冷却集塵装置

【課題】高温低湿の地域では、小さなエネルギーで冷却し、同時に粉塵を捕集して清浄にした空気を室内に供給する装置が必要とされている。
【解決手段】屋外から外気６を導入して、外気６中の粉塵を除去するとともに外気６を冷却して室内へ供給する冷却集塵装置であって、高電圧が印加されたスプレーノズル２からなる水噴霧部１と、水噴霧部１の下流側に０Ｖが印加され、無数の隙間を内部に有する捕集フィルタ３を備え、スプレーノズル２の先端から無数の尖った水電極５を発生させ、捕集フィルタ３に向けて水電極５を噴霧すると同時に外気中の粉塵を帯電させることを特徴とする冷却集塵装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の気化による空気の冷却、空気中の粉塵の捕集すなわち集塵および捕集フィルタの洗浄という３つの作用を同時に行う冷却集塵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤道近辺の内陸地域は気温が非常に高く、かつ湿度が非常に低い。そこでは水を含んだ水分保持体と送風機で構成されたデザートクーラーという装置が一般的に普及している。デザートクーラーは水分保持体に外気を当てて水を気化させることで外気を冷やし、冷えた外気を室内に入れる装置である。冷えた外気を室内に入れることによって涼を得、かつエアコンなどその他の冷媒式空調機の運転負荷を下げるという効果がある。この空気冷却方式では外気を室内に導入するため、例えば砂漠地帯もしくは砂漠が近い地域などでは砂埃が多く含まれる外気を入れることよって室内が埃で充満するという課題が存在する。
【０００３】
上記課題を解決できる可能性のある手段として、集塵機能付空調機がある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
以下、その集塵機能付空調機について図９を参照しながら説明する。
【０００５】
図９に示す集塵機能付空調機は上流から順に放電部１０６、熱交換器１０１、送風機１０８で構成されている。
【０００６】
外気１１４は送風機１０８によって放電部１０６、熱交換器１０１を通過した後、室内に送り込まれる。
【０００７】
放電部１０６は棘状の先端を有する放電電極１０４および放電電極１０４とで空気を挟むように設けられた対向電極１０５とで構成されており、高圧電源１１６によって放電電極１０４に４〜５ｋＶ（極性は±どちらでもよい）の高電圧を、対向電極１０５に０Ｖを印加する。
【０００８】
電圧を印加することで放電電極と対向電極との間でコロナ放電を起こし、放電電極１０４の先端からイオンを発生させる。発生したイオンが対向電極１０５に降り注ぐ空間を通過することで空気中の粉塵はイオンと結合し、帯電を起こす。帯電した粉塵は０Ｖが印加された下流の熱交換器１０１に導入され、熱交換器１０１の表面と帯電した粉塵との間で働く鏡像力によって熱交換器１０１に付着し、捕集される。
【０００９】
また、熱交換器１０１は熱交換管１０２と熱交換管１０２によって貫通するように接続された複数枚の熱交換フィン１０３とで構成されている。
【００１０】
熱交換器１０１は冷媒配管１１３によって凝縮ユニット１０９と接続されており、冷媒は冷媒配管１１３を通じて熱交換器１０１と凝縮ユニット１０９との間を循環している。冷媒は凝縮ユニット１０９の中においてコンプレッサー１１０で圧縮され、凝縮器１１１で液化され、膨張弁１１２で膨張冷却される。冷却された冷媒が送られて熱交換器１０１は冷却され、熱交換器１０１と接触した空気は冷却される。このようにして熱交換器１０１上で集塵および冷却を同時に行うことができる。
【００１１】
また、課題解決のための他の手段として冷却を特許文献１記載の熱交換器で行い、集塵のみを従来の電気集塵装置で行う方法が考えられる。ここで図１０を用いて従来からある一般的な２段式電気集塵装置の構造について説明する。
【００１２】
２段式電気集塵装置は上流から順に帯電部１１７、集塵部１１８、送風機１１９で構成される。送風機１１９によって空気は順番に帯電部１１７、集塵部１１８へと導入される。
