JP5181902B2

JP5181902B2 - 電気集じん機

Info

Publication number: JP5181902B2
Application number: JP2008197330A
Authority: JP
Inventors: 務加藤; 哲也上田; 亮加藤; 健吾中原; 正和日下部
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP2010029827A

Description

本発明は、空気中の浮遊粒子状物質を捕集し空気清浄を行うための電気集じん機に関する。

従来、この種の電気集じん機は、以下のようなものが知られており、図８を参照しながら説明する（例えば特許文献１参照）。

図８に示すように空気の流れと平行して面状の接地電極８１を備え、それと平行して支持体８２と複数の針状電極８３からなる放電電極８４を備え、直流高圧電源から直流高電圧を放電電極８４に供給することにより、接地電極８１と放電電極８４間でコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊粒子状物質を帯電・捕集している。

接地電極８１の材質は鋼・ステンレス・アルミ等の金属を用いる。また針状電極８３の材質は鋼・ステンレスを用いるのが通常であるが、腐食性や耐食性を考慮し、チタン・イリジウム・白金・ロジウム・タングステン等の金属やこれらの合金を用いる場合もある。

この時、接地電極８１にある針状電極８３と放電電極８４との電極間距離は３０ｍｍ、針状電極８３への印加電圧は１８ｋＶとなっている。
特開昭５９−５９２５８号公報

このような従来の電気集じん機は、接地電極と放電電極の電極間距離を狭くしすぎると、火花放電が頻発し電気集じん機本来の集じん性能を得られなくなる。また電極間距離を広くすればその問題は解決できるが、電気集じん機全体のコロナ放電量が少なくなってしまい、これもまた電気集じん機の集じん性能の低下へとつながる。

従来の電気集じん機は、火花放電の頻発しない距離まで電極間距離を広げ、放電電極を空気の流れ方向に複数配置することで、全体としてコロナ放電量を確保し、集じん性能を維持している。それに合わせて面状の接地電極も空気の流れ方向に大きくなっている。

このことで、電気集じん機全体の大きさが大きくなり、重量が重くなっていたため、設置する場所のスペースの確保や荷重に対する強度を耐えられるようにする必要があった。また、空気の流れる方向に電気集じん機が大きくなることで、圧力損失も大きくなり、そのために送風機の動力も多く必要となっていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、火花放電の継続的な発生を抑えることで、電気集じん機全体の大きさを小型にでき、コロナ放電量は確保できるので、小型でありながら十分に電気集じん機としての集じん性能を確保する事が出来る電気集じん機を提供することを目的としている。

本発明の電気集じん機は上記目的を達成するために、コロナ放電を発生させる放電電極とアースに接続された接地電極が空気の流れる方向と平行になるように配置され、前記放電電極は電気的に絶縁性のある絶縁性基板と針状電極と導電部とを備え、前記導電部から並列接続になるように前記針状電極を複数接続し、前記絶縁性基板上に設けた前記導電部には高電圧発生手段から高電圧が供給され、一箇所の前記針状電極と前記接地電極の間に規定以上のコロナ放電が生じた場合は、規定以上のコロナ放電が生じた箇所の前記針状電極と前記高電圧発生手段を絶縁し、前記導電部と前記絶縁性基板から突出させた針状電極との間に抵抗体を設け、前記絶縁は、前記導電部と前記抵抗体を結ぶ導線パターンが断線するように構成されており、抵抗体として金属製のリード線のない角板状の形状をしたチップ抵抗器を使用し、抵抗体の周囲を絶縁性樹脂でモールドし、抵抗体を設置している部分の絶縁性基板に貫通穴を設けたことを特徴としたものである。

この手段により、一箇所の針状電極と接地電極の間で火花放電が発生した場合に、その針状電極と高電圧発生手段のみを絶縁することで継続した火花放電をなくすことができる。また、この手段により、電気集じん機を小型にすることができる。またこの手段により、抵抗体の両端で電位差が大きくなったときに、抵抗体の沿面または空間を通じて、短絡現象が発生するのを防ぐことができる。またこの手段により、絶縁性基板に面した側の抵抗体の表面にも絶縁性樹脂でモールドすることが容易になる。

