JP2780906B2

JP2780906B2 - 空気清浄装置

Info

Publication number: JP2780906B2
Application number: JP9152893A
Authority: JP
Inventors: 直記杉田; 修国安
Original assignee: Midori Anzen Co Ltd
Current assignee: Midori Anzen Co Ltd
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1993-04-19
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH06296898A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気清浄装置に関し、
特に捕集の対象とする粒子をアイオナイザーで荷電後に
捕集するコレクターの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家屋の室内や車両の車室内の空気
を常に清浄化された状態に維持したいという要望に対処
すべく空気清浄装置が広く使われるようになった。

【０００３】そして、従来においては、空気清浄装置の
コレクターとして、例えば次の第１例および第２例に示
すようなコレクターが採用されていた。

【０００４】従来の第１例のコレクターは、アルミ平行
平板型の最も一般的なものであり、図１１に概略で示す
ように高圧電源１０１の正極（高圧）側に接続した高圧
側電極１０２と、その負極（アース）側に接続した集塵
電極１０３とを交互に平行配列した構造で、高圧側電極
１０２および集塵電極１０３をともにアルミ平板とした
ものである。

【０００５】このような従来の第１例のコレクターで
は、高圧側電極１０２および集塵電極１０３の間に印加
された電圧に起因してその電極間の空間に生じている電
界中に、アイオナイザーにより正に荷電された粒子が導
かれたとき、その荷電粒子が負電位の集塵電極１０３に
て捕集されることになる。

【０００６】従来の第２例のコレクターは、図１２に概
略で示すように高圧電源２０１の正極（高圧）側に接続
した二つの高圧側電極２０２，２０３を平行に配列し、
この二つの高圧側電極２０２，２０３間に高圧電源２０
１の負極（アース）側に接続した波形断面形状の集塵電
極２０４を配設した構造のものであり、二つの高圧側電
極２０２，２０３は表面を絶縁性樹脂からなる樹脂フィ
ルムでラミネートしたものである。

【０００７】このような従来の第２例のコレクターでも
原理的には上記の第１のコレクターと同様である。即
ち、従来の第２例のコレクターでは、高圧側電極２０
２，２０３および集塵電極２０４の間に印加された電圧
に起因してその電極間の空間に生じている電界中に、ア
イオナイザーにより正に荷電された粒子が導かれたと
き、その荷電粒子が集塵電極２０４にて捕集されること
になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
第１例のコレクターの場合においては、コレクターに導
かれる荷電粒子の中に導電性粉塵が混在していると、高
圧側と集塵側との電極間でスパークが起き、これにとも
ない不快な音と光が発生し、場合によっては不快な音と
光の発生状態が長く続くという問題があった。また、ス
パーク発生を抑えるために高圧側と集塵側との電極間の
印加電圧を下げればその電極間の電界強度が低下して集
塵電極での捕集効率の低下を期たすことになるという問
題が生じる。

【０００９】これに対し、従来の第２例のコレクターで
は、集塵電極上に絶縁性樹脂の皮膜が形成されているた
め、高圧側と集塵側との電極間でのスパークの発生を防
止することができる。しかし、高圧側電極間に集塵電極
を配設した構造であるため、高圧側電極と集塵電極とに
接触点が多数存在することになる。この場合、その接触
点において高圧側電極が接地されるので、集塵電極にお
ける高圧側電極との接地部分では、絶縁性樹脂の皮膜の
内部に強電界が発生し、絶縁性樹脂の皮膜の耐圧が例え
ばピンホールや汚損のために低いときに絶縁破壊を生じ
る。そして、この絶縁破壊が生じると高圧側と集塵側と
が短絡されてコレクターが機能停止に至るという問題が
ある。

