JPWO2016163075A1 - 分離装置 - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、気体から固体を効率良く分離することが可能な分離装置を提供することである。分離装置（１）は、ロータ（２）と、枠体（３）と、複数の仕切板（６）と、複数の流路（８）と、回転板（９）と、を備える。回転板（９）は、環状である。分離装置（１）は、複数の流路（８）それぞれの下流側において複数の仕切板（６）よりも回転中心軸（２０）側に形成され複数の流路（８）のうち少なくとも１つの流路（８）に連通する中心出口（２５）と、複数の流路（８）それぞれの下流側において複数の仕切板（６）よりも外側に形成され複数の流路（８）のうち少なくとも１つの流路（８）に連通する外周出口（３５）と、を備える。回転板（９）は、複数の流路（８）それぞれの下流側において複数の仕切板（６）及び空間（４）を覆う大きさである。

Description

本発明は、分離装置に関し、より詳細には、気体中の固体を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、粉塵を空気から分離する防塵装置が知られている（特許文献１）。

特許文献１に記載された防塵装置は、円筒（ロータ）と、円筒を囲んでいる外筒（枠体）と、回転子と、シロッコファンと、ファンモータと、を備えている。

円筒の外周面側には、粉塵混合空気を効率的に回転させるための複数の主羽根（仕切板）が設けられている。円筒には、その一部に、空気を流入させるための孔が設けられている。

回転子は、円筒の内部を通る空気をシロッコファンへ導く通気口を有する。

防塵装置では、粉塵混合空気が高速回転しながら螺旋下降する時、空気に比べて質量の大きい粉塵に、より強い遠心力が作用するので、粉塵が外筒の壁面方向に押しやられる。

防塵装置では、空気と粉塵との分離が行われることにより、空気の清浄化が行われる。

分離装置の分野では、気体から固体を効率良く分離することが可能な分離装置の開発が望まれている。

特開２００１−８７６１０号公報

本発明の目的は、気体から固体を効率良く分離す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、ロータと、前記ロータを囲んで前記ロータと同軸的に配置された円筒状の枠体と、前記ロータと前記枠体との間の空間に配置されて前記空間を区分する複数の仕切板と、各々が前記複数の仕切板のうち隣り合う２つの仕切板と前記ロータと前記枠体とで規定される複数の流路と、前記複数の仕切板に連結された環状の回転板と、前記ロータを回転させる駆動装置と、を備える。前記複数の仕切板の各々は、前記ロータに連結されている。前記複数の流路の各々は、前記ロータの回転中心軸に沿った方向において前記ロータの第１端側が上流側であり、かつ、前記ロータの第２端側が下流側である。前記複数の仕切板の各々は、前記回転中心軸に沿った方向において前記上流側の第１端面と、前記下流側の第２端面と、を有する。前記回転板は、前記複数の仕切板それぞれの前記第２端面側において前記複数の仕切板に連結されている。分離装置は、前記複数の流路それぞれの前記下流側において前記複数の仕切板よりも前記回転中心軸側にあり前記複数の流路のうち少なくとも１つの流路に連通し前記回転中心軸に直交する方向に開放されている少なくとも１つの中心出口と、前記複数の流路それぞれの前記下流側において前記回転中心軸に直交する方向で前記複数の仕切板よりも外側にあり前記複数の流路のうち少なくとも１つの流路に連通し前記回転中心軸に直交する方向に開放されている外周出口と、を備える。前記回転板は、前記複数の流路それぞれの前記下流側において前記複数の仕切板及び前記空間を覆う大きさである。

図１Ａは、本発明の実施形態１に係る分離装置の概略断面図である。図１Ｂは、同上の分離装置における分離ユニットの概略斜視図である。 図２Ａは、同上の分離装置における分離ユニットの概略断面図である。図２Ｂは、図２ＡのＸ１−Ｘ１断面に対応する概略断面図である。図２Ｃは、図２ＡのＸ２−Ｘ２断面に対応する概略断面図である。 図３は、同上の分離装置を備えた空気浄化システムの概略説明図である。 図４は、同上の分離装置を適用した室外機の概略斜視図である。 図５Ａは、本発明の実施形態１の第１変形例に係る分離装置における分離ユニットの概略断面図である。図５Ｂは、図５ＡのＸ１−Ｘ１断面に対応する概略断面図である。図５Ｃは、図５ＡのＸ２−Ｘ２断面に対応する概略断面図である。 図６は、同上の分離装置における分離ユニットの概略斜視図である。 図７Ａは、本発明の実施形態１の第２変形例に係る分離装置における分離ユニットの一部破断した概略正面図である。図７Ｂは、図７ＡのＸ１−Ｘ１断面に対応する概略断面図である。図７Ｃは、図７ＡのＸ２−Ｘ２断面に対応する概略断面図である。 図８Ａは、本発明の実施形態１の第３変形例に係る分離装置における分離ユニットの概略断面図である。図８Ｂは、図８ＡのＸ１−Ｘ１断面に対応する概略断面図である。図８Ｃは、図８ＡのＸ２−Ｘ２断面に対応する概略断面図である。 図９Ａは、本発明の実施形態１の第４変形例に係る分離装置における分離ユニットの一部破断した概略正面図である。図９Ｂは、図９ＡのＸ１−Ｘ１断面に対応する概略断面図である。図９Ｃは、図９ＡのＸ２−Ｘ２断面に対応する概略断面図である。 図１０は、同上の分離装置の要部概略斜視図である。 図１１は、本発明の実施形態２に係る分離装置の概略断面図である。 図１２は、同上の分離装置の概略斜視図である。 図１３は、同上の分離装置を備えた空気浄化システムの概略説明図である。