本発明によれば火花放電の連続的な発生を防ぎ、小型化を行いつつ集じん性能を確保できるという効果のある電気集じん機を提供できる。

また、抵抗体の両端で発生する短絡現象を防止することができる。

本発明の請求項１記載の発明は、コロナ放電を発生させる放電電極とアースに接続された接地電極が空気の流れる方向と平行になるように配置され、前記放電電極は電気的に絶縁性のある絶縁性基板と針状電極と導電部とを備え、前記導電部から並列接続になるように前記針状電極を複数接続し、前記絶縁性基板上に設けた前記導電部には高電圧発生手段から高電圧が供給され、一箇所の前記針状電極と前記接地電極の間に規定以上のコロナ放電が生じた場合は、規定以上のコロナ放電が生じた箇所の前記針状電極と前記高電圧発生手段を絶縁し、前記導電部と前記絶縁性基板から突出させた針状電極との間に抵抗体を設け、前記絶縁は、前記導電部と前記抵抗体を結ぶ導線パターンが断線するように構成されているものであり、火花放電の連続的な発生を防止することができ、放電電極と接地電極の電極間距離を近づけることができるので小型になり、さらにコロナ放電量を増加させることができるので集じん性能が上がるという作用を有する。また、放電電極と接地電極が離れている場合は抵抗体の中を電流が流れやすいが、近づくことで電流が増加すると抵抗体により電流が流れにくくなるため、火花放電の発生を防止することができ、放電電極と接地電極の電極間距離を近づけることができるので小型になり、さらにコロナ放電量を増加させることができるので集じん性能が上がるという作用を有する。また、抵抗体として金属製のリード線のない角板状の形状をしたチップ抵抗器を使用したものであり、抵抗体のサイズが小さいため、放電電極の絶縁性基板の大きさを小さくすることができるので、電気集じん機が小型になるという作用を有する。また、抵抗体の周囲を絶縁性樹脂でモールドしたものであり、抵抗体の両端で電位差が大きくなったときに、抵抗体の沿面または空間を通じて、短絡現象が発生するのを防ぐことができるという作用を有する。また、抵抗体を設置している部分の絶縁性基板に貫通穴を設けたものであり、絶縁性基板に面した側の抵抗体の表面にも絶縁性樹脂でモールドすることが容易になるという作用を有する。

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）
図１は、本発明の実施の形態１における電気集じん機の断面構成図、図２は本発明の実施の形態１における帯電部と集じん部の斜視図、図３は本発明の実施の形態１における放電電極の詳細図である。

図１に示すように、空気中の浮遊粒子状物質を帯電させる帯電部１と、帯電された浮遊粒子状物質を捕集する集じん部２とを備え、集じん部２の下流には、ダクト３内に浮遊粒子状物質を含んだ空気を引き込むための送風手段４である送風機（本実施の形態１では軸流送風機）を備えている。帯電部１と集じん部２に高電圧を供給する高電圧発生手段５は、本実施の形態１では直流高圧電源であり、電流検出手段７と制御器６が電気的に接続されている。

つぎに、図１における動作を説明する。送風機の吸引によって、ダクト３内に流入した浮遊粒子状物質を含む空気は、帯電部１を通過する際にコロナ放電により浮遊粒子状物質が帯電され、集じん部２の電界のクーロン力によって集じん電極２４に捕集、除去され、清浄空気となって送風機から機外へ排出される。この時、帯電部１および集じん部２へは、高電圧発生手段５から直流高電圧（例えば、帯電部１へは−８ｋＶ、集じん部２へは−８ｋＶ）が供給され、これらの制御は制御器６によって行われる。

図２は、帯電部１と集じん部２の斜視構成図であり、帯電部１は高電圧を印加する放電電極２１とアースに接続された接地電極２２が空気の流れ方向（矢印方向）に平行に積層配置されており、集じん部２は高電圧を印加する荷電電極２３とアースに接続された集じん電極２４（一例としてステンレス板）が空気の流れ方向（矢印方向）に平行に積層配置されている。

図２においては、帯電部１の放電電極２１と接地電極２２との隙間、および集じん部２の荷電電極２３と接地電極２２との隙間を矢印の如く空気が流れ、帯電部１において放電電極２１と接地電極２２との間に発生したコロナ放電（本実施の形態１ではマイナス放電）によって空気中の浮遊粒子状物質が負電位に帯電され、集じん部２において荷電電極２３（本実施の形態１では負極）と集じん電極２４（本実施の形態１では正極）との間に発生した電界によって、負電位に帯電した浮遊粒子状物質がクーロン力により集じん電極（正極）に付着し捕集される。

