(57)【要約】【課題】電極間の電圧や電流を監視して印加電圧を調整する必要がなく、長期使用時の集塵性能の安定に資する電気集塵装置を提供する【解決手段】電気集塵装置１は、先端部からコロナ放電を行ない処理空気の塵埃を帯電させる板状の放電電極を有する荷電部１Ａと、荷電部１Ａにおいて帯電された塵埃を静電界により捕集する集塵部１Ｂとを備え、先端部６３ａの曲率半径を放電電極に印加する電圧が印加開始時から経時的に変化しないような所定値にした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部からコロナ放電を行ない処理空気の塵埃を帯電させる板状の放電電極を有する荷電部と、
前記荷電部において帯電された前記塵埃を静電界により捕集する集塵部、とを備え、
前記先端部の曲率半径を前記放電電極に印加する電圧が印加開始時から経時的に変化しないような所定値にしたことを特徴とする電気集塵装置。
【請求項２】
前記先端部が、前記放電電極の板厚に対し、２倍から３倍の寸法の曲率半径となっていることを特徴とする請求項１に記載の電気集塵装置。
【請求項３】
前記先端部が、０．１ｍｍの板厚で、前記先端部が０．２ｍｍから０．３ｍｍの曲率半径となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気集塵
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装置。
【請求項４】
前記荷電部は通風方向に対して前記集塵部の風上に配置され、
前記放電電極の前記先端部が風上側に向いていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気集塵装置、特に空気調和機又は空気清浄機に用いられる電気集塵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気集塵装置として、風上側に設けられた荷電部の放電電極がコロナ放電を起こしてイオン、電子を生成し、処理空気に含まれる粒子を帯電させたうえで、風下側に設けられた集塵部で帯電粒子を集塵するものが知られている。そして、荷電部には、放電開始電圧を低くするために電極をワイヤにしたり、電極の先端部をニードルや鋸歯状などにしてその曲率を小さくしたりしている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。電極の先端部の曲率を小さくした場合、先端部から放電し易くなり、電極に印加する印加電圧を小さくすることができる。また、電極間の絶縁距離も小さくでき、電気集塵装置を小型化できる。
【０００３】
しかし、放電電極をワイヤやニードル、鋸歯状とし、放電し易い電極形状とした場合、放電電極の先端部は加速電子の衝突により摩耗していく。このような放電電極の摩耗は、ワイヤの場合には切断に通じ、ニードルや鋸歯の場合には先端部の曲率半径の拡大、ひいては放電開始電圧の上昇につながる。荷電性能（荷電量）を一定にするため、電気集塵装置の電源は、一般に電流量を一定にする制御をする。一方、絶縁距離の確保の面から、印加電圧には上限がある。例えば、電気用品安全法では、７ｋＶを超えると、必要な絶縁距離が増える。
【０００４】
このように、ワイヤのように細く、あるいはニードルや鋸歯のように針先を尖らせた放電電極を備えた荷電部では、初期は集塵性能がよいものの、放電電極の摩耗に応じて印加電圧を上昇させる必要があった。また、印加電圧の上限を大きくするために絶縁距離を大きくとると、装置が大型化するという問題があった。
【０００５】
ここで、特許文献１では、電極の先端部である針先の曲率を０．３ｍｍ−１ｍｍにすることが提案されているが、電極の先端部が鋸歯形状の場合、放電開始電圧は先端部の曲率と先端部の板厚に依存し、特許文献１では先端部の板厚について言及していない。また、直径０．５ｍｍのニードル電極の先端部の曲率を０．３ｍｍ以下にする構造について特許文献２で言及されているが、鋸歯電極がプレス加工で一体成型できるのに対して、加工が複雑であり、コストが高くつくという欠点がある。
【０００６】
さらには、電気集塵装置を稼働し続けると電極の先端部は摩耗して丸くなっていくが、丸くなると放電し難くなるため、電極に印加する印加電圧を上げる必要がある。そのため、電極にかかる放電電流を監視し、印加電圧を調整しなければならないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１６１３５５号公報