下記の実施形態等において説明する各図は、模式的な図であり、図中において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。

（実施形態１）
以下では、本実施形態の分離装置１について、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３及び４に基づいて説明する。

分離装置１は、ロータ２と、枠体３と、複数（例えば、３つ）の仕切板６と、複数（例えば、３つ）の流路８と、回転板９と、駆動装置７と、を備える。枠体３は、円筒状であり、ロータ２を囲んでロータ２と同軸的に配置されている。複数の仕切板６は、空間４に配置されて空間４を区分する。複数の流路８の各々は、複数の仕切板６のうち隣り合う２つの仕切板６とロータ２と枠体３とで規定される。回転板９は、環状であり、複数の仕切板６に連結されている。駆動装置７は、ロータ２を回転させる。複数の仕切板６の各々は、ロータ２に連結されている。複数の流路８の各々は、ロータ２の回転中心軸２０に沿った方向においてロータ２の第１端２１側が上流側であり、かつ、ロータ２の第２端２２側が下流側である。複数の仕切板６の各々は、回転中心軸２０に沿った方向において上流側の第１端面６１と、下流側の第２端面６２と、を有する。回転板９は、複数の仕切板６それぞれの第２端面６２側において複数の仕切板６に連結されている。また、分離装置１は、少なくとも１つの中心側開口（以下、「中心出口」ともいう）２５と、外周側開口（以下、「外周出口」ともいう）３５と、気流制御部４０（図３参照）と、を備える。中心出口２５は、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６よりも回転中心軸２０側にある。中心出口２５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８に連通し回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。外周出口３５は、複数の流路８それぞれの下流側において回転中心軸２０に直交する方向で複数の仕切板６よりも外側にある。外周出口３５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８に連通し回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。回転板９は、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６及び空間４を覆う大きさである。以上の構成により、分離装置１は、気体から固体を効率良く分離することが可能となる。分離装置１は、送風装置５（図３参照）と、気流制御部４０と、を備えるのが好ましい。送風装置５は、ロータ２と枠体３との間の空間４に気体を流すように構成されている。気流制御部４０は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８の下流側における気体の流れ方向を中心出口２５に向かう方向に制御する。これにより、分離装置１は、気体から固体をより効率良く分離することが可能となる。

「ロータ２と同軸的に配置された」とは、枠体３が、枠体３の中心線をロータ２の回転中心軸２０に揃えるように配置されていることを意味する。本明細書における「上流側」は、気体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、本明細書における「下流側」は、気体の流れる方向でみたときの下流側（二次側）を意味する。また、「複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６及び空間４を覆う大きさ」とは、複数の仕切板６と空間４との全体を覆う大きさだけに限らず、複数の流路８それぞれの流路の断面積を減少させることができる大きさであればよい。中心側開口（中心出口）２５及び外周側開口（外周出口）３５は、ロータ２と枠体３と複数の仕切板６と回転板９とを含む分離ユニット１０にある。

図１Ｂ、２Ｂ及び２Ｃでは、ロータ２の回転方向を太線の矢印で模式的に示してある。ロータ２の回転方向は、ロータ２を第１端２１側から見て、反時計回りの方向である。ロータ２の回転方向は、ロータ２を第２端２２側から見て、時計回りの方向である。分離装置１は、ロータ２が回転することで、複数の流路８それぞれに流入した気体に対して回転中心軸２０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、ロータ２を第１端２１側から見て反時計回り方向に回転させ、かつ、送風装置５が動作することにより、複数の流路８それぞれを通る物質を螺旋状に回転させることができる。「螺旋状に回転」とは、螺旋状に旋回と同じ意味である。

気体としては、例えば、空気、排気ガス等が挙げられる。複数の流路８それぞれを通る物質としては、気体を構成している気体分子、気体中に含まれている固体等がある。気体分子としては、例えば、窒素分子、酸素分子等が挙げられる。固体としては、例えば、微粒子、塵埃等が挙げられる。微粒子としては、例えば、粒子状物質等を挙げることができる。粒子状物質としては、微粒子として直接大気中に放出される一次生成粒子、気体として大気中に放出されたものが大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（黄砂等）、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。

分離装置１では、ロータ２が駆動装置７により回転し、かつ、気流制御部４０が動作する。これにより、分離装置１では、複数の流路８の各々で発生した気流に含まれている固体を外周出口３５から外部へ排出でき、固体が分離された気体を中心出口２５から下流側へ流すことができる。よって、分離装置１は、気体から固体を効率良く分離することが可能となる。

図１Ａ及び１Ｂでは、固体が分離される前の気体の流れを縁取り矢印（ドットのハッチングを付した矢印）で模式的に示し、固体が分離された気体の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ及び２Ｃでは、外周出口３５から排出された固体として微粒子１６１を模式的に記載してある。

ロータ２と枠体３との間の空間４に気体を流す送風装置５（図３参照）は、ファンにより構成されている。ファンは、電動ファンである。これにより、分離装置１では、送風装置５を動作させることにより、複数の流路８に気体を流すことが可能となる。電動ファンとしては、例えば、軸流ファンを採用することができる。送風装置５は、駆動装置７よりも下流側に配置されている。

本実施形態の分離装置１では、送風装置５が複数の流路８の下流側に配置されている。本実施形態の分離装置１では、送風装置５が、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８の下流側における気体の流れ方向を中心出口２５に向かう方向に制御する気流制御部４０を兼ねている。言い換えれば、本実施形態の分離装置１における気流制御部４０は、送風装置５により構成されている。

