JP2018171559A - 濾過装置、及び濾過体 - Google Patents

Abstract

【課題】濾材の回転に伴って望ましくない気流が発生することを抑制し、捕集効率を効果的に向上させることができる濾過装置を提供する。【解決手段】濾過装置は、気体を取り込んで通過させる空間を有する筐体と、気体中の微粒子を捕集する濾材を有し、前記筐体の内壁との間に隙間をあけて前記空間内に配置される濾過体であって、気体が前記筐体を通過する気流方向と平行な回転中心線の周りに回転する濾過体と、前記筐体に取り込まれる気体の流量を絞る通路を形成する壁部材と、を備える。前記壁部材は、前記筐体の内壁から前記通路を画する端まで、前記気流方向と反対側への気体の流れを遮断するように延在する壁面を有している。前記回転中心線に接近する方向における前記壁面の長さは前記隙間よりも長い。【選択図】図２

Description

本発明は、濾過装置、及び濾過体に関する。

室内または屋外の塵埃が発生しやすい場所において、塵埃が浮遊する空気を取り込み、清浄化する濾過装置が知られている。濾過装置は、塵埃を含んだ空気を取り込んで通過させる筐体と、筐体内に配置され、空気中の微粒子を捕集する濾材と、を備えている。濾材は、一般に、ガラス繊維や有機繊維の繊維材料から構成され、筐体内に取り込まれた空気は、濾材を通過する際に、微粒子が繊維に接触して空気から取り除かれることで清浄化され、筐体から排出される。
従来の濾過装置として、微粒子を含有する気体をフィルタ層に通過させる手段と、当該フィルタ層を気体の通過方向と交差する方向に移動制御するための移動制御手段とを備えた装置が知られている（特許文献１）。この濾過装置では、フィルタ層が回転することで、捕集された微粒子が凝集し、それに作用する遠心力が大きくなることで、フィルタ層から粒子を離脱させ、フィルタの寿命が向上する、とされている。また、この濾過装置では、フィルタ層を回転させて、気体の通過方向と交差する方向に移動させることによって、微粒子がフィルタ層の繊維に接触する機会が増えるので、捕集効率の低い濾材を用いて、濾過装置の捕集効率が向上することを期待できる。

特開２０１５−２０２４２５号公報

上記した濾過装置では、フィルタ層の回転に伴って筐体内で望ましくない気流が発生し、濾過装置の捕集効率が向上しない場合があることがわかった。

本発明は、濾材の回転に伴って望ましくない気流が発生することを抑制し、捕集効率を効果的に向上させることのできる濾過装置、及び濾過装置に用いられる濾過体を提供することを目的とする。

濾材が、筐体の内壁との間に隙間をあけて配置されていると、筐体内に取り込まれた空気が、この隙間を通過して下流側に流れる場合がある。隙間を通過した空気に含まれる微粒子は濾材に捕集されないため、濾過装置の捕集効率を低下させてしまう。ここで、取り込まれた空気が隙間を通過しないように、例えば、濾材の上流側において空気の流路を狭めると、濾材に入り込み濾材の外周側に抜け出た空気が、この隙間を上流側に戻るように流れることで、渦を巻くような気流が発生する場合があることがわかった。このような気流は、濾材内に、捕集効率の向上に寄与しないデッドゾーンを生じさせるため、濾過装置の捕集効率を向上させ難くなる。このような問題に鑑み、本発明者はさらに検討を続け、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の一態様は、濾過装置であり、
気体を取り込んで通過させる空間を有する筐体と、
気体中の微粒子を捕集する濾材を有し、前記筐体の内壁との間に隙間をあけて前記空間内に配置される濾過体であって、気体が前記筐体を通過する気流方向と平行な回転中心線の周りに回転する濾過体と、
前記筐体に取り込まれる気体の流量を絞る通路を形成する壁部材と、を備え、
前記壁部材は、前記筐体の内壁から前記通路を画する端まで、前記気流方向と反対側への気体の流れを遮断するように延在する壁面を有し、
前記回転中心線に接近する方向における前記壁面の長さは前記隙間よりも長い、ことを特徴とする。

