JP2018008224A - サイクロン分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気等の気体がサイクロン分離装置を通過する際の圧力損失を低減する。【解決手段】サイクロン分離装置（10）では、本体部（20）によって旋回室（33）が形成される。旋回室（33）には、メッシュ状の導出用部材（60）が設けられる。導出用部材（60）は、円錐台状に形成され、外周縁が旋回室（33）の終端部の周壁面に沿うように配置される。旋回室（33）の周壁面付近に集まった固体は、導出用部材（60）に衝突して固体導出口（23）へ導かれ、旋回室（33）から排出される。固体を分離された気体は、メッシュ状の導出用部材（60）を通過して旋回室（33）から流出する。【選択図】図４

Description

本発明は、気体と固体の混合物から固体を分離するサイクロン分離装置に関するものである。

従来より、気体と固体の混合物から固体を分離するサイクロン分離装置が知られている。特許文献１に開示されたサイクロン分離装置では、旋回室の一端に環状の吸気口が形成され、旋回室の他端の中心部に排気口が形成される。このサイクロン分離装置は、吸気口を通って旋回室へ流入した室外空気を旋回させることによって室外空気中の塵埃を分離し、塵埃を除去された室外空気を排気口から流出させる。このサイクロン分離装置では、排気口の直径が旋回室の直径よりも小さくなっており、排気口の周囲に壁が形成される。そして、遠心力によって旋回室の周壁面付近に集まった固体は、排気口の周囲の壁に衝突して落下し、旋回室の周壁面に形成された塵埃落下口を通って旋回室から排出される。

特開２００８−０３６５７９号公報

上述したように、特許文献１のサイクロン分離装置では、排気口の直径が旋回室の直径よりも小さくなっている。そして、遠心力によって旋回室の周壁面付近に集まった固体を確実に旋回室から排出するには、固体が衝突する壁の幅をある程度以上確保する必要があり、そのためには排気口の直径をある程度以下に抑える必要がある。このため、空気が旋回室から排気口を通って流出する際の圧力損失が大きくなり、サイクロン分離装置へ空気を流すためのファンの動力が嵩むという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、空気等の気体がサイクロン分離装置を通過する際の圧力損失を低減することにある。

第１の発明は、気体と固体の混合物である被処理流体から固体を分離するサイクロン分離装置を対象とする。そして、 上記被処理流体が旋回しながら流れる旋回室（33）を形成する本体部（20）と、上記旋回室（33）の始端に配置され、該旋回室（33）へ流入する被処理流体を旋回方向へ案内するガイド部材（40）と、上記本体部（20）に形成され、上記旋回室（33）の周壁面に開口して上記被処理流体から分離された固体を導出する固体導出口（23）と、上記気体が通過可能なメッシュ状に形成され、上記被処理流体から分離された固体を衝突させて上記固体導出口（23）へ導くために、その外周縁が上記旋回室（33）の終端部の周壁面に沿うように配置された導出用部材（60）とを備えるものである。

第１の発明において、被処理流体は、サイクロン分離装置（10）へ流入する際にガイド部材（40）によって旋回方向へ案内され、旋回室（33）において旋回しながら流れる。旋回室（33）では、被処理流体に含まれる固体に遠心力が作用し、固体が旋回室（33）の周壁面の付近に集まってゆく。

第１の発明では、旋回室（33）に導出用部材（60）が配置される。導出用部材（60）は、その外周縁が旋回室（33）の終端部の周壁面に沿っている。このため、旋回室（33）の周壁面の付近に集まった固体は、導出用部材（60）に衝突し、旋回室（33）の周壁面に開口する固体導出口（23）へ導かれる。導出用部材（60）は、気体が通過可能なメッシュ状に形成されている。このため、旋回室（33）の周壁面の付近を流れる気体は、導出用部材（60）を通過する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記導出用部材（60）は、上記旋回室（33）の始端側から終端側へ向かって直径が拡大する円錐状または円錐台状に形成されるものである。

第２の発明では、導出用部材（60）が円錐状または円錐台状に形成される。この導出用部材（60）は、最も大径となる外周縁が旋回室（33）の終端部の周壁面に沿うように、旋回室（33）に配置される。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記導出用部材（60）は、ドーナツ型の平板状に形成されるものである。

