JPH04187250A - 電気集塵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の装置は、家庭室内、事務所などの居住空間、あ
るいは、半導体製造工場、病院などのクリーンルームの
除塵装置及び、空気中の塵埃の個数、大きさを測定する
ダストモニタに関する。

〔従来の技術〕

一般の居住空間に於いて、嫌煙権の問題、アレルギー性
の花粉症や喘息の問題から、効率の良い除塵装置が要求
されている。また、病院における感染防止、半導体集積
口・路の微細化に伴う欠陥防止の点から、より微細な細
菌、塵埃の除去が必要になっている。

従来の除塵の原理は、固体もしくは液体のフィルターを
利用したものと、電界により浮遊塵埃を収束して、集塵
電極に付着させるものに大別できる。フィルターを利用
したものはフィルターを通過した空気のみが除塵される
ので、大量の空気を循環させなければならなかった。よ
り微細な塵埃を捕捉するためには目の細かいフィルター
を使用しなければならないのでフィルターによる圧力損
失が高まる。この二つの原因で、フィルタ一方式の集塵
機は大きな電力が必要である。

静電界を利用する方式の従来の除塵機は、感電を防止す
るために、電極を露出させることが出来ないので、やは
り、除塵機を通過する空気のみ除塵するものであった。

また、電極に高電圧を印加する電源は、集塵に伴う電流
を電極全体に与える必要上、インピーダンスを低くしな
ければならないため、局部的な火花放電を防止出来ない
。即ち、一部分の空気が電離されて導電性を帯びるとそ
の部分に電界が集中し、電極の電位が一定であるために
、更に電離が加速されてついには火花放電に発展する。

このため多量のオゾンを発生させるので、人間が長時間
滞在する場所で使用することは望ましくなかった。また
、付着した塵埃で電極に突起が出来ると、この突起近傍
の電界が高まる。

従って、突起の先端に塵埃が集中的に付着しやすく、塵
埃の固まりが時間とともに繊維状に成長することがある
。この様な塵埃の固まりは放電を発生し、オゾンの発生
をもたらす。また、希ではあるが、この様な塵埃が電気
的な短絡をもたらし、高電圧発生回路を故障させること
がある。

従来の電気集塵機の上記問題は、導電体を集塵電極とし
、これに高電圧を印加していたために発生していたこと
は明らかである。従来の電気集塵機は、上記問題に対し
て、電極に与える電圧を低下させざるを得す、集塵能率
が犠牲にされていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来の電気集塵機が持つかかる問題を解決し
、安全で、かつ集塵能率の高い新規な電気集塵材を提供
せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、集塵電極を使用せず、絶縁材料もしくは互い
に分離された導電材料を電荷担体として用い、高電圧に
帯電した電荷によって集塵せんとするものである。かか
る構成では感電及び火花の発生を防止できる。

〔作用〕

空気中の微小な粒子を電界に沿って加速し、収束する作
用は、従来の電気集塵機と全く同様であるが、空間電界
の形成方法が異なる。即ち、本発明の電気集塵機は絶縁
材料、若しくは互いに電気的に絶縁された導電体粒子を
電荷担体として利用する。この電荷担体に高電圧の電荷
を帯電せしめこれによって空間に電界を形成しこれによ
って集塵する。

電荷担体の表面電荷密度が小さいので人間が触れても、
その付近の電荷、若しくは、触れた導電体粒子が持つわ
ずかな電荷のみが人体に流れる。

人体はインピーダンスが低く、また、大きな静電容量を
持つので触れた部分の電極電位は急速に低下し、人体に
危害を与えない。

＝４− また、電荷が形成する電界が空気の電離電界を超えた場
合、空気の電離しコより電極の電荷が消費されて電位が
低下するので放電が発展しない。また、同じ理由により
、塵埃の集中的な堆積も発生しない。従って、火花の発
生を極めて少なく出来る。

なお、上記などの原因で電荷量、が部分的に減少しても
帯電した電荷担体を次々に送り出すことにより、集塵能
力を維持できる。

〔実施例〕

以下、第１図に従って本発明の詳細な説明する。第１図
はｓｉ材料から成るベルトを用いる方式の電気集塵機の
一実施例を示す。本図において、１はステンレス鋼ある
いは真鍮などで作られた帯電ローラー６２は絶縁ベルト
であり、ポリエチレン、フッ素化炭素系樹脂、あるいは
マイラーなどの材料で、厚さ０．１〜ＩＩのフィルムを
円環状に形成したものである。３は導電体で作られたプ
ーリー４を駆動するモータ、５は導電体で作られた他の
プーリー、６は接地電位板、７はワイパー、８は５０〜
２０００ボルト程度の電圧を発生する高圧電源である。

