JP2014188386A

JP2014188386A - 集塵装置

Info

Publication number: JP2014188386A
Application number: JP2013063459A
Authority: JP
Inventors: Hidenao Hirasawa; 秀直平沢; Jun Inagaki; 純稲垣; Kengo Nakahara; 健吾中原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】空気中の塵埃を遠心分離によって除去するサイクロン式集塵装置に関して、帯電した塵埃をクーロン力によって内円筒外壁面または外円筒内壁面に付着させることによって、塵埃の再飛散を抑制し、装置寸法の小型化と高い集塵率とを両立した集塵装置を提供することを目的とする。
【解決手段】集塵装置１は、電源６の高電圧端子９に接続した内円筒外壁面７と、電源６のアース端子１０に接続した外円筒内壁面８との間の空間に電位差を設けることによって、帯電した塵埃をクーロン力によって両壁面に付着させる。これによって、装置の小型化と高い集塵率とを両立したサイクロン式集塵装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は空気中の塵埃を遠心分離によって除去するサイクロン式集塵装置に関する。

サイクロン式集塵装置は塵埃を含む空気を吸引し、内部で旋回流を生じさせて塵埃を遠心分離する。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出る。

以下、従来のサイクロン式集塵装置の例を、図８を参照しながら説明する。

集塵装置１０１は、外円筒１０２、その外周の接線方向に接続する吸気口１０３、外円筒１０２の下方に接続する円錐筒１０４、円錐筒１０４の下方に接続する集塵室１０５、外円筒１０２と同軸上にあり、その上面に接続した内円筒１０６、内円筒１０６から集塵装置外部に通じる排気口１０７を備えている。塵埃を含む空気は吸気口１０３から外円筒１０２に流入し、外円筒１０２から円錐筒１０４へと旋回しながら降下する。その際、空気中の塵埃に遠心力が加わり、塵埃は集塵装置の外周側へ分離され、集塵室１０５に落下する。塵埃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口１０７から排出される。

このような従来のサイクロン式集塵装置を台所用換気装置に適用したものがある（例えば特許文献１参照）。

また、サイクロン式集塵装置では捕集することが困難な微小粒子を捕集するために、電気集塵方式をサイクロン式集塵装置に組み込んだものがある。

その方式の事例を図９を参照しながら説明する。

集塵装置２０１は、集塵装置１０１と同様の構造で、外円筒２０２、その外周の接線方向に接続する吸気口２０３、外円筒２０２の下方に接続する円錐筒２０４、円錐筒２０４の下方に接続する集塵室２０５、外円筒２０２と同軸上にあり、その上面に接続した内円筒２０６、内円筒２０６から集塵装置外部に通じる排気口２０７、内円筒２０６の中心軸上に放電ワイヤ２０８、放電ワイヤ２０８に高電圧を印加するための高電圧発生回路２０９を備えていて、内円筒２０６はアースに接続されている。塵埃が遠心力によって気流から分離される原理は集塵装置１０１の場合と同じであるが、集塵装置２０１においては、高電圧発生回路２０９から放電ワイヤ２０８に高電圧を印加する仕組みであり、それによって、放電ワイヤ２０８と内円筒２０６との間に、電位差が発生するため、帯電した塵埃が内円筒２０６を通過するときに、塵埃にクーロン力を与えて内円筒２０６で集塵するものである。

このような従来のサイクロン式集塵装置を電気掃除機に適用したものがある（例えば特許文献２参照）。

特許文献１および特許文献２に示すような一般的な形状のサイクロン式集塵装置は、サイクロン筒体の軸方向に長い。そこで、図１０に示すような、垂直方向に短くしたサイクロン式集塵装置に電気集塵装置を組み込んだ形態が考えられる。図１０の集塵装置３０１は図９の集塵装置２０１から円錐筒２０４と集塵室２０５を省くことで軸方向寸法を小さくし、小型化したサイクロン式集塵装置であり、外円筒３０２、その外周の接線方向に接続する吸気口３０３、外円筒３０２と同軸上にあり、その上面に接続した内円筒３０６、内円筒３０６から集塵装置外部に通じる排気口３０７、内円筒３０６の中心軸上に放電ワイヤ３０８、放電ワイヤ３０８に高電圧を印加するための高電圧発生回路３０９を備えていて、内円筒３０６はアースに接続されている。

