JP2006167538A - 粉塵捕捉装置および粉塵捕捉方法 - Google Patents

粉塵捕捉装置および粉塵捕捉方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 捕捉液の劣化が少ない粉塵捕捉装置および粉塵捕捉方法の提供を課題とする。
【解決手段】 本発明において、第一コーナー31および第二コーナー32aによって粉塵を重さによって振り分け、その後、重い粉塵を独立した捕捉室40にて水を利用して捕捉している。さらに、捕捉に使用した水には、制菌部90上にて光触媒反応が及ぼされる。このようにすることにより、簡易な装置構成により粉塵を分離捕捉することができる。また、循環して使用される水の劣化を効果的に抑制することができる。さらに、独立した空間の捕捉室40においてのみ水を利用しているため、排気中の水分を低減することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、気体中に含まれる粉塵を同気体から分離して捕捉する粉塵捕捉装置および粉塵捕捉方法に関する。
従来、この種の粉塵捕捉方法として、霧化した水と粉塵を含む気流とを攪拌することにより、粉塵を水によって捕捉するものが知られている(例えば、特許文献1、参照。)。
かかる構成によれば、気流に含まれる粉塵が霧化された水とともに攪拌されるため、粉塵と水に吸着される可能性が高く効率の良い粉塵捕捉を行うことが可能であった。
特開2004−314017号公報
上述した従来の粉塵捕捉方法において、粉塵を含む気流全体が霧化された水とともに攪拌される。従って、粉塵の大きさにかかわらず、全ての粉塵が水によって捕捉されていた。しかしながら、必ずしも全ての大きさの粉塵が工程等の妨げとなるものではなく、粗大な粉塵のみが工程等の妨げになる場合も多かった。例えば、自動車の塗装工程において数ミクロンの粉塵が塗装品質上問題となる場合は少ない。すなわち、従来の粉塵捕捉装置においては、捕捉不要な大きさの粉塵までも捕捉されており、捕捉に使用する水を不要に劣化させているという問題があった。従って、捕捉に使用する水の劣化が著しく、再利用するにはスラッジを除去するような機構が必要とされていた。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、捕捉液の劣化が少ない粉塵捕捉装置および粉塵捕捉方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1にかかる発明では、気体中に含まれる粉塵を同気体から分離して捕捉する粉塵捕捉装置において、
上記気体に気流を生成させる送風手段と、上記送風手段にて生成された気流を第一コーナーにて湾曲させる第一分離手段と、上記第一分離手段における湾曲気流の下流かつ遠心位置に配置され、第二コーナーにて上記気流をさらに湾曲させる第二分離手段と、上記第二分離手段における湾曲気流の下流かつ遠心位置にて開口する略密閉空間である捕捉室の内部にて捕捉液を吐出する吐出手段とを具備する構成としてある。
上記のように構成した請求項1の発明において、送風手段は粉塵が含まれる気体に気流を生成する。気流を発生することができればよく、送風手段として種々の送風装置を適用することができる。第一分離手段は第一コーナーを具備し、この第一コーナーにおいて上記送風手段にて生成された気流を湾曲させる。すると、上記湾曲気流に含まれる粉塵のうち重いものが湾曲気流との摩擦に抗して、同湾曲気流の遠心位置にはじき出される。この第一分離手段における湾曲気流の下流かつ遠心位置には、さらに第二コーナーを有する第二分離手段が設けられる。同第二コーナーにおいても気流が湾曲させられ、同湾曲気流に含まれる粉塵のうちさらに重いものが同湾曲気流の遠心位置にはじき出される。
略密閉空間である捕捉室は、上記第二分離手段における湾曲気流の下流かつ遠心位置にて開口する。従って、上記第二分離手段によって湾曲気流の遠心位置にはじき出された重い粉塵を上記捕捉室の内部に取り込むことができる。上記捕捉室の内部においては、吐出手段によって捕捉液が吐出される。上記捕捉室の内部に取り込まれた粉塵が吐出した捕捉液に接触することにより、同捕捉液にて同粉塵を吸着することができる。上記捕捉液としては水を使用することが一般的であるが、必ずしも水である必要はない。かかる構成により、捕捉液にて重い粉塵のみを捕捉することができる。
