JP4929934B2 - 集塵装置および空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気清浄の分野において空気中の粒子状浮遊物質を除去することができる集塵装置に関する。

空気中に存在する粒子状浮遊物質、すなわち粉塵は喘息などの疾病の原因として知られており従来から除去の対象となる物質であったが、近年の研究において粒子径２．５マイクロメートル以下の粉塵（いわゆるＰＭ２．５）が肺ガンなどの疾病を誘起する可能性があるとの報告があり、捕集技術の更なる向上が求められている。その中で電気集塵技術を用いた集塵装置は粒子径がマイクロメートル以下の小粒径の粉塵を捕集することに優れており、また低圧損な特性を持つことから注目を集め、更なる性能向上が求められている。

従来、この種の集塵装置として、放電によって粉塵を帯電する荷電部を前段に設け、その後段に、電極を積層し、交互に異なる電圧を印加して電場を形成して帯電した粉塵を捕集する集塵部を設けたものが知られている。この構成を応用した例として、特許文献１には電極基板の板面のうち、中央部に沿って導電層を形成し、その両側部分に絶縁面を設けてなる電極板において、少なくとも絶縁面に半導電層を形成した電極板を用いた集塵装置が示されている。以下、その集塵装置について図２６、図２７、図２８および図２９を参照しながら説明する。図２６は電極板１０１の全体図となっており、図２７は図２６のＡ−Ｂ線における断面図となっている。電極板１０１は図２６および図２７に示すとおり絶縁性を有する電極基板１０２表面の片側中央部に導電層１０３を形成し、その上から半導電層１０４を設けている。また、導電層１０３が設けられていない電極基板１０２の両側部分には電極基板１０２を窪ませるようにスペーサー突起１０５が設けられている。このスペーサー突起１０５は電極基板１０２の片側の面方向のみに突起するよう設けられており、両側それぞれ１列ずつ、かつ電極板１０１を積層する時に窪みにスペーサー突起１０５がはまらないようにするために、電極板１０１を左右に反転すると半個ずれるような配置でスペーサー突起１０５が設けられている。このようにして設けられた電極板１０１を図２８のように一つおきに向きを変えて積層して集塵部１０６を形成し、１枚おきに電極板１０１に、高圧電源１０７によって交互に異なる電圧を印加することによって電極板１０１のそれぞれの間に設けられた空間に電場が設けられる。そして図２９に示すように集塵部１０６の風上に設けられ、放電線電極１０８と対向電極１０９で構成された荷電部１１０の起こすコロナ放電によって帯電した粉塵は電極板１０１の積層によって設けられた電場の空間に導入され、電極板１０１上に付着し捕集される。また、導電層１０３は絶縁性を有する電極基板１０２の片側中央のみに設けられているため、導電層１０３どうしの空間や端部でスパークを伴う異常放電を起こさない構造となっている。

また、特許文献２には図３０に示すように高純度アルミナ磁器で作られた面状誘電体１１１の内部に埋設した面状電極１１２に直流および交流電源を複合化した高圧電源１０７によって直交流重畳高電圧を印加し、面状誘電体１１１の一側面に設けた放電電極１１３に前期直交流重畳電圧の直流成分のみを印加し、放電電極１１３と対向する位置に接地した対向電極１０９を設けてなる荷電部１１０が示されている。面状誘電体１１１を挟んで面状電極１１２と放電電極１１３の間に交流電圧を印加することによって放電電極１１３の近傍に放電を起こすための電界が形成され、放電電極１１３からイオンが発生する。面状電極１１２に直流成分と交流成分が合成された直交流重畳電圧を印加することで直流成分の極性を有するイオンのみを発生させ、また、放電電極１１３に直交流重畳電圧の直流成分のみを印加することで発生したイオンを放電電極１１３と接地された対向電極１０９との間に設けられた荷電空間に向けて加速させ、放出させる。荷電空間に放出されたイオンは荷電空間に存在する粉塵と結合し、粉塵が帯電され、帯電された粉塵は図には記載していないが下流側に設けられた集塵部１０６によって電場の力を受けて捕集される。また、面状誘電体１１１として電気的、化学的、熱的に安定な高純度アルミナ磁器を用いることを特徴としており、電界によって引き起こされる放電電極１１３付近における面状誘電体１１１の部分破壊を抑えた破損の極めて少ない荷電部１１０を得ることが可能となっている。
特許第２６６２５５３号公報 特公平７−６３０３２号公報

特許文献１に記載される集塵装置は粉塵を帯電する荷電部の放電電極としてタングステン線などのを用いた放電線電極を用いているが、導電性の粉塵が付着すると対向電極との間でアークを伴う異常放電を起こして切断し集塵機能を損なうという課題があり、放電電極が切断などの破損を起こさないことが要求されている。

また、特許文献１もしくは２に記載される集塵装置は集塵部と荷電部を別々に作成する必要があり、特に荷電部においては放電線電極が電気的に宙に浮いた構造とする必要があるため構造的に複雑となり、作成が困難であるという課題があり、粉塵を帯電する機能と帯電した粉塵を捕集する機能を一体的に簡単な構造で得ることが要求されている。

また、特許文献１に記載される集塵装置の集塵部では、薄くて撓みやすい電極板どうしの積層間に平行な空間を設けるために無数のスペーサー突起を必要とするが、スペーサー突起が多ければ多いほど電極板どうしが接触する箇所が増えて沿面を伝わる導電路の数が大きくなるため、集塵部が汚れた状態や湿度が高い状態において異なる電圧が印加される電極板どうしの絶縁が保てなくなって電圧が印加できなくなるという課題があり、高い集塵性能を得るためにどのような状態においても電極板どうしの絶縁を確保できる構造とすることが要求されている。

また、特許文献１に記載される集塵装置の集塵部においては、スペーサー突起によって電極板どうしが接触する箇所を多数有するが、電極板どうしが接触する箇所が増えるほど電極板どうしの距離が電気的に小さくなって電極板に蓄積される電荷が増えることになり、高圧電源の出力容量を超えるほどに静電容量が大きくなって電圧が印加できなくなるという課題があり、集塵部の静電容量を小さくすることが要求されている。

