JP2009297652A - 除塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気中の粉塵に与える遠心力を高めて除塵効率を上げ、圧力損失を低く抑えることを目的とする。
【解決手段】環状室２の中で空気中に含まれる粉塵に遠心力が加わり、粉塵は環状室２の外周壁方向へと移動し、旋回しながら環状室２から外円筒４と内円筒７の間の空間に入り、旋回を続けながら円錐筒５の内壁面に沿うように降下し、集塵室６内に落下する。大部分の粉塵が除去された空気は、内円筒７の下端から吸い込まれ、排気口８から排出される。環状室２の外周は螺旋を描くようにその半径が小さくなっていく形状であるため、環状室２内で空気が旋回するとき、空気が進行するに従って徐々に気流は加速され、空気中の粉塵にかかる遠心力が高まって分離が促進し、除塵効率が高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として大気中に含まれる粉塵を長期に渡り安定的に分離し除塵する除塵装置に関する。

従来、この種の遠心分離式除塵装置は、粉塵を含む空気を環状室に接線方向から導入することで、空気中に含まれる粉塵に遠心力を与えて粉塵を外筒の内壁面に沿うように旋回させながら重力で下方へ落下させ、集塵室で回収することで除塵する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その除塵方法について図１の除塵装置を参照しながら説明する。

図１における除塵装置１０１は外円筒１０２にその外周円の接線方向に接続する給気口１０３、外円筒１０２の下端から円錐筒１０４、円錐筒１０４の下端に集塵室１０５が接続し、外円筒１０２の中央を鉛直方向に突き抜けるように内円筒１０６、排気口１０７を備えている。粉塵を含む空気は給気口１０３から外円筒１０２に導入され、空気が外円筒１０２内を旋回するときに空気中の粉塵に遠心力を与えて外円筒１０２内部の側面壁方向に粉塵を引き付けながら旋回させ、円錐筒１０４の内壁面を旋回しながら降下させて集塵室１０５内に粉塵を落下させつつ、空気は内円筒１０６の下端から吸い上げてられて排気口１０７から排出されるものである。
特開２００２−３１５６９８号公報

このように図１６に示すような従来の除塵装置では、粉塵の分離原理の特性上から装置全体の構成は、空気の流れる方向を急激に変化せしめる構造をとるために、圧力損失が高くなり、空気を流すための送風手段にかかる負担が大きいという課題があり、その圧力損失を抑えながら除塵効率を高めることが要求されている。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、圧力損失を抑えながら除塵効率の高い除塵装置を提供することを目的とする。

本発明の除塵装置は、上記目的を達成するために、環状室と前記環状室外周の接線方向に接続する給気口、前記環状室の底面部に通気口、前記通気口に接続する外円筒、前記外円筒下端に接続する円錐筒、前記円錐筒の下端に集塵室、前記環状室の中央を鉛直方向に突き抜ける内円筒、前記内円筒に接続する排気口を備え、前記環状室の外周が螺旋形状を持つものである。

この手段により、環状室を通過する空気の速度が高まり、空気に含まれる粉塵にかかる遠心力を高めて空気から分離しやすくすることができる。

また、他の手段は、環状室の螺旋形外周の半径ｒが一定の変化率αにより最大半径ｒ０に対して、ｒ＝ｒ０×（１−θ×ｔａｎ（−α×π／１８０））の式にしたがって減少していくものである。

