JP7142250B2

JP7142250B2 - 分離装置

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Publication number: JP7142250B2
Application number: JP2020521795A
Authority: JP
Inventors: 將有鎌倉; 嘉城早崎; 直樹室; 聡彦細見
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: JPWO2019230258A1; WO2019230258A1

Description

本発明は、分離装置に関し、より詳細には、気体に含まれている固体を気体から分離する分離装置に関する。

従来この種の分離装置としては、例えば、特許文献１に記載の異物除去装置が知られている。

特許文献１の異物除去装置では、上下方向に設けられるダクトが、下部側ダクトと上部側ダクトとに分割されている。そして、両ダクト間に、サイクロン集塵装置が着脱自在に設けられている。サイクロン集塵装置は、下部側ダクトから上部側ダクトに向けて空気を同軸状に流通させる略筒状の本体ケーシングと、本体ケーシング内を流れる空気を旋回させて空気に含まれた虫や塵埃等の異物を遠心分離する旋回流発生手段とを備えている。

本体ケーシングは、下部側ダクトに嵌合される第１筒体と、第１筒体の外側に同心状に設けられる第２筒体と、上部側ダクト側に固定される出口筒体と、を備えている。第１筒体と第２筒体との間に、旋回流発生手段で遠心分離された異物を廃棄可能に集積させる集積空間が設けられている。出口筒体の下端部は、第１筒体の内部に若干臨んでおり、第１筒体の内周面と出口筒体の下端部との間は環状開口が形成されている。第１筒体内は、環状開口を介して、集積空間と連通している。

第１筒体内を上昇する外気は、旋回流発生手段を通過する。このとき、外気は、旋回流発生手段の軸部の表面に沿って径外方向に押し出され、さらに、旋回流発生手段の各羽根に導かれて旋回流となる。各羽根の部分を通過した外気は、旋回を続けながら第１筒体を上昇する。外気に含まれる虫、花粉や塵埃等の異物は、旋回流の遠心力によって第１筒体の外周側に集められ、環状開口を経由して、集積空間の上端開口から落下し、集積空間の下部に集積される。

特許文献１記載の異物除去装置では、一旦第１筒体の近くまで到達した異物が、第１筒体内を上昇している間に、第１筒体の中心側に再度移動してしまう可能性がある。このため、特許文献１記載の異物除去装置では、気体に含まれる固体（異物）を気体から分離する分離性能が低下する可能性がある。

特開２００８－３２２４８号公報

本発明の目的は、分離性能の向上を図ることが可能な分離装置を提供することにある。

本発明に係る一態様の分離装置は、ケーシングと、回転体と、羽根と、駆動装置と、外部カバーと、を備える。前記ケーシングは、上下方向に沿った中心軸を有する筒状である。前記ケーシングは、気体の入口となる入口開口と、前記入口開口よりも上方に位置し気体の出口となる出口開口と、を有する。前記回転体は、前記ケーシングの内側において、回転中心軸が前記ケーシングの前記中心軸と揃うように配置されている。前記羽根は、前記回転体と前記ケーシングとの間に配置され、前記回転体に連結されている。前記駆動装置は、前記回転体を前記回転中心軸のまわりで回転させる。前記外部カバーは、前記ケーシングを覆う。前記ケーシングは、前記入口開口と前記出口開口との間に、第１排出孔と、第２排出孔と、を有する。前記第１排出孔は、前記ケーシングの厚み方向に貫通する。前記第２排出孔は、前記上下方向において前記第１排出孔よりも下方に設けられ、前記ケーシングの厚み方向に貫通する。

図１は、本発明の一実施形態に係る分離装置の斜視図である。図２は、同上の分離装置の要部の斜視図である。図３は、同上の分離装置の一部破断した側面図である。図４は、同上の分離装置の要部の上面図である。図５は、同上の分離装置の要部の斜視図である。

（実施形態）
以下、本実施形態の分離装置１について、図１～図５に基づいて説明する。以下の実施形態において説明する図１～図５は、模式的な図であり、図１～図５中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

分離装置１は、例えば、送風機能を有する空調設備の上流側に設けられ、空気（気体）中の固体を分離する。分離装置１は、例えば、平らな屋根を有する施設（住居等）の屋上、又は地面等に設置される。空調設備は、例えば、上流側から下流側へ空気を送風する送風装置である。送風装置は、例えば、電動ファンである。空調設備は、送風装置に限らず、例えば、換気装置、エアコンディショナ、給気キャビネットファン、送風装置と熱交換器とを備える空気調和システム等でもよい。空調設備により分離装置１に流す空気の流量は、例えば、１００ｍ^３／ｈ～５００ｍ^３／ｈであり、より詳細には４００ｍ^３／ｈ程度である。分離装置１から空調設備側への流出量は、空調設備を流れる空気の流量と略同じである。

図１～図５に示すように、分離装置１は、ケーシング２と、回転体３と、羽根３６と、駆動装置４と、外部カバー５と、を備える。

ケーシング２は、上下方向に沿った中心軸２０（図３参照）を有する筒状である。ケーシング２は、気体の入口となる入口開口２１と気体の出口となる出口開口２２とを有する。出口開口２２は、上下方向において、入口開口２１よりも上方に形成されている。図３、図４に示すように、回転体３は、ケーシング２の内側において、回転中心軸３０がケーシング２の中心軸２０と揃うように配置されている。羽根３６は、回転体３とケーシング２との間に配置され、回転体３に連結されている。分離装置１では、ケーシング２と回転体３との間に、入口開口２１から出口開口２２に向かう流路２００が形成されている。駆動装置４は、例えばモータを備えており、回転体３を回転中心軸３０のまわりで回転させる。