また、特許文献２に記載される集塵装置の荷電部においては、具体的にはアルミナ粉末を有機バインダーで結合した後、水素ガスなどの還元雰囲気中で１０００℃以上に焼結することで面上誘電体を得ているため水素ガスや１０００℃以上の熱が必要となり作成が困難であるという課題があり、作成方法が容易であることが要求されている。また、アルミナの焼結体であるために硬度は高いが衝撃に弱く脆いという課題があり、弾性を有し衝撃に強い集塵装置とすることが要求されている。

また、集塵効率を高めるためには粉塵を均一に高い度合いで帯電させる必要があり、そのためにはイオンと粉塵の衝突効率を高める必要がある。すなわちイオンを荷電空間全体に円滑に拡散移動させるためのイオンの加速度および加速方向が重要となるが、特許文献２に記載されている集塵装置の荷電部は構造および電圧の印加方法が最適化されていないため集塵性能が低く、高い集塵効率を得るために構造および電圧の印加方法を最適化することが要求されている。

また、空気中に浮遊する物質の中には菌やカビ、ウイルス、またはアレルゲンなど人体に入り込んで疾病などの悪影響を及ぼすものがあり、人体に疾病を誘引する物質を集塵部で捕集し、かつ不活化させることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、荷電部の放電電極および面状誘電体の破損がなく、また、荷電部の構造を簡単にすることができ、また、荷電部の電場を最適化して効率よく粉塵を帯電することができ、また、荷電部と集塵部とを一体化した構造を簡単に構築することができ、また、電極板どうしの絶縁を確保して常に電圧を印加することができ、また、集塵部の静電容量が小さく、また、人体に疾病を誘引する物質を集塵部で捕集しかつ不活化させることができる集塵装置およびその集塵装置を搭載した空調装置を提供することを目的としている。

本発明の集塵装置は上記目的を達成するために、面状誘電体を挟むように面状誘電体の裏表それぞれの面に面状電極と放電電極とを設けたイオン発生電極と、イオン発生電極の放電電極が設けられた面と対向するように一定の間隔を開けて面状電極と同電位である電場形成電極を設け、面状電極および電場形成電極と放電電極との間に直交流重畳電圧を印加する荷電部を備え、集塵部電極を一定の間隔を開けながら積層して集塵部電極に積層した順番に交互に異なる電圧が印加された集塵部を荷電部の下流側に備え、前記放電電極と前記電場形成電極との間に設けられた一定の間隔は、アーク放電を起こさないように設け、前記イオン発生電極と前記電場形成電極との間に設けられた空間は通過する粉塵を帯電させるための荷電空間とし、前記荷電部は、前記面状電極を被覆するように前記イオン発生電極を電極基板の両面に設け、前記電極基板と前記電場形成電極とを一定の間隔で交互に積層したことを特徴とするものである。

また、請求項１または２記載の集塵装置において、面状誘電体が１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有することを特徴とするものである。

また、請求項１乃至３いずれかに記載の集塵装置において、面状誘電体が厚さ０．２ｍｍ以下の樹脂フィルムであることを特徴とするものである。

また、請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置において、放電電極をアースに接続し、面状電極および電場形成電極に直交流重畳電圧を印加することを特徴とするものである。

また、請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置において、電極基板の両面上流側に前記電極基板側から順に面状電極、面状誘電体、放電電極とを備えたイオン発生電極を、また、同じ電極基板の片面下流側に集塵部電極を設けたイオン発生電極基板と、電極基板の両面上流側に電場形成電極を、また、同じ電極基板の片面下流側に集塵部電極を設けた電場形成電極基板とを一定の間隔を開けながら交互に積層することを特徴とするものである。

また、請求項１乃至５いずれかに記載の集塵装置において、電極基板の片面に集塵部電極を設けた集塵部電極基板を積層し、集塵部電極基板の積層間に任意の周期で規則的にイオン発生電極基板および電場形成電極基板を交互に挿入することを特徴とするものである。

また、請求項１乃至６いずれかに記載の集塵装置において、面状電極、放電電極、電場形成電極および集塵部電極が導電性インクを印刷することによって設けられることを特徴とするものである。

また、請求項１乃至７いずれかに記載の集塵装置において、電極基板の表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□であることを特徴とするものである。

また、請求項１乃至８いずれかに記載の集塵装置において、表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□の膜を荷電部および集塵部全体に設けることを特徴とするものである。

また、本発明の空調装置は請求項１０に記載したとおり、請求項１乃至９いずれかに記載の集塵装置を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、荷電部の放電電極および面状誘電体の破損がないため常に安定した動作を行うことができ、また、荷電部の構造が簡単なため荷電部の作成コストを低減することができ、また、荷電部の電場を最適化して効率よく粉塵を帯電するため高い集塵性能を有し、また、荷電部と集塵部とを簡単な構造で一体化しているため集塵装置全体の作成コストを低減することができ、また、電極板どうしの絶縁を確保して常に電圧を印加し高い集塵性能を維持することができ、また、集塵部の静電容量が小さいため電圧の上げ下げを短時間で行うことができ、また、人体に疾病を誘引する物質を集塵部で捕集しかつ不活化させることができる集塵装置およびその集塵装置を搭載した空調装置を提供することができる。

