JP2004188374A - トリプルサイクロン式分離器とこれを用いた室内冷暖房装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】室内を完全に換気するために外気を新鮮空気として効率的に導入すると共に、人間の生活空間のみを快適温度に保持し、設備コスト低減と省電力化を図るトリプルサイクロン式分離器及びこれを用いた室内冷暖房装置を提供する。
【解決手段】トリプルサイクロン式分離器１はサイクロン管を用いた第１段サイクロン式分離器３とこれから排出された空気を更に新鮮空気にするデュアルサイクロン式の第２段サイクロン式分離器４からなり、外気の導入も複数箇所の導入部により行い、効率的なサイクロン運動をするものからなる。この新鮮空気により室３１は略外気温度に完全換気されると共に人間の生活空間（Ａ）に設けたヒートポンプ３５により室３１の空間（Ａ）のみを快適温度にする。これにより省電力化と設備コストの低減が図れる。
【選択図】 図４
【解決手段】トリプルサイクロン式分離器１はサイクロン管を用いた第１段サイクロン式分離器３とこれから排出された空気を更に新鮮空気にするデュアルサイクロン式の第２段サイクロン式分離器４からなり、外気の導入も複数箇所の導入部により行い、効率的なサイクロン運動をするものからなる。この新鮮空気により室３１は略外気温度に完全換気されると共に人間の生活空間（Ａ）に設けたヒートポンプ３５により室３１の空間（Ａ）のみを快適温度にする。これにより省電力化と設備コストの低減が図れる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の熱負荷の発生している室内を快適な室温のクリーンルームにするための分離器及びこれを用いた室内冷暖房装置に係り、特にコンパクトにまとめられると共に新鮮空気を導入できるトリプルサイクロン式分離器とこれを用いた室内冷暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に建物内の室内には種々の熱負荷（冷却負荷）が発生している。例えば、熱負荷としては種々の熱発生源から伝わる熱、外気側からの侵入熱、居住者等から発生する熱、換気熱、動力や電灯等からの発生熱、室内に出入する各種物体からの熱等色々のものが挙げられる。従って、建物の室内は外気と比較して高温度になる場合が多い。また、人間にとっての快適生活温度としては約２３℃程度の温度が挙げられるが、室内を常時この温度に保持することは何等かの換気装置や冷暖房装置によらなければ一般に困難である。
【０００３】
図６に示すように、室３１内の空間を仮りに人間が生活する下部側の空間（Ａで示す）とこの空間の上方側の空間（Ｂで示す）の２つに分割した場合、空間（Ｂ）の方が一般に空間（Ａ）よりも温度が高い。然し乍ら、室３１内を快適にするにはとにかく室内空間全体を常に換気してまず外温と等しくし、更にこれを快適温にすることが必要である。一般に、室３１を換気する手段として建物には外気導入口３８と排気口３３とが設けられて、外気は外気導入口３８から侵入し、室内空気を排気口３３から追い出す。この場合、室内空気を全部追い出すことができれば室３１の換気は一応行われる。然し乍ら、外気は異物や有害物が一般に混入しているためこれを除去するため外気導入口３８にはフィルタ３９が設けられているのが一般である。然し乍ら、フィルタ３９は平面体からなり、室３１内は立体からなるため、外気による室３１内の換気はフィルタ３９の閉塞等により清浄に保つことは難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、図７に示すように、外気導入口３８側には多量の空気を導入し得るサイクロン式分離器が一般に採用される。このサイクロン式分離器としては各種のものがあるが、例えば、特開平１０−１９２７３９号公報に示されるものが一般である。このものは図７に示したサイクロン式分離器１ａのような構造からなり、その空気導入部４１は図８に示すようにサイクロン式分離器の本体４０に対して１箇所の接線方向から導入される形式のものが殆どである。
【０００５】
以上の構造のサイクロン式分離器１ａ等の場合にはサイクロン式分離器１ａ内に導入された空気が種々の抵抗を受け減圧され、この状態でテーパ状の前記本体４０内で渦流を発生せしめて空気と異物等との分離を行うものである。このため、従来のサイクロン式分離器１ａでは空気中の異物や有害物の分離除去の効率が悪く、微小粒の除去が不十分となり、この除去のために複数個のフィルタが必要となる。このため、前記フィルタが目詰まりし、時々交換や目詰まり除去作業をする必要があり、極めて非効率的のものとなる。
【０００６】
一方、前記のように、室３１内は外気により完全に換気され、かつクリーンルームに保持されることは必要であるが、室３１の空間としては人間の生活する空間（Ａ）が適温であればよく、発生熱が上昇して溜存している空間（Ｂ）については外気との換気ができればよく、快適温度にする必要はない。然し乍ら、従来の技術では空間（Ａ）及び空間（Ｂ）のすべてを快適温度にする容量を有する冷暖房装置が採用され、特に多くの冷房消費電力が必要となっていた。
【０００７】
