WO2021079648A1 - 分離装置及び分離システム - Google Patents

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WO2021079648A1
WO2021079648A1 PCT/JP2020/034557 JP2020034557W WO2021079648A1 WO 2021079648 A1 WO2021079648 A1 WO 2021079648A1 JP 2020034557 W JP2020034557 W JP 2020034557W WO 2021079648 A1 WO2021079648 A1 WO 2021079648A1
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WO
WIPO (PCT)
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casing
rotating body
separation device
separation
blades
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/034557
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English (en)
French (fr)
Inventor
将大 鶴居
早崎　嘉城
將有 鎌倉
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP20879017.0A priority patent/EP4049739A4/en
Priority to JP2021554154A priority patent/JPWO2021079648A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/14—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by rotating vanes, discs, drums or brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B04B2005/125—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers the rotors comprising separating walls

Definitions

  • the present invention relates to a separation device and a separation system, and more particularly to a separation device for separating a solid contained in a gas from a gas, and a separation system including the separation device.
  • Patent Document 1 describes a separating device including an outer cylinder, a rotating body, and a blade.
  • the outer cylinder has a gas inlet at the first end and a gas outlet at the second end.
  • the rotating body is arranged inside the outer cylinder so that the rotation center axis of the rotating body is aligned with the center axis of the outer cylinder.
  • the plurality of blades are arranged apart from each other in the outer peripheral direction of the rotating body between the rotating body and the outer cylinder body.
  • a plurality of blades are connected to a rotating body.
  • the outer cylinder has a discharge hole connecting the inside and outside of the outer cylinder between the first end and the second end.
  • the separation performance for separating a solid from a gas may deteriorate depending on the particle size of the solid to be separated.
  • An object of the present disclosure is to provide a separation device and a separation system capable of improving the separation performance for separating a solid contained in a gas from the gas.
  • the separation device includes a casing, a rotating body, and blades.
  • the casing has a gas inlet, a gas outlet, and a solid outlet.
  • the rotating body is arranged inside the casing and can rotate about a rotation center axis along the axial direction of the casing.
  • the blades are arranged between the casing and the rotating body, and rotate together with the rotating body.
  • the blade has a first end on the inlet side and a second end on the outlet side.
  • the casing has a space on the discharge port side of the second end of the blade in the axial direction.
  • the separation system includes the separation device and a drive device.
  • the driving device rotationally drives the rotating body.
  • FIG. 1 is a perspective view of the separation device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the separation device of the same.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the separation device of the same.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a separation system including the above-mentioned separation device.
  • FIG. 5 is a perspective view of the separation device according to the first modification of the embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of the separation device according to the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing the separation characteristics of the separation device according to the embodiment, the separation device according to the modified example 1 of the embodiment, and the separation device according to the comparative example.
  • FIG. 1 is a perspective view of the separation device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the separation device of the same.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the separation device of the same.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a separation
  • FIG. 8A is a diagram showing a simulation result of a trajectory of particles having a particle size of 2 ⁇ m in the separation device according to the embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram showing a simulation result of a trajectory of particles having a particle size of 5.48 ⁇ m in the same separation device.
  • FIG. 8C is a diagram showing a simulation result of the trajectory of particles having a particle size of 8.94 ⁇ m in the same separation device.
  • FIG. 9A is a diagram showing a simulation result of the locus of particles having a particle size of 2 ⁇ m in the separation device according to the modified example of the embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram showing a simulation result of the trajectory of particles having a particle size of 5.48 ⁇ m in the same separation device.
  • FIG. 9C is a diagram showing a simulation result of the trajectory of particles having a particle size of 8.94 ⁇ m in the same separation device.
  • FIG. 10A is a diagram showing a simulation result of a trajectory of particles having a particle size of 2 ⁇ m in the separation device according to the comparative example.
  • FIG. 10B is a diagram showing a simulation result of a trajectory of a particle having a particle size of 5.48 ⁇ m in the same separation device.
  • FIG. 10C is a diagram showing a simulation result of a trajectory of a particle having a particle size of 8.94 ⁇ m in the same separation device.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a main part of the separation device according to the second modification of the embodiment.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a main part of the separation device according to the third modification of the embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a main part of the separation device according to the modified example 4 of the embodiment.
  • FIGS. 1 to 3, 5, 6, and 8A to 13 described in the following embodiments and the like are schematic views, and the ratio of the size and the thickness of each component in the drawing is not necessarily the actual dimensional ratio. Does not always reflect.
  • the separation device 1 is provided on the upstream side of an air conditioner having a ventilation function, for example, and separates solids in air (gas).
  • the separation device 1 is installed, for example, on the roof of a facility (house or the like) having a flat roof, or on the ground.
  • the air conditioning equipment is, for example, a blower that blows air from the upstream side to the downstream side.
  • the blower is, for example, an electric fan.
  • the air conditioning equipment is not limited to the blower, and may be, for example, an air conditioning system including a ventilation device, an air conditioner, an air supply cabinet fan, a blower and a heat exchanger.
  • the flow rate of the air flowing through the separation device 1 by the air conditioning equipment is, for example, 50 m 3 / h to 500 m 3 / h.
  • the amount of air flowing out from the separating device 1 to the air conditioning equipment side is substantially the same as the flow rate of air flowing through the air conditioning equipment.
  • the separating device 1 includes a casing 2, a rotating body 3, and blades 4. Further, as shown in FIG. 4, the separation system 10 includes a separation device 1 and a drive device 6.
  • the casing 2 has a gas inlet 21, a gas outlet 22, and a solid outlet 23.
  • the rotating body 3 is arranged inside the casing 2.
  • the rotating body 3 can rotate about a rotation center axis 30 (see FIGS. 2 and 3) along the axial direction of the casing 2.
  • the blade 4 is arranged between the casing 2 and the rotating body 3.
  • the blade 4 rotates together with the rotating body 3.
  • the blade 4 has a first end 41 on the inflow port 21 side and a second end 42 on the outflow port 22 side.
  • the casing 2 has a space 25 on the discharge port 23 side of the second end 42 of the blade 4 in the axial direction of the casing 2.
  • the discharge port 23 is a hole for discharging a solid contained in air to the outside of the casing 2, for example.
  • the discharge port 23 connects the inner space of the casing 2 and the outer space of the casing 2. In other words, the discharge port 23 communicates the inside and outside of the casing 2.
  • the separating device 1 When the rotating body 3 rotates, the separating device 1 generates an air flow that swirls in the casing 2 in the casing 2.
  • a part of the flow path from the inflow port 21 to the outflow port 22 is formed between the casing 2 and the rotating body 3.
  • the separation device 1 can flow the air that has flowed into the casing 2 from the upstream side to the downstream side while spirally rotating around the rotating body 3.
  • the "upstream side” here means the upstream side (primary side) when viewed in the direction of air flow.
  • the “downstream side” means the downstream side (secondary side) when viewed in the direction of air flow.
  • the separation device 1 is used, for example, in a state where the outflow port 22 is located above the inflow port 21. In this case, in the separation device 1, the air flowing into the flow path from the inflow port 21 of the casing 2 can be raised while spirally rotating around the rotating body 3 and flowed to the outflow port 22.
  • the casing 2 of the separation device 1 has the above-mentioned discharge port 23 in order to discharge the solid contained in the air to the outside of the casing 2.
  • the discharge port 23 in order to discharge the solid contained in the air to the outside of the casing 2.
  • the separation system 10 includes a drive device 6 in addition to the separation device 1.
  • the drive device 6 rotationally drives the rotating body 3. That is, the drive device 6 rotates the rotating body 3 around the rotation center axis 30.
  • the drive device 6 includes, for example, a motor.
  • Examples of the solid in the air include fine particles, dust and the like.
  • Examples of the fine particles include particulate matter and the like.
  • Particulate matter includes primary particles that are directly released into the air as fine particles, secondary particles that are released into the air as gas and are produced as fine particles in the air, and the like.
  • Examples of the primary particles include soil particles (yellow sand and the like), dust, plant particles (pollen and the like), animal particles (mold spores and the like), soot and the like.
  • examples of the size classification include PM1.0, PM2.5 (microparticulate matter), PM10, SPM (suspended particulate matter) and the like.
  • PM1.0 is fine particles that pass through a sizing device having a particle size of 1.0 ⁇ m and a collection efficiency of 50%.
  • PM2.5 is a fine particle that permeates a sizing device having a particle size of 2.5 ⁇ m and a collection efficiency of 50%.
  • PM10 is a fine particle that permeates a sizing device having a particle size of 10 ⁇ m and a collection efficiency of 50%.
  • SPM is a fine particle that permeates a sizing device having a particle diameter of 10 ⁇ m and a collection efficiency of 100%, corresponds to PM6.5-7.0, and is a little smaller than PM10.
  • the separating device 1 includes a casing 2, a rotating body 3, and blades 4. Further, the separation system 10 includes a separation device 1 and a drive device 6.
  • the material of the casing 2 is, for example, metal, but the material is not limited to this, and may be a resin (for example, ABS resin). Further, the casing 2 may include a metal portion formed of metal and a resin portion formed of resin.
  • the casing 2 has a casing main body 200, a first end portion 201, a second end portion 202, and an outlet duct portion 203.
  • the first end portion 201, the casing main body 200, and the second end portion 202 are arranged in this order in the axial direction of the casing 2.
  • the first end portion 201 has an inflow port 21, the outlet duct portion 203 has an outflow port 22, and the casing main body 200 has an outlet 23.
  • the inflow port 21, the outflow port 22, and the discharge port 23 are open to the side of the casing 2.
  • the discharge port 23 is located between the inflow port 21 and the outflow port 22.
  • the distance between the discharge port 23 and the outflow port 22 is shorter than the distance between the discharge port 23 and the inflow port 21.
  • the casing main body 200 has a bottomed cylindrical shape having a bottom portion 2001 and a cylindrical portion 2002, and surrounds the rotating body 3.
  • the bottom 2001 has a circular opening 2003 that penetrates the casing 2 in the axial direction.
  • the axial direction of the casing 2 is a direction along the central axis of the casing main body 200 (axial direction of the casing main body 200).
  • the central axis of the casing main body 200 is the central axis 20 of the casing 2 (see FIG. 3).
  • the length of the casing body 200 is longer than the length of the rotating body 3.
  • the inner and outer diameters of the casing main body 200 are constant over the entire length of the casing main body 200 in the axial direction.
  • the discharge port 23 is formed along the outer peripheral edge of the casing 2.
  • the discharge port 23 is formed on the outer peripheral surface 28 of the casing 2 (here, the outer peripheral surface of the casing main body 200).
  • the discharge port 23 is formed in the cylindrical portion 2002 of the casing main body 200 near the bottom portion 2001.
  • the casing body 200 has a plurality of (four in the illustrated example) outlets 23.
