JP5993697B2 - 伸縮風管を備えた換気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トンネル内の換気等に用いる伸縮風管を備えた換気装置に関する。
大規模な地下構造物の構築工事やトンネル掘削工事において、切羽面近傍に多量の粉塵が発生する。この粉塵はトンネル内に残存し、人が吸引すると粉塵障害を引き起こすおそれがある。
切羽面近傍の粉塵濃度を低減するには、清浄な空気を切羽面近傍に供給し、同時に粉塵を含む汚染空気を切羽面近傍から排気する必要がある。かかる空気の供給と排気の一方又は両方に、トンネルの掘削方向に伸び縮み可能な伸縮風管が用いられる。
一方、切羽面近傍の作業領域には、種々の作業機械が稼動する。これらの作業機械の切羽面近傍への搬入と搬出の際には、伸縮風管を切羽面近傍から退避させる必要がある。また、発破を行う際にも飛散する岩石から伸縮風管を守るため退避させる必要がある。そのため、伸縮風管は、掘削工事の作業の進展に応じて伸縮させる必要がある。
上述した伸縮風管は、例えば特許文献1〜4に開示されている。また、本発明と関連する換気装置として、特許文献5が開示されている。
特開2003−262100号公報、「施工中トンネル内の換気装置」 特開2004−52529号公報、「吸引ダクト装置」 特開2004−100217号公報、「伸縮風管」 特開2004−308111号公報、「伸縮風管」 特開2003−148100号公報、「トンネル坑内の換気装置」
図1は、特許文献2に開示された伸縮風管を備えた換気装置の模式図である。この図において、(A)は伸縮風管50を縮めた短縮状態、(B)は伸縮風管50を伸ばした伸長状態を示している。
この図において、ガイドレール53がトンネルの壁面51に吊具52で固定され、複数の固定車輪54がガイドレール53に沿って固定され、走行レール55が固定車輪54により前後方向に移動可能に案内されている。
この構成により従来の伸縮風管50は、走行レール55に伸縮可能に吊り下げられ、走行レール55がガイドレール53に沿って前後方向に移動することによって伸縮風管50が伸縮できるようになっている。
しかし、かかる伸縮風管を備えた換気装置には、以下の問題点があった。
(1)ワイヤーロープ56で伸縮風管50を伸長させるために、伸縮風管50の先端の1点がワイヤーロープ56で牽引される。そのため、1点での引張力で伸縮風管を真っ直ぐ伸長させるために大きな張力が必要となる。
この張力に耐えるように布地を丈夫なものにする必要があり、伸縮風管50が重くなり、かつ伸縮風管全体に張力を伝えるため先端に鋼製風管が必要となる。
その結果、伸縮風管全体の重量が増加し、コスト増大の要因となっていた。
(2)伸縮風管50の伸縮は、伸縮方向に沿って張られたワイヤーロープ56を電動ウインチ57で牽引することによる。そのため、伸縮風管50を十分に伸長するためには、十分に強い力でワイヤーロープ56を牽引する必要があり、電動ウインチ57やワイヤーロープ56等の牽引装置が大掛かりで複雑なものとなり、製作コストも高いものとなっていた。
(3)伸縮風管50は、掘削工事の作業の進展に応じて変更又は撤去が必要になる。しかし、伸縮風管50を変更するためには、吊具52を取り付ける金具をトンネルの壁面51に溶接する溶接工事が必要であり、撤去には溶接した金具を切断してトンネルの壁面51を平らに均す作業が必要であり、変更と撤去に手間と時間がかかる。
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、(1)構成要素の1つである布地に作用する張力が小さく、薄く軽い布地を用いることができ、(2)電動ウインチ、ワイヤーロープ等の大掛かりで重い牽引装置の必要性を減らし、単純かつ軽量な機構で伸縮風管を伸縮させることができ、(3)伸縮風管の変更又は撤去に必要な作業が少なく、作業効率が高い伸縮風管を備えた換気装置を提供することにある。
