JP7199353B2 - 静電粒子フィルタリング - Google Patents

Description

本発明は、静電粒子フィルタリングおよび静電粒子フィルタリングを用いる空気清浄のための方法および装置に関する。

静電空気（または他のガス）清浄装置は広く知られている。このような装置は、例えば、コロナ放電方法によって生成されるイオン加速を、ダストなどのガス／浮遊粒子の帯電および収集と組み合わせて使用する。

コロナ放電装置は、放電（コロナ）電極と集（または加速）電極との間に高電圧電位を印加して、高強度電場を生成し、放電電極の近傍にコロナ放電を生成する。これは、浮遊粒子へのコロナ生成イオンの吸着を通して粒子帯電を実行する。コロナによって生成されたイオンと周囲のガス分子との間の衝突はまた、イオンの運動量をガスに伝達し、それによって空気の対応する移動を引き起こして、所望の空気流方向における空気の全体的な移動を達成する。ファンもまた、装置を通る空気流のさらなる制御を提供するために使用されることができる。

粒子帯電に次いで、帯電粒子は空気から集電極（collecting electrodes）のセット上に集じんされる（precipitated）。集じん電極（precipitation electrodes）のセットと共に、集電極は、平行プレート構造を形成し、各集電極プレートは、２つの集じん電極プレート間に平行に配置され、それにより、空気導管として機能する隣接するプレート間の制御された間隔を維持する。この装置設計は、空気からの粒子捕獲が、機械的繊維フィルタを使用する場合よりも低いエネルギ消費で実現できるので、人気がある。これは、静電粒子フィルタ内の平行プレート間の直線導管を空気が通過する際にもたらされる低い空気圧降下に起因する。さらに、平行プレート構造は、食器洗い機で容易に洗浄するかまたは手で洗浄することができ、したがって大量の捕獲粒子を含む場合に再生されることができる。繊維状フィルタは容易に再生できず、廃棄物として廃棄されなければならない。

粒子帯電セクションは平行プレート構造の上流に位置する。粒子帯電は、高電圧空気イオン化によって行われ、通常は細いコロナワイヤが関与する。コロナワイヤからの放出されたイオンは、帯電セクションを通過する間に浮遊粒子に吸着し、それによって粒子を帯電させる。その後、帯電粒子は、下流の平行プレートセクションの隣接するプレートの間に設けられた静電場によって集じんされることができる。

平行プレートフィルタ構造の問題点は、集じんセクションの隣接するプレート間に著しい漏れ電流Ｉ_ｌｅａｋが発生し得ることである。漏れ電流は、集じんセクションの捕獲粒子の増加する量および増加する相対湿度（ＲＨ）レベルで増加する。漏れ電流の一部はＤＣ漏れ電流であり、この電流は、スペーサの表面が粒子堆積物で覆われたとき、集じんプレート間のスペーサの表面を横切って流れる。これらの堆積物は、その間に電場が存在する隣接するプレート間の伝導経路として作用する。堆積したタバコ煙粒子は、このような伝導経路を形成することが知られており、粒子堆積物中の吸収された水分の量が増加するため、ＲＨが増加するにつれてますますそのようになる。

漏れ電流の別の部分は、隣接するプレート間のギャップを横切るバックコロナ放電から生じるスパイク電流である。これらはまた、ＲＨの増加およびコレクタプレート上の粒子堆積量の増加において増加する傾向がある。

高ＲＨレベルおよび／または粒子によるフィルタ負荷レベル（filter loading levels）では、漏れ電流は高電圧電源の容量を超える可能性がある。通常、漏れ電流は、電流制限回路設計によって設定された最大値を超えないことを確実にされる。しかし、これは、隣接するプレート間の電界がより低いレベルに調整されることを意味する。一定の流量（flow rate）では、これは全体的な粒子濾過効率η（ｄ_ｐ）を減少させ、従ってクリーンエア供給率（ＣＡＤＲ）を減少させ、それによって電力利用率を減少させる。

従って、粒子集じんステージにおける漏れ電流が増加しても電力効率の良い動作を可能にする静電粒子フィルタに対するニーズが存在する。

特許文献１は、電流センサが異常な放電電流を検出するために使用され、これは装置をシャットダウンするかまたは低電圧で動作させるために使用され得る、静電集じん装置を開示している。特許文献２は、フィルタの寿命の終わりの検出を含む、静電フィルタを含み得る空気汚染センサを開示している。

