JP2011224437A - 塵埃分離装置、及びそれを用いた塵埃除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクロン室からの塵埃の取り出しを大気開放状態で行えるようにして、装置の小型化と連続稼働時間の制限をなくし、液体を含む気相流体の処理を効率よく適切に行えるようにする。
【解決手段】サイクロン室１０の下部に設けた排出ボックス２とサイクロン室１０の周壁１１の下部との接続箇所に、塵埃が旋回流の外方側へ飛び出すことを許容する連通口１３を形成し、排出口を、排出ボックス２の下端側で連通口１３よりも下方位置において大気開放状態で塵埃を室外へ落下放出するように形成し、連通口１３が形成されたサイクロン室１０の外側に、連通口１３よりもサイクロン室１０内における旋回流の旋回方向での上流側から連通口存在箇所に向けて外気を導入する２次空気導入路３を設けた。
【選択図】図６

Description

本発明は、工場や各種作業場で発生する微細粉塵やミスト、あるいは溶接ブースで発生する溶接ヒュームなど、各種作業機器周りで発生するオイルミストや油煙、溶接ヒュームのように、気体や蒸気中に何等かの微細混合物（以下、塵埃と総称する）を含んで全体としては気相を呈する流体や、気体とともに吸引される洗浄水や油などの液体を含む流体（以下、本明細書中では「気相流体」と呼称する。）を処理対象として、その気相流体中から塵埃や液体などの被除去物を分離、及び除去するための技術に関する。

この種の塵埃分離あるいは除去するための装置としては、下記［１］又は［２］に記載の技術が知られている。
［１］気相流体の流れ方向に対して下向きの曲率を有した導入管をサイクロン室の吸気口に接続し、サイクロン室内での粉塵濃度が上部で小さく下部で大きくなるようにしたもの（例えば、特許文献１参照）。
［２］サイクロン室の胴部に接線方向で気相流体の吸気口を設けるとともに、その吸気口から４５〜１８０°離れた位置に、接線方向から２次空気を供給するようにして、気相流体の全体に旋回作用を与えるとともに、吸気口から離れた位置でもサイクロン室の内壁付近の旋回速度を局所的に上昇させるように加速用の２次空気を導入し、旋回する気相流体の遠心力の減衰を抑制できるようにしたもの（例えば、特許文献２参照）。

特開平０６−３２００５５号公報（段落〔００１２〕、〔００１８〕、図１） 特開２００４−２８３６７７号公報（段落〔００３１〕、〔００４１〕、図１、図２、図４、図５）

上記の特許文献１に示される技術によれば、サイクロン室の下部での旋回速度を向上させて、比較的大きな塵埃の分離を良好に行えるものではあるが、急激に導入管を屈曲させることでサイクロン室の入り口付近の流れに乱れが多くなったり、重力の影響を受けにくい小さな粒子は十分な遠心力が与えられずにサイクロン室の上部から排気口側へ移行して、捕集されない虞があった。

上記の特許文献２に示される技術によれば、サイクロン室の胴部に接線方向で気相流体の吸気口を設けるとともに、その吸気口から離れた位置でも加速用の２次空気を導入して、旋回する気相流体の遠心力の減衰を抑制できるようにしたことによって、サイクロン内における旋回速度を長く維持して微細な粒子を含めての捕集効率を向上させられる点で有用なものであるが、この技術では次のような問題がある。
つまり、気相流体中の除去対象物は、サイクロン室の下部に接続された貯留槽に集められるものであるが、この貯留槽は前記サイクロン室と空気的に密封された共通の空間で構成されている。したがって、サイクロン室内の旋回流を、サイクロン室の排気口からの吸引作用によって生じさせる構造のものでは、サイクロン室内での旋回流の旋回速度を向上させるために吸引力を強くすると、負圧となったサイクロン室内の浮遊塵埃やサイクロン室と連通されている貯留室内の堆積塵埃が吸い上げられて捕集効率が低下してしまう虞があるという問題がある。
そのうえ、容量に制限のある貯留室内に堆積した除去物を廃棄するために取り出したい場合には、一旦、全ての集塵関連装置の作動を停止して取り出す必要があり、作業効率面でも問題があった。

また、気相流体が油分や水分等の多量の液体を含むものであると、サイクロン室の内部で排気口と連なるように設けられている中筒の内壁を伝って、内壁に付着した液体が吸い上げられてしまう虞があり、サイクロン室よりも後段側でフィルターを用いての塵埃除去を行うような構造では、その塵埃除去のためのフィルタを早期に劣化させてしまう虞があった。

本発明の目的は、サイクロン室からの塵埃の取り出しを大気開放状態で行えるようにして、装置の小型化と連続稼働時間の制限をなくすようにするとともに、液体を含む気相流体の処理を効率よく適切に行えるところの塵埃分離装置ならびに塵埃除去装置を提供することにある。

