JP5527208B2

JP5527208B2 - 電気集じん機

Info

Publication number: JP5527208B2
Application number: JP2010525595A
Authority: JP
Inventors: 健吾中原; 亮加藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: US8617298B2; CN102123794A; CN102123794B; JPWO2010021128A1; WO2010021128A1; US20110139009A1

Description

本発明は、空気中の浮遊粒子状物質を捕集し空気清浄を行うための電気集じん機に関する。

従来、この種の電気集じん機は、以下のようなものが知られており、従来の電気集じん機を示す正面図である図５を参照しながら説明する（例えば特許文献１参照）。

図５に示すように空気の流れと平行して面状の接地極板１０１を備え、それと平行して支持体１０２と複数の針状電極１０３からなる放電電極１０４を備えている。

そして、直流高圧電源から直流高電圧を放電電極１０４に供給することにより、接地極板１０１と放電電極１０４間でコロナ放電を発生させ、空気中の浮遊粒子状物質を帯電・捕集している。

接地極板１０１の材質は、鋼・ステンレス・アルミ等の金属である。また針状電極１０３の材質には通常、鋼・ステンレスを用いるが、腐食性や耐食性を考慮し、チタン・イリジウム・白金・ロジウム・タングステン等の金属、またはこれらの合金を用いる場合もある。

この時、接地極板１０１と、放電電極１０４の針状電極１０３との電極間距離は３０ｍｍ、針状電極１０３への印加電圧は１８ｋＶとなっている。

このような従来の電気集じん機は、接地極板１０１と、放電電極１０４の針状電極１０３との電極間距離を狭くしすぎると、火花放電が頻発し電気集じん機本来の集じん性能を得られなくなるという課題がある。また電極間距離を広くすればその課題は解決できるが、電気集じん機全体のコロナ放電量が少なくなってしまい、電気集じん機の集じん性能の低下へとつながる。

従来の電気集じん機は、火花放電の頻発しない距離まで電極間距離を（例えば上述のごとく３０ｍｍ）広げている。このため、放電電極１０４からのコロナ放電量が少なくなるので、放電電極１０４を空気の流れ方向に複数配置して、コロナ放電量を確保し、集じん性能を維持していた。

また、それに合わせて面状の接地極板１０１も、空気の流れ方向に大きくなっていた。そのため、空気の流れる方向に装置全体が大きくなってしまっていた。それに伴い、工場などへの設置を考えると、床置きの場合は様々な機械設備があるため、設置スペースに十分な余裕はなく、また中２階や天井への設置も、通常換気用のダクトや空調機、クレーン、照明などが設置されており、十分なスペースを確保することは難しかった。

特開昭５９−５９２５８号公報

本発明の電気集じん機は、帯電部と、帯電部の下流に設けた集じん部とを備え、帯電部は、コロナ放電を発生させる放電電極と、アースに接続された接地極板とを有し、接地極板は、絶縁性基板と、絶縁性基板の表面上に設けた抵抗体と、絶縁性基板の表面上において、抵抗体に電気的に接続した導電部とを有し、接地極板の抵抗体に、所定間隔で、放電電極を対向させた構成である。

このような電気集じん機は、接地極板の抵抗体に、所定間隔で、放電電極を対向させたものであるので、接地極板の抵抗体と、放電電極を近接させても、火花放電は発生しない。また、接地極板の抵抗体と、放電電極とを近接させる事が出来るので、小型化を図ることが出来、しかも高い集じん性能を確保することが出来る。

図１は本発明の実施の形態１の電気集じん機を示す斜視図である。図２Ａは同電気集じん機の接地極板の詳細構造を示す平面図である。図２Ｂは図２ＡのＡ−Ａ断面図である。図３は本発明の実施の形態２の電気集じん機の接地極板の詳細構造を示す平面図である。図４は本発明の実施の形態３の電気集じん機の接地極板の詳細構造を示す平面図である。図５は従来の電気集じん機を示す正面図である。