特開２００５−１２７５６０号公報特開２０１２−９６１００号公報

従来のサイクロン式集塵装置は、分離性能を高めるためにサイクロン筒体の軸方向長さがある程度必要であり、装置寸法が大きいという課題があった。

また図１０のようなサイクロン式集塵装置は、小型化したために内円筒３０６下端と外円筒３０２底面とが接近する。すると一度遠心分離されて外円筒３０２底面に落下した塵埃は、内円筒３０６に吸引される気流の影響を強く受けるため、その一部が内円筒３０６側へ引き寄せられ、再び舞い上がる。その結果、再飛散した塵埃が内円筒３０６に吸引され、集塵効率が低下するという課題がある。

この再飛散による塵埃の流出を抑えるために、電気集塵方式として、内円筒３０６と放電ワイヤ３０８によって作られる電界で、塵埃にクーロン力を与えて集塵する方法を用いることが考えられるが、平板電極を平行に並べて構成する一般的な電気集塵方式に比べ、細い放電ワイヤ３０８と内円筒３０６で作られる電界の強度は弱く、十分な集塵効果が得られない。

本発明は上記の課題を解決するものであり、小型で、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するサイクロン式集塵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の集塵装置は、下端面が閉塞した外円筒と、前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口と、電源を備えたサイクロン式集塵装置であって、内円筒外壁面と外円筒内壁面が導電性を有し、前記電源の高電圧端子を前記内円筒外壁面と接続し、前記電源のアース端子を前記外円筒内壁面と接続して回路を形成したもので、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明の集塵装置は、下端面が閉塞した外円筒と、前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口と、電源を備えたサイクロン式集塵装置であって、内円筒外壁面と外円筒内壁面が導電性を有し、前記電源の高電圧端子を前記内円筒外壁面と接続し、前記電源のアース端子を前記外円筒内壁面と接続して回路を形成したものである。

塵埃を遠心分離するための、垂直方向に長い円錐筒を用いない構造であり、前記集塵装置の前記吸気口から入った空気が、前記集塵装置の前記外円筒の内部で旋回気流となり、その旋回が塵埃にもたらす遠心力によって、塵埃を気流から分離して外円筒の底面に落下させる作用を有するとともに、旋回している間に塵埃どうしが衝突することによって塵埃が帯電し、前記内円筒外壁面と前記外円筒内壁面との間に作られる電界が、帯電した塵埃にクーロン力を与え、前記内円筒外壁面または前記外円筒内壁面へ誘引して付着させる作用を有し、それらの作用によって塵埃を前記集塵装置の中にとどめるため、小型で、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するサイクロン式集塵装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における集塵装置の斜視図同集塵装置の水平断面図同放電手段を備えた集塵装置の水平断面図同放電手段を備えた集塵装置の斜視図同放電手段を備えた内円筒の斜視図同アース電極を備えた集塵装置の水平断面図同アース電極を備えた集塵装置の斜視図従来のサイクロン式集塵装置の概略図電気集塵装置を備えた従来のサイクロン式集塵装置の概略図電気集塵装置を備え、円錐筒を用いないサイクロン式集塵装置の概略図

本発明の請求項１記載の集塵装置は、下端面が閉塞した外円筒と、前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口と、電源を備えたサイクロン式集塵装置であって、内円筒外壁面と外円筒内壁面が導電性を有し、前記電源の高電圧端子を前記内円筒外壁面と接続し、前記電源のアース端子を前記外円筒内壁面と接続して回路を形成した構成である。

これにより、前記吸気口から入った空気が、前記集塵装置の前記外円筒の内部で旋回気流となり、その旋回が塵埃にもたらす遠心力によって、塵埃を気流から分離して外円筒下端面に落下させる作用を有する。

さらに、旋回している間に塵埃どうしが衝突することによって塵埃が帯電し、前記内円筒外壁面と前記外円筒内壁面との間に作られる電界が、帯電した塵埃にクーロン力を与え、前記内円筒外壁面または前記外円筒内壁面へ誘引して付着させる作用を有し、それらの作用によって塵埃を前記集塵装置の中に留めるため、集塵装置の小型化と、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するという効果を奏する。

また、前記内円筒外壁面に放電手段を設けた構成である。これにより、前記放電手段の先端と、前記外円筒内壁面との間にコロナ放電領域を発生させることができ、前記コロナ放電領域を通過する塵埃を帯電させ、帯電した塵埃を前記外円筒内壁面に付着させる作用を有するため、より集塵効率が高くなるという効果を奏する。

