JP2019205989A - 電気集塵装置及び熱交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】粒子を電極で捕捉する電気集塵装置であって、捕捉した粒子を電極から速やかに排出できる電気集塵装置等を提供する。【解決手段】電気集塵装置１００は、気体が流れる流路部８０を有し、気体中の粒子９０ｐを捕捉する電気集塵部８と、流路部８０の少なくとも一部を含む給気路１１０と、流路部８０の外部に配置される第一排気路１３１と、流路部８０の少なくとも一部を含む第二排気路１３２と、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方を選択的に閉じる排気切替弁１４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気集塵装置、及び、電気集塵装置を備える熱交換システムに関する。

空気等の流体中の粒子（粉塵）を帯電させて流体から粒子を分離する粒子分離装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示された装置は、帯電させた粒子を集塵電極板に付着させることにより分離し、装置の運転中又は運転終了後の清掃期間において、集塵電極板に電界カーテンを発生させて、集塵電極板に付着した粒子を除去する。

特開昭６０−９９３５６号公報

しかしながら、静電的な作用により集塵電極板から粒子を除去する場合、粒子を離脱させる電界を生成するために、集塵電極板と対極との間に電位差を印加する必要があるが、集塵電極板から離脱した粒子は、対極に向かう電気力線に沿って移動し、対極に再度付着する場合がある。また、集塵電極板から離脱した粒子が対極に到着しない場合には、粒子は、重力によって沈降するまで大気中を浮遊する。ここで、粒子のサイズが小さくなるにしたがって、沈降速度は遅くなる。例えば、ＰＭ２．５（粒径２．５μｍ以下の粒子状物質）等の微細な塵埃は、沈降に長い時間を要する。このような粒子の沈降が完了する前に、再度粒子分離を行うために集塵電極と対極との間に気体を流すと、当該粒子が集塵電極板に付着することなく下流側に流れる場合があり得る。一方、粒子の沈降が完了するのを待つ場合には、長い清掃期間を要する。

本発明は、粒子を捕捉する電気集塵装置であって、捕捉した粒子を速やかに排出できる電気集塵装置及び当該電気集塵装置を備える熱交換システムを提供する。

本発明の一態様に係る電気集塵装置は、気体が流れる流路部を有し、前記気体中の粒子を捕捉する電気集塵部と、前記流路部の少なくとも一部を含む給気路と、前記流路部の外部に配置される第一排気路と、前記流路部の少なくとも一部を含む第二排気路と、前記第一排気路及び前記第二排気路の一方を選択的に閉じる排気切替弁と、を備える。

本発明の一態様に係る熱交換システムは、上記電気集塵装置と、上記給気路及び上記共通排気路の少なくとも一方が接続される熱交換器と、を備える。

本発明によれば、粒子を電極で捕捉する電気集塵装置であって、捕捉した粒子を電極から速やかに排出できる電気集塵装置及び当該電気集塵装置を備える熱交換システムを提供できる。

図１は、実施の形態１に係る電気集塵装置の構造的な構成の一例を示す模式図である。 図２は、実施の形態１に係る電気集塵装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係る電気集塵部の流路部の構成例を示す模式的な断面図である。 図４は、実施の形態１に係る電気集塵部の流路部内に配置される集塵部及び帯電部の構成例を示す斜視図である。 図５は、実施の形態１に係る電気集塵部の機能的な構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態１に係る電気集塵装置の動作の概要を示すフローチャートである。 図７は、実施の形態１に係る電気集塵装置の第一電極及び第二電極の構成を示す断面図である。 図８は、実施の形態１に係る電気集塵装置の集塵モードにおける第一電極及び第二電極の動作を示す模式図である。 図９は、実施の形態１に係る電気集塵装置の集塵モードにおいて第一電極及び第二電極に供給される電圧の波形を示すグラフである。 図１０Ａは、実施の形態１に係る電気集塵装置のクリーニングモードにおける第一電極及び第二電極の第一のタイミングでの動作を示す模式図である。 図１０Ｂは、実施の形態１に係る電気集塵装置のクリーニングモードにおける第一電極及び第二電極の第二のタイミングでの動作を示す模式図である。 図１１は、実施の形態１に係る電気集塵装置のクリーニングモードにおいて第一電極及び第二電極に供給される電圧の波形を示すグラフである。 図１２は、実施の形態２に係る熱交換システムの構成の一例を示す模式図である。 図１３は、実施の形態１に係る電気集塵装置が適用される換気装置の一例の外観図である。 図１４は、実施の形態１に係る電気集塵装置又は実施の形態２に係る熱交換システムが適用されるエアコンディショナの一例の外観図である。

以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。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。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ（工程）、並びに、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。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。

また、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、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、「平行」との記載は、完全に平行であることだけでなく、実質的に平行である、すなわち、数％程度の差異を含むことも意味する。

（実施の形態１）
［１−１．電気集塵装置の構成］
実施の形態１に係る電気集塵装置の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の構造的な構成の一例を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

