JP2011161355A - 集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気清浄用途に使用される集塵装置において、スパークを防止すると同時に高い集塵効率を得ることを目的とする。
【解決手段】通風方向に対して平行な棘状の先端を有する放電極板１と対向極板２とが空間を設けながら積層された帯電部３を前段に備え、異なる電圧が印加される極板Ａと極板Ｂとを空間を設けながら交互に積層した集塵部を後段に備える電機集塵ユニットを筐体内に有する集塵装置において、棘状の先端どうしの間隔Ｐに対する棘状の先端と対向極板２との距離Ｄの比率を０．８以上１以下とすることにより、スパークを防止すると同時に高い集塵効率を有する集塵装置が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気中の粉塵を捕集し除去する電気集塵ユニットを備える集塵装置に関するものである。

従来、この種の集塵装置は、特許文献１に記載されるような主にコロナ放電によって空気分子をイオン化して空気中に含まれる粉塵を帯電する帯電部を前段に配置し、異なる電圧が印加される極板Ａおよび極板Ｂが通風方向に対して平行かつ空間を設けながら積層された集塵部を後段に配置した電気集塵ユニットとして知られている。集塵装置の上流側もしくは下流側に送風機などの送風手段を設けることで帯電部、集塵部の順に空気が送り込まれ、帯電部で帯電された空気中の粉塵は集塵部の極板Ａおよび極板Ｂの間に設けられた電場の力を受けて極板Ａもしくは極板Ｂに捕集される。

以下、その電気集塵ユニットについて図１０を参照しながら説明する。

図１０に示すように、帯電部１０１と、その下流側に設けられた集塵部１０２とで電気集塵ユニットは構成される。帯電部１０１は、通風方向に対して平行となる棘状の先端１０３を有する放電極板１０４および対向極板１０５とを一定の間隔を開けながら平行となるように積層することで構成される。放電極板１０４に高電圧を、また、対向極板１０５に０ｋＶの電圧を印加することで棘状の先端１０３に不均一な電場を設け、コロナ放電を発生させる。コロナ放電が発生することで空気分子が電離し、電荷を有する空気イオンが作られる。空気中の粉塵に空気イオンが付着することで粉塵を帯電させる。

また、集塵部１０２は、極板Ａ１０６と極板Ｂ１０７とを通風方向に対して平行かつ空間を設けながら積層することで構成される。高圧電源１０８によって例えば極板Ａ１０６に高電圧を、また、極板Ｂ１０７に０ｋＶの電圧が印加され、極板Ａ１０６と極板Ｂ１０７の間に電場が形成される。帯電部によって帯電した粉塵は集塵部の極板Ａ１０６および極板Ｂ１０７との間に導入されて極板Ａ１０６もしくは極板Ｂ１０７のどちらかに捕集される。

ここで、特許文献１によると、棘状の先端１０３どうしの間隔Ｐに対する棘状の先端１０３と対向極板１０５との距離Ｄの比率が１以上１０以下で、かつ棘状の先端の長さ（高さ）を２ｍｍ以上とすることで帯電部１０１において高い放電電流が得られ、その結果高い集塵効率が得られるとしている。

特許第３２５４１３４号公報

特許文献１には棘状の先端１０３どうしの間隔Ｐに対する棘状の先端１０３と対向極板１０５との距離Ｄの比率が１以上１０以下で、かつ棘状の先端の高さが２ｍｍ以上とすることで帯電部１０１において高い放電電流が得られるとあるが、当方の検討結果によればこれは必ずしも高い放電電流を得る条件ではないため、より高い集塵効率を得ることができないという課題を有する。

