JP4917069B2 - 送風ダクト - Google Patents

Description

本発明は、漏風量を削減することで経済損失を小さくし得る送風ダクトに関し、例えば地下構築物、トンネル構築物内における換気用として用いられる送風ダクトに適用可能なものである。

従来より、地下構築物、トンネル構築物内における切羽で発生する粉塵等の有害物質の除去を目的として、これらトンネル内等の換気がされている。具体的には、トンネル内等の換気のために、坑口から切羽に向けて坑道内に送風ダクトを配設すると共に、外部の空気を換気ファンによって送風ダクト内に強制導入することが行われている。

この送風ダクトには、気密性と可撓性を有する合成樹脂製シートを円筒状に成形したポリ塩化ビニール風管（ＰＶＣターポリン）によるビニール風管が、従来普及していた。そして、このビニール風管を使用する際には、ビニール風管間の接合部分を一般にファスナージョイントによって延長し、長尺の送風ダクトとしていた。

ここで、ビニール風管の接合部には、以下の２つの機能が求められている。
つまり、第１として、内圧による分離力が接合部に作用する為、インターロッキング的な機能を有した結合が接合部には必要であった。例えば直径が３００ｍｍで圧力が２０ｋＰａとされた場合、１４４ｋｇｆの力が加わることになるので、この力に対応できる結合が要求されていた。
第２として、高い内圧に伴う漏風を防止するための封止機能が必要であり、例えばファスナージョイントが漏風の防止のために採用されていた。
特開２００４−１１６７９３号公報 特開２００２−２２１０００号公報

しかし、ファスナージョイントをビニール風管の接合部に取り付ける際には、操作性、確実性、コストなどの面で問題がある他、布製で通気性があると共にファスナージョイントの終点に隙間ができる為、漏風を完全には防止できなかった。そして、この際の漏風量は、例えばダクト内圧５ｋＰａ以下での１００ｍ当たり送風量の１〜２％にも及んでいた。

これに伴って、近年の長距離トンネルでは、大きな容量の換気ファンが必要となり、動力コストが増大するなどで経済損失が大きくなる欠点を有していた。
本発明は上記事実を考慮し、漏風量を低減することで経済損失を小さくし得る送風ダクトを提供することが目的である。

請求項１に係る送風ダクトは、筒状にそれぞれ形成された少なくとも一対の風管と、
一対の風管の内の一方の風管の端部外周側に袋とじ加工して一周にわたって風管の端部に設置された内接リングと、
内接リングの外周面側に一周にわたって接する形で配置されたパッキンと、
を有する送風ダクトであって、
内接リングが、硬質ナイロン、繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチックの何れかにより断面形状を円形として形成され、
内接リングのある側とされる一方の風管を内側に配置しつつ一対の風管の端部相互間を嵌め合わせた状態で、内径を変更可能な締結バンドにより一対の風管間を内接リング上においてパッキンを介して締結したことを特徴とする。

請求項１に係る送風ダクトの作用を以下に説明する。
本請求項によれば、筒状にそれぞれ形成された一対の風管の内の一方の風管の端部外周側に、一周にわたって接する形で内接リングが設置され、この内接リングの外周面側に一周にわたってパッキンが配置されている。また、これら一対の風管間を接合する際には、内接リングのある側の風管を内側に配置しつつ一対の風管の端部相互間を嵌め合わせ、内径を変更可能な締結バンドにより一対の風管間を内接リング上において締結するようにした。

従って、例えば剛性のある内接リングとその形状に合う形の締結バンドとを組み合わせることにより、内接リングの外周に帯状に貼り付けられたパッキンを介して、締結バンドで締結しつつ、他方の風管の内面と内接リングを密着することになる。この結果、本請求項の送風ダクトによれば、一対の風管相互間を締結バンドによって確実に結合できるだけでなく、結合の際の封止性能をパッキンにより高めて漏風量を低減することができるのに伴い、経済損失が小さくなった。

また、本請求項では、内接リングを一方の風管の外周側端部に袋とじ加工して内接リングをこの風管の端部に設置しているのに伴い、一方の風管の端部に、この風管とほぼ同径の内接リングを袋とじ加工したことで、内接リングが風管の端部により確実に取り付けられるようになった。

請求項２に係る送風ダクトの作用を以下に説明する。
本請求項に係る送風ダクトは請求項１と同一の作用を奏する。但し、本請求項では、締結バンドの一部に開放部分が存在し、この開放部分を挟んだ締結バンドの各端部に一対のリンクの一端がそれぞれ回動可能に連結され、これら一対のリンク同士が相互に回動可能に連結されるという構成を有している。

