JP2008539067A - 静電空気清浄装置 - Google Patents

Abstract

静電空気清浄装置は電極のアレイ（２０１）を含む。電極は、コロナ放電を発生させるために高電圧の好適な供給源（１００）に接続されたコロナ電極（１０２）を含む。横方向にずれた集塵電極（２０３）は、空気力学的な前面の風上面と、空気から除去された微粒子を収集するための静穏なゾーン（２０９）を作り出す、空気の流れを乱す風下の後縁とを有する１つ以上の隆起部（２０７）を含む。隆起部（２０７）は、集塵電極（２０３）上の丸みを帯びた前縁および／またはたとえば電極の中央セクションに沿って位置する傾斜した面（４１５）として形成され得る。集塵電極（２０３）の対の間に位置決めされた反発電極（１０４）は、円筒形または半円筒形の前縁および／または後縁（５１７）などの類似の隆起部（５１７）を含み得る。

Description

関連出願
この出願は、１９９９年１０月１４日に出願され、「静電流体加速器（Electrostatic Fluid Accelerator）」と題される米国特許出願連続番号第０９／４１９，７２０号、すなわち現在の米国特許第６，５０４，３０８号と、２００２年７月３日に出願され、「スパーク管理方法および装置（Spark Management Method And Device）」と題される米国特許出願連続番号第１０／１８７，９８３号と、２００２年６月２１日に出願され、「流体流れの静電流体加速制御の方法および機器（Method Of And Apparatus For Electrostatic Fluid Acceleration Control Of A Fluid Flow）」と題される米国特許出願連続番号第１０／１７５，９４７号およびその一部継続出願である、２００３年１２月１５日に出願された、同一の題名の米国特許出願連続番号（代理人整理番号４３２．００４ＣＩＰ／１０１０１５７９）と、２００２年７月３日に出願され、「流体流れを制御するための静電流体加速器および流体流れを制御する方法（Electrostatic Fluid Accelerator For And A Method Of Controlling Fluid Flow）」と題される米国特許出願連続番号第１０／１８８，０６９号と、２００３年１月２８日に出願され、「流体流れを制御するための静電流体加速器（An Electrostatic Fluid Accelerator For Controlling Fluid Flow）」と題される米国特許出願連続番号第１０／３５２，１９３号と、２００２年１１月１８日に出願され、「静電流体加速器（Electrostatic Fluid Accelerator）」と題される米国特許出願連続番号第１０／２９５，８６９号と、２００３年１２月２日に出願され、「コロナ放電電極およびその操作方法（Corona Discharge Electrode And Method Of Operating The Same）」と題される米国特許出願連続番号第ｘｘｘ，ｘｘｘ号（代理人整理番号４３２．００８／１０１０１５７９）とに関連し、それらの各々は引用によって本明細書に援用される。

発明の背景
発明の分野
この発明は、静電空気清浄用装置に関する。この装置は、塵埃粒子の帯電および逆帯電した電極上での塵埃粒子の収集とともにコロナ放電およびイオンの加速に基づいている。

関連技術の説明
いくつかの特許（たとえば米国特許第４，６８９，０５６号および第５，０５５，１１８号参照）は、（ii）塵埃などの空中浮遊微粒子の帯電および収集と相俟って（ｉ）コロナ放電の方法および装置によって発生するイオンならびに結果として生じる空気の加速を含む静電空気清浄装置について記載する。これらのコロナ放電装置は、コロナ（放電）電極と集塵電極（または加速電極）との間に高電位差を与えて、高強度の電場を作り出し、コロナ電極の付近でコロナ放電を発生させる。コロナおよび取巻く空気の分子によって発生するイオン同士の衝突は、イオンの運動量を空気に伝え、それによって、空気の対応する運動を引起し、所望の空気の流れの方向の全体的な移動を達成する。米国特許第４，６８９，０５６号は、コロナ電極の下流に集塵電極と反発電極とを交互に配置させた集塵機構を構成する、上記コロナ電極を含むイオン風タイプの空気清浄器について記載する。電源によってコロナ電極と集塵電極との間に高電圧（たとえば１０〜２５ｋＶ）が供給されて、コロナ電極から集塵電極への方向にイオン風を発生させる。空気中に存在する微粒子がコロナ放電を貫通すると、これらの粒子が逆帯電した集塵電極に引付けられ、逆帯電した集塵電極上に蓄積するように、コロナ電極の極性に対応する電荷がこれらの粒子上に蓄積される。粒子が集塵電極の下流のアレイを貫通する、粒子の帯電および収集によって、事実上、塵埃などの微粒子が空気などの流体から分離される。典型的には、コロナ電極は
高い負または正電位を供給されるが、集塵電極は接地電位（すなわち、コロナ電極に対して正または負）に維持され、反発電極は集塵電極に対して異なる電位、たとえば中間の電圧レベルに維持される。類似の機構について、米国特許第５，０５５，１１８号に記載する。