図３は放電電極２１の詳細図であり、電気的に絶縁性のある絶縁性基板３１の片側に電気的に導電性のある導電部３２（本実施の形態１では銅泊）が設けられており、この導電部３２には高電圧発生手段５から高電圧が印加されている。絶縁性基板３１が反っていると針状電極３４と接地電極２２との距離に違いが出てきて、コロナ放電の発生量が不均一になるため、絶縁性基板３１は反りのない状態が望ましい。また界面活性剤や水を使用して洗浄することがあるので、それらに耐えられる材質でなければならない。

そのため、本実施の形態１では、ガラス不織布とガラス布とを重ね合わせ、エポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板を使用している。絶縁性基板３１の表面に電気抵抗値を持った抵抗体３３（本実施の形態１では金属製のリード線のない角板状の形状をしたチップ抵抗器を使用し、電気抵抗値は５０ＭΩ）を並列に複数配置し、導電部３２と抵抗体３３はハンダ付けにて電気的に接続され固定されている。また、導電部３２と抵抗体３３の間には導線パターン３６を設置している。

同様に、針状電極３４が抵抗体３３と直列にハンダ付けにて接続されている。この時、針状電極３４の先端は絶縁性基板３１から突出している。本実施の形態１では、図３に示すように針状電極３４の片側先端のみが絶縁性基板３１から突出しているが、針状電極３４の両先端が絶縁性基板３１から突出していても良い。針状電極３４と接地電極２２とが万一距離が近づいた場合、放電電流が増加し、抵抗体３３の両端での電位差が大きくなり、抵抗体３３表面または空間を通じて短絡する可能性があり、また抵抗体３３を捕集物質や界面活性剤・水などに耐えられるよう、抵抗体３３の周囲を絶縁性樹脂（本実施の形態１では、シリコーン樹脂）でモールドし抵抗体３３の腐食や短絡を防いでいる。

また抵抗体３３の設置されている部分の絶縁性基板３１には貫通穴３５が開いており、抵抗体３３の裏側（絶縁性基板３１側）にも隙間なく容易にモールド出来るようになっている。

次に図３の針状電極３４の構成について説明する。針状電極３４の材質は本実施の形態１では鋼などに比べ酸化が防げるステンレスを使用し、先端に向かって徐々に径が細くなり、先端は先端径Ｒ０．３ｍｍ以下（望ましくは２０μｍ以下）とすると、コロナ放電量を十分確保することが出来る。Ｒ０．３ｍｍ以上ではコロナ放電量が少なくなってくるため、集じん性能を維持しようとすると、針状電極３４の数を増加させなければならず、装置が大型化してしまう。

そのために隣り合う針状電極３４同士の距離（ピッチ）と、絶縁性基板３１から突出する長さは、コロナ放電が干渉したり、放電量が少なくなりすぎたりするため、最適範囲に設定しなければならない。その範囲を次の実験より求めた。

実験は、まず針状電極３４を１本用いて、絶縁性基板３１からの突出長さを変化させ、放電電流を測定した。この時、針状電極３４と対向するアースに接続されたステンレス板は平行に配置され、電極間距離Ｄは１５ｍｍ、針状電極３４には直流高電圧−８．０ｋＶを印加し、その時の針状電極３４先端径はＲ２０μｍである。

この結果を図４に示す。電極間距離Ｄと突出長さＪとの関係は、０．８Ｄ≦Ｊ≦１．４Ｄが最適範囲であり、放電電流値がピークになっている突出長さ１５ｍｍが望ましい。放電電流のピーク値の９０％以上あれば電気集じん機の大きさとコロナ放電量の関係が丁度良く保たれる。この時の突出長さの下限は図４より１２ｍｍ（電極間距離Ｄの０．８倍）となる。また１．４Ｄより長いと電流は増加しないにもかかわらず、針状電極３４が長くなる一方なので、電気集じん機の大きさが大きくなってしまう。

この結果を元に、電極間距離１５ｍｍ、突出長さ１５ｍｍに固定し、隣り合う針状電極３４同士のピッチを変化させ、その時の放電電流を測定した。同様に針状電極３４への印加電圧は−８．０ｋＶ、針状電極３４の配置は１２０ｍｍ幅を固定し、その幅の中でピッチを変化させ針状電極３４を配置させた。そのためこの結果は、長さ（１２０ｍｍ）当たりの放電電流を表している。

