JP2017221885A - サイクロン分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクロン分離装置において、収容した塵埃の再飛散を抑制する。
【解決手段】気体と固体との混合物である被処理流体を横向きの旋回軸の回りに旋回させて、遠心力によって該気体と該固体とを分離し、分離した該気体と該固体とを別個に導出する本体部（20）を設ける。本体部（20）から導出された固体を収容する収容箱（55）を設ける。収容箱（55）内の空気を吸引する吸引部（60）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイクロン分離装置に関するものである。

従来、気体と固体の混合物から固体を分離するサイクロン分離装置が知られている。特許文献１に開示されたサイクロン分離装置では、軸方向が水平となるように旋回室（サイクロン室）が形成される。また、このサイクロン分離装置では、旋回室の一端に環状の吸気口が形成され、旋回室の他端の中心部に排気口が形成される。このサイクロン分離装置は、吸気口を通って旋回室へ流入した室外空気を旋回させることによって室外空気中の塵埃を分離し、塵埃が分離された室外空気を排気口から流出させる。また、遠心分離された塵埃は、旋回室に設けられた排出口から排出され、塵埃収容室に回収される。

特開２００８−０３６５７９号公報

しかしながら、サイクロン分離装置では、塵埃収容室にも気流が流れ込むことがあり、その気流の状態によっては、塵埃収容室内の塵埃が旋回流に戻る現象（再飛散と呼ぶ）が起こる可能性がある。

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、サイクロン分離装置において、収容した塵埃の再飛散を抑制することを目的としている。

前記の課題を解決するため、第１の態様は、
気体と固体との混合物である被処理流体を横向きの旋回軸の回りに旋回させて、遠心力によって該気体と該固体とを分離し、分離した該気体と該固体とを別個に導出する本体部（20）と、
前記本体部（20）から導出された前記固体を収容する収容箱（55）と、
前記収容箱（55）内の空気を吸引する吸引部（60）と、
を備えていることを特徴とするサイクロン分離装置である。

この構成では、収容箱（55）内の空気が吸引されると、該収容箱（55）から飛散しようとする塵埃が引き戻される。

また、第２の態様は、第１の態様において、
前記吸引部（60）は、前記収容箱（55）内の気体を吸引するファン（126）であることを特徴とする。

この構成では、ファン（例えばこのサイクロン分離装置が用いられたシステムが備えたファンや専用に設けたファン）によって収容箱（55）内の空気が吸引される。

また、第３の態様は、第１の態様において、
前記本体部（20）には、前記旋回による旋回流の下流側において前記気体を導出するための流体導出口（22）が形成され、
前記流体導出口（22）の下流には、前記流体導出口（22）から流出した前記気体を濾過するフィルタ（127）が配置されており、
前記吸引部（60）は、前記収容箱（55）と前記フィルタ（127）の下流側の流路（122）とを気密状態で結ぶ通路部材（61）によって構成されていることを特徴とする。

この構成では、フィルタ（127）の下流側の流路と収容箱（55）との差圧に応じて収容箱（55）内の空気が吸引される。

また、第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記吸引部（60）には、吸引した前記気体中の塵埃を捕らえる塵埃捕捉部（62）が設けられていることを特徴とする。

この構成では、吸引部（60）が排出する空気に収容箱（55）内の塵埃が混入しないようにできる。

また、第５の態様は、第４の態様において、
前記塵埃捕捉部（62）は、フィルタ部材であることを特徴とする。

この構成では、フィルタ部材によって、吸引部（60）が排出する空気に収容箱（55）内の塵埃が混入しないようにできる。

また、第６の態様は、第４の態様において、
前記塵埃捕捉部（62）は、前記吸引部（60）において吸引した前記気体の流れを妨げて該気体中の塵埃を集める邪魔板（62a）と、該邪魔板（62a）で集めた塵埃を溜める箱部材（62b）とを有することを特徴とする。

