(57)【要約】【課題】サイクロン分離装置において、圧力損失を低減することを目的とする。【解決手段】空気の流入口６と、空気の流出口８と、装置内部を空間分割板９によって仕切り形成し、空間分割板９に設けた貫通孔１２によって互いに連通させた旋回室１０と分離室１１と、先端を空気が流入する内筒管先端口１３ａとした内筒管１３と、分離室１１内部と筐体外とを連通させる排出口７とを備え、内筒管１３を流出口８から旋回室１０内へ延設したサイクロン分離装置であって、内筒管１３の断面積は、軸方向で変化しており、内筒管１３の全長の中間位置よりも内筒管先端口１３ａ側で最小となるようにし、かつ、最小断面積の位置から内筒管先端口１３ａに向かって、徐々に大きくなるようにしたことにより、内筒管１３で生じる圧力損失を低減することができる。【選択図】図３
2018176061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の側面から空気を流入させ、旋回気流を発生させることができる流入口と、前記流入口に近い側の底面に設けて空気を前記筐体の外へ流出させる流出口と、前記筐体の内部を空間分割板によって仕切り形成し、前記空間分割板に設けた貫通孔によって互いに連通させた旋回室と分離室と、先端を空気が流入する内筒管先端口とした内筒管と、前記筐体に設けた前記分離室内部と筐体外とを連通させる排出口とを備え、前記流出口から前記旋回室内へ延設した前記内筒管の前記内筒管先端で、前記流入口から流入した旋回気流の進行方向を前記内筒管の外側と内側で反転させるサイクロン分離装置であって、前記内筒管の断面積は、軸方向で変化しており、前記内筒管の全長の中間位置よりも前記内筒管先端口側で最小となるようにし、かつ、前記内筒管の最小断面積の位置から前記内筒管先端口に向かって、徐々に大きくなるようにしたサイクロン分離装置。
【請求項２】
前記内筒管先端口の円筒壁端部である内筒管先端部は、前記内筒管の外側へ向けて丸く膨らんだＲ形状を備え、前記内筒管の内側面から外側面まで前記Ｒ形状に沿って連続して円弧で繋がっている請求項１記載のサイクロン分離装置。
【請求項３】
前記内筒管先端口の円筒壁端部である内筒管先端部は、前記内筒管の外側へ向けて丸く膨らんだＲ形状を備え、前記内筒管の外側で前記Ｒ形状の表面に、全周に渡って溝を形成した請求項１記載のサイクロン分離装置。
【請求項４】
前記内筒管先端口の直径をφｉｎ、前記内筒管の最小断面積部分の直径をφｍｉｎ、前記内筒管で前記流出口側端部の直径をφｏｕｔとした場合、φｉｎ＞φｏｕｔ＞φｍｉｎの関係にあり、φｍｉｎ＝（０．７５〜０．８５）×φｉｎである請求項１記載のサイクロン分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中に含まれる異物を、遠心力を用いて分離するサイクロン分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のサイクロン分離装置は、例えば特許文献１のものが知られている。
【０００３】
以下、そのサイクロン分離装置について図７を参照しながら説明する。
【０００４】
図７に示すように、流入口１０１、旋回室１０２、内筒管１０３、内筒管先端１０４、堆積部１０５から構成される。異物を含んだ空気は、流入口１０１から装置内へ流入し、旋回気流となって旋回室１０２内を流れる際に、遠心力により外周側へ分離され、異物は堆積部１０５に堆積し、空気は内筒管先端１０４から内筒管１０３へ流入し装置外へ流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２８５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来のサイクロン分離装置においては、内筒管の外側と内側で旋回気流の進行方向が反転しており、内筒管先端付近で空気の乱れが大きくなり、圧力損失が大きくなっていた。先行技術文献では、圧力損失を低減するために、内筒管先端付近の内筒管外周面側にツバ状リングを備えたり、内筒管先端の端部に内筒管の外壁周方向に沿って断面が円形状となるリングを備えたりすることで、旋回気流の進行方向を内筒管の外側と内側で反転さる場合の端部における空気の乱れを抑制し、圧力損失を低減していた。
【０００７】
しかし、実際にサイクロン装置を試作して確認してみると、気流の乱れは端部にとどまらず内筒管の内側にも及ぶことが明らかになった。
【０００８】
