JP4025565B2 - ファンフィルター装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動ファンとフィルターを備え濾過清浄した空気を送り出すファンフィルター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のファンフィルター装置は、電子機器や精密機械等の組み立て場所及び保管場所の空気を清浄化するために用いられる。例えば、組み立て作業テーブルの上方から下方に向けて清浄化された空気を送り出すようにファンフィルター装置が設置される。あるいは、保管庫の上にファンフィルター装置を設置し、保管庫の天井に設けられた開口から保管庫内へ清浄化された空気が送り出されるようにする。
【０００３】
図１１は従来の典型的なファンフィルター装置の構造を示す側面視の構成図である。このファンフィルター装置１００は、直方体形状又は円筒形状のケース１０１の内部に、電動モータ１０２とその上下方向の回転軸に固着されたプロペラファン１０３とフィルター１０４とを備え、これらが上下方向に並ぶように配置されている。
【０００４】
矢印線で示すように、プロペラファン１０３によってケース１０１の上側の開口から取り込まれた空気が下方へ送り出され、フィルター１０４を通って清浄化された後に下方空間に送り出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図１２に示すように、装置又は保管庫１１０の上（天井）にファンフィルター装置１００を載せた状態で使用する際に、部屋の床から天井までの高さＨが低く、装置又は保管庫１１０の上に十分な空間を確保することが困難な場合がある。このような場合は、ファンフィルター装置１００の高さｈが小さい（低い）ほど望ましい。
【０００６】
しかし、上記の従来構造のファンフィルター装置１００は、電動モータ１０２、プロペラファン１０３及びフィルター１０４が上下方向に略一直線上に配置されているので、上下方向の高さを小さくすることが困難である。
【０００７】
また、図１３に模式的に示すように、従来構造のファンフィルター装置１００では、フィルター１０４を通って下方空間に送り出される清浄化された空気の風速１１２が外周部から中央部に向かって小さくなり、中央部にはほとんど空気が送リ出されない領域がある。
【０００８】
これは、プロペラファン１０３の構造上、回転軸中央部では風速が小さく、外周部に向かって風速が増加するからである。この結果、フィルター１０４の中央部は空気の清浄化に十分寄与することができない。また、ファンフィルター装置１００から送り出された空気の周辺部と中央部との風速の差によって渦が発生しやすくなる。渦が発生すると、塵埃を巻き上げる問題が生ずる。
【０００９】
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、吹出し面に垂直な方向の高さを低く抑え、しかも吹出し面の全面から略均一な風速の清浄化された空気が送り出される構造のファンフィルター装置を提供することを目的とする。また、そのような構造に伴う種々の工夫を行うことも本発明の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるファンフィルター装置は、電動ファンとフィルターをケース内に備え、前記電動ファンによって外部から取り入れられた空気が前記フィルターを上面側から下面側に通過して清浄化された後にケース底面に設けられた吐き出し口から下方に送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、前記電動ファンとして遠心式ファンを使用し、前記フィルターの横に設けられた空間に前記電動ファンが配置され、前記電動ファンのハウジング出口部と前記フィルターの上部空間とを連通する連結ダクトが備えられていることを特徴とする。
【００１１】
このように、電動ファン（遠心式ファン）とフィルターとが横に並ぶ配置としたことにより、図１１に示した従来の構造に比べて、ファンフィルター装置の上下方向の高さを低くすることができる。また、従来の構造と異なり、フィルターの上部に空気の流れを妨げる電動ファンのモータ等が配置されないので、フィルターの全面に空気が送り込まれ、効率的に空気の清浄化が行われると共に、吐き出し口の全面から均一な風速の空気が送り出される。
【００１４】
また、前記フィルターの上部空間において、前記フィルターの上面に垂直な面を有する一対の整流板を備え、該一対の整流板で挟まれた空間が、前記電動ファンから遠ざかる方向に一旦広がった後に徐々に狭くなるように構成されている。このような整流板の働きにより、フィルターの上部空間における空気の渦の発生が抑制される。その結果、フィルターの上面にかかる空気の圧力を一層均一にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の外観を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。このファンフィルター装置１０は、樹脂成形品である上ケース１１と下ケース１２を有する。上ケース１１の上面の長手方向一側部に一対の空気取り入れ口１３が設けられている。また、下ケース１２の底面に吐き出し口（吐き出し面）１４が設けられている。吐き出し口１４は、平面視において、空気取り入れ口１３が設けられている長手方向一側部の反対側から中央部にかけて略正方形に形成されている。
