JP2010063964A - 集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を有する荷電部を必要とせず、同時に電極板の間で起こるスパークを防止しながら高い集塵性能を有する集塵装置を得る。
【解決手段】粉塵反発電極板２と集塵電極板３とを空間１０を設けながら交互に積層し、それぞれの電極板に異なる電圧を印加する集塵装置４において、粉塵反発電極板２および集塵電極板３の少なくともどちらか一方が１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電電極板であり、粉塵反発電極板２と集塵電極板３との間で放電を起こして粉塵を帯電させ、捕集する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気清浄の分野において空気中の粒子状浮遊物質を除去する集塵装置に関する。

空気中に存在する粒子状浮遊物質、すなわち粉塵は喘息などの疾病の原因として知られており従来から除去の対象となる物質であったが、近年の研究において粒子径２．５マイクロメートル以下の粉塵（いわゆるＰＭ２．５）が肺ガンなどの疾病を誘起する可能性があるとの報告があり、捕集技術の更なる向上が求められている。その中で電気集塵技術を用いた集塵装置は粒子径がマイクロメートル以下の小粒径の粉塵を捕集することに優れており、また低圧損な特性を持つことから注目を集め、更なる性能向上が求められている。

従来、この種の集塵装置として、放電によって粉塵を帯電する荷電部を前段に設け、その後段に、電極板を積層し、交互に異なる電圧を印加して電場を形成して帯電した粉塵を捕集する集塵部を設けたものが知られている。この構成を応用した例として、特許文献には集塵部において一方の電圧が印加される電極を絶縁体である樹脂製のフィルムで被覆した集塵装置が示されている。以下、その集塵装置について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、荷電部１０１は線状の荷電部放電電極１０２と荷電部対向電極板１０３とからなり、また、荷電部１０１の下流側には電圧印加電極板１０５と集塵電極板１０６とを一定の間隔を開けて交互に積層した集塵部１０４を設けている。また、図には示していないが電圧印加電極板１０５は絶縁体である樹脂フィルムで被覆されている。通常、荷電部１０１においては荷電部放電電極１０２と荷電部対向電極板１０３との間に５〜１５ｋＶ、また、集塵部１０４の電圧印加電極板１０５と集塵電極板１０６との間に２〜６ｋＶの電位差を与えるように高圧電源１０７によってそれぞれの電極に所定の電圧が印加されている。

上記構成において、荷電部１０１では荷電部放電電極１０２と荷電部対向電極板１０３との間で不平等な電場が作られており、この時線状の形状を有する荷電部放電電極１０２近傍には非常に強い電場が作られている。そのため空気イオンといった空気中に当初から僅かに含まれる電荷保有物質が加速されて空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離する。分離した電子もまた加速されて空気分子と衝突を起こし、空気分子から電子が分離する。電子との衝突によって空気分子から電子が分離する現象を電離と呼ぶ。また、電離を繰り返すことによって多数の電子が空気分子から分離する現象を電子なだれと呼ぶが、この電子なだれによって電子が分離したプラス極性の空気イオンや、分離した電子と結合してマイナス極性の空気イオンが作られる。そして荷電部放電電極１０２と異なる極性の空気イオンは荷電部放電電極１０２に電荷を吸収されて空気分子に戻り、逆に同じ極性の空気イオンは電場によって荷電部放電電極１０２から反発する方向の力を受け、荷電部対向電極板１０３の方向へと拡散移動する。

このように電離や電子なだれを起こすことで荷電部放電電極１０２近傍の空気を空気イオンにする放電現象をコロナ放電というが、コロナ放電によって作られ、主に荷電部放電電極１０２と同じ極性の空気イオンが荷電部１０１を通過する粉塵と結合することで粉塵が帯電する。帯電した粉塵は送風の流れにそって集塵部１０４に導入され、電圧印加電極板１０５と集塵電極板１０６の間で作られる電場の力を受けて主に集塵電極板１０６に付着して取り除かれ、清浄な空気が集塵部１０４の後方から吹出される。電圧印加電極板は絶縁性の樹脂フィルムで覆われているため、集塵電極板と接触しても短絡を起こさず、同時に集塵電極板との間で起こりうる火花放電（以下スパーク）を防止する構造となっている。
特許第３２６１１６７号公報

特許文献に記載されるような集塵装置においては粉塵を帯電させるために荷電部が集塵部とは別に必要となる。荷電部は線状や棘状の形状を有する放電電極と対向電極からなり、放電電極ではコロナ放電が発生しているため、棘状の放電電極であれば先端が磨耗して十分なコロナ放電が起こせなくなったり、また線状の放電電極であれば線が切断するといった故障が発生しやすいという課題を有する。また、放電電極と対向電極が空気で絶縁された状態で構成する必要があり、このように複雑な構造を有する荷電部を構成することは困難が伴うという課題を有する。また、集塵部に関しては絶縁性の樹脂フィルムで被覆することで電圧印加電極板の絶縁性を確保しているため、確実な絶縁性を得るためにはしっかりした被覆が必要となり、高度な加工技術を要する。また、電圧を印加することで樹脂フィルムの表面に電荷が発生するが、電極間の距離が十分でないと樹脂フィルムの表面に蓄積した電荷が空間を飛び越えて集塵電極板へ移動することで火花を伴う放電、すなわちスパークが発生するという課題を有する。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、複雑な構造を有する荷電部を必要としないため用意に作成が可能で、また電極板の間で起こるスパークを防止するとともに高い集塵性能を得ることが可能な集塵装置を提供することを目的としている。

