JP4425802B2 - 電動空気清浄機およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、塵埃を含む空気から効率的に塵埃を除去してシステムと共に用いられている装置に清浄な空気を供給する、大気中に排出する改良された電動空気清浄システムおよびその製造方法に関する。たとえば、この発明は、熱交換器や暖房およびエアコンシステムなどに一定の空気容量を供給する装置としての換気システムなどのあらゆる空気流の技術の応用において、また空気要求量が様々に変化する装置、とりわけ清浄な空気が供給される吸気口にかかる吸引力が様々に変化する内燃エンジンにおいて、有用である。

内燃エンジンや、換気システムや、その他の、塵埃が混ざった空気を吸い込む装置で用いる、空気より重い粒子を遠心力を利用して空気から分離する吸気口が知られている。空気を送出するシステムにおいて空気を浄化するためにインラインフィルターを用いること自体も同じく知られている。しかし、空気フィルターはフィルターを通過する空気中の塵埃で詰まりやすく、結果的にフィルターを通過する空気の抵抗を増すことになり、接続された装置、たとえばフィルターを介して空気を供給され電気によって制御される内燃エンジンなどの運転効率を落とすことになる。頻繁にフィルターを交換することや、サービスインターバルをより短くすることが求められるが、これは操作コストを上げる。前述の問題を軽減させもしくは回避しつつ、塵埃を含む空気から効率的に塵埃を除去するように、遠心力による分離と空気濾過とを組み合わせた、改良された空気清浄システムとその製造方法が必要とされている。

本発明による電動空気清浄システムは、システム内の吸入口から清浄空気排出口まで延在する流路を備える。モーター駆動のファンは前記流路に沿って配置され、粒状の塵埃を含む空気を吸入口に引き入れ、軸を中心に回転させて前記塵埃を含む空気を最も重い粒子が最も外側の軌道にくるような層状にする回転流を形成する。排出ポートは粒状の塵埃を含む空気を前記システムの前記層状の回転流から周囲に排出するために備えられる。空気フィルターは前記回転流内に前記流路を横切るように、前記清浄な空気の排出口の上流に配置され、前記層状の回転流の最も内側の軌道からの空気を濾過する。本発明の開示された実施の形態によると、前記フィルターは塵埃を含む空気の回転軸の方向に長い。前記回転流内の前記フィルターの外周面は、前記層状の回転流の最も内側の軌道に掃引され、前記フィルター上の塵埃の蓄積が最小限に抑えられる。

実施の形態において、システムはそれぞれシステム内の流路の部分を定める複数の分離できる部品を備えており、２つの実施の形態において部品同士は着脱可能に接続されており、第３の実施の形態においては離れて配置され別々に搭載されて中間パイプアセンブリによって接続されている。分離できるファンハウジング部品と空気フィルターハウジング部品とからなるシステムのこのモジュール式の特性によって、装置内のシステム部品の限られた空間において、システムを柔軟に組み立てることが可能となる。

本発明における電動空気清浄システムの製造方法は、システム内の吸入口から排出口までのそれぞれの流路の部分を定める複数の部品として電動空気清浄システムを形成し、前記部品は第一部品と第二部品とを含み、前記第一部品は前記流路に沿って配置され、粒状の塵埃を含む空気を吸入口から引き入れ、軸を中心に回転させて最も重い粒子が最も外側の軌道にくる層状にする回転流を形成する、モーター駆動のファンを有し、前記第二部品は流路のモーター駆動ファンの下流に分離排出室と、前記分離排出室内に流路を横切って排出口の上流に配置され層状の回転流の最も内側の軌道からの空気を濾過する空気フィルターと、粒状の塵埃を含んだ空気をシステムの層状の回転流から排出する排出ポートとを有する。製造方法はさらに第一および第二の部品を、清浄な空気の供給を必要とする、たとえば内燃エンジンなどの装置の離れた位置に別々に搭載し、システムの流路の一部を形成する中間パイプアセンブリを用いて、前記第一および第二の部品にわたって前記流路を接続させることを含む。

本発明におけるこれらおよびその他の特徴や利点は、本発明の３つの実施例に関し、添付の図面とともに以下の記述によってより明らかにされるが、これらは単に例示のためのものである。