さらに、請求項2の発明では、上記吐出手段によって吐出された上記捕捉液が接触するとともに光触媒が担持された制菌部と、上記制菌部に対して上記光触媒の励起光を照射する光源とを具備する構成としてある。
上記のように構成した請求項2の発明において、上記吐出手段によって吐出された上記捕捉液が接触する制菌部が備えられ、この制菌部に光触媒が担持される。さらに、同制菌部に対して上記光触媒の励起光を照射する光源が備えられる。これにより、上記制菌部に接触する上記捕捉液に光触媒反応の効果を与えることができる。
また、請求項3にかかる発明では、上記送風手段は、上記気体に乱気流を生成する構成としてある。
上記のように構成した請求項3の発明において、上記気体を乱気流とすることにより、乱気流を上記第一コーナーにて湾曲させることができる。従って、上記気流が上記第一コーナーに沿って進行しようとするコアンダ効果を発揮させることができる。従って、上記第一分離手段における分離効果を向上させることができる。
さらに、請求項4にかかる発明では、上記第二分離手段は、上記第一分離手段による湾曲気流を遠心側と向心側とに分岐させるとともに、この遠心側に分岐させられた気流の経路に上記第二コーナーが配置される構成としてある。
上記のように構成した請求項4の発明において、上記第二分離手段は、上記第一分離手段による湾曲気流を遠心側と向心側とに分岐させる。上流に上記第一分離手段が設けられるため、上記第二分離手段にて遠心側に分岐した気流には重い粉塵が多く含まれることとなる。一方、上記第二分離手段にて向心側に分岐した気流には重い粉塵がほとんど含まれないこととなる。そして、重い粉塵が多く含まれる遠心側の気流が上記第二コーナーにて湾曲させられる。従って、重い粉塵が多く含まれる気流を、さらに上記第二分離手段の上記第二コーナーによって分離することができる。
また、請求項5にかかる発明では、上記第二分離手段にて遠心側に分岐した気流の流路面積が上記第二コーナーに向かって徐々に狭められる構成としてある。
上記のように構成した請求項5の発明において、上記第二コーナーに向かって流路面積が徐々に狭めることにより、上記第二分離手段にて遠心側に分岐した気流を乱流化することができる。従って、上記第二コーナーに沿うようなコアンダ効果を促進することができ、上記第二分離手段における分離を効果的に行うことができる。
また、請求項6にかかる発明では、上記吐出手段は、上記捕捉室の内部にて捕捉液を膜状に吐出する構成としてある。
上記のように構成した請求項6の発明において、上記捕捉室の内部にて捕捉液を膜状に吐出することにより、気流に対する上記捕捉液の接触面積を増大させることができる。むろん、上記捕捉液を霧化させてもよい。
また、請求項7にかかる発明では、上記捕捉室の内部には、内側に突出するとともに吐出した上記捕捉液が衝突可能な衝突翼が形成される構成としてある。
上記のように構成した請求項7の発明において、上記捕捉液が衝突可能な衝突翼が上記捕捉室の内部に突出して形成される。上記衝突翼に衝突した上記捕捉液は衝撃により拡散されるため、さらに上記捕捉液と上記気流との接触面積を増大させることができる。
また、上述した粉塵捕捉の手法は、方法としても適用可能であり、請求項8にかかる発明においても、基本的には同様の作用となる。むろん、請求項2〜請求項8に記載された構成を請求項7の方法に対応させることも可能である。
以上説明したように、請求項1および請求項8にかかる発明によれば、、捕捉液の劣化が少ない粉塵捕捉装置および粉塵捕捉方法を提供することができる。
また、請求項2にかかる発明によれば、捕捉液に混在する有機物を分解し、制菌することができる。
さらに、請求項3にかかる発明によれば、粉塵の分離効率を向上させることができる。
また、請求項4にかかる発明によれば、重い粉塵が含まれる気流のみを対象として第二分離手段にて分離を行うことができる。
また、請求項5にかかる発明によれば、粉塵の分離効率を向上させることができる。
さらに、請求項6にかかる発明によれば、粉塵を効率よく捕捉することができる。
また、請求項7にかかる発明によれば、粉塵を効率よく捕捉することができる。
