JP3839592B2 - 空気清浄機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気中の塵埃や臭気成分を除去する空気清浄機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に空気清浄機の空気浄化エレメントは、塵埃を捕捉する集塵エレメントと臭い成分を除去する脱臭フィルターとから構成される。さらに、集塵エレメントは二つの電極間でコロナ放電を発生させて塵埃を帯電するイオン化部と、このイオン化部で帯電された塵埃を集塵するコレクタ部とから構成される。
例えば、図１３は特開平５−１８４９６９号公報に開示されている従来の集塵エレメントのイオン化部を示す斜視図、図１４はこのイオン化部を示す平面図である。図１３と図１４において、１は平板状の対向電極、２は長手方向に対して複数の針状突起２ａが一定間隔で形成される放電電極である。平板状の対向電極１は複数設けられ、複数の対向電極１の間に放電電極２が配設される。そして、平板状の対向電極１の面に放電電極２に形成する複数の針状突起２ａが対向し、かつ放電電極２は空気流に対して直交するように配置される。
【０００３】
次に、対向電極１と放電電極２との間に直流の高電圧を印加することにより、この電極間でコロナ放電が発生する。これにより、この電極間を通過する塵埃は正に帯電され、この後でコレクタ部（図示省略）によって捕捉される。こうした構成により塵埃が除去された空気は、脱臭フィルター（図示省略）を通過することによって臭気成分が除去されて清浄な空気となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気清浄機に搭載する集塵エレメントのイオン化部は、放電電極に形成する複数の針状突起を空気の流れ方向に対して直交するように配置され、複数の針状突起と平板状の対向電極との第１空間（図１４中のＡ）でコロナ放電が集中して発生することになる。このために、第１空間を通過する塵埃粒子の殆どは帯電され易い状態と言える。しかし、複数の針状突起間の第２空間（図１４中のＢ）ではコロナ放電が殆ど発生せず、この第２空間を通過する塵埃は帯電されない状態にある。そして、帯電されない塵埃はコレクタ部（図示省略）で集塵が不可能な状態となる。このために、イオン化部とコレクタ部とから成る集塵エレメントの集塵効率は比較的低いという問題点があった。
【０００５】
また、図１５の（ａ）に示すように複数の針状突起同志の間隔を狭くした場合は、突起から対向電極に流れるコロナ放電電流が複数の針状突起同志で互いに干渉し合う。これにより、コロナ放電電流に脈動が生じて安定した電流が得られなくなるので、コロナ放電量は変動して帯電効率が低下する。このために、集塵エレメント自体の集塵効率が低下するという問題点があった。
なお、図１５の（ｂ），（ｃ）は複数の針状突起同志でコロナ放電電流が互いに干渉しないような突起の配列状態を示す。図１５の（ｂ）は複数の針状突起同志の間隔を適正化した例、図１５の（ｃ）は複数の針状突起同志の間隔を広くした例である。しかし、何れの突起の配列状態においても、突起を対向電極の面に対向させると共に空気流に対して直交させた場合に、前述のようにコロナ放電を殆ど発生しない空間が存在し、この空間を通過する塵埃は全く帯電されないという問題点があった。
【０００６】
また、前述のコロナ放電電流の脈動により雑音が発生すると同時にオゾン量が増え、人間に対して違和感を与えるという問題点があった。
【０００７】
