JP7275548B2

JP7275548B2 - 電気集塵機

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Publication number: JP7275548B2
Application number: JP2018226027A
Authority: JP
Inventors: 健太郎永吉; 加奈絵栗田
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: JP2020082043A

Description

本発明は、電気集塵機に関する。

従来、吸引した空気から塵埃を除去する電気集塵機として、コロナ放電により塵埃を帯電させる荷電部と、複数の接地電極（集塵電極）と半絶縁性樹脂で形成された複数の高圧電極とが交互に配置された集塵部とを備え、荷電部で帯電された塵埃をかかる集塵部により捕集する電気集塵機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

上記特許文献１に開示された電気集塵機のように、高圧電極が半絶縁性樹脂で形成されている場合、高圧電極が金属で形成されたものなどに比べて体積抵抗値が大きいため、放電に必要な電流が大きい火花放電の発生については防止することが可能である。

特開平８－７１４５１号公報

しかしながら、集塵部の集塵電極と高圧電極間において、火花放電の発生は防止できたとしても、微小電流でも発生するコロナ放電については、その発生を防止することができない。集塵部でコロナ放電が発生すると、電気集塵機としての運転は継続できるものの、高圧電極からの放電により消費される電力が無駄になるとともに、放電による電圧降下が生じ、集塵部における電界強度が弱まって集塵性能が低下するおそれがある。このように、塵埃を帯電させるために意図的にコロナ放電を発生させる荷電部とは異なり、集塵部におけるコロナ放電の発生は電力の浪費や集塵性能の低下を招く。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、集塵部においてコロナ放電が発生した場合でも、集塵性能の低下を抑えつつ、無駄な電力消費を抑えることのできる電気集塵機を提供することを目的とする。

本願の開示する電気集塵機の一態様は、荷電部と、集塵部と、電源部と、放電判定部と、印加電圧制御部とを備える。荷電部は、塵埃を帯電させる。集塵部は、複数の集塵電極と半絶縁性樹脂で形成された複数の高圧電極とが交互に配置されるとともに、荷電部で帯電された塵埃を捕集する。電源部は、高圧電極に電圧を印加する。放電判定部は、集塵部におけるコロナ放電の発生の有無を判定する。印加電圧制御部は、放電判定部が集塵部においてコロナ放電が発生したと判定すると、高圧電極への印加電圧を漸次小さくなるように変化させて、当該コロナ放電が開始される放電開始印加電圧を探索する放電開始電圧探索処理を行う。印加電圧制御部は、前記放電開始電圧探索処理を行った後、電源部に対し、探索した放電開始印加電圧よりも小さい電圧を高圧電極に印加させる制御を行う。

本願の開示する電気集塵機の一態様によれば、集塵部でコロナ放電が発生しても集塵性能の低下を抑えつつ、無駄な電力消費を抑えることができる。

図１は、実施例の電気集塵機を備える空気清浄機の概略構成図である。図２Ａは、実施例の電気集塵機を備える空気清浄機のブロック図である。図２Ｂは、図２Ａに示す集塵部出力制御部の説明図である。図３は、実施例の電気集塵機の集塵部を示す模式図である。図４は、電気集塵機の集塵部の高圧電極への印加電圧に対応する放電電流の変化特性を示すグラフである。図５は、電気集塵機の集塵部の高圧電極への印加電圧に対応する電界強度の変化特性を示すグラフである。図６は、電気集塵機における集塵部の高圧電極への印加電圧に対応する電流および放電箇所以遠の電位の関係を示すグラフである。図７は、実施例における電気集塵機の制御部が行う放電抑制印加電圧制御の処理の流れを示す説明図である。図８は、実施例の電気集塵機の集塵部の等価回路を示す説明図である。

以下に、本願の開示する電気集塵機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する電気集塵機の構造および制御方法が限定されるものではない。また、以下の説明による構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