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、空間の空気を完全に換気し、かつ空間をクリーンルームとして保持し得ると共に、主に人間の生活する空間のみを快適温度に保持して消費電力を節約し、効率的な冷暖房を行うようにしたトリプルサイクロン式分離器とこれを用いた冷暖房装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、室内に外気をクリーンエアとして取り入れるための分離器であって、該分離器は、第１段と第２段の２段式のサイクロン式分離器からなり、第１段サイクロン式分離器が、第２段式サイクロン式分離器の負圧側と大気圧力との間に介設される形態のものからなることを特徴とする。負圧を用いることにより回転機が不要となり設備コストの低減が図れる。また、２段式により大粒子と微細粒子の分離が確実に行われる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、種々の熱負荷の発生している室内に新鮮外気を導入するための分離器であって、該分離器は、中空外筒と、該外筒内に配置される第１段サイクロン式分離器及び該分離器の真空出口側に連通して配置される第２段サイクロン式分離器とを有し、前記中空外筒には、前記第１段サイクロン式分離器に外気を導入する導入口と、これに連設するフィルタと、前記第２段サイクロン式分離器の出口側に連通する吹出口とが設けられ、前記第１段サイクロン式分離器は、その外気導入部が円周方向に等分された複数箇所の接線方向の導入部を形成するものからなり、前記第２段サイクロン式分離器は、外部サイクロン部と内部サイクロン部とからなるデュアルサイクロン構造からなり、外気の微粒子，塵埃等を排除する構造のものからなることを特徴とする。外気は第１段サイクロン式分離器により空気と異物等を分離されて清浄化されるが、この場合、第１段サイクロン式分離器の空気導入部が複数箇所に分かれているため従来のものに較べて減圧作用が大幅に低減し、効率的なサイクロン分離ができる。このため、フィルタの数が大幅に低減できる。第１段サイクロン式分離器により大粒子を除去されて清浄化された空気はこれに連通する第２段サイクロン式分離器の外部サイクロン部で更に空気と微粒子との分離を行い、更に、その内部サイクロン部で微細粒子を分離し、新鮮な空気とする。この新鮮な空気が室内空間に導入され、かつ空気量も多量に導入できるため、室内の空気は外気により完全に換気される。これにより効果的な換気が行われ、空間のクリーン化が実現できる。
【００１０】
また、請求項３の発明は、種々の熱負荷の発生している室内を所定の温度に冷暖房すると共に外気内の有害物等を除去してクリーンルームを形成するための室内冷暖房装置であって、該装置は、前記室の外気導入側に配置される請求項２に記載のトリプルサイクロン式分離器と、該トリプルサイクロン式分離器の空気導入部と相対向して配置され前記室内の空気を排気すべく前記室に開口形成される排気部と、前記室の下方側の人間生活空間内に配置されるヒートポンプとを有するものからなり、前記トリプルサイクロン式分離器は、外気温度に略等しい温度の新鮮空気を室内に導入し室内の既存在空気と入れ換る送風量を有するものからなり、前記ヒートポンプは人間生活空間内で生活する人間の快適室温と導入された新鮮空気の温度との温度差分だけの冷暖房を行う容量のものからなることを特徴とする。室内の空間はトリプルサイクロン式分離器により換気され排気部から排出され、室内は外気と略同温度になるが、外気温度が人間が快適生活できる温度に一致することは少ない。そのため、快適温度に室内をする必要があるが、本発明の場合は室の全体を快適温度にするものではなく、人間が生活する空間のみを快適温度にするようにしている。これにより冷暖房装置の小型化が図れ、かつ省電力を果たすことができる。即ち、快適の温度より高い発生熱は外気のクリーンエアで排除し、冷房負荷として見込まないものになる。
【００１１】
また、本発明の請求項４の発明は、前記室に配置されたトリプルサイクロン式分離器と前記室内側とは、ヒートパイプ式熱交換器により連結されることを特徴とする。トリプルサイクロン式分離器によって室内の導入される空気は、このトリプルサイクロン式分離器と室内との間に設けられたヒートパイプ式熱交換器により熱交換された状態で室内に導入される。よって、例えば、外気温度が低く、室内温度が高い場合にはトリプルサイクロン式分離器から室内に導入される導入空気の温度は高温度になり、この分だけ室内に設けたヒートポンプ式熱交換器による冷暖房度を低減させることができる。これにより、更に大きな省電力化が可能となる。即ち、快適の温度より高い発生熱は外気のクリーンエアで排除し、冷房負荷として見込まれないものになる。
【００１２】
また、請求項５の発明は、前記トリプルサイクロン式分離器による空気導入により室内空気が排除される排出側に排熱回収ヒートポンプを設けることを特徴とする。以上により、排熱が有効利用でき冷房負荷の低減が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトリプルサイクロン式分離器とこれを用いた室内冷暖房装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１は本発明に係るトリプルサイクロン式分離器の全体構造を示す断面図である。トリプルサイクロン式分離器１は、大別して土台５上に立設する中空外筒２と、中空外筒２内に配置される第１段サイクロン式分離器３と、これに連設して中空外筒２の上方側に収納されて配置される第２段サイクロン式分離器４等とからなる。
【００１４】
中空外筒２は中間部に外気の導入される導入口６と、頂部に形成される吹出口７を開口形成する筒体からなる。なお、中空外筒２の外面の第２段サイクロン式分離器４の配置されている近傍にはこの交換やメンテナンスを行うために必要な取外し蓋８が着脱可能に装着されている。
【００１５】
第１段サイクロン式分離器３は、従来から採用されているサイクロン式分離器に近似する形状のものからなり、外気の導入される外気導入部９とこの下方に連結されて下方に向かって縮径するテーパ管１０と外気導入部９の上部に形成されている排出部１１等を有するものからなる。また、テーパ管１０の下端には分離された異物や有害物（以下、ダストという）を排出するための開閉弁１２が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、この第１段サイクロン式分離器３の外気導入部９は複数箇所（図示では４箇所）の導入部１４を形成するものからなり、この導入部１４は夫々円周方向に沿って等分の位置に形成される。この導入部１４に連通する導入路１５は図示のように円周に略沿ってカーブして形成され、その先端はテーパ管１０に連通する噴出口１６が形成される。なお、導入部１４と導入路１５との間は外気導入案内板１３により仕切られている。また、導入部１４内には異物除去用のメッシュ金網１７が設けられている。以上の構造により、外気導入部９の夫々の導入部１４から導入された外気はメッシュ金網１７により異物を除去された後、導入路１５を通り噴出口１６からテーパ管１０内に噴出される。１ヶ所だけでなく、均等４ヶ所の噴出口１６により、従来のサイクロン式分離器のように１ヶ所の圧力減衰がなくなり効率的なサイクロン運動がテーパ管１０内で発生する。一方、テーパ管１０は前記のように下部に向かって縮径するテーパ部材からなり、この内部でサイクロン運動を行う形態のものからなる。次に説明する第２段式サイクロン分離器４は回転体分離器を備えているが、この第１段式サイクロン式分離器３は第２段式サイクロン式分離器４の負圧側と外気圧力との差により作動し回転重力体を使用しないことが特徴である。
