JP2021178315A - ガス流から材料を分離するための空気清浄デバイス、構成、および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス流から材料を分離するための空気清浄デバイス、構成、および方法を提供すること。【解決手段】 本発明の例示的な態様によれば、複数の六角形の開口部（５）を有する接地されたハニカム構造（２）であって、フレーム（３）によって支持されるハニカム構造（２）と、ハニカム構造（２）の下流に配置された複数のイオン化針（４）であって、各イオン化針（４）は、ハニカム構造（２）の開口部（５）のそれぞれの中心軸と同軸に整列される、複数のイオン化針（４）と、イオン化針（４）の下流に配置された複数の収集板（８）とを備える空気清浄デバイス（１）が提供され、このデバイス（１）は、イオン化針（４）に導かれる正のイオン化電圧によってイオン化コロナ放電を生成するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、空気清浄デバイスに関する。

さらに、本発明は、空気清浄デバイスおよびフローチャネルを備える構成に関する。

さらに、本発明は、ガス流から材料を分離するための方法に関する。

ガス流から材料を分離するための異なるデバイスおよび方法が知られており、たとえば、文書ＷＯ２０１８／０９０９９０Ａ１は、電界デバイスを開示している。静電集塵器は、中空の集塵ポールを備える。集塵ポールは接地されており、通常、少なくとも１つの円筒形本体の形態をとる。デバイスは、アレイを形成する複数の円筒形本体を備え得る。デバイスは、ブラケットに固定され、電源に接続され、少なくとも１つの円筒形本体内に配置された少なくとも１つのコロナロッドをさらに備える。少なくとも１つのコロナロッドは、少なくとも１つの円筒形本体の中心軸上に配置される。ブラケットは、少なくとも１つの円筒形本体の両側または片側にあり得る。ブラケットは、導電性金属ブラケット、金属めっきプラスチックブラケット、または非導電性ブラケットであり得る。

文書ＣＮ１０５６９８２９３ＡおよびＣＮ１０６８６１３４０Ａは両方とも、空気清浄デバイスを記載している。これらデバイスは、オゾンの発生を低減することを目的とされる。デバイスはおのおの、開口部を備えた金属板を備える。金属板のトンネル面の中央に、薄い、先細の針が配置される。

上記を考慮して、静電集塵器または空気清浄デバイスを提供することは有益であろう。

ＷＯ２０１８／０９０９９０Ａ１号 ＣＮ１０５６９８２９３Ａ号 ＣＮ１０６８６１３４０Ａ号

本発明は、独立請求項の特徴によって定義される。いくつかの特定の実施形態は、従属請求項において定義される。

本発明の態様によれば、空気清浄デバイスが提供される。デバイスは、複数の六角形の開口部を有する接地されたハニカム構造であって、フレームによって支持されるハニカム構造と、ハニカム構造の下流に配置された複数のイオン化針またはイオン化要素であって、イオン化針またはイオン化要素の少なくともいくつかは、ハニカム構造の開口部のそれぞれの中心軸と同軸に整列される、複数のイオン化針またはイオン化要素と、複数のイオン化針の下流に配置された複数の収集板とを備え、デバイスは、イオン化針に導かれる正のイオン化電圧によってイオン化コロナ放電を生成するように構成される。

第１の態様の様々な実施形態は、以下の箇条書きからの少なくとも１つの特徴を備え得る。
・デバイスは、コロナ放電が針の先端からハニカム構造に広がるように構成される
・針は、ＰＣＢレールに取り付けられる
・針は、プラスチック構造によって部分的にオーバモールドされる
・ＰＣＢレールは、プラスチック構造に埋め込まれる
・各プラスチック構造は、空力プロファイルの形態をとる
・各プラスチック構造の断面は、ＮＡＣＡプロファイルの形態をとる
・針の材料は、ウォルフラム、グラファイト、グラフェン、貴金属材料、または不活性材料である
・針は、材料の連続的なコロナ生成の酸化および還元に耐えることができる材料で作られる
・デバイスは、フローチャネルに挿入されるように構成される
・デバイスは、静電集塵器である
・針の先端は、たとえば、ハニカム構造から１０ｍｍから１５ｍｍの間隔のように、ハニカム構造の下流５ｍｍから２５ｍｍに配置される
・針のおのおのは、ハニカム構造の開口部のそれぞれの中心軸と同軸に整列される
・デバイスは、ＤＣ電源を備える
・デバイスは、いかなる追加のフィルタまたはフィルタシステムも備えない