分離装置１では、上流側から流路２００に流入した空気（気体）を、回転体３のまわりで螺旋状に回転させながら、流路２００の下流側に流すことができる。ここにおける「上流側」は、空気の流れる方向でみたときの上流側（一次側）を意味する。また、「下流側」は、空気の流れる方向でみたときの下流側（二次側）を意味する。つまり、分離装置１では、ケーシング２の下側（上流側）に形成されている入口開口２１から流路２００に流入した空気を、回転体３のまわりで螺旋状に回転させながら上昇させ、ケーシング２の上側（下流側）に形成されている出口開口２２に流すことができる。なお、図１では、入口開口２１に流入する気体（空気）の流れ、及び出口開口２２から流出する気体の流れを、点線の矢印で模式的に示してある。また、図５では、ケーシング２内での気体の流れを、点線の矢印で模式的に示してある。

分離装置１のケーシング２は、空気に含まれている固体をケーシング２の外側に排出するために、第１排出孔６１と、第２排出孔６２と、を有している（図２参照）。第２排出孔６２は、上下方向において、第１排出孔６１よりも下方に設けられている。第１排出孔６１及び第２排出孔６２の各々は、ケーシング２の厚み方向に貫通している。言い換えれば、第１排出孔６１及び第２排出孔６２は、ケーシング２の内外を連通させる。ケーシング２の流路２００に流入した空気に含まれている固体は、流路２００を通過する途中で、第１排出孔６１又は第２排出孔６２からケーシング２の外部に排出される。なお、図２では、第１排出孔６１及び第２排出孔６２から流出する気体（空気）の流れを、ドットハッチングした矢印で模式的に示してある。

空気中の固体としては、例えば、粒子状物質等が挙げられる。粒子状物質としては、微粒子として直接空気中に放出される一次生成粒子、気体として空気中に放出されたものが空気中で微粒子として生成される二次生成粒子等がある。一次生成粒子としては、例えば、土壌粒子（黄砂のような砂等）を挙げることができる。土壌粒子は、例えば土壌の巻き上げ等により空気中に放出され、巻き上げられた粒子の機械的崩壊（破砕、粉砕）等により粒径が小さくなる。土壌粒子は、その粒径によって、粘土（粒径＜０．００５ｍｍ）、シルト（粒径０．００５－０．００７５ｍｍ）、砂（粒径０．０７５－２ｍｍ）、礫（粒径２－７５ｍｍ）等に分類される。一次生成粒子としては、他にも、粉塵、植物性粒子（花粉等）、動物性粒子（カビの胞子等）、煤等が挙げられる。粒子状物質は、大きさの分類として、例えば、ＰＭ２．５（微小粒子状物質）、ＰＭ１０、ＳＰＭ（浮遊粒子状物質）等を挙げることができる。ＰＭ２．５は、粒子径２．５μｍで５０％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子である。ＰＭ１０は、粒子径１０μｍで５０％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子である。ＳＰＭは、粒子径１０μｍで１００％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子であり、ＰＭ６．５－７．０に相当し、ＰＭ１０よりも少し小さな微粒子である。図２では、第１排出孔６１及び第２排出孔６２から排出された固体として、微粒子６００を模式的に示してある。

図１～図３に示すように、外部カバー５は、ケーシング２を覆っている。外部カバー５は、少なくとも、ケーシング２に設けられている第１排出孔６１及び第２排出孔６２の側方に位置している。すなわち、外部カバー５は、第１排出孔６１及び第２排出孔６２から流出する気体の流れを遮るように、ケーシング２を覆っている。外部カバー５は、第１排出孔６１及び第２排出孔６２からケーシング２の外側に排出された固体（微粒子６００等）が、分離装置１の側方へ放出されるのを抑制する。

本実施形態の分離装置１では、ケーシング２において、上下方向において異なる高さの位置に、複数の排出孔（第１排出孔６１及び第２排出孔６２）が形成されている。このため、流路２００に流入した空気に含まれている固体は、ケーシング２の内周側（ケーシング２の内周面の近く）まで移動すると、上下方向における複数の位置からケーシング２の外部に放出され得る。これにより、特許文献１に記載されているような上下方向において排出孔（環状開口）が一箇所しか設けられていない装置に比べて、一旦ケーシング２の内周側に移動した固体が、再度ケーシング２の中心側に移動してしまう可能性が低減される。したがって、本実施形態の分離装置１によれば、気体に含まれている固体を気体から効率よく分離することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。

また、ケーシング２内の流路２００に流入した空気は、空気の流れ方向（上下方向）において異なる位置にある複数の排出孔（第１排出孔６１及び第２排出孔６２）から、ケーシング２の外部に流出し得る。このため、流路２００内における空気の流速（流量）は、下流側（出口開口２２側）に向かうにつれて、徐々に低下する。したがって、入口開口２１での流速が互いに等しく出口開口２２での流速が互いに等しいという条件下では、本実施形態の分離装置１は、上下方向において排出孔が一箇所しか設けられていない装置に比べて、ケーシング２内での空気の平均流速が小さくなる。これにより、空気に含まれる固体の流路２００（ケーシング２内）での滞在時間を増加させることが可能となり、ケーシング２の内周側まで固体が移動しやすくなる。したがって、本実施形態の分離装置１によれば、気体に含まれている固体を気体から効率よく分離することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。

また、分離装置１は外部カバー５を備えているので、第１排出孔６１及び第２排出孔６２から外部カバー５内に排出された固体が、分離装置１の側方に飛散してしまうのを抑制することが可能となる。

分離装置１の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。なお、図３は、図４のＸ１－Ｘ１線の箇所での断面図である。

上述のように、分離装置１は、ケーシング２と、回転体３と、羽根３６と、駆動装置４と、外部カバー５と、を備えている。また、分離装置１は、入口ダクト７と出口ダクト８とシャフト４０と、を更に備えている。

図２及び図３に示すように、ケーシング２は、上面２３が閉じ下面２４に開口２４０を有する有底筒状、より詳細には有底円筒状である。ケーシング２の下面２４は、下方に向かって先細りする円錐台状に形成されており、その中央に円形の開口２４０が形成されている。ケーシング２の材料は、例えば、ＡＢＳ樹脂である。

