(57)【要約】【課題】集塵電極に粒子が付着することを抑制でき、かつ、粒子除去効率が高い電気集塵機などを提供する。【解決手段】気体中の帯電粒子９２を捕捉する電気集塵機１であって、所定方向に配列された複数の電極要素１２を備える集塵電極１０と、複数の電極要素１２の各々に電位を印加することによって、複数の電極要素１２の周囲に、帯電粒子９２に対する電界カーテンとなる交番電界を生成する電位印加回路８と、交番電界が生成されているときに、帯電粒子９２に集塵電極１０に近づく向きの力を加える外部電界を生成する電界生成部（対向電極２０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中の帯電粒子を捕捉する電気集塵機であって、
所定方向に配列された複数の電極要素を備える集塵電極と、
前記複数の電極要素の各々に電位を印加することによって、前記複数の電極要素の周囲に、前記帯電粒子に対する電界カーテンとなる交番電界を生成する電位印加回路と、
前記交番電界が生成されているときに、前記帯電粒子に前記集塵電極に近づく向きの力を加える外部電界を生成する電界生成部とを備える
電気集塵機。
【請求項２】
前記交番電界及び前記外部電界の強度は、前記交番電界における前記外部電界の方向の成分と、前記外部電界の強度との大小関係に基づいて定められ、かつ、前記交番電界の周期は、当該周期の半分の時間における、前記帯電粒子の前記所定方向への移動距離が前記複数の電極要素における隣り合う電極要素の間隔より小さくなるように定められている
請求項１に記載の電気集塵機。
【請求項３】
前記電界生成部は、前記集塵電極に対向して配置された対向電極である
請求項１又は２に記載の電気集塵機。
【請求項４】
前記交番電界は、前記帯電粒子を連続的に前記所定方向に搬送する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気集塵機。
【請求項５】
前記電界生成部及び前記電位印加回路を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記外部電界及び前記交番電界を生成する集塵動作、及び、前記集塵電極をクリーニングするクリーニング動作の一方に対応する制御を選択的に行う
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気集塵機。
【請求項６】
前記制御部は、前記クリーニング動作において、前記外部電界の生成を停止し、かつ、前記電位印加回路によって前記複数の電極要素に進行波電界を生成させる
請求項５に記載の電気集塵機。
【請求項７】
前記集塵電極に沿って気体を流す送風機をさらに備え、
前記制御部は、前記クリーニング動作において、前記送風機を駆動する
請求項６に記載の電気集塵機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気集塵機を備える
換気装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気集塵機を備える
空気清浄機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーニング機能を有する電気集塵機及び当該電気集塵機を備える換気装置及び空気清浄機などの機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染の深刻化による健康への影響に対する意識が高まっている。居住空間に供給する清浄空気を得るために、従来、濾紙を備えるフィルタを用いて外気が清浄化されている。しかしながら、特に外気における微小な粒子の濃度が高い場合には、フィルタの目詰まりによる圧損の増大などの性能低下が短期間で発生するため、フィルタを頻繁に交換する必要がある。フィルタの交換作業は、小型の空気清浄機においては、比較的容易である。しかしながら、大規模な建造物用の換気システムにおいては、規模が大きく、かつ、空気清浄機が天井裏などのアクセスが困難な場所に配置されることも多いため、フィルタの交換作業は容易ではない。
【０００３】
そこで、フィルタに代わる微小粒子除去手段として、電気集塵機が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された電気集塵機では、粒子を正に帯電させ、帯電した粒子を負の電位が印加された集塵電極に吸着させる。このように、電気集塵機では、フィルタを用いる場合に生じる圧損の増大などの性能低下が抑制される。さらに、特許文献１に開示された電気集塵機では、集塵電極に吸着された粒子を進行波電界によって搬送することで電極から除去する。これにより、特許文献１に開示された電気集塵機では、ユーザによる集塵電極のクリーニング作業を不要にしようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−９９３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された電気集塵機においては、粒子に水分又は油分が含まれる場合には、粒子が集塵電極に粘着するため、当該粒子の搬送が困難である。
【０００６】