ロータ２を回転させる駆動装置７は、モータ７０により構成されている。モータ７０は、モータ本体（胴体）７１から円柱状の回転軸７２が突出している。モータ７０は、モータ本体７１の外周形状が円形状であるのが好ましい。モータ本体７１の外径は、枠体３及び回転板９それぞれの内径よりも小さいのが好ましい。モータ本体７１の外径は、ロータ２の外径よりも小さいのが好ましい。分離装置１では、モータ７０の回転軸７２にロータ２が連結されている。分離装置１では、回転軸７２の軸線とロータ２の回転中心軸２０とが一直線上に揃うように、回転軸７２とロータ２とが連結されている。これにより、モータ７０は、ロータ２を回転させることができる。ロータ２の回転方向は、モータ７０の回転軸７２の回転方向と同じである。ロータ２の回転角速度は、モータ７０の回転軸７２の回転角速度と同じである。

分離装置１は、駆動装置７へ電力を供給する電源装置１７（図１Ａ参照）を備えているのが好ましい。電源装置１７は、例えば、外部の交流電源から供給される交流電圧から駆動装置７に適した電圧を生成して出力する電源回路モジュール１７１と、電源回路モジュール１７１を収納したケース１７２と、を備えている。駆動装置７を構成するモータ７０は、電源装置１７のケース１７２から突出したパイプ１８により支持されている。電源装置１７と駆動装置７とを電気的に接続している配線は、露出しないようにパイプ１８内に収納されているのが好ましい。

分離装置１は、駆動装置７がモータ７０により構成される場合、モータ７０の回転軸７２の回転速度を設定する設定部を備えていてもよい。これにより、分離装置１では、分離することが要求される固体の大きさ等によってモータ７０の回転軸７２の回転速度を適宜変更することが可能となる。設定部は、例えば、ポテンショメータ等によって構成することができる。

分離装置１では、例えば、規定粒径の微粒子を分離できるように、枠体３、ロータ２及び複数の仕切板６それぞれの形状、ロータ２の回転速度が設定されている。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、１．０μｍ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、粒子の沈降速度によって測定される粒径である。分離装置１で分離されずに気体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３は、分離装置１を備えた空気浄化システム３００の概略構成図である。

分離装置１のうち送風装置５及び気流制御部４０を含まないモジュール（以下、分離装置本体１ａという）は、住戸４００の屋外に配置される室外機３０１のハウジング３０２（図４参照）内に配置される。一方、送風装置５及び気流制御部４０は、住戸４００の天井裏に配置される。分離装置１が送風装置５及び気流制御部４０を構成要素として備えていない場合、分離装置１は、分離装置本体１ａにより構成される。

分離装置本体１ａは、空気中の微粒子１６１を室外機３０１におけるハウジング３０２の外に排出するように構成されている。微粒子１６１は、上述の規定粒径の微粒子であり、空気動力学的粒子径が、１．０μｍの粒子を想定している。

ハウジング３０２は、分離装置１の外郭１００を構成してもよい。外郭１００は、ロータ２と枠体３と複数の仕切板６と回転板９と駆動装置７とを収納するように構成されている。また、外郭１００には、上述の電源装置１７も収納されている。電源装置１７は、外郭１００に固定されている。外郭１００は、金属により形成されている。

分離装置１は、外郭１００を支持する複数の支持体（図示せず）を備えた構成とすることができる。これにより、分離装置１では、外郭１００と分離装置１の設置面（例えば、床面等）との間に空間を設けることが可能となる。

外郭１００には、空気の流入口１０１と、微粒子１６１等の固体を排出する固体排出口１０２と、清浄化された空気の流出口１０３と、が形成されている。外郭１００の流入口１０１には、第１のメッシュ１１１が配置されているのが好ましい。外郭１００の固体排出口１０２には、第２のメッシュ１１２が配置されているのが好ましい。外郭１００には、固体排出口１０２が複数形成されている。分離装置１では、枠体３を外郭１００に固定してある。より詳細には、分離装置１では、外郭１００の内壁面おける流入口１０１の周部に、枠体３を固定してある。複数の固体排出口１０２は、枠体３の外周方向に沿った方向において離れて形成されている。第２のメッシュ１１２は、第１のメッシュ１１１よりも網目のサイズが小さいのが好ましい。

分離装置１は、回転板９の下流側において回転板９に連結された回転筒１９を備えているのが好ましい。言い換えれば、分離ユニット１０は、回転筒１９を備えているのが好ましい。これにより、分離装置１は、外周出口３５から排出された微粒子１６１が回転板９の開口部９２を通った気体に戻るのを抑制することが可能となる。

また、分離装置１は、外郭１００における流出口１０３の内周面に保持された円筒状のダクト１５を備えるのが好ましい。ダクト１５は、外郭１００に収納されているのが好ましい。ダクト１５は、上流側の第１端１５１と、下流側の第２端１５２と、を備える。ダクト１５の第１端１５１には、第１端１５１の内側に配置された軸受１６が固定されている。軸受１６は、回転筒１９を回転自在に保持する。これにより、分離装置１では、ロータ２と複数の仕切板６と回転板９とを含む回転構造体を、より安定して回転させることが可能となる。

また、分離装置１は、図１Ａ及び４に示すように、モータ７０の回転軸７２の先端を回転自在に保持する軸受１３を備えているのが好ましい。軸受１３は、外郭１００に支持された複数の梁１４によって保持されている。これにより、分離装置１では、ロータ２を、より安定して回転させることが可能となる。

空気浄化システム３００は、室外機３０１により浄化された空気を住戸４００内へ流すための第１ダクト３１１と、第１ダクト３１１で給気された空気を更に浄化するためのフィルタ装置３１７と、を備える。フィルタ装置３１７は、例えば、エアフィルタとして、ＨＥＰＡフィルタ（high efficiency particulate air filter）を備える。「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。フィルタ装置３１７は、１００％の粒子捕集効率を必須の条件とはしない。ただし、フィルタ装置３１７は、気体中に含まれている固体の捕集効率がより高いのが好ましい。

