(57)【要約】  集塵電極、反発電極及びコロナワイヤを有する、電気集塵空気フィルタと、粒子を検出するための検出システムと、を有する空気清浄システムにおいて、該検出システムは、該集塵電極に存在する粒子の量から該電気集塵フィルタの状態を決定するよう構成されたことを特徴とする、空気清浄システムが提示される。更に、電気集塵フィルタの状態を決定するための方法、及び空気中の粒子サイズ分布を決定するための方法が提示される。
2020514013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集塵電極、反発電極及びコロナワイヤを有する、電気集塵空気フィルタと、
粒子を検出するための検出システムと、
を有する空気清浄システムであって、前記検出システムは、前記集塵電極に存在する粒子の量から前記電気集塵フィルタの状態を決定するよう構成され、前記検出システムは、
起動されたときに、前記集塵電極に存在する粒子が、前記集塵電極から離れるよう、前記集塵電極を作動させるよう構成された、作動要素と、
空気中の前記離された集塵電極粒子から、前記集塵電極に存在する粒子の量を決定するよう構成された検出器と、
を有する、空気清浄システム。
【請求項２】
前記検出システムは、
前記コロナワイヤの電圧、前記集塵電極の電圧、及び前記反発電極の電圧をスイッチオフし、その後に、
前記集塵電極から粒子を離すよう前記作動要素を作動させ、その後に、
前記離された粒子の量を光学的に検出する
よう構成された、請求項１に記載の空気清浄システム。
【請求項３】
前記検出システムは、
前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧及び前記反発電極の電圧を維持し、その後に、
前記集塵電極から粒子を離すよう前記作動要素を作動させ、その後に、
前記集塵電極の電流信号を解析して、前記離された粒子の量を決定する
よう構成された、請求項１に記載の空気清浄システム。
【請求項４】
前記検出システムは更に、時間経過に伴う前記集塵電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより、前記離された粒子の粒子サイズ分布を決定するよう構成された、請求項３に記載の空気清浄システム。
【請求項５】
前記検出システムは、
前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧をスイッチオフし、前記反発電極の電圧をスイッチオフし、その後に、
前記集塵電極から粒子を離すよう前記作動要素を作動させ、その後に、
スイッチオフの前の前記反発電極の電圧を前記集塵電極に供給し、スイッチオフの前の前記集塵電極の電圧を前記反発電極に供給し、
前記反発電極の電流信号を解析して、前記離された粒子の量を決定する
よう構成された、請求項１に記載の空気清浄システム。
【請求項６】
前記検出システムは更に、時間経過に伴う前記反発電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより、前記離された粒子の粒子サイズ分布を決定するよう構成された、請求項３に記載の空気清浄システム。
【請求項７】
粒子検出器であって、
少なくとも１つの集塵電極、少なくとも１つの反発電極、及び少なくとも１つのコロナワイヤと、
検出システムと、
を有し、前記検出システムは、
起動されたときに、前記集塵電極に存在する粒子が、前記集塵電極から離されるよう、前記集塵電極を作動させるよう構成された、作動要素と、
空気中の前記離された集塵電極の粒子から、前記集塵電極に存在する粒子のタイプを決定するよう構成された検出器と、
を有する検出器。
【請求項８】
前記粒子検出器は、特定のタイプの粒子を検出するための粒子検出器であり、前記集塵電極に対する前記作動要素によりかけられる力の大きさは、前記特定のタイプの粒子に適合された、請求項７に記載の粒子検出器。
【請求項９】
集塵電極、反発電極及びコロナワイヤを有する電気集塵空気フィルタの状態を決定するための方法であって、
前記集塵電極に集められた粒子の量を決定し、
前記集められた粒子の前記決定された量に基づいて、前記電気集塵空気フィルタの状態を決定する
ことにより、集塵空気フィルタの状態を決定するステップを有し、
前記集塵電極に存在する集められた粒子の量を決定するステップは、
前記集塵電極から前記集められた粒子を離し、それにより空気中の粒子雲を形成するステップと、
前記粒子雲における粒子の量を決定するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことに先立ち、前記コロナワイヤの電圧、前記集塵電極の電圧、及び前記反発電極の電圧をスイッチオフするステップ
を更に有し、前記前記粒子雲における粒子の量を決定するステップは、前記粒子雲に対して光学的な検出を実行することにより実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことに先立ち、前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧及び前記反発電極の電圧を維持するステップ