また、集塵部の極板Ａおよび極板Ｂの間に存在する空気が絶縁破壊を起こして火花を伴う短絡（以下スパーク）を発生するという課題を有する。

また、電気集塵ユニットは通風方向に対して平行となるように極板を積層する構造であるため四角い直方体の形状を有する。また、一定の間隔を開けて極板を積層するため、空気が通過する際に大きな抵抗が発生しないという特徴を有する。そのため、例えば丸いダクトでと送風機に接続して電気集塵ユニットを収めた集塵装置に空気を流す場合、電気集塵ユニット全体に空気が流れなくなり、結果として高い集塵効率が得られないという課題を有する。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、高い放電電流を得ることで高い集塵効率を得るとともに集塵部のスパークを防止し、また、丸いダクトで接続して空気を流しても高い集塵効率を得ることが可能な集塵装置を得ることを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、通風方向に対して平行な棘状の先端を有する放電極板と対向極板とが空間を設けながら積層された帯電部を前段に備え、異なる電圧が印加される極板Ａと極板Ｂとを空間を設けながら交互に積層した集塵部を後段に備える電機集塵ユニットを筐体内に有する集塵装置において、棘状の先端どうしの間隔Ｐに対する棘状の先端と対向極板との距離Ｄの比率が０．８以上１未満であることを特徴としたものであり、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、高い放電電流を得る最良の条件によって最も高い集塵効率を得るとともに集塵部のスパークを防止し、また、丸いダクトで接続して空気を流しても高い集塵効率を得ることが可能な集塵装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１の帯電部を示す構成図 同帯電部の項目を示す図 同棘状の先端どうしの間隔Ｐと放電電流の関係を示す図 同棘状の先端の高さＡと放電電流の関係を示す図 同棘状の先端の角度φと放電電流の関係を示す図 同棘状の先端の丸みＲごとの経過時間と放電電流の関係を示す構成図 本発明の実施の形態２の集塵部の極板Ａを示す構成図 同集塵装置を示す構成図 同濾過フィルタの圧力損失と粒子径０．３μｍの粉塵の計数法集塵効率の関係を示す図 従来の集塵装置を示す構成図

本発明の請求項１記載の集塵装置は、通風方向に対して平行な棘状の先端を有する放電極板と対向極板とが空間を設けながら積層された帯電部を前段に備え、異なる電圧が印加される極板Ａと極板Ｂとを空間を設けながら交互に積層した集塵部を後段に備える電機集塵ユニットを筐体内に有する集塵装置において、棘状の先端どうしの間隔Ｐに対する棘状の先端と対向極板との距離Ｄの比率が０．８以上１以下であることを特徴とする。棘状の先端どうしの間隔すなわちＰに対して棘状の先端と対向極板との距離すなわちＤが０．８以上１以下であるときに帯電部は最も高い放電電流を得ることができる。例えばＤが２０ｍｍの場合、Ｐは２０ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項２に記載するように前記棘状の先端の高さが１２ｍｍ以上とし、請求項３に記載するように前記棘状の先端の角度を２０°以下とすることで、同じ電圧を印加した時に帯電部は最も高い放電電流を得ることができる。すなわち棘状の先端から最も多くの空気イオンが発生し、最も高い集塵効率を得ることが可能となる。

また、請求項４に記載するように前記棘状の先端の丸みが半径０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする。棘状の先端は放電現象の際に空気イオンや電子といった荷電粒子が衝突することで磨耗し、丸みを帯びる。丸みを帯びることで先端の電場密度が低下し、放電しにくくなって放電電流が低下する。棘状の先端に予め半径０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下の丸みをつけることで放電電流が低下した状態を運転初期から得ることができ、放電電流が低下して集塵効率が低い値に変動することを防ぐことができる。

また、請求項５に記載するように前記集塵部の極板Ａおよび極板Ｂのうち、粉塵を反発する方の極板を絶縁フィルムで被覆することを特徴とする。例えば放電極板にプラス極性の高電圧を印加した場合、プラス極性の空気イオンが発生して粉塵はプラスに帯電する。極板Ａにプラスの高電圧を、また、極板Ｂに０ｋＶをそれぞれ印加した場合、プラスに帯電した粉塵は極板Ａから反発力を、極板Ｂから吸引力を受けて極板Ｂに付着する。極板Ｂに付着した帯電粉塵は極板Ｂに電荷を受け渡して電気的に中性になり、ファンデルワールス力によって極板Ｂに付着し続ける。ここで極板Ａを樹脂などで作られた絶縁性フィルムで被覆することで極板Ａおよび極板Ｂの間で起こるスパークを防止することが可能となる。すなわち最も放電電流の大きくなる構成を有する帯電部によって高い集塵効率を有すると同時に集塵部においてスパークが起こらない集塵装置が得られる。

また、請求項６に記載するように、風速３ｍ／ｓ時に３０Ｐａ以上の圧力損失を有する圧損体を前記電気集塵ユニットの上流側に設けることを特徴とする。電気集塵ユニットは通風方向に対して平行となるように極板を一定の間隔を開けながら積層する構造であるため、基本的に開口形状は四角であり、また、電気集塵ユニットを収めた集塵装置も同様である。また、電気集塵ユニットは極板の間に空間が設けられているため空気が通過する際に発生する抵抗が極めて小さい。そのため、丸い断面を有するダクトで電気集塵ユニットを収めた集塵装置と送風機を接続した場合、電気集塵ユニットの全体に空気が流れない。すなわち多くの空気が流れる箇所と、少しの空気しか流れない箇所が発生し、結果として高い集塵効率が得られない。高い集塵効率を得るためには電気集塵ユニットの全体にできるだけ均一に空気を流す必要がある。風速３ｍ／ｓ時に３０Ｐａ以上の圧力損失を有する圧損体を電気集塵ユニットの上流側に設けることで電気集塵ユニットの全体に空気を均一に流すことが可能となり、電気集塵ユニットの間口いっぱいに開口を四角くとった場合とほぼ同等の集塵効率が得られる。

