WO2014141614A1 - 集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置 - Google Patents

集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置 Download PDF

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WO2014141614A1
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dust
air
cylindrical casing
dust collector
inlet
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健吾 中原
秀直 平沢
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/06—Construction of inlets or outlets to the vortex chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F24F8/183—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering by centrifugal separation, e.g. using vortices
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    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C2003/006—Construction of elements by which the vortex flow is generated or degenerated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering

Definitions

  • the present invention relates to a dust collector that separates and collects dust by swirling dust-containing air, and an air purification device using the dust collector.
  • This type of dust collector is generally called a cyclone system, and uses centrifugal force to separate dust and dust contained in the air to obtain clean air.
  • clean air here is the air where the density
  • the cylindrical casing 101 constituting the conventional dust collector is provided with a cylindrical air flow inlet 102 at one end and a cylindrical air flow outlet 103 at the other end.
  • a spiral blade 104 for swirling air is provided inside the casing 101, and a dust outlet 105 for discharging dust separated from the dust-containing air is provided on the outer peripheral surface of the casing 101.
  • the conventional dust collector has a dust storage unit 106 that is connected to the dust outlet 105 and stores dust.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Document 2
  • a cylindrical casing 107 constituting a conventional dust collector is provided with an airflow inlet 108 extending in a tangential direction on the side surface on the upstream side, and the axial direction of the casing 107 on the downstream side.
  • An air flow outlet 109 is provided for discharge.
  • a dust outlet 110 for discharging dust separated from the dust-containing air from the casing 107 is provided on the outer peripheral surface of the casing 107 on the airflow outlet 109 side.
  • this conventional dust collector has a dust storage part 111 which is connected to the dust outlet 110 and stores dust.
  • dust-containing air flows into the casing 101 in the same direction as the axial direction of the casing 101 from the cylindrical airflow inlet 102. Thereafter, the air flow of the dust-containing air is bent nearly 90 ° by the spiral blade 104 provided in the casing 101, and advances in the axial direction of the casing 101 while turning along the side surface of the spiral blade 104 and the casing 101.
  • This configuration has the problem that the pressure loss increases because the direction of the airflow changes at the inlet.
  • the airflow inlet 102 becomes the lower surface, so that if it is installed as it is, the airflow inlet 102 is blocked. For this reason, it was necessary to make the inflow surface of the airflow inlet 102 horizontal by using an L-shaped joint or the like. For this reason, it was necessary to connect an extra part and had the subject that a size would become large as a dust collector.
  • a portion from the cylindrical airflow inlet 102 to the spiral blade 104 that is, a portion where the airflow is bent near 90 ° is narrower than the airflow inlet 102 portion. This also contributed to an increase in pressure loss.
  • the dust-containing air flows in from the tangential direction of the cylindrical casing 107 and flows along the outer peripheral surface of the casing 107, so that the dust-containing air swirls, It proceeds in the axial direction and flows to the air flow outlet 109.
  • the conventional dust collector has a problem that a member for preventing the airflow inlet from being blocked is required and the overall size is increased.
  • the conventional dust collector has a problem that the pressure loss increases by changing the direction of the airflow at the inlet.
  • the present invention provides a dust collector that has a low pressure loss and can be downsized, and an air purifier using the dust collector.
  • the dust collector of the present invention includes an eddy current generating unit that is installed in an air blowing path for dust and that generates eddy currents, and a dust collecting chamber that collects and collects dust separated by the eddy current generating units.
  • the vortex generating unit includes an air inlet provided at one end on the upstream side of air flowing in the air passage, an air outlet provided at the other end on the downstream side of air flowing in the air passage, and an opening of the dust collecting chamber And a cylindrical casing having a dust discharge port provided on the outer peripheral portion connected to.
  • the eddy current generating unit includes a spiral turning promotion surface formed around a central axis passing through the center of the cylindrical casing provided on the upstream side of the air flowing in the air passage of the cylindrical casing.
  • the inflow port is formed with two sides including the turning promotion surface and a part of the side wall of the cylindrical casing as the other side, and the surface of the inflow port and the discharge port are both parallel to the axial direction of the central axis. There is a relationship.
  • the surfaces of the inlet and the outlet are both parallel to the axial direction of the central axis, so that the inlet can be reduced in size without protruding from the cylindrical casing. be able to.
  • the dust collector of the present invention can greatly expand the inlet to the vicinity of the axis of the cylindrical casing without interference between the incoming airflow entering from the inlet and the swirling flow inside the cylindrical casing. . Thereby, the inflow speed of airflow is suppressed and pressure loss can be suppressed low.
  • the dust collector of the present invention smoothly moves from the airflow inlet to the swirl promoting surface without suddenly bending the air in the dust collector, the pressure loss can be kept low.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air purification device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a perspective view of the dust collector in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a side view of the dust collector in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the vortex generating unit of the dust collector in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an air purification device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the dust collector in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of the dust collector in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an air purification device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of an essential part of the dust collecting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional dust collector.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air purification device according to a first embodiment of the present invention.
  • the air purification device 30 includes an air inlet 2 at a lower portion of a main body 1, an exhaust port 3 at an upper portion, and a dust collector 4, an air filter 5, a deodorizing filter 6, and a blower 7. It has.
  • the main body 1 is composed of a vertically long, substantially quadrangular prism-shaped casing 1a, a base 1b for allowing the air purification device 30 to stand by itself, and a column 1c connecting the casing 1a and the base 1b.
  • the air inlet 2 is covered with a grill with a gap provided around the dust collector 4 (not shown).
  • the housing shape of the air purification device 30 is a quadrangular prism shape, but is not limited thereto, and may be other shapes such as a cylindrical shape or a polygonal prism shape other than the quadrangular prism.
  • the air filter 5 is woven in a pleated shape, and has two rectangular shapes with a rectangular shape. Thereby, a large area of the filter medium can be obtained in a small space. With this configuration, the larger the area of the filter medium, the slower the wind speed passing through the filter medium, and the pressure loss can be kept low. Also, with this configuration, the increase in pressure loss due to dust accumulation can be moderated, so that the air filter 5 can be used for a long time.
  • the arrangement of the air filter 5 is not limited to a V-shape, and may be an inverted V-shape, a horizontal / vertical arrangement, or the like. Further, the shape of the air filter 5 may be a cylindrical shape. In the case of a cylindrical shape, it is conceivable that the flow of air flows from the outside to the inside of the cylinder, and the case where it flows from the inside to the outside.
  • the deodorizing filter 6 is disposed on the downstream side of the air filter 5, and granular activated carbon is adhered evenly around the aggregate that plays the role of maintaining the form as a filter. Due to the adsorption effect of the activated carbon, the odor source molecule is adsorbed and deodorized, and by using granular activated carbon, the surface area can be increased and the deodorizing effect is further enhanced.
  • the deodorizing filter 6 is not limited to activated carbon, and may have other configurations such as a catalyst. Further, the activated carbon itself may be a honeycomb.
  • the blower 7 uses a turbo fan, and wind blows out in the circumferential direction thereof, so that the air is discharged from the exhaust port 3 by changing to an upward wind by a guide 8 provided around the blower 7. Yes.
  • the blower 7 may be a sirocco fan or a mixed flow fan.
  • the dust collector 4 includes a vortex generating unit 10, a dust collecting chamber 11, and a connecting portion 12 that connects the two.
  • FIG. 1 although the dust collection chamber 11 is not shown, one is disposed in the lower part of the central portion of the air purification device 30, and eight eddy current generating units 10 surround the periphery.
  • the dust collection chamber 11 has eight dust inlets 20 communicating with the vortex generating unit 10 arranged on the outer periphery of the cylindrical shape, and a connecting part 12 for each of the dust inlets 20.
  • the eddy current generating unit 10 is connected via In FIG. 2A and FIG. 2B, only one vortex generating unit 10 is shown as a representative.
  • any number of eddy current generating units 10 may be connected to one dust collection chamber 11, but comprehensively determined from dust collection performance, pressure loss, power of the blower 7, noise, and the like. It is desirable to determine the number of eddy current generation units 10 to be used.
  • the lower part of the dust collecting chamber 11 is provided with a removable dust collecting tray 9.
  • the dust collection tray 9 has a structure in which the lower portion of the dust collection chamber 11 is divided, can be removed by sliding sideways, and accumulated dust can be easily discarded.
  • the vortex generating unit 10 includes a cylindrical casing 13, a spiral turning promotion surface 14, an outflow surface 15, and a rib 22.
  • the central axis 13a passing through the center of the cylindrical casing 13 is indicated by a one-dot chain line in FIG.
  • the cylindrical casing 13 is provided with a discharge port 16 serving as an opening for discharging dust on the outer peripheral surface on the downstream side (upper portion in FIG. 3).
  • the discharge port 16 is connected to the dust inlet 20 of the dust collecting chamber 11 through the connection portion 12 shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the cylindrical casing 13 is cut along the turning promotion surface 14, and the upstream end surface of the cylindrical casing 13 and the turning promotion are promoted.