本発明によれば、トンネル換気用の送風機を搭載しトンネル内を移動可能な自走車両と、
送風機の吸気側に連結され、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、前端と後端が開口した中空円環形状の吸気側風管と、
自走車両に取り付けられ、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、吸気側風管を前記長手方向に移動可能に吊下げる吸気側吊下装置と、を備え、
吸気側風管は、その外周に前記長手方向に沿って所定の伸張間隔で固定された複数の円形リングを有し、
吸気側吊下装置は、自走車両に取り付けられ水平に延びる中空固定管と、中空固定管内に入れ子式に伸縮可能な複数の中空伸縮管と、自走車両に取り付けられ中空固定管及び中空伸縮管の内部を軸方向に延び先端が中空伸縮管の先端に固定されたワイヤを巻き取るウインチと、円形リングの上端部を吊下げ、中空伸縮管に沿って移動可能な複数のハンガーとを有し、
送風機による吸引空気流とワイヤの巻き取りとを併用して、吸気側風管を短縮させる、ことを特徴とする伸縮風管を備えた換気装置が提供される。
本発明の実施形態によれば、送風機の排気側に連結され、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、前端と後端が開口した中空円環形状の排気側風管と、
自走車両に取り付けられ、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、排気側風管を前記長手方向に移動可能に吊下げる排気側吊下装置と、を備え、
排気側吊下装置は、自走車両に取り付けられ水平に延びる中空固定管と、中空固定管内に入れ子式に伸縮可能な複数の中空伸縮管と、自走車両に取り付けられ中空固定管及び中空伸縮管の内部を軸方向に延び先端が中空伸縮管の先端に固定されたワイヤを巻き取るウインチと、排気側風管の上端部を吊下げ、中空伸縮管に沿って移動可能な複数のハンガーとを有し、
送風機による吐出空気流により、排気側風管を伸張させ、ワイヤの巻き取りにより、排気側風管を短縮させる。
また、中空固定管及び中空伸縮管は、上面が水平な中空管であり、
ハンガーは、中空固定管及び中空伸縮管の上面に沿って前記長手方向に転動する転動ローラを有する。
また、吸気側の円形リングに前記長手方向に沿って前記伸張間隔で固定され、前端が閉じた複数の伸縮ホースと、
吸気側の伸縮ホースの後端に連結されその内側に加圧空気を供給又は排気可能な空圧装置と、を備え、
伸縮ホースに加圧空気を供給して伸縮ホースを伸張させて、吸気側の複数の円形リングを伸張間隔で位置決めして吸気側風管を伸張させる。
また、吸気側の各円形リングは、その外側に周方向等間隔に伸縮ホースを固定する複数のホース固定器具を有する。
上記本発明によれば、自走車両に取り付けられた吸気側吊下装置により、吸気側風管(吸気側の伸縮風管)を自走車両の長手方向に移動可能に吊下げるので、吸気側吊下装置及び吸気側風管を短縮させることにより、伸縮風管をトンネル内で自由に移動することができる。従って、伸縮風管の変更又は撤去が容易であり、変更又は撤去に必要な作業が少なく、作業効率を高めることができる。
また、吸気側風管は、その外周に長手方向に沿って所定の伸張間隔で固定された複数の円形リングを有するので、送風機による空気流により負圧又は正圧が作用しても伸縮風管の潰れ又は膨らみを防止することができる。
また、伸縮風管を伸張させる際に円形リングにより伸縮風管に均一に張力が働くため、伸縮風管全体を真っ直ぐに伸張させることができる。
従って、伸縮風管の伸縮の際に、伸縮風管を構成する布地に大きな張力は作用しない。従って、伸縮風管を構成する布地には、薄く軽い布地を用いることができる。
また、送風機による吸引空気流とワイヤの巻き取りとを併用して、吸気側風管を短縮させることができる。従って、ワイヤの巻き取りに必要な力が小さく、単純かつ軽量な機構で短縮させることができる。