【００１３】
帯電部は外気１１４の通風方向と平行となるように放電電極１２１および対向電極１２２を設け、一定の間隔を開けて放電電極１２１を挟むように対向電極１２２を配置して構成される。高圧電源１１６によって放電電極１２１に絶対値として２〜１０ｋＶ程度の高電圧を（極性は±どちらでもよい）、対向電極１２２に０Ｖを印加することでコロナ放電を起こし、棘状の先端１２０から対向電極１２２に向かって降り注ぐイオンを生成する。
【００１４】
生成されたイオンは通過する粉塵と結合し、粉塵を帯電させる。帯電部１１７の下流に位置する集塵部１１８は通風方向と平行に設けた電極板Ａ１２３と電極板Ｂ１２４とを一定の間隔を開けながら積層した構造となっており、電極板Ａ１２３には放電電極１２１と同じ高電圧が印加され、電極板Ｂ１２４には０Ｖが印加されている。
【００１５】
帯電した粉塵は電極板Ａ１２３と電極板Ｂ１２４の間に導入され、電極板Ａ１２３から電極板Ｂ１２４への方向へと働くクーロン力を受けて主に電極板Ｂ１２４に付着する。このような原理で２段式電気集塵装置は集塵を行う。２段式電気集塵装置は直径１μｍ以下の微細粉塵を集塵でき、また、空気を通過させる際の圧力損失が小さく、水洗いして捕集粉塵を洗い流せるという長所を有しており、主に住環境の空気清浄用途として一般的に使われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭６３−１２３９３４号公報（第６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１に記載される冷却集塵装置は冷媒やコンプレッサーを用いた熱交換器で冷却を行っており、冷却に大きなエネルギーが必要となる。また、熱交換器に付着捕集した粉塵を自動的に除去できる構造となっていない。結露水によって付着した粉塵を洗い流せるように熱交換器の下にドレンパンが設けられているが熱交換器を洗浄するには結露水の量が少なく、また、高温低湿の外気を冷却する場合はそもそも結露水が発生しない。そのため冷却フィンの間に粉塵が堆積して目詰まりを起こしたり、堆積した粉塵によって熱交換効率が下がって冷却しにくくなるという課題を有する。
【００１８】
また、集塵のみを図１０に記載するような２段式電気集塵装置に行わせる方法を取った場合、冷却に別途装置が必要となること、また、大きくて重く、構造が複雑な集塵部が必要となることといった課題を有する。導電性、剛性を得るために主に集塵部の電極板Ａと電極板Ｂには０．５〜１ｍｍ程度の厚みを有する鋼板やアルミ板を用いることが多い。集塵部は電極板Ａと電極板Ｂとを接触させずに何枚も積層して構成する必要があり、必然的に大きくて重く、構造が複雑になる。
【００１９】
そこで、本発明の冷却集塵装置は軽くて構造が簡単であり、小さなエネルギーで空気を冷却すると同時に外気中の粉塵を捕集し、捕集した粉塵を洗い流してフィルタ上から取り除くことが可能な冷却集塵装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
そして、本発明の冷却集塵装置は、屋外から外気を導入して、外気中の粉塵を除去するとともに外気を冷却して室内へ供給する冷却集塵装置であって、高電圧が印加されたスプレーノズルからなる水噴霧部と、この水噴霧部の下流側に０Ｖが印加され、無数の隙間を内部に有する捕集フィルタを備え、前記スプレーノズルの先端から無数の尖った水電極を発生させ、前記捕集フィルタに向けて前記水電極を噴霧すると同時に外気中の粉塵を帯電させることにより初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の冷却集塵装置は、スプレーノズルから噴霧した水を空気中もしくは下流の捕集フィルタに付着させた状態で気化させることで空気を冷却するため、小さなエネルギーで取り入れた外気を冷却することができる。
【００２２】