を更に有し、前記粒子雲における粒子の量は、前記集塵電極の電流信号から決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法を有する、粒子サイズ分布を決定するための方法であって、離された粒子の粒子サイズ分布が、時間経過に伴う前記集塵電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより決定される、方法。
【請求項１３】
前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことに先立ち、前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧をスイッチオフし、前記反発電極の電圧をスイッチオフするステップと、
前記集塵電極から前記集められた粒子を離した後に、スイッチオフの前の前記反発電極の電圧を前記集塵電極に供給し、スイッチオフの前の前記集塵電極の電圧を前記反発電極に供給するステップと、
を更に有し、前記粒子雲における粒子の量は、前記反発電極の電流信号から決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法を有する、粒子サイズ分布を決定するための方法であって、離された粒子の粒子サイズ分布が、時間経過に伴う前記反発電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより決定される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気ベースの空気フィルタの寿命を検出するための方法及びシステムに関する。本発明の他の態様は、粒子検出のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端の空気清浄システムは、粒子フィルタを通すように空気を吹き付けることにより粒子を取り除く。電気集塵（ＥＳＰ）は、空気から粒子を取り除くための、他の良く知られた技術である。高いＤＣ電圧における細いコロナワイヤの近傍におけるコロナ放電が、単極ガス分子イオンの供給源として作用し、次いで空気中の粒子に帯電させる。集塵電極及び反発電極のアレイが、対向するＨＶ電圧に配置され、空気流から荷電粒子を効果的に除去するためのコロナワイヤの下流に配置される。時間経過に伴い、装置内に蓄積する粒子のため、空気のフィルタリングの効率は低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
市場における現在の製品は、ＥＳＰ装置が洗浄されるべきときの示唆を提供しない。洗浄されていないＥＳＰ装置は、ユーザの知識なしでは、効率の低いフィルタリングに導く。
【０００４】
更に、ＥＳＰ装置が適時に洗浄されていない場合、不便な音の発生に導く「バックコロナ」破過事象が起きてしまう。
【０００５】
最先端のＥＰＳ装置に関する他の問題点は、該装置における、例えば煙草又はその他の煙の沈着の進行である。
【０００６】
フィルタの効率が許容できないレベルになる前に、即ち「バックコロナ」破過事象が生じる前に、又は許容できない臭いが広がり始める前に、装置が洗浄されるべきことを自動的に検出し、ユーザに通知するＥＳＰ装置に対するニーズがある。
【０００７】
米国特許US5679137Aは、電子空気清浄機のためのセルセンサを記載している。該清浄機における穴に集まった埃の量を決定するために、光学的な検出機構が利用される。米国特許US5679137Aは、空気フィルタの状態を決定するために空気中の粒子を検出することについては記載していない。
【０００８】
米国特許出願公開US2010/037767A1は、ESP装置の埃の蓄積を決定するための方法を記載している。該文献は、火花率が静電板における埃の存在に関連することを記載している。米国特許出願公開US2010/037767A1は、空気フィルタの状態を決定するために空気中の粒子を検出することについては記載していない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様においては、集塵電極、反発電極及びコロナワイヤを有する、電気集塵空気フィルタと、粒子を検出するための検出システムと、を有する空気清浄システムであって、前記検出システムは、前記集塵電極に存在する粒子の量から前記電気集塵フィルタの状態を決定するよう構成された、空気清浄システムが提示される。
【００１０】
前記検出システムは、起動されたときに、前記集塵電極に存在する粒子が、前記集塵電極から離れるよう、前記集塵電極を作動させるよう構成された、作動要素を有する。前記検出システムは更に、空気中の前記離された集塵電極粒子から、前記集塵電極に存在する粒子の量を決定するよう構成された検出器と、を有する。
【００１１】
一実施例によれば、前記検出システムは、前記コロナワイヤの電圧、前記集塵電極の電圧、及び前記反発電極の電圧をスイッチオフし、その後に、前記集塵電極から粒子を離すよう前記作動要素を作動させ、その後に、前記集塵電極から離された粒子により生成された粒子雲（cloud）のなかの、前記離された粒子の量を光学的に検出するよう構成される。
【００１２】
