JP2010131513A

JP2010131513A - 集塵装置

Info

Publication number: JP2010131513A
Application number: JP2008309394A
Authority: JP
Inventors: Hironari Ogata; 弘成小方; Takaaki Nakasone; 孝昭中曽根; Hidenao Hirasawa; 秀直平沢; Tatsuro Miyagawa; 達郎宮川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】大気中に含まれる粉塵を分離除去するサイクロン式集塵装置に関して、圧力損失を低減し、設置スペースを維持したまま、高い集塵効率を有する集塵装置を提供する。
【解決手段】集塵装置１へ空気が導入されると、環状室２内で旋回流が生じ、空気中の粉塵に遠心力が加わり、円錐筒５の内壁面に沿って旋回しながら降下し、集塵室６内に落下する。排気室８内部に備えられたシロッコファン１０が回転して作動すると、昇圧作用が働き、排気口９の静圧が内円筒側よりも高くなるため、集塵装置としての圧力損失を低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として大気中に含まれる粉塵を分離除去する集塵装置に関する。

従来のサイクロン式集塵装置は、送風装置に接続して粉塵を含む空気を吸引し、内部で旋回流を生じさせて粉塵を遠心分離する。気流は装置内部を旋回しながら下降していき、装置下部で反転して、装置内部の流路を通じて装置外へと流出する。

以下、従来のサイクロン式集塵装置の例を、図１１を参照しながら説明する。

集塵装置１０１は、外円筒１０２、その外周円の接線方向に接続する吸気口１０３、外円筒１０２の下端に接続する円錐筒１０４、円錐筒１０４の下端に接続する集塵室１０５、外円筒１０２の中央をその軸方向に突き抜けるように内円筒１０６、および排気室１０７を備えている。粉塵を含む空気は吸気口１０３から外円筒１０２に流入し、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、粉塵は外円筒１０２内部の側面壁に引き付けられる。粉塵を含む空気はさらに円錐筒１０４の内壁面を旋回しながら降下し、集塵室１０５内に粉塵を落下させる。粉塵が除去された空気は内円筒１０６の下端から吸い上げてられて排気室１０７を経由して排気口１０８から排出される。また、図示はしていないが、集塵装置１０１に空気を流すためには吸気口１０３の上流側または排気口１０８の下流側に送風手段が接続されていることが一般的である。

このような従来のサイクロン式集塵装置を住宅に適用したものとして、特許文献１がある。
特開２００５−１２７５６０号公報

従来のサイクロン集塵装置は、集塵効率を高めるためには内部の旋回流を速めるのが効果的であることが知られている。旋回流を速めるためには送風量を増加させればよいが、集塵装置としての圧力損失が増大するという課題がある。また、集塵装置に接続する送風手段は圧力損失が増大すると、所定の送風量を流すことができなくなるため、送風手段を大型化して送風量を確保しなければならず、集塵装置と送風手段合わせての設置スペースが増加するという課題がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、圧力損失を低減し、設置スペースを維持したまま、高い集塵効率を有する集塵装置を提供することを目的とする。

本発明の集塵装置は、上記目的を達成するために、円筒形の環状室と前記環状室外周の接線方向に接続する吸気口、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外円筒の軸方向に突き抜ける内円筒、前記環状室の上部に配置され内円筒に接続する排気室、前記排気室の側面部に排気口を備えたサイクロン式集塵装置であって、前記排気室の内部に遠心ファンを備えたことを特徴としたものであり、遠心ファンが作動することで昇圧作用が働き集塵装置としての圧力損失を低減できる。

本発明によれば、集塵装置の排気室内部に備えられた遠心ファンが作動することで、昇圧作用が働き、集塵装置としての圧力損失を低減することができる。このとき、遠心ファンは排気室内部に備えられているため集塵装置として外形寸法が大きくなることはない。また、接続する送風手段も同じ送風量を流すのであれば大型化する必要はないことから、集塵装置と送風手段あわせた設置スペースを維持したまま、高い集塵効率を有する集塵装置を提供することができる。