これらのおよび類似の機構は、空気の移動および塵埃の収集を同時に行なうことができる。しかしながら、このような静電空気清浄器の集塵効率（すなわち、「清浄効率」）は比較的低く、空気からの塵埃の除去は２５〜９０％の間にわたる。対照的に、現代の技術では、直径が０．３μｍおよびそれより大きな塵埃粒子を除去するために典型的には９９．９７％付近のより高いレベルの清浄効率がしばしば必要である。したがって、最先端の静電空気清浄器は、ＤＯＥ−ＳＴＤ−３０２０−９７に従ってこのような清浄効率を満たさなければならないろ過タイプのＨＥＰＡ（high efficiency particulate air）（高効率の微粒子空気）フィルタに対抗できない。

したがって、静電流体集塵器、およびより詳細には、空気中に存在する微粒子を除去する際に効率的な空気清浄装置が必要である。

発明の概要
静電装置の収集効率が比較的悪い１つの理由は、帯電した微粒子の運動、およびコロナ放電のエリアで帯電している軌道または経路を一般に考慮できないことである。したがって、塵埃粒子は、コロナ電極の近くを通ると、いくらかの電荷を受取る。たった今帯電した粒子は、コロナ電極から集塵電極および反発電極の方であって、かつ、集塵電極と反発電極との間に突き動かされる。これらの電極板間の電位差は、帯電した粒子を集塵電極の方に押す強い電場を作り出す。次いで、帯電した塵埃粒子は集塵電極板上に落着き、そこに留まる。

帯電した粒子は、集塵電極板と反発電極板との間の電場の強さに比例する力で集塵電極に引付けられる。

この式が表わすように、この引力の大きさは、電場、したがって集塵極板と反発極板との間の電位差に比例し、これらの極板間の距離に反比例する。しかしながら、電場の最大電位差は、空気電気誘電体の強さ、すなわちアークが発生する流体の破壊電圧によって制限される。電位差がある閾値レベルを超えると、誘電体の電気破壊が発生し、その結果、電場が消滅し、空気清浄処理／動作が中断される。電気破壊が発生し得る可能性が最も高い領域は、発生した電場がこのような領域において最大値に達するように電場勾配が最も大きな極板の端縁の付近である。

微粒子の除去（たとえば空気清浄）効率を制限する別の要因は、集塵電極と反発電極との間に層状の空気の流れが存在することによって引起され、このタイプの流れは、集塵電極の極板の方への、帯電した粒子の運動の速度を制限する。

清浄の非効率に繋がるさらに別の要因は、微粒子が最初に集塵電極上に落着いた後、移動および分散する傾向があることである。一旦粒子が集塵電極と接触すると、粒子を電極
に付着させるいずれの静電引力ももはや存在しないように粒子の電荷は消散する。この静電付着がなければ、取巻く空気の流れは粒子を移動させる傾向があり、空気が電極アレイを通って流れ、電極アレイを通過するときに、粒子を空気（または、搬送されている他の流体）に戻す。

この発明の実施例は、収集能力が悪い、電場の強さが低い、帯電した粒子の軌道、および戻った粒子を集塵電極上に再び落着かせるなどの先行技術におけるいくつかの欠点に対処する。一実施例に従うと、集塵電極および反発電極は、集塵電極に向かう方向にさらなる空気の移動を発生させるプロファイルおよび全体的な形状を有する。この空気の流れの分岐は、隆起部もしくはリッジを挿入するまたは組入れることで、典型的な平坦な、平面的な形状およびプロファイルからプロファイルを変更することによって達成される。

なお、本明細書において使用するように、および特に指定されない限りまたは使用の文脈から明らかでない限り、「隆起部（bulge）」、「出っ張り（projection）」、「突起（protuberance）」、「突出部（protrusion）」および「リッジ（ridge）」という用語は、構造の主要な面によって規定される法線または面を超えた延長部を含むものとする。したがって、この場合、これらの用語は、（ｉ）シートの主要な面によって規定されるものなどのシートの有力な平面と同一平面上になく、シートの有力な平面を超えて延在する隆起した部分を含むように形成された、厚さが実質的に均一な、連続的なシートのような構造（たとえば「骨組みを記した」構造）、および（ii）（ａ）有力な平面を規定する、厚さが実質的に均一なシートのような平面部分と（ｂ）（平面部分の横方向延長部などの、下にある基板と一体的に形成されたおよび／または下にある基板上に形成された構造を含む）有力な平面から外向きに延在する１つ以上の「より厚い」部分とを含む、さまざまな厚さの合成または複合構造のいずれかである構造を含むが、それらに限定されない。

一実施例に従うと、隆起部またはリッジは、この機器を通る全体的な空気の流れの方向を実質的に横断して（すなわち直交して）、電極の幅に沿って走っている。隆起部は、電極の高さ方向に沿って外向きに突出している。隆起部は、リッジもしくは隆起部および／または電極の厚さが増大した部分になるシートのような材料を含み得る。この発明の実施例に従うと、隆起部の前縁は、空気の流れの妨害を最小限に抑えるおよび／または回避する（たとえば、層流を維持および／または促進する）ために、丸く、しだいに増大するまたは傾斜したプロファイルを有するのに対して、隆起部の後ろ部分または後縁は、空気の流れを乱し、電極本体からの空気の流れの分離を促進し、乱流および／または渦を引起すおよび／または発生させる。隆起部はさらに、空気の速度が低減した下流領域を作り出すことができ、ならびに／または、空気の流れを方向転換させて、集塵電極からの塵埃および他の微粒子の除去、集塵電極上での収集、およびそれらのさらなる保持を向上させ得る。隆起部は好ましくは電極の端部または端縁に位置し、電場の急激な増大を防ぐ。隆起部はまた、前縁から離れて間隔があいた電極の中央部分にそって設けられてもよい。

