JPH10501175A - 静電繊維フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 繊維フィルター（１７）のいずれかの側にある電極（１５、１６）に高電圧を印加することによって、そのフィルター（１７）の粒子集塵効率は大幅に上昇する。それによって、フィルター（１７）を横切る強力な静電場が生じ、それによって繊維の粒子集塵能力が高くなる。静電場をかけるのに使用される電圧に伴って、その静電場強度と粒子集塵効率は上昇する。正面電極（１５）としての絶縁電極（１５）と後部電極（１６）としての導電性電極（１６）との組み合わせによって、電極（１５、１６）に対して非常に高い電位を印加することができ、しかも電極間（１５、１６）にアーク放電が生じない。絶縁電極と同極性に塵埃粒子を予備帯電することによって集塵効率がさらに上昇し、しかも電極（１５、１６）の前での電荷蓄積と電極（１５、１６）に集まる粒子による空気流の遮断は起こらない。

Description

【発明の詳細な説明】 静電繊維フィルター発明の背景 １．発明の属する技術分野 本発明は、アーク放電を回避し、逆の電荷を持った汚染物の蓄積によるフィル ターの静電気力の中和を防止しながら効率を上昇させるような形で従来の繊維フ ィルターを帯電させることによって空気を浄化する技術に関する。 ２．関連技術の説明 １９９２年には、米国のみで１１０万台を超える空気清浄機が販売された。質 の悪い屋内の空気または屋外からの汚染物によって汚染された屋内空気を呼吸す ることで次第に多くの人々が経験するようになってきている有害な健康上の影響 のために、その市場は生じたものである。実際、米国における健康上の問題の上 位１０種類のうちの４種類が呼吸器系関連のものであり、１位が副鼻腔炎、５位 がアレルギー、７位が気管支炎、８位が喘息である。それにも関わらず、現在空 気清浄機を所有している家庭はほぼ９４００万世帯中の２％にも満たない。 現在までに販売された空気清浄機は多くの欠点を有していた。その装置は必要 な質を持つ空気を作り出さないか、あるいは騒音が大きくしかも運転コストが高 い（フィルター交換、エネルギーなど）。このように生成する空気の質が低いこ とから、屋内の空気の質とその重大な健康への影響の問題を解決する優れた空気 清浄機を妥当なコストで市場に導入することに対して、明瞭な市場ニーズが生じ た。 近年では、既存の空気清浄機の技術と設計のいずれにおいても、ほとんど改良 が見られていない。現在市販されている装置は、本質的に２つの空気清浄法のう ちの一方を利用している。一つの方法は支持フレーム内に入った平坦もしくはプ リーツ式の繊維マットから成るメカニカルフィルターを組み込んだものである。 第２のカテゴリの空気清浄機は電子技術または静電技術を使用するものである。 そのいずれの方法にも欠点がある。例えば、メカニカルフィルターは細菌その他 の菌の繁殖の素地となる。さらに、メカニカルフィルターの効率を高くするとか なりのコスト上昇となる。他方、電子式空気清浄機は、オゾンを発生させ得ると ともに、空気から全ての種類の不純物を取り除くには能力的に限界がある。 粒子汚染物や気体汚染物の健康上の有害性を決定する重要な因子としては次の ものがある。 １．その汚染物の毒性の程度 ２．吸入される汚染物の重さ（曝露量） ３．粒子の大きさ（粒径が小さいほど、呼吸管中にそれが堆積することで害を 与える可能性が高くなる） ４．呼吸管の「健康状態」（すなわち、吸入した粒子状汚染物を追い出す呼吸 管自体の能力） ５．「粒子状物」特には微生物の性質（菌、ウィルス、細菌、カビなど） 基本的に、粒子状汚染物や気体汚染物の毒性を変えることはできない。 従って、屋内空気の健康上の害を低減するためには、 （ａ）粒子状物、特に、健康上非常に有害な粒径の非常に小さい（ミクロン以 下）粒子をできるだけ多く除去し、 （ｂ）気体汚染物を低減し、 （ｃ）空気媒介性の微生物（菌、ウィルスなど）を除去し、 （ｄ）屋内環境での陰イオン濃度（呼吸管の自然浄化を刺激するイオン）をよ り自然なものに戻す 必要がある。 従って、全ての空気清浄機の性能は、ミクロン以下の粒径の粒子を含めた粒子 状物を除去する効率；気体汚染物除去の効率；ユーザーに提供できる清浄空気の 量；および殺菌効果がその尺度となる。 一般的に言えば、空気浄化システムを作製する場合、基本的性能基準は、非常 に低い空気流抵抗で、９９％を超える粒子除去効率を達成するものでなければな らない。 しかしながら、ほとんどの空気清浄機は汚染物を集塵するに連れて、その空気 流速および／または効率は次第に低下する。次に、それによって全体的性能が極 度に低下することになる。 通常のファンや送風機は抵抗に抗して多量の空気を送るのはかなり困難である ことから、空気流抵抗は低いことが重要である。一般に、抵抗が上昇するに連れ て、移動する空気量はそれに比例して低下する。高抵抗に抗して多量の空気を送 ることができるファンは（１）かなりのコスト上昇となり、（２）騒音がかなり 大きくなり、（３）運転により多くのエネルギーを必要とする。 各種の既存の空気清浄機は、メカニカルフィルター（媒体型）式空気清浄機と 電子式空気清浄機という２つのカテゴリに入る。 