(57)【要約】【課題】従来の電気集塵器は帯電部と電気集塵部から構成されるが、主として内部の空気の流束と電極の間の乱流により集塵効率の低下傾向があり、内部の放電による火災や感電やノイズ対策が不十分なものもあった。ほとんどの電極表面において、帯電粒子はクーロン力や電界による斥力や引力より電極板に吸着されるが、実際はこの力よりも空気のつくる流束とその乱流のほうが支配的であり、電極表面の流束の乱流による効率の低下を補填するために、電極面積を必要以上に増やす必要があった。このため比較的大型になる傾向があった。【解決手段】流束通過機構を採用した。これにより空気の流束と電極との間での乱流の発生を極力抑え、流束を急激に変化させる平板構造を極力減らした。流束に逆らわない流束通過構造を主体にした電気集塵器の帯電部、集塵部の構成を採用した。これにより、帯電と集塵を効率よく小型の構成で実現した。  【選択図】図３１
2017023894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッシュ状の最初から最後までの空気通過構造の電極構造を基本とする。
コロナ放電により粒子を帯電させる複数の針状の不平等電界発生構造を有す帯電用電極と、帯電用電極にコロナ放電を発生させるための対抗電極と、該対抗電極の向かう主たる空気の流束の乱流を発生させずに通過させるための対抗電極に設けられた多数の連続した穴形状等の流束貫通構造を有し、該対抗電極と帯電電極は空間的に交差せずに対抗電極は容易にスライドして交換や清掃ができる空間構造であり、該連続する多数の穴構造の相互間の面構造を極力少なくし、面構造による流束の反射や乱流の発生をほとんどなくしたことを特徴とする電気集塵器。
【請求項２】
メッシュ状の空気通過構造の対抗電極の多層構造配置を基本とする。
請求項1および１７において、対抗電極を空気の流束貫通方向に複数層設け、多層の段構造からなる対抗電極を有し、これらの電極と帯電電極は空間的に交差せず、対抗電極のユニットはスライドすることで容易に交換や清掃が可能な構成である電気集塵器。
【請求項３】
前記対抗電極の段階的穴サイズの低減を基本とする。
請求項２において、対抗電極の空気抵抗を段階的に増大させる目的で、連続した穴構造の大きさを段階的に流束の進行方向に向かうにつれて小さくしていく構造からなる、流束反射や乱流を発生させず、流束の透過構造を維持し、空気の流入から排出までの流束の極端な乱れを発生させる境界面をなくした構造を有す電気集塵器。
【請求項４】
多層の対抗電極に電位差を設けることを基本とする。
請求項２および３において、多層構造の対抗電極間に集塵効率向上用の電源を各々設けて、電位差を生じせしめることを特徴とした、電気集塵器。
【請求項５】
電気集塵器の安全性（耐感電、火災、ノイズ等）確保の構造を基本とする。
請求項１および１７において電気集塵機構のコロナ放電発生電極、高電圧の裸電極で異物により放電が発生する可能性のある構成部の全体を、想定外の発火やノイズ発生、高電圧の静電誘導による危険な電圧の誘起等を防止するための、メッシュ相当の金属構造物で被った安全シールドを有すことを特徴とする電気集塵器。
【請求項６】
電気集塵器に可燃性材料を適用する構造を基本とする。
請求項１および１７において、請求項５の安全シールド構造を有すことにより、主たる電気集塵部の外部の排出される主たる空気の流束が連続するとみなせる近傍部に、可燃性のエアフィルタやオゾン吸収や脱臭、揮発成分吸着用の活性炭フィルタを安全に隣接設置させることを可能にした電気集塵器。
【請求項７】
可燃性のフィルタに導電性材料を使用することを基本とする。
請求項６において電気集塵器の主たる空気の流束が排出される排気口の直前に設けたエアフィルタや活性炭フィルタを複数の多層構造とし、エアフィルタや活性炭フィルタを導電性の材料で構成し、構成層ごとに電位差を発生させる電源を有することを特徴とした電気集塵器。
【請求項８】
電気集塵機の安定した電位固定構造を基本とする。
請求項１、および１７において商用電源にインピーダンスを接続し、該インピーダンスを経由した端子を接地相当の電位固定端子として使用することを特徴とした電気集塵器。
【請求項９】
電気集塵機の安定した電位固定構造を基本とする。
請求項１、および１７において商用電源にインピーダンスを介した全波整流回路を接続し、所定の保護抵抗を経た端子を接地相当の電位固定端子として使用することを特徴とした電気集塵器。
【請求項１０】
電気集塵機の安定した電位固定構造を基本とする。
請求項１において商用電源にインピーダンスを介したリレー回路を設け、商用電源の接地側検出装置の情報をもとに、商用電源の接地側に自動的に接続する接地電位供給回路を有す電気集塵器。
【請求項１１】
電気集塵器の放電電流抑制と安全回路を基本とする。
請求項１、および１７において先端が鋭利な針状の粒子を帯電させるための複数のコロナ発生電極を有し、これらのコロナ発生電極の各々に電流制限抵抗を有し、複数のコロナ発生電極のブロック構造毎の保護抵抗を一括してまとめた収束回路部に、場合によってはさらなる電流制限抵抗を有する抵抗ブロック構造により万が一の放電電流を抑制し、火災や感電を防止する安全機構とした電気集塵器。
【請求項１２】
電気集塵器の放電電流抑制と安全回路を基本とする。
請求項1１において粒子を帯電させるための複数のコロナ発生電極に対抗する各々の対抗電極を有し、該対抗電極を一つ一つのコロナ発生電極、またはいくつかのコロナ発生電極毎にブロック分割し、分割した対抗電極毎に電流保護抵抗を設け、さらに場合によっては、一括回路にもさらなる電流保護抵抗を設けたことにより、感電や火災、ノイズの発生を防止することを特徴とした安全回路とした電気集塵器。
【請求項１３】
電気集塵器の不要放電防止構造を基本とする。
請求項１、および１７において、針状の先端の鋭利な不平等電界を発生する帯電電極と、対抗する対抗電極を有し、該対抗電極が多数の連続した穴構造であり、これらを構成する対抗電極がコーティングや皮膜等の絶縁物でおおわれた構造である電気集塵器。
【請求項１４】
電気集塵器から不要に発生される帯電粒子の抑制構造を基本とする。
請求項１、および１７において、清浄空気の排出口の前段にイオン中和装置を設置したことを特徴とする電気集塵器。
【請求項１５】
オゾン供給とオゾン抑制の制御機能付の電気集塵器の構造を基本とする。
請求項１、および１７においてコロナ放電を発生させる帯電電極からなる集塵機構のオゾン発生能力を利用して、内部のファンの回転速度や回転方向を制御することで切り替え弁と同等の効果を得て、装置内部の脱臭や、外部へのオゾンの積極的排出の切り替えと、活性炭フィルタ等のオゾン吸着フィルタを経由しないでオゾンを排出することを可能にしたオゾン供給機能を可能とした電気集塵器。
【請求項１６】
電気集塵器内部に付着した汚損粒子の対策構造を基本とする。
請求項１、および１７において帯電粒子が吸着する対抗電極やエアフィルタに振動モーターまたは、永久磁石を配置し、振動により埃を落下させ、下部のダストトラップ機構に埃を落下蓄積させることを特徴とした電気集塵器。
【請求項１７】
電気集塵器の能力向上構造を基本とする。
請求項１においてコロナ放電を発生させる格子状等の複数の針状の帯電電極を主たる空気の流束が通過する全面に配置し、この集塵ユニットをすべての空気の流束が通過する構造を有し、前記の集塵ユニットを連続した多段構造で設けたユニットとし、集塵効率を向上させたことを特徴とする電気集塵器。
【請求項１８】
電気集塵器の能力向上のための空間配置構造を基本とする。
請求項１７の集塵ユニットを複数配置し、ファン制御により高さ方向の複数の吸入口から空気を流入し、該複数の集塵ユニットを並列で運転して、高さ方向の複数の電気集塵ユニットの構成とし、部屋の空気の清浄化能力を向上させたことを特徴とする電気集塵器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電気集塵方式による空気清浄器に関する。
【背景技術】
【０００２】
帯電粒子がクーロン力で電界吸着される現象を利用した電気集塵機が提供されている。
これらは、電界を構成するユニットの構造から、大きく分けて電界発生構造が一段階方式である場合と、二段階方式の二種類がある。
【０００３】
一段方式は帯電粒子の生成と電界吸着を同時に行う。
図１は細い糸状の極細電極１が不平等電界を構成し、これによるコロナ放電で粒子を帯電させて、同時に電極がつくる電界で加速させて、集塵電極２で帯電した粒子を吸着させる構成である。
図２はさらに不平等電界を構成させやすい針状電極５を使用した場合の構成例である。
これらの方式は一般に集塵効率が低く、かつ、集塵電極の付着した粉塵の清掃機構の工夫が必要となるが、その一方で、構造が簡単であり、安価に製造が可能である特徴がある。
【０００４】
図３に二段方式の概念図を示す。
ここでは一段目で帯電粒子を生成し、二段目で主として電界吸着を行う。この方式は、一般に集塵効率が比較的高くなる反面で、構造が複雑になるが、粉塵清掃機構は二段目の構造部だけに特化すればよいという特徴がある。
【０００５】
また、両者ともに高電圧のコロナ放電や高電界を扱うため、意図しない二次的現象を惹起する場合があり、これらの対策を充分に行うことが製品として要求される。
たとえば、意図しないアーク放電等による火災や感電、意図しない可燃性ガス発生環境でのアークに着火、意図しない帯電粒子の放出による二次的汚損等の対策が必要となる。
【０００６】
意図しないアーク放電はたとえば害虫の侵入や導電性の塵芥による電極間の構造の部分的に変化や短絡により発生する。これらの放電が意図しない回路に侵入した場合は、当然であるが、火災や感電に至る場合がある。
【０００７】
また、意図しない可燃性ガスの環境等では火花、すなわち意図しない状態でのアーク放電は火災や爆発のトリガーとなる可能性があり、可能な限り意図しない放電現象の発生を防ぐことが重要となる。
なお、電気集塵機で帯電された荷電粒子が外部に放出された場合、それは意図しない荷電粒子となるケースが多い。部屋内の物体はプラスあるいはマイナスに帯電されているか、あるいは0電位、もしくは接地電位であるのいずれかの場合となる。帯電粒子はこれらの表面状態に応じて物体の表面に付着し、結果的に物体の表面を汚すことになる。
このため、帯電粒子を中和せずに放出する電気集塵機では集塵されずに放出された帯電粒子が汚損減となり、物体の表面に付着して汚損となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０７―１６９５５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の電気集塵装置のうち、一段階方式を図1に示す。ここでは一般的に高電圧の極細電極1と対抗する集塵電極２の二つの電極を使用し、両者間に高電圧を印加する構造となる。極細電極1は、通常はタングステン合金、もしくはステンレス等の耐アーク導体が使用される。また、形状は不平等電界を発生させるためには当然ながら細ければ細い方が良く、尖頭形状であればさらに効率が良い。しかし、極細線を使用する場合は、力学的強度の要求からおおむね直径がΦ0.1mm前後で構成されることが多い。
また、文献特平０７―１６９５５６のような一段構成であっても、空気の流れが最終的に集塵電極や補集極に影響され、多層構成や流れに最後まで沿う構成ではなく、メンテナンス等も困難である。
図1の極細電極１の周囲近傍部は空間構造の特性により著しく高い不平等電界が発生する。この高い不平等電界が空気の絶縁破壊電圧を超えるため、コロナ放電が発生し、そのイオン電流と微小アークにより近傍空気がイオン化され、粉塵の粒子が帯電する。帯電する電荷の極性は電極の極性に依存し、プラスもマイナスでも、どちらも使用されている。
以上を前提に、以下に課題を述べる。
【００１０】
第一の課題は「電極構造が作る空気の流束抵抗」である。
たとえば、一段階方式は構造が単純であるが、集塵効率が低い傾向がある。このことは単純な一段階方式では帯電した粉塵が対向電極側に充分に吸着されず、そのまま外部に放出されてしまう分が相当量あることを示している。
この原因の一つとして、真空中ではない空気という流体内の現象であることと、空気の流体としての拡散時間による結果的な粘性の存在があげられる。
【００１１】
仮に、真空中であれば帯電粒子はそのまま対向電極に向けて加速されるが、空気の場合はその途上に非帯電粒子や、空気分子が存在し、これらが抵抗となり対向電極まで到達されない分が存在する。さらに、粒子や分子の拡散時間の存在が結果的に空気の粘性現象として存在するため、空気の流束の流れに支配的になる現象の存在もある。このため、電界加速だけでは対向電極側まで到達できずに、より支配的な空気の流束に束縛され、結果的に対向電極まで到達できない帯電粒子が相当数存在する。
【００１２】
図４を例に、これを説明する。
課題として、帯電粒子の集団が作る対向電極へ向けての空気の流束の存在そのものが、他の帯電粒子の集団が作る空気の流束が対向電極へ向けて流れようとすることを妨害することを述べた。
図４のように、ここでは、電極へ向けてぶつかる流束の中心部分は必ず分かれて電極表面を外に向けて流れる部分が発生し、この流れの存在そのものが他の流束が電極へ到達することを妨害することになる。言い換えれば、物体表面と流体が形成する境界面での流体の粘性抵抗層が存在し、その境界層の流束の存在が帯電粒子の完全な吸着を妨害する因子となっている。
【００１３】
