JP4124966B2 - 成形したポリマーの空気拡散スクリーン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商業用及び居住用建物に使用して環境を制御する空気拡散システムに関する。特に本発明は、穴を開けた開口部の大きさ、形状及び数が適切で、それによって供給された空気が環境に乱気流を生じる“ダンピング（dumping）”作用を回避し又は最小化して空気の供給を拡散する、成形した非−織物材料で製造した空気拡散スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
拡散システムは、閉じた環境の天井にあるダクトから供給される空気の方向を変えるように設計されている。従来の解決手段は布材料で製造したスクリーンを指向している。本発明の方法は成形した密なメッシュで製造した空気拡散器を指向している。
一般に、空気拡散器は、供給ダクトを設置した天井から室内に空気が流れるときにその方向を変えることが公知である。拡散器がないと、ダクトから供給された空気は室内にまっすぐに流下する。これによって室内に望ましくない通風又は乱気流が生じる。
先行技術の拡散器はこの課題及び他の課題を、空気が室内に入るときにその方向を変えかつ拡散することで解決している。この目的を達成するために、典型的な先行技術の拡散器の出口“面（face）”には、一群の角度を付けた羽根又はルーバーがある。さらに、方向付けのための装置がダクトの内部、システムの出口部分の上部又は背後にある。
【０００３】
角度を付けた羽根を使用する先行技術の拡散器は以下の明細書に記載されたものを含む：米国特許第３，９４８，１５５号、１９７６年４月６日発行（Warren R. Hedrick）、米国特許第４，２６６，４７０号、１９８１年５月１２日発行（Schroeder他）、米国特許第４，３６６，７４８号、１９８３年１月４日発行（Wilson他）、米国特許第５，０５４，３７９号、１９９１年１０月８日発行（Franc Sodec）、米国特許第５，１９２，３４８号、１９９３年３月９日発行（Craig S. Ludwig）、及び米国特許第５，４５４，７５６号、１９９５年１０月３日発行（Craig S. Ludwig）。
室内に通過する空気からほこりや他の粒子をろ過するために、拡散器システムで布シートが使用されてきた。米国特許第４，６０３，６１８号明細書、１９８６年８月５日発行（Charles W. Soltis）はクリーンルームの換気装置を開示しており、それは穴のあいた天井グリッドの上に固定した布シートを有している。布シートが空気をろ過し、空気の均一な層流を室内に提供する。布シート及び穴のあいたグリッドは天井全体に広がり、天井からの気流はまっすぐに室内に降りる。
先行技術の空気拡散器には多くの課題がある。これにはほこりがたまることが多く、このほこりは角度を付けた羽根の周りにつもる傾向がある。さらに、先行技術の空気調整装置は騒音を出す傾向にある。
【０００４】
布は吸音のためにも使用されてきた。米国特許第４，１５２，４７４号、１９７９年５月１日発行（故Cook他）は、複数の開口部を有する基材を含む音吸収材を開示している。有機ポリマーが基材を被覆し、基材中の開口部を一部充填している。
本発明の前に、供給ダクトからの気流を拡散する方法が見出されている。この方法は目の粗い布シートを使用することを含んでおり、このシートは空気がシートを出た後に気流を垂直から水平の方向に変えかつ速度を変えるものであり、また保持枠に布シートを取り付けること及び枠−シートアセンブリーをダストの出口部分に設置することを含んでいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、布を基材とする空気拡散システムの使用には欠点がある。第一に、布スクリーンの表面がバッチ式のロットで製造されており、大きさ、形状、密度、開口の形状、寸法及び数の柔軟性が少ない。さらに、保持枠で布を引っ張る二軸延伸が困難である。このような布拡散スクリーンを小ロットで永久的に着色又は染色することも困難である。