第３の発明では、導出用部材（60）がドーナツ型の平板状に形成される。この導出用部材（60）は、外周縁が旋回室（33）の終端部の周壁面に沿うように、旋回室（33）に配置される。

第４の発明は、上記第１〜第３の発明において、上記本体部（20）は、上記旋回室（33）の終端から上記気体を導出する流体導出口（22）の口径が、上記旋回室（33）の始端へ被処理流体を導入する導入口（21）の口径と等しいものである。

第４の発明では、流体導出口（22）の口径が導入口（21）の口径と等しくなる。このため、導入口（21）を通って旋回室（33）へ流入した被処理流体は、絞られることなく流体導出口（22）を通って旋回室（33）から流出してゆく。

本発明において、旋回室（33）に設けられる導出用部材（60）は、気体が通過可能なメッシュ状に形成される。このため、旋回室（33）の周壁面の付近に集まった固体は、導出用部材（60）に衝突して旋回室（33）から排出される一方、旋回室（33）の周壁面の付近を流れる気体は、導出用部材（60）を通過する。つまり、旋回室（33）の周壁面の付近を流れる気体の流れは、導出用部材（60）によって阻害されない。このため、本発明によれば、固体を衝突させるための壁（気体が通過できない壁）を旋回室（33）の終端付近に形成する従来のサイクロン分離装置に比べ、気体が旋回室（33）を通過する際の圧力損失を低減することができる。

図１は、実施形態のサイクロン分離装置を備えた換気システムの概略構成図である。 図２は、実施形態のサイクロン分離装置の斜視図である。 図３は、実施形態のサイクロン分離装置の正面図である。 図４は、図３におけるＡ−Ａ断面を示すサイクロン分離装置の断面図である。 図５は、図４におけるＢ−Ｂ断面を示すサイクロン分離装置の断面図である。 図６は、図４と同じ断面を示すサイクロン分離装置の一部断面図である。 図７は、実施形態の変形例１のサイクロン分離装置の図４に相当する断面を示す断面図である。 図８は、実施形態の変形例２のサイクロン分離装置の図４に相当する断面を示す断面図である。 図９は、実施形態の変形例３のサイクロン分離装置の図４に相当する断面を示す断面図である。 図１０は、実施形態の変形例３のサイクロン分離装置の図５に相当する断面を示す断面図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態のサイクロン分離装置（10）は、室内空間の換気を行う換気システム（110）に設けられている。以下では、先ず、本実施形態のサイクロン分離装置（10）を備えた換気システム（110）の概要を説明し、次に、本実施形態のサイクロン分離装置（10）の詳細を説明する。なお、以下では、原則として、本実施形態のサイクロン分離装置を単に分離装置（10）という。

−換気システム−
図１に示すように、換気システム（110）は、ビル等の建物（100）に設置されて室内空間の換気を行うものである。この換気システム（110）は、本実施形態の分離装置（10）と、換気装置（120）と、換気装置（120）に接続されたダクト（111〜114）とを備えている。また、この換気システム（110）は、建物（100）の天井裏の空間に設置される。

本実施形態の分離装置（10）は、後述する外気吸込ダクト（111）の途中に設けられている。この分離装置（10）は、換気装置（120）へ供給される室外空気を被処理流体とし、室外空気から埃や虫などの比較的大きな塵埃（固体）を分離する。

換気装置（120）は、ケーシング（121）と、全熱交換器（124）と、給気ファン（125）と、排気ファン（126）と、フィルタ（127）とを備えている。ケーシング（121）の内部には、給気通路（122）と排気通路（123）とが形成されている。全熱交換器（124）は、給気通路（122）を流れる室外空気と、排気通路（123）を流れる室内空気との間で、熱と水分を交換させる。給気通路（122）では、全熱交換器（124）の下流側に給気ファン（125）が配置され、全熱交換器（124）の上流側にフィルタ（127）が配置される。排気通路（123）では、全熱交換器（124）の下流側に排気ファン（126）が配置され、全熱交換器（124）の上流側にフィルタ（128）が配置される。

