JP2014133200A - 集塵デバイスおよびそれを用いた空気清浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、集塵フィルタとしての捕集面積を大きく確保し、集塵フィルタをプリーツ状に折り返した構造のまま、集塵フィルタを構成する高圧電極と対向電極との間の距離を小さく一定に保って集塵効率を高めた集塵デバイスおよびこれを用いた空気清浄装置を提供することを目的とする。
【解決手段】２つの導電性素材２３の層に絶縁性素材２４を挟んで重ね合わせて成る３層をプリーツ状に折り返し、気流の上流側の導電性素材２３と高圧電源２２の高電圧出力側を接続して高圧電極とし、下流側の導電性素材２３を高圧電源２２のアース側に接続して対向電極とすることで、両電極間に強い電界を発生させる構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、室内空間の粉塵を捕集する空気清浄装置に関するものである。

従来、空気清浄装置などに用いられる集塵デバイスとしては、平行平板に高電圧を印加して粉塵を捕集する静電式集塵フィルタが知られている。その構成は、高圧電源に接続する電極板とアースに接続する電極板を一定間隔で交互に平行に配列してフィルタ化したもので、高電圧を印加することで両電極間に電界を発生させ、フィルタを通過する気流中の粉塵を静電誘導によって電極に付着させて集塵する方式である。しかし、この構成で一般的に用いられる電極板はステンレスやアルミニウムなどの金属であり、例えば家庭用の空気清浄デバイスを構築するためには数十枚の電極板が必要となるため、材料コストがかかる上に重量も大きい。

この問題を緩和するために、一対の電極とその間に誘電性の繊維質材料を含む多孔性フィルタを配置して電極に高電圧を印加する静電式集塵フィルタがある（例えば特許文献１参照）。

図１０に特許文献１に記載された集塵デバイスを示す。特許文献１に記載された集塵デバイスは、誘電性の繊維質材料を含む多孔性のフィルタ材料１０１をひだ状に成形し、その上流側および下流側に、導電性を有する一対の電極１０２および１０３を同じくひだ状に配置したものである。そして、２つの電極間に高電圧を印加することで、フィルタ材料１０１の繊維と粉塵との間で働くファンデルワールス力を効果的に高め、小さな粒子径の粉塵でも捕集できるというものである。

特許第３３８８７４０号公報

上記従来の特許文献１に記載の方式では、粉塵の捕集効率を確保するために、両電極素材と多孔性フィルタ材料ともにひだ状に配置することでフィルタの表面積を大きくしている。しかし、平板ではなく、ひだ状などの立体的な構造を持たせながら、電極素材とフィルタ素材の間に一定距離の空間を設けることは困難であり、距離を維持する機能が必要である。

そこで、本発明は、電極材とフィルタ材との間の距離を一定に保つことで粉塵の捕集効果を高めた集塵デバイスおよびそれを備えた空気清浄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、気流を通過させ集塵する集塵フィルタと高圧電源で構成された集塵デバイスにおいて、前記集塵フィルタは、２つの導電性素材の層の間に、絶縁性素材の層を挟んで重ね合わせて成る３層の素材をプリーツ状に折り返した構造で、前記気流の上流側の導電性素材は高圧電極として前記高圧電源の高電圧出力側と接続し、下流側の導電性素材は対向電極として前記高圧電源のアース側に接続することで集塵デバイスを構成したもので、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明は、気流を通過させ集塵する集塵フィルタと高圧電源で構成された集塵デバイスにおいて、前記集塵フィルタは、２つの導電性素材の層の間に、絶縁性素材の層を挟んで重ね合わせて成る３層の素材をプリーツ状に折り返した構造で、前記気流の上流側の導電性素材は高圧電極として前記高圧電源の高電圧出力側と接続し、下流側の導電性素材は対向電極として前記高圧電源のアース側に接続することで集塵デバイスを構成したものである。

以上のように、前記集塵フィルタは、プリーツ状に折り返した構造であることから、粉塵を捕集できる面積を大きく確保する効果があり、かつ、前記集塵フィルタは複雑な折り返し構造を持ちながら、前記集塵フィルタの２つの導電性素材の層の間には、絶縁性素材の層の厚みに等しい、小さくて一定の距離が備わることから、２つの導電性素材すなわち高圧電極と対向電極との間において、比較的低い電圧で高い電界強度が得られ、気流中の粉塵に対して強い静電誘導効果が実現する。そして、それらの効果によって高い捕集効率を有した集塵デバイスが得られる。

