JP2006180937A - 電気掃除機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 塵埃を吸気と共に吸い込む吸引口と、吸気を発生させる電動送風機8と、吸引口から電動送風機8に連通する吸引経路と、電動送風機8から外部への排気経路9と、吸引経路の途中に風流に沿って設けられ、塵埃を捕集する第1塵埃捕集手段6及び第2塵埃捕集手段7とを備える電気掃除機。第2塵埃捕集手段7は、クーロン力作用による電気集塵手段13,16,17と、遠心力作用による遠心力集塵手段12,13,14,15とを備える構成である。
【選択図】 図2
Description
Z=m・U2 /r (1)
(m;粒子質量、U;周分速度、r;円軌道の半径)
で表されるように、粒子質量mに比例することによる。
従って、塵埃捕集手段がサイクロン集塵部だけでは、小さい粒子が掃除機外への排気に多く含まれてしまうので、サイクロン集塵部を備える電気掃除機では、サイクロン集塵部の下流側にろ過フィルタを設けて、小さい粒子及びサイクロン集塵部で取り残した塵埃を捕集している。
これに対し、非特許文献1に記載された電気集塵機能も備えたサイクロン集塵装置では、遠心力に加えてクーロン力も塵埃に付与することにより、高効率で比較的小さい粒子も捕集することが出来る。この為、ろ過フィルタを省略することが出来、また、ろ過フィルタを配置したとしても、その負担が小さいので、目詰まりは発生し難い。
非特許文献1に記載されている電気集塵機能も備えたサイクロン集塵装置では、塵埃に遠心力とクーロン力とが作用することに加えて、サイクロン中の乱流部等で流速の低下がある為、電気集塵機能の低下を抑制することは出来るが、まだ充分な捕集率を得ることは出来ていない。
電気集塵装置の放電電極は、その近傍の大きな電界強度によりコロナ電離領域を形成するが、この為には、電気力線が集中するように、電極表面積を小さくする必要がある。一方、コロナ電離領域は大きい方が塵埃への帯電量が増加する。その為、これらの条件に適合する形状として、線状の放電電極が多く使用されるが、機械的強度が小さいので、サイクロン集塵部への流入経路に配置する為には、電極を保持する部材が必要となる等の制約が生じるという問題がある。
また、空気から分離された塵埃は、集塵電極に接着したままの状態、又は集積室に溜まった状態となるが、このうち、集積室に溜まった塵埃には、排出空気に吸い上げられて再度飛散してしまうという問題がある。研究用又は大規模な工業用の用途であれば、集積室の深さ寸法等を大きくして、この問題を回避できるが、小型化が求められる家庭用電気掃除機では、重要な問題である。
また、本発明は、塵埃への帯電を安定して行なった上で集塵電極にて捕集することが出来、更には捕集した塵埃の再飛散を防止することが出来る電気掃除機を提供することを目的とする。
本発明に係る電気掃除機によれば、コロナ放電により発生するイオンにより塵埃を帯電させるので、摩擦静電気等により帯電させる場合よりも、効率的であり塵埃の捕集能力が向上する。
本発明に係る電気掃除機によれば、第1塵埃捕集手段で大きな塵埃を確実に捕集することができるので、その下流側に、高電圧が印加される第2塵埃捕集手段を配置しても安全である。
本発明に係る電気掃除機によれば、ろ過フィルタが追加されているので、更に塵埃捕集能力が向上する。吸気がこのろ過フィルタを通過するときには、既に上流側の集塵部で小さい塵埃が除去されているので、目の細かいフィルタを排気経路中に配置しても、目詰まりは発生し難い。
本発明に係る電気掃除機によれば、サイクロン集塵部の一部が電気捕集部となっている為、構造が簡潔となり小型化を図ることが出来る。また、吸気の二次的流れ及び乱流が発生して、流速が低下している部分で、クーロン力により集塵するので、集塵効率が向上する。
本発明に係る電気掃除機によれば、ろ過フィルタ集塵部により髪の毛等の紐状物体が電気集塵手段に吸引されることを防止出来、安全性が向上する。
本発明に係る電気掃除機によれば、電気集塵手段で発生する電界を遮蔽して、ろ過フィルタ集塵部で捕集された塵埃の電位を、電気集塵手段の捕集電極と同電位に保つことが出来、安全性が向上する。
本発明に係る電気掃除機によれば、排気経路中にろ過フィルタが追加されているので、更に塵埃捕集能力が向上する。また、吸気がこのろ過フィルタを通過するときには、既に上流側の集塵部で小さい塵埃が除去されているので、目の細かいフィルタを排気経路中に配置しても、目詰まりは発生し難い。