図１に示す電気集塵装置１００は、気体中の粒子を捕捉し、粒子が除去された気体を供給する装置である。電気集塵装置１００は、例えば、室外の空気中の粒子を捕捉し、清浄化された空気を室内に供給する。電気集塵装置１００は、排気機能も有し、例えば、室内の空気を室外に排気する。当該気体は、特に限定されないが、本実施の形態では、気体として空気を用いる例について説明する。

図１に示すように、電気集塵装置１００は、電気集塵部８と、給気路１１０と、第一排気路１３１と、第二排気路１３２と、排気切替弁１４０と、を備える。本実施の形態では、電気集塵装置１００は、さらに、共通排気路１３０と、給気弁１２０と、給気ファン１６１と、排気ファン１６２と、を備える。また、図２に示すように、電気集塵装置１００は、機能的には、制御部５をさらに備える。

電気集塵部８は、気体が流れる流路部８０を有し、気体中の粒子を捕捉する。電気集塵部８の詳細構成については、後述する。

給気路１１０は、電気集塵装置１００が供給する気体の流路であり、流路部８０の少なくとも一部を含む。

第一排気路１３１及び第二排気路１３２は、電気集塵装置１００が排出する気体の流路である。第一排気路１３１は、流路部８０の外部に配置され、第二排気路１３２は、流路部８０の少なくとも一部を含む。

排気切替弁１４０は、電気集塵装置１００が排出する気体の流路を切り替える弁であり、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方を選択的に閉じる。本実施の形態では、排気切替弁１４０は、第一排気弁１４１と、第二排気弁１４２とを有する。第一排気弁１４１は、第一排気路１３１に接続される弁であり、第一排気路１３１の開閉を切り替える。第二排気弁１４２は、第二排気路１３２に接続される弁であり、第二排気路１３２の開閉を切り替える。排気切替弁１４０は、第一排気弁１４１及び第二排気弁１４２の開閉を切り替えることにより、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方を選択的に閉じる。

共通排気路１３０は、電気集塵装置１００が排出する気体の流路であり、電気集塵部８の流路部８０の外部を通り、第一排気路１３１及び第二排気路１３２に接続される。これにより、排気切替弁１４０によって、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方を選択的に閉じることで、共通排気路１３０から流出する気体を、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の他方に選択的に流入させることができる。

給気路１１０、第一排気路１３１、第二排気路１３２及び共通排気路１３０は、例えば、ダクトなどの管状の流路で構成される。

給気弁１２０は、給気路１１０に接続される弁であり、給気路１１０の開閉を切り替える。これにより、第二排気路１３２を開ける場合に給気弁１２０を閉じることで、第二排気路１３２を流れる排出されるべき気体と、給気路１１０を流れる供給されるべき気体とが流路部８０で混ざり合うことを低減できる。

給気ファン１６１は、電気集塵装置１００の給気路１１０に配置されるファンであり、給気路１１０内に気体を流す機能を有する。なお、給気ファン１６１は電気集塵部８の内部に配置されてもよい。また、給気ファン１６１は、電気集塵装置１００に備えられなくてもよい。つまり、電気集塵装置１００は、電気集塵装置１００の外部に配置された給気ファンを用いてもよい。

排気ファン１６２は、電気集塵装置１００の共通排気路１３０に配置されるファンであり、共通排気路１３０と、第一排気路１３１及び第二排気路１３２とに気体を流す機能を有する。なお、排気ファン１６２は、電気集塵装置１００に備えられなくてもよい。つまり、電気集塵装置１００は、電気集塵装置１００の外部に配置された排気ファンを用いてもよい。

本実施の形態に係る電気集塵装置１００は、以上のような給排気路構成を有することにより、電気集塵部８の流路部８０を給気路１１０の一部とするだけでなく、第二排気路１３２の一部とすることができる。このため、第二排気路１３２を流れる気体を用いて、電気集塵部８において捕捉した粒子を電気集塵部８から速やかに排出することができる。また、第二排気路１３２を流れる気体を用いることで、電気集塵部８から離脱した粒子が電気集塵部８に再度付着することを低減できる。

制御部５は、電気集塵部８、排気切替弁１４０及び給気弁１２０を制御する処理部である。本実施の形態では、制御部５は、さらに給気ファン１６１及び排気ファン１６２を制御する。制御部５は、電気集塵部８において粒子を捕捉する集塵モードと、電気集塵部８において捕捉された粒子を電気集塵部８から離脱させるクリーニングモードとを有する。制御部５は、集塵モードにおいて、排気切替弁１４０によって第二排気路１３２を閉じ、かつ、給気弁１２０によって、給気路１１０を開く。これにより、集塵モードにおいて、第二排気路１３２を経由して、排出すべき気体が流路部８０に流入することを低減できる。

また、制御部５は、クリーニングモードにおいて、排気切替弁１４０によって第一排気路１３１を閉じ、かつ、給気弁１２０によって、給気路１１０を閉じる。これにより、第二排気路１３２を流れる気体（つまり気流）を用いて、クリーニングモードにおいて電気集塵部８から離脱した粒子を電気集塵部８から速やかに排出できる。また、第二排気路１３２を流れる気体を用いて電気集塵部８から離脱した粒子を速やかに排出することで、電気集塵部８から離脱した粒子が電気集塵部８に再度付着することを低減できる。