本発明の請求項１記載の集塵装置は、円筒形の環状室と前記環状室外周の接線方向に接続する吸気口、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外円筒の軸方向に突き抜ける内円筒、前記環状室の上部に配置され内円筒に接続する排気室、前記排気室の側面部に排気口を備えたサイクロン式集塵装置であって、前記排気室の内部に遠心ファンを備えたことを特徴としたものであり、遠心ファンが作動することで昇圧作用が働き集塵装置としての圧力損失を低減できるという作用を有する。

本発明の請求項２記載の集塵装置は、請求項１記載の集塵装置において、遠心ファンをターボファンとしたことを特徴としたものであり、低回転であっても高い昇圧効果を得ることができるという作用を有する。

本発明の請求項３記載の集塵装置は、請求項１記載の集塵装置において、遠心ファンをシロッコファンとして、排気室が前記遠心ファンの渦巻きケーシングとしたことを特徴としたものであり、作動時に発生する騒音を低く抑える効果を得ることができるという作用を有する。

本発明の請求項４記載の集塵装置は、請求項１〜３いずれか記載の集塵装置において、内円筒の内径が遠心ファン吸込口径と一致させたことを特徴としたものであり、内円筒から遠心ファンへの流入を滑らかにし渦発生を低減することで圧力損失ならびに騒音を低減できるという作用を有する。

本発明の請求項５記載の集塵装置は、請求項１〜４いずれか記載の集塵装置において、内円筒の上端を環状室上面から突出させたことを特徴としたものであり、排気室から遠心ファンの吸込側への還流を抑えることで昇圧効果を増加できるという作用を有する。

本発明の請求項６記載の集塵装置は、請求項１〜５いずれか記載の集塵装置において、環状室内の気流の旋回方向と遠心ファンの回転方向を一致させたことを特徴としたものであり、内円筒内部の流れに旋回流が残っていることで遠心ファンへの流入が滑らかになり、遠心ファンの送風効率を高めるという作用を有する。

本発明の請求項７記載の集塵装置は、請求項１〜６いずれか記載の集塵装置において、内円筒内部に静翼を配置させ、この静翼により遠心ファンの回転方向と同一方向の旋回流を発生させることを特徴としたものであり、静翼が内円筒内部の流れに旋回流を与えることで遠心ファンへの流入が滑らかになり、遠心ファンの送風効率を高めるという作用を有する。

本発明の請求項８記載の集塵装置は、請求項３〜７いずれか記載の集塵装置において、遠心ファンの電動機が内円筒に固定され前記遠心ファンと前記内円筒が一体化した構成において、外円筒と円錐筒が分離できるとともに前記内円筒を環状室から分離できることを特徴としたものであり、集塵装置から遠心ファンを一体化したまま下方に引き出せる構造であるため、遠心ファンの点検作業が簡単にできるという作用を有する。

本発明の請求項９記載の集塵装置は、請求項１〜８いずれか記載の集塵装置において、環状室の底面と外円筒との接合部が曲面であることを特徴としたものであり、環状室から外円筒へ流れる空気の抵抗を低減することができるという作用を有する。

本発明の請求項１０記載の集塵装置は、請求項１〜９いずれか記載の集塵装置において、環状室の入り角部を曲面で形成したことを特徴としたものであり、気流の淀みを低減することで粉塵が入り角部に堆積するのを抑制できるという作用を有する。

本発明の請求項１１記載の集塵装置は、請求項１〜１０いずれか記載の集塵装置において、外円筒直径に対する内円筒直径の比率が０．６以上としたことを特徴としたものであり、外円筒から円錐筒に降下した空気が、反転して内円筒を上昇する際に生じる圧力損失を低減できるという作用を有する。

