集塵装置およびこれを備える自動車
【課題】 高い捕集効率であって、信頼でき、圧力損失も小さく、しかも狭いスペースにもきちんと嵌まるような小さいサイズのフィルタを実現する。
【解決手段】 清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるように構成された荷電ユニット（１）と、これらの帯電粒子を捕集するように構成された捕集ユニット（２）とを含む集塵装置。この捕集ユニットは、電圧電極である第１の組の第１の電極板（２１）と、捕集電極である第２の組の第２の電極板（２２）とを含む。流れ方向（Ｆ）における電極板（２１、２２）の幅（ｗ）は、この流れ方向に垂直な方向における電極板（２１、２２）の長さ（Ｉ）よりも短く、また、電極板（２１、２２）を支えるために、この流れ方向に電極板（２１、２２）の表面の方向が変わっている。
【解決手段】 清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるように構成された荷電ユニット（１）と、これらの帯電粒子を捕集するように構成された捕集ユニット（２）とを含む集塵装置。この捕集ユニットは、電圧電極である第１の組の第１の電極板（２１）と、捕集電極である第２の組の第２の電極板（２２）とを含む。流れ方向（Ｆ）における電極板（２１、２２）の幅（ｗ）は、この流れ方向に垂直な方向における電極板（２１、２２）の長さ（Ｉ）よりも短く、また、電極板（２１、２２）を支えるために、この流れ方向に電極板（２１、２２）の表面の方向が変わっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部に記載されている集塵装置と、請求項２５の導入部に記載されている自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス流から粒子を除去するために、一般に、様々な種類の電気フィルタが用いられている。電子フィルタは、サブミクロン粒子、特に直径０．３μｍの粒子を除去して空気を清浄にすることを、従来のフィルタよりも効率的に行わせる。その基本原理は、例えばコロナ放電を用いて、これらの粒子を帯電させることである。その後、これらの帯電粒子を、電界を用いて捕集する。例えば、単段電気フィルタ、すなわち同一ユニット内で、これらの粒子を帯電させて捕集するようになっている電気フィルタが、発電所、および他の処理排出物清浄用途に用いられている。２段電気フィルタでは、別の荷電部分において荷電（帯電）が行われ、また、別の捕集ユニットにおいて、帯電粒子の捕集が行われる。
【０００３】
自動車の用途では、運転席の空気を清浄にするために、しばしば機械フィルタだけが用いられてきた。しかし、目標が、車内の空気をさらにきれいにすることであるときには、電気フィルタによる解決策が求められてきた。しかし、自動車の用途では、このソリューションに非常に高い要求が課せられる。なぜなら、自動車の用途では、他の用途ではあまり発生しないような振動や湿度や温度の変動がしばしばあるからである。さらに、自動車は、集塵装置のために利用できるスペースが限られていることが多く、利用できる電力もまた限られている。
【０００４】
特許文献１は、２段電気フィルタを備える空気清浄装置を開示している。この解決策では、空気清浄装置の様々な構造物は、相当のスペースを必要とし、そのため、特許文献１に開示されている空気清浄装置を車内に設置するためには、自動車の設計の際に考慮に入れておかなければならない。また、この空気清浄装置は、必ずしも、すべての自動車に設置できるとは限らない。
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第５，４５４，８５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主目的は、例えば、自動車用の小型で効率的、かつ容易に製造できる集塵装置を提供することである。
【０００７】
この目的を達成するために、本発明による集塵装置は、請求項１の特徴部分に記載される事項を、主な特徴としている。さらに、本発明による自動車は、請求項２５の特徴部分に記載される事項を主な特徴としている。他の従属請求項は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を示している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基本的な思想は、少なくとも、清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるように構成された荷電ユニットと、これらの帯電粒子を捕集するように構成された捕集ユニットとを備える集塵装置を形成することである。この捕集ユニットは、電圧電極である第１の組の第１の電極板と、捕集電極である第２の組の第２の電極板とを備えている。さらに、流れ方向における本発明による集塵装置の電極板の寸法は、この流れ方向と直交する方向における電極板の長さよりも短く、また、その電極板を支えるために、その流れ方向に、電極板の表面の方向が変わっている。
【０００９】
本発明は、電気フィルタに特有の手法、すなわち、コロナ放電を用いる粒子の帯電と、いわゆる電気フィルタセル（filter cell）を用いる帯電粒子の捕集とに基づいている電気式集塵装置に関する。この新たなフィルタは、電気フィルタセルの性質を著しく向上させる。特に、例えば彎曲電極などの異形電極（shaped electrode）を用いれば、材料が非常に薄いフィルタセルを実現することができる。この構造物を用いれば、電極間の間隔が非常に短いフィルタセル（すなわち、小さい体積に合わせて、大きい捕集面積とすることができる）を実現することができる。
【００１０】
安定した構造物により、これらの電極の取付けは、もっぱら、フィルタセルの端部に集中させることができる。新たな手法を用いて、電極を取り付ければ、高圧絶縁体が汚損の影響を受ける大きさを最小限とし、かつ、高圧絶縁体を、フィルタセルの端縁部に取り付け、そこで、これらの高圧絶縁体の汚損防御処置を利用することが可能となる。この新たなセル構造物は、また、非金属製の電極材料の使用を容易とする。これらの非金属製電極材料を用いれば、電気フィルタに特有の絶縁破壊の感受性を大幅に減らすことができ、またフィルタセルの信頼性を向上させることもできる。
【００１１】
このフィルタは、主として、車内運転席の空気を清浄にすることを主な目的としているが、このフィルタの様々な用途として、他の空気清浄用途（室内空気清浄器用、また特定場所向け供給空気用のフィルタ）にも広く用いることができる。
【００１２】
本発明の様々な応用例により、効率的で、信頼でき、圧力損失が小さく、かつ狭いスペースにもきちんと収まるように、このフィルタを得ることができる。このフィルタのもっとも有意な利点として、高い捕集効率、非常に小さい圧力損失、小さい寸法を挙げることができる。使用者の観点から、有意な利点とは、フィルタ用に利用できるスペースが非常に小さく、また、清浄にされる空気流が、このスペースに比して多量であるときでも、効率的に空気を清浄にできることである。
【００１３】
彎曲し、折り曲げられた様々な電極を用いれば、空気が、フィルタユニット、すなわち捕集ユニットを通過するときに、流れ方向が変わるような構造物を形成することが可能である。この性質は、とりわけ、使用可能なスペースがほとんどなく、またエアコン装置が、電気フィルタには好都合なまっすぐな流路部分を形成できないくらい複雑な形状である自動車への用途において、きわめて有益である。方向を変える流路の一部として、電気フィルタを統合できるため、複雑で、かつ細長いエアコン装置内に、電気フィルタを設けることが、事実上容易となる。
【００１４】
さらに、この電気フィルタは、サブミクロン粒子、特に直径０．３μｍの粒子を除去して空気を清浄にすることを、従来のフィルタに比して、より効率的に行わせる。サブミクロン粒子に対して、機械処理により粒子を阻止する従来フィルタの効率は、２０％〜４０％であるが、この電子フィルタの効率は、６０％〜８０％である。
【００１５】
設計上の理由により、捕集ユニットの初期効率は低い（２２５ｍ3／ｈにおいて１０Ｐａ〜２０Ｐａ）。捕集ユニットの電極は、捕集ユニットの目詰まりを防止するために、空気流と平行に配置されている。捕集ユニットの透過性は、耐用期間の間、ずっと安定しており、また、システム全体の圧力降下は、ほぼ一定であって、それにより、この集塵装置の寿命が長くなる。標準の不織フィルタの透過性は、使用とともに高い圧力降下を招き、これにより、そのメンテナンスが定められる。この集塵装置は小型であり、自動車には、好ましく適用することができる。
【００１６】
以下、添付図を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１７】
わかりやすくするために、添附の図面は、本発明を理解するのに必要な細部だけを示している。本発明を理解するのに必要ではないが、当業者には明らかである構造物および細部は、本発明の特徴を強調するために、これらの図から省略されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明による集塵装置の断面を示している。この断面は、清浄にされる空気の流れ方向Ｆの方向にある。すなわち、この集塵装置は、この流れ方向と直交する方向から示されている。