【００１０】更に、従来の第２例のコレクターの場合に
おいては、長時間集塵すると、図１３に示す関係で集塵
電極２０４の表面だけでなく高圧側電極２０２，２０３
の表面にもダストＤが堆積し、高圧側電極２０２，２０
３が汚れる。この汚れに湿気が加わると電気抵抗が下が
るという汚損状態の進行となり、ついには絶縁樹脂の皮
膜の表面はアース電位と等しくなってしまう。こうなる
と、集塵空間はアースで囲まれた形となり電界が消失
し、集塵機能が停止されてしまうという問題が生じる。

【００１１】また、従来においてコレクターを構築する
ために高圧側電極および集塵電極の組合せ構造を得る場
合、従来の第１例および第２例の構造とも工数を減らす
ことに限界が生じており、製作コストを更に下げること
が困難な状況にあった。

【００１２】本発明は、上記した事情に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、捕集の対象と
する粒子の捕集時に高圧側と集塵側との電極間でのスパ
ーク発生を防止し得るとともに、経時的に安定して捕集
効率の低下を抑制し得る構造簡単なコレクターを備えた
空気清浄装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の構成は、集塵側と高圧側との電極を
交互に所定間隔を置いて配設する電極の設置構造であ
り、かつ前記高圧側の各電極を半絶縁性樹脂により一体
成形した高圧ラダーを有してなるコレクターと、前記高
圧ラダーを筺体に固定する位置および前記高圧ラダーに
給電する位置を同一箇所とする給電兼用支持機構とを備
えることを特徴とする。

【００１４】また、第２の構成は、集塵側と高圧側との
電極を交互に所定間隔を置いて配設する電極の設置構造
であり、かつ前記高圧側の各電極を半絶縁性樹脂により
一体成形した高圧ラダーを有してなるコレクターと、前
記高圧ラダーを筐体に固定する位置および前記高圧ラダ
ーに給電する位置を同一箇所とする給電兼用支持機構
と、前記集塵側の各電極と一体成形した複数の電極を対
向電極として用いるアイオナイザーとを備えることを特
徴とする。

【００１５】

【作用】本発明による第１および第２の構成の空気清浄
装置であれば、高圧側の各電極を半絶縁性樹脂により一
体成形した高圧ラダーを集塵側の各電極と組合せて平行
平板型のコレクターを構築しているので、アイオナイザ
ーにより荷電され粒子の中に導電性粉塵が混在していた
としても、高圧側電極の電荷の移動が抵抗で制限される
ので高圧側と集塵側との電極間でのスパーク発生を防止
できる。しかも、高圧ラダーは半絶縁性樹脂により一体
成形した充実構造であるために、ピンホール等に起因し
て良導電性材の露出されるという事態とはならないの
で、スパーク発生の防止が経時的に安定して行える。

【００１６】また、給電兼用支持機構を介在して例えば
コレクターを収納するコレクターケース等の筺体に固定
されるので、高圧ラダーへの給電時に、局部的な接地箇
所が存在しないことにより、接地に起因する高圧側電極
の表面電位の低下を回避できる。従って、高圧側と集塵
側との電極間の電界強度の低下を抑制でき捕集効率を良
好に維持できる。

【００１７】また、高圧ラダーはプラスチックの射出成
形等で製作することができるので、電極の組立て加工時
の工数が必然的に減る。

【００１８】更に、第２の構成のように、アイオナイザ
ーの対向電極をコレクターの集塵側の各電極と一体に構
築すると、コレクターおよびアイオナイザーが共用の電
極板を用いることになるので、装置全体の機械的強度の
向上やその小型化を図るうえで好都合であり、しかも組
立て工数を更に減らすことができる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明が適用された第１実施例の空気
清浄装置における要部を分解して示す分解斜視図、図２
はこの第１実施例の要部の作用説明用の概略図である。

【００２０】この第１実施例の空気清浄装置は、図２に
概略で示すように、捕集の対象とする粒子Ａ₁がアイオ
ナイザー１の通過時に例えば、正に荷電されると、アイ
オナイザー１からコレクター２へ導かれる状態では正電
荷を持つ荷電粒子Ａ₂となる。そして、この荷電粒子Ａ
₂がコレクター２において正負電極の負側で捕集される
ため、コレクター２から外部へ清浄化された空気が放出
される。