概して、隆起部は、粒子用の「トラップ」を作り出す外形を与えるように成形される。これらのトラップは、主な空気の流れのために最小限の抵抗を作り出すはずであり、同時に、隆起部のすぐ後ろ（すなわち、後縁または「風下」）の集塵電極の平面部分上に速度が比較的低いゾーンを作り出すはずである。

この発明の実施例は、静電流体（空気を含む）浄化機器およびシステムの空気清浄能力ならびに効率を高める革新的な解決策を提供する。電極の端部における丸みを帯びた隆起部は、スパークまたはアークを発生させることなくこれらの電極間の電位差および／または勾配を最大動作レベルに維持しながら、これらの端縁の周りのおよびこれらの端縁付近の電場を減少させる。隆起部はまた、空気の運動を乱れたものにするために効果的である。先行技術の教示に反して、穏やかではあるが乱れた運動は、特定の帯電した粒子が集塵
電極と反発電極との間にある期間を増大させる。この期間の増大によって、粒子が集塵電極によって捕集され、集塵電極上に集まる確率が高まる。特に、帯電した粒子が集塵電極間（もしあれば、集塵電極と反発電極との間）の領域を通過するのに必要な時間を延ばすことによって、集塵電極によって取り込まれるのに十分に近くに粒子が動く確率が高まる。

隆起部の後ろの「トラップ」は、隆起部の後ろの（すなわち、すぐ「風下の」）空気の運動を実質的にゼロ速度に抑え、状況によっては、トラップの領域における空気の流れの方向を逆にする結果となる。トラップの後ろの領域における空気の速度が低減したおよび／または逆になった結果、トラップに落着いているそれらの粒子は、主なまたは支配的な空気の流れ（すなわち、メインの気流）によって妨害されない。妨害を最小に抑えた結果、粒子が適切な清浄プロセスによって意図的に除去されるまである期間トラップエリアに留まる可能性がより高くなる。

好ましい実施例の説明
図１は、先行技術に従う静電空気清浄装置の一部である電極のアレイの概略図である。示されるように、静電空気清浄装置は、電極のアレイ１０１に接続された高圧電源１００を含み、電極のアレイ１０１を通って、空気などの流体は、電極によって発生する静電場、すなわち、逆帯電した集塵電極１０３の方に空気を加速させるコロナ電極１０２によって作り出されるコロナ放電の作用によって突き動かされる。電極は、電極の典型的な間隔に対して１０ｋＶから２５ｋＶの範囲の高電圧の好適な供給源（たとえば高圧電源１００）に接続される。

電極のアレイは３つのグループを含む。すなわち、電極のアレイは、（ｉ）横方向に間隔があいた、ワイヤのようなコロナ電極のサブアレイ１０２（２つを図示）を含み、このアレイは、（ii）横方向に間隔があいた、板のような集塵電極のサブアレイ１０３（３つを図示）から長手方向に間隔があいており、（iii）板のような反発電極のサブアレイ１０４（２つを図示）は集塵電極１０３の間に位置し、集塵電極１０３の間で横方向に分散している。高圧電源（図示せず）は、コロナ放電がコロナ電極１０２の周りで発生するようにコロナ電極１０２と集塵電極１０３との間に電位差を与える。その結果、コロナ電極１０２は、集塵電極１０３の方に加速されるイオンを発生させ、したがって、矢印１０５によって示される全体的なまたは有力な所望の方向に周囲空気を動かす。塵埃などの、中にさまざまなタイプの微粒子を同伴した空気（すなわち「汚い空気」）が装置入口部から（すなわち、最初にコロナ電極１０２に出会うように、図１に示すように左から）アレイに入ると、塵埃粒子は、コロナ電極１０２によって放出されたイオンによって帯電する。たった今帯電した塵埃粒子は、集塵電極１０３と反発電極１０４との間の通路に入る。反発電極１０４は、集塵電極１０３とは異なる電位、たとえばコロナ電極１０２と集塵電極１０３との間の中間のまたは中途の電圧に維持されるように好適な電源に接続される。電位差によって、これらの電極間で発生する関連付けられる電場は、帯電した塵埃粒子を反発電極１０４から離れるようにおよび集塵電極１０３の方に加速させる。しかしながら、集塵電極１０３に向かう、結果として生じる移動は、図１に示すように、図の右側の装置の出口または排出部に向かう全体的なまたは支配的な空気の移動と同時に発生する。大部分が出口に向かう、この結果として生じる全体的な運動は、粒子が電極アレイ１０１を出るより前に集塵電極１０３の表面に到達する機会を制限する。したがって、限られた数の粒子のみが作用を受けて、集塵電極１０３の表面上に接近して近づき、接触し、落着き、それによって、通過する空気から除去されることになる。したがって、この先行技術の機構は、空気清浄効率が７０〜８０％をはるかに超える状態で動作することができず、すなわち、すべての塵埃のうち２０〜３０％は除去されることなく装置を通過し、装置から漏れて、大気中に再び入る。