一実施例によれば、該検出機構は、前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧及び前記反発電極の電圧を維持し、その後に、前記集塵電極から粒子を離すよう前記作動要素を作動させ、その後に、前記集塵電極の電流信号を解析して、前記離された粒子の量を決定するよう構成される。
【００１３】
一実施例によれば、前記検出システムは更に、時間経過に伴う前記集塵電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより、前記離された粒子の粒子サイズ分布を決定するよう構成される。
【００１４】
一実施例によれば、該検出機構は、前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧をスイッチオフし、前記反発電極の電圧をスイッチオフし、その後に、前記集塵電極から粒子を離すよう前記作動要素を作動させ、その後に、スイッチオフの前の前記反発電極の電圧を前記集塵電極に供給し、スイッチオフの前の前記集塵電極の電圧を前記反発電極に供給し、前記反発電極の電流信号を解析して、前記離された粒子の量を決定するよう構成される。
【００１５】
一実施例によれば、前記検出システムは更に、時間経過に伴う前記反発電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより、前記離された粒子の粒子サイズ分布を決定するよう構成される。
【００１６】
一実施例によれば、前記作動要素は振動要素である。例えば、超音波トランスデューサである。前記作動要素は、前記集塵電極上又は前記集塵電極の近くに配置され、それにより、起動されたときに、前記集塵電極を作動させる、例えば振動させることができる。該作動要素の力は、該集塵電極に集められた埃が、該集塵電極から離され得るように選択される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、集塵電極、反発電極及びコロナワイヤを有する電気集塵空気フィルタの状態を決定するための方法であって、最初に、前記集塵電極に集められた粒子の量を決定し、次いで、前記集められた粒子の前記決定された量に基づいて、前記電気集塵空気フィルタの状態を決定することにより、集塵空気フィルタの状態を決定するステップを有する方法が提示される。前記集塵電極に存在する集められた粒子の量を決定するステップは、前記集塵電極から前記集められた粒子を離し、それにより空気中の粒子の雲を形成するステップと、前記粒子の雲における粒子の量を決定するステップと、を有する。
【００１８】
一実施例によれば、前記方法は、前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことに先立ち、前記コロナワイヤの電圧、前記集塵電極の電圧、及び前記反発電極の電圧をスイッチオフするステップを更に有し、前記前記粒子雲における粒子の量を決定するステップは、前記粒子雲に対して光学的な検出を実行することにより実行される。
【００１９】
一実施例によれば、前記方法は、前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことに先立ち、前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧及び前記反発電極の電圧を維持するステップを更に有し、前記粒子雲における粒子の量は、前記集塵電極の電流信号から決定される。
【００２０】
集塵電極における粒子の量を検出するため、又は集塵電極に存在する１つ以上のタイプの粒子を検出するため、集塵電極又は反発電極における電流信号が監視される実施例においては、該検出システムは、電流信号を測定するための装置を有する。例えば、集塵電極に結合された電流測定装置である。該検出システムは更に、該電流測定装置により測定された電流信号を解析するよう構成されたプロセッサ又はコントローラを有しても良い。
【００２１】
本発明の一態様においては、電気集塵空気フィルタの状態を決定するための方法を有する、粒子サイズ分布を決定するための方法であって、粒子雲における粒子の量が、集塵電極の電流信号から決定される方法が提示される。離された粒子の粒子サイズ分布は、時間経過に伴う前記集塵電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより決定される。
【００２２】
一実施例によれば、粒子サイズ分布を決定するための該方法は、前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことに先立ち、前記コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、前記集塵電極の電圧をスイッチオフし、前記反発電極の電圧をスイッチオフするステップと、前記集塵電極から前記集められた粒子を離した後に、スイッチオフの前の前記反発電極の電圧に等しい電圧レベルを前記集塵電極に供給し、スイッチオフの前の前記集塵電極の電圧に等しい電圧レベルを前記反発電極に供給するステップと、を更に有し、前記粒子雲における粒子の量は、前記反発電極の電流信号から決定される。
