JP2017170373A - 分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送風機能を有する空調設備と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能な分離装置を提供する。【解決手段】分離装置１における枠体３は、ロータ２を囲んでいる。複数の流路８は、各々が複数の仕切板６のうち隣り合う２つの仕切板６とロータ２と枠体３とで規定される。複数の仕切板６の各々は、ロータ２の回転中心軸２０のまわりで螺旋状に形成されている。分離装置１は、モータ７の起電力の発生を検知する第１検知部１１と、モータ７の消費電力の所定変化を検知する第２検知部１２と、制御部５と、を備える。制御部５は、第１検知部１１によりモータ７の起電力の発生が検知されたときに駆動回路１７１にモータ７の駆動を開始させ、第２検知部１２によりモータ７の消費電力の所定変化が検知されたときにモータ７の回転数が所定回転数になるように駆動回路１７１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、分離装置に関し、より詳細には、空気から固体を分離する分離装置に関する。

従来、この種の分離装置としては、例えば、粉塵を空気から分離する防塵装置が知られている（特許文献１）。

特許文献１に記載された防塵装置は、円筒（ロータ）と、円筒を囲んでいる外筒（枠体）と、回転子と、シロッコファンと、ファンモータと、を備えている。

円筒の外周面側には、粉塵混合空気を効率的に回転させるための複数の主羽根が設けられている。円筒には、その一部に、空気を流入させるための孔が設けられている。

回転子は、円筒の内部を通る空気をシロッコファンへ導く通気口を有する。

防塵装置では、粉塵混合空気が高速回転しながら螺旋下降する時、空気に比べて質量の大きい粉塵に、より強い遠心力が作用するので、粉塵が外筒の壁面方向に押しやられる。

防塵装置では、空気と粉塵（固体）との分離が行われることにより、空気の清浄化が行われる。

特開２００１−８７６１０号公報

一般的に、分離装置では、流入する空気の流量、ロータの回転数等によって、分離する固体の大きさが変化する。

しかしながら、所定風量の空気を送る送風機能を有する空調設備の上流側に分離装置を配置して用いる場合、空調設備の所定風量によっては分離装置の所望の分離性能が得られないことがある。

本発明の目的は、送風機能を有する空調設備と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能な分離装置を提供することにある。

本発明に係る一態様の分離装置は、送風機能を有する空調設備の上流側又は下流側に設けられ、空気中の固体を分離する。分離装置は、ロータと、枠体と、複数の仕切板と、複数の流路と、モータと、駆動回路と、を備える。前記枠体は、筒状であり、前記ロータを囲んで前記ロータと同軸的に配置されている。前記複数の仕切板は、前記ロータと前記枠体との間の空間に配置されて前記空間を区分する。前記複数の流路は、各々が前記複数の仕切板のうち隣り合う２つの仕切板と前記ロータと前記枠体とで規定される。前記モータは、前記ロータを前記ロータの回転中心軸のまわりで回転させる。前記駆動回路は、前記モータを駆動する。前記複数の仕切板の各々は、前記ロータに連結されており、かつ、前記ロータの前記回転中心軸のまわりで螺旋状に形成されている。前記複数の流路の各々は、前記ロータの前記回転中心軸に沿った方向において前記ロータの第１端側が上流側であり、かつ、前記ロータの第２端側が下流側である。分離装置は、前記モータの起電力の発生を検知する第１検知部と、前記モータの消費電力の所定変化を検知する第２検知部と、前記駆動回路を制御する制御部と、を更に備える。前記制御部は、前記第１検知部により前記モータの起電力の発生が検知されたときに前記駆動回路に前記モータの駆動を開始させ、前記第２検知部により前記所定変化が検知されたときに前記モータの回転数が所定回転数になるように前記駆動回路を制御する。

本発明の分離装置は、送風機能を有する空調設備と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る分離装置の概略断面図である。図１Ｂは、同上の分離装置における分離ユニットの概略斜視図である。 図２は、同上の分離装置における分離ユニットの概略断面図である。 図３は、同上の分離装置の概略斜視図である。 図４は、同上の分離装置を備えた空気浄化システムの概略説明図である。 図５は、同上の分離装置の回路図である。 図６は、同上の分離装置の動作説明図である。 図７は、同上の分離装置においてモータの回転方向を逆方向にした場合の動作説明図である。 図８は、本発明の一実施形態の変形例に係る分離装置の動作説明図である。

下記の実施形態等において説明する各図は、模式的な図であり、図中において各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態）
以下では、本実施形態の分離装置１について、図１Ａ〜７に基づいて説明する。

分離装置１は、送風機能を有する空調設備４０（図４参照）の上流側に設けられ、空気中の固体を分離する。

分離装置１は、ロータ２と、枠体３と、複数（例えば、２つ）の仕切板６と、複数（例えば、２つ）の流路８と、モータ７と、駆動回路１７１と、を備える。枠体３は、筒状であり、ロータ２を囲んでロータ２と同軸的に配置されている。複数の仕切板６は、ロータ２と枠体３との間の空間４に配置されて空間４を区分する。複数の流路８は、各々が複数の仕切板６のうち隣り合う２つの仕切板６とロータ２と枠体３とで規定される。モータ７は、ロータ２をロータ２の回転中心軸２０のまわりで回転させる。駆動回路１７１は、モータ７を駆動する。複数の仕切板６の各々は、ロータ２に連結されており、かつ、ロータ２の回転中心軸２０のまわりで螺旋状に形成されている。複数の流路８の各々は、ロータ２の回転中心軸２０に沿った方向においてロータ２の第１端２１側が上流側であり、かつ、ロータ２の第２端２２側が下流側である。分離装置１は、モータ７の起電力の発生を検知する第１検知部１１と、モータ７の消費電力の所定変化を検知する第２検知部１２と、駆動回路１７１を制御する制御部５と、を更に備える。制御部５は、第１検知部１１によりモータ７の起電力の発生が検知されたときに駆動回路１７１にモータ７の駆動を開始させ、第２検知部１２によりモータ７の消費電力の所定変化が検知されたときにモータ７の回転数が所定回転数になるように駆動回路１７１を制御する。