特許文献2に開示された伸縮風管を備えた換気装置の模式図である。 本発明の換気装置の使用状態を示す図である。 本発明の換気装置の全体構成図である。 図3のA−A断面図である。 図3のB−B断面図である。 本発明の換気装置の作動説明図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図2は、本発明の換気装置の使用状態を示す図であり、(A)はトンネルの切羽面側から見た図、(B)は(A)のB−B矢視図である。
この図において、1はトンネルの切羽面、2はトンネルの内壁、3は支保工、4はトンネルの床面、5は清浄空気を切羽面近傍に導入する風管である。
図2において、本発明の換気装置は、自走車両10、吸気側及び排気側の伸縮風管12、及び吸気側及び排気側の吊下装置16を備える。
以下、区別が必要な場合、吸気側の伸縮風管12を「吸気側風管12A」、排気側の伸縮風管12を「排気側風管12B」、吸気側の吊下装置16を「吸気側吊下装置16A」、排気側の吊下装置16を「排気側吊下装置16B」と呼ぶ。
図3は、本発明の換気装置の全体構成図であり、(A)は伸縮風管12が伸びた伸張状態、(B)は伸縮風管12が縮んだ短縮状態を示している。
図3において、自走車両10は、その上部にトンネル換気用の送風機11を搭載し、トンネル内を自由に移動可能に構成されている。この例で、自走車両10は、クローラ装置であるが、本発明はクローラ装置に限定されず、トンネル内を自由に移動可能である限りでその他の車両、例えばトラックであってもよい。
送風機11は、この例では、電気集塵機11a、ファン11b、サイレンサ11c、及びサイレンサダクト11dがこの順で連結されている。この構成により、電気集塵機11aの前方(吸引側)から粉塵を含む空気を吸引し、電気集塵機11aで粉塵を除去し、サイレンサ11cで消音し、サイレンサダクト11dの後方(排気側)から粉塵が除去された空気(清浄空気)を排気するようになっている。
送風機11による送風量(すなわち吸引空気量)は、送風管5から導入される清浄空気の空気量より好ましくは多く設定される。
吸気側及び排気側の伸縮風管12(吸気側風管12Aと排気側風管12B)は、前端と後端が開口した中空円環形状であり、送風機11の吸気側と排気側にそれぞれ連結され、自走車両10の長手方向(すなわち走行方向)に伸縮可能に構成されている。伸縮風管12の直径は例えば1500mmである。
伸縮風管12は、可撓性がある筒状の布からなる。布は、両端が開口した筒状である。また、伸縮風管12の長軸方向に間隔をあけて円形リング14を固定する連結帯(図示せず)が備えられている。
後述するように、本発明において伸縮風管12を構成する布地に大きな張力を作用させずに伸縮風管12を伸長できるので、伸縮風管12を構成する布地には、薄く軽い布地を用いることができる。
例えば、伸縮風管12に作用する内外の圧力差は、50〜60mmAqであり、この圧力差に耐える限りで、薄い布地を用いることができる。
また、吸気側及び排気側の伸縮風管12(吸気側風管12Aと排気側風管12B)は、その外周に自走車両10の長手方向に沿って所定の伸張間隔L1で固定された複数の円形リング14を有する。
この構成により、送風機11による空気流により負圧又は正圧が作用しても伸縮風管12の潰れ又は膨らみを防止することができる。
図3において、各吊下装置16(吸気側吊下装置16Aと排気側吊下装置16B)は、中空固定管17a、複数の中空伸縮管17b、及びウインチ18を有する。
中空固定管17aは、自走車両10(この例では電気集塵機11aとサイレンサ11c)に取り付けられ水平に延びる。
複数(この例で3つ)の中空伸縮管17bは、中空固定管17a側から順に細く構成され、入れ子式に中空固定管17a内に伸縮可能になっている。
