WO2019111773A1

WO2019111773A1 - サイクロン分離装置

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Publication number: WO2019111773A1
Application number: PCT/JP2018/043677
Authority: WO
Inventors: 健吾中原
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2019-06-13

Abstract

サイクロン分離装置は、流入口（７）と、流出口（９）と、分離室と、旋回室と、排出口（１２）と、排出促進部（１１）と、を備える。流入口（７）は、筐体に空気を流入させ、旋回気流を発生させる。流出口（９）は、筐体の背面に設けて空気を筐体の外に流出させる。分離室と旋回室は、筐体の内部を筐体の側面に近い外周側と筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板によって形成される。排出口（１２）は、分離室に対して重力方向の下方となる位置に配置され、分離室内部と筐体外とを連通させる。排出促進部（１１）は、筐体の側面の下部に筐体の内外において傾斜面を有する。そして、排出促進部（１１）の先端部に排出口（１２）が配置されている。

Description

サイクロン分離装置

　本発明は、空気中に含まれる異物を、遠心力を用いて分離するサイクロン分離装置に関するものである。

　従来、この種のサイクロン分離装置は、住宅において外気を室内に取り込む際に、外気と一緒に吸込んでしまう虫や塵埃（以下、異物）を除去するために、住宅外壁の給気口部分に取り付けて使用されている。

　例えば、特許文献１には、給気と排気を行う換気装置を備えた住宅において、屋外の空気を取り込む給気口部分に設けられたサイクロン分離装置が記載されている。これにより、空気中に含まれる異物をサイクロン分離装置で分離し、その内部に設けた分離室に、分離した異物を貯留し、換気装置内への異物の侵入を防止している。

　また、特許文献２には、同じく給気と排気を行う換気装置を備えた住宅において、屋外の空気を取り込む給気口部分に設けられたサイクロン分離装置が記載されている。特許文献１と同じように分離した異物を貯留する分離室を備える。分離室は、風力を利用して、蓋が開く構造になっており、自然界で発生した風（以下、自然風）によって蓋が開いたときに、分離した異物が屋外へ排出されるようになっている。

　その構成は、風圧の力を受ける受風板を設け、受風板はある程度の強い風によって、振り子のように動くよう上部に支点をおいた構成とし、受風板が振り子のように動くことで、分離室に設けた２ヶ所の蓋が交互に開く構成となっている。

　従来のサイクロン分離装置においては、特許文献１のように分離室に異物を貯留すると、定期的に貯留物を取り除くというメンテナンスを行う必要があった。また、特許文献２のように、受風板を設けて、ある程度の強い風によって、振り子のように動く構成とすると、稼動部分の定期的なメンテナンスを行う必要があるだけでなく、装置が大型化してしまうこともあった。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、定期的にメンテナンスを行うことを必要とせず、分離された異物を効率よく排出できる排出構造を備えたサイクロン分離装置を提供することを目的とする。

特開２００７－９８２０８号公報特開２００８－３６５７９号公報

　本発明のサイクロン分離装置は、筐体に空気を流入させ、旋回気流を発生させる流入口と、筐体の背面に設けて空気を筐体の外へ流出させる流出口を備えている。また、サイクロン分離装置は、筐体の内部を筐体の側面に近い外周側と筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板によって形成された分離室と旋回室とを備えている。また、サイクロン分離装置は、分離室に対して重力方向の下方となる位置に配置され、分離室内部と筐体外とを連通させる排出口とを備えている。また、サイクロン分離装置は、筐体の側面の下部に筐体の内外において傾斜面を有する排出促進部を備える。そして、排出口は、排出促進部の先端部に配置されている。

　これにより、本発明のサイクロン分離装置は、排出口を分離室に対して重力方向の下方となる位置に配置することで、空気中に含まれる異物を、旋回気流によって分離室側へ移動させることができる。さらに、筐体の内側において、重力の作用によって、異物を傾斜面に沿って、下方へ移動させることができるので、異物を速やかに排出口近傍に集めることができる。特に、筐体の側面の下部に筐体の内外において傾斜面を有する排出促進部を配置して、排出促進部の先端部に、排出口を配置している。これにより、筐体の外側において傾斜面に自然風が衝突することで、排出口外側の風が強まり、分離室内側の圧力に比べて外側の静圧を低くすることができる。つまり、外側の静圧を低くすることで、分離室内の異物を装置の外へ排出する性能を高めることができる。

図１は、本発明の第1の実施の形態におけるサイクロン分離装置の斜め下正面側から見た斜視図である。図２は、本発明の第1の実施の形態におけるサイクロン分離装置の側面断面図である。図３は、本発明の第1の実施の形態におけるサイクロン分離装置の平面断面図である。図４は、本発明の第1の実施の形態におけるサイクロン分離装置の排出促進面の角度を説明する図である。図５は、本発明の第1の実施の形態における実施例の試験結果を表すグラフである。図６は、本発明の第2の実施の形態におけるサイクロン分離装置の斜め下正面側から見た斜視図である。図７は、本発明の第2の実施の形態におけるサイクロン分離装置の排出促進部の断面拡大図である。図８は、本発明の第2の実施の形態におけるサイクロン分離装置の実施例の試験結果を表すグラフである。図９は、本発明の第3の実施の形態におけるサイクロン分離装置の斜め下正面側から見た斜視図である。図１０は、本発明の第3の実施の形態におけるサイクロン分離装置の側面断面図である。

