JP6225329B2 - 集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、含塵空気を旋回させることにより塵埃を分離・捕集する集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置に関するものである。

この種の集塵装置は、一般にサイクロン方式と呼ばれており、遠心力を利用して、空気中に含まれた塵や埃を分離し、清浄空気（集塵装置を通す前と比較して、集塵装置を通した後の粉塵の空気中濃度が低くなった空気）を得るものである。

従来、この種の集塵装置として、以下のものが知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その集塵装置について図４を参照しながら説明する。

図４に示すように、筒状のケーシング１０１とその一端に筒状の気流入口１０２、その他端には筒状の気流出口１０３とからなり、ケーシング１０１内部に、空気を旋回させるための螺旋翼１０４を備え、ケーシング１０１の外周面には、含塵空気から分離した塵を排出する塵出口１０５があり、その塵出口１０５と接続した形で、塵を溜めておく塵溜め部１０６とから構成されている。

また、この種の集塵装置として、以下のものが知られている（例えば特許文献２参照）。

以下、その集塵装置について図５を参照しながら説明する。

図５に示すように、円筒状のケーシング１０７と、その上流側の側面に接線方向に伸びた気流入口１０８、その下流側にはケーシング１０７の軸方向に排出させる気流出口１０９とからなり、その気流出口１０９側のケーシング１０７外周面には、含塵空気から分離した塵をケーシング１０７から排出する塵出口１１０があり、その塵出口１１０と接続した形で、塵を溜めておく塵溜め部１１１とから構成されている。

特開２００４−１２９７８３号公報 特開２０００−１５７４６３号公報

図４に示す集塵装置は、筒状の気流入口１０２からケーシング１０１の軸方向と同一方向にケーシング１０１内に流入する。その後、気流はケーシング１０１内に備えられた螺旋翼１０４により９０°近く向きを曲げられ、螺旋翼１０４とケーシング１０１側面部に沿って、旋回しながらケーシング１０１の軸方向に進む。

このため、入口部で気流の向きが変わるため、圧力損失が大きくなるという課題を有していた。

また、この集塵装置を立てた状態（気流入口が下、気流出口が上）で使用する場合、気流入口１０２が下面となるため、そのまま設置しようとすると、気流入口１０２を塞いでしまう。このため、Ｌ字状の継手等を用いて、気流入口１０２の流入面を横にする必要があった。これにより、余計な部品を接続する必要があるため、集塵装置としてサイズが大きくなるという課題を有していた。

また、筒状の気流入口１０２から螺旋翼１０４に至る部分、つまり気流が９０°近く曲げられる部分は、気流入口１０２部よりも隙間が狭くなっている。これも、圧力損失が増加する一因となっていた。

図５に示す集塵装置は、円筒状のケーシング１０７の接線方向から空気が流入し、ケーシング１０７の外周面に沿って流れることで、空気が旋回しながら、ケーシング１０７の軸方向へ進み気流出口１０９へ流れていく。

ケーシング１０７内で十分な旋回流を得るために、円筒状のケーシング１０７から接線方向に伸ばした風路（つまり気流入口１０８）が必要であり、このための部材やスペースが集塵装置を構成する上で必要となっていた。また、圧力損失を低減させるべく、気流入口１０８での流入速度を下げるために、気流入口１０８の開口を、円筒状のケーシング１０７の軸付近に向かって広げていけば、流入気流と旋回流との干渉が大きくなり、十分な旋回流が得られなくなってしまったり、余計な渦が発生して、圧力損失が増加してしまう。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、圧力損失が低く、装置を小型化出来る集塵装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、塵埃を含んだ空気の送風路内に設置され、渦流を発生させる渦流発生ユニットと、この渦流発生ユニットで分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備えた集塵装置であって、前記渦流発生ユニットは、上流側の一端に空気の流入口、下流側の他端に空気の流出口、外周部に前記集塵室の開口と接続される塵埃の排出口を有する筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングの一端側には筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備え、前記流入口は、前記旋回促進面を含む二辺と、前記筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成され、前記流入口と前記排出口の面は、どちらも前記中心軸の軸方向と平行な関係にあるものであり、これにより初期の目的を達成するものである。

