JP2005074291A - 電気集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気調和機における電気集塵装置のイオン化部の放電電極を最適化することにより、一定電圧、一定電流下において塵埃帯電効率を最大化し、また安定した放電特性を有する電気集塵装置を得ることを目的としたものである。また電気集塵装置の配置位置によらず通風抵抗の小さなユニットの実現を目的とするものである。
【解決手段】 放電電極の針が中心となるように対向電極を垂直面に対して正方形状に組み合わせ、また、対向電極を、約４０度の角度で斜め上方より流入する空気流に対して平行となるように、鉛直方向に対して傾斜角度を持たせたものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気集塵装置に関し、特にイオン化部における放電電極構造に関するものである。

従来の電気集塵装置は、放電電極と対向電極との間でコロナ放電を生じさせるイオン化部と、そこで帯電された塵埃を集塵する集塵部から構成される。図１０はそのイオン化部を示す斜視図である。同図において、放電電極１８は複数の突起を長手方向に一定間隔で打ち抜き成形された金属板である。放電電極１７はその板を風の流れと直行するように配置され、複数設置された突起は対向電極１８と向かい合うように配置されることで放電電極１７と対向電極１８の間にコロナ放電を発生し、通過する空気に含まれる塵埃に帯電させる構成をとっている（例えば特許文献１参照）。

上述のような構成のため、放電電極１７と対向電極１８は、その距離が一定に保たれ、安定した放電が行われ、また放電電極の突起を適切な間隔で配置することによって、放電電極と対向電極間に発生するコロナ放電電流をムラなく広げ、ここを通過する空気中に含まれる塵埃へ、効率的に帯電させることができ、集塵効率を向上させることができる。
特開平５−１８４９６９号公報

電気集塵装置における集塵効率を向上させるためには、コロナ放電によって発生した電流中に含まれる電子とそこを通過する空気中に含まれる塵埃の衝突量を増加させることが必要である。塵埃の衝突量は、単位面積あたりに通過する電流を増加させる、あるいは電気集塵機の表面積を広げ、空気の通過量を増加させることが必要である。

しかしながら従来の構成においてコロナ放電の電流値を増加させるためには、印加する電圧を引き上げる必要があった。しかし必要以上に電圧を引き上げた場合、短絡による発火等の信頼性低下を招くため、一定の電圧下においてコロナ電流を増大させ、集塵効率を向上させる必要がある。

また電気集塵機の表面積を広げ、空気の通過量を増加させるには、図１０において放電電極１７上に複数設置された突起の数が表面積に比例して増加するため、電気集塵機トータルとしてのコロナ電流値の増加を招き、電気集塵装置の供給電源に過大な負担を発生させることにより、電装品の必要スペック急騰によるコスト増大を招くという課題を有するという課題を有していた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、イオン化部の放電電極を最適化することにより、一定電圧、一定電流下において塵埃帯電効率を最大化し、また安定した放電特性を有する電気集塵装置を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、電気集塵装置において、空気流に沿った平板状の対向電極と放電電極との間で発生させたコロナ放電により通過する空気に含まれる塵埃を帯電させるイオン化部を、放電電極が中心となるように対向電極を正方形に組み合わせたものである。

また本発明は、前記正方形状の対向電極を一対の平行板に、切りかき部を有した金属板を平行となるように挿入することで構成したものである。

また本発明は、前記対向電極において、一対の平行板は鉛直方向に配置し、もう一方の挿入された金属板は空気流に対して平行となるように、鉛直方向に対して傾斜角度を持たせたものである。

また本発明は、前記電気集塵装置において高電圧を加える放電用突起を一定間隔に有する金属板と、接地電極をなす２対の対向電極のうち前記平行に挿入された金属板との間を絶縁物質によって遮断されたものである。

また本発明は、前記放電電極に対して空気流方向にも対向電極を配置した構成を特徴とするものである。

また本発明は、前記放電電極に対して空気流方向に配置された対向電極において、対向電極上に板状または針状の突起物を放電電極方向に向けて配列し、前記板状または針状の突起物との放電距離を他の放電電極との放電距離よりも短くしたことによるものである。