　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。

　（第1の実施の形態）
　図１から図３に本実施の形態のサイクロン分離装置の構成例を示す。

　なお、本実施の形態では、サイクロン分離装置の実施例である換気口フード１について説明する。

　換気口フード１は、屋外の空気を住宅に取り込む際に、住宅の外壁に開口した空気の取り入れ口（給気口）に取り付けるものである。住宅内へ屋外の空気を取り入れる装置では、給気口よりも住宅内側に送風機（図示せず）を設置する。送風機と換気口フード１とを換気ダクト（図示せず）を用いて接続し、換気口フード１を通過した空気を室内へ導入する。

　図１に示す換気口フード１は、住宅の外壁面から突出して設置される。また、流出管２を用いて換気ダクトと接続している。

　次に、換気口フード１の筐体２２の外観構成について説明する。

　筐体２２は、図１に示す正面側のカバー３と背面側のベース板４とで構成されている。カバー３は、換気口フード１の主要部である。カバー３は、中心軸６の周りを回転させてできる回転体形状であり、正面側を塞いだ円筒形状である。すなわち、カバー３は、換気口フード１の側面も含む形状を有している。なお、図１の正面側の面は平面であるが、中心部を正面側に突出させたドーム形状としてもよい。

　図１の姿勢において、カバー３の側面２７には突出板５を備えている。突出板５は、カバー３の上部と下部を正面側から背面側へ突出させ、さらにカバー３の側面２７の曲面形状に沿って湾曲させた板体である。

　カバー３とベース板４は、突出板５を介して接続されている。これにより、カバー３の側面２７、すなわち本体側面に隙間が設けられる。この隙間は空気を筐体２２内へ流入させる流入口７となる。流入口７は、換気口フード１の側面２７で３６０度に渡ってベース板４に接するように構成することもできる。ただし、本実施の形態では、突出板５部分では空気の流入はしない構成としている。

　流入口７には、流入する空気が旋回するように、中心軸６に向けて斜めに配置した固定羽根８を複数設けている。固定羽根８は、中心軸６を基準として、回転対称で、かつ均等間隔で配置されている。なお、突出板５部分には、空気を流入させないので、固定羽根８は配置していない。また、装置内に大きな虫や鳥類が侵入しないように、流入口７（固定羽根８の外周部）に網を備えても良い。

　ベース板４の中央部には円形の開口を備えている。この開口には流出管２が接続される。カバー３内部の空気は流出管２の一端の流出口９から排出する構成である。

　カバー３の下部には、排出促進部１１を備えている。排出促進部１１は内外において傾斜面を備えている。傾斜面は、カバー３の外側では側面２７から突出した排出促進面１０を成している。また、カバー３の内側では案内面２３を成している。

　排出促進面１０は対称に配置した二つの面であり、さらに別の二面２８と接続されている。図４に示すように、排出促進面１０の最下部には先端部２４が位置している。排出促進面１０と別の二面２８と先端部２４で排出促進部１１を構成している。排出促進部１１は下部に向かって断面積が小さくなる方向に排出促進面１０を傾斜させている。そして、先端部２４には、分離室１５の内外が連通するように開口させた排出口１２を備えている。なお、本実施の形態では、カバー３は中心軸６の周りを回転させてできる回転体形状としている。そして、カバー３の側面２７から排出促進部１１が突出した構造となっているが、例えば、カバー３を菱形形状として下部側面が傾斜を有している場合は、カバー３の側面をそのまま排出促進面１０として利用することができる。

　次に、図２を用いて、本実施の形態のサイクロン分離装置の内部構成について説明する。

　図２に示すように、カバー３の内部空間には、ベース板４から中心軸６の方向に、流入口７と内筒管１９と空間分割板１３を備えている。

　図２に示すように、空間分割板１３は、カバー３の内部空間を旋回室１４と分離室１５に区切っている。空間分割板１３は、カバー３内でベース板４側に向かって（図２における左側から右側）断面積が広がるように傾斜している。なお、ここでいう断面積とは、空間分割板１３を中心軸６に対して垂直な面で切断した面積のことをいう。すなわち、空間分割板１３は円錐台形状を有している。なお、空間分割板１３は断面積が変わらない円筒形状であってもよい。

　カバー３の中心部を含む内周側（空間分割板１３より内側）は旋回室１４であり、カバー３の内部で筐体２２の側面２７に近い外周側（空間分割板１３とカバー３で囲まれた空間）は分離室１５である。空間分割板１３には貫通孔１６を設け、貫通孔１６を介して旋回室１４と分離室１５が連通している。

　カバー３内において、空間分割板１３は換気口フード１の正面側に面を形成して旋回室底面１７としている。また、空間分割板１３と旋回室底面１７は一体もしくは連続的に接続されている。なお、空間分割板１３をカバー３の内面まで延設し、カバー３の内面を旋回室底面１７としてもよい。