本発明の集塵装置は上記目的を達成するために、粉塵反発電極板と集塵電極板とを交互に積層し、それぞれの電極板に異なる電圧を印加する集塵装置において、粉塵反発電極板および集塵電極板の少なくともどちらか一方が１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電電極板であり、粉塵反発電極板と集塵電極板との間で放電を起こして粉塵を帯電させ、捕集することを特徴とするものである。

本発明によれば、容易に作成可能でかつ軽量、また電極板の間で起こるスパークを防止するとともに高い集塵性能を得ることが可能な集塵装置を提供することができる。

本発明の集塵装置は上記目的を達成するために、粉塵反発電極板と集塵電極板とを空間を設けながら交互に積層し、それぞれの電極板に異なる電圧を印加する集塵装置において、粉塵反発電極板および集塵電極板の少なくともどちらか一方が１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電電極板であり、粉塵反発電極板と集塵電極板との間で放電を起こして粉塵を帯電させ、捕集することを特徴とするものである。粉塵反発電極板と集塵電極板の間には電圧を印加することで高い電位差が与えられている。そして特に対向する各電極板のエッジの部分でコロナ放電が発生する。この時各電極板がともに金属のような導電体で構成される場合、高圧電源から供給される電荷の移動が制限を受けないためコロナ放電が起こる前に火花放電すなわちスパークが発生する。スパークはエッジにおいてある不特定の狭い領域で電子やイオンが対向する電極板へ向かって直接向かうことで起こるため、空気を電離して空気イオンを作り出す作用が小さく、また領域が狭いことから粉塵を帯電する作用が小さい。またノイズの発生源およびガスや可燃性物質の着火源となるためスパークは発生しないようにする必要がある。

本発明の集塵装置では粉塵反発電極板および集塵電極板の少なくともどちらか一方が１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電電極板であるため、高圧電源から供給される電荷の移動は制限される。そのためエッジの部分や平らな表面の部分、もしくは粉塵が堆積して棘状の盛り上がりを形成している部分などに関わらず、急激な電荷の移動によってあらゆる箇所で発生しうるスパークを防ぐ。また、特にエッジの部分では電界強度が高まって放電が起こる。この時半導電電極板を用いることによって電荷の移動を制限する作用が得られるため、電荷が急激に空気中に飛び出してスパークを起こすのではなく空気を電離し空気イオンを作り出すコロナ放電が発生する。コロナ放電で得られた空気イオンは空気中の粉塵と結合することで粉塵を帯電し、帯電した粉塵は粉塵反発電極板および集塵電極板との間に設けられた電場によってどちらかの電極板の方へと移動して付着し、捕集される。例として粉塵反発電極板にプラスの高電圧を、また集塵電極板に０ｋＶを印加した場合は粉塵反発電極板の特にエッジの部分で起こるコロナ放電によって粉塵はプラスに帯電し、プラスに帯電した粉塵はプラスの高電圧が印加された粉塵反発電極板によって反発力を、また集塵電極板から吸引力を受け、主に集塵電極板の表面に捕集される。このような原理によってスパークの発生を防止するとともに荷電部を設けなくとも粉塵を捕集することが可能となる。

また、請求項２記載の集塵装置は、粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方が表面にエッジを有することを特徴とするものである。粉塵反発電極板と集塵電極板の端面には自然とエッジが形成され、端面のエッジからコロナ放電が発生して粉塵を帯電することが可能であるが、それとは別に粉塵反発電極板もしくは集塵電極板の表面に断面が四角形の棒を設けたり、先端が尖った突起を設けるなどの方法によって棒や突起の尖った部分すなわちエッジを設ける。粉塵反発電極板と集塵電極板の間に大きな電位差を与えることによって電極板の表面に設けたエッジからコロナ放電が起こって粉塵が帯電するため、更に高い集塵効率を得ることができる。電極板の表面により簡単にエッジを設ける方法としては、請求項３に記載するように粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方の表面にスリットを設ける方法が挙げられる。表面に設けるスリットは裏面まで貫通していてもしていなくても、スリットを設けることで自然とできる角によるエッジが形成されていればどちらでもよい。スリットを設けることで得られた角によるエッジからコロナ放電が起こり、粉塵を帯電することで更に高い集塵効率を得ることができる。

