WO2023166591A1 - フィルタユニット、換気装置およびフィルタユニットの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- This application relates to a filter unit, a ventilator, and a method for manufacturing the filter unit.
- a filter unit that cleans the air by electrically collecting particles such as pollen and dust in the air is known.
- a conventional filter unit has a structure in which a non-woven fabric is sandwiched between a plurality of spaced apart electrodes. In this filter unit, a high voltage is applied between opposing electrodes to form a high electric field inside the nonwoven fabric, and particles are collected in the nonwoven fabric by electrostatic force (see, for example, Patent Document 1).
- the present application was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a filter unit with low pressure loss.
- the filter unit of the present application is composed of an electrode group in which low-voltage side electrodes and high-voltage side electrodes are alternately arranged with a gap therebetween, and an insulating filter having unidirectionally oriented air gaps.
- the electrode group is provided with a channel through which air flows in one direction along the low-voltage side electrode and the high-voltage side electrode. It is arranged in the flow path.
- the filter unit of the present application has an electrode group in which low-voltage side electrodes and high-voltage side electrodes are alternately arranged with a gap therebetween, and an insulating filter having a gap oriented in one direction, and the electrode group includes the low-voltage side electrodes. and the high-voltage side electrode, the insulating filter is provided with a channel through which air flows in one direction. Therefore, in the filter unit of the present application, air flows in the orientation direction of the voids, so pressure loss is reduced.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a ventilator according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a filter unit according to Embodiment 1;
- FIG. 4 is a schematic diagram of an insulating fiber filter of the filter unit according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of a filter unit according to Embodiment 1;
- FIG. 4 is a schematic diagram of an insulating fiber filter of a filter unit of a comparative example according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of a filter unit of a comparative example according to Embodiment 1;
- FIG. 8 is a schematic diagram of electrodes of a filter unit according to Embodiment 2;
- FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a filter unit according to Embodiment 3;
- FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a filter unit according to Embodiment 3;
- FIG. 1 is a schematic diagram of a ventilator according to Embodiment 1.
- a ventilation device 1 of this embodiment includes a filter unit 2 and a heat exchange ventilation unit 10 housed in a filter box 3 .
- the ventilator 1 is housed inside a lowered ceiling 20 inside a room of a building.
- the lowered ceiling 20 refers to an area where a part of the ceiling is lowered, as shown in FIG. From the viewpoint of interior beauty, there are many buildings in which other equipment such as an air conditioner is housed together with the ventilator 1 inside the lowered ceiling 20 as shown in FIG.
- the ventilator 1 is installed inside the lowered ceiling 20, a wider installation space can be secured compared to when the ventilator 1 is installed indoors.
- An outdoor air supply port 21 and an outdoor air exhaust port 22 are provided on the wall surface on the outdoor side of the building. Further, an indoor air supply port 23 and an indoor air exhaust port 24 are provided on a wall surface of the downward ceiling 20 on the indoor side. An air supply channel 30 and an exhaust channel 40 are provided inside the lowered ceiling 20 .
- the air supply passage 30 is a passage for taking in the outdoor air from the outdoor air supply port 21 into the ventilator 1 and supplying the indoor air from the indoor air supply port 23 .
- the exhaust passage 40 is a passage through which indoor air is taken into the ventilator 1 from the indoor air outlet 24 and exhausted from the outdoor air outlet 22 to the outside.
- the filter box 3 and the heat exchange ventilation unit 10 are arranged in order from the upstream side in the air supply passage 30 .
- a heat exchanging ventilation unit 10 is arranged in the exhaust flow path 40 .
- An air supply passage 30 connecting the outdoor air supply port 21 and the indoor air supply port 23 is configured by a duct 31 via the filter box 3 and the heat exchange ventilation unit 10 .
- An exhaust passage 40 connecting the indoor exhaust port 24 and the outdoor exhaust port 22 is configured by a duct 41 via the heat exchanging ventilation unit 10 .
- the heat exchange ventilation unit 10 has a ventilation function and an air conditioning auxiliary function.
- the ventilation function is a function of supplying outdoor air into the room and discharging indoor air to the outside.
- the heat exchange ventilation unit 10 includes an air supply fan (not shown) that supplies air from the outside to the room in the air supply passage 30, and an exhaust fan (not shown) that exhausts air toward the
- the air conditioning auxiliary function is a function of recovering heat from the indoor air discharged to the outside and applying the recovered heat to the outdoor air supplied to the room.
- This air-conditioning assistance function is a function of keeping the temperature of indoor air constant, and is a function of assisting a device that adjusts the indoor temperature, such as an air conditioner.
- the auxiliary air-conditioning function can be said to be an energy-saving function because it is a function that reduces the energy load of other devices.
- the heat exchange ventilation unit 10 includes a heat exchanger (not shown) that exchanges heat between the air passing through the exhaust flow path 40 and the air passing through the supply air flow path 30. I have.
- the filter unit 2 has a function of collecting particles and gases in the outdoor air supplied from the outdoor air supply port 21 into the filter box 3 .