　空間分割板１３の外側の空間で、かつカバー３に囲まれた空間は分離室１５である。旋回室底面１７がカバー３とほぼ密接している場合、分離室１５は円環状の空間となっている。なお、分離室１５は、円環状の空間ではなく、例えば、カバー３を箱体として、断面が四角形状となる空間であってもよい。一方、空間分割板は、カバー３の形状にはよらず、常に回転体形状である。

　そして、分離室１５にも、図１に示すカバー３の正面側に面が形成され、分離室底面１８としている。なお、旋回室底面１７とカバー３の密接の程度は、組立精度の関係上、旋回室底面１７とカバー３の正面側の内面とは僅かな隙間が生じるよう設計されている。

　このようにして、分離室底面１８と旋回室底面１７を略同一面上に形成しているので、中心軸６方向において、本サイクロン分離装置、すなわち換気口フード１の厚みを最小限に抑えることができる。

　また、内筒管１９は、ベース板４の中央部からカバー３の内部へ（すなわち、換気口フード１の正面側へ）向けて突出させて備え、さらに流出口９と同軸上に配置されている。なお、本実施の形態では、ベース板４部分において、内筒管１９の内径は流出管２の内径と異なっている。具体的には、流出管２の内径よりも内筒管１９の内径の方が小さくなっている。しかし、内筒管１９の内径は流出管２の内径と同じ大きさであってもよい。また、ベース板４部分で、流出管２側で内径が急拡大することで、気流の乱れが予想される場合、中心軸６に沿った方向に内筒管１９の内径が徐々に広がるような形状にしてもよい。

　上記構成において、まず、気流の流れと分離機構について説明する。

　異物を含んだ屋外空気は、図１に示す流入口７より換気口フード１内に流入する。換気口フード１内に流入する時に、固定羽根８により旋回気流となり、旋回室１４内で換気口フード１の正面側へ向かいながら旋回する。ここで、異物は、旋回気流の遠心力により空間分割板１３側へ移動し、貫通孔１６付近を通過する際に分離室１５内へ移動する。異物が分離された空気は、内筒管１９に流入し、流出管２を通って流出口９より換気口フード１外へ流出する。

　一方、分離室１５に移動した異物は、一旦、分離室１５内に貯留される。送風機により換気口フード１内は負圧となっているため、排出口１２からも分離室１５内へ空気が流入する。その流入した空気は、図２に示す貫通孔１６を通り、旋回室１４内へ流入し、旋回室１４内の旋回気流と合流する。

　次に、分離室１５内の異物の排出機構について説明する。

　図３は、図１に示すカバー３の背面側から見た断面図である（排出促進部１１を含む）。図３の白抜きの矢印は気流の流れを表している。図３に示すように、旋回室１４内部の旋回気流の影響により、分離室１５内部の空気は、ほとんどが旋回室１４内部の旋回気流と同方向の旋回気流となっている（全ての気流が同方向とは限らない）。そのため、分離室１５内の異物もほとんどが旋回室１４内部の旋回気流と同方向に移動する。

　図３に示すように、排出促進部１１の上部は下部に対して左右方向に広がっている。内側においても同様に案内面２３の上部は下部に対して左右方向に広がっている。

　旋回気流によって運ばれた異物は、排出促進部１１に流入しやすくなっている。また、排出促進部１１を中心軸６方向にも幅を持たせることで、分離室１５内を流れる旋回気流が排出促進部１１を横断するようになる。すなわち、異物は、分離室１５内を移動して、排出促進部１１に流入しやすくなっている。なお、排出促進部１１の中心軸６に平行な方向の長さは、分離室１５の中心軸６に平行な方向の長さと同じまで広げても良い。

　排出口１２は、排出促進部１１の下部で、中心軸６に平行な方向に長い長方形状を有している。

　前記のように細長い形状としたのは、体の大きい虫や鳥類などの侵入はさせないが、異物の排出がしやすいように面積をかせぐためである。さらに、排出口１２を中心軸６に平行な方向に長くしたのは、自然風による排出効果を高めるためである。

　自然風による排出効果について、詳細は後述する。

　カバー３内は負圧であるため、排出口１２からも気流が流入する。なお、流入した気流が旋回気流と同方向に流れるようガイド部材２０を設けることが好ましい。通常は異物が排出口１２から筐体２２外へ出て行くことはほとんどない。排出口１２から異物が自重により落下しようとしても、流入気流により押し戻されるためである。

　ところが、排出口１２の外側では全圧に変化はないので、自然風（横風）が吹くと、筐体２２の外側で、すなわち排出口１２の外側で風速が早くなる。風速が速くなると動圧が増加して、静圧が低下する（なぜなら、ベルヌーイの定理によると全圧が一定の場合、動圧が増加した分、静圧が低下するからである）。つまり、静圧が低下すると、排出口１２から流入する気流が弱まるので、異物の自重による下方への力が勝り、排出口１２から下方へ飛び出すこととなる。また、排出口１２の外側の静圧の減少による誘引効果も加わって、異物は排出口１２から引き出されることなる。このようにして、排出口１２の内側の異物は排出される。

