JP2012096127A

JP2012096127A - 電気集塵装置

Info

Publication number: JP2012096127A
Application number: JP2010243189A
Authority: JP
Inventors: Kengo Nakahara; 健吾中原; Tomohiro Adachi; 知弘足立; Tetsuya Ueda; 哲也上田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】塵埃などの捕集に使用される電気集塵装置において、スパークの発生を抑制し、従来よりも集塵性能を高くすることを目的とする。
【解決手段】ハニカム状のセラミックス体１と、各筒状の断面略中央に配置した棒状の放電極２と、その放電極２と前記セラミックス体１に電位差を与えるための導電体４とから構成し、その導電体４をセラミックス体１の処理対象空気の流入側端面に設けたことにより、スパークを抑え、コロナ放電を均一に発生させることができ、さらに電界強度を高めることができるため、従来よりも高捕集であったり、従来と同等の捕集性能にするならば小型化が可能な電気集塵装置が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中に含まれる塵埃やオイルミストなどの微粒子を捕集し空気清浄を行うための電気集塵装置に関する。

従来、この種の電気集塵装置は、ハニカム体の複数の筒状の中に電極を設けたものが知られている。（例えば特許文献１参照）。

以下、その電気集塵装置について図５を参照しながら説明する。

図５は複数の筒状からなるハニカム体を使用した電気集塵装置の、１つの筒状部分の断面を示す構成図を現しており、捕集電極１０１と偏向電極１０２とニードル電極１０３からなり、偏向電極の先端にニードル電極は結合されニードル偏向結合電極１０４となっている。捕集電極１０１は四角形の筒状の穴が複数構成されるハニカム形状となっており、その筒状の穴の内部にニードル偏向結合電極１０４が配置されている。

捕集電極１０１はアースに接続し、ニードル偏向結合電極１０４には直流高電圧を印加することで、ニードル電極１０３先端でコロナ放電が発生し、ニードル電極１０３先端側から流入してきた処理対象空気中に含まれる塵埃を帯電させ、下流側に位置する偏向電極１０２と捕集電極１０１との間に形成される電界により、帯電粒子はクーロン力を受け、捕集電極１０１へ捕集される。

このようなハニカム状の電気集塵装置は、平行平板方式の電気集塵装置と比べ、捕集電極１０１の面積を増加させることが出来るため、捕集性能を高めることが出来る。

特許第３００４９３８号公報

このような従来の電気集塵装置は、捕集電極と偏向電極とニードル電極の全ての電極が導電材料で出来ているため、電圧を上昇させていくと電界強度が上がり、空気が絶縁破壊を起こし、スパークが発生してしまうため、捕集効率の向上を目的に、電界強度を上昇させようとしても限界があったため、捕集効率の向上にも限界があるという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、スパークの発生を抑制し、電界強度を高め、従来よりも強力なコロナ放電を発生させて、塵埃の帯電量を上げ、帯電粒子の捕集時にも従来よりも強力な電界で、より高捕集な電気集塵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、本発明は、処理対象空気を通過させる複数の筒状の開口を有するハニカム状のセラミックス体と、各筒状の断面略中央に配置した棒状の放電極と、その放電極と前記セラミックス体に電位差を与えるための導電体とから構成される電気集塵装置において、前記放電極の先端は前記セラミックス体の処理対象空気の流入側に位置し、そこから前記放電極は処理対象空気の流出側に向かってセラミックス体の外にまで伸びており、前記セラミックス体の処理対象空気の流入側端面に前記導電体を設けたものであり、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、ハニカム状のセラミックス体の各筒状の断面略中央に配置した棒状の放電極と、セラミックス体の処理対象空気の流入側の端面に導電体を設けるという構成にしたことにより、セラミックス体の表面抵抗によりスパークの発生を抑制することができ、各放電極から均一にコロナ放電を発生させることができ、捕集性能を高く出来るという効果を得ることが出来る。

本発明の実施の形態１の電気集塵装置の構成を表す斜視図同断面を示す構成図本発明の実施の形態２の電気集塵装置の構成を表す斜視図同断面を示す構成図従来の電気集塵装置の図