また、エッジでコロナ放電が起こるのはエッジの角の部分で電界強度が高まるためであり、エッジを形成すること以外でコロナ放電を起こす方法として、請求項４に記載するように粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方の表面に点状の導電部を設けることが挙げられる。電極板表面の電荷がこの点状の導電部に集まり、点状の導電部周辺の電界強度が高まる。この電界強度の高まりによってコロナ放電が生じ、空気中の粉塵を帯電することで更に高い集塵効率を得ることができる。更に効果の高い別の方法としては、請求項５に記載するように粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方の表面に棘状の導電部を設けることが挙げられる。導電部が棘状となっているため、電極板表面の電荷が集まった導電部の棘状の先端では電界強度が高まる。その結果コロナ放電が生じて粉塵を帯電することで更に高い集塵効率を得ることができる。導電部を形成する方法としては、請求項６に記載するように無機系導電塗料を塗布乾燥することが挙げられる。導電部で起こるコロナ放電は副生成物としてオゾンやラジカルなどの酸化性物質を生じる。そのため酸化に強い無機系、例えば銀やアルミ、銅などの金属の粉末や酸化アンチモン、酸化スズ、もしくはインジウム−スズ複合酸化物といった導電性を有する金属酸化物を含む導電塗料で導電部を形成することで導電部の耐久性を高めることが可能となる。

また、請求項７記載の集塵装置は、半導電性を有する樹脂で半導電電極板を形成することを特徴とするものである。半導電電極板とするためには表面抵抗率を１０の７〜１１乗Ω／□にすればよいため、半導電性を有する樹脂で形成することで半導電電極板を構成することが可能となる。半導電性を有する樹脂としてはナイロンといった吸水性を有する樹脂が挙げられるが、その半導電性は空気中の湿度に依存する。空気中の湿度に依存せず安定的な半導電性を得る方法としては請求項８に記載したような絶縁性の樹脂の中にイオン導電性ポリマーを含む方法が挙げられる。イオン導電性ポリマーとして４級アンモニウム塩を分子構造中に有するポリマーを例として以下説明する。４級アンモニウム塩は中心のアンモニア原子に４つのアルキル基が結合しており、全体としてプラスの電荷を有している。そこに塩素イオンなどの陰イオンがイオン結合した構造となっているためイオン導電性を有することから僅かに電荷を通す性質を有する。また、イオン導電性ポリマーはイオン導電性を有する４級アンモニウム塩などをあらかじめポリマーの分子構造中に有しているために湿度の影響を受けにくく、低湿度の時でも電荷を僅かに通す特性を確保することができるという特徴を有する。このイオン導電性ポリマーを絶縁性樹脂に含有させたものを材料として用いることで湿度に影響を受けずに安定した半導電性を有する半導電電極板を得ることが可能となる。

また、請求項９記載の集塵装置は、半導電電極板が絶縁性基板の表面に１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電層を設けたものであることを特徴とするものである。粉塵反発電極板および集塵電極板の特にエッジの部分で放電を起こすと同時に粉塵反発電極板および集塵電極板の間に電場を設けるにはそれぞれの電極板表面の間で電位差を生じさせればよい。すなわち表面のみに電荷を与えればよいため、電極板の支持基材として絶縁性基板を用い、その表面に１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電層を設けることで容易に１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する電極板を形成することが可能となる。絶縁性基板の材質としては絶縁性を有する樹脂やセラミック、もしくはガラス繊維シートをエポキシ樹脂などで固めた積層シートなどが挙げられる。

また、請求項１０記載の集塵装置は、塗布面が１０の７〜１１乗Ω／□となる半導電塗料を絶縁性基板の表面に塗布し、乾燥して半導電層を設けたものを半導電電極板とすることを特徴とするものである。具体的な例としてポリビニルアルコールやポリアクリル酸ナトリウム、アミロースといった吸水性ポリマーを含有する塗料を絶縁性基板の表面に塗布して乾燥することで１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電性膜を得る方法が挙げられる。吸水性ポリマーは空気中の水分を吸収しやすい性質を有しており、空気中の水分を吸収することで電気を僅かに通す性質を有するようになる。吸水性ポリマーを含有する塗料を絶縁性基板の表面に塗布して乾燥することで、１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電層が得られる。

ちなみに吸水性ポリマーを含有する半導電層は湿度の高低によって表面抵抗率が変動しやすい。湿度の影響を受けにくい半導電層を設ける方法として、具体的には請求項１１に記載するように半導電性を有する金属酸化物を含む溶液を半導電性塗料として用いる方法が挙げられる。酸化亜鉛や酸化アンチモン、酸化チタン、酸化ルテニウムといった半導電性を有する金属酸化物を含む半導電性塗料を電極基板の表面全体に塗布して乾燥することで、１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有し、かつ湿度の影響を受けにくい半導電層が得られる。その他の具体的な方法としては請求項１２に記載するようにイオン導電性ポリマーを含む溶液を半導電性塗料として用いる方法が挙げられる。イオン導電性ポリマーの例として４級アンモニウム塩を分子構造中に有するポリマーが挙げられる。４級アンモニウム塩は中心のアンモニア原子に４つのアルキル基が結合しており、全体としてプラスの電荷を有している。そこに塩素イオンなどの陰イオンがイオン結合した構造となっているためイオン導電性を有することから僅かに電荷を通す性質を有する。また、イオン導電性を有する４級アンモニウム塩をあらかじめその分子中に有しているために湿度の影響を受けにくく、低湿度の時でも電荷を僅かに通す特性を確保することができるという特徴を有する。

