JP2016131903A - 空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空気清浄機は、コロナ放電の働きを利用して空気を清浄にすることはできるが、空気中の放射性物質やＰＭ２．５を安全・効率よく収集することが困難であり、さらに簡易にメンテナンスが行えない。【解決手段】送りドラム３と巻き取りドラム４に巻回してカセット化したテープ状プラス電極２を、対向してイオン風の流れに対して略平行に複数配設し、この対向して設けられたテープ状プラス電極２間にブラシ状マイナス電極１と、板状マイナス電極９を配設し、この３つの電極１、９と２間に高電圧を印加することで放電して、マイナスイオン風を発生させ、周囲の空気がこの電極間を通って循環し、空気中に含まれる微細な粉塵をテープ状プラス電極２に付着させ、この付着した粉塵量を検出して送りドラム３に巻回されているテープ状プラス電極２を巻き取りドラム４に巻き取るように超低速走行や間欠走行による制御を行うカセット化した空気清浄機。【選択図】図１

Description

本発明は、プラス電極とマイナス電極との間に６ＫＶ〜８ＫＶの高電圧を印加することでコロナ放電によりマイナスイオン風の発生と、空中に浮遊するＰＭ２．５や放射性物質を含む粉塵の吸着、及び吸着により集められた放射性物質から発生する放射能を遮断し防護する空気清浄機である。

従来、対向電極と放電電極を使用して、その放電電極に高電圧を印加して対向電極と放電電極間にコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊物質（塵や埃）を吸着集塵する集塵・脱臭装置において、対向電極は板状電極であり、該板状電極がファンによる空気流れに平行になるように配設され、複数設けられた前記対向電極間に、針状の前記放電電極が配置され、前記放電電極に高電圧を印加することで放電し、コロナ放電が発生し、ファンによる送風により、空気が電極間を通り、空気中に含まれる塵や埃が前記対向電極に付着する集塵・脱臭装置（例えば、特許文献１参照）が存在している。

特開平１−１７１６６４号公報（特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄、及び第１図〜第３図を参照）

しかしながら前記従来の集塵・脱臭装置は、次のような欠点をもっている。
コロナ放電の働きを利用して空気中の浮遊物質（塵や埃）を吸着集塵することはできるが、マイナスイオンの発生効率が低く、空気を清浄化する効果も薄かった。
また、オゾンを発生させるため対向電極（プラス電極）が経時変化で酸化して、さびを発生するという問題点がある。
本発明の空気清浄機は、上記の欠点を解決し、マイナス電極はステンレス繊維を支持板に多数本ブラシ状に植毛したものを採用し、プラス電極は導電性合成樹脂からなる板状に形成した電極を採用することで、該プラス電極はオゾンの影響を受けず、経時変化で酸化して腐食することを防止できるものを見い出したものである。また、上記欠点を解消するものとして考えられるものは、プラス電極をバナジウム、バリウム、鉄を含む酸化物系ガラス組成物を板状に形成したものが挙げられるが、高価であり、電気抵抗の調整が困難である。本発明は、以上の課題を解決することを目的としたものである。
尚、これらを踏まえて、空気清浄を行う上でマイナスイオンは必要である。そのマイナスイオンを発生させると、オゾンも同時に発生する。このオゾンは人体に影響があるので、少ない方が良いものである。また、オゾンの発生により、板状のプラス電極が酸化して腐食が進み、コロナ放電の阻害作用が発生するという悪影響もあり、これを防止する必要がある。そこで、板状のプラス電極の材料を種々試して、安価で最適なものを見つけたのが本発明で、プラス電極を導電性プラスチック樹脂、マイナス電極をブラシ状電極にして組み合わせたものを採用することを見い出した。

