JP6114914B2 - 集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は空気中の塵埃を遠心分離によって除去するサイクロン式集塵装置に関する。

サイクロン式集塵装置は塵埃を含む空気を吸引し、内部で旋回流を生じさせて塵埃を遠心分離する。気流は装置内部を旋回しながら下降していき、装置下部で反転して、装置内部の流路を通じて装置外へ出る。

以下、従来のサイクロン式集塵装置の例を、図１１を参照しながら説明する。

集塵装置１０１は、外円筒１０２、その外周の接線方向に接続する吸気口１０３、外円筒１０２の下方に接続する円錐筒１０４、円錐筒１０４の下方に接続する集塵室１０５、外円筒１０２と同軸上にあり、その上面に接続した内円筒１０６、内円筒１０６から集塵装置外部に通じる排気口１０７を備えている。塵埃を含む空気は吸気口１０３から外円筒１０２に流入し、外円筒１０２から円錐筒１０４へと旋回しながら降下する。その際、空気中の塵埃に遠心力が加わり、塵埃は集塵装置の外周側へ分離され、集塵室１０５に落下する。塵埃が除去された空気は内円筒１０６の下端から吸い上げてられて排気口１０７から排出される。

このような従来のサイクロン式集塵装置を台所用換気装置に適用したものとして、特許文献１がある。

特許文献１のサイクロン式集塵装置はサイクロン筒体の軸方向に長い。これに関して、軸方向寸法を小さく構成する場合、例えば図１２のような構成が考えられる。図１２の集塵装置１０８は図１１の集塵装置１０１から円錐筒１０４と集塵室１０５を省くことで軸方向寸法を小さくし、小型化したサイクロン式集塵装置である。

特開２００５−１２７５６０号公報

従来のサイクロン式集塵装置は、分離性能を高めるためにサイクロン筒体の軸方向長さがある程度必要であり、装置寸法が大きいという課題があった。

また図１２のようなサイクロン式集塵装置は、小型化したために内円筒１０６下端と外円筒１０２底面とが接近する。すると一度遠心分離されて外円筒１０２底面に落下した塵埃は、内円筒１０６に吸引される気流の影響を強く受けるため、その一部が内円筒１０６側へ引き寄せられ、再び舞い上がる。その結果、再飛散した塵埃が内円筒１０６に吸引され、集塵効率が低下するという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、小型で、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するサイクロン式集塵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の集塵装置は、下端面が閉塞した外円筒と、前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口を備え、前記外円筒の内部で、内円筒下端面と外円筒下端面との間に、ドーナツ板状の遮蔽部材と前記遮蔽部材を支持する支持台で構成された遮蔽手段を備え、前記外円筒下端面の下に、塵埃を回収する回収容器を備え、前記外円筒下端面に、前記回収容器と通じる開口部を備えた集塵装置であって、前記外円筒下端面に設けた開口部と遮蔽手段との間にコロナ放電を発生させる放電手段を備え、前記放電手段が放電電極、対向電極、電源で構成され、前記放電電極を、その先端が前記外円筒下端面を向くように前記遮蔽部材の下面に設け、前記開口部の辺縁に、前記対向電極を設け、前記放電電極の先端が、前記対向電極の中心線上にあるもので、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、下端面が閉塞した外円筒と、前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口を備え、前記外円筒の内部で、内円筒下端面と外円筒下端面との間に、ドーナツ板状の遮蔽部材と前記遮蔽部材を支持する支持台で構成された遮蔽手段を備え、前記外円筒下端面の下に、塵埃を回収する回収容器を備え、前記外円筒下端面に、前記回収容器と通じる開口部を備えた集塵装置であって、前記外円筒下端面に設けた開口部と遮蔽手段との間にコロナ放電を発生させる放電手段を備え、前記放電手段が放電電極、対向電極、電源で構成され、前記放電電極を、その先端が前記外円筒下端面を向くように前記遮蔽部材の下面に設け、前記開口部の辺縁に、前記対向電極を設け、前記放電電極の先端が、前記対向電極の中心線上にあるものである。

塵埃を遠心分離するための、垂直方向に長い円錐筒を用いない構造であり、集塵装置の吸気口から入った空気が、集塵装置の外円筒の内部で旋回気流となり、その旋回による遠心力が、気流中の塵埃を分離する仕組みである。