  • each of the plurality of discharge ports 23 has, for example, a substantially quarter arc shape, and is arranged in the circumferential direction along the outer peripheral edge of the casing main body 200.
  • the opening range of each of the four discharge ports 23 is slightly smaller than 90 degrees with the central axis of the casing body 200 as the center.
  • the solid passing near the inner peripheral surface 27 of the casing 2 here, the inner peripheral surface of the casing main body 200
  • one discharge port 23 may be used, and this one discharge port 23 may be an annular shape formed over the entire circumference of the casing main body 200 in the circumferential direction.
  • the casing body 200 is divided into two members facing each other via the discharge port 23 in the axial direction of the casing 2, for example.
  • the first end portion 201 is provided on the upstream side of the casing main body 200 in the axial direction of the casing 2.
  • the first end portion 201 is connected to the casing main body 200.
  • the inner space of the first end portion 201 is connected to the inner space of the casing main body 200.
  • the first end portion 201 has a bottomed cylindrical small diameter portion 211 having an inflow port 21 and an enlarged diameter portion 212.
  • the outer diameter and inner diameter of the small diameter portion 211 are smaller than the outer diameter and inner diameter of the casing main body 200, respectively.
  • the inflow port 21 is formed in the small diameter portion 211 near the bottom portion 2111 of the small diameter portion 211.
  • the enlarged diameter portion 212 has a tapered cylindrical shape in which the outer diameter and the inner diameter gradually increase as the casing 2 moves away from the small diameter portion 211 and approaches the casing main body 200 in the axial direction of the casing 2.
  • the enlarged diameter portion 212 has a first end on the small diameter portion 211 side and a second end on the casing main body 200 side. The first end of the enlarged diameter portion 212 is connected to the small diameter portion 211.
  • the second end of the enlarged diameter portion 212 is connected to the casing main body 200.
  • the outer diameter and inner diameter of the enlarged diameter portion 212 are the same as the outer diameter and inner diameter of the small diameter portion 211 at the ends of the casing 2 on the small diameter portion 211 side in the axial direction, respectively.
  • the outer diameter and inner diameter of the enlarged diameter portion 212 are the same as the outer diameter and inner diameter of the casing main body 200 at the ends of the casing 2 on the casing main body 200 side in the axial direction, respectively. That is, in the diameter-expanded portion 212, the opening area gradually increases as the distance from the inflow port 21 increases in the axial direction of the casing 2.
  • the second end portion 202 is provided on the downstream side of the casing main body 200 in the axial direction of the casing 2, and covers the opening 2003 of the bottom portion 2001 of the casing main body 200.
  • the second end portion 202 is connected to the casing main body 200.
  • the inner space of the second end portion 202 is connected to the inner space of the casing main body 200.
  • the second end portion 202 has a bottomed cylindrical shape having a disc-shaped bottom portion 221 and a cylindrical peripheral wall 222.
  • An opening 223 through which gas flows out is formed in the peripheral wall 222 of the second end portion 202.
  • the opening 223 penetrates in a direction orthogonal to the axial direction of the casing 2.
  • the inner diameter ⁇ 2 see FIG.
  • the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 is, for example, the same as the diameter of the opening 2003 of the bottom 2001 of the casing main body 200.
  • the outlet duct portion 203 is connected to the second end portion 202.
  • the inner space of the outlet duct portion 203 is connected to the inner space of the second end portion 202.
  • the outlet duct portion 203 is connected to the peripheral edge of the opening 223, for example, on the outer peripheral surface 227 of the second end portion 202.
  • the outlet duct portion 203 is a duct for supplying the gas from which the solid is separated to the outside of the casing 2.
  • the outlet duct portion 203 extends from the outer peripheral surface 227 of the second end portion 202 in the direction along the tangential direction of the outer peripheral surface 227 when viewed from the axial direction of the casing 2.
  • the tangential direction is a direction along the rotation direction R1 (see FIG. 2) of the rotating body 3.
  • the outflow port 22 is formed in the outlet duct portion 203 on the side opposite to the opening 223 side of the second end portion 202.
  • the outlet duct portion 203 has a square tubular shape.
  • the opening shape of the outlet 22 is, for example, a square shape.
  • the rotating body 3 is arranged coaxially with the casing 2 inside the casing 2. “Arranged coaxially with the casing 2” means that the rotating body 3 is arranged so that the rotation central axis 30 (see FIG. 3) of the rotating body 3 is aligned with the central axis 20 (see FIG. 3) of the casing 2. It means that it has been done.
  • the rotating body 3 is, for example, cylindrical.
  • the material of the rotating body 3 is, for example, a polycarbonate resin.
  • the length of the rotating body 3 is shorter than the length of the casing main body 200 in the axial direction of the casing 2.
  • the rotating body 3 has a first end 31 on the inflow port 21 side and a second end 32 on the outflow port 22 side.
  • the rotating body 3 is arranged near the first end portion 201 in the axial direction of the casing 2. More specifically, in the axial direction of the casing 2, the distance between the rotating body 3 and the first end portion 201 is shorter than the distance between the rotating body 3 and the second end portion 202.
  • a plurality of (here, 24 blades) blades 4 are arranged between the casing 2 and the rotating body 3. That is, the separation device 1 includes a plurality of blades 4. The plurality of blades 4 are connected to the rotating body 3 and separated from the casing 2. The plurality of blades 4 rotate together with the rotating body 3.
  • the plurality of blades 4 are provided on the rotating body 3 over the entire length of the rotating body 3 in the direction along the axial direction of the casing 2. That is, the plurality of blades 4 are provided from the first end 31 to the second end 32 of the rotating body 3.
  • the material of the plurality of blades 4 is, for example, a polycarbonate resin.
  • the material of the rotating body 3 and the material of the plurality of blades 4 are the same, but the material is not limited to this and may be different.
  • the plurality of blades 4 may be formed integrally with the rotating body 3, or may be formed as a separate member from the rotating body 3 and fixed to the rotating body 3 to be connected to the rotating body 3.
  • Each of the plurality of blades 4 is arranged so that a gap is formed between each blade 4 and the casing 2 when viewed from the axial direction of the casing 2.
  • the distance between the protruding tip of each of the plurality of blades 4 and the outer peripheral surface 37 of the rotating body 3 is the distance between the outer peripheral surface 37 of the rotating body 3 and the inner peripheral surface 27 of the casing 2. Shorter than.
  • Each of the plurality of blades 4 is arranged parallel to the rotation center axis 30 of the rotating body 3 in the space (flow path) between the outer peripheral surface 37 of the rotating body 3 and the inner peripheral surface 27 of the casing 2.
  • Each of the plurality of blades 4 has a flat plate shape.
  • Each of the plurality of blades 4 has a rectangular shape that is long in the direction along the rotation center axis 30 of the rotating body 3 when viewed from the thickness direction thereof.
  • Each of the plurality of blades 4 is tilted by a predetermined angle (for example, 45 degrees) with respect to one radial direction of the rotating body 3 when viewed from the second end portion 202 side in the direction along the axial direction of the casing 2. ..
  • each of the plurality of blades 4 is tilted by a predetermined angle (for example, 45 degrees) with respect to the one-diameter direction of the rotating body 3 in the rotating direction R1 of the rotating body 3.
  • the predetermined angle is not limited to 45 degrees, and may be an angle larger than 0 degrees and 90 degrees or less.
  • the predetermined angle may be an angle within the range of 10 degrees or more and 80 degrees or less.
  • Each of the plurality of blades 4 is not limited to the case where each of the plurality of blades 4 is tilted by a predetermined angle in the rotation direction R1 of the rotating body 3 with respect to the one radial direction of the rotating body 3, for example, the angle formed by the one radial direction of the rotating body 3. May be 0 degrees. That is, a plurality of blades 4 may extend radially from the rotating body 3. As shown in FIG. 2, the plurality of blades 4 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction of the rotating body 3.
  • the "equal angle interval” here is not limited to the case where the angle intervals are exactly the same, for example, within a predetermined error range (for example, ⁇ 10% of the specified angle interval) with respect to the specified angle interval. It may be an angular interval of.
  • the length of each of the plurality of blades 4 is the same as the length of the rotating body 3.
  • the length of each of the plurality of blades 4 is not limited to the same as the length of the rotating body 3, and may be longer or shorter than that of the rotating body 3.
  • the length of each of the plurality of blades 4 is shorter than the length of the casing main body 200. In the direction along the rotation center axis 30 of the rotating body 3, the length of each of the plurality of blades 4 is shorter than the distance between the first end portion 201 of the casing 2 and the discharge port 23.
  • Each of the plurality of blades 4 has a first end 41 which is an end on the inflow port 21 side (here, the first end portion 201 side) and an outflow port 22 side (here, the second end portion 201 side) in the axial direction of the casing 2. It has a second end 42, which is an end of the end portion 202 side).
  • the first end 41 of each of the plurality of blades 4 is an end (upstream end) on the side of the first end portion 201 in the axial direction of the casing 2.
  • the second end 42 of each of the plurality of blades 4 is an end (downstream end) on the side of the second end portion 202 in the axial direction of the casing 2.
  • the casing 2 has a space 25 on the discharge port 23 side of the second end 42 of each blade 4 in the axial direction thereof.
  • the discharge port 23 is located at a position overlapping the space 25 in a direction orthogonal to the rotation center axis 30 of the rotating body 3. That is, the discharge port 23 is located at a position overlapping the space 25 in a direction orthogonal to the axial direction of the casing 2. Further, in the separating device 1, the discharge port 23 is located at a position that does not overlap with each of the blades 4 in a direction orthogonal to the rotation center axis 30 of the rotating body 3.
  • the discharge port 23 is located at a position that does not overlap with each of the blades 4 in a direction orthogonal to the axial direction of the casing 2. In other words, there are no blades 4 in the projected area of the discharge port 23 when the casing 2 is viewed from the side.
  • the length L25 of the space 25 (see FIG. 3) with respect to the total (L4 + L25) of the length L4 of the blade 4 (see FIG. 3) and the length L25 of the space 25 (see FIG. 3) in the axial direction of the casing 2.
  • the ratio (see) (L25 / (L4 + L25)) is, for example, 0.4.
  • the casing 2 further has a partition wall 26 (see FIG. 3) that separates the discharge port 23 and the outflow port 22 in the space 25.
  • the length L26 of the partition wall 26 is the same as the length L23 of the discharge port 23, but is not limited to this, and may be different from the length L23 of the discharge port 23.
  • the partition wall 26 is, for example, an annular shape.
  • the inner diameter ⁇ 3 of the partition wall 26 is the same as the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202, but is not limited to this, and may be different from the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202.
  • the separation system 10 includes a separation device 1 and a drive device 6 that rotationally drives the rotating body 3 of the separation device 1.
  • the drive device 6 includes, for example, a motor that rotationally drives the rotating body 3.