制御部５は、クリーニングモードにおいて、給気ファン１６１を停止させてもよい。

制御部５は、ＣＰＵ又はＤＳＰ等のプロセッサ、並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリなどからなる処理回路により構成されてもよい。制御部５の一部又は全部の機能は、ＣＰＵ又はＤＳＰがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、制御部５の一部又は全部の機能は、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。制御部５の一部又は全部の機能は、上記のソフトウェア機能とハードウェア回路との組み合わせによって構成されてもよい。

［１−２．電気集塵部の詳細構成］
電気集塵部８の詳細構成について図３〜図５を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る電気集塵部８の流路部８０の構成例を示す模式的な断面図である。図４は、本実施の形態に係る電気集塵部８の流路部８０内に配置される集塵部１及び帯電部２の構成例を示す斜視図である。図５は、本実施の形態に係る電気集塵部８の機能的な構成を示すブロック図である。

図３に示すように、流路部８０は、給気路１１０及び第二排気路１３２の一部を構成する。つまり、流路部８０は、給気路１１０及び第二排気路１３２に共有される。

本実施の形態では、流路部８０は、管状のチャンバであり、流路部８０内に、集塵部１及び帯電部２が配置される。

図５に示すように、電気集塵部８は、機能的には、電圧供給回路４をさらに備える。電圧供給回路４は、集塵部１に電圧を供給する回路である。本実施の形態では、電圧供給回路４は、帯電部２にも電圧を供給する。電圧供給回路４は、集塵部１における第一電極１０及び第二電極２０に電圧を供給する。第一電極１０及び第二電極２０は、それぞれ、電圧供給回路４から電圧を供給されることによって、第一電極１０及び第二電極２０の周囲に電界を生成する。電圧供給回路４は、制御部５によって制御される。電圧供給回路４によって供給される電圧、及び、第一電極１０及び第二電極２０の周囲に形成される電界については、後で詳述する。

図３に示すように、電気集塵部８では、給気路１１０における帯電部２の下流側（図３の右側）に、集塵部１が配置される。本実施の形態では、気体は、電気集塵部８の外部に配置された給気ファン１６１によって、流路部８０に導入される。

ここで、図３以降の各図において、流路部８０内において気体が流れる方向をＸ軸方向としている。本実施の形態では、Ｘ軸正方向に気体が流れる。Ｘ軸に垂直な鉛直方向をＹ軸方向とし、上方から下方に向かう方向を、Ｙ軸正方向としている。Ｘ軸及びＹ軸に垂直な水平方向をＺ軸方向としている。上記鉛直方向及び水平方向は、電気集塵装置１００が配置される向きを制限しない。電気集塵装置１００は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向をいかなる向きにして配置されてもよい。ここで、Ｘ軸正方向は、所定の方向の一例であり、Ｙ軸方向は、所定の方向と異なる方向の一例である。

図４に示すように、帯電部２は、集塵モードにおいて、電気集塵装置１００に流入する気体中の粒子９０を帯電させる。帯電部２は、互いに対向して配置された高電位電極３０と低電位電極４０とを備える。本実施の形態では、帯電部２は、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することによって、放電空間中を通過する粒子９０の大部分を正に帯電させる。このように、帯電部２は正に帯電した粒子９０ｐを生成する。なお、帯電部２は、粒子９０を負に帯電させることによって、負に帯電した粒子を生成してもよい。

集塵モードにおいて、高電位電極３０は、低電位電極４０よりも高い電位が印加され、この電位差に起因して、高電位電極３０と低電位電極４０との間で放電を発生させる。高電位電極３０は、例えばステンレス、タングステン等の導電性金属で構成され、電界が集中するように、本実施の形態では、細長い棒状の形状を有する。なお、高電位電極３０は、平板等のいかなる形状を有してもよい。低電位電極４０は、例えばステンレス、アルミニウム等の導電性金属で構成される。本実施の形態では、低電位電極４０は、平板状の形状を有するが、いかなる形状でもよい。

複数の低電位電極４０が、互いに対向して、具体的には、互いに平行に、Ｚ軸方向に並んで配置されている。さらに、複数の低電位電極４０は、ＸＹ平面と平行に配置され、これらの間にＸ軸方向の気体の流路を形成する。つまり、各低電位電極４０は、その主面が気体の流れの方向に沿うように配置される。また、複数の高電位電極３０が、低電位電極４０の間で、低電位電極４０の主面と平行に且つ対向して配置されている。

各高電位電極３０は、Ｙ軸方向を軸方向として配置される。高電位電極３０と低電位電極４０との間の距離は、例えば１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度である。高電位電極３０には、例えば５ｋＶ以上１０ｋＶ以下程度の電位が印加され、低電位電極４０は、例えば接地され得る。

