空気清浄装置
【課題】集塵効率を高めるために荷電効率がよく、オゾン発生量を多くすることができると共に、粉塵保持容量を大きくすることができる空気清浄装置を提供する。
【解決手段】空気清浄装置１０は、放電電極１と、放電電極１に対峙する対向電極２との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部１０ａと、荷電部１０ａにおいて帯電された塵埃を集塵する集塵部１０ｂと、によって構成され、放電電極１は板状で、対向電極２との間に間隔を設けて配置され、該間隔の距離に応じて電圧が印加される。
【解決手段】空気清浄装置１０は、放電電極１と、放電電極１に対峙する対向電極２との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部１０ａと、荷電部１０ａにおいて帯電された塵埃を集塵する集塵部１０ｂと、によって構成され、放電電極１は板状で、対向電極２との間に間隔を設けて配置され、該間隔の距離に応じて電圧が印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気清浄装置、特に、板状電極を利用した電気集塵方式の空気清浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気清浄装置として、圧力損失が低く、高い集塵性能が得られる電気集塵方式が知られている。電気集塵方式は、粒子及び粉塵を帯電させる荷電部と、荷電した粒子及び粉塵を電気的に捕捉する集塵部と、から構成されるものであって、集塵部については、電界を形成する電極上に粒子及び粉塵を捕捉する「平行平板方式」と、電荷を帯びたフィルタ上で捕捉する「ろ材方式」とがある。
平行平板方式は、低い圧力損失で高い集塵性能が得られるが、粉塵が平板上に堆積していくので、再飛散が起こりやすく、集塵部表面積も小さいため、粉塵保持容量も小さい。一方、ろ材方式のフィルタには、予め電荷を帯びたエレクトレットフィルタを用いる方法と、誘電率の高いフィルタを電極で挟み、電極間に電圧を印加することでフィルタ表面に電荷を帯びさせる方法とがある。
【０００３】
従来の空気清浄装置は、粉塵を帯電させる荷電部と、帯電処理を施した集塵部と、からなり、集塵部のフィルタ層が、荷電部側に配置される除塵層と、荷電部側と反対側に配置される脱臭層とからなり、除塵層はアセトアルデヒドを除去するためのアミン系化合物が添着されている。このアミン系化合物は、硫酸アミン、ポリアリルアミン、界面活性剤のうちの１種、または２種以上で構成されている。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６１６９４号公報（第５−６頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された発明は、集塵部の上流側で荷電することにより、通過した粒子に帯電させ、帯電処理した集塵部で粉塵を捕集するものであり、除塵層の荷電部側にアセトアルデヒドを除去するためにアミン系化合物を添着する特徴を持っているため、以下のような問題があった。
（あ）荷電部は放電線（ワイヤ電極）を使用しており、通過する粒子に対する荷電効率が低く、集塵効率が悪い。
（い）また、集塵フィルタに化合物を添着し、臭気成分を化学吸着することで脱臭するが、吸着剤の自己再生機能が無く、長時間使用することで、飽和状態になり、臭気成分の吸着ができなくなる。
（う）また、荷電と共に活性酸素を発生するが、ワイヤ電極荷電時のオゾン生成量が少ないため、空気清浄装置が必要とする高濃度オゾンによる脱臭に不向きである。
（え）更に、ワイヤ電極の荷電効率を高めるため、ワイヤの径を小さくすることができるが、ワイヤ線は使用中の不注意または劣化などによる切断事故が多く見られる。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑み、集塵効率を高めるために荷電効率がよく、オゾン発生量を多くすることができると共に、粉塵保持容量を大きくすることができる空気清浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気清浄装置は、放電電極と、該放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部において帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極は、板状で、前記対向電極の間に間隔を設けて配置され、該間隔の距離に応じて電圧が印加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る空気清浄装置は、荷電部を構成する放電電極が板状であるから、放電電極と対向電極との間に電圧を印加することによって、放電電極と対向電極との間の間隔を通過する空気中の粒子に対し高効率の荷電をすることができる。
また、荷電と同時に発生したオゾンによって空気中の臭気成分が酸化、分解されるから、瞬時の消臭効果が得られる。
さらに、集塵部を、帯電している粒子及び粉塵を捕捉する集塵フィルタと、該集塵フィルタを挟んで対峙する接地電極および高圧電極と、から構成し、集塵フィルタに電界強度を付与するようにすれば、さらに高い集塵効率が得られる。
このとき、集塵フィルタを網目状に形成された無機繊維または有機繊維、多孔質体で構成しておけば、広い表面積が確保できるとともに、通過する粒子及び粉塵の繊維への接触確率を増大させるので、低い圧力損失で高い捕集効率が得られる。
また、かかる繊維の表面に触媒、吸着剤もしくは化学添着剤のうち少なくとも１つ以上の材料を担持して構成すれば、高い脱臭性能が得られると共に、集塵と脱臭、除菌とが同じ場所で実行されるため、多機能空気清浄装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した構成図である。
図１において、空気清浄装置１０は、荷電部１０ａと、荷電部１０ａの下流側に配置される集塵部１０ｂとから構成されている。
【００１０】
（荷電部）
図２は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した断面図である。
図２において、荷電部１０ａは、放電電極１と、その対向電極２と、両者間に所定の電圧を付与する電源８と、から形成され、粒子及び粉塵は両者の間を通過する際、帯電する。
放電電極１は、板状で、タングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄などの金属、あるいはこれらの金属を主成分とする合金、もしくはこれらの金属に、銀、金、白金などの貴金属を表面にメッキしたもので形成されている。
対向電極２は、板状で、同様の金属あるいはカーボン、金属フィラー等を練り込んだ導電性樹脂で形成されている。
【００１１】
（集塵部）
集塵部１０ｂは、上流側（荷電部１０ａ側に同じ）から下流側に向かって順次配置された、接地電極３と、誘電率の高い絶縁繊維で形成された集塵フィルタ５と、絶縁繊維の表面に脱臭剤が担持されている脱臭フィルタ６と、高圧電極４、から形成されている。接地電極３と高圧電極４と、両者間に所定の電圧を付与する集塵部用電源９と、から構成され、空気通過時の付帯粉塵を捕集、臭気成分を酸化、分解及び付着細菌を殺菌する。
すなわち、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６は、接地電極３と高圧電極４とによって挟まれているものの、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６が接地電極３と高圧電極４との間に電流が流れることを防止しているから、かかるフィルタ間に異常電流が流れることはない。したがって、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６は、電界が印加されて帯電しているから、前記荷電部１０ａにおいて帯電した粒子及び粉塵は、集塵フィルタ５及び脱臭フィルタ６に効率良く捕捉されることになる。
【００１２】
（平行設置）
図３および図４は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の荷電部に設置された放電電極の構成を説明するものであって、図３は模式的に表した斜視図、図４は模式的に表した断面図である。