本発明の実施の形態１における空気清浄装置を設置する屋内の斜視図 同空気清浄装置の断面を示す構成図 同集塵デバイスの構成図 同集塵フィルタの側面図 同絶縁性素材の外観斜視図 同ネット素材の外観斜視図 本発明の実施の形態２における保護層と集塵フィルタの側面図 同保護層の別の形態と集塵フィルタの側面図 本発明の実施の形態３におけるヒータ、保護層、集塵フィルタの側面図 従来の集塵デバイスの概略図

（実施の形態１）
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。

図１に示すように、空気清浄装置１は、略縦長箱形状で、前面の四方から室内の空気を吸込み、後述する集塵フィルタ２で清浄して天面から室内へ送風するものである。

図２は、図１における空気清浄装置１の断面図を示している。

空気清浄装置１は、吸気口３と排気口４を有する本体５と、この本体５内の送風手段６とを備えている。

本体５は、吸気口３の反対側に位置する仕切板部７によって、吸気口３と排気口４とを連通する風路部８と、空間部９とに分けられている。

送風手段６は、本体５の仕切板部７に固定された電動機１０と、この電動機１０によって回転する羽根部１１とから形成している。送風手段６によって、吸気口３から吸い込んだ空気は、集塵フィルタ２を通過して、排気口４へ送風されるものである。本体の操作回路（図示しない）と電動機１０と、後述する高圧電源２２は、制御部１２に集約される。

次に、集塵デバイス２１について図３を用いて説明する。集塵デバイス２１は、集塵フィルタ２と高圧電源２２で構成され、高圧電源２２は、集塵フィルタ２を構成する導電性素材２３（後述）と接続して、集塵フィルタ２に電界を発生させるものである。

次に集塵フィルタ２について図４を用いて説明する。集塵フィルタ２は、２つのシート状の導電性素材２３の間にシート状の絶縁性素材２４を挟んで重ね合わせたものを、プリーツ状に折り返した構造である。プリーツ状の２つの導電性素材２３は、高圧電源２２の２つの電極と接続して回路を形成している。気流の上流側にある導電性素材２３は高圧電源２２の高電圧出力側の電極と接続して高圧電極２５となり、下流側にある導電性素材２３は高圧電源２２のアース側の電極と接続して対向電極２６となる。図４では、高圧電源２２の正極側がアースに接続した図として示しているが、正極または負極のどちらでもよい。

集塵フィルタ２の形状としては、通気抵抗を考慮した適切な空隙率を有したものが適している。集塵フィルタ２の縦と横の寸法は、空気清浄装置１の仕様に準ずるが、厚みはプリーツの折り返し条件で決まる。プリーツの折り返し条件は、空気清浄装置１の定格風量と定格の通気抵抗を考慮して適切に設計されるもので、特にその条件に制限はないが、エネルギー効率を考慮すれば、通気抵抗ができる限り小さくなるように設計される方がよい。従って、空気清浄装置１の定格風量が数ｍ³／ｍｉｎであれば、プリーツの折り返し高さは一般的には１００ｍｍ以下、ピッチ幅は２０ｍｍ以下で設計される。本発明の集塵フィルタ２においても、上記の折り返し高さとピッチ幅を目安にして設計するのが望ましい。

ここで、導電性素材２３について説明する。シート状の導電性素材２３の厚みには制限はないが、上述の設計条件に基づいてプリーツ加工性を考慮すると、現実的には２ｍｍ以下が望ましい。導電性素材２３を構成する材料としては、適度な空隙率を持つ不織布に導電性材料を付与したものが考えられる。不織布は、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル系樹脂などの成分で作られた、一般に市販されるものでよい。導電性材料は、金属または導電性カーボンが挙げられる。一例として、厚さが１ｍｍ、目付け量が６０ｇ／ｍ²の不織布シートを、導電性カーボン溶液に含浸させた後に余剰液を除去し、乾燥させることによって導電性素材２３を得ることができる。導電性カーボン溶液の代わりに、金属を含む溶液を使うこともできる。