集塵部１は、帯電部２を通過後の気体中の粒子を捕捉する。本実施の形態では、図４に示すように、集塵部１は、正に帯電した粒子９０ｐを捕捉する。集塵部１は、１以上の第一電極１０及び１以上の第二電極２０を備える。板状の第一電極１０及び第二電極２０は、互いに対向して、具体的には、互いに間隔をあけて平行に、Ｚ軸方向に並んで配置されている。本実施の形態では、集塵部１は、複数の第一電極１０及び複数の第二電極２０を備え、複数の第一電極１０及び複数の第二電極２０は、Ｚ軸方向に交互に配置されている。複数の第一電極１０及び複数の第二電極２０は、低電位電極４０と同様の向きで、ＸＹ平面と平行に配置され、これらの間にＸ軸方向の気体の流路を形成する。つまり、第一電極１０及び第二電極２０のそれぞれは、その主面が気体の流れの方向に沿うように配置される。よって、低電位電極４０の間を通過した気体は、第一電極１０及び第二電極２０の間に、スムーズに流入する。第一電極１０と第二電極２０との間の距離は、第一電極１０及び第二電極２０に供給される電圧に応じて、適宜設定されればよい。例えば、第一電極１０と第二電極２０との間の最大電界が、１ｋＶ／ｍｍ程度となるように設定される。本実施の形態では、当該距離は４ｍｍ程度である。

［１−３．電気集塵装置の動作］
続いて、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の動作の概要について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の動作の概要を示すフローチャートである。

図６に示すように、まず、電気集塵装置１００の制御部５は、排気切替弁１４０によって、第一排気路１３１を開き、第二排気路１３２を閉じる（Ｓ１１）。これにより、排気ファン１６２が流す空気の流路は、共通排気路１３０と第一排気路１３１とからなる。この場合、排気ファン１６２が流す空気の流路は、電気集塵部８の流路部８０を含まない。

次に、制御部５が集塵モードで電気集塵部８を制御することで、電気集塵部８は、集塵動作を行う（Ｓ１２）。このとき、制御部５は、給気ファン１６１を駆動し、給気路１１０内に空気が流れる。電気集塵部８は、集塵動作を行うことで、気体中の粒子を捕捉する。

次に、制御部５は、給気弁１２０によって給気路１１０を閉じる（Ｓ１３）。これにより、電気集塵部８の集塵動作が停止される。このとき、制御部５は、給気ファン１６１を停止してもよい。

次に、制御部５は、排気切替弁１４０によって、第一排気路１３１を閉じ、第二排気路１３２を開く（Ｓ１４）。これにより、排気ファン１６２が流す空気の流路は、共通排気路１３０と第二排気路１３２とからなる。この場合、排気ファン１６２が流す空気の流路は、電気集塵部８の流路部８０を含む。

次に、制御部５がクリーニングモードで電気集塵部８を制御することで、電気集塵部８は、クリーニング動作を行う（Ｓ１５）。このとき、電気集塵部８は、クリーニング動作を行うことで、捕捉した粒子を集塵部１の第一電極１０及び第二電極２０から離脱させる。また、流路部８０が排気ファン１６２が流す空気の流路に含まれるため、流路部８０の内部に集塵動作時とは逆方向に気体が流れる。これにより、第一電極１０及び第二電極２０から離脱した粒子が、流路部８０から第二排気路１３２を経由して排出される。

次に、制御部５は、ステップＳ１１に戻り、同様の動作を繰り返す。

電気集塵装置１００は、以上のように動作することにより、集塵モードにおいて、気体中の粒子を捕捉できる。また、電気集塵装置１００は、クリーニングモードにおいて、流路部８０を排気ファン１６２が流す空気の流路とすることで、流路部８０に集塵モードとは逆向きに気体を流す。このとき流路部８０内に流れる気体を利用して、第一電極１０及び第二電極２０から離脱した粒子を速やかに集塵部１から除去できる。また、流路部８０内を流れる気体を利用することで、第一電極１０及び第二電極２０から離脱した粒子が第一電極１０又は第二電極２０に再度付着することを低減できる。

［１−４．集塵部の構成例］
本実施の形態に係る集塵部１の構成例について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の第一電極１０及び第二電極２０の構成を示す断面図である。図７には、第一電極１０及び第二電極２０のＺＸ平面に平行な断面が示されている。

図７に示すように、第一電極１０は、１以上の第一電極要素１１と、１以上の第二電極要素１２と、第一電極要素１１及び第二電極要素１２の間に配置された第一誘電体１３とを有する。第二電極２０は、第一電極１０と対向して配置される。第一誘電体１３は、第二電極２０側に配置された主面である第一表面１３ｆと、第一表面１３ｆの裏側に配置された主面である第一裏面１３ｒとを有する。第一電極要素１１は、第一誘電体１３の第一表面１３ｆに配置される。第二電極要素１２は、第一誘電体１３の内部又は第一裏面１３ｒに配置される。本実施の形態では、図７に示すように、第二電極要素１２は、第一誘電体１３の第一裏面１３ｒに配置される。これにより、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間の絶縁を維持しつつ、第一電極要素１１と第二電極要素１２とを接近させることができる。したがって、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間で沿面放電を発生させるために要する電圧を低減できる。また、第一表面１３ｆ及び第一裏面１３ｒにおいて捕捉した粒子が付着又は堆積した状態でも、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間で、当該粒子を介した異常放電が発生することを抑制できる。