本発明の第２の態様によれば、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の空気清浄機と、フローチャネルとを備える構成が提供される。

本発明の第３の態様によれば、空気流から材料を分離するための方法が提供され、この方法は、フローチャネル内に、接地されたハニカム構造を提供することであって、ハニカム構造はフレームによって支持されることと、ハニカム構造の下流に配置された複数のイオン化針を提供することであって、イオン化針の少なくともいくつかは、ハニカム構造の開口部のそれぞれの中心軸と同軸に整列されることと、ハニカム構造の下流に配置されたイオン化針に導かれる正のイオン化電圧によってイオン化コロナ放電を生成することと、イオン化針の下流に配置された収集面を備える収集板によって材料を収集することとを備える。

本発明の特定の実施形態によって、顕著な利点が得られる。ガス流から、粒子または液滴の形態の材料を分離するための空気清浄デバイスが提供される。

デバイスは、以下の技術的に高度な特性を満たしている。
・正の分極電圧による粒子イオン化
・イオン化パネルの低空気力学的抵抗のための構造
・フローチャネルまたは空気チャネル内の必要なスペースを制限するためのフラットな機械的構造
・過酷な環境および可動プラットフォームのためのロバストな構造
・簡単で迅速な製造のための構造
・合格／不合格基準が明確な、簡単な製造試験方法が適用される

イオン化パネルは、静電集塵器（ＥＳＰ）技術の空気清浄技術の一部である。ＥＳＰ収集モジュールとともに、イオン化パネルは、メンテナンスが容易で、洗浄可能で、低い空気抵抗の空気清浄方法を提供する。この技術は、非常に少ないエネルギ消費で実行でき、通常、ファイバフィルタの空気抵抗を克服するためにファンが使用される換気において、エネルギを節約する実現性も提供する。デバイスの構造は、様々なサイズに合わせて拡張可能で、メンテナンスおよびクリーニング用にモジュール式であり、ロボットによる組立ラインが可能である。正のイオン化電圧は、イオン化プロセスのオゾン（Ｏ₃）生成を減少させ、ＥＳＰモジュールから活性炭フィルタを除外する実現性を可能にする。

本発明の特定の実施形態にしたがって、以下の性能要件が達成される。
・１２００から１４００ｍ³／ｈまたはそれ以上の範囲の風量容量
・０．３から０．４ｍ²の範囲の前面面積
・１．０から２．５ｍ／ｓまたはそれ以上の範囲の空気流速度
・（収集部を備えた完全ユニットの場合）０．３μｍの粒子に対して＞９９％のシングルパス空気清浄効率
・モジュールは、針の洗浄と交換のために容易にパージされる
・すべての構成要素および構造が、低圧（＜１００Ｐａ）の水洗浄可能

本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機の概略斜視図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機の針の概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機のフレームの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による別の空気清浄機の概略斜視図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による構成を示す図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機のハニカム構造を示す図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による構成の異なるフローチャネルを示す図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機の詳細図である。

図１には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機１の概略斜視図が示される。空気清浄デバイス１は、接地されたハニカム構造２を備える。ハニカム構造２は、たとえば、図３に示されるように、フレームによって支持される。言い換えれば、フレーム構造は、イオン化パネルを支持する。

ハニカム構造２は、たとえば、複数の六角形の開口部５を備える。ハニカム構造２は、比較的薄い基板、たとえば、０．５ミリメートルから数センチメートルの間、たとえば、１ｍｍから１０ｍｍの間の厚さを有する基板から作られる。清浄化される空気は、空気清浄デバイス１が配置されたフローチャネル（図示せず）に沿ってハニカム構造２に向かって導かれ、次にハニカム構造２の開口部５を通過する。清浄化されるガス流は、粒子および／または液滴の形態の材料を含み得る。ハニカム構造２は、フレーム３に取り付けられた、レーザカットされ、ハニカム穿刺されたＲＳＴ金属接地板であり得る。電気的に接地されたハニカム構造２は、第１の電極として機能する。ハニカム構造２は、電離コロナ放電を均等な形状で完全に覆うために重要である。ハニカム構造はまた、空気流にできるだけ抵抗しないため、イオン化パネル全体の圧力降下を最小限に抑える。ハニカム構造２は、特に長方形または円形の開口部と比較して、空気抵抗が最小であるため、エネルギ効率が高い。