  • the outer periphery of the surface 14 is connected.
  • the turning promotion surface 14 is in a state where the upstream side of the cylindrical casing 13 is covered.
  • the opening formed by this configuration that is, the opening between the start end 14 a and the end end 14 b of the turning promotion surface 14 becomes the inlet 17 of the vortex generating unit 10.
  • the turning promotion surface 14 is a surface that is connected 360 degrees to the start end 14a and the end end 14b. Therefore, the inflow port 17 is a vertical plane where the start end 14a and the end end 14b overlap in plan view.
  • the turning promotion surface 14 may be a surface connected to the starting end 14a and the terminal end 14b by 360 degrees or more, and the inflow port 17 in that case is an opening formed between the starting end 14a and the turning promotion surface 14.
  • the turning promotion surface 14 is less than 360 degrees, and when the turning promotion surface 14 is viewed from the downstream side (upper side in FIG. 3) of the cylindrical casing 13, the gap between the start end 14a and the end end 14b is about several millimeters. May be present. By doing so, when the turning promotion surface 14 is manufactured with a mold, it is possible to take a draft for the molds to come into contact with each other at the inflow port 17 portion, thereby facilitating the manufacture.
  • the outflow surface 15 has an opening smaller than the inner diameter of the cylindrical casing 13, and this opening serves as an outlet 18 of the vortex generating unit 10.
  • the outflow surface 15 is formed so as to be perpendicular to the axis of the cylindrical casing 13, but this outflow surface 15 is, for example, gently toward the center on the upstream side (lower side in FIG. 3). May be inclined toward the side).
  • the rib 22 has a shape protruding from the opening end of the outlet 18 toward the upstream side, and the protruding length R of the rib 22 is 0.01 to 0.2 times the diameter ⁇ of the cylindrical casing 13.
  • the length is desirable, and in this embodiment, the protrusion length is 0.1 times.
  • This rib 22 becomes resistance when the swirling flow flows downstream through the outlet 18 and prevents resistance of dust contained in the swirling flow to the downstream side. It can be improved further. If the protruding length R exceeds 0.2 times the diameter ⁇ of the cylindrical casing 13, it becomes a resistance to the air current itself and increases the pressure loss. Note that dust can be collected without the rib 22.
  • the turning promotion surface 14 includes a center rod 19 joined to a spiral surface at the center thereof, and the strength of the turning promotion surface 14 is increased by the center rod 19 supporting the turning promotion surface 14 structurally.
  • the inflow port 17 has two sides including the turning promotion surface 14 and a part of the side wall of the cylindrical casing 13 as the other side, and the center rod 19 on the central axis 13 a passing through the center of the cylindrical casing 13 is connected to the other side. It consists of four sides.
  • the center rod 19 has a length from the start end 14a to the end end 14b of the turning promotion surface 14, but may extend from the starting end 14a of the turning promotion surface 14 to the outflow surface 15.
  • the diameter of the center rod 19 may be gradually increased from the terminal end 14 b of the turning promotion surface 14 to the outflow surface 15 toward the outflow surface 15.
  • the dust collection chamber 11 has a cylindrical shape, and includes a plurality of dust inlets 20 at the upper part of the outer peripheral surface thereof, and has a connecting portion 12 that protrudes from a part of the periphery of the dust inlet 20 to the outside of the dust collection chamber 11. .
  • the discharge port 16 of the vortex generating unit 10 is connected to the dust collecting chamber 11 via the connecting portion 12, and the dust separated by the vortex generating unit 10 flows into the dust collecting chamber 11 from the dust inlet 20 and is collected.
  • the shape of the dust collection chamber 11 is not limited to a cylinder, but may be a quadrangular prism shape, a polygonal prism shape, or the like.
  • the connecting part 12 is a member that connects the dust discharge port 16 of the vortex generating unit 10 and the dust inlet 20 of the dust collecting chamber 11, and the connecting part is connected without a gap so that there is no air leakage. Has been.
  • the air flow enters from the inlet 17, generates a swirling flow inside the vortex generating unit 10, and exits from the outlet 18.
  • dust particles or fibers having a weight floating in the air receives a centrifugal force from the center of the cylindrical casing 13 toward the outer circumference when swirling on the swirling flow.
  • the dust subjected to the centrifugal force moves toward the outer periphery of the cylindrical casing 13 and swirls around the outer periphery (near the inner wall surface of the cylindrical casing 13).
  • dust passes through the vicinity of the discharge port 16 provided on the outer peripheral surface of the cylindrical casing 13, since centrifugal force is acting on the dust, it jumps out from the discharge port 16 to the outside of the cylindrical casing 13 so as to go further outside.
  • the dust passes through the connecting portion 12 and enters the dust collecting chamber 11.
  • the inertial force at the time of turning also remains, and the dust continues to fly somewhat in the dust collection chamber 11, but falls in the dust collection chamber 11 by gravity.
  • the lower surface of the connecting portion 12 in FIG. 2B is inclined to the dust collection chamber 11, and the dust adhering to the inclined surface has a force toward the dust collection chamber 11 due to the inclination and gravity. Take it. Thereby, it is possible to suppress the dust in the dust collection chamber 11 from returning to the vortex generating unit 10 again even if there is some air in and out.
  • the dust is turning toward the downstream side (upper part in FIG. 3). If there is dust that is turning slightly in the center rather than in the vicinity of the inner wall surface of the cylindrical casing 13, the dust is not discharged from the discharge port 16. However, by providing the outflow surface 15, the dust collides with the outflow surface 15, and no more can move to the downstream side. Since the centrifugal force continues to act on the dust by turning, the dust moves toward the inner wall surface of the cylindrical casing 13 along the outflow surface 15 and moves from the discharge port 16 to the dust collecting chamber 11. For this reason, if the outflow surface 15 is provided, dust collection performance can be improved.
  • the outflow port 18 provided on the outflow surface 15 needs to be smaller than the inner diameter of the cylindrical casing 13. And the outflow port 18 is provided so that the center of the outflow port 18 of the outflow surface 15 may be on the central axis 13a of the cylindrical casing 13. This is a configuration for preventing dust that continues to turn even if it collides with the outflow surface 15 from coming out of the outlet 18.
  • the distance from the inner wall surface of the cylindrical casing 13 to the outlet 18 is similarly secured over the entire circumference of the outlet 18. be able to. Therefore, it is difficult for the dust that continues to turn to move to the outlet 18 against the centrifugal force, and the amount of dust that exits from the outlet 18 can be minimized. That is, dust collection performance can be improved.
  • the discharge port 16 should be provided downstream of the air inlet 17 (upper side of the inlet 17 in FIG. 3) in order to discharge as much dust as possible. This is because it takes time for dust to move to the inner wall surface side of the cylindrical casing 13 by centrifugal force. If the discharge port 16 is on the air inlet 17 side, the dust moves downstream from the position of the discharge port 16 before moving to the inner wall surface of the cylindrical casing 13, so that a large amount of dust cannot be discharged. .
  • the discharge port 16 is provided on the most downstream side of the cylindrical casing 13, that is, on the portion that contacts the outflow surface 15.
  • the axial distance D of the cylindrical casing 13 is the axial distance Ds of the inflow port 17, and the distance Du from the downstream end of the inflow port 17 to the outflow surface 15.
  • the distance Du is less than 0.9 with respect to the distance Ds, the space between the turning promotion surface 14 and the outflow surface 15 becomes narrow, and the pressure loss increases.
  • the distance Du is greater than 2 with respect to the distance Ds, the time for which the swirling flow contacts the wall surface of the cylindrical casing 13 becomes longer, the swirling flow becomes weak due to the contact resistance of the wall surface, and the dust collecting performance is reduced. End up. Therefore, when the distance Ds is 1 and the distance Du is 0.9 to 2, more preferably 1 to 1.5, the dust collection performance can be improved without increasing the pressure loss.
  • the inflow port 17 exists on the upstream side (lower part in FIG. 3) of the cylindrical casing 13 and inside the outer periphery of the cylindrical casing 13.
  • the flow of air entering the inflow port 17 is in a direction perpendicular to the inflow port 17 constituted by the start end 14 a and the end end 14 b of the turning promotion surface 14.
  • the turning promotion surface 14 draws a spiral surface while facing the downstream side (upper part in FIG. 3).
  • the air that has entered from the inflow port 17 is changed into a flow that smoothly turns by the inner wall of the cylindrical casing 13 while being smoothly changed to a flow toward the downstream side (upper part in FIG. 3) by the turning promotion surface 14. . That is, the flow of air that has entered from the inflow port 17 smoothly turns into a swirling flow having a directivity toward the downstream side.
  • the vortex generating unit 10 of the dust collector 4 in the present embodiment can keep the pressure loss low. Further, since the inflow port 17 does not protrude from the cylindrical casing 13 and is integrated with the turning promotion surface 14 and the cylindrical casing 13, an extra space for inflow and members constituting the same are required. Instead, the eddy current generating unit 10 can be reduced in size.
