JP2006281135A - 集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯電された塵埃が集塵装置外に流出しなくなる集塵装置を実現する。
【解決手段】 放電電極２１と対向電極２２とを有し、放電電極２１を通過した塵埃をコロナ放電により帯電させる放電部２と、放電部２で帯電された塵埃を捕集する捕集部３と、所定の時間間隔で正電位と負電位に切り換えて放電部２に高電圧を印加する高電圧発生回路５とを備える集塵装置において、高電圧発生回路５は、放電部２を通過する風量が最大のときに、正電位と負電位との切り換え周期が放電部２から捕集部３に塵埃が達する時間以下に設定されるとともに、印加電圧の中心値が正値である電圧によって設定される。これにより、帯電された塵埃が集塵装置外に流出しなくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塵埃にコロナ放電で帯電させて電気的に捕集する集塵装置に関するものであり、特に、帯電した塵埃の流出防止に関する。

従来、この種の集塵装置として、放電部で帯電させた塵埃が捕集部で確実に捕集するように放電部に印加する電圧を調整する技術が知られている。これは空気中に含まれる塵埃をコロナ放電により帯電させる放電部と、その下流側に設け帯電させた塵埃を捕集する捕集部と、その捕集部の電位に対して放電部の電位を所定の時間間隔で正電位と負電位とに切り換えて高電圧を印加する電圧印加手段とを備えている。

そして、帯電された塵埃の正の総電荷量と負の総電荷量とを等しくするために、電圧印加手段は正電位の期間と負電位の期間とを等しくし、正の電圧絶対値と負の電圧絶対値とを等しくするように放電部に電圧を印加している（特許文献１参照。）。
特開２００４−２３０２７７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、切り換えの周期を正電位の期間と負電位の期間とを等しくするのは問題がないが、切り換えの周期を決定するには各種の制約がある。例えば、切り換えの周期を極端に短くすると、捕集部に達する前に電荷が電気的に中和してしまい塵埃を捕集できなくなる。

また、切り換えの周期を長くすると、捕集部で捕集しきれずに集塵装置外に帯電された塵埃が流出してしまい集塵装置近傍の壁などを汚す問題がある。さらに、同じ集塵装置であっても風量が異なると、風量に応じた切り換えの周期を設定するように可変しなければならない煩わしさが伴う問題がある。

また、上記特許文献１によれば、正の電圧絶対値と負の電圧絶対値とを等しくすると良いと記載されているが、高倉一千らの著による静電気学会誌（Ｖｏ１．２５、Ｎｏ．２（２００１）ｐ．１０２−１０４）によれば、コロナ放電電流は負電位の方が大きくなりやすいため偏った極性の総電荷量を有する塵埃が生成されることで集塵装置外に塵埃が流出する問題がある。これにより、集塵装置外近傍の壁などが汚れやすい。

また、上記の他に一般的なろ過フィルタを用いる集塵装置では、空気中に含まれる微細な塵埃を除去するように構成すると、メッシュの細かいフィルタを用いることで通風抵抗が大きくなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、帯電された塵埃が集塵装置外に流出しなくなる集塵装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、放電電極（２１）と対向電極（２２）とを有し、放電電極（２１）を通過した塵埃をコロナ放電により帯電させる放電部（２）と、この放電部（２）で帯電された塵埃を捕集する捕集部（３）と、所定の時間間隔で正電位と負電位に切り換えて放電部（２）に高電圧を印加する電圧印加手段（５）とを備える集塵装置において、
電圧印加手段（５）は、放電部（２）を通過する風量が最大のときに、正電位と負電位との切り換え周期が放電部（２）から捕集部（３）に塵埃が達する時間以下に設定されるとともに、印加電圧の中心値が正値である電圧によって設定されることを特徴としている。

この発明によれば、正電位と負電位とにおけるコロナ放電電流の絶対値が等しくなることで、結果的に帯電された塵埃の正の総電荷量と負の総電荷量とがより等しく発生する。これにより、帯電された塵埃が互いに引き合うことで粗大化され捕集部（３）に捕集される。従って、帯電された塵埃が捕集部（３）を通過して集塵装置外に流出しにくい。

また、切り換え周期を放電部（２）から捕集部（３）に塵埃が達する時間以下とすることにより、上述した周期がこれよりも長くなることはないため帯電された塵埃が捕集部（３）を通過して集塵装置外に流出されることはない。従って、帯電された塵埃による集塵装置外近傍の壁などを汚すことはない。

請求項２に記載の発明では、電圧印加手段（５）は、放電部（２）に印加する電圧がサイン波、矩形波、三角波、もしくは山形波のいずれか一つの波形によって印加されることを特徴としている。この発明によれば、いずれの波形においても高電位もしくは負電位の高電圧を放電部（２）に出力できる。

