(57)【要約】【課題】簡単な構造で、塵埃中の粒子の衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供する。【解決手段】塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塵埃が気流によって流路内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する、塵埃凝集方法。
【請求項２】
塵埃が気流によって流路内を搬送されるとき、前記流路内の壁面に沿って気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する、塵埃凝集方法。
【請求項３】
塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、
塵埃が直進する気流によって前記流路内を搬送される段階と、
塵埃が前記流路内の壁面から突出した突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、
複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、
衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、
塵埃塊が気流によって前記流路内を搬送される段階とを備える、塵埃凝集方法。
【請求項４】
塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、
塵埃が直進する気流によって前記流路内を搬送される段階と、
塵埃が前記流路内の壁面に沿って流通する段階と、
塵埃が前記流路内の壁面から突出した突起に衝突する段階と、
塵埃が前記突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、
塵埃が渦流により複数回にわたって前記流路の壁面に衝突する段階と、
複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、
衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、
塵埃塊が気流によって前記流路内を搬送される段階とを備える、塵埃凝集方法。
【請求項５】
塵埃が気流によって前記流路内を搬送されるときに、塵埃を前記流路の壁面および／または突起に衝突させて帯電させたのち、塵埃同士を衝突させる気流制御を行うとともに、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する期間を設ける、請求項３または請求項４に記載の塵埃凝集方法。
【請求項６】
塵埃が気流によって前記流路内を搬送されるときに、正に帯電されている第１の塵埃塊と、負に帯電されている第２の塵埃塊とを衝突させるように気流制御を行うとともに、衝突した第１の塵埃塊と第２の塵埃塊が静電気力により結合してさらに大きな塵埃塊（大クラスタ）を形成する期間を設ける、請求項５に記載の塵埃凝集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃を含む気体を流通させて塵埃を凝集するための塵埃凝集方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、塵埃を含む気体が流通する管の内壁面に突起を設けた例としては、特開２００２−３２０５７８号公報（特許文献１）に記載されている電気掃除機の延長管がある。これは、電気掃除機本体にホースを介して接続された延長管の入り口付近に増速手段として案内羽根を設け、延長管の内壁面近傍の空気流を増速させることを目的としている。
【０００３】
また、特開平９−１３１５２２号公報（特許文献２）には、流体の混合効率を高めるミキシングエレメントが記載されている。これは筒状の通路管と一体的に螺旋状羽根を設けることで、羽根面に沿う流体に位置移動や合流、せん断という作用を与えて、混合効率を高めることを目的としている。
【０００４】
一方、特開２００５−３２４０９４号公報（特許文献３）には、コロナ放電を利用して微粒子を帯電した後、電圧を印加された導電性体で微粒子を捕集する粒子凝集器が記載されている。これは、その導電性体の表面において、捕集された微粒子が凝集していき、ある程度の大きさになると、気流によって凝集粒子群が導電性体から引き離されて排気されるという機構の粒子凝集器である。
【０００５】
特許第２５１７８７７号公報（特許文献４）には、摩擦接触帯電により粒子を帯電することが記載されている。この公報には、微粒子を管との接触帯電により、一方に正の静電気を、他方に負の静電気をそれぞれ帯電させたのち、両者を混合し、電気的に結合させる微粒子複合体の製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３２０５７８号公報
【特許文献２】特開平９−１３１５２２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２４０９４号公報
【特許文献４】特許第２５１７８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、電気掃除機の延長管のような、円筒状の管の内部における気流を模式的に示す図である。図１に示すように、流路１内に矢印の方向に気体Ｐが流入すると、流路１の壁２と気体が接触する部分に剥離領域３が形成される。そのため、流路内の気流Ｑの速度が位置によって不均一になり、速度勾配４が生じる。気体の流れに沿った方向の剥離領域３の長さは、流路１の直径Ｄの４倍〜５倍程度である。
【０００７】
特開２００２−３２０５７８号公報（特許文献１）に記載されている電気掃除機の延長管に設けられた案内羽根は、塵埃を効果的に集塵室に搬送するために、図１に示すような流路入口部の剥離を抑制し、見かけ上の吸い込み口面積を大きくして、圧損低減の効果を狙ったものである。しかしながら、気流に含まれる粒子同士の衝突凝集に関しては特に記述されていない。
【０００８】
また、特開平９−１３１５２２号公報（特許文献２）に記載されているミキシングエレメントは、流体の混合を主な目的としているため、塵埃同士を衝突凝集させることで特に小さな塵埃の数を低減させる手段については記述されていない。
【０００９】
特開２００５−３２４０９４号公報（特許文献３）に記載の粒子凝集器では、粒子を帯電するためにコロナ放電を利用しているので、流路中に高電圧部を設けている。このような場合に、流路径に相当するような物体、特に糸状の物が本高電圧部に引っ掛ると電極ショートにより火災などが発生する危険性がある。
【００１０】
また、特許第２５１７８７７号公報（特許文献４）に記載の微粒子複合体の製造方法では、２系統の管を用いて、一方の管を通る微粒子は正の静電気に、他方の管を通る微粒子は負の静電気に帯電させた後に、両者を合流している。
【００１１】
このように２系統の流路を設けるには、１つの吸入口を途中で分岐するか、吸入口を２つにするかしなければならない。しかし、１つの吸入口を途中で分岐すると、分岐箇所での微粒子の堆積が発生しやすくなる。これを、吸入口を２つにすることで回避すると、それぞれの吸入口間の距離を大きくしなければならず、占有面積が多くなってしまう上に構造も複雑になってしまう。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の一つの局面に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【００１４】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００１５】
この発明のもう一つの局面に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内を搬送されるとき、流路内の壁面に沿って渦を生成する。
【００１６】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００１７】
この発明の別の局面に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路内を搬送される段階と、塵埃が流路内の壁面から突出した突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路内を搬送される段階とを備える。
【００１８】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００１９】
この発明のさらに別の局面に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路内を搬送される段階と、塵埃が流路内の壁面に沿って流通する段階と、塵埃が流路内の壁面から突出した突起に衝突する段階と、塵埃が突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路の壁面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路内を搬送される段階とを備える。
【００２０】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００２１】
この発明に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内を搬送されるときに、塵埃を前記流路の壁面および／または突起に衝突させて帯電させたのち、塵埃同士を衝突させる気流制御を行うとともに、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する期間を設けることが好ましい。
【００２２】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００２３】
この発明に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内を搬送されるときに、正に帯電されている第１の塵埃塊と、負に帯電されている第２の塵埃塊とを衝突させるように気流制御を行うとともに、衝突した第１の塵埃塊と第２の塵埃塊が静電気力により結合してさらに大きな塵埃塊（大クラスタ）を形成する期間を設けることが好ましい。
【００２４】
このように気流制御を行うことにより、全体として正に帯電している第１の塵埃塊と、全体として負に帯電している第２の塵埃塊との衝突が促進される。
【００２５】
第１の塵埃塊と第２の塵埃塊とが衝突すると、前者の塵埃塊のもつ正の電荷と、後者の塵埃塊のもつ負の電荷とから生ずる強い静電気力により前者の塵埃塊と後者の塵埃塊との間にさらに強い結合力が生ずる。この結合力により複数の塵埃塊がさらに凝集した大塵埃塊が生ずる。
【００２６】
このような気流制御を行うことにより、微細な塵埃が衝突により凝集を繰り返し、大きな塵埃塊（大クラスタ）となる。
【００２７】
このようにして、正もしくは負に帯電された塵埃に塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。これにより正もしくは負に帯電した塵埃を静電気作用で相互に吸着させることにより、塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、この発明によれば、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図２は、流路内の気流が層流速度分布の場合に粒子が凝集する様子を模式的に示す図である。
【００３１】
図２に示すように、流路１内には矢印の方向に気体Ｐが流入する。流路１内の気流Ｑが層流である場合、流路１の壁２の内面の摩擦と内部を流通する気体の粘性の影響で、気流Ｑ内に速度差が生じ、境界層の速度勾配４が発達する。気体Ｐとともに流路１内に流入した塵埃５ａと、塵埃５ａよりも遅れて流路１内に流入した塵埃５ｂは、気流Ｑ内に生じた速度差によって、塵埃５ａと塵埃５ｂが二点鎖線で示すように近付いて、粒子同士が接触し、凝集する。
【００３２】
流路１内の流れが乱流である場合には、乱流の不均一な速度分布に加えて、乱流速度の時間的変動に対する粒子の追従性が粒子の慣性力により異なるために粒子が凝集する。乱流の不均一な速度分布は、層流の場合と同様の現象が部分的に起きることによって生じているものと考えられる。
【００３３】
いずれの場合においても、塵埃中の粒子どうしの接触確率増大のメカニズムにおいては、流れのせん断が支配的であるため、気流に速度分布を積極的に与えることで粒子同士の凝集を促進させることができる。
【００３４】
しかしながら、流路の流れが層流である場合、粒子径の大きさによって、速度分布が粒子に及ぼす力の大きさと向きとが異なる。そのため、流路内には様々な大きさの粒子が均一に分布せず、粒子の径によって分布に偏りができる。このような流路中での粒子径分布は、粒子どうしの接触確率に影響を及ぼす。このことを以下に説明する。
【００３５】
図３は、流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の大きい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【００３６】
図３に示すように、流路１の中央部付近では気流Ｑの速度が大きいため、粒子５に生じる抗力も大きい。一方、流路１の壁２に近付くほど気流Ｑの速度が小さくなるため、粒子５に生じる抗力も小さい。流路１内に気体Ｐとともに流入した塵埃中の粒子５の径が大きい場合、粒子５は流路１内に生成された速度勾配４の影響を強く受ける。すなわち、粒子５の中央部側に働く抗力が大きく、粒子５の壁側に働く抗力が小さいため、粒子５において中央部と壁側に生じる抗力の差によって、粒子５には、流路１の中央から壁面方向に向かう回転力が加わる。その結果、粒子５が方向Ｖの向き、すなわち、流路１の壁２の方向に移動する。その結果、流路１の壁２側には径の大きい粒子が集まる。
【００３７】
図４は、流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の小さい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【００３８】
図４に示すように、粒子５の径が小さい場合、粒子５の周囲の気流Ｑには速度の差があまりない。そのため、粒子５に働く流路１内に生成された速度勾配４の影響が弱く、粒子５は、流路１に流入した時の位置を大きく変えずに、方向Ｖの向きにそのまま直進する。そのため、流路１の中央部には、相対的に径の小さい粒子が集まる。
【００３９】
その結果、流路１の中央部における径の小さい粒子同士が接触する確率は低くなる。さらに、流路１の中央部には径の小さい粒子、流路１の壁２の付近には径の大きい粒子、というように、径の異なる粒子がそれぞれ分離しているため、表面積の大きい径の大きい粒子に径の小さい粒子が接触する確率も低くなり、全体的に粒子同士の接触確率が低下する。
【００４０】
以上のことから、粒子どうしの凝集効率向上のためには、以下の３点が重要であるといえる。
【００４１】
（１）乱流速度場を形成する。
【００４２】
（２）速度分布を積極的に与える。
【００４３】
（３）粒子径の分布を均一にする。
【００４４】
これらを全て同時に満足するためには、気流に乱れを発生させる手段、すなわち渦発生手段を流路内に設けることが考えられる。
【００４５】
一方、粒子どうしが衝突すると、衝突した粒子は、粒子間に生じる力により凝集するものと考えられる。この力は一般的に粒子間距離の累乗に反比例するため、粒子間の距離が小さくなるとその値は非常に大きくなるものと考えられる。そのため一度接触した粒子の凝集を分散するためには粒子の衝突時に生じた力以上の外力が必要となるものと考えられるため、凝集状態を保持し続けるものと考えられる。
【００４６】
さらに、上記の力は、粒子が巨大化するほど、より大きな引力として働くため、径の大きい粒子と接触した径の小さい粒子の分散はさらに生じにくい。
【００４７】
また、粒子どうしの凝集が生じると、見かけ上、径の大きな粒子が増加するため、さらに粒子同士の接触確率が増加する。
【００４８】
このような考察に基づいて、以下に本発明の実施形態を説明する。
【００４９】
（第１実施形態）
図５は、この発明の第１実施形態の塵埃凝集路を示す図である。
【００５０】
図５に示すように、塵埃凝集路１０は、流路１１と、壁１２と、渦発生手段として旋回部１３とを備える。流路１１は、円筒状の壁１２によって形成されている。被凝集粒子（塵埃その他の微細粒子）を含む空気その他の流体は、図示しない駆動源（例えば、ファンやブロアなど）の駆動によって流路１１内を流通する。
【００５１】
図６は、この発明の第１実施形態の塵埃凝集路の正面を示す図である。
【００５２】
図５と図６に示すように、旋回部１３は、旋回部１３の壁部として、面１３ａ、面１３ｂ、面１３ｃ、面１３ｄの４つの面を含む。面１３ａ、面１３ｂ、面１３ｃ、面１３ｄは、流路１の上流側から見て反時計回りに、９０°ずつ間隔を開けて配置されている。それぞれの面は、壁１２の内面から垂直に形成されて、流路１１の中心で互いに接続されており、正面から見た旋回部１３は十字型である。旋回部１３の隣り合う二つの面と、壁１２の内面とで区切られた空間が流路１１を形成している。
【００５３】
旋回部１３のそれぞれの面（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）は、十字形状断面のねじれ角が流れの上流から下流に向かって徐々に大きくなるように構成されている。
【００５４】
また、旋回部１３の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は流路の一辺の長さ、円形流路の場合は流路の直径）をＤとすると、十字形状断面のねじれ角は、流れ方向に距離Ｄだけ進む間に、進行方向に時計回りに１／４回転（９０°回転）する。この実施形態においては、気流の旋回方向は上流側から見て時計回りになるが、気流の旋回方向は時計回りと反時計回りのどちらになってもよい。
【００５５】
図７は、この発明の第１実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。気体は図の左側から流路内に流入する。
【００５６】
図７に示すように、流路１１に沿った方向については、流路１１は、流入部Ｘ、助走区間Ｙ、旋回区間Ｚの３つの区間を有する。また、旋回部１３の流れ方向の長さは２Ｄ（流路幅の代表長さの２倍）に設定されている。
【００５７】
流路１１内に流入した気体は、まず、流入部Ｘを通過する。流入部Ｘは、抵抗が少ない状態で気流を旋回部１３に流入させるための区間である。次に、気体は、助走区間Ｙを通過する。
【００５８】