また、空気清浄機の空気浄化エレメントは塵埃を捕捉する他に、臭い成分を除去する例えば活性炭などの脱臭フィルターを具備する必要があるので、このフィルターの材料コストが費やされて装置本体の価格が高くなるという問題点があった。さらに、このフィルターを定期的にメンテナンスする必要があり、使用者に対して煩わしさを与えるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、空気浄化部を通過する塵埃の殆どを帯電させ、この塵埃をコレクタ部で効率良く集塵させるように電極周辺を工夫した。また、同時に複数の突起同志でコロナ放電電流が互いに干渉しないように工夫し、脈動成分が殆ど含まない安定したコロナ放電電流を電極間に流すようにした。即ち、電極間でコロナ放電を発生させる過程で塵埃を効率良く帯電させて集塵効率を向上し、かつ静音化を得ると共にオゾン発生量を抑制する空気清浄機の集塵エレメントの空気浄化部を提供することを目的としている。さらに、空気浄化部を通過する臭い成分をコロナ放電により発生するプラズマの構成因子であるラジカル（遊離基）で分解して除去するように電極周辺を工夫し、同時に空気浄化部に印加する電圧の設定条件を選定した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる空気清浄機は、複数の平板状の対向電極とこの対向電極間に配置された放電電極とから成る空気浄化部を備えた空気清浄機において、前記空気浄化部は放電電極を構成する電極基部の一側に複数の第１の突起を配設すると共に他側に複数の第２の突起を配設し、これら第１の突起と第２の突起とは前記電極基部に沿って互い違いとなるように配置し、前記複数の第１の突起および第２の突起を前記平板状の対向電極の面に対して平行となるように配置し、前記平板状の対向電極、前記第１の突起および第２の突起を空気流に対して平行になるような状態で配置し、かつ各々の突起は先端部に少なくとも２箇所のエッジ部分を具備すると共に、前記平板状の対向電極の間隔をＬとし、前記第１の突起先端部および第２の突起先端部は対向電極の内側に収まり、前記対向電極の空気上流側端部と前記第１の突起先端部との縦方向の間隔をＳ、前記対向電極の空気下流側端部と前記第２の突起先端部との縦方向の間隔をＳとしたとき、０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌの条件を満たすように構成し、前記第１の突起先端部および第２の突起先端部の２箇所のエッジ部分から前記対向電極に向かって塵埃帯電用のコロナ放電電流を流すようにした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による塵埃の帯電機能および脱臭機能を有する空気浄化部の実施の形態を示す斜視図である。図１において、従来例と同一の符号は同一又は相当部分を示す。３は並行に配置された複数の平板状の対向電極１の間に配設された平板状の放電電極である。この平板状の放電電極３は電極基部３ａと、この電極基部３ａの長手方向に対して一側に複数の第１の突起３ｂを設け、他側に複数の第２の突起３ｃを設ける。そして、複数の第１の突起３ｂと第２の突起３ｃは電極基部３ａの長手方向に対して互い違い（千鳥状）となるように配設される。また、複数の第１の突起３ｂおよび第２の突起３ｃは平板状の対向電極１の面に対して平行となるように配置する。さらに、対向電極１，第１の突起３ｂ，第２の突起３ｃは空気流に対して平行になるような状態で配置される。
【００１５】
また、図２と図３は電極基部３ａに設けられる第１の突起３ｂおよび第２の突起３ｃの要部斜視図である。図２の突起は、例えば板厚０．１ｍｍ〜３ｍｍの平板の突起先端部が一側から見た場合（図２中のＡ）には鋭角状、他側から見た場合（図２中のＢ）には平面状であり、即ち楔形となるように形成する。こうした構成により、鋭角状のエッジは２箇所（図２中のａ，ｂ）で形成され、２箇所のエッジから対向電極（図示省略）に向かってコロナ放電電流が流れる。したがって、所定の電圧の印加において、１箇所のエッジと比べて概２倍のコロナ放電電流を電極間に流すことができ、かつ複数の対向電極１に向かってそれぞれ均等に電流を流すことができる。このために、塵埃に対する帯電効率が非常に良好となる。
【００１６】
これと同時に、臭い成分を化学的に分解して脱臭する性質をもつプラズマの構成因子であるラジカルを電極間に多量に生成させるよう、前述の電極間には直流の高電圧にパルス状の電圧が重畳される複合波形をもつ電圧を印加する。