次に、絶縁性素材２４について説明する。シート状の絶縁性素材２４は、２つのシート状の導電性素材２３に挟まれてプリーツ状の集塵フィルタ２を構成しているが、絶縁性素材だけを見ると、図５のようにプリーツ状に折り返した形状になっている。絶縁性素材２４は、適度な空隙を有した絶縁性の素材であればどんなものでもよく、例えば不織布を用いることができる。通気抵抗を低く抑えるために、厚みを小さくするのが望ましいが、この絶縁性素材２４の上流面には高圧電極２５である導電性素材２３が、下流面には対向電極２６である導電性素材２３があり、その２つの電極間距離を一定に保つ役割がある。そのため、絶縁性素材２４の厚みが小さ過ぎると、電極間距離が小さくなり、電極間に高電圧を印加すると、スパークが発生する可能性が高くなる。

スパークを回避するには、適度な電極間距離が必要であり、その距離は１ｍｍ以上であるのが望ましい。従って、絶縁性素材２４の厚みは１ｍｍ以上がよい。

絶縁性素材２４の材料として不織布について説明したが、図６に示すような、絶縁性ネット素材２７を用いることも可能である。不織布に比べるとネット素材は、適度な厚みと高い空隙率を有するものもあるため、通気抵抗が低く、電極間距離を確保する材料として、より適している。

ここで、絶縁性素材２４として、厚さが１ｍｍ、目付け量が例えば１００ｇ／ｍ²である不織布を挟むように導電性素材２３を上流側と下流側に配して構成するプリーツ状の集塵フィルタ２を考える。集塵フィルタ２を通過する粉塵は、静電誘導によって下流側の対向電極２６に捕集されるが、その手前でいくらかの粉塵は絶縁性素材２４に捕集される。やがて粉塵が絶縁性素材２４の繊維の中で蓄積されていくと、２つの導電性素材２３、つまり両電極の間でトラッキング現象などにより短絡回路が形成される可能性があるため、そのような状態になる前に、絶縁性素材２４の定期的な清掃または交換が必要になる。

しかし、絶縁性素材２４が不織布ではなくネット素材であれば、粉塵は絶縁性素材２４をほとんど素通りして下流側の対向電極２６に蓄積するため、両電極間での短絡回路の形成が起こりにくい。但し、絶縁性ネット素材２７の骨格に粉塵が付着することも考えられるため、絶縁性ネット素材２７の材質としては、粉塵が付着しにくいものがよく、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂は好適である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、集塵フィルタ２の最前面に、保護層３１を設けた場合について説明する。

保護層３１は集塵フィルタ２の導電性素材２３よりも空隙率が高く、通気抵抗が低いものであればよく、その形状は、図７のように、集塵フィルタ２のプリーツの折り返し形状に合わせて集塵フィルタ２に貼り合わせたもの、または図８のように、集塵フィルタ２の前面に平板の状態で配置してもよい。この構成により、集塵フィルタ２の手前で比較的大きな粉塵は保護層３１で捕集することができ、集塵フィルタ２に到達する粉塵の量が少なくなるため、集塵フィルタ２の負担を軽減できる。

保護層３１としては不織布などが適し、その材質は、実施の形態１で用いる不織布の材質と同じでよい。平板状であれば、定期的に保護層３１を取外し、洗浄して再生することにより、長期間にわたって使い続けることが可能となる。

また、集塵フィルタ２を通過する気流の湿度が高いと、集塵デバイス２１において、集塵フィルタ２の電極を構成する上流側と下流側の導電性素材２３の間の電界強度が低くなる傾向があり、十分な集塵性能を得られない。

そこで、保護層３１が吸湿材（図示しない）を含む素材であれば、集塵フィルタ２に入る気流の湿度を下げることができ、電界強度の低下を抑えて集塵性能を維持することが期待できる。

吸湿材は、水分の吸収性と放出性に優れたものがよく、例えばシリカゲルやゼオライトなどが適材である。これらの材料をハニカム状の構造体の上に塗布して固定したものを保護層として使うことができる。