米国特許出願公開第２０１４／０３４５４６３号 米国特許出願公開第２００８／００４１１３８号

本発明は、請求項によって規定される。

本発明の一態様によれば、以下を含む静電空気清浄装置が提供される：
粒子帯電セクションと；
平行電極プレートを有する、粒子集じんセクションと；
集じんセクションの隣接する電極プレート間に電圧を印加するための電位源と；
電極プレートを流れる電流を測定するための電流センサと；
相対湿度センサと；
フローコントローラと；
装置コントローラと；
を有し、
装置コントローラは、電極プレートを流れる測定された電流に依存して、電位源およびフローコントローラを制御するように構成され、装置コントローラは：
電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を下回る場合の第１の、通常の、動作モードと；
電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を超え、電位源及びフローコントローラが電流を減少させるように制御され、測定された電流は高い相対湿度によって生じると判定される場合の第２のモードと；
電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を超え、電位源及びフローコントローラが電流を減少させるように制御され、測定された電流が粒子集じんセクションにおける粒子堆積のレベルによって生じると判定される場合の第３のモードであって、第３のモードでは、コントローラは、集じんセクションの洗浄又は交換が必要であることを示す出力信号として、出力情報（３８）を提供するように構成される、第３のモードと；
を実施するように構成される。

この装置は、集じん電極を流れる電流を考慮して静電空気清浄プロセスを制御し、また、空気清浄装置を通過する空気の優勢な（prevailing）相対湿度を考慮する。電流は漏れ電流であり、集じんプレート電極および隣接する電極プレート間の固定距離を維持するスペーサの表面上の粒子蓄積を示す。隣接する電極プレートの間に印加される電圧は、漏れ電流が制限されるように制御され、これは、電源（すなわち、電位源）の損傷および火災などの危険状態を防止する。結果として生じる短絡が聞こえることもあり、それらはまた、臭気を発生させることがある。

また、空気の流れを追加的に制御することによって、浄化された空気の単位体積あたりの電力消費が低下しすぎるのを防ぐこともできる。空気の流れは、集じん電極プレートに印加されている電圧を考慮して制御される。装置によって処理された空気の相対湿度を監視することにより、高い漏れ電流が、主に高い相対湿度によってまたは集じん電極上の粒子蓄積によって引き起こされているかどうかを決定することができる。このようにして、高い漏れ電流の原因を診断することもできる。高い粒子蓄積の場合、集じんセクションが清掃または交換を必要とすることを示す出力が提供される。

より詳細には、装置コントローラは、電極プレートを流れる測定電流が電流しきい値を下回る場合、第１の制御モードを実施するように構成されることができ、ここでは、最大の電位が隣接する電極プレート間に印加され、フローコントローラは、装置のユーザによって選択される流量を実施する。

装置が正常に動作していることを意味する、漏れ電流がしきい値を下回る場合、これは通常の動作モードである。

装置コントローラは、検知された相対湿度が湿度しきい値を超え、電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を超える場合に、第２の制御モードを実施するように構成されることができ、ここでは、電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値に減少するまで、隣接する電極プレート間に印加される電位が減少され、フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に達するまで、流量減少を実施する。

これは、少なくとも部分的に高い相対湿度のために、高い漏れ電流が発生した場合の動作モードである。隣接する電極プレートの間に印加される電圧を低減して漏れ電流を制御および制限し、また、流量を制御して、装置が満足のいく空気清浄効率、従って電力利用効率で動作することを確実にする。

装置コントローラは、検知された相対湿度が湿度しきい値を下回り、電極を流れる測定された電流が電流しきい値を超える場合に、第３の制御モードを実施するように構成されることができ、ここでは、電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値に減少するまで、隣接する電極プレート間に印加される電位が減少され、フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に達するまで、流量減少を実施する。

これは、高い漏れ電流が発生する場合の動作モードであるが、相対湿度が高いためではない。隣接する電極プレート間に印加される電圧は、再び低減されて漏れ電流を制御し、また、流量も制御されて、装置が満足のいく濾過効率で作動することを確実にする。しかし、このモードはまた、フィルタ内の顕著な量の集じん粒子（precipitated particles）の存在を示すものである。