以上のことは、一段方式からなる電気集塵器の性能を上げる、つまりは、帯電粒子の対向電極への補足性を向上させるためには流束の管理が必要であることを示唆するものである。
【００１４】
図３に示した二段階方式を見直すと、この方式はこれを改善している構成である。
一般に、二段方式の集塵効率は一段方式に比べて高い。これは専用の集塵機構により、前述の課題を改善していることを示している。二段方式は帯電粒子を対抗電極にもれなく吸着させるために、専用の集塵機構を追加している。この二段目の集塵ユニットでは一般に並行平板電極の間に帯電粒子を含む空気を通過させている。この通過の通路が長ければ長いほど、帯電粒子が対向電極まで到達されて吸着される比率は対数的に増大することになる。
しかし、この方式であっても、電極表面近傍の境界層の流束は存在し、これらの存在が依然として対向電極へ向かう帯電粒子の流れを妨害する因子となっている。なお、これらの流れの妨害のメカニズムは一種の波動現象であり、波動の終端条件が不連続となることにより一種の反射現象が起きるとも解釈できる。その意味では、終端条件を反射が発生しないマッチング形状とすることが解決の手段でもある。
【００１５】
第二の課題は「火災や感電にかかわる安全性と不要ノイズの発生」である。
電気集塵器は当然であるが高電圧の電源により二つの電極間に高電圧を印加する非常に単純な構成となっている。ここでの課題は対抗する二つの電極は裸電極であり、間を絶縁する絶縁物は空気であり、この空気は時には汚れや特殊なガス、高い湿度のケースも含まれることがあることである。また、粒子を帯電させる電荷の発生のためにはコロナ放電を発生させるため、高電圧であり、放電ノイズの発生もともなうものである。
【００１６】
この構造は絶縁物が空気であり、電極が基本的に裸電極であるという特徴により、放電による短絡やノイズ、危険電圧の発生等を除外できない構造である。
たとえば、害虫の侵入による短絡、部分的放電の発生は充分にありえる事故である。また、可燃性のガスの存在する環境で内部に部分的短絡、アークの発生があれば、それがトリガーとなり火災に進展するケースもあり得ることである。
これらの短絡やアークの発生は高電圧の裸電極構造では避けられない障害であり、電極間に虫や糸状のほこりが存在すれば容易に発生する現象である。
【００１７】
第三の課題は「集塵電極に補足されずに外部に放出される帯電粒子」である。
電気集塵器から帯電された荷電粒子が外部に放出された場合、それは意図しない荷電粒子となるケースが多い。部屋内の物体はプラスあるいはマイナスに帯電されているか、あるいは0電位、もしくは接地電位であるのいずれかの場合となる。帯電粒子はこれらの表面状態に応じて物体の表面に付着し、結果的に物体の表面を汚すことになる。特に表面が帯電しやすい樹脂材料では汚れが顕著となる場合がある。
このため、帯電粒子を中和せずに放出する電気集塵機では集塵されずに放出された帯電粒子が汚損減となり、物体の表面に付着して汚損となる。
【００１８】
第四の課題は「意図しないオゾンの発生」である。
オゾンはいわゆる無声放電、一般には高電界にさらされた絶縁物の沿面でみられる放電により効率的に発生する活性ガスであるが、電気集塵器でも原理的に常に微量の放電が存在するため、微量のオゾンガスの発生は不可避の現象である。
【００１９】
オゾンガスは微量であれば脱臭、減菌等に効果があるといわれるように利点も多いが、その一方で、意図しない発生の場合は障害となるケースがある。たとえばオゾンにアレルギーのある人や、特にオゾンに敏感な人等にとっては無視できない障害となることがある。
【００２０】
第五の課題は「帯電した粒子を吸着する対抗電極の粉塵の蓄積」である。
電極に蓄積した粉塵を機械的に除去する方法として、通常は電極に物理的振動を与えて付着した粉塵を重力落下させて除去する方法や、表面を自動車のフロントグラスのワイパーのようにワイプする構造により汚れの除去を行う方法が知られている。
しかし、一般家庭用ではその多くは定期的なメンテナンス作業により手動で洗浄する作業や、掃除機等で埃を吸い取る作業が必要となる。メンテナンスフリーの装置が求められる市場の社会情勢においては、これらの頻繁なメンテナンスの要求は、製品要求事項の重要な部分を満たしていないとみなされる傾向があるのは否めない。
【００２１】
第六の課題は「絶対的な送風量と吸入口と排出口の位置」である。
これは清浄時間と清浄効率にもかかわる課題である。観賞魚の水槽を例にとると、汚れた水槽の水をきれいにするには汚損物の発生量よりも圧倒的に多い清浄能力が要求される。大きな水槽に容量の少ない清浄装置を適用しても、水槽の容量と整合せずに目標とする清浄性を得るのは困難である。一般には清浄性を維持する必要容量の数倍の清浄能力が要求される。
さらに、観賞魚の水槽清浄システムでは吸水口と排出口の離隔をおいて設置する。たとえば、水槽の右端に吸水口を、左端に排水口を置き、清浄水と汚損水が極力混ざらない構成にしている。これにより、より短時間で水槽を清浄化することを可能としている。
【００２２】
同様の課題が空気清浄器でも適用できる。たとえば24時間で清浄する装置ではなく、1時間以内で清浄する装置が求められている。このためには圧倒的な送風量、または圧倒的な清浄性能、もしくは両者が要求される。さらに、吸気口と排気口の位置が工夫されており、排気された空気が吸気口に戻らない構造が要求される。この構造がないと、圧倒的な能力があっても部屋内の空気の清浄化には時間を要し、必要性能を満たすことが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
第一の課題「電極構造が作る空気の流束抵抗」の解決手段を述べる。
図1に示した一段階方式の例は構造が単純であるが、集塵効率が低い傾向がある。
図４にこの例の課題を示した。ここでは帯電粒子のすべてが対抗電極側に到達せずに残存の外部放出分があることを示し、その原因の一つとして、真空中ではない空気という流体内の現象であることと、空気の流体としての拡散時間による結果的な粘性の存在をあげた。
【００２４】
このとりこぼした残存の帯電粒子が発生する背景をまとめると下記となる。
１）粒子のつくる流束の媒体が真空ではなく空気である。
２）流束の経路に同じ他の流束である空気分子の流れが存在し、これらが抵抗となる。
３）このため対向電極まで到達されない帯電粒子が存在する。
４）背景に粒子の拡散時間の存在がつくる結果的な空気の粘性現象の層が存在する。
５）結果的に対抗電極の平面近傍で広がる流束が帯電粒子の到達を妨害する。
要約すると、対抗電極の平板構造そのものが空気抵抗を発生させ、帯電粒子の到達を妨害する構造となっているのが一つの原因である。
【００２５】
図５、図６は第一の課題「電極構造が作る空気の流束抵抗」の解決手段の例である。
ここでは平板電極のかわりに、流束が容易に通過する経路を持つメッシュ構造、あるいは穴あき構造の疑似平板構造を提案している。これらを解決する一つの手段は電界加速された粒子の作る流束を乱さずに各々の帯電粒子が素直に対向電極へ流れるような対向電極と流束構造を提供することである。
【００２６】
図５の極細電極１または、図６の針状電極５では印加された高電圧によるコロナ放電により、粒子が帯電される。本図では周囲の粒子がマイナスの電荷で帯電された例を示している。この帯電粒子７は印加された高電圧が形成する電界により加速され、金属等の導体からなるメッシュ構造の対抗電極板６に向けた流束が形成される。メッシュ状の対抗電極６は穴構造であるため、流束の透過機能を有し、流束は乱されることなく対抗電極に向けてのスムースな流れが形成される。ここで対抗電極は放電電極が入り込む構造ではない。このため容易にスライドして引き抜ける構成である。これにより、引き抜いて容易に清掃等が可能となることが前提となる。
図７はこの解決手段の別の例である。ここに示したように、電極板はマトリックス形状丸穴や角穴構造、あるいはパイプ構造や、図示しないハニカム構造の電極や導電性のスポンジ構造でもよい。
【００２７】
一方で、メッシュ電極のメッシュの粗さは背反的な様相をなす。すなわち、メッシュが細かければ帯電した粒子を補足しやすくなるが、逆に流束が乱れやすくなり、結果として局所的な補足になるため、捕捉率が下がる。逆に、メッシュが粗ければメッシュをすり抜ける部分が発生するため、個々の流束の捕捉率は下がるが、全体の流束の乱れはなくなる。このことから、捕捉率を上げるにはメッシュを細かくし、流束の乱れをなくすにはメッシュを粗くする必要があり、互いに相反する構造が要求される。
【００２８】
図８はこの互いに相反する課題の解決手段である。
ここで示したメッシュの積層構造により、対抗電極に向かう流束の流れが乱されることがなく、且つ、積層数に応じて対数的に捕捉率が高くなることが期待できる。
【００２９】
なお、流束の乱れによる帯電粒子の捕捉率の低下は、流束を波動としてとらえた場合には一種の反射現象であることは既に述べた。このことは終端条件を適正に整合、つまりはマッチングさせることにより、流束の乱れを防げることを示唆する。平板電極面は流束の経路の不連続な境界面であり、この不連続構造により流束は反射されて戻ったり、広がったりすることになる。このため、対抗電極面より前面に流束を乱すような一種の反射とみなせる乱流が発生しない構造は極力不連続な物理構造とならない構造が求められる。ここにおいても、空気の流束の流れは乱されることなくそのまま透過する構造であり、スムースに透過した空気が次段に伝達される構成であることが前提である。
【００３０】
図９では、これを実現させるための流束の終端部での反射整合構造も提案している。基本構造は多段メッシュ構造の対抗電極ブロックである。この構造により、物理的な極端な不連続性を緩和し、流束の反射を抑制しているものである。ここにおいても、帯電電極は対抗電極側に入り込む構造ではない。そのため、対抗電極のブロックはそのままスライドして引き抜いて容易に清掃が可能な構成となる。
【００３１】
一層目は基本的に粗いメッシュ構造とすることで流束をまずは電極ブロック内に引き込むことが主目的となる。二層目以降は徐々に細かいメッシュとして積層することで流束を緩やかに受け止め、反射方向への流束を防いでいく構造としている。
なお、構造は連続的な緩和構造であればよく、これを連続的なスポンジ構造の電極とした場合は深くなるにしたがって段階的に目の粗さ、つまりは粒度が細かくなる構造等も想定される。
【００３２】
図９の例では電極ブロックの各メッシュの電位は同電位であり、内部の電位はいわゆるファラデーシールド内の無電界の状態に置かれている。
対して、図１０は前述と同等の段階的に細かくなるメッシュの層構造であるが、個々のメッシュに帯電粒子の方向性を持たせる電界を印加する部分に工夫がされている構造の例である。
【００３３】
図９の例の電位固定について説明する。
ここでは、メッシュブロック１１の内部の多段メッシュ構造はすべて同電位である。このため、この内部はファラデーシールドを構成し、内部に浸透した帯電粒子は無電界の状態におかれ、そこで働く力は自己の帯電電荷とメッシュブロック内の電極との投影電荷での吸引力で吸着されるのみとなる。なお、連続した流束の流れは当然存在している。
【００３４】
図１０は、図９の各メッシュに個別の電位を与えた、もう一つの例である。
ここではメッシュブロック内の個々のメッシュ間に第二の電源15、第三の電源16による電圧が加えられており、電界17、電界18が形成されている。これらの電界の内部では、帯電粒子の電荷の極性により電界方向への吸引力あるいは斥力が発生し、メッシュブロック内部でも帯電粒子の吸着が容易になされるように工夫がされているものである。このようなメッシュブロック内部の段階的な電界構造により、さらに帯電粒子の捕捉率を上げることが可能となる。
なお、本例はメッシュ３段の構成であり、追加の電源は２個であるが、メッシュ層が増えればその分の電源は増大する構成となる。
【００３５】
図１０の例は単純な二段階構造の電気集塵器とは異なることを説明する。
ここに示した対抗電極側のメッシュブロックの内部に段階的な電界構造を設ける方法は、一段目で粒子を帯電させ、二段目で電界集塵する構成であり、二段階構造の電気集塵器に類似している。しかし、本願と従来の二段階方式では以下が大きく異なる。
１）メッシュ構造による流束の吸い込み構造。
２）段階的に細かくなる多層メッシュによる流束の反射現象の防止構造。
３）段階的電界構造によるメッシュブロック内の帯電粒子の方向制御。
４）流束の流れを乱さずに、流れをそのまま相乗効果的に利用している。
５）その結果、コンパクトな構成とすることが可能となる。
【００３６】
また、この構造は、位置的、構造的、機能的に一つのブロックとして粒子の帯電から加速して、流束の乱れを防止して補足するまでを行う構造なので、各々の部分を分離できず、二段階方式のように単純に機能を分けることは不可能な構成である。
【００３７】
第二の課題「火災や感電にかかわる安全性と不要ノイズの発生」の解決手段を述べる。
前述の電気集塵器は二つの電極間に高電圧を印加する非常に単純な構成の反面で、対抗する二つの電極は裸電極であり、間を絶縁する絶縁物は空気である。
この空気層には時には汚れや特殊なガス、時には害虫も、あるいは高い湿度のケースも含まれる。絶縁物が空気で、基本的に裸電極である構造は、異物による絶縁劣化で短絡、放電ノイズ、危険な高電圧等が発生する可能性が常に存在し、害虫の侵入、導電性のほこり、吸湿による絶縁物の劣化、可燃性のガスの環境での使用、ノイズにより他の電気装置への障害等の課題がある。いずれの場合も意図しない回路への短絡が想定され、最終的には感電事故や火災等の不具合につながるものである。