以上の構成により、分離装置１は、送風機能を有する空調設備と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。空調設備４０は、所定風量の空気を送る送風機能を有する。空調設備４０は、例えば、上流側から下流側へ空気を送風する送風装置であり、上流側に設けられた分離装置１におけるロータ２と枠体３との間の空間４に空気を流すことができる。ここにおける「上流側」は、空気の流れる方向でみたときの上流側（一次側）を意味する。また、ここにおける「下流側」は、空気の流れる方向でみたときの下流側（二次側）を意味する。

空気中の固体としては、例えば、微粒子、塵埃等が挙げられる。微粒子としては、例えば、粒子状物質等を挙げることができる。粒子状物質としては、微粒子として直接空気中に放出される一次生成粒子、気体として空気中に放出されたものが空気中で微粒子として生成される二次生成粒子等がある。一次生成粒子としては、例えば、土壌粒子（黄砂等）、粉塵、植物性粒子（花粉等）、動物性粒子（カビの胞子等）、煤等が挙げられる。粒子状物質は、大きさの分類として、例えば、ＰＭ２．５（微小粒子状物質）、ＰＭ１０、ＳＰＭ（浮遊粒子状物質）等を挙げることができる。ＰＭ２．５は、粒子径２．５μｍで５０％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子である。ＰＭ１０は、粒子径１０μｍで５０％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子である。ＳＰＭは、粒子径１０μｍで１００％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子であり、ＰＭ６．５−７．０に相当し、ＰＭ１０よりも少し小さな微粒子である。

分離装置１は、回転板９を更に備えるのが好ましい。回転板９は、環状であり、複数の仕切板６に連結されている。駆動回路１７１は、ロータ２を回転させる。複数の仕切板６の各々は、ロータ２に連結されている。回転板９は、複数の流路８の各々の下流側において複数の仕切板６に連結されている。分離装置１では、ロータ２と枠体３と複数の仕切板６と回転板９とを含む分離ユニット１０が、中心側開口（中心出口）２５と、外周側開口（外周出口）３５と、を備えるのが好ましい。中心出口２５は、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６よりも回転中心軸２０側にある。中心出口２５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８に連通し回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。外周出口３５は、複数の流路８それぞれの下流側において回転中心軸２０に直交する方向で複数の仕切板６よりも外側にある。外周出口３５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８に連通し回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。回転板９は、回転中心軸２０に沿った方向から見て、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６及び空間４を覆う大きさである。「複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６及び空間４を覆う大きさ」とは、複数の仕切板６と空間４との全体を覆う大きさだけに限らず、複数の流路８それぞれの流路の断面積を減少させることができる大きさであればよい。以上の構成により、分離装置１は、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。空調設備４０を構成する送風装置は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８の下流側における空気の流れ方向を中心出口２５に向かう方向に制御する。これにより、分離装置１は、空気から固体をより効率良く分離することが可能となる。

図４は、分離装置１を備えた空気浄化システム３００の概略構成図である。

空気浄化システム３００では、分離装置１が、空調設備４０の上流側に配置されている。言い換えれば、空調設備４０は、複数の流路８の下流側に配置されている。

空調設備４０を構成する送風装置は、所定風量の空気を送る送風機能を有する電動ファンである。空気浄化システム３００では、空調設備４０を動作させることにより、分離装置１の複数の流路８に空気を流すことが可能となる。電動ファンは、例えば、軸流ファンである。

空気浄化システム３００は、空気を住戸４００内へ流すための第１ダクト３１１を備え、第１ダクト３１１における下流側の端部に分離装置１を接続してある。分離装置１では、複数の流路８の各々が、第１ダクト３１１の内部空間と連通する。また、空気浄化システム３００は、分離装置１と空調設備４０との間に、分離装置１で清浄化された空気をより清浄化するためのフィルタ装置４２を備えるのが好ましい。この場合、空気浄化システム３００は、例えば、分離装置１とフィルタ装置４２との間に介在する第２ダクト３１２と、フィルタ装置４２と空調設備４０との間に介在する第３ダクト３１３と、を備えるのが好ましい。フィルタ装置４２は、例えば、ＨＥＰＡフィルタ（high efficiency particulate air filter）等のエアフィルタである。「ＨＥＰＡフィルタ」とは、定格流量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能をもつエアフィルタである。フィルタ装置４２は、１００％の粒子捕集効率を必須の条件とはしない。ただし、フィルタ装置４２は、空気中に含まれている固体の捕集効率がより高いのが好ましい。図４では、空気の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図４では、分離装置１によって空気から分離される微粒子１６１と、フィルタ装置４２で捕集される超微粒子１６２と、を模式的に示してある。超微粒子１６２は、微粒子１６１よりも粒径が小さく、かつ、ＨＥＰＡフィルタで除去できる粒径の微粒子である。