  • the width of the inflow port 17 can be freely set and can be greatly widened toward the center rod 19 side. That is, the width of the inflow port 17 can be freely set by the diameter of the center rod 19. By reducing the diameter of the center bar 19 or not using the center bar 19, the width of the inflow port 17 can be increased. Thereby, since the area of the inflow port 17 becomes wide, a wind speed can be made slow and the pressure loss by inflow can be reduced.
  • a swirling flow is generated in the cylindrical casing 107.
  • This swirling flow is generated by connecting the air flow inlet 108 extending in the tangential direction to the upstream side surface of the casing 107.
  • the air that has entered from the airflow inlet 108 enters the casing 107 from the tangential direction, and swirls along the inner wall of the casing 107 as it is.
  • the air swirling in the casing 107 joins with air newly flowing in from the airflow inlet 108 and interferes with the air.
  • the vortex generating unit 10 having a small size and low pressure loss can be provided. Furthermore, the surfaces of the inflow port 17 and the discharge port 16 are both in a parallel relationship with the axial direction of the central shaft 13 a passing through the center of the cylindrical casing 13. For this reason, the airflow that has flowed in from the inlet 17 and has always turned into a swirling flow parallel to the central axis 13a proceeds in the axial direction of the cylindrical casing 13, and the dust is smoothly discharged from the outlet 16 on the downstream side. Is done.
  • the dust collector 4 in the present embodiment can be provided with a plurality of eddy current generating units 10 for one dust collection chamber 11. At that time, the dust collection chamber 11 is provided with a dust inlet 20 corresponding to each eddy current generation unit 10, and each is connected by the connecting portion 12.
  • the processing air volume can be increased without increasing the pressure loss by increasing the number of eddy current generation units 10 used.
  • the pressure loss can be reduced by processing the air using all eight. Can be suppressed.
  • the air volume as the air purification device 30 for example, when it is desired to operate at an air volume of 1/8 of the rated maximum air volume, if the seven eddy current generation units 10 are shielded so that no air flows, The amount of air flowing through one eddy current generating unit 10 is equivalent to the amount of air flow when the eight rated maximum air volumes are used.
  • the air purification apparatus 30 which can maintain the collection performance of the dust collector 4 can be provided in a wide air volume range.
  • the arrangement method of the plurality of eddy current generating units 10 with respect to one dust collection chamber 11 is not limited to the square arrangement along the inner wall of the housing 1a as shown in FIG. It may be arranged. Further, for example, when there are eight eddy current generating units 10, the shape may be 4 ⁇ 2 rows, and the dust collection chambers 11 may be elongated between the rows. Thus, the form of the dust collector 4 can be freely changed according to the shape of the air purification device 30.
  • the direction in which the swirling flow proceeds is not limited to the upward direction as described above.
  • the dust collector 4 in FIGS. 2A and 2B can be used upside down. In this case, it is necessary to provide a sufficient space for collecting dust from the dust inlet 20 of the dust collection chamber 11 toward the direction of gravity. Further, the dust collector 4 shown in FIG. 2A and FIG. Also in this case, it is necessary to provide a sufficient space for collecting dust from the dust inlet 20 toward the gravity direction. Thus, the dust collector 4 in this Embodiment can change the direction freely.
  • a dust collector 4 and a blower 7 disposed downstream of the dust collector 4 are installed inside the air passage 23 of the air purification device 30. An airflow is generated inside the air passage 23 by the blower 7, and the airflow passes through the dust collector 4.
  • the dust collector 4 includes a vortex generating unit 10 that swirls the passing air to centrifuge the dust, and a dust collection chamber 11 that collects and stores the separated dust.
  • the vortex generating unit 10 includes a cylindrical casing 13, a swirl promoting surface 14, an inlet 17, an outlet 18, an outlet 16, and an outlet 15.
  • the detailed structure is provided with a spiral turning promotion surface 14 for turning the air flow inside the cylindrical casing 13, and an inlet 17 for taking in air is provided at one end of the cylindrical casing 13.
  • the cylindrical casing 13 is provided with an outflow surface 15 formed with an outlet 18 at the other end, and a discharge port 16 for discharging dust to the dust collecting chamber 11 is provided at a side surface of the cylindrical casing 13.
  • each unit is provided with an opening / closing unit 25 that opens and closes the outlet 18 of the vortex generating unit 10 for each unit.
  • FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 show an embodiment in which two units are formed by partitioning the dust collection chamber 11 with one partition plate 24.
  • FIG. 6 shows a state where the opening / closing unit 25 is opened in both units. Assuming that the rated air volume in this state is, for example, 200 m 3 / h, the air volume flowing through the vortex generating unit 10 in one unit is 100 m 3 / h.
  • the air volume of each vortex generating unit 10 is 50 m 3 / h, and the speed of the air current is halved. If the speed of the airflow decreases, the centrifugal force received by the dust in the airflow also decreases, leading to a decrease in dust collection efficiency.
  • the partition plate 24 prevents airflow from mixing between the left unit 26 a and the right unit 26 b. Therefore, air that has entered from the left inlet 17a exits the left outlet 16a, passes through the dust collecting chamber 11, enters the right vortex generating unit 10b from the right outlet 16b, and passes through the right outlet 18b. There is no route to go out.
  • either the left opening / closing unit 25a or the right opening / closing unit 25b By closing either the left opening / closing unit 25a or the right opening / closing unit 25b, either the left outlet 18a or the right outlet 18b is closed. By doing so, an air flow is generated only in one of the left vortex generating unit 10a of the left unit 26a and the right vortex generating unit 10b of the right unit 26b.
  • the entire air volume is reduced from 200 m 3 / h to 100 m 3 / h
  • one of the left opening / closing unit 25a and the right opening / closing unit 25b is closed in conjunction therewith. By doing so, the wind speed of the airflow passing through one of the left vortex generating unit 10a and the right vortex generating unit 10b is maintained, and the dust collection efficiency is not reduced.
  • the blower 7 is a blower fan or the like.
  • the blower 7 is drawn separately from the dust collector 4 in the blower passage 23.
  • the blower 7 only needs to generate airflow in the vortex generating unit 10 of the dust collector 4 shown in FIG. 5, and the dust collector 4 and the blower 7 may be integrated.
  • the outlet 18 of the vortex generating unit 10 is provided with an outflow surface 15 on the upper end surface of the cylindrical casing 13 so that the diameter thereof is smaller than the diameter of the cylindrical casing 13. That is, the opening on the inner peripheral side of the outflow surface 15 serves as the outflow port 18.
  • Dust in the air stream is discharged from the discharge port 16 to the dust collection chamber 11 while receiving a centrifugal force and turning near the inner wall surface of the cylindrical casing 13.
  • a part of the dust flows away from the outlet 18 due to the attractive force of the airflow.
  • the upper end surface of the cylindrical casing 13 is formed by the outflow surface 15 having an opening smaller than the diameter of the cylindrical casing 13.
  • the shape of the outlet 18 is determined by the shape of the outflow surface 15, but it is better to be circular considering the pressure loss of the airflow. Moreover, although the diameter of the outflow port 18 contributes to the improvement of dust collection efficiency, the pressure loss increases as the diameter decreases. Therefore, the designer determines an optimum diameter according to design factors such as the capacity of the blower 7 and the apparatus dimensions for realizing the set air volume and the set air speed in the vortex generator unit 10.
  • the opening / closing unit 25 may have any shape that can completely seal the outlet 18.
  • a combination with the hinge 29 is conceivable.
  • the shape of the dust collection chamber 11 is drawn as a rectangular parallelepiped in the figure, but it may be cylindrical.
  • the dust collector of the present invention is installed in an air blowing path containing dust, and collects and collects eddy current generating units that generate eddy currents and dust separated by the eddy current generating units. And a dust chamber.
  • the vortex generating unit includes an air inlet provided at one end on the upstream side of air flowing in the air passage, an air outlet provided at the other end on the downstream side of air flowing in the air passage, and an opening of the dust collecting chamber And a cylindrical casing having a dust discharge port provided on the outer peripheral portion connected to.
  • the eddy current generating unit includes a spiral turning promotion surface formed around a central axis passing through the center of the cylindrical casing provided on the upstream side of the air flowing in the air passage of the cylindrical casing.
  • the inflow port is formed with two sides including the turning promotion surface and a part of the side wall of the cylindrical casing as the other side, and the surface of the inflow port and the discharge port are both parallel to the axial direction of the central axis. I have a relationship. With this configuration, the inflow port exists on the inside of the outer peripheral surface of the cylindrical casing, and the inflow port does not have a structure protruding from the cylindrical casing. It can be downsized.
  • the inflow air flowing from the air inlet does not interfere with the swirling flow inside the cylindrical casing. Thereby, the inflow speed of airflow is suppressed and pressure loss can be suppressed low.