前記濾過体は、さらに、前記回転中心線から最も離れた前記濾材の外周部を取り囲む外枠を有し、
前記外枠は、前記隙間をあけて前記筐体と離間していることが好ましい。

本発明の別の一態様は、濾過装置であり、
気体を取り込んで通過させる空間を有する筐体と、
気体中の微粒子を捕集する濾材を有し、前記筐体の内壁との間に隙間をあけて前記空間内に配置される濾過体であって、気体が前記筐体を通過する気流方向と平行な回転中心線の周りに回転する濾過体と、を備え、
前記濾過体は、さらに、前記回転中心線から最も離れた前記濾材の外周部を取り囲む外枠を有し、前記外枠は、前記隙間をあけて前記筐体と離間している、ことを特徴とする。

前記外枠は、前記筐体に向かってあるいは前記気流方向の上流側に突出する凸部を有していることが好ましい。

さらに、前記外枠と連結される回転軸を有し、前記外枠を回転駆動させる駆動装置を備え、
前記濾材は、前記回転軸に対し前記気流方向の上流側に配置されていることが好ましい。

前記外枠は、前記濾材に対し前記気流方向の下流側から接するように、前記回転中心線に向かって延在した環状壁部を備えることが好ましい。

本発明の一態様は、濾過体であり、
気体中の微粒子を捕集する円板状の濾材と、
前記濾材の外周側から前記濾材を取り囲む外枠と、を備え、
前記濾材は、前記外枠に接していることを特徴とする。

本発明によれば、濾材の回転に伴って望ましくない気流が発生することを抑制し、捕集効率を効果的に向上させることができる。

本実施形態の一例による濾過装置を示す分解斜視図である。 濾過装置の気流方向に沿った断面図である。 本実施形態の濾過装置の別の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の濾過装置における気流を説明する図であり、（ｃ）は、本実施形態の一例の濾過装置における気流を説明する図である。 （ａ）は、従来の別の濾過装置における気流を説明する図であり、（ｂ）は、本実施形態の濾過装置における気流を説明する図である。

以下、本実施形態の濾過装置及び濾過体について説明する。

図１は、本実施形態の一例による濾過装置１を示す分解斜視図である。図２は、図１の濾過装置１の気流方向Ｘに沿った断面図である。
濾過装置１は、筐体１０と、濾過体２０と、壁部材３０（図２参照）と、を備える。図１において、壁部材３０の図示は省略されている。

筐体１０は、気体を取り込んで通過させる空間１０ａを有する。図示される例において、筐体１０は、筒状の部材であり、気流方向Ｘの上流側及び下流側が開口されている。気流方向Ｘは、気体が筐体１０の空間１０ａを通過する方向である。筐体１０は、図示されるように、円筒状の内壁１０ｂを有していることが好ましい。一例によれば、筐体１０は、建物の中に設置されたダクトであってもよい。

濾過体２０は、筐体１０の内壁１０ｂとの間に隙間Ｇ（図２参照）をあけて空間１０ａ内に配置され、気流方向Ｘと平行な回転中心線Ｚの周りに回転する。濾過体２０は、気体中の微粒子を捕集する濾材２２を有している。

濾材２２には、例えば、中性能フィルタ、あるいは粗塵用フィルタとしてのフィルタ性能を有する濾材が用いられる。中性能フィルタは、主として粒径５μｍ未満の粒子に対して中程度の粒子捕集率をもつエアフィルタであり、比色法により測定した捕集効率が５０〜９５％、あるいは、粒径０．７μｍの粒子を用いて計数法により測定した捕集効率が５０〜９５％であるエアフィルタである。粗塵用フィルタは、中性能フィルタよりも粒径の大きい粒子を除去するために用いられるエアフィルタであり、主に粒径５μｍ以上の粉塵の除去に用いられるエアフィルタである。
濾材２２は、例えば、ガラス繊維、有機繊維、あるいはこれらの混合繊維からなる繊維体であり、例えば、不織布、あるいはフェルトである。濾材２２の形態は、例えば、シート状、マット状、あるいはプリーツ状である。プリーツ状の濾材２２は、シート状の濾材を、山折り、谷折りが交互に繰り返されたジグザグ形状に加工（プリーツ加工）することで作製される。ガラス繊維からなる濾材２２は、例えば、湿式法又は乾式法によって抄紙することにより作製される。有機繊維からなる濾材２２は、例えば、スパンボンド法、メルトブロー法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法等によって作製される。繊維体である濾材２２の具体例として、平均繊維径５〜１００μｍ、目付３０〜５００ｇ／ｍ²、気流方向Ｘに沿った厚さ１〜６０ｍｍ、粒径０．７μｍの粒子を用いて計数法により測定した捕集効率が５〜５０％であるものを挙げることができる。