図３および図４に示す荷電部１０ａにおいて、放電電極１は対向電極２と平行に設置されている。つまり、板状の放電電極１の断面形状は短辺と長辺とを備えた矩形形状で、板状の対向電極２の断面形状も同じく短辺と長辺とを備えた矩形形状で、両電極の短辺同士・長辺同士が平行になるように設置されている。そして、放電電極１と対向電極２の間に数μＡ／ｃｍの電流を流して、通過する粒子及び粉塵を帯電させ、集塵部１０ｂ（図１および図２参照）の接地電極３と高圧電極４の間に、電圧を印加して、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６に３０〜９０Ｖ／ｍ２の電界強度を付与した場合、帯電している粉塵（一過性粉塵、０．３μｍ粒子）を８０％以上捕集（風速１ｍ／ｓの時）することができる。
【００１３】
このとき、荷電部１０ａで生成されるオゾンは瞬時に空気中の臭気成分と酸化反応して、消臭の役割を果たす。未反応の多くの臭気成分は脱臭フィルタ６に担持されている脱臭剤によって除去される。また、未反応のオゾンはフィルタに添着した脱臭剤に含まれる触媒、活性炭などによって分解されるので、空気清浄装置１０の外にオゾンが流出することはない。
なお、放電電極１と対向電極２との間に電流を通電しない場合、及び接地電極３と高圧電極４との間に電界を形成しない場合、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６は０．３μｍ粒子をほとんど捕集することができない。
【００１４】
（集塵フィルタ）
集塵フィルタ５は、脱臭フィルタ６との間の異常電流の発生を防ぐものであるが、ケイ素酸化物あるいはポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ポリアミドのうち１種類以上の材料からなり、繊維の表面抵抗率が１０〜１３Ω/□であることを特徴とし、繊維径が５〜３０μｍ及び目付け量が４０〜４００ｇ／ｍ２とすることが好ましい。
さらに、集塵フィルタ５の繊維上には、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、フッ素、テフロン（登録商標）、ゼオライトなど、絶縁性及び誘電率の高い材料が添着されてもよい。絶縁性及び誘電率の高い材料を繊維表面に担持することで、繊維上に現れる表面電荷は増大し、通過する帯電した粒子を誘引する力は強くなる。
【００１５】
また、集塵部１０ｂの荷電部１０ａ側に配置される接地電極３は、荷電部１０ａの対向電極２より高い抵抗率を有している。このため、荷電部１０ａと集塵部１０ｂの距離を縮めても、荷電部１０ａ（放電電極１）からの放電電流が集塵部１０ｂ（接地電極３）へ流れることがないため、荷電部１０ａと集塵部１０ｂとの距離を縮めることができ、空気清浄装置１０の小型化が実現される。
集塵部１０ｂで用いる接地電極３および高圧電極４は、金属、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ＥＰ、ＰＳ、ＰＰのうち少なくとも１つ以上の成分で成型され、上流側（荷電部１０ａ側に同じ）の接地電極３の抵抗率は、下流側の高圧電極４の抵抗率と同等の材料、もしくは、後者より低い材料を用いる。
【００１６】
（脱臭フィルタ）
脱臭フィルタ６は、繊維径が３〜３０μｍ、目付け量が４０〜４００ｇ／ｍ２、及び繊維へ担持される脱臭剤の担持量を１００〜９００ｇ／ｍ２とした無機材料、あるいは高分子有機材料からなる。このとき、前記無機材料は、ケイ素酸化物、あるいはニッケル、銅、鉄、アルミニウム、コバルトなどの遷移金属、あるいは炭素のうち１種類以上を主成分とし、前記高分子有機材料は、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ポリアミドのうち１種類以上を主成分としている。
高い脱臭性能を得るためには、目付け量に関わらず脱臭剤担持量を１００ｇ／ｍ２、以上とする必要があり、９００ｇ／ｍ２、以下でなければ繊維上に脱臭剤を保持する付着強度が弱くなり、経時変化にともなって脱臭剤の繊維からの脱落が起こり、脱臭性能の劣化につながる。
【００１７】
また、繊維径が３０μｍ以上では繊維が折れやすくなってしまい、繊維上に担持されている脱臭剤も同時に脱落し、脱臭性能の劣化につながる。さらに繊維径が３μｍ以下では繊維が軟化するため、フィルタを形成するために使用するバインダ量が多くなってしまい、繊維径も結果として５μｍ以上となる。
また、繊維の目付け量は少なくとも４０ｇ／ｍ２以上なければ、必要な脱臭剤量１００ｇ／ｍ２以上を担持することができず、また、繊維の目付け量は４００ｇ／ｍ２以下でなければ脱臭剤が繊維上に均一に担持することができなくなり、脱臭フィルタ６の目詰まりが生じる。
【００１８】
(触媒及びその担体)
脱臭フィルタ６には触媒及びその担体が担持されている。該触媒及び担体は、例えば、アクリル、メラニン、スチレン化合物、塩化化合物のうち１種類以上を主成分とする有機化合物、またはシリカ、アルミナのうち１種類以上を主成分とする無機化合物からなるバインダにより保持されている。
担持される触媒の主成分は、マンガン、コバルト、セシウム、銅、亜鉛、ニッケルのうち１種類以上を主成分とする金属酸化物からなり、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀のうち１種類以上の貴金属も含まれているとよい。
【００１９】
さらに、上記触媒を担持することでアセトアルデヒド、アンモニア、メチルメルカプタン、トリメチルアミンの四大悪臭成分だけでなく、酢酸、二硫化メチル、イソ吉草酸、及び建築溶剤などから揮発するホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、ベンゼンなどの揮発性有機化合物などを有害レベル以下まで低減することができる。
また、同様に担持される担体は５Å〜５００Åの細孔径を有するシリカ、活性炭、ゼオライトのうち１種類以上を主成分とする多孔質材料からなることで、吸着除去量および吸着速度を向上させることができる。
【００２０】
よって、脱臭フィルタ６は、一般的に広く適用されているハニカム状のフィルタと比較して、フィルタ容積当たりの表面積を広くすることができ、また、網目構造となることによってフィルタ内で乱流が生じるため、粒子との接触確率も増大する。
【００２１】
（垂直設置）
図５および図６は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の荷電部に設置された放電電極の構成を説明するものであって、図５は模式的に表した斜視図、図６は模式的に表した断面図である。
図５および図６に示す荷電部１０ｃにおいて、放電電極１ｃが対向電極２に対して垂直に設置されている。なお、放電電極１ｃは放電電極１に同じものであって、設置形態が相違するものであるから、空気清浄装置１０の荷電部１０ａにおける放電電極１の設置形態には、対向電極２に対して平行あるいは垂直に設置する２種類があることになる。
【００２２】
（放電状況）
図７および図８は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の荷電部における放電状況を模式的に表したものであって、図７は平行設置の場合の断面図、図８は垂直配置の場合の断面図である。
図９および図１０は、放電状況を比較するためのものであって、図９の（ａ）はワイヤ電極の構成を模式的に表した斜視図、図９の（ｂ）はワイヤ電極の場合の放電状況を模式的に表した断面図、図１０の（ａ）は突起電極の構成を模式的に表した斜視図、図１０の（ｂ）は突起電極の場合の放電状況を模式的に表した断面図である。
【００２３】
図７において、放電電極１を対向電極２と平行に設置した場合、荷電電極である放電電極１を凹凸が少なく平たい扁平形状にしたことで、放電は、図７に示すように、放電電極１の断面からみて矩形状の四角の四箇所から行っている。更に、放電電極の全体は均一に対向電極に向けて放電している。
【００２４】
図８において、放電電極１ｃを対向電極２と垂直に設置した場合、図７に示した放電電極１が平行である時よりも放電領域が狭く、放電領域が重なる部分もある。それによって、より高い電界強度が得られる。
また、空気清浄装置１０の用途により、放電電極１ｃは垂直に設置されるため、圧損が僅かに上昇する。荷電部１０ｃに通過する空気が放電電極１ｃにぶつかることによって、乱流が発生し、通過する粒子が効率よく荷電されることになる。
【００２５】
図９において、比較する荷電部１０ｗには、対向電極２に挟まれて、それぞれ平行にワイヤ電極１ｗが設置されている。そして、荷電領域はワイヤ電極１ｗの対向する側面（二箇所）に形成されている。
図１０において、比較する荷電部１０ｘには、対向電極２に挟まれて、それぞれ平行に突起電極１ｘが設置されている。そして、荷電領域は突起電極１ｘの突起先端に形成されている（基本的に二箇所に形成されている）。
【００２６】
ここで、図７および図８と図９の（ｂ）および図１０の（ｂ）とを比較すると、放電電極１および放電電極１ｃの場合に、これらと対向電極２との間に生じる荷電領域は、ワイヤ電極１ｗまたは突起電極１ｘと対向電極２との間に生じる荷電領域の何れよりも広いことが分かる。