本発明の請求項１２記載の集塵装置は、請求項１〜１１いずれか記載の集塵装置において、円錐筒の斜度が３０°以下であることを特徴としたものであり、円錐筒を降下する空気の抵抗を低減することで圧力損失を低減できるという作用を有する。

本発明の請求項１３記載の集塵装置は、請求項１〜１２いずれか記載の集塵装置において、内円筒下端に防虫網を設けたことを特徴としたものであり、本発明の集塵装置を、屋外空気を直接吸い込む環境下で使用する場合、粉塵とともに小さな虫が混入して集塵室に捕集される。集塵装置が停止している状態において虫が自力で飛ぶなどして内円筒から排気室など清浄側空間に侵入することを防止できるという作用を有する。

本発明の請求項１４記載の集塵装置は、請求項１〜１３いずれか記載の集塵装置において、内円筒下端から排気口の間の粉塵濃度を検出して一定以上の粉塵濃度になったときに遠心ファンを停止することを特徴としたものであり、集塵室に堆積した粉塵が旋回気流にのって再飛散し内円筒に吸い上げられて排気室など清浄空間側に流入することを防止できるという作用を有する。

本発明の請求項１５記載の集塵装置は、請求項１４記載の集塵装置において、粉塵濃度が一定以上となり遠心ファンが停止したことを表示する表示手段を備えたことを特徴としたものであり、集塵室に堆積した粉塵を廃棄するよう使用者に注意喚起をうながすことができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の集塵装置の斜視図、図２は本発明の実施の形態１の集塵装置の側断面図である。図１および図２に示すように、サイクロン式の集塵装置１は、円筒形の環状室２、環状室２の接線方向に接続する吸気口３、環状室２の底面と接続する外円筒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の中央を外円筒４の軸方向に突き抜ける内円筒７、環状室２の上部に配置され内円筒７に接続する排気室８、排気室８の側面部に排気口９、排気室８の内部に遠心ファンであるシロッコファン１０を備えており、環状室２、外円筒４、円錐筒５、集塵室６、内円筒７はすべて同心円状に配置されている。各部品の材質は、換気や空調用途を考慮して断熱性に優れた樹脂、例えばポリスチレンを用いているが、金属製の素材の外面に断熱材、例えばウレタンフォームを貼り付けてもかまわない。

集塵装置１は建物の天井裏などに配設して送風手段によって換気や空調のための空気が流れるダクトの中間に吸気口３と排気口９とで接続されている。送風手段が運転され、集塵装置１へ空気が導入されると、環状室２内で旋回流が生じ、空気中の粉塵に遠心力が加わる。その遠心力によって粉塵は環状室２の外周壁方向へと移動し、空気とともに旋回しながら環状室２から外円筒４と内円筒７との間の空間に入る。さらに粉塵は円錐筒５の内壁面に沿って旋回しながら降下し、集塵室６内に落下する。粉塵が分離された清浄な空気は、内円筒７の下端から吸い込まれ、排気室８を経由して排気口９から排出される。

図３は図２のシロッコファン部拡大図、図４は排気室を内円筒の軸方向に垂直な面で切断した断面図である。図３および図４に示すように、シロッコファン１０の羽根車１１は樹脂一体成型品であり前向きブレード１２が複数枚配置されている。羽根車１１の回転中心は電動機１３の回転軸１４と接続され、排気室８がシロッコファンの渦巻きケーシングとして機能するよう、舌部１５から螺旋状に拡大しながら羽根車１１を囲むように形成され排気口９につながっている。また、電動機１３の回転軸１４は内円筒７の中心軸と一致するように電動機支持フレーム１６で固定されている。

シロッコファン１０が回転して作動すると、昇圧作用が働き、排気口９の静圧が内円筒７内よりも高くなるため、集塵装置としての圧力損失を低減できる。シロッコファンは遠心ファンの中でも送風量あたりの回転数を低く抑えることができる特性を有するため、他の遠心ファンよりも作動による乱流騒音も低減できる。

