JP2003024827A - サイクロン分離器 - Google Patents

サイクロン分離器

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JP2003024827A JP2001216508A JP2001216508A JP2003024827A JP 2003024827 A JP2003024827 A JP 2003024827A JP 2001216508 A JP2001216508 A JP 2001216508A JP 2001216508 A JP2001216508 A JP 2001216508A JP 2003024827 A JP2003024827 A JP 2003024827A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクロン分離器を分離能力の低下を招くこ
となく、器体を低くし、小型・軽量化する。 【解決手段】 サイクロン本体2に旋回部2aと分離・
集積部2bとを設け、分離・集積部2bにおけるサイク
ロン本体2の中心軸と内壁との間に、半径方向から気体
旋回方向に外側端が傾斜した案内板21を設けて、分離
・集積部2bにおける内壁面から中心軸方向へ向かう気
体の速度を減速し、分離・集積部2bの中心軸付近に集
積した塵が排出気体と共に排出されないようする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はサイクロン分離器に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】塵と気体とからなる含塵気体を塵と気体
に分離して塵を捕集する方法としては大別して、メッシ
ュフィルタ式分離方法とサイクロン式分離方法とがあ
る。メッシュフィルタ式分離方法とは、小さな孔の開い
たメッシュフィルタに含塵気体を通過させることにより
前記孔より大きな塵を気体から分離する方法である。こ
の方法によれば、孔より大きな塵を確実に分離できる利
点があるものの、長期間の使用によりメッシュフィルタ
に塵が付着・堆積し、分離能力が低下する欠点がある。
このためメッシュフィルタの清掃や交換といった定期的
な保守・点検作業が不可欠となる。
【0003】一方、サイクロン式分離方法とは、気体を
旋回させてその遠心力で気体から塵を分離する方法であ
る。従来のサイクロン分離器の一例を図18に示す。図
18のサイクロン分離器は、塵を含んだ気体を吸い込む
吸込口1と、気体を内壁面に沿って螺旋状に旋回させる
旋回室4と、旋回室で分離された塵を集積する集塵室5
と、旋回室4に同心状に嵌挿した排出管3とを備える。
旋回室4は、気体を螺旋状に旋回させる円筒状の旋回部
4aと、その下に接続された逆円錐状部4bとからな
り、また集塵室5は、円筒状の集塵部5aとその上に接
続された円錐状部5bとからなる。旋回室4の内壁の接
線方向に吸込口1から吸い込まれた塵を含んだ気体は、
旋回室4を螺旋状に旋回しながら下降して行く。この間
に気体中の塵は遠心力によって半径方向外方向に押し出
され、旋回部4aの内壁および逆円錐状部4bを伝って
集塵室5に集まる。他方、塵が分離された気体は、旋回
室4の内壁から中心軸方向に流動し、旋回室4に嵌挿さ
れた排出管3から器外に排出される。
【0004】このようにサイクロン式分離方法では分離
された塵は集塵室5に堆積するので、メッシュフィルタ
式分離方法に比べて長期間の使用による分離能力の低下
は起こりにくい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図18
に示すように従来のサイクロン分離器では、旋回室4で
生じた螺旋状の旋回気流が集塵室5内に流入し、再飛散
気流となって集塵室5に堆積していた塵の一部を巻き上
げて排出管3から器外に流出するのを防止するため、旋
回室4と集塵室5とに(逆)円錐状部4b、5bをそれ
ぞれ設けて接続通路径を小さくしなければならなかっ
た。このため、従来のサイクロン分離器では、同等の分
離能力を備えたメッシュフィルタ式分離器に比べて器体
が高くまた重いといった問題があった。
【0006】このような従来のサイクロン分離器を搭載
した掃除機では、メッシュフィルタ分離器を搭載したも
のに比べて高さが高いため横転しやすく、収納場所もあ
