JP7121072B2

JP7121072B2 - 局所換気装置及び当該装置を用いた局所換気方法

Info

Publication number: JP7121072B2
Application number: JP2020114759A
Authority: JP
Inventors: 一吉野; 吉弘鳥海; 智夫松村; 睦倉嶋
Original assignee: 大成温調株式会社
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2040-07-02
Also published as: JP2022012725A

Description

この発明は、工場や厨房、病室等の室内で発生する汚染気体や蒸気などのガス状物質或いは空気中に浮遊する粒状物質を局所的に排気又は換気可能な局所換気装置及び当該装置を用いた局所換気方法に関するものである。

一般的に使用されている吸込み口の吸い込みの特性は吸込み口からの距離の２乗に反比例して風速が小さくなるため、発生源からの距離が大きくなると吸い込み風速が極端に小さくなり、捕集効率が低下する。図９（ａ）に示すものは、従来の一般的に使用されている吸引のみの吸込み口であり、周囲にフランジが付いている。

この問題の改善策として、排気気流に指向性を持たせて捕集領域を拡張して捕集効率を向上させることができる捕集域拡張型換気システムREEXS（商標、Reinforced Exhaust System）に関する研究が行われているが、未だ実用化されていない。特許文献１及び２がこの方式の装置である。

この捕集域拡張型換気システムの吸込み口は、図９（ｂ）に示すように、排気の吸込み口の周囲に設けたフランジの外周から噴流を出しながら汚染気体等を吸引、排気するもので、補助噴流付き吸込み口と呼ばれている。

この補助噴流付き排気装置の場合、フランジの外周から放射状に噴き出す噴流空気により吸込み口の前部の気体を誘引し吸込み口に巻き込む。それと同時に吸込み口中心軸上の吸い込み風速は増加し、吸い込み範囲が限定される（指向性がある）。

米国特許第４，０４３，２５７号公開公報特開２０１１－１２２７３８号公報

上記特許文献１及び２のものは、フランジからの吹き出し噴流によって吸い込み口の直下の広い領域で鉛直上向きの気流を形成させて効率よく捕集するのが特徴である。これは吹き出し補助噴流の影響が小さい工場等の大空間では適している。しかしながら、前記噴流は介護空間等の小さい空間では作業者に衝突することで吸い込み口周囲の空気を乱し、擾乱となり、捕集精度が悪くなる可能性がある。

そこでこの発明は、上記の点に着目し、小空間や吹き出し噴流の影響があるような大空間のスペースがあっても捕集性状が良好となる高効率の局所換気装置及び当該装置を用いた局所換気方法を提供することを目的としたものである。

請求項１の発明は、排気対象域の域内気体を吸入させる吸込み口を形成させるとともに、前記吸込み口の近傍に補助気体を噴出させる補助気体吹き出し口を設けた局所換気装置において、天板の外縁から中空の外周側板を垂下し、当該外周側板の下端縁を前記天板の内側に曲げて内周折り返し側縁を設け、前記外周側板の内周面及びこれに続く内周折り返し側縁の内周面は一体に凹湾曲しており、当該内周折り返し側縁に対向した前記外周側板の内側に、当該外周側板の内周面に沿って一個又は複数個の吸込み口が設けられ、当該吸込み口から吸収した排気気体を前記外周側板の中空部に集めて装置外に排気する手段を外周側板の外側に設け、前記天板の中央部を貫通した補助気体供給管の下端部に設けた補助気体吹き出し口を前記天板の下面と前記内周折り返し側縁の上端縁との空間内に設け、当該補助気体吹き出し口は前記補助気体供給管の下端縁と当該下端縁と一定間隔をあけて対向した遮蔽板との間の外周に設けられ、前記外周側板の中空部に集めて装置外に排気する手段を作動した際排気対象域の域内気体は、前記内周折り返し側縁で囲まれた入口から入って前記天板の下面にぶつかり、天板中央部の補助気体吹き出し口から天板の下面の外周方向に吹き出された補助気体に誘導されて前記外周側板の内周面に沿って流れ、前記域内気体及び補助気体の一部は前記吸込み口から外周側板の中空部に吸引され、他の一部は内周折り返し側縁の内周面を通って上方に突出し、前記域内気体及び補助気体に巻き込まれて再度吸込み口に達し、当該吸込み口に吸引される構成とした、局所換気装置とした。