構造体上への固定方法は、吸湿材とバインダを混合した溶液に、紙やガラス繊維、または樹脂でできたハニカム構造体を含浸させて乾燥するものや、吸湿材をパルプまたはガラス繊維と混抄して得られるシートを用いてハニカム構造体とするもの、または、吸湿材を混練した樹脂でハニカム構造体を成形したものなどが考えられる。

（実施の形態３）
本実施形態では、保護層３１の手前にヒータ４１を設けた場合について説明する。保護層３１が吸湿材を含む場合、図９に示すように、保護層３１の手前にヒータ４１を設けることにより、ヒータを運転して吸湿材を加熱して吸湿材を再生することができる。一般的な吸湿材は水分で飽和すれば、それ以上の吸湿ができない。

そこで、高圧電源２２が稼動して集塵している間はヒータ４１を稼動させず、高圧電源２２を停止して集塵を休止している間に、ヒータ４１を稼動させて吸湿材を加熱すれば、集塵運転中は吸湿材は気流中の水分を吸収しながら導電性素材２３の間の電界強度を維持し、集塵運転を停止している期間に吸湿材に保持された水分が放出されることで吸湿材としての機能を再生させることが可能となる。

以上のように本発明は、気流を通過させ集塵する集塵フィルタと高圧電源で構成された集塵デバイスにおいて、前記集塵フィルタは、２つの導電性素材の層の間に、絶縁性素材の層を挟んで重ね合わせて成る３層の素材をプリーツ状に折り返した構造で、前記気流の上流側の導電性素材は高圧電極として前記高圧電源の高電圧出力側と接続し、下流側の導電性素材は対向電極として前記高圧電源のアース側に接続することで集塵デバイスを構成したものである。

以上のように、前記集塵フィルタは、プリーツ状に折り返した構造であることから、粉塵を捕集できる面積を大きく確保する効果があり、かつ、前記集塵フィルタは複雑な折り返し構造を持ちながら、前記集塵フィルタの２つの導電性素材の層の間には、絶縁性素材の層の厚みに等しい、小さくて一定の距離が備わることから、２つの導電性素材すなわち高圧電極と対向電極との間において、比較的低い電圧で高い電界強度が得られ、気流中の粉塵に対して強い静電誘導効果が実現する。したがって、集塵デバイスおよびこれを用いた空気清浄装置としての活用が期待される。

１ 空気清浄装置
２ 集塵フィルタ
３ 吸気口
４ 排気口
５ 本体
６ 送風手段
７ 仕切板部
８ 風路部
９ 空間部
１０ 電動機
１１ 羽根部
１２ 制御部
２１ 集塵デバイス
２２ 高圧電源
２３ 導電性素材
２４ 絶縁性素材
２５ 高圧電極
２６ 対向電極
２７ 絶縁性ネット素材
３１ 保護層
４１ ヒータ

Claims (7)

1. 気流を通過させ集塵する集塵フィルタと高圧電源で構成された集塵デバイスにおいて、
   前記集塵フィルタは、２つの導電性素材の層の間に、絶縁性素材の層を挟んで重ね合わせたものをプリーツ状に折り返してなる構造で、
   前記気流の上流側の導電性素材は前記高圧電源の高電圧出力側と接続し、
   下流側の導電性素材は高圧電源のアース側に接続したことを特徴とする集塵デバイス。
2. 絶縁性素材の層がネット素材であることを特徴とする請求項１記載の集塵デバイス。
3. ネット素材がフッ素系樹脂であることを特徴とする請求項２記載の集塵デバイス。
4. 気流の上流側にある導電性素材の上流側の面の上に保護層を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集塵デバイス。
5. 保護層が吸水性であることを特徴とする請求項４記載の集塵デバイス。
6. 保護層を加熱することが可能なヒータを備えたことを特徴とする請求項５記載の集塵デバイス。
7. 吸気口と排気口を有する本体と、
   この本体内に送風手段と請求項１乃至６のいずれかに記載の集塵デバイスとを設け、
   前記送風手段により前記本体の吸気口から吸込んだ空気を、前記集塵デバイスを通過させ、
   前記排気口から吹出す構成としたことを特徴とする空気清浄装置。

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