る程度の高さのある空間に制限された。また、機体が重
いため使用時の作業負担が大きかった。
【0007】本発明はこのような従来の問題に鑑みてな
されたものであり、分離能力を低下させることなく、器
体が低く、また小型・軽量なサイクロン分離器を提供す
ることをその目的とするものである。
【0008】また本発明の目的は、長期間の使用によっ
ても集塵能力が低下せず、フィルタ清掃や交換を行う頻
度が低いあるいはゼロで、排出気体中の塵量が少ない掃
除機や空気清浄機、空気調整機、冷暖房機、加湿器、除
湿機、乾燥機などの家庭用電気機器および気体圧縮機を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、サイクロン
分離器の分離能力を低下させることなく、器体を低く
し、さらに小型・軽量化できないか鋭意検討を重ねた結
果、塵が堆積している場所での気体速度を遅くすればよ
いという一見簡単でありながら、これまで誰も試みなか
った着想に基づき本発明をなすに至った。
【0010】すなわち本発明のサイクロン分離器は、塵
を含む気体を吸い込む吸込口と、前記気体が内壁面に沿
って螺旋状に旋回する旋回部と気体から塵を分離し集積
する分離・集積部とを有するサイクロン本体と、気体を
排出する排出管とを備えたサイクロン分離器であって、
前記分離・集積部における前記サイクロン本体の中心軸
と内壁との間に、半径方向から気体旋回方向に外側端が
傾斜した案内板を設けて、前記分離・集積部における内
壁面から中心軸方向へ向かう気体の速度を減速し、前記
分離・集積部における前記中心軸付近に集積した塵が排
出気体と共に排出されないようにしたこと特徴とする。
【0011】ここでサイクロン分離器の分離能力を一層
高めるには、前記分離・集積部における中心軸方向へ向
かう気体の速度を、吸込口からサイクロン本体に吸い込
まれる気体速度の10%以下にするのが好ましい。
【0012】分離・集積部での気体速度を充分に遅くす
る観点から、分離・集積部の中心軸から分離・集積部の
内半径の30〜99%の領域に前記案内板を設けるのが
好ましい。また案内板は分離・集積部の内半径の40〜
90%の範囲の曲率半径を有する曲板であるのが望まし
い。
【0013】また、案内板の固定をより強固にすると共
に、塵の器外への散出を防止する観点から、円板状の上
板を前記案内板の上端に取り付けるのが好ましく、塵の
器外への散出を一層防止するために、前記上板の外周か
ら周壁を垂下させて前記案内板の上部を覆うのがより好
ましい。
【0014】また本発明の家庭用電気機器は前記のいず
れかに記載のサイクロン分離器を備えたことを特徴とす
る。この家庭用電気機器は掃除機、空気清浄機、空気調
整機、冷暖房機、加湿器、除湿機、乾燥機の少なくとも
1つであるのが好ましい。
【0015】そしてまた本発明の気体圧縮機は前記のい
ずれかに記載のサイクロン分離器を備えたことを特徴と
する
【0016】
【発明の実施の形態】図を基に以下説明する。図1に、
本発明のサイクロン分離器の一例を示す斜視図を示す。
図1のサイクロン分離器は、円筒状のサイクロン本体2
と、サイクロン本体2の側壁の接線方向に塵を含む気体
を吸い込む吸込口1と、サイクロン本体2の上面から同
心状に挿嵌された排出管3とを備える。サイクロン本体
2は、気体が内壁面に沿って螺旋状に旋回する旋回部2
aと、気体から塵を分離し集積する分離・集積部2bと
を有し、分離・集積部2bにおけるサイクロン本体2の
中心軸と内壁との間には、半径方向から気体旋回方向に
外側端が傾斜した4枚の案内板21が等角度で設けられ
ている。そしてこの案内板21の上端には円板状の上板
22が取り付けられている。また排出管3に形成された
開口部31には気体中の塵を捕集するためのフィルタ3
2が取り付けられている。
【0017】このようなサイクロン分離器において、吸
込口1から吸い込まれた、塵を含んだ気体は、図2に示
すように旋回部2aの内周壁を螺旋状に旋回しながら下
降する。サイクロン本体2内での気体の流れを図3に基
づいてさらに説明する。図3は図1のサイクロン分離器
の側断面図である。なお、ここでの矢印は気流ベクトル
のうちのX方向とY方向の成分のみを表している。螺旋
状に旋回下降する気体がサイクロン本体2の底面に達す
ると、下降位置からやや中心軸側で気体は上昇する。こ