これにより、環状室を通過する空気の速度が高まり、空気に含まれる粉塵にかかる遠心力を高めて空気から分離しやすくすることができる。

また、他の手段は、外周螺旋の半径の変化率αを５から８の間としたものである。

これにより、環状室を通過する空気の速度が高まり、空気に含まれる粉塵にかかる遠心力を高めて空気から分離しやすくすることができる。

また、他の手段は、環状室の底面が傾斜しているものである。

これにより、環状室から外円筒へ流れる空気の抵抗を抑えることができる。

また、他の手段は、環状室の底面と外円筒の垂直断面が両者の接合部において曲線を帯びているものである。

これにより、環状室から外円筒へ流れる空気の抵抗を抑えることができる。

また、他の手段は、外円筒に対して内円筒の直径の比率を０．６以上としたものである。

これにより、外円筒から円錐筒に降下する空気の抵抗と内円筒を上昇する空気の抵抗とのバランスを向上させることができる。

また、他の手段は、円錐筒の傾斜角を３０度以下としたものである。

これにより、円錐筒を降下する空気の抵抗を下げることができる。

また、他の手段は、下方に向かって外径が大きくなるフランジを内円筒の下端に備えたものである。

これにより、外円筒から円錐筒へ降下する空気と内円筒へ吸い上げられる空気との干渉を抑えることができる。

また、他の手段は、集塵室の内部に粘着性を設けたものである。

これにより、集塵室に入った細かい粉塵を捕捉し、内円筒へ吸い上げられる空気の中に舞い戻ることを抑えることができる。

また、他の手段は、粘着性材料を配した部材を集塵室内に配置することで粘着性を持たせたものである。

これにより、粉塵等が粘着性材料に付着して粘着力が低下したときに、粘着力を配した部材を集塵室内から取り外して新しいものと交換することができる。

また、他の手段は、粘着性材料を配した部材を集塵室の内壁に沿う形状としたものである。

これにより、集塵室内において粘着力を有する範囲が広くなり、より多くの粉塵等を捕捉することができる。

また、他の手段は、集塵室の内部に殺虫性を設けたものである。

これにより、集塵室内に捕捉された虫が自力で飛んで集塵室から脱出するのを防ぐことができる。

また、他の手段は、殺虫性材料を配した部材を集塵室内に配置したものである。

これにより、殺虫効果が低下したときに、殺虫性材料を配した部材を集塵室内から取り外して新しいものと交換することができる。

また、他の手段は、殺虫性材料を配した部材を集塵室の内壁に沿う形状としたものである。

これにより、集塵室内において殺虫性材料を有する範囲が広くなり、殺虫効果を高めることができる。

また、他の手段は、内円筒の下端から排気口の間の任意の位置にフィルタを配したものである。

これにより、集塵室内に捕捉されなかった虫等の生物や、集塵室内から脱出した虫等の生物が内円筒へ吸い上げられて排気口から出て行くことを防ぐことができる。

本発明によれば、環状室の外周を螺旋形状とすることで、空気の流れる速度を高め、空気中の粉塵に与える遠心力を高めて除塵効率を高めて圧力損失を抑えた除塵装置を提供できる。

また、外円筒に対して内円筒の直径の比率を０．６以上とすることで内部の空気抵抗のバランスを整え、圧力損失の低い除塵装置を提供できる。

また、円錐筒の斜度を３０度以上とすることで圧力損失の低い除塵装置を提供できる。

また、内円筒下端にフランジを設けることで、圧力損失の低い除塵装置を提供できる。

また、集塵室に粘着性を持たせることにより、除塵効率と防虫効果を高めた除塵装置を提供できる。

また、集塵室に殺虫性を持たせることにより、防虫効果を高めた除塵装置を提供できる。

また、内円筒にフィルタを備えることにより、防虫効果を高めた除塵装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、環状室と前記環状室外周の接線方向に接続する給気口、前記環状室の底面部に接続する外円筒、前記外円筒の下端に円錐筒、前記円錐筒の下端に集塵室、前記環状室の中央を鉛直に突き抜けるように配置された内円筒、前記内円筒に接続する排気口を備え、前記環状室の外周が螺旋形状を持つため、環状室を通過する空気の速度が高まり、空気に含まれる粉塵にかかる遠心力を高めて空気から分離しやすくなるという作用を有する。

本発明の請求項２記載の発明は、環状室の螺旋形外周の半径ｒが一定の変化率αにより最小半径ｒ０に対して、ｒ＝ｒ０×（１−θ×ｔａｎ（−α×π／１８０））の式にしたがって拡大していく形状とすることで、環状室を通過する空気の速度を高め、空気に含まれる粉塵にかかる遠心力を高めて空気から分離しやすくなるという作用を有する。

