JP2008221077A

JP2008221077A - 空気清浄装置およびフィルタ

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Publication number: JP2008221077A
Application number: JP2007060451A
Authority: JP
Inventors: Shiro Takeuchi; 史朗竹内; Akira Shiga; 彰志賀; Junichiro Hoshizaki; 潤一郎星崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】多孔質体の広い範囲で効率のよい集塵性能と、高い脱臭性能と、が得られる空気清浄装置を得る。
【解決手段】空気清浄装置１０は、帯電部１０ａと、帯電部１０ａの下流側に配置される集塵部１０ｂとから構成される。帯電部１０ａは、放電電極１と、対向電極２と、両者間に所定の電圧を付与する電源１０ｃと、から形成される。集塵部１０ｂは、上流側から下流側に向かって順次配置された、接地電極３と、脱臭剤が担持されている脱臭繊維フィルタ５と、脱臭剤が担持されていない絶縁繊維フィルタ８と、高圧電極４、から形成されている。そして、接地電極３と帯電部１０ａの対向電極２とが、高圧電極４と帯電部１０ａの放電電極１とが、それぞれ接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は空気清浄装置およびフィルタ、特に、電気集塵方式の空気清浄装置およびこれに好適なフィルタに関するものである。

従来、空気清浄装置として、圧力損失が低く、高い集塵性能が得られる電気集塵方式が知られている。電気集塵方式は、ガス粒子及び粉塵を帯電させる帯電部と、帯電したガス粒子及び粉塵を電気的に捕捉する集塵部と、から構成されるものであって、集塵部については、電界を形成する電極上にガス粒子及び粉塵を捕捉する平行平板方式と、電荷を帯びたフィルタ上で捕捉するろ材方式とがある。
平行平板方式は、低い圧力損失で高い集塵性能が得られるが、粉塵が平板上に堆積していくので、再飛散が起こりやすく、集塵部表面積も小さいため、粉塵保持容量も小さい。
一方、ろ材方式のフィルタには、予め電荷を帯びたエレクトレットフィルタを用いる方法と、誘電率の高いフィルタを電極で挟み、電極間に電圧を印加することでフィルタ表面に電荷を帯びさせる方法とがある。

そして、集塵部を、通気性のある一対の電極によって挟まれた多孔質体によって形成し、上流側の電極と多孔質体との境界面でガス流れに乱流場を生じさせることによって捕集（集塵）効率を高める発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、電気集塵方式の空気清浄装置における、吸引した粒子の臭気拡散を防止するため、集塵電極の表面に導電性の高い脱臭層をコーティングする発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６―１５４６５１号公報（第３−４頁、図１）特開平６−１５４６４８号公報（第２−３頁、図１）

特許文献１に開示された発明は、上流側の電極と多孔質体との境界面でガス流れに乱流場を生じさせ、該乱流場の作用によって捕集効率の向上を図るものであるため、該作用の及ぶ範囲が限定され、該限定された範囲を除く広い範囲では必ずしも効率の良い捕集がなされないという問題があった。
また、特許文献２に開示された発明は、２段式電気集塵器の後段の集塵部平行平板電極上に導電性の高い脱臭層をコーティングすることで臭気の室内への拡散を抑制することを特徴とするものであるため、平行平板型では接触確率が低く、高い脱臭性能が得られないという問題があった。また、集塵部に導電性のコーティングを施す際には異常放電の発生が懸念される。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、多孔質体の広い範囲で効率のよい集塵性能と、高い脱臭性能と、が得られる空気清浄装置を得ることを目的とする。

本発明に係る空気清浄装置は、ガスが流通自在な帯電部と、該帯電部に形成されるガス流れの下流側に配置され、ガスが流通自在な集塵部と、を有する空気清浄装置であって、
前記帯電部が、放電電極と、該放電電極に対峙する対向電極と、放電電極と対向電極との間に所定の電圧を印加する電源と、を具備し、
前記集塵部が、帯電された粒子を捕集する誘電率の高いフィルタと、該フィルタの上流側に配置され、ガスが流通自在な接地電極と、前記フィルタの下流側に配置され、ガスが流通自在な高圧電極とを具備し、
前記放電電極と前記高圧電極とが接続され、かつ、前記対向電極と前記接地電極とが接続されてなることを特徴とする。