　換気口フード１は、住宅の外壁に設置された時に背面側に壁面が存在する。そのため、自然風は、中心軸６に沿った方向には流れにくく、住宅の外壁に沿って流れやすくなる。すなわち、図３の正面視で左右方向に流れることが多い。

　排出口１２の形状は中心軸６に平行な方向に長い長方形状となっている。

　排出口１２で横風が装置内に入り込みにくくするために、排出口１２の形状を決めている。排出口１２は、排出口１２の外側を通る風の通過方向の距離を短くしている。すなわち、排出口１２の図３における左右方向は短くし、中心軸６に平行な方向は長くしている。

　排出を促進するには、排出口１２の外側を通る風の風速が内側を通る風の風速より速いほうが良い。本実施の形態では、排出促進部１１を本体の側面２７より突出させ、さらに、排出促進部１１は、排出口１２の長いほうの２辺を挟む位置において、対称に傾斜を持たせた排出促進面１０を備えている。これにより、排出促進部１１の先端部２４（排出口１２の外側）では、自然風と自然風が排出促進部１１に衝突して排出促進面１０に沿って流れる気流とが合流するため、風速がより速くなる（図３の黒矢印で横風のイメージを表している）。

　排出口１２の外側で風速が速くなると、排出口１２外の静圧をより低下させることができるので、排出口１２内の異物が外側へ排出される効果が増大する。

　また、空気には粘性があるため、風の流れがあると周囲の空気も影響を受けて動く。この効果により、排出口１２の外側で風速が速くなり、排出口１２の外側の影響を受けた排出口１２内の空気も外側へ吸引される。異物は外側に吸引される気流に乗って排出される。

　単に本体の側面２７下部に排出口１２を設けた場合と比較すると、本実施の形態は、格段に排出性能が高まり、自然風が弱い場合であっても、分離室１５内の異物をより多く排出することが可能となる。つまり、排出促進面１０を備えたことで排出促進効果を得ることができる。

　排出促進面１０は、排出口１２の両側に２面あり、それらは対称構造となっている。これは図３における左右どちらから自然風が吹いても同様の排出促進効果を得るためである。なお、図３において、左右両側に傾斜を持った排出促進面１０は必須であるが、厳密な対称構造は必須ではない、左右の傾斜角度が違っていても構わない。

　図４に示すように、排出促進面１０の角度は、排出口１２の二つの長辺を含む面２５を基準にした角度Ｄで表すこととする。この角度Ｄには適切な角度が存在する。排出口１２を含む面に対してほぼ直角（Ｄ＝９０度）であると、自然風が衝突し勢いを失ってしまい、また、Ｄ＝０度であれば排出促進効果が得られない。つまり、角度Dとしては、０度から９０度の間に設定するのがよい。詳細については後述する。

　なお、二つの長辺を含む面２５と接している側の排出促進面１０の端部は、排出促進面１０を形成する板の厚みにより、その端部には角を丸くするフィレットや角を落とす面取りを行うことがある。この時、排出促進面１０は、フィレットまたは面取りの開始位置までの部分を表す。つまり、排出促進面１０は、角度Ｄがカバー３の側面２７側から徐々に増加していく部分である。角度Ｄが減少するポイントがフィレットまたは面取りの開始位置である。

　本実施の形態では、カバー３の側面２７に衝突した自然風が円筒面に沿って排出促進面１０に到達するため、より多くの気流を排出口１２に集めることができる。これにより、排出口１２部分では風速が高まるので、排出性能が高まる。

　このように、分離された異物が自然風により効率的に排出されるので、異物の除去という定期的なメンテナンスが不要となる。

　［実施例］
　＜排出促進面の角度の比較試験（カバー形状：円筒形状）＞
　排出促進面１０の角度Ｄと排出性能との関係を確認するために以下の試験を行った。

　排出促進部１１の効果を見るために、分離された異物がどれだけ排出されたかを示す指標を定めた。指標は、「１０分間排出率」と定義した。すなわち、１０分間排出率［％］＝Ｅ／Ｍ×１００とする。ここで、１０分間で排出口１２から排出された異物の量をＥ［ｇ］、分離室１５に投入した異物の規定量をＭ［ｇ］とする。そして、以下の比較試験を実施した。

　１０分間排出率の算出において、１０分間で排出口１２から排出された異物の量Ｅ［ｇ］を計測した。そのために、予め分離室１５に規定量Ｍ［ｇ］の異物（本試験においては、φ１ｍｍの発泡ビーズを使用）を投入し、本実施の形態のサイクロン分離装置に規定の風量を流した上で、本実施の形態のサイクロン分離装置に横から一定の風速となるように横風を与えた。この時、１０分間で排出口１２から排出された異物の量Ｅ［ｇ］を計測した。そして、１０分間で排出口１２から排出された異物の量Ｅ［ｇ］から上述の式で１０分間排出率を算出した。