  • the air entering from the air inlet does not bend suddenly and smoothly moves from the inlet to the swirl promoting surface, it is possible to generate a swirl that is a vortex while keeping the pressure loss low.
  • centrifugal force is generated in the dust by the swirling flow, and the dust can be smoothly discharged from the discharge port.
  • the dust collector of the present invention may be provided with an outflow surface having an opening smaller than the inner diameter of the cylindrical casing at the other end on the downstream side.
  • the swirl promoting surface moves the dust-containing air to the downstream side while swirling, and the air is discharged from the opening provided on the outflow surface, but the swirling dust has its own weight.
  • the centrifugal force works and tries to go to the vicinity of the outer peripheral surface of the cylindrical casing.
  • the dust that has not yet moved to the vicinity of the outer peripheral surface of the cylindrical casing is blocked, and moves to the vicinity of the outer peripheral surface along the outflow surface by centrifugal force. For this reason, separation of air and dust coming out from the opening of the outflow surface is promoted, and dust collecting performance can be improved.
  • the axial distance D of the cylindrical casing is the sum of the axial distance Ds of the inlet and the distance Du from the downstream end of the inlet to the outlet surface.
  • the swirling flow generated by the swirl promoting surface can sufficiently continue swirling from one end on the downstream side of the inlet to the outflow surface, and the dust collecting performance can be improved.
  • the dust collector of the present invention may be configured to align the center of the opening of the outflow surface with the central axis portion of the cylindrical casing. This reduces the probability that dust swirling near the outer periphery of the cylindrical casing will encounter the opening of the outflow surface at any location in the circumferential direction, thus further improving separation of air and dust. Further, the dust collection performance can be further improved.
  • the dust outlet may be provided on the air outlet side of the air inlet.
  • the dust collector of the present invention may be provided with a dust outlet adjacent to the outflow surface.
  • the dust collides with the outflow surface, and the dust that has moved to the vicinity of the outer peripheral surface of the cylindrical casing along the outflow surface can easily enter the dust discharge port, thereby further improving the collection performance.
  • the air purification apparatus of the present invention is provided with a main body having an intake port and an exhaust port, a blower in the main body, and a dust collector of the present invention in a blower passage through which air is blown by the blower. Furthermore, the air purifying apparatus of the present invention is configured to take in air containing dust from the air inlet of the dust collector and blow out the air from which dust has been removed by the vortex generator of the dust collector from the exhaust port. Good.
  • the dust collector in the present invention is useful as a dust collector and an air purifier that separates and collects dust with a large amount of processing air flow because the device can be downsized and pressure loss can be kept low.

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Abstract

　送風路内に設置された渦流発生ユニット（１０）と、渦流発生ユニット（１０）で分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備える。渦流発生ユニット（１０）は、送風路の上流側に設けた空気の流入口（１７）、送風路内の下流側に設けた空気の流出口（１８）、および集塵室の開口と接続される外周部に設けた塵埃の排出口（１６）を有する筒状ケーシング（１３）を有する。さらに、渦流発生ユニット（１０）は、筒状ケーシング（１３）の送風路の上流側に設けた空気の旋回を促進する螺旋状の旋回促進面（１４）を備える。また、流入口（１７）は、旋回促進面（１４）を含む二辺と、筒状ケーシング（１３）の側壁の一部を他の一辺として形成する。

Description

集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置
　本発明は、含塵空気を旋回させることにより塵埃を分離・捕集する集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置に関するものである。
　この種の集塵装置は、一般にサイクロン方式と呼ばれており、遠心力を利用して、空気中に含まれた塵や埃を分離し、清浄空気を得るものである。なお、ここでいう清浄空気は、集塵装置を通す前と比較して、集塵装置を通した後の粉塵の空気中濃度が低くなった空気のことである。
　従来、この種の集塵装置として、以下のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
　以下、従来の集塵装置について図９を参照しながら説明する。
　図９に示すように、従来の集塵装置を構成する筒状のケーシング１０１には、その一端に筒状の気流入口１０２を設け、その他端には筒状の気流出口１０３を設ける。また、ケーシング１０１の内部には、空気を旋回させるための螺旋翼１０４を備え、ケーシング１０１の外周面には、含塵空気から分離した塵を排出する塵出口１０５を設けている。さらに、従来の集塵装置は、その塵出口１０５と接続し塵を溜めておく塵溜め部１０６を有する。
