JP2024063284A - Cyclone Separator - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a cyclone separator that uses centrifugal force to separate foreign matter contained in the air.
従来、この種のサイクロン分離装置は、住宅において外気を室内に取り込む際に、外気と一緒に吸込んでしまう虫あるいは塵埃(以下、異物)を分離するために、住宅外壁の給気口部分に取り付けて使用されている。 Conventionally, this type of cyclone separator has been attached to the air intake vent on the exterior wall of a house to separate insects and dust (hereafter referred to as foreign matter) that are sucked in along with the outside air when it is taken into the house.
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。図8は、従来のサイクロン分離装置の外観斜視図である。
Conventionally, this type of cyclone separation device is known, for example from
図8に示すように、軸方向の一端面に複数の固定羽根101を等間隔に隙間を開けて放射状に配置した円形状の流入口102と、他端面に円形状の流出口(流入口102と同軸上で図の背面側)を備え、流入口102と流出口の間の空間は円筒状の旋回室103となっており、流入口102から入った空気は、固定羽根101によって旋回気流となり、その後気流は、流出口から流出する。旋回室103の下方には、旋回気流によって空気中の異物を分離したものを収容する分離室104を備えている。 As shown in FIG. 8, one axial end face has a circular inlet 102 with multiple fixed blades 101 arranged radially with equal intervals between them, and the other end face has a circular outlet (coaxial with the inlet 102 and on the rear side of the figure), and the space between the inlet 102 and the outlet is a cylindrical swirling chamber 103, where air entering through the inlet 102 becomes a swirling air current due to the fixed blades 101, and the air current then flows out from the outlet. Below the swirling chamber 103, there is a separation chamber 104 that contains foreign matter in the air that has been separated by the swirling air current.
従来のサイクロン分離装置においては、流入口102から吸い込んだ空気を固定羽根101によって装置内で旋回させるため、固定羽根101の形状に起因して気流の乱れが生じやすく圧力損失が大きくなる可能性があり、こうした観点から固定羽根101に対してさらに改善すべき余地があった。 In conventional cyclone separation devices, the air sucked in from the inlet 102 is swirled inside the device by the fixed blades 101, which can easily cause turbulence in the airflow due to the shape of the fixed blades 101, resulting in large pressure losses. From this perspective, there is room for further improvement in the fixed blades 101.
そこで本発明は、旋回気流を生じさせる際の圧力損失を低減することが可能なサイクロン分離装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a cyclone separation device that can reduce pressure loss when generating a swirling airflow.
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、筐体に空気を流入させる流入口と、流入口から流入する空気によって筐体内に旋回気流を発生させる複数の固定羽根と、筐体の背面に設けられ、流入口から流入した空気を筐体の外へ流出させる流出口と、筐体の内部を、流入口と連通し筐体の中心部を含む内周側に位置する旋回室と、旋回室よりも外周側に位置する分離室とに区切る空間分割板と、空間分割板に設けられ、分離室と旋回室とを連通させる貫通孔と、筐体の中心軸を水平に配置した状態で、分離室における重力方向の下方の位置に設けられ、分離室と筐体外とを連通する排出口と、を備える。サイクロン分離装置において、複数の固定羽根のそれぞれは、下流側端部と上流側端部を有しており、旋回室の中心軸を法線とする平面による固定羽根の断面形状において、中心軸と下流側端部の中点とを結ぶ直線に対して所定の角度に傾斜させて配置された所定の厚みの直線形状部と、直線形状部から上流側に延伸して設けられ、上流側端部が直線形状部よりも固定羽根の外面側に湾曲している湾曲形状部とを有して構成され、複数の固定羽根は、旋回室の背面側において、旋回室の中心軸を中心とする円筒の円周に沿って所定の間隔を空けて配置されているものであり、これにより所期の目的を達成するものである。 To achieve this objective, the cyclone separation device of the present invention comprises an inlet for allowing air to flow into a housing, a plurality of fixed blades for generating a swirling air current within the housing by the air flowing in from the inlet, an outlet provided on the rear surface of the housing for discharging the air that has flowed in from the inlet to the outside of the housing, a space dividing plate for dividing the interior of the housing into a swirling chamber that is connected to the inlet and is located on the inner periphery including the center of the housing, and a separation chamber that is located on the outer periphery side of the swirling chamber, a through hole provided in the space dividing plate for connecting the separation chamber to the swirling chamber, and an exhaust port provided below the separation chamber in the direction of gravity when the central axis of the housing is positioned horizontally, for connecting the separation chamber to the outside of the housing. In the cyclone separation device, each of the multiple fixed blades has a downstream end and an upstream end, and in the cross-sectional shape of the fixed blade in a plane normal to the central axis of the swirl chamber, it is configured with a linear portion of a specified thickness arranged at a specified angle with respect to a line connecting the central axis and the midpoint of the downstream end, and a curved portion extending upstream from the linear portion, the upstream end of which is curved toward the outer surface of the fixed blade more than the linear portion, and the multiple fixed blades are arranged at specified intervals along the circumference of a cylinder centered on the central axis of the swirl chamber, on the back side of the swirl chamber, thereby achieving the intended purpose.
本発明によれば、旋回気流を生じさせる際の圧力損失を低減することが可能なサイクロン分離装置を提供することができる。 The present invention provides a cyclone separation device that can reduce pressure loss when generating a swirling air current.