なお、プラズマとは電極間でコロナ放電を発生させた際に生成する電離した気体であり、化学的に活性なラジカルと電子やイオンのような荷電粒子とから成り立つものである。そして、ラジカルとは化学的に活性な分子または原子であり、酸化力や還元力に富んで臭い成分の分解に適していると言える。
【００１７】
また、２箇所のエッジからコロナ放電を発生させる他の例として、図３に示すような電極構造が挙げられる。これは、平板の先端部が分岐しており、分岐された一方の突起（図３中のＡ）および他方の突起（図３中のＢ）から対向電極（図示省略）に向かってコロナ放電電流が流れる。
【００１８】
また、図４は第１の突起３ｂおよび第２の突起３ｃから平板状の対向電極１に向かって流れるコロナ放電電流の領域（図４中のＡ，Ｂ）を示すイオン化部の側面図である。また、図５はコロナ放電電流の領域（図５中のＡ，Ｂ）を示すイオン化部の正面図である。さらに、図６はコロナ放電電流の領域（図６中のＡ，Ｂ）を示すイオン化部の平面図である。
【００１９】
図４乃至図６に示すようなコロナ放電電流の領域より、放電電極３の電極基部３ａに設けられる複数の第１の突起３ｂと第２の突起３ｃとが電極基部３ａを中心に互い違い（千鳥状）となるように配設され、かつ第１の突起３ｂと第２の突起３ｃとの間隔は電極基部３ａの長手方向に対して所定値をもって一定状態となるように配列する。こうした構成により、複数の第１の突起３ｂ同志および第２の突起３ｃ同志でコロナ放電電流が互いに干渉しないことが分かる。また、空気流に対してコロナ放電電流が流れない空間領域が殆ど存在せず、これにより電流密度は一層高くなることが立証される。したがって、平板状の対向電極１と第１の突起３ｂとの間、対向電極１と第２の突起３ｃとの間を通過する塵埃は密度の高いコロナ放電電流場で効率良く帯電されると共に、前述の箇所を通過する臭い成分についてもコロナ放電電流場で生成されるプラズマの構成因子であるラジカルによって十分に分解することができる。
【００２０】
また、図７は空気浄化部４、コレクタ部６により構成する空気浄化エレメントの全体構成図を示す。図７において、塵埃（図７中のＡ）を帯電させると共に臭気成分を取り除く空気浄化部４を構成する複数配列の対向電極１と複数配列の平板状の放電電極３との間に、第１の電源５から供給される数ＫＶの直流電圧＋パルス電圧を印加する。次に、帯電された塵埃（図７中のＢ）をクーロン力の作用で捕捉するコレクタ部６には第２の電源７から供給される数ＫＶの直流電圧を印加する。なお、空気浄化部４の放電電極３は絶縁部材である碍子などを介してネジあるいは引っ張りバネ（図示省略）により、平板状の対向電極１と一体となったフレームに支持される。
【００２１】
また、図７の構成図に示すような空気浄化部４に直流電圧（ＫＶ）のみを印加したときのコロナ放電電流（μＡ）の特性を表すＶ−Ｉ特性図を、図８に示す。ここでは、空気浄化部４を平板状の対向電極１を１０列となるように配設し、この対向電極１の間に配設する平板状の放電電極３を９列となるように構成した。図８は、放電電極３の電極基部３ａに複数の第１の突起３ｂと第２の突起３ｃとを配設させた場合（図８中のＡパターン）、電極基部３ａに第１の突起３ａのみを配設させた場合（図８中のＢパターン）の両者の実験結果を示す。図８において、例えば直流電圧７ＫＶを印加したときはコロナ放電電流がＡパターンの場合には約１２００μＡ、Ｂパターンの場合には約６００μＡを示している。このように、イオン化部４に所定の直流電圧を印加したとき、電極基部３ａの一側のみに複数の突起を設けた場合よりも電極基部３ａの両側に複数の突起を設けた方がコロナ放電電流を概２倍得ることが確認できた。
【００２３】
さらに、電極基部３ａに設けられる第１の突起３ｂおよび第２の突起３ｃの金属材料は、例えば錫、ステンレス、金、白金などであっても良い。これらは、無垢の金属の他に下地金属の表面に金、白金などをメッキ処理しても良い。これについては、実施の形態２，３についても同様である。
