JP6425836B1 - 集塵デバイスおよび空気調和機 - Google Patents

Abstract

集塵デバイス（１）は、空気が通過する風路（３）を備えた筐体（４）と、風路内を横断する経路に沿って搬送されるフィルム（５）を風路内に向かって供給する巻出部（７）と、巻出部から送り出されたフィルムを摩擦して帯電させる摩擦体（６）と、帯電し風路内に配置されたフィルムを巻き取る巻取部（８）と、を備える。本発明の集塵デバイスによれば、捕集率の回復が容易であり、かつ、長期にわたってメンテナンスの不要な集塵デバイスを提供することができる。

Description

本発明は、摩擦によって静電気を発生させて集塵を行う集塵デバイス、および、それを備えた空気調和機に関するものである。

空気中の塵埃を捕集する集塵デバイスの一つとして電気集塵器がある。電気集塵器はワイヤー状電極に高電圧電源で高電圧を印加することでコロナ放電し、発生したイオンにより空気中の塵埃を帯電させる荷電部と、平板状の電極間に高電圧電源で高電圧を印加することで静電界を形成し、帯電した塵埃を静電気的に平板上に捕集する集塵部とを有し、静電気的な捕集機構により、低い圧力損失にもかかわらず、優れた塵埃の捕集率を実現するものである。一般に、電気集塵器では捕集した塵埃が電極に堆積すると塵埃層内で放電（逆電離）が生じ、集塵性能が低下するため、一般に数ヶ月毎に電極清掃のメンテナンスが必要である。また、電気集塵器は、高電圧電源で電極に高電圧を印加するものであるため取り扱いが難しく、この点でも定期的なメンテナンスが必要となる。

一方、多くの場合、集塵デバイスは換気装置やエアコンなどの空気調和機とともに用いられるが、近年このような空気調和機は、室内の高所や天井裏に設置されることも多く、設置場所によってはメンテナンスのための人のアクセスが容易でない場合もある。このため、メンテナンスの頻度の低い集塵デバイス、具体的には数年から十数年の長期にわたりメンテナンスが不要な集塵デバイスが望まれている。

また、特許文献１、２には、高電圧の印加なしに空気中の塵埃を捕集する集塵デバイスとして、摩擦して帯電させた集塵体を用いて、クーロン力により静電的に集塵を行う集塵デバイスが記載されている。

特開２００２−３３６７３３号公報 特開２００２−１８６８７９号公報

特許文献１、２の摩擦帯電式の集塵デバイスでは、高電圧を用いないため取り扱いが容易という利点がある。しかしながら、集塵体への塵埃の堆積により捕集率が低下するたびに、集塵体に付着した塵埃を除去して捕集率を回復させるためのメンテナンスが必要であり、やはり長期にわたりメンテナンス不要とすることは難しい。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、メンテナンス間隔の長い集塵デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係る集塵デバイスは、
空気が通過する風路を備えた筐体と、
摩擦により帯電し、前記風路を横断する経路に沿って搬送されるフィルムと、
前記フィルムを前記風路内に向かって供給する巻出部と、
前記巻出部から送り出された前記フィルムを摩擦して帯電させる摩擦体と、
前記風路内に搬送された前記フィルムを巻き取る巻取部と、
前記フィルムを挟んで前記摩擦体と反対側で対向する位置に、搬送される前記フィルムと接して配置された接地導体と、
を備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る集塵デバイスによれば、空気が通過する風路を備えた筐体と、摩擦により帯電し、前記風路を横断する経路に沿って搬送されるフィルムと、前記フィルムを前記風路内に向かって供給する巻出部と、前記巻出部から送り出された前記フィルムを摩擦して帯電させる摩擦体と、前記風路内に搬送された前記フィルムを巻き取る巻取部と、を備えているので、メンテナンス期間の長い集塵デバイスを提供することができる。

本発明の実施の形態１による集塵デバイスの概略断面図である。 本発明の実施の形態２による集塵デバイスの概略断面図である。 本発明の実施の形態３による集塵デバイスの概略断面図である。 本発明の実施の形態４による空気調和機の概略断面図である。 本発明の実施の形態４による空気調和機の動作フローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態４による空気調和機の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態５による空気調和機の概略断面図である。 本発明の実施の形態６による集塵デバイスの概略断面図である。

以下、本発明に係る集塵デバイスの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。また、各図において同一又は相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の集塵デバイス１を示す概略図である。集塵デバイス１は、塵埃２を含む空気が通過する風路３を内部に備えた筐体４と、風路３を横断する一連の経路に沿って搬送され、摩擦により帯電し風路３を通過する空気中の塵埃２を静電気的に捕集するフィルム５と、フィルム５を摩擦して帯電させる摩擦体６と、フィルム５を送り出す巻出部７と、フィルム５を巻き取る巻取部８と、巻出部７および巻取部８の制御を行う制御部９とを備える。

