JPH0685890B2

JPH0685890B2 - 荷電式フイルタ−

Info

Publication number: JPH0685890B2
Application number: JP18171486A
Authority: JP
Inventors: 豊大垣
Original assignee: 日本バイリ−ン株式会社
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPS6336852A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、荷電式フィルターに関し、更に詳しくは、高
圧電極と接地電極間に荷電により電界を形成せしめ、塵
埃と材とを帯電することで静電及び／又は誘電作用に
より高性能な過性能を具備した、各種空気清浄分野に
利用することのできる荷電式フィルターに関する。

［従来の技術および問題点］従来荷電することにより、塵埃を捕集する方式のフィル
ターと呼ばれるものには、高圧電極と接地電極間に形成
される電界中を塵埃を通過せしめることで塵埃を帯電化
し、接地電極で塵埃を捕集又は粗粒化して、接地電極で
捕集されない塵埃又は接地電極で捕集され更に再飛散す
る塵埃を機械的に捕集する例えば特開昭56-37060号に示
される方式のものと、前記塵埃帯電部に加えて、更に高
圧電極と接地電極間に誘電材料からなる材を設置して
電界を形成し、材を誘電化せしめて塵埃を機械的およ
び静電気的に捕集する例えば特開昭58-92471号等に示さ
れる方式のものとがあり、通常前者は材付き電気集塵
装置、後者は誘電フィルター装置として知られている。

前者の方式によるものは、塵埃の捕集効率に劣り、又、
頻繁に接地電極の掃除や材交換を行う必要がありメン
テナンス性に劣るという欠点があり、又、後者の方式に
よるものは、前者に比べて捕集効率には優れるものの、
高効率で塵埃が捕集されるために材の目詰りが激し
く、捕集容量が少なく材寿命が短いという欠点があっ
た。

又、これらの従来のものは何れも材とは別に独立した
電極として金属製の線や網等を用いるため、材との密
着性やひだ折り等の加工性に劣り、その結果、所望の集
塵効果が得られないという欠点があり、材の交換等に
も電極をその都度取り外したりすることが必要で、作業
性やメンテナンス等に劣るものであった。

［問題を解決するための手段］本発明は、材の表裏の非対象の位置には幅が5mm以下
の線状の導電部を形成し、気流の流入側に配した導電部
を接地電極、流出側に配した導電部を高圧電極とし、か
つ該材を線状又は帯状の導電部と襞折り線とが交差す
るように襞折り加工し、該材の上流に塵埃帯電部を設
けないことを特徴とする電極と不織布が一体構造の荷電
式フィルターに関する。

［作用及び実施例］本発明は、荷電式フィルターとして、材の表裏の非対
象の位置に幅が5mm以下の線状の導電部を形成したもの
を利用するという極めて簡単な構成であり、以下、本発
明を図面を参照して説明を行うと、第１図ａ）,b）は、
本発明の荷電式フィルター基材の導電部の例を示す平面
図で、ｃ）,d）は各々ａ）,b）の断面図である。

第２図は、本発明による荷電式フィルターの使用状態を
表わす説明図である。

まず、本発明で利用する材１について説明すると、
材１は、周知の空調用材が全て使用可能である。これ
らの材１としては、紙製や不織布製あるいは無機繊維
製等の材料からなる材であって、粗塵用としての見掛
け密度の低いものから超高性能用としてのHEPAフィルタ
ーと呼ばれる高密度のものまで何でも利用することがで
きるが、本発明においては高電圧を使用するため絶縁性
のある材料を用いる必要がある。又、非常時に備えて
材を難燃化することも好適である。

特に、ポリエステル、ポリプロピレン等の合成繊維を少
なくとも50％以上含む不織布は、荷電時に誘導フィルタ
ーとなるため、塵埃の捕集効率も高くなり最適のものと
考えられる。

又、材に密度勾配を設けたり、襞折り形状を変化させ
たりすることも、本発明において全て従来通り有効に利
用することができる。

次に導電部２について説明すると、導電部２は高圧の電
荷に耐えられるものであれば任意に選択することができ
るが、気流の通過を妨げない構造が望ましく、このた
め、導電部は5mm以下の幅の線状体であることが適当
で、幅が5mmを越えるような場合は過面積を減少せし
めて圧力損失の増加や塵埃保持容量の低下が生じ、又、
電界形成にも劣るので好ましくない。