羽根車１１の回転方向は反吸込側となる排気室８上方から見て時計回りであり、吸気口３から流入する環状室２内の気流の旋回方向と一致させている。これにより、内円筒７を上昇する流れに旋回流が残っているため、シロッコファン１０への流入が滑らかになる。

羽根車１１の吸込口径ｄｓはブレード内周側の直径と見なすことができるが、この吸込口径ｄｓと内円筒７の内径ｄ２を一致させている。これにより、内円筒７からシロッコファン１０への流入を滑らかにし渦発生を低減することができる。

また、内円筒７の上端１７が環状室上面１８から突出して、羽根車１１との回転軸１４方向の隙間が小さくなるように保たれているため、排気室８からシロッコファン１０の吸込側への還流を抑えることができる。

また、内円筒７の下端１９は環状室底面２０から外円筒４の中間付近まで延長されている。この下端１９の位置により、旋回流によって分離された粉塵が円錐筒５を下降流とともに集塵室６に導かれ、清浄な空気が内円筒７に吸い込まれる。もし、下端１９の位置が環状室底面２０に近いと旋回流が発達しないまま内円筒７に吸い込まれ、反対に円錐筒５に近すぎると粉塵が分離されても内円筒７に吸い込まれやすくなり、集塵効率が低下する。

また、環状室底面２０と外円筒４との接合部２１は曲面で形成されている。この曲面によって、環状室２から外円筒４へ流れる空気の抵抗を低減できるため、圧力損失が低減する。また、環状室２の入り角部２２は曲面で形成されている。この曲面によって環状室２内を流れる気流の淀みを低減できるため、粉塵が入り角部２２に堆積することを抑制できる。

図５は図３中の外円筒４の内径ｄ１と内円筒７の内径ｄ２の比率ｄ２／ｄ１に対する集塵効率と圧力損失の関係を示すグラフである。ｄ２／ｄ１の値が大きくなると、集塵効率はわずかに低くなるがほぼ一定である。一方、圧力損失は急激に小さくなり、０．６以上でほぼ一定となる。ｄ２／ｄ１の値が小さい場合、外円筒４と内円筒７の間の空間が大きいため、円錐筒５へ降下していく空気が流れやすい反面、内円筒７に吸い込まれる際の抵抗が大きくなる。したがって、比率ｄ２／ｄ１が０．６以上であれば高い集塵効率と低い圧力損失とを両立することができる。ただしｄ２の値がｄ１の値に近づき過ぎると、円錐筒５へ向かう空気の抵抗が大きくなるため、比率ｄ２／ｄ１は０．９以下とするのが良い。

図６は、図３中の円錐筒５の斜度θ_Cに対する集塵効率と圧力損失の関係を示すグラフである。θ_Cが３０°以上になると集塵効率も、圧力損失も悪化する傾向が見られる。その理由は明確でないが、急激に流路が狭まることによる弊害と考えられる。したがって円錐筒５の斜度θ_Cは３０°以下にするのが好ましい。

図７は、円錐筒および内円筒を分解したときの斜視断面図である。図７に示すように、塵廃棄および、内部の掃除やメンテナンスのために、集塵室６は円錐筒５から、円錐筒５は外円筒４から簡単に着脱できる構造となっている。さらに、内円筒７の外周部にはフランジ部２３が設けられており、そのフランジ部２３によって環状室上面１８の内円筒取付け穴２４に着脱自在な構造となっており、内円筒７とシロッコファン１０が一体のまま下側に引き出すことが可能である。この分解構造によって内部の掃除やメンテナンス、シロッコファン１０の点検が集塵装置１を天井裏などに設置、ダクトに接続した後でも簡単に実施することが可能となる。