この結果を図５に示す。針状電極３４と接地電極２２との電極間距離Ｄと隣り合う針状電極３４同士のピッチＰとの関係は、０．４Ｄ≦Ｐ≦１．４Ｄとするのが最適範囲となる。放電電流のピークになっているピッチ１０ｍｍが望ましい。放電電流のピーク値の９０％以上あれば電気集じん機の大きさとコロナ放電量の関係が丁度良く保たれる。ピーク値６７μＡの９０％である６０μＡ以上となるのがピッチ６ｍｍ〜２１ｍｍとなる。６ｍｍ未満は針状電極３４が密集しすぎるため重量が増加したり、抵抗体３３の数もそれに伴い増えるためコストメリットもない。

次に本実施の形態１において、電気集じん機を小型にしながら、電気集じん機の性能を維持出来る作用について説明する。通常、放電電極２１は例えば１ｍｍ以下の細い金属線であったり、針状電極状となっており、抵抗体３３は使用されていない。この状態では放電電極２１と接地電極２２の距離を近づけていくとある距離から火花放電が発生する。火花放電が発生した時は、空気の電気抵抗値が０に近づき、放電電極２１の印加電圧も０に近づく。このためコロナ放電の発生が止まり、空気中の浮遊粒子状物質を帯電させることが出来なくなり、集じん性能が低下してしまう。

また、放電電極２１と接地電極２２との距離を広く取りすぎると、コロナ放電の発生量が極端に少なくなり、集じん性能が低下してしまう。これらを踏まえ従来の電気集じん機は、放電電極２１と接地電極２２との距離を火花放電の発生しないぎりぎりの距離まで近づけ、コロナ放電量を確保するために、放電電極２１を空気の流れる方向に数を複数設けていた。それに伴い接地電極２２の大きさも空気の流れる方向に大きくなるため、全体として大きさ・重量とも大きくなっていた。

そこで本発明では、コロナ放電を発生させる針状電極３４と、抵抗体３３を直列に接続させた。こうすると、抵抗体３３部分でオームの法則により電圧降下が発生する。放電電極２１と接地電極２２との距離を離すと、抵抗体３３を流れる電流が少なくなるので、抵抗体３３における電圧降下は小さくなり、針状電極３４先端でコロナ放電に必要な電圧は十分確保される。

放電電極２１と接地電極２２との距離を近づけていくと、抵抗体３３を流れる電流量が増加していくので、抵抗体３３における電圧降下は大きくなり、針状電極３４先端は放電電極２１と接地電極２２との距離を近づくにつれ電圧が低下していく。距離を近づけても火花放電の発生がなくなるため、放電電極２１と接地電極２２との距離を縮め、針状電極３４の１本当たりのコロナ放電量を増加させられるため、空気の流れる方向に複数放電電極２１を設ける必要がなくなり、小型にすることが可能となる。この時コロナ放電量は維持されているため、集じん性能が減ることなく維持されている。

次に、抵抗体３３の電気抵抗値を変化させた場合の、火花放電発生距離と放電電流の違いを実験した結果を説明する。実験はステンレス板をアースに接続し針状電極３４は先端径が２０μｍのものを使用し、ステンレス板に対して垂直になるように針状電極３４を配置し、針状電極３４先端とステンレス板の距離は１５ｍｍに設定した。針状電極３４には抵抗器が電気的に接続され抵抗器一次側には直流高電圧−８．０ｋＶが印加されている。

抵抗器の値を変化させたときの放電電流を図６（右軸）に示す。また、針状電極３４先端とステンレス板との距離を縮めていき、火花放電が発生したときの距離を火花放電発生距離とし、その結果も図６（左軸）に示している。この結果から、抵抗値を上昇させていくと、放電電流が少なくなっていき、火花放電発生距離もそれに伴い縮まっていっている。

抵抗体３３を挿入すると放電電流は減少するが、火花放電発生距離が縮まっていくため、放電電極２１と接地電極２２の距離を縮めることができ、距離を縮めると放電電流が増加するため、空気の流れる方向に放電電極２１を複数配置する必要がなくなり、小型化を実現しつつ、放電電流を維持できるため、集じん性能を維持することができる。適切な抵抗値については、１０ＭΩ未満であると抵抗値が０の時と火花放電発生距離に違いがほとんどない。

また２００ＭΩより大きくした場合、図６のグラフから推測すると、放電電流は相変わらず減少していくが、火花放電発生距離の減少はほとんどなくなっており、２００ＭΩより大きい抵抗値を使用すると、放電電流の減少がほとんどで、小型化にはつながりにくい。このため抵抗値は１０ＭΩ〜２００ＭΩの範囲が適正となる。