一例によれば、濾材２２は、上述の繊維体のほか、多孔体、あるいは構造体であってもよい。多孔体である濾材２２は、例えば、金属、炭素等の粉体又は繊維を焼結してなる焼結フィルタである。構造体である濾材２２は、一方向に延びる気体の通路を、通路を横切る方向に多数並べた形状のハニカムフィルタである。

濾材２２の形状は、図示される例において、円板状である。濾材２２の直径及び厚さは、特に制限されないが、例えば、直径が１００〜３５０ｍｍ、厚さが３〜６０ｍｍである。

一例によれば、濾過体２０は、複数の濾材２２を有していてもよい。複数の濾材２２は、例えば、気流方向Ｘに積層され、あるいは、回転中心線Ｚの周りの方向（以下、周方向ともいう）に隙間なく並べられて配置される。

濾過体２０は、図示されるように、さらに、外枠２４を有していることが好ましい。外枠２４は、図示される例では、ガイド部２５と、環状壁部２６と、支持部２７と、を有しており、これらが一体に形成されている。

ガイド部２５は、回転中心線Ｚから最も離れた濾材２２の端部（外周部）をその外周側から取り囲む部分である。ガイド部２５は、図２に示す例では、気流方向Ｘと平行な方向に延在し、かつ、周方向に延在した円筒状の形状を有している。円板状の濾材２２は、ガイド部２５の内周側に、回転中心線Ｚに対し接近又は離反する方向（以下、径方向ともいう）に圧縮された状態で配置され、あるいは、ガイド部２５の内壁に外周部が接着されて配置されており、ガイド部２５に対し隙間なく接している。ガイド部２５は、濾材２２に入り込んで濾材２２内を外周側に流れた空気が隙間Ｇ内に流れ出るのを防止し、気流方向Ｘの下流側に案内する機能を有している。ガイド部２５は、隙間Ｇをあけて筐体１０と離間している。

環状壁部２６は、濾材２２に対し下流側から接するように、回転中心線Ｚに向かって延在した部分である。図示される例では、環状壁部２６は、ガイド部２５の下流側の端から回転中心線Ｚに向かって延在し、かつ、周方向に延在した円環状をなしている。

支持部２７は、濾材２２に対し下流側から接するように、回転中心線Ｚが通る外枠２４の中心部と、環状壁部２６とに接続された部分である。支持部２７は、２つ、３つ、あるいは４つ以上の複数設けられることが好ましく、図示されるように、外枠２４の中心部から放射状に延びて配置されることが好ましい。支持部２７は、環状壁部２６とともに、濾材２２が外枠２４から下流側に抜けることを防止する。また、複数の支持部２７が周方向に間隔をあけて配置されていることで、濾材２２を通過する空気の流量が確保される。

一例によれば、濾過体２０は、上記説明した外枠２４を備えていなくてもよい。この場合、濾材２２は、後述する回転軸４２に貫通され、回転軸４２と一体に回転するように固定される。

壁部材３０は、筐体１０に取り込まれる気体の流量を絞る通路３０ａを形成する部材である。壁部材３０は、図２に示す例では、筐体１０の上流側の端に取り付けられ、筐体１０内に配された濾材２２より上流側に位置している。壁部材３０は、筐体１０と溶接され、あるいは、パッキン等のシール部材を介して接続され、筐体１０との間に隙間なく取り付けられている。壁部材３０は、図２に示す例において、第１壁部３２と、第２壁部３４と、を有している。