つまり、本請求項によれば、この一対のリンク同士の連結部分を一対のリンクの一端同士が狭まるように回動することで、締結バンドの開放部分が狭まって、一対の風管相互間がより確実に結合されると共に、結合の際の封止性能が高まるようになる。

請求項３に係る送風ダクトの作用を以下に説明する。
本請求項に係る送風ダクトは請求項１と同一の作用を奏する。但し、本請求項では、締結バンドの内接リングとの対向側が、テーパ状となる形状を有した凹部とされるという構成を有している。

つまり、本請求項によれば、内接リングの外周面側が一般に凸状形状になっていることから、締結バンドの内接リングとの対向側をテーパ状となる形状の断面を有した凹部とすることにより、この締結バンドで締め付けるのに伴って、一対の風管相互間を確実に結合できるだけでなく、結合の際の封止性能が一層高まるようになる。

以上説明したように本発明の上記構成によれば、漏風量を低減することで経済損失を小さくし得る送風ダクトを提供できるという優れた効果を有する。

本発明の一実施の形態に係る送風ダクト１０を図１から図７に示し、これら図に基づき本実施の形態を説明する。尚、この送風ダクト１０は、例えば地下構築物、トンネル構築物内における換気のために用いられるものである。

図１に示すように、本実施の形態に係る送風ダクト１０の主要部を相互に形状が同一の風管１２，１４，１６等により形成されている。そして、円筒状に形成された風管１２の一端側である後端側の外周側端部には、一周にわたって接しつつ風管１２に袋とじ加工されることで、図２に示すようなリング状の内接リング２２が設置されている。

図４に示すように、この内接リング２２の断面形状は円形になっていることから、内接リング２２の外周側が凸状形状になっている。また、この内接リング２２の外周面側には、例えばゴム製でリング状に形成されたパッキン２４が、この外周面の一周にわたって配置されている。

一方、円筒状に形成された風管１４の前端側の外周側端部には、内接リング２２とほぼ同径であって、内接リング２２より断面が小径の円形に形成されたリング状の外接リング２６が、風管１４に袋とじ加工されることで、一周にわたって風管１４に接しつつ設置されている。

尚、内接リング２２及び外接リング２６の材質としては、例えば硬質ナイロン、繊維強化プラスチックであるＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、ガラス繊維強化プラスチックであるＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）などの剛性の高いリングを用いることが考えられる。

他方、内接リング２２上における一対の風管１２，１４の外周側には、金属材料により形成された締結バンド３０が配置されている。この締結バンド３０の本体部３２は、一部に開放部分Ｓ（図５及び図６に示す）を有したリング状に形成されており、図４に示すように、締結バンド３０の本体部３２の断面形状は、屈曲されて内接リング２２との対向側が、テーパ状となる形状の横断面を有した凹部３２Ａとされている。

図３、図５及び図６に示すように、締結バンド３０の本体部３２における開放部分Ｓを挟んだ一端側の外周面には、第１ヒンヂ３４が３本のリベット３８により固定されており、この第１ヒンヂ３４における開放部分Ｓ寄りの部分には、中程が円筒形のリベット４０を介して、リンクであるレバー４２の一端が回動可能に連結されている。

また、同じく本体部３２の他端側の外周面には、第２ヒンヂ３６が２本のリベット３８により固定されており、この第２ヒンヂ３６における開放部分Ｓ寄りの部分に、リベット４０を介して、リンクである相互に同一形状の２本のフラットバー４４の一端が、それぞれ回動可能に連結されている。さらに、これら２本のフラットバー４４の他端側が、リベット４０を介して、上記レバー４２を挟む形でこのレバー４２の中程の部分に相互に回動可能に連結されている。

以上より、本実施の形態に係る送風ダクト１０においては、図５から図７に示すように、風管１２を内側に配置しつつ風管１２と風管１４の端部相互間を嵌め合わせた状態とし、上記の締結バンド３０により一対の風管１２，１４間を内接リング２２上において締結することにより、テーパ状となる内側の形状の横断面を有した凹部３２Ａ内に、内接リング２２の外周面側に配置されたパッキン２４が密着して、図２から図４に示す状態になる。