本発明に係るサイクロン分離装置は、筐体に空気を流入させる流入口と、流入口から流入する空気によって筐体内に旋回気流を発生させる複数の固定羽根と、筐体の背面に設けられ、流入口から流入した空気を筐体の外へ流出させる流出口と、筐体の内部を、流入口と連通し筐体の中心部を含む内周側に位置する旋回室と、旋回室よりも外周側に位置する分離室とに区切る空間分割板と、空間分割板に設けられ、分離室と旋回室とを連通させる貫通孔と、筐体の中心軸を水平に配置した状態で、分離室における重力方向の下方の位置に設けられ、分離室と筐体外とを連通する排出口と、を備える。サイクロン分離装置において、複数の固定羽根のそれぞれは、下流側端部と上流側端部を有しており、旋回室の中心軸を法線とする平面による固定羽根の断面形状において、中心軸と下流側端部の中点とを結ぶ直線に対して所定の角度に傾斜させて配置された所定の厚みの直線形状部と、直線形状部から上流側に延伸して設けられ、上流側端部が直線形状部よりも固定羽根の外面側に湾曲している湾曲形状部とを有して構成され、複数の固定羽根は、旋回室の背面側において、旋回室の中心軸を中心とする円筒の円周に沿って所定の間隔を空けて配置されている。 The cyclone separation device according to the present invention comprises an inlet for allowing air to flow into a housing, a plurality of fixed blades for generating a swirling air current within the housing by the air flowing in from the inlet, an outlet provided on the rear surface of the housing for discharging the air flowing in from the inlet to the outside of the housing, a space dividing plate for dividing the interior of the housing into a swirling chamber which is connected to the inlet and located on the inner periphery including the center of the housing, and a separation chamber which is located on the outer periphery side of the swirling chamber, a through hole provided in the space dividing plate for connecting the separation chamber to the swirling chamber, and an exhaust port provided below the separation chamber in the direction of gravity when the central axis of the housing is positioned horizontally, for connecting the separation chamber to the outside of the housing. In the cyclone separation device, each of the multiple fixed blades has a downstream end and an upstream end, and in the cross-sectional shape of the fixed blade in a plane normal to the central axis of the swirl chamber, it is configured with a linear portion of a specified thickness arranged at a specified angle with respect to a line connecting the central axis and the midpoint of the downstream end, and a curved portion extending upstream from the linear portion, the upstream end of which is curved toward the outer surface of the fixed blade more than the linear portion, and the multiple fixed blades are arranged at specified intervals on the back side of the swirl chamber along the circumference of a cylinder centered on the central axis of the swirl chamber.
こうした構成によれば、筐体外から流入口を通って筐体内に流入する空気が固定羽根によって偏向される際、固定羽根の湾曲形状部に沿って徐々に直線形状部に沿うように偏向されることで固定羽根の内面側表面での空気の流れの剥離が抑制される。これにより、空気の流れの剥離に起因する圧力損失が低減される。つまり、旋回気流を生じさせる際の圧力損失を低減することが可能なサイクロン分離装置とすることができる。 With this configuration, when air flowing into the housing from outside through the inlet is deflected by the fixed blades, it is deflected gradually along the curved portion of the fixed blade to the straight portion, suppressing separation of the air flow on the inner surface of the fixed blade. This reduces pressure loss caused by separation of the air flow. In other words, it is possible to create a cyclone separation device that can reduce pressure loss when generating a swirling air current.
本発明に係るサイクロン分離装置では、湾曲形状部は、所定の湾曲率を有しており、上流側端部における固定羽根の内面側での接線が、中心軸と上流側端部の中点とを結ぶ直線と平行となるように湾曲している構成にしてもよい。これにより、旋回室の中心軸を法線とする平面において、筐体外の空間から中心軸に向かって吸引される空気が、固定羽根の上流側端部における湾曲形状部に沿って流れることで固定羽根の内面側表面での空気の流れの剥離が抑制されるので、圧力損失を確実に低減することができる。 In the cyclone separation device according to the present invention, the curved portion may have a predetermined curvature rate, and may be curved so that the tangent to the inner surface of the fixed blade at the upstream end is parallel to a straight line connecting the central axis and the midpoint of the upstream end. In this way, in a plane normal to the central axis of the swirl chamber, air sucked from the space outside the housing toward the central axis flows along the curved portion at the upstream end of the fixed blade, suppressing separation of the air flow on the inner surface of the fixed blade, thereby reliably reducing pressure loss.
本発明に係るサイクロン分離装置では、固定羽根の断面形状において、湾曲形状部は、直線形状部よりも上流側と下流側との間の長さが短くなる構成にしてもよい。これにより、直線形状部が長いほど固定羽根によって空気が偏向されやすくなり、より旋回した気流を生み出しやすくなる。一方で、固定羽根の上流側端部と下流側端部との間の長さは短いほど空気との摩擦も小さくなる。よって、異物を分離するための旋回気流を発生させる際に、より確実に圧力損失を低減することができる。 In the cyclone separation device according to the present invention, the cross-sectional shape of the fixed blades may be configured such that the curved portion has a shorter length between the upstream and downstream sides than the straight portion. As a result, the longer the straight portion, the easier it is for the fixed blades to deflect the air, making it easier to generate a more swirling airflow. On the other hand, the shorter the length between the upstream and downstream ends of the fixed blades, the smaller the friction with the air. This makes it possible to more reliably reduce pressure loss when generating a swirling airflow to separate foreign matter.