【特許文献２】特許第５１２５７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、電極にかかる電圧や放電電流を監視して印加電圧を調整する必要がなく、長期使用時の集塵性能の安定に資する電気集塵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の第１の観点は、電気集塵装置であって、先端部からコロナ放電を行ない処理空気の塵埃を帯電させる板状の放電電極を有する荷電部と、前記荷電部において帯電された前記塵埃を静電界により捕集する集塵部とを備え、前記先端部の曲率半径は前記放電電極に印加する電圧が印加開始時から経時的に変化しないような所定値にしたことを特徴とする。
【００１０】
（２）上記（１）の構成において、前記先端部が、前記放電電極の板厚に対し、２倍から３倍の寸法の曲率半径となっていることを特徴とする。
【００１１】
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記先端部が、０．１ｍｍの板厚で、前記先端部が０．２ｍｍから０．３ｍｍの曲率半径となっていることを特徴とする。
【００１２】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記荷電部は通風方向に対して前記集塵部の風上に配置され、前記放電電極の前記先端部が風上側に向いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電極にかかる放電電流を監視して印加電圧を調整する必要がなく、長期使用時の集塵性能の安定に資する電気集塵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電気集塵装置を分解して示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る荷電部の放電極板（ＨＶプレート）を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図、（ｃ）は（ａ）の底面図、（ｄ）は（ａ）の側面図を示す。
【図３】図２（ｂ）の範囲Ｃを拡大して示す図である。
【図４】板厚と放電開始電圧との関係を説明するグラフである。
【図５】通電時間と放電開始電圧との関係（Ｖ−Ｉ特性変化）を説明するグラフである。
【図６】通電時間と鋸歯先端曲率半径との関係を説明するグラフであって、放電時間と針先（鋸歯先端部）の曲率半径との関係を示す。
【図７Ａ】鋸歯先端曲率半径と放電開始電圧を説明するグラフであって、球−平板電極における球表面の電界強度を示す。
【図７Ｂ】鋸歯先端曲率半径と放電開始電圧を説明するグラフであって、針状電極の先端曲率と放電開始電界を示す。
【図７Ｃ】鋸歯先端曲率半径と放電開始電圧を説明するグラフであって、球−平板電極におけるr vs E/V0特性を示す。
【図７Ｄ】鋸歯先端曲率半径と放電開始電圧を説明するグラフであって、球−平板電極におけるr vs V0特性を示す
【図８】図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図９】図８の範囲Ｄの断面を拡大して示す図である。
【図１０】針先の向きと荷電性能を説明するグラフであって、横軸に電流をとった場合の荷電部電流特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１６】
（電気集塵装置の全体構成）
まず、図１を参照しつつ、電気集塵装置１の全体構成について、説明する。図１に示すように、外部ケース前面部２と外部ケース背面部３は接合されており、その内部には、内部ケース前面部５を挟んで、荷電部１ＡとしてのＧＮＤプレート４（捕集電極板）とＨＶプレート６（放電極板）が配置されている。なお、図１では外部ケース前面部２と外部ケース背面部３の内部にあるはずの部品、荷電部１Ａ、集塵部１Ｂを説明の便宜上、外部ケース前面部２と外部ケース背面部３の外に出して分解しているが、実際のこれらは外部ケース前面部２と外部ケース背面部３の内部に収容されている。
【００１７】