また、請求項７に記載するように、前記圧損体が通風性を有し、質量法集塵効率が８０％以上であることを特徴とする。電気集塵ユニットは通風方向に対して平行となるように極板を設けており、一旦付着させた粉塵を保持する力は強くない。すなわち多くの量の粉塵を保持できない特徴を有している。保持できずに極板表面から剥れた粉塵は後ろに漏れて飛散する。ここで通風性を有し、例えばＪＩＳ−Ｂ９９０８に規定される方法において８０％以上の質量法集塵効率を有する圧損体を電気集塵ユニットの上流側に設けることによって、電気集塵ユニットの集塵効率を高めると同時に電気集塵ユニットの粉塵付着量を減らして長期間運転することが可能となる。

また、請求項８に記載するように、前記圧損体がプリーツ形状を有することを特徴とする。圧損体をプリーツ形状とすることで、圧損体の圧力損失を増やさずに集塵効率を高めることができ、また、粉塵の捕集面積が増えるため、よりたくさんの粉塵を捕集しても目詰まりして圧力損失が大きく上昇することがない。

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。

（実施の形態１）
放電極板１と対向極板２とを、空間を設けながら交互に配列して構成される帯電部３を図１に示す。

また、放電極板１と対向極板２および棘状の先端４の位置関係および棘状の先端４どうしの間隔Ｐ、棘状の先端４と対向極板２との距離Ｄ、棘状の先端４の丸みＲ、棘状の先端４の角度φ、棘状の先端４の高さＡといった各項目を図２に示す。

放電極板１には通風方向５に対して平行となる棘状の先端４が設けられており、例えば放電極板１に６ｋＶ、対向極板２に０ｋＶを印加する。電圧を印加することで棘状の先端４の周囲に密度が高くて不均一な電場を設け、棘状の先端４の近傍でコロナ放電を起こす。コロナ放電によってイオンが生成し、高いスピードで対向極板２に向かって拡散し、空気中の粉塵に付着して粉塵を帯電させる。粉塵を帯電させるイオンをより多く生成しているかどうかを知るには、対向極板２に流れる電流値の大きさを目安にすることができる。ここではこの電流値を放電電流と定義する。すなわち放電電流が大きいほどイオンが多く生成しており、より多くの粉塵を帯電させることができ、集塵装置の集塵効率が高まる。

ここで、ＤおよびＰを各々設定した時の放電電流を調べたところ図３に示す結果を得た。この結果、Ｄ／Ｐは０．８〜１で最も大きくなることがわかった。すなわちＤ／Ｐが０．８〜１の時に最も高い集塵効率が得られる。

また、棘状の先端４の高さＡと放電電流の関係を調べたところ図４に示すように１２ｍｍ以下で放電電流が大幅に低下する結果となった。すなわち棘状の先端４の高さＡを１２ｍｍ以上とすることで高い集塵効率が得られる。これは棘状の先端４のｌ近傍に同じ電位を有する物体が存在すると放電が阻害されるためである。ちなみに棘状の先端４の高さＡの上限は、集塵装置本体があまり大きくならないようにするために集塵装置の通風方向における寸法の半分以下とすることが望ましい。

また、棘状の先端４の角度φと放電電流の関係を調べたところ図５に示すように６ｋＶにおいて３０°では放電電流がほとんど流れないことがわかった。

すなわち棘状の先端４の角度φを２０°以下とすることで高い放電電流を確保し、高い集塵効率が得られる。棘状の先端４の角度の下限は強度を考慮して５°以上とすることが望ましい。また、棘状の先端４の丸みＲが半径０．０５ｍｍおよび半径０．３ｍｍとした時の放電電流の時間による推移を調べたところ図６に示す結果が得られた。

図６に示すようにＲが半径０．０５ｍｍの場合の放電電流は初期に高い値を示すものの２４時間後に大幅に低下する。これは棘状の先端４が放電によって磨耗してＲが大きくなること、また、棘状の先端に埃やゴミが付着して見かけ上のＲが大きくなって放電電流が低下することが大きな原因であることがわかっている。それと比較してＲが半径０．３ｍｍの場合の放電電流は低下幅が小さく、３時間経過後以降は放電電流がほぼ一定の値となった。すなわち棘状の先端４の丸みＲを初めから大きくしておくことで、放電電流の経時変化を小幅に抑え、安定した集塵効率を得ることが可能になることがわかった。