フィルム５は、負の摩擦帯電傾向を有するＰＰ（Ｐｏｌｙ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）からなる厚さ８０μｍ、幅２００ｍｍのフィルムである。フィルム５は、風路外に設けた複数のガイド１０に導かれて、風路３内を複数回横断するように配置される。フィルム５は、風路３内において一定の間隔を置いて複数層となるように配置されている。各ガイド１０は直径１０ｍｍのステンレスロッドであり、フィルム５が１０ｍｍ間隔で風路３を横断するように配置される。風路３の側面にはフィルム５を通す幅１ｍｍのスリット１１が複数備えられている。フィルム５は、風路３内を横断する一連の経路（図中点Ａ−点Ｂ）に沿って、巻出部７から巻取部８まで搬送される。

巻出部７および巻取部８は、風路３を挟んで互いに反対側の空間に配置される。巻出部７には、未使用のフィルム５が巻芯に巻かれてなるフィルムロールが取り付けられ、巻取部８には、塵埃２が付着した使用済みのフィルム５を巻き取る巻芯または巻芯に巻かれてなるフィルムロールが取り付けられる。巻取部８は回転数を制御するサーボモータを備えており、巻取部８が回転することで使用済みフィルム５が巻き取られ、これに伴い巻出部７が回転し巻出部７から未使用のフィルム５が引き出される。

摩擦体６は、正の摩擦帯電傾向を有するＰＡ６（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ６）繊維のブラシであり、ブラシの繊維径は０．２ｍｍ、厚さは１０ｍｍである。摩擦体６は、巻出部７と風路３との間に設けられ、巻出部７から送り出されたフィルム５が風路３に供給される前に、フィルム５を摩擦して帯電させる。摩擦体６は、フィルム５の両面にそれぞれ設けられ、フィルム５の片面ずつ両面を摩擦する。

また、フィルム５を挟んで摩擦体６の反対側には接地導体１２が配置される。接地導体１２は電気的に接地した厚さ１０ｍｍのステンレス製のブロックであり、フィルム５を挟むように摩擦体６と対向して配置している。接地導体１２と摩擦体６はボルトで装置に固定してある。

また、風路３と巻出部７との間には、仕切部材１３が設置される。

次に、実施の形態１に係る集塵デバイス１の動作について説明する。集塵デバイス１を初めてあるいは、例えば１ケ月以上の長期間停止後運転する場合、フィルム交換モードを実行する。フィルム交換モードでは、制御部９からの命令により、巻取部８および巻出部７を回転させ、風路３内のフィルム５を巻取部８へ巻き取るとともに、巻出部７から未使用のフィルム５を風路３に向けて５０ｍｍ／ｓの速度で引き出す。巻出部７から引き出されたフィルム５は、両面を摩擦体６により摩擦され帯電し風路３に供給される。フィルム５はガイド１０で折り返されて風路３を複数回横断し、風路３内においてフィルム５が一定の間隔を置いて複数層となるように配置される。

未使用のフィルム５が風路３にいきわたると、巻取部８および巻出部７の回転は停止する。回転を停止させるタイミングは、制御部９にて制御する。例えば、風路３を横断するフィルム５の全長（図１における地点ＡからＢまでのフィルム長さ）と、フィルム５のロール径、ロール厚から、風路３の使用済みフィルムをすべて未使用のフィルムと交換するために必要な巻取部８の回転数を予め決定しておく。巻取部８の回転数が規定値に達すると、制御部９のコントロールにより巻取部８の回転を停止する。以上でフィルム交換モードが終了する。

フィルム交換モードの終了後、塵埃を含んだ空気を風路３に通過させ集塵を開始する。風路３内において、空気は紙面奥行き方向である通風方向１４に流れる。このとき巻出部７、巻取部８、フィルム５は制御部９により静止している。風路３を空気が通過する際、空気中の塵埃２は、風路３に配置したフィルム５の電荷が形成する静電界により、フィルム５の表面に静電気的に吸引され捕集される。

空気中の塵埃の捕集率は、捕集された塵埃２がフィルム５に蓄積されるに従い、徐々に低下していく。フィルム５の捕集率の低下速度は、大気の塵埃濃度、温度、湿度によって異なるが、数十日の使用により、フィルム５の捕集率は０．７から０．４まで低下する。フィルム５の表面に塵埃２が堆積すると、塵埃２の電気抵抗はフィルム５と比較して低いため、フィルム５表面の見掛けの電気抵抗が低下し、フィルム５の摩擦帯電による電荷は塵埃２を介して伝導し装置外部に漏えいする。またフィルム５の表面が塵埃２で覆われることで、フィルム５の表面の静電界が遮蔽される。以上のメカニズムにより、時間の経過とともにフィルム５の静電界による捕集率が低下する。

捕集率の低下は、風路３の上流側と下流側にそれぞれ設置したパーティクルセンサ１５を用いて検出する。パーティクルセンサ１５は光散乱法により塵埃（ＰＭ２．５）の濃度を計測するセンサであり、風路３の上流側と下流側における塵埃濃度を計測し、計測結果を制御部９にケーブルを介して送信する。制御部９では次の式（１）から捕集率Ｅを算出する。