本発明の第１発明は、請求項１に記載された通りの空気清浄機であり、次のようなものである。
プラス電極とマイナス電極を使用して、そのマイナス電極に高電圧を印加してプラス電極とマイナス電極間にコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊物質を吸着集塵する空気清浄機において、プラス電極は導電材料で形成したテープ状電極で、送りドラムと巻き取りドラムに巻回して、これをカセット化し、このカセット化したテープ状プラス電極を、対向してイオン風の流れに対して略平行に複数配設し、この対向して設けられたテープ状プラス電極間に導電性のある材料で製作したブラシ状マイナス電極と、導電性の材料から製作した板状マイナス電極を配設し、このテープ状プラス電極とブラシ状マイナス電極、板状マイナス電極間に高電圧を印加することで放電し、コロナ放電を発生させることによりマイナスイオン風が発生し、周囲の空気がこの電極間を通って循環し、空気中に含まれる微細な粉塵をテープ状プラス電極に付着させ、この付着した粉塵量を検出して、送りドラムに巻回されているテープ状プラス電極を巻き取りドラムに巻き取るように超低速走行や間欠走行による制御を行い、テープ状プラス電極に効率良く粉塵を吸着集塵できるようにカセット化した構成である。

本発明の第２発明は、請求項２に記載された通りの空気清浄機であり、次のようなものである。
請求項１に記載の発明に加えて、マイナスイオン風の噴き出し部近傍にヒータを設けた構成である。

本発明の第３発明は、請求項３に記載された通りの空気清浄機であり、次のようなものである。
請求項１、また請求項２に記載の発明に加えて、テープ状プラス電極がブラシ状マイナス電極と対向する面の形状を蛇行させて設ける構成である。

本発明の第４発明は、請求項４に記載された通りの空気清浄機であり、次のようなものである。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明に加えて、空気中の浮遊物質に放射性物質が含まれている粉塵を取り扱うことができるようにするために、カセット化したプラス電極とマイナス電極を放射性物質の遮蔽部材で覆うもので、少なくともテープ状プラス電極の巻き取りドラム側を完全に遮蔽する構成である。

本発明に係る空気清浄機は、上記説明のような構成を有するので、以下に記載する効果を奏する。
（１）コロナ放電によりプラス電極に空気中の浮遊物、すなわちＰＭ２．５や放射性物質を含む微細な粉塵を吸着することができる。
（２）マイナス電極にステンレス繊維を支持板に対してブラシ状に植毛形成することにより、オゾンの発生をテストの結果抑えることができる。
（３）空気を清浄にするには、オゾンは微量必要であるが、オゾンは人体には有害であるとされているので、オゾンの発生は極力抑える必要があり、これを実現したものである。
（４）マイナスイオン風の噴き出し部近傍にヒータを設けることにより、マイナスイオン風の温度を上昇させ、マイナスイオン風に含まれる少量のオゾンの分解速度を促進させ、オゾン濃度を下げることができる。
（５）コロナ放電において、導電性プラスチック板からなるプラス電極を採用することにより、マイナスイオンの発生が増加し、導電性プラスチック板のプラス電極に空気中の浮遊物、すなわち微細な粉塵を効率良く吸着することができる。さらに板状なので掃除もし易いものである。
（６）コロナ放電において、導電性プラスチック板からなるプラス電極と、ステンレス繊維からなるブラシ状マイナス電極を採用することにより、マイナスイオンの発生が増加するので、導電性プラスチック板からなるプラス電極に空気中の浮遊物、すなわち微細な粉塵、例えば、ＰＭ２．５や花粉を効率良く吸着することができる。
（７）コロナ放電は、マイナス電極からプラス電極に向けてマイナスイオン風を発生させ、このマイナスイオン風は前面に吹き出し、空気清浄機周辺の空気を攪拌することができ、空気中の粉塵をプラス電極に吸着させることができる。
（８）コロナ放電は、マイナス電極からプラス電極に向けてマイナスイオン風を発生させ、このマイナスイオン風は前面に吹き出し、空気清浄機周辺の空気を攪拌することができ、空気中の粉塵をカセット化したテープ状プラス電極に吸着させることができる。
（９）プラス電極をテープ化し、このテープ状のプラス電極を巻き取り機構で巻き取ることができるようにカセット化することで、メンテナンスの簡易化を実現し、さらにＰＭ２．５や放射性物質をカセットケース内に閉じ込め、カセットを交換するだけで、ＰＭ２．５や放射性物質を処理することが可能になったものである。
（１０）構造が簡単であるので、掃除やメンテナンスが容易である。