したがって、本発明に係る空気清浄装置は、集塵部を構成する接地電極と高圧電極との間に電圧を印加してフィルタに電界強度を付与して、帯電しているガス粒子及び粉塵をフィルタ上に捕捉するものであるため、高い集塵効率が得られる。
このとき、フィルタを網目状に形成された無機繊維または有機繊維、多孔質体で構成しておけば、広い表面積が確保できるとともに、通過するガス粒子及び粉塵の繊維への接触確率を増大させるので、低い圧力損失で高い捕集効率が得られる。また、かかる繊維の表面に触媒、吸着剤もしくは化学添着剤のうち少なくとも１つ以上の材料（以下、「脱臭剤」とする）を担持して構成すれば、高い脱臭性能が得られると共に、集塵と脱臭とが同じ場所で実行されるため、空気清浄装置を小型化することができる。

[実施の形態１：空気清浄装置]
図１は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した断面図である。図１において、空気清浄装置１０は、帯電部１０ａと、帯電部１０ａの下流側に配置される集塵部１０ｂとから構成されている。

（帯電部）
帯電部１０ａは、放電電極１と、対向電極２と、両者間に所定の電圧を付与する電源９と、から形成され、ガス粒子及び粉塵は両者の間を通過する際、帯電する。

（集塵部）
集塵部１０ｂは、上流側（帯電部１０ａ側に同じ）から下流側に向かって順次配置された、接地電極３と、脱臭剤が担持されている脱臭繊維フィルタ５と、脱臭剤が担持されていない絶縁繊維フィルタ８と、高圧電極４、から形成されている。そして、接地電極３と帯電部１０ａの対向電極２とが、高圧電極４と帯電部１０ａの放電電極１とが、それぞれ接続されている。
すなわち、脱臭繊維フィルタ５および絶縁繊維フィルタ８は、接地電極３と高圧電極４とによって挟まれているものの、絶縁繊維フィルタ８が接地電極３と高圧電極４との間に電流が流れることを防止しているから、かかるフィルタ間に異常電流が流れることはない。したがって、脱臭繊維フィルタ５は、電界が印加されて帯電しているから、前記帯電部において帯電したガス粒子及び粉塵は、脱臭繊維フィルタ５に効率良く捕捉されることになる。

たとえば、帯電部１０ａの放電電極１と対向電極２の間に５から１５ｍＡ／ｍ²の負電流を流して通過するガス粒子及び粉塵を帯電させ、集塵部１０ｂの接地電極３と高圧電極４の間に電圧を印加して脱臭繊維フィルタ５に１５〜２５ｋＶ／ｃｍの電界強度を付与した場合、帯電しているガス粒子及び粉塵（０．３μｍ粒子）の一過性粉塵を８０％以上を捕集（風速１ｍ／ｓの時）することができる。
このとき、帯電部１０ａで生成される活性酸素及びオゾンは脱臭繊維フィルタ５に担持されている脱臭剤によって除去されるため、空気清浄装置１０の外に活性酸素及びオゾンが流出することはない。なお、放電電極１と対向電極２との間に電流を通電しない場合、及び接地電極３と高圧電極４との間に電界を形成しない場合、脱臭繊維フィルタ５は０．３μｍ粒子をほとんど捕集することができない。