イオン導電性ポリマーを形成するには分子構造中に４級アンモニウム塩と不飽和炭素結合を有する単量体を重合する方法があるが、分子構造中に４級アンモニウム塩と不飽和炭素結合とを有する単量体としてジメチルアミノメタアクリレートのクロライド塩などが挙げられる。そしてルアミノメタアクリレートのクロライド塩の水溶液をアルコールに溶かし、成膜性を確保するために低分子量であるメチルメタアクリレートを加えた後にアゾビスイソブチロニトリルなどの重合開始剤を加えて重合反応させることで４級アンモニウム塩を含むポリマー溶液を得ることができる。また、アクリル酸のようなカルボキシル基と不飽和炭素結合とを分子中に有する単量体を重合して得たポリマーの溶液を加えることで塗布面への接着性を確保することが可能となる。また、塗布面に形成される塗布膜は分子量が大きいポリマーからなるため非水溶性を示す。このようにして作成した半導電性塗料を塗布乾燥して形成する半導電層は低湿度時でも電荷を僅かに通し、また、塗布面からはがれることがなく耐水性をも有するという特徴を有する。このようなイオン導電性ポリマーを絶縁性基板の表面に塗布して乾燥することで１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有し、また、湿度の影響を受けにくい半導電層を容易に形成することが可能となる。

また、請求項１３記載の集塵装置は、１０の７〜１１乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有する樹脂フィルムを絶縁性基板の表面に設けたものを半導電電極板とすることを特徴とするものである。１０の７〜１１乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するフィルムの材質の例として、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン、もしくは可塑剤を添加した塩化ビニルや塩化ビニリデンなどが挙げられる。またはナイロンやポリエーテルエステルアミドといった吸水性の高いアミド結合を有するポリマーや、ポリフッ化ビニリデン、もしくは塩化ビニルや塩化ビニリデンなどといった半導電性を有する樹脂とポリプロピレンやポリエステル、ポリスチレンなどの絶縁性樹脂とをブレンドして共重合させたコポリマー樹脂が挙げられる。また別の例としては、ゼオライトなどのシラノール基を有する無機成分や酸化亜鉛などの金属酸化物といった半導電性を有する材料を前述した絶縁性樹脂に混ぜてフィルムに成型したものが挙げられる。このような樹脂フィルムは内部に電荷を僅かに通す性質を持ち、１０の７〜１１乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するようになる。接着や溶着などの方法でこのような樹脂フィルムを絶縁性基板の表面に設けることによって、絶縁性基板の表面に１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電層を設けることが容易に可能となる。

また、請求項１４記載の集塵装置は、半導電電極板に貫通孔を設けることを特徴とするものである。集塵部において粉塵反発電極板と集塵電極板は交互に積層される構造であるため、粉塵反発電極板と集塵電極板の間に一様な電場を設けるためには半導電電極板の表と裏の電荷が同様の分布を有する必要がある。半導電電極板に貫通孔を設けることで、貫通孔の壁面を通じて半導電電極板の表と裏の表面にともに一様な電荷を与えることが可能となり、粉塵反発電極板と集塵電極板の間に一様な電場を容易に設けることが可能となる。

また、請求項１５記載の集塵装置は、貫通孔の壁面に導電性を持たせることを特徴とするものである。貫通孔の壁面に導電性を持たせることで半導電電極板の表と裏の表面に与えられる電荷をより確実に均一にすることが可能となる。

また、請求項１６記載の集塵装置は、絶縁性基板が樹脂材料にガラス短繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱積層プレスを施した樹脂板であることを特徴とするものである。半導電電極板は表面が半導電性であるため、粉塵反発電極板と集塵電極板がスペーサなどで接触しない構造とすることが必要である。接触した場合は粉塵反発電極板と集塵電極板が接触箇所で同じ電位となってしまい、電場が弱まって集塵効率が低下することになる。そのため半導電電極板は大きく撓んだりせず、また、初めから大きな反りがないことが必要とされる。すなわち電極板自体が高い強度および平面性を有することが必要となる。樹脂材料にガラス短繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱積層プレスを施すことで高い強度と高い平面性を有する樹脂板が得られ、このような樹脂板を電極板に用いることで電極板の撓みや反りを抑制することが可能となる。

