JP2018140343A - 分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失の増加を抑制しつつ分粒効率の向上を図ることが可能な分離装置を提供する。【解決手段】回転体３は、回転体３の軸方向において、流出口からの距離が長くなり流入口２３との距離が短くなるにつれて外径が漸減する領域３０１を含む。複数の羽根３６の各々は、少なくとも一部が回転体３の領域３０１から外筒体２の内周面２７に向かって突出している。複数の羽根３６の各々は、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において後方に位置する第１面３６０ａと、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において前方に位置する第２面３６０ｂと、を有するひねり羽根である。外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の第２面３６０ｂが流入口２３側に位置し第１面３６０ａが流出口側に位置している。【選択図】図６

Description

本発明は、分離装置に関し、より詳細には、気体に含まれている固体を気体から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、ロータ（回転体）と、複数の流路と、送風部と、駆動装置（モータ）と、排出部と、捕集部と、を備える分離器が知られている（特許文献１）。

複数の流路の各々は、気体の流入口及び流出口を有し、ロータの回転中心軸のまわりにある。送風部は、複数の流路に気体を流す。駆動装置は、ロータを回転させることによって複数の流路を回転中心軸のまわりで回転させる。排出部は、複数の流路の各々で発生した気流（例えば、空気）に含まれている固体（例えば、微粒子、塵埃等）を、複数の流路の各々の流入口に近い位置よりも流出口に近い位置で回転中心軸から離れる方向へ排出する。

また、特許文献１に記載された一変形例の分離器では、排出部は、枠体（外筒体）の下流側において枠体の径方向に沿って貫通した排出口（排出孔）により構成されている。

国際公開第２０１６／０９２８４７号

分離装置の分野においては、圧力損失の増加を抑制しつつ分粒効率の向上を図ることが望まれている。

本発明の目的は、圧力損失の増加を抑制しつつ分粒効率の向上を図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、外筒体と、回転体と、複数の羽根と、モータと、を備える。前記外筒体は、円筒状であり、第１端に気体の流入口を有し、第２端に気体の流出口を有する。前記回転体は、前記外筒体の内側において、前記回転体の回転中心軸が前記外筒体の中心軸と揃うように配置されている。前記複数の羽根は、前記回転体と前記外筒体との間で前記回転体の外周方向において離れて配置され、前記回転体に連結されている。前記モータは、前記回転体を前記回転中心軸のまわりで一方向に回転させる。前記外筒体は、前記第１端と前記第２端との間において前記外筒体の内外を連通させる排出孔を有する。前記回転体は、前記回転体の軸方向において、前記流出口からの距離が長くなり前記流入口との距離が短くなるにつれて外径が漸減する領域を含む。前記複数の羽根の各々は、少なくとも一部が前記回転体の前記領域から前記外筒体の内周面に向かって突出している。前記複数の羽根の各々は、前記回転体の回転方向に沿った方向において後方に位置する第１面と、前記回転体の回転方向に沿った方向において前方に位置する第２面と、を有するひねり羽根である。分離装置では、前記外筒体の前記中心軸に沿った方向において、前記複数の羽根の各々の前記第２面が前記流入口側に位置し前記第１面が前記流出口側に位置している。

本発明の分離装置は、圧力損失の増加を抑制しつつ分粒効率の向上を図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要部斜視図である。図１Ｂは、同上の分離装置の別の方向から見た要部斜視図である。 図２は、同上の分離装置の要部断面斜視図である。 図３Ａは、同上の分離装置の正面図である。図３Ｂは、同上の分離装置の左側面図である。 図４は、同上の分離装置を示し、図３ＡのＸ−Ｘ線断面図である。 図５は、同上の分離装置を示し、図３ＡのＹ−Ｙ線断面図である。 図６は、同上の分離装置のシャフト、回転体、複数の羽根及び外筒体の斜視図である。 図７Ａは、同上の分離装置の分解斜視図である。図７Ｂは、同上の分離装置のシャフト、回転体及び複数の羽根の斜視図である。 図８Ａは、同上の分離装置における外筒体及び捕集器を示し、上側から見た分解斜視図である。図８Ｂは、同上の分離装置における外筒体及び捕集器を示し、下側から見た分解斜視図である。 図９Ａは、本発明の一実施形態の変形例１に係る分離装置の要部斜視図である。図９Ｂは、同上の分離装置の要部右側面図である。 図１０Ａは、本発明の一実施形態の変形例２に係る分離装置の要部斜視図である。図１０Ｂは、同上の分離装置の要部右側面図である。

（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〜８Ｂに基づいて説明する。

分離装置１は、例えば、送風機能を有する空調設備の上流側に設けられ、空気（気体）中の固体を分離する。空調設備は、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る。送風装置は、例えば、電動ファンである。空調設備は、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を備える空気調和システム等でもよい。空調設備により分離装置１に流す空気の流量は、例えば、１００ｍ³／ｈ〜３００ｍ³／ｈである。分離装置１に流れる空気の流量は、空調設備を流れる空気の流量と略同じである。

分離装置１は、図１Ａ、１Ｂ、２、４、５、６、７Ａ及び７Ｂに示すように、外筒体２と、回転体３と、複数の羽根３６と、モータ４と、を備える。外筒体２は、第１端２１に気体の流入口２３を有し、第２端２２に気体の流出口２４を有する。回転体３は、外筒体２の内側に配置されている。複数の羽根３６は、回転体３に連結されている。分離装置１では、図２及び４に示すように、外筒体２と回転体３との間に、流入口２３から流出口２４に向かう流路５が形成されている。モータ４は、回転体３を回転させる。ここにおいて、分離装置１は、回転体３とモータ４の回転軸４２との両方に連結されたシャフト７を備える。また、分離装置１は、シャフト７とモータ４の回転軸４２とを連結する軸継手（シャフトカップリング）８を備える（図２、４及び７Ａ参照）。