本発明の集塵装置は上記目的を達成するために、面状誘電体を挟むように面状誘電体の裏表それぞれの面に面状電極と放電電極とを設けたイオン発生電極と、イオン発生電極の放電電極が設けられた面と対向するように一定の間隔を開けて面状電極と同電位である電場形成電極を設け、面状電極および電場形成電極と放電電極との間に直交流重畳電圧を印加する荷電部を備え、集塵部電極を一定の間隔を開けながら積層して集塵部電極に積層した順番に交互に異なる電圧が印加された集塵部を荷電部の下流側に備えることを特徴とするものである。従来の荷電部は放電線電極を対向電極の間に３次元的に宙に浮かした構造であるため、放電線電極は全体で放電することができ、断面における３６０度全ての周囲に向けてイオンを放出することができる。そのため粉塵を帯電する性能が高いという特徴があるが、反面放電線電極が切断して破損し、粉塵を帯電できなくなるということがその構造上起こりうる。それに対して、特許文献２に記載されているような面状誘電体の表面に放電電極を設けた荷電部は、放電電極が面状誘電体の面で支えられているため放電線電極のように切断を起こすことがないが、放電電極が面状誘電体と接しているため放電を起こしにくく、また、放電イオンを放出することができるのは放電電極の表面側１８０度の領域に限られている。このような理由から放電電極に直流電圧を印加しても粉塵を帯電することがほとんどできない。そこで特許文献２に記載されている荷電部は直流電圧と交流電圧をかけ合わせた直交流重畳電圧を応用することで粉塵を帯電する工夫がなされているが、放電によって発生したイオンが荷電空間全体に円滑に拡散移動する構造および電圧の印加方法となっていない。その結果粉塵を帯電する性能が低く、現実的に集塵装置の荷電部として広く応用するまでにいたっていない。本発明の集塵装置における荷電部は面状誘電体の表面に放電電極を設けることで放電電極の破損のない構造とすると同時に、構造および電圧の印加方法を最適化することで粉塵を帯電する性能を向上させ高い集塵性能を得ることができる。イオン発生電極において、放電電極は面上誘電体の片側の表面上に設けられており、その形状は例えば線状、梯子状もしくは棘状など放電を起こして空間にイオンを発生させるものとなっている。また、面状電極は面状誘電体のもう一方の面上に設けられており、その形状は放電電極が放電を起こしてイオンを発生できるのであればその形状を限定するものではない。そしてイオン発生電極の放電電極が設けられた面と対向する位置に、一定の間隔を開けて電場形成電極を設ける。ここでこの間隔は放電電極と電場形成電極がアーク放電を起こさないだけの大きさ以上とし、イオン発生電極と電場形成電極との間に設けられた空間は通過する粉塵を帯電させるための荷電空間となる。また、電場形成電極は粉塵を帯電させることができるのであればその形状を限定するものではない。イオン発生電極に設けられた放電電極と面状電極との間に直流電圧と交流電圧とをかけ合わせた直交流重畳電圧を印加することで両電極の間、すなわち面状誘電体の表面もしくは内部で振動するように電荷の上下移動が起こる。そして面状誘電体の放電電極と接触する部分に存在する電荷が放電電極と連続的に衝突し、その衝撃によって電子が放電電極近傍の空間に放出される。放出された電子は高いエネルギー、すなわち速度を有しているため、放電電極近傍の空間中に存在する空気分子と衝突し、空気分子をプラスイオンと電子に電離させる。電離した電子は他の空気分子と結合してマイナスイオンとなるが、放電電極と電場形成電極との間に設けられた電場の向きに応じてプラスイオンもしくはマイナスイオンのどちらか一方が放電電極に吸収され、他方のイオンが荷電空間に向けて加速されて拡散移動する。ここで放電電極の周りにイオンが数多く存在するとイオン同士が移動を妨げ、イオンの荷電空間への円滑な拡散移動を阻害する要因となるが、放電電極と電場形成電極との間に直交流重畳電圧を印加することで時間軸によって波のように加速度が変化する電場を荷電空間に設ける。波のように振幅を持って変化する加速度を設けることによって常に荷電空間へ向けた移動力をイオンに与え、イオンの荷電空間への拡散を円滑に行うことができる。このようにイオンが荷電空間へ向けて円滑に加速されて荷電空間の全体に拡散移動するため、荷電空間を通過する粉塵はイオンと接触して漏れなく帯電されることになる。荷電部の下流側には、集塵部電極を一定の間隔を開けながら積層して集塵部電極に積層した順番に交互に異なる電圧が印加された集塵部が設けられており、帯電した粉塵は集塵部の電場によって集塵部に捕集される。このように放電電極は面状誘電体の上に２次元的に設けられており、線状の放電電極を宙に浮かすように３次元的に設ける必要がないため線切れなどによる破損を起こさない。また、放電電極は面状誘電体と接触しているため放電を起こしにくい構造となっているが、上記のように荷電部の構造および印加する電圧を工夫し最適化することによって粉塵をもらさず帯電させ、高い集塵性能を得ることが可能となっている。また、面状電極を被覆するようにイオン発生電極を電極基板の両面に設け、電極基板と電場形成電極とを一定の間隔で交互に積層した荷電部を備えることを特徴とするものである。電極基板の材質は樹脂やセラミックなどの絶縁性と強度を有するものが望ましい。電極基板の両面に、面状電極が設けられた面と貼り合わせるようにイオン発生電極を設けることで面状電極を電極基板と面状誘電体とによって被覆する構造となり、面状誘電体の沿面を伝わって起こりうる放電電極と面状電極との異常放電を防ぐことが可能となる。このような構造とするために、面状電極の寸法は面状誘電体や電極基板よりも一回り小さいことが望ましい。また、両面にイオン発生電極を設けた電極基板と電場形成電極とを一定の間隔を開けて交互に積層することで、イオンを円滑に拡散移動させて粉塵をもらさず帯電させる荷電空間を、集塵装置の寸法に合わせて任意に無駄無く作り出すことが可能となる。

また、請求項１記載の集塵装置において、面状誘電体が１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有することを特徴とするものである。面状誘電体の体積抵抗率が１０の１１乗Ω・ｃｍ以下となると放電電極と面状電極との間に印加する直交流重畳電圧によって流れる電流が一般的な高圧電源の電源容量を超えるほどに大きくなってしまい、安定的な集塵装置の運転が困難となる。また、面状誘電体の体積抵抗率が１０の１６乗Ω・ｃｍを超えると放電電極と面状電極との間に印加する直交流重畳電圧によって面状誘電体の内部もしくは表面を移動する電荷の量が小さくなり、粉塵を帯電させるためのイオンの発生量が小さくなる。面状誘電体の体積抵抗率を１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの範囲とすることで絶縁性能と集塵性能とを両立することが可能となり、安定した動作を有する集塵装置を簡単に得ることが可能となる。また、この範囲の体積抵抗率を有するものとしては、樹脂であれば例としてポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン６、ナイロン１２もしくはポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。