換気装置（120）のケーシング（121）には、ダクト（111〜114）が接続されている。外気吸込ダクト（111）は、上流ダクト（111a）と下流ダクト（111b）とによって構成されている。上流ダクト（111a）は、一端が室外空間に開口し、他端が後述する分離装置（10）の導入口（21）に接続されている。下流ダクト（111b）は、一端が後述する分離装置（10）の流体導出口（22）に接続され、他端が給気通路（122）の始端に接続されている。給気ダクト（112）は、一端が給気通路（122）の終端に接続され、他端が室内空間に開口している。内気吸込ダクト（113）は、一端が室内空間に開口し、他端が排気通路（123）の始端に接続されている。排気ダクト（114）は、一端が排気通路（123）の終端に接続され、他端が室外空間に開口している。

−サイクロン分離装置の構成−
図２に示すように、本実施形態のサイクロン分離装置（10）は、本体部（20）と、ガイド部材（40）と、塵埃収容箱（55）と、導出用部材（60）とを備えている。

図３及び図４に示すように、本体部（20）は、比較的大径の円筒状に形成されている。本体部（20）は、図４における左右の端部が開口している。本体部（20）の内部空間は、被処理流体である室外空気が旋回しながら流れる旋回室（33）となっている。本体部（20）の内径は、本体部（20）の全長に亘って実質的に一定である。従って、旋回室（33）の直径は、旋回室（33）の全長に亘って実質的に一定である。

図４に示すように、本体部（20）は、その中心軸が概ね水平方向となるように配置されている。従って、旋回室（33）の中心軸（36）も、概ね水平方向となっている。なお、本体部（20）及び旋回室（33）の中心軸（36）は、一見して横方向であればよく、水平方向に対して多少傾いていてもよい。

ガイド部材（40）は、一つの中央円板（42）と、多数の案内羽根（41）とを備えている。中央円板（42）は、直径が本体部（20）の内径よりも小さい円板状の部材である。案内羽根（41）は、中央円板（42）の周囲に放射状に配置されている。図６に示すように、各案内羽根（41）は、旋回室（33）において室外空気が分離装置（10）の正面から見て時計方向へ旋回するように、水平方向に対して傾斜している。

ガイド部材（40）は、中央円板（42）の中心軸が旋回室（33）の中心軸（36）と実質的に一致する姿勢で、本体部（20）の一端（図４における左端）に取り付けられている。本体部（20）では、本体部（20）の周壁部（31）の一端（図４における左端）と中央円板（42）の間に形成された円環状の開口が、旋回室（33）へ室外空気を導入するための導入口（21）となっている。導入口（21）の口径（即ち、外径）は、本体部（20）の内径（即ち、旋回室（33）の直径）と実質的に等しい。本体部（20）では、導入口（21）に案内羽根（41）が配置される。上述したように、本体部（20）の導入口（21）には、外気吸込ダクト（111）の上流ダクト（111a）が接続される。

上述したように、本体部（20）は、図４における右端が開口している。この図４における本体部（20）の右端は、旋回室（33）から室外空気を導出するための流体導出口（22）を構成している。上述したように、本体部（20）の流体導出口（22）には、外気吸込ダクト（111）の下流ダクト（111b）が接続される。流体導出口（22）の口径（即ち、外径）は、本体部（20）の内径（即ち、旋回室（33）の直径）と実質的に等しい。つまり、本体部（20）では、流体導出口（22）の口径が導入口（21）の口径と実質的に一致する。

本体部（20）の周壁部（31）には、旋回室（33）から塵埃を導出するための固体導出口（23）が形成されている。図４に示すように、固体導出口（23）は、本体部（20）の周壁部（31）に形成され、周壁部（31）を貫通している。周壁部（31）において、固体導出口（23）は、流体導出口（22）に隣接する位置に形成されている。また、図５に示すように、固体導出口（23）は、周壁部（31）のうち分離装置（10）の正面から見て右下の領域に形成されている。

