JP4422621B2 - 動力式空気清浄システムおよび清浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、塵埃を含む空気から塵埃を効率的に除去し、本システムを使用している装置に清浄な空気を供給するための、改善された、動力式の大気放出タイプの空気清浄システムおよび空気清浄方法に関する。たとえば本発明は、換気システムのような総体的な空流用途と共に、熱交換器、加熱および空気調整システム用の固定された空気流供給装置として使用され、さらに、可変空気流要求を有する装置、特に、清浄な空気が供給される空気取り込み口に可変真空を発する内燃エンジンに使用される。

塵埃を含む空気を引き入れる内燃エンジン、換気システム、およびその他の装置内部に用いる、空気から空気よりも重い粒子を遠心分離するための空気取り込み口が知られている。空気を清浄にする、空気搬送システム内における直列フィルタの使用自体も知られている。しかしながら、空気フィルタは、フィルタを通過する空気に含有される塵によって目詰まりし易く、これにより、結果的にフィルタを通過する空気量が規制され、また、関連する装置、たとえば、フィルタを介して空気が供給される電気制御された内燃エンジンの動作性能が低下してしまう。フィルタを頻繁に交換し、点検間隔をより短くする必要もあるため、動作コストが増加してしまう。塵埃を含む空気から塵埃を効率的に除去しながら前述の問題を低減または解決する形で遠心分離と空気濾過を組み合わせた、改善された空気清浄システムと空気清浄方法が必要である。

本発明による動力式空気清浄システムは、吸入口から排出口にまで、システム全体にかけて延びた流路を備えている。この流路に沿ってモータ駆動ファンが配置されており、このモータ駆動ファンは、粒状の塵埃を含む空気を吸入口内に引き込み、これを軸まわりで回転させて、最も重い粒子が回転流の最外軌道に位置するように塵埃を含む空気で回転流を形成する。システム内の層状の回転流から粒状の塵埃を含む空気を排出するために排出ポートを設けている。排出口の上流の流路を横切るように配置された層状回転流の最内軌道からの空気を濾過するために、回転流内に空気フィルタが設けられている。本発明の開示された実施例によれば、フィルタは、塵埃を含む空気がそのまわりで回転する軸方向に細長く延びている。フィルタ上への塵埃の堆積を最小化するために、回転流内のフィルタの外周面が層状回転流の最内軌道によって掃拭される。

本発明の空気清浄方法は、粒状の塵埃を含む空気を、モータ駆動ファンを内蔵した空気清浄システム内に引き込み、最も重い粒子が回転流の最外軌道に位置するよう流れを層状化するために、塵埃を含む空気の回転流を上記システム内に形成し、回転流の最内軌道の空気を、途中に位置するフィルタを通してシステムの排出口へと流し、さらに、粒状の塵埃を含む空気をシステム内の層状回転流から周囲環境へ戻す。実施例によれば、可変空気流要求を有する装置に空気が供給され、これにより空気清浄システムの排出口に可変真空が適用され、上記方法はさらに、粒状の塵埃を含む空気をシステムから周囲環境へ、装置が要求する空気流速度で戻すために、システム内に空気流の陽圧を維持するべく、モータ駆動ファンを動作する。回転流内に配置されたシステムのフィルタ上に作用するこの空気流の陽圧により、フィルタ上に堆積する塵埃が最小限に保たれる。これにより、このシステムはその空気フィルタを自己清浄する。

ある実施例では、システムの排出ポートは、空気フィルタの長さを延長する排出溝の形状をしており、回転流の最外軌道の径方向外方に配置されている。この配置により、空気フィルタが若干の陽圧に晒され、空気清浄システムが設置されたエンジンまたは装置への規制が低減し、空気フィルタの自己清浄が補助される。

本発明のこれらおよびこれ以外の特徴と利点は、以降の記述を、本発明による２つの実施例を例証のみの目的で示す添付の図面と共に考慮することでより明白になる。

次に図面を参照すると、第１の実施例による、図１〜６の動力式空気清浄システムまたは装置１が、清浄な空気の供給を必要とする内燃エンジンまたはその他の装置のような装置２８の空気取り込み口２９に、図２に略図的に示すように接続した状態で示されている。このシステムは、空気吸入口４から清浄空気排出口５までシステムを通って延びた、装置２８の空気取り込み口２９に清浄な空気を供給するための流路２２を備えている。ハウジング２３は、２つの取り外し可能な構成部品、つまりモータ駆動ファン用ハウジング２、フィルタハウジング３によって形成されており、これらの構成部品は、点検フランジ組み立て品６にて、結合クリップ７によって取り外し可能に相互に接続している。この目的のために、ハウジング２、３の各々は結合フランジ１６、１７をそれぞれ設けている。図６はハウジング２、３を取り外した状態を示し、図８、図９、図１２、図１３は各々を別々に示している。