また、請求項１または２記載の集塵装置において、面状誘電体が厚さ０．２ｍｍ以下の樹脂フィルムであることを特徴とするものである。面状誘電体の厚さは薄ければ薄いほどイオンを作り出すための放電を起こす電圧を下げることができ、高圧電源のコストや高電圧に伴う煩雑性を省くことにつながる。面状誘電体の厚さを０．２ｍｍ以下とすることで、放電を起こすために必要な電圧をある一定以下の値に抑えることができる。また、面状誘電体に樹脂フィルムを用いることによって０．２ｍｍ以下の薄さを容易に実現でき、また可撓性を有するため変形による破損がないという特徴が得られる。

また、請求項１乃至３いずれかに記載の集塵装置において、放電電極をアースに接続し、面状電極および電場形成電極に直交流重畳電圧を印加することを特徴とするものである。放電電極と面状電極および電場形成電極とのどちらをアースに接続しても、もしくはどちらに直交流重畳電圧を印加しても高い集塵性能を得ることが可能であるが、放電電極をアースに接続し、面状電極および電場形成電極に直交流重畳電圧を印加することでより高い集塵性能を得ることができる。これは基本的に線状であり幅の狭い放電電極に直交流重畳電圧を印加するよりも、より幅の広い面状電極および電場形成電極に直交流重畳電圧を印加したほうがイオンを荷電空間に加速させるための電場を荷電空間の通気方向における前後において幅広く形成することができるためである。

また、請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置において、電極基板の両面上流側に面状電極、面状誘電体、放電電極とを備えたイオン発生電極を、また、同じ電極基板の片面下流側に集塵部電極を設けたイオン発生電極基板と、電極基板の両面上流側に電場形成電極を、また、同じ電極基板の片面下流側に集塵部電極を設けた電場形成電極基板とを一定の間隔を開けながら交互に積層することを特徴とするものである。荷電部を形成するイオン発生電極と電場形成電極は自動的に対向する位置となり、イオン発生電極と電場形成電極の間に荷電空間が形成され、荷電空間を通過する粉塵を漏れなく帯電させる。荷電部の下流側には一定の間隔を開けて集塵部電極が積層されて設けられた集塵空間を備える集塵部が自動的に設けられることになり、集塵部電極に交互に異なる電圧を印加することによって集塵空間には電場が設けられ、荷電部で帯電した粉塵は集塵空間に導入されて集塵空間の電場の力を受けて集塵部電極もしくは集塵部電極が設けられた電極基板の上に捕集される。このように荷電部を構成するイオン発生電極と集塵部電極とが一体化したイオン発生電極基板および電場形成電極と集塵部電極とが一体化した電場形成電極基板とを一定の間隔を開けて交互に積層するだけで、放電電極の破損がなくかつ漏れなく粉塵を帯電することが可能な荷電部と、帯電した粉塵を捕集する集塵部とを一体化することができるため、高性能な集塵装置を簡単に得ることができる。ここで放電電極と電場形成電極とがアーク放電を起こさないために、イオン発生電極基板と電場形成電極基板との間隔を一定以上開けるか、もしくは放電電極もしくは電場形成電極の表面に絶縁を確保するための絶縁皮膜を設ける必要がある。

また、請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置において、電極基板の片面に集塵部電極を設けた集塵部電極基板を積層し、集塵部電極基板の積層間に任意の周期で規則的にイオン発生電極基板および電場形成電極基板を交互に挿入することを特徴とするものである。集塵部電極基板は上流側に荷電部を形成するためのイオン発生電極もしくは電場形成電極が設けられていないため、イオン発生電極基板および電場形成電極基板と比べて通気方向の寸法が荷電部の分だけ小さくなっている。集塵部電極基板を一定の間隔を開けて積層し、集塵部電極基板を積層する過程においてある一定の積層周期でイオン発生電極基板および電場形成電極を集塵部電極基板の代わりに交互に挿入する。このように積層することで集塵部電極の積層間隔を小さく保ったまま放電電極と電場形成電極とでアーク放電を起こさないだけの大きさを有する荷電空間を確保し、かつ荷電部および集塵部が一体化した構造を得ることができるため、高い集塵性能を有した集塵装置を容易に得ることができる。

また、請求項１乃至６いずれかに記載の集塵装置において、面状電極、放電電極、電場形成電極および集塵部電極が導電性インクを印刷することによって設けられることを特徴とするものである。導電性インクをスクリーン印刷などで電極基板上に印刷することで、高い寸法精度を有しながら各電極を電極基板上に簡単に設けることができる。また、ある程度大きい電極基板に一括して印刷を行い、その後電極基板をカットすることでイオン発生電極基板や電場形成電極基板、集塵部電極基板を一度に大量に得ることができる。

また、請求項１乃至７いずれかに記載の集塵装置において、電極基板の表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□であることを特徴とするものである。集塵部電極が設けられた電極基板の特に裏側の表面が帯電すると、集塵部電極に印加した電圧に相当する量の電荷が現れずに集塵性能を低下させるという課題があるが、電極基板の表面抵抗率を１０の１２乗Ω・ｃｍ以上１６乗Ω・ｃｍ以下とすることで放電電極と集塵部電極、電場形成電極と集塵部電極、もしくは集塵部電極どうしの絶縁を確保しながら電極基板の表面に電荷を僅かに通す性質を持たせることが可能となる。このようにすることで集塵部電極に印加した電圧に相当する量の電荷を集塵部電極が設けられた部分の電極基板の表面全体に与え、集塵部電極に印加した電圧に相当する電場を形成することが可能となり、電極基板の帯電による集塵性能の低下を解消して高い集塵性能を得ることが可能となる。具体的な方法は１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有する材質のものを電極基板に用いることであり、例として塩化ビニルや塩化ビニリデン、ナイロンもしくはポリフッ化ビニリデンなどを電極基板として用いる、もしくは塩化ビニルや塩化ビニリデン、ナイロン、もしくはポリフッ化ビニリデンなどといった半導電性を有する樹脂とポリプロピレンやポリエステル、ポリスチレン、ＡＢＳなどの絶縁性樹脂とをブレンドして共重合させたコポリマー樹脂を電極基板として用いることが挙げられる。また別の例としては、ゼオライトなどのシラノール基を有する無機成分や酸化亜鉛などの金属酸化物といった半導電性を有する材料を前述した絶縁性樹脂に混ぜて成型したものを電極基板として用いることが挙げられる。また、１０の１２〜１６乗Ω／□の表面抵抗率を有する皮膜を電極基板の表面全体に設けることも具体的な方法であり、例としてポリビニルアルコールやポリアクリル酸ナトリウム、アミロースといった吸水性ポリマーやフタル酸エステルなどのイオン導電性樹脂、もしくは酸化亜鉛などの金属酸化物といった半導電性を有する成分を含有する半導電性塗料を電極基板の表面全体に塗布して乾燥することで、１０の１２〜１６乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電性膜を得る方法が挙げられる。