そこで、本発明では、集塵電極に粒子が付着することを抑制でき、かつ、粒子除去効率が高い電気集塵機などを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る電気集塵機の一態様は、気体中の帯電粒子を捕捉する電気集塵機であって、所定方向に配列された複数の電極要素を備える集塵電極と、前記複数の電極要素の各々に電位を印加することによって、前記複数の電極要素の周囲に、前記帯電粒子に対する電界カーテンとなる交番電界を生成する電位印加回路と、前記交番電界が生成されているときに、前記帯電粒子に前記集塵電極に近づく向きの力を加える外部電界を生成する電界生成部とを備える。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る換気装置の一態様は、上記電気集塵機を備える。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る空気清浄機の一態様は、上記電気集塵機を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集塵電極に粒子が付着することを抑制でき、かつ、粒子除去効率が高い電気集塵機などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態に係る電気集塵機の全体構成の概要を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る電気集塵機の全体構成の概要を示す外観斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る集塵電極の概要を示す平面図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る集塵電極の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る電気集塵機の集塵部における動作の概要を示す模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態に係る電気集塵機の集塵部での所定のタイミングにおける搬送動作の概要を示す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態に係る電気集塵機の集塵部での所定のタイミングから、交番電界の半周期経過後における搬送動作の概要を示す模式図である。
【図７】図７は、実施の形態に係る集塵部における電界を示す模式図である。
【図８】図８は、実施の形態に係る複数の電極要素の位置関係を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る複数の電極要素によって生成される交番電界を計算するためのモデルを示す断面図である。
【図１０】図１０は、変形例に係る電気集塵機の動作概要を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、変形例に係る電気集塵機の全体構成の概要を示す外観斜視図である。
【図１２】図１２は、変形例に係る換気装置の外観図である。
【図１３】図１３は、変形例に係る空気清浄機の外観図である。
【図１４】図１４は、変形例に係るエアコンディショナの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１４】
（実施の形態）
［１．全体構成］
まず、実施の形態に係る電気集塵機の全体構成について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る電気集塵機１の全体構成の概要を示すブロック図である。
【００１６】
図２は、本実施の形態に係る電気集塵機１の全体構成の概要を示す外観斜視図である。
【００１７】
本実施の形態に係る電気集塵機１は、所定方向に流れる気体中の帯電粒子を捕捉し、清浄化された気体を吐出する機器である。電気集塵機１は、例えば、換気装置の一部として換気システムにおける給気ダクト内などに設置され、流入する気体中の粒子９０の少なくとも一部を除去して、清浄化された気体を吐出する。本実施の形態では、気体として空気が用いられる。図１に示されるように、電気集塵機１は、機能的には、集塵部２と、帯電部４と、制御部５と、電源回路６と、電位印加回路８とを備える。
【００１８】
なお、図２及び以下で示される図において、集塵電極１０及び対向電極２０の配列方向をｙ軸方向とし、ｙ軸方向に垂直で、互いに直交する二つの方向をｚ軸方向及びｘ軸方向としている。また、ｘ軸方向は、空気の流れの方向であり、ｘ軸方向正向きに空気が流れる（図２の矢印参照）。空気は、電気集塵機１の外部に配置された送風機などによって、電気集塵機１の内部に導入される。なお、送風機は電気集塵機１の内部に配置されてもよい。
【００１９】
［帯電部］
帯電部４は、電気集塵機１に流入する空気中の粒子９０を帯電させる帯電粒子生成部である。図１及び図２に示されるように、帯電部４は、高電位電極３０と低電位電極４０とを備える。帯電部４の高電位電極３０と低電位電極４０との間で、コロナ放電を発生させることにより、放電空間中を通過する粒子９０を正に帯電させる。
【００２０】
高電位電極３０は、低電位電極４０より高い電位が印加され、低電位電極４０との間で放電を発生させる電極である。高電位電極３０は、例えばステンレス、タングステンなどで形成される。本実施の形態では、高電位電極３０は平板状の形状を有し、図２に示されるように、ｘ軸方向正側に電界を集中させるための鋭角部が形成されている。なお、高電位電極３０の形状は図２に示される例に限定されない。例えば、高電位電極３０は、細線状の形状を有してもよい。
【００２１】
低電位電極４０は、高電位電極３０より低い電位が印加され、高電位電極３０との間で放電を発生させる電極である。低電位電極４０は、例えばステンレスなどで形成される。本実施の形態では、低電位電極４０は、図２に示されるように平板状の形状を有する。