従って、装置コントローラは、集じんセクションの清掃または交換が必要であることを示す出力信号を提供するために、第３モードで構成され得る。

本発明の別の態様による例は、以下を有する静電空気清浄方法を提供する：
帯電セクションを用いて空気流中の浮遊粒子を帯電させるステップと；
隣接する電極プレート間に電圧を有する平行電極プレートを有する粒子集じんセクションを用いて空気流を濾過するステップと；
電極プレートを流れる電流を測定するステップと；
相対湿度の検知するステップと；
隣接する電極プレート間の電圧を制御するステップと；
を含み、
装置コントローラは：
電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を下回る場合の第１の、通常の、動作モードと；
電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を超え、電位源及びフローコントローラが電流を減少させるように制御され、測定された電流が高い相対湿度によって生じると判定される場合の第２のモードと；
電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を超え、電位源及びフローコントローラが電流を減少させるように制御され、測定された電流が粒子集じんセクションにおける粒子堆積のレベルによって生じると判定される場合の第３のモードであって、第３のモードでは、コントローラは、集じんセクションの清掃又は交換が必要であることを示す出力信号として、出力情報（３８）を提供する、第３のモードと；
を実施する。

これは、上で定義された装置によって実装される方法である。

第１の制御モードは、電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を下回る場合に実施されることができ、ここでは、最大の電位が隣接する電極プレート間に印加され、フローコントローラは、装置のユーザによって選択される流量を実施する。

第２の制御モードは、検知された相対湿度が湿度しきい値を超え、電極プレートを流れる測定された電流が電流しきい値を超える場合、実施されることができ、ここでは、電極を流れる測定された電流が電流しきい値に減少するまで、隣接する電極プレート間に印加される電位が減少され、フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に達するまで、流量減少を実施する。

第３の制御モードは、検知された相対湿度が湿度しきい値を下回り、電極を流れる測定された電流が電流しきい値を超える場合に実施されることができ、ここでは、電極を流れる測定された電流が電流しきい値に減少するまで、隣接する電極プレート間に印加される電位が減少され、フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に達するまで、流量減少を実施する。

第２および第３のモードで使用される効率しきい値は、例えば、特定の粒子サイズに対する分別濾過効率（fractional filtration efficiency）を含む。特定の粒子サイズは、例えば、２００ｎｍの粒子直径（particle diameter）であり、分別濾過効率しきい値は、例えば、０．９である。

フローコントローラは、ファンであり得る。しかし、その代わりに、流れはイオン風であってもよい。この場合、フローコントローラは、流量変更を実施するために、帯電セクション内のコロナ電流を制御するように構成されてもよい。

制御方法は、少なくとも部分的にソフトウェアに実装されてもよい。

次に、本発明の例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

静電粒子集じんフィルタを示す。 図１のフィルタを使用する空気清浄装置を示す。 空気清浄方法を示す。

本発明は、粒子帯電セクション、粒子集じんセクション、集じんセクションの電極プレートを流れる電流を測定するための電流センサ、および相対湿度センサを有する静電空気清浄装置を提供する。電極プレートに印加される電圧および装置を通る流れは、電極プレートを流れる測定された電流に依存して制御される。この方法では、過剰な漏れ電流を防止するための制御が提供される。また、相対湿度情報は、高い漏れ電流の原因および集じんされた粒子の量に関する集じんセクションの状態の診断も可能にする。

図１は、静電粒子フィルタの基本構造を示す。

空気流量φで汚染された空気の流れを受け入れる粒子帯電セクション１０がある。粒子集じんセクション１２は、スペーサアレイの電気的絶縁スペーサ１６によって定位置に保持された平行プレート１４のアレイを有する。プレートは、代替の集じん電極およびコレクタ電極（collector electrodes）を含む。

プレート１４は、長さＬ_{ｐｌａｔｅ}と、スペーサアレイによって維持されるプレート離隔距離（plate separation）ｄ_{ｐｌａｔｅ}とを有する。清浄化された空気流が集じんセクション１２から出力される。集じんセクションのための電源１８は、それぞれの隣接するプレート１４のペアの間に電圧Ｖ_{ｐｌａｔｅ}を印加する電圧源を有する。したがって、１つおきのプレート（alternate plates）の一方のセットは接地され、他方のセットは電位Ｖ_{ｐｌａｔｅ}にある。一方のセットは集じん電極であり、他方のセットはコレクタ電極である。