【００２３】
本発明の一態様においては、電気集塵空気フィルタの状態を決定するための方法であって、粒子雲における粒子の量が、反発電極の電流信号から決定される方法を有する、方法が提示される。離された粒子の粒子サイズ分布は、時間経過に伴う前記反発電極の電流信号の異なる電流パルスを、異なる粒子サイズに関連付けることにより決定される。
【００２４】
一実施例によれば、前記集塵電極から前記集められた粒子を離すことは、前記集塵電極を振動させることにより実行される。
【００２５】
本発明の特定の及び好適な態様が、添付される独立及び従属請求項に開示される。請求項において明示的に開示されたものに限らず、従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴と、及び他の従属請求項の特徴と、適宜組み合わせられても良く、
【００２６】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施例による空気を洗浄又は清浄化するためのシステムを示す。
【図２】一実施例における集塵電極における電流を示す。
【図３】一実施例における反発電極における電流を示す。
【図４】１ｍ／ｓの粒子の初速についての、時間に対する、再び集められた粒子の割合を示す。
【図５】１０ｍ／ｓの粒子の初速についての、時間に対する、再び集められた粒子の割合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面は単に図式的なものであり、限定するものではない。説明の目的のため、図面において、要素の幾つかのサイズは誇張され得、低縮尺で描かれない場合がある。
【００２９】
請求項におけるいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００３０】
異なる図において、同じ参照記号は、同じ又は同様の要素を示す。
【００３１】
本発明は、特定の実施例に関して、特定の図面を参照しながら説明されるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、あくまで請求項により限定される。説明される図面は単に図式的なものであり、限定するものではない。説明の目的のため、要素の幾つかのサイズは誇張され、定縮尺で描かれない場合がある。寸法及び相対的な寸法は、本発明の実装の実際の縮小に対応するものではない。
【００３２】
更に、明細書及び請求項における「第１の（first）」、「第２の（second）」、「第３の（third）」等なる語は、類似する要素を区別するために用いられるものであり、必ずしも時間的、空間的、ランク順又はその他のいずれかの態様のシーケンスを示すものではない。このように用いられる語は、適切な状況下において相互に交換可能であり、ここで説明される実施例は、ここで説明され示されたものとは異なる順序での動作が可能であることは、理解されるべきである。
【００３３】
請求項において用いられる「有する（comprise）」なる語は、それに後続して列記された手段に限定されるものと解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを除外するものではない。従って該語は、示された特徴、整数、ステップ又は構成要素の存在を規定するものとして解釈されるべきであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ若しくは構成要素又はそれらの群の存在又は追加を除外するものではない。従って、「手段Ａ及びＢを有する装置」なる表現の範囲は、要素Ａ及びＢのみから成る装置に限定されるべきではない。該表現は、本発明に関しては、装置の重要な要素がＡ及びＢであることを意味する。
【００３４】
本明細書を通して「一実施例」又は「実施例」への参照は、該実施例に関連して記載される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。従って、本明細書の種々の箇所における「一実施例において」又は「実施例において」なる句の出現は、必ずしも全てが同一の実施例を参照しているわけではないが、参照している場合もあり得る。更に、１つ以上の実施例において、特定の特徴、構造又は特性は、本開示から当業者には明らかであるように、いずれの適切な態様で組み合わせられても良い。
【００３５】
同様に、本開示を合理化し、種々の本発明の態様の１つ以上の理解を助けるため、本発明の実施例の説明において、本発明の種々の特徴は時に、単一の実施例、図面又は説明にまとめられる。しかしながら、本開示の方法は、請求される本発明が、各請求項に明示的に示されたものより多くの特徴を要するという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。反対に、以下の請求項が反映するように、本発明の態様は、単一の開示される実施例の全ての特徴より少ない特徴に存する。従って、詳細な説明に後続する請求項は、ここでは明示的に本詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施例として該請求項自体に依拠する。