【００２２】
空気取り入れ口１３は、上ケース１１に形成された複数のスリット開口が並んだ構造と、その内側に貼り付けられたナイロンメッシュ（図示せず）により、第１プレフィルターを構成している。空気取り入れ口の第１プレフィルター１３によって、髪の毛や綿埃のような大きい塵埃がファンフィルター装置の内部に入るのを阻止して、ファンの故障を防いでいる。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の内部構造図であり、（ａ）は平面視、（ｂ）は側面視の内部構造の概略を示している。ファンフィルター装置１０の略直方体の内部空間において、長手方向の一方側に遠心式ファンの一種であるシロッコファン１６と、それを回転駆動する電動モータ１７が配置され、他方側にＨＥＰＡフィルター１８と第２プレフィルター１９が配置されている。
【００２４】
図３は、ＨＥＰＡフィルター１８の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面から見た断面図である。ＨＥＰＡフィルター１８は、空気を清浄化するための主フィルターであり、ガラス繊維不織布を折り畳んで多数の襞を形成したフィルター本体２２をアルミニウム枠２１に装着した構造を有する。多数の襞を形成することにより、フィルター本体２２の濾過作用を奏する表面積を増やしている。
【００２５】
また、第２プレフィルター１９は不織布で構成され、ＨＥＰＡフィルター１８の上面（上流側）に装着されている。第２プレフィルター１９は、カビの胞子や花粉等の数ミクロンの埃の通過を阻止することができる。第２プレフィルター１９は不織布を所定寸法にカットしたものであり、ＨＥＰＡフィルター１８に比べて非常に安価である。目詰まりが生ずれば新しいものに取り替えることができる。あるいは、取り外して水洗又は掃除機での吸引等により容易にその濾過作用を回復させることができる。これにより、高価なＨＥＰＡフィルター１８の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
図１及び図２からわかるように、上ケース１１の一対の空気取り入れ口（第１プレフィルター）１３は、平面視でシロッコファン１６の両側（上下）に位置するように形成されている。空気取り入れ口（第１プレフィルター）１３を通して外部から取り入れた空気は、図２に矢印線で示すように、シロッコファン１６の両側（上下両方向）からシロッコファン１６に入り、そのハウジング出口部に取り付けられた連結ダクト２４を通ってＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５に導かれる。
【００２７】
図４は、シロッコファン１６のハウジング出口部側からみたシロッコファン１６及び電動モータ１７を示す図である。シロッコファン１６は、略円筒形のハウジング１６ａとその中で回転する羽根車１６ｂからなり、羽根車１６ｂの回転軸は電動モータ１７の回転軸に接続されている。ハウジング１６ａには、長方形の吐き出し口１６ｃが形成されている。矢印線で示すように、ハウジング１６ａの両側面の空気取り入れ口から空気が取り入れられ、吐き出し口１６ｃから（紙面に垂直に手前方向へ）吐き出される。
【００２８】
図２に示すように、ＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５は、シロッコファン１６及び電動モータ１７が配置された空間２７から隔壁２６によって分離されている。隔壁２６の中央部に開口部２６ａが形成され、この開口部２６ａが連結ダクト２４に接続されている。連結ダクト２４及び開口部２６ａを通ってＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５に導かれた空気は、シロッコファン１６によって正の圧力を与えられた状態で第２プレフィルター１９及びＨＥＰＡフィルター１８を上面側から下面側へ通過して清浄化され、下ケース１２の底面の吐き出し口１４から外部へ送り出される。
【００２９】
図５は、空気が第２プレフィルター１９及びＨＥＰＡフィルター１８の全面を均一に通過して送り出される様子を矢印線で模式的に示している。本実施形態のファンフィルター装置は、従来技術の説明で例示した構造と異なり、ＨＥＰＡフィルター１８の上部に空気の流れを妨げる電動モータ等が配置されていないので、ＨＥＰＡフィルター１８の全面に空気が送り込まれ、効率的に空気の清浄化が行われる。
【００３０】
また、上ケース１１の上面に傾斜部１１ａを設け、シロッコファン１６から遠ざかるにつれて上面が下がるようにしている。この結果、ＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５は、シロッコファン１６から遠ざかるにつれて狭くなっている。つまり、空気の流れる方向に沿って流路断面積が徐々に小さくなるように構成されている。
【００３１】
このような工夫をしなければ、ＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５において、シロッコファン１６から遠い流路下流側ほど空気の圧力が下がる現象が発生する。そこで、上記のように流路下流側ほど流路断面積が小さくなるように構成することにより、圧力の低下を補償してＨＥＰＡフィルター１８の上面全体にわたって略均一な空気圧がかかるようにしている。これにより、ＨＥＰＡフィルター１８を通過した空気の風速分布がＨＥＰＡフィルター１８の全面で略均一になる。