上記目的を達成するために講じた本発明による塵埃分離装置では、下記の技術手段を講じたものである。
〔解決手段１〕
本発明の塵埃分離装置は、請求項１に記載のように、気相流体を旋回流動させるサイクロン室に対して、処理対象の気相流体を導入する吸気口と、導入された気相流体から分離された塵埃を室外へ排出するための排出口と、塵埃分離後の気相流体をサイクロン室外へ吸引導出する排気口とを備えさせた塵埃分離装置であって、
前記サイクロン室の下部に排出ボックスを設け、この排出ボックスと前記サイクロン室の周壁の下部との接続箇所に、サイクロン室内の旋回流に含まれている塵埃が旋回流の外方側へ飛び出すことを許容する連通口を形成し、
前記排出口を、排出ボックスの下端側で前記連通口よりも下方位置において大気開放状態で塵埃を室外へ落下放出するように形成するとともに、
前記連通口が形成されたサイクロン室の外側に、前記連通口よりもサイクロン室内における旋回流の旋回方向での上流側から連通口存在箇所に向けて外気を導入する２次空気導入路を設けてある点に特徴がある。

〔解決手段１にかかる発明の作用及び効果〕
上記解決手段１で示した構成によると、サイクロン室の周壁の下部と排出ボックスとの接続箇所に、サイクロン室内における旋回流に含まれる塵埃が旋回流の外方側へ飛び出すことを許容する連通口を形成し、この連通口から飛び出した塵埃を室外へ落下放出するための排出口は、前記排出ボックスの下端側で前記連通口よりも下方位置において大気開放状態に形成されている。
したがって、この排出口から放出される塵埃を貯留するための集塵部をサイクロン室と一体に密封状態で形成する必要はなく、完全に独立した別の容器によって構成することができ、その収容量を任意に設定することができる。そして、堆積した塵埃廃棄作業のために塵埃分離装置の作動やこれと関連した各装置の稼働を停止させる必要もない。

このように、排出口を大気開放状態で形成すれば、装置の小型化や稼働時間の制約解消が可能となるが、内部が負圧となるサイクロン室に連なる排出口を、単に大気開放状態にしただけでは、排出口からサイクロン室内への大量の外気の逆流が生じて、サイクロン室から排出ボックス側への塵埃の分離作用自体が行われ難くなる。
そこで本発明では、前記連通口が形成されたサイクロン室の外側に、その連通口よりもサイクロン室内における旋回流の旋回方向での上流側から連通口存在箇所に向けて外気を導入する２次空気導入路を設けることによって、上記の大気開放に伴う排出口からサイクロン室内への大量の外気の逆流現象を回避できるようにしたものである。

つまり、２次空気導入路内を流動する外部空気は、サイクロン室内における旋回流の旋回方向と同方向で、旋回流の旋回方向での上流側からサイクロン室の周壁の外側に沿って連通口存在箇所に向けて流れる。したがって、２次空気導入路内を流動する外部空気は、サイクロン室内の旋回流に含まれる塵埃が慣性で連通口から外側に飛び出すと、その塵埃をサイクロン室の周壁の接線方向に沿ってそのまま移動させる誘導流として働き、塵埃を排出口側に導く作用がある。
そして、上記の２次空気導入路からの導入外気は、前述した大気開放状態の排出口から負圧のサイクロン室の周壁に形成された連通口に向かう外気と排出ボックスの内部で衝突する。この衝突に伴って排出口側から連通口側へ向かう外気の流れが乱流となり圧損が生じて、排出口側から連通口側へ向かう外気の流速や流入量を減少させ、排出ボックスの排出口側から連通口側へ向かう大量の逆流が生じることを回避できる。
また、２次空気導入路内を流動する外部空気は、排出ボックスの排出口とは別の位置から吸い込まれるので、排出口から放出された塵埃が再びサイクロン室内に戻されるような不具合を回避することができる。

その結果、サイクロン室からの塵埃の取り出しを大気開放状態で行えるようにして、大きな容積の塵埃貯留設備を不要とすることで装置の小型化を図り得るとともに、塵埃廃棄作業のための各装置の稼働停止を不要にして連続稼働時間の制限をなくし得る利点を得られた。また、このような装置の小型化や稼働時間制限解除のための大気開放状態での塵埃排出構造を、連通口存在箇所に対する２次空気の導入を行うという簡単な構造によって達成し得たものである。

〔解決手段２〕
上記課題を解決するために講じた本発明の他の技術手段は、請求項２に記載のように、サイクロン室の底面は、連通口が形成された側の周壁近くの底面が、連通口が形成された側とは反対側に位置する周壁近くの底面よりも低くなるように傾斜した面に形成されていることである。

〔解決手段２にかかる発明の作用及び効果〕
上記解決手段２で示した構成によると、サイクロン室の底面のうち、連通口が形成された側の周壁近くの底面が他側よりも低くなるように傾斜した面で形成されているので、サイクロン室内で旋回する気相流体が多くの液体を含むものである場合に、その傾斜した底面に沿って連通口側へ流すことができ、迅速に液体を含む塵埃の排出が可能となる利点がある。

〔解決手段３〕
上記課題を解決するために講じた本発明の他の技術手段は、請求項３に記載のように、サイクロン室の天井面は上窄まりの円錐面状に形成してあり、塵埃分離後の気相流体をサイクロン室外へ吸引導出する排気口は、前記天井面における円錐部分の上端側に形成してあることである。

