WO2018061513A1 - サイクロン分離装置 - Google Patents

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健吾 中原
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    • F24F2007/0025—Ventilation using vent ports in a wall

Definitions

  • the present invention relates to a cyclone separator.
  • FIG. 6 is an external perspective view of a conventional cyclone separator.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view along the same central axis.
  • the cyclone separating apparatus 100 includes a circular inflow port 102 in which a plurality of blades 101 are radially arranged on one end surface in the axial direction with gaps spaced at equal intervals, and a circular inlet 102 on the other end surface.
  • a shaped outlet 103 is provided.
  • a space between the inlet 102 and the outlet 103 is a cylindrical swirl chamber 104.
  • the air that has entered from the inflow port 102 becomes a swirling airflow by the blades 101. Thereafter, the swirling airflow flows out from the outlet 103.
  • the cyclone separating apparatus 100 includes a separation chamber 105 under the swirl chamber 104 for containing foreign substances in the air separated by the swirling airflow.
  • the cyclone separation apparatus 100 includes a through hole 106 that allows the swirl chamber 104 and the separation chamber 105 to communicate with each other. The foreign matter moved to the outer peripheral side of the swirl chamber 104 by the swirling airflow passes through the through hole 106 and moves to the separation chamber 105.
  • the foreign substance that flows in along with the air from the inlet receives the centrifugal force due to the swirling airflow in the first swirl chamber and moves from the through hole to the second swirl chamber. It is a separation chamber.
  • the blower arranged downstream of the outlet is operated to make the inside of the case, that is, the inside of this device, have a negative pressure, air also flows from the second intake port, and the air in the second swirl chamber will flow into the first swirl chamber And Therefore, the foreign matter that has flowed into the device together with the air moves from the second swirl chamber toward the central axis in the first swirl chamber, and collides with the side surface of the cylindrical member due to inertial force.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a cyclone separator according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along the central axis.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view along the central axis of the cyclone separator according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a rear view excluding the end face.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the central axis of the cyclone separator according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is an external perspective view of a conventional cyclone separator.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view along the same central axis.
  • the cylindrical member is provided in the first swivel chamber on the other end side of the case with the central axis the same as the central axis of the case.
  • the end surface on the outlet side of the cylindrical member is located within the range of the through hole in the direction of the central axis.
  • the inside of the cylindrical case is divided into the first swirl chamber and the second swirl chamber by the space dividing plate.
  • the space dividing plate includes a through hole that communicates the first swirl chamber and the second swirl chamber.
  • outdoor air that has entered from the first air inlet flows as a swirl airflow and flows into the first swirl chamber.
  • the foreign matter contained in the swirling airflow receives centrifugal force, circulates in the vicinity of the space dividing plate, and moves from the through hole to the second swirling chamber.
  • the second swirl chamber is a separation chamber that receives the separated foreign matter, and the foreign matter separated in the second swirl chamber is deposited near the lower portion, that is, near the second intake port, due to gravity.
  • the static pressure near the second intake port outside the case decreases from Bernoulli's theorem. That is, when the static pressure outside the apparatus becomes lower than that of the second swirl chamber due to the influence of natural wind or the like, the foreign matter is discharged out of the apparatus. By this action, the foreign matter separated into the second swirl chamber can be returned to the outdoors.
  • the foreign matter in the second swirl chamber swirls in the second swirl chamber due to the swirling airflow generated therein, but a part of the foreign material moves from the through hole to the first swirl chamber.
  • the airflow flowing from the first swirl chamber to the second swirl chamber and the airflow flowing from the second swirl chamber to the first swirl chamber are mixed in the through hole.
  • the foreign matter moves in the direction of the central axis along the flow of the airflow and collides with the side surface of the cylindrical member by the inertial force.
  • the cyclone separator can collect the swirling airflow in the first swirl chamber near the central axis while suppressing the re-scattering phenomenon due to the action of the cylindrical member.
  • the swirling airflow is converted into a flow toward the outlet in the direction of the central axis, but is smoothly converted into a flow further toward the outlet by the conical member. Therefore, the pressure loss in this apparatus can be further reduced.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a cyclone separation device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view along the central axis.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the central axis 20 of the cylindrical case 1.
  • the cyclone separator 50 includes a cylindrical case 1, a space dividing plate 7, and a cylindrical member 11.
  • the fixed blade 3 is configured to protrude outward from the case 1 which is the main body.
  • wing 3 can also be stored in the case 1 which is a main body.
  • the outflow port 6 has a cylindrical shape and is provided so as to penetrate the center of the end face 1A.
  • the outflow port 6 communicates between the outside of the device and the inside of the device, and the swirling airflow that has flowed into the case 1 from the first intake port 4 flows out of the device through the outflow port 6.
  • the central axis of the outlet 6 is coincident with the central axis 20 of the case 1.
  • the location in which the outflow port 6 of the end surface 1A was provided protrudes inside and outside of the apparatus.
  • the end 1D protrudes to the outside of the device so that a duct (not shown) can be connected.
  • the space dividing plate 7 is provided in the case 1 on the end face 1B side.
  • the space dividing plate 7 divides the inside of the case 1 into a first swirl chamber 8 that is an inner peripheral space and a second swirl chamber 9 that is an outer peripheral space.
  • the space dividing plate 7 is inclined so that the cross-sectional area of the first swirl chamber 8 in a plane perpendicular to the central axis 20 of the cylindrical case 1 gradually decreases as it goes from the outlet 6 side to the end surface 1B side. ing.