  • the drive device 6 may directly or indirectly connect the rotating shaft of the motor to the rotating body 3, or transmit the rotation of the rotating shaft of the motor to the rotating body 3 via the pulley and the rotating belt. You may have it.
  • the motor may be arranged inside the casing 2 or may be arranged outside the casing 2.
  • the rotation speed of the rotating body 3 rotationally driven by the driving device 6 is, for example, 1500 rpm to 3000 rpm.
  • the separation system 10 further includes a control device 7 that controls the drive device 6.
  • the control device 7 includes a computer system.
  • a computer system mainly consists of a processor and a memory as hardware.
  • the function as the control device 7 is realized by the processor executing the program recorded in the memory of the computer system.
  • the program may be pre-recorded in the memory of the computer system, may be provided through a telecommunications line, and may be recorded on a non-temporary recording medium such as a memory card, optical disk, hard disk drive, etc. readable by the computer system. May be provided.
  • a processor in a computer system is composed of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI).
  • IC semiconductor integrated circuit
  • LSI large scale integrated circuit
  • the integrated circuit such as IC or LSI referred to here has a different name depending on the degree of integration, and includes an integrated circuit called a system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration).
  • an FPGA Field-Programmable Gate Array
  • a plurality of electronic circuits may be integrated on one chip, or may be distributed on a plurality of chips.
  • the plurality of chips may be integrated in one device, or may be distributed in a plurality of devices.
  • the computer system referred to here includes a microprocessor having one or more processors and one or more memories. Therefore, the microprocessor is also composed of one or a plurality of electronic circuits including a semiconductor integrated circuit or a large-scale integrated circuit.
  • the rotation direction R1 (see FIG. 2) of the rotating body 3 is, for example, the rotating body from the second end portion 202 side in the axial direction of the casing 2. When 3 is seen, it is in the clockwise direction.
  • the separation system 10 rotationally drives the rotating body 3 by the driving device 6.
  • the rotating body 3 having the blades 4 can rotate to apply a force in the rotation direction around the rotation center axis 30 to the air flowing into the inner space (flow path) of the casing 2. It becomes.
  • the rotation of the rotating body 3 causes the plurality of blades 4 to rotate together with the rotating body 3, and the velocity vector of the air flowing in the inner space of the casing 2 is in the direction parallel to the rotation center axis 30. It will have a velocity component and a velocity component in the direction of rotation around the central axis of rotation 30.
  • the rotating body 3 and each of the blades 4 rotate to generate a swirling air flow in the casing 2.
  • the swirling airflow is a three-dimensional spirally rotating airflow.
  • the solid contained in the air flowing into the casing 2 goes from the rotation center axis 30 of the rotating body 3 toward the inner peripheral surface 27 of the casing 2 when spirally rotating in the inner space of the casing 2. Receives centrifugal force in the direction.
  • the solid subjected to the centrifugal force moves toward the inner peripheral surface 27 of the casing 2 and spirally rotates around the inner peripheral surface 27 of the casing 2 along the inner peripheral surface 27.
  • a part of the solid in the air is discharged from the discharge port 23 while passing through the inner space of the casing 2.
  • the centrifugal force acting on a solid is proportional to the mass of the solid. Therefore, a solid having a relatively large mass tends to reach the vicinity of the inner peripheral surface 27 of the casing 2 before a solid having a relatively small mass.
  • the separating device 1 Since the separating device 1 has a space 25 in the casing 2, for example, two adjacent rotating bodies 3 are adjacent to each other in the rotation direction R1 between the outer peripheral surface 37 of the rotating body 3 and the inner peripheral surface 27 of the casing 2. Even if a vortex is generated in the space between the blades 4, it is likely to be rectified into a spiral airflow in the space 25 downstream of each blade 4. When a particle having a large particle size is subjected to centrifugal force, it easily deviates from the air flow, approaches the inner peripheral surface 27 of the casing 2, and is easily discharged from the discharge port 23.
  • the separation efficiency tends to increase as the rotation speed of the rotating body 3 increases. Further, regarding the separation characteristics of the separation device 1, the separation efficiency tends to increase as the particle size increases.
  • the rotation speed of the rotating body 3 is set so as to separate fine particles having a specified particle size or larger.
  • the fine particles having a specified particle size for example, particles having an aerodynamic particle diameter of 2 ⁇ m are assumed.
  • the "aerodynamic particle size” means the diameter of a particle whose aerodynamic behavior is equivalent to a spherical particle having a specific gravity of 1.0.
  • the aerodynamic particle size is the particle size obtained from the sedimentation rate of the particles.
  • Solids that remain in the air without being separated by the separation device 1 are, for example, fine particles having a smaller particle size than the fine particles that are supposed to be separated by the separation device 1 (in other words, it is assumed that they are separated by the separation device 1). Contains fine particles with a mass smaller than the mass of the fine particles.
  • the ratio of the length L25 of the space 25 to the total (L4 + L25) of the length L4 of the blade 4 and the length L25 of the space 25 in the axial direction of the casing 2 (L25 / (L4 + L25)). ) Is 0.7.
  • the inner diameter of the peripheral wall 222 of the second end portion 202 in the casing 2 is larger than the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202 in the casing 2 of the separating device 1 according to the embodiment. Is also small.
  • the separation device 1R according to the comparative example is different from the separation device 1 according to the embodiment in that it does not have a space 25.
  • the length of the blade 4 in the axial direction of the casing 2 is longer than the length L4 of the blade 4 of the separating device 1 according to the embodiment.
  • a plurality of discharge ports 23 are arranged in the axial direction of the casing 2.
  • FIG. 7 is a graph showing the simulation results of the separation characteristics of the separation device 1 according to the embodiment, the separation device 1A according to the modified example 1, and the separation device 1R according to the comparative example.
  • the horizontal axis in FIG. 7 is the particle size.
  • the vertical axis of FIG. 7 is the separation efficiency.
  • the data plotted in a diamond shape is the separation characteristic of the separation device 1 according to the embodiment.
  • the data plotted in circles is the separation characteristic of the separation device 1A according to the first modification.
  • the data plotted in the square is the separation characteristic of the separation device 1R according to the comparative example.
  • the separation device 1 according to the embodiment can improve the separation efficiency with respect to the fine particles having a particle size of 1 ⁇ m to 7 ⁇ m as compared with the separation device 1R according to the comparative example. Further, it can be seen that the separation device 1A according to the modified example 1 can improve the separation efficiency with respect to the fine particles having a particle size of 2.6 ⁇ m to 5 ⁇ m as compared with the separation device 1R according to the comparative example.
  • the separation device 1 according to the embodiment can improve the separation efficiency with respect to the fine particles having a particle size of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m as compared with the separation device 1A according to the modified example 1.
  • the airflow in the casing 2 in each of the separation devices 1, 1A and 1R can be estimated from the result of a simulation using, for example, fluid analysis software.
  • fluid analysis software for example, ANSYS (R) Fluent (R) can be adopted.
  • ANSYS (R) Fluent (R) can be adopted.
  • the inventors of the present application turbulently turbulently flow in the space surrounded by the rotating body 3 and the two blades 4 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating body 3 and the casing 2. We obtained the finding that flow is likely to occur.
  • the inventors of the present application performed a simulation using the particle trajectory analysis software on the simulation results using the above-mentioned fluid analysis software for each of the separation devices 1, 1A and 1R.
  • the particle trajectory analysis method for example, DPM (Discrete Phase Model) can be adopted.
  • 8A to 8C show examples of particle trajectories in the casing 2 of the separation device 1 according to the embodiment with thick lines.
  • 9A to 9C show examples of particle trajectories in the casing 2 of the separation device 1A according to the first modification with thick lines.
  • 10A to 10C show examples of particle trajectories in the casing 2 of the separation device 1R according to the comparative example with thick lines.
  • 8A, 9A and 10A are loci of particles having a particle size of 2 ⁇ m.
  • 8B, 9B and 10B are loci of particles having a particle size of 5.48 ⁇ m.
  • 8C, 9C and 10C are loci of particles having a particle size of 8.94 ⁇ m.
  • the separation device 1 according to the embodiment and the separation device 1A according to the modified example 1 are the separation device 1R according to the comparative example.
  • the casing 2 is easily swiveled along the inner peripheral surface 27 and is easily discharged from the discharge port 23.
  • the separation device 1 according to the embodiment and the separation device 1A according to the modified example 1 are the separation devices according to the comparative example. It can be seen that, as compared with 1R, it is easier to turn along the inner peripheral surface 27 of the casing 2, and it is easier to discharge from the discharge port 23. From the comparison between FIGS. 8C and 9C and FIG. 10C, when looking at the particles having a particle size of 8.94 ⁇ m, any of the separation device 1 according to the embodiment, the separation device 1A according to the modified example 1, and the separation device 1R according to the comparative example. However, it can be seen that it is easy to turn along the inner peripheral surface 27 of the casing 2 and is easily discharged from the discharge port 23.
  • the ratio of the length L25 of the space 25 (L25 / (L4 + L25)) to the total of the length L4 of the blade 4 and the length L25 of the space 25 in the axial direction of the casing 2 is, for example, from the viewpoint of increasing the separation efficiency and the pressure loss. It is preferably 0.2 or more from the viewpoint of suppressing the above.
  • the above ratio (L25 / (L4 + L25)) is preferably 0.8 or less from the viewpoint of separating fine particles having a smaller particle size, for example.
  • the distance B0 between the inner peripheral surface of the casing main body 200 and the opening 2003 is a half of the difference between the inner diameter of the casing main body 200 and the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202.
  • the separation efficiency is higher when the distance B0 between the inner peripheral surface of the casing main body 200 and the opening 2003 is increased from 50 mm to 80 mm. Therefore, from the viewpoint of increasing the separation efficiency of the separation device 1, it is presumed that it is preferable to increase the distance B0. However, the distance B0 becomes smaller as the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202 becomes larger.
  • the structural parameters are not optimized individually, but are optimized in consideration of the correlation of the plurality of parameters.
  • the separation efficiency changes, but the pressure loss also changes.
  • the length L4 of the blade 4 is adjusted so as to increase the separation efficiency in optimizing the structural parameters, the length of the blade 4 and the length of the blade 4 are adjusted so that the pressure loss is within the desired pressure loss.
  • the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202 is adjusted.
  • the length L4 of the blade 4, the inner diameter ⁇ 2 of the peripheral wall 222 of the second end portion 202, and the area of the opening area of the small diameter portion 211 are appropriately adjusted to reduce the pressure loss and improve the separation efficiency. We are trying to improve.
  • the separation device 1 includes a casing 2, a rotating body 3, and blades 4.
  • the casing 2 has a gas inlet 21, a gas outlet 22, and a solid outlet 23.
  • the rotating body 3 is arranged inside the casing 2 and can rotate about the rotation center axis 30 along the axial direction of the casing 2.
  • the blade 4 is arranged between the casing 2 and the rotating body 3, and rotates together with the rotating body 3.