そこで本発明は、装置を大型化することなく、異物の分離性能を低下させずに、圧力損失をさらに低減することができるサイクロン分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、この目的を達成するために、本発明に係るサイクロン分離装置は、筐体の側面から空気を流入させ、旋回気流を発生させることができる流入口と、前記流入口に近い側の底面に設けて空気を前記筐体の外へ流出させる流出口と、前記筐体の内部を空間分割板によって仕切り形成し、前記空間分割板に設けた貫通孔によって互いに連通させた旋回室と分離室と、先端を空気が流入する内筒管先端口とした内筒管と、前記筐体に設けた前記分離室内部と筐体外とを連通させる排出口とを備え、前記流出口から前記旋回室内へ延設した前記内筒管の前記内筒管先端で、前記流入口から流入した旋回気流の進行方向を前記内筒管の外側と内側で反転させるサイクロン分離装置であって、前記内筒管の断面積は、軸方向で変化しており、前記内筒管の全長の中間位置よりも前記内筒管先端口側で最小となるようにし、かつ、前記内筒管の最小断面積の位置から前記内筒管先端口に向かって、徐々に大きくなるようにしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、筐体の側面から空気を流入させ、旋回気流を発生させることができる流入口と、前記流入口に近い側の底面に設けて空気を前記筐体の外へ流出させる流出口と、前記筐体の内部を空間分割板によって仕切り形成し、前記空間分割板に設けた貫通孔によって互いに連通させた旋回室と分離室と、先端を空気が流入する内筒管先端口とした内筒管と、前記筐体に設けた前記分離室内部と筐体外とを連通させる排出口とを備え、前記流出口から前記旋回室内へ延設した前記内筒管の前記内筒管先端で、前記流入口から流入した旋回気流の進行方向を前記内筒管の外側と内側で反転させるサイクロン分離装置であって、前記内筒管の断面積は、軸方向で変化しており、前記内筒管の全長の中間位置よりも前記内筒管先端口側で最小となるようにし、かつ、前記内筒管の最小断面積の位置から前記内筒管先端口に向かって、徐々に大きくなるようにしたことにより、装置を大型化することなく、異物の分離性能を低下させずに、圧力損失を低減させることができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１のサイクロン分離装置を正面側から見た外観斜視図
【図２】同裏側から見た外観斜視図
【図３】同中心軸に沿った断面図
【図４】同内筒管の断面図
【図５】本発明の実施の形態１の気流変換部材の外観斜視図
【図６】従来の内筒管での気流の流れを示した図
【図７】従来のサイクロン分離装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載のサイクロン分離装置は、筐体の側面から空気を流入させ、旋回気流を発生させることができる流入口と、前記流入口に近い側の底面に設けて空気を前記筐体の外へ流出させる流出口と、前記筐体の内部を空間分割板によって仕切り形成し、前記空間分割板に設けた貫通孔によって互いに連通させた旋回室と分離室と、先端を空気が流入する内筒管先端口とした内筒管と、前記筐体に設けた前記分離室内部と筐体外とを連通させる排出口とを備え、前記流出口から前記旋回室内へ延設した前記内筒管の前記内筒管先端で、前記流入口から流入した旋回気流の進行方向を前記内筒管の外側と内側で反転させるサイクロン分離装置であって、前記内筒管の断面積は、軸方向で変化しており、前記内筒管の全長の中間位置よりも前記内筒管先端口側で最小となるようにし、かつ、前記内筒管の最小断面積の位置から前記内筒管先端口に向かって、徐々に大きくなるようにしたという構成を有する。
【００１３】
これにより、内筒管先端口の端部を発端として下流側へ向かって発生する空気の剥離現象を抑制することができ、内筒管先端口から下流側へ流れる空気のエネルギー損失を抑制することができるため、装置の圧力損失を低減することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項２記載のサイクロン分離装置は、前記内筒管先端口の円筒壁端部である内筒管先端部は、前記内筒管の外側へ向けて丸く膨らんだＲ形状を備え、前記内筒管の内側面から外側面まで前記Ｒ形状に沿って連続して円弧で繋がっているという構成を有する。
【００１５】