第１壁部３２は、筐体１０の上流側の端から内周側に延在し、かつ、周方向に延在した円環状の部分である。第１壁部３２は、筐体１０の内壁１０ｂから通路３０ａを画する端まで、気流方向Ｘと反対側（上流側）への空気の流れを遮断するように延在する壁面３２ａを有している。気流方向Ｘと反対側への気体の流れとは、上述した渦を巻くような気流のうち上流側に流れる成分を意味する。通路３０ａは、図２に示す例において、気流方向Ｘと直交する方向の断面が円形であり、筐体１０内の空間１０ａの断面積より、その流路面積が小さい。壁面３２ａは、上流側への空気の流れを遮断する観点から、凹みや貫通孔を有しない平滑面であることが好ましい。また、壁面３２ａは、上流側への空気の流れを遮断する観点から、気流方向Ｘと交差する方向に延在していることが好ましく、気流方向Ｘと直交する方向に延びていることがより好ましい。壁面３２ａは、通路３０ａを通過した空気が濾材２２の中央部に進入するように、濾材２２に対して接近して配置されていることが好ましい。この点から、気流方向Ｘに沿った壁面３２ａと濾材２２との距離は、例えば、３０ｍｍ以下に設定される。

径方向に沿った壁面３２ａの長さＨは隙間Ｇの長さよりも長い。これにより、通路３０ａを通過した空気が、隙間Ｇを通過して下流側に流れることを抑制できる。長さＨの隙間Ｇの長さに対する比は、通風量を低下させすぎることなく、通路３０ａを通過した空気が隙間Ｇを通過して下流側に流れることを抑制する効果を高める観点から、１０〜２０であることが好ましい。長さＨは、通風量を低下させすぎることなく、濾材２２の中央部に空気を導く観点から、筐体１０の内径の５〜２５％の長さであることが好ましい。隙間Ｇは、濾過体２０の円滑な回転を確保しつつ、空気が気流方向Ｘに通過することを抑制するために、２ｍｍ以下の長さであることが好ましい。

第２壁部３４は、図２に示す例において、第１壁部３２の内周側の端から気流方向Ｘに沿って上流側に延びる円筒状の部分である。一例によれば、第２壁部３４は、このような形態に制限されず、第１壁部３２の外周側の端から上流側に延在した円筒状をなしていてもよい。この場合、第１壁部３２はオリフィス板として機能する。

また、一例によれば、第１壁部３２の内周側の端から上流側に向かって連続的に通路３０ａを広げるように、気流方向Ｘに対して傾斜して延在した円錐台形状であってもよい。
図３は、本実施形態の別の一例による濾過装置１を示す図である。
図３に示す例において、第２壁部３４の内壁には、螺旋状に延びるネジ山３４ａが設けられている。本実施形態の濾過装置１では、通路３０ａによって流量が絞られているため、壁部材３０を備えない場合と比べ、通風量が低下しやすい。しかし、図３に示す形態の壁部材３０を備える濾過装置１では、ネジ山３４ａに沿って、図示される矢印で指す方向に流れるように空気を供給しつつ、通路３０ａの中心部を筐体１０内から上流側に戻る気流の流れを確保することで、通風量の低下の程度を抑えることができる。

濾過装置１は、図１及び図２に示されるように、さらに、駆動装置４０を備えることが好ましい。駆動装置４０は、外枠２４と連結される回転軸４２と、回転軸４２を回転させるモータ４４と、を有している。モータ４４は、図示されない外部又は内部電源が供給されることで外枠２４を回転駆動させる。モータ４４は、筐体１０に対して複数の支持体１２を介して支持され、回転軸４２が回転中心線Ｚ上に位置するように配置されている。なお、図２では、モータ４４の支持体１２の図示を省略している。濾過体２０の回転数は、渦を巻くような気流の発生を抑制しつつ、空気が隙間Ｇを通過して下流側に流れることを抑制し、濾過装置１の捕集効率を向上させる観点から、０回転／分を超え、３０００回転／分以下に設定されることが好ましい。
駆動装置４０は、図示されるように、筐体１０の空間１０ａ内に、濾過体２０に対し下流側に配置されることが好ましい。すなわち、濾材２２は、回転軸４２に対し上流側に配置されていることが好ましい。このような配置態様によれば、濾材２２を回転軸４２によって貫通させる必要がなく、濾材面積を確保することができる。また、濾材２２に遠心力が作用することによって回転軸４２との間に隙間ができることを防止できる。また、空気中の微粒子によって駆動装置４０が汚染され、回転駆動に不具合が発生することを防止できる。しかし、一例によれば、駆動装置４０は、濾過体２０に対し上流側に配置されていてもよい。この場合、回転軸４２は、濾材２２を貫通して外枠２４に連結される。