〔解決手段３にかかる発明の作用及び効果〕
上記の解決手段３で示した構成によると、サイクロン室の天井面は上窄まりの円錐面状に形成してあり、その天井面における円錐部分の上端側に排気口を形成したものであって、サイクロン室内の下部側から排気するための内筒を設けたものではない。
したがって、サイクロン室よりも小径の内筒が存在する状態で気相流体を旋回させ、かつその旋回流から処理済みの気相流体を吸い出す構造のものに比べて、気相流体の旋回や吸い出しに当たっての圧損が少なくて済む点で有利である。
しかも、処理対象の気相流体が多くの液体成分を含むものである場合、例えば排気口の内径と同程度の円筒状の内筒を備えた構造のものであれば、円筒状の内筒内面を伝って液体成分が排気口側へ吸い上げられる虞があるが、本発明の構成によれば、上窄まりの円錐面状の天井面に付着した液体成分に対する排気口からの吸引圧よる引き出し作用は、前述した排気口の内径と同程度の円筒状の内筒を備えた構造のものに比べてかなり小さいものであるから、吸引圧による引き上げ作用よりも液体成分の自重による垂れ下がり傾向を有し、天井面を伝い上がって排気口側へ吸い込まれる可能性を極力抑制し得る効果がある。

〔解決手段４〕
上記課題を解決するために講じた本発明の他の技術手段は、請求項４に記載のように、排出ボックスは、サイクロン室内における旋回流の旋回方向で連通口よりも下流側に相当する箇所に、前記連通口を過ぎて旋回方向に移動する塵埃を導入する空間部を備えるとともに、この空間部に、前記塵埃の移動方向を前記旋回方向での上流側へ戻す方向に案内して排出口が存在する側へ向ける案内壁部を備えていることである。

〔解決手段４にかかる発明の作用及び効果〕
上記の解決手段４で示した構成によると、サイクロン室内の旋回流から飛び出した塵埃が、旋回流の一部や２次空気導入路からの誘導流に乗って連通口よりも旋回流の旋回方向での下流側に向かい、排出ボックス内へ移行する。
排出ボックス内では、連通口を過ぎて誘導流とともに旋回方向に移動する塵埃が内部の空間部に導入される。この空間部では、前記塵埃とともに２次空気導入路からの誘導流を直ちに下方外部に流出させてしまうのではなく、空間部で誘導流の方向転換を行わせることで一時的に停滞する状態となるようにしているので、排出ボックスの排出口からサイクロン室の周壁に形成された連通口側へ移行しようとする外気が前記空間部付近の誘導流と衝突して乱流を生じ易くなる。
その結果、前記空間部で方向転換される２次空気導入路からの誘導流を、排気ボックスの排出口側から連通口側へ流入しようとする外気の通風抵抗として有効に作用させることにより圧損を生じさせて、排出ボックスの排出口からの流入外気の流速や流量を効果的に制限し得る利点がある。

〔解決手段５〕
上記課題を解決するために講じた本発明の他の技術手段は、請求項５に記載のように、２次空気導入路の底面が、サイクロン室の半径方向で外方側に離れるほど連通口の下縁よりも低くなる外下がりの傾斜面に形成されていることである。

〔解決手段５にかかる発明の作用及び効果〕
上記の解決手段５で示した構成によると、２次空気導入路の底面が連通口の下縁よりも低くなる外下がりの傾斜面に形成されているので、サイクロン室内での処理対象の気相流体が多くの液体成分を含むものである場合に、そのサイクロン室の底面や周壁内面を伝う液体が連通口から外部へスムースに流れ出し易いという利点がある。

〔解決手段６〕
上記目的を達成するために講じた本発明による塵埃除去装置では、下記の技術手段を講じたものである。
つまり、上述の解決手段１〜５の何れか１つに記載の塵埃分離装置の排気口に、可撓性の接続ホースを介して、塵埃分離後の気相流体をサイクロン室外へ吸引して排出するための起風手段を接続してある点に特徴がある。

〔解決手段６にかかる発明の作用及び効果〕
上記の解決手段６で示した構成によると、塵埃分離装置と起風手段とは、可撓性の接続ホースを介して接続されているので、それぞれを任意の位置に設置することが可能となる。
したがって、塵埃分離装置は塵埃を発生する処理対象箇所の近くに配置し、起風手段は排気し易い位置に配置するなど、それぞれを適切な空間を選択して合理的な配置構成を得やすいという利点がある。
また、このように起風手段とは分離された小型のもので構成し易くて、取付位置の制約も受けにくい塵埃分離装置は、例えば塵埃を発生する工作機械などを処理対象とした場合に、その工作機械の近くに取り付けて用いることが可能であり、そのうえ、排出口は大気開放状態で用いることができるので、その工作機械が備えている塵埃貯留槽などを、排出した塵埃を貯めおく集塵部として利用することも可能となる。

