JP2023148178A - ガスシールド装置及びガスシールド方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象の空間の圧力を効率よく維持できるガスシールド装置及びガスシールド方法を提供することにある。【解決手段】開口を有する第１区画と、開口で第１区画と接続され、第１区画よりも高い圧力の第２区画とを有する構造体の開口をガスシールドするガスシールド装置であって、開口の一辺の全域に配置され、開口の一辺から、開口の対応する辺に向けて、開口の全面を覆う板状の噴流を形成するノズルと、ノズルに噴射する流体を供給するガス供給部と、を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、ガスシールド装置及びガスシールド方法に関するものである。

例えば工場では、工程ごとに雰囲気の条件が異なる。例えば、他の空間から、対象の空間への流体の混入を防止するために、対象の空間に流体を供給して、他の空間よりも内部圧力を高くする陽圧管理が知られている。例えば、特許文献１には、飲料充填装置において、空間に加熱した気体を供給することで、空間を陽圧化する旨が記載されている。

特許第５７２５０９７号公報

ここで、対象の空間の陽圧を維持するためには、対象の空間に差圧を維持するための流体を供給し続ける必要がある。特許文献１には、一部にエアカーテンを形成することが記載されているが、他の空間が接続された状態となる。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、対象の空間の圧力を効率よく維持できるガスシールド装置及びガスシールド方法を提供することを目的とする。

本開示に係るガスシールド装置は、開口を有する第１区画と、前記開口で前記第１区画と接続され、前記第１区画よりも高い圧力の第２区画とを有する構造体の前記開口をガスシールドするガスシールド装置であって、前記開口の一辺の全域に配置され、前記開口の一辺から、前記開口の対応する辺に向けて、前記開口の全面を覆う板状の噴流を形成するノズルと、前記ノズルに噴射する流体を供給するガス供給部と、を含む。

本開示に係るガスシールド方法は、開口を有する第１区画と、前記開口で前記第１区画と接続され、前記第１区画よりも高い圧力の第２区画とを有する構造体の前記開口をガスシールドするガスシールド方法であって、前記開口の一辺の全域に配置されたノズルに噴射する流体を供給し、前記ノズルから流体を噴射し、前記開口の一辺から、前記開口の対応する辺に向けて、前記開口の全面を覆う板状の噴流を形成する。

本開示によれば、対象の空間の圧力を効率よく維持できる。

図１は、本実施形態に係るガスシールド装置を備える区画ユニットの概略構成を示す模式図である。 図２は、ガスシールド装置と開口との関係を示す斜視図である。 図３は、ノズルの概略構成を示す断面図である。 図４は、ガスシールド装置が形成するガスシールドを説明するための説明図である。 図５は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。 図６は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。 図７は、図６に示すガスシールド装置と開口との関係を示す斜視図である。 図８は、ガスシールド装置の断面斜視図である。 図９は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。 図１０は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。 図１１は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係るガスシールド装置を備える区画ユニットの概略構成を示す模式図である。図１に示す区画ユニット１０は、第１区画１２と、第２区画１４と、を有する。第１区画１２と、第２区画１４とは、開口１６で接続される。区画ユニット１０は、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６で接続され、かつ、第１区画１２と第２区画１４とが異なる圧力で管理される。本実施形態の区画ユニット１０は、例えば、製造工場の区画であり、製造対象の物品が、第１区画１２と第２区画１４とを開口１６を介して移動する。なお、区画ユニット１０は、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６を介して接続され、それぞれの区画の圧力の管理値に差があればよい。

第１区画１２は、負圧で管理される区画である。第１区画１２は、流体の流通可能な部分として、開口１６と、開口３０とが形成され、吸引管３２が接続される。第１区画１２は、流体が流通可能な部分以外は、壁面となる。開口１６については後述する。開口３０は、開口１６とは別の壁面に形成される。開口３０は、第１区画１２よりも高い圧力、例えば大気圧の他の空間と接続される。開口３０は、外部からの空気が第１区画１２へ流入するガス流れ６０が形成される。

吸引管３２は、第１区画１２と接続される。吸引管３２には、吸引機構３４が配置される。吸引機３４は、送風機等であり、吸引管３２を介して第１区画１２の空気を吸引するガス流れ６４を形成する。第１区画１２は、吸引機構３４で、内部の空気が吸引されることで、内部の圧力が負圧となる。

第２区画１４は、陽圧で管理される区画である。第２区画１４は、流体の流通可能な部分として、開口１６とが形成され、給気管４０が接続される。第２区画１４は、流体が流通可能な部分以外は、壁面となる。開口１６については後述する。