- the side where the filter box 3 and the outdoor air supply port 21 are connected by the duct 31 is the upstream side of the filter unit 2, and the side where the filter box 3 and the indoor air supply port 23 are connected by the duct 31 is It is downstream of the filter unit 2 .
- FIG. 2 is a schematic diagram of a filter unit according to this embodiment.
- the filter unit 2 includes an electrode group 7 in which a ground electrode 4 and a high voltage electrode 5 are alternately arranged with an interval of 7 mm. These electrodes are plate-shaped electrodes made of stainless steel and having a thickness of 2 mm.
- a high voltage power supply (not shown) is connected to the filter unit 2 .
- the ground electrode 4 is connected to the ground terminal of the high voltage power supply, and the high voltage electrode 5 is connected to the positive voltage output terminal of the high voltage power supply. It is preferable that the ground electrodes 4 are positioned at both ends of the plurality of electrodes and electrically connected to the housing 8 of the filter box 3 .
- the air sucked from the outside flows through the flow paths formed between the electrode groups 7 .
- This flow path is formed along the ground electrode 4 and the high voltage electrode 5 of the electrode group 7 .
- An insulating fiber filter 6 is arranged in the channel formed in the electrode group 7 .
- the insulating fiber filter 6 is arranged only in the downstream part of the flow path.
- the portion where the ground electrode 4 and the high voltage electrode 5 in the upstream portion of the channel are exposed to the channel is referred to as an exposed portion 9 .
- FIG. 3 is a schematic diagram of the insulating fiber filter of the filter unit according to this embodiment.
- the insulating fiber filter 6 of this embodiment is made of insulating fiber such as glass fiber.
- the longitudinal direction of the insulating fibers 61 is oriented in one direction. Since the longitudinal direction of the insulating fibers 61 is oriented in one direction, the insulating fiber filter 6 has continuous voids along its longitudinal direction. That is, the insulating fiber filter 6 has unidirectionally oriented voids. 2 and 3, the insulating fiber filter 6 is arranged so that the direction of air flow and the longitudinal direction of the insulating fibers 61 are the same. In other words, the insulating fiber filter 6 is arranged in the channel with the longitudinal direction of the insulating fibers 61 set in the same direction as the direction of the channel.
- FIG. 4 is an explanatory diagram of the filter unit according to this embodiment. As shown in FIG. 4 , an electric field is formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the insulating fibers 61 of the insulating fiber filter 6 . At this time, electric charges as shown in FIG. 4 are induced in each insulating fiber 61 of the insulating fiber filter 6 .
- an electric field is also formed in the exposed portion 9 from the high voltage electrode 5 (relatively positive with respect to the ground electrode 4) toward the ground electrode 4 (relatively negative with respect to the high voltage electrode 5).
- the air from which the charged coarse particles have been removed passes through the insulating fiber filter 6.
- positively charged particles are collected on the negatively charged surface side of the insulating fiber 61
- negatively charged particles are collected on the positively charged surface side of the insulating fiber 61 .
- non-charged particles are collected on the surfaces of the insulating fibers 61 by electrostatic force, with charges induced by the non-uniform electric fields formed between the insulating fibers 61 .
- the air flows in the same direction as the longitudinal direction of the insulating fibers 61 of the insulating fiber filter 6, and the pressure loss caused by the air flow around the insulating fibers 61 in the radial direction. is reduced.
- FIG. 5 is a schematic diagram of an insulating fiber filter of a filter unit of a comparative example according to the present embodiment.
- FIG. 6 is explanatory drawing of the filter unit of a comparative example.
- FIG. 5 shows that in the filter unit of the comparative example, air flows in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the insulating fibers 61 of the insulating fiber filter.
- the filter unit of this embodiment As shown in FIG. 4, air flows in the same direction as the longitudinal direction of the insulating fibers 61 of the insulating fiber filter. Therefore, the filter unit of the present embodiment can continuously apply a strong electrostatic force to the particles flowing through the insulating fiber filter, so that a high particle collection efficiency can be obtained. Therefore, the filter unit of the present embodiment can obtain a particle collection effect equivalent to that of the filter unit of the comparative example even if the fiber density of the insulating fiber filter is reduced, so that the pressure loss can be reduced.
- the flow path is formed along the ground electrode and the high voltage electrode. Therefore, even if the thickness of the insulating fiber filter is increased in order to improve the electrical insulation between the electrodes, the flow of air is not hindered. Rather, when the thickness of the insulating fiber filter is increased, the cross-sectional area of the flow channel increases, so the pressure loss decreases. Thus, in the filter unit of the present embodiment, it is possible to achieve both an improvement in the electrical insulation between the electrodes and a reduction in pressure loss.
- the longitudinal directions of all insulating fibers do not completely match as shown in Fig. 3, and the longitudinal directions of each insulating fiber are oriented in different directions.
- the thickness direction of the insulating fiber filter is defined as the Z direction
- the two directions orthogonal to the Z direction are defined as the X direction and the Y direction, respectively
- the longitudinal direction of all the insulating fibers in the insulating fiber filter is the X direction or the Y direction. Classify in whichever direction is closer.
