JP5089000B2 - 集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調及び産業分野で大気塵、室内の粉塵、ほこりなどを集塵し、また、電気集塵であるにも関わらず、コロナ放電を利用せずに、また、粉塵を帯電させる際にオゾンの発生がほとんどない荷電部を設けた集塵装置に関するものである。

従来、この種の集塵装置としては、例えば、特開平６−３１２００号公報に記載されたものが知られている。以下、その集塵装置について図８を参照しながら説明する。図８に示すように、荷電部１０１は線状電極１０２とアース電極板Ａ１０３とからなり、荷電部１０１の通風方向下流側に電圧印加電極板１０５とアース電極板Ｂ１０６とからなる集塵部１０４を設けている。通常、荷電部１０１においては線状電極１０２とアース電極板Ａ１０３の間に５〜１５ｋＶ、また、集塵部１０４の電圧印加電極板１０５とアース電極板Ｂ１０６の間に２〜６ｋＶの電位差を持つように高圧安定化電源１０７によって線状電極１０２及び電圧印加電極板１０５にそれぞれ電圧が印加されている。
上記構成において、荷電部１０１では線状電極１０２に高い電圧がかかっており、線状電極１０２近傍に非常に強い電界が作られている。そのため、空気中の電荷をもつ物質が空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離したり、分離した電子が他の空気分子に付着したりして空気イオンとなる。これを空気のイオン化と呼ぶことにする。そして、アース電極の間にある絶縁体である空気が絶縁破壊を起こし、一定の大きな放電電流を伴いながら空気のイオン化が起こる放電現象をコロナ放電というが、コロナ放電によって作られた空気イオンが集塵装置に供給された空気に含まれる粉塵に付着して粉塵を帯電させる。帯電した粉塵は送風の流れに沿って集塵部１０４に導入され、電圧印加電極板１０５とアース電極板Ｂ１０６との電界の力を受けて両電極板のどちらかに付着して取り除かれ、清浄な空気が集塵部１０４後方から吹出される。また、上記従来例では、放電電極として、線状のものを示したが、他に不平等電界を形成するような形状、例えば、針状の電極を用いても同様で、針状電極の先端とアース電極板Ａ１０３の間で一定電流が流れた状態でコロナ放電が生じ、同様の機構で粉塵が帯電、除去される。
また、集塵部１０４をフィルタ１０８に置き換えたタイプの集塵装置が従来から知られている。以下、その集塵装置について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、通風方向から順に、線状電極１０２とアース電極板Ａ１０３とからなる荷電部１０１とフィルタ１０８が設けられている。フィルタ１０８の下流側には導電性の格子板１０９が設置されており、アースに接続されている。通常、荷電部１０１においては線状電極１０２とアース電極板Ａ１０３の間に５〜１５ｋＶの電位差を持つように高圧安定化電源１０７によって線状電極１０２に電圧が印加されている。
上記構成において、荷電部１０１では前述したように線状電極１０２に電圧を印加することにより、線状電極１０２近傍でコロナ放電を起こして粉塵を帯電すると同時に、線状電極１０２と格子板１０９の間に電界が発生し、その電界によってフィルタ１０８の濾材は分極される。そして、フィルタの中に導入された帯電粉塵は、濾材内部の分極電場に沿って濾材繊維表面へ向かう力を受ける。その結果、濾材に捕集されやすくなり、フィルタの集塵性能は高められる。
特開平６−３１２００号公報