（絶縁繊維フィルタ）
絶縁繊維フィルタ８は、脱臭繊維フィルタ５との間の異常電流の発生を防ぐものであるが、ケイ素酸化物あるいはポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ポリアミドのうち１種類以上の材料からなり、繊維の表面抵抗率が１０^10〜13Ω/□であることを特徴とし、繊維径が５〜３０μｍ及び目付け量が４０〜４００ｇ／ｍ²とすることが好ましい。
さらに、絶縁繊維フィルタ８の繊維上には、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、フッ素、テフロン（登録商標）、ゼオライトなど、絶縁性及び誘電率の高い材料が添着されてもよい。絶縁性及び誘電率の高い材料を繊維表面に担持することで、繊維上に現れる表面電荷は増大し、通過する帯電した粒子を誘引する力は強くなる。

また、集塵部１０ｂに用いる帯電部１０ａ側の接地電極３は、帯電部１０ａの対向電極２より高い抵抗率を有している。このため、帯電部１０ａと集塵部１０ｂの距離を縮めても、帯電部１０ａ（放電電極１）からの放電電流が集塵部１０ｂ（接地電極３）へ流れることがないため、帯電部１０ａと集塵部１０ｂとの距離を縮めることができ、空気清浄装置１０の小型化を実現している。
集塵部１０ｂで用いる接地電極３および高圧電極４は、金属、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ＰＰのうち少なくとも１つ以上の成分で成型され、上流側（帯電部１０ａ側に同じ）の接地電極３の抵抗率は、下流側の高圧電極４の抵抗率と同等の材料、もしくは、後者より低い材料を用いる。

（脱臭繊維フィルタ）
脱臭繊維フィルタ５が、繊維径が５〜３０μｍ、目付け量が４０〜４００ｇ／ｍ²、及び繊維へ担持される脱臭剤の担持量を１００〜９００g／m²とした無機材料、あるいは高分子有機材料からなる。このとき、前記無機材料は、ケイ素酸化物、あるいはニッケル、銅、鉄、アルミニウム、コバルトなどの遷移金属、あるいは炭素のうち１種類以上を主成分とし、前記高分子有機材料は、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ポリアミドのうち１種類以上を主成分としている。
高い脱臭性能を得るためには、目付け量に関わらず触媒担持量を１００ｇ／ｍ²以上とする必要があり、９００g／m²以下でなければ繊維上に脱臭剤を保持する付着強度が弱くなり、経時変化にともなって脱臭剤の繊維からの脱落が起こり、脱臭性能の劣化につながる。

また、繊維径が３０μｍ以上では繊維が折れやすくなってしまい、繊維上に担持されている脱臭剤も同時に脱落し、脱臭性能の劣化につながる。さらに繊維径が５μｍ以下では繊維が軟化するため、フィルタを形成するために使用するバインダ量が多くなってしまい、繊維径も結果として５μｍ以上となる。
また、繊維の目付け量は少なくとも４０ｇ／ｍ²以上なければ、必要な脱臭剤量１００ｇ／ｍ²以上を担持することができず、また、繊維の目付け量は４００ｇ／ｍ²以下でなければ脱臭剤が繊維上に均一に担持することができなくなり、脱臭繊維フィルタ５の目詰まりが生じる。

(触媒及び吸着材)
脱臭繊維フィルタ５には触媒及び吸着材が担持されている。該触媒及び吸着材は、例えば、アクリル、メラニン、スチレン化合物、塩化化合物のうち１種類以上を主成分とする有機化合物、またはシリカ、アルミナのうち１種類以上を主成分とする無機化合物からなるバインダにより保持されている。
担持される触媒の主成分は、マンガン、コバルト、セシウム、銅、亜鉛、ニッケルのうち１種類以上を主成分とする金属酸化物からなり、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀のうち１種類以上の貴金属も含まれているとよい。

さらに、上記触媒を担持することでアセトアルデヒド、アンモニア、メチルメルカプタン、トリメチルアミンの四大悪臭成分だけでなく、酢酸、二硫化メチル、イソ吉草酸、及び建築溶剤などから揮発するホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、ベンゼンなどの揮発性有機化合物などを有害レベル以下まで低減することができる。また、同様に担持される吸着材は５Å〜５００Åの細孔径を有するシリカ、活性炭、ゼオライトのうち１種類以上を主成分とする多孔質材料からなることで、吸着除去量および吸着速度を向上させることができる。