媒体型フィルターの場合には、空気流にジレンマがあり、効率を高めるには、 その媒体の繊維数を増やさなければならないが、繊維数を増やすに連れて抵抗も 上昇する。 これが、電子式空気清浄機が設計されることになった主要な要因であった。そ の装置の空気流は、「電子セル」を形成する一連のプレートの前縁のみと接触す ることから、空気流に対する抵抗はほとんどない。残念ながら、この方法の他の 面で、全体的に見て空気流抵抗の低さという利点を相殺する欠点がある。 ある種の電気的力によって繊維媒体の粒子除去効率を大幅に高めることができ ることが見いだされた時、「ハイブリッド」フィルターが製造された。ローレン ス・リバーモア国立研究所（Lawrence Livermore National Laboratories）は、 この考え方に対する科学的裏付けを提供していると考えられている。現在「静電 」フィルターと称されているものがいくつか市場に出されているが、やはり、そ れらはある程度進歩したものであっても、その全体的成績はやはり所望のものに はほど遠い。 メカニカルフィルターは通常、支持フレームに入った平坦またはプリーツ式の 繊維マット（「フィルター媒体」）から成る。この種のフィルターは、粒子が個 々の繊維に衝突するかあるいは大きすぎて繊維間を通過できないことから、それ らの粒子を集塵することで、そのフィルターを通過する空気から粒子を除去する 。捕捉される粒子状物のパーセントが、そのフィルターの全体的効率（例：４％ 、２０％、５０％または８５％など）を決定する。代表的な「冷暖房機フィルタ ー」は抵抗が低く（繊維数が非常に少ない）、非常に効率の低いものであって、 ４〜９％の効率である。「ハイテクフィルター」、すなわちＨＥＰＡ（High Eff iciency Particle Arrestor：高効率粒子捕捉）フィルターは、高抵抗で（多く の繊 維が高密度で充填されている）、高い粒子除去効率（９９％を超える）のもので ある。 明らかに、個々の繊維間の空間が小さいほど、捕捉できる粒子の径は小さくな る。残念ながら、開口が小さくなるに連れて、空気流に対する抵抗も上昇する。 そこで、空気を強制的にフィルター通過させるのにより多くのエネルギーを必要 とする。家庭用冷暖房機で非常に開口が大きく効率の悪いフィルターが使用され るのは、冷暖房機の送風機が、より密度の高い（より効率のよい）フィルターの 抵抗に抗して、適切な暖房または冷房を行うのに必要な量の空気を移動させるこ とができないと考えられるからである。 高効率（ＨＥＰＡ）メカニカルフィルターには粒子が堆積することから、抵抗 はさらに上昇し、しかもフィルターを通る空気量は大幅に低下する。それにより 、全体的な空気浄化性能／効果は大幅に低下することになる。 低効率メカニカルフィルター 長所 １．初期コストおよび交換コストが低い。 ２．空気流に対する抵抗が低い。 ３．取り付けが容易である。 ４．使い捨てである。 ５．交換が容易である。 短所 １．全体的な粒子除去効率が低い。 ２．効率が非常に低い（実質的に効果なし）。 ３．菌を除去しないか少ない。 ４．気体汚染物を除去しない。 高効率メカニカルフィルター 長所 １．粒子除去効率が高い。 短所 １．初期コストおよび交換コストが高い。 ２．空気流に対する抵抗が高い（＝騒音の大きい送風機） ３．煙草の煙によって容易に閉塞する。 ４．一部の菌しか除去されない。 ５．気体汚染物は除去されない。 ６．負荷量に伴って空気流速が低下する。 ７．殺菌効果はない。 空気清浄機の第２のカテゴリは、電子式または静電式空気清浄機である。それ は２つの異なる操作方法、すなわち電力式（電子式）および非電力式（静電式） に細分される。 電力式装置は、帯電している正面部分に空気を引き込み、交互に陽極と接地に なっている一連のプレートを有している。正に帯電した粒子は反発によって陽極 プレートから離れて接地プレートの方に向かい、そこで集塵される。この種の装 置は広く開口した構造となっていることから、当然のことながら、空気流に対す る抵抗は非常に低い。非電力式装置は、フィルター媒体を有し、そのフィルター のプラスチック繊維は電場（エレクトレット媒体）中で加熱および冷却すること によって永久的に帯電しているか、あるいはそれを通過する空気の摩擦によって 静電的に「帯電」状態となる性質を有する。 別の種類の静電空気清浄機は、陰イオン発生装置である。その装置は、大量の 陰イオンを室内空気中に発生させて、それが空気中の粒子に付着して、それを沈 降させるかあるいは近くの接地表面（壁など）に付着させる。陰イオン発生装置 は、その浄化プロセスの一部として空気流に依存する必要はないことから、運転 時に全く騒音が出ない。残念ながら、帯電粒子の多くが壁やイオン発生装置近く の表面に付着し、そのためにそれらの表面の「汚れ」が生じて、その汚れは容易 には清掃できない場合があり、非常に多くの場合、その表面の塗り替えが必要と なる。 電力式電子式空気清浄機 長所 １．空気流に対する抵抗が小さい。 ２．廃棄すべきフィルター媒体がない。 短所 １．初期コストが高い。 ２．保守が面倒である。 ３．