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
(1)粉塵捕捉装置の構成:
(2)粉塵捕捉の流れ:
(3)変形例:
(4)まとめ:
(1)粉塵捕捉装置の構成:
図1は、粉塵捕捉装置の全体構成を概略的に示している。同図において、粉塵捕捉装置10は、シロッコファン20と分離管30と捕捉室40と排出口50と水タンク60と給水部70とから構成されている。シロッコファン20は側面に突出する複数の翼部および通風穴を有する略円筒状の回転体21を備えており、図示しないモータが回転体21を回転させることが可能となっている。回転体21が回転することにより、同回転体21の内径側の空気を上記通風穴を介して同回転体21の外径方向に送出することができる。回転体21の外側に送出された空気は、シロッコファン20のハウジング22に案内されて、分離管30に吹き込まれる。
このように、シロッコファン20は、分離管30に吹き込むような気流を生成することができるため、本発明の送風手段に相当するということができる。なお、送風手段はシロッコファンに限られず、他の送風装置を適用してもよい。例えば、プロペラ状のファンを回転させて回転軸方向の気流を発生させる一般的な送風装置を用いてもよい。また、ハウジング22を回転体21のすぐ近くにて終端させているため、ハウジング22にて気流が層流となることなく、乱流のまま分離管30に吹き込むことができる。
分離管30は略コの字状に屈曲する中空状管路を有しており、シロッコファン20のハウジング22と接続した直後において略直角に屈曲している。この屈曲部位の内側壁面に、所定の曲率をもって湾曲する第一コーナー31が形成されている。以下、分離管30の管路において第一コーナー31に近い側を内側とし、第一コーナー31から遠い側を外側というものとする。すなわち、第一コーナー31の向心位置が分離管30の内側であり、第一コーナー31の遠心位置が分離管30の外側であるものとする。
分離管30の内部における第一コーナー31の下流部位には断面が三角形状のコアンダブロック32が保持されている。コアンダブロック32の一頂角を構成する分岐部32bは第一コーナー31に向かって尖端を配向させており、その尖端を第一コーナー31にて屈曲した直後の分離管30の内側よりに位置させている。
分岐部32bは分離管30の内側に対向する面と同分離管30の外側に対向する面とから構成されており、分離管30の内側に対向する面は分離管30の内側壁面と平行となっている。一方、分岐部32bにおける分離管30の外側に対向する面は、分岐部32bの幅を次第に広げるように分離管30の外側に向かって傾斜する面とされている。分岐部32bの幅が所定量まで広がったところで、分岐部32bにおける分離管30の外側に対向する面が分離管30の内側に向かって緩やかに湾曲する第二コーナー32aが設けられている。
第二コーナー32aが位置する部位の直後にて分離管30が再び略直角に屈曲されており、同分離管30の外側には捕捉室40に連通する捕捉通路33が設けられている。略直角に屈曲した分離管30の内側は次第に幅が広くされつつ排出口50にて開口している。従って、分離管30の内側を流通する気流を粉塵捕捉装置10の外側に排出することができる。一方、捕捉室40は略箱状に形成されており、内部に中空空間を有している。捕捉室40の上方部分には給水部70のノズル71が配設されている。また、捕捉室40の下方には二枚の衝突翼41,41が備えられている。衝突翼41,41は捕捉室40の内壁から内側に向かって突設されており、同ノズル71から噴射された水が衝突可能な位置に保持されている。捕捉室40の底面を同捕捉室40の外側まで延設することにより、略板状の制菌部90が設けられている。
制菌部90は捕捉室40の外側に露出しており、同露出した制菌部90に紫外線を照射可能な光源80が備えられている。光源80には図示しない電源が供給されており、常時、紫外光を発光することが可能となっている。光源80としては、例えば紫外線を放出可能な放電管や紫外LED等を利用することができる。制菌部90の表面には酸化チタン(TiO2)の微粒子が坦持されている。この酸化チタンは光触媒であり、そのバンドギャップに相当する紫外光エネルギーを受け取ると、正孔と電子を生成することが可能となっている。