【００３６】
更に、ここで説明される幾つかの実施例は、他の実施例に含まれる幾つかの他の特徴を含むが、当業者には理解されるように、種々の実施例の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意図され、種々の実施例を形成する。例えば、以下の請求項において、請求される実施例のいずれかが、いずれの組み合わせで用いられても良い。
【００３７】
ここで示される説明において、多くの特定の詳細が開示される。しかしながら、本発明の実施例は、これら特定の詳細なく実行され得ることは理解されよう。他の例においては、本説明の理解を妨げないよう、良く知られた方法、構造及び手法は、詳細には説明されていない。
【００３８】
本開示を通して、「粒子」への参照が為される。該語は、ＰＭ２．５又はＰＭ１０粒子のような、種々のサイズの埃又は小さな粒子を示し得るが、１μｍよりも小さな直径を持つ粒子をも示し得る。
【００３９】
本開示を通して、「離された集塵電極の粒子」への参照が為される。これら粒子は、時間とともに集められ、元は集塵電極に存在していた粒子であり、現在は集塵電極の作動（例えば振動）によって集塵電極から離された粒子である。
【００４０】
本開示を通して、集塵電極から粒子を離すために集塵電極を作動させることへの参照が為される。このことは、例えば集塵電極を振動させることにより、粒子が空気中のものとなるよう、集塵電極が作動させられることを意味する。
【００４１】
本発明は、時間とともに集塵電極に集められた例えば埃のような粒子の量を検出し、ＥＳＰ装置の状態に粒子の量を関連付けることにより、上述した問題を解決する。該状態情報は、ＥＳＰ装置が洗浄される必要があることをユーザに通知するために利用され得る。
【００４２】
詳細な実施例が、以下に説明される。
【００４３】
本発明の一態様においては、空気を洗浄又は清浄化するためのシステム（例えば空気清浄システム）が提示される。該システムは、少なくとも１つの集塵電極、少なくとも１つの反発電極、及び少なくとも１つのコロナワイヤを有する、電気集塵空気フィルタを特徴とする。該空気フィルタは、複数のコロナワイヤ、複数の集塵電極、及び複数の反発電極を有しても良い。該空気フィルタは、高いＤＣ電圧の少なくとも１つのコロナワイヤの近傍におけるコロナ放電が、単極気体分子イオンの供給源として作用し、次いで空気中の粒子を荷電するよう、構成される。該空気フィルタは更に、空気流から荷電粒子を効果的に除去するために、少なくとも１つの集塵電極及び少なくとも１つの反発電極が反対のＨＶ電圧に置かれ、コロナワイヤの下流に配置されるように構成される。該空気フィルタは該システムの導管に配置され、該導管を通過する空気が該空気フィルタによりフィルタリングされ得るようにする。一実施例においては、該空気フィルタは、イオン風が該導管において生成されるよう構成される。該構成は、該技術的な効果を実現するため、コロナワイヤ、集塵電極及び反発電極を選択し配置することを有しても良い。斯かる構成は、当業者には知られている。利点として、粒子を導管に送るために付加的なファンが必要とされない。
【００４４】
該システムは更に、集塵電極における粒子を検出するための検出システムを有する。これらの粒子は、時間とともに集塵電極に集まった埃粒子であり、空気フィルタのフィルタ効率に影響を及ぼす。該検出システムは、集塵電極に存在する検出された粒子の量から、電気集塵フィルタの状態を決定するよう構成される。
【００４５】
本発明の利点は、集塵電極における例えば埃のような粒子の堆積の量を検出することにより、早い段階で、許容できないフィルタ効率を回避するためにＥＳＰ装置が洗浄されるべきであることをユーザに通知することができ、「バックコロナ」破過事象又は煙草の煙の成分のような堆積成分からの臭いの増大を防止する点である。
【００４６】
図１は、コロナワイヤ１０４、集塵電極１０２及び反発電極１０３を備えた、ＥＳＰ装置１００を示す。これらの構成要素は、空気の導管に配置され、該導管を通り進む空気流に存在する粒子が、コロナワイヤを用いて最初に荷電され、次いで集塵電極１０２及び反発電極１０３に電圧を印加することによって集塵電極１０２に沈着するようにされる。これらの構成要素は、空気フィルタ１０１を形成する。更に、集塵電極１０２の１つにおいて、起動されたときに集められた粒子を集塵電極１０２から離すよう集塵電極１０２を作動させるための、作動要素１０５が配置される。特定の実施例においては、該作動要素の近傍において、集塵電極１０２から離された粒子の感知を実行するためのセンサが存在する。
【００４７】
本発明の一実施例によれば、電気集塵フィルタの状態は、例えばディスプレイ上で又はシステムの音声／アラームを介して、ユーザに通知される。本発明の一実施例によれば、該システムは、集塵電極に存在する検出された粒子の量が所定の閾値を超えた場合に、ユーザに通知する。該所定の閾値は、集塵電極に存在する許容可能な／容認可能な粒子の量に関連する。当該所定の閾値では、臭いの増大、「バックコロナ」破過事象、又は許容不可能なフィルタ効率はない。該所定の閾値は、集塵電極におけるどの粒子の量で種々の問題が生じるかが決定される実験の間に、前もって定義されても良い。