なお、内円筒７内部の電動機支持フレーム１６には粉塵濃度を検出する手段として塵センサー２５が取付けられている。この塵センサー２５はフォトカプラとフォトダイオードを利用したもので、光を内円筒内部に照射してその反射光により濃度を判定する方式であるが、対抗する位置にフォトカプラとフォトトランジスタを取付けた透過式としてもかまわない。塵センサー２５の信号により一定以上の粉塵濃度と判定したときにシロッコファン１０の電動機１３への電源を切断する制御手段が設けられている。

また、シロッコファン１０が停止していることを使用者に知らせる表示手段としてのＬＥＤ２６が点灯するようになっている。集塵装置１を長期間使用する中で、使用者が塵の廃棄を怠ると粉塵が堆積して集塵室６だけでは収まらず円錐筒５に溢れてしまう。円錐筒５に塵が溢れると、旋回流によって塵の再飛散が発生して内円筒７に粉塵が吸い込まれてしまい、排気口９から下流側に流出する現象が発生する。このとき、塵センサー２５によって粉塵濃度が増加したことを検出、シロッコファン１０を停止すると集塵装置１の圧力損失が上昇するため送風手段による送風量が低下する。送風量が低下すると、旋回流が弱まり塵の再飛散を抑制すると同時に粉塵が排気口９から下流側に流出するのを防ぐことができる。ＬＥＤ２６も点灯して使用者に注意を喚起するため、使用者は集塵室６の塵を廃棄して正常な使用状態に復帰することができる。以上のように、集塵装置１の排気室８内部に備えられたシロッコファン１０が作動することで、昇圧作用が働き、集塵装置１としての圧力損失を低減することができる。このとき、シロッコファン１０は排気室８内部に備えられているため外形寸法が大きくなることはない。

（実施の形態２）
図８は実施の形態２の排気室を内円筒の軸方向に垂直な面で切断した断面図、図９は排気室を内円筒の軸方向に切断した断面図である。前記実施の形態１と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図８および図９に示すように、排気室８の内部には遠心ファンであるターボファン２７が備えられている。羽根車１１は後ろ向きブレード２８が複数枚配置されている。

ターボファン２７が回転して作動すると、昇圧作用が働き、排気口９の静圧が内円筒７内よりも高くなるため、集塵装置としての圧力損失を低減できる。ターボファンは他の遠心ファンよりも低回転で高い昇圧効果を得ることができる。内円筒７の内部には静翼２９が複数枚配置されており、ターボファン２７の回転方向と同一方向の旋回流を発生する作用がある。この方向は吸気口３から流入する環状室２内の気流の旋回方向と一致させている。これにより、内円筒７を上昇する流れの旋回流が弱まっていても、静翼２９によって旋回流を与えることができ、ターボファンへの流入が滑らかになる。

内円筒７の下端１９には樹脂製メッシュが防虫網３０として設けられている。防虫網３０の材質は家庭用の網戸にも用いられているポリプロピレン製でピッチは１ｍｍとしているが、材質はステンレスなどの金属製でもかまわない。集塵装置１を、屋外空気を直接吸い込む環境下で使用した場合、粉塵とともに小さな虫が混入する場合がある。集塵装置１が作動していると旋回流により虫は集塵室内に閉じ込められるが、集塵装置１が停止すると虫が自力で飛ぶなどして内円筒から排気室を経由して下流側に侵入する可能性があるが、この防虫網３０によって侵入を防止することができる。

以上のように、集塵装置１の排気室８内部に備えられたターボファン２７が作動することで、昇圧作用が働き、集塵装置１としての圧力損失を低減することができる。このとき、ターボファン２７は排気室８内部に備えられているため外形寸法が大きくなることはない。なお、静翼２９および、防虫網３０は実施の形態１にも適用可能であり、同じ作用と効果を得ることができる。

本発明の集塵装置は、建物の換気や空調のために屋外の空気を室内に取り入れる際、空気中の粉塵を捕集し、浄化して室内に給気するので有用である。また室内の空気を循環しながら使用するエアコンや空気清浄機にも適用することができる。