ケーシング２は、下端に入口開口２１を有し、上端に出口開口２２を有している。より詳細には、入口開口２１と出口開口２２とは、図３に示すように、それぞれ有底円筒状のケーシング２の側面２５の下端と上端とに形成されている。

入口開口２１は、ケーシング２の側方に開放されている。ケーシング２の周方向における入口開口２１の開口範囲は、ケーシング２の中心軸２０を中心として９０度以下であり、本実施形態では略９０度である。すなわち、入口開口２１は、ケーシング２の周方向において略１／４円弧状に開口している。

出口開口２２は、ケーシング２の側方に開放されている。ケーシング２の周方向における出口開口２２の開口範囲は、ケーシング２の中心軸２０を中心として９０度以下であり、本実施形態では略９０度である。すなわち、出口開口２２は、ケーシング２の周方向において略１／４円弧状に開口している。

図２、図３に示すように、ケーシング２の側面２５において、入口開口２１と出口開口２２との間には、第１排出孔６１と第２排出孔６２とが形成されている。

第１排出孔６１は、ケーシング２の中心軸２０に平行な方向に対して傾いた方向に延びる、スリット状である。より詳細には、第１排出孔６１は、ケーシング２の中心軸２０と直交する一平面（図３の紙面に垂直な方向と左右方向とを含む平面）内に形成されている。言い換えれば、第１排出孔６１を通る上記一平面は、ケーシング２の中心軸２０と直交している。

第１排出孔６１は、ケーシング２の周方向の全周にわたって形成されており、ケーシング２を上下に分割している。本実施形態では、第１排出孔６１は、上下方向に沿った中心軸を有する円環状に形成されている。

図３に示すように、第１排出孔６１の上縁は、出口開口２２の下縁と連続している。すなわち、第１排出孔６１は、流路２００の下流側の端（出口開口２２）のすぐ近くで、ケーシング２を貫通している。

第２排出孔６２は、ケーシング２の中心軸２０に平行な方向に対して傾いた方向に延びている。より詳細には、第２排出孔６２は、ケーシング２の中心軸２０と直交する一平面内に位置している。言い換えれば、第２排出孔６２を通る上記一平面は、ケーシング２の中心軸２０と直交している。第２排出孔６２は、第１排出孔６１と平行に形成されている。

第２排出孔６２は、ケーシング２の周方向に延びる４つのスリットからなる。本実施形態では、第２排出孔６２を構成する４つのスリットは、上下方向に沿った中心軸を有する円弧状である。ここにおいて、第２排出孔６２の中心軸は、ケーシング２の中心軸２０と一致し、したがって第１排出孔６１の中心軸と一致する。ケーシング２の周方向における、第２排出孔６２を構成する４つのスリットの各々の開口範囲は、ケーシング２の中心軸２０を中心として、９０度より若干小さい。

図２、図３に示すように、第２排出孔６２は、ケーシング２の上下方向における中央の位置に形成されている。すなわち、第２排出孔６２は、上下方向における流路２００の中央付近で、ケーシング２を貫通している。

分離装置１では、第１排出孔６１によって、ケーシング２が、上側（下流側）の第１筒部２０１と下側（上流側）の第２筒部２０２とに分割されている。第１筒部２０１は、上面が閉じ下面が開口した円筒状である。第１筒部２０１は、側面に出口開口２２を有している。出口開口２２は、第１筒部２０１の高さ方向（ケーシング２の中心軸２０に沿った方向）において、第１筒部２０１の側面の全範囲にわたって形成されている。第２筒部２０２は、上面が開口し、下面が中央に開口２４０を有する円錐台状に形成された、円筒状である。第２筒部２０２は、側面の下端に入口開口２１を有している。また、第２筒部２０２は、その側面に、第２排出孔６２を有している。第１筒部２０１と第２筒部２０２とは、同一の中心軸を有しており、かつ、同一の内径を有している。

ケーシング２の第２筒部２０２の底面（ケーシング２の下面２４）には、複数（ここでは３つ）の脚部２０３が設けられている。第２筒部２０２は、脚部２０３によって支持される。第１筒部２０１は、例えば、外部カバー５の内面から内方に突出する一以上の支持梁によって、外部カバー５内で支持される。

回転体３は、図３に示すように、ケーシング２の内側において、回転中心軸３０がケーシング２の中心軸２０と揃うように配置されている。回転体３において、回転中心軸３０に直交する断面（水平方向の断面）における外周線は、円形状である。回転体３の材料は、例えば、ポリカーボネート樹脂である。

回転体３の回転中心軸３０に沿った方向（上下方向）において、回転体３の長さは、ケーシング２の長さよりも短い。回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、回転体３の長さは、ケーシング２の入口開口２１の上端と出口開口２２の下端との間の距離よりも長い。回転体３は、図３に示すように、下側の第１端（下端）３１と、上側の第２端（上端）３２と、を有する。

回転体３の第１端３１は、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向において、ケーシング２の入口開口２１の近くに配置されている。上下方向において、回転体３の第１端３１は、ケーシング２の入口開口２１の上端よりも下側に位置する。回転体３の第２端３２は、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向において、ケーシング２の出口開口２２の近くに配置されている。上下方向において、回転体３の第２端３２は、ケーシング２の出口開口２２の下端よりも上側に位置する。

図３～図５に示すように、ケーシング２と回転体３との間には、回転体３に連結された複数（ここでは、２４枚）の羽根３６が配置されている。複数の羽根３６の各々の材料は、例えば、ポリカーボネート樹脂である。

複数の羽根３６の各々は、図３、図４に示すように、ケーシング２の内周面２７との間に隙間が形成されるように配置されている。言い換えれば、分離装置１では、複数の羽根３６の各々とケーシング２の内周面２７との間に隙間がある。すなわち、回転体３の径方向において、複数の羽根３６の各々の突出先端と回転体３の外周面３７との間の距離は、回転体３の外周面３７とケーシング２の内周面２７との距離よりも短い。