図３では、空気の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図３では、分離装置本体１ａによって空気から分離して排出する微粒子１６１と、フィルタ装置３１７で捕集する超微粒子１６２と、を模式的に示してある。超微粒子１６２は、微粒子１６１よりも粒径が小さく、かつ、ＨＥＰＡフィルタで除去できる粒径の微粒子である。

また、空気浄化システム３００は、フィルタ装置３１７と送風装置５との間に配置された第２ダクト３１２と、送風装置５の下流側に配置された分配器３１８と、送風装置５と分配器３１８との間に配置された第３ダクト３１３と、を備える。分配器３１８には、住戸４００内の複数の区画４０１（例えば、リビング、寝室等）それぞれへ空気を給気するための複数の第４ダクト３１４が接続されている。分配器３１８は、上流側から供給された空気を下流側の複数の第４ダクト３１４へ分配する。フィルタ装置３１７、第２ダクト３１２、送風装置５、第３ダクト３１３及び分配器３１８は、住戸４００の天井裏に配置される。

空気浄化システム３００では、室外機３０１が分離装置本体１ａを備えることにより、ＰＭ２．５等の微粒子１６１がフィルタ装置３１７へ到達するの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３００は、フィルタ装置３１７の長寿命化を図ることが可能となる。言い換えれば、空気浄化システム３００では、フィルタ装置３１７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３００では、フィルタ装置３１７の交換頻度を少なくすることが可能とする。

分離装置１では、図１Ａに示すように、複数の流路８の下流側に駆動装置７が配置され、駆動装置７の下流側に送風装置５（図３参照）が配置されている。要するに、分離装置１では、複数の流路８、駆動装置７及び送風装置５が、分離装置１で気体を流す方向において、複数の流路８、駆動装置７、送風装置５の順に配置されている。送風装置５は、駆動装置７の下流側において駆動装置７の近くに配置してもよい。この場合、送風装置５は、分離装置本体１ａに設けられていてもよい。

分離装置１は、送風装置５及び駆動装置７の運転を開始する運転スイッチの操作部が、外郭１００から露出するように設けられた構成としてもよい。

分離装置１の流量は、例えば、２５０ｍ³／ｈ〜３０００ｍ³／ｈの範囲で適宜設定すればよい。

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。

ロータ２は、円柱状に形成されている。ロータ２は、気体と、気体に含まれている固体と、を通さないように構成されている。より詳細には、ロータ２は、非多孔質の構造体である。ロータ２の材料としては、例えば、金属、合成樹脂等を採用することができる。ロータ２は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１では、ロータ２の帯電を抑制することが可能となる。

ロータ２を囲んでロータ２と同軸的に配置された枠体３は、円筒状に形成されている。枠体３の材料としては、例えば、金属、合成樹脂等を採用することができる。枠体３は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１では、枠体３の帯電を抑制することが可能となる。

ロータ２と枠体３との間の空間４に配置されて空間４を区分する複数の仕切板６の各々は、長方形板状に形成されている。複数の仕切板６の各々は、長手方向が回転中心軸２０に沿った方向となり、短手方向がロータ２の半径方向に沿った方向となり、厚さ方向がロータ２の回転方向に沿った方向（角度方向）となるように配置されている。要するに、複数の仕切板６の各々は、厚さ方向の第１面及び第２面それぞれがロータ２の回転方向に沿った方向に交差するように配置されている。

複数の仕切板６それぞれにおける長手方向の長さは、回転中心軸２０上のロータ２の長さよりも大きい。複数の仕切板６は、各々の一部が、ロータ２の回転中心軸２０に沿った方向において、ロータ２よりも回転板９側へ位置するようにロータ２に連結されている。

複数の仕切板６の各々の材料としては、例えば、金属、合成樹脂、ゴム等を採用することができる。複数の仕切板６は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１では、複数の仕切板６の帯電を抑制することが可能となる。

複数の仕切板６は、上述のようにロータ２と枠体３とのうちロータ２のみと連結されている。「ロータ２のみと連結」とは、複数の仕切板６の各々が、ロータ２と別部材として形成されロータ２に固定されている場合に限らず、例えば、ロータ２と一体に形成されている場合も含む。分離装置１では、複数の仕切板６が枠体３に連結されていないので、複数の仕切板６がロータ２と枠体３との両方に固定され両方を回転させる場合に比べて、駆動装置７の負荷を軽減することが可能となり、低消費電力化を図ることが可能となる。

複数の仕切板６の各々は、枠体３の内周面３３との間に隙間３０が形成されるように配置されているのが好ましい。言い換えれば、分離装置１は、複数の仕切板６の各々と枠体３の内周面３３との間に隙間３０がある。これにより、分離装置１では、製造が容易になるという利点がある。また、分離装置１では、複数の仕切板６がロータ２と枠体３との両方に固定され両方を回転させる場合や、複数の仕切板６が枠体３に接している場合に比べて、駆動装置７の負荷を軽減することが可能となり、低消費電力化を図ることが可能となる。

複数の仕切板６は、ロータ２の周りにおいて等間隔で配置されているのが好ましい。分離装置１では、ロータ２の第１端２１側から見たときに、複数の仕切板６が放射状に配置されているのが好ましい。要するに、複数の仕切板６の各々は、ロータ２からロータ２の半径方向外向きに突出しているのが好ましい。