　比較試験として、以下の三つの例を実施した。なお、前述のように排出促進面１０の角度は、いずれも排出口１２の面２５に対する角度である。

　排出促進部１１以外の構成は３例とも同じ構成である。試験条件として、本装置に流す風量を３００［ｍ３／ｈ］、規定量Ｍ＝１．０［ｇ］とした。

　（実施例１）
　第１の例として、排出促進部１１を設け、排出促進面１０の角度はＤ＝４９度とした。

　（実施例２）
　第２の例として、排出促進部１１を設け、排出促進面１０の角度はＤ＝３０度とした。

　（比較例）
　第３の例として、排出促進部１１は設けず、本体の側面２７下部に排出口１２を設けたものである（Ｄ＝０度）。

　＜比較結果＞
　結果を図５に示す。グラフの横軸は横風の風速を表す。横風は、上述したように、装置に対して横から流れる風のことをいう。どれも風速が速くなると、１０分間排出率が上昇している。比較例において、風速１．５［ｍ／ｓ］以下では０［％］、２．０［ｍ／ｓ］では０．１［％］、２．５［ｍ／ｓ］では０．５［％］となっている。本実施の形態の実施例２は、風速１［ｍ／ｓ］で５［％］、１．５［ｍ／ｓ］で３０［％］である。比較例と実施例２を比べても、本実施の形態の排出促進部１１では、分離された異物の排出が確実に行われていることが確認できている。

　さらに、実施例１と実施例２を比較すると、実施例１の排出率が高いことから、実施例１の性能が高いことが解る。この結果から、排出促進面１０の角度Ｄは、ある程度大きいほうが良いと考える。実使用上は、Ｄ＝３０～８０度、より望ましくは５０度前後が望ましい。

　なお、排出促進面１０の高さ方向（排出口１２の面と垂直方向）の長さは、長い方が望ましく、少なくとも、排出口１２の短辺の長さの２倍あるとよい。本実施例では、２．５倍となっている。

　（第２の実施の形態）
　以下、第２の実施の形態における換気口フード１を説明する。第1の実施の形態の構成・作用と同じ部分については説明を省略する。

　図６に示すように、本実施の形態の換気口フード１は、カバー３の形状を直方体形状としたものである。カバー３を固定するため、ベース板４も四角形状としている。また、第１の実施の形態の突出板５に替えて、Ｌ型柱２１を備えている。そして、ベース板４とカバー３は、ベース板４のコーナ部において４本のＬ型柱２１で固定している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

　２本のＬ型柱２１の間には流入口７が開口している。装置内に大きな虫や鳥類が侵入しないよう、固定羽根８よりも外周側または流入口７の少なくとも一方には網を設けてもよい。

　本実施の形態においても、排出口１２は排出促進部１１の下部に位置し、二つの排出促進面１０によって挟まれた構成である。カバー３の四つの側面２７のうち一つの面が下部にくるように配置している。下部に位置した側面２７、すなわち最下部の面２９の中央付近に排出口１２を設けた。なお、排出口１２の位置は中央付近に限らず、左右どちらか一方にずらしてもよい。

　図７は、本実施の形態における排出促進部１１の断面図である。本実施の形態において、排出促進面１０は、傾斜角度を連続して変化させたものである。排出促進面１０の角度は、Ｄ＝２０～８０度の範囲で変化させるのが好ましく、本実施の形態では、Ｄ＝３０～７５度の範囲で変化させている。具体的には、カバー３の側面２７と接する側の傾斜面がＤ＝３０度であり、排出口１２と接する側の傾斜面がＤ＝７５度である。

　排出機構について説明をする。自然風が排出促進面１０に衝突すると、傾斜面（排出促進面１０）に沿って排出口１２へ向かう。排出口１２付近では、元々の自然風と排出促進面１０の傾斜に沿って流れる気流とが合流し、排出口１２付近では周囲の自然風の風速よりも早い風速となる。そして、排出口１２の外側の静圧が低下し、異物の排出が促進される。

　本実施の形態では、排出促進面１０の角度Ｄが側面２７から遠ざかるにつれて徐々に大きくなる形状としているため、自然風がスムーズに向きを変えることができる。すなわち、自然風の勢いを弱めずに、排出口１２の外側で斜め下方向へ指向性を持った気流へと変化させることができる。これにより、排出口１２の外側での気流をより強くすることができるので、異物の排出性能をさらに高めることができる。なお、排出促進面１０を角度の異なる複数の面の組合せとしてもよい。その際は、カバー３の側面２７から排出口１２に向けて、排出促進面１０の角度Ｄを徐々に大きくすればよい。例えば、角度の異なる３つの面を用いて排出促進面を構成する場合、カバー３と接する面はＤ＝３０度、中間の面はＤ＝５０度、排出口１２と接する面はＤ＝７５度とすると、上述と同じように、排出促進効果を引き出し、排出性能を高めることができる。