【００１９】
自動車のエアコンユニットの空気流は、５０ｍ3／ｈ〜６００ｍ3／ｈの範囲にある。快適な空気流は、１００ｍ3／ｈ〜２５０ｍ3／ｈである。一例として、自動車分野の集塵装置は、４ｄｍ2〜１２ｄｍ2の範囲内の前面面積を有し、かつ、清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるようになっている荷電ユニット１と、これらの帯電粒子を捕集するようになっている捕集ユニット２とを、少なくとも備えている。荷電ユニット１は、いくつかのプレートと電線から成っている。
【００２０】
さらに、捕集ユニット２、すなわちフィルタセルは、２種類の電極、すなわち電圧電極２１と捕集電極２２を備えている。フィルタセル２では、電圧電極２１と捕集電極２２は、２枚の電圧電極の間に１枚の捕集電極２２がくるように、互いに交互になっている。フィルタセル２の例は、流れ方向から見た図２に示されている。図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるフィルタセル２の断面を示している。
【００２１】
自動車用に利用できるスペースが小さいため、この集塵装置の寸法を、従来の電気フィルタの場合とは実質的に異なるようにすることが必要である。動作の観点から、フィルタセル２をできるだけ薄くしておくことができれば、有利である（流れ方向Ｆ（幅ｗ）におけるフィルタセル２の最小厚さは１０ｍｍであり、また、一例では、フィルタ・セル２の厚さは、約２５ｍｍである）。
【００２２】
電極板２１、電極板２２の長さＩは、５０ｍｍ〜１００ｍｍである。しかし、フィルタセル２の捕集面積は、所要の分離能力に達することができるように、充分大きくなければならない。そのため、とりわけ電極（２１、２２）の形状、電極の取付け、電気結合、材料、荷電装置１、遮蔽に関して、本発明によると、新たな解決策が提供されている。以下の説明において、この解決策を組み合わせて、様々な態様を実現できることについて、詳しく説明する。
【００２３】
電圧制御形電源は、電極２１と電極２２との間に電界を発生させる。この電源の公称出力電圧値は、１．５ｋＶ〜３ｋＶであり、好ましくは、２ｋＶ（＋／−１０％）である。その出力電流は、０．１ｍＡよりも小さい。この流れ方向における捕集ユニット２の最小厚さは、１０ｍｍである。２２５ｍ3／ｈの快適な空気流では、捕集ユニット２の厚さは、２５ｍｍまで増やされる。電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄは、１．７ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲内にあり、とりわけ約２ｍｍが好ましい。
電極の形状
【００２４】
フィルタセル２の捕集面積は、電極２１、２２の数と、これらの電極の寸法（すなわち、電極の作用面積）の影響を受ける。さらに、電極２１、２２の面積は、使えるようになっているスペースにより制限される。ただし、このスペースは、代表的な自動車では、非常に限られている。
【００２５】
目標が、できるだけ薄いフィルタ構造物２であるときには、電極２１、２２は、流れ方向Ｆよりも横断方向の方が著しく長い。すなわち、電極板の長さＩが、電極板の幅ｗよりも長い。さらに、フィルタセル２の電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄを非常に短くして、できるだけ多くの電極をフィルタセル２に配置することにより、フィルタ内で、充分に大きい捕集面積を形成させる。
【００２６】
フィルタセル２の電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄは、その用途に応じて、１ｍｍ〜７ｍｍである。一応用例では、電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄは、１．７ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲内にあり、特に約２ｍｍである。したがって、フィルタセル２に使用される電極２１、２２は、非常に薄くなければならない。また、それらの電極の機械的剛性は、これらの電極の間隔ｄを、非常に厳密な限度内に保てるくらい、大でなければならない。
【００２７】
流れ方向Ｆに異形の電極２１、２２を使用することにより、充分な剛性が得られる。また、流れ方向Ｆにおいて、異形電極２１、２２の表面方向が変わる。有利な一応用例では、彎曲電極２１、２２は、図４に示す通りに使用される。この彎曲形状を用いると、非常に安定した構造物に、非常に薄いプレート（１ｍｍよりも薄い）により得られる。一応用例では、電極２１、２２の厚さは、約０．２ｍｍにすぎない。
【００２８】
図５に示す他の実施形態では、電極板２１、２２の表面の方向は、流れ方向Ｆの１地点において急に変わる。その場合、電極板２１、２２には、ある種の折り目がある。図６による第３の応用例では、電極板２１、２２には、いくつかの折り目がある。電極板２１、２２を、折り目と彎曲部分を両方とも含むように形づくることも可能である。彎曲し、折り曲げられた様々な電極２１、２２を用いれば、空気が、フィルタユニット２、すなわち、捕集ユニットを通過するときに流れ方向Ｆ（図４）が変わるような構造物を得ることが可能である。
【００２９】
方向を変える流路の一部として、電気フィルタを統合すると、複雑で、かつ細長いエアコン装置内に、電気フィルタを設けることが容易となる。その上、この彎曲形状は、電極２１、２２に付着された粒子の慣性力を支持する。
【００３０】
所要の剛性を発揮させるための折り目の必要な曲率、または角度は、その用途によって決められる。これは、とりわけ、電極２１、２２の長さＩ、電極２１、２２の幅ｗ、電極２１、２２の相互間隔ｄ、材料、材料の厚さの影響を受ける。
【００３１】
本発明は、彎曲し、折り曲げられた電極２１、２２のみに限定されない。電極２１、２２は、平板状のこともある。
電極の取付け
【００３２】
彎曲し、折り曲げられた電極２１、２２を有する安定したセル構造物２を用いれば、従来の電気フィルタ構造物の別の実質的な技術的改良を達成することができる。この安定した構造物を用いると、電極２１、２２の取付け構造物２３は、例えば図２に示すように、もっぱらフィルタセルの端縁エリアに集中している。このようにして、フィルタセル内には、取付け構造物も支持構造物もなく、それにより、流れや分離能力が妨げられないような電気フィルタセル２を得ることが可能となる。
【００３３】
有利な一応用例では、電極２１、２２は、電圧電極と捕集電極を、別々の取付け構造物２３に取り付けられる。例えば、取付け棒などの取付け構造物２３は、例えばプラスチックなどの適切な材料でできている。図７は、捕集電極２２と電圧電極２１の側面外形の基本ソリューションを示している。図７に示すように、捕集電極２２と電圧電極２１は、別々の取付け棒２３を備えている。
【００３４】
電圧電極２１と捕集電極２２との間で安定した取付けをしなければならない。また、この取付けの電気特性は、あらゆる状態で、引き続き良好でなければならない。この取付けは、様々なやり方で実施できる。一例では、同時に、電圧電極２１と捕集電極２２との間で、電気絶縁体として同時に働く取付け絶縁体２４が、例えば図２に示すように、一番外の２つの電極対の間に、すなわち、フィルタセル２の端縁に付けられている。フィルタセル２の端縁の取付け絶縁体２４は、汚損からまったく効果的に保護される。さらに、必要であれば、上記絶縁体への小電力加熱を目標とすることも可能である。このような加熱は、湿気が取付け絶縁体２４の表面上で凝縮しないようにする。
（電気結合）
【００３５】
フィルタセル２の電極２１、２２の電気結合は、様々な方法で実施できる。この結合において、従来の配線構造物や接合構造物を使用することが可能である。この結合は、例えば一部導電性の撓み材料を用いても実施できる。この撓み材料は、フィルタセル２の両端縁上に、例えば中央の２つの取付け棒２３の間に取り付けられる。
電極材料
【００３６】
安定したセル構造物により、非金属製で、かつ異なる一部導電性の電極材料の使用も容易となる。電気フィルタセルの信頼性と、電気絶縁破壊の排除に関して、これらの金属電極は、あらゆる場合に、最高のソリューションではない。適切な導電率を持つ材料を用いれば、起こり得る絶縁破壊により発生する放電の流れをできるだけ小さくし、したがって、電気フィルタに特有のスパークを排除することができる。
【００３７】
その一方、電気フィルタセルで捕集されるダストの量は、捕集された粒子の塊が、電圧電極と捕集電極との間に「ブリッジ」を形成するくらい多くなることがある。そのため、このように望まれない接触により、電極間に局部短絡ブリッジが形成されることもある。金属電極の場合には、この短絡により、電極の全域にわたって電界が弱まる。一部導電性の電極の場合には、この短絡により、その電界は、明確に限定された部位だけが弱くなり、それゆえ、分離能力がほんのわずかだけが弱まるにすぎない。
【００３８】
構成要素の老化や異なる条件にもかかわらず、電圧を安定させておくために、好ましくは電圧制御形発電機が用いられる。電極２１、２２上にダストがある場合には、その電源で電圧を上げれば、捕集ユニット２の効率を高めることができる。
【００３９】