請求項３に記載の発明では、捕集部（３）は、放電部（２）で帯電された塵埃を電気的に捕集するエレクトレットフィルタであることを特徴としている。この発明によれば、帯電された塵埃が確実に捕集部（３）で捕集できるとともに、放電部（２）で正負に帯電した塵埃が捕集部（３）に達する前に粗大化されているため、捕集部（３）がメッシュの粗いフィルタであっても微細な塵埃も除去できる。しかも、捕集部（３）側のメッシュを粗くすることができるため、通風抵抗を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明では、放電電極（２１）は針状に形成していることを特徴としている。この発明によれば、放電部（２）で帯電された塵埃の正の総電荷量と負の総電荷量とを等しく発生することがより確実にできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態における集塵装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は集塵装置１の全体構成を示す模式図、図２は放電部２の詳細形状を示す斜視図、図３は高電圧発生回路５より出力する印加電圧の出力特性を示す特性図である。

本実施形態の集塵装置１は、図１に示すように、空気通路を形成する筐体１１、その筐体１１内に空気流れを起こす送風手段１２、放電部２、捕集部３および電圧印加手段である高電圧発生回路５から構成している。

放電部２は、放電電極２１と対向電極２２とを有し、その両電極２１、２２間に高電圧を印加することで両電極２１、２２間にコロナ放電が発生することにより、放電電極２１を通過した空気中の微粒子である塵埃が正の電荷もしくは負の電荷に帯電される。

具体的には、図２に示すように、放電電極２１は導電体の材料で一定間隔を隔てて針状の電極を形成させ、対向電極２２は導電体の材料で板状に形成されている。そして、放電電極２１と対向電極２２とが一定の放電間隔を設けて通風路内に複数枚積層させて構成している。そして、放電電極２１側は電気回路２３を介して高電圧発生回路５の正側に接続され、対向電極２２側が高電圧発生回路５の正側に接続されている。

高電圧発生回路５は、両電極２１、２２間に高電圧（例えば、約５〜１０ＫＶ程度）を印加する電圧印加手段であって、その一端が直流電源となるバッテリ５１に接続している。本実施形態の高電圧発生回路５の出力特性は、図３に示すように、第１の特徴として所定の時間間隔（周期）で正電位と負電位に切り換えるとともに、その印加電圧の絶対値の中心値が正値となる印加電圧の波形がサイン波で出力するようにしている。

また、第２の特徴として、正電位と負電位との切り換え周期を、放電部２を通過する風量が最大のときに、放電部２から後述する捕集部３に塵埃が達する時間以下となるように設定している。これにより、両電極２１、２２間に発生するコロナ放電により放電電極２１を通過した塵埃が正もしくは負の電荷に帯電される。なお、これらの特徴については後述の作動で詳しく説明する。

本実施形態の捕集部３は、放電部２の空気流れの下流側に配設され、放電部２で帯電された塵埃を電気的に捕集するエレクトレットフィルタを用いている。このエレクトレットフィルタは、周知のように素材繊維がエレクトレット化していることで、静電気の作用によって効果的に放電部２で帯電された塵埃を捕集することができるものである。

また、この種のエレクトレットフィルタは、小さい圧力損失で高い集塵性能を有しているため、本実施形態のように、放電部２で正もしくは負に帯電された塵埃が捕集部３に達する前に互いに引き合って集合することで塵埃が粗大化されることでメッシュの粗いエレクトレットフィルタであっても微細な塵埃を捕集することができる。

言い換えれば、塵埃を帯電する放電部２と比較的粗いエレクトレットフィルタからなる捕集部３とを組み合わせることで、帯電された塵埃を確実に捕集部３で捕集することができる。

次に、以上の構成による集塵装置１の作動について説明する。送風手段１２を作動させることで筐体１内に空気が流れる。そして、放電部２において、正電位もしくは負電位のいずれか一方の高電圧（中心値が正側）が両電極２１、２２間に印加される。これにより、両電極２１、２２間にコロナ放電が発生する。

このコロナ放電により放電電極２１を通過した塵埃が正もしくは負に帯電される。ここで、高電圧出力回路５は、正電位の周期と負電位の周期とが等しくしているとともに、正電位もしくは負電位であっても印加電圧の中心値が正側にずれるように設定して出力することで、正負の放電電流の絶対値が等しくなる。これにより、正負のいずれかに帯電された塵埃が等しい数だけ発生することになる。

