JP5808382B2 - 風管の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルや下水等の土木工事現場において坑内換気に用いられる風管の接続構造に関するもので、特に、漏風に対する対策がなされておりながら、風管の連結が容易であるため、長大トンネルにおいてその威力を発揮する風管の接続構造の改良に関する。

従来のこの種の風管の接続構造としては、例えば、接続すべき風管の端部同士を、ファスナにて直接接続するものやカップリングと呼ばれる鋼製のリングを用いて挟持させて接続するようにしたものなどが提案されているが、これらは、いずれも接続部からの漏風の防止を目的として採用されるものであり、接続作業の容易性、利便性の面も考慮されている。

一例として、特許文献１では、各単位管の連結作業が容易になり、連結部からの漏風が殆ど阻止されるように密封され、かつ通風中に連結が外れることのない連結部となることを目的として、連結すべき両単位管の口縁がスライドファスナを介して連結してあり、一方の単位管の外周面より前記スライドファスナ及び他方の単位管の外局面を包被する被覆管が突設してあり、該被覆管の末端に、該被覆管の末端部と対向する単位管の直径よりも小さな直径を備える絞り部が設けてあることを特徴とする可撓性通風管の連結装置が開示されている。

一方、特許文献２では、コストアップを有効に回避しながら、長大トンネルにおいて風管内部の圧力損失防止の完全化を図ることを目的として、風管の端部同士をファスナにて接続する風管の接続構造において、前記ファスナによる接続部を円筒状の外スカートにて外側から被覆すると共に、当該外スカートを風上側風管及び風下側風管の夫々の外面に対し全周にわたって密着してなる風管の接続構造が提案されている。

また、これらの風管の仕様を決定するための基準書として、非特許文献１が発行されており、この非特許文献１では、換気の基本的な考え方、最近の換気設備や所要換気量の算出方法、換気技術設計及び測定事例等の内容を盛り込んで詳しい指針が記載されている。

実開昭５７−４８３８２号公報 特開平１１−３２５５６８号公報

編集・発行 建設業労働災害防止協会 "新版 ずい道等建設工事における換気技術指針（設計及び粉じん等の測定）"Ｐ１６２−Ｐ１６６ 平成２４年３月

ところで、風管に設けられるファスナで漏風を防止することは容易ではなかった。このため、風管を複数ファスナで連結した場合、風圧が末端まで伝達しないという課題が生じていた。そこで、ファスナをやめ、風管同士を溶着すれば、漏風するという課題は防げた。しかし、ファスナを用いた場合は、風管どうしの連結と切り離しを容易に行えないという課題が発生することとなった。また、風管を破損するとその部分だけ交換することは事実上困難であった。

特許文献１では、第一にファスナがカバーを設けることなく使用されているため、ファスナ部からの漏風に対する対策が十分ではない可能性がある。また、絞り部を設けることで、漏風を防ぐ方向に作用するが、連結のために溶着はしていないため、完全な気密化を図ることは容易ではなかった。

特許文献２では、外スカート３の風下側端部が熱溶着接合されて、風管１の接続作業が終了するものであり、漏風を防ぐことはできるものの、再度分離する為には物理的に溶着部を引きはがす必要があり、容易に分離することはできなかった。

そこで、本発明の目的は、第一に風管同士の連結と脱着とを自在にできるとともに漏風を防止することのできる風管の接続機構を提案することにある。

本発明の第二の目的は、脱着自在な範囲でより漏風を防止できる構成を多層にする風管の接続機構を提案することにある。

さらに、本発明の目的は、第三に風管同士の連結と脱着とを自在にできるとともに漏風を防止することのできる風管の接続機構を有する風管を提案することにある。

本発明の課題を解決する為に、本発明に係る風管の接続構造は、第一風管と第二風管からなる風管の端部同士を、第一風管端部に設けられる第一ファスナテープと第二風管端部に設けられる第二ファスナテープとからなるファスナで接続する風管の接続構造において、円筒状であって前記第一風管と溶着される溶着部を備えてこの溶着部から第一風管の端部までの長さより長い幅を有するスカート部と、前記スカート部の他端には、風管側である内周に全内周に渡って溶着され所定の幅の第一シールと、第二風管において風管の外側一周に渡って第二ファスナテープから所定の距離を置いた位置に溶着される第二シールと、第二風管において第二シールと第二ファスナテープの間であって第二シールと同様に風管の外側全外周に渡って一部が溶着される合成ゴム発泡体とを備え、前記第一シールと前記第二シールとの間に前記合成ゴム発泡体の残りの部分を挟みこむことで風管の漏風を防ぐ。