【００２１】このように荷電粒子Ａ₂を捕集するコレク
ター２は、図１の分解斜視図において、集塵極板３と高
圧ラダー４との組合せで構築される。そして、このコレ
クター２は、絶縁物からなるコレクターケース５に収納
され、またコレクターケース５はアイオナイザー１に収
納されるものである。更にコレクターケース５には収塵
側接続端子６および給電兼用支持機構７を備えている。

【００２２】前述の各部において、コレクター２におけ
る集塵極板３は、複数の集塵側電極８₁〜８_nを設けて
いる。この複数の集塵側電極８₁〜８_nは、図２に示し
た荷電粒子Ａ₂を捕集するためのものであるので、荷電
粒子Ａ₂を正に荷電されたものとする本実施例では、図
示しない高圧電源の負極側に収塵側接続端子６を介在し
て接続することになる。そして、複数の集塵側電極８₁
〜８_nでの捕集効率を良好のものとするためには、可及
的に導電性の高い例えばアルミ等の材料で複数の集塵側
電極８₁〜８_nを構築し、または導電性の高い導電塗料
で複数の集塵側電極８₁〜８_nの表面を被覆したり、導
電性樹脂で複数の集塵側電極８₁〜８_nを構築したりす
るとよい。例えば集塵側電極の電気抵抗が高いと捕集し
た荷電粒子からの電荷が集塵側電極上に蓄積されてしま
うため、この蓄積電荷が高圧側と集塵側との電極間の電
界を打ち消すように作用してしまい、集塵側電極での捕
集効率が著しく低下する。よって、集塵側電極を良導性
にすることによって電極間の電界強度を良好に維持させ
る。これにより、荷電粒子が大きなクーロン力によって
集塵側電極へ向うことになり、集塵側電極での捕集効率
が向上される。

【００２３】一方、コレクター２における高圧ラダー４
は、複数の高圧側電極９₁〜９_nの各々を半絶縁性樹脂
により一体成形したものであるから、アイオナイザー１
により荷電された粒子の中に導電性粉塵が混在していた
としても、高圧側電極の電荷の移動が抵抗で制限される
ので、高圧側と集塵側との電極間でスパークが発生する
事態となるのを回避することができる。そして、実験に
よると、半絶縁性樹脂の電気抵抗は体積固有抵抗で１０
⁸〜１０¹³Ωcmでなければならないという結果を得た。
これより電気抵抗が低いと高圧側と集塵側との電極間に
スパークの発生が起る状態となる。また、これより電気
抵抗が高いと集塵効率の低下を招く。

【００２４】また、高圧ラダー４は半絶縁性樹脂により
一体成形した充実機構であるため、ピンホール等に起因
して良導電性材の露出されるという事態とはならないの
で、スパーク発生の防止が経時的に安定して行える。

【００２５】しかし、高圧ラダー４の全体が半絶縁性樹
脂よりなるため、この高圧ラダー４が空中に浮いていな
い限り、複数の高圧側電極９₁〜９_nの表面電位が等し
いものとはならない。例えば、図３に概略で示すよう
に、波形断面形状の集塵電極Ｘで高圧側電極Ｙを保持す
れば集塵電極Ｘと高圧側電極Ｙとの接触点Ｐ₂ではアー
ス電位となり、またその相互接触により僅かであっても
漏れ電流が流れる。この関係となる状態を等価回路で示
すと図４のように抵抗Ｒ₁，Ｒ₂が直列に高圧電源Ｚの
端子間に接続されたものとなるので、漏れ電流が流れる
と抵抗Ｒ₁，Ｒ₂に相当する高圧側電極Ｙの各部位には
抵抗に応じた電圧降下が生じ、その各部位では抵抗分割
された電位となる。そのため、高圧側電極Ｙの表面電位
はもはや一定でなくなり、部位によっては印加電圧と比
べ極めて低い部分が生じてくる。表面電位の低下は集塵
電極Ｘでの捕集効率を低下させる要因となる。なお、図
３，図４中、Ｐ₁は、接触点Ｐ₂と高圧電源Ｚの正側端
子との間の任意点である。

