WO2020213242A1

WO2020213242A1 - サイクロン分離装置

Info

Publication number: WO2020213242A1
Application number: PCT/JP2020/005164
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: 2019-04-18
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2020-10-22
Also published as: JP7349597B2; JP2020175334A

Abstract

サイクロン分離装置は、流入口と、旋回流発生部と、流出口と、排出口とを備える。筐体に設けられた旋回室の中心軸を水平にした状態で、排出口を最下位に配置したときに、分離室内部において、排出口の上方部には流入気流制御板が配置されている。流入気流制御板は、筐体の正面側から見て、貫通孔側が下方へ傾斜した板体である。また、分離室は、中心軸を中心にした座標平面において、四つの象限に跨る環状空間である。貫通孔は、旋回室内の気流旋回方向において、座標平面の第二象限に位置している。分離室は、座標平面の第三象限と第四象限では空間分割板に沿った曲面を有し、第一象限と第二象限ではそれぞれ座標面の軸に平行な二つの平面を有している。

Description

サイクロン分離装置

　本開示は、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、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）を分離するために、住宅外壁の給気口部分に、この種のサイクロン分離装置を取り付けて使用している。

　例えば、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サイクロン分離装置を設けている（例えば特許文献１）。これによれば、空気中に含まれる異物が換気装置内へ侵入することを防止することができる。空気中に含まれる異物は、サイクロン分離装置で分離されて、このサイクロン分離装置の内部に設けた分離室に貯留されるからである。

　また、同様のサイクロン分離装置の分離室では、風力を利用して、蓋が開く構造を備えて、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している（例えば特許文献２）。

　その構成は、風圧の力を受けて振り子のように動く受風板を設けている。受風板は、上部に支点をおいた構成とし、風圧の力を受けた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。

特開２００７－９８２０８号公報特開２００８－３６５７９号公報

　このような従来のサイクロン分離装置によれば、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、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を備えると、装置が大型化してしまうという課題があった。さらに、稼動部分があるため、定期的な点検が必要であるという課題がある。

　また、風を利用して２ヶ所の蓋を開口させる構成は、蓋を開口させる頻度が高くなり、開口から分離室内へ空気が流入し、分離した異物が舞い上がり、サイクロン分離装置の下流へ飛散する再飛散現象が発生し、分離性能が低下するという課題がある。

　そこで、本開示は、定期的なメンテナンスを必要とせず、自然風によってサイクロンで分離された異物を排出できる排出構造を有しながら、再飛散による分離性能の低下を抑制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、本開示に係るサイクロン分離装置は、流入口と、旋回流発生部と、流出口と、排出口とを備える。流入口は筐体に空気を流入させるものである。旋回流発生部は旋回気流を発生させるものである。流出口は、筐体の背面に設けてあり、空気を筐体の外へ流出させるものである。また、筐体の内部には、分離室と旋回室が形成されている。筐体の内部には、筐体の側面に近い外周側と該筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板が備えられている。分離室と旋回室は、仕切板によって形成されている。空間分割板には、分離室と旋回室を連通させる貫通孔が設けられている。排出口は、分離室内部と筐体外とを連通させる開口であり、常時開口している。

　また、旋回室の中心軸を水平にした状態で、排出口を最下位に配置したときに、分離室内部において、排出口の上方部には流入気流制御板が配置されている。流入気流制御板は、筐体の正面側から見て、貫通孔側が下方へ傾斜した板体である。また、分離室は、中心軸を中心にした座標平面において、四つの象限に跨る環状空間である。貫通孔は、旋回室内の気流旋回方向において、座標平面の第二象限に位置している。分離室は、座標平面の第三象限と第四象限では空間分割板に沿った曲面を有し、第一象限と第二象限ではそれぞれ座標面の軸に平行な二つの平面を有している。

　本開示に係るサイクロン分離装置によれば、分離室に分離された異物は、自然風の力により排出口から筐体外へ排出することができ、メンテナンスの頻度を軽減することができる。また、常時開口した排出口により、自然風の力によって、分離した異物を筐体外へ排出することを可能としながらも、再飛散現象の発生が抑制できる。

図１は、本開示の実施の形態１の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、同サイクロン分離装置の側面における断面図である。図３は、同サイクロン分離装置の角型セパレータの詳細図（カバーと角型セパレータの関係を示す図）である。図４は、同サイクロン分離装置の正面における断面図である。図５は、同サイクロン分離装置の分離室の断面図である。図６は、本開示の実施の形態２のサイクロン分離装置の正面における断面図である。図７は、同サイクロン分離装置の排出部の詳細を示す図である。

　本開示のサイクロン分離装置は、流入口と、旋回流発生部と、流出口と、排出口とを備える。流入口は筐体に空気を流入させるものである。旋回流発生部は旋回気流を発生させるものである。流出口は、筐体の背面に設けてあり、空気を筐体の外へ流出させるものである。また、筐体の内部には、分離室と旋回室が形成されている。筐体の内部には、筐体の側面に近い外周側と該筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板が備えられている。分離室と旋回室は、仕切板によって形成されている。空間分割板には、分離室と旋回室を連通させる貫通孔が設けられている。排出口は、分離室内部と筐体外とを連通させる開口であり、常時開口している。