本発明に係る電気掃除機によれば、サイクロン集塵部の旋回室への流入経路中に放電電極及び接地電極を設けているので、吸気の流速が変化する場合でも、安定して塵埃を帯電させることが出来る。
本発明に係る電気掃除機によれば、サイクロン集塵部の集積室の内壁も接地電極であるので、クーロン力により塵埃を集積室内部に留めることが出来、塵埃の再飛散を抑制することが出来る。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態1の外観を示す模式図である。
この電気掃除機は、塵埃を吸気と共に吸い込む吸込口1と、一端が吸込口1の出口側に接続された真直ぐな吸引パイプ2と、吸引パイプ2の他端に一端が接続され、取っ手を備え、中途で少し折れ曲がった接続パイプ3と、接続パイプ3の他端に一端が接続された折れ曲がり自在のサクションホース4と、サクションホース4の他端に接続された本体5とを備えている。
図1では、塵埃を含んだ吸気の流れが矢印で示されており、吸込口1から流入した吸気は、吸引パイプ2、接続パイプ3及びサクションホース4の順に吸引経路を流れてから、本体5で塵埃を除去されて本体5の外部へ排気される。
この本体5は、第1塵埃捕集手段であるろ過フィルタ機能を備えた紙袋(ろ過フィルタ集塵部)6と、紙袋6を透過した吸気が通過する第2塵埃捕集手段であるサイクロン集塵部7と、吸気を発生させる電動送風機部8と、電動送風機部8から本体5の外部への排気経路9と、吸気が通過するように各部を接続する吸引経路とを備えている。
外筒13の上部は、入口筒12が接線方向に接続された、上底を有する円筒形状であり、下部は逆円錐台形状となっている。外筒13の下方には、外筒13へ開口した有底円筒形状の集積室14が設けられており、外筒13の中央部から上底を突き抜けた上方には、外筒13内に開口した内筒15が貫設され、外筒13の最下部付近から内筒15の上端部にかけての中心部には、サイクロン中心放電ワイヤ16が張設されている。サイクロン中心放電ワイヤ16には、高電圧発生回路17により高電圧が印加されている。
内筒15の上端部は、吸引経路により電動送風機部8に接続されている。
入口筒12、外筒13、集積室14及び内筒15は、絶縁材料であるPET(ポリエチレンテレフタレート)で作製されている。外筒13の逆円錐台状部分の内壁はアース接地されたアルミニウム材で作製されている。また、入口筒12の内壁の一部、集積室14の側面及び底面の内壁、及び内筒15の側面の内壁もアース接地されたアルミニウム材で作製されている。
大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部7に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機部8に吸入される。電動送風機部8のファン10は、吸気を発生させており、ファン10から出た気流は、モータ11付近などを冷却しながら、排気経路9へ到達して本体5の外部へ放出される。
このとき、(1)式で表される遠心力が塵埃に作用する為、3μm(好ましくは1μm)以上の塵埃は、外筒13の内壁に押し付けられて、吸気から分離され、下降する気流に沿って集積室14に集められる。その後、気流は、上昇に転じて、内筒15内及び吸引経路を流れて、電動送風機8へ吸引される。
高電圧発生回路17では、商用交流電源から得た電圧をトランスにより昇圧し、更にダイオードとコンデンサとを直列に積み上げた倍電圧整流回路で昇圧することにより、6kVの正の直流状電圧を発生させる。この+6kVの電圧が、放電電極である中心放電ワイヤ16に印加されることにより、中心放電ワイヤ16と、外筒13、集積室14及び内筒15の各内壁のアルミニウム材の集塵電極との間に、0.04mA程度の電流が流れて、いわゆるコロナ放電が発生する。
尚、高電圧発生回路で負の電圧を発生させると、逆に負イオンが多く発生し、この作用によりオゾンが生成される。このオゾンが、ある濃度まで上昇して掃除機外へ排出されると、使用者が異臭を感じる為、何らかの防止手段が必要となってしまう。これを回避する為に、本実施の形態1では、中心放電ワイヤ16に正電圧を印加している。
外筒13に流入した吸気は、旋回気流による遠心力により、ある程度の大きさの塵埃が集積室14に捕集される。それと並行して、中心放電ワイヤ16によるコロナ放電で塵埃が帯電されて、外筒13、集積室14及び内筒15の集塵電極に捕集される。このとき、特に、帯電した塵埃には、中心放電ワイヤ16との間にクーロン反発力が発生するので、内筒15の集塵電極との間のクーロン力により捕集され易い。また、各部で二次的流れ及び乱流が発生しているとき、これらの空気の流速は、殆どが入口筒12への流入時より遅くなっている為、塵埃は各箇所の集塵電極との間のクーロン力で捕集され易い。これにより、本発明に係る電気掃除機の本実施の形態1では、高効率での塵埃捕集、及び微小粒子の集塵を実現することが出来る。