帯電粒子は、この方法では、静電場：
Ｅ_{ｐｌａｔｅ}＝Ｖ_{ｐｌａｔｅ}／ｄ_{ｐｌａｔｅ}
によってコレクタ電極プレート上に集じんされる。

この場は、下流の平行プレートセクションのアレイ内の隣接するプレート１４の間に作られる。このように、平行プレートセクションが粒子集じんセクションとして機能する。

家庭用スタンドアロンエアクリーナの粒子集じんセクションの典型的に遭遇する設計値およびそれに含まれるプロセスパラメータは、以下の通りである：
３ｍｍ≦ｄ_{ｐｌａｔｅ}≦１０ｍｍ、
３ｋＶ≦Ｖ_{ｐｌａｔｅ}≦１０ｋＶ、
０．５ｋＶ／ｍｍ≦Ｅ_{ｐｌａｔｅ}≦１．０ｋＶ／ｍｍ、
０．５ｍ／ｓ≦Ｖ_ａｉｒ≦１．５ｍ／ｓ（Ｖ_ａｉｒは隣接する電極プレート間の平均空気速度）、
３０ｍｍ≦Ｌ_{ｐｌａｔｅ}≦１５０ｍｍ（Ｌ_{ｐｌａｔｅ}は空気流方向の電極プレートの長さ）、
１５０ｍｍ≦Ｈ_{ｐｌａｔｅ}≦４００ｍｍ（Ｈ_{ｐｌａｔｅ}は空気流方向に垂直な方向の電極プレートの高さ）。

集じんセクションの電極プレートの数は、上記の設計値および清浄装置によって清浄化される必要がある体積空気流量（volumetric airflow rate）φに依存して、１００を超えることができる。

ｎ（ｄ_ｐ）電気素量（elementary charges）を帯びる直径ｄ_ｐの粒子に対する分別濾過効率η（ｄ_ｐ）は、電極プレート間の層流の条件下で：

によって与えられる。
Ｖ_ａｖはプレート間の平均空気速度を表し、集じんセクションの固定寸法における流量φに直接比例し；
μ_ａｉｒは空気粘度（室温でμ_ａｉｒ＝１．８×１０^－５Ｐａ・Ｓ）；
“ｅ”は電気素量（ｅ＝１．６×１０^－１９Ｃ）；
Ｃ_Ｃ（ｄ_ｐ）はカニンガムスリップ補正係数（Cunningham slip correction factor）である。粒子直径ｄ_ｐへのその依存に関して、W.C. Hinds "Aerosol Technology: Properties, Behavior and Measurement of Airborne Particles" 2^nd Edition (John Wiley & Sons)の本の第３章が参照される。

コロナ放電におけるイオン吸着から生じる直径ｄ_ｐの粒子上の電気素量ｎ（ｄ_ｐ）の数の典型的な平均値は（コロナ放電電流の強度にある程度依存して）：
ｄ_ｐ＝８０ｎｍに対して

、
ｄ_ｐ＝２００ｎｍに対して

、
である。

Journal of Aerosol Science 16(1985) pp.109-123のAdachi他を参照すると、粒子帯電はFuchs粒子帯電理論に基づいて予測され、実験的に検証されている。

濾過技術の分野（例えば、上で参照された“Aerosol Technology: Properties, Behavior and Measurement of Airborne Particles”の第９章を参照されたい）から、η（ｄ_ｐ）は２００ｎｍ直径に近い粒子サイズに対して最小値η（ｄ_ｐ）＝η_ｍｉｎに達することがよく知られている。静電フィルタは一般に、ｄ_ｐ～２００ｎｍに関して、η_ｓｅｔ≧０．９でη_ｍｉｎ≧η_ｓｅｔとなるように設計および動作される。例として、η_ｓｅｔ≧０．９の効率は、Ｖ_ａｉｒ＝１ｍ／ｓ、ｄ_{ｐｌａｔｅ}＝４ｍｍ且つＥ_{ｐｌａｔｅ}＝Ｖ_{ｐｌａｔｅ}／ｄ_{ｐｌａｔｅ}＝１ｋＶ／ｍｍの時、Ｌ_{ｐｌａｔｅ}＝１００ｍｍでほぼ達成される。