よって、脱臭繊維フィルタ５は、一般的に広く適用されているハニカム状のフィルタと比較して、フィルタ容積当たりの表面積を広くすることができ、また、網目構造となることによってフィルタ内で乱流が生じるため、粒子との接触確率も増大する。

図２は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置に用いられる脱臭繊維フィルタの脱臭性能曲線図である。すなわち、アセトアルデヒドの除去性能をハニカム状のフィルタと比較した性能曲線であって、１００ｃｍ²の脱臭繊維フィルタ５と、ハニカム状のフィルタと、がそれぞれ設置された風洞を、アセトアルデヒド１ｐｐｍで満たし箱内（内容積１ｍ³）に設置し、風速１ｍ／ｓで通気したときの３０分間の当該箱内のアセトアルデヒド濃度の減衰を測定した結果である。図２において、同等の脱臭性能を得るためには、本発明の脱臭繊維フィルタ５は、ハニカム状のフィルタの２／５の量でよいことが分かる。

また、脱臭繊維フィルタ５は、ハニカム状のフィルタよりも同一容積当たりの表面積が広く、また、網目構造となることによりフィルタ内で乱流が生じるため、脱臭繊維フィルタ５を抗菌フィルタとして用いることで、細菌との接触確率も増大し、細菌を捕捉しやすくなり、高い抗菌性能が得られる。

［実施の形態２］
図３は本発明の実施形態２に係るフィルタを模式的に表した構成図である。図３において、フィルタ２０は、難燃剤６がフィルタ表面に担持した脱臭剤７に混合されている。このとき、混合される難燃剤６は、臭素系化合物、塩素系化合物、水和金属化合物、りん系化合物、窒素含有化合物、シリコーン系化合物のうち一つ以上の材料からなる。
導火剤となりやすい触媒と難燃剤６を混合することによって、引火性を抑制することができる。

また、難燃剤６の替わりに、シリカおよびチタン酸化物が担持されていてもよい。フィルタ間に電圧を印加したときにフィルタの抵抗率が低いと、フィルタ間に電流が流れてしまい、異常電流の発生による発火だけでなく、フィルタ繊維表面に電荷が誘引されなくなり、これによって、フィルタ上に捕捉されるガス粒子及び粉塵は少なくなってしまう。そのため、フィルタ２０（図３参照）のように脱臭剤７と混合して抵抗の高い材料を担持することによって、フィルタ間の電子流れを抑制することができる。

さらに、抵抗率の低い触媒間に、シリカ及びチタン酸化物などの抵抗の高い物質が入り込むことによって、フィルタ上の電子流れを抑制し、フィルタ繊維表面に電荷を誘引することができる。

上記処理をフィルタに施すことによって、フィルタに電圧を印加したときに、フィルタ表面に電荷を効率的に誘引することができ、フィルタの「帯電したガス粒子及び粉塵の捕集効率」を格段に向上することができる。

［実施の形態３］
図４は本発明の実施形態３に係る空気清浄装置を模式的に表した構成図である。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図４において、空気清浄装置３０は、帯電部１０ａと、帯電部１０ａの下流側に配置される集塵部１０ｃとから構成されている。そして、放電電極１と対向電極２との距離（Ｄ）が、放電電極１と接地電極３ｃとの距離（Ｌ）より近くする（Ｄ＜Ｌ）ことで、帯電部１０ａ（放電電極１）から集塵部１０ｂ（接地電極３）へ電流が流れることを防いでいる。
このとき、帯電部１０ａの対向電極２と、集塵部１０ｂの接地電極３ｃ（帯電部１０ａ側に配置されている）とを共有した部材で構成しているから、空気清浄装置３０を構成する部材点数が減り、材料コストが抑制されている。