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。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電気集じん機の斜視図、図２Ａは同電気集じん機の接地極板の詳細構造を示す平面図、図２Ｂは図２ＡのＡ−Ａ断面図である。

図１に示すごとく本発明の実施の形態１における電気集じん機は、集じん用空気（この図１の矢印）の流れに沿って、帯電部１の下流側に集じん部２を配置した構成となっている。

帯電部１は、高電圧を印加する放電極板３と、アースに接続された接地極板４とを、空気の流れ方向（矢印方向）の両側において、所定間隔（例えば１５ｍｍ〜２０ｍｍ）を介して対向配置した構成となっている。そしてコロナ放電を発生させる放電電極７は、放電極板３に設けられている。

また、集じん部２は、高電圧を印加する荷電極板５と、アースに接続された集じん極板６（一例としてステンレス板）とを、空気の流れ方向（矢印方向）の両側において、所定間隔を介して対向配置した構成となっている。

この時、帯電部１の放電極板３と接地極板４とを所定間隔はなすことで形成された隙間、および集じん部２の荷電極板５と集じん極板６とを所定間隔はなすことで形成された隙間を、矢印の如く空気が流れる。

すると、帯電部１においては、放電極板３と接地極板４との間に発生したコロナ放電（本発明の実施の形態１ではマイナス放電）によって、空気中の浮遊粒子状物質が負電位に帯電される。

また、集じん部２においては、荷電極板５（本発明の実施の形態１ではマイナス印加）と集じん極板６（本発明の実施の形態１ではアースに接続しているが、相対的には正極となる）との間に発生した電界によって、帯電部１において負電位に帯電した浮遊粒子状物質が、クーロン力により集じん極板６（正極）に付着し捕集される。

図２Ａ、図２Ｂは帯電部１の接地極板４の詳細図であり、絶縁性基板２１の表面に、膜構造の抵抗体２２と、膜構造の導電部２３と、膜構造の絶縁性物質２４とを備えている。

なお、絶縁性基板２１と抵抗体２２は何れも長方形状で、その長手方向を揃えた状態としている。また、導電部２３は細長い帯状となっている。このような形状において抵抗体２２の一辺（放電電極７とは反対側の辺）側には、導電部２３の長手部分が電気的に接続されており、これにより放電電極７と、導電部２３とを出来るだけ離すようにしている。

また、放電極板３に設けられた複数の刺状の放電電極７（本発明の実施の形態１では、先端径２０μｍ以下のステンレス製刺状の放電電極７）には、本発明の実施の形態１では、−８ｋＶの高電圧を印加している。

この放電電極７とそれに対向して配置した抵抗体２２とは、所定間隔（本発明の実施の形態１では１５ｍｍ〜２０ｍｍ）離されているが、放電電極７に−８ｋＶの高電圧を印加すると、この刺状の放電電極７と抵抗体２２との間の空間でコロナ放電が発生し、これにより上述したごとく、浮遊粒子状物質を帯電させている。

焼成膜よりなる抵抗体２２は、以下のように形成される。まず、非アルカリ金属酸化物の導電物質（酸化ルテニウム、酸化錫、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つ）を含有するガラスペーストを、絶縁性基板２１上にスクリーン印刷する。その後、絶縁性基板２１を８５０℃で加熱し、ガラス成分を溶融させて抵抗体２２を形成する（本発明の実施の形態１では、これを焼成により形成したと表現している）。

また、絶縁性基板２１は、上述した抵抗体２２形成のために、高温に耐えられるものでなければならず、本発明の実施の形態１ではコストの安い酸化アルミニウムを主成分とするセラミック基板（焼成済みのもの）を使用している。なお、酸化アルミニウムに限らず、高温に耐えられるものであれば他の材質でもよい。また１つの絶縁性基板２１の両面に抵抗体２２を設けることで、絶縁性基板２１の使用量を減らすことも出来る。

さらに、絶縁性基板２１の表面に膜構造の抵抗体２２と、膜構造の導電部２３と、膜構造の絶縁性物質２４とを、接着剤で設ける場合には、この絶縁性基板２１自体セラミック製とする必要は無く、合成樹脂板を用いることもできる。