【００２２】
高電位電極３０と低電位電極４０との間の距離は、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。高電位電極３０には、例えば５ｋＶ〜１０ｋＶ程度の電位が印加され、低電位電極４０は接地される。
【００２３】
［集塵部］
集塵部２は、電気集塵機１に流入する空気中の帯電粒子９２を除去する帯電粒子除去部である。図２に示されるように、集塵部２は、集塵電極１０及び集塵電極１０に対向する対向電極２０を備える。また、図２には示されないが、集塵部２は、除去した帯電粒子９２を収容する収容部を備える。
【００２４】
集塵電極１０は、帯電粒子９２を捕捉し、かつ、搬送する電極である。集塵電極１０の構成について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図３は、本実施の形態に係る集塵電極１０の概要を示す平面図である。
【００２６】
図４は、本実施の形態に係る集塵電極１０の構成を示す断面図である。図４には、ｘｙ平面に平行な断面が示されている。
【００２７】
図３及び図４に示されるように、集塵電極１０は、所定方向に配列された複数の電極要素１２を備える。本実施の形態では、当該所定方向とは、気体（本実施の形態では空気）の流れる方向であり、図３及び図４のｘ軸方向である。なお、気体の流れる方向とは、気体の流れの速度ベクトルと完全に平行な方向に限定されない。例えば、当該速度ベクトルの成分が存在する方向であればよい。つまり、当該速度ベクトルと垂直でない方向であればよい。
【００２８】
図４に示されるように、集塵電極１０は、基板１４と、基板１４上に設けられた複数の電極要素１２と、基板１４上に設けられ、複数の電極要素１２を覆う絶縁膜１６とを備える。
【００２９】
集塵電極１０の各電極要素１２に、電位を印加することによって、複数の電極要素１２間に交番電界が生成される。交番電界は、帯電粒子９２に対する電界カーテンとなる。つまり、交番電界は、帯電粒子９２を捕捉し集塵電極１０から浮遊させた状態に維持する。本実施の形態では、交番電界によって集塵電極１０から浮遊させられた帯電粒子９２は、気体の流れの力によって搬送される。交番電界の詳細については後述する。
【００３０】
基板１４は、集塵電極１０の基材である。基板１４は、例えばセラミックス、ガラスエポキシなどを主成分として含むプリント基板である。
【００３１】
複数の電極要素１２は、集塵電極１０の電極部を構成する導電性部材である。本実施の形態では、複数の電極要素１２は、基板１４上に形成された配線パターンである。複数の電極要素１２は例えば銅などの導電材料を主成分として含む。本実施の形態では、複数の電極要素１２は、線状の形状を有し、各電極要素１２のｘ軸方向の幅は、０．２ｍｍ程度であり、各電極要素１２間の間隔は、０．４ｍｍ程度である。また、各電極要素１２のｚ軸方向の長さ、及び、ｙ軸方向の厚さは特に限定されない。例えば、各電極要素１２のｚ軸方向の長さは、集塵電極１０の寸法などに応じて適宜決定されればよい。また、各電極要素１２の厚さは、複数の電極要素１２のｘ軸方向の幅、間隔などに基づいて適宜決定されればよい。なお、複数の電極要素１２のｘ軸方向の幅、及び、間隔も上記の寸法に限定されない。複数の電極要素１２に印加される電位などに基づいて適宜決定されてもよい。
【００３２】
絶縁膜１６は、複数の電極要素１２を覆う絶縁部材である。複数の電極要素１２が絶縁膜１６で覆われることにより、帯電粒子９２の電荷が複数の電極要素１２で失われることを抑制する。また、複数の電極要素１２が絶縁膜１６で覆われることにより、各電極要素１２に付着した粒子によって、隣り合う電極要素１２間における短絡を抑制できる。絶縁膜１６を形成する材料は、公知の絶縁材料の中から適宜選択される。
【００３３】
対向電極２０は、集塵電極１０に対向して配置された電極である。対向電極２０は、集塵電極１０において交番電界が生成されているときに、集塵電極１０との間で、帯電粒子９２に集塵電極１０に近づく向きの力を加える外部電界を生成する電界生成部として機能する。本実施の形態では、対向電極２０は、集塵電極１０に対して、例えば高電位が印加されることで、正に帯電した帯電粒子９２に対して斥力を加える。対向電極２０は、平板状の形状を有し、例えば、ステンレスなどの導電材料を主成分として含む。なお、対向電極２０の形状は、平板状に限定されず、例えば、線状でもよい。また、対向電極２０は、プリント基板上に形成されたパターン電極でもよい。
【００３４】
［電源回路］
電源回路６は、帯電部４と、集塵部２と、電位印加回路８とに電位を印加する回路である。本実施の形態では、帯電部４の高電位電極３０と、集塵部２の対向電極２０とに高電位を印加する。なお、電源回路６は、帯電部４の低電位電極４０と、集塵部２の集塵電極１０に低電位を印加してもよい。
【００３５】
電源回路６は、例えば商用交流電源などの系統電源（不図示）から電力が供給される。電源回路６は、トランスなどによって、供給された電力の電圧を変換し、当該変換された電圧を出力する。
【００３６】
［電位印加回路］