本発明の目的は、布を基材とする先行技術の欠点又は問題点を解決する空気拡散システムを提供することであり、拡散スクリーンを通じて空気の流れ及び空気の通過を均衡させ、その結果直接的な通気の降下又は乱気流を減少又は除去するように天井から閉じた環境への空気の供給及び分配を制御することによって欠点又は問題点が解決される。
本発明の他の目的は、空気が拡散システムを通るときに通常伴う騒音、特に角度を付けた羽根型の拡散器で発生する騒音を大幅に減少させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気ダクトの末端部に取り付けた、閉じた環境、例えば室又はホールに供給する空気の制御が可能な、成形したプラスチックの空気拡散スクリーンを含む空気拡散システムを目的とする。
本発明は好ましくは配列した多数の開口部又は穿孔を有するプラスチックで成形したスクリーンを目的としており、開口部又は穿孔は成形したスクリーン領域の約６０％、より好ましくは成形したスクリーン領域の約５０％又は最も好ましくは成形したスクリーン領域の約３５％を占める。
同時係属出願の拡散システム（出願番号０８／９７５，４３０）の場合と同様、水平方向への変更の程度は流速、開口部の大きさ及び成形したスクリーンの厚さに依存する。本発明に従うと、スクリーンを圧縮によって成形し、このようにして前面と背面を好ましくは入口と出口としてそれぞれ成形する。
さらに、成形ポリマーは熱可塑性で、ほこり忌避性並びに汚染及び腐食耐性となるように処理することができる。これらの性質をもつ薄い被覆層は、布スクリーンを成形した拡散器スクリーンに使用することができた場合には、有利であることが分かっている。
【０００７】
ある種の表面処理剤が粒状物の蓄積及び洗浄の頻度や費用を減少するために使用されている。
成形品は一方の面から入り他方の面から出る空気の流れの方向を側方に変えるのに使用することもできる。再度、ダクトから成形シート又はスクリーンに流れる気流は角度が曲げられ、出口面の“中心”から放射状に流れるが、このパターンは同時係属出願の０８／９７５，４３０で記載したのと同様である。外部から供給し拡散した空気と出口面の前の“既存の”室内空気は衝突して混合するか、並行流となって放射状に外に広がる。このような記載した現象が生じるために、成形したシートは独特の開口部の構成をしていなければならず、それは元の出願で記載した織物の構成とは異なることに留意する必要がある。本発明は空気拡散器の分野のみならず他の可能性のある使用でも多くの利点を提供する。元の出願で布を引っ張る代わりに成形した表面は成形の作用として平面である。それは、平面なサンフェイス（sun face）を維持するためにゴム編みの裏面を有することもできる。異なる配分パターンのために輪郭を付けた表面が望ましい場合には、この型は容易に達成できる。固い枠が圧縮成形アセンブリーにおけるサンフェイスの必須の部分となりうる。垂直な供給ダクトからの気流が平面のスクリーン表面から出るときは側面方向に変化し放射状のパターンを作ることが本発明の意図である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、好ましい態様において、本発明の成形したプラスチックのスクリーン拡散器１は、典型的な空気供給ダクトの末端と結合するように調節した長方形の枠５を含む。長方形の枠に取り付けるのは、複数の楕円形の穴１０を有する平板な薄い成形したポリマーシート７である。プラスチック技術で公知の帯電防止性コンパウンドをプラスチックの成形した拡散スクリーンの重合性組成物に取り込むことができ、これによってスクリーンの上側にほこり又は粒子が蓄積するのを防止し、かつ気流が通過する開いた領域を保持することが可能となる。成形したプラスチックのスクリーンを枠に取り付けることができる。別の方法としてプラスチックのスクリーンと枠のアセンブリリーをモノリシック単位として成形することができる。この段階を熱可塑性アセンブリーを加熱圧縮することによって実施することができる。
熱可塑性材料を安定化するのに適していることが公知の繊維によって、枠及び枠とスクリーンの両者を強化することができる。例えば、炭素繊維又はガラス繊維の技術を使用して、成形した拡散器スクリーン枠アセンブリーの強化に軽量繊維を組み合わせる簡単な方法が提供される。