焼成膜よりなる導電部２３は、銀・銅・タングステンなどの導電性物質が含有されたペーストを、絶縁性基板２１上にスクリーン印刷した後、焼成して形成している。図１で説明したように、導電部２３はアース（図示せず）と接続される。なお、導電部２３は、上述したペーストの焼成に限らず、絶縁性基板２１上に導電物質を蒸着することにより形成しても良い。さらには、絶縁性基板２１上に銅箔を設けることにより形成しても良い。

なお、導電部２３を焼成膜により構成すれば、抵抗体２２を形成するための設備を共用化することができる。

絶縁性物質２４は、導電部２３の表面全体と、抵抗体２２と導電部２３とを電気的に接続している接触部（図示せず）表面を覆うように設けたものである。

具体的には、絶縁性基板２１上に、抵抗体２２用のガラスペースト（導電物質の一例として酸化ルテニウム、酸化錫、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つを含むガラスペースト）と、導電部２３用のペースト（銀・銅・タングステンなどの導電性物質が含まれたペースト）と、絶縁性物質２４用のガラスペースト（上記酸化ルテニウム、酸化錫、および酸化アンチモンは含まぬ絶縁性のガラスペースト）をスクリーン印刷した後、上述した８５０℃で加熱し、一体に形成する。

絶縁性物質２４は、導電部２３の保護用として設けたものである。絶縁性物質２４を設けなかった場合、抵抗体２２表面に結露などで水分が付着すると、放電電極７に近い抵抗体２２部分と、導電部２３の表面とが短絡する場合がある。従って、この短絡を防止するためである。

この短絡を防止するために本発明の実施の形態１では、上述のごとく絶縁性物質２４により、導電部２３の表面全体と、導電部２３と抵抗体２２との接触部の表面部分とを覆うようにしている。

また、絶縁性物質２４は、その使用環境においてコロナ放電によりオゾンや紫外線が発生しているため、これらに対して耐久性の高い無機物質であるガラスで形成している。

放電電極７は、１本の丸棒の両先端を尖らせたものを使用している（板金を複数の刺を有するように切り抜いたものでもよい）。

この時、抵抗体２２と導電部２３と放電電極７とは、図２に示すように、放電電極７の先端が、抵抗体２２が所定間隔（例えば１５ｍｍ〜２０ｍｍ）をおいて対向するように配置され、放電電極７から離れた位置に導電部２３が配置されている。

次に本発明の実施の形態１において、電気集じん機を小型にしながら、電気集じん機の性能を維持出来る作用について説明する。

帯電部１では、放電電極７と抵抗体２２とでコロナ放電を発生させている。特に、抵抗体２２を上述した構成（導電物質を含むガラスペーストを、絶縁性基板２１上にスクリーン印刷後、加熱し、ガラス成分を溶融させて形成）としたので、基本的な抵抗値は十分に高く、よって放電時に流れる電流が制限され、火花放電が起きるような大電流が流れない。したがって、火花放電を防ぐことができる。

抵抗体２２は、放電電極７と抵抗体２２とで適切なコロナ放電を発生させるために、上述のごとく導電物質の一例として酸化ルテニウム、酸化錫、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つを含有するガラスペーストを、印刷後、加熱して形成したものである。抵抗体２２は、絶縁を主目的とする絶縁性物質２４よりは、抵抗値を小さくしている。

なお、本発明の実施の形態１では、導電物質の一例として酸化ルテニウム、酸化錫、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つを用いているが、これらを混入させると、コロナ放電をさせるのに適当な導電性を発揮する。この理由は、これらの導電物質が酸素欠陥を有し、それにより電子の移動が発生するからである。

なお抵抗体２２は、金属酸化物として酸化ルテニウム、酸化錫、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つを用いているが、他の金属酸化物も用いることも可能である。

さらに導電部２３は、放電電極７から離れた位置（上述した放電電極７とは反対側の辺）で抵抗体２２と電気的に接続されている。すなわち抵抗体２２は、導電部２３に電気的に接続されている。