本発明によれば、渦流発生ユニットを、上流側の一端に空気の流入口、下流側の他端に空気の流出口、外周部に集塵室の開口と接続される塵埃の排出口を有する筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングの一端側には筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備え、前記流入口は、前記旋回促進面を含む二辺と、前記筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成したものであり、前記流入口と前記排出口の面は、どちらも前記中心軸の軸方向と平行な関係にあることで、空気の流入口は、筒状ケーシングから突出することなく、装置を小型化することができる。

また、流入口から入ってくる流入気流と、筒状ケーシング内部の旋回流とが干渉することがなく、流入口を筒状ケーシングの軸付近まで大きく広げることができる。これにより、気流の流入速度を抑えられ、圧力損失を低く抑えることができる。

さらに空気が急に曲げられることなく、スムーズに気流入口から旋回促進面へ移行するため、圧力損失を低く抑えることができるという効果を得る事ができる。

本発明の実施の形態１の空気浄化装置を示す図 （ａ）同集塵装置を示す斜視図、（ｂ）同集塵装置を示す側面図 同渦流発生ユニットを示す斜視図 従来の集塵装置（特許文献１）を示す断面図 同集塵装置（特許文献２）を示す断面図

本発明の請求項１記載の集塵装置は、塵埃を含んだ空気の送風路内に設置され、渦流を発生させる渦流発生ユニットと、この渦流発生ユニットで分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備えた集塵装置であって、前記渦流発生ユニットは、上流側の一端に空気の流入口、下流側の他端に空気の流出口、外周部に前記集塵室の開口と接続される塵埃の排出口を有する筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングの一端側には筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備え、前記流入口は、前記旋回促進面を含む二辺と、前記筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成され、前記流入口と前記排出口の面は、どちらも前記中心軸の軸方向と平行な関係にあるものである。

これにより、空気の流入口は、旋回促進面と筒状ケーシングで一体的に構成されることで、筒状ケーシングの外周面の内側に存在することとなり、空気の流入口が筒状ケーシングから突出した構造ではないため、流入口のためのスペースが必要ではなくなり、装置を小型化することができる。

また、空気の流入口を筒状ケーシングの軸付近まで大きく広げでも、空気の流入口から入る流入気流と、筒状ケーシング内部の旋回流とが干渉することはない。これにより、気流の流入速度が抑えられ、圧力損失を低く抑えることができる。

さらに空気の流入口から入った空気は、急な曲がりがなく、スムーズに流入口から旋回促進面へ移行するため、圧力損失を低く抑えながら渦流である旋回流を発生させることができるとともに、その旋回流によって、塵埃に遠心力が発生し、排出口からスムーズに塵埃を排出することができるという効果を奏する。

また、請求項２記載の集塵装置は、下流側の他端には、筒状ケーシングの内径より小さい開口を有した流出面を設けてもよい。

これにより、旋回促進面によって、塵埃を含んだ空気は旋回しながら下流側へ移動しており、空気は流出面に設けた開口より排出されるが、旋回している塵埃はそれ自身の重さによって遠心力が働き、筒状ケーシング外周面付近へ向かおうとする。そこに流出面があることで、まだ筒状ケーシングの外周面付近まで移動しきれていない塵埃が堰き止められるような格好となり、遠心力により流出面に沿って外周面付近へ移動するため、流出面の開口から出る空気と塵埃の分離が促進され、捕集性能を向上させることができるという効果を奏する。

また、請求項３記載の集塵装置は、筒状ケーシングの軸方向の距離Ｄは、流入口の前記軸方向の距離Ｄｓと、流入口の下流側の一端から流出面までの距離Ｄｕとの和であり、Ｄｓ：Ｄｕ＝１：０．９〜２としてもよい。