助走区間Ｙは、旋回部１３に流入した気流が、壁１２と面（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に安定して付着し、急激な変化を抑制するための区間である。その後、気体は、旋回区間Ｚを通過する。旋回区間Ｚは、気流にせん断力を加えるための区間である。旋回区間Ｚの十字形状断面のねじれ角は流れの上流から下流に向かって徐々に大きくなっている。気体が壁１２に近づくほど移動距離が大きくなるため、加えられる旋回力が大きくなる。
【００５９】
図８は、本発明の第１実施形態の旋回部により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図８（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図８（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【００６０】
図８に示すように、旋回部１３に流入した気体Ｐは、旋回区間Ｚの形状に沿って流路１１の内部全体を矢印の方向に、二点鎖線で示すように旋回するように進む。
【００６１】
このように、旋回区間Ｚに流入した粒子は、常に流れのせん断力を加え続けられるため、下流に生じる渦の強度を最大にすることができる。流路１１内の気体に含まれる粒子の衝突確率は、流れのせん断力の影響を大きく受けるため、このように常に流れのせん断力を加え続けて、下流に生じる渦の強度を最大にすることによって、効果的に粒子同士の接触確率を増加することができる。さらに、壁１２の付近ではより大きな速度勾配が形成されるため、壁１２の付近では粒子同士の衝突確率が最も高い。
【００６２】
第１実施形態の旋回部１３によると、旋回区間Ｚにより流路１１内の径方向全体に大きく旋回する渦を形成することができる。そのため、流路１１の中心部を流れる粒子に遠心力を加えることができるため、粒子を壁１２側に拡散することが可能となり、流路１１の中央部と壁１２の付近に分離している異なる径の粒子を混合することができる。
【００６３】
このようにして、表面積の大きい粒子に小さい粒子を衝突させることが可能となり、飛躍的に粒子同士の接触確率を増加することができる。
【００６４】
このようにすることにより、流路１１内を流通する気体と気体中に含まれる塵埃は、塵埃が気流によって流路１１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路１１内部を搬送される段階（流入部Ｘ）と、塵埃が流路１１の壁１２に沿って流通する段階（助走区間Ｙ）と、塵埃が流路１１の壁１２から突出した旋回部１３に衝突する段階（旋回区間Ｚ）と、塵埃が旋回部１３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階（旋回区間Ｚ）と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路の壁面に衝突する段階（旋回区間Ｚ）と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階（旋回区間Ｚ内の下流部分）と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階（旋回区間Ｚ内の下流部分）と、塵埃塊が気流によって流路内部を搬送される段階（旋回区間Ｚと旋回区間Ｚよりも下流）と、を順次経る。
【００６５】
このように、塵埃凝集路１０は、気体が流通する流路１１と、流路１１を形成する壁１２と、流路１１を流れる気体中に渦を発生させる渦発生手段とを備え、渦発生手段は壁１２の内面に配置されて、渦発生手段は、流路１１内の気体の流れを旋回させるように壁１２の内面から流路１１内に突出した壁部を有する旋回部１３を含むことによって、簡単な構造で、塵埃中の粒子の衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【００６６】
また、本実施形態の乱れ発生部を、別の観点から捉えると、流路１１の内部を面（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）で分割することによって、見かけ上、面によって区分された別個の小流路が形成され、それぞれの小流路が互いに最短の距離で配置されているように考えられる。言い換えれば、複数の小流路が一本に束ねられて形成されている。
【００６７】
このように、塵埃凝集路１０においては、面は、複数の面（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）から形成され、複数の面（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）によって、流路１１が複数の独立した小流路に分割されて、小流路は、気体の流れを旋回させるように気体の流れに沿ってねじられて形成されている。
【００６８】
このようにすることにより、流路を小流路に分割しない場合と比べると、気体が壁面から受けるせん断力の影響が大きくなり、塵埃の凝集力を高めることが可能である。また、それぞれの小流路で形成された旋回流どうしが小流路終端部の下流側で衝突し、その結果、旋回流の中に取り込まれている粒子どうしを効率よく衝突させることができる。
【００６９】
また、塵埃凝集路１０においては、小流路のねじり角は、上流側で小さく、下流側に進むにつれて次第に増大する。
【００７０】
このようにすることにより、気体の旋回力を大きくすることができる。
【００７１】
流路１１を分割する方法としては、本実施形態においては平板四枚を直角に配置し、流路１１に沿ってねじることで壁部を形成したが、この方法に限定されるものではなく、例えば平板の枚数を増やして壁部が格子状となるような流路を形成したり、円形の断面を有する小流路の集合体、ハニカム構造、コルゲート等、用途により適切な形状を選択することができる。
【００７２】
言い換えれば、この発明の第１実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【００７３】
この発明の第１実施形態の塵埃凝集方法は、流路１１内の壁１２面に沿って渦を生成する。
【００７４】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００７５】
また言い換えれば、この発明に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路１１内を搬送される段階と、塵埃が流路１１内の壁１２に沿って流通する段階と、塵埃が流路１１内の壁１２面から突出した突起として旋回部１３に衝突する段階と、塵埃が旋回部１３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路１１の壁１２面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路１１内を搬送される段階とを含む。
【００７６】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００７７】
（第２実施形態）
図９は、この発明の第２実施形態として、塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【００７８】
図９に示すように、塵埃凝集路２０は、流路２１と、壁２２と、渦発生手段として旋回部２３とを備える。流路２１は、円筒状の壁２２によって形成されている。
【００７９】
図１０は、この発明の第２実施形態の塵埃凝集路の正面を示す図である。
【００８０】
図９と図１０に示すように、旋回部２３は、旋回部２３の壁部として、面２３ａ、面２３ｂ、面２３ｃ、面２３ｄの４つの面を含む。面２３ａ、面２３ｂ、面２３ｃ、面２３ｄは、流路２１の上流側から見て反時計回りに、９０°ずつ間隔を開けて配置されている。それぞれの面は、壁２２の内面から垂直に形成されて、流路２１の中心で互いに接続されて、正面から見ると十字型である。隣り合う二つの面と、壁２２の内面とで区切られた空間が流路２１を形成している。
【００８１】
図１１は、この発明の第２実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。気体は図の左側から流路内に流入する。
【００８２】
図１１に示すように、旋回部２３のそれぞれの面（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）は、十字形状断面のねじれ角が流れの上流から下流に向かって不変であるように構成されている。
【００８３】
また、旋回部２３の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は流路の一辺の長さ、円形流路の場合は流路の直径）を距離Ｄとすると、十字形状断面のねじれ角は、流れ方向に距離Ｄだけ進む間に、進行方向に時計回りに１／４回転（９０°回転）する。この実施形態においては、気流の旋回方向は上流側から見て時計回りになるが、気流の旋回方向は時計回りと反時計回りのどちらになってもよい。
【００８４】
第２実施形態の旋回部２３においては、第１実施形態と同様に、旋回部２３に流入した気流は旋回部２３の形状に沿って流路内全体を旋回するように進む。旋回部２３においては、第１実施形態の旋回部１３に比べ、乱れ発生部の下流に生じる渦の強さは小さくなるものの、圧力損失は大幅に低下する。
【００８５】
従って、旋回部２３の内部を流通する流れを発生させる駆動源（例えば、ファンやブロアなど）の出力や静圧上昇が小さい場合、駆動源が圧力損失に弱い場合などには、塵埃凝集路２０を用いることによって、第１実施形態の塵埃凝集路１０を用いる場合に比べて、塵埃凝集路２０と駆動源を含めたシステム全体のパフォーマンスを向上させることができる。
【００８６】
また、近年の低消費電力化の促進により、電気掃除機などにおいて消費電力を低減しつつ風量を維持させる必要があるため、流路におけるロスは最小にすることが求められている。本発明の第２実施形態の塵埃凝集路２０を電気掃除機の延長管などに用いることによって、風量を維持しながら、延長管の内部で塵埃を効率よく凝集させて、低消費電力で塵埃の捕集効率のよい電気掃除機を提供することが可能である。
【００８７】
流路２１の内部を流通する流れが旋回部２３によってねじられる、すなわち旋回部２３が流れに旋回を付与する際、塵埃凝集路２０においては、十字形状断面のねじれ角が上流から下流に向かって不変であるため、旋回部２３は流れに対してねじれ角よりも大きな旋回角を付与されないので、旋回部２３の流れ方向の長さは、流路２１の内部を流通する流れが旋回部２３の十字形状断面のねじれ角と略同一の流れ方向が得られる位置までで十分である。旋回部２３をそれ以上流れ方向に延長すると、壁２２との摩擦により圧力損失がいたずらに上昇するので望ましくない。
【００８８】
このような理由から、第２実施形態においては、旋回部２３の流れ方向の長さは２Ｄに設定されているが、旋回部２３の内部を流通する流れの流速や流体の粘性その他の固有の物性値により好適な寸法は異なる。なお、旋回部２３の長さを０．５Ｄ〜３Ｄ程度に設定すれば、概ね良好な塵埃凝集性能を得ることができる。
【００８９】
また、このような理由から、十字形状断面のねじれ角は、流れ方向にＤ進む間に進行方向に１／６回転（６０°回転）から１／３回転（１２０°回転）に設定されるのが望ましい。ねじれ角が流れ方向にＤ進む間に進行方向に１／６回転（６０°回転）より小さく設定される場合には、流れに効果的な旋回を与えることができない。また、ねじれ角が流れ方向にＤ進む間に進行方向に１／３回転（１２０°回転）より大きく設定される場合には、気体の流れがせき止められてしまうような非常に大きな圧力損失となるため、塵埃凝集路２０と駆動源を含むシステム全体のパフォーマンスが大幅に低下してしまう。
【００９０】
このように、塵埃凝集路２０は、気体が流通する流路２１と、流路２１を形成する壁２２と、流路２１を流れる気体中に渦を発生させる渦発生手段とを備え、渦発生手段は壁２２の内面に配置されて、渦発生手段は、流路２１内の気体の流れを旋回させるように壁２２の内面から流路２１内に突出した壁部を有する旋回部２３を含むことによって、簡単な構造で、塵埃中の粒子の衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【００９１】
言い換えれば、この発明の第２実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路２１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【００９２】
この発明の第２実施形態の塵埃凝集方法は、流路２１内の壁２２面に沿って渦を生成する。
【００９３】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００９４】
また言い換えれば、この発明に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路２１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路２１内を搬送される段階と、塵埃が流路２１内の壁２２面に沿って流通する段階と、塵埃が流路２１内の壁２２面から突出した突起として旋回部２３に衝突する段階と、塵埃が旋回部２３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路２１の壁２２面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路２１内を搬送される段階とを含む。
【００９５】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【００９６】
（第３実施形態）
図１２は、この発明の第３実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【００９７】
図１２に示すように、第３実施形態においては、第１実施形態の旋回部１３に替えて、旋回部３３が設けられている。旋回部３３は、旋回部１３の十字形状断面の中央がくり貫かれた形状になっており、塵埃凝集路３０の流路３１の壁３２の内面には旋回部３３が存在するが、流路３１の中央部には旋回部３３が存在しない形状となっている。流路３１は、旋回部３３によって４つの小流路に分割されている。４つの小流路は、流路３１の中央で連通している。
【００９８】
図１３は、この発明の第３実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【００９９】
図１３に示すように、旋回部３３の壁３２の内面からの高さｈは、流路３１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、ｈ＝（１／８）Ｄに設定されている。その他の部分は第１実施形態の塵埃凝集路１０と同様である。
【０１００】
図１４は、本発明の第３実施形態の旋回部により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図１４（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図１４（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０１０１】
図１４に示すように、流路３１に流入した気体Ｐは旋回部３３の形状に沿って流路３１の内部全体を矢印の方向に、二点鎖線で示すように旋回しながら進む。
【０１０２】
塵埃凝集路３０によると、流路３１の壁３２の内面近傍を流通する気流は、旋回部３３により旋回を与えられて大きく旋回するが、流路３１の中央部を流通する気流は、旋回部３３によって与えられる旋回が小さい。したがって、第１実施形態の塵埃凝集路１０と第２実施形態の塵埃凝集路２０に比べて、旋回部３３の下流に生じる渦の強さは小さくなるものの、旋回部３３によって生じる圧力損失は大幅に低下する。
【０１０３】
このように、塵埃凝集路３０においては、複数の小流路は、流路３１の中央で連通していることにより、流路３１における圧力損失を大幅に低下させることができる。
【０１０４】
従って、旋回部３３の内部を流通する流れを発生させる駆動源（例えば、ファンやブロアなど）の出力や静圧上昇が小さい場合、駆動源が圧力損失に弱い場合などには、第１実施形態の塵埃凝集路１０または第２実施形態の塵埃凝集路２０を用いる場合に比べて、塵埃凝集路３０と駆動源を含めたシステム全体のパフォーマンスが向上する。
【０１０５】
また、近年の低消費電力化の促進により、電気掃除機などにおいて消費電力を低減しつつ風量を維持させる必要があるため、流路におけるロスは最小にすることが求められている。本発明の第３実施形態の塵埃凝集路３０を電気掃除機の延長管などに用いることによって、風量を維持しながら、延長管の内部で塵埃を効率よく凝集させて、低消費電力で塵埃の捕集効率のよい電気掃除機を提供することが可能である。
【０１０６】
なお、旋回部３３の壁３２からの高さｈは次の理由により上記寸法に設定されている。
【０１０７】
流路３１を流通する流れの流速分布は、流路３１の壁３２の内面の摩擦と内部を流通する流体の粘性の影響で、流路３１の中央部付近が速く、流路３１の壁３２の内面付近が遅いといった、流路３１の壁３２の内面付近に境界層が生ずることによる、不均一な流速分布が生ずる。特に被凝集粒子（塵埃その他の微細粒子）の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、次のようなことが生ずる。すなわち、被凝集粒子は、空気の分子に継続的に衝突され続けることにより力を受けて上流側から下流側へ運ばれるが、その際に、１つの被凝集粒子に衝突する空気の分子の速度は、流路中央部側は速く、流路壁面側は遅い。すると、被凝集粒子は、流路壁面側方向に向かう力を受ける。この流れのせん断力により、被凝集粒子の分布密度は、流路中央部付近が低く、流路壁面付近が高くなる。つまり、被凝集粒子の多くが流路壁面近傍を流通する。上述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、流路幅の代表長さがＤの流路であれば、流路の壁面からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られる。したがって、流路の壁面からの距離が（１／８）Ｄまでの位置に旋回部３３を設けると、最も気流の乱れを発生させる効果を発揮することができる。
【０１０８】
このように、塵埃凝集路３０においては、旋回部３３は、壁３２からの高さが、流路３１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの八分の一であることにより、異物が旋回部３３に引っかかりにくくなる。
【０１０９】