分離装置１は、上流側から流路５に流入した空気を、回転体３のまわりで螺旋状に回転させながら、流路５の下流側に流すことができる。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、「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。分離装置１の外筒体２は、空気に含まれている固体を外筒体２の外側に排出するために、外筒体２の内外を連通させる排出孔２５（図２、５、７Ａ、８Ａ及び８Ｂ参照）を有する。また、分離装置１は、外筒体２の内側から排出孔２５を通って排出された固体が入る捕集器６を更に備える。

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、外筒体２と、回転体３と、複数の羽根３６と、モータ４と、シャフト７と、軸継手８と、捕集器６と、を備える。

外筒体２は、円筒状に形成されており、第１端２１に気体の流入口２３を有し、第２端２２に気体の流出口２４を有する。外筒体２の材質は、例えば、ＡＢＳ樹脂である。

回転体３は、図４及び５に示すように、外筒体２の内側で外筒体２と同軸的に配置されている。「外筒体２と同軸的に配置されている」とは、回転体３が、回転体３の回転中心軸３０（図４参照）を外筒体２の中心軸２０（図４及び８Ａ参照）に揃えるように配置されていることを意味する。回転体３において、回転中心軸３０に直交する断面（例えば、図５参照）における外周線は、円形状である。回転体３の材質は、例えば、ポリカーボネート樹脂である。

回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、回転体３の長さは、外筒体２の長さよりも短い。回転体３は、図４に示すように、流入口２３側の第１端３１と、流出口２４側の第２端３２と、を有する。回転体３の第１端３１は、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、外筒体２の流入口２３と流出口２４との間で、流入口２３の近くに配置されている。また、回転体３の第２端３２は、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、外筒体２の流入口２３と流出口２４との間で、流出口２４の近くに配置されている。

回転体３の回転方向Ａ１（図５及び６参照）は、外筒体２の流入口２３から見て時計回りの方向（右回りの方向）である。

ところで、分離装置１では、回転体３は、回転体３の軸方向において、流出口２４からの距離が長くなり流入口２３との距離が短くなるにつれて外径が漸減する領域３０１（以下、「第１領域３０１」ともいう）を含む。

回転体３の外周面３７のうち第１領域３０１に対応する部分は、回転体３の回転中心軸３０（の延長線）上において流入口２３側に頂点を有する円錐の錐面（側面）の一部により構成されている。分離装置１では、回転体３は、第１領域３０１の他に、回転体３の軸方向において、流出口２４からの距離によらず外径が一定の第２領域３０２を含む。回転体３は、回転体３の軸方向において、流入口２３側から、第１領域３０１、第２領域３０２がこの順に並んでいる。回転体３では、第１領域３０１の最大外径と第２領域３０２の外径とが同じである。これにより、回転体３の外周面３７では、第１領域３０１と第２領域３０２との間に段差が形成されないようになっている。

外筒体２と回転体３との間には、回転体３に連結された複数（ここでは、２４枚）の羽根３６が配置されている。複数の羽根３６の各々の材質は、例えば、ポリカーボネート樹脂である。

複数の羽根３６の各々は、図４、５及び６に示すように、外筒体２の内周面２７との間に隙間が形成されるように配置されている。言い換えれば、分離装置１は、複数の羽根３６の各々と外筒体２の内周面２７との間に隙間がある。すなわち、複数の羽根３６の各々における回転体３の外周面３７からの突出長さは、回転体３の径方向における回転体３の外周面３７と外筒体２の内周面２７との距離よりも短い。複数の羽根３６の各々は、回転体３の外周面３７と外筒体２の内周面２７との間の空間（流路５）に配置されている。複数の羽根３６の各々は、回転体３の周方向に沿った方向に交差するように配置されている。複数の羽根３６は、図５に示すように回転体３の周方向において略等間隔で離れて配置されている。複数の羽根３６の各々は、回転体３の第１領域３０１と第２領域３０２とに跨って配置されている。要するに、複数の羽根３６の各々は、一部が回転体３の外周面３７の領域３０１から外筒体２の内周面２７に向かって突出している。

複数の羽根３６の各々は、その全長に亘って外筒体２の内周面２７との距離が一定となるように構成されている。ここにおいて、複数の羽根３６の各々は、流入口２３側の第１端３６１と、流出口２４側の第２端３６２と、を有する（図７Ｂ参照）。複数の羽根３６の各々では、第１端３６１の突出寸法が、第２端３６２の突出寸法よりも大きい。また、複数の羽根３６の各々において、回転体３の第１領域３０１から外筒体２の内周面２７側へ突出する部分では、第２端３６２から離れるにつれて突出寸法が徐々に大きくなっている。また、複数の羽根３６の各々において、回転体３の第２領域３０２から外筒体２の内周面２７側へ突出する部分では、突出寸法が一定である。

分離装置１では、複数の羽根３６の各々は、図５及び６に示すように、厚み方向において互いに反対側にある第１面３６０ａ及び第２面３６０ｂを有するひねり羽根である。複数の羽根３６の各々の第１面３６０ａは、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において後方に位置する。第１面３６０ａ及び第２面３６０ｂは、互いに異なる螺旋面の一部により構成されている。複数の羽根３６の各々の第２面３６０ｂは、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において前方に位置する。分離装置１では、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の第２面３６０ｂが流入口２３側に位置し第１面３６０ａが流出口２４側に位置している。