これにより、旋回促進面によって発生した旋回流は、流入口の下流側の一端から流出面までの間で十分に旋回を続けることができ、塵埃の捕集性能を向上させることができるという効果を奏する。

また、請求項４記載の集塵装置は、流出面の開口の中心を筒状ケーシングの中心軸部分に合わせる構成にしてもよい。これにより、筒状ケーシング外周面付近を旋回している塵埃が、円周方向のどの場所においても、流出面の開口と遭遇する確立を減らせるため、空気と塵埃の分離をより高めることができ、捕集性能をさらに向上させることができるという効果を奏する。

また、請求項５記載の集塵装置は、塵埃の排出口を、空気の流入口より空気の流出口側に設けてもよい。これにより、塵埃を確実に旋回させる時間が増えるため、筒状ケーシングの外周面付近により多くの塵埃が移動することとなり、塵埃の排出口からでる量を増やすことができ、捕集性能をさらに向上させることができるという効果を奏する。

また、請求項６記載の集塵装置は、塵埃の排出口を、流出面に隣接して設けてもよい。これにより、塵埃が流出面に衝突し、流出面に沿って筒状ケーシングの外周面付近まで移動したものについても、塵埃の排出口に入りやすくなり、捕集性能をさらに向上させることができるという効果を奏する。

また、請求項７記載の集塵装置は、流出面の開口の端部に、筒状ケーシング内部に向かって突出したリブを設け、前記筒状ケーシングの直径φと、前記リブの突出長さＲとの関係を、Ｒ＝（０．０１〜０．２）×φとしてもよい。

これにより、筒状ケーシング内の旋回流が流出口へ向かう時に、リブが抵抗となり一緒に塵埃が流れていくことを防ぐことができ、捕集性能をさらに向上させることができるという効果を奏する。

また、請求項８記載の集塵装置は、吸気口と排気口を有する本体と、この本体内に送風手段と、前記送風手段により空気を流す送風路内に請求項１〜７のいずれか一項に記載の集塵装置を設け、前記集塵装置の空気の流入口から塵埃を含んだ空気を取り込み、前記集塵装置の渦流発生ユニットにより塵埃を除去した空気を前記排気口より吹出す構成にしてもよい。

これにより、空気浄化装置として使用することが出来るようになり、塵埃を含んだ空気のある場所に設置して使用することで、空気中から塵埃を除去して、周囲の空気を清浄化することができる。

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。

（実施の形態１）
図１に示すように、空気浄化装置３０は、その本体１の下部に吸気口２、上部に排気口３とを備え、空気浄化装置３０の本体１の内部に集塵装置４と、エアフィルタ５と、脱臭フィルタ６と、送風手段７とを備えている。

本体１は、縦長の略四角柱形状の筐体１ａと、空気浄化装置３０を自立させるための、ベース１ｂと、筐体１ａとベース１ｂを接続する支柱１ｃとから構成される。

吸気口２は、集塵装置４の周囲であり、図示していないが隙間の開いたグリルで覆っている。

送風手段７を運転することにより、下部の吸気口２から塵埃を含む空気を取り入れ、集塵装置４で、塵埃を除去し、ここで除去しきれなかったより細かな塵埃は、集塵装置４の下流側に設置したエアフィルタ５で捕集し、空気がより清浄化され、送風手段７を通って、排気口３より清浄空気が排気される。

なお、本実施の形態では、空気浄化装置３０の筐体形状は四角柱形状であるが、これに限らず、円筒形状や多角形形状など他の形状であってもよい。

エアフィルタ５は、ろ材をプリーツ状に織り込んでおり、外形が四角形状のものを、Ｖ字に２ヶ備えている。これにより、少ないスペースでろ材の面積を多く取れるようにしている。このようにすることで、ろ材の面積が大きい方が、ろ材を通過する風速が遅くなり、圧力損失を低く抑えることができるほか、塵埃の堆積による圧力損失の上昇を緩やかにすることができるため、エアフィルタ５を長期間使用することができる。

