JP7243915B2 - 集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、集塵装置に関する。

従来、「集塵部に捕集された帯電粒子をマイクロ波によって燃焼させる」電気集塵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、マイクロ波を吸収する電波吸収体の温度から、マイクロ波のエネルギー量を検出する装置が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
特許文献１ ＰＣＴ／ＪＰ２０１９／３５３２５
特許文献２ 特開平５－１７２８８４号公報
特許文献３ 特開平５－５２８８９号公報

解決しようとする課題

集塵装置においては、エネルギー消費を低減することが好ましい。

一般的開示

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、集塵装置を提供する。集塵装置は、粒子を捕集する集塵部を備えてよい。集塵装置は、集塵部に導入するマイクロ波を発生し、集塵部に捕集された粒子をマイクロ波により燃焼させるマイクロ波発生部を備えてよい。集塵装置は、粒子に吸収されなかったマイクロ波の強度を検出する強度検出部を備えてよい。マイクロ波発生部は、強度検出部が検出したマイクロ波の強度に基づいて、集塵部に導入するマイクロ波の強度を制御してよい。

強度検出部は、粒子に吸収されなかったマイクロ波の少なくとも一部を集塵部から導出する導出部を有してよい。強度検出部は、集塵部から導出されたマイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体を有してよい。強度検出部は、マイクロ波吸収体の温度を検出する温度検出部を有してよい。

マイクロ波発生部は、第１強度のマイクロ波を集塵部に導入している状態でマイクロ波吸収体の温度が第１基準温度以上になった場合に、集塵部に導入するマイクロ波の強度を第１強度よりも低い第２強度に切り替えてよい。

マイクロ波発生部は、第２強度のマイクロ波を集塵部に導入している状態でマイクロ波吸収体の温度が第２基準温度以下になった場合に、集塵部に導入するマイクロ波の強度を第１強度に切り替えてよい。

集塵装置は、集塵部に火炎が発生したことを検出する火炎検出部を備えてよい。マイクロ波発生部は、火炎が発生した場合に、集塵部に導入するマイクロ波の強度を低下させ、または、マイクロ波の集塵部への導入を停止してよい。

集塵装置は、マイクロ波発生部が第１強度のマイクロ波を集塵部に導入している積算時間に基づいて、粒子の燃焼物が集塵部に堆積している量を算出する算出部を備えてよい。

集塵装置は、温度検出部が検出する温度の時間波形における、立ち上がり波形の傾きに基づいて、集塵部に導入される粒子の量を算出する算出部を備えてよい。

強度検出部は、集塵部に粒子が存在しない状態で集塵部にマイクロ波を導入した場合の、マイクロ波吸収体の温度とマイクロ波の強度との関係を予め記憶してよい。強度検出部は、集塵部に粒子が存在する状態で集塵部に前記マイクロ波を導入した場合のマイクロ波吸収体の温度から、粒子に吸収されなかったマイクロ波の強度を検出してよい。

集塵装置は、強度検出部が検出したマイクロ波の強度と、マイクロ波発生部が集塵部に導入したマイクロ波の強度の差分から、粒子に吸収されたマイクロ波の強度を算出する算出部を備えてよい。

算出部は、粒子に吸収されたマイクロ波の強度の時間積分値に基づいて、集塵部に残留している粒子の燃焼物の量を算出してよい。

集塵部の複数の導出位置に導出部が設けられてよい。マイクロ波吸収体は、複数の導出部が導出したマイクロ波がまとめられたマイクロ波を吸収してよい。

マイクロ波発生部は、集塵部の複数の導入位置から、マイクロ波を集塵部に導入してよい。マイクロ波吸収体は、導出位置毎に設けられてよい。マイクロ波発生部は、それぞれの導出位置のマイクロ波吸収体の温度に基づいて、対応する導入位置から導入するマイクロ波の強度を制御してよい。

集塵部には、排ガス源が排出する排ガスが導入されてよい。マイクロ波発生部は、火炎が発生した場合に、排ガス源の動作状態に基づいて、集塵部に導入するマイクロ波の強度を制御してよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る集塵装置１００の構成例を示すブロック図である。 集塵部１２０の一例を示す模式図である。 隔壁３２の構成の一例を示す図である。 図３におけるＸ軸方向の位置Ｘ１における、集塵部１２０のＹＺ断面の一例を示す図である。 マイクロ波吸収体１４４の温度の時間波形と、マイクロ波発生部１３０が集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度の時間波形の一例を示す図である。 集塵装置１００の他の構成例を示す図である。 集塵装置１００の他の構成例を示す図である。 マイクロ波発生部１３０および強度検出部１４０の配置例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る集塵装置１００の構成例を示すブロック図である。集塵装置１００は、排ガス等の対象気体に含まれる粒子を捕集する。本明細書では、対象気体を排ガスとして説明する。集塵装置１００には、排ガス源２００から排ガスが導入されてよい。排ガス源２００は、例えば船舶等のエンジンである。この場合、集塵装置１００は、船舶に設けられてよい。