- the orientation direction of the insulating fiber filter is the direction in which there are many insulating fibers in the longitudinal direction. In the filter unit of this embodiment, the direction of orientation of the insulating fiber filter and the direction of the flow path of the filter unit are matched.
- the interval between the electrodes is 7 mm.
- the distance between the electrodes is preferably in the range of 3 mm to 500 mm.
- a plate-like electrode made of stainless steel and having a thickness of 2 mm is used as the electrode.
- a conductive material having a thickness in the range of 0.5 mm to 10 mm can be used as the electrode.
- a positive voltage is applied from the high voltage power supply to the high voltage electrode 5 is shown, but a negative voltage may be applied.
- Insulating fibers include glass fiber, polypropylene (PP), polystyrene (PE), polyethylene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), ABS resin (copolymer resin of acrylonitrile, butadiene, and styrene). ) with high electric resistance can also be used.
- PP polypropylene
- PE polystyrene
- PS polyethylene
- PET polyethylene terephthalate
- PTFE polytetrafluoroethylene
- ABS resin copolymer resin of acrylonitrile, butadiene, and styrene
- a honeycomb filter having a honeycomb structure made of resin or ceramic having a high electric resistance as described above can be used instead of the insulating fiber filter.
- This honeycomb filter has pores oriented in one direction.
- Ferroelectric particles having an average particle size of 0.1 ⁇ m to 500 ⁇ m may be adhered to the surface of the insulating fibers of the insulating fiber filter. In the filter unit constructed in this manner, the electric field in the vicinity of the ferroelectric particles can be enhanced, and the particle collection efficiency can be further improved. Barium titanate, barium manganate, lead zirconate titanate, and the like can be used as the material of the ferroelectric particles.
- an exposed portion is provided in the upstream portion of the channel. If another filter for collecting coarse particles is provided in the air supply passage on the upstream side of the filter unit, the exposed portion of the filter unit may be omitted.
- Embodiment 2 The configuration of the filter unit according to the second embodiment is the same as the configuration of the filter unit described in the first embodiment. However, in the filter unit of this embodiment, the structure of the electrodes is different from that of the first embodiment.
- FIG. 7 is a schematic diagram of the electrodes of the filter unit according to the present embodiment.
- the upper diagram in FIG. 7 is a sectional view of the electrode, and the lower diagram in FIG. 7 is a plan view of the electrode.
- the ground electrode 4 and the high-voltage electrode 5 are perforated electrodes made of stainless punching metal. This perforated electrode has a thickness of 2 mm, a hole diameter of ⁇ 8 mm, and a porosity of 40%.
- the configuration of the filter unit of the present embodiment is the same as that of the filter unit of the first embodiment except for the structure of the electrodes.
- the operation of the filter unit according to this embodiment will be described.
- the operation different from that of the filter unit of the first embodiment will be mainly described.
- the outdoor air containing particles flows through the air supply channel 30 and the air passing through the filter unit 2 flows.
- a tributary is formed between the adjacent flow paths partitioned by the electrode through the opening of the perforated electrode. This tributary allows air to flow more evenly through the flow path than would be the case without the perforations. Therefore, the pressure loss is further reduced in the filter unit of the present embodiment.
- the filter unit according to the present embodiment due to the electric field concentration effect at the edges of the openings, the electric field is applied between the insulating fibers of the insulating fiber filter compared to the filter unit configured with electrodes without openings. electric field increases. This also increases the particle collection rate by electrostatic force. Therefore, in the filter unit of the present embodiment, even if the fiber density of the insulating fiber filter is reduced, the same particle collection effect can be obtained as compared with the filter unit configured with electrodes without openings, so the pressure loss can be further reduced. can be reduced.
- the material of the perforated electrode is stainless steel
- the material of the perforated electrode may be any conductive material.
- Metals such as aluminum and iron, conductive resins containing carbon, and the like can also be used as materials for the electrodes.
- both the ground electrode 4 and the high-voltage electrode 5 are made of perforated electrodes. Either one of the ground electrode 4 and the high-voltage electrode 5 may be composed of a perforated electrode.
- FIG. 8 is an explanatory diagram of the manufacturing method of the filter unit according to this embodiment.
- a method for manufacturing a filter unit according to the present embodiment includes the step of arranging a plurality of electrodes with a space therebetween; and fixing the electrode and the insulating filter. Each step is described in detail below.
- the ground electrodes 4 and the high-voltage electrodes 5 that form the electrode group 7 are alternately arranged with a gap therebetween.
- an insulating fiber filter 6 made of glass fiber is inserted between the ground electrode 4 and the high voltage electrode 5 .
- the longitudinal direction of the glass fibers is oriented in one direction. That is, the insulating fiber filter 6 has unidirectionally oriented voids.
- the orientation direction of the glass fiber and the inserting direction of the insulating fiber filter 6 are set to be the same.
- the ground electrode 4, the high voltage electrode 5, and the insulating fiber filter 6 are fixed with an adhesive or the like.
- the insulating fiber filter 6 When using a commercially available glass fiber filter as the insulating fiber filter 6, select one that is anisotropic in the orientation direction of the glass fiber. Then, the direction in which the insulating fiber filter 6 is inserted coincides with the direction of high anisotropy of the glass fiber.