この構成では、吸引部（60）が吸引した空気に混入した塵埃は、塵埃捕捉部（62）を構成する箱部材（62b）に回収される。

また、第７の態様は、第４の態様において、
前記塵埃捕捉部（62）は、他のサイクロン分離装置であることを特徴とする。

この構成では、吸引部（60）が吸引した空気に混入した塵埃は、別途設けられた、他のサイクロン分離装置によって分離される。

上記の各態様によれば、サイクロン分離装置において、収容した塵埃の再飛散を抑制することが可能になる。

また、第４から第７の各態様によれば、吸引した空気に収容箱（55）内の塵埃が混入しないようにできる。

図１は、実施形態１の給気フードを備えた換気システムの概略構成図である。 図２は、実施形態1の給気フードの斜視図である。 図３は、実施形態1の給気フードの正面図である。 図４は、図３におけるIV−IV断面を示す給気フードの断面図である。 図５は、図３と同じ断面を示す給気フードの一部断面図である。 図６は、図４におけるVI−VI断面を示す給気フードの断面図である。 図７は、実施形態１の変形例に係る吸引部の構成を模式的に示す。 図８は、実施形態２の給気フードを備えた換気システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態１》
図１は、実施形態１の給気フード（10）を備えた換気システム（110）の概略構成図である。本実施形態の給気フード（10）は、サイクロン分離装置を構成しており、室内空間の換気を行う換気システム（110）に設けられている。以下では、先ず、本実施形態の給気フード（10）を備えた換気システム（110）の概要を説明し、次に、本実施形態の給気フード（10）の詳細を説明する。

−換気システム−
図１に示すように、換気システム（110）は、住宅等の建物（100）に設置されて室内空間の換気を行うものである。この換気システム（110）は、本実施形態の給気フード（10）と、換気装置（120）と、換気装置（120）に接続されたダクト（111〜114）とを備えている。

本実施形態の給気フード（10）は、建物（100）の天井裏に取り付けられている。この給気フード（10）は、換気装置（120）へ供給される室外空気（OA）を被処理流体とし、室外空気（OA）から埃や虫などの比較的大きな塵埃（固体）を分離する。

換気装置（120）は、ケーシング（121）と、全熱交換器（124）と、給気ファン（125）と、排気ファン（126）と、フィルタ（127）とを備えている。ケーシング（121）の内部には、給気通路（122）と排気通路（123）とが形成されている。全熱交換器（124）は、給気通路（122）を流れる室外空気（OA）と、排気通路（123）を流れる室内空気（RA）との間で、熱と水分を交換させる。給気通路（122）では、全熱交換器（124）の下流側に給気ファン（125）が配置され、全熱交換器（124）の上流側にフィルタ（127）が配置される。排気通路（123）では、全熱交換器（124）の下流側に排気ファン（126）が配置される。

換気装置（120）のケーシング（121）には、ダクト（111〜114）が接続されている。外気吸込ダクト（111）は、一端が給気フード（10）に接続され、他端が給気通路（122）の始端に接続されている。給気ダクト（112）は、一端が給気通路（122）の終端に接続され、他端が室内空間に開口している。内気吸込ダクト（113）は、一端が室内空間に開口し、他端が排気通路（123）の始端に接続されている。なお、内気吸込ダクト（113）の入口側には、フィルタ（128）が設けられている。排気ダクト（114）は、一端が排気通路（123）の終端に接続され、他端が室外空間に開口している。

−給気フードの構成−
図２に示すように、サイクロン分離装置を構成する給気フード（10）は、本体部（20）と、収容箱（55）と、吸引部（60）とを備えている。また、本体部（20）は、本体円筒部（30）と、ガイド部材（40）と、ダクト接続部（45）とを備えている。

図３及び図４に示すように、本体円筒部（30）は、比較的大径の円筒状に形成されている。本体円筒部（30）は、一端（図４における左端）が開口し、他端（図４における右端）が閉塞されている。本体円筒部（30）の内部空間は、被処理流体である室外空気（OA）が旋回しながら流れる旋回室（33）となっている。

ガイド部材（40）は、一つの中央円板（42）と、多数の案内羽根（41）とを備えている。中央円板（42）は、直径が本体円筒部（30）の内径よりも小さい円板状の部材である。案内羽根（41）は、中央円板（42）の周囲に放射状に配置されている。図５に示すように、各案内羽根（41）は、旋回室（33）において室外空気（OA）が給気フード（10）の正面から見て時計方向へ旋回するように、水平方向に対して傾斜している。

ガイド部材（40）は、中央円板（42）の中心軸が旋回室（33）の中心軸と実質的に一致する姿勢で、本体円筒部（30）の一端（図４における左端）に取り付けられている。本体部（20）では、本体円筒部（30）の周壁部（31）の一端（図４における左端）と中央円板（42）の間に形成された円環状の開口が、旋回室（33）へ室外空気（OA）を導入するための導入口（21）となっている。また、本体部（20）では、導入口（21）に案内羽根（41）が配置されている。