オゾンを発生し得る。 ４．高出力設定では騒音がある。 ５．装置が汚れるに連れて、効率が急速に低下する。 ６．菌除去量が少ない。 ７．気体汚染物は除去されない。 ８．殺菌効果はない。 非電力式電子式（静電式／エレクトレット式）空気清浄機 長所 １．空気抵抗が中等度である。 ２．初期コストが中等度である。 ３．交換が容易である。 ４．効率が比較的高い。 短所 １．帯電汚染物によって繊維の電荷が中和されることで、効率が低下する。 ２．フィルター交換に平均以上の費用を要する。 ３．菌の除去が中等度でしかない。 ４．気体汚染物は除去しない。 ５．殺菌効果はない。 陰イオン発生装置 長所 １．全く静かである。 ２．効率が高い。 ３．陰イオン豊富な空気を提供する。 ４．交換すべきフィルターがない。 ５．保守が簡単である。 ６．運転コストが低い。 短所 １．室内表面（壁など）に汚染物がメッキ状付着する。 ２．カバーする面積が限られている。 ３．菌除去に限界がある。 ４．一部の気体汚染物を中等度に除去するのみである。 ５．除去速度が遅い。 ６．殺菌効果がない。 陰イオン発生装置と陽極集塵機の組み合わせ 長所 （上述の通り） 短所 （上述の通り） 陽極集塵機は、一部の帯電汚染物を引きつけることで、メッキ状付着をある程 度緩和する。 最も関連のある先行技術について、以下にまとめてある。 ホワイト（White）に対する米国特許２３７７３９１号（１９４５）には、静 電式空気清浄機に関する最も初期の発明の一つが開示されている。空気中の懸濁 粒子を帯電させる方法および装置について記載されている。帯電すると、粒子は 分離沈降装置によって除去される。広く言えば、その発明は、非放電電極に隣接 する電場部分で、放電電極と非放電電極の間の電場を強くするものである。それ は、放電電極と非放電電極の間にある透過性で非放電性の補助電極部材またはグ リッド電極部材を提供し、補助電極−非放電電極間の空間の単位当たりの電位差 を、放電電極−補助電極間の場合よりかなり大きく維持することによって有利に 実行することができる。補助電極の電位は、放電電極の電位と非放電電極の電位 の中間に維持されることで、放電電極−補助電極間の電場の極性は、補助電極− 非放電電極間の電場の極性と同一となっている。 ペニー（Penney）に対する米国特許３９１５６７２号（１９７５）には、平行 の接地プレート電極集塵装置を有する静電式沈降機が開示されている。高電圧コ ロナ線がプレート電極間に設けられている。それによって塵埃粒子が帯電され、 次にコロナ放電が起こる。その方法を取らなければ、コロナ放電は、プレート電 極上に塵埃が堆積することで生じる高抵抗によって生じるものである。 ヘンケ（Hencke）に対する米国特許４１９３７７９号（１９８０）には、工業 的な塵埃粒子を除去するための、渦流室を有するメカニカルフィルターが開示さ れている。 ゴルシュタイン（Golstein）に対する米国特許４２１０４２９号（１９８０） には、活性炭フィルターと紫外線殺菌灯を有する室内用空気清浄機が開示されて いる。 チャン（Chang）に対する米国特許４２５１２３４号（１９８１）には、冷暖 房機用放電空気清浄機が開示されている。静電沈降は、乱流によって改善されて いる。 ナタラジャン（Natarajan）に対する米国特許４２６５６４１号（１９８１） には、プレート式塵埃イオン化装置に対する針が開示されている。清掃が必要な 集塵装置プレートが使用されている。 ダウソン（Dawson）に対する米国特許４２６５６４３号（１９８１）には、静 電式室内空気清浄機が開示されている。最新式のイオン化プレートは、塵埃を正 に帯電させる。次に、空気流の下流で、使い捨ての波形アルミニウム製接地集塵 機プレートが使用される。 ピットマン（Pittman）らに対する米国特許４２９０７８８号（１９８１）に は、家庭用冷暖房機用のダクト内静電空気清浄機が開示されている。これは取り 付けが容易である。それは、当業界で公知のような、一連の平行な陽極集塵機プ レートと陰極集塵機プレートであった。塵埃粒子はイオン化され、次に陰極集塵 機プレート上に集塵される。その陰極集塵機プレートは定期的に清掃しなければ ならず、それを怠ると、集塵能力を失う。 ベリティ（Verity）に対する米国特許４３７６６４２号（１９８３）には、繊 維フィルターと静電沈降機の併用が開示されている。露出した陰イオン源が室内 空気と塵埃粒子を全てイオン化させる。空気流がそのイオン化した粒子を、逆の 電荷を有するプラスチック細片膜フィルターに運搬する。各フィルター繊維は長 方形の形状を持ち、その端部には高い電圧勾配がある。各塵埃粒子は１つの繊維 によって正または負のいずれかに帯電し、次にその帯電塵埃粒子は、反対の電荷 を有する端部の下流側繊維に引きつけられる。 ナゴシ（Nagoshi）らに対する米国特許５０５５１１８号（１９９１）には、 静電集塵機が開示されている。第１の陽極イオン化電極が塵埃を正にイオン化さ せる。次に、それは絶縁層によって分離される。クーロン則により塵埃は接地電 極に集まり、それによって塵埃粒子の電荷は中和される。薄層における空間間隙 のために、塵埃は接地電極のみに集まり、それによって他の部品への塵埃堆積が 防止される。