なお、エアフィルタ５の配置は、Ｖ字に限らず、逆Ｖ字や水平・垂直などの配置でもよい。形状については、円筒形状であってもよい。円筒形状の場合、空気の流れを円筒の外側から内側に流す場合と、内側から外側に流す場合が考えられるが、本発明においては、どちらの場合でも差し支えない。

脱臭フィルタ６は、エアフィルタ５の下流側に配置しており、粒状の活性炭を、フィルタ状として形態を維持する役割を果たす骨材の周囲にまんべんなく付着させたものとなっている。これにより、活性炭の吸着効果により、においの元となる分子が吸着されて脱臭されるとともに、粒状の活性炭を利用することで表面積を多くでき、脱臭効果をより高めたものとなっている。

なお、脱臭フィルタ６は、活性炭に限らず、触媒を用いたものなど他の方法でもよい。また、活性炭自体をハニカム状にしたものでもよい。

送風手段７は、ターボファンを用いており、その周方向に風が吹出すため、ガイド８により上向きの風に変えて、排気口３から空気が排出されるようにしている。なお、送風手段７は、シロッコファンや斜流ファン等を用いても良い。

次に集塵装置４の構成について説明をする。

集塵装置４は図２に示すように、渦流発生ユニット１０と集塵室１１とこの２つを接続する接続部１２とから構成されている。

図１においては、集塵室１１は中央部分に配置しているため見えていないが、空気浄化装置３０の中央部分下部に１個あり、その周囲に渦流発生ユニット１０が８個取り囲んだ形態となっている。

集塵室１１は、図２に示すように、円筒形の外周部に渦流発生ユニット１０と連通する８個の塵埃流入口２０を配置し、塵埃流入口２０はそれぞれに渦流発生ユニット１０を接続部１２を介して接続するものである。図２では、渦流発生ユニット１０は代表して１個を記載している。

このように、１個の集塵室１１に対して、渦流発生ユニット１０を何個接続してもよいが、集塵性能や圧力損失、送風手段７の動力、騒音などから総合的に判断して使用個数を決めることが望ましい。そして、集塵室１１の下部は、取り外し可能な集塵トレー９を備えている。この集塵トレー９は、集塵室１１の下部が分割される構造となっており、横にスライドすることで取り外すことができ、溜まった塵埃を簡単に捨てることができる。

渦流発生ユニット１０は図３に示すように、筒状ケーシング１３と、螺旋状の旋回促進面１４と、流出面１５とリブ２２から構成されている。なお、筒状ケーシングの中心を通る中心軸１３ａを図３中に一点鎖線で示している。

筒状ケーシング１３は、その外周面の下流側（図３においては上部）に、塵埃を排出するための開口となる排出口１６を設けており、接続部１２によって集塵室１１の塵埃流入口２０と接続されている。

また、筒状ケーシング１３の上流側（図３においては下部）は旋回促進面１４に沿って、筒状ケーシング１３がカットされた形状となっており、筒状ケーシング１３の上流側端面と旋回促進面１４の外周部とがつながっている。いわば、旋回促進面１４で筒状ケーシング１３に蓋をしたような状態となっている。この時に出来る開口、つまり旋回促進面１４の始端１４ａと終端１４ｂとの間の開口が、渦流発生ユニット１０の流入口１７となる。

なお、本実施の形態では、旋回促進面１４は始端１４ａと終端１４ｂまで３６０度繋がった面となっており、始端１４ａと終端１４ｂが平面視で重なる位置の鉛直面が流入口１７となっているが、旋回促進面１４は始端１４ａと終端１４ｂまで３６０度以上繋がった面となっていてもよく、その場合の流入口１７は、始端１４ａと旋回促進面１４との間に出来る開口となる。また、旋回促進面１４は３６０度未満であって、筒状ケーシング１３の下流側から旋回促進面１４を見た時に、始端１４ａと終端１４ｂの間の隙間が数ｍｍ程度存在していてもよい。こうすることで、旋回促進面１４を金型で製造する場合に、流入口１７部分で金型同士が接触するための抜き勾配を取ることができ、製造を容易にすることができる。