図２は、集塵電極上でのおよび集塵電極による微粒子の収集ならびに保持を高める態様で空気の流れを方向転換させるように集塵電極の外形を修正したこの発明の実施例を示す。示されるように、静電空気清浄装置は、図１に関連して説明したのと同じ電極のグループ分け、すなわち、ワイヤのようなコロナ電極１０２と、集塵電極２０３と、反発電極２０４とを含む電極のアレイ２０１を含む。集塵電極２０３は、実質的に平面的であり、すなわち、実質的に平面的な部分２０６を有するが、前縁に円筒形状の隆起部２０７を有する「板のような」電極であり、すなわち、コロナ電極１０２に最も近い集塵電極の部分は、円筒形の固体の形をしている。隆起部２０７の呼び径は、平面部分２０６の厚さｔよりも大きく、より好ましくは、ｔの少なくとも２倍または３倍である。たとえば、平面部分２０６の厚さがｔ＝１ｍｍであれば、ｄ＞１ｍｍであり、好ましくはｄ＞２ｍｍであり、さらにより好ましくはｄ＞３ｍｍである。

コロナ電極１０２、集塵電極２０３および反発電極２０４は、高圧電源１００（図１）などの高電圧の適切な供給源に接続される。コロナ電極１０２は、反発電極２０４がある中間電位に維持された状態で集塵電極２０３に対して１０〜２５ｋＶの電位差に維持されるように接続される。なお、絶対電位ではなく電極間の電位差が装置の動作にとって重要である。たとえば、配電の容易さ、安全性、他の構造および／またはユーザとの不注意による接触からの保護、特定の構造に関連付けられる特定の危険性を最小限に抑えることなどをたとえば含む多くの理由のために望ましいまたは好ましいであろうように、電極の組のいずれかが、ある任意の接地基準電位の近くまたはある任意の接地基準電位に維持されてもよい。また、加えられる電力のタイプは、以前に参照した特許出願のうち１つ以上に記載されるように、および／または先行技術によって記載され得るように、何らかの脈動電流もしくは交流、および／または電圧成分、および／またはこのような成分と、加えられる電力の一定のもしくはｄ．ｃ．成分との間の関係を含むように異なっていてもよい。引用される関連の特許出願に記載されるように、装置の動作を制御するための他のメカニズム、ならびに酸化および／または形成された汚染物質を除去することによっておよび／またはその上に集めることによって電極の材料を活性化するためにたとえばコロナ電極に加熱電流を加えるなどの他の機能を実行するための他のメカニズムが含まれてもよい。

図２の機構は図２Ａに示す斜視図にさらに示されるが、横断する方向の（すなわち、用紙の中の方への）集塵電極２０３および反発電極２０４の幅は説明を簡潔にするために略記されている。図２に示すように、塵埃などの微粒子２１０は、静穏なゾーン２０９（図２）の大まかな領域における円筒形状の隆起部２０７の後ろまたは風下に引付けられ、そこで停止する。

再び図２を参照して、集塵電極２０３の外形の結果、集塵能力および除塵効率が高まる。効率が高まるのは、少なくとも一部には、変更された空気の流れが、円筒形状の隆起部２０７の後ろの領域２０８において乱れ、帯電した粒子が集塵電極２０３（図２Ａ）の表面上に落着く静穏なゾーン２０９に入ることに起因する。たとえば、平面部分２０６は比較的高いレイノルズ数Ｒｅ₁を示し得る（たとえば、Ｒｅ₁≧１００、好ましくはＲｅ₁≧１０００）のに対して、乱れた領域２０８および／または静穏なゾーンではレイノルズ数Ｒｅ₂は比較的低い（たとえば、Ｒｅ₂＜１００、好ましくはＲｅ₂≦１０、より好ましくはＲｅ₂≦５）。第２に、落着いた粒子は、静穏なゾーンに留まる可能性がより高く、空気中に再び入ることはない。第３に、隆起部は、より複雑な軌道で空気を強制的に動かし、したがって、長期間にわたって集塵電極２０３の「収集ゾーン」部分（たとえば、静穏なゾーン２０９および／または領域２０８）の付近にあるおよび／または集塵電極２０３の「収集ゾーン」部分と接触する。これらの改良点は、個々におよびまとまって、この装置の収集効率を劇的に増大させる。

図２Ｂは代替的な構築物を示し、集塵電極２０３Ａは、集塵電極２０３Ａの前縁（すなわち「風上の」端縁）に沿って先が閉じたまたは開放した管状の隆起部２０７Ａを形成するように形成された（たとえば、スタンピングなどによって曲げられた）、厚さが実質的に均一な材料の連続的なシート（たとえば、適切な金属、金属合金、層状構造など）を備える、骨組みを記した構築物を有する。管状の隆起部２０７Ａは、その長さに沿って実質的に閉じているように図２Ｂでは示されるが、その代わりに、さまざまな程度の開放した部分を含むように形成されてもよい。たとえば、図２Ｃに示すように、円筒形の隆起部２０７Ｂは、円筒形の外面が、支配的な空気の流れの方向に動く空気に面して存在しているが、後方に向かって開放しているように２７０°以下の範囲を定めればよい。

