JP7107713B2 - 電気集塵装置 - Google Patents
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Description
本発明の第3の電気集塵装置によれば、空気流路を流れる粒子に対して、効率よく粒子を帯電させることができる。
本発明の第12の電気集塵装置によれば、安定して放電することができる。
図面を参照しつつ、本実施形態に係る電気集塵装置1について説明する。まず、図1~図3を参照して、電気集塵装置1の全体構成について説明する。図1は電気集塵装置1を斜め上方から示す斜視図、図2は電気集塵装置1の内部を斜め上方から示す斜視図、図3は電気集塵装置1を示す断面図である。
外筒体10は、上部外筒体16と下部外筒体17とで構成され、例えば、不燃性、導電性および耐腐食性に優れるステンレスで形成されている。上部外筒体16は、上端(一端)を端面部16Aで閉塞し、且つ下端(他端)を開放した有天略円筒状に形成されている。上部外筒体16の端面部16Aには、主に強度を向上させる目的で、中央部に凹部18が形成されている。上部外筒体16の周壁16Bの上下方向やや下側には、1つの給電用穴19(図3参照)と2つの支持用穴20とが開口している。合計3つの穴19,20は、上部外筒体16の周方向に略等間隔(略120度間隔)で形成されている。給電用穴19の直径は、各支持用穴20よりも大きく設定されている。なお、詳細は後述するが、3つの穴19,20に対応して給電用碍子13と2つの支持用碍子14とが配置されている。また、上部外筒体16の周壁16Bには、給電用穴19と各支持用穴20の下方に3つの係合穴21が形成されている。3つの係合穴21は、上部外筒体16の周方向に略等間隔(略120度間隔)で形成されている。
内筒体11は、上下方向両端を開放した略円筒状に形成され、外筒体10と同様に、ステンレスで形成されている。内筒体11は、円筒形状の本体部24と、本体部24の下方に形成される拡幅部25と、により構成されている。本体部24は、直径(外径)が外筒体10よりも小さく設定され、上部外筒体16の周壁16Bとの間に隙間が形成されるように設けられている。また、本体部24は、外筒体10より上下方向に短く設定され、上部外筒体16の端面部16Aとの間に隙間が形成されるように設けられている。
給電用碍子13は、例えば、磁器または陶器もしくは電気絶縁性に優れる樹脂で形成されており、上部外筒体16によって支持される。給電用碍子13は、外筒体10の外側に配置される板状部43と、給電用穴19を貫通して外筒体10と後述する支持体31の間に配置される胴部44と、を備え、板状部43および胴部44には径方向に給電ネジ38が螺合可能なネジ穴45が形成されている。なお、ネジ穴45は、ネジ山が形成されていない貫通穴で形成しても良い。給電ネジ38は、内側からリング体34の給電ネジ用穴37を介してネジ穴45に挿入され、給電ネジ38の先端部38Bは板状部43の外面から突出するようになっている。板状部43は、外筒体10の接線方向に延出する横長形状を有しており、その左右両端部にはフランジ部46が形成されている。板状部43の外面には、給電板47の位置決め用凸部40が突設され、給電板47は給電ネジ38の先端部38Bにナット48が螺合することで給電用碍子13に固定される。給電板47は、高電圧電源部15と電気的に接触する。
2つの支持用碍子14は、それぞれ、例えば、磁器または陶器もしくは電気絶縁性に優れる樹脂で形成されており、上部外筒体16によって支持される。各支持用碍子14は、内外両端部に鍔部14A、14Bを有する円柱状に形成されており、鍔部14A、14Bにより、外筒体10と放電部12との間を所定間隔に安定的に維持することができる。各支持用碍子14の外側鍔部14Bの外側には上部外筒体16の支持用穴20(図1参照)と係合可能な溝部55が形成されている。この溝部55に各支持用穴20を係合することで各支持用碍子14が上部外筒体16に固定される。この時、各支持用穴20は各支持用碍子の外側鍔部14Bによって塞がれる。
図1に示すように、高電圧電源部15は、高圧トランス15Aと、倍圧部15Bと、リミットスイッチ15Cと、を含んでいる。高電圧電源部15は、各放電用電極30と各筒体10,11との間に高電圧を印加する。高圧トランス15Aは、元電源P(交流100V)の交流電圧を昇圧する。倍圧部15Bは、高圧トランス15Aで昇圧した交流電圧を直流電圧に変換し、且つ更に昇圧することでマイナス約5kVの高電圧を生成する。また、倍圧部15Bは、放電用電極30に対する高電圧の印加を制御する出力制御部としても機能する。リミットスイッチ15Cは、電気集塵装置1を収容フレーム60に装着した時に投入状態(ON状態)となり、電気集塵装置1を収容フレーム60から離脱した時に開放状態(OFF状態)となる。