第３実施形態の塵埃凝集路３０によると、被凝集粒子の流通が多い流路壁面付近の流れに旋回を与えることができる。また、被凝集粒子の流通が少ない流路中央部の流れには旋回を与えない。このようにすることにより、被凝集粒子に対して効果的に旋回を与えることができるとともに、流体の流れが最も速い流路中央部には圧力損失を生じさせるものを配置しないため、凝集性能を損なわず、旋回部３３により生じる圧力損失を大幅に削減することができる。
【０１１０】
このように、塵埃凝集路３０は、気体が流通する流路３１と、流路３１を形成する壁３２と、流路３１を流れる気体中に渦を発生させる渦発生手段とを備え、渦発生手段は壁３２の内面に配置されて、渦発生手段は、流路３１内の気体の流れを旋回させるように壁３２の内面から流路３１内に突出した壁部を有する旋回部３３を含むことによって、簡単な構造で、塵埃中の粒子の衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【０１１１】
言い換えれば、この発明の第３実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路３１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０１１２】
この発明の第３実施形態の塵埃凝集方法は、流路３１内の壁３２面に沿って渦を生成する。
【０１１３】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１１４】
また言い換えれば、この発明に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路３１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路３１内を搬送される段階と、塵埃が流路３１内の壁３２面に沿って流通する段階と、塵埃が流路３１内の壁３２面から突出した突起として旋回部３３に衝突する段階と、塵埃が旋回部３３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路３１の壁３２面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路内を搬送される段階とを含む。
【０１１５】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１１６】
（第４実施形態）
図１５は、この発明の第４実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図、図１６は第４実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図１７は、第４実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０１１７】
図１５から図１７に示すように、塵埃凝集路４０は、流路４１と、壁４２と、渦発生手段として複数の突起４３とを備える。流路４１は、円筒状の壁４２によって形成されている。突起４３は、翼形状の突起である。突起４３の形状は、流路４１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、翼弦長Ｃ＝（３／８）Ｄ、食違角（翼弦と流れ方向の成す角）が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°、最大そり位置が前縁より０．６５Ｃ位置、下流側に凸、高さｈ＝（１／８）Ｄの形状をなす。突起４３の配置は、流れ方向に垂直な方向の同一面に、等間隔で６個、つまり、円管状の流路４１の壁４２の内面に６０°おきに設置されている。
【０１１８】
図１８は、第４実施形態の塵埃凝集路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【０１１９】
図１８（Ａ）に示すように、翼形状を呈する突起４３の凹側面に沿う流れの流速Ｖ１は、突起４３への流れの衝突のため、せき止められて、流路４１内を流通する流体の流速に対しやや遅くなる。逆に、突起４３の凸側面に沿う流れの流速Ｖ２は、流路内を流通する流体の流速に対しやや速くなる。そのため、図１８（Ｂ）に示すように、突起４３の周囲において、流路４１内を流通する流体の流速を基準とした相対速度を考えると、凸側面においては流路４１の上流側から下流側へ、凹側面においては流路４１の下流側から上流側へ、突起４３の周りを回転する循環Ｖ３が生ずる。
【０１２０】
図１９は、突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【０１２１】
図１９に示すように、図１８（Ｂ）に示す突起４３の周囲の循環Ｖ３により、翼形状を呈する突起４３の翼端部から強い馬蹄渦Ｖ４が発生し、その馬蹄渦Ｖ４は突起４３の下流側の流路４１の壁４２に沿って下流へ移動する。この馬蹄渦Ｖ４は突起４３の下流を流通する流れに強い旋回を与える。
【０１２２】
第４実施形態の塵埃凝集路４０においては、突起４３の翼高さｈは、ｈ＝（１／８）Ｄであるので、馬蹄渦Ｖ４の発生直後の馬蹄渦Ｖ４の直径は、流路４１内を流通する流体の流速にもよるが、（１／８）Ｄか、またはそれよりもやや大きいサイズになる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーに集中しているような場合、径がＤの流路４１の壁４２の内面からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、突起４３は、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路４１の壁４２から（１／８）Ｄまでの位置を、馬蹄渦Ｖ４によって積極的に攪拌するように設定されている。
【０１２３】
このように、塵埃凝集路４０においては、突起４３は、壁４２からの高さが、流路４１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの八分の一であることにより、異物が突起４３に引っかかりにくくなる。
【０１２４】
図２０は、本発明の第４実施形態の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図２０（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図２０（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０１２５】
図２０に示すように、塵埃凝集路４０においては、気体Ｐが流路４１内に流入すると、流路４１の壁４２の内面に、６か所に突起４３を等間隔に設置しているので、流路４１の壁４２の内面近傍に６本の同一回転方向の馬蹄渦Ｖ４が略等間隔に生ずる。また、隣合う渦同士は同一方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方は流路中央部から壁面部へ向かう方向、他方は流路壁面部から中央部へ向かう方向となり、衝突しあう方向となるため、それぞれの渦の流れに運ばれる微細塵は、より衝突確率が高められる。
【０１２６】
このように、塵埃凝集路４０においては、突起４３が複数配置されていることにより、流路４１内に多数の渦を発生させて、塵埃凝集の効果を高めることができる。
【０１２７】
従って、第４実施形態の塵埃凝集路４０を用いれば、第３実施形態の塵埃凝集路３０よりも、流れにより運ばれる微細塵の衝突確率がより高められるので、塵埃の凝集能力は大幅に高められる。なお、突起４３の高さは、第３実施形態の旋回部３３と同じであるため、圧力損失もまた第３実施形態の塵埃凝集路３０と略同一となる。したがって、本発明の第４実施形態の塵埃凝集路４０によると、第３実施形態の塵埃凝集路３０よりもさらに高いパフォーマンスを得ることができる。
【０１２８】
このように、塵埃凝集路４０においては、渦発生手段は突起４３を含み、突起４３は、突起４３の周囲を通過する気体の速度を不均一にするように壁４２の内面から突出して形成されている。
【０１２９】
このようにすることにより、塵埃凝集路４０を流通する塵埃は、塵埃が気流によって流路４１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路４１内部を搬送される段階と、塵埃が流路４１の壁４２から突出した突起４３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路４１内部を搬送される段階を順次経る。
【０１３０】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路４０を提供することができる。
【０１３１】
言い換えれば、この発明の第４実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路４１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０１３２】
この発明の第４実施形態の塵埃凝集方法は、流路４１内の壁４２面に沿って渦を生成する。
【０１３３】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１３４】
また言い換えれば、この発明の第４実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路４１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路４１内を搬送される段階と、塵埃が流路４１内の壁４２面から突出した突起として突起４３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路４１内を搬送される段階とを含む。
【０１３５】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１３６】
（第５実施形態）
図２１は、この発明の第５実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図、図２２は第５実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図２３は、第５実施形態の塵埃凝集路を示す側断面図である。
【０１３７】
図２１から図２３に示すように、第５実施形態の塵埃凝集路５０においては、第４実施形態の突起４３に替えて、突起５３が設けられている。１つの突起５３は、第４実施形態の突起４３と同一形状の翼形状突起により形成されているが、配置が異なる。
【０１３８】
塵埃凝集路５０においては、流路方向に隣り合う２つの突起５３が、流れの上流側から下流側に向かって、階段状に配置される。階段状に配置された２つの突起５３は、上流側から見て一部が重なって配置される、すなわち、上流側に配置された突起５３の終端から下流に気流の仮想線を描くと、仮想線が下流側に配置された突起５３に交差するように配置される。第５実施形態の塵埃凝集路５０のその他の部分は、第４実施形態の塵埃凝集路４０と同様である。
【０１３９】
第５実施形態の塵埃凝集路５０においては、上流側に配置された突起５３において発生した馬蹄渦Ｖ５を、下流側に配置された突起５３において、さらに増強することにより、より強い馬蹄渦Ｖ６が生成される。渦は下流に移動するに従って徐々に減衰するが、塵埃凝集路５０において生成する渦は、塵埃凝集路４０において生成する渦よりも渦の強度が強いので、渦が減衰するまでの距離（到達距離）が長く、より下流にまで渦の影響を及ぼすことができる。流路５１の壁５２の内面近傍には、６本の同一回転方向の馬蹄渦が略等間隔に生ずる。
【０１４０】
図２４は、第５実施形態の塵埃凝集路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【０１４１】
図２４に示すように、２つの突起５３を階段状に配置しているため、上流側で発生した馬蹄渦Ｖ５は、下流側の突起５３によって生じる渦に取り込まれて、効果的に強い馬蹄渦Ｖ６を生成できる。
【０１４２】
さらに、隣合う渦同士は同一方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方は流路中央部から壁面部へ向かう方向、他方は流路壁面部から中央部へ向かう方向となる。このように、流れどうしが衝突しあう方向となるため、それらの流れに運ばれる微細塵は、より衝突確率が高められる。
【０１４３】
従って、第５実施形態の塵埃凝集路５０を用いれば、より強い渦を生成できるので、渦の到達距離が長く、その分、流れにより運ばれる微細塵の衝突確率がより高められるので、塵埃の凝集能力は大幅に高められる。また、第４実施形態の塵埃凝集路４０よりも、流れの摩擦が低減されるので、より圧力損失を低減することができる。
【０１４４】
なお、第５実施形態の塵埃凝集路５０によれば、圧力損失は第４実施形態の塵埃凝集路４０と同等でありながら、微細塵の衝突確率は第４実施形態の塵埃凝集路４０に対して約３０％向上するため、塵埃凝集路５０によると、さらに高性能の塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４５】
言い換えれば、この発明の第５実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路５１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０１４６】
この発明の第５実施形態の塵埃凝集方法は、流路５１内の壁５２面に沿って渦を生成する。
【０１４７】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１４８】
また言い換えれば、この発明の第５実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路５１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路５１内を搬送される段階と、塵埃が流路５１内の壁５２面から突出した突起として突起５３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路５１内を搬送される段階とを含む。
【０１４９】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１５０】
（第６実施形態）
図２５は、この発明の第６実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図、図２６は第６実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図２７は、第６実施形態の塵埃凝集路を示す側断面図である。
【０１５１】
図２５から図２７に示すように、第６実施形態の塵埃凝集路６０においては、第５実施形態の突起５３に替えて、突起６３ａ、突起６３ｂ、突起６３ｃ、突起６３ｄが設けられている。突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、突起５３と同一形状の翼形状突起により形成されており、設置個数も同一であるが、隣合う突起６３ａと突起６３ｃ、突起６３ｂと突起６３ｄは、食違角（翼弦と流れ方向の成す角）が互いに逆になるように配置されている。すなわち、突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、凹部を形成するように湾曲した形状を有し、気体の流れる方向に交差する方向において隣り合う二つの突起は、それぞれ二つの凹部が互いに対向するように配置されている。流路６１内の壁６２においては、気流の方向と垂直に交差する断面の周の方向には、３つの突起６３ａを、食違角が上流側から下流側に見て時計回りに２２．５°になるように等間隔に配置し、その３つの突起６３ａのそれぞれの間に、３つの突起６３ｃを、食違角が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°になるように配置する。また、突起６３ａと突起６３ｃの下流側に、気流の方向と垂直に交差する断面の周の方向に、３つの突起６３ｂを、食違角が上流側から下流側に見て時計回りに２２．５°になるように等間隔に配置し、その３つの突起６３ｂのそれぞれの間に、３つの突起６３ｄを、食違角が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°になるように配置する。気流の流れる方向に沿っては、突起６３ａの下流側に突起６３ｂを配置し、突起６３ｃの下流側に突起６３ｄを配置する。４つの突起は、突起６３ａと突起６３ｃの凹部どうしの間の距離が、突起６３ｂと突起６３ｄの凹部どうしの間の距離よりも大きくなるように配置されている。
【０１５２】
第６実施形態の塵埃凝集路６０においては、それぞれの突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）においては、第４実施形態の突起４３と同様の馬蹄渦が発生し、馬蹄渦がその下流側の流路６１の壁６２に沿って下流へ移動するため、突起の下流を流通する流れに強い旋回を与える。
【０１５３】
図２８は、第６実施形態の塵埃凝集路の突起の周囲に発生する渦の様子を模式的に示す図である。
【０１５４】
図２８に示すように、第６実施形態の塵埃凝集路６０の流路６１内においては、１２個の突起を、それぞれが互い違いの方向を向くように配置している。そのため、流路６１の壁６２の内面近傍において、隣合う渦同士がそれぞれ逆方向に回転する、６本の馬蹄渦Ｖ７が生ずる。上流側の突起６３ａと突起６３ｃで発生した馬蹄渦Ｖ７は、下流側の突起６３ｂと突起６３ｄの間を流れる気流に取り込まれ、強い馬蹄渦Ｖ８を生成する。さらに、突起６３ｂと突起６３ｄを互い違いに配置しているため、下流側の突起６３ｂと突起６３ｄで生成された渦がそれぞれ強めあうように働くため、より強い馬蹄渦Ｖ８を生成することができる。
【０１５５】
また、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁面部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなり、一方が流路壁面部から中央部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなるので、スムーズに合流する方向となり、流れの粘性による摩擦抵抗が減少する。そのため、第６実施形態の流路６１においては、第５実施形態の流路５１に比べて、渦による圧力損失が低減する。
【０１５６】
このように、塵埃凝集路６０においては、突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、凹部を形成するように湾曲した形状を有し、気体の流れる方向に交差する方向において隣り合う二つの突起は、それぞれ二つの凹部が互いに対向するように配置されている。このようにすることにより、隣り合う突起で生成された渦は、互いに逆方向に回転しながら下流に進む。そのため、隣り合う渦と渦との接面においては、これらの渦を形成している気流は、同じ方向に進む流れとなる。したがって、隣り合う突起で生成された渦は、スムーズに合流し、流れの粘性による摩擦抵抗が減少する。このようにして、流路６１内の圧力損失を減少することができる。