ここでＭ_１はフィルタ下流、Ｍ_２はフィルタ上流のパーティクル濃度［ｇ／ｍ^３］である。

本実施の形態１において、風路３を通過する空気の風速を０．５ｍ／ｓとすると摩擦帯電直後の捕集率Ｅはおよそ０．７である。制御部９において算出する集塵デバイス１の捕集率の値が、予め設定した閾値（本実施の形態では０．４とする）を下回ると、制御部９からの指令により集塵デバイス１はフィルム交換モードに移行し、塵埃２が付着した使用済みフィルム５を巻取部８へ巻き取るとともに、未使用フィルム５を巻出部７から供給する。これにより、容易に捕集率を回復させ、再び高い捕集率で集塵を行うことが可能となる。また、塵埃２が付着した使用済みのフィルム５を定期的に風路外に搬出するため、蓄積した塵埃２で風路３が目詰まりすることによる経時的な圧力損失の増加を抑制することができる。以上のように、フィルム交換モードを定期的に実行することにより、巻出部７に取り付けられたフィルムロールが尽きるまで、電極清掃等のメンテナンスを不要とすることができる。

ここで、フィルム交換１回分のフィルム使用長さ、すなわち、図１においてフィルム５が巻出部７から送り出された直後の地点Ａから巻取部８に巻き取られる直前の地点Ｂまでのフィルム長さをＭ［ｍ］、メンテナンス間隔（巻出部７に取り付けられたフィルムロールが尽きるまでの時間）をＴ_１［ｈｒ］、フィルム交換モードの実行間隔（フィルム交換後から捕集率が規定値まで低下するのにかかる時間）をＴ_２［ｈｒ］とすると、必要な総フィルム長さＬ［ｍ］は次の式（２）で表される。

総フィルム長さＬが決まればフィルムロールの直径Ｄ［ｍ］は次の式（３）で表わせる。

ここで、ｔ［ｍ］はフィルム厚さ、ｄ［ｍ］は巻芯の直径である。

一般に、集塵デバイスとともに設置される空気調和機の寿命が１０年程度であるので、メンテナンス不要化には１０年分のフィルムを集塵デバイス内に備えるとよい。一日の平均運転時間を１２ｈｒと仮定すると、メンテナンス間隔Ｔ_１は１２ｈｒ×３６５ｄａｙ×１０ｙｅａｒ＝４３８００ｈｒとなる。捕集率が規定値まで低下するのにかかる時間は使用環境によって異なるが、フィルム交換の間隔Ｔ_２を５００ｈｒとすると、メンテナンスを不要化するには８８回の自動フィルム交換が必要である。ここで図２中地点Ａから地点Ｂまでのフィルム長さＭを１０ｍとした場合、総フィルム長さＬは８７６ｍとなる。巻芯径ｄ＝０．０３ｍとすると（３）式から、フィルムロール径Ｄ＝０．４ｍとなり、直径０．４ｍのフィルムロールを備えればメンテナンス不要化を実現できる。

また、本実施の形態１の集塵デバイスにおいて、摩擦帯電で発生させた電荷により、フィルム５で挟まれた空間に蓄えられるエネルギーは１ｍＪ以下である。これは通常着火に必要とされる数１０ｍＪ以上のエネルギーと比較して十分に小さいため、仮にフィルム５間に可燃性のガスや塵埃が存在する雰囲気下で、フィルム間において、蓄積した電荷による放電が生じたとしても火災を誘発する可能性は極めて低い。また、コロナ放電を行わないため、健康被害の懸念されるオゾンが発生する心配もない。よって本実施形態の集塵デバイスによれば、コロナ放電または静電界を用いた従来の電気集塵器と比較して、火災やオゾン発生のリスクをより抑制することができる。

以上のように、実施の形態１の集塵デバイスによれば、摩擦により帯電したフィルム５を風路３内に配置して集塵を行い、かつ、塵埃２の付着した使用済みフィルム５を巻取部８に巻き取るとともに、未使用のフィルム５を巻出部７から送り出し摩擦により帯電させて風路３へ供給する構成としたことにより、メンテナンス間隔の長い集塵デバイスを実現できる。

また、実施の形態１の集塵デバイスでは、フィルム５を摩擦体６と接地導体１２で挟み込んで摩擦することにより、フィルム５の帯電量をより大きくすることが可能である。この点について、以下に説明する。

摩擦体６と接地導体１２とでフィルム５を挟んだ領域において、接地導体１２とフィルム５とは接触しているが微視的には部分的に僅かな隙間が生じている。このため接地導体１２とフィルム５との隙間においてコンデンサが形成され、フィルム５は部分的に高い静電容量を得る。

ここで、接地導体１２とフィルム５との隙間において、理想的なコンデンサを仮定した場合、フィルムの表面電位Ｖ［Ｖ］、フィルムの帯電量Ｑ［Ｃ］、フィルムの静電容量Ｃ［Ｆ］の関係は次の式（４）で表わすことができる。

静電容量Ｃが増加すると、フィルム５が蓄えることのできる帯電量Ｑが増加する。上記のような部分的なコンデンサが形成され静電容量Ｃが増加した状態で、摩擦体６によりフィルム５を摩擦することで、フィルム５はより高い帯電量を得ることができる。