つまり、まず図５から図７に示す状態にした後、レバー４２の他端側を図５に示す矢印Ａ方向に例えば手動等によって旋回動することで、フラットバー４４との関係で、締結バンド３０の本体部３２の内径が小さくなって、一対の風管１２，１４間が締結されるようになる。

また、風管１４の後端側は、風管１２の後端側と同様に内接リング２２が図示しないものの設置されて、風管１２の後端側と同様の構造とされている。そして、風管１４の前端側と同様の構造とされた風管１６の前端側が、図１に示すごとく、上記と同様に風管１４の後端側に締結バンド３０によって締結されるようになる。

これに伴い、複数の風管が上記のように締結バンド３０によって順次締結されることで、複数の風管が連続して長尺の送風ダクト１０となり、この送風ダクト１０が坑口から切羽に向けて坑道内に配設されることになる。さらに、この長尺の送風ダクト１０の一端に図示しない換気ファンが配置されて、外部の空気を坑道内に送風ダクト１０内に強制導入可能となる。

次に、上記のように構成された本実施の形態に係る送風ダクト１０の作用を説明する。
本実施の形態によれば、円筒状にそれぞれ形成された一対の風管１２，１４の内の風管１２の端部外周側に、袋とじ加工されて一周にわたって風管１２に接する形で内接リング２２が設置されており、この内接リング２２の外周面側に一周にわたってパッキン２４が配置されている。そして、風管１４の端部外周側にも、袋とじ加工されて一周にわたって接する形で外接リング２６が設置されている。

つまり、本実施の形態によれば、風管１２の後端部にこの風管１２とほぼ同径の内接リング２２を袋とじ加工し、また、風管１４の前端部に、この風管１４とほぼ同径の外接リング２６を袋とじ加工したことで、内接リング２２及び外接リング２６が風管１２，１４の端部に、より確実にそれぞれ取り付けられるようになった。

また、本実施の形態では、締結バンド３０の主要部分を構成する本体部３２の一部に開放部分Ｓが存在しており、この開放部分Ｓを挟んだ締結バンド３０の各端部に、レバー４２及びフラットバー４４の一端がそれぞれ回動可能に連結されている。これに合わせて、これらレバー４２及びフラットバー４４同士が相互に回動可能に連結されている。この為、レバー４２の他端側を図５の矢印Ａ方向に手動等によって旋回動して、レバー４２及びフラットバー４４を旋回動することで、締結バンド３０の本体部３２の内径が変更されることになる。

このことから、風管１２の後端部を延長する風管１４の先端部にかぶせ、内接リング２２と外接リング２６とが平行になるように整えることで、内接リング２２のある側の風管１２を内側に配置しつつ一対の風管１２，１４の端部相互間を嵌め合わせて、この締結バンド３０により、一対の風管１２，１４間を内接リング２２上において締結することで、これら一対の風管１２，１４間が接合されるようになる。

つまり、本実施の形態によれば、上記レバー４２及びフラットバー４４の他端側の連結部分をレバー４２及びフラットバー４４の一端同士が狭まるように回動することで、締結バンド３０の本体部３２の開放部分Ｓが狭まって、内圧による分離力に抗するように一対の風管１２，１４相互間がより確実に結合されると共に、結合の際の封止性能が高まるようになる。

以上より、剛性のある内接リング２２とその形状に合う形の締結バンド３０とを組み合わせ、内接リング２２の外周に帯状に貼り付けられたパッキン２４をこれらの間に介在して配置することにより、この締結バンド３０で締結しつつ、風管１４の内面と風管１２の内接リング２２側とが密着することになる。この結果、本実施の形態の送風ダクト１０によれば、一対の風管１２，１４相互間を締結バンド３０によって確実に結合できるだけでなく、結合の際の封止性能をパッキン２４により高めて漏風量を低減することができるのに伴い、経済損失が小さくなった。

他方、本実施の形態では、締結バンド３０の内接リング２２との対向側が、具体的にテーパ状となる形状の横断面を有した凹部３２Ａとされていて、内接リング２２の外周面側が凸状形状になっていることから、この締結バンド３０で締め付けるのに伴って、一対の風管１２，１４相互間を確実に結合できるだけでなく、結合の際の封止性能が一層高まるようにもなった。

