JP2013202480A

JP2013202480A - 電気集塵装置

Info

Publication number: JP2013202480A
Application number: JP2012073208A
Authority: JP
Inventors: Kengo Nakahara; 健吾中原; Akira Kato; 亮加藤; Tomohiro Adachi; 知弘足立
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】空気清浄に使用される電気集塵装置において、火花放電が発生せず集塵性能の良いものや小型にすることができる電気集塵装置を提供することを目的とする。
【解決手段】針２を間隔を置いて列状に複数配置した放電極３と、その放電極３と平行に一定の距離を置いて対向しアースに接続した半導電性の接地極板４とを交互に複数配置し、開口を有する金属部材９を風の流れ方向と垂直になる向きに配置し、さらに前記放電極３の針２の先端方向であって、前記接地極板４の外側に配置し、アースに接続する構成にしたことにより、コロナ放電を発生させつつ火花放電を防ぐことができ、粒子を帯電させる際の帯電効率が向上することで、集塵性能を高められたり、小型にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、塵・埃、油や水のミストなど空気中に浮遊する粒子状物質を捕集するのに使用される電気集塵装置に関するものである。

従来、この種の電気集塵装置は、以下のようなものが知られており、図４を参照しながら説明する（例えば特許文献１参照）。

図４に示すように空気の流れと平行して面状の接地極板１０１を備え、それと平行して支持体１０２と複数の針状電極１０３からなる放電電極１０４を備え、直流高圧電源から直流高電圧を放電電極１０４に供給することにより、接地極板１０１と放電電極１０４間でコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊粒子状物質を帯電・捕集している。

接地極板１０１の材質は鋼・ステンレス・アルミ等の金属を用いる。また針状電極１０３の材質は鋼・ステンレスを用いるのが通常であるが、腐食性や耐食性を考慮し、チタン・イリジウム・白金・ロジウム・タングステン等の金属やこれらの合金を用いる場合もある。

この時、接地極板１０１にある針状電極１０３と放電電極１０４との電極間距離は３０ｍｍ、針状電極１０３への印加電圧は１８ｋＶとなっている。

特開昭５９−５９２５８号公報

このような従来の電気集塵装置は、接地極板と放電電極の電極間距離を狭くしすぎると、火花放電が頻発し電気集塵装置本来の集じん性能を得られなくなるという課題がある。そこで、電極間距離を広くすれば（あるいは放電極への印加電圧を低くすれば）その課題は解決できるが、集塵性能を確保するために装置を大型化する必要があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、大型化せずに火花放電が発生せず集塵性能を確保出来る電気集塵装置を提供することを目的としている。

そして、この目的を達成するために、本発明は、針を間隔を置いて列状に複数配置した放電極と、その放電極と平行に一定の距離を置いて対向しアースに接続した半導電性の接地極板とを交互に複数配置し、開口を有する金属部材を風の流れ方向と垂直になる向きに配置し、さらに前記放電極の針の先端方向であって、前記接地極板の外側に配置し、アースに接続したことを特徴とする電気集塵装置であって、これにより初期の目的を達成するものである。

本発明によれば、針を間隔を置いて列状に複数配置した放電極と、その放電極と平行に一定の距離を置いて対向しアースに接続した半導電性の接地極板とを交互に複数配置し、開口を有する金属部材を風の流れ方向と垂直になる向きに配置し、さらに前記放電極の針の先端方向であって、前記接地極板の外側に配置し、アースに接続するという構成にしたことにより、半導電性の接地極板を使用することで、コロナ放電を発生させつつ火花放電を防ぐことが出来るため、電極間距離を狭くしたり、放電極への印加電圧を高くすることができ、さらに、開口を有する金属部材によって、粒子を帯電させる際の帯電効率が向上することで、集塵性能を高められたり、小型にできるという効果を得る事が出来る。

本発明の実施の形態の電気集塵装置の帯電部を示す斜視図同帯電部の接地極板の断面図電圧−電流特性のグラフ従来の電気集塵装置の構造を示す図

本発明の請求項１記載の電気集塵装置は、針を間隔を置いて列状に複数配置した放電極と、その放電極と平行に一定の距離を置いて対向しアースに接続した半導電性の接地極板とを交互に複数配置し、開口を有する金属部材を風の流れ方向と垂直になる向きに配置し、さらに前記放電極の針の先端方向であって、前記接地極板の外側に配置し、アースに接続するという構成を有する。これにより、半導電性の接地極板を使用することで、コロナ放電を発生させつつ火花放電を防ぐことが出来るため、電極間距離を狭くしたり、放電極への印加電圧を高くすることができ、さらに、開口を有する金属部材によって、コロナ放電の放電領域形状が変化し、粒子を帯電させる際の帯電効率が向上することで、集塵性能を高められたり、小型にできるという効果を奏する。