上述の回転体３は、図２、４、７Ａ及び７Ｂに示すように、外筒体２の中心軸２０（図４及び８Ａ参照）に沿った方向において並ぶ２つの回転部材３ａ、３ｂを備える。回転部材３ａ、３ｂは、図４に示すように、有底円筒状に形成されている。より詳細には、２つの回転部材３ａ、３ｂは、流入口２３側の第１端３１ａ、３１ｂに底壁３３ａ、３３ｂを有し、流出口２４側の第２端３２ａ、３２ｂに開口３４ａ、３４ｂを有する。以下では、説明の便宜上、２つの回転部材３ａ、３ｂのうち流入口２３に近い位置（相対的に上流側）にある回転部材３ａを上流側回転部材３ａと称し、流出口２４に近い位置（相対的に下流側）にある回転部材３ｂを下流側回転部材３ｂとも称することもある。有底円筒状の上流側回転部材３ａでは、底壁３３ａが、流入口２３側に膨らむ形状に形成されている。これにより、分離装置１では、外筒体２の流入口２３から流入する気体の圧力損失を低減することが可能となる。また、上流側回転部材３ａの内側には、上流側回転部材３ａに一体の補強壁３８が設けられている。これにより、分離装置１では、上流側回転部材３ａの機械的強度をより向上させることが可能となる。また、有底円筒状の下流側回転部材３ｂの内側には、下流側回転部材３ｂの底壁３３ｂの中央部から開口３４ｂ側へ突出する円筒状のリブ３９が設けられている。外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、リブ３９の長さは、下流側回転部材３ｂの長さよりも短い。

分離装置１では、複数の羽根３６の各々が、上流側回転部材３ａの外周面から突出している羽根片３６ａと、下流側回転部材３ｂの外周面から突出している羽根片３６ｂと、で構成されている（図４参照）。言い換えれば、分離装置１では、上流側回転部材３ａに連結された複数（２４枚）の羽根片３６ａと、下流側回転部材３ｂに連結された複数（２４枚）の羽根片３６ｂと、が一対一で対応し、複数（２４枚）の羽根３６を構成している。以下では、説明の便宜上、羽根片３６ａを上流側羽根片３６ａと称し、羽根片３６ｂを下流側羽根片３６ｂと称することもある。

複数の上流側羽根片３６ａは、回転体３の周方向において略等間隔で離れて配置されている。また、複数の下流側羽根片３６ｂは、回転体３の周方向において略等間隔で離れて配置されている。ここにおいて、一対一に対応する上流側羽根片３６ａ及び下流側羽根片３６ｂは、上述の羽根３６の第１面３６０ａ及び第２面３６０ｂそれぞれに段差が形成されないように形状及び寸法等が設定されている。

回転体３は、図２、４及び７Ａに示すように、シャフト７及び軸継手８を介してモータ４の回転軸（シャフト）４２と連結されている。より詳細には、分離装置１では、回転体３がシャフト７に連結され、シャフト７が軸継手８によってモータ４の回転軸４２と連結されている。分離装置１では、回転軸４２とシャフト７とが、一直線上に並ぶように配置されている。

モータ４は、回転体３を回転体３の回転中心軸３０のまわりで一方向に回転させる。回転体３の回転数は、例えば、１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍである。モータ４は、例えば、直流モータである。モータ４は、例えば、外部の駆動回路により駆動される。

モータ４は、図２及び４に示すように、モータ本体４１と、モータ本体４１から一部が突出している上述の回転軸４２と、を備える。回転軸４２は、円柱状である。モータ４は、回転体３の内側に配置されている。より詳細には、モータ４は、下流側回転部材３ｂの内側に配置されている。ここにおいて、分離装置１は、モータ４及び軸継手８を収容するモータハウジング９（図２、４及び７Ａ参照）を備える。モータハウジング９は、下流側回転部材３ｂ内に収納される。モータハウジング９は、後述のリヤカバー１２に対して複数のねじによって固定されている。

モータハウジング９の材質は、例えば、アルミニウムである。モータハウジング９は、図４に示すように、ハウジング本体部９０と、フランジ部９５と、を有する。ハウジング本体部９０は、流入口２３側の第１端９１に底壁９３を有し、流出口２４側の第２端９２に開口９４を有する。ここにおいて、モータハウジング９では、ハウジング本体部９０の底壁９３に、軸継手８の通る円形状の孔９３１が形成されている。また、モータハウジング９は、底壁９３における孔９３１の周縁から流入口２３側に突出した有底円筒状の軸継手収納部９８を有する。モータハウジング９では、軸継手収納部９８の底壁９８３に、シャフト７の通る円形状の孔９８７が形成されている。フランジ部９５は、ハウジング本体部９０の第２端９２からハウジング本体部９０の径方向外向きに突出している。フランジ部９５は、モータハウジング９をリヤカバー１２に対して複数のねじによって固定するために設けられている。

シャフト７（図４、５及び７Ａ参照）は、丸棒状であり、長手方向の第１端７１と、第１端７１とは反対側の第２端７２と、を有する。シャフト７の材質は、例えば、ステンレス鋼である。シャフト７は、その軸線が回転体３の回転中心軸３０と一致するように配置される。言い換えれば、シャフト７は、その軸線が外筒体２の中心軸２０と一致するように配置される。シャフト７は、その一部が、回転体３内に配置される。より詳細には、分離装置１では、シャフト７の第１端７１が、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において外筒体２の第１端２１よりも外側に配置され、シャフト７の第２端７２が下流側回転部材３ｂの内側に配置される。ここにおいて、シャフト７は、図４に示すように、上流側回転部材３ａの底壁３３ａにおける中央に形成された孔３５ａと、下流側回転部材３ｂの底壁３３ｂにおける中央に形成された孔３５ｂと、を通っている。また、回転体３は、シャフト７に対して２つのボルト７８（図４参照）と、２つのボルト７８に一対一に対応する２つのナットと、によって連結されている。２つのボルト７８の各々は、シャフト７において径方向に貫通した孔を通っている。これにより、回転体３は、シャフト７と一緒に回転することができる。