【００１７】
次に、図１及び図３により第２段サイクロン式分離器の構造を説明する。図１に示すように第２段サイクロン式分離器４は第１段サイクロン式分離器３の上部に左右対象に配置され内側に向かって傾斜して配置される一対のものからなる。また、図１に示すようにその空気取入口１８，１８は第１段サイクロン式分離器３の排出部１１に連通して配置される。図３に示すように第２段サイクロン式分離器４は、ケース本体１９と、この内部に収納されている外部サイクロン部２０と、更にこの内部に収納されている内部サイクロン部２１等とから構成される。
【００１８】
ケース本体１９は中空筒体からなり、上部に排出口２２が開口形成され下部には開閉弁２３が設けられている。一方、外部サイクロン部２０は上筒２４とこれに上端側を挿入し下方に向かってテーパ状に末広がりするラッパ管状筒体２５とからなる。また、上筒２４には細目のフィルタ２６が設けられている。内部サイクロン部２１は上方に向かって縮径するテーパ状筒管２７からなり上方の開口部は排出口２２に連通する。
【００１９】
以上の構造の第２段サイクロン式分離器４の空気取入口１８から空気がケース本体１９内に導入されると、空気は外部サイクロン部２０のまわりを巻回しながら微細ゴミの内の比較的大きなゴミ２８を除去する。このゴミ２８はラッパ管状筒体２５の外面に沿って下降し、開閉弁２３側に溜り、開閉弁２３の開口により除去される。一方、外部サイクロン部２０のフィルタ２６を通過した空気は渦流状に巻回し、テーパ状筒管２７内にサイクロン運動を行い細かい粒子２９を下方に押し出し、清浄化された空気を上方側に送る。この清浄化された空気は排出口２２から排出される。一方、粒子２９はテーパ状筒管２７の下方に溜り、開閉弁２３の開放により排出される。本機構は強力サイクロン型掃除器の構造であって販用品を数基挿入したものであるがその他のサイクロン方式の単体であってもよい。但し、９９．９９９％程度の除塵率があることが必要要件である。
【００２０】
次に、トリプルサイクロン式分離器１の作用を説明する。中空外筒２の導入口６から導入された外気（空気）はメッシュ金網１７により昆虫やゴミを除去され、第１段サイクロン式分離器３の外気導入部９の４箇所の導入部１４から内部に入り、導入路１５を通り、噴出口１６からテーパ管１０内に噴出されてサイクロン運動される。これによりダストや塵埃等が更に除去され比較的清浄化された空気は上部の排出部１１から噴出する。一方、除去されたダストや塵埃等はテーパ管１０の下方に溜り、開閉弁１２の開口により除去される。
【００２１】
排出部１１から噴出された比較的清浄化された空気は夫々の第２段サイクロン式分離器４，４の空気取入口１８，１８からそのケース本体１９内に入り、外部サイクロン部２０及び内部サイクロン部２１によりゴミ２８や粒子２９を除去され、清浄化された空気はサイクロン運動しながら上方に進み排出口２２から吹出口７の方向に進み、この吹出口７に連結される空気取入管３０（図４）から吹出される。
【００２２】
次に、図４等により以上の構造のトリプルサイクロン式分離器１を用いた室内冷暖房装置１００について説明する。熱負荷の発生している建物３２の室３１は前記のように人間の生活している空間（Ａ）とその上方の空間（Ｂ）に分けられる。熱負荷による熱は上昇し空間（Ｂ）側に溜る。トリプルサイクロン式分離器１は室３１の外部の一側面の近傍に立設して設置され、その吹出口７に連結する新鮮空気取入管３０は室３１内に挿入される。なお、新鮮空気取入管３０は本実施の形態の場合は水平方向に沿って配管され、空間（Ｂ）内に挿入される。一方、この新鮮空気取入管３０と略相対向する位置における室３１の他側面には排気口３３が開口形成される。なお、この排気口３３内には排気用のファン３４があってもよい。また、人間等の生活する空間（Ａ）にはヒートポンプ３５が設けられている。ヒートポンプ３５は、例えば、その出口３６から冷風を空間（Ａ）内に放出し空間（Ａ）と熱交換した後、入口３７から冷風の戻りをヒートポンプ３５内に導入する構造からなる。以上により、トリプルサイクロン式分離器１の排気容量を室３１全体を換気し得るものにすることにより、室３１内は略外気温と等しいものになり、トリプルサイクロン式分離器１から送気された新鮮空気により室３１内の空気は排気口３３から外気側に排出される。
【００２３】
季節が夏の場合、建物３２外の外気温度は、例えば、３５℃位になる。よって、この外気を室３１内に導入すると、空気そのものは新鮮であるが室３１内の温度は３５℃に近いものとなる。人間の生活していない空間（Ｂ）の部分は仮りに３５℃になっても新鮮空気によって満たされている場合は特に問題はないが、空間（Ａ）が３５℃では快適空間とは言えない。快適空間の温度は２３℃位のため、快適空間を作るには３５℃−２３℃＝１２℃だけ温度を下げればよい。よってヒートポンプ３５は１２℃だけの熱交換作用をすればよく、従来のように空間（Ｂ），（Ａ）の双方を２３℃に保持する場合に比較して小容量のものでよく、設備コストの低減や省電力の効果が上げられる。室の発生熱はサイクロン外部空気により排除し冷凍機の負荷としては考えないため冷凍機の負荷は小さくてよい。
【００２４】