本発明の空気清浄機を示す概略平面図である。 本発明の空気清浄機を示す概略正面図である。 本発明のマイナス電極であるブラシ状電極の組立状態を示す概略正面図である。 本発明の空気清浄機における、テープ状プラス電極の形状を蛇行状にした蛇行電極の一例を示す概略正面図である。 本発明の空気清浄機における、テープ状プラス電極の形状を蛇行状の蛇行電極にした一例を示す概略側面図である。 本発明の空気清浄機における、巻き取り機構の巻き取りモータの制御部のブロック図である。 本発明の空気清浄機における、巻き取り機構の巻き取りモータの制御部のフローチャート図である。

プラス電極とマイナス電極を使用して、そのマイナス電極に高電圧を印加してプラス電極とマイナス電極間にコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊物質を吸着集塵する空気清浄機において、プラス電極は導電材料で形成したテープ状電極で、送りドラムと巻き取りドラムに巻回して、これをカセット化し、このカセット化したテープ状プラス電極を、対向してイオン風の流れに対して略平行に複数配設し、この対向して設けられたテープ状プラス電極間に導電性のある材料で製作したブラシ状マイナス電極と、導電性の材料から製作した板状マイナス電極を配設し、このテープ状プラス電極とブラシ状マイナス電極、板状マイナス電極間に高電圧を印加することで放電し、コロナ放電を発生させることによりマイナスイオン風が発生し、周囲の空気がこの電極間を通って循環し、空気中に含まれる微細な粉塵をテープ状プラス電極に付着させ、この付着した粉塵量を検出して、送りドラムに巻回されているテープ状プラス電極を巻き取りドラムに巻き取るように超低速走行や間欠走行による制御を行い、テープ状プラス電極に効率良く粉塵を吸着集塵できるようにカセット化した空気清浄機である。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
この発明は、空中に浮遊する塵埃（ＰＭ２．５や花粉を含む微細な粉塵）をプラス電極とマイナス電極との間に高電圧を印加して生じるコロナ放電を利用して塵埃を吸着する空気清浄機に関するものである。
先ず、コロナ放電の安定化を図る上で必要なことは何かを考えてみる。
コロナ放電の利用目的としては、一つ目はマイナスイオンの発生、二つ目は消臭機能のあるオゾンガスの発生である。
オゾンガスは、人体に悪影響があるので、オゾンガスの発生を少なくする必要がある。また、オゾンガスには強酸化力がありマイナス電極の酸化が発生し、コロナ放電の阻害作用が発生することになる。これを防止するために、本発明では、支持板にステンレス繊維を多数本ブラシ状に植毛したものからなるブラシ状マイナス電極１とテープ状の導電性合成樹脂からなるプラス電極２を採用することで電極が酸化せずに、大変有効に長期間利用することができるものである。
先ず、第一実施例として図１、図２に基づいてその構成を詳細に説明する。
図１は、本発明の空気清浄機を示す概略平面図、図２は図１における概略正面図である。
図１、および図２に示されているように、この発明の第一実施例に係る空気清浄機は、空気中の浮遊する塵埃を荷電するマイナス電極であるブラシ状電極１とブラシ状電極１の風下側に配設された、導電性の材料から製作した板状マイナス電極９と、該板状マイナス電極９を挟むように配設され、荷電された塵埃を吸着捕集するプラス電極であるテープ状電極２からなる集塵デバイスを備えたものである。
本発明の空気清浄機は、コロナ放電により電界効果、クーロンの法則により、図１、図２に示されているように、対向させて配設した面積の大きい方のテープ状プラス電極２に粉塵が付着するものである。
ブラシ状マイナス電極１は、高電圧が印加されるステンレス製ブラシ状の放電電極である。
テープ状プラス電極２は、金属製、例えばアルミ箔（市販されているアルミ箔でも製作できる。）、もしくは導電性樹脂、樹脂に導電性のメッキを施したもの等で構成され、対向して設けられているプラス電極で構成されている。
マイナス電極であるステンレス製のブラシ状電極１は、高電圧（約６ＫＶ）が印加されるステンレス製のワイヤ線で作られたブラシ状の放電電極である。
マイナス電極であるステンレス製ブラシ状電極１とプラス電極であるテープ状電極２との間に６ＫＶ〜８ＫＶの高電圧を印加することでコロナ放電を発生させる。このコロナ放電によりプラス電極のテープ状電極２に空気中の微細な粉塵を付着させる。さらに、テープ状電極２は、カーボンブラックを練り込んだポリプロピレン樹脂製の導電性を持つアクリロニトリルブタジェンスチレン樹脂、またはポリプロピレン樹脂と、アクリロニトリルブタジェンスチレン樹脂を混合して、成形した導電性を持つ樹脂からなる導電性プラスチック板で構成され、対向して設けられているプラス電極で構成されている。
マイナス電極であるステンレス製のブラシ状電極１とプラス電極である導電性のプラスチックテープ状電極２との間に６ＫＶ〜８ＫＶの高電圧を印加することでコロナ放電を発生させる。このコロナ放電により導電性プラスチックから成るテープ状のプラス電極２に空気中の放射能を含む微細な粉塵を付着させる。さらに、マイナス電極のステンレス製のブラシ状電極１からプラス電極のプラスチックテープ状電極２に向けてイオン風を発生させ、このイオン風を前面に吹き出し、本発明の空気清浄機周辺の空気を攪拌する。この攪拌された空気中の粉塵は、イオン風によりイオン化され荷電した粉塵は導電性のプラスチックからなるテープ状プラス電極２に集塵されるので、清浄化した空気が吹き出すことになる。
本発明の空気清浄機はプラス電極をテープ化し、カセットテープのようにカセット化することで、メンテナンスの簡易化と安全化を著しく高めたものである。
プラス電極にテープ状の導電体（以下、テープと言う）を使用し、このテープはコロナ放電により粉塵が徐々に吸着され溜まり、ある程度粉塵が溜まると、テープを回転走行させ、巻き取りドラム４に巻き取る。このテープの巻き取りは巻き取り機構を用いることで行う。この巻き取り機能によって、空中の放射能を含む微細な粉塵を巻き取りドラム４に集積させることができるものである。
巻き取り機構は、送りドラム３と巻き取りドラム４をカセット化して一体形成する。巻き取りドラム４を覆うように放射線防護材で形成したカセットケースを使用する。これは巻き取りドラム４に巻き取られるテープ状電極２に吸着集積した放射性物質から発生する放射能を遮断し防護するものであり、メンテナンス時は、放射性物質を閉じ込めたカセットを交換することで容易に処理をすることができる。
以上の通り、プラス電極のテープ状電極２を巻き取ることができるようにし、カセット化することで、安全と保守を極めて簡単にできるようになったものである。
また、マイナスイオン風の噴き出し部に近い場所にヒータ１０を設ける。このヒータ１０は、マイナスイオン風を温度上昇させ、マイナスイオン風に含まれる少量のオゾンの分解速度を促進させ、オゾン濃度を下げる機能を有する。
なお、ヒータ１０の設置場所はマイナスイオン風の噴き出し部の近傍だけでなく、カセットケース内の適宜部位でマイナスイオン風が温められる場所であればどこでも良いものである。