給気管４０は、第２区画１４と接続される。給気管４０には、給気機構４２が配置される。給気機構４２は、送風機等であり、給気管４０を介して第２区画１４に空気を供給するガス流れ６２を形成する。第２区画１４は、給気機構４２で、内部に空気が供給されることで、内部の圧力が陽圧となる。

開口１６は、第１区画１２と第２区画１４とを接続する。本実施形態の開口１６は、開口面に直交する方向に所定の長さを備える管路である。区画ユニット１０は、第１区画１２と第２区画１４とが壁で仕切られた構造で、壁に形成された穴を開口１６としてもよい。本実施形態の開口１６は、開口面が長方形となる。なお、開口１６の形状はこれに限定されない。

図１に加え、図２から図４を用いて、ガスシールド装置について説明する。図２は、ガスシールド装置と開口との関係を示す斜視図である。図３は、ノズルの概略構成を示す断面図である。図４は、ガスシールド装置が形成するガスシールドを説明するための説明図である。

ガスシールド装置２０は、開口１６に配置される。ガスシールド装置２０は、第２区画１４から第１区画１２への気体の流入を抑制するガスシールドを開口１６に形成する。ガスシールド装置２０は、ノズル５０と、ガス供給部５１と、を含む。ノズル５０は、第１区画１２の開口１６が形成された壁面に配置される。ノズル５０は、先端から空気を吹き出し、ガスシールド噴流６６を形成する構造であり、開口１６の一辺１６ａの全域に配置される。ノズル５０は、開口１６の配置されている一辺１６ａから、対向する開口１６の一辺１６ｂに向けて空気を噴射する向き、つまり、ガスシールド噴流６６を噴出する向きに配置される。

ノズル５０は、図３に示すように、ノズル基部７０とノズル先端部７２とが一体の構造となる。ノズル５０は、内部に整流機構７６、７８、８０が配置される。ノズル基部７０は、開口１６の一辺１６ａに沿った箱形状であり、ガス供給部５１の給気管６２が接続される。ノズル基部７０は、ガスシールド噴流６６の方向の厚みが一定であり、内部に整流機構７６、７８が配置される。ノズル基部７０は、噴射するガスを、一辺１６ａに沿った方向に平均化させるヘッダとなる。

ノズル先端部７２は、ノズル基部７０と接続される。ノズル先端部７２は、ノズル基部７０から離れるにしたがって、ガスシールド噴流６６に直交する面の断面積が減少する絞り形状である。ノズル先端部７２は、開口１６が形成される壁面側とは反対側の面が徐々に開口１６が形成される壁面に近づくように、断面積が減少する。ノズル先端部７２は、ノズル基部７０との接続部と反対側の端部が、吹き出し口７４となる。吹き出し口７４は、一辺１６ａに沿って伸びる細長い開口である。吹き出し口７４には、整流機構８０が配置される。ノズル先端部７２を通過するガスは、絞り形状で縮流され、吹き出し口７４に沿った、一辺１６ａに沿った方向に長く、一辺１６ａに直交する方向が短い、細長い空気流を噴射する。なお、ノズル５０は、本実施形態の縮流形状に限定されない。ノズル５０は、ガスシールド噴流６６が形成できればよく、縮流する部分がなくてもよい。また、ノズル５０は、複数のノズルを、一辺１６ａに並べて配置して、一辺１６ａの全域からガスシールド噴流６６を噴射する形状としてもよい。

整流機構７６、７８、８０は、一辺１６ａに沿った方向に平均化させ、かつ、流体の流れ方向を、ガスシールド噴流６６に沿った方向に整流する機構である。整流機構７６は、ノズル基部７０に配置される。

整流機構７６は、ガスシールド噴流６６に沿った方向及び一辺１６ａに沿った方向に延在する板が、板の表面に直交する方向に所定間隔離間して複数配置される構造である。ノズル基部７０に流入したガスは、板の隙間を通って、ノズル先端部７２側に移動する。ガスは、整流機構７６を通過することで、一辺１６ａに沿った方向に平均化され、かつ、流体の流れ方向を、ガスシールド噴流６６に沿った方向に整流される。

整流機構７８は、ノズル基部７０の、整流機構７６よりも下流側（ノズル先端部７２側）に配置された、メッシュ状の構造物である。ノズル基部７０に流入し、整流機構７６を通過したガスは、整流機構７８のメッシュの孔を通過して、ノズル先端部７２側に移動する。ガスは、整流機構７８を通過することで、一辺１６ａに沿った方向に平均化され、かつ、流体の流れ方向を、ガスシールド噴流６６に沿った方向に整流される。