【０１５７】
従って、第６実施形態の塵埃凝集路６０を用いれば、第４実施形態の塵埃凝集路４０よりも、流れの摩擦が低減されるので、より圧力損失を低減することができる。なお、流れの摩擦による微細塵の衝突確率は第４実施形態の塵埃凝集路４０に対して約５％低下するが、圧力損失は第４実施形態の塵埃凝集路４０に対して約１０％低下するため、第６実施形態によると、第４実施形態の塵埃凝集路４０よりもさらに高いパフォーマンスの塵埃凝集路６０を得ることができる。
【０１５８】
言い換えれば、この発明の第６実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路６１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０１５９】
この発明の第６実施形態の塵埃凝集方法は、流路６１内の壁６２面に沿って渦を生成する。
【０１６０】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１６１】
また言い換えれば、この発明の第６実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路６１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路６１内を搬送される段階と、塵埃が流路６１内の壁６２面から突出した突起として突起６３ａ、突起６３ｂ、突起６３ｃ、突起６３ｄの下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路６１内を搬送される段階とを含む。
【０１６２】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１６３】
（第７実施形態）
図２９は、この発明の第７実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図であり、図３０は、第７実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【０１６４】
図２９と図３０に示すように、この発明の第７実施形態の塵埃凝集路７０においては、第４実施形態の突起４３に替えて、流路７１の壁７２の内面に、複数の突起７３ａと突起７３ｂが設けられている。突起７３ａと突起７３ｂは、底面が三角形の突起である。
【０１６５】
図３１は、第７実施形態の突起を示す図である。図３１（Ａ）は、突起の底面図、図３１（Ｂ）は、突起の側面図、図３１（Ｃ）は、突起の正面図である。流路の上流側を正面とする。
【０１６６】
図３１に示すように、突起７３ａの底面部△ＥＦＧの各辺の長さがＥＦ：ＦＧ：ＧＥ＝１：２：√３となる直角三角形を成し、直角三角形の各頂角のうち、３０°を成す角Ｇが、流れの上流側に配置され、６０°と９０°の角に挟まれる辺ＥＦは、流れ方向に対して垂直になるように配置されて、突起７３ａの底面部△ＥＦＧが流路７１の壁７２の内面と接合されている。突起７３ａの残りの一つの頂点Ｉは、壁７２から流路７１内に突出するように形成されている。
【０１６７】
突起７３ａは、流路７１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとすると、流れ方向の長さＧＥ＝（３／８）Ｄ、流れ方向と斜辺のなす角が、上流側から下流側に見て時計回りに３０°、突起７３ａの高さｈがｈ＝（１／８）Ｄである形状をなしている。突起７３ａに隣り合う突起７３ｂにおいては、流れ方向と斜辺のなす角は上流側から下流側に見て反時計回りに３０°である。流路７１の壁７２上では、４つの突起７３ａが等間隔に配置され、４つの突起７３ａのそれぞれの間に突起７３ｂが４つ配置されて、突起７３ａと突起７３ｂがいわゆる互い違いの方向を向けて配置されている。
【０１６８】
図３２は、第７実施形態の突起の周囲の気流の様子を模式的に示す図である。
【０１６９】
図３２に示すように、突起７３ａの斜辺ＧＩに沿う流れの流速Ｖ９は、突起７３ａの流れの衝突のため、せき止められて、流路７１内を流通する流体の流速Ｐに対しやや遅くなる。一方、突起７３ａの流れ方向の辺ＧＥに沿う流れの流速Ｖ１０は、流路７１内を流通する流体の流速Ｐと略同等となる。そのため、突起７３ａの周りの、流路７１内を流通する流体の流速を基準とした相対速度を考えると、流れ方向の辺ＧＥ上においては流路７１の上流側から下流側へ、斜辺ＦＧ上においては流路７１の下流側から上流側へ、突起７３ａの周りを回転する循環が生ずる。この循環により、三角錐状を呈する突起７３ａの頂点から馬蹄渦Ｖ１１が発生し、その馬蹄渦Ｖ１１は突起７３ａの下流側の流路７１の壁７２に沿って下流へ移動する。この馬蹄渦１１は突起７３ａの下流を流通する流れに旋回を与える。突起７３ｂにおいても、突起７３ａと同様に馬蹄渦が形成されるが、馬蹄渦の回転の向きは逆向きである。
【０１７０】
第７実施形態においては、突起７３ａと突起７３ｂの高さｈはｈ＝（１／８）Ｄであるので、馬蹄渦発生直後の馬蹄渦Ｖ１１の直径は、流路７１の内部を流通する流体の流速にもよるが、（１／８）Ｄか、またそれよりもやや大きいサイズになる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路７１の壁７２からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、第７実施形態の突起７３ａと突起７３ｂは、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路７１の壁７２から（１／８）Ｄまでの位置を通過する気体を、馬蹄渦を発生させることによって積極的に攪拌する。
【０１７１】
このように、塵埃凝集路７０においては、突起７３ａと突起７３ｂは、壁７２からの高さが、流路７１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの１／８であることにより、異物が突起７３ａと突起７３ｂに引っかかりにくくなる。
【０１７２】
図３３は、本発明の第７実施形態の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図３３（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図３３（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０１７３】
図３３に示すように、流路７１の壁７２の近傍に、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転する、８本の馬蹄渦Ｖ１１が生ずる。なお、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁面部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなり、一方が流路壁面部から中央部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなるので、スムーズに合流する方向となるため、流れの粘性による摩擦抵抗が減少し、そのため、第７実施形態の塵埃凝集路７０においては、渦による圧力損失が低減する。
【０１７４】
流路７１を流通する流体に、長さＤ、太さ０．０５Ｄといった棒状の異物その他が混入していた場合、例えば第１実施形態から第６実施形態においては、塵埃凝集路の旋回部と突起の形状が湾曲構造を成しており、特に突起は上流側が凹、下流側が凸の形状を成しているため、棒状の異物の一端が１つの渦発生手段に引っ掛かり、棒状の異物の他端が他の渦発生手段に引っ掛かった場合、塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性がある。一方、第７実施形態の塵埃凝集路７０においては、突起７３ａに凹部は無く、例えば第４実施形態の突起４３の凹面に代わり、突起７３ａと突起７３ｂにおいては斜辺面が形成されているため、前述のような棒状の異物その他は突起に引っ掛かりにくい。
【０１７５】
このように、塵埃凝集路７０においては、気体の流れる方向に垂直な方向の突起７３ａと突起７３ｂの断面積は、上流側で小さく下流側で大きい。このようにすることにより、異物が突起７３ａと突起７３ｂに引っかかりにくくなる。
【０１７６】
従って、第７実施形態の塵埃凝集路７０を用いれば、第５実施形態と略同等の効果が得られるとともに、第１実施形態から第６実施形態の塵埃凝集路よりも、例えば、流れに棒状の異物その他が混入する可能性のある場合には、棒状の異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができるため、信頼性の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１７７】
言い換えれば、この発明の第７実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路７１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０１７８】
この発明の第７実施形態の塵埃凝集方法は、流路７１内の壁７２面に沿って渦を生成する。
【０１７９】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１８０】
また言い換えれば、この発明の第７実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路７１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路７１内を搬送される段階と、塵埃が流路７１内の壁７２面から突出した突起として突起７３ａ、突起７３ｂの下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路７１内を搬送される段階とを含む。
【０１８１】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１８２】
（第８実施形態）
図３４は、この発明の第８実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図であり、図３５は第８実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図３６は、第８実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０１８３】
図３４から図３６に示すように、第８実施形態は、第７実施形態の突起７３ａと突起７３ｂに替えて、複数の突起８３が設けられている。突起８３は、三角錐状の突起である。
【０１８４】
図３７は、第８実施形態の突起を上から見た形状（Ａ）と横から見た形状（Ｂ）を示す図である。
【０１８５】
図３７に示すように、突起８３の形状は、三角錐の底面部△ＪＫＬの底辺ＫＬ：高さＪＭ＝１：２となる二等辺三角形を成し、底面部二等辺三角形の最小の角Ｊが流れの上流側に配置され、底辺ＫＬが流れ方向に対して垂直になるように配置され、底面部にて流路壁面と接合されている。また、三角錐状突起の頂角をＮとして、頂角Ｎから底面部二等辺三角形に下ろした垂線はＭを通過する、つまり、ＮＭは、ＪＭ、ＫＬに対してそれぞれ垂直になるように構成されている。そして、流路８１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、流れ方向の長さＪＭ＝（１／２）Ｄ、三角錐高さＮＭ＝（１／８）Ｄである形状をなしている。
【０１８６】
また、流路８１の壁８２の内面には、多数の突起８３が規則的に配置されている。塵埃凝集路８０においては、複数の突起８３を、流れ方向に（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／２）ＫＬおきに配置するとともに、１つの突起８３に対して、流れ方向に（３／４）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／４）ＫＬずれた位置にさらに配置し、またそれに対して複数の突起８３を、流れ方向に（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／２）ＫＬおきにさらに配置するといった配列に設定されている。つまり、流れ方向の１ピッチを（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向の１ピッチを（３／２）ＫＬとすると、流れ方向、流れに垂直な方向ともに、半ピッチずつずらした位置された、いわゆる千鳥配置に複数かつ多段に配置される。
【０１８７】
これらの突起８３を上流側から投影すると、複数の突起８３は互いに完全には重なり合わず、かつ、隣同士の突起８３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されている。その他の部分は第５実施形態と同様である。
【０１８８】
第８実施形態の塵埃凝集路８０によると、流路８１の壁８２の内面近傍を流通する流れは、三角錐突起を成す突起８３の面ＪＮＫおよび面ＪＮＬの傾斜により三角錐底面部に対して頂角Ｎ側に持ち上げられ、流路中央側に巻き上げられるとともに、頂角Ｎの下流側に弱い双子渦を発生させる。第８実施形態の塵埃凝集路８０を流通する流れは、最初に出会う突起８３の作る弱い双子渦により攪乱され、下流に流通して、次に出会う突起８３の作る弱い双子渦によりまた攪乱され、更に下流に流通して、更に次に出会う突起８３の作る弱い双子渦によりまた更に攪乱され、といった具合に、次々と攪乱される。このような攪乱が、複数の突起８３の箇所にてそれぞれ生ずる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路であれば、流路８１の壁８２から（１／８）Ｄの距離までの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、第８実施形態の複数かつ多段に配置された突起８３は、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路の壁面から（１／８）Ｄまで距離の位置を、複数の双子渦にて積極的に攪乱する。
【０１８９】
このように、塵埃凝集路８０においては、突起８３は、壁８２からの高さが、流路８１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの１／８以下であることにより、異物が突起８３に引っかかりにくくなる。
【０１９０】
また、上流側から投影すると、複数の突起８３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起８３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されているので、流路８１の壁８２に沿って流通する流れは、必ず突起８３に出会う。その後、流路８１の壁８２に沿って流通する流れは、下流に流通するに従い、何度も何度も突起８３に出会いながら、塵埃凝集路８０内を通過する。
【０１９１】
このように、塵埃凝集路８０においては、突起８３は、流路８１内において気体が流れる方向に沿って複数配置され、それぞれの突起８３は、流路８１の上流側から下流側に向かって突起８３を投影したときにそれぞれの突起８３の一部が重なり合うように配置されている。このようにすることにより、流路８１に沿って流れる気体が突起８３の周囲を通過しやすくなり、効率よく渦を発生させることができる。
【０１９２】
したがって、第８実施形態の塵埃凝集路８０においては、流路８１の壁８２から（１／８）Ｄの距離までの位置を流通する気流に対して最も効率的に攪乱できるとともに、発生する双子渦の数を多くすることができる。
【０１９３】
このように、塵埃凝集路８０において、突起８３は、流路８１内において気体が流れる方向に沿って複数配置され、それぞれの突起８３は、流路８１の上流側から下流側に向かって突起８３を投影したときにそれぞれの突起の一部が重なり合うように配置されていることにより、流路８１に沿って流れる気体が突起８３の周囲を通過しやすくなり、効率よく渦を発生させることができる。
【０１９４】
また、塵埃凝集路８０を流通する流体に、例えば柔軟な素材でできた布状のものであって流路８１の径と同程度の大きさの異物（例えば布状や網目状の素材、例えばハンカチやパンティーストッキングといったもの）その他が混入していた場合、例えば第１実施形態から第７実施形態においては、塵埃凝集路の渦発生手段である旋回部と突起の形状が湾曲構造または矩形を成しており、布状の異物が渦発生手段に引っ掛かりやすく、そのため塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性があるが、第８実施形態においては、突起８３は流れの上流側に滑らかな三角錐突起を成しているため、前述の布状の異物その他は引っ掛かりにくい。
【０１９５】
従って、第８実施形態の塵埃凝集路８０を用いれば、多数の双子渦の攪乱により、十分な凝集性能を得ながら、第１実施形態から第７実施形態の塵埃凝集路よりも、例えば、流れに布状の異物その他が混入する可能性のある場合には、布状の異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができるため、信頼性の高い塵埃凝集路８０を得ることができる。
【０１９６】
言い換えれば、この発明の第８実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路８１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０１９７】
この発明の第８実施形態の塵埃凝集方法は、流路８１内の壁８２面に沿って渦を生成する。
【０１９８】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０１９９】
また言い換えれば、この発明の第８実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路８１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路８１内を搬送される段階と、塵埃が流路８１内の壁８２面から突出した突起として突起８３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路８１内を搬送される段階とを含む。
【０２００】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２０１】
