JP7349597B2 - サイクロン分離装置 - Google Patents

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。

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や塵埃（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。

例えば、特許文献１には、給気と排気を行う換気装置を備えた住宅において、屋外の空気を取り込む給気口部分にサイクロン分離装置を設けている。これにより、空気中に含まれる異物をサイクロン分離装置で分離し、その内部に設けた分離室に、分離した異物を貯留し、換気装置内への異物の侵入を防止している。

また、特許文献２には、同じく給気と排気を行う換気装置を備えた住宅において、屋外の空気を取り込む給気口部分にサイクロン分離装置を設けている。そして同じく分離した異物を貯留する分離室を備える。分離室では、風力を利用して、蓋が開く構造を備えており、自然界で発生した風（以下、自然風）によって蓋が開いたときに、分離した異物が屋外へ排出されるようになっている。

その構成は、風圧の力を受ける受風板を設け、受風板はある程度の強い風によって、振り子のように動くよう上部に支点をおいた構成とし、受風板が振り子のように動くことで、分離室に設けた２ヶ所の蓋が交互に開く構成となっている。

特開２００７－９８２０８号公報 特開２００８－３６５７９号公報

このような従来のサイクロン分離装置においては、特許文献１のように分離室に異物を貯留すると、定期的に貯留物を取り除くというメンテナンスを行う必要があった。また、特許文献２のように受風板を設けてある程度の強い風によって振り子のように動く構成とすると、装置が大型化するのと、稼動部分があるため、定期的なメンテナンスが必要であった。

また、風を利用して２ヶ所の蓋を開口させているのは、常時蓋を開口させていると、その部分から空気が流入し、分離した異物が舞い上がり、本体の下流へ飛散する再飛散現象が発生し、分離性能が低下するためである。

そこで、定期的なメンテナンスを必要とせず、常時開口した排出口を備え、自然風によってサイクロンで分離された異物を排出できる排出構造を有しながら、再飛散による分離性能の低下を抑制することができる構造を備えたサイクロン分離装置を提供することを目的とする。

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、正面と背面と側面とを有し正面の中心と背面の中心とを貫通する中心軸を有する矩形の筐体と、板状で筐体を正面側の空間と背面側の空間とに仕切り、中央に中心軸を含む開口を有する角型
セパレータと、筐体の背面側における側面に、筐体内に空気を流入させる流入口と、正面側の空間から角型セパレータにおける中央の開口を貫通して筐体の背面と接続する内筒管と、筐体の背面に設けて正面側の空間内の空気を内筒管を介して筐体の外へ流出させる流出口と、筒体であり、筒体の一端部が角型セパレータに接続され、一端部とは別の端部である他端部が筐体の正面側で蓋をされ、筐体の正面側の空間の内部を該筐体の側面に近い外周側と該筐体の中心軸が属する中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板と、空間分割板によって、外周側に位置して形成される分離室及び分離室の内周側に位置して形成される旋回室と、空間分割板における筒体の側面に設けられ分離室と旋回室とを連通させる貫通孔と、流入口から流入した空気を流入口の下流側にて旋回気流とし、内筒管の外周から正面側の空間における旋回室に導く旋回流発生手段と、筐体を構成する側面のうち下方に位置する側面に、分離室の内部と筐体の外とを連通させて常時開口させた排出口を有する排出部と、中心軸を水平にした状態で下方に位置する側面を下部に位置させて排出口を最下位に配置したときに、排出口の上方部で中心軸より下方かつ分離室の内部に配置される流入気流制御板と、を備え、流入気流制御板は、正面側からの視点である正面視において、排出口の中心から真上に引いた排出口中心垂線をまたいで左右にわたり設けられ、排出口中心垂線で区画した左右の領域のうち、貫通孔が存在する側を下方へ傾斜した板体をなし、分離室は、正面視にて中心軸を中心にした垂直方向のＹ軸及び水平方向のＸ軸から構成される座標平面において右上に位置する第一象限、左上に位置する第二象限、左下に位置する第三象限、右下に位置する第四象限の四つの象限に跨る環状空間を有し、貫通孔は、旋回室内の気流旋回方向において、座標平面の第二象限に位置し、
分離室は、座標平面の第三象限と第四象限において空間分割板の筒体における外周に沿った曲面を有し、第一象限と第二象限においてそれぞれ座標平面の軸に平行な二つの平面を有し、座標平面の軸に平行な二つの平面は、Ｙ軸に対して平行な分離室の側面である分離室側面とＸ軸に対して平行な分離室の天面である分離室天面とを構成し、中心軸を含む面であって分離室と交差する部分の断面は、分離室側面を断面に含む範囲で分離室天面に向かうに従い断面積を増大させ、分離室の底面である分離室底面は、正面視にして分離室側面側を高くした、空間分割板の同心円である曲面または曲面と傾斜面の連続した面を備え、中心軸を基準として空間分割板よりも外周側に位置し、空間分割板との間に分離室を形成し、排出口よりも高い位置に形成され、連続した面の下端部から最下部に設けられた排出口に向かって下り傾斜を有しているものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、常時開口した排出口により、自然風の力によって、分離した異物を筐体外へ排出を可能としながら、再飛散現象の発生が抑制できる。