整流機構８０は、吹き出し口７４に配置された、メッシュ状の構造物である。ノズル基部７０に流入し、整流機構７６、７８を通過したガスは、ノズル先端部７２で縮流され、整流機構８０のメッシュの孔を通過して、噴射される。ガスは、整流機構８０を通過することで、一辺１６ａに沿った方向に平均化され、かつ、流体の流れ方向を、ガスシールド噴流６６に沿った方向に整流される。

ガス供給部５１は、ノズル５０に噴射するガスを供給する。ガス供給部５１は、給気管５２と、送風機構５４と、を有する、給気管５２は、一方の端部がノズル５０のノズル基部７０に接続され、他方の端部が、第１区画１２の外に解放される。送風機構５４は、給気管５２に配置され、ノズル５０に空気を供給するガス流れを給気管５２に形成する。

ガスシールド装置２０は、ガス供給部５１の送風機構５４で供給されたガスを、ノズル５０の吹き出し口７４から噴き出すことで、ガスシールド噴流６６を形成する。ガスシールド噴流６６は、図４に示すように、ノズル５０の吹き出し口７４から同じ方向に向けて噴射されることで、板状の噴流となる。ガスシールド噴流６６は、上述したように、ノズル５０が配置されている開口１６の一辺１６ａから、対向する一辺１６ｂに向けて噴出する。これにより、図２に示すように、ガスシールド噴流６６は、開口１６の全面と重なる噴流となる。

これにより、ガスシールド噴流６６は、開口１６の全面を塞いだ形状となり、開口１６を介して第２区画１４から第１区画１２に流入するガス流れ６８を小さくすることができる。

区画ユニット１０は、ガスシールド装置２０を設け、開口１６にガスシールド噴流６６を形成し、第２区画１４から漏れるガス流れ６８を小さくできることで、給気管４０から供給するガス流れ６２を少なくすることができる。これにより、第２区画１４の陽圧管理をより効率よく行うことができる。

ノズル先端部７２を開口１６が形成される壁面側とは反対側の面が徐々に開口１６が形成される壁面に近づくように、断面積が減少する形状とすることで、吹き出し口７４を開口１６に近づけることができ、また、吹き出し口７４から噴出するガスシールド噴流６６を開口１６に沿った噴流とすることができる。

ノズル５０は、整流機構７６、７８、８０を配置することで、ガスシールド噴流６６をより板状の噴流とすることができ、開口１６でのガスの流通を低減することができる。

なお、本実施形態の第２区画１４は、さらに開口を備えていてもよい。第２区画１４は、開口のそれぞれにガスシールド装置２０を配置することで、開口１６と同様の状態とすることができる。

図５は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。図５に示す区画ユニット１０ａのうち、区画ユニット１０と実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。区画ユニット１０ａは、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６で接続される点は、区画ユニット１０と同様である。

区画ユニット１０ａに配置されるガスシールド装置２０ａは、ノズル５０ａと、ガス供給部５１ａを有する。ノズル５０ａは、ノズル５０と同様の構成である。ガス供給部５１ａは、給気管５２ａと、送風機構５４ａと、を有する。給気管５２ａと、送風機構５４ａとは、第１区画１２の内部に配置される。給気管５２ａは、一方の端部がノズル５０に接続され、他方の端部が第１区画１２の内部に配置される。送風機構５４ａは、給気管５２ａに接続される。

区画ユニット１０ａは、ガスシールド装置２０ａのノズル５０から噴射するガスを、第１区画１２から吸引したガスとすることで、ガスシールド装置２０ａで、吸引するガスと噴射するガスで、第１区画１２内のガス量が変動することを抑制できる。これにより、区画ユニット１０ａは、吸引管３２で第１区画１２から排出するガスの量を低減することができる。つまり、ガス流れ６０で流入した空気と、ガス流れ６８で流入する空気を、ガス流れ６４で排出することで、第１区画１２の負圧を維持することができる。これにより、各部で吸引、掃気する空気の量を少なくすることができ、区画ユニット１０ａの圧力の管理をより少ないエネルギーで実行することができる。また、第１区画１２と第２区画１４に流入するガス量を少なくできることで、流入するガスに対する処理の負荷も低減できる。

図６は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。図７は、図６に示すガスシールド装置と開口との関係を示す斜視図である。図６、図７に示す区画ユニット１０ｂのうち、区画ユニット１０ａと実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。区画ユニット１０ｂは、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６で接続される点は、区画ユニット１０と同様である。