また、請求項１７記載の集塵装置は、粉塵反発電極板と集塵電極板とがフレームの外側に設けられた碍子でつながっていることを特徴とするものである。粉塵反発電極板と集塵電極板の間に空気を通すために空間を設ける必要がある。しかしながらそのために粉塵反発電極板と集塵電極板の間にブリッジするように接触させてスペーサを設けてしまうと、その接触部分で電荷の移動が起こり、接触部分を中心に表面電位の低下が起こり、電場が弱まる。このような理由で集塵性能の低下が生じることになる。そこで粉塵反発電極板と集塵電極板とがフレームの外側に設けられた碍子のみでつながる構造とする、すなわちフレームの外側に設けられた碍子によって粉塵反発電極板と集塵電極板それぞれの表面が一切接触せず、一定の空間を開けながら保持される構造とすることによって、粉塵反発電極板の表面に接触することで起こる表面電位の低下が起こらず、電場は一定に保持される。このため高い集塵性能を得ることが可能となる。具体的には請求項１８に記載するように、粉塵反発電極板および集塵電極板それぞれに通電貫通孔および空間絶縁貫通孔を設け、導電性のシャフトを挿入しながら粉塵反発電極板と導電性の円筒状スペーサ、集塵電極板と導電性の円筒状スペーサの順で設ける方法が挙げられる。

シャフトを粉塵反発電極板の空間絶縁貫通孔と円筒状スペーサ、集塵電極板の通電貫通孔と円筒状スペーサの順で挿入し、粉塵反発電極板と集塵電極板とが交互に積層された構造を作る。通電貫通孔とは、シャフトが入るようにシャフトよりも少し大きくて円筒状スペーサと接触できる大きさを有する貫通孔のことである。一方、粉塵反発電極板と集塵電極板とが接触した状態では電圧を印加することができないため、空間絶縁貫通孔はシャフトおよび円筒状スペーサと接触しないようにするために円筒状スペーサの外径よりも大きくなっている。このままでは粉塵反発電極板を支持できないため、別のシャフトを用いて同様の順番でシャフトを挿入し、電極板を支持する。この時は粉塵反発電極板の貫通孔を通電貫通孔とし、逆に集塵電極板には空間絶縁貫通孔を設ける。このままではそれぞれの電極板をしっかりと固定できないため、それぞれの電極板を支持するシャフトは２本以上、計４本以上が望ましい。そして碍子を用いてそれぞれの電極板を支持するシャフトを接続して固定する。このような構造とすることで粉塵反発電極板および集塵電極板の表面どうしが一切接触することなく、空間を設けながらそれぞれの電極板を支持固定することが可能となる。

また、請求項１９記載の集塵装置は、粉塵反発電極板および集塵電極板それぞれに通電貫通孔および空間絶縁貫通孔を設けると同時に通電貫通孔の周囲に通電貫通孔と同じ大きさの孔を持つ円筒状エンボスを電極板と一体的に設け、導電性のシャフトを通電貫通孔に挿入することで粉塵反発電極板と集塵電極板とを空間を設けながら交互に積層することを特徴とするものである。このような構造とすることで導電性を有する円筒状スペーサを用いなくても電極板と一体的に設けられた円筒状エンボスによって空間を設けながら粉塵反発電極板と集塵電極板を積層することが可能となる。円筒状エンボスは電極板と一体的に設けられており、その表面は半導電性を有する。そのため円筒状エンボスを通じて導電性を有するシャフトから電極板に電荷が供給され、粉塵反発電極板と集塵電極板との間でコロナ放電を起こし、同時に電場を設けることが可能となる。

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。ちなみにこれら実施の形態は一例を示すものであり、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電層１を設けた粉塵反発電極板２および集塵電極板３を交互に積層した集塵装置４の斜視図を図１に、正面図を図２に示す。ちなみに図２ではフレーム１９を箱状の形状のものとして示してあるが、図をわかりやすくするために図１では碍子２０を設ける両側の部分のみのフレーム１９を記載している。図１および図２に示すように粉塵反発電極板２および集塵電極板３は通電貫通孔５および空間絶縁貫通孔６が設けられており、図３に示すような円筒状スペーサ７を挟みながらシャフト８を挿入することによって間隔を開けながら固定されている。円筒状スペーサ７およびシャフト８は金属など導電性を有する材料で構成されており、高圧電源９をシャフト８に接続することによって粉塵反発電極板２および集塵電極板３それぞれに設けられた半導電層１に異なる電圧、例えば粉塵反発電極板２の半導電層１に−８ｋＶ、集塵電極板の半導電層１に０ｋＶを印加することが可能となっている。そのため粉塵反発電極板２および集塵電極板３の間に設けられた空間１０には電場が形成されている。粉塵を含む空気は通風方向１１が示す向きで集塵装置４に導入される。