　また、従来の他の集塵装置として、以下のものが知られている（例えば特許文献２参照）。
　以下、その集塵装置について図１０を参照しながら説明する。
　図１０に示すように、従来の集塵装置を構成する円筒状のケーシング１０７には、その上流側の側面に接線方向に伸びた気流入口１０８を設け、その下流側にはケーシング１０７の軸方向に排出させる気流出口１０９を設ける。また、その気流出口１０９側のケーシング１０７の外周面には、含塵空気から分離した塵をケーシング１０７から排出する塵出口１１０を設けている。さらに、この従来の集塵装置はその塵出口１１０と接続し塵を溜めておく塵溜め部１１１を有する。
　図９に示す集塵装置では、筒状の気流入口１０２からケーシング１０１の軸方向と同一方向に含塵空気がケーシング１０１内に流入する。その後、含塵空気の気流はケーシング１０１内に備えられた螺旋翼１０４により９０°近く向きを曲げられ、螺旋翼１０４とケーシング１０１側面部に沿って、旋回しながらケーシング１０１の軸方向に進む。
　この構成では、入口部で気流の向きが変わるため、圧力損失が大きくなるという課題を有していた。
　また、この集塵装置を立てた状態（気流入口が下、気流出口が上）で使用する場合、気流入口１０２が下面となるため、そのまま設置しようとすると、気流入口１０２を塞いでしまう。このため、Ｌ字状の継手等を用いて、気流入口１０２の流入面を横にする必要があった。このため、余計な部品を接続する必要があり、集塵装置としてサイズが大きくなるという課題を有していた。
　また、筒状の気流入口１０２から螺旋翼１０４に至る部分、つまり気流が９０°近く曲げられる部分は、気流入口１０２部よりも狭くなっている。これも、圧力損失が増加する一因となっていた。
　また、図１０に示す集塵装置は、円筒状のケーシング１０７の接線方向から含塵空気が流入し、ケーシング１０７の外周面に沿って流れることで、含塵空気が旋回しながら、ケーシング１０７の軸方向へ進み気流出口１０９へ流れていく。
　ケーシング１０７内で十分な旋回流を得るために、円筒状のケーシング１０７から接線方向に伸ばした風路（つまり気流入口１０８）が必要であり、このための部材やスペースが集塵装置を構成する上で必要となっていた。また、圧力損失を低減させるべく、気流入口１０８での流入速度を下げるために、気流入口１０８の開口を、円筒状のケーシング１０７の軸付近に向かって広げていけば、流入気流と旋回流との干渉が大きくなる。その結果、円筒状のケーシング１０７内で十分な旋回流が得られなくなってしまったり、余計な渦が発生したりして、圧力損失が増加してしまう。
特開２００４－１２９７８３号公報 特開２０００－１５７４６３号公報
　このように、従来の集塵装置は、気流入口を塞がないようにするための部材が必要となるとともに、全体のサイズが大きくなるという課題を有していた。
　また、従来の集塵装置は、入口部で気流の向きを変える構成とすることにより、圧力損失が増加するという課題を有していた。
　さらに、従来の他の集塵装置は、気流入口の開口位置によって発生する流入気流と旋回流との大きな干渉により、圧力損失が増加するという課題を有していた。
　そこで本発明は、圧力損失が低く、装置を小型化できる集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置を提供する。
　本発明の集塵装置は、塵埃を含んだ空気の送風路内に設置され、渦流を発生させる渦流発生ユニットと、この渦流発生ユニットで分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備える。渦流発生ユニットは、送風路内を流れる空気の上流側の一端に設けた空気の流入口、送風路内を流れる空気の下流側の他端に設けた空気の流出口、および集塵室の開口と接続される外周部に設けた塵埃の排出口を有する筒状ケーシングを有する。また、渦流発生ユニットは、筒状ケーシングの送風路内を流れる空気の上流側に設けた筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備える。さらに、流入口は、旋回促進面を含む二辺と、筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成され、流入口と排出口の面は、どちらも中心軸の軸方向と平行な関係にある。
　本発明の集塵装置は、流入口と排出口の面を、どちらも中心軸の軸方向と平行な関係としていることにより、流入口が筒状ケーシングから突出することなく、装置を小型化することができる。
　また、本発明の集塵装置は、流入口から入ってくる流入気流と、筒状ケーシング内部の旋回流とが干渉することがなく、流入口を筒状ケーシングの軸付近まで大きく広げることができる。これにより、気流の流入速度が抑えられ、圧力損失を低く抑えることができる。
　さらに、本発明の集塵装置は、集塵装置内で空気が急に曲げられることなく、スムーズに気流入口から旋回促進面へ移行するため、圧力損失を低く抑えることができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置の構成図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態における集塵装置の斜視図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態における集塵装置の側面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態における集塵装置の渦流発生ユニットの斜視図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態における空気浄化装置の構成図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態における集塵装置の斜視図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態における集塵装置の斜視図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態における空気浄化装置の構成図である。 図８は、本発明の第２の実施の形態における集塵装置の要部斜視図である。 図９は、従来の集塵装置を示す断面図である。 図１０は、従来の他の集塵装置を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　（第１の実施の形態）
　まず、本発明の第１の実施の形態における集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置について、図面とともに説明する。
　図１は、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置の構成図である。
　図１に示すように、空気浄化装置３０は、その本体１の下部に吸気口２を備え、上部に排気口３を備え、内部に集塵装置４とエアフィルタ５と脱臭フィルタ６と送風機７を備えている。
　本体１は、縦長の略四角柱形状の筐体１ａと、空気浄化装置３０を自立させるための、ベース１ｂと、筐体１ａとベース１ｂを接続する支柱１ｃとから構成される。
　吸気口２は、図示していないが集塵装置４の周囲に設けられる、隙間の開いたグリルで覆われている。
　送風機７を運転することにより、下部の吸気口２から塵埃を含む空気を取り入れ、集塵装置４で塵埃を除去する。集塵装置４で除去しきれなかったより細かな塵埃は、集塵装置４の下流側に設置したエアフィルタ５で捕集し、空気がより清浄化され、送風機７を通って排気口３より清浄空気が排気される。
　なお、本実施の形態では、空気浄化装置３０の筐体形状は四角柱形状であるが、これに限らず、円筒形状や四角柱以外の多角柱形状など他の形状であってもよい。
　エアフィルタ５は、ろ材をプリーツ状に織り込んでおり、外形が直方体形状のものを、Ｖ字に２個備えている。これにより、少ないスペースでろ材の面積を多く取れるようにしている。この構成により、ろ材の面積が大きい方が、ろ材を通過する風速が遅くなり、圧力損失を低く抑えることができる。また、この構成により、塵埃の堆積による圧力損失の上昇を緩やかにすることができるため、エアフィルタ５を長期間使用することができる。
　なお、エアフィルタ５の配置は、Ｖ字に限らず、逆Ｖ字や水平・垂直などの配置でもよい。また、エアフィルタ５の形状については、円筒形状であってもよい。円筒形状の場合、空気の流れを円筒の外側から内側に流す場合と、内側から外側に流す場合が考えられるが、本発明においては、どちらの場合でも差し支えない。
　脱臭フィルタ６は、エアフィルタ５の下流側に配置しており、粒状の活性炭を、フィルタ状として形態を維持する役割を果たす骨材の周囲にまんべんなく付着させている。活性炭の吸着効果により、においの元となる分子が吸着されて脱臭されるとともに、粒状の活性炭を利用することで表面積を多くでき、脱臭効果をより高めている。
　なお、脱臭フィルタ６は、活性炭に限らず、触媒を用いたものなど他の構成でもよい。また、活性炭自体をハニカム状にしたものでもよい。
　送風機７は、ターボファンを用いており、その周方向に風が吹出すため、送風機７の周囲に設けたガイド８により上向きの風に変えて、排気口３から空気が排出されるようにしている。なお、送風機７は、シロッコファンや斜流ファン等を用いても良い。
　次に集塵装置４の構成について説明をする。
　集塵装置４は図２Ａ、図２Ｂに示すように、渦流発生ユニット１０と集塵室１１とこの２つを接続する接続部１２から構成されている。
　図１においては、集塵室１１は図示されていないが、空気浄化装置３０の中央部分下部に１個配置してあり、その周囲を渦流発生ユニット１０が８個取り囲んでいる。
　図２Ａ、図２Ｂに示すように、集塵室１１は、円筒形の外周部に渦流発生ユニット１０と連通する８個の塵埃流入口２０を配置し、塵埃流入口２０のそれぞれに接続部１２を介して渦流発生ユニット１０を接続する。なお、図２Ａ、図２Ｂでは、渦流発生ユニット１０は代表して１個を記載している。
