が吸引する空気は吐出口０５の位置にはほとんど左右されず、吸込口０６の近傍の空気を吸い込む。エアーカーテンが巻き込んだ飛沫を効率よく吸い込むためには、吸込口０６はエアーカーテンの中心の流線上に位置する必要があり、吸込口０６は吐出口０５の鉛直下方に置く。

吸込用ファン０４によって吸い込まれる空気は、吸込部０２上部に位置し、ゴミ等を除去するパンチング材が取り付けられた吸込口０６を通って殺菌を行う吸込部０２内へ流入する。吸込部内には紫外線照射ランプ１３、フィルター１４が取り付けられており、吸込部０２の箱を形成する面材には紫外線反射率の高い金属板が使われている。ここでの紫外線反射率の高い金属板は、例えば高純度のアルミ板でその紫外線反射率は８５％である。

吸込部０２内に流入した飛沫は、その成分は水分であり、付着し易く吸込部０２内の部品、部材に付着する。飛沫を最も多く付着させるフィルター１４は、吸込部０２内の空気の流れに於いて、紫外線照射ランプの取付け位置より下流側で紫外線照射ランプの紫外線が直接照射できる位置に取り付ける。

紫外線照射ランプ１３の紫外線は、吸込部０２内の面材、吸込用ファンのファンモーター２２、フィルター１４へ至近距離で照射でき、吸込部０２の箱を形成する面材としての金属板の反射もあり、付着した飛沫を短時間（約１０秒）で殺菌し飛沫核になるのを防ぐ。

吸込部内で殺菌された空気はフィルター１４を通って、排出口２３ａより屋内へ排出される。吸込部０２にダクト接続口（図示せず）を設け、ダクトを繋いで、屋外へ排出しても良い。紫外線は人体に有害であるが、繊維が幾重にも重なったフィルター１４を通過中に減衰され、消散する。図４では排出口２３ａが横壁に設けられているが、下方に空間がある場合には、底面に排出口２３ａを設けても良い（図示せず）。

図５に本発明の実施によるエアーカーテン気流の風速分布の一例を示す。図２の吐出口０５より吐出された空気は、吐出直後においてその風速分布は逆放物線の近似形となっている。これにより周囲の静止空気とガードエアー１２との速度差が小さくなり、周囲空気との混合を低く抑えられるため吐出時の風速、風速分布を長く維持している。

飛沫をブロックするのに重要な中央部風速は吐出直後でｕ_０≒２．０ｍ／ｓｅｃであり、エアーカーテン中間部での風速はｕ≒１．８ｍ／ｓｅｃでｕ／ｕ_０≒０．９となって、減速を少なくしている。不快感に関係する拡散の角度は約５°に抑えられている。データでは５°の線を越えているところもあるが、人にはほとんど感じない風速であり、拡散の角度は約５°とした。

図８は本発明の実施の形態に係るエアーカーテン装置図で、エアーカーテンの空気を循環式にしたエアーカーテン装置１０１ｃを示す概略断面図である。前述の吐出部がエアーカーテン装置１０１ｃの上部に備えられており、吐出口より吐出される空気の風速を、図２に示す吐出口調整部０７により、エアーカーテンを介して向かい合う者同士に向けて漸次遅くなる構成となっている。

エアーカーテンを形成する空気循環ファン２４を空気の流れに対し、吸込口０６と吐出口０５との間に取付ける。なお図８では前記ファンを吐出部０１に取り付けているが、吸込部０２に取り付けても良い。吐出口０５より吐出される空気は、鉛直下方に設けられた吸込部０２の吸込口０６に向けて吐出される。

エアーカーテンの左右の外側には空気を通すダクト２１が設けられており、吸込口０６より吸い込まれた空気は吸込部０２の空気流出口２６より前記ダクト２１を通って、吐出部０１の空気流入口２７より吐出部０１に入り、前記空気循環ファン２４により吐出口０５より吐出され、空気循環式の白抜き下向き矢印のエアーカーテンＡＣを形成する。

ダクト２１の面材には紫外線反射率の高い前記金属板を使用し、ダクト２１内に紫外線照射ランプ１３とフィルター１４を取り付け、飛沫をダクト面材、フィルター１４に付着させ、空気がダクト２１を通過中に紫外線で殺菌する。以上説明した空気循環式エアーカーテン装置１０１ｃでは、排出空気が無く、室内の空気の乱れを少なくすることができ、また吸込部０２のファンを無くせることから、吸込口０６を低く、吸込部０２を小型化できる。