次に、図2および図3に加えて、図4~図7A,B,C,D,Eを参照して、放電部12について説明する。図4は放電部12を示す斜視図、図5は放電部12を示す側面図、図6は放電部12を示す平面図、図7A~Eは放電用電極の突出長さや配列の異なるパターンを示す側面図である。なお、外筒体10、内筒体11、放電部12は、必ずしも図2および図3のように円筒状に形成されていなくても良く、例えば、図4~図6に示すように平板状に形成されていてもよい。
図3に示すように、電気集塵装置1の外側および内側には、空気流路71が形成されている。空気流路71は、第1流路71Aと、第2流路71Bと、第3流路71Cと、を含んでいる。
次に、電気集塵装置1の作用について説明する。
調理器で焼かれた食材から発生した油煙等の粒子を含む空気は、吸引ファンによる吸引力によって調理器の吸引口から収容フレーム60内に吸い込まれ、電気集塵装置1に向かって流れる。図3に示すように、粒子を含む空気は、流通方向の上流側に設けられた端面部16Aに衝突して僅かに減速されつつ、端面部16Aや第1流路71Aに沿って上方から下方に向かって流れる。この時、比較的大きな粒子の一部は、空気から分離されて、凹部18に貯留される。なお、上部外筒体16の端面部16Aは、空気が衝突して分離された粒子が凹部18に向かい易いように、凹部18の方に向かって傾斜するように形成させてもよい。
<実験1>
実験1では、以下の(A)~(C)の3つの放電用電極30と接地電極板10,11の配置パターンについて、後述する実験条件の下、放電用電極30に流れる電流値を測定し、隣接する放電用電極30による電界干渉の影響について、比較検証した。
(B)放電用電極30の配列方向に沿って、放電用電極30の両側に平行に接地電極板10,11を離間して配置した両側平行配置のパターン
(C)放電用電極30の先端部と垂直を成すように接地電極板を離間して配置した垂直配置のパターン
・空気の流通方向は、(A)および(B)の配置パターンの場合、図4の矢印方向(垂直方向)とする。また、(C)の配置パターンは、図4において両側2枚の接地電極板10,11を外して放電用電極30の先端部と対向するように1枚の接地電極板を離間して配置したパターンであり、空気の流通方向は、図4の矢印方向に直交する水平方向とする。
・直径12μmのステンレス繊維(SUS304)を100本束ねて1束の放電用電極30を形成する。
・放電用電極30の束数を3束とする。
・印加電圧は、-5kVとする。
・放電用電極30は、支持体31の上側(流通方向の上流側)にのみ設置し、支持体31からの突出長さは、5mmとする。
・放電用電極30のピッチは、5mmとする。
・放電用電極30と接地電極板10,11との距離(放電ギャップ)は15mmとする。
・配置パターン(A)の場合、図8中において○印で示すように、隣接する放電用電極30間の電流値の差が小さく電界干渉の影響は少ないが、電流値が小さい(コロナ放電が弱い)。
・配置パターン(B)の場合、図8中において□印で示すように、隣接する放電用電極30間の電流値の差が小さく電界干渉の影響は少なく、電流値も大きい(コロナ放電が強く強電界を生成する)。
・配置パターン(C)の場合、図8中において△印で示すように、隣接する放電用電極30間の電流値の差が大きく中央の放電用電極30(横軸0mmの放電用電極)に電界干渉の影響が大きく、電流値も小さい(コロナ放電が弱い)。
この結果から、(B)の両側平行配置のパターンの特性が最も優れていることが判明した。
距離L(mm)={放電用電極30に印加される電圧(kV)×安全係数}+放電用電極30の長さ(mm)
なお、上記式中の安全係数は、1~2の範囲とする。
実験2では、以下の実験方法および実験条件に基づき、隣接する放電用電極30間のピッチ(間隔)を変えて捕集効率を測定した。
1.市販のたれを漬けた肉をロースターで焼いて、油煙を発生させる。
2.ロースターの下流側に、電気集塵装置1、粒径分布計測装置(パーティクルカウンター)62(図3参照)、吸引ファンの順番で配置した。
3.電気集塵装置1をONした時とOFFした時に発生する油煙の粒子径と個数を、粒径分布計測装置62で計測した。
4.放電用電極30間のピッチ(間隔)を変化させて捕集効率を測定した。
・放電用電極30の支持体31からの突出長さは、5mmで一定とする。