リブ２２は、流出口１８である流出面１５の開口の端部から下流側に向かって突出した形状となっており、このリブ２２の突出長さＲは、筒状ケーシング１３の直径φの０．０１〜０．２倍の長さが望ましく、本実施の形態では、０．１倍の突出長さとなっている。

このリブ２２は、旋回流が流出口１８を通って下流側へ流れる時に、抵抗となり、塵埃が下流側へ流れていくのを防ぐ抵抗となるため、捕集性能をより向上させることができる。突出長さＲは０．２倍を超えた長さにすると、気流そのものへの抵抗となってしまい、圧力損失を増大させてしまう。なお、リブ２２がなくても塵埃の捕集は可能である。

流出面１５は、筒状ケーシング１３の内径よりも小さい開口を有した形状となっており、この開口が渦流発生ユニット１０の流出口１８となる。本実施の形態では、筒状ケーシング１３の軸に垂直となるように流出面１５があるが、この流出面１５は、例えば、中央に向かってなだらかに、上流側（図３において下側）に向かって傾斜していてもよい。

旋回促進面１４は、その中心に螺旋状の面と接合された中心棒１９を備えており、構造的に旋回促進面１４支えることで強度を増している。

流入口１７は、旋回促進面１４を含む二辺と、筒状ケーシング１３の側壁の一部を他の一辺とし、筒状ケーシング１３の中心を通る中心軸１３ａ上にある中心棒１９を他の一辺とした四辺で構成されている。

なお、本実施の形態では、この中心棒１９は旋回促進面１４の始端１４ａから終端１４ｂまでの長さとなっているが、旋回促進面１４の始端１４ａから流出面１５まで延ばしてもよい。その場合、旋回促進面１４の終端１４ｂから流出面１５までの間で、流出面１５に向うにつれ徐々に中心棒１９の直径を大きくするような形状としてもよい。こうすることで、空気の流れる空間が徐々に狭まり、空気の旋回する速さが増し、遠心力が増加し、集塵性能がよくなる。

集塵室１１は、円筒形状であり、その外周面上部に塵埃流入口２０を備え、この塵埃流入口２０周囲の一部から集塵室１１外へ突出した接続部１２を有し、渦流発生ユニット１０の排出口１６は接続部１２により集塵室１１と接続され、渦流発生ユニット１０で分離された塵埃が、塵埃流入口２０より集塵室１１に流入し、捕集される。なお、集塵室１１の形状は、円筒に限らず、四角形状や多角形状等であってもよい。

接続部１２は、渦流発生ユニット１０の塵埃の排出口１６と、集塵室１１の塵埃流入口２０とを、接続する部材であって、接続する部分は空気の漏れがないように隙間なく接続されている。

次に、本発明の集塵装置４における集塵の原理について説明をする。

空気の流れは、図２の矢印で示すように、流入口１７から入って渦流発生ユニット１０の内部で旋回流が発生し、流出口１８から出る。

この際、空気中に浮遊している塵埃（重さを持った粒子または繊維）は、旋回流に載って旋回する際に筒状ケーシング１３の中心から外周方向に向かう遠心力を受ける。遠心力を受けた塵埃は、筒状ケーシング１３の外周方向へ向かい、その外周付近（筒状ケーシング１３の内壁面付近）を旋回する。外周面に設けた排出口１６付近を塵埃が通ると、塵埃には遠心力が働いているため、さらに外側へ行こうと、排出口１６から筒状ケーシング１３の外側へ飛び出す。

そして、塵埃は接続部１２を通って、集塵室１１内へ入る。旋回していた時の慣性力も残っており、塵埃は集塵室１１内でも多少飛び続けるが、重力に引っ張られ、集塵室１１内で落下する。

集塵室１１内には塵埃流入口２０以外に開口部はないため、多くの空気が渦流発生ユニット１０から集塵室１１へ流れたり、逆に集塵室１１から渦流発生ユニット１０へ流れたりすることはないが、多少の空気の出入りはある。