また、請求項１乃至８いずれかに記載の集塵装置において、表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□の膜を全体に設けることを特徴とするものである。電極基板に電極を設けて積層した後、前述したような半導電性塗料をスプレーで集塵装置全体に吹き付ける、もしくは半導電性塗料に集塵装置全体を浸漬した後に乾燥することで集塵装置全体に表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□の膜を簡単に設けることができるため、前述したような電極基板の帯電による集塵効率の低下を防止することが可能な集塵装置を簡単に得ることができる。

また、本発明の空調装置は請求項１０に記載したとおり、請求項１乃至９いずれかに記載の集塵装置を備えることを特徴とするものである。例えば空調装置の熱交換器の前に請求項１乃至９いずれかに記載の集塵装置を設けることによって、空調装置に放電電極が破損して機能が停止することが無く、簡単に安定して高い空気清浄機能を持たせることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
イオン発生電極基板１の上面図を図１に、上面図に対する裏面図を図２に、図１の右側面図を図３に、図１のＣ−Ｄ断面線における断面図を図４に示す。電極基板２の片面上流側表面に面状電極３を、片面下流側表面に集塵部電極４を設け、面状電極３および集塵部電極４を被覆するように１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有する樹脂フィルム５を設けており、樹脂フィルムの面状電極３を被覆する部位を面状誘電体６として用いている。面状誘電体６の上には２次元的に直線状の放電電極７が設けられている。図２に示すように電極基板２の裏面上流側にも面状電極３、面状誘電体６、放電電極７が設けられており、その結果裏表どちらの面からもイオンを発生できる構造となっている。ここで放電電極７は放電してイオンを空間に放出することができればどのような形状でもよく、別形態のイオン発生電極基板１の上面図である図５に示すような梯子状または図６に示すような棘を有する形状であっても同様の効果を得ることができる。また、別形態のイオン発生電極基板１の上面図である図７に示すように、中央部をなくした面状電極３を設けて面状誘電体６の上の面状電極３中央部分にあたる部分に放電電極７を設けるというように面状電極３と放電電極７が直近で位置しない工夫をすれば、直交流重畳電圧を印加した時の放電電流を抑制し、高圧電源に投入するエネルギーを少なくすることができる。

また、電場形成電極基板８の上面図を図８に、上面図に対する裏面図を図９に、図８の右側面図を図１０に、図８のＥ−Ｆ断面線における断面図を図１１に示す。電極基板２の片面下流側表面に集塵部電極４を設け、集塵部電極４を被覆するように樹脂フィルム５を設ける。そして樹脂フィルムの上流側表面上に電場形成電極９が設けられている。図９に示すように電極基板２の裏面上流側にも電場形成電極９が設けられており、上流側の両面ともイオン発生電極基板１の放電電極７から発生したイオンを加速させ、粉塵を帯電させる機能を有している。

また、集塵部電極基板１０の上面図を図１２および図１３に、上面図に対する裏面図を図１４に、図１２の右側面図を図１５に、そして図１２のＧ−Ｈ断面図を図１６に示す。集塵部電極基板１０はイオン発生電極基板１および電場形成電極基板８の集塵部電極４が設けられた部分と同じ構造であり、電極基板２の片面に集塵部電極４を設け、集塵部電極４を被覆するようにその上に樹脂フィルム５を設けた構造となっている。図１３は図１２に示す集塵部電極基板１０の向きを上下に１８０度変えたものであり、図１２および図１３に示した集塵部電極基板１０は交互に積層される。これはそれぞれが有する集塵部電極４に異なる電圧を印加することができるよう、積層する時に集塵部電極４の位置を異なるものにするためである。

また、面状電極３、放電電極７、電場形成電極９、集塵部電極４といった各電極は、電極基板２や面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５にアルミ箔等導電体の薄い板を貼り付けたり、カーボンや金属粒子を含んだ導電インキをスクリーン印刷などで印刷するといった方法で実装することができる。また、面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５は電極基板２および各電極と密着して設けることが望ましい。具体的には各電極を実装した電極基板２に接着剤を塗布してその上に面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５を隙間無く貼り付けたり、面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５の表面を溶かして電極基板２に貼り付けるといった方法が挙げられる。面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５は１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有する樹脂製のフィルムであり、例としてポリ塩化ビニル、ナイロン６、ナイロン１２、ポリエステルといった樹脂が挙げられる。

また、イオン発生電極基板１、電場形成電極基板８および集塵部電極基板１０の裏面には図２、図９、図１４に示すとおり端部スペーサー１１と中間スペーサー１２がそれぞれ設けられている。端部スペーサー１１は図２、図９、図１４において電極基板２の上下の端部に設けられているが、積層するときに端部で電極基板２を支えて空間を設けるための強度を得るために電極基板２の厚みを０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。また、端部スペーサー１１の空間隣接部１３に導電成分を含む粉塵が付着して導通路とならないようにするために通気防止部１４が設けられている。中間スペーサー１２の数は０個であることが望ましいが、端部スペーサー１１のみで空間を設けるように電極基板２を支えることが難しい場合、図２、図９、図１４に示す電極基板２の上下において通気方向１５の前後の位置合わせて１００ｍｍあたり合計２個以下とすることで導通路を極力なくす構造とすることができる。

