(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気浄化装置（１０）を、平面視において、第二筒体（１１）と第一筒体（１５）と粉塵物分離ケース（１２）の三重の円筒形状の組み合わせで構成し、該第一筒体（１５）は上面及び下面が開口された円筒状体であり、内部に軸流サイクロン（１４）を設け、該第二筒体（１１）は、前記第一筒体（１５）よりも小径の上下両端開放の円筒状体に構成し、該第一筒体（１５）の上方に略同軸上に配置し、前記第二筒体（１１）と第一筒体（１５）との接続位置には、前記第一筒体（１５）よりも大径の粉塵物分離ケース（１２）を配置し、該粉塵物分離ケース（１２）は、上下両端閉塞の円筒状体で構成され、上面には第二筒体（１１）が、下面には第一筒体（１５）が軸方向に挿嵌され、前記粉塵物分離ケース（１２）の内部に内挿された前記第一筒体（１５）の上端面は、前記粉塵物分離ケース（１２）の下端面より上方に配置し、前記粉塵物分離ケース（１２）の外周面に設けた第二開口部（２２）にて連通された粉塵物排出ケース（１３）を設け、前記第一筒体（１５）の下端より前記第二筒体（１１）の上端へ空気を導通させ、
前記粉塵物排出ケース（１３）を円筒状体とし、前記第二開口部（２２）の平面視において、前記粉塵物分離ケース（１２）の内周と前記粉塵物排出ケース（１３）の内周との共通接線上に、該粉塵物分離ケース（１２）内周と粉塵物排出ケース（１３）の内周とに連続する壁面を設け、前記第一筒体（１５）の上面と、第二筒体（１１）の下面との間の隙間を、第一開口部（２１）とし、虫や花粉等の粉塵物（Ｂ）を含んだ屋外の含塵空気（Ａ）は、前記第一筒体（１５）の下方から流入し、前記軸流サイクロン（１４）内を螺旋状に旋回しながら通過する間に、該含塵空気（Ａ）の中の粉塵物（Ｂ）が、遠心力及び慣性力にて、第一筒体（１５）の内壁（２５）側に案内され、前記第一筒体（１５）からの出口である上端付近で、該粉塵物（Ｂ）は該内壁（２５）に沿うように集中して旋回し、該第一筒体（１５）と第二筒体（１１）の間の第一開口部（２１）から粉塵物分離ケース（１２）に導かれ、該含塵空気（Ａ）より粉塵物（Ｂ）を除去された清浄空気（Ｃ）は、前記第二筒体（１１）に導かれることを特徴とする住宅用換気ユニットの空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅用換気ユニットの屋外に設置される空気浄化装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅換気ユニットにおける空気浄化装置は、本体内部にフィルタを設け、屋外から室内へ導入される空気に含まれる虫や花粉を捕集する手法のものが一般的であった。しかし、このような手法を採用する空気浄化装置では、すぐにフィルタが目詰まりを起こし、頻繁なメンテナンスが必要とされ、また、メンテナンス不足が生じた場合、かえって汚染された空気が室内に導入されることもあるという不具合があった。このような不具合を解消するため、例えば、特許文献１に記載のように、空気中の虫や花粉と清浄空気とを分離可能なサイクロン構造を採用した、住宅用換気ユニットの空気浄化装置が開示されている。一般に、サイクロンとは、通過空気を螺旋状に流動させ、虫や花粉等の粉塵物を遠心力によって分離し、空気を清浄化する手法である。このような空気浄化装置は、捕集した虫や花粉を滞りなく屋外に排出する必要があることを踏まえ、屋外設置式が望まれる。屋外設置式であれば、空気浄化装置を給気ダクトに備え、送風ファンを室内に設置することによって、サイクロン内部は必然的に負圧となる。さらに、上述のような空気浄化装置では、メンテナンスフリーとするために、捕集した虫や花粉を一箇所に集めて自動的に排出させる自動排出機構を備えることが望まれる。