本発明の請求項３記載の発明は、外周螺旋の半径の変化率αを５から８の間とすることで、環状室を通過する空気の速度が高まり、空気に含まれる粉塵にかかる遠心力を高めて空気から分離しやすくなるという作用を有する。

本発明の請求項４記載の発明は、環状室の底面が傾斜していることにより、環状室から外円筒へ流れる空気の抵抗を抑える作用を有する。

本発明の請求項５記載の発明は、環状室の底面と外円筒の垂直断面が両者の接合部において曲線を帯びていることにより、環状室から外円筒へ流れる空気の抵抗を抑える作用を有する。

本発明の請求項６記載の発明は、外円筒に対して内円筒の直径の比率を０．６以上とすることにより、外円筒から円錐筒に降下する空気の抵抗と内円筒を上昇する空気の抵抗とのバランスを向上させるという作用を有する。

本発明の請求項７記載の発明は、円錐筒の傾斜角を３０度以下とすることにより、円錐筒を降下する空気の抵抗を下げるという作用を有する。

本発明の請求項８記載の発明は、下方に向かって外径が大きくなるフランジを内円筒の下端に備えることにより、外円筒から円錐筒へ降下する空気と内円筒へ吸い上げられる空気との干渉を抑えるという作用を有する。

本発明の請求項９記載の発明は、集塵室の内部に粘着性を設けることにより、集塵室に入った細かい粉塵を捕捉し、内円筒へ吸い上げられる空気の中に舞い戻ることを抑えるという作用を有する。

本発明の請求項１０記載の発明は、粘着性材料を配した部材を集塵室内に配置することで粘着性を持たせたものであり、粉塵等が粘着性材料に付着して粘着力が低下したときに、粘着力を配した部材を集塵室内から取り外して新しいものと交換することが可能となる。

本発明の請求項１１記載の発明は、粘着性材料を配した部材を集塵室の内壁に沿う形状とすることにより、集塵室内において粘着力を有する範囲が広くなり、より多くの粉塵等を捕捉するという作用を有する。

本発明の請求項１２記載の発明は、集塵室の内部に殺虫性を設けることにより、集塵室内に捕捉された虫が自力で飛んで集塵室から脱出するのを防ぐことが可能となる。

本発明の請求項１３記載の発明は、殺虫性材料を配した部材を集塵室内に配置したことにより、殺虫効果が低下したときに、殺虫性材料を配した部材を集塵室内から取り外して新しいものと交換することが可能となる。

本発明の請求項１４記載の発明は、殺虫性材料を配した部材を集塵室の内壁に沿う形状とすることにより、集塵室内において殺虫性材料を有する範囲が広くなり、殺虫効果を高める作用を有する。

本発明の請求項１５記載の発明は、内円筒の下端から排気口の間の任意の位置にフィルタを配したことにより、集塵室内に捕捉されなかった虫等の生物や、集塵室内から脱出した虫等の生物が内円筒へ吸い上げられて排気口から出て行くことを防ぐことが可能となる。

（実施の形態１）
図１〜図４を用いて本体の説明をする。図１は本発明の実施の形態１における除塵装置の斜視図、図２、図３は図２における環状室の水平断面図である。図１において、１は遠心分離式の除塵装置であり、環状室２と、環状室２にその接線方向から接続する給気口３、環状室２の底面部と接続する外円筒４、外円筒４の下端に接続する円錐筒５、円錐筒５の下端に接続する集塵室６、環状室２の中央を鉛直方向に突き抜ける内円筒７、内円筒７に接続する排気口８で構成されるものである。