この時図２（ｂ）において接続部１２の下面は、集塵室１１へ向かって下がる傾斜を設けており、この傾斜面に付着した塵埃は、この傾斜と重力により、集塵室１１側へ向かう力がかかる。これにより、多少の空気の出入りがあっても、集塵室１１内の塵埃が再び渦流発生ユニット１０へ戻ってくることを抑制できる。

渦流発生ユニット１０において、塵埃は旋回しながら下流側（図３においては上部）へ向かっている。流出面１５を備えることで、筒状ケーシング１３の内壁面近傍ではなく、もう少し中心側を旋回している塵埃があったとすると、流出面がなければ排出口１６から塵埃は排出されないが、その塵埃が流出面１５に衝突すれば、それ以上は下流側へは移動できず、旋回によって遠心力は働き続けているため、流出面１５に沿って筒状ケーシング１３の内壁面方向へ移動し、排出口１６から集塵室１１へ移動する。このため、流出面１５を備えると、塵埃の捕集性能を向上させることが出来る。

塵埃が流出面１５に衝突することを想定しているため、流出面１５に設けた流出口１８は筒状ケーシング１３の内径より小さい必要がある。また塵埃は流出面１５に衝突しても旋回し続けるため、流出面１５の流出口１８の中心が筒状ケーシング１３の中心軸１３ａ上になるように流出口１８を設けた方が、塵埃が流出面１５の開口すなわち流出口１８から出る量を最も少なくすることが出来る。すなわち、捕集性能を上げることができる。

排出口１６は、出来る限り多くの塵埃を排出させるために、空気の流入口１７より下流側（図３においては流入口１７よりも上側）に設けたほうが良い。塵埃が遠心力によって筒状ケーシング１３の内壁面側に移動する時間が必要なため、排出口１６が空気の流入口１７側にあると、多くの塵埃を排出できなくなってしまう。

塵埃の排出をより多くするために、本実施の形態において排出口１６は、筒状ケーシング１３の最下流側、つまり流出面１５と接触する部分に設けている。これにより、塵埃が遠心力を受けて筒状ケーシング１３の内壁面側に移動する時間を出来るだけ稼げるため、塵埃が排出口１６から出る量を増やせるとともに、流出面１５に衝突して筒状ケーシング１３の内壁面側へ移動してきた塵埃もスムーズに排出口１６から出すことができるため、捕集性能をより高めることができる。なお、排出口１６の形状は、四角形状となっているが、これに限定されるものではない。

次に、図２（ｂ）に示すように、筒状ケーシングの軸方向の距離Ｄは、流入口１７の前記軸方向の距離Ｄｓと、流入口１７の下流側の一端から流出面１５までの距離Ｄｕとの和である。本発明では、このＤｓとＤｕの比率を、Ｄｓ：Ｄｕ＝１：０．９〜２とすると良いことが分かった。Ｄｓが１に対してＤｕを０．９未満にすると、旋回促進面１４と流出面１５の空間が狭くなり、圧力損失が増大してしまう。Ｄｕを２以上にすると、旋回流が筒状ケーシング１３の壁面と接触する時間が長くなり、壁面の接触抵抗により、旋回流が弱まり、捕集性能が低下してしまう。そのためＤｓが１に対してＤｕを０．９〜２、より望ましくは１〜１．５とすると、圧力損失を増大させずに、捕集性能を向上させることができる。

次に、本発明のポイントとなる流入口１７部分について説明をする。

流入口１７は、筒状ケーシング１３の上流側（図３においては下部）に、筒状ケーシング１３の外周の内側に存在し、流入口１７へと入る空気の流れは、旋回促進面１４の始端１４ａと終端１４ｂから構成される流入口１７に垂直な向きとなる。旋回促進面１４が、下流側（図３においては上部）に向かいながら、螺旋状の面を描いており、流入口１７から入った空気は旋回促進面１４によって、スムーズに下流側（図３においては上部）へ向かう流れに変わりながら、筒状ケーシング１３の内壁によって、スムーズに旋回する流れへと変化する。つまり、流入口１７から入った空気の流れはスムーズに下流側への方向性を持った旋回流となっている。

