(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の非集塵電極板及び集塵電極板を組み合わせたコレクタ電極板から構成される空気清浄装置に於いて、非集塵電極板及び集塵電極板はいずれも絶縁性材料からなり、それらの電極板の片側中央部に導電層を設けるとともに、電極板に電極板と一体で、電極板と略同じ厚さで複数の突起スペーサを設け、かつ、非集塵電極板の導電層のみを絶縁材料で被覆したことを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板。
【請求項２】
複数の非集塵電極板及び集塵電極板を組み合わせたコレクタ電極板から構成される空気清浄装置に於いて、非集塵電極板及び集塵電極板はいずれも絶縁性材料からなり、それらの電極板の片側中央部に導電層を設けるとともに、電極板に電極板と一体で、電極板と略同じ厚さで複数の突起スペーサを導電層を設けてない絶縁部に設け、かつ、非集塵電極板の導電層のみを絶縁材料で被覆したことを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板。
【請求項３】
絶縁材料として、絶縁テープを使用したことを特徴とする、請求項１に記載の空気清浄装置用コレクタ電極板。
【請求項４】
絶縁材料として、絶縁塗料を使用したことを特徴とする、請求項１に記載の空気清浄装置用コレクタ電極板。
【請求項５】
絶縁塗料の塗膜厚みが７０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の空気清浄装置用コレクタ電極板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気清浄装置などに組み込まれる電気集塵方式の集塵部に使用される、集塵効率が高く、集塵性能の寿命の長い、即ち、洗浄周期の長いコレクタ電極板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気清浄装置には、濾過集塵方式を利用するものと電気集塵方式を利用するものとがある。電気集塵方式の空気清浄装置には、例えば、特開昭５５−０１５６１０号や実開昭５９−１０６５６０号に記載されたような、絶縁性の薄手の電極基板、例えば、絶縁性樹脂フィルムなどの基板に、その片面略中央部に沿って導電層を設け、該導電層の両側に絶縁性電極基板が露出した絶縁部を設け、該絶縁性部に電極と一体若しくは別体にガスの通過を許す突起物やスペーサを設けた電極板（以下、コレクタ電極板と称する）を、極性が互いに異なるように、相隣って接して積層する方式（以下、コレクタ電極板方式と称する）がある。このコレクタ電極板方式を使用する空気清浄装置は、小型、軽量、高性能で低コスト等の特徴がある。
【０００３】
コレクタ電極板方式の空気清浄装置は、図１に示したように、アイオナイザ部１とコレクタ部２とから構成されている。空気清浄装置に吸引された空気中の粉塵粒子は、アイオナイザ部１で帯電され、該帯電された粉塵粒子はコレクタ部２で捕集される仕組みになっている。アイオナイザ部１ではコロナ放電空間を形成し、そこを通過する間に粉塵粒子は通常プラスに帯電される。コレクタ部２には、非集塵電極板と集塵電極板とからなるコレクタ電極板が配置されおり、コレクタ部２を通過する帯電した粉塵粒子は、静電気力により集塵電極板に捕集される。この際、非集塵電極板と集塵電極板との間に電界が発生するように、電極板は電源に接続される。アイオナイザ部で粉塵粒子をマイナスに帯電させた場合も、粉塵粒子は集塵電極板に捕集される。
【０００４】
コレクタ電極板は図２に示したように、絶縁性の電極板１１の片面の中央部分に導電層１２を設け、その他の部分に絶縁部１３を設けている。更に、絶縁部１３には一体に突起１４を複数個設けている。空気清浄装置のコレクタ部は、この様なコレクタ電極板が複数個積層され、通常は、非集塵電極板と集塵電極板とが各々交互に、配置、組み込まれている。非集塵電極板も集塵電極板も同様の構造の電極板を使用することもできるし、互いに異なる構造の電極板を使用することもできる。
【０００５】
突起１４は、絶縁物で形成され非集塵電極板と集塵電極板との絶縁を確保するために設けられている。従来、これらの電極板には金属製の板が使用されたが、金属電極板同士の短絡が起こりやすく、短絡を防止するため電極板間の距離を少なくとも６ｍｍ以上とる必要があった。このため、集塵面積が大きくとれないという問題があった。これに対し、電極板の中央部分に導電層を設け、突起１４を介して接するように配置されるコレクタ電極板に於いては、電極板間の距離を２ｍｍ程度にまで小さくすることができ、集塵面積を大きく取れるようになった。これは、同時に、空気清浄装置の小型化、軽量化を実現する原動力にもなった。