- An insulating fiber filter in which the insulating fibers are oriented in one direction may be independently manufactured and used.
- the direction of the flow path and the orientation direction of the insulating fiber filter can be set in the same direction.
- the filter unit of the present embodiment an example of using glass fiber as the insulating fiber of the insulating fiber filter has been shown.
- the insulating fiber in addition to glass fiber, resin fiber having high electric resistance such as PP, PE, PS, PET, PTFE, and ABS resin can be used.
- FIG. 9 is an explanatory diagram of another method for manufacturing a filter unit according to the present embodiment.
- a honeycomb filter 16 having a honeycomb structure made of resin or ceramic with high electric resistance is used as an insulating filter having unidirectionally oriented pores. ing.
- This honeycomb filter 16 has pores oriented in one direction.
- the direction in which the honeycomb filter 16 is inserted coincides with the longitudinal direction of the cavity of the honeycomb structure.
- the direction of the flow paths and the orientation direction of the voids of the honeycomb filter 16 can be set to be the same.
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Abstract
圧力損失の小さいフィルタユニットを提供する。 接地電極(4)と高電圧電極(5)とが間隔を設けて交互に配置された電極群(7)と、絶縁繊維の長手方向が一方向に配向した絶縁繊維フィルタ(6)とで構成されたフィルタユニット(2)であって、電極群は接地電極および高電圧電極に沿って空気が一方向に流れる流路を備えており、絶縁繊維フィルタは、絶縁繊維の配向方向が流路の方向と同じ方向に設定されて流路内に配置されている。
Description
本願は、フィルタユニット、換気装置およびフィルタユニットの製造方法に関する。
空気中の花粉、埃などの粒子を電気的に捕集して空気清浄を行うフィルタユニットが知られている。従来のフィルタユニットは、間隔を設けて配置された複数の電極間に不織布が挟まれた構造である。このフィルタユニットにおいては、対向する電極間に高電圧を印加することで不織布の内部に高電界を形成し、静電気力によって不織布に粒子を捕集している(例えば、特許文献1参照)。
従来のフィルタユニットにおいては、対向する電極間の電気絶縁性を確保するために不織布の厚さを一定の厚さ以上にする必要がある。このフィルタユニットにおいては、不織布の厚さ方向に空気が通過するため圧力損失が大きいという問題があった。
本願は上述のような課題を解決するためになされたもので、圧力損失の小さいフィルタユニットを提供することを目的とする。
本願のフィルタユニットは、低圧側電極と高圧側電極とが間隔を設けて交互に配置された電極群と、一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタとで構成されている。そして、電極群は、低圧側電極および高圧側電極に沿って空気が一方向に流れる流路を備えており、絶縁性フィルタは、空隙の配向方向が流路の方向と同じ方向に設定されて流路内に配置されている。
本願のフィルタユニットは、低圧側電極と高圧側電極とが間隔を設けて交互に配置された電極群と、一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタとを有し、電極群は低圧側電極および高圧側電極に沿って空気が一方向に流れる流路を備えており、絶縁性フィルタは空隙の配向方向が流路の方向と同じ方向に設定されて流路内に配置されている。そのため、本願のフィルタユニットは、空気が空隙の配向方向に流れるため、圧力損失が小さくなる。
以下、本願を実施するための実施の形態に係るフィルタユニットおよび換気装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る換気装置の概略図である。ここで、図1および後述の各図において図示された白抜き矢印は、空気の流れを示している。本実施の形態の換気装置1は、フィルタボックス3内に収納されたフィルタユニット2と熱交換換気ユニット10とを備える。換気装置1は、建物の室内の下がり天井20の内部に収納されている。下がり天井20とは、図1に示すように、天井の一部が下がっている領域を指す。室内美観の観点から、図1のように下がり天井20の内部には換気装置1と共にエアコンなど他の機器がまとめて収納されている建物も多い。換気装置1を下がり天井20の内部に設置する場合は、換気装置1を室内に設置する場合と比較して広い設置スペースを確保することができる。