また、第一ファスナテープと第二ファスナテープからなるファスナより内側にさらに第二合成ゴム発泡体が積層されてもよく、第二合成ゴム発泡体より内側に第三ファスナテープと第四ファスナテープとからなるファスナを設けてもよい。

本発明の課題を解決する為に、本発明に係る風管の接続構造を有する風管は、第一風管と第二風管からなる風管の端部同士を、第一風管端部に設けられる第一ファスナテープと第二風管端部に設けられる第二ファスナテープとからなるファスナで接続する風管の接続構造を備える風管において、円筒状であって溶着部から第一風管の端部までの長さより長い幅を有し、溶着部の他端には、風管側である内周に全内周に渡って溶着され所定の幅の第一シールと、第二風管において風管の外側一周に渡って第二ファスナテープから所定の距離を置いた位置に溶着される第二シールと、第二風管において第二シールと第二ファスナテープの間であって第二シールと同様に風管の外側全外周に渡って一部が溶着される合成ゴム発泡体とを備え、前記第一シールと前記第二シールとの間に前記合成ゴム発泡体を残りの部分を挟みこむことで風管の漏風を防ぐ風管の接続構造を備える。

また、第一ファスナテープと第二ファスナテープからなるファスナより内側にさらに第二合成ゴム発泡体が積層されてもよく、第二合成ゴム発泡体より内側に第三ファスナテープと第四ファスナテープとからなるファスナを設ける風管の接続構造を備える。

本発明に係る風管の接続機構を適用することで、風管同士の連結と脱着とを自在にできるとともに漏風を防止することができる。

本発明に係る風管の接続機構を適用することで、脱着自在な範囲でより漏風を防止できる構成を多層にする風管の接続機構を提供する。

本発明に係る風管の接続機構を適用する風管を用いることで、風管同士の連結と脱着とを自在にできるとともに漏風を防止することのできる風管の接続機構を有する風管を提案することができる。

本発明の第１の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第１の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第１の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第１の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第１の実施形態の風管の接続機構の側面図である。 本発明の第２の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第２の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第２の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第２の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第２の実施形態の風管の接続機構の側面図である。 本発明の第３の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第３の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第３の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第３の実施形態の風管の接続機構の着脱時の断面図である。 本発明の第３の実施形態の風管の接続機構の側面図である。 本発明の第１の実施形態における漏れ量測定の構成図である。 本発明の第１の実施形態における漏れ量グラフである。

次に、本発明に係る風管の接続機構の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１〜５は、本発明に係る風管の接続機構の第１の実施形態の概略を示す図を示したものである。

図１から図４は、図５に示す風管の接続機構の脱着のフローを示す横断面図の一部である。

図１において矢印で示す符号２は、長大トンネルにおいて坑口から切羽まで延設されて図示されない送風機と共に坑内空気を吸引して換気する風管を示す。風管２は、その一端に第一ファスナテープ６ａが設けられる第一風管２ａと、その一端に第二ファスナテープ６ｂが設けられる第二風管２ｂを含む。

第一風管２ａは、その端部から所定の間隔をおいてその外周を覆うようにスカート４が溶着される。溶着個所は図５の符号１４で示される。

スカート４は、円筒状であって溶着部から第一風管２ａの端部までの長さより長い幅を有し、溶着部の他端には、風管側である内周側に所定の幅の第一シール１２がスカート４の端部全内周に渡って溶着される。ここで、シールはゴム又は適度な硬度を有するパッキン材等の発泡体から構成される。例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、ネオプレンゴム、エチレンプロピレンジエン重合体、アクリルゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴム、ポリウレタン、ポリオレフィンゴム、天然ゴム等から構成される。

一方、第二風管２ｂは、風管の外側一周に渡って第二シール８が第二ファスナテープ６ｂから所定の距離を置いた位置に溶着される。さらに、第二風管２ｂは、第二シール８と第二ファスナテープ６ｂの間であって、第二シール８と同様に風管の外側全外周に渡って合成ゴム発泡体１０の風管長手方向の一部が溶着される。ここで、第二シール８と第二ファスナテープ６ｂと第二ファスナテープ６ｂとの間に隙間が開かぬように配置することが重要である。