次に、各構成要素を具体的に説明する。
図１に示すように、プラス電極である導電性のプラスチックテープ状電極２を接地とし、ステンレス製から形成されるマイナス電極のブラシ状電極１に高電圧（例えば、−６ＫＶ）を印加し、コロナ放電を発生させる。このコロナ放電によりマイナスイオンが発生し、空中に浮遊する微細な粉塵がプラス電極であるプラスチックテープ状電極２に付着する。同時にコロナ放電によってイオン風も発生し、このイオン風を本発明の空気清浄機の吹出風として放出することで空気清浄効果も奏するものである。
高圧を発生する高圧電源部３は、コロナ放電に必要なマイナス６〜７ＫＶを発生させ、マイナス電極のステンレス製のブラシ状電極１へ送出する。
送りドラム３は、プラス電極とマイナス電極を有するカセット電極７を内蔵している（例えば、市販のアルミホイル２０ｃｍ幅×１０ｍ長を使用することにより、安価に形成することができる。）ものである。
なお、この送りドラム３は、巻き取りドラム４に適当なテンションを与え、テープ状電極２が弛まないような機構にする。
次に、巻き取りドラム４は、送りドラム３と同様にカセット電極７に内蔵され、機械部分からの回転トルクの伝達により巻き取りドラム４が回転し、適当なテンションで送りドラム３のテープ状電極２を巻き取るものである。
なお、巻き取りタイミングは、時間・粉塵の吸着量等を検出して制御する制御装置１１（図２参照）を設けるものである。
制御装置１１を含む機械部５は、巻き取りドラム４を駆動するためのメカニズムとしてモータ、減速ギヤ、制御装置１１（モータ用）で構成し、モータを制御する制御装置１１で制御するように構成されている。
制御装置１１の制御は、テープ状電極２のテープ走を超低速で連続に走行する連続走行と、通常の速さで断続させて走行させる断続走行、すなわち間欠走行の二通りが考えられる。
高圧を発生する高圧電源部６は、コロナ放電に必要なマイナス６〜７ＫＶを発生させ、マイナス電極のブラシ状電極１へ送出する。