分離装置１は、シャフト７を回転自在に支持するための第１軸受７５及び第２軸受７６（図４及び７Ａ参照）を備えている。これにより、分離装置１では、モータ４によって回転体３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、第１軸受７５がシャフト７の第１端７１を回転自在に支持する。また、分離装置１では、第２軸受７６がシャフト７の第２端７２の近くの部位を回転自在に支持する。第２軸受７６は、軸継手収納部９８の底壁９８３に２本のねじによって固定されている。シャフト７の第２端７２は、軸継手８によってモータ４の回転軸４２と連結されている。軸継手８は、下流側回転部材３ｂの内側に配置されている。

分離装置１は、図１Ａ〜５及び７Ａに示すように、フロントカバー（第１カバー）１１と、リヤカバー（第２カバー）１２と、を更に備える。また、分離装置１は、図３Ａ、４、５及び７Ａに示すように、ボトムカバー（第３カバー）１３を更に備える。

フロントカバー１１は、外筒体２の第１端２１から外方に突出した第１フランジ２１１（図１Ｂ及び２参照）に対して、複数（例えば、４本）のねじによって着脱可能に取り付けられる。リヤカバー１２は、外筒体２の第２端２２から外方に突出した第２フランジ２２１（図１Ａ及び２参照）に対して、複数（例えば、４本）のねじによって着脱可能に取り付けられる。ボトムカバー１３は、フロントカバー１１及びリヤカバー１２それぞれに対して、複数（例えば、２本）のねじによって着脱可能に取り付けられる。

外筒体２の中心軸２０に沿った一方向から見て、フロントカバー１１の外周形状は、正方形状である。フロントカバー１１は、図１Ａ及び２に示すように、第１フレーム部１１１と、軸受取付部１１２と、４つの第１梁部１１３と、を備える。第１フレーム部１１１は、第１フランジ２１１に重ねて配置される。第１フレーム部１１１の外周形状は、フロントカバー１１の外周形状と同じある。第１フレーム部１１１の内周形状は、円形状である。第１フレーム部１１１の内径は、外筒体２の内径と略同じである。第１フレーム部１１１は、第１フランジ２１１に対して複数のねじによって固定される。軸受取付部１１２は、円環状であって、第１フレーム部１１１の内側に配置されている。軸受取付部１１２には、上述の第１軸受７５が取り付けられる。４つの第１梁部１１３は、第１フレーム部１１１と軸受取付部１１２とを繋いでいる。４つの第１梁部１１３は、軸受取付部１１２の周方向において略等間隔で離れて配置されている。第１軸受７５は、ブッシュ軸受であり、軸受取付部１１２に圧入されることで軸受取付部１１２に取り付けられている。フロントカバー１１の材質は、例えば、アルミニウムである。

外筒体２の中心軸２０に沿った一方向から見て、リヤカバー１２の外周形状は、正方形状である。リヤカバー１２は、図１Ｂ及び２に示すように、第２フレーム部１２１と、ハウジング取付部１２２と、４つの第２梁部１２３と、を備える。第２フレーム部１２１の外周形状は、リヤカバー１２の外周形状と同じである。第２フレーム部１２１の内周形状は、円形状である。第２フレーム部１２１の内径は、外筒体２の内径と同じであるのが好ましい。第２フレーム部１２１は、第２フランジ２２１に重ねて配置される。第２フレーム部１２１は、第２フランジ２２１に対して複数のねじによって固定される。ハウジング取付部１２２は、円環状であって、第２フレーム部１２１の内側に配置されている。ハウジング取付部１２２には、モータハウジング９のフランジ部９５が重ねて配置される。ハウジング取付部１２２には、モータハウジング９のフランジ部９５が複数のねじによって固定される。４つの第２梁部１２３は、第２フレーム部１２１とハウジング取付部１２２とを繋いでいる。４つの第２梁部１２３は、ハウジング取付部１２２の周方向において略等間隔で離れて配置されている。リヤカバー１２の材質は、例えば、アルミニウムである。

ボトムカバー１３（図３Ａ、４、５及び７Ａ参照）は、フロントカバー１１及びリヤカバー１２に結合されている。ボトムカバー１３は、外筒体２の下方に配置される。ボトムカバー１３は、外筒体２の中心軸２０に沿った方向を長手方向とする矩形板であり、長手方向の一端がフロントカバー１１に対して複数のねじによって固定され、長手方向の他端がリヤカバー１２に対して複数のねじによって固定されている。ボトムカバー１３の長手方向の長さは、外筒体２の長さよりも長く、ボトムカバー１３の短手方向の長さは、外筒体２の外径よりも長い。ボトムカバー１３の材質は、例えば、アルミニウムである。

分離装置１では、外筒体２は、フロントカバー１１とリヤカバー１２とボトムカバー１３とを含む筐体１００が、図３Ａに示すように、外筒体２を三方から囲んでいる。筐体１００は、フロントカバー１１、リヤカバー１２及びボトムカバー１３の他に、外筒体２の上方に配置されるトップカバー、外筒体２の径方向において外筒体２の両側に配置される一対のサイドカバーを備えていてもよい。

分離装置１は、図３Ａ、４及び７Ａに示すように、フロントパネル１６と、リヤパネル１７と、通気パネル１８と、を更に備える。

フロントパネル１６の外周形状は、正方形状である。フロントパネル１６には、その厚さ方向に貫通する通気孔１６１（図１、４及び７Ａ参照）が形成されている。フロントパネル１６は、フロントカバー１１における外筒体２側とは反対側に重ねて配置される。フロントパネル１６は、複数のねじによってフロントカバー１１に固定される。通気孔１６１の開口形状は、円形状である。通気孔１６１の内径は、外筒体２の内径及び回転体３の外径よりも小さく、フロントカバー１１の軸受取付部１１２の外径よりも大きい。フロントパネル１６の材質は、例えば、アルミニウムである。