【００４８】
本発明の一実施例によれば、該検出システムは、起動されたときに、集塵電極に存在する粒子が集塵電極から離され、空気中のものとなるように、集塵電極を作動させるよう構成された、作動要素を有する。例えば、該作動要素は、起動されたときに集塵電極が振動させられ、時間とともに集塵電極に集められた粒子が振り払われて、該システム内の空気中のものとなるよう配置された、振動要素であっても良い。該作動要素は、例えば超音波圧電トランスデューサのような、超音波トランスデューサであっても良い。該作動要素は、集塵電極上に配置された、又は集塵電極に機械的に結合されたものであっても良い。該作動要素の目的は、集塵電極に集められた少量の粒子のみを自由にする又は解放することであり、このことをシステムの洗浄ステップとして使用することは目的としない。更に、該検出システムは、空気中の離された集塵電極の粒子から集塵電極上に存在する粒子の量を決定するよう構成された検出器又はセンサを有する。斯くして、該検出器は、作動要素を用いて集塵電極を作動させることにより集塵電極から振り離された粒子の量を検出器するよう配置され構成される。換言すれば、該検出器は、集塵電極を作動させることにより集塵電極から生成された粒子雲における粒子の量を検出する。
【００４９】
一実施例によれば、集塵電極から集められた粒子を離すために集塵電極に作動要素がかける力の大きさのオーダーは、離された又は振り払われた粒子が０．５ｍ／ｓの最低速度を持つよう選択される。例えば、離された又は振り払われた粒子の速度は、０．５ｍ／ｓと５ｍ／ｓとの間である。斯かる速度は粒子の好適な検出を可能とすることが見出されている。力の大きさのオーダーは、異なるタイプの粒子が異なる力をかけられる一連の実験において、前もって決定されても良い。
【００５０】
一実施例によれば、該検出システムは、コロナワイヤ、集塵電極及び反発電極に供給される種々の電圧を制御するための、例えばプロセッサのようなコントローラを有する。当該コントローラは、該システムの種々の構成要素に供給される電圧を調整することにより、本開示に記載された種々の検出手法を実装するために利用されても良い。
【００５１】
本発明の一実施例によれば、該検出システムは、コロナワイヤをスイッチオフし、集塵電極の電圧をスイッチオフし、反発電極をスイッチオフし、その後に、集塵電極から粒子を離すよう作動要素を作動させ、その後に、離された粒子の量を光学的に検出するよう構成される。
【００５２】
斯くして、最初の時点において、コロナワイヤ、集塵電極及び反発電極の全ての高い電圧がスイッチオフされる。次の時点において、集塵電極に結合された作動要素が起動され、例えば粒子雲が形成されるように集塵電極を振動させることにより、集塵電極上に集められた粒子を、空気中のものとする。第３の時点において、例えば粒子雲に向けられたレーザビームの散乱光を解析することにより、光学的な粒子検出器を用いて、粒子雲のなかの粒子の量が検出される。粒子の量を光学的に検出するため、Vecselレーザダイオードを用いた「自己混合干渉（ＳＭＩ）」原理が利用されても良い。該原理の利用は、光源及び検出器に同時に作用する１つの光学素子しか必要としないため、有利である。
【００５３】
本発明の一実施例によれば、該検出機構は、コロナワイヤの電圧をスイッチオフするが、集塵電極の電圧を維持し、反発電極の電圧を維持し、その後に、集塵電極から粒子を離すため作動要素を起動し、その後に、集塵電極の電流信号を解析して離された粒子の量を決定するよう構成される。
【００５４】
本実施例においては、該検出手法は、例えば超音波パルスによって、集塵電極から振り離された粒子が、集塵電極の前の気体イオンにより荷電させられるという概念に基づくものである。荷電粒子は次いで、集塵電極又は反発電極である選択された検出電極に向けて加速され、該電極においてこれら粒子が電流パルスの形で登録される。
従って、該機能は以下のとおりとなる。
１）コロナワイヤの電圧がスイッチオフされ、１ｍｓよりも短い時間で完了される。好適には、コロナワイヤの電圧のスイッチオフは、０．１ｍｓよりも短い時間で完了される。例えば０．１ｍｓよりも短い高速なスイッチオフは、粒子検出のための信号対背景比が好適となるため、好ましい。
【００５５】
２）その後、例えば１ｍｓよりも短い短時間の間に、作動信号により作動要素が起動される。例えば、短い電気パルスにより表される作動信号が、集塵電極から粒子を振り払う又は刺激するための作動要素として機能する超音波トランスデューサに供給される。当該電気パルスは、コロナワイヤの電圧をスイッチオフする瞬間と好適に同期されている。例えば、該電気パルスは、コロナワイヤの電圧のスイッチオフの１ｍｓ秒以内の後に供給される。該作動信号とコロナワイヤの電圧のスイッチオフとの当該同期の技術的な効果は、コロナ電流の強い背景から粒子が容易に分離されることができる点である。該作動信号が早過ぎると、粒子からの電流パルスが、コロナ電流の強い背景から分離されることが難しくなる。作動信号が遅過ぎると、集塵電極によって全ての気体イオンが再捕捉されてしまい、振り払われた粒子がもはや荷電され得なくなる。
【００５６】