区画ユニット１０ｂに配置されるガスシールド装置２０ｂは、ノズル５０と、ガス供給部１０１を有する。ガス供給部１０１は、コレクタ（回収機構）１０２と、循環路１０４と、送風機構１０６と、を含む。

コレクタ１０２は、ノズル５０と対面する位置、つまり、開口１６のノズル５０が配置される辺と対向する辺に配置される。コレクタ１０２は、周囲の空気を吸引する。コレクタ１０２は、開口１６の配置される辺の全域に、空気を吸引する開口が配置される。本実施形態のコレクタ１０２は、開口１６が形成さえる面の第１区画１２側の壁面に配置される。

循環路１０４は、コレクタ１０２とノズル５０とを接続する配管である。循環路１０４は、開口１６と重ならない位置に配置される。本実施形態の循環路１０４は、開口１６が形成される壁面に固定される。送風機構１０６は、循環経路１０４に配置され、コレクタ１０２からノズル５０に向けたガス流れを形成する。

ガスシールド装置２０ｂは、コレクタ１０２を設けることで、ノズル５０から噴射されたガスシールド噴流６６を含む開口１６の辺１６ｂの近傍の空気を吸引することができる
。これにより、辺１６ｂの近傍でのガスシールド噴流６６の拡散を抑制することができ、ガスシールドの効果を高くでき、開口１６のガス流れ６８を寄り低減することができる。

また、循環路１０４でノズル５０とコレクタ１０２を接続することで、ノズル５０から噴射するガスシールド噴流６６と、コレクタ１０２の吸引を１つの送風機構１０６で実現することができる。

図８は、ガスシールド装置の断面斜視図である。図８に示すガスシールド装置は、図６及び図７に示すガスシールド装置の各部に加え、スクープ１１０を備える。スクープ１１０は、コレクタ１０２が配置されている開口１６の辺の第２区画１４側の面に配置される板状の部材である。スクープ１１０は、開口１６の辺に沿って延在し、一部が開口１６に突出している。スクープ１１０は、開口１６に突出する先端の形状を、円弧状、楕円、くさび形状等、種々の形状とすることができる。

図８に示すガスシールド装置は、スクープ１１０を設けることで、ガスシールド噴流６６を、コレクタ１０２側に案内することができ、ガスシールド噴流６６が第２区画１４側に流入することを抑制できる。これにより、噴流の力が減少する。コレクタ１０２側の端部のガスシールド噴流６６がコレクタ１０２側以外の領域に拡散することを抑制できる。

図９は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。図９に示す区画ユニット１０ｃのうち、区画ユニット１０ａと実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。区画ユニット１０ｃは、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６で接続される点は、区画ユニット１０と同様である。

区画ユニット１０ｃに配置されるガスシールド装置２０ｃは、ノズル５０と、ガス供給部１０１ｃを有する。ガス供給部１０１ｃは、コレクタ（回収機構）１０２と、循環路１０４と、送風機構１０６と、を含む。ガス供給部１０１ｃは、コレクタ１０２の配置位置以外、ガス供給部１０１と同様の構成である。ガス供給部１０１ｃは、コレクタ１０２が第２区画１４の壁面に配置される。循環路１０４は、コレクタ１０２とノズル５０とを接続する。

コレクタ１０２を、第２区画１４に配置することで、ノズル５０から噴射されるガスシールド噴流６６に加え、ノズル５０からコレクタ１０２に向かう気流の膜も形成することができる。これにより、開口１６を遮断する空気の膜をより厚くすることができ、ガス流れ６８で流れるガスをより低減することができる。なお、図９に示す配置の場合、コレクタ１０２で吸引したガスに加え、第１区画１２のガスをノズル５０に供給してもよい。例えば、循環路１０４に、第１区画１２を吸引する送風機構１０６と配管を設け、第１区画１２から吸引する空気のエゼクタ効果で、コレクタ１０２からガスを吸引してもよい。

図１０は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。図１０に示す区画ユニット１０ｄのうち、区画ユニット１０ａと実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。区画ユニット１０ｄは、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６で接続される点は、区画ユニット１０と同様である。

区画ユニット１０ｄに配置されるガスシールド装置２０ｄは、ノズル５０と、ガス供給部１０１ｄを有する。ガス供給部１０１ｄは、コレクタ（回収機構）１０２と、循環路１０４と、送風機構１０６と、を含む。ガスシールド装置２０ｄは、各部が、開口１６の第２区画１４側の壁面に配置される。

