JP2017023910A - 空気清浄器 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺構造であり、床や天井や壁の面に沿って設置することで部屋の固有の空気の流れに逆らわずに集塵効率を上げたことを特徴とする、ファンが無くても動作する電気集塵器。【解決手段】長尺構造により、電気集塵器を複数設けたことと同じ効果として、且つ、部屋に既にある空気の流れと部屋の六方の面に沿う流束を有効に要することにより集塵効率を向上させた。また、パネル構造の大面積の外部の流束ガイド構造により、ファンを用いた強制的な流束を構成する場合の部屋に既にある流束との衝突等による効率低下に対応した。【選択図】図５

Description

この発明は電気集塵方式による空気清浄器に関する。

コロナ放電で粒子を帯電させ、該帯電粒子がクーロン力で電界吸着される現象を利用した電気集塵機が提供されている。これらは、電界を構成するユニットの構造から、大きく分けて電界発生構造が一段階方式である場合と、二段階方式の二種類がある。

図１は一段構成の例である。針状の帯電電極１１の不平等電界によるコロナ放電を利用して、粒子を帯電させ、同時に対抗電極１２へ向かう電界とコロナ放電自身で発生するイオン風による対抗電極へ向かう流束を構成し、対抗電極を集塵用電極として併用する構成である。この構成は、一般的にコロナ放電による粒子の帯電効率が良く、一段構成に適している。

図２は、二段構成の例である。流入空気７に含まれる粒子は一段目の細線状の帯電電極１から発生するコロナ放電で帯電され、図示しないファンによる二段目に向かう。二段目では集塵電極４、集塵電極５の高電界による帯電粒子が吸着され、清浄な排出空気９として外部に排出される。

一方で、部屋内の空気の清浄化を効率よく行う要求があり、これには５つの手段がある。
１） より広い範囲に空気清浄器の複数個を置く。
２） より強力な送風量の空気清浄器一つを置く。
３） 部屋の固有の流束に逆らわずに効率よく汚損空気と清浄空気の置換を行う。
逆に固有の流束を無視して効果を得るには強力なファンが必要となる。
４） 空気清浄器自身の効率を向上させる。
５） 空気清浄器の能力が変動しないよう、安定させる。

特願２０１５−１４１８６７（第３３図、第３５図） 特願２０１４−２２７７４０

特許文献１、２を例とする。文献１の第３３図は電気集塵ユニット二個を上下方向に並列使用しているため、上下の範囲に広くすることで、効率を上げることができる例である。文献２も縦に長尺であり部屋の固有の流束に逆らわずにファンの回転方向を変えられるものである。部屋の固有の流束は上下方向と水平方向があり、文献１の第３５図は、水平の方向の長尺配置することで複数個の水平配置と同等の効果を得ている例である。

ここで、これらの例では次の課題があった。
１） より広い範囲に空気清浄器を置けないため、清浄空気の置換効率が低下。
・ ファン回転制御による垂直長尺形では、倒れ易く安定配置が困難。
・ 水平方向に置く場合は部屋の固定流束の影響を受ける。
２） 部屋の固有流束の影響を受けないためには強力送風量が必要。
・ 空気の強制流束をつくるためのファンが必須である。
・ 強力なファンは大型であり、騒音も大きい。
・ 排出能力の高いシロッコファン等は配置構造の制約を受け、大型化する。
３） 部屋の固有の流束に逆を受けずない、効率のよい流束制御が必要。
・ 汚損空気と清浄空気の置換を行う吸入口と排気口の適正化。
・ 強力ファンで部屋の固有流束を打ち消すには部屋の構造の影響を受ける。
・ 壁や天井に沿って流れる流束があるが、これらを考慮していない。
・ 部屋の空気の対流方向に逆らう方向に吸気や排気を行う場合がある。
４） 空気清浄器自身の効率を向上させると大型になり、動作音も大きくなる。
５） 空気清浄器の能力が変動しないよう、安定させるには大型化をともなう。

図３は、部屋の天井近傍に、特許文献１の第３５図の水平長尺形の電気集塵器２６を配置した例である。これにみるように、天井近傍の壁に向けての吸入流束２８から、排気流束３０に向けて排出されるが、部屋の環境による逆方向の流束があった場合はこれに逆らう現象が起こる。

