JPH0788398A - 空気清浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高集塵率、小型化、低圧力損失、洗浄再生可能
な空気清浄装置を提供する。 【構成】ガス流の上流側に荷電部６を設け、下流側にガ
ス流と直交する様にプリーツ電極１１を配設し、この上
下流側の少なくとも一方から捕集電極９を挿入し、捕集
電極９がガス流の上流側荷電部による粒子への荷電極性
と反対極性になるように捕集電極９とプリーツ電極１１
の間に高電圧を印加する。これにより、上流側捕集電極
９ａにおいては静電気力と上流側捕集電極９ａ近傍のガ
ス流速の鈍化により高集塵効率が得られ、下流側捕集電
極９ｂにおいては静電気力とガス流の屈折作用により高
集塵効率が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気集塵方式を用いた
空気清浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気清浄装置の集塵部に要求される内容
は、微細な粒子が高効率で捕集出来る事、小型で薄い
事、低圧力損失である事、低ランニングコストである事
などである。従来から行われている集塵方式について考
えると、フィルターに粒子をトラップするなど機械的な
力を用いた方式と、電気集塵など静電気力を用いた方式
に大別する事が出来る。機械的な力を用いて粒子を捕捉
する方式の一つであるフィルター方式は、例えば半導体
工場のクリーンルームにて使用されるようなウルパフィ
ルターのレベルになると、０．３μｍなどの極めて微細
な粒子に対しても９９％を越える非常に高い集塵効率を
示すが、その原理上通気性が悪く、非常に高い圧力損失
特性を示している。従って、これら高性能フィルターの
通気量を確保する為には送風機構の大型化やそれに伴う
騒音レベルの増大、エネルギー損失などの問題点があ
る。また、フィルター方式はその構造から使用後の洗浄
再生が困難であり、寿命後は廃棄する必要があるので、
ランニングコストが高くつく傾向にある。一方、静電気
力を用いた電気集塵方式は、原理上ガス流に対する圧力
損失は低いものの、ウルパフィルター等と比較すれば集
塵効率は必ずしも高くはない。この集塵効率の向上をね
らって様々な工夫が行われているのが現状である。

【０００３】先ず、従来の電気集塵装置の一般的な例を
図２に示す。図２において、放電極１は集塵極２と空気
流に対して平行に配置されている。また、放電極１の先
端には針状になった針端部３が設けられている。電源４
のマイナス側を放電極１に接続し、プラス側を集塵極２
に接続するとともに接地５に接続すると、放電極１の針
端部３に電界が集中し、針端部３近傍の空気絶縁が破壊
されてマイナスコロナ放電を生ずる。空気流の上流から
この空間に進入した粒子は、このコロナ放電により生じ
た負のイオン空間を通過することにより、電子付着や電
子射突などのメカニズムにより負に帯電する。そして、
粒子の持つ電荷と電界の作用によるクーロン力を受け、
集塵極２へと導かれ、トラップされる。一般的なこの集
塵方式においては、ドイチェの式が示すように、放電極
１と集塵極２の間で形成する電界強度が大きいほど、ま
た、集塵極２の面積が広いほどその集塵効果が向上す
る。ただ、電界強度を増加する場合でも上限は火花放電
開始電圧であり、通常は安全係数を相当に取るので、電
界強度の増加による集塵効率の向上は期待するほど得ら
れないのが実状である。また、集塵極２の面積を増加す
る方法では、図２の場合、捕集電極を空気流の下流側に
延長する必要があり、集塵部が大きくなる欠点がある。
しかし、電気集塵方式の場合にはその構造より集塵部に
洗浄性がある場合が多く、再使用が可能でランニングコ
ストは比較的安価な傾向にある。