複数の仕切板６のうち隣り合う２つの仕切板６とロータ２と枠体３とで規定される複数の流路８の各々は、ロータ２の回転中心軸２０に沿って形成されている。したがって、分離装置１では、ロータ２が回転することで、複数の流路８それぞれに流入した気体に対して回転中心軸２０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は、上流側から複数の流路８それぞれに流入した気体を、ロータ２のまわりで螺旋状に回転させながら、複数の流路８それぞれの下流側に流すことができる。分離装置１では、ロータ２が回転することにより、複数の流路８の各々を流れる気体の速度ベクトルが、回転中心軸２０に平行な方向の速度成分と、回転中心軸２０のまわりの回転方向の速度成分と、を有することになる。よって、分離装置１は、小型化を図りながらも気体から固体を効率良く分離することが可能となる。

複数の仕切板６に連結された回転板９は、環状であり、開口部９２を有している。回転板９は、一例として、円環状に形成されている。回転板９は、回転板９の厚さ方向をロータ２の回転中心軸２０に沿った方向に揃えるように配置されている。回転板９の内径（回転板９の開口部９２の直径）は、ロータ２の外径よりも大きい。回転板９の開口部９２の半径は、ロータ２の半径とロータ２の半径方向に沿った仕切板６の長さとを合わせた寸法よりも小さい。回転板９の外径は、枠体３の外径よりも大きい。回転板９の材料としては、例えば、金属、合成樹脂等を採用することができる。回転板９は、導電性を有するのが好ましい。これにより、分離装置１では、回転板９の帯電を抑制することが可能となる。

分離装置１では、分離ユニット１０が、複数の流路８それぞれの下流側に形成されている中心出口２５を備える。ここで、中心出口２５は、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６よりもロータ２の回転中心軸２０側にある。分離装置１における中心出口２５は、隣り合う２つの仕切板６とロータ２と回転板９とで規定される開口である。要するに、中心出口２５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。

また、分離装置１では、分離ユニット１０が、複数の流路８それぞれの下流側に形成されている外周出口３５を備える。ここで、外周出口３５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向において複数の仕切板６よりも外側にある。外周出口３５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８に連通しロータ２の回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。外周出口３５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向において、中心出口２５よりも回転中心軸２０から離れている。言い換えれば、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向において、外周出口３５と回転中心軸２０との距離は、中心出口２５と回転中心軸２０との距離よりも長い。これにより、分離装置１は、複数の流路８の各々において、より大きな遠心力が与えられた固体を、外周出口３５を通して排出することが可能となる。分離装置１における外周出口３５は、枠体３と回転板９との間の開口である。言い換えれば、分離装置１における外周出口３５は、枠体３と回転板９との間の隙間である。外周出口３５は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向に開放されている。

また、分離装置１では、ロータ２と枠体３との間の空間４に気体を流す送風装置５が、複数の流路８の下流側に配置されている。本実施形態の分離装置１における送風装置５は、複数の流路８のうち少なくとも１つの流路８の下流側における気体の流れ方向を中心出口２５に向かう方向に制御する気流制御部４０を兼ねている。

分離装置１では、外郭１００の外部から流入口１０１を通して外郭１００の内部へ入った気体が複数の流路８に流入する。外郭１００の外部から内部に入る気体に含まれていた固体は、複数の流路８の各々において螺旋状に回転するときにロータ２の回転中心軸２０から枠体３の内周面３３に向かう方向の遠心力を受ける。遠心力を受けた固体は、枠体３の内周面３３へ向かい、枠体３の内周面３３付近を内周面３３に沿って螺旋状に回転する。そして、分離装置１では、外周出口３５付近を回転していた固体が、その固体に作用していた遠心力により、外周出口３５を通して排出される。固体に作用する遠心力は、固体の質量と、固体の円運動の半径と、に比例する。円運動の半径は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する方向における回転中心軸２０と固体との距離である。固体の質量をｍ、固体の速度をｖ、円運動の半径をｒとすると、遠心力の大きさはｍｖ^２／ｒである。ここで、角速度をωとすると、ｖ＝ｒωなので、遠心力の大きさは、ｍω^２ｒである。要するに、固体には、ωの二乗に比例した大きさの遠心力が作用する。

以上説明した分離装置１では、複数の流路８の各々に流入する気体に含まれている固体を外周出口３５から効率良く排出することが可能であり、かつ、固体が分離された気体を中心出口２５から下流側へ流すことが可能なので、気体から固体を効率良く分離することが可能となる。要するに、分離装置１は、外周出口３５を備えており、かつ、回転板９の大きさが、複数の流路８それぞれの下流側において複数の仕切板６及び空間４を覆う大きさなので、固体の遠心力が大きくなっても、固体が飛散して中心出口２５を通過するのを抑制することが可能となる。

これにより、分離装置１では、複数の仕切板６それぞれと枠体３との間に隙間が形成された構成を採用しながらも、隙間を通った固体が中心出口２５を通るのを抑制することが可能となる。よって、分離装置１では、より清浄化された気体（空気）を下流側へ流すことが可能となる。

分離装置１は、回転板９から回転板９の厚さ方向の一方向に突出し複数の仕切板６のうち隣り合う２つの仕切板６の間に位置するリブ１１（図２Ａ及び２Ｃ参照）を備えるのが好ましい。これにより、分離装置１では、枠体３の内周面３３付近を内周面３３に沿って螺旋状に回転していた固体の進行方向が変わった場合でも中心出口２５を通過してしまうのを抑制することが可能となる。また、分離装置１は、枠体３の内周面３３に付着していた固体が飛散したときに中心出口２５に到達するのを抑制することが可能となる。また、分離装置１は、固体が分離された気体を下流側へ導きやすくなる。分離装置１では、回転板９から突出するリブ１１が複数形成されている。複数のリブ１１の各々は、回転板９の厚さ方向に直交する断面形状が円弧状である（図２Ｃ参照）。「回転板９の厚さ方向の一方向」とは、ロータ２の第２端２２から第１端２１に向かう方向と同じ方向である。