また、請求項２の発明は、また、請求項３の発明は、前記天板及び外周側板は一体な中空形状であり、前記吸込み口から吸入された排気気体は、外周側板及び天板の中空部を通り、前記補助気体供給管の外周に設けた排気管を通って排気される構成とし、排気管内の排気気体を吸引する排気ファン及び前記補助気体供給管に補助気体を送る送風ファンを夫々装置の外部に設けた、請求項１に記載の局所換気装置とした。

また、請求項３の発明は、前記天板は床面から自立した支持装置に支持され、かつ、前記天板は高さ調整自在及び水平、傾斜自在に支持されている、請求項１又は２いずれかに記載の局所換気装置とした。

また、請求項４の発明は、請求項１～３のいずれかの局所換気装置を用いて、単位時間の補助気体の噴出量より吸込み口からの気体排気量を多くした、局所換気方法とした。

請求項１又は４の発明によれば、局所換気装置Ａの下方の排気対象域の域内気体を、天板下の内周環状の吸込み口が吸引し、これと同時に補助噴流を天板下面の補助気体吹き出し口から噴出させる。これにより、前記域内気体を当該補助噴流によって誘引し、吸引されて前記域内の気体は外周側板の内周面を通り吸込み口に吸引され、換気される。

従って、局所換気装置Ａの下方にあたる排気対象域が長く広がり、かつ、補助噴流を周囲に拡散させずに、排気対象気体を吸引し、効率の良い局所換気が可能である。これにより、排気対象域の近傍で作業する作業者に排気対象気体が接することなく排気対象気体を排気ができる。

また、局所換気装置Ａの外周側板の内周面及びこれに続く内周折り返し側縁の内周面は一体に凹湾曲しているため、補助噴流及び排気気体は当該凹湾曲面に沿って一体となって移動しやすく、吸込み口に吸引され易い。

また、請求項２の発明によれば、天板及び外周側板が一体な中空になっており、当該中空部が、補助気体供給管の外周に設けた排気管と繋がっているため、排気させやすいと同時に、装置全体が一体となった構成であり、装置の取り扱いに便利である。

また、請求項３の発明によれば、局所換気装置Ａの天板は床面から自立した支持装置に支持され、かつ、前記天板は高さ調整自在及び水平、傾斜自在に支持されているため、局所的な排気対象域に当該装置Ａを設置しやすく、排気対象域外の空気を乱すことがない。

この発明の実施の形態例１の局所換気装置の概略構成図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の縦断面図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の平面図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の一部平面図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の要部断面図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の要部拡大断面図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の気体噴出部の詳細図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は正面図、（ｃ）図は斜視図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の使用状態を示す側面図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置と従来のフランジ付き吸込み口及び補助噴流付き吸込み口の比較概念図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置と従来のフランジ付き吸込み口及び補助噴流付き吸込み口の対象排気気体の等速度分布図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の一部拡大図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の解析モデルの介護空間を示す斜視図である。従来の補助噴流付き吸込み口の介護空間における解析結果を示す図である。この発明の実施の形態例１の局所換気装置の介護空間における解析結果を示す図である。

（実施の形態例１）
この発明の実施の形態例１の局所換気装置Ａを図１～図８に基づいて説明する。

まず、この局所換気装置Ａは、図２及び図３に示すように、中空円形の天板１が設けられ、当該天板１の外縁に沿って中空の外周側板２を垂下させ、さらに当該外周側板２の下端縁を前記天板１の内側に曲げて内周折り返し側縁３が設けられている。上記外周側板２及び内周折り返し側縁３の内周面は図２に示すように凹湾曲形状となっている。そして内周折り返し側縁３の上端縁３ａは前記天板１の下面１ａに対向しており、環状を成している。また、前記天板１及び外周側板２は一体に繋がった中空部４となっている。

そして、内周折り返し側縁３と対向する外周側板２の内周面に吸込み口５が設けられ、当該吸込み口５は、外周側板２の内周面に沿って複数個設けられ、ほぼ環状を形成している。この吸込み口５は外周側板２及び天板１の中空部４に通じている。