本発明の実施の形態１のサイクロン分離装置の斜め下正面側から見た斜視図 同実施の形態１の側面断面図 同実施の形態１の角型セパレータの詳細図（カバーと角型セパレータの関係を示す図） 同実施の形態１の正面断面図 同実施の形態１の分離室断面を示す図 同実施の形態２の同正面断面図 同実施の形態２の排出部の詳細図

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、筐体内に旋回気流を発生させる旋回流発生手段と、筐体の背面に設けて空気を筐体の外へ流出させる流出口と、筐体の内部を該筐体の側面に近い外周側と該筐体の中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板と、空間分割板によって外周側に位置して形成される分離室及び内周側に位置して形成される旋回室と、分離室と旋回室とを連通させる貫通孔と、分離室の内部と筐
体の外とを連通させて常時開口させた排出口と、旋回室の中心軸を水平にした状態で排出口を最下位に配置したときに、分離室の内部において、排出口の上方部に配置される流入気流制御板と、を備え、流入気流制御板は、筐体の正面側から見て、貫通孔側が下方へ傾斜した板体をなし、分離室は、中心軸を中心にした座標平面において四つの象限に跨る環状空間を有し、前記貫通孔は、旋回室内の気流旋回方向において、座標平面の第二象限に位置し、分離室は、座標平面の第三象限と第四象限において空間分割板に沿った曲面を有し、第一象限と第二象限においてそれぞれ座標面の軸に平行な二つの平面を有、分離室の底面は、分離室側面側を高くした曲面または曲面と傾斜面の連続した面を備えて分離室底面を構成し、分離室底面は、排出口よりも高い位置に形成され、排出口に向かって下り傾斜を有しているものである。

これにより、分離室に分離された異物は、自然風の力により排出口から筐体外へ排出することができ、メンテナンスを軽減することができる。

排出口からは分離室内へ向かって気流が流入するが、流入気流制御板により、流入した気流の向きを貫通孔とは反対側へ向かわせることができるので、排出口から流入した気流により舞い上がった異物が直接貫通孔に流入することを防ぐことができ、再飛散現象を抑制することができる。さらに、排出口から流入した気流が流入気流制御板により貫通穴から遠ざかる第四象限、第一象限の方向へ流れ、第一象限において分離室内の上部へ向かう際に、断面積が拡大するので、気流の勢いが弱まり、異物が分離室内の上部まで持ち上がることを抑制することができるので、再飛散現象をさらに抑制することができる。

また、本発明に係るサイクロン分離装置は、座標平面の軸に平行な二つの平面は、分離室の側面である分離室側面と分離室の天面である分離室天面とを構成し、分離室の底面は、分離室側面側を高くした曲面または曲面と傾斜面の連続した面を備えて分離室底面を構成し、中心軸を含む面であって分離室と交差する部分の断面は、分離室側面と接触する範囲で分離室天面に向かうに従い断面積を増大させたものである。

これにより、第三象限と第四象限において、分離室底面が排出口に向かって下り傾斜を有することとなるので、貫通孔から分離室内へ排出された異物が傾斜に沿って転がり落ちるので、排出口付近に異物が集まりやすくなるため、異物の排出が促進される。また、分離室側面が鉛直方向に立設していることと、分離室側面と交差する断面の面積を第二象限へ向かう回転方向で増大させたことで、分離室上部へ向かう気流はその鉛直な面に沿って上向きとなるため、異物はその気流に乗って鉛直方向上方へ向かって飛散し、さらに分離室天面は水平方向の平面となっているため上昇してきた気流が分離室天面に衝突し勢いを失いやすい。そのため、貫通孔側の分離室上方においては異物が舞い上がっても貫通孔に直接落下することを抑制し、貫通孔のない側の分離室上方においては、異物が空間分割板の外側上方を回って貫通孔側へ向かうことを抑制することができ、再飛散現象をさらに抑制することができる。

また、本発明に係るサイクロン分離装置は、筐体は六面体形状であって、筐体内には、筐体の正面側と筐体の背面側とを仕切る仕切板が設けられ、筐体の背面側において筐体の背面と隣接する四つの側面には、仕切板から背面までを開口して、旋回流発生手段に連通させる流入口がそれぞれ設けられ、筐体の正面側には、空間分割板と分離室底面と分離室天面と分離室側面と排出口とがそれぞれ配置され、筐体の内壁面のうち仕切板を境にした正面側の部分は、分離室天面と分離室側面とによって形成されているものである。