【００３８】
まず、前述の安全性対策の一つとして、意図しない放電による火災や感電の防止の手段について述べる。当然ではあるがまずは絶縁材料となる絶縁物を不燃物で構成することがあげられる。特に高電圧を扱う装置では耐トラッキング材料を使用することは当然である。耐トラッキング材料を使用することで絶縁の劣化進展による発火を有効に防止できることはよく知られている。耐トラッキング材料としてはたとえばセラミックやガラス繊維を含むプラスチック樹脂等が知られている。
本願ではこれらの対策は既に採用されているという前提で、それ以外の因子について言及する。
【００３９】
安全対策のうち、感電に関して、高電圧回路に特有な現象として、周囲の導電物に静電誘導により意図しない高電圧が誘導され現象がある。これらを極力防ぐためには、二つの基本的構造が求められる。
一つは、導電物の電気的なフロート構造をつくらないことである。たとえば、フロート構造の導電物が高電圧部分の近傍にあるだけで、例をとればネジ一本がフロートしているだけで、そこに静電誘導により電圧が誘起され、意図しないコロナ放電が発生する場合がある。
二つ目は、システム全体をファラデーケージ、つまり導電性の金属で囲むことである。さらに感電を防ぐにはこのケージが電位的に非フロート状態であることが必要である。特に感電防止の観点からは、常に接地電位相当の安全電位であることが望ましい。
【００４０】
次に、安全対策としての火災対策であるが、可燃性ガスの発生する環境で爆発現象のような連鎖的な燃焼現象を防止する機構が知られている。この一つが、金属メッシュで発火源を覆う方法であり、古くはいわゆる炭鉱作業用のデービー灯に採用されていた実績がある。
【００４１】
これはメタンガス発生下の炭鉱内でも連鎖爆発しないように揮発油ランプ、つまりは発火源を金属メッシュで囲むことが有効であることを利用している。これらの構造は、現在でも引火物の輸送パイプの途上に設けられる逆火防止弁でも採用されている。逆火防止弁の内部には多段メッシュ構造のフレームアレスタが設けられ、逆火防止の主要構造として採用されている。なお、逆火を防止する原理は、炎がある程度狭い隙間を透過できないことと、金属メッシュの熱容量による炎の冷却効果を利用しているものである。
【００４２】
第二の課題「火災や感電にかかわる安全性」の解決の具体例を次に示す。
図１１では、主要な集塵機構部の全体を金属メッシュで覆う構造を提案している。
ここでは、金属メッシュの効果としてしられる個々に異なる二つの公知の効果を同時に利用することが特徴的である。ここでは吸入ファン１９から吸い込まれた流入空気２０が、金属メッシュ等からなる安全シールド１８を経由して、集塵システム本体１７を通過し、再度、安全シールド１８の出口から排出空気２１として排出される。なお、安全シールド１８は安全電位電源２８を経由して接地電位相当の安全電位２４に固定されるため、静電誘導の影響は受けない。なお、安全電位電源２８は放電現象や感電に影響ない安全な相対的に接地とみなせるような定電圧の電源であるが、場合によっては無くてもよい。安全電位電源２８は後述するように、安全シールドに意図しない帯電粒子が付着することを防止するものである。
【００４３】
本願では、感電や火災の防止を目的として電気集塵器の主要機構部の全体を接地電位相当の安全電位とした金属メッシュ等の安全シールドで被うことを一つの特徴としている。この構造は前述の感電、火災の安全性、その他の効果として、以下に言及する効果が期待されるものである。
１）ファラデーケージにより、内部の電気現象が外部に影響せず感電事故を防止。
２）金属メッシュ構造が炎のブロック構造となり、内部の炎が外部に進展しない。
３）その結果、全体を覆う金属メッシュの外部に可燃物からなる構造を設けられる。
４）流束の経路を利用した可燃性の衝突フィルタの採用が可能。
５）前述の可燃物として活性炭フィルタやHEPAフィルタ等を設けることができる。
６）結果として、活性炭フィルタで不要オゾンの吸収が可能となる。
７）さらに、容易に交換できるエアフィルタ構造が容易に実現可能。
８）ファラデーケージは静電シールドとなるため、不要ノイズの輻射が防げる。
【００４４】
第二の課題「火災や感電にかかわる安全性と不要ノイズの発生」を担保する要件について述べる。具体的には、電気集塵器の各構成部の接地電位である。これは、前述の主要な集塵機構全体を覆う安全シールドの電位固定をあえて「接地電位相当の安全電位」としている背景でもあり、これには以下の二つの理由がある。
【００４５】
一つ目の理由は、前記の金属メッシュ部に放電を起こさない範囲での低い電圧をかける場合も想定しているからであり、この場合は機能的動作として接地電位と相違のない動作を期待していることが前提となるため、「接地電位相当の安全電位」とした。
背景には危険な放電や放電による不要ノイズが発生せず、感電にも至らない管理された接地電位相当の電位であるという前提がある。
【００４６】
二つ目の理由は、電気機器として真の接地電位が得られない場合に、機能上問題ない範囲で接地電位相当の電位を得る場合があることである。この場合も、機能的には接地電位とほぼ同等の動作を期待していることから、「接地電位相当の安全電位」とした。
【００４７】
図１１を例に、一つ目の理由の背景を説明する。ここでは最外層に設けるエアフィルタ２５の設置も想定している。このエアフィルタ２５は多くは可燃性であり、当然であるが、放電等が発生する環境での使用は制限される。ここで、前述した安全シールド１８がしっかりと接地電位相当の安全電位に固定されることにより、可燃性のフィルタを制限することなく安全に使用することが可能となる。
【００４８】
実際の電気集塵器や簡易型の帯電粒子発生装置等では集塵板電極、エアフィルタ等々の主要機構部の電位固定がどこにもされてないものが相当量ある。しかし、電気的主要機構部の電位固定は重要である。ここでは安全シールド１８の電位固定とともに、エアフィルタ２５の電位固定も重要であることを説明する。
図１１の電気集塵ブロックの排出空気２６には集塵システム本体１７で補足しきれなかった帯電粒子が含まれる。このとき、エアフィルタ２５が電気的にフロート電位であると帯電現象により、エアフィルタ２５の電位が不安定となり、場合よっては帯電現象により生じた電界により帯電粒子を反発させる場合も想定される。このため、エアフィルタは帯電しにくい導電性を有す材質で、且つ、電気的にフロートしていない接地電位相当であることが要求される。電気集塵器であり、帯電した粒子が排出される可能性が常にあることを考慮すると、エアフィルタ自身を電気的に固定して、不要な帯電が発生しない状態を保つことは、電気集塵器を安定して運用するために重要な管理項目となる。
【００４９】
一方、安全シールド１８を真の接地電位とすると、意図しない帯電粒子は接地電位に向かうため、安全シールドを構成する金属メッシュ等に付着しやすくなる。しかし、メンテナンスを容易にするという社会的要求の視点では、粉塵を可能な限りディスポーザブルや簡単清掃の可能な最外層に設置されるエアフィルタ２５に選択的に付着させる方が運用や保守が簡便となる。このため、本願では安全シールド１８は安全電位電源２８を介して完全な接地電位とならないように管理している。なお、これは性能次第ではなくてもよい。安全電位電源２８とは放電や感電に影響ない程度に機能的に十分低い電源という意味である。
【００５０】
ここで、安全シールド１８は安全電位電源２８により、管理された安全電位が与えられ、エアフィルタ２５は最外層であり、メンテナンスで人体が接触する可能性もあるため、基本的には安全な接地電位相当に固定される。これにより、低電圧ではあるが、安全シールド１８とエアフィルタ２５の間にも電界が発生するため、帯電粒子は最終的にはエアフィルタ２５に最も付着することとなる。
【００５１】
なお、エアフィルタ２５は、たとえば活性炭ペーパや、活性炭スポンジ、あるいはHAPAフィルタ等である。本案では前述したように、これらのフィルタにある程度の導電性を持たせることを想定している。これは、エアフィルタ２５の電位を安全な接地電位相当に固定することで帯電粒子による不要な帯電現象を防止するとともに、帯電粒子が接地電位に向かうことを利用して集塵性能を向上することを狙う機能も想定しているからである。
エアフィルタ２５の導電性は絶縁物のような絶縁抵抗でなければよく、単位体積で数100ｋΩオーダーの高抵抗であってもよい。
【００５２】
ここまでで、問題となったのは一般のエアフィルタのほとんどが可燃性であることと、電気集塵器の電極構造から内部で火花放電が発生する可能性のあることである。この対策として、金属メッシュ構造等による炎の封じ込め構造を採用した。また、この構造により、集塵システム本体を被う安全電位に固定された安全シールドと、さらにその外部に設けられるほぼ接地電位のエアフィルタとの間に電界を発生させることが可能となり、エアフィルタに効果的に粉塵を集めることが可能となった。
【００５３】
図１２に示すように、エアフィルタは接地電位にかかわらず、多重層フィルタ構成にして、各層に帯電粒子を加速できるような電位を与えることを行ってもよい。エアフィルタ２５は通常は単体で接地電位相当２４に固定されているが、同右図のようにエアフィルタを多層構造にするものである。たとえば本図では３段構成の例であるが、エアフィルタ６１、６２、６３の段構成にし、その間に安全電源により電圧を加えているものである。
【００５４】
「接地電位相当の安全電位」とした、二つ目の理由を述べる。
電気集塵器は帯電粒子を扱うため、接地電位の確保は非常に重要である。しかし、現実として、家庭内や限定された設置場所では接地線接続用の端子が得られず、理想的な接地電位を確保できない場合が非常に多いのが事実である。特に日本ではＡＣ１００Ｖの商用電源には接地コンセントが付属していない場合がほとんどであり、真の接地電位を確保するのは一般的に容易ではない。
【００５５】
このため、本願では機能として接地電位とほぼ同等の機能を得られる電位を便宜上「接地電位相当」とした。具体的には、電気集塵器としてほぼ接地電位とみなせる電圧は部位や目的とする機能にもよるが、一般に数100V、あるいは数10Ｖ以下と思われる。
一方で、電気集塵機の電極の電圧は一般的に数ｋV前後であり、電気機器としては比較的高い電圧である。これに対して、たとえば0.1ｋV程度の電圧であれば機能的にはほぼ接地と同等みなせる場合を「接地電位相当」とした。
【００５６】
「安定した電位固定の必要性」  について述べる。
電気集塵器の場合の帯電粒子は最終的には真の接地電位に対して周囲の構造物がどの程度の電位を帯びているかによりその挙動が定まる。たとえば、構造物の電位が電気的にフロートされていた場合は帯電現象により数ｋＶにも帯電して、帯電粒子の挙動に大きく影響する。乾燥した冬場の静電気の影響を考慮すれば、これが重要な因子であることは容易に理解される。言い換えれば、電気集塵器であるからこそ、帯電現象や静電気現象を厳密に管理して、安定した動作を行わなければならないとも言える。
【００５７】
このように各構造物の電位が固定されない状況で動作させると真の接地電位に対しての電圧が定まらず、扱う帯電粒子の挙動も安定しなくなる。これを防ぐため、には真の接地電位に対して常に構造物の電位が安定する構造が必要となる。本願ではほぼ接地電位とみなせる電位を安定的に確実に得るための一つの手法として、ＡＣ100Ｖ電源網の電位を利用することを想定している。
【００５８】
まず、真の接地電位に接続できない場合に、次善の策として、接地電位に近い感電せず、また、火災等の原因とならない安全な電位固定方法を得るという視点から説明する。
この点では、感電や放電等の現象が起きない回路条件は種々の電気安全規格で規定されているのは周知のとおりである。この条件は安全規格等では、電気回路の「非充電部」とみなす根拠として示されており、これが一つのよりどころとなる。具体的には電圧の最大値でみなす場合と、インピーダンスによる分離とされる二つの判断基準がある。
【００５９】
一例であるが、一般に電気製品で非充電部とみなされるのは、いわゆるSELV電圧（安全低電圧）とされる60V（直流）以下の電圧であるか、もしくは、接地回路と接続した場合に0.5ｍA以下の漏れ電流となる「充電部とインピーダンスで分離された回路」のいずれかである。
本願では、真の接地電位に接続できない場合には、少なくともＡＣ100Ｖ等の商用電源に所定のインピーダンスを介して接地電位相当とすることを想定している。
さらに、人間が触れる可能性がある場合は、前述の安全規格にしたがって、介在するインピーダンスを所定の値にすることで「インピーダンスで分離された回路」として、人間が触れる可能性のある部分の電位を安定に固定する。
なお、この場合、当然であるが、真の接地電位が得られる場合であれば、電気的にそちらの接地回路が優先される。
【００６０】
ここで、真の接地電位に接続できない場合に、機能的にほぼ接地電位とみなせる電位固定を得る方法について述べる。
まず、接地電位相当とは電圧値ではなく、真の接地電位との接続回路が確保されていることが重要である。たとえば回路電圧がＳＥＬＶ電圧（直流で60V）以下であっても、真の接地電位に対して回路全体が電気的にフロートしており、帯電粒子等の影響で10ｋVに帯電していれば、当然ながら接地電位として扱えない。
さらに、回路自体が電気的にフロート状態であれば、近傍の誘導電位により回路全体の電位は大きく変動する。この場合も近傍の誘導電位によっては危険な挙動を示す場合や、目的とした機能が得られない場合がある。このため、安定した電位固定、つまり、真の接地電位との確実な接続回路は特に電気集塵器では重要となる。