複数の羽根３６の各々は、回転体３の外周面３７とケーシング２の内周面２７との間の空間（流路２００）において回転体３の回転中心軸３０と平行に配置されている。複数の羽根３６の各々は、平板状である。複数の羽根３６の各々は、筒体２の中心軸２０に沿った方向において下側から見て、回転体３の一径方向に対して所定角度（例えば、４５度）だけ傾いている。ここにおいて、複数の羽根３６の各々では、回転体３からの突出方向における筒体２側の先端が、回転体３側の基端よりも、回転体３の回転方向Ａ１（図４参照）において後方に位置している。つまり、分離装置１では、複数の羽根３６の各々が、回転体３の一径方向に対して回転体３の回転方向Ａ１に所定角度（例えば、４５度）だけ傾いている。所定角度は、４５度に限らず、０度よりも大きく９０度以下の角度であってもよい。例えば、所定角度は、１０度～８０度の範囲内の角度であってもよい。複数の羽根３６の各々は、回転体３の一径方向に対して回転体３の回転方向Ａ１に所定角度だけ傾いている場合に限らず、例えば、回転体３の一径方向とのなす角度が０度であってもよい。つまり、複数の羽根３６が回転体３から放射状に延びていてもよい。複数の羽根３６は、図４に示すように回転体３の周方向において略等間隔で離れて配置されている。また、複数の羽根３６は、回転体３の周方向において等角度間隔（１５度）で離れて配置されている。ここでいう「等角度間隔」とは、厳密に同じ間隔でなくてもよく、所定の角度範囲（規定角度±２０％：１５度±３度）内の角度間隔であればよい。

図３に示すように、回転体３の回転中心軸３０に沿った方向（上下方向）において、複数の羽根３６の各々の長さは、ケーシング２の長さよりも短い。回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の長さは、ケーシング２の第１排出孔６１と第２排出孔６２との間の距離よりも長い。さらに、回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の長さは、ケーシング２の入口開口２１の上端と出口開口２２の下端との間の距離よりも長い。回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、複数の羽根３６の各々の長さは、本実施形態では回転体３の長さと等しい。

複数の羽根３６の各々は、図３に示すように、下側の第１端（下端）３６１と、上側の第２端（上端）３６２と、を有する。

各羽根３６の第１端３６１は、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向（上下方向）において、ケーシング２の入口開口２１の近くに配置されている。上下方向において、各羽根３６の第１端（下端）３６１は、ケーシング２の入口開口２１の上端よりも下側に位置する。すなわち、側方から見たときの入口開口２１の投影領域に、羽根３６の第１端（下端）３６１が含まれる。

各羽根３６の第２端３６２は、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向（上下方向）において、ケーシング２の出口開口２２の近くに配置されている。上下方向において、各羽根３６の第２端（上端）３６２は、ケーシング２の出口開口２２の下端よりも上側に位置する。すなわち、ケーシング２を側方から見たときの出口開口２２の投影領域に、羽根３６の第２端（上端）３６２が含まれる。

回転体３は、図３に示すように、シャフト４０を介して駆動装置４のモータの回転軸（シャフト）と連結されている。シャフト４０は、丸棒状である。シャフト４０の材料は、例えば、ステンレス鋼である。シャフト４０は、その軸線が回転体３の回転中心軸３０と一致するように配置される。

駆動装置４は、ケーシング２の上面２３上に配置されている。ケーシング２の上面２３の中央には、シャフト４０が通る貫通孔が形成されており、駆動装置４内にシャフト４０の上端が位置している。駆動装置４は、例えば軸継手を内部に備えており、シャフト４０の上端が、軸継手によってモータの回転軸と連結されている。

駆動装置４は、回転体３を回転中心軸３０のまわりで回転させる。回転体３の回転数は、例えば、１５００ｒｐｍ～３０００ｒｐｍである。駆動装置４のモータは、例えば、直流モータである。駆動装置４は、例えば、外部の駆動回路により駆動される。

分離装置１では、シャフト４０に連結されている回転体３の回転方向が、駆動装置４のモータの回転軸の回転方向と同じとなる。回転体３の回転方向は、ケーシング２の上面２３側から見て、反時計回りの方向（図４における矢印Ａ１の方向）である。回転体３の回転方向は、ケーシング２の下面２４側から見て、時計回りの方向である。回転体３の回転角速度は、モータの回転軸の回転角速度と同じである。

分離装置１では、駆動装置４のモータの回転軸の回転により回転体３が回転すると、回転体３と複数の羽根３６とが同じ方向に回転する。分離装置１は、回転体３が回転することで、流路２００（図３参照）に流入した空気に対して回転中心軸３０のまわりの回転方向の力を与えることが可能となる。分離装置１では、回転体３が回転することにより、流路２００を流れる空気の速度ベクトルが、回転中心軸３０に平行な方向の速度成分と、回転中心軸３０のまわりの回転方向の速度成分と、を有することになる。

分離装置１の分離特性に関しては、回転体３の回転速度が速くなるにつれて分離効率が高くなる傾向にある。また、分離装置１の分離特性に関しては、分粒径が大きくなるにつれて分離効率が高くなる傾向にある。分離装置１では、例えば、規定粒径以上の微粒子を分離するように回転体３の回転速度が設定されているのが好ましい。規定粒径の微粒子としては、例えば、空気動力学的粒子径が、０．３μｍ～１０μｍの粒子を想定している。「空気動力学的粒子径」とは、空気動力学的挙動が、比重１．０の球形粒子と等価になるような粒子の直径を意味する。空気動力学的粒子径は、粒子の沈降速度から求められる粒径である。分離装置１で分離されずに空気中に残る固体としては、分離装置１で分離することを想定している微粒子よりも粒径の小さな微粒子（言い換えれば、質量が小さな微粒子）を挙げることができる。