  • the blade 4 has a first end 41 on the inflow port 21 side and a second end 42 on the outflow port 22 side.
  • the casing 2 has a space 25 on the discharge port 23 side of the second end 42 of the blade 4 in the axial direction.
  • the separation device 1 according to the embodiment can improve the separation performance.
  • the separator 1 is, for example, upstream of an air filter such as a HEPA filter (high efficiency particulate air filter) arranged on the upstream side of an air conditioner in an air purification system installed in a house or the like. Place it on the side and use it.
  • the "HEPA filter” is an air filter having a particle collection rate of 99.97% or more and an initial pressure loss of 245 Pa or less with respect to particles having a particle size of 0.3 ⁇ m at a rated flow rate. Air filters do not require 100% particle collection efficiency.
  • the air purification system it is possible to extend the life of the air filter or the like located on the downstream side of the separation device 1. For example, in an air purification system, it is possible to suppress an increase in pressure loss due to an increase in the total mass of fine particles and the like collected by an air filter. This makes it possible to reduce the frequency of replacement of the air filter in the air purification system.
  • the air purification system is not limited to a configuration in which the air filter and the air conditioning equipment are housed in different housings, and the air filter may be provided in the housing of the air conditioning equipment. In other words, the air conditioner may be equipped with an air filter in addition to the blower.
  • Embodiment is only one of the various embodiments of the present disclosure.
  • the embodiment can be changed in various ways depending on the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved.
  • the rectifying structure 8 may be further provided.
  • the rectifying structure 8 is located inside the casing 2 between the inflow port 21 and the rotating body 3, and rectifies the flow of gas flowing into the casing 2.
  • the rectifying structure 8 has, for example, a truncated cone shape, and is arranged inside the enlarged diameter portion 212 between the small diameter portion 211 and the casing main body 200.
  • the rectifying structure 8 is arranged so that its central axis is aligned with the central axis 20 (see FIG. 3) of the casing 2.
  • the gas that has flowed into the casing 2 from the inflow port 21 can be easily introduced into a place far from the outer peripheral surface 37 of the rotating body 3 and closer to the inner peripheral surface 27 of the casing 2 in the radial direction of the rotating body 3.
  • the flow of gas in the enlarged diameter portion 212 is schematically shown by an arrow F1.
  • the rectifying structure 8 may be supported by, for example, the casing 2 via one or a plurality of beams, or may be connected to the rotating body 3.
  • a rotating shaft 9 arranged along the rotating central axis 30 of the rotating body 3 may be further provided.
  • at least a part of the rotation shaft 9 is arranged in the space 25.
  • the rotating shaft 9 may or may not be connected to the rotating body 3. Further, the rotating shaft 9 may rotate together with the rotating body 3 or may rotate separately from the rotating body 3.
  • the separation device 1 is a modification 3 apart from the plurality of first blades each of the plurality of blades 4 connected to the rotating body 3.
  • a plurality of second blades 11 connected to the rotating shaft 9 described in the above may be provided.
  • the protrusion of the plurality of second blades 11 from the rotating shaft 9 becomes smaller as the distance from the rotating body 3 increases in the axial direction of the casing 2.
  • Each of the plurality of second blades 11 may or may not be tilted with respect to one radial direction of the rotating body 3 when viewed from the second end portion 202 side in the direction along the axial direction of the casing 2. You may.
  • each of the plurality of second blades 11 has a protrusion dimension from the rotating shaft 9 smaller than that of the first blade protruding from the rotating body 3, and is longer in the axial direction of the rotating shaft 9 when viewed from the thickness direction thereof. It may be rectangular.
  • the discharge port 23 is not limited to the case where it is formed on the outer peripheral surface 28 of the casing 2, and may be formed on the bottom portion 2001 of the casing main body 200. ..
  • the discharge port 23 is not limited to a position that does not overlap with the blade 4 in the direction orthogonal to the rotation center axis 30 of the rotating body 3, but is a position where at least a part overlaps with the blade 4 in the direction orthogonal to the rotation center axis 30. May be.
  • the casing 2 of the separation device 1 has a discharge port 23 at a position that does not overlap with the blade 4 in a direction orthogonal to the rotation center axis 30, and a discharge port 23 at a position that overlaps with the blade 4 in a direction orthogonal to the rotation center axis 30. It may have an exit and.
  • the number of the discharge ports 23 included in the casing 2 is not limited to a plurality, and may be one.
  • the discharge ports 23 may have an arc shape when viewed from the axial direction of the casing 2, or may be, for example, in the circumferential direction of the casing 2 (direction along the outer periphery of the casing 2). It may be an annular shape formed over the entire circumference.
  • shapes of the plurality of outlets 23 are not limited to the case where they are the same as each other, but may be different.
  • each of the plurality of blades 4 even if the tip on the casing 2 side in the protruding direction from the rotating body 3 is located forward of the base end on the rotating body 3 side in the rotating direction R1 of the rotating body 3. Good.
  • each of the plurality of blades 4 may have a shape including one or more curved portions such as an arc shape.
  • each of the plurality of blades 4 may be spirally formed around the rotation center axis 30 of the rotating body 3.
  • the "spiral shape” is not limited to a spiral shape having a rotation speed of 1 or more, but also includes a part of a spiral shape having a rotation speed of 1.
  • the rotating body 3 may include a plurality of rotating members.
  • the rotating members arranged in the direction along the central axis 20 of the casing 2 are connected to each other.
  • the casing 2 in the separation device 1 may have a plurality of outlets 22.
  • the casing 2 may have a plurality of outlet duct portions 203.
  • the plurality of outlet duct portions 203 may be arranged in the circumferential direction of the casing 2, or may be located at different positions in the axial direction of the casing 2.
  • the separation device 1 may be configured not to include the outlet duct portion 203.
  • gas flowing into the casing 2 from the inflow port 21 of the casing 2 is not limited to air, and may be, for example, exhaust gas or the like.
  • partition wall 26 is not limited to an annular shape, and may be arcuate when viewed from the axial direction of the casing 2. In this case, the number of partition walls 26 may be one or a plurality.
  • the separation system (1; 1A) includes a casing (2), a rotating body (3), and blades (4).
  • the casing (2) has a gas inlet (21), a gas outlet (22), and a solid outlet (23).
  • the rotating body (3) is arranged inside the casing (2), and can rotate about the rotation center axis (30) along the axial direction of the casing (2).
  • the blade (4) is arranged between the casing (2) and the rotating body (3), and rotates together with the rotating body (3).
  • the blade (4) has a first end (41) on the inflow port (21) side and a second end (42) on the outflow port (22) side.
  • the casing (2) has a space (25) on the discharge port (23) side of the second end (42) of the blade (4) in the axial direction.
  • the separation system (1; 1A) according to the first aspect can improve the separation performance for separating a solid contained in a gas from the gas.
  • the discharge port (23) is formed along the outer peripheral edge of the casing (2).
  • the separation device (1; 1A) according to the second aspect can improve the separation efficiency as compared with the case where the discharge port (23) is not formed along the outer peripheral edge of the casing (2). Become.
  • the discharge port (23) is formed on the outer peripheral surface (28) of the casing (2).
  • the solid on which the centrifugal force acts is easily discharged from the discharge port (23).
  • the casing (2) has an outlet (23) and an outlet (22) in the space (25). ) Is further provided with a partition wall (26).
  • the solid on which the centrifugal force acts is easily discharged from the discharge port (23) and is less likely to be discharged from the outlet (22).
  • the discharge port (23) is a blade (4) in a direction orthogonal to the rotation center axis (30). It is in a position that does not overlap with.
  • the separation device (1; 1A) according to the fifth aspect is in a position where the discharge port (23) is at least partially overlapped with the blade (4) in the direction orthogonal to the rotation center axis (30). It is possible to improve the separation efficiency.
  • the separation device (1; 1A) according to the sixth aspect further includes a rectifying structure (8) in any one of the first to fifth aspects.
  • the rectifying structure (8) is located inside the casing (2) between the inflow port (21) and the rotating body (3), and rectifies the flow of gas flowing into the inflow port (21).
  • the separation device (1; 1A) according to the sixth aspect can rectify the flow of gas flowing into the casing (2).
  • the inflow port (21) penetrates in a direction intersecting the axial direction of the casing (2). There is.
  • the separation device (1; 1A) according to the seventh aspect it is possible to prevent the flow rate of the gas flowing in from the inflow port (21) from becoming too large.
  • the separation device (1; 1A) according to the eighth aspect further includes a rotation shaft (9) in any one of the first to seventh aspects.
  • the rotation axis (9) is arranged along the rotation center axis (30) of the rotating body (3). At least a part of the rotation axis (9) is arranged in the space (25).
  • the configurations according to the second to eighth aspects are not essential configurations for the separation device (1; 1A) and can be omitted as appropriate.
  • the separation system (10) includes a separation device (1; 1A) according to any one of the first to eighth aspects and a drive device (6).
  • the drive device (6) rotationally drives the rotating body (3).
  • the separation system (10) according to the ninth aspect can improve the separation performance for separating the solid contained in the gas from the gas.