上記から明らかなように、本発明は、正方形状の対向電極とその中心に配置された放電電極による放電特性により、帯電性能の安定化と異音防止、通風抵抗増大による運転消費電力の抑制及びコロナ放電電流値の増大による直流電源コストの増大を抑制しつつ、高効率な集塵性能を確保可能という効果を奏する。

（実施の形態１）
図１は本発明の電気集塵装置の概略構成図である。流入する空気に含まれる塵埃をコロナ放電によって帯電させるイオン化部１と、帯電した塵埃を吸着させるフィルター２を備え、イオン化部１には、数ｋＶの高電圧が、放電電極４と対抗電極３間に印加されている。

図２は集塵装置のイオン化部１の構成を示す斜視図であり、イオン化部１は、互いに平行な一対の金属板からなる対向電極３Ａとその対向電極３Ａに直交する互いに平行な一対の金属板からなる対向電極３Ｂを組み合わせることによって正方形状に構成された対向電極３と、その中心に放電電極４の針５が配置されることで構成されている。また前記対向電極３は全て電気的に接地されている。

放電電極の針５は、打ち抜き加工で製作された金属板７に一定間隔毎に配置され、直流電源６から、数ｋＶの高圧電圧が供給される。ここで、高電圧の印加される金属板７と、接地された対向電極３の距離が近く、電気的にリークしてしまうため、金属板７は絶縁物で形成されたスペーサ８で表面が覆われ、電気的に絶縁されている。この絶縁体による高電圧の遮断構成によって、高電圧を導通する金属板７と接地された金属板７の距離を短縮することができ、放電極部である針５の長さを短くすることができ、針と対向電極の距離が固定しやすくなり、安定した放電が可能となる。

図３（ａ）は、図２に示されたイオン化部における放電電極の針５及び金属板７と対向電極３Ｂの断面図であり、放電電極の針５と対向電極３Ｂ間に放電されるコロナ放電電流の流れを模式的に破線で表わしたものである。図３（ｂ）は、図１に示されたイオン化部における放電電極の針５及び金属板７と対向電極３Ａの断面図であり、放電電極の針５と
対向電極３Ａ間に放電されるコロナ放電電流の流れを模式的に破線で表わしたものである。図３（ｃ）は、図１に示されたイオン化部における放電電極の針５及び金属板７と対向電極３Ａ及び３Ｂの間に放電されるコロナ放電電流の流れを模式的に破線で表わしたもので、風の流れの下流側から見たものである。

図３において、高圧電極の針５と対向電極３Ａとの距離をＡ、高圧電極の針５と対向電極３Ｂとの距離をＢとすると、対向電極３Ａ、４Ａは高圧電極の針５を中心とした正方形を形成するため前記距離Ａ，Ｂは等しいため、コロナ放電電流は、図３（ａ）に示されるような対向電極３Ａへの放電と、図３（ｂ）に示されるような対向電極３Ｂへの放電が等しく、また図３（ｃ）に示されるように互いに直交しているため、電流間の干渉による電流脈動の発生を抑制し、帯電性能の安定化と、異音発生を防ぐことができる。また図３（ｃ）に示されるように、コロナ放電電流の密度は、前記正方形状の対向電極からなる領域において風の流れに対してムラが無く、単位面積当たりの集塵効率を増加させることができる。

また、電気集塵装置において集塵能力を増加させるためには、通過風量を増加させ、空気中に含まれる塵埃を帯電させる量を増加させることが必要である。しかしながら、従来の電気集塵装置のイオン化部を示す図４に示されるように、通過風量を増加させるには横方向の長さＬを増加させる必要があるが、長さＬの増加分だけ放電電極の針５の数が増加し、比例して電気集塵装置全体の電流値が増加してしまうため、直流電源６のコストが飛躍的に増大してしまう課題があった。しかしながら、前記記載の正方形状の対向電極３とその中心に放電電極の針５を有する本実施の形態では、図３（ｃ）に示されように、横方向への放電が可能となるため、放電電極の針数を増やし直流電源６のコスト増大を招くことなく横方向の長さＬを増加させることが可能となり、通過風量増加による集塵能力の増加を実現することができる。