本発明の実施の形態１の集塵装置の斜視図本発明の実施の形態１の集塵装置の側断面図図２のシロッコファン部拡大図本発明の実施の形態１の排気室を内円筒の軸方向に垂直な面で切断した断面図本発明の実施の形態１の外円筒直径と内円筒直径の比率ｄ２／ｄ１に対する集塵効率と圧力損失の関係を示すグラフ本発明の実施の形態１の円錐筒の斜度θ_Cに対する集塵効率と圧力損失の関係を示すグラフ本発明の実施の形態１の円錐筒および内円筒を分解したときの斜視断面図本発明の実施の形態２の排気室を内円筒の軸方向に垂直な面で切断した断面図本発明の実施の形態２の排気室を内円筒の軸方向に切断した断面図従来の集塵装置を示す斜視図

符号の説明

１集塵装置
２環状室
３吸気口
４外円筒
５円錐筒
６集塵室
７内円筒
８排気室
９排気口
１０シロッコファン
１１羽根車
１２前向きブレード
１３電動機
１４回転軸
１５舌部
１６電動機支持フレーム
１７上端
１８環状室上面
１９下端
２０環状室底面
２１接合部
２２入り角部
２３フランジ部
２４内円筒取付け穴
２５塵センサー
２６ＬＥＤ
２７ターボファン
２８後ろ向きブレード
２９静翼
３０防虫網
１０１集塵装置
１０２外円筒
１０３吸気口
１０４円錐筒
１０５集塵室
１０６内円筒
１０７排気室
１０８排気口

Claims

円筒形の環状室と前記環状室外周の接線方向に接続する吸気口、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外円筒の軸方向に突き抜ける内円筒、前記環状室の上部に配置され内円筒に接続する排気室、前記排気室の側面部に排気口を備えたサイクロン式集塵装置であって、前記排気室の内部に遠心ファンを備えたことを特徴とした集塵装置。
遠心ファンをターボファンとしたことを特徴とした請求項１記載の集塵装置。
遠心ファンをシロッコファンとして、排気室が前記遠心ファンの渦巻きケーシングとしたことを特徴とした請求項１記載の集塵装置。
内円筒の内径が遠心ファン吸込口径と一致させたことを特徴とした請求項１〜３いずれか記載の集塵装置。
内円筒の上端を環状室上面から突出させたことを特徴とした請求項１〜４いずれか記載の集塵装置。
環状室内の気流の旋回方向と遠心ファンの回転方向を一致させたことを特徴とした請求項１〜５いずれか記載の集塵装置。
内円筒内部に静翼を配置させ、この静翼により遠心ファンの回転方向と同一方向の旋回流を発生させることを特徴とした請求項１〜６いずれか記載の集塵装置。
遠心ファンの電動機が内円筒に固定され前記遠心ファンと前記内円筒が一体化した構成において、外円筒と円錐筒が分離できるとともに前記内円筒を環状室から分離できることを特徴とした請求項３〜７いずれか記載の集塵装置。
環状室の底面と外円筒との接合部が曲面であることを特徴とした請求項１〜８いずれか記載の集塵装置。
環状室の入り角部を曲面で形成したことを特徴とした請求項１〜９いずれか記載の集塵装置。
外円筒直径に対する内円筒直径の比率が０．６以上としたことを特徴とした請求項１〜１０いずれか記載の集塵装置。
円錐筒の斜度が３０°以下であることを特徴とした請求項１〜１１いずれか記載の集塵装置。
内円筒下端に防虫網を設けたことを特徴とした請求項１〜１２いずれか記載の集塵装置。
内円筒下端から排気口の間の粉塵濃度を検出して一定以上の粉塵濃度になったときに遠心ファンを停止することを特徴とした請求項１〜１３いずれか記載の集塵装置。
粉塵濃度が一定以上となり遠心ファンが停止したことを表示する表示手段を備えたことを特徴とした請求項１４記載の集塵装置。