また、空気浄化システム３００は、例えば、空調設備４０の下流側に配置された分配器３１８と、空調設備４０と分配器３１８との間に配置された第４ダクト３１４と、を備えるのが好ましい。分配器３１８には、住戸４００内の複数の区画４０１（例えば、リビング、寝室等）それぞれへ空気を給気するための複数の第５ダクト３１５が接続されている。分配器３１８は、上流側から供給された空気を下流側の複数の第５ダクト３１５へ分配する。第１ダクト３１１、分離装置１、第２ダクト３１２、フィルタ装置４２、第３ダクト３１３、空調設備４０、第４ダクト３１４、分配器３１８及び第５ダクト３１５は、住戸４００の天井裏に配置されるのが好ましい。

空気浄化システム３００は、分離装置１を備えるので、ＰＭ２．５等の微粒子１６１がフィルタ装置４２、空調設備４０、住戸４００内の複数の区画４０１等へ到達するのを抑制することが可能となる。また、空気浄化システム３００は、分離装置１よりも下流側にあるフィルタ装置４２、空調設備４０等の長寿命化を図ることが可能となる。例えば、空気浄化システム３００では、フィルタ装置４２に捕集される微粒子等の総質量が増加することによる圧力損失の上昇を抑制することが可能となる。これにより、空気浄化システム３００では、フィルタ装置４２の交換頻度を少なくすることが可能となる。空気浄化システム３００は、フィルタ装置４２と空調設備４０とが互いに異なる筐体に収納された構成に限らず、空調設備４０の筐体内にフィルタ装置４２を備えていてもよい。言い換えれば、空調設備４０が、送風装置に加えてフィルタ装置４２を備えていてもよい。

分離装置１の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

上述のように、分離装置１は、ロータ２と、枠体３と、複数（例えば、２つ）の仕切板６と、複数（例えば、２つ）の流路８と、モータ７と、駆動回路１７１と、を備える。

ロータ２は、円柱状に形成されている。ロータ２は、空気と、空気に含まれている固体と、を通さないように構成されている。より詳細には、ロータ２は、非多孔質の構造体である。ロータ２の材料としては、例えば、金属、合成樹脂等を採用することができる。ロータ２は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１では、ロータ２の帯電を抑制することが可能となる。

図１Ｂでは、ロータ２の回転方向を太線の矢印で模式的に示してある。ロータ２の回転方向は、ロータ２を第１端２１側から見て、時計回りの方向である。ロータ２の回転方向は、ロータ２を第２端２２側から見て、反時計回りの方向である。分離装置１は、ロータ２が回転することで、複数の流路８それぞれに流入した空気に対して回転中心軸２０のまわりの回転方向の力を与えることが可能となる。

枠体３は、円筒状に形成されている。枠体３の材料としては、例えば、金属、合成樹脂等を採用することができる。枠体３は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１では、枠体３の帯電を抑制することが可能となる。

枠体３は、ロータ２を囲んでロータ２と同軸的に配置されている。「ロータ２と同軸的に配置された」とは、枠体３が、枠体３の中心線をロータ２の回転中心軸２０に揃えるように配置されていることを意味する。

複数の仕切板６は、ロータ２と枠体３との間の空間４に配置されて空間４を区分する。複数の仕切板６の各々は、ロータ２の回転中心軸２０のまわりで螺旋状に形成されている。「螺旋状」とは、左ねじ螺旋の少なくとも一部により形成された形状を意味する。「左ねじ螺旋の少なくとも一部」とは、左ねじ螺旋の回転数が１未満でもよいことを意味する。

ロータ２の所定の回転方向がロータ２を第１端２１側から見て時計回り（右回り）の方向の場合、複数の仕切板６の各々は、第１端６１から第２端６２に向けて、ロータ２の所定の回転方向とは逆方向に沿った螺旋方向の螺旋状とみなすことができる。したがって、分離装置１は、分粒性能を向上させることが可能となる。

複数の仕切板６の各々の材料としては、例えば、金属、合成樹脂、ゴム等を採用することができる。複数の仕切板６は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１は、複数の仕切板６の帯電を抑制することが可能となる。

複数の仕切板６は、上述のようにロータ２と枠体３とのうちロータ２のみと連結されている。「ロータ２のみと連結」とは、複数の仕切板６の各々が、ロータ２と別部材として形成されロータ２に固定されている場合に限らず、例えば、ロータ２と一体に形成されている場合も含む。分離装置１は、複数の仕切板６が枠体３に連結されていないので、複数の仕切板６がロータ２と枠体３との両方に固定され両方を回転させる場合に比べて、駆動回路１７１の負荷を軽減することが可能となり、低消費電力化を図ることが可能となる。

複数の仕切板６の各々は、枠体３の内周面３３との間に隙間が形成されるように配置されているのが好ましい。言い換えれば、分離装置１は、複数の仕切板６の各々と枠体３の内周面３３との間に隙間がある。これにより、分離装置１では、製造が容易になるという利点がある。