本発明の請求項１記載の電気集塵装置は、処理対象空気を通過させる複数の筒状の開口を有するハニカム状のセラミックス体と、各筒状の断面略中央に配置した棒状の放電極と、その放電極と前記セラミックス体に電位差を与えるための導電体とから構成される電気集塵装置において、前記放電極の先端は前記セラミックス体の処理対象空気の流入側に位置し、そこから前記放電極は処理対象空気の流出側に向かってセラミックス体の外にまで伸びており、前記セラミックス体の処理対象空気の流入側端面に前記導電体を設けるという構成を有する。

これにより、処理対象空気の流入側に位置する棒状の放電極の先端から導電体までの距離が、どの棒状の放電極の先端からでもほぼ同様の距離になるため、全ての筒状内で発生するコロナ放電にむらが生じず均一に放電させることが出来るという効果を得ることができる。これは、セラミックス体は導電体ではないため、棒状の放電極の先端から導電体までの距離によって抵抗値が変わり、コロナ放電の強度が変わってくるからである。またセラミックス体は通常導電体ではなく、抵抗により電流が抑制され、スパーク発生時のような大電流は流れないため、スパークが発生しない。このことにより、印加電圧を高く設定することが出来、捕集性能を向上させることが出来るという効果を奏する。

また、セラミックス体の表面抵抗率を１０⁷〜１０¹³Ω／□という構成にしてもよい。これにより、スパークが発生する時に流れる大電流を抑制することが出来るため、スパークの発生を抑えられるという効果を奏する。表面抵抗率が１０⁷Ω／□より低いと電流を抑制する効果が少ないため、スパークの発生を抑えられない。また表面抵抗率が１０¹³Ω／□より高いとコロナ放電自体が発生しなくなり、電気集塵としての機能を発揮できなくなる。

また、セラミックス体の筒状の内面を含む表面に無機物質より成る半導電層を設け、その表面抵抗率を１０⁷〜１０¹⁰Ω／□という構成にしてもよい。これにより、セラミックス体の表面抵抗率が１０⁷より小さい場合や、１０¹³Ω／□より大きい場合であっても、表面に設ける半導電層により、表面抵抗率を調整することが可能となり、より望ましい表面抵抗率である１０⁷〜１０¹⁰Ω／□に設定することができるという効果を奏する。

また、セラミックス体を処理対象空気の流入側と流出側で分割した構成にしてもよい。これにより、処理対象空気の流入側でコロナ放電によって流れる電流を流出側に流さないという効果を奏する。セラミックス体表面にはある程度の抵抗があるため、電流が流れると表面電位の絶対値が高くなってしまい、分割していない状態では、その高くなった表面電位の影響を受けて電界強度が弱くなってしまうが、流入側と流出側を分割することで、この影響をなくして、より確実に捕集させることが出来る。

また、処理対象空気の流入側のセラミックス体と処理対象空気の流出側のセラミックス体の間に絶縁体を挟んだ構成にしてもよい。これにより、流入側と流出側が電気的に確実に絶縁され、分割した効果をより確実に発揮させることができるという効果を奏する。

また、処理対象空気の流出側のセラミックス体の外周面に導電体を設けた構成にしてもよい。流出側はセラミックス体と放電極との間に電界を発生させクーロン力で帯電粒子を捕集するいわゆる集塵部の構成となっているが、放電極と電位差を発生させて電界を発生させるための電極を放電極から離れた外周面に設けることにより、放電極と導電体との間で火花放電などの不要な放電の発生を抑制することが出来る。

また、棒状の放電極の空気の流入側にあたる端部を先端に向かって徐々に細く針状の放電極とした構成にしてもよい。これにより、またφ１ｍｍ程度の棒状の放電極を垂直に切断したままと比べて、放電箇所が少なくなるため、コロナ放電の電界集中をより強くすることができ、またオゾンの発生も抑えることができるという効果を奏する。

また、セラミックス体に設けた導電体を絶縁物で被覆した構成にしてもよい。これにより、放電極と導電体との間での火花放電や短絡などを確実に防ぐことが出来る。

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）
図１に本実施の形態における電気集塵装置の斜視図、図２にその断面を示す構成図を示す。

図１、２に示すように、ハニカム状のセラミックス体１の各筒状の内部に放電極２を配置した構成となる。処理対象空気は図１の矢印のごとく流れる。セラミックス体１に挿入配置した放電極２の先端は、セラミックス体１の流入側に位置している。その反対側の末端は、セラミックス体１の流出側外側まで突出しており、支持部材３により放電極２を支えている。