このような従来の集塵装置では、粉塵を帯電させる荷電部の放電電流が大きいという課題があり、放電電流が増えると消費電力及び人体に有害なオゾンの発生量が大きくなることから、放電電流をほとんど流さないで粉塵を帯電させることが要求されている。
また、従来の電気集塵装置用の荷電部では、オゾン発生量を抑えるために放電電極にプラスの極性の電圧を印加するため、粉塵を帯電すると同時に、人の気分をリラックスさせるなどというよい効果をもつといわれるマイナスイオンを放出することができないという課題があり、放電電流をほとんど流さないで粉塵を帯電させると同時に、マイナスイオンを放出できることが要求されている。
また、従来の荷電部は放電電極としてタングステン製の線状電極を用い、これに対向させてアース電極板を設けるといった構成が一般的であるが、線状電極近傍で空気をイオン化すると同時に、電荷の授受が線状電極表面のあらゆる部分で起こるために無駄な放電電流が流れてしまい、また、線状電極の表面は滑らかであるために電界を今まで以上に強くしにくいなどの理由によって効率よく空気をイオン化できないという課題がある。また、この放電電極には高電圧が印加されており、放電電極の近傍では非常に強い電界が形成されているため、電子、イオン、帯電粉塵などの荷電粒子が放電電極に衝突して損耗しやすいという課題もあり、無駄な放電電流をなくして効率よく空気をイオン化すると同時に、放電電極への荷電粒子の衝突を減らすことが要求されている。
また、従来の荷電部は具体的に線状電極０．１ｍ当たり１０〜２０μＡ、そして、送風風量１ｍ３／ｍｉｎ当たりで、１００〜２００μＡ程度の放電電流を流して集塵効率が８０％以上になるような設計となっている。また、針状の電極を用いた場合でも、送風風量１ｍ３／ｍｉｎ当たりで、１００〜２００μＡ程度の放電電流が流れており、やはりコロナ放電をさせて、粉塵を帯電させている。この程度の放電電流を流すと消費電力も大きく、オゾンも２０ｐｐｂから多い場合には１００ｐｐｂ程度発生するため人体にとってよくないレベルとなり、また、臭いの閾値以上となるためオゾン臭が不快であるという課題があり、従来と同等の集塵性能を確保しながら放電電流を大幅に小さくすることが要求されている。
そして、前記集塵装置を備えた空調装置においては、風量が大きく、装置内部の通過風速も大きいため、集塵機能を付加させる手段として、コロナ放電を用いて帯電させた粉塵を圧力損失の少ない集塵部で集塵する電気集塵ユニットを用いることによって、圧力損失を低くしたまま高い集塵性能を持たせることが可能である。しかし、コロナ放電を用いた電気集塵ユニットを使用すると放電電流が大きいため消費電力も高くなり、また、オゾン発生量も大きくなって人体にとって悪影響を及ぼすとともにオゾン臭が不快であるという課題があり、電気集塵による集塵機能を付加させた空調装置においても放電電流を低減することが要求されている。
また、前記集塵部をフィルタに置き換えたタイプの集塵装置の荷電部でも、前記と同じ課題を有しており、濾材を分極させると同時に、放電電流を大幅に小さくしながら粉塵を帯電させることが要求されている。
更に、前記集塵部をフィルタに置き換えたタイプの集塵装置においては、粉塵がフィルタを通過する速度、即ち、フィルタ面の風速が大きいほど、帯電粉塵が濾材内部の分極電場に沿って濾材繊維表面へ向かう力の及ぼす集塵効果を失うため、フィルタ面の風速が大きいとフィルタの集塵性能が上がらないと同時に、フィルタの圧力損失が大きくなるという課題がある。また、フィルタの面に合わせて格子板が接触していないと濾材を効率よく一様に分極させることができないといった課題もあり、フィルタ面の通過風速を下げると同時に、フィルタを効率よく一様に分極させることが要求されている。
また、前記フィルタのプリーツ形状の山の数が多くなると、導電性の格子板の加工が難しくなって材料費も高くなるという課題があり、格子板がなくてもフィルタの下流側にアース面を形成でき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、放電電流をほとんど流さないで粉塵を帯電させて従来レベルの集塵能力を確保すると同時に、気分をリラックスさせるなどの効果を持つマイナスイオンを放出することができ、更により効率よく空気をイオン化することができ、コロナ放電の発生による線状電極の劣化に起因する切れを防ぎ、高めた集塵性能を劣化させずに保つことができる集塵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、上記目標を達成するため、請求の範囲第１項に記載した通り、コロナ放電をさせずにイオンを放出するイオン放出手段とその下流側に設置された集塵部で構成され、イオン放出手段の放電電極を１もしくは複数個の線状電極とし、線状電極の両側にアース電極を設け、線状電極に高電圧を印加した時の放電電流が線状電極０．１ｍ当たり１μＡ以下となるようにアースに接続された電極を絶縁体または半導体で被覆したことを特徴とする。
そして、本発明によれば、コロナ放電を抑制し、放電電流を必要以上に流さないことで効率よく空気をイオン化すると同時に、放電電極への荷電粒子の衝突を減らすことができる集塵装置が得られる。また、放電電流をほとんど流さないで粉塵を帯電させることができる集塵装置が得られる。
また、請求の範囲第２項記載の集塵装置は、請求の範囲第１項記載の集塵装置において、イオン放出手段がマイナスイオンを放出することを特徴とする。
そして、本発明によれば、放電電流をほとんど流さないで粉塵を帯電させると同時に、気分をリラックスさせるなどの効果を持つマイナスイオンを放出することができる集塵装置が得られる。

本発明の一実施例である線状電極を用いた集塵装置の構成図 本発明の一参考例である針状電極を用いた集塵装置の構成図 本発明の一参考例である針状電極とアース接続された格子板との間にフィルタを備えた集塵装置の構成図 本発明の一参考例である針状電極とアース接続されたプリーツ状に形成された格子板とフィルタとを備えた集塵装置の構成図 本発明の一参考例である針状電極と裏面に導電塗料を塗布したフィルタとで構成された集塵装置の構成図 本発明の一参考例である針状電極を用いた集塵装置を備えた空調装置の説明図 本発明の一参考例である針状電極とグリルとを一体化し、空調装置内部に集塵部を設けた空調装置の説明図 従来の集塵装置の構成図 従来の集塵装置の構成図