【００６１】
図１２は日本での解決手段の例である。
日本では商用電源のＡＣ100Ｖは周囲環境で最も確実に電位が固定されている回路である。接地電位が容易に得られない環境で、接地に近い安定電位に固定する方法は一般の商用電源に接続することが最も簡便であり、安定であり、且つ、安全である。
ここで、商用電源のニュートラル（Ｎ）側３３は安全のために接地されており、且つ、ライブ（Ｌ）側も接地電位に対して非常に安定した電圧を維持している。具体的には日本では多くの電源はAC100Vであるが、AC100Vの電源網は一般的にはニュートラル側（Ｎ）が接地電位であり、ライブ側（Ｌ）は非常に安定したAC100Vであるからである。
【００６２】
商用電源に接続される機器の容量と相対比較した場合、AC100V電源は現実的数値として内部インピーダンスがほぼゼロとみなせる理想的な電圧源回路で設計されている。このため、AC100V系を疑似的な等価接地電位として使用する場合は、ライブ側（Ｌ）を使用しても最大でもその電位は誤差の範囲でAC100Vを超えることはない。
【００６３】
安全な接地電位相当の電位を得る第一の方法の概念図を図１３示す。この回路ではニュートラル側が接地電位３１に固定された商用電源３９と電気集塵器本体４０が接続されている。電気集塵器４０の内部では分圧抵抗（Ｒ1）４１と、分圧抵抗（Ｒ２）４２で抵抗分圧した中点から保護抵抗（R3）４４を介して仮想接地（VE）４３として引き出す構造となる。
【００６４】
抵抗分圧の中点としたのは、使用者が電源プラグの極性の差し込みを逆にすることで0Vと100Vと変化する事の影響をなくすためである。中点であれば、0V、つまりは完全な接地電位になることはないが、常に中間の50Vの安定電位が得られるため都合がよいからであり、実際は使用者がその都度に極性を逆につないで安定でなくてもよいならば、分圧抵抗（R2）４２は不要であり、中点でなく使用してもよい。なお、保護抵抗R3は感電の保護を行う場合に挿入し、仮想接地(VE)４３に触れた場合に感電しないようにする値とする。このときR1とR2の値で電流値が安全な値に制限されるなら、当然であるが保護抵抗R3は不要である。また、人体が触れないで管理できる状況であれば、感電電流以下で管理する必要はない。
【００６５】
図１４は、安全な接地電位相当の電位を得る第二の手法である。
これは接地検出装置４７により極性選択リレー接点４６を制御して、ＡＣ100Ｖ電源のニュートラル側（Ｎ）を接地電位として切り替えて提供する。接地検出機構はここでは詳細は規定しない。
【００６６】
図１５は、安全な接地電位相当の電位を得る第三の手法である。
この回路では商用電源（ＡＣ１００Ｖ）３９を全波整流回路５８でブリッジ整流して、ブリーダ抵抗（R6）５７に接続される。出力のプラスとマイナスの端子には保護抵抗R4とR5が接続されるが、電流制限の必要がなければなくてもよい。Ｄ5とＤ6は逆流防止回路である。
図１７に、図１６のブリッジ回路の出力と接地電位菅の電圧を示す。ここでは全波整流回路が半波毎にプラス側とマイナス側が交互に接地電位となる。図１５は、これを利用して、仮想接地電位（ＶＥ）４３に接地電位を得るものである。
図１６のＶＬとＶＮは全波整流回路の出力と接地間の電位の変化である、これが逆流防止ダイオードＤ５とＤ６を経た部分である仮想接地電位部では、同図Voutとなり、ほぼ接地電位に等しくなることがわかる。
【００６７】
ここで留意しなければならないのは図１５のＤ１〜Ｄ６のダイオードが挿入されているゆえに、接地電位側に流れる電流方向が一方向であることと、ダイオードの順方向電圧分は残留していることである。
また、ブリーダ抵抗（R6）５７は仮想接地（VE）４３の出力に電流容量を持たせるために接地側にあらかじめ所定の電流を流すための負荷回路として機能している点が重要なポイントである。このため、このブリーダ抵抗が無い場合や、値が大きい場合はこの仮想接地出力回路はうまく動作しない。したがって、大電流を流す用途の仮想接地回路としては不向きである。しかし、静電誘導や静電気対策の微小電流容量での電位固定目的の接地端子としては充分に使用可能である。この方式であれば、自動的に接地相当の電位が得られ、第一の方式のように中間電圧の50Ｖの残留はなく、第二の方式のように専用の接地電位検出装置は不要である。
【００６８】
第二の課題「火災や感電にかかわる安全性と不要ノイズの発生」の解決手段の補足情報について述べる。
前記のシステム全体をメッシュで覆う手法は従来方式の電気集塵機に採用してももちろんよい。しかし、ここで示した手法は、第一の課題である空気の流れの流束そのものによる集塵の妨害を解決するための一部分もなしている。また、安全を担保するための静電誘導や帯電による意図しない放電等を防止する安全な接地電位相当を得る手法についても述べた。この接地電位については、第五の課題として対抗電極に付着する粉塵のメンテナンスについても一部分をなしている。この部分に関しては、後述するが、蓄積した粉塵のメンテナンスを効率的に行うためにも、この接地電位相当の最外層のメッシュ層が有効となる。
【００６９】
第二の課題「火災や感電にかかわる安全性と不要ノイズの発生」の放電電流による不要アークの発生の解決手段の補足情報について述べる。異物等の混入による不要アークは火花放電であり、継続した場合は火災やノイズの発生につながる。
図６は、一般の針状電極５を利用してコロナ放電を発生させる帯電電極構造であり、このままの構成では電極間にアークが発生した場合の防止手段がない。
図１８は、同タイプの帯電電極の配列構造である。図１８の例では各針状電極９４，９５，・・・９６の直下に電流制限抵抗９７、98、・・・９９が接続されている。また、対抗電極１０１，１０２、・・・１０３の直後にも同、制限抵抗１０４，１０５，・・・１０６、および、電源側の集合部にも制限抵抗１００、１０７が接続されている。
【００７０】
図１８の電流低減手法について説明する。たとえば同図の針状電極９７より、何らかの理由によりアーク放電１０８が発生したと仮定する。このとき針状電極側の電流制限抵抗９７、および、対抗電極側の制限抵抗１０４はアーク放電による短絡電流で電圧降下し、結果として針状電極９４とその対抗電極１０１の間の電圧値も低下し、空間絶縁破壊電圧以下に制限され、自動的に放電は抑制されるものである。
【００７１】
図１８では、高圧電源の各所のブロックごとに、ブロックの分岐ごとにこのようにして電流制限抵抗を挿入している。このため、どこかのブロックで電極間を直接的に短絡する放電が発生すると放電した電極自身と属するブロック自身の電位が低下し、放電した電極での短絡を抑制する動作となる。ブロック自身の全体の接続集合部にも制限抵抗を入れているのは、短絡の原因が広範囲に及ぶ場合も想定しており、さらに、周囲の電極が放電原因に対して静電誘導的な誘導により放電を助長することも抑制する効果を狙っている。
【００７２】
図１９の二段構成の保護抵抗ブロックの例で、この効果を説明する。
この例では、簡単のために、各抵抗値は10ＭΩ、電源は10ｋＶとしている。短絡が無い状態では、電極間の電圧Ｖｐはほぼ10ｋＶとなる。ここで先端の抵抗の一つが短絡すると、図中のＶｐはアーク抵抗が相対的に無視できるとしてゼロとすれば、Ｖｐは０Ｖとなり、20ＭΩの抵抗から、アーク電流は0.5ｍＡとなる。
【００７３】
ここで、放電のアークが自己消弧される理由を述べる。一般に直流の場合は電流のゼロクロス点がないため、アークは継続しやすい。一般的に放電のアークの抵抗は意外に小さく、電流値にもよるがアーク制御をおこなわない自然なアークの電圧は数Ｖ〜数10Ｖ程度であり、一旦発生したアークによる短絡は継続する傾向がある。しかし、ある程度以下の微小電流では継続しない。
図２１にアーク電圧と電流の一般的特性をしめす。この特性の傾きが微小電流領域で反転していることから、微小電流領域での自己消弧性が読み取れる。微小電流領域ではアーク電圧が高くなり、その結果アーク抵抗が増大し、これにより電流が小さくなり、さらにアーク電圧が高くなる繰り返しで電流値はゼロに向かって収束する。さらに、ここではファンによる強制循環と、アーク自身の迷走性により空気で冷やされて自己消弧される。
図１９にもどる。一方で、この短絡電流0.5ｍＡにより集合部の抵抗10ＭΩで電圧降下5ｋＶが発生し、ブロック内のすべての電極の電圧が10ｋＶから、5ｋＶに低下する。この電圧降下により、ブロック内の二次的な放電の発生の可能性は抑制される。
【００７４】
図２０は、図１８の抵抗群にコンデンサを並列に入れた例を、一素子で示したものである。図１８の抵抗には、この図のようにコンデンサを並列に入れてもよい。これにより、瞬時的な電源容量を上げることができるため、常時の電極先端の電圧は安定し、コロナ放電の安定性を得るものである。一方で、あまり大きくすると、異物等の放電ギャップの異常でアーク放電が発生しやすくなるため、バランスが必要である。
【００７５】
図２２は、図６の対抗電極を絶縁電線のメッシュ１１３で構成した例である。
ここでは、絶縁被覆で被われた回路のため、原理的にアーク放電は発生しないものである。
【００７６】
なお、前述までの例では、帯電用の電極の例を示したが、集塵用の電極も、同様にブロック構成として、個々に抵抗を挿入してもよい。
【００７７】
第三の課題「集塵電極に補足されずに外部に放出される帯電粒子」の解決手段を述べる。
電気集塵器から帯電された荷電粒子が外部に放出された場合、それは意図しない荷電粒子となる。部屋内の物体はプラスあるいはマイナスに帯電されているか、あるいは0電位、もしくは接地電位であるのいずれかの場合となる。帯電粒子はこれらの表面状態に応じて物体の表面に付着し、結果的に物体の表面を汚すことになる。特に樹脂材料の成形品等の絶縁物の表面は帯電しやすく、意図せずに汚れた帯電粒子を吸着し、表面が汚損される現象は多々あることである。
【００７８】
これは第一の課題と第二の課題により、以下のように、すでに解決している部分を含む。
第一の課題「電極構造が作る空気の流束抵抗」の解決手段により、すでに帯電粒子を効率よく補足する手段を提示しており、これにより外部に放出される帯電粒子の問題は解決されている。
同様に、第二の課題「火災や感電にかかわる安全性」の解決手段によっても、追加的なエアフィルタを流束の途上に効率よくおけるため、さらに帯電粒子の捕捉率は高まる。
このため、ここでは、他の手法について述べる。
【００７９】
図２３は、帯電粒子を中和イオン発生器６６で中和する解決手段の例である。
ここでは、図１２に解決手段を追加しており、吸入空気６９を第二の吸入口６８からファン６７により空気を吸入し、中和イオン発生器６６を介して中和イオンの流束７１を発生させ、電気集塵部のフィルタ部分の最終段の混合部７０で混合し、中和している例である。なお、中和イオン発生器にも図示していないが、安全シールドで被ってもよい。
【００８０】
図２４は、中和イオン発生器６６を最終段のエアフィルタの間に挿入したものである。これにより、最終段で中和イオンにより帯電粒子が中和される。
【００８１】
図２５は、中和イオン発生器６６の基本構造である。ここではイオン発生部として多数の鋭利な先端構造をもつ高電圧電極７２から、対抗電極７３に向けて、コロナ放電７４が発生させている。このコロナ放電で発生するプラスイオン、マイナスイオンを用いて中和を帯電粒子の中和を行うものである。図１９と異なり、既にほとんど清浄化された空気をイオン化するため、不要な粒子の帯電現象をともなうことはない。
ここで目的としているのは空気のイオンの発生であり、帯電ではない。このため、コロナ放電で電離した空気イオンは数１０ｃｍ以内に速やかに消滅する。このため、この機構がさらに帯電現象を起こすことはない。
【００８２】
図２５の高電圧電源７５はコロナ放電によるイオン化でプラスとマイナスの両方のイオンを発生させるために、高電圧の交流電源が使用される。
図２６はこのときの電源の波形の例である。本図のように一般に、正弦波７９、または矩形波８０が使用され、周波数は数Ｈｚ〜数10Ｈｚであり、電圧は通常は数ｋＶ程度であるが、コロナが発生するような電圧でなければならない。ここで、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８は電流値を制限して安全を確保するための安全抵抗である。この抵抗により、出力電流を0.5ｍＡ以下に抑制することで安全が確保される。
【００８３】
第四の課題「意図しないオゾンの発生」の解決手段について述べる。
オゾンはいわゆる無声放電、一般には高電界にさらされた絶縁物の沿面でみられる放電により効率的に発生する活性ガスである。電気集塵器では原理的に常に微量の放電が存在するため、微量のオゾンガスの発生は不可避の現象である。
オゾンガスは微量であれば脱臭、減菌等に効果があるといわれるように利点も多いが、その一方で、意図しない発生の場合は障害となるケースがある。たとえばオゾンにアレルギーのある人や、特にオゾンに敏感な人等にとっては無視できない障害となることがある。
このことから、意図しないで発生するオゾンガスを低減する手段が必要となる。
【００８４】
図２７は、オゾンガスを低減するための活性炭フィルタ８１の設置例である。活性炭フィルタは一般に可燃性であるため、ここでも炎の進展を抑制する安全シールド１８が置かれることが前提となる。ここでは、最後のエアフィルタの次段に活性炭フィルタ８１を置き、その効果によりオゾンが吸収され、不要なオゾンの発生を抑えることができる。なお、当然であるが、エアフィルタ自身に活性炭を混在させてもよい。