すなわち、光源80から発光された紫外光を励起光として、酸化チタンを励起することが可能となっている。酸化チタンを励起することにより生成された正孔と電子は表面に拡散し、制菌部90の表面において強い酸化還元反応を発生させる。従って、制菌部90に付着していたり、制菌部90の表面付近にて浮遊している細菌等の有機物は酸化され、究極的には二酸化炭素に分解される。すなわち、酸化チタンによる光触媒反応によって、制菌部90に付着した細菌等を分解し、殺菌することが可能となっている。なお、酸化チタンの粉末や酸化チタンを坦持させた粒子を混合させた塗料を制菌部90にコーティングすることにより、酸化チタンを制菌部90に担持させてもよい。また、制菌部90をチタン板で構成し、表面を酸化させることにより酸化チタンを制菌部90に担持させてもよい。
制菌部90は傾斜しており、制菌部90上を流下した水を下方の水タンク60に流入させることが可能となっている。水タンク60は、捕捉液としての水を貯留しておくことが可能な容器であり、水タンク60に貯留された水を給水部70のポンプ72が吸い上げ、ノズル71から吐出させる。ノズル71から吐出された水は捕捉室40および制菌部90を下方に流下し、再び水タンク60に回収される。すなわち、水タンク60に貯留された水は循環して再利用されている。
(2)粉塵捕捉の流れ:
粉塵捕捉装置10は、シロッコファン20から吸気し、排出口50から排気することが可能となっている。粉塵捕捉装置10は、例えば塗装工場等の粉塵を嫌う工程に設置されており、粉塵を多く含む空気を吸気し、粉塵を減少させた空気を排気する。これにより、工程内の粉塵を減少させることができる。なお、粉塵捕捉装置10は工程内に設定されるものに限られず、工程外に配置し同工程とダクト等によって接続されてもよい。
シロッコファン20から吸気された空気は、シロッコファン20にて乱流化され、そのまま分離管30に吹き込まれる。分離管30に吹き込まれた気流は第一コーナー31に沿って湾曲させられる。その際に、分離管30の屈曲形状に沿って気流が湾曲させられる。特に第一コーナー31においてはコアンダ効果によって気流は慣性力に抗して第一コーナー31に密着して進行しようとする。ただし、第一コーナー31に密着して進行しようとする気流中に含まれる粉塵は、空気よりも重いため慣性力が強く作用し、そのまま直進しようとする。この粉塵は、湾曲する気流との摩擦によって次第に進行方向を屈曲させるが、重い粉塵ほど直進距離が長くなる。すなわち、重い粉塵ほど分離管30の外側に飛翔することとなる。
図2は、分離管30における気流を模式的に示している。同図において、第一コーナー31近傍を通過した粉塵のうち軽い粉塵が分離管30の内側、すなわち第一コーナー31の向心位置を流通する。一方、第一コーナー31近傍を通過した粉塵のうちに重い粉塵が分離管30の外側、すなわち第一コーナー31の遠心位置を流通する。一方、第一コーナー31から離れた位置を通過する粉塵は、重さにかかわらず湾曲後も第一コーナー31の遠心位置を通過することとなる。第一コーナー31の下流には、分岐部32bの尖端が位置しており、同尖端よりも分離管30の内側を通過する粉塵はコアンダブロック32よりも内側の経路を流通することとなる。一方、分岐部32bの尖端よりも分離管30の外側を通過する粉塵はコアンダブロック32よりも外側の経路を流通することとなる。
上述したように粉塵の重さに応じて粉塵の通過位置が異なるため、少なくともコアンダブロック32よりも内側の経路を通過する粉塵には重いものが含まれないということが言える。一方、コアンダブロック32よりも外側の経路を通過する粉塵には重いものも軽いものも含まれることとなる。分岐部32bにおける分離管30の外側に対向する面は、第二コーナー32aに至るまで幅広となるように傾斜されているため、コアンダブロック32よりも外側の経路は次第に幅が狭くなる。このように、狭い流路に気流を通過させることにより、第二コーナー32aを通過する際の気流を乱流とすることができる。従って、第二コーナー32aに沿って気流が進行しようとするコアンダ効果を実現することができる。