一方、冬季においては外気温度が仮りに５℃位とすると、トリプルサイクロン式分離器１から室３１内に導入される新鮮空気の温度が略５℃となる。この場合、空間（Ａ）は２３℃−５℃＝１８℃だけ空間（Ａ）を加温する容量のヒートポンプ３５が必要になるだけである。以上のように本発明によれば、クリーンな空気が室３１内に送られ、完全な換気が行われてクリーンルームが形成されると共に、設備コストの低減と大幅な省電力化を果たすことができる。また、室内に発生熱があれば加温に利用する。また、発生熱を利用する排気熱を熱源とするヒートポンプを空気排気部に設け利用する。まお、図４は排熱回収ヒートポンプ４５を設けた例を示す。
【００２５】
次に、本発明のトリプルサイクロン式分離器１を用いた室内冷暖房装置１００ａについて図５により説明する。この場合は、図示のようにトリプルサイクロン式分離器１の吹出口７に連結される新鮮空気取入管３０は室３１内に水平に長く延びてその途中に下向きの出口４２を形成すると共にヒートパイプ熱交換機４３が連結される。ヒートパイプ熱交換機４３には室３１の空間（Ｂ）側に連通するダクト４４が連結する。このダクト４４は空間（Ｂ）側に連通する入口４５と大気側に連通する出口４６を形成するものからなる。なお、入口４５にはフィルタ４７が設けられている。以上のヒートパイプ熱交換機４３を採用することにより室３１内の熱を利用することができ、トリプルサイクロン式分離器１から室３１内に導入される新鮮空気が特別の熱供給なしに加温され、特に冬季における空間（Ａ）内のヒートポンプ３５の省電力化を図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１のトリプルサイクロン式分離器によれば、サイクロン分離器を２段式に組み込み、１段は外気と負圧を利用したサイクロン式分離器とし稼動動力なしのものとしたため経済性を向上させると共に効率を高める効果を上げることができる。
２）本発明の請求項２のトリプルサイクロン式分離器によれば、外気は第１段サイクロン式分離器により効率的にダストのサイクロン分離が行われ、清浄化空気が排出されると共に第２段サイクロン式分離器にデュアルサイクロン式分離器を用いることにより、微粒のダクト等が略完全に除去され、新鮮空気を室内に導入することができ、多量な新鮮空気の導入により室内の完全換気が行われる。
３）本発明の請求項３のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置によれば、室内はトリプルサイクロン式分離器により略外気温度に換気されると共に、人間等の生活空間の空間（Ａ）に設置するヒートポンプを外気温度と生活快適温度との差だけ冷暖房するようにしているため、ヒートポンプの小容量化によるコストの低減と省電力化を大幅に図ることができる。また、新鮮空気の室内導入によりクリーンルームを形成することができる。
４）本発明の請求項４のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置によれば、ヒートパイプ式熱交換機をトリプルサイクロン式分離器に係合せしめることにより、特に冬季における室内温度の上昇が図れ、空間（Ａ）におけるヒートパイプの低容量化と省電力化が図れる。
５）本発明の請求項５のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷房装置によれば、室内空気の排出熱を熱源とするヒートポンプにより熱を回収する装置となり、これにより省エネルギ化が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトリプルサイクロン式分離器の全体構造を示す断面図。
【図２】図１のトリプルサイクロン式分離器のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明のトリプルサイクロン式分離器に用いられている第２段サイクロン式分離器の詳細構造とその作用を説明するための断面図。
【図４】本発明のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置の構造を示す模式的構成図。
【図５】本発明のトリプルサイクロン式分離器とこれに係合するヒートパイプ熱交換機を用いた室内冷暖房装置を示す模式的構成図。
【図６】従来の一般の室内冷暖房装置を示す模式的構成図。
【図７】従来のサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置を示す模式的構成図。
【図８】従来のサイクロン式分離器の空気導入部の構造を示す模式的断面図。
【符号の説明】
１ トリプルサイクロン式分離器
２ 中空外筒
３ 第１段サイクロン式分離器
４ 第２段サイクロン式分離器
５ 土台
６ 導入口
７ 吹出口
８ 取外し蓋
９ 外気導入部
１０ テーパ管
１１ 排出部
１２ 開閉弁
１３ 外気導入案内板
１４ 導入部
１５ 導入路
１６ 噴出口
１７ メッシュ金網
１８ 空気取入口
１９ ケース本体
２０ 外部サイクロン部
２１ 内部サイクロン部
２２ 排出口
２３ 開閉弁
２４ 上筒
２５ ラッパ管状筒体
２６ フィルタ
２７ テーパ状筒管
２８ ゴミ
２９ 粒子
３０ 新鮮空気取入管
３１ 室
３２ 建物
３３ 排気口
３４ ファン
３５ ヒートポンプ
３６ 出口
３７ 入口
４２ 出口
４３ ヒートパイプ熱交換機
４４ ダクト
４５ 入口
４６ 出口
４７ フィルタ
４８ 排熱回収ヒートポンプ
１００ 室内冷暖房装置
１００ａ 室内冷暖房装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の熱負荷の発生している室内を快適な室温のクリーンルームにするための分離器及びこれを用いた室内冷暖房装置に係り、特にコンパクトにまとめられると共に新鮮空気を導入できるトリプルサイクロン式分離器とこれを用いた室内冷暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に建物内の室内には種々の熱負荷（冷却負荷）が発生している。例えば、熱負荷としては種々の熱発生源から伝わる熱、外気側からの侵入熱、居住者等から発生する熱、換気熱、動力や電灯等からの発生熱、室内に出入する各種物体からの熱等色々のものが挙げられる。従って、建物の室内は外気と比較して高温度になる場合が多い。また、人間にとっての快適生活温度としては約２３℃程度の温度が挙げられるが、室内を常時この温度に保持することは何等かの換気装置や冷暖房装置によらなければ一般に困難である。