また、イオン発生電極基板１、電場形成電極基板８および集塵部電極基板１０を示すこれらの図には電圧供給端子１６を差し込むためにスリット１７が記載されているが、あらかじめ設けていなくとも積層して固定した後に集塵装置の左右から一括してスリットを設けるといった順番でもよい。

各電極基板を任意に積層する一例を図１７に示す。図１７では１枚の電場形成電極基板８の上に集塵部電極基板１０を２枚積層し、その上にイオン発生電極基板１を１枚積層、そしてその上に集塵部電極基板１０を２枚積層し、これを繰り返すという順番で任意に積層している。この時各電極基板に設けられた集塵部電極４には積層する一枚おきに交互に異なる電圧が印加されるよう、通気方向から見た左右において１枚おきに向きが異なるように配置されている。そして図１８に示すようにイオン発生電極基板１、電場形成電極基板８および集塵部電極基板１０を端部スペーサー１１および中間スペーサー１２で空間を設けながら積層し、スリット１７に導電塗料を流し込んで電圧供給端子１６を差込んだ後乾燥させることで面状電極３どうし、放電電極７どうし、電場形成電極９どうし、集塵部電極４の１枚おきどうしを一括して導通させることができ、また、電圧供給端子１６に高圧電源を接続することで各電極に所定の電圧を印加することができる。

ここで本発明の集塵装置の集塵性能を確認するために以下ような試験を行った。図２４に示すような開口寸法縦５０ｍｍ×横１００ｍｍの試験ダクト１８を作成し、集塵装置を試験ダクト１８の中央に設置した。試験ダクト１８の上流側には送風機１９が設けられており、集塵装置に通風することが可能となっている。試験ダクト内の集塵装置上流側および下流側にサンプリングチューブを設置し、パーティクルカウンターに接続して集塵部上流側と下流側における空気中の粉塵個数濃度を測定した。そして以下の算出式で集塵効率を求めた。

η＝（１―Ｃｏｕｔ／Ｃｉｎ）×１００％
ここでηは集塵効率、Ｃｉｎは集塵装置上流側の粉塵個数濃度、Ｃｏｕｔは集塵装置下流側の粉塵個数濃度である。粉塵の粒径は０．１μｍ以上のものを計測した。ここで実験に用いた各集塵装置は以下のとおりである。実施例として用いた集塵装置は通気方向においてイオン発生電極基板１を４枚、電場形成電極基板８を５枚、集塵部電極基板１０を１６枚の合計２５枚を積層して作成した。電場形成電極基板８の上に集塵部電極基板１０を２枚積層し、その上にイオン発生電極基板１を１枚積層、その上に集塵部電極基板１０を２枚積層するという順番である。電極基板２および各電極基板の裏面に設けられた電極基板２、端部スペーサー１１および中間スペーサー１２の厚さは全て１ｍｍである。イオン発生電極基板１の放電電極７と電場形成電極基板８の電場形成電極９は互いに対向する位置に設けられており、両者の間には５ｍｍの間隔を有する荷電空間が設けられている。集塵装置の集塵部にあたる区域においては電極基板２の積層間隔は端部スペーサー１１および中間スペーサー１２の厚みに相当するため１ｍｍであり、これが集塵部空間の積層方向の大きさとなっている。電極基板２は材質として全てＡＢＳ樹脂を用い、イオン発生電極基板１および電場形成電極基板８に用いた電極基板２の寸法は通気方向に対して左右９９ｍｍ、前後４０ｍｍとなっており、前後寸法４０ｍｍのうち、上流側１０ｍｍの区間を荷電部として、下流側３０ｍｍの区間を集塵部に割当てている。イオン発生電極基板１の面状電極３の寸法は通気方向に対して左右８８ｍｍ、前後５ｍｍとなっており、通気方向１５に対する前後の位置として荷電部区間１０ｍｍの中央に設けられている。下流側３０ｍｍの区間に設けられた集塵部電極４の寸法は通気方向１５に対して左右８８ｍｍ、前後２０ｍｍとなっており、通気方向１５に対する前後の位置として集塵部区間３０ｍｍの中央に設けられている。面状電極３および集塵部電極４を設けた電極基板２の全面に面状誘電体６として０．１ｍｍ厚のポリ塩化ビニル製の樹脂フィルム５を設け、面状電極３の中央に沿った位置にあたる面状誘電体６の表面上に放電電極７を設けている。電場形成電極基板８の下流側３０ｍｍの区間に設けられた集塵部電極４の寸法はイオン発生電極基板１と同様に通気方向１５に対して左右８８ｍｍ、前後２０ｍｍとなっており、通気方向１５に対する前後の位置として集塵部区間３０ｍｍの中央に設けられている。集塵部電極４を設けた後にポリ塩化ビニル製の樹脂フィルム５を電極基板２の全面に設け、樹脂フィルム５の上の、通気方向１５に対する前後の位置として荷電部区間１０ｍｍの中央の位置に電場形成電極９を設けている。電場形成電極９の寸法は通気方向に対して左右８８ｍｍ、前後５ｍｍとなっている。集塵部電極基板１０の集塵部電極４に用いた電極基板２の寸法は通気方向１５に対して左右９９ｍｍ、前後３０ｍｍとなっており、前後寸法３０ｍｍ全てを集塵部の区域として用いている。集塵部電極４の寸法は通気方向１５に対して左右８８ｍｍ、前後２０ｍｍとなっており、通気方向１５に対する前後の位置として電極基板２の有する寸法３０ｍｍの中央に設けられている。そして集塵部電極４を設けた電極基板２の全面に１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有する樹脂フィルム５として０．１ｍｍ厚のポリ塩化ビニル製の樹脂フィルム５を設けている。実施例に用いた集塵装置は、カーボンインキを電極基板２および面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５の上にスクリーン印刷し乾燥することで各電極を実装し、その上にホットメルト接着インキをスクリーン印刷によって塗布乾燥させ、ホットメルト接着インキを熱で溶かしながら面状誘電体６もしくは樹脂フィルム５を電極基板２の上に貼り付けるといった方法で作成している。また、端部スペーサー１１および中間スペーサー１２もしくは各電極基板の表面に更にホットメルト接着インキが印刷されており、積層した各電極基板どうしの接着も実現している。具体的には端部スペーサー１１および中間スペーサー１２が設けられた各電極基板を積層して固定ジグなどで固定した後、積層面に設けられたホットメルト接着インキが溶け出す温度雰囲気に静置する。その後常温に戻すことで端部スペーサー１１および中間スペーサー１２と電極基板２との積層面をホットメルト接着剤で接着している。したがって各電極基板どうしは接着によって固定されており、実施例として作成した集塵装置は高い強度を有した構造となっている。また、実施例に用いた集塵装置には電極基板２の帯電による集塵効率の低下を防ぐために全体を吸水性ポリマーのアルコール溶液でスプレーコーティングした後に乾燥させており、集塵装置全体に図には示していないが半導電性となる吸水性ポリマーの膜を設けることで電極基板２の帯電による集塵効率への悪影響をなくしている。試験においては集塵部電極４には直流３ｋＶと０ｋＶを１枚おきに印加した。荷電部にあたる区域の各電極には以下の２パターンの電圧印加方法を取った。１つは面状電極３、電場形成電極９に０ｋＶを、放電電極７に直流３ｋＶ＋交流４ｋＶの直交流重畳電圧を、もう１つは面状電極３、電場形成電極９に前述の直交流重畳電圧を、放電電極７に０ｋＶを印加する電圧印加方法である。前者を実施例１、後者を実施例２とした。ここで比較例として、図２５に示すような放電線電極２０と対向電極２１を用いて両者にコロナ放電を起こすだけの直流電圧を印加した従来型の荷電部を用いた試験も行った。集塵部としては実施例の集塵装置の集塵部区域をそのまま用い、試験時には面状電極３、放電電極７、電場形成電極９に電圧を印加しなかった。この集塵部の上流側に前述した従来型の荷電部を設けた。これを比較例１とする。また、従来技術として記述した特許文献（特公平７−６３０３２号公報）に記載された荷電部を再現するために、実施例の集塵装置に印加する電圧として、面状電極３に直流３ｋＶ＋交流４ｋＶの直交流重畳電圧を、放電電極７に直流３ｋＶを、そして電場形成電極９に０ｋＶを印加し、集塵部電極４に直流３ｋＶと０ｋＶを１枚おきに印加した場合も試験を行った。これを比較例２とする。各風速における集塵効率の測定結果を表１に示す。