これにより、空気の流れに急激な変化（９０度曲がりなど）が伴わないため、本発明における渦流発生ユニット１０は圧力損失を低く抑えることができる。さらに、流入口１７が筒状ケーシング１３から飛び出す構造ではなはなく、旋回促進面１４と筒状ケーシング１３とで一体となっていることで、流入のための余分なスペースやそれを構成する部材が必要とならず、小型な渦流発生ユニット１０となる。

さらに、本発明においては流入口１７の幅を自由に設定することができることが特徴であり、中心棒１９側へ大きく広げることができる。すなわち、中心棒１９の径により、流入口１７の幅を自由に設定することができ、中心棒１９の径を小さくする、または中心棒１９を使用しないことにより、流入口１７の幅を大きくすることができる。これにより、流入口１７の面積が広くなることで、風速を遅くすることができ、流入による圧力損失を低減することができる。

このような、流入口１７の幅を旋回流の中心方向に広げることは、図５に示すような従来のサイクロンにおいては難しかった。それは以下の説明による。

図５に示すように、円筒ケーシング内では旋回流が発生している。この旋回流は、円筒ケーシングの上流側に設けた四角柱ダクトを接線方向に接続していることにより発生している。四角柱ダクトから入った空気は、円筒ケーシング内に接線方向から入り、そのまま円筒ケーシングの内壁に沿って旋回していく。この構成上どうしても、円筒ケーシング内を旋回している空気は、四角柱ダクトから新たに流入する空気と合流して、少なからず干渉してしまうこととなる。

このような構成で、四角柱ダクトの幅を出来る限り旋回流の中心側へ広げた場合、四角柱ダクトの面積が広がり、流入風速は低下するが、円筒ケーシング内の旋回流と四角柱ダクトから流入する空気との干渉が多くなり、流入空気が旋回を妨げてしまう。そのため、余計な渦が発生して、圧力損失が増大したり、旋回流が弱まって捕集性能が低下したりするようなことが発生してしまう。よって、図５に示すような従来のサイクロンにおいては、流入口１７の幅を旋回流の中心方向に広げることが出来なかった。

本発明においては、スペースを必要とすることなく、流入口１７の幅を旋回流の中心方向に広げることができるため、小型で圧力損失の低い渦流発生ユニット１０となっている。さらに、流入口１７と排出口１６の面は、どちらも筒状ケーシング１３の中心を通る中心軸１３ａの軸方向と平行な関係にあるため、流入口１７から流入し、旋回流となった気流は筒状ケーシングの軸方向に進み、その下流側にある排出口１６から塵埃がスムーズに排出される。

本発明における集塵装置４は、図１の説明において前述したように、１ヶの集塵室１１に対して複数の渦流発生ユニット１０を設けることができる。その際、集塵室１１には、各渦流発生ユニット１０に対応した塵埃流入口２０を設け、それぞれを接続部１２で接続する。

処理風量を大きくしたい場合、渦流発生ユニット１０の使用数を増加させれば、圧力損失を増大させることなく、処理風量を増やすことができる。

図１に示したように、８個の渦流発生ユニット１０を使用した空気浄化装置３０の場合、定格の最大風量の場合は、８個全てを使用して空気を処理することで、圧力損失を抑えることができる。また、空気浄化装置３０としての風量を下げたい場合、例えば、定格の最大風量の８分の１の風量で運転したい場合、７個の渦流発生ユニット１０に空気が流れないように遮蔽してやれば、１個の渦流発生ユニット１０に流れる風量は、８個使用の定格最大風量時と比べて、同等の風量となる。これにより、渦流発生ユニット１０内の旋回流の流速は低下しないため、塵埃の受ける遠心力は変わらず、捕集性能を維持したまま、風量を落とすことができるようになる。このように、幅広い風量帯において、集塵装置４の捕集性能を維持できる空気浄化装置３０とすることができる。