【０００６】
空気清浄装置は、使用している間に電極板に粉塵粒子が堆積しその性能が経時的に低下する。集塵性能が低下したとき、電極板を洗浄することによりその性能を回復させることができる。そして、洗浄を繰り返すことにより空気清浄装置を長期に亘って使用することができるようになる。
【０００７】
しかし、洗浄周期が短い場合には洗浄頻度が多く洗浄コストが高くなり好ましくない。従って、洗浄コスト低減の観点から、洗浄周期が長いもの、即ち、集塵性能の寿命の長いコレクタ電極板が求められるのである。特に、粉塵濃度の高い環境に於いて使用する場合は、この洗浄周期の長い、集塵性能の寿命の長いコレクタ電極板が強く求められる。
【０００８】
コレクタ電極板の集塵効率の向上、洗浄周期の長期化を目的に色々な工夫がなされている。特開平４−１８７２５２号公報にコレクタ電極板の導電層を絶縁材料で被覆することにより、電極板の絶縁効果を高める技術が開示されている。例えば、図４に示したように、非集塵電極板２１及び集塵電極板２２のそれぞれの導電層２３及び２４を被覆して絶縁被覆層２９及び３０を設けた構造のものである。該電極板に於いては、確かに電気絶縁性は高まるが、集塵性能はかえって低下するという問題がある。
【０００９】
これは、捕集された粉塵粒子が、新たに飛来する粉塵粒子を反発して捕集を妨げるからである。通常、プラスに帯電した粒子が集塵電極板に捕集されると、粒子は集塵電極板上でその電荷を失う。ところが、集塵電極板の導電層が絶縁されていると、最初は、粒子が集塵電極板に捕集されるものの、捕集された粉塵粒子の持つ電荷は失われにくく、集塵電極板は捕集されたプラスの電荷を持つ粉塵粒子で覆われることになり、飛来するプラスに帯電した粉塵粒子と反発して捕集を妨げるのである。
【００１０】
また、特開平３−２１７２５６号公報には、半導電層を有する電極板により、粉塵粒子の集塵効率を高める技術が開示されている。この電極板は、集塵効率を高める効果があるものの、電極板の集塵性能の寿命は従来品と同程度ということがある。これは、最初は、半導電層部分が絶縁部よりも電気的に集塵する能力が高いので、いわゆる集塵面積の増大効果により捕集効率が高まるが、粉塵粒子が付着した後は、半導電層であるが故にコレクタリーク電流の経路を分断する作用が少ないためである。
【００１１】
更に、特公平６−４５０１８号公報に、導電層を絶縁性樹脂でモールドした非集塵電極板と、金属板を集塵電極板とする突起スペーサーを有する電気集塵方式について、電極板の洗浄周期を長くする技術が開示されている。しかし、この電極板は、突起スペーサと他の部分の絶縁物厚さが異なる構成となっており、突起スペーサ部分の絶縁抵抗が他の部分よりも大きくなる。従って、突起スペーサ表面に粉塵粒子が付着・堆積した場合、陽極板の突起スペーサに接触する集塵電極板から付着・堆積した粉塵を介して、負の電荷が流れて陽極板の表面電位が低下し集塵性能が短時間のうちに低下してしまい、抜本的な洗浄周期の延長、即ち、集塵性能の寿命延長対策とはなり得ない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コレクタ電極板を使用する空気清浄装置に於いて、集塵効率が高く、且つ、集塵性能の寿命が長く、洗浄周期の長いコレクタ電極板を提供しようとするものである。
【００１３】
【問題を解決するための手段】
請求項１の発明は、  複数の非集塵電極板及び集塵電極板を組み合わせたコレクタ電極板から構成される空気清浄装置に於いて、非集塵電極板及び集塵電極板はいずれも絶縁性材料からなり、それらの電極板の片側中央部に導電層を設けるとともに、電極板に電極板と一体で、電極板と略同じ厚さで複数の突起スペーサを設け、かつ、非集塵電極板の導電層のみを絶縁材料で被覆したことを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板である。請求項２の発明は、複数の非集塵電極板及び集塵電極板を組み合わせたコレクタ電極板から構成される空気清浄装置に於いて、非集塵電極板及び集塵電極板はいずれも絶縁性材料からなり、それらの電極板の片側中央部に導電層を設けるとともに、電極板に電極板と一体で、電極板と略同じ厚さで複数の突起スペーサを導電層を設けてない絶縁部に設け、かつ、非集塵電極板の導電層のみを絶縁材料で被覆したことを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板である。請求項３の発明は、絶縁材料として、絶縁テープを使用したことを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板である。請求項４の発明は、絶縁材料として、絶縁塗料を使用したことを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板である。請求項５の発明は、絶縁塗料の塗膜厚みが７０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする、空気清浄装置用コレクタ電極板である。