第一誘電体１３は、１以上の第一電極要素１１と、１以上の第二電極要素１２とを電気的に絶縁し、例えば、粒子が第一電極１０上に付着し、堆積した場合においても、粒子を介して第一電極要素１１と第二電極要素１２とが短絡することを抑制する。第一誘電体１３を構成する材料は、公知の電気的な絶縁材料の中から適宜選択される。本実施の形態では、第一誘電体１３は、膜状の誘電体である。第一誘電体１３の膜厚は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下程度であり、本実施の形態では、２５μｍ程度である。

第一電極要素１１及び第二電極要素１２は、銅等の導電材料を主成分として含み、例えば、それぞれ第一誘電体１３の第一表面１３ｆ上及び第一裏面１３ｒ上に形成されたパターン電極である。本実施の形態では、第一電極要素１１は、複数の細長い線状の電極要素であり、第二電極要素１２は、第一誘電体１３の第一裏面１３ｒのほぼ全面に形成された平板状（又はシート状）の電極要素である。第一電極要素１１の形状は特に限定されない。第一電極要素１１の幅（つまり、Ｘ軸方向の寸法）は、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下程度であり、本実施の形態では０．２ｍｍ程度である。第一電極要素１１の厚さ（つまり、Ｚ軸方向の寸法）は、例えば５μｍ以上５０μｍ以下程度であり、本実施の形態では、２０μｍ程度である。また、隣り合う第一電極要素１１の間隔は、例えば、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下程度であり、本実施の形態では、１ｍｍ程度である。

また、本実施の形態では、第一電極１０は、その両面で粒子を捕捉できるように、二組の第一電極要素１１及び第一誘電体１３を有する。より詳しくは、第一電極１０は、二つの第一誘電体１３と、二つの第一誘電体１３の間に配置された第二電極要素１２と、二つの第一誘電体１３の各々の第一表面１３ｆに配置された１以上の第一電極要素１１とを有する。

第二電極２０は、図７に示すように、単一の平板状の電極であり、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電材料を主成分として含む。なお、第二電極２０は、例えば、絶縁基板上に形成されたパターン電極であってもよい。

［１−５．電気集塵部の動作例］
本実施の形態に係る電気集塵部８の動作例を説明する。具体的には、制御部５の集塵モード及びクリーニングモードにおける電圧供給回路４、第一電極１０及び第二電極２０の動作を中心に説明する。

まず、集塵モードにおける動作について図８及び図９を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の集塵モードにおける第一電極１０及び第二電極２０の動作を示す模式図である。図８においては、第一電極１０及び第二電極２０のＺＸ平面に平行な断面が示されている。図９は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００の集塵モードにおいて第一電極１０及び第二電極２０に供給される電圧の波形を示すグラフである。図９においては、第一電極１０に供給される電圧として第一電極要素１１及び第二電極要素１２に供給される電圧が示されている。

図８に示すように、集塵モードにおいては、帯電した粒子９０ｐを含み所定方向（本実施の形態では、Ｘ軸方向）に流れる気体から帯電した粒子９０ｐを捕捉する。図８には、気体が流れる方向である気流の向きが矢印で示されている。

図９に示すように、集塵モードにおいては、電圧供給回路４は、第一電極１０と第二電極２０との間に直流電圧を供給する。具体的には、電圧供給回路４は、第一電極１０の第一電極要素１１及び第二電極要素１２にグランド電位を供給する。つまり、第一電極要素１１及び第二電極要素１２の電位はいずれも０Ｖとなる。また、第二電極２０には、正の高電位が供給される。第二電極２０には、例えば、４ｋＶ程度の高電位が供給される。

これにより、第二電極２０から第一電極１０へ向かう電界が形成される。なお、図８において、電界の向きが破線矢印で示されている。このような電界中に帯電した粒子９０ｐが流入すると、図８に示すように、粒子９０ｐが電界によって静電力を受け、第一電極１０へ向かう力を受ける。したがって、粒子９０ｐは、第一電極１０によって捕捉される。第一電極１０によって捕捉された帯電した粒子９０ｐの多くは、電荷を失い、粒子９０となる。なお、第一電極１０の第一電極要素１１及び第二電極要素１２に供給される電位は、グランド電位に限定されない。例えば、負の電位であってもよいし、第二電極２０に供給される電位より低い正の電位であってもよい。