マイナス電極のブラシ状電極１とプラス電極のテープ状電極２を収納したカセット電極７は、例えば、カセットは金属箱で、導電性プラスチックテープ製のテープ状電極２を巻き付けた送りドラム３と、同テープ状電極２を巻き取る巻き取りドラム４を収納するドラムケース８である。
このドラムケース８は、放射性物質を含んでいる粉塵であれば、特に放射能を遮蔽する物質で形成することで機能を発揮するものである。

以上のような構成にすることで、空気中の粉塵に含まれている放射性物質をも安全に収集し、除染が可能となるものである。
さらに、メンテナンスの簡易化を目的としたので、カセット方式にすることで、メンテナンス時には、カセットを交換するだけという極めて簡易に処理することができるようにしたものである。

ここで、プラス電極であるテープ状電極２について、材質及び形状について説明する。
材質としては、通電できるものであれば、殆んどのものが可能であり、例えば金属箔、白金、金、銀、銅、ステンレス、鉄、アルミ箔、炭素繊維、導電性プラスチック、なまし番線等で細い番線をテープ幅に並べたり、番線を帯状に織ったもの、さらに導電性塗料を塗装した各種材料などの導電性物質が考えられる。
配置形状も、図１、図２に示す通り、テープ状電極２を平行に対向して設けたものが最良で、粉塵の吸着は充分にできるものである。

また、マイナス電極であるブラシ電極１について、材質及び形状について説明する。
図３に示すように材質としては、１２μｍ〜１４μｍのステンレス繊維を９０〜１００本を束ね、１ｍｍ間隔で１列に並べ２００ｍｍ長にブラシ状にしたもので、マイナス電極として繊維全体で約９５００本を使用するものである。
また、マイナス電極としてブラシ電極を採用した理由は次の通りである。
先端の放電部分は、でき得る限り細い方が人体に有害なオゾンガスの発生を抑えることができ、有効である。しかし、従来の針状のマイナス電極では針の先端の径を細くする加工は技術的に困難であり、高価となる。
これに対して、本発明のブラシ電極は、ブラシの材料として極細（数μｍ）のステンレス製のワイヤ線を繊維状に加工したステンレス製繊維を何本か束ね、この束をある間隔で並べ、コロナ放電の電極とすることで、オゾンガスの発生を極力抑えたものである。

また、電極の形状の他の実施例を示すと、図４、図５に示す通り、電極を蛇行させて形成する蛇行電極は、テープ状電極２の裏と表の両面で吸着集塵できるので、より多くの粉塵を吸着でき経済的である。

次に、図１、図２に示す通り、放射性物質の含まれている空気中の粉塵の場合には、吸着集塵された粉塵は放射性物質が含まれているので、簡単に処理できると同時に遮蔽することが重要である。
すなわち、巻き取りドラム４に放射性物質が溜まるので、巻き取りドラム４を遮蔽物で覆う必要があり、その遮蔽物の材質は鉛、その他特殊樹脂を採用することで解決するものである。