図3は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態2における本体5の内部構成を説明する為の模式図である。
この本体5は、第1塵埃捕集手段がサイクロン集塵部18であり、更に、排気経路9中にろ過フィルタ集塵部19を備えている点が、上述した実施の形態1と異なっている。サイクロン集塵部18は、実施の形態1のサイクロン集塵部7において、電気集塵関連の部品が存在しない構成であり、特に、集積室14の代わりに着脱可能な集積室20を備えている。
また、このようなサイクロン構造では、吸気が集積室20に堆積した塵埃中を通過しない為、ろ過フィルタ前段に塵埃を堆積する構造に比べると、電気掃除機の運転を継続しても、吸引力が殆ど低下しない。
その後、電動送風機部8に吸入された吸気は、排気経路9に送り出されて、目の細かいろ過フィルタであるろ過フィルタ集塵部19を透過する。本実施の形態2では、フィルタ上流側の集塵部で小さい塵埃を捕集する機能がない場合に比べて、サイクロン集塵部7による集塵で塵埃量が大幅に減少している為、目の細かいフィルタであっても、目詰まりが発生し難い。ろ過フィルタ集塵部19を透過した後は、塵埃が非常に少ない空気が、本体5より放出されることになる。
以上、実施の形態1及び2について説明したが、本発明は、これら実施の形態1、2に限定されるものではない。第1及び第2塵埃捕集手段を本体5に備える構成を例に挙げたが、第1及び第2塵埃捕集手段を吸引経路の途中に備えている限り、本発明に含まれるものである。また、第1塵埃捕集手段は、大きい粒子の捕集が目的であり、これを複数の手段により実現することも容易に考えられる。
図5は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態3における本体5の内部構成を説明する為の模式図である。
この本体5は、紙袋6を備える塵埃捕集手段が存在せず、有底円筒形状の容器51がサイクロン集塵部7を格納している点が、上述した実施の形態1と異なっている。サクションホース4(図1)から吸気が流入する容器51の入口筒55は、容器51の周面上部に半径方向に設けられている。容器51は、入口筒55及び内筒15の連通部分以外は密閉構造となっている。
容器51内のサイクロン集塵部7の入口筒12には、サイクロン集塵部7の集塵電極と電気的に接続されたろ過フィルタ集塵部52が設けられている。
大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部7に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機部8に吸入される。電動送風機部8のファン10が、吸気を発生させており、ファン10から出た気流は、モータ11付近などを冷却しながら、排気経路9へ到達して本体外部へ放出される。
このように、本実施の形態3では、高効率での捕集、及び微小粒子の集塵を実現しつつ、安全性を高めることが出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態3のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態1の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。
図6は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態4における本体5の内部構成を説明する為の模式図である。
この本体5は、容器51に代わり、逆円錐台形状のサイクロン集塵部53が、サイクロン集塵部7を格納している点が、上述した実施の形態3と異なっている。サイクロン集塵部53に連通する集積室501の内側に集積室14を配置しているが、集積室501及び集積室14は、直接的には連通していない。
サクションホース4(図1)から吸気が流入するサイクロン集塵部53の入口筒56は、サイクロン集塵部53の周面上部に接線方向に設けられている。サイクロン集塵部53は、入口筒56及び内筒15の連通部分以外は密閉構造となっている。
本体5外部への排気経路9には、ろ過フィルタ集塵部54が設けられている。