図３および図３Ａに示す半円筒形の外形などの集塵電極の異なる形状を実現することによってさらなる改良点を得ることができる。図３および図３Ａに示すように、集塵電極３０３は、電極の前縁上に形成された半円筒形の隆起部３０７を有し、残りの、風下の部分は、実質的に平面的なまたは板のような部分３０６を備える。半円筒形の隆起部３０７は、湾曲した前縁３１１と、平面部分３０６を接合する平坦な風下の端縁３１２とを含む。湾曲した前縁３１１の呼び径はやはり平面部分３１１の厚さよりも大きく、好ましくはその寸法の２倍または３倍であろう。風下の端縁３１２は、平面部分３０６に垂直な、実質的に平坦な壁として示されるが、好ましくは図３Ａに示すように湾曲した前縁３１１と一致する、拡張された円筒によって規定される円形領域３１３内に風下の端縁３１２があるように他の形状因子および外形が使用されてもよい。風下の端縁３１２は、乱流を促進するために、ならびに／または、半円筒形の隆起部３０７のある部分（もしくは、他の隆起部の外形、たとえば半楕円形のある部分）および／または平面部分３０６のセクションを直接的な、フル速度の有力な空気の流れから遮蔽して、収集ゾーンまたは静穏なゾーンを形成するために、急な移行部を与えるべきである。収集ゾーンまたは／または静穏なゾーン３０９を確立することによって、収集効率が高まり、塵埃の落ち着きおよび保持を促すような環境がもたらされる。

集塵電極の骨組みを記したバージョンを図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄに示す。図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、集塵電極３０３Ａは、横方向の端縁、すなわち管の反対側の遠端以外では実質的に閉じている半円形の管状部分として形成された前縁３０７Ａを含む。したがって、風下の壁３１２Ａおよび３１２Ｂは実質的に完全である。

代替的な構成を図３Ｄに示し、図３Ｄでは、前縁３０７Ｂは、開口、すなわち壁の代わりに、開放したスリットまたはアパーチャ３１２Ｄが電極の幅を走っているように形成され、風下の壁３１２Ｃしか存在しない。

この発明の別の実施例を図４および図４Ａに示し、図４および図４Ａでは、集塵電極４０３の前縁に沿って形成された（この場合には、半円筒形の固体の形状の）隆起部４０７に加えて、集塵電極４０３の前縁の風下にさらなる「塵埃トラップ」４１４が形成され、さらなる静穏なゾーンを作り出す。塵埃トラップ４１４によって形成されるさらなる静穏なゾーン４０９は、集塵電極の微粒子除去効率および装置全体の微粒子除去効率をさらに改善する。示されるように、塵埃トラップ４１４は、そうでなければ電極の平面部分を構成するエリアにおいて集塵電極４０３の対向する面上に位置決めされた傾斜部分４１５を有する対称的な楔部分であり得る。対向する傾斜部分４１５は電極の平面部分から外向きに上昇し、傾斜部分４１５は壁４１６において終端する。傾斜部分４１５の傾斜は、約１：１（すなわち、４５°）であってもよく、より好ましくは１：２（すなわち、２５°〜３０°）以下の上昇、さらにより好ましくは１：３（すなわち、＜１５°〜２０°）以下の上昇を有する。傾斜部分４１５は、平面部分４０６の上に高さで少なくとも１つの電極の厚さの高度まで、より好ましくは少なくとも２つの電極の厚さの高さまで延在していてもよいが、さらに大きな高さが適切であり得る（たとえば、集塵電極の厚さの高さの少な
くとも３倍の高さまで上昇する）。したがって、平面部分４０６の厚さが１ｍｍであれば、塵埃トラップ４１４は１、２、３ミリメートル以上上昇していてもよい。

空気が傾斜部分４１５に沿って比較的穏やかに方向転換されるので、塵埃トラップ４１４が引起す空気の流れの方向転換によって静穏なゾーン４０９が風下の領域または壁４１６の後ろに形成される。壁４１６の比較的急な移行部では、乱れた空気の流れの領域が作り出される。乱れた空気の流れに影響を及ぼすために、壁４１６は領域４１３内で凹状の外形を伴って形成され得る。

塵埃トラップ４１４は対向する傾斜部分が集塵電極４０３の両側に位置する対称的な楔として示されるが、傾斜した部分が１つの面上だけに位置する非対称の構築物が実現されてもよい。さらに、説明を容易にするために塵埃トラップは１つだけ示されるが、各集塵電極の交互になった面上に塵埃トラップを含む複数の塵埃トラップが組入れられてもよい。さらに、示す塵埃トラップは楔として成形されているが、たとえば前縁の隆起部４０７について示したものと類似する半円筒形の外形を含む他の構成が使用されてもよい。