図２、図３に示すように、入口ダクト７は、ケーシング２の入口開口２１とつながるように、ケーシング２と一体に形成されている。入口ダクト７の材料は、例えば、ケーシング２の材料と同じである。入口ダクト７は、第１端（図３の右端）がケーシング２の入口開口２１の周縁とつながっており、第２端（図３の左端）に気体の流入口１１を有している。

入口ダクト７は、ケーシング２の入口開口２１から、ケーシング２の中心軸２０を中心とする円（仮想円）の一接線方向に延びている。より詳細には、入口ダクト７は、円筒状のケーシング２の側面２５から、ケーシング２の側面２５の一接線方向に延びている。

図１、図２、図４に示すように、入口ダクト７は、断面が矩形の角筒状である。入口ダクト７は、水平方向に互いに対向する第１側壁７１及び第２側壁７２を備えている。

入口ダクト７の第１側壁７１の内面は、ケーシング２の内周面２７と中心軸２０との間の距離を半径とする円Ｃ１（図４参照）の、一接線方向に延びている。すなわち、入口ダクト７の一側壁（第１側壁７１）は、その内面が、ケーシング２の内周面２７と中心軸２０との間の距離を半径とする円Ｃ１の一接線方向に延びている。入口ダクト７の第２側壁７２の内面は、第１側壁７１の内面と平行である。

第１側壁７１と第２側壁７２との間の距離は、ケーシング２の内径（円Ｃ１の半径）とほぼ同じ（僅かに小さい）である。すなわち、入口ダクト７の延出方向から見て、上下方向と直交する方向（水平方向）における入口ダクト７の開口の寸法は、ケーシング２の内径とほぼ同じである。

入口ダクト７が、ケーシング２の中心軸２０を中心とする円の一接線方向に延びていることで、入口ダクト７からケーシング２内に流入する空気（図１の点線矢印参照）の速度ベクトルは、入口ダクト７に流入した時点で、回転中心軸３０のまわりの回転方向の速度成分（回転中心軸３０を中心とする円の一接線方向の速度成分）を有している。これにより、例えばケーシング２の下面２４に入口開口を形成し、この入口開口からケーシング２の軸方向に沿って空気が流入する場合に比べて、ケーシング２内に流入する空気の運動エネルギーの損失が小さくなり、圧力損失を低減することが可能となる。

出口ダクト８は、ケーシング２の出口開口２２とつながるように、ケーシング２と一体に形成されている。出口ダクト８の材料は、例えば、ケーシング２の材料と同じである。出口ダクト８は、第１端がケーシング２の出口開口２２の周縁とつながっており、第２端に気体の流出口１２を有している。

出口ダクト８は、ケーシング２の出口開口２２の周縁から、ケーシング２の中心軸２０を中心とする円（仮想円）の一接線方向に延びている。より詳細には、出口ダクト８は、円筒状のケーシング２の側面２５から、ケーシング２の側面２５の一接線方向に延びている。

図１、図２、図４に示すように、出口ダクト８は、断面が矩形の角筒状である。出口ダクト８は、水平方向に互いに対向する第１側壁８１及び第２側壁８２を備えている。

出口ダクト８の第１側壁８１の内面は、ケーシング２の内周面２７と中心軸２０との間の距離を半径とする上記円Ｃ１（図４参照）の、一接線方向に延びている。すなわち、出口ダクト８の一側壁（第１側壁８１）は、その内面が、ケーシング２の内周面２７と中心軸２０との間の距離を半径とする円Ｃ１の一接線方向に延びている。出口ダクト８の第２側壁８２の内面は、第１側壁８１の内面と平行である。

第１側壁８１と第２側壁８２との間の距離は、ケーシング２の内径（円Ｃ１の半径）とほぼ同じ（僅かに小さい）である。すなわち、出口ダクト８の延出方向から見て、上下方向と直交する方向（水平方向）における出口ダクト８の開口の寸法は、ケーシング２の内径とほぼ同じである。

出口ダクト８が、ケーシング２の中心軸２０を中心とする円の一接線方向に延びていることで、ケーシング２内を旋回する空気の速度ベクトルは、出口開口２２に到達した時点で、出口ダクト８に向かう向きの速度成分（回転中心軸３０を中心とする円の一接線方向の速度成分）を有している。これにより、例えばケーシング２の上面２３に設けられた出口開口から上方に突出する出口ダクトによって上方に空気を流出させる場合に比べて、ケーシング２内を旋回する空気は出口ダクト８に導かれやすくなる。したがって、ケーシング２内から出口ダクト８に流出する空気の運動エネルギーの損失が小さくなり、圧力損失を低減することが可能となる。

分離装置１では、図４に示すように、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向から見たときに、入口ダクト７の延出方向と出口ダクト８の延出方向とが互いに同じである。分離装置１では、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向から見たときに、入口ダクト７の中心軸と出口ダクト８の中心軸とが同一直線上にある。

分離装置１では、入口ダクト７を通して、外部の空気がケーシング２内の流路２００に流入する。ケーシング２内に流入した空気に含まれていた固体は、流路２００を流れる空気からの力（回転中心軸３０のまわりの回転方向の力と、回転中心軸３０に平行な方向の上向きの力）と、重力と、を受ける。

旋回流からの上向きの力よりも重力の方が大きい固体、すなわち質量が比較的大きな固体は、重力によって下方に落下し、ケーシング２の下面２４の開口２４０からケーシング２の外部に排出される。

旋回流からの上向きの力の方が重力よりも大きい固体、すなわち質量が比較的小さな固体は、旋回流からの上向きの力によってケーシング２内を上昇する。この固体は、旋回流からの力によって、流路２００において上昇しながら螺旋状に回転し、回転体３の回転中心軸３０（図３参照）からケーシング２の内周面２７に向かう方向の遠心力を受ける。遠心力を受けた固体は、ケーシング２の内周面２７へ向かい、ケーシング２の内周面２７付近を内周面２７に沿って螺旋状に回転する。そして、分離装置１では、空気中の固体の一部が、流路２００を通過する途中で、第１排出孔６１及び第２排出孔６２から排出される（図２参照）。