【００３２】
図６は、ＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５に設けた整流板とその効果を説明するための図である。上述の工夫に加えて、図６に示すような一対の整流板２９をＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５に設けることにより、渦の発生を抑えてＨＥＰＡフィルター１８の上面にかかる空気圧を一層均一にすることができる。
【００３３】
図７は、整流板２９が無い場合のＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５における渦の発生を模式化して示す図である。整流板２９が無い場合は、矢印線３０で示すように渦が発生し、渦３０の中心部では空気圧が低下する。その結果、この部分からＨＥＰＡフィルター１８を通過して送り出される空気の風速が他の部分に比べて小さくなる現象が発生する。
【００３４】
図６に示す一対の整流板２９は、平面視くの字形の板を向かい合わせた形状をしており、一対の整流板２９に挟まれた空間が、シロッコファン１６からＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５に吐き出される空気の流れる方向に沿って、一旦広がった後に徐々に狭くなるように構成されている。このような形状の整流板２９を用いることにより、図６に矢印線で示すように、ＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５における空気の流れが円滑になり、渦が発生しにくくなる。その結果、ＨＥＰＡフィルター１８の上面にかかる空気圧が全体にわたって均一になり、ＨＥＰＡフィルター１８を通過した空気の風速分布がＨＥＰＡフィルター１８の全面で略均一になる。
【００３５】
なお、整流板２９は上ケース１１の天井内壁面から突出するように設けることが好ましい。こうすれば、樹脂成形によって上ケース１１を作るときに、整流板２９も一緒に形成されるので、部品点数が増えることなく、また、整流板２９を上ケース１１等に固定する手間が省ける。もちろん、上ケース１１と独立の部材として整流板２９を設けてもよい。
【００３６】
次に、ファンフィルター装置１０に内蔵される電子回路について説明する。前述のような構造のＨＥＰＡフィルター１８は、長時間使用すれば埃による目詰まりが発生する。使用環境によって異なるが、所定時間が経過すればＨＥＰＡフィルター１８を新しいものに交換する必要がある。ＨＥＰＡフィルター１８を交換するまでの間は、目詰まりが徐々に進行し、ＨＥＰＡフィルター１８の圧力損失が徐々に増加することになる。圧力損失が増加すれば、吐き出し口１４から送り出される空気の風量が低下する。
【００３７】
上記のような使用時間の経過に伴う風量の低下を補償するために、本実施形態のファンフィルター装置は、風速センサの出力に基づいて電動モータ１７に供給する電力のフィードバック制御を行う電子回路を備えている。図２に示すように、シロッコファン１６のハウジング出口部の内壁に風速センサ２８が取り付けられている。この風速センサ２８は、トランジスタのベースエミッタ間電圧が温度によって変化することを利用したものである。つまり、風速センサ２８が晒されている空気の風速が速くなるほどトランジスタの冷却効果が高くなるので、ベースエミッタ間電圧を風速センサ２８のセンサ出力として検出すれば、風速がわかることになる。このような風速センサ２８は公知であるので、詳しい説明は省く。トランジスタに代えて電熱素子を用い、その抵抗値の変化をセンサ出力とする風速センサもある。
【００３８】
風速センサ２８が取り付けられたファン出口部分の流路断面積は既知であるから、風速がわかれば風量が計算できる。また、図１１に示した従来構造のファンフィルター装置では風速を正確に測定することが困難であるが、本実施形態の構造では、流路断面積の小さい流路部分に風速センサ２８を取り付けるので、比較的速い風速を検出することができ、正確に風速（風量）を測定することができる。
【００３９】
図８は、風速センサ２８の出力に基づいて電動モータ１７（シロッコファン１６）のパワー制御を行う電子回路３８のブロック図である。風速センサ２８の出力信号は比較器３１で基準値と比較される。その出力は制御回路３２に入力され、制御回路３２は比較器３１の出力（誤差）がゼロになるようにモータドライバ３３を介して電動モータ１７（への供給電力）を制御する。
【００４０】
電動モータ１７への供給電力（電流）は電力計（電流計）３４でモニタされ、その出力が比較器３５に与えられている。比較器３５は、電力計（電流計）３４の出力を基準値と比較し、電動モータ１７への供給電力（電流）が基準値を超えるとその出力極性を反転する。比較器３５の出力極性が反転すると、表示器３６にフィルター交換サインが表示されると共に、出力回路３７からフィルター交換信号が出力される。つまり、電動モータ１７への供給電力が基準値を超えると、もはや電動モータ１７の制御によってＨＥＰＡフィルター１８の目詰まりを補償することはできないので、フィルター交換サイン及び信号によってＨＥＰＡフィルター１８の交換を促す。
【００４１】
図９は、上記のような電子回路３８が実装されたプリント配線板の配置を示すファンフィルター装置の内部構成図である。（ａ）は平面視、（ｂ）は第１側面視であり、それぞれプリント配線板４１の厚みが描かれている。（ｃ）は第２側面視であり、プリント配線板４１の外形が描かれている。