【０００３】
特許文献１は、換気ユニットにおける屋外設置の空気浄化装置を開示し、空気浄化装置にサイクロンを用いメンテナンス性を高めている。該空気浄化装置は、上半部が円筒状であって下半部が下方に向かって絞られた円錐状であるサイクロン（以下、通常サイクロン）が用いられている。このような通常サイクロンは、後述する軸流サイクロンと比較して圧力損失が大きく、設置スペースも大きい。住宅用換気ユニットに備えた空気浄化装置の圧力損失が大きいと、換気ユニットの換気量を低減させることになる。特許文献２は、軸流サイクロンを用いた空気浄化装置を開示している。該軸流サイクロンとは、軸に固定した旋回羽根にて通過空気を螺旋状に流動させるサイクロンであり、通常サイクロンのように気流の方向を反転させないため、通常サイクロンに比べて圧力損失が小さく、設置スペースも小さくてすむ。しかし、該空気浄化装置では、集塵物が、サイクロン第一筒体の円筒長さを重力により落下しなければならないこと、及び最終的に捕集が一箇所に集中しないことを踏まえれば、粉塵物の捕集方法が非効率である。
【０００４】
通常、軸流サイクロンを用いた空気浄化装置は、粉塵物を下方に蓄積すると回収が容易であるので、気流方向は上方から下方へ向かう構成としている。しかし、住宅用換気ユニットの屋外に設置される空気浄化装置では、その吸込み方向を上向きとすると、空気浄化装置に雨水が浸入する、又は屋根の庇が吸込み口の抵抗となる等の弊害が予想される。そこで、空気浄化装置を、気流方向が下方から上方へ向かう構成とすると、今度は、粉塵物の回収が困難となるのである。特許文献３は、気流方向が下方から上方へ向かう構成とした軸流サイクロンを用いた集塵装置を開示している。該集塵装置は、円筒状に構成された粉塵物排出ケースが本体ケースに近接配置され、粉塵物と清浄空気の分離過程終端にて、粉塵物を排出している。このように、該集塵装置では、粉塵物は分離されたのち、直ちに一箇所に集中して粉塵物排出ケースに送られるので、効率良く捕集される。しかし、本体内部を遠心力によって壁面に沿って上昇する粉塵物が、粉塵物排出ケースへ流出できる箇所は一端のみであり捕集効率が悪い。
【特許文献１】特開２０００−１４６２５１号公報
【特許文献２】特開平４−３３０９５４号公報
【特許文献３】特開昭５８−６４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
換気ユニットにおける屋外設置の空気浄化装置では、低圧力損失・省スペースの観点から、通常サイクロンよりも軸流サイクロンを用いることが望ましい。しかし、上述した特許文献に記載の技術では、粉塵物の捕集効率が向上できていないのが現状である。また、メンテナンス性を踏まえて、排出する粉塵物は、一箇所にまとめられることが望ましい。そこで、解決しようとする課題は、軸流サイクロンを用いた空気浄化装置の捕集効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
請求項１においては、空気浄化装置（１０）を、平面視において、第二筒体（１１）と第一筒体（１５）と粉塵物分離ケース（１２）の三重の円筒形状の組み合わせで構成し、該第一筒体（１５）は上面及び下面が開口された円筒状体であり、内部に軸流サイクロン（１４）を設け、該第二筒体（１１）は、前記第一筒体（１５）よりも小径の上下両端開放の円筒状体に構成し、該第一筒体（１５）の上方に略同軸上に配置し、前記第二筒体（１１）と第一筒体（１５）との接続位置には、前記第一筒体（１５）よりも大径の粉塵物分離ケース（１２）を配置し、該粉塵物分離ケース（１２）は、上下両端閉塞の円筒状体で構成され、上面には第二筒体（１１）が、下面には第一筒体（１５）が軸方向に