また、前記天板１の中央部には上方から円筒状の補助気体供給管６が貫通し、当該補助気体供給管６の下端は前記天板１の下面１ａのすぐ下であって、前記内周折り返し側縁３の環状を成す上端縁３ａの中心上方に位置している。また、前記天板１の上面１ｂの中央部は、前記補助気体供給管６の周囲が開口しており、当該開口部１ｃに大径の排気管７の下端が接続され、当該排気管７はクランク型に折れ曲がって上方に伸び、段部上面で前記補助気体供給管６を上方に導出させて、その上部を補助気体供給管６の横に並べ、上方に向いた開口部７ａを有している。

前記補助気体供給管６の下端は、図７に示す、補助気体の吹き出し部材８が接続されている。当該吹き出し部材８は円形傾斜屋根８ａの下に複数本の支柱８ｂを介して遮蔽板８ｃが設けられた構成であり、前記円形傾斜屋根８ａと遮蔽板８ｃとの間の各支柱８ｂの脇が四方八方に開口した前記補助気体の吹き出し口９となっている。そして、当該吹き出し部材８の円形傾斜屋根８ａに前記補助気体供給管６の下端が接続されている。従って、補助気体供給管６を通った補助気体は前記遮蔽板８ｃに当たって、吹き出し口９から放射状に噴き出す。

また、図８に示すように、前記補助気体供給管６の他端はフレキシブル管１０を介して、送風ファン１１に接続され、また、前記排気管７の開口部７ａにはフレキシブル管１２を介して排気ファン１３が接続されている。また、局所換気装置Ａはスタンド型の支持装置１４の折り曲げ自在なアーム１５の先端の把持環材１６により支持され、天板１の角度を自由に変えられ、また、高さも調整自在となっている。また、前記送風ファン１１及び排気ファン１２は前記支持装置１４の基板１４ａに載置されており、基板１４ａにキャスター等を設ければ、移動が容易となる。さらに、排気ファン１２には、図示は省略したが、室外に端部が導出されたフレキシブル排気ダクトが接続される。

この局所換気装置Ａは、前記排気ファン１３を作動させると、天板１の下方の排気対象域の域内気体を吸込み口５が吸引し、これと同時に前記送風ファン１１を作動させて補助気体を吹き出し口９から放射状に噴出させる。これにより排気対象域の域内気体は前記吸込み口５に吸引されて天板１の下面１ａに当たり、外周側板２の内周面に放射状に広がってほぼ環状の吸込み口５に吸引され、また、当該補助気体は噴流となって前記外周側板２の内周面を通り、前記域内気体と共に吸込み口５に吸引され、残りは内周折り返し側縁３の内周面を通って上端縁３ａから上方に突出し、前記域内気体及び補助気体に巻き込まれて再度吸込み口５に吸引される。これらが繰り返し行われ、前記排気管７、フレキシブル管１２、前記フレキシブル排気ダクトを通って室外に排気され、排気対象域の気体が換気される。

また、この際、吸込み口５からの気体の吸込み量は吹き出し口９からの補助気体の吹き出し量より多いことが原則であり、吹き出し風量と吸込み風量の風量比については、噴流軸の距離に対して風量が比例して増加するので、この風量より大きくなるように吸込み風量（排気風量）を設定することが必要である。

以上のように、この局所換気装置Ａでは補助気体の噴流は局所排気装置Ａの周囲に漏れない。しかも、前記噴流により域内気体は吸込み口５に誘引されて吸込み口５の中心軸上の吸い込み風速は増加し、吸い込み範囲が限定され、効率の良い換気が可能である。

図９は、従来のフランジ付きの吸込み口（ａ）と、フランジの外周から噴流を吐出する補助噴流付き吸込み口（ｂ）及び本発明の局所換気装置Ａの構成の解析モデルを示す。

これらの各装置の吸込み風速の気流速度がどのようになっているかを数値計算により求めたのが図１０に示す気流速度分布図である。（ａ）図にフランジ付き吸込み口（ａ）の気流速度分布を示すが、ジー・アール・ハント（Ｇ．Ｒ．Ｈｕｎｔ）等が定義した補足風速である０．２５ｍ／ｓの位置は吸込み口から約２００ｍｍの位置となり、ジー・アール・ハント等の解析結果に近い結果となった。