（第９実施形態）
図３８は、第９実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図であり、図３９は第９実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図４０は、第９実施形態の塵埃凝集路の要部の側断面を示す図である。
【０２０２】
図３８から図４０に示すように、第９実施形態の塵埃凝集路９０においては、第８実施形態の突起８３に替えて、複数の突起９３が流路９１の壁９２の内面上に設けられている。それぞれの突起９３は、第８実施形態の突起８３と同一形状の三角錐突起により形成されており、その配列または配置が異なる。すなわち、第９実施形態においては、第８実施形態の突起８３の個数に対して１／３の個数の突起９３が、上流側から投影すると突起８３の配列と一致するように配置される。つまり、上流側から投影すると、複数の突起９３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起９３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されている。また、流れ方向に垂直な方向の面内には、なるべく多くの突起９３が配置されず、かつ、流れ方向に垂直な方向の同一面内に配置された複数の突起９３は、なるべく互いを遠い距離に配置するように設定される。その他の部分は第８実施形態と同様である。
【０２０３】
この発明の第９実施形態の塵埃凝集路９０によると、突起９３により、第８実施形態の突起８３において生じた渦と略同一の双子渦が生ずる。また、上流側から投影すると、複数の突起９３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起９３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されているので、流路９１の壁９２に沿って流通する流れは、必ず突起９３を通過する。但し、第８実施形態の突起８３に対して、突起９３の個数は１／３としているので、流路９１の壁９２に沿って流通する流れが乱れ突起９３に出会う回数も、発生する双子渦の数も１／３となり、被凝集粒子同士の衝突確率は低下する。
【０２０４】
しかしながら、第９実施形態の突起９３は、次のような利点がある。すなわち、第８実施形態の塵埃凝集路８０においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、多数の突起８３が配置されており、また、流れ方向に垂直な方向の面であって突起８３の面△ＮＫＬの位置における流路８１の面積は、他の流れ方向に垂直な方向の面の位置における流路８１の面積に対して、（流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起８３の数）×（面△ＮＫＬの面積）の分だけ小さくなる。故に、流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起８３の数が多ければ多いほど、その部分における流路面積の減少幅が大きくなるので、塵埃凝集路８０の圧力損失は大きくなる。それに対して、第９実施形態の塵埃凝集路９０においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、なるべく多くの突起９３が配置されず、かつ、流れ方向に垂直な方向の同一面内に配置された複数の突起９３は、なるべく互いを遠い距離に配置するように設定されているので、突起９３が配置されている位置における流路面積の減少が小さく、その分、塵埃凝集路９０の圧力損失も小さくなる。
【０２０５】
つまり、例えば、第９実施形態の流路９１の流れ方向の長さを３倍に設定して、第９実施形態の突起９３の個数を、第８実施形態の突起８３の個数と同一に設定すれば、被凝集粒子同士の衝突確率については第８実施形態の塵埃凝集路８０とほぼ同一になるが、突起９３が配置される位置における流路面積の減少幅が小さい分、長さを３倍に設定した塵埃凝集路９０の方が圧力損失も小さい。
【０２０６】
従って、第９実施形態の塵埃凝集路９０を用いれば、大きな圧力損失の低減効果が得られる。例えば、長さを３倍に設定した塵埃凝集路９０を用いれば、第８実施形態の塵埃凝集路８０に対して、被凝集粒子同士の衝突による凝集性能を損なわず、圧力損失を低減できるので、流路９１の内部を流通する流れを発生させる駆動源（例えば、ファンやブロアなど）の出力や静圧上昇が小さい場合、駆動源が圧力損失に弱い場合などには、塵埃凝集路９０と駆動源を含むシステム全体のパフォーマンスが向上する。
【０２０７】
言い換えれば、この発明の第９実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路９１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０２０８】
この発明の第９実施形態の塵埃凝集方法は、流路９１内の壁９２面に沿って渦を生成する。
【０２０９】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２１０】
また言い換えれば、この発明の第９実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路９１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路９１内を搬送される段階と、塵埃が流路９１内の壁９２面から突出した突起として突起９３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路９１内を搬送される段階とを含む。
【０２１１】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２１２】
（第１０実施形態）
図４１は、第１０実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図であり、図４２は第１０実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図４３は、第１０実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０２１３】
図４１から図４３に示すように、第１０実施形態の塵埃凝集路１００においては、第９実施形態の突起９３に替えて、複数の突起１０３が流路１０１の壁１０２の内面上に設けられている。それぞれの突起１０３は、第８実施形態の突起８３と同一形状の三角錐状突起により形成されており、その配列または配置が異なる。すなわち、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起１０３は、一定の間隔をあけられて配置されている。また、流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の突起１０３が配置されない配列でもよい。その他の部分は第８実施形態と同様である。
【０２１４】
第１０実施形態の塵埃凝集路１００によると、突起１０３により、第８実施形態の突起８３によって生じる渦と略同一の双子渦が生ずる。但し、第８実施形態の突起８３に対して、個数が少なく、また、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わない配列になっているため、流路１０１の壁１０２に沿って流通する流れの多くは突起１０３に一度だけ出会い、突起１０３と突起１０３の間を流通する流れは、突起１０３に一度も出会わない。故に、第１０実施形態の塵埃凝集路１００においては、流れに与えることができる攪乱は第８実施形態の塵埃凝集路８０に比べ、大幅に低下する。
【０２１５】
しかしながら、第１０実施形態の塵埃凝集路１００は、成型方法が極めて容易となる利点がある。すなわち、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起１０３は、一定の間隔をあけられて配置されているため、例えば、塵埃凝集路１００を樹脂成型する場合、塵埃凝集路１００の上流側を金型の可動側に設定し、塵埃凝集路１００の下流側を金型の固定側に設定し、金型を構成すれば、複雑な金型構成を必要とせず、塵埃凝集路１００を一体で成型することができる。
【０２１６】
また、塵埃凝集路１００内を流通する流体に、例えば流路１０１の断面と同程度の面積を持つ板状の異物（例えば牛乳キャップといったもの）その他が混入していた場合、例えば第３実施形態から第９実施形態の塵埃凝集路においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の乱れ発生部が配置しているため、流路の断面と同程度の面積を持つ板状の異物の端部が同時に複数の突起に引っ掛かる可能性が高く、そのため塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性があるが、第１０実施形態においては、突起１０３は流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の突起１０３が配置されない配列に設定されるため、流路１０１の断面と同程度の面積を持つ板状の異物その他は引っ掛かりにくい。
【０２１７】
従って、第１０実施形態の塵埃凝集路１００を用いれば、極めて成形性が良いとともに、例えば、流れに流路の断面と同程度の面積を持つ板状の異物その他が混入する可能性のある場合には、異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができる。このようにして、極めて高い成形性と極めて高い信頼性の両方を同時に有する塵埃凝集路を得ることができる。
【０２１８】
図４４から図４８は、第１０実施形態にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。（Ａ）流路方向に垂直な方向に見た図と、（Ｂ）その流れの上流側から投影した模式図である。
【０２１９】
図４４に示すように、流れ方向に垂直な方向の面の周上に、複数の突起１０３が配置されるが、それぞれの突起は互いに近い箇所、円筒状の流路の場合には、望ましくは９０°程度の範囲に、流れ方向に垂直な方向の面内に配置された複数の突起１０３が集まっていれば、極めて高い成形性と極めて高い信頼性の両方を同時に得られる。
【０２２０】
図４５に示すように、隣り合う突起１０３が互いに重ならないように多少ずらして配置し、突起によって生じる異物のつまりを防止したものや、さらに同様の効果を得るものとして、図４６のように、突起をいくつかグループに分けて、そのグループを互いに流路方向にずらして配置したものや、図４７と図４８のように鋸歯状配列が例示できる。これらはいずれも極めて高い成形性が得られる。
【０２２１】
図４９は、第１０実施形態の塵埃凝集路における隣接した突起の配置を示す図である。
【０２２２】
図４９に示すように、流れ方向と平行な方向から見た投影面内に突起１０３が重ならないように配置したとき、隣り合う突起１０３の距離を距離Ｗとすると、次の式によりＷを表すことができる。
【０２２３】
Ｗ＝２α＋γｔａｎβ  （ただしα、β、γは任意の正の整数）
突起１０３においてα、βをそれぞれ３ｍｍ以上、γ（ｍｍ）を任意の数とする。
【０２２４】
気流に平行な方向Ｓに分離した金型を用いて塵埃凝集路１００を作製すると、流路１０１と突起１０３を一度に成型することができる。このようにすることにより、成型コストを大幅に削減することができる。突起１０３間の距離については、最低限Ｗ（ｍｍ）確保することによって、気流に垂直となる投影面内に突起が互いに重なり合わないように配置し、また、突起と突起の間に入る金型の強度を確保することができる。
【０２２５】
言い換えれば、この発明の第１０実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１０１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０２２６】
この発明の第１０実施形態の塵埃凝集方法は、流路１０１内の壁１０２面に沿って渦を生成する。
【０２２７】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２２８】
また言い換えれば、この発明の第１０実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１０１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路１０１内を搬送される段階と、塵埃が流路１０１内の壁１０２面から突出した突起として突起１０３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路１０１内を搬送される段階とを含む。
【０２２９】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２３０】
（第１１実施形態）
図５０は第１１実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図であり、図５１は第１１実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図５２は、第１１実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０２３１】
図５０から図５２に示すように、本発明の第１１実施形態においては、第８実施形態の突起８３に替えて、複数の突起１１３が流路１１１の壁１１２の内面上に設けられている。突起１１３は、第８実施形態の突起８３と比べて、大きさが１／２（流れ方向の長さ：ＪＭ＝（１／４）Ｄ、三角錐高さ：ＮＭ＝（１／１６）Ｄ）の相似形の三角錐状突起により形成されており、設置に関しても１／２の相似で配置される。なお、三角錐状突起の個数は第８実施形態の約４倍に設定されている。その他の部分は第８実施形態と同様である。
【０２３２】
第１１実施形態の塵埃凝集路１１０によると、突起１１３により、第８実施形態の突起８３に対してスケールが１／２の略相似形の双子渦が生ずる。１つの突起１１３により生ずる双子渦は、第８実施形態の突起８３により生ずる双子渦と比較して、強度は弱くなるが、その分突起１１３の個数を多く設定しているため、略同様の攪乱を流れに与えることができる。
【０２３３】
但し、前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路１１１の壁面から（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるが、第１１実施形態の複数かつ多段に配置された突起１１３は、高さが（１／１６）Ｄに設定されているため、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路１１１の壁１１２から（１／８）Ｄまでの距離の位置のうち、積極的に攪乱を与えることができるのは約半分の領域のみに限られる。
【０２３４】
しかしながら、第１１実施形態の突起１１３には、次のような利点がある。即ち、第１１実施形態の突起１１３の高さは、（１／１６）Ｄに設定されており、第８実施形態の突起８３の高さに比べて１／２のため、流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起１１３による流路面積の減少幅が１／４になるので、その分、塵埃凝集路１１０の圧力損失は第８実施形態の塵埃凝集路８０に比べて格段に小さくなる。
【０２３５】
さらに、第１１実施形態の突起１１３の高さは、（１／１６）Ｄに設定されているため、突起１１３により発生する双子渦が塵埃凝集路１１０の流路１１１の壁１１２に発達する速度の境界層に影響を与え、境界層厚みを薄くする効果が得られる。
【０２３６】
一般に、流路の壁面部近傍には、流路内部を流通する流体の粘性により、速度の境界層ができる。境界層内部の流速は、流路中央部に比べて風速が遅く、その領域は流れに対する抵抗が大きい。即ち、境界層が発達して境界層の厚みが厚くなると、それだけ流れやすい領域の面積が減少し、見かけ上、流路の断面積が小さくなったような挙動を示す。従って、境界層が発達して境界層の厚みが厚くなると、その流路の圧力損失は増大する。
【０２３７】
第１１実施形態の突起１１３により発生する双子渦は、渦のスケールが小さく、また、より壁面部近傍に発生するため、突起１１３により発生する双子渦が上記の境界層の発達を抑制し、そのため、流路壁面の流れに対する抵抗が小さくなり、流路１１１の圧力損失が大幅に低下する。
【０２３８】
例えば、流路１１１の径ＤがＤ＝４０ｍｍ、流れの代表流速が２５ｍ／秒、常温常圧の場合、実験結果によると、（乱れ発生部による圧力損失）＜（乱れ発生部による境界層の発達抑制効果）となり、多数の突起１１３が存在するにもかかわらず、突起のない流路よりも圧力損失が小さい塵埃凝集路１１０が得られた。
【０２３９】
また、塵埃凝集路１１０を流通する流体に、異物その他が混入していた場合においても、突起１１３は、第８実施形態の突起８３に対して高さが１／２のため、突起１１３は、第８実施形態の突起８３に対して異物がより一層引っ掛かりにくい。
【０２４０】
従って、第１１実施形態の塵埃凝集路１１０を用いれば、多数の双子渦の攪乱により、十分な凝集性能を得ながら、さらに、管路摩擦抵抗を低減することができるため、圧力損失を大幅に低減した塵埃凝集路１１０を得ることができる。また、例えば、流れに異物その他が混入する可能性のある場合においても、異物が突起１１３に引っ掛かってつまるといった不具合を略完全に防止することができるため、極めて信頼性の高い塵埃凝集路１１０を得ることができる。
【０２４１】
また、各実施形態では省略したが、乱れ発生部を構成する各辺に１ｍｍのアールを形成することで、大幅にごみ詰まりを低減することができる。さらに、鋭角的な溝を排除することでメンテナンス性能のよい塵埃凝集路を形成することができる。
【０２４２】
言い換えれば、この発明の第１１実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１１１内を搬送されるとき、気流中に渦を生成することによって塵埃塊（クラスタ）を形成する。
【０２４３】
この発明の第１１実施形態の塵埃凝集方法は、流路１１１内の壁１１２面に沿って渦を生成する。
【０２４４】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２４５】
また言い換えれば、この発明の第１１実施形態の塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路１１１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路１１１内を搬送される段階と、塵埃が流路１１１内の壁１１２面から突出した突起として突起１１３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路１１１内を搬送される段階とを含む。