これにより、内筒管の外側と内側で旋回気流の方向が異なっていても、内筒管先端部で発生する空気の剥離を抑制することができ、内筒管へ流入しようとする空気のエネルギー損失を抑制することができるため、装置の圧力損失を低減することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項３記載のサイクロン分離装置は、前記内筒管先端口の円筒壁端部である内筒管先端部は、前記内筒管の外側へ向けて丸く膨らんだＲ形状を備え、前記内筒管の外側で前記Ｒ形状の表面に、全周に渡って溝を形成したという構成を有する。
【００１７】
これにより、圧力損失を増大させずに、流入口から侵入した水滴が、内筒管外側表面を伝って水滴が内筒管内側へ流入することを抑制することができる。Ｒ形状部分を水滴が伝わる時に溝部分にトラップされ、重力により下方へ移動し、溝部分の最下部から下方へ落下するため、内筒管内側へ流入することを抑制することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項４記載のサイクロン分離装置は、前記内筒管先端口の直径をφｉｎ、前記内筒管の最小断面積部分の直径をφｍｉｎ、前記内筒管で前記流出口側端部の直径をφｏｕｔとした場合、φｉｎ＞φｏｕｔ＞φｍｉｎの関係にあり、φｍｉｎ＝（０．７５〜０．８５）×φｉｎであるという構成を有する。
【００１９】
これにより、圧力損失を低減する内筒管の最適形状を決定することができ、最大限に圧力損失を低減することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態は、屋外の空気を住宅に取り込む際に、住宅外壁の空気の取り入れ口である給気口にとりつける換気口フード１に、本発明のサイクロン分離装置を適用した形態である。住宅内には送風機を設置し、換気ダクトを用いて送風機と給気口を接続し、換気口フード１を通過した空気を室内へ供給する。
【００２２】
図１は換気口フード１の正面側で、住宅外壁に取り付けた場合、屋外側から見える図である。中心軸２６は水平である。図２は換気口フード１の裏側で、住宅の外壁側から見た場合の図である。図３は換気口フード１の断面図で、点線で記した接続管１８を用いて、住宅外壁内に埋め込まれた換気ダクトと接続する。
【００２３】
次に換気口フード１の外観構成について説明する。
【００２４】
換気口フード１は、図１に示す筐体の正面側のカバー２と、図２に示す筐体の底面である裏側のベース板３とで構成され、筐体の側面側にカバー２の上部と下部を突出させ、カバー２の円形形状に沿って湾曲させた突出板４を備えている。
【００２５】
カバー２は、中心軸２６の周りを回転させてできる回転体形状であり、正面側に突出したドーム形状である。なお、カバー２の形状は、ドーム形状に限らず円筒形状であってもよい。
【００２６】
カバー２とベース板３は、突出板４を介して接続されている。これにより、カバー２とベース板３との間に隙間を設けて流入口６を形成している。流入口６は、換気口フード１の側面でベース板３に接するように構成され、３６０度に渡って流入口６であるが、突出板４部分は空気が流入しない。
【００２７】
そして流入口６には、流入空気が旋回するように、中心軸２６に向けて斜めに配置した固定羽根５を複数設けている。
【００２８】
図１に示すように、カバー２の下部に位置する部分には、排出口７を備える。
【００２９】
また図２に示すように、ベース板３は中央部に円形の開口を備え、ここが空気の流出口８となる。
【００３０】
次に図３を用いて換気口フード１内部の構成を説明する。
【００３１】
カバー２の内側は、空間分割板９によって旋回室１０と分離室１１に区切られている。分離室１１は円環状で旋回室１０を取り囲む構成である。空間分割板９には貫通孔１２を備え、貫通孔１２を介して旋回室１０と分離室１１が空間的につながっている。
【００３２】
ベース板３の流出口８から旋回室１０内へ延設するように内筒管１３を備え、旋回室１０内の空気が流入する内筒管１３の内筒管先端口１３ａは図３の断面図において、空間分割板９と重なる位置まで延設している。
【００３３】
そして、旋回室１０内で内筒管１３と対向する位置には、気流変換部材１４を備え、その周囲にはリング部材１５を備える。
【００３４】
流出口８は円形状で、その中心は中心軸２６と重なる。
【００３５】
空間分割板９は流入口６の端部つまり固定羽根５の端部からカバー２の正面側に向かって、旋回室１０の断面積（中心軸２６と垂直面）が小さくなるように傾斜しており、空間分割板９とカバー２の隙間に出来た空間が分離室１１である。
【００３６】
排出口７は中心軸２６が水平状態において、重力方向下部に位置するようにカバー２側面に開口させ、中心軸２６方向に長い長方形状の開口で、屋外と分離室１１が空間的に接続される。
