JP6788881B2 - 空気浄化機 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスを屋外に放出する前に通すのに適した空気浄化機に関するものである。

内燃機関試験装置から排出されるオイルミストや、食品加工装置から排出されるダスト等、工場では装置から様々な汚染物質が空気中浮遊粒子として混入された排ガスが発生するが、これらは周辺環境に悪影響を与えないように処理した上で屋外に放出することが求められている。
それに対応して、従来から、空気浄化装置が利用されている。その代表的なものは、特許文献１に記載のように、汚染物質を水に吸収させたり、フィルターを利用して捕捉したり、特許文献２に記載のように、汚染物質を電気的に吸着させたりするものである。

特開２００７−１１７９２１号公報 特開２００２−１６６１９５号公報 特開２０１５−１８２０３３号公報

而して、水を利用すれば、大掛かりな廃水処理が必要となる。また、フィルターを利用すれば、フィルターの頻繁な清掃や交換が必要となり、しかも、除去できる汚染物質は、フィルターで捕捉できる大きさのものに限られる。
特許文献２は、電気集塵式のものであり、これは、汚染物質を帯電させて集塵筒に電気的に吸着させている。フィルターと言う廃棄物は出ないが、放電極から対向電極となる集塵筒までの距離が取れないので、過剰に熱を受けて乾燥した汚染物質が集塵筒に堆積することになる。このような堆積を放置すれば、目詰まりの進行により空気浄化性能が劣化すると共に、乾燥した汚染物質による火災の危険性もあるので、頻繁なメンテナンスが必要となっている。
上記したように、既存の装置では、いずれにしても、汚染物質の除去性能、後処理やメンテナンスの負担と言った面から、不満の残るものであった。

これに対して、本出願人は、先に、特許文献３として、静電引力と遠心力を利用した空気浄化装置を提案した。この装置によれば、フィルターや水が不要となっており、更に、放電極から集塵筒までの距離も取れる。
而して、この空気浄化装置は、室内の空気を浄化することが意図されており、ブロアを利用して強制的に処理空気を装置内に導入してはいるが、室内の無風雰囲気を極力壊さないように配慮されている。
一方、処理装置から発生した排ガスを屋外に放出する前に通すような集塵機では、処理装置からパイプ等を通って運ばれてきた排ガスが処理対象となっているので、室内雰囲気に対する配慮は必要無く、むしろ効率的な運転を可能とするためにも、空気浄化機側のメンテナンスの負担を軽減することを最優先とすべきである。

本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、処理装置から発生した排ガスを屋外に放出する前に通す空気浄化機であって、静電引力と遠心力を利用して集塵し、更に、構造的に工夫を凝らすことで、メンテナンスの負担が格段に軽減された、新規且つ有用な空気浄化機を提供することを、その目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、処理対象の排ガスが通される縦型円筒体と、前記円筒体の周面に形成された１つのスリットと、前記スリットを囲んで前記円筒体の外側に突設され、内面が導電性になっている突設部と、前記突設部に設けられた蓋と、前記円筒体内に設けられ、前記円筒体の中心軸より前記突設部側に偏向した位置で垂れ下がった棒状導電部と、前記棒状導電部に上下方向に所定の間隔をあけて取り付けられ、放電極として働くエッジが前記スリット側を向いた多数の針状電極と、前記スリットの縁側に設けられた対向電極と、前記円筒体内に通される排ガスが前記中心軸を中心として回転しながら流れる旋回流となるよう排ガスを通す旋回流形成手段とを備え、前記突設部内は、そこに流れ込んだ排ガスが滞留する滞留域になっており、更に、前記円筒体の底側には前記スリットと別に開口が形成され、前記開口も蓋で閉塞されていることを特徴とする空気浄化機である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した空気浄化機において、スリットの縁側は突設部の排ガス出入り口側に突出して入口を狭めていることを特徴とする空気浄化機である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した空気浄化機において、突設部には、吸着構造部が設けられていることを特徴とする空気浄化機である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した空気浄化機において、屋外への排ガス放出ラインに介装されていることを特徴とする空気浄化機である。

本発明の空気浄化機は、排ガスを屋外に排出する前に通す空気浄化機として適しており、メンテナンスの負担が格段に軽減されている。

本発明の実施の形態に係る空気浄化機の上面図及び正面図である。 図１の空気浄化機の上方横断面図及び縦断面図である。 図１の空気浄化機における空気浄化のイメージ図である。 図１の空気浄化機における空気浄化のイメージ図である。 図１の空気浄化機における空気浄化のイメージ図である。 図１の空気浄化機の突設部の別例の説明図である。