【０２４６】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集方法を提供することができる。
【０２４７】
（第１２実施形態）
この発明の第１２実施形態の塵埃凝集路は、流路の上流側の一部分に第１実施形態〜第３実施形態のいずれかの旋回部もしくは第４実施形態〜第１１実施形態のいずれかの突起を有し、かつ流路の下流側の一部分もしくは旋回部または突起が、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正に接触帯電する第１帯電部と、流路を流通する気体に含まれる塵埃を負に帯電する第２帯電部とを有し、第１帯電部と第２帯電部とが対向するように配置されている。
【０２４８】
流路内においては、旋回部または突起によって渦が形成される。塵埃中の粒子が渦に取り込まれることで粒子同士の衝突確率が増大する。衝突した粒子は凝集し、粒子塊（クラスタ）を形成する。ここで、さらに粒子同士の衝突確率を増大させるために、接触により粒子に電荷を与える機能材料で流路壁面を形成し、壁面に粒子を接触させることで粒子を帯電させる。帯電した粒子は、粒子間にクーロン力が働くため引き付け合うので、衝突確率を大幅に増大することができる。また、渦を形成することで渦に取り込まれた粒子は流路壁面と接触する確率が大幅に増大し、効率的に粒子を帯電することができる。
【０２４９】
ここで、流路に存在する全ての粒子は渦の形成により効率的に帯電し、粒子間に働くクーロン力で引き付け合い、衝突し、凝集するものとして、塵埃間に働くクーロン力と、塵埃が流体から受ける抵抗力の釣り合いから、塵埃粒子が流路に流入してから衝突・凝集するまでの時間を求める。
【０２５０】
塵埃粒子に作用する流体抵抗力は空気の粘性抵抗として、他の外力（圧力勾配による力、速度変動によって粒子に加わる反力、Ｂａｓｓｅｔ項：表面摩擦によるエネルギー損失に伴う力）については、流体運動が定常的であるとして無視する。また、影像力は、クーロン力に比べて十分小さいので無視する（エアロゾル学の基礎第１版  森北出版  Ｐ１７）。
【０２５１】
塵埃間に働くクーロン力Ｆｑ（Ｎ）は、次の式ように表される。
【０２５２】
Ｆｑ＝（ｑ１・ｑ２）／（４πεｏ・ｒ２）
ここで、ｑ１、ｑ２は、塵埃に帯電された電荷量（Ｃ）、ｒは、塵埃の粒子間距離（ｍ）である。
【０２５３】
塵埃粒子に帯電する荷電量の理論限界値は、空気中の絶縁破壊電圧３ＭＶ／ｍより導かれる最大表面電荷密度２６．５μＣ／ｍ２とする。塵埃粒子に帯電された電荷量は、空気絶縁破壊限界の約半分程度とする。
【０２５４】
塵埃粒子に働く流体抵抗力Ｆｒ（Ｎ）は、次の式のように表される（微粒子工学第１版  オーム社  Ｐ９１）。
【０２５５】
Ｆｒ＝３πη・Ｖｒ・Ｄｐ／Ｃｃ
ここで、ηは、空気の粘度：１．８×１０−５（ｋｇ・ｍ−１・ｓ−１）、Ｖｒは、塵埃粒子と流体の相対速度（ｍ／ｓ）、Ｄｐは、塵埃粒子の直径（ｍ）、Ｃｃは、カニンガム補正係数である。常温・常圧における空気の平均自由行程はλａｉｒ＝６．５×１０−８（ｍ）であり、約１２０秒間で通風路に流入する塵埃微粒子の総粒子数を１００兆個とすると、塵埃粒子の平均粒子間距離は０．０２５ｍｍと計算される。流路に流入した塵埃粒子は、流路壁面と衝突し、空気絶縁破壊限界の約半分程度まで帯電される。帯電した粒子は、正または負に帯電した塵埃粒子間に生じるクーロン力により引き付け合い、粒子同士が衝突・凝集する。粒子が流路に流入してから衝突・凝集するまでに必要な時間を上記の式から計算すると、０．１４秒となる。
【０２５６】
したがって、塵埃塊を形成する期間として、帯電した塵埃同士が衝突・凝集するため最低必要な０．１４秒以上となるように、通風路の長さは１．４ｍ以上に設定することが必要である。本実施形態においては、塵埃凝集路の長さを３ｍとする。したがって、塵埃塊を形成させるために十分な期間が設けられている。
【０２５７】
電荷量ｑが大きいほど、塵埃粒子間距離ｒが小さいほど（投入する塵埃粒子総数を増加させる）、塵埃粒子径Ｄｐが小さいほど、塵埃粒子が衝突するまでに必要な時間は短くなる。
【０２５８】
また、渦発生手段が設置されることで、生成される渦により強制的に塵埃粒子間距離を小さくすることができるため、効果的に衝突凝集を行うことができる。
【０２５９】
第１２実施形態の塵埃凝集路に流入する気体は、以下の段階を経ながら塵埃凝集路を通過する。すなわち、塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路内部を搬送される段階と、塵埃が流路の壁面に沿って流通する段階と、塵埃が流路の壁面から突出した突起に衝突する段階と、塵埃が突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路の壁面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路内部を搬送される段階とを順次経る。
【０２６０】
このとき、第１帯電部および第２帯電部を流通する気流は、以下に示すように制御される。すなわち、塵埃が気流によって流路内部を搬送されるときに、塵埃を壁面および突起に衝突させて帯電させたのち、塵埃同士を衝突させる気流制御を行うとともに、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成させる期間が設けられている。
【０２６１】
このようにすることにより、第１帯電部に衝突して正に帯電された塵埃と、第１帯電部に衝突していない塵埃との衝突が促進される。それらの塵埃が衝突すると、前者の塵埃の電荷により後者の塵埃の表面に誘電分極が生じ、静電気力により前者の塵埃と後者の塵埃との間に強い結合力が生ずる。この結合力により、複数の塵埃が凝集した第１の塵埃塊が生ずる。第１の塵埃塊は、全体として正に帯電している。また、第１の塵埃塊と同様のメカニズムにより、第２帯電部により全体として負に帯電している第２の塵埃塊が生ずる。
【０２６２】
そして、さらに、第１帯電部により生成した正に帯電されている第１の塵埃塊と、第２帯電部により生成した負に帯電されている第２の塵埃塊とを衝突させるように気流制御を行うとともに、衝突した第１の塵埃塊と第２の塵埃塊が静電気力により結合してさらに大きな塵埃塊（大クラスタ）を形成させる期間が設けられている。
【０２６３】
このように気流制御を行うことにより、全体として正に帯電している第１の塵埃塊と、全体として負に帯電している第２の塵埃塊との衝突が促進される。
【０２６４】
第１の塵埃塊と第２の塵埃塊とが衝突すると、前者の塵埃塊のもつ正の電荷と、後者の塵埃塊のもつ負の電荷とから生ずる強い静電気力により前者の塵埃塊と後者の塵埃塊との間にさらに強い結合力が生ずる。この結合力により複数の塵埃塊がさらに凝集した大塵埃塊が生ずる。
【０２６５】
このような気流制御を行うことにより、微細な塵埃が衝突により凝集を繰り返し、大きな塵埃塊（大クラスタ）となる。
【０２６６】
このように、塵埃凝集路においては、壁および／または渦発生手段は、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正に接触帯電する第１帯電部と、流路を流通する気体に含まれる塵埃を負に帯電する第２帯電部とを有し、第１帯電部と第２帯電部とが対向するように配置されていることにより、塵埃を正に接触帯電する第１帯電部と、塵埃を負に接触帯電する第２帯電部により、塵埃が気流によって流路を搬送されるとき、塵埃が第１帯電部もしくは第２帯電部と接触して異なる極性に帯電され、正もしくは負に帯電された塵埃に塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。これにより正もしくは負に帯電した塵埃を静電気作用で相互に吸着させることにより、塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。
【０２６７】
なお、突起は流路の壁の内面に複数設けられ、その配列は、塵埃凝集路を上流側から投影したときに、複数の突起は互いに一部分だけ重なり合うように配置されていると、塵埃が壁面または突起により衝突しやすくなる。
【０２６８】
このように、渦発生手段と、帯電部とを併せ持つ塵埃凝集路においては、渦発生手段が流路内に突出しているため、粒子が内壁に接触しやすい。さらに、渦発生手段による壁面の面積増大により壁面と粒子の衝突確率を増加できる。渦発生手段により生成された渦により粒子と壁面との衝突確率を増大することができるので、粒子と内壁の接触回数を増加させることができる。このようにすることにより、塵埃中の粒子がより帯電しやすくなるために、さらに凝集しやすくなり、塵埃塊の生成が促進される。
【０２６９】
第１２実施形態の別の形態として、第１実施形態から第３実施形態の塵埃凝集路を帯電部材を用いて形成する場合には、旋回部によって分割された複数の小流路は、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正に接触帯電する第１小流路と、流路を流通する気体に含まれる塵埃を負に帯電する第２小流路とを有し、第１小流路と第２小流路とが隣接するように配置されていてもよい。
【０２７０】
例えば、第１実施形態の面１３ａと面１３ｂと壁１２とで囲まれた小流路と、面１３ｃと面１３ｄと壁１２とで囲まれた小流路を第１小流路とし、面１３ｂと面１３ｃと壁１２とで囲まれた小流路と、面１３ｄと面１３ａと壁１２とで囲まれた小流路を第２小流路とする。
【０２７１】
このように、流路１１を小流路に分割することにより、流路１１を小流路に分割しない場合と比べると、気体が壁１２から受けるせん断の影響が大きくなり、塵埃の凝集力を高めることが可能である。また、それぞれの小流路で形成された旋回流どうしが小流路終端部の下流側で衝突し、その結果、旋回流れの中に取り込まれている粒子どうしを効率よく衝突させることができる。
【０２７２】
第１２実施形態のさらに別の形態として、第４実施形態から第１１実施形態の塵埃凝集路を帯電部材を用いて形成する場合には、突起は、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正に接触帯電する第１突起部と、流路を流通する気体に含まれる塵埃を負に帯電する第２突起部とを有し、第１突起部と第２突起部とが対向するように配置されていてもよい。
【０２７３】
例えば、第６実施形態の突起６３ａと突起６３ｄを第１突起部とし、突起６３ｃと突起６３ｄを第２突起部とする。
【０２７４】
このように、塵埃を正に接触帯電する突起６３ａと突起６３ｄと、塵埃を負に接触帯電する突起６３ｃと突起６３ｄにより、塵埃が気流によって流路を搬送されるとき、塵埃が第１突起部もしくは第２突起部と接触して異なる極性に帯電され、正もしくは負に帯電された塵埃に塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。これにより正もしくは負に帯電した塵埃を静電気作用で相互に吸着させることにより、塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。
【０２７５】
また、第１２実施形態の塵埃凝集路においては、突起は、壁と同一の材質で形成されていることが好ましい。
【０２７６】
このようにすることにより、流路内を流通する気体に含まれる塵埃中の粒子は、壁と突起のどちらに衝突しても帯電するので、凝集の効果を高めることができる。
【０２７７】
（第１３実施形態）
この発明の第１３実施形態の塵埃凝集路は、流路の上流側の一部分に第１実施形態〜第３実施形態のいずれかの旋回部もしくは第４実施形態〜第１１実施形態のいずれかの突起を有し、かつ流路の下流側の一部分もしくは旋回部または突起が、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正または負に接触帯電することが可能な材質で形成されている。
【０２７８】
上記構成の塵埃凝集路において、塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路内部を搬送される段階と、塵埃が流路の壁面に沿って流通する段階と、塵埃が流路の壁面から突出した突起に衝突する段階と、塵埃が突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路の壁面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路内部を搬送される段階と、を順次経る。
【０２７９】
このとき、上記塵埃凝集路を流通する気流は、以下に示すように制御される。即ち、塵埃が気流によって流路内部を搬送されるときに、塵埃を壁面および突起に衝突させて帯電させたのち、塵埃同士を衝突させる気流制御を行うとともに、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成させる期間を設ける。
【０２８０】
このようにすることにより、塵埃凝集路に衝突して正または負に帯電された塵埃と、塵埃凝集路に衝突していない塵埃との衝突が促進される。それらの塵埃が衝突すると、前者の塵埃の電荷により後者の塵埃の表面に誘電分極が生じ、静電気力により前者の塵埃と後者の塵埃との間に強い結合力が生ずる。この結合力により、複数の塵埃が凝集した塵埃塊（クラスタ）が生ずる。
【０２８１】
このような気流制御を行うことにより、微細な塵埃が衝突により凝集し、塵埃塊（クラスタ）となる。
【０２８２】
第１３実施形態の別の形態としては、第１実施形態から第３実施形態の塵埃凝集路を帯電部材を用いて形成する場合には、旋回部は、小流路を流通する気体に含まれる塵埃を正または負に接触帯電することが可能な材質で形成してもよい。
【０２８３】
例えば、第１実施形態の塵埃凝集路の旋回部１３を、小流路を流通する気体に含まれる塵埃を正または負に接触帯電することが可能な材質で形成する。
【０２８４】
流路が小流路に分割されている場合には、流路を分割しない場合と比べると、粒子が旋回部と衝突する確率が増大する。流路１１が旋回部１３によって小流路に分割され、旋回部１３が小流路を流通する気体に含まれる塵埃を正または負に接触帯電することが可能な材質で形成されていることにより、粒子の帯電量を増大させて塵埃凝集の効果を高めることができる。
【０２８５】
第１３実施形態のさらに別の形態としては、第４実施形態から第１１実施形態の塵埃凝集路を帯電部材で形成する場合に、突起は、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正または負に接触帯電することが可能な材質で形成されていてもよい。
【０２８６】
例えば、第４実施形態の突起４３を、流路４１を流通する気体に含まれる塵埃を正または負に接触帯電することが可能な材質で形成する。
【０２８７】
このようにすることにより、塵埃凝集路４０の突起４３に衝突して正または負に帯電された塵埃と、塵埃凝集路４０の突起４３に衝突していない塵埃との衝突が促進される。これらの塵埃が衝突すると、塵埃凝集路４０の突起に衝突して正または負に帯電された塵埃の電荷により、塵埃凝集路４０の突起４３に衝突していない塵埃の表面に誘電分極が生じ、静電気力により前者の塵埃と後者の塵埃との間に強い結合力が生ずる。この結合力により、複数の塵埃が凝集した塵埃塊（クラスタ）が生ずる。
【０２８８】
このような気流制御を行うことにより、微細な塵埃が衝突により凝集しやすくなり、塵埃塊（クラスタ）が形成されやすくなる。
【０２８９】
また、第１３実施形態の塵埃凝集路においては、突起は、壁と同一の材質で形成されていることが好ましい。
【０２９０】
このようにすることにより、流路内を流通する気体に含まれる塵埃中の粒子は、壁と突起のどちらに衝突しても帯電するので、凝集の効果を高めることができる。
【０２９１】
以上のように、本発明は、微粒子を凝集する機構に関するものである。本機構を利用して微粒子の捕集効率を向上させる事が可能となるため、本発明の塵埃凝集路を掃除機、空気清浄機、空気調和機等へ適用することができる。
【０２９２】
（第１４実施形態）
図５３は、本発明の第１４実施形態として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図であり、図５４は、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の本体の構成の説明図である。
【０２９３】
図５３と図５４に示すように、吸引口５０１は、延長管５０２、取手を有する接続管５０３、折り曲げ自在のサクションホース５０４と順次連結され、連結部５０５を経由して掃除機本体５０６に接続されている。掃除機本体５０６には、電動送風機５６７、集塵部５６１、集塵ケース５６３、HEPAフィルター５７０、コードリール（図示せず）、電動送風機５６７の通電を制御する制御回路（図示せず）等が収容されている。電動送風機５６７が駆動すると、吸引口５０１から空気が吸引され、塵埃を含む空気が、通風路となる本発明の塵埃凝集路を備える延長管５０２、接続管５０３、サクションホース５０４を通り、掃除機本体５０６へと搬送される。掃除機本体５０６に吸引された塵埃は、集塵部５６１、電動送風機５６７、HEPAフィルター５７０を通り排気部５７１より排出される。このようにして吸引口５０１より吸引された塵埃の中でサイズの大きい塵埃は、集塵部５６１に集積される。また、塵埃が捕集され清浄になった空気は、電動送風機５６７を冷却するために電動機５６９内部を通過し、掃除機本体５０６の外に排気される構造となっている。また、掃除機本体５０６の側面には、回転自在に設けられ、掃除機本体５０６を床面５０８上にて移動自在に支持する車輪５０７が備えられている。
【０２９４】
電動送風機５６７が駆動すると、ファン５６８により、吸い込みの気流が発生し、サクションホース５０４、本体接続部５０５より掃除機本体５０６に塵埃を含む空気が流入し、接続部５６２、集塵フィルター５６４、接続部５６５、ファン５６８、電動機本体５６９、HEPAフィルター５７０、排気口５７１、に向けて送風が行われる。このとき、細塵、塵埃塊を含む空気は搬送される途中で気流が混合されながら搬送されるので、接触、吸引、吸着が行われ、本発明による塵埃塊が更に大きく成長する。
【０２９５】
大きく成長した塵埃塊は、集塵フィルター５６４の目の大きさより大きくなるので、集塵フィルター５６４に捕集される。帯電部を複数個所設けたり、細塵と帯電部の接触を多く出来るような構成を取れば、集塵塊は集塵フィルター５６４の目の大きさより大きくなるので、HEPAフィルター５７０は不要とすることができる。
【０２９６】
なお、ここで塵埃塊が集塵フィルター５６４の目の大きさよりも大きく成長されなかった場合は、フィルター５６４を通過することもある。このような場合は、HEPAフィルター５７０を設けて捕集してもよい。