これにより、装置の外観上の形状を角型形状としながら、分離室を構成する面を筐体の面と兼ねることで、装置が大型化することを抑制でき、分離した異物の自然風による排出を可能としながら再飛散現象を抑制させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面参照しながら説明をする。

（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。

図１に示す換気口フード１は、住宅の外壁に設けた給気口に取り付けるものである。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。

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、前記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、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。

次に、換気口フード１の外観構成について説明する。

換気口フード１の筐体５は、図１に示す正面側のカバー３と、背面側のベース板４とで構成された六面体形状となっている。換気口フード１の主要部であるカバー３は、角型の箱体であり、正面側を塞ぎ、四つの側面は背面側が流入口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。

カバー３の側面はベース板４と隣接し、カバー３は換気口フード１の外郭を成している。

流入口７の下流側には、流入空気を旋回させる旋回流発生手段として、中心軸６方向に向けて斜めに配置した固定羽根８を複数設けている。つまり、固定羽根８は、中心軸６を基準として回転対称に均等間隔で配置されている。また、装置内に大きな虫や鳥類が侵入しないよう、流入口７や固定羽根８の外周部に網を備えても良い。

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。

中心軸６を略水平に配置した状態において、カバー３の下部には、側面から突出するように排出部１１を備えている。排出部１１は内外において傾斜を有する排出促進面１０を備えている。

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を形成し、これら排出促進面１０と別の二面と排出口１２で排出部１１を構成している。排出部１１はカバー３の最下部に位置している。

排出部１１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。排出部１１は、排出促進面１０と排出口１２を含むものとなる。

排出口１２は、排出部１１の下部で、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、体の大きい虫や鳥類などが侵入しにくくでき、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ある。

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が必要だが、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。

次に、図２を用いて、本装置の内部構成について説明する。

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１９と空間分割板１３と角型セパレータ３２が備えられている。

ベース板４には内筒管１９と固定羽根８が接続されている。内筒管１９を内側にして、内筒管１９と固定羽根８は、中心軸６に対して同心円上に配置されている。

内筒管１９は、流出管２に連通する管体である。内筒管１９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１９の端面１９ａは、カバー３内部において、固定羽根８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１９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１９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。

角型セパレータ３２は、図３に示すように中央に開口２８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３２は、一方の面に固定羽根８を、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３２、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３２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。

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。

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。

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。

図４は、分離室１５を内包する位置において、カバー３の流入口７よりも正面側を切り出した断面図である。

図４に示すように、分離室１５は、中心軸６を中心にして、かつ水平方向のＸ軸３８と垂直方向のＹ軸３９を用いて示す座標平面３３において、四つの象限に跨る環状空間である。

図４のように、中心軸６を水平にした状態で排出口１２を最下位に配置したときに、旋回室１４内の気流旋回方向（図４、白抜き矢印方向）において、貫通孔１６は座標平面３３の第二象限３４に位置し、分離室１５は、座標平面３３の第三象限３５と第四象限３６では空間分割板１３に沿った曲面２９ｂを有し、第一象限３７と第二象限３４では、それぞれ座標平面３３を形成するＸ軸３８、Ｙ軸３９に平行な二つの平面を有している。Ｘ軸３８、Ｙ軸３９に平行な二つの平面とは、図４に示す分離室側面３０と分離室天面３１である。

つまり、図４に示すように、分離室１５の側面は、分離室底面２９、分離室側面３０、分離室天面３１から構成されており、筐体５を構成するカバー３の内壁面が、分離室側面３０と分離室天面３１となっている。

分離室側面３０は、鉛直方向に立設した平面であり、中央部に位置する排出口１２を挟んで対象に位置する二つの面である。分離室側面３０の上部は、平面上の分離室天面３１に隣接している。分離室側面３０の下部は、分離室底面２９に隣接している。

分離室底面２９は、分離室側面３０を排出促進面１０まで結ぶ面として排出口１２を挟んで両側に位置する二つの面である。

本実施の形態では、分離室底面２９は、平面２９ａ、曲面２９ｂ、平面２９ｃがこの順番に連続した面で構成されており、分離室側面３０側を排出促進面１０側に対して高くした傾斜面を形成する。つまり、分離室１５の底面において、中央部に対して分離室側面３０側を高くした連続面から分離室底面２９を構成している。分離室底面２９は、連続した曲面だけで構成してもよい。

本実施の形態において分離室１５は、カバー３と空間分割板１３と角型セパレータ３２と、側面を構成する分離室底面２９、分離室側面３０、分離室天面３１で囲まれ構成された空間となる。