集塵装置１００に導入される排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）および粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｍａｔｔｅｒ）等の粒子が含まれる。粒子状物質（ＰＭ）はブラックカーボンとも称され、化石燃料の不完全燃焼により発生する。粒子状物質（ＰＭ）は、炭素を主成分とする微粒子である。

集塵装置１００は、対象粒子を帯電させた帯電粒子を捕集してよい。つまり集塵装置１００は電気集塵装置であってよい。集塵装置１００は、捕集した帯電粒子をマイクロ波により燃焼させる。これにより、捕集した帯電粒子が過剰に堆積することを抑制し、継続的に排ガスを処理できる。

本例の集塵装置１００は、帯電部１１０、集塵部１２０、マイクロ波発生部１３０、強度検出部１４０および制御部１５０を備える。帯電部１１０には、排ガスが導入される。帯電部１１０は、例えば排ガスが通過する空間にコロナ放電によりイオンを発生させ、対象粒子を帯電させる。帯電粒子を含む排ガスは、集塵部１２０に送られる。

集塵部１２０は、帯電粒子を捕集する。集塵部１２０は、例えば排ガスが通過する経路に接地電位等を印加した部材を配置することで、帯電粒子をクーロン力によって捕集する。集塵部１２０は、帯電粒子を捕集した後の排ガスを排出する。

マイクロ波発生部１３０は、マイクロ波を発生して、集塵部１２０の内部に導入する。マイクロ波とは、例えば３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの周波数を有する電磁波である。

本例の集塵装置１００は、集塵部１２０に捕集された帯電粒子を、マイクロ波発生部１３０が発生したマイクロ波により燃焼させる。集塵部１２０に導入されたマイクロ波が、帯電粒子に吸収されることで、帯電粒子が加熱する。帯電粒子の温度が発火点以上となる程度にマイクロ波を導入することで、帯電粒子を燃焼させることができる。一般に、マイクロ波による被加熱物の加熱率Ｑは、以下の式により表される。
Ｑ＝（１／２）σ｜Ｅ｜^２＋（１／２）ωε''｜Ｅ｜^２＋（１／２）ωμ''｜Ｂ｜^２

第１項である（１／２）σ｜Ｅ｜^２は、電界によるジュール加熱による加熱率を示す。ここで、σは被加熱物に含まれる微粒子の導電率である。また、Ｅはマイクロ波による電界である。被加熱物への電界の印加は、被加熱物中において電荷移動をもたらす。この電荷移動、即ち電流は、ジュール損失をもたらす。第１項は、このジュール損失による発熱を表す。

第２項である（１／２）ωε''｜Ｅ｜^２は、電界による誘電加熱による加熱率を示す。ここで、ωはマイクロ波の角周波数、ε''は被加熱物の誘電率の虚数部である。被加熱物へ電界が印加されると、電界の変化に対して、被加熱物に含まれる電気双極子が時間遅れを伴って追従する。この電気双極子の時間遅れを伴う追従は、損失をもたらす。第２項は、この損失による発熱を表す。

第３項である（１／２）ωμ''｜Ｂ｜^２は、渦電流によるジュール加熱による加熱率を示す。ここで、μ''は被加熱物の透磁率の虚数部である。被加熱物へ磁界が印加されると、磁界の変化を妨げる向きに渦電流が発生する。この渦電流は、ジュール損失をもたらす。第３項は、このジュール損失による発熱を表す。

集塵部１２０は、内部の捕集空間にマイクロ波を照射するアンテナを有してよい。マイクロ波を用いて帯電粒子を燃焼させることで、槌打、空気洗浄、水洗浄等の方法と比較して、対象粒子を簡易、且つ、省スペースな構造で除去できる。

集塵部１２０に導入されたマイクロ波のうち、一部の成分は帯電粒子に吸収され、残りの成分は帯電粒子に吸収されずに残留する。集塵部１２０に捕集された帯電粒子の量に比べて過剰な強度のマイクロ波を導入すると、帯電粒子で吸収しきれないマイクロ波が残留する。強度検出部１４０は、集塵部１２０に導入されたマイクロ波のうち、帯電粒子に吸収されなかったマイクロ波の強度を検出する。これにより、マイクロ波の強度が過剰であるか否かを判別できる。