複数のイオン化要素、たとえば、イオン化針４は、ハニカム構造２の下流にさらに配置される。複数の針４は、第１の電極と協働するイオナイザを構成する第２の電極として機能する。針の少なくともいくつか、通常、各針４は、ハニカム構造２の開口部５のそれぞれの中心軸と同軸に整列している。言い換えれば、針の数は、通常、ハニカム構造２の開口部５の数と同じである。ハニカム構造２の開口部５の中心軸は、通常、ガス流の方向に平行である。針４は、通常、図２に示されるように、針４の先端の下流に配置されたＰＣＢレールに取り付けられる。針先７は、通常、ハニカム構造２の各開口部５を覆うコロナ流を作り出すために、ハニカム接地板の下流の１０ｍｍから２５ｍｍ、たとえば１５ｍｍに配置される。イオン化コロナ放電は、ハニカム構造２の下流に配置された鋭い針４のセットに導かれる正のイオン化電圧によって生成される。正のイオン化電圧は、イオン化プロセスのオゾン（Ｏ₃）生成を減少させ、ＥＳＰモジュールから活性炭フィルタを除外する実現性を可能にする。第２の電極は、通常はＤＣ電源によって数千ボルト、通常、５ｋＶから２０ｋＶ、好ましくは１０ｋＶから１５ｋＶの範囲の高電圧で通電される。電圧は、たとえば、調整可能であり得る。コロナイオン化流は、針４の各先端に形成され、次いで、ハニカム構造２における対応する開口部５の円周に向けられる。粒子状で負荷の高い空気流は、これらのイオン化ゾーンを通過する。

最後に、空気流は、図４に関連して記載および図示されるように、収集板８に導かれる。

図２には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機１の針４の概略図が示される。図示されるように、針４は、支持構造６、たとえば、ＰＣＢレールに取り付けられる。ＰＣＢレールは、たとえば、約５ｍｍから７ｍｍの幅であり得、針４を、図１に示されるハニカム構造２のそれぞれの開口部５と整列させる。したがって、高い張力が、針４のイオン収量先端７に向けられる。言い換えれば、イオン化放電電流は、正の電圧で生成されるため、オゾン生成は最小限に抑えられる。電圧は通常、回路基板の銅箔を介して針４に供給される。

針４は、プラスチック構造１１によって部分的にオーバモールドされ得、ＰＣＢレール６は、前記プラスチック構造１１に埋め込まれ得る。プラスチック構造１１は、抵抗および騒音発生を低減するために、空力プロファイルの形態をとり得る。空力プロファイルは、たとえば、ＮＡＣＡプロファイルの形態をとり得るか、または、丸みを帯びた前縁および／または後縁を有し得る。特に、六角形の開口部を有するハニカム構造と、空気力学的プロファイルの形態で、プラスチック構造１１に埋め込まれたＰＣＢレールとの組合せは、有益な特性を提供する。針４の材料は、たとえば、グラファイト、グラフェン、貴金属材料または不活性材料である。言い換えれば、針４は、材料の連続的なコロナ生成の酸化および還元に耐えることができる材料で作られる。

図３には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機のフレーム３の概略図が示される。フレーム３は、たとえば、プラスチック材料で作られ得る。プラスチックフレームは、製造時に、高い寸法の再現性を提供する。プラスチック材料は通常、高いイオン化電圧に耐え、リーク電流を最小限に抑えるように選択される。フレーム３は、たとえば、長方形、円形、楕円形、または多角形であり得る。フレーム３の形状は、通常、フローチャネルの内部形状（図示せず）に対応する。

特定の実施形態によれば、フレーム３は、イオン化部分（ハニカム構造２と、針４を備えたレール６）と収集板８との両方を支持するように設計される。収集板８は、イオン化された空気流と整列され、それらの寸法は、空気流Ａの速度に依存する。