分離室１５は中心軸６の周りで断面積を変化させている。分離室１５は環状の空間なので、中心軸６の周りの断面が定義できる。分離室１５の断面は、中心軸６を含む面が分離室の空間と交差する部分の片側の断面を示すものである。片側というのは、分離室１５は中心軸６を囲む環状空間であるため、中心軸６を含む面を考えたときに、分離室１５の空間と交差する部分は２ヵ所発生するが、一方の断面を表すという意味である。

第一象限３７において、分離室側面３０と交差する断面４１は、水平位置の断面４２における断面積が最も小さい。さらに、断面４１は、空間分割板１３の外側で、かつ第二象限３４へ向かう回転方向で、断面積を増大させたものである。言い換えると、中心軸６を含む面であって分離室１５と交差する部分の断面４１は、分離室側面３０と接触する範囲で分離室天面３１に向かうに従い断面積を増大させたものである。図４では、分離室側面３０と分離室天面３１が直接接続されているが、コーナ部において曲面を介して接続しても良く、また斜面を介して接続することもできる。このような場合に、Ｙ軸方向において、少なくとも空間分割板１３の最上位の母線４０よりも低い範囲において、断面積を徐々に拡大させることが望ましい。図５では、最上位の母線４０と同高さ位置の断面４１は、断面４３としている。

また、第二象限３４における分離室１５の断面も、分離室側面３０と接触する範囲内において分離室天面３１へ向かって、Ｘ軸３８から断面積を徐々に大きくさせている。

また、第三象限３５と第四象限３６において、曲面２９ｂと交差する断面４４は、最小の面積となっている。そして、断面４２は、断面４４よりも断面積を大きくしている。

つまり、第三象限３５と第四象限３６での最小断面積に比べて、第一象限３７では、少なくとも、水平位置である第一象限３７の入り口から空間分割板１３の最上位の母線４０よりも低い範囲において、断面４１の断面積を大きくしている。

空間分割板１３には貫通孔１６を設け、貫通孔１６を介して旋回室１４と分離室１５が連通している。貫通孔１６の位置は、空間分割板１３上において中心軸６方向で流入口７から最も遠くなる位置で、中心軸６より上側で旋回室１４内の気流の旋回方向が下方向に向かう側である。そして、図２の断面図に示すように、貫通孔１６は、中心軸６の方向で内筒管１９の先端部から距離を開けて設けている。

空間分割板１３の裾野（固定羽根８側の端部）は、角型セパレータ３２に接続されている。角型セパレータ３２を接続することで、円形状の空間分割板１３と角型形状のカバー３との隙間を塞ぐとともに、分離室１５の一端に蓋をして、カバー３内において分離室１５を環状の閉空間としている。これにより流入口７を通過した空気が分離室１５への直接流入することを防止している。分離室１５には排出口１２以外に装置外と連通する隙間が存在すると、そこから空気が分離室１５へ入り込み、貫通孔１６において旋回室１４へ向かう気流が強くなるため、旋回室１４で分離した異物を分離室１５へ移動させることができなくなり、分離率が低下するからである。

また、空間分割板１３の頂部（固定羽根８側とは別の側の端部）は、カバー３の正面側で蓋がされている。蓋の構成は、空間分割板１３の頂部を塞ぐ面を設けたものでもよく、または空間分割板１３をカバー３の内側に当接させたものでもよい。空間分割板１３の頂部を塞ぐ面を設けた例として、図２では旋回室正面１７を設けている。また、空間分割板１３と旋回室正面１７は連続的に構成されている。

角型セパレータ３２を中心に構成をまとめると、図２示すように、角型セパレータ３２と各部品との関係をまとめると、角型セパレータ３２を境として、カバー３の背面側には流入口７、固定羽根８、ベース板４、流出管２等を備え、正面側には空間分割板１３、旋回室１４、分離室１５、排出口１２等を備えている。なお、内筒管１９は、角型セパレータ３２の開口２８の中心部を貫通して備え付けられている。また、角型セパレータ３２の中央に設けた開口２８は、旋回室１４と固定羽根８の内側の空間を連通させている。

空間分割板１３の外側であってカバー３に囲まれた空間は分離室１５であり、旋回室正面１７がカバー３とほぼ密接しているので、分離室１５は筒状の空間が一周した、すなわち環状の空間となっている。なお、空間分割板１３は、カバー３の形状にはよらず、常に回転体形状であることが必須である。

そして、分離室１５も図２に示すカバー３の正面側の内面を、分離室正面１８としている。なお、旋回室正面１７と分離室正面１８の密接の程度は、組立精度の関係上、旋回室正面１７とカバー３の正面側の内面とは僅かな隙間が生じるよう設計されている。

このようにして、分離室正面１８と旋回室正面１７を略同一面上に形成することができるので、中心軸６方向において、本サイクロン分離装置、すなわち換気口フード１は厚みを最小限に抑えることができる。