図８は、フィルタ・セル２の信頼性を大幅に向上させるソリューションを示している。電極２１、２２は、絶縁体の材料か、あるいは何らかの一部導電性の材料で製造されている。絶縁体の材料の場合には、表面仕上げを用いて、適切な導電率を実現することができる。電極２１、２２の表面上に、導電性被覆２５を付加することが可能である。この導電性被覆２５を用いれば、必要な電位を、この電極の断面全体にわたって、効率的に分布させることができる。
【００４０】
図８によるソリューションでは、電圧電極２１と捕集電極２２の導電部分との間隔が長いか、あるいは、これらの導電部分間に絶縁体の材料（あるいは、一部導電性の材料）があることが重要である。
【００４１】
可能なソリューションは、図９に示すやり方で、導電性の電極、あるいは部分的にのみ導電性の電極を使用することである。この場合、１つ置きの電極２２が、導電性材料（例えば、アルミニウム）で製造され、また、１つ置きの電極２１が、一部導電性材料（例えばプラスチックまたは紙をベースとする態様）で製造されている。このような場合、導電性電極２２は、捕集電極として働き、また、一部導電性の電極２１は、電圧電極として働く。すなわち、これらの電極間の電界の方向は、帯電粒子を捕集電極に運ぶような方向である。
【００４２】
原理的には、この状況は、逆になることもあろう。すなわち、電界の方向が逆向きとなり、その場合、上に示された電圧電極２１にて、粒子の捕集が行われることになり、したがって、電圧電極２１が捕集電極２２として働くことになる。この例の機能の前調整は、適正に決められるその材料の導電率、すなわち、電極２１と電極２２との間で、必要な電界を形成するのに充分大きい導電率を有する。
【００４３】
電極２１、２２はまた、導電率以外において、異なる性質を備えていることもある。一例では、電極２１、２２は、所望のガスを吸着する材料でできている。さらに、他の例では、電極２１、２２は、所望のガスを吸着する材料で被覆されている。
荷電装置
【００４４】
荷電ユニット１は、いくつかのプレートと電線の連続体から成っている。これらのプレートと電線との間隔は、この集塵装置の空気透磁率と詳細な幾何形状によって決まる。この実施形態では、その間隔は、８ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。接地電極であるプレートの幅は、８ｍｍよりも大きく、好ましくは１０ｍｍである。これらの電線は、直径が０．０７ｍｍ〜０．２ｍｍ（好ましくは、０．１５ｍｍ）である放電電極であって、タングステン線である。この流れ方向における荷電ユニット１の厚さは１０ｍｍである。
【００４５】
老化に対して安定した性能を保つために、電流制御形発電機が使用される。このことは、電線とプレート上にダストがある場合に、電流を大きくして、電界を安定状態に保ち、かつ荷電ユニット１の効率を高めることができることを意味する。
【００４６】
この公称出力電流値は、０．５ｍＡ〜１ｍＡであり、好ましくは０．７５ｍＡ（＋／−１０％）である。その出力電圧は、５ｋＶ〜７ｋＶの範囲内にあり、好ましくは５．０ｋＶ〜５．７ｋＶである。
【００４７】
自動車の用途では、このフィルタ用に確保されるスペースは、非常に狭いことが多い。それゆえ、できるだけ狭いスペース内で、必要なすべての部分を統合することが、主な関心事である。そのため、例えばコロナ荷電装置のように、電気フィルタを装備した空気ろ過装置に組み入れられることの多い荷電装置１も、できるだけ狭いスペースにきちんと嵌まるようにされる。実際には、このことは、コロナ荷電装置１を、できるだけ捕集セル２の近くに配置するのが有利であることを意味する。
【００４８】
コロナ荷電装置１の近傍も、以下に述べられるやり方で利用できる。コロナ電極１１が捕集セル２に充分近くにあると、コロナ電極から釈放されたコロナ流（＝イオン流）を、捕集セルの電圧入力部に利用できる。原理的には、捕集セル２の電圧電極２１を、「浮動状態」にしておくことができる。このような場合、電圧電極２１は、実際には、電気的に何にも結合されない。
【００４９】
すなわち、図１０に示す結合では、電圧電極２１は、いかなる電源にも結合されない。したがって、コロナ流の影響のもとに、電圧電極２１の電位は、高圧絶縁体の地電流、および、電圧電極２１と、さらに低い電位、例えば地電位につながれた捕集電極２２との間の部分放電によって決まるレベルにとどまる。原理的には、このようなやり方で、捕集セルの電極２１と電極２２との電位差を最大レベルまで高めることが可能である。
【００５０】
さらに、電圧電極２１と捕集電極２２を、負荷抵抗を介して地電位に結合することも可能である。このような場合、電極（２１、２２）の電位は、コロナ流および負荷抵抗に基づいて決定される。もちろん、電圧電極２１と捕集電極２２も電源に結合できる。このような場合、電極（２１、２２）の電位は、主として、上記電圧入力に基づいて決定される。双方の場合に、電圧電極２１と捕集電極２２との電位差を、適正なレベルに保たなければならない。
【００５１】
一応用例では、コロナ流を制御することも可能である。上記電極がコロナ電極１１に近く、また、上記電極の極性が、コロナ放電の極性と同一であることにより、該当する方向へのコロナ放電の強さが制限される。或る場合には、コロナ電極１１と、ほぼゼロである電圧電極２１との間のコロナ流を制御することが可能である。したがって、このコロナ放電は、主として放電装置１の他の部分、一般にコロナ電極１１と、その対極１２との間のスペースに限定される。
【００５２】
捕集セル２全体の電位を適正なレベルまで上昇させる場合、すなわち、捕集電極２２と電圧電極２１の双方が、コロナ放電と同一極性の電圧を与えられている場合に、コロナ放電の制御を、もっとも効率的に達成できる。捕集電極２２と電圧電極２１との電位差は、もちろん、適正なレベルに保たれなければならない。例えば、コロナ放電装置１の電力消費およびオゾン発生を最小限に抑えているときに、コロナ流を減らせることが必要である場合もある。
【００５３】
コロナ電極１１と捕集セル２との電位差は、当然、逆のやり方でも利用できる。すなわち、電極（２１、２２）に連絡されている電圧の極性を逆にすることにより、捕集セル２の方向へのコロナ放電を強めることができる。
前置フィルタ
【００５４】
自動車の用途では、小さい粒子の空気を清浄にすることを目的としているときに、電気フィルタを使用することは、有益である。従来のろ過手法を用いると、優れた捕集効率に達することが非常に困難である。なぜなら、このフィルタ用に確保されたスペースは小さく、このフィルタの圧力差が大きくなり得ないからである。その一方、車内運転席の供給空気は、また、捕集セルの前部に捕集される多数の大きな粒子も含んでいる。
【００５５】
さらに、この供給空気中には、とりわけ虫や水滴もあることがある。これらの虫や水滴は、捕集セル上にたまっているときに、短絡または余分の地電流を発生させるかもしれない。少量のオゾンを発生させることも、電気フィルタに特有のものである。このようなオゾンは、一般に、例えば活性炭フィルタを用いて、ろ過しなければならない。
【００５６】
図１１は、特にこの供給空気中に多量の粗なダスト、虫、水滴がある場合に、電気フィルタの信頼性を高めさせるソリューションを示している。このソリューションでは、機械フィルタ３が、このシステムの上流に（空気入口）、または少なくとも捕集セル２の上流に、例えばコロナ荷電装置１と捕集セル２との間に設けられる。機械フィルタ３は、例えば、粒子とガス不純物の両方に対する分離能力を特徴とする活性炭フィルタ、あるいは、いわゆるコンポジットフィルタである。
【００５７】
この場合、機械フィルタ３の仕事は、当然、大きな粒子の大部分、およびコロナ放電において生じたオゾンを除去することである。さらに、機械フィルタ３の仕事は、寸法が１ｍｍ以上の範囲内にあるあらゆる大きな物質、虫、水滴、すなわち電気フィルタの適正な動作に有害となるようなものを、空気から分離することでもある。さらに、機械フィルタ３は、高電圧コロナ電極１１と、さらに低い電位または逆の電位にある捕集セル２との間に位置づけられることも留意されたい。したがって、電界がフィルタ３内に形成され、それにより、粒子の付着が強められる。
【００５８】
機械フィルタ３はまた、コロナ荷電装置１と一体化され、かつ金属網として形成されるが、その場合、機械フィルタ３により、コロナ効果は強められる。機械フィルタ３はまた、プラスチック製の網目格子から成るか、あるいは一般に、任意の不織材料でできていることもある。フィルタ３は、圧力降下の影響がきわめて小さくなければならない。
【００５９】
薄い一部導電性のフィルタ層またはネットを、機械フィルタとして、あるいは機械フィルタの代わりに使用しているときに、このしゃへい目的に加えて、上記構造物を、電気コンタクトとして、すなわち、例えば図１２に示されるように、例えば電圧電極２１に対して、適切な電気コンタクトを得させる構造物として利用することもできる。このソリューションは、一部導電性の電極材料を使用しているときに、有利なソリューションとなる可能性がもっとも高い。
【００６０】
本発明による集塵装置は、主として、車内運転席の空気を清浄にすることを目的としている。図１３は、自動車において、自動車の空気入口に関連して、集塵装置の場所を、おおむね示している。上に取り上げられた集塵装置ソリューションの様々な用途は、例えば様々な室内空気清浄器や、特定場所向けの供給空気フィルタのように、他の集塵装置用途においても、いくつかの適用可能性を持っている。
【００６１】