複数の仕切板６は、各々の一部が、ロータ２の回転中心軸２０に沿った方向において、ロータ２よりも回転板９側へ位置するようにロータ２に連結されているのが好ましい。

分離装置１では、ロータ２が回転することで、複数の流路８それぞれに流入した空気に対して回転中心軸２０のまわりの回転方向の力を与えることが可能となる。分離装置１は、上流側から複数の流路８それぞれに流入した空気を、ロータ２のまわりで螺旋状に回転させながら、複数の流路８それぞれの下流側に流すことができる。分離装置１では、ロータ２が回転することにより、複数の流路８の各々を流れる空気の速度ベクトルが、回転中心軸２０に平行な方向の速度成分と、回転中心軸２０のまわりの回転方向の速度成分と、を有することになる。よって、分離装置１は、小型化を図りながらも空気から固体を効率良く分離することが可能となる。

複数の流路８の各々は、流路８を規定する２つの仕切板６に沿った螺旋状である。複数の流路８の各々における空気の流入口は、ロータ２の第１端２１側にある。複数の流路８の各々における空気の流出口は、ロータ２の第２端２２側にある。

複数の仕切板６に連結された回転板９は、環状であり、開口部９２を有している。回転板９は、一例として、円環状に形成されている。回転板９は、回転板９の厚さ方向をロータ２の回転中心軸２０に沿った方向に揃えるように配置されている。回転板９の内径（回転板９の開口部９２の直径）は、ロータ２の外径よりも大きい。回転板９の開口部９２の半径は、ロータ２の半径とロータ２の半径方向に沿った仕切板６の長さとを合わせた寸法よりも小さい。回転板９の外径は、枠体３の外径よりも大きい。回転板９の材料としては、例えば、金属、合成樹脂等を採用することができる。回転板９は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１は、回転板９の帯電を抑制することが可能となる。

分離装置１では、分離ユニット１０が、複数の流路８それぞれの下流側に形成されている中心出口２５を備える。ここで、中心出口２５は、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６よりもロータ２の回転中心軸２０側にある。分離装置１における中心出口２５は、隣り合う２つの仕切板６とロータ２と回転板９とで規定される開口である。要するに、中心出口２５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。

また、分離装置１では、分離ユニット１０が、複数の流路８それぞれの下流側に形成されている外周出口３５を備える。ここで、外周出口３５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向において複数の仕切板６よりも外側にある。外周出口３５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８に連通しロータ２の回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。外周出口３５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向において、中心出口２５よりも回転中心軸２０から離れている。言い換えれば、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向において、外周出口３５と回転中心軸２０との距離は、中心出口２５と回転中心軸２０との距離よりも長い。これにより、分離装置１は、複数の流路８の各々において、より大きな遠心力が与えられた固体を、外周出口３５を通して排出することが可能となる。分離装置１における外周出口３５は、枠体３と回転板９との間の開口である。言い換えれば、分離装置１における外周出口３５は、枠体３と回転板９との間の隙間である。外周出口３５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。

分離装置１は、回転板９の下流側において回転板９に連結された回転筒１９を更に備えているのが好ましい。言い換えれば、分離ユニット１０は、回転筒１９を備えているのが好ましい。これにより、分離装置１は、外周出口３５から排出された微粒子１６１が回転板９の開口部９２を通った空気に戻るのを抑制することが可能となる。

ロータ２を回転させるモータ７は、例えば、直流モータである。モータ７は、モータ本体７１と、モータ本体７１から一部が突出している円柱状の回転軸（シャフト）７２と、を備える。モータ７は、モータ本体７１の外周形状が円形状であるのが好ましい。モータ本体７１の外径は、枠体３及び回転板９それぞれの内径よりも小さいのが好ましい。モータ本体７１の外径は、ロータ２の外径よりも小さいのが好ましい。分離装置１では、モータ７の回転軸７２にロータ２が連結されている。分離装置１では、回転軸７２の軸線とロータ２の回転中心軸２０とが一直線上に揃うように、回転軸７２とロータ２とが連結されている。これにより、モータ７は、ロータ２を回転させることができる。ロータ２の回転方向は、モータ７の回転軸７２の回転方向と同じである。ロータ２の回転角速度は、モータ７の回転軸７２の回転角速度と同じである。

分離装置１は、駆動回路１７１へ電力を供給する電源部１７（図５参照）を備えているのが好ましい。電源部１７は、例えば、外部の交流電源から供給される交流電圧から駆動回路１７１に適した電圧（例えば、１００Ｖの直流電圧）を生成して出力する電源回路である。電源回路は、例えば、スイッチング電源回路である。

分離装置１は、電源部１７、駆動回路１７１、第１検知部１１、第２検知部１２及び制御部５等を収納したケース１７０と、を備えている。モータ７は、ケース１７０から突出したパイプ１８により支持されている。駆動回路１７１とモータ７とを電気的に接続している配線は、露出しないようにパイプ１８内に収納されているのが好ましい。

分離装置１では、例えば、規定粒径の微粒子を分離できるように、枠体３、ロータ２及び複数の仕切板６それぞれの形状、ロータ２の回転速度が設定されている。規定粒径の微粒子としては、例えば、空気動力学的粒子径が、１．０μｍの粒子を想定している。「空気動力学的粒子径」とは、空気動力学的挙動が、比重１．０の球形粒子と等価になるような粒子の直径を意味する。空気動力学的粒子径は、粒子の沈降速度から求められる粒径である。分離装置１で分離されずに空気中に残る固体としては、分離装置１で分離することを想定している微粒子よりも粒径の小さな微粒子（言い換えれば、質量が小さな微粒子）を挙げることができる。