本発明の実施の形態に係る据置型の空気浄化機１を、図面に従って説明する。
図１に示すように、この空気浄化機１は外形部としてハウジング３を備えている。このハウジング３は縦長の四角ボックス状になっており、正面には、縦長矩形の大きい開口が形成されている。この開口には、縦長矩形のボックス状突設部５が嵌め込まれて固定されており、突設部５の正面側が前方に突出している。この突設部５の正面には開口が形成されているが、そこは横蓋７で閉じられている。突設部５は、正面側とその正面を囲んで立ち上がった４つの側面とで構成されており、ハウジング３に入り込んだ奥側が開口している。
また、ハウジング３の正面には、底面近くにも、別の横長矩形の開口が形成されているが、そこは横蓋９で閉じられている。
従って、横蓋７と横蓋９を開けると、ハウジング３が開放されることになる。

ハウジング３には、右側面の下部に排ガスの吸入口１１が、対向する左側面の上部に排ガスの排気口１３が設けられている。吸入口１１と排気口１３は、共に奥側に配されている。
各口１１、１３にはそれぞれ蛇腹状のチューブ１５、１５が接続されている。吸入口１１側のチューブ１５は排ガスを出す処理装置（図示省略）に接続されており、排気口１３側のチューブ１５は工場の壁に設けられた排気口（図示省略）に接続されている。すなわち、空気浄化機１は、屋外への排ガス放出ラインに介装されている。

図２に示すように、ハウジング３の内部は、板状の仕切り部１７で上下に仕切られており、その上側には、集塵筒として縦型円筒体１９が収められている。この円筒体１９は中心軸を上下方向に向けて立たせた状態になっている。円筒体１９の軸方向一端側である天部側は、ハウジング３の上壁の内面に当接して閉塞されている。
一方、仕切り部１７には、円形穴が形成されており、その穴縁に沿って円筒体１９が立たせられている。従って、円筒体１９の軸方向他端側である底部側はハウジング３の内部と連通している。仕切り部１７の下側の空間の正面側に上記した横蓋９が配置されており、横蓋９を開けると、ハウジング３の内部が仕切り部１７の空間を介して開口することになる。

この円筒体１９には、接線方向に排ガスを流入させるために、吸入パイプ２１の一端側が接続されて連通している。一方、吸入パイプ２１の他端側はハウジング３の吸入口１１になっている。両端の接続位置の高さは同じで、吸入パイプ２１は水平方向を向くように配設されている。
また、円筒体１９には、接線方向に排ガスを流出させるように、排気パイプ２３の一端側が接続されて連通している。排気パイプ２３の他端側はハウジング３の排気口１３になっている。両端の接続位置の高さは同じで、排気パイプ２３は水平方向を向くように配設されている。
円筒体１９と吸入パイプ２１との接続部分の直上に、円筒体１９と排気パイプ２３との接続部分があり、上方からは吸入パイプ２１と排気パイプ２３が直列しているように見える。

排気パイプ２３と接続されたチューブ１５には、ブロア（図示省略）が介装されており、そのブロアの稼働により、処理装置〜チューブ１５〜吸入パイプ２１〜円筒体１９〜排気パイプ２３〜チューブ１５〜屋外の排気口へ連なる排ガスの流れが形成される。
そして、円筒体１９内では、接線方向からの排ガスの流入及び接線方向への排ガスの流出により、排ガスは中心軸の周りを回転しながら上方に流れていく旋回流になっている。すなわち、図３の一点鎖線の矢印（Ａ）に示すように、円筒体１９の中心軸の周りを回転しながら、上方に流れていく。
排ガスの入口と出口である吸入口１１と排気口１３とが円筒体１９に対して十分に小さく設計されており、円筒体１９内で十分な大きさの旋回速度が確保されるようになっている。

上記した突設部５は、ハウジング３の内部では、円筒体１９の外周面に固定されて一体化している。
円筒体１９には、縦長矩形のスリット（欠落部）２５が形成されている。このスリット２５はハウジング３の正面側に位置しており、突設部５の正面側の横蓋７に対向している。但し、スリット２５の横寸法は突設部５の横寸法よりも小さくなっており、スリット２５の両横側の縁部２７、２７が突設部５の内方側にそれぞれ同じだけ突出してエッジ状になっている。

また、スリット２５の縦寸法も突設部５の縦寸法よりも小さくなっており、スリット２５の開口部全体が突設部５でカバーされた状態となっている。
ハウジング３と円筒体１９と突設部５は全て金属製になっており、互いに導通連結されている。また、ハウジング３はアースされている。

円筒体１９の中心軸より突設部５寄りに偏向した位置には、棒状導電部２９が垂れ下がっており、その下端は吸入口１１よりも下がっているが、仕切り部１７よりは上方にある。棒状導電部２９には、上下方向に所定の間隔をあけて多数の針状電極３１が取り付けられている。この針状電極３１は水平方向に延びており、スリット２５の両縁部２７、２７を結ぶ線の中心と直角に交差する交差線上にある。針状電極３１のエッジ（先端部）３３は、スリット２５側を向いている。
棒状導電部２９の下端には、絶縁カバー３５が嵌め込まれており、下方に向けての放電は規制されている。棒状導電部２９の上端部は、絶縁パイプ３７に差し込まれている。この絶縁パイプ３７はハウジング３の天井部から貫通している。

