集塵フィルタおよび集塵装置
【課題】従来の電気式の集塵フィルタおよび集塵装置では、粘着性物質により粉塵の保持力を高めており、粉塵が多く付着し、粘着性が失われた場合には、粉塵の保持力が低下し、再飛散するという課題があった。
【解決手段】複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたことにより、粉塵を効率的に集塵することができると同時に粉塵の保持力が高いという効果を有し、粉塵の再飛散の可能性の低い集塵フィルタおよび集塵装置を提供できる。
【解決手段】複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたことにより、粉塵を効率的に集塵することができると同時に粉塵の保持力が高いという効果を有し、粉塵の再飛散の可能性の低い集塵フィルタおよび集塵装置を提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
粉塵を捕集する空気清浄の分野における、集塵フィルタおよび集塵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の集塵フィルタおよび集塵装置は、集塵用の電極の間に電位差を付与し、荷電した粉塵がクーロン力により、電極に誘引され、衝突することによって捕集される。
【０００３】
粉塵の保持力を高めるために、粉塵が捕集される電極の表面に樹脂層を設け、さらに、樹脂層の表面が粘着性を有することで、クーロン力による保持に加え、樹脂表面の粘着力による保持効果も発揮できるようにしたものが従来例として挙げられる。以下、その集塵フィルタおよび集塵装置について図１１を参照しながら説明する。
【０００４】
図１１に示す通り、電圧電源１０１により、正の電位が付与される２本の放電電極１０２の間に設けられた、粘着性の樹脂１０３が表面にコーティングされた受電電極１０４がアース接続されている。この電極間に電位を付与することにより、電界が発生し、荷電した粉塵はクーロン力により捕集されることとなる。本構成の風上側に粉塵を正の極性に荷電させる装置を設けた場合、粉塵は受電電極１０４により捕集されることなり、表面の粘着性の樹脂１０３との結合により、強固な捕集を行うことができる。
【特許文献１】特開平４−１９３３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の集塵フィルタおよび集塵装置では、粘着性物質により粉塵の保持力を高めており、粉塵が多く付着し、粘着性が失われた場合には、粉塵の保持力が低下し、再飛散するという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、粉塵を効率的に捕集すると同時に、粉塵と電極の衝突により発生する電気的な強い付着力で粉塵を保持することが可能な集塵フィルタおよび集塵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】
本発明の集塵フィルタおよび集塵装置は、上記目的を達成するために、複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたものである。
【０００８】
また、他の手段は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極を等間隔に配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、他の手段は、電圧制御装置は、粉塵捕集体内部の隣り合う内部電極に対して極性の異なる電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１０】
また、他の手段は、電圧制御装置は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極に、同電位の電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１１】
また、他の手段は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が金属であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、他の手段は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が導電性インクを印刷したものであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、他の手段は、粉塵捕集体の誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、他の手段は、粉塵捕集体の誘電体が、合成樹脂であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、他の手段は、粉塵捕集体の誘電体が、セラミックであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、他の手段は、粉塵誘導体の導電性材料が金属であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、他の手段は、粉塵を輸送するための風路と送風機を備え、風路に集塵フィルタを連結したことを特徴とするものである。
【００１８】
また、他の手段は、風路の風上側に粉塵を正または負いずれか一方に荷電させる粉塵荷電装置を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、他の手段は、粉塵荷電装置が放電によりイオンを空中に生成させる方式であることを特徴とするものである。
【００２０】
また、他の手段は、電圧電源と電圧制御装置により、粉塵誘導体に対して、粉塵荷電装置により荷電させた粉塵と同符号の電圧を印加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたことにより、粉塵を効率的に集塵することができると同時に、常に粉塵の保持力を高い状態で維持できるため、粉塵の再飛散の可能性が低いという効果のある集塵フィルタおよび集塵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の請求項１に記載の集塵フィルタおよび集塵装置は、複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたものであり、粉塵誘導体に電位を持たせることにより、粉塵誘導体と粉塵捕集体の間に電界が生まれ、荷電した粉塵はクーロン力により粉塵捕集体に誘導される。そして、複数の内部電極に電圧を印加した粉塵捕集体に衝突した粉塵はジョンソン−ラーベック力により捕集されるという作用を有する。
【００２３】
また、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極を等間隔に配置したことを特徴としたものであり、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が互いに交差しない構造であるため、内部電極に印加する電圧値や極性を一本ずつ選択できるという作用を有する。
【００２４】
また、粉塵捕集体内部の隣り合う内部電極に対して極性の異なる電圧を印加することを特徴としたものであり、粉塵捕集体の複数の内部電極に対して互い違いに正負双極の電位を与えることにより、粉塵捕集体と粉塵の界面に微小の電流が流れやすく、付着力として働くジョンソン−ラーベック力を高めるという作用を有する。
【００２５】