マイクロ波発生部１３０は、強度検出部１４０が検出したマイクロ波の強度に基づいて、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を制御する。本例においては、制御部１５０が、マイクロ波発生部１３０におけるマイクロ波の強度を制御するための制御信号を生成する。制御部１５０は、強度検出部１４０が検出したマイクロ波の強度が大きいほど、マイクロ波発生部１３０が集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を小さくしてよい。制御部１５０は、強度検出部１４０が検出したマイクロ波の強度が所定の閾値を超えた場合に、マイクロ波発生部１３０が集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を小さくしてもよい。本例の集塵装置１００によれば、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を適切に制御して、エネルギー消費を抑制できる。

本例の強度検出部１４０は、導出部１４２、マイクロ波吸収体１４４および温度検出部１４６を有する。導出部１４２は、集塵部１２０の内部において帯電粒子に吸収されなかったマイクロ波の少なくとも一部を、集塵部１２０から導出する。導出部１４２は、集塵部１２０から出ていく方向のマイクロ波を通過させ、集塵部１２０に向かう方向のマイクロ波を遮蔽するサーキュレーターを有してよい。集塵部１２０の内部に残留するマイクロ波の強度が高いほど、導出部１４２が導出するマイクロ波の強度は高くなる。このため、導出部１４２が導出するマイクロ波の強度から、集塵部１２０の内部において帯電粒子に吸収されなかったマイクロ波の強度を検出できる。

マイクロ波吸収体１４４は、集塵部１２０から導出されたマイクロ波を吸収する。マイクロ波吸収体１４４は、マイクロ波を吸収することで発熱する物質を含む。マイクロ波吸収体１４４は、水を含んでよく、炭化珪素または酸化アルミニウム等のセラミックを含んでもよい。

温度検出部１４６は、マイクロ波吸収体１４４の温度を検出する。温度検出部１４６は、例えばマイクロ波吸収体１４４と接して設けられた熱電対等のセンサを含む。本例の温度検出部１４６は、マイクロ波吸収体１４４の温度を示す情報を、制御部１５０に通知する。上述したように制御部１５０は、当該情報に基づいてマイクロ波発生部１３０を制御する。マイクロ波吸収体１４４の温度が高いほど、帯電粒子に吸収されなかったマイクロ波の強度が高いことがわかる。

図２は、集塵部１２０の一例を示す模式図である。図２においては、集塵部１２０の斜視図を模式的に示している。本例の集塵部１２０の形状は円筒型であるが、箱型等、他の形状であってもよい。

本例の集塵部１２０は、排ガスが供給される開口４２、排ガスが流れるガス流路４４、および、排ガスが排出される開口４６を有する。開口４２に供給される排ガスは、帯電部１１０により帯電させられた帯電粒子を含む。ガス流路４４は、ガスが流れる空間を囲む隔壁３２を有する。隔壁３２は筒形状を有してよい。帯電粒子は、ガス流路４４において排ガスから除去される。帯電粒子が除去された排ガスは、開口４６から排出される。

集塵部１２０は、帯電粒子を集積する帯電粒子集積部３６を有する。本例の帯電粒子集積部３６は、ＹＺ面内において隔壁３２、空間４１および外壁３９を有する。空間４１は、隔壁３２の外側に配置される。外壁３９は、ＹＺ面内において空間４１の外側に配置される。外壁３９は筒形状を有してよい。また、隔壁３２には、帯電粒子を通過させるための開口（後述）が設けられる。隔壁３２および外壁３９は、金属材料で形成されてよい。

外壁３９には、帯電粒子を電気的に吸引できる電位が印加される。外壁３９に印加される電位は、接地電位であってよい。ガス流路４４を通過する排ガスに含まれる帯電粒子は、隔壁３２の開口（後述）を通って、帯電粒子集積部３６の外壁３９等に付着する。空間４１にマイクロ波を導入することで、外壁３９等に付着した帯電粒子を燃焼させることができる。

本例の外壁３９は、マイクロ波発生部１３０により発生されたマイクロ波を導入し、または、マイクロ波を集塵部１２０から導出するための開口４８を有する。本例において、集塵部１２０における排ガスの進行方向をＸ軸とする。Ｘ軸と垂直な面における２つの直交軸をＹ軸およびＺ軸とする。開口４８は、Ｘ軸方向に沿って複数配置されていてよい。また開口４８は、外壁３９のＹＺ面における外周に沿って複数配置されていてもよい。開口４８は、外壁３９を貫通して設けられてよい。図２の例では、２つの開口４８が、Ｙ軸方向においてガス流路４４を挟んで配置されている。

集塵部１２０は、帯電粒子集積部３６のＸ軸方向における両端に、マイクロ波を反射させるための反射部３４を有する。Ｘ軸方向における一端および他端に設けられる反射部３４は、ＹＺ面内において空間４１を囲うように設けられてよい。開口４８から導入されたマイクロ波は、帯電粒子集積部３６を伝搬して反射部３４により反射し、帯電粒子集積部３６において進行波または定在波を形成する。なおマイクロ波の進行方向は、Ｘ軸と平行な方向に限定されない。マイクロ波は、空間４１のＹＺ面における周方向等、多様な方向に進行波または定在波を形成し得る。