その理論は、接地電極のみへの塵埃堆積により、塵埃粒子による中 和が原因となる帯電の低下がほとんど起こらないというものである。しかしなが ら、空気流を維持するには陰電極の清掃が必要であることは明らかである。 ハネウェル（Honeywell；登録商標）のＦ５０電子式空気清浄機も、公知の陽 極・陰極集塵機プレート法を利用するものである。浄化効率９５％が謳われてい る。しかしながら、そのプレートは、食器洗浄機やそれに相当する化学浴に入れ て定期的に清掃しなければならない。 ロロックス（Rolox Ltd.）は汎用静電フィルターを製造している。以下に、そ の種のフィルターの背景となる操作理論を説明する。そのフィルターは、異なっ た静電的性質を有する一連の開放型の織布プラスチック材料から構成されている 。第１層の表面上を通過する空気の摩擦によってプラスチックは正に帯電し、さ らにその過程で、そのプラスチック織布を通過する空気によって運ばれる粒子も 帯電すると考えられる。そこで、空気とその粒子は連続的に次のプラスチック材 料層に行き、その上を通過する。その材料層は、その性質により、反対すなわち 負に帯電している。その層の負電荷が空気から正に帯電した粒子を引きつける。 しかしながら、それらのプラスチック表面上を通過する空気の摩擦が発生させる 静電荷は非常に弱いものでしかない。静電集塵効果は、異なる電荷によって生じ る電場の強さに比例する（このフィルターを調べると、効率は１４％に過ぎない ことがわかる）。 最も関連の深い先行技術が、１９８３年９月にローレンス・リバーモア国立研 究所から、「Electric Air Filtration: Theory，Laboratory Studies，Hardwar e Development，and Field Evaluations」と題する原稿で発表された。米国エネ ルギー省（ＤＯＥ）は、電気的に強化された繊維のフィルターを利用することに よってＨＥＰＡ型フィルターに対する代替技術を提供することに関する研究に助 成を行った。その報告には、空気中の粒子についての記載がある。従来の繊維フ ィルターと比較して、帯電フィルターはかなり高い効率を有し、同レベルの粒子 負荷での圧力低下がかなり低く、フィルター寿命を大幅に延長するものである。 リバーモアによって作製された好ましい型のフィルターは、繊維フィルター正 面に設置された未絶縁電極を有するものであった。次に、繊維フィルターに接地 した未絶縁電極を設けた。個々の繊維はその長手方向に分極するようになった。 それにより、繊維はいずれも両側の長手方向全体で、正または負の塵埃粒子を集 塵した。濾過効率と繊維フィルターの寿命延長は優れたものであった。フィルタ ーの効率は、電極間にかかる電場の強度によって決まる。その電場の強度は、電 極電圧が高くなるに連れて上昇する。 しかしながら、最大効率を得るのに必要な高電圧により、電極間にアーク放電 が生じ、それによって電場強度の低下が起こる（リバーモアの報告の１０１ペー ジ）。リバーモアのモデルでは１２ｋＶでスパークした。絶縁電極を利用する試 みは、その表面に集まるかあるいはその表面に移動してくる逆の電荷を有する粒 子によってその電荷が中和されるために、不首尾であった。そうして、絶縁電極 によってアーク放電は起こらなくなったが、反対電荷の蓄積によってその性能は 大幅に低下し、電場は中和された（リバーモアの報告の１０３ページ）。 しかしながら、電極間のアーク放電が続くことから、そのモデルは市販可能な ものとはならなかった。電極を絶縁する努力は、絶縁電極表面に堆積する逆の電 荷の塵埃の中和効果のために不首尾に終わった。そうして、絶縁電極によってア ーク放電は起こらなくなったが、集まった電荷によってその電荷が中和されるこ とから効率が低下した。 本発明は、アーク放電および絶縁電極の電荷と電場の中和の両方の問題を解決 するものである。リバーモアの技術に対する主要な改善点は、１つの電極のみに 絶縁を施すというものである。それによって、１２〜５０ｋＶの範囲の電圧が可 能となる。そのような高電圧によって、より高い濾過効率を得ることができる。 通常、第１の電極を絶縁する。そのシステムは次のように動作する。第１の電極 は、予備帯電装置と同符号に帯電している。そこで、互いに反発する同符号電荷 のために、第１の電極にはほとんど塵埃は集まらない。絶縁電極の極性とは反対 の極性の電荷が電極表面に集まるが、それは予備帯電装置からの逆符号電荷のイ オンによって速やかに中和されることから、電極の電荷／電場を妨害することは ない。次に、空気は帯電した繊維を通り抜け、塵埃はその繊維で集塵される。次 に空気は未絶縁の第２の電極を通り、大気中に排出される。予備帯電装置からの 電荷は、フィルターに残留する塵埃から除かれる。その電荷は繊維表面に沿って 未絶縁電極まで移動し、そこで中和される。発明の概要 本発明の主たる目的は、非常に高効率で、保守の必要性の少ない、アーク放電 やその帯電力中和による性能低下を起こさない繊維空気フィルターを提供するこ とにある。その目的は、繊維を帯電させ、１個の絶縁電極と未絶縁電極を使用し てアーク放電を防止することで達成される。 