JP2003200082A

JP2003200082A - サイクロン分離器

Info

Publication number: JP2003200082A
Application number: JP2002000518A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tsutsumi; 泰樹堤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2003-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】サイクロン分離器の小型・軽量化を図ると共
に、気体の圧力損失を小さくし吸込仕事率を大きくす
る。【解決手段】塵を含む気体を吸い込む吸込管１と、内
側壁と一定の間隙を有して配設された仕切部材６によっ
て、前記気体が内側壁に沿って旋回する旋回部２ａと、
気体から塵を分離し集積する集積部２ｂとに区分された
サイクロン本体２と、気体を排出する排出管３とを備え
る。そして、旋回部２ａの上面内側に気体を旋回下降さ
せるための傾斜面２２を設ける。ここで気体の圧力損失
を一層小さくし吸込仕事率をさらに大きくするために、
傾斜面２２を螺旋状とする、あるいは傾斜面２２の傾斜
角度を４〜８°の範囲としてもよい。

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５に示す。図５
のサイクロン分離器は、塵を含んだ気体を吸い込む吸込
管１と、気体を内側壁に沿って螺旋状に旋回させる旋回
室４と、旋回室４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の内側壁の
接線方向に吸込管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の内側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】しかし、図５に示すような従来のサイクロ
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に、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】このため、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】そこで、図６に示すような、掃除機などの
家庭用電気機器にも搭載可能な小型・軽量のサイクロン
分離器が提案された。こ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管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、排出管３の下端に取り付け
られた円板状の仕切固定板（仕切部材）２２によって、
内側壁に沿って気体が螺旋状に旋回する旋回部２ａと、
気体から塵を分離し集積する集積部２ｂとに分けられて
いる。また排出管３に側壁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３２が取り付けら
れている。

【０００８】このサイクロン分離器において、吸込管１
から吸い込まれた、塵を含んだ気体は、旋回部２ａの内
側壁を螺旋状に旋回しながら下降し、サイクロン本体２
の底面に達すると、底面に反射して上昇気流となる。こ
のとき気体中の塵はその自重によりそのまま集積部２ｂ
に留まる一方、気体は、排出管３の開口部３１に取り付
けられたフィルタ３２に通って排出管３から器外に排出
される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなサイクロン
分離器によれば、これまでの集塵分離能力を維持しなが
ら装置の小型・軽量化が図れるものの、吸込管から吸い
込まれた気体がサイクロン本体内を幾周も旋回する間
に、サイクロン本体内周面との摩擦などによって気体の
圧力損失が増加し、吸込仕事率が低下することがあっ
た。なお、吸込仕事率はＪＩＳ「Ｃ９１０８」に準拠し
て下記式から算出される。吸込仕事率（Ｗ）＝（真空度）×（風量）×０．１６３
４

【００１０】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、掃除機などの家庭用電気機器にも搭
載可能な小型・軽量のサイクロン分離器であって、気体
の圧力損失が小さく吸込仕事率が大きいサイクロン分離
器を提供することをその目的とするものである。

【００１１】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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、集塵分離能
力を低下させずにサイクロン分離器を小型・軽量化し、
さらに吸込仕事率を大きくできないか鋭意検討を重ねた
結果、吸込管から吸い込まれて排出管から排出されるま
での気体の移動距離を短くすれば、気体の圧力損失を小
さく抑えられ吸込仕事率を大きくできるとの知見を得、
本発明をなすに至った。

【００１３】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管と、内側壁と一定の間隙
を有して配設された仕切部材によって、前記気体が内側
壁に沿って旋回する旋回部と、気体から塵を分離し集積
する集積部とに区分されたサイクロン本体と、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
記旋回部の上面内側に前記気体を旋回下降させるための
傾斜面を設けたことを特徴とする。

【００１４】ここで気体の圧力損失をより小さく抑える
には、前記傾斜面を螺旋状とするのが好ましく、また傾
斜面の傾斜角度を４〜８°の範囲とするのが好ましい。

【００１５】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。

【００１６】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

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図に基づいて説明する。図
１に、本発明のサイクロン分離器の一例を示す分解斜視
図を示す。サイクロン本体２は上面開口の円筒状をな
し、排出管３の下端に取り付けられた仕切固定板（仕切
部材）６をその中に配設し、貫通孔２１ａが同心状に形
成された円板状の蓋２１が、その貫通孔２１ａに排出管
３の上端を挿通させながら、サイクロン本体２の上面開
口にはめ込まれる。そしてこの蓋２１の内側、換言する
と旋回部の上面内側には螺旋状の傾斜面２２が形成され
ている。旋回部の側壁の吸込口２３から接線方向に吸い
込まれた気体は、この螺旋状の傾斜面２２によって半ば
強制的に誘導されて旋回下降させられる。このときサイ
クロン分離器の内壁付近に生じる螺旋状の主旋回気流の
様子を図２に示す。この図から理解されるように、旋回
部２ａに発生した主旋回気流は螺旋状に旋回しながら下
降し、仕切固定板６を越えて集積部２ｂに進入し、そし
てサイクロン本体２の底面に至る。