このため、導電部２３から離れた（放電電極７近傍）抵抗体２２部分の抵抗値が高く、導電部２３に近い（放電電極７から離れた）抵抗体２２部分の抵抗値が低くなる。これにより、放電電極７と抵抗体２２間で、適切なコロナ放電を発生させることが出来る。

また、放電電極７には抵抗体２２が対向しているので、放電電極７を抵抗体２２に接近させても火花放電は発生しない。よって、放電電極７と抵抗体２２間の間隔を狭める（例えば従来は３０ｍｍが、本発明の実施の形態１では１５ｍｍ〜２０ｍｍ）ことができ、この結果として、集じん性能を低下させることなく、電気集じん機の全体の大きさを小さくすることができる。

これらの作用を実現させるために、本発明の実施の形態１では、抵抗体２２の表面抵抗率を１０⁶〜１０^１０Ω／□の範囲、より好ましくは１０⁷〜１０⁸Ω／□としている。つまり、抵抗体２２の表面抵抗率が低すぎると火花放電が発生し、高すぎるとコロナ放電が発生しなくなるため、この値が好ましい。

また絶縁性基板２１として、表面が非研磨製のセラミック基板を用い、その表面に上述したように印刷で抵抗体２２を形成した。

このため、このセラミック基板の表面に存在する微細的な凹凸が、抵抗体２２の表面にも転写形成された状態となっている。

このため、コロナ放電は特に凸部を目指して広く広がる状況となり、このことが帯電による集じん効果の向上に貢献している。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の電気集じん機を説明する。本発明の実施の形態２では、実施の形態１と同じ構成要素については詳細な説明を省略し、異なる点のみを説明する。図３は、本発明の実施の形態２における電気集じん機の接地極板の詳細構造を示す平面図である。

複数設けた刺状の放電電極７の先端を結ぶ線と平行になるように、長方形状の抵抗体２２が設けられている。

また、放電電極７の先端が、導電部２３と抵抗体２２とを電気的に接続する接続部３１と、隣り合う接続部３１との間に存在するようにしている。ここでいう接続部３１と隣り合う接続部３１間とは、接続部３１の両サイドのエッジ上を除いた空間である。このようにするのは火花放電を防ぐためである。

つまり図３では、放電電極７の先端と導電部２３とが接近している。また導電部２３、および導電部２３と接続部３１との上は、絶縁性物質２４により覆われていない。そのため、接続部３１が放電電極７の延長線上に存在すると、抵抗体２２の抵抗値が小さくなり、火花放電が発生してしまう。

そこで図３では、放電電極７の先端が隣り合う接続部３１間に存在するようにしている。

なお、図３に示すような抵抗体２２のパターン形状は、放電電極７同士の間隔が密な場合に有効であり、１つの放電電極７からの放電範囲を十分に確保することが出来るため、集じん性能の低下を防ぐことが出来る。

すなわち、放電電極７の先端が、隣り合う接続部３１間に存在するようにしておけば、放電電極７から接続部３１を介した導電部２３までの抵抗体２２内距離が長くなる。そのため、抵抗体２２として十分な抵抗値を確保することが出来る。

また、このようにすれば放電電極７の先端部に近接する抵抗体２２部分は、放電電極７の先端部との距離は近くなるが、その分導電部２３までの抵抗体２２内距離が長くなる。また隣り合う接続部３１間の抵抗体２２部分は、放電電極７の先端部との距離は長くなるが、その分導電部２３までの抵抗体２２内距離が短くなる。その結果として、１つの放電電極７からの放電範囲を十分に確保することが出来、集じん性能の低下を防ぐことが出来る。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３の電気集じん機を説明する。本発明の実施の形態３では、実施の形態１、２と同じ構成要素については詳細な説明を省略し、異なる点のみを説明する。図４は、本発明の実施の形態３における電気集じん機の接地極板の詳細図である。