のとき気体中の塵はその自重により上昇気流と一緒には
上昇することができず、サイクロン本体2下部に留ま
る。そして案内板21の作用で減速された、内壁から中
心軸方向への気流により、分離・集積部2bにおいて内
壁付近から中心軸方向に塵は移動して案内板21の内側
端より中心軸側の空間(以下、「集積部」と呼ぶことが
ある)に主に堆積する。この案内板21による減速作用
については後述する。一方、気体は案内板21の側面近
傍を上昇し、案内板21および上板22を越えるまで上
昇すると中心軸方向に流れを変え、サイクロン本体2の
中心軸と同心状に挿嵌された排出管3の開口部31に至
る。ここで開口部31に取り付けられたフィルタ32に
より気体中に残留する塵が捕捉された後、気体は排出管
3を通って器外に排出される。
【0018】前記の案内板による気流の減速作用につい
て説明する。図4に、図3のA−A線断面図を示す。半
径方向から気体旋回方向24に外側端が傾斜した案内板
21によって、案内板21の外側端の気体旋回方向下流
側にカルマン渦25が発生する。このカルマン渦25が
発端となって案内板21の中心軸側付近に気体旋回方向
24とは逆方向の気流(以下「逆旋回気流」と記すこと
がある)26が発生する。塵はこのカルマン渦25及び
逆旋回気流26に乗って主に集積部に堆積する。逆旋回
気流26の速度は、内壁近傍の旋回気流の速度よりもは
るかに遅いため、集積部に堆積した塵が上昇気体と共に
器外に排出されるのが有効に防止される。
【0019】図5に、図4の断面図における半径方向の
気体速度分布を示す。この図から明らかなように、案内
板の内側端より中心軸側である集積部では内壁近傍より
気流速度が格段に遅いことがわかる。分離・集積部の中
心軸付近の流体速度は小さいければ小さいほどよく、そ
の上限値は塵の種類や大きさなどによって変化するが、
一般に吸込口からサイクロン本体に吸い込まれる気体速
度の10%以下が好ましい。
【0020】分離・集積部が円筒状である場合に、案内
板は、分離・集積部の中心軸から分離・集積部の内半径
の30〜99%の領域に設けるのが望ましい。図6に、
分離・集積部の平断面図を示す。分離・集積部の内半径
をRとすると、0.3R〜0.99Rの領域に案内板2
1を設けるのがよい。この領域に案内板21を配設する
ことにより、カルマン渦および逆旋回気流を安定して発
生させることができ、この結果、従来のサイクロン分離
器にあった円錐状部を設けなくても、気体と共に器外に
排出される塵を少なくできるようになり、分離器の高さ
を低くでき、また軽量化することができる。
【0021】また案内板は、分離・集積部の内半径の4
0〜90%の範囲の曲率半径を有する曲板であるのが好
ましい。このような曲率半径を有する円弧とすることに
より、前記と同様にカルマン渦および逆旋回気流を安定
して発生させることができるからである。
【0022】図7に示すように、案内板21の上端には
円板状の上板22を取り付けるのが望ましい。これによ
りサイクロン本体の中心軸付近における、旋回部と分離
・集積部との間の気体流れが阻止され、旋回部の気体が
中心軸付近から分離・集積部に流れ込むことがなくな
り、集積部に堆積した塵が再飛散することが防止され
る。加えて、分離・集積部における上昇気流に含まれる
塵の多くが、上板に阻まれて旋回部に流入できなくなる
ので、器外に排出される塵の量がさらに少なくなる。ま
た、案内板の上端に上板を取り付けることにより案内板
の取付強度を格段に大きくできると共に、サイクロン分
離器の組立を容易にできるようになる。
【0023】また図8に示すように、上板22の外周か
ら周壁23を垂下させると、サイクロン本体の中心軸付
近における、旋回部と分離・集積部との間の気体流れを
一層確実に阻止できる。周壁23の長さHとしては案内
板の高さの10〜30%の範囲が好ましい。
【0024】本発明のサイクロン分離器は、気体中の塵
を分離する必要がある種々の機器に搭載可能であり、小
型・軽量であることから家庭用電気機器、中でも掃除機
や空気清浄機、空気調整機、冷房機、暖房機、除湿機、
乾燥機などに好適に搭載される。さらには気体圧縮機に
好適に搭載される。
【0025】
【実施例】汎用流体解析ソフトウエアを用いて、図1に
示したサイクロン分離器の集積部の気体速度を算出する
仮想実験と、実際にサイクロン分離器を作製して塵の捕