【０００４】これらフィルター方式、電気集塵方式にお
ける様々な問題点を克服する試みとして、フィルター素
材自身が予め帯電してているエレクトレットフィルター
や、特開昭５７−１４５４号公報がある。エレクトレッ
トフィルターは、集塵効率が同じフィルターと比較して
圧力損失を低減できるが、長時間の使用に対して帯電力
が低下する問題や、集塵効率の向上にはフィルターの持
つ機械的集塵力への依存性が強く、高集塵効率のフィル
ターでは圧力損失が高くなる問題がある。また、フィル
ターの洗浄による再生がその構造上困難である事より所
定の塵埃をトラップした後にはフィルタの交換が必要で
あり、ランニングコストが十分には低下しないなどの欠
点を有している。特開昭５７−１４５４号公報における
内容は、ガス流の上流側に荷電部を設け、ここを通過す
る塵埃粒子に対して荷電を行い、下流側に含塵ガス流の
気流方向と直交する方向に濾材を蛇行するように配し、
その隣り合う部分の間へ含塵ガスが通過可能な導電性の
スペーサーをガス流の上流側及び下流側から挟み込ん
で、この上流側と下流側のスペーサー間に高電圧を印加
する方式で、集塵効率の向上並びに濾材の延命によるラ
ンニングコストの低下を実現している。しかしながら、
濾材の洗浄による再生使用はその構造上困難であり、所
定の塵埃をトラップした後には濾材の交換が必要で、ラ
ンニングコストは十分には低下しない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来技術を改良し、集塵システムの命題である、高集塵
効率、小型化、低圧力損失を実現するとともに洗浄によ
り再使用可能な低ランニングコストの空気清浄装置を提
供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はガス流の上流側に荷電部を設け、下流側に
捕集部として導電性があるかもしくは導電性がある物質
を絶縁物でコーティングした通気性のある物質を、その
延長線上のなす交点の角度もしくは折り曲げ角度が９０
゜以下になるようにひだ状に形成し（以下これをプリー
ツ電極と称する）、これをガス流に対して直交するよう
に配設し、ガス流の上流側または下流側の少なくともど
ちらか一方から上記プリーツ電極の凹部分に対して、プ
リーツ電極に絶縁物によるコーティングが施されていな
い場合には導電性物質に絶縁物でコーテイングを施した
ガス流の流れ方向に対して平行に伸びる電極（以下これ
を捕集電極と称する）を、プリーツ電極に絶縁物による
コーティングが施されている場合には導電性物質もしく
は導電性物質に絶縁物をコーティングした捕集電極を挿
入し、捕集電極がガス流の上流側荷電部による粒子への
荷電極性と反対極性になるように捕集電極とプリーツ電
極の間に高電圧を印加するようにしたものある。

【０００７】また、上記捕集部において、ガス流の上下
流側どちらか一方からのみ捕集電極をプリーツ電極に挿
入する場合、捕集電極が挿入されないプリーツ電極の先
端に対して通風孔を作らないかまたは通風孔を塞いだ。

【０００８】

【作用】上記手段によれば、プリーツ電極のガス流の上
流側に捕集電極を配設した場合には、荷電された塵埃粒
子が捕集部に達するとプリーツ電極と上流側捕集電極と
がなす電界作用を受ける。この場合、荷電粒子が電界か
ら受ける力の方向は異極性である捕集電極へと向かうベ
クトルとなる。一方、ガス流の流れを考えると、ガス流
は流体の性質上通気抵抗の少ない部分、即ちプリーツ電
極の凸部と凹部の間の部分に集中するように流れる。従
って、ひだ状電極の凸部近傍と凹部近傍の流速は極めて
遅い流れとなっている。ここで、捕集部を通過する荷電
粒子の運動は、ガス流速が支配するガス流の上流側から
下流側へと向かうベクトルと、捕集電極とプリーツ電極
が形成する電界による捕集電極へと向かうベクトルの合
成となり、荷電粒子は捕集部に進入すると同時に徐々に
捕集電極へと近づき、また、捕集電極に近づく事によっ
てガス流の与えるベクトルは上述したようなメカニズム
で小さくなり、一方よく知られているように荷電粒子が
電界から受ける力は距離の２乗に比例して大きくなるの
で、荷電粒子が受ける捕集電極からの吸引力は更に効果
を発揮する。以上のようなメカニズムにより、プリーツ
電極の上流側に捕集電極を配設した場合には荷電粒子は
効率よく捕集電極にトラップされる。

【０００９】プリーツ電極のガス流の下流側に捕集電極
を配設した場合について着目すると、ガス流がプリーツ
電極を通過する事により、その一部のガス流が捕集電極
方向に屈折し、ガス流の持つベクトル自体が捕集電極に
向かう方向に傾く。また、捕集電極とプリーツ電極がな
す電界作用により、荷電粒子は自身と異極性である捕集
電極に向かう方向ベクトルを持つ。捕集部を通過する荷
電粒子の運動は、これらガス流が与える捕集極へと傾い
たベクトルと捕集電極とプリーツ電極が形成する電界に
よる捕集電極へと向かうベクトルの合成となり、プリー
ツ電極の下流側に捕集電極を配設した場合には荷電粒子
は効率よく捕集電極にトラップされる。