ここで図を参照すると、図１から６に示される実施の形態１による電動空気清浄システムもしくは装置１は、図２に概略的に示されているように、内燃エンジンやその他の清浄な空気の供給を必要とする装置２８の吸気口２９に接続されている。システムは、吸気口４から、清浄な空気を装置２８の吸気口２９に供給する清浄空気排出口５までシステム全体にわたって延在する流路２２を含む。流路はシステムの一般的に円筒形であるハウジング２３内に配置されている。図７に示されるように、ハウジング２３は、サービスフランジアセンブリ６で連結クリップ７によって着脱可能にお互いに接続されているモーター駆動のファンハウジング２とフィルターハウジング３との着脱可能な２つのアセンブリによって形成されている。このため、ハウジング２および３は連結フランジ１６および１７をそれぞれ有する。図６では、ハウジング２および３が分離されて示されており、図８、９および図１２、１３ではそれぞれ単独で示されている。

電動機１３の出力軸に搭載されたファンブレード１０を含むモーター稼働のファン２４は、粒状の砕片を含む空気を吸入口４に引き入れ、Ａ−Ａ軸を中心として回転させ塵埃を含む空気を最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道にくるよう層状にする回転流をシステム内に形成するように、流路２２に沿って配置されている。固定ルーバーもしくは羽根１２を有し角度のついたルーバーとモーターマウントのアセンブリの形をとる圧縮アセンブリ１１は、ファンハウジング２内のファンブレード１０の下流に配置されている。圧縮アセンブリは、システム吸入口に引き入れられる塵埃を含む空気の回転流の容量を圧縮し、空気の速度と空中に浮遊する塵埃にかかる遠心力とを上げる。図３、４および８、９に示すように、モーター駆動のファン２４は、角度のついたルーバーとモーターマウントのアセンブリ１１を経由してファンハウジング内のモーター１３で支持される。

図３から６、９および１５に示されるように、空気清浄システムの流路の、角度のついたルーバーとモーターマウントのアセンブリの下流には、分離排出室１８が備えられている。ハウジングの排出端部の排出口５の付近に清浄空気排出口の外側に放射線状に形成された環状排出ポート２５に到達するまで塵埃を含む、空気の回転流パターンの最も外側の軌道は、分離排出室の外壁２７に沿って流れる。排出ポートは、ストレーキ１５によって分割された一連の円周状の放射状排出溝８から形成される。排出ポートは、システム内の層状の回転流から粒状の塵埃を含む空気を周囲に排出する。

少なくとも図１０および１５に示される主要第一空気フィルター部材２０と、任意にフィルター部材２０の中に配置される図１１および１４に示される第二安全空気フィルター部材２１とからなる一連のフィルターの形状の、図２から４、６および１５に示される空気フィルター９は、回転流の中に流路を横切って排出口の上流に配置され、空気が清浄空気排出口５へ流れる時、システム内の層状の回転流の最も内側の軌道からの空気を濾過する。フィルター９は、分離排出室内の一般的に円筒形であるハウジング２３の中心縦軸Ａ−Ａの方向に長く、図５に示されるように、フィルター９が清浄空気排出開口部１９に搭載されているところの排出端部から軸に沿って延在している。フィルター９の上流端部は、図９に示すようにモーター１３の端部において、サポートフランジ３０に接続されたフィルター圧縮ブラケット１４によって支持されている。

フィルター９の外面の塵埃の集積は、分離排出室１８でフィルターを塵埃を含む空気の回転流の中に配置し、室１８内の層状の回転流から粒状の塵埃を含む空気を室の端部にある排出ポート２５を介して解放することによって、たとえば室内の層状の回転流を妨害することなく、最小化できる。また、たとえば様々に変わる吸引力をシステムの排出口５に加える内燃エンジンなどの、周期的な空気の流れを要求する装置２８の吸気口２９に空気を供給する場合に、装置で要求される空気流の全ての速度において、フィルターの外面における空気流の陽圧を保ち、塵埃を含んだ空気をシステムから周囲に戻すために、モーター駆動のファンを操作することでフィルター９の自己クリーニング機能の向上も認められている。空気清浄システム１は、それが設置されているところのエンジンや装置２８が必要とするよりもはるかに大きな空気流を発生させるように設計されており、一定の空気流の陽圧を空気フィルター上の塵埃の集積を最小に保つフィルターに供給し、分離排出室の室端部に配置された一連の放射状溝８から形成される３６０°にわたる排出ポート２５から強力な空気流を供給する。

本発明における空気清浄システムとその製造方法は、空気フィルターの寿命を、現行のサービスインターバルと比較して顕著に伸ばすことで内燃エンジンやその他の装置の通常のサービスインターバルのあいだ中、空気フィルターの制限を低く保つことを可能とする。空気清浄システムとその製造方法について、特に内燃エンジンに清浄な空気を供給する用法について説明したが、本発明はこの用法に限られるものではなく、清浄な空気の供給を必要とする多種の装置、たとえば換気システム、熱交換器、空気圧縮機、暖房およびエアコンシステムなどに、広く用いることができる。