電位印加回路８は、集塵電極１０の複数の電極要素１２の各々に電位を印加することによって、複数の電極要素１２の周囲に、帯電粒子９２に対する電界カーテンとなる交番電界を生成する回路である。本実施の形態では、電位印加回路８は、＋Ｖ１［Ｖ］（Ｖ１＞０）の電位と−Ｖ１［Ｖ］の電位とを交互に周期的に印加する回路である。電位印加回路８は、ｘ軸方向に配列された複数の電極要素１２のうち、隣り合う電極要素１２の一方には、＋Ｖ１［Ｖ］（Ｖ１＞０）の電位と−Ｖ１［Ｖ］の電位とを交互に周期的に印加し、他方には、接地電位（０Ｖ）を印加する。電位印加回路８は、このように複数の電極要素１２に電位を印加することによって交番電界を生成する。この交番電界の強度及び周期は、帯電粒子９２が集塵電極１０を浮遊させた状態に維持する電界カーテンとなる。電位印加回路８の複数の電極要素１２への電位印加態様の詳細については、後述する。
【００３７】
［制御部］
制御部５は、電界生成部及び電位印加回路８を制御する処理部である。本実施の形態では、制御部５は、電界生成部である対向電極２０に印加される電位を制御する。制御部５は、電源回路６を制御することによって、対向電極２０に印加される電位を制御する。具体的には、制御部５は、対向電極２０に電位を印加することによって外部電界を生成する動作と、外部電界を生成しない動作との一方に対応する制御を選択的に行う。また、制御部５は、電位印加回路８によって、複数の電極要素１２に電位を印加することで、交番電界を生成する動作、及び、交番電界を生成しない動作の一方に対応する制御を選択的に行う。制御部５は、例えば、プロセッサ及びメモリなどから構成される。
【００３８】
［２．動作］
次に、本実施の形態に係る電気集塵機１の集塵動作について説明する。
【００３９】
電気集塵機１において、帯電部４の高電位電極３０は、電源回路６から高電位が印加され、低電位電極４０は接地される。これにより、帯電部４においてコロナ放電を発生させて、帯電部４に流入する気体中の粒子９０を正に帯電させる。なお、本実施の形態では、気体として空気が用いられる。
【００４０】
続いて、帯電部４で帯電した帯電粒子９２は、集塵部２に導かれる。以下、集塵部２における動作について図面を用いて説明する。
【００４１】
図５は、本実施の形態に係る電気集塵機１の集塵部２における動作の概要を示す模式図である。図５では、集塵部２のｘｙ平面に平行な断面の一部が拡大して示されている。また、図５には、搬送された帯電粒子９２が収容される収容部５０も併せて示されている。
【００４２】
図５に示されるように電気集塵機１は、集塵部２の集塵電極１０と対向電極２０との間で、空気の流れ（気体流）の向き（ｘ軸方向正向き）に進む帯電粒子９２を捕捉する動作と、捕捉した帯電粒子９２をｘ軸方向正向きに搬送する動作とを同時に行う。
【００４３】
対向電極２０には、電源回路６から＋Ｖ２［Ｖ］（Ｖ２＞０）の定電位が印加される。対向電極２０に印加される電位（＋Ｖ２）は、例えば、集塵電極１０と対向電極２０との間隔が１ｍｍ程度である場合には、２５０Ｖ程度である。一方、集塵電極１０の複数の電極要素１２のうち、隣り合う一方の電極要素１２ａには、電位印加回路８から、＋Ｖ１［Ｖ］の電位と−Ｖ１［Ｖ］の電位とが交互に周期的に印加される。電極要素１２ａに印加される電位（Ｖ１）は、５００Ｖ程度である。例えば、また、複数の電極要素１２のうち、隣り合う他方の電極要素１２ｂは接地される。つまり、電極要素１２ｂには０Ｖの電位が印加される。
【００４４】
これにより、図５に点線の矢印で示されるように、対向電極２０から集塵電極１０に向かう向きに外部電界が生成される。外部電界により、帯電粒子９２は、集塵電極１０に向かう向き（ｙ軸方向負向き）に力を受ける。外部電界の効果などについては後述する。
【００４５】
また、集塵電極１０の複数の電極要素１２ａに周期的に電位が印加されることにより、図５に破線の矢印で示されるような電界を有する交番電界が集塵電極１０の周囲に生成される。交番電界の周期は、例えば１０ｋＨｚ程度である。なお、図５においては、複数の電極要素１２ａに＋Ｖ１［Ｖ］の電位が印加された状態における電界が表されている。複数の電極要素１２ａに−Ｖ１［Ｖ］の電位が印加された状態においては、交番電界を表す破線の矢印の向きが逆転する。このような交番電界が帯電粒子９２に対する電界カーテンとして機能する。
【００４６】
ここで、交番電界によって帯電粒子９２がｘ軸方向正向きに搬送される動作について図面を用いて説明する。
【００４７】
図６Ａは、本実施の形態に係る電気集塵機１の集塵部２での所定のタイミングにおける搬送動作の概要を示す模式図である。図６Ａにおいては、電極要素１２ａに＋Ｖ１［Ｖ］の電位が印加されている状態が示されている。
【００４８】
図６Ｂは、本実施の形態に係る電気集塵機１の集塵部２での所定のタイミングから交番電界の半周期経過後における搬送動作の概要を示す模式図である。図６Ｂにおいては、電極要素１２ａに−Ｖ１［Ｖ］の電位が印加されている状態が示されている。
【００４９】
図６Ａに示される破線の矢印は、電気力線の概要を表す。図６Ａに示されるように、集塵電極１０の隣り合う電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間には、電極要素１２ａから電極要素１２ｂに向かう略円弧状の破線の矢印で示されるような電界が生成される。
【００５０】
外部電界によって、集塵電極１０に向かう力を受けた帯電粒子９２は、隣り合う電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間に生成される電界内に到達すると、例えば、電極要素１２ｂに向かう電界によって、電極要素１２ｂに向かう力を受ける。ただし、電極要素１２ａに印加される電位は、周期的に＋Ｖ１［Ｖ］から−Ｖ１［Ｖ］へ、また、−Ｖ１［Ｖ］から＋Ｖ１［Ｖ］へと変化し、電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間に生成される電界の向きも反転する。本実施の形態では、図６Ａに示されるような電界が生成されている場合に、帯電粒子９２が電極要素１２ｂに到達する前に、電位印加回路８からの出力電位が反転し、電極要素１２ａに−Ｖ１［Ｖ］の電位が印加されるように、電位印加回路８による電位印加周期が定められている。このように、電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間には交番電界が生成される。