また、電圧電源と電圧制御装置により、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極に、同電位の電圧を印加することを特徴としたものであり、粉塵捕集体の複数の内部電極に対して互い違いに、逆極性かつ同電位の電圧を印加することで、粉塵捕集体の電位は巨視的とゼロになるため、粉塵誘導体に印加する電圧の極性で電界ベクトルが決定されるという作用を有する。
【００２６】
また、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が金属であることを特徴としたものであり、耐久性に優れるという作用を有する。
【００２７】
また、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が導電性インクを印刷したものであることを特徴としたものであり、コストパフォーマンスに優れ、かつ導電性インクのプリント技術により、精度良く複数の内部電極を配置できるという作用を有する。
【００２８】
また、粉塵捕集体の誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍであることを特徴としたものであり、粉塵捕集体の誘電体に１０7から１０12Ω・ｃｍの範囲の体積固有抵抗値を持つ誘電体を使用することで、粉塵捕集体と粉塵の界面に微小の電流が流れやすくなり、粉塵捕集体が衝突した粉塵を保持するのに十分な強さのジョンソンラーベック力が働くという作用する。
【００２９】
また、粉塵捕集体の誘電体が、合成樹脂であることを特徴としたものであり、コストパフォーマンスに優れ、かつ粉塵捕集体の内部に電極を埋め込む工程を容易に行うことができるという作用を有する。
【００３０】
また、粉塵捕集体の誘電体が、セラミックであることを特徴としたものであり、耐久性、耐熱性に優れ、かつ体積固有抵抗値が、１０7から１０12ｃｍ・Ωのものが豊富に揃っているため、材料調達を容易に行うことができるという作用を有する。
【００３１】
また、粉塵誘導体の導電性材料が金属であることを特徴としたものであり、耐久性に優れるという作用を有する。
【００３２】
また、粉塵を輸送するための風路と送風機を備え、風路に本発明の集塵フィルタを連結したことを特徴としたものであり、粉塵を効率的に粉塵捕集体に誘引し、粉塵捕集面に衝突した際は、強力な付着力で保持することができる集塵装置が得られるという作用を有する。
【００３３】
また、風路の風上側に粉塵を正または負いずれか一方に荷電させる粉塵荷電装置を備えることを特徴としたものであり、粉塵の荷電量を増加させることにより、電場において粉塵が受けるクーロン力を増大させることができ、結果として粉塵捕集体に誘引されやすくなり、集塵効率を高めるという作用を有する。
【００３４】
また、粉塵荷電装置が放電によりイオンを空中に生成させる方式であることを特徴としたものであり、粉塵の極性を正または負のいずれか一方に荷電させることができ、かつ粉塵の荷電効率が高いため、電場において粉塵が受けるクーロン力を増大させることができるため、粉塵捕集体に誘引されやすくなり、集塵効率を高めるという作用を有する。
【００３５】
また、電圧電源と電圧制御装置により、粉塵誘導体に対して、粉塵荷電装置により荷電させた粉塵と同符号の電圧を印加することを特徴としたものであり、粉塵誘導体に粉塵の極性と同符号の電位を付与する、つまり粉塵が正の電荷を持つ場合、粉塵誘導体の電位を正に、粉塵が負の電荷をもつ場合、粉塵誘導体の電位を負にせしめることにより、粉塵捕集体の電位は巨視的にはゼロであることから、粉塵に対してクーロン力が粉塵捕集体の方向に作用することとなり、効率的に粉塵と粉塵捕集体との衝突を促し、集塵効率を高めるという作用を有する。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
本発明の請求項１に記載の複数の内部電極１を備えた誘電体２からなる粉塵捕集体３と、粉塵捕集体３の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体４と、粉塵捕集体３内部に備えた複数の内部電極１と粉塵誘導体４に直流電圧を印加する電圧電源５と、この電圧電源５の電圧値と極性を制御する電圧制御装置６とを備えた集塵フィルタ７を図１に示す。複数の内部電極１と粉塵誘導体４は導線８により、電圧制御装置６に接続されており、同様に、電圧制御装置６は導線８により電圧電源５に接続されている。導線８は銅やアルミニウムといった金属の撚り線または単線をテフロン（登録商標）、ポリエステル、シリコンなどにより被覆されたものを用いるのが好ましく、電圧電源５により、高電圧を印加する際には、被覆厚さを大きくする必要がある。
【００３８】
本構成における、粉塵の集塵は、粉塵捕集体３への粉塵の誘導、衝突、そして粉塵の付着といった現象から成り立つ。
【００３９】
まず、図２を用いて、粉塵９が粉塵捕集体３に誘導され、衝突する原理を示す。
【００４０】
電圧電源５、電圧制御装置６により、粉塵捕集体３と粉塵誘導体４に異なる電位を付与することで、粉塵誘導体４と粉塵捕集体３の間に電界１０が形成される。その領域を荷電極性を持つ粉塵９が通過することにより、粉塵９はクーロン力１１を受けることとなる。例えば、粉塵誘導体４を粉塵捕集体３よりも高い電位にせしめた場合、正の極性をもつ粉塵９は、粉塵捕集体３に向かうクーロン力１１を受けることとなり、粉塵捕集体３の方向に誘導される。逆に、粉塵誘導体４を粉塵捕集体３よりも低い電位にせしめた場合、負の極性をもつ粉塵９は、粉塵捕集体３に向かうクーロン力１１を受けることとなり、結果的に、粉塵捕集体３の方向に誘引される。
【００４１】
このような原理で、粉塵９は粉塵誘導体４により粉塵捕集体３に誘導され、その結果、衝突することとなる。
【００４２】
次に、粉塵９が粉塵捕集体３に付着する原理を示す。
【００４３】
粉塵捕集体３に衝突した粉塵９に働く付着力として、クーロン力に加え、ジョンソン−ラベック力が存在する。クーロン力は上記の通り、電場内で荷電した粉塵が受けるものであるが、ジョンソン−ラベック力は粉塵９が粉塵捕集体３と衝突した際に発生する微小電流（ジョンソン−ラベック電流）により発生する。
【００４４】
図３に示す通り、粉塵捕集体３に衝突した粉塵９は、衝突直前に静電分極により発生した粉塵捕集体３表面の電荷により分極することとなる。粉塵捕集体３の表面と、粉塵９の粉塵捕集面３側は極性の異なる電荷を持つこととなり、これらが接触した際には、微量のリーク電流が流れる。このリーク電流が実効的に付着力として作用し、粉塵捕集体が粉塵を保持することが可能となる。
【００４５】
ここで、図４に請求項２から４に記載の粉塵捕集体３の複数の内部電極１の配置間隔が等間隔であり、かつ電圧電源５と電圧制御装置６により、粉塵捕集体３の複数の内部電極１に、極性の異なる同電位の電圧を隣り合う内部電極１に対して互い違いに印加する構成を示し、図５に本構成における粉塵捕集体３の詳細図を示す。
【００４６】
ジョンソン−ラベック力は粉塵捕集体３に正または負一方の電位を付与するよりも、正負双極の電位を付与した方が付着力が高い。図５に示すように、粉塵捕集体３における内部電極１を複数配し、かつそれらが交差しないようにすることで、正負両極性の電位を粉塵捕集体３に付与することが可能となる。また、隣り合う内部電極１に極性の異なる同電位を印加することで、粉塵の付着部位が広がり、結果的に粉塵捕集体３による粉塵保持量も高まることとなる。また、粉塵捕集体３の内部電極１は狭い間隔で配置するのが好ましい。
【００４７】
以上のような構成における、各構成要素の具体例を以下に記す。
【００４８】
粉塵捕集体３は、請求項５に記載の通り、複数の内部電極１として、金属を採用する場合、耐久性、耐熱性に優れる。金属は、銅や金、銀、鉄、アルミニウムといったものから選択することができ、それらを加工して、図５やより内部電極の隣接する距離を長くすることができる図６のような形状にするのが好ましい。