図1は、実施の形態1に係る換気装置の概略図である。ここで、図1および後述の各図において図示された白抜き矢印は、空気の流れを示している。本実施の形態の換気装置1は、フィルタボックス3内に収納されたフィルタユニット2と熱交換換気ユニット10とを備える。換気装置1は、建物の室内の下がり天井20の内部に収納されている。下がり天井20とは、図1に示すように、天井の一部が下がっている領域を指す。室内美観の観点から、図1のように下がり天井20の内部には換気装置1と共にエアコンなど他の機器がまとめて収納されている建物も多い。換気装置1を下がり天井20の内部に設置する場合は、換気装置1を室内に設置する場合と比較して広い設置スペースを確保することができる。
建物の室外側の壁面には、室外給気口21と室外排気口22とが設けられている。また、下がり天井20の室内側の壁面には、室内給気口23と室内排気口24とが設けられている。そして、下がり天井20の内部には、給気流路30と排気流路40とが設けられている。給気流路30は、室外空気を室外給気口21から換気装置1に取り入れて室内給気口23から室内に給気する流路である。排気流路40は、室内空気を室内排気口24から換気装置1に取り入れて室外排気口22から室外に排気する流路である。
給気流路30には上流側から順にフィルタボックス3と熱交換換気ユニット10とが配置されている。また、排気流路40には熱交換換気ユニット10が配置されている。室外給気口21と室内給気口23とをつなぐ給気流路30は、フィルタボックス3と熱交換換気ユニット10とを介してダクト31で構成されている。また、室内排気口24と室外排気口22とをつなぐ排気流路40は、熱交換換気ユニット10を介してダクト41で構成されている。
熱交換換気ユニット10は、換気機能と空調補助機能とを有する。換気機能とは、室外の空気を室内へ給気すると共に、室内の空気を室外に排気する機能である。この換気機能を実現する構成として、熱交換換気ユニット10は、給気流路30において室外から室内に向けて空気を給気する給気ファン(図示せず)と、排気流路40において室内から室外に向けて空気を排気する排気ファン(図示せず)とを備えている。また、空調補助機能とは、室外へ排気する室内空気から熱を回収し、回収した熱を室内へ給気する室外空気へ与える機能である。この空調補助機能は、室内空気の温度を一定に保つ機能であり、エアコンなどの室内温度を調整する機器を補助する機能である。そのため、空調補助機能は、他の機器のエネルギー負担を軽減する機能であることから省エネルギー機能とも言える。この空調補助機能を実現する構成として、熱交換換気ユニット10は、排気流路40を通過する空気と給気流路30を通過する空気との間で熱交換する熱交換器(図示せず)を備えている。
フィルタユニット2は、室外給気口21からフィルタボックス3内に給気された室外空気中の粒子およびガスを捕集する機能を有する。ここで、フィルタボックス3と室外給気口21とがダクト31で接続されている側をフィルタユニット2の上流側、フィルタボックス3と室内給気口23とがダクト31で接続されている側をフィルタユニット2の下流側とする。
図2は、本実施の形態に係るフィルタユニットの概略図である。フィルタユニット2は、接地電極4と高電圧電極5とが7mmの間隔を設けて交互に配置された電極群7を備えている。これらの電極は、ステンレス製の厚さが2mmの平板状の電極である。フィルタユニット2には、高電圧電源(図示せず)が接続されている。接地電極4は高電圧電源の接地端子に、高電圧電極5は高電圧電源の正電圧の出力端子にそれぞれ接続さている。なお、複数並んだ電極の両端に位置し、フィルタボックス3の筐体8に電気的に接続される電極は接地電極4であることが好ましい。
図2に示す白抜き矢印で示されたように、室外からの吸い込まれた空気は電極群7の間に形成された流路を流れる。この流路は、電極群7の接地電極4および高電圧電極5に沿って形成されている。電極群7に形成された流路には絶縁繊維フィルタ6が配置されている。本実施の形態のフィルタユニット2において、絶縁繊維フィルタ6は流路の下流部にのみ配置されている。ここで、流路の上流部の接地電極4および高電圧電極5が流路に露出した部分を露出部9と称する。
図3は、本実施の形態に係るフィルタユニットの絶縁繊維フィルタの概略図である。本実施の形態の絶縁繊維フィルタ6は、ガラス繊維などの絶縁繊維で構成されている。図3に示すように、本実施の形態の絶縁繊維フィルタ6においては、絶縁繊維61の長手方向が一方向に配向している。絶縁繊維61の長手方向が一方向に配向していることで、絶縁繊維フィルタ6にはその長手方向に沿って連続した空隙が存在する。すなわち、絶縁繊維フィルタ6は、一方向に配向した空隙を有している。そして、図2および図3の白抜き矢印で示されたように、空気の流れる方向と絶縁繊維61の長手方向とが同じ方向となるように絶縁繊維フィルタ6は配置される。つまり、絶縁繊維フィルタ6は、絶縁繊維61の長手方向が流路の方向と同じ方向に設定されて流路内に配置されている。
次に、本実施の形態のフィルタユニットの動作について説明する。
高電圧電源から高電圧を出力し、接地電極4と高電圧電極5との間に高電圧を印加する。本実施の形態においては、高電圧電源から正の高電圧を出力する例について説明する。図4は、本実施の形態に係るフィルタユニットの説明図である。図4に示すように、絶縁繊維フィルタ6の絶縁繊維61の長手方向と直交する方向に電界が形成される。このとき、絶縁繊維フィルタ6のそれぞれの絶縁繊維61には、図4に示すような電荷が誘起される。また、露出部9においても高電圧電極5(接地電極4に対し相対的に正)から接地電極4(高電圧電極5に対し相対的に負)に向かう電界が形成される。熱交換換気ユニット10内部の給気ファンを運転させることで、給気流路30に室外給気口21から室内給気口23に向けて花粉、埃などの粒子を含む室外空気が流れる。このとき、図2の白抜き矢印に示すように、フィルタユニット2の流路を通過する空気が流れる。