塵埃トラップはまた、電極の厚さのばらつきをもたらす、さまざまな構造を上に形成させた平面基板を使用する代わりに、厚さが均一な板を所望の形状に形成することによって作られてもよい。たとえば、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、集塵電極４０３Ａは、極板の前縁上に半円筒形の固体として形成された、初めが半円筒形の隆起部４０７を備えていてもよく、平面部分４０６と塵埃トラップ４１４Ａを含むように極板は曲げられるか、または別の方法で形成される。なお、塵埃トラップ４１４Ａは、電極の他の隣接する部分、すなわち平面部分４０６と同一の厚さの金属板を備える。塵埃トラップは、スタンピングなどの任意の数のプロセスによって形成され得る。

集塵電極４０３Ｂの完全に骨組みを記したバージョンを図４Ｄに示し、図４Ｄでは、隆起部４０７Ａは、風上に面する湾曲した外面を有する半円形の管として形成され、平坦な、壁のようなセクションは風下の方向に面して向けられている。

図５および図５Ａに示すように、集塵電極４０３と協働するように反発電極５０４の表面を開発することによってさらなる改良点を達成できる。図５を参照して、隆起部５１７（２つを図示し、各々が反発電極５０４の前縁と後縁上にある）は、反発電極の周りにさらなる空気の乱れを作り出す。２つの隆起部５１７が示されるが、他の数および配置が使用されてもよい。この例では、隆起部５１７は、隣接する集塵電極４０３の塵埃トラップ４１４の両側（すなわち、「風上」および「風下」）に位置する。電極アレイ５０１内で、反発電極５０４は、集塵電極４０３に平行であり、集塵電極４０３の両側の側面に位置する。

隆起部５０７は２つの目的を果たす。隆起部は、さらなる空気の乱れを作り出し、かつ、集塵電極４０３の隆起部４１４の間のエリアにおける電場の強さを増大させる。その増大した電場は、帯電した粒子を集塵電極４０３の方に「押し」、空気中に存在する微粒子（たとえば塵埃）が集塵電極４０３の表面上に落着き、そこに留まる確率を増大させる。

図５Ａは図５の構造の変形例を示し、図５Ａでは、図４Ａの集塵電極構造の代わりに、図４Ｂおよび図４Ｃを参照して示し、記載した集塵電極４０３Ａの部分的に骨組みを記した形状が使用される。

突起が電極の前縁および／もしくは後縁上ならびに／または１つ以上の中央セクション位置に位置する実施例を含む、他の可能な反発電極構造のいくつかの例を図５Ｂに示す。円筒形の構造および傾斜した構造を含む可能な断面形状の例も示す。

反発電極の別の構成を図６に示す。図６では、反発電極６０４は、電極の本体を貫く空隙またはアパーチャ６１９（すなわち、「断絶」）を有し、空隙は好ましくは集塵電極４０３の隆起部４１４と整列しており、集塵電極４０３の隆起部４１４と一致している。したがって、反発電極の開口が（たとえば集塵電極における）隣接する隆起部の初めの風上部分においてまたは隣接する隆起部の初めの風上部分のわずかに後ろで（すなわち、風下で）開始し、アパーチャは隆起部の末端の風下部分もしくは端縁における位置でまたは隆起部の末端の風下部分もしくは端縁のわずかに後ろで終端するように、アパーチャ６１９は隆起部４１４と整列している。なお、アパーチャ６１９は例示の目的で特定の外形を伴って示されるが、アパーチャは幅広い範囲の穴およびスロットを含むさまざまな修正を伴って作られてもよい。

アパーチャ６１９は、乱れた空気の流れをさらに促進し、他の点では微粒子の除去を向上させる。同時に、この構成は、隆起部４１４の鋭い端縁が反発電極６０４の近くにあることによってそうでなければ引起される可能性のある過度の電場の増大が発生することを回避する。

なお、丸いまたは円筒形の形状の隆起部５１７および６０７が反発電極５０４および６０４のはるかに上流（前縁）の端部および下流（後縁）の端部にそれぞれに位置する。この構成によって、特に電極の中央近くにこのような隆起部を位置付けることと比較して、反発電極の端縁と集塵電極の端縁との間に電気破壊が発生する確率が低減する。実験データによれば、反発電極と集塵電極との間の電位差は装置の集塵効率を最大にする重要な要因である。この構成は、介在する流体の電気破壊、たとえば空気を通るアークおよび／またはスパークを助長することなく電極のこれらのグループ間の最大電位差を維持するためのこの要件を支持する。

なお、図６の実施例では、反発電極６０４の下流の端縁または後縁が集塵電極４０３の下流の端縁または後縁の内側にある、すなわち、出口端縁が集塵電極の出口端縁よりも入口の近くに位置する。この関係は、アレイおよび装置の出口または排出部を通って出るイオンの流れを減少させるかまたは最小に抑えながら集塵能力をさらに高める。

図７は図２に対応する集塵電極構造の写真であり、図７では、丸みを帯びた前縁構造を生み出すために導電性材料の複数の層が積み重ねられている。

この発明の特定の実施例について図面を参照して記載してきたが、この発明の他の実施例および変形例がこの発明の範囲内に含まれる。さらに、この開示の範囲内で他の修正および改良をなすことができ、他の特徴を組合せることができる。たとえば、２００３年１２月２日に出願され、「コロナ放電電極およびその動作方法」と題される米国特許出願連続番号第ｘｘｘ，ｘｘｘ号（代理人整理番号４３２．００８／１０１０１５７９）に詳述される構造および方法は、さらなる向上および特徴をもたらすためにこの発明の精神および範囲内で組合せることができるコロナ電極の構築物ならびにコロナ電極を活性化する方法および機器について記載する。