図４のように、中心軸６を水平にした状態で排出口１２を最下位に配置したときに、分離室１５内部において、排出口１２の上方部に流入気流制御板２０を配置している。流入気流制御板２０は、図４、すなわち筐体５の正面側から見て、貫通孔１６側が下方へ傾斜した板体である。

図４に示すように流入気流制御板２０は、排出口１２の中心から真上にひいた排出口中心垂線２４をまたいだ傾斜を有し、さらに分離室正面１８から中心軸６方向へ押し出した板体であって、押し出した先端は分離室１５を構成している空間分割板１３に衝突させている。

図４に示すように、流入気流制御板２０は、二つの端部を有している。二つの端部は、流入気流制御板２０の傾斜によって、上側端部２５と下側端部２６に区別できる。中心軸６から見て近い側を上位側に、遠い側を下位側に配置し、かつ円周方向で上位側は下位側に比べて貫通孔１６から離れる方向に配置している。上位側の端部が上側端部２５で、下位側の端部が下側端部２６である。さらに、流入気流制御板２０の上側端部２５と空間分割板１３の間には隙間を備える。

上記構成において、気流の流れについて説明する。

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、図１に示す流入口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１９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１９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。

分離室１５に移動した異物は、一旦、分離室１５内に貯留される。

図４に示すように分離室１５内部の空気は、旋回室１４内部の旋回気流の影響により、全体的には旋回室１４内部と同方向の旋回気流となっている（全ての気流が同方向とは限らない）。そのため、分離室１５内に貯留した異物もその流れの影響で移動する。

分離室底面２９が排出口１２に向かって下り傾斜となっているので、旋回気流によって運ばれた異物は、分離室底面２９の傾斜により排出部１１に流入する。図４に示すように、排出部１１は上部が下部を基準にして左右方向に広がっているので、排出部１１では異物が集めやすくなっている。

分離室底面２９は、平面２９ａ、曲面２９ｂ、平面２９ｃがこの順番に連続した面で構成されていることで、よりスムーズに異物を排出部１１に導くことができる。曲面２９ｂは空間分割板１３と同心円となる曲面であるが、平面２９ａは、分離室１５の下半分（第三象限と第四象限）の空間が異物を捕集しやすいように平面２９ａによってラッパ状に空間を広げた構成とするものである。また平面２９ｃは、異物を排出部１１へ滑落させやすいように傾斜を維持したものである。

また、排出部１１は、中心軸６方向にも長さを持たせることで、分離室１５内を流れる旋回気流が排出部１１を横断することとなり、移動してきた異物は、排出部１１に流入しやすくなっている。なお、中心軸６方向の長さは、分離室１５の中心軸６方向の長さ（厚み）と同じまで広げても良い。

このようにして排出部１１へ流入した異物は、さらに筐体５の外側で自然風が吹くと、その自然風に誘引される形で筐体５外へ引っ張り出される。詳細な説明を加えると、筐体５の外側では排出部１１近傍を自然風（横風）が吹くことがある。自然風は排出促進面１０の傾斜に沿って向きを変え、下方向の気流となる。筐体５内で排出口１２近傍に存在する異物は、この気流に誘引される形で筐体５外へ引っ張り出される。 つまり、分離室１５内に一時貯留している異物は、自然風が吹くたびに、筐体５外へ排出されるため、換気口フード１内で分離した異物の排出作業は不要となる。

さて、送風機により換気口フード１内は負圧となっているため、排出口１２から分離室１５内に空気が流入する。

排出口１２から分離室１５内に流入する空気は排出口中心垂線２４の方向へ流れ込む。

分離室１５内では、貫通孔１６を通って旋回室１４から流れ込む気流（図３の白抜きの矢印）があり、排出口１２から分離室１５内へ進入した空気は、この気流の一部となる。

このような排出口１２から流入した気流は、分離室１５内に一時貯留されている異物を巻き上げ、貫通孔１６を通り流出口９から下流へ飛散する再飛散現象が発生することがある。流入気流制御板２０を備えることで、この再飛散現象を防止することができる。排出口１２の上方を覆うように傾斜を有する流入気流制御板２０を備えることで、排出口１２から流入した気流を流入気流制御板２０に衝突させて、貫通孔１６から離れる方向へ気流を向かわせることができる。この時舞い上がる異物は、図４の排出口中心垂線２４よりも右側の貫通孔１６の存在しない側に向けることができる。つまり、舞い上がる異物を貫通孔１６から遠ざけることができるので、貫通孔１６への異物の再流入を減少させ、再飛散現象を抑制できるため、分離性能の低下を抑制することができる。