しかしながら、ここでも重い粉塵は第二コーナー32aに沿って進行しようとする気流との摩擦に抗して、第二コーナー32aの遠心位置に飛翔することとなる。従って、重い粉塵は第二コーナー32aに対面する分離管30の外側壁面に沿う位置まで飛翔し、同外側壁面に沿って進行する。分離管30の外側には捕捉室40に連通する捕捉通路33が配設されているため、分離管30の外側壁面に沿って進行する重い粉塵は捕捉通路33を経由して、捕捉室40内部に放出される。一方、第二コーナー32aの向心位置を通過する軽い粉塵は捕捉通路33よりも分離管30の内側を通過し、排出口50から気流とともに排出させられる。排出口50から排出された気流には粉塵が含まれることとなるが、軽い粉塵に限られ、数も減少させられているため、工程等の雰囲気として使用することができる。
捕捉室40内部に放出された重い粉塵は自重によって捕捉室40内部を降下するか、捕捉室40内部にて浮遊する。ノズル71から水が吐出され、水膜が形成される。図3は、ノズル71によって形成される水膜を示している。ノズル71は線状の細穴71aを有しており、同細穴71aに沿った水膜を形成することができる。水膜の幅が、捕捉室40の幅全体に行き渡るようにノズル71の形状および水圧とされている。
また、ノズル71から吐出された水膜は、上方の衝突翼41に衝突し、空中に水滴を散乱させる。また、一部は上方の衝突翼41上にて水膜状に拡散し、同衝突翼41に沿って流下する。そして、上方の衝突翼41の先端から水膜状となって下方に落下し、さらに下方の衝突翼41に衝突する。下方の衝突翼41においても一部が散乱し、一部が水膜となって流下する。このようにすることにより、ノズル71から吐出された水の接触面積を増大させることができる。
捕捉室40内部を浮遊したり流下している粉塵がノズル71から吐出された水に接触すると、同粉塵が水に吸着され、水とともに捕捉室40を流下することとなる。捕捉室40の底面まで到達した水は、そのまま制菌部90上を水膜状となって流下することとなる。制菌部90においては光源80から紫外光が照射されているため、制菌部90上を水膜状となって流下する水に強い酸化還元反応を及ぼすことができる。従って、制菌部90上を流下する細菌や油等の有機物を分解することができる。このようにすることにより、循環して使用される水を制菌したり、水の汚れを抑制したりすることができる。従って、水を長期間にわたって使用することができる。
以上説明したように、本実施形態の粉塵捕捉装置10によれば、コアンダ効果を利用して重い粉塵のみを分離してから水によって捕捉しているため、スラッジ等による捕捉液としての水の性能劣化を抑制することができる。すなわち、工程において問題となり得る大きさの粉塵のみを除去していると言える。また、コアンダ効果を利用することにより、気流を屈曲させるだけで粉塵の分離を行うことができるため、圧力損失を少なくすることができるし、装置の小型化も実現することができる。むろん、圧縮空気を利用する必要性もないため、粉塵捕捉装置10の設置や配管を容易に行うことができる。
さらに、水に光触媒反応を作用させることにより、有機物による水の汚れを軽減するとともに、制菌を行うことができる。従って、水を交換することなく、長期間にわたって使用し続けることができる。また、捕捉室40を分離管30とは独立した空間として形成することにより、排出口50から排出される空気中に必要以上の水分が含まれることが防止できる。従って、粉塵とともに湿気を嫌う工程において、雰囲気の乾燥状態を保持することも可能である。
(3)変形例:
図4は、変形例にかかるノズルから水が吐出される様子を示している。同図において、ノズル171には複数の細孔171a,171a,171a・・・が形成されており、同細孔171a,171a,171a・・・から水が噴霧される。このように、水を霧状に吐出することにより、水の接触面積を飛躍的に向上させることができる。従って、捕捉室40における捕捉効率も向上させることができる。また、別の変形例として、図1の構成から制菌部90と光源80を省略してもよい。光源80を省略することにより、エネルギー消費の少ない粉塵捕捉装置10を提供することができる。
図5は、変形例にかかる捕捉室の内部を示している。本変形例において捕捉室240の内部に光源280が収容されている。そして、捕捉室240の衝突翼241,241および内壁に光触媒としての酸化チタンが担持されている。このように、閉塞性の高い捕捉室240にて紫外光の照射を行うことにより、捕捉室240の内部にて紫外光を乱反射させ、光触媒反応を促進することができる。また、人体に有害な紫外光を装置外に漏出させないようにするための遮光容器を捕捉室240によって代用することができるため、装置のコンパクト化や低コスト化を実現することができる。