また、内円筒内壁面が導電性を有し、前記内円筒の内側にアース電極を設けた構成である。これにより、前記内円筒内壁面と前記アース電極との間には電界が作られ、前記電界が、前記内円筒を通って前記排気口から排出される帯電した塵埃にクーロン力を与え、前記アース電極へ誘引して付着させるという作用を有するため、より集塵効率が高くなるという効果を奏する。

（実施の形態１）
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。

図１に示すように、集塵装置１は、下端面が閉塞した外円筒２と、外円筒２の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口３と、外円筒２の内部において外円筒２の中心軸と同軸で、外円筒２の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒４と、外円筒２の上端面は、内円筒４の上端面の外側を閉塞し、内円筒４の上端面に接続し外円筒２の外部に通じる排気口５と、電源６を備えている。

図２に示すように、内円筒４は、外側の壁面である内円筒外壁面７が導電性を有していて、リード線などの導電体によって、電源６の高電圧端子９と接続している。外円筒２は、その内側の壁面である外円筒内壁面８が導電性であり、リード線などの導電体によって、電源６のアース端子１０と接続している。この接続により、内円筒外壁面７と外円筒内壁面８と電源６で回路を形成している。

本発明における内円筒４は、内円筒４自体が導電性を有する素材でできているもの、または内円筒４の外側の表面に導電性を有した素材を貼り付けるなどして設けたものであり、それによって内円筒４は、導電性を有した内円筒外壁面７を持つものである。

また、本発明における外円筒２は、その円筒内部の側面と底面の両方、または少なくとも側面だけが導電性を有し、その円筒内部の上面は絶縁性を有するものである。上面を絶縁性とする理由は、導電性を有する内円筒外壁面７との電気的な短絡を避けるためである。

集塵作用について説明する。集塵装置１は、居住空間などの屋内に外気を導入するダクトの最上流またはタクトの中間に設けるもので、ダクトを流れる空気中の塵埃などを除去することを目的とした装置である。

集塵装置１の外部または内部に設けられた送風手段（図示せず）によって、吸気口３から空気が外円筒２の内部に導入されると、外円筒２の内部で空気は旋回気流となり、その旋回によって気流中の塵埃は遠心力を受けて外円筒内壁面８の方へと移動する。気流は外円筒２の底面と内円筒４の下端面の間で折り返して、内円筒４の下端面の開口から上方に吸い上げられて、排気口５から集塵装置１の外部に出て行く。一方、塵埃は外円筒内壁面８へと移動すると同時に、重力を受けるため、塵埃は旋回しながら下方に移動し、外円筒２の底面に落下することで、内円筒４の下端面の開口から上方へ吸い上げられる気流から分離される。

気流中の塵埃には、帯電しているものとしていないもの、つまり、正または負の電荷を持つものと、電荷を持たないものがある。本発明の集塵装置１は、電源６によって内円筒外壁面７と外円筒内壁面８との間に電位差を発生させるもので、気流中の帯電した塵埃は、この電位差によってクーロン力を得るため、帯電した塵埃を内円筒外壁面７または外円筒内壁面８のいずれかの方へ誘引して付着させる作用を有する。例えば、図２に示すように、電源６の高電圧端子９が負極であるならば、高電圧端子９と接続される内円筒外壁面７は負極となるため、正の電荷を持つ塵埃が内円筒外壁面７に付着し、負の電荷を持つ塵埃は外円筒内壁面８に付着する。

これにより、集塵装置１の内部に塵埃をとどめておくことが可能となるため、遠心分離効果を高める目的で従来のサイクロン式集塵装置に用いられる垂直方向に長い円錐筒を設けなくても、同様の集塵効果を得ることができ、装置の小型化が実現できる。

図２では、内円筒４は、外側の表面が内円筒外壁面７として内円筒４の母体とは別の層を有している一例として、樹脂などの軽い素材を内円筒４の母体として用いて、その外側の表面にアルミニウムなどの薄膜を貼り付けているが、内円筒４自体がＳＵＳ３０４やアルミニウムなどの導電体で、導電性を有する内円筒外壁面７を持つ内円筒４を構成してもよい。また、内円筒４の外側の表面にカーボン塗料などの導電性塗料を塗ったものでもよい。

