JP6026759B2 - 吹出口ボックス装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばドラフトチャンバを設置した室内の給気口などに用いられ、空調空気を均一で乱れの少ない気流で室内に吹き出すことを特長とする、ダクトに接続されて使用される、吹出口ボックス装置に関するものである。

ダクト内の空調空気を室内に供給する場合、従来は、たとえばダクトの気流を一旦箱状の静圧室で受け、当該静圧室において気流を減速させ、さらに静圧室と、静圧室の下面に形成されている吹出し面との間に、たとえば多孔板で構成した空気抵抗体を設けることで、均一な気流を吹出し面に送風している。

しかしながら、このような従来技術では、ダクトの接続方向によって吹き出し面の風速分布が変化してしまい、期待したような均一に近い風速分布が得られないことが多い。かかる問題に対応するため、たとえば前記空気抵抗体の抵抗を大きくすることが考えられるが、そうするとそれに伴って大きい圧力損失が発生し、送風動力増大の原因となり、好ましくない。

また静圧室内に空気抵抗体として多孔板を用いた場合、多孔板直下の風速分布の一様化には寄与するものの、気流方向を補正する効果は少ない。このため、吹き出し面での気流分布は、十分に一様、もしくは所定の分布に補正することはできない。ドラフトチャンバのある設備では、室内の吹出口からの吹出し気流に偏りがあると、排出されるべき有害物質が室内に逆流することもある。一方、吹出口に対しては、ダクトからの気流を受けて均圧化する前室としての吹出口ボックス装置が設けられるが、ダクトとの接続部は梁等の建築構造との関係で、吹出口ボックス装置の設置部位によって側面や上面など接続位置を変えなければならない。またクリーンルームでは生産地点で均一な層流が求められることが多い。
そしてこの種の吹出し口ボックス装置においては、空調空気を室内に吹き出す際、風速標準偏差／平均風速が、２０％以下であることが好ましい。

この種の技術に関し、従来はその他に、たとえば吹出口ボックスの一側面にダクト接続部を形成し、この吹出口ボックスの下面に位置する吹出部と、ダクト接続部と対面する位置で、吹出口ボックス内部をほぼ分割する鉛直気流調整板と、この鉛直気流調整板によって分割された各気流方向を偏向するガイドベーンと、このガイドベーンの外側近傍に位置した水平気流調整板とを備えた空調用吹出口が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−１４５１１７号公報

しかしながら、前記従来技術は、ボックス内に、可動部分を設ける必要があり、構造も複雑化するという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ボックス内に可動部分を設けることなく、しかも接続されるダクトの方向に影響されずに、吹き出し気流を所定の許容均一分布範囲内で収めることを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、空調空気を室内に吹き出すために、ダクトに接続されて使用される吹出口ボックス装置であって、箱形状の本体と、前記本体の一側面に形成されたダクト接続口と、前記本体の底面に形成された吹出し面と、前記吹出し面に設けられた多孔板および整流布と、前記本体内に形成された空間を、前記ダクト接続口側空間と、前記吹出し面側空間とに、前記吹出し面と平行に仕切る仕切板とを有し、前記仕切板には、１〜４箇所に開口が形成され、前記開口には、前記開口と同一開口寸法を有し前記仕切板を上下に貫通する短管が接続され、前記開口の総面積は、前記ダクト接続口の断面積より小さく、前記整流布は、短管を通過した気流が上方から当たる中央部分の抵抗係数が、前記中央部分の周囲の抵抗係数よりも大きいことを特徴としている。

前記ダクト接続口が本体の一側面に設けられている場合、前記仕切板には２箇所に前記開口が形成され、かつ当該２つの開口は、ダクト接続口から流入する気流方向に対して直角方向に並べて配置されているようにしてもよい。

前記短管の長さは、前記開口の直径の０．１７倍〜０．８３倍であることが好ましい。

本発明で使用される多孔板は、圧力損失を考慮すると、開口率が３０〜５０％のものがよく、また整流布は圧力損失と通過気流の動圧の比である抵抗係数が４０〜１２０のものがよい。開口率と抵抗係数は、多孔板の上流側の気流分布によって最適な値が異なり、多孔板に当たる気流が持つ動圧に対して１倍〜２倍の圧力損失となる値が良い。

本発明によれば、ボックス内に可動部分を設けることなく、しかも接続されるダクトの方向に影響されずに、吹き出し気流を所定の許容分布範囲内に収めて均一なものとすることが可能である。