上記のようなコンデンサは、接触する接地導体１２とフィルム５との間に形成される微視的な隙間においてのみ形成されるため、巻出しおよび巻取りによりフィルム５が移動する場合、接地導体１２との接触が解かれたフィルム５の部分表面においてはコンデンサが解消され、静電容量が直ちに低下する。一方、静電容量が増加した状態で付与されたフィルム５の部分表面の高い帯電量は直ちには失われない。従って、上記式（４）に表されるように、フィルム５には高い表面電位が発現し、高い電界強度の静電界が形成される。これにより、接地導体１２を備えない場合と比べて、より効率的に空気中の粒子を捕集することができる。

なお、本実施形態１では、ステンレスブロックからなる接地導体１２と摩擦体６とでフィルムを挟み込んだ例を示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、接地導体１２として、接地された摩擦体を用いてもよい。

また、本実施の形態１の集塵デバイスは、未使用フィルムをロールの状態で備えているため、未使用フィルムへの塵埃や水の付着を抑制することができる。本発明の集塵デバイスは前述のとおり、長期に亘ってのメンテナンス不要化を目的としている。通常、長期に亘って未使用フィルムを集塵デバイス内に保管した場合、未使用フィルムに微細な塵埃や水が付着し劣化してしまう。これに対し、本実施の形態１では未使用フィルムをロールで備えることで、ロールの最上層のフィルムには塵埃や水が付着したとしても、最上層よりも下層のフィルムは上層のフィルムにより覆われており、微細な塵埃や水の付着から保護されるため、長期に亘って風路外にフィルムが置かれても未使用フィルムへの塵埃や水の付着を抑制することができる。

また、未使用フィルムの表面に微細な塵埃や水が付着すると、フィルム表面の電気抵抗は低下する。上記のように摩擦体６と接地導体１２とでフィルムを挟み込んで摩擦する場合、電気抵抗が低下した状態のフィルムでは、摩擦帯電しても接地導体１２を介して直ちに電荷が失われてしまうため帯電ができなくなる。本発明では未使用フィルムをフィルムロールの状態で備えることで、ロールの最上層よりも下層のフィルムが塵埃や水の付着から保護されるため、長期に亘って集塵デバイス内に未使用フィルムが置かれてもフィルムの抵抗低下を抑制でき、接地導体１２を介して電荷が失われることを抑制することができる。

また、本実施の形態１の集塵デバイスは、風路３と巻出部７との間に仕切部材１３を設置したため、風路３を通過する空気中の塵埃および使用中フィルム５から飛散する塵埃が、巻出部７に配置された未使用フィルム５に付着することを抑制できる。なお、仕切部材１３は、風路３と巻取部８との間に設けてもよい。この場合、巻取部８に巻き取られた使用済みフィルムから塵埃が飛散して、風路３に配置された使用中フィルムおよび巻出部７に配置された未使用フィルムに付着することを抑制できる。

なお、本実施の形態１ではフィルム５がＰＰのフィルムである例を示したが、これに限らず摩擦体６との摩擦により帯電する材料であればよく、例えばＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）やＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）のフィルムを用いることもできる。またフィルムの厚さは必ずしも８０μｍである必要はない。例えば２０μｍ〜１ｍｍの厚さのフィルムを用いることができる。材料の強度が許容するならば、フィルムは薄いほど好ましい。薄いフィルムを用いることで要求メンテナンス間隔分のフィルムをよりコンパクトに集塵デバイスに備えることができる。

また、本実施の形態１では摩擦体６がＰＡ６繊維のブラシである例を示したが、ＰＡＮ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）繊維ブラシなどを用いてもよい。摩擦体６の帯電飽和を抑制するため摩擦体６の導電性が高い方が好ましく、前記材料に炭素を付与した材料を用いる等して導電性を付与してもよい。また摩擦体６は必ずしもブラシ形状である必要はなくスポンジ状、板状、円柱状、フィルム状、不織布状等であってもよい。

また、本実施の形態１ではフィルム５を片面ずつ摩擦する例を示したが、両面を同時に摩擦してもよい。例えば、複数の摩擦体６でフィルム５を挟み込むようにして両面を同時に摩擦することができる。これにより、摩擦体６の設置スペースを節約することができる。

また、本実施の形態１では、フィルム５を負に帯電させた例を示したが、フィルム５を正に帯電させてもよい。例えば、フィルム５の材料を正帯電傾向の強いＰＡ６とするか、または摩擦体６の材料に負帯電傾向の強いＰＴＦＥを用いるなどしてもよい。

また、本実施の形態１では、ガイド１０は直径１０ｍｍのステンレスロッドであり、ガイド１０にフィルム５を沿わせフィルム５を１０ｍｍ間隔で風路３を横断するように配置する例を示したが、風路内を横断するフィルムの間隔、すなわちガイド１０の直径は１０ｍｍに限定されない。ガイド１０の直径が小さいほど、フィルム間の間隔が狭まり、捕集に重要な、静電気力による塵埃のフィルム表面方向への移動距離が短くなるため捕集率を向上できる。但し、風路内に配置するフィルム量が増加するため、必要な捕集率、コストの制限に応じてガイド直径、ガイド配置を決定すればよい。