本発明に係るサイクロン分離装置では、直線形状部の所定の厚みは、直線形状部の上流側から下流側に向かって薄くなっている構成にしてもよい。これにより、固定羽根の下流側端部において、固定羽根の外面側の下流側端部を流れる気流と、固定羽根の内面側の下流側端部を流れる気流との間の空間が小さくなり、固定羽根の下流側端部で交わる気流による乱れが抑制されるので、旋回気流を生じさせる際の圧力損失をさらに低減することができる。 In the cyclone separation device according to the present invention, the predetermined thickness of the linear portion may be configured to become thinner from the upstream side to the downstream side of the linear portion. This reduces the space between the airflow flowing through the downstream end of the fixed blade on the outer surface side and the airflow flowing through the downstream end of the fixed blade on the inner surface side at the downstream end of the fixed blade, suppressing turbulence caused by the airflows that meet at the downstream end of the fixed blade, and further reducing pressure loss when generating a swirling airflow.
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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、サイクロン分離装置を換気口フードに適用した例をもとに以下説明を行う。
(Embodiment 1)
In this embodiment, the cyclone separating device will be described below based on an example in which it is applied to a ventilation hood.
図1は、本発明の実施の形態1に係る換気口フード1の斜め下正面側から見た斜視図である。
Figure 1 is a perspective view of a
図1に示す換気口フード1は、住宅の外壁に設けて屋外の空気を住宅に取り込む給気口に取り付けるものである。
The
住宅内への屋外の空気を取り込む装置(図示せず)には、住宅内に設置した送風機(図示せず)と換気ダクト(図示せず)を備えて、送風機と換気口フード1とを接続している。これにより、換気口フード1を通過した空気を室内へ導入することができる。換気口フード1は、住宅において外気を室内に取り込む際に、空気中に含まれる異物を、中心軸6を中心として生じさせる旋回気流の遠心力を用いて分離するものである。
The device (not shown) that takes in outdoor air into the house includes a blower (not shown) installed inside the house and a ventilation duct (not shown), which connects the blower to the
換気口フード1は、流出管2を用いて換気ダクトと接続し、住宅外壁から突出して設置される。
The
次に、換気口フード1の外観構成について説明する。
Next, we will explain the external configuration of the
換気口フード1は、筐体5と、固定羽根8と、排出部11とを備える。
The
筐体5は、正面側のカバー3と、背面側のベース板4とを有して構成された六面体形状である。
The
カバー3は、角型の箱体であり、筐体5の正面側を塞ぎ、四つの側面は背面側の一部が流入口7として開口している。なお、図1の正面側の面、すなわち換気口フード1の正面の形状は平面状であるが、中央部が突出したドーム形状であってもよい。
The
ベース板4は、中央部に円形の開口を備え、該開口には流出管2が接続されている。流出管2の一端の流出口9からは、カバー3内部の空気が流出する構成である。ベース板4は、カバー3の側面と隣接し、筐体5は換気口フード1の外郭を成している。
The
固定羽根8は、流入口7から流入する空気によって筐体5内に旋回気流を発生させる部材である。固定羽根8は、流入空気を旋回させる旋回流発生手段として、流入口7の下流側に中心軸6を基準として回転対称に均等間隔で複数配置されている。詳細は後述する。
The
また、装置内に大きな虫あるいは鳥類が侵入しないよう、流入口7及び固定羽根8の外周部に網を備えてもよい。
In addition, netting may be provided around the
排出部11は、中心軸6を略水平に配置した状態において、カバー3の下部に、側面から突出するよう設けられる。より詳細には、排出部11は、排出促進面10及び排出口12を有する。
The
排出促進面10は、対称に配置した二面であり、さらに別の二面と接続され、最下部に常時開口した排出口12を形成する。排出促進面10は、下部に向かって断面積が小さくなる方向に排出促進面10を傾斜させ、その先端部に換気口フード1の内外を連通させるように開口させた排出口12を備えている。
The
排出口12は、排出部11の下部先端部に換気口フード1の内外を連通させるように設けられた開口で、中心軸6方向に長い長方形状である。細長い形状とすると、体の大きい虫あるいは鳥類などが侵入しにくくなり、分離した異物を排出しやすくする面積はかせぐことができるためである。さらに、排出口12を中心軸6方向に長くしたのは、後述する自然風による排出効果を高めるためである。
The
なお、排出促進面10の対称構造は、左右どちらから自然風が吹いても同様の排出促進効果を得るためである。また、左右両側に傾斜を持った排出促進面10が必要であるが、厳密に対称構造でなくてもよく、多少角度が違っていても構わない。特に、本実施の形態では、排出促進面10に衝突する自然風がスムーズに向きを変えられるよう、逆さ富士のように徐々に傾斜が急になるスムーズな面としている。
The
次に、図2及び図3を用いて、本装置の内部構成について説明する。図2は、実施の形態1に係る換気口フード1の側面断面図である。図3は、実施の形態1に係る換気口フード1を構成する角型セパレータ19の詳細図である。なお、図3は、カバー3と角型セパレータ19との間の位置関係を示している。