【０００９】
成形したスクリーンを汚染−防止性材料で被覆することもできる。このようにして実質的に開かれた領域がシートに保持される。汚染−防止性材料は好ましくはフルオロポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であるが、他の表面エネルギーが低いポリマー、例えばフルオロポリマーも使用できる。
静電気の荷電によるやっかいな作用は表面に生じる現象である。帯電防止剤のような化学添加物は荷電の蓄積を除去することができる。外部の帯電防止剤、例えばグリセリン又はポリグリコールを、通常スプレーするか又はスクリーン若しくはスクリーン−枠アセンブリーを帯電防止剤の水若しくはアルコール希薄（０．１％〜２．０％）溶液に浸漬して成形したプラスチックのスクリーンの表面に適用することができる。より永久的な帯電防止保護を、成形したプラスチックの表面層に1〜２％の帯電防止剤を取り込むことによって行う。
化学帯電防止剤は通常界面活性剤でもあり、この技術分野で公知のカチオン性、アニオン性又は非−イオン性化合物であることができる。
本発明の態様で好ましい非−イオン性帯電防止剤は極性が低く、オレフィン及び他のプラスチックとの相溶性を促進する。さらに、非−イオン性帯電防止剤はそれが空気中に放出されたときは刺激性ではない。
【００１０】
非−イオン性の内部の帯電防止剤の範囲はポリプロピレンに適した範囲である０．０５〜２．５％であり、かつ成形温度が帯電防止剤化合物の安定性を越えてはならず、この帯電防止性化合物は例えば好ましくはエトキシル化第三アミンであってこれは特に低湿度環境下で有効である。
強化した又は通常の熱可塑性複合体を形成して拡散スクリーンを製造する工程は、スタンピング又は迅速圧縮成形工程を含む。ガラス繊維の強化剤は２５〜５０質量％の範囲である。
炭素繊維による強化は、連続フィラメント、よりのない糸及び好ましい量のフィラメントを含むトウを、一般に入手可能なチョップド繊維の低い数千の中間体モジュール変形に取り込むことによって行われる。
図２を参照すると、成形したプラスチックのリブがパターン全体に並んでいる。各穿孔は微細なリブ１５で形成されている。好ましいプラスチックはポリプロピレンである。成形したスクリーンの厚さは約０．７６２mm（０．０３０インチ）、好ましくは０．６６０４mm（０．０２６インチ）、より好ましくは０．５０８mm（０．０２０インチ）である。圧縮後穿孔の断面の形は卵形である。穿孔の大きさはスクリーンの厚さに依存して、２．１５９〜０．４３１８mm（０．０８５〜０．０１７０インチ）の範囲である。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様は２層のスクリーン枠アセンブリーであり、ここでは二つのスクリーンが同じ列に重ね合わせてあるか又は相互に９０°回転した後で重ね合わせてある。図３は重ね合わせた穿孔で形成した三つの主な形を示している。重複した領域１６−１８が示されている。重ね合わせたスクリーンの穿孔を同じ大きさ又は異なる大きさにすることができる。大きさが異なる場合、大きい穿孔を小さな穿孔の上に置くことが好ましい。
成形したスクリーンは本質的に平面図で長方形又は卵形の開口部を有する。全開口領域はスクリーンの領域の約６０〜３０％の範囲であることができる。成形したスクリーンの寸法は、従来の空気−処理システムに伴う空気の量及び圧力に対して操作可能である。しかしながら、スクリーンの寸法は布に流れ込む空気の容量及び圧力並びに所望の方向変化の量に依存する。
