JP5127292B2 - 局所空気清浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は作業空間を清浄空気空間とするクリーンベンチに相当する局所空気清浄化装置に関する。

精密機械の組立や一時保管、さらには医療機関での調剤行為などでクリーンベンチがしばしば用いられている。一般的なクリーンベンチは、作業台の手前の面だけが作業用の開口になっており、それ以外の面は清浄度を保つために囲いとなっていて、その囲い内に清浄空気吹き出し口が配されており、作業者は手前の作業用開口から手を入れて作業を行うような構造となっている。このような基本構造をもった上で種々の機能を付与したクリーンベンチも提案されている。これらのクリーンベンチを提案している公知刊行物の例としては特許文献１、特許文献２及び特許文献３がある。
特開２００１−１４１２７３号公報 特開２００５−４８９７０号公報 特開２００６−１６２１７４号公報

従来知られたクリーンベンチは作業用開口が狭いものが多く精密機械などの組立作業がしづらいといった作業性に難点があった。また、製造ラインのように、製品や製造部品の移動が伴う場合には、囲いが邪魔になり使用できなかった。その場合、ライン全体をクリーンルーム内に入れるなどの措置がとられてきたが、設備が大規模になりがちであるという難点があった。

本発明の目的は作業性に優れ作業の対象を制限することなしに優れた清浄空気空間を与えることのできる局所空気清浄化装置を提供することにある。

本発明は、開放した局所領域の局所空気清浄化装置において、前記開放した局所領域外の空気を吸い込んで清浄化する空気清浄化手段からの清浄空気を面の全体から風速が１ｍ／秒以下の一様なプッシュ気流として吹き出す空気流開口面を備える一組のプッシュフードを互いのプッシュ気流が衝突し、衝突した後に、両者が混ざり合うことなく、ほぼ垂直に流れの向きを変え、前記開放した局所領域外に、前記開放した局所領域内の空気と共に流出するように前記各空気流開口面を対向させて設置し、前記一様なプッシュ気流は、前記空気流開口面近傍において当該気流の吹き出し方向に対し垂直な断面でみたとき、当該気流の風速がその断面のいたるところで実質的に一定であり、かつ障害物がない状態での速度分布のバラツキが平均値に対して±３０％以内であり、前記開放した局所領域を前記対向する前記空気流開口面間の前記プッシュ気流域内のほとんどの領域として、前記開放した局所領域を他の領域に比較して高い清浄度とすることを特徴とする局所空気清浄化装置である。

本発明の局所空気清浄化装置は囲いがなくとも高い清浄度をもつ清浄空気空間を与えると共に、作業対象物の位置が変動してもその位置を高い清浄度をもつ清浄空気空間にすることができる。また囲いを必要としないため、作業性が高く、作業の対象も従来のクリーンベンチのような制限を受けない。

本発明の局所空気清浄化装置は、従来のクリーンベンチと同様、作業台の上に設置することができるが、床の上に直接又は間接に設置することもできる。間接設置の例としては、高さ調節可能な台に乗せて設置する例等がある。
作業台を用いる場合は従来のクリーンベンチで用いられているのと同様の作業台を適宜用いることができる。

プッシュフードとしては一様空気吹出し機構をもつプッシュフードが好ましく用いられる。ここで一様空気流は一様捕捉気流や層流とも称し、流れに対し垂直な断面でみたとき、流れの速度の大きさがその断面のいたるところで実質的に一定である状態の空気流をいう。障害物がない状態での速度分布のバラツキが平均値に対して±３０％以内、特に±２０％以内であるものが好ましい。

プッシュフードとしては従来知られた適宜のプッシュフードを用いることができるが、それぞれのプッシュフードは風速を可変できる機能を備えていることが望ましい。それにより、たとえばプッシュフードの設置場所を移動させてプッシュフード間の距離が変化した場合に、容易に適正風速を確保することができる。またプッシュフード内のフィルタの目詰まり等によって風速のバランスが崩れた場合にも風速を調節して容易に清浄領域のバランスを戻すことができる。

プッシュフードは室内空気を吸い込んで空気流開口面から清浄空気をプッシュ気流として吹き出すように、空気吸い込み用のファンとフィルター機能を備えている。これらはプッシュフード本体内に内蔵されていても本体とは独立に存在してもよく、それら自体はいずれも周知である。
用いるプッシュフードは作業の内容その他の条件に応じ空気流開口面の大きさや吹き出し風速などの機能条件やプッシュフード間の距離などを適宜選択しうる。一例として、空気流開口面が一辺１０〜６０ｃｍの正又は長方形、吹き出し風速が０．１〜１ｍ／秒、プッシュフード間の距離が１〜３ｍの条件を挙げることができる。

１個のプッシュフードから吹き出された気流の清浄領域は開口面からの距離に応じて先細りするが、二つの気流を正面衝突させることにより、この先細りする清浄領域を互に補うことが可能となる。

