JP6671905B2 - 集塵装置および空気調和装置 - Google Patents
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Description
一般に、電気集塵機の性能向上には、放電電極の数を増やすことが有効である。放電電極の数を増やすことで、より多くのプラズマスポット(プラズマ領域)を生成できる。
一方、放電電極の数を増やすと、電気集塵機が大型化し易くなる。これを避けるために、放電電極を近接して配置することが考えられる。しかし、放電電極の近接配置によって、プラズマ同士の干渉が発生し、電極当たりのプラズマ強度(密度)が低下する可能性がある。この場合、放電電極を近接配置しても、電気集塵機の性能は向上しない。
また、放電電極の数を増やすと、気流に対する抵抗(通風抵抗)も増加し、例えば、空気調和機の空調性能(冷暖房など)に悪影響を及ぼす可能性もある。
以上のように、電気集塵機(特に、荷電部)のコンパクト化と高性能化の両立は、容易ではない。
図1は、実施形態に係る電気集塵機10の構成を示す斜視図である。
気流AFが強制流の場合、電気集塵機10は送風手段に対応して設置される通風路に配置される。なお、この通風路は、気流AFが通れば足り、開放された状態、閉鎖された状態の何れでも良い。
放電電極11は、プラズマ発生用の電極であり、複数の板状電極(板状針電極)111(111(1)〜111(i)〜111(n))を有する。なお、判り易さのために、板状電極111(3)〜111(n−2)は記載を省略している。
ここでは、同一の板状電極111上の板状突起部112、接続部113は、略同一平面上に配置される。後述のように、板状突起部112、接続部113は、同一平面上に配置されなくても良い。
また、異なる板状電極111上の板状突起部112の先端は、Y軸方向(板状突起部112の板厚方向)に間隔dyで、配置される。
すなわち、板状突起部112の先端は、YZ平面に平行な平面上に配置される。
板状体121間の間隙が、気流AFが通過する流路FPである。
板厚が0.1mmより小さいと、針状電極111の強度が小さくなり、電気集塵機10の使用中に撓む可能性がある。また、板厚が2mmより大きいと、板状電極111の加工(作成)や板状電極111からの放電が困難となる可能性がある。
・板状突起部112と対向電極12間の距離Gを均一にする。例えば、板状突起部112毎の距離Gの相違を1mm以内とする。
・板状突起部112の先端形状をなるべく同程度の尖り具合とする。
・全ての板状突起部112を同電位とする(この詳細は後述する)。
図2は、比較例に係る電気集塵機10xの構成を示す斜視図である。
電気集塵機10xは、放電電極11x,対向電極12,直流電源13を備え、気流AF内に配置される。
板状電極111xは、対向電極12と略平行(YZ平面に平行な平面上)に配置される平板形状の電極であり、複数の板状突起部112x、接続部113xを有する。接続部113xの上下(Y方向)に、2つの板状突起部112xが配置されている。
この結果、実施形態と異なり、異なる板状電極111xの板状突起部112xの先端が互いに対向している。
以下、比較例を参照しながら、電気集塵機10のコンパクト化と高性能化の両立に関し、説明する。
放電電極11からのプラズマPlの強度は、帯電効率、捕集効率双方の向上に、大きく寄与する。
図3A〜図3C、図4A〜図4Cは、比較例、および実施形態に係る電気集塵機10x、10において、板状電極111x、111の間隔dyを変化させたときのプラズマPlの分布を表す模式図である。
このため、板状電極111x、111の密度を増加しても、電気集塵機10x、10の集塵性能は向上しなくなる。
このように、本実施形態で、プラズマ干渉を抑制可能であるのは、プラズマ分布の方向性に起因すると考えられる。
さらに、プラズマPlは、板状電極111x、111から離れる方向に向いている。板状電極111x、111自体は同電位なので、板状電極111x、111の面上では電界は集中せず、放電が発生し難いためである。
グラフの横軸は板状電極111の間隔dy、dx、縦軸はプラズマ強度PP(荷電粒子密度)である。プラズマ強度PPは、規格化されたプラズマの強度であり、放電電流から導出した。放電電流は荷電粒子の流れであり、同じ測定回路を用いれば電流の増加とプラズマの生成量はほぼ対応するからである。
グラフG2は、YZ平面に平行な板状電極111をX方向に間隔dxで並列配置した場合に対応する(図7参照)。
グラフG3は、XZ平面に平行な板状電極111をY方向に間隔dyで並列配置した場合に対応する(図8参照)。
なお、グラフG2では、間隔dxの大小と関係なく、プラズマ強度PPは小さく、対向電極12から遠い方の板状電極111が実質的に放電に寄与していないと考えられる。
既述のように、帯電塵埃Ptiは、放電電極11,対向電極12間に形成される電界により、対向電極12に引き付けられ、捕集される。この電界は、塵埃Ptの捕集に寄与することから、捕集電界と呼ばれる。捕集効率の向上には、捕集電界を制御することが重要である。
このため、帯電塵埃Ptiは、X軸方向(対向電極12に向かう方向)に移動しつつ、電界のZ軸方向成分により、Z軸正負の方向へも移動する。帯電塵埃Ptiは、対向電極12(板状体121の側面および対向面122)と衝突して捕集される。捕集されなかった帯電塵埃Ptiは、板状体121間(流路FP)を通過して、電気集塵機10から排出される。
板状突起部112(板状電極111)は、横電界を捕集に有効に活用できるような幾何学的配置であることが好ましい。
本実施形態では、板状突起部112、板状体121それぞれが、方向性(板厚方向)を有する。この場合、実施形態のように、板状突起部112と板状体121の板厚方向を互いに略垂直にすることが好ましい。この場合、図9に示すように、Z軸方向(板状突起部112の幅方向)の横電界を利用して、帯電塵埃Ptiの捕集効率を向上できる。