濾過装置１は、図１及び図２に示されるように、さらに、ファン５０を備えることが好ましい。ファン５０は、微粒子を含んだ空気を取り込んで筐体１０内を通過させる気流を発生させる。ファン５０は、図示される例において、回転軸４２に連結され、駆動装置４０によって回転駆動される。図示される例では、濾過体２０及びファン５０は、駆動装置４０によって一体的に回転駆動されるため、濾過体２０及びファン５０を異なる駆動装置で回転駆動させる場合と比べ、消費電力を抑えることができる。

ここで、図４を参照して、上記説明した濾過装置１における空気の流れを説明する。
図４（ａ）は、壁部材３０を備えない従来の濾過装置における気流を説明する図である。図４（ｂ）は、壁面３２ａを備えない従来の濾過装置における気流を説明する図である。図４（ｃ）は、本実施形態の濾過装置１における気流を説明する図である。図４（ａ）〜（ｃ）の矢印は、空気の流れる方向を示す。

壁部材３０を備えない従来の濾過装置では、図４（ａ）に示すように、濾材２２と筐体１０との間の隙間Ｇを通過して、筐体１０内に取り込まれた空気が下流側に流れる場合がある。特に、隙間Ｇが広い場合や、濾過体２０の回転数が小さい場合には、このような空気の通過が起きやすくなる。
これに対し、本実施形態の濾過装置１は、壁部材３０を備えているため、図４（ｃ）に示すように、筐体１０内に導かれた空気は濾材２２の中央部から濾材２２内に進入し、空気が隙間Ｇを通過することが抑制される。このため、捕集効率の低下が抑制される。しかも、隙間Ｇの上流側には、壁部材３０の壁面３２ａが位置しているため、上述した渦を巻くような気流の発生が抑制される。このため、濾過装置１の捕集効率を効果的に向上させることができる。
さらに、濾過体２０が外枠２４を備える場合は、濾材２２に進入し、濾材２２内を外周側に向かって流れる空気は、ガイド部２５によって下流側に案内される。このため、隙間Ｇ内に流れ出た空気が上流側に戻るような気流が発生することを防止でき、濾過装置１の捕集効率を向上させる効果が高くなる。

次に、本実施形態の変形例による濾過装置１について説明する。
変形例では、壁部材３０を備えず、外枠２４を必須の要素として備える点で、上記説明した濾過装置１と異なっている。ここでは、図５を参照して、変形例における空気の流れを説明する。
図５（ａ）は、外枠２４を備えない従来の濾過装置における気流を説明する図である。図５（ｂ）は、変形例の濾過装置１における気流を説明する図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）の矢印は、空気の流れる方向を示す。

外枠２４を備えない従来の濾過装置では、図５（ａ）に示すように、濾材２２から外周側に流れ出た空気が、隙間Ｇ内を上流側に戻るように流れ、渦を巻くような気流が発生する場合がある。特に、濾過体２０の回転数が大きい場合は、濾材２２内の空気に強い遠心力が作用するため、このような空気の流れが起きやすくなる。
これに対し、変形例では、外枠２４を備えているため、図５（ｂ）に示すように、濾材２２内を外周側に流れる空気はガイド部２５によって下流側に案内される。このため、渦を巻く気流の発生が抑制され、濾過装置１の捕集効率を効果的に向上させることができる。