　このように、１個の集塵室１１に対して、渦流発生ユニット１０を何個接続してもよいが、集塵性能や圧力損失、送風機７の動力、騒音などから総合的に判断して渦流発生ユニット１０の使用個数を決めることが望ましい。そして、集塵室１１の下部は、取り外し可能な集塵トレー９を備えている。この集塵トレー９は、集塵室１１の下部が分割される構造となっており、横にスライドすることで取り外すことができ、溜まった塵埃を簡単に捨てることができる。
　渦流発生ユニット１０は図３に示すように、筒状ケーシング１３と、螺旋状の旋回促進面１４と、流出面１５とリブ２２を備えている。なお、筒状ケーシング１３の中心を通る中心軸１３ａを図３では一点鎖線で示している。
　筒状ケーシング１３は、その下流側（図３においては上部）の外周面に、塵埃を排出するための開口となる排出口１６を設けている。この排出口１６は、図２Ａ、図２Ｂに示す接続部１２を介して集塵室１１の塵埃流入口２０と接続されている。
　また、筒状ケーシング１３の上流側（図３においては下部）では、旋回促進面１４に沿って筒状ケーシング１３がカットされた形状となっており、筒状ケーシング１３の上流側端面と旋回促進面１４の外周部とがつながっている。言い換えると、旋回促進面１４で筒状ケーシング１３の上流側に蓋をしたような状態となっている。この構成によりできる開口、つまり旋回促進面１４の始端１４ａと終端１４ｂとの間の開口が、渦流発生ユニット１０の流入口１７となる。
　なお、本実施の形態では、旋回促進面１４は始端１４ａと終端１４ｂまで３６０度繋がった面となっている。そのため、始端１４ａと終端１４ｂが平面視で重なる位置の鉛直面が流入口１７となっている。但し、旋回促進面１４は始端１４ａと終端１４ｂまで３６０度以上繋がった面となっていてもよく、その場合の流入口１７は、始端１４ａと旋回促進面１４との間にできる開口となる。また、旋回促進面１４は３６０度未満であって、筒状ケーシング１３の下流側（図３の上側）から旋回促進面１４を見た時に、始端１４ａと終端１４ｂの間の隙間が数ｍｍ程度存在していてもよい。こうすることで、旋回促進面１４を金型で製造する場合に、流入口１７部分で金型同士が接触するための抜き勾配を取ることができ、製造を容易にすることができる。
　流出面１５は、筒状ケーシング１３の内径よりも小さい開口を有し、この開口が渦流発生ユニット１０の流出口１８となる。本実施の形態では、筒状ケーシング１３の軸に垂直となるように流出面１５が形成されているが、この流出面１５は、例えば、中央に向かってなだらかに、上流側（図３において下側）に向かって傾斜していてもよい。
　リブ２２は、流出口１８の開口端部から上流側に向かって突出した形状であり、このリブ２２の突出長さＲは、筒状ケーシング１３の直径φの０．０１～０．２倍の長さが望ましく、本実施の形態では、０．１倍の突出長さとしている。
　このリブ２２は、旋回流が流出口１８を通って下流側へ流れる時に、抵抗となり、旋回流に含まれる塵埃が下流側へ流れていくのを防ぐ抵抗となるため、塵埃の捕集性能をより向上させることができる。突出長さＲは筒状ケーシング１３の直径φの０．２倍を超えた長さにすると、気流そのものへの抵抗となってしまい、圧力損失を増大させてしまう。なお、リブ２２がなくても塵埃の捕集は可能である。
　旋回促進面１４は、その中心に螺旋状の面と接合された中心棒１９を備えており、構造的に中心棒１９が旋回促進面１４支えることで旋回促進面１４の強度を増している。
　流入口１７は、旋回促進面１４を含む二辺と、筒状ケーシング１３の側壁の一部を他の一辺とし、筒状ケーシング１３の中心を通る中心軸１３ａ上にある中心棒１９を他の一辺とした四辺で構成されている。
　なお、本実施の形態では、この中心棒１９は旋回促進面１４の始端１４ａから終端１４ｂまでの長さとなっているが、旋回促進面１４の始端１４ａから流出面１５まで延ばしてもよい。この構成において、旋回促進面１４の終端１４ｂから流出面１５までの間で、流出面１５に向うにつれ徐々に中心棒１９の直径を大きくするような形状としてもよい。こうすることで、筒状ケーシング１３内の空気の流れる空間が気流の下流に向けて徐々に狭まり、空気の旋回する速さが増す。その結果、塵埃が受ける遠心力が増加して集塵性能が向上する。
　集塵室１１は、円筒形状であり、その外周面上部に複数の塵埃流入口２０を備え、この塵埃流入口２０の周囲の一部から集塵室１１の外側へ突出した接続部１２を有する。渦流発生ユニット１０の排出口１６は接続部１２を介して集塵室１１と接続され、渦流発生ユニット１０で分離された塵埃は、塵埃流入口２０より集塵室１１に流入し、捕集される。なお、集塵室１１の形状は、円筒に限らず、四角柱形状や多角柱形状等であってもよい。
　接続部１２は、渦流発生ユニット１０の塵埃の排出口１６と、集塵室１１の塵埃流入口２０とを、接続する部材であって、接続する部分は空気の漏れがないように隙間なく接続されている。
　次に、本発明の集塵装置４における集塵の原理について説明をする。
　空気の流れは、図２Ａの矢印で示すように、流入口１７から入って渦流発生ユニット１０の内部で旋回流が発生し、流出口１８から出る。
　この際、空気中に浮遊している塵埃（重さを持った粒子または繊維）は、旋回流に載って旋回する際に筒状ケーシング１３の中心から外周方向に向かう遠心力を受ける。遠心力を受けた塵埃は、筒状ケーシング１３の外周方向へ向かい、その外周付近（筒状ケーシング１３の内壁面付近）を旋回する。筒状ケーシング１３の外周面に設けた排出口１６付近を塵埃が通ると、塵埃には遠心力が働いているため、さらに外側へ行こうとして排出口１６から筒状ケーシング１３の外側へ飛び出す。
　そして、塵埃は接続部１２を通って、集塵室１１内へ入る。旋回していた時の慣性力も残っており、塵埃は集塵室１１内でも多少飛び続けるが、重力によって、集塵室１１内で落下する。
　集塵室１１内には塵埃流入口２０以外に開口部はないため、多くの空気が渦流発生ユニット１０から集塵室１１へ流れたり、逆に集塵室１１から渦流発生ユニット１０へ流れたりすることはないが、多少の空気の出入りはある。
　この時図２Ｂにおいて接続部１２の下面は、集塵室１１へ向かって下がる傾斜を設けており、この傾斜面に付着した塵埃は、この傾斜と重力により、集塵室１１側へ向かう力がかかる。これにより、多少の空気の出入りがあっても、集塵室１１内の塵埃が再び渦流発生ユニット１０へ戻ってくることを抑制できる。
　渦流発生ユニット１０において、塵埃は旋回しながら下流側（図３においては上部）へ向かっている。筒状ケーシング１３の内壁面近傍ではなく、もう少し中心側を旋回している塵埃があったとすると、その塵埃は排出口１６から排出されない。しかし、流出面１５を備えることで、その塵埃が流出面１５に衝突し、それ以上は下流側へは移動できなくなる。そして、その塵埃には旋回によって遠心力が働き続けているため、流出面１５に沿って筒状ケーシング１３の内壁面方向へ移動し、排出口１６から集塵室１１へ移動する。このような理由から、流出面１５を備えると、塵埃の捕集性能を向上させることができる。
　塵埃が流出面１５に衝突することを想定しているため、流出面１５に設けた流出口１８は筒状ケーシング１３の内径より小さくする必要がある。そして、流出面１５の流出口１８の中心が筒状ケーシング１３の中心軸１３ａ上になるように流出口１８を設けている。これは、流出面１５に衝突しても旋回し続ける塵埃が流出口１８から出ていくのを抑えるための構成である。流出口１８の中心を筒状ケーシング１３の中心軸１３ａ上とすることにより、筒状ケーシング１３の内壁面から流出口１８までの距離を、流出口１８の全周に亘って同じように確保することができる。そのため、旋回し続ける塵埃が、遠心力に逆らって流出口１８まで移動することが難しくなり、塵埃が流出口１８から出る量を最も少なくすることができる。すなわち、塵埃の捕集性能を上げることができる。
　排出口１６は、できる限り多くの塵埃を排出させるために、空気の流入口１７より下流側（図３においては流入口１７よりも上側）に設けたほうが良い。これは、塵埃が遠心力によって筒状ケーシング１３の内壁面側に移動する時間が必要なためである。排出口１６が空気の流入口１７側にあると、塵埃が筒状ケーシング１３の内壁面へ移動するまでに排出口１６の位置より下流側に移動するので、多くの塵埃を排出できなくなってしまう。
　塵埃の排出をより多くするために、本実施の形態において排出口１６は、筒状ケーシング１３の最下流側、つまり流出面１５と接触する部分に設けている。これにより、塵埃が遠心力を受けて筒状ケーシング１３の内壁面側に移動する時間をできるだけ稼げるため、塵埃が排出口１６から出る量を増やせる。加えて、流出面１５に衝突して筒状ケーシング１３の内壁面側へ移動してきた塵埃もスムーズに排出口１６から排出することができるため、塵埃の捕集性能をより高めることができる。なお、排出口１６の形状は、四角形状となっているが、これに限定されるものではない。
　次に、図２Ｂに示すように、筒状ケーシング１３の軸方向の距離Ｄは、流入口１７の軸方向の距離Ｄｓと、流入口１７の下流側の一端から流出面１５までの距離Ｄｕとの和である。本発明では、この距離Ｄｓと距離Ｄｕの比率を、Ｄｓ：Ｄｕ＝１：０．９～２とした。距離Ｄｓが１に対して距離Ｄｕを０．９未満にすると、旋回促進面１４と流出面１５の空間が狭くなり、圧力損失が増大してしまう。距離Ｄｓに対して距離Ｄｕを２より大きくすると、旋回流が筒状ケーシング１３の壁面と接触する時間が長くなり、壁面の接触抵抗により、旋回流が弱まり、塵埃の捕集性能が低下してしまう。そのため距離Ｄｓが１に対して距離Ｄｕを０．９～２、より望ましくは１～１．５とすると、圧力損失を増大させずに、塵埃の捕集性能を向上させることができる。
　次に、流入口１７について説明をする。