また、排出口中心垂線２４を基準にして、貫通孔１６の存在しない側で舞い上がった異物が環状の分離室１５をさらに上方に行き、貫通孔１６に向かう場合がある。

本実施の形態では、断面４１について、第三象限３５と第四象限３６内の最小断面積に比べて、第一象限３７では水平位置から最上位の母線４０よりも低い範囲において、断面積を徐々に大きくしているので、分離室１５内を流れる気流の風速を減少させることができる。この作用により、分離された異物が上方へ舞い上がる力が弱まり、異物が最上位の母線４０を越えて貫通孔１６側へ向かうことを抑制し、再飛散現象を抑制することができる。また、第一象限３７の入り口では断面４２が水平方向となっていることと、分離室側面３０は鉛直方向に立設していることから、断面４２を通った気流は真上方向に向かう。気流が向かう先には分離室天面３１が水平方向に平面状となっているため、分離室１５内を流れる気流が分離室天面３１に衝突した際に勢いを失うため、さらに分離室内の気流の勢いを抑制でき、再飛散現象が抑制される。

断面４１は、最上位の母線４０を超える位置においても断面積を拡大させても良い。分離室１５の空間がより長い距離で拡大し続けることとなり、より再飛散現象を抑制することができるため問題ない。

また、最上位の母線４０を超えたあとの第二象限３４において、分離室天面３１と接触する範囲内で分離室の断面が広くなり、さらに分離室天面３１は水平方向であるため、第二象限に位置する分離室内を流れる気流は、始め水平方向に指向性を持っているため、万が一異物が最上位の母線４０超えてきても、そのまま水平方向へ飛散するため、貫通孔１６へ流入を抑制することができ、結果再飛散現象を抑制することができる。

なお、換気口フード１は、住宅の壁面に設置されるため、筐体５の外側を吹く自然風は、図１において、壁面は背面側になるので、前面側に向かう流れは発生しない。また、前面側から背面側に向かう自然風の流れは、分離室１５内において、流入気流制御板２０に衝突することとなり、再飛散現象を防止できる。

以上のように本発明において、常時開口された排出口１２から、自然風の力によって分離室１５内の異物を排出することができ、分離した異物を排出する作業をなくすことができる。

特に、流入気流制御板２０と分離室１５内の断面変化拡大する構成により、排出口１２から流入する気流を制御することで、再飛散現象を抑制することができるので、分離性能の低下を抑制した換気口フード１を提供することができる。

なお、本実施の形態では、分離室１５の第二象限３４の断面形状について特に詳細な説明をしていないが、Ｙ軸３９について第一象限３７の断面形状と対象に形成すればよい。貫通孔１６は旋回室から分離室へ排出する異物を下方へ落下させやすくするという観点で、第二象限３４内で特にＸ軸３８側に寄せて配置することが望ましい。

（実施の形態２）
次に、図６と図７を用いて分離室１５の別の内部構造を説明する。

図６は、分離室１５を内包する位置でカバー３の流入口７よりも正面側を切り出した断面図である。図７は排出促進面１０を含む要部を示す図である。

本実施の形態において、分離室１５内には流入気流制御板２０、返し板２１、下部遮蔽板２２、上部遮蔽板２３の４つの部材を備えている。

なお、本実施の形態の説明において、理解を容易にするために、実施の形態１と同一の構成要件については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

貫通孔１６を起点にして、旋回気流の流れる方向に、分離室１５内に下部遮蔽板２２、返し板２１、流入気流制御板２０、上部遮蔽板２３の順に配置している。

排出口１２の上部には流入気流制御板２０を備える。図６に示すように流入気流制御板２０は、排出口１２の中心から真上にひいた排出口中心垂線２４をまたがって傾斜を有し、さらに分離室正面１８から中心軸６方向へ、分離室１５を構成している空間分割板１３面に衝突するまで押し出した板体である。

図７に示すように、流入気流制御板２０は、実施の形態１と同一の構成要件である。すでに説明したように二つの端部を有している。二つの端部は、流入気流制御板２０の傾斜によって、上側端部２５と下側端部２６に区別できる。中心軸６から見て近い側を上位側に、遠い側を下位側に配置し、かつ円周方向で上位側は下位側に比べて貫通孔１６から離れる方向に配置している。上位側の端部が上側端部２５で、下位側の端部が下側端部２６である。さらに、流入気流制御板２０の上側端部２５と空間分割板１３の間には隙間を備える。

返し板２１は、排出促進面１０の面上（排出促進面１０から隣接する面上でもよい）から排出口中心垂線２４に向かって先端部を突出した板体である。返し板２１の突出した先端部を先端端部２７とする。

下部遮蔽板２２は、中心軸６から引いた半径上で延設した板体である。下部遮蔽板２２は内周側では空間分割板１３と接触させ、外周側には隙間ができるように構成している。

排出促進面１０と返し板２１の先端端部２７と下部遮蔽板２２には関係があり、先端端部２７から排出促進面１０に引いた接線（図５→８の点線）の逆方向延長上に下部遮蔽板２２が存在するように構成する。