【００１４】
本発明者等は、電気集塵方式、特にコレクタ電極板方式の集塵性能寿命、即ち洗浄周期の延長について種々実験・研究してきた結果、特開昭５５−０１５６１０号に記載されている粉塵粒子捕集に伴うコレクタリーク電流（非集塵電極板と集塵電極板間で流れるリーク電流）が、集塵性能の寿命に大きく影響することを確認した。コレクタ電極方式の洗浄周期を長くするには、このコレクタリーク電流の増加を抑えることがポイントになる。
【００１５】
コレクタ電極板に於ける粉塵粒子の捕集状況をモデル的に示したのが、図３（ａ）である。プラスに帯電した粉塵粒子は、静電気力により集塵電極板２２の表面全体に付着し捕集される。捕集された粉塵粒子２７が、水分を吸湿したり、水分を保持していたり、又は導電性を有する場合、例えば、タバコの煙のように、水分を保有し程良く導電性を有するような粉塵粒子を捕集した場合などは、特に、突起スペーサ２６部分を介して、非集塵電極板と集塵電極板との間の絶縁が低下し、コレクタリーク電流が流れることになる。図３（ｂ）に於いて、コレクタリーク電流が流れる経路を点線２８で示した。
【００１６】
空気清浄装置のコレクタ部は、高電圧に印加された正負の電極板を交互に複数積層して構成されている。アイオナイザではプラスコロナ放電空間を形成しているので、粉塵粒子はプラスに帯電する。プラスに帯電した粉塵粒子は、コレクタ部に於いて、相対的にマイナス側の集塵電極板に静電気的に捕集される。捕集された粉塵粒子は、経時的に堆積していく。堆積した粉塵粒子に水分があったり又は導電性物質を含む場合は、特に、粉塵粒子の堆積した突起スペーサを経由して、非集塵電極板の導電層と集塵電極板の導電層との間の絶縁が低下し、その結果電極板間電圧が低下して集塵性能が低下し、同時に集塵性能の寿命、洗浄周期が短くなるのである。従って、集塵性能の寿命が長く、洗浄周期を長くするには、特に、突起部分を介して生じる絶縁低下を防止し、コレクタリーク電流を小さくすることが必要である。
【００１７】
本発明は、非集塵電極板の導電層を絶縁物で被覆することにより、この突起部に堆積した粉塵粒子による非集塵電極板と集塵電極板との間の絶縁低下を防止しようとするものである。即ち、本発明は、コレクタ電極板のうち非集塵電極板の導電層部分を絶縁体で被覆することにより、コレクタリーク電流を少なくし、以て、電極板の寿命、洗浄周期を長くするものである。捕集すべき粉塵粒子は、プラスコロナ空間を通過させる場合はプラスに帯電し、粉塵粒子は相対的にマイナス側の集塵電極板に捕集される。粉塵粒子がマイナスに帯電される場合は、相対的にプラス側の集塵電極板で捕集される。
【００１８】
非集塵電極板の導電層部分を絶縁材料で被覆したコレクタ電極板は、粉塵粒子の捕集率が高く、かつ、集塵性能の寿命が長く、従って、洗浄周期も長くなるという特徴を有するものである。これは、帯電した粉塵粒子が捕集される集塵電極板の導電層には半導電層や絶縁層を設けていないため、捕集された粉塵粒子の荷電が消失し、帯電した粉塵粒子を次々に捕集することが可能だからである。更に、非集塵電極板の導電層に絶縁材料で被覆しているため、非集塵電極板と集塵電極板との絶縁低下が小さく、コレクタリーク電流を極めて小さく抑えることができ、従って、コレクタ集塵性能の寿命が長く、洗浄周期を長くすることができるのである。
【００１９】
非集塵電極板の導電層を絶縁被覆するには、色々な方法で行うことができる。絶縁材料として、絶縁テープを使用することができるし、絶縁塗料を使用することもできる。絶縁塗料を使用する場合は、その塗膜の厚みは７０μｍ以上５００μｍ以下にするのが好ましい。これは、絶縁を確保するためには塗膜の厚みを７０μｍ以上にする必要があること、また、塗膜の厚みが５００μｍを超えても絶縁の効果にはほとんど影響がないためである。絶縁材料は、温度２５℃、相対湿度９０％の環境下に於いて、２８ｋＶ／ｍｍ以上の耐電圧を有するものであることが好ましい。これは、空気清浄装置は高湿度下で使用される場合もあるので、空気清浄装置使用時の高湿度に於ける絶縁を確保するのに必要な材料の絶縁特性値を示したものである。
【００２０】