集塵部１２０は、第１電極３０および第２電極を有する。第１電極３０は、集塵部１２０の中心軸に沿って配置されてよい。第１電極３０は、Ｘ軸に長手を有する棒形状を有してよい。第１電極３０は、開口４２から開口４６まで、Ｘ軸方向に沿って連続的に設けられてよい。第２電極は、ＹＺ面内において第１電極３０の周囲に配置されてよい。本例では、隔壁３２が第２電極として機能する。隔壁３２は、第１電極３０を収容する筒形状を有してよい。第１電極３０は、ＹＺ面において隔壁３２が囲む領域の中心に配置されていてよい。ＹＺ面内において、ガス流路４４は第１電極３０と隔壁３２とに挟まれてよい。

本例において、マイクロ波発生部１３０は、複数の開口４８にマイクロ波を導入する。マイクロ波発生部１３０は、複数の開口４８に同一強度のマイクロ波を導入してよい。他の例では、マイクロ波発生部１３０は、開口４８毎に、マイクロ波の強度を制御可能であってもよい。

強度検出部１４０は、複数の開口４８から導出されるマイクロ波の強度を検出する。強度検出部１４０は、複数の開口４８から導出されるマイクロ波をまとめて、強度を検出してよい。それぞれの開口４８から導出されたマイクロ波は、共通の導波路に導入されてよい。強度検出部１４０は、当該共通の導波路におけるマイクロ波の強度を検出してよい。

図２の例では、マイクロ波発生部１３０と強度検出部１４０は、異なる開口４８に設けられている。他の例では、マイクロ波発生部１３０と、強度検出部１４０は、共通の開口４８に設けられていてもよい。この場合、強度検出部１４０は、開口４８からマイクロ波発生部１３０に向かうマイクロ波の強度を検出する。

図３は、隔壁３２の構成の一例を示す図である。図３において、隔壁３２をハッチングにて示している。また、図３においては外壁３９を破線で示している。隔壁３２は、帯電粒子が通る開口３８を有する。開口３８は、空間４１とガス流路４４とを接続する貫通孔である。開口３８は、複数設けられてよい。開口３８は、Ｘ軸方向およびＹＺ面内において周期的に設けられてよい。

Ｘ軸方向において、開口３８の位置と開口４８の位置は、異なっていてよい。集塵部１２０を＋Ｙ軸方向から－Ｙ軸方向に見た場合に、開口４８と隔壁３２とは重なってよく、開口４８と開口３８は重ならなくてよい。集塵部１２０を＋Ｙ軸方向から－Ｙ軸方向に見た場合に、開口４８の一部は開口３８の一部と重なっていてもよい。

図４は、図３におけるＸ軸方向の位置Ｘ１における、集塵部１２０のＹＺ断面の一例を示す図である。当該断面は、開口４８、第１電極３０、ガス流路４４、隔壁３２、開口３８、空間４１および外壁３９を通るＹＺ面である。

隔壁３２は、ガス流路４４を囲んで設けられている。ガス流路４４の当該断面の中心位置には第１電極３０が設けられる。隔壁３２には、開口３８が設けられている。隔壁３２の外側には、空間４１が設けられる。空間４１は、外壁３９で囲まれている。外壁３９および隔壁３２は、第１電極３０を中心とした同心円状に設けられてよい。外壁３９には、マイクロ波を導入または導出するための開口４８が設けられる。

第１電極３０は、接地電位に対して直流の所定の高電位に設定されてよい。所定の高電位とは、１０ｋＶ以上であってよい。隔壁３２（第２電極）および外壁３９は、接地されてよい。第１電極３０と隔壁３２との間には、直流の所定の高電圧（例えば１０ｋＶ以上）が印加される。

第１電極３０と隔壁３２（第２電極）との間に直流の所定の高電圧が印加されると、第１電極３０と隔壁３２との間のガス流路４４にコロナ放電が生じる。これにより、ガス流路４４を流れるガスに含まれる粒子が帯電する。帯電粒子２８は、隔壁３２および外壁３９に引き付けられ、開口３８を通り空間４１内に移動する。

マイクロ波発生部１３０は、開口４８からマイクロ波を導入する。マイクロ波発生部１３０と開口４８とは導波路１３１で接続されてよい。開口４８から導入されたマイクロ波は、主に空間４１内を伝搬し、帯電粒子２８に吸収される。空間４１の帯電粒子２８の量が少ないと、帯電粒子２８に吸収されるマイクロ波が少なくなるので、空間４１に残留するマイクロ波が多くなる。