大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部7に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機部8に吸入される。
その後、電動送風機部8に吸入された吸気は、排気経路9に送り出されて、目の細かいろ過フィルタであるろ過フィルタ集塵部54を透過する。本実施の形態4では、フィルタ上流側の集塵部で小さい塵埃を捕集する機能がない場合に比べて、サイクロン集塵部7による集塵で塵埃量が大幅に減少している為、目の細かいフィルタであっても、目詰まりが発生し難い。ろ過フィルタ集塵部54を透過した後は、塵埃が非常に少ない空気が、本体5より放出されることになる。
図7は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態5における本体5の内部構成を説明する為の模式図である。
この本体5は、サイクロン集塵部7、電動送風機部8、電動送風機部8から本体5の外部への排気経路9及び各部を接続する経路を備えている。
サイクロン集塵部7は、吸引経路である流入経路101、外筒102、集積室103及び内筒104と、流入経路101内の線状の放電電極105a、放電電極105aを保持する電極保持部106、サイクロン中心放電ワイヤ105b及び高電圧発生回路107とを備えている。放電電極105aは、流入経路101内で流入方向に張設され、電極保持部106に保持されている。
内筒104の上端部は、吸引経路により電動送風機部8に接続されている。
放電電極105a及びサイクロン中心放電ワイヤ105bは、直径0.2mmのタングステン線であり、単体では形状を保持できないので、PETで形成された電極保持部106により張力を与えられて保持されている。
このとき、(1)式で表される遠心力が塵埃に作用する為、3μm(好ましくは1μm)以上の塵埃は、外筒102の内壁に押し付けられて、吸気から分離され、下降する気流に沿って集積室103に集められる。その後、気流は、上昇に転じて、内筒104及び吸引経路を流れて、電動送風機8へ吸引される。
高電圧発生回路107では、商用交流電源から得た電圧をトランスにより昇圧し、更にダイオードとコンデンサとを直列に積み上げた倍電圧整流回路で昇圧することにより、6kVの正の直流状電圧を発生させる。この+6kVの電圧が、放電電極105a及び中心放電ワイヤ105bに印加されることにより、流入経路101、外筒102及び内筒104の各内壁のアルミニウム材の集塵電極との間に0.04mA程度の電流が流れて、いわゆるコロナ放電が発生する。
尚、高電圧発生回路で負の電圧を発生させると、逆に負イオンが多く発生し、この作用によりオゾンが生成される。このオゾンが、ある濃度まで上昇して掃除機外へ排出されると、使用者が異臭を感じる為、何らかの防止手段が必要となってしまう。これを回避する為に、本実施の形態5では、放電電極105a及び中心放電ワイヤ105bに正電圧を印加している。
流入経路101に流入した吸気中の塵埃は、放電電極105aによるコロナ放電により帯電される。ここで、一般の家庭用電気掃除機では、流入経路101での空気の流速は、ある程度(例えば25m/秒以上)速いので、いくらかの塵埃は、流入経路101内壁の集塵電極に引き寄せられる前に、集塵電極の領域を通過してしまい、捕集率はさほど高くない。
図8は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態6におけるサイクロン集塵部7を説明する為の模式図である。
このサイクロン集塵部7は、流入経路101が、外筒102の外周に沿って形成され、流入経路101内の放電電極105cが、ステンレス製の針形状であり、流入経路101の上面を貫通しており、放電電極105cの先端が流入経路101断面の中心となるように配置されている点が、実施の形態5と異なっている。
図9は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態7におけるサイクロン集塵部7を説明する為の模式図である。
このサイクロン集塵部7も、外筒102の逆円錐台状部分の内壁、流入経路101の内壁の一部、及び内筒104の側面の内壁は、アース接地されたアルミニウム材で形成されているが、それに加えて、集積室103の内壁もアース接地されたアルミニウム材で形成されている点が、実施の形態5と異なっている。