本発明の集塵装置は、コロナ放電をさせずにイオンを放出するイオン放出手段とその下流側に設置された集塵部で構成されることを特徴としたものである。周囲にアース電極を設け、針や棘、線などの形状の放電電極にある一定以上の電圧を印加すると、放電電極付近に大きな電界が形成されるようになり、空気分子中の電子が分離したり、また、分離した電子が別の空気分子に結合するなどして空気分子がイオン化し空気イオンとなる。そして、発生した空気イオンが電界の力によって拡散し、粉塵に付着して粉塵を帯電する。
今までの常識では、集塵部の上流側で粉塵などを帯電させる手段として、コロナ放電を用いることが有効な手段とされてきた。コロナ放電をさせるためには、線状電極や針状電極に対向するアース電極を設け、この間に高電圧を印加する。そうすると、ある電圧までは、電流はほとんど流れない。この時は、空気イオンもほとんど発生しない。しかし、コロナ放電が発生する電圧まで上げると、放電電極の回りが強電界となって気体（空気）が局部的な絶縁破壊を起こしてイオン化すると同時に、放電によって電流値が急激に上昇する。これがコロナ放電である。この放電電流が大きいというのが特徴であるコロナ放電の領域を利用することで、空気をイオン化して粉塵を帯電させることができるが、放電電流に比例してオゾンが発生することからコロナ放電では多量のオゾン発生を伴う。ちなみに、極性については、マイナス極性のコロナ放電のほうがオゾン発生量は多くなる（プラス極性のコロナ放電の約３〜６倍）。また、放電電流が大きいと消費電力も増大する。そこで、本発明者らは、放電電流を抑制しながら空気イオンの生成を行うことにより、オゾン発生と消費電力を抑えつつ粉塵の帯電性能を保つ手段を見出した。アース電極を絶縁性物質や半導電性物質で被覆したり、放電電極とアース電極の距離をおき、空気による絶縁を大きくしてコロナ放電を起こさずにイオンのみを放出させる（絶縁破壊を起こさずに空気をイオン化する）こと（これをイオン化放電と定義する）により、空気イオンの付着による粉塵の帯電性能を持ちながら、放電電流をほとんど流さない状態にして消費電力及びオゾンの発生を極力低減することができるという作用を有する。
このコロナ放電が発生していない状態とは、具体的な目安として１つの針状電極当たり、放電電流が１μＡ以下（一般的な計器で測定できるレベル）、線状電極であれば、０．１ｍ当たり１μＡ以下の値である。また、この状態をつくるためには、空気絶縁及び十分な距離がとれない場合は、絶縁もしくは半導体材料でアースにあたる部分を被覆する必要がある。空気絶縁の場合の絶縁距離としては、線状の場合は、線径、表面の平滑度、針状の場合は、尖がりの程度によって一概にいえないが、少なくとも１０ｍｍ／ｋＶ以上、好ましくは、２０ｍｍ／ｋＶ以上の絶縁距離を設けることが必要である。絶縁もしくは半導電性材料としては、絶縁距離によって違うが、放電電流が１μＡ以下になる絶縁抵抗となるものを用いればよい。
また、イオン放出手段がマイナスイオンを放出することを特徴としたものであり、放電電極にマイナス電圧を印加して空気をイオン化し、プラスイオンは電極にひきつけて付着させ気体分子に戻し、マイナスイオンは反発させて周囲に拡散させる。そして、アース電極を絶縁性物質や半導電性物質で被覆したり、放電電極とアース電極の距離を大きく取るなどして大きな放電電流を伴うコロナ放電を起こさずに空気をイオン化し、放電電極にマイナス電圧を印加することによってマイナスイオンのみを存在させることにより、空気イオンの付着による粉塵の帯電性能を持ちながら、放電電流を低下させて消費電力及びオゾンの発生を低減すると同時に、人体によい影響を与えるといわれているマイナスイオンを放出することができるという作用を有する。
また、イオン放出手段の放電電極を１もしくは複数個の線状電極とし、線状電極の両側にアース電極を設け、線状電極に高電圧を印加した時の放電電流が線状電極０．１ｍ当たり１μＡ以下となるようにアース電極を絶縁体または半導体で被覆したことを特徴としたものである。コロナ放電では前述した通り、空気を局部的に絶縁破壊させてイオン化すると同時に、局部的ではあるが空気が絶縁破壊を起こすために放電電流が急激に上昇する。放電電流は放電電極及び対向のアース電極表面で起こる電荷の授受の量を表すものであり、特徴として消費電力及びオゾン発生量と密接な比例関係にある。そこで、アース電極を絶縁体もしくは半導体で被覆することで電極表面の電荷の授受を制限することによってコロナ放電を抑制し、放電電流を必要以上に流さないことで効率よく空気をイオン化することができる。そして、線状電極０．１ｍ当たり１μＡ以下の放電電流で、粉塵を帯電させるのに十分な量の空気イオンを得ることができる。以上のような理由から、放電電流を従来から大幅に低くすることができるため、消費電力及びオゾン発生量を極力低減することができる。また、線状電極は複数個の場合通常は通風断面に対して平行に配置するため、通風断面に対して均一にイオンは放出され、イオン放出部を通過する粉塵を均一に帯電させることができる。また、絶縁体もしくは半導体で被覆しているためにコロナ放電にはほとんどならず（電圧を上げていくとコロナ放電ではなく、この場合絶縁破壊を起こし火花放電へ移行する）、従って、電圧にあまり影響されずにイオンを放出することができる。そして、放電電流が非常に低く、放電電極表面への電子、イオン、帯電粉塵などの荷電粒子の衝突が少ないため、損耗による切れを抑制して放電電極を長持ちさせることができるなどといった作用を有する。