　これにより、分離室に分離された異物は、自然風の力により排出口から筐体外へ排出することができ、メンテナンスの頻度を軽減することができる。

　排出口を常時開口していることにより、排出口からは分離室内へ向かって気流が流入する。しかし、流入気流制御板により、排出口から流入した気流の向きを貫通孔とは反対側へ向かわせることができるので、流入した気流による舞い上がった異物が貫通孔に直接流入することを防ぐことができ、再飛散現象を抑制することができる。さらに、流入気流制御板の作用により、排出口から流入した気流を貫通穴から遠ざかる第四象限、第一象限の方向へ流すことができる。第一象限において、気流が分離室内の上部へ向かう際に、分離室内の断面積が拡大するので、気流の勢いが弱まり、異物が分離室内の上部まで持ち上がることを抑制することができる。したがって、再飛散現象をさらに防止することができる。

　また、サイクロン分離装置において、座標平面の軸に平行な二つの平面は、分離室の側面である分離室側面と分離室の天面である分離室天面を構成している。分離室の底面（分離室底面）は、分離室側面側を高くした曲面、または曲面と傾斜面の連続した面で分離室側面側を高く構成した面を備えて構成している。そして、中心軸を含み分離室と交差する部分の断面であって、分離室側面と接触する断面は、分離室天面に近づくに従い面積を増大させたものである。

　これにより、第三象限と第四象限において、分離室底面が排出口に向かって下り傾斜を有することとなる。貫通孔から分離室内へ排出された異物は、傾斜に沿って転がり落ちて、排出口付近に異物が集まりやすくなるため、異物の排出が促進される。また、分離室側面が鉛直方向に立設していることと、第二象限へ向かう回転方向で分離室側面と交差する断面の面積を増大させたことで、分離室上部へ向かう気流がその鉛直な面に沿って上向きとなる。そのため、異物はその気流に乗って鉛直方向上方へ向かって飛散する。さらに、分離室天面は水平方向の平面となっているため、上昇してきた気流が分離室天面に衝突して勢いを失いやすい。そのため、貫通孔側の分離室上方においては、異物が舞い上がっても貫通孔に直接落下することが抑制できる。貫通孔のない側の分離室上方においては、異物が空間分割板の外側を伝わって、貫通孔側へ向かうことが抑制できる。つまり、再飛散現象をさらに防止することができる。

　また、サイクロン分離装置は、筐体は六面体形状である。筐体内には、筐体の正面側と筐体の背面側とを仕切る仕切板を備えている。筐体の背面側と隣接する四つの側面は、仕切板よりも背面側を開口している。また、開口には、旋回流発生部に連通させる流入口を備えている。筐体の正面側には、空間分割板と分離室底面と分離室天面と分離室側面と排出口を配置している。筐体の内壁面のうち仕切り板を境にした正面側の部分を分離室天面と分離室側面で形成したものである。

　これにより、装置の外観上の形状を角型形状とすると装置が大型化することが懸念されるが、分離室を構成する面を筐体の各面が兼ねることで、装置を小型化することができる。また、分離した異物が自然風によって排出され、再飛散現象を抑制させることもできる。

　以下、本開示の実施の形態について、図面参照しながら説明をする。

　（実施の形態１）
　まず、図１から５を用いて、実施の形態１に係るサイクロン分離装置について説明する。

　実施の形態１ではサイクロン分離装置を換気口フードに適用した例をもとに以下説明を行う。

　図１は、本開示の実施の形態１の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１に示す換気口フード１は、住宅の外壁に設けた給気口に取り付けるものである。住宅の外壁に設けて屋外の空気を住宅に取り込む給気口に取り付けるものである。

　住宅内への屋外の空気を取り込む装置（図示せず）には、住宅内に設置した送風機（図示せず）と換気ダクト（図示せず）を備えている。換気口フード１は、前記換気ダクトによって前記送風機に接続されている。これにより、換気口フード１を通過させた空気を室内へ導入することができる。

　換気口フード１は、流出管２を用いて換気ダクトと接続し、住宅外壁から突出して設置される。

　次に、換気口フード１の外観構成について説明する。

　図１に示すように、換気口フード１の筐体５は、正面側のカバー３と、背面側のベース板４とで構成された六面体形状となっている。換気口フード１の主要部であるカバー３は、角型の箱体であり、正面側を塞ぎ、四つの側面は背面に近い側が流入口７として開口している。なお、図１の正面、すなわち換気口フード１の正面の形状は平面状であるが、中央部が突出したドーム形状であってもよい。

　カバー３の側面はベース板４と隣接し、カバー３は換気口フード１の外郭の一部を成している。

　流入口７の下流側には、流入空気を旋回させる旋回流発生部として、下流側の辺を中心軸６に近づけて配置した固定羽根８を複数設けている。つまり、固定羽根８は、中心軸６を基準として回転対称に均等間隔で配置されている。また、装置内に大きな虫や鳥類が侵入しないよう、流入口７や固定羽根８の外周部に網を備えても良い。