【００５１】
図６Ａに示されるタイミングから、交番電界の半周期経過後には、図６Ｂに破線の矢印で示されるように、隣り合う電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間には、電極要素１２ｂから電極要素１２ａに向かう略円弧状の破線の矢印で示されるような電界が生成される。また、上述のように、交番電界の周期が定められることにより、図６Ａに示されるタイミングにおいて、電極要素１２ａから電極要素１２ｂに向かう電界内にあった帯電粒子９２は、図６Ｂに示されるタイミングにおいては、電極要素１２ｂから、電極要素１２ｂに対してｘ軸方向正側の電極要素１２ａに向かう電界内に移動している。つまり、図６Ａに示されるタイミングにおいて、ｘ軸方向正向きの成分を有する電界内に位置していた帯電粒子は、図６Ｂに示されるタイミングにおいても、ｘ軸方向正向きの成分を有する電界内に位置し得る。このように、帯電粒子９２が交番電界によって連続的にｘ軸方向正向きの力を受け続けることができる。したがって、帯電粒子９２は、ｘ軸方向正向きに連続的に搬送され得る。以上のように、本実施の形態に係る電気集塵機１の集塵電極１０においては、帯電粒子９２を集塵電極１０から浮遊させた状態で、ｘ軸方向正向きに搬送できる。つまり、本実施の形態に係る電気集塵機１の集塵電極１０は、帯電粒子９２に対する、いわゆる電界カーテンを形成できる。
【００５２】
しかしながら、集塵電極１０の交番電界だけを生成する場合には、交番電界の略円弧状の電界に沿って帯電粒子９２が搬送されることに起因する遠心力などによって、帯電粒子９２の一部が、交番電界が印加された領域から離脱し、対向電極２０に向かうことがある。このように対向電極２０に向かう帯電粒子９２は、空気中から除去することができない。このため、電気集塵機１の粒子除去性能が低下する。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、対向電極２０によって、外部電界を生成し、帯電粒子９２に集塵電極１０に向かう力を加える。これにより、帯電粒子９２が集塵電極１０に付着することを交番電界によって抑制しつつ、交番電界が印加された領域から離脱する帯電粒子９２を低減することができる。したがって、本実施の形態では、交番電界によって集塵電極１０に粒子が付着することを抑制でき、かつ、粒子除去効率が高い電気集塵機１を実現できる。
【００５４】
［３．交番電界及び外部電界の決定方法］
次に、本実施の形態に係る電気集塵機１における交番電界及び外部電界の決定方法について説明する。本実施の形態に係る電気集塵機１では、上述のとおり、交番電界によって、帯電粒子９２が集塵電極１０に付着することが抑制されている。このように帯電粒子９２が集塵電極１０に付着することを抑制するために必要とされる交番電界及び外部電界に対する条件について図面を用いて説明する。
【００５５】
図７は、本実施の形態に係る集塵部２における電界を示す模式図である。図７においては、電極要素１２ａに＋Ｖ１［Ｖ］の電位が印加されている場合の電界の様子が示されている。
【００５６】
図７に示されるように、集塵電極１０と対向電極２０との間に位置する帯電粒子９２には、交番電界（Ｅａ）と外部電界（Ｅｅ）とから静電気力を受ける。また、帯電粒子９２は、静電気力以外にも重力及び遠心力を受けるが、重力は、ｚ軸方向に加わると仮定する。つまり、重力は、帯電粒子９２に加わる力のうちのｘ軸方向及びｙ軸方向の成分には影響を与えないと仮定する。さらに、遠心力について考慮しない場合、帯電粒子９２に加わる静電気力の、集塵電極１０の主面（ｙ軸方向正側の面）に垂直な方向（ｙ軸方向）の成分Ｆ１が正であれば、帯電粒子９２は、集塵電極１０に近づかない。図７に示されるように、交番電界の強度のｙ軸方向成分をＥｙとし、外部電界の強度をＥｅ（＞０）とすると、
Ｆ１＝ｑ１・（Ｅｙ−Ｅａ）＞０                                      （１）
が成立すれば、帯電粒子９２は、集塵電極１０に近づかない。上記式（１）において、ｑ１は帯電粒子９２が有する電荷量を表す。なお、外部電界の強度Ｅｅは、対向電極２０の電位と集塵電極１０の電位（の平均値０Ｖ）との差を両電極間の距離で割った値にほぼ等しくなる。また、交番電界の強度のｙ軸方向成分Ｅｙの算出方法については後述する。
【００５７】
帯電粒子９２が集塵電極１０に付着することを抑制するために、上記式（１）が電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂの幅方向（ｘ軸方向）中央かつ直上（ｙ軸方向正側）において成立する必要がある。
【００５８】
以上のように、交番電界の強度と、外部電界の強度との関係式を求めることができる。つまり、交番電界及び前記外部電界の強度は、交番電界における外部電界の方向（ｙ軸方向）の成分と、外部電界の強度との大小関係に基づいて定められる。
【００５９】
続いて、交番電界の周期の決定方法について説明する。
【００６０】