Next, the internal configuration of the device will be described with reference to Figures 2 and 3. Figure 2 is a side cross-sectional view of the
排出部11をカバー3の最下部に位置させた状態において、図2に示すように、カバー3とベース板4に囲まれた内部空間には、固定羽根8と、内筒管17と、空間分割板13と、角型セパレータ19とが備えられている。
When the
ベース板4には、内筒管17と固定羽根8が接続されている。内筒管17を内側にして、内筒管17及び固定羽根8は、中心軸6に対して同心円上に配置されている。
The
内筒管17は、流出管2に連通する管体である。内筒管17は、流出口9に連通するようにベース板4を挟んで反対側に備えられている。また、内筒管17の内筒管端面18は、カバー3内部において、固定羽根8の位置に比べるとカバー3の正面側に配置している。言い換えると、中心軸6方向に固定羽根8からみて奥側に配置している。なお、本実施の形態では、ベース板4部分において、内筒管17の内径は流出管2の内径と異なっており、流出管2の内径よりも内筒管17の内径の方が小さくなっているが、同じ大きさであってもよい。ベース板4部分で、流出管2側に急拡大が生じるため、気流の乱れが予想される場合、徐々に広がるような形状にしてもよい。
The
角型セパレータ19は、図3に示すように、中央に開口20を設けた板体であって、中心軸6に垂直に配置し、内部空間を二分している。図2に示すように、角型セパレータ19は、一方の面に固定羽根8を接続し、他方の面に空間分割板13を接続している。つまり、カバー3とベース板4に囲まれた内部空間内で、固定羽根8、角型セパレータ19、空間分割板13の順番に配置している。固定羽根8に対向させてカバー3の四つの側面に設けている流入口7は、図3に示すように、角型セパレータ19を境にしてカバー3の背面側に配置されている。これにより、固定羽根8と流入口7は対向している。
As shown in FIG. 3, the
空間分割板13は、筒体であって、中心軸6方向に該筒体の軸を合わせ、カバー3内を内側と外側に仕切るものである。より詳細には、空間分割板13は、筐体5(カバー3)の内部を、流入口7と連通し筐体5(カバー3)の中心部を含む内周側に位置する旋回室14と、旋回室14よりも外周側に位置する分離室15とに区切る。空間分割板13の内側に形成された旋回室14の断面(中心軸6に対して垂直となる面方向)は、カバー3内でベース板4側に向かって断面積が広がるようにしており、側面が傾斜面となった円錐台形状である。なお、断面積が変わらない円筒形状であってもよい。
The
以上のように、空間分割板13の内側は、カバー3の中心部を含む旋回室14であり、空間分割板13の外側のカバー3の側面により近い外周側(空間分割板13とカバー3で囲まれた空間)は、分離室15である。なお、空間分割板13には貫通孔16が設けられ、貫通孔16を介して旋回室14と分離室15とが連通している。
As described above, the inside of the
貫通孔16は、空間分割板13に設けられ、分離室15と旋回室14とを連通させる開口である。貫通孔16は、中心軸6を略水平に配置した状態において、カバー3の正面側の位置、かつ、中心軸6よりも上方の位置に設けられている。
The through
次に、図4及び図5を用いて、固定羽根8について詳細に説明する。図4は、実施の形態1に係る換気口フード1を構成する固定羽根8の斜視図である。図5は、実施の形態1に係る換気口フード1を構成する固定羽根8の正面断面図である。なお、図5の正面断面図は、筐体5(旋回室14)の中心軸6を法線とする平面による断面形状に相当する。
Next, the fixed
固定羽根8は、流入空気を旋回させる旋回流発生手段として、流入口7の下流側に複数設けられる。複数の固定羽根8は、図4に示すように、ベース板4の正面側から中心軸6に平行に立接し、中心軸6を通る半径方向の直線L1に対して所定の角度(角度D1)に傾斜させた状態で、中心軸6を基準とした回転対称に均等間隔で配置されている。複数の固定羽根8は、旋回室14の背面側において、旋回室14の中心軸6を中心とする円筒の円周に沿って所定の間隔を空けて配置されているとも言える。
The fixed
固定羽根8のそれぞれは、外側(中心軸6の反対側)に面する外面S1と、内側(中心軸6側)に面する内面S2と、を有する。また、固定羽根8は、所定の厚みの直線形状部81と、直線形状部81の上流側から延伸して設けられ、外面S1側に湾曲する湾曲形状部82とを含む。
Each of the fixed
より詳細には、固定羽根8のそれぞれは、図5に示すように、下流側の端部83と上流側の端部85を有しており、中心軸6と端部83の中点とを結ぶ直線L1に対して所定の角度に傾斜させて配置された所定の厚みの直線形状部81と、直線形状部81から上流側に延伸して設けられ、端部85が直線形状部81よりも固定羽根8の外面S1側に湾曲している湾曲形状部82とを有して構成される。
More specifically, as shown in FIG. 5, each of the fixed
直線形状部81は、下流側の端部83と上流側の端部84を有した長方形状である。直線形状部81は、所定の厚みを有する。直線形状部81の端部83の中点は、中心軸6を中心とした円筒面A1と、中心軸6を通る半径方向の直線L1との交点上にあり、直線形状部81は、端部83の中点と端部84の中点とを通る直線L3が直線L1との間に角度D1で傾斜するように配置される。
The
湾曲形状部82は、下流側の端部84と上流側の端部85を所定の曲率でつなぐ円弧形状である。つまり、端部84は、直線形状部81の上流側端部であり、湾曲形状部82の下流側端部でもある。湾曲形状部82の端部85の中点は、中心軸6を中心とした円筒面A1より大きい円筒面A2上にあり、直線L3よりも外面S1側に配置される。また、端部85は、円筒面A2に接しており、端部85と中心軸6とを通る直線L2に垂直な線分となる。そして、端部84と端部85を結ぶ外面S1側の曲線及び内面S2側の曲線のそれぞれは一定の曲率であり、端部84と端部85は、外面S1及び内面S2とそれぞれ垂直に交わる。つまり、湾曲形状部82は、端部84において直線形状部81となめらかに接続しており、端部85における内面S2側の接線L4が直線L2と平行な状態となっている。
The
また、湾曲形状部82の長さは、直線形状部81よりも短くなるように構成される。つまり、端部85の中点と端部84の中点との間の距離は、端部84の中点と端部83の中点との間の距離より小さくなっている。
The length of the
次に、図2を参照して、上記構成における空気の流れについて説明する。 Next, we will explain the air flow in the above configuration with reference to Figure 2.