一応用例において、捕集ユニット２の電極板２１と、電極板２２との間に残っている不純物は、ほんのしばらく、これらの電極に高電位差をもたらすことにより、除去される。除去可能な不純物（ごみ、虫など）は焼き取られる。さらに、他の応用例では、捕集ユニット２が、オゾンで殺菌される。オゾンは、有利には、コロナ放電装置により発生する。いくつかの自動車用途では、上述の焼き取り、または殺菌は、自動車が停止した後、遅れて行われる。このような場合、乗客は、好都合にも、自動車からすでに去っている。
【００６２】
さらに、フィルタ３を使用して、空気流を広げれば、荷電ユニット１の効率は高められることに留意されたい。
【００６３】
さらに、空気流の方向Ｆにおいて、捕集ユニット２の下流に配置された追加の後置フィルタ４は、捕集ユニット２から解放された凝集した粒子を捕集できる（図１１）。後置フィルタ４はまた、電気フィルタにより発生した少量のオゾンも除去することになる。後置フィルタ４は、例えば、活性炭フィルタまたはコンポジットフィルタであることもある。好ましくは、後置フィルタ４は、最小前面面積が４ｄｍ2であり、また最小厚さが２０ｍｍである。この炭素密度は、２００ｇ／ｍ2〜１００ｇ／ｍ2の範囲内にある。
【００６４】
本発明を一般化するために、この集塵装置は、接地電極と電圧電極を含む。それぞれの電極は、アースまたは電源に結合されることもある。この電極の電圧に応じて、粒子が、この電極により引き付けられるか、あるいは押し戻される。同様に、本発明の主な原理は、粒子に電荷を与えることと関係がある。
【００６５】
以上本発明を、特定の種類の電極材料を用いるものとして説明した。この材料らは、金属、あるいは非金属であることもある。これらの電極は、一部導電性または全部導電性の材料であるか、あるいは絶縁材料であることがある。
【００６６】
この集塵装置の諸要素は、順次に取り付けられることもある。別法として、この集塵装置は、あらかじめ組み立てられたユニットとして構成されることもある。
【００６７】
上に取り上げられた本発明の様々な実施形態に関連して開示した態様および構造物を、様々なやり方で組み合わせれば、本発明の精神により、様々な実施形態を生み出すことが可能である。それゆえ、上に取り上げた例は、本発明を限定するものと解してはならず、本発明の実施形態は、本明細書中に併記される特許請求の範囲に示されている本発明の特徴の範囲内で、自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による集塵装置の断面を示す。
【図２】流れ方向からのフィルタ・セルを示す。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるフィルタ・セルの断面を示す。
【図４】第１の実施形態による２つの隣り合った電極の断面を示す。
【図５】第２の実施形態による２つの隣り合った電極の断面を示す。
【図６】第３の実施形態による２つの隣り合った電極の断面を示す。
【図７】捕集電極と電圧電極の側面外形のソリューションを示す。
【図８】捕集電極と電圧電極のソリューションを示す。
【図９】捕集電極と電圧電極の別のソリューションを示す。
【図１０】集塵装置の原理を示す。
【図１１】前置フィルタと後置フィルタを装備した集塵装置の原理を示す。
【図１２】前置フィルタを装備した集塵装置の別の原理を示す。
【図１３】集塵装置を装備した自動車を示す。
【符号の説明】
【００６９】
１ 荷電ユニット
２ 捕集ユニット
３ 前置フィルタ
４ 後置フィルタ
１１ コロナ電極
１２ 対極
２１ 電圧電極
２２ 捕集電極
２３ 取付け棒
２４ 取付け絶縁体
２５ 導電性被覆
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部に記載されている集塵装置と、請求項２５の導入部に記載されている自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス流から粒子を除去するために、一般に、様々な種類の電気フィルタが用いられている。電子フィルタは、サブミクロン粒子、特に直径０．３μｍの粒子を除去して空気を清浄にすることを、従来のフィルタよりも効率的に行わせる。その基本原理は、例えばコロナ放電を用いて、これらの粒子を帯電させることである。その後、これらの帯電粒子を、電界を用いて捕集する。例えば、単段電気フィルタ、すなわち同一ユニット内で、これらの粒子を帯電させて捕集するようになっている電気フィルタが、発電所、および他の処理排出物清浄用途に用いられている。２段電気フィルタでは、別の荷電部分において荷電（帯電）が行われ、また、別の捕集ユニットにおいて、帯電粒子の捕集が行われる。
【０００３】
自動車の用途では、運転席の空気を清浄にするために、しばしば機械フィルタだけが用いられてきた。しかし、目標が、車内の空気をさらにきれいにすることであるときには、電気フィルタによる解決策が求められてきた。しかし、自動車の用途では、このソリューションに非常に高い要求が課せられる。なぜなら、自動車の用途では、他の用途ではあまり発生しないような振動や湿度や温度の変動がしばしばあるからである。さらに、自動車は、集塵装置のために利用できるスペースが限られていることが多く、利用できる電力もまた限られている。
【０００４】
特許文献１は、２段電気フィルタを備える空気清浄装置を開示している。この解決策では、空気清浄装置の様々な構造物は、相当のスペースを必要とし、そのため、特許文献１に開示されている空気清浄装置を車内に設置するためには、自動車の設計の際に考慮に入れておかなければならない。また、この空気清浄装置は、必ずしも、すべての自動車に設置できるとは限らない。
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第５，４５４，８５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主目的は、例えば、自動車用の小型で効率的、かつ容易に製造できる集塵装置を提供することである。
【０００７】
この目的を達成するために、本発明による集塵装置は、請求項１の特徴部分に記載される事項を、主な特徴としている。さらに、本発明による自動車は、請求項２５の特徴部分に記載される事項を主な特徴としている。他の従属請求項は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を示している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基本的な思想は、少なくとも、清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるように構成された荷電ユニットと、これらの帯電粒子を捕集するように構成された捕集ユニットとを備える集塵装置を形成することである。この捕集ユニットは、電圧電極である第１の組の第１の電極板と、捕集電極である第２の組の第２の電極板とを備えている。さらに、流れ方向における本発明による集塵装置の電極板の寸法は、この流れ方向と直交する方向における電極板の長さよりも短く、また、その電極板を支えるために、その流れ方向に、電極板の表面の方向が変わっている。
【０００９】
本発明は、電気フィルタに特有の手法、すなわち、コロナ放電を用いる粒子の帯電と、いわゆる電気フィルタセル（filter cell）を用いる帯電粒子の捕集とに基づいている電気式集塵装置に関する。この新たなフィルタは、電気フィルタセルの性質を著しく向上させる。特に、例えば彎曲電極などの異形電極（shaped electrode）を用いれば、材料が非常に薄いフィルタセルを実現することができる。この構造物を用いれば、電極間の間隔が非常に短いフィルタセル（すなわち、小さい体積に合わせて、大きい捕集面積とすることができる）を実現することができる。
【００１０】
安定した構造物により、これらの電極の取付けは、もっぱら、フィルタセルの端部に集中させることができる。新たな手法を用いて、電極を取り付ければ、高圧絶縁体が汚損の影響を受ける大きさを最小限とし、かつ、高圧絶縁体を、フィルタセルの端縁部に取り付け、そこで、これらの高圧絶縁体の汚損防御処置を利用することが可能となる。この新たなセル構造物は、また、非金属製の電極材料の使用を容易とする。これらの非金属製電極材料を用いれば、電気フィルタに特有の絶縁破壊の感受性を大幅に減らすことができ、またフィルタセルの信頼性を向上させることもできる。
【００１１】
このフィルタは、主として、車内運転席の空気を清浄にすることを主な目的としているが、このフィルタの様々な用途として、他の空気清浄用途（室内空気清浄器用、また特定場所向け供給空気用のフィルタ）にも広く用いることができる。
【００１２】
本発明の様々な応用例により、効率的で、信頼でき、圧力損失が小さく、かつ狭いスペースにもきちんと収まるように、このフィルタを得ることができる。このフィルタのもっとも有意な利点として、高い捕集効率、非常に小さい圧力損失、小さい寸法を挙げることができる。使用者の観点から、有意な利点とは、フィルタ用に利用できるスペースが非常に小さく、また、清浄にされる空気流が、このスペースに比して多量であるときでも、効率的に空気を清浄にできることである。
【００１３】