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６に示すように、上部遮蔽板２３は、中心軸６の真上に位置し、上部遮蔽板２３の内周側は空間分割板１３と接触させ、外周側には隙間ができるように構成している。なお、上部遮蔽板２３の位置は分離室１５の上部で、かつ貫通孔１６よりも上部（上部空間内）であればどこでもよい。

上記構成において、気流の流れと分離機構について説明する。

まず、異物を含んだ屋外空気は、図１に示す流入口７より換気口フード１内に流入し、固定羽根８により旋回気流となり、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１９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。

分離室１５に移動した異物は、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、図２に示す貫通孔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。

以下、分離室１５内部の気流について詳細に説明する。

前述したように、空間分割板１３に設けた貫通孔１６から旋回気流の一部が分離室１５内に流入する。その影響により、分離室１５内では、旋回室１４内と同方向の旋回気流が発生する。しかし、換気口フード１内は下流の送風機により負圧となるため、同時に排出口１２からも分離室１５内に気流が流入する。この気流の向きは、排出口中心垂線２４の方向となる。貫通孔１６を通って旋回室１４内へ流れる気流となる。

排出口１２から流入した気流は、分離室１５内に一時貯留されている異物を巻き上げ、貫通孔１６を通り流出口９から下流へ飛散する再飛散現象が発生することがある。流入気流制御板２０を備えることで、この再飛散現象を防止することができる。排出口１２の上方を覆うように流入気流制御板２０を備えることで、排出口１２から流入した気流は流入気流制御板２０に衝突し、貫通孔１６から離れる方向へ気流を向かわせることができる。そのため異物は、図４の排出口中心垂線２４よりも右側の貫通孔１６の存在しない側で舞い上がるので、貫通孔１６への異物の再流入を減少させ、再飛散現象を抑制できるため、分離性能の低下を抑制することができる。

この時、排出口中心垂線２４を基準にして、貫通孔１６の存在しない側で舞い上がった異物が環状の分離室１５をさらに上方に行き、貫通孔１６に向かう場合がある。この場合、上部遮蔽板２３を設けることにより、分離室１５内の旋回気流（図３、白矢印で示す）の勢いを弱めることができるため、さらに再飛散現象を抑制することができる。

図６、図７において、右から左側に向かって自然風が流れる場合、排出促進面１０に沿って左側に傾いた気流となる。この場合も流入気流制御板２０には衝突しない。そこで、返し板２１を設け、排出促進面１０の接線と先端端部２７とを結んだ線上に下部遮蔽板２２を備えることで、排出口１２から流入した気流が貫通孔１６側に傾いて図６の点線の方向に向いたとしても、下部遮蔽板２２に衝突する。このため、異物が舞い上がっても下部遮蔽板２２に衝突し勢いを失い、直接、貫通孔１６に向かうことがないので、再飛散現象を抑制することができる。本実施の形態においては、さらに、流入気流制御板２０の上側端部２５側に隙間を設けたため、下部遮蔽板２２に衝突した気流の一部を通過させて、貫通孔１６の存在しない側へ逃がすことができる。つまり、下部遮蔽板２２から貫通孔１６側へ向かう気流をより減らすことができ、さらに再飛散現象を抑制することができる。以上のように本発明において、常時開口された排出口１２から、自然風の力によって分離室１５内の異物を排出することができ、排出口１２から流入する気流を流入気流制御板２０、返し板２１、下部遮蔽板２２、上部遮蔽板２３の４つの構成要件により制御することで、自然風の向きによらず、再飛散現象を抑制することができるので、メンテナンスを省力化しながら、分離性能の低下を抑制することができる換気口フード１を提供することができる。

実施の形態１の構成に返し板２１、下部遮蔽板２２、上部遮蔽板２３の三つの構成を加えることで、換気口フード１、すなわちサイクロン分離装置の分離性能をより向上させることができる。

本発明に係るサイクロン分離装置は、分離した異物を自然風を利用した自動排出を可能としながら再飛散現象を抑制し、分離性能の低下を抑制できるものであるので、住宅内の換気で屋外の空気を取り込む住宅外壁の給気口部分に使用される換気口フード等として有用である。

１ 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
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 旋回室正面
１８ 分離室正面
１９ 内筒管
１９ａ 端面
２０ 流入気流制御板
２１ 返し板
２２ 下部遮蔽板
２３ 上部遮蔽板
２４ 排出口中心垂線
２５ 上側端部
２６ 下側端部
２７ 先端端部
２８ 開口
２９ 分離室底面
２９ａ 平面
２９ｂ 曲面
２９ｃ 平面
３０ 分離室側面
３１ 分離室天面
３２ 角型セパレータ
３３ 座標平面
３５ 第三象限
３４ 第二象限
３６ 第四象限
３７ 第一象限
３８ Ｘ軸
３９ Ｙ軸
４０ 最上位の母線
４１ 断面
４２ 断面
４３ 断面
４４ 断面