次に本実施の形態１の動作について説明する。

本除塵装置１に接続している送風手段又は、送風手段を有する装置によって、本除塵装置１へ空気が導入されると、環状室２の中で空気中に含まれる粉塵に遠心力が加わり、粉塵は環状室２の外周壁方向へと移動し、旋回しながら環状室２から外円筒４と内円筒７の間の空間に入り、旋回を続けながら円錐筒５の内壁面に沿うように降下し、集塵室６内に落下する。大部分の粉塵が除去された空気は、内円筒７の下端から吸い込まれ、排気口８から排出される。環状室２の外周は螺旋を描くようにその半径が小さくなっていく形状であるため、環状室２内で空気が旋回するとき、空気が進行するに従って徐々に気流は加速され、空気中の粉塵にかかる遠心力が高まって分離が促進し、除塵効率が高くなるという効果を得る。

一方で、螺旋の半径が小さくなると空気抵抗が高くなり圧力損失の増加が起こる。例えば環状室２の給気口３側から空気の流れる方に向かって外周の半分までの半径をｒ＝ｒ０として、残り半分をｒ＝０．７×ｒ０のように不連続的に半径が小さくなるような螺旋形状の場合、その不連続点における急な流路変化によって集中的に空気が外周壁へ衝突するために、大きな空気抵抗となって圧力損失が高くなる。

そこで、環状室２の外周半径が給気口３側から空気の流れる方へ向かって一定の割合で減少するような螺旋形状であれば環状室２の外周壁にかかる空気の抵抗は外周方向全域にわたって均一となって急激な空気抵抗がなくなり、圧力損失の増加を抑制することができる。螺旋半径の減少率を定数αとしたとき、図３において半径ｒは、最大半径ｒ０に対し、中心角θの関数としてｒ＝ｒ０×（１−θ×ｔａｎ（−α×π／１８０））で表される。式中において、θは角度（ラジアン）、πは円周率である。図４は、定数αの範囲が０から９．５までの間におけるαと除塵効率の関係図である。定数αは５から８の間であるときに除塵効率を高くすることができ、αが５よりも小さいときは、給気口３から入る空気と環状室２を旋回した空気が合流する場所で乱流が発生するために粉塵に対して十分な遠心力が与えられない。

また、αが８よりも大きくなると、粉塵に与えられる遠心力が高くなり、粉塵が環状室２を一周して、給気口から入ってくる空気中の粉塵と再び混合する粉塵の量が増えて、かえって除塵効率が悪くなると考えられるため、α＝６．５とするのが最も効率がよい。

（実施の形態２）
環状室２の底面が環状室２の半径方向の外周側から内側に向かって下方へ傾斜していることにより、環状室２から外円筒４へ向かって流れる空気が鉛直下方に徐々に移動するため、空気の抵抗を抑えることができ、除塵装置の圧力損失を低くすることが可能である。また、環状室２と外円筒４の接続部分はその垂直断面図において、直角に交わる場合よりも曲線を帯びた形状である方が、空気の抵抗をより抑えることができ、圧力損失の低減を期待できる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３において、外円筒に対して内円筒の直径の比を０．６以上とした除塵装置の正面図、図６は直径の比率に対する除塵効率と圧力損失の分布グラフである。外円筒４の直径に対して内円筒７の直径を小さくした場合、例えば比率が０．４の場合、外円筒４と内円筒７の間の空間が大きいために、円錐筒５へ向かって降下していく空気が流れやすい反面、内円筒７を上方に流れる空気にかかる抵抗が大きくなる。図６から分かるように、比率が０．６以上であれば圧力損失が安定し、かつ除塵効率を損なうこともないということが言える。ただし、内円筒７の直径が外円筒４の直径に近づき過ぎると円錐筒５へ向かう気流の抵抗が高くなるため、直径の比率は０．９以下とするのがよい。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３において、円錐筒５の斜度を３０度とした除塵装置１の正面図、図８は円錐筒５の斜度を変化させたときの圧力損失と除塵効率の分布グラフである。図８から、円錐筒５の斜度が３０度のときに、最も集塵効率が高くなり、かつ圧力損失が最も低くなるという効果が得られる。