【００２６】これを防ぐためには漏れ電流を本質的にな
くさなければならない。本質的という意味は、単に漏れ
電流を減らすだけでは電圧降下が生じる事態となるのを
防止できないからである。図４の等価回路の例では中間
電位は抵抗Ｒ₁，Ｒ₂の比率で決まり電流の大きさには
関係しない。また、図５のように絶縁物の支持棒Ｗで高
圧側電極Ｙを支持した場合、Ｗの抵抗をＲ₃，Ｙの抵抗
をＲ₁，Ｒ₂とすれば、図６の等価回路となる。

【００２７】即ち、Ｐ₂の電位は［Ｒ₃／（Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃）］×ＶＰ₁の電位は［（Ｒ₂＋Ｒ₃）／（Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃）］×Ｖとなる。但し、Ｖ：電源電圧Ｒ₃が十分高いとＰ₁およびＰ₂の電位はほぼＶに等し
いが、Ｗが汚れて抵抗が下ってくると、Ｐ₂の電位はほ
ぼ零で、Ｐ₁の電位は［Ｒ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）］×Ｖにほぼ等しくなるので、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂に応じた電圧降
下が生じ、その各部では抵抗分割された電位となる。

【００２８】そこで、本実施例においては、図７に示す
ようにコレクターケース５に給電兼用支持機構７を上下
各２点に各々設け、この４点の給電兼用支持機構７によ
り高圧ラダー４をコレクターケース５に固定する位置お
よび高圧ラダー４に給電する位置を同一箇所とするもの
である。この場合、コレクターケース５は絶縁物である
が、集塵極板３を止める枠でもあるので、静電気的には
アース電位となる。また、給電兼用支持機構７は、コレ
クターケース５と高圧ラダー４との接触部である。その
ため、この接触部は、高圧側の各電極９₁〜９_nと集塵
側の各電極８₁〜８_nとの間に印加する電圧と同電位と
なるが、４点とも同じ電圧が印加されるので、４点とも
同電位である。従って、高圧ラダー４は、図７に斜線で
示す領域の全ての部分が同電位となる。このように高圧
ラダー４の全ての部分が同電位であればこの各部分間に
電位差が生じないので、電流の流れてゆく所がなく、電
位降下が生じない。こうして、高圧ラダー４は、アース
電位となるコレクターケース５に接触しているのにかか
わらず電位降下がないため、高圧側の各電極９₁〜９_n
は全て他物体との接触に起因する電位降下がなくなり、
全て表面電位が等しいものとなる。

【００２９】次に、高圧ラダー４に形成された高圧側の
各電極９₁〜９_nの高抵抗限界について説明する。

【００３０】説明の簡単のため、集塵極板３に形成され
た集塵側の各電極８₁〜８_nのいずれか二つの電極間に
高圧側の各電極９₁〜９_nの対応する一つの電極が挿入
配置されているものとする。そして、集塵側の二つの電
極を導体Ｘ₁，Ｘ₂とし、また高圧側の一つの電極を半
絶縁体Ｙ₁として、図８に示す関係で高圧電源Ｚ₁にそ
れらを接続したものとする。

【００３１】この場合、半絶縁体Ｙ₁の電気抵抗を高く
してゆき、絶縁物と同じ程度の高い電気抵抗にし、換言
すれば半絶縁体Ｙ₁としてＡＢＳ等の絶縁物を適用し、
捕集効率を測定すると、実験的に捕集効率の低下が認め
られる。

【００３２】理論的考察を行うと、一般に、ｄｉｖＥ＝ｑ／ε …（１）

【外１】ｄｉｖＪ＋∂ｑ／∂ｔ＝０ …（２）Ｊ＝Ｅ／ρ …（３）の各式を利用できる。但し、Ｅ：電場、ｑ：電荷密度、
ε：誘電率、Ｊ：電流密度、ρ：体積固有抵抗、ｔ：時
間である。