リヤパネル１７の外周形状は、正方形状である。リヤパネル１７には、その厚さ方向に貫通する通気孔１７１（図３Ｂ、４及び７Ａ参照）が形成されている。リヤパネル１７は、リヤカバー１２における外筒体２側とは反対側に重ねて配置される。リヤパネル１７は、複数のねじによってリヤカバー１２に固定される。通気孔１７１の開口形状は、円形状である。通気孔１７１の内径は、外筒体２の内径よりも小さく回転体３の外径及びリヤカバー１２のハウジング取付部１２２の外径よりも大きい。リヤパネル１７の材質は、例えば、アルミニウムである。

通気パネル１８の外周形状は、略円形状である。通気パネル１８の外径は、リヤカバー１２におけるハウジング取付部１２２の外径と同じである。通気パネル１８の中央部には、メッシュ１８１（図３Ｂ及び４参照）が設けられている。通気パネル１８は、リヤカバー１２における外筒体２側とは反対側においてハウジング取付部１２２に重ねて配置される。通気パネル１８は、複数のねじによってハウジング取付部１２２に固定される。

分離装置１では、シャフト７に連結されている回転体３の回転方向Ａ１（図５参照）が、モータ４の回転軸４２（図２及び４参照）の回転方向と同じとなる。回転体３の回転方向Ａ１は、外筒体２の流入口２３側から見て、時計回りの方向（図５参照）である。回転体３の回転方向Ａ１は、外筒体２の流出口２４側から見て、反時計回りの方向である。回転体３の回転角速度は、モータ４の回転軸４２の回転角速度と同じである。

分離装置１では、モータ４の回転軸４２の回転により回転体３が回転すると、回転体３と複数の羽根３６とが同じ方向に回転する。分離装置１は、回転体３が回転することで、流路５（図２、４及び５参照）に流入した空気に対して回転中心軸３０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では、回転体３が回転することにより、流路５を流れる空気の速度ベクトルが、回転中心軸３０に平行な方向の速度成分と、回転中心軸３０のまわりの回転方向の速度成分と、を有することになる。

分離装置１の分離特性に関しては、回転体３の回転速度が速くなるにつれて分離効率が高くなる傾向にある。また、分離装置１の分離特性に関しては、分粒径が大きくなるにつれて分離効率が高くなる傾向にある。分離装置１では、例えば、規定粒径以上の微粒子を分離するように回転体３の回転速度が設定されているのが好ましい。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、０．３μｍ〜１０μｍ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、外筒体２の流入口２３から外筒体２内に流入した空気に含まれている固体を外筒体２の外側に排出するために、外筒体２に、外筒体２の内外を連通させる排出孔２５（図２、５、７Ａ、８Ａ及び８Ｂ参照）が形成されている。また、分離装置１は、外筒体２の内側から排出孔２５を通って排出された固体が入る捕集器６を備える。分離装置１では、排出孔２５から排出された固体が、例えば、重力沈降等により、捕集器６の底面に堆積する。

排出孔２５は、外筒体２の第１端２１と第２端２２との間で、回転体３の回転中心軸３０に沿った方向に細長いスリット状に形成されている。外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、排出孔２５と流入口２３との距離は、羽根３６と流入口２３との距離よりも短いが、あくまでも一例であり、これに限らない。また、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、排出孔２５と流出口２４との距離は、羽根３６と流出口２４との距離よりも長いが、あくまでも一例であり、これに限らない。分離装置１では、外筒体２に流入した空気中の固体の大きさや外筒体２の中心軸２０（図４及び８Ａ参照）に沿った方向における位置に関係なく、外筒体２の内周面２７付近を通っている固体を、排出孔２５から排出することが可能となる。これにより、分離装置１は、外筒体２の内周面２７に固体が付着して堆積するのを抑制することが可能となる。

捕集器６は、外筒体２における回転体３側とは反対側に設けられている。捕集器６は、外筒体２の外側において排出孔２５を覆うように配置されている。これにより、捕集器６の内部空間は、外筒体２の内側の流路５と連通している。分離装置１では、外筒体２の内側から排出孔２５を通って排出された固体が捕集器６に入る。捕集器６は、外筒体２に対して着脱可能に取り付けられている。

捕集器６は、蓋がない器である。捕集器６は、図８Ａに示すように、底壁６０と、周壁６５と、取付フランジ６６と、を備える。

底壁６０は、外筒体２の中心軸２０（図４及び８Ａ参照）に平行な方向を長手方向とする長方形状に形成されている。底壁６０の長手方向の長さは、外筒体２の中心軸２０に平行な方向における排出孔２５の長さよりも長い。底壁６０は、図５に示すように、外筒体２の斜め下方に位置する。また、底壁６０は、ボトムカバー１３上に配置される。

周壁６５は、底壁６０の外周縁の全周から底壁６０の厚さ方向に突出している。周壁６５は、第１側壁６１、第２側壁６２、第３側壁６３及び第４側壁６４を備える。第１側壁６１は、底壁６０の長手方向において外筒体２の第１端２１及び第２端２２のうち第１端２１に近い側の端縁から、底壁６０の厚さ方向に突出している。第２側壁６２は、底壁６０の長手方向において外筒体２の第１端２１及び第２端２２のうち第２端２２に近い側の端縁から、底壁６０の厚さ方向に突出している。したがって、第１側壁６１と第２側壁６２とは、外筒体２の中心軸２０に平行な方向において互いに対向する。第１側壁６１の形状と第２側壁６２の形状とは同じである。第１側壁６１及び第２側壁６２のそれぞれにおける底壁６０側とは反対側の先端面６１１及び６１２は、外筒体２の外周面２８に沿った形状に形成されている。