  • the space dividing plate 7 has one end on the outlet 6 side in contact with the side surface of the case 1, and the end of the space dividing plate 7 in contact with the side surface is defined as an end portion 7A.
  • the other end of the space dividing plate 7 is in contact with the end surface 1B of the case 1, and an end portion of the space dividing plate 7 in contact with the end surface 1B is defined as an end portion 7B.
  • first swirl chamber 8 and the second swirl chamber 9 are provided in the cylindrical case 1 via the space dividing plate 7.
  • the end surface 1B of the case 1 is in contact with the space of the first swirl chamber 8 and the second swirl chamber 9. Further, the maximum diameter of the first swirl chamber 8 and the maximum diameter of the second swirl chamber 9 are the same.
  • the space dividing plate 7 is inclined. That is, the space dividing plate 7 has a cylindrical wall 25 having a truncated cone shape.
  • the cylindrical wall 25 may have a cylindrical shape with no inclination.
  • the first swirl chamber 8 and the second swirl chamber 9 are communicated with each other through a through hole 10 provided in the space dividing plate 7.
  • the through hole 10 is provided in a part of the cylindrical wall 25 of the space dividing plate 7.
  • the first air inlet 4 is configured to communicate with the outlet 6 via the first swirl chamber 8.
  • the second intake port 5 is configured to communicate with the first swirl chamber 8 via the second swirl chamber 9 and the through hole 10 and further communicate with the outlet 6.
  • the first is an airflow in which a part of the swirling airflow in the first swirl chamber 8 flows into the second swirl chamber 9 through the through hole 10.
  • the second is the airflow flowing from the second swirl chamber 9 into the first swirl chamber 8. Details will be described later.
  • the cylindrical member 11 is provided in the first swirl chamber 8 on the end surface 1B side of the case 1 with the central axis being the same as the central axis 20.
  • the feature in the present embodiment is that the cylindrical member 11 is provided in the first swirl chamber 8.
  • the outflow side end surface 11A which is the surface on the outflow port 6 side of the cylindrical member 11 is located on the end surface 1B side with respect to the end surface 10A of the through hole 10.
  • the outflow side end surface 11 ⁇ / b> A is disposed so as to be positioned closer to the end surface 1 ⁇ / b> B side than the center in the direction of the central axis 20 of the through hole 10.
  • the diameter of the cylindrical member 11 is smaller than the diameter of the outflow port 6, it may be equivalent or large.
  • the cylindrical member 11 is for suppressing foreign matter moving together with the air flowing into the first swirl chamber 8 from the second swirl chamber 9 from being scattered downstream from the outlet 6. Therefore, the cylindrical member 11 is disposed at a position overlapping the region of the through hole 10 on the side close to the end surface 1B.
  • the flow of air flowing in from the first inlet 4 will be described.
  • the air flowing in from the first air inlet 4 becomes a swirling airflow by the fixed blade 3, and proceeds in the direction of the end surface 1 ⁇ / b> B of the case 1 while swirling in the first swirling chamber 8.
  • the cross-sectional area in the plane perpendicular to the central axis 20 of the first swirl chamber 8 is gradually reduced, the centrifugal force acting on the foreign matter contained in the swirling airflow becomes stronger. The flow of foreign matter will be described later.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the central axis of the cyclone separator according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the support member 12 Since the support member 12 has a conical shape, it is possible to change the direction of the swirling airflow collected on the central axis 20 side by the arc blade 13 toward the outlet 6 side. As a result, the swirling airflow becomes an airflow containing a large amount of downstream components and quickly flows downstream near the center of the outlet 6, reducing friction loss due to the wall surface in the outlet 6, and Pressure loss can be reduced. That is, it is possible to provide a cyclone separator with low pressure loss while suppressing the re-scattering phenomenon.
  • the cyclone separator according to the present invention suppresses the re-scattering phenomenon, suppresses a decrease in separation performance, reduces pressure loss, and allows foreign substances to be separated and returned to the outdoors, and also prevents wind and rain from entering. To do. Therefore, it is useful as an outdoor hood attached to the ventilation opening (supply side) of the building.