【０２９７】
このように、電気掃除機が、電動送風機５６７と、吸込口５０１から電動送風機５６７に連通する延長管５０２と、集塵部５６１とを有し、電動送風機５６７により発生した気流により塵埃を吸込口５０１から吸引し、延長管５０２を通る塵埃を集塵部５６１に集塵する電気掃除機において、延長管５０２が本発明のいずれかの実施形態の塵埃凝集路を有することにより、電気掃除機の延長管５０２内において、吸引した塵埃を凝集させて塵埃塊（クラスタ）を形成させることができる。この塵埃塊を適度に成長させることで、塵埃塊の質量を増加させ、クラスタを大きくすることができる。塵埃塊の質量を大きくすることで、例えば、サイクロン掃除機においては遠心分離による塵埃塊の捕集が可能となる。また、フィルター式の掃除機においては、フィルターの目よりも塵埃塊を大きくすることができるので、目の大きいフィルターによっても集塵することが可能となる。いずれの場合も、吸気において圧力損失が生じにくいので、電気掃除機本体の吸塵力（仕事率）が低下しにくくなる。
【０２９８】
（第１５実施形態）
図５５は、流路の入り口付近の気流の様子を説明するための模式図である。
【０２９９】
図５５に示すように、気体Ｐは流路１内に流入する際に急激な方向の変更ができないために、流路１の入口端面に、その端面を丸くしたアール部が形成されていない場合、気流が流路１の壁２から剥離し、流路１の入り口付近に渦を形成する縮流８を生じる。径がＤの円管の流路では、縮流８は、流路１の入口から４Ｄ程度の長さに渡って生成する。領域９ａは、流路１内において縮流８がない領域の例を示し、領域９ｂは、流路１内において縮流８が最も大きい領域を示す。領域９ｂの位置における、流路１の壁２からの縮流８の高さを高さＴとする。流路１内に縮流８が生じると、領域９ａに比べて領域９ｂが小さいように、擬似的に流路１の内径が細くなり、圧力損失が生じる。領域９ｂでは、流路１の内径が擬似的に（Ｄ−２Ｔ）と考えられる。
【０３００】
このような圧力損失を防ぐために、縮流の発達を抑制するため円管入り口部にアール部を形成する。
【０３０１】
図５６は、流路の入口端面に、その端面を丸くしたアール部を形成した流路における、流路の入り口付近の気流の様子を説明するための模式図である。
【０３０２】
図５６に示すように、アール部２ａを流路１の入口端面に形成すると、アール部２ａがない流路内に比べて、縮流８を抑えることができる。
【０３０３】
渦発生手段による気流の撹拌の効果を十分得るためには、縮流８を避けて渦発生手段を配置する必要がある。渦発生手段は、縮流８領域内に設置されると渦発生の効果を十分に発揮することができないため、流路１の入口で壁２から剥離した気流が壁２に再付着する位置よりも下流側に設置することが望ましい。
【０３０４】
このように、第１５実施形態の塵埃凝集路においては、渦発生手段は、流路において縮流がない位置に配置されていることにより、渦発生の効果を高めることができる。
【０３０５】
しかしながら、縮流領域８内に渦発生手段を設置する必要がある場合は、縮流領域の半径方向高さ以上のうず発生手段の高さを確保する必要がある。
【０３０６】
ここで、気流の撹拌の効果を最大限に得られる設置位置について述べる。流路として直径Ｄ＝４０ｍｍの円管を用いて、流路内の流れの代表流速は２０ｍ／秒、常温常圧として、気流が管壁に再付着する入口からの距離Ｘを、円管に微粉末を流入させることで目視により確認した。
【０３０７】
表１に、アール部の大きさと、流路の入り口から渦発生手段を設置する位置までの距離Ｘとの関係を示す。Ａ０は、円管の領域９ａの断面積を示す。Ａ１は、円管内に生じる縮流領域のうち、気流が流通する部分の最小部である領域９ｂの断面積を示す。
【０３０８】
【表１】
2008110314.tif 000003
【０３０９】
アール部がない場合には、円管に流入する気流の損失係数はξ＝０．５６となり、収縮係数ＣｃはＣｃ＝（１＋√ξ）−１から求められ、Ｃｃ＝０．５７となる。この場合の縮流領域の半径方向の高さＴはＴ＝約４．９ｍｍになるものと考えられる。渦発生手段の高さが仮に５ｍｍであった場合、縮流領域内に設置すると渦発生手段は完全に渦領域内に埋もれてしまい、所望の効果を発揮できない。しかしながら、縮流を避けて、管入り口よりＸ＝１６０ｍｍ（４Ｄ）の距離を確保して渦発生手段を設置すると、気流が再付着した直後に渦発生手段を設置できるため所望の効果を得ることができる（機械工学便覧新版４刷Ａ５−７７参照）。
【０３１０】
第１５実施形態の塵埃凝集路においては、渦発生手段は、流路内において、流路の入口から、流路の断面の代表長さの４倍の距離隔てた位置に配置されていることが好ましい。このようにすることにより、縮流がない位置に渦発生手段を配置することができる。そのため、渦発生手段による渦発生の効果を高めることができる。
【０３１１】
アール部の半径ＲがＲ＝５ｍｍの場合には、円管に流入する気流の損失係数はξ＝０．２８となり、収縮係数ＣｃはＣｃ＝０．６５となる。この場合の縮流領域の半径方向の高さは約３．９ｍｍになるものと考えられる。気流が再付着する位置は、目視により管入口より４０ｍｍの位置において再付着が確認された。縮流を避けて渦発生手段を設置するためには管入り口よりＸ＝４０ｍｍ距離を確保する必要がある。この距離を確保することで気流が再付着した直後に渦発生手段を設置できるため所望の効果を得ることができる。
【０３１２】
アール部の半径ＲがＲ＝１０ｍｍの場合には、円管の入口すぐに攪拌部を設置しても所望の効果を得ることができる。
【０３１３】
第１５実施形態の塵埃凝集路においては、流路の入口端面には、その端面が丸められたアール部が形成され、渦発生手段は、流路の入口近傍に配置されていることが好ましい。
【０３１４】
流路の入口端面にアール部を形成することによって、流路内に生成される縮流が小さくなるので、渦発生手段を入口近傍に配置しても、渦発生の効果は縮流の影響を受けにくくなる。
【０３１５】
アール部を形成する場合、アール部と入口からの距離Ｘの関係を、アール部の半径Ｒの大きさを任意の係数βを用いてＲ＝βＤとして表すと、βは、０＜β≦１／４の範囲で設定され、式２のように導出できる。
【０３１６】
Ｘ＝（７０β２−３３β＋４）Ｄ
ただし、縮流の発達は測定環境の気圧、湿度、温度による周囲雰囲気の空気の物性値の影響を大きく受ける。また、流れの代表流速、通風路断面の代表長さで規定されるレイノルズ数の変化によっても大きな影響を受ける。一般にレイノルズ数が大きくなると、縮流の発達が抑制され、距離Ｘを小さくすることができる。
【０３１７】
このように、第１５実施形態の塵埃凝集路においては、流路の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さをＤとし、流路の入口端面に形成されるアール部の半径をＲとし、Ｄに対するＲの比（Ｒ／Ｄ）をβとし、流路の入口と渦発生手段までの距離をＸとすると、０＜β≦１／４のとき、Ｘは、（７０β２−３３β＋４）Ｄで表される値であることが好ましい。
【０３１８】
このようにすることにより、流路内に生成する縮流を避けて渦発生手段を配置することができる。
【０３１９】
（第１６実施形態）
図５７は、この発明の第１６実施形態として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図である。
【０３２０】
図５７に示すように、電気掃除機６ｃは、流路として長さａの延長管５０２の上流側の端部から距離ｃ下流側に、上流側塵埃凝集路１６１を備え、さらにその下流側である本体接続部５０５に、下流側塵埃凝集路１６２を備える。上流側塵埃凝集路１６１は、長さｂの第１２実施形態の塵埃凝集路であり、塵埃を正に帯電させる第１帯電部と、塵埃を負に帯電させる第２帯電部が対向するように配置されて塵埃凝集路の壁を形成している。下流側塵埃凝集路１６２は、長さｄの第１実施形態〜第１１実施形態のいずれかの塵埃凝集路である。
【０３２１】
上流側塵埃凝集路１６１における効果は、第１２実施形態の効果と同じである。すなわち、上流側塵埃凝集路１６１は、粒子を帯電させることが可能な機能材料によって形成されているため、塵埃粒子が壁面に接触することで塵埃粒子を帯電させ、帯電した塵埃間に生じるクーロン力を用いて効果的に塵埃粒子の衝突確率を向上させる。
【０３２２】
このようにして、上流側塵埃凝集路１６１においては、粒子同士の衝突確率を増加する。内壁面との接触確率を増加し、帯電した粒子数と粒子の荷電量を増加する。
【０３２３】
さらに、延長管５０２に配置された上流側塵埃凝集路１６１が有する渦発生手段によって生成される渦の作用により、粒子同士の衝突確率を増加することができ、また、塵埃粒子と内壁面との衝突確率を増加し、帯電した粒子数と粒子の荷電量を増加する。渦発生手段によって延長管５０２中の粒子が撹拌されて、すべての粒子を帯電させる。
【０３２４】
このようにすることにより、渦発生手段による粒子同士の衝突確率を増大させて、粒子同士の衝突を促進することができる。
【０３２５】
下流側塵埃凝集路１６２においては、塵埃粒子を効果的に撹拌し、衝突確率を高め、上流側塵埃凝集路１６１で帯電した塵埃粒子を全て凝集させる。下流側塵埃凝集路１６２は、粒子が壁面と衝突しても電荷の授受を生じにくい材料によって形成されている。
【０３２６】
上流側塵埃凝集路１６１において帯電した粒子の中には、下流側塵埃凝集路１６２に到達するまでに粒子同士で衝突しないものも存在する。また、塵埃凝集路からの距離が遠くなるにつれて渦強度は弱くなるため、撹拌能力が弱まり、粒子同士の衝突確率も低くなる。そのため、下流側塵埃凝集路１６２が、粒子を帯電しやすい機能材料で形成されていない塵埃凝集路として設けられることで、上流側塵埃凝集路１６１において帯電した粒子同士の衝突確率を高くし、さらに粒子の凝集を促進させる。
【０３２７】
このように、粒子の帯電状態を作り出し、さらに効果的に衝突させることによって、凝集を効率的に生じさせることが可能となる。
【０３２８】
下流側塵埃凝集路１６２を上流側塵埃凝集路１６１においていずれかの極性に帯電した塵埃粒子を新たに帯電させる効果のある機能材料で形成すると、上流側塵埃凝集路１６１と下流側塵埃凝集路１６２によって塵埃粒子が同一極性に帯電される場合は、粒子の帯電量がさらに増加され、より強いクーロン力を生み出すことができるが、上流側塵埃凝集路１６１と下流側塵埃凝集路１６２によって塵埃粒子が異極性に帯電される場合は、粒子の電荷が中和される。
【０３２９】
粒子の電荷が中和される別の例としては、流路内において気流が流通する方向に、粒子を正に帯電する機能材料と粒子を負に帯電する機能材料とを等間隔に交互に配置し、突起により流路の中心付近を旋回中心とした流路全体の旋回流を生じさせる場合がある。粒子を正に帯電させる壁面と接触して正に帯電した塵埃粒子が、次に粒子を負に帯電させる壁面と接触して負に帯電するため、結果的に塵埃粒子の電荷は中和される。
【０３３０】
また、流路内において気流が流通する方向に平行な方向に流路を二分割し、正と負に帯電する機能材料を同一比率で片側ずつ配置し、突起により旋回流を生じさせた場合も同様に、まず粒子を正に帯電させる壁面と接触して正に帯電した塵埃粒子が、次に粒子を負に帯電させる壁面と接触して負に帯電するため、結果的に塵埃粒子の電荷は中和される。
【０３３１】
しかし、本実施形態のように、下流側塵埃凝集路１６２を電荷の授受の生じにくい材料によって形成し、下流側塵埃凝集路１６２において、上流側塵埃凝集路１６１で与えられた塵埃粒子の帯電を中和させることなく、下流側塵埃凝集路で形成された渦の作用で全ての粒子同士が衝突することによって、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【実施例１】
【０３３２】
本発明の一つの効果として、電気掃除機の排気中の微粒子を低減する効果がある。これは、電気掃除機の集塵手段の上流で微粒子を凝集させて平均サイズを大きくすることにより、集塵手段での捕集効率を高めて、排気に含まれる微粒子数を低減するものである。
【０３３３】
以下、従来の電気掃除機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機について、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を調べた実験結果について説明する。
【０３３４】
図５８は、対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図であり、図５９は、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【０３３５】
図５８と図５９に示すように、従来の電気掃除機６ａ、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂの延長管５０２の管長ａは、対照機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機のどちらについても、７００ｍｍ、延長管５０２の管内径は３５ｍｍ、管中心の風速は２０ｍ／秒とした。
【０３３６】
図５９に示すように、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機には、長さｂの塵埃凝集路を延長管５０２の先端から距離ｃの位置に形成した。塵埃凝集路の長さｂは２００ｍｍ、距離ｃは１００ｍｍとした。
【０３３７】
排気中に含まれる粒子の大きさと数は、ＪＩＳ  Ｃ  ９８０２（家庭用掃除機の性能測定方法）に準拠して測定した。
【０３３８】
測定の結果から、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂの排気量低減率を求めた。排気量の低減率は、次のようにして求めた。すなわち、従来の電気掃除機６ａの排気中において測定された粒子の数に対して、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂの排気中において測定された粒子の数が減少した割合を排気量の低減率とした。例えば、排気量の低減率が３０％であれば、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂの排気中において測定された粒子数は、従来の電気掃除機６ａの排気中において測定される粒子数の７０％であったことを示す。排気量の低減率は、粒子径が０．１μｍ以上の排気粒子の総数について求めた。
【０３３９】
電気掃除機６ｂに備える塵埃凝集路として、各実施形態の塵埃凝集路を用いた場合の排気量低減率を表２に示す。
【０３４０】
【表２】
2008110314.tif 000004
【０３４１】
図６０は、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、サイクロン集塵室を備え、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機とについて、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を示す図である。なお、図６０の縦軸は、最大値を１として塵埃の個数を相対的に表した値である。
【０３４２】
本発明の塵埃凝集路としては、第１実施形態の塵埃凝集路１０と、第１１実施形態の塵埃凝集路１１０を用いた。第１実施形態の塵埃凝集路１０と、第１１実施形態の塵埃凝集路１１０のどちらを用いた電気掃除機でも、従来の電気掃除機よりも排気中の塵埃の個数が減少した。特に、粒子径が０．１μｍ〜０．４μｍの塵埃の減少が明確に見られた。
【０３４３】
図６１は、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、サイクロン集塵室を備え、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機とについて、排気中に含まれる粒子の低減率（％）と圧力損失（Ｐａ）との関係を示す図である。
【０３４４】
図６１に示すように、第１実施形態の塵埃凝集路１０を備える電気掃除機では、他の実施形態の塵埃凝集路を備える電気掃除機よりも排気粒子の低減率が高かったが、圧力損失も最も高かった。一方、第７実施形態の塵埃凝集路７０を備える電気掃除機では、排気粒子の低減率は最も低かったが、圧力損失も最も低かった。
【実施例２】
【０３４５】
図５８は、対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図であり、図５９は、本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【０３４６】
図５８と図５９に示すように、電気掃除機６の延長管５０２の管長ａは、対照機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機のどちらについても、７００ｍｍ、延長管５０２の管内径は３５ｍｍ、管中心の風速は２０ｍ／秒とした。
【０３４７】
図５９に示すように、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６には、長さｂの塵埃凝集路を延長管５０２の先端から距離ｃの位置に形成した。塵埃凝集路の長さｂは４００ｍｍ、距離ｃは１００ｍｍとした。粒子を正に帯電する第１帯電部としてポリプロピレン樹脂、粒子を負に帯電する第２帯電部としてナイロン樹脂を用いた。
【０３４８】
排気中に含まれる粒子の大きさと数は、ＪＩＳ  Ｃ  ９８０２（家庭用掃除機の性能測定方法）に準拠して測定した。
【０３４９】
図６２は、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、サイクロン集塵室を備え、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機とについて、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を示す図である。なお、図６２の縦軸は、最大値を１として塵埃の個数を相対的に表した値である。
【０３５０】
図６２に示すように、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機について、排気中の粒子の大きさと数との関係を比較した。
【０３５１】