交番電界の周期は、帯電粒子９２が集塵電極１０に到達しない条件に基づいて決定される。つまり、帯電粒子９２は、交番電界の静電気力によって図７に示される電極要素１２ｂに向かう力を受けるが、この力を受けた帯電粒子９２が電極要素１２ｂに到達するまでに、交番電界の向きを反転させるように、交番電界の周期が決定される。帯電粒子９２のｘ軸方向における移動速度ｖ（ｔ）について、
ｍ・ｄｖ（ｔ）／ｄｔ＝ｑ１・Ｅｘ−６πηｒ                          （２）
が成り立つ。上記式（２）において、ｍは帯電粒子９２の質量を、ｔは時間を、Ｅｘは交番電界のｘ方向成分を、ηは気体の粘性率を、ｒは帯電粒子９２の半径を、それぞれ表す。ここで、帯電粒子９２がストークスの粘性抵抗率と釣り合って運動すると仮定すると、上記式（２）より、移動速度ｖ（ｔ）は、
ｖ（ｔ）＝ｑ１・Ｅｘ／６πηｒ                                      （３）
と表される。上記式（３）において、Ｃは、帯電粒子９２の初期条件などに基づいて定められる定数である。上記式（３）を用いて、交番電界の向きが反転するまでに要する時間Ｔ（つまり、交番電界の半周期）の間に帯電粒子９２が移動する距離Ｘを以下のように求めることができる。ここで、本実施の形態に係る電気集塵機１で回収する対象の帯電粒子９２の最大粒径（直径）を１０μｍと仮定する。また、粒径１０μｍの帯電粒子９２が飽和帯電状態（例えば、ポーテニエールの理論荷電量を有する状態）であると仮定すると、帯電粒子９２の移動速度は、
ｖ  ＝  ｑ１・Ｅｘ＿ｍａｘ／６πηｒ                                （４）
と表すことができる。したがって、交番電界の向きが反転するまでに要する時間Ｔを用いると、距離Ｘは、
Ｘ  ＝  ｖＴ                                                        （５）
と求められる。
【００６１】
ここで、隣り合う電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間隔（最近接距離）をｂとすると、帯電粒子９２が、電極要素１２ｂに到達しないための条件は、
ｂ＞Ｘ＝ｖＴ                                                        （６）
と表すことができる。したがって、交番電界の周波数をｆとすると、
ｆ  ＞  ｖ／（２ｂ）                                                （７）
と表すことができる。
【００６２】
なお、厳密には、帯電粒子は、電気力線に沿って移動する際に、遠心力を受けるため、上記式（２）において、遠心力のｘ軸方向成分を加える必要がある。
【００６３】
以上のように、上記式（６）が成り立つように、交番電界の電界強度と周期との関係を定められる。つまり、交番電界の周期は、当該周期の半分の時間における、帯電粒子９２の複数の電極要素１２の配列方向（ｘ軸方向）への移動距離が複数の電極要素１２における隣り合う電極要素の間隔より小さくなるように定められる。
【００６４】
以上に述べたように、上記式（１）及び式（２）が成り立つように、交番電界の強度及び周期、並びに、外部電界の強度を定めることができる。
【００６５】
［４．電界強度の計算方法］
上述したように、本実施の形態に係る電気集塵機１の交番電界の強度及び周期、並びに、外部電界の強度を定めるために、集塵電極１０と対向電極２０との間における交番電界の強度分布を求める必要がある。以下、集塵電極１０の複数の電極要素１２によって生成される交番電界の強度分布の計算方法の一例について図面を用いて説明する。
【００６６】
図８は、本実施の形態に係る複数の電極要素１２ａ及び１２ｂの位置関係を示す断面図である。図８では、電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂのｘｙ平面による断面が示されている。また、ｘｙ平面の原点を一つの電極要素１２ａの中央に配置している。
【００６７】
図８に示されるように、電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂの幅（ｘ軸方向の寸法）をＤとし、電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの中心間の距離をｐとし、電極要素１２ａと電極要素１２ｂとの間隔（最近接距離）をｂとする。また、図８には示されないが、多数の電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂがｘ軸方向に交互に規則的に配列されていると仮定する。ここでは、電極要素１２ａに電位Ｖ１［Ｖ］が印加され、電極要素１２ｂが接地されている（つまり、電位０Ｖが印加されている）場合に生成される電界を計算する。
【００６８】
図８に示されるような電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂによって生成される交番電界の強度分布の近似値を計算するために、電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂの形状を円柱に置き換えたモデルを用いる。
【００６９】
図９は、本実施の形態に係る複数の電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂによって生成される交番電界を計算するためのモデルを示す断面図である。
【００７０】
