(57)【要約】静電集塵器が開示される。静電集塵器は、気流中の粒子を通過させるための導管と、気流に実質的に直交する静電界を発生させる手段と、前記粒子を帯電させることができるイオン供給源とを有し、発生手段は、点電極と二次元面電極とを有し、平面電極はイオン源を構成し、点電極は対向電極を構成し、対向電極は接地されることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流中の粒子の通過のための導管と、
気流に実質的に垂直な静電界を発生させる手段と、
前記粒子を帯電させることができるイオン供給源と、を有し、
発生手段は、点電極と二次元面電極とを有し、
平面電極はイオン源を構成し、
点電極は対向電極を構成し、
対向電極は接地される、
ことを特徴とする静電集塵器。
【請求項２】
前記導管は、中空円筒体からなり、前記二次元面電極は、その内面の少なくとも一部分が覆われるようになっている、請求項１記載の静電集塵器。
【請求項３】
前記導管は、中空平行パイプであり、前記二次元面電極は、前記導管の一つ以上の内面上で、複数の単極性電極として適用される、請求項１記載の静電集塵器。
【請求項４】
対向電極は、前記導管と同軸に取り付けられる、請求項１乃至３の何れか一項に記載の静電集塵器。
【請求項５】
対向電極は、ワイヤ、ピン又はロッドからなる、請求項５記載の静電集塵器。
【請求項６】
二次元面電極は、プラズマ充電器を構成する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の静電集塵器。
【請求項７】
気流は、実質的に乱流がない、請求項１乃至６の何れか一項に記載の静電集塵器。
【請求項８】
静電界を発生させる第二手段を有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の静電集塵器。
【請求項９】
第二発生手段は、導管と同軸に取り付けられた第二点電極を有する、請求項８記載の静電集塵器。
【請求項１０】
第二発生手段は、一つのリング電極、又は、複数の単極性リング電極を更に有する、請求項９記載の静電集塵器。
【請求項１１】
第二点電極は、接地電極である、請求項１０記載の静電集塵器。
【請求項１２】
点電極の一方又は他方又は両方に液体の送出のための手段を更に有する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の静電集塵器。
【請求項１３】
点電極の一方又は他方又は両方は、液体送出導管を有する。
請求項１２記載の静電集塵器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電集塵器に関する。本発明は、限られるわけではないが、特に、周囲環境中の、微生物を含む、粒子の空中浮遊物の収集及び分析に適当な静電集塵器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周囲環境中の空中粒子の分析は、一般的に、多量の空気の採取を必要とする。現在の収集技術は、粒子と空気の運動量差を利用して、粒子を収集面又は液体に衝突させるために、非常に高い速度までの空気の加速をしばしば頼りにする。しかしながら、かかる衝突技術は、一般的に、非常に高いエネルギー入力を必要とし、且つ、小さい粒子（１μｍ以下）を分離する能力が制限される。
【０００３】
静電界中の電極表面での粒子の収集は、周囲環境から塵や煙粒子を分離する静電集塵器の使用の基礎をなす周知の現象である。静電集塵器の簡単な形態では、気流が維持される接地円筒体の長手方向の軸線上のワイヤに、高電圧が印加される。コロナ放電がワイヤに形成され、ワイヤと同じ極性を有するイオンが、円筒体の内面に向かって反発される。しかしながら、ワイヤと円筒体との間の電界は、周囲の空気と比較して粒子の比誘電率によって歪められ、これは、電界歪みが粒子上の電荷によって釣り合わされるまで続く、粒子にイオンの凝集をもたらす。帯電粒子は、電界中で粒子を接地円筒体に運ぶ力を受け、そこに粒子は付着する。粒子は、振動によって、或いは、収集流体の引き続く通過によって、円筒体の表面から取り除かれる。
【０００４】
しかしながら、先行技術の静電集塵器は、ほとんど産業用の規模の排出ガスの洗浄に関係し、そのため、空中の周囲環境からの粒子の最適な採取の問題への静電集塵器の適用にほとんど配慮が払われてこなかった。実際、ほとんどの静電集塵器は、小型化しても、周囲環境からの粒子の効率的な収集には不適切であり、円筒体の収集面が相対的に大きく、その結果、実際には、薄い粒子試料しか得られない。
【０００５】
周囲環境からの粒子の効率的な収集の問題の一つの解決策は、小型静電集塵器（イノバテク，ＵＳＡ（InnovaTek, USA））に使用された収集流体の量を最小にする。集塵器は、超微小機械加工したチャネルを有する多数の収集板を有し、気流への電子の放出によって帯電された粒子がチャネルに選択的に堆積される。粒子は、チャネル内の収集流体の通過によって集められる。