・印加電圧は、-5kVとする。
・筒状の支持体31を使用する。
・放電用電極30は、支持体31の上流側と下流側の両方に設置し、支持体31からの突出長さは、5mmとする。
・放電用電極30の配列パターンは、図7Aに示す通りとする。
・捕集効率は、粒径分布計測装置62のデータを基に算出する(算出式は後述する)。
・放電用電極30間のピッチ(間隔)は、0.8mm、5mm、7mm、10mm、20mm、25mm、30mm、40mm、45mm、50mmの10通りとする。したがって、例えば、放電用電極30間のピッチ(間隔)が5mmの場合には、支持体31に支持される放電用電極30の中心径を170mmとすると、170×π/5=約107束の放電用電極30が配置される。また、放電用電極30間のピッチ(間隔)が50mmの場合には、170×π/50=約10束の放電用電極30が配置される。
実験3では、以下の4種類の長短比率(長さが長い放電用電極30Aと長さの短い放電用電極30Bとの長さの比率)の異なる放電用電極30について、以下の実験方法および実験条件に基づき、捕集効率を測定した。
1.市販のたれを漬けた肉をロースターで焼いて、油煙を発生させる。
2.ロースターの下流側に、放電用電極30を備えた電気集塵装置1、粒径分布計測装置(パーティクルカウンター)62(図3参照)、吸引ファンの順番で配置する。
3.電気集塵装置をONした時とOFFした時に発生する油煙の粒子径と個数を、4種類の長短比率の放電用電極30ついて、粒径分布計測装置62で計測する。
4.粒子径と個数を測定したデータより捕集効率を算出する(算出式は後述する)。
5.長短比率が1:1の放電用電極30A,30Bの捕集効率よりも良い捕集効率の場合に、効果ありと判断する。
・4種類の長短比率の異なる放電用電極30A,30Bを使用する。
・長い放電用電極30Aの長さは5mm(固定)とし、短い放電用電極30Bの長さは可変とする。
・放電用電極30A,30Bの長短比率が1:1の場合、短い放電用電極30Bの長さは5mmとする。
・放電用電極30A,30Bの長短比率が1:2/3の場合、短い放電用電極30Bの長さは3.3mmとする。
・放電用電極30の長短比率が1:1/2の場合、短い放電用電極30Bの長さは2.5mmとする。
・放電用電極30の長短比率が1:1/3の場合、短い放電用電極30Bの長さは1.7mmとする。
・印加電圧は、-5kVとする。
・筒状の支持体31を使用する。
・放電用電極30は、支持体31の上流側と下流側の両方に設置する。
・放電用電極30の配列パターンは、図7Dに示す通りとする。
・放電用電極30間のピッチ(間隔)は、3mm、5mm、7mm、10mm、20mmで測定する。したがって、例えば、放電用電極30間のピッチ(間隔)が5mmの場合には、支持体31に支持される放電用電極30の中心径を170mmとすると、170×π/5=約107束の放電用電極30が配置される。また、放電用電極30間のピッチが20mmの場合には、170×π/20=約26束の放電用電極30が配置される。
・捕集効率の算出式は、捕集効率={1-(電圧ON時の粒子総体積/電圧OFF時の粒子総体積)}×100(%)であり、粒子総体積=1個の粒子の体積×粒径分布計測装置62(図3参照)でカウントされた個数の総和であり、粒子範囲は、5.6nm~560nmである。
・発生する油煙の粒子径の範囲は、20nm~300nm程度と想定されるため、その範囲を粒径分布計測装置62で測定する。
・粒径分布計測装置62は、東京ダイレック株式会社のModel3091で5.6nm~560nmの範囲の粒子径を32分解能で測定する。
放電用電極30間のピッチが3~10mmにおいて、長短比率1:1/2および1:1/3の放電用電極30A,30Bの捕集効率は、長短比率1:1の放電用電極30A,30Bの捕集効率よりも良好な結果となった。また、長い放電用電極30Aの間に短い放電用電極30Bを配置する千鳥配置により、隣接する放電用電極30からの電界干渉の影響を軽減しながら、捕集効率を向上させることができた。さらに、長短比率1:1/2および1:1/3の放電用電極30A,30Bは、ピッチ(間隔)が10mmを超えると、長短比率1:1の放電用電極30A,30Bよりも捕集効率が低下する結果となり、千鳥配列の短い放電用電極30Bによる捕集効率の向上効果が見られなかった。
次に、本実施形態において使用する線電極32の材質であるステンレス(SUS304)と従来の線電極の材質である炭素繊維(カーボン)の放電性能について比較検討する。
慣性モーメントIの算出式:I=πd4/64
力Fの算出式:F=3EIδ/L3