実施の形態にかかる吹出口ボックス装置の斜視図である。 実施の形態にかかる吹出口ボックス装置の側面断面図である。 実施の形態にかかる吹出口ボックス装置の平明図である。 実施の形態にかかる吹出口ボックス装置の風速分布をシミュレーションする様子を示す説明図である。 シミュレーション結果に基づいて作成した圧力分布と風速標準偏差／平均風速を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる吹出口ボックス装置１の外観を示しており、図２は同じく側面断面図、図３は同じく平面図である。

この吹出口ボックス装置１は、箱形状の本体１０を有している。本体１０の一側面には、開口面が長方形のダクト接続口１１が形成されている。本体１０の下面は開口し、吹き出し面１２が形成されている。吹き出し面１２には、船底形状のパンチング板１２ａが設けられている。またパンチング板１２ａの上面には、整流布１２ｂが設けられている。

本体１０内には、吹き出し面１２と平行に、仕切板１３が配置されており、本体１０内の空間はこの仕切板１３によって、ダクト接続口側空間１０ａと、吹出し面側空間１０ｂとに仕切られている。すなわち、ダクト接続口１１は、本体１０内のダクト接続口側空間１０ａに通じている。このダクト接続口側空間１０ａは、静圧室を構成する。

仕切板１３には、同形同大の開口１３ａ、１３ｂが形成され、各開口１３ａ、１３ｂには、この開口１３ａ、１３ｂと同一開口寸法（内径）を有する短管１４ａ、１４ｂが、仕切板１３を上下に貫通するように、各々接続されている。すなわち、短管１４ａ、１４ｂの内径が開口１３ａ、１３ｂを構成している。

次に主要構成のサイズについて説明する。吹出口ボックス装置１における開口１３ａ、１３ｂの合計開口面積をＳ１とし、ダクト接続口１１の開口面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２となるように、開口１３ａ、１３ｂ及びダクト接続口１１の大きさが設定されている。また各短管１４ａ、１４ｂの長さをＬ、開口１３ａ、１３ｂの直径をＤとすると、０．１７Ｄ＜Ｌ＜１Ｄとなるように、短管１４ａ、１４ｂの長さ及び開口１３ａ、１３ｂの直径が設定されている。また吹出し面１２のパンチング板１２ａの開口率は、３５％である。また本実施の形態で使用した整流布１２ｂの仕様は、整流布片を重ねて上部からの気流が当たる中央部分の抵抗係数が１２０、その周囲が４０とし、上部からの気流が直接当たらないパンチング板１２ａの周縁の傾斜部分には、追加の整流布は設けていない。これは整流布による圧力損失が、風速によって比例するため、気流が直接当たる中央部分と、その周囲、また気流が直接あたらないパンチング板１２ａの周縁の傾斜部分との間で、圧力損失に差を設けて、吹出し気流の均一化を図るためである。

実施の形態にかかる吹出口ボックス装置１は、以上の構成を有しており、ダクト接続口１１から、例えば空調空気を本体１０内に供給すると、当該空調空気は、ダクト接続口側空間１０ａから、短管１４ａ、１４ｂを経由して、吹出し面１２のパンチング板１２ａから、下方に吹出される。

ダクト接続口１１を本体の一側面に設ける場合は、短管を設けた開口は２箇所形成することが望ましく、さらにこれら２つの開口１３ａ、１３ｂはダクト接続口１１から流入する気流方向に対して直角方向に並べて配置することが望ましい。例えば開口がダクト接続口１１から流入する気流方向に沿って縦に並べられていると、上流側の開口に設けられた短管が障壁となって下流側の開口に流れる気流が少なくなるが、上記したような開口を、前記気流方向に対して直角方向に、すなわち、図１に示したように、横に並べて配置した構成により、各開口１３ａ、１３ｂに均一に気流が流れる。

ここで、短管１４ａ、１４ｂ（開口１３ａ、１３ｂ）を通過する風速の気流方向は、上流の気流方向と開口部面に垂直な方向との合成方向になる。実施の形態では、開口１３ａ、１３ｂと同一径の内径を有する短管１４ａ、１４ｂが、開口１３ａ、１３ｂに設けられているので、短管１４ａ、１４ｂ内で、短管１４ａ、１４ｂの軸と直交する断面での圧力傾度が均一化される。それゆえ、開口１３ａ、１３ｂと直角方向にダクト接続口側空間１０ａに導入された空調空気の気流の方向性は、この短管１４ａ、１４ｂを通過する際に改善される。