二つの気流がぶつかる位置は、風量のバランスによって変化し、完全に同風量の場合は、中心でぶつかりそのまま一定の状態を保つが、わずかな風量の違いでも二つの気流がぶつかり一定状態を保つ位置は変化する。したがって一定状態を保つ位置を制御することは非常に困難であることが懸念される。

然るに、本発明者らの検討の結果、気流中に障害物を存在させると、二つのプッシュ気流がぶつかる位置は障害物近傍になり、障害物が移動すると気流がぶつかる位置もそれとともに移動することが判明した。そしてこの挙動は二つのプッシュフードの吹き出し風速に多少の差があっても関係ないことも判明した。

これは作業対象物の位置が移動した場合、一定状態を保つ位置がその位置に追随して移動することを意味し、本発明の局所空気清浄化装置の利用性を高めるものである。

一対のプッシュフードは気流が正面衝突するように空気流開口面が正対するように設置される必要がある。作業台を用いる場合、作業者からみて左右位置に水平に設置されるが、作業内容によっては斜めや上下に設置することも可能である。作業台を用いない場合も同様である。

一対のプッシュフードのそれぞれの機能条件はできるだけ同じにすることが望ましいが、場合によっては両者の機能条件をある程度変えることも可能である。風速の比は１：１．８程度まで許容しうる。また空気流開口面の面積の比は１：４程度まで可能だが、面積の比を大きくした場合には、風量を合わせることが好ましい。

前記したように障害物を介在させる場合、障害物の大きさには特に制限はないが空気流開口面より小さいことが望ましく、たとえば開口面の面積の半分から１００分の１程度でもよい。またその形状も特に制限されない。

以下に具体例に基づいて本発明を説明する。
図１及び２は、本発明の局所空気清浄化装置の配置の一例を示す説明図である。

図１では、それぞれ空気流開口面をもつ一組のプッシュフードを対向させて設置し、外気や室内空気をファンで取り込み、ＨＥＰＡフィルタなどの高性能フィルタで空気を浄化し、ダクトを通して二つのプッシュフードへ送る。そのとき流量計や圧力計などを用い、風量を測定し二つのプッシュフードから同風量の空気が出るようにする。もちろん二つのプッシュフードを独立にし、それぞれにファンフィルターユニットがつながっていてもよい。あるいは図２のようにＨＥＰＡフィルタとファンをプッシュフードと一体にし、二つのプッシュフードを独立にしてもよい。

次に本発明の局所空気清浄化装置を用いた場合の空気の清浄度の測定例について述べる。
ここで用いる清浄なクリーンルームなどで使われている清浄度クラスとは異なり、次のように定義して用いる。

Ｃ_ｏをファン吸い込み口付近（室内空気）の個数粉塵濃度（０．１μｍ／０．０１ｃｆ）、Ｃ_ｐをプッシュ気流の個数粉塵濃度（０．１μｍ／０．０１ｃｆ）とした場合、
（Ｃ_ｏ−Ｃ_ｐ）
清浄度（％）＝１００×――――――
Ｃ_ｏ

図３に試験系統図を示し、図４に測定点を示す。プッシュフードの高さ方向に中心から５０ｍｍ間隔で３点を開口面の距離を変化させて測定する。表１に試験条件を示す。

３００ｍｍ×３００ｍｍの開口面をもつプッシュフードを１個だけ設置し、吹き出し風速（Ｖ）０．６ｍ／秒で測定した清浄度を図５に示す。１個のプッシュフードの場合の清浄度は、図５に示すように、中心でも８００ｍｍ程度しか維持できない。流れの境界近くでは、さらにその距離は短くなる。流れの相似則を考量すれば、開口面を大きくすると、清浄度を保つ領域は広がるが、風量が大きくなったり、装置が大きくなったりするという欠点が顕著になる。さらに重要なことは、１個のプッシュフードの場合、流れの境界から清浄度が急激に低下して行くことにはなんら変わりがないことである。

本発明に従って、上記と同じプッシュフードを２個正対させて配置し同じ吹き出し風速（０．６ｍ／秒）で測定した清浄度の測定結果を図６に示す。図５のプッシュフード１個の場合と比較し、清浄度の保持の仕方に明らかな違いが認められる。特にプッシュフードの境界（流れの境界）付近の清浄度に大きな違いが認められる。

この場合の気流について説明すると、同じ開口面サイズ、同じ風量で吹き出した場合、二つの気流は基本的には中央でぶつかり、ぶつかった後に、両者は混ざり合うことなく、ほぼ垂直に流れの向きを変える。それはあたかもそこに壁があるような流れ方をする。

プッシュフード１個の場合と２個の場合の清浄領域の違いは通常図７に示すようになると考えられる。しかしながら実際には、（ｂ）の場合は勿論であるが、（ｃ）の場合も、清浄領域が先細りしないのである。つまり（ｃ）の場合、単に清浄領域が２倍になるのではなく、プッシュフード間のほとんどの領域が清浄領域になるという特徴を示すのである。