【００２４】
以上のように、平板状の対向電極１および平板状の放電電極３の電極基部３ａに設けられる複数の第１の突起３ｂ、第２の突起３ｃを空気流に平行になるように配設する。そして、電極基部３ａを中心に各々の突起を互い違い（千鳥状）となるように配設することにより、電極間でコロナ放電電流の密度を高くできる。また、突起の形状を各種工夫したことにより、突起先端部のエッジ２箇所からコロナ放電を発生させることができる。これにより、塵埃に対しての帯電効率が非常に高く、かつ電極間にプラズマの構成因子であるラジカル（遊離基）が生成されるので臭い成分を分解して脱臭させることができる。さらに、電極間に低い直流電圧を印加して高いコロナ放電電流を得ることができるので、突起一本当たりの電流量を低くすることが可能である。これによって、突起先端部の放電による摩耗を軽減できる。また、空気清浄機本体の消費電力を低く抑えて省エネルギー化が図れる。
【００２５】
実施の形態２．
図９の（ａ）乃至（ｃ）は、この発明による空気浄化部を構成する対向電極と放電電極との最適な配置関係を求めるための他の実施の形態を示す側面図である。図９の（ａ）乃至（ｃ）において、平板状の対向電極１の間隔をＬ、対向電極１の空気上流側端部と第１の突起３ｂ先端部との縦方向の間隔をＳ、対向電極１の空気下流側端部と第２の突起３ｃ先端部との縦方向の間隔をＳに決める。そして、これらの関係を０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌ（図９中のａ）、０．２５Ｌ＞Ｓ（図９中のｂ）、Ｓ＞０．７５Ｌ（図９中のｃ）の３通りとなるように各々の電極を配置構成した。また、図９は第１の突起３ｂおよび第２の突起３ｃから対向電極１に向かって流れるコロナ放電電流（図９中の点線部）の各種形態を表す。
【００２６】
こうした構成を有する空気浄化部４の直流電圧（ｋＶ）の印加に対しての電極間に流れるコロナ放電電流（μＡ）の関係を表したＶ−Ｉ特性図を、図１０に示す。図１０において、対向電極１、第１の突起３ｂ、第２の突起３ｃとの配置関係が０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌ（図１０中のＡパターン）の場合に、電極間に印加される直流電圧が例えば７（ｋＶ）のときにコロナ放電電流は約１２００（μＡ）流れることが分かる。また、０．２５Ｌ＞Ｓ（図１０中のＢパターン）の場合には前述の同一電圧のときにコロナ放電電流は約９００（μＡ）流れることが分かる。さらに、Ｓ＞０．７５Ｌ（図１０中のＣパターン）の場合には前述の同一電圧のときにコロナ放電電流は約７５０（μＡ）流れることが分かる。なお、図１０は複数（２枚）の平板状の対向電極１の間に単数の放電電極３を配設するような組み合わせを１セットとして、これを９セットとなるように配列した場合の特性例である。
【００２７】
前述の結果より、０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌの電極の配置条件のときに、所定の直流電圧を印加した場合には電極間にコロナ放電電流が最も大きく流れることが実験結果より立証される。即ち、図９の（ａ）に示すような空気浄化部の配置構成が良好と判断される。これは、平板状の対向電極１の空気上下流端部の周辺に密度の高いコロナ放電電流路が形成できるので、コロナ放電電流が大きく流れるからと推測する。
【００２８】
以上のように、対向電極１と電極基部３ａに設けられる第１の突起３ｂ、第２の突起３ｃとの配置条件を０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌに設定した場合、所定の直流電圧の印加に対して電極間に流れるコロナ放電電流を大きくすることができ、かつ安定した電流を得ることができる。これにより、空気浄化部４において塵埃の帯電効率が一層高くなる。また、前述の直流電圧にパルス状の電圧を重畳させてプラズマの構成因子であるラジカルを多量に生成した場合に、臭い成分を十分に分解できるという利点を生じる。さらに、直流電圧を比較的低く設定して帯電効率を向上させることができるので、空気清浄機本体の消費電力を低く抑えて省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