導出用部材（60）は、旋回室（33）に収容されている。導出用部材（60）は、本体部（20）の周壁部（31）付近に集まった固体を衝突させて固体導出口（23）へ導くための部材である。また、導出用部材（60）は、円錐台状に形成されたメッシュ状（あるいは、網状）の部材である。なお、導出用部材（60）は、糸状（あるいは、線状）の部材を織って形成された織網状に形成されていてもよいし、多数の孔が形成されたパンチングメッシュ状に形成されていてもよい。

導出用部材（60）は、大径端（図４における右端）の直径が流体導出口（22）の口径と実質的に等しく、小径端（図４における左端）の直径がガイド部材（40）の中央円板（42）の直径と実質的に等しい。また、導出用部材（60）の長さは、旋回室（33）の長さと概ね一致する。そして、導出用部材（60）は、大径端が本体部（20）の流体導出口（22）に配置され、小径端が中央円板（42）に接合されている。導出用部材（60）は、その外周縁である大径端が、流体導出口（22）の周縁を構成する本体部（20）の周壁面に、全周に亘って接合されている。つまり、導出用部材（60）は、その外周縁が旋回室（33）の終端部の周壁面に沿っている。なお、導出用部材（60）の大径端は、本体部（20）の軸方向において、固体導出口（23）と流体導出口（22）の間に配置されていればよい。

図３に示すように、塵埃収容箱（55）は、本体部（20）の下部を覆うように配置された箱状の部材である。図４に示すように、塵埃収容箱（55）は、本体部（20）の流体導出口（22）寄りに配置され、固体導出口（23）を覆っている。塵埃収容箱（55）と本体部（20）に囲まれた空間は、塵埃収容室（56）となる。

−分離装置の除塵作用−
換気装置（120）の給気ファン（125）が作動すると、外気吸込ダクト（111）へ吸い込まれた室外空気が分離装置（10）を通過する。その際、分離装置（10）では、被処理流体である室外空気から、埃や虫などの比較的大きな塵埃（固体）が分離される。ここでは、分離装置（10）が室外空気から塵埃を分離する作用について、図６を参照しながら説明する。

分離装置（10）では、室外空気が導入口（21）を通って旋回室（33）へ流入する。ガイド部材（40）の案内羽根（41）は、導入口（21）を通過する室外空気の流れを、旋回室（33）の周方向へ案内する。このため、旋回室（33）へ流入した室外空気は、分離装置（10）の正面から見て時計方向へ旋回しながら、流体導出口（22）へ向かって流れる。

室外空気が旋回室（33）を流れる過程では、室外空気に含まれる塵埃に遠心力が作用し、旋回室（33）の周壁面（即ち、本体部（20）の周壁部（31）の内周面）付近に塵埃が集まってゆく。室外空気に含まれる塵埃は、旋回室（33）の周壁面付近に集まりつつ、流体導出口（22）へ向かって移動してゆく。旋回室（33）の周壁面付近に集まった塵埃は、メッシュ状の導出用部材（60）に衝突し、固体導出口（23）へと落下してゆく。そして、旋回室（33）において室外空気から分離された塵埃は、固体導出口（23）を通って旋回室（33）から排出され、塵埃収容室（56）に貯留される。

上述したように、旋回室（33）の周壁面付近に集まった塵埃は、旋回室（33）から排出される。そして、塵埃を除去された室外空気は、メッシュ状の導出用部材（60）を通過し、流体導出口（22）を通って外気吸込ダクト（111）の下流ダクト（111b）へ流出してゆく。導出用部材（60）は、その大径端が流体導出口（22）の周縁部に接合されている。このため、室外空気は、旋回室（33）の全長に亘って、旋回室（33）の中心軸（36）に直交する断面の全体を通過できる。つまり、本体部（20）の導入口（21）を通って旋回室（33）へ流入した室外空気は、途中で絞られることなく本体部（20）の流体導出口（22）を通って旋回室（33）から流出してゆく。

−実施形態の効果−
本実施形態のサイクロン分離装置（10）において、旋回室（33）に設けられる導出用部材（60）は、気体が通過可能なメッシュ状に形成される。このため、旋回室（33）の周壁面の付近に集まった塵埃は、導出用部材（60）に衝突して旋回室（33）から排出される一方、旋回室（33）の周壁面の付近を流れる室外空気は、導出用部材（60）を通過する。つまり、旋回室（33）の周壁面の付近を流れる室外空気の流れは、導出用部材（60）によって阻害されない。このため、本実施形態によれば、固体を衝突させるための壁（気体が通過できない壁）を旋回室（33）の終端付近に形成する従来のサイクロン分離装置に比べ、室外空気が旋回室（33）を通過する際の圧力損失を低減することができる。