分離装置１では、空調設備４０による送風が開始されると、モータ７を回転させるように制御部５が駆動回路１７１を制御する。これにより、分離装置１では、複数の流路８の各々を通る空気に含まれている固体を外周出口３５から外部へ排出でき、固体が分離された空気を中心出口２５から下流側へ流すことができる。よって、分離装置１は、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。図１Ａ、１Ｂ及び２では、固体が分離される前の空気の流れを縁取り矢印（ドットのハッチングを付した矢印）で模式的に示し、固体が分離された空気の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図１Ａ、１Ｂ及び２では、外周出口３５から排出された固体として微粒子１６１を模式的に記載してある。微粒子１６１は、上述の規定粒径の微粒子であり、空気動力学的粒子径が、１．０μｍの粒子を想定している。

分離装置１は、外郭１００を備えているのが好ましい。外郭１００は、直方体状に形成されている。外郭１００は、分離ユニット１０、ケース１７０等を収納するように構成されている。外郭１００は、例えば、金属により形成されている。

分離装置１は、外郭１００を支持する複数の支持体（図示せず）を備えていてもよい。これにより、分離装置１では、外郭１００と分離装置１の設置面との間に空間を設けることが可能となる。

外郭１００には、空気の流入口１０１と、清浄化された空気の流出口１０３と、が形成されている。外郭１００の流入口１０１には、第１のメッシュ１１１が配置されているのが好ましい。分離装置１では、枠体３が外郭１００に固定されている。より詳細には、分離装置１では、外郭１００の内壁面おける流入口１０１の周部に、枠体３が固定されている。

分離装置１は、外郭１００における流出口１０３の内周面に保持された円筒状のダクト１５を備えるのが好ましい。ダクト１５は、外郭１００に収納されているのが好ましい。ダクト１５は、上流側の第１端１５１と、下流側の第２端１５２と、を備える。ダクト１５の第１端１５１には、第１端１５１の内側に配置された軸受１６が固定されている。軸受１６は、分離ユニット１０の回転筒１９を回転自在に保持する。これにより、分離装置１は、分離ユニット１０においてロータ２と複数の仕切板６と回転板９とを含む回転構造体を、より安定して回転させることが可能となる。

また、分離装置１は、モータ７の回転軸７２の先端を回転自在に保持する軸受１３を備えるのが好ましい。軸受１３は、図３に示すように、外郭１００に支持された複数の梁１４によって保持されている。これにより、分離装置１は、ロータ２を、より安定して回転させることが可能となる。

分離装置１では、外郭１００の外部から流入口１０１を通して外郭１００の内部へ入った空気が複数の流路８の各々に流入する。外郭１００の外部から内部に入る空気に含まれていた固体は、複数の流路８の各々において螺旋状に回転するときにロータ２の回転中心軸２０から枠体３の内周面３３に向かう方向の遠心力を受ける。遠心力を受けた固体は、枠体３の内周面３３へ向かい、枠体３の内周面３３付近を内周面３３に沿って螺旋状に回転する。そして、分離装置１では、外周出口３５付近を回転していた固体が、その固体に作用していた遠心力により、外周出口３５を通して排出される。固体に作用する遠心力は、固体の質量と、固体の円運動の半径と、に比例する。円運動の半径は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向における回転中心軸２０と固体との距離である。固体の質量をｍ、固体の速度をｖ、円運動の半径をｒとすると、遠心力の大きさはｍｖ^２／ｒである。ここで、角速度をωとすると、ｖ＝ｒωなので、遠心力の大きさは、ｍω^２ｒである。要するに、固体には、ωの二乗に比例した大きさの遠心力が作用する。

分離装置１は、複数の流路８の各々に流入する空気に含まれている固体を外周出口３５から効率良く排出することが可能であり、かつ、固体が分離された空気を中心出口２５から下流側へ流すことが可能なので、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。要するに、分離装置１は、外周出口３５を備えており、かつ、回転板９の大きさが、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６及び空間４を覆う大きさなので、固体の遠心力が大きくなっても、固体が飛散して中心出口２５を通過するのを抑制することが可能となる。これにより、分離装置１は、複数の仕切板６それぞれと枠体３との間に隙間が形成された構成を採用しながらも、隙間を通った固体が中心出口２５を通るのを抑制することが可能となる。よって、分離装置１は、より清浄化された空気を下流側へ流すことが可能となる。

分離装置１は、外周出口３５から排出された固体（図示例では、微粒子１６１）を捕集する容器１２０を備えるのが好ましい。容器１２０は、外郭１００に収納されている。これにより、分離装置１は、外周出口３５から外郭１００内に排出された固体を容器１２０で捕集することが可能となり、固体が外郭１００の外部へ飛散するのを抑制することが可能となる。

容器１２０は、分離ユニット１０の下方に配置されている。容器１２０は、トレイ（蓋がない容器）である。分離装置１では、外周出口３５から排出された固体が、重力沈降等により、分離ユニット１０の下方の容器１２０に入る。これにより、分離装置１では、容器１２０に固体を捕集することができる。

外郭１００には、容器１２０を出し入れするためのポート１３０（図３参照）が形成されている。容器１２０は、外郭１００にスライド自在に保持されており、外郭１００から取り外すことが可能となっている。これにより、分離装置１では、例えば、人が容器１２０を外郭１００から取り外して容器１２０内の固体を廃棄し、その後、容器１２０を外郭１００に取り付けることができる。