ダクト接続部（45）は、両端が開口した円筒状（あるいは、円管状）の部材である。ダクト接続部（45）は、その一端部（図４における左端部）が本体円筒部（30）の端板部（32）を貫通して旋回室（33）に開口している。旋回室（33）に開口するダクト接続部（45）の一端は、旋回室（33）から室外空気（OA）を導出するための流体導出口（22）を構成している。ダクト接続部（45）の一端面は、本体円筒部（30）の端板部（32）の内側面と面一になっている。また、ダクト接続部（45）の中心軸は、旋回室（33）の中心軸と実質的に一致している。ダクト接続部（45）の他端部（図４における右端部）には、外気吸込ダクト（111）が接続される。

本体円筒部（30）の周壁部（31）には、旋回室（33）から塵埃を導出するための固体導出口（23）が形成されている。具体的には、図４に示すように、固体導出口（23）は、本体円筒部（30）の周壁部（31）のうち円状空間（35）に面する部分に形成され、周壁部（31）を貫通している。この固体導出口（23）は、本体円筒部（30）の端板部（32）に隣接している。また、図６に示すように、固体導出口（23）は、周壁部（31）のうち給気フード（10）の正面から見て右下の領域に位置している。

図３に示すように、収容箱（55）は、本体円筒部（30）の下部を覆うように配置された箱状の部材である。図４に示すように、収容箱（55）は、本体円筒部（30）の端板部（32）寄りに配置され、固体導出口（23）を覆っている。収容箱（55）と本体円筒部（30）に囲まれた空間は、塵埃収容室（56）となる。この収容箱（55）には、吸引部（60）が接続されている。

−吸引部（60）−
吸引部（60）は、通路部材（61）、及び塵埃捕捉部（62）を備えている。通路部材（61）は、管状の部材によって形成され、その一端が給気通路（122）内に開口している。より詳しくは、通路部材（61）の一端は、給気通路（122）における、フィルタ（127）と全熱交換器（124）との間の部分に開口している。また、通路部材（61）の他端は、塵埃収容室（56）内に開口している。つまり、通路部材（61）は、収容箱（55）とフィルタ（127）の下流側の給気通路（122）とを気密状態で結んでいる。

また、塵埃捕捉部（62）は、収容箱（55）内の塵埃が通路部材（61）内に侵入するのを防止するためのフィルタである。それにより、吸引部（60）から排出される空気に塵埃が混入しないようにできる。この例では、塵埃捕捉部（62）として用いるフィルタ部材は、塵埃収容室（56）内において通路部材（61）の開口を覆うように設けられている。このフィルタ部材には、換気装置（120）に設けられるフィルタ（127）よりも目の粗いものを採用している。そのため、換気装置（120）のフィルタ（127）よりもメンテナンスが容易であるし、換気装置（120）のフィルタ（127）よりも低コスト化が可能になる。

−給気フードの除塵作用−
換気装置（120）の給気ファン（125）が作動すると、室外空気（OA）が給気フード（10）を通って外気吸込ダクト（111）へ流入する。その際、給気フード（10）では、被処理流体である室外空気（OA）から、埃や虫などの比較的大きな塵埃（固体）が分離される。ここでは、給気フード（10）が室外空気（OA）から塵埃を分離する作用について、図５を参照しながら説明する。

給気フード（10）では、室外空気（OA）が導入口（21）を通って旋回室（33）へ流入する。ガイド部材（40）の案内羽根（41）は、導入口（21）を通過する室外空気（OA）の流れを、旋回室（33）の周方向へ案内する。このため、旋回室（33）へ流入した室外空気（OA）は、給気フード（10）の正面から見て時計方向へ旋回しながら、円状空間（35）へ向かって流れる。すなわち、旋回室（33）内には室外空気（OA）（被処理流体）の旋回流が形成される。室外空気（OA）が旋回室（33）を流れる過程では、室外空気（OA）に含まれる塵埃に遠心力が作用し、旋回室（33）の周壁面（即ち、本体円筒部（30）の内周面）付近に塵埃が集まってゆく。また、旋回室（33）の周壁面付近における塵埃の密度が高くなると、塵埃が凝集して比較的大きな塊を形成する。

室外空気（OA）が旋回室（33）から円状空間（35）へ流入した時点では、大半の塵埃が既に本体円筒部（30）の周壁部（31）付近（即ち、旋回室（33）の周壁面付近）に集まっている。このため、円柱空間の中心軸付近の領域に存在する室外空気（OA）は、塵埃を殆ど含まない状態となる。この塵埃を殆ど含まない室外空気（OA）は、流体導出口（22）へ流入し、流体導出口（22）へ流入した室外空気（OA）は、ダクト接続部（45）を通って外気吸込ダクト（111）へ流れてゆく。