合成ゴム発泡体１０は、風管２の長軸方向に第二シール８を全て被覆する程度の幅となるように形成される。合成ゴム発泡体１０は、第二シール８を全周に渡って被覆するよう配置される。また、第二シール８よりも第二ファスナテープ６ｂ側のみが第二風管２ｂに溶着される。さらに、第二シール８とは積層されるものの固着されない。ゴム発泡体の特徴として、押圧されて圧縮された際に機密性が増し、水や空気を通過させない発泡体であることが好ましく、そのような特徴があるものであって、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、ネオプレンゴム、エチレンプロピレンジエン重合体、アクリルゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴム、ポリウレタン、ポリオレフィンゴム、天然ゴム等から構成される。

なお、第一風管２ａの図示されない他端には、第二ファスナテープ６ｂ、第二シール８と合成ゴム発泡体１０が設けられ、第二風管２ｂの図示されない他端第一ファスナテープ６ａとスカート４が設けられるため、風管２は連続して連結できるように構成される。

図２において、第一風管２ａと第二風管２ｂとは第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂが図示されないスライダ６ｃとによって噛合されて連結される。この状態では、第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂとが噛合されているがその隙間から漏風することを防ぐことはできない。

図３において、スカート４は、その長さを伸ばしきると第一シール１２の端部が合成ゴム発泡体１０の端部と重なる長さに構成されるため、第一シール１２の端部と、合成ゴム発泡体１０の端部と、第二シール８の端部とがいずれも一致する。場合に応じて合成ゴム発泡体１０の長さが他の端部より長めであってもよい。

図４において、必要な風管２を全て連結して送風機から送風することで風管２が伸びきる。このとき、第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂからの漏風は、スカート４の一方が溶着され、他方が第一シール１２と第二シール８と合成ゴム発泡体１０が積層されることで防ぐことができる。上下のシール８，１２にはさまれた合成ゴム発泡体１０が、圧力で圧縮され、また、風管の生地の伸びにも対応し空気の漏風を防ぐ。しかも、送風を停止すれば、上下のシール８，１２にはさまれた合成ゴム発泡体１０は積層されるだけなので、風管２を損ねることなく風管２ａと風管２ｂに分離することができる。

図４における状態の風管２の全体図を図５に示す。スカート４が第一風管２ａに溶着部１４で溶着されている。上下の第一シール、第二シールにはさまれた合成ゴム発泡体が、圧力で圧縮され、また、風管の生地の伸びにも対応し空気の漏風を防ぐ。シール同士の間に更に合成ゴム発泡体を挟む、２種類のシールを使った構造から構成される。

ここで、第一の実施形態では、第一風管２ａは、その端部から所定の間隔をおいてその外周を覆うようにスカート４が溶着されていたが、第一の風管２ａを外周と一体に構成し、第一風管２ａの端部にシール１２を設け、第一風管２ａの内周にスカート４を全周に渡って溶着させて、スカート４の端部に第一ファスナテープ６ａを設ける構成とすることもできる。この場合、溶着部を内部に設けることから風管の一体性を高めることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態については、第１の実施形態と異なる点について図６〜図１０を用いて説明する。

第２の実施形態については、図６に示すように第１の実施形態と異なる点は、第二風管２ｂの内側に第二スカート１８が設けられる点である。

第二スカート１８は、円筒状でその一端が第二風管２ｂの内側に第二風管２ｂの末端から所定の位置に全内周に渡って溶着されるとともに、他端に第二合成ゴム発泡体２０が設けられる。第二合成ゴム発泡体２０の幅は第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂの両者の幅を合わせた長さより十分に長い幅とすることが好ましい。そのように構成することで図９に示すように第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂとを内側から被覆することができ、漏風を防ぐ効果を有することとなる。

図９における状態の風管２の全体図を図１０に示す。第二スカート１８が第二風管２ｂに溶着部２２で溶着されている。

（第３の実施形態）
第３の実施形態については、第２の実施形態と異なる点について図１１〜図１５を用いて説明する。

第３の実施形態については、図１１に示すように第２の実施形態と異なる点は、第一風管２ａの内側に第三スカート２６ａが設けられ、第二スカート１８の内側に第四スカート２６ｂが設けられている点である。