また、（ｂ）図は補助噴流付き排気口の気流速度分布を示す。フランジからの吹き出し噴流によってフランジの上部と下部で補足風速である０．２５ｍ／ｓの領域が形成されている。吸込み口直下では６００ｍｍの位置で０．２５ｍ／ｓとなり、ジー・アール・ハント等の解析結果に概ね対応した。（ａ）図のものと比較すると、補足風速の領域が３倍程大きくなっている。しかし、噴流が大きく、装置周辺の気流を乱している。

また、（ｃ）図はこの発明の局所換気装置Ａの気流速度分布を示す。これは、図１１に示す噴流の吹き出し口９の吹き出し幅ａが０．０１ｍ、内周折り返し側縁の折り返し高さが０．０１ｍとした場合の気流速度分布である。補足風速０．２５ｍ／ｓの位置が約０．５８ｍとなった。また、装置周辺の気流に関してもフランジからの吹き出し噴流が装置外に溢流することなく吸込み口５によって捕集される。

次にこの発明の局所換気装置Ａを介護空間に設置した解析モデルについて説明する。

この解析モデルに前記図９の（ｂ）図の局所換気装置及び図９の（ｃ）図のこの発明の局所換気装置Ａを個室・ユニットの介護空間に設置し、捕集性状を検討した。捕集性状は近藤靖史・荻田俊輔の提案する直接捕集率ＤＣＥに基づき検討した。前記提案は近藤靖史・荻田俊輔の「ＣＦＤ解析による局所換気装置の直接捕集率（ＤＣＥ）の算定」（日本建築学会環境論文集、Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．５８４、ＰＰ４１－４６、２００４年１０月）に基づく。

ｑ：汚染物質発生量[ｍ^３／ｓ]
Ｖ_out：仮想境界から流出する風速[ｍ／ｓ]
Ｃ_out：仮想境界から流出する汚染物質濃度[ｍ^３／ｍ^３]
Ｓ：仮想境界の面積[ｍ^２]

当該解析モデルでは、図１２に示すように、介護者の脊椎角度が５０°の高度前屈姿勢となる人体モデル（表面積：１．３４３ｍ^２）を高さ０．４８ｍのベッド脇に置く。居室の床面積は１５．４ｍ^２、天井高は２．５ｍとし、天井面に５０ｍ^３／ｈの換気扇とドアを設置する。局所換気装置はオムツ交換を想定して被介護者の腰の部分直上でベッドからの高さ０．５７５ｍの位置にセットした。また、臭いの発生は汚染物質（汚物臭）として、被介護者の腰の位置のベッド表面（１．０ｍ×０．５ｍ）から発生させた。

当該直接捕集率（ＤＣＥ）の算定に際し、仮想境界面はベッド表面の汚染物質（汚物臭）の発生領域と局所換気装置の外径を結ぶように設定した。

そして、図９の（ｂ）図の局所換気装置の汚染物質（汚物臭）の換気量で規準化した濃度１．０の等値面を図１３の（ａ）図に示す。図１３の（ｂ）図に換気量で規準化した鉛直断面濃度分布、図１３の（ｃ）図には気流速度分布を示す。上記ＤＣＥの算出結果は３７．９％となった。

また、図９の（ｃ）図の局所換気装置（この発明の局所換気装置Ａ）の換気量で規準化した濃度１．０の等値面を図１４の（ａ）図に示す。図１４の（ｂ）図に換気量で規準化した鉛直断面濃度分布、図１４の（ｃ）図には気流速度分布を示す。上記ＤＣＥの算出結果は９０．０％となった。

この発明の局所換気装置Ａの直接捕集率は９０．０％と良い結果となった。また、装置周辺気流に関してもフランジからの吹き出し噴流が装置外に溢流することなく、吸込み口によって捕集されており、汚染物質も装置の近傍になるにつれて効率よく捕集されている。また、本装置の場合は装置近傍の風速が速いため、エアコン等の空調擾乱による影響を受けにくい。

