JP2006320856A - サイクロン式空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイクロン式空気浄化装置の浮遊物質の浄化効率を向上させる。
【解決手段】 サイクロンに空気を導入する直前部分となる導入部２、或いは、サイクロン上部に気液接触用霧噴射部を設ける。気液接触用霧噴射部には配管から、例えば水を供給し、気液接触用霧噴射部からは霧が噴射するように構成する。気液接触用霧噴射部からの霧の噴射により、十分に空気中の浮遊物質と微粒水滴とを接触させる。サイクロンの内筒の外周にはスパイラル状フィンを固着することにより、ショートカット気流をなくす。サイクロン上部で一体となった浮遊物質と微粒水滴とは、螺旋状降下気流により十分な回転をして遠心力を受けることにより、サイクロン内壁面に付着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気中に浮遊する物質を除去するサイクロン式空気浄化装置に関する。

空気中には、屋外、屋内において工場や焼却炉等から排出される排煙、車から排出される排気ガス、植物の花粉、部屋の中で発生する粉塵（ハウスダスト）、ダニ、ペット動物の排泄物、また、病院内における雑菌等、様々な有害物質が含まれる。そこで、環境汚染対策、日常の生活環境における健康の維持を目的として、このような空気中の様々な浮遊物質を除去するための装置が提案されている。

このような装置のうちサイクロンを利用したものが知られている。従来のこのような装置を図４に示す。図において、１０は装置本体であり、１１はファン、１２は導入管であり、１３はサイクロンである。サイクロン下部には、水１４が張られておりその水中には超音波発信素子１６が設けられている。１５は浄化された空気を排出する排出部である。

このような装置の原理を説明する。このような装置は、浮遊物質を含む空気がファン１１により導入管１２からサイクロン中に吹き込まれる構成となっている。サイクロン下部に配された水中に設けられた超音波振動素子１６による振動により霧化された微粒水滴がサイクロン中に充満される。この微粒水滴の中には空気中に含まれる浮遊物質に接触し付着するものも現れる。微粒水滴はサイクロンの中に吹き込まれた空気の螺旋状降下気流による影響を受けて、空気と同じ流れ現象を呈するが、この際、浮遊物質に微粒水滴が付着していると、その粒度が比較的大きくなり、浮遊物質は微粒水滴とともに遠心力によってサイクロン内壁に付着する。サイクロン内壁にたまった浮遊物質はサイクロン下端開口に向けて流下する。サイクロン中で浮遊物質が除去され浄化された空気は排出部１５から排気される。
特開平６−１５４３２９号公報

しかしながら、従来のサイクロンを利用した空気浄化装置では、以下のようないくつかの問題点が見受けられた。
（１）図５は空気がサイクロンに導入される前から排出されるまでを説明したものである。理想的には、空気は矢印２０で示されるようにサイクロンに導入され、次に矢印２１で示すような螺旋状降下気流となり、最終的には矢印２２で示されるような上昇気流となり、矢印２３に示されるようにサイクロン外部に排出される。ところが、サイクロンに導入された空気は全てこのように示される気流とはならず、一部、矢印２４で示されるようなショートカットした気流となる。このようなショートカット気流に乗った浮遊物質は、微粒水滴が付着して粒度が大きくなったとしても、十分な螺旋状降下気流に乗れないため、サイクロン内壁面に付着するのに十分な遠心力を得る程度の回転をする前に排出口から排出されてしまう。したがって、ショートカット気流が多発するような場合は、十分な空気の浄化を行うことができないという問題点。
（２）サイクロンの寸法・形状を決定するにはいくつかの規則があるが、その中で特に重要なもののひとつとして、サイクロン上方部の外筒の直径がサイクロン内筒の２倍でなくてはならないというものがある。図６に、サイクロン上方部の水平断面図を示す。内筒の径Aに対して、外筒の径は２Ａでなければならない。このような規則を守らなければならないために、空気浄化装置の筺体を設計する際には、所望の寸法の筺体を設計すればよいというわけではなく、前述の規則に則った寸法のサイクロンを収めるためのスペースを確保しなければならず、装置のコンパクト化の妨げになるという問題点。
（３）サイクロンに導入された空気のうち浮遊物質は微粒水滴と接触し一体となり、遠心力を受けてサイクロン内壁に付着するが、そのためには微粒水滴と空気中の浮遊物質とが接触する機会を十分に設けてやらなくてはならない。しかしながら、水を超音波素子による超音波振動で霧化する方式では、全ての浮遊物質に付着させるほど十分な微粒水滴が得られないという問題点。
（４）サイクロンによる空気中の浮遊物質の捕捉のメカニズムは、まず、浮遊物質が微粒水滴と接触して一体となり、その後、一体となった浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けてサイクロン内壁面に付着するという２段階のプロセスからなっている。より効率的に２段階のプロセスを経るためには、浮遊物質と微粒水滴とが接触するスペース、浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けるスペースは、それぞれ独立していた方が良いが、図3に示される従来の空気浄化装置ではこれらのスペースはサイクロン１３中で共用されており、２つのプロセスが同時並行的に行われているために、浮遊物質の捕捉の効率が悪くなるという問題点。