高電圧電源から高電圧を出力し、接地電極4と高電圧電極5との間に高電圧を印加する。本実施の形態においては、高電圧電源から正の高電圧を出力する例について説明する。図4は、本実施の形態に係るフィルタユニットの説明図である。図4に示すように、絶縁繊維フィルタ6の絶縁繊維61の長手方向と直交する方向に電界が形成される。このとき、絶縁繊維フィルタ6のそれぞれの絶縁繊維61には、図4に示すような電荷が誘起される。また、露出部9においても高電圧電極5(接地電極4に対し相対的に正)から接地電極4(高電圧電極5に対し相対的に負)に向かう電界が形成される。熱交換換気ユニット10内部の給気ファンを運転させることで、給気流路30に室外給気口21から室内給気口23に向けて花粉、埃などの粒子を含む室外空気が流れる。このとき、図2の白抜き矢印に示すように、フィルタユニット2の流路を通過する空気が流れる。
粒子を含んだ空気がフィルタユニット2の流路を通過するとき、まずは上流部の露出部9において空気に含まれる粒子の中の比較的粗大でかつ帯電した粒子が除去される。このとき、正に帯電した粗大粒子は接地電極4に、負に帯電した粗大粒子は高電圧電極5にそれぞれ引き寄せられて電極表面に捕集される。上流部の露出部9において粗大粒子が除去されることで、下流部の絶縁繊維フィルタ6での目詰まりを軽減させることができる。
帯電した粗大粒子が除去された空気は、絶縁繊維フィルタ6を通過する。このとき、正に帯電した粒子は絶縁繊維61の負に帯電した表面側に、負に帯電した粒子は絶縁繊維61の正に帯電した表面側に捕集される。図4に示すように、帯電していない粒子は、絶縁繊維61間に形成される不平等電界により粒子に電荷が誘起され、静電気力で絶縁繊維61の表面に捕集される。このように、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、絶縁繊維フィルタ6の絶縁繊維61の長手方向と同じ方向に空気が流れることで絶縁繊維61の径方向周りの空気の流れなどで生じる圧力損失が低減される。
次に、本実施の形態のフィルタユニットの効果について説明する。比較例として、空気の流れる方向が絶縁繊維フィルタの厚さ方向であるフィルタユニットを例に挙げる。
図5は、本実施の形態に係る比較例のフィルタユニットの絶縁繊維フィルタの概略図である。また、図6は、比較例のフィルタユニットの説明図である。図5に示すように、比較例のフィルタユニットにおいては、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維61の長手方向と直交する方向に空気が流れる。このとき、図6に示すように、ある1つの絶縁繊維61に捕集されなかった粒子に対して作用する静電気力は、下流の次の絶縁繊維61に近づくまで一旦弱まる。これに対して本実施の形態のフィルタユニットにおいては、図4に示すように、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維61の長手方向と同じ方向に空気が流れる。そのため、本実施の形態のフィルタユニットは、絶縁繊維フィルタ内を流れる粒子に対して連続的に強い静電気力を作用させることができるので、高い粒子捕集率が得られる。したがって、本実施の形態のフィルタユニットは、比較例のフィルタユニットに比べて絶縁繊維フィルタの繊維密度を減らしても同等の粒子捕集効果が得られるため、圧力損失を低減することができる。
図5は、本実施の形態に係る比較例のフィルタユニットの絶縁繊維フィルタの概略図である。また、図6は、比較例のフィルタユニットの説明図である。図5に示すように、比較例のフィルタユニットにおいては、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維61の長手方向と直交する方向に空気が流れる。このとき、図6に示すように、ある1つの絶縁繊維61に捕集されなかった粒子に対して作用する静電気力は、下流の次の絶縁繊維61に近づくまで一旦弱まる。これに対して本実施の形態のフィルタユニットにおいては、図4に示すように、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維61の長手方向と同じ方向に空気が流れる。そのため、本実施の形態のフィルタユニットは、絶縁繊維フィルタ内を流れる粒子に対して連続的に強い静電気力を作用させることができるので、高い粒子捕集率が得られる。したがって、本実施の形態のフィルタユニットは、比較例のフィルタユニットに比べて絶縁繊維フィルタの繊維密度を減らしても同等の粒子捕集効果が得られるため、圧力損失を低減することができる。
また、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、流路は接地電極および高電圧電極に沿って形成されている。そのため、電極間の電気絶縁性を向上させるために絶縁繊維フィルタの厚さを厚くしても空気の流れが妨げられることはない。むしろ、絶縁繊維フィルタの厚さを厚くした場合、流路の断面積が増加するために圧力損失は低下する。このように、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、電極間の電気絶縁性の向上と圧力損失の低減とを両立させることができる。
実際の絶縁繊維フィルタにおいては、図3のようにすべての絶縁繊維の長手方向が完全に一致することはなく、それぞれの絶縁繊維の長手方向は異なる方向を向いている。絶縁繊維フィルタの厚さ方向をZ方向とし、このZ方向と直交する2つの方向をそれぞれX方向、Y方向としたときに、絶縁繊維フィルタ内のすべての絶縁繊維の長手方向をX方向またはY方向のどちらか近い方に分類する。そして、絶縁繊維の長手方向の多い方向を絶縁繊維フィルタの配向方向とする。本実施の形態のフィルタユニットにおいては、この絶縁繊維フィルタの配向方向とフィルタユニットの流路の方向とを一致させている。