棒状導電部２９の上端は導線（図示省略）と接続されており、この導線は絶縁パイプ３７内を通されている。コッククロフトウォルトン回路で構成された高電圧電源（図示省略）に高電圧ケーブル（図示省略）が接続されており、この高電圧ケーブルから取り出された導線が上記した導線になって絶縁パイプ３７に通されており、棒状導電部２９に放電用に高電圧が供給されるようになっている。

この空気浄化機１には、ハウジング３側とは別に、運転ボタン等や運転状態等の表示部が配列された操作盤（図示省略）も備えられている。

空気浄化機１は、上記したように構成されている。
次に、集塵のメカニズムについて、図３、図４にしたがって説明する。この図３は図２を説明の便宜のために一部実際と異なるように編集したものとなっている。
なお、以下は、空気浄化機１を、小麦粉を原料として使用する食品加工工場に設置した例に基づいて説明しており、集塵だけでなく脱臭も意図されている。従って、本例では、除去すべき空気中浮遊粒子、すなわち汚染粒子は、大きい方が小麦粉（Ｃ）で、小さい方がニオイ粒子（Ｄ）になっている。
図３に示すように、処理装置から出された排ガスは、吸入口１１から吸入パイプ２１を介して、円筒体１９の内部に流入して、旋回流（一点鎖線の矢印（Ａ））となって、回転しながら上昇する。旋回流（Ａ）の速度は、そこに含まれる小麦粉（Ｃ）が遠心力の作用を受けて円筒体１９側に引き寄せられる一方で、円筒体１９の内面に衝突するには至らないよう調整されている。

一方、高電圧電源機からは直流の高電圧電源が供給されるので、針状電極３１のエッジ３３が放電極、スリット２５の両縁部２７、２７が対向電極として働いて、これらの電極の間で主に放電が発生し、強力な電子流（太線の矢印（Ｅ））が形成される。この電子流（Ｅ）の向きは、エッジ３３から縁部２７に向かう方向になっている。

旋回流（Ａ）を構成する空気（分子）は、電子流（Ｅ）の電荷（ｅ）により押されて運動方向が突設部５の内部に入り込む方向に曲げられる。従って、旋回流（Ａ）の一部は、突設部５側に誘導され、スリット２５を通り抜けて入り込んでいく。突設部５の出入口は、縁部２７、２７が反し状に突出して狭められているので、突設部５の内部に入り込むと、２つの小旋回流（ａ）となって、円筒体１９側には戻らずに、そこを滞留域として滞留し続けることになる。

図４のイメージ図に示すように、旋回流（Ａ）に随伴して小麦粉（Ｃ）やニオイ粒子（Ｄ）も、突設部５の内部に共に入り込んでいくが、電子流（Ｅ）から電荷（ｅ）を受け取って帯電した状態になっている。
小麦粉（Ｃ）は真球ではなく、凹凸状になっており、電荷（ｅ）は凸状に尖った部分、すなわちエッジ部分に帯電しやすい。従って、帯電したときには、帯電に偏りが出て、分極した状態となる。
この帯電した小麦粉（Ｃ）は、小旋回流（ａ）中で浮遊しており、回転したり、質量に応じた旋回軌道を変えたりするので、接近し易い状況になっている。従って、静電引力が作用する方向で接近すると、静電引力が働いて凝集し連なって異形化していく。

そして、凝集して質量が大きくなると、遠心力も大きくなるので、その遠心力も作用して、図５のイメージ図に示すように、突設部５の側面に衝突してそこに付着する。あるいは、自重により、落下して、突設部５の下面に衝突してそこに付着する。
付着した小麦粉（Ｃ）の上には、次に飛来してきた小麦粉（Ｃ）が順次付着していき、小麦粉（Ｃ）の堆積化が進行する。上記したように、異形化したものが付着しており、その先端がアース電極として働くので、その先端が次に飛来してきた小麦粉（Ｃ）の優先的な付着先となる。従って、堆積構造には異方性が見られ、多くの隙間空間が生まれている。
ニオイ粒子（Ｄ）も小旋回流（ａ）に随伴しており、その隙間空間に入り込むと捕捉、換言すれば吸着される。ニオイ粒子（Ｄ）も帯電しているものもあり、これらは静電引力が作用するので一層捕捉され易くなる。このように、小麦粉（Ｃ）の堆積構造がニオイ粒子（Ｄ）の吸着部位として作用する。なお、視認の便宜のために、図５では、ニオイ粒子（Ｄ）は小麦粉（Ｃ）に対して相対的に極端に大きく描画されている。
上記したイメージにより、粒径の異なる粒子が上手く除去できるので、排ガスが効率良く浄化される。