【００１０】また、ガス流の上下流側どちらか一方から
のみ捕集電極をプリーツ電極に挿入する場合には、捕集
電極が挿入されないプリーツ電極の先端をガス流が通過
すると、捕集電極がプリーツ電極の上流側にある場合に
は捕集電極とプリーツ電極の間でなす電界の作用をこの
部分を通過する荷電粒子に対して与える事が出来ず、従
って集塵効率が低下する。また、捕集電極がプリーツ電
極の下流側にある場合には、捕集電極とプリーツ電極の
間でなす電界の作用をこの部分を通過する荷電粒子に対
して与える事が出来ず、更にこの部分を通過するガス流
は捕集電極方向に傾くこと無くそのまま捕集電極と平行
に流れるので、集塵効率は低下する。上記不具合をプリ
ーツ電極の先端に通風孔を作らないかまたはできた通風
孔を塞いだ事により改善することができる。

【００１１】本発明はまた、上流側捕集電極、下流側捕
集電極およびプリーツ電極のいずれも金属、導電性高分
子あるいはそれらを絶縁物でコーティングした物により
構成することが可能で、洗浄再生が可能となり、ランニ
ングコストを低減することが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１に本発明の第１実施例の概
略図を示す。第１実施例では、荷電部６としてガス流の
上流側に線状の放電極１とそれに対向する対向電極８を
設け、放電極１には荷電用電源４ａのマイナス極を接続
し、対向電極８は荷電用電源４ａのプラス極を接続する
とともに接地５に接続している。この荷電部６では、線
状の放電極１と対向電極８の間に荷電用電源４ａにより
直流高電圧を印加し、負のコロナ放電を生じさせてこの
空間に進入するガス流に含まれる塵埃に対してマイナス
の荷電を行っている。ここで、荷電部６には必ずしも線
状の放電極１を用いる必要はなく、進入した塵埃粒子に
対してマイナスの荷電を行える物であればどのような物
でも構わない。

【００１３】荷電部６のガス流の下流側には、本発明に
よる捕集部７を配設している。本第１実施例において
は、捕集電極９をプリーツ電極１１の上下流側から挿入
した形となっており、捕集電極９は捕集用電源４ｂのプ
ラス極に接続され、プリーツ電極は捕集用電源４ｂのマ
イナス極側に接続されるとともに接地５に接続されてい
る。ここで、捕集部７について詳しく述べると、プリー
ツ電極１１は厚さ０．６ｍｍ、孔径約２ｍｍのステンレ
ス製パンチングメタルを用い、その折り角度の延長線上
の交点が約６０゜で先端の曲率半径が１ｍｍ、折り高
さ、即ち山の頂上部分から谷の部分に至る距離を７ｍｍ
になるように加工したものである。また、捕集電極９は
厚さ０．３ｍｍのステンレス製板を帯状に加工し、シリ
コンゴムで絶縁コーティングしてプリーツ電極１１の凹
部と密着させる事を目的としてその接触部分が曲率半径
１ｍｍになる様に加工を行ったものである。

【００１４】荷電部６で荷電された粒子が捕集部７に進
入すると、作用の項でも述べたように、先ず、プリーツ
電極１１と上流側捕集電極９ａとがなす電界作用を受け
る。この場合、荷電粒子はマイナスの極性を持ってお
り、電界から受ける力はプラス極である捕集電極９ａへ
と向かうベクトルとなる。

【００１５】一方、ガス流の流れを考えると、ガス流は
流体の性質上通気抵抗の少ない部分、即ちプリーツ電極
１１の凸部と凹部の間の部分に集中するように流れる。
従って、プリーツ電極１１の凸部近傍と凹部近傍の流速
は極めて遅い流れとなっている。ここで、上流側捕集電
極９ａ付近を通過する荷電粒子の運動は、ガス流速が支
配するガス流の上流側から下流側へと向かうベクトル
と、上流側捕集電極９ａとプリーツ電極１１が形成する
電界による上流側捕集電極９ａへと向かうベクトルの合
成となり、荷電粒子はこの領域に進入すると同時に徐々
に上流側捕集電極９ａへと近づき、また、上流側捕集電
極９ａに近づく事によってガス流の与えるベクトルは上
述したようなメカニズムで小さくなる。また、よく知ら
れているように荷電粒子が電界から受ける力は距離の２
乗に比例して大きくなるので、荷電粒子が受ける上流側
捕集電極９ａからの吸引力は更に効果を発揮し、荷電粒
子の多くはこの空間で上流側捕集電極９ａにトラップさ
れる。