表１に示すとおり、比較例１の集塵装置においては風速１．５ｍ／ｓにおいて集塵効率９８．５８と非常に高い値を示した。それに対して実施例１の集塵装置では７４．０１％と比較例１に及ばないとしてもある程度高い集塵効率が得られた。そして実施例２の集塵装置においては９９．７８％と比較例１を上回る集塵効率を得ることができた。実施例１および実施例２で集塵効率に差が出たのは、実施例１の集塵装置のように線状であり、通気方向における前後寸法の小さい放電電極７に直交流重畳電圧を印加するよりも、実施例２の集塵装置のように通気方向における前後寸法の大きい面状電極３および電場形成電極９に直交流重畳電圧印加するほうが荷電空間の電場の形成される領域が広くなり、粉塵を帯電しやすくなるためである。また、比較例２の集塵装置で得た集塵効率は１９．１７％であることから、粉塵を帯電させるための電場が最適に形成されていないことがわかる。実施例１、２、特に実施例２の集塵装置において粉塵を帯電させるための電場が最適に形成されているため高い集塵効率を得ることができた。今回の試験では特許文献２に記述されている高純度アルミナ磁器を面状誘電体６の材質として用いていないため材料による違いを評価できなかったが、高純度アルミナ磁器は製造に高温が必要で更に樹脂に比べて脆いため適用できるケースが限定される。本発明のように入手しやすく、かつ変形しても破損しない樹脂フィルムを面状誘電体６として用いた場合では集塵装置の構造を実施例１、２のとおりとすることで高い集塵効率を得ることが可能となることがわかった。

実施例および比較例の集塵装置をまとめると以下のとおりとなる。比較例１の集塵装置の荷電部では放電線電極２０が切断などによって破損する可能性があり、また、放電線電極２０を宙に浮かすように対向電極２１どうしの間に設けるといった複雑な構造を有する荷電部を集塵部とは別に設ける必要があるため、作成が困難でコストが増加するという課題を有する。実施例１および２の集塵装置は放電電極７が２次元的に面状誘電体６の上に設けられており、切断などによる破損の可能性がほとんどない。また、印刷などで電極基板２の上に各電極を簡単に実装することができ、そして各電極が設けられた電極基板２を積層するだけで荷電部と集塵部を一体的に設けることができるため、従来型と同等以上の集塵効率を有する集塵装置を低コストで簡単に作成することができるという特徴を有する。

なお、本実施の形態における集塵装置には集塵部電極４を被覆するように塩化ビニル製の樹脂フィルム５を設けているが、１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するものであればその他の材質のものでも効果に差を生じることはなく、また、電極どうしの距離を離すなど異なる電圧が印加される電極どうしの絶縁が確保されているのであれば樹脂フィルム５は必ずしも必要ではなく、樹脂フィルム５が無い場合でも同様の効果が得られる。

また、電極基板２の材質にＡＢＳ樹脂を用いたが、強度と絶縁性を確保できるのであればその他の材質を用いても同様の効果が得られる。

また、スプレーコーティングにより半導電性となる吸水性ポリマーの膜を集塵装置全体に設けているが、電極基板２の帯電による集塵効率の低下を防げるのであれば、他の方法や材料で表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／ｃｍの膜を設けても効果に差を生じない。

本発明の実施の形態１の集塵装置をエアコン、空気調和機などの空調装置に備えることにより、空調装置に放電電極が破損して機能が停止することが無く、簡単に安定して高い空気清浄機能を持たせることができることとなる。