上記したように、イオン化部の接地された対向電極は、互いに平行な一対の金属板からなる対向電極３Ａとその対向電極３Ａに直交する互いに平行な一対の金属板からなる対向電極３Ｂを組み合わせることによって正方形状に構成される。このとき直行する金属板は図５に示されるように、空気流の下流方向に一定間隔Ｐ毎に切り欠きを有する互い平行な一対の金属板からなる対向電極３Ａと、間隔Ｄを持つ一対の切り欠きを有する複数の金属板からなる対向電極３Ｂを、それぞれの切り欠きが噛み合うように結合させる。また前記間隔Ｐ及びＤは本実施の形態においては同じ長さであるため、構成された対向電極は正方形とすることができる。

図６は、電気集塵装置を搭載したエアコン室内機の概略断面図である。この図において示されるように、エアコン室内機に搭載されたクロスフローファン１０によって吸込み口１３より空気が流入し、吹き出し口１４より室内へ送られる。この間、電気集塵装置１２（ａ）または（ｂ）を通過するとき空気中の塵埃が集塵され、熱交換器９によって冷房時は空気が冷却され、暖房時は空気が暖められる。但し電気集塵装置１２（ａ）は前面パネルと熱交換器の間に置かれた場合の設置位置、１２（ｂ）は前面パネルより上部にあたる位置と熱交換器の間に置かれた場合の設置位置をそれぞれ示している。

（実施の形態２）
電気集塵装置は吸込み口のうち最も風量の大きな部分に設置されることが好ましく、省エネルギー化を追求しラムダ型熱交換器を搭載した空気調和機においては、一般的に熱交換器前面側である風上側に熱交換器に沿った形で取り付けられることが好ましい。しかしながら近年の壁掛け型室内機では薄型化の要求傾向が強く、前面パネルを駆動方式にすることで薄型化を実現することがある。その場合、パネル駆動機構を従来空気清浄装置が置かれていた位置に設置するため、空気清浄装置を移動させる必要があるが、空気清浄装置
をそのまま移動した場合には風の流れに対して角度を持ち通風抵抗の増加を招いてしまう。

以下図を用いて説明する。空気調和機の室内機構成断面図である、図６に示されるように、吸込み口１３より流入した空気は、電気集塵装置１２（ｂ）が前面パネル１８より上部にあたる位置と熱交換器の間に置かれた場合では、電気集塵装置１２（ｂ）に対してほぼ垂直に通過するため、対向電極は実施の形態１における図１のように、空気流に対して垂直に配置される構成をとることで通風抵抗を小さく抑えることが可能になるのに対して、電気集塵装置１２（ａ）が、前面パネル１８と熱交換器１６の間に置かれた場合では、空気の通過角度が電気集塵装置１２（ａ）に対して垂直でなく傾斜角度を持つため、図２のようなイオン化部構成では通風抵抗の増大を招き性能低下を発生させてしまう。

そこで本実施の形態２においては、放電性能を低下させること無く前記通風抵抗の増加を抑制するため、イオン化部を構成する要素の中で、鉛直方向に配置される一対の対向電極はそのままとし、水平方向に配置される一対の対向電極を空気流の方向と平行となるように配置した。図７はその斜視図である。一対の対向電極３Ａに前記説明のように空気流方向に傾斜を有するように対向電極３Ｂを結合させた構成となる。本実施の形態では傾斜角度として水平方向に対して約４０度を採用している。この角度は室内クロスフローファン１７の軸中心と前面パネル１８の上端を結ぶ線と平行となるように設定した。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係る電気集塵装置のイオン化部の斜視図である。実施の形態１において前述したように、平行な対向電極３Ａと結合された対向電極３Ｂによって正方形状に構成された対向電極に、放電電極の針５がその中心となるように構成されたイオン化部において、放電極の空気流れ下流方向に、向かい合うようにＴ字型に成形された金属板からなる対向電極１６を配置する。