【０００３】
図６に示すように、室３１内の空間を仮りに人間が生活する下部側の空間（Ａで示す）とこの空間の上方側の空間（Ｂで示す）の２つに分割した場合、空間（Ｂ）の方が一般に空間（Ａ）よりも温度が高い。然し乍ら、室３１内を快適にするにはとにかく室内空間全体を常に換気してまず外温と等しくし、更にこれを快適温にすることが必要である。一般に、室３１を換気する手段として建物には外気導入口３８と排気口３３とが設けられて、外気は外気導入口３８から侵入し、室内空気を排気口３３から追い出す。この場合、室内空気を全部追い出すことができれば室３１の換気は一応行われる。然し乍ら、外気は異物や有害物が一般に混入しているためこれを除去するため外気導入口３８にはフィルタ３９が設けられているのが一般である。然し乍ら、フィルタ３９は平面体からなり、室３１内は立体からなるため、外気による室３１内の換気はフィルタ３９の閉塞等により清浄に保つことは難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、図７に示すように、外気導入口３８側には多量の空気を導入し得るサイクロン式分離器が一般に採用される。このサイクロン式分離器としては各種のものがあるが、例えば、特開平１０−１９２７３９号公報に示されるものが一般である。このものは図７に示したサイクロン式分離器１ａのような構造からなり、その空気導入部４１は図８に示すようにサイクロン式分離器の本体４０に対して１箇所の接線方向から導入される形式のものが殆どである。
【０００５】
以上の構造のサイクロン式分離器１ａ等の場合にはサイクロン式分離器１ａ内に導入された空気が種々の抵抗を受け減圧され、この状態でテーパ状の前記本体４０内で渦流を発生せしめて空気と異物等との分離を行うものである。このため、従来のサイクロン式分離器１ａでは空気中の異物や有害物の分離除去の効率が悪く、微小粒の除去が不十分となり、この除去のために複数個のフィルタが必要となる。このため、前記フィルタが目詰まりし、時々交換や目詰まり除去作業をする必要があり、極めて非効率的のものとなる。
【０００６】
一方、前記のように、室３１内は外気により完全に換気され、かつクリーンルームに保持されることは必要であるが、室３１の空間としては人間の生活する空間（Ａ）が適温であればよく、発生熱が上昇して溜存している空間（Ｂ）については外気との換気ができればよく、快適温度にする必要はない。然し乍ら、従来の技術では空間（Ａ）及び空間（Ｂ）のすべてを快適温度にする容量を有する冷暖房装置が採用され、特に多くの冷房消費電力が必要となっていた。
【０００７】
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、空間の空気を完全に換気し、かつ空間をクリーンルームとして保持し得ると共に、主に人間の生活する空間のみを快適温度に保持して消費電力を節約し、効率的な冷暖房を行うようにしたトリプルサイクロン式分離器とこれを用いた冷暖房装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、室内に外気をクリーンエアとして取り入れるための分離器であって、該分離器は、第１段と第２段の２段式のサイクロン式分離器からなり、第１段サイクロン式分離器が、第２段式サイクロン式分離器の負圧側と大気圧力との間に介設される形態のものからなることを特徴とする。負圧を用いることにより回転機が不要となり設備コストの低減が図れる。また、２段式により大粒子と微細粒子の分離が確実に行われる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、種々の熱負荷の発生している室内に新鮮外気を導入するための分離器であって、該分離器は、中空外筒と、該外筒内に配置される第１段サイクロン式分離器及び該分離器の真空出口側に連通して配置される第２段サイクロン式分離器とを有し、前記中空外筒には、前記第１段サイクロン式分離器に外気を導入する導入口と、これに連設するフィルタと、前記第２段サイクロン式分離器の出口側に連通する吹出口とが設けられ、前記第１段サイクロン式分離器は、その外気導入部が円周方向に等分された複数箇所の接線方向の導入部を形成するものからなり、前記第２段サイクロン式分離器は、外部サイクロン部と内部サイクロン部とからなるデュアルサイクロン構造からなり、外気の微粒子，塵埃等を排除する構造のものからなることを特徴とする。外気は第１段サイクロン式分離器により空気と異物等を分離されて清浄化されるが、この場合、第１段サイクロン式分離器の空気導入部が複数箇所に分かれているため従来のものに較べて減圧作用が大幅に低減し、効率的なサイクロン分離ができる。このため、フィルタの数が大幅に低減できる。第１段サイクロン式分離器により大粒子を除去されて清浄化された空気はこれに連通する第２段サイクロン式分離器の外部サイクロン部で更に空気と微粒子との分離を行い、更に、その内部サイクロン部で微細粒子を分離し、新鮮な空気とする。この新鮮な空気が室内空間に導入され、かつ空気量も多量に導入できるため、室内の空気は外気により完全に換気される。これにより効果的な換気が行われ、空間のクリーン化が実現できる。
【００１０】