すなわち、放電電極１および放電電極１ｃは設置形態にかかわらず、荷電領域が広く、この領域を通過する粒子や大気塵（０．３μｍ）に対して、効率よく荷電することができる。
【００２７】
（実施例）
図１１は図１に示された荷電部の実施例の詳細寸法を示す模式図である。
図１１に示す荷電部１０ａは、空気清浄装置１０について、最大の集塵、脱臭、防菌の効果を出すため、最適化したものである。
すなわち、対向電極２は、幅Ａ（長辺）が１５〜２０ｍｍ、厚みＢ（短辺）が０．１〜０．５ｍｍである。放電電極１は、幅Ｃ（長辺）が０．５〜１．０ｍｍ、厚みＤ（短辺）が０．０５〜０．１ｍｍである。そして、対向電極２が平行に配置され、放電電極１と対向電極２との距離Ｅは１０〜１２ｍｍである。このとき、空気清浄装置１０の性能は、最も良い状態である。
なお、図６の荷電部１０ｃのように放電電極が垂直に設置されている場合は、放電電極１ｃと対向電極２との距離は、９〜１２ｍｍが良い。
【００２８】
（集塵効率）
次に、図２を参照して、空気清浄装置１０の集塵効率について説明する。
空気清浄装置１０の電源はそれぞれ荷電部と集塵部の二つからなっている。そのため、空気清浄装置１０の用途により、荷電する電極をプラス荷電あるいはマイナス荷電に選択することができ、荷電部と集塵部とのプラスマイナス電極の組合せも自由にすることができる。
空気清浄装置１０において、荷電部１０ａの荷電電極極性と集塵部１０ｂの電極極性を一致にした場合、良い集塵効率が得られる。荷電部１０ａの電源はプラスあるいはマイナスの荷電をすると、荷電部１０ａを通過する際、空気中の粒子及び大気塵がプラスあるいはマイナスの電荷に帯電され、気流とともに下流の集塵部１０ｂに入る。
【００２９】
集塵部１０ｂの電源は荷電部１０ａと同じプラスあるいはマイナスの電荷を荷電すると、接地電極３に近づけば近づくほど逆の電荷が荷電される。即ち、集塵フィルタ５側は逆の電荷が帯電され、脱臭フィルタ６側は荷電部１０ａと同じ電荷が帯電される。そのため、粒子及び大気塵は集塵部１０ｂを通過する際、先に逆の電荷が帯電された集塵フィルタ５に捕集される。
集塵フィルタ５を抜けた一部の粒子は、更に集塵部１０ｂの下流側に配置された脱臭フィルタ６に進む。下流側に行けば行くほど、同種の電荷は多くなり、壁のようになっている。そこで同種電荷とぶつかり、クーロンの力によって、空気流の反対側の集塵フィルタ５に押され、再度捕集される。
粒子及び大気塵（粒子径０．３μｍ）は集塵フィルタ５に捕集される機会が増えることによって、空気清浄装置１０の集塵効率が高くなったのである。
【００３０】
（電流／電圧特性）
図１２および図１３は、図１に示された荷電部における印加電圧と電流との関係を示す電気特性図であって、図１２はプラス荷電時、図１３はマイナス荷電時である。なお、放電電極１の短辺は０．０５〜０．１ｍｍ、長辺は０．６〜１ｍｍの範囲で、更に、放電電極１は表面加工が有るかないかを組合せてパラメータにしている。たとえば、図中、中抜き菱形である「０．０９３−０．９７」は、短辺が０．０９３ｍｍで長辺が０．９７で表面加工なしを示し、黒丸である「０．０５７−０．６５（Ｇｏｌｄ）」は、短辺が０．０５７ｍｍで長辺が０．６５ｍｍで表面が金メッキとなっていることを示している。
図１２より、空気清浄装置１０は、荷電部１０ａにプラスの荷電を印加する場合の電圧は、６〜９．５ｋＶであることを特徴としている。
図１３より、空気清浄装置１０は、荷電部１０ａにマイナスの荷電を印加する場合、その電圧は４〜９ｋＶであることを特徴としている。
【００３１】
（集塵率）
図１４は、図１に示された空気清浄装置の集積率を説明する集積率特性図である。
図１４において、荷電部１０ａの放電電極を板状にしたことによって、ワイヤ電極１ｗや突起電極１ｘの場合に比較して、大幅な集塵率向上が認められる。たとえば、前荷電電流を約１６０μＡ付加すると、放電電極では１００％に近い集塵率であるのに対し、ワイヤ電極１ｗや突起電極１ｘでは約８０％程度でしかない。また、前荷電電流を約８０μＡ付加した場合でも、放電電極では９０％以上の集塵率であるのに対し、ワイヤ電極１ｗや突起電極１ｘでは８０％未満でしかない。
よって、空気清浄装置１０は、放電電極１の効果によって、集塵率が約２０％向上したことが分かる。
【００３２】
（オゾン生成）
空気清浄装置１０は、荷電部１０ａに放電電極１を使用することによって、容易にオゾンを発生させることができ、荷電部１０ａの電源の正負荷電によって、オゾンの発生量を一定範囲に調整することができる。以下、図１５に基づいてオゾン生成について説明する。
図１５は図１に示す空気清浄装置における荷電電流とオゾン濃度の関係を表すオゾン生成量特性図であって、横軸は正負荷電時の荷電電流、縦軸はオゾン濃度である。
図１５において、同じ電流時の単位時間オゾン生成量はマイナス荷電（図中、黒丸）の方が、プラス荷電（図中、黒三角）より多いことが分かる。
【００３３】
オゾン（０３）は酸素原子３個からなる酸素の同素体であり、極めて不安定な物質で、強い酸化力を持っている。空気清浄において、容易に酸化される化合物から生じた臭気の抑制に多く応用されている。空気清浄装置１０はこのオゾンの酸化、分解能力を利用し、空気中の臭気成分を除去する。
空気清浄装置１０の設置場所、用途により、大量なオゾンが必要な場合、荷電部電源８と集塵部電源９を共にマイナス荷電をするとよい。
【００３４】
（フィルタの再生メカニズム）
空気清浄装置１０の荷電部１０ａから発生したオゾンは荷電部１０ａを通過する空気中の臭い成分を酸化、分解するだけでなく、空気清浄装置１０の下流側に設置している脱臭フィルタ６に吸着された臭気成分の分解に効果もある。次に、図１６に基づいて脱臭フィルタ６の再生メカニズムについて説明する。
図１６は、図１に示された空気清浄装置における脱臭フィルタの再生メカニズムを説明する、（ａ）はフロー図、（ｂ）は模式図である。図１６において、脱臭フィルタ６は脱臭の役割を果たしていたが、臭気成分の吸着は、時間とともに吸着能力が弱くなっていく。脱臭フィルタ６の劣化が進むと、フィルタの吸着できるスペースは無くなり、脱臭効果がなくなる結果になってしまう。
【００３５】
しかし、空気清浄装置１０では、これを通過する空気の上流に配置された荷電部１０ａから来たオゾンが、空気流と共に集塵部１０ｂに入り、脱臭フィルタ６と接触する。そうすると、脱臭フィルタ６に蓄積された臭気成分とぶつかり、これらの化合物を酸化、分解することができる。したがって、脱臭フィルタ６に溜まった臭気成分が酸化、分解され、フィルタの吸着スペースが空けられ、フィルタ本来の吸着能力に戻し、初期の脱臭効果を長く維持することができる。
【００３６】
（オゾン再生効果）
図１７は、図１に示された空気清浄装置の脱臭フィルタのオゾン再生効果を説明するオゾン再生特性図であって、確認に用いたガスであるアセトアルデヒドの濃度の経時変化を見ている。
図１７において、荷電部１０ａにオゾンの発生が無い場合（図中、×にて示す）、脱臭フィルタ６の除去能力は徐々に弱くなってきたのに対し、荷電部１０ａにおいてオゾンが発生した場合（図中、黒丸にて示す）、初期の除去能力が大きいだけでなく、高い除去能力は長く続けられる。
５回測定したところ、オゾン発生無しの場合は初期の能力に対し、約半分まで落ちていた。これに対し、オゾン発生の場合、約１０％しか落ちていなかった。
【００３７】
プラスの荷電ではオゾン発生の問題は容易に解決することができるから、安全面から見ると適切な荷電方法である。また、脱臭フィルタ６は酸化マンガン系触媒を添着することで、過剰のオゾンの空気清浄装置１０外への漏れを抑制することができる。
【００３８】
（経年劣化判断プログラム）
図１８および図１９は、図１に示された空気清浄装置に組み込まれた経年劣化判断プログラムを説明する制御システムフローチャートであって、図１８は電流値に基づいて判断するもの、図１９は電圧値に基づいて判断するものである。
【００３９】
（電流値に基づく判断プログラム）
図１８において、経年劣化判断プログラムＰｃは、経年劣化の条件を判断するために、累計稼働時間及び放電電流の変化を取り上げている。空気清浄装置１０（以下「装置１０」と略称する場合がある）の使用期間は１０年とし、その累計稼働時間は６０００ｈと想定して判断を行う。
すなわち、運転開始すると、まず、装置１０の累計稼働時間は６０００ｈに達したかどうかで判断する。６０００ｈ以下なら使用期間以内で、荷電部１０ａの放電電極１の電流値が初期の半分になるかどうかを確認する。初期電流が半分以上なら正常運転で、以下なら放電電極１の点検ランプが点灯し、メンテナンスを呼びかける。
一方、最初の判断で６０００ｈ以上になると、経年劣化が既に進んで、その上、当時の電流値は初期電流の半分以下となると、装置１０は停止する。電流値は初期電流の半分以上であると、経年劣化を表示しユーザーに知らせ、早急に措置を取るように促す。