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Abstract

一端側の側面を周回して開口した開口部（２）と開口部に沿って配置した固定羽根（３）とから形成される第一吸気口（４）と、一端側の面に設けられ、第一吸気口から旋回成分を持って流入する気流を流出する流出口（６）と、一端側に対向する他端側の側面に設けられ、中心軸（２０）を水平に配置した状態で最下部に位置する第二吸気口（５）と、を有する円筒状のケース（１）と、ケースの内側において、内周側の第一旋回室（８）と外周側の第二旋回室（９）とに分割し、第一旋回室と第二旋回室とを連通する貫通孔（１０）を有する空間分割板（７）と、ケースの他端側で第一旋回室内に、中心軸をケースの中心軸（２０）と同一にして設けられた円筒部材（１１）と、を備え、円筒部材は、中心軸の方向において、円筒部材の流出口側の端面が、貫通孔の範囲内に位置するサイクロン分離装置（５０）。

Description

サイクロン分離装置
　本発明は、サイクロン分離装置に関するものである。
　従来、建屋において屋外の空気を屋内に取り込む際、建屋の屋外外壁の空気取入口部分に取り付け、屋外の空気に含まれる異物を分離するサイクロン分離装置として、例えば特許文献１のものが知られている。
　以下、そのサイクロン分離装置について図６、図７を参照しながら説明する。
　図６は、従来のサイクロン分離装置の外観斜視図である。図７は、同中心軸に沿った断面図である。図６、図７に示すように、サイクロン分離装置１００は、軸方向の一端面に複数の羽根１０１を等間隔に隙間を開けて放射状に配置した円形状の流入口１０２と、他端面に円形状の流出口１０３を備える。流入口１０２と流出口１０３の間の空間は、円筒状の旋回室１０４となっている。流入口１０２から入った空気は、羽根１０１によって旋回気流となる。その後、旋回気流は、流出口１０３から流出する。また、サイクロン分離装置１００は、旋回室１０４の下方に、旋回気流によって分離された空気中の異物を収容する分離室１０５を備えている。そして、サイクロン分離装置１００は、旋回室１０４と分離室１０５とを連通させる貫通孔１０６を備えている。旋回気流によって旋回室１０４の外周側へ移動した異物は、貫通孔１０６を通り、分離室１０５へ移動する。
特開２００８－３６５７９号公報
　このような従来のサイクロン分離装置においては、旋回室で発生している旋回気流の一部が貫通孔を通って分離室内へ流入する。流入した旋回気流は、再び旋回室へ戻るため、分離室内の気流は乱れている。そのため、一旦分離室へ移動した異物が、分離室内を浮遊して再度旋回室へ流入することがある。つまり、旋回室へ再流入した異物がそのまま流出口へ流れ出る、いわゆる再飛散現象が発生する。これにより、従来のサイクロン分離装置は、分離性能の低下を招くという課題を生じていた。
　そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、再飛散現象を抑制することで、分離性能を向上することができるサイクロン分離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、本発明に係るサイクロン分離装置は、ケースと、空間分割板と、円筒部材とを備える。ケースは、円筒状であって、一端側の側面を周回して開口した開口部と開口部に沿って配置した固定羽根とから形成される第一吸気口と、一端側の面に設けられ、第一吸気口から旋回成分を持って流入する気流を流出する流出口と、一端側に対向する他端側の側面に設けられ、中心軸を水平に配置した状態で最下部に位置する第二吸気口と、を有する。空間分割板は、ケースの内側において、内周側の第一旋回室と外周側の第二旋回室とに分割し、第一旋回室と第二旋回室とを連通する貫通孔を有する。円筒部材は、ケースの他端側で第一旋回室内に、中心軸をケースの中心軸と同一にして設けられている。円筒部材は、中心軸の方向において、円筒部材の流出口側の端面が、貫通孔の範囲内に位置している。これにより所期の目的を達成するものである。
　本発明によれば、流入口から空気とともに流入した異物は、第一旋回室内の旋回気流によって遠心力を受け、貫通孔より第二旋回室へ移動するため、第二旋回室は第一旋回室の分離室となっている。流出口の下流に配置した送風機を動作させてケース内、すなわち本装置内を負圧にすると、第二吸気口からも空気が流入し、第二旋回室内の空気は第一旋回室へ流入しようとする。そのため、空気とともに装置内に流入した異物は、第二旋回室から第一旋回室内の中心軸へ向かって移動し、慣性力により円筒部材の側面に衝突する。衝突した異物は、再度第一旋回室内の旋回気流によって旋回し、再び貫通孔から第二旋回室へ流入する。これにより、第二旋回室内の異物が流出口より下流へ飛散することを抑制することができ、分離性能の低下を抑制することができる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるサイクロン分離装置の外観斜視図である。 図２は、同中心軸に沿った断面図である。 図３は、本発明の実施の形態２におけるサイクロン分離装置の中心軸に沿った断面図である。 図４は、同端面を除いた背面図である。 図５は、本発明の実施の形態３におけるサイクロン分離装置の中心軸に沿った断面図である。 図６は、従来のサイクロン分離装置の外観斜視図である。 図７は、同中心軸に沿った断面図である。