【００４９】
また、粉塵捕集体３は、請求項６に記載の通り、複数の内部電極１として、導電性インクを印刷したものを採用する場合、コストパフォーマンスに優れ、かつ導電性インクのプリント技術により、精度良く複数の内部電極１を配置できるという効果を有する。前述の通り、粉塵捕集体３による粉塵保持力を高めるためには、内部電極１を狭い間隔で配置するのが好ましく、導電性インクのプリントはこれを可能にさせる最も有望な手段である。導電性インクは、銀ペーストやカーボンペーストなどの導電性ペーストが含まれるものであれば良く、例えば、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン系樹脂、塩ビ系樹脂、フェノール系樹脂などとブレンドしたものでも良い。
【００５０】
また、粉塵捕集体３は、請求項７に記載の通り、誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍとしたものであり、この範囲の体積固有抵抗値を持つ誘電体は、電流がリークしやすいために、粉塵捕集体と粉塵の間のリーク電流を高め、結果的にジョンソン−ラベック力を高めることとなる。この範囲の体積固有抵抗値を持つ誘電体としては、請求項８、９に記載の通り、合成樹脂やセラミックが挙げられ、例えば合成樹脂では、高耐性、高純度な熱可塑性フッ素重合体のひとつであるポリフッ化ビニリデン （Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ，ＰＶＤＦ）が挙げられる。またセラミックでは、アルミナ、ジルコニア窒化ケイ素、窒化アルミを適切な分量で配合したもの、またはそれらにチタン酸バリウム、チタン酸カリウムなどを焼結補助剤と共に適宜配合しても良い。また、粉塵捕集体において、誘電体の内部に複数の電極を配する方法としては、内部電極を誘電体でコーティングする方法、熱により、電極を内部に埋め込む方法などが挙げられるが特に限定されない。
【００５１】
粉塵誘導体４は、請求項１０に記載の通り、金属を採用することで、耐久性を高めることができる。金属として例えば、銅やアルミニウムを用いることでイニシャルコストを低減でき、また、ステンレスや金、白金、パラジウムを用いることで腐食が懸念される環境下では耐久性を向上させることができる。
【００５２】
電圧電源５は、例えば、安定化電源などを用い、直流電圧を出力するものである。
【００５３】
電圧制御装置６としては、電圧電源５の出力値、極性を変えられるものであり、例えば抵抗や極性反転スイッチが挙げられる。
【００５４】
以上のような各構成要素の具体例に加え、各構成要素の配置要件として、粉塵捕集体３と粉塵誘導体４は、互いに平行に設置されるのが好ましい。そうすることにより、粉塵捕集体３と粉塵誘導体４の間の電界強度を一定にすることができ、粉塵捕集体３表面に満遍なく粉塵９を誘導することができる。最も集塵効率の良い、粉塵捕集体３と、粉塵誘導体４の形状は板状でありその配置間隔は狭い方が電界強度が高められるため有効的である。
【００５５】
（実施の形態２）
図７に、請求項１１に記載の、粉塵９を輸送するための風路１２と送風機１３を備え、風路１２に本発明の集塵フィルタ７を連結したことを特徴とする集塵装置１４を示す。送風機１３を用いて、粉塵９が含まれる空気を集塵フィルタ７に輸送し、そこで粉塵９のみを濾過し、清浄化された空気のみを排出するという機構である。
【００５６】
本発明の集塵フィルタ７は前述の通り、粉塵９に働くクーロン力、ジョンソン−ラベック力により集塵が達成されるものであり、クーロン力は荷電量と電界強度を乗じることで与えられることから、粉塵９が持つ荷電量に大きく依存する。つまり、クーロン力が大きく寄与する粉塵９の粉塵捕集体３への誘導は、粉塵９の荷電量が小さいほど困難であるといえる。
【００５７】
一般に、空気中に浮遊するホコリや花粉、ダニの死骸、オイルミスト、ヒューム等の粉塵９は正の荷電量を持つとされるが、その荷電量は温湿度等に代表される雰囲気の条件にもよるが、総じて小さいといえる。よって、本構成の集塵装置１４において、粉塵９に対して、より大きなクーロン力を作用させて、粉塵捕集体３に粉塵９を誘導するためには、粉塵９の荷電量を増やす装置を集塵フィルタ７の風上側に設置する必要がある。
【００５８】
粉塵９の荷電量を増加させる方法は、例えば、樹脂などに衝突させて摩擦による荷電を図る方法や、雰囲気を乾燥させて粉塵９に静電気を帯びさせる方法、超音波などの振動を与えて、空気摩擦により粉塵９を帯電させる方法、光電効果によりイオンを放出させ、それを粉塵９と結合させる方法などが挙げられるが、粉塵９を荷電する極性を制御することが困難である。つまり、ある粉塵９は正に荷電され、またある粉塵９は負に荷電されるという現象が発生すると考えられる。本発明の集塵フィルタ７は、粉塵誘導体４から粉塵捕集体３への一方向の電界１０を持っており、このような事態が起こった場合、粉塵誘導体４から粉塵捕集体３へ誘導されず、逆に粉塵捕集体３から粉塵誘導体４へ誘導される粉塵９も存在することとなる。このような事態を防止するためには、請求項１２に記載の通り、粉塵９を正または負の一方の極性に荷電する方法を採用する必要がある。
【００５９】
請求項１３に記載の通り、粉塵荷電装置１５が放電によりイオンを空中に生成させる方式である場合、上記の粉塵９の極性の問題は解決される。空気に電気が流れると、以下に示される化学式により、イオンが発生し、イオンと衝突した粉塵９は荷電されることとなる。式中のＭは第３体を示す。
【００６０】
Ｏ2＋ｅ→２Ｏ＋ｅ
Ｏ＋Ｏ2＋Ｍ→Ｏ3＋Ｍ
Ｏ＋Ｏ3→２Ｏ2
Ｏ3＋ｅ→Ｏ2＋Ｏ＋ｅ
図８に、放電によりイオンを空中に生成させる方式の粉塵荷電装置１５を示す。
【００６１】
高圧電源１６に接続した放電電極１７、その上下にアース接続した受電電極１８を設置し、高圧電源１６により放電電極１７に高電圧を印加すると、放電電極１７と受電電極１８の間の空気に放電が起こり、空気が電離された結果、イオンが発生し、放電電極１７と受電電極１８の間の電界によりイオンが加速されて空気中に放出され、粉塵と結合して粉塵の荷電量が増すという原理である。ただし、放電にはコロナ放電、ストリーマ放電、火花放電等の形態があり、電圧や電極間距離の制御により、最も適切な放電形態に制御する必要がある。最も安全で印加電圧、放電電流値が低いのはコロナ放電であり、放電電極としてタングステンワイヤーを、受電電極としてＳＵＳ板を用い、それらの間隔を１ｃｍに設定して、印加電圧５．８ｋＶを放電電極に印加すると、約１００μＡの放電電流が検出された。風速１．５ｍ／ｓで大気塵（平均粒径０．７５μｍ）を通過させた結果、荷電量を７．８×１０-17Ｃにまで増大させることができた。
【００６２】
図８に示す粉塵荷電装置１５の最大の特徴は粉塵９の荷電極性を選択できることにある。図８の構成において、例えば受電電極１８をアース接続し、放電電極１７に正の高電圧を印加すると、空気の電離によってできたイオンの中で、正のイオンのみが加速され、逆に受電電極１８に負の高電圧を印加して、放電電極１７をアース接続すると、負のイオンのみが加速されることとなる。よって、粉塵９の荷電極性を正にしたい場合には前者の電圧印加を、負に荷電させたい場合は、後者の電圧印加を行うことで、粉塵９の荷電を制御することが可能となる。
【００６３】
図８の構成では、放電電極１７、受電電極１８は導電性の材料であれば良いが、高圧を印加すること、放電によりオゾンや熱が発生することを考慮すると、耐久性の高い金属が好ましい。例えば、銅やアルミニウム、ＳＵＳなどが挙げられるが、耐熱性の観点からはタングステンを用いるのが好ましい。また、放電電極１７、受電電極１８の形状は板状や、線状でも良いが、電界を集中させて効率的に放電を誘発するためには、針状の電極を用いるのが好ましい。また、放電電極１７、受電電極１８の距離は狭い方が間の空気の存在による電気抵抗が低いため、高圧電源１６による放電電極１７への印加電圧も低く抑えることができ、安全性の観点からも好ましいが、スパークが誘発されやすい。スパーク防止対策として、受電電極１８表面に体積抵抗値が１０7Ω・ｃｍオーダーの誘電体を設置する方法が挙げられる。