彎曲し、折り曲げられた様々な電極を用いれば、空気が、フィルタユニット、すなわち捕集ユニットを通過するときに、流れ方向が変わるような構造物を形成することが可能である。この性質は、とりわけ、使用可能なスペースがほとんどなく、またエアコン装置が、電気フィルタには好都合なまっすぐな流路部分を形成できないくらい複雑な形状である自動車への用途において、きわめて有益である。方向を変える流路の一部として、電気フィルタを統合できるため、複雑で、かつ細長いエアコン装置内に、電気フィルタを設けることが、事実上容易となる。
【００１４】
さらに、この電気フィルタは、サブミクロン粒子、特に直径０．３μｍの粒子を除去して空気を清浄にすることを、従来のフィルタに比して、より効率的に行わせる。サブミクロン粒子に対して、機械処理により粒子を阻止する従来フィルタの効率は、２０％〜４０％であるが、この電子フィルタの効率は、６０％〜８０％である。
【００１５】
設計上の理由により、捕集ユニットの初期効率は低い（２２５ｍ3／ｈにおいて１０Ｐａ〜２０Ｐａ）。捕集ユニットの電極は、捕集ユニットの目詰まりを防止するために、空気流と平行に配置されている。捕集ユニットの透過性は、耐用期間の間、ずっと安定しており、また、システム全体の圧力降下は、ほぼ一定であって、それにより、この集塵装置の寿命が長くなる。標準の不織フィルタの透過性は、使用とともに高い圧力降下を招き、これにより、そのメンテナンスが定められる。この集塵装置は小型であり、自動車には、好ましく適用することができる。
【００１６】
以下、添付図を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１７】
わかりやすくするために、添附の図面は、本発明を理解するのに必要な細部だけを示している。本発明を理解するのに必要ではないが、当業者には明らかである構造物および細部は、本発明の特徴を強調するために、これらの図から省略されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明による集塵装置の断面を示している。この断面は、清浄にされる空気の流れ方向Ｆの方向にある。すなわち、この集塵装置は、この流れ方向と直交する方向から示されている。
【００１９】
自動車のエアコンユニットの空気流は、５０ｍ3／ｈ〜６００ｍ3／ｈの範囲にある。快適な空気流は、１００ｍ3／ｈ〜２５０ｍ3／ｈである。一例として、自動車分野の集塵装置は、４ｄｍ2〜１２ｄｍ2の範囲内の前面面積を有し、かつ、清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるようになっている荷電ユニット１と、これらの帯電粒子を捕集するようになっている捕集ユニット２とを、少なくとも備えている。荷電ユニット１は、いくつかのプレートと電線から成っている。
【００２０】
さらに、捕集ユニット２、すなわちフィルタセルは、２種類の電極、すなわち電圧電極２１と捕集電極２２を備えている。フィルタセル２では、電圧電極２１と捕集電極２２は、２枚の電圧電極の間に１枚の捕集電極２２がくるように、互いに交互になっている。フィルタセル２の例は、流れ方向から見た図２に示されている。図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるフィルタセル２の断面を示している。
【００２１】
自動車用に利用できるスペースが小さいため、この集塵装置の寸法を、従来の電気フィルタの場合とは実質的に異なるようにすることが必要である。動作の観点から、フィルタセル２をできるだけ薄くしておくことができれば、有利である（流れ方向Ｆ（幅ｗ）におけるフィルタセル２の最小厚さは１０ｍｍであり、また、一例では、フィルタ・セル２の厚さは、約２５ｍｍである）。
【００２２】
電極板２１、電極板２２の長さＩは、５０ｍｍ〜１００ｍｍである。しかし、フィルタセル２の捕集面積は、所要の分離能力に達することができるように、充分大きくなければならない。そのため、とりわけ電極（２１、２２）の形状、電極の取付け、電気結合、材料、荷電装置１、遮蔽に関して、本発明によると、新たな解決策が提供されている。以下の説明において、この解決策を組み合わせて、様々な態様を実現できることについて、詳しく説明する。
【００２３】
電圧制御形電源は、電極２１と電極２２との間に電界を発生させる。この電源の公称出力電圧値は、１．５ｋＶ〜３ｋＶであり、好ましくは、２ｋＶ（＋／−１０％）である。その出力電流は、０．１ｍＡよりも小さい。この流れ方向における捕集ユニット２の最小厚さは、１０ｍｍである。２２５ｍ3／ｈの快適な空気流では、捕集ユニット２の厚さは、２５ｍｍまで増やされる。電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄは、１．７ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲内にあり、とりわけ約２ｍｍが好ましい。
電極の形状
【００２４】
フィルタセル２の捕集面積は、電極２１、２２の数と、これらの電極の寸法（すなわち、電極の作用面積）の影響を受ける。さらに、電極２１、２２の面積は、使えるようになっているスペースにより制限される。ただし、このスペースは、代表的な自動車では、非常に限られている。
【００２５】
目標が、できるだけ薄いフィルタ構造物２であるときには、電極２１、２２は、流れ方向Ｆよりも横断方向の方が著しく長い。すなわち、電極板の長さＩが、電極板の幅ｗよりも長い。さらに、フィルタセル２の電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄを非常に短くして、できるだけ多くの電極をフィルタセル２に配置することにより、フィルタ内で、充分に大きい捕集面積を形成させる。
【００２６】
フィルタセル２の電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄは、その用途に応じて、１ｍｍ〜７ｍｍである。一応用例では、電圧電極２１と捕集電極２２との間隔ｄは、１．７ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲内にあり、特に約２ｍｍである。したがって、フィルタセル２に使用される電極２１、２２は、非常に薄くなければならない。また、それらの電極の機械的剛性は、これらの電極の間隔ｄを、非常に厳密な限度内に保てるくらい、大でなければならない。
【００２７】
流れ方向Ｆに異形の電極２１、２２を使用することにより、充分な剛性が得られる。また、流れ方向Ｆにおいて、異形電極２１、２２の表面方向が変わる。有利な一応用例では、彎曲電極２１、２２は、図４に示す通りに使用される。この彎曲形状を用いると、非常に安定した構造物に、非常に薄いプレート（１ｍｍよりも薄い）により得られる。一応用例では、電極２１、２２の厚さは、約０．２ｍｍにすぎない。
【００２８】
図５に示す他の実施形態では、電極板２１、２２の表面の方向は、流れ方向Ｆの１地点において急に変わる。その場合、電極板２１、２２には、ある種の折り目がある。図６による第３の応用例では、電極板２１、２２には、いくつかの折り目がある。電極板２１、２２を、折り目と彎曲部分を両方とも含むように形づくることも可能である。彎曲し、折り曲げられた様々な電極２１、２２を用いれば、空気が、フィルタユニット２、すなわち、捕集ユニットを通過するときに流れ方向Ｆ（図４）が変わるような構造物を得ることが可能である。
【００２９】
方向を変える流路の一部として、電気フィルタを統合すると、複雑で、かつ細長いエアコン装置内に、電気フィルタを設けることが容易となる。その上、この彎曲形状は、電極２１、２２に付着された粒子の慣性力を支持する。
【００３０】
所要の剛性を発揮させるための折り目の必要な曲率、または角度は、その用途によって決められる。これは、とりわけ、電極２１、２２の長さＩ、電極２１、２２の幅ｗ、電極２１、２２の相互間隔ｄ、材料、材料の厚さの影響を受ける。
【００３１】
本発明は、彎曲し、折り曲げられた電極２１、２２のみに限定されない。電極２１、２２は、平板状のこともある。
電極の取付け
【００３２】
彎曲し、折り曲げられた電極２１、２２を有する安定したセル構造物２を用いれば、従来の電気フィルタ構造物の別の実質的な技術的改良を達成することができる。この安定した構造物を用いると、電極２１、２２の取付け構造物２３は、例えば図２に示すように、もっぱらフィルタセルの端縁エリアに集中している。このようにして、フィルタセル内には、取付け構造物も支持構造物もなく、それにより、流れや分離能力が妨げられないような電気フィルタセル２を得ることが可能となる。
【００３３】
有利な一応用例では、電極２１、２２は、電圧電極と捕集電極を、別々の取付け構造物２３に取り付けられる。例えば、取付け棒などの取付け構造物２３は、例えばプラスチックなどの適切な材料でできている。図７は、捕集電極２２と電圧電極２１の側面外形の基本ソリューションを示している。図７に示すように、捕集電極２２と電圧電極２１は、別々の取付け棒２３を備えている。
【００３４】
電圧電極２１と捕集電極２２との間で安定した取付けをしなければならない。また、この取付けの電気特性は、あらゆる状態で、引き続き良好でなければならない。この取付けは、様々なやり方で実施できる。一例では、同時に、電圧電極２１と捕集電極２２との間で、電気絶縁体として同時に働く取付け絶縁体２４が、例えば図２に示すように、一番外の２つの電極対の間に、すなわち、フィルタセル２の端縁に付けられている。フィルタセル２の端縁の取付け絶縁体２４は、汚損からまったく効果的に保護される。さらに、必要であれば、上記絶縁体への小電力加熱を目標とすることも可能である。このような加熱は、湿気が取付け絶縁体２４の表面上で凝縮しないようにする。