図１６に示される本発明における電動空気清浄システムもしくは装置３１の実施の形態２は、図１６のフィルターハウジング３２を除いては実施の形態１のシステムもしくは装置１と同様である。つまり実施の形態１のように、排出ポートをフィルターハウジングの排出端部に、清浄な空気の排出口の外側に放射線状に備える代わりに、排出ポート３３はフィルターハウジング３２内の回転流の最も外側の軌道の外側に空気フィルターと向かい合って放射線状に配置されている。詳細には、排出ポート３３は、フィルターハウジングの分離排出室の外壁にあり、空気フィルターの全長に沿った溝状である。ハウジング３２の排出端部は排出口５の付近に硬質パネルを有し、たとえば閉鎖されている。

したがって、実施の形態１では塵埃はシステムもしくは装置の後方から排出されるまでハウジングの全長にわたって層状の状態のままであったが、フィルターハウジング３２を有するシステムもしくは装置３１では、塵埃が分離パターンの外側の軌道に当たると、塵埃は直ちに回転流およびシステムもしくは装置から排出溝３３を介して排出される。この特徴によりシステムもしくは装置から塵埃を装置の外に向けることが、そしてシステムもしくは装置が設けられているところの内燃エンジンやその他の装置の外に、塵埃を導くことが容易になる。フィルターハウジング３２内の空気フィルターはまた、使用中にわずかな陽圧を有利に受けることができ、システムや装置が設けられているところのエンジンやその他の装置への制限を軽減させる。

図１７に示されている本発明のその他の特徴は、どちらの実施の形態においても用いることができる。この特徴には塵埃ストレーキ３４を空気フィルター９の外周に備えることも含む。ストレーキ３４は、空気フィルターの縦軸に沿って全長にわたって延在し、図１７の矢印Ｂで表されるように、フィルターの外周から回転流の方向に外側に延びており、空気フィルターに隣接する回転流の中の塵埃をフィルターから回転流の最も外側の軌道に導き、システムから排出する。

図１８に示される、本発明における電動空気清浄システムもしくは装置３５の実施の形態３は、着脱可能な部品であるモーター駆動のファンハウジング２と、フィルターハウジング３／３２（図１８、１９では３とだけ示されている）とが、清浄な空気の供給を必要とする装置の離れた位置３６および３７にそれぞれ別々に搭載されていることを除けば、実施の形態１のシステムもしくは装置１や、実施の形態２のシステムもしくは装置３１と同様である。追加パイプアセンブリ３８が、分離されたハウジング同士を接続させるために用いられている。ハウジング２および３／３２は、システムやその構成部品の修理や交換のための設置、組み立て、解体を容易にするために、パイプアセンブリのそれぞれの端部から取り外すことができる。

図１９に示されるシステム３５の任意の特徴は、塵埃を含む空気を適切な回転流に案内するため、複数の固定された羽根４０を有するがらり付きつば３９の形状の遠隔圧縮アセンブリを流路に設置していることである。つまり、圧縮アセンブリは塵埃を含む空気の回転流の容量を圧縮し、空気の速度と空中に浮遊する塵埃にかかる遠心力とを上げる。実施の形態の中でがらり付きつば３９はフィルターハウジング３／３２内の空気フィルター９の上流に配置されており、空気フィルターの上流端部を実施の形態１のフィルター圧縮ブラケット１４の代わりに支持している。同一もしくは追加の羽根４０を有するがらり付きつば３９もまた、システム３５内の適切な回転流を確保するために、ファンハウジング２の背後もしくは下流側に取り付けることができる。システムはそれぞれ別々に装置に搭載することができる、複数の分離される部品によるモジュール組立方式であり、清浄な空気の供給を必要とする複雑な装置に適合させるにあたって柔軟性がある。本発明に基づく実施の形態を３例だけ挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく当業者の知る限りにおいて様々の変更および改良が可能であることは言うまでもない。たとえば、本発明による電動空気清浄システムは、塵埃を含む空気から遠心力によって塵埃を分離し、システム内の回転流の最も内側の軌道からシステムの排出口での装置からの吸引力によって空気を引き出すことで、充分な清浄が提供される場合には、空気を供給するフィルター９がなくても用いることができる。この点については、フィルター９の有無にかかわらず清浄空気排出口における圧力は基本的に中立である一方、装置内の陽圧がシステムの排出ポートを通る流れを維持することが知られている。装置はその要求に応じて、たとえばシステムの清浄空気排出口に加えられる吸引などで、清浄空気排出口から清浄な空気を引き出す。したがって本発明が前述の詳細に制限されることは好ましくなく、添付の請求の範囲に含まれる全ての変更および改良が包含されることを望ましい。