ウインチ18は、自走車両10(この例では中空固定管17a)に取り付けられ、ワイヤ18aを巻き取り、巻き戻しする電動巻上げ装置である。ワイヤ18aは、中空固定管17a及び複数の中空伸縮管17bの内部を軸方向に延び、ワイヤ18aの先端が中空伸縮管17bの先端に固定されている。
上述した構成により、ウインチ18でワイヤ18aを巻き取ることにより、吊下装置16を自走車両10の長手方向に短縮させることができる。
図4は、図3のA−A断面図であり、吸気側吊下装置16Aの断面を示している。
図4において、伸縮風管12の連結帯13は、円形リング14が挿入される部位の布が2重になったものであり、布固定部位の伸縮風管12の短軸方向における円周に沿って延びている。そして、円形リング14を通すために外部に開放した挿入口が、連結帯13上に数か所設けられている。
なお連結帯13は、この構成に限定されず、バンドやリングでもよい。すなわち、バンドやリングを布の外側に縫い付け、それらに円形リング14を通しても良い。
また、伸縮風管12は、長軸方向に複数分割し、使用時にそれらをファスナーで連結することが好ましい。
図3に示すように、複数の円形リング14は、伸縮風管12の外周に、長手方向に沿って所定の伸張間隔L1で固定されている。伸張間隔L1は、例えば300〜500mmである。
図4において、円形リング14は、2つ以上に分割可能なリング状のパイプ14aと、2本のパイプ14aの内孔に挿入してパイプ14aを連結する差込ジョイント14bとを備えている。
この例においては、2つのパイプ14aと2つの差込ジョイント14bから1つの円形リング14が構成されている。
円形リング14は、例えば直径15mm程度のアルミパイプからなる。しかし、十分な強度があり、軽量な素材であればその他の部材、例えば金属、プラスチックのリングでもよい。
各円形リング14は、その外側に周方向等間隔に伸縮ホース20を固定する複数(この例では2つ)のホース固定器具15を有する。
ホース固定器具15は、二つに分割されたリングの一端が互いに回転可能に結合しており、一方のリングを開くことにより、伸縮ホース20を取り付けることができるようになっている。
ホース固定器具15は、例えば金属、プラスチックからなる。
図3において、中空固定管17a及び中空伸縮管17bは、上面が水平な中空管(この例では矩形管)である。
また、各吊下装置16は、円形リング14の上端部を吊下げ、中空伸縮管17bに沿って移動可能な複数のハンガー19を有する。ハンガー19は、下端が円形リング14の上端部に連結され、中空伸縮管17bを間隔を隔てて囲む矩形リング19aと、矩形リング19aの上部に回転可能に取り付けられ、中空伸縮管17bの上面に沿って長手方向に転動する転動ローラ19bとを有する。
上述した構成により、吊下装置16の伸縮に連動して、転動ローラ19bが転動して複数のハンガー19の間隔を伸縮させることができ、これに連動して伸縮風管12を伸縮させることができる。
図3、図4において、本発明の換気装置は、さらに複数の伸縮ホース20及び空圧装置(図示せず)を備える。
複数の伸縮ホース20は、吸気側の円形リング14に伸縮風管12と同じ伸張間隔L1で固定され、前端が閉じている。
伸縮ホース20は、3〜6kg/cm程度の空気圧に耐える、好ましくは消防ホースであるのがよい。なお同程度の空気圧に耐えられ、軽量で可撓性のあるホースであれば、どのようなホースでもよい。
このように、伸縮ホース20が伸縮風管12と同じ伸張間隔L1で円形リング14に固定されているので、伸縮ホース20の伸長に従い、伸縮ホース20が直接円形リング14の間隔を広げる。それにより、伸縮風管12の布には張力が作用せず、さらに、各円形リング14に作用する力はほぼ均一のまま伸縮風管12を伸長させることができる。
図示しない空圧装置は、伸縮ホース20の後端に連結されその内側に加圧空気を供給又は排気可能に構成されている。加圧空気は、3〜6kg/cmの空気圧である。