９はベルト２の表面から飛び出した塵埃を捕捉するため
のシールド板であり、該８の接地電位に接続されている
ものとする。

高圧電塵の一方の出力は帯電ローラー１に電圧を与え、
他の出力は、接地電位に保ち、更に、プーリ４，５及び
、接地電位板６に接続されているものとする。接地電位
６は、従って、該ブーＩＪ　４及び５を保持する部材と
して利用することもできる。ベルト２と接地板６との間
隔は次第に大きくなし、両者の間に電界の傾斜が発生す
るようにしである。

高圧電源８及び帯電ローラー１によりベルト２の表面に
電荷を与える。ベルト２が絶縁体であるのでこの電荷が
該２の表面を移動することは無い。

駆動モーター３により、ベルト２を図中の矢印方向に移
動させると、該２の表面電荷は、電界の傾斜にさからっ
て運動するために、運動エネルギーが電気エネルギーに
変換される。即ち、電荷保存則により電荷量が一定であ
るため、該２の表面の電圧が高められる。

この状況を第２図を用いて詳しく説明する。第２図の符
号は第１図に示したものと同一である。

まず、帯電ローラー１とプーリ４の間に、高圧電源８か
ら与えられた電圧でベルト２は分極させられる。負の電
荷はプーリ４を通じて放散され、該２の表面には正電荷
のみが残る。ベルト２が図の矢印方向に移動すると接地
電位に保たれているプーリ４の表面と諌止の表面電荷の
距離が次第に大きくなり、該２の表面電位が高まる。こ
の原理は、過去においてベルト起電機と呼ばれる高電圧
発生装置に応用されていた。ベルト２が更に移動して、
接地電位板６と対向すると、該２と該６の距離によって
電位が定まるようになる。かかる動作により、ベルト２
の表面が獲得する電位を計算によって求める。以下の計
算においては放電、あるいは、塵埃の付着による電位の
低下は起こらないものとする。

高圧電源８によって、ベルト２の表面に与えられる電荷
の密度ｑは、ベルト２が帯電ローラー１とプーリ４に挾
まれている状態の時に決定されるので、（１）式で与え
られる。

ｑ　＝　Ｑ／　Ｓ　＝　（Ｃ−Ｖｓ）　／　Ｓ＝（ε、
／ｌ）・ｖｓ　　　　　・ｌ１・・・旧・（１）ここで
；Ｑはベルト２の面積Ｓ当たりの電荷量、Ｃは同じ面積
が導電体で挾まれたとき に持つ静電容量、ｖｓは電源８の起電 圧、ｔはベルト２の厚み、ε、はベル ト２の比誘電率である。

次ぎに、プーリ４と接地電位板６が形成する接地電位面
とベルト２表面の間隔がＤとなったときの該２の表面電
位Ｖ、を考える。間隔の増大により、単位面積当たりの
静電容量が減少し、一方では、該２の表面電荷密度は変
化しないので、静電容量の電荷保存則（Ｑ＝Ｃ−Ｖ）が
ら該２の表面電位■、は（２）式で与えられる。

Ｖｒ＝　ｑ　・（ｔ　／　ｔ　ｒ＋（Ｄ−ｔ）／　ｉ　
ｏ）　　−（２）ここで；ε０は空気の誘電率である。

（１）と（２）式からｖｒは（３）式のように求まる。

Ｖｒ＝Ｖｓ・（１＋（ｔｒ／１ｏ）Ｘ（Ｄ　　ｔ）／ｌ
）　　−（：。

＝８− 従って、例えば、ベルト２の厚みｔを０　、５　＋ｎｍ
　。

誘電率ε、を２ｘε０、接地電位板６との最大距離を５
０１ｍ＋とすれば、′（３）式より、Ｖ　−＝　１９９
　Ｖ　ｓになる。

この結果、高圧電源８の電圧を１００Ｖとしても、ベル
ト２の表面電圧は２万ボルト近くまで高められることに
なる。

第１図に示した本発明の一実施例はかかるごとく動作す
るので、ベルト２の移動とともに、最初はベルト２の近
くの塵埃が、該２の表面電位の高まりに応じて、次第に
遠くの塵埃が吸着される。