図４に固有な部屋の固有流束の例を示す。逆方向の部屋の固有流束とは、たとえばエアコン等の強制循環装置や、自然の熱対流等により発生する部屋に固有の固定した流れが作るものである。

特許文献２の縦長の長尺タイプは、床据え置きであり、倒れ易く、配置管理が必要となる。また、特許文献１の縦長タイプも多段構成にした場合は吸入口と排気口が近くなり、置換効率が低下するため、多段構成はせいぜい３段が限界である。さらに、排気と吸気を逆転して部屋の固有流束に対応するには、両者ともに回転数と回転方向を変化させる機能ファンが必要となる。

部屋の固有流束による置換効率について述べる。
部屋の固有流束と空気清浄器の流束のミスマッチは場合によっては効率を著しく低下させる。たとえば、排出口の空気が部屋の固有流束に乗り吸入口に向かう等となり、吸入口と排気口が見えないパイプで接続された状態になることにより置換効率が著しく低下する。

このような流束のミスマッチを強制的に解決するには部屋の固有流束を強引に変更する手段が必要となる。しかし、この場合はたとえば強力なファンによるため、騒音と使用者が求めていないほどの強力な風が部屋に発生し、さらに構造的に大型化する。

図３の例では、空気清浄器２６が壁際に設置されているため、流入空気２８と排出空気３０は必然的に部屋の壁に沿って流れる以外の経路がなく一意的に決定される。これは空気の粘性と、真空を嫌う性質から明らかな強制的な拘束因子である。
図４に示すように、流入空気と排出空気は、天井側から壁に向かう場合と、壁から天井に向かう場合があり、空気清浄器の排出口に向かう場合はいわゆる逆風となり置換効率が低下することになる。このため、図３の構成では、部屋の固有流束が本体の流束と逆方向に存在した場合は効率の低下を免れない。

図５に例を示す。これは「長尺形の二方向吸気式電気集塵器」の構成である。
この例では、部屋の固有流束に逆らわずに流束を制御できる二つの空気流入口を設けている。流入空気１、流入空気２のいずれかの方向であっても、常に斜め下の排出空気３０の方向から排出されることが特徴である。これにより、天井側から、壁側からのいずれの部屋の固有流束であっても、斜めの空間に清浄空気が排出されるものである。
ここで二つの吸入口の各々に図示しない個別のファンを設けてもよい。

図５において、ブロック分割された対抗電極２５は、図７に示すように、対抗電極と空間的に交差しない配置である。このため、図示しないスライド機構により矢印のようにスライドして取り外しが可能であり、清掃等の保守作業が行えるものである。

図６にこの「長尺形の二方向吸気式電気集塵器」の三つの配置例を示す。
この例では配置は図３と同様に部屋の天井部分に配置できるが、図６のように水平の天井側、水平の床側、あるいは垂直に配置してもよい。水平の場合は天井から壁、壁から天井のいずれの部屋の固定流束方向にも対応できる。垂直の場合は、部屋の既にある空気の流れが右回転でも左回転でも対応できる。

図７に図５の内部のカットスケッチの例である。
この例では、吸入口３２と吸入口３４の二つの吸入口がある。この吸入口から電気集塵機構を経て、両者の中間の位置にある排出口３３から清浄空気が排出される構造となっている。なお、ここではファンは省略してあるが、電界によるイオン風をそのまま利用する構成としてもよい。このとき、ファンは不要となる。当然であるが、ファンがあってもよい。

図７の安全シールド１８は、主たる電気集塵機構の内部で発生した意図しない放電や短絡や過大ノイズに対して、火災の防止やノイズの防止や感電の防止のための安全機構である。これにより、可燃性の活性炭フィルタ１９やHEPAフィルタ等を外部に設置できるものである。
図7の虫よけランプは、ファンなし構成の場合に虫等が侵入するのを防ぐランプであり、たとえば高エネルギーの青色LED等をパルス的に動作させるような構成である。ファンがある場合は、強制流束により、瞬時的に大きな流束をパルス的につくることで虫等の異物は排出可能である。必要な場合は回転方向を変えたり、もう一つのファンを追加して、そのファンを弁のような動作に使用することで、特許文献２のように部分的な排出口を構成してもよい。