（実施例及び従来例における集塵装置の集塵試験例１）
集塵試験１においては、以下に説明するように、イオン放出手段である実施例の集塵装置と、従来の集塵装置と用いて、放電電流、イオン濃度、集塵効率、オゾン濃度の比較を行った。
まず、図８に示した従来の集塵装置に基づいて実験装置を作成した。図８を用いて装置の説明を行うと、開口寸法２６４ｍｍ×１２２ｍｍのダクトの途中に、厚さ０．５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、幅２５６ｍｍの３枚のステンレス鋼板をポリプロピレン製スペーサー１１１を間に挟んで３ｍｍ間隔で３１枚重ね、ステンレス鋼板に＋２ｋＶの電圧を１枚おきに印加して電圧印加電極板１０５とした。それぞれの電圧印加電極板１０５を挟むようにして設けられたステンレス鋼板をアースに接続してアース電極板Ｂ１０６とした集塵部１０４を作成した。そして、集塵部１０４の４００ｍｍ上流側に表１に示した条件の荷電部を設置し、高圧安定化電源１０７を用いて線状電極１０２に表１に示すような、直流の電圧を印加した。尚、測定した放電電流は、１ｍ３／ｍｉｎ当たりの放電電流に換算した。また、図には示していないが、ダクト最後方に送風機を設けてダクト内送風風量１ｍ３／ｍｉｎの条件で通風し、集塵効率η（％）、イオン発生量（個／ｃｃ）、発生オゾン濃度（ｐｐｂ）を測定した。この時のダクト風速は約０．５ｍ／ｓである。集塵効率はリオン社製パーティクルカウンターＫＣ−０１Ｃを用い、荷電部１０１の直前と集塵部１０４の直後の粉塵濃度を測定して求めた。粉塵濃度は係数法で測定し、０．１６７リットルの空気をサンプリングして、その中に含まれる粒径０．３μｍ以上の粉塵の全個数を測定して求めた。荷電部１０１直前の粉塵濃度をＣｆ、集塵部１０４直後の粉塵濃度をＣｂとすると、集塵効率ηは次式で求めることができる。
η＝（１−Ｃｂ／Ｃｆ）×１００ （％）
空気イオン濃度は、荷電部後方２００ｍｍの位置からダクト内空気をサンプリングし、電気移動度が０．４ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上の小イオンの個数濃度を計測する神戸電波社製イオンテスターＫＳＴ−９００を用いて測定した。単位は個／ｃｃである。
発生オゾン濃度は集塵部１０４直前からダクト内空気をサンプリングし、荏原実業社製オゾンモニターＥＧ２００１Ｆを用いて測定を行った。単位はｐｐｂであり、１０億分の１の質量濃度を示す。

それぞれの荷電部の構成について図１、２、８を用いて説明する。
比較例であるＮｏ．１の荷電部１０１は、従来例の図８と同じ構成であり、線径０．１５ｍｍ、長さ２２０ｍｍのタングステン製の線を用いた線状電極１０２を、通風方向に対して垂直方向に２０ｍｍの間隔で６本、即ち、６段設置して＋５．７ｋＶの電圧を印加し、その間に通風方向から見て奥行き長さ１６ｍｍ、幅２２０ｍｍの鋼製アース電極板Ａ１０３を等間隔に計７枚設置したものである。この荷電部１０１は、従来よく使われている形状の荷電部であり、アース電極板Ａ１０３を空気のみを絶縁材として線状電極１０２の上下近くに設けているため、両電極間でコロナ放電が起こり、線状電極１０２近傍で空気が容易にイオン化するようになっている。そのため、集塵効率９５％と高い集塵性能を実現している。しかし、空気のイオン化とともに大きな放電電流を伴うコロナ放電が起こりやすくなっているため、放電電流が１４０μＡと大きいことから消費電力が大きくなることと、放電電流が大きいためオゾンが２４ｐｐｂと比較的多量に発生することと、線状電極１０２の電圧極性がプラスであるため、線状電極１０２がマイナスイオンを吸収してしまいほとんど放出しないことが欠点である。

比較例であるＮｏ．２の荷電部１０１は、従来例の図８と同じ構成で、線状電極１０２の極性をマイナスにしたものであり、放電電流の大きさがＮｏ．１と同じ１４０μＡになるように電圧を印加したものである。Ｎｏ．１と同様に空気のみを挟んでアース電極板Ａ１０３を設けているためにコロナ放電が起こって容易に空気がイオン化するため、集塵効率９５％と高い集塵効率を実現している。また、線状電極１０２の極性がマイナスであるため、線状電極１０２からマイナスイオンが反発されて吸収されないことにより、マイナスイオンを多量に放出することができる。しかし、コロナ放電により放電電流が１４０μＡと大きいため放電による消費電力が大きくなることと、放電電流が大きく線状電極１０２の極性がマイナスであることから、オゾン発生量がプラス放電よりも更に大きい１０３ｐｐｂになるという結果となり、オゾンが大量に発生するという欠点が明らかになった。

比較例であるＮｏ．３の荷電部１０１は、従来例の図８とほぼ同じ構成であるが、アース電極板Ａ１０３を取り除いて線状電極１０２に−１０ｋＶを印加したものである。また、図には示していないが、荷電部１０１の上流側８０ｍｍの位置に５ｍｍ径の穴が無数に開いた鋼製パンチングメタルを格子板として設置しアースに接続した。放電電流はほとんど流れずオゾンもほとんど発生していないが、集塵効率が４０％と実用レベル以下の性能しかもたない。イオン発生量が低いことから、空気をイオン化する効果が小さいためであると推測される。

実施例であるＮｏ．４の荷電部１０１の構成を図１に示す。イオン発生する手段としては、Ｎｏ．１の荷電部のアース電極板Ａ１０３表面を絶縁被覆層１として塩化ビニールテープで被覆し、それに挟まれるようにして設置されたタングステン製の線状電極１０２で構成されている。この構成で線状電極１０２に＋５．７ｋＶの電圧を印加したところ集塵効率は８０％となり、Ｎｏ．１及びＮｏ．２の荷電部に比べて低いものの十分実用的なレベルの値である。理由としてプラスの空気イオン発生量が２５万個／ｃｃと多く、空気のイオン化が十分起こっていることが考えられる。また、線状電極１０２とアース電極板Ａ１０３の間には電場が存在しているが、アース電極板Ａ１０３の表面が絶縁されているためにコロナ放電による大きな放電電流が抑制されている。そのため、Ｎｏ．１の荷電部と同じ印加電圧にも関わらず放電電流が４μＡと、Ｎｏ．１及びＮｏ．２の荷電部の１４０μＡに比べて非常に小さくなっている。即ち、電圧が同じため電流の減少分だけ消費電力が小さくなっている。同時に、放電電流が小さいためオゾンもほとんど発生しなかった。即ち、コロナ放電を起こさずにイオンのみを発生しているということができる。
このように、放電電流を低下させることで消費電力及び有害なオゾンの発生量を低減して人体によりやさしい集塵装置にすることができる。