【００１６】上流側捕集電極９ａの作用する領域を通過
した荷電粒子はプリーツ電極１１を通過するが、この
時、ガス流はその一部が下流側捕集電極９ｂ方向へ屈折
し、ガス流の持つベクトル自体が下流側捕集電極９ｂに
向かう方向に傾く。これは、プリーツ電極１１の稜線が
下流側捕集電極９ｂに対して３０゜という角度を持って
おり、プリーツ電極１１の開孔面がガス流の流れに対し
て下流側捕集電極９ｂの方向に傾いている為である。

【００１７】また、下流側捕集電極９ｂとプリーツ電極
１１がなす電界作用により、荷電粒子は自身と異極性で
あるプラス極の下流側捕集電極９ｂに向かう方向ベクト
ルを持つ。下流側捕集電極９ｂ付近を通過する荷電粒子
の運動は、これらガス流が与える下流側捕集極９ｂ方向
へ傾いたベクトルと下流側捕集電極９ｂとプリーツ電極
１１が形成する電界による下流側捕集電極９ｂへと向か
うベクトルの合成となり、荷電粒子は効率よく下流側捕
集電極９ｂにトラップされる。

【００１８】本第１実施例において、荷電用電源４ａの
電圧を５．５ＫＶ、捕集用電源４ｂの電圧を２ＫＶとし
た場合、通過ガス流速０．８ｍ／ｓの個数計数法による
０．３μｍの大気塵の部分集塵効率は９０％以上であ
り、圧力損失は約４ｍｍＡｑであった。尚、本発明の捕
集電極９に対して電圧を印加する捕集用電源４ｂの電圧
を０ＫＶとした場合には、同一測定条件での部分集塵効
率が約６０％であり、本発明の捕集部７が極めて高い効
果を発揮している事が明らかとなった。また、本第１実
施例では捕集部７の洗浄再生による再使用が可能な構成
となっている。

【００１９】図３は本発明の第２実施例の斜視図、図４
は第２実施例の構成概要図である。本第２実施例におい
ては、本発明の捕集部７のガス流の上流側に荷電部とし
て第１段目の集塵を兼ねた荷電部兼第１段目集塵部１５
を配設している。この部分はステンレス製の針状放電極
１とステンレス製パンチングメタルによるガス流と直交
する第１集塵電極１２からなっており、針状の放電極１
をガス流の上流側から第１集塵電極１２に対向させ、荷
電用電源４ａのマイナス側に接続し、第１集塵電極１２
は荷電用電源４ａのプラス側に接続するとともに併せて
接地５に接続し、針状放電極１と第１集塵電極１２の間
に高電圧を印加する事によって負のコロナ放電を生じさ
せ、この空間を通過する塵埃粒子に対してマイナスの電
荷を与えるとともに放電極１と第１集塵電極１２の間に
生じる電界、特に針状放電極１の針端部３と第１集塵極
１２の間に作用する強力な電界によって第１段目の集塵
を行う。

【００２０】ここで、本発明について荷電部が必ずしも
第１段目の集塵機能を有する必要性は無く、ただ、粒子
に対して荷電できる構成であればよい。荷電部兼第１段
目集塵部１５を通過した荷電粒子はガス流の流れに従っ
て、捕集部７へと導かれる。

【００２１】本発明の第２実施例では、プリーツ電極１
１として厚さ０．６ｍｍ、孔径約２ｍｍのステンレス製
パンチングメタルを用いてその折り角度の延長線上の交
点が約６０゜で先端の曲率半径が１ｍｍ、折り高さ、即
ち山の頂上部分から谷の部分に至る距離を７ｍｍになる
ように加工した。また、下流側捕集電極９ｂは厚さ０．
３ｍｍのステンレス製板をシリコンゴムで絶縁コーティ
ングし、プリーツ電極１１の凹部と密着させる事を目的
としてその接触部分が曲率半径１ｍｍになる様に加工を
行った。そしてプリーツ電極１１は捕集用電源４ｂのマ
イナス側に接続するとともに接地５に接続し、下流側捕
集電極９ｂは捕集用電源４ｂのプラス側に接続を行っ
た。