撓みδの算出式:δ=WL3/3EI
10 外筒体(接地電極)
11 内筒体(接地電極)
30 放電用電極
31 支持体
32 線電極
33 束状部
Claims (18)
- 高電圧の印加によって発生するコロナ放電により空気中の粒子を帯電させ捕集する電気集塵装置であって、
ステンレス製繊維の線電極を束ねた束状部を有する放電用電極と、
前記放電用電極を支持する支持体と、
前記放電用電極および前記支持体から一定の間隔を介して対向するように配置される接地電極と、
を備え、
前記放電用電極および前記支持体は、前記接地電極にラップされるように配置されていることを特徴とする電気集塵装置。 - 前記接地電極は、前記放電用電極および前記支持体の両側に平行に配置され、前記放電用電極は、前記接地電極間の中心位置に配置されている請求項1に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極は、空気の流通方向に沿うように配置されている請求項1または2に記載の電気集塵装置。
- 前記支持体および前記接地電極は筒状に形成されている請求項1~3のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極は、前記支持体から空気の流通方向の上流側と下流側とに向かって延びた状態で設けられている請求項1~4のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記上流側の放電用電極は、前記下流側の放電用電極と比べて、前記線電極の線径が細くおよび/または長さが長く、隣接する放電用電極間のピッチが広い請求項5に記載の電気集塵装置。
- 前記上流側の放電用電極と前記下流側の放電用電極とは、空気の流通方向に直交する方向に1/2ピッチ分ずれて配置されている請求項5または6に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極は、前記支持体から空気の流通方向の上流側のみに向かって延びた状態で設けられている請求項1~4のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極に直流でマイナスの高電圧が印加される請求項1~8のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極の線電極は、非磁性のステンレスにより形成されている請求項1~9のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極と前記接地電極との距離(mm)は、{前記放電用電極に印加される電圧(kV)×安全係数}+前記放電用電極の長さ(mm)により決定され、前記安全係数は、1~2の範囲である請求項1~10のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極に印加される電圧は、4~6kVの範囲であり、前記放電用電極の長さは、3~7mmの範囲である請求項1~11のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 隣接する前記放電用電極間のピッチは、5~45mmの範囲である請求項1~12のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 長さの長い放電用電極と長さの短い放電用電極とが、空気の流通方向に直交する方向に所定ピッチで交互に配置されている請求項1~11のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 前記短い放電用電極の長さは、前記長い放電用電極の長さの1/2~1/3の範囲である請求項14に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極に印加される電圧は4~6kVの範囲であり、前記長い放電用電極の長さは5~7mmの範囲であり、隣接する前記放電用電極間のピッチは、3~10mmの範囲である請求項14または15に記載の電気集塵装置。
- 前記放電用電極の束状部は、直径5~25μmの前記線電極を10~200本束ねて構成されている請求項1~16のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
- 調理時に発生する油煙中の粒子を帯電させて捕集する請求項1~17のいずれかの請求項に記載の電気集塵装置。
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