実施形態１の第１変形例の分離装置については、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び６に基づいて説明する。第１変形例の分離装置は、その基本構成が実施形態１の分離装置１と略同じである。第１変形例の分離装置では、分離ユニット１０ａにおけるロータ２、枠体３及び複数の仕切板６それぞれの形状が、実施形態１の分離装置１における分離ユニット１０と相違する。図５Ｂ、５Ｃ及び６では、ロータ２の回転方向を太線の矢印で模式的に示してある。また、図５Ａ及び５Ｃでは、固体が分離される前の気体の流れを縁取り矢印（ドットのハッチングを付した矢印）で模式的に示し、固体が分離された気体の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図５Ａ及び５Ｃでは、外周出口３５から排出された固体として微粒子１６１を模式的に記載してある。

第１変形例の分離装置におけるロータ２は、ロータ２の第１端２１から第２端２２に向かう方向において直径が漸増する円錐台状に形成されている。また、枠体３は、ロータ２の第１端２１から第２端２２に向かう方向において内径が漸増する円筒状に形成されている。これにより、第１変形例の分離装置では、螺旋状に回転する固体の遠心力をより大きくすることが可能となる。よって、第１変形例の分離装置では、固体を外周出口３５から更に効率良く排出することが可能であり、かつ、固体が分離された気体を中心出口２５から下流側へ流すことが可能なので、気体から固体を更に効率良く分離することが可能となる。また、第１変形例の分離装置では、気体が複数の流路８それぞれに流入するときの圧力損失を低減することが可能となる。

ロータ２は、第２端２２側が開放されている。言い換えれば、ロータ２は、回転板９側の底面（端面）が開放された円錐台状である。そして、ロータ２は、第２端２２に中心出口２５が形成されている。

第１変形例の分離装置における分離ユニット１０ａは、ロータ２に中心出口２５が複数形成されている。ここで、第１変形例の分離装置は、ロータ２の回転方向における複数の仕切板６それぞれの後側でロータ２に中心出口２５が形成されている。これにより、第１変形例の分離装置では、ロータ２の第２端２２の周辺領域のうちロータ２の回転方向において固体の存在確率が相対的に小さくなる領域に中心出口２５が形成されているので、固体が中心出口２５を通るのを抑制することが可能となる。第１変形例の分離装置は、ロータ２の回転方向における複数の仕切板６それぞれの後側において、固体の存在確率が相対的に小さくなる領域があるという本願発明者らの実験結果に基づく一形態である。

実施形態１の第２変形例の分離装置については、図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃに基づいて説明する。第２変形例の分離装置は、その基本構成が第１変形例の分離装置と同じである。第２変形例の分離装置では、分離ユニット１０ｂにおける複数の仕切板６の形状が、第１変形例の分離装置の分離ユニット１０ａとは相違する。図７Ｂ及び７Ｃでは、ロータ２の回転方向を太線の矢印で模式的に示してある。また、図７Ａ及び７Ｃでは、固体が分離される前の気体の流れを縁取り矢印（ドットのハッチングを付した矢印）で模式的に示し、固体が分離された気体の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図７Ａ及び７Ｃでは、外周出口３５から排出された固体として微粒子１６１を模式的に記載してある。

第２変形例の分離装置の分離ユニット１０ｂにおける複数の仕切板６の各々は、ロータ２の回転中心軸２０のまわりで螺旋状に形成されている。これにより、第２変形例の分離装置では、第１変形例の分離装置に比べて、複数の流路８それぞれの長さを大きくすることが可能となる。よって、第２変形例の分離装置では、気体から固体を更に効率良く分離することが可能となる。

実施形態１の第３変形例の分離装置については、図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃに基づいて説明する。第３変形例の分離装置は、その基本構成が第１変形例の分離装置と同じである。第３変形例の分離装置における分離ユニット１０ｃでは、ロータ２における回転板９側の端面が開放されている。そして、第３変形例の分離装置は、ロータ２の内周面２３における中心出口２５の外周部においてロータ２の回転方向の後端から突出した案内羽根１２を更に備える点が第１変形例の分離装置と相違する。案内羽根１２は、ロータ２の回転方向の後側へ傾いている。言い換えれば、案内羽根１２は、ロータ２の内周面２３における中心出口２５の外周部において案内羽根１２が突出している部位の法線方向を基準としてロータ２の回転方向とは逆方向へ傾いている。ここでいう法線方向は、ロータ２の半径方向内向きである。第３変形例の分離装置では、案内羽根１２を更に備えることにより、第１変形例の分離装置に比べて、圧力損失の低減を図ることが可能となり、低消費電力化を図ることが可能となる。図８Ｂ及び８Ｃでは、ロータ２の回転方向を太線の矢印で模式的に示してある。また、図８Ａ及び８Ｃでは、固体が分離される前の気体の流れを縁取り矢印（ドットのハッチングを付した矢印）で模式的に示し、固体が分離された気体の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図８Ａ及び８Ｃでは、外周出口３５から排出された固体として微粒子１６１を模式的に記載してある。

第３変形例の分離装置では、ロータ２に中心出口２５が複数（図示例では、３つ）形成されている。また、第３変形例の分離装置では、案内羽根１２が複数（図示例では、３つ）形成されている。複数の案内羽根１２は、ロータ２の複数の中心出口２５に一対一で対応して、ロータ２に設けられているのが好ましい。