本発明の別の目的は、繊維に帯電させる第１の絶縁電極と同じ電荷に流入空気 を予備帯電させることにある。そうして、イオン化された粒子のほとんどは、第 １の電極で反発されて、繊維に集塵される。 本発明のさらに別の目的は、より開放された表面の繊維全体にそのイオン化塵 埃を早期に集塵して、フィルターの閉塞や交換サイクルの短縮を低減することに ある。 本発明のさらに別の目的は、イオン化塵埃を繊維の全体に緊密かつ均等に引き つけることによって、繊維フィルター上での樹脂状物形成をなくすことにある。 本発明のさらに別の目的は、菌が繊維に集まるに連れて電場によって滅菌する ことにある。 本発明の上記以外の目的は、以下の説明と参照符号のように、いくつかの図面 で相当する部分を指定する本明細書の内容から明らかになるであろう。 本発明の目標は、導電性電極を使用する電力式静電フィルターの欠点を克服す ることにある。さらなる目標は、従来の繊維フィルターのフィルター寿命を延長 しつつ、粒子集塵効率を上昇させることにある。それには以下のような点がある 。 （１）アーク放電を起こさずに、電極電圧を高めて効率を上げる方法。 （２）高湿度による電極アーク放電を防止する方法。 （３）静電場を中和することになる電荷移動による電極への反対電荷蓄積を起 こすことなく、非導電性電極を使用して上記の（１）および（２）を達成する方 法。そして、高空気流によるフィルター媒体の加圧がある場合であってもその電 荷蓄積を防止する方法。 （４） （ａ）粒子が電極に集まることなく、 （ｂ）粒子が、電極への電荷蓄積に寄与することなく、 （ｃ）粒子がフィルターを通るイオン化通路を形成して、それが電極の短絡 を起こす可能性がなく、 粒子を予備帯電させる方法。 解決法： （１）第１（または正面）電極としての絶縁電極と、 （２）繊維フィルターを挟み込む第２の（または後部）電極としての導電性電 極、および （３）絶縁電極と同じ極性（＋または−）のイオンによる帯電流入粒子 とを併用することにある。 ２つの必要な電極の一つとして絶縁電極を利用することによって、２つの電極 間のアーク放電や電極間に導電路を形成するイオン化の可能性をなくしながら絶 縁電極または両方の電極に非常に高電位を印加することができる。このような高 電圧により、静電場強度が上昇し、それによってフィルター繊維と流入粒子に対 する分極効果が高くなる。従って、ミクロン以下の粒径範囲の粒子であっても、 粒子集塵効率が非常に上昇する。 そうすると、絶縁電極を第１の電極（正面電極）として使用することで、電極 と同極性のイオンによる粒子の予備帯電によって粒子は電極から反発を受け、従 って粒子堆積がフィルター内部への他の粒子の移動を遮断するのを防止すること から、粒子の予備帯電を有効に利用することができる。 絶縁電極の極性（および予備帯電イオンの極性）とは反対の極性の電荷もやは り、絶縁電極正面（または電極上）の領域に移動するが、予備帯電部分からの反 対電荷の流入イオンによって中和される。それによって、電場強度および粒子集 塵効率の低下の原因となる絶縁電極正面での電荷蓄積がなくなる。 媒体を電極と接触させて反対電荷の蓄積を中和させる必要がなくなることから 、フィルターを通る空気流が媒体を加圧して、絶縁電極表面から離れて接触しな くなる場合であってもそのような効果がある。 電極間の強力な静電場による力により、フィルターの繊維上に集塵される予備 帯電部分からのイオンは、その表面に沿って導電性電極（接地電極あるいは反対 極性の電極）の方に移動し、そこで中和される。やはり、電極間の電場強度を低 下させる可能性のある電荷蓄積は防止される。図面の簡単な説朋 図１は、本発明の屋内用空気清浄機の好ましい実施態様の上面斜視分解図であ る。 図２は、本発明の操作構成要素の上面斜視図である。 図３は、本発明の別の実施態様の操作構成要素の上面斜視図である。 図４は、２個の帯電繊維の正面図である。 図５は、追加の活性炭繊維層を用いるプリーツ式フィルターの上面斜視図であ る。 図６は、円筒状の実施態様の上面斜視図である。 図７は、未帯電繊維フィルターを用いるフィルター効率試験のチャートである 。 図８は、図１、２および４による帯電繊維フィルターを用いるフィルター効率 試験のチャートである。 図９は、図１、２および４のフィルターの経時濾過試験のチャートである。 本発明の開示の実施態様について詳細に説明する前に、本発明は他の実施態様 を有し得ることから、本発明はその利用分野を本明細書で示す特定の配置の詳細 に限定されるものではないことは理解しておくべき点である。さらに、本明細書 で使用される用語は、説明のためのものであって、本発明はそれに限定されるも のではない。好ましい実施態様の説明 最初に図１について説明すると、屋内用空気清浄機１は、主筐体１３を有し、 その筐体は後部筐体１０、送風機１１および送風機取付板１２を収納している。 流入空気Ａを精製する第１の段階は、その空気を予備帯電グリッド１４に送り、 それによって１０ｋＶ〜５０ｋＶの直流電圧を用いる公知の方法で塵埃粒子を負 にイオン化させる。次に、空気を絶縁高電圧グリッド１５に通し、同じ１０ｋＶ 〜５０ｋＶの直流電圧によってさらに負に帯電させる。