集量を計測する試作実験とを行った。両実験共に、サイ
クロン分離器の運転条件として排出管からの排気量を
1.5m3/minとした。この条件ではサイクロン本
体に吸い込まれる気体速度は22m/minとなった。
【0026】仮想実験では、気流は空気とタルク粉との
固気二相流であり、気体はオイラー法、固体はラグラン
ジュ法による運動方程式を用いるので、二相ラグランジ
ュ法を用いて解析を行った。排出管から排出する条件
と、吸込口の大気開放条件とを境界条件として入力し集
積部における気体速度と算出した。一方、試作実験で
は、塵としてJISZ8901準拠のタルク粉を用い
た。タルク粉の真比重は2.76g/cm3、見掛け比
重は0.30g/cm2、中心粒径は約8μmである。
粒径分布を図9に示す。このタルク粉5gをサイクロン
分離器に吸引させて、集積部に捕集されるタルク粉量を
計測した。
【0027】(実施例1)本体高さが180mm、旋回
部が90mm、分離・集積部が90mmのサイクロン分
離器の分離・集積部に、図10の断面図に示すように、
高さ90mmの案内板21を取り付けた。ここで、分離
・集積部の内半径Rは58mm、案内板の外端半径r1
は45mm、内端半径r2は25mm、曲率半径は25
mmである。解析結果を表1に示す。
【0028】(実施例2〜5、比較例1〜3)表1に示
す外端半径r1、内端半径r2、曲率半径を有する案内板
を、図11〜図17の断面図に示すように取り付けた。
解析結果を表1に示す。
【0029】(比較例4)図18に示す従来のサイクロ
ン分離器を用いて同様の実験を行った。なお、旋回室の
高さは90mm、逆円錐状部は112mm、集塵部は5
0mm、円錐状部は40mm、分離器全高は260mm
である。解析結果を表1に示す。
【0030】
【表1】
【0031】表1から明らかなように、実施例1〜5の
サイクロン分離器では2.67g以上のタルク粉を分離
できた。一方、比較例1〜4のサイクロン分離器では
0.20〜0.44gのタルク粉しか分離できず、大半
のタルク粉は空気と共に器外に排出されてしまった。こ
れは、集積部における気体速度が実施例では0.6m/
min以下であるのに対して、比較例では3.0m/m
in以上と速かったため集積部に堆積したタルク粉が再
飛散したことが原因と考えられる。なお、比較例1と比
較例4における気体速度とは、分離・集積部での平均気
体速度を意味する。
【0032】(実施例6〜8)次に、上板の外周に周壁
を設けて案内板の上部を覆った場合の実験を行った。図
8に示す周壁の長さHを10,20,30mm(案内板
の高さに対して11,22,33%)とした場合のタル
ク粉の捕集量を算出した。結果を表2に示す。なお、用
いたサイクロン分離器およびその運転条件、タルク粉は
前記と同じである。
【0033】
【表2】
【0034】表2から明らかなように、周壁を設けた実
施例6〜8では捕集量が2.93〜3.11gとなり、
周壁を設けなかった実施例1(2.88g)よりも捕集
量が増えた。したがって、上板に周壁を設けることによ
りサイクロン分離器の分離能力を高くできることがわか
る。
【0035】
【発明の効果】本発明のサイクロン分離器では、サイク
ロン本体に旋回部と分離・集積部とを設け、分離・集積
部におけるサイクロン本体の中心軸と内壁との間に、半
径方向から気体旋回方向に外側端が傾斜した案内板を設
けて、前記分離・集積部における内壁面から中心軸方向
へ向かう気体の速度を減速し、前記分離・集積部におけ
る前記中心軸付近に集積した塵が排出気体と共に排出さ
れないようにしたので、従来のサイクロン分離器のよう
な円錐状部を設けなくても塵の再飛散を防止でき、これ
により器体を低く、小型・軽量化できる。
【0036】また本発明の家庭用電気機器および気体圧
縮機では、前記サイクロン分離器を搭載するので、長期
間の使用によっても分離能力が低下せず、フィルタ清掃
や交換を行う頻度が低いあるいはゼロとすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のサイクロン分離器の一例を示す部分
断面斜視図である。
【図2】 本発明のサイクロン分離器における気体の流
れを示す図である。
【図3】 本発明のサイクロン分離器におけるX、Y方
向の気体の流れを示す図である。
【図4】 分離・集積部における気体の流れを示す断面