　ベース板４は中央部に円形の開口を備え、該開口には流出管２が接続されている。流出管２の一端である流出口９から、カバー３内部の空気を流出させる構成である。

　中心軸６を略水平に配置した状態において、カバー３の下部には、側面から突出させた排出部１１を備えている。

　排出部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、その先端部に換気口フード１の内外を連通させるように開口させた排出口１２を備えている。

　つまり、排出部１１には、内側と外側において傾斜を有する排出促進面１０と別の二面１０ａ（図５参照）と排出口１２が設けられている。

　図４に示すように、排出促進面１０は、互いの面を対向させて、対称に配置した二面である。図５に示すように、排出部１１において、排出促進面１０が別の二面１０ａに接続され、最下部に常時開口した排出口１２が形成される。排出部１１はカバー３の最下部に位置している。

　排出口１２は、長方形状を有している。排出口１２は、排出部１１の下部において、長方形状の長辺を中心軸６に平行に配置した長方形状である。

　排出口１２を細長い形状とすると、体の大きい虫や鳥類などが侵入しにくくでき、かつ、面積を確保して分離した異物を排出しやすくすることができる。さらに、中心軸６に対して排出口１２の長辺を平行に配置したことで、後述する自然風による排出効果を高めることができる。

　なお、排出促進面１０を対称に配置した構造は、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ことができる。なお、左右両側に傾斜を持った排出促進面１０は必要であるが、厳密な対称構造でなくてもよく、左右で傾斜角度が違っていても構わない。

　特に、実施の形態１では、排出促進面１０に衝突する自然風がスムーズに向きを変えられるよう、逆さ富士のように下方に向けて徐々に傾斜が急になるスムーズな面としている。

　次に、図２を用いて、本装置の内部構成について説明する。図２は、実施の形態１のサイクロン分離装置の側面における断面図である。

　図２に示すように、排出部１１をカバー３の最下部に位置させた状態において、カバー３とベース板４に囲まれた内部空間３ａには、固定羽根８と内筒管１９と空間分割板１３と角型セパレータ３２が備えられている。

　ベース板４には内筒管１９と固定羽根８が接続されている。内筒管１９と固定羽根８は、中心軸６に対して同心円上に配置されている。内筒管１９は固定羽根８の内側に配置している。

　内筒管１９は、流出管２に連通する管体である。内筒管１９は、流出口９に連通するようにベース板４を挟んで流出口９とは反対側に備えられている。また、カバー３内部において、内筒管１９の端面１９ａは、固定羽根８の端面８ａに比べるとカバー３の正面側に位置している。言い換えると、中心軸６に沿った方向において、固定羽根８を基準にして、端面１９ａを奥側に配置している。なお、図２では、ベース板４部分において、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が、同じ大きさであってもよい。ベース板４部分で、流出管２側に急拡大が生じることによる気流の乱れが予想される場合、内筒管１９を徐々に広がるような形状にしてもよい。

　図３は、実施の形態１のサイクロン分離装置の角型セパレータの詳細図（カバーと角型セパレータの関係を示す図）である。

　角型セパレータ３２は、図３に示すように中央に開口２８を設けた板体であって、中心軸６に垂直に配置し、内部空間３ａを二分している。

　図２に示すように、角型セパレータ３２は、一方の面に固定羽根８を、他方の面に空間分割板１３を接続している。つまり、カバー３とベース板４に囲まれた内部空間３ａ内で、固定羽根８、角型セパレータ３２、空間分割板１３の順番に配置している。

　流入口７は、カバー３の四つの側面において、固定羽根８に対向させて設けられている。図３に示すように、流入口７は、角型セパレータ３２を境にしてカバー３の背面側に配置されている。

　空間分割板１３は筒体であって、中心軸６に該筒体の中心軸を合わせ、カバー３内を内側と外側に仕切るものである。空間分割板１３の内側には旋回室１４が形成される。空間分割板１３の外側には分離室１５が形成される。旋回室１４と分離室１５は、空間分割板１３に設けた貫通孔１６を介して連通している。

　旋回室１４は側面が傾斜面となった円錐台形状である。すなわち、旋回室１４の断面（中心軸６に対して垂直となる面方向）は、カバー３内でベース板４側に向かって面積が広がるようにしている。なお、旋回室１４は断面積が変わらない円筒形状であってもよい。

　以上のように、空間分割板１３の内側は、カバー３の中心部を含む旋回室１４であり、空間分割板１３の外側（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。

　図４は、実施の形態１のサイクロン分離装置の正面における断面図である。分離室１５を内包する位置において、カバー３の流入口７よりも正面側を切断した断面図である。

　図４に示すように、分離室１５の占める空間は、中心軸６を中心にして、かつ水平方向のＸ軸３８と垂直方向のＹ軸３９を用いて示す直交座標平面３３において、四つの象限に跨る環状の空間である。図４において、旋回室１４内の気流旋回方向を白抜き矢印で示している。