送風機(図示せず)を動作させると、異物を含んだ屋外空気は、流入口7より換気口フード1内に流入する。固定羽根8を通過することで旋回気流となり、内筒管17を流入口7よりも換気口フード1の正面側に配置しているので、旋回室14内で換気口フード1の正面側へ向かいながら旋回する。ここで、異物は遠心力により空間分割板13側に移動し、貫通孔16付近を通過する際に分離室15内へ移動する。異物を分離した空気は、内筒管17に流入し、流出管2を通って流出口9より装置外へ流出する。
When the blower (not shown) is operated, outdoor air containing foreign matter flows into the
分離室15内へ移動した異物は、一旦、分離室15内に貯留される。送風機により換気口フード1内は換気口フード1外に対して負圧となっているため、排出口12から分離室15内にも空気が流入する。その流入した空気は、貫通孔16を通り、旋回室14内へ流入し、旋回室14内の旋回気流と合流する。
The foreign matter that has moved into the
なお、排出口12の屋外側で、自然風が吹くと、排出口12の屋外側で静圧が下がり、分離室15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15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。
When natural wind blows on the outdoor side of the
次に、図6を用いて、固定羽根8を通過する空気の流れについて説明する。図6(a)は、実施の形態1に係る換気口フード1を構成する固定羽根8のまわりでの空気の流れを示す正面断面図であり、図6(b)は、比較例に係る換気口フードを構成する固定羽根8xのまわりでの空気の流れを示す正面断面図である。
Next, the air flow passing through the fixed
図6(a)に示すように、流入口7より流入する気流30は、中心軸6を中心とした放射状に中心軸6に向かって流れてくる。固定羽根8に流れ込んでくる気流30の一部の気流31aは、固定羽根8の外面S1に沿って流れ、直線L3に平行な方向へ偏向される。一方、気流30の他の一部の気流31bは、固定羽根8の上流側の端部85から内面S2側を通過する。つまり、気流31bは、接線L4に沿って内面S2側に流れ込む。この際、気流31bと内面S2との間の領域は、まわりに対して負圧となるため、気流31bは内面S2に沿って流れ、内面S2側において直線L3に平行な方向へ偏向される。そして、固定羽根8の下流側において、気流31aと気流31bとが合流し、気流32として旋回室14内へ流入していき、複数の固定羽根8によって偏向された気流32として旋回気流を生み出す。
As shown in FIG. 6(a), the airflow 30 flowing in from the
これに対して、湾曲形状部を持たず、直線形状部のみで構成される固定羽根8xを有する比較例に係る換気口フードの場合には、図6(b)に示すように、流入口7より流入する気流40は、中心軸6を中心とした放射状に中心軸6に向かって流れてくる。固定羽根8xに流れ込んでくる気流40の一部の気流41aは、固定羽根8xの外側となる外面S3に沿って流れ、直線L3に平行な方向へ偏向される。一方、気流40の他の一部の気流41bは、固定羽根8xの上流側の端部85xよりも内側となる内面S4側を通過する。つまり、気流41bは、直線L2に沿って内面S2側に流れ込む。この際、内面S4の上流側では、内面S4の接線(直線L3と平行な直線)と通過する気流40の流入方向(直線L2に沿った方向)との間に角度をもつため、固定羽根8xの内面S2側表面において気流41bの剥離が生じてしまい、気流41bと内面S4との間に負圧領域SA1が生じることになる。気流40(つまり気流41b)の流速が大きいほど負圧領域SA1は大きくなり、気流41bにおける圧力損失の要因となる。最終的には、気流41bは内面S2に沿って流れ、内面S2側において直線L3に平行な方向へ偏向される。そして、偏向された気流41aと、偏向された気流41bとが合わさって気流42となり、旋回気流として流れていく。
In contrast, in the case of a comparative ventilation hood having fixed blades 8x that do not have curved portions and are composed only of straight portions, as shown in FIG. 6B, the airflow 40 flowing in from the
以上のように、本実施の形態に係る換気口フード1では、固定羽根8が上流側において湾曲形状部82を備えることで、気流30(つまり気流31)と固定羽根8の内面S2側表面との間に生じる空気の流れの剥離に起因する負圧領域SA1の形成を抑制するように気流31bが流れる。つまり、換気口フード1は、旋回気流を生じさせる際の圧力損失を低減することができる。
As described above, in the
以上、本実施の形態1に係る換気口フード1によれば、以下の効果を享受することができる。
As described above, the