ここで、固体に作用する遠心力は、固体の質量に比例する。したがって、流路２００を通過（上昇）する固体のうちで、相対的に質量が大きな固体は、相対的に質量が小さな固体よりも先に（上流側で）、ケーシング２の内周面２７まで到達しやすい。相対的に質量が大きな固体は、例えば、流路２００の上流側に形成された第２排出孔６２から、ケーシング２の外部に放出され得る。一方、相対的に質量が小さな固体は、相対的に質量が大きな固体よりも後に（下流側で）、ケーシング２の内周面２７まで到達しやすい。相対的に質量が小さな固体は、例えば、流路２００の下流側に形成された第１排出孔６１から、ケーシング２の外部に放出され得る。

このように、本実施形態の分離装置１では、ケーシング２に複数の排出孔（第１排出孔６１及び第２排出孔６２）が形成されている。これにより、分離装置１では、相対的に質量が大きな固体を上流側に形成された排出孔からケーシング２の外部に放出し、相対的に質量が小さな固体を下流側に形成された排出孔からケーシング２の外部に放出させることが可能となる。そして、分離装置１では、固体（微粒子６００等）が分離（除去）された空気（清浄化された空気）の一部が、出口開口２２を通って出口ダクト８から流出する。

外部カバー５は、ケーシング２を覆う筒状である。より詳細には、外部カバー５は、上面５１が閉じ下面５２が開口した円筒状である。

外部カバー５の内径は、ケーシング２の外径よりも大きい。上下方向において、外部カバー５の寸法はケーシング２の寸法よりも大きい。外部カバー５は、脚部２０３を除いたケーシング２の全体を覆う大きさに形成されている。外部カバー５は、ケーシング２と同心状に配置されている。

図１、図２に示すように、外部カバー５の側面５６において、入口ダクト７に対応する部分には、入口ダクト７を通すことが可能な矩形の開口５３が形成されている。外部カバー５の側面５６において、出口ダクト８に対応する部分には、出口ダクト８を通すことが可能な矩形の開口５４が形成されている。

外部カバー５には、分離装置１の設置場所（屋上、地面等）に外部カバー５を支持するための複数（例えば３つ）の脚部５５が設けられている。

外部カバー５の下面５２の開口の大きさは、特に限定されない。ただし、外部カバー５の内部空間の圧力が大きくなると（例えば、外部カバー５の内部空間の圧力が、ケーシング２の内部空間の圧力よりも大きくなると）、ケーシング２内の空気が、外部カバー５の内部空間に流出しにくくなる。このため、外部カバー５の内部空間の圧力が大気圧とほぼ同じになるように、下面５２の開口はある程度の大きさを有していることが好ましい。例えば、外部カバー５は、下面５２の全体が開口していてもよい。

分離装置１は、外部カバー５を備えていることで、ケーシング２の第１排出孔６１及び第２排出孔６２から排出された固体が、分離装置１の外部に飛散するのを抑制することが可能となる。

分離装置１は、例えば、住宅等に設置する空気浄化システムにおいて、空調設備の上流側に配置されたＨＥＰＡフィルタ（high efficiency particulate air filter）等のエアフィルタよりも上流側に配置して使用する。「ＨＥＰＡフィルタ」とは、定格流量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能をもつエアフィルタである。エアフィルタは、１００％の粒子捕集効率を必須の条件とはしない。空気浄化システムは、分離装置１を備えることにより、空気中に含まれる土壌粒子等の微粒子６００がエアフィルタへ到達するのを抑制することが可能となる。よって、空気浄化システムでは、分離装置１よりも下流側にあるエアフィルタ等の長寿命化を図ることが可能となる。例えば、空気浄化システムでは、エアフィルタに捕集される微粒子等の総質量が増加することによる圧力損失の上昇を抑制することが可能となる。これにより、空気浄化システムでは、エアフィルタの交換頻度を少なくすることが可能となる。空気浄化システムは、エアフィルタと空調設備とが互いに異なる筐体に収納された構成に限らず、空調設備の筐体内にエアフィルタを備えていてもよい。言い換えれば、空調設備が、送風装置に加えてエアフィルタを備えていてもよい。

（変形例）
上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、設計等に応じて種々の変更が可能である。

ケーシング２の材料は、ＡＢＳ等の合成樹脂に限らず、金属等でもよい。また、回転体３及び複数の羽根３６の材料は、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂に限らず、例えば、金属等でもよい。また、回転体３の材料と複数の羽根３６の材料とは互いに異なっていてもよい。

ケーシング２は、円筒状に限られず、例えば角筒状であってもよい。外部カバー５は、円筒状に限られず、例えば角筒状であってもよい。

入口開口２１は、ケーシング２の側面２５の下端に形成されていなくてもよく、例えば、ケーシング２の側面２５において中央よりも下側の部分に形成されていてもよい。また、入口開口２１は、ケーシング２の側面２５に形成されていなくてもよく、例えばケーシング２の下面２４に形成されていてもよい。

出口開口２２は、入口開口２１よりも上側であれば、ケーシング２の側面２５の上端に形成されていなくてもよく、例えば、ケーシング２の側面２５において中央よりも上側の部分に形成されていてもよい。また、出口開口２２は、ケーシング２の側面２５に形成されていなくてもよく、例えばケーシング２の上面２３に形成されていてもよい。

第１排出孔６１の形状は特に限定されず、ケーシング２の周方向の全体にわたって形成されていなくてもよい。例えば、第１排出孔６１は、ケーシング２の中心軸２０を中心とする円弧状であってもよいし、回転体３の回転方向に沿った螺旋方向の螺旋状であってもよいし、丸孔或いは任意の多角形状の孔であってもよいし、他の形状であってもよい。なお、「螺旋方向の螺旋状」とは、螺旋の少なくとも一部により形成された形状を意味する。螺旋の少なくとも一部とは、螺旋の回転数が１未満でもよいことを意味する。