本発明の実施の形態１に関する電動空気清浄システムもしくは装置を前面の吸気口端から一方向に示した斜視図である。 図１に示される空気清浄システムを背面の排出口端から一方向に示した斜視図であり、概略的に、吸気要求量が様々に変化する装置の吸気口に接続されて示されている。 図１に示されるものと同様のシステムで、内部の部品を示すためにハウジングを部分的に切った状態で示されている。 図２に示されるものと同様のシステムで、内部の部品を示すためにハウジングを部分的に切った状態で示されている。 図１に示されるものと同様システムで、清浄空気排出開口部をハウジングの背面の排出口端を通して示すためにハウジングの一部分とシステム内のフィルターが除去された状態で示されている。 図１に示されるものと同様のシステムを示した斜視図で、システムハウジングを形成する着脱可能なモーター駆動のファンハウジングとフィルターハウジングとが分離されて示されている。 図５に示される着脱可能に接続されたモーター駆動のファンハウジングと着脱可能な連結クリップを有するフィルターハウジングの部分詳細図である。 図１に示される着脱可能なモーター駆動のファンハウジングの、前面の吸気口端から一方向に示した斜視図である。 図１に示される着脱可能なモーター駆動のファンハウジングの、背面の排出口端から一方向に示した斜視図である。 図１に示されるシステムで用いられる主要第一空気フィルター部品の斜視図である。 図１に示されるシステムで主要第一空気フィルターの内部で任意に用いられる第二安全空気フィルター部品の斜視図である。 フィルターを設置しない状態でフィルターハウジングを前面から示した斜視図である。 フィルターを設置しない状態でフィルターハウジングを背面の排出口端から示した斜視図である。 図１２に示されるフィルターハウジングに任意のフィルターを設置した状態を示した斜視図である。 図１３に示されるフィルターハウジングに主要フィルターを設置した状態を示した斜視図である。 本発明の実施の形態２に関する空気清浄システムもしくは装置を背面の排出口端から一方向に示した斜視図であり、フィルターハウジングが清浄空気排出口の付近に連続した背面パネルと、空気フィルターの全長にわたって延在する長い溝穴を持つ円筒状外壁とを有している。 開示された実施の形態の軸Ａ−Ａに対して直角に見た概念的断面図であり、空気フィルターに接続されフィルターの全長にわたって延在し塵埃を含む空気の回転流内の塵埃をフィルターから離れてフィルターハウジングの外壁へと誘導する塵埃ストレーキを示している。 本発明の実施の形態３に関する空気清浄システムもしくは装置を一方向から示した斜視図であり、空気フィルターハウジングとモーター駆動のファンハウジングはシステムからの空気を供給される装置に離れて別々に搭載され、２つのハウジングはシステムの中間パイプアセンブリによって接続されている。 図１８に示されるシステムの概念的斜視図であり、フィルターハウジング内の空気フィルターの上流に配置されフィルターハウジングにおける塵埃を含む空気の層化を確実にする圧縮アセンブリを示しており、ファンハウジングとフィルターハウジングのあいだの流路の軸は破線で示されておりパイプアセンブリは示されていない。

Claims (20)