非集塵電極板として、絶縁材料からなる基板の片側中央部に導電層を設けたコレクタ電極板を使用するのが好ましい。集塵電極板として、金属板を使用することもできるが、非集塵電極板と同様、絶縁材料からなる基板の片側中央部に導電層を設けたコレクタ電極板を使用するのが好ましい。また、温度２５℃、相対湿度９０％の環境下に於いて、２８ｋＶ／ｍｍ以上の耐電圧を有する具体的な材料として、ウレタン系重合体、シリコーン系重合体、エポキシ系重合体やアクリル系重合体等の重合体のなかから適宜選択して使用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例を図５に示した。非集塵電極板２１に突起２５が設けられている。該極板の中央部分は導電層２３となっている。この導電層２３を被覆するように絶縁材料被覆層３３が設けられている。集塵電極板２２は、同様に突起２６と導電層２４が設けられているが、この導電層を被覆する絶縁材料の層は無いが、集塵面積の増大効果をねらって導電層２４を被覆するように、半導電層を絶縁材料被覆層の形態と同様に設けてもよい。この場合は従来と異なり、非集塵電極板が絶縁材料で被覆されているので、コレクタリーク電流の発生を抑えることができる。
【００２２】
非集塵電極板２１及び集塵電極板２２は、電極板の厚みが略均一になっている。用いられる電極板の材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネートから選択することが望ましい。これらの材質を用いることで、突起スペーサを別体でなく、電極板に一体で設けることも容易になる。この場合は、真空成形等の加熱成形が一般的に用いられる。これにより、部品点数や組立工数の減少が可能になる。また、一体・別体を問わずに突起部の肉厚は均一で、電極板と略同じ厚さであることが望ましい。これにより、突起スペーサ２５に導電層２３からの滲み出すような電荷移動が期待でき、突起２５の突出側面（導電層と反対側）も導電層と同極になりやすく、粉塵粒子の付着を抑制し、コレクタリーク電流の発生抑止を更に向上させる効果を奏する。この様な構造をした対の電極板が各々接するように複数積層されて、空気清浄装置のコレクタ部を形成している。
【００２３】
図５に於いては、非集塵電極板２１の導電層側に絶縁材料被覆層３３を配置した構造をとっている。この絶縁層３３は、テープでもよいし、塗膜でもよい。また、導電層を絶縁材料で被覆する構造は、これらに限定されるものではない。図６の様に、絶縁性基板の片面中央部に導電層２３を設け、これら全体を絶縁性材料３３で被覆し、突起２５を設けた構造のものでもよい。また、図５に於いては、絶縁材料の層は非集塵電極板の片面全面を被覆しているが、必ずしも全面を被覆する必要はない。
【００２４】
導電層部が絶縁材料で被覆されていればよいが、端部が露出している場合は絶縁効果がなく好ましくない。図７に於いて、導電層２３の端部を露出させるのは好ましくなく、図に示したように、端部３８、３９を絶縁材料で被覆するのが好ましい。更に、図８の様に絶縁材料からなる電極板３５の中央部に導電層２３を設けその上部を絶縁材料の層３６で被覆してもよい。
【００２５】
導電層を被覆する絶縁材料は、電極基板と同材質のものや、種々の材料が使用可能であるが、集塵性能を維持し、被覆層の厚みを薄くするためにも、温度２５℃、相対湿度９０％の条件下で２８ｋＶ／ｍｍ以上の耐電圧を有する材料が好ましい。具体的な材料としては、ウレタン系重合体、シリコーン系重合体、エポキシ系重合体やアクリル系重合体等の重合体のなかから適宜選択して使用することができる。
【００２６】
【実施例】
空気清浄装置の電極板の被覆構造を変えて、集塵効果及び洗浄周期を調べた。その結果を表１に示した。比較例１は、非集塵電極板及び集塵電極板の導電層に被覆をしていないものである。これに対し、比較例２は、非集塵電極板及び集塵電極板の導電層を絶縁材料で被覆したものである。導電層を絶縁材料で被覆しているため、若干洗浄周期は長くなるが、極板に付着した粉塵粒子の電荷が消失しにくいため、極板に付着した粒子と飛来する粒子とが互いに反発して、初期集塵率が低い。比較例３は、半導電材料で導電層を被覆したものである。集塵面積拡大効果で初期の集塵率は高いが、コレクタリーク電流分断の作用は、従来品と大きく変わりがないため、結果として洗浄周期は、比較例１と同等となっている。
【００２７】
表１    電極板の構造別粉塵捕集率及び洗浄周期
0003641704.tif 000002
【００２８】