　排出口１２を最下位に配置したときに、旋回室１４内の気流旋回方向において、直交座標平面３３の第二象限３４に貫通孔１６が位置している。分離室１５は、直交座標平面３３の第三象限３５と第四象限３６では、空間分割板１３に沿った曲面２９ｂを有している。また、第一象限３７と第二象限３４では、それぞれ座標平面３３を形成するＸ軸３８、Ｙ軸３９に平行な二つの平面を有している。Ｘ軸３８、Ｙ軸３９に平行な二つの平面とは、図４に示す分離室側面３０と分離室天面３１である。

　つまり、図４に示すように、分離室１５の側面は、分離室底面２９、分離室側面３０、分離室天面３１から構成されており、筐体５を構成するカバー３の内壁面が、分離室側面３０と分離室天面３１となっている。

　分離室側面３０は、鉛直方向に立設した平面であり、中央部に位置する排出口１２を挟んで対象に位置する二つの面である。分離室側面３０の上部は、平面上の分離室天面３１に隣接している。分離室側面３０の下部は、分離室底面２９に隣接している。

　分離室底面２９は、分離室側面３０を排出促進面１０まで結ぶ面として排出口１２を挟んで両側に位置する二つの面である。

　実施の形態１では、分離室底面２９は、図５に示すように、平面２９ａ、曲面２９ｂ、平面２９ｃがこの順番に連続した面で構成されており、分離室側面３０側を排出促進面１０側に対して高くした傾斜面を形成する。つまり、分離室１５の底面において、中央部に対して分離室側面３０側を高くした連続面から分離室底面２９を構成している。分離室底面２９は、連続した曲面だけで構成してもよい。

　実施の形態１において、分離室１５は、カバー３と空間分割板１３と、角型セパレータ３２と、側面を構成する分離室底面２９と、分離室側面３０と、分離室天面３１で囲まれた空間となる。

　分離室１５の断面積は、中心軸６の周りで変化している。分離室１５は環状の空間なので、中心軸６の周りの断面が定義できる。分離室１５の断面は、中心軸６を含む片側の面が分離室の空間と交差する部分の断面を示すものである。なお、分離室は中心軸６を囲む環状空間であるため、中心軸６を含む面を考えたときに、分離室の空間と交差する部分は２ヵ所（中心軸６の両側）存在する。片側というのは、一方の断面を表すという意味である。

　第一象限３７において、分離室側面３０と交差する断面４１は、水平位置（Ｘ軸３８上）の断面４２における断面積が最も小さい。さらに、断面４１は、空間分割板１３の外側で、かつ第二象限３４へ向かう回転方向で、断面積を増大させたものである。言い換えると、断面４１は、分離室側面３０と接触する範囲内で分離室天面３１に向かうに従い断面積を増大させたものである。

　すなわち、中心軸を含み分離室と交差する部分の断面であって、分離室側面と接触する断面４１は、分離室天面３１に近づくに従い面積を増大させたものである。

　図４では、分離室側面３０と分離室天面３１が直接接続されているが、コーナ部において曲面を介して接続しても良く、また斜面を介して接続することもできる。このような場合に、Ｙ軸方向において、少なくとも空間分割板１３の最上位の母線４０よりも低い範囲において、断面積を徐々に拡大させることが望ましい。図５では、最上位の母線４０と同高さ位置の断面４１は、断面４３としている。

　また、第二象限３４における分離室１５の断面も、分離室側面３０と接触する範囲内において、Ｘ軸３８から旋回室１４内の気流旋回方向とは逆方向に分離室天面３１側へ向けて、断面積を徐々に大きくしている。

　また、第三象限３５と第四象限３６において、曲面２９ｂと交差する断面４４は、最小の面積となっている。そして、断面４２は、断面４４よりも断面積を大きくしている。

　つまり、第一象限３７では、少なくとも、水平位置である第一象限３７の入り口から空間分割板１３の最上位の母線４０よりも低い範囲において、断面４１の断面積を第三象限３５と第四象限３６での最小断面積に比べて大きくしている。

　図５に示すように、貫通孔１６の位置は、中心軸６より上側で旋回室１４内の気流の旋回方向が下方向に向かう側である。さらに、図２の断面図に示すように、中心軸６に平行な方向で流入口７から最も遠くなる位置である。加えて、貫通孔１６は、中心軸６の方向で内筒管１９の先端部から距離を開けて設けている。

　空間分割板１３の裾野（固定羽根８側の端部）は、角型セパレータ３２に接続されている。角型セパレータ３２を接続することで、円形状の空間分割板１３と角型形状のカバー３との隙間を塞ぐとともに、分離室１５の一端に蓋をして、カバー３内において分離室１５を環状の閉空間としている。これにより、流入口７を通過した空気が分離室１５へ直接流入することを防止している。もし、分離室１５において、排出口１２以外に装置外と連通する隙間が存在すると、そこから空気が入り込むことになる。そして、貫通孔１６において、旋回室１４へ向かう気流が強くなるため、旋回室１４で分離した異物を分離室１５へ移動させることができなくなり、分離率が低下してしまう。