塵埃除去装置の使用状態を示す説明図である。 塵埃分離装置の正面図である。 塵埃分離装置の側面図である。 塵埃分離装置の平面図である。 図４におけるV-V線断面図である。 図２におけるVI-VI線断面図である。 図４におけるVII-VII線断面図である。 塵埃分離装置の斜視図である。 塵埃分離装置の斜視図である。 別実施形態における塵埃分離装置を示し、（ａ）は図４におけるV-V線断面と同じ位置での鉛直方向断面を示す排出ボックス付近の断面図、（ｂ）は図２におけるVI-VI線断面と同じ位置での水平方向断面を示す排出ボックス付近の断面図である。 排出ボックスの各種形態と排出ボックス内における気体の流れの方向を示す説明図であり、（ａ）は案内壁部を排出ボックスの下方側にのみ形成したものであり、（ｂ）は上部傾斜面を排出ボックスの上方側に形成し、案内壁部を底部近くの平坦面によって形成したものであり、（ｃ）は上部傾斜面も下部傾斜面を備えていず、全体が矩形箱状に形成され案内壁部が平坦面によって形成されたものであり、（ｄ）は排出ボックスを矩形箱状に形成して、案内壁部を備えていない構造を示し、（ｅ）は円筒状の排出ボックスを示し、（ｆ）は球状の排出ボックスを示している。 別実施形態における排出箇所の構造を示し、（ａ）は排出口下端を大気開放状態で使用する場合を示し、（ｂ）は排出口下端を密封状態で用いる場合を示した説明図である。 塵埃分離装置における風量、風速の測定値を示す図表であり、（ａ）は試作機１の測定値を示し、（ｂ）は試作機２の測定値を示している。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面の記載に基づいて説明する。
〔塵埃除去装置の全体構成〕
本発明の塵埃除去装置は、図１に示すように、塵埃分離装置１と起風手段４０を備えた集塵装置４との組み合わせで構成されている。
塵埃分離装置１は、粉塵やオイルミスト等の塵埃発生源となる工作機械の加工部５を覆う防塵ケース５０の上側に設置されている。

前記加工部５で発生した塵埃は塵埃分離装置１の吸気口１２に吸引され、塵埃分離装置１で分離処理された後に、分離処理後の塵埃は、防塵ケース５０の内部で工作機械に備えられた塵埃貯留部５１へ落下放出され、分離処理後の気相流体は、可撓性を有した接続ホース４１を介して集塵装置４に供給される。
前記集塵装置４は、電動モータ４２で駆動される回転羽根からなる起風手段４０を備え、この起風手段４０の吸引作用により、前記接続ホース４１で接続されている塵埃分離装置１側の塵埃を吸引するように構成されている。この集塵装置４内においては、除塵フィルター（図示せず）を通してさらに除塵処理された後に外部へ排出されるように構成してある。

〔塵埃分離装置〕
図２乃至図７に示すように、塵埃分離装置１は、内部に旋回用空間１Ａを備えた円筒状のサイクロン室１０を備えている。
このサイクロン室１０には、周壁１１の上部で、周壁１１に対する接線方向で気相流体を取り込むための吸気口１２が形成され、周壁１１の下部には、サイクロン室１０内の旋回流に含まれている塵埃が旋回流の外方側へ飛び出すことを許容する連通口１３が形成されている。

前記サイクロン室１０は、円筒状の周壁１１の上端側に円錐面状の天井面を構成する天井壁１４を備え、その天井壁１４の円錐部分の上端側箇所に分離処理後の気相流体を排出するための排気口１５が形成されている。
前記排気口１５は、前記集塵装置４側から延出される接続ホース４１の端部をボルト連結するように構成してあり、サイクロン室１０内で塵埃を分離処理された後の気相流体を、集塵装置４に備えられた起風手段４０の吸引作用で、サイクロン室１０内に生じる旋回流の中心部の上方から吸い出すように構成されている。

サイクロン室１０の底面側では、前記連通口１３が形成された側の周壁１１近くの底面が、連通口１３が形成された側とは反対側に位置する周壁１１近くの底面よりも低くなるように傾斜した面に形成された底壁１６が備えられている。
この底壁１６の下側には、塵埃分離装置１を前記防塵ケース５０に対してボルト連結して取り付け固定するための脚部１７が装着されている。

前記サイクロン室１０の下部側で、前記連通口１３が形成されている箇所の周壁１１の外側には、前記連通口１３よりも下方位置において大気開放状態で塵埃を室外へ落下放出するための排出口２０を形成した排出ボックス２が設けられている。
また、前記連通口１３が形成されている箇所の周壁１１の外側には、前記連通口１３よりもサイクロン室１０内における旋回流の旋回方向での上流側から連通口１３の存在箇所に向けて、前記旋回流に沿う方向で外気を導入する２次空気導入路３を設けてある。この２次空気導入路３は、その外気導入方向での下流側に相当する先端側部分が前記排出ボックス２内に突入した状態で設けられている。

〔排出ボックス〕
前記排出ボックス２は、前記サイクロン室１０の底壁１６よりも下方側位置で水平面に沿う方向で上下二分割され、上半側に位置する上箱２１と、下半側に位置する下箱２２との組み合わせで構成されている。
前記上箱２１と下箱２２とは、サイクロン室１０内における旋回流の旋回方向での上流側端部に設けたフック部２４により係脱自在に連結してあり、かつ、前記旋回流の旋回方向での下流側端部でバックル式の連結金具２５により連結固定、及び固定解除可能に構成してある。

前記上箱２１が、その横一側及び上面側で、前記サイクロン室１０の周壁１１ならびに底壁１６に対して溶接して固定されており、図６及び図７に示すように、この上箱２１の内部に前記サイクロン室１０の一部が入り込む状態となり、前記連通口１３が上箱２１の内部に連通するように形成され、上箱２１の下端側の全面が開放されている。
この上箱２１の前記サイクロン室１０内における旋回流の旋回方向で連通口１３よりも下流側に相当する箇所には、図５に示すように、前記連通口１３を過ぎて旋回方向に移動する気相流体を導入する空間部Ｓの上半側を備えるとともに、前記旋回方向での下流側ほど下向きとなる上部傾斜面２１ａを形成してあって、前記連通口１３から飛び出した塵埃を下方側へ案内するように構成してある。