図９（ａ）はこのときの断面図である。この図からわかるように、放電電極の針５と向かい合うように対向電極１６を下流側に設けることによって、コロナ放電電流は空気と同じ方向に流れる成分が発生する。ここで針近傍を通過する空気に含まれる塵埃は、針５と対向電極１６の間を通過するまでの区間Ｋ−Ｋ’において帯電され続け、またコロナ放電電流と同一方向に塵埃が流れる形態となることで、塵埃に帯電される下流側に対向電極を有しない場合（図９（ｂ））と比較して、局所的に集塵効率を増加させることができ、より清浄な空気を生成する事ができる。

またこのとき、放電極の針５と前述した対向電極１６の最短距離Ｓを、放電極の針５と他の対向電極との距離ＢあるいはＡよりも同等もしくは短くすることによって、この方向に対するコロナ放電の電流密度を増加させる構成をとることが可能となる。また前述したように、追加する対向電極にＴ字型の金属板を用いることで、放電極の針５から放電されるコロナ放電電流は、板厚ｄを有するＴ字型の金属板の狭い幅に集中して通過するという構成が可能となり、この方向に対するコロナ放電の電流密度をさらに増加させることが可能となる。

このような電流密度の局所的な増加によって、放電極の針５背後を通過する空気に対して局所的な集塵効率をさらに引き上げることが可能となる。本実施においては放電極の空気流れ下流方向に設置する対向電極１６を全ての電極構成に追加設置した場合、電気集塵装置全体における放電電流の過大な増加を招くため、室内空気調和機前面の中心部分（全体の４分の）にのみ設置した結果、煙草の集塵能力において約１０％の能力向上結果が得られた。

本発明の電気集塵装置の概略構成図 本発明の実施の形態１に係る電気集塵装置のイオン化部の要部構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１に係る電気集塵装置のイオン化部における放電電流の流れを説明する模式図 従来のイオン化部における放電電流の流れを説明する模式図 本発明の実施の形態１である電気集塵装置の対向電極の分解図 電気集塵装置を搭載したエアコン室内機の概略断面図 本発明の実施の形態２に係る電気集塵装置のイオン化部の斜視図 本発明の実施の形態３に係る電気集塵装置のイオン化部の斜視図 実施の形態３に係る電気集塵装置のイオン化部における放電電流の流れを説明する模式図 従来の電気集塵装置の斜視図

符号の説明

１ 電気集塵装置のイオン化部
２ フィルター
３、３Ａ、３Ｂ、１６ 対向電極
４ 放電電極
５ 放電電極の針

Claims (6)

1. 放電電極と対向電極との間でコロナ放電を発生させて空気中の塵埃を帯電させるイオン化部を有する電気集塵装置において、前記イオン化部における対向電極は、前記放電電極が中心となるよう正方形状としたことを特徴とする電気集塵装置。
2. 前記対向電極は、一対の平行板とそれ結合させるもう一対の平行板のうち、少なくともいずれかに切り欠き部を有することで結合させたことを特徴とした請求項１に記載の電気集塵装置。
3. 前記対向電極において、一対の平行板は鉛直方向に配置し、もう一方の平行板は通過する空気流に対して平行となるように、傾斜角度を持たせたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気集塵装置。
4. 高電圧を加える放電電極用の突起を一定間隔に有する金属板と、接地電極をなす２対の対向電極のうち、前記金属板と平行な対向電極との間を絶縁物質によって遮断された構成を有すること特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気集塵装置。
5. 放電電極に対して通過する空気流れの下流方向にも対向電極を配置した構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気集塵装置。
6. 空気流れ下流方向に配置された対向電極において、対向電極上に板状または針状の突起物を放電電極方向に向けて配列し、放電距離を他の放電電極との放電距離よりも短くしたことを特徴とする請求項５に記載の電気集塵装置。

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