令和３年度「第49回」労働衛生コンサルタント試験（労働衛生工学）回答速報９

今日は昨日の続き問４（３）（４）を考えてみます。
例年通り、問３と問４は、局所排気装置の設計に関する問題ですが、問４は、フード設計における流体力学の知識と活用事例について問う問題になっています。
問題文と図
問４

局所排気装置に関する以下の設問に答えよ。計算問題は計算過程を示し。計算は有効数字３桁で行い、解答用紙の解答欄（空欄）には有効数字３桁目を四捨五入して有効数字２桁で解答を記入せよ。なお、ダクトの断面は円形とし、空気密度は1.20Kg/m3とする。

小問（３）図４に示した空気清浄装置前後の水柱マノメーターによる圧力測定の結果、水柱マノメーターの水面の高さの差（絶対値）は、水柱マノメーターＡが10mm、水柱マノメーターＢが63mmであった。この結果から空気清浄装置の圧力損失を求めよ

　

但し、排風量は40m3/分、空気清浄装置前後の円形ダクトの直径は0.38ｍとする。

　

なお、１ｍｍ水柱は、９．８Ｐａとし、解答欄には、計算過程を示し、計算には有効数字３桁で行い、解答は、有効数字３桁目を四捨五入して有効数字２桁で答えること。

回答案：
速度圧を先に求めます。排風量40m3/分、
ダクト直径0.38mから断面積は0.113m2なので
流速＝40/60/0.113＝5.90m/s　
速度圧は、5.90×5.90×1.2÷2＝20.9Pa
　
水柱マノメーターＡは、全圧で、ファン前なので負圧
　　　ー10mmH2O＝ー98Pa
※空気清浄装置の前の静圧は、－98.0Pa－20.9Pa＝ー118.9Pa＝－119Pa
水柱マノメーターＢは、静圧で、ファン前なので負圧
　　　－63ｍｍＨ２Ｏ＝－617.4Pa

※ 空気清浄装置の後の静圧は、－617Pa

空気清浄装置前後の静圧差＝空気清浄装置の圧力損失であり
　　　ー617Pa－（119Pa）＝498Pa

　　　　　　　　　答え　５０0Pa

　

小問（４）ろ過式除じん装置には、ろ過材としてバグフィルタと呼ばれるフォルト状のろ布を使用したものと、充填層フィルタ（または、エアフィルター）と呼ばれるＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air Filter）フィルタを使用したものがある。どちらも粒子径の小さい粒子の補修が可能であるが、捕集原理が異なる。この捕集原理の違いについて、簡潔に説明せよ。

　また、粉じんが高濃度の場所では、どちらのろ過材を使ったろ過式除じん装置を選択すべきかを答えよ。

回答案：

どちらのフィルタも、使用開始直後は、フィルター繊維による、さえぎり効果により補修される。HEPAフィルターは、粉じんが堆積すると空隙が小さいため目詰まりするが、バグフィルターの場合は、繊維の目は荒いがフィルターに堆積した粉じんが、更に後から来た粉じんをさえぎる効果があり、元のフィルターより細かい粒子の捕捉も可能になる。【エアフィルタ（ろ材ろ過）に対し、 バグフィルタ（ろ滓ろ過）「ろさいろか」と読みます。】

従って、粉じん濃度が高濃度の場所では、バグフィルターを使った除じん装置を選択するのが良い。

＜以下、参考まで＞
HEPAフィルタは、直径1～10 µm以下のガラス繊維でできている。繊維の充填率は10％程度であり、空隙は数10 µmの大きさである。蛇腹式に折りたたんだ状態になっているため、空気中の微細粒子が複数回繊維にさえぎられて捕集される。数ミクロンの粒子の捕捉率が99%程度あるのが特徴。ただし、粉じん濃度が高いと、HEPAフィルターでは、目詰まりを起こして、圧力損失がすぐに大きくなる。

バグフィルターは、10um～数100umの通常の合成繊維でできたフェルト布で作られている。空隙は、HEPAフィルターより大きいが、ろ滓ろ過の効果で、サブミクロンの粉じんまで除じんできると言われています。ただし、捕捉率は90%程度。

　　　

続きは、明日。

　

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Comments

[田中勝]

問４は選択しておりませんが、家で解きました。
お示しいただいた小門（３）の回答例、断面積の値を「0.0615」とされていますが「0.113」ではないでしょうか。
その結果として答えは「500Pa」となりましたがいかがでしょう。

[ちょまぷ]

田中さん、コメントありがとうございます。
ご指摘の通りです。本文を修正しておきました。
小生の単純な計算ミスです。（なんで、0.38の半分を0.14って思いこんじゃったんだろう）

[田中勝]

ちょまぷ様
ありがとうございます。ちょまぷ様と同じ数値になって安心いたしました。
問３はそこそこできた感触がありますが、問１の出来に自信がなくて答え合わせをするのが怖いんです（いい歳して恥ずかしい・・）。なので問４を解いて問１より先に答えを拝見しています。

[ちょまぷ]

田中さん。試験会場は独特の緊張感ですので、お疲れになったことでしょう。実力が発揮できていることを御祈念致しております。

[H-KEN（エチケン）]

ちょまぶ様、いつも詳細な解答と解説ありがとうございます。最近は10月の試験に向けて過去問と格闘中です。1点質問させて下さい。
小問（3）図4で水柱マノメーターＡは全圧でファン前なので負圧。
マノメーターがファンの手前にあるときは全圧は必ず「負圧」になるのでしょうか？沼野さんの書籍の252ページの上5行では、吸引ダクトでは静圧Psと速度圧Pvの大きさにより、全圧Ptは正圧または負圧になると記載されています。お手すきになりましたら回答いただけますと幸いです。

[ちょまぷ]

H-KENさん　コメントありがとうございます。ご指摘の通り、この問題でマノメーターが示しているのは全圧で、一般的には、全圧は、速度圧（正：プラス）と静圧（吸引ダクトでは負：マイナス）です。私の解説が乱暴でした。
　
　正確には、沼野先生の「やさ局排」にある通り、静圧は吸引側では負：マイナス全圧は、９８Paか、ー９８Paのいずれかですが、速度圧が２０Paの時に、静圧が負：マイナスになるには、全圧も負：マイナスである必要があるので、全圧はー９８Pa　と書かないといけなかったですね。　ご指摘ありがとうございます。受験勉強頑張ってください。

[H-KEN（エチケン）]

ちょまぶ様、H-KENです。早速のご回答ありがとうございました。過去問題、ちょまぶさんのコメント、そして、やさ局排で改めて確認し理解を深めます。