又、本発明では導電部２は材の表裏に非対象であるこ
とが必須とするため、一般的には、比抵抗が10⁴Ω・cm
以下、好適には10⁰Ω・cm以下の金属線や炭素繊維等の
導電性線状体、あるいは、銀、銅、アルミニウムやカー
ボン等の導電性粉体を接抵抗が10⁶Ω・cm以下のペース
トを線状に塗布したものが好適であり、金網やメッシュ
等の通気性板状体等の、両面体は非対象構造が得られな
いので不適当である。

尚、本発明で言う非対象とは、材表面に対して垂直に
透視した場合に、表面の導電部と裏面の導電部とが重積
しない状態のことを言う。

本発明において、表裏の導電部が非対象構造であること
を必須要件とする理由を述べると、第１には導電部２を
材を介して表裏非対象に設けることで、高圧電極2Bと
接地電極2Aとの電極間距離を大きく取ることができ、こ
のため、電界形成域を拡大して均一な塵埃捕集作用が得
られると共に、電極間の短絡を防止する作用があるため
で、第２には、対象構造の場合には、塵埃が接地電極2A
に集中して材の目詰りが早期に発生したり、あるい
は、接地電極2Aが塵埃が覆って電界形成を阻害して塵埃
捕集効率を低下せしめるが、非対象構造とすることでこ
れらの障害を防止して塵埃捕集効率を高め、しかも、
材全体を活用できるので塵埃保持容量を増大せしめるこ
とができるためである。

高圧電極2Bと接地電極2Aの電極間距離は、短絡を防止し
て、且つ、良好な電界形成を得るためには、２乃至50mm
が適当と考えられ、又、電極間電位差に関しては、0.2
乃至1.0kv/mm（電極間距離）、好適には0.5乃至0.9kv/m
mであることが望ましい。

以下、第２図に基づいて、材表裏に形成された導電部
について、気流流入側を接地電極、流出側を高圧電極と
する理由を説明する。なお、第２図の荷電式フィルター
は、材を線状の導電部と襞折り線とが交差するように
襞折り加工したものである。

従来の荷電式フィルターは、一般的に線状の高圧電極と
板状の接地電極からなる塵埃に対するイオン化部を設け
て、本発明の配置とは反対に気流の流入側に材と間隔
を設けて高圧電極を配して塵埃をまず帯電し、更に接地
電極を気流の流出側に設けた材により帯電した塵埃を
捕集する構成であったため、これらは前述したように、
捕集効率及び／又は保持容量が劣り、且つ、寿命が短い
という欠点があったが、本発明者はこれらの問題を解決
するために鋭意研究を重ねた結果、塵埃捕集効率に劣る
という理由で従来は利用されなかった接地電極を気流流
入側に配した構造において、材と電極とを一体構造に
した場合は塵埃の捕集効率が従来より更に高く、しか
も、塵埃保持容量が格段に優れた荷電式フィルターが得
られることを見出し、本発明を完成したものである。

本発明の荷電式フィルターが塵埃の保持容量が従来の物
よりも格段に優れる理由を述べると、前記したように、
本発明の荷電式フィルターにおいて、塵埃を含む気流
は、材中を接地電極側表面から高圧電極側へ流れ、こ
れとは反対に、電界は高圧電極2Bから接地電極2Aへ向け
て形成される。接地電極を通過した塵埃は材内で帯電
され、気流の流れと反対の接地電極への電気的吸引力を
受ける。このため、材に達した塵埃は、材の有する
通気抵抗と電界の影響及び／又は材の誘電作用により
減速されるので、まず材表面に堆積する。この時、塵
埃は全て同じ極性に帯電しているため、塵埃どうしが緻
密に凝集することがなく、あたかも起毛した様な状態で
捕集されるため、塵埃が材表面を覆っても材の目詰
まりが生じることはない。又、帯電により塵埃が材か
ら遊離しようとする力は、気流の流速よりも明らかに小
さいため、塵埃が材表面から遊離することはない。し
かも、本発明では表裏の電極が非対象に設置されている
ため、高圧電極から接地電極へと向かう方向は、気流の
方向と真に対向するのではなく斜交するので電界の分布
が材の水平方向にも広がり、且つ、各電極が対向した
場合のように特定領域ではない不平等電界を形成するの
で、このことも塵埃保持容量の向上に有利と考えられ
る。