また、分離装置１は、外郭１００の外壁面おける流入口１０１の周部に固定された筒体４５を備えるのが好ましい。筒体４５は、円筒状であるのが好ましい。

空気浄化システム３００では、筒体４５が、空気を住戸４００内へ流すための第１ダクト３１１に接続されているが、これに限らず、筒体４５が第１ダクト３１１を兼ねていてもよい。

駆動回路１７１は、例えば、定電流回路１７２と、レギュレータ１７３と、電圧制御部１７４と、を備えているのが好ましい。

定電流回路１７２は、モータ７に定電流を流す回路である。定電流回路１７２は、一例として、オペアンプ１７２１と、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ１７２２と、第１抵抗１７２３と、第２抵抗（電流検出用抵抗）１７２４と、を含んでいる。定電流回路１７２では、バイポーラトランジスタ１７２２と第２抵抗１７２４との直列回路がモータ７に直列接続されている。ここで、バイポーラトランジスタ１７２２のコレクタ端子がモータ７に接続され、バイポーラトランジスタ１７２２のエミッタ端子が第２抵抗１７２４の一端に接続されている。第２抵抗１７２４の他端は、接地されている。定電流回路１７２では、オペアンプ１７２１の出力端子が、第１抵抗１７２３を介してバイポーラトランジスタ１７２２のベース端子と接続されている。オペアンプ１７２１の反転入力端子は、バイポーラトランジスタ１７２２と第２抵抗１７２４との接続点に接続されている。

レギュレータ１７３は、電源部１７から電圧が供給されて所定の一定電圧を生成する。レギュレータ１７３は、例えば、３端子レギュレータであり、降圧回路を構成する。

電圧制御部１７４は、第２抵抗１７２４の両端電圧を一定に保つようにオペアンプ１７２１の非反転入力端子の電圧を制御する。定電流回路１７２は、オペアンプ１７２１の非反転入力端子の電圧の電圧値（「Ｖin」とする）と第２抵抗１７２４の抵抗値（「Ｒｘ」とする）とで決まる電流値（「Ｉin」とすると、Ｉin＝Ｖin／Ｒｘ）の定電流をモータ７に流すことができる。

分離装置１は、定電流回路１７２からモータ７に流す電流の向きとは逆向きの極性となるようにモータ７に並列接続されたダイオードＤ１を備えるのが好ましい。これにより、分離装置１は、モータ７に逆起電力が発生したときにモータ７を保護することができる。

分離装置１は、上述のように第１検知部１１と、第２検知部１２と、制御部５と、を備える。第１検知部１１と第２検知部１２と制御部５とを含む制御装置１９０は、例えば、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを実行させることにより実現できる。

分離装置１は、モータ７の入力電圧（モータ７の両端電圧）を計測する電圧計測部１８１を備えるのが好ましく、電圧計測部１８１から出力されるアナログの電圧値（電圧計測値）をディジタルの電圧値に変換して制御装置１９０へ出力するＡ／Ｄコンバータ１８２を備えるのが好ましい。

第１検知部１１は、空調設備４０の送風に起因するモータ７の起電力の発生を検知する。より詳細には、第１検知部１１は、電圧計測部１８１から出力される電圧値に基づいてモータ７の起電力の発生の有無を検知する。ここでいう「モータ７の起電力」は、モータ７の駆動停止状態のときに、ロータ２と枠体３との間の空間４に流入した空気の流れ（風）の運動エネルギがロータ２の軸動力に変換されモータ７の回転軸７２がロータ２と一緒に回転することによってモータ７に発生する電圧である。「モータ７の駆動停止状態」は、モータ７が駆動回路１７１により駆動されておらず、モータ７の回転数が０ｒｐｍの状態である。分離装置１では、モータ７の停止状態のときにモータ７の起電力が発生した場合、電圧計測部１８１の計測電圧値の符号がマイナスとなる。第１検知部１１は、電圧計測部１８１の計測電圧値が第１閾値（例えば、−０．７〔Ｖ〕×係数）よりも変化すると、モータ７の起電力が発生したことを検知する。係数は、０．８である。係数は、０．８に限らないが、計測電圧値のばらつき等を考慮して、例えば、０．５〜０．９程度の範囲で設定するのが好ましい。

第２検知部１２は、モータ７の消費電力の所定変化を検知する。より詳細には、第２検知部１２は、電圧計測部１８１から出力される電圧値とモータ７に流れる電流とを用いた演算によりモータ７の消費電力を求め、モータ７の消費電力の所定変化を検知する。「所定変化を検知する」とは、前回求めた消費電力に対する今回求めた消費電力の変化量が閾値以上であることを検知することを意味する。ここにおいて、第２検知部１２は、求めた消費電力を記憶する記憶部を備えている。駆動回路１７１が定電流回路１７２を含んでいる場合、第２検知部１２は、計測電圧値の所定変化を検知することにより、消費電力の所定変化を検知するようにしてもよい。

分離装置１では、分離装置１の上流側からロータ２と枠体３との間の空間４に流れる空気の流量が増加すると、モータ７のトルクが増加する。ここで、モータ７には定電流回路１７２から定電流が供給されている（つまり、モータ７が定電流制御されている）ので、モータ７の回転数は殆ど変化しないが、モータ７の入力電圧が増加するので、モータ７の消費電力が増加する。また、分離装置１では、分離装置１の上流側からロータ２と枠体３との間の空間４に流れる空気の流量が減少すると、モータ７のトルクが減少する。ここで、モータ７には定電流回路１７２から定電流が供給されている（つまり、モータ７が定電流制御されている）ので、モータ７の回転数は殆ど変化しないが、モータ７の入力電圧が減少するので、モータ７の消費電力が減少する。したがって、第２検知部１２は、モータ７の消費電力の所定変化を検知することができる。