(1)換気口フード1は、カバー3とベース板4からなる筐体5に空気を流入させる流入口7と、流入口7から流入する空気によって筐体5内に旋回気流を発生させる複数の固定羽根8と、ベース板4に設けられた換気ダクトと接続するための流出口9と、筐体5の内部を旋回室14と分離室15に2分割する角型セパレータ19及び空間分割板13と、空間分割板13に設けられた貫通孔16と、筐体5の中心軸6を水平に配置した状態で、分離室15における重力方向の下方の位置に設けられ、分離室15と筐体外を連通する排出部11と、を備える。複数の固定羽根8のそれぞれは、下流側の端部83と上流側の端部85を有しており、旋回室14の中心軸6を法線とする平面による固定羽根8の断面形状において、中心軸6と下流側の端部83の中点とを結ぶ直線L1に対して所定の角度D1に傾斜させて配置された所定の厚みの直線形状部81と、直線形状部81から上流側に延伸して設けられ、上流側の端部85が直線形状部81よりも固定羽根8の外面S1側に湾曲している湾曲形状部82とを有して構成される。複数の固定羽根8は、旋回室14の背面側において、旋回室14の中心軸6を中心とする円筒面A1に沿って所定の間隔を空けて配置されるという構成を有する。
(1) The
言い換えると、換気口フード1は、筐体5に空気を流入させる流入口7と、流入口7から流入する空気によって筐体5内に旋回気流を発生させる複数の固定羽根8と、筐体5の背面に設けられ、流入口7から流入した空気を筐体5の外へ流出させる流出口9と、筐体5の内部を、流入口7と連通し筐体5の中心部を含む内周側に位置する旋回室14と、旋回室14よりも外周側に位置する分離室15とに区切る空間分割板13と、空間分割板13に設けられ、分離室15と旋回室14とを連通させる貫通孔16と、筐体5の中心軸6を水平に配置した状態で、分離室15における重力方向の下方の位置に設けられ、分離室15と筐体5外とを連通する排出口12と、を備える。換気口フード1において、複数の固定羽根8のそれぞれは、下流側の端部83と上流側の端部85を有しており、旋回室14の中心軸6を法線とする平面による固定羽根8の断面形状において、中心軸6と下流側の端部83の中点とを結ぶ直線L1に対して所定の角度(角度D1)に傾斜させて配置された所定の厚みの直線形状部81と、直線形状部81から上流側に延伸して設けられ、上流側の端部85が直線形状部81よりも固定羽根8の外面S1側に湾曲している湾曲形状部82とを有して構成される。複数の固定羽根8は、旋回室14の背面側において、旋回室14の中心軸6を中心とする円筒(円筒面A1)の円周に沿って所定の間隔(等間隔)を空けて配置されている。
In other words, the
こうした構成によれば、筐体5外から流入口7を通って筐体5内に流入する空気(気流30)が固定羽根8によって偏向される際、固定羽根8の湾曲形状部82に沿って徐々に直線形状部81に沿うように偏向されることで固定羽根8の内面S2側表面での空気の流れ(気流31b)の剥離が抑制される。これにより、空気の流れ(気流31b)の剥離に起因する圧力損失が低減される。つまり、旋回気流を生じさせる際の圧力損失を低減することが可能な換気口フード1とすることができる。
With this configuration, when the air (airflow 30) flowing into the
(2)換気口フード1では、湾曲形状部82は、所定の湾曲率を有しており、上流側の端部85における固定羽根8の内面S2側での接線L4が、中心軸6と上流側の端部85の中点とを結ぶ直線L2と平行となるように湾曲している構成とした。これにより、旋回室14の中心軸6を法線とする平面において、筐体5外の空間から中心軸6に向かって吸引される空気(気流30)が、固定羽根8の上流側の端部85における湾曲形状部82に沿って流れることで固定羽根8の内面S2表面での空気の流れ(気流31b)の剥離が抑制されるので、圧力損失を確実に低減することができる。
(2) In the
(3)換気口フード1では、固定羽根8の断面形状において、湾曲形状部82は、直線形状部81よりも上流側と下流側との間の長さが短くなるように構成した。つまり、上流側の端部85の中点と端部84の中点との距離は、端部84の中点と下流側の端部83の中点との距離より小さくなる構成とした。これにより、直線形状部81が長いほど固定羽根8によって空気が偏向されやすくなり、より旋回した気流を生み出しやすくなる。一方で、固定羽根8の上流側の端部85と下流側の端部83との間の長さは短いほど空気との摩擦も小さくなる。よって、異物を分離するための旋回気流(気流32)を発生させる際に、より確実に圧力損失を低減することができる。
(3) In the
(実施の形態2)
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態2に係る換気口フード1aを構成する固定羽根8aについて説明する。図7(a)は、本発明の実施の形態2に係る換気口フード1aを構成する固定羽根8aの正面断面図であり、図7(b)は、換気口フード1aを構成する固定羽根8aのまわりでの空気の流れを示す正面断面図である。
(Embodiment 2)
Next, the fixed blades 8a constituting the ventilation port hood 1a according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7(a) is a front cross-sectional view of the fixed blades 8a constituting the ventilation port hood 1a according to the second embodiment of the present invention, and Fig. 7(b) is a front cross-sectional view showing the air flow around the fixed blades 8a constituting the ventilation port hood 1a.