この明細書に記載するすべての公報、特許および特許出願は、この発明が関係する当該技術分野における技術のレベルを示すことが注目され、理解されるべきである。すべての公報、特許および特許出願は、各々の個々の公報、特許または特許出願が全文が引用によって援用されるように具体的におよび個々に示される場合と同一の程度まで引用によって本明細書に援用される。

先行技術の静電空気清浄の一部を形成するコロナ電極、反発電極および集塵電極のアレイの断面の概略図である。 この発明の実施例に従う、集塵電極が、前縁上に形成された円筒形の隆起部部分を有する電極のアレイの断面の概略図である。 図２に従う電極の機構の斜視図である。 この発明の代替的な実施例に従う、集塵電極が、前縁上に形成された横断する管状の隆起部部分を有する電極のアレイの断面の概略図である。 部分的に開放した管状の前縁を有する集塵電極の代替的な構造の断面の概略図である。 この発明の別の実施例に従う、集塵電極が、前縁上に形成された半円筒形の隆起部部分を有する電極のアレイの断面の概略図である。 図３に示す集塵電極の前縁の詳細図である。 この発明の別の実施例に従う、集塵電極が、前縁上に形成された扁平な管状の部分を有する電極のアレイの断面の概略図である。 図３Ｂに示す集塵電極の前縁の詳細図である。 集塵電極の前縁のための代替的な構造の詳細図である。 この発明の実施例に従う、集塵電極が、前縁上に形成された半円筒形の隆起部部分と、電極の中央部分に沿って形成された楔の形状の対称的な傾斜部分とを両方有する電極のアレイの断面の概略図である。 図４に示す集塵電極の楔の形状の傾斜部分の詳細図である。 集塵電極が、最初が半円筒形の隆起部を有し、いくつかの傾斜した部分および平面部分になる、厚さが一定の電極の後ろの板のような部分を有する電極のアレイの断面の概略図である。 図４Ｂの集塵電極の詳細な斜視図である。 図４Ｂの構成に適用可能な代替的な、「骨組みを記した」集塵電極の断面の概略図である。 この発明の別の実施例に従う、介在する反発電極が、前縁および後縁の両方の上に形成された円筒形の隆起部を有する、図４の集塵電極を含む電極のアレイの概略図である。 この発明の別の実施例に従う、介在する反発電極が図５と同様の円筒形の隆起部を有する、図４Ｃの集塵電極を含む電極のアレイの概略図である。 代替的な反発電極構造の断面図である。 反発電極の各々の中央セクションに空隙が形成された、図５の構造と類似した電極アレイ構造の概略図である。 図２に概略的に示した集塵電極の前縁に沿って存在する階段状の電極構造の写真である。

Claims (42)