導出部１４２は、空間４１に残留しているマイクロ波の少なくとも一部を、開口４８から導出する。開口４８と導出部１４２は、導波路１３１で接続されてよい。導出部１４２は、導出したマイクロ波をマイクロ波吸収体１４４に導入する。導出部１４２とマイクロ波吸収体１４４は導波路１３１により接続されてよい。導出部１４２は、マイクロ波吸収体１４４側の導波路１３１から開口４８に向かうマイクロ波を遮蔽するサーキュレーターを有してよい。マイクロ波吸収体１４４は、導入されたマイクロ波を吸収して発熱する。マイクロ波吸収体１４４の温度が高いほど、帯電粒子に吸収されなかったマイクロ波の強度が高い。このような構成より、帯電粒子２８に吸収されない余剰なマイクロ波の強度を検出できる。

図４の例においては、ＹＺ面において対向して配置された２つの開口４８に、マイクロ波発生部１３０と、導出部１４２が接続されている。マイクロ波発生部１３０と導出部１４２が接続される２つの開口４８の配置は、図４の例に限定されない。マイクロ波発生部１３０と導出部１４２が接続される２つの開口４８は、Ｘ軸方向において異なる位置に配置されてもよい。

また、導出部１４２およびマイクロ波吸収体１４４は、図２に示したように、複数の開口４８に対して共通に設けられてもよい。これにより、空間４１内にマイクロ波が偏って残留している場合であっても、空間４１内のマイクロ波の強度を平均化して検出できる。

図５は、マイクロ波吸収体１４４の温度の時間波形と、マイクロ波発生部１３０が集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度の時間波形の一例を示す図である。図５の例では、マイクロ波発生部１３０の起動時を時刻０としている。

起動時において、マイクロ波発生部１３０は第１強度Ｐ１のマイクロ波を発生する。空間４１内の帯電粒子２８の量が比較的に少ないと、第１強度Ｐ１のマイクロ波が帯電粒子２８で吸収しきれずに、マイクロ波吸収体１４４にマイクロ波が導入される。これにより、マイクロ波吸収体１４４の温度が上昇する。

マイクロ波発生部１３０は、第１強度Ｐ１のマイクロ波を集塵部１２０に導入している状態で、マイクロ波吸収体１４４の温度が第１基準温度Ｃ１以上になった場合（時刻ｔ１）に、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度（ワット）を第１強度Ｐ１よりも低い第２強度Ｐ２に切り替える。第２強度Ｐ２は、第１強度Ｐ１の８０％以下であってよく、５０％以下であってよく、０％であってもよい。また、マイクロ波発生部１３０は、マイクロ波吸収体１４４の温度が第１基準温度Ｃ１以上になった場合に、マイクロ波吸収体１４４の温度が下がり始めるまで、マイクロ波の強度を段階的に低下させてもよい。一例として第１強度Ｐ１は４５０Ｗから５５０Ｗの範囲内であり、第２強度Ｐ２は３５０Ｗから４５０Ｗの範囲内である。

マイクロ波の強度が第２強度Ｐ２になり、空間４１に導入されるマイクロ波のほとんどが帯電粒子２８に吸収されると、マイクロ波吸収体１４４に導入されるマイクロ波が小さくなるか、または、ほぼ無くなる。これにより、マイクロ波吸収体１４４の温度が低下する。

マイクロ波発生部１３０は、第２強度Ｐ２のマイクロ波を集塵部１２０に導入している状態で、マイクロ波吸収体１４４の温度が第２基準温度Ｃ２以下になった場合（時刻ｔ２）に、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を第１強度Ｐ１に切り替える。マイクロ波吸収体１４４の温度が第２基準温度Ｃ２以下になった場合、空間４１内の帯電粒子２８の量に比べて、空間４１に導入するマイクロ波の強度が過少と判断できる。このため、マイクロ波の強度を第１強度Ｐ１に切り替えることで、空間４１内の帯電粒子２８を燃焼させやすくなる。また、マイクロ波発生部１３０は、マイクロ波吸収体１４４の温度が上がり始めるまで、マイクロ波の強度を段階的に上昇させてもよい。

このような処理を繰り返すことで、マイクロ波を、空間４１内の帯電粒子２８の量に応じた強度に調整できる。このため、帯電粒子２８が燃焼せずに残留することを防ぎつつ、マイクロ波のエネルギーを節約できる。

図６は、集塵装置１００の他の構成例を示す図である。本例の集塵装置１００は、図１から図５において説明した集塵装置１００の構成に加えて、算出部１５２を備える。他の構成は、図１から図５において説明した集塵装置１００と同一である。