また、本実施の形態１では、風路３の上流側および下流側に設けられたパーティクルセンサ１５により検出された空気中の捕集対象粒子の濃度から捕集率Ｅを算出し、当該捕集率Ｅが閾値を下回ったときにフィルム交換モードを実行するように制御を行ったが、制御方法は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、上流側と下流側の濃度の差に基づいてフィルム交換モードを実行してもよいし、また、風路の下流側のみにパーティクルセンサを設け、下流側の濃度に基づいてフィルム交換モードを実行してもよい。また、パーティクルセンサを用いずに、一定時間ごとにフィルム交換モードが実行されるように設定することも可能である。

以上のように、実施の形態１の集塵デバイスによれば、摩擦により帯電したフィルムを風路内に配置して集塵を行い、かつ、塵埃の付着した使用済みフィルムを巻取部８巻き取るとともに、未使用のフィルムを巻出部から送り出し摩擦により帯電させて風路へ供給する構成としたことにより、メンテナンス間隔の長い集塵デバイスを実現できる。

実施の形態２．
図２は実施の形態２に係る集塵デバイスの構成を示す概略断面図である。実施の形態２に係る集塵デバイスは、風路３内において正に帯電するフィルムと負に帯電するフィルムを対向させて配置した点が実施の形態１と異なり、他の部分は同一である。以下、異なる点を中心に説明する。

本実施の形態２の集塵デバイスは、フィルム、巻出部７および巻取部８からなるフィルムユニットを複数備えており、そのうち一部は摩擦体６との摩擦により正に帯電する第一のフィルム１６を備え、他の一部は摩擦体６との摩擦により負に帯電する第二のフィルム１７を備えている。第一のフィルム１６の例としては正への摩擦帯電傾向が強いポリアミド（ＰＡ６）、第二のフィルム１７の例としては負への摩擦帯電傾向が強いポリプロピレン（ＰＰ）が挙げられる。

第一のフィルム１６および第二のフィルム１７は、風路内において互いに対向するように配置される。なお、フィルムユニットが３つ以上ある場合は、第一のフィルム１６と第二のフィルム１７の配列の仕方は特に限定されず、正負交互に配列したり、複数個ごとに入れ替えても良く、いずれか一方の数を多くしても良い。

風路３内のフィルムを交換する場合、実施の形態１で示したフィルム交換モードと同様に、各フィルムユニットの巻取部８および巻出部７を回転させ、各巻出部７から未使用のフィルムを風路３に向けて５０ｍｍ／ｓの速度で送り出す。各フィルムは、それぞれ摩擦体６により両面を摩擦されて帯電し、風路内に供給される。このとき、第一のフィルム１６は摩擦体６との摩擦により正に帯電し、第二のフィルム１７は摩擦体６との摩擦により負に帯電する。

一般に、正帯電したフィルムには、空気中の捕集対象粒子のうち負に帯電している粒子が捕集され、負に帯電したフィルムには正に帯電している粒子が捕集される。正負いずれか一方のフィルムのみを用いた場合は、捕集される粒子も正負のいずれか一方に偏り、他方の粒子は十分に捕集することができない。

これに対し、本実施の形態２の集塵デバイスでは、第一のフィルム１６と第二のフィルム１７の両方を備えているため、負に帯電した粒子を第一のフィルム１６に捕集し、正に帯電している粒子を第二のフィルム１７に捕集することが可能となり、捕集対象の粒子がどちらに帯電していても捕集しやすくなるため、１種類のフィルムのみを用いた場合と比べて高い捕集率が得られる。

また、風路３内の第一のフィルム１６と第二のフィルム１７とで挟まれた領域における平均電界強度Ｅ［Ｖ／ｍ］は次の式（５）で表わされる。

ここで、ρ_＋は第一のフィルム１６の帯電密度［Ｃ／ｍ^２］、ρ₋は第二のフィルム１７の帯電密度［Ｃ／ｍ^２］、ε_０は真空の誘電率８．８５×１０^−１２［Ｆ／ｍ］である。

上記式（５）に示されるように、第一のフィルム１６の帯電密度ρ_＋および第二のフィルム１７の帯電密度ρ₋が大きいほど、風路３における平均電界強度Ｅが増加し、高い静電気的捕集率が得られる。なお、式（５）によれば、同じ材質からなるフィルム同士を対向配置した場合には、平均電界強度は理論上ゼロになるが、実際はフィルム表面の帯電量には場所によりばらつきがあり、これにより電界強度が生じるため、実際には一定の平均電界強度が存在する。

以上のように、本実施の形態２の集塵デバイスでは、正に帯電する第一のフィルムと負に帯電する第二のフィルムを対向して配置したので、一種類のフィルムのみを用いた場合に比べて、捕集対象の粒子が正負どちらに帯電していても捕集しやすくなるため、より高い捕集率が得られる。また、風路３における平均電界強度を高くでき、より高い捕集率を得ることができる。