上述のように、平行プレートフィルタ構造の問題点は、集じんセクションの隣接するプレート間に著しい漏れ電流Ｉ_ｌｅａｋが発生することである。高い相対湿度レベルおよび／または粒子による高いフィルタ負荷レベルでは、Ｉ_ｌｅａｋは電源１８の容量を超え得る。通常、Ｉ_ｌｅａｋは、設定された最大値Ｉ_{ｌｅａｋ,ｍａｘ}を超えないことを確実にされるが、これは、隣接するプレート間の電場Ｅ_{ｐｌａｔｅ}がより低いレベルに調整されることを意味し、これは、全体的な粒子濾過効率η（ｄ_ｐ）を減少させる。

本発明は、周囲相対湿度および漏れ電流レベルに関するデータを受信するコントローラからのフィードバックに応答して、フィルタ動作および／またはエアクリーナ動作を制御することに基づく。加えて、フィルタを清掃又は交換する旨の警告をユーザに発することもできる。

上述の範囲で、図１の構造は既知である。粒子帯電セクションにおけるオゾン生成を最小にする理由で、好ましくは、正のコロナ電圧が粒子帯電のために使用され、正の粒子帯電を生じる。これらの正に帯電した粒子は、隣接する集じん電極プレートを基準（ゼロまたは接地）電位に接続する場合、負電圧Ｖ_{ｐｌａｔｅ}に接続されるコレクタ電極プレート上に空気から集じんすることができる。代替的には、コレクタ電極プレートがゼロまたは接地電位に接続される場合、集じん電極プレートを正電圧Ｖ_{ｐｌａｔｅ}に接続することができる。

本発明のアプローチを実施するために、漏れ電流計２０が追加的に設けられ、これは、電極プレートを通って接地（グランド）への漏れ電流を測定する。電流計２０はそれに関してゼロまたは接地電位に接続された電極プレートのセットに取り付けられる。全てゼロ電位の電極プレート（all zero-potential electrode plates）一式を電流計を介してゼロまたは接地電位に接続することにより、グランドへの結合漏れ電流（combined leakage current）Ｉ_ｌｅａｋを測定する。電流計は、単純に電流検知抵抗器として実装されてもよく、抵抗器を横切る電圧が測定され、次いで、コントローラへの入力として使用される。電流計２０は、好ましくは、ＤＣ電流ベースライン値と、それに重ね合わせられ得る可能な電流スパイクとを測定することが可能にされる。次いで、測定された平均漏電電流Ｉ_ｌｅａｋは、Ｉ_ｌｅａｋ＝Ｑ／Ｔとして時間Ｔ内に電流計を通過する総積分電荷Ｑから得られる。好ましくは、Ｔ≧１０秒且つＩ_ｌｅａｋは、時間にわたって測定された電荷からの移動平均として時間の経過中に決定されてもよい。

図２は、空気清浄装置と考えられ得るシステム全体を示す。それは、漏れ電流計を含む図１の静電空気フィルタ３０ａと、ファン３０Ｂとを有する空気清浄セクション３０を有する。

ファン３０Ｂｂ、フローコントローラとして機能する。この装置は、代わりに、イオン風の空気流に基づいて作動してもよい。この場合、帯電セクション１０もフローコントローラとして機能する。

加えて、相対湿度計３２及びコントローラ３４がある。コントローラは、センサ３２から相対湿度レベルＲＨ、並びに空気清浄セクション３０からプレート電圧Ｖ_{ｐｌａｔｅ}、漏れ電流Ｉ_ｌｅａｋ、および空気流量φを受信する。

フィードバック経路３６は、Ｖ_{ｐｌａｔｅ}およびφの設定を調整し、適切な表示ステータスメッセージを提供することを可能にする。流量は、ファン速度を制御することにより、または、空気流がイオン風によって誘起される場合に、帯電セクションのコロナ電流を制御することにより制御される。イオン風により誘起される空気流は、空気清浄装置を横切る非常に小さい圧力降下（≦１Ｐａ）しか誘起できないので、高い空気流量（＞１５０ｍ^３／時）が比較的小型の空気清浄装置で扱われることになるときにはファンの使用が好ましい。

コントローラは、種々の異なる制御設定が適用される制御アプローチを実装する。

任意のＲＨにおいて、
Ｉ_ｌｅａｋ＜Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}の場合、
Ｖ_{ｐｌａｔｅ}＝Ｖ_{ｐｌａｔｅ，ｍａｘ}
且つ
φ≦φ_ｍａｘ（手動設定にも依存）
である。