本実施の形態2に係る換気口フード1aを構成する固定羽根8aは、固定羽根8aの直線形状部81aについて、上流側の端部84aの厚みT2に対して下流側の端部83aの厚みT1が薄い構成となっている点で実施の形態1と異なる。これ以外の換気口フード1aの構成は、実施の形態1に係る換気口フード1と同様である。以下、実施の形態1で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態1と異なる点を主に説明する。なお、図7中の直線L1~直線L3、及び接線L4は、実施の形態1にて規定した条件で設定したものである。
The fixed blades 8a constituting the ventilation hood 1a according to the second embodiment differ from those of the first embodiment in that the linear portion 81a of the fixed blades 8a has a thickness T1 at the downstream end 83a that is thinner than the thickness T2 at the upstream end 84a. The rest of the configuration of the ventilation hood 1a is the same as that of the
本実施の形態2に係る換気口フード1aを構成する固定羽根8aは、図7(a)に示すように、外側(中心軸6の反対側)に面する外面S1aと、内側(中心軸6側)に面する内面S2aと、を有する。また、固定羽根8aは、上流側に対して下流側の厚みが薄くなっている直線形状部81aと、直線形状部81aの上流側から延伸して設けられ、外面S1a側に湾曲する湾曲形状部82aとを含む。 As shown in FIG. 7(a), the fixed blade 8a constituting the ventilation hood 1a according to the second embodiment has an outer surface S1a facing outward (opposite the central axis 6) and an inner surface S2a facing inward (toward the central axis 6). The fixed blade 8a also includes a straight-line portion 81a that is thinner on the downstream side than on the upstream side, and a curved portion 82a that extends from the upstream side of the straight-line portion 81a and curves toward the outer surface S1a.
より詳細には、固定羽根8aは、下流側の端部83aと上流側の端部85aを有しており、固定羽根8と同じく、直線L1に対して所定の角度(図5の角度D1)に傾斜させて配置された直線形状部81aと、直線形状部81aから上流側に延伸して設けられ、端部85aが直線形状部81aよりも固定羽根8aの外面S1a側に湾曲している湾曲形状部82aとを有して構成される。
More specifically, the fixed blade 8a has a downstream end 83a and an upstream end 85a, and, like the fixed
直線形状部81aは、下流側の端部83aにおいて厚みT1を有し、上流側の端部84aにおいて厚みT2を有した長方形状である。つまり、直線形状部81aは、直線形状部81aの上流側(厚みT2)から下流側(厚みT1)に向かって徐々に薄くなっている。より詳細には、直線形状部81aは、固定羽根8の直線形状部81と比較して内面S2側の部材を削ることによって、上流側から下流側に向かって厚みが薄くなるように形成されている。
The linear portion 81a is rectangular with a thickness T1 at the downstream end 83a and a thickness T2 at the upstream end 84a. In other words, the linear portion 81a becomes gradually thinner from the upstream side (thickness T2) to the downstream side (thickness T1) of the linear portion 81a. More specifically, the linear portion 81a is formed so that its thickness becomes thinner from the upstream side to the downstream side by cutting the material on the inner surface S2 side compared to the
湾曲形状部82aは、下流側の端部84aと上流側の端部85aを所定の曲率でつなぐ円弧形状であり、固定羽根8の湾曲形状部82と同じ形状を有している。
The curved portion 82a is an arc shape that connects the downstream end 84a and the upstream end 85a with a predetermined curvature, and has the same shape as the
また、湾曲形状部82aの長さについても、固定羽根8と同じく、直線形状部81aよりも短くなるように構成されている。
The length of the curved portion 82a is also configured to be shorter than the straight portion 81a, just like the fixed
次に、図7(b)に示すように、換気口フード1aにおいて、流入口7より流入する気流50は、換気口フード1における気流30と同様、中心軸6を中心とした放射状に中心軸6に向かって流れてくる。固定羽根8aに流れ込んでくる気流50の一部の気流51aは、固定羽根8aの外面S1aに沿って流れ、直線L3に平行な方向へ偏向される。一方、気流50の他の一部の気流51bは、固定羽根8aの上流側の端部85aから内面S2a側を通過する。つまり、気流51bは、接線L4に沿って内面S2a側に流れ込む。この際、気流51bと内面S2aとの間の領域は、まわりに対して負圧となるため、気流51bは内面S2aに沿って流れ、内面S2a側において内面S2aに沿った方向(直線L3に沿った方向よりもさらに偏向された方向)へ偏向される。そして、固定羽根8aの下流側において、気流51aと気流51bとが合流する。この際、気流51aと気流51bの合流による気流の乱れが抑制される。そして、気流52として旋回室14内へ流入していき、複数の固定羽根8aによって偏向された気流52として旋回気流を生み出す。
7(b), in the ventilation hood 1a, the airflow 50 flowing in from the
以上、本実施の形態2に係る換気口フード1aを構成する固定羽根8aによれば、以下の効果を享受することができる。 As described above, the fixed blades 8a constituting the ventilation hood 1a according to the second embodiment provide the following advantages.
(4)換気口フード1aでは、直線形状部81aの所定の厚みは、直線形状部81aの上流側(厚みT2)から下流側(厚みT1)に向かって薄くなる構成とした。これにより、固定羽根8aの下流側の端部83aにおいて、固定羽根8aの外面S1側の下流側の端部83aを流れる気流51aと、固定羽根8aの内面S2側の下流側の端部83aを流れる気流51bとの間の空間が小さくなり、固定羽根8aの下流側の端部83aで交わる気流による乱れが抑制されるので、旋回気流を生じさせる際の圧力損失をさらに低減することができる。 (4) In the ventilation hood 1a, the predetermined thickness of the linear portion 81a is configured to become thinner from the upstream side (thickness T2) of the linear portion 81a toward the downstream side (thickness T1). As a result, at the downstream end 83a of the fixed blade 8a, the space between the airflow 51a flowing through the downstream end 83a on the outer surface S1 side of the fixed blade 8a and the airflow 51b flowing through the downstream end 83a on the inner surface S2 side of the fixed blade 8a becomes smaller, and turbulence caused by the airflows intersecting at the downstream end 83a of the fixed blade 8a is suppressed, so that the pressure loss when generating a swirling airflow can be further reduced.