［実施の形態４］
図５は本発明の実施形態４に係る空気清浄装置を模式的に表した構成図である。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図５において、空気清浄装置４０は、帯電部１０ａと、帯電部１０ａの下流側に配置される集塵部１０ｄとから構成されている。
集塵部１０ｄは、上流側（帯電部１０ａ側に同じ）から下流側に向かって順次配置された、接地電極３と、脱臭剤が担持されている脱臭繊維フィルタ５と、脱臭剤が担持されていない絶縁繊維フィルタ８と、高圧電極４と、第二絶縁繊維フィルタ８ｄと、第二脱臭繊維フィルタ５ｄと、第二接地電極３ｄと、から形成されている。そして、接地電極３および第二接地電極３ｄと帯電部１０ａの対向電極２とが、高圧電極４と帯電部１０ａの放電電極１とが、それぞれ接続されている。

すなわち、脱臭繊維フィルタ５および絶縁繊維フィルタ８は、接地電極３と高圧電極４とによって挟まれているものの、絶縁繊維フィルタ８が接地電極３と高圧電極４との間に電流が流れることを防止しているから、かかるフィルタ間に異常電流が流れることはない。また、第二脱臭繊維フィルタ５ｄおよび第二絶縁繊維フィルタ８ｄ、第二接地電極３ｄと高圧電極４ｂとによって挟まれているものの、第二絶縁繊維フィルタ８ｄが第二接地電極３ｄと高圧電極４との間に電流が流れることを防止しているから、かかるフィルタ間に異常電流が流れることはない。

したがって、脱臭繊維フィルタ５は、電界が印加されて帯電し、また、第二脱臭繊維フィルタ５ｄは、脱臭繊維フィルタ５とは反対方向の電界が印加されて帯電しているから、前記両帯電部において帯電したガス粒子及び粉塵は、脱臭繊維フィルタ５および第二脱臭繊維フィルタ５ｄにおいて効率良く捕捉されることになる。
なお、以上は、集塵部１０ｄを一対の集塵部１０ｂ（図１参照）によって構成されたものに相当して、第二高圧電極に相当する電極の機能を高圧電極４が共有して（共通の電極にして）いるから、部材点数が少なくなっている。

なお、以上は、集塵部１０ｄとして２つの集塵部１０ｂを重ねたものであるが、本発明はこれに限定するものではなく、３つ以上の集塵部１０ｂを重ねてもよい。このとき、図５に準じて、たとえば、第二接地電極と第三接地電極とを、第三高圧電極と第四高圧電極とを、それぞれ共通の電極にして、部材点数を減らしてもよい。
さらに、このように集塵部１０ｂを複数重ねる場合、ガス粒子及び粉塵の流入する上流側に目付け量の粗いフィルタを配置して、下流側に目付け量の細かいフィルタを配置することで、上流側で大きいガス粒子及び粉塵を選択的に捕捉することができ、フィルタのメンテナンスを容易にすることが可能となる。

以上より、本発明の空気清浄装置は、高い集塵効率および脱臭性能が得られると共に、装置を小型にすることができるから、事業用および家庭用の各種空気清浄装置として広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した断面図。図１に示す空気清浄装置に用いられる脱臭繊維フィルタの脱臭性能曲線図。本発明の実施形態２に係るフィルタを模式的に表した構成図。本発明の実施形態３に係る空気清浄装置を模式的に表した構成図。本発明の実施形態４に係る空気清浄装置を模式的に表した構成図。

符号の説明

１：放電電極、２：対向電極、３：接地電極、３ｃ：接地電極、３ｄ：第二接地電極、４：高圧電極、４ｂ：高圧電極、５：脱臭繊維フィルタ、５ｄ：第二脱臭繊維フィルタ、６：難燃剤、７：脱臭剤、８：絶縁繊維フィルタ、８ｄ：第二絶縁繊維フィルタ、９：電源、１０：空気清浄装置（実施の形態１）、１０ａ：帯電部（実施の形態１）、１０ｂ：集塵部（実施の形態１）、１０ｃ：集塵部（実施の形態３）、１０ｄ：集塵部（実施の形態４）、２０：フィルタ（実施の形態２）、３０：空気清浄装置（実施の形態３）、４０：空気清浄装置（実施の形態４）。