【００３３】（３）式を（２）式に代入すると、

【外２】ｄｉｖＥ／ρ＋∂ｑ／∂ｔ＝０ …（４）が得られる。

【００３４】この（４）式に（１）式を代入すると、

【外３】ｑ／ρε＋∂ｑ／∂ｔ＝０ …（５）となる。

【００３５】この（５）式を解くと、ｑ＝ｑ₀ｅ^{-t/ ερ} …（６）が求まる。

【００３６】この（６）式は、半絶縁体Ｙ₁の電荷が高
圧電源Ｚ₁のオフとともに時定数τ＝ερで減衰してゆ
くことを示すが、逆に高圧電源Ｚ₁のオンによる電源印
加時には時定数τ＝ερで充電されることを示す。

【００３７】従って、半絶縁体Ｙ₁のρ及びεが、 ρ＝１０¹³Ωcm＝１０¹¹Ωm 、 ε＝ε₀×ε_s＝８．８５×１０^-12×４＝３．５４×１０^-11のとき、ｔ＝３．５４×１０^-11×１０¹¹＝３．５４（秒）となるが、これは短時間で充電されることを示す。逆に
ρがこれより大きいと充電されるのに時間がかかり捕集
性能が十分発揮されない。そこで、本実施例では、半絶
縁性樹脂の電気抵抗は体積固有抵抗で１０⁸〜１０¹³Ω
cmでなければならないとした。

【００３８】このように本実施例によれば、高圧側の各
電極を半絶縁性樹脂で一体成形した高圧ラダーを集塵極
板と組合せてコレクターを得るとともに、高圧ラダーを
給電兼用支持機構を介在してコレクターケースに固定し
たので、高圧側と集塵側との電極間でのスパーク発生を
経時的に安定して防止でき、また高圧側の電極での局部
的な電位低下を防止できるので、その電極間の印加電圧
を捕集効率が良好となるように設定できる。しかも、高
圧ラダーは半絶縁性樹脂を成形加工したものであるか
ら、コレクターの組立て加工時の工数が減り、製作コス
トの低減化を図れる。更に、平行平板型のコレクターの
利点を生かしているため、汚れや湿気による汚損進行が
ほとんどない。

【００３９】なお、本実施例では、給電兼用支持機構を
コレクターケースに設けたが、高圧ラダーに設ける等の
適宜設計変更を行っても本発明を逸脱しないことは勿論
のことである。また、給電兼用支持機構は四つに限定さ
れるものではなく、更に増加させることもできる。

【００４０】図９は本発明が適用された第２実施例の空
気清浄装置における要部を分解して示す分解斜視図であ
る。

【００４１】この第２実施例の空気清浄装置において
も、前述した第１実施例の空気清浄装置と同様にアイオ
ナイザーおよびコレクターが図２の関係で作用する。し
かし、図９の分解斜視図および図９の矢視Ａ位置から見
た図１０の矢視図に示すように、アイオナイザー１とコ
レクター２とに共用される共用電極板１０を用いる点
で、第１実施例の構成との相違がある。

【００４２】即ち、第２実施例の空気清浄装置において
は、共用電極板１０は、コレクター２の集塵側電極８₁
〜８_n、と、アイオナイザー１の対向電極１１₁〜１１
_nとを、互いに直交して並列に所定間隔を置いて配設
し、かつそれら全ての電極を一体成形してなるので、ア
イオナイザー１およびコレクター２に共用し得るもので
ある。換言すれば、高圧ラダー２の高圧側電極９₁〜９
_nと共用電極板１０におけるコレクター２の集塵側電極
８₁〜８_nとは前述した第１実施例の同様の配設関係に
あり、また共用電極板１０におけるアイオナイザー１の
対向電極１１₁〜１１_nはアイオナイザー１のイオン化
線１２の配設状態に合せて設けたものである。なお図９
中、図１と同一符号で示す部分は対応する部分を示して
いる。