【００２２】本第２実施例の作用に関しては、作用の項
並びに本実施例の第１実施例にて述べた通りである。本
第２実施例において、荷電用電源４ａの電圧を５．５Ｋ
Ｖ、捕集用電源４ｂの電圧を２ＫＶとした場合、通過ガ
ス流速０．８ｍ／ｓの個数計数法による０．３μｍの大
気塵の部分集塵効率は８５％以上であり、圧力損失は約
２．５ｍｍＡｑであった。尚、本発明の下流側捕集電極
９ｂに対して印加する捕集用電源４ｂの電圧を０ＫＶと
した場合には、同一測定条件での部分集塵効率が約６０
％であり、本発明の集塵部が高い効果を発揮しているこ
とは明らかである。また、本第２実施例における集塵部
厚み１４は約２２ｍｍと通常の電気集塵方式のフィルタ
ーに比して飛躍的に薄くなっており、また、第１実施例
と同様洗浄再生による再使用が可能な構成となってい
る。

【００２３】以上、実施例として２つの例を取り上げた
が、塵埃粒子に対する荷電極性は必ずしもマイナスであ
る必要はなく、プラスに荷電した場合には捕集電極９の
極性を荷電極性と異なるマイナスにすればよい。また、
必ずしも捕集電極９を絶縁物でコーティングするする必
要はなく、プリーツ電極１１か捕集電極９のいずれかに
絶縁が施されていればよい。また、絶縁材料もシリコン
ゴムである必要はなく、カプトンやポリプロピレン等の
高分子絶縁体を用いてもよい。電極材質に関しても、必
ずしもステンレスを使用する必要はなく、例えば、導電
性のインクでポリプロピレンに片面印刷した物を張り合
わせて捕集電極９としてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
集塵効率、小型化、低圧力損失を実現し、かつ洗浄によ
り再使用可能な低ランニングコストの空気清浄装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気清浄装置の第１実施例の概略図で
ある。

【図２】従来の空気清浄装置の一般的な例を示す概略図
である。

【図３】本発明の第２実施例の斜視図である。

【図４】本発明の第２実施例の概略図である。

【符号の説明】

１ 放電極 ２ 集塵極 ３ 針端部 ４ 電源 ４ａ 荷電用電源 ４ｂ 捕集用電源 ５ 接地 ６ 荷電部 ７ 捕集部 ８ 対向電極 ９ 捕集電極 ９ａ 上流側捕集電極 ９ｂ 下流側捕集電極 １０ 絶縁物 １１ プリーツ電極 １２ 第１集塵電極 １４ 集塵部厚み １５ 荷電部兼第１段目集塵部

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 常緑 福岡県行橋市西宮市２丁目13番１号 安川 コントロール株式会社行橋工場内 (72)発明者 森山 顕 福岡県行橋市西宮市２丁目13番１号 安川 コントロール株式会社行橋工場内 (72)発明者 麻生 英喜 福岡県行橋市西宮市２丁目13番１号 安川 コントロール株式会社行橋工場内 (72)発明者 角居 洋司 福岡県行橋市西宮市２丁目13番１号 安川 コントロール株式会社行橋工場内 (72)発明者 児玉 覚 福岡県行橋市西宮市２丁目13番１号 安川 コントロール株式会社行橋工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス流の上流側に荷電部を設け、下流側
   に捕集部を設ける空気清浄装置において、捕集部として
   導電性があるかもしくは導電性がある物質を絶縁物でコ
   ーティングした通気性のある物質を、延長線上のなす交
   点の角度もしくは折り曲げ角度が９０゜以下になるよう
   にひだ状に形成し、これをガス流に対して直交するよう
   に配設し、ガス流の上流側または下流側の少なくともど
   ちらか一方から上記ひだ状形成物の凹部分に対して、ひ
   だ状形成物に絶縁物によるコーティングが施されていな
   い場合には導電性物質に絶縁物でコーテイングを施した
   ガス流の流れ方向に対して平行に伸びる電極を、ひだ状
   形成物に絶縁物によるコーティングが施されている場合
   には導電性物質もしくは導電性物質に絶縁物をコーティ
   ングしたガス流の流れ方向に対して平行に伸びる電極を
   挿入し、ガス流の流れ方向に対して平行に伸びる電極が
   ガス流の上流側荷電部による粒子への荷電極性と反対極
   性になるようにガス流の流れ方向に対して平行に伸びる
   電極とひだ状電極の間に高電圧を印加するようにしたこ
   とを特徴とする空気清浄装置。
2. 【請求項２】 ガス流の上下流側どちらか一方からのみ
   ガス流の流れ方向に対して平行に伸びる電極をひだ状電
   極に挿入する場合、ガス流の流れ方向に対して平行に伸
   びる電極が挿入されないひだ状電極の先端に対して通風
   孔を作らないかまたは通風孔を塞いだことを特徴とする
   請求項１記載の空気清浄装置。