（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４において、下方に向かって外径が大きくなるフランジ９を内円筒７の下端に備えた除塵装置１の正面図である。直径の広がる割合は一定のものでもよいが、その垂直断面形状において、鉛直方向の線が曲率を持つものであれば、下方へ流れる空気の抵抗を抑えることができ、圧力損失を小さくする効果が高くなる。

（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５において、粘着性を持たせた集塵室６の図である。例えば集塵室６において、その内部の側面や底面に粘着性材料１０を塗布しておくことで、集塵室６内に入る大きな塵だけでなく、集塵室６内から舞い上がって再び集塵室６の外に出て行くような微細な塵も捕捉することが期待でき、結果として除塵効率の向上につながる。

また、虫が集塵室６内に入った場合、生きた状態であれば再び集塵室６の外へ出て行き、排気口８から脱出して、除塵装置１の後段に接続される機器または室内へ侵入する可能性があるが、粘着性材料１０で捕捉すればそれを防ぐことが可能となる。粘着性材料１０を、集塵室６内に直接塗布するという形態でもよいが、粘着性材料１０を配した部材１１として例えば図１１のように集塵室６内に配置するものでもよく、この場合は長年の使用によって粘着性材料１０上に粉塵などが蓄積して粘着性材料１０の粘着力が低下したときに、新しいものと交換することが可能となる。また、部材１１の形状は取替えが可能な形態であれば特に制約はないが、図１１に示すような細い棒状の部材１１を集塵室６の中心に配したものであれば、集塵室６内の空間を大きく占拠することがなく、また、集塵室６の上部から円錐筒５内に向かって上方へ突き出した形態であれば、遠心力の影響が小さいために円錐筒５の中心付近に偏りやすい微細な粉塵をこの部材１１で捕捉することも可能となり、除塵効率の向上が見込める。

また、図１２に示すように、例えば円筒形の集塵室６に対して、その内壁に沿って接するように着脱することができるような同じ円筒形の部材１２であれば、集塵室６の内部を占領することなく、かつ広い面積にわたって粘着性材料１０を配置することができるため、除塵効率を高める効果が大きい。

（実施の形態６）
図１３は本発明の実施の形態６において、殺虫性を持たせた集塵室６の図である。例えば集塵室６において、その内部の側面や底面に殺虫性材料１３を塗布しておくことで、集塵室６内に生きたまま入ってくる虫を殺虫性材料１３の成分によって殺滅し、集塵室６内から飛び出して除塵装置１の外に出て行くことを防ぐ効果が期待できる。

殺虫性材料１３を、集塵室６内に直接塗布するという形態でもよいが、殺虫性材料１３を配した部材１４として例えば図１４のように集塵室６内に配置するものでもよく、この場合は長年の使用によって殺虫性材料１３の殺虫効果が低下したときに、新しいものと交換することが可能となる。

また、部材１４の形状は取替えが可能な形態であれば特に制約はないが、図１４に示すような細い棒状の部材１４を集塵室６の中心に配したものであれば、集塵室６内の空間を大きく占拠することがない。

また、図１５に示すように、例えば円筒形の集塵室６に対して、その内壁に沿って接するように配置して着脱することができるようにした円筒形の部材１４であれば、集塵室６の内部を占領することなく、かつ広い面積にわたって殺虫性材料１３を配置することができるため、殺虫効果を高められる。

（実施の形態７）
図１６は本発明の実施の形態７において、フィルタ１６を配した内円筒７の水平断面図である。フィルタ１６を配する位置は内円筒７の下端から排気口８までの間のどの位置でもよく、フィルタ１６の形態としては、例えば図１３に示すような編み目状のものがよいい。このように実施の形態７によれば、集塵室６に落下することなく内円筒７に吸い寄せられる比重の小さな埃や、生きた虫などを除塵装置１の後段へ通過させることなく捕捉することが可能であり、除塵装置１が通風状態にない時間になれば、フィルタ１６で捕捉された埃や虫が重力で落下して集塵室６に収まるという効果を有する。

本発明の除塵装置は、建物の換気・空調用として屋外の空気を給気する際に浮遊している塵埃を捕集し、浄化する用途として有用である。また、室内の空気を循環させながら使用するエアコンや空気清浄機としての用途にも適用することができる。