図５の風速分布図を図８に適用すると、エアーカーテン装置１０１ｃを介して対話する人に向けて、風速は漸次遅くなっている。またエアーカーテンの中心風速の減速は少なく、人の顔の高さに当たる中間点での中心風速はｕ≒１．８ｍ／ｓｅｃで、この風速は飛沫を良くブロックできる。エアーカーテン気流の拡散の角度θは約５°で、気流は人の前面を流れ、頭や顔に気流が触れることも無く、不快感を与えない。

図９は空気循環式と移動式の機能を併せ持つ他の実施形態のエアーカーテン装置１０１ｄの概略断面図である。キャスター１８の付いた台車１９に前述の空気循環式エアーカーテン装置１０１ｃを取り付け、台車１９から上方に伸びる左右の支柱２０にダクト２１を固定し、また左右の支柱２０の上部に設けた横張に吐出部０１を固定し、空気循環式で移動式のエアーカーテン装置１０１ｄを形成する。

空気循環、移動式エアーカーテン装置１０１ｄの利用場所としては、医者と患者間等の医療現場、老人ホームや介護施設での面会現場、カラオケボックス等数多く想定される。又本エアーカーテン装置を複数台並べて使用することにより、複数人が対話するようなところでの使用も可能であり、Ｌ字型やコの字型に置くことにより、避難場所等でウイルスに安全な空間を作ることができる。

次にエアーカーテンの風速と飛沫のブロック性能との関係について説明する。飛沫をブロックするのに適したエアーカーテンの風速を知るため、飛沫の大きさに近似する粒子径約５ミクロンの超音波加湿器の霧を使って調べた。人の一般的な飛沫は粒子の大きさが５ミクロン程で、飛距離は１ｍから２ｍとされる。

ぎ、エアーカーテンの中心より３０ｃｍ離れた所からエアーカーテンに向かって霧を当て、ブロック性能を調べた。なお本加湿器で１ｍの高さから水平に霧を放出した場合、床に落ちるまでの距離は１．０ｍから１．５ｍである。

エアーカーテンの中央部風速が１．５ｍ／ｓｅｃで、霧はほぼ直角にエアーカーテンに吸い込まれ、飛沫をブロックできることが確認できた。エアーカーテンの風速は室内の空気を乱さないよう、飛沫がブロックできれば遅いほどよく、また風速が３．０ｍ／ｓｅｃ以上では室内空気の乱れ、騒音などで不快を感じるため、本発明の吐出風速を１．５ｍ／ｓｅｃから３．０ｍ／ｓｅｃとした。

本発明では飛沫感染を防ぐために使用されるビニールのカーテンや透明のアクリル板を空気のカーテンに置き換え、そのエアーカーテンにより、飛沫をブロックすると同時に、捕捉し、殺菌・除去しようとするものである。ビニールのカーテンやアクリル板ではそれにブロックされ、付着した飛沫やテーブル等に落下した飛沫は、やがて水分が蒸発し、飛沫核となり空気感染源となる。

飛沫に含まれるコロナウイルスは紫外線の照射距離３０ｃｍ、照射時間１０秒で９９％不活性できるとされる。したがって本発明のエアーカーテン装置では、飛沫を人に不快感を与えることなくエアーカーテンによりブロック、捕捉し、捕捉した飛沫をフィルターに付着、静止させ、紫外線を至近距離から照射し、飛沫を水分が蒸発し飛沫核となる前に殺菌しようとするものである。

１０１ エアーカーテン装置 ２９ 横梁
０１ 吐出部 ３０ 吐出口中央部
０２ 吸込部
０３ 吐出用ファン
０４ 吸込用ファン
０５ 吐出口
０６ 吸込口
０７ 吐出空気調整部
０８ 吐出口仕切版
０９ 風量調整板
１０ 整流部材
１１ メインエアー
１２ ガードエアー
１３ 紫外線照射ランプ
１４ フィルター
１８ キャスター
１９ 台車
２２ ファンモーター
２３ 排出口
２５ サービスパネル
２６ 空気流出口
２７ 空気流入口

本発明の実施の形態におけるエアーカーテン装置を示す概略構成図である。 図１の吐出部における実施の形態を示す吐出部の断面図である。 本発明の実施の形態における吸込部の断面図である。 本発明の実施の形態におけるエアーカーテン気流の風速分布図である。 本発明の実施の形態における空気循環型のエアーカーテン装置図である。 本発明の実施の形態における空気循環型で移動式のエアーカーテン装置図である。