図９に示されるように、図８に示される電極要素１２ａ及び電極要素１２ｂの形状に代えて、それぞれ直径Ｄの紙面に垂直な方向に延びる円柱状の電極要素１２０ａ及び電極要素１２０ｂを用いる。また、電極要素１２０ａと電極要素１２０ｂとの中心間の距離をｐとし、電極要素１２０ａと電極要素１２０ｂとの間隔（最近接距離）をｂとする。また、本モデルでは、電極要素１２０ａに電位＋Ｖ３［Ｖ］（Ｖ３＝Ｖ１／２）が印加され、電極要素１２０ｂに電位−Ｖ３［Ｖ］が印加される。
【００７１】
図９に示されるモデルを、さらに代用線電荷＋ｑ及び−ｑを用いたモデルに置き換える。つまり、円柱状の電極要素１２０ａに代えて、二本の線電荷＋ｑが配置され、円柱状の電極要素１２０ｂに代えて、二本の線電荷−ｑが配置されるモデルを用いる。ここで、二本の線電荷間の距離を２ｄとすると、位置Ｐ（ｘ，ｙ）におけるｘ軸方向の電界強度Ｅｘ（ｘ，ｙ）及びｙ軸方向の電界強度Ｅｙ（ｘ，ｙ）は、それぞれ以下の式で表される。
【００７２】
【数１】
2017148785.tif 000003
【００７３】
【数２】
2017148785.tif 000004
【００７４】
なお、上記式（８）及び式（９）において、二本の線電荷間の距離２ｄは、モデル化に起因する計算誤差を抑制できる値に定められる。例えば、ｄ／Ｄ＝０．１６２程度と定めることにより計算誤差を抑制できる。
【００７５】
上記式（８）及び式（９）により、交番電界の強度分布を計算することができる。また、上記式（８）及び式（９）で求められるＥｘ及びＥｙを上記式（１）〜式（４）に代入することにより、交番電界の強度及び周期、並びに、外部電界の強度を定めることができる。
【００７６】
［５．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係る電気集塵機１は、気体中の帯電粒子を捕捉する電気集塵機１であって、所定方向に配列された複数の電極要素１２を備える集塵電極１０と、複数の電極要素１２の各々に電位を印加することによって、複数の電極要素１２の周囲に、帯電粒子９２に対する電界カーテンとなる交番電界を生成する電位印加回路８と、交番電界が生成されているときに、帯電粒子９２に集塵電極１０に近づく向きの力を加える外部電界を生成する電界生成部とを備える。
【００７７】
これにより、帯電粒子９２が集塵電極１０に付着することを交番電界によって抑制しつつ、交番電界が印加された領域から離脱する帯電粒子９２を低減することができる。したがって、集塵電極１０に粒子が付着することを抑制でき、かつ、粒子除去効率が高い電気集塵機１を実現できる。
【００７８】
また、本実施の形態に係る電気集塵機１において、交番電界及び外部電界の強度は、交番電界における外部電界の方向の成分と、外部電界の強度との大小関係に基づいて定められ、かつ、交番電界の周期は、当該周期の半分の時間における、帯電粒子９２の所定方向への移動距離が複数の電極要素１２における隣り合う電極要素１２の間隔より小さくなるように定められてもよい。
【００７９】
また、本実施の形態に係る電気集塵機１において、電界生成部は、集塵電極１０に対向して配置された対向電極２０でもよい。
【００８０】
これにより、対向電極２０に適切な電位を印加することで、対向電極２０から集塵電極１０に向かう電界を形成することができる。つまり、帯電粒子９２に集塵電極１０に近づく向きの力を加えることができる。
【００８１】
また、本実施の形態に係る電気集塵機１において、交番電界は、帯電粒子９２を連続的に所定方向に搬送してもよい。
【００８２】
これにより、帯電粒子９２を連続的に搬送して、集塵電極１０の主面の上方から帯電粒子９２を除去することができる。
【００８３】
（変形例など）
以上、本発明に係る電気集塵機１について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００８４】
例えば、上記実施の形態では、電気集塵機１によって集塵動作だけを行う構成を示した。しかしながら、電気集塵機１においても、一部の帯電粒子９２が、集塵電極１０に付着するおそれがある。そのため、集塵電極１０に付着した帯電粒子９２を除去するためのクリーニング動作を行う構成を採用してもよい。以下、変形例に係る電気集塵機として、クリーニング動作を行う構成を備える電気集塵機について説明する。
【００８５】
本変形例に係る電気集塵機は、図１に示される電気集塵機１の機能構成と同様の機能構成を備える。ただし、本変形例に係る電気集塵機の制御部５は、外部電界及び交番電界を生成する集塵動作、及び、集塵電極１０をクリーニングするクリーニング動作の一方に対応する制御を選択的に行う。ここで、本変形例に係る電気集塵機の動作概要について、図面を用いて説明する。
【００８６】
図１０は、変形例に係る電気集塵機の動作概要を示すフローチャートである。
【００８７】
図１０に示されるように、変形例に係る電気集塵機において、制御部５は、上記実施の形態に係る電気集塵機１と同様に集塵動作に対応する制御を行う（Ｓ１０）。
【００８８】
続いて、制御部５は、集塵電極１０をクリーニングするクリーニング動作に対応する制御を行う（Ｓ２０）。
【００８９】
クリーニング動作が終了すれば、制御部５は、再度、集塵動作及びクリーニング動作に対応する制御を行う。
【００９０】
このように、本変形例に係る電気集塵機においては、電界生成部及び電位印加回路８を制御する制御部５をさらに備え、制御部５は、外部電界及び交番電界を生成する集塵動作、及び、集塵電極１０をクリーニングするクリーニング動作の一方に対応する制御を選択的に行う。
【００９１】