本発明の実施の形態１の除塵装置の斜視図 本発明の実施の形態１の除塵装置の環状室の断面図 本発明の実施の形態１の除塵装置の環状室の断面図 本発明の実施の形態１の定数αに対する除塵効率のグラフ 本発明の実施の形態２の除塵装置の断面図 本発明の実施の形態２の除塵装置の外円筒と内円筒の比に対する圧力損失及び除塵効率のグラフ 本発明の実施の形態３の除塵装置の断面図 本発明の実施の形態３の除塵装置の外円筒角度に対する圧力損失及び除塵効率のグラフ 本発明の実施の形態４の除塵装置の断面図 本発明の実施の形態５の集塵室の斜視図 本発明の実施の形態５の集塵室の斜視図 本発明の実施の形態５の集塵室の斜視図 本発明の実施の形態６の集塵室の斜視図 本発明の実施の形態６の集塵室の斜視図 本発明の実施の形態６の集塵室の斜視図 本発明の実施の形態７の内円筒の断面図 従来の除塵装置を示す構成斜視図

符号の説明

１ 除塵装置
２ 環状室
３ 給気口
４ 外円筒
５ 円錐筒
６ 集塵室
７ 内円筒
８ 排気口
９ フランジ
１０ 粘着性材料
１１ 部材
１２ 部材
１３ 殺虫性材料
１４ 部材
１５ 部材
１６ フィルタ
１０１ 除塵装置
１０２ 外円筒
１０３ 給気口
１０４ 円錐筒
１０５ 集塵室
１０６ 内円筒
１０７ 排気口

Claims (15)

1. 環状室と前記環状室外周の接線方向に接続する給気口、前記環状室の底面部に通気口、前記通気口に接続する外円筒、前記外円筒下方に接続する円錐筒、前記円錐筒の下方に集塵室、前記環状室の中央を鉛直方向に突き抜ける内円筒、前記内円筒に接続する排気口を備え、前記環状室の外周半径が連続的に減少して螺旋形状となっていることを特徴とする除塵装置。
2. 環状室の螺旋形外周の半径ｒが一定の変化率αにより最大半径ｒ０に対して、ｒ＝ｒ０×（１−θ×ｔａｎ（−α×π／１８０））の式にしたがって減少していくことを特徴とする請求項１記載の除塵装置。
3. 外周螺旋の半径の変化率αが５から８の間であることを特徴とする請求項２記載の除塵装置。
4. 環状室の底面が傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３記載の除塵装置。
5. 環状室の底面と外円筒の垂直断面の接合部が曲面であることを特徴とする請求項４記載の除塵装置。
6. 外円筒に対して内円筒の直径の比率が０．６以上であることを特徴とする請求項１乃至３記載の除塵装置。
7. 円錐筒の斜度が３０度以下であることを特徴とする請求項１乃至４記載の除塵装置。
8. 下方に向かって外径が大きくなるフランジを内円筒の下端に備えたことを特徴とする請求項１乃至５記載の除塵装置。
9. 集塵室の内部に粘着性を設けたことを特徴とする請求項１乃至８記載の除塵装置。
10. 粘着性材料を配した部材を集塵室内に配置することで粘着性を持たせたことを特徴とする請求項９記載の除塵装置。
11. 粘着性材料を配した部材が集塵室の内壁に沿う形状であることを特徴とする請求項１０記載の除塵装置。
12. 集塵室の内部に殺虫性を設けたことを特徴とする請求項１乃至９記載の除塵装置。
13. 殺虫性材料を配した部材を集塵室内に配置することで殺虫性を持たせたことを特徴とする請求項１２記載の除塵装置。
14. 殺虫性材料を配した部材が集塵室の内壁に沿う形状であることを特徴とする請求項１３載の除塵装置。
15. 内円筒の下端から排気口の間にフィルタを配したことを特徴とする請求項１乃至１４記載の除塵装置。

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