なお、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、電極間の間隔が7mmである例を示した。電極間の間隔は、3mm~500mmの範囲が好ましい。また、電極としてステンレス製の厚さが2mmの平板状の電極を用いている。電極としては、厚さが0.5mm~10mmの範囲の導電性の素材を用いることができる。さらに、本実施の形態においては、高電圧電源から高電圧電極5へ正の電圧を印加する例を示したが、負の電圧を印加してもよい。
また、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維としてガラス繊維を用いる例を示した。絶縁繊維としてはガラス繊維の他にポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PE)、ポリエチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合樹脂)などの電気抵抗の高い樹脂繊維を用いることもできる。
また、絶縁繊維フィルタの替わりに前述した電気抵抗の高い樹脂またはセラミックで構成されたハニカム構造のハニカムフィルタを用いることもできる。このハニカムフィルタは、一方向に配向した空隙を有している。フィルタユニットにハニカムフィルタを用いる場合、ハニカム構造の空洞部の長手方向とフィルタユニットの流路の方向とを一致させる必要がある。
なお、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維の表面に、平均粒径が0.1μm~500μmの強誘電体粒子を付着させてもよい。このように構成されたフィルタユニットにおいては、強誘電体粒子近傍の電界を高めることができ、粒子捕集率をさらに向上させることができる。強誘電体粒子の材料としてはチタン酸バリウム、マンガン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いることができる。
本実施の形態のフィルタユニットにおいては、流路の上流部に露出部が設けられている。フィルタユニットの上流側の給気流路に粗大粒子を捕集するための別のフィルタが設けられている場合は、フィルタユニットの露出部はなくてもよい。
実施の形態2.
実施の形態2に係るフィルタユニットの構成は、実施の形態1で説明したフィルタユニットの構成と同様である。ただし、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、電極の構造が実施の形態1と異なっている。
実施の形態2に係るフィルタユニットの構成は、実施の形態1で説明したフィルタユニットの構成と同様である。ただし、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、電極の構造が実施の形態1と異なっている。
図7は、本実施の形態に係るフィルタユニットの電極の模式図である。図7の上の図は電極の断面図、図7の下の図は電極の平面図である。本実施の形態のフィルタユニットにおいては、接地電極4および高電圧電極5がステンレス製のパンチングメタルで構成された孔開き電極である。この孔開き電極は、厚さが2mm、開孔の孔径はφ8mm、開孔率は40%である。本実施の形態のフィルタユニットの構成は、電極の構造以外は実施の形態1のフィルタユニットの構成と同様である。
次に、本実施の形態に係るフィルタユニットの動作について説明する。ここでは、実施の形態1のフィルタユニットと異なる動作を中心に説明する。
熱交換換気ユニット10内部の給気ファンを運転させることで、給気流路30に粒子を含む室外空気が流れ、フィルタユニット2を通過する空気が流れる。このとき、電極で仕切られた隣り合う流路間に孔開き電極の開孔を経由する支流が形成される。この支流によって、開孔がない場合と比べて流路全体を均一に空気が流れる。そのため、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、圧力損失がさらに低下する。
熱交換換気ユニット10内部の給気ファンを運転させることで、給気流路30に粒子を含む室外空気が流れ、フィルタユニット2を通過する空気が流れる。このとき、電極で仕切られた隣り合う流路間に孔開き電極の開孔を経由する支流が形成される。この支流によって、開孔がない場合と比べて流路全体を均一に空気が流れる。そのため、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、圧力損失がさらに低下する。
また、本実施の形態に係るフィルタユニットにおいては、開孔のふちでの電界集中効果により、開孔がない電極で構成されたフィルタユニットと比較して、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維間に印加される電界が高まる。これにより、静電気力による粒子捕集率も高まる。そのため、本実施の形態のフィルタユニットは、開孔がない電極で構成されたフィルタユニットに比べて絶縁繊維フィルタの繊維密度を減らしても同等の粒子捕集効果が得られるため、圧力損失をさらに低減することができる。
なお、本実施の形態では孔開き電極の材料がステンレスである例を示したが、孔開き電極の材料は導電性の材料であればよい。電極の材料としてアルミニウム、鉄などの金属、またはカーボンを含む導電性樹脂などを用いることもできる。
また、本実施の形態においては、孔開き電極の開孔の孔径が8mmであり、開孔率は40%である例を示した。開孔の孔径は0.1mm~30mm、開孔率は20%以上であることが好ましい。なお、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、接地電極4および高電圧電極5の両方が孔開き電極で構成されている。接地電極4および高電圧電極5のどちらか一方が孔開き電極で構成されていてもよい。
実施の形態3.