【００６４】
図９は、放電電極１７を内部に受電電極１８を含む誘電シート１９の表面に設置し、パルスジェネレータ２０を備えた高圧電源１６により放電電極１７に高電圧を印加するものである。高圧電源１６により、高電圧を出力し、パルスジェネレータ２０により、高周波成分に変換して、放電電極１７に高周波高電圧を印加する。そうすることで、誘電シート１９表面で紫外光を有する安定した放電が発生し、周囲の空気を電離することにより、イオンが発生することとなる。この時に放出されたイオンが粉塵９と結合して、粉塵の荷電量を増加させることとなる。本構成で、放電電極１７、受電電極１８は例えば、銅やアルミニウム、ＳＵＳなどが挙げられるが、耐熱性の観点からはタングステンを用いるのが好ましい。また、誘電シート１９としては、樹脂やマイカなどの鉱物を用いると良い。
【００６５】
本構成においても、図８の場合と同様に、粉塵９を正または負いずれかの極性に荷電することが可能である。
【００６６】
（実施の形態３）
図１０に風路１２、送風機１３に連結した本発明の集塵フィルタ７の風上に、請求項１２、１３に記載の粉塵荷電手段１５を備えた集塵装置を示す。
【００６７】
本発明の請求項１４に記載の通り、電圧電源５と電圧制御装置６により、粉塵誘導体４に対して、粉塵荷電装置１５により荷電させた粉塵９と同符号の電圧を印加することは粉塵に働くクーロン力の向きが一定ということであり、粉塵を最も効果的に粉塵捕集体３へ誘導することができる。以下にその原理を記す。
【００６８】
請求項３、４に記載の通り、電圧電源５と電圧制御装置６により、粉塵捕集体３の複数の内部電極１に、極性の異なる等量の電圧を隣り合う内部電極１に対して互い違いに印加することにより、部分的には粉塵捕集体３には電位分布が発生しているものの、巨視的には粉塵捕集体３の電位はゼロであると考えられる。したがって、粉塵９を粉塵捕集体３へ誘導するための電場は、粉塵誘導体４の電位極性によって決定されることとなる。
【００６９】
仮に、粉塵荷電装置１５によって、正に荷電された粉塵９は、粉塵誘導体４に正の電位が付与された場合に、粉塵捕集体３の向きにクーロン力を受けることとなる。また、粉塵荷電装置１５によって、負に荷電された粉塵９は、粉塵誘導体４に負の電位が付与された場合に、粉塵捕集体３の向きにクーロン力を受けることとなる。つまり、粉塵荷電装置１５により荷電させる極性と同極性の電位を粉塵誘導体４に付与することにより、粉塵９を粉塵捕集体３へ誘導することが可能となる。
【００７０】
上記の構成では、粉塵９が粉塵誘導体４に捕捉されることはほとんどなく、メンテナンスは粉塵捕集体３のみで良い。また、強固な付着力で粉塵捕集体３へ粉塵９を付着することができるため、一度捕集した粉塵９の再飛散の可能性も小さく、安全で快適な空間を作ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の集塵フィルタおよび集塵装置を用いて容易に空中の粉塵を高効率で集塵することができ、かつ集塵した粉塵を強固な付着力で保持できるため、再飛散の危険性が低い。よって、空気清浄機、エアコン、除湿機、加湿器などに代表される空気調和機器に本発明の集塵フィルタおよび集塵装置を取り付けることにより、粉塵の最飛散の危険性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１の集塵フィルタの構成図
【図２】同集塵フィルタの粉塵捕集を示す図
【図３】同集塵フィルタの他の粉塵捕集を示す図
【図４】同集塵フィルタの粉塵捕集体における内部電極への印加電圧パターンを示す図
【図５】同集塵フィルタの粉塵捕集体における内部電極の配置を示す図
【図６】同集塵フィルタの粉塵捕集体における他の内部電極の配置を示す図
【図７】本発明の実施の形態２の集塵フィルタを備えた集塵装置の構成図
【図８】同粉塵荷電装置の構成を示す図
【図９】同粉塵荷電装置の他の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３の集塵フィルタを装備した集塵装置の構成図
【図１１】従来の集塵集塵フィルタの構成図
【符号の説明】
【００７３】
１ 内部電極
２ 誘電体
３ 粉塵捕集体
４ 粉塵誘導体
５ 電圧電源
６ 電圧制御装置
７ 集塵フィルタ
８ 導線
９ 粉塵
１０ 電界
１１ クーロン力
１２ 風路
１３ 送風機
１４ 集塵装置
１５ 粉塵荷電装置
１６ 高圧電源
１７ 放電電極
１８ 受電電極
１９ 誘電シート
２０ パルスジェネレータ
【技術分野】
【０００１】
粉塵を捕集する空気清浄の分野における、集塵フィルタおよび集塵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の集塵フィルタおよび集塵装置は、集塵用の電極の間に電位差を付与し、荷電した粉塵がクーロン力により、電極に誘引され、衝突することによって捕集される。
【０００３】
粉塵の保持力を高めるために、粉塵が捕集される電極の表面に樹脂層を設け、さらに、樹脂層の表面が粘着性を有することで、クーロン力による保持に加え、樹脂表面の粘着力による保持効果も発揮できるようにしたものが従来例として挙げられる。以下、その集塵フィルタおよび集塵装置について図１１を参照しながら説明する。
【０００４】
図１１に示す通り、電圧電源１０１により、正の電位が付与される２本の放電電極１０２の間に設けられた、粘着性の樹脂１０３が表面にコーティングされた受電電極１０４がアース接続されている。この電極間に電位を付与することにより、電界が発生し、荷電した粉塵はクーロン力により捕集されることとなる。本構成の風上側に粉塵を正の極性に荷電させる装置を設けた場合、粉塵は受電電極１０４により捕集されることなり、表面の粘着性の樹脂１０３との結合により、強固な捕集を行うことができる。
【特許文献１】特開平４−１９３３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の集塵フィルタおよび集塵装置では、粘着性物質により粉塵の保持力を高めており、粉塵が多く付着し、粘着性が失われた場合には、粉塵の保持力が低下し、再飛散するという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、粉塵を効率的に捕集すると同時に、粉塵と電極の衝突により発生する電気的な強い付着力で粉塵を保持することが可能な集塵フィルタおよび集塵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】
本発明の集塵フィルタおよび集塵装置は、上記目的を達成するために、複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたものである。
【０００８】
また、他の手段は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極を等間隔に配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、他の手段は、電圧制御装置は、粉塵捕集体内部の隣り合う内部電極に対して極性の異なる電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１０】
また、他の手段は、電圧制御装置は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極に、同電位の電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１１】