また、ベルト２の厚みと材料、及び接地電位面との間隔
が定まれば、該２の表面電圧が空気の電離開始電界（通
常、約３万ボルト／■）を越さないように高圧電源８の
電圧を調整することができる。また、火花放電が発生に
伴う現象を検知して放電を防止するように高圧電源８の
発生電圧にフィードバックすることも可能である。例え
ば、接地電位板６と高圧電源８の間の高速パルス、ある
いは高周波電流成分を監視することにより火花放電の発
生を検知できる。該８の電圧が比較的低いのでかかるフ
ィードバックは容易に実施できる。

ベルト２が更に移動して、プーリ５に接近するとベルト
２の表面電位が再び低下する。

この時、大部分の塵埃は、ファンデアワールス（Ｖａｎ
　Ｄｅｒ　Ｗａｌｌ、ｓ）　　力でベルト２の表面に保
持される。しかし、例外的に、ベルｌ−２の表面から飛
び出す塵埃も存在する。

この様な粒子は接地電位に維持された誘電体に向って飛
びだすので、なんらかの理由で、高い電位を維持した状
態が保たれていると考えられる。

この様な粒子は接地電位に保ったシールド板９で捕捉で
きる。

あるいは、ベルト２の表面にグリース状の高粘度の油も
しくは粘着剤を塗布し、塵埃をこの油もしくは粘着剤の
表面に粘着させることもできる。

ベルト２の表面に付着した塵埃はワイパー７で除去され
た後、再び、帯電ローラー１とプーリ４で電荷を与えら
れ、集塵を繰り返す。

第３図は本発明の他の実施例である。本実施例は、絶縁
ベルトを液滴に置き換えた物である。該、第３図におい
て、接地電位板６と高圧電源８は第１図に示したものと
同様の作用をなす。液１１は容器１２に納められ、該１
２の孔１３から液滴群１４となり滴下する様に為されて
いる。孔１３の内面は導電性材料で作られた電荷印加リ
ング］−５を設け、液滴群１４の表面に電荷を与える。

電荷印加リング１５と接地電位板６は電界の分布を作る
ので、液滴群１４の表面電位は第１図に示した実施例と
同様に、該１４の落下とともに、ある落下距離まで高ま
る。この過程で塵埃は液滴群１４に巻き込まれる。該１
４は更に落下して、受は皿１６に集められる。該１６に
集められた液１１はフィルター１７で塵埃を除去した後
に循環ポンプ１８で再び、容器１２に戻される。容器１
２における液１１の液面高さを液面センサー１９により
、一定に保てば、液滴１４の頻度を一定に保つことが出
来る。

液１１は、少なくとも、表面に電荷を印加できるもので
あれば良く、また、液滴群１４は互いに＝１１− 分離されているので、導電性材料でも、絶縁性材料でも
良い。従って、通常の水、シリコーン油などの無臭性、
不揮発性の油を採用できる。

第３図の実施例では液滴群１４を重力により落下させる
例を示したが、これに限定されない。例えば、該１４の
群が互いに衝突しない程度の小さな傾きを持って、該１
４を下から投げ上げても良い。集塵作用により、黴、黴
の胞子や細菌も集めるので、該液には防黴剤、殺菌剤を
混合することが望ましい。また、該液に芳香剤や着色料
を混合すれば快適性を高める事が出来る。

第３図に示した実施例において、容器１２、液面センサ
ー１９は必須の要件ではなく、液配管２０の先端に電荷
印加リングを設け、あるいは導電体の配管２０を用い、
該２ｏの先端から接地電位板６の孔を通して液滴群１４
を滴下しても良い。

また、これまでの説明では、単一の集塵機構の実施例を
示したが、これに限定されないことは明らかである。例
えば、２個の集塵機構を適度な間隔を持って配置し、一
方を正の高電位で、他方を負の高電位で動作させれば両
者の間に単独の場合の２倍の電位傾度が得られ、集塵能
力を高めることが出来る。また、かかる如く動作させれ
ば、塵埃がいずれの極性に帯電していても収束できる利
点もある。

自動車、電車、あるいは鉄筋コンクリート造りの建物の
如く、導電性の壁面を持つ空間に設置する場合は、壁面
そのものを接地電位面として利用することも可能である
。即ち、第１図に示した実施例において接地電位板６を
取り除き、ベルト２が上記壁面と非平行となるように集
塵機を取付ければ、これまで述べた電圧上昇動作が満た
されることが判る。