実施の形態3においては、実施の形態1で示したフィルタユニットの製造方法について説明する。
図8は、本実施の形態に係るフィルタユニットの製造方法の説明図である。本実施の形態に係るフィルタユニットの製造方法は、複数の電極を間隔を設けて配置するステップと、間隔を設けて配置された複数の電極の間に一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタを挿入するステップと、電極と絶縁性フィルタとを固定するステップとを有する。次にそれぞれのステップを詳しく説明する。
実施の形態3においては、実施の形態1で示したフィルタユニットの製造方法について説明する。
図8は、本実施の形態に係るフィルタユニットの製造方法の説明図である。本実施の形態に係るフィルタユニットの製造方法は、複数の電極を間隔を設けて配置するステップと、間隔を設けて配置された複数の電極の間に一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタを挿入するステップと、電極と絶縁性フィルタとを固定するステップとを有する。次にそれぞれのステップを詳しく説明する。
始めに、電極群7となる接地電極4と高電圧電極5とを間隔を設けて交互に配置する。次に、接地電極4と高電圧電極5と間にガラス繊維で構成された絶縁繊維フィルタ6を挿入する。この絶縁繊維フィルタ6は、ガラス繊維の長手方向が一方向に配向している。すなわち、絶縁繊維フィルタ6は、一方向に配向した空隙を有している。絶縁繊維フィルタ6を挿入するときに、ガラス繊維の配向方向と絶縁繊維フィルタ6を挿入する方向とを同じ方向とする。最後に、接地電極4および高電圧電極5と絶縁繊維フィルタ6とを接着剤などで固定する。
絶縁繊維フィルタ6として市販のガラス繊維のフィルタを用いる場合、ガラス繊維の配向方向に異方性のあるものを選択する。そして、絶縁繊維フィルタ6を挿入する方向にガラス繊維の異方性の高い方向を一致させる。なお、絶縁繊維の配向を一方向に揃えた絶縁繊維フィルタを独自に製造し、その絶縁繊維フィルタを用いてもよい。
このように構成されたフィルタユニットの製造方法においては、流路の方向と絶縁繊維フィルタの配向方向とを同じ方向に設定することができる。
なお、本実施の形態のフィルタユニットにおいては、絶縁繊維フィルタの絶縁繊維としてガラス繊維を用いる例を示した。絶縁繊維としてはガラス繊維の他にPP、PE、PS、PET、PTFE、ABS樹脂などの電気抵抗の高い樹脂繊維を用いることもできる。
図9は、本実施の形態に係る別のフィルタユニットの製造方法の説明図である。図9の下の図に示すように、別のフィルタユニットにおいては、一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタとして、電気抵抗の高い樹脂またはセラミックで構成されたハニカム構造のハニカムフィルタ16を用いている。このハニカムフィルタ16は、一方向に配向した空隙を有している。このハニカムフィルタ16を用いる場合、ハニカムフィルタ16を挿入する方向とハニカム構造の空洞部の長手方向とを一致させる。このように構成されたフィルタユニットの製造方法においては、流路の方向とハニカムフィルタ16の空隙の配向方向とを同じ方向に設定することができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 換気装置、2 フィルタユニット、3 フィルタボックス、4 接地電極、5 高電圧電極、6 絶縁繊維フィルタ、7 電極群、8 筐体、9 露出部、10 熱交換換気ユニット、16 ハニカムフィルタ、20 下がり天井、21 室外給気口、22 室外排気口、23 室内給気口、24 室内排気口、30 給気流路、31、41 ダクト、40 排気流路、61 絶縁繊維。
Claims (8)
- 低圧側電極と高圧側電極とが間隔を設けて交互に配置された電極群と、一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタとで構成されたフィルタユニットであって、
前記電極群は、前記低圧側電極および前記高圧側電極に沿って空気が一方向に流れる流路を備えており、前記絶縁性フィルタは、前記空隙の配向方向が前記流路の方向と同じ方向に設定されて前記流路内に配置されていることを特徴とするフィルタユニット。 - 前記流路の上流部は、前記低圧側電極および前記高圧側電極が前記流路に露出していることを特徴とする請求項1に記載のフィルタユニット。
- 前記絶縁性フィルタの表面に強誘電体粒子が付着していることを特徴とする請求項1または2に記載のフィルタユニット。
- 前記絶縁性フィルタは、絶縁繊維の長手方向が一方向に配向した絶縁繊維フィルタで構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のフィルタユニット。
- 前記絶縁性フィルタは、一方向に開孔したハニカム構造のハニカムフィルタで構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のフィルタユニット。
- 前記低圧側電極および前記高圧側電極の少なくとも一方は、孔開き電極で構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のフィルタユニット。
- 室外排気口から室内空気を排気し室外給気口から室外空気を給気すると共に前記室内空気と前記室外空気との間で熱交換を行う熱交換換気ユニットと、
前記熱交換換気ユニットと前記室外給気口との間の給気流路に配置された請求項1から6のいずれか1項に記載のフィルタユニットとを備えたことを特徴とする換気装置。 - 複数の電極を間隔を設けて配置するステップと、
間隔を設けて配置された複数の前記電極の間に一方向に配向した空隙を有する絶縁性フィルタを挿入するステップと、
前記電極と前記絶縁性フィルタとを固定するステップとを有するフィルタユニットの製造方法において、
前記絶縁性フィルタを挿入するステップにおいて、前記空隙の配向方向が前記絶縁性フィルタを挿入する方向と同じ方向に設定されていることを特徴とするフィルタユニットの製造方法。
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2022
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