第３側壁６３は、底壁６０の短手方向において外筒体２に近い側の端縁から底壁６０の厚さ方向に突出している。第４側壁６４は、底壁６０の短手方向において外筒体２から遠い側の端縁から底壁６０の厚さ方向に突出している。したがって、第３側壁６３と第４側壁６４とは、外筒体２の一径方向に平行な方向において互いに対向する。第４側壁６４の突出寸法は、第３側壁６３の突出寸法よりも長い。第３側壁６３の突出寸法は、第１側壁６１及び第２側壁６２の第３側壁６３側の端における突出寸法と同じである。第４側壁６４の突出寸法は、第１側壁６１及び第２側壁６２の第４側壁６４側の端における突出寸法と同じである。捕集器６では、第１側壁６１と第２側壁６２と第３側壁６３と第４側壁６４とで、平面視形状が矩形枠状の周壁６５を構成している。平面視において、排出孔２５は、捕集器６の周壁６５に囲まれている。

取付フランジ６６は、第４側壁６４の外周縁から第４側壁６４と同一面内で外方に突出している。

分離装置１では、外筒体２の外周面２８に、捕集器６が着脱可能に取り付けられる取付部２６（図８Ｂ参照）が設けられている。ここにおいて、取付部２６には、捕集器６の取付フランジ６６がねじによって取り付けられる。取付部２６は、外筒体２の外周面２８から突出している。取付部２６は、取付フランジ６６の第１側壁６１、第２側壁６２、第３側壁６３及び第４側壁６４それぞれに一対一に対応する第１側片２６１、第２側片２６２、第３側片２６３及び第４側片２６４を備える。

第１側片２６１と第２側片２６２とは、外筒体２の中心軸２０に平行な方向において互いに対向する。外筒体２の中心軸２０に平行な方向から見て、第１側片２６１及び第２側片２６２の形状は、捕集器６の第１側壁６１及び第２側壁６２の形状と同じである。第１側片２６１と第２側片２６２との互いの対向面間の距離は、捕集器６の第１側壁６１と第２側壁６２との互いの外面間の距離と略同じである。外筒体２の径方向に平行な一方向から見て、第３側片２６３の形状は、捕集器６の第３側壁６３の形状と同じである。取付部２６においては、第１側片２６１、第２側片２６２及び第４側片２６４に対して捕集器６の取付フランジ６６がねじによって固定される。分離装置１では、取付部２６に捕集器６を取り付けた状態において、捕集器６の周壁６５の先端面が外筒体２の外周面２８に接触或いは近接する。ここにおいて、捕集器６は、周壁６５の先端面が全周に亘って外筒体２の外周面２８に接触しているのが好ましい。

分離装置１では、回転体３の回転中、外筒体２の流入口２３から流入した空気中の固体の一部が、流路５（図２参照）を通る途中でその遠心力等によって捕集器６に入る。

分離装置１では、外筒体２に対して捕集器６を着脱可能に取り付けてあることにより、例えば、人が捕集器６を外筒体２から取り外して捕集器６内の固体を廃棄し、その後、捕集器６を外筒体２に取り付けることができる。

分離装置１では、捕集器６に溜まった固体を廃棄する場合、例えば、ボトムカバー１３をフロントカバー１１及びリヤカバー１２から取り外し、その後、捕集器６を外筒体２から取り外し、次に、捕集器６内の固体を廃棄し、その後、捕集器６を外筒体２に取り付け、続いて、ボトムカバー１３をフロントカバー１１及びリヤカバー１２に取り付ける。分離装置１のメンテナンスでは、取り外した捕集器６の代わりに、交換用の捕集器６を外筒体２に取り付けてもよい。

分離装置１では、外部の空気がフロントパネル１６の通気孔１６１（図１Ａ、４及び７Ａ参照）及びフロントカバー１１の第１フレーム部１１１（図１Ａ及び２参照）の内側の空間を通して外筒体２の流入口２３に流入する。外筒体２に流入した空気に含まれていた固体は、流路５（図２参照）において螺旋状に回転するときに回転体３の回転中心軸３０（図４参照）から外筒体２の内周面２７に向かう方向の遠心力を受ける。遠心力を受けた固体は、外筒体２の内周面２７へ向かい、外筒体２の内周面２７付近を内周面２７に沿って螺旋状に回転する。そして、分離装置１では、空気中の固体の一部が、流路５を通過する途中で排出孔２５（図２及び５参照）から排出され捕集器６に捕集される。

分離装置１では、外筒体２の内側において旋回流が発生するので、外筒体２の流入口２３から外筒体２内に流入した空気中の固体（塵等）の一部が、排出孔２５を通して捕集器６内に捕集され、固体（塵等）が分離（除去）された空気（清浄化された空気）の一部が、外筒体２の流出口２４から流出する。

本実施形態の分離装置１では、回転体３が、回転体３の軸方向において、流出口２４からの距離が長くなり流入口２３との距離が短くなるにつれて外径が漸減する第１領域３０１を含む。さらに、分離装置１では、複数の羽根３６の各々が、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において後方に位置し回転中心軸３０に平行な方向に交差する第１面３６０ａと、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において前方に位置し回転中心軸３０に平行な方向に交差する第２面３６０ｂと、を有するひねり羽根である。さらに、分離装置１では、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の第２面３６０ｂが流入口２３側に位置し第１面３６０ａが流出口２４側に位置している。これらにより、本実施形態の分離装置１では、回転体の外径が一定（第２領域３０２の外径と同じ）でありかつ複数の羽根の各々が回転体の軸方向に沿ったストレート羽根である比較例１の分離装置や回転体の外径が一定（実施形態の分離装置１の回転体における第２領域３０２の外径と同じ）であり、かつ複数の羽根の各々がひねり羽根である比較例２の分離装置と比べて、圧力損失の増加を抑制しつつ分粒効率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態の分離装置１では、比較例１の分離装置及び比較例２の分離装置と比べて、５０％分粒径の値を小さくすることが可能となる。また、本実施形態の分離装置１では、捕集器６での捕集効率を向上させることが可能となる。