また、スプレーノズルに高電圧を、対向する下流の捕集フィルタに０Ｖを印加することでスプレーノズルが水を噴霧する際に形成される先端の尖った水電極が捕集フィルタに向かってコロナ放電を起こし、コロナ放電によって作られたイオンが空気中の粉塵と結合して粉塵を帯電させる。同時に水電極を形成する水が直径０．１〜２ｍｍ程度の帯電水滴になって捕集フィルタの隙間に入り、捕集フィルタの表面との間に電場を作る。この電場によって帯電した粉塵はクーロン力を受け、捕集フィルタの表面に付着し、捕集される。このような原理で外気中の粉塵を捕集すなわち集塵することができる。
【００２３】
また、帯電水滴は粒子径が大きいため衝突して物理的に捕集フィルタ上に付着して水になり、捕集フィルタの表面を伝わりながら重力によって下側に移動し、捕集フィルタの下に設けたドレンパンに垂れ落ちる。その時捕集フィルタ表面に捕集された粉塵を洗い流し、捕集フィルタ上から取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１の冷却集塵装置を示す構成図
【図２】同捕集フィルタ内部で帯電粉塵が捕集される原理を示す図
【図３】本発明の実施の形態２の冷却集塵装置を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態３の冷却集塵装置を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態４の捕集フィルタ３を示す構成図
【図６】本発明の実施の形態５の冷却集塵装置を示す構成図
【図７】本発明の実施の形態６の捕集フィルタ３を示す構成図
【図８】同冷却集塵装置を示す構成図
【図９】特許文献１に示される集塵機能付空調機を示す構成図
【図１０】従来の２段式電気集塵装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明の冷却集塵装置の構成図を図１に、捕集フィルタ３内部で帯電粉塵１６が捕集される原理を図２に示す。図１に示す冷却集塵装置は上流から順に水噴霧部１、捕集フィルタ３、送風機１０で構成される。高温低湿かつ粉塵をたくさん含んだ外気６は送風機１０によって冷却集塵装置の内部に導入された後、清浄冷気１２となって外壁１１に設けた開口から室内へ供給される。
【００２７】
水噴霧部１を構成するスプレーノズル２には水噴霧用ポンプ７と送水管８によって貯水タンク９に貯められた水が送られ、スプレーノズル２から下流の捕集フィルタ３に向かって水が噴霧される。水が噴霧される際にスプレーノズル２の先端から無数の尖った水電極５が形成される。高圧電源４によってスプレーノズル２に高電圧が印加されているため、スプレーノズル２の先端から形成される水電極５にも同じだけの高電圧が印加される。ここで水電極５とは水滴が連なって線の形をなしたものである。
【００２８】
また、捕集フィルタ３には０Ｖが印加されているため、高電圧、例えば−６ｋＶが印加された水電極５と捕集フィルタ３の間でコロナ放電が生じ、両者の間を通過する粉塵がコロナ放電によって生じたイオンと結合して帯電し、帯電粉塵１６となる。同時に水電極５の先端がちぎれるようにして帯電水滴１７が生じる。帯電粉塵１６および帯電水滴１７は下流の捕集フィルタ３に導入される。
【００２９】
ここで帯電粉塵１６の粒子径はおよそ０．１〜１０μｍ、帯電水滴１７の粒子径はおよそ０．１〜２ｍｍである。捕集フィルタ３は無数の捕集体繊維１８が絡み合って構成されており、捕集体繊維１８どうしの間で０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の無数の隙間１９が形成される。帯電水滴１７は粒子径が大きいため捕集体繊維１８に衝突して捕集されるが、帯電粉塵１６は粒子径が小さいためそのままでは大半が捕集されずに通り抜けてしまう。
【００３０】
ここでどのようにして帯電粉塵１６が捕集されるかについて図２を用いて説明する。図２に示すように比較的粒子径の大きい帯電水滴１７が隙間１９を通る際に、瞬間的に帯電水滴と０Ｖが印加された捕集体繊維１８との間に電場が形成される。その時、帯電水滴１７と捕集体繊維１８に挟まれた位置に存在した帯電粉塵１６は自ら電荷を有しているため電場によるクーロン力を受け、捕集体繊維１８に付着し捕集される。この電場は瞬間的にしか作られないが無数の帯電水滴１７が次々に絶えず隙間１９を通るため、捕集体繊維１８との間で常に電場が設けられた状態となる。このような仕組みで常に帯電粉塵１６は捕集フィルタ３上に捕集される。