実施例であるＮｏ．５の荷電部１０１は、Ｎｏ．４とほぼ同じ構成であるが、図１に示す線状電極１０２の電圧極性をマイナスにしたものである。集塵効率は８８％と十分実用的な集塵性能を示した。同時に、線状電極１０２の電圧極性がマイナスであるためマイナスイオンが１６万個／ｃｃと大量に放出された。そして、放電電流は１２μＡと小さいことから消費電力は小さくなり、発生オゾン濃度も７ｐｐｂと非常に低いものとなった。
このように、放電電流を低下させることで消費電力及び有害なオゾンの発生量を低減すると同時に、マイナスイオンを発生することにより人体によい影響をもたらす集塵装置にすることができることがわかった。

参考例であるＮｏ．６の荷電部１０１の構成を図２に示す。放電電極として、本体部径０．７ｍｍ、長さ３０ｍｍの先端が鋭利に尖った針状電極２をダクト吸込み口に３０ｍｍの間隔で通風方向に対して垂直方向に６本平行に併設し、それに−１０ｋＶ印加したものである。その上流側１５０ｍｍの位置に５ｍｍ径の穴が無数に開いた鋼製パンチングメタルを格子板１０９として設置しアースに接続した。集塵効率は８５％と十分実用的なレベルとなっている。Ｎｏ．３の荷電部と比較して集塵効率が高いことから、０．１５ｍｍ径の線よりも鋭利な針の方が空気をイオン化する性能に優れていることがわかる。また、放電電極の極性がマイナスであるためマイナスイオンが２７万個／ｃｃと大量に放出された。放電電流は０．６μＡとなり非常に小さいため消費電力は小さく、また、オゾンもほとんど発生しなかった。また、放電電極表面へ電子やイオンが多少なりとも衝突するため放電電極表面は多少の劣化を起こすことが考えられるが、線の場合は切れにつながり放電電極としての機能をなくしてしまうのに対し、針の場合は表面が多少劣化する可能性はあるが、放電電流がほとんどないため、磨粍は少なく、切断などによって放電電極自体の形、機能をなくすことはない。

参考例であるＮｏ．７の荷電部１０１は、Ｎｏ．６とほぼ同じ構成で、格子板として鋼製パンチングメタルの代わりにメッシュ２０のステンレス製金網を針状電極の下流側３０ｍｍの位置に設けてアースに接続し、針状電極に−８ｋＶの電圧を印加して放電電流を２２μＡ流したものである。針状電極は６本であり、約７０ｍｍ四方相当の面積に一個の割合で設置されていることになる。１個当たりの放電電流は３．７μＡである。空気の絶縁だけでこの放電電流に抑えるためには針状電極とアースの間隔が３０ｍｍ程度必要である。集塵効率は、比較例であるＮｏ．１とほぼ同等の９３％となり、オゾン発生量はＮｏ．１の２４ｐｐｂを大きく下回る５ｐｐｂであった。そして、マイナスイオンも２０万個／ｃｃと大量に放出されており、放電電流も２２μＡと小さいため消費電力も小さくできることがわかった。

参考例であるＮｏ．８の荷電部１０１は、Ｎｏ．７と同じ構成で、アースであるメッシュ２０のステンレス製金網を針状電極の下流側３０ｍｍの位置に設けて、印加電圧及び放電電流を−１０ｋＶ、４０μＡに調節したものである。針状電極は６本であり、約７０ｍｍ四方相当の面積に一個の割合で設置されていることになる。１本当たりの放電電流は６．７μＡである。集塵効率は、比較例であるＮｏ．１と同等以上の９７％となり、オゾン発生量はＮｏ．１の２４ｐｐｂを大きく下回る７ｐｐｂであった。マイナスイオンも２７万個／ｃｃと大量に放出されており、放電電流も４０μＡと小さいため消費電力も小さくできることがわかった。
以上のことを整理した内容を表１にまとめた。

比較例であるＮｏ．１及びＮｏ．２で示したように線状電極の場合、通常のコロナ放電をさせている時は、集塵効率も高いが、オゾン発生量も非常に高い。実施例であるＮｏ．４またはＮｏ．５で示したように、本発明である放電電流を１μＡ以下でイオンのみを発生させている場合は、集塵性能を維持しながらオゾン発生を極力抑制できている。但し、比較例３で示しているように、放電電流が０の時はイオン発生量もほとんどなく集塵性能も低い。集塵性能を維持するためには、放電電流は、線状電極０．１ｍ当たり０．１μＡ以上は必要である。そして、Ｎｏ．５ではマイナス極性の電圧を放電電極に印加しているためマイナスイオンも大量に放出されている。

また、参考例であるＮｏ．６が示すように、放電電極として針状の放電電極を用いると同時に、放電電流を１μＡ以下にすることで、消費電力及び有害なオゾンの発生量を大きく低減し、イオンの発生手段からマイナスイオンを発生することができるため、人体によい影響をもたらすと同時に、放電電極の損耗劣化が少なく、長時間使用できる構成になり、メンテナンスコストを下げることができることがわかった。
また、集塵効率を少しでも落としたくないが、消費電力とオゾン発生量を低下させたいという使い方も、コロナ放電を起こさずイオンのみを放出する集塵装置では可能である。参考例であるＮｏ．７またはＮｏ．８が示すように、針状電極の数を通風面に対して４０ｍｍ四方の面積当たり１個以下とし、従来と比べて本数を減らして最適化することにより、オゾン発生量を従来の半分以下にすることができる。こうすることにより、従来と同じ高い集塵性能を達成しながら消費電力及び有害なオゾンの発生量を低減させることができる。また、同時に、マイナスの極性の電圧を印加することにより、人体によい影響をもたらすといわれているマイナスイオンを供給することができる。