また、接地極板を絶縁性基板の表面に半導電層を設けた構成にしてもよい。これにより、接地極板に導電部が存在しないため、接地極板へ火花放電が発生しない。

また、半導電層の表面抵抗率を１０⁶Ω／□〜１０¹⁰Ω／□としてもよい。これにより、火花放電を発生させずに、コロナ放電を発生させることが出来るので、安全性が高まり、さらに放電極へより高い電圧を印加することが出来るため、粉塵の帯電性能が向上し、結果として集塵性能を向上させたり、放電極と接地極板の距離を狭くすることができ、小型にしたりすることが出来る。

また、絶縁性基板と半導電層をセラミックス製としてもよい。これにより、空気中のコロナ放電で発生するオゾンや様々な活性種に対して、または半導電層に電流が流れることに対して、劣化しにくい材料となり、長期間高い集塵性能を得る事が出来る。

また、放電極の針の先端の向きを全て風下方向に向けた構成にしてもよい。これにより、コロナ放電によって発生するイオン風の方向と処理空気の流れる方向が同一となるため、イオン風の方向と処理空気の流れ方向が逆向きの場合と比べ、コロナ放電領域のムラが少なく、放電領域が広がるため、帯電性能が向上し、結果として集塵性能を向上させることが出来る。

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）
図１は本実施の形態における電気集塵装置の帯電部を示しており、処理空気は図の矢印の方向に流れる。この下流側には図示していないが、集塵部を設けている。帯電部で処理空気中の粒子を帯電・捕集させ、集塵部では電界を発生させてクーロン力により帯電部で帯電させた粒子を捕集する。なお、この帯電部のみでも電気集塵装置として機能するので、集塵部を設けなくてもよい。

次に帯電部の構成について説明する。１個の支持部材１に複数の針２を間隔（本実施の形態では２０ｍｍ）を置いて固定した放電極３と、接地極板４とを交互に一定の距離を置いて配置する。本実施の形態では針２先端部と接地極板４との距離を２０ｍｍとしている。

接地極板４は金属材料で構成されたフレーム５に固定された接地極板固定部材６によって支持されている。放電極３は放電極固定部材７によって固定されており、放電極固定部材７はフレーム５と碍子８を介して保持されている。

本実施の形態では、放電極３に−８ｋＶの直流電圧を印加、フレーム５をアースに接続し、針２先端からコロナ放電を発生させ、処理空気中の微粒子を帯電・捕集させる。

各材料について本実施の形態では、針２・支持部材１・放電極固定部材７はステンレスを使用しており、フレーム５・接地極板固定部材６もステンレスを使用している。これらは、アルミなど他の金属材料でもよい。碍子８はポリプロピレン樹脂を用いているが、他の樹脂やセラミックスでもよい。

接地極板４は半導電性のもので表面抵抗率が１０⁶Ω／□〜１０¹⁰Ω／□となるものを使用する。

ここで、表面抵抗率について説明をする。表面抵抗率の測定方法は以下の方法を使用した。

円柱状の主電極と主電極の周りを取り囲むようにリング状の対電極を距離が一定となるように試験片上に置き、主電極と試験片の間には接触抵抗を減らすために、導電性ゴムを挟む。次に主電極はアース側、対電極には１０００Ｖを印加し、その間に流れる電流を測定し表面抵抗Ｒを算出し、試験片上で電流の流れる方向の距離Ｌと、電流の流れ方向と垂直方向の電極の長さＷから表面抵抗率ρｓを求める方法である。
ρｓ＝Ｒ×Ｌ／Ｗ
表面抵抗率の単位は［Ω／□］または単に［Ω］を使用するが、本特許では、単なる抵抗値との区別が容易な［Ω／□］を用いている。

接地極板４の表面抵抗率の範囲を１０⁶Ω／□〜１０¹⁰Ω／□とした理由は火花放電を防ぎつつコロナ放電を発生させるためである。

１０⁶Ω／□より小さいと針２と接地極板４の間で電位差が大きくなったり、お互いの距離が近づいたりした場合に、火花放電が発生してしまうからである。火花放電は電気集塵装置にとってない方が望ましく、例えば堆積した粉塵が火花放電によって再飛散したり、堆積した物質が可燃性の場合、火花放電により発火する可能性もあるからである。