図４には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による別の空気清浄機１の概略斜視図が示される。見てわかるように、汚染された空気流は、ハニカム構造２を通って導かれる。その後、イオン化コロナ放電は、ハニカム構造２の下流に配置された針４に導かれる正のイオン化電圧によって生成される。針４は、互いに平行に配置されたＰＣＢレール６に結合され、ハニカム構造２に向かって面する。ＰＣＢレール６は、たとえば、垂直方向または水平方向に向けられ得る。しかしながら、針４はまた、安定性を高めるために、ＰＣＢレール６を備えるグリッド状の支持構造に結合され得る。最後に、粒子および／または液滴は、針４の下流に配置された収集面１０を備える収集板８によって収集される。収集板８は、通常、ＥＳＰタイプの収集板である。収集板８は、互いに平行または実質的に平行に配置される。隣接する収集板８間の距離は、３ｍｍから１０ｍｍの間の範囲、たとえば５ｍｍであり得る。収集板８の数は、たとえば、２５から５０の範囲、たとえば４０であり得る。収集板８は、接地されたハニカム構造２によって形成される面に対して垂直または実質的に垂直にさらに配置される。汚染された空気流に以前に含まれていた材料は、たとえば収集板８を水で洗浄することによって、収集板８の収集面１０から容易に除去できる。

通常、２つおきの収集板８が接地され、残りの収集板は、通常は２ｋＶから８ｋＶの間の範囲、たとえば５ｋＶのＤＣ電源によって数千ボルトの高電圧で通電される。電圧は、たとえば、調整可能であり得る。

図５には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による構成が示される。見てわかるように、上記のような空気清浄機１は、長方形のフローチャネル９内に配置される。特定の他の実施形態によれば、フローチャネル９はまた、たとえば、円形または楕円形であり得る。

図６には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機１のハニカム構造２が示される。見てわかるように、複数の六角形の開口部５が、ハニカム構造２に提供される。ハニカム構造２は、非常に薄い壁の間に形成された中空開口部５のアレイを備え、したがって第１の接地電極を形成し、汚染された空気が通過できる高い領域を提供し、汚染された空気流を針４に向けて導き、抗力を低減し、軽量化を可能にする。

図７には、本発明の少なくともいくつかの実施形態による構成の異なるフローチャネル９が示される。フローチャネル９は、任意のサイズおよび形状、たとえば、長方形、円形、または六角形の断面を有し得る。

図８は、本発明の少なくともいくつかの実施形態による空気清浄機１の詳細を示す。針４は、ハニカム接地板２の下流のレール６に取り付けられる。各針４は、ハニカム六角形の中心に整列される。コロナ放電は、針先７からハニカム構造２に広がる。コロナ放電は、空気流が面する領域全体を覆う。レール６は、空気力学的に成形され、針４に、堅固な構造を提供する。電圧源（図示せず）によって提供される高いイオン化電圧は、たとえば、レール材料内部の銅箔を介して針４に供給される。

開示される本発明の実施形態は、本明細書に開示される特定の構造、プロセスステップ、または材料に限定されず、関連技術において当業者によって認識されるであろうそれら等価物に拡張されることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記載する目的のみのために使用され、限定することは意図されていないことも理解されたい。

本明細書全体を通した１つの実施形態または実施形態への言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通した様々な箇所における「１つの実施形態において」または「実施形態において」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。たとえば、約または実質的になどの用語を使用して数値を参照する場合、正確な数値も開示される。

本明細書で使用される場合、複数のアイテム、構造要素、構成要素、および／または材料は、便宜上、共通のリストに提示され得る。しかしながら、これらのリストは、リストの各部材が別々の一意の部材として個々に識別されているかのように解釈されるべきである。したがって、そのようなリストの個々の部材は、逆を表していない共通のグループにおける提示のみに基づいて、同じリストの他の任意の部材と事実上同等であると解釈されるべきではない。それに加えて、本発明の様々な実施形態および例は、その様々な構成要素の代替案とともに本明細書で参照され得る。そのような実施形態、例、および代替案は、互いに事実上等価であると解釈されるべきではなく、本発明の別々の自律的な表現と見なされるべきであると理解される。

さらに、記載された特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方式で組み合わされ得る。記載では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、長さ、幅、形状などの例のように、多数の特定の詳細が提供される。しかしながら、当業者は、本発明が、１つまたは複数の特定の詳細なしで、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実現できることを認識するであろう。他の事例では、本発明の態様を曖昧にすることを避けるために、周知の構造、材料、または動作は、詳細に示されていないか、または記載されていない。