モータ駆動ファン２４は、電気モータ１３の出力シャフトに取り付けたファン羽根１０を備えており、また、粒状の塵埃を含む空気を吸入口４内に引き込み、これを軸Ａ‐Ａのまわりで回転させて、システム内で、塵埃を含む空気が、最も重い粒子が回転流の軌道最外部にくる形で層状回転流を形成するべく、流路２２に沿って配置されている。圧縮アセンブリ１１は、固定羽根または羽根１２が固定され、角度付けされたルーバ／モータ取り付け組み立て品の形状をしており、ファン羽根１０の下流に位置するファンハウジング２内に配置されている。圧縮アセンブリは、システム吸入口内に引き込まれた塵埃を含む空気の回転流の総量を圧縮することで、空中に舞っている物質に作用する空気流速度と遠心力を増加させる。図３、図４、図８、図９に示すように、モータ駆動ファン２４は、そのモータ部分において、ファンハウジング内に角度ルーバ／モータ取り付け組み立て品１１の方法で支持されている。

図３〜６、図９、図１５に示すように、角度付けしたルーバ／モータ取り付け組み立て品の下流の、空気清浄システムの流路内には分離排出室１８が設けられている。塵埃を含む空気の回転流パターンの最外軌道が分離排出室の外壁２７上に乗って進み、清浄な空気の排出口の径方向外方に位置するハウジングの排出端部内の、排出口５のまわりに形成された環状排出ポート２５に到達する。排出ポートは、条板１５で分離された一連の円周放射状排出器溝８によって形成されている。排出ポートは、粒状の塵埃を含む空気を、システム内の層状回転流から周囲環境へと排出する。

図２〜４、図６、図１５に示す空気フィルタ９は、少なくとも、図１０、図１５に示す主要一次空気フィルタ要素２０と、図１１、図１４に示す、フィルタ要素２０内に配置された任意の二次安全空気フィルタ要素２１とから成るフィルタパッケージの形態をしており、回転流内の、排出口の上流に位置する流路にかけて配置されており、空気が清浄な空気の排出口５へ流れて来た際に、システム内の層状回転流の最内軌道からの空気を濾過する。フィルタ９は、図５に示す清浄な空気の排出孔１９に取り付けられているその排出端部から、分離排出室内の略円筒形のハウジング２３の中心縦軸Ａ−Ａの方向に向かい、これに沿って細長く延びている。フィルタ９の上流端部は、図９の支持フランジ３０に接続したフィルタ圧縮ブラケット１４によって、モータ１３の端部上に支持されている。

分離排出室１８内部の塵埃を含む空気の回転流内にフィルタを配置することで、また、室１８内の粒状の塵埃を含む空気を層状の回転流から、たとえば室内の層状回転流を中断することなく、室１８端部にある排出ポート２５を介して制限無しで戻すことで、フィルタ９外面上への塵の堆積が最小化される。フィルタの外面上に空気流の陽圧を維持するべく、また、塵埃を含む空気を、装置が要求する空気流速度でシステムから周囲環境に戻すべくモータ駆動ファンを動作させることで、たとえばシステムの排出口５に可変真空を適用する内燃エンジンのような巡回する空気流を必要とする装置２８の空気取り込み口２９に空気を供給する上で、フィルタ９上の自己清浄機能も拡張されたことがわかっている。空気清浄システム１は、設置先であるエンジンまたは装置２８が要するよりも遥かに大きな空気流を生成するように設計されているため、空気フィルタ上への塵埃の堆積を最小にするべくフィルタに均一な空気流の陽圧を供給でき、また、分離排出室の端部に配置された一連の放射状排出器溝８により形成された３６０°排出ポート２５から強力な空気流を供給することができる。

本発明の空気清浄システムおよび清浄方法を用いれば、空気フィルタの寿命が現在の点検間隔よりも著しく延びるので、内燃エンジンおよび他の装置の通常の点検間隔を通じて空気フィルタ制限を低く維持することが可能になる。空気清浄システムおよび空気清浄方法を、内燃エンジンへ清浄な空気を供給することを目的とした用途に特化して説明してきたが、しかし、本発明はこのような用途に限定されるものではなく、清浄な空気の供給を要する様々な装置、たとえば換気システム、熱交換器、空気圧縮機、暖房および空気調整システムに幅広く使用することができる。