　また、空間分割板１３の頂部（固定羽根８側とは別の側の端部）は、カバー３の正面側で蓋がされている。蓋の構成は、空間分割板１３の頂部を塞ぐ面を設けたものでもよく、または空間分割板１３をカバー３の内側に当接させたものでもよい。空間分割板１３の頂部を塞ぐ面を設けた例として、図２に示すように、旋回室正面１７を設けている。また、空間分割板１３と旋回室正面１７は連続している。

　角型セパレータ３２を中心に構成をまとめると、図２示すように、角型セパレータ３２と各部品との関係は、角型セパレータ３２を境として、カバー３の背面側には、流入口７、固定羽根８、ベース板４、流出管２等を備え、カバー３の正面側には、空間分割板１３、旋回室１４、分離室１５、排出口１２等を備えている。なお、図３に示すように、角型セパレータ３２の中央に開口２８を設けている。図２に示すように、内筒管１９は、開口２８の中心部を貫通して備え付けられている。また、開口２８は、旋回室１４と固定羽根８の内側の空間を連通させている。

　空間分割板１３の外側であってカバー３に囲まれた空間は分離室１５である。旋回室正面１７がカバー３とほぼ密接しているので、分離室１５は筒状の空間の外周部、すなわち環状の空間となっている。なお、空間分割板１３は、カバー３の形状にはよらず、回転体形状であることが必須である。

　そして、分離室１５もカバー３の正面側（図２に示す）の内面を、分離室正面１８としている。なお、組立精度の都合で、旋回室正面１７と分離室正面１８の密接の程度は、旋回室正面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、分離室正面１８と旋回室正面１７を略同一面上に形成することができるので、中心軸６方向において、実施の形態１のサイクロン分離装置、すなわち換気口フード１は厚みを最小限に抑えることができる。

　図４に示すように、中心軸６を水平にした状態で、排出口１２を最下位に配置したときに、分離室１５内部において、排出口１２の上方部に流入気流制御板２０を配置している。流入気流制御板２０は、筐体５の正面側から見て、貫通孔１６側が下方へ傾斜した板体である。

　図４に示すように、流入気流制御板２０は、排出口１２の中心から真上にひいた排出口中心垂線２４をまたいだ傾斜を有している。さらに、流入気流制御板２０は、図２に示すように、分離室正面１８から中心軸６に沿う方向へ押し出した板体であって、押し出した先端は分離室１５を構成している空間分割板１３に衝突させている。

　図４に示すように、流入気流制御板２０は、二つの端部を有している。二つの端部は、流入気流制御板２０の傾斜によって、上側端部２５と下側端部２６に区別できる。中心軸６から見て近い側を上位側に、遠い側を下位側に配置し、かつ円周方向で上位側は下位側に比べて貫通孔１６から離れる方向に配置している。上位側の端部が上側端部２５で、下位側の端部が下側端部２６である。さらに、流入気流制御板２０の上側端部２５と空間分割板１３の間には隙間２０ａを備える。

　上記構成において、気流の流れについて説明する。

　送風機（図示せず）を動作させると、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。固定羽根８を通過することで旋回気流となる。内筒管１９を流入口７よりも換気口フード１の正面側に配置しているので、旋回気流は、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、異物は遠心力により空間分割板１３側に移動し、貫通孔１６付近を通過する際に分離室１５内へ移動する。このようにして異物が分離、除去された空気は、内筒管１９内に流入し、流出管２を通って流出口９より装置外へ流出する。

　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。

　図４に示すように、分離室１５内部では旋回室１４内部の旋回気流の影響を受けて、全体的に、空気は、旋回室１４内部と同じ方向の旋回気流となって流れている（全ての気流が同方向とは限らない）。そのため、旋回気流の影響を受けて、分離室１５内に貯留した異物も移動する。

　分離室底面２９が排出口１２に向かって下り傾斜となっているので、旋回気流によって運ばれた異物は、分離室底面２９の傾斜を伝って、排出部１１に流入する。図４に示すように、下部を基準にして、排出部１１は、上部が左右方向に広がっているので、排出部１１では異物が集めやすくなっている。

　図５に示すように、分離室底面２９において、上方から平面２９ａ、曲面２９ｂ、平面２９ｃが、連続した面を構成している。これにより、排出部１１へ異物をスムーズに導くことができる。曲面２９ｂは、空間分割板１３と同心円となる曲面であるが、第三象限と第四象限の平面２９ａは、分離室１５の下半分（第三象限と第四象限）の空間が異物を移動させやすいように、分離室側面３０に接する側を広げたラッパ状の面である。また平面２９ｃは、曲面２９ｂ側から排出部１１側へ異物を滑落させやすいように傾斜を維持したものである。

　また、排出部１１は、中心軸６に沿う方向に長くすることで、分離室１５内を流れる旋回気流が排出部１１を横断するときに、旋回気流を乱すことなく異物だけを排出部１１に流入させやすくしている。なお、中心軸６に沿った方向と分離室の厚み方向は一致させている。中心軸６に沿った方向の長さは、分離室１５の厚みと同じ長さまで広げても良い。