前記上箱２１の下端側に連結される下箱２２は、上端側の全面が開放されていて、前記上箱２１の下端側に外嵌して連結されるように、上箱２１の下端側の外形形状と同じく平面視矩形の形状で、かつ上箱２１の下端側の外径寸法（外側径間）と同程度の内径寸法（内側径間）を有して形成されている。
この下箱２２においても、図５，６に示すように、前記サイクロン室１０内における旋回流の旋回方向で連通口１３よりも下流側に相当する箇所には、前記連通口１３を過ぎて旋回方向に移動する気相流体を導入する空間部Ｓの下半側を備え、前記上箱２１における空間部Ｓの上半側との共同で、前記連通口１３を過ぎて旋回方向に移動する気相流体を導入する空間部Ｓを形成するように構成してある。

そして、この下箱２２の前記連通口１３よりも旋回方向での下流側箇所には、上流側ほど下向きとなる下部傾斜面２２ａを形成してあって、この下部傾斜面２２ａによって、前記連通口１３から飛び出して空間部Ｓの上半側に送られてきた塵埃を、その空間部Ｓの下方位置に相当する下箱２２の内部で、前記旋回方向での上流側に存在する排出口２０側へ案内するように構成してある。
このとき、前記空間部Ｓには、サイクロン室１０内における旋回流の旋回流に沿う方向で外気を導入する２次空気導入路３からの導入外気のうち、前記連通口１３からサイクロン室１０に吸引導入されなかった余剰の外気が流入してくる。前記空間部Ｓに形成された前記下箱２２の、上流側ほど下向きとなる下部傾斜面２２ａが、その余剰の外気を排出口２０側へ向けて案内する案内壁部２３を構成している。

〔２次空気導入路〕
図５乃至図７に示すように、前記排出ボックス２内には、前記連通口１３が形成されている箇所の周壁１１の外側に位置して、サイクロン室１０内の旋回流に沿う方向で外気を導入する２次空気導入路３を構成する流路構成部材３０が、その下流側に相当する先端側部分を前記排出ボックス２内に突入させた状態で設けられている。
この流路構成部材３０は、前記連通口１３よりもサイクロン室１０内における旋回流の旋回方向での上流側から連通口１３の存在箇所に向けて、旋回流に沿う方向で外気を導入するように、かつ、前記連通口１３よりも下流側にまで延設してあり、その上流側端部と下流側端部とは開放されている。

したがって、サイクロン室１０の周壁１１に形成された連通口１３から負圧のサイクロン室１０内へ吸い込まれる外気は、この連通口１３の外側に位置する流路構成部材３０の上流側端部の開口３１もしくは下流側端部の開口３２から導入される可能性がある。
しかしながら、サイクロン室１０内では吸気口１２から吸い込まれた気相流体の旋回方向に沿う旋回流が存在していて、その旋回流の旋回方向に沿う方向で連通口３１から外気を引き込むように吸い込むので、この外気の流れは、主に流路構成部材３０の上流側端部の開口３１から連通口１３に向かう方向の流れとなる傾向がある。

そして、前記流路構成部材３０の上流側端部の開口３１から流入した外気は、前記連通口１３側で要求される外気の吸入量が極端に大きくならない限り、その全量が連通口１３に吸引されてしまうのではなく、通常の使用状態では、一部の外気が連通口１３を介してサイクロン室１０内に吸引導入され、残された余剰分の外気は流路構成部材３０の下流側の開口から排出ボックス２内の空間部Ｓ側へ流れ込む状態となる。
この排出ボックス２内の空間部Ｓに流れ込んだ余剰分の外気は、前述した下部傾斜面２２ａによる案内壁部２３に案内されて、下方の上流側に位置する排出口２０側へ向かい、排出口２０側から流入しようとする外気と衝突し、その排出口２０からの流入外気に対する流動抵抗となり、圧損が生じるので、この排出口２０側から前記連通口１３への外気の流入量が制限されることになる。

その結果、図６に示すように、サイクロン室１０内で旋回する気相流体の旋回流から連通口１３を介して接線方向に飛び出した塵埃（図中矢印ａ参照）は、排出ボックス２内の空間部Ｓ側へ向けて移動しようとするが、このとき２次空気導入路３内を流れる外気の一部（図中矢印ｂ参照）は連通口１３を介してサイクロン室１０内へ流入し、余剰分の外気（図中矢印ｃ参照）は誘導流となって塵埃を排出ボックス２内へ導くように前記空間部Ｓ側へ移動する。

この２次空気導入路３を構成する流路構成部材３０は、図７及び図８に示すように、その流路断面形状が、単なる矩形断面ではなく、２次空気導入路３の底面となる底壁部３３が、サイクロン室１０の半径方向で外方側に離れるほど連通口１３の下縁よりも低くなる外下がりの傾斜面に形成されている。
このように流路構成部材３０の底壁部３３が、サイクロン室１０の半径方向で外方側に離れるほど低くなる外下がりの傾斜面に形成されていることにより、サイクロン室１０内での処理対象の気相流体が多くの液体成分を含むものである場合に、そのサイクロン室１０の底壁１６や周壁１１内面を伝う液体が連通口１３から外部へスムースに流れ出し易くなる。