図１６に示す本発明による動力式空気清浄システムまたは装置３１の第２の実施例は、図１６中のフィルタハウジング３２のみを除いて、第１の実施例のシステムまたは装置１と類似している。つまり、第１の実施例の場合と同様に、清浄な空気排出部の径方向外方に位置するフィルタハウジングの排出端部に排出ポートを提供する代わりに、フィルタハウジング３２内の、空気フィルタと対向する回転流の最外軌道の径方向外方に、排出ポート３３を配置している。特に、排出ポート３３は、フィルタハウジングの分離排出室の外壁に設けられた、空気フィルタの全長にかけて延びた溝の形状をしている。ハウジング３２の排出端部は、たとえば硬質パネルを備え、清浄な空気排出口５のまわりで閉鎖している。

そのため、第１の実施例の、フィルタハウジング３２を備えたシステムまたは装置３１の場合のように、システムまたは装置の後部から排出されるまで、塵埃を層状にてハウジングの全長にわたって滞留できるようにする代わりに、塵は、分離パターンの外軌道と衝突すると、回転流から、また、排出器溝３３を介してシステムまたは装置から即座に排出される。この特徴により、塵埃がシステムまたは装置から容易に遠ざけられ、また、システムまたは装置が設置されている内燃エンジンのような装置から離れた場所へ容易に搬送されるようになる。

図１７に示す本発明の別の特徴は、各実施例と共に使用できる。この場合、空気フィルタ９の外周上にストレイク(strake)３４を設ける。このストレイク３４は、空気フィルタ付近の回転流内の塵埃をフィルタから回転流の最外軌道へと搬送し、システムから排出するために、空気フィルタの全長にかけて縦方向に延び、フィルタの外周から、図１７中の矢印Ｂで示す回転流の方向へと外方に向かって延びている。

本発明による２つの実施例のみを示し説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者が知るところの多数の変更および改造を受け入れる余裕があると理解される。たとえば、本発明の動力式空気清浄システムは、装置に空気を供給するために、空気フィルタ９を用いずに使用することができ、この場合、塵埃を含む空気からの塵埃の遠心分離、およびシステム排出口における装置からの真空による、システム内回転流の最内軌道からの空気の引き出しにより十分な清浄が得られる。これに関連し、装置内の陽圧によって、システムの排出ポートを通る流れが維持される一方で、清浄な空気の排出口における圧力は、空気フィルタの使用の有無に拘わらず本質的に中性に保たれる。本装置は、システムの清浄な空気の排出口に適用された真空引きのようなその要求にしたがって、清浄な空気の排出口から清浄な空気を引き出す。したがって、当方は、本発明がここで示し説明した詳細に限定されるのではなく、しかしに添付の請求項の範囲によって包括されるこうした全ての変更および改造を網羅することを希望する。

本発明の第１の実施例による動力式空気清浄システム／装置を、前部つまり吸入端部側から、一側面に向かって見た斜視図である。 可変空気流要求を有する装置の空気取り込み口に接続した状態で略図的に示す図１の空気清浄システムを、裏面つまり排出端部側から、一側面に向かって見た斜視図である。 図１に類似のシステムにおいて、ハウジングの一部を切り取り、ハウジング内の構成部品を示した図である。 図２に類似のシステムにおいて、ハウジングの一部を切り取り、ハウジング内の構成部品を示した図である。 ハウジングの裏面の排出端部を介して空気清浄排出孔を示すべく、ハウジングの一部分を除去し、システム内のフィルタを取り除いた状態の、図１に類似のシステムの図である。 図１に類似のシステムの斜視図であるが、相互から分離されている状態の、取り外し可能なモータ駆動ファン用ファンハウジングと、システムハウジングを形成するためのフィルタハウジングとを具備している。 取り外し可能に結合した、モータ駆動ファン用ファンハウジングと、図５に示すとおりの取り外し可能な結合クリップを具備したフィルタハウジングとの部分の詳細な図である。 図１のシステムの取り外し可能なモータ駆動ファン用ファンハウジングを、前部、つまり吸入端部側から、また一側面に向かって見た斜視図である。 取り外し可能なモータ駆動ファン用ファンハウジング・システムの、裏面つまり排出端部側から見た斜視図である。 図１のシステムに使用されている主要一次空気フィルタ要素の斜視図である。 図１のシステムに、主要一次空気フィルタ要素の代わりに任意で使用される２次の安全な空気フィルタ要素の斜視図である。 前端部側から見た、フィルタを設置していない状態のフィルタハウジングの斜視図である。 裏面、つまり排出端部側から見た、フィルタを設置していない状態のフィルタハウジングの斜視図である。 図１２と類似しているが、オプションの安全フィルタを設置した状態のフィルタハウジングの斜視図である。 図１３と類似しているが、図示の主要フィルタが内設された状態のフィルタハウジングの斜視図である。 フィルタハウジングの空気清浄排出口のまわりに硬質裏パネルと外部円筒形壁を備え、空気フィルタの長さに排出溝を備えている、本発明による空気清浄システム／装置の第２実施例の、裏面、つまり排出端部側から、また一側面に向かって見た斜視図である。 開示されたいずれかの実施例の軸Ａ−Ａに対して直角の角度で切った略断面図であり、塵埃を含む空気の回転流中に含まれた塵埃を、フィルタから離れたフィルタハウジングの外壁へと運ぶために、空気フィルタに接続し、フィルタの全長にかけて延びたストレイクの提供を示している。