【００４３】このように、アイオナイザー１の対向電極
１１₁〜１１_nとコレクター２の集塵側電極８₁〜８_n
とを格子状に配置した一体構造の共用電極板１０を用い
た第２実施例の構成であれば、前述した第１実施例の全
ての利点を有する他に、装置全体の機械的強度の向上や
その小形化を図るうえで好都合であり、しかも組立て工
数を更に減らすことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第１および
第２の構成によれば、半絶縁性樹脂により高圧側の各電
極を一体成形してなる高圧ラダーを用いてコレクターを
構築し、また高圧ラダーを給電兼用支持機構により筺体
に固定して高圧ラダーを支持する位置を高圧ラダーに給
電する位置としたので、コレクターにおいて高圧側と集
塵側との電極間でのスパーク発生を防止し得るととも
に、経時的に安定して捕集効率の低下を抑制し得る。し
かも、高圧ラダーは半絶縁性樹脂により高圧側の各電極
を一体成形してなるものであるから、コレクターの組立
て加工時の工数ひいては装置全体の制作時の工数を減ら
すことができる。

【００４５】更に、第２の構成によれば、装置全体の強
度の向上や、その小形化を図るうえで好都合であり、更
に装置全体の製作時の工数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された第１実施例の空気清浄装置
における要部を分解して示す分解斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例の要部の作用説明用の概略
図である。

【図３】高圧ラダーを支持する構造として不適切な一例
を示す図である。

【図４】図３に示した高圧ラダーの支持構造とした場合
の等価回路を示す図である。

【図５】高圧ラダーを支持する構造として不適切な別の
一例を示す図である。

【図６】図５に示した高圧ラダーの支持構造とした場合
の等価回路を示す図である。

【図７】本発明の第１実施例での高圧ラダーの表面電位
状態を説明するために用いた図である。

【図８】本発明の第１実施例での高圧ラダーに形成され
た高圧側の各電極の高抵抗限界を説明するために用いた
図である。

【図９】本発明が適用された第２実施例の空気清浄装置
における要部を分解して示す分解斜視図である。

【図１０】図９における矢視Ａ位置の矢視図である。

【図１１】従来の第１例のコレクター構造の概略を示す
図である。

【図１２】従来の第２例のコレクター構造の概略を示す
図である。

【図１３】従来の第２例のコレクター構造の不具合の説
明のために用いた図である。

【符号の説明】

１アイオナイザー２コレクター３集塵極板４高圧ラダー５コレクターケース６収塵側接続端子７給電兼用支持機構８₁〜８_n 集塵側電極９₁〜９_n 高圧側電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】集塵側と高圧側との電極を交互に所定間
隔を置いて配設する電極の設置構造であり、かつ前記高
圧側の各電極を半絶縁性樹脂により一体成形した高圧ラ
ダーを有してなるコレクターと、前記高圧ラダーを筺体に固定する位置および前記高圧ラ
ダーに給電する位置を同一箇所とする給電兼用支持機構
とを備えることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】集塵側と高圧側との電極を交互に所定間
隔を置いて配設する電極の設置構造であり、かつ前記高
圧側の各電極を半絶縁性樹脂により一体成形した高圧ラ
ダーを有してなるコレクターと、前記高圧ラダーを筐体に固定する位置および前記高圧ラ
ダーに給電する位置を同一箇所とする給電兼用支持機構
と、前記集塵側の各電極と一体成形した複数の電極を対向電
極として用いるアイオナイザーとを備えることを特徴と
する空気清浄装置。
【請求項３】前記高圧ラダーは、電気抵抗が体積固有
抵抗で１０⁸〜１０¹³Ωcmの半絶縁性樹脂を用いて高圧
側の各電極を一体成形したことを特徴とする請求項１又
は２記載の空気清浄装置。