1. 静電空気清浄装置であって、
   それぞれのイオン化端縁を有する複数のコロナ電極と、
   実質的に平面的な部分、および所望の流体流れの方向に実質的に垂直な横方向に外向きに延在する突起部分を有する少なくとも１つの相補的な電極とを備える、静電空気清浄装置。
2. 前記平面部分および突起部分は、前記相補的な電極の幅と実質的に同一の広がりを持つ、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
3. 前記突起部分は、厚さが前記平面部分の厚さよりも大きい部分を備える、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
4. 前記突起部分は、厚さが前記平面部分の厚さと実質的に等しい部分を備える、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
5. 前記突起部分は、前記平面部分の厚さよりも大きな距離だけ横方向に延在する、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
6. 前記突起部分は、実質的に層状の流体流れを前記流体流れの方向に促す前面セクションと、実質的に乱れた流体流れを促す後方セクションとを含む、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
7. 前記突起部分は、前記相補的な電極上で流体から微粒子が析出することを促すように配置される、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
8. 前記突起部分は流体の速度が低減したエリアを作り出す、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
9. 前記突起部分は、前記平面部分の最大レイノルズ数よりも少なくとも２桁少ない特徴的なレイノルズ数を有する、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
10. 前記突起部分の前記レイノルズ数は１００未満であり、前記平面部分の前記最大レイノルズ数は１００より大きい、請求項９に記載の静電空気清浄装置。
11. 前記突起部分は円筒形の固体として形成される、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
12. 前記突起部分は、前記集塵電極から外向きに向いている湾曲した面と、前記平面部分に取付けられた実質的に平坦な、壁付きの面とを有する半円筒形の固体として形成される、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
13. 前記突起部分は円筒形の管として形成される、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
14. 前記突起部分は、前記集塵電極から外向きに向いている湾曲した面を有する半円形の管として形成される、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
15. 互いに実質的に平行に位置決めされ、かつ、前記横方向に沿って互いから離れて間隔があいた複数の前記相補的な電極をさらに備え、前記相補的な電極は、所望の流体流れの方向に実質的に平行な長手方向に前記コロナ電極から離れて間隔があいている、請求項１に
    記載の静電空気清浄装置。
16. 前記突起部分は、前記平面部分の厚さと少なくとも等しい距離にわたって、前記平面部分を含む平面から外向きに延在している、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
17. 前記平面部分は、厚さが実質的に均一であり、前記突起部分の長手方向の範囲の長さの少なくとも５倍の長さだけ、所望の流体流れの方向に実質的に平行な長手方向に沿って延在している、請求項１６に記載の静電空気清浄装置。
18. 前記平面部分の少なくとも一部によって前記突起部分から離れて間隔があいたトラップ部分をさらに備え、前記トラップ部分は前記横方向に外向きに延在している、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
19. 前記トラップ部分は、前記相補的な電極の前記幅と実質的に同一の広がりを持つ、請求項１８に記載の静電空気清浄。
20. 前記トラップ部分は、所望の空気の流れの方向に平行な方向に前記相補的な電極に沿って高さが増大した傾斜部を備える、請求項１８に記載の静電空気清浄装置。
21. 前記トラップ部分は、前記平面部分の対向する平面表面から外向きに延在する楔を備える、請求項１８に記載の静電空気清浄装置。
22. 前記相補的な電極の隣接する対と、前記相補的な電極の前記隣接する対の間に位置決めされた反発電極とをさらに備える、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
23. 前記反発電極は、前記反発電極の前縁および後縁に沿って形成された突起部分を含む、請求項２２に記載の静電空気清浄装置。
24. 前記反発電極は、その中央セクションに位置する突起部分を含む、請求項２２に記載の静電空気清浄装置。
25. 前記反発電極は、その中央セクションに形成されたアパーチャを含む、請求項２２に記載の静電空気清浄装置。
26. 前記コロナ電極および前記相補的な電極に接続され、コロナ放電を発生させるように動作する高圧電源をさらに備える、請求項１に記載の静電空気清浄装置。
27. 静電空気清浄装置であって、
    それぞれのイオン化端縁を有する複数のコロナ電極と、
    実質的に平面的な部分、および前記平面部分の公称厚さよりも大きな距離にわたって、前記実質的に平面的な部分の高さを上回って外向きに延在する隆起した部分を有する少なくとも１つの集塵電極とを備える、静電空気清浄装置。
28. 前記隆起した部分は、前記集塵電極の前縁上に形成される、請求項２７に記載の静電空気清浄装置。
29. 前記隆起した部分は、前記集塵電極の中央セクション上に形成される、請求項２７に記載の静電空気清浄装置。
30. 前記隆起した部分は、前記集塵電極の前縁および中央セクションの両方の上に形成され
    る、請求項２７に記載の静電空気清浄装置。
31. 前記前縁上に形成された前記隆起した部分は湾曲した面を備え、前記中央セクション上に形成された前記隆起した部分は傾斜した面を備える、請求項３０に記載の静電空気清浄装置。
32. 前記集塵電極の隣接する対の中間に位置決めされた反発電極をさらに備える、請求項３０に記載の静電空気清浄装置。
33. 前記反発電極は、その対向する端縁上に形成された隆起した部分を備える、請求項３２に記載の静電空気清浄装置。
34. 前記反発電極は、その中央セクションに位置する隆起した部分を備える、請求項３２に記載の静電空気清浄装置。
35. 前記反発電極は、その中央セクションに形成されたアパーチャを含む、請求項３２に記載の静電空気清浄装置。
36. 静電空気清浄装置であって、
    それぞれのイオン化端縁を有する第１の数のコロナ電極と、
    実質的に板のようなプロファイルから離れて間隔があいており、実質的に板のようなプロファイルを有する第２の数の集塵電極と、
    集塵電極から離れて間隔があいており、集塵電極に実質的に平行な第３の数の反発電極と、
    前記コロナ電極、集塵電極および反発電極に動作電圧を供給して、前記コロナ電極、集塵電極および反発電極の間の電極間空間に高強度の電場を生成するように接続された電源とを備え、
    前記集塵電極は、前記集塵電極および反発電極の隣接する電極の間の電極間通路を通る乱れた流体流れを引起こす隆起部を含むプロファイルを有する、静電空気清浄装置。
37. 前記集塵電極の各々の前縁は、丸みを帯びた隆起部を有する、請求項３６に記載の静電空気清浄装置。
38. 前記丸みを帯びた隆起部の全体的な高さは少なくとも４ｍｍであり、前記端縁に隣接する前記反発電極の平面部分は２ｍｍ以下の均一な公称厚さを有する、請求項３７に記載の静電空気清浄装置。
39. 前記集塵電極の各々の前縁は、半円形の隆起部を有する、請求項３６に記載の静電空気清浄装置。
40. 空気通路出口の最も近くに位置決めされる電極の端縁は、コロナ電極に対して最も大きな電位差を有する、請求項３６に記載の静電空気清浄装置。
41. 前記空気通路出口に最も近い電極の端縁は、実質的に接地電位に維持される電位を有する、請求項３６に記載の静電空気清浄装置。
42. 前記隆起部は、その前縁に隣接して層状の空気の流れを促すプロファイルを有する、請求項３６に記載の静電空気清浄装置。

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