本発明の集塵装置は高い集塵性能を得ることができ、また、放電電極が２次元形状であり切断などの破損を起こさないために常に安定して動作することができ、また、電極が実装された電極基板を積層するだけで荷電部と集塵部を一体化した構造が得られるため低コストかつ作成が容易であり、また、空気中に浮遊する菌やカビ、ウイルス、またはアレルゲンなど人体に入り込んで疾病を誘引する物質を集塵部で捕集しかつ不活化させることができ、また水洗いなどの洗浄を行うことにより何度でも繰り返し使用することが可能であるという効果を有するため、室内ばかりでなく屋外での空気環境を向上させる用途としても有用である。

また、本発明の集塵装置を備えた空調装置は、高い集塵性能を得ることができ、また、放電電極が２次元形状であり切断などの破損を起こさないために常に安定して動作することができ、また、電極が実装された電極基板を積層するだけで荷電部と集塵部を一体化した構造が得られるため低コストかつ作成が容易であり、また、空気中に浮遊する菌やカビ、ウイルス、またはアレルゲンなど人体に入り込んで疾病を誘引する物質を集塵部で捕集しかつ不活化させることができ、また水洗いなどの洗浄を行うことにより何度でも繰り返し使用することが可能であるという効果を有する集塵装置を備えているため、室内の冷暖房および湿度制御といった空調を行いながら清浄化された室内空間を提供する用途として有用である。

本発明の実施の形態１に記載のイオン発生電極基板の上面を示す構成図 同イオン発生電極基板の裏面を示す構成図 同イオン発生電極基板の右側面を示す構成図 同イオン発生電極基板のＡ−Ａ断面線による断面を示す構成図 同梯子形状の放電電極を用いたイオン発生電極基板の上面を示す構成図 同棘形状の放電電極を用いたイオン発生電極基板の上面を示す構成図 同中央部のない面状電極を用いたイオン発生電極基板の上面を示す構成図 同電場形成電極の上面を示す構成図 同電場形成電極の裏面を示す構成図 同電場形成電極の右側面を示す構成図 同電場形成電極のＢ−Ｂ断面線による断面を示す構成図 同集塵部電極基板の上面を示す構成図 同集塵部電極基板の上面を示す構成図 同集塵部電極基板の裏面を示す構成図 同集塵部電極基板の右側面を示す構成図 同集塵部電極基板のＣ−Ｃ断面線による断面を示す構成図 同各電極基板の積層方法の一例を示す図 同集塵装置の俯瞰を示す構成図 同集塵装置の下斜めからの視点による構成図 同集塵装置の正面を示す構成図 同集塵装置の右側面を示す構成図 同集塵装置の左側面を示す構成図 同集塵装置の中心線による断面を示す構成図 同試験装置を示す構成図 同試験に用いた従来型荷電部の構成図 特許文献１記載の従来の電気集塵式集塵装置の電極板を示す構成図 同電極板のＡ−Ｂ線における断面を示す構成図 同従来の電気集塵式集塵装置の集塵部を示す構成図 特許文献１記載の従来の電気集塵式集塵装置を示す構成図 特許文献２記載の従来の電気集塵式集塵装置の荷電部の分解図

符号の説明

１ イオン発生電極基板
２ 電極基板
３ 面状電極
４ 集塵部電極
５ 樹脂フィルム
６ 面状誘電体
７ 放電電極
８ 電場形成電極基板
９ 電場形成電極
１０ 集塵部電極基板
１１ 端部スペーサー
１２ 中間スペーサー
１３ 空間隣接部
１４ 通気防止部
１５ 通気方向
１６ 電圧供給端子
１７ スリット
１８ 試験ダクト
１９ 送風機
２０ 放電線電極
２１ 対向電極

Claims (10)

1. 面状誘電体を挟むように面状誘電体の裏表それぞれの面に面状電極と放電電極とを設けたイオン発生電極と、イオン発生電極の放電電極が設けられた面と対向するように一定の間隔を開けて面状電極と同電位である電場形成電極を設け、面状電極および電場形成電極と放電電極との間に直交流重畳電圧を印加する荷電部を備え、集塵部電極を一定の間隔を開けながら積層して集塵部電極に積層した順番に交互に異なる電圧が印加された集塵部を荷電部の下流側に備え、前記放電電極と前記電場形成電極との間に設けられた一定の間隔は、アーク放電を起こさないように設け、前記イオン発生電極と前記電場形成電極との間に設けられた空間は通過する粉塵を帯電させるための荷電空間とし、
   前記荷電部は、前記面状電極を被覆するように前記イオン発生電極を電極基板の両面に設け、前記電極基板と前記電場形成電極とを一定の間隔で交互に積層したことを特徴とする集塵装置。
2. 面状誘電体が１０の１２〜１６乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有することを特徴とする請求項１記載の集塵装置。
3. 面状誘電体が厚さ０．２ｍｍ以下の樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１または２記載の集塵装置。
4. 放電電極をアースに接続し、面状電極および電場形成電極に直交流重畳電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の集塵装置。
5. 電極基板の両面上流側に前記電極基板側から順に面状電極、面状誘電体、放電電極とを備えたイオン発生電極を、また、同じ電極基板の片面下流側に集塵部電極を設けたイオン発生電極基板と、電極基板の両面上流側に電場形成電極を、また、同じ電極基板の片面下流側に集塵部電極を設けた電場形成電極基板とを一定の間隔を開けながら交互に積層することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置。
6. 電極基板の片面に集塵部電極を設けた集塵部電極基板を積層し、集塵部電極基板の積層間に任意の周期で規則的にイオン発生電極基板および電場形成電極基板を交互に挿入することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の集塵装置。
7. 面状電極、放電電極、電場形成電極および集塵部電極が導電性インクを印刷することによって設けられることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の集塵装置。
8. 電極基板の表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□であることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の集塵装置。
9. 表面抵抗率が１０の１２〜１６乗Ω／□の膜を荷電部および集塵部全体に設けることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の集塵装置。
10. 請求項１乃至９いずれかに記載の集塵装置を備えた空調装置。

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