【００３７】
接続管１８はベース板３に固定され流出口８のサイズと概同サイズの円筒形状で、中心軸２６上に備える。
【００３８】
内筒管１３は円筒形状で、図４はそれを軸方向に切断した断面図であるが、軸方向に垂直に切った断面積はその軸方向で変化している形状である。流出口８と重なる部分は流出口８と同じサイズの断面となり、この部分、すなわち流出口の直径をφｏｕｔとする。断面積が最小となる位置の直径、すなわち最小直径をφｍｉｎ、内筒管１３に最初に空気が流入する入り口である内筒管先端口１３ａの直径、すなわち流入口の直径をφｉｎとする。
【００３９】
最小直径φｍｉｎの軸方向位置は、内筒管１３全体の長さ（軸方向）の中間位置と内筒管先端口１３ａとの間に位置している。また、流入口の直径φｉｎは最も大きく、φｉｎ＞φｏｕｔ＞φｍｉｎの関係である。
【００４０】
内筒管先端口１３ａを形成する円筒壁端部１９は、内筒管１３の外側が丸く膨らんだＲ形状部２０となっており、内筒管１３の内周面２３から滑らかに連続した円弧で繋がっている。
【００４１】
Ｒ形状部２０の表面から中心軸２６に向かって３６０度に渡って溝２１を形成している。溝２１の幅は、その深さの１／３〜１／５である。
【００４２】
本実施の形態では、内筒管１３をベース板３に取り付けるため、内筒管１３のφｏｕｔ部にベース板３固定のためのフランジ２２を備えている。
【００４３】
気流変換部材１４は図５に示すように、カバー２側は円筒形状の円筒部材１６で構成され、円筒部材１６には内筒管１３側を頂点とする円錐形状を有し、前記円錐形状の外周に円弧羽根１７が４枚円形状に均等配置されたものである。
【００４４】
次に、分離機構について説明する。
【００４５】
異物を含んだ屋外空気は、流入口６より換気口フード１内に流入し、固定羽根５により旋回気流となり、換気口フード１の正面側へ向かいながら旋回室１０内を旋回する。ここで、異物は遠心力により空間分割板９側に移動し、貫通孔１２付近を通過する際に分離室１１へ移動する。異物を分離した空気は、内筒管先端口１３ａから内筒管１３に流入し、流出口８より装置外へ流出する。つまり、内筒管先端口１３ａで、流入口６から流入した旋回気流の進行方向を内筒管１３の外側と内側で反転させることとなる。
【００４６】
分離室１１に移動した異物は、一旦、分離室１１内に貯留される。送風機により換気口フード１内は負圧となっているため、排出口７から分離室１１内に空気が流入する。その流入した空気は、貫通孔１２を通り、旋回室１０へ流入し、旋回室１０内の旋回気流と合流する。
【００４７】
なお、排出口７の屋外側で、自然風が吹くと、排出口７部の屋外側で静圧が下がり、分離室１１側の静圧よりも低くなったときに、分離されている異物が屋外へ引っ張り出される。これにより、異物が自動的に屋外へ排出されるため、分離室１１内に異物が貯まり続けることがなく、貯留物を除去するメンテナンスを不要とすることができる。
【００４８】
次に、図６は従来の内筒管１３で軸方向の断面積が変わらない単なる円筒形状であった場合の断面図を表している。白矢印は気流の流れ方向を表しており、黒矢印は気流のベクトルを示している。また黒矢印の内側で黒線は気流の流れ方向を示す線（流線）である。
【００４９】
図６の形状の場合、気流を流すと、黒矢印で示したように、内筒管１３外側の気流が進行方向を変化させながら内筒管先端口１３ａから流入する。この際、内筒管先端口１３ａの円筒壁端部１９を発端として、流線で示したような渦流が発生する。これにより気流の流れが阻害され、圧力損失が増加する原因となっていた。
【００５０】
そこで、この渦流の外面に沿って若干小さめに壁面を設けたのが、本発明の図４の形状となる。渦流の厚みが最大となる部分は内筒管先端口１３ａと内筒管１３長さの中間位置との間となり、渦流の厚みの最大部分に対応させた内筒管１３の最小断面積部分、すなわち最小直径φｍｉｎなる部分を備えている。
【００５１】
最小直径φｍｉｎは内筒管先端口１３ａと内筒管１３長さの中間位置に設けている。最小直径φｍｉｎは、φｍｉｎ＝（０．７７〜０．８７）×φｉｎが望ましい。本実施の形態では、φｍｉｎ＝０．８２×φｉｎである。
【００５２】
最小直径φｍｉｎは、流入口の直径の０．７７倍より小さいと空気の通過面積が小さくなるため、通気抵抗が上がり、圧力損失が増加してしまう。また、流入口の直径の０．８７倍より大きいと円筒管端部から生じる渦流を完全に消失させることができず、圧力損失を十分に低減することができない。なお、最小直径φｍｉｎを流入口の直径の０．７７〜０．８２倍とすることで渦流の外面に沿って若干小さめに壁面を設けることとなり、壁面における気流の誘引効果により、気流が本来の進行方向に流れる有効領域を拡大することができ、その結果通気抵抗が減り、圧力損失を低減することができる。