これにより、集塵電極１０に帯電粒子９２が付着した場合においても、電気集塵機１によって集塵電極１０を自動的にクリーニングすることができる。
【００９２】
ここで、本変形例に係る電気集塵機のクリーニング動作について説明する。クリーニング動作においては、例えば、集塵電極１０において進行波電界を生成することで、帯電粒子９２を搬送することができる。この際、外部電界は印加しなくてもよい。また、交番電界の電界強度及び周期は、電界カーテンとなる交番電界の電界強度及び周期と異なってもよい。例えば、交番電界の周期を長くしてもよい制御部５は、クリーニング動作において、外部電界の生成を停止し、かつ、電位印加回路８によって複数の電極要素１２に進行波電界を生成させる。
【００９３】
このように、集塵電極１０に進行波電界を形成することで、集塵電極１０をクリーニングすることができる。この場合、クリーニングのために、他の構成要素を別途用意する必要がないため、簡素化された構成で集塵電極１０をクリーニングすることができる。
【００９４】
また、クリーニング動作を集塵電極１０以外の構成要素によって行ってもよい。例えば、集塵電極１０に沿って気体を流す送風機によって、集塵電極１０に付着した帯電粒子９２を除去してもよい。ここで、送風機を用いる例について図面を用いて説明する。
【００９５】
図１１は、本変形例に係る電気集塵機１ａの全体構成の概要を示す外観斜視図である。
【００９６】
図１１に示されるように、本変形例に係る電気集塵機１ａは、送風機７０を備える。送風機７０は、集塵電極１０の複数の電極要素１２において帯電粒子９２が搬送される向き（ｘ軸方向正向き）に気体を流すことができる。本変形例に係る電気集塵機１ａは、制御部５は、クリーニング動作において、外部電界及び交番電界の生成を停止し、かつ、送風機７０を駆動する集塵電極１０に沿って気体を流す送風機７０をさらに備え、制御部５は、クリーニング動作において、送風機７０を駆動する。なお、送風機７０によって流される気体の向きは、ｘ軸方向正向きに限定されない。他の向きであってもよい。また、外部電界及び交番電界を印加したまま、送風機７０を駆動してもよい。
【００９７】
このように、送風機７０を用いて、帯電粒子９２を除去することで、より確実に帯電粒子を除去することができる。
【００９８】
なお、上記実施の形態及び変形例に係る電気集塵機は、様々な機器に利用することができる。例えば、本発明の一態様は、図１２に示すような換気装置としても実現することができる。図１２は、本変形例に係る換気装置の外観図である。図１２に示す換気装置は、例えば、内部に上記実施の形態及び変形例に係る電気集塵機を備え、換気システムにおいて用いられる。
【００９９】
また、例えば、本発明の一態様は、図１３に示すような空気清浄機としても実現することができる。図１３は、本変形例に係る空気清浄機の外観図である。図１３に示す空気清浄機は、例えば、内部に上記実施の形態及び変形例に係る電気集塵機を備える。
【０１００】
また、例えば、本発明の一態様は、図１４に示すようなエアコンディショナとしても実現することができる。図１４は、本変形例に係るエアコンディショナの外観図である。図１４に示すエアコンディショナは、例えば、内部に上記実施の形態及び変形例に係る電気集塵機を備える。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、電界生成部として対向電極２０を用いたが、他の構成によって、外部電界を生成してもよい。例えば、他の電極構成によって外部電界を生成してもよい。
【０１０２】
また、上記実施の形態では、交番電界が、帯電粒子９２を浮遊させる電界カーテンであったが、交番電界は、さらに帯電粒子９２を搬送してもよい。つまり、交番電界は、帯電粒子９２を集塵電極１０から浮遊させ、かつ、搬送する進行波電界カーテンであってもよい。
【０１０３】
また、電気集塵機１において、帯電部４を備えなくてもよい。例えば、絶縁膜１６に粒子９０を接触させることで発生する静電気によって、粒子９０を帯電させてもよい。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、隣り合う電極要素間で交番電界を発生させたが、必ずしも、隣り合う電極要素間で交番電界を発生させなくてもよい。例えば、交番電界の生成に寄与しない電極要素があってもよい。
【０１０５】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１ａ  電気集塵機
５  制御部
８  電位印加回路
１０  集塵電極
１２、１２ａ、１２ｂ  電極要素
１６  絶縁膜
２０  対向電極（電界生成部）
７０  送風機
９２  帯電粒子
【図１】
2017148785.tif 000005
【図２】
2017148785.tif 000006
【図３】
2017148785.tif 000007
【図４】
2017148785.tif 000008
【図５】
2017148785.tif 000009
【図６Ａ】
2017148785.tif 000010
【図６Ｂ】
2017148785.tif 000011
【図７】
2017148785.tif 000012
【図８】
2017148785.tif 000013
【図９】
2017148785.tif 000014
【図１０】
2017148785.tif 000015
【図１１】
2017148785.tif 000016
【図１２】
2017148785.tif 000017
【図１３】
2017148785.tif 000018
【図１４】
2017148785.tif 000019