図である。
【図5】 分離・集積部における半径方向の気体速度分
布図である。
【図6】 案内板の取り付け領域を示す断面図である。
【図7】 上板を設けた案内板の一例を示す斜視図であ
る。
【図8】 外周に周壁を設けた上板を案内板に取り付け
た斜視図である。
【図9】 実施例で用いたタルク粉の粒径分布図であ
る。
【図10】 実施例1における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図11】 実施例2における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図12】 実施例3における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図13】 実施例4における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図14】 実施例5における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図15】 比較例1における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図16】 比較例2における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図17】 比較例3における案内板の取り付け状態を
示す断面図である。
【図18】 従来のサイクロン分離器を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 吸込口 2 サイクロン本体 2a 旋回部 2b 分離・集積部 3 排出管 4 旋回室 4a 旋回部 4b 逆円錐状部 5 集塵室 5a 集塵部 5b 円錐状部 21 案内板 22 上板 23 周壁 31 開口部 32 フィルタ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塵を含む気体を吸い込む吸込口と、 前記気体が内壁面に沿って螺旋状に旋回する旋回部と、
    気体から塵を分離し集積する分離・集積部とを有するサ
    イクロン本体と、 気体を排出する排出管とを備えたサイクロン分離器であ
    って、 前記分離・集積部における前記サイクロン本体の中心軸
    と内壁との間に、半径方向から気体旋回方向に外側端が
    傾斜した案内板を設けて、前記分離・集積部における内
    壁面から中心軸方向へ向かう気体の速度を減速し、前記
    分離・集積部における前記中心軸付近に集積した塵が排
    出気体と共に排出されないようにしたこと特徴とするサ
    イクロン分離器。
  2. 【請求項2】 前記分離・集積部における中心軸方向へ
    向かう気体の速度が、吸込口からサイクロン本体に吸い
    込まれる気体速度の10%以下である請求項1記載のサ
    イクロン分離器。
  3. 【請求項3】 前記分離・集積部が円筒状であって、分
    離・集積部の中心軸から分離・集積部の内半径の30〜
    99%の領域に前記案内板を設ける請求項1又は2記載
    のサイクロン分離器。
  4. 【請求項4】 前記案内板が分離・集積部の内半径の4
    0〜90%の範囲の曲率半径を有する曲板である請求項
    1〜3のいずれかに記載のサイクロン分離器。
  5. 【請求項5】 前記案内板の上端に円板状の上板を取り
    付けた請求項1〜4記載のサイクロン分離器
  6. 【請求項6】 前記上板の外周から周壁を垂下させて前
    記案内板の上部を覆う請求項5記載のサイクロン分離
    器。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載のサイク
    ロン分離器を備えたことを特徴とする家庭用電気機器。
  8. 【請求項8】 前記家庭用電気機器が掃除機、空気清浄
    機、空気調整機、冷暖房機、加湿器、除湿機、乾燥機の
    少なくとも1つである請求項7の家庭用電気機器。
  9. 【請求項9】 請求項1〜6のいずれかに記載のサイク
    ロン分離器を備えたことを特徴とする気体圧縮機。
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