一方、本発明の実施例に於いては、集塵電極板の導電層には絶縁被覆はなく、非集塵電極板の導電層にのみ絶縁被覆を施している。比較例１に比較し、非集塵電極板の導電層の被覆効果により、初期粉塵捕集率が高く、また、使用時に於いて、突起を介する極板間の絶縁低下が小さく、コレクタリーク電流の発生が小さく、結果として洗浄周期が長いものになっている。比較例１に対し３倍以上の洗浄周期になっている。この様に、本発明の電極板を使用する空気清浄装置の初期集塵率が高く、同時に、洗浄周期が長く、メンテナンス上極めて有利であることがわかる。
【００２９】
試験方法は次の通りである。
１ｍ３（１ｍ立方）のチャンバー内に、アイオナイザ及び試験するコレクタ電極板を設置した。コレクタ電極板の後ろに、粉塵粒子を吸引するファンを設けた。粉塵発生源としてタバコを選定した。火を付けたタバコ５本をアイオナイザの前に置き、ファンでタバコの煙を吸引しアイオナイザ及び試験用コレクタ電極板を通過せしめた。タバコが燃え尽きると、更に火のついた５本のタバコを追加し、この操作を繰り返して、合計１００本のタバコを試験に供した。アイオナイザの開口面積は、０．０１３ｍ２、コレクタ開口面積は０．０１７ｍ２に設定した。
【００３０】
電極板の粉塵粒子捕集効果は、初期粉塵捕集比及び洗浄周期比で示した。初期粉塵捕集比は、比較例１に於ける初期粉塵捕集率を１として、他の電極板に於ける粉塵捕集率をその相対比で表したものである。洗浄周期比は、捕集率の変化率を基準に、比較例１の洗浄周期を３として、その相対値で表したものである。粉塵粒子捕集率は、気流中粉塵粒子のうち集塵機によって捕集された粉塵粒子の割合で、ＪＩＳ  Ｂ９９０８形式１の方法に準拠して測定した。
【００３１】
【発明の効果】
空気清浄装置に於ける非集塵の電極板の導電層を絶縁材料で被覆することにより、粉塵粒子の捕集率が高く、かつ、集塵性能の寿命が長く、従って、洗浄周期も長くすることができる。これは、経時的に堆積する粉塵粒子に基づいて発生するコレクタリーク電流を極めて小さく抑え、非集塵電極板間の絶縁を維持できるからである。洗浄周期が長くなることにより、空気清浄装置のメンテナンス負担が小さくなり、運転コストを小さくすることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  コレクタ電極板方式空気清浄装置の機構を説明する図である
【図２】  コレクタ電極板を説明する図である。
【図３】  コレクタリーク電流を説明する図である。
【図４】  絶縁被覆電極板の例を示す図である。
【図５】  本発明の実施形態の一例を示す図である。
【図６】  本発明の実施形態の他の例を示す図である。
【図７】  本発明の実施形態の他の例を示す図である。
【図８】  本発明の実施形態の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１                                  アイオナイザ
２                                  コレクタ
３                                  アースプレート
４                                  イオン化線
５、６                              電源
８、１１、３５                      電極板
７、１２、２３、２４                導電層
９                                  気流
１３                                絶縁部
１４、２５、２６                    突起
２１                                非集塵電極板
２２                                集塵電極板極板
２７                                捕集粉塵粒子
２８                                コレクタリーク電流の経路
２９、３０                          被覆層
３３、３４、３５、３６              絶縁被覆層
３８、３９                          端部
【図１】
0003641704.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003641704.tif 000005
【図４】
0003641704.tif 000006
【図５】
0003641704.tif 000007
【図６】
0003641704.tif 000008
【図７】
0003641704.tif 000009
【図８】
0003641704.tif 000010