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Abstract

気体に含まれる固体を気体から分離する分離性能の向上を図ることが可能な分離装置及び分離システムを提供する。分離装置（１）は、ケーシング（２）と、回転体（３）と、羽根（４）と、を備える。ケーシング（２）は、気体の流入口（２１）と気体の流出口（２２）と固体の排出口（２３）とを有する。回転体（３）は、ケーシング（２）の内側に配置されており、ケーシング（２）の軸方向に沿った回転中心軸を中心として回転可能である。羽根（４）は、ケーシング（２）と回転体（３）との間に配置されており、回転体（３）と一緒に回転する。羽根（４）は、流入口（２１）側の第１端（４１）と流出口（２２）側の第２端（４２）とを有する。ケーシング（２）は、軸方向において、羽根（４）の第２端（４２）よりも排出口（２３）側に空間（２５）を有する。

Description

分離装置及び分離システム
　本発明は、分離装置及び分離システムに関し、より詳細には、気体に含まれている固体を気体から分離する分離装置、及びそれを備える分離システムに関する。
　特許文献１には、外筒体と、回転体と、羽根と、を備える分離装置が記載されている。
　外筒体は、第１端に気体の流入口を有し、第２端に気体の流出口を有する。回転体は、外筒体の内側において、回転体の回転中心軸が外筒体の中心軸と揃うように配置されている。複数の羽根は、回転体と外筒体との間で回転体の外周方向において離れて配置されている。複数の羽根は、回転体に連結されている。外筒体は、第１端と第２端との間において外筒体の内外を繋ぐ排出孔を有している。
　特許文献１に記載された分離装置では、分離対象の固体の粒径によっては気体から固体を分離する分離性能が低下してしまうことがあった。
特開２０１８－１４０３８３号公報
　本開示の目的は、気体に含まれる固体を気体から分離する分離性能の向上を図ることが可能な分離装置及び分離システムを提供することにある。
　本開示の一態様に係る分離装置は、ケーシングと、回転体と、羽根と、を備える。前記ケーシングは、気体の流入口と気体の流出口と固体の排出口とを有する。前記回転体は、前記ケーシングの内側に配置されており、前記ケーシングの軸方向に沿った回転中心軸を中心として回転可能である。前記羽根は、前記ケーシングと前記回転体との間に配置されており、前記回転体と一緒に回転する。前記羽根は、前記流入口側の第１端と前記流出口側の第２端とを有する。前記ケーシングは、前記軸方向において、前記羽根の前記第２端よりも前記排出口側に空間を有する。
　本開示の一態様に係る分離システムは、前記分離装置と、駆動装置と、を備える。前記駆動装置は、前記回転体を回転駆動する。
図１は、実施形態に係る分離装置の斜視図である。 図２は、同上の分離装置の横断面図である。 図３は、同上の分離装置の縦断面図である。 図４は、同上の分離装置を備える分離システムの概略構成図である。 図５は、実施形態の変形例１に係る分離装置の斜視図である。 図６は、比較例に係る分離装置の斜視図である。 図７は、実施形態に係る分離装置、実施形態の変形例１に係る分離装置及び比較例に係る分離装置それぞれの分離特性を示すグラフである。 図８Ａは、実施形態に係る分離装置での粒径２μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図８Ｂは、同上の分離装置での粒径５．４８μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図８Ｃは、同上の分離装置での粒径８．９４μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。 図９Ａは、実施形態の変形例に係る分離装置での粒径２μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図９Ｂは、同上の分離装置での粒径５．４８μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図９Ｃは、同上の分離装置での粒径８．９４μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。 図１０Ａは、比較例に係る分離装置での粒径２μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図１０Ｂは、同上の分離装置での粒径５．４８μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図１０Ｃは、同上の分離装置での粒径８．９４μｍの粒子の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。 図１１は、実施形態の変形例２に係る分離装置の要部構成図である。 図１２は、実施形態の変形例３に係る分離装置の要部構成図である。 図１３は、実施形態の変形例４に係る分離装置の要部構成図である。
　下記の実施形態等において説明する図１～３、５、６、８Ａ～１３は、模式的な図であり、図中の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）
　以下、実施形態に係る分離装置１及びそれを備える分離システム１０について、図１～４に基づいて説明する。
　（１）概要
　分離装置１は、例えば、送風機能を有する空調設備の上流側に設けられ、空気（気体）中の固体を分離する。分離装置１は、例えば、平らな屋根を有する施設（住居等）の屋上、又は地面に設置される。空調設備は、例えば、上流側から下流側へ空気を送風する送風装置である。送風装置は、例えば、電動ファンである。空調設備は、送風装置に限らず、例えば、換気装置、エアコンディショナ、給気キャビネットファン、送風装置と熱交換器とを備える空気調和システムでもよい。空調設備により分離装置１に流す空気の流量は、例えば、５０ｍ3／ｈ～５００ｍ3／ｈである。分離装置１から空調設備側への空気の流出量は、空調設備を流れる空気の流量と略同じである。
　図１～３に示すように、分離装置１は、ケーシング２と、回転体３と、羽根４と、を備える。また、分離システム１０は、図４に示すように、分離装置１と、駆動装置６と、を備える。
　ケーシング２は、気体の流入口２１と気体の流出口２２と固体の排出口２３とを有する。回転体３は、ケーシング２の内側に配置されている。回転体３は、ケーシング２の軸方向に沿った回転中心軸３０（図２及び３参照）を中心として回転可能である。羽根４は、ケーシング２と回転体３との間に配置されている。羽根４は、回転体３と一緒に回転する。羽根４は、流入口２１側の第１端４１と流出口２２側の第２端４２とを有する。ケーシング２は、ケーシング２の軸方向において、羽根４の第２端４２よりも排出口２３側に空間２５を有する。
　排出口２３は、例えば空気に含まれている固体をケーシング２の外側に排出するための孔である。排出口２３は、ケーシング２の内側空間とケーシング２の外側空間とをつないでいる。言い換えれば、排出口２３は、ケーシング２の内外を連通させる。分離装置１は、回転体３の回転時に、ケーシング２内にケーシング２内を旋回する気流を発生させる。分離装置１では、ケーシング２と回転体３との間に、流入口２１から流出口２２に向かう流路の一部が形成されている。
　分離装置１は、上流側からケーシング２に流入した空気を、回転体３のまわりで螺旋状に回転させながら、下流側に流すことができる。ここにおける「上流側」は、空気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、「下流側」は、空気の流れる方向でみたときの下流側（二次側）を意味する。分離装置１は、例えば、流出口２２が流入口２１よりも上方に位置する状態で使用される。この場合、分離装置１では、ケーシング２の流入口２１から流路に流入した空気を、回転体３のまわりで螺旋状に回転させながら上昇させ、流出口２２に流すことができる。
　分離装置１のケーシング２は、空気に含まれている固体をケーシング２の外側に排出するために、上述の排出口２３を有している。これにより、ケーシング２の流入口２１からケーシング２内に流入した空気に含まれている固体の少なくとも一部は、流路を通過する途中で、排出口２３からケーシング２の外部に排出される。
　また、分離システム１０は、上述のように、分離装置１に加えて、駆動装置６を備える。駆動装置６は、回転体３を回転駆動する。つまり、駆動装置６は、回転中心軸３０を中心として回転体３を回転させる。駆動装置６は、例えば、モータを含む。
　空気中の固体としては、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、微粒子として直接空気中に放出される一次生成粒子、気体として空気中に放出されたものが空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、ＰＭ１．０、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。ＰＭ１．０は、粒子径１．０μｍ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。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。
　（２）詳細
　上述のように、分離装置１は、ケーシング２と、回転体３と、羽根４と、を備える。また、分離システム１０は、分離装置１と、駆動装置６と、を備える。
　ケーシング２の材料は、例えば、金属であるが、これに限らず、樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）であってもよい。また、ケーシング２は、金属により形成されている金属部と、樹脂により形成されている樹脂部と、を含んでいてもよい。
　ケーシング２は、ケーシング本体２００と、第１エンド部２０１と、第２エンド部２０２と、出口ダクト部２０３と、を有する。ここにおいて、ケーシング２では、ケーシング２の軸方向において、第１エンド部２０１、ケーシング本体２００及び第２エンド部２０２が、この順に並んでいる。ケーシング２では、第１エンド部２０１が流入口２１を有し、出口ダクト部２０３が流出口２２を有し、ケーシング本体２００が排出口２３を有している。流入口２１、流出口２２及び排出口２３は、ケーシング２の側方に開放されている。ケーシング２の軸方向において、排出口２３は、流入口２１と流出口２２との間にある。ケーシング２の軸方向において、排出口２３と流出口２２との距離は、排出口２３と流入口２１との距離よりも短い。
　ケーシング本体２００は、底部２００１と円筒部２００２とを有する有底円筒状であり、回転体３を囲んでいる。底部２００１は、ケーシング２の軸方向において貫通した円形状の開口２００３を有する。ケーシング２の軸方向は、ケーシング本体２００の中心軸に沿った方向（ケーシング本体２００の軸方向）である。ケーシング２では、ケーシング本体２００の中心軸が、ケーシング２の中心軸２０（図３参照）になる。ケーシング２の軸方向において、ケーシング本体２００の長さは、回転体３の長さよりも長い。ケーシング本体２００の内径及び外径は、ケーシング本体２００の軸方向の全長にわたって、それぞれ一定である。排出口２３は、ケーシング２の外周縁に沿って形成されている。ここにおいて、排出口２３は、ケーシング２の外周面２８（ここでは、ケーシング本体２００の外周面）に形成されている。排出口２３は、ケーシング本体２００の円筒部２００２において底部２００１の近くに形成されている。
　ケーシング本体２００は、複数（図示例では、４つ）の排出口２３を有する。ケーシング２の軸方向から見て、複数の排出口２３の各々は、例えば、略４分の１円弧状であり、ケーシング本体２００の外周縁に沿った周方向に並んでいる。４つの排出口２３の各々の開口範囲は、ケーシング本体２００の中心軸を中心として、９０度より若干小さい。分離装置１では、ケーシング２の内周面２７（ここでは、ケーシング本体２００の内周面）付近を通っている固体を、各排出口２３から排出することが可能となる。ケーシング２では、排出口２３を１つとして、この１つの排出口２３が、ケーシング本体２００の周方向の全周にわたって形成された環状であってもよい。この場合、ケーシング本体２００は、例えば、ケーシング２の軸方向において排出口２３を介して対向する２つの部材に分割されている。