３）その後、再捕捉された気体イオンの指数関数的に減衰する背景におけるピークとして振り払われ荷電された粒子に対応する電流パルスが測定される。
【００５７】
図２は、実験の間の集塵電極における測定された電流を示す。種々の電流パルスは、集塵電極における再び集められた粒子に関連する。横軸は、コロナワイヤの電圧及び作動信号のスイッチオフの後の時間を表す。図２は、約３μｍの直径を持つ粒子が、最も短い時間（〜０．８ｍｓ）のうちに再び集められ、より小さい粒子及びより大きい粒子はともに、集塵電極に戻るまでに長い時間（〜２．５ｍｓ）を必要とすることを示している。更に、再び集められた粒子による電気パルスの振幅は、１０−５ないし１０−４Ａのオーダーとなり得、先行技術における検出の困難性に比べて容易に測定され得ることが示されている。再び集まる時間及び電流の振幅についての情報は、異なる粒子間を区別するために利用され得る。
【００５８】
一実施例によれば、該検出システムは更に、時間経過に伴う集塵電極の電流信号の異なる電流パルスを異なる粒子サイズに関連付けることにより、離された粒子の粒子サイズ分布を決定するよう構成される。斯くして、該装置は、どのタイプの粒子が空気フィルタを通って移動し、従って空気中に存在するかを、決定するために利用されることができる。このことは、異なる粒子サイズに関連する異なる電流曲線及びそのピークを示す図２に示されている。
【００５９】
一実施例によれば、該検出機構は、コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、集塵電極の電圧をスイッチオフし、反発電極の電圧をスイッチオフし、その後に、集塵電極から粒子を離すよう作動要素を作動させ、その後に、スイッチオフの前の反発電極の電圧レベルを集塵電極に供給し、スイッチオフの前の集塵電極の電圧レベルを反発電極に供給し、その後に、反発電極の電流信号を解析して離された粒子の量を決定するか、又は光学的な検出器を用いて離された粒子の量を決定するよう構成される。
【００６０】
斯くして、該機能は以下のとおりとなる。
１）コロナワイヤ、集塵電極及び反発電極の電圧を含む、全ての電圧がスイッチオフされる。該電圧のスイッチオフは、理想的には１ｍｓよりも短い時間で完了する。好適には、該スイッチオフは、０．１ｍｓよりも短い時間で実行される。
【００６１】
２）その後、作動パルスを用いて作動要素が起動される。当該パルスは、１０ｍｓ以下であっても良い。例えば、短い電気パルスは、集塵電極から粒子を振り払うために集塵電極に機械的に結合された超音波トランスデューサに供給される。粒子が集塵電極に向かって引き寄せられないため、粒子の荷電に必要とされる気体イオンがかなり長い時間に亘って体積内に留まるので、当該作動信号と電圧のスイッチオフとの同期は、以前に説明された実施例におけるよりも重要ではない。
【００６２】
３）その後、反発電極の電圧が、コロナ放電の間に集塵電極が持っていた電圧レベルに設定され、集塵電極の電圧が、コロナ放電の間に反発電極が持っていた電圧レベルに設定される。このことは例えば、ＥＳＰ集塵電極に反転電圧をかけることにより達成されても良い。当該電圧の反転のタイミングは重要ではないが、全ての電圧のスイッチオフと反転ＥＳＰ電圧のスイッチオンとの間の遅延Δｔｄｅｌは、０乃至１０ｍｓの範囲内であるべきである。このとき、気体イオン及び粒子は、振られた集塵電極の前の空間から、最も近い反発電極に向かって移動する。集塵電極と反発電極との間の距離はｍｍのオーダーに選択されるため、該粒子の移動時間は０．１乃至３０秒のオーダーとなる。集塵電極と反発電極との間の距離ｄＣＲは、これら電極の相対電圧差ΔＶＣＲに関連する。対応する平均電場強度は、およそΔＶＣＲ／ｄＣＲ＝１ｋＶ／ｍｍに相当する。利点は、検出回路が高速となる必要がない点である。このことは、粒子サイズ分布の決定に関しても有利である。更に、粒子がより長い距離（ｍｍのオーダー）を移動する場合、このことは粒子の容易な光学的検出を可能とする。
【００６３】
４）その後、振り離された荷電粒子は、最も近い反発電極において測定される電流パルスとして登録されるか、又は光センサを用いて光学的に検出される。
【００６４】
図３は、実験の間の反発電極における電流を示す。横軸は、スイッチオフ及び作動信号の後の時間を表す。異なる曲線は、異なる粒子の直径を表す。図２と比較すると、電流パルスの幅が３桁の大きさのオーダーだけ大きい（ミリ秒の代わりに秒）ため、電流パルスの大きさは約３桁のオーダーだけ低い。利点として、種々の粒子サイズが容易に識別される。斯くして、本実施例についても、該検出システムは、時間経過に伴う反発電極の電流信号の異なる電流パルスを異なる粒子サイズに関連付けることにより、離された粒子の粒子サイズ分布を決定するよう構成され得る。斯くして、該装置は、粒子検出器として機能し、空気フィルタどのタイプの粒子が空気フィルタを通って移動し、従って空気中に存在するかを、決定するために利用されることができる。
【００６５】