【０００６】
出願人によって開発された、別の解決策は、点表面へのコロナ放電界によって帯電した粒子をきちんと集中させるように試みる。この構成では、接地電極は、帯電粒子を気流とともに出現させるリング電極からなる。帯電粒子は、静電レンズとして当該技術に知られた、電極形態によって与えられた追加の電界に入る。静電レンズの一つの形態では、粒子と同極性の多数の電極リングが、粒子を対向電極に束縛する電界を作るように、接地ピン対向電極より上に、同心に配置される。
【０００７】
しかしながら、その構成は、流刑を凝縮により増大させるときでも、所望の気流で粒子に発生した電荷の程度が、不均一であるという点で不十分である。さらに、所望の作動電圧で、粒子に働く集中電界の強度、及び、気流の流速は、しばしば、抵抗作用に打ち勝てないか、代わりに、帯電電界からの粒子の取り出しを阻止するかのいずれかである。その結果、多数の集中リングが最適化されている場合ても、その配置は、接地対向電極を通る粒子の一部分のみを集中させるようにする。
【０００８】
欧州特許出願ＥＰ０２３９８６５号は、ガス流からの粒子の静電収集のための装置を開示する。その装置は、第二の円筒形対向電極を取り囲む多数の孔を構成する第一円筒形電極を有する。イオン源が、第一円筒形電極の孔と関連した複数の点電極によって提供される。正点電極からのイオン流が、対向電極に向かうように、対向電極が負電圧に維持される一方、第一円筒形電極は接地される。イオン化した粒子が、対向電極へ向かって移動するが、概して、その電極の下方に配置されたコレクターに収集される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、概して、粒子を点表面に効率的に集中させることができる改良静電集塵器を提供することによって、周囲環境中の粒子の効率的な収集及び分析を可能にすることを求める。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コロナ放電によって発生した電界中の粒子の不均一な帯電が、点電極と対向電極との間に発生したイオンの濃度勾配によるものであるという理解から出発した。その結果、対向電極に隣接した粒子は、点電極に隣接した粒子より、帯電を生じさせそうにもない。したがって、イオン濃度勾配が除去され、或いは、逆にされる静電界を作る装置は、粒子の改善した集中を可能にすることが期待される。
【００１１】
したがって、本発明は、粒子を含む気流の通過のためのチャネルと、気流と実質的に直交する電界を発生させる手段と、粒子を帯電させることができるイオン供給源と、を有し、発生手段は、点電極と二次元面電極とを有し、二次元面電極は、イオン源を構成し、点電極は、対向電極を構成し、対向電極は接地される、静電集塵器を提供する。
【００１２】
本発明の装置では、イオン源からのイオン運搬は点電極に向かい、その結果、二次元面電極と点電極との間のイオンの濃度勾配を、ほとんどの先行技術装置と比較して減少させることが理解されるであろう。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、二次元面電極は、プラズマ充電器として当該技術に知られているイオン源を構成する。イオン源としてのプラズマ充電器の使用は、ガス流に乱流をもたらし、且つ粒子の堆積に影響を及ぼすことがある電界集中を回避し、且つコロナ風を最小にする。
【００１４】
典型的な充電器では、電極は、導電材料の二つのストリップの間に挟まれた絶縁材料のストリップを有し、導電材料の二つのストリップの一方は、絶縁ストリップより実質的に狭い表面積のものである。充電器に印加された交流電位差は、小さい導電ストリップの接触エッジで、又は接触エッジに隣接した、絶縁ストリップからイオンを放出する。
【００１５】
好ましくは、接触エッジの長さは、導管手段の最も広範囲にわたって可能な限り大きいイオン濃度が与えられるように最大にする。特に好ましい装置では、小さい方の導電ストリップの接触エッジを、ギザギザ形状の採用によって最大にする。
【００１６】
プラズマ電極はまた、単一電極として形成されてもよいし、或いは、複数の単極性電極として形成されてもよい。本発明の幾つかの実施形態では、電極は複数の電極からなる。
【００１７】
しかしながら、好ましい実施形態では、二次元面電極は、実質的に同様な断面積の円筒形導管内にいい具合に配置された、ギザギザの付いたプラズマ電極から形成された単一の中空円筒体からなる。この実施形態では、静電界を、導管手段のかなりの範囲及び長さにわたって維持することができる。
【００１８】