　もし、本実施の形態において、排出促進部１１を設けない場合、すなわちカバー３の側面２７の四つの面のうち最下部の面２９に排出口１２となる穴だけを開けた場合、左右の側面３０は横風に対して垂直にたっているため、自然風はカバー３の左右の側面３０に衝突して、勢いを失ってしまう。つまり、排出口１２の外側では下面に沿って流れる自然風しか異物の排出に寄与しないため、自然風がかなり強く吹かないと異物の排出ができない。

　しかし、本発明のように排出促進部１１を設けると、排出口１２の外側では部分的に風速を速めることができる。自然風を活用して静圧を低下させて、排出促進部１１内部の異物を排出口１２から誘引することができるので、筐体２２内部で分離した異物が排出されやすくなる。

　なお、正面側から排出促進部１１が見えないように、排出促進部１１を覆う化粧板を本体正面に設けても良い。その際、排出促進部１１を構成する正面側の面は化粧板の面と兼ねても良い。

　また、角度を変化させた排出促進面１０は、本実施の形態のようにカバー３が四角形状であっても実施の形態１のように丸型形状であっても、その効果は発揮される。

　［実施例］
　＜排出促進面の角度の比較試験（カバー形状：角型形状）＞
　カバー３の形状が四角い角型形状において、角度Ｄを変化させた場合の排出性能の比較を実施した。排出性能の試験方法は、実施の形態１の実施例で示した１０分間排出率を用いた。

　排出促進面の角度は変化させず、一つの角度のみとし、以下の四つの例を実施した。

　排出促進部１１以外の構成について、四つの例はともに同じ構成である。試験条件は、実施の形態１の実施例と同じく、本装置に流す風量を３００［ｍ３／ｈ］、規定量Ｍ＝１．０［ｇ］とした。

　（比較例１）
　第１の例では、排出促進面１０の角度をＤ＝３０度とした。

　（比較例２）
　第２の例では、排出促進面１０の角度をＤ＝４５度とした。

　（比較例３）
　第３の例では、排出促進面１０の角度をＤ＝６０度とした。

　（比較例４）
　第４の例では、排出促進面１０の角度をＤ＝７５度とした。

　＜比較結果＞
　結果を図８に示す。グラフの横軸は横風の風速を示す。比較例１では、Ｄ＝３０度において、風速１．０～２．０［ｍ／ｓ］の範囲内となり、他の比較例よりも１０分間排出率が低い値となった。

　風速１．０～１．５［ｍ／ｓ］の範囲内では、排出促進面１０の角度Ｄが大きくなるほど、１０分間排出率が良くなる傾向となった。

　風速２．０［ｍ／ｓ］においては、比較例２、３のＤ＝４５、６０度が最も良く、比較例４のＤ＝７５度まで大きくなると、低下傾向となった。

　このことから、以下のような考察をした。すなわち、風速が低い（１．０～１．５［ｍ／ｓ］）時は、角度Ｄが大きくても気流の乱れが少なく、排出口近傍での風速を早められ、１０分間排出率が高い値になるものと考える。風速が大きく（２．０［ｍ／ｓ］）、かつ角度Ｄが大きい場合、気流が乱れ、排出口近傍で風速が十分に速まらなく、１０分間排出率が低下するものと考える。

　（実施例）
　このような考察から、風速が弱くても強くても１０分間排出率が高くなるように、排出促進部１１は、第2の実施の形態で示した構成、すなわち徐々に角度Ｄを大きくする構成とした。以下にその実施例を示す。

　排出促進面１０は、角度Ｄの異なる三つの面により構成した。カバー３と接する側の面をＤ＝３０度、中間の面をＤ＝４５度、排出口１２と接する側の面をＤ＝７５度として、上記比較試験と同様の方法で試験を行った。結果を図８に示す。

　本実施の形態の実施例は、風速１．０～２．０［ｍ／ｓ］の全ての範囲で、上記４例の比較例よりも１０分間排出率が高くなった（優れた結果となった）。このことから、横風が小さい時でも大きい時でも、排出口１２近傍で気流の乱れを作らず、十分に風速を速めることができたため、全ての範囲における１０分間排出率が向上したと考えられる。

　（第３の実施の形態）
　第１の実施の形態、第２の実施の形態の換気口フード１を例としたサイクロン分離装置は、旋回流の進行方向が逆転する反転型のものである。本実施の形態では、旋回流の進行方向が変わらない軸流型のサイクロン分離装置の一例について説明する。

　図９に本実施の形態のサイクロン分離装置の外観図を示す。サイクロン分離装置２６の本体は円筒形状のカバー３で覆われている。円筒形状の底面がカバー３の正面側に位置している。カバー３正面の中央に開口を設け、ここが流入口７となる。本体側面２７の下部には排出促進部１１を設け、排出促進部１１の下部には異物を装置外へ排出する排出口１２を備えている。

　背面側に位置する円筒形状の底面には、流出管２を備える。

　図１０は本実施の形態のサイクロン分離装置２６の断面図である。流入口７の近傍には、複数の固定羽根８を円形状に配置している。各固定羽根８は中心軸６に向けて斜めに配置されているので、固定羽根８を通過した気流は旋回気流となる。