ここで粉塵反発電極板２の構造について説明する。ちなみに集塵電極板３の構造は粉塵反発電極板２とほぼ同じ構造であり、大きな違いは通電貫通孔５および空間絶縁貫通孔６の位置が異なるのみである。図４には表面にスリット１２が設けられた粉塵反発電極板２を示している。スリット１２によって角が立ったエッジ１３が設けられ、エッジ１３では電界強度が強くなるため放電が起こる。また、図５には表面に点状の導電部１４が設けられた粉塵反発電極板２を示している。点状の導電部１４には電荷が集まり、また、その直径が小さいため電界強度が強くなって放電が起こる。点状の導電部１４の大きさは直径１〜３ｍｍ程度であると放電を起こすのに適している。また、図６には表面に棘状の導電部１５が設けられた粉塵反発電極板２を示している。棘状の導電部１５には電荷が集まり、棘状の先端１６の電界強度が強くなって放電が起こる。

図４、図５および図６に示した粉塵反発電極板２は全て絶縁性基板１７の表面に半導電層１を設けた半導電電極板となっている。そのため表面における電荷の移動を制限する作用を有しており、その作用によってスパークではなく空気を電離するコロナ放電が電界強度の高い箇所、すなわち粉塵反発電極板２の端面のエッジ１３、スリットのエッジ１３、点状の導電部１４、棘状の導電部１５で発生する。このコロナ放電によって空気はイオン化され、イオン化した空気は粉塵と結合して粉塵を帯電し、帯電した粉塵は空間１０に設けられた一様な電場によって粉塵反発電極板２もしくは集塵電極板３のどちらかへと移動し、電極板の表面に付着して捕集される。ここで粉塵反発電極板２に−８ｋＶ、集塵電極板３に０ｋＶを印加した場合、粉塵はマイナスに帯電し、集塵電極板３へと移動して集塵電極板３の表面に捕集される。また、図４、図５および図６に示すように通電貫通孔５および空間絶縁貫通孔６とが設けられている。通電貫通孔５はシャフト８がちょうど入りかつ円筒状スペーサ７と接触する大きさとなっており、円筒状スペーサ７との接触箇所によって固定および通電がなされている。また、空間絶縁貫通孔６は集塵電極板３を固定し通電する円筒状スペーサ７との空間距離が目安として１５ｍｍ以上となるような大きさとなっている。

例えば円筒状スペーサ７の外径が１４ｍｍであれば空間絶縁貫通孔６の径は４４ｍｍ以上となっている。これは集塵電極板３が金属などの導電性を有する材料で構成される場合を想定し、導電性を有する円筒状スペーサ７と集塵電極板３との間でスパークを発生させないことを考慮したものである。この程度の空間距離を取ることで、１０ｋＶ程度の電位差を生じさせてもスパークは発生しない。もし粉塵反発電極板２および集塵電極板３をともに半導電電極板で構成する場合は空間距離を１５ｍｍ以下にしてもスパークは発生しない。また、絶縁性基板１７の表面に半導電層１を設ける方法としては、塗布面が１０の７〜１１乗Ω／□となる半導電塗料を塗布して乾燥する、もしくは１０の７〜１１乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するフィルムを絶縁性基板１７の表面に貼るなどの方法が挙げられる。円筒状スペーサ７は高圧電源９と接続されたシャフト８と接触しており、円筒状スペーサを介する形で通電貫通孔５の周囲の円筒状スペーサ７との接触部分から印加電圧に相当する電荷が半導電層１に供給される。

半導電層１は１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有するため、印加電圧に相当する電荷を一様に分布させながらも、急激な電荷の移動を抑制する働きを持っている。そのため大きな粉塵が付着するなどある箇所でスパークの基点となるような状態が形成されたとしても電荷が急激に移動しないためスパークの発生を防止することができる。すなわち印加電圧に相当する電荷を分布させ、空間１０に一様な電場を形成して高い集塵性能を得ると同時にスパークを防止することが可能となっている。また、図４、図５および図６に示すように粉塵反発電極板には小さな電荷均一化貫通孔１８が複数設けられている。電荷均一化貫通孔１８の壁面は表面抵抗率が１０の７〜１１乗Ω／□といった半導電性か、もしくは１０の１〜４乗Ω／□といった導電性を有しており、粉塵反発電極板２の表裏に設けられた半導電層１における電荷の偏りをなくして均一にする働きを有する。仮に円筒状スペーサ７と通電貫通孔５との接触が悪くなった部分が生じても他の部分の接触が十分であればその部分を通じて表裏の半導電層１の電荷分布を同一にし、空間１０において一様な電場を得ることが可能となる。

また、図２に示すように集塵装置はフレーム１９の外側に設けられた碍子２０で粉塵反発電極板２を支えることによって粉塵反発電極板２と集塵電極板３の表面どうしが接触しない構造となっている。すなわち表面が接触して起こる表面電位の低下が発生せず、空間１０には一様かつ強度の高い電場が常に形成されているためスパークを防止しながら、かつ高い集塵性能を得ることが可能となっている。