　本発明の請求項１に記載のサイクロン分離装置は、ケースと、空間分割板と、円筒部材とを備える。ケースは、円筒状であって、一端側の側面を周回して開口した開口部と開口部に沿って配置した固定羽根とから形成される第一吸気口と、一端側の面に設けられ、第一吸気口から旋回成分を持って流入する気流を流出する流出口と、一端側に対向する他端側の側面に設けられ、中心軸を水平に配置した状態で最下部に位置する第二吸気口と、を有する。空間分割板は、ケースの内側において、内周側の第一旋回室と外周側の第二旋回室とに分割し、第一旋回室と第二旋回室とを連通する貫通孔を有する。円筒部材は、ケースの他端側で第一旋回室内に、中心軸をケースの中心軸と同一にして設けられている。円筒部材は、中心軸の方向において、円筒部材の流出口側の端面が、貫通孔の範囲内に位置している。
　これにより、円筒状ケース内は空間分割板によって第一旋回室と第二旋回室に分割されている。また、空間分割板は、第一旋回室と第二旋回室を連通する貫通孔を備える。この構成によれば、第一吸気口から入った屋外の空気は、旋回気流となって第一旋回室へ流入する。ここで旋回気流中に含まれる異物は遠心力を受け、空間分割板近傍を周回し、貫通孔より第二旋回室へ移動する。つまり第二旋回室が分離した異物を受け入れる分離室となっており、第二旋回室に分離した異物は重力により下部付近つまり第二吸気口付近に堆積する。さらに、装置外で自然風が吹き、第二旋回室付近でも横風が吹くと、ベルヌーイの定理よりケース外の第二吸気口付近における静圧が低下する。つまり、自然風などの影響で第二旋回室側よりも装置外の静圧が低くなると、異物が装置外へ排出される。この作用により、第二旋回室に分離した異物を屋外へ戻すことができる。
　また、本装置の下流側に配置する送風機を動作させて本装置内を負圧にすると、第二吸気口においても本装置外から第二旋回室へ向かって空気が流入する。第一旋回室の旋回気流の一部は指向性を持って貫通孔より第二旋回室に流入する。そのため、第二旋回室内の気流は第一旋回室の気流と同じ旋回方向となり、第二吸気口から流入した気流はその旋回気流に乗って旋回する。
　第二旋回室内の異物はその中で発生している旋回気流によって、第二旋回室内を旋回するが、その一部が貫通孔から第一旋回室へ移動する。この時、貫通孔では第一旋回室から第二旋回室へ流入する気流と第二旋回室から第一旋回室へ流入する気流とが入り混じった状態である。ここで、中心軸方向において貫通孔のケースの他端側となる領域では、第二旋回室から第一旋回室へ向かう気流が多い。この気流の流れに乗って、異物が第一旋回室内へ中心軸方向に向かって移動し、その慣性力で円筒部材の側面に衝突する。これにより異物は勢いを失い、第一旋回室内の旋回気流によって再び旋回し、貫通孔より再度第二旋回室へ移動する。このような作用により、第二旋回室内の異物が流出口から流れ出る再飛散現象を抑制することができ、分離性能の低下を抑制することができる。
　本発明の請求項２に記載のサイクロン分離装置は、円筒部材が、円筒部材の流出口側の端面で、円筒部材の中心軸上に設けられた支持部材と、支持部材から円筒部材の外周端に向かって円弧状に曲げた円弧羽根と、を備える。曲げ方向は、外周端から支持部材に向かって、固定羽根によって発生する旋回気流の回転方向と同じ向きであって、円弧羽根は、円筒部材と流出口の間にあって、支持部材の周りに２枚以上円形配置した構成を有する。
　これにより、サイクロン分離装置は、円筒部材の作用による再飛散現象の抑制をしながら、第一旋回室の旋回気流を中心軸付近に集めることで、その旋回気流を中心軸方向において流出口へ向かう流れに変換することができる。そのため、本装置における圧力損失を低減することができる。
　本発明の請求項３に記載のサイクロン分離装置は、支持部材が、円錐部材であって、円錐部材の底面は円筒部材の端面と同一の底面を有する円錐形であり、円錐部材の頂点が流出口側になるように配置した構成を有する。
　これにより、サイクロン分離装置は、円筒部材の作用による再飛散現象の抑制をしながら、第一旋回室の旋回気流を中心軸付近に集めることができる。その旋回気流は中心軸方向において流出口へ向かう流れに変換されるが、円錐部材によってさらに流出口へ向かう流れにスムーズに変換される。そのため、本装置における圧力損失をさらに低減することができる。
　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は、実施の形態１におけるサイクロン分離装置の外観斜視図である。図２は、同中心軸に沿った断面図である。なお、図２は、円筒状のケース１の中心軸２０に沿ってカットした断面図である。
　図１、図２に示すように、本実施の形態に係るサイクロン分離装置５０は、円筒状のケース１と、空間分割板７と、円筒部材１１とを備えている。
　ケース１には、第一吸気口４と、第二吸気口５と、流出口６とが設けられている。
　第一吸気口４は、ケース１の端面１Ａ側（一端側）の側面に周回して開口した開口部２と、開口部２に沿って配置した固定羽根３とから形成される。固定羽根３は、開口部２において、３６０度に渡って一定の隙間を開けて配置されている。本実施の形態では、固定羽根３は１８枚設けられており、中心に対して全て同じ角度を向いている。これにより第一吸気口４を通過した気流は旋回気流となる。なお、本実施の形態において、開口部２は３６０度開口しているが、一部がふさがっていてもよい。また、本実施の形態では、固定羽根３の内周側端部３Ａが本体であるケース１の開口部２に位置するように配置されている。そのため、固定羽根３が本体であるケース１より外側へ突出した構成となっている。なお、固定羽根３の外周側端部３Ｂが開口部２に位置するように配置すれば、固定羽根３を本体であるケース１に納めることもできる。