第三スカート２６ａは円筒状でその一端は、第一風管２ａの内側に全内周に渡って溶着され、他端には第三ファスナテープ２４ａが設けられる。一方、第四スカート２６ｂも円筒状でその一端は、第二スカート１８の内側に全内周に渡って溶着され、他端には第四ファスナテープ２４ｂが設けられる。

図１２に示すように第一風管２ａと第二風管２ｂを連結する際は、まず、第三ファスナテープ２４ａと第四ファスナテープ２４ｂが図示されないスライダ２４ｃとによって噛合されて連結される。さらに、第三ファスナテープ２４ａと第四ファスナテープ２４ｂの上に第二合成ゴム発泡体２０が配置される。続いて、第一風管２ａと第二風管２ｂとは第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂが図示されないスライダ６ｃとによって噛合されて連結される。

図１３では、スカート４は、その長さを伸ばしきると第一シール１２の端部が合成ゴム発泡体１０の端部と重なる長さに構成されるため、第一シール１２の端部と、合成ゴム発泡体１０の端部と、第二シール８の端部とがいずれも一致する。場合に応じて合成ゴム発泡体１０の長さが他の端部より長めであってもよい。

図１４では、必要な風管２を全て連結して送風機から送風することで風管２が伸びきる。このとき、第三ファスナテープ２４ａと第四ファスナテープ２４ｂからの漏風は、第二合成ゴム発泡体２０で封止される。また、第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂからの漏風は、スカート４の一方が溶着され、他方が第一シール１２と第二シール８と合成ゴム発泡体１０が積層されることで防ぐことができる。

図１５は、図１０同様に風管２の全体図を示す。第二スカート１８が第二風管２ｂに溶着部２２で溶着されている。

（実施例）
続いて、本発明に係る風管の接続機構の実施例について、漏れ量を測定した。測定実験の構成図を図１６に示し、その結果を図１７から１９に示す。

（実施例１）
実施例１で測定に用いたのは、実施の形態３で示された、第一風管２ａと第二風管２ｂを備える風管２であって、スカート４と、第一ファスナテープ６ａと第二ファスナテープ６ｂを備え、第二シール８と合成ゴム発泡体１０と第一シール１２とが積層され、第二スカート１８の先端に第二合成ゴム発泡体２０を有し、さらに素の内側に第三ファスナテープ２４ａと第四ファスナテープ２４ｂとを有し、第三スカート２６ａと第四スカート２６ｂを備える風管の接続機構である。

この風管の接続機構を備えるとともに、反対側をメクラにした風管２個を作成した。この風管の接続機構を連結し、一方のメクラに配管３２を介して空気を注入可能なコンプレッサ３０を連結した。他方のメクラに配管３４を介して圧力センサ３６を連結した。連結後に風管２にコンプレッサ３０が空気を送り込み、反対側の圧力センサ３６で、内圧の低下を測定し、その減圧から漏れ量を計算で求めた。漏量Ｑ（ｍ^３／ｍｉｎ)は、以下のパラメータを用いて算出することができる。パラメータとしては、等価内容積Ｖｅ（ｍ^３）、風管長Ｌ（ｍ）、差圧ΔＰ(Ｐａ)、検出時間Ｔ（ｓ）があげられる。等価内容積Ｖｅは、さらに詳細にはＶｅ＝１／４×Ｄ２π×Ｌで表される。Ｑの算出式は数１で示される。漏量Ｑの算出式を以下の式で示される。

ここで、実施例としてダクト径が１５００ｍｍの風管Φ１５００と、ダクト径が８００ｍｍの風管Φ８００とスパイラル鋼管とについて計測した。測定結果の内圧対漏れ量について、ダクト径と等価内容量と差圧と検出時間とから漏れ量を算出して表１に示す。

また、比較例としてスパイラル鋼管の漏れ量を含めて図１７に示す。ここで、本発明に係る風管の接続機構は、漏れ量が０.０１０００（ｍ^３／ｍｉｎ）近傍以下であるのに対して、スパイラル鋼管は、内圧が上昇するのに連れて漏れ量は増大する。