（電気結合）
【００３５】
フィルタセル２の電極２１、２２の電気結合は、様々な方法で実施できる。この結合において、従来の配線構造物や接合構造物を使用することが可能である。この結合は、例えば一部導電性の撓み材料を用いても実施できる。この撓み材料は、フィルタセル２の両端縁上に、例えば中央の２つの取付け棒２３の間に取り付けられる。
電極材料
【００３６】
安定したセル構造物により、非金属製で、かつ異なる一部導電性の電極材料の使用も容易となる。電気フィルタセルの信頼性と、電気絶縁破壊の排除に関して、これらの金属電極は、あらゆる場合に、最高のソリューションではない。適切な導電率を持つ材料を用いれば、起こり得る絶縁破壊により発生する放電の流れをできるだけ小さくし、したがって、電気フィルタに特有のスパークを排除することができる。
【００３７】
その一方、電気フィルタセルで捕集されるダストの量は、捕集された粒子の塊が、電圧電極と捕集電極との間に「ブリッジ」を形成するくらい多くなることがある。そのため、このように望まれない接触により、電極間に局部短絡ブリッジが形成されることもある。金属電極の場合には、この短絡により、電極の全域にわたって電界が弱まる。一部導電性の電極の場合には、この短絡により、その電界は、明確に限定された部位だけが弱くなり、それゆえ、分離能力がほんのわずかだけが弱まるにすぎない。
【００３８】
構成要素の老化や異なる条件にもかかわらず、電圧を安定させておくために、好ましくは電圧制御形発電機が用いられる。電極２１、２２上にダストがある場合には、その電源で電圧を上げれば、捕集ユニット２の効率を高めることができる。
【００３９】
図８は、フィルタ・セル２の信頼性を大幅に向上させるソリューションを示している。電極２１、２２は、絶縁体の材料か、あるいは何らかの一部導電性の材料で製造されている。絶縁体の材料の場合には、表面仕上げを用いて、適切な導電率を実現することができる。電極２１、２２の表面上に、導電性被覆２５を付加することが可能である。この導電性被覆２５を用いれば、必要な電位を、この電極の断面全体にわたって、効率的に分布させることができる。
【００４０】
図８によるソリューションでは、電圧電極２１と捕集電極２２の導電部分との間隔が長いか、あるいは、これらの導電部分間に絶縁体の材料（あるいは、一部導電性の材料）があることが重要である。
【００４１】
可能なソリューションは、図９に示すやり方で、導電性の電極、あるいは部分的にのみ導電性の電極を使用することである。この場合、１つ置きの電極２２が、導電性材料（例えば、アルミニウム）で製造され、また、１つ置きの電極２１が、一部導電性材料（例えばプラスチックまたは紙をベースとする態様）で製造されている。このような場合、導電性電極２２は、捕集電極として働き、また、一部導電性の電極２１は、電圧電極として働く。すなわち、これらの電極間の電界の方向は、帯電粒子を捕集電極に運ぶような方向である。
【００４２】
原理的には、この状況は、逆になることもあろう。すなわち、電界の方向が逆向きとなり、その場合、上に示された電圧電極２１にて、粒子の捕集が行われることになり、したがって、電圧電極２１が捕集電極２２として働くことになる。この例の機能の前調整は、適正に決められるその材料の導電率、すなわち、電極２１と電極２２との間で、必要な電界を形成するのに充分大きい導電率を有する。
【００４３】
電極２１、２２はまた、導電率以外において、異なる性質を備えていることもある。一例では、電極２１、２２は、所望のガスを吸着する材料でできている。さらに、他の例では、電極２１、２２は、所望のガスを吸着する材料で被覆されている。
荷電装置
【００４４】
荷電ユニット１は、いくつかのプレートと電線の連続体から成っている。これらのプレートと電線との間隔は、この集塵装置の空気透磁率と詳細な幾何形状によって決まる。この実施形態では、その間隔は、８ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。接地電極であるプレートの幅は、８ｍｍよりも大きく、好ましくは１０ｍｍである。これらの電線は、直径が０．０７ｍｍ〜０．２ｍｍ（好ましくは、０．１５ｍｍ）である放電電極であって、タングステン線である。この流れ方向における荷電ユニット１の厚さは１０ｍｍである。
【００４５】
老化に対して安定した性能を保つために、電流制御形発電機が使用される。このことは、電線とプレート上にダストがある場合に、電流を大きくして、電界を安定状態に保ち、かつ荷電ユニット１の効率を高めることができることを意味する。
【００４６】
この公称出力電流値は、０．５ｍＡ〜１ｍＡであり、好ましくは０．７５ｍＡ（＋／−１０％）である。その出力電圧は、５ｋＶ〜７ｋＶの範囲内にあり、好ましくは５．０ｋＶ〜５．７ｋＶである。
【００４７】
自動車の用途では、このフィルタ用に確保されるスペースは、非常に狭いことが多い。それゆえ、できるだけ狭いスペース内で、必要なすべての部分を統合することが、主な関心事である。そのため、例えばコロナ荷電装置のように、電気フィルタを装備した空気ろ過装置に組み入れられることの多い荷電装置１も、できるだけ狭いスペースにきちんと嵌まるようにされる。実際には、このことは、コロナ荷電装置１を、できるだけ捕集セル２の近くに配置するのが有利であることを意味する。
【００４８】
コロナ荷電装置１の近傍も、以下に述べられるやり方で利用できる。コロナ電極１１が捕集セル２に充分近くにあると、コロナ電極から釈放されたコロナ流（＝イオン流）を、捕集セルの電圧入力部に利用できる。原理的には、捕集セル２の電圧電極２１を、「浮動状態」にしておくことができる。このような場合、電圧電極２１は、実際には、電気的に何にも結合されない。
【００４９】
すなわち、図１０に示す結合では、電圧電極２１は、いかなる電源にも結合されない。したがって、コロナ流の影響のもとに、電圧電極２１の電位は、高圧絶縁体の地電流、および、電圧電極２１と、さらに低い電位、例えば地電位につながれた捕集電極２２との間の部分放電によって決まるレベルにとどまる。原理的には、このようなやり方で、捕集セルの電極２１と電極２２との電位差を最大レベルまで高めることが可能である。
【００５０】
さらに、電圧電極２１と捕集電極２２を、負荷抵抗を介して地電位に結合することも可能である。このような場合、電極（２１、２２）の電位は、コロナ流および負荷抵抗に基づいて決定される。もちろん、電圧電極２１と捕集電極２２も電源に結合できる。このような場合、電極（２１、２２）の電位は、主として、上記電圧入力に基づいて決定される。双方の場合に、電圧電極２１と捕集電極２２との電位差を、適正なレベルに保たなければならない。
【００５１】
一応用例では、コロナ流を制御することも可能である。上記電極がコロナ電極１１に近く、また、上記電極の極性が、コロナ放電の極性と同一であることにより、該当する方向へのコロナ放電の強さが制限される。或る場合には、コロナ電極１１と、ほぼゼロである電圧電極２１との間のコロナ流を制御することが可能である。したがって、このコロナ放電は、主として放電装置１の他の部分、一般にコロナ電極１１と、その対極１２との間のスペースに限定される。
【００５２】
捕集セル２全体の電位を適正なレベルまで上昇させる場合、すなわち、捕集電極２２と電圧電極２１の双方が、コロナ放電と同一極性の電圧を与えられている場合に、コロナ放電の制御を、もっとも効率的に達成できる。捕集電極２２と電圧電極２１との電位差は、もちろん、適正なレベルに保たれなければならない。例えば、コロナ放電装置１の電力消費およびオゾン発生を最小限に抑えているときに、コロナ流を減らせることが必要である場合もある。
【００５３】
コロナ電極１１と捕集セル２との電位差は、当然、逆のやり方でも利用できる。すなわち、電極（２１、２２）に連絡されている電圧の極性を逆にすることにより、捕集セル２の方向へのコロナ放電を強めることができる。
前置フィルタ
【００５４】
自動車の用途では、小さい粒子の空気を清浄にすることを目的としているときに、電気フィルタを使用することは、有益である。従来のろ過手法を用いると、優れた捕集効率に達することが非常に困難である。なぜなら、このフィルタ用に確保されたスペースは小さく、このフィルタの圧力差が大きくなり得ないからである。その一方、車内運転席の供給空気は、また、捕集セルの前部に捕集される多数の大きな粒子も含んでいる。
【００５５】
さらに、この供給空気中には、とりわけ虫や水滴もあることがある。これらの虫や水滴は、捕集セル上にたまっているときに、短絡または余分の地電流を発生させるかもしれない。少量のオゾンを発生させることも、電気フィルタに特有のものである。このようなオゾンは、一般に、例えば活性炭フィルタを用いて、ろ過しなければならない。
【００５６】
図１１は、特にこの供給空気中に多量の粗なダスト、虫、水滴がある場合に、電気フィルタの信頼性を高めさせるソリューションを示している。このソリューションでは、機械フィルタ３が、このシステムの上流に（空気入口）、または少なくとも捕集セル２の上流に、例えばコロナ荷電装置１と捕集セル２との間に設けられる。機械フィルタ３は、例えば、粒子とガス不純物の両方に対する分離能力を特徴とする活性炭フィルタ、あるいは、いわゆるコンポジットフィルタである。
