JP7342422B2 - 除塵装置 - Google Patents

Description

この発明は、除塵装置に関するものである。

この種の除塵装置として、従来の鉄道車両用の空気調和機に設けられた除塵装置では、除塵用のフィルタをロール状の巻き取り式とし、除塵能力が低下したら巻き取って新しい面を供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－１２３４８８号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような除塵装置においては、フィルタの一度使用した部分を再び使用することはない。このため、フィルタの全ての部分を使用し終わる前に、フィルタロールを交換しなければならない。また、フィルタを長くすれば、それだけ交換頻度を少なくできるものの、フィルタの全長に合わせてフィルタをロール状に巻き取るスペースが必要となり、装置が大型化してしまう。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、装置の小型化を図るとともに、フィルタの交換、洗浄等の保守作業の頻度を少なくできる除塵装置を提供することにある。

この発明に係る除塵装置は、空気の風路中に配置され、前記風路を通過する空気中から塵埃を除去するフィルタ体と、前記フィルタ体を帯電させる帯電手段と、を備え、前記フィルタ体は、駆動軸と従動軸との間に巻き掛けられた無端帯状を呈し、前記帯電手段は、前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体を摩擦して帯電させ、前記フィルタ体に付着した塵埃を掻き落とすブラシ部を備え、前記ブラシ部は、前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体を摩擦して帯電させる第１のブラシ部と、前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体に付着した塵埃を掻き落とす第２のブラシ部と、を有し、前記第１のブラシ部は、金属製であり、かつ、前記フィルタ体が前記駆動軸及び前記従動軸の少なくともいずれかに巻かれた部分の移動経路に沿って配置される。

この発明に係る除塵装置によれば、装置の小型化を図るとともに、フィルタの交換、洗浄等の保守作業の頻度を少なくできるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る除塵装置を備えた車両の構成を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係る除塵装置を備えた車両用空気調和機の構成を模式的に示す上面図である。 この発明の実施の形態１に係る除塵装置の構成を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係る除塵装置を備えた空気調和機の制御系統の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る除塵装置の構成を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態２に係る除塵装置の構成の別例を模式的に示す図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図４を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。図１は除塵装置を備えた車両の構成を模式的に示す図である。図２は除塵装置を備えた車両用空気調和機の構成を模式的に示す上面図である。図３は除塵装置の構成を模式的に示す図である。そして、図４は除塵装置を備えた空気調和機の制御系統の構成を示すブロック図である。

この実施の形態に係る除塵装置３０は、図１及び図２に示すように、車両１００の空気調和機１に設けられる。車両１００は、鉄道車両である。車両１００の内側は、客室１０１になっている。車両１００は、鉄道車両用の空気調和機１を備えている。空気調和機１は、車両１００の屋根上に設置されている。空気調和機１は、車両１００の客室１０１内の空気調和を行う。

図２に示すように、空気調和機１は、室内機１０及び室外機２０を備えている。室内機１０は、室内熱交換器１１、室内送風機１５及び圧縮機１７を備えている。室外機２０は、室外熱交換器２１及び室外送風機２５を備えている。

室内熱交換器１１と室外熱交換器２１とは、冷媒が封入された冷媒配管により循環的に接続されている。室内熱交換器１１と室外熱交換器２１とが冷媒配管により循環的に接続されることで、冷媒回路が形成される。この冷媒回路には、例えば、圧縮機１７、凝縮器、絞り装置及び蒸発器等の各種機器も備えられており、これらの機器も冷媒配管で接続されている。

室内熱交換器１１は、客室１０１内の空気と冷媒回路内の冷媒との間で熱交換させるためのものである。また、室外熱交換器２１は、客室１０１外の空気と冷媒回路内の冷媒との間で熱交換させるためのものである。以上のようにして構成された冷媒回路は、冷媒が循環することで、室内熱交換器１１と室外熱交換器２１との間で熱を移動させるヒートポンプとして働く。

室内送風機１５は、客室１０１内の空気を室内熱交換器１１の周囲へと取り込み、室内熱交換器１１において熱交換した後の空気を再び客室１０１内へと送り出す気流を発生させるためのものである。また、室外送風機２５は、車両１００の外部の空気を室外熱交換器２１の周囲へと取り込み、室外熱交換器２１において熱交換した後の空気を再び車両１００の外部へと送り出す気流を発生させるためのものである。