また、請求項３の発明は、種々の熱負荷の発生している室内を所定の温度に冷暖房すると共に外気内の有害物等を除去してクリーンルームを形成するための室内冷暖房装置であって、該装置は、前記室の外気導入側に配置される請求項２に記載のトリプルサイクロン式分離器と、該トリプルサイクロン式分離器の空気導入部と相対向して配置され前記室内の空気を排気すべく前記室に開口形成される排気部と、前記室の下方側の人間生活空間内に配置されるヒートポンプとを有するものからなり、前記トリプルサイクロン式分離器は、外気温度に略等しい温度の新鮮空気を室内に導入し室内の既存在空気と入れ換る送風量を有するものからなり、前記ヒートポンプは人間生活空間内で生活する人間の快適室温と導入された新鮮空気の温度との温度差分だけの冷暖房を行う容量のものからなることを特徴とする。室内の空間はトリプルサイクロン式分離器により換気され排気部から排出され、室内は外気と略同温度になるが、外気温度が人間が快適生活できる温度に一致することは少ない。そのため、快適温度に室内をする必要があるが、本発明の場合は室の全体を快適温度にするものではなく、人間が生活する空間のみを快適温度にするようにしている。これにより冷暖房装置の小型化が図れ、かつ省電力を果たすことができる。即ち、快適の温度より高い発生熱は外気のクリーンエアで排除し、冷房負荷として見込まないものになる。
【００１１】
また、本発明の請求項４の発明は、前記室に配置されたトリプルサイクロン式分離器と前記室内側とは、ヒートパイプ式熱交換器により連結されることを特徴とする。トリプルサイクロン式分離器によって室内の導入される空気は、このトリプルサイクロン式分離器と室内との間に設けられたヒートパイプ式熱交換器により熱交換された状態で室内に導入される。よって、例えば、外気温度が低く、室内温度が高い場合にはトリプルサイクロン式分離器から室内に導入される導入空気の温度は高温度になり、この分だけ室内に設けたヒートポンプ式熱交換器による冷暖房度を低減させることができる。これにより、更に大きな省電力化が可能となる。即ち、快適の温度より高い発生熱は外気のクリーンエアで排除し、冷房負荷として見込まれないものになる。
【００１２】
また、請求項５の発明は、前記トリプルサイクロン式分離器による空気導入により室内空気が排除される排出側に排熱回収ヒートポンプを設けることを特徴とする。以上により、排熱が有効利用でき冷房負荷の低減が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトリプルサイクロン式分離器とこれを用いた室内冷暖房装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１は本発明に係るトリプルサイクロン式分離器の全体構造を示す断面図である。トリプルサイクロン式分離器１は、大別して土台５上に立設する中空外筒２と、中空外筒２内に配置される第１段サイクロン式分離器３と、これに連設して中空外筒２の上方側に収納されて配置される第２段サイクロン式分離器４等とからなる。
【００１４】
中空外筒２は中間部に外気の導入される導入口６と、頂部に形成される吹出口７を開口形成する筒体からなる。なお、中空外筒２の外面の第２段サイクロン式分離器４の配置されている近傍にはこの交換やメンテナンスを行うために必要な取外し蓋８が着脱可能に装着されている。
【００１５】
第１段サイクロン式分離器３は、従来から採用されているサイクロン式分離器に近似する形状のものからなり、外気の導入される外気導入部９とこの下方に連結されて下方に向かって縮径するテーパ管１０と外気導入部９の上部に形成されている排出部１１等を有するものからなる。また、テーパ管１０の下端には分離された異物や有害物（以下、ダストという）を排出するための開閉弁１２が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、この第１段サイクロン式分離器３の外気導入部９は複数箇所（図示では４箇所）の導入部１４を形成するものからなり、この導入部１４は夫々円周方向に沿って等分の位置に形成される。この導入部１４に連通する導入路１５は図示のように円周に略沿ってカーブして形成され、その先端はテーパ管１０に連通する噴出口１６が形成される。なお、導入部１４と導入路１５との間は外気導入案内板１３により仕切られている。また、導入部１４内には異物除去用のメッシュ金網１７が設けられている。以上の構造により、外気導入部９の夫々の導入部１４から導入された外気はメッシュ金網１７により異物を除去された後、導入路１５を通り噴出口１６からテーパ管１０内に噴出される。１ヶ所だけでなく、均等４ヶ所の噴出口１６により、従来のサイクロン式分離器のように１ヶ所の圧力減衰がなくなり効率的なサイクロン運動がテーパ管１０内で発生する。一方、テーパ管１０は前記のように下部に向かって縮径するテーパ部材からなり、この内部でサイクロン運動を行う形態のものからなる。次に説明する第２段式サイクロン分離器４は回転体分離器を備えているが、この第１段式サイクロン式分離器３は第２段式サイクロン式分離器４の負圧側と外気圧力との差により作動し回転重力体を使用しないことが特徴である。
【００１７】
次に、図１及び図３により第２段サイクロン式分離器の構造を説明する。図１に示すように第２段サイクロン式分離器４は第１段サイクロン式分離器３の上部に左右対象に配置され内側に向かって傾斜して配置される一対のものからなる。また、図１に示すようにその空気取入口１８，１８は第１段サイクロン式分離器３の排出部１１に連通して配置される。図３に示すように第２段サイクロン式分離器４は、ケース本体１９と、この内部に収納されている外部サイクロン部２０と、更にこの内部に収納されている内部サイクロン部２１等とから構成される。
【００１８】
ケース本体１９は中空筒体からなり、上部に排出口２２が開口形成され下部には開閉弁２３が設けられている。一方、外部サイクロン部２０は上筒２４とこれに上端側を挿入し下方に向かってテーパ状に末広がりするラッパ管状筒体２５とからなる。また、上筒２４には細目のフィルタ２６が設けられている。内部サイクロン部２１は上方に向かって縮径するテーパ状筒管２７からなり上方の開口部は排出口２２に連通する。
【００１９】