なお、対向電極12と板状体121の板厚方向の角度には、ある程度の幅(例えば、90°±10°)が認められる。
既述のように、本実施形態では、異なる板状電極111上の板状突起部112の先端は、Y軸方向(板状突起部112の板厚方向)に配置される(位相が揃っている)。この配置であれば、複数の板状突起部112により形成される横電界を有効に活用できる。仮に、板状突起部112の先端がY軸方向(その板厚方向)に配置されないと、それぞれの板状突起部112からの横電界が打ち消し合い、有効に利用されない可能性がある。
以下、電気集塵機10の変形例について述べる。
(1)板状突起部112の形状
図10A〜図10Dは、板状電極111(放電電極11)の形状の一例を表す平面図である。
板状突起部112は、針金のような線や、細い棒形状でもよい(図10D参照)。
接続部113に、異なる形状の板状突起部112a、112bが接続されていても良い(図12A,図12B参照)。
ここでは、板状突起部112a、112bの向きをY軸の正方向、負方向に変化させている。このとき、板状突起部112a、112bは、接続部113とは同一平面上には配置されず、板状電極111全体としては立体形状を有することになる。
ここでは、板状突起部112を折り曲げることで、X軸方向(対向電極12)に向けている。これは、比較例の板状電極111xの板状突起部112xを折り曲げたのと同様の形状である。
導電性(例えば、金属)の接続部材114で、複数の板状電極111をY軸方向に機械的、電気的に接続し、一体の放電電極11とすることができる。
なお、放電電極11の通風抵抗を下げるために、接続部115の面積を低減することが好ましい(例えば、開口を設ける)。
図10A〜図10Dに示す板状電極111は、一枚の導体板(金属板)からの打ち抜き加工、あるいはレーザ加工により作成できる。このうち、打ち抜き加工が、コストが安く、大量生産に向いている。
図15に示す放電電極11は、既述のように、導電性の板材Mに切り込みCLを入れて曲げることで作成できる(図16参照)。
・複数の板状電極111を導線で接続して、1つの直流電源13から電圧を印加する(図17A参照)。
・複数の板状電極111に複数の電源13a〜13cから同一の電圧を印加する(図17B参照)。
・複数の板状電極111の側面または背面を導電性の接続部材(例えば、金属フレーム)114で接続する(図18A、図18B参照)。
・放電電極11全体を導電性の板材から一括で作成する(図14〜図16参照)。
なお、放電電極11の強度向上のため、必要に応じて、絶縁性のフレームを追加しても良い。
図19A〜図19Cは、対向電極12の一例を表す斜視図である。
実施形態のように、対向電極12をフィン状とすることができる(図19A参照)。すなわち、板状体121を並べて対向電極12とすることができる。
電気集塵機10は、空気調和機(エアコン)に組み込むことができる。
図21は、実施形態に係る空気調和機20の構成を示す模式図である。
空気調和機20は、室内ユニット21,室外ユニット22を有する。
室内ユニット21,室外ユニット22は、接続部23で接続され、その間を冷媒が循環する。すなわち、冷媒を用いて、室内ユニット21から室外ユニット22に(冷房)、あるいはその逆方向に(暖房)、熱が移動する。
放電電極11は、気流AF中の比較的小さな塵埃を帯電させるものであり、実施形態および変形例の放電電極11を利用できる。
以上のように、空気調和機20は、空調機能と共に、集塵機能をも有する。
Claims (9)
- 板状体が、当該板状体の板厚方向に沿って間隙を設けて複数配列され、前記間隙が前記板厚方向と直行する方向に流れる気流を通過させる流路とされた対向電極と、
前記対向電極と対向する先端を有する複数の板状突起部を備え、前記板状体の板厚方向及び前記気流の流れ方向と直行する配列方向に沿って配列された複数の板状電極と、を具備し、
前記複数の板状電極と前記対向電極間に電圧を印加することによって前記複数の板状電極から前記対向電極に向かう方向の放電がなされ、前記複数の板状体は、前記放電によって帯電した塵埃を捕集する
集塵装置。 - 同一の前記板状電極上の前記板状突起部が、前記板状体の板厚方向に沿って配置される請求項1記載の集塵装置。
- 異なる前記板状電極上の前記板状突起部が、前記板状電極の配列方向に沿って配置される、請求項1または2に記載の集塵装置。
- 同一の前記板状電極上の前記板状突起部の間隔が、前記板状体の間隔よりも大きい、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の集塵装置。 - 異なる前記板状電極上の前記板状突起部の間隔が、同一の前記板状電極上の前記板状突起部の間隔より小さい
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の集塵装置。 - 前記板状電極と前記対向電極間の距離が、10mm以上、20mm以下である
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の集塵装置。 - 異なる前記板状電極上の前記板状突起部の間隔が、5mm以上、10mm以下である
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の集塵装置。 - 同一の前記板状電極上の前記板状突起部の間隔が、5mm以上、20mm以下である
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の集塵装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の集塵装置を具備する空気調和機。
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