次に、クリーニングモードにおける動作について図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１を用いて説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施の形態に係る電気集塵装置１００のクリーニングモードにおける第一電極１０及び第二電極２０の各タイミングでの動作を示す模式図である。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいては、第一電極１０及び第二電極２０のＺＸ平面に平行な断面が示されている。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ第一電極要素１１に正の高電位（＋Ｈ．Ｖ．）及び負の高電位（−Ｈ．Ｖ．）が供給されるタイミングでの動作を示す模式図である。図１１は、本実施の形態に係る電気集塵装置１００のクリーニングモードにおいて第一電極１０及び第二電極２０に供給される電圧の波形を示すグラフである。図１１においては、第一電極１０に供給される電圧として第一電極要素１１及び第二電極要素１２に供給される電圧が示されている。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、クリーニングモードにおいては、第一電極１０で捕捉された粒子９０を第一電極１０から離脱させる。なお、上述したとおり、帯電した粒子９０ｐの多くは、第一電極１０で捕捉されて電荷を失い、粒子９０となっている。このように、電荷を失った粒子９０を第一電極１０から除去するために、電圧供給回路４は、第一電極要素１１及び第二電極要素１２の間に交流電圧を供給することによって、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間で沿面放電を発生させる。具体的には、図１１に示すように、電圧供給回路４は、第一電極１０の第二電極要素１２及び第二電極２０にグランド電位を供給し、第一電極１０の第一電極要素１１に交流電位を供給する。これにより、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間の電位差が大きいタイミングで第一電極要素１１の周縁にて沿面放電が発生する。ここで第一電極要素１１の周縁とは、第一表面１３ｆの平面視における第一電極要素１１の端部である。

図１０Ａに示すように、第一電極要素１１に正の高電位が供給されるタイミングにおいては、第一電極要素１１の断面の頂点付近において沿面放電Ｐが発生する。沿面放電Ｐが発生している領域においては、プラズマが生成される。第一電極要素１１の周縁にて生成されたプラズマ中のイオンのうち、電子などの負イオンは第二電極要素１２から第一電極要素１１へ向かう向きに力を受け、正イオンは第一電極要素１１から第二電極要素１２へ向かう向きに力を受ける。このため、沿面放電Ｐが発生している第一電極１０の第一表面１３ｆ上の領域においては正イオンの方が、負イオンより多い。したがって、第一電極１０に捕捉されている粒子９０の少なくとも一部は、沿面放電Ｐによって、正に帯電して粒子９０ｐとなる。

第一電極要素１１に供給する交流電位の最大値及び周波数は、第一電極１０において上記動作に適した値に適宜設定されればよい。本実施の形態では、交流電位の最大値は、１ｋＶ以上２ｋＶ以下程度であり、周波数は２５Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下程度である。

続いて、図１０Ｂに示すように、第一電極要素１１に負の高電位が供給されるタイミングにおいても、沿面放電Ｐが発生する。これにより、粒子９０が負に帯電して粒子９０ｎとなる。また、第一電極要素１１に負の電位が印加される場合には、第二電極要素１２から第一電極要素１１に向かう電界が形成されるため、正に帯電した粒子９０ｐが、第一電極１０から第二電極２０へ向かう向きに力を受ける。これにより、粒子９０ｐを第一電極１０から分離することができる。なお、このような力は、第一電極要素１１に電位が供給されるタイミングのうち、特に、沿面放電が発生していないとき、つまり、沿面放電によって発生したイオンが少ない場合に最も有効となる。

以上のようにクリーニングモードにおいては、第一電極１０で捕捉された粒子９０を帯電させて、第一電極１０から離脱させることができる。このように離脱した粒子９０ｐ及び粒子９０ｎは、排気ファン１６２による気流によって、流路部８０から排出される。また、排気ファン１６２による気流を用いて、第一電極１０で捕捉された粒子９０を第一電極１０から離脱させることが可能な場合もあり得る。

以上のように、本実施の形態では、電気集塵部８から粒子を速やかに排出することができる。また、第一電極１０から離脱した粒子９０を排気ファン１６２による気流を用いて速やかに排出することで、粒子９０が第一電極１０又は第二電極２０に再度付着することを低減できる。

なお、図１１に示す例では、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間に正弦波状の交流電圧を印加したが、交流電圧の波形は、正弦波状に限定されない。例えば、三角波であってもよいし、台形波であってもよい。

［１−６．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係る電気集塵装置１００は、気体が流れる流路部８０を有し、気体中の粒子を捕捉する電気集塵部８と、流路部８０の少なくとも一部を含む給気路１１０と、を備える。電気集塵装置１００は、さらに、流路部８０の外部に配置される第一排気路１３１と、流路部８０の少なくとも一部を含む第二排気路１３２と、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方を選択的に閉じる排気切替弁１４０と、を備える。

これにより、電気集塵部８の流路部８０を給気路１１０の一部とするだけでなく、第二排気路１３２の一部とすることができる。このため、第二排気路１３２を流れる気体を用いて、電気集塵部８において捕捉した粒子を電気集塵部８から速やかに排出することができる。また、第二排気路１３２を流れる気体を用いることで、電気集塵部８から離脱した粒子が電気集塵部８に再度付着することを低減できる。