【００５７】
この場合、機械フィルタ３の仕事は、当然、大きな粒子の大部分、およびコロナ放電において生じたオゾンを除去することである。さらに、機械フィルタ３の仕事は、寸法が１ｍｍ以上の範囲内にあるあらゆる大きな物質、虫、水滴、すなわち電気フィルタの適正な動作に有害となるようなものを、空気から分離することでもある。さらに、機械フィルタ３は、高電圧コロナ電極１１と、さらに低い電位または逆の電位にある捕集セル２との間に位置づけられることも留意されたい。したがって、電界がフィルタ３内に形成され、それにより、粒子の付着が強められる。
【００５８】
機械フィルタ３はまた、コロナ荷電装置１と一体化され、かつ金属網として形成されるが、その場合、機械フィルタ３により、コロナ効果は強められる。機械フィルタ３はまた、プラスチック製の網目格子から成るか、あるいは一般に、任意の不織材料でできていることもある。フィルタ３は、圧力降下の影響がきわめて小さくなければならない。
【００５９】
薄い一部導電性のフィルタ層またはネットを、機械フィルタとして、あるいは機械フィルタの代わりに使用しているときに、このしゃへい目的に加えて、上記構造物を、電気コンタクトとして、すなわち、例えば図１２に示されるように、例えば電圧電極２１に対して、適切な電気コンタクトを得させる構造物として利用することもできる。このソリューションは、一部導電性の電極材料を使用しているときに、有利なソリューションとなる可能性がもっとも高い。
【００６０】
本発明による集塵装置は、主として、車内運転席の空気を清浄にすることを目的としている。図１３は、自動車において、自動車の空気入口に関連して、集塵装置の場所を、おおむね示している。上に取り上げられた集塵装置ソリューションの様々な用途は、例えば様々な室内空気清浄器や、特定場所向けの供給空気フィルタのように、他の集塵装置用途においても、いくつかの適用可能性を持っている。
【００６１】
一応用例において、捕集ユニット２の電極板２１と、電極板２２との間に残っている不純物は、ほんのしばらく、これらの電極に高電位差をもたらすことにより、除去される。除去可能な不純物（ごみ、虫など）は焼き取られる。さらに、他の応用例では、捕集ユニット２が、オゾンで殺菌される。オゾンは、有利には、コロナ放電装置により発生する。いくつかの自動車用途では、上述の焼き取り、または殺菌は、自動車が停止した後、遅れて行われる。このような場合、乗客は、好都合にも、自動車からすでに去っている。
【００６２】
さらに、フィルタ３を使用して、空気流を広げれば、荷電ユニット１の効率は高められることに留意されたい。
【００６３】
さらに、空気流の方向Ｆにおいて、捕集ユニット２の下流に配置された追加の後置フィルタ４は、捕集ユニット２から解放された凝集した粒子を捕集できる（図１１）。後置フィルタ４はまた、電気フィルタにより発生した少量のオゾンも除去することになる。後置フィルタ４は、例えば、活性炭フィルタまたはコンポジットフィルタであることもある。好ましくは、後置フィルタ４は、最小前面面積が４ｄｍ2であり、また最小厚さが２０ｍｍである。この炭素密度は、２００ｇ／ｍ2〜１００ｇ／ｍ2の範囲内にある。
【００６４】
本発明を一般化するために、この集塵装置は、接地電極と電圧電極を含む。それぞれの電極は、アースまたは電源に結合されることもある。この電極の電圧に応じて、粒子が、この電極により引き付けられるか、あるいは押し戻される。同様に、本発明の主な原理は、粒子に電荷を与えることと関係がある。
【００６５】
以上本発明を、特定の種類の電極材料を用いるものとして説明した。この材料らは、金属、あるいは非金属であることもある。これらの電極は、一部導電性または全部導電性の材料であるか、あるいは絶縁材料であることがある。
【００６６】
この集塵装置の諸要素は、順次に取り付けられることもある。別法として、この集塵装置は、あらかじめ組み立てられたユニットとして構成されることもある。
【００６７】
上に取り上げられた本発明の様々な実施形態に関連して開示した態様および構造物を、様々なやり方で組み合わせれば、本発明の精神により、様々な実施形態を生み出すことが可能である。それゆえ、上に取り上げた例は、本発明を限定するものと解してはならず、本発明の実施形態は、本明細書中に併記される特許請求の範囲に示されている本発明の特徴の範囲内で、自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による集塵装置の断面を示す。
【図２】流れ方向からのフィルタ・セルを示す。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるフィルタ・セルの断面を示す。
【図４】第１の実施形態による２つの隣り合った電極の断面を示す。
【図５】第２の実施形態による２つの隣り合った電極の断面を示す。
【図６】第３の実施形態による２つの隣り合った電極の断面を示す。
【図７】捕集電極と電圧電極の側面外形のソリューションを示す。
【図８】捕集電極と電圧電極のソリューションを示す。
【図９】捕集電極と電圧電極の別のソリューションを示す。
【図１０】集塵装置の原理を示す。
【図１１】前置フィルタと後置フィルタを装備した集塵装置の原理を示す。
【図１２】前置フィルタを装備した集塵装置の別の原理を示す。
【図１３】集塵装置を装備した自動車を示す。
【符号の説明】
【００６９】
１ 荷電ユニット
２ 捕集ユニット
３ 前置フィルタ
４ 後置フィルタ
１１ コロナ電極
１２ 対極
２１ 電圧電極
２２ 捕集電極
２３ 取付け棒
２４ 取付け絶縁体
２５ 導電性被覆
【特許請求の範囲】
【請求項１】
清浄にしようとする空気流中の粒子を帯電させるようになっている荷電ユニット（１）と、前記帯電粒子を捕集するようになっている捕集ユニット（２）とを有し、
前記捕集ユニット（２）は、
電圧電極である第１の組の第１の電極板（２１）と、
捕集電極である第２の組の第２の電極板（２２）とを含む集塵装置であって、
流れ方向（Ｆ）における前記電極板（２１、２２）の幅（ｗ）が、前記流れ方向に垂直な方向における前記電極板の長さ（Ｉ）よりも短く、また、前記電極板を支えるために、前記電極板の表面の方向が、前記流れ方向に変わっていることを特徴とする集塵装置。
【請求項２】
前記電極板（２１、２２）は、非金属材料でできていることを特徴とする請求項１に記載の集塵装置。
【請求項３】
前記電極板（２１、２２）は、導電性被覆で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の集塵装置。
【請求項４】
前記電極板（２１、２２）は、吸着材料でできていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項５】
前記電極板（２１、２２）は、それらの端部からのみ取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項６】
隣り合った電極板（２１、２２）の間隔（ｄ）は、１ｍｍ〜７ｍｍの範囲内、好ましくは１．７ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲内、さらに好ましくは約２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項７】
電極板（２１、２２）の厚さは、約１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項８】
前記流れ方向（Ｆ）における電極板（２１、２２）の幅（ｗ）は、１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項９】
前記荷電ユニット（１）の幅（ｗ）は、１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１０】
前記電極板（２１、２２）の長さ（Ｉ）は、５０ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１１】
前記電極板（２１、２２）が彎曲していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１２】
前記電極板（２１、２２）が平板状であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１３】
前記電極板（２１、２２）が折り曲げられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１４】
前記空気流方向（Ｆ）において、前記荷電ユニット（１）と前記捕集ユニット（２）との間に、前置フィルタ（３）が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１５】
前置フィルタ（３）は、前記電圧電極（２１）に対して電気コンタクトを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の集塵装置。
【請求項１６】
コロナ電極（１１）は、捕集ユニット（２）に対して電位差をもたらすように構成されているコロナ荷電装置（１）を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１７】
前記電圧電極（２１）が浮動していることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１８】