図２に示すように、室内機１０には、ドレンパン１３が設けられている。ドレンパン１３は、室内熱交換器１１で空気を冷却することにより結露した凝縮水を受けるためのものである。ドレンパン１３は、室内熱交換器１１の下方に配置されている。ドレンパン１３には、ドレンパン１３に溜まった水を排出するための排水口１２が形成されている。

室内機１０には、吸気口１４が形成されている。吸気口１４は、いわゆるリターン口である。リターン口である吸気口１４は、客室１０１内の空気を室内機１０に取り入れるための開口である。室内機１０には、送風ダクト１８が接続されている。送風ダクト１８には、図示しない排気口が形成されている。排気口は、室内機１０内の空気を客室１０１内に排出するための開口である。図１中に矢印で示すように、室内機１０には、吸気口１４から空気を取り入れ、室内熱交換器１１と室内送風機１５とを通過して、送風ダクト１８の排気口から空気を排出する風路が形成されている。そして、この風路は、車両１００の客室１０１と通じている。

図１及び図２に示すように、吸気口１４には、除塵装置３０が設けられている。除塵装置３０は、いわゆるリターンフィルタである。リターンフィルタである除塵装置３０は、前述した風路を通過する空気から塵埃を濾過して捕集し、清浄な空気を空気調和機１に供給する。次に、図３を参照しながら、除塵装置３０の構成について説明する。除塵装置３０は、フィルタ体３１、回収箱３２、ブラシ部３３、駆動軸３５及び従動軸３６を備えている。

フィルタ体３１は、無端帯状を呈する。駆動軸３５及び従動軸３６は、吸気口１４の対向する縁部の上方にそれぞれ配置されている。フィルタ体３１は、駆動軸３５と従動軸３６との間に巻き掛けられている。フィルタ体３１は、メッシュ状に形成され、前述の風路を通過する空気中から塵埃を除去する。フィルタ体３１の駆動軸３５と従動軸３６との間の中間部分は、前述した空気の風路中に配置されている。

駆動軸３５は、フィルタ送りモータ３４により回転駆動される。駆動軸３５が回転すると、無端状のフィルタ体３１が循環移動する。この際、駆動軸３５の回転とフィルタ体３１の移動とに応じて、従動軸３６が従動して回転する。ここで説明する構成例では、フィルタ体３１が図３中に矢印で示す循環方向に移動する向きに、駆動軸３５をフィルタ送りモータ３４で回転させる。

この実施の形態のブラシ部３３は、フィルタ体３１を帯電させる帯電手段である。ブラシ部３３は、駆動軸３５と従動軸３６との間で循環移動するフィルタ体３１を摩擦して帯電させる。また、これと同時に、ブラシ部３３は、フィルタ体３１に付着した塵埃を掻き落とす。前述の帯電手段は、ブラシ部３３を１つ以上備えている。

以上のように構成された除塵装置３０によれば、無端帯状のフィルタ体３１を循環移動させることで、ブラシ部３３によりフィルタ体３１の使用されていた部分に付着している塵埃を除去して、フィルタ体３１の目詰まりにより低下した除塵能力を回復させ、フィルタ体３１を繰り返し使用できる。また、同時に、ブラシ部３３でフィルタ体３１を摩擦してフィルタ体３１を帯電させることで、静電気力により塵埃を吸着する作用を利用して、フィルタ体３１の除塵能力を向上させることが可能である。

さらに、従来のロール状の巻き取り式フィルタでは、フィルタの全長に合わせて巻き取るスペースが必要であるが、この実施の形態の除塵装置３０によれば、そのようなフィルタをロール状に巻き取るためのスペースを不要にできる。したがって、除塵装置３０の小型化を図るとともに、フィルタ体３１の除塵能力を回復させながら繰り返し使用することが可能であり、フィルタの交換、洗浄等の保守作業の頻度を少なくできる。