また、他の手段は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が金属であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、他の手段は、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が導電性インクを印刷したものであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、他の手段は、粉塵捕集体の誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、他の手段は、粉塵捕集体の誘電体が、合成樹脂であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、他の手段は、粉塵捕集体の誘電体が、セラミックであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、他の手段は、粉塵誘導体の導電性材料が金属であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、他の手段は、粉塵を輸送するための風路と送風機を備え、風路に集塵フィルタを連結したことを特徴とするものである。
【００１８】
また、他の手段は、風路の風上側に粉塵を正または負いずれか一方に荷電させる粉塵荷電装置を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、他の手段は、粉塵荷電装置が放電によりイオンを空中に生成させる方式であることを特徴とするものである。
【００２０】
また、他の手段は、電圧電源と電圧制御装置により、粉塵誘導体に対して、粉塵荷電装置により荷電させた粉塵と同符号の電圧を印加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたことにより、粉塵を効率的に集塵することができると同時に、常に粉塵の保持力を高い状態で維持できるため、粉塵の再飛散の可能性が低いという効果のある集塵フィルタおよび集塵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の請求項１に記載の集塵フィルタおよび集塵装置は、複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えたものであり、粉塵誘導体に電位を持たせることにより、粉塵誘導体と粉塵捕集体の間に電界が生まれ、荷電した粉塵はクーロン力により粉塵捕集体に誘導される。そして、複数の内部電極に電圧を印加した粉塵捕集体に衝突した粉塵はジョンソン−ラーベック力により捕集されるという作用を有する。
【００２３】
また、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極を等間隔に配置したことを特徴としたものであり、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が互いに交差しない構造であるため、内部電極に印加する電圧値や極性を一本ずつ選択できるという作用を有する。
【００２４】
また、粉塵捕集体内部の隣り合う内部電極に対して極性の異なる電圧を印加することを特徴としたものであり、粉塵捕集体の複数の内部電極に対して互い違いに正負双極の電位を与えることにより、粉塵捕集体と粉塵の界面に微小の電流が流れやすく、付着力として働くジョンソン−ラーベック力を高めるという作用を有する。
【００２５】
また、電圧電源と電圧制御装置により、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極に、同電位の電圧を印加することを特徴としたものであり、粉塵捕集体の複数の内部電極に対して互い違いに、逆極性かつ同電位の電圧を印加することで、粉塵捕集体の電位は巨視的とゼロになるため、粉塵誘導体に印加する電圧の極性で電界ベクトルが決定されるという作用を有する。
【００２６】
また、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が金属であることを特徴としたものであり、耐久性に優れるという作用を有する。
【００２７】
また、粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が導電性インクを印刷したものであることを特徴としたものであり、コストパフォーマンスに優れ、かつ導電性インクのプリント技術により、精度良く複数の内部電極を配置できるという作用を有する。
【００２８】
また、粉塵捕集体の誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍであることを特徴としたものであり、粉塵捕集体の誘電体に１０7から１０12Ω・ｃｍの範囲の体積固有抵抗値を持つ誘電体を使用することで、粉塵捕集体と粉塵の界面に微小の電流が流れやすくなり、粉塵捕集体が衝突した粉塵を保持するのに十分な強さのジョンソンラーベック力が働くという作用する。
【００２９】
また、粉塵捕集体の誘電体が、合成樹脂であることを特徴としたものであり、コストパフォーマンスに優れ、かつ粉塵捕集体の内部に電極を埋め込む工程を容易に行うことができるという作用を有する。
【００３０】
また、粉塵捕集体の誘電体が、セラミックであることを特徴としたものであり、耐久性、耐熱性に優れ、かつ体積固有抵抗値が、１０7から１０12ｃｍ・Ωのものが豊富に揃っているため、材料調達を容易に行うことができるという作用を有する。
【００３１】
また、粉塵誘導体の導電性材料が金属であることを特徴としたものであり、耐久性に優れるという作用を有する。
【００３２】
また、粉塵を輸送するための風路と送風機を備え、風路に本発明の集塵フィルタを連結したことを特徴としたものであり、粉塵を効率的に粉塵捕集体に誘引し、粉塵捕集面に衝突した際は、強力な付着力で保持することができる集塵装置が得られるという作用を有する。
【００３３】
また、風路の風上側に粉塵を正または負いずれか一方に荷電させる粉塵荷電装置を備えることを特徴としたものであり、粉塵の荷電量を増加させることにより、電場において粉塵が受けるクーロン力を増大させることができ、結果として粉塵捕集体に誘引されやすくなり、集塵効率を高めるという作用を有する。
【００３４】
また、粉塵荷電装置が放電によりイオンを空中に生成させる方式であることを特徴としたものであり、粉塵の極性を正または負のいずれか一方に荷電させることができ、かつ粉塵の荷電効率が高いため、電場において粉塵が受けるクーロン力を増大させることができるため、粉塵捕集体に誘引されやすくなり、集塵効率を高めるという作用を有する。
【００３５】
また、電圧電源と電圧制御装置により、粉塵誘導体に対して、粉塵荷電装置により荷電させた粉塵と同符号の電圧を印加することを特徴としたものであり、粉塵誘導体に粉塵の極性と同符号の電位を付与する、つまり粉塵が正の電荷を持つ場合、粉塵誘導体の電位を正に、粉塵が負の電荷をもつ場合、粉塵誘導体の電位を負にせしめることにより、粉塵捕集体の電位は巨視的にはゼロであることから、粉塵に対してクーロン力が粉塵捕集体の方向に作用することとなり、効率的に粉塵と粉塵捕集体との衝突を促し、集塵効率を高めるという作用を有する。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