なお、図９の（ａ）乃至（ｃ）において、電極基部３ａに設けられる第１の突起３ｂと第２の突起３ｃとの突起長はそれぞれ同等に設定しているが、各々の突起長は異なっても良い。さらに、水平方向から見た場合に平板状の対向電極１と平板状の放電電極３との中心を同一としているが、必ずしも中心は同一でなくても良い。こうした配置構成であっても、前述とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３０】
実施の形態３．
図１１は、この発明による空気浄化部を清掃する清掃部材の実施の形態を示す斜視図である。また、図１２の（ａ）は空気浄化部に清掃部材を装着した場合の側面図、図１２の（ｂ）は空気浄化部に清掃部材を装着した場合の正面図を示す。図１１と図１２において、従来例あるいは実施の形態１，２と同一の符号は同一又は相当部分を示す。８は複数で配列される平板状の対向電極１および平板状の放電電極３をクリーニングする櫛形状の清掃部材である。この清掃部材８の長手方向に対して、所定間隔毎に第１のスリット８ａと、この第１のスリット８ａ間に配置される第２のスリット８ｂを形成する。そして、図１２の（ａ），（ｂ）に示すように平板状の対向電極１の一部は第１のスリット部８ａに挟まれ、平板状の放電電極３の一部は第２のスリット８ｂに挟まれる。
【００３１】
次に、櫛形状の清掃部材８の具体的な動作方法について説明する。図１２の（ａ），（ｂ）に示すように、通常時は清掃部材８が対向電極１および放電電極３の長手方向の略中央部に挟持することにより、双方の電極の撓みを抑制させることができる。そして、空気清浄機を長時間使用させると対向電極１の面全体および放電電極３の第１の突起３ｂ、第２の突起３ｃに塵埃が多量に付着する。これにより、双方の突起から対向電極１に向かって流れるコロナ放電電流が減少し、塵埃に対する帯電効率や臭い成分に対する脱臭能力が低下する恐れがある。ここで、対向電極１および放電電極３に取り付けている櫛形状の清掃部材８を双方の電極の長手方向に沿って摺動させることにより、電極に付着している塵埃を機械的に除去できる。こうした動作方法により、空気浄化部における帯電効率や脱臭能力の低下を抑制することができる。なお、こうした摺動動作を手動の他に、駆動装置（図示省略）を使用して自動的に行なっても良い。
【００３２】
以上のように、複数配列の対向電極１および放電電極３に挟持する櫛形状の清掃部材８を摺動動作が可能となるように構成したので、通常時は対向電極１および放電電極３の撓みを抑制することができる。これにより、電極間の距離を一定に維持でき、安定したコロナ放電を発生させることができる。そして、空気清浄機の所定期間の動作後は簡単な清掃部材８の摺動動作により、対向電極１および放電電極３に付着した塵埃を機械的に除去でき、帯電効率や脱臭能力の低下を抑制することができる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３４】
この発明に係わる空気清浄機は、複数の平板状の対向電極とこの対向電極間に配置された放電電極とから成る空気浄化部を備えた空気清浄機において、空気浄化部は放電電極を構成する電極基部の一側に複数の第１の突起を設け、他側に複数の第２の突起を設け、第１の突起と第２の突起とは電極基部に沿って互い違いとなるように配置し、複数の第１の突起および第２の突起を平板状の対向電極の面に対して平行となるように配置し、平板状の対向電極、第１の突起および第２の突起を空気流に対して平行になるような状態で配置し、かつ各々の突起は先端部に少なくとも２箇所のエッジ部分を具備するようにしたので、電極間でコロナ放電電流の密度を高くできる。また、突起の形状を各種工夫して突起先端部のエッジ２箇所からコロナ放電を発生させることができる。これにより、塵埃の帯電効率や臭い成分に対する分解能力が非常に高い空気浄化部を得ることができる。