ここで説明する構成例では、ブラシ部３３は２つ設けられている。ブラシ部３３の１つは、駆動軸３５と従動軸３６との間で循環移動するフィルタ体３１の任意の箇所が、駆動軸３５を通過した後、前述の風路中を通る前に当該ブラシ部３３を通過する位置に配置されている。ブラシ部３３のもう１つは、駆動軸３５と従動軸３６との間で循環移動するフィルタ体３１の任意の箇所が、従動軸３６を通過した後、前述の風路中を通る前に当該ブラシ部３３を通過する位置に配置されている。ブラシ部３３の下方には、回収箱３２が配置されている。ブラシ部３３によりフィルタ体３１から掻き落とされた塵埃は、回収箱３２に捕集される。

このような位置にブラシ部３３を配置することで、前述の風路中を通過する間に空気中の塵埃が付着したフィルタ体３１の部分が、再び前述の風路中に入る前に、当該部分の塵埃を除去し、かつ、当該部分を帯電させることができる。

ここで説明する構成例では、フィルタ体３１は、例えばポリ塩化ビニリデンからなる繊維により構成されている。ポリ塩化ビニリデンは、熱耐性と難燃性が高い素材である。このため、フィルタ体３１をポリ塩化ビニリデンにすることで、鉄道車両用としての要求に応えることができる。

ブラシ部３３は、ポリ塩化ビニリデンよりも帯電列が正極側に位置する素材からなる。具体的に例えば、ブラシ部３３の素材として、鉛、亜鉛、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル等の金属、羊毛、毛皮、絹、綿、麻等の天然繊維、ナイロン、レーヨン、ガラス繊維、アセテート、ポリエステル、アクリル、エボナイト、ポリスチレン、ポリプロピレン等の合成繊維を用いることができる。

ブラシ部３３をポリ塩化ビニリデンよりも帯電列が正極側に位置する素材にすることで、ブラシ部３３の摩擦によりフィルタ体３１に負電荷を帯びさせることができる。ここで、一般に、空気中の浮遊塵埃は正に帯電しやすい傾向がある。このため、フィルタ体３１を負に帯電させることで、塵埃とフィルタ体３１の間に静電気力が働き、捕集性能を向上できる。なお、ブラシ部３３としてナイロン等の繊維を用いた場合、金属板に繊維を貼りつけて構成するとよい。そして、金属板を接地することで、摩擦帯電によりブラシ部３３からフィルタ体３１に移動した電子を回復させることができる。

次に、図４を参照しながら、除塵装置３０の制御系統の構成について説明する。同図に示すように、除塵装置３０は、制御部４０、湿度センサ４１及び塵埃センサ４２を備えている。制御部４０は、例えばマイコンで構成されている。制御部４０は、空気調和機１全体を制御するとともに、除塵装置３０の制御も行う。制御部４０は、圧縮機１７、室内送風機１５及び室外送風機２５等の動作を制御することで、空気調和機１の運転動作を制御する。また、制御部４０は、除塵装置３０のフィルタ送りモータ３４の動作を制御することで、フィルタ体３１の循環移動を制御する。

制御部４０は、予め設定された一定時間毎に間欠的に、予め設定された移動量だけフィルタ体３１を循環移動させるようにフィルタ送りモータ３４の動作を制御する。あるいは、制御部４０は、予め設定された一定速度で連続的に、フィルタ体３１を循環移動させるようにフィルタ送りモータ３４の動作を制御する。このようにすることで、前述したように、フィルタ体３１の除塵能力を定期的に回復させることができる。

湿度センサ４１は、前述した風路を通過する空気の湿度を検出するセンサである。そして、制御部４０は、湿度センサ４１の検出結果に応じて、フィルタ送りモータ３４の回転速度及び動作時間間隔の一方又は両方を変更する。空気の湿度が高くなると、フィルタ体３１の帯電量の減衰速度が速くなり、フィルタ体３１の塵埃除去能力が短時間で低下してしまう。そこで、例えば、制御部４０は、前述した風路を通過する空気の湿度が高くなるほど、フィルタ送りモータ３４の回転速度を速くする。また、例えば、制御部４０は、前述した風路を通過する空気の湿度が高くなるほど、フィルタ送りモータ３４の動作時間間隔を短くする。このようにすることで、フィルタ体３１の帯電量が一定以上の状態を維持でき、フィルタ体３１の除塵能力の低下を抑制することが可能である。