【００８５】
ここで、オゾンを意図的に出したい場合がある。脱臭目的や、減菌目的等である。このようなときは活性炭フィルタ８１を通過せずに排気する必要がある。
図２７の構造では、オゾンを吸収する活性炭フィルタ８１を経由するため、オゾンの意図的な通過は不可能である。
【００８６】
図２８は、オゾンガスを意図的に排出することもできる例である。
ここでは、吸入口エアフィルタ８２から空気を吸入し、電気集塵部の一段目８３を経て、粒子に帯電させ、集塵部吸入ファン８８、集塵板であるメッシュブロック１１、エアフィルタ２５、活性炭フィルタ８１をへて集塵部経由の空気の流れ８４に従い排気される。
このとき、機能制御ファン８８はバランス弁の役割を担う。すなわち、通常は第二の吸排気口からの空気の排出空気の流れ８６の方向で機能制御ファンを回転させる。このとき、ほとんどこの流れが逆流しない程度の回転で良い。このファンの回転は弁の役割をさせるので、極端な例ではこの流れは限りなくゼロとなるように回転を制御することが目的となる。この常態の使用では電気集塵器からの空気の流れは、必ず活性炭エアフィルタ８１を経由して排出されることになる。
【００８７】
一方で、この機能制御ファン８８を逆回転し、強制排気空気の流れ８７が生じるようにする。このようにすると、内部で発生したオゾンはそのまま外気に排出されることとなり、オゾン発生装置を構成することができる。このとき、集塵部吸入ファン８８と、機能制御ファン８９の回転数、つまり二つのファンの吸排気量は同じとなり、吸入した分がそのまま排気される流束回路となるため、活性炭エアフィルタ８１経由での排気はほとんどなくなるものである。これにより、電気集塵部一段目（帯電部）で発生したオゾンはほとんどそのまま強制吸排気用エアフィルタ９０から出力されるものである。
なお、空気清浄器内部にタールの臭気成分が付着する場合がある、このときはすべてのファンを止めて、あるいは非常にゆっくりと回転させて、内部の蓄積して付着した汚損物質の脱臭を行うことも可能である。
【００８８】
図２８における中和イオン発生器６６の機能を説明する。主目的は第三の課題「集塵電極に補足されずに外部に放出される帯電粒子」の解決手段である。
通常の電気集塵モードであれば、ここで中和イオンを発生させて集塵用電気集塵ユニットに中和イオンを注入する。
一方で、オゾン発生モードのときであるが、オゾン以外の帯電粒子がそのまま放出されてしまうため、このときも中和イオンを発生させて機能制御ユニットから、オゾンのみを排出することが目的である。
【００８９】
第五の課題「帯電した粒子を吸着する対抗電極の粉塵の蓄積」の解決手段を述べる。
電気集塵器において、電極に蓄積した粉塵を除去する方法は、電極に物理的振動を与えて付着した粉塵を重力落下させて除去する方法、表面を自動車のフロントグラスのワイパーのようにワイプする構造により汚れの除去を行う方法、集塵板の清掃や交換等が知られている。
しかし、振動方式は集塵板全体に機能せず、また、ワイパー方式は複雑となる。また、メンテナンスフリーの装置が求められる市場の社会情勢においては、清掃や交換は不便であるとみなされる傾向があるのは否めない。
【００９０】
図２９に解決手段の例を示す。
この例では対抗電極6、１２、１３やエアフィルタ６１、６２を振動モーター１１４〜１１７で振動させる方式である。これにより、表面に付着した粉塵１１８を重力で落下させる。落下した１１８はダストトラップ１１９に集められ、適宜、廃棄する構成となる。ダストトラップ１１９は内部での空気の流れの吹き溜まりとなるような吹き抜ける構造とならない構造を使用し、一度入り込んだら抜け出すような流束の流れがファン等の強制流束によっても構成されない構造とする。
【００９１】
図３０に第二の解決手段の例を示す。
この例では、振動モーターの替わりに、交流電磁石１２０と永久磁石１２１を使用する。ここで、交流電磁石１２０はたとえば長尺の鉄心等を有する広範囲の交番磁束Φを発生させる構成とする。これにより数ｍTの磁束を広範囲に発生させることができる。
一方で、永久磁石は高い磁束密度を有するネオジウム等の磁石を使用すれば十分に振動を起こすことができる。この方式では小さな永久磁石を各所に置くことができることが特徴である。
【００９２】
第六の課題は「絶対的な送風量と吸入口と排出口の位置」である。
これは清浄時間と清浄効率にかかわる。24時間で清浄する装置ではなく、1時間以内で清浄する装置が求められており、このためには圧倒的な送風量と清浄性能が要求される。
さらに、吸気口と排気口の位置が工夫されており、排気された空気が吸気口に戻らない構造が要求される。
【００９３】
図３１に、第一の解決手段として、集塵効率の向上手段を持つ構造を示す。
ここでは流束全体にわたり、もれなくコロナ放電を発生させることと、流束に逆らわない対抗電極構造と、対抗電極にもれなく付着させることと、そして、さらに多層構造による効率向上を行う構造を採用している。
【００９４】
図３１では、全体として高効率集塵ユニット１２４を構成する。
ここでは、まず、帯電電極を通常の細線タイプから、効率の良い針状電極とし、さらに多数の格子配置とした多連針状電極１２２を採用する。これにより、針の先端形状を鋭利にすることでより多数の粒子を帯電させることができる。さらにその構造を多段構成とすることで、通常の性能を超えた性能をもたせている。
【００９５】
図３１では、対抗電極１２４は空気を通過させるたとえば格子状であり、この電極は絶縁されていてもよい。絶縁されることでアーク放電が防止され、イオン化された空気も電極に入らずに次段までもたせることが可能となり、効率も上昇する。ただし、粒子を積極的に対抗電極に付着させるには絶縁は不要なので、多段構成のうちの、たとえば二段目、三段目等だけを絶縁することにしてもよい。
【００９６】
ここで、多段構成にすることにより、一段構成では漏れてしまう粒子も対数的に捕捉できるようになる。たとえば一段での補足漏れが1/2あっても、４段構成なら、1/16となり、効率は、（１-１/１６）×100＝９４％まで上昇する。
【００９７】
図３１の多連針状電極は格子状に配置され、結果として流入空気２２の断面の全域にもれなく配置され、ほとんどの空気がこの帯電電極の格子を通過する。対抗電極１２４はたとえば本図のような格子状で流束を乱さずに通過できる構造であればよい。メッシュ構成は主たる流束を乱さずに次段につなげるための構成であり、当然であるがメッシュではなくても、多数の穴があり、主たる流束を乱さない構成であればよい。
【００９８】
図３１の電極１２２や１２４は、たとえばステンレス等の放電に耐える材質で構成される。このとき、粉塵粒子の大部分は第一段目の対抗電極に付着される。このため、第一段目の対抗電極は内部に交換可能なフィルタを設ける等を行ってもよい。なお、煙等の細かな粒子はほとんどがこの第一段目の多連針状電極が発生するコロナ放電により帯電される。このときの極性は針状電極がマイナスの方が一般に集塵特性が良い。これは電極から電子が放出される方が、粒子から電子を奪うよりも容易であるからと推定される。
【００９９】
ここで針電極の替わりに細線電極を使用してもよい。しかし、針電極は細線電極に比べて三次元的な不平等電界を構成しやすく、コロナ放電を発生しやすい。電気集塵器の効率を上げるという観点では、この第一段目のコロナ放電をいかに効率よく発生させるかが大きなポイントとなっている。
このため、電気集塵器の効率を上げるという視点では、細線電極ではなく、針状電極を使用することで、同じ電圧であれば、大きな効果を上げることができる。実際にコロナ放電が発生すると肉眼でも先端に発光現象を見ることができるが、針状電極では比較的低電圧で容易にこの発光現象を観測することができる。言い換えると、この発光現象がみられないと効率よく帯電させるコロナ放電が得られないともいえるので、針状電極の使用は効率アップには非常に合理的な構成となる。
【０１００】
一方で、針状電極を使用した場合は、容易にコロナ放電を発生できるので、電極間に加える電圧を低くできるという利点がある。ただし、このときの電圧は帯電粒子を加速させて吸着させる効果を有す電界の値も決める。このため、当然であるが、どこまでも低くできるというわけではなく、ある程度の電圧は必要である。
【０１０１】
図３２は、さらに清浄能力を向上させるための解決手段の例である。
ここでは、清浄能力を向上させる図３１に示した高効率集塵ユニット１２５を複数として、並列運転構成とすることで清浄能力を向上させている例である。
【０１０２】
図３２は、図３１で示した高効率集塵ユニット１２５-1〜１２５−４と４個、強制流束構成用のファンを4個使用した例である。
【０１０３】
ファンと対をなす高効率集塵ユニットが中間部に２個、上下に２個、合計４個が搭載されている。一方で、清浄空気の排出は、上部排出ユニット１４４と下部排出ユニット１４５の二カ所に設けている。排出ユニットの活性炭フィルタ１３２は副次的に発生するオゾンの吸収用である。
【０１０４】
図３２は、構成としては集塵ユニットを複数設け、並列運転する構成にすぎない。しかし、部屋の空気層の上部、中部、下部から吸気し、上下の位置の異なる二カ所の排気ユニットから廃棄されており、温度層をなす部屋の空気層をもれなく対象としていることが特徴である。当然であるが、４個の集塵ユニットにより、集塵能力も単純想定では４倍になり、さらに、この集塵ユニット自身も多層構成の図３１に示した高効率集塵ユニットであることから、集塵能力の飛躍的な向上を実現している。
【０１０５】
図３２では、位置の異なる高さの部分から各々複数の吸気と排気を行っており、これにより、吸気と排気が混入することを避けている。すなわち、位置の異なる吸気口と排気口の構成により、部屋内の清浄空気と汚損空気との置換をすみやかに行う構成となっている点が特徴的である。
【０１０６】
図３３は小型のタイプのもう一つの例である。ここでは吸入空気は吸入口フィルタ１４４を介して、３段構成の上側の高効率集塵ユニット１４５、下側の高効率集塵ユニット１４６の二つの集塵ユニットを経て、上下に分かれ、上部と下部の排出口から清浄空気が排出される例である。凹凸構造のダストトラップ１５７は、エアフィルタから不用意に落下した塵等をトラップするものである。また、ここでは安全シールドは図示していない。
図３４は、図３３を簡略説明した図である。
【０１０７】
ここで、３個のすべてのファンを非常に回転を遅くして上部に向けて回転させて排出することで、排気口１５３は一時的に吸気口になる。吸気口内部の凹凸はこのときのダストトラップ構造である。このことにより、吸入空気は二つの高効率集塵ユニットで発生したオゾンをそのまま上部から排出することが可能となり、一時的なオゾン発生器として作用することができる。
【０１０８】
図３３のファン１５１は通常は下向きに流束が発生するように内部に微小な与圧を発生させる程度に回転する。これが弁の作用をして、常時は活性炭フィルタ１４７を介してのみ排出されるので、内部で発生したオゾンは活性炭フィルタで除去されるものである。
【０１０９】
図３５は、部屋の上部に長尺方向で設けた、簡易形集塵器である。壁や天井に沿って発生する自然な流束に逆らわないような構成であり、ファンなしで構成できる。もちろんファンがあってもよいのは当然である。流束にさからわない構造のため、このような簡略化した集塵器も構成できるものである。
【発明の効果】
【０１１０】
第一の課題「電極構造が作る空気の流束抵抗」の解決手段の効果を示す。
図1に示した従来の一段階方式の例は構造が単純であるが、集塵効率が低い傾向がある。この場合は、図４に示したように、対抗電極は平面であり、帯電粒子のすべてが対抗電極側に到達せず、主たる空気の流束そのものが帯電粒子の吸着の障害となる構造となっている。
図５、図６の例では対抗電極がメッシュ構造、つまり流束の通過構造の対抗電極であり、主たる流束を乱さずに流束が通過できる。この構造は流束の通過構造であればよく、図７の例のように、流束を乱さない種々の機構や外形に合わせた構成を採用できる。
これにより、コロナ放電による帯電部の構造は、帯電と安定した粒子の吸着の両方が効率よく同時に可能となった。つまり、図３のように従来では二段構成の帯電部と集塵部を分けた構成とする必要はなく、コンパクトにすることも可能となった。
いずれも一貫して空気の流れが乱されることなく透過構造を基本とすることが前提である。空気の流れを最初から最後まで透過構造を軸にして構成することによりコンパクト化と高効率を実現するものである。
【０１１１】
図３１はこの構成の多連構造の例であるが、本図のように、主たる空気の流束はこの単純構造を通過するのみである。その過程で、流束の断面方向でもれなく配置された複数の帯電電極と、流束の進行方向に多段構成される同構造の積み重ねにより、対数的に集塵効果が向上する効果も得られている。ここではすべての流束が帯電電極を通過し、すべての流束が対抗電極を通過するため、流束に逆らわずに従来に比べて効率の良い集塵効果が得られるものである。
【０１１２】
ここでは、帯電電極としての針電極構造の利点が最大限に利用される。図５に示す細線状電極は二次元的な不平等電界を利用してコロナ放電を起こすが、針電極構成では不平等電界は一次元増えて、三次元的な不平等電界であり、容易にコロナを発生することが可能である。細線電極は直径が0.1mm前後と細いため、容易に断線したり、線のゆるみが発生しないよう、常にテンションをかける構造も要求されるが、針状電極は図３１に示したように、多連の針状でステンレス板を加工したものでも充分に動作する。このため、加工も、取り付け構造も容易であり、さらにコロナ放電も起こしやすく、帯電効率も良い。