旋回気流は前記外円筒下端面で折り返して前記内円筒端面から吸い上げられ、前記排気口を通過して前記集塵装置の外へ出る。遠心分離された塵埃は、前記外円筒下端面に落下して堆積し、その塵埃の一部は、前記内円筒下端面から吸い上げられる気流によって前記外円筒下端面の中央付近に引き寄せられながら、気流と共に上方に巻き上げられ、前記排気口から排出される。しかし、前記外円筒下端面には遮蔽手段を設けているため、前記内円筒下端面へ向かって上昇する塵埃は、前記遮蔽手段の遮蔽部材によって阻まれて前記外円筒下端面に落下する。落下した塵埃は、前記外円筒下端面に設けた開口部から回収容器に落下する。これによって、前記外円筒下端面に落下した塵埃が、前記内円筒下端面から吸い上げられる気流によって巻き上げられて前記集塵装置外に排出される前に前記回収容器に回収できるため、小型で、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するサイクロン式集塵装置を提供することができる。

特に、前記遮蔽部材と前記開口部との間にコロナ放電を発生させることができ、また、前記放電電極から前記対向電極の方向にイオン風を発生させることができる。コロナ放電の領域を通過する塵埃は帯電すると同時に、イオン風を受けて、前記開口部へと移動する。そのため、塵埃は前記開口部から前記回収容器に落下するか、又は帯電した状態で、前記放電電極または前記対向電極に付着し、それらの効果によって集塵効率の高い集塵装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における集塵装置の斜視図 集塵装置の下方部分と回収容器の断面図 本発明の実施の形態２における集塵装置の放電手段の構成を示す概念図 同放電電極と対向電極の配置を示す斜視図 同コロナ放電の発生位置を示す断面図 同対向電極環の上面図 同対向電極環の配置を示す上面図 同放電電極環と対向電極環で構成する放電手段の概念図 同放電電極環の斜視図 同放電電極環と対向電極環の配置を示す斜視図 従来のサイクロン式集塵デバイスの概略図 円錐筒を用いない小型のサイクロン式集塵デバイスの概略図

本発明の請求項１に係わる集塵装置は、下端面が閉塞した外円筒と、前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口を備え、前記外円筒の内部で、内円筒下端面と外円筒下端面との間に、ドーナツ板状の遮蔽部材と前記遮蔽部材を支持する支持台で構成された遮蔽手段を備え、前記外円筒下端面の下に、塵埃を回収する回収容器を備え、前記外円筒下端面に、前記回収容器と通じる開口部を備えた集塵装置であって、前記外円筒下端面に設けた開口部と遮蔽手段との間にコロナ放電を発生させる放電手段を備え、前記放電手段が放電電極、対向電極、電源で構成され、前記放電電極を、その先端が前記外円筒下端面を向くように前記遮蔽部材の下面に設け、前記開口部の辺縁に、前記対向電極を設け、前記放電電極の先端が、前記対向電極の中心線上にあるという構成を備えているである。

これにより、遠心分離されて前記外円筒下端面に落下した塵埃が、気流によって巻き上げられても、塵埃が前記内円筒下端面から吸い上げられるのを前記遮蔽手段が遮って塵埃を落下させ、前記開口部から前記回収容器に回収するため、小型で、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するという効果を奏する。

また、コロナ放電の領域を通過する塵埃は帯電し、静電気力によって前記外円筒下端面や前記遮蔽手段など、集塵装置内に付着するため、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するという効果を奏する。

特に、前記放電電極と前記対向電極の間の空間を通過する塵埃を帯電させる作用と、前記放電電極から前記対向電極に向かうイオン風を発生させる作用がもたらされ、塵埃は静電気力によって前記外円筒下端面や前記遮蔽手段など、集塵装置内に付着したり、イオン風の力で前記開口部から回収容器に回収されたりするため、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するという効果を奏する。

また、請求項２に係わる集塵装置は、外円筒下端面に設けた開口部が遮蔽手段の支持台の周囲に沿って複数あり、前記開口部の辺縁に設けた対向電極を導電性の連結部材で接続した構成である。