フィルター１４に付着させ静止させた飛沫を紫外線照射手段である紫外線照射ランプ１３で殺菌し、殺菌した空気を屋内またはダクト（図示せず）を繋いで屋外へ排出する。吸込部０２の図中の断面Ａ―Ａについては、後述の図３で説明する。吸込部０２には側面に紫外線照射ランプ１３、フィルター１４のサービス、メインテナンス用に、容易に取り外しが可能なサービスパネル２５が取り付けられている。

図３は本実施の形態における吸込部０２の断面図で、図１の吸込部０２の断面Ａ―Ａを示す図である。本発明では、吸込部０２にエアーカーテンの形成と同時に、飛沫を吸引し、殺菌し、除去する機能を付けている。

吸込部内で殺菌された空気はフィルター１４を通って、排出口２３ａより屋内へ排出される。吸込部０２にダクト接続口（図示せず）を設け、ダクトを繋いで、屋外へ排出しても良い。紫外線は人体に有害であるが、繊維が幾重にも重なったフィルター１４を通過中に減衰され、消散する。図３では排出口２３ａが横壁に設けられているが、下方に空間がある場合には、底面に排出口２３ａを設けても良い（図示せず）。

図４に本発明の実施によるエアーカーテン気流の風速分布の一例を示す。図２の吐出口０５より吐出された空気は、吐出直後においてその風速分布は逆放物線の近似形となっている。これにより周囲の静止空気とガードエアー１２との速度差が小さくなり、周囲空気との混合を低く抑えられるため吐出時の風速、風速分布を長く維持している。

図５は本発明の実施の形態に係るエアーカーテン装置図で、エアーカーテンの空気を循環式にしたエアーカーテン装置１０１ｃを示す概略断面図である。前述の吐出部がエアーカーテン装置１０１ｃの上部に備えられており、吐出口より吐出される空気の風速を、図２に示す吐出口調整部０７により、エアーカーテンを介して向かい合う者同士に向けて漸次遅くなる構成となっている。

エアーカーテンを形成する空気循環ファン２４を空気の流れに対し、吸込口０６と吐出口０５との間に取付ける。なお図５では前記ファンを吐出部０１に取り付けているが、吸込部０２に取り付けても良い。吐出口０５より吐出される空気は、鉛直下方に設けられた吸込部０２の吸込口０６に向けて吐出される。

図４の風速分布図を図５に適用すると、エアーカーテン装置１０１ｃを介して対話する人に向けて、風速は漸次遅くなっている。またエアーカーテンの中心風速の減速は少なく、人の顔の高さに当たる中間点での中心風速はｕ≒１．８ｍ／ｓｅｃで、この風速は飛沫を良くブロックできる。エアーカーテン気流の拡散の角度θは約５°で、気流は人の前面を流れ、頭や顔に気流が触れることも無く、不快感を与えない。

図６は空気循環式と移動式の機能を併せ持つ他の実施形態のエアーカーテン装置１０１ｄの概略断面図である。キャスター１８の付いた台車１９に前述の空気循環式エアーカーテン装置１０１ｃを取り付け、台車１９から上方に伸びる左右の支柱２０にダクト２１を固定し、また左右の支柱２０の上部に設けた横張に吐出部０１を固定し、空気循環式で移動式のエアーカーテン装置１０１ｄを形成する。

Claims (2)

1. 向かい合う者同士の間に、上方から下方へ空気が流れるエアーカーテンを生成し、人の咳や会話等によって飛散する飛沫をブロックするためのエアーカーテン装置であって、
   吐出用ファンより送られ吐出口より吐出される空気の風速分布を調整する吐出空気調整部を備えた吐出部を上方に配設し、前記吐出口より吐出される空気を吸い込む吸込口を下方に配設して、向かい合う者同士の間に上方から下方へ空気が流れるエアーカーテンを生成させるよう構成し、
   前記吐出用ファンより送られ吐出口より吐出される空気の風速を、向かい合う者同士に向けて漸次遅くする前記吐出空気調整部を有する前記吐出部と、前記エアーカーテンの左右側面に位置し、吸込口より吸い込んだ空気を吐出部の空気流入口へ送るダクトと、前記ダクト内にダクトを通過する空気を殺菌する紫外線照射手段とを備えたエアーカーテン装置。
2. キャスターの付いた台車に取り付けられた、請求項１に記載のエアーカーテン装置。

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