【０１１３】
図８は対抗電極を多層構造とした例であるが、これによりさらにメッシュの深く入り込んだ流束の対抗電極への接触確率が増え、結果的に集塵効率が増大する。このように流束に逆らわずに大きな乱流を発生させない構造、つまりは流束の通過構造が、集塵電極側との接触確率を結果的に増やすことになり集塵効率を高めることとなる。
【０１１４】
図９はさらに多層構造の対抗電極のメッシュの目を段階的に狭くした例である。流束の乱流は物理的境界面で大きく発生し、集塵機能を妨害するが、このように段階的に物理構造を細かくしていくことでこれらの影響をなくし、さらに細かな目のメッシュで集塵効率を上げることができる。特にこれらが有効なのはファン等を併用して圧力差をつくり、強制流束を構成する場合である。このように強制流束と、コロナ放電による帯電と、電界による帯電粒子の加速現象のバランスを構成することで集塵効率を上げる効果が得られる。
なお、ここでも主たる透過構造は維持される。
【０１１５】
図１０は加えて、多層構造の対抗電極のメッシュ相互間に集塵機能として電界をかけた構造の例である。これにより、流束を乱さずに、多層メッシュ内でも電界を使用した集塵電極を構成でき、集塵効果をさらに上げる効果がある。
【０１１６】
第二の課題「火災や感電の安全性と不要ノイズの発生」の解決手段の効果を述べる。
図１１の例は、主たる電気集塵部の全体を金属メッシュ等の安全シールドで被っている。この構成は内部で発生した炎、内部の危険電圧、内部のノイズをすべて封止する構造となる。これで電気集塵器による火災、感電、ノイズに対する安全性の改善に効果が得られた。一方で、この安全構造が得られることにより、可燃性のエアフィルタや、活性炭フィルタ等を外部に付属することが可能となり、消臭や二次フィルタによる集塵機能のさらなる向上も可能とする効果がある。
【０１１７】
図１２は安全シールドをつけることにより、可燃性のエアフィルタを追加できたもう一つの例である。この例では、導電性のフィルタを多層使用し、電圧を加えることで帯電粒子をさらに効率よくとらえる効果がある。多層にしているのは流束とフィルタの接触確率を増大させるためである。
【０１１８】
図１３は安全性に関わるもう一つの課題である構成要素の電位固定にかかわる改善効果を説明する例である。この例では電気集塵器の各電極の電位固定の基礎となる接地電位の確保のための商用電源の構成の例であり、単相三線式の家庭用配電線の構成例を示している。本願では、商用電源の一端が接地されていることから、商用電源を接地相当として利用することを提案しており、このための説明図であり、ここにあるように商用電源の接地側を接地電位として使用できる根拠を示している。
【０１１９】
図１４はこのための効果的な手法を示している。数ｋVを扱う電気集塵器ではこの図の中点の50Vから保護抵抗を介した端子は充分に接地電位相当として使用可能である。たとえば、電気集塵器でどこにも電位固定されていない場合は、電気的にフロートであり、容易に帯電現象により大地間に高い電圧が発生し、集塵機能を不安定とする原因ともなり、また、誘導電圧が外部にも出やすくなり安全性にも支障が出る。このように商用電源にインピーダンスを介して電位固定することで、安定動作と不要な誘導電圧や帯電現象を防止するために有効となる。
【０１２０】
図１５は商用電源から接地電位相当の電位を得る別の方法である。この例では接地電位検出装置で商用電源の接地側を検出してリレー切り替えにより、接地電位を供給することを可能としており、電気集塵器の接地電位相当の提供に有効である。
図１６はもう一つの例で、全波整流回路が周波数に合わせて交互に等価的に接地電位となることを利用した接地電位供給回路であり、こちらも、負荷電流の範囲で接地電位が供給できるため、電気集塵器の電位固定としては有効となる。ただし、この方法は接地に向けた負荷電流が発生していることが条件となる。
【０１２１】
図１６は、帯電電極の意図しない放電による火災や感電、故障等の障害を防止するための電流制限回路の例である。各々の電極や回路のブロック単位に電流制限抵抗を挿入することで危険な電流の放電や短絡が起きることを防止している。これにより、火災や感電や危険電圧の誘起の防止に有効となる。
【０１２２】
図２２は、もう一つの放電防止対策の例である。この例では、帯電電極の対抗側の電極を絶縁した例である。これにより、帯電電極ではコロナ放電を発生することはできるが、放電電流は絶縁物があるために本質的に発生しない本質安全機能を持つことが可能となる。
【０１２３】
第三の課題「集塵電極に補足されずに外部に放出される帯電粒子」の効果を述べる。
図２３、図２４の例は帯電粒子を中和イオン発生器で中和する例である。これにより不要に外部に放出される帯電粒子が中和される。
図２５は、中和イオン発生器の基本構成である。針状電極からコロナ放電によりプラスとマイナスのイオンを発生させて、帯電粒子を中和させるものである。プラスとマイナスの両方を発生させるため、電源は交流となる。なお、この中和イオン発生器も図示しない安全シールドで被ってもよいのは当然である。これにより、安全に帯電粒子が中和されるため、不要な構造物に帯電付着して汚れをつくることが防止できるものである。
【０１２４】
第四の課題「意図しないオゾンの発生」の解決手段の効果について述べる。
図２７は、オゾンガスを低減するための活性炭フィルタ８１の設置例である。活性炭フィルタは一般に可燃性であるため、ここでも炎の進展を抑制する安全シールド１８が置かれることが前提となる。
【０１２５】
図２８は、オゾンガスを意図的に排出することもできる例である。脱臭目的で等で意図的にオゾンを排出する機能を付随した例である。
ここでは、回転数や回転方向を逆転できる機能制御ファンにバランス弁の役割を担わせ、必要なときはオゾンを排出することが可能となり、付随機能として有効に活用できる効果を得た。
【０１２６】
第五の課題「帯電した粒子を吸着する対抗電極の粉塵の蓄積」の効果を述べる。
図２９に例を示す。この例では対抗電極やエアフィルタを振動モーターで振動させる方式である。これにより、表面に付着した粉塵落下させてダストトラップ集める構成となる。    
図３０は第二の例である。この例では、振動モーターの替わりに、交流電磁石と永久磁石を使用する。ここで、交流電磁石はたとえば長尺の鉄心等を有する広範囲の交番磁束Φを発生させる構成とする。これにより数ｍTの磁束を広範囲に発生させることができ、広範囲を一つの電磁石で振動させることが可能となり、粉塵を落下することが可能となる。
【０１２７】
第六の課題は「絶対的な送風量と吸入口と排出口の位置」の効果を述べる。
図３１に例を示す。ここでは流束全体にわたり、もれなくコロナ放電を発生させることと、流束に逆らわない対抗電極構造と、対抗電極にもれなく付着させることと、そして、さらに多層構造による効率向上を行う構造を採用している。
ここでは、まず、帯電電極を通常の細線タイプから、効率の良い針状電極とし、さらに多数の格子配置とした多連針状電極を採用する。これにより、針の先端形状を鋭利にすることでより多数の粒子を帯電させることができる。さらにその構造を多段構成とすることで、通常の性能を超えた性能をもたせることができた。
ここで、多段構成にすることにより、一段構成では漏れてしまう粒子も対数的に捕捉できるようになる。たとえば一段での補足漏れが1/2あっても、４段構成なら、1/16となり、効率は、（１-１/１６）×100＝９４％まで上昇する。
ここで、針状電極を使用することで、同じ電圧であれば、大きな効果を上げることができる。実際にコロナ放電が発生すると肉眼でも先端に発光現象を見ることができるが、針状電極では比較的低電圧で容易にこの発光現象を観測することができる。言い換えると、この発光現象がみられないと効率よく帯電させるコロナ放電が得られないともいえるので、針状電極の使用は効率アップには非常に合理的な構成となる。
さらに、針状電極を使用した場合は、容易にコロナ放電を発生できるので、電極間に加える電圧を低くできるという利点がある。
【０１２８】
図３２は、第二の例である。ここでは、清浄能力を向上させる図３１に示した高効率集塵ユニットを複数として、並列運転構成とすることで清浄能力を向上させた。ここでは高効率集塵ユニット４個、強制流束構成用のファンを4個使用している。ファンと対をなす高効率集塵ユニットが中間部に２個、上下に２個、合計４個が搭載されている。一方で、清浄空気の排出は、上部排出ユニットと下部排出ユニットの二カ所に設けている。排出ユニットの活性炭フィルタは副次的に発生するオゾンの吸収用である。
これにより、部屋の空気層の上部、中部、下部から吸気し、上下の位置の異なる二カ所の排気ユニットから廃棄されており、温度層をなす部屋の空気層をもれなく対象としていることが特徴である。当然であるが、４個の集塵ユニットにより、集塵能力も単純想定では４倍になり、さらに、この集塵ユニット自身も多層構成の高効率集塵ユニットであることから、集塵能力の飛躍的な向上を実現する効果がある。
【０１２９】
図３２では、また、位置の異なる高さの部分から各々複数の吸気と排気を行っており、これにより、吸気と排気が混入することを避けている。すなわち、位置の異なる吸気口と排気口の構成により、部屋内の清浄空気と汚損空気との置換をすみやかに行う構成となっている点が特徴的である。このため、部屋全体の空気清浄を速やかに行う効果が得られる。
【０１３０】
図３３は小型のタイプの例である。ここでは吸入空気は吸入口フィルタ１４４を介して、３段構成の上側の高効率集塵ユニット１４５、下側の高効率集塵ユニット１４６の二つの集塵ユニットを経て、上下に分かれ、上部と下部の排出口から清浄空気が排出される例である。凹凸構造のダストトラップ１５７は、エアフィルタから不用意に落下した塵等をトラップするものである。また、ここでは安全シールドは図示していない。
図３４は、図３３を簡略説明した図である。
この例の構成では、小型であるが、二つの高効率集塵ユニットを搭載し、上下の二カ所から排気されるため、集塵能力の高さを小型で実現できる効果がある例である。
【０１３１】
図３３のファン１５１は弁の機能も持たせている。たとえば、オゾンを意図的に放出したい場合、３個すべてのファンの回転を遅くして上部に向けて回転させて排出する。このとき排気口１４９は一時的に吸気口になる。この一時的吸気口内部の凹凸は逆転した場合に内部に落下するほこり等のダストトラップ構造である。
これにより、吸入空気は二つの高効率集塵ユニットで発生したオゾンはファンの回転に主として導かれ、そのまま上部から流束１５５として排出し、途中のエアフィルタ１４４や、活性炭フィルタ１４７からはほとんど排出しない。この動作により、一時的なオゾン発生器として作用することができる効果がある。
【０１３２】
なお、通常は吸入空気１５２から上下の排気口１５０、１４９により排出される方向にファンは回転する。このため、必ず活性炭フィルタ１４７、１５３を経由するため、外部に放出されるオゾンは抑制される。
図３３のファン１５１は通常は下向きにわずかな流束が発生するように回転を動作させている。これにより内部に微小な与圧を発生する。これが弁の作用をして、常時は活性炭フィルタ１４７を介してのみ排出されるので、内部で発生したオゾンは活性炭フィルタで除去されるものである。
【０１３３】
図３５は、部屋の上部に長尺方向で設けた、簡易形集塵器である。壁や天井に沿って発生する自然な流束に逆らわないような構成であり、ファンなしで構成できる。もちろんファンがあってもよいのは当然である。流束にさからわない構造のため、このような簡略化した集塵器も構成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】従来の帯電部と集塵部が同一構成の一段階式電気集塵器（細線電極タイプ）
【図２】従来の帯電部と集塵部が同一構成の一段階式電気集塵器（針状電極タイプ）
【図３】二段階式の構成（帯電部と集塵部）
【図４】空気の流束と平面上での流束の乱流の概念図
【図５】帯電部と流束通過形構造の対抗電極構造の説明図（細線電極の場合）
【図６】帯電部と流束通過形構造の対抗電極構造の説明図（針状電極の場合）
【図７】各種の流束通過形の対抗電極の構成例
【図８】多段形の流束通過形の対抗電極の構成例
【図９】段階的メッシュ粗さの流束通過形の対抗電極の構成例
【図１０】段階的メッシュ粗さの流束通過形の対抗電極の電位差付与構成例
【図１１】主要電気集塵部に安全シールドを付属し、可燃性のエアフィルタをつけた例
【図１２】上記で、導電性の多段エアフィルタを使用し、集塵用電位差を与えた例
【図１３】家庭用の単相三線式配電の概念図
【図１４】商用電源の中間電位を接地電位相当の接地電位固定端子とした例
【図１５】商用電源の接地電位側を自動選択し接地電位固定端子とした例
【図１６】商用電源に全波整流回路経由の接地電位固定端子を構成した例
【図１７】図１６の全波整流回路の出力端子が交互に接地となる波形図
【図１８】多連帯電電極の分割ブロックと、各電極に電流制限抵抗を配置した例。
【図１９】図１８の具体的な数値を記載した例
【図２０】電流制限抵抗に並列にコンデンサを入れた単体回路例
【図２１】アーク電圧とアーク電流の一般的特性カーブ
【図２２】針状電極タイプの帯電電極と絶縁された対抗電極による放電防止構造
【図２３】排出口直前に別ルートの中和イオン混合機構を追加した例
【図２４】排出口直前に中和イオン混合機構を追加した例
【図２５】中和イオン混合機構の例
【図２６】中和イオン混合機構の電源波形例