また、本実施形態のサイクロン分離装置（10）では、流体導出口（22）の口径が導入口（21）の口径と実質的に等しくなっている。このため、導入口（21）を通って旋回室（33）へ流入した室外空気は、途中で絞られることなく流体導出口（22）を通って旋回室（33）から流出してゆく。このため、室外空気が旋回室（33）を通過する際の圧力損失を、一層確実に低減できる。

更に、本実施形態のサイクロン分離装置（10）では、流体導出口（22）の口径が導入口（21）の口径と実質的に等しいため、流体導出口（22）に接続する下流ダクト（111b）の直径を、導入口（21）に接続する上流ダクト（111a）の直径と一致させることができる。その結果、室外空気が外気吸込ダクト（111）の始端から終端に至るまでの圧力損失を低減できる。

−実施形態の変形例１−
本実施形態の分離装置（10）では、図７に示すように、導出用部材（60）が円錐状に形成されていてもよい。

−実施形態の変形例２−
本実施形態の分離装置（10）では、図８に示すように、導出用部材（60）の長さが旋回室（33）の長さよりも短くてもよい。本変形例において、導出用部材（60）の小径端面は、周側面と同様にメッシュ状に形成されている。

−実施形態の変形例３−
本実施形態の分離装置（10）では、図９及び図１０に示すように、導出用部材（60）がドーナツ型の平坦なメッシュ状に形成されていてもよい。本変形例の導出用部材（60）は、本体部（20）の軸方向において、固体導出口（23）と流体導出口（22）の間に配置されている。導出用部材（60）の外径は、本体部（20）の内径（即ち、旋回室（33）の直径）と実質的に等しい。導出用部材（60）の外周縁は、流体導出口（22）の周縁を構成する本体部（20）の周壁面に、全周に亘って接合されている。つまり、本変形例の導出用部材（60）は、その外周縁が旋回室（33）の終端部の周壁面に沿っている。

−実施形態の変形例４−
本実施形態のサイクロン分離装置（10）は、室外空気から塵埃を分離する用途に用いられるものであるが、この分離装置（10）の用途は“室外空気からの塵埃の分離”に限定されない。

以上説明したように、本発明は、サイクロン分離装置について有用である。

10 サイクロン分離装置
20 本体部
21 導入口
22 流体導出口
23 固体導出口
33 旋回室
40 ガイド部材
60 導出用部材

Claims (4)

1. 気体と固体の混合物である被処理流体から固体を分離するサイクロン分離装置であって、
   上記被処理流体が旋回しながら流れる旋回室（33）を形成する本体部（20）と、
   上記旋回室（33）の始端に配置され、該旋回室（33）へ流入する被処理流体を旋回方向へ案内するガイド部材（40）と、
   上記本体部（20）に形成され、上記旋回室（33）の周壁面に開口して上記被処理流体から分離された固体を導出する固体導出口（23）と、
   上記気体が通過可能なメッシュ状に形成され、上記被処理流体から分離された固体を衝突させて上記固体導出口（23）へ導くために、その外周縁が上記旋回室（33）の終端部の周壁面に沿うように配置された導出用部材（60）とを備えている
   ことを特徴とするサイクロン分離装置。
2. 請求項１において、
   上記導出用部材（60）は、上記旋回室（33）の始端側から終端側へ向かって直径が拡大する円錐状または円錐台状に形成されている
   ことを特徴とするサイクロン分離装置。
3. 請求項１において、
   上記導出用部材（60）は、ドーナツ型の平板状に形成されている
   ことを特徴とするサイクロン分離装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
   上記本体部（20）は、上記旋回室（33）の終端から上記気体を導出する流体導出口（22）の口径が、上記旋回室（33）の始端へ被処理流体を導入する導入口（21）の口径と等しい
   ことを特徴とするサイクロン分離装置。

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