次に、空気を従来の繊維 フィルター１７に通し、それによってイオン化および分極した塵埃粒子および微 生物の両方を捕捉する。次に、接地した活性炭電極１６に空気を通す。そして、 浄化された空気が出口格子１８から排出される。 図２について説明すると、図１のものと電気的に等価な配置を示してある。流 入空気Ｂは最初に、予備帯電装置２０によって負に帯電する。第１の帯電電極２ ３は絶縁され、負に帯電している。正に帯電した未絶縁電極２２により、繊維フ ィルター２１は帯電される。やはり、正に予備帯電させ、電極２２および２３の 極性を逆転させることによっても、等価な結果を得ることができる。いずれの構 成においても、電極２２は接地されることになろう。 図４は、塵埃粒子３４が図１および２の負の予備帯電装置によって予備帯電し て負にイオン化した状況を示したものである。繊維３１は、負側から上流が正側 になった形で長手方向に帯電している。クーロン則によって粒子３４は矢印Ｕの 繊維３１の正の上流側に集まる。分極した粒子３２および３３は、表面Ｅおよび Ｄで、繊維３０および３１の反対に帯電した側に引きつけられる。正イオン粒子 ３５は、表面Ｆの反対電場に引きつけられる。このような自然発生の正イオン粒 子３５は稀であると考えられる。このように、このシステムでは、無数の繊維の 長軸方向全体に帯電状態か未帯電状態かとは無関係に、全ての塵埃粒子が集塵さ れる。 好ましい実施態様である図１および２についてまとめると、塵埃粒子はイオン 化されて負の状態となっている。次にその粒子は同符号電荷の第１の電極によっ て反発を受ける。稀に存在する陽イオンは第１の電極に引きつけられると考えら れる。実際、全ての塵埃は帯電繊維に沿って集塵される。最終フィルターを閉塞 するような塵埃はほとんど残らない。塵埃は、繊維フィルターの正面の層にでは なく、繊維全体にわたって緊密かつ均等に集まることから、繊維フィルターの寿 命はかなり長くなる。さらに、樹脂状物の形成は防止される。さらに、フィルタ ーの静電気力によって滅菌が行われる。 図３について説明すると、これは不十分な実施態様である。接地され絶縁され た第１の電極３１０の作用により、実質的に全ての極性の（＋、−、＋／−）の 塵埃粒子が集塵される。予備帯電装置３００は負または正のいずれかとすること ができる。第２の電極３３０は負または正のいずれかとすることができる。繊維 フィルター３２０は、接地電極３１０が捕捉しないもののみを集塵する。洗浄、 集塵および接地電極３１０からの塵埃サンプル分析上の望ましさなどの各種理由 によって、この構成を選択できる利用場面もあり得る。 次に図５について説明すると、空気流Ｑはプリーツ式フィルター７０の予備帯 電装置７１を通過する。第１の絶縁電極７２は、予備帯電装置と同じ符号の電荷 を有する。繊維フィルター媒体７３は、電極７２または接地接続および第１の電 極とは反対の電荷を有する未絶縁活性炭電極７４によって帯電されている。 最後に図６について説明すると、円筒状フィルター６０は空気Ｍを取り込み、 その空気は、予備帯電装置６１、絶縁された第１の電極６２、次に繊維フィルタ ー６３、そして次に第２の電極６４を通過する。予備帯電装置６１および絶縁さ れた第１の電極６２は同一電荷を有する。第２の電極６４は接地されているか、 または電極６２とは反対の極性を有する。排出空気はＮで示してある。 最後の実施態様（不図示）は、全ての予備帯電装置を使用しないものである。 それによって効率は約２０％低下する。しかしながら、電極への塵埃堆積によっ て電場は直ちに中和される。 絶縁電極を絶縁する方法は、当業界において各種知られている。それらの方法 には、ワイヤーまたは打ち抜き金属撚糸の浸漬もしくは吹き付け；ワイヤーと同 時の絶縁体の押出成形または射出成形；ならびに１本のワイヤー周囲に射出成形 絶縁体の半分ずつを継ぎ合わせる方法などがある。実施例 フィルター効率試験 ＤＯＰ粒子と１００立方フィート／分（ｃｆｍ）の空気流速を用いて、ＨＥＰ Ａ用フィルターの試験に関するＡＳＨＲＡＥ基準に応じて作製した試験室で以下 に記載の試験を行った。 その系内の空気は、最初にＨＥＰＡフィルターで濾過し、次にそのような空気 にＤＯＰ粒子を発生させた。粒子除去効率を求めるため、クリメット（Climet） ＣＬ−６３００レーザー粒子カウンターによって粒子濃度と粒径を測定してから 、空気を被験フィルターに入れ、被験フィルターを出た後にも測定した。測定は 、０．１９〜０．３μｍ、０．３〜０．５μｍ、０．５〜１μｍ、１〜３μｍ、 ３〜５μｍおよび５μｍより大きい粒子に群分けして行った。それによって、全 粒子の合計も得る。 各試験は、「前・後」フィルター粒子カウントの４つの独立の集合からなるも のとした。データは、「粒径」、「上流粒子カウント」（フィルター前）、「下 流粒子カウント」（フィルター後）および「効率」（除去された粒子のパーセン ト）として示してある。さらに、「上流」および「下流」の粒子総数と全体の粒 子除去効率も示してある。 