これにより、前記対向電極と放電電極との間のみならず、前記連結部材と放電電極との間にも電界を発生させる作用がもたらされ、電界を通過する塵埃にはクーロン力がはたらいて、前記外円筒下端面や前記遮蔽手段など、集塵装置内に塵埃が付着するため、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するという効果を奏する。

また、請求項３に係わる集塵装置は、複数の放電電極を備え、隣り合う前記放電電極が連結部材で接続され、前記放電電極と前記連結部材が対向電極と一定の距離で平行に位置する構成である。

これにより、塵埃を帯電させる力と、大きな電界の領域が確保されるため、再飛散した塵埃による集塵効率の低下を抑制するという効果を奏する。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、集塵装置１は、下端面が閉塞した外円筒２と、外円筒２の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口３と、外円筒２の内部において外円筒２の中心軸と同軸で、外円筒２の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒４と、外円筒２の上端面は、内円筒４の上端面の外側を閉塞し、内円筒４の上端面に接続し外円筒２の外部に通じる排気口５を備えたサイクロン式集塵装置であって、外円筒２の内部で、内円筒下端面６と外円筒下端面７との間に、遮蔽手段８を備え、外円筒下端面７の下に、塵埃を回収する回収容器９を備え、外円筒下端面７に、回収容器９と通じる開口部１０を設けたものである。

遮蔽手段８は、内円筒下端面へ吸い上げられる塵埃を、外円筒下端面７と内円筒下端面６の間で遮るように、例えば遮蔽部材１１と支持台１２で構成されるものである。遮蔽部材１１は薄い板状のものが考えられるが、なるべく気流を乱さないために、円盤形状が適している。支持台１２は、遮蔽部材１１が外円筒下端面７から一定の距離に位置するように浮かせて固定するためのものであり、その形状は、例えば、円盤形状である遮蔽部材１１よりも直径の小さい円筒状のものが適している。

支持台１２が、両端で開口した円筒形であり、その支持台１２の断面円と同心で、同じ直径を持つ円形の孔を有したドーナツ形状の遮蔽部材１１を、支持台１２の上端辺で接続させたものであれば、遮蔽手段８は鍔を有した中空円筒となるため、気流の抵抗を抑制する効果が得られる。

回収容器９と開口部１０は、外円筒下端面７に集積する塵埃を、その塵埃が気流によって飛散する前に開口部１０から回収容器９に落下させて回収するために設けたものである。図１は、円形の開口部１０を８個設けた（図中では５個表示）例であるが、形状や個数に制約はない。開口部１０は大きいほど、また、数が多いほど効果的に塵埃を落下させることができるものの、開口部１０の総面積が、外円筒下端面７の面積に対して大きすぎると、回収容器９に回収した塵埃が気流の影響を受けて再飛散する可能性があるため、それを考慮して開口部１０の形状と個数を適切に設定しなければならない。

回収容器９の形状についても制約はないが、回収して蓄積した塵埃を廃棄することを想定すると、回収容器９は外円筒２から取外し可能な形態がよいため、図１のように、外円筒２と同じ円筒形であれば合理的である。

実施の形態１の集塵装置の作用を図１、図２を用いて説明する。

送風手段（図示せず）によって集塵装置１の吸気口３から空気が導入され、外円筒２の内部で旋回気流が生じる。このとき気流と共に旋回する塵埃に遠心力が加わるため、塵埃は外円筒２の外周壁方向へと移動しながら重力によって外円筒下端面７に落下する。気流は、外円筒下端面７で折り返し、内円筒下端面６から吸い上げられて排気口５を抜け、集塵装置１から排出される。

集塵装置１を小型化する目的で円錐筒を省略して高さ寸法を小さく構成すると、内円筒下端面６と外円筒下端面７が接近するため、外円筒下端面７に落下した塵埃の幾分かは、内円筒下端面６に吸い上げられる気流によって外円筒下端面７の中央へ誘引されながら、内円筒下端面６に向かって巻き上げられ、再び気流に乗って集塵装置１の外部に排出される。

この気流の影響による塵埃の再飛散を抑えるため、内円筒下端面６と外円筒下端面７との間に、遮蔽手段８を備えていて、巻き上げられる塵埃は、遮蔽部材１１に衝突して再び外円筒下端面７に落下する。