【００４０】
（電圧値に基づく判断プログラム）
図１９において、経年劣化判断プログラムＰｖは、経年劣化の条件を判断するために、累計稼働時間及び印加電圧の変化を取り上げている。本発明の空気清浄装置の使用期間は１０年とし、その累計稼働時間は６０００ｈと想定して判断を行う。
すなわち、運転開始すると、まず、装置１０の累計稼働時間は６０００ｈに達したかどうかで判断する。６０００ｈ以下なら使用期間以内で、荷電部１０ａの放電電極１の電圧値が初期電圧の１．５倍になるかどうかを確認する。初期電圧値の１．５倍以下なら正常運転で、以上なら放電電極１の点検ランプが点灯し、メンテナンスを呼びかける。
一方、最初の判断で６０００ｈ以上になると、経年劣化が既に進んで、その上、当時の電圧値は初期電圧の１．５倍以上となると、装置１０は停止する。電圧値は初期電圧の１．５倍以下であると、経年劣化を表示しユーザーに知らせ、早急に措置を取るように促す。
【００４１】
以上の説明より、本発明の実施形態１に係る空気清浄装置は、放電電極が対向電極に対して平行または垂直に配置される２態様と、経年劣化を電流値または電圧値に基づいて判断する２態様と、があるから、両者を組み合わせた合計４態様があることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上より、本発明の空気清浄装置は、従来の電気集塵式空気清浄装置より高い集塵効率および脱臭性能が得られると共に、装置を小型にすることができ、集塵、脱臭、除菌の三位一体の事業用あるいは家庭用の空気清浄装置として、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した構成図。
【図２】図１に示す空気清浄装置の断面図。
【図３】図１に示す空気清浄装置の放電電極の構成を模式的に表した構成図。
【図４】図３に示す放電電極の断面図。
【図５】図１に示す空気清浄装置の放電電極の垂直配置を模式的に表した構成図。
【図６】図５に示す垂直放電電極の断面図。
【図７】図１に示す空気清浄装置の放電電極の平行配置時の放電状態を模式的に表した断面図。
【図８】図１に示す空気清浄装置の放電電極の垂直配置時の放電状態を模式的に表した断面図。
【図９】比較するためのワイヤ電極を表した斜視図及びワイヤ電極の放電状態を模式的に表した断面図。
【図１０】比較するための突起電極を表した斜視図及び突起電極の放電状態を模式的に表した断面図。
【図１１】図１に示された荷電部の実施例の詳細寸法を示す模式図。
【図１２】図１に示された荷電部におけるプラス荷電時の電気特性図。
【図１３】図１に示された荷電部におけるマイナス荷電時の電気特性図。
【図１４】図１に示された空気清浄装置の集塵率を説明する集塵特性図。
【図１５】図１に示す空気清浄装置におけるオゾン生成量特性図。
【図１６】図１に示された空気清浄装置における脱臭フィルタの再生メカニズムを説明するフロー図および模式図。
【図１７】図１１に示すメカニズムによる脱臭フィルタの再生特性図。
【図１８】図１に示された空気清浄装置に組み込まれた経年劣化判断プログラムを説明する制御システムフローチャート。
【図１９】図１に示された空気清浄装置に組み込まれた経年劣化判断プログラムを説明する制御システムフローチャート。
【符号の説明】
【００４４】
１：放電電極（平行状態）、１ｃ：放電電極（垂直状態）、１ｗ：ワイヤ電極、１ｘ：突起電極、２：対向電極、３：接地電極、４：高圧電極、５：集塵フィルタ、６：脱臭フィルタ、８：荷電部用電源、９：集塵部用電源、１０：空気清浄装置、１０ａ：荷電部、１０ｂ：集塵部、１０ｃ：荷電部（垂直状態）、１０ｗ：荷電部（ワイヤ電極）、１０ｘ：荷電部（突起電極）、Ａ：対向電極幅、Ｂ：対向電極厚さ、Ｃ：放電電極幅、Ｄ：放電電極厚み、Ｅ：放電電極と対向電極の距離、Ｐｃ：経年劣化判断プログラム（電流値判断）、Ｐｖ：経年劣化判断プログラム（電圧値判断）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気清浄装置、特に、板状電極を利用した電気集塵方式の空気清浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気清浄装置として、圧力損失が低く、高い集塵性能が得られる電気集塵方式が知られている。電気集塵方式は、粒子及び粉塵を帯電させる荷電部と、荷電した粒子及び粉塵を電気的に捕捉する集塵部と、から構成されるものであって、集塵部については、電界を形成する電極上に粒子及び粉塵を捕捉する「平行平板方式」と、電荷を帯びたフィルタ上で捕捉する「ろ材方式」とがある。
平行平板方式は、低い圧力損失で高い集塵性能が得られるが、粉塵が平板上に堆積していくので、再飛散が起こりやすく、集塵部表面積も小さいため、粉塵保持容量も小さい。一方、ろ材方式のフィルタには、予め電荷を帯びたエレクトレットフィルタを用いる方法と、誘電率の高いフィルタを電極で挟み、電極間に電圧を印加することでフィルタ表面に電荷を帯びさせる方法とがある。
【０００３】
従来の空気清浄装置は、粉塵を帯電させる荷電部と、帯電処理を施した集塵部と、からなり、集塵部のフィルタ層が、荷電部側に配置される除塵層と、荷電部側と反対側に配置される脱臭層とからなり、除塵層はアセトアルデヒドを除去するためのアミン系化合物が添着されている。このアミン系化合物は、硫酸アミン、ポリアリルアミン、界面活性剤のうちの１種、または２種以上で構成されている。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６１６９４号公報（第５−６頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された発明は、集塵部の上流側で荷電することにより、通過した粒子に帯電させ、帯電処理した集塵部で粉塵を捕集するものであり、除塵層の荷電部側にアセトアルデヒドを除去するためにアミン系化合物を添着する特徴を持っているため、以下のような問題があった。
（あ）荷電部は放電線（ワイヤ電極）を使用しており、通過する粒子に対する荷電効率が低く、集塵効率が悪い。
（い）また、集塵フィルタに化合物を添着し、臭気成分を化学吸着することで脱臭するが、吸着剤の自己再生機能が無く、長時間使用することで、飽和状態になり、臭気成分の吸着ができなくなる。
（う）また、荷電と共に活性酸素を発生するが、ワイヤ電極荷電時のオゾン生成量が少ないため、空気清浄装置が必要とする高濃度オゾンによる脱臭に不向きである。
（え）更に、ワイヤ電極の荷電効率を高めるため、ワイヤの径を小さくすることができるが、ワイヤ線は使用中の不注意または劣化などによる切断事故が多く見られる。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑み、集塵効率を高めるために荷電効率がよく、オゾン発生量を多くすることができると共に、粉塵保持容量を大きくすることができる空気清浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気清浄装置は、放電電極と、該放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部において帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極は、板状で、前記対向電極の間に間隔を設けて配置され、該間隔の距離に応じて電圧が印加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る空気清浄装置は、荷電部を構成する放電電極が板状であるから、放電電極と対向電極との間に電圧を印加することによって、放電電極と対向電極との間の間隔を通過する空気中の粒子に対し高効率の荷電をすることができる。
また、荷電と同時に発生したオゾンによって空気中の臭気成分が酸化、分解されるから、瞬時の消臭効果が得られる。
さらに、集塵部を、帯電している粒子及び粉塵を捕捉する集塵フィルタと、該集塵フィルタを挟んで対峙する接地電極および高圧電極と、から構成し、集塵フィルタに電界強度を付与するようにすれば、さらに高い集塵効率が得られる。
このとき、集塵フィルタを網目状に形成された無機繊維または有機繊維、多孔質体で構成しておけば、広い表面積が確保できるとともに、通過する粒子及び粉塵の繊維への接触確率を増大させるので、低い圧力損失で高い捕集効率が得られる。
また、かかる繊維の表面に触媒、吸着剤もしくは化学添着剤のうち少なくとも１つ以上の材料を担持して構成すれば、高い脱臭性能が得られると共に、集塵と脱臭、除菌とが同じ場所で実行されるため、多機能空気清浄装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した構成図である。