【００１８】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、そこで跳ね返されて気体は上昇する。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下部の集積部２ｂ
に主に堆積する。一方、気体は、仕切固定板６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３
１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。

【００１９】本発明のサイクロン分離器では、旋回部２
ａの上面内側に形成された傾斜面２２によって、サイク
ロン本体２に吸い込まれた気体は従来のサイクロン分離
器に比べて急角度で旋回下降させられる。そしてサイク
ロン本体２の底面で反射すると、気体は急角度で旋回上
昇する。このため、サイクロン本体内における気体の通
過経路は従来に比べて短くなり、サイクロン本体内側壁
との摩擦などによる気体の圧力損失が抑えられ、その結
果吸込仕事率が大きくなる。

【００２０】なお、図１のサイクロン分離器では、前記
傾斜面２２をサイクロン本体２の上蓋２１と一体成形し
ているがこれに限定されるものではなく、例えばサイク
ロン本体２の上蓋（旋回部の上面）２１に傾斜面を有す
る部材を固着しても構わない。

【００２１】また、旋回部２ａの上面内側に形成する傾
斜面２２は螺旋状の他、平面状などであってもよいが、
気体の圧力損失を小さくするには螺旋状の傾斜面が望ま
しい。さらに、吸い込まれてきた気体の圧力損失を小さ
くしながら気体を所定角度で旋回下降させる観点から、
傾斜面が螺旋状の場合にその形成領域は、サイクロン本
体の内壁に形成された気体吸込口２３を基準として１／
４回転〜１回転の範囲が好ましく、１／２回転〜１回転
の範囲がより好ましい。図４に、図１のサイクロン本体
に用いることができる蓋の他の形態を示す。この蓋の内
側（旋回部の上面内側）には約１／４回転した螺旋状の
傾斜面が平面視において左右対称に形成されている。

【００２２】傾斜面の傾斜角度は、サイクロン分離器の
大きさや吸込量、収集する塵の大きさなどから適宜決定
すればよいが、本発明者が行った下記実験結果によれば
４〜８°の範囲が好ましい。

【００２３】図１に示したサイクロン分離器（サイクロ
ン本体の高さ１８０ｍｍ、内径１１６ｍｍ、旋回部の高
さ９０ｍｍ、集積部の高さ９０ｍｍ、）を用いて傾斜面
の傾斜角度に関する実験を行った。サイクロン分離器の
運転条件は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であった。そして、図１の蓋２１
の内側に形成された傾斜面２２の角度を０，４，６，８
°と変化させて、そのときの吸込仕事率（Ｗ）を計算し
た。結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、傾斜面の傾斜角
度をゼロから８°へと大きくするほど吸込仕事率は大き
くなった。傾斜角度については臨界点が存在し、その臨
界点を超えると吸込仕事率は低下すると考えられるが、
発明者が行った傾斜角度の範囲では未だ臨界点には達し
ていなかった。

【００２６】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。

【００２７】

【発明の効果】本発明のサイクロン分離器では、塵を含
む気体を吸い込む吸込管と、内側壁と一定の間隙を有し
て配設された仕切部材によって、前記気体が内側壁に沿
って旋回する旋回部と、気体から塵を分離し集積する集
積部とに区分されたサイクロン本体と、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、旋回部の
上面内側に気体を旋回下降させるための傾斜面を設けた
構成としたので、小型・軽量化が図れしかも吸込仕事率
を大きくできる。

【００２８】傾斜面を螺旋状とする、あるいは傾斜面の
傾斜角度を４〜８°の範囲とすると、気体の圧力損失を
一層小さくでき吸込仕事率をさらに大きくできる。

【００２９】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、前記
記載の効果が得られる他、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分解
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】内側面に傾斜面が形成された、サイクロン本
体の上蓋の斜視図である。

【図５】従来のサイクロン分離器を示す斜視図であ
る。

【図６】他の従来のサイクロン分離器を示す部分断面
斜視図である。

【符号の説明】

１吸込管２サイクロン本体２ａ旋回部２ｂ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６仕切固定板（仕切部材）２１蓋２１ａ貫通孔２２傾斜面２３吸込口３１開口部３２フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２４Ｆ 7/06 １０１Ｆ２４Ｆ 7/06 １０１Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塵を含む気体を吸い込む吸込管と、内側壁と一定の間隙を有して配設された仕切部材によっ
て、前記気体が内側壁に沿って旋回する旋回部と、気体
から塵を分離し集積する集積部とに区分されたサイクロ
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、前記旋回部の上面内側に前記気体を旋回下降させるため
の傾斜面を設けたことを特徴とするサイクロン分離器。
【請求項２】前記傾斜面が螺旋状である請求項１記載
のサイクロン分離器。
【請求項３】前記傾斜面の傾斜角度が４〜８°の範囲
である請求項１又は２記載のサイクロン分離器。
【請求項４】請求項１〜３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。
【請求項５】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４の家庭用電気機器。
【請求項６】請求項１〜３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。