次に、内円筒外壁面７に放電手段２１を設けたものについて説明する。図３に示すように、放電手段２１は先端が尖った形状で導電性を有したものであり、導電性を有した内円筒外壁面７の周囲に接続して配置することによって、電源６から内円筒外壁面７を経由して放電手段２１に高電圧を印加したとき、放電手段２１と外円筒内壁面８との間にコロナ放電領域２２を発生させるものである。これによって、もともと帯電していた塵埃も、帯電していなかった塵埃も、このコロナ放電領域２２を通過するときにすべて、放電手段２１の電圧極性と同じ極性の電荷を帯び、コロナ放電領域２２を通過した後は、内円筒外壁面７と外円筒内壁面８との間の電位差によって塵埃はクーロン力を受け、アース端子１０と接続している外円筒内壁面８に誘引されて付着する。したがって、集塵効率をより高くするという効果が得られる。

図３では、放電手段２１が８つ描かれているが、特に個数に制約はなく、１つであっても塵埃を帯電させる効果がある。放電手段２１の数が多いほど、塵埃の帯電効果を高くすることができて、集塵効率を高めることができるが、数に比例して放電電流が増大するため、電源６の電力容量を大きく確保する必要がある。

また、放電手段２１は、内円筒外壁面７のどの位置に配置してもよいが、図４で示すように、放電手段２１を内円筒外壁面７の上方に配置することで、内円筒外壁面７と外円筒内壁面８との間における上方の空間でコロナ放電領域２２を発生させることができるため、吸気口３から外円筒２の内部に入る塵埃が、図４の螺旋の矢印線で示すように、旋回しながら落下する過程の最初の段階で、放電手段２１によって塵埃が帯電し、その後、落下しながら内円筒外壁面７と外円筒内壁面８との間の電位差によって塵埃はクーロン力を受けて、アース端子１０と接続している外円筒内壁面８に誘引されて付着する。

放電手段２１の形状と材質について、先端の尖った導電性のものであればどんなものでも使用可能であるが、例えばＳＵＳ３０４などの金属製の針が適している。針は細いほど低い電圧下で放電するため、放電効率と針体強度を考慮して、０．５〜１ｍｍの太さの針が、一般的に放電電極針として用いられているが、本発明においても同様の太さのものを使用するのがよい。もし、より高い針体強度が求められる場合は１ｍｍ以上の太さでもよい。

放電手段２１の先端と、外円筒内壁面８との間の距離は小さいほど放電しやすいが、両者が接近しすぎていると、火花放電が発生して危険であるため、放電手段２１に印加する電圧に応じて適切に距離を設定する必要がある。放電手段２１に印加する電圧が、例えば−５ｋＶであれば、放電手段２１の先端と外円筒内壁面８との間の距離は５ｍｍ以上確保するのが望ましい。距離が大きすぎると、コロナ放電が起こらないため、電圧が数ｋＶであるならば、その距離は２０ｍｍ程度までとするのがよい。

図４では、内円筒外壁面７の、水平な１つの円周線上に、複数の放電手段２１を配置しているが、図５に示すように、複数の円周線上に複数または１つの放電手段２１を配置してもよい。特に、気流の速度が大きい場合は、外円筒２の内部を塵埃が幾度も周回しながら落下するため、放電手段２１を垂直方向に複数段設けていれば、内円筒外壁面７と外円筒内壁面８との間において、コロナ放電領域２２を塵埃が通過する機会が増して、より確実に塵埃を帯電することが可能となり、集塵効率をさらに高める効果が得られる。

次に、内円筒４の内側の表面が導電性を有し、内円筒４の内側にアース電極を備えた場合について説明する。図６、図７に示すように、内円筒４の内側の表面である、内円筒内壁面２３が導電性を有し、内円筒内壁面２３が高電圧端子９と接続し、内円筒４の内側に、導電性を有した円柱状のアース電極２４を垂直に立てるようにして備え、アース電極２４とアース端子１０を接続することによって、内円筒内壁面２３とアース電極２４との間に電位差を作り、内円筒４の下端から吸い上げられる気流中の帯電した塵埃にクーロン力を与え、内円筒内壁面２３またはアース電極２４のいずれかの方へ、塵埃を誘引して付着させるものである。