また、空圧装置は、複数の伸縮ホース20を連通させる均圧ホース(図示せず)と、均圧ホースに加圧空気を供給する供給弁(図示せず)と、均圧ホースから加圧空気を排気する排気弁(図示せず)とを備える。供給弁と排気弁は、電磁弁であるのが好ましい。供給弁には図示しない空圧源から加圧空気が供給されている。
この構造により、複数の伸縮ホース20内の圧力を常に同一にすることができ、複数の伸縮ホース20を同期させて伸縮させ、同じペースで膨張させることができ、円形リング14が傾かず、吊下装置16をスムースに移動して、吸気側の伸縮風管12(吸気側風管12A)を伸長させることができる。
図5は図3のB−B断面図であり、排気側吊下装置16Bの断面を示している。
図5において、排気側には上述した円形リング14、ホース固定器具15、及び伸縮ホース20は無く、伸縮風管12の上部がハンガー19の矩形リング19aに直接吊り下げられている。
その他の構成は図4と同様である。
なお、本発明はこれに限定されず、吸気側と同様の構成にしてもよい。
図6は、本発明の換気装置の作動説明図である。この図において、(A)は吸気側風管12Aを収縮させた状態、(B)は吸気側風管12Aを伸長させた状態を示している。
図6(A)に示すように、伸縮ホース20内の加圧空気を排気した状態では、伸縮ホース20は隣接する2つの円形リング14の間で垂れ下がった形態となり、円形リング14の短縮間隔L0は、例えば、円形リング14に固定された伸縮ホース20の伸張間隔L1の1/3〜1/2程度の長さに縮んでいる。
この状態において、送風機11は、停止していても稼動していてもよい。
図6(A)の状態において、伸縮ホース20に加圧空気を供給して伸縮ホース20を伸張させることにより、図6(B)に示すように、複数の円形リング14が伸張間隔L1で位置決めされ、円形リング14に固定された吸気側風管12Aを伸張させることができる。
また、逆に図6(B)の状態において、伸縮ホース20内の加圧空気を排気することにより、送風機11による吸引空気流とワイヤ18aの巻き取りとを併用して、吸気側風管12Aを短縮させることができる。
従って、電動ウインチ、ワイヤーロープ等の大掛かりで重い牽引装置を用いることなく、単純かつ軽量な機構で伸縮させることができる。
一方、排気側の伸縮風管12(排気側風管12B)は、送風機11による吐出空気流により伸張するので、排気側風管12Bを伸張させるための装置は不要である。
また、排気側風管12Bは、送風機11を停止させた後に、ワイヤ18aの巻き取りにより、排気側風管12Bを短縮させるので、ワイヤ18aの巻き取りに必要な力が小さく、単純かつ軽量な機構で短縮させることができる。
また、吸気側の円形リング14に固定された伸縮ホース20の伸張間隔L1は、伸縮風管12の外周に固定された円形リング14の伸張間隔L1に等しいので、伸縮ホース20が伸張し、伸縮風管12に固定された円形リング14が伸張間隔L1で伸びても、伸縮風管12に大きな張力は作用しない。
また、本発明では伸縮風管12を伸張させるのに円周方向の複数の点(例えば2点)で均一に張力が働くため、伸縮風管12全体を真っ直ぐに伸張させることができる。
従って、伸縮風管12を構成する布地に大きな張力を作用させずに伸縮風管12を伸長できるので、伸縮風管12を構成する布地には、薄く軽い布地を用いることができる。
また、本発明によれば、自走車両10に取り付けられた吊下装置16により、吸気側及び排気側の伸縮風管12(吸気側風管12Aと排気側風管12B)を自走車両10の長手方向に移動可能に吊下げるので、吊下装置16及び伸縮風管12を短縮させることにより、伸縮風管12をトンネル内で自由に移動することができる。従って、伸縮風管12の変更又は撤去が容易であり、変更又は撤去に必要な作業が少なく、作業効率を高めることができる。
なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述した例では吸気側のみに伸縮ホース20及び空圧装置を設けているが、必要に応じてこれらを排気側に設けてもよい。
1 トンネルの切羽面、2 トンネルの内壁、3 支保工、