一方、旋回室（33）の周壁面付近に集まった塵埃は、本体円筒部（30）の端板部（32）側へ移動してゆき、固体導出口（23）を通って塵埃収容室（56）へ入る。塵埃収容室（56）には、室外空気（OA）から分離された塵埃が溜まってゆく。

ところで、固体導出口（23）の外側（塵埃収容室（56）側）付近には、塵埃収容室（56）内に回り込んだ旋回流の影響などによって、塵埃収容室（56）から旋回室（33）側に戻る気流（以下、説明の便宜のため、帰還流と命名する）が形成される場合がある。このような帰還流は、塵埃収容室（56）内に溜まっている塵埃を飛散させて、塵埃を円状空間（35）内の旋回流に戻す現象（以下、この現象を再飛散と呼ぶ）を起こす可能性がある。本実施形態の給気フード（10）では、吸引部（60）によって再飛散を防止している。

−吸引部の作用−
換気装置（120）の給気ファン（125）が作動すると、室外空気（OA）が給気フード（10）を通って外気吸込ダクト（111）へ流入する。外気吸込ダクト（111）に流れ込んだ室外空気（OA）は、フィルタ（127）を通過して給気通路（122）に入り込む。この時、フィルタ（127）等で起こる圧力損失によって、外気吸込ダクト（111）内の圧力と給気通路（122）内の圧力には差圧を生じている。具体的には、外気吸込ダクト（111）側の方が、給気通路（122）側よりも圧力が高くなっている。同様に、この給気フード（10）では、収容箱（55）内の圧力と給気通路（122）内の圧力にも差圧を生じている。具体的には、収容箱（55）の方が、給気通路（122）側よりも圧力が高くなっている。したがって、吸引部（60）を構成する通路部材（61）内には収容箱（55）から給気通路（122）に向かう空気の流れが形成される。つまり、吸引部（60）は、収容箱（55）内の空気を吸引することになる。

このように、収容箱（55）内の空気が吸引されると、前記帰還流が存在しても、再飛散しようとする塵埃が引き戻されることになる。すなわち、本実施形態では、吸引部（60）によって、塵埃を確実に収容箱（55）内に留めることが可能になる。なお、吸引部（60）には、塵埃捕捉部（62）（フィルタ部材）が設けられているので、収容箱（55）内の塵埃が、通路部材（61）を経由して給気通路（122）に侵入する懸念は小さい。

〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、吸引部（60）によって、塵埃収容室（56）に収容した塵埃の再飛散防止が可能になる。

《実施形態１の変形例》
実施形態１の変形例では、塵埃捕捉部（62）の他の構成例を説明する。図７は、実施形態１の変形例に係る吸引部（60）の構成を模式的に示す。本変形例の塵埃捕捉部（62）には、実施形態１で例示したフィルタ部材に代えて、邪魔板（62a）と、箱部材（62b）とを備えた沈降式塵埃収容箱を用いている。箱部材（62b）は、通路部材（61）の途中に設けられた密閉箱であり、塵埃の収容に使用する。箱部材（62b）の上端部分には、収容箱（55）に繋がる通路部材（61）（図７では左側の通路部材（61））と、給気通路（122）に繋がる通路部材（61）（図７では上方に伸びた通路部材（61））とが、それぞれ接続されている。また、邪魔板（62a）は、板部材であり、収容箱（55）側の通路部材（61）から、給気通路（122）側の通路部材（61）へ向かう空気の流れがぶつかるように配置されている。邪魔板（62a）にぶつかった塵埃は、箱部材（62b）の底に向って沈降する。すなわち、邪魔板（62a）は、気体の流れを妨げて該気体中の塵埃を集めるのである。よって、この構成においても、収容箱（55）内の塵埃が、通路部材（61）を経由して給気通路（122）に侵入する懸念は小さい。

《発明の実施形態２》
図８は、実施形態２の給気フード（10）を備えた換気システム（110）の概略構成図である。本実施形態の吸引部（60）も、実施形態１の例と同様に、通路部材（61）と、フィルタ式の塵埃捕捉部（62）とを備えているが、通路部材（61）の接続先が実施形態１とは異なっている。

具体的に、この例では、通路部材（61）の一端側は、給気通路（122）に代えて、排気通路（123）に接続されている。より詳しくは、通路部材（61）の一端は、排気通路（123）における、排気ファン（126）の吸入口と、全熱交換器（124）との間の部分（以下、後段部（123a）と命名する）に開口している。より、具体的には、本実施形態の通路部材（61）の一端は、排気ファン（126）の吸入口の近傍に開口している。なお、通路部材（61）の他端は、実施形態１と同様に、塵埃収容室（56）内に開口している。