案内羽根１２は、気体の流れを所定の方向に導く羽根である。要するに、案内羽根１２は、固体が分離された気体をダクト１５（図１Ａ参照）へ導く羽根である。案内羽根１２は、ロータ２に連結されている。案内羽根１２は、ロータ２の回転に伴って回転中心軸２０の周りで回転する。

第３変形例の分離装置は、実施形態１の分離装置と同様に複数の流路８の下流側に送風装置５（図３参照）を備えているが、これに限らない。第３変形例の分離装置では、案内羽根１２が、複数の流路８それぞれの下流側における気体の流れ方向を中心出口２５に向かう方向に制御する気流制御部４０を構成している。これにより、第３変形例の分離装置では、複数の流路８の上流側に送風装置を備えた構成とすることもできる。

実施形態１の第４変形例の分離装置については、図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び１０に基づいて説明する。第４変形例の分離装置は、その基本構成が実施形態１の分離装置１と略同じである。第４変形例の分離装置は、分離ユニット１０ｄにおける複数の仕切板６の形状が分離ユニット１０とは相違する。図９Ｂ、９Ｃ及び１０では、ロータ２の回転方向を太線の矢印で模式的に示してある。また、図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃでは、固体が分離する前の気体の流れを縁取り矢印（ドットのハッチングを付した矢印）で模式的に示し、固体が分離された気体の流れを白抜きの矢印で模式的に示してある。また、図９Ａ及び９Ｃでは、外周出口３５から排出された固体として微粒子１６１を模式的に記載してある。

第４変形例の分離装置における複数の仕切板６の各々は、螺旋階段状に形成されている。これにより、第４変形例の分離装置では、送風装置５（図３参照）の負荷を軽減することが可能となる。

分離ユニット１０ｄにおける複数の仕切板６の各々は、ロータ２に連結されている。複数の仕切板６の各々は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する面内においてロータ２の回転方向に沿って形成された第１機能部（以下、「第１仕切部」ともいう）６１１と、ロータ２の回転中心軸２０に沿って形成された第２機能部（以下、「第２仕切部」ともいう）６１２と、を備える。

第１仕切部６１１の形状は、ロータ２の回転中心軸２０に直交する面内においてロータ２の回転方向に沿った円弧状である。第２仕切部６１２の形状は、回転中心軸２０に直交する方向から見て回転中心軸２０に沿った直線状である。

第４変形例の分離装置では、流路８のうち隣り合う２つの第１仕切部６１１の間に形成される第１流路を通る物質の角速度をロータ２の回転角速度よりも大きくすることが可能となる。したがって、第４変形例の分離装置では、流路８における第１流路を通る物質のうち固体に作用する遠心力をより大きくすることが可能となり、小型化を図ることが可能となる。また、第４変形例の分離装置では、流路８のうち隣り合う２つの第２仕切部６１２の間に形成される第２流路を通る物質の角速度をロータ２の回転角速度と同じにすることが可能となる。したがって、第４変形例の分離装置は、流路８における第２流路において、流路８を流れる気体の圧力損失を低減することが可能となる。言い換えれば、第４変形例の分離装置は、流路８が第２流路を備えることにより、送風能力を向上させることが可能となり、送風装置５（図３参照）の負荷を軽減することが可能となる。よって、第４変形例の分離装置は、流路８が第２流路を備えることにより、低消費電力化を図ることが可能となる。

第４変形例の分離装置は、複数の流路８の各々が第１流路と第２流路とを備えるので、流路８が全長に亘って回転中心軸２０に沿った直線状である場合に比べて、回転中心軸２０に沿った方向における小型化を図りながらも、流路８の長さを大きくすることが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態の分離装置１Ｂについて、図１１、１２及び１３に基づいて説明する。本実施形態の分離装置１Ｂの基本構成は実施形態１の分離装置１と同じである。本実施形態の分離装置１Ｂに関し、実施形態１の分離装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の分離装置１Ｂは、外周出口３５から排出された固体（図示例では、微粒子１６１）を捕集する容器１２０を備えている。そして、分離装置１Ｂは、ロータ２と枠体３と複数の仕切板６と回転板９と駆動装置７とを収納する外郭１００Ｂに、分離装置１の外郭１００（図１Ａ参照）における固体排出口１０２及び第２のメッシュ１１２を設ける代わりに、容器１２０を収納してある。これにより、分離装置１Ｂは、外周出口３５から外郭１００Ｂ内に排出された固体を容器１２０で捕集することが可能となり、固体が外郭１００Ｂの外部へ飛散するのを抑制することが可能となる。

容器１２０は、分離ユニット１０の下方に配置されている。容器１２０は、トレイ（蓋がない容器）である。外郭１００には、容器１２０を出し入れするためのポート１３０（図１２参照）が形成されている。容器１２０は、外郭１００にスライド自在に保持されており、外郭１００から取り外すことが可能となっている。これにより、分離装置１Ｂは、容器１２０に捕集された固体（図１１の例では、微粒子１６１）を容易に取り出したり捨てたりすることが可能となる。

分離装置１Ｂでは、外周出口３５から排出された固体が、重力沈降等により、分離ユニット１０の下方の容器１２０に入る。これにより、分離装置１Ｂでは、容器１２０に固体を捕集する。

また、分離装置１Ｂは、外郭１００Ｂの外壁面おける流入口１０１の周部に、筒体４５（図１１参照）を固定してあるのが好ましい。筒体４５は、円筒状であるのが好ましい。

図１３は、分離装置１Ｂを備えた空気浄化システム３２０の概略構成図である。

分離装置１Ｂは、例えば、住戸４００の天井裏に配置される。分離装置１Ｂは、送風装置５及び気流制御部４０を備えていてもよい。送風装置５及び気流制御部４０は、実施形態１の分離装置１を備えた空気浄化システム３００（図３参照）と同様、住戸４００の天井裏に配置される。空気浄化システム３２０に関し、空気浄化システム３００と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