　第二吸気口５は、ケース１の端面１Ａに対して反対側の端面１Ｂ側（他端側）の側面に設けられている。また、図２に示すように、第二吸気口５は、ケース１の中心軸２０を水平に配置した状態で重力方向の最下部に位置している。なお、端面１Ｂ側には開口がなく、ふさがれている。また、端面１Ｂとケース１は一体となって形成されていてもよく、端面１Ｂとケース１の側面との接続部分は、角が丸みを帯びていてもよい。
　流出口６は、円筒状であって、端面１Ａの中央を貫通するように設けられている。流出口６は、装置外と装置内とを連通しており、第一吸気口４からケース１内に流入した旋回気流は、流出口６を介して装置外に流出する。なお、流出口６の中心軸は、ケース１の中心軸２０と一致している。図２に示すように、本実施の形態では、端面１Ａの流出口６が設けられた箇所は、装置の内側と外側に突出している。内側に突出した端部１Ｃは、後述する空間分割板７の端部７Ａを越えて第一旋回室８内へ突出している。なお、端部１Ｃは、端部７Ａを越えて第一旋回室８内へ突出していなくてもよい。また、端部１Ｄは、装置の外側へ突出しており、ダクト（図示せず）が接続できるようになっている。
　空間分割板７は、ケース１内において、端面１Ｂ側に設けられている。空間分割板７は、ケース１内を内周側空間である第一旋回室８と、外周側空間である第二旋回室９とに分割している。空間分割板７は、円筒状のケース１の中心軸２０に対し垂直な面における第一旋回室８の断面積が流出口６側から端面１Ｂ側へ向かうにつれて、徐々に小さくなるように傾斜している。
　中心軸２０の方向において、空間分割板７は、流出口６側の一端がケース１の側面と接触しており、側面と接触している空間分割板７の端部を端部７Ａとする。また、空間分割板７の他端は、ケース１の端面１Ｂと接触しており、端面１Ｂと接触している空間分割板７の端部を端部７Ｂとする。
　つまり、円筒状のケース１の中に空間分割板７を介して、第一旋回室８と第二旋回室９が設けられている。ケース１の端面１Ｂは、第一旋回室８と第二旋回室９の空間と接している。また、第一旋回室８の最大径と第二旋回室９の最大径は同じである。
　すでに説明したように本実施の形態では、空間分割板７は傾斜している。すなわち、空間分割板７は円錐台形状の円筒壁２５を有している。なお、円筒壁２５は傾斜がない円筒形状であってもよい。
　また、第一旋回室８と第二旋回室９とは空間分割板７に設けた貫通孔１０によって連通されている。貫通孔１０は空間分割板７の円筒壁２５の一部に設けられている。これにより、第一吸気口４は、第一旋回室８を介して流出口６へ連通する構成となっている。また、第二吸気口５は、第二旋回室９と貫通孔１０を介して、第一旋回室８へ連通し、さらに流出口６へ連通する構成が形成されている。
　貫通孔１０には、異なる方向に流れる、二つの気流が通過する。一つ目は、第一旋回室８の旋回気流の一部が貫通孔１０を通り第二旋回室９へ流入する気流である。二つ目は、第二旋回室９から第一旋回室８へ流入する気流である。詳細については後述する。
　円筒部材１１は、ケース１の端面１Ｂ側で第一旋回室８内に、中心軸を中心軸２０と同一にして設けられている。本実施の形態における特徴は、円筒部材１１を第一旋回室８内に設けたことである。
　ここで、円筒部材１１の流出口６側の面である流出側端面１１Ａは、貫通孔１０の端面１０Ａよりも端面１Ｂ側に位置している。すなわち、図２の断面図において、円筒部材１１の流出口６側の流出側端面１１Ａは、貫通孔１０と重なる位置であればよい。本実施の形態では、流出側端面１１Ａが貫通孔１０の中心軸２０方向において、中央よりも端面１Ｂ側に位置するように配置されている。また、本実施の形態では、円筒部材１１の直径は流出口６の直径よりも小さいが、同等または大きくてもよい。
　上述したように、貫通孔１０を通過する気流は、二方向存在する。一つ目は、第一旋回室８の旋回気流の一部が貫通孔１０を通り第二旋回室９へ流入するものである。二つ目は、後述するとおり、第二旋回室９から第一旋回室８へ流入するものである。
　これらの気流は、図２において貫通孔１０の第一吸気口４に近い領域では、第一旋回室８から第二旋回室９へ流れる気流が多く、貫通孔１０の端面１Ｂに近い領域では、第二旋回室９から第一旋回室８へ流れる気流が多いことが実験による目視で確認できている。
　円筒部材１１は、第二旋回室９から第一旋回室８へ流入する空気とともに移動してくる異物を流出口６より下流に飛散させることを抑制するためのものである。そのために、円筒部材１１は、端面１Ｂに近い側の貫通孔１０の領域と重なる位置に配置されている。
　本実施の形態に反して、円筒部材１１を備えない場合、第二旋回室９から第一旋回室８へ移動してきた異物は、中心軸２０付近まで飛翔する。中心軸２０付近は流出口６へ向かう流れが支配的であるため、中心軸２０付近まで飛翔した異物は、その流れにのって流出口６より下流へ流れ出る。そのため、サイクロン分離装置５０としての分離性能が低下する。
　しかし、本実施の形態のように円筒部材１１を備えると、第二旋回室９から第一旋回室８へ移動してきた異物は、まず、慣性力により円筒部材１１の側面に衝突し、勢いを失う。その後、異物は、円筒部材１１の周囲を流れる旋回気流によって旋回をはじめ、遠心力により空間分割板７側へ移動し、再び貫通孔１０より第二旋回室９へ移動する。このような作用により、第二旋回室９に分離した異物が再び第一旋回室８へ流入し、装置の下流へ飛散する再飛散現象を抑制することができる。