【００３５】
また、平板状の対向電極の間隔をＬとし、第１の突起先端部および第２の突起先端部は対向電極の内側に収まり、対向電極の空気上流側端部と第１の突起先端部との縦方向の間隔をＳ、対向電極の空気下流側端部と第２の突起先端部との縦方向の間隔をＳとしたとき、０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌの条件を満たすように構成し、第１の突起先端部および第２の突起先端部の２箇所のエッジ部分から対向電極に向かって塵埃帯電用のコロナ放電電流を流すようにしたので、電極間でコロナ放電電流の密度を高くできる。これにより、塵埃の帯電効率の向上や脱臭能力の高い空気浄化部を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による空気清浄機の空気浄化部を示す斜視図である。
【図２】 実施の形態１における空気浄化部の放電電極の突起を示す斜視図である。
【図３】 実施の形態１における放電電極の突起の他の例を示す正面図である。
【図４】 実施の形態１における空気浄化部のコロナ放電状態を示す側面図である。
【図５】 実施の形態１における空気浄化部のコロナ放電状態を示す正面図である。
【図６】 実施の形態１における空気浄化部のコロナ放電状態を示す平面図である。
【図７】 この発明による空気浄化部の全体構成図を示す。
【図８】 実施の形態１における空気浄化部の直流電圧とコロナ放電電流との関係を示すＶ−Ｉ特性図である。
【図９】 実施の形態２における空気浄化部の各種構成図を示す。
【図１０】 実施の形態２における空気浄化部の直流電圧とコロナ放電電流との関係を示すＶ−Ｉ特性図である。
【図１１】 実施の形態３における清掃部材の装着前の空気浄化部を示す斜視図である。
【図１２】 実施の形態３における清掃部材の装着後の空気浄化部を示す構成図である。
【図１３】 従来の集塵エレメントのイオン化部を示す斜視図である。
【図１４】 従来のイオン化部を示す平面図である。
【図１５】 従来のイオン化部における各種放電状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 平板状の対向電極、２ 放電電極、２ａ 複数の突起、３ 平板状の放電電極、３ａ 電極基部、３ｂ 複数の第１の突起、３ｃ 複数の第２の突起、４空気浄化部、５ 第１の電源、６ コレクタ部、７ 第２の電源、８ 清掃部材、８ａ 第１のスリット、８ｂ 第２のスリット。

Claims (1)

1. 複数の平板状の対向電極とこの対向電極間に配置された放電電極とから成る空気浄化部を備えた空気清浄機において、前記空気浄化部は放電電極を構成する電極基部の一側に複数の第１の突起を配設すると共に他側に複数の第２の突起を配設し、これら第１の突起と第２の突起とは前記電極基部に沿って互い違いとなるように配置し、前記複数の第１の突起および第２の突起を前記平板状の対向電極の面に対して平行となるように配置し、前記平板状の対向電極、前記第１の突起および第２の突起を空気流に対して平行になるような状態で配置し、かつ各々の突起は先端部に少なくとも２箇所のエッジ部分を具備すると共に、前記平板状の対向電極の間隔をＬとし、前記第１の突起先端部および第２の突起先端部は対向電極の内側に収まり、前記対向電極の空気上流側端部と前記第１の突起先端部との縦方向の間隔をＳ、前記対向電極の空気下流側端部と前記第２の突起先端部との縦方向の間隔をＳとしたとき、０．２５Ｌ≦Ｓ≦０．７５Ｌの条件を満たすように構成し、前記第１の突起先端部および第２の突起先端部の２箇所のエッジ部分から前記対向電極に向かって塵埃帯電用のコロナ放電電流を流すことを特徴とする空気清浄機。

Images