挿嵌され、前記粉塵物分離ケース（１２）の内部に内挿された前記第一筒体（１５）の上端面は、前記粉塵物分離ケース（１２）の下端面より上方に配置し、前記粉塵物分離ケース（１２）の外周面に設けた第二開口部（２２）にて連通された粉塵物排出ケース（１３）を設け、前記第一筒体（１５）の下端より前記第二筒体（１１）の上端へ空気を導通させ、前記粉塵物排出ケース（１３）を円筒状体とし、前記第二開口部（２２）の平面視において、前記粉塵物分離ケース（１２）の内周と前記粉塵物排出ケース（１３）の内周との共通接線上に、該粉塵物分離ケース（１２）内周と粉塵物排出ケース（１３）の内周とに連続する壁面を設け、前記第一筒体（１５）の上面と、第二筒体（１１）の下面との間の隙間を、第一開口部（２１）とし、虫や花粉等の粉塵物（Ｂ）を含んだ屋外の含塵空気（Ａ）は、前記第一筒体（１５）の下方から流入し、前記軸流サイクロン（１４）内を螺旋状に旋回しながら通過する間に、該含塵空気（Ａ）の中の粉塵物（Ｂ）が、遠心力及び慣性力にて、第一筒体（１５）の内壁（２５）側に案内され、前記第一筒体（１５）からの出口である上端付近で、該粉塵物（Ｂ）は該内壁（２５）に沿うように集中して旋回し、該第一筒体（１５）と第二筒体（１１）の間の第一開口部（２１）から粉塵物分離ケース（１２）に導かれ、該含塵空気（Ａ）より粉塵物（Ｂ）を除去された清浄空気（Ｃ）は、前記第二筒体（１１）に導かれるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、空気浄化装置（１０）を、平面視において、第二筒体（１１）と第一筒体（１５）と粉塵物分離ケース（１２）の三重の円筒形状の組み合わせで構成し、該第一筒体（１５）は上面及び下面が開口された円筒状体であり、内部に軸流サイクロン（１４）を回転自在に設け、該第二筒体（１１）は、前記第一筒体（１５）よりも小径の上下両端開放の円筒状体に構成し、該第一筒体（１５）の上方に略同軸上に配置し、前記第二筒体（１１）と第一筒体（１５）との接続位置には、前記第一筒体（１５）よりも大径の粉塵物分離ケース（１２）を配置し、該粉塵物分離ケース（１２）は、上下両端閉塞の円筒状体で構成され、上面には第二筒体（１１）が、下面には第一筒体（１５）が軸方向に挿嵌され、前記粉塵物分離ケース（１２）の内部に内挿された前記第一筒体（１５）の上端面は、前記粉塵物分離ケース（１２）の下端面より上方に配置し、前記粉塵物分離ケース（１２）の外周面に設けた第二開口部（２２）にて連通された粉塵物排出ケース（１３）を設け、前記第一筒体（１５）の下端より前記第二筒体（１１）の上端へ空気を導通させる住宅用換気ユニットの空気浄化装置であるので、空気浄化装置の低圧力損失・省スペースを実現できる。
また、第一筒体の粉塵物滞留ケースへの開口部を第一筒体全周に設けることにより、粉塵物の捕集効率を向上できる。
【００１１】
また、粉塵物滞留ケースの下面が第一開口部より下方にあることで、粉塵物が第一筒体へ再流入することがない。
また、一箇所に粉塵物を集めることにより、空気浄化装置における粉塵物排出のメンテナンス性が向上できる。
【００１２】
また、前記粉塵物排出ケース（１３）を円筒状体とし、前記第二開口部（２２）の平面視において、前記粉塵物分離ケース（１２）の内周と前記粉塵物排出ケース（１３）の内周との共通接線上に、該粉塵物分離ケース（１２）内周と粉塵物排出ケース（１３）の内周とに連続する壁面を設け、前記第一筒体（１５）の上面と、第二筒体（１１）の下面との間の隙間を、第一開口部（２１）とし、虫や花粉等の粉塵物（Ｂ）を含んだ屋外の含塵空気（Ａ）は、前記第一筒体（１５）の下方から流入し、前記軸流サイクロン（１４）内を螺旋状に旋回しながら通過する間に、該含塵空気（Ａ）の中の粉塵物（Ｂ）が、