　ここで、第二吸気口５の開口面積は、第一吸気口４となっている開口部２の開口面積に対して０．５％～３％程度とするのが望ましい。本実施の形態では、第二吸気口５の開口面積は開口部２の開口面積に対して約１．２％としている。すなわち、第二吸気口５の開口面積は第一吸気口４となっている開口部２の開口面積に対して非常に小さくしている。その理由は、第一吸気口４から流入する気流が本装置で処理を行う主の空気とするためである。
　第二吸気口５の開口面積が開口部２の開口面積の３％より大きくなると、第二吸気口５からケース１内に流入する気流が増加する。そのため、図２に示す貫通孔１０で第二旋回室９から第一旋回室８へ向かう気流が増加し、第一旋回室８で分離した異物が第二旋回室９へ移動しづらくなる（詳細な気流の流れと異物の動きについては後述する）。
　また、第二吸気口５の開口面積は小さすぎてもよくなく、第二吸気口５の開口面積が開口部２の開口面積の０．５％より小さくなると、第二吸気口５は異物を排出することができなくなる。分離した異物は第二吸気口５付近に堆積し、第二吸気口５は異物を排出するための開口であるため、異物が詰まらない程度の大きさが必要だからである。
　上記のように構成されたサイクロン分離装置５０における気流の流れを説明する。
　流出口６と送風機（図示せず）をダクトで接続し、送風機を運転すると、ケース１内が負圧になるため、外気と連通している第一吸気口４と第二吸気口５から空気が流入する。ただし、前述したように第二吸気口５の開口面積は、第一吸気口４のある開口部２の開口面積に対して０．５％～３％であるので、ケース１内に流入する空気の大部分は第一吸気口４から流入する。
　まず、第一吸気口４から流入する空気の流れについて説明する。図２に示すように、第一吸気口４から流入した空気は、固定羽根３によって旋回気流となり、第一旋回室８内を旋回しながらケース１の端面１Ｂ方向へ進行する。この時、第一旋回室８の中心軸２０に垂直な面における断面積は徐々に小さくなっているので、旋回気流に含まれる異物へ作用する遠心力は強くなっていく。異物の流れについては後述する。端面１Ｂ方向へ進行した旋回気流は、円筒部材１１付近で中心軸２０に対する進行方向が反転し、第一旋回室８内の中心付近を通って流出口６へ向かい、装置外へ流出する。
　また、第一旋回室８の旋回気流の一部は貫通孔１０から第二旋回室９へ指向性を持って流入する。そのため、第二旋回室９に流入した旋回気流は、第二旋回室９内においても第一旋回室８の旋回気流と同じ旋回方向を有する。
　次に、第二吸気口５から流入する空気の流れについて説明する。第二吸気口５から流入した空気は、前述した第一旋回室８から第二旋回室９に流入した旋回気流の影響を受け、同方向へ向かう流れとなる。つまり、第二吸気口５から流入した空気は、第二旋回室９内を周回して貫通孔１０より第一旋回室８へ入り、第一旋回室８内の気流と合流して、流出口６より装置外へ流出する。なお、上述したように、貫通孔１０において二方向に流れる気流が分布している。つまり、中心軸２０の方向において、貫通孔１０の端面１Ａ側では第一旋回室８から第二旋回室９へ向かう気流が多く、貫通孔１０の端面１Ｂ側では第二旋回室９から第一旋回室８へ向かう気流が多いことが実験による確認された。
　次に本装置に流入した異物の流れ、つまり異物を分離する作用について説明する。
　第一吸気口４から空気とともに流入する異物には、例えば、蚊やショウジョウバエ、キノコバエ、蛾などの小昆虫がある。これら第一吸気口４から空気とともに流入した異物は、第一旋回室８内の旋回気流によって遠心力を受け、第一旋回室８の外周側の空間分割板７付近を周回する。周回している間に、異物が貫通孔１０付近を通過すると、遠心力によってより外側へ移動しようとする。そのため、異物は、この貫通孔１０を通って第一旋回室８から第二旋回室９へ移動、つまり分離する。第二旋回室９は分離した異物を受け入れる空間、つまり分離室となっている。
　異物は空気に比べて質量が大きいため重力の作用によって、第二旋回室９内の下部である第二吸気口５付近に堆積する。異物が小昆虫などの場合、第二旋回室９に分離された直後は、まだ生きているため、第二旋回室９内を浮遊することができる。ここで、第二旋回室９内にも旋回気流が発生しているため、大部分の異物は、遠心力を受け第二旋回室９の外周側へ移動することとなり、貫通孔１０から第一旋回室８へ戻ることは抑制される。
　しかし、一部の異物は貫通孔１０を通り第一旋回室８へ移動する場合がある。
　この場合、第一旋回室８へ移動した異物は、慣性力によって中心軸２０方向へ向かい、円筒部材１１の側面に衝突し、勢いを失う。第一旋回室８内では旋回気流が発生しているので、円筒部材１１付近でも旋回気流が存在する。そのため、勢いを失った異物は第一旋回室８内の旋回気流によって旋回し、遠心力を受け、空間分割板７側へ移動し、再び貫通孔１０を通り第二旋回室９へ移動・分離される。つまり、円筒部材１１により第二旋回室９へ分離した異物の再飛散現象を抑制することができる。
　前述したように貫通孔１０では、第二旋回室９から第一旋回室８へ向かう気流は貫通孔１０の端面１Ｂ側に多く存在している。よって、端面１Ｂ側に寄った異物も第二旋回室９から第一旋回室８へ移動する。そのため、円筒部材１１の側面に異物が衝突しやすいように、円筒部材１１は端面１Ｂ側に配置し、図２の側面視において、円筒部材１１の流出側端面１１Ａは貫通孔１０と重なる位置としている。