次に、本実施の形態に係る送風ダクト１０の漏風試験結果を以下に説明する。
図８に示すような、試験環境にて一対の風管１２，１４を任意の圧力まで加圧した後、シャンプーテスト及び漏風量の調査ための流量計５６を用いた試験を行った。
つまり、それぞれ直径が３００ｍｍの一対の風管１２，１４相互間を本実施の形態の締結バンド３０により結合した送風ダクト１０の一端側に、減圧弁５４及び流量計５６を介してコンプレッサ５２を接続し、このコンプレッサ５２からエアを送風ダクト１０内に送り込むようにし、更に送風ダクト１０の他端側に圧力計５８を接続しておくことにする。

このような試験環境において、コンプレッサ５２のエアを減圧弁５４にて２０ｋＰａに減圧し、送風ダクト内に２０ｋＰａのエアを流すのに伴い、シャンプーテストにより締結部分の漏気状況を目視する。他方、圧力計５８が２０ｋＰａの圧力を保つように、流量計５６でエアの流量を調整し、調整後において圧力計５８が２０ｋＰａの圧力を保った状態で、流量計５６の目盛りが指している値を漏風量とする。

上記の試験結果としては、以下のようなものであった。
つまり、圧力２０ｋＰａにての流量計５６の計測値は、０．６リットル／分であり、繰り返し再加圧しても変化はなく、計測値は安定していた。また、シャンプーテストでは、シェービングクリーム状の気泡が生じたのみで、漏風量は僅かであった。

次に、本実施の形態における漏風率と従来の漏風率の実績値との比較について、説明する。
上記実験よりの推定データとして、長さが１０ｍで直径が３００ｍｍの風管においては、圧力が２０ｋＰａ、流量が０．６リットル／分、元圧力が６．１３ｋＰａ相当（圧力比の平方根）となることから、漏風量だけでなく、風管１００ｍ当たりの漏風率は、以下のようになる。

漏風量＝√（６．１３／２０）×０．６＝０．３３２リットル／分
また、長さ１２５０ｍの送風ダクトの場合には、１０ｍの風管が１２５本必要となるのに伴い、接合箇所は１２４箇所となるので、全体の漏風量は、下記の式から２０．６リットル／分となる。
０．３３２×１２４×０．５＝２０．６リットル／分（全体の漏風量）
これに伴い、風管１００ｍ当たりの漏風率βは、以下の式より求めることができる。
β＝（２０．６×１０^-3 ／４９ｍ³ ）÷（１２５０／１００）＝０．００００３３６

これに対して、長さが５０ｍで直径が３００ｍｍの風管とし、元圧力が６．１３ｋＰａとされた他社の従来例における実測データおいては、以下のようになった。つまり、長さ１２５０ｍの送風ダクトの場合には、５０ｍの風管が２５本必要となるので、接合箇所は２４箇所となるが、全体の漏風量は５．５ｍ^-3 ／分であった。
これに伴い、風管１００ｍ当たりの漏風率βは、以下の式より求まる。
β＝（５．５／４９ｍ³ ）÷（１２５０／１００）≒０．０１

以上より、これまでの５０ｍ長尺ダクトに比較して、上記実施の形態に係る送風ダクト１０では、漏風率βが１／３００程度に低減されるようになった。また、計算シミュレーションより、２０ｋＰａまでの範囲で、風管１００ｍ当たりの漏風率βは、０．００００３が適当であった。

次に、本実施の形態に係る送風ダクト１０の漏風率とこれまでの一般的な漏風率との比較をする。
まず、建設業労働災害防止協会による「ずい道等建設工事における換気技術指針」では、直径が７５０ｍｍ以上、圧力が５ｋＰａ以下の条件において、定尺１０ｍのときにはβ＝０．０２とされていた。ただし、圧力１０ｋＰａのβの計算値は０．０２８となっていた。さらに、同様の条件において、定尺１００ｍのときにはβ＝０．００５とされていた。

また、下記の各条件下における風管１００ｍ当たりの漏風率βの現場実測値は、以下の通りであった。
直径が３００ｍｍ ５０ｍ長尺 β＝０．０１
直径が６００ｍｍ １０ｍ内筒付 β＝０．０１
直径が６００ｍｍ ダブルファスナー β＝０．００５
直径が１６００ｍｍ １０ｍ内筒付 β＝０．０１
以上より、本実施の形態に係る送風ダクト１０の風管１００ｍ当たりの漏風率βが０．００００３３６であることから、上記各漏風率の値と比較して、この送風ダクト１０の漏風率が明らかに低いことが理解できる。