次に、プッシュフードの開口面サイズと清浄度を維持できるプッシュフード間距離との関係について述べる。
開口面サイズ３００ｍｍ×３００ｍｍのプッシュフードで吹き出し風速を変えながら、清浄度を維持できる距離を調べた結果、吹き出し風速が０．２、０．３ｍ／秒のときは風速が非常に遅いため気流が安定せず、清浄度を保つ距離はそれぞれ０．４ｍ、０．８ｍであることを確認した。しかしながら吹き出し風速が０．４ｍ／秒以上になると気流は安定し清浄度を保つ距離は１．６ｍ程度になることを確認した。このときの測定結果を図８に示す。ただし図８では清浄度はそれぞれのプッシュフードから一番離れた場所、すなわち２個のプッシュフードの中間の清浄度のみを示した。吹き出し風速を０．４ｍ／秒以上にしても清浄度を保つ距離はあまり伸びることはない。例えば吹き出し風速０．８ｍ／秒でプッシュフード間距離２．４ｍのときの結果は図９に示したとおりである。

二つの気流がぶつかる位置は、風量のバランスによって変化する。完全に同風量の場合は、中心でぶつかりそのまま一定の状態を保つが、わずかな風量の違いでも二つの気流がぶつかり一定状態を保つ位置は変化する。したがって一定状態を保つ位置を制御することは非常に困難である。

然るに、気流中に障害物を存在させると、プッシュ気流がぶつかる位置は障害物近傍になり、障害物が移動すると気流がぶつかる位置もそれとともに移動することが判明した。しかも２個のプッシュフードの吹き出し風速に多少の差があってもこの挙動が影響されないことが判明した。

開口面サイズ３００ｍｍ×３００ｍｍの２個のプッシュフードの吹き出し風速を０．６ｍ／秒と０．５５ｍ／秒とし、その間に直径３０ｍｍのポールを立てその位置を中心部から左右に半分の位置に移動させて気流のぶつかる位置を調べた結果、常にポール位置にあることつまり一定状態を保つ位置が障害物の位置にあることを確認した。

図１０は、本発明の局所空気清浄化装置を医療現場に設置した場合の一例を示す説明図である。ここでは床の上の台に一組のプッシュフードを対向させて水平に設置してあり、医師が清浄空気空間にいて、患者は気流外にいる。それにより医師が患者から感染することを防ぐことが可能となり、医師の安全がより確実に確保できる。

本発明の局所空気清浄化装置の設置例を示す説明図。 本発明の局所空気清浄化装置の設置例を示す説明図。 空気の清浄度の測定における試験系統図。 清浄度の測定における測定点を示す説明図 プッシュフード１個の場合の清浄度（Ｖ＝０．６ｍ／秒）を示すグラフ。 プッシュフード２個の場合の清浄度（Ｖ＝０．６ｍ／秒）を示すグラフ。 予想された清浄度領域を示す説明図。 プッシュフード間距離１．６ｍ、吹き出し風速０．４ｍ／秒での清浄度を示すグラフ。 プッシュフード間距離２．４ｍ、吹き出し風速０．８ｍ／秒での清浄度を示すグラフ。 本発明の局所空気清浄化装置の設置現場の一例を示す説明図。

符号の説明

１ プッシュフード
２ ファン
３ ＨＥＰＡフィルタ
４ 中性能フィルタ
５ 圧力計
６ 複合ピトー管
７ 開口面
８ パーティクルカウンタ（室内空気清浄度用）
９ パーティクルカウンタ（プッシュ気流清浄度用）
１０ サンプリングチューブ

Claims (2)

1. 開放した局所領域の局所空気清浄化装置において、
   前記開放した局所領域外の空気を吸い込んで清浄化する空気清浄化手段からの清浄空気を面の全体から風速が１ｍ／秒以下の一様なプッシュ気流として吹き出す空気流開口面を備える一組のプッシュフードを互いのプッシュ気流が衝突し、衝突した後に、両者が混ざり合うことなく、ほぼ垂直に流れの向きを変え、前記開放した局所領域外に、前記開放した局所領域内の空気と共に流出するように前記各空気流開口面を対向させて設置し、
   前記一様なプッシュ気流は、前記空気流開口面近傍において当該気流の吹き出し方向に対し垂直な断面でみたとき、当該気流の風速がその断面のいたるところで実質的に一定であり、かつ障害物がない状態での速度分布のバラツキが平均値に対して±３０％以内であり、
   前記開放した局所領域を前記対向する前記空気流開口面間の前記プッシュ気流域内のほとんどの領域として、前記開放した局所領域を他の領域に比較して高い清浄度とすることを特徴とする局所空気清浄化装置。
2. 前記一組のプッシュフードの空気流開口面の面積及び前記一組のプッシュ気流の吹き出し風速が相互に略同一であることを特徴とする請求項１に記載の局所空気清浄化装置。

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