本発明の塵埃凝集路としては、第１実施形態の塵埃凝集路１０と、第１１実施形態の塵埃凝集路１１０と、第１２実施形態の塵埃凝集路を用いた。第１２実施形態の塵埃凝集路としては、突起の部分が帯電部材によって形成されている塵埃凝集路を用いた。第１実施形態の塵埃凝集路１０と、第１１実施形態の塵埃凝集路１１０と、第１２実施形態の塵埃凝集路のいずれを用いた電気掃除機でも、従来の電気掃除機よりも排気中の塵埃の個数が減少した。特に、粒子径が０．１μｍ〜０．４μｍの塵埃の減少が明確に見られた。また、本発明の第１２実施形態の塵埃凝集路を備える電気掃除機では、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機に比べて、排気中に含まれる粒子のうち、粒子径が０．１μｍ以上の排気粒子の総数で比較すると、４０．１％の低減となった。第１２実施形態の塵埃凝集路については、本実施例に用いた突起の部分が帯電部材によって形成されている塵埃凝集路の他、突起の下流側が帯電部材によって形成されている塵埃凝集路または突起の上流側が帯電部材によって形成されている塵埃凝集路を用いても、塵埃凝集の効果を得ることができる。第１２実施形態においては、塵埃凝集の効果を高い順に示すと、突起の部分が帯電部材で形成されている場合、突起の下流側が帯電部材によって形成されている場合、突起の上流側が帯電部材によって形成されている場合、となる。
【実施例３】
【０３５２】
突起の高さによる異物の引っかかりやすさの違いを調べる実験を行った。円管の直径Ｄ＝４０ｍｍ、流れの代表流速＝２０ｍ／秒、常温常圧とする。表中の○印は３回とも異物の引っかかりはなかったことを示し、×印は３回とも三角錐に引っかかったことを示す。△印は３回測定の内１回は異物が乱れ発生部に引っかかったことを示す。ここで表３に、三角錐の底面の形状は同一で、突起として三角錐の高さｈをｈ＝Ｄ／αとして、αの値を２、４、８、１６と変えて、流路として円管内に表３に示す合計１０種類について異物が流入した場合に乱れ発生部に異物が引っかかるかどうか各３回吸引測定を行った結果を示す。また、参考として第６実施形態に示す塵埃凝集路の測定結果を同様に示す。
【０３５３】
【表３】
2008110314.tif 000005
【０３５４】
表３に示す結果より、三角錐高さｈ＝５ｍｍ（（１／８）Ｄ）とした場合で、ほとんどの異物が引っかかることなく通過することが分かった。  また、三角錐の底面部から各辺をそのまま高さ方向を流れに垂直な方向に配置した三角柱のような形状とした場合、本実施形態のように流れに対して斜辺ではないために異物が引っかかりやすい。表４に、三角錐を形成する各辺にアール部を形成した場合の同様の測定結果を示す。
【０３５５】
【表４】
2008110314.tif 000006
【０３５６】
表４に示すように、三角錐高さｈ＝１０ｍｍ(（１／４）Ｄ)の場合でも、三角錐を形成する各辺にアール部を形成することで異物が引っかかりにくくなった。
【０３５７】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０３５８】
【図１】円筒状の管の内部における気流を模式的に示す図である。
【図２】流路内の気流が層流速度分布の場合に粒子が凝集する様子を模式的に示す図である。
【図３】流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の大きい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【図４】流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の小さい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【図５】この発明の第１実施形態の塵埃凝集路を示す図である。
【図６】この発明の第１実施形態の塵埃凝集路の正面を示す図である。
【図７】この発明の第１実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態の旋回部により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図８（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図８（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【図９】この発明の第２実施形態として、塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【図１０】この発明の第２実施形態の塵埃凝集路の正面を示す図である。
【図１１】この発明の第２実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【図１２】この発明の第３実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【図１３】この発明の第３実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の旋回部により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図１４（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図１４（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【図１５】この発明の第４実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【図１６】この発明の第４実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図１７】この発明の第４実施形態の塵埃凝集路を示す側断面図である。
【図１８】第４実施形態の塵埃凝集路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【図１９】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【図２１】この発明の第５実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【図２２】第５実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図２３】第５実施形態の塵埃凝集路を示す側断面図である。
【図２４】第５実施形態の塵埃凝集路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【図２５】この発明の第６実施形態の塵埃凝集路の要部を示す斜視図である。
【図２６】第６実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図２７】第６実施形態の塵埃凝集路を示す側断面図である。
【図２８】第６実施形態の塵埃凝集路の突起の周囲に発生する渦の様子を模式的に示す図である。
【図２９】この発明の第７実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図である。
【図３０】第７実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図３１】第７実施形態の突起を示す図である。（Ａ）は、突起の底面図、（Ｂ）は、突起の側面図、（Ｃ）は、突起の正面図である。
【図３２】第７実施形態の突起の周囲の気流の様子を模式的に示す図である。
【図３３】本発明の第７実施形態の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。
【図３４】この発明の第８実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図である。
【図３５】第８実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図３６】第８実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【図３７】第８実施形態の突起を上から見た形状（Ａ）と横から見た形状（Ｂ）を示す図である。
【図３８】第９実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図である。
【図３９】第９実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図４０】第９実施形態の塵埃凝集路の要部の側断面を示す図である。
【図４１】第１０実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図である。
【図４２】第１０実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図４３】第１０実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【図４４】第１０実施形態にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図４５】第１０実施形態にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図４６】第１０実施形態にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図４７】第１０実施形態にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図４８】第１０実施形態にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図４９】第１０実施形態の塵埃凝集路における隣接した突起の配置を示す図である。
【図５０】第１１実施形態の塵埃凝集路の要部を透視した斜視図である。
【図５１】第１１実施形態の塵埃凝集路の要部を示す正面図である。
【図５２】第１１実施形態の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【図５３】本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図である。
【図５４】本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の本体の構成の説明図である。
【図５５】流路の入り口付近の気流の様子を説明するための模式図である。
【図５６】流路の入口端面に、その端面を丸くしたアール部を形成した流路における、流路の入り口付近の気流の様子を説明するための模式図である。
【図５７】本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図５８】対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図５９】本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図６０】サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、サイクロン集塵室を備え、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機とについて、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を示す図である。
【図６１】サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、サイクロン集塵室を備え、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機とについて、排気中に含まれる粒子の低減率（％）と圧力損失（Ｐａ）との関係を示す図である。
【図６２】サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、サイクロン集塵室を備え、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機とについて、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０３５９】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０：塵埃凝集路、１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１：流路、１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２，１０２，１１２：壁、１３，２３，３３：旋回部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ：面、４３，５３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，７３ａ，７３ｂ，８３，９３，１０３，１１３：突起、５０１：吸込口、５０２：延長管、５６１：集塵部、５６７：電動送風機。
【図１】
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【図２】
2008110314.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008110314.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008110314.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月26日(2007.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５１】
塵埃間に働くクーロン力Ｆｑ（Ｎ）は、次の式のように表される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３１５】
アール部を形成する場合、アール部と入口からの距離Ｘの関係を、アール部の半径Ｒの大きさを任意の係数βを用いてＲ＝βＤとして表すと、βは、０＜β≦１／４の範囲で設定され、次の式のように導出できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３４４】
図６１に示すように、第１実施形態の塵埃凝集路１０を備える電気掃除機では、他の実施形態の塵埃凝集路を備える電気掃除機よりも排気粒子の低減率が高かったが、圧力損失も最も高かった。一方、第７実施形態の塵埃凝集路７０を備える電気掃除機では、排気粒子の低減率は最も低かったが、圧力損失も低かった。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３４６】
図５８と図５９に示すように、電気掃除機６ａ，６ｂの延長管５０２の管長ａは、対照機６ａと、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂのどちらについても、７００ｍｍ、延長管５０２の管内径は３５ｍｍ、管中心の風速は２０ｍ／秒とした。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３４７】
図５９に示すように、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂには、長さｂの塵埃凝集路を延長管５０２の先端から距離ｃの位置に形成した。塵埃凝集路の長さｂは４００ｍｍ、距離ｃは１００ｍｍとした。粒子を正に帯電する第１帯電部としてポリプロピレン樹脂、粒子を負に帯電する第２帯電部としてナイロン樹脂を用いた。
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月14日(2008.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、
塵埃が直進する気流によって前記流路内を搬送される段階と、
塵埃が前記流路内の壁面に沿って流通する段階と、
塵埃が前記流路内の壁面から突出した突起に衝突する段階と、
塵埃が前記突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、
塵埃が渦流により複数回にわたって前記流路の壁面に衝突する段階と、
複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、
衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、
塵埃塊が気流によって前記流路内を搬送される段階とを備え、
前記流路の壁面および／または突起は、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正に接触帯電する第１帯電部と、流路を流通する気体に含まれる塵埃を負に接触帯電する第２帯電部とを有し、
塵埃が気流によって前記流路内を搬送されるときに、塵埃を前記流路の壁面および／または突起に衝突させて帯電させたのち、塵埃同士を衝突させる気流制御を行うとともに、第１帯電部に衝突して正に帯電された塵埃と、第１帯電部に衝突していない塵埃とが衝突して正に帯電している第１の塵埃塊（クラスタ）を形成し、第２帯電部に衝突して負に帯電された塵埃と、第２帯電部に衝突していない塵埃とが衝突して負に帯電している第２の塵埃塊（クラスタ）を形成する期間を設ける、塵埃凝集方法。
【請求項２】
塵埃が気流によって前記流路内を搬送されるときに、正に帯電されている第１の塵埃塊と、負に帯電されている第２の塵埃塊とを衝突させるように気流制御を行うとともに、衝突した第１の塵埃塊と第２の塵埃塊が静電気力により結合してさらに大きな塵埃塊（大クラスタ）を形成する期間を設ける、請求項１に記載の塵埃凝集方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
この発明に従った塵埃凝集方法は、塵埃が気流によって流路内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路内を搬送される段階と、塵埃が流路内の壁面に沿って流通する段階と、塵埃が流路内の壁面から突出した突起に衝突する段階と、塵埃が突起の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、塵埃が渦流により複数回にわたって流路の壁面に衝突する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路内を搬送される段階とを備え、流路の壁面および／または突起は、流路を流通する気体に含まれる塵埃を正に接触帯電する第１帯電部と、流路を流通する気体に含まれる塵埃を負に接触帯電する第２帯電部とを有し、塵埃が気流によって流路内を搬送されるときに、塵埃を流路の壁面および／または突起に衝突させて帯電させたのち、塵埃同士を衝突させる気流制御を行うとともに、第１帯電部に衝突して正に帯電された塵埃と、第１帯電部に衝突していない塵埃とが衝突して正に帯電している第１の塵埃塊（クラスタ）を形成し、第２帯電部に衝突して負に帯電された塵埃と、第２帯電部に衝突していない塵埃とが衝突して負に帯電している第２の塵埃塊（クラスタ）を形成する期間を設ける。