制御部５は、第１検知部１１によりモータ７の起電力の発生が検知されたときに駆動回路１７１にモータ７の駆動を開始させ、第２検知部１２によりモータ７の消費電力の所定変化が検知されたときにモータ７の回転数が所定回転数（以下、「設定回転数」ともいう）になるように駆動回路１７１を制御する。

ところで、空気浄化システム３００における空調設備４０は、例えば、所定風量（以下、「設定流量」ともいう）を段階的に切り替えることが可能な送風装置である。設定流量は、例えば、０ｍ³／ｈ、１５０ｍ³／ｈ及び２５０ｍ³／ｈである。空気浄化システム３００では、空調設備４０が設定流量の空気を下流側（分配器３１８側）へ送風する。これにより、分離装置１には、空調設備４０の設定流量と略同じ流量の空気が流れる。

これに対し、分離装置１は、制御部５が駆動回路１７１を制御することにより、モータ７の所定回転数を段階的に切り替えることができる。より詳細には、制御部５は、モータ７の回転数が所定回転数となるように、駆動回路１７１の電圧制御部１７４を制御する。設定流量が０ｍ³／ｈ、１５０ｍ³／ｈ及び２５０ｍ³／ｈの場合、所定回転数は、例えば、それぞれ、０ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ及び２５００ｒｐｍである。要するに、分離装置１は、空調設備４０の複数（３つ）の設定流量に対して複数（３つ）の所定回転数を一対一で対応させることができる。

図６は、空調設備４０の設定流量が０ｍ³／ｈ、１５０ｍ³／ｈ、２５０ｍ³／ｈ、０ｍ³／ｈの順に変化したときのモータ７の設定回転数及び電圧計測部１８１の計測電圧値それぞれの変化を示している。モータ７の消費電力は、計測電圧値の変化と同様の傾向で変化する。

モータ７が駆動停止状態のときに空調設備４０の設定流量が０ｍ³／ｈから１５０ｍ³／ｈに増加すると、モータ７に起電力が発生する。図６では、このときの電圧計測部１８１の計測電圧値をＶｒ（例えば、−０．７Ｖ）として記載してある。この場合、電圧計測部１８１の計測電圧値が第１閾値（例えば、−０．７〔Ｖ〕×係数）よりも変化するので、第１検知部１１が、モータ７の起電力が発生したことを検知する。よって、制御部５が、駆動回路１７１にモータ７の駆動を開始させる。このとき、設定回転数が０ｒｐｍから２０００ｒｐｍに増加し、かつ、計測電圧値がＶｒから１５Ｖに増加する。

その後、モータ７が２０００ｒｐｍで回転している状態で空調設備４０の設定流量が１５０ｍ³／ｈから２５０ｍ³／ｈに増加すると、モータ７のトルクが増加し、電圧計測部１８１の計測電圧値が１５Ｖから１８Ｖに増加する（つまり、消費電力が、Ｉin×１５からＩin×１８に増加する）。言い換えれば、電圧計測部１８１の計測電圧値がΔＶ２だけ増加する（つまり、消費電力がＩin×ΔＶ２だけ増加する）。したがって、第２検知部１２は、例えば、消費電力がＩin×ΔＶ２×係数だけ増加する所定変化を検知する。よって、制御部５が、駆動回路１７１を制御することにより設定回転数が２０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍに増加し、かつ、計測電圧値が１８Ｖから２０Ｖに増加する。分離装置１は、設定回転数が２０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍに増加することにより、分粒特性を維持することが可能となる。

その後、モータ７が２５００ｒｐｍで回転している状態で空調設備４０の設定流量が２５０ｍ³／ｈから０ｍ³／ｈに減少すると、モータ７のトルクが減少し、電圧計測部１８１の計測電圧値が２０Ｖから１６Ｖに減少する（つまり、消費電力が、Ｉin×２０からＩin×１６に減少する）。言い換えれば、電圧計測部１８１の計測電圧値がΔＶ３だけ減少する（つまり、消費電力がＩin×ΔＶ３だけ減少する）。したがって、第２検知部１２は、例えば、消費電力がＩin×ΔＶ３×係数だけ減少する所定変化を検知する。よって、制御部５が、駆動回路１７１を制御することにより設定回転数が２５００ｒｐｍから０ｒｐｍに減少し、かつ、計測電圧値が１６Ｖから０Ｖに減少する。

以上の説明から分かるように、分離装置１は、別途に流量センサを設けることなく、所定風量の空気を送る送風機能を有する空調設備４０と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。要するに、分離装置１は、空調設備４０、流量センサ等からの信号を取得することなく、空調設備４０と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。

ロータ２の所定の回転方向は、ロータ２を第１端２１側から見て時計回りの方向に限らず、反時計回り（左回り）の方向でもよい。この場合、複数の仕切板６の各々は、第１端６１から第２端６２に向けて、ロータ２の所定の回転方向に沿った螺旋方向の螺旋状とみなすことができる。この場合、分離装置１は、圧力損失を低減することが可能となり、低消費電力化を図ることが可能となる。この場合において、空調設備４０の設定流量が０ｍ³／ｈ、２５０ｍ³／ｈ、０ｍ³／ｈの順に変化したときの電圧計測部１８１の計測電圧値の変化を図７に基づいて簡単に説明する。