【００４２】
図９からわかるように、プリント配線板４１は、シロッコファン１６及び電動モータ１７が配置された空間２７のうち、フィルター室（ＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５）との隔壁２６に沿うように配置されている。図９（ｃ）からわかるように、シロッコファン１６のハウジング出口部につながる連結ダクト２４を逃げる切欠き部４１ａがプリント配線板４１に形成されている。プリント配線板４１の部品面が空間２７に向けられ、背の高い部品も問題なく実装できる。また、外部からシロッコファン１６へ空気を導く空気流路にプリント配線板４１を配置することによって、プリント配線板４１上に実装された回路部品を冷却する効果も得られる。
【００４３】
このようにプリント配線板４１を配置することにより、シロッコファン１６のハウジング出口部及び連結ダクト２４の下の空間を有効に活用してファンフィルター装置全体の大きさを小さくすることができる（全長を短くすることができる）。図１０に比較例を示すように、同程度の面積のプリント配線板４１'をシロッコファン１６及び電動モータ１７が配置された空間２７の右端部に配置しようとすれば、プリント配線板４１'の厚み及び実装部品の高さに相当する長さＬだけファンフィルター装置を長くする必要がある。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を変形例と共に説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。図示した形状及び構造、そして各部材の材質の記述は一例に過ぎず、必要に応じて変更可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のファンフィルター装置によれば、電動ファンとフィルターを横に並べたことにより、ファンフィルター装置の上下方向の高さを低くすることができる。また、フィルターの上部に空気の流れを妨げる電動ファンのモータ等が配置されないので、フィルターの全面に空気が送り込まれ、効率的に空気の清浄化が行われると共に、吐き出し口の全面から均一な風速の空気が送り出される。更に、フィルターの上部空間の構造を工夫し、整流板を設けたことにより、フィルターを通過した空気の風速分布がフィルターの全面で略均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の外観を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の内部構造図である。
【図３】ＨＥＰＡフィルターの構造を示す図である。
【図４】シロッコファンのハウジング出口部側からみたシロッコファン及び電動モータを示す図である。
【図５】空気が第２プレフィルター及びＨＥＰＡフィルターの全面を均一に通過して送り出される様子を模式的に示す図である。
【図６】ＨＥＰＡフィルターの上部空間に設けた整流板とその効果を説明するための図である。
【図７】整流板が無い場合のＨＥＰＡフィルターの上部空間における渦の発生を模式化して示す図である。
【図８】風速センサの出力に基づいて電動モータのパワー制御を行う電子回路のブロック図である。
【図９】本発明の実施形態における電子回路が実装されたプリント配線板の配置を示すファンフィルター装置の内部構成図である。
【図１０】比較例における電子回路が実装されたプリント配線板の配置を示すファンフィルター装置の内部構成図である。
【図１１】従来の典型的なファンフィルター装置の構造を示す側面視の構成図である。
【図１２】ファンフィルター装置の使用例を示す図である。
【図１３】図１１のファンフィルター装置から送り出される空気の風速分布を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１１ 上ケース
１１ａ 傾斜部
１２ 下ケース
１３ 空気取り入れ口（第１プレフィルター）
１４ 吐き出し口（吐き出し面）
１６ 電動ファン（シロッコファン）
１６ａ ファンのハウジング
１７ 電動モータ
１８ フィルター（ＨＥＰＡフィルター）
１９ 第２プレフィルター
２４ 連結ダクト
２５ フィルターの上部空間
２６ 隔壁
２７ 電動ファンが配置された空間
２８ 風速センサ
２９ 整流板
３８ 電子回路

Claims (1)

1. 電動ファンとフィルターをケース内に備え、前記電動ファンによって外部から取り入れられた空気が前記フィルターを上面側から下面側に通過して清浄化された後にケース底面に設けられた吐き出し口から下方に送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、
   前記電動ファンとして遠心式ファンを使用し、前記フィルターの横に設けられた空間に前記電動ファンが配置され、前記電動ファンのハウジング出口部と前記フィルターの上部空間とを連結する連結ダクトが備えられ、
   前記フィルターの上部空間において、前記フィルターの上面に垂直な面を有する一対の整流板を備え、該一対の整流板で挟まれた空間が、前記電動ファンから遠ざかる方向に一旦広がった後に徐々に狭くなるように構成されていることを特徴とするファンフィルター装置。

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