(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、100m3/h~500m3/hであり、より詳細には400m3/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。