本発明では、外円筒下端面７の下に塵埃を回収するための回収容器９を、外円筒下端面７に開口部１０を設けることによって、外円筒下端面７の塵埃を開口部１０から落下させ、回収容器９に回収するものである。これにより、塵埃は再飛散しやすい外円筒下端面７から、再飛散しにくい回収容器９に入るため、集塵効率の低下を抑制することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、外円筒の底面に設けた開口部と、遮蔽手段との間にコロナ放電を発生させる放電手段を設けた形態について説明する。

図３に示すように、放電手段２１は、放電電極２２、対向電極２３、電源２４で構成され、放電電極２２か対向電極２３のいずれか一方の電極は電源２４の高電圧端子２５と接続し、他方の電極は電源２４のアース端子２６と接続して回路を形成する。

図４、図５に示すように、遮蔽部材１１と外円筒下端面７との間に放電電極２２と対向電極２３を設けることで、遮蔽部材１１と外円筒下端面７との間にコロナ放電２７が発生する。

図５に示すように、例えば、対向電極２３を外円筒下端面７の開口部１０の辺縁に配置し、放電電極２２を、その先端が、開口部１０の中心線上に位置するよう、略垂直に下向きにして遮蔽部材１１の下面に配置すれば、開口部１０を覆うようにしてコロナ放電２７を発生させることができる。

放電手段２１の作用について、高電圧端子２５が電源２４の負極であり、高電圧端子２５と放電電極２２が接続している場合を例にして説明する。電源２４から放電電極２２に電圧が印加されると、放電電極２２と対向電極２３との間の空間には、コロナ放電２７が発生する。外円筒２の中を浮遊する塵埃がコロナ放電２７の領域を通過すれば、塵埃は電気的に負に帯電する。

一方、放電電極２２と対向電極２３との間には電界が存在するため、負に帯電した塵埃は、電界中でクーロン力を受けてアース側、すなわち対向電極２３の方に引き寄せられる。また、放電電極２２から対向電極２３に向かってイオン風が吹くため、浮遊する塵埃がそのイオン風の力を受ければ、開口部１０を通過して回収容器９へ導かれるという効果をもたらす。

コロナ放電２７を発生させるためには、放電電極２２に４〜１０ｋＶの正または負の極性の高電圧を印加する必要があり、放電電極２２と対向電極２３との間には、５〜３０ｍｍ程度の電極間距離を設ける必要がある。印加電圧が高いほど、その距離は大きくてもコロナ放電２７を発生させることができる。意図的に距離を大きくして、コロナ放電２７を発生させなくても、両電極間には電極間距離と印加電圧に応じた強度の電界が生じるので、帯電した塵埃をクーロン力で電極へと誘導して電極およびその近辺に付着させる効果はあるため、集塵効果を高めることができる。

放電電極２２は、金属等の導電性製で尖った形状のものがよく、放電による先端部の腐食や摩耗に強く、かつ、電荷集中させやすい材料としては、例えばＳＵＳ３０４製の針などが適している。対向電極２３も、耐腐食性、耐摩耗性を考慮してＳＵＳ３０４などが適するが、導電性を有するものであればＳＵＳ３０４以外の材質でもよい。

外円筒下端面７の開口部１０はスリット状の場合は１つでもよいが、複数設けてもよい。例えば図６、図７に示すように、支持台１２の周囲の外円筒下端面７上に、８個の開口部１０を設け、それぞれの開口部１０の辺縁に対向電極２３を設け、隣り合う対向電極２３どうしが、導電性の連結部材２８で接続されて、全ての対向電極２３が電気的につながった、対向電極環２９が１つの形態として考えられる。

そして、１つの放電電極２２を、その先端が、１つの対向電極２３の中心線上に位置するように配置し、対向電極環２９を電源２４の高電圧端子２５かアース端子２６のいずれか一方に接続し、他方の端子に放電電極２２を接続する。このとき、対向電極環２９のうちの１つの対向電極２３が、１つの放電電極２２と対をなしてコロナ放電２７を発生させることができ、残りの対向電極２３には、向かい合う放電電極２２が存在しないため、コロナ放電２７は発生しない。

しかし、図８に示すように、対向電極環２９と同じ半径を持つ導電性の環状部材３０に、放電電極２２を接続することで放電電極環３１を構成し、対向電極環２９と同心軸になるように、遮蔽部材１１の下面に配置すれば、対向電極環２９と放電電極環３１でもって１つの電極対となる。