その試験の目的は、低コスト、低抵抗、開放型フィルター媒体（それは、粒子 除去効率が低いのが普通である）が、粒子がフィルターに入る前にそれを予備イ オン化させ、フィルター媒体を横切る静電場をかけて繊維を帯電・分極させるこ とによって高効率のフィルターとすることができるか否かを明らかにすることに あった。 イオン化を行わないかまたは電場をかけずにフィルター媒体について行ったい くつかの試験により、フィルター媒体自体の通常の全体的効率は１２〜２３％で あることが明らかになった。 「未帯電」フィルター媒体の除去は、粒径が１μｍを超える粒子で最高であり 、ミクロン以下の径の粒子で最低であった。 イオン化および静電場を用いると、フィルターの全体効率は９９．６５％まで 上昇した。比較的大きい粒子の除去効率とミクロン以下の径の粒子についての除 去効率の間の差は１％しかない。レーザー粒子カウンターは粒径０．１９μｍ未 満の粒子を測定することはできなかったが、粒径０．０１μｍまでの粒子で高い 除去効率が維持されるものと予想される。 これらの試験から、空気流に対する抵抗が低い（開放構造と繊維含有率が低い ことによる）低コストフィルター媒体を、粒子イオン化と媒体を横切る静電場印 加を行うことによって、高効率フィルターとすることができることが明らかであ る。 被験フィルター媒体のその後の試験により、粒子がフィルター媒体に堆積しな いことも明らかである。帯電媒体上や媒体内への粒子堆積のパターンは、帯電媒 体が未帯電のものと比較して粒子汚染物を数倍集塵するにもかかわらず、その「 寿命」（塵埃堆積による抵抗が大きくなり過ぎて空気が通らなくなるまでの時間 ）が未帯電媒体の約３倍であることを意味していると考えられる。 以上の表の結果は図７に示してある。要約すると、電場をかけずに従来の繊維 フィルターを使用した。 以上の表の結果は図８に示してある。図１、２および４に示した静電場を印加 した。 以上、好ましい実施態様を参照しながら本発明を説明したが、多くの修正およ び変更を加えることは可能であり、その結果もやはり本発明の範囲に含まれる。 本発明は、本明細書に開示の特定の実施態様に限定されるものではなく、そのよ うに推測すべきものでもない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月４日 【補正内容】 請求の範囲 １．空気中の粒子（３２、３３、３４、３５）を帯電させて帯電粒子（３４） を生成する手段（１４、２０、３００、７１、６１）を有する電子強化型空気濾 過装置であって、 フィルター（１６、２１、３２０、７３）によって隔てられた絶縁電極（１５ 、２３、３１０、７２、６２）および未絶縁電極（１７、２２、３３０、７４、 ６４）とを有する電極対部（１５、１７；２２、２３；３１０、３３０；７２、 ７４；６２、６４）を有し； 該フィルターを隔てて前記絶縁電極と前記未絶縁電極との間に電位差を発生さ せて該フィルターに分極状態を誘導する手段（＋、−）を有し； 該分極状態の該フィルターが、前記帯電手段によって発生する前記帯電粒子の 電荷に関して反対符号に帯電した双極子を有する前記絶縁電極に対して近位のフ ィルター面（Ｅ、Ｕ）および前記帯電粒子の電荷に関して同符号に帯電した双極 子を有する前記絶縁電極から遠位のフィルター面（Ｄ、Ｆ）とを有し； 前記分極状態の前記フィルターを自然に帯電した粒子（３５）を含む空気流（ Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｑ、Ｍ）と接触させて、該自然帯電粒子からの正味電荷を該フィル ターに与える手段（１１）を有し； 前記フィルターと前記帯電粒子の間の接触によって該フィルターから前記正味 電荷の一部を除去する手段（３０、３１、３５、Ｕ）を有する ことを特徴とする装置。 ２．前記除去手段が、前記自然帯電粒子によって前記フィルターに付与された 負電荷と正電荷を分離する手段（３０、３１）を有する請求項１記載の装置。 ３．前記分離手段が、前記正電荷と前記負電荷のうちの一方を前記フィルター から前記未絶縁電極に抜き取る手段（３０、３１、１７、２２、３３０、７４、 ６４）を有する請求項１記載の装置。 ４．前記除去手段が、捕捉された電荷を前記絶縁電極に近位のフィルター面か ら除去する手段（３５）を有する請求項１記載の装置。 ５．前記フィルターが繊維フィルターである請求項１記載の装置。 ６．運転状態の前記フィルター媒体が、空気流速１００ｃｆｍおよび圧降下０ ．９０ｉｎＷｇで、０．１９μｍ〜０．３μｍの範囲の粒径の粒子除去において 、９９％以上の効率を有する請求項１記載の装置。 ７．未分極状態の前記フィルターが、前記粒径範囲で約２０％未満の粒子除去 効率評価値を有する請求項６記載の装置。 ８．前記電位差発生手段が、１０〜５０ｋＶの範囲内の前記電位差を発生させ る請求項１記載の装置。 ９．前記帯電手段が、約１０〜５０ｋＶの範囲の電荷で動作することができる イオン発生装置を有する請求項１記載の装置。 １０．前記未絶縁電極が接地されている請求項１記載の装置。 １１．前記絶縁電極が前記フィルターの上流に位置している請求項１記載の装 置。 １２．