内部ケース背面部７にはリブ１４が縦方向に延在して設けられており、集塵部１ＢとしてのコレクタシートであるＨＶ（Hi Voltage）シート８（高圧電極板）は高圧電極板用リブ１４ａに固定され、ＧＮＤシート１１（捕集電極板）は捕集電極板用リブ１４ｂに固定されている。ＨＶシート８の図中右側にはＨＶ端子９及びＨＶ端子カバー１０が設けられている。ＧＮＤシート１１の図中左側にはＧＮＤ端子１２及びＧＮＤ端子カバー１３が設けられている。
【００１８】
通風方向は、外部ケース前面部２から、外部ケース背面部３への向きである。電気集塵装置１に流入した空気に含まれている粉塵等の粒子は、荷電部１Ａに配置されているＧＮＤプレート４とＨＶプレート６間の放電によって帯電する。そして、集塵部１Ｂに配置されているＨＶシート８及びＧＮＤシート１１の間に形成された静電力によって、荷電部１Ａで荷電された粒子はＧＮＤシート１１に捕集される。
【００１９】
（ＨＶプレート）
本発明者らは、ＨＶプレート６の放電電極の先端部が鋸歯形状の場合、放電開始電圧は放電電極の先端部の曲率半径に依存すること、さらにはその曲率半径と板厚にも依存することを見出した。そして、板厚と放電開始電圧（放電を開始した時の印加電圧）との関係を調べ、実際の使用における曲率半径の変化と放電開始電圧の変化の関係を導き、長期使用時の集塵性能の安定に資する関係を見出した。以下、ＨＶプレート６について、図２から図７を参照して、説明する。
【００２０】
図２（ａ）は、荷電部１ＡのＨＶプレート６の正面側（風上側）を示している。図２（ａ）に示すように、ＨＶプレート６は、枠体６１に空気通過孔６２を備えている。ここでは、上から１５段の空気通過孔６２を設けた例を示しているが、その配置数はこれに限定されるものではない。
【００２１】
そして、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における矢視図である図２（ｂ）に示すように（図２（ａ）の底面図である図２（ｃ）、同じくその側面図である図２（ｄ）も併せて参照）、空気通過孔６２には、先端部６３ａが前面側（風上側）に向かって突出するように放電電極６３が形成されており、先端部６３ａは鋸歯状に形成されている。ここでは、放電電極６３の先端部６３ａを３０個設けた例を示しているが、その配置数はこれに限定されるものではない。
【００２２】
放電電極６３の先端部６３ａは、図２（ｂ）の範囲Ｃを拡大して示す図３に示すように、平面視において先細りの突起状に形成されている。ここでは、突起状の先端部６３ａの角度θが３０度の場合を例示している。先端部６３ａの突端（図中、右端）は、アール形状に形成されており、ここでは、曲率半径Ｒが０．３ｍｍの場合を示している。本実施形態においては、後述するように、先端部６３ａの板厚を０．１ｍｍとし、曲率半径Ｒを０．２ｍｍから０．３ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２３】
以下に、図４から図７を参照して、先端部６３ａ（針先、鋸歯の先端部）に関し、板厚、放電開始電圧、曲率半径の関係について、説明する。
【００２４】
図４は、板厚と放電開始電圧との関係を示すグラフである。このグラフは、先端部６３ａ（針先、鋸歯先端部）の曲率半径を０．０５ｍｍとした場合の実験値を示している。先端部６３ａの板厚を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で変化させて確認したところ、薄いほど、低い電圧で放電することが判明した。また、板厚を０．１ｍｍで固定し、隣同士の先端部の間隔ｐを５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍの範囲で変化させて確認したところ、間隔ｐが広いほど、低い電圧で放電することが判明した。なお、加工上の問題から、０．１ｍｍ以下の板厚は量産困難であるため、確認試験は行っていない。
【００２５】
図５は、通電時間と放電開始電圧との関係（Ｖ−Ｉ特性変化）を示すグラフである。先端部６３ａの板厚を０．１ｍｍとして継続的に通電すると、通電時間が概ね２００ｈを超えた段階で、放電電極６３が放電している時に流れる電流、つまり放電電流である０．２５ｍＡを流すために必要な印加電圧は一定になる。なお、放電電極６３は２０，０００ｈ以上の寿命があるため、２００ｈは寿命に対しわずかな時間である。
【００２６】