4 トンネルの床面、5 送風管、
10 自走車両(クローラ装置)、11 送風機、
11a 電気集塵機、11b ファン、
11c サイレンサ、11d サイレンサダクト、
12 伸縮風管、12A 吸気側風管、12B 排気側風管、
14 円形リング、14a パイプ、14b 差込ジョイント、
15 ホース固定器具、
16 吊下装置、
16A 吸気側吊下装置、16B 排気側吊下装置、
17a 中空固定管、17b 中空伸縮管、
18 ウインチ、18a ワイヤ、
19 ハンガー、19a 矩形リング、19b 転動ローラ、
20 伸縮ホース

Claims (5)

  1. トンネル換気用の送風機を搭載しトンネル内を移動可能な自走車両と、
    送風機の吸気側に連結され、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、前端と後端が開口した中空円環形状の吸気側風管と、
    自走車両に取り付けられ、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、吸気側風管を前記長手方向に移動可能に吊下げる吸気側吊下装置と、を備え、
    吸気側風管は、その外周に前記長手方向に沿って所定の伸張間隔で固定された複数の円形リングを有し、
    吸気側吊下装置は、自走車両に取り付けられ水平に延びる中空固定管と、中空固定管内に入れ子式に伸縮可能な複数の中空伸縮管と、自走車両に取り付けられ中空固定管及び中空伸縮管の内部を軸方向に延び先端が中空伸縮管の先端に固定されたワイヤを巻き取るウインチと、円形リングの上端部を吊下げ、中空伸縮管に沿って移動可能な複数のハンガーとを有し、
    送風機による吸引空気流とワイヤの巻き取りとを併用して、吸気側風管を短縮させる、ことを特徴とする伸縮風管を備えた換気装置。
  2. 送風機の排気側に連結され、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、前端と後端が開口した中空円環形状の排気側風管と、
    自走車両に取り付けられ、自走車両の長手方向に伸縮可能であり、排気側風管を前記長手方向に移動可能に吊下げる排気側吊下装置と、を備え、
    排気側吊下装置は、自走車両に取り付けられ水平に延びる中空固定管と、中空固定管内に入れ子式に伸縮可能な複数の中空伸縮管と、自走車両に取り付けられ中空固定管及び中空伸縮管の内部を軸方向に延び先端が中空伸縮管の先端に固定されたワイヤを巻き取るウインチと、排気側風管の上端部を吊下げ、中空伸縮管に沿って移動可能な複数のハンガーとを有し、
    送風機による吐出空気流により、排気側風管を伸張させ、ワイヤの巻き取りにより、排気側風管を短縮させる、ことを特徴とする請求項1に記載の伸縮風管を備えた換気装置。
  3. 中空固定管及び中空伸縮管は、上面が水平な中空管であり、
    ハンガーは、中空固定管及び中空伸縮管の上面に沿って前記長手方向に転動する転動ローラを有する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の伸縮風管を備えた換気装置。
  4. 吸気側の円形リングに前記長手方向に沿って前記伸張間隔で固定され、前端が閉じた複数の伸縮ホースと、
    吸気側の伸縮ホースの後端に連結されその内側に加圧空気を供給又は排気可能な空圧装置と、を備え、
    伸縮ホースに加圧空気を供給して伸縮ホースを伸張させて、吸気側の複数の円形リングを伸張間隔で位置決めして吸気側風管を伸張させる、ことを特徴とする請求項1に記載の伸縮風管を備えた換気装置。
  5. 吸気側の各円形リングは、その外側に周方向等間隔に伸縮ホースを固定する複数のホース固定器具を有する、ことを特徴とする請求項4に記載の伸縮風管を備えた換気装置。
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