(4)まとめ:
以上説明したように、本発明において、第一コーナー31および第二コーナー32aによって粉塵を重さによって振り分け、その後、重い粉塵を独立した捕捉室40にて水を利用して捕捉している。さらに、捕捉に使用した水には、制菌部90上にて光触媒反応が及ぼされる。このようにすることにより、簡易な装置構成により粉塵を分離捕捉することができる。また、循環して使用される水の劣化を効果的に抑制することができる。さらに、独立した空間の捕捉室40においてのみ水を利用しているため、排気中の水分を低減することができる。
粉塵捕捉装置の全体図である。 分離管における気流の模式図である。 ノズルから吐出される水膜を示す模式図である。 変形例にかかるノズルから吐出される水を示す模式図である。 変形例にかかる捕捉室の内部を示す断面図である。
符号の説明
10…粉塵捕捉装置
20…シロッコファン
21…回転体
22…ハウジング
30…分離管
31…第一コーナー
32…コアンダブロック
32a…第二コーナー
32b…分岐部
33…捕捉通路
40,240…捕捉室
41,241…衝突翼
50…排出口
60…水タンク
70…給水部
71,171…ノズル
71a…細穴
72…ポンプ
80,280…光源
90…制菌部
171a…細孔

Claims (8)

  1. 気体中に含まれる粉塵を同気体から分離して捕捉する粉塵捕捉装置において、
    上記気体に気流を生成させる送風手段と、
    上記送風手段にて生成された気流を第一コーナーにて湾曲させる第一分離手段と、
    上記第一分離手段における湾曲気流の下流かつ遠心位置に配置され、第二コーナーにて上記気流をさらに湾曲させる第二分離手段と、
    上記第二分離手段における湾曲気流の下流かつ遠心位置にて開口する略密閉空間である捕捉室の内部にて捕捉液を吐出する吐出手段とを具備することを特徴とする粉塵捕捉装置。
  2. 上記吐出手段によって吐出された上記捕捉液が接触するとともに光触媒が担持された制菌部と、
    上記制菌部に対して上記光触媒の励起光を照射する光源とを具備することを特徴とする請求項1に記載の粉塵捕捉装置。
  3. 上記送風手段は、上記気体に乱気流を生成することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の粉塵捕捉装置。
  4. 上記第二分離手段は、上記第一分離手段による湾曲気流を遠心側と向心側とに分岐させるとともに、この遠心側に分岐させられた気流の経路に上記第二コーナーが配置されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の粉塵捕捉装置。
  5. 上記第二分離手段にて遠心側に分岐した気流の流路面積が上記第二コーナーに向かって徐々に狭められることを特徴とする請求項4に記載の粉塵捕捉装置。
  6. 上記吐出手段は、上記捕捉室の内部にて捕捉液を膜状に吐出することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の粉塵捕捉装置。
  7. 上記捕捉室の内部には、内側に突出するとともに吐出した上記捕捉液が衝突可能な衝突翼が形成されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の粉塵捕捉装置。
  8. 気体中に含まれる粉塵を同気体から分離して捕捉する粉塵捕捉方法において、
    上記気体に気流を生成させる送風工程と、
    上記送風工程にて生成された気流を第一コーナーにて湾曲させる第一分離工程と、
    上記第一分離工程における湾曲気流の下流かつ遠心位置に配置され、第二コーナーにて上記気流をさらに湾曲させる第二分離工程と、
    上記第二分離工程における湾曲気流の下流かつ遠心位置にて開口する略密閉空間である捕捉室の内部にて捕捉液を吐出する吐出工程とを具備することを特徴とする粉塵捕捉方法。
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