【００３１】
また、帯電水滴１７が水電極５の先端から空気中へと生成放出される時や、捕集体繊維１８に付着して水になった際に高温低湿の外気と接触して気化する。気化することによって空気の熱が奪われ、空気が冷却される。
【００３２】
これは外気の湿度が低いことを利用した水の気化熱による冷却方法であり、スプレーノズル２から水を噴霧して空気に接触させている。この冷却方法による使用するエネルギーは特許文献１に記載される空調機で用いられている、冷媒を圧縮膨張して熱交換器を冷却するヒートポンプ方式が使用するエネルギーと比較して非常に小さい。
【００３３】
このようにして集塵かつ冷却された清浄冷気１２は送風機１０によって外壁１１の開口から室内へ供給され、室内の空気環境を快適なものにする。
【００３４】
また、水噴霧部１から噴霧された水は捕集フィルタ３に捕集された後、捕集体繊維１８表面に付着した粉塵を洗い流しながら重力によって下方へ移動し、捕集フィルタ３の下に置かれた貯水タンク９に落下して回収される。水によって洗い流された粉塵は重力沈降して貯水タンク９の底にたまるか濾過器１５に漉し取られる。したがって貯水タンク９および濾過器１５の定期的な清掃は必要である。
【００３５】
また、給水管１４から貯水タンク９に水を供給し、空気中に気化して減った分の水を補う。その際にはボールタップ１３で給水を制御し、貯水タンク９中の水位を保っている。
【００３６】
また、図に記載していないが、捕集フィルタ３の表面全体を導電塗料でコーティングすることで捕集フィルタ３の表面全体に確実に０Ｖを印加することができる。捕集フィルタ３は帯電水滴１７を捕集して濡れるので、自動的にある程度の導電性が表面に与えられる。したがって必然的に表面全体に０Ｖが印加されることになるが、導電性を最初から与えれば確実に０Ｖを印加することができる。
【００３７】
その方法として導電塗料で捕集フィルタ３の表面全体をコーティングする方法が有効である。導電塗料の例としてカーボンブラック粒子を界面活性剤によって水中に乳化分散したカーボンブラック分散液が存在する。
【００３８】
また、捕集フィルタ３の表面全体を親水性塗料でコーティングすれば、帯電水滴１７が玉にならずに膜を作るように付着する。そのため表面に一様な導電性を与えられる。
【００３９】
親水性塗料の例として塩素化ポリプロピレンを界面活性剤によって水中に乳化分散させた塩素化ポリプロピレン分散液が存在する。塩素化ポリプロピレン分散液はポリプロピレンやポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂に対して密着結合性を有する。したがって上記樹脂を捕集体繊維１８の材料として用いれば水が付着しても溶出してなくなることを防止するという効果が得られる。
【００４０】
さらに、カーボンブラック分散液と塩素化ポリプロピレン分散液を混合した塗料でコーティングすれば、確実な導電性と耐水性を得ることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
上流側から順に帯電部２２、水噴霧部１、捕集フィルタ３、送風機１０を設けた冷却集塵装置を図３に示す。図３において、図１、２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
水電極５と捕集フィルタ３の間で起こすコロナ放電だけでなく水噴霧部１の上流側に設けた帯電部２２でもコロナ放電を起こし、粉塵を確実に帯電させる。帯電部２２は先端の尖った針状電極２０と対向電極２１とで構成され、一定の間隔を開けて針状電極２０を対向電極２１が挟む構造となっている。
【００４３】