　また、第二吸気口５は第二旋回室９内に一旦貯留された異物を装置外へ排出するための開口でもある。装置外の自然風が無風の場合は、前述したように、第二吸気口５から空気が流入するため、異物は出て行かない。
　しかし、装置外で、すなわち第二吸気口５の外側で自然風が流れると、第二旋回室９内に一旦貯留された異物は装置外へ引き寄せられ、排出される。ベルヌーイの定理により説明ができるように、装置内よりも装置外の静圧が低下するからである。
　本装置では、このように自然風を利用して、第二旋回室９内に一旦貯留した異物を屋外へ排出している。これにより、サイクロン分離装置のメンテナンスが不要となる。
　以上のように、本実施の形態に係るサイクロン分離装置５０は、ケース１と、空間分割板７と、円筒部材１１と、を備える。ケース１は、ケース１の端面１Ａ側の側面に周回して開口した開口部２と開口部２に沿って配置した複数の固定羽根３とから形成される第一吸気口４と、端面１Ａ側の面に設けられ第一吸気口４から旋回成分を持って流入する気流を放出する流出口６を有する。さらに、ケース１は、ケース１の端面１Ｂ側の側面に設けられ中心軸２０を水平に配置した状態で重力方向の最下部に位置する第二吸気口５を有している。そして、空間分割板７は、ケース１内を第一旋回室８と第二旋回室９に分割し、第一旋回室８と第二旋回室９を連通する貫通孔１０を有する。さらに、円筒部材１１は、ケース１の端面１Ｂ側で第一旋回室８内に、中心軸を中心軸２０と同一にして設けられている。また、円筒部材１１は、中心軸２０の方向において、円筒部材１１の流出側端面１１Ａは、貫通孔１０の範囲内に位置している。
　そして、主流の空気は第一吸気口４から流入し、第一旋回室８を通り流出口６へ流れる。また、一部の空気は第二吸気口５から流入し第二旋回室９を通り、貫通孔１０より第一旋回室８へ抜けて、その後、流出口６へ流れるものである。
　また、第一吸気口４から空気と共に流入した異物は、第一旋回室８で分離され貫通孔１０より第二旋回室９へ移動する。すなわち、第二旋回室９は第一旋回室８で分離した異物を受け入れる分離室の役割を持っている。
　つまり、本実施の形態のサイクロン分離装置５０は、第一旋回室８の周囲に分離室を設けた構成になっており、さらに分離室である第二旋回室９内の空気は旋回気流となっている。
　これにより、分離した異物や、第二吸気口５から流入した異物が貫通孔１０より第一旋回室８へ流入することを抑制することができる。また、万が一、第二旋回室９から貫通孔１０を通って第一旋回室８へ異物が移動したとしても、円筒部材１１の作用により、再度異物を分離し第二旋回室９へ戻すことができるので分離性能の低下を抑制、つまり分離性能が向上している。
　また、本装置は、建屋の外壁の吸気口部分に風雨を防ぐためのフードとしての利用を想定している。つまり、本装置は、異物を分離する機能の付いたフードである。
　屋外外壁に設置され、雨が降った場合、第一吸気口４から装置内に雨水が流入する。しかし、第一吸気口４は３６０度開口しているため、そのまま下方へ落下していく。また、端部１Ｃは第一吸気口４より第一旋回室８側へ突出しているため、雨水が流出口６に直接入ることはない。万が一装置内へ流入しても流出口６はケース１端面の中央部に存在しているため、雨水が流出口６より下流へ浸入する恐れはない。また、ケース１内へ水しぶきが流入しても、旋回気流によって水を空間分割板７へ付着させることができる。また、本実施の形態では、空間分割板７は第一吸気口４へ向かって傾斜しているため、空間分割板７に付着した雨水は第一吸気口４へ流れ出ることとなる。
　また、強風が吹いたとしても、第一吸気口４は３６０度開口しているため、風が抜ける構造である。また前述した構造により風が直接、流出口６へ流入することはない。
　つまり、本装置はコンパクトに異物を分離する機能を備えながら、風雨を防ぐフードとしての本来の機能を確実に押さえている。
　（実施の形態２）
　実施の形態１と同構成の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図３は、本発明の実施の形態２におけるサイクロン分離装置の中心軸に沿った断面図である。本実施の形態における特徴的な構成は、図３に示すように、円筒部材１１の流出口６側に、支持部材１２と円弧羽根１３を設けた点である。支持部材１２は、円柱状であって、円筒部材１１の中心に設けられている。円弧羽根１３は、支持部材１２と円筒部材１１の外周面とを円弧状に結んでおり、支持部材１２の周囲に４枚均等間隔で円形配置されている。
　図４は、実施の形態２におけるサイクロン分離装置の端面を除いた背面図である。つまり、図４は、サイクロン分離装置５０から端面１Ａを取り除いた状態で、円筒部材１１と、支持部材１２と、円弧羽根１３とを流出口６側から見た図である。
　円筒部材１１の流出口６側には、図４に示すように、中心軸２０に垂直な断面において円弧状にカーブした円弧羽根１３が４枚、均等かつ放射状に配置されている。
　円弧状の４枚の円弧羽根１３は、２枚以上備えることでサイクロン分離装置５０の圧力損失低減の効果がある。以下に円弧羽根１３による圧力損失低減の効果について述べる。
　図４の黒矢印は、第一旋回室８内での旋回気流の向きを表している。