　このようにして排出部１１へ流入した異物は、筐体５の外側で自然風が吹くと、その自然風に誘引されて、筐体５外へ引っ張り出される。詳細な説明を加えると、筐体５の外側では排出部１１近傍を自然風（横風）が吹くことがある。自然風は、排出促進面１０の傾斜に沿って向きを変え、下方向の気流となる。筐体５内において排出口１２近傍に存在する異物は、この気流に誘引されて、筐体５外へ引っ張り出される。すなわち、異物は、分離室１５内に一時的に貯留されていて、自然風が吹くたびに、筐体５外へ排出される。これにより、換気口フード１内で分離した異物の排出作業は不要となる。

　さて、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から分離室１５内に空気が流入することもある。

　排出口１２から分離室１５内に流入する空気は、排出口中心垂線２４の方向へ流れ込む。

　分離室１５内では、貫通孔１６を通って旋回室１４から流れ込む気流（図４の白抜きの矢印）があるために、排出口１２から分離室１５内へ進入した空気は、この気流の一部となる。

　このような排出口１２から流入した気流は、分離室１５内に一時的に貯留されている異物を巻き上げ、貫通孔１６を通り、流出口９から下流側の住宅内へ異物を飛散させる（再飛散現象）ことがある。図４に示すように、流入気流制御板２０を備えることで、この再飛散現象を防止することができる。流入気流制御板２０は排出口１２の上方を覆う傾斜を有している。排出口１２から流入した気流を流入気流制御板２０に衝突させて、傾斜の作用によって、貫通孔１６から離れる方向へ気流を向かわせることができる。この時に舞い上がる異物は、図４に示す排出口中心垂線２４よりも右側、すなわち、貫通孔１６の存在しない側に向けることができる。つまり、舞い上がる異物を貫通孔１６から遠ざけることができるので、貫通孔１６への異物の再流入を減少させ、再飛散現象を抑制するため、分離性能の低下を防止することができる。

　また、排出口中心垂線２４を基準にして、貫通孔１６の存在しない側で舞い上がった異物が環状の分離室１５をさらに上方に行き、貫通孔１６に向かう場合がある。

　本実施の形態では、第一象限３７の断面４１の断面積について説明を加えると、水平位置から最上位の母線４０よりも低い範囲において、第一象限３７の断面４１は、第三象限３５と第四象限３６内の最小断面積に比べて、大きくし、かつ最上位の母線４０に近い側の断面積を徐々に大きくしている。これにより、排出口１２から分離室１５内へ流入した気流の風速を減少させることができる。この作用により、分離室１５内へ分離された異物の上方へ舞い上がる力を弱めることができ、異物が最上位の母線４０を越えて貫通孔１６側へ向かうことを抑制し、再飛散現象を防止することができる。また、第一象限３７の入り口では、断面４２が水平方向となっていることと、分離室側面３０は鉛直方向に立設していることから、断面４２を通った気流は真上方向に向かう。気流が向かう先において、平面状の分離室天面３１が水平方向に位置している。これにより、分離室１５内を流れる気流は、分離室天面３１に衝突した際に勢いを失い、さらに分離室１５内で勢いが抑制されて、再飛散現象が防止される。

　断面４１は、最上位の母線４０を超える位置においても断面積を拡大させて良い。分離室１５の空間がより長い距離で拡大し続けることとなり、より再飛散現象を抑制することができるため問題ない。

　また、最上位の母線４０を超えたあとの第二象限３４において、分離室天面３１と接触する範囲内で分離室１５の断面が広くなり、さらに分離室天面３１は水平方向であるため、第二象限に位置する分離室１５内を流れる気流も水平方向に指向性を持っている。そのため、万が一異物が最上位の母線４０超えても、そのまま水平方向へ飛散し続ける。したがって、貫通孔１６への異物の流入を抑制することができ、結果として再飛散現象を防止することができる。

　なお、換気口フード１は、住宅の壁面に設置される。図１において、住宅の壁面は背面側になる。筐体５の外側を吹く自然風において、背面側から前面側に向かう流れは発生しない。また、前面側から背面側に向かう自然風の流れは、分離室１５内において、流入気流制御板２０に衝突することとなり、再飛散現象を防止することができる。

　以上のように実施の形態１において、常時開口された排出口１２から、自然風の力によって分離室１５内の異物を排出することができ、分離した異物を排出する作業をなくすことができる。

　特に、流入気流制御板２０と分離室１５内の断面が気流の旋回方向において拡大する構成にしていることで、排出口１２から流入する気流の勢いを抑制して、再飛散現象を防止することができる。つまり、分離性能の低下を抑制した換気口フード１を提供することができる。

　なお、実施の形態１では、分離室１５の第二象限３４の断面形状について、特に詳細な説明をしていないが、Ｙ軸３９に対して、第一象限３７の断面形状と対象に形成すればよい。貫通孔１６は、旋回室１４から分離室１５へ排出する異物を下方へ落下させやすくするという観点で、第二象限３４内において、Ｘ軸３８側に寄せて配置することが望ましい。