また、電気集塵装置１００は、流路部８０の外部を通り、第一排気路１３１及び第二排気路１３２に接続される共通排気路１３０をさらに備えてもよい。

これにより、排気切替弁１４０によって、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方を選択的に閉じることで、共通排気路１３０から流出する気体を、第一排気路１３１及び第二排気路１３２の一方に選択的に流入させることができる。

また、電気集塵装置１００は、給気路１１０の開閉を切り替える給気弁１２０をさらに備えてもよい。

これにより、第二排気路１３２を開ける場合に給気弁１２０を閉じることで、第二排気路１３２を流れる排出されるべき気体と、給気路１１０を流れる供給されるべき気体とが流路部８０で混ざり合うことを低減できる。

また、電気集塵装置１００は、電気集塵部８、排気切替弁１４０及び給気弁１２０を制御する制御部５をさらに備えてもよい。制御部５は、電気集塵部８において粒子を捕捉する集塵モードと、電気集塵部８において捕捉された粒子を電気集塵部８から離脱させるクリーニングモードとを有してもよい。制御部５は、クリーニングモードにおいて、排気切替弁１４０によって第一排気路１３１を閉じ、かつ、給気弁１２０によって、給気路１１０を閉じてもよい。

これにより、第二排気路１３２を流れる気体を用いて、クリーニングモードにおいて電気集塵部８から離脱した粒子を電気集塵部８から速やかに排出できる。また、第二排気路１３２を流れる気体を用いて電気集塵部８から離脱した粒子を速やかに排出することで、電気集塵部８から離脱した粒子が電気集塵部８に再度付着することを低減できる。

また、電気集塵装置１００において、制御部５は、集塵モードにおいて、排気切替弁１４０によって第二排気路１３２を閉じ、かつ、給気弁１２０によって、給気路１１０を開いてもよい。

これにより、集塵モードにおいて、第二排気路１３２を経由して、排出すべき気体が流路部８０に流入することを低減できる。

また、電気集塵装置１００において、電気集塵部８は、流路部８０内に配置される第一電極１０と、流路部８０内に配置され、第一電極１０と対向する第二電極２０と、第一電極１０及び第二電極２０に電圧を供給する電圧供給回路４とを有し、制御部５は、集塵モードにおいて、電圧供給回路４に、第一電極１０と第二電極２０との間に電圧を印加させてもよい。

これにより、集塵モードにおいて、電気集塵部８で帯電した粒子を捕捉できる。

また、電気集塵装置１００において、第一電極１０は、第一電極要素１１と第一電極要素１１と絶縁された第二電極要素１２とを有してもよい。制御部５は、クリーニングモードにおいて、電圧供給回路４に、第一電極要素１１と第二電極要素１２との間に電圧を印加させてもよい。

これにより、クリーニングモードにおいて、電気集塵部８から粒子を離脱させることができる。

また、電気集塵装置１００は、給気路１１０に配置される給気ファン１６１と、共通排気路１３０に配置される排気ファン１６２と、をさらに備えてもよい。

これにより、給気路１１０及び共通排気路１３０に気体を流すことができる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る熱交換システムについて説明する。本実施の形態に係る熱交換システムは、実施の形態１に係る電気集塵装置１００を用いた熱交換システムである。以下、本実施の形態に係る熱交換システムについて、実施の形態１に係る電気集塵装置１００との相違点を中心に説明する。

本実施の形態に係る熱交換システムの構成について図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る熱交換システム２００の構成の一例を示す模式図である。図１２に示すように、本実施の形態に係る熱交換システム２００は、実施の形態１に係る電気集塵装置１００に加えて、熱交換器２０７を備える。

熱交換器２０７は、給気路１１０及び共通排気路１３０の少なくとも一方が接続される熱機器である。熱交換器２０７は、例えば給気路１１０に接続され、給気路１１０内を流れる気体に熱を与えてもよいし、当該気体から熱を奪ってもよい。これにより、熱交換システム２００をエアコンディショナとして機能させることができる。また、熱交換器２０７は、共通排気路１３０内を流れる気体に、給気路１１０内を流れる気体の熱を与えてもよいし、共通排気路１３０内を流れる気体の熱を、給気路１１０内を流れる気体に与えてもよい。

以上のように、本実施の形態に係る熱交換システムは、電気集塵装置１００と、給気路１１０及び共通排気路１３０の少なくとも一方が接続される熱交換器２０７と、を備える。

これにより、気体中の粒子を捕捉し、清浄化した気体を供給できる熱交換システム２００を実現できる。また、熱交換システム２００においては、第二排気路１３２を流れる気体を用いて、電気集塵部８において捕捉した粒子を電気集塵部８から速やかに排出することができる。また、第二排気路１３２を流れる気体を用いることで、電気集塵部８から離脱した粒子が電気集塵部８に再度付着することを低減できる。

（その他の変形例など）
以上のように、本発明に係る電気集塵装置及び熱交換システムについて、各実施の形態及び変形例を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態の変形例又は他の実施の形態にも適用可能である。また、実施の形態及び変形例で説明する各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態又は変形例とすることも可能である。

なお、本発明の包括的又は具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよい。また、本発明の包括的又は具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体を含む。