　固定羽根８の外周部には、空間分割板１３を設けている。空間分割板１３は本体の側面２７と平行に、かつ間隔を開けて設けられている。空間分割板１３と固定羽根８に挟まれた空間は旋回室１４、カバー３内の残りの空間は分離室１５となる。

　なお、図１０の断面図において、空間分割板１３をさらに背面側に向けて延長し、加えて流出管２を本体内部に延長させ、さらに流出管２の端部を空間分割板１３内部まで延長させても良い。これにより、空間分割板１３内で外周側に移動している異物が流出管２へ流れにくくなり、分離性能が向上する。

　流入口７より流入した空気は、固定羽根８によって旋回気流となり、旋回室１４を通過する。その後、分離室１５を通過し、流出管２を通り、流出口９から装置外へ流れ出る。

　空気と共に流入した異物は、遠心力により空間分割板１３側に移動する。空間分割板１３より流出管２側では、分離室１５内の外周側、つまりカバー３側に移動し、旋回を続ける。排出促進部１１は、実施の形態１、２と同様の構成を備えている。すなわち、図９に示すようにカバー３の正面側から背面側に向けて細長いスリット形状を有している。また、排出口１２の長辺側の２辺を挟むように左右対称に排出促進面１０を設けている。排出促進面１０は本体内に向かって広がるように傾斜している。排出促進部１１は排出口１２を含む面と、二つの排出促進面１０と別の二面２８で構成される。この場合、別の二面２８は図１０に示すように傾斜していても、図１０とは異なりカバー３の側面２７に対して垂直であってもよい。

　排出促進部１１は排出口１２よりも幅の広い開口３１を備えるので、分離室１５内を移動する異物は、開口３１により、排出促進部１１に集まりやすくなっている。開口３１は、二つの排出促進面１０の端部と別の二面２８の端部で囲まれた四角形の開口である。また、排出促進部１１にある異物は、実施の形態１で説明した排出口１２の外側を流れる気流の作用により、スムーズに排出される。

　以上説明したように、本発明のサイクロン分離装置は、筐体に空気を流入させ、旋回気流を発生させる流入口と、筐体の背面に設けて空気を筐体の外へ流出させる流出口を備えている。サイクロン分離装置は、また、筐体の内部を筐体の側面に近い外周側と筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板によって形成された分離室と旋回室とを備えている。サイクロン分離装置は、また、分離室に対して重力方向の下方となる位置に配置され、分離室内部と筐体外とを連通させる排出口とを備えている。また、サイクロン分離装置は、筐体の側面の下部に筐体の内外において傾斜面を有する排出促進部を備える。そして、排出口は、排出促進部の先端部に配置されている。

　これにより、分離室内で分離された異物は、筐体の内側において、傾斜面に沿って滑り落ち、先端部の排出口に集まりやすくなる。加えて、筐体の外側において、屋外で吹いている風が排出促進部に衝突し傾斜面に沿う気流が発生する。排出促進部の先端部では、自然風に加えて自然風が排出促進部に衝突して傾斜面に沿って流れる気流が合流するため、風速が早くなる。この時、排出口の外側では全圧に変化はないので、排出口の外側で風速が早くなると、動圧が増加して、静圧が低下する（なぜなら、ベルヌーイの定理によると全圧が一定の場合、動圧が増加した分、静圧が低下するからである）。つまり、排出口において、筐体内側の静圧に比べて筐体外側の静圧が下回り、分離室内の異物は筐体外へ引き寄せられ、サイクロン分離装置外へ排出される。

　以上のように、排出促進部の先端部に排出口を備えることで、排出促進部に衝突した自然風を排出促進部の傾斜面に沿わせて排出口の外側に集中させて流すことができので、分離した異物を排出口から効率よく排出することができる。

　また、サイクロン分離装置では、排出口は筐体の正面から背面方向へ向けた細長のスリット形状としている。加えて、排出促進部の外側で傾斜をなす排出促進面は、排出口の長辺側の２辺を挟んで左右対称に備えた構成にしてもよい。

　これにより、排出口の右側と左側（図３における左右方向）どちらから自然風が吹いたとしても、排出促進部での作用を同じように発揮させて、分離室内の分離された異物を排出することができる。

　また、サイクロン分離装置では、排出促進部の外側で傾斜をなす排出促進面は、傾斜角度の異なる複数の面または、傾斜角度を連続して変化させた曲面としてもよい。

　これにより、排出促進面に衝突させて方向を変えた自然風を排出口に向かわせることができる。排出促進面に衝突した自然風の向きを徐々に変えることができるため、風のエネルギーを軽減させることがない。風のエネルギーが弱まらないため、排出口の外側の静圧を低下させて排出口から異物の排出を効率よく行える。

　また、サイクロン分離装置は、排出口の長辺２辺を含む面と排出促進面とがなす角度を排出促進面の角度Ｄと定義し、排出促進面が長辺２辺を含む面と接する箇所において角度Ｄ＝４５～９０度の範囲内とした構成にしてもよい。