第２排出孔６２の形状も特に限定されず、ケーシング２の周方向の全体にわたって形成された円環状であってもよいし、丸孔或いは任意の多角形状の孔であってもよいし、他の形状であってもよい。

ケーシング２は、第１排出孔６１及び第２排出孔６２に加えて、上下方向において第１排出孔６１及び第２排出孔６２とは異なる位置に、一又は複数の別の排出孔（第３排出孔）を更に有していてもよい。第３排出孔の形状は特に限定されず、ケーシング２の中心軸２０を中心とする円弧状又は円環状であってもよいし、他の形状であってもよい。第３排出孔の形成位置も特に限定されず、上下方向において、ケーシング２の側面２５の第１排出孔６１よりも上方又は第２排出孔６２よりも下方の位置に形成されていてもよいし、第１排出孔６１と第２排出孔６２との間の位置に形成されていてもよい。

ケーシング２は、必ずしも下面２４に開口２４０を有していなくてもよい。

回転体３の形状は特に限定されず、円筒状又は円柱状であってもよいし、例えば楕円球状等の他の形状であってもよい。

複数の羽根３６の各々は、回転体３と別部材として形成され回転体３に固定されることで回転体３に連結されていてもよい。

羽根３６の形状も特に限定されず、平板状以外に、例えば回転体３の回転中心軸３０のまわりで螺旋状に形成されていてもよい。ここにおいて「螺旋状」とは、回転数が１以上の螺旋形状に限らず、回転数が１の螺旋形状の一部の形状も含む。

回転体３の第１端３１及び／又は羽根３６の第１端３６１は、ケーシング２の入口開口２１の上端よりも上側に位置していてもよい。或いは、回転体３の第１端３１及び／又は羽根３６の第１端３６１は、ケーシング２の入口開口２１の下端よりも下側に位置していてもよい。

回転体３の第２端３２及び／又は羽根３６の第２端３６２は、ケーシング２の出口開口２２の下端よりも下側に位置していてもよい。或いは、回転体３の第２端３２及び／又は羽根３６の第２端３６２は、ケーシング２の出口開口２２の上端よりも上側に位置していてもよい。

分離装置１は、第１筒部２０１を支持するための支持脚部を備えていてもよい。

上記実施形態では、回転体３はシャフト４０及び駆動装置４のモータの回転軸と別体であるが、これに限られない。例えば、回転体３がモータの回転軸（シャフト）であって、モータの回転軸に羽根３６が直接連結されていてもよい。

駆動装置４の配置場所は、特に限定されない。例えば、ケーシング２内において回転体３の下方に配置されてもよいし、回転体３が中空であれば回転体３の内部に配置されてもよい。

入口ダクト７は、外部カバー５の開口５３を貫通していなくてもよい。例えば、ケーシング２の入口開口２１からの入口ダクト７の長さを、外部カバー５の開口５３まで届かない長さとして、流入口１１が外部カバー５内に位置するようにしてもよい。この場合、例えば、入口ダクト７の流入口１１につながる別のダクトが、外部カバー５の開口５３を貫通するように配置されていてもよい。また、外部カバー５の開口５３又は入口ダクト７の流入口１１に、防虫網が設けられていてもよい。

分離装置１は、必ずしも入口ダクト７及び／又は出口ダクト８を備えていなくてもよい。また、分離装置１は、複数の入口開口２１（及び複数の入口ダクト７）を備えていてもよいし、複数の出口開口２２（及び複数の出口ダクト８）を備えていてもよい。入口ダクト７と出口ダクト８とは、一直線上に配置されていなくてもよい。入口ダクト７の形状及び／又は出口ダクト８の形状も、実施形態の形状には限定されない。

外部カバー５は、その内面に、出口ダクト８が開口５４に通された状態において外部カバー５の内部で第１筒部２０１を保持する、第１保持構造が設けられていてもよい。また、外部カバー５は、その内面に、入口ダクト７が開口５３に通された状態において外部カバー５の内部で第２筒部２０２を保持する、第２保持構造が設けられていてもよい。第１保持構造及び第２保持構造は、第１筒部２０１及び第２筒部２０２を保持できれば特に限定されないが、例えば、外部カバー５の内面から内方に延び先端に鍔部を有する複数の梁と、各梁の先端の鍔部に設けられて第１筒部２０１又は第２筒部２０２をネジ止めするための孔とで構成されていてもよい。

（態様）
以上説明した実施形態等から以下の態様が開示されている。

第１の態様の分離装置（１）は、ケーシング（２）と、回転体（３）と、羽根（３６）と、駆動装置（４）と、外部カバー（５）と、を備える。ケーシング（２）は、上下方向に沿った中心軸（２０）を有する筒状である。ケーシング（２）は、気体の入口となる入口開口（２１）と、入口開口（２１）よりも上方に位置し気体の出口となる出口開口（２２）と、を有する。回転体（３）は、ケーシング（２）の内側において、回転中心軸（３０）がケーシング（２）の中心軸（２０）と揃うように配置される。羽根（３６）は、回転体（３）とケーシング（２）との間に配置される。羽根（３６）は、回転体（３）に連結されている。駆動装置（４）は、回転体（３）を回転中心軸（３０）のまわりで回転させる。外部カバー（５）は、ケーシング（２）を覆う。ケーシング（２）は、入口開口（２１）と出口開口（２２）との間に、第１排出孔（６１）と、第２排出孔（６２）と、を有する。第１排出孔（６１）は、ケーシング（２）の厚み方向に貫通する。第２排出孔（６２）は、ケーシング（２）の厚み方向に貫通する。第２排出孔（６２）は、上下方向において第１排出孔（６１）よりも下方に設けられている。