この制御設定は、漏れ電流が最大設定値Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}を下回る場合に使用され、粒子フィルタが最適に動作していると判断され、入力電力レベルを最適に使用する。好ましくは、Ｖ_{ｐｌａｔｅ，ｍａｘ}は、隣接する電極プレート間に０．５ｋＶ／ｍｍ≦Ｅ_{ｐｌａｔｅ，ｍａｘ}＝Ｖ_{ｐｌａｔｅ，ｍａｘ}／ｄ_{ｐｌａｔｅ}≦１．０ｋＶ／ｍｍの範囲の最大電界強度を生じるように選択される。

ＲＨ＞ＲＨ_ｓｅｔにおいて、Ｉ_ｌｅａｋ≧Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}の場合、
Ｖ_{ｐｌａｔｅ}はＩ_ｌｅａｋ＝Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}になるまで減少し、
且つ
φはη（ｄ_ｐ）＝η_ｓｅｔ（ｄ_ｐ～２００ｎｍに対して）になるまで同時に減少する。

この制御設定は、高い相対湿度と、Ｖ_{ｐｌａｔｅ}＝Ｖ_{ｐｌａｔｅ，ｍａｘ}において最大漏れ電流レベルＩ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}よりも高いリーク電流がある場合に使用される。フィルタ（プレート電圧Ｖ_{ｐｌａｔｅ}）とエアクリーナの空気流（φ）の動作設定は、電力利用率を最適化するためになど高い周囲相対湿度に対処するように調整される。好ましくは、設定レベルＲＨ_ｓｅｔ≧７０％である。ＲＨ≧７０％において、特にＲＨ≧９０％のとき、プレート電極を分離するスペーサ構造の（粒子汚染された）表面の水分吸収は、コレクタプレート上にわずかな量の粒子しか捕捉されていない場合でも、Ｖ_{ｐｌａｔｅ，ｍａｘ}においてＩ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}を超える漏れ電流を生じるような、プレート間の導電経路を生じる程度で生じる。例えば、新しく沈着したタバコ煙粒子は、ＲＨ≧７０％における高い水分吸収度で特に悪名が高く、汚染された湿った空気が空気清浄装置によって処理されることになる場合、重大な漏れ電流を誘発し得る。プレート電圧は、漏れ電流が最大レベルに低下するまで低下する。さらに、所望の効率に達するまで空気流は減少する。

ＲＨ≦ＲＨ_ｓｅｔにおいて、Ｉ_ｌｅａｋ≧Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}の場合、
Ｖ_{ｐｌａｔｅ}はＩ_ｌｅａｋ＝Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}になるまで減少し、
且つ
φはη（ｄ_ｐ）＝η_ｓｅｔ（ｄ_ｐ～２００ｎｍに対して）になるまで同時に減少する。

この制御設定は、相対湿度が高くないが、漏れ電流が最大レベルより高い場合に使用される。フィルタ（プレート電圧Ｖ_{ｐｌａｔｅ}）とエアクリーナ（空気流φ）の動作設定は、電力利用率を最適化するためになど周囲の相対湿度に対処するようにこの場合も同様に調整される。この場合、高い漏れ電流は、湿度レベルではなく、粒子による高いフィルタ負荷に主に起因するため、警告メッセージ「フィルタ交換推奨」または「フィルタ清掃推奨」が表示される。これは、図２においてコントローラ３４からの出力３８として示されている。フィルタは多量の堆積粒子でいっぱいになり、これは、設定されたしきい値ＲＨ_ｓｅｔ未満の相対湿度値であっても、漏れ電流に関して高い値を誘起する。

Ｉ_ｌｅａｋ≦Ｉ_{ｌｅａｋ，ｍａｘ}におけるＶ_{ｐｌａｔｅ}の減少値では、クリーンエア供給率（ＣＡＤＲ）は減少し、高い電力利用率はΦを下げることによってのみ維持できる。粒子による増加するフィルタ負荷では、Ｖ_{ｐｌａｔｅ}およびφの必要な減少は、より激しくなり、フィルタの交換／清掃のサービスが行われない場合、最終的に、任意の相対湿度レベルで許容できないフィルタ性能をもたらす。