また、１個の集塵室１１に対して、複数の渦流発生ユニット１０の配置方法は、図１のような四角形状に限らず、集塵室１１の周囲に丸く配置しても良い。また、例えば渦流発生ユニット１０が８個の場合、４個×２列とし、その列の間に、集塵室１１を細長く設けた形状でもよい。このように、空気浄化装置３０の形状によって、自由に集塵装置４の形態を変える事ができる。

なお、本発明における集塵装置４は、これまで説明してきたような、旋回流の進む方向が上方向に限定されない。例えば、図２において上下逆向きでの使用も可能である。この場合、集塵室１１の塵埃流入口２０から重力方向に向かって、塵埃を溜めるスペースを十分にとる必要がある。また、図２で示したものを９０度倒した横向きで使用しても良い。この場合も、塵埃流入口２０から重力方向に向かって、塵埃を溜めるスペースを十分にとる必要がある。このように集塵装置の向きを自由に変える事が可能である。

本発明にかかる集塵装置は、装置を小型にでき、圧力損失を低く抑えることができるものであるので、多くの処理風量で、塵埃を分離・捕集する集塵装置等および、空気浄化装置等として有用である。

１ 本体
１ａ 筐体
１ｂ ベース
１ｃ 支柱
２ 吸気口
３ 排気口
４ 集塵装置
５ エアフィルタ
６ 脱臭フィルタ
７ 送風手段
８ ガイド
９ 集塵トレー
１０ 渦流発生ユニット
１１ 集塵室
１２ 接続部
１３ 筒状ケーシング
１３ａ 中心軸
１４ 旋回促進面
１４ａ 始端
１４ｂ 終端
１５ 流出面
１６ 排出口
１７ 流入口
１８ 流出口
１９ 中心棒
２０ 塵埃流入口
２２ リブ
３０ 空気浄化装置

Claims (8)

1. 塵埃を含んだ空気の送風路内に設置され、渦流を発生させる渦流発生ユニットと、この渦流発生ユニットで分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備えた集塵装置であって、前記渦流発生ユニットは、上流側の一端に空気の流入口、下流側の他端に空気の流出口、外周部に前記集塵室の開口と接続される塵埃の排出口を有する筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングの一端側には筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備え、前記流入口は、前記旋回促進面を含む二辺と、前記筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成され、前記流入口と前記排出口の面は、どちらも前記中心軸の軸方向と平行な関係にあることを特徴とした集塵装置。
2. 下流側の他端には、筒状ケーシングの内径より小さい開口を有した流出面を設けたことを特徴とする請求項１記載の集塵装置。
3. 筒状ケーシングの軸方向の距離Ｄは、流入口の前記軸方向の距離Ｄｓと、流入口の下流側の一端から流出面までの距離Ｄｕとの和であり、Ｄｓ：Ｄｕ＝１：０．９〜２としたことを特徴とする請求項２記載の集塵装置。
4. 流出面の開口の中心を筒状ケーシングの中心軸部分に合わせることを特徴とする請求項２または３いずれか記載の集塵装置。
5. 塵埃の排出口は、旋回促進面の下流側の一端と流出口との間に備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の集塵装置。
6. 塵埃の排出口を、流出面に隣接して設けたことを特徴とする請求項４記載の集塵装置。
7. 流出面の開口の端部に、筒状ケーシング内部に向かって突出したリブを設け、前記筒状ケーシングの直径φと、前記リブの突出長さＲとの関係を、Ｒ＝（０．０１〜０．２）×φとしたことを特徴とする請求項２〜６いずれか記載の集塵装置。
8. 吸気口と排気口を有する本体と、この本体内に送風手段と、前記送風手段により空気を流す送風路内に請求項１〜７いずれか一項に記載の集塵装置を設け、前記集塵装置の空気の流入口から塵埃を含んだ空気を取り込み、前記集塵装置の渦流発生ユニットにより塵埃を除去した空気を前記排気口より吹出す構成としたことを特徴とする空気浄化装置。

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