　円弧羽根１３の円弧の湾曲方向は、図４で示すように、第一旋回室８内で発生する旋回気流と同じ向き、つまり図４の矢印で示した第一旋回室８内の旋回気流を円弧の内側で受け止めるように湾曲している。これにより、旋回気流は円弧羽根１３によって、中心軸２０付近に気流を集めることができる。これにより流出口６内において、流出口６の壁面から離れた中心部分に気流が多く流れるようになるため、流出口６の壁面との摩擦損失が減少し圧力損失が低下する。なお、本実施の形態では流体解析による流れの可視化によって、下流（流出口６方向）へ向かう旋回気流の流れを把握し、旋回気流の直径とほぼ同じになるように円筒部材１１の直径を決定した。この直径は流出口６の内径と相関があり、流出口６の内径の７割～８割程度である。つまり、上記で述べたように、円筒部材１１の直径と下流へ向かう旋回気流の直径とはほぼ同じであり、流出口６の内径の７割～８割程度である。このため、流出口６を通過する旋回気流は、壁面との摩擦損失が減少し、圧力損失が低下する。
　本実施の形態では、１枚の円弧羽根１３の形状は、中心角が１８０度である半円形状をしているが、中心角が１８０度より小さい、つまり湾曲度合いが小さくてもよい。
　また、円弧羽根１３の中心軸２０方向の長さは、旋回気流を中心軸２０付近に集めるため、ある程度の長さが必要であるが、円筒部材１１と同等かそれよりも長ければよい。本実施の形態では、円筒部材１１よりも長く、端部１Ｃとの間に隙間ができる長さとしている。なお、円弧羽根１３の長さは、端部１Ｃと重なる位置まで伸ばしてもよい。
　このような構成により、旋回気流は、円弧羽根１３によって支持部材１２側つまり中心軸２０付近へ集められ、集まった空気は流出口６の中心部分、つまり中心軸２０付近を集中的に通過する。
　これにより、再飛散現象を抑制しながら、流出口６へ向かう気流の圧力損失が低減するため、本装置の圧力損失を低減することができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態１、実施の形態２と同構成の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図５は、本発明の実施の形態３におけるサイクロン分離装置の中心軸に沿った断面図である。
　本実施の形態における特徴的な構成は、図５に示すように、支持部材１２の形状が、円錐形状である点である。また、円錐の底面の径は円筒部材１１の径と同等で、円錐の頂点は流出口６側を向いている。この円錐形状の支持部材１２の周囲に円弧羽根１３が４枚均等に円形配置されている。流出口６側から見た図としては、図４と同様となり、円弧羽根１３の湾曲方向も、実施の形態２で説明したものと同じとなる。
　円筒部材１１の流出口６側の流出側端面１１Ａの位置は、図５の断面図に示すように、貫通孔１０と重なる位置となっている。
　支持部材１２が円錐形状になることで、円弧羽根１３によって中心軸２０側へ集めた旋回気流を流出口６側へ向きを変換させることが可能となる。そのため、旋回気流が下流へ向かう成分を多く含む気流となって、流出口６の中心付近を速やかに下流へ流れて行くので、流出口６内で壁面による摩擦損失が減少し、さらに本装置の圧力損失を低減させることができる。つまり、再飛散現象を抑制しながら、圧力損失の低いサイクロン分離装置とすることができる。
　本発明に係るサイクロン分離装置は、再飛散現象を抑制することで、分離性能の低下を抑制し、圧力損失を低く抑えながら、異物を分離し屋外へ戻すとともに、風雨の進入の防止を可能とするものである。そのため、建屋の換気口（給気側）に取り付ける屋外フード等として有用である。
　１　　ケース
　１Ａ　　端面
　１Ｂ　　端面
　１Ｃ　　端部
　１Ｄ　　端部
　２　　開口部
　３　　固定羽根
　４　　第一吸気口
　５　　第二吸気口
　６，１０３　　流出口
　７　　空間分割板
　７Ａ　　端部
　７Ｂ　　端部
　８　　第一旋回室
　９　　第二旋回室
　１０，１０６　　貫通孔
　１０Ａ　　端面
　１１　　円筒部材
　１１Ａ　　流出側端面
　１２　　支持部材
　１３　　円弧羽根
　２０　　中心軸
　２５　　円筒壁
　５０，１００　　サイクロン分離装置

Claims (3)

  1. 　一端側の側面を周回して開口した開口部と前記開口部に沿って配置した固定羽根とから形成される第一吸気口と、前記一端側の面に設けられ、前記第一吸気口から旋回成分を持って流入する気流を流出する流出口と、前記一端側に対向する他端側の側面に設けられ、中心軸を水平に配置した状態で最下部に位置する第二吸気口と、を有する円筒状のケースと、
    　前記ケースの内側において、内周側の第一旋回室と外周側の第二旋回室とに分割し、前記第一旋回室と前記第二旋回室とを連通する貫通孔を有する空間分割板と、
    　前記ケースの他端側で前記第一旋回室内に、中心軸を前記ケースの前記中心軸と同一にして設けられた円筒部材と、を備え、
    　前記円筒部材は、前記中心軸の方向において、前記円筒部材の前記流出口側の端面が、前記貫通孔の範囲内に位置するサイクロン分離装置。
  2. 　前記円筒部材は、
    　前記円筒部材の前記流出口側の端面で、前記円筒部材の中心軸上に設けられた支持部材と、前記支持部材から前記円筒部材の外周端に向かって円弧状に曲げた円弧羽根と、を備え、前記曲げ方向は、前記外周端から前記支持部材に向かって、前記固定羽根によって発生する旋回気流の回転方向と同じ向きであって、前記円弧羽根は、前記円筒部材と前記流出口の間にあって、前記支持部材の周りに２枚以上円形配置した請求項１に記載のサイクロン分離装置。
  3. 　前記支持部材は、円錐部材であって、前記円錐部材の底面は前記円筒部材の端面と同一の底面を有する円錐形であり、前記円錐部材の頂点が前記流出口側になるように配置した、請求項２に記載のサイクロン分離装置。
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