算出部１５２は、マイクロ波発生部１３０が第１強度Ｐ１のマイクロ波を集塵部１２０に導入している積算時間に基づいて、帯電粒子２８の燃焼物が集塵部１２０に堆積している量を算出してよい。つまり算出部１５２は、図５に示した期間Ｔ２の累積時間に基づいて、燃焼物の堆積量を算出する。マイクロ波の強度が高い期間Ｔ２において、主に帯電粒子２８を燃焼させているので、期間Ｔ２を累積することで、帯電粒子２８の燃焼量を推定できる。算出部１５２は、図５に示した期間Ｔ１の累積時間に基づいて、燃焼物の堆積量を算出してもよい。期間Ｔ１は、マイクロ波吸収体１４４の温度が第２基準温度Ｃ２以下になってから、第１基準温度Ｃ１になるまでの期間である。

強度検出部１４０は、マイクロ波吸収体１４４の温度から、帯電粒子２８に吸収されずに残留したマイクロ波の強度を算出してもよい。マイクロ波吸収体１４４の温度は、マイクロ波の強度に応じて変動する。強度検出部１４０は、空間４１に帯電粒子２８が存在しない状態で空間４１にマイクロ波を導入した場合の、マイクロ波吸収体１４４の温度とマイクロ波の強度との関係を予め取得してよい。これにより、マイクロ波吸収体１４４の温度から、空間４１の残留マイクロ波の強度との温度－強度関係を取得して、強度検出部１４０に予め記憶できる。強度検出部１４０は、空間４１に帯電粒子２８が存在する状態で空間４１にマイクロ波を導入した場合のマイクロ波吸収体１４４の温度を取得する。強度検出部１４０は、当該温度に対応する残留マイクロ波の強度を、上述した温度－強度関係から導出してよい。

算出部１５２は、残留マイクロ波の強度と、集塵部１２０に導入されたマイクロ波の強度の差分から、帯電粒子２８に吸収されたマイクロ波の強度を算出してもよい。また、算出部１５２は、帯電粒子２８に吸収されたマイクロ波の強度の時間積分値に基づいて、空間４１に残留している燃焼物の量を算出してもよい。吸収されたマイクロ波の強度の時間積分値と、燃焼物の量との関係は、予め実験的に取得してよい。

算出部１５２は、空間４１に残留している燃焼物の量が、所定の基準値を超えた場合に、その旨を使用者に通知してよい。これにより、集塵部１２０のクリーニング時期を把握しやすくなる。

算出部１５２は、温度検出部１４６が検出する温度の時間波形における、立ち上がり波形の傾きに基づいて、集塵部１２０に導入される粒子の量を算出してよい。算出部１５２は、図５に示した立ち上がり波形１４７の傾きを検出する。第１基準温度Ｃ１および第２基準温度Ｃ２の差分は既知なので、算出部１５２は、立ち上がり波形１４７の傾きとして、図５に示す期間Ｔ１を検出してもよい。集塵部１２０に導入される帯電粒子２８の量が少ないほど、帯電粒子２８に吸収されるマイクロ波は少なくなる。また、帯電粒子２８の量が少ない場合、帯電粒子２８自体の断熱保温効果が小さくなる。このため、マイクロ波吸収による帯電粒子２８への入熱に対して、帯電粒子２８からの放熱が支配的になる。この結果、立ち上がり波形１４７の傾きは小さくなる。立ち上がり波形１４７の傾きと、帯電粒子２８の量との関係は、予め実験的に取得できる。

マイクロ波発生部１３０は、立ち上がり波形１４７の傾きに基づいて、第１強度Ｐ１を制御してもよい。例えば、立ち上がり波形１４７の傾きが小さい場合、帯電粒子２８の量が少ないと推定される。マイクロ波発生部１３０は、立ち上がり波形１４７の傾きが小さいほど、第１強度Ｐ１を大きくしてよい。これにより、帯電粒子２８の量に応じて、マイクロ波の第１強度Ｐ１を調整できる。

図７は、集塵装置１００の他の構成例を示す図である。本例の集塵装置１００は、図１から図６において説明した集塵装置１００の構成に加えて、火炎検出部１６０を備える。他の構成は、図１から図６において説明したいずれかの態様の集塵装置１００と同一である。図７においては、図１に示した構成に、火炎検出部１６０を追加した構成を例示している。

火炎検出部１６０は、集塵部１２０の空間４１に火炎が発生したことを検出する。帯電粒子２８は、マイクロ波を吸収することで炭のように火炎を発生させずに燃焼するが、火炎が発生する場合がある。例えば、マイクロ波の強度が強すぎるか、帯電粒子２８の量が少なすぎるか、または、排ガス中に油分が多く含まれているか等の原因で、空間４１に火炎が発生する場合がある。例えば、低負荷でガソリンエンジンが駆動していると、排ガス中に油分が多く含まれる場合がある。火炎検出部１６０は、火炎が発生したときに生じる光の波長成分を検出することで、火炎を検出してよい。火炎検出部１６０は、空間４１における光量、温度等、他のパラメータに基づいて火炎を検出してもよい。