この結果、材の表面より内部へと塵埃が暫時保持され
て行くが、全ての塵埃が電界の作用により緻密に凝集す
ることがないので、目詰りが生じ難く、圧力損失の上昇
が従来の荷電式フィルターに比べ格段に少ない。

これらの作用は、気流の流入側に接地電極を、気流の流
出側に高圧電極を設けることにより、はじめて達成でき
るものである。

又、本発明においては、従来の電気集塵装置のようにイ
オン化部を全く必要としないため、材交換や、メンテ
ナンス等の作業性にも非常に優れ、集塵作用としての塵
埃の帯電を利用するのではなく、材の機械的捕集作用
を塵埃捕集の主たる作用とし、更に捕集された塵埃を気
流の流れと逆方向へ起毛させる、つまり、静電植毛に類
似した作用により目詰まりを防ぎ、且つ、電界形式と
材の誘電作用により塵埃の通過速度を低減することによ
り、従来に比べ少なくとも30％以上の高い塵埃保持容量
を有する荷電式フィルターが得られる。

上記の理由により、本発明の電極の配置を採用すること
で従来のものよりも遥かに大きな塵埃保持容量の荷電式
フィルターが得られるのである。

次に捕集効率に関して説明すると、一般的に捕集効率
は、フィルターの密度が高いほど、また、材を通過す
る気流速度が遅いほど良好となる。

このため、本発明の構成を採用した材は従来の荷電フ
ィルターに比べて、同一密度であれば電界形成により気
流の流速よりも塵埃の流速を低下せしめることができる
ので、実質的に風速を低下せしめた場合と同様の塵埃捕
集効率の向上が得られ、又、同一の風速であれば、本発
明のものは材の目詰まりが従来のものよりも格段に低
いため圧力損失の上昇を招かず、より高密度の材を利
用することが可能になるため、何れにしても捕集効率を
高める結果が得られる。

更に、接地電極を気流流入側に配することの有利な点
は、帯電された塵埃粒子の過剰な蓄積は、塵埃間の反発
作用による塵埃の遊離や捕集効率の低下を生じる場合が
あるが、本発明のものは接地電極により常にアースされ
ているので、電荷の蓄積によるこれらの障害は発生しな
い。

以下、本発明の電荷式フィルターを実施例により更に具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。

〔実施例１〕材として、難燃性ポリエステル系繊維100％（1.5デニ
ール,44mm長と３デニール,51mm長）からなる目付150g/m
²、厚み3mmのウエブをポリ塩化ビニル系の接着剤で結合
した不織布を使用し、この表面に比抵抗1.8Ω・cmの炭
素繊維のマルチフィラメントを線間隔12mmの平行線にな
るように接着剤で設置し、次いで、第１図ａ）に示すよ
うに材裏面に表面とは非対象の位置に表面と同一間隔
に同一の炭素繊維マルチフィラメントを設置して導電部
を形成し、本発明による荷電式フィルター基材を得た。

この基材を襞折りして、電極間の平均電位差が0.8kv/mm
の条件で荷電し、JIS D-1612の試験方法に準じて試験を
行い、圧力損失が100mmAqになった時を最終として塵埃
保持容量、及び、塵埃捕集効率について測定した。

第１表からも明らかなように、本発明の荷電式フィルタ
ーは、比較例のものより遥かに塵埃保持容量及び捕集効
率に優れ、且つ、極めて良好な塵埃捕集作用を有するも
のであり、内燃機関用のエアークリーナーとして最適の
ものであった。

〔比較例１〕実施例１との比較のため、材としては実施例１と同一
の不織布を使用し、炭素繊維からなる導電部の代りに高
圧電極及び接地電極として金網を材形状に従い襞折り
したものを作成し過層と重ね合わせて、実施例１と同
一条件で試験を行なった。