この発明は、上記のような課題を解決するものであって、サイクロン式空気浄化装置の浮遊物質を浄化する効率をより高めるためのものである。

そのために本願請求項１に係る発明は、浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、前記導入部には気液接触用霧噴射部が設けられており、サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが固着されたことを特徴とする。

また本願請求項２に係る発明は、浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、サイクロン上部には気液接触用霧噴射部が設けられており、サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが固着されたことを特徴とする。

また本願請求項３に係る発明は、浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、前記導入部及びサイクロン上部には気液接触用霧噴射部が設けられており、サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが固着されたことを特徴とする。

また本願請求項４に係る発明は、サイクロン上部の空気導入部付近には気液撹拌用乱気流発生手段が設けられていることを特徴とする。

また本願請求項５に係る発明は、前記スパイラル状フィンの外周部とサイクロン外筒内壁との間には、それぞれが接触しないように間隙が設けられていることを特徴とする。

また本願請求項６に係る発明は、サイクロンの下部には、液溜が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、導入部及びサイクロン上部のそれぞれに気液接触用霧噴射部が設けられた構成となっているので、従来のものに比べて、空気中の浮遊物質が微粒水滴と接触する機会が十分に与えられるので、浄化効率を高めることができる。また、気液撹拌用乱気流発生手段を設けることにより、サイクロン上部に導入された空気は、乱気流となり、この乱気流によって浮遊物質と微粒水滴との接触機会をさらに増加させることができる。また、サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが形成されているため、サイクロンの中でショートカット気流をなくすことができ、浮遊物質は、本来の螺旋状降下気流により、十分な遠心力を得てサイクロン外筒内壁面に捕捉される。また、スパイラル状フィンの幅やスパイラルのピッチを調整することで、螺旋状降下気流を自由にコントロールすることができるようになったので、従来のサイクロンの設計則に則らなくても、スパイラル状フィンの幅やスパイラルのピッチを変えることで自由な寸法のサイクロンを設計できるようになった。さらに、導入部及びサイクロン上部は、主に浮遊物質と微粒水滴とが接触するスペースとして、またスパイラル状フィンが設けられたサイクロン下部は浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けるスペースとして供されるため、浮遊物質が微粒水滴と接触して一体となり、その後、一体となった浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けてサイクロン内壁面に付着するという２段階の浮遊物質捕捉プロセスが効率的に行われるようになった。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は本発明に係るサイクロン式空気浄化装置の要部概念図であり、点線で示された矢印は空気の流れを示している。１は、ブロア、ファン、ポンプ等の清浄化する空気を吸入し、サイクロンに向けて送風する空気吸入送出手段である。２は、サイクロンに空気を導入する直前部分となる導入部である。２の導入部の上部には、気液接触用霧噴射部７が設けられている。気液接触用霧噴射部７には図示しない配管から液体が供給され、気液接触用霧噴射部７からこの液体の霧が噴射される構成となっている。３はサイクロン本体であり、サイクロン本体３は、主に外筒４及び内筒５により形成されている。外筒内壁には浮遊物質が遠心力により付着する構成となっており、内筒は浄化された空気が排出される排出部を兼ねている。サイクロン下部は液溜１０となっており、微粒水滴とともに浮遊物質がそこに流下される構成となっている。また、６はサイクロン上部に設けられた気液接触用霧噴射部であり、気液接触用霧噴射部６にも図示しない配管から液体が供給され、気液接触用霧噴射部６からもこの液体の霧が噴射される構成となっている。