マイクロ波発生部１３０は、空間４１で火炎が発生した場合に、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を低下させ、または、マイクロ波の集塵部１２０への導入を停止する。マイクロ波発生部１３０は、火炎が発生した場合に、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を第２強度Ｐ２まで低下させてよく、第２強度Ｐ２より小さい強度まで低下させてよく、強度を０にしてもよい。これにより、集塵部１２０を保護できる。

マイクロ波発生部１３０は、火炎が発生した場合に、排ガス源２００の動作状態に基づいて、集塵部１２０に導入するマイクロ波の強度を制御してもよい。例えば排ガス源２００の動作状態によって、火炎が発生した原因が異なる場合がある。排ガス源２００が例えば低負荷状態であり、排ガスに油分が多く含まれる場合、油分により火炎が発生した可能性が高くなる。この場合、空間４１に導入される帯電粒子２８の量は通常である可能性が高い。一方で、排ガス源２００が通常負荷状態の場合、空間４１に導入される帯電粒子２８の量に比べてマイクロ波の強度が高すぎる可能性が高い。マイクロ波発生部１３０は、排ガス源２００が通常負荷状態で火炎が生じた場合、低負荷状態で火炎が生じた場合に比べて、マイクロ波の強度をより小さくしてよい。これにより、帯電粒子２８の量に応じたマイクロ波の強度に制御しやすくなる。

マイクロ波発生部１３０は、火炎が消えた場合に、集塵部１２０へのマイクロ波の導入を再開してよい。マイクロ波発生部１３０は、導入再開時のマイクロ波の強度を第１強度Ｐ１としてよく、第１強度Ｐ１より低い強度としてもよい。

また、集塵装置１００は、集塵部１２０を複数備えていてもよい。この場合、集塵装置１００は、火炎が検出された集塵部１２０への排ガス導入と、マイクロ波導入を停止してよい。集塵装置１００は、火炎が検出されていない集塵部１２０により、排ガスを処理してよい。

図８は、マイクロ波発生部１３０および強度検出部１４０の配置例を示す図である。本例のマイクロ波発生部１３０は、複数の開口４８に対して、開口４８毎に設けられている。これによりマイクロ波発生部１３０は、集塵部１２０の複数の導入位置から、マイクロ波を集塵部１２０に導入する。

また、強度検出部１４０は、複数の開口４８に対して、開口４８毎に設けられている。これにより強度検出部１４０は、集塵部１２０の複数の導出位置からマイクロ波を導出する。それぞれの強度検出部１４０は、図１に示した構造を有する。つまり、開口４８毎に、導出部１４２、マイクロ波吸収体１４４および温度検出部１４６が設けられている。

それぞれのマイクロ波発生部１３０は、いずれかの強度検出部１４０が検出したマイクロ波の強度に基づいて、対応する開口４８に導入するマイクロ波の強度を制御する。それぞれのマイクロ波発生部１３０は、自己の導入位置に対する位置が最も近い導出位置に設けられた強度検出部１４０の検出結果に基づいて、マイクロ波の強度を制御してよい。また、それぞれのマイクロ波発生部１３０は、自己の導入位置とＸ軸方向の位置が同一の導出位置に設けられた強度検出部１４０の検出結果に基づいて、マイクロ波の強度を制御してもよい。

帯電粒子２８は、空間４１において偏って分布する場合がある。この場合、帯電粒子２８が集まった領域の近傍における導出位置から導出するマイクロ波の強度は、比較的に弱くなる場合がある。当該導出位置の近傍の導入位置から導入するマイクロ波の強度を、比較的に強くすることで、帯電粒子２８が集まった領域に対してマイクロ波を照射しやすくなる。このため、効率よく帯電粒子２８を燃焼できる。

図８の例では、マイクロ波発生部１３０と、強度検出部１４０とが異なる開口４８に接続されている。他の例では、マイクロ波発生部１３０と、強度検出部１４０とが共通の開口４８に接続されていてもよい。この場合、マイクロ波の導入位置と導出位置とが同一になるので、導入するマイクロ波の強度を、帯電粒子２８の分布に合わせて制御しやすくなる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

２８・・・帯電粒子、３０・・・第１電極、３２・・・隔壁、３４・・・反射部、３６・・・帯電粒子集積部、３８・・・開口、３９・・・外壁、４１・・・空間、４２・・・開口、４４・・・ガス流路、４６・・・開口、４８・・・開口、１００・・・集塵装置、１１０・・・帯電部、１２０・・・集塵部、１３０・・・マイクロ波発生部、１３１・・・導波路、１４０・・・強度検出部、１４２・・・導出部、１４４・・・マイクロ波吸収体、１４６・・・温度検出部、１４７・・・立ち上がり波形、１５０・・・制御部、１５２・・・算出部、１６０・・・火炎検出部、２００・・・排ガス源