　これにより、排出促進面に衝突した自然風を排出口の外側に集めることができる。すなわち、排出口の外側における自然風を周囲の自然風よりも強くすることができるため、排出口外側の静圧を低下させる効果を増強して、排出口からの異物の排出を促進させることができる。

　また、サイクロン分離装置は、流入口には複数の羽根板を有し、羽根板は一つの軸の周りに回転対称に配置する構成にしてもよい。

　これにより、本装置内に旋回気流が発生させることが可能となるので、異物を旋回させて遠心力を与えることができる。すなわち、異物を外周側へ移動させることができ、異物を分離室へ分離することができる。

　また、サイクロン分離装置では、分離室は、旋回室を囲む環状であってよい。また、正面側に構成される分離室底面と旋回室において正面側に構成される旋回室底面は、略同一面上に位置してよい。また、分離室と旋回室は空間分割板に設けた貫通孔によって互いに連通した構成にしてもよい。

　これにより、分離室内にも旋回室と同じように旋回気流が発生する。排出口から流入した異物は、旋回気流によって分離室内で旋回するため、分離室内において外周側へ移動することになる。そして、分離室側の異物が貫通孔から旋回室へ流入するのを抑制することができる。また、旋回室と分離室の底面を略同一面とすることで、本装置の厚み（筐体の正面と背面の厚み）を抑えることができ、装置を小型化することができる。

　また、サイクロン分離装置では、流入口は筐体の側面において流出口を設けた背面側に備えてよい。また、空間分割板は正面側に備えてよい。流出口は旋回室内へ突出した内筒管と連通し、内筒管の端部を側面視で空間分割板内部まで延設した構成にしてもよい。

　これにより、旋回気流は、流入直後は筐体の正面側へ向かい、旋回室内で進行方向が１８０度逆転し、内筒管を通って流出口へ向かう流れとなる。このことで、流入口から流入した異物を旋回気流により外周方向へ移動させながら、正面側へ速やかに移動させることができるので、流出口へ異物が流れ込むことを抑制することができ、本装置の分離性能を向上させることができる。

　本発明に係るサイクロン分離装置は、速やかに異物を排出口近傍に集めることができ、筐体側面から突出した傾斜面に自然風が衝突することで、分離室内の異物を装置外へ排出する効果を高めることができものであるので、住宅内の換気で屋外の空気を取り込む住宅外壁の給気口部分に使用される換気口フード等として有用である。

１　　換気口フード
２　　流出管
３　　カバー
４　　ベース板
５　　突出板
６　　中心軸
７　　流入口
８　　固定羽根
９　　流出口
１０　　排出促進面
１１　　排出促進部
１２　　排出口
１３　　空間分割板
１４　　旋回室
１５　　分離室
１６　　貫通孔
１７　　旋回室底面
１８　　分離室底面
１９　　内筒管
２０　　ガイド部材
２１　　Ｌ型柱
２２　　筐体
２３　　案内面
２４　　先端部
２５　　二つの長辺を含む面
２６　　サイクロン分離装置
２７　　側面
２８　　別の二面
２９　　最下部の面
３０　　左右の側面
３１　　開口

Claims

筐体に空気を流入させ、旋回気流を発生させる流入口と、
前記筐体の背面に設けて空気を前記筐体の外へ流出させる流出口と、
前記筐体の内部を前記筐体の側面に近い外周側と前記筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板によって形成された分離室と旋回室と、
前記分離室に対して重力方向の下方となる位置に配置され、前記分離室内部と前記筐体外とを連通させる排出口と、
前記筐体の側面の下部に筐体の内外において傾斜面を有する排出促進部と、を備え、
前記排出促進部の先端部に前記排出口が配置されたサイクロン分離装置。
前記排出口は前記筐体の正面から背面方向へ向けた細長のスリット形状であり、前記排出促進部の外側の傾斜面である排出促進面を前記排出口の長辺側の２辺を挟んで左右対称に備えた請求項１記載のサイクロン分離装置。
前記排出促進面は、傾斜角度の異なる複数の面または、傾斜角度が連続して変化する曲面とした請求項２記載のサイクロン分離装置。
前記排出口の長辺２辺を含む面と前記排出促進面がなす角度を排出促進面の角度Ｄと定義し、前記排出促進面が前記長辺２辺を含む面と接する箇所において、前記排出促進面の角度をＤ＝４５～９０度の範囲内とした請求項３記載のサイクロン分離装置。
前記流入口には複数の羽根板を有し、前記羽根板を一つの軸の周りに回転対称に配置した請求項１に記載のサイクロン分離装置。
前記分離室は前記旋回室を囲む環状であり、前記正面側に構成される分離室底面と、前記旋回室において前記正面側に構成される旋回室底面は略同一面上に位置する構成とし、前記分離室と旋回室は該空間分割板に設けた貫通孔によって互いに連通した請求項１に記載のサイクロン分離装置。
前記流入口は前記筐体の側面において前記流出口を設けた前記背面側に備え、前記空間分割板は前記正面側に備え、前記流出口は前記旋回室内へ突出した内筒管と連通し、前記内筒管の端部は側面視で前記空間分割板内部まで延設した請求項１に記載のサイクロン分離装置。