なお、図２では針状電極２の上流側に格子板１０９を設けた図が示されているが、Ｎｏ．７のように針状電極２の下流側に格子板１０９を設けても同様の効果が得られる。
なお、本参考例では、線状電極１０２にタングステン製のものを用いたが、代わりとして導電性を持つ他の材質のものを用いても同様の効果が得られる。
なお、針状電極２として先端が鋭利に尖った鋼製の針を用いたが、空気をイオン化できるならば、その代わりに導電性を持つ他の材質のものを用いてもその効果に差は生じない。
なお、本参考例では、アース接続された導電性の格子板１０９として２０メッシュのステンレス製の金網を用いたが、通風可能であればどんなメッシュ粗さでも、もしくはどんな形状でもよく、例えば、導電性繊維を加工して作った導電性シートなどを用いても同様の効果が得られる。
なお、集塵部は、電圧印加電極板とアース電極板の間に電位差を与えて電界をつくり、その電界の力で主に帯電した粉塵を捕集する構成としたが、ガラス繊維などを濾材にして機械的に粉塵を捕集する濾過フィルタや、あらかじめ分極された誘電体を濾材にして内部に電界ができるように作られ、機械的もしくはその電界の力で粉塵を捕集する静電フィルタ、また、そういったフィルタを電極で挟んで電圧をかけ、常に方向のそろった電界の中に置くことにより一方向に統一された電界の力で粉塵を捕集するように工夫された電界フィルタなど他の種類の集塵部を用いた場合にも同様の効果を生じる。

（参考例及び従来例における集塵装置の集塵試験例２）
次に、集塵装置のイオン放出手段と集塵部に特徴を有する参考例の集塵装置と、従来の集塵装置と用いて、放電電流、集塵効率、圧力損失の比較を行った。
図９に従来の集塵装置を示す。この集塵装置に基づいて実験装置を作成した。図９を用いて実験装置の説明を以下に行う。開口寸法１００ｍｍ×５０ｍｍのダクトを作成し、通風方向の上流側から順番に荷電部１０１、フィルタ１０８、格子板１０９を設けた。格子板１０９は、フィルタ１０８の直後に設けられており、接触した状態となっている。フィルタ１０８を構成する濾材にはクラレ製の中性能タイプのものを用いた。これはフィルタ面の風速が１ｍ／ｓの時、濾材単体で集塵効率約５０％（係数法、０．３μｍ以上）の性能を持つもので、濾材の主成分はポリプロピレンである。このフィルタは、洗浄によって付着した粉塵を除去し、再使用できるようにあらかじめ界面活性剤を含有しており、水で洗浄しても型崩れしないように高い剛性となるよう設計されている。また、格子板１０９には２０メッシュ、線径０．５ｍｍのステンレス製の網を用いた。また、ダクトの通過風速は１ｍ／ｓとした。格子板１０９及びアース電極板Ａ１０３をアースに接続し、高圧安定化電源１０７を用いて放電電極に直流電圧を印加し、その時の集塵効率（％）、放電電流（μＡ）及び集塵装置全体の圧力損失（Ｐａ）を測定した。その結果を表２に示す。

なお、放電電流は１ｍ３／ｍｉｎに換算し、実測値の３．３３倍で示してある。集塵効率はリオン社製パーティクルカウンターＫＣ−０１Ｃを用い、荷電部１０１直前の粉塵濃度と格子板１０９直後の粉塵濃度を測定して求めた。粉塵濃度は係数法で測定し、０．１６７リットルの空気をサンプリングしてその中に含まれる粒径０．３μｍ以上の粉塵の全個数を測定して求めた。

それぞれの荷電部の構成について図３、４、９を用いて説明する。
比較例であるＮｏ．９は、従来例の図９と同じ構成であり、線径０．１５ｍｍ、長さ１００ｍｍのタングステン製の線を用いた線状電極１０２を２４ｍｍの間隔で、通風方向に対して垂直方向に２本、即ち、２段設置して０〜５．５ｋＶの電圧を印加し、その間に通風方向から見て奥行き長さ１５ｍｍ、幅１００ｍｍの鋼製アース電極板Ａ１０３を等間隔に３枚設置したものである。なお、線状電極１０２と格子板１０９の距離は２５ｍｍである。この荷電部１０１は、従来よく使われている形状の荷電部であり、アース電極板Ａ１０３を空気のみを絶縁物として線状電極１０２のまわりに設けているため、両電極間でコロナ放電が起こり、線状電極１０２近傍で空気が容易にイオン化するようになっている。そのため、印加電圧５．５ｋＶで集塵効率９２％となり、０ｋＶで５０％のフィルタの集塵性能は大幅に高まった。しかし、空気をイオン化するために、大きな放電電流を伴うコロナ放電を起こしているので１ｍ３／ｍｉｎ換算で１３μＡの放電電流が流れた。ちなみに、放電電極に５．０ｋＶを印加して１ｍ３／ｍｉｎ換算で２μＡの放電電流を流した場合は６９％となり、微小な放電電流を流した場合の集塵性能は十分高まっているとはいえない。