これらの結果を第１表に示したが、実施例のものと比べ
て、塵埃の保持容量、捕集効率とも劣るもので、又、目
詰まりも生じ易く極めて寿命の短いものであった。

〔実施例２〕材として、平均繊維径が２μで、目付60g/m²、厚み0.
5mmのポリオレフィン系のメルトブロー法による不織布
と、平均デニールが２デニールのポリクラール繊維及び
モダクリル繊維からなる目付120g/m²,厚み1.1mmの乾式
法による不織布とを積層したものを用いて、このものの
表裏非対象の位置に、乾燥固化後の比抵抗が10²Ω・cm
の導電性塗料を幅2mm,線間隔16mmの平行線状に塗布して
導電部を形成し、本発明による荷電式フィルターを得
た。

このものについても、襞折り加工を行い、ASHR-AE 52-7
6に準じて比色法で試験を行い、その結果を第２表に示
したが、極めて微細な塵埃に対しても、優秀な捕集効率
を示し、且つ圧力損失が低いものであり、高性能フィル
ターとして有用なものであった。

〔比較例２〕実施例２で使用したものと同一の材を予め高圧の電荷
をチャージすることでエレクトレット化し、次いで、こ
のものを襞折りして、エレクトレットフィルターとして
実施例２のものとの比較を行った。

この結果も第２表に示すが、実施例２のものに比べて、
塵埃の捕集効率は同等であるが、保持容量は格段劣るも
のであった。

［発明の効果］本発明にる荷電式フィルターは、従来から利用されてい
る材をそのまま利用できるため、特別な材料や設備等
を全く必要としない。又、本発明で必須の構成である
材表裏の非対象位置に形成される導電部となる金属線等
の導電性線状体、あるいは、銀、カーボン等の導電性粉
体を接着剤等に分散せしめたペーストも安価且つ容易に
入手することが可能であり、積層作業にも困難な点は全
くない。

そして、本発明の荷電式フィルターは、前記したように
塵埃の保持容量が従来のものよりも格段に優れている。
このことは、荷電式フィルターの交換回数を減らすばか
りでなく、従来程度の脱塵作業を行うことで極めて長期
の使用を可能とする。従って、荷電式フィルターの交換
にともなうメンテナンス及び経費を軽減し、非常に経済
性に優れたものである。

しかも、塵埃が起毛状態で捕集されるため、圧力損失の
上昇が従来のものよりも遥かに低く、その結果として、
内燃機関等のエアークリーナーとして利用すれば吸気効
率あるいは燃焼効率が高まるので燃費の向上や出力の向
上等にも寄与し、一般空気清浄分野においてはより高密
度の材や、より大量の気流の処理が可能となるので、
高性能且つコンパクトな構造の空気清浄装置を提供する
ことができる。

従って、本発明の荷電式フィルターは本来の機能である
塵埃の捕集効率が良好であることは勿論、高い塵埃保持
容量と長寿命を具備、経済性、生産性に優れ、しかも、
利用範囲が広い理想的な荷電式フィルターである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ）,b）は、本発明の荷電式フィルター基材の導
電部の例を示す平面図、ｃ）,d）は各々ａ）,b）の断面
図である。第２図は、本発明による荷電式フィルターの使用状態を
表わす説明図である。図中の数字は、１……材、２……導電部 2A……接地電極、2B……高圧電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】材の表裏の非対象の位置に線状または帯
状の導電部を形成し、気流の流入側に配した導電部を接
地電極、流出側に配した導電部を高圧電極とし、かつ該
材を線状または帯状の導電部と襞折り線とが交差する
ように襞折り加工し、該材の上流に塵埃帯電部を設け
ないことを特徴とする電極と不織布が一体構造の荷電式
フィルター。
【請求項２】導電部を比抵抗10⁴Ω・cm以下の導電性線
状体を材表面に接着することで形成した構造の特許請
求の範囲第１項記載の荷電式フィルター。
【請求項３】導電部を比抵抗10⁶Ω・cm以下の導電性ペ
ーストを塗布することにより形成した構造の特許請求の
範囲第１項記載の荷電式フィルター。