それに対して、本実施の形態7のように、集積室103の内壁も集塵電極にしておけば、クーロン力により塵埃を集積室103の内部に留める作用が生じ、再飛散の可能性を低く出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態7のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態5の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。
2 吸引パイプ
3 接続パイプ
4 サクションホース
5 (電気掃除機の)本体
6 紙袋(ろ過フィルタ集塵部、第1塵埃捕集手段)
7,18,53 サイクロン集塵部
8 電動送風機部
9 排気経路
10 ファン
12,55,56 入口筒
13,102 外筒
14,20,31,103,501 集積室
15,104 内筒
16,105b サイクロン中心放電ワイヤ
17,107 高電圧発生回路
19,30,52,54 ろ過フィルタ集塵部
51 容器
101 流入経路
105a,105c 放電電極
106 電極保持部
Claims (19)
- 塵埃を吸い込む吸引口と、吸気を発生させる電動送風機と、前記吸引口から該電動送風機に連通する吸引経路と、該電動送風機から外部への排気経路と、前記吸引経路に設けられ、塵埃を捕集する塵埃捕集手段とを備える電気掃除機において、
前記塵埃捕集手段は、クーロン力作用による電気集塵手段と、遠心力作用による遠心力集塵手段とを備えることを特徴とする電気掃除機。 - 塵埃を吸い込む吸引口と、吸気を発生させる電動送風機と、前記吸引口から該電動送風機に連通する吸引経路と、該電動送風機から外部への排気経路と、前記吸引経路に設けられ、塵埃を捕集する第1塵埃捕集手段及び第2塵埃捕集手段とを備える電気掃除機において、
前記第2塵埃捕集手段は、クーロン力作用による電気集塵手段と、遠心力作用による遠心力集塵手段とを備えることを特徴とする電気掃除機。 - 前記遠心力集塵手段は、サイクロン集塵部であり、前記電気集塵手段は、塵埃を帯電させる塵埃帯電部を備え、前記サイクロン集塵部内の吸引経路の一部を接地、又は前記塵埃帯電部で帯電した塵埃と逆極性の電圧が印加される構成である請求項1又は2記載の電気掃除機。
- 前記塵埃帯電部は、吸気中でコロナ放電する放電電極を備えることを特徴とする請求項3記載の電気掃除機。
- 前記放電電極は正極性である請求項4記載の電気掃除機。
- 前記第1塵埃捕集手段は、塵埃をろ過して捕集するフィルタ集塵部である請求項2乃至5の何れか1項に記載の電気掃除機。
- 前記第1塵埃捕集手段は、遠心力作用による集塵部である請求項2乃至5の何れか1項に記載の電気掃除機。
- 前記排気経路に、塵埃をろ過して捕集するフィルタ集塵部を備える請求項1乃至7の何れか1項に記載の電気掃除機。
- 前記吸引経路の一部を構成し、前記電気集塵手段と遠心力集塵手段との一部又は全部を格納する容器を備えることを特徴とする請求項1記載の電気掃除機。
- 前記遠心力集塵手段は、サイクロン集塵部であり、前記電気集塵手段は、塵埃を帯電させる塵埃帯電部を備え、前記サイクロン集塵部内の吸引経路の一部を接地、又は前記塵埃帯電部で帯電した塵埃と逆極性の電圧が印加される構成である請求項9記載の電気掃除機。
- 前記塵埃帯電部は、吸気中でコロナ放電する放電電極を備えることを特徴とする請求項10記載の電気掃除機。
- 前記容器及び前記遠心力集塵手段間の吸気経路に、塵埃をろ過して捕集するフィルタ集塵部を備える請求項9乃至11の何れか1項に記載の電気掃除機。
- 前記フィルタ集塵部は、一部が前記電気捕集部と電気的に接続されている請求項12記載の電気掃除機。
- 前記容器は、遠心力作用による集塵部である請求項9乃至13の何れか1項に記載の電気掃除機。
- 前記排気経路に、塵埃をろ過して捕集するフィルタ集塵部を備える請求項9乃至14の何れか1項に記載の電気掃除機。
- 前記遠心力集塵手段は、サイクロン集塵部であり、前記電気集塵手段は、サイクロン集塵部内の吸引経路に設けられた複数の高電圧電極と複数の接地電極とを備えていることを特徴とする請求項1記載の電気掃除機。
- 前記高電圧電極及び接地電極の1対又は複数対が、前記サイクロン集塵部内の旋回室への流入経路に設けられていることを特徴とする請求項16記載の電気掃除機。
- 前記流入経路に設けられた高電圧電極は、針形状である請求項17記載の電気掃除機。
- 前記サイクロン集塵部内の集積室の内壁の一部又は全部が、前記接地電極である請求項16乃至18の何れかに記載の電気掃除機。
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