図６は、通電時間と鋸歯先端部の曲率半径との関係を説明するグラフであって、放電時間と先端部６３ａ（針先、鋸歯先端部）の曲率半径との関係を、それぞれ示している。図６は実測した通電時間と曲率半径との関係を求めたものである。通電時間が２００ｈの段階では、曲率半径は０．１５ｍｍ程度になる。図５に示すように、通電時間を２００ｈ以上とした場合と同様に曲率半径を０．１５ｍｍ以上に大きくしても、例えば上述のように板厚を０．１ｍｍとすると、板厚の曲率半径の方が先端部の曲率半径より小さくなり、放電開始電圧に対して板厚の影響が支配的になり放電特性は変わらない。このことから、先端部６３ａの曲率半径を当初から所定値、例えば０．１５ｍｍ程度にしておくと、放電開始電圧の経時変化はないということができる。この所定値は、上記のとおり放電電極の板厚で決まる値であり、放電電極に印加する電圧が印加開始時から経時的に変化しないような先端部６３ａの曲率半径の値である。
【００２７】
図７は、先端部６３ａ（針先、鋸歯先端部）曲率半径と放電開始電圧を説明するグラフであって、図７Ａは、球−平板電極における電極間電圧と球表面の電界強度の関係を、図７Ｂは、針状電極の先端曲率と放電開始電界の関係を、図７Ｃは、球−平板電極における球半径と球表面の電界強度の関係を、図７Ｄは、球−平板電極における球半径と放電開始電圧の関係を、それぞれ示す。
【００２８】
図７Ａは、不平等電界電極における３次元場の球−球電極の関係から求めたものであり、電極間距離ｄを１０．９５ｍｍで一定として、電極６３の先端部６３ａの曲率半径を変えた時の電界強度と電極間電圧の関係を示している。先端部６３ａの曲率半径を、０．０１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍとした場合の相違を示す。曲率半径が小さいほど同じ電圧の時、電極表面の電界強度が大きくなることが判明した。
【００２９】
図７Ｂは、先端部６３ａの針状電極の先端曲率と放電開始電界についてのＰｅｅｋの式を表している。針状電極の場合、Ｐｅｅｋの式は、以下で示される。
Ｅ０＝２２．８（１＋１／ａ１／３）・ｋ（δ）×１０５［Ｖ／ｍ］
ｋ（δ）＝δ｛１＋０．５３５／ｓｑｒｔ（δａ）｝／｛１＋０．５３５／ｓｑｒｔ（ａ）｝
δ＝（Ｐ／７６０）×｛２９８／（ｔ＋２７３）｝
ここで、Ｐ［Ｔｏｒｒ］は圧力、ｔ［℃］は温度、ａ［ｃｍ］は針状電極先端部の曲率半径、Ｅ０［Ｖ／ｍ］はコロナ放電開始電界を示す。
【００３０】
図７Ｃは、図７Ａの曲率半径を変えたことによる電極表面の電界強度と、図７Ｂの曲率半径の大きさによる放電開始電圧を基に、本発明の所定値の曲率半径を有する放電電極の代わりとして放電電極を球状と仮定した場合の球半径ｒと球表面Ｅ／Ｖ０の関係を示したものである。ここで、Ｐ＝７６０［Ｔｏｒｒ］、ｔ＝２５［℃］、δ＝１、ｋ（δ）＝１として計算しており、電極間距離ｄは１０．９５ｍｍである。
【００３１】
図７Ｄは、図７Ａ〜図７Ｃを基に求めたものであり、球半径ｒと放電開始電圧Ｖ０の関係を示す。針先の球半径は、先端部６３ａのように鋸歯状の電極の場合、その板厚と曲率半径（尖り）で決定される。球半径は、曲率半径が０．１５ｍｍ以上の場合では、放電開始電圧Ｖ０は板厚の０．１ｍｍの方が先端部よりも曲率半径が小さくなり、放電に対して支配的となり、球半径が０．１ｍｍよりも大きい場合は放電開始電圧Ｖ０は大きくはならない。
【００３２】
放電電極６３の先端部６３ａの板厚は、０．１ｍｍ未満とするには精密プレス加工が必要になり、量産性、コストの面で板厚０．１ｍｍ以上とした場合よりも劣る。このことを上記で求めた内容に加味して検討すると、板厚０．１ｍｍのときに、放電開始電圧が低く、相対的に絶縁距離が小さくてすみ、小型化に寄与することが分かる。そして、板厚０．１ｍｍのときには、先端部６３ａの曲率半径０．２ｍｍ以上で放電開始電圧の変化が小さくなり、好ましい効果が得られる。曲率半径０．３ｍｍ以上でも好ましい効果が得られるが、供用初期の曲率半径としては０．３ｍｍで十分な効果が得られる。なお、放電電極６３の先端部６３ａを予め丸くすることにより、放電電極６３の寿命が短くなることがあり得るが、曲率半径を２ｍｍ〜３ｍｍの範囲とすることで、寿命に対する実用面での影響はない。
【００３３】
（放電電極の断面形状）