ここで理想的に均一化させるためには、本体１０の高さ、すなわち短管１４ａ、１４ｂの上端と本体１０の天板との間の空間が十分確保されているものとして、短管１４ａ、１４ｂの長さを、開口１３ａ、１３ｂの直径Ｄの３倍の長さにすることが必要になるが、後述のシミュレーション結果によれば、直径Ｄの０．１７倍程度の長さで、気流方向の改善効果が実現できる。

また開口１３ａ、１３ｂの合計開口面積Ｓ１は、ダクト接続口１１の開口面積Ｓ２よりも小さいので、ダクト接続口１１における風速よりも、短管１４ａ、１４ｂを通過する風速が大きくなるので、接続ダクトの方向の違いによる気流の変化は、短管１４ａ、１４ｂを通過する際に打ち消される。したがって、ダクト接続口１１は、上面及び四側面のどの方向に設定しても、吹出し面１２から吹出される風速分布は大きく変わらない。

なお短管１４ａ、１４ｂの長さＬの上限値は、静圧室であるダクト接続口側空間１０ａの高さに依存し、本体１０の天板と、短管１４ａ、１４ｂの上端部との空隙（図１におけるＸ）を通過する風速が、短管１４ａ、１４ｂを通過する風速よりも速くなると、圧力損失が増大し無駄なエネルギーが必要となる。したがって短管１４ａ、１４ｂの通過風速よりも速くならないような空隙Ｘを確保する必要がある。したがって、短管１４ａ、１４ｂの長さＬの上限値は、かかる点から定められ、例えばＸ＞Ｄ／４が例示できる。

次に実施の形態にかかる吹出口ボックス装置１について、実際にシミュレーションした結果を説明する。図４はその際の様子を示し、吹出口ボックス装置１を、下面が開口した仮想の測定ボックス２１の上方に設置して、測定ボックス２１内の所定の風速分布測定面Ｚにて、風速分布をシミュレーションした。

そのときの各サイズについて説明する。まず、吹出口ボックス装置１については、本体１０は平面形状が一辺の長さａが１０００ｍｍの正方形であり、仕切板１３から本体１０の天板までの高さｂが３１０ｍｍ、仕切板１３から吹出し面１２までの長さｃが１３５ｍｍである。そして開口１３ａ、１３ｂの直径Ｄは、３００ｍｍである。したがって、開口１３ａ、１３ｂの合計開口面積Ｓ１は、２×０．３×０．３π／４＝０．１４１ｍ^２である。一方ダクト接続口１１は、６００ｍｍ×２５０ｍｍの長方形であり、その面積Ｓ２は、０．１５ｍ^２である。したがって、Ｓ１＜Ｓ２となっている。

測定ボックス２１は、その平面形態が、側面一辺の長さｋが２０００ｍｍの正方形であり、測定ボックス２１の高さｌは１０００ｍｍ、本体１０の吹出し面１２から風速分布測定面Ｚまでの長さｍが５００ｍｍである。

このような設定の下で、ダクト接続口１１から、７０９０ｍ^３／ｈのエアを供給する。そして短管１４ａ、１４ｂの長さＬを変えて、そのときの風速分布測定面Ｚにおける、風速標準偏差／平均風速を調べた。また同時に、圧力損失も調べた。その結果を、図５に示す。

なお図５中、「全面多孔板」とあるのは、本体１０に仕切板１３、開口１３ａ、１３ｂ、短管１４ａ、１４ｂを設けず、吹出し面１２のパンチング板１２ａを開口率１１．５％に設定した場合を表している。
また「短管なし」とあるのは、開口率３５％のパンチング板１２ａを設けると共に、本体１０に仕切板１３を設置して開口１３ａ、１３ｂのみを形成した場合を表し、「Ｌ＝０．５Ｄ上部」とあるのは、開口率３５％のパンチング板１２ａを設けると共に、短管１４ａ、１４ｂの長さＬを１５０ｍｍに設定し、かつダクト接続口１１を本体１０の上面に設定した場合を示し、同じく「Ｌ＝０．５Ｄ側面」とあるのは、開口率３５％のパンチング板１２ａを設けると共に、短管１４ａ、１４ｂの長さＬを１５０ｍｍに設定し、かつダクト接続口１１を隣接する側面（短管１４ａ、１４ｂの並置方向側側面）に設定した場合を示している。
そして「全面多孔板上部」とあるのは、仕切板１３、開口１３ａ、１３ｂ、短管１４ａ、１４ｂを設けず、ダクト接続口１１を本体１０の上面に設定して、吹出し面１２のパンチング板１２ａを開口率１１．５％に設定した場合を表している。
また縦軸の「圧力損失」とあるのは、ダクト接続口１１の入口側と、風速分布測定面Ｚとの間の圧力損失を表している。
なお整流布１２ｂについては、既述したように、上部からの気流が当たる中央部分の抵抗係数が１２０、その周囲が４０とし、上部からの気流が直接当たらないパンチング板１２ａの周縁の傾斜部分には、整流布は設けていない。