図２に示すように、セラミックス体１の流入側端面に導電体４を設ける。図２では断面図となっているため、導電体４が途切れているように見えるが、実際はセラミックス体１の流入側端面で全てつながった状態となっており、電気的にもつながっている。その導電体４を絶縁物５で被覆しており、絶縁物５は各筒状の内部まで被覆すると（例えば端面から１０ｍｍ）絶縁がより確実になり望ましい。

ここで、各部材の材料の具体例を示すと、放電極２はステンレス、セラミックス体１はコージェライト、導電体４は銀、絶縁物５は絶縁ガラスである。これ以外に、放電極２は放電耐久性を増すためにタングステンなどが上げられ、セラミックス体１はムライト・磁器・アルミナなどが上げられ、導電体４は、カーボン・銅・アルミ・ステンレスなどが上げられ、絶縁物５は樹脂系の絶縁物５などでもよい。

本実施の形態では処理空気が流れるセラミックス体１の開口部は、正六角形で対向する辺同士の距離は１２ｍｍとしている。セラミックス体１の空気の流れる方向の長さは９０ｍｍとしている。放電極２の太さはφ１ｍｍでセラミックス体１に挿入する側の先端は、電界が集中しコロナ放電が発生しやすいよう、先端径がφ２０μｍ程度になるように尖らせている。先端を尖らせることで、尖らせていない場合と比べて、電界の集中ポイントを減らすことができ、同じ放電量でもオゾンの発生量を減らすことができる。放電極２先端は正六角形の開口部のほぼ中心に配置する。

セラミックス体１は表面抵抗率が１０⁷〜１０¹³Ω／□となるものを使用する。セラミックス体１の特性により空気中の水分がセラミックス体１表面に吸着されるために、その表面は完全な絶縁ではない。本実施の形態では、１０⁷〜１０¹³Ω／□の範囲で使用している。空気中の湿度による影響で表面抵抗率は変化するため、低湿時に１０¹³Ω／□を上回らなければよく、また高湿時に１０⁷Ω／□を下回らなければよい。セラミックス体表面にはヒドロキシル基が存在しており、そこに空気中の水分子が吸着することで、半導電性が発現し、表面抵抗率が１０⁷〜１０¹³Ω／□付近まで低下するが、空気中の水分量によって、表面抵抗率は変化する。なお、１０⁷Ω／□より低い場合、印加電圧を高めていったり、放電極２とセラミックス体１の壁面との距離が近づいたりすることで、火花放電が発生し、性能低下が発生してしまう。一方、１０¹³Ω／□を超えると、電流の流れが抑制され過ぎてしまい、コロナ放電が発生しにくくなる。

そして、高電圧電源６により放電極２に直流高電圧３〜１０ｋＶ、本実施の形態では５ｋＶ（極性はプラスまたはマイナスどちらでもよい）を印加し、セラミックス体１の流入側端面に設けた導電体４にアースを接続する。このことにより、セラミックス体１内部の放電極２先端からその付近のセラミックス体１の面に向かってコロナ放電が発生し、処理空気中の塵埃が帯電されるとともに、放電極２先端よりも下流側では、電界が発生し、帯電された塵埃を捕集することが出来る。なお、高電圧の印加とアースの接続を逆にしてもよい。

この時、セラミックス体１の１０⁷〜１０¹³Ω／□の表面抵抗率により、火花放電（スパーク）が発生しないため、印加電圧を高めることが可能となり、従来の電気集塵よりもコロナ放電をより強くすることが可能となり、また放電極２の胴体部分とセラミックス体１内壁面との間でもより強力な電界を発生させることが出来るようになるため、電気集塵装置の大きさを変えず集塵性能を高めたり、集塵性能を従来と同等にすれば、処理風量を増大させたりすることが可能となる。逆に言えば、集塵性能や処理風量を従来と同等にすれば電気集塵装置を小型化することが可能となる。

さらに、セラミックス体１の処理空気の流入側端面に設ける導電体４を全てつながるように、ハニカム開口部周囲に設けることで、全ての放電極２先端から導電体４までの距離がほぼ同等となる。このことは、導電体４までの抵抗が同じということであり、全ての放電極２で均一なコロナ放電を発生させることが出来る。これにより、効果的に塵埃を帯電させることが可能となり、捕集性能にムラを生じさせず、場所によらず均等に集塵することが出来る。