「点電極」の用語は、いかなる要求によっても放電イオンに必ずしも限定されないことが理解されるであろう。むしろ、その用語は、対向電極が、二次元面電極に比べて、狭い表面積を有するという意味を伝えるのに使用される。点電極は、例えば、ワイヤ、又は非先細ロッド、又は円筒体からなる。しかしながら、好ましくは、点電極はピンからなる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、点電極は、導管と同軸に取り付けられる。しかしながら、電極の長手方向の軸線が導管の回転の長手方向の軸線からずれている他の構成が可能である。
【００２０】
静電界中の粒子の帯電、及び帯電粒子に働く力は、電極に印加された電圧、及び気流の流速を含む多数の変数によって決定されることが理解されるであろう。これらのパラメータは、粒子に生じた電荷を最大にするように選択される。
【００２１】
好ましくは、粒子は、粒子のポーセニア（Pauthenier）の限界まで帯電される。更に好ましくは、気流は、実質的に乱流が無く、静電界を横切って移動する粒子に働く抵抗作用を最小にする。したがって、これらのパラメータの適当な選択が、帯電粒子に働く力が、抵抗作用に打ち勝ち、粒子を点電極に向けて偏向させることを可能にすることがあることが明らかであろう。
【００２２】
本発明は、粒子を、対向電極上にほとんど堆積させることをもたらす。接地対向電極が、貯えた電荷がなくても、簡単な収集手段によって電極の表面から粒子を容易に収集することができるという顕著な利点をもたらすことは明らかであろう。
【００２３】
粒子は、任意の都合のよい手段によって集められるが、本発明の好ましい実施形態では、対向電極は、液体を電極の表面に送出するための手段を有する。好ましくは、送出手段は、粒子を、重力下で、電極の外面を覆う液体の進行によって集めることを可能にする内部チャネルからなる。堆積粒子は、好ましくは、時間をおいて集められる。
【００２４】
本発明は、静電界及びイオン場が、より均一な粒子帯電をもたらすだけでなく、帯電粒子を対向電極へ向けて集中させる静電集塵器を提供する。
【００２５】
対向電極が接地される特徴は、点電極上に堆積した粒子の収集を容易にするだけでなく、簡単なマイクロ電流計による二次元面電極の監視をも可能にする。さらに、単極性だけの高電圧電源を必要とする。
【００２６】
本発明は、粒子が、実質的に減少させた表面積の電極から収集される改良静電集塵器を提供する。実質的に全ての粒子の均一帯電は、粒子を、対向電極から小さい液体体積に集めることを可能にし、その結果、空中周囲環境中の粒子の迅速採取及び分析を可能にする。
【００２７】
本発明の他の利点は、高入力の空気を、迅速な加速の必要なく、分析することができ、その結果、低作動電力が使用されることである。さらに、集塵器は、携帯可能である。
【００２８】
本発明の幾つかの実施形態では、集塵器は、それにもかかわらず、静電界を発生させるための第二手段を有する。これらの実施形態では、第二静電界は、第一電界より下流に設けられた集中電界である。
【００２９】
一つの実施形態では、第二発生手段は、単一の点電極を有し、それは、第一点電極より下流の位置に導管と同軸に取り付けられる。好ましくは、第二点電極も接地電極である。
【００３０】
別の実施形態では、第二発生手段は、更に、帯電粒子を第二点電極へ偏向させるのに適した極性の電極を有する。電極は、複数の単極性電極のようになっているのがよい。しかしながら、好ましくは、第二発生手段は、導管と同軸に取り付けられたリング電極からなる。
【００３１】
本発明の更なる実施形態では、第二発生手段は、導管に各々同軸に取り付けられた、単極性の複数のリング電極からなる。好ましくは、二つのリング電極が使用される。更に好ましくは、リング電極は異なる断面積のものであり、最も小さいリングが第一点電極から最も遠くに配置される。
【００３２】
第二点電極に堆積した粒子は、任意の便利な手段によって、特に、対向電極について前述した手段によって集められる。本発明は、今、幾つかの実施形態及び添付の図面を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
今、図１を参照すると、高電圧が印加されている点電極１１と、平面電極１２と、の間に生じた静電界は、点電極１１から外方に発散する電気力線１３（破線）を有する。点電極１１からの等電位線１４（実線）の列によって示された電位勾配により、電界線１３に沿って電界中で帯電したイオン及び粒子１５を平面電極１２まで運搬する。
【００３４】
図２ａ及び図２ｂは、平面電極１２が円筒電極として形成され、点電極１１が円筒電極と同軸に取り付けられた場合の電気力線１３及び等電位線１４を示す。多数の先行技術の集塵器の基礎をなす構成は、電気力線が点電極１１から放射状に発散する静電界を生じさせる。静電界は、静電界中で帯電したイオン及び粒子１５をリング電極にまで運ぶ電位勾配と関連する。
【００３５】