塵埃センサ４２は、フィルタ体３１に付着した塵埃の量を検出するセンサである。なお、塵埃センサ４２を備える代わりに、次のようにして、フィルタ体３１に付着した塵埃の量を間接的に求めてもよい。すなわち、例えば、制御部４０は、空気調和機１の稼動時間を計時する。そして、空気調和機１の稼動積算時間からフィルタ体３１に付着した塵埃の量を推定する。また、他に例えば、制御部４０は、室内送風機１５の動作時における負荷電流値を検出する。そして、室内送風機１５の負荷電流値からフィルタ体３１に付着した塵埃の量を推定する。

制御部４０は、塵埃センサ４２の検出結果等に応じて、フィルタ送りモータ３４の回転速度及び動作時間間隔の一方又は両方を変更する。フィルタ体３１に付着した塵埃の量が多くなると、フィルタ体３１が目詰まりし、前述した風路を空気が通過しにくくなる。また、フィルタ体３１の塵埃除去能力も低下してしまう。そこで、例えば、制御部４０は、フィルタ体３１に付着した塵埃の量が多くなるほど、フィルタ送りモータ３４の回転速度を速くする。また、例えば、制御部４０は、フィルタ体３１に付着した塵埃の量が多くなるほど、フィルタ送りモータ３４の動作時間間隔を短くする。このようにすることで、フィルタ体３１の目詰まりを解消し、フィルタ体３１の除塵能力が低下することを抑制できる。

実施の形態２．
図５及び図６を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。図５は除塵装置の構成を模式的に示す図である。そして、図６は除塵装置の構成の別例を模式的に示す図である。

ここで説明する実施の形態２は、前述した実施の形態１の構成において、ブラシ部として、主にフィルタ体を摩擦して帯電させるためのものと、主にフィルタ体に付着した塵埃を掻き落とすためのものの２種を備えるようにしたものである。以下、この実施の形態２に係る除塵装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。説明を省略した構成については実施の形態１と基本的に同様である。以降の説明においては、実施の形態１と同様の又は対応する構成について、原則として実施の形態１の説明で用いたものと同じ符号を付して記載する。

この実施の形態に係る除塵装置３０は、図５及び図６に示すように、ブラシ部３３として、第１のブラシ部３３ａと第２のブラシ部３３ｂとを備えている。第１のブラシ部３３ａは、主に、駆動軸３５と従動軸３６との間で循環移動するフィルタ体３１を摩擦して帯電させる。第２のブラシ部３３ｂは、主に、駆動軸３５と従動軸３６との間で循環移動するフィルタ体３１に付着した塵埃を掻き落とす。

このようにすることで、第１のブラシ部３３ａ及び第２のブラシ部３３ｂのそれぞれを、フィルタ体３１を摩擦して帯電させることと、フィルタ体３１に付着した塵埃を除去することとに特化させることができる。例えば、第１のブラシ部３３ａの素材、形状、配置等は、フィルタ体３１を摩擦して帯電させる性能を第一に考えて選択、設計できる。また、第２のブラシ部３３ｂの素材、形状、配置等については、フィルタ体３１に付着した塵埃を除去する性能を第一に考えて選択、設計できる。したがって、ブラシ部３３として、フィルタ体３１を帯電させる能力の向上とフィルタ体３１から塵埃を除去する能力の向上を両方同時に図ることができる。

例えば、図５に示す構成例では、第１のブラシ部３３ａを金属製にし、かつ、第１のブラシ部３３ａの形状を、フィルタ体３１が駆動軸３５及び従動軸３６に巻かれた部分の移動経路に沿ったものにしている。このようにすることで、まず、第１のブラシ部３３ａの素材として、より正極側の帯電列に位置するものを選択できる。また、第１のブラシ部３３ａがフィルタ体３１に接触する時間を増やすことができる。したがって、フィルタ体３１を帯電させる能力の向上を図ることが可能である。