前記電圧電極（２１）のそれぞれが、関連する電源に接続されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１９】
電位を使用して、荷電ユニット（１）中のコロナ放電を強めるか、あるいは弱めることのできる捕集ユニット（２）を含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２０】
荷電ユニット（１）用の電流調整形電源を含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２１】
前記捕集ユニット（２）の公称出力電圧値が、１．５ｋＶ〜３ｋＶの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２２】
電圧電極（２１）用の電圧調整形電源を含むことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２３】
荷電ユニット（１）の公称出力電流値が、０．５ｍＡ〜１ｍＡの範囲内にあり、また、前記出力電圧範囲が、５ｋＶ〜７ｋＶであることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２４】
前記空気流の方向（Ｆ）において、前記捕集ユニット（２）の下流に位置づけられる後置フィルタ（４）を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２５】
清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるように構成された荷電ユニット（１）と、前記帯電粒子を捕集するように構成された捕集ユニット（２）とを、
少なくとも含み、さらに、前記捕集ユニット（２）が、
電圧電極である第１の組の第１の電極板（２１）と、
捕集電極である第２の組の第２の電極板（２２）とを含む少なくとも１つの集塵装置であって、
流れ方向（Ｆ）における前記電極板（２１、２２）の幅（ｗ）は、前記流れ方向に垂直な方向における前記電極板の長さ（Ｉ）よりも短く、また、前記電極板を支えるために、前記電極板の表面の方向が、前記流れ方向に変わっていることを特徴とする集塵装置を備える自動車。
【請求項１】
清浄にしようとする空気流中の粒子を帯電させるようになっている荷電ユニット（１）と、前記帯電粒子を捕集するようになっている捕集ユニット（２）とを有し、
前記捕集ユニット（２）は、
電圧電極である第１の組の第１の電極板（２１）と、
捕集電極である第２の組の第２の電極板（２２）とを含む集塵装置であって、
流れ方向（Ｆ）における前記電極板（２１、２２）の幅（ｗ）が、前記流れ方向に垂直な方向における前記電極板の長さ（Ｉ）よりも短く、また、前記電極板を支えるために、前記電極板の表面の方向が、前記流れ方向に変わっていることを特徴とする集塵装置。
【請求項２】
前記電極板（２１、２２）は、非金属材料でできていることを特徴とする請求項１に記載の集塵装置。
【請求項３】
前記電極板（２１、２２）は、導電性被覆で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の集塵装置。
【請求項４】
前記電極板（２１、２２）は、吸着材料でできていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項５】
前記電極板（２１、２２）は、それらの端部からのみ取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項６】
隣り合った電極板（２１、２２）の間隔（ｄ）は、１ｍｍ〜７ｍｍの範囲内、好ましくは１．７ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲内、さらに好ましくは約２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項７】
電極板（２１、２２）の厚さは、約１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項８】
前記流れ方向（Ｆ）における電極板（２１、２２）の幅（ｗ）は、１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項９】
前記荷電ユニット（１）の幅（ｗ）は、１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１０】
前記電極板（２１、２２）の長さ（Ｉ）は、５０ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１１】
前記電極板（２１、２２）が彎曲していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１２】
前記電極板（２１、２２）が平板状であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１３】
前記電極板（２１、２２）が折り曲げられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１４】
前記空気流方向（Ｆ）において、前記荷電ユニット（１）と前記捕集ユニット（２）との間に、前置フィルタ（３）が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１５】
前置フィルタ（３）は、前記電圧電極（２１）に対して電気コンタクトを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の集塵装置。
【請求項１６】
コロナ電極（１１）は、捕集ユニット（２）に対して電位差をもたらすように構成されているコロナ荷電装置（１）を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１７】
前記電圧電極（２１）が浮動していることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１８】
前記電圧電極（２１）のそれぞれが、関連する電源に接続されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項１９】
電位を使用して、荷電ユニット（１）中のコロナ放電を強めるか、あるいは弱めることのできる捕集ユニット（２）を含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２０】
荷電ユニット（１）用の電流調整形電源を含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２１】
前記捕集ユニット（２）の公称出力電圧値が、１．５ｋＶ〜３ｋＶの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２２】
電圧電極（２１）用の電圧調整形電源を含むことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２３】
荷電ユニット（１）の公称出力電流値が、０．５ｍＡ〜１ｍＡの範囲内にあり、また、前記出力電圧範囲が、５ｋＶ〜７ｋＶであることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２４】
前記空気流の方向（Ｆ）において、前記捕集ユニット（２）の下流に位置づけられる後置フィルタ（４）を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の集塵装置。
【請求項２５】
清浄にされる空気流中の粒子を帯電させるように構成された荷電ユニット（１）と、前記帯電粒子を捕集するように構成された捕集ユニット（２）とを、
少なくとも含み、さらに、前記捕集ユニット（２）が、
電圧電極である第１の組の第１の電極板（２１）と、
捕集電極である第２の組の第２の電極板（２２）とを含む少なくとも１つの集塵装置であって、
流れ方向（Ｆ）における前記電極板（２１、２２）の幅（ｗ）は、前記流れ方向に垂直な方向における前記電極板の長さ（Ｉ）よりも短く、また、前記電極板を支えるために、前記電極板の表面の方向が、前記流れ方向に変わっていることを特徴とする集塵装置を備える自動車。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１５５０８９（Ｐ２００８−１５５０８９Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３４４４２９（Ｐ２００６−３４４４２９）
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（５０５１１３６３２）ヴァレオ システム テルミク (81)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４４４２９（Ｐ２００６−３４４４２９）
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（５０５１１３６３２）ヴァレオ システム テルミク (81)
【Ｆターム（参考）】
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