遠心力及び慣性力にて、第一筒体（１５）の内壁（２５）側に案内され、前記第一筒体（１５）からの出口である上端付近で、該粉塵物（Ｂ）は該内壁（２５）に沿うように集中して旋回し、該第一筒体（１５）と第二筒体（１１）の間の第一開口部（２１）から粉塵物分離ケース（１２）に導かれ、該含塵空気（Ａ）より粉塵物（Ｂ）を除去された清浄空気（Ｃ）は、前記第二筒体（１１）に導かれるので、請求項１の効果に加え、該第一開口部（２１）の含塵空気（Ａ）の流れが整流されるので、粉塵物が、粉塵物分離ケースから粉塵物排出ケースへスムーズに流動することで、捕集効率を向上させることが出来るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る住宅用換気ユニットの全体的な構成を示した構成図、図２は本発明の実施例である空気浄化装置を示した正面図、図３は同じく平面図である。図４は軸流サイクロンの斜視図、図５は図３におけるＤＤ断面図、図６は図２におけるＥＥ断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施形態である空気浄化装置１０は、住宅１に設けられた換気ユニット５の構成要素であって、該住宅１の屋外側に開口された吸い込みダクト６の開口部に設置されている。例えば、住宅１の換気ユニット５は、屋根裏に設置された給気ダクト６及び排気ダクト７により構成される。前記該給気ダクト６及び排気ダクト７は、居室２の天井など、住宅１の屋内と、該住宅１の屋外とに開口され、これらの給気ダクト６及び排気ダクト７により屋内外が連通されている。屋根裏には、給気ダクト６及び排気ダクト７の途上に、送風ファン３・４がそれぞれ設けられ、該送風ファン３・４により給気ダクト６又は排気ダクト７の送気量が調整されて、居室２の必要換気量が確保される。該送風ファン３・４は、通常、モータ等で駆動される。このようにして、換気ユニット５では、居室及び屋外にて一つの空気循環系が形成され、住まいの快適性が高められている。
【００１６】
空気浄化装置１０が屋外設置であることに限定すれば、実施形態である換気ユニット５の構成は、図１に示したものにとらわれない。空気浄化装置１０を屋外設置型とすることで、該空気浄化装置１０にて空気中より分離した花粉や虫等の粉塵物の排出場所に気を配る必要がない。すなわち、空気浄化装置１０からそのまま装置外へ粉塵物を排出することができる。さらに、換気ユニット５の構造上、屋外設置型の空気浄化装置１０は給気ダクト６の屋外側に配置することになるので、必然的に空気浄化装置１０は、給気ダクト６において負圧側（送風ファン４の上流側）に位置することになる。
【００１７】
図２及び図３に示すように、本発明の実施例である空気浄化装置１０は、円筒形状の組み合わせで構成されている。図２に示すように、空気浄化装置１０は、第一筒体１５と、第二筒体１１と、粉塵物分離ケース１２と、粉塵物排出ケース１３とで構成される。第一筒体１５は、上面及び下面が開口された円筒状体であり、内部に軸流サイクロン１４が設けられている。第二筒体１１は、前記第一筒体１５よりも小径の上下両端開放の円筒状体に構成され、該第一筒体１５の上方に略同軸上に配置されている。前記第二筒体１１と第一筒体１５との接続位置には、粉塵物分離ケース１２が設けられ、該粉塵物分離ケース１２は、上下両端閉塞の円筒状体で構成され、上面には第二筒体１１が、下面には第一筒体１５が挿嵌されている。粉塵物排出ケース１３は、上下両端閉塞の円筒状体で構成され、前記粉塵物分離ケース１２の外周面に該粉塵物排出ケース１３の外周面が連設して設けられている。
【００１８】