空気中粒子（３２、３３）を帯電させて帯電粒子（３４）を発生させる 段階を有する、フィルターの空気中粒子状物除去能力を電子的に向上させる方法 であって、 フィルター（１６、２１、３２０、７３）によって隔てられた絶縁電極（１５ 、２３、３１０、７２、６２）および未絶縁電極（１７、２２、３３０、７４、 ６４）とを有する電極対（１５、１７；２２、２３；３１０、３３０；７２、７ ４；６２、６４）間に電位差を発生させる段階； 前記電位差発生段階に反応して前記フィルターに分極状態を誘導する段階であ って、その際に、前記絶縁電極に対して近位の前記フィルター面（Ｅ、Ｕ）は前 記帯電粒子の電荷に関して反対符号に帯電した双極子（＋、−）を有し、前記絶 縁電極から遠位のフィルター面（Ｄ、Ｆ）は前記帯電粒子の電荷に関して同符号 に帯電した双極子を有する段階； 前記分極状態の前記フィルターを自然に帯電した粒子を含む空気流（Ａ、Ｂ、 Ｃ、Ｑ、Ｍ）と接触させて、該粒子からの正味電荷を該フィルター媒体に与える 段階； 前記フィルターと前記帯電粒子の間の接触によって該フィルターから前記正味 電荷の一部を除去する段階を有することを特徴とする方法。 １３．前記自然帯電粒子が、正に帯電した粒子（３４）と負に帯電した粒子（ ３５）を有し、前記接触段階が前記自然帯電粒子によって前記フィルターに付与 された負電荷と正電荷を分離する段階を有する請求項１２記載の方法。 １４．前記分離段階に続いて、前記正電荷と前記負電荷の一方を前記フィルタ ーから前記未絶縁電極に抜き取る段階を有する請求項１２記載の方法。 １５．前記除去段階によって、前記絶縁電極に近位のフィルター面（Ｅ、Ｕ） から捕捉された電荷を除去する請求項１２記載の方法。 １６．前記フィルターが繊維フィルターである請求項１２記載の方法。 １７．約０．２μｍ〜約５μｍの有効粒径範囲で、前記フィルター上に全空気 中粒子の約９９％以上を保持する段階を有する請求項１２記載の方法。 １８．未帯電状態の前記フィルターが前記粒径範囲で約２０％未満の粒子除去 効率を有する請求項１７記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．気体から微生物等の粒子状物を除去する静電繊維気体フィルターにおいて 、 流入端と流出端を有するダクト； 該ダクトに空気を導入し、それによって該ダクトの流入端から流出端への空気 流を発生させる手段； 該ダクトの流入端で粒子状物を帯電させる手段； 該空気流に対して垂直に配置された該ダクト内の１対の電極； 該電極対間に位置する繊維フィルター媒体 を有してなることで、該繊維フィルター媒体が電気的に分極し、 ダクト内の該電極対がさらに、粒子を帯電させる手段と同符号の電荷を有する 第１の絶縁電極、および第２の未絶縁電極を有することによって、該電極対のア ーク放電も中和も起こさずに帯電粒子が該繊維フィルター媒体に電気的に集塵さ れる静電繊維気体フィルター。 ２．粒子状物を帯電させる手段と第１の絶縁電極がそれぞれ１０〜５０ｋＶの 範囲の直流電圧を有する請求項１記載のフィルター。 ３．第２の未絶縁電極がさらに正電荷を有し、第１の絶縁電極と粒子状物を帯 電させる手段がそれぞれ負電荷を有する請求項１記載のフィルター。 ４．第２の未絶縁電極がさらに接地接続を有し、第１の絶縁電極と粒子状物を 帯電させる手段がそれぞれ負電荷を有する請求項１記載のフィルター。 ５．第１の絶縁電極がさらに第２の未絶縁電極から上流側の位置にある請求項 ３記載のフィルター。 ６．第１の絶縁電極がさらに第２の未絶縁電極から上流側の位置にある請求項 ４記載のフィルター。 ７．ダクトがさらに屋内空気清浄機用筐体を有し、空気をダクトに導入する手 段がさらにファンを有する請求項５記載のフィルター。 ８．気体から粒子状物を除去するための静電繊維気体フィルターにおいて、 粒子状物を帯電させる手段； 繊維フィルターを挟み込み、繊維フィルターを分極させる機能を有する電極手 段； さらに未絶縁電極と絶縁電極とを有する電極手段； 気体を移動させる手段 を有することで、気体中の粒子状物が最初にイオン化され、次に繊維フィルター に集塵される静電繊維気体フィルター。 ９．粒子状物を帯電させる手段および絶縁電極のそれぞれがさらに１０〜５０ ｋＶの範囲の負の直流電圧を有し、未絶縁電極がさらに絶縁電極と接地接続から 下流に位置している請求項８記載のフィルター。 １０．粒子状物を帯電させる手段および絶縁電極のそれぞれがさらに１０〜５ ０ｋＶの範囲の正の直流電圧を有し、未絶縁電極がさらに絶縁電極と接地接続か ら下流に位置している請求項８記載のフィルター。 １１．粒子状物を帯電させる手段および絶縁電極のそれぞれがさらに１０〜５ ０ｋＶの範囲の負の直流電圧を有し、未絶縁電極がさらに絶縁電極と正電荷から 下流に位置している請求項８記載のフィルター。 １２．粒子状物を帯電させる手段および絶縁電極のそれぞれがさらに１０〜５ ０ｋＶの範囲の正の直流電圧を有し、未絶縁電極がさらに絶縁電極と負電荷から 下流に位置している請求項８記載のフィルター。 １３．気体浄化方法において、 気体を分極手段に通すことで気体中の粒子状物を一方の極性に分極させる段階 ； 次に、分極手段と同極性の絶縁電極と未絶縁電極とを有し中間に繊維フィルタ ーを有する電極対に、その気体を通す段階 とを有してなる気体浄化方法。