モータ７が駆動停止状態のときに空調設備４０の設定流量が０ｍ³／ｈから２５０ｍ³／ｈに増加すると、モータ７に起電力が発生する。この場合、電圧計測部１８１の計測電圧値が第１閾値よりも変化するので、第１検知部１１が、モータ７の起電力が発生したことを検知する。よって、制御部５が、駆動回路１７１にモータ７の駆動を開始させる。このとき、設定回転数が０ｒｐｍから２５００ｒｐｍに増加し、かつ、計測電圧値が０ＶからＶ１に増加する。

その後、モータ７が２５００ｒｐｍで回転している状態で空調設備４０の設定流量が２５０ｍ³／ｈから０ｍ³／ｈに減少すると、電圧計測部１８１の計測電圧値がＶ１からＶ２に増加する（つまり、消費電力が、Ｉin×Ｖ１からＩin×Ｖ２に増加する）。言い換えれば、電圧計測部１８１の計測電圧値がΔＶ３だけ増加する（つまり、消費電力がＩin×ΔＶ３だけ増加する）。したがって、第２検知部１２は、例えば、消費電力がＩin×ΔＶ３×係数だけ増加する所定変化を検知する。よって、制御部５が、駆動回路１７１を制御することにより設定回転数が２５００ｒｐｍから０ｒｐｍに減少し、かつ、計測電圧値がＶ２から０Ｖに減少する。

次に、実施形態の変形例の分離装置の動作例について、図８に示すトルク−回転数特性に基づいて説明する。実施形態の分離装置１では、駆動回路１７１がモータ７へ定電流を流す定電流回路１７２を備えていたのに対し、変形例の分離装置では、駆動回路がモータ７へ定電圧を供給する定電圧回路を備えている点が相違する。変形例の分離装置の他の構成は、実施形態の分離装置１と同様なので図示及び説明を省略する。

変形例の分離装置では、分離装置の上流側からロータ２と枠体３との間の空間４に流れる空気の流量が増加すると、モータ７のトルクが増加する。ここで、モータ７には駆動回路から定電圧（電圧値を「Ｅａ」とする）が印加されている（つまり、モータ７が定電圧制御されている）ので、モータ７の回転数、モータ７に流れる電流それぞれが減少し、モータ７の消費電力が減少する。したがって、第２検知部１２は、モータ７の消費電力の所定変化を検知することができる。制御部５は、第２検知部１２によりモータ７の消費電力の所定変化が検知されたときにモータ７の回転数が所定回転数になるように駆動回路を制御する。

変形例の分離装置は、実施形態の分離装置１と同様、所定風量の空気を送る送風機能を有する空調設備と連動させることが可能であり、かつ、空気から固体を効率良く分離することが可能となる。

実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成及び形状それぞれに適宜変更を加えることが可能である。

例えば、分離装置１は、所定風量の空気を送る送風機能を有する空調設備の下流側に設けられて空気中の固体を分離する分離装置でもよい。

空調設備４０は、送風装置に限らず、例えば、換気装置、エアコンディショナ、給気キャビネットファン、送風装置と熱交換器と備える空気調和システム等でもよい。

分離装置１の下流側又は上流側にある空調設備４０は、住宅に設けられる設備に限らず、例えば、住宅以外の建物、車両等に設けられる設備でもよい。

また、分離装置１において、外周出口３５は、枠体３に直接形成されていてもよい。

また、回転板９は、環状であればよく、円環状に限らず、例えば、歯車状でもよい。ここにおける「環状」とは、完全に閉じた形状に限らず、一部にスリットが形成された形状（例えば、Ｃ字状）も含む。

１ 分離装置
２ ロータ
２０ 回転中心軸
２１ 第１端
２２ 第２端
３ 枠体
３３ 内周面
４ 空間
５ 制御部
６ 仕切板
７ モータ
８ 流路
１１ 第１検知部
１２ 第２検知部
４０ 空調設備
１７１ 駆動回路

Claims (1)

1. 送風機能を有する空調設備の上流側又は下流側に設けられ、空気から固体を分離する分離装置であって、
   ロータと、
   前記ロータを囲んで前記ロータと同軸的に配置された筒状の枠体と、
   前記ロータと前記枠体との間の空間に配置されて前記空間を区分する複数の仕切板と、
   各々が前記複数の仕切板のうち隣り合う２つの仕切板と前記ロータと前記枠体とで規定される複数の流路と、
   前記ロータを前記ロータの回転中心軸のまわりで回転させるモータと、
   前記モータを駆動する駆動回路と、を備え、
   前記複数の仕切板の各々は、前記ロータに連結されており、かつ、前記ロータの前記回転中心軸のまわりで螺旋状に形成されており、
   前記複数の流路の各々は、前記ロータの前記回転中心軸に沿った方向において前記ロータの第１端側が上流側であり、かつ、前記ロータの第２端側が下流側であり、
   前記モータの起電力の発生を検知する第１検知部と、
   前記モータの消費電力の所定変化を検知する第２検知部と、
   前記駆動回路を制御する制御部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記第１検知部により前記モータの起電力の発生が検知されたときに前記駆動回路に前記モータの駆動を開始させ、前記第２検知部により前記所定変化が検知されたときに前記モータの回転数が所定回転数になるように前記駆動回路を制御する、
   ことを特徴とする分離装置。

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