次に、２０００ｍ級トンネルでの漏風改善に伴うエネルギーロス改善の効果をβ値との関係において、説明する。
β＝０．０２の場合には、風管全長の漏風率ｍ、換気ファンの送風量Ｑf及び、換気ファンの圧力ｈfが、以下の通りであった。
風管全長の漏風率ｍ＝０．０２×２５００／１００＝０．５
換気ファンの送風量Ｑf＝Ｑa／（１−０．５）＝２Ｑa
換気ファンの圧力ｈf＝ｈT／（１−０．５）＝２ｈT

β＝０．００００３の場合には、風管全長の漏風率ｍ、換気ファンの送風量Ｑf及び、換気ファンの圧力ｈfが、以下の通りであった。
風管全長の漏風率ｍ＝０．００００３×２５００／１００＝０．０００７５
換気ファンの送風量Ｑf＝Ｑa／（１−０．０００７５）＝Ｑa
換気ファンの圧力ｈf＝ｈT／（１−０．０００７５）≒ｈT

ここで、ファン動力はＱf×ｈfの値に比例するので、β＝０．０２の場合に比較してβ＝０．００００３の場合には、上記の各値より漏風によるエネルギーロスが１／４に改善されることが理解できる。

以上より、本実施の形態に係る送風ダクト１０によれば、漏風率がこれまでの１／３００になり、漏風を実用上気にすることなく、換気施工できる。これに伴い、漏風を無視できるため、坑口から切羽までが長距離であっても坑道内を十分に換気でき、施工安全性も大きく向上した。また、上記のように漏風によるエネルギーロスを１／４に低減できることから、大きな換気ファンや大動力を無駄に使用しなくて済むため、経済効果が大きく、ＣＯ₂ の削減にも寄与する。

さらに、本実施の形態に係る送風ダクト１０によれば、簡単な作業で風管間を確実な結合封止ができるだけでなく、風管の先端部にビーティングをもうける必要がなくなることから、安全であってコストパフォーマンスも高くなる。

尚、実施の形態に係る送風ダクト１０によれば、締結バンド３０の本体部３２に開放部分Ｓを一カ所にのみ設け、この開放部分Ｓをリンクの回動により狭くする構造としたが、例えば開放部分Ｓを複数設け、各開放部分Ｓをそれぞれリンクの回動により狭くする構造としても良い。また、リンクの回動により開放部分Ｓを狭くする替わりに、開放部分Ｓの周囲に止めねじを配置し、この止めねじのねじ込みによって、開放部分Ｓを狭くする構造としても良い。

本発明の一実施の形態に係る送風ダクトの正面図である。 本発明の一実施の形態に係る送風ダクトの要部縦断面図である。 本発明の一実施の形態に係る送風ダクトに適用される締結バンドの締結状態における横断面図である。 本発明の一実施の形態に係る送風ダクトの要部拡大断面図であって、締結バンドの締結状態を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る送風ダクトに適用される締結バンドの開放状態における横断面図である。 図５に対応する状態の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る送風ダクトの要部拡大断面図であって、締結バンドの開放状態を示す図である。 本実施の形態に係る送風ダクトの漏風試験に用いられる試験環境の概略図である。

１０ 送風ダクト
１２ 風管
１４ 風管
１６ 風管
２２ 内接リング
２４ パッキン
３０ 締結バンド
３２ 本体部
３２Ａ 凹部
４２ レバー（リンク）
４４ フラットバー（リンク）
Ｓ 開放部分

Claims (3)

1. 筒状にそれぞれ形成された少なくとも一対の風管と、
   一対の風管の内の一方の風管の端部外周側に袋とじ加工して一周にわたって風管の端部に設置された内接リングと、
   内接リングの外周面側に一周にわたって接する形で配置されたパッキンと、
   を有する送風ダクトであって、
   内接リングが、硬質ナイロン、繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチックの何れかにより断面形状を円形として形成され、
   内接リングのある側とされる一方の風管を内側に配置しつつ一対の風管の端部相互間を嵌め合わせた状態で、内径を変更可能な締結バンドにより一対の風管間を内接リング上においてパッキンを介して締結したことを特徴とする送風ダクト。
2. 締結バンドの一部に開放部分が存在し、
   この開放部分を挟んだ締結バンドの各端部に一対のリンクの一端がそれぞれ回動可能に連結され、これら一対のリンク同士が相互に回動可能に連結されることを特徴とする請求項１記載の送風ダクト。
3. 締結バンドの内接リングとの対向側が、テーパ状となる形状を有した凹部とされることを特徴とする請求項１記載の送風ダクト。

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