図1では、サイクロンに導入される直前部分の導入部２及びサイクロン上部の両方に気液接触用霧噴射部を設ける構成を示したが、これに限らず、サイクロンに導入される直前部分の導入部２或いはサイクロン上部のどちらか一方に気液接触用霧噴射部を設ける構成としても良い。以下の説明では、気液接触用霧噴射部が２つある構成について特化して説明する。

なお、気液接触用霧噴射部６、７から霧として噴射される液体は水のみに限らず、アルカリ性の液体或いは酸性の液体の場合もあり得る。清浄化すべき汚染空気が酸性の場合は、気液接触用霧噴射部６、７から噴射する液体をアルカリ性とし、清浄化すべき汚染空気がアルカリ性の場合は、気液接触用霧噴射部６、７から噴射する液体を酸性とする。以下の説明では、簡単のためにこの液体を水として想定している。

８はスパイラル状フィンであり、その内周は内筒側に固着されている。スパイラル状フィンの外周と外筒の内壁との間には所定の隙間が設けられている。これは、サイクロン外筒の内壁に付着した微粒水滴と浮遊物質を効率よく流下させるためのものである。

上記のように構成されたサイクロン式空気浄化装置の空気浄化の原理を説明する。まず、清浄化すべき空気を空気吸入送出手段１により吸入し、サイクロンに向けて送風する。送風された空気はサイクロンに導入される直前部分の導入部２の上面に設けられた気液接触用霧噴射部７から噴射される霧と混合される。この段階で、空気中の浮遊物質と微粒水滴との接触機会を設ける。さらにこの空気はサイクロンに導入され、サイクロン上部に設けられた気液接触用霧噴射部６からも霧が噴射されるためにサイクロン内部においても浮遊物質と微粒水滴との接触機会を設けることができる。

サイクロン内部には、螺旋状降下気流を誘導しやすいスパイラル状フィン８が設けられているために、螺旋状降下気流以外のショートカット気流は、スパイラル状フィンがないものに比べて起こりにくくなっている。ショートカット気流が起こらない分、浮遊物質に微粒水滴が付着して粒度が大きくなれば、浮遊物質はサイクロン内壁面に付着するのに十分な遠心力を得る程度の回転をすることができる。

このように、サイクロン導入部、サイクロン上部においては、浮遊物質と微粒水滴とが接触するスペースとして、また、サイクロンのスパイラル状フィンが設けられた部分は、浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けるスペースとして供されるため、浮遊物質が微粒水滴と接触して一体となり、その後、一体となった浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けてサイクロン内壁面に付着するという２段階の浮遊物質捕捉プロセスがそれぞれ分離されてより効率的に行われるようになっている。

また、スパイラル状フィンの幅やスパイラルのピッチを調整することで、螺旋状降下気流を自由にコントロールすることができるようになっている。このため、従来の、サイクロン外筒の直径がサイクロン内筒の２倍でなくてはならないという設計規則に則らなくとも、スパイラル状フィンの幅やスパイラルのピッチを変えることで自由な寸法のサイクロンを設計できるようになった。

上記の構成により十分な遠心力を得て、サイクロン外筒内壁面に付着した浮遊物質と微粒水滴は、最終的には重力により内壁面下方へと流下し、液溜に溜まる構造となっている。

図２は本発明に係るサイクロン式空気浄化装置の他の実施の形態を示す図である。図１に係るサイクロン式空気浄化装置からの変更点は、サイクロン上部の導入部２付近に気液撹拌用乱気流発生手段９が設けられている点である。図3（a）には、気液撹拌用乱気流発生手段９が設けられたサイクロン上部断面図を示す。この図にみられるように、気液撹拌用乱気流発生手段９は、サイクロン上部の周上の一部に設ければ良いが、必要に応じて、図3（ｂ）に示すようにサイクロン上部周上の複数箇所に設けても良い。

この気液撹拌用乱気流発生手段９には、例として、多孔質物質やスクラバーなどの網目状の構造物が用いられる。この実施の形態では、サイクロン上部に導入された空気は、気液撹拌用乱気流発生手段に当たることにより、乱気流となり、この乱気流によって浮遊物質と微粒水滴との接触機会を、気液撹拌用乱気流発生手段がないものに比べてより増加させることができる。