空気浄化システム３２０では、筒体４５（図１１参照）を、空気を住戸４００内へ流すためのダクト３１０に接続してあるが、これに限らず、筒体４５がダクト３１０を兼ねていてもよい。

空気浄化システム３２０では、空気浄化システム３００のように室外機を住戸４００の屋外に設置する必要がない。また、空気浄化システム３２０では、分離装置１Ｂにおける外郭１００Ｂに固体排出口１０２（図１Ａ参照）を設ける必要がないので、外郭１００Ｂ内に外部から固体が入るのを抑制することが可能となる。空気浄化システム３２０では、例えば、人が分離装置１Ｂの容器１２０を外郭１００Ｂから取り外して容器１２０内の固体を廃棄することができる。

実施形態１、実施形態１の第１変形例〜第４変形例及び実施形態２に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成及び形状それぞれに適宜変更を加えることが可能である。

例えば、実施形態１の分離装置１、実施形態１の第１変形例〜第４変形例それぞれの分離装置、実施形態２の分離装置１Ｂにおいて、外周出口３５は、枠体３に直接形成してもよい。

また、回転板９は、環状であればよく、円環状に限らず、例えば、歯車状でもよい。また、本明細書における「環状」とは、完全に閉じた形状に限らず、一部にスリットが形成された形状（例えば、Ｃ字状）も含む。

また、リブ１１（図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃ参照）は、実施形態１の第１変形例１〜第４変形例それぞれの分離装置、実施形態２の分離装置１Ｂにおいて設けてもよい。

また、実施形態１の第３変形例の分離装置における案内羽根１２（図８Ａ及び８Ｃ参照）は、実施形態１の分離装置１、第１変形例の分離装置、第２変形例の分離装置及び第４変形例の分離装置、実施形態２の分離装置１Ｂそれぞれにおいて設けてもよい。

また、実施形態１の第４変形例の分離装置及び実施形態２の分離装置１Ｂでは、実施形態１の第１変形例の分離装置と同様に、ロータ２を円錐台状に形成し、枠体３をロータ２の第１端２１から第２端２２に向かう方向において内径が漸増する円筒状に形成してもよい。

１ 分離装置
２ ロータ
２０ 回転中心軸
２１ 第１端
２２ 第２端
２５ 中心側開口
３ 枠体
３３ 内周面
３５ 外周側開口
４ 空間
５ 送風装置
６ 仕切板
６１ 第１端面
６２ 第２端面
７ 駆動装置
８ 流路
９ 回転板
１０ 気流制御部
１１ リブ
１２ 案内羽根

Claims (9)

1. ロータと、前記ロータを囲んで前記ロータと同軸的に配置された円筒状の枠体と、前記ロータと前記枠体との間の空間に配置されて前記空間を区分する複数の仕切板と、各々が前記複数の仕切板のうち隣り合う２つの仕切板と前記ロータと前記枠体とで規定される複数の流路と、前記複数の仕切板に連結された環状の回転板と、前記ロータを回転させる駆動装置と、を備え、
   前記複数の仕切板の各々は、前記ロータに連結されており、
   前記複数の流路の各々は、前記ロータの回転中心軸に沿った方向において前記ロータの第１端側が上流側であり、かつ、前記ロータの第２端側が下流側であり、
   前記複数の仕切板の各々は、前記回転中心軸に沿った方向において前記上流側の第１端面と、前記下流側の第２端面と、を有し、
   前記回転板は、前記複数の仕切板それぞれの前記第２端面側において前記複数の仕切板に連結されており、
   前記複数の流路それぞれの前記下流側において前記複数の仕切板よりも前記回転中心軸側にあり前記複数の流路のうち少なくとも１つの流路に連通し前記回転中心軸に直交する方向に開放されている少なくとも１つの中心出口と、前記複数の流路それぞれの前記下流側において前記回転中心軸に直交する方向で前記複数の仕切板よりも外側にあり前記複数の流路のうち少なくとも１つの流路に連通し前記回転中心軸に直交する方向に開放されている外周出口と、を備え、
   前記回転板は、前記複数の流路それぞれの前記下流側において前記複数の仕切板及び前記空間を覆う大きさである、
   ことを特徴とする分離装置。
2. 前記複数の仕切板の各々と前記枠体の内周面との間に隙間がある、
   ことを特徴とする請求項１記載の分離装置。
3. 前記回転板から前記回転板の厚さ方向の一方向に突出し前記複数の仕切板のうち隣り合う２つの仕切板の間に位置するリブを備える、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の分離装置。
4. 前記ロータに前記中心出口が複数形成されており、前記ロータの回転方向における前記複数の仕切板それぞれの後側で前記ロータに前記中心出口が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の分離装置。
5. 前記ロータは、前記回転板側の端面が開放されており、
   前記ロータの内周面における前記中心出口の外周部において前記ロータの回転方向の後端から突出し前記回転方向の後側へ傾いた案内羽根を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の分離装置。
6. 前記ロータは、前記ロータの前記第１端から前記第２端に向かう方向において直径が漸増する円錐台状に形成され、
   前記枠体は、前記ロータの前記第１端から前記第２端に向かう方向において内径が漸増する円筒状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の分離装置。
7. 前記複数の仕切板の各々は、前記ロータの前記回転中心軸のまわりで螺旋状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の分離装置。
8. 前記複数の仕切板の各々は、螺旋階段状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の分離装置。
9. 前記空間に気体を流す送風装置と、前記複数の流路のうち少なくとも１つの流路の前記下流側における気体の流れ方向を前記中心出口に向かう方向に制御する気流制御部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の分離装置。

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