これによって、放電電極２２と１つの対向電極２３との間にはコロナ放電２７が発生し、環状部材３０と、対向電極環２９との間の大部分の空間では、中空円筒状の電界（図８の破線矢印）が存在する。したがって、この構成には、コロナ放電２７による、塵埃を帯電させる機能と、放電電極２２から対向電極２３に向かって吹くイオン風を発生させる機能があり、電界のクーロン力によって塵埃を放電電極環３１か対向電極環２９のいずれかの方向へ引き寄せる機能がある。

これらの機構により、外円筒下端面７の方へ引き寄せられた塵埃は、開口部１０を通って回収容器９に落下するか、又は対向電極２３の上やその周辺に付着し、遮蔽部材１１の方へ引き寄せられた塵埃は、放電電極２２やその周辺に付着する。以上のように、塵埃を回収容器９へ落下させる効果と、塵埃を両電極およびその周辺に付着させる効果を生み出すため、集塵効率を高めることができる。

また、放電電極２２の数は１つでも複数でもよい。図９に示すのは、４つの放電電極２２と環状部材３０で構成した放電電極環３２である。この放電電極環３２を遮蔽部材１１の下面に配置し、対向電極環２９と組合せれば、図１０に示すように、支持台１２の周囲に沿って、均等間隔でコロナ放電２７を発生させる場所を複数設けることができる。

図１０においては、４個の放電電極２２の先端が、いずれも円形の対向電極２３の中心軸上にある。この構成により、支持台１２の周囲にコロナ放電２７の領域が４箇所存在し、１箇所の場合に比べて、数が多い分だけ塵埃を帯電させる効果がより高まる。

本発明の集塵装置は、建物の換気や空調のために屋外の空気を室内に取り入れる際、空気中の塵埃を捕集し、浄化して室内に給気するので有用である。また室内の空気を循環しながら使用するエアコンや空気清浄機にも適用することができる。

１ 集塵装置
２ 外円筒
３ 吸気口
４ 内円筒
５ 排気口
６ 内円筒下端面
７ 外円筒下端面
８ 遮蔽手段
９ 回収容器
１０ 開口部
１１ 遮蔽部材
１２ 支持台
２１ 放電手段
２２ 放電電極
２３ 対向電極
２４ 電源
２５ 高電圧端子
２６ アース端子
２７ コロナ放電
２８ 連結部材
２９ 対向電極環
３０ 環状部材
３１ 放電電極環
３２ 放電電極環

Claims (3)

1. 下端面が閉塞した外円筒と、
   前記外円筒の外周の接線方向に突出した角筒の突出端に設けた吸気口と、
   前記外円筒の内部において前記外円筒の中心軸と同軸で、前記外円筒の上端面に接続する上下の両端面を開口した内円筒と、
   前記外円筒の上端面は、前記内円筒の上端面の外側を閉塞し、
   前記内円筒の上端面に接続し前記外円筒の外部に通じる排気口を備え、
   前記外円筒の内部で、内円筒下端面と外円筒下端面との間に、ドーナツ板状の遮蔽部材と前記遮蔽部材を支持する支持台で構成された遮蔽手段を備え、
   前記外円筒下端面の下に、塵埃を回収する回収容器を備え、
   前記外円筒下端面に、前記回収容器と通じる開口部を備えた集塵装置であって、
   前記外円筒下端面に設けた開口部と遮蔽手段との間にコロナ放電を発生させる放電手段を備え、
   前記放電手段が放電電極、対向電極、電源で構成され、
   前記放電電極を、その先端が前記外円筒下端面を向くように前記遮蔽部材の下面に設け、
   前記開口部の辺縁に、前記対向電極を設け、
   前記放電電極の先端が、前記対向電極の中心線上にあることを特徴とする集塵装置。
2. 外円筒下端面に設けた開口部が遮蔽手段の支持台の周囲に沿って複数あり、
   前記開口部の辺縁に設けた対向電極を導電性の連結部材で接続したことを特徴とする請求項１記載の集塵装置。
3. 複数の放電電極を備え、隣り合う前記放電電極が連結部材で接続され、
   前記放電電極と前記連結部材が対向電極と一定の距離で平行に位置することを特徴とする請求項２記載の集塵装置。
   

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