また、正電位と負電位との切り換える周期を最大風量のときに放電部２から捕集部３に塵埃が達する時間以下に設定してあることで、正もしくは負の電荷に帯電された塵埃が捕集部３に達する前に互いに引き合って集合することで粗大化されて捕集部３に捕集される。

これにより、正負のいずれかに帯電された塵埃が捕集部３を通過することはない。従って、帯電された塵埃が集塵装置１外に流出することもない。なお、帯電された塵埃が捕集部３に達する前に互いに引き合って粗大化されることで、捕集部３のメッシュが粗いタイプのエレクトレットフィルタでも良い。

なお、本実施形態では、捕集部３にエレクトレットフィルタを用いたが、これに限らず、ろ過タイプの中性能フィルタ、高性能フィルタを用いても良い。また、超高性能のＨＥＰＡフィルタを用いる集塵装置に放電部２とろ過タイプの中性能フィルタもしくは高性能フィルタとを組み合わせて配設しても良い。さらに、ろ過タイプの中性能フィルタ、高性能フィルタを単独で用いる集塵装置のときは放電部２と粗塵フィルタとを組み合わせて配設しても良い。

以上の一実施形態による集塵装置１によれば、高電圧発生回路５は、放電部２を通過する風量が最大のときに、正電位と負電位との切り換え周期が放電部２から捕集部３に塵埃が達する時間以下に設定されるとともに、印加電圧の中心値が正値である電圧によって設定するようにしている。

これにより、正電位と負電位とにおけるコロナ放電電流の絶対値が等しくなることで、結果的に帯電された塵埃の正の総電荷量と負の総電荷量とがより等しく発生する。これにより、帯電された塵埃が互いに引き合うことで粗大化され捕集部３に捕集される。従って、帯電された塵埃が捕集部３を通過して集塵装置１外に流出しにくい。

また、切り換え周期を放電部２から捕集部３に塵埃が達する時間以下とすることにより、設定した周期よりも長くなることはないため帯電された塵埃が捕集部３を通過して集塵装置１外に流出されることはない。従って、帯電された塵埃による集塵装置１外近傍の壁などを汚すことはない。

捕集部３に放電部２で帯電された塵埃を電気的に捕集するエレクトレットフィルタを用いることにより、帯電された塵埃が確実に捕集部３で捕集できるとともに、放電部２で正もしくは負に帯電した塵埃が捕集部３に達する前に粗大化されているため、捕集部３がメッシュの粗いフィルタであっても微細な塵埃も除去できる。しかも、捕集部３側のメッシュを粗くすることができるため通風抵抗を小さくすることができる。

また、放電電極２１を針状に形成していることにより、両電極２１、２２間で発生するコロナ放電がより安定するとともに、放電部２で帯電された塵埃の正の総電荷量と負の総電荷量とを等しく発生することがより確実にできる。

（他の実施形態）
以上の一実施形態では、両電極２１、２２間に印加する印加電圧を高電圧発生回路５によりサイン状の波形で出力したが、これに限らず、サイン状の波形の他に、図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示す波形の印加電圧でも良い。因みに、図４（ａ）は矩形波、図４（ｂ）は三角波、および図４（ｃ）は山型波である。

本発明の一実施形態における集塵装置１の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における放電部２の概略形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における高電圧発生回路５の出力電圧特性を示す特性図である。 （ａ）ないし（ｃ）は他の実施形態における高電圧発生回路５の出力電圧特性を示す特性図である。

符号の説明

２…放電部
３…捕集部
５…高電圧発生回路（電圧印加手段）
２１…放電電極
２２…対向電極

Claims (4)

1. 放電電極（２１）と対向電極（２２）とを有し、前記放電電極（２１）を通過した塵埃をコロナ放電により帯電させる放電部（２）と、
   前記放電部（２）で帯電された塵埃を捕集する捕集部（３）と、
   所定の時間間隔で正電位と負電位に切り換えて前記放電部（２）に高電圧を印加する電圧印加手段（５）とを備える集塵装置において、
   前記電圧印加手段（５）は、前記放電部（２）を通過する風量が最大のときに、正電位と負電位との切り換え周期が前記放電部（２）から前記捕集部（３）に塵埃が達する時間以下に設定されるとともに、前記印加電圧の中心値が正値である電圧によって設定されることを特徴とする集塵装置。
2. 前記電圧印加手段（５）は、前記放電部（２）に印加する電圧がサイン波、矩形波、三角波、もしくは山形波のいずれか一つの波形によって印加されることを特徴とする請求項１に記載の集塵装置。
3. 前記捕集部（３）は、前記放電部（２）で帯電された塵埃を電気的に捕集するエレクトレットフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の集塵装置。
4. 前記放電電極（２１）は、針状に形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の集塵装置。

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