　第１エンド部２０１は、ケーシング２の軸方向においてケーシング本体２００の上流側に設けられている。第１エンド部２０１は、ケーシング本体２００とつながっている。第１エンド部２０１の内側空間は、ケーシング本体２００の内側空間につながっている。第１エンド部２０１は、流入口２１を有する有底円筒状の小径部２１１と、拡径部２１２と、を有する。小径部２１１の外径及び内径は、それぞれ、ケーシング本体２００の外径及び内径よりも小さい。流入口２１は、小径部２１１において小径部２１１の底部２１１１の近くに形成されている。拡径部２１２は、ケーシング２の軸方向において小径部２１１から離れてケーシング本体２００に近づくにつれて外径及び内径が漸増するテーパ円筒状である。拡径部２１２は、小径部２１１側の第１端と、ケーシング本体２００側の第２端と、を有する。拡径部２１２の第１端は、小径部２１１とつながっている。拡径部２１２の第２端は、ケーシング本体２００とつながっている。拡径部２１２の外径及び内径は、それぞれ、ケーシング２の軸方向における小径部２１１側の端で小径部２１１の外径及び内径と同じである。拡径部２１２の外径及び内径は、それぞれ、ケーシング２の軸方向におけるケーシング本体２００側の端でケーシング本体２００の外径及び内径と同じである。つまり、拡径部２１２では、ケーシング２の軸方向において流入口２１から離れるにつれて開口面積が漸増している。
　第２エンド部２０２は、ケーシング２の軸方向においてケーシング本体２００の下流側に設けられており、ケーシング本体２００の底部２００１の開口２００３を覆っている。第２エンド部２０２は、ケーシング本体２００とつながっている。第２エンド部２０２の内側空間は、ケーシング本体２００の内側空間につながっている。第２エンド部２０２は、円板状の底部２２１と円筒状の周壁２２２とを有する有底円筒状である。第２エンド部２０２の周壁２２２には、気体を流出させる開口２２３が形成されている。開口２２３は、ケーシング２の軸方向に直交する方向に貫通している。周壁２２２の内径φ２（図３参照）及び外径は、ケーシング本体２００の軸方向の全長にわたって、それぞれ一定である。周壁２２２の内径φ２は、例えば、ケーシング本体２００の底部２００１の開口２００３の直径と同じである。
　出口ダクト部２０３は、第２エンド部２０２につながっている。出口ダクト部２０３の内側空間は、第２エンド部２０２の内側空間につながっている。
　出口ダクト部２０３は、例えば、第２エンド部２０２の外周面２２７において開口２２３の周縁につながっている。出口ダクト部２０３は、固体が分離された気体をケーシング２の外部へ供給するためのダクトである。出口ダクト部２０３は、ケーシング２の軸方向から見て、第２エンド部２０２の外周面２２７から外周面２２７の一接線方向に沿った方向に延びている。ここにおいて、一接線方向は、回転体３の回転方向Ｒ１（図２参照）に沿った方向である。流出口２２は、出口ダクト部２０３において第２エンド部２０２の開口２２３側とは反対側に形成されている。出口ダクト部２０３は、角筒状である。流出口２２の開口形状は、例えば、正方形状である。
　回転体３は、ケーシング２の内側でケーシング２と同軸的に配置されている。「ケーシング２と同軸的に配置されている」とは、回転体３が、回転体３の回転中心軸３０（図３参照）をケーシング２の中心軸２０（図３参照）に揃えるように配置されていることを意味する。回転体３は、例えば、円柱状である。回転体３の材料は、例えば、ポリカーボネート樹脂である。
　回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、回転体３の長さは、ケーシング２の軸方向におけるケーシング本体２００の長さよりも短い。
　回転体３は、流入口２１側の第１端３１と、流出口２２側の第２端３２と、を有する。回転体３は、ケーシング２の軸方向において、第１エンド部２０１の近くに配置されている。より詳細には、ケーシング２の軸方向において、回転体３と第１エンド部２０１との距離は、回転体３と第２エンド部２０２との距離よりも短い。
　分離装置１では、ケーシング２と回転体３との間には、複数（ここでは、２４枚）の羽根４が配置されている。つまり、分離装置１は、複数の羽根４を備えている。複数の羽根４は、回転体３につながっており、ケーシング２からは離れている。複数の羽根４は、回転体３と一緒に回転する。
　複数の羽根４は、ケーシング２の軸方向に沿った方向において回転体３の全長に亘って回転体３に設けられている。つまり、複数の羽根４は、回転体３の第１端３１から第２端３２に亘って設けられている。複数の羽根４の材料は、例えば、ポリカーボネート樹脂である。分離装置１では、回転体３の材料と複数の羽根４の材料とが同じであるが、これに限らず、異なってもよい。複数の羽根４は、回転体３と一体に形成されていてもよいし、回転体３と別部材として形成され回転体３に固定されることで回転体３に連結されていてもよい。
　複数の羽根４の各々は、ケーシング２の軸方向から見て各羽根４とケーシング２との間に隙間が形成されるように配置されている。言い換えれば、分離装置１では、複数の羽根４の各々とケーシング２の内周面２７との間に隙間がある。回転体３の径方向において、複数の羽根４の各々の突出先端と回転体３の外周面３７との間の距離は、回転体３の外周面３７とケーシング２の内周面２７との距離よりも短い。
　複数の羽根４の各々は、回転体３の外周面３７とケーシング２の内周面２７との間の空間（流路）において回転体３の回転中心軸３０と平行に配置されている。複数の羽根４の各々は、平板状である。複数の羽根４の各々は、その厚さ方向から見て回転体３の回転中心軸３０に沿った方向に長い長方形状である。複数の羽根４の各々は、ケーシング２の軸方向に沿った方向において第２エンド部２０２側から見て、回転体３の一径方向に対して所定角度（例えば、４５度）だけ傾いている。ここにおいて、複数の羽根４の各々では、回転体３からの突出方向におけるケーシング２側の先端が、回転体３側の基端よりも、回転体３の回転方向Ｒ１（図２参照）において後方に位置している。つまり、分離装置１では、複数の羽根４の各々が、回転体３の一径方向に対して回転体３の回転方向Ｒ１に所定角度（例えば、４５度）だけ傾いている。所定角度は、４５度に限らず、０度よりも大きく９０度以下の角度であってもよい。例えば、所定角度は、１０度以上８０度以下の範囲内の角度であってもよい。複数の羽根４の各々は、回転体３の一径方向に対して回転体３の回転方向Ｒ１に所定角度だけ傾いている場合に限らず、例えば、回転体３の一径方向とのなす角度が０度であってもよい。つまり、複数の羽根４が回転体３から放射状に延びていてもよい。複数の羽根４は、図２に示すように回転体３の周方向において等角度間隔で離れて配置されている。ここでいう「等角度間隔」とは、厳密に同じ角度間隔である場合だけに限らず、例えば、規定の角度間隔に対して所定の誤差範囲（例えば、規定の角度間隔の±１０％）内の角度間隔であってもよい。
　ケーシング２の軸方向において、複数の羽根４の各々の長さは、回転体３の長さと同じである。ここにおいて、複数の各々の羽根４の長さは、回転体３の長さと同じである場合に限らず、回転体３よりも長くてもよいし、短くてもよい。
　ケーシング２の軸方向において、複数の羽根４の各々の長さは、ケーシング本体２００の長さよりも短い。回転体３の回転中心軸３０に沿った方向において、複数の羽根４の各々の長さは、ケーシング２の第１エンド部２０１と排出口２３との間の距離よりも短い。
　複数の羽根４の各々は、ケーシング２の軸方向において、流入口２１側（ここでは、第１エンド部２０１側）の端である第１端４１と、流出口２２側（ここでは、第２エンド部２０２側）の端である第２端４２と、を有する。複数の羽根４の各々における第１端４１は、ケーシング２の軸方向における第１エンド部２０１側の端（上流端）である。複数の羽根４の各々における第２端４２は、ケーシング２の軸方向における第２エンド部２０２側の端（下流端）である。
　ケーシング２は、その軸方向において、各羽根４の第２端４２よりも排出口２３側に空間２５を有する。分離装置１では、排出口２３は、回転体３の回転中心軸３０に直交する方向において空間２５と重なる位置にある。つまり、排出口２３は、ケーシング２の軸方向に直交する方向において空間２５と重なる位置にある。また、分離装置１では、排出口２３は、回転体３の回転中心軸３０に直交する方向において各羽根４と重複しない位置にある。つまり、排出口２３は、ケーシング２の軸方向に直交する方向において各羽根４と重複しない位置にある。言い換えれば、ケーシング２を側方から見たときの排出口２３の投影領域には、各羽根４がない。
　分離装置１では、ケーシング２の軸方向における羽根４の長さＬ４（図３参照）と空間２５の長さＬ２５（図３参照）との合計（Ｌ４＋Ｌ２５）に対する空間２５の長さＬ２５（図３参照）の比率（Ｌ２５／（Ｌ４＋Ｌ２５））は、例えば、０．４である。
　分離装置１では、ケーシング２は、空間２５内において排出口２３と流出口２２との間を仕切る仕切壁２６（図３参照）を更に有する。ケーシング２の軸方向において、仕切壁２６の長さＬ２６は、排出口２３の長さＬ２３と同じであるが、これに限らず、排出口２３の長さＬ２３と異なっていてもよい。仕切壁２６は、例えば、円環状である。仕切壁２６の内径φ３は、第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２と同じであるが、これに限らず、第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２と異なってもよい。
　図４に示すように、分離システム１０は、分離装置１と、分離装置１の回転体３を回転駆動する駆動装置６と、を備える。駆動装置６は、例えば、回転体３を回転駆動させるモータを含む。駆動装置６は、モータの回転軸を回転体３に直接又は間接的に連結してあってもよいし、モータの回転軸の回転をプーリ及び回転ベルトを介して回転体３に伝達するようにしてあってもよい。モータは、ケーシング２の内側に配置されていてもよいし、ケーシング２の外側に配置されていてもよい。駆動装置６によって回転駆動される回転体３の回転数は、例えば、１５００ｒｐｍ～３０００ｒｐｍである。
　分離システム１０は、駆動装置６を制御する制御装置７を更に備える。制御装置７は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、制御装置７としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。
　（３）分離装置及び分離システムの動作
　実施形態に係る分離装置１では、回転体３の回転方向Ｒ１（図２参照）は、例えば、ケーシング２の軸方向において第２エンド部２０２側から回転体３を見たときに、時計回り方向である。分離システム１０は、駆動装置６によって回転体３を回転駆動する。
　分離装置１では、羽根４を有する回転体３が回転することで、ケーシング２の内側空間（流路）に流入した空気に対して回転中心軸３０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、回転体３が回転することにより、回転体３と一緒に複数の羽根４が回転し、ケーシング２の内側空間を流れる空気の速度ベクトルが、回転中心軸３０に平行な方向の速度成分と、回転中心軸３０のまわりの回転方向の速度成分と、を有することになる。要するに、分離装置１では、回転体３及び各羽根４が回転することにより、ケーシング２内に旋回する気流を発生させることができる。旋回する気流は、３次元の螺旋状に回転する気流である。
　分離装置１では、ケーシング２に流入した空気に含まれていた固体は、ケーシング２の内側空間において螺旋状に回転するときに回転体３の回転中心軸３０からケーシング２の内周面２７に向かう方向の遠心力を受ける。遠心力を受けた固体は、ケーシング２の内周面２７へ向かい、ケーシング２の内周面２７付近を内周面２７に沿って螺旋状に回転する。そして、分離装置１では、空気中の固体の一部が、ケーシング２の内側空間を通過する途中で排出口２３から排出される。固体に作用する遠心力は、固体の質量に比例する。したがって、相対的に質量が大きな固体は、相対的に質量が小さな固体よりも先に、ケーシング２の内周面２７付近に到達しやすい。
　分離装置１では、ケーシング２の内側空間において旋回している気流（旋回流）が発生するので、ケーシング２の流入口２１からケーシング２内に流入した空気中の固体（例えば、砂塵）の一部が、排出口２３を通して排出され、固体が分離（除去）された空気（清浄化された空気）の一部が、ケーシング２の流出口２２から流出する。