なお、スペース上の制約がなければ、サイクロンを多段式にしてもよい。多段式のサイクロンとはサイクロンを複数設けたものであり、例えば２段式のものを例にとると、第1段目のサイクロンの導入部は、今まで説明したとおりのものであるが、第1段目のサイクロンの内筒から排出された空気は第2段目のサイクロンの導入部に導入される構造とし、第2段目のサイクロンの内筒から排出された空気が最終的に浄化された空気として利用される構造とする。

このような多段式のサイクロンを用いる場合、第1段目のサイクロンには、気液接触用霧噴射部と気液撹拌用乱気流発生手段とを設け、第1段目のサイクロンは浮遊物質と微粒水滴との接触を促す機会を十分に与えるためのスペースとし、第2段目のサイクロンには、気液接触用霧噴射部と気液撹拌用乱気流発生手段とは設けず、第2段目のサイクロンは、浮遊物質と微粒水滴とが十分な遠心力を受けるためだけのスペースとして構成する。このように構成することにより、浮遊物質が微粒水滴と接触して一体となり、その後、一体となった浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けてサイクロン内壁面に付着するという２段階の浮遊物質捕捉プロセスをそれぞれ別のサイクロンに分離させて行わせることができ、より効率的に浮遊物質の捕捉が可能となる。

本発明に係るサイクロン式空気浄化装置の実施の形態を示す図である。 本発明に係るサイクロン式空気浄化装置の他の実施の形態を示す図である。 本発明の他の実施の形態におけるサイクロン上部断面を示す図である。 従来のサイクロン式空気浄化装置を示す図である。 従来のサイクロン式空気浄化装置のサイクロン中の気流を説明する図である。 従来のサイクロン式空気浄化装置のサイクロンの設計則を示す図である。

符号の説明

１・・・空気吸入送出手段、２・・・導入部、３３はサイクロン、４・・・外筒、５・・・内筒、６，７・・・気液接触用霧噴射部、８・・・スパイラル状フィン、１１・・・ファン、１２・・・導入管、１３・・・サイクロン、１５・・・排出部、１６・・・超音波発信素子

しかしながら、従来のサイクロンを利用した空気浄化装置では、以下のようないくつかの問題点が見受けられた。
（１）図５は空気がサイクロンに導入される前から排出されるまでを説明したものである。理想的には、空気は矢印２０で示されるようにサイクロンに導入され、次に矢印２１で示すような螺旋状降下気流となり、最終的には矢印２２で示されるような上昇気流となり、矢印２３に示されるようにサイクロン外部に排出される。ところが、サイクロンに導入された空気は全てこのように示される気流とはならず、一部、矢印２４で示されるようなショートカットした気流となる。このようなショートカット気流に乗った浮遊物質は、微粒水滴が付着して粒度が大きくなったとしても、十分な螺旋状降下気流に乗れないため、サイクロン内壁面に付着するのに十分な遠心力を得る程度の回転をする前に排出口から排出されてしまう。したがって、ショートカット気流が多発するような場合は、十分な空気の浄化を行うことができないという問題点。
（２）サイクロンに導入された空気のうち浮遊物質は微粒水滴と接触し一体となり、遠心力を受けてサイクロン内壁に付着するが、そのためには微粒水滴と空気中の浮遊物質とが接触する機会を十分に設けてやらなくてはならない。しかしながら、水を超音波素子による超音波振動で霧化する方式では、全ての浮遊物質に付着させるほど十分な微粒水滴が得られないという問題点。
（３）サイクロンによる空気中の浮遊物質の捕捉のメカニズムは、まず、浮遊物質が微粒水滴と接触して一体となり、その後、一体となった浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けてサイクロン内壁面に付着するという２段階のプロセスからなっている。より効率的に２段階のプロセスを経るためには、浮遊物質と微粒水滴とが接触するスペース、浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けるスペースは、それぞれ独立していた方が良いが、図3に示される従来の空気浄化装置ではこれらのスペースはサイクロン１３中で共用されており、２つのプロセスが同時並行的に行われているために、浮遊物質の捕捉の効率が悪くなるという問題点。

そのために本願請求項１に係る発明は、浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、前記導入部には気液接触用霧噴射部が配置されており、前記内筒にはスパイラル状フィンが固着され、
前記スパイラル状フィンの外周部と前記外筒内壁との間には、それぞれが接触しないように間隙が設けられていることを特徴とする。

また本願請求項２に係る発明は、浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、サイクロン上部には気液接触用霧噴射部が配置されており、前記内筒にはスパイラル状フィンが固着され、前記スパイラル状フィンの外周部と前記外筒内壁との間には、それぞれが接触しないように間隙が設けられていることを特徴とする。