以上の構造の第２段サイクロン式分離器４の空気取入口１８から空気がケース本体１９内に導入されると、空気は外部サイクロン部２０のまわりを巻回しながら微細ゴミの内の比較的大きなゴミ２８を除去する。このゴミ２８はラッパ管状筒体２５の外面に沿って下降し、開閉弁２３側に溜り、開閉弁２３の開口により除去される。一方、外部サイクロン部２０のフィルタ２６を通過した空気は渦流状に巻回し、テーパ状筒管２７内にサイクロン運動を行い細かい粒子２９を下方に押し出し、清浄化された空気を上方側に送る。この清浄化された空気は排出口２２から排出される。一方、粒子２９はテーパ状筒管２７の下方に溜り、開閉弁２３の開放により排出される。本機構は強力サイクロン型掃除器の構造であって販用品を数基挿入したものであるがその他のサイクロン方式の単体であってもよい。但し、９９．９９９％程度の除塵率があることが必要要件である。
【００２０】
次に、トリプルサイクロン式分離器１の作用を説明する。中空外筒２の導入口６から導入された外気（空気）はメッシュ金網１７により昆虫やゴミを除去され、第１段サイクロン式分離器３の外気導入部９の４箇所の導入部１４から内部に入り、導入路１５を通り、噴出口１６からテーパ管１０内に噴出されてサイクロン運動される。これによりダストや塵埃等が更に除去され比較的清浄化された空気は上部の排出部１１から噴出する。一方、除去されたダストや塵埃等はテーパ管１０の下方に溜り、開閉弁１２の開口により除去される。
【００２１】
排出部１１から噴出された比較的清浄化された空気は夫々の第２段サイクロン式分離器４，４の空気取入口１８，１８からそのケース本体１９内に入り、外部サイクロン部２０及び内部サイクロン部２１によりゴミ２８や粒子２９を除去され、清浄化された空気はサイクロン運動しながら上方に進み排出口２２から吹出口７の方向に進み、この吹出口７に連結される空気取入管３０（図４）から吹出される。
【００２２】
次に、図４等により以上の構造のトリプルサイクロン式分離器１を用いた室内冷暖房装置１００について説明する。熱負荷の発生している建物３２の室３１は前記のように人間の生活している空間（Ａ）とその上方の空間（Ｂ）に分けられる。熱負荷による熱は上昇し空間（Ｂ）側に溜る。トリプルサイクロン式分離器１は室３１の外部の一側面の近傍に立設して設置され、その吹出口７に連結する新鮮空気取入管３０は室３１内に挿入される。なお、新鮮空気取入管３０は本実施の形態の場合は水平方向に沿って配管され、空間（Ｂ）内に挿入される。一方、この新鮮空気取入管３０と略相対向する位置における室３１の他側面には排気口３３が開口形成される。なお、この排気口３３内には排気用のファン３４があってもよい。また、人間等の生活する空間（Ａ）にはヒートポンプ３５が設けられている。ヒートポンプ３５は、例えば、その出口３６から冷風を空間（Ａ）内に放出し空間（Ａ）と熱交換した後、入口３７から冷風の戻りをヒートポンプ３５内に導入する構造からなる。以上により、トリプルサイクロン式分離器１の排気容量を室３１全体を換気し得るものにすることにより、室３１内は略外気温と等しいものになり、トリプルサイクロン式分離器１から送気された新鮮空気により室３１内の空気は排気口３３から外気側に排出される。
【００２３】
季節が夏の場合、建物３２外の外気温度は、例えば、３５℃位になる。よって、この外気を室３１内に導入すると、空気そのものは新鮮であるが室３１内の温度は３５℃に近いものとなる。人間の生活していない空間（Ｂ）の部分は仮りに３５℃になっても新鮮空気によって満たされている場合は特に問題はないが、空間（Ａ）が３５℃では快適空間とは言えない。快適空間の温度は２３℃位のため、快適空間を作るには３５℃−２３℃＝１２℃だけ温度を下げればよい。よってヒートポンプ３５は１２℃だけの熱交換作用をすればよく、従来のように空間（Ｂ），（Ａ）の双方を２３℃に保持する場合に比較して小容量のものでよく、設備コストの低減や省電力の効果が上げられる。室の発生熱はサイクロン外部空気により排除し冷凍機の負荷としては考えないため冷凍機の負荷は小さくてよい。
【００２４】
一方、冬季においては外気温度が仮りに５℃位とすると、トリプルサイクロン式分離器１から室３１内に導入される新鮮空気の温度が略５℃となる。この場合、空間（Ａ）は２３℃−５℃＝１８℃だけ空間（Ａ）を加温する容量のヒートポンプ３５が必要になるだけである。以上のように本発明によれば、クリーンな空気が室３１内に送られ、完全な換気が行われてクリーンルームが形成されると共に、設備コストの低減と大幅な省電力化を果たすことができる。また、室内に発生熱があれば加温に利用する。また、発生熱を利用する排気熱を熱源とするヒートポンプを空気排気部に設け利用する。まお、図４は排熱回収ヒートポンプ４５を設けた例を示す。
【００２５】
次に、本発明のトリプルサイクロン式分離器１を用いた室内冷暖房装置１００ａについて図５により説明する。この場合は、図示のようにトリプルサイクロン式分離器１の吹出口７に連結される新鮮空気取入管３０は室３１内に水平に長く延びてその途中に下向きの出口４２を形成すると共にヒートパイプ熱交換機４３が連結される。ヒートパイプ熱交換機４３には室３１の空間（Ｂ）側に連通するダクト４４が連結する。このダクト４４は空間（Ｂ）側に連通する入口４５と大気側に連通する出口４６を形成するものからなる。なお、入口４５にはフィルタ４７が設けられている。以上のヒートパイプ熱交換機４３を採用することにより室３１内の熱を利用することができ、トリプルサイクロン式分離器１から室３１内に導入される新鮮空気が特別の熱供給なしに加温され、特に冬季における空間（Ａ）内のヒートポンプ３５の省電力化を図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１のトリプルサイクロン式分離器によれば、サイクロン分離器を２段式に組み込み、１段は外気と負圧を利用したサイクロン式分離器とし稼動動力なしのものとしたため経済性を向上させると共に効率を高める効果を上げることができる。
２）本発明の請求項２のトリプルサイクロン式分離器によれば、外気は第１段サイクロン式分離器により効率的にダストのサイクロン分離が行われ、清浄化空気が排出されると共に第２段サイクロン式分離器にデュアルサイクロン式分離器を用いることにより、微粒のダクト等が略完全に除去され、新鮮空気を室内に導入することができ、多量な新鮮空気の導入により室内の完全換気が行われる。