（実施の形態２）
金属板６をポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどの樹脂性の絶縁フィルム７で被覆した極板Ａ８を図７に示す。また、通風性能を有し、四角い本体ボックス９の中にプリーツ状に加工された濾過フィルタ１０を上流に、その下流に実施の形態１で示した放電極板１および対向極板２からなる帯電部３を、さらにその下流に極板Ａ８および金属板からなる極板Ｂ１１とを一定の間隔を開けながら交互に積層した集塵部１２を設けた集塵装置を図８に示す。ここで集塵部１２において、極板Ａ８に例えば６ｋＶの高電圧を、極板Ｂ１１に０ｋＶを印加するが、極板Ａ８は絶縁フィルム７で被覆された構造であるため、極板Ａ８と極板Ｂ１１との間で起こりうる火花を伴う短絡（以下スパーク）を防ぐことができる。また、プリーツ状の濾過フィルタ１０は全体にほぼ均一に空気を通す性質を有している。濾過フィルタ１０はプリーツ形状であるため、粉塵を捕集しても圧力損失の上昇を低く抑えることができる。ここで風速３ｍ／ｓにおける濾過フィルタ１０の圧力損失と、下流側に設けられた帯電部３および集塵部１２からなる集塵デバイスの計数法集塵効率との関係を図９に示す。ここで計数法集塵効率とは、集塵デバイスの上流側および下流側における粒子径が０．３μｍ以上の粉塵の個数濃度を測定し、以下の式で求めた値のことである。
計数法集塵効率＝（１−（下流側の粉塵個数濃度）／（上流側の粉塵個数濃度））×１００

図９に示すように濾過フィルタ１０の圧力損失をある一定以上の値とすることで高い集塵効率が得られることがわかった。これは丸いダクトに接続するために本体ボックスの開口形状が丸くなっているのに対して本体ボックス９の形状はそれよりも大きい四角であるため、そのままでは本体ボックス９の隅々に均一に空気が流れないためである。隅々に均一に空気を流すことで空気の流れが均一化し、帯電部３と集塵部１２からなる集塵デバイスにおいて高い計数法集塵効率が得られる。図９に示すように濾過フィルタ１０の圧力損失を３ｍ／ｓの風速において３０Ｐａ以上とすることで隅々に均一に空気が流れ、結果として高い計数法集塵効率を得ることができる。また、帯電部３と集塵部１２からなる集塵デバイスの集塵原理は粉塵を帯電して電場で付着するものであり、多くの粉塵を付着させると捕集した粉塵が空気の力で剥れて下流に流れ、集塵効率が低下する。ここで、ＪＩＳ−Ｂ９９０８の形式３に規定される方法において８０％以上の質量法集塵効率を有する濾過フィルタ１０を用いることで、帯電部３と集塵部１２からなる集塵デバイスの計数法集塵効率が少なくとも１年間は８０％以上を保ち続けることが可能な集塵装置を得ることができることがわかった。

本発明にかかる集塵装置は、スパークを防止すると同時に高い集塵効率と高い極板の剛性を得ることを可能とするものであるので、室内の空気浄化に使用される空気清浄機や換気扇、エアコンなどに搭載する集塵装置として有用である。

１ 放電極板
２ 対向極板
３ 帯電部
４ 棘状の先端
５ 通風方向
６ 金属板
７ 絶縁フィルム
８ 極板Ａ
９ 本体ボックス
１０ 濾過フィルタ
１１ 極板Ｂ
１２ 集塵部

Claims (8)

1. 通風方向に対して平行な棘状の先端を有する放電極板と対向極板とが空間を設けながら積層された帯電部を前段に備え、異なる電圧が印加される極板Ａと極板Ｂとを空間を設けながら交互に積層した集塵部を後段に備える電機集塵ユニットを筐体内に有する集塵装置において、棘状の先端どうしの間隔Ｐに対する棘状の先端と対向極板との距離Ｄの比率が０．８以上１未満であることを特徴とする集塵装置。
2. 前記棘状の先端の高さが１２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の集塵装置。
3. 前記棘状の先端の角度が２０°以下であることを特徴とする請求項１または２記載の集塵装置。
4. 前記棘状の先端の丸みが半径０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の集塵装置。
5. 前記集塵部の極板Ａおよび極板Ｂのうち、粉塵を反発する方の極板を絶縁フィルムで被覆することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置。
6. 風速３ｍ／ｓ時に３０Ｐａ以上の圧力損失を有する圧損体を前記電気集塵ユニットの上流側に設けることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の集塵装置。
7. 前記圧損体が通風性を有し、かつ質量法集塵効率が８０％以上であることを特徴とする請求項６記載の集塵装置。
8. 前記圧損体がプリーツ形状を有することを特徴とする請求項６または７いずれかに記載の集塵装置。

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