なお、粉塵反発電極板２および集塵電極板３として、絶縁性基板１７の表面に半導電層１を設けた半導電電極板を用いる構成で説明を行ったが、もともと表面が１０の７〜１１乗Ω／□となる材料で構成された半導電電極板を粉塵反発電極板２および集塵電極板３として用いた場合でも同様にスパークを防止しながら高い集塵性能を得ることが可能である。

ここで、実施の形態１に示した集塵装置を実際に作成して集塵効率を測定した。粉塵反発電極板２および集塵電極板３の両方において樹脂製の絶縁性基板１７の表面に半導電塗料を塗布乾燥して１０の８乗Ω／□の表面低効率を有する半導電層１を設けた半導電電極板を用いた。また、スリット１２や点状の導電部１４、棘状の導電部１５を設けないものを用いた。コロナ放電が起こっているのは端面のエッジ１３、もしくは空間絶縁貫通孔のエッジ１３であり、主にこの部分で発生するコロナ放電によって粉塵は帯電している。粉塵反発電極板２および集塵電極板３の寸法は、板厚０．８ｍｍ、通風方向の寸法２５０ｍｍ、高さ方向の寸法８０ｍｍである。この大きさで作成した粉塵反発電極板２および集塵電極板３を７ｍｍの間隔を空けながら交互に積層し、開口寸法が高さ８０ｍｍ、幅１００ｍｍの集塵装置４を得た。ここで比較用として、粉塵反発電極板２および集塵電極板３を半導電電極板ではなく導電性の金属板とした集塵装置も作成し、両者の集塵効率を測定した。測定の際の通風速度は開口寸法に対して０．５ｍとなるように設定した。また、集塵効率を求めるために集塵装置４の空気流入側および空気流出側の空気に含まれる粒径０．３μｍ以上の粉塵の個数濃度をパーティクルカウンターで測定し、その差から集塵効率を算出した。結果を表１に示す。

表１を見てわかるように、実施例の集塵装置４では集塵電極板３を０ｋＶとして粉塵反発電極板２に−８ｋＶを印加した時に６３％、−１０ｋＶを印加した時に８７％の集塵効率となった。一方粉塵反発電極板２および集塵電極板３として金属板を用いた比較例の集塵装置４では粉塵反発電極板２に−８ｋＶを印加した時に２９％の集塵効率となり、−１０ｋＶを印加した時はスパークが発生して電圧が印加できなかった。このように粉塵を帯電させる荷電部を設けなくとも、半導電電極板を用いた粉塵反発電極板２および集塵電極板３からなる集塵装置４単体のみでスパークを生じさせずに高い集塵効率を得ることが可能であることが今回の検証によってわかった。

（実施の形態２）
円筒状エンボス２１を通電貫通孔５の周囲に設けた粉塵反発電極板２および集塵電極板３を積層した集塵装置４の正面図を図７に示す。また、円筒状エンボス２１を通電貫通孔５の周囲に設けた粉塵反発電極板２を図８に示す。ちなみに集塵電極板３の構造は粉塵反発電極板２とほぼ同じ構造であり、大きな違いは通電貫通孔５および空間絶縁貫通孔６の位置が異なるのみである。図８に示すように円筒状エンボス２１は通電貫通孔５の周囲に粉塵反発電極板２と一体となって設けられており、中心には通電貫通孔５と同じ径の貫通孔が設けられている。そのため円筒状エンボス２１の円筒内および円筒外全ての表面は半導電性となっている。

図７に示すように導電性のシャフト８を粉塵反発電極板２の通電貫通孔５および円筒状エンボス２１に挿入し、その後集塵電極板３の空間絶縁貫通孔６に挿入する。また、別のシャフト８を用いて粉塵反発電極板２の空間絶縁貫通孔６に挿入し、その後集塵電極板３の通電貫通孔５および円筒状エンボス２１に挿入することによって、導電性の円筒状スペーサ７を用いなくとも空間を空けながら粉塵反発電極板２および集塵電極板３を交互に積層することが可能となる。シャフト８はフレーム１９の外に設けられた碍子２０によって固定されており、粉塵反発電極板２および集塵電極板３は碍子２０のみでつながっている。したがって空間を設けながら粉塵反発電極板２および集塵電極板３を接触させずに固定する構造が簡単に得られる構造となっている。また、円筒状エンボス２１の表面は半導電性となっている。円筒状エンボス２１は高圧電源９と接続される導電性のシャフト８と接触しており、円筒状エンボス２１を通じてシャフト８から粉塵反発電極板２および集塵電極板３の表面に所定の電圧が印加される。そのため導電性の円筒状スペーサ７がなくとも粉塵反発電極板２および集塵電極板３の間でコロナ放電を起こすと同時に電場を設けることが可能となり、高い集塵効率を有する集塵装置４が簡単に得られる。