また高電圧電源でも、火花放電に耐えられるように設計する必要が出てくる。このため、本発明では火花放電が発生しない構成とするために、表面抵抗率を１０⁶Ω／□以上とした。逆にこの表面抵抗率が高すぎると粉塵の帯電に必要なコロナ放電の発生量が減少してくるため、帯電性能が発揮出来るよう表面抵抗率の上限は１０¹⁰Ω／□とした。

１０⁶Ω／□〜１０¹⁰Ω／□の間では、放電極３と接地極板４が所定の距離を置いている場合、針２先端と接地極板４表面との間で電位差が発生し、針２先端に電界が集中し、コロナ放電が発生する。この時のコロナ放電の電流量は針１本あたり数μＡ程度であり、表面抵抗率は非常に大きいが電流量が小さいため、針２先端近傍の接地極板４表面の電位はそれほど高くならない。そのために針２と接地極板４の電位差が大きくなり、コロナ放電が発生する。

放電極３と接地極板４が短絡する場合や、電流が急激に増加した場合は、針２先端近傍の接地極板４表面の電位が上昇し、針２と接地極板４の電位差が小さくなるため、火花放電が発生しない。

次に放電極３に使用した針２の形状について説明する。針２はコロナ放電を発生させやすくするために、先端が尖った形状が好ましい。これは、電界を針２先端に集中させるためで、電界が集中し空気が絶縁破壊を起こすとコロナ放電が発生する。針２先端が細いほど低い電圧でコロナ放電が発生する。本実施の形態では、先端径φ２０μｍ、太さφ１ｍｍの針２を用いた。なお、先端が尖った形状でなく、径が細ければ棒状であってもよい。また今回は針２を使用した放電極３であるが、従来から存在するワイヤ状のものや、０．５ｍｍ程度の薄い板金を鋸歯状に打抜いた放電極３でもよい。

接地極板４については、図２に示すように、絶縁性基板１０の表面に半導電層１１を設けた構成としている。絶縁性基板１０としてセラミックスを用いて、その表面にガラスを接着剤として導電剤粒子を混合させたものを薄い膜状に形成している。

接地極板４の絶縁性基板１０は、オゾンやラジカルで腐食されにくい無機系のもの、あるいは、フッ素樹脂であれば良く、セラミック基板であっても、フッ素などの樹脂基板であっても良い。セラミック基板としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｇを含む酸化物あるいは複合酸化物、炭化物、窒化物などを用いることができ、コストと入手のしやすさからアルミナが好適である。なお、絶縁性基板１０の表面抵抗は、１０¹⁰Ω／□以上であることが望ましい。

接着剤は、導電剤粒子と、絶縁性基板１０とを接着できればよい。接着剤としてガラス粉やコロイダルシリカ、シリケート化合物、チタネート化合物などを用いてもよい。ガラス粉は化学的に不活性で耐酸化性があり、好ましい。アルミナやジルコニア、チタニアの粉末あるいはフッ素樹脂粒子などを用いてもよい。接着剤の大きさは、形状を安定化させるために導電材粒子よりも大きいほうが好ましく、導電材の２〜１００倍程度の大きさにすると良い。

導電剤粒子としては、酸化スズが酸化に対する安定性と入手の容易さの理由で好ましく、他にはＺｎＯ、ＰｂＯ₂，ＣｄＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｔｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄などの酸化物導電材およびこれらの複合酸化物などが使用可能である。導電剤としての酸化スズ（ＳｎＯ₂）にＳｂなどをドープしたものを用いてもよい。

半導電層１１として、導電剤としてのＳｎＯ₂と、接着剤としてのガラスを用いる場合の構成割合は、１：４〜１：１、すなわち導電剤が２０〜５０％、ガラスが８０〜５０％が好ましく、強度面から接着剤としてのガラスは５０％以上必要で、半導電性、すなわち表面抵抗率を１０⁶〜１０¹⁰Ω／□とするためには、導電剤を２０％以上いれることが望ましい。

接着剤としてガラスを用いる場合には、ガラス粉末を適度な溶媒を加えて混合し、作成した半導電性インキを絶縁性基板１０に印刷し、ガラスが溶融する温度まで加熱して、ガラス中に導電剤が分散した状態を作る方法などが挙げられる。また、酸化スズとガラスと接着剤を混合して作成したインキに、絶縁性の基板をディップして乾燥させる方法などが挙げられる。