図３に示すように、本発明では火花放電発生距離を縮めることが出来ているが、万が一導電物体が飛来してくるなどの事態が発生した場合、それが針状電極３４と接地電極２２とを短絡させた場合、異常電流が流れ短絡部分の発熱や、高電圧発生手段５のトランスに負荷をかけてしまうため、電流がある閾値（本実施の形態１では、通常のコロナ放電電流値の１０倍の値に設定）を超えると導電部３２と抵抗体３３を結ぶ導線パターン３６が断線するように構成されているため、短絡した１本の針状電極３４のみが高電圧の供給が停止するようになっている。

場合によっては電流検出手段７により、電流がある閾値（本実施の形態１では、通常のコロナ放電電流値の１０倍の値に設定）を超えたことを検出して、針状電極３４への高電圧の供給を遮断することも可能である。

（参考の形態１）
図７は本発明の参考の形態１における放電電極２１の詳細図である。実施の形態１と同様部分の説明は省略する。本参考の形態では、抵抗体３３にジルコニア系セラミックスを使用し、針状電極３４の材質はタングステンで太さφ０．５ｍｍの丸棒である。

セラミックスに酸化鉄またはカーボンなどの導電性フィラーを混入することで、抵抗値の調整が容易になる。

針状電極３４は、材質をタングステンにし、太さφ０．３〜１．０ｍｍの丸棒にすることで、針状電極３４の耐久性を向上させることができる。タングステンを使用することで、コロナ放電の発生による針状電極３４先端部の強力な酸化作用を低減することができ、また太さが変わらない丸棒を使用することで、万一針状電極３４先端が酸化し、針状電極３４の長さが短くなっていったとしても、太さが変わらないので、初期状態に近い能力を継続して発生させることができるため、頻繁に針状電極３４を交換する必要がなくなる。針状電極３４の太さは、φ０．３ｍｍ未満にすると、強度が弱くなるためにすぐに折れ曲がり、接地電極２２と接触し短絡してしまう。

また、φ１．０ｍｍより大きくするとコロナ放電の発生量が少なくなり、十分な集じん性能を確保できなくなる。

なお、本参考の形態１では針状電極３４の両端を絶縁性基板３１から突出させているが、このようにすることで、コロナ放電量を倍に増加させることが出来る。この方法は実施の形態１においても使用することが可能であり、集じん性能をさらに向上させることが出来る。

本発明は、空気中の浮遊粒子状物質に可燃性物質が含まれている場合の空気清浄方式として有効であり、集じん効率を確保した上で、火花放電の発生を抑えて装置を小型にすることができる電気集じん機を提供するものである。

本発明の実施の形態１の電気集じん機を示す断面構成図同帯電部と集じん部の斜視構成図同放電電極の詳細図同針状電極の突出長さと放電電流の実験結果を示すグラフ同針状電極のピッチと放電電流の実験結果を示すグラフ同火花放電発生距離と放電電流の抵抗を変化させたときの実験結果を示すグラフ本発明の参考の形態１の放電電極を示す詳細図従来の電気集じん機を示す図

符号の説明

１帯電部
２集じん部
３ダクト
４送風手段
５高電圧発生手段
６制御器
７電流検出手段
２１放電電極
２２接地電極
２３荷電電極
２４集じん電極
３１絶縁性基板
３２導電部
３３抵抗体
３４針状電極
３５貫通穴
３６導線パターン

Claims

コロナ放電を発生させる放電電極とアースに接続された接地電極が空気の流れる方向と平行になるように配置され、前記放電電極は電気的に絶縁性のある絶縁性基板と針状電極と導電部とを備え、前記導電部から並列接続になるように前記針状電極を複数接続し、前記絶縁性基板上に設けた前記導電部には高電圧発生手段から高電圧が供給され、少なくとも一箇所の前記針状電極と前記接地電極の間に規定以上のコロナ放電が生じた場合は、規定以上のコロナ放電が生じた箇所の前記針状電極と前記高電圧発生手段を絶縁し、
前記導電部と前記絶縁性基板から突出させた針状電極との間に抵抗体を設け、
前記絶縁は、前記導電部と前記抵抗体を結ぶ導線パターンが断線するように構成されており、
抵抗体として金属製のリード線のない角板状の形状をしたチップ抵抗器を使用し、
抵抗体の周囲を絶縁性樹脂でモールドし、
抵抗体を設置している部分の絶縁性基板に貫通穴を設けた電気集じん機。