Claims (3)

1. 正面と背面と側面とを有し前記正面の中心と前記背面の中心とを貫通する中心軸を有する矩形の筐体と、
   板状で前記筐体を正面側の空間と背面側の空間とに仕切り、中央に前記中心軸を含む開口を有する角型セパレータと、
   前記筐体の前記背面側における前記側面に、前記筐体内に空気を流入させる流入口と、
   前記正面側の空間から前記角型セパレータにおける前記中央の開口を貫通して前記筐体の背面と接続する内筒管と、
   前記筐体の背面に設けて前記正面側の空間内の空気を前記内筒管を介して前記筐体の外へ流出させる流出口と、
   筒体であり、前記筒体の一端部が前記角型セパレータに接続され、前記一端部とは別の端部である他端部が前記筐体の正面側で蓋をされ、前記筐体の前記正面側の空間の内部を該筐体の前記側面に近い外周側と該筐体の前記中心軸が属する中心部を含む内周側とに仕切る空間分割板と、
   前記空間分割板によって、前記外周側に位置して形成される分離室及び前記分離室の前記内周側に位置して形成される旋回室と、
   前記空間分割板における前記筒体の側面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、
   前記流入口から流入した空気を前記流入口の下流側にて旋回気流とし、前記内筒管の外周から前記正面側の空間における前記旋回室に導く旋回流発生手段と、
   前記筐体を構成する前記側面のうち下方に位置する側面に、前記分離室の内部と前記筐体の外とを連通させて常時開口させた排出口を有する排出部と、
   前記中心軸を水平にした状態で前記下方に位置する側面を下部に位置させて前記排出口を最下位に配置したときに、前記排出口の上方部で前記中心軸より下方かつ前記分離室の内部に配置される流入気流制御板と、を備え、
   前記流入気流制御板は、
   前記正面側からの視点である正面視において、前記排出口の中心から真上に引いた排出口中心垂線をまたいで左右にわたり設けられ、前記排出口中心垂線で区画した左右の領域のうち、前記貫通孔が存在する側を下方へ傾斜した板体をなし、
   前記分離室は、
   前記正面視にて前記中心軸を中心にした垂直方向のＹ軸及び水平方向のＸ軸から構成される座標平面において右上に位置する第一象限、左上に位置する第二象限、左下に位置する第三象限、右下に位置する第四象限の四つの象限に跨る環状空間を有し、
   前記貫通孔は、
   前記旋回室内の気流旋回方向において、前記座標平面の前記第二象限に位置し、
   前記分離室は、
   前記座標平面の前記第三象限と前記第四象限において前記空間分割板の前記筒体における外周に沿った曲面を有し、前記第一象限と前記第二象限においてそれぞれ前記座標平面の軸に平行な二つの平面を有し、
   前記座標平面の軸に平行な二つの平面は、
   前記Ｙ軸に対して平行な前記分離室の側面である分離室側面と前記Ｘ軸に対して平行な前記分離室の天面である分離室天面とを構成し、
   前記中心軸を含む面であって前記分離室と交差する部分の断面は、
   前記分離室側面を前記断面に含む範囲で前記分離室天面に向かうに従い断面積を増大させ、
   前記分離室の底面である分離室底面は、
   前記正面視にして前記分離室側面側を高くした、前記空間分割板の同心円である前記曲面または前記曲面と傾斜面の連続した面を備え、
   前記中心軸を基準として前記空間分割板よりも外周側に位置し、
   前記空間分割板との間に前記分離室を形成し、
   前記排出口よりも高い位置に形成され、前記連続した面の下端部から最下部に設けられた前記排出口に向かって下り傾斜を有している、サイクロン分離装置。
2. 前記筐体は六面体形状であって、
   前記筐体の背面側において前記筐体の背面と隣接する四つの前記側面には、前記角型セパレータから前記背面までを開口して、前記旋回流発生手段に連通させる前記流入口がそれぞれ設けられ、
   前記筐体の正面側には、前記空間分割板と前記分離室底面と前記分離室天面と前記分離室側面と前記排出口とがそれぞれ配置され、
   前記筐体の内壁面のうち前記角型セパレータを境にした前記正面側の部分は、前記分離室天面と前記分離室側面とによって形成されている請求項１に記載のサイクロン分離装置。
3. 前記排出部は、
   前記筐体の前記下方に位置する側面から突出して設けられ、
   前記分離室底面と連続した面であり前記排出口を挟んで対称に設けられる排出促進面と、
   先端部に前記排出口と、を備え、
   前記排出部では、
   前記排出促進面が、下部に向かって前記排出部の水平断面積が小さくなる方向に傾斜していることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のサイクロン分離装置。
   

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