　流入口１７は、筒状ケーシング１３の上流側（図３においては下部）に、筒状ケーシング１３の外周の内側に存在する。流入口１７へと入る空気の流れは、旋回促進面１４の始端１４ａと終端１４ｂから構成される流入口１７に対して垂直な向きとなる。旋回促進面１４が、下流側（図３においては上部）に向かいながら、螺旋状の面を描いている。流入口１７から入った空気はこの旋回促進面１４によって、スムーズに下流側（図３においては上部）へ向かう流れに変わりながら、筒状ケーシング１３の内壁によって、スムーズに旋回する流れへと変化する。つまり、流入口１７から入った空気の流れはスムーズに下流側への方向性を持った旋回流となる。
　これにより、空気の流れに例えば９０°曲がるような急激な変化が伴わないため、本実施の形態における集塵装置４の渦流発生ユニット１０は圧力損失を低く抑えることができる。さらに、流入口１７が筒状ケーシング１３から飛び出す構造ではなく、旋回促進面１４と筒状ケーシング１３とで一体となっていることで、流入のための余分なスペースやそれを構成する部材を必要とせず、渦流発生ユニット１０の小型化が図れる。
　さらに、本実施の形態においては流入口１７の幅を自由に設定することができ、中心棒１９側へ大きく広げることができる。すなわち、中心棒１９の径により、流入口１７の幅を自由に設定することができる。中心棒１９の径を小さくする、または中心棒１９を使用しないことにより、流入口１７の幅を大きくすることができる。これにより、流入口１７の面積が広くなることで、風速を遅くすることができ、流入による圧力損失を低減することができる。
　このような、流入口１７の幅を旋回流の中心方向に広げることは、図１０に示すような従来の集塵装置においては難しかった。
　図１０に示すように、円筒状のケーシング１０７内では旋回流が発生している。この旋回流は、ケーシング１０７の上流側の側面に接線方向に伸びた気流入口１０８を接続していることにより発生している。気流入口１０８から入った空気は、ケーシング１０７内に接線方向から入り、そのままケーシング１０７の内壁に沿って旋回していく。この構成では、ケーシング１０７内を旋回している空気は、気流入口１０８から新たに流入する空気と合流して、少なからず干渉してしまうこととなる。
　このような構成で、気流入口１０８の幅をできる限り旋回流の中心側へ広げた場合、気流入口１０８の面積が広がる。そうすると、流入風速は低下するが、ケーシング１０７内の旋回流と気流入口１０８から流入する空気との干渉が多くなり、流入空気が旋回を妨げてしまう。そのため、余計な渦が発生して、圧力損失が増大したり、旋回流が弱まって捕集性能が低下したりするようなことが発生してしまう。よって、図１０に示すような従来の集塵装置においては、気流入口１０８の幅を旋回流の中心方向に広げることが出来なかった。
　本実施の形態においては、スペースを必要とすることなく、流入口１７の幅を旋回流の中心方向に広げることができるため、小型で圧力損失の低い渦流発生ユニット１０を提供することができる。さらに、流入口１７と排出口１６の面は、どちらも筒状ケーシング１３の中心を通る中心軸１３ａの軸方向と平行な関係にある。そのため、流入口１７から流入し、常に中心軸１３ａに対して平行に流れる旋回流となった気流は筒状ケーシング１３の軸方向に進み、その下流側にある排出口１６から塵埃がスムーズに排出される。
　本実施の形態における集塵装置４は、図１の説明において前述したように、１つの集塵室１１に対して複数の渦流発生ユニット１０を設けることができる。その際、集塵室１１には、各々の渦流発生ユニット１０に対応した塵埃流入口２０を設け、それぞれを接続部１２で接続する。
　処理風量を大きくしたい場合、渦流発生ユニット１０の使用数を増加させれば、圧力損失を増大させることなく、処理風量を増やすことができる。
　図１で説明したように、８個の渦流発生ユニット１０を使用した空気浄化装置３０の場合、定格の最大風量の場合は、８個全てを使用して空気を処理することで、圧力損失を抑えることができる。また、空気浄化装置３０としての風量を下げたい場合、例えば、定格の最大風量の８分の１の風量で運転したい場合、７個の渦流発生ユニット１０に空気が流れないように遮蔽すれば、１個の渦流発生ユニット１０に流れる風量は、８個使用の定格最大風量時と比べて、同等の風量となる。これにより、渦流発生ユニット１０内の旋回流の流速は低下しないため、塵埃の受ける遠心力は変わらず、塵埃の捕集性能を維持したまま、風量を落とすことができる。このように、本実施の形態では幅広い風量帯において、集塵装置４の捕集性能を維持できる空気浄化装置３０を提供することができる。
　また、１個の集塵室１１に対する複数の渦流発生ユニット１０の配置方法は、図１のような筐体１ａの内壁に沿った四角形状の配置に限らず、集塵室１１の周囲に丸く配置しても良い。また、例えば渦流発生ユニット１０が８個の場合、４個×２列とし、その列の間に、集塵室１１を細長く設けた形状でもよい。このように、空気浄化装置３０の形状によって、自由に集塵装置４の形態を変えることができる。
　なお、本実施の形態における集塵装置４は、これまで説明してきたような、旋回流の進む方向が上方向に限定されない。例えば、図２Ａ、図２Ｂにおいて集塵装置４は上下逆向きでの使用も可能である。この場合、集塵室１１の塵埃流入口２０から重力方向に向かって、塵埃を溜めるスペースを十分にとる必要がある。また、図２Ａ、図２Ｂで示した集塵装置４を９０度倒した横向きで使用しても良い。この場合も、塵埃流入口２０から重力方向に向かって、塵埃を溜めるスペースを十分にとる必要がある。このように本実施の形態における集塵装置４は、その向きを自由に変えることが可能である。
　（第２の実施の形態）
　次に、本発明の第２の実施の形態における集塵装置およびこれを用いた空気浄化装置について図面とともに説明する。
　図４に示すように、空気浄化装置３０の送風路２３の内部には、集塵装置４と、その集塵装置４の下流に配置した送風機７が設置されている。送風機７によって送風路２３の内部に気流が発生し、気流は集塵装置４を通過する。
　図５、図６に示すように、集塵装置４は、通過する空気を旋回させて塵埃を遠心分離する渦流発生ユニット１０と、分離した塵埃を集めて溜めておく集塵室１１で構成される。渦流発生ユニット１０は、筒状ケーシング１３、旋回促進面１４、流入口１７、流出口１８、排出口１６、流出面１５で構成される。その詳細な構成は、筒状ケーシング１３の内部に、気流を旋回させるための螺旋状の旋回促進面１４を設け、筒状ケーシング１３の一端には空気を取り入れる流入口１７を設ける。また、筒状ケーシング１３の他端には流出口１８を形成した流出面１５を設け、筒状ケーシング１３の側面には、塵埃を集塵室１１に排出するための排出口１６を設ける。
　集塵室１１には、仕切り板２４によって少なくとも２つの空間を形成して、それぞれの空間と渦流発生ユニット１０の排出口１６を連通させている。そして、空間のそれぞれ1つとその空間に連通した渦流発生ユニット１０を１つの単位とし、単位ごとに渦流発生ユニット１０の流出口１８を開閉する開閉ユニット２５を備えている。
　図５、図６、図７は、１つの仕切り板２４で集塵室１１を仕切って２つの単位を形成した場合の形態を示している。
　図６では、両方の単位において、開閉ユニット２５が開いた状態を示している。この状態における定格風量が例えば２００ｍ３／ｈであるとしたとき、１つの単位において渦流発生ユニット１０を流れる風量は１００ｍ３／ｈとなる。
　送風機７の出力を下げ、全体の風量を定格値の半分である１００ｍ３／ｈに減らした場合、それぞれの渦流発生ユニット１０の風量は５０ｍ３／ｈとなり、気流の速度は半減する。気流の速度が低下すれば気流中の塵埃が受ける遠心力も低下し、集塵効率の低下を招くことになる。
　ここで、２つの単位のうちの一方において、その開閉ユニット２５を閉じれば、その単位における渦流発生ユニット１０には気流が発生しない。
　２つの単位のうち一方の渦流発生ユニット１０に気流を発生させない場合について、図７を用いて説明する。図７では２つの単位を区別するため、同じ機能を有する構成要素に単位毎に異なる符合を付して説明する。
　図７に示すように、左側の単位２６ａにおいて、左側の開閉ユニット２５ａを閉じて左側の流出口１８ａを塞いだ場合について説明する。この場合、送風機７の吸引力によって、右側の単位２６ｂで右側の流入口１７ｂから空気が導入され、図中の矢印線のように空気は気流となって右側の渦流発生ユニット１０ｂの中で旋回する。旋回する気流中の塵埃は遠心力を受けて右側の渦流発生ユニット１０ｂの内壁へと移動して、塵埃は右側の排出口１６ｂを通り抜けて集塵室１１に入る。右側の渦流発生ユニット１０ｂで旋回している気流は、右側の流出口１８ｂを通り抜けて送風機７へと向かう。
　左側の単位２６ａにおいては、左側の開閉ユニット２５ａが左側の流出口１８ａを塞いでいるため、左側の流出口１８ａから送風機７に向かう気流は発生しない。また、集塵室１１では仕切り板２４によって左側の単位２６ａと右側の単位２６ｂの間で気流が交じり合わない。そのため、左側の流入口１７ａから入った空気が左側の排出口１６ａを出て集塵室１１を通過し、右側の排出口１６ｂから右側の渦流発生ユニット１０ｂに入って、右側の流出口１８ｂから出て行くという経路も形成されない。
　左側の開閉ユニット２５ａと右側の開閉ユニット２５ｂのいずれか一方が閉じることによって、左側の流出口１８ａと右側の流出口１８ｂのいずれか一方が塞がれる。そうすることによって、左側の単位２６ａの左側の渦流発生ユニット１０ａと右側の単位２６ｂの右側の渦流発生ユニット１０ｂのいずれか一方にのみ気流が発生する。全体の風量を２００ｍ３／ｈから１００ｍ３／ｈに減らしたとき、それに連動して左側の開閉ユニット２５ａと右側の開閉ユニット２５ｂのいずれか一方を閉じる。そのようにすることにより、左側の渦流発生ユニット１０ａと右側の渦流発生ユニット１０ｂのいずれか一方を通過する気流の風速が保たれ、集塵効率の低下を招くことがない。
　本実施の形態において送風機７とは、送風用ファンなどのことであり、図４においては、送風路２３の中に集塵装置４とは切り離して描いている。しかし、送風機７は図５に示す集塵装置４の渦流発生ユニット１０に気流を発生させるものであればよく、集塵装置４と送風機７が一体化したものでもよい。
　図５に示すように、渦流発生ユニット１０の流出口１８は、その直径が筒状ケーシング１３の直径よりも小さくなるように、筒状ケーシング１３の上端面に流出面１５を設けている。すなわち、流出面１５の内周側の開口が流出口１８の働きをしている。