一方、非特許文献１によれば、「ファスナ式樹脂加工風管の漏風量実測値は、スパイラル鋼管の１５倍」との記述がある。今回の測定で２.２ｋＰａで、スパイラル鋼管の漏れ量が０.０４ｍ^３／ｍｉｎに対し、Φ１５００で０.００９０８ｍ^３／ｍｉｎとスパイラル鋼管の２２.７％であり、また、スパイラル鋼管のデータが円周１ｍ当りのため、Φ１５００になれば、更に５倍漏風量が増えることになり、鋼管の漏風量に対し、４.５％の漏風量になる。すなわち、漏風量は通常のファスナ式風管と比較してスパイラル鋼管が５倍少なく。さらに、本発明の風管の接続機構は、スパイラル鋼管よりさらに漏風量が少ないものである。

(実施例２）
実施例２も、実施の形態３で示された構成の一部を変更した。サイズはΦ１５００とΦ８００について測定した。一番外側のスカートの端部の構成について、Φ１５００は、上下をシールとし、間に合成ゴム発泡体を挟む構成とした。

一方、Φ８００については、第一に構成を上下のシールのみとしたもの、上下のシールの間にシールを挟込んだものと、下側にのみシールを設け、上側に合成ゴム発泡体を設けたもの、シールを上下に設け、間に合成ゴム発泡体を設けたものである。本データを確認する範囲で、シール上下の間に合成ゴム発泡体を設けたものの漏れ量が少ないことが分かる。

２ 風管
２ａ 第一風管
２ｂ 第二風管
４ スカート
６ａ 第一ファスナテープ
６ｂ 第二ファスナテープ
６ｃ スライダ
８ 第二シール
１０ 合成ゴム発泡体
１２ 第一シール
１４ 溶着部
１８ 第二スカート
２０ 第二合成ゴム発泡体
２２ 溶着部
２４ａ 第三ファスナテープ
２４ｂ 第四ファスナテープ
２４ｃ スライダ
２６ａ 第三スカート
２６ｂ 第四スカート

Claims (6)

1. 第一風管と第二風管からなる風管の端部同士を、第一風管端部に設けられる第一ファスナテープと第二風管端部に設けられる第二ファスナテープとからなるファスナで接続する風管の接続構造において、円筒状であって前記第一風管と溶着される溶着部を備えてこの溶着部から第一風管の端部までの長さより長い幅を有するスカート部と、
   前記スカート部の他端には、風管側である内周に全内周に渡って溶着され所定の幅の第一シールと、
   第二風管において風管の外側一周に渡って第二ファスナテープから所定の距離を置いた位置に溶着される第二シールと、
   第二風管において第二シールと第二ファスナテープの間であって第二シールと同様に風管の外側全外周に渡って一部が溶着される合成ゴム発泡体とを備え、
   前記第一シールと前記第二シールとの間に前記合成ゴム発泡体の残りの部分を挟みこむことで風管の漏風を防ぐ風管の接続構造。
2. 第一ファスナテープと第二ファスナテープからなるファスナより内側にさらに第二合成ゴム発泡体が積層されることを特徴とする請求項１記載の風管の接続構造。
3. 第二合成ゴム発泡体より内側に第三ファスナテープと第四ファスナテープとからなるファスナを設ける請求項２記載の風管の接続構造。
4. 第一風管と第二風管からなる風管の端部同士を、第一風管端部に設けられる第一ファスナテープと第二風管端部に設けられる第二ファスナテープとからなるファスナで接続する風管の接続構造を備える風管において、円筒状であって前記第一風管と溶着される溶着部を備えてこの溶着部から第一風管の端部までの長さより長い幅を有するスカート部と、
   前記スカート部の他端には、風管側である内周に全内周に渡って溶着され所定の幅の第一シールと、
   第二風管において風管の外側一周に渡って第二ファスナテープから所定の距離を置いた位置に溶着される第二シールと、
   第二風管において第二シールと第二ファスナテープの間であって第二シールと同様に風管の外側全外周に渡って一部が溶着される合成ゴム発泡体とを備え、
   前記第一シールと前記第二シールとの間に前記合成ゴム発泡体の残りの部分を挟みこむことで風管の漏風を防ぐ風管の接続構造を備える風管。
5. 第一ファスナテープと第二ファスナテープからなるファスナより内側にさらに第二合成ゴム発泡体が積層されることを特徴とする請求項４記載の風管の接続構造を備える風管。
6. 第二合成ゴム発泡体より内側に第三ファスナテープと第四ファスナテープとからなるファスナを設ける請求項５記載の風管の接続構造を備える風管。