３）本発明の請求項３のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置によれば、室内はトリプルサイクロン式分離器により略外気温度に換気されると共に、人間等の生活空間の空間（Ａ）に設置するヒートポンプを外気温度と生活快適温度との差だけ冷暖房するようにしているため、ヒートポンプの小容量化によるコストの低減と省電力化を大幅に図ることができる。また、新鮮空気の室内導入によりクリーンルームを形成することができる。
４）本発明の請求項４のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置によれば、ヒートパイプ式熱交換機をトリプルサイクロン式分離器に係合せしめることにより、特に冬季における室内温度の上昇が図れ、空間（Ａ）におけるヒートパイプの低容量化と省電力化が図れる。
５）本発明の請求項５のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷房装置によれば、室内空気の排出熱を熱源とするヒートポンプにより熱を回収する装置となり、これにより省エネルギ化が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトリプルサイクロン式分離器の全体構造を示す断面図。
【図２】図１のトリプルサイクロン式分離器のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明のトリプルサイクロン式分離器に用いられている第２段サイクロン式分離器の詳細構造とその作用を説明するための断面図。
【図４】本発明のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置の構造を示す模式的構成図。
【図５】本発明のトリプルサイクロン式分離器とこれに係合するヒートパイプ熱交換機を用いた室内冷暖房装置を示す模式的構成図。
【図６】従来の一般の室内冷暖房装置を示す模式的構成図。
【図７】従来のサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置を示す模式的構成図。
【図８】従来のサイクロン式分離器の空気導入部の構造を示す模式的断面図。
【符号の説明】
１ トリプルサイクロン式分離器
２ 中空外筒
３ 第１段サイクロン式分離器
４ 第２段サイクロン式分離器
５ 土台
６ 導入口
７ 吹出口
８ 取外し蓋
９ 外気導入部
１０ テーパ管
１１ 排出部
１２ 開閉弁
１３ 外気導入案内板
１４ 導入部
１５ 導入路
１６ 噴出口
１７ メッシュ金網
１８ 空気取入口
１９ ケース本体
２０ 外部サイクロン部
２１ 内部サイクロン部
２２ 排出口
２３ 開閉弁
２４ 上筒
２５ ラッパ管状筒体
２６ フィルタ
２７ テーパ状筒管
２８ ゴミ
２９ 粒子
３０ 新鮮空気取入管
３１ 室
３２ 建物
３３ 排気口
３４ ファン
３５ ヒートポンプ
３６ 出口
３７ 入口
４２ 出口
４３ ヒートパイプ熱交換機
４４ ダクト
４５ 入口
４６ 出口
４７ フィルタ
４８ 排熱回収ヒートポンプ
１００ 室内冷暖房装置
１００ａ 室内冷暖房装置
Claims (5)
- 室内に外気をクリーンエアとして取り入れるための分離器であって、該分離器は、第１段と第２段の２段式のサイクロン式分離器からなり、第１段サイクロン式分離器が、第２段式サイクロン式分離器の負圧側と大気圧力との間に介設される形態のものからなることを特徴とするトリプルサイクロン式分離器。
- 種々の熱負荷の発生している室内に新鮮外気を導入するための分離器であって、該分離器は、中空外筒と、該外筒内に配置される第１段サイクロン式分離器及び該分離器の真空出口側に連通して配置される第２段サイクロン式分離器とを有し、前記中空外筒には、前記第１段サイクロン式分離器に外気を導入する導入口と、これに連設するフィルタと、前記第２段サイクロン式分離器の出口側に連通する吹出口とが設けられ、前記第１段サイクロン式分離器は、その外気導入部が円周方向に等分された複数箇所の接線方向の導入部を形成するものからなり、前記第２段サイクロン式分離器は、外部サイクロン部と内部サイクロン部とからなるデュアルサイクロン構造からなり、外気の微粒子，塵埃等を排除する構造のものからなることを特徴とするトリプルサイクロン式分離器。
- 種々の熱負荷の発生している室内を所定の温度に冷暖房すると共に外気内の有害物等を除去してクリーンルームを形成するための室内冷暖房装置であって、該装置は、前記室の外気導入側に配置される請求項１に記載のトリプルサイクロン式分離器と、該トリプルサイクロン式分離器の空気導入部と相対向して配置され前記室内の空気を排気すべく前記室に開口形成される排気部と、前記室の下方側の人間生活空間内に配置されるヒートポンプとを有するものからなり、前記トリプルサイクロン式分離器は、外気温度に略等しい温度の新鮮空気を室内に導入し室内の既存在空気と入れ換る送風量を有するものからなり、前記ヒートポンプは人間生活空間内で生活する人間の快適室温と導入された新鮮空気の温度との温度差分だけの冷暖房を行う容量のものからなることを特徴とするトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置。
- 前記室に配置されたトリプルサイクロン式分離器と前記室内側とは、ヒートパイプ式熱交換器により連結されることを特徴とする請求項２に記載のトリプルサイクロン式分離器を用いた室内冷暖房装置。
- 前記トリプルサイクロン式分離器による空気導入により室内空気が排除される排出側に排熱回収ヒートポンプを設けることを特徴とする請求項３又は４に記載のトリプルサイクロン分離器を用いた室内冷暖房装置。
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