【図２７】排出口直前にオゾンガス吸着用の活性炭フィルタを配置した例
【図２８】オゾンガスを積極的に排出可能な機能ファンを設けた例
【図２９】振動モーターによる付着粉塵落下機構のイメージ図
【図３０】電磁石と永久磁石による付着粉塵落下機構のイメージ図
【図３１】高機能の多段型の電気集塵機構のイメージ図
【図３２】高機能の多段型の電気集塵機構の多段鉛直配置のイメージ図
【図３３】小型の1段型高機能電気集塵器の例
【図３４】図３３のブロックイメージ説明図
【図３５】部屋の上部に設置した長手タイプの電気集塵器の例
【発明を実施するための形態】
【０１３５】
請求項１の基本となる形態を図５、図６に示す。
図５、図６では平板電極のかわりに、空気の流束の通過構造を持つメッシュ構造、あるいは穴あき構造の疑似平板構造を有す。
【０１３６】
図５の極細電極１または、図６の針状電極５では印加された高電圧によるコロナ放電により、粒子が帯電される。本図では周囲の粒子がマイナスの電荷で帯電された例を示している。この帯電粒子７は印加された高電圧が形成する電界により加速され、金属等の導体からなるメッシュ構造の対抗電極板６に向けた流束が形成される。メッシュ状の対抗電極６は穴構造であるため、流束の透過機能を有し、流束は乱されることなく対抗電極に向けてのスムースな流れが形成される。
【０１３７】
請求項１の流束通過型構造をなす対抗電極の別の例を図７に示す。
図７に示したように、電極板はマトリックス形状丸穴や角穴構造、あるいはパイプ構造や、図示しないハニカム構造の電極や導電性のスポンジ構造でもよい。
【０１３８】
請求項２の基本形態を図８に示す。
図８は荒いメッシュの利点と、細かなメッシュの利点を実現させる構成である。
ここで示したメッシュの積層構造により、対抗電極に向かう流束の流れが乱されることがなく、且つ、積層数に応じて対数的に捕捉率が高くなることが期待できる。
【０１３９】
平板電極面は流束の経路の不連続な境界面であり、この不連続構造により流束は反射されて戻ったり、広がったりすることになる。このため、対抗電極面より前面に流束を乱すような一種の反射とみなせる乱流が発生しない構造は極力不連続な物理構造とならない構造が求められる。
【０１４０】
請求項３の基本形態を図９に示す。
図９では、これを実現させるための流束の終端部での反射整合構造を提案している。基本構造は多段メッシュ構造の対抗電極ブロックである。この構造により、物理的な極端な不連続性を緩和し、流束の反射を抑制しているものである。
【０１４１】
１層目は基本的に粗いメッシュ構造とすることで流束をまずは電極ブロック内に引き込むことが主目的となる。二層目以降は徐々に細かいメッシュとして積層することで流束を緩やかに受け止め、反射方向への流束を防いでいく構造としている。
なお、構造は連続的な緩和構造であればよく、これを連続的なスポンジ構造の電極とした場合は深くなるにしたがって段階的に目の粗さ、つまりは粒度が細かくなる構造等も想定される。
【０１４２】
請求項４の基本形態を図１０に示す。
図１０は前述と同等の段階的に細かくなるメッシュの層構造であるが、個々のメッシュに帯電粒子の方向性を持たせる電界を印加する構造の例である。各メッシュ層に個別の電位を与えている。ここではメッシュブロック内の個々のメッシュ間に第二の電源15、第三の電源16による電圧が加えられており、電界17、電界18が形成されている。これらの電界の内部では、帯電粒子の電荷の極性により電界方向への吸引力あるいは斥力が発生し、メッシュブロック内部でも帯電粒子の吸着が容易になされる。
【０１４３】
この構造により、メッシュ構造による流束の吸い込み構造、段階的メッシュ粗さと多層メッシュによる流束の反射の防止、段階的電界構造によるメッシュブロック内の帯電粒子の方向制御、流束の流れを乱さずに流れをそのまま相乗効果的に利用、結果的にコンパクトな構成とすることが可能となる等の効果がある。
【０１４４】
請求項５の基本形態を図１１に示す。
図１１では、主要な集塵機構部の全体を金属メッシュで覆う構造を提案している。
ここでは、金属メッシュの効果としてしられる個々に異なる二つの公知の効果を同時に利用することが特徴的である。ここでは吸入ファン１９から吸い込まれた流入空気２０が、金属メッシュ等からなる安全シールド１８を経由して、集塵システム本体１７を通過し、再度、安全シールド１８の出口から排出空気２１として排出される。なお、安全シールド１８は安全電位電源２８を経由して接地電位相当の安全電位２４に固定されるため、静電誘導の影響は受けない。なお、安全電位電源２８は放電現象や感電に影響ない安全な相対的に接地とみなせるような定電圧の電源であるが、場合によっては無くてもよい。安全電位電源２８は後述するように、安全シールドに意図しない帯電粒子が付着することを防止するものである。
【０１４５】
この構造により、ファラデーケージによる内部の電気現象が外部に影響せず感電事故を防止、金属メッシュ構造が炎のブロック構造となり内部の炎の外部進展防止、結果として全体を覆う金属メッシュの外部に可燃物からなる構造の接地が可能、流束の経路をそのまま有効利用した可燃性のエアフィルタの採用が可能、前述の可燃物として活性炭フィルタ等を設けることが可能、結果として活性炭フィルタで不要オゾンの吸収が可能、容易に安全に交換できるエアフィルタ構造が可能、ファラデーケージは静電シールドとなるため不要ノイズの輻射が防止可能等の効果が期待できる。
【０１４６】
請求項６、および請求項７の基本形態を図１２に示す。
図１２に示すように、エアフィルタは接地電位にかかわらず、多重層フィルタ構成にして、各層に帯電粒子を加速できるような電位を与えることを行ってもよい。ここでエアフィルタは導電性のフィルタである。
【０１４７】
エアフィルタ２５は通常は単体で接地電位相当２４に固定されているが、同右図のようにエアフィルタを多層構造にするものである。たとえば本図では３段構成の例であるが、エアフィルタ６１、６２、６３の段構成にし、その間に安全電源により電圧を加えているものである。
【０１４８】
請求項８の基本形態を図１４に示す。
図１4では商用電源のニュートラル（Ｎ）側３３は安全のために接地されており、且つ、ライブ（Ｌ）側も接地電位に対して非常に安定した電圧を維持している。具体的には日本では多くの電源はAC100Vであるが、AC100Vの電源網は一般的にはニュートラル側（Ｎ）が接地電位であり、ライブ側（Ｌ）は非常に安定したAC100Vであるからである。
【０１４９】
図１4ではニュートラル側が接地電位３１に固定された商用電源３９と電気集塵器本体４０が接続されている。電気集塵器４０の内部では分圧抵抗（Ｒ1）４１と、分圧抵抗（Ｒ２）４２で抵抗分圧した中点から保護抵抗（R3）４４を介して仮想接地（VE）４３として引き出す構造となる。
【０１５０】
請求項９の基本形態を図１5に示す。
図１5は接地検出装置４７により極性選択リレー接点４６を制御して、ＡＣ100Ｖ電源のニュートラル側（Ｎ）を接地電位として切り替えて提供する。接地検出機構はここでは詳細は規定しない。
【０１５１】
請求項１０の基本形態を図１6に示す。
図１6は、安全な接地電位相当の電位を得る第三の手法である。
この回路では商用電源（ＡＣ１００Ｖ）３９を全波整流回路５８でブリッジ整流して、ブリーダ抵抗（R6）５７に接続される。出力のプラスとマイナスの端子には保護抵抗R4とR5が接続されるが、電流制限の必要がなければなくてもよい。Ｄ5とＤ6は逆流防止回路である。
【０１５２】
図１７に、図１６のブリッジ回路の出力と接地電位菅の電圧を示す。ここでは全波整流回路が半波毎にプラス側とマイナス側が交互に接地電位となる。図１6は、これを利用して、仮想接地電位（ＶＥ）４３に接地電位を得るものである。
【０１５３】
図１６のＶＬとＶＮは全波整流回路の出力と接地間の電位の変化である、これが逆流防止ダイオードＤ５とＤ６を経た部分である仮想接地電位部では、同図Voutとなり、ほぼ接地電位に等しくなることがわかる。ここで留意しなければならないのは図１５のＤ１〜Ｄ６のダイオードが挿入されているゆえに、接地電位側に流れる電流方向が一方向であることと、ダイオードの順方向電圧分は残留していることである。また、ブリーダ抵抗（R6）５７は仮想接地（VE）４３の出力に電流容量を持たせるために接地側にあらかじめ所定の電流を流すための負荷回路として機能している。
【０１５４】
請求項１１、請求項１２の基本形態を図１８に示す。
図１８は、同タイプの帯電電極の配列構造である。図１８の例では各針状電極９４，９５，・・・９６の直下に電流制限抵抗９７、98、・・・９９が接続されている。また、対抗電極１０１，１０２、・・・１０３の直後にも同、制限抵抗１０４，１０５，・・・１０６、および、電源側の集合部にも制限抵抗１００、１０７が接続されている。
【０１５５】
図１８の電流低減手法について説明する。たとえば同図の針状電極９７より、何らかの理由によりアーク放電１０８が発生したと仮定する。このとき針状電極側の電流制限抵抗９７、および、対抗電極側の制限抵抗１０４はアーク放電による短絡電流で電圧降下し、結果として針状電極９４とその対抗電極１０１の間の電圧値も低下し、空間絶縁破壊電圧以下に制限され、自動的に放電は抑制されるものである。
【０１５６】
図１８では、高圧電源の各所のブロックごとに、ブロックの分岐ごとにこのようにして電流制限抵抗を挿入している。このため、どこかのブロックで電極間を直接的に短絡する放電が発生すると放電した電極自身と属するブロック自身の電位が低下し、放電した電極での短絡を抑制する動作となる。ブロック自身の全体の接続集合部にも制限抵抗を入れているのは、短絡の原因が広範囲に及ぶ場合も想定しており、さらに、周囲の電極が放電原因に対して静電誘導的な誘導により放電を助長することも抑制する効果を狙っている。
【０１５７】
請求項１３の基本形態を図２２に示す。
図２２は、図６の対抗電極を絶縁電線のメッシュ１１３で構成した例である。ここでは、絶縁被覆で被われた回路のため、原理的にアーク放電は発生しないものである。
【０１５８】
請求項１４の基本形態を図２３に示す。
図２３は、帯電粒子を中和イオン発生器６６で中和する解決手段の例である。
ここでは、図１２に解決手段を追加しており、吸入空気６９を第二の吸入口６８からファン６７により空気を吸入し、中和イオン発生器６６を介して中和イオンの流束７１を発生させ、電気集塵部のフィルタ部分の最終段の混合部７０で混合し、中和している例である。なお、中和イオン発生器にも図示していないが、安全シールドで被ってもよい。
【０１５９】
図２４は、中和イオン発生器６６を最終段のエアフィルタの間に挿入したものである。これにより、最終段で中和イオンにより帯電粒子が中和される。
図２５は、中和イオン発生器６６の基本構造である。ここではイオン発生部として多数の鋭利な先端構造をもつ高電圧電極７２から、対抗電極７３に向けて、コロナ放電７４が発生させている。このコロナ放電で発生するプラスイオン、マイナスイオンを用いて中和を帯電粒子の中和を行うものである。図１９と異なり、既にほとんど清浄化された空気をイオン化するため、不要な粒子の帯電現象をともなうことはない。
【０１６０】
図２５の高電圧電源７５はコロナ放電によるイオン化でプラスとマイナスの両方のイオンを発生させるために、高電圧の交流電源が使用される。
図２６はこのときの電源の波形の例である。本図のように一般に、正弦波７９、または矩形波８０が使用され、周波数は数Ｈｚ〜数10Ｈｚであり、電圧は通常は数ｋＶ程度であるが、コロナが発生するような電圧でなければならない。ここで、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８は電流値を制限して安全を確保するための安全抵抗である。この抵抗により、出力電流を0.5ｍＡ以下に抑制することで安全が確保される。
【０１６１】
請求項１５の基本形態を図２７に示す。
図２７は、オゾンガスを低減するための活性炭フィルタ８１の設置例である。活性炭フィルタは一般に可燃性であるため、ここでも炎の進展を抑制する安全シールド１８が置かれることが前提となる。ここでは、最後のエアフィルタの次段に活性炭フィルタ８１を置き、その効果によりオゾンが吸収され、不要なオゾンの発生を抑えることができる。なお、当然であるが、エアフィルタ自身に活性炭を混在させてもよい。
【０１６２】
ここで、オゾンを意図的に出したい場合がある。脱臭目的や、減菌目的等である。このようなときは活性炭フィルタ８１を通過せずに排気する必要がある。しかし、図２７の構造では、オゾンを吸収する活性炭フィルタ８１を経由するため、オゾンの意図的な通過は不可能である。
【０１６３】
図２８は、オゾンガスを意図的に排出することもできる例である。
ここでは、吸入口エアフィルタ８２から空気を吸入し、電気集塵部の一段目８３を経て、粒子に帯電させ、集塵部吸入ファン８８、集塵板であるメッシュブロック１１、エアフィルタ２５、活性炭フィルタ８１をへて集塵部経由の空気の流れ８４に従い排気される。
【０１６４】
このとき、機能制御ファン８８はバランス弁の役割を担う。すなわち、通常は第二の吸排気口からの空気の排出空気の流れ８６の方向で機能制御ファンを回転させる。このとき、ほとんどこの流れが逆流しない程度の回転で良い。このファンの回転は弁の役割をさせるので、極端な例ではこの流れは限りなくゼロとなるように回転を制御することが目的となる。この常態の使用では電気集塵器からの空気の流れは、必ず活性炭エアフィルタ８１を経由して排出されることになる。
【０１６５】