ガスシールド装置２０は、ノズル５０と、ガス供給部１０１ｄと、を第２区画１４、つまり、圧力が高い側の区画の壁面に配置しても、開口１６にガスシールド噴流６６を形成することで、ガス流れ６８で開口１６を通過して第１区画１２に流入するガスを低減することができる。

図１１は、他の実施形態に係るガスシールド装置概略構成を示す模式図である。図１１に示す区画ユニット１０ｅのうち、区画ユニット１０と実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。区画ユニット１０ｅは、第１区画１２と第２区画１４とが開口１６で接続される点は、区画ユニット１０と同様である。

区画ユニット１０ｅに配置されるガスシールド装置２０ｅは、ノズル５０と、ガス供給部５１を有する。ガスシールド装置２０ｅのノズル５０は、開口１６の開口面に平行な方向から、開口１６から離れる方向に角度θ傾斜する。つまり、ノズル５０は、開口１６に沿った方向で、かつ、開口１６から角度θ傾いた方向に、ガスシールド噴流６６を噴射する。ここで、角度θは、１０°以下とすることが好ましい。

ガスシールド装置２０ｅは、ノズル５０を角度θ傾けることで、ガスシールド噴流６６が開口１６を介して、第２区画１４に流入することを抑制できる。なお、本実施形態では、角度θを０より大きくしたが、上記実施形態のように、角度θを０とすることで、開口１６に沿ったガスシールド噴流６６を形成することができ、開口１６のシールド性能を高くすることができる。

本開示のガスシールド装置２０では、シールドガス噴流６６を形成する方向は、特に限定されず、鉛直方向、水平方向、斜め方向の任意の向きとすることができる。ガスシールド装置２０は、開口１６に、開閉可能な扉をさらに設けてもよい。この場合、扉が開いている状態で、ガスシールド装置２０を稼働させることで、ガス流れ６８を低減することができる。

本開示の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

１０ 区画ユニット
１２ 第１区画
１４ 第２区画
１６ 開口
２０ ガスシールド装置
３０ 開口
３２ 吸引管
３４ 吸引機構
４０ 給気管
４２ 給気機構
５０ ノズル
５１ ガス供給部
５２ 給気管
５４ 送風機構
６０、６２、６４、６８ ガス流れ
６６ ガスシールド噴流
７０ ノズル基部
７２ ノズル先端部
７４ 吹き出し口
７６、７８、８０ 整流機構

Claims (11)

1. 開口を有する第１区画と、前記開口で前記第１区画と接続され、前記第１区画よりも高い圧力の第２区画とを有する構造体の前記開口をガスシールドするガスシールド装置であって、
   前記開口の一辺の全域に配置され、前記開口の一辺から、前記開口の対応する辺に向けて、前記開口の全面を覆う板状の噴流を形成するノズルと、
   前記ノズルに噴射する流体を供給するガス供給部と、を含むガスシールド装置。
2. 前記ノズルは、内部に整流機構を有し、出口に向かうに従って、流路面積が小さくなる請求項１に記載のガスシールド装置。
3. 前記ガス供給部は、前記第１区画の流体を前記ノズルに供給する請求項１または請求項２に記載のガスシールド装置。
4. 前記ガス供給部は、前記開口の、前記ノズルが配置されている辺と対向する辺に配置され、周囲の流体を吸引する回収機構を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスシールド装置。
5. 前記ガス供給部は、前記回収機構と前記ガス供給部を接続し、吸引した流体を前記ガス供給部に供給する循環路と、を備える請求項４に記載のガスシールド装置。
6. 前記回収機構は、前記コレクタが配置された開口の辺の、前記第２区画側の面に配置され、前記開口よりも突出したスクープを備える請求項５に記載のガスシールド装置。
7. 前記回収機構は、前記第１区画側の面に配置される請求項４または請求項５に記載のガスシールド装置。
8. 前記ノズルは、前記コレクタが配置された開口の辺の、前記第１区画側の面に配置される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガスシールド装置。
9. 前記ノズルは、前記開口の表面と平行な方向にガスを噴射する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のガスシールド装置。
10. 前記ノズルは、前記開口の表面と平行な方向に対して前記開口から離れる側に所定角度傾斜した向きにガスを噴射する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のガスシールド装置。
11. 開口を有する第１区画と、前記開口で前記第１区画と接続され、前記第１区画よりも高い圧力の第２区画とを有する構造体の前記開口をガスシールドするガスシールド方法であって、
    前記開口の一辺の全域に配置されたノズルに噴射する流体を供給し、
    前記ノズルから流体を噴射し、前記開口の一辺から、前記開口の対応する辺に向けて、前記開口の全面を覆う板状の噴流を形成するガスシールド方法。

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