また本願請求項３に係る発明は、浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、前記導入部及びサイクロン上部には気液接触用霧噴射部が配置されており、前記内筒にはスパイラル状フィンが固着され、前記スパイラル状フィンの外周部と前記外筒内壁との間には、それぞれが接触しないように間隙が設けられていることを特徴とする。

また本願請求項４に係る発明は、サイクロン上部の空気導入部付近には乱気流発生用の網目状構造物が設けられていることを特徴とする。

また本願請求項５に係る発明は、サイクロンの下部には、液溜が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、導入部及びサイクロン上部のそれぞれに気液接触用霧噴射部が設けられた構成となっているので、従来のものに比べて、空気中の浮遊物質が微粒水滴と接触する機会が十分に与えられるので、浄化効率を高めることができる。また、気液撹拌用乱気流発生手段を設けることにより、サイクロン上部に導入された空気は、乱気流となり、この乱気流によって浮遊物質と微粒水滴との接触機会をさらに増加させることができる。また、サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが形成されているため、サイクロンの中でショートカット気流をなくすことができ、浮遊物質は、本来の螺旋状降下気流により、十分な遠心力を得てサイクロン外筒内壁面に捕捉される。また、スパイラル状フィンの幅やスパイラルのピッチを調整することで、螺旋状降下気流を自由にコントロールすることができるようになった。さらに、導入部及びサイクロン上部は、主に浮遊物質と微粒水滴とが接触するスペースとして、またスパイラル状フィンが設けられたサイクロン下部は浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けるスペースとして供されるため、浮遊物質が微粒水滴と接触して一体となり、その後、一体となった浮遊物質と微粒水滴とが遠心力を受けてサイクロン内壁面に付着するという２段階の浮遊物質捕捉プロセスが効率的に行われるようになった。

また、スパイラル状フィンの幅やスパイラルのピッチを調整することで、螺旋状降下気流を自由にコントロールすることができるようになっている。

本発明に係るサイクロン式空気浄化装置の実施の形態を示す図である。 本発明に係るサイクロン式空気浄化装置の他の実施の形態を示す図である。 本発明の他の実施の形態におけるサイクロン上部断面を示す図である。 従来のサイクロン式空気浄化装置を示す図である。 従来のサイクロン式空気浄化装置のサイクロン中の気流を説明する図である。

そのために本願請求項１に係る発明は、浮遊物質を含む浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、前記導入部及びサイクロン上部には気液接触用霧噴射部が配置されており、前記内筒にはスパイラル状フィンが固着され、前記スパイラル状フィンの外周部と前記外筒内壁との間には、それぞれが接触しないように間隙が設けられ、サイクロン上部の空気導入部付近には乱気流発生用の網目状構造物が設けられ、サイクロンの下部には、液溜が設けられ、気液接触用のスペースとしてサイクロン略上半分は該スパイラル状フィンが設けられないようにすると共に、気液接触した浮遊物質に遠心力を付与するスペースとしてサイクロン略下半分は該スパイラル状フィンが設けられるような配置とすることを特徴とする。

Claims (6)

1. 浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、
   前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、
   内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、
   前記導入部には気液接触用霧噴射部が設けられており、
   サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが固着されたことを特徴とするサイクロン式空気浄化装置。
2. 浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、
   前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、
   内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、
   サイクロン上部には気液接触用霧噴射部が設けられており、
   サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが固着されたことを特徴とするサイクロン式空気浄化装置。
3. 浄化すべき空気を吸入しサイクロンに向けて送出する空気吸入送出手段と、
   前記空気吸入送出手段から送出された空気をサイクロンに導入する導入部と、
   内筒及び外筒を備えるサイクロンとから成るサイクロン式空気浄化装置において、
   前記導入部及びサイクロン上部には気液接触用霧噴射部が設けられており、
   サイクロン内筒にはスパイラル状フィンが固着されたことを特徴とするサイクロン式空気浄化装置。
4. サイクロン上部の空気導入部付近には気液撹拌用乱気流発生手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサイクロン式空気浄化装置。
5. 前記スパイラル状フィンの外周部とサイクロン外筒内壁との間には、それぞれが接触しないように間隙が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサイクロン式空気浄化装置。
6. サイクロンの下部には、液溜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサイクロン式空気浄化装置。
   

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