Claims (23)

1. 吸入口から排出口にまで、システム全体にかけて延びた流路と、
   粒状の塵埃を含む空気を前記吸入口内に引き込み、これを軸のまわりで回転させて、最も重い粒子が回転流の最外軌道に位置するように前記塵埃を含む空気を層状化する回転流を形成するために、前記流路に沿って配置されたモータ駆動ファンと、
   前記システム内の層状の前記回転流から粒状の塵埃を含む空気を周囲環境に排出するための排出ポートと、
   前記回転流内かつ前記排出口の上流に位置する前記流路を横切るように固定配置された、前記層状の回転流の最内軌道からの空気を濾過するための空気フィルタとを備え、
   前記空気フィルタは前記軸の方向に細長く延びた形状であり、
   前記塵埃を含む空気が前記軸のまわりを回転することによって、固定された前記空気フィルタのまわりの前記回転流が、前記空気フィルタ上において自己清浄機能を生み出し、
   前記排出ポートが、回転流の最外軌道の径方向外方に配置され、
   塵埃を前記空気フィルタから離れた前記回転流の最外軌道へと運ぶべく前記空気フィルタと接続したストレイクをさらに備えてなる動力式空気清浄システム。
2. 前記空気清浄システムが、前記流路内に分離排出室を備え、
   前記空気フィルタが、前記流路内の前記分離排出室内の中心に配置されている請求項１記載の空気清浄システム。
3. 前記排出ポートが、細長形状の前記空気フィルタの長手方向に延びている請求項１記載の空気清浄システム。
4. 細長形状の前記空気フィルタの外周面が円筒形である請求項１記載の空気清浄システム。
5. 空気中の粒子に作用する空気流速度と遠心力を増加するために、塵埃を含む空気の前記回転流の容量を圧縮するための圧縮アセンブリをさらに備える請求項１記載の空気清浄システム。
6. 前記圧縮アセンブリがモータ駆動ファンを支持する請求項５記載の空気清浄システム。
7. 前記圧縮アセンブリが前記流路内に複数の固定羽根を含む請求項５記載の空気清浄システム。
8. 前記圧縮アセンブリの下流にあたる前記流路内に分離排出室をさらに備え、前記回転流の最外軌道が前記分離排出室の外壁上に乗っており、前記排出ポートが前記分離排出室の外壁に配置されている請求項５記載の空気清浄システム。
9. 前記空気フィルタが前記分離排出室内の中心に配置されている請求項８記載の空気清浄システム。
10. 略円筒形のハウジングをさらに備え、前記吸入口と前記排出口が、前記ハウジングと、前記ハウジングを通って延びた前記流路との各々の端部に配置されている請求項１記載の空気清浄システム。
11. 前記排出ポートが、前記空気フィルタの径方向外方に位置する前記ハウジングの略円筒形の外壁に配置されている請求項１０記載の空気清浄システム。
12. 前記空気フィルタが、略円筒形の前記ハウジングの中心縦軸に沿って、該ハウジングの排出端部から延びており、また、前記排出ポートが前記空気フィルタの全長にかけて延びた排出スロットの形状である請求項１１記載の空気清浄システム。
13. 前記ハウジングの排出端部から離れた場所にある前記空気フィルタの端部を前記ハウジング内に支持するブラケットをさらに備える請求項１２記載の空気清浄システム。
14. 可変空気流要求を有する装置に使用される動力式空気清浄システムであって、
    前記装置に空気を供給するべく、前記システムの吸入口から排出口にまで延びた流路と、
    粒状の塵埃を含む空気を前記吸入口内に引き込み、これを軸のまわりで回転させて、最も重い粒子が回転流の最外軌道に位置するように前記塵埃を含む空気を層状化する回転流を形成するために、前記流路に沿って配置されたモータ駆動ファンと、
    前記システム内の層状の前記回転流から粒状の塵埃を含む空気を排出するための排出ポートと、
    前記回転流内かつ前記排出口の上流にあたる前記流路を横切るように固定配置された、前記層状の回転流の最内軌道からの空気を濾過するための空気フィルタと、