ここで、特記すべき事項としては、第二筒体１１の下面と第一筒体１５の上面は、何れも粉塵物分離ケース１２の内部に存在し、第一筒体１５の上面は粉塵物分離ケース１２内部下面２３よりも高い位置に配置されていることである。前記第一筒体１５の上面と第二筒体１１の下面の隙間を「第一開口部２１」とする。
【００１９】
図３に示すように、粉塵物分離ケース１２及び粉塵物排出ケース１３は連設され、平面視において、前記粉塵物分離ケース１２の内周と前記粉塵物排出ケース１３の内周との一側（流入側）の共通接線上に、粉塵物分離ケース１２内周と粉塵物排出ケース１３内周とに連続する壁面が設けられている。前記粉塵物分離ケース１２と粉塵物排出ケース１３を連通する開口部を、「第二開口部２２」とする。特記すべき事項として、粉塵物分離ケース１２の内壁に沿って該内壁の接線方向に流れる粉塵物が、その流れに沿って移動するうちに粉塵物排出ケース１３に収まるように、第二開口部２２を設ける側壁を選ぶことが必要であり、後述する軸流サイクロン１４によって定まる旋回方向によって該側壁は一意に定まる。さらに、円筒状である第一筒体１５、第二筒体１１、粉塵物分離ケース１２及び粉塵物排出ケース１３の径は、粉塵物分離ケース１２、第一筒体１５、第二筒体１１の順に小さくなるものとしている。
【００２０】
図４に示すように、軸流サイクロン１４は、上面及び下面が開口された円筒状の胴１９の内部に軸１７を固定し、旋回羽根１８を設けた構造としている。該旋回羽根１８は、下方から上方に螺旋状に流れる気流を形成できる構造であれば、枚数・軸への固定角度・傾斜角度は限定されることはない。なお、本実施例では、軸流サイクロン１４に旋回羽根１８を４枚備え、各旋回羽根１８の軸への固定角度α（図４参照）は６４．１°としている。この構造は、捕集効果が実験的に最適とされた構造としている。
【００２１】
上記構成の住宅用換気ユニット５の空気浄化装置１０では、該空気浄化装置１０を屋外に設置することで、捕集した虫や花粉を滞りなく屋外に排出することができ、衛生面及びメンテナンス性を向上している。また、空気浄化装置１０では、採用する粉塵物と気体との分離手段として軸流サイクロン１４を使用することで、圧力損失が小さく、換気ユニット５の換気量に及ぼす影響が小さい。さらに、上記軸流サイクロン１４は、小型化が可能であり、空気浄化装置１０の設置スペースを削減することができる。
【００２２】
図５では、空気浄化装置１０での気体と粉塵物との流れを示している。図５に示すように、含塵空気Ａは、空気浄化装置１０を通過することで、粉塵物Ｂと清浄空気Ｃに分離される。説明を容易にするため、図５及び図６中にて、含塵空気Ａを破線矢印、粉塵物Ｂを一点鎖線矢印、清浄空気Ｃを実線矢印で表している。また、前述したが、第一筒体１５及び第二筒体１１の内部には、換気ユニット５の送風ファン４により下方から上方に向かう強制的な気流が形成され、空気浄化装置１０内部は負圧となる。
【００２３】
虫や花粉等の粉塵物Ｂを含んだ、屋外の含塵空気Ａは、第一筒体１５の下方から流入し、軸流サイクロン１４内を螺旋状に旋回しながら通過する。ここで、含塵空気Ａのうち粉塵物Ｂは、その遠心力及び慣性力にて、第一筒体内壁２５側に案内される。このようにして、第一筒体１５からの出口である上端付近では、含塵空気Ａより分離された粉塵物Ｂは第一筒体内壁２５に沿うように集中して旋回し、第一開口部２１から粉塵物分離ケース１２に導かれる。一方、含塵空気Ａより粉塵物Ｂを除去された清浄空気Ｃは、第二筒体１１に導かれ、給気ダクト６を通じて居室２へ送られる。
【００２４】
このように、軸流サイクロン１４、及び、第二筒体１１と第一筒体１５との異なる径の円筒の構造特性を利用して、第一筒体内壁２５の全周に亘って含塵空気Ａの気流から粉塵物Ｂを分離するための第一開口部２１を設けることによって、第一筒体内壁２５側に沿って上昇している粉塵物Ｂを残らず捕集し、捕集率の向上が図られている。