　分離装置１は、ケーシング２において空間２５を有しているので、例えば、回転体３の外周面３７とケーシング２の内周面２７との間において回転体３の回転方向Ｒ１で隣り合う２つの羽根４の間の空間に渦流が発生した場合でも各羽根４よりも下流側の空間２５において螺旋状の気流に整流されやすい。粒径が大きい粒子は遠心力を受けると気流から逸脱しやすくケーシング２の内周面２７に近づいて排出口２３から排出されやすい。これに対して、粒径が小さい粒子は気流に乗ってしまう傾向が強いが、分離装置１では、各羽根４よりも下流側の空間２５において気流をケーシング２の内周面に沿って旋回する螺旋状の気流に整流しやすくなり、粒径の小さな粒子が排出口２３から排出されやすくなる。
　分離装置１の分離特性に関しては、回転体３の回転速度が速くなるにつれて分離効率が高くなる傾向にある。また、分離装置１の分離特性に関しては、分粒径が大きくなるにつれて分離効率が高くなる傾向にある。分離装置１では、例えば、規定粒径以上の微粒子を分離するように回転体３の回転速度が設定されているのが好ましい。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、２μｍ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、粒子の沈降速度から求められる粒径である。分離装置１で分離されずに空気中に残る固体は、例えば、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、分離装置１で分離することを想定している微粒子の質量よりも小さな質量の微粒子）を含む。
　（４）分離装置の分離性能
　以下では、実施形態に係る分離装置１の分離性能を説明する前に、実施形態の変形例１に係る分離装置１Ａについて図５に基づいて説明し、比較例に係る分離装置１Ｒについて図６に基づいて説明する。変形例１に係る分離装置１Ａ及び比較例に係る分離装置１Ｒの各々に関し、実施形態に係る分離装置１と同様の構成要素については、同一の符合を付して説明を適宜省略する。
　変形例１に係る分離装置１Ａでは、ケーシング２の軸方向における羽根４の長さＬ４と空間２５の長さＬ２５との合計（Ｌ４＋Ｌ２５）に対する空間２５の長さＬ２５の比率（Ｌ２５／（Ｌ４＋Ｌ２５））は、０．７である。
　また、変形例１に係る分離装置１Ａでは、ケーシング２における第２エンド部２０２の周壁２２２の内径が、実施形態に係る分離装置１のケーシング２における第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２よりも小さい。
　比較例に係る分離装置１Ｒは、空間２５を有していない点で、実施形態に係る分離装置１と相違する。比較例に係る分離装置１Ｒでは、ケーシング２の軸方向における羽根４の長さが、実施形態に係る分離装置１の羽根４の長さＬ４よりも長い。また、比較例に係る分離装置１Ｒでは、複数の排出口２３がケーシング２の軸方向において並んでいる。
　図７は、実施形態に係る分離装置１、変形例１に係る分離装置１Ａ及び比較例に係る分離装置１Ｒそれぞれの分離特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
　図７の横軸は、粒子径である。図７の縦軸は、分離効率である。図７では、ひし形でプロットされたデータが、実施形態に係る分離装置１の分離特性である。また、図７では、丸でプロットされたデータが、変形例１に係る分離装置１Ａの分離特性である。また、図７では、四角でプロットされたデータが、比較例に係る分離装置１Ｒの分離特性である。
　図７から、実施形態に係る分離装置１は、１μｍ～７μｍの粒子径を有する微粒子に関して、比較例に係る分離装置１Ｒよりも分離効率を向上できることが分かる。また、変形例１に係る分離装置１Ａは、２．６μｍ～５μｍの粒子径を有する微粒子に関して、比較例に係る分離装置１Ｒよりも分離効率を向上できることが分かる。
　また、図７から、実施形態に係る分離装置１は、１μｍ～５μｍの粒子径を有する微粒子に関して、変形例１に係る分離装置１Ａよりも分離効率を向上できることが分かる。
　各分離装置１、１Ａ及び１Ｒそれぞれにおけるケーシング２内での気流については、例えば、流体解析ソフトウェアを用いたシミュレーションの結果により推測することが可能である。流体解析ソフトウェアとしては、例えば、ANSYS(R) Fluent(R)を採用することができる。シミュレーションの結果、本願発明者らは、比較例に係る分離装置１Ｒでは、回転体３と回転体３の周方向において隣り合う２つの羽根４とケーシング２とで囲まれた空間において渦流等の乱流が発生しやすいという知見を得た。これに対して、本願発明者らが提案した実施形態に係る分離装置１及び変形例１に係る分離装置１Ａのように羽根４の下流側に空間２５を有する構造では、乱流の発生を抑制できることが確認された。
　また、本願発明者らは、各分離装置１、１Ａ及び１Ｒのそれぞれについて、上述の流体解析ソフトウェアを用いたシミュレーション結果に対して、粒子軌跡解析ソフトウェアを用いたシミュレーションを行った。粒子軌跡解析手法としては、例えば、ＤＰＭ（Discrete Phase Model）を採用することができる。図８Ａ～８Ｃは、実施形態に係る分離装置１のケーシング２内での粒子の軌跡の例を太線で示している。図９Ａ～９Ｃは、変形例１に係る分離装置１Ａのケーシング２内での粒子の軌跡の例を太線で示している。図１０Ａ～１０Ｃは、比較例に係る分離装置１Ｒのケーシング２内での粒子の軌跡の例を太線で示している。図８Ａ、９Ａ及び１０Ａは、粒径２μｍの粒子の軌跡である。図８Ｂ、９Ｂ及び１０Ｂは、粒径５．４８μｍの粒子の軌跡である。図８Ｃ、９Ｃ及び１０Ｃは、粒径８．９４μｍの粒子の軌跡である。例えば、図８Ａ及び９Ａと、図１０Ａとの比較から、粒径２μｍの粒子について見れば、実施形態に係る分離装置１及び変形例１に係る分離装置１Ａは、比較例に係る分離装置１Ｒと比べて、ケーシング２の内周面２７に沿って旋回しやすく、排出口２３から排出されやすいことが分かる。また、図８Ｂ及び９Ｂと、図１０Ｂとの比較から、粒径５．４８μｍの粒子について見れば、実施形態に係る分離装置１及び変形例１に係る分離装置１Ａは、比較例に係る分離装置１Ｒと比べて、ケーシング２の内周面２７に沿って旋回しやすく、排出口２３から排出されやすいことが分かる。図８Ｃ及び９Ｃと、図１０Ｃとの比較から、粒径８．９４μｍの粒子について見れば、実施形態に係る分離装置１、変形例１に係る分離装置１Ａ及び比較例に係る分離装置１Ｒのいずれでも、ケーシング２の内周面２７に沿って旋回しやすく、排出口２３から排出されやすいことが分かる。
　ケーシング２の軸方向における羽根４の長さＬ４と空間２５の長さＬ２５との合計に対する空間２５の長さＬ２５の比率（Ｌ２５／（Ｌ４＋Ｌ２５））は、例えば、分離効率を高める観点及び圧力損失を抑制する観点から０．２以上であるのが好ましい。
　また、上記比率（Ｌ２５／（Ｌ４＋Ｌ２５））は、例えば、より粒径の小さな微粒子を分離する観点から０．８以下であるのが好ましい。
　分離装置１の構造パラメータとしては、図３に示すように、第１エンド部２０１の小径部２１１の内径φ１、羽根４の長さＬ４、ケーシング本体２００の内周面と開口２００３との距離Ｂ０、及び第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２及び流出口２２の面積等がある。ケーシング本体２００の内周面と開口２００３との距離Ｂ０は、ケーシング本体２００の内径と第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２との差分の２分の１の距離である。分離装置１の構造パラメータに関して、羽根４の長さＬ４、第１エンド部２０１の小径部２１１の内径φ１、ケーシング本体２００の内周面と開口２００３との距離Ｂ０及び第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２のうちいずれか１つを変化させた場合の分離装置１の分離効率についてシミュレーションした結果を下記表１～４に示す。なお、流出口２２から流出する気体の流量は、１００ｍ３／ｈとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１からは、羽根４の長さＬ４を７０ｍｍから１５０ｍｍに長くしたほうが、分離効率が高くなっていることが分かる。これにより、分離装置１の分離効率を高める観点では、羽根Ｌ４の長さを長くしたほうが好ましいと推考される。ただし、分離装置１では、羽根Ｌ４の長さを長くしすぎると、隣り合う羽根４の間で渦流が発生しやすくなる傾向がある。また、分離装置１では、羽根Ｌ４の長さを長くすると、圧力損失が小さくなる傾向にある。
　また、表２からは、分離装置１では、小径部２１１の開口面積を５５ｍｍ～６５ｍｍの範囲で変えても分離効率がほとんど変わらないことが分かる。
　また、表３からは、分離装置１では、ケーシング本体２００の内周面と開口２００３との距離Ｂ０を５０ｍｍから８０ｍｍに長くしたほうが、分離効率が高くなっていることが分かる。これにより、分離装置１の分離効率を高める観点では、距離Ｂ０を長くしたほうが好ましいと推考される。ただし、距離Ｂ０については、第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２が大きくなるほど小さくなる。
　また、表４からは、分離装置１では、第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２を１２０ｍｍ～３００ｍｍの範囲において大きくしたほうが、分離効率が高くなっていることが分かる。これにより、分離装置１の分離効率を高める観点では、内径φ２を大きくしたほうが好ましいと推考される。また、表４からは、分離装置１では、第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２を１２０ｍｍ～３００ｍｍの範囲において大きくしたほうが、圧力損失が小さくなっていることが分かる。これにより、分離装置１での圧力損失を小さくする観点では、内径φ２を大きくしたほうが好ましいと推考される。
　分離装置１では、構造パラメータに関し、複数のパラメータを個別に最適化しているのではなく複数のパラメータの相関を考慮して最適化を行っている。ここにおいて、分離装置１では、例えば、羽根４の長さを変えると、分離効率が変わるが、圧力損失も変わる。分離装置１では、構造パラメータの最適化を行うにあたり、分離効率が高くなるように羽根４の長さＬ４を調整する際に、圧力損失が所望の圧力損失に収まるように羽根４の長さ及び第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２を調整している。また、分離装置１では、羽根４の長さＬ４、第２エンド部２０２の周壁２２２の内径φ２、及び小径部２１１の開口面積の面積を適宜調整することで圧力損失を小さくしつつ分離効率の向上を図っている。
　（５）利点
　実施形態に係る分離装置１は、ケーシング２と、回転体３と、羽根４と、を備える。ケーシング２は、気体の流入口２１と気体の流出口２２と固体の排出口２３とを有する。回転体３は、ケーシング２の内側に配置されており、ケーシング２の軸方向に沿った回転中心軸３０を中心として回転可能である。羽根４は、ケーシング２と回転体３との間に配置されており、回転体３と一緒に回転する。羽根４は、流入口２１側の第１端４１と流出口２２側の第２端４２とを有する。ケーシング２は、軸方向において、羽根４の第２端４２よりも排出口２３側に空間２５を有する。
　以上の構成により、実施形態に係る分離装置１は、分離性能の向上を図ることが可能となる。
　（６）分離装置の適用例
　分離装置１は、例えば、住宅等に設置する空気浄化システムにおいて、空調設備の上流側に配置されたＨＥＰＡフィルタ（high efficiency particulate air filter）等のエアフィルタよりも上流側に配置して使用する。「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。エアフィルタは、１００％の粒子捕集効率を必須の条件とはしない。空気浄化システムは、分離装置１を備えることにより、空気中に含まれる砂塵等の微粒子がエアフィルタへ到達するのを抑制することが可能となる。よって、空気浄化システムでは、分離装置１よりも下流側にあるエアフィルタ等の長寿命化を図ることが可能となる。例えば、空気浄化システムでは、エアフィルタ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、空気浄化システムでは、エアフィルタの交換頻度を少なくすることが可能となる。空気浄化システムは、エアフィルタと空調設備とが互いに異なる筐体に収納された構成に限らず、空調設備の筐体内にエアフィルタを備えていてもよい。言い換えれば、空調設備が、送風装置に加えてエアフィルタを備えていてもよい。