1. 清浄な空気の供給を必要とする装置に用いられ、モジュール組立方式かつ大気中に排出する電動空気清浄システムであって、
   システム内の粒状の塵埃を含む空気が流入する吸入口から清浄な空気が排出される排出口まで延在する流路と、
   前記流路に沿って配置され、粒状の塵埃を含む空気を前記吸入口に引き入れ、軸を中心に回転させて前記塵埃を含む空気を最も重い粒子が最も外側の軌道にくるような層状の回転流を形成する、モーター駆動のファンと、
   粒状の塵埃を含む空気を前記システム内の前記層状の回転流から周囲に排出するための排出ポートと、
   前記流路の前記モーター駆動のファンの下流に設けられた分離排出室と、
   前記回転流内に前記流路を横切るように、前記排出口の上流に配置され、前記層状の回転流の最も内側の軌道からの、フィルターの自己クリーニング機能を生み出すためにフィルターの外周面を掃引する空気を濾過する、前記分離排出室内の中心に固定配置された空気フィルターとから構成され、
   前記回転流の最も外側の軌道は前記分離排出室の外壁を前記排出ポートまで流れ、
   前記モジュール組立方式のシステムは前記システム内の前記流路部分を定める少なくとも一つの部品を含み、前記部品は前記システムから分離することができ、別々に前記装置に搭載することができる電動空気清浄システム。
2. 前記少なくとも一つの部品が、前記モーター駆動のファンを含む着脱可能なファンハウジングと、前記空気フィルターおよび分離排出室を含む着脱可能なフィルターハウジングとからなる一群から選択される請求項１記載の空気清浄システム。
3. 着脱可能なファンハウジングと着脱可能なフィルターハウジングとのどちらをも含む請求項２記載の空気清浄システム。
4. 前記ファンハウジングと前記フィルターハウジングとが、お互いに着脱可能に接続されている請求項３記載の空気清浄システム。
5. 前記流路の一部を形成する中間パイプアセンブリをさらに含み、前記ファンハウジングと前記フィルターハウジングとが、前記中間パイプのそれぞれの端部に着脱可能に接続される請求項３記載の空気清浄システム。
6. 前記フィルターハウジング内の前記空気フィルターの上流に配置された圧縮アセンブリをさらに含み、塵埃を含む空気の前記回転流の容積を圧縮して空気の速度と空中に浮遊する塵埃にかかる遠心力とを上げる請求項５記載の空気清浄システム。
7. 前記圧縮アセンブリが前記空気フィルターの上流端部を支持する請求項６記載の空気清浄システム。
8. 前記圧縮アセンブリが複数の固定羽根を前記流路に含む請求項６記載の空気清浄システム。
9. 前記ファンハウジング内に配置された圧縮アセンブリをさらに含み、塵埃を含む空気の前記回転流の容積を圧縮して、空気の速度と空中に浮遊する塵埃にかかる遠心力とを上げる請求項５記載の空気清浄システム。
10. 前記圧縮アセンブリが前記モーター駆動のファンを支持する請求項９記載の空気清浄システム。
11. 前記圧縮アセンブリが複数の固定羽根を前記流路に含む請求項９記載の空気清浄システム。
12. 前記フィルターが塵埃を含む空気の回転軸方向に延在する請求項１１記載の空気清浄システム。
13. 前記システムから分離できる前記少なくとも一つの部品が、前記システムに着脱可能に接続されたフィルターハウジングを含み、前記フィルターハウジングが前記分離排出室と、空気フィルターと、前記排出ポートとを含む請求項１２記載の空気清浄システム。
14. 前記伸長したフィルターの外周面が円筒状である請求項１２記載の空気清浄システム。
15. システム内の吸入口から排出口まで延在する流路と、
    前記流路に沿って配置され、粒状の塵埃を含む空気を吸入口に引き入れ、軸を中心に回転させて前記塵埃を含む空気を最も重い粒子が最も外側の軌道にくる層状にする回転流を形成する、モーター駆動のファンと、
    粒状の塵埃を含む空気を前記システムの前記層状の回転流から排出するための排出ポートと、
    前記システム内に固定配置され、前記回転流内の前記モーター駆動のファンの下流に配置され、前記流路を横切るように、前記排出口の上流に配置され、前記層状の回転流の最も内側の軌道からの、フィルターの自己クリーニング機能を生み出すためにフィルターの外周面を掃引する空気を濾過する空気フィルターと、
    前記モーター駆動のファンと前記空気フィルターのあいだに前記流路の部分を形成し、前記ファンとフィルターを分離できるようにした中間パイプアセンブリとから構成される電動空気清浄システム。
16. 前記中間パイプアセンブリと前記空気フィルターのあいだの前記流路に沿って配置され、塵埃を含む空気の前記回転流の容量を圧縮し、空気の速度と空中に浮遊する塵埃にかかる遠心力とを上げる圧縮アセンブリをさらに含む請求項１５記載の空気清浄システム。
17. 前記圧縮アセンブリが前記システムの前記流路の前記空気フィルターの上流端部を支持する請求項１６記載の空気清浄システム。
18. 前記圧縮アセンブリが複数の固定羽根を前記流路に含む請求項１６記載の空気清浄システム。
19. 前記モーター駆動のファンを含むファンハウジングをさらに含み、前記ファンハウジングは前記パイプアセンブリの上流端部に着脱可能に接続されている請求項１５記載の空気清浄システム。
20. 前記空気フィルターを含むフィルターハウジングをさらに含み、前記フィルターハウジングが前記パイプアセンブリの下流端部に着脱可能に接続されている請求項１５記載の空気清浄システム。

Images