−吸引部の作用−
換気装置（120）の排気ファン（126）が作動すると、室内空気（RA）が内気吸込ダクト（113）を介して排気通路（123）に吸い込まれ、全熱交換器（124）において熱交換する。その後、全熱交換器（124）で熱交換した空気は、排気通路（123）の後段部（123a）を経由して排気ファン（126）に入り、その後、排気ダクト（114）を経由して、室外に排出される。

本実施形態の給気フード（10）では、吸引部（60）の通路部材（61）が、排気通路（123）の後段部（123a）に開口している。そして、この換気システム（110）では、排気ファン（126）の作動中は、収容箱（55）内の圧力よりも、排気通路（123）の後段部（123a）の圧力の方が低くなっており、その結果、通路部材（61）内には収容箱（55）から排気通路（123）の後段部（123a）に向かう空気の流れが形成される。つまり、吸引部（60）は、収容箱（55）内の空気を吸引することになる。

このように、収容箱（55）内の空気が吸引されると、前記帰還流が存在しても、再飛散しようとする塵埃が引き戻されることになる。すなわち、本実施形態でも、吸引部（60）によって、塵埃を確実に収容箱（55）内に留めることが可能になる。よって、本実施形態でも、前記実施形態やその変形例と同様に、塵埃収容室（56）に収容した塵埃の再飛散防止が可能になる。

なお、本実施形態でも吸引部（60）には、フィルタ部材が塵埃捕捉部（62）として設けられているので、収容箱（55）内の塵埃が、通路部材（61）を経由して給気通路（122）に侵入する懸念は小さい。勿論、本実施形態の吸引部（60）でも、フィルタ部材に代えて、沈降式塵埃収容箱を設けてもよい。

《その他の実施形態》
なお、吸引部（60）は、専用のファンによって収容箱（55）内の空気を吸引するように構成してもよい。

また、塵埃捕捉部（62）として、サイクロン分離装置（10）よりも小型のサイクロン分離装置を別途設けてもよい。

また、実施形態２においては、通路部材（61）から塵埃を空気とともに吸引して、換気システム（110）の排出空気（EA）に捨てるようにしてもよい。これにより、装置のメンテナンスが容易になる。

本発明は、サイクロン分離装置として有用である。

１０ 給気フード（サイクロン分離装置）
２０ 本体部
２２ 流体導出口
５５ 収容箱
６０ 吸引部
６１ 通路部材
６２ 塵埃捕捉部
６２ａ 邪魔板
６２ｂ 箱部材
１２２ 給気通路（流路）
１２６ 排気ファン（ファン）
１２７ フィルタ

Claims (7)

1. 気体と固体との混合物である被処理流体を横向きの旋回軸の回りに旋回させて、遠心力によって該気体と該固体とを分離し、分離した該気体と該固体とを別個に導出する本体部（20）と、
   前記本体部（20）から導出された前記固体を収容する収容箱（55）と、
   前記収容箱（55）内の空気を吸引する吸引部（60）と、
   を備えていることを特徴とするサイクロン分離装置。
2. 請求項１において、
   前記吸引部（60）は、前記収容箱（55）内の気体を吸引するファン（126）であることを特徴とするサイクロン分離装置。
3. 請求項１において、
   前記本体部（20）には、前記旋回による旋回流の下流側において前記気体を導出するための流体導出口（22）が形成され、
   前記流体導出口（22）の下流には、前記流体導出口（22）から流出した前記気体を濾過するフィルタ（127）が配置されており、
   前記吸引部（60）は、前記収容箱（55）と前記フィルタ（127）の下流側の流路（122）とを気密状態で結ぶ通路部材（61）によって構成されていることを特徴とするサイクロン分離装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかにおいて、
   前記吸引部（60）には、吸引した前記気体中の塵埃を捕らえる塵埃捕捉部（62）が設けられていることを特徴とするサイクロン分離装置。
5. 請求項４において、
   前記塵埃捕捉部（62）は、フィルタ部材であることを特徴とするサイクロン分離装置。
6. 請求項４において、
   前記塵埃捕捉部（62）は、前記吸引部（60）において吸引した前記気体の流れを妨げて該気体中の塵埃を集める邪魔板（62a）と、該邪魔板（62a）で集めた塵埃を溜める箱部材（62b）とを有することを特徴とするサイクロン分離装置。
7. 請求項４において、
   前記塵埃捕捉部（62）は、他のサイクロン分離装置であることを特徴とするサイクロン分離装置。

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