一方で、この機能制御ファン８８を逆回転し、強制排気空気の流れ８７が生じるようにする。このようにすると、内部で発生したオゾンはそのまま外気に排出されることとなり、オゾン発生装置を構成することができる。このとき、集塵部吸入ファン８８と、機能制御ファン８９の回転数、つまり二つのファンの吸排気量は同じとなり、吸入した分がそのまま排気される流束回路となるため、活性炭エアフィルタ８１経由での排気はほとんどなくなるものである。これにより、電気集塵部一段目（帯電部）で発生したオゾンはほとんどそのまま強制吸排気用エアフィルタ９０から出力されるものである。
【０１６６】
なお、空気清浄器内部にタールの臭気成分が付着する場合がある、このときはすべてのファンを止めて、あるいは非常にゆっくりと回転させて、内部の蓄積して付着した汚損物質の脱臭を行うことも可能である。
図２８における中和イオン発生器６６の機能を説明する。主目的は第三の課題「集塵電極に補足されずに外部に放出される帯電粒子」の解決手段である。
通常の電気集塵モードであれば、ここで中和イオンを発生させて集塵用電気集塵ユニットに中和イオンを注入する。
一方で、オゾン発生モードのときであるが、オゾン以外の帯電粒子がそのまま放出されてしまうため、このときも中和イオンを発生させて機能制御ユニットから、オゾンのみを排出することが目的である。
【０１６７】
請求項１６の基本形態を図２９、図３０に示す。
図２９に例を示す。この例では対抗電極6、１２、１３やエアフィルタ６１、６２を振動モーター１１４〜１１７で振動させる方式である。これにより、表面に付着した粉塵１１８を重力で落下させる。落下した１１８はダストトラップ１１９に集められ、適宜、廃棄する構成となる。ダストトラップ１１９は内部での空気の流れの吹き溜まりとなるような吹き抜ける構造とならない構造を使用し、一度入り込んだら抜け出すような流束の流れがファン等の強制流束によっても構成されない構造とする。
【０１６８】
図３０に第二の解決手段の例を示す。この例では、振動モーターの替わりに、交流電磁石１２０と永久磁石１２１を使用する。ここで、交流電磁石１２０はたとえば長尺の鉄心等を有する広範囲の交番磁束Φを発生させる構成とする。これにより数ｍTの磁束を広範囲に発生させることができる。
一方で、永久磁石は高い磁束密度を有するネオジウム等の磁石を使用すれば十分に振動を起こすことができる。この方式では小さな永久磁石を各所に置くことができることが特徴である。
【０１６９】
請求項１７の基本形態を図３１に示す。
図３１では、流束全体にわたり、もれなくコロナ放電を発生させることと、流束に逆らわない対抗電極構造と、対抗電極にもれなく付着させることと、そして、さらに多層構造による効率向上を行う構造を採用している。
【０１７０】
図３１では、全体として高効率集塵ユニット１２４を構成する。
ここでは、まず、帯電電極を通常の細線タイプから、効率の良い針状電極とし、さらに多数の格子配置とした多連針状電極１２２を採用する。これにより、針の先端形状を鋭利にすることでより多数の粒子を帯電させることができる。さらにその構造を多段構成とすることで、通常の性能を超えた性能をもたせている。
【０１７１】
図３１では、対抗電極１２４は空気を通過させるたとえば格子状であり、この電極は絶縁されていてもよい。絶縁されることでアーク放電が防止され、イオン化された空気も電極に入らずに次段までもたせることが可能となり、効率も上昇する。ただし、粒子を積極的に対抗電極に付着させるには絶縁は不要なので、多段構成のうちの、たとえば二段目、三段目等だけを絶縁することにしてもよい。
【０１７２】
ここで、多段構成にすることにより、一段構成では漏れてしまう粒子も対数的に捕捉できるようになる。たとえば一段での補足漏れが1/2あっても、４段構成なら、1/16となり、効率は、（１-１/１６）×100＝９４％まで上昇する。
【０１７３】
図３１の多連針状電極は格子状に配置され、結果として流入空気２２の断面の全域にもれなく配置され、ほとんどの空気がこの帯電電極の格子を通過する。対抗電極１２４はたとえば本図のような格子状で流束を乱さずに通過できる構造であればよい。メッシュ構成は主たる流束を乱さずに次段につなげるための構成であり、当然であるがメッシュではなくても、多数の穴があり、主たる流束を乱さない構成であればよい。
【０１７４】
図３１の電極１２２や１２４は、たとえばステンレス等の放電に耐える材質で構成される。このとき、粉塵粒子の大部分は第一段目の対抗電極に付着される。このため、第一段目の対抗電極は内部に交換可能なフィルタを設ける等を行ってもよい。なお、煙等の細かな粒子はほとんどがこの第一段目の多連針状電極が発生するコロナ放電により帯電される。このときの極性は針状電極がマイナスの方が一般に集塵特性が良い。これは電極から電子が放出される方が、粒子から電子を奪うよりも容易であるからと推定される。
【０１７５】
ここで針電極の替わりに細線電極を使用してもよい。しかし、針電極は細線電極に比べて三次元的な不平等電界を構成しやすく、コロナ放電を発生しやすい。電気集塵器の効率を上げるという観点では、この第一段目のコロナ放電をいかに効率よく発生させるかが大きなポイントとなっている。
【０１７６】
このため、電気集塵器の効率を上げるという視点では、細線電極ではなく、針状電極を使用することで、同じ電圧であれば、大きな効果を上げることができる。実際にコロナ放電が発生すると肉眼でも先端に発光現象を見ることができるが、針状電極では比較的低電圧で容易にこの発光現象を観測することができる。言い換えると、この発光現象がみられないと効率よく帯電させるコロナ放電が得られないともいえるので、針状電極の使用は効率アップには非常に合理的な構成となる。
【０１７７】
一方で、針状電極を使用した場合は、容易にコロナ放電を発生できるので、電極間に加える電圧を低くできるという利点がある。ただし、このときの電圧は帯電粒子を加速させて吸着させる効果を有す電界の値も決める。このため、当然であるが、どこまでも低くできるというわけではなく、ある程度の電圧は必要である。
【０１７８】
請求項１８の基本形態を図３２に示す。
図３２は、さらに清浄能力を向上させるための解決手段の例である。
ここでは、清浄能力を向上させる図３１に示した高効率集塵ユニット１２５を複数として、並列運転構成とすることで清浄能力を向上させている例である。
【０１７９】
図３２は、図３１で示した高効率集塵ユニット１２５-1〜１２５−４と４個、強制流束構成用のファンを4個使用した例である。
ファンと対をなす高効率集塵ユニットが中間部に２個、上下に２個、合計４個が搭載されている。一方で、清浄空気の排出は、上部排出ユニット１４４と下部排出ユニット１４５の二カ所に設けている。排出ユニットの活性炭フィルタ１３２は副次的に発生するオゾンの吸収用である。
【０１８０】
図３２は、構成としては集塵ユニットを複数設け、並列運転する構成にすぎない。しかし、部屋の空気層の上部、中部、下部から吸気し、上下の位置の異なる二カ所の排気ユニットから廃棄されており、温度層をなす部屋の空気層をもれなく対象としていることが特徴である。当然であるが、４個の集塵ユニットにより、集塵能力も単純想定では４倍になり、さらに、この集塵ユニット自身も多層構成の図３１に示した高効率集塵ユニットであることから、集塵能力の飛躍的な向上を実現している。
【０１８１】
図３２では、位置の異なる高さの部分から各々複数の吸気と排気を行っており、これにより、吸気と排気が混入することを避けている。すなわち、位置の異なる吸気口と排気口の構成により、部屋内の清浄空気と汚損空気との置換をすみやかに行う構成となっている点が特徴的である。
【符号の説明】
【０１８２】
１    極細電極（細線状）
２    集塵電極（対抗電極）
３    集塵電界発生電極（斥力発生用）
４    集塵電界発生電極（引力発生用）
５    帯電電極（針状）
６    メッシュ状の対抗電極
７    メッシュ状電極を通過した帯電粒子の流束
８    丸孔格子の対抗電極
９    角穴格子の対抗電極
１０  積層パイプの対抗電極
１１  メッシュブロック
１２  中メッシュ電極
１３  小メッシュ電極
１４  高電圧電源
１５  メッシュブロック内集塵電源１
１６  メッシュブロック内集塵電源２
１７  集塵システム本体
１８  安全シールド
１９  吸入ファン
２０  流入空気
２１  排出空気
２２  吸入口
２３  排出口
２４  接地電位相当の安全電位
２５  エアフィルタ
２６  電気集塵ブロックの排出空気
２７  エアフィルタ排出空気
２８  安全電位電源
２９  配電変圧器電源
３０  配電変圧器
３１  接地電位
３２  家庭用2Ｐコンセント１
３３  商用電源のニュートラル（Ｎ）側
３４  商用電源のライブ（Ｌ）側  1
３５  商用電源のライブ（Ｌ）側  2
３６  家庭用2Ｐコンセント２
３７  家電機器  Ａ
３８  家電機器  Ｂ
３９  商用電源  AC100V
４０  電気集塵器本体
４１  分圧抵抗R１
４２  分圧抵抗R２
４３  仮想接地（VE）
４４  保護抵抗R3
４５  コンセントプラグ
４６  極性選択リレー接点
４７  接地電位検出装置
４８  全波整流ユニット
４９  全波整流用ダイオードD1
５０  全波整流用ダイオードD2
５１  全波整流用ダイオードD3
５２  全波整流用ダイオードD4
５３  保護抵抗R4
５４  保護抵抗R5
５５  逆流防止ダイオードD5（正電圧阻止）
５６  逆流防止ダイオードD6（負電圧阻止）
５７  ブリーダ抵抗R6
５８  全波整流器
５９  負側出力・接地間電圧  VN
６０  正側出力・接地間電圧  VL
６１  エアフィルタ１段目
６２  エアフィルタ２段目
６３  エアフィルタ３段目
６４  エアフィルタ用安全電源１
６５  エアフィルタ用安全電源２
６６  中和イオン発生器
６７  第二の吸入ファン
６８  第二の吸入口
６９  第二の吸入空気
７０  清浄空気と中和イオンの混合部
７１  中和イオンの流れ
７２  中和イオン発生電極
７３  中和イオン発生部の対抗電極
７４  中和イオン
７５  中和イオン発生器用  電源
７６  電流保護抵抗Ｒ８
７７  電流保護抵抗Ｒ７
７８  電流保護抵抗Ｒ６
７９  中和イオン発生器の電源電圧波形（矩形波の例）
８０  中和イオン発生器の電源電圧波形（正弦波の例）
８１  活性炭エアフィルタ
８２  吸入口エアフィルタ
８３  電気集塵部  一段目（帯電部）
８４  集塵部への吸入空気の流れ
８５  集塵部経由の排出空気
８６  第二の吸排気口からの排出空気の流れ
８７  強制排出空気の流れ
８８  集塵部吸入ファン
８９  機能制御ファン
９０  強制吸排気口用  エアフィルタ
９１  帯電用  電気集塵ユニット
９２  集塵用  電気集塵ユニット
９３  機能制御ユニット
９４  帯電電極１（針状）
９５  帯電電極２（針状）
９６  帯電電極３（針状）
９７  帯電電極１用  電流制限抵抗（Ｒ９）
９８  帯電電極２用  電流制限抵抗（Ｒ１０）
９９    帯電電極３用  電流制限抵抗（Ｒ１１）
１００  帯電電極ブロック用  電流制限抵抗（Ｒ１６）
１０１  メッシュ状対抗電極１
１０２  メッシュ状対抗電極２
１０３  メッシュ状対抗電極３
１０４  メッシュ状対抗電極１用  電流制限抵抗（Ｒ１２）
１０５  メッシュ状対抗電極２用  電流制限抵抗（Ｒ１３）
１０６  メッシュ状対抗電極３用  電流制限抵抗（Ｒ１４）
１０７  対抗電極ブロック用  電流制限抵抗（Ｒ１５）
１０８  アーク放電
１０９  第二の対抗電極ブロック用  電流制限抵抗（Ｒ１７）
１１０  第二の帯電電極ブロック用  電流制限抵抗（Ｒ１８）
１１１  電源用  電流制限抵抗（Ｒ１９）
１１２  電源安定用コンデンサ
１１３  絶縁被覆付  メッシュ状対抗電極
１１４  振動モーター１
１１５  振動モーター２
１１６  振動モーター３
１１７  振動モーター４
１１８  振動モーター５
１１９  ダストトラップ
１２０  交流電磁石
１２１  永久磁石
１２２  多連針状電極
１２３  サポート基板
１２４  対抗電極
１２５  高効率集塵ユニット
１２５−１  高効率集塵ユニット1
１２５−２  高効率集塵ユニット2
１２５−３  高効率集塵ユニット3
１２５−４  高効率集塵ユニット４
１２６  ファン1
１２７  ファン2
１２８  ファン3
１２９  ファン4
１３０  吸入フィルタ
１３１  集塵電極２
１３２  活性炭フィルタ
１３３  床面
１３４  蓋板
１３５  中部  流入空気
１３６  下部  流入空気
１３７  上部  流入空気
１３８  上部  上側排出空気
１３９  上部  下側排出空気
１４０  中部  上側集塵流束
１４１  中部  下側集塵流束
１４２  下部  上側排出空気
１４３  下部  下側排出空気
１４４  上部排気ユニット
１４５  下部排気ユニット
１４６  上部  多段集塵ユニット
１４７  下部  多段集塵ユニット
１４８  吸気用  下部エアフィルタ
１４９  下部  排気口
１５０  上部  排気口
１５１  ファン1
１５２  ファン２
１５３  ファン３
１５４  上部排気空気
１５５  オゾン排気を行うときの空気の流れ
１５６  吸入空気
１５７  下部排気空気
１５８  ダストトラップ
１５９  ダストトラップ
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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