ところで、先端部６３ａの板厚を０．１ｍｍにすると、放電電極６３を構成する鋸歯形状のプレス部品の剛性が小さくなる。放電電極６３と対向電極の距離は、放電特性に大きく影響してしまうため、一定にしておく必要がある。本発明者らは、放電電極６３を断面視においてＬ字状に形成することにより、放電電極６３の強度を上げるとともに、その先端部６３ａを風上側に位置させることにより、塵や埃を帯電しやすくなることを見出した。以下、この点について、説明する。
【００３４】
図８は、図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図であり、枠体６１から放電電極６３の先端部６３ａが風上側に突出している様子を示している。図８の図は、Ａ−Ａ線矢視から見たものを反時計回りに９０度回転させて表示している。図９は、図８の断面を拡大して示しており、先端部６３ａはＬ字状に形成されている。
【００３５】
放電電極６３の剛性を高めるために、Ｌ字型に形成する技術が知られている（特許３４６５２３４）。この技術では、先端部６３ａ（針先）を風下に向け、Ｌ字構造の根元部分を風上に配置している。この技術では、針先への埃の付着を防ぐ効果が期待できるが、風上側に荒ゴミ除去用のプレフィルタを設置すればよいため、針先の向きは風下だけに限定されない。さらには、針先の向きは、コロナ放電の向きに影響を与えるため、イオンの進行方向と粒子の進行方向が同じであるか逆であるかは粒子の荷電量に影響する。本実施形態では、針先が風上側を向いている場合は、風下側を向いている場合よりも荷電量が大きくなることを見出したので、Ｌ字構造の根元部分を風下側に配置する。
【００３６】
図１０は、先端部６３ａ（針先）の向きと荷電性能を示すものであり、図１０は、針電極特性として捕集率と電流の関係を示している。電流を横軸にとった図１０によると、針先の向きが上流向きと下流向きによって捕集率が異なると共に風速が速いか遅いかによってでも捕集率が異なることが分かる。よって、コロナ放電によるイオンの飛び出す方向は、針先の方に偏るので、針先を風上に向けた方がイオンと粒子が接触しながら電界を受ける時間が長くとれて捕集率が高くなる。このように、鋸歯状の放電電極６３の板厚を０．１ｍｍとし、先端部６３ａの曲率半径を０．３ｍｍとし、Ｌ字形状の先端部６３ａを風上側に配置し、Ｌ字形状の根元部分を風下側に配置することで、剛性を高め、電極間距離を一定にし、小型で長期間、集じん性能を安定させることができる。
【００３７】
（実施形態の効果）
本実施形態は、上記のような構成としたことから、以下の効果を奏する。
（１）放電電極６３の先端部６３ａが、平面視において、曲率半径を所定値以上にしたことから、荷電部１Ａの放電電極６３の先端部６３ａが使用に伴ってさらに丸くなっても、放電電極６３に印加する電圧を調整する必要がなくなる。
（２）放電電極６３の先端部６３ａは、その板厚に対し、２倍から３倍の寸法の曲率半径としたことで、板厚を出来る限り薄くして印加する印加電圧を小さくするとともに、経年劣化により先端部６３ａの曲率半径が大きくなっても印加する電圧を調整する必要がない。
（３）放電電極６３の先端部６３ａが、０．１ｍｍの板厚で、０．２ｍｍから０．３ｍｍの曲率半径としたことで、板厚を出来る限り薄くして印加する印加電圧を小さくするとともに、経年劣化により先端部６３ａの曲率半径が大きくなっても印加する電圧を調整する必要がない。
（４）放電電極６３が、断面視において、先端部６３ａが風上側に位置することから、先端部６３ａを風上側に向けることで、塵や埃を帯電しやすくできる。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１…電気集塵装置
２…外部ケース前面部
３…外部ケース背面部
４…ＧＮＤプレート（荷電部の捕集電極板）
５…内部ケース前面部
６…ＨＶプレート（荷電部の放電極板）
６１…枠体
６２…空気通過孔
６３…放電電極
６３ａ…先端部（放電電極の）
７…内部ケース背面部
８…ＨＶシート（コレクタシート。集塵部の高圧電極板）
９…ＨＶ端子
１０…ＨＶ端子カバー
１１…ＧＮＤシート（コレクタシート。集塵部の捕集電極板）
１２…ＧＮＤ端子
１３…ＧＮＤ端子カバー
１４…リブ
Ｒ０．３…アール形状（０．３ｍｍ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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