　気流中の塵埃は遠心力を受けて筒状ケーシング１３の内壁面寄りを旋回しながら排出口１６から集塵室１１に排出される。しかし、一部の塵埃は気流の誘引力によって流出口１８から外部に流されて行く。ここで、筒状ケーシング１３の直径よりも小さい開口を持った流出面１５によって筒状ケーシング１３の上端面を成す。このような構成により、筒状ケーシング１３の上端面全体が開放状態であるものに比べて、塵埃は、気流とともに流出口１８から外に流出せずに、流出面１５の下で旋回を繰り返す。そして、旋回を繰り返した塵埃は排出口１６から集塵室１１に排出される機会が増えるため、本実施の形態における集塵装置は集塵効率を高めることができる。
　流出口１８の形状は、流出面１５の形状によって決まるが、気流の圧力損失を考慮すると円形である方がよい。また、流出口１８の直径は、小さいほど集塵効率の向上に寄与するが、小さいほど圧力損失が増加する。そのため、送風機７の能力と、設定風量を実現するための装置寸法や渦流発生ユニット１０内の設定風速などの設計要因に応じて最適な直径を設計者が決定する。
　開閉ユニット２５は、流出口１８を完全に密閉できる形状のものであればよい。例えば図８に示すように、円周の一部から柄２７が突出した円盤状の遮蔽板２８で、柄２７の端を軸にして遮蔽板２８が流出口１８の蓋として開閉可能となるように蝶番２９と組み合わせた形態が考えられる。
　集塵室１１の形状について、図中では直方体で描いているが、円筒形などでもよい。
　以上説明したように、本発明の集塵装置は、塵埃を含んだ空気の送風路内に設置され、渦流を発生させる渦流発生ユニットと、この渦流発生ユニットで分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備える。渦流発生ユニットは、送風路内を流れる空気の上流側の一端に設けた空気の流入口、送風路内を流れる空気の下流側の他端に設けた空気の流出口、および集塵室の開口と接続される外周部に設けた塵埃の排出口を有する筒状ケーシングを有する。また、渦流発生ユニットは、筒状ケーシングの送風路内を流れる空気の上流側に設けた筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備える。さらに、流入口は、旋回促進面を含む二辺と、筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成され、流入口と排出口の面は、どちらも中心軸の軸方向と平行な関係としている。この構成により、流入口が筒状ケーシングの外周面の内側に存在することとなり、流入口が筒状ケーシングから突出した構造とはならないため、流入口のためのスペースが必要ではなくなり、装置全体を小型化することができる。
　また、空気の流入口を筒状ケーシングの中心軸の軸付近まで大きく広げても、空気の流入口から入る流入気流と、筒状ケーシング内部の旋回流とが干渉することがない。これにより、気流の流入速度が抑えられ、圧力損失を低く抑えることができる。
　さらに空気の流入口から入った空気は、急な曲がりがなく、スムーズに流入口から旋回促進面へ移行するため、圧力損失を低く抑えながら渦流である旋回流を発生させることができる。加えて、その旋回流によって、塵埃に遠心力が発生し、排出口からスムーズに塵埃を排出することができる。
　また、本発明の集塵装置は、下流側の他端に筒状ケーシングの内径より小さい開口を有した流出面を設けてもよい。
　これにより、旋回促進面によって、塵埃を含んだ空気は旋回しながら下流側へ移動しており、空気は流出面に設けた開口より排出されるが、旋回している塵埃はそれ自身の重さによって遠心力が働き、筒状ケーシング外周面付近へ向かおうとする。そこに流出面があることで、まだ筒状ケーシングの外周面付近まで移動しきれていない塵埃が堰き止められるような格好となり、遠心力により流出面に沿って外周面付近へ移動する。このため、流出面の開口から出る空気と塵埃の分離が促進され、塵埃の捕集性能を向上させることができる。
　また、本発明の集塵装置は、筒状ケーシングの軸方向の距離Ｄは、流入口の軸方向の距離Ｄｓと、流入口の下流側の一端から流出面までの距離Ｄｕとの和であり、距離Ｄｓと距離Ｄｕの関係がＤｓ：Ｄｕ＝１：０．９～２とするのが好ましい。
　これにより、旋回促進面によって発生した旋回流は、流入口の下流側の一端から流出面までの間で十分に旋回を続けることができ、塵埃の捕集性能を向上させることができる。
　また、本発明の集塵装置は、流出面の開口の中心を筒状ケーシングの中心軸部分に合わせる構成にしてもよい。これにより、筒状ケーシング外周面付近を旋回している塵埃が、円周方向のどの場所においても、流出面の開口と遭遇する確立を減らせるため、空気と塵埃の分離をより高めることができ、塵埃の捕集性能をさらに向上させることができる。
　また、本発明の集塵装置は、塵埃の排出口を、空気の流入口より空気の流出口側に設けてもよい。これにより、塵埃を確実に旋回させる時間が増えるため、筒状ケーシングの外周面付近により多くの塵埃が移動することとなり、塵埃の排出口からでる量を増やすことができ、塵埃の捕集性能をさらに向上させることができる。
　また、本発明の集塵装置は、塵埃の排出口を、流出面に隣接して設けてもよい。これにより、塵埃が流出面に衝突し、流出面に沿って筒状ケーシングの外周面付近まで移動した塵埃についても、塵埃の排出口に入りやすくなり、捕集性能をさらに向上させることができる。
　また、本発明の集塵装置は、流出面の開口の端部に、筒状ケーシング内部に向かって突出したリブを設け、筒状ケーシングの直径φと、リブの突出長さＲとの関係を、Ｒ＝（０．０１～０．２）×φとしてもよい。
　これにより、筒状ケーシング内の旋回流が流出口へ向かう時に、リブが抵抗となり一緒に塵埃が流れていくことを防ぐことができ、塵埃の捕集性能をさらに向上させることができる。
　また、本発明の空気浄化装置は、吸気口と排気口を有する本体と、この本体内に送風機と、送風機により空気を流す送風路内に本発明の集塵装置を設ける。さらに、本発明の空気浄化装置は、集塵装置の空気の流入口から塵埃を含んだ空気を取り込み、集塵装置の渦流発生ユニットにより塵埃を除去した空気を排気口より吹出す構成にしてもよい。
　これにより、空気浄化装置として使用することができるようになり、塵埃を含んだ空気のある場所に設置して使用することで、空気中から塵埃を除去して、周囲の空気を清浄化することができる。
　本発明における集塵装置は、装置を小型にでき、圧力損失を低く抑えることができることにより、多くの処理風量で、塵埃を分離・捕集する集塵装置および空気浄化装置として有用である。
　１　本体
　１ａ　筐体
　１ｂ　ベース
　１ｃ　支柱
　２　吸気口
　３　排気口
　４　集塵装置
　５　エアフィルタ
　６　脱臭フィルタ
　７　送風機
　８　ガイド
　９　集塵トレー
　１０　渦流発生ユニット
　１０ａ　左側の渦流発生ユニット
　１０ｂ　右側の渦流発生ユニット
　１１　集塵室
　１２　接続部
　１３　筒状ケーシング
　１３ａ　中心軸
　１４　旋回促進面
　１４ａ　始端
　１４ｂ　終端
　１５　流出面
　１６　排出口
　１６ａ　左側の排出口
　１６ｂ　右側の排出口
　１７　流入口
　１７ａ　左側の流入口
　１７ｂ　右側の流入口
　１８　流出口
　１８ａ　左側の流出口
　１８ｂ　右側の流出口
　１９　中心棒
　２０　塵埃流入口
　２２　リブ
　２３　送風路
　２４　仕切り板
　２５　開閉ユニット
　２５ａ　左側の開閉ユニット
　２５ｂ　右側の開閉ユニット
　２６ａ　左側の単位
　２６ｂ　右側の単位
　２７　柄
　２８　遮蔽板
　２９　蝶番
　３０　空気浄化装置

Claims (8)

  1. 塵埃を含んだ空気の送風路内に設置され、渦流を発生させる渦流発生ユニットと、前記渦流発生ユニットで分離した塵埃を集め溜めておく集塵室とを備えた集塵装置であって、前記渦流発生ユニットは、前記送風路内を流れる空気の上流側に設けた空気の流入口、前記送風路内を流れる空気の下流側に設けた空気の流出口、および前記集塵室の開口と接続される外周部に設けた塵埃の排出口を有する筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングの前記送風路内を流れる空気の上流側に設けた前記筒状ケーシングの中心を通る中心軸の周りに形成した螺旋状の旋回促進面を備え、前記流入口は、前記旋回促進面を含む二辺と、前記筒状ケーシングの側壁の一部を他の一辺として形成され、前記流入口と前記排出口の面は、どちらも前記中心軸の軸方向と平行な関係にある集塵装置。
  2. 前記筒状ケーシングの前記送風路内を流れる空気の下流側には、前記筒状ケーシングの内径より小さい前記流出口を有した流出面を設けた請求項１に記載の集塵装置。
  3. 前記流入口の前記中心軸の軸方向の距離Ｄｓと、前記流入口の下流側端部から前記流出面までの距離Ｄｕとの関係を、Ｄｓ：Ｄｕ＝１：０．９～２とした請求項２に記載の集塵装置。
  4. 前記流出面の前記流出口の中心を前記筒状ケーシングの前記中心軸の軸線に合わせた請求項２に記載の集塵装置。
  5. 前記排出口は、前記旋回促進面の下流側端部と前記流出口との間に備えた請求項１に記載の集塵装置。
  6. 前記排出口を、前記流出面に隣接して設けた請求項４に記載の集塵装置。
  7. 前記流出口の端部に、前記筒状ケーシング内部に向かって突出したリブを設け、前記筒状ケーシングの直径φと、前記リブの突出長さＲとの関係を、Ｒ＝（０．０１～０．２）×φとした請求項２に記載の集塵装置。
  8. 吸気口と排気口を有する本体と、この本体内に設けた送風機と、前記送風機により空気を流す送風路内に設けた請求項１～７いずれか一項に記載の集塵装置を設け、前記集塵装置の前記流入口から塵埃を含んだ空気を取り込み、前記集塵装置の前記渦流発生ユニットにより塵埃を除去した空気を前記排気口より吹出す空気浄化装置。
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