なお、第一のフィルム１６と第二のフィルム１７とで摩擦体６の種類を変えてもよい。例えば、第一のフィルム１６には負への摩擦帯電傾向がより強いＰＰからなる第一の摩擦体１８、第二のフィルム１７には第一の摩擦体１８よりも正への摩擦帯電傾向がより強いＰＡ６からなる第二の摩擦体１９を用いて摩擦することで、各フィルムをさらに効率よく帯電させることができる。

実施の形態３．
図３は実施の形態３に係る集塵デバイスの構成を示す概略断面図である。実施の形態３に係る集塵デバイスは、フィルムを乾燥する乾燥手段２０を備えた点が実施の形態１と異なり、それ以外の点は実施の形態１と同一である。以下、異なる点を中心に説明する。

図３に示すように、本実施の形態３の集塵デバイスは、フィルム５を乾燥する乾燥手段２０を備えている。乾燥手段２０は、巻出部７より送り出されたフィルム５を、摩擦体６による摩擦の前に乾燥させるものである。ここで乾燥手段２０は金属プレート状の熱線式ヒーターである。

風路内のフィルムを交換する場合、実施の形態１で示したフィルム交換モードと同様に、巻取部８および巻出部７を回転させ、巻出部７から未使用のフィルムを風路３に向けて５０ｍｍ／ｓの速度で送り出す。このときフィルム５を摩擦体６で摩擦する前に、乾燥手段２０である金属プレートを８０℃に熱し、フィルム５がプレート間を通過する際、接触加熱することでフィルム５の表面を乾燥する。これによりフィルム５表面の水分が蒸発し、フィルム５の表面抵抗が増加するため、接地導体１２等を介した外部への伝導による電荷の減衰が抑制され、高い帯電が維持できる。また、これにより、雰囲気の湿度に寄らず安定して高い帯電を維持することができる。

なお、乾燥手段２０の温度は８０℃に限定されるものではなく、フィルム５の融点より低い温度であれば良い。より温度が高いほうが、フィルム５を効率的に乾燥させることができるため好ましい。

また、乾燥手段２０の種類も金属プレート状の熱線式ヒーターに限られず、他の加熱手段または加熱以外の乾燥手段を用いても良い。例えば、フィルムの表面に向けドライヤーで熱風を送ることや、コンプレッサ式やデシカント式の除湿装置を風路外の空間に備えて送風するなどしてフィルムを乾燥してもよい。いずれの場合も、摩擦体６による摩擦の前にフィルムを乾燥させるように構成される。

以上のように、本実施の形態３によれば、摩擦体６による摩擦の前に、フィルム５を乾燥手段２０により乾燥させることにより、フィルム５の表面抵抗を増加させて電荷の減衰を抑制し、高い帯電を維持することができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１の集塵デバイス１を、空気調和機に組み込んだものである。本実施形態の空気調和機は熱交換換気装置を備える。熱交換換気装置は空気調和機の一種であり、室外の空気を室内へ給気し室内の空気を室外に排気する換気機能に加え、排気する空気から熱を回収し、給気する空気へ熱を与えることで、エアコンなど室内温度を調整する装置のエネルギー負担を軽減する省エネ機能も有する換気装置である。

図４に、実施の形態４の空気調和機の概略図を示す。本実施形態４の空気調和機は、実施の形態１において示した集塵デバイス１と、熱交換換気装置２１とを備える。集塵デバイス１および熱交換換気装置２１は家屋の室内の下がり天井２２内に収納されている。下がり天井２２とは、図４に示すように天井の一部が下がっている領域を指す。室内美観の点から、図４のように下がり天井２２内に空調機器をまとめて収納する家屋も多い。下がり天井２２内に機器を設置する場合、一般に室内に設置する場合と比較して、広い設置スペースが確保できる。

図４において、室外壁面に室外給気口２３、室外排気口２４、室内の下がり天井２２に室内給気口２５、室内排気口２６を備えている。室外給気口２３と室内給気口２５、室外排気口２４と室内排気口２６は熱交換換気装置２１を介してダクト３１で接続している。熱交換換気装置２１内部には室外から室内および室内から室外に向けて空気を送風する２つのファンを有しており、ファンを運転させることで室内への給気と排気を行う。

集塵デバイス１は熱交換換気装置２１と室外給気口２３との間に配置しダクト３１で接続している。集塵デバイス１は室外給気口２３と接続した側が風の流れの上流側であり、集塵デバイス１内を通風方向１４（紙面右方向）に室外の空気が流れる。集塵デバイス１の上流側と下流側にはそれぞれ空気の塵埃濃度をセンシングするパーティクルセンサ１５を備えている。さらに集塵デバイス１は、集塵デバイス１の運転を制御する制御部９を備え、集塵デバイス１と熱交換換気装置２１は運転を連携させるため制御部９と電気的に接続している。

次に、本発明の実施の形態４に係る空気調和機の動作について説明する。図５に動作のフローチャートを示す。装置を初めてあるいは、例えば１ケ月以上の長期間停止後運転する場合、実施の形態１と同様にフィルム交換モードを実行して巻出部７および巻取部８を回転させ、使用済みフィルムの巻取りおよび未使用フィルムの供給を行う。なお、フィルム交換モードの際には、熱交換換気装置２１のファンは制御部９のコントロールにより停止している。