【００２５】
図６に示すように、粉塵物分離ケース１２に流入した粉塵物Ｂは、軸流サイクロン１４によって形成された旋回気流に従い、その遠心力及び慣性力にて、粉塵物分離ケース１２の内部側壁２０に沿って、今度は下向きに旋回する（図５参照）。粉塵物分離ケース１２内部は気流を制御する障害物はないが、第一開口部２１より旋回しながら流入した粉塵物Ｂは、その惰性にて粉塵物分離ケース１２内部においても旋回する。粉塵物分離ケース１２内を旋回する粉塵物Ｂは、一側を粉塵物分離ケース１２及び粉塵物排出ケース１３の接する側壁とした第二開口部２２に案内され、粉塵物排出ケース１３に導かれる。さらに、粉塵物Ｂは、その重力にて粉塵物排出ケース１３を下方へ落下し、底部に蓄積される（図５参照）。
【００２６】
このように、粉塵物分離ケース１２の内部下面２３は、第一開口部２１よりも下方にあることから、粉塵物分離ケース１２に流入した粉塵物Ｂは、粉塵物分離ケース１２内を下方に旋回するので、一旦粉塵物分離ケース１２に入った粉塵物Ｂは第一筒体１５又は第二筒体１１に戻ることはない。すなわち、一度分離された粉塵物Ｂは確実に捕集できるので、捕集率を向上している。
【００２７】
また、粉塵物分離ケース１２では、旋回しながら流入する粉塵物Ｂの流れと、粉塵物分離ケース１２及び粉塵物排出ケース１３の接続形状により、一箇所に粉塵物Ｂを捕集できる。つまり、粉塵物排出ケース１３に堆積した粉塵物Ｂを排出すれば足りるので、粉塵排出のメンテナンス性を向上している。また、粉塵物分離ケース１２には、該粉塵物分離ケース１２を旋回しながら流れる粉塵物Ｂの障害物が存在しないので、粉塵物Ｂが、粉塵物分離ケース１２から粉塵物排出ケース１３へ流動する際の抵抗を最小限として、捕集効果を向上している。
【００２８】
空気浄化装置１０から粉塵物Ｂの具体的な排出方法は本実施例では省略するが、粉塵物Ｂが一箇所に集中して蓄積されるので、様々な方法が適用できると考える。例えば、本実施例の粉塵物排出ケース１３に開口部を設け、該開口部にモータ駆動によるシャッターを設けた開口手段を設けて、タイマーによって定期的にモータを駆動させて、集積された粉塵物を排出する手法などが考えられる。
【００２９】
住宅用換気ユニットの空気浄化装置について、屋外設置であること及びメンテナンスが容易であることの要望を踏まえ、省設置スペース及び低圧力損失である軸流サイクロンを用いた空気浄化装置を紹介した。本実施例では、空気浄化装置の構成部材の形状を工夫し粉塵物の捕集効果を高めるとともに、粉塵物の排出部を一箇所としメンテナンス性を向上した。本実施例は、住宅用換気ユニットに適用したが、例えば、虫の捕集装置（吸込み部に発光による捕集装置を備える）、焼却炉の廃塵装置、又は工場の集塵装置にも応用できると考える。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る住宅用換気ユニットの全体的な構成を示した構成図。
【図２】本発明の実施例である空気浄化装置を示した正面図。
【図３】同じく平面図。
【図４】軸流サイクロンの斜視図。
【図５】図３におけるＤＤ断面図。
【図６】図２におけるＥＥ断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１０    空気浄化装置
１２    粉塵物分離ケース
１３    粉塵物排出ケース
１４    軸流サイクロン
１５    第一筒体
１７    軸
１８    旋回羽根
２１    第一開口部
２２    第二開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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