図４に示すように、絶縁性基板２１である酸化アルミニウム基板に、抵抗体２２となる抵抗ペーストと、導電部２３となる導電ペーストがパターン状に形成されている。そして、これらの抵抗体２２と導電部２３との接続部３１において、抵抗体２２と導電部２３間に電気的に直列に、電流遮断手段４１である電流ヒューズまたは温度ヒューズを介在させたものである。

例えば、対向する放電電極７が折れ曲って抵抗体２２に接触したり、導電性の細い糸状のものが飛来し、放電電極７と抵抗体２２とを短絡させたりした場合、放電電極７に印加している高電圧が抵抗体２２に直接かかる。その場合、電流遮断手段４１により、電気回路を遮断させ、放電電極７への電圧の印加を停止させる。

本発明の実施の形態３では、放電電極７と抵抗体２２との短絡時には１００μＡ程度の電流値が流れるため、電流ヒューズの溶断電流は１００μＡが望ましい。また温度ヒューズの場合、可燃性物質である切削油の引火点は１４０〜１９０℃であるため溶断温度は１４０℃が望ましい。

本発明の電気集じん機は、空気中の浮遊粒子状物質に可燃性物質が含まれている場合の空気清浄方式として有効である。また本発明の電気集じん機は、帯電部の接地極板に抵抗体を備えることによって、火花放電の発生を抑えることができ、集じん効率を確保した上で、装置を小型化できる。

１帯電部
２集じん部
３放電極板
４接地極板
５荷電極板
６集じん極板
７放電電極
２１絶縁性基板
２２抵抗体
２３導電部
２４絶縁性物質
３１接続部
４１電流遮断手段

Claims

帯電部と、前記帯電部の下流に設けた集じん部とを備え、前記帯電部は、コロナ放電を発生させる放電電極と、アースに接続された接地極板とを有した電気集じん機であって、前記接地極板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板の表面上に設けた長方形状の抵抗体と、前記絶縁性基板の表面上において、前記抵抗体の一辺側にわたって帯状に形成されるとともに前記抵抗体に電気的に接続してこの抵抗体を前記アースに接続する導電部とを有し、コロナ放電を発生させつつ、火花放電を防ぐために、前記抵抗体の表面抵抗率を１０ ^７〜１０ ^８Ω／□とするとともに、前記放電電極は、前記一辺側とは反対側の辺に所定間隔で対向させ、前記放電電極と前記抵抗体との間でコロナ放電をさせる電気集じん機。
前記抵抗体は、板状とし、前記抵抗体の一辺に、前記導電部を電気的に接続した請求項１に記載の電気集じん機。
前記絶縁性基板の表面上において、前記導電部の表面上と、前記導電部と前記抵抗体の電気的接続部の表面上を絶縁性物質で覆った請求項２に記載の電気集じん機。
帯電部と、前記帯電部の下流に設けた集じん部とを備え、前記帯電部は、コロナ放電を発生させる放電電極と、アースに接続された接地極板とを有した電気集じん機であって、前記接地極板は、セラミック基板よりなる絶縁性基板と、前記絶縁性基板の表面上に設けた長方形状の焼成膜よりなる抵抗体と、前記絶縁性基板の表面上において、前記抵抗体の一辺側にわたって帯状に形成されるとともに前記抵抗体に電気的に接続してこの抵抗体を前記アースに接続する導電部とを有し、コロナ放電を発生させつつ、火花放電を防ぐために、前記抵抗体の表面抵抗率を１０ ^７〜１０ ^８Ω／□とするとともに、前記放電電極は、前記一辺側とは反対側の辺に所定間隔で対向させ前記放電電極と前記抵抗体との間でコロナ放電をさせる電気集じん機。
前記導電部の表面上と、前記導電部と前記抵抗体との接続部の表面上を、絶縁性物質で覆った請求項４に記載の電気集じん機。
前記抵抗体は、金属酸化物を有する請求項５に記載の電気集じん機。
前記抵抗体は、非アルカリ金属酸化物を有する請求項６に記載の電気集じん機。
前記抵抗体は、酸化ルテニウム、酸化錫、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つを含む請求項７に記載の電気集じん機。