図４で、気流が広がる一般的な方向を矢印で示してある。多くの因子、例えば拡散器による背圧及び特定の空気ダクトの形がダクトのある所与の点での気流の方向を変化させる原因となり得るが、空気拡散の一般的な方向は拡散器シートへの下の方向である。成形した拡散器スクリーンは空気がスクリーンを出るときに空気の拡散の方向を変化させる。方向が変わった空気はスクリーンの側方に流れ、図４（底面図）の矢印で示すように放射状にすべての方向に流れる。方向の変化により、特定の拡散器及び供給ダクトの配置に依存して、空気は天井又は壁に沿って流れる。好ましい態様で開口部を出る空気はシートの側方に流れ放射状に外側に流れるが、形式及び寸法を変えた布を使用して空気を他のパターンに変えることが可能であること予測できる。より好ましい態様で成形したプラスチックのスクリーンは平板の形状を取っているが、シートを曲がった形、例えば熱形成して皿型の形状で使用可能であることも予測できる。
【００１２】
本発明の拡散器を使用して、多数の形及び大きさの空気ダクトからの空気の拡散方向を変えるのに成功している。例えば、図５ａ及び５ｂは先細部３５に延びる円筒状の空気供給路３７を有するダクト３０を示しており、この先細部はさらに開口面の長方形の空洞４１に延びている。長方形の空洞４１は天井４３の一部を切り取った部分に隣接して配置されている。拡散器１を長方形の空洞４１の開口面の上に取り付ける。ダクトの典型的な寸法は直径１５．２４cm（６インチ）の円筒状の供給路３７を含み、それは側辺の長さが等しく５３．３４cm（２１インチ）で高さが１．２７cm（０．５インチ）の正方形の空洞まで延びている。試験をした結果、空気が拡散器１を通過すると、空気は拡散器から側方に流れ、かつ放射状にすべての方向に流れたことが分かり、これは先の図５でそれぞれ示したとおりであった。
成形したプラスチックの空気拡散器を図６に示した実験用のダクトシステムで試験した。実験では、直方体の箱４５は、長さ４３．１８cm（１７インチ）、高さ２６．６７cm（１０．５インチ）、及び深さ３２．３８５cm（１２．７５インチ）を有し、開放末端４７及び閉鎖末端５１を有し、閉鎖末端は直径約１０．１６cm（４インチ）の循環用開口部５５を有する。拡散器１（適切な寸法で作成された）を開口末端４７の上に取り付け、循環用開口部５５に１０．１６cm（４インチ）のファン６０を取り付けた。７．６２cm（３インチ）の循環用開口部６７を有するバッフル６５を箱４５の中央を横切って配置した。箱４５の内部への空気の圧力分布に変化を起こさせるためにバッフル６０を使用した。ファンのスピードを種々変化させて、拡散器１を出る空気は拡散器の側方に流れかつ拡散器１を出るときに放射状に外向きに流れることが分かった。
【００１３】
【実施例】
実施例１
成形したプラスチックのスクリーンの拡散器を三つの異なる形状で試験した。第一のスクリーンの厚さは約０．７６２mm（０．０３０インチ）、第二は約０．６６０４mm（０．０２６インチ）、第三は約０．５０８mm（０．０２０インチ）であった。試験した三つの厚さに対する軸の寸法は以下のとおりである：
約０．７６２mm（０．０３０インチ）の厚さにおいて長軸が約４．１９１〜４．３１８mm（０．１６５〜０．１７０インチ）短軸が約２．７９４〜２．９９７２mm及び３．０４８mm（０．１１０〜０．１１８インチ及び０．１２０インチ）；約０．６６０４mm（０．０２６インチ）の厚さにおいて長軸が約３．９３７〜４．０６４mm（０．１５５〜０．１６０インチ）短軸が約２．４１３〜２．５４mm（０．０９５〜０．１００インチ）；約０．５０８mm（０．０２０インチ）の厚さにおいて長軸が約３．８１〜３．９３７mm（０．１５０〜０．１５５インチ）短軸が約２．１５９〜２．４１３mm（０．０８５〜０．０９５インチ）。開口領域に関しては、計算値は０．７６２mm（０．０３０インチ）、０．６６０４mm（０．０２６インチ）及び０．５０８mm（０．０２０インチ）の厚さのスクリーンではそれぞれ約５３％、４４％及び３９％であった。
成形したスクリーンアセンブリーを通過する気流の十分な方向変化が見られた。特に、０．５０８mm（０．０２０インチ）の形状では６５０ｃｆｍ（１分あたりの立法フィート）の気流の方向変化が有効であった。より大きな穿孔でも気流の圧力又は速度に依存して有効であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の成形した空気拡散器の斜視図である。
【図２】は本発明で使用する成形したポリマースクリーンの上面図である。