次に、図６、図７に示した制御部のブロック図とフローチャート図の一例を説明する。
制御部の働きは、超低速での連続走行と、通常の速さで走行・停止と断続させて走行させる断続走行（間欠走行）が考えられる。各走行モードによりメカニズムに組み込まれているモータの回転スピードや起動及び停止信号を送出して制御するものである。
なお、断続走行（間欠走行）については、プラス電極であるテープ状電極２に付着する粉塵量を検出し、モータに対して起動及び停止のタイミングを判断して制御するものである。制御シーケンスの概略は、図６のブロック図と図７のフローチャート図に示す通りである。

ここで、断続走行（間欠走行）の場合の制御シーケンスについて説明すると、電源投入することで運転が開始され、高圧電源部からの高電圧の印加により、コロナ放電を開始する。このコロナ放電によりプラス電極であるテープ状電極２に粉塵が吸着されるため、この粉塵により放電間の電気抵抗が大きくなり、放電が弱くなる。その結果、コロナ放電が弱くなり、放電電流が小さくなる。この小さくなった放電電流を、放電検出センサーの働きを行う検出装置で検出する。放電電流が、ある電流以下になると、テープ状電極２が走行を開始するように制御されており、このテープ状電極２が走行し続けるとコロナ放電が発生する部位のテープ状電極２に粉塵が吸着されていない状態になり、放電電流が元に戻る。
放電電流の値が元に戻ると、テープ状電極２の走行は停止する。すなわち、運転開始時の状態に戻るように制御シーケンスを組み立てるものである。

次に、連続走行（超低速走行）について説明する。
運転開始と共に、常に一定量のコロナ放電を続けられるようにテープ状電極２の走行を超低速走行する。従って、テープ状電極２は常に超低速で走行しながら粉塵を付着し、巻き取りドラム４に粉塵を吸着集積し続けるものである。

空気除染機、集塵機、脱臭装置、消臭装置等にも利用することができる。

１・・・・ステンレス製のブラシ状電極
２・・・・プラスチックテープ状電極
３・・・・送りドラム
４・・・・巻き取りドラム
５・・・・機械部
６・・・・高圧電源部
７・・・・カセット式電極
８・・・・ドラムカバー
９・・・・板状マイナス電極
１０・・・・ヒータ
１１・・・・制御装置

Claims (4)

1. プラス電極とマイナス電極を使用して、そのマイナス電極に高電圧を印加してプラス電極とマイナス電極間にコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊物質を吸着集塵する空気清浄機において、プラス電極は導電材料で形成したテープ状電極で、送りドラムと巻き取りドラムに巻回して、これをカセット化し、このカセット化したテープ状プラス電極を、対向してイオン風の流れに対して略平行に複数配設し、この対向して設けられたテープ状プラス電極間に導電性のある材料で製作したブラシ状マイナス電極と、導電性の材料から製作した板状マイナス電極を配設し、このテープ状プラス電極とブラシ状マイナス電極、板状マイナス電極間に高電圧を印加することで放電し、コロナ放電を発生させることによりマイナスイオン風が発生し、周囲の空気がこの電極間を通って循環し、空気中に含まれる微細な粉塵をテープ状プラス電極に付着させ、この付着した粉塵量を検出して、送りドラムに巻回されているテープ状プラス電極を巻き取りドラムに巻き取るように超低速走行や間欠走行による制御を行い、テープ状プラス電極に効率良く粉塵を吸着集塵できるようにカセット化したことを特徴とする空気清浄機。
2. 前記マイナスイオン風の噴き出し部近傍にヒータを設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄機。
3. テープ状プラス電極がブラシ状マイナス電極、板状マイナス電極と対向する面の形状を蛇行させて設けることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の空気清浄機。
4. 空気中の浮遊物質に放射性物質が含まれている粉塵を取り扱うことができるようにするために、カセット化したプラス電極とマイナス電極を放射性物質の遮蔽部材で覆うもので、少なくともテープ状プラス電極の巻き取りドラム側を完全に遮蔽することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
   
   

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