本発明の一態様においては、粒子センサが提示される。該粒子センサは、少なくとも１つの集塵電極、少なくとも１つの反発電極、及び少なくとも１つのコロナワイヤを特徴とする。該少なくとも１つの集塵電極、少なくとも１つの反発電極、及び少なくとも１つのコロナワイヤは、高いＤＣ電圧の少なくとも１つのコロナワイヤの近傍におけるコロナ放電が、単極気体分子イオンの供給源として作用し、次いで空気中の粒子を荷電するよう、構成される。該粒子センサは更に、起動されたときに、該少なくとも１つの集塵電極及び少なくとも１つの反発電極が、反対のＨＶ電圧に置かれ、コロナの下流に配置されるように構成される。該少なくとも１つの集塵電極、少なくとも１つの反発電極、及び少なくとも１つのコロナワイヤは、空気の導管のなかに配置される。当該空気の導管において、該少なくとも１つの集塵電極、少なくとも１つの反発電極、及び少なくとも１つのコロナワイヤは、当該空気の導管においてイオン風を生成するよう構成されても良い。このことは、空気流を生成するための付加的なファンの必要性を取り除く。
【００６６】
該粒子センサは更に、集塵電極における粒子を検出するための検出機構を有する。該検出システムは、集塵電極に集められた粒子のタイプを検出するよう構成される。該粒子センサの一実施例においては、該検出システムは、作動要素であって、該作動要素が起動されたときに、集塵電極における存在する粒子が該集塵電極から離される又は振り払われるよう、該集塵電極を作動させる（例えば振動させる）よう構成された、作動要素と、該離された集塵電極の粒子から該集塵電極に存在する粒子のタイプを決定するよう構成された検出器と、を有する。他の態様及び実施例において説明されるように、該検出は、集塵電極及び反発電極に再び集められた粒子によって引き起こされる、これら電極における電流パルスを解析することによって実行されても良い。該再び集められた粒子は、最初に集塵電極の表面から振り離され、次に集塵電極及び反発電極に印加される電圧に依存して集塵電極又は反発電極の表面に戻った粒子である。他の態様及び実施例において説明されるように、該作動要素は、集塵電極から粒子を離す又は振り払うために集塵電極に力をかける。
【００６７】
一実施例によれば、該検出は、コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、集塵電極の電圧及び反発電極の電圧を維持し、その後に、集塵電極から粒子を離すために作動要素を起動し、その後に、集塵電極の電流信号を解析して粒子のタイプを決定することにより実行される。
【００６８】
一実施例によれば、時間とともに測定された集塵電極からの異なる電流パルス信号を異なる粒子タイプに関連付けることにより、更なる粒子サイズ分布が実行されても良い。
【００６９】
本発明の一実施例によれば、該検出は、コロナワイヤの電圧をスイッチオフし、集塵電極の電圧をスイッチオフし、反発電極の電圧をスイッチオフし、その後に、集塵電極から粒子を離すために作動要素を起動し、その後に、スイッチオフの前に集塵電極に供給されていた反発電極の電圧レベルを集塵電極に供給し、スイッチオフの前に反発電極に供給されていた集塵電極の電圧レベルを反発電極に供給し、反発電極の電流信号を解析して粒子のタイプを決定することにより実行される。
【００７０】
一実施例によれば、時間とともに測定された反発電極からの異なる電流パルス信号を異なる粒子タイプに関連付けることにより、更なる粒子サイズ分布が実行されても良い。
【００７１】
本発明の一実施例においては、該作動要素は、集塵電極にかけられる例えば振動のような力の大きさが、検出されるべき粒子のタイプに適合されるよう、構成可能である。換言すれば、作動要素により生成され集塵電極にかけられる力の大きさが、粒子タイプ（例えば粒子サイズ）に適合可能であるか又は適合される。作動要素により生成される力の大きさを粒子タイプに調節するため、コントローラが作動要素に結合されても良い。例えば、該コントローラは、作動要素に特定の電圧レベルを供給するよう構成され、該電圧レベルは、検出される必要がある粒子タイプに適合される。
【００７２】
例えば、小さなサイズの粒子については、小さな粒子をより正確に検出するため、力の大きさは増大させられても良い。逆に、大きなサイズの粒子については、大きな粒子をより正確に検出するため、力の大きさは低下させられても良い。このことは、図４及び図５に示されている。図４は、１ｍ／ｓの開始速度について、時間に対する再び集められた粒子の割合を示す。図５は、１０ｍ／ｓの開始速度について、時間に対する再び集められた粒子の割合を示す。図５から分かるように、１０μｍのサイズを持つ粒子３０４は、図４におけるグラフに比べて小さなサイズ３０１、３０２、３０３を持つ粒子から、より正確に識別されることができる。それ故、検出される必要がある特定の粒子タイプに粒子速度を適合させることにより、特定の粒子検出の精度が増大させられることができる。
【００７３】
空気清浄システムの文脈で説明された実施例のいずれもが、粒子検出器に適用されることができ、斯かる粒子検出器において実装されることができる。
【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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【国際調査報告】
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