この結果によれば、短管１４ａ、１４ｂの長さＬが、開口１３ａ、１３ｂの直径Ｄに対して、Ｌ＝０．１７Ｄ〜Ｌ＝１．００Ｄの間で、風速標準偏差／平均風速が概ね１５％以下にできることがわかった。ドラフトチャンバを設置した室内などに用いられるこの種の吹出し口ボックス装置においては、空調空気を室内に吹き出す際、風速標準偏差／平均風速が、２０％であれば十分良好である。他方、圧力損失についてみれば、Ｌ＝０．１７Ｄ〜Ｌ＝０．８３Ｄの間で、１５０Ｐａ以下となっている。かかる点からエネルギー効率も考慮すれば、Ｌ＝０．１７Ｄ〜Ｌ＝０．８３Ｄが実用に適したものでる。

上記した実施の形態からもわかるように、本発明によれば、ダクト接続口が側面に設けられる場合は、短管の外壁が堰の役割をして動圧を受けて気流方向を変換し、下方に案内する。一方、ダクト接続口が上面に設けられる場合は、短管を設けたほうが単なる開口を形成した場合よりも、短管を通過する気流の流速を速くするが、速くなった気流は整流布により抑えることができ、吹出し気流を均一なものとすることができる。

また、吹出口ボックスは設置部位により、梁等の建築構造との関係で、ダクト接続口を吹出口ボックスの位置によって変えなければならない場合があるが、本発明の吹出口ボックス装置であれば、ダクト接続口を上面及び四側面のどの方向に設定しても良いので、設置現場においてダクト接続口の位置を決めて形成することで即座に対応することができる。

本発明は、空調空気を室内に吹き出すために、ダクトに接続されて使用される吹出口ボックス装置に有用である。

１ 吹出口ボックス装置
１０ 本体
１０ａ ダクト接続口側空間
１０ｂ 吹出し面側空間
１１ ダクト接続口
１２ 吹出し面
１２ａ パンチング板
１２ｂ 整流布
１３ 仕切板
１３ａ、１３ｂ 開口
１４ａ、１４ｂ 短管
２１ 測定ボックス

Claims (3)

1. 空調空気を室内に吹き出すために、ダクトに接続されて使用される吹出口ボックス装置であって、
   箱形状の本体と、
   前記本体の一側面に形成されたダクト接続口と、
   前記本体の底面に形成された吹出し面と、
   前記吹出し面に設けられた多孔板および整流布と、
   前記本体内に形成された空間を、前記ダクト接続口側空間と、前記吹出し面側空間とに、前記吹出し面と平行に仕切る仕切板とを有し、
   前記仕切板には、１〜４箇所に開口が形成され、
   前記開口には、前記開口と同一開口寸法を有し前記仕切板を上下に貫通する短管が接続され、
   前記開口の総面積は、前記ダクト接続口の断面積より小さく、
   前記整流布は、短管を通過した気流が上方から当たる中央部分の抵抗係数が、前記中央部分の周囲の抵抗係数よりも大きいことを特徴とする、吹出口ボックス装置。
2. 空調空気を室内に吹き出すために、ダクトに接続されて使用される吹出口ボックス装置であって、
   箱形状の本体と、
   前記本体の一側面に形成されたダクト接続口と、
   前記本体の底面に形成された吹出し面と、
   前記吹出し面に設けられた多孔板および整流布と、
   前記本体内に形成された空間を、前記ダクト接続口側空間と、前記吹出し面側空間とに、前記吹出し面と平行に仕切る仕切板とを有し、
   前記仕切板には、２箇所に開口が形成され、
   かつ当該２つの開口は、ダクト接続口から流入する気流方向に対して直角方向に並べて配置され、
   前記開口には、前記開口と同一開口寸法を有し前記仕切板を上下に貫通する短管が接続され、
   前記開口の総面積は、前記ダクト接続口の断面積より小さく、
   前記整流布は、短管を通過した気流が上方から当たる中央部分の抵抗係数が、前記中央部分の周囲の抵抗係数よりも大きく、
   いことを特徴とする、吹出口ボックス装置。
3. 前記短管の長さは、前記開口の直径の０．１７倍〜０．８３倍であることを特徴とする、請求項１または２に記載の吹出口ボックス装置

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