図１において、空気清浄装置１０は、荷電部１０ａと、荷電部１０ａの下流側に配置される集塵部１０ｂとから構成されている。
【００１０】
（荷電部）
図２は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した断面図である。
図２において、荷電部１０ａは、放電電極１と、その対向電極２と、両者間に所定の電圧を付与する電源８と、から形成され、粒子及び粉塵は両者の間を通過する際、帯電する。
放電電極１は、板状で、タングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄などの金属、あるいはこれらの金属を主成分とする合金、もしくはこれらの金属に、銀、金、白金などの貴金属を表面にメッキしたもので形成されている。
対向電極２は、板状で、同様の金属あるいはカーボン、金属フィラー等を練り込んだ導電性樹脂で形成されている。
【００１１】
（集塵部）
集塵部１０ｂは、上流側（荷電部１０ａ側に同じ）から下流側に向かって順次配置された、接地電極３と、誘電率の高い絶縁繊維で形成された集塵フィルタ５と、絶縁繊維の表面に脱臭剤が担持されている脱臭フィルタ６と、高圧電極４、から形成されている。接地電極３と高圧電極４と、両者間に所定の電圧を付与する集塵部用電源９と、から構成され、空気通過時の付帯粉塵を捕集、臭気成分を酸化、分解及び付着細菌を殺菌する。
すなわち、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６は、接地電極３と高圧電極４とによって挟まれているものの、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６が接地電極３と高圧電極４との間に電流が流れることを防止しているから、かかるフィルタ間に異常電流が流れることはない。したがって、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６は、電界が印加されて帯電しているから、前記荷電部１０ａにおいて帯電した粒子及び粉塵は、集塵フィルタ５及び脱臭フィルタ６に効率良く捕捉されることになる。
【００１２】
（平行設置）
図３および図４は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の荷電部に設置された放電電極の構成を説明するものであって、図３は模式的に表した斜視図、図４は模式的に表した断面図である。
図３および図４に示す荷電部１０ａにおいて、放電電極１は対向電極２と平行に設置されている。つまり、板状の放電電極１の断面形状は短辺と長辺とを備えた矩形形状で、板状の対向電極２の断面形状も同じく短辺と長辺とを備えた矩形形状で、両電極の短辺同士・長辺同士が平行になるように設置されている。そして、放電電極１と対向電極２の間に数μＡ／ｃｍの電流を流して、通過する粒子及び粉塵を帯電させ、集塵部１０ｂ（図１および図２参照）の接地電極３と高圧電極４の間に、電圧を印加して、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６に３０〜９０Ｖ／ｍ２の電界強度を付与した場合、帯電している粉塵（一過性粉塵、０．３μｍ粒子）を８０％以上捕集（風速１ｍ／ｓの時）することができる。
【００１３】
このとき、荷電部１０ａで生成されるオゾンは瞬時に空気中の臭気成分と酸化反応して、消臭の役割を果たす。未反応の多くの臭気成分は脱臭フィルタ６に担持されている脱臭剤によって除去される。また、未反応のオゾンはフィルタに添着した脱臭剤に含まれる触媒、活性炭などによって分解されるので、空気清浄装置１０の外にオゾンが流出することはない。
なお、放電電極１と対向電極２との間に電流を通電しない場合、及び接地電極３と高圧電極４との間に電界を形成しない場合、集塵フィルタ５と脱臭フィルタ６は０．３μｍ粒子をほとんど捕集することができない。
【００１４】
（集塵フィルタ）
集塵フィルタ５は、脱臭フィルタ６との間の異常電流の発生を防ぐものであるが、ケイ素酸化物あるいはポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ポリアミドのうち１種類以上の材料からなり、繊維の表面抵抗率が１０〜１３Ω/□であることを特徴とし、繊維径が５〜３０μｍ及び目付け量が４０〜４００ｇ／ｍ２とすることが好ましい。
さらに、集塵フィルタ５の繊維上には、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、フッ素、テフロン（登録商標）、ゼオライトなど、絶縁性及び誘電率の高い材料が添着されてもよい。絶縁性及び誘電率の高い材料を繊維表面に担持することで、繊維上に現れる表面電荷は増大し、通過する帯電した粒子を誘引する力は強くなる。
【００１５】
また、集塵部１０ｂの荷電部１０ａ側に配置される接地電極３は、荷電部１０ａの対向電極２より高い抵抗率を有している。このため、荷電部１０ａと集塵部１０ｂの距離を縮めても、荷電部１０ａ（放電電極１）からの放電電流が集塵部１０ｂ（接地電極３）へ流れることがないため、荷電部１０ａと集塵部１０ｂとの距離を縮めることができ、空気清浄装置１０の小型化が実現される。
集塵部１０ｂで用いる接地電極３および高圧電極４は、金属、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ＥＰ、ＰＳ、ＰＰのうち少なくとも１つ以上の成分で成型され、上流側（荷電部１０ａ側に同じ）の接地電極３の抵抗率は、下流側の高圧電極４の抵抗率と同等の材料、もしくは、後者より低い材料を用いる。
【００１６】
（脱臭フィルタ）
脱臭フィルタ６は、繊維径が３〜３０μｍ、目付け量が４０〜４００ｇ／ｍ２、及び繊維へ担持される脱臭剤の担持量を１００〜９００ｇ／ｍ２とした無機材料、あるいは高分子有機材料からなる。このとき、前記無機材料は、ケイ素酸化物、あるいはニッケル、銅、鉄、アルミニウム、コバルトなどの遷移金属、あるいは炭素のうち１種類以上を主成分とし、前記高分子有機材料は、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ポリアミドのうち１種類以上を主成分としている。
高い脱臭性能を得るためには、目付け量に関わらず脱臭剤担持量を１００ｇ／ｍ２、以上とする必要があり、９００ｇ／ｍ２、以下でなければ繊維上に脱臭剤を保持する付着強度が弱くなり、経時変化にともなって脱臭剤の繊維からの脱落が起こり、脱臭性能の劣化につながる。
【００１７】
また、繊維径が３０μｍ以上では繊維が折れやすくなってしまい、繊維上に担持されている脱臭剤も同時に脱落し、脱臭性能の劣化につながる。さらに繊維径が３μｍ以下では繊維が軟化するため、フィルタを形成するために使用するバインダ量が多くなってしまい、繊維径も結果として５μｍ以上となる。
また、繊維の目付け量は少なくとも４０ｇ／ｍ２以上なければ、必要な脱臭剤量１００ｇ／ｍ２以上を担持することができず、また、繊維の目付け量は４００ｇ／ｍ２以下でなければ脱臭剤が繊維上に均一に担持することができなくなり、脱臭フィルタ６の目詰まりが生じる。
【００１８】
(触媒及びその担体)
脱臭フィルタ６には触媒及びその担体が担持されている。該触媒及び担体は、例えば、アクリル、メラニン、スチレン化合物、塩化化合物のうち１種類以上を主成分とする有機化合物、またはシリカ、アルミナのうち１種類以上を主成分とする無機化合物からなるバインダにより保持されている。
担持される触媒の主成分は、マンガン、コバルト、セシウム、銅、亜鉛、ニッケルのうち１種類以上を主成分とする金属酸化物からなり、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀のうち１種類以上の貴金属も含まれているとよい。
【００１９】
さらに、上記触媒を担持することでアセトアルデヒド、アンモニア、メチルメルカプタン、トリメチルアミンの四大悪臭成分だけでなく、酢酸、二硫化メチル、イソ吉草酸、及び建築溶剤などから揮発するホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、ベンゼンなどの揮発性有機化合物などを有害レベル以下まで低減することができる。
また、同様に担持される担体は５Å〜５００Åの細孔径を有するシリカ、活性炭、ゼオライトのうち１種類以上を主成分とする多孔質材料からなることで、吸着除去量および吸着速度を向上させることができる。
【００２０】
よって、脱臭フィルタ６は、一般的に広く適用されているハニカム状のフィルタと比較して、フィルタ容積当たりの表面積を広くすることができ、また、網目構造となることによってフィルタ内で乱流が生じるため、粒子との接触確率も増大する。