本発明の集塵装置は粉塵を帯電させる荷電部なしで高い集塵性能が得られると同時にスパークを防止することが可能であるため、高い集塵性能と安全性、および簡単な構造であることが同時に求められる集塵装置、例えば工場のオイルミスト集塵機や家庭用空気清浄機、または給気型換気扇などに搭載する集塵デバイスとして有用である。

本発明の実施の形態１に記載の集塵装置を示す斜視構成図 同集塵装置を示す正面構成図 同円筒状スペーサを示す構成図 同スリットを設けた粉塵反発電極板を示す構成図 同点状の導電部を設けた粉塵反発電極板を示す構成図 同棘状の導電部を設けた粉塵反発電極板を示す構成図 実施の形態２に記載の集塵装置を示す正面構成図 同円筒状エンボスを設けた粉塵反発電極板を示す構成図 参考文献に記載の集塵装置を示す構成図

符号の説明

１ 半導電層
２ 粉塵反発電極板
３ 集塵電極板
４ 集塵装置
５ 通電貫通孔
６ 空間絶縁貫通孔
７ 円筒状スペーサ
８ シャフト
９ 高圧電源
１０ 空間
１１ 通風方向
１２ スリット
１３ エッジ
１４ 点状の導電部
１５ 棘状の導電部
１６ 棘状の先端
１７ 絶縁性基板
１８ 電荷均一化貫通孔
１９ フレーム
２０ 碍子
２１ 円筒状エンボス

Claims (19)

1. 粉塵反発電極板と集塵電極板とを空間を設けながら交互に積層し、それぞれの電極板に異なる電圧を印加する集塵装置において、粉塵反発電極板および集塵電極板の少なくともどちらか一方が１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電電極板であり、粉塵反発電極板と集塵電極板との間で放電を起こして粉塵を帯電させ、捕集することを特徴とする集塵装置。
2. 粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方が表面にエッジを有することを特徴とする請求項１記載の集塵装置。
3. 粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方の表面にスリットを設けることを特徴とする請求項１または２記載の集塵装置。
4. 粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方の表面に点状の導電部を設けることを特徴とする１乃至３いずれかに記載の集塵装置。
5. 粉塵反発電極板と集塵電極板の少なくともどちらか一方の表面に棘状の導電部を設けることを特徴とする１乃至３いずれかに記載の集塵装置。
6. 無機系導電塗料を塗布乾燥して導電部を設けることを特徴とする集塵装置請求項４または５記載の集塵装置。
7. 半導電性を有する樹脂で半導電電極板を形成することを特徴とする１乃至６いずれかに記載の集塵装置。
8. 絶縁性の樹脂の中にイオン導電性ポリマーを含むことを特徴とする請求項７記載の集塵装置。
9. 半導電電極板が絶縁性基板の表面に１０の７〜１１乗Ω／□の表面抵抗率を有する半導電層を設けたものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の集塵装置。
10. 塗布面が１０の７〜１１乗Ω／□となる半導電塗料を絶縁性基板の表面に塗布し、乾燥して半導電層を設けたものを半導電電極板とすることを特徴とする請求項９記載の集塵装置。
11. 半導電性を有する金属酸化物を含む溶液を半導電性塗料として用いることを特徴とする請求項１０記載の集塵装置。
12. イオン導電性ポリマーを含む溶液を半導電性塗料として用いることを特徴とする請求項１０記載の集塵装置。
13. １０の７〜１１乗Ω・ｃｍの体積抵抗率を有する樹脂フィルムを絶縁性基板の表面に設けたものを半導電電極板とすることを特徴とする請求項１０記載の集塵装置。
14. 半導電電極板に貫通孔を設けることを特徴とする請求項１乃至１３いずれかに記載の集塵装置。
15. 貫通孔の壁面に導電性を持たせることを特徴とする請求項１４記載の集塵装置。
16. 絶縁性基板が樹脂材料にガラス短繊維およびマイカを充填して押出し成型後に加熱積層プレスを施した樹脂板であることを特徴とする請求項９乃至１５いずれかに記載の集塵装置。
17. 粉塵反発電極板と集塵電極板とがフレームの外側に設けられた碍子でつながっていることを特徴とする請求項１乃至１６いずれかに記載の集塵装置。
18. 粉塵反発電極板および集塵電極板それぞれに通電貫通孔および空間絶縁貫通孔を設け、導電性のシャフトを挿入しながら粉塵反発電極板と導電性の円筒状スペーサ、集塵電極板と導電性の円筒状スペーサの順で設けることを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の集塵装置。
19. 粉塵反発電極板および集塵電極板それぞれに通電貫通孔および空間絶縁貫通孔を設けると同時に通電貫通孔の周囲に通電貫通孔と同じ大きさの孔を持つ円筒状エンボスを電極板と一体的に設け、導電性のシャフトを通電貫通孔に挿入することで粉塵反発電極板と集塵電極板とを空間を設けながら交互に積層することを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の集塵装置。

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