分離装置１は、例えば、住宅等に設置する空気浄化システムにおいて、空調設備の上流側に配置されたＨＥＰＡフィルタ（high efficiency particulate air filter）等のエアフィルタよりも上流側に配置して使用する。「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持ち、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を持つエアフィルタである。エアフィルタは、１００％の粒子捕集効率を必須の条件とはしない。空気浄化システムは、分離装置１を備えることにより、ＰＭ２．５等の微粒子がエアフィルタへ到達するのを抑制することが可能となる。よって、空気浄化システムでは、分離装置１よりも下流側にあるエアフィルタ等の長寿命化を図ることが可能となる。例えば、空気浄化システムでは、エアフィルタ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、空気浄化システムでは、エアフィルタの交換頻度を少なくすることが可能となる。空気浄化システムは、エアフィルタと空調設備とが互いに異なる筐体に収納された構成に限らず、空調設備の筐体内にエアフィルタを備えていてもよい。言い換えれば、空調設備が、送風装置に加えてエアフィルタを備えていてもよい。

上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

例えば、外筒体２の材質は、ＡＢＳ等の合成樹脂に限らず、金属等でもよい。また、円筒状の外筒体２については、内周形状が円形状であればよく、外周形状は必ずしも円形状でなくてもよい。

また、回転体３及び複数の羽根３６の材質は、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂に限らず、例えば、金属等でもよい。また、回転体３の材質と複数の羽根３６の材質とは互いに異なっていてもよい。

複数の羽根３６の各々は、回転体３と別部材として形成され回転体３に固定されることで回転体３に連結されていてもよい。

また、複数の羽根３６の各々は、回転体３の回転中心軸３０のまわりで螺旋状に形成されていてもよい。

回転体３は、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において並ぶ２つの回転部材３ａ、３ｂを備える構成に限らず、例えば、２つの回転部材３ａ、３ｂのうちの１つのみを備える構成でもよい。また、回転体３は、２つの回転部材３ａ、３ｂの間に、少なくとも１つの回転部材（回転部材３ｂと同様の形状の回転部材）を備えていてもよい。この場合、２つの回転部材３ａ、３ｂの間にある回転部材にも、複数の羽根３６の各々の一部を構成する羽根片が連結されているのが好ましい。

また、回転体３は、必ずしも第１領域３０１と第２領域３０２との両方を備えている必要はなく、少なくとも第１領域３０１を備えていればよい。回転体３が第１領域３０１と第２領域３０２とのうち第１領域３０１のみを備えている場合、複数の羽根３６の各々の第１端３６１と第２端３６２とが第１領域３０１にあるのが好ましい。

例えば、分離装置１の変形例１では、図９Ａ及び９Ｂに示すように、回転体３の形状が円錐台状である点が実施形態の分離装置１と相違する。変形例１における回転体３は、実施形態の分離装置１における第１領域３０１と第２領域３０２とのうち第１領域３０１のみを有する。よって、変形例１では、複数（ここでは、４枚）の羽根３６の各々の第１端３６１と第２端３６２とが第１領域３０１にある。変形例１では、複数の羽根３６の各々における第１端３６１側の端面、第２端３６２側の端面のそれぞれが、回転体３の互いに異なる一径方向に沿っている。回転体３からの複数の羽根３６の各々の突出方向は、回転体３の回転中心軸３０に直交する断面において回転体３の一径方向に沿っている。

羽根３６の単位長さ当たりのひねり量をαとし、羽根３６の第１端３６１側の端面を起点としたときの回転体３の軸方向における羽根３６の変位（言い換えれば、軸方向における羽根３６の長さ）をΔｚ、回転体３の回転方向Ａ１における羽根３６の変位をΔωとするとき、α＝Δω／Δｚと定義する。αの好適な範囲は、例えば、４×１０^-5〜４×１０^-3〔回転／ｍｍ〕である。αの値が小さくなると、羽根３６の形状が上述の比較例１の分離装置におけるストレート羽根の形状により近づき、羽根３６による気流制御の効果が低くなる傾向にある。また、αの値が大きくなると、羽根３６による気流の旋回速度が低下し、分粒効率が低下する傾向にある。しかし、αが上記の範囲にあれば、気流制御、分粒効率等において高い効果が奏される。

また、分離装置１の変形例２では、図１０Ａ及び１０Ｂに示すように、変形例１と同様、回転体３の形状が円錐台状である。よって、変形例２では、変形例１と同様、複数（ここでは、４枚）の羽根３６の各々の第１端３６１と第２端３６２とが第１領域３０１にある。変形例２では、複数の羽根３６の各々における第１端３６１側の端面、第２端３６２側の端面が、回転体３の互いに異なる一径方向に対してそれぞれ傾いている。ここで、複数の羽根３６の各々は、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において前方へ突出している。言い換えれば、複数の羽根３６の各々では、回転体３側の基端よりも外筒体２の内周面２７側の先端が、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において前方に位置する。回転体３からの複数の羽根３６の各々の突出方向は、回転体３の回転中心軸３０に直交する断面において回転体３の一径方向に対して同じ角度で傾いている。変形例２では、回転体３から外筒体２へ向かう複数の羽根３６の各々の突出寸法をより大きくすることが可能となり、分離性能の更なる向上を図ることが可能となる。

排出孔２５は、少なくとも一部が回転体３の回転中心軸３０に沿った方向（言い換えれば、外筒体２の中心軸２０に沿った方向）に細長いスリット状であればよく、例えば、外筒体２の周方向に沿った方向に長い１乃至複数の弧状スリットを含んでもよい。