本発明の請求項１に記載の複数の内部電極１を備えた誘電体２からなる粉塵捕集体３と、粉塵捕集体３の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体４と、粉塵捕集体３内部に備えた複数の内部電極１と粉塵誘導体４に直流電圧を印加する電圧電源５と、この電圧電源５の電圧値と極性を制御する電圧制御装置６とを備えた集塵フィルタ７を図１に示す。複数の内部電極１と粉塵誘導体４は導線８により、電圧制御装置６に接続されており、同様に、電圧制御装置６は導線８により電圧電源５に接続されている。導線８は銅やアルミニウムといった金属の撚り線または単線をテフロン（登録商標）、ポリエステル、シリコンなどにより被覆されたものを用いるのが好ましく、電圧電源５により、高電圧を印加する際には、被覆厚さを大きくする必要がある。
【００３８】
本構成における、粉塵の集塵は、粉塵捕集体３への粉塵の誘導、衝突、そして粉塵の付着といった現象から成り立つ。
【００３９】
まず、図２を用いて、粉塵９が粉塵捕集体３に誘導され、衝突する原理を示す。
【００４０】
電圧電源５、電圧制御装置６により、粉塵捕集体３と粉塵誘導体４に異なる電位を付与することで、粉塵誘導体４と粉塵捕集体３の間に電界１０が形成される。その領域を荷電極性を持つ粉塵９が通過することにより、粉塵９はクーロン力１１を受けることとなる。例えば、粉塵誘導体４を粉塵捕集体３よりも高い電位にせしめた場合、正の極性をもつ粉塵９は、粉塵捕集体３に向かうクーロン力１１を受けることとなり、粉塵捕集体３の方向に誘導される。逆に、粉塵誘導体４を粉塵捕集体３よりも低い電位にせしめた場合、負の極性をもつ粉塵９は、粉塵捕集体３に向かうクーロン力１１を受けることとなり、結果的に、粉塵捕集体３の方向に誘引される。
【００４１】
このような原理で、粉塵９は粉塵誘導体４により粉塵捕集体３に誘導され、その結果、衝突することとなる。
【００４２】
次に、粉塵９が粉塵捕集体３に付着する原理を示す。
【００４３】
粉塵捕集体３に衝突した粉塵９に働く付着力として、クーロン力に加え、ジョンソン−ラベック力が存在する。クーロン力は上記の通り、電場内で荷電した粉塵が受けるものであるが、ジョンソン−ラベック力は粉塵９が粉塵捕集体３と衝突した際に発生する微小電流（ジョンソン−ラベック電流）により発生する。
【００４４】
図３に示す通り、粉塵捕集体３に衝突した粉塵９は、衝突直前に静電分極により発生した粉塵捕集体３表面の電荷により分極することとなる。粉塵捕集体３の表面と、粉塵９の粉塵捕集面３側は極性の異なる電荷を持つこととなり、これらが接触した際には、微量のリーク電流が流れる。このリーク電流が実効的に付着力として作用し、粉塵捕集体が粉塵を保持することが可能となる。
【００４５】
ここで、図４に請求項２から４に記載の粉塵捕集体３の複数の内部電極１の配置間隔が等間隔であり、かつ電圧電源５と電圧制御装置６により、粉塵捕集体３の複数の内部電極１に、極性の異なる同電位の電圧を隣り合う内部電極１に対して互い違いに印加する構成を示し、図５に本構成における粉塵捕集体３の詳細図を示す。
【００４６】
ジョンソン−ラベック力は粉塵捕集体３に正または負一方の電位を付与するよりも、正負双極の電位を付与した方が付着力が高い。図５に示すように、粉塵捕集体３における内部電極１を複数配し、かつそれらが交差しないようにすることで、正負両極性の電位を粉塵捕集体３に付与することが可能となる。また、隣り合う内部電極１に極性の異なる同電位を印加することで、粉塵の付着部位が広がり、結果的に粉塵捕集体３による粉塵保持量も高まることとなる。また、粉塵捕集体３の内部電極１は狭い間隔で配置するのが好ましい。
【００４７】
以上のような構成における、各構成要素の具体例を以下に記す。
【００４８】
粉塵捕集体３は、請求項５に記載の通り、複数の内部電極１として、金属を採用する場合、耐久性、耐熱性に優れる。金属は、銅や金、銀、鉄、アルミニウムといったものから選択することができ、それらを加工して、図５やより内部電極の隣接する距離を長くすることができる図６のような形状にするのが好ましい。
【００４９】
また、粉塵捕集体３は、請求項６に記載の通り、複数の内部電極１として、導電性インクを印刷したものを採用する場合、コストパフォーマンスに優れ、かつ導電性インクのプリント技術により、精度良く複数の内部電極１を配置できるという効果を有する。前述の通り、粉塵捕集体３による粉塵保持力を高めるためには、内部電極１を狭い間隔で配置するのが好ましく、導電性インクのプリントはこれを可能にさせる最も有望な手段である。導電性インクは、銀ペーストやカーボンペーストなどの導電性ペーストが含まれるものであれば良く、例えば、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン系樹脂、塩ビ系樹脂、フェノール系樹脂などとブレンドしたものでも良い。
【００５０】
また、粉塵捕集体３は、請求項７に記載の通り、誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍとしたものであり、この範囲の体積固有抵抗値を持つ誘電体は、電流がリークしやすいために、粉塵捕集体と粉塵の間のリーク電流を高め、結果的にジョンソン−ラベック力を高めることとなる。この範囲の体積固有抵抗値を持つ誘電体としては、請求項８、９に記載の通り、合成樹脂やセラミックが挙げられ、例えば合成樹脂では、高耐性、高純度な熱可塑性フッ素重合体のひとつであるポリフッ化ビニリデン （Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ，ＰＶＤＦ）が挙げられる。またセラミックでは、アルミナ、ジルコニア窒化ケイ素、窒化アルミを適切な分量で配合したもの、またはそれらにチタン酸バリウム、チタン酸カリウムなどを焼結補助剤と共に適宜配合しても良い。また、粉塵捕集体において、誘電体の内部に複数の電極を配する方法としては、内部電極を誘電体でコーティングする方法、熱により、電極を内部に埋め込む方法などが挙げられるが特に限定されない。
【００５１】
粉塵誘導体４は、請求項１０に記載の通り、金属を採用することで、耐久性を高めることができる。金属として例えば、銅やアルミニウムを用いることでイニシャルコストを低減でき、また、ステンレスや金、白金、パラジウムを用いることで腐食が懸念される環境下では耐久性を向上させることができる。
【００５２】
電圧電源５は、例えば、安定化電源などを用い、直流電圧を出力するものである。
【００５３】
電圧制御装置６としては、電圧電源５の出力値、極性を変えられるものであり、例えば抵抗や極性反転スイッチが挙げられる。
【００５４】
以上のような各構成要素の具体例に加え、各構成要素の配置要件として、粉塵捕集体３と粉塵誘導体４は、互いに平行に設置されるのが好ましい。そうすることにより、粉塵捕集体３と粉塵誘導体４の間の電界強度を一定にすることができ、粉塵捕集体３表面に満遍なく粉塵９を誘導することができる。最も集塵効率の良い、粉塵捕集体３と、粉塵誘導体４の形状は板状でありその配置間隔は狭い方が電界強度が高められるため有効的である。
【００５５】
（実施の形態２）
図７に、請求項１１に記載の、粉塵９を輸送するための風路１２と送風機１３を備え、風路１２に本発明の集塵フィルタ７を連結したことを特徴とする集塵装置１４を示す。送風機１３を用いて、粉塵９が含まれる空気を集塵フィルタ７に輸送し、そこで粉塵９のみを濾過し、清浄化された空気のみを排出するという機構である。
【００５６】
本発明の集塵フィルタ７は前述の通り、粉塵９に働くクーロン力、ジョンソン−ラベック力により集塵が達成されるものであり、クーロン力は荷電量と電界強度を乗じることで与えられることから、粉塵９が持つ荷電量に大きく依存する。つまり、クーロン力が大きく寄与する粉塵９の粉塵捕集体３への誘導は、粉塵９の荷電量が小さいほど困難であるといえる。
【００５７】