前記実施の形態例１では、天板１を円形形状にしたが、矩形でもよい。また、この発明の局所換気装置Ａの天板１、外周側板２、内周折り返し側縁３及び吹込み部材８等を分解可能とし、各部材を分解して洗浄を容易にすることができる。また、捕集対象物質の周囲濃度を検知し、運転や風量を連動させる機能を付加することもできる。また、換気中における作業視野を確保するため、当該局所換気装置Ａ内に照明を設けることもできる。

さらに、当該局所換気装置Ａを介護の際に用いる場合、高齢者の体臭や口臭、尿臭、糞便臭を排気する際、当該局所換気装置Ａに紫外線照射装置を付加し、紫外線照射によっての消臭機能を備えることもでき、また、介護対象者の温冷感対策として遠赤外線ヒータを内蔵させることもできる。さらには、介護対象者の便チェック等の画像撮影機能を具備することもできる。

なお、前記実施の形態例１では、天板１及び外周側板２は中空構造としたが、必ずしも中空形状でなくともよい。その場合、排気気体を集めて装置外に排気する排気ダクト等の排気手段を、吸い込み口５を有する外周側板２の外側に設けなければならない。

Ａ局所換気装置
１天板１ａ下面
１ｂ上面１ｃ開口部
２外周側板３内周折り返し側縁
３ａ上端縁４中空部
５吸込み口６補助気体供給管
７排気管７ａ開口部
８吹き出し部材８ａ円形傾斜屋根
８ｂ支柱８ｃ遮蔽板
９吹き出し口１０フレキシブル管
１１送風ファン１２フレキシブル管
１３排気ファン１４支持装置
１４ａ基板１５アーム
１６把持環材

Claims

排気対象域の域内気体を吸入させる吸込み口を形成させるとともに、前記吸込み口の近傍に補助気体を噴出させる補助気体吹き出し口を設けた局所換気装置において、
天板の外縁から中空の外周側板を垂下し、当該外周側板の下端縁を前記天板の内側に曲げて内周折り返し側縁を設け、前記外周側板の内周面及びこれに続く内周折り返し側縁の内周面は一体に凹湾曲しており、当該内周折り返し側縁に対向した前記外周側板の内側に、当該外周側板の内周面に沿って一個又は複数個の吸込み口が設けられ、当該吸込み口から吸収した排気気体を前記外周側板の中空部に集めて装置外に排気する手段を外周側板の外側に設け、前記天板の中央部を貫通した補助気体供給管の下端部に設けた補助気体吹き出し口を前記天板の下面と前記内周折り返し側縁の上端縁との空間内に設け、当該補助気体吹き出し口は前記補助気体供給管の下端縁と当該下端縁と一定間隔をあけて対向した遮蔽板との間の外周に設けられ、前記外周側板の中空部に集めて装置外に排気する手段を作動した際排気対象域の域内気体は、前記内周折り返し側縁で囲まれた入口から入って前記天板の下面にぶつかり、天板中央部の補助気体吹き出し口から天板の下面の外周方向に吹き出された補助気体に誘導されて前記外周側板の内周面に沿って流れ、前記域内気体及び補助気体の一部は前記吸込み口から外周側板の中空部に吸引され、他の一部は内周折り返し側縁の内周面を通って上方に突出し、前記域内気体及び補助気体に巻き込まれて再度吸込み口に達し、当該吸込み口に吸引される構成としたことを特徴とする、局所換気装置。
前記天板及び外周側板は一体な中空形状であり、前記吸込み口から吸入された排気気体は、外周側板及び天板の中空部を通り、前記補助気体供給管の外周に設けた排気管を通って排気される構成とし、排気管内の排気気体を吸引する排気ファン及び前記補助気体供給管に補助気体を送る送風ファンを夫々装置の外部に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の局所換気装置。
前記天板は床面から自立した支持装置に支持され、かつ、前記天板は高さ調整自在及び水平、傾斜自在に支持されていることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の局所換気装置。
請求項１～３のいずれかの局所換気装置を用いて、単位時間の補助気体の噴出量より吸込み口からの気体排気量を多くしたことを特徴とする、局所換気方法。