つまり、空気の流れは、固定羽根8aの内面S2aに沿って流れる気流51bが、中心軸6を通る直線L1に対して、気流31aよりもさらに傾いて流れるようになる。そして、下流側の端部83aが薄くなったことにより、気流51aと気流51bの合流による気流の乱れも抑制される。よって、旋回気流を維持しつつ、固定羽根8aで生じる圧力損失をより抑えることができる。
In other words, the airflow 51b that flows along the inner surface S2a of the fixed blade 8a flows at a greater inclination with respect to the straight line L1 passing through the
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is in no way limited to the above embodiments, and it can be easily imagined that various improvements and modifications are possible within the scope of the spirit of the present invention. For example, the numerical values given in the above embodiments are merely examples, and it is of course possible to adopt other numerical values.
本発明に係るサイクロン分離装置は、旋回気流を生じさせる際の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、省エネルギー及び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。 The cyclone separation device of the present invention can reduce the pressure loss when generating a swirling air current, and therefore the power required for the blower can be reduced, making it effective for separating foreign matter in the air supplied to homes where energy conservation and quiet operation are required, and is useful, for example, as a ventilation hood attached to an air intake on the exterior wall of a home.
1 換気口フード
1a 換気口フード
2 流出管
3 カバー
4 ベース板
5 筐体
6 中心軸
7 流入口
8 固定羽根
8a 固定羽根
8x 固定羽根
9 流出口
10 排出促進面
11 排出部
12 排出口
13 空間分割板
14 旋回室
15 分離室
16 貫通孔
17 内筒管
18 内筒管端面
19 角型セパレータ
20 開口
30 気流
31a 気流
31b 気流
32 気流
40 気流
41a 気流
41b 気流
42 気流
50 気流
51a 気流
51b 気流
52 気流
81 直線形状部
81a 直線形状部
82 湾曲形状部
82a 湾曲形状部
83 端部
83a 端部
84 端部
84a 端部
85 端部
85a 端部
85x 端部
L1 直線
L2 直線
L3 直線
L4 接線
S1 外面
S1a 外面
S2 内面
S2a 内面
S3 外面
S4 内面
D1 角度
A1 円筒面
A2 円筒面
SA1 負圧領域
T1 厚み
T2 厚み
101 固定羽根
102 流入口
103 旋回室
104 分離室
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記流入口から流入する空気によって前記筐体内に旋回気流を発生させる複数の固定羽根と、
前記筐体の背面に設けられ、前記流入口から流入した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、前記流入口と連通し前記筐体の中心部を含む内周側に位置する旋回室と、前記旋回室よりも外周側に位置する分離室とに区切る空間分割板と、
前記空間分割板に設けられ、前記分離室と前記旋回室とを連通させる貫通孔と、
前記筐体の中心軸を水平に配置した状態で、前記分離室における重力方向の下方の位置に設けられ、前記分離室と前記筐体外とを連通する排出口と、
を備え、
複数の前記固定羽根のそれぞれは、下流側端部と上流側端部を有しており、前記旋回室の中心軸を法線とする平面による前記固定羽根の断面形状において、前記中心軸と前記下流側端部の中点とを結ぶ直線に対して所定の角度に傾斜させて配置された所定の厚みの直線形状部と、前記直線形状部から上流側に延伸して設けられ、前記上流側端部が前記直線形状部よりも前記固定羽根の外面側に湾曲している湾曲形状部とを有して構成され、
複数の前記固定羽根は、前記旋回室の背面側において、前記旋回室の前記中心軸を中心とする円筒の円周に沿って所定の間隔を空けて配置されている、サイクロン分離装置。 An inlet for introducing air into the housing;
a plurality of fixed blades that generate a swirling air current within the housing by the air flowing in from the inlet;
an air outlet provided on a rear surface of the housing and configured to allow the air that has flowed in through the air inlet to flow out of the housing;
A space dividing plate that divides the inside of the housing into a swirling chamber that is in communication with the inlet and is located on the inner periphery side including the center of the housing, and a separation chamber that is located on the outer periphery side of the swirling chamber;
a through hole provided in the space dividing plate, the through hole communicating the separation chamber with the swirl chamber;
an outlet provided at a lower position in the separation chamber in a gravity direction with a central axis of the housing being horizontally disposed, the outlet communicating the separation chamber with the outside of the housing;
Equipped with
Each of the multiple fixed blades has a downstream end and an upstream end, and in a cross-sectional shape of the fixed blade taken on a plane normal to the central axis of the swirl chamber, the cross-sectional shape of the fixed blade has a linear portion of a predetermined thickness arranged at a predetermined angle with respect to a straight line connecting the central axis and a midpoint of the downstream end, and a curved portion extending upstream from the linear portion, the upstream end being curved toward the outer surface of the fixed blade more than the linear portion,
A cyclone separation device, wherein the fixed vanes are arranged at a predetermined interval along the circumference of a cylinder centered on the central axis of the swirl chamber on the back side of the swirl chamber.
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-
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