高圧電源４によって針状電極２０に高電圧を印加し、対向電極２１に０Ｖを印加することで両者の間でコロナ放電を起こし、針状電極２０の先端近傍でイオンを生成する。生成したイオンが対向電極２１へ降り注ぐ空間を粉塵が通過する際にイオンと結合して粉塵が帯電する。帯電部２２を水噴霧部１の上流側に設けてコロナ放電を起こすことによって粉塵を確実に帯電させ、捕集フィルタ３上でより多くの粉塵を捕集することができる。
【００４４】
（実施の形態３）
水噴霧部１の上流側に針状電極２０を設け、一定の間隔を開けて針状電極２０を挟むように対向電極２１を設けた冷却集塵装置を図４に示す。図４において、図１、２、３と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図４に示すように、スプレーノズル２に針状電極２０を設ければスプレーノズル２と同じ高電圧が針状電極２０に自動的に印加される。高電圧が印加された針状電極２０と０Ｖが印加された対向電極２１との間でコロナ放電が起こり、両者の間を通過する粉塵は帯電し、捕集フィルタ３上でより多くの粉塵を捕集することができる。また、スプレーノズル２と同じ高電圧が針状電極２０に自動的に印加されるため、高圧電源４と針状電極２０の接続が不要で、より簡単な構造にすることができる。
【００４６】
（実施の形態４）
内部に有する隙間の平均サイズが２〜１０ｍｍの捕集体Ａ２３を上流側に、内部に有する隙間の平均サイズが０．１〜２ｍｍの捕集体Ｂ２４を下流側に設けて両者を一体化した捕集フィルタ３を図５に示す。図５において、図１、２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
帯電水滴１７が捕集体繊維１８に付着して捕集されると帯電水滴１７と捕集体繊維１８との間で作られる電場が消えてしまうため、帯電水滴１７を捕集しない方が電場を作りやすい。そのため隙間１９のサイズがある程度大きい捕集体Ａで捕集フィルタ３上流側を構成して電場を作り、帯電粉塵１６を捕集する。
【００４８】
しかしながら帯電水滴１７を確実に付着捕集しないと水滴まじりの空気を室内に供給することになり、快適性が損なわれる。そこで捕集フィルタ３の下流側を目の細かい捕集体Ｂ２４で構成し、帯電水滴１７を捕集する。こうすることで帯電粉塵１６および帯電水滴１７の捕集を確実に行うことができる。
【００４９】
（実施の形態５）
水をくみ上げて捕集フィルタ３の上からかけ流す冷却集塵装置を図６に示す。図６において、図１、２、３、４、５と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
貯水タンク９の水をかけ流し用ポンプ２５でくみ上げ、捕集フィルタ３の上からかけ流す。かけ流した水は捕集フィルタ３の下に設けた貯水タンク９に落ちて回収される。こうすることで捕集フィルタ３上に捕集された粉塵を洗い流す作用効果と、水の気化による空気の冷却効果の双方を高めることができる。
【００５１】
（実施の形態６）
上流から下流にかけて無数の貫通孔２７を有するハニカム形状を有するハニカムフィルタ２６を図７に、ハニカムフィルタ２６を捕集フィルタ３として用いた冷却集塵装置を図８に示す。図７および図８において、図１、２、３、４、５、６と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７に示すとおりハニカムフィルタ２６は上流側に開口を有し下流の端までつながる貫通孔２７を無数に有する。外気に含まれる帯電粉塵１６は貫通孔２７を通過する際に同じく通過する帯電水滴１７と貫通孔２７を形成する孔壁２８とが作る電場によってクーロン力を受け、ハニカムフィルタ２６の表面に捕集される。
【００５３】
また、孔壁２８に付着した帯電水滴１７が気化して熱を奪い、空気を冷却する。ハニカムフィルタの貫通孔２７は上流から下流にかけて作られた細長い小さなトンネルのようなものである。帯電粉塵１６は貫通孔２７を通過する際の長い道程において常に電場によるクーロン力を受けるため捕集されやすい。
【００５４】
また、帯電水滴１７が付着して孔壁２８全体が水に濡れた状態であり、貫通孔２７を通過する空気と接触して気化しやすい。そのため空気の熱を奪って冷却する効果が高い。