次に、熱交換換気装置２１のファンを運転し換気を開始する。このとき、室外から取り込まれた空気は、集塵デバイス１の風路３内において通風方向１４の方向に流れる。このとき７および巻取部８、フィルム５は制御部９のコントロールにより静止している。空気が風路３を通過する際、風路３に配置したフィルム５の電荷が形成する静電界により、空気中の塵埃がフィルム５の表面に静電気的に吸引され捕集される。

装置の運転中、実施の形態１と同様に、風路の上流および下流に設けたパーティクルセンサ１５によって空気中の塵埃濃度を検出し、捕集率Ｅを算出する。捕集率Ｅの値が設定値（本実施の形態では０．４とする）を下回ると、制御部９からの指令によりフィルム交換モードを開始し、巻出部７および巻取部８を回転させ使用済みフィルムの巻取りおよび未使用フィルムの供給を行う。これにより、再び高い捕集率で集塵を行うことが可能となる。以上のように、フィルム交換モードを定期的に実行することにより、巻出部７に取り付けられたフィルムロールが尽きるまで、電極清掃等のメンテナンスを不要とすることができる。例えば１０年間分のフィルムロールを巻出部７に備えることにより、１０年間メンテナンスを不要とすることができる。

また、図６に示すように、集塵デバイス１の下流側にエアフィルタ２７を備えてもよい。エアフィルタ２７は、例えばＰＰのメルトブローン帯電不織布をプリーツ形状に成型したＨＥＰＡフィルタである。ＨＥＰＡフィルタは高い塵埃捕集率を有するが、繊維密度が高く、捕集した塵埃により比較的早く目詰まりし圧力損失が増大するため、数ヶ月毎のメンテナンス（フィルタ交換）が推奨されている。集塵デバイス１の下流側にエアフィルタ２７を配置したことにより、エアフィルタ２７の上流で塵埃を除去することでエアフィルタ２７への塵埃負荷を低減することができる。これによりエアフィルタ２７の目詰まりによる圧力損失増加が緩やかとなるため、エアフィルタ２７の高い塵埃捕集率を長期間発揮させること、および、エアフィルタ２７のメンテナンス間隔を長くすることが可能となる。

以上のように、実施の形態４の空気調和機によれば、実施の形態１の集塵デバイスを用いたことにより、メンテナンス間隔の長い集塵デバイスを実現できる。また、本実施の形態４のような天井埋め込み型の空気調和機を長期間メンテナンス無しで使用することを想定した場合には、高電圧を使用しないため火災やオゾン発生のリスクが低いことが特に大きな利点となる。

実施の形態５．
実施の形態６は、実施の形態１の集塵デバイス１を、実施の形態４とは異なる空気調和機に組み込んだものである。図７に、実施の形態６に係る空気調和機の概略断面図を示す。

図７に示すように、本実施の形態では、空気調和機は室内の温湿度を調整するルームエアコンであり、ルームエアコンは下がり天井２２内のエアコン室内機２８と、室外のエアコン室外機２９とで構成されている。集塵デバイス１は、下がり天井２２内においてエアコン室内機２８の下部に接続している。

次に本実施の形態５における空気調和機の動作について説明する。エアコン室内機２８を運転することで、エアコン室内機２８ファンの回転により室内から空気が取り込まれ、集塵デバイス１の風路内を、通風方向１４に流れる。空気が風路３を通過する際、風路３に配置したフィルム５の電荷が形成する静電界により、空気中の塵埃がフィルム５の表面に静電気的に吸引され捕集される。塵埃が除去された清浄な空気は、エアコン室内機２８内部に取り込まれ、エアコン室内機２８が備える冷媒管による熱の授受により、冷却あるいは温められて室内に放出される。

そして、実施の形態１と同様に定期的にフィルム交換モードを実行し、巻出部７および巻取部８を回転させ使用済みフィルムの巻取りおよび未使用フィルムの供給を行う。これにより、巻出部７に取り付けられたフィルムロールが尽きるまで、電極清掃等のメンテナンスを不要とすることができる。例えば１０年間分のフィルムロールを巻出部７に備えることにより、１０年間メンテナンスを不要とすることができる。

以上のように、実施の形態５の空気調和機によれば、実施の形態１の集塵デバイス１を用いたことにより、メンテナンス間隔の長い集塵デバイスを実現できる。また、本実施の形態５のような天井埋め込み型の空気調和機を長期間メンテナンス無しで使用することを想定した場合には、高電圧を使用しないため火災やオゾン発生のリスクが低いことが特に大きな利点となる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る集塵デバイスは、実施の形態１の集塵デバイス１においてさらにファン３０を備えたものである。

図８は実施の形態６に係る集塵デバイスの構成を示す概略断面図である。図８に示すように、本実施の形態の集塵デバイスは、風路３を通過する気流を発生させるためのファン３０を備える。ファン３０を運転することで、室内の空気が風路３に取り込まれ、通風方向１４に流れる。空気が風路３を通過する際、フィルム５が形成する静電界により、空気中の塵埃がフィルム５表面に捕集され、塵芥が低減された清浄な空気が室内に放出される。