図３は静電空気清浄方法を示す。

ステップ４０において、空気流中の浮遊粒子は、帯電セクションを用いて帯電される。

ステップ４２において、空気流は、隣接する電極プレート間に電圧を有する平行電極プレートを有する粒子集じんセクションを用いて濾過される。

ステップ４４において、電極プレートを流れる電流が測定される。

ステップ４６において、相対湿度が、エアクリーナの近傍、例えば空気入口で検知される。

ステップ４８において、電極プレートを流れる測定された電流および検知された相対湿度に依存して、隣接する電極プレート間の電圧が制御され且つ空気流が制御される。

ステップ４８の制御は、上述のような動作モードの１つを実施する。

上述のように、実施形態は、コントローラを使用する。コントローラは、必要な種々の機能を実行するために、ソフトウェアおよび／またはハードウェアにより、種々の方法で実装されることができる。プロセッサは、必要な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされ得る１つまたは複数のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。しかし、コントローラは、プロセッサを使用して又はプロセッサを使用することなしに実装されてもよく、また、ある機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１つまたは複数のプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連回路）の組み合わせとして実装されてもよい。

本開示の種々の実施形態で用いられ得るコントローラ構成要素の例は、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）を含むが、これらに限定されない。

種々の実装において、プロセッサまたはコントローラは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、およびＥＥＰＲＯＭなどの揮発性および不揮発性のコンピュータメモリのような１つまたは複数の記憶媒体に関連付けられてもよい。記憶媒体は、１つまたは複数のプロセッサおよび／またはコントローラで実行されるとき、要求された機能で実行する１つまたは複数のプログラムでエンコードされてもよい。種々の記憶媒体は、プロセッサ若しくはコントローラ内に固定されてもよく、またはその上に記憶された１つまたは複数のプログラムがプロセッサ若しくはコントローラ内にロードされ得るように、移動可能であってもよい。

装置および方法が、装置が許容できない動作領域に入るのをどのように防止するかについて上述した。しかし、本発明はまた、漏れ電流Ｉ_ｌｅａｋを測定および粒子濃度検知（particle concentration sensing）によって、集じんフィルタの残存耐用年数の予測を可能にする。粒子濃度検知は、エアクリーナ内の粒子センサを使用しておよび局所環境内の粒子センサによって行われ得る。これは、装置のサービスに関心のある情報を提供する。この情報は「出力情報」として提供されてもよく、また、相対湿度レベルを考慮してもよい。

空気から不要な粒子（塵埃や汚染物質など）を抽出するための静電空気清浄装置の用途は多く、広範囲にわたっている。上述の実施形態は、より大きな空気清浄ユニットまたは装置内に容易に組み込むことができる。静電空気清浄装置は、例えば、ガスフィルタなどの１つまたは複数の追加の空気清浄装置またはフィルタと直列に組み合わせて配置されてもよい。この場合、静電空気清浄装置は、ガスフィルタを能動フィルタ表面（active filtering surface）に付着する粒子から保護するために、ガスフィルタから上流に配置されることが好ましい。代替的には、本発明の１つまたは複数の変形実施形態は、それ自体と直列に組み合わせて配置されてもよく、例えば、異なるサイズの粒子状物質の抽出に適した配置を有する実施形態であり得る。

開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施されることができる。請求項において、「有する、含む」という語は、他の要素又はステップを排除せず、また、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、複数の要素を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用することができないことを示唆するものではない。請求項中の参照符号は、範囲を限定するものと解釈してはならない。

Claims (14)