【００２１】
（垂直設置）
図５および図６は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の荷電部に設置された放電電極の構成を説明するものであって、図５は模式的に表した斜視図、図６は模式的に表した断面図である。
図５および図６に示す荷電部１０ｃにおいて、放電電極１ｃが対向電極２に対して垂直に設置されている。なお、放電電極１ｃは放電電極１に同じものであって、設置形態が相違するものであるから、空気清浄装置１０の荷電部１０ａにおける放電電極１の設置形態には、対向電極２に対して平行あるいは垂直に設置する２種類があることになる。
【００２２】
（放電状況）
図７および図８は本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の荷電部における放電状況を模式的に表したものであって、図７は平行設置の場合の断面図、図８は垂直配置の場合の断面図である。
図９および図１０は、放電状況を比較するためのものであって、図９の（ａ）はワイヤ電極の構成を模式的に表した斜視図、図９の（ｂ）はワイヤ電極の場合の放電状況を模式的に表した断面図、図１０の（ａ）は突起電極の構成を模式的に表した斜視図、図１０の（ｂ）は突起電極の場合の放電状況を模式的に表した断面図である。
【００２３】
図７において、放電電極１を対向電極２と平行に設置した場合、荷電電極である放電電極１を凹凸が少なく平たい扁平形状にしたことで、放電は、図７に示すように、放電電極１の断面からみて矩形状の四角の四箇所から行っている。更に、放電電極の全体は均一に対向電極に向けて放電している。
【００２４】
図８において、放電電極１ｃを対向電極２と垂直に設置した場合、図７に示した放電電極１が平行である時よりも放電領域が狭く、放電領域が重なる部分もある。それによって、より高い電界強度が得られる。
また、空気清浄装置１０の用途により、放電電極１ｃは垂直に設置されるため、圧損が僅かに上昇する。荷電部１０ｃに通過する空気が放電電極１ｃにぶつかることによって、乱流が発生し、通過する粒子が効率よく荷電されることになる。
【００２５】
図９において、比較する荷電部１０ｗには、対向電極２に挟まれて、それぞれ平行にワイヤ電極１ｗが設置されている。そして、荷電領域はワイヤ電極１ｗの対向する側面（二箇所）に形成されている。
図１０において、比較する荷電部１０ｘには、対向電極２に挟まれて、それぞれ平行に突起電極１ｘが設置されている。そして、荷電領域は突起電極１ｘの突起先端に形成されている（基本的に二箇所に形成されている）。
【００２６】
ここで、図７および図８と図９の（ｂ）および図１０の（ｂ）とを比較すると、放電電極１および放電電極１ｃの場合に、これらと対向電極２との間に生じる荷電領域は、ワイヤ電極１ｗまたは突起電極１ｘと対向電極２との間に生じる荷電領域の何れよりも広いことが分かる。
すなわち、放電電極１および放電電極１ｃは設置形態にかかわらず、荷電領域が広く、この領域を通過する粒子や大気塵（０．３μｍ）に対して、効率よく荷電することができる。
【００２７】
（実施例）
図１１は図１に示された荷電部の実施例の詳細寸法を示す模式図である。
図１１に示す荷電部１０ａは、空気清浄装置１０について、最大の集塵、脱臭、防菌の効果を出すため、最適化したものである。
すなわち、対向電極２は、幅Ａ（長辺）が１５〜２０ｍｍ、厚みＢ（短辺）が０．１〜０．５ｍｍである。放電電極１は、幅Ｃ（長辺）が０．５〜１．０ｍｍ、厚みＤ（短辺）が０．０５〜０．１ｍｍである。そして、対向電極２が平行に配置され、放電電極１と対向電極２との距離Ｅは１０〜１２ｍｍである。このとき、空気清浄装置１０の性能は、最も良い状態である。
なお、図６の荷電部１０ｃのように放電電極が垂直に設置されている場合は、放電電極１ｃと対向電極２との距離は、９〜１２ｍｍが良い。
【００２８】
（集塵効率）
次に、図２を参照して、空気清浄装置１０の集塵効率について説明する。
空気清浄装置１０の電源はそれぞれ荷電部と集塵部の二つからなっている。そのため、空気清浄装置１０の用途により、荷電する電極をプラス荷電あるいはマイナス荷電に選択することができ、荷電部と集塵部とのプラスマイナス電極の組合せも自由にすることができる。
空気清浄装置１０において、荷電部１０ａの荷電電極極性と集塵部１０ｂの電極極性を一致にした場合、良い集塵効率が得られる。荷電部１０ａの電源はプラスあるいはマイナスの荷電をすると、荷電部１０ａを通過する際、空気中の粒子及び大気塵がプラスあるいはマイナスの電荷に帯電され、気流とともに下流の集塵部１０ｂに入る。
【００２９】
集塵部１０ｂの電源は荷電部１０ａと同じプラスあるいはマイナスの電荷を荷電すると、接地電極３に近づけば近づくほど逆の電荷が荷電される。即ち、集塵フィルタ５側は逆の電荷が帯電され、脱臭フィルタ６側は荷電部１０ａと同じ電荷が帯電される。そのため、粒子及び大気塵は集塵部１０ｂを通過する際、先に逆の電荷が帯電された集塵フィルタ５に捕集される。
集塵フィルタ５を抜けた一部の粒子は、更に集塵部１０ｂの下流側に配置された脱臭フィルタ６に進む。下流側に行けば行くほど、同種の電荷は多くなり、壁のようになっている。そこで同種電荷とぶつかり、クーロンの力によって、空気流の反対側の集塵フィルタ５に押され、再度捕集される。
粒子及び大気塵（粒子径０．３μｍ）は集塵フィルタ５に捕集される機会が増えることによって、空気清浄装置１０の集塵効率が高くなったのである。
【００３０】
（電流／電圧特性）
図１２および図１３は、図１に示された荷電部における印加電圧と電流との関係を示す電気特性図であって、図１２はプラス荷電時、図１３はマイナス荷電時である。なお、放電電極１の短辺は０．０５〜０．１ｍｍ、長辺は０．６〜１ｍｍの範囲で、更に、放電電極１は表面加工が有るかないかを組合せてパラメータにしている。たとえば、図中、中抜き菱形である「０．０９３−０．９７」は、短辺が０．０９３ｍｍで長辺が０．９７で表面加工なしを示し、黒丸である「０．０５７−０．６５（Ｇｏｌｄ）」は、短辺が０．０５７ｍｍで長辺が０．６５ｍｍで表面が金メッキとなっていることを示している。
図１２より、空気清浄装置１０は、荷電部１０ａにプラスの荷電を印加する場合の電圧は、６〜９．５ｋＶであることを特徴としている。
図１３より、空気清浄装置１０は、荷電部１０ａにマイナスの荷電を印加する場合、その電圧は４〜９ｋＶであることを特徴としている。
【００３１】
（集塵率）
図１４は、図１に示された空気清浄装置の集積率を説明する集積率特性図である。
図１４において、荷電部１０ａの放電電極を板状にしたことによって、ワイヤ電極１ｗや突起電極１ｘの場合に比較して、大幅な集塵率向上が認められる。たとえば、前荷電電流を約１６０μＡ付加すると、放電電極では１００％に近い集塵率であるのに対し、ワイヤ電極１ｗや突起電極１ｘでは約８０％程度でしかない。また、前荷電電流を約８０μＡ付加した場合でも、放電電極では９０％以上の集塵率であるのに対し、ワイヤ電極１ｗや突起電極１ｘでは８０％未満でしかない。
よって、空気清浄装置１０は、放電電極１の効果によって、集塵率が約２０％向上したことが分かる。
【００３２】
（オゾン生成）
空気清浄装置１０は、荷電部１０ａに放電電極１を使用することによって、容易にオゾンを発生させることができ、荷電部１０ａの電源の正負荷電によって、オゾンの発生量を一定範囲に調整することができる。以下、図１５に基づいてオゾン生成について説明する。
図１５は図１に示す空気清浄装置における荷電電流とオゾン濃度の関係を表すオゾン生成量特性図であって、横軸は正負荷電時の荷電電流、縦軸はオゾン濃度である。
図１５において、同じ電流時の単位時間オゾン生成量はマイナス荷電（図中、黒丸）の方が、プラス荷電（図中、黒三角）より多いことが分かる。
【００３３】
オゾン（０３）は酸素原子３個からなる酸素の同素体であり、極めて不安定な物質で、強い酸化力を持っている。空気清浄において、容易に酸化される化合物から生じた臭気の抑制に多く応用されている。空気清浄装置１０はこのオゾンの酸化、分解能力を利用し、空気中の臭気成分を除去する。
空気清浄装置１０の設置場所、用途により、大量なオゾンが必要な場合、荷電部電源８と集塵部電源９を共にマイナス荷電をするとよい。
【００３４】
（フィルタの再生メカニズム）
空気清浄装置１０の荷電部１０ａから発生したオゾンは荷電部１０ａを通過する空気中の臭い成分を酸化、分解するだけでなく、空気清浄装置１０の下流側に設置している脱臭フィルタ６に吸着された臭気成分の分解に効果もある。次に、図１６に基づいて脱臭フィルタ６の再生メカニズムについて説明する。