　（実施の形態２）
　次に、図６と図７を用いて分離室１５の別の内部構造を説明する。

　図６は、分離室１５を内包する位置でカバー３の流入口７よりも正面側を切り出した断面図である。図７は、排出促進面１０を含む主要部を示す図である。

　実施の形態２において、分離室１５内には、流入気流制御板２０、返し板２１、下部遮蔽板２２、上部遮蔽板２３の４つの部材を備えている。

　なお、理解を容易にするために、実施の形態２の説明において、実施の形態１と同一の構成要件については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

　分離室１５内には、貫通孔１６を起点にして、旋回気流の流れる方向に、下部遮蔽板２２と、返し板２１と、流入気流制御板２０と、上部遮蔽板２３を順番に配置している。

　排出口１２の上部には流入気流制御板２０を備える。図６に排出口１２の中心から真上にひいた排出口中心垂線２４を示している。流入気流制御板２０は、排出口中心垂線２４をまたがった傾斜を有し、さらに分離室正面１８から分離室底面２９側へ向けて空間分割板１３の面に衝突するまで押し出した板体である。

　図７に示すように、流入気流制御板２０は、実施の形態１と同一の構成要件である。すでに説明したように、二つの端部を有している。二つの端部は、流入気流制御板２０の傾斜によって、上側端部２５と下側端部２６に区別することができる。中心軸６から見て近い側を上位側に、遠い側を下位側に配置し、かつ円周方向で上位側は下位側に比べて貫通孔１６から離れた位置に配置している。上位側の端部が上側端部２５で、下位側の端部が下側端部２６である。さらに、流入気流制御板２０の上側端部２５と空間分割板１３との間には隙間を備える。

　返し板２１は、貫通孔１６に近い側の排出促進面１０の面上（貫通孔１６に近い側の平面２９ｃの面上でもよい）から排出口中心垂線２４に向かって先端部を突出した板体である。返し板２１の突出した先端部を先端端部２７とする。

　下部遮蔽板２２は、中心軸６から引いた半径の一部に重ねて延設した板体である。下部遮蔽板２２は、内周側では空間分割板１３と接触させ、外周側では平面２９ｃとの間に隙間ができるように構成している。

　排出促進面１０と返し板２１の先端端部２７と下部遮蔽板２２の配置には次のような関係がある。すなわち、先端端部２７から排出促進面１０に引いた接線（図７の点線２１ａ）の逆方向延長線上に下部遮蔽板２２が存在するように構成する必要がある。

　図６に示すように、排出部１１をカバー３の最下部に位置させた状態において、上部遮蔽板２３は中心軸６の真上に位置している。上部遮蔽板２３の内周側は空間分割板１３と接触させ、外周側には隙間２３ａができるように構成している。なお、上部遮蔽板２３の位置は分離室１５の上部で、かつ貫通孔１６よりも上部（上部空間内）であればどこでもよい。

　上記構成において、気流の流れと分離機構について説明する。

　まず、異物を含んだ屋外空気は、図１に示す流入口７から換気口フード１内に流入し、固定羽根８により旋回気流となる。旋回気流は、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、異物には遠心力が作用し、空間分割板１３側に移動して、貫通孔１６付近を通過する際に分離室１５内へ移動する。異物が除去された空気は、内筒管１９に流入し、流出管２を通って流出口９より装置外へ流出する。

　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から分離室１５内にも空気が流入する。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。

　以下、分離室１５内部の気流について詳細に説明する。

　前述したように、貫通孔１６から旋回気流の一部が分離室１５内に流入する。その影響により、分離室１５内では、旋回室１４内と同方向の旋回気流が発生する。しかし、換気口フード１内は下流の送風機により負圧となるため、同時に排出口１２からも分離室１５内に気流が流入する。この気流の向きは、排出口中心垂線２４の方向となる。排出口１２から分離室１５内に流入した気流は、貫通孔１６を通って旋回室１４内へ流れる気流となる。

　排出口１２から流入した気流は、分離室１５内に一時貯留されている異物を巻き上げ、貫通孔１６を通り、流出口９から下流側の住宅内へ異物を飛散させる（再飛散現象）ことがある。流入気流制御板２０を備えることで、この再飛散現象を防止することができる。排出口１２の上方を覆うように流入気流制御板２０を備えることで、排出口１２から流入した気流を流入気流制御板２０に衝突させることができるので、気流を貫通孔１６から離れる方向へ向かわせることができる。これにより異物は、図４の排出口中心垂線２４よりも右側の貫通孔１６の存在しない側で舞い上がるので、貫通孔１６への異物の再流入を減少させ、再飛散現象を防止できる。つまり、流入気流制御板２０を備えることで、分離性能の低下を抑制することができる。

　この時、排出口中心垂線２４を基準にして、貫通孔１６の存在しない側で舞い上がった異物が環状の分離室１５をさらに上方に行き、貫通孔１６に向かう場合がある。さらに、上部遮蔽板２３を設けることにより、分離室１５内の旋回気流（図３、白矢印で示す）の勢いを弱めることができるため、再飛散現象を抑制することができる。