Claims (11)

1. 粒子を捕集する集塵部と、
   前記集塵部に導入するマイクロ波を発生し、前記集塵部に捕集された前記粒子を前記マイクロ波により燃焼させるマイクロ波発生部と、
   前記粒子に吸収されなかった前記マイクロ波の強度を検出する強度検出部と
   を備え、
   前記マイクロ波発生部は、前記強度検出部が検出した前記マイクロ波の強度に基づいて、前記集塵部に導入する前記マイクロ波の強度を制御し、
   前記強度検出部は、
   前記粒子に吸収されなかった前記マイクロ波の少なくとも一部を前記集塵部から導出する導出部と、
   前記集塵部から導出された前記マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体と、
   前記マイクロ波吸収体の温度を検出する温度検出部と
   を備え、
   前記マイクロ波発生部は、第１強度の前記マイクロ波を前記集塵部に導入している状態で前記マイクロ波吸収体の温度が第１基準温度以上になった場合に、前記集塵部に導入する前記マイクロ波の強度を前記第１強度よりも低い第２強度に切り替え、
   前記第２強度の前記マイクロ波を前記集塵部に導入している状態で前記マイクロ波吸収体の温度が第２基準温度以下になった場合に、前記集塵部に導入する前記マイクロ波の強度を前記第１強度に切り替え、
   前記マイクロ波吸収体の前記温度の時間波形における立ち上がり波形の傾きに基づいて、前記第１強度を制御する
   集塵装置。
2. 前記マイクロ波発生部が前記第１強度の前記マイクロ波を前記集塵部に導入している積算時間に基づいて、前記粒子の燃焼物が前記集塵部に堆積している量を算出する算出部を更に備える
   請求項１に記載の集塵装置。
3. 前記温度検出部が検出する温度の時間波形における、立ち上がり波形の傾きに基づいて、前記集塵部に導入される前記粒子の量を算出する算出部を更に備える
   請求項１に記載の集塵装置。
4. 前記集塵部の複数の導出位置に前記導出部が設けられ、
   前記マイクロ波吸収体は、複数の前記導出部が導出した前記マイクロ波がまとめられた前記マイクロ波を吸収する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の集塵装置。
5. 前記集塵部の複数の導出位置に前記導出部が設けられ、
   前記マイクロ波発生部は、前記集塵部の複数の導入位置から、前記マイクロ波を前記集塵部に導入し、
   前記マイクロ波吸収体は、前記導出位置毎に設けられ、
   前記マイクロ波発生部は、それぞれの前記導出位置の前記マイクロ波吸収体の温度に基づいて、対応する前記導入位置から導入する前記マイクロ波の強度を制御する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の集塵装置。
6. 前記強度検出部は、前記集塵部に前記粒子が存在しない状態で前記集塵部に前記マイクロ波を導入した場合の、前記マイクロ波吸収体の温度と前記マイクロ波の強度との関係を予め記憶し、前記集塵部に前記粒子が存在する状態で前記集塵部に前記マイクロ波を導入した場合の前記マイクロ波吸収体の温度から、前記粒子に吸収されなかった前記マイクロ波の強度を検出する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の集塵装置。
7. 前記強度検出部が検出した前記マイクロ波の強度と、前記マイクロ波発生部が前記集塵部に導入した前記マイクロ波の強度の差分から、前記粒子に吸収された前記マイクロ波の強度を算出する算出部を更に備える
   請求項１から５のいずれか一項に記載の集塵装置。
8. 前記算出部は、前記粒子に吸収された前記マイクロ波の強度の時間積分値に基づいて、前記集塵部に残留している前記粒子の燃焼物の量を算出する
   請求項７に記載の集塵装置。
9. 前記集塵部に火炎が発生したことを検出する火炎検出部を更に備え、
   前記マイクロ波発生部は、前記火炎が発生した場合に、前記集塵部に導入する前記マイクロ波の強度を低下させ、または、前記マイクロ波の前記集塵部への導入を停止する
   請求項１から８のいずれか一項に記載の集塵装置。
10. 前記集塵部には、排ガス源が排出する排ガスが導入され、
    前記マイクロ波発生部は、前記火炎が発生した場合に、前記排ガス源の動作状態に基づいて、前記集塵部に導入する前記マイクロ波の強度を制御する
    請求項９に記載の集塵装置。
11. 前記マイクロ波発生部は、前記火炎が発生した場合に、前記排ガス源の負荷状態に基づいて、前記集塵部に導入する前記マイクロ波の強度を制御する
    請求項１０に記載の集塵装置。

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