そして、実施の形態１と同様に定期的にフィルム交換モードを実行し、巻出部７および巻取部８を回転させ使用済みフィルムの巻取りおよび未使用フィルムの供給を行う。定期的にフィルム交換モードを実行することにより、巻出部７に取り付けられたフィルムロールが尽きるまで、長期に亘って電極清掃等のメンテナンスを不要とすることができる。例えば１０年間分のフィルムロールを巻出部７に備えることにより、１０年間メンテナンスを不要とすることができる。

以上のように、実施の形態６の集塵デバイスによれば、メンテナンス間隔の長い集塵デバイスを実現できる。さらに、他の空気調和機と接続すること無く、集塵デバイス単体で集塵を行うことができる。

以上、実施の形態に基づいて本発明の説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。発明の範囲内において、各実施の形態やその変形例を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 集塵デバイス、
２ 塵埃、
３ 風路、
４ 筐体、
５ フィルム、
６ 摩擦体、
７ 巻出部、
８ 巻取部、
９ 制御部、
１０ ガイド、
１１ スリット、
１２ 接地導体、
１３ 仕切部材、
１４ 通風方向、
１５ パーティクルセンサ、
１６ 第一のフィルム、
１７ 第二のフィルム、
１８ 第一の摩擦体、
１９ 第二の摩擦体、
２０ 乾燥手段、
２１ 熱交換換気装置、
２２ 下がり天井、
２３ 室外給気口、
２４ 室外排気口、
２５ 室内給気口、
２６ 室内排気口、
２７ エアフィルタ、
２８ エアコン室内機、
２９ エアコン室外機、
３０ ファン、
３１ ダクト

Claims (12)

1. 空気が通過する風路を備えた筐体と、
   摩擦により帯電し、前記風路を横断する経路に沿って搬送されるフィルムと、
   前記フィルムを前記風路内に向かって供給する巻出部と、
   前記巻出部から送り出された前記フィルムを摩擦して帯電させる摩擦体と、
   前記風路内に搬送された前記フィルムを巻き取る巻取部と、
   前記フィルムを挟んで前記摩擦体と反対側で対向する位置に、搬送される前記フィルムと接して配置された接地導体と、を備えた、
   集塵デバイス。
2. 前記風路内に搬送された前記フィルムを前記巻取部に巻き取るとともに、未使用の前記フィルムを前記巻出部から前記風路内へ供給するフィルム交換モードを定期的に実行する制御部を備えた、
   請求項１に記載の集塵デバイス。
3. 前記風路を通過する空気中の捕集対象粒子の濃度を検出するパーティクルセンサを備え、
   前記制御部は、検出された前記濃度に基づいて前記フィルム交換モードを実行する、
   請求項２に記載の集塵デバイス。
4. 前記パーティクルセンサは、前記風路の上流側および下流側にそれぞれ設けられ、
   前記制御部は、各パーティクルセンサにより検出された濃度から算出される捕集率が閾値を下回ったときに、前記フィルム交換モードを実行する、
   請求項３に記載の集塵デバイス。
5. 前記風路と前記巻出部との間に仕切部材を備えた、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の集塵デバイス。
6. 前記フィルムが前記風路内を複数回横断するように前記フィルムを案内する複数のガイドを備えた、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の集塵デバイス。
7. 前記摩擦体との摩擦により正に帯電する第一のフィルムと、前記第一のフィルムを供給する巻出部と、前記第一のフィルムを巻き取る巻取部とを含む第一のフィルムユニットと、
   前記摩擦体との摩擦により負に帯電する第二のフィルムと、前記第二のフィルムを供給する巻出部と、前記第二のフィルムを巻き取る巻取部とを含む第二のフィルムユニットと、を備え、
   前記第一、第二のフィルムユニットは、前記風路内において、前記第一のフィルムと前記第二のフィルムとが対向するように配置された、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の集塵デバイス。
8. 前記摩擦体として、前記第一のフィルムを摩擦する第一の摩擦体と、前記第二のフィルムを摩擦する、前記第一の摩擦体よりも正への帯電傾向が強い第二の摩擦体と、を備えた、
   請求項７に記載の集塵デバイス。
9. 前記摩擦体による摩擦の前に前記フィルムを乾燥する乾燥手段を備えた、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の集塵デバイス。
10. 前記風路の下流側にエアフィルタを備えた、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の集塵デバイス。
11. 空気が通過する風路を備えた筐体と、
    前記風路を横断する経路に沿って搬送され、摩擦により帯電するフィルムと、
    前記フィルムを前記風路内に向かって供給する巻出部と、
    前記巻出部から送り出された前記フィルムを摩擦して帯電させる摩擦体と、
    帯電し前記風路内に搬送された前記フィルムを巻き取る巻取部と、
    前記風路を通過する気流を発生させる送風部と、
    前記フィルムを挟んで前記摩擦体と反対側で対向する位置に、搬送される前記フィルムと接して配置された接地導体と、を備えた、
    空気調和機。
12. 室内の天井の内部に設置される、
    請求項１１に記載の空気調和機。

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