【００５５】
図８に示すように集塵および冷却に優れたハニカムフィルタ２６を捕集フィルタ３として用いることで冷却集塵装置の集塵および冷却機能を高めることができる。ちなみにハニカムフィルタ２６は上流から下流につながる貫通孔２７を有する。
【００５６】
図８に示す冷却集塵装置では帯電水滴１７を噴霧して捕集した粉塵を洗い流すことを目的に貫通孔２７を上下に向けて水を貫通孔２７の下側から落下できる構造にしている。落下した水はハニカムフィルタの下に設けた貯水タンク９に回収され、再度水噴霧部１に送られて噴霧され、冷却および集塵に利用される。
【００５７】
本実施の形態では、ハニカムフィルタ２６を貫通孔２７を上下に貫通させ、捕集フィルタ３として用いることにより、実施の形態５のように水をくみ上げて捕集フィルタ３の上からかけ流すという水の経路を別途設ける必要がなく、捕集した粉塵を洗い流すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のごとく本発明の冷却集塵装置は小さなエネルギーで冷却および集塵された清浄冷気を室内に供給することができ、かつ捕集フィルタを常に洗浄してきれいにすることができる。そのため例えば内陸の砂漠地帯など高温低湿で粉塵が多い地域で必要とされる冷却集塵装置として大いに活用が期待できるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１水噴霧部
２スプレーノズル
３捕集フィルタ
４高圧電源
５水電極
６外気
７水噴霧用ポンプ
８送水管
９貯水タンク
１０送風機
１１外壁
１２清浄冷気
１３ボールタップ
１４給水管
１５濾過器
１６帯電粉塵
１７帯電水滴
１８捕集体繊維
１９隙間
２０針状電極
２１対向電極
２２帯電部
２３捕集体Ａ
２４捕集体Ｂ
２５かけ流し用ポンプ
２６ハニカムフィルタ
２７貫通孔
２８孔壁

【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外から外気を導入して、外気中の粉塵を除去するとともに外気を冷却して室内へ供給する冷却集塵装置であって、高電圧が印加されたスプレーノズルからなる水噴霧部と、この水噴霧部の下流側に０Ｖが印加され、無数の隙間を内部に有する捕集フィルタを備え、前記スプレーノズルの先端から無数の尖った水電極を発生させ、前記捕集フィルタに向けて前記水電極を噴霧すると同時に外気中の粉塵を帯電させることを特徴とする冷却集塵装置。
【請求項２】
高電圧が印加された針状電極および０Ｖが印加された対向電極で構成された帯電部を水噴霧部の上流側に設けることを特徴とする請求項１記載の冷却集塵装置。
【請求項３】
先端が上流側を向いた針状電極を水噴霧部に設け、針状電極を挟むように０Ｖが印加された対向電極を設けることを特徴とした請求項１または２いずれかに記載の冷却集塵装置。
【請求項４】
捕集フィルタを２枚で構成し、内部に有する隙間の平均サイズが２〜１０ｍｍの捕集フィルタを上流側に、内部に有する隙間の平均サイズが０．１〜２ｍｍの捕集フィルタを下流側に設けることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の冷却集塵装置。
【請求項５】
捕集フィルタを導電性塗料でコーティングすることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の冷却集塵装置。
【請求項６】
捕集フィルタを親水性塗料でコーティングすることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の冷却集塵装置。
【請求項７】
捕集フィルタが上流側から下流側にかけて無数の貫通孔を有するハニカム形状であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の冷却集塵装置。
【請求項８】
捕集フィルタの上から水をかけ流すことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の冷却集塵装置。

【図１】