一般に、空気中に浮遊するホコリや花粉、ダニの死骸、オイルミスト、ヒューム等の粉塵９は正の荷電量を持つとされるが、その荷電量は温湿度等に代表される雰囲気の条件にもよるが、総じて小さいといえる。よって、本構成の集塵装置１４において、粉塵９に対して、より大きなクーロン力を作用させて、粉塵捕集体３に粉塵９を誘導するためには、粉塵９の荷電量を増やす装置を集塵フィルタ７の風上側に設置する必要がある。
【００５８】
粉塵９の荷電量を増加させる方法は、例えば、樹脂などに衝突させて摩擦による荷電を図る方法や、雰囲気を乾燥させて粉塵９に静電気を帯びさせる方法、超音波などの振動を与えて、空気摩擦により粉塵９を帯電させる方法、光電効果によりイオンを放出させ、それを粉塵９と結合させる方法などが挙げられるが、粉塵９を荷電する極性を制御することが困難である。つまり、ある粉塵９は正に荷電され、またある粉塵９は負に荷電されるという現象が発生すると考えられる。本発明の集塵フィルタ７は、粉塵誘導体４から粉塵捕集体３への一方向の電界１０を持っており、このような事態が起こった場合、粉塵誘導体４から粉塵捕集体３へ誘導されず、逆に粉塵捕集体３から粉塵誘導体４へ誘導される粉塵９も存在することとなる。このような事態を防止するためには、請求項１２に記載の通り、粉塵９を正または負の一方の極性に荷電する方法を採用する必要がある。
【００５９】
請求項１３に記載の通り、粉塵荷電装置１５が放電によりイオンを空中に生成させる方式である場合、上記の粉塵９の極性の問題は解決される。空気に電気が流れると、以下に示される化学式により、イオンが発生し、イオンと衝突した粉塵９は荷電されることとなる。式中のＭは第３体を示す。
【００６０】
Ｏ2＋ｅ→２Ｏ＋ｅ
Ｏ＋Ｏ2＋Ｍ→Ｏ3＋Ｍ
Ｏ＋Ｏ3→２Ｏ2
Ｏ3＋ｅ→Ｏ2＋Ｏ＋ｅ
図８に、放電によりイオンを空中に生成させる方式の粉塵荷電装置１５を示す。
【００６１】
高圧電源１６に接続した放電電極１７、その上下にアース接続した受電電極１８を設置し、高圧電源１６により放電電極１７に高電圧を印加すると、放電電極１７と受電電極１８の間の空気に放電が起こり、空気が電離された結果、イオンが発生し、放電電極１７と受電電極１８の間の電界によりイオンが加速されて空気中に放出され、粉塵と結合して粉塵の荷電量が増すという原理である。ただし、放電にはコロナ放電、ストリーマ放電、火花放電等の形態があり、電圧や電極間距離の制御により、最も適切な放電形態に制御する必要がある。最も安全で印加電圧、放電電流値が低いのはコロナ放電であり、放電電極としてタングステンワイヤーを、受電電極としてＳＵＳ板を用い、それらの間隔を１ｃｍに設定して、印加電圧５．８ｋＶを放電電極に印加すると、約１００μＡの放電電流が検出された。風速１．５ｍ／ｓで大気塵（平均粒径０．７５μｍ）を通過させた結果、荷電量を７．８×１０-17Ｃにまで増大させることができた。
【００６２】
図８に示す粉塵荷電装置１５の最大の特徴は粉塵９の荷電極性を選択できることにある。図８の構成において、例えば受電電極１８をアース接続し、放電電極１７に正の高電圧を印加すると、空気の電離によってできたイオンの中で、正のイオンのみが加速され、逆に受電電極１８に負の高電圧を印加して、放電電極１７をアース接続すると、負のイオンのみが加速されることとなる。よって、粉塵９の荷電極性を正にしたい場合には前者の電圧印加を、負に荷電させたい場合は、後者の電圧印加を行うことで、粉塵９の荷電を制御することが可能となる。
【００６３】
図８の構成では、放電電極１７、受電電極１８は導電性の材料であれば良いが、高圧を印加すること、放電によりオゾンや熱が発生することを考慮すると、耐久性の高い金属が好ましい。例えば、銅やアルミニウム、ＳＵＳなどが挙げられるが、耐熱性の観点からはタングステンを用いるのが好ましい。また、放電電極１７、受電電極１８の形状は板状や、線状でも良いが、電界を集中させて効率的に放電を誘発するためには、針状の電極を用いるのが好ましい。また、放電電極１７、受電電極１８の距離は狭い方が間の空気の存在による電気抵抗が低いため、高圧電源１６による放電電極１７への印加電圧も低く抑えることができ、安全性の観点からも好ましいが、スパークが誘発されやすい。スパーク防止対策として、受電電極１８表面に体積抵抗値が１０7Ω・ｃｍオーダーの誘電体を設置する方法が挙げられる。
【００６４】
図９は、放電電極１７を内部に受電電極１８を含む誘電シート１９の表面に設置し、パルスジェネレータ２０を備えた高圧電源１６により放電電極１７に高電圧を印加するものである。高圧電源１６により、高電圧を出力し、パルスジェネレータ２０により、高周波成分に変換して、放電電極１７に高周波高電圧を印加する。そうすることで、誘電シート１９表面で紫外光を有する安定した放電が発生し、周囲の空気を電離することにより、イオンが発生することとなる。この時に放出されたイオンが粉塵９と結合して、粉塵の荷電量を増加させることとなる。本構成で、放電電極１７、受電電極１８は例えば、銅やアルミニウム、ＳＵＳなどが挙げられるが、耐熱性の観点からはタングステンを用いるのが好ましい。また、誘電シート１９としては、樹脂やマイカなどの鉱物を用いると良い。
【００６５】
本構成においても、図８の場合と同様に、粉塵９を正または負いずれかの極性に荷電することが可能である。
【００６６】
（実施の形態３）
図１０に風路１２、送風機１３に連結した本発明の集塵フィルタ７の風上に、請求項１２、１３に記載の粉塵荷電手段１５を備えた集塵装置を示す。
【００６７】
本発明の請求項１４に記載の通り、電圧電源５と電圧制御装置６により、粉塵誘導体４に対して、粉塵荷電装置１５により荷電させた粉塵９と同符号の電圧を印加することは粉塵に働くクーロン力の向きが一定ということであり、粉塵を最も効果的に粉塵捕集体３へ誘導することができる。以下にその原理を記す。
【００６８】
請求項３、４に記載の通り、電圧電源５と電圧制御装置６により、粉塵捕集体３の複数の内部電極１に、極性の異なる等量の電圧を隣り合う内部電極１に対して互い違いに印加することにより、部分的には粉塵捕集体３には電位分布が発生しているものの、巨視的には粉塵捕集体３の電位はゼロであると考えられる。したがって、粉塵９を粉塵捕集体３へ誘導するための電場は、粉塵誘導体４の電位極性によって決定されることとなる。
【００６９】
仮に、粉塵荷電装置１５によって、正に荷電された粉塵９は、粉塵誘導体４に正の電位が付与された場合に、粉塵捕集体３の向きにクーロン力を受けることとなる。また、粉塵荷電装置１５によって、負に荷電された粉塵９は、粉塵誘導体４に負の電位が付与された場合に、粉塵捕集体３の向きにクーロン力を受けることとなる。つまり、粉塵荷電装置１５により荷電させる極性と同極性の電位を粉塵誘導体４に付与することにより、粉塵９を粉塵捕集体３へ誘導することが可能となる。
【００７０】
上記の構成では、粉塵９が粉塵誘導体４に捕捉されることはほとんどなく、メンテナンスは粉塵捕集体３のみで良い。また、強固な付着力で粉塵捕集体３へ粉塵９を付着することができるため、一度捕集した粉塵９の再飛散の可能性も小さく、安全で快適な空間を作ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の集塵フィルタおよび集塵装置を用いて容易に空中の粉塵を高効率で集塵することができ、かつ集塵した粉塵を強固な付着力で保持できるため、再飛散の危険性が低い。よって、空気清浄機、エアコン、除湿機、加湿器などに代表される空気調和機器に本発明の集塵フィルタおよび集塵装置を取り付けることにより、粉塵の最飛散の危険性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１の集塵フィルタの構成図
【図２】同集塵フィルタの粉塵捕集を示す図
【図３】同集塵フィルタの他の粉塵捕集を示す図
【図４】同集塵フィルタの粉塵捕集体における内部電極への印加電圧パターンを示す図