分離装置１では、外筒体２に排出孔２５が１つだけ形成されているが、これに限らず、排出孔２５が複数形成されていてもよい。この場合、複数の排出孔２５は、外筒体２の周方向において離れて配置されているのが好ましい。また、この場合、分離装置１に捕集器６を複数設け、複数の捕集器６が複数の排出孔２５と一対一で対応するように配置されていてもよい。分離装置１では、複数の排出孔２５を備えることにより、分粒効率の向上を図ることが可能となる。

分離装置１では、捕集器６の取付フランジ６６をねじにより取付部２６に取り付けてあるが、これに限らず、外筒体２に対して捕集器６を着脱可能であればよい。要するに、分離装置１では、取付フランジ６６及びねじは必須の構成要素ではない。

また、分離装置１では、捕集器６の内部空間を複数（例えば、３つ）の空間に分ける複数（例えば、２つ）の仕切壁を更に備えていてもよい。複数の仕切壁は、捕集器６の内部空間に配置される。複数の仕切壁の各々は、回転体３の回転中心軸３０（図４参照）に沿った方向（平行な方向）に交差（本実施形態では、直交）する。

また、捕集器６及び複数の仕切壁の材質は、合成樹脂に限らず、金属等でもよい。また、捕集器６と複数の仕切壁とは互いに異なる材質でもよい。分離装置１では、捕集器６と複数の仕切壁とが別部材で形成されて接着、溶着、嵌合、ねじ固定等によって一体化されていてもよい。

分離装置１において、捕集器６は、必須の構成要素ではない。言い換えれば、分離装置１は、外筒体２の内側から排出孔２５を通して外筒体２の外側へ固体を排出できるように構成されていれば、捕集器６を備えていない構成でもよい。

上述の実施形態等から明らかなように、第１の態様に係る分離装置１は、外筒体２と、回転体３と、複数の羽根３６と、モータ４と、を備える。外筒体２は、円筒状であり、第１端２１に気体の流入口２３を有し、第２端２２に気体の流出口２４を有する。回転体３は、外筒体２の内側に配置されている。回転体３は、その回転中心軸３０が外筒体２の中心軸２０と揃うように配置されている。複数の羽根３６は、回転体３と外筒体２との間で回転体３の外周方向において離れて配置され、回転体３に連結されている。モータ４は、回転体３を回転中心軸３０のまわりで一方向に回転させる。外筒体２は、第１端２１と第２端２２との間において外筒体２の内外を連通させる排出孔２５を有する。回転体３は、回転体３の軸方向において、流出口２４からの距離が長くなり流入口２３との距離が短くなるにつれて外径が漸減する領域３０１を含む。複数の羽根３６の各々は、少なくとも一部が回転体３の領域３０１から外筒体２の内周面２７に向かって突出している。複数の羽根３６の各々は、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において後方に位置する第１面３６０ａと、回転体３の回転方向Ａ１に沿った方向において前方に位置する第２面３６０ｂと、を有するひねり羽根である。分離装置１では、外筒体２の中心軸２０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の第２面３６０ｂが流入口２３側に位置し第１面３６０ａが流出口２４側に位置している。

以上の構成により、分離装置１では、圧力損失の増加を抑制しつつ分粒効率の向上を図ることが可能となる。

第２の態様に係る分離装置１では、第１の態様において、複数の羽根３６の各々は、その全長に亘って外筒体２の内周面２７との距離が一定となるように構成されている。これにより、分離装置１では、分粒効率の更なる向上を図ることが可能となる。

第３の態様に係る分離装置１では、第１又は２の態様において、排出孔２５は、回転中心軸３０に沿った方向に細長いスリット状に形成されている。これにより、分離装置１では、分粒効率の更なる向上を図ることが可能となる。

１ 分離装置
２ 外筒体
２０ 中心軸
２１ 第１端
２２ 第２端
２３ 流入口
２４ 流出口
２５ 排出孔
３ 回転体
３０ 回転中心軸
３１ 第１端
３２ 第２端
３０１ 領域
３６ 羽根
３６０ａ 第１面
３６０ｂ 第２面
４ モータ
Ａ１ 回転方向

Claims (3)

1. 第１端に気体の流入口を有し、第２端に気体の流出口を有する円筒状の外筒体と、
   前記外筒体の内側において、回転中心軸が前記外筒体の中心軸と揃うように配置された回転体と、
   前記回転体と前記外筒体との間で前記回転体の外周方向において離れて配置され、前記回転体に連結されている複数の羽根と、
   前記回転体を前記回転中心軸のまわりで一方向に回転させるモータと、
   を備え、
   前記外筒体は、前記第１端と前記第２端との間において前記外筒体の内外を連通させる排出孔を有し、
   前記回転体は、前記回転体の軸方向において、前記流出口からの距離が長くなり前記流入口との距離が短くなるにつれて外径が漸減する領域を含み、
   前記複数の羽根の各々は、少なくとも一部が前記回転体の前記領域から前記外筒体の内周面に向かって突出しており、
   前記複数の羽根の各々は、前記回転体の回転方向に沿った方向において後方に位置する第１面と、前記回転体の回転方向に沿った方向において前方に位置する第２面と、を有するひねり羽根であり、
   前記外筒体の前記中心軸に沿った方向において、前記複数の羽根の各々の前記第２面が前記流入口側に位置し前記第１面が前記流出口側に位置している
   ことを特徴とする分離装置。
2. 前記複数の羽根の各々は、その全長に亘って前記外筒体の内周面との距離が一定となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の分離装置。
3. 前記排出孔は、前記回転中心軸に沿った方向に細長いスリット状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の分離装置。

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