また、このように２次空気導入路３の底面が、サイクロン室１０の半径方向で外方側に離れるほど低くなる外下がりの傾斜面に形成されていることにより、２次空気導入路３の断面積が、連通口１３に近い内側よりも連通口１３から離れた外側の方で広くなり、連通口１３から離れた側における風量が多くなる傾向がある。
このため、連通口１３を介してサイクロン室１０内の負圧による吸引作用に伴って流動する２次空気導入路３内の気体の流れが、そのままサイクロン室１０内へ吸い込まれてしまうのではなく、サイクロン室１０の外側で流動する誘導流となる気体の割合が多くなり易く、塵埃の排出がスムースに行われ易くなる傾向もある。

〔塵埃分離装置における風量設定について〕
次に、塵埃分離装置１における吸気口１２と、排気口１５と、２次空気導入路３と、排出ボックス２内の排出口２０とのそれぞれにおける風量等について説明する。
この塵埃分離装置１では、
（１）排気口から出る風量＝吸気口から吸う風量＋連通口から吸う風量… … … …［式１］
（２）連通口から吸う風量＝２次空気導入路から吸う風量＋排出口から吸う風量−圧損として失われる風量… … … …［式２］

上記［式１］に示すように、排気口１５から集塵装置４側へ吸い出される風量は、吸気口１２で吸う風量と、連通口１３から吸い込む風量との総和である。
上記［式２］に示すように、連通口１３から吸い込む風量は、２次空気導入路３側から吸う外気の風量と、排出口２０側から吸う外気の風量との和から、圧損として失われる風量を差し引いた風量に相当する。
つまり、２次空気導入路３側から吸い込まれる外気と、排出口２０側から吸い込まれる外気とは吸い込み方向が逆方向であるため、排出ボックス２内で衝突し、乱流による圧損が生じる結果、連通口１３から吸う風量が減り、その連通口１３からの遠心力による塵埃の強制排出が可能になったものと思われる。

さらに、サイクロン室１０内の塵埃が排出口２０から排出されるためには、次の二つの条件も必要となる。
＜条件１＞；塵埃の重さと旋回流での旋回速度による遠心力が、連通口１３の吸い込み方向の風圧よりも大きい。
＜条件２＞；塵埃に作用する重力が排出ボックス２の排出口２０における吸い込み時の風圧よりも大きい。

上記の＜条件１＞に関しては、サイクロン室１０内での旋回流から塵埃が連通口１３から飛び出すように、吸気口１２と、２次空気導入路３と、排出口２０とのそれぞれの風量を適宜設定すればよい。

上記の＜条件２＞に関しては、図１３に示すように、吸気口１２と、２次空気導入路３と、排出口２０とのそれぞれの風量及び風速を適宜設定すればよい。図１３（ａ）は、塵埃分離装置１の全体をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で作成した試作機１での測定値を示し、同図（ｂ）は板金製の試作機２での測定結果を示している。
この図１３では、２次空気導入路３の流路面積を連通口１３の開口面積の１／２程度に設定し、排出口２０の開口面積を連通口１３に対しては５〜６倍、２次空気導入路３に対しては約１０倍程度に設定した塵埃処理装置１を用い、塵埃モデルとして粒径３〜５mm程度の発泡スチロール粒を用いて実験し、９９％以上を排出口２０から回収することができた場合の風量及び風速の値を示している。尚、図１３における周波数Ｈｚは、起風手段４０の駆動源として使用した電動モータ４２の駆動周波数である。
この実験で用いた各試作機１，２の容積は約１８４５０ｃｍ³であり、周波数６０Ｈｚの電動モータで駆動して、塵埃モデルとしての発泡スチロール粒を６００ｃｃ投入した場合の９９％回収までの時間は、平均で８２秒程度、１００％回収までの時間は平均９０秒程度であった。同じく、塵埃モデルとしての発泡スチロール粒を３００ｃｃ投入した場合の９９％回収までの時間は、平均３３秒程度、１００％回収までの時間は平均４１秒程度であった。
図１３で示す測定結果から明らかであるように、塵埃分離装置１を構成する素材がＰＥＴである場合や板金である場合など、素材の違いによっても、回収率や回収時間に関しての同様の効果を得るにあたっての風量比の変化はほとんど無い。また、電動モータ４２の駆動周波数が異なる場合には、５０Ｈｚよりも６０Ｈｚで駆動される電動モータを用いた場合の方が全体的な風量風速の増加があり、回収時間に関しては多少短くなる傾向がある。

上記の実験に関して、２次空気導入路３における吸気量が排出口２０における吸気量を下回ると、塵埃の回収率が低下し回収時間も長くなる傾向がある。また、排出口２０における風速が０．６m/secを上回ると徐々に回収時間が長くなり、1mm/secを越えるとほとんど排出されなくなってしまうので、この排出口２０での風速を０．６m/sec以下に設定するのが望ましい。
ただし、実際の処理対象の塵埃としては、鉄やアルミ等の金属粉やオイルミスト、溶接ヒューム、あるいは布屑や食品粉など、比重の異なる各種の塵埃が想定されるため、比重が大きければ排出口２０での風速を高く設定することも可能であり、逆に比重が小さければ風速をより低く設定して、要は、排出口２０における吸気圧によって塵埃が落下し難くなるような風速よりも低い風速に設定すればよい。
したがって、塵埃を良好な回収率で短時間に回収できるようにするための排出条件としては、下記のように設定するのが望ましい。
＜排出条件１＞；２次空気導入路３における吸気量を排出口２０における吸気量よりも大きく設定する。
＜排出条件２＞；塵埃に作用する重力よりも吸気圧が低くなるように排出口２０の吸気風速を設定する。