図１６は、図１に示された空気清浄装置における脱臭フィルタの再生メカニズムを説明する、（ａ）はフロー図、（ｂ）は模式図である。図１６において、脱臭フィルタ６は脱臭の役割を果たしていたが、臭気成分の吸着は、時間とともに吸着能力が弱くなっていく。脱臭フィルタ６の劣化が進むと、フィルタの吸着できるスペースは無くなり、脱臭効果がなくなる結果になってしまう。
【００３５】
しかし、空気清浄装置１０では、これを通過する空気の上流に配置された荷電部１０ａから来たオゾンが、空気流と共に集塵部１０ｂに入り、脱臭フィルタ６と接触する。そうすると、脱臭フィルタ６に蓄積された臭気成分とぶつかり、これらの化合物を酸化、分解することができる。したがって、脱臭フィルタ６に溜まった臭気成分が酸化、分解され、フィルタの吸着スペースが空けられ、フィルタ本来の吸着能力に戻し、初期の脱臭効果を長く維持することができる。
【００３６】
（オゾン再生効果）
図１７は、図１に示された空気清浄装置の脱臭フィルタのオゾン再生効果を説明するオゾン再生特性図であって、確認に用いたガスであるアセトアルデヒドの濃度の経時変化を見ている。
図１７において、荷電部１０ａにオゾンの発生が無い場合（図中、×にて示す）、脱臭フィルタ６の除去能力は徐々に弱くなってきたのに対し、荷電部１０ａにおいてオゾンが発生した場合（図中、黒丸にて示す）、初期の除去能力が大きいだけでなく、高い除去能力は長く続けられる。
５回測定したところ、オゾン発生無しの場合は初期の能力に対し、約半分まで落ちていた。これに対し、オゾン発生の場合、約１０％しか落ちていなかった。
【００３７】
プラスの荷電ではオゾン発生の問題は容易に解決することができるから、安全面から見ると適切な荷電方法である。また、脱臭フィルタ６は酸化マンガン系触媒を添着することで、過剰のオゾンの空気清浄装置１０外への漏れを抑制することができる。
【００３８】
（経年劣化判断プログラム）
図１８および図１９は、図１に示された空気清浄装置に組み込まれた経年劣化判断プログラムを説明する制御システムフローチャートであって、図１８は電流値に基づいて判断するもの、図１９は電圧値に基づいて判断するものである。
【００３９】
（電流値に基づく判断プログラム）
図１８において、経年劣化判断プログラムＰｃは、経年劣化の条件を判断するために、累計稼働時間及び放電電流の変化を取り上げている。空気清浄装置１０（以下「装置１０」と略称する場合がある）の使用期間は１０年とし、その累計稼働時間は６０００ｈと想定して判断を行う。
すなわち、運転開始すると、まず、装置１０の累計稼働時間は６０００ｈに達したかどうかで判断する。６０００ｈ以下なら使用期間以内で、荷電部１０ａの放電電極１の電流値が初期の半分になるかどうかを確認する。初期電流が半分以上なら正常運転で、以下なら放電電極１の点検ランプが点灯し、メンテナンスを呼びかける。
一方、最初の判断で６０００ｈ以上になると、経年劣化が既に進んで、その上、当時の電流値は初期電流の半分以下となると、装置１０は停止する。電流値は初期電流の半分以上であると、経年劣化を表示しユーザーに知らせ、早急に措置を取るように促す。
【００４０】
（電圧値に基づく判断プログラム）
図１９において、経年劣化判断プログラムＰｖは、経年劣化の条件を判断するために、累計稼働時間及び印加電圧の変化を取り上げている。本発明の空気清浄装置の使用期間は１０年とし、その累計稼働時間は６０００ｈと想定して判断を行う。
すなわち、運転開始すると、まず、装置１０の累計稼働時間は６０００ｈに達したかどうかで判断する。６０００ｈ以下なら使用期間以内で、荷電部１０ａの放電電極１の電圧値が初期電圧の１．５倍になるかどうかを確認する。初期電圧値の１．５倍以下なら正常運転で、以上なら放電電極１の点検ランプが点灯し、メンテナンスを呼びかける。
一方、最初の判断で６０００ｈ以上になると、経年劣化が既に進んで、その上、当時の電圧値は初期電圧の１．５倍以上となると、装置１０は停止する。電圧値は初期電圧の１．５倍以下であると、経年劣化を表示しユーザーに知らせ、早急に措置を取るように促す。
【００４１】
以上の説明より、本発明の実施形態１に係る空気清浄装置は、放電電極が対向電極に対して平行または垂直に配置される２態様と、経年劣化を電流値または電圧値に基づいて判断する２態様と、があるから、両者を組み合わせた合計４態様があることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上より、本発明の空気清浄装置は、従来の電気集塵式空気清浄装置より高い集塵効率および脱臭性能が得られると共に、装置を小型にすることができ、集塵、脱臭、除菌の三位一体の事業用あるいは家庭用の空気清浄装置として、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１に係る空気清浄装置の構成を模式的に表した構成図。
【図２】図１に示す空気清浄装置の断面図。
【図３】図１に示す空気清浄装置の放電電極の構成を模式的に表した構成図。
【図４】図３に示す放電電極の断面図。
【図５】図１に示す空気清浄装置の放電電極の垂直配置を模式的に表した構成図。
【図６】図５に示す垂直放電電極の断面図。
【図７】図１に示す空気清浄装置の放電電極の平行配置時の放電状態を模式的に表した断面図。
【図８】図１に示す空気清浄装置の放電電極の垂直配置時の放電状態を模式的に表した断面図。
【図９】比較するためのワイヤ電極を表した斜視図及びワイヤ電極の放電状態を模式的に表した断面図。
【図１０】比較するための突起電極を表した斜視図及び突起電極の放電状態を模式的に表した断面図。
【図１１】図１に示された荷電部の実施例の詳細寸法を示す模式図。
【図１２】図１に示された荷電部におけるプラス荷電時の電気特性図。
【図１３】図１に示された荷電部におけるマイナス荷電時の電気特性図。
【図１４】図１に示された空気清浄装置の集塵率を説明する集塵特性図。
【図１５】図１に示す空気清浄装置におけるオゾン生成量特性図。
【図１６】図１に示された空気清浄装置における脱臭フィルタの再生メカニズムを説明するフロー図および模式図。
【図１７】図１１に示すメカニズムによる脱臭フィルタの再生特性図。
【図１８】図１に示された空気清浄装置に組み込まれた経年劣化判断プログラムを説明する制御システムフローチャート。
【図１９】図１に示された空気清浄装置に組み込まれた経年劣化判断プログラムを説明する制御システムフローチャート。
【符号の説明】
【００４４】
１：放電電極（平行状態）、１ｃ：放電電極（垂直状態）、１ｗ：ワイヤ電極、１ｘ：突起電極、２：対向電極、３：接地電極、４：高圧電極、５：集塵フィルタ、６：脱臭フィルタ、８：荷電部用電源、９：集塵部用電源、１０：空気清浄装置、１０ａ：荷電部、１０ｂ：集塵部、１０ｃ：荷電部（垂直状態）、１０ｗ：荷電部（ワイヤ電極）、１０ｘ：荷電部（突起電極）、Ａ：対向電極幅、Ｂ：対向電極厚さ、Ｃ：放電電極幅、Ｄ：放電電極厚み、Ｅ：放電電極と対向電極の距離、Ｐｃ：経年劣化判断プログラム（電流値判断）、Ｐｖ：経年劣化判断プログラム（電圧値判断）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部において帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極は、板状で、前記対向電極の間に間隔を設けて配置され、該間隔の距離に応じて電圧が印加されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】
前記放電電極は、タングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄などの金属または該金属を主成分とする合金、もしくは該金属または該合金に、銀、金、白金などの貴金属を表面にメッキしたものによって形成され、
前記対向電極は、前記金属または前記合金、あるいはカーボン、金属フィラーを練り込んだ導電性樹脂によって形成されてなることを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
【請求項３】
前記放電電極および対向電極は、その断面形状が長辺と短辺とを備えた矩形状とし、前記放電電極の短辺と前記対向電極の短辺を平行または垂直に設置し、
前記放電電極と前記対向電極との距離を、前記放電電極と対向電極の短辺同士を平行に設置した時は１０〜１２ｍｍに、前記放電電極と対向電極の短辺同士を垂直に設置した時は９〜１２ｍｍにしたことを特徴とする請求項１または２記載の空気清浄装置。
【請求項４】
前記荷電部に印加する電圧は、プラス６〜９．５ｋＶ、またはマイナス４〜９ｋＶであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の空気清浄装置。
【請求項５】
前記対向電極の長辺を１５〜２０ｍｍ、短辺を０．１〜０．５ｍｍとし、