（実施の形態２）
図３に本実施の形態における電気集塵装置の斜視図、図４にその断面を示す構成図を示す。図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施の形態１と異なる部分は２点あり、１点はハニカム状のセラミックス体が処理空気の流入側セラミックス体７と流出側セラミックス体８の２個に分割し、流出側セラミックス体８の外周表面に導電体４を設け、流入側セラミックス体７の導電体４と電気的に接続し、流入側セラミックス体７と流出側セラミックス体８との間に絶縁体９を挟んでいること、もう１点は、セラミックス体の筒状内面を含む表面に無機物質より成る半導電層を設けていることである。なお、流出側セラミックス体に設けた導電体４は実施の形態１と同様に、銀を用いている。またその導電体は、外周を１周するように設けているが、一部分のみでもよい。

セラミックス体を２個に分割することにより、流入側セラミックス体７はコロナ放電を発生させる塵埃を帯電させる帯電部として、流出側セラミックス体８は電界を発生させ、帯電した塵埃をクーロン力により捕集する集塵部として作用させることができる。

コロナ放電が発生すると放電電流が流れるが、セラミックス体を分割していない場合は、導電体４から放電極２先端付近に向かって、放電電流とセラミックス体の抵抗により表面電位が上昇していく。放電極２の先端から流出側にかけては放電が発生しないため、電流は流れないが、放電極２先端付近のセラミックス体の表面電位から流出側のセラミックス体表面にかけて同電位となる。

そこで、帯電部と集塵部でセラミックス体を完全に分離することで、コロナ放電の放電電流により放電極２先端付近のセラミックス体の表面電位が上昇しても、下流側の集塵部のセラミックス体には影響を与えず、分割していない場合に比べて、集塵部側の電界強度を高めることができ、捕集性能をより高くすることが可能となる。この際、帯電部と集塵部が電気的につながってしまうとこの効果がなくなるので、間に絶縁体９である樹脂板を挟んでいる。

本発明にかかる電気集塵装置は、スパークの発生を抑制し、電界強度を高め、従来よりも強力なコロナ放電を発生させて、塵埃の帯電量を上げ、帯電粒子の捕集時にも従来よりも強力な電界で、より高捕集な電気集塵装置を可能とするものであるので、空気中に含まれる塵埃やオイルミストなどの微粒子を捕集し空気清浄を行うための電気集塵装置として有用である。

１セラミックス体
２放電極
３支持部材
４導電体
５絶縁物
６高電圧電源
７流入側セラミックス体
８流出側セラミックス体
９絶縁体

Claims

処理対象空気を通過させる複数の筒状の開口を有するハニカム状のセラミックス体と、各筒状の断面略中央に配置した棒状の放電極と、その放電極と前記セラミックス体に電位差を与えるための導電体とから構成される電気集塵装置において、前記放電極の先端は前記セラミックス体の処理対象空気の流入側に位置し、そこから前記放電極は処理対象空気の流出側に向かってセラミックス体の外にまで伸びており、前記セラミックス体の処理対象空気の流入側端面に前記導電体を設けたことを特徴とする電気集塵装置。
セラミックス体の表面抵抗率を１０⁷〜１０¹³Ω／□とした請求項１記載の電気集塵装置。
セラミックス体の筒状の内面を含む表面に無機物質より成る半導電層を設け、その表面抵抗率を１０⁷〜１０¹⁰Ω／□とした請求項１記載の電気集塵装置。
セラミックス体を処理対象空気の流入側と流出側で分割した請求項１〜３いずれか記載の電気集塵装置。
処理対象空気の流入側のセラミックス体と処理対象空気の流出側のセラミックス体の間に絶縁体を挟んだことを特徴とする請求項４記載の電気集塵装置。
処理対象空気の流出側のセラミックス体の外周面に導電体を設けた請求項４または５いずれか記載の電気集塵装置。
棒状の放電極の空気の流入側にあたる端部を先端に向かって徐々に細く針状の放電極とした請求項１〜６いずれか記載の電気集塵装置。
セラミックス体に設けた導電体を絶縁物で被覆した請求項１〜７いずれか記載の電気集塵装置。