以上説明した濾過装置１によれば、筐体１１に取り込まれる気体の流量を絞る壁部材３０を備えることで、濾材２２と筐体１０との間の隙間Ｇを気体が通過することを抑制できるとともに、壁部材３０が、気流方向と反対側への気体の流れを遮断するように延在する壁面３２ａを備えることで、渦を巻くような気流の発生が抑制される。このため、望ましくない気流の発生を抑制しつつ、濾過装置１の捕集効率を効果的に向上させることができる。また、本実施形態の濾過装置１によれば、濾材２２の外周側の端を取り囲む外枠２４を備えることで、濾材２２内の空気が濾材２２の外周側に排出されて隙間Ｇを上流側に戻るような空気の流れを抑えることができ、捕集効率が低下することを抑えることができる。

本実施形態の濾過装置１は、室内又は屋外の塵埃が発生しやすい場所において、塵埃が浮遊する空気を取り込み、清浄化する集塵機等として好適に用いることができる。例えば、オイルミストが発生しやすい、調理施設等を備える室内において、濾過装置１を設置する、あるいは、室内と接する建物内部に設けられたダクトを筐体として濾過装置１を設置することができる。この場合、濾材２２に捕集された油分が濾材２２に蓄積されることを抑えるために、濾過装置１の上流側で水蒸気を発生させ、オイルミストとともに筐体１０内に取り込むことで、濾材２２に捕集された油分を濾材２２の繊維から離脱させやすくすることができる。
また、例えば、ヒューム等の金属粉、その他の粉体が発生しやすい、溶接加工、切削加工等を行う室内又は屋外において、濾過装置１を設置することができる。

本実施形態の濾過装置１は、水平方向を気流方向Ｘとする場合に限らず、鉛直方向を気流方向Ｘとすることもできる。例えば、天井と接する建物内部に設けた鉛直方向に延びるダクトを筐体とすることもできる。

以上、本発明の濾過装置及び濾過体について詳細に説明したが、本発明の濾過装置及び濾過体は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１ 濾過装置
１２ 支持体
１０ 筐体
１０ａ 空間
１０ｂ 内壁
２０ 濾過体
２２ 濾材
２４ 外枠
２５ ガイド部
２６ 環状壁部
２７ 支持部
３０ 壁部材
３０ａ 通路
３２ 第１壁部
３２ａ 壁面
３４ 第２壁面
３４ａ ネジ山
４０ 駆動装置
４２ 回転軸
４４ モータ
５０ ファン

Claims (5)

1. 気体を取り込んで通過させる空間を有する筐体と、
   気体中の微粒子を捕集する濾材を有し、前記筐体の内壁との間に隙間をあけて前記空間内に配置される濾過体であって、気体が前記筐体を通過する気流方向と平行な回転中心線の周りに回転する濾過体と、
   前記筐体に取り込まれる気体の流量を絞る通路を形成する壁部材と、を備え、
   前記壁部材は、前記筐体の内壁から前記通路を画する端まで、前記気流方向と反対側への気体の流れを遮断するように延在する壁面を有し、
   前記回転中心線に接近する方向における前記壁面の長さは前記隙間よりも長い、ことを特徴とする濾過装置。
2. 前記濾過体は、さらに、前記回転中心線から最も離れた前記濾材の外周部を取り囲む外枠を有し、
   前記外枠は、前記隙間をあけて前記筐体と離間している、請求項１に記載の濾過装置。
3. 気体を取り込んで通過させる空間を有する筐体と、
   気体中の微粒子を捕集する濾材を有し、前記筐体の内壁との間に隙間をあけて前記空間内に配置される濾過体であって、気体が前記筐体を通過する気流方向と平行な回転中心線の周りに回転する濾過体と、を備え、
   前記濾過体は、さらに、前記回転中心線から最も離れた前記濾材の外周部を取り囲む外枠を有し、前記外枠は、前記隙間をあけて前記筐体と離間している、ことを特徴とする濾過装置。
4. さらに、前記外枠と連結される回転軸を有し、前記外枠を回転駆動させる駆動装置を備え、
   前記濾材は、前記回転軸に対し前記気流方向の上流側に配置されている、請求項２又は３に記載の濾過装置。
5. 気体中の微粒子を捕集する円板状の濾材と、
   前記濾材の外周側から前記濾材を取り囲む外枠と、を備え、
   前記濾材は、前記外枠に接していることを特徴とする濾過体。
   

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