参考例であるＮｏ．１０の構成を図３に示す。放電電極として、本体部径０．７ｍｍ、長さ３０ｍｍの先端が鋭利に尖った針状電極２がダクトの中央に１本、通風方向に対して垂直に設けられており、その３０ｍｍ下流側にフィルタ１０８、その直後に格子板１０９が設けられている。針状電極２と格子板１０９は、空気だけでなくフィルタ１０８で隔てられた構造となっている。格子板１０９をアースに接続し、針状電極１０２に０〜−６ｋＶの電圧を印加したところ、−６ｋＶ印加して集塵効率が９２％となり、０ｋＶで５０％だったフィルタの集塵性能は大幅に高まった。その時の放電電流は１ｍ３／ｍｉｎ換算で２．３μＡであり、比較例であるＮｏ．９が同じく９２％の集塵効率になった時の放電電流と比べて約１／６となり、ほぼ微小であるということができる。また、針状電極２に−５ｋＶ印加すると集塵効率が８６％と大きく向上し、その時の放電電流は１ｍ３／ｍｉｎ換算で０．６μＡであった。使用している針状電極２の本数は１本であり、放電電極１本当たり１μＡ以下の放電電流で高い集塵効率を得ることができた。印加針状電極２と格子板１０９の絶縁距離が十分であることと、針状電極２と格子板１０９の間が絶縁性をもつフィルタで隔てられたことによって過剰な放電電流を抑制し、コロナ放電を起こさないで針状電極からイオンを放出し、粉塵を帯電させることができた。それと針状電極と格子板の間の電界によってフィルタを分極させつづけたことによって、安定して高い集塵性能をフィルタに与えることができた。

参考例であるＮｏ．１１の構成を図４に示す。放電電極として針状電極２が設けられており、その３０ｍｍ下流側に、通風方向の幅が３０ｍｍになるようにして６段折ることによって（即ち、山が３つできるように）プリーツ形状に加工されたフィルタ１０８、その直後にフィルタと同じように６段折ることによってプリーツ形状に加工された格子板１０９がフィルタの面に接触するように設けられている。尚、本参考例であるＮｏ．１１においては、格子板１０９がフィルタの面に接触するようにしているが、必ずしも接触している必要はなく、近接して配置されていればよい。こちらも比較例Ｎｏ．９と同様に針状電極２と格子板１０９は、空気だけでなくフィルタ１０８で隔てられた構造となっている。格子板１０９をアースに接続し、針状電極１０２に０〜−６ｋＶの電圧を印加したところ、−６ｋＶ印加して集塵効率が９４％となり、Ｎｏ．９よりも更に高い集塵性能を得ることができた。その時の放電電流は１．７μＡであり、比較例であるＮｏ．９が９２％の集塵効率となった時の放電電流と比べて約１／８となり、ほとんど微小であるということができる。また、針状電極２に−４ｋＶ印加すると集塵効率は９１％と大きく向上し、その時の放電電流は１ｍ３／ｍｉｎ換算で０．３μＡだった。使用している針状電極２の本数はＮｏ．１０と同様１本であり、放電電極１本当たり１μＡ以下の放電電流で高い集塵効率を得ることができた。このように微小な放電電流で安定して高い集塵性能が得られた理由は参考例であるＮｏ．１０と同様であるといえる。Ｎｏ．１０より高い集塵性能となったのは、フィルタ及び格子板をプリーツ形状に加工することによってフィルタ面の通過風速を小さくしたためである。更に、圧力損失を比較すると、プリーツ加工していない比較例であるＮｏ．９が１ｍ／ｓの風速で５８０Ｐａであるのに対して、参考例であるＮｏ．１１は１７０Ｐａとなり、Ｎｏ．９に対して１／３〜１／４に低下している。その分だけ通風エネルギーが低減していることになり、ファンの回転数を落として送風コスト及び騒音を下げることが可能である。また、洗浄可能な濾材を用いているため、粉塵が付着して汚れや目詰まりがフィルタに顕著に表れてきた場合は、洗浄して粉塵を洗い流した後、乾燥させることにより再び使用することが可能である。洗浄して何度も再生使用するならば、洗浄後に界面活性剤を含有する液体に含浸させてから乾燥すれば再び洗浄可能なフィルタにすることができる。

裏面に導電性塗料を塗布して導電層を形成させたフィルタと針状電極を備えた集塵装置の構成を、図５を用いて説明する。
濾材を分極し、また、濾材に付着した余分な電荷を外に逃がすにはフィルタの下流側にアース接続された導電性の格子板が必要であるが、プリーツ形状に折り加工されたフィルタを使用する場合などは、その形状に合わせて格子板もプリーツ加工した方が集塵性能を高くすることができる。しかし、プリーツの段数が増えると格子板のプリーツ加工が難しくなり、更には、プリーツにする格子板の面積が増えることから加工コストや材料コストが多くかかることになる。フィルタをプリーツ形状に加工しない場合にも、導電性の格子板なしにフィルタの裏面にアース面を形成することができれば、その分製造も簡単になり材料コストも下げることができる。そこでフィルタ１０８の片面にカーボンブラックなどの導電性を持つ物質を含む塗料を塗布し、乾燥させる。こうすることによって、フィルタ１０８の片側表面に導電層４を形成することができる。そして、通風方向から順に、針状電極２、その下流側に導電層４が形成された面を裏面にしてフィルタ１０８を設置し、導電層４の面をアースに接続する。こうすることによってプリーツ形状に加工した導電性の格子板を設けなくてもフィルタ１０８の裏面にアース面を形成することができる。導電層４を形成する手順としては、濾材をプリーツ形状に加工してフィルタ１０８にした後に、フィルタ１０８の片面に導電性塗料を塗布しても、プリーツ加工する前の濾材の平面に導電性塗料を塗布し乾燥させてあらかじめ導電層４を濾材の片側表面に形成した後に、プリーツ加工してフィルタにしてもどちらでもよい。
そして、針状電極２に高電圧を印加して針状電極２とフィルタ１０８の裏面との間に電界を生じさせ、その電界の作用によってフィルタ１０８の濾材を分極させることができる。