前記放電電極の短辺を０．０５〜０．１ｍｍ、長辺を０．６〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の空気清浄装置。
【請求項６】
放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中でオゾンの活性種を生成し、前記放電電極と前記対向電極によって空気が通過自在に構成される荷電部を備え、その下流側に、空気が自在に通過できる接地電極と、前記接地電極の下流側に配置され、帯電された粒子を捕集する誘電率の高い集塵フィルタと、前記集塵フィルタの下流側に配置される脱臭剤を担持し、脱臭機能をもつ脱臭フィルタと、前記脱臭フィルタの下流側に配置され、前記空気が自在に通過できる高圧電極とから構成される集塵部とを配置し、
前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加する荷電部用電源と、前記接地電極と前記高圧電極との間に電圧を印加する集塵部用電源とを別個に設け、
前記放電電極は、板状で、前記対向電極の間に間隔を設けて配置され、前記間隔の距離に応じて電圧が印加され、
前記集塵部に付着した臭気ガス成分を分解することで前記空気中の臭気ガス成分を浄化し、
前記対向電極と前記接地電極とが絶縁または短絡してなることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項７】
前記集塵フィルタは、脱臭剤が担持されていない、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成され、
前記脱臭フィルタは、触媒、吸着剤または化学添着剤のうち１種類以上の脱臭剤が担持されている、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成され、
前記集塵フィルタが、前記接地電極よりも空気流れの下流側に配置され、
前記脱臭フィルタが、前記高圧電極よりも空気流れの上流側に配置されてなることを特徴とする請求項６記載の空気清浄装置。
【請求項８】
放電電極と該放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部において帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極と前記対向電極間に一定の電圧を供給する定電圧電源が接続され、
前記放電電極と対向電極間に発生するコロナ放電の放電累計時間が６０００時間を越え、かつ、放電電流の値が初期の放電電流の値の半分以下となった場合、電極の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
【請求項９】
放電電極と該放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部で帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極と前記対向電極間に一定の電流を供給する定電流電源が接続され、
前記放電電極と対向電極間に発生するコロナ放電の放電累計時間が６０００時間を越え、かつ、印加電圧の値が初期の印加電圧の値の１．５倍以上となった場合、電極の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
【請求項１】
放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部において帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極は、板状で、前記対向電極の間に間隔を設けて配置され、該間隔の距離に応じて電圧が印加されることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】
前記放電電極は、タングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄などの金属または該金属を主成分とする合金、もしくは該金属または該合金に、銀、金、白金などの貴金属を表面にメッキしたものによって形成され、
前記対向電極は、前記金属または前記合金、あるいはカーボン、金属フィラーを練り込んだ導電性樹脂によって形成されてなることを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
【請求項３】
前記放電電極および対向電極は、その断面形状が長辺と短辺とを備えた矩形状とし、前記放電電極の短辺と前記対向電極の短辺を平行または垂直に設置し、
前記放電電極と前記対向電極との距離を、前記放電電極と対向電極の短辺同士を平行に設置した時は１０〜１２ｍｍに、前記放電電極と対向電極の短辺同士を垂直に設置した時は９〜１２ｍｍにしたことを特徴とする請求項１または２記載の空気清浄装置。
【請求項４】
前記荷電部に印加する電圧は、プラス６〜９．５ｋＶ、またはマイナス４〜９ｋＶであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の空気清浄装置。
【請求項５】
前記対向電極の長辺を１５〜２０ｍｍ、短辺を０．１〜０．５ｍｍとし、
前記放電電極の短辺を０．０５〜０．１ｍｍ、長辺を０．６〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の空気清浄装置。
【請求項６】
放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中でオゾンの活性種を生成し、前記放電電極と前記対向電極によって空気が通過自在に構成される荷電部を備え、その下流側に、空気が自在に通過できる接地電極と、前記接地電極の下流側に配置され、帯電された粒子を捕集する誘電率の高い集塵フィルタと、前記集塵フィルタの下流側に配置される脱臭剤を担持し、脱臭機能をもつ脱臭フィルタと、前記脱臭フィルタの下流側に配置され、前記空気が自在に通過できる高圧電極とから構成される集塵部とを配置し、
前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加する荷電部用電源と、前記接地電極と前記高圧電極との間に電圧を印加する集塵部用電源とを別個に設け、
前記放電電極は、板状で、前記対向電極の間に間隔を設けて配置され、前記間隔の距離に応じて電圧が印加され、
前記集塵部に付着した臭気ガス成分を分解することで前記空気中の臭気ガス成分を浄化し、
前記対向電極と前記接地電極とが絶縁または短絡してなることを特徴とする空気清浄装置。
【請求項７】
前記集塵フィルタは、脱臭剤が担持されていない、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成され、
前記脱臭フィルタは、触媒、吸着剤または化学添着剤のうち１種類以上の脱臭剤が担持されている、無機繊維、有機繊維または多孔質体の何れかによって形成され、
前記集塵フィルタが、前記接地電極よりも空気流れの下流側に配置され、
前記脱臭フィルタが、前記高圧電極よりも空気流れの上流側に配置されてなることを特徴とする請求項６記載の空気清浄装置。
【請求項８】
放電電極と該放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部において帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極と前記対向電極間に一定の電圧を供給する定電圧電源が接続され、
前記放電電極と対向電極間に発生するコロナ放電の放電累計時間が６０００時間を越え、かつ、放電電流の値が初期の放電電流の値の半分以下となった場合、電極の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
【請求項９】
放電電極と該放電電極に対峙する対向電極との間でコロナ放電を生じさせて空気中の塵埃を帯電する荷電部と、該荷電部で帯電された塵埃を集塵する集塵部とを備え、
前記放電電極と前記対向電極間に一定の電流を供給する定電流電源が接続され、
前記放電電極と対向電極間に発生するコロナ放電の放電累計時間が６０００時間を越え、かつ、印加電圧の値が初期の印加電圧の値の１．５倍以上となった場合、電極の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２２９９８（Ｐ２０１０−２２９９８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９０７０３（Ｐ２００８−１９０７０３）
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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