    塵埃を、前記空気フィルタから離れた前記回転流の最外軌道へと運ぶために、前記空気フィルタと接続したストレイクとを備え、
    前記空気フィルタは前記軸の方向に細長く伸びた形状であり、
    前記塵埃を含む空気が前記軸のまわりを回転することによって、固定された前記空気フィルタのまわりの前記回転流が、前記空気フィルタ上において自己清浄機能を生み出し、
    前記モータ駆動ファンが、前記システム内の前記層状の回転流からの塵埃を含む空気を、前記装置が要求する空気流速度で排出するべく空気流の陽圧を維持するよう動作可能である動力式空気清浄システム。
15. 可変空気流要求を有する前記装置が、エンジンの空気取り込み口経由で、前記システムの前記排出口に可変真空を発する内燃エンジンである請求項１４記載の空気清浄システム。
16. 粒状の塵埃を含む空気を、モータ駆動ファンを内蔵した空気清浄システム内に引き込む工程と、
    最も重い粒子を回転流の最外軌道に位置するよう流れを層状化するべく、前記システム内に前記塵埃を含む空気の回転流を形成する工程と、
    前記回転流の最内軌道の空気を、途中に位置したフィルタを通して前記システムの排出口へと流す工程と、
    前記フィルタに接続したストレイクによって、塵埃を前記フィルタから離れた前記回転流の最外軌道へと運ぶ工程と、
    粒状の塵埃を含む空気を前記システム内の層状の前記回転流から排出する工程とを備え、固定された前記フィルタ上に自己清浄機能を供給するために、前記フィルタが前記システム内かつ前記回転流内に固定配置されている空気清浄方法。
17. 前記排出する工程が、前記システム内の前記層状の回転流を妨害することなく実施される請求項１６記載の方法。
18. 前記排出する工程が、前記層状の回転流を、前記フィルタとは反対側の、前記回転流の最外軌道の径方向外方に配置された排出ポートを通して流す工程を含む請求項１６記載の方法。
19. 前記空気清浄システムの前記排出口に可変真空を適用する可変空気流要求を設けた装置に空気を供給する際に使用するための方法であって、前記方法がさらに、粒状の塵埃を含む空気を前記システム内の前記回転流から、前記装置が要求する空気流速度にて排出するために空気流の陽圧を維持するべく、また、少なくとも低速の空気流要求の最中に除去されるよう、塵埃を前記フィルタ上に堆積させるべく、モータ駆動ファンが動作する請求項１６記載の方法。
20. 前記装置が、前記システムの前記排出口から空気を供給される内燃エンジンである請求項１９記載の方法。
21. 粒状の塵埃を含む空気を、内蔵されたモータ駆動ファンによって空気清浄システム内に引き入れる工程と、
    最も重い粒子が回転流の最外軌道内にくるように前記回転流を層状化するために、空気流の陽圧にて前記システム内に前記塵埃を含む空気の回転流を形成する工程と、
    粒状の塵埃を含む空気を、前記システム内の、前記層状化され、陽圧を加圧された前記回転流の前記最外軌道から、前記回転流の前記最外軌道の径方向外方に配置される排出ポートを介して排出する工程と、
    前記システム内の前記回転流の前記最内軌道から、前記システムにおいて固定された空気フィルタと排出口とを介して、前記排出口に真空を適用することによって空気を引き出す工程とを備え、
    前記固定された前記空気フィルタが、前記空気フィルタ上に自己清浄機能を供給する前記回転流によって掃拭される空気清浄方法。
22. 粒状の塵埃を含む空気を、前記システム内の層状の前記回転流の最外軌道から前記システムの前記排出口を介して空気を引き出す速度にて排出するべく空気流の陽圧を維持するように前記モータ駆動ファンが動作する工程を含む請求項２１記載の方法。
23. 前記排出ポートが、前記回転流を収容しているハウジングに設けた溝の形状をしており、前記溝が、前記回転流の回転方向を横断する方向に延びている請求項２１記載の方法。

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