尚、２次空気導入路３及び排出口２における吸気量が極端に大きくなって吸気口１２からの吸気量を減ずるようになると塵埃分離装置１としての処理能力が低下するので、吸気口１２からの吸気量との吸気割合が大きく変化するほどには、前記２次空気導入路３及び排出口２における吸気量の総和を変化させないようにするのが望ましい。

〔他の実施形態の１〕
図１０に示すように、２次空気導入路３を次のように構成してもよい。
上記の実施形態で示したように、２次空気導入路３の全体を一連の一定した断面形状に構成されたものに限らず、２次空気導入路３の通路構造が途中で変化したものであってもよい。
つまり、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、２次空気導入路３のうち、排出ボックス２の外側でサイクロン室１０の周壁１１の周りに位置する上流側部分３ａと、排出ボックス２の内部に位置する下流側部分３ｂとで構成し、上流側部分を前記周壁１１の外周に沿う矩形断面形状の流路で構成し、下流側部分３ｂは、前記実施形態で示した構造のものと同様に、底壁部３３が外下がりの傾斜面に形成された形状のものに構成されている。
ただし、この構造では、図１０（ｂ）に示すように、下流側部分３ｂの外側壁３０ａが周壁１１周りの円弧状のものではなく、周壁１１に対する法線Ｌ１に対する接線Ｌ２に対して所定角度θだけ傾斜した線分Ｌ３に沿って直線状に形成されている。このように下流側部分３ｂの外側壁３０ａが前記線分Ｌ３に沿って直線状に形成されていると、その下流側部分３ｂの通路における外側壁３０ａが、上流側部分３ａから流れてくる導入外気を周壁１１の接線方向に沿わせながら、下流側部分３ｂの出口側の開口面積を少し絞りぎみにして、出口側から入り込もうとする排出口２０側からの流入外気に圧損を作用させるようにしてある。
その他の構成は前記実施形態で示した構造と同様である。

〔他の実施形態の２〕
実施の形態で示した排出ボックス２は上下分割タイプとすることによってメンテナンス時の利便性を図っているものであるが、このような上下で分割される構造のものに限らず、上下方向の面で分割した左右分割タイプなど、適宜の分割構造を採用してもよい。また、分割しないで一体物で排出ボックス２を構成しても差し支えない。

〔他の実施形態の３〕
排出ボックス２の形状としては図１１に示すような各種の形状を採用してもよい。この図１１（ａ）乃至（ｆ）では、便宜上、排出ボックス２の概略形状と連通口１３の位置のみを示し、サイクロン室１０や２次空気導入路３の記載等は省略しているが、サイクロン室１０や２次空気導入路３との位置関係等の他の構成要件は前述した実施形態のものと同様である。
また、この図１１では、排出ボックス２の全体を一体に構成した形で示しているが、適宜の分割構造で構成してもよいことはもちろんである。

図１１（ａ）に示す構造のものは、前述した実施形態に示した構造の排出ボックス２で備えていた上部傾斜面２１ａと下部傾斜面２２ａのうち、下部傾斜面２２ａを案内壁部２３として備えているが、前記上部傾斜面２１ａは備えていない構造に相当する。
この構造によれば、空間部Ｓに上部傾斜面２１ａに相当するものがないので、塵埃が下方へ案内される際の流動に多少スムーズを欠く傾向はあるが、実用上ほとんど問題なく排出口２０側へ案内し、排出口２０側からの外気の流入を制限することができる。

図１１（ｂ）に示す構造のものは、上記（ａ）の構造とは逆に、上部傾斜面２１ａを備えているが、前記下部傾斜面２２ａを備えていず、案内壁部２３が底部近くの平坦面によって形成された構造に相当する。

図１１（ｃ）に示す構造のものは、実施形態に示した構造の排出ボックス２のうち、上部傾斜面２１ａも下部傾斜面２２ａを備えていず、全体が矩形箱状に形成されていて、かつ案内壁部２３が平坦面によって形成された構造に相当する。

図１１（ｄ）に示す構造のものは、上記（ｃ）に示す構造の排出ボックス２から、さらに案内壁部２３も無くした構造であり、この場合には、排出ボックス２内に、流れ込んだ余剰分の外気を反転方向に案内して停滞させる空間部Ｓや案内壁部２３が存在していず、そのうえ、排出口２０の開口面積が大きくなって排出口２０側からの流入外気の圧損が少なくなるので、塵埃の排出に少し時間がかかる傾向がある。
尚、図示しないが、この排出ボックス２を、上記（ｃ）に示す構造のものよりも排出口２０開口面積の小さい小型のもので構成した場合には、開口面積が大きいことによる圧損の低下は抑えられるが、前記空間部Ｓや案内壁部２３が存在していないことによる圧損の低下は避けられず、やはり塵埃の排出に少し時間がかかる傾向がある。

図１１（ｅ）に示す構造のものは、排出ボックス２の全体形状を円筒状に形成して、下端側に排出口２０を形成したものであり、この場合には、連通口１３から排出ボックス２内に飛び込んだ塵埃が、排出ボックス２の円筒状の周壁部分に沿って、水平方向での移動成分が多い状態で反転するように旋回しながら排出口２０側へ案内されるので、排出ボックス２の周壁部分が案内壁部２３となる。