　図６、図７において、右から左側に向かって自然風が流れる場合、排出促進面１０に沿って左側に傾いた気流となる。この場合には、気流は流入気流制御板２０に衝突しない。そこで、返し板２１を設け、排出促進面１０の接線と先端端部２７とを結んだ線上に下部遮蔽板２２を備えることで、排出口１２から流入した気流が貫通孔１６側に傾いて図７の点線２１ａの方向に向いたとしても、下部遮蔽板２２に衝突する。つまり、異物が舞い上がっても下部遮蔽板２２に衝突して勢いを失い、直接、貫通孔１６に向かうことがないので、再飛散現象を抑制することができる。実施の形態２においては、さらに、流入気流制御板２０の上側端部２５側に隙間２０ａを設けたため、下部遮蔽板２２に衝突した気流の一部を通過させて、貫通孔１６の存在しない側へ逃がすことができる。つまり、下部遮蔽板２２から貫通孔１６側へ向かう気流をより減らすことができ、さらに再飛散現象を抑制することができる。

　以上のように本開示において、排出口１２から流入する気流を流入気流制御板２０、返し板２１、下部遮蔽板２２、上部遮蔽板２３の４つの構成要件により制御することで、自然風の向きによらず、再飛散現象を抑制することができる。つまり、常時開口された排出口１２から、自然風の力によって分離室１５内の異物を排出することができる換気口フード１を提供することができる。特に、メンテナンスの頻度を減らし、分離性能の低下を抑制することができる換気口フード１を提供することができる。

　実施の形態２では、実施の形態１の構成に、返し板２１、下部遮蔽板２２、上部遮蔽板２３の三つの構成を加えることで、換気口フード１、すなわちサイクロン分離装置の分離性能をより向上させることができる。

　本開示に係るサイクロン分離装置は、自然風を利用して、分離した異物を自動排出を可能としながら再飛散現象を防止し、分離性能の低下を抑制できるものである。これにより、住宅内の換気をおこなうために屋外の空気を取り込む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　　筐体
　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　　旋回室正面
　１８　　分離室正面
　１９　　内筒管
　８ａ、１９ａ　　端面
　２０　　流入気流制御板
　２０ａ　　隙間
　２１　　返し板
　２１ａ　　点線
　２２　　下部遮蔽板
　２３　　上部遮蔽板
　２３ａ　　隙間
　２４　　排出口中心垂線
　２５　　上側端部
　２６　　下側端部
　２７　　先端端部
　２８　　開口
　２９　　分離室底面
　２９ａ　　平面
　２９ｂ　　曲面
　２９ｃ　　平面
　３０　　分離室側面
　３１　　分離室天面
　３２　　角型セパレータ
　３３　　座標平面
　３５　　第三象限
　３４　　第二象限
　３６　　第四象限
　３７　　第一象限
　３８　　Ｘ軸
　３９　　Ｙ軸
　４０　　最上位の母線
　４１　　断面
　４２　　断面
　４３　　断面
　４４　　断面

Claims

筐体に空気を流入させる流入口と、旋回気流を発生させる旋回流発生部と、
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、
前記筐体の内部を該筐体の側面に近い外周側と該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それぞれ形成した分離室と旋回室と、前記空間分割板に備えた前記分離室と旋回室を連通させる貫通孔と、
前記分離室内部と前記筐体外とを連通させて常時開口させた排出口とを備えたサイクロン分離装置において、
前記旋回室の中心軸を水平にした状態で前記排出口を最下位に配置したときに、
前記分離室内部において、前記排出口の上方部に流入気流制御板を配置し、
前記流入気流制御板は、前記筐体の正面側から見て、前記貫通孔側が下方へ傾斜した板体をなし、
前記分離室は、前記中心軸を中心にした座標平面において四つの象限に跨る環状空間であって、
前記旋回室内の気流旋回方向において、前記貫通孔は前記座標平面の第二象限に位置し、前記分離室は、前記座標平面の第三象限と第四象限では前記空間分割板に沿った曲面を有し、第一象限と第二象限ではそれぞれ前記座標平面の軸に平行な二つの平面を有しているサイクロン分離装置。
前記座標平面の軸に平行な二つの平面は、分離室の側面である分離室側面と分離室の天面である分離室天面を構成し、
前記分離室の底面は、前記分離室側面側を高くした曲面または曲面と傾斜面の連続した面で前記分離室側面側を高く構成した面を備えて分離室底面を構成し、
前記中心軸を含み前記分離室と交差する部分の断面であって、前記分離室側面と接触する断面は、前記分離室天面に近づくに従い面積を増大させた請求項１記載のサイクロン分離装置。
前記筐体は六面体形状であって、
前記筐体内には、前記筐体の正面側と前記筐体の背面側とを仕切る仕切板を備え、
前記筐体の前記背面側と隣接する四つの側面は、前記仕切板から前記背面側を開口して、前記旋回流発生部に連通させる前記流入口を備え、
前記筐体の前記正面側は、前記空間分割板と前記分離室底面と前記分離室天面と前記分離室側面と前記排出口を配置し、
前記筐体の内壁面のうち前記仕切り板を境にした前記正面側の部分は、前記分離室天面と前記分離室側面で形成した請求項２記載のサイクロン分離装置。