前述の例は、１つまたは複数の特定の用途における本発明の原理の例示であるが、実施の形態、使用法、および詳細における多くの変更が、発明能力の行使なく、また、本発明の原理および概念から逸脱することなく、なされ得ることが当業者に明らかであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲を除いて、本発明が限定されることは意図されない。

「備える」および「含む」という動詞は、本書では、引用されていない特徴の存在を、除外も要求もしないオープンな限定として使用される。従属請求項に記載される特徴は、特に明記されない限り、相互に自由に組合せ可能である。さらに、本書全体を通じた「ａ」または「ａｎ」、すなわち単数形の使用は、複数を除外しないことが理解されるべきである。

本発明の少なくともいくつかの実施形態は、空気清浄機および／または空気清浄における工業的用途を見出す。非常に適切な使用は、特に病院、隔離室、手術室、マイクロチップを製造する工場、ならびに空気取入口および／または空気排出口におけるフローチャネルである。

１ 空気清浄デバイス
２ ハニカム構造
３ フレーム
４ 針
５ 開口部
６ 支持構造
７ 針の先端
８ 収集板
９ フローチャネル
１０ 収集面
１１ プラスチック構造
Ａ 空気流

Claims (15)

1. 空気清浄デバイス（１）であって、
   − 複数の六角形の開口部（５）を有する接地されたハニカム構造（２）であって、フレーム（３）によって支持されるハニカム構造（２）と、
   − 前記ハニカム構造（２）の下流に配置された複数のイオン化針（４）であって、前記イオン化針（４）の少なくともいくつかは、前記ハニカム構造（２）の開口部（５）のそれぞれの中心軸と同軸に整列される、複数のイオン化針（４）と、
   − 前記複数のイオン化針（４）の下流に配置された複数の収集板（８）とを備え、
   − 前記イオン化針（４）に導かれる正のイオン化電圧によってイオン化コロナ放電を生成するように構成される、空気清浄デバイス（１）。
2. いかなる追加のフィルタまたはフィルタシステムも備えない、請求項１に記載の空気清浄デバイス（１）。
3. 前記イオン化針（４）の先端（７）から、前記ハニカム構造（２）にコロナ放電が広がるように構成される、請求項１または２に記載の空気清浄デバイス（１）。
4. 前記イオン化針（４）は、ＰＣＢレールの形態の支持構造（６）に取り付けられる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
5. 前記イオン化針（４）は、プラスチック構造（１１）によって部分的にオーバモールドされる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
6. 前記プラスチック構造（１１）はおのおの、空力プロファイルの形態をとる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
7. 前記イオン化針（４）の材料は、ウォルフラム、グラファイト、グラフェン、貴金属材料、または不活性材料である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
8. 前記イオン化針は、材料の連続的なコロナ生成の酸化および還元に耐えることができる材料で作られる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
9. フローチャネルに挿入されるように構成される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
10. 静電集塵器である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
11. 前記イオン化針（４）の先端（７）は、前記ハニカム構造（２）の下流５ｍｍから２５ｍｍに配置される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
12. いかなる追加のフィルタまたはフィルタシステムも備えない、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
13. 前記イオン化針（４）のおのおのは、前記ハニカム構造（２）の開口部（５）のそれぞれの中心軸と同軸に整列され、前記イオン化針（４）は、空力プロファイルの形態をとるプラスチック構造（６）に埋め込まれたＰＣＢレールに取り付けられる、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の空気清浄デバイス（１）。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の空気清浄機と、フローチャネル（９）とを備える構成。
15. 空気流から材料を分離するための方法であって、
    − フローチャネル内に、複数の六角形の開口部（５）を有する接地されたハニカム構造（２）を提供することであって、前記ハニカム構造（２）はフレーム（３）によって支持されることと、
    − 前記ハニカム構造（２）の下流に配置された複数のイオン化針（４）を提供することであって、前記イオン化針（４）の少なくともいくつかは、前記ハニカム構造（２）の開口部（５）のそれぞれの中心軸と同軸に整列されることと、
    − 前記ハニカム構造（２）の下流に配置された前記イオン化針（４）に導かれる正のイオン化電圧によってイオン化コロナ放電を生成することと、
    − 前記イオン化針（４）の下流に配置された収集面（１０）を備える収集板（８）によって前記材料を収集することとを備える、方法。

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