1. 粒子帯電セクションと；
   平行電極プレートを有する、粒子集じんセクションと；
   前記粒子集じんセクションの隣接する前記平行電極プレート間に電圧を印加するための電位源と；
   前記平行電極プレートを流れる電流を測定するための電流センサと；
   相対湿度センサと；
   フローコントローラと；
   装置コントローラと；
   を有し、
   前記装置コントローラは、前記平行電極プレートを流れる測定された前記電流に依存して、前記電位源および前記フローコントローラを制御するように構成され、前記装置コントローラは：
   前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が電流しきい値を下回る場合の第１の、通常の、動作モードと；
   前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値を超え、前記電位源が前記電流を減少させるように制御され、前記フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に到達するまで流量減少を実施するよう制御され、前記測定された電流は高い相対湿度によって生じると判定される場合の第２のモードと；
   前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値を超え、前記電位源が前記電流を減少させるように制御され、前記フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に到達するまで流量減少を実施するよう制御され、前記測定された電流が前記粒子集じんセクションにおける粒子堆積のレベルによって生じると判定される場合の第３のモードであって、前記第３のモードでは、前記装置コントローラは、前記粒子集じんセクションの洗浄又は交換が必要であることを示す出力信号として、出力情報を提供するように構成される、第３のモードと；
   を実施するように構成される、
   静電空気清浄装置。
2. 前記装置コントローラは、隣接する前記平行電極プレート間に最大の電位を印加することによって前記第１の、通常の、動作モードを実施するように構成される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記装置コントローラは、検知された前記相対湿度が湿度しきい値を超える場合に前記第２のモードを実施するように構成され、前記装置コントローラは、前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値に減少するまで、隣接する前記平行電極プレート間に印加される電位を減少させるように構成される、
   請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記装置コントローラは、検知された前記相対湿度が湿度しきい値を下回る場合に、前記第３のモードを実施するように構成され、前記装置コントローラは、前記電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値に減少するまで、隣接する前記平行電極プレート間に印加される電位を減少させるように構成される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記効率しきい値は、特定の粒子サイズに対する分別濾過効率である、
   請求項１に記載の装置。
6. 前記特定の粒子サイズは２００ｎｍの粒子直径であり、前記効率しきい値は０．９である、
   請求項５に記載の装置。
7. 前記フローコントローラは、ファンである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 粒子帯電セクションと；
   平行電極プレートを有する、粒子集じんセクションと；
   前記粒子集じんセクションの隣接する前記平行電極プレート間に電圧を印加するための電位源と；
   前記平行電極プレートを流れる電流を測定するための電流センサと；
   相対湿度センサと；
   フローコントローラと；
   装置コントローラと；
   を有する静電空気清浄装置を用いた静電空気清浄方法であって：
   前記粒子帯電セクションを用いて空気流中の浮遊粒子を帯電させるステップと；
   前記粒子集じんセクションを用いて前記空気流を濾過するステップと；
   前記平行電極プレートを流れる電流を測定するステップと；
   前記相対湿度センサにより相対湿度の検知するステップと；
   前記平行電極プレートを流れる測定された前記電流に依存して、隣接する前記平行電極プレート間の前記電圧を制御し且つ前記空気流を制御するステップと；
   を含み、
   前記装置コントローラは：
   前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が電流しきい値を下回る場合の第１の、通常の、動作モードと；
   前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値を超え、前記電位源が前記電流を減少させるように制御され、前記フローコントローラは、濾過効率が効率しきい値に到達するまで流量減少を実施するよう制御され、前記測定された電流が高い相対湿度によって生じると判定される場合の第２のモードと；
   前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値を超え、前記電位源が前記電流を減少させるように制御され、前記測定された電流が前記粒子集じんセクションにおける粒子堆積のレベルによって生じると判定される場合の第３のモードであって、前記第３のモードでは、前記装置コントローラは、前記粒子集じんセクションの清掃又は交換が必要であることを示す出力信号として、出力情報を提供する、第３のモードと；
   を実施する、
   方法。
9. 隣接する前記平行電極プレート間に最大の電位を印加することによって前記第１の、通常の、動作モードを実施するステップを含む、
   請求項８に記載の方法。
10. 検知された前記相対湿度が湿度しきい値を超える場合に前記第２の制御モードを実施するステップと、前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値に減少するまで、隣接する前記平行電極プレート間の電位を減少させるステップとを含む、
    請求項８又は９に記載の方法。
11. 検知された前記相対湿度が湿度しきい値を下回る場合に、前記第３の制御モードを実施するステップと、前記平行電極プレートを流れる前記測定された電流が前記電流しきい値に減少するまで、隣接する前記平行電極プレート間に印加される電位を減少させるステップとを含む、
    請求項８、９又は１０に記載の方法。
12. 前記効率しきい値は、特定の粒子サイズに対する分別濾過効率である、
    請求項８に記載の方法。
13. 前記特定のサイズは２００ｎｍであり、前記効率しきい値は０．９である、
    請求項１２に記載の方法。
14. コンピュータプログラムコート手段を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムコート手段は、前記コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項８から１３のいずれか１項に記載の方法を実施するように構成される、コンピュータプログラム。

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