【図３】は二つのスクリーンが９０°回転して重ね合わせてある好ましい二層の成形したプラスチックスクリーンアセンブリーを示す三つの好ましい開口構成の拡大した上面図である。
【図４】は放射状にすべての方向に空気が出ることを示す、空気供給ダクトに取り付けた拡散器の底面図である。
【図５】は長方形の空洞に伸びる先細の部分を有する空気ダクトの側面図（５ａ）及び斜視図（５ｂ）である。
【図６】は実験的な空気ダクトシステムの斜視図である。

Claims (17)

1. 拡散器が以下を含む、空気供給ダクトの出口用のプラスチックの空気拡散スクリーン：
   内部ステアリング又は方向変更装置を欠く空気供給ダクトから空気が通過するときに方向を変えるスクリーンを形成する穿孔の配列を有する成形したシート；
   空気供給ダクトの出口を保持し確保する枠に組み合わせるスクリーン。
2. 穿孔の配列がスクリーン領域の６０％を占める、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
3. 穿孔の配列がスクリーン領域の５０％を占める、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
4. 穿孔の配列がスクリーン領域の４０％を占める、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
5. 穿孔の配列がスクリーン領域の３０％を占める、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
6. 成形したスクリーンのプラスチックが熱可塑性ポリマー組成物を含む、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
7. プラスチックのスクリーンの厚さが０．５０８〜０．７６２mm（０．０２０〜０．０３０インチ）である、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
8. 穿孔の形が隅が丸い長方形又は卵形である、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
9. 卵形の穿孔が短軸約２．１５９〜３．０４８mm（０．０８５〜０．１２０インチ）で長軸約０．８１〜４．３１８mm（０．１５０〜０．１７０インチ）である、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
10. 穿孔がスクリーンの厚さが約０．５０８mm（０．０２０インチ）で短軸約２．１５９〜２．４１３mm（０．０８５〜０．０９５インチ）で長軸約３．８１〜３．９３７mm（０．１５０〜０．１５５インチ）である、請求項１のプラスチックの空気拡散器。
11. 空気供給ダクトの出口を確保する枠に保持されているプラスチックのスクリーン又は重ね合わせたプラスチックの複数のスクリーンの組み合わせを含むスクリーン枠アセンブリー；内部の方向変更装置又はステアリング装置を欠くダクトを含む空気拡散システム。
12. 空気ダクトから供給された空気がスクリーンアセンブリーを通過するときに側方に方向を実質的に変えるようにスクリーン枠アセンブリーを選択する、請求項１１の空気拡散システム。
13. 穿孔の配列を形成するように成形された熱可塑性材料からスクリーンが構成されている、請求項１１の空気拡散システム。
14. 穿孔の平均の大きさが短軸約２．１５９〜２．９９７２mm（０．０８５〜０．１１８インチ）長軸約３．８１〜４．３１８mm（０．１５０〜０．１７０インチ）、スクリーンの厚さが０．５０８〜０．７６２mm（０．０２０〜０．０３０インチ）の範囲である、請求項１１の空気拡散システム。
15. プラスチックのスクリーンがリブのシートで強化されている、請求項１１の空気拡散システム。
16. 空気が空気ダクトから前もって決めた速度又は圧力でスクリーンアセンブリーを通過し、スクリーン領域を出るときに流速及び方向が実質的に変化する、請求項１１の空気拡散システム。
17. 成形したプラスチックのスクリーンが空気供給の騒音を減少させる、請求項１１の空気拡散システム。

Images