なお、本参考例では、アース接続された導電性の格子板１０９として２０メッシュのステンレス製の網を用いたが、通風可能であればどんなメッシュ粗さでも、もしくは、どんな形状でもよく、例えば、導電性繊維を加工して作った導電性シートなどを用いても同様の効果が得られる。
なお、本実験で使用したフィルタの濾材はポリプロピレンが主成分であるが、分極性を持つならば他の材質でもよく、ポリエチレンやポリフッ化エチレン、または、ポリエステルやポリアミドなどといった分極性をもつ他の濾材でも同様の効果が得られる。
なお、対向するアース電極板を絶縁被覆層で被覆したり、もしくは、取り外すなどしてコロナ放電を抑制し、放電電流を低減した場合に限り、針状電極の代わりにタングステン線などを用いた線状電極を放電電極として用いても、針状電極を放電電極に用いた場合と同様の効果が得られる。
なお、本参考例では、導電性塗料の含有物質としてカーボンブラックを例としてあげているが、金属繊維など他の導電性フィラーや、もしくは、導電性ポリマーなど、他の導電性物質を含有物質としてもその効果に差は生じない。
なお、本参考例では特に記述をしていないが、針状電極２の印加電圧の極性をマイナスにすれば、人の気分をリラックスさせるなどというよい効果を持つといわれるマイナスイオンを同時に、放出することができることはいうまでもない。

（本発明の集塵装置を備えた空調装置の参考例）
図６を用いて上記参考例の集塵装置を備えた空調装置（エアコン）の構成を説明する。空調装置本体内に風路の吸込み側から順に、吸込みグリル５、大きい粉塵を除去する粗塵フィルタ６、参考例１０に示した通りの針状電極２及びアース接続された導電性の格子板１０９と集塵部１０４を備えた集塵装置７、光触媒ユニット８、熱交換機９、ファン１０、及び吹出し口１１という構成となっている。上記構成において、室内で発生した粉塵やタバコ煙などは、吸込みグリル５から吸込まれ、網状に成形された粗塵フィルタ６で綿ほこりなどの大きな粉塵が捕集される。そして、集塵装置７で主に粒径０．１〜１０μｍの細かい粉塵が捕集される。集塵装置７の上流側に設けられた針状電極２から供給されるマイナスイオン（もしくは、プラスイオン）により粉塵が帯電され、その下流側に設けられた集塵部１０４により粉塵が捕集される。この時、針状電極２からのオゾン発生量はわずかである。そして、集塵装置７で捕集できない分子成分である臭いは光触媒ユニット８で除去される。脱臭機構は、従来は吸着剤として活性炭がつめこまれた脱臭フィルタが使用されており、活性炭は吸着容量が飽和すると脱臭性能がなくなるため、その度に交換して使われてきた。しかし、最近脱臭フィルタに代わるものとして光脱臭触媒が使用されてきており、この光脱臭触媒は臭い成分を触媒の働きで分解するために半永久的に使用することができる。この光触媒ユニット８は日光により再生させることが可能なため、晴れた日に天日干しすることによって脱臭性能を復元させることができる。そして、このように清浄化された空気を熱交換機９で熱交換することによって任意の温度に変化させ、清浄かつ任意の温度に設定された快適な空気が、ファン１０を通して吹出し口１１から供給される。このようにして空調のみではなく、消費電力及びオゾン発生量が小さいと同時に、リラックス効果など人体によい影響を与えるといわれるマイナスイオンをも供給するといった人体によりやさしい空気清浄機能を、空調装置に付加することができる。

また、吸込みグリルと針状電極を一体化して針状電極一体型グリル１２とし、本体内部に集塵部１０４を設けた空調装置の構成図を図７に示す。集塵装置の荷電部である針状電極２を吸込みグリル１２の内側に設置し、吸込みグリル１２内部に大きい粉塵を捕集する粗塵フィルタ６を設けた以外は図６と同様である。吸込みグリル１２と針状電極２を一体化して針状電極一体型グリル１２とすることにより、本体の厚さ寸法を小さくすることができ、構造がコンパクトになる。また、集塵部１０４を独自に取り出せる構造であるために洗浄や交換など集塵部１０４のメンテナンスを格段に向上させることができる。

上記参考例では、本発明の集塵装置をエアコンに組み込んだ例を示したが、ファンヒーター、除湿器など、各種家電製品や産業機器に、集塵装置として組み込み可能である。

Claims (2)

1. コロナ放電をさせずにイオンを放出するイオン放出手段とその下流側に設置された集塵部で構成され、イオン放出手段の放電電極を１もしくは複数個の線状電極とし、線状電極の両側にアース電極を設け、線状電極に高電圧を印加した時の放電電流が線状電極０．１ｍ当たり１μＡ以下となるようにアースに接続された電極を絶縁体または半導体で被覆した集塵装置。
2. 前記イオン放出手段がマイナスイオンを放出する請求の範囲第１項記載の集塵装置。

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