なお、小麦粉（Ｃ）は全てが帯電するわけではなく、これらについては上記した静電引力は期待できないが、これらも狭い突設部５内に留め置かれるので、凝集し粗大化した小麦粉（Ｃ）に衝突する機会も増える。
従って、これらの小麦粉（Ｃ）も含めて、突設部５の内部に入り込んだ小麦粉（Ｃ）が突設部５の内面に効率良く付着して排ガス中から除去されることになる。
その後、排ガスは、上昇して排気パイプ２３に近づいた時点では小麦粉（Ｃ）やニオイ粒子（Ｄ）が除去されており、排気口１３から出された後屋外に放出される。

空気浄化機１は、上記のように、小麦粉（Ｃ）やニオイ粒子（Ｄ）が、突設部５内で集中的に捕捉されるようになっている。
そして、突設部５は横蓋７を開ければ開口するので、そこから掃除用具を差し込んで、突設部５の内面を清掃して付着した小麦粉（Ｃ）やニオイ粒子（Ｄ）を除去するのは簡単である。
また、ハウジング３の底面に落下したものも、横蓋９を開ければ底面側が開口するので、そこから掃除用具を差し込んで清掃することができ、付着した小麦粉（Ｃ）やニオイ粒子（Ｄ）を除去するのは簡単である。

上記したように、小麦粉（Ｃ）やニオイ粒子（Ｄ）の堆積箇所がメンテナンスの容易な場所になっているので、従来の空気浄化機に比べてメンテナンスの負担が格段に軽くなっている。
この空気浄化機１は、ハウジング３の縦横寸法が０．８ｍ×０．８ｍ程度で高さ寸法が２ｍ程度に設計されている。

この空気浄化機１には、脱臭強化用に専用の吸着構造部を設けることもできる。
図６はその一例を示したものであり、突設部５の内側に、ハニカム状触媒３９を配置している。このハニカム状触媒３９は、活性炭、ゼオライトなどの吸着材料をハニカム状に押し出し成形したセラミックフィルターであり、着脱自在になっている。ニオイ粒子（Ｄ）は、ハニカム状触媒３９に捕捉される。
このハニカム状触媒３９は、帯電した小麦粉（Ｃ）の飛行を妨げるものではないので、上記した付着・堆積が損なわれることはない。
このハニカム状触媒３９を併用することで、微細なニオイ粒子（Ｃ）も漏れなく捕捉できるようになる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。

１‥‥据置型の空気浄化機 ３‥‥ハウジング ５‥‥突設部
７、９‥‥横蓋 １１‥‥吸入口 １３‥‥排気口
１５‥‥チューブ １７‥‥仕切り部 １９‥‥円筒体
２１‥‥吸入パイプ ２３‥‥排気パイプ ２５‥‥スリット
２７‥‥縁部 ２９‥‥棒状導電部 ３１‥‥針状電極
３３‥‥（針状電極の）端部 ３５‥‥絶縁カバー ３７‥‥絶縁パイプ
３９‥‥ハニカム状触媒
Ａ‥‥旋回流 ａ‥‥小旋回流 Ｃ‥‥小麦粉
Ｅ‥‥電子流 Ｄ‥‥ニオイ粒子

Claims (4)

1. 処理対象の排ガスが通される縦型円筒体と、前記円筒体の周面に形成された１つのスリットと、前記スリットを囲んで前記円筒体の外側に突設され、内面が導電性になっている突設部と、前記突設部に設けられた蓋と、前記円筒体内に設けられ、前記円筒体の中心軸より前記突設部側に偏向した位置で垂れ下がった棒状導電部と、前記棒状導電部に上下方向に所定の間隔をあけて取り付けられ、放電極として働くエッジが前記スリット側を向いた多数の針状電極と、前記スリットの縁側に設けられた対向電極と、前記円筒体内に通される排ガスが前記中心軸を中心として回転しながら流れる旋回流となるよう排ガスを通す旋回流形成手段とを備え、前記突設部内は、そこに流れ込んだ排ガスが滞留する滞留域になっており、更に、前記円筒体の底側には前記スリットと別に開口が形成され、前記開口も蓋で閉塞されていることを特徴とする空気浄化機。
2. 請求項１に記載した空気浄化機において、
   スリットの縁側は突設部の排ガス出入り口側に突出して入口を狭めていることを特徴とする空気浄化機。
3. 請求項１または２に記載した空気浄化機において、
   突設部には、吸着構造部が設けられていることを特徴とする空気浄化機。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した空気浄化機において、
   屋外への排ガス放出ラインに介装されていることを特徴とする空気浄化機。

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