図５に示す構成例では、補助軸３７が設けられている。補助軸３７は、フィルタ体３１の移動を案内するためのものである。補助軸３７でフィルタ体３１の移動を案内することにより、フィルタ体３１における前述した風路中に配置される部分同士の間隔を調整する。

図６に示す構成例は、図５の構成例における補助軸３７の機能を第１のブラシ部３３ａが兼ねるようにしたものである。ブラシ部３３をフィルタ体３１を帯電させるための第１のブラシ部３３ａとフィルタ体３１から除塵するための第２のブラシ部３３ｂとに分けることで、第１のブラシ部３３ａの配置、形状の自由度を向上できる。このため、図６の構成例のようにして第１のブラシ部３３ａでフィルタ体３１の移動を案内させることも可能である。

なお、この実施の形態の除塵装置３０においては、図５及び図６に示すように、駆動軸３５と従動軸３６との間で循環移動するフィルタ体３１の任意の箇所が、前述の風路中、第２のブラシ部３３ｂ、第１のブラシ部３３ａの順で通過するように第１のブラシ部３３ａ及び第２のブラシ部３３ｂを配置するとよい。このような配置にすることで、前述の風路中を通過する際にフィルタ体３１に付着した塵埃を第２のブラシ部３３ｂでフィルタ体３１から除去した上で、第１のブラシ部３３ａによりフィルタ体３１を摩擦して効率的にフィルタ体３１を帯電させることが可能である。

１ 空気調和機
１０ 室内機
１１ 室内熱交換器
１２ 排水口
１３ ドレンパン
１４ 吸気口
１５ 室内送風機
１７ 圧縮機
１８ 送風ダクト
２０ 室外機
２１ 室外熱交換器
２５ 室外送風機
３０ 除塵装置
３１ フィルタ体
３２ 回収箱
３３ ブラシ部
３３ａ 第１のブラシ部
３３ｂ 第２のブラシ部
３４ フィルタ送りモータ
３５ 駆動軸
３６ 従動軸
３７ 補助軸
４０ 制御部
４１ 湿度センサ
４２ 塵埃センサ
１００ 車両
１０１ 客室

Claims (5)

1. 空気の風路中に配置され、前記風路を通過する空気中から塵埃を除去するフィルタ体と、
   前記フィルタ体を帯電させる帯電手段と、を備え、
   前記フィルタ体は、駆動軸と従動軸との間に巻き掛けられた無端帯状を呈し、
   前記帯電手段は、前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体を摩擦して帯電させ、前記フィルタ体に付着した塵埃を掻き落とすブラシ部を備え、
   前記ブラシ部は、
   前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体を摩擦して帯電させる第１のブラシ部と、
   前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体に付着した塵埃を掻き落とす第２のブラシ部と、を有し、
   前記第１のブラシ部は、金属製であり、かつ、前記フィルタ体が前記駆動軸及び前記従動軸の少なくともいずれかに巻かれた部分の移動経路に沿って配置される除塵装置。
2. 前記第１のブラシ部及び前記第２のブラシ部は、前記駆動軸と前記従動軸との間で循環移動する前記フィルタ体の任意の箇所が、前記風路中、前記第２のブラシ部、前記第１のブラシ部の順で通過するように配置される請求項１に記載の除塵装置。
3. 前記駆動軸を回転駆動させるモータの動作を制御する制御部と、
   前記風路を通過する空気の湿度を検出する湿度センサと、をさらに備え、
   前記制御部は、前記風路を通過する空気の湿度に応じて前記モータの回転速度及び動作時間間隔の一方又は両方を変更する請求項１又は請求項２に記載の除塵装置。
4. 前記駆動軸を回転駆動させるモータの動作を制御する制御部と、
   前記フィルタ体に付着した塵埃の量を検出する塵埃センサと、をさらに備え、
   前記制御部は、前記フィルタ体に付着した塵埃の量に応じて前記モータの回転速度及び動作時間間隔の一方又は両方を変更する請求項１又は請求項２に記載の除塵装置。
5. 前記風路は、車両の客室と通じて設けられ、
   前記フィルタ体は、ポリ塩化ビニリデンからなり、
   前記ブラシ部は、ポリ塩化ビニリデンよりも帯電列が正極側に位置する素材からなる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の除塵装置。

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