　（７）実施形態のその他の変形例
　実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　例えば、実施形態の変形例２では、図１１に示すように、整流構造８を更に備えていてもよい。整流構造８は、ケーシング２の内側において流入口２１と回転体３との間に位置しており、ケーシング２に流入する気体の流れを整流する。整流構造８は、例えば、円錐台状であり、小径部２１１とケーシング本体２００との間で拡径部２１２の内側に配置されている。整流構造８は、その中心軸がケーシング２の中心軸２０（図３参照）と揃うように配置されている。これにより、分離装置１では、流入口２１からケーシング２内に流入した気体を回転体３の径方向において回転体３の外周面３７から遠くケーシング２の内周面２７に近いところへ導入しやすくなる。図１１では、拡径部２１２内の気体の流れを矢印Ｆ１で模式的に示してある。整流構造８は、例えば、ケーシング２に１又は複数の梁を介して支持されていてもよいし、回転体３に連結されていてもよい。
　また、実施形態の変形例３では、図１２に示すように、回転体３の回転中心軸３０に沿って配置されている回転軸９を更に備えていてもよい。ここにおいて、回転軸９の少なくとも一部は、空間２５内に配置されている。回転軸９は、回転体３と連結されていてもよいし、連結されていなくてもよい。また、回転軸９は、回転体３と一緒に回転してもよいし、回転体３とは別に回転してもよい。
　また、実施形態の変形例４では、分離装置１は、図１３に示すように、回転体３に連結されている複数の羽根４の各々からなる複数の第１羽根とは別に、変形例３で説明した回転軸９に連結されている複数の第２羽根１１を備えていてもよい。複数の第２羽根１１は、ケーシング２の軸方向において回転体３から離れるほど回転軸９からの突出寸法が小さくなっている。複数の第２羽根１１の各々は、ケーシング２の軸方向に沿った方向において第２エンド部２０２側から見て、回転体３の一径方向に対して傾いていてもよいし、傾いていなくてもよい。また、複数の第２羽根１１の各々は、回転軸９からの突出寸法が回転体３からの第１羽根の突出寸法よりも小さく、その厚さ方向から見て回転軸９の軸方向に長い長方形状であってもよい。
　また、排出口２３は、ケーシング２の外周縁に沿って形成されている場合、ケーシング２の外周面２８に形成されている場合に限らず、ケーシング本体２００の底部２００１に形成されていてもよい。排出口２３は、回転体３の回転中心軸３０に直交する方向において羽根４と重複しない位置にある場合に限らず、回転中心軸３０に直交する方向において羽根４と少なくとも一部が重複する位置にあってもよい。また、分離装置１のケーシング２は、回転中心軸３０に直交する方向において羽根４と重複しない位置にある排出口２３と、回転中心軸３０に直交する方向において羽根４と重複する位置にある排出口と、を有していてもよい。
　また、ケーシング２の有する排出口２３の数は、複数に限らず、１つであってもよい。排出口２３の数が１つの場合、排出口２３は、ケーシング２の軸方向から見て円弧状であってもよいし、例えば、ケーシング２の周方向（ケーシング２の外周に沿った方向）の全周にわたって形成された円環状であってもよい。
　また、複数の排出口２３の形状は、互いに同じである場合のみに限らず、異なっていてもよい。
　また、複数の羽根４の各々は、回転体３からの突出方向におけるケーシング２側の先端が、回転体３側の基端よりも、回転体３の回転方向Ｒ１において前方に位置していてもよい。
　また、複数の羽根４の各々は、１つ以上の円弧状等の曲線状の部分を含む形状でもよい。
　また、複数の羽根４の各々は、回転体３の回転中心軸３０のまわりで螺旋状に形成されていてもよい。ここにおいて「螺旋状」とは、回転数が１以上の螺旋形状に限らず、回転数が１の螺旋形状の一部の形状も含む。
　また、回転体３は、複数の回転部材を含んでいてもよい。この場合、回転体３では、例えば、ケーシング２の中心軸２０に沿った方向において並んでいる回転部材同士が結合されている。
　また、分離装置１におけるケーシング２は、流出口２２を複数有していてもよい。この場合、ケーシング２は、出口ダクト部２０３を複数有していてもよい。複数の出口ダクト部２０３は、ケーシング２の周方向に並んでいてもよいし、ケーシング２の軸方向において互いに異なる位置にあってもよい。また、分離装置１は、出口ダクト部２０３を備えていない構成であってもよい。
　また、ケーシング２の流入口２１からケーシング２に流入する気体は、空気に限らず、例えば、排気ガス等であってもよい。
　また、仕切壁２６は、円環状に限らず、ケーシング２の軸方向から見て円弧状であってもよい。この場合、仕切壁２６の数は、１つでもよいし、複数であってもよい。
　（態様）
　本明細書には、以下の態様が開示されている。
　第１の態様に係る分離システム（１；１Ａ）は、ケーシング（２）と、回転体（３）と、羽根（４）と、を備える。ケーシング（２）は、気体の流入口（２１）と気体の流出口（２２）と固体の排出口（２３）とを有する。回転体（３）は、ケーシング（２）の内側に配置されており、ケーシング（２）の軸方向に沿った回転中心軸（３０）を中心として回転可能である。羽根（４）は、ケーシング（２）と回転体（３）との間に配置されており、回転体（３）と一緒に回転する。羽根（４）は、流入口（２１）側の第１端（４１）と流出口（２２）側の第２端（４２）とを有する。ケーシング（２）は、軸方向において、羽根（４）の第２端（４２）よりも排出口（２３）側に空間（２５）を有する。
　第１の態様に係る分離システム（１；１Ａ）は、気体に含まれる固体を気体から分離する分離性能の向上を図ることが可能となる。
　第２の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、第１の態様において、排出口（２３）は、ケーシング（２）の外周縁に沿って形成されている。
　第２の態様に係る分離装置（１；１Ａ）は、排出口（２３）がケーシング（２）の外周縁に沿って形成されていない場合と比べて、分離効率の向上を図ることが可能となる。
　第３の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、第２の態様において、排出口（２３）は、ケーシング（２）の外周面（２８）に形成されている。
　第３の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、遠心力の作用している固体が排出口（２３）から排出されやすくなる。
　第４の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、第１～３の態様のいずれか１つにおいて、ケーシング（２）は、空間（２５）内において排出口（２３）と流出口（２２）との間を仕切る仕切壁（２６）を更に有する。
　第４の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、遠心力の作用している固体が排出口（２３）から排出されやすくなり、かつ、流出口（２２）から流出されにくくなる。
　第５の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、第１～４の態様のいずれか１つにおいて、排出口（２３）は、回転中心軸（３０）に直交する方向において羽根（４）と重複しない位置にある。
　第５の態様に係る分離装置（１；１Ａ）は、排出口（２３）が回転中心軸（３０）に直交する方向において羽根（４）と少なくとも一部重複する位置にある場合と比べて、分離効率の向上を図ることが可能となる。
　第６の態様に係る分離装置（１；１Ａ）は、第１～５の態様のいずれか１つにおいて、整流構造（８）を更に備える。整流構造（８）は、ケーシング（２）の内側において流入口（２１）と回転体（３）との間に位置しており、流入口（２１）内に流入する気体の流れを整流する。
　第６の態様に係る分離装置（１；１Ａ）は、ケーシング（２）内に流入する気体の流れを整流することができる。
　第７の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、第１～６の態様のいずれか１つにおいて、流入口（２１）は、ケーシング（２）の軸方向に交差する方向に貫通している。
　第７の態様に係る分離装置（１；１Ａ）では、流入口（２１）から流入する気体の流量が大きくなりすぎるのを抑制可能となる。
　第８の態様に係る分離装置（１；１Ａ）は、第１～７の態様のいずれか１つにおいて、回転軸（９）を更に備える。回転軸（９）は、回転体（３）の回転中心軸（３０）に沿って配置されている。回転軸（９）の少なくとも一部が、空間（２５）内に配置されている。
　第２～８の態様に係る構成については、分離装置（１；１Ａ）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
　第９の態様に係る分離システム（１０）は、第１～８の態様のいずれか１つの分離装置（１；１Ａ）と、駆動装置（６）と、を備える。駆動装置（６）は、回転体（３）を回転駆動する。
　第９の態様に係る分離システム（１０）は、気体に含まれる固体を気体から分離する分離性能の向上を図ることが可能となる。
　１、１Ａ　分離装置
　１０　分離システム
　２　ケーシング
　２１　流入口
　２２　流出口
　２３　排出口
　２５　空間
　３　回転体
　４　羽根
　４１　第１端
　４２　第２端
　６　駆動装置
　８　整流構造
　９　回転軸
　３０　回転中心軸

Claims (9)

  1. 　気体の流入口と気体の流出口と固体の排出口とを有するケーシングと、
    　前記ケーシングの内側に配置されており、前記ケーシングの軸方向に沿った回転中心軸を中心として回転可能な回転体と、
    　前記ケーシングと前記回転体との間に配置されており、前記回転体と一緒に回転する羽根と、を備え、
    　前記羽根は、前記流入口側の第１端と前記流出口側の第２端とを有し、
    　前記ケーシングは、前記軸方向において、前記羽根の前記第２端よりも前記排出口側に空間を有する、
    　分離装置。
  2. 　前記排出口は、前記ケーシングの外周縁に沿って形成されている、
    　請求項１に記載の分離装置。
  3. 　前記排出口は、前記ケーシングの外周面に形成されている、
    　請求項２に記載の分離装置。
  4. 　前記ケーシングは、前記空間内において前記排出口と前記流出口との間を仕切る仕切壁を更に有する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の分離装置。
  5. 　前記排出口は、前記回転中心軸に直交する方向において前記羽根と重複しない位置にある、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の分離装置。
  6. 　前記ケーシングの内側において前記流入口と前記回転体との間に位置しており、前記流入口内に流入する気体の流れを整流する整流構造を更に備える、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の分離装置。
  7. 　前記流入口は、前記軸方向に交差する方向に貫通している、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の分離装置。
  8. 　前記回転体の前記回転中心軸に沿って配置されている回転軸を更に備え、
    　前記回転軸の少なくとも一部が、前記空間内に配置されている、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の分離装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の分離装置と、
    　前記回転体を回転駆動する駆動装置と、を備える、
    　分離システム。
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