今、図４を参照すると、全体的に１６で示す本発明による静電集塵器が、プラズマ充電電極１９が設けられた内面１８を有する中空管１７を有する。プラズマ充電電極１９は、大きな交流電位差が印加される二つの金属板２１の間に挟まれた絶縁材料のストリップ２０を有する。一方の金属板２１（図示）には、管１７の大きな表面積にわたってイオン発生を可能にする、絶縁材料２０を備えた接触エッジを設けるために、ぎざぎざが付けられる。
【００３６】
管１７の一部分は、ホイール部材２３のスポーク２２との摩擦係合のための孔を構成する。ホイール部材２３は、絶縁ロッド部材２４との摩擦係合のための中央孔を有している。円筒形ロッド部材２４の一部分は、金属層２５で対向電極２５が被覆され、そして、接地した対向電極として働く。円筒形ロッド部材２４は、プラズマ電極１９の反対の点で管１７内に位置決めされるように配置される。ブロワー２６は、ロッド部材２４の下方に、管１７と同軸に取り付けられる。
【００３７】
図３ａ及び図３ｂが、電気力線１３及び等電位線１４を示し、電位差が、プラズマ電極に印加される。分かるように、静電界は、対向電極２５の寸法形状によって束縛され、且つ、対向電極２５に向けられたポテンシャル井戸と関連する。
【００３８】
使用中、帯電していない粒子１５を含む空気が、ブロワー２６によって、管１７に吸い込まれ、空気は、ホイール部材２３を通過して、プラズマ電極１９と対向電極２５との間の静電界中に入る。気流及びプラズマ電極に印加された電位差は、静電界に入った粒子１５が最大限まで急速に帯電し、粒子１５に働く力が気流によって生じる抵抗作用に打ち勝つように選択される。帯電粒子１５は対向電極２５の方へ偏向され、そこに帯電粒子は集まる。
【００３９】
今、図５を参照すると、本発明の第二実施形態は、円筒形ロッド部材２４が、管１７内で、より広い範囲まで延びることを除いて、好ましい実施形態の特徴を有する。円筒形ロッド部材２４の第二の部分が金属層２７で被覆される。金属層２７は、接地され、かつ、第二対向電極として働く。この実施形態では、第二の静電界が、プラズマ電極１９と第二対向電極２７との間に存在する。使用中、帯電粒子１５が第二の静電界によって偏向され、第二対向電極２７に堆積するように、気流は増加する。
【００４０】
第二対向電極２７の正確な位置決めは、重要なことであり、且つ、ある程度は各静電界の強度及び気流の流速によって決定される。
【００４１】
今、図６を参照すると、本発明の更なる実施形態も、第二実施形態の特徴を有する。しかしながら、今、集束電界が、第二対向電極２７及び多数のリング電極２８の配置によって与えられる。その配置は、真空中で電子を収束させるのに適した既知の静電レンズと同様な種類のものである。しかしながら、多数のリング電極２８を設けた配置は、二つのリング電極２８を有する配置と比べて、もはや著しい量の粒子を収束させる効果がない。その結果、この実施形態は、第二対向電極２７に向かって管１７と同軸に取り付けられた異なる寸法の二つのリング電極２８を有する。第一の静電界に存在する帯電粒子１５に収束電界を与えるために、小さい方のリング電極２８は対向電極２７に最も近く取り付けられる。  リング電極２８は、帯電粒子１５と同じ極性に帯電されるので、第１の静電界をを出て、第二の静電界に入る粒子は第二対向電極２７に堆積される。
【００４２】
第二対向電極２７及びリング電極２８の厳密な位置決めは、重要なことであり、且つ、ある程度は各静電界の強度及び気流の流速によって決定される。
【００４３】
本発明は多数の簡単な実施形態に関連して説明され、当該技術に期待されるようなかかる変形は、本発明の範囲に含まれることは明らかであろう。特に、収束電界を、円筒形及び点電極配置によって形成してもよい。さらに、集塵器はまた、その動作を制御するための制御回路を有してもよい。対向電極で得られた電流値を用いた、特定の気流で得られた粒子数の較正によって、周囲環境中の粒子の濃度を計算することができるように、マイクロプロセッサーを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】点電極と平面対向電極との間の静電界の概略図である。
【図２ａ】点電極と円筒形対向電極とを有する先行技術の集塵器の平面図である。合成電気力線及び等電位面が示される。
【図２ｂ】点電極と円筒形対向電極とを有する先行技術の集塵器の平面図である。合成電気力線及び等電位面が示される。
【図３ａ】本発明の集塵機の好ましい実施形態の平面図である。合成電気力線および等電位線が示される。
【図３ｂ】本発明の集塵機の好ましい実施形態の平面図である。合成電気力線および等電位線が示される。
【図４】図３の実施形態の断面立面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の断面立面図である。
【図６】本発明の更なる実施形態の断面立面図である。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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