アース電極２４の垂直方向の長さに制約はないが、アース電極２４の上端面が、内円筒４の上端面と同じ高さか、それ以上の高さに位置し、かつ、アース電極２４の下端面が、内円筒４の下端面と同じかそれよりも低い位置にあれば、電界の発生する空間を大きく有効に得ることができる。ただし、アース電極２４と内円筒４が互いに接触して電気的に導通した状態では、内円筒内壁面２３とアース電極２４との間に電位差を作ることができない。アース電極２４を支持するために、内円筒内壁面２３とアース電極２４との間を絶縁性の支持材などで連結するという方法も考えられるが、その支持材に付着する塵埃によって内円筒内壁面２３とアース電極２４が電気的に短絡する可能性もあるため、アース電極２４の下端面を外円筒２の底面に接続することによって、アース電極２４を固定するのが合理的である。

アース電極２４は円柱形状としているが、高電圧端子９と接続している内円筒内壁面２３と、アース電極２４との間に一定距離の空間を確保するためである。一定距離を確保していれば、電界強度が均一になり、集塵効果を安定にすることができる。また、アース電極２４は、中空の円筒であってもよい。中空の円筒の場合は、円筒全体が導電性を有したものでもよいが、少なくとも円筒の外側の表面が導電性を有したものであればよい。したがって、アース電極２４としては、例えばアルミニウムなどの金属製の円柱または円筒のものや、樹脂などの軽い素材の円柱または円筒の外側の表面にアルミニウムなどの金属製の薄膜を設けたものなどが挙げられる。

内円筒外壁面７に放電手段２１を設けない場合、内円筒４の内部に導入される塵埃には、正または負の電荷を持つものと、電荷を持たないものがある。例えば図６に示すように、電源６の高電圧端子９が負極であるならば、正の電荷を持つ塵埃は、内円筒内壁面２３に付着し、負の電荷を持つ塵埃は、アース電極２４に付着する。

内円筒外壁面に放電手段２１を設けた場合は、すべての塵埃は帯電する。例えば、高電圧端子９が正極であるならば、塵埃はすべて正に帯電するため、塵埃が内円筒４の内部に導入されたとき、塵埃はアース電極２４に付着する。

アース電極２４は、塵埃を付着させる面としての機能を持つため、表面積が大きいほど、つまり直径が大きいほど集塵効率を高めることができる。

導電性を有した外円筒内壁面８について、外円筒２の底面に導電性を持たせるかどうかは上述のとおり、任意である。もし外円筒２の底面が導電性を有していれば、アース電極２４と、外円筒２の底面とを接続させて一体化することによって、１つの導電体とすることができるため、外円筒内壁面８またはアース電極２４のいずれか一方が、アース端子１０と電気的に接続していればよく、リード線の配置に関して、合理的な構成となる。

以上のように本発明の集塵装置は、集塵装置の吸気口から入った空気が、集塵装置の外円筒の内部で旋回気流となり、その旋回が塵埃にもたらす遠心力によって、塵埃を気流から分離して外円筒の底面に落下させる作用を有するとともに、旋回している間に塵埃どうしが衝突することによって塵埃が帯電し、内円筒外壁面と外円筒内壁面との間に作られる電界が、帯電した塵埃にクーロン力を与え、内円筒外壁面または外円筒内壁面へ誘引して付着させる作用を有し、それらの作用によって塵埃を集塵装置の中にとどめるため、小型で、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するサイクロン式集塵装置を提供することができる。

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、空気中の塵埃を捕集し、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。

１集塵装置
２外円筒
３吸気口
４内円筒
５排気口
６電源
７内円筒外壁面
８外円筒内壁面
９高電圧端子
１０アース端子
２１放電手段
２２コロナ放電領域
２３内円筒内壁面
２４アース電極
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排気口
２０１集塵装置
２０２外円筒
２０３吸気口
２０４円錐筒
２０５集塵室
２０６内円筒
２０７排気口
２０８放電ワイヤ
２０９高電圧発生回路
３０１集塵装置
３０２外円筒
３０３吸気口
３０６内円筒
３０７排気口
３０８放電ワイヤ
３０９高電圧発生回路

Claims

下端面が閉塞した外円筒と、
前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、
前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、
前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、
前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口と、
電源を備えたサイクロン式集塵装置であって、
内円筒外壁面と外円筒内壁面が導電性を有し、
前記電源の高電圧端子を前記内円筒外壁面と接続し、前記電源のアース端子を前記外円筒内壁面と接続して回路を形成したことを特徴とする集塵装置。
内円筒外壁面に放電手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の集塵装置。
内円筒内壁面が電源の高電圧端子に接続し、内円筒の内側にアース電極を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の集塵装置。