図８は、図7の電気集塵部の構成例である。
吸入空気２０はエアフィルタ１７を介して、安全シールド１８内の主たる集塵機構に流入する。主たる集塵機構は多連の帯電電極１３とその個々の電極やブロックに接続される個々の電流保護抵抗１５を介して、ブロックごとに分離された個々の対抗電極２５に電源１６により電圧が印加される。これにより集塵された清浄空気は高電圧のコロナ放電による若干のオゾンを含んでいるため、最終的には活性炭フィルタ１９を介して、排出空気２３として排出されるものである。

図９は、強制的にファンを用いて流束の流れを作る方式である。この方式では部屋の固有流束を分散させるためにカーテン４０、カーテン４１を設けており、これらにより排出空気３８を広範囲から二次排出空気３９として排出させる。これにより部屋の固有の流束との衝突を緩和するものである。このため、強制的にファンを用いて流束を形成することにより流束の衝突による効率低下を防ぐことがある程度可能となる。ここでカーテン構造は布構造でもよいが、パネル構造でもよい。

なお、カーテンは導電性であり、且つ、接地電位相当に電位固定されたものである。また、同時に流束通過構造のメッシュやレース構造である。このとき、電気集塵器から補足しきれずに発生した帯電粒子のほとんどはこの導電性のカーテンで捕えられるため、外部の構造物に付着して汚損することも避けることができる。当然であるが、カーテンは取り外し可能であり、洗濯等による保守が可能である。このとき、壁側のカーテン４１はなくてもよいが、壁に帯電粒子が付着して汚損される場合が予想される可能性があり、つけた方が良い。

ここで、カーテンは流束通過型のたとえばメッシュ構成であり、且つ、光を通過させる採光構成であってもよい。このため、壁側でなく、窓や採光壁等に適用してもよいのは当然である。

なお、ここで適用する集塵器には図示していないが、帯電粒子を中和する中和イオン発生装置を通して、排出空気を排出してもよいが、図９においては排出空気に帯電粒子が含まれていてもよい。これは大きな面積の導電性で接地相当の電位に固定された流束通過構造のカーテンが集塵器の一部をなしているからである。これにより、帯電粒子は集塵器の一種の集塵電極であるカーテンに捕捉される。

図１０は図９の構成を左右にした例である。二重のカーテンの左右に集塵器本体を設けている。縦構造を左右構造にしており、同様に強制循環のファンを有しているが、排出空気が広範囲に分散するため、同様に部屋の固有流束の影響を受けにくい構成である。

ここで、カーテン構造の電極を外部に有する電気集塵器を提案したが、これらにおいて、吸入空気と排出空気の方向を逆にしてもよい。すなわち、カーテン側から吸気し、本体側から排出してもよい。また、部屋の固定流束を測定して、吸気と排気を逆転させる制御を行ってもよい。特に左右に置くタイプは、左右の二つの主たる集塵機構部の空気の方向を右から左へ流れるように変えてもよい。たとえば、右の機構部は右端から吸い込んで左へ排出し、カーテンの間を通過してから、左の機構部にわたり、左の機構部でも右から吸い込んで左から排出するような、実質の二段構成にしてもよい。

請求項１においては、図５に示すように、二つの吸入口により、部屋の固有の空気の流れがいずれであっても対応でき、さらに、解放空間側へ排気するため、壁面に沿う、部屋の空気の流れの影響を受けない方向となる。また、電界が構成するイオン風により、ファンをなしに構成可能である。

内部構成の図７では電気集塵部が一段であるが、多段後世にすることでイオン風はさらに強力となり、ファンなしでも充分動作するものである。
図示していないが帯電粒子を中和する中和イオン発生器を排出口手前につけた場合は、中和イオン発生器がつくるイオン風をさらに利用することが可能となる。
しかしながら、イオン風を利用した場合はファンを利用する場合に比較すると、当然であるが風量は小さい、このため、長尺タイプとして、おなじ集塵器を多数設けた場合と同様の効果を得ている。

請求項２においては、請求項１にファンを設けたものであり、さらなる集塵効果が期待できるが、同時に騒音やサイズの大型化を許容することになる。
このとき、二つの、あるいはもっと多数の吸入口を設けてもよいが、その複数の吸入口に各々のファンを設けてもよい。このとき、ファンの回転方向、すなわち排出方向を既存の部屋の空気の流れに応じて変更してもよい。