【図５】同集塵フィルタの粉塵捕集体における内部電極の配置を示す図
【図６】同集塵フィルタの粉塵捕集体における他の内部電極の配置を示す図
【図７】本発明の実施の形態２の集塵フィルタを備えた集塵装置の構成図
【図８】同粉塵荷電装置の構成を示す図
【図９】同粉塵荷電装置の他の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３の集塵フィルタを装備した集塵装置の構成図
【図１１】従来の集塵集塵フィルタの構成図
【符号の説明】
【００７３】
１ 内部電極
２ 誘電体
３ 粉塵捕集体
４ 粉塵誘導体
５ 電圧電源
６ 電圧制御装置
７ 集塵フィルタ
８ 導線
９ 粉塵
１０ 電界
１１ クーロン力
１２ 風路
１３ 送風機
１４ 集塵装置
１５ 粉塵荷電装置
１６ 高圧電源
１７ 放電電極
１８ 受電電極
１９ 誘電シート
２０ パルスジェネレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と前記粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えた集塵フィルタ。
【請求項２】
前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極を等間隔に配置したことを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項３】
前記電圧制御装置は、前記粉塵捕集体内部の隣り合う内部電極に対して極性の異なる電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の集塵フィルタ。
【請求項４】
前記電圧制御装置は、前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極に、同電位の電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の集塵フィルタ。
【請求項５】
前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が、金属であることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項６】
前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が、導電性インクを印刷したものであることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項７】
前記粉塵捕集体の誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項８】
前記粉塵捕集体の誘電体が、合成樹脂であることを特徴とする請求項１または７に記載の集塵フィルタ。
【請求項９】
前記粉塵捕集体の誘電体が、セラミックであることを特徴とする請求項１または７に記載の集塵フィルタ。
【請求項１０】
前記粉塵誘導体の導電性材料が金属であることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項１１】
粉塵を輸送するための風路と送風機を備え、風路に請求項１から１０のいずれか１項に記載の集塵フィルタを連結したことを特徴とする集塵装置。
【請求項１２】
前記風路の風上側に粉塵を正または負いずれか一方に荷電させる粉塵荷電装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載の集塵装置。
【請求項１３】
前記粉塵荷電装置が放電によりイオンを空中に生成させる方式であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の集塵装置。
【請求項１４】
前記電圧電源と前記電圧制御装置により、前記粉塵誘導体に対して、前記粉塵荷電装置により荷電させた粉塵と同符号の電圧を印加することを特徴とする請求項１１から１３いずれか１項に記載の集塵装置。
【請求項１】
複数の内部電極を備えた誘電体からなる粉塵捕集体と、この粉塵捕集体の対向面に設けられた導電性材料からなる粉塵誘導体と、前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極と前記粉塵誘導体に直流電圧を印加する電圧電源と、この電圧電源の電圧値と極性を制御する電圧制御装置とを備えた集塵フィルタ。
【請求項２】
前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極を等間隔に配置したことを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項３】
前記電圧制御装置は、前記粉塵捕集体内部の隣り合う内部電極に対して極性の異なる電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の集塵フィルタ。
【請求項４】
前記電圧制御装置は、前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極に、同電位の電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の集塵フィルタ。
【請求項５】
前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が、金属であることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項６】
前記粉塵捕集体内部に備えた複数の内部電極が、導電性インクを印刷したものであることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項７】
前記粉塵捕集体の誘電体の体積固有抵抗値が、１０7から１０12Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項８】
前記粉塵捕集体の誘電体が、合成樹脂であることを特徴とする請求項１または７に記載の集塵フィルタ。
【請求項９】
前記粉塵捕集体の誘電体が、セラミックであることを特徴とする請求項１または７に記載の集塵フィルタ。
【請求項１０】
前記粉塵誘導体の導電性材料が金属であることを特徴とする請求項１に記載の集塵フィルタ。
【請求項１１】
粉塵を輸送するための風路と送風機を備え、風路に請求項１から１０のいずれか１項に記載の集塵フィルタを連結したことを特徴とする集塵装置。
【請求項１２】
前記風路の風上側に粉塵を正または負いずれか一方に荷電させる粉塵荷電装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載の集塵装置。
【請求項１３】
前記粉塵荷電装置が放電によりイオンを空中に生成させる方式であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の集塵装置。
【請求項１４】
前記電圧電源と前記電圧制御装置により、前記粉塵誘導体に対して、前記粉塵荷電装置により荷電させた粉塵と同符号の電圧を印加することを特徴とする請求項１１から１３いずれか１項に記載の集塵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２０７９８９（Ｐ２００９−２０７９８９Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３００８（Ｐ２００８−５３００８）
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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