第１図に示した実施例の使用方法は静止状態に限られ無
いことは明らかである。例えば、本装置全体を振り子の
様に揺動させたり、回転させて、広い範囲の塵埃を捕捉
させることも可能である。

第３図に示した実施例において、受は皿１６に集められ
た液を利用して空気中の塵埃量を測定できることは明ら
かである。即ち、液１１として透明なものを使用し、フ
ィルター１７を通過する以前の液に、例えばレーザー光
を当てて光の散乱状態を測定すれば、該液中の塵埃量を
測定できる。

〔発明の効果〕

本発明の集塵機は火花放電が全く発生しないので電荷の
電位を３万ボルト近くまで高めることが出来る。この電
圧は従来の集塵機の約２倍であり、集塵能力が約２倍ま
で高められる。オゾンの発生は空気の電離によりわずか
に発生する。しかし、本発明の装置のオゾン発生量は火
花放電が発生する従来の装置に比べて百分の一以下であ
り、実用上問題は無い。

本発明の第１図に示した実施例では、ベルト２の表面電
荷密着は１′平方センチメートル当たり、高々１００ピ
コクーロンであり、一方、人体の静電容量が３０ピコフ
ァラッド程度である。従って、ベルト２の表面電位は人
が触れると３ボルト程度以下に低下し、感電の危険性は
少ない。また、第３図に示した実施例において、１個の
液滴１４が持つ電荷量は更に少ないので、この実施例に
おいても感電の危険性は少ない。

上記の如く、オゾンの発生量が極めて少なく、また、感
電の危険性が無いので居住空間に設置できる。

感電の危険性が無いので、ベルト２の近辺や液滴群１４
の落下経路付近を覆う必要が無い。このため、電界を遠
距離まで広げることが出来、広範囲の塵埃を収束できる
。

また、本発明の装置は高圧電源を小型、低価格化できる
利点を持つ。従来の電気集塵機は一万ボルト以上の電源
が必要である。かかる電源は高耐圧のトランス、整流ダ
イオードなどの高価な部品が必要になるのみならず、漏
電防止のために高電圧となる部分は間隔を開ける必要が
ある。

本発明の高圧電源は上記のように１００ボルト程度であ
れば良く、商用電源を整流して簡単にえられるので、安
価かつ、小型のものを使用できる。

第１図に示した実施例は取り付は角度に依存せず、また
、小型かつ軽量のため、例えば天井に取付けることも可
能である。

本発明の集塵機構をダストモニタに応用した場合、塵埃
が濃縮された液を利用するので、測定時間の短縮と精度
の改善が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は本実施例
の一部分を示す図、第３図は本発明の他の実施例の模式
図である。 １・・・帯電ローラー、２・・・絶縁ベルト、３・・・
駆動モータ、４，５・・・プーリ、６・・・接地電位板
、７・・・ワイパー、８・・・高圧電源、９・・・シー
ルド板、１１・・・液、１２・・・容器、１３・・・孔
、１４・・・液滴群、１５・・・電荷印加リング、１６
・・・受は皿、１７・・フィルター、１８・・・循環ポ
ンプ、１９・・・液面センサー、２０・・・液配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接地電位に対して高い電位を持つ電荷を電荷担体に
   供給する手段、該電荷担体を移動せしめる手段を含むこ
   とを特徴とする電気集塵装置２、請求項１に於いて電荷
   担体が絶縁材料フィルムであることを特徴とする電気集
   塵装置。 ３、請求項１に於いて、電荷担体が、互いに分離した液
   滴群であることを特徴とする電気集塵装置。 ４、請求項１において、電荷担体が絶縁材料フィルムの
   表面に塗布された絶縁性高粘度液体であることを特徴と
   する電気集塵装置。 ５、請求項１において、電荷担体の移動に伴い、運動エ
   ネルギーが電気エネルギーに変換される如く電界分布を
   形成したことを特徴とする電気集塵装置。 ６、請求項３に於いて、防黴剤、殺菌剤、芳香剤などを
   混合せしためた液を利用することを特徴とする電気集塵
   機。 ７、透明な液滴に電荷を与える手段、該液滴を電荷と共
   に電界中を移動せしめる手段、該液滴を集める手段、集
   められた液に含まれる塵埃の個数、大きさを測定する手
   段を持つことを特徴とするダストモニタ。