図１１（ｆ）に示す構造のものは、排出ボックス２の全体形状が球状に形成されていて、下端側に排出口２０を形成したものであり、この場合には、連通口１３から排出ボックス２内に飛び込んだ塵埃が、球面に沿って水平あるいは上下方向に旋回しながら排出口２０側へ案内されるので、この場合には排出ボックス２の球面部分が案内壁部２３となる。

〔他の実施形態の４〕
２次空気導入路３としては、実施形態で示したように周壁１１に沿って湾曲した構造のものに限らず、図示しないが、連通口１３付近でサイクロン室１０内の旋回流に対する接線方向に沿うように設けた直線状の流路であってもよい。つまり、連通口１３から旋回流の接線方向に飛び出す塵埃のベクトルと同じ方向に沿って誘導流を発生させるように構成されていればよい。
また、サイクロン室１０の外周側で水平方向に沿って設けたものに限らず下流側ほど低くなるように傾斜した流路であってもよい。
さらに、２次空気導入路３の断面形状も、実施形態で示したような底面が外下がりとなる形状のものに限らず、出口まで単なる平坦な底面を有した矩形状のもであってもよく、適宜の形状を採用することができる。

〔他の実施形態の５〕
２次空気導入路３に導く外気としては、大気圧をそのまま導入する構造のものに限らず、大気圧よりも圧力の高い外気を導入するようにしてもよい。図示しないが、例えば、集塵装置４の起風手段４０からの排風を２次空気導入路３に導くなどしてもよい。この場合、風量を減らして風速を上げ、誘導流としての機能を高めることができる。

〔他の実施形態の６〕
図１２に示すように、排出ボックス２の下側に、さらに排出用のホッパー５２及び排出用導管５３を設けてもよい。
この場合、図１２（ａ）に示すように、ホッパー５２及び排出用導管５３からの放出塵埃を貯留する塵埃貯留部５１において、塵埃貯留部５１の受け入れ口を大気開放状態で設ける、あるいは、図１２（ｂ）に示すように、塵埃貯留部５１の受け入れ口を密封状態で設けてもよい。ただし何れの場合も、ホッパー５２の上面は大気開放状態で用いることできるものであるが、このホッパー５２の上面を塞いで密閉状態で使用することも可能である。

〔他の実施形態の７〕
塵埃分離装置１と集塵装置４とは、接続ホース４１を介して接続した分離型のものに限らず、塵埃分離装置１と集塵装置４とを一体的に形成した構造によって塵埃除去装置を構成してもよいことは勿論である。

本発明の塵埃分離装置１、及び塵埃除去装置は、実施形態で示したように工作機械の加工部５で発生する塵埃のみならず、例えば、溶接機器を用いた作業場、食品加工場など、各種の気相流体が発生する箇所で用いることができる。

１ 塵埃分離装置
２ 排出ボックス
３ ２次空気導入路
１０ サイクロン室
１１ 周壁
１２ 吸気口
１３ 連通口
１５ 排気口
２０ 排出口
２３ 案内壁部
４０ 起風手段
４１ 接続ホース

Claims (6)

1. 気相流体を旋回流動させるサイクロン室に対して、処理対象の気相流体を導入する吸気口と、導入された気相流体から分離された塵埃を室外へ排出するための排出口と、塵埃分離後の気相流体をサイクロン室外へ吸引導出する排気口とを備えた塵埃分離装置であって、
   前記サイクロン室の下部に排出ボックスを設け、この排出ボックスと前記サイクロン室の周壁の下部との接続箇所に、サイクロン室内の旋回流に含まれている塵埃が旋回流の外方側へ飛び出すことを許容する連通口を形成し、
   前記排出口を、排出ボックスの下端側で前記連通口よりも下方位置において大気開放状態で塵埃を室外へ落下放出するように形成するとともに、
   前記連通口が形成されたサイクロン室の外側に、前記連通口よりもサイクロン室内における旋回流の旋回方向での上流側から連通口存在箇所に向けて外気を導入する２次空気導入路を設けてある塵埃分離装置。
2. サイクロン室の底面は、連通口が形成された側の周壁近くの底面が、連通口が形成された側とは反対側に位置する周壁近くの底面よりも低くなるように傾斜した面に形成されている請求項１記載の塵埃分離装置。
3. サイクロン室の天井面は上窄まりの円錐面状に形成してあり、塵埃分離後の気相流体をサイクロン室外へ吸引導出する排気口は、前記天井面における円錐部分の上端側に形成してある請求項１又は２記載の塵埃分離装置。
4. 排出ボックスは、サイクロン室内における旋回流の旋回方向で連通口よりも下流側に相当する箇所に、前記連通口を過ぎて旋回方向に移動する塵埃を導入する空間部を備えるとともに、この空間部に、前記塵埃の移動方向を前記旋回方向での上流側へ戻す方向に案内して排出口が存在する側へ向ける案内壁部を備えている請求項１〜３の何れか１項記載の塵埃分離装置。
5. ２次空気導入路の底面が、サイクロン室の半径方向で外方側に離れるほど連通口の下縁よりも低くなる外下がりの傾斜面に形成されている請求項１〜４の何れか１項記載の塵埃分離装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項記載の塵埃分離装置の排気口に、可撓性の接続ホースを介して、塵埃分離後の気相流体をサイクロン室外へ吸引して排出するための起風手段を接続してある塵埃除去装置。

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