また、各実施の形態及び変形例に係る電気集塵装置は、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１３に示すような換気装置としても実現することができる。なお、図１３は、実施の形態１に係る電気集塵装置１００が適用される換気装置の一例の外観図である。図１３に示す換気装置は、例えば、内部に電気集塵装置を備え、換気システムにおいて用いられ得る。

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。なお、図１４は、実施の形態１に係る電気集塵装置１００又は実施の形態２に係る熱交換システム２００が適用されるエアコンディショナの一例の外観図である。図１４に示すエアコンディショナは、例えば、内部に電気集塵装置１００又は熱交換システム２００を備える。

また、上記各実施の形態では、電気集塵部８の構成の一例を示したが、電気集塵部の構成は、上記各実施の形態の構成に限定されない。例えば、クリーニングモードにおいて、電極間に、集塵モードと逆向きの電界を発生させて粒子を離脱させてもよいし、電極を振動させて粒子を離脱させてもよい。電気集塵部は、気体が通り抜けられる流路部を有し、流路部内に、粒子を捕捉及び離脱させることができる集塵部が配置されていればよい。

また、クリーニングモードにおいて、帯電部の高電位電極及び低電位電極をクリーニングしてもよい。高電位電極においては、電極に粒子が付着すると粒子を帯電させるコロナ放電が不安定となり、帯電性能の低下やスパークなどの異常放電が発生する場合がありクリーニングを行う必要があり得る。低電位電極においても、気体中の粒子が付着及び堆積する場合があり、クリーニングを行う必要があり得る。このため、低電位電極、第一電極１０と同様に第一電極要素及び第二電極要素を有してもよい。これにより、クリーニングモードにおいて電圧供給回路４又は、それらと同様の回路を用いて、低電位電極の第一電極要素と第二電極要素との間に交流電圧を印加することで、低電位電極に付着した粒子を離脱させることができる。なお、集塵モードにおいては、低電位電極の第一電極要素及び第二電極要素には低電位が印加される。

４ 電圧供給回路
５ 制御部
８ 電気集塵部
１０ 第一電極
１１ 第一電極要素
１２ 第二電極要素
１３ 第一誘電体
１３ｆ 第一表面
１３ｒ 第一裏面
２０ 第二電極
８０ 流路部
９０ｎ、９０ｐ 粒子
１００ 電気集塵装置
１１０ 給気路
１２０ 給気弁
１３０ 共通排気路
１３１ 第一排気路
１３２ 第二排気路
１４０ 排気切替弁
１４１ 第一排気弁
１４２ 第二排気弁
１６１ 給気ファン
１６２ 排気ファン
２００ 熱交換システム
２０７ 熱交換器

Claims (9)

1. 気体が流れる流路部を有し、前記気体中の粒子を捕捉する電気集塵部と、
   前記流路部の少なくとも一部を含む給気路と、
   前記流路部の外部に配置される第一排気路と、
   前記流路部の少なくとも一部を含む第二排気路と、
   前記第一排気路及び前記第二排気路の一方を選択的に閉じる排気切替弁と、を備える
   電気集塵装置。
2. 前記流路部の外部を通り、前記第一排気路及び前記第二排気路に接続される共通排気路をさらに備える
   請求項１に記載の電気集塵装置。
3. 前記給気路の開閉を切り替える給気弁をさらに備える
   請求項１又は２に記載の電気集塵装置。
4. 前記電気集塵部、前記排気切替弁及び前記給気弁を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記電気集塵部において前記粒子を捕捉する集塵モードと、前記電気集塵部において捕捉された前記粒子を前記電気集塵部から離脱させるクリーニングモードとを有し、
   前記クリーニングモードにおいて、前記排気切替弁によって前記第一排気路を閉じ、かつ、前記給気弁によって、前記給気路を閉じる
   請求項３に記載の電気集塵装置。
5. 前記制御部は、集塵モードにおいて、前記排気切替弁によって前記第二排気路を閉じ、かつ、前記給気弁によって、前記給気路を開く
   請求項４に記載の電気集塵装置。
6. 前記電気集塵部は、前記流路部内に配置される第一電極と、前記流路部内に配置され、前記第一電極と対向する第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極に電圧を供給する電圧供給回路とを有し、
   前記制御部は、前記集塵モードにおいて、前記電圧供給回路に、前記第一電極と前記第二電極との間に電圧を印加させる
   請求項４又は５に記載の電気集塵装置。
7. 前記第一電極は、第一電極要素と前記第一電極要素と絶縁された第二電極要素とを有し、
   前記制御部は、前記クリーニングモードにおいて、前記電圧供給回路に、前記第一電極要素と前記第二電極要素との間に電圧を印加させる
   請求項６に記載の電気集塵装置。
8. 前記給気路に配置される給気ファンと、
   前記共通排気路に配置される排気ファンと、をさらに備える
   請求項２に記載の電気集塵装置。
9. 請求項２に記載の電気集塵装置と、
   前記給気路及び前記共通排気路の少なくとも一方が接続される熱交換器と、を備える
   熱交換システム。

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