【００５３】
最小断面積部分を通過した後は、流速を下げるために、気流を乱さないよう徐々に断面積を広げていき、流出口８と同じサイズにまで広げて流出口の直径φｏｕｔとしている。
【００５４】
さらに、内筒管先端口１３ａに丸みを持たせながら外広がりとしたＲ形状とし、内筒管１３の内周面２３から連続した曲面でつながり、内筒管１３の外周面２４までつながっている。そしてＲ形状部２０の最大直径部２５に表面から中心軸２６へ向かって、全周に渡って溝２１を備えている。このような円筒壁端部１９とすることで、内筒管１３の外周面２４を流れる気流の剥離現象の発生を抑制しつつ、Ｒ形状に沿ってスムーズに気流の向きを変えることができるため、内筒管１３へ流入する際の流入損失を低減でき、圧力損失を低減することができる。
【００５５】
Ｒ形状部２０の溝２１の幅は前述したようにその深さに対して１／３〜１／５と狭く、気流に影響を与えないので、溝２１による圧力損失の増加はない。
【００５６】
この溝２１は、流入口６から侵入した水滴が内筒管１３外周面２４を伝って内筒管１３内に流入するのを防ぐためのものである。
【００５７】
このように、本発明の内筒管１３形状は、内筒管先端口１３ａのＲ形状によって、内筒管１３へ流入する際の流入損失を低減でき、また内筒管１３の断面積を縮小することで、内筒管１３端部から発生する渦流の影響を消失させ、その後ゆるやかに断面積を広げて流速を減少させる、これら３つの効果で圧力損失を大幅に低減することが可能となり、また圧力損失を上昇させずに、水滴の侵入も防止することもできる。
【００５８】
なお、先行文献（特開２０００−１２８５９１号公報）では、流入損失のみの低減であるため、圧力損失の低減効果は限定的である。
【００５９】
また、内筒管先端口１３ａを空間分割板９と重なる位置にまで延設させることにより、流入口６から侵入した水滴が内筒管先端口１３ａから直接侵入することを防ぐことができる。
【００６０】
また、本発明の内筒管１３の構造は、異物の分離に影響を与えることがないので、分離性能を維持したまま圧力損失を低減することができる。
【００６１】
気流変換部材１４は、旋回気流を円弧羽根１７で受け、中心に集めることができ、円弧羽根１７の根元部分は内筒管１３側を頂点とした円錐形状となっているので、円弧羽根１７で受けた気流は中心に集まりつつ、円錐面に沿って頂点側つまり内筒管１３側へ向かうこととなるので、空気はスムーズに下流へ流れようとする。この流れに影響され、内筒管１３内周面２３近傍を流れる気流、特にφｍｉｎ付近の壁面沿いを流れる気流もスムーズに下流へ流れようとする。つまり、気流変換部材１４と本発明の形状である内筒管１３の形状とが相まって、さらなる圧力損失の低減につながる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係るサイクロン分離装置は、装置を大型化することなく、異物を分離する分離性能を低下させずに、さらに圧力損失を低減することができるので、送風機の動力を小さくすることができるため、省エネや静音が要求される住宅に給気する空気中の異物の分離に有効であり、例えば住宅外壁の給気口に取り付ける換気口フード等として有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１    換気口フード
２    カバー
３    ベース板
４    突出板
５    固定羽根
６    流入口
７    排出口
８    流出口
９    空間分割板
１０    旋回室
１１    分離室
１２    貫通孔
１３    内筒管
１３ａ    内筒管先端口
１４    気流変換部材
１５    リング部材
１６    円筒部材
１７    円弧羽根
１８    接続管
１９    円筒壁端部
２０    Ｒ形状部
２１    溝
２２    フランジ
２３    内周面
２４    外周面
２５    最大直径部
２６    中心軸
【図１】
2018176061.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018176061.tif 000007
【図６】
2018176061.tif 000008
【図７】
2018176061.tif 000009