また、絶縁性基板１０としてセラミックスを使用する際に、それを作成する段階で、７００〜８００度前後の温度で焼成して得られる素焼き状態において、接着剤と導電剤粒子を混合し液体状にしたものをスプレー方式やディップ方式で付着させ、その後、絶縁性基板１０を本焼きする温度で焼成し、セラミックスと半導電層１１を同時に形成する方法をとってもよい。

以上の構成によって、針２先端で発生したコロナ放電は、接地極板４へ向かってシャワー状に広がり、接地極板４表面の半導電層１１を通って、接地極板固定部材６を通って、フレーム５に伝わりアースへ電流が流れる。

コロナ放電がシャワー状に広がっている空間を微粒子が通過すると帯電させられ、クーロン力によって捕集される。

さらに、図１に示すように、開口を有する金属部材９として格子状の金網を針２先端方向であって、接地極板４よりも下流側に設けた。金網は線径１ｍｍ、格子の隙間が４ｍｍでステンレス製のものを用いた。

金網を設けると、金網がない場合の集塵効率が７２％であったものが８０％まで上昇した。この時の接地極板４への電流値と金網のみの電流値を比較したグラフを図３に示す。

接地極板４の電流値に比べ、金網の電流値は非常に低いことから、金網へ向かってコロナ放電が発生している訳ではないことが分かる。しかし、若干電流が流れていることから、金網を備えたことにより、コロナ放電のシャワー状の広がりが金網に引っ張られ、より遠くまで放電領域が広がっていると考えられる。この変化が、集塵効率の上昇に寄与したと考えられる。アースに接続された開口を有する金属部材９が存在すれば、前記現象が発生するため、開口率は上記の金網の１例に限定されないが、開口率が小さくなるほど圧力損失が上がるため、使用する送風機の動力や騒音等を考慮して決める必要があるが、開口率はおおよそ５０％以上とするのが好ましい。

このことから、開口を有する金属部材９を針２先端方向であって、接地極板４よりも下流側に設けることにより、集塵効率を上昇させることが出来る。

また、コロナ放電に伴って、針２先端方向へ向かって風が流れる。これは、コロナ放電によって発生したイオンが接地極板４へ移動する際に、空気を動かすからであり、イオン風と呼んでいる。

本実施の形態における帯電部は図１からも分かるとおり、放電極３の針２先方向が全て一方向を向いている。この針先方向の向きと処理空気の流れ方向の向きは逆向きであっても前述した放電領域の広がりにより集塵性能は確保出来るが、これらの向きを合わせることで、放電領域がさらに広がり集塵性能がさらに向上する。

針２先の向き（つまりイオン風の向き）と処理空気の向きを合わせることで、コロナ放電によって発生するイオンが処理空気に流され、より遠くまで放電領域が広がることとなる。コロナ放電のシャワー状の広がりの角度が変わらなければ、遠くまで放電した方がコロナ放電領域は広がるため、より多くの微粒子を帯電させることができ、結果として集塵効率の向上や小型化につながる。

本発明にかかる電気集塵装置は、コロナ放電を発生させつつ火花放電を防ぐことが出来るため、電極間距離を狭くしたり、放電極３への印加電圧を高くすることができ、さらに、開口を有する金属部材によって、粒子を帯電させる際の帯電効率が向上することで、集塵性能を高められたり、小型にできるため、塵・埃、油や水のミストなど空気中に浮遊する粒子状物質の捕集等に有用である。

１支持部材
２針
３放電極
４接地極板
５フレーム
６接地極板固定部材
７放電極固定部材
８碍子
９開口を有する金属部材
１０絶縁性基板
１１半導電層
１０１接地極板
１０２支持体
１０３針状電極
１０４放電電極

Claims

空気中の粒子を帯電・捕集させる電気集塵装置において、針を所定の間隔で列状に複数配置した放電極と、その放電極と平行に一定の距離を置いて対向しアースに接続した半導電性の接地極板とを交互に複数配置し、開口を有する金属部材を風の流れ方向と垂直になる向きに配置し、さらに前記放電極の針の先端方向であって、前記接地極板の外側に配置し、アースに接続したことを特徴とする電気集塵装置。
接地極板は絶縁性基板の表面に半導電層を設けたことを特徴とする請求項１記載の電気集塵装置。
半導電層の表面抵抗率を１０⁶Ω／□〜１０¹⁰Ω／□とした請求項２記載の電気集塵装置。
絶縁性基板と半導電層をセラミックス製としたことを特徴とする請求項２または３いずれか記載の電気集塵装置。
放電極の針の先端の向きを全て風下方向に向けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電気集塵装置。