Claims

ガスが流通自在な帯電部と、該帯電部に形成されるガス流れの下流側に配置され、ガスが流通自在な集塵部と、を有する空気清浄装置であって、
前記帯電部が、放電電極と、該放電電極に対峙する対向電極と、放電電極と対向電極との間に所定の電圧を印加する電源と、を具備し、
前記集塵部が、帯電された粒子を捕集する誘電率の高いフィルタと、該フィルタの上流側に配置され、ガスが流通自在な接地電極と、前記フィルタの下流側に配置され、ガスが流通自在な高圧電極とを具備し、
前記放電電極と前記高圧電極とが接続され、かつ、前記対向電極と前記接地電極とが接続されてなることを特徴とする空気清浄装置。
前記フィルタが第一フィルタおよび第二フィルタから構成された二層構造であって、
前記第一フィルタが、脱臭剤が担持されている、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成され、
前記第二フィルタが、脱臭剤が担持されていない、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成されてなることを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
前記第一フィルタが前記接地電極の後段に配置され、かつ、前記第二フィルタが前記高圧電極の前段に配置されてなることを特徴とする請求項２記載の空気清浄装置。
前記接地電極の抵抗率が前記対向電極の抵抗率と同等、または、前記接地電極の抵抗率が前記対向電極の抵抗率より高いことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の空気清浄装置。
前記放電電極と前記対向電極との最短距離（Ｄ）が、前記放電電極と前記接地電極との最短距離（Ｌ）より小さい（Ｄ＜Ｌ）ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の空気清浄装置。
前記集塵部の下流側に配置され、帯電された粒子を捕集する誘電率の高い下流側フィルタと、該下流側フィルタの下流側に配置され、ガスが流通自在な下流側接地電極と、を具備し、
前記接地電極と前記下流側接地電極とが接続されてなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の空気清浄装置。
前記下流側フィルタが下流側第一フィルタおよび下流側第二フィルタから構成された二層構造であって、
前記下流側第一フィルタが、脱臭剤が担持されている、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成されて、前記下流側接地電極の前段に配置され、
前記下流側第二フィルタが、脱臭剤が担持されていない、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成されて、前記高圧電極の後段に配置されてなることを特徴とする請求項６記載の空気清浄装置。
前記下流側接地電極の抵抗率が前記対向電極の抵抗率と同等、または、前記下流側接地電極の抵抗率が前記対向電極の抵抗率より高いことを特徴とする請求項６または７記載の空気清浄装置。
脱臭剤が担持されている、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成されたフィルタであって、
前記脱臭剤が、触媒、吸着剤または化学添着剤のうち１種類以上であることを特徴とするフィルタ。
前記無機繊維および前記有機繊維の表面抵抗率が、何れも１０¹⁰〜１０¹³Ω／□であることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
前記無機繊維が、ケイ素酸化物または土類金属を主成分とすることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
前記無機繊維および前記有機繊維が、何れも繊維径５〜３０μｍ、目付け量４０〜４００ｇ／ｍ²、および前記脱臭剤の担持量１００〜９００ｇ／ｍ²であることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
前記触媒が、金属酸化物または貴金属のうち少なくとも１種類以上を主成分とすることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
前記吸着剤が、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、ポーラスシリカ、のうち少なくとも１種類以上からなることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
前記無機繊維または前記有機繊維に、難燃剤が混合された前記吸着剤が、担持されてなることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
前記無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかの表面に担持している前記脱臭剤の上に、誘電率の高い材料がさらに担持されてなることを特徴とする請求項９記載のフィルタ。