請求項３においては、図9に示すように、本体の外部に導電性の流体通過構造の面電極を設ける。この面電極はカーテン構造でもよく、光を透過する構造でもよい。これにより、窓部分や採光構造部にも設けることができる。

この構造では、排出部が広い面積の面構造となっているため、部屋の既存の空気の流れの影響をほとんどうけずに実質的に面構造部を全体を排出部として扱うことが可能となり、大きな排出部を有する電気集塵器を簡単な構造で得ることが可能となる。たとえば、カーテン構造を採用することにより、部屋のサイズにおうじて面構造を変えることができる簡便な電気集塵器を得ることができる。

さらに、排出部と吸入部を変えてもよい。これにより大きな吸入口をもつ電気集塵器を簡単な構成で得ることが可能となる。

図１０は、この構造をカーテン構造の左右に設けた例である。この例では両方から吸入して、カーテン構造の等価的に大きな排出口から排出する。一方でこれを逆転させてもよく、大きな吸入部から、左右に排出する構造としてもよい。
さらに、図示していないが、カーテンの中間に主たる集塵部をおき、その左右に二つのカーテン構造からなる吸入部と排出部を設けてもよい。すなわち、たとえば左のカーテンによる等価的に大きな吸入口から吸入し、右の等価的な大きな排気口から排気するものである。

ここで、カーテン等は導電性の基本的には接地電位相当の構成となる。二つのカーテン構造の間に空気を流すが、壁側はなくてもよい。このばあい、壁側には帯電粒子の排出により、帯電粒子が吸着して汚損される場合があることを許容する。

ここで、外部の電極がカーテン構造であれば、容易に取り外して洗濯等で清掃を行うことが可能となる。このため、排出側にカーテン構造を設けた場合は、集塵器本体側に場合によっては最外層のエアフィルタや活性炭フィルタの設置を省略することが可能となる。

請求項４においては、二つのカーテン電極の間に電圧をかけてもよい、それにより電界吸着で外部の集塵板として作用する。しかし、この場合は安全な低電圧、安全な電流容量に限定されるため、あくまで補足的な動作に限定されるものである。

一段式の針状帯電電極による集塵方式 二段式の帯電部と集塵部による集塵方式 長尺タイプの集塵器の従来例 部屋の固有の流束と集塵器の関係 二つの吸入口をもつ電気集塵器（長尺形の二方向吸気式電気集塵器） 長尺形の二方向吸気式電気集塵器 の配置例 長尺形の二方向吸気式電気集塵器 の内部構成例 長尺形の二方向吸気式電気集塵器 の集塵部の構成例 外部平面電極をもつ 電気集塵器の例 外部平面電極をもつ 電気集塵器の第二の例

図５に例を示す。
二つの吸入口により、部屋の固有の空気の流れがいずれであっても対応でき、さらに、解放空間側へ排気するため、壁面に沿う、部屋の空気の流れの影響を受けない方向となる。このとき、吸気口は二つ以上であってもよい。

図６にこれらの配置例を示す。
個々で示すように、配置は水平でも垂直でもよく、また、天井側でも床側でもよい。

図７に内部の構造の例を示す。
この構造では集塵構造の電界が構成するイオン風により、ファンをなしに構成可能である。小型の場合はほとんど清浄能力がないが、特徴である長尺タイプのため、可能となるものである。
図７では電気集塵部が一段であるが、多段構成にすることでイオン風はさらに強力となり、ファンなしでも充分動作するものである。

たとえば、図示していないが帯電粒子を中和する中和イオン発生器を排出口手前につけた場合は、中和イオン発生器がつくるイオン風はさらに強力となり、これを利用することが可能となる。しかしながら、イオン風を利用した場合はファンを利用する場合に比較すると、当然であるが風量は小さい。このための長尺タイプである。長尺のため、おなじ集塵器を多数設けた場合と同様の効果を得ている。

図７において、図示していないがファンを設けてもよい。本体にファンを設けることで、集塵効果の向上が期待できるが、同時に騒音やサイズの大型化を許容することになる。
このとき、二つの、あるいはもっと多数の吸入口を設けてもよいが、その複数の吸入口に各々のファンを設けてもよい。このとき、ファンの回転方向、すなわち排出方向を既存の部屋の空気の流れに応じて変更してもよい。