第１の態様によれば、一旦ケーシング（２）の内周側に移動した固体が、再度ケーシング（２）の中央側に移動してしまう可能性が低減される。また、空気に含まれる固体の流路（２００）（ケーシング２内）での滞在時間を増加させることが可能となる。これにより、気体に含まれている固体を気体から効率よく分離することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。また、第１排出孔（６１）及び第２排出孔（６２）から外部カバー（５）内に排出された固体が、分離装置（１）の外部に飛散するのを抑制することが可能となる。

第２の態様の分離装置（１）は、第１の態様において、ケーシング（２）は、上面（２３）が閉じ下面（２４）に開口（２４０）を有する有底筒状である。

第２の態様によれば、ケーシング（２）内に流入した空気に含まれる固体を、下面（２４）の開口（２４０）からも排出することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。

第３の態様の分離装置（１）は、第１又は第２の態様において、出口開口（２２）は、ケーシング（２）の側方に開放されている。分離装置（１）は、ケーシング（２）の出口開口（２２）の周縁とつながるようにケーシング（２）と一体に形成される出口ダクト（８）を備える。

第３の態様によれば、清浄化された気体を、出口ダクト（８）から外部に流出させることが可能となる。

第４の態様の分離装置（１）は、第３の態様において、出口ダクト（８）は、ケーシング（２）の出口開口（２２）の周縁から、ケーシング（２）の中心軸（２０）を中心とする円の一接線方向に延びている。

第４の態様によれば、圧力損失の低減を図ることが可能となる。

第５の態様の分離装置（１）は、第４の態様において、ケーシング（２）は円筒状である。出口ダクト（８）は、ケーシング（２）の側面（２５）から一接線方向に延びている。

第５の態様によれば、圧力損失の更なる低減を図ることが可能となる。

第６の態様の分離装置（１）は、第１～第５のいずれか１つの態様において、入口開口（２１）は、ケーシング（２）の側方に開放されている。分離装置（１）は、ケーシング（２）の入口開口（２１）の周縁とつながるようにケーシング（２）と一体に形成される入口ダクト（７）を備える。

第６の態様によれば、入口ダクト（７）を介してケーシング（２）内に気体を流入させることが可能となる。

第７の態様の分離装置（１）は、第６の態様において、入口ダクト（７）は、ケーシング（２）の入口開口（２１）の周縁から、ケーシング（２）の中心軸（２０）を中心とする円の一接線方向に延びている。

第７の態様によれば、圧力損失の低減を図ることが可能となる。

第８の態様の分離装置（１）は、第１～第７のいずれか１つの態様において、第１排出孔（６１）は、ケーシング（２）の中心軸（２０）に平行な方向に対して傾いた方向に延びるスリット状である。

第８の態様によれば、スリット状の第１排出孔（６１）から固体を効果的に排出することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となることが可能となる。

第９の態様の分離装置（１）は、第８の態様において、第１排出孔（６１）は、ケーシング（２）の中心軸（２０）と直交する一平面内にある。

第９の態様によれば、ケーシング（２）の中心軸（２０）と直交する一平面内にあるスリット状の第１排出孔（６１）から固体を効果的に排出することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。

第１０の態様の分離装置（１）は、第８又は第９の態様において、第１排出孔（６１）は、ケーシング（２）の周方向の全周にわたって延びて、ケーシング（２）を上下に分割する。

第１０の態様によれば、ケーシング（２）の周方向の全周にわたって延びているスリット状の第１排出孔（６１）から固体を効果的に排出することが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。

第１１の態様の分離装置（１）は、第１～第１０のいずれか１つの態様において、上下方向において、羽根（３６）の上端（第２端３６２）は出口開口（２２）の下端よりも上側に位置する。

第１１の態様によれば、羽根（３６）によって出口開口（２２）の近くまで旋回流を発生させることが可能となり、分離性能の向上を図ることが可能となる。

第１２の態様の分離装置（１）は、第１～第１１のいずれか１つの態様において、外部カバー（５）は、下側が開放されている。

第１２の態様によれば、外部カバー（５）内に排出された固体が、外部カバー（５）の下方から分離装置（１）の外部に排出されるので、外部カバー（５）内に微粒子（６００）等の固体が溜まり難くなり、分離装置（１）のメンテナンスが容易になる。

第２～第１２の態様に係る構成については、分離装置（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１分離装置
２ケーシング
２０中心軸
２１入口開口
２２出口開口
２３上面
２４下面
２４０開口
２５側面
３回転体
３０回転中心軸
３６羽根
３６２第２端（上端）
４駆動装置
５外部カバー
６１第１排出孔
６２第２排出孔
７入口ダクト
８出口ダクト

Claims

上下方向に沿った中心軸を有する筒状であって、気体の入口となる入口開口と前記入口開口よりも上方に位置し気体の出口となる出口開口とを有するケーシングと、
前記ケーシングの内側において、回転中心軸が前記ケーシングの前記中心軸と揃うように配置された回転体と、
前記回転体と前記ケーシングとの間に配置され、前記回転体に連結されている羽根と、
前記回転体を前記回転中心軸のまわりで回転させる駆動装置と、
前記ケーシングを覆う外部カバーと、
を備え、
前記ケーシングは、前記入口開口と前記出口開口との間に、
前記ケーシングの厚み方向に貫通する第１排出孔と、
前記上下方向において前記第１排出孔よりも下方に設けられ、前記ケーシングの厚み方向に貫通する第２排出孔と、
を有し、
前記第１排出孔は、前記ケーシングの中心軸と直交する一平面内に形成され、
前記第１排出孔は、前記ケーシングの周方向の全周にわたって延びて、前記ケーシングを上下に分割する、
分離装置。
前記上下方向において、前記羽根の上端は前記出口開口の下端よりも上側に位置する、請求項１に記載の分離装置。
前記外部カバーは、下側が開放されている、請求項１、２のいずれか一項に記載の分離装置。