図9に外部電極形の例を示す。
ここでは本体の外部に導電性の流体通過構造の面電極を設ける。この面電極はカーテン構造でもよく、光を透過する構造でもよい。これにより、窓部分や採光構造部にも設けることができる。これらのカーテン構造により実質的な吸入口と排気口の面積の増大が可能となる。

この構造では、排出部が広い面積の面構造となっているため、部屋の既存の空気の流れの影響をほとんどうけずに実質的に面構造部の全体を排出部として扱うことが可能となり、大きな排出部を有する電気集塵器を簡単な構造で得ることが可能となる。たとえば、カーテン構造を採用することにより、部屋のサイズにおうじて面構造を変えることができる簡便な電気集塵器を得ることができる。さらに、排出部と吸入部を変えてもよい。これにより大きな吸入口をもつ電気集塵器を簡単な構成で得ることが可能となる。

図１０は、この構造をカーテン構造の左右に設けた例である。この例では両方から吸入して、カーテン構造の等価的に大きな排出口から排出する。一方でこれを逆転させてもよく、大きな吸入部から、左右に排出する構造としてもよい。
さらに、図示していないが、カーテンの中間に主たる集塵部をおき、その左右に二つのカーテン構造からなる吸入部と排出部を設けてもよい。すなわち、たとえば左のカーテンによる等価的に大きな吸入口から吸入し、右の等価的な大きな排気口から排気するものである。

ここで、カーテン等は導電性の基本的には接地電位相当の構成となる。二つのカーテン構造の間に空気を流すが、壁側はなくてもよい。このばあい、壁側には帯電粒子の排出により、帯電粒子が吸着して汚損される場合があることを許容する。
なお、二つのカーテン電極の間に電圧をかけてもよい、それにより電界吸着で外部の集塵板として作用する。しかし、この場合は安全な低電圧、安全な電流容量に限定されるため、あくまで補足的な動作に限定されるものである。

ここで、外部の電極がカーテン構造であれば、容易に取り外して洗濯等で清掃を行うことが可能となる。このため、排出側にカーテン構造を設けた場合は、集塵器本体側に場合によっては最外層のエアフィルタや活性炭フィルタの設置を省略することが可能となる。

１ 細線状の帯電電極
２ 対抗電極
３ 帯電電極用 電源
４ 集塵電極１
５ 集塵電極２
６ 集塵電極用 電源
７ 流入空気
８ 二段目への空気の流れ
９ 排出空気
１０ コロナ放電
１１ 針状の帯電電極
１２ 対抗電極
１３ 多連の針状帯電電極
１４ 帯電電極の電流保護抵抗
１５ 帯電電極ブロックの電流保護抵抗
１６ 電源
１７ エアフィルタ
１８ 安全シールド
１９ 活性炭フィルタ
２０ 吸入空気
２１ 主たる電気集塵部への流入空気
２２ 主たる電気集塵部からの排出空気
２３ 排出空気
２４ 多連針状電極型の電気集塵ブロック
２５ 対抗電極
２６ 長尺型 電気集塵器
２７ 長尺形の二方向吸気式電気集塵器
２８ 流入空気1
２９ 流入空気２
３０ 排出空気
３１ 壁面
３２ 吸気口１
３３ 排出口
３４ 吸気口２
３５ 流入空気
３６ ファン
３７ 主たる電気集塵部
３８ 排出空気
３９ カーテンを通過する排出空気
４０ カーテン１
４１ カーテン２
４２ 虫よけランプ
４３ 長尺のカーテン付電気集塵器

Claims (4)

1. 床や天井に沿って、または壁際に設置する長尺の電気集塵器であって、天井や床や壁の面に沿う部屋の固有の空気の流れを有効利用するための二つ以上の方向の吸気口を有し、排出口をどの面にも沿わない解放空間方向に有することを特徴としたファンのない電気集塵器。
2. 請求項１において、ファンを有する電気集塵器。
3. 本体の外部に導電性の通過構造のカーテン構造、またはパネル構造の広い外部の電極を有し、その上部、または左右、または中間に本体の電気集塵機構を有することを特徴とした電気集塵器。
4. 請求項３の外部の二つの電極に電圧差を設けて、外部集塵電極としたことを特徴とする電気集塵器。

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