まず、実施例の電気集塵機を備える空気清浄機の概略について説明する。図１は、実施例の電気集塵機を備える空気清浄機の概略構成図である。実施例に係る空気清浄機１は、図１に示すように、空気を清浄化するための装置類を収納する筐体１０を備えている。筐体１０は、合成樹脂材で略直方体状に形成されており、室内の空気を吸引する吸込口１１と、清浄化された空気を室内に吹き出す吹出口１２とが形成されている。

筐体１０内には、吸引された空気から大きな塵埃を除去するプレフィルタ１４と、プレフィルタ１４を通過した空気中の塵埃を静電気力によって集塵する複数の電気集塵機２と、電気集塵機２を通過した空気を脱臭処理する脱臭フィルタ５とが設けられる。電気集塵機２は、荷電部３と、後に詳述する集塵部４とを備える。なお、本実施例においては、筐体１０に３つの電気集塵機２が筐体１０内に配置されているが、配置される数は何ら限定されない。

プレフィルタ１４は、例えば糸状のＰＥＴ材を編みこんだ網目構造を有し、図示しない樹脂枠で保持される。プレフィルタ１４は、筐体１０の内部に吸い込まれた空気に含まれている比較的大きな塵埃を捕集する。脱臭フィルタ５は、プレフィルタ１４および電気集塵機２で塵埃が除かれた空気から、触媒フィルタによって、例えばアンモニアやメチルメルカプタン等の臭気成分やホルムアルデヒド等の有害成分を取り除く脱臭処理を行う。

また、筐体１０内には、脱臭フィルタ５の下流側に配置されるファン６と、ファン６を回転させるファンモータ６１と、電気集塵機２やファンモータ６１を制御する制御部７として機能する電源制御基板とが設けられる。

さらに、筐体１０内には、吸込口１１から吸引された空気の塵埃濃度を検出する埃センサ１３と、運転開始操作、運転停止操作などを行う操作表示基板１５とが設けられる。

本実施例においては、筐体１０には、各電気集塵機２の各集塵部４に電力を供給する単一の集塵部用の定電圧高圧電源部４０が配置されている。なお、荷電部３に電力を供給する荷電部用の定電流高圧電源部３０は、３つの荷電部３にそれぞれ配置されている。

こうして、吸込口１１から吸引された室内の空気は、矢印ｆで示されるように、空気中の塵埃がプレフィルタ１４と電気集塵機２とにより捕集されることで除塵されるとともに、脱臭フィルタ５により脱臭された清浄空気が吹出口１２から室内に吹き出される。

ここで、電気集塵機２の集塵作用について簡単に説明する。電気集塵機２の荷電部３が備える複数の放電電極（不図示）に、予め設定された正極性の高電圧（例えば＋４．５ｋＶ）を印加し、複数の対向電極（不図示）を定電流高圧電源部３０の接地極（アース）に接続する。こうすることで、放電電極と対向電極との間でコロナ放電が起こる。なお、複数の放電電極と複数の対向電極とは、異なる極性をもち、図示しない枠部に保持された状態で、交互に配置されている。なお、ここでの異なる極性とは、正極性、負極性、そして無極性（アース）の３つの極性のうちの、２つの極性の組合せのことを意味する。

放電電極と対向電極との間でコロナ放電が起こると、放電電極と対向電極との間の空間は、正に帯電したイオンを含む空気で満たされる。そして、正イオンで満たされた空間を塵埃が通過する際に、その通過時間と放電電極と対向電極とで作られる電界の強さに応じて、イオンと塵埃の衝突による電荷の移動が起こり、塵埃に正の電荷が帯電する。

一方、集塵部４では、高圧側の電極部を形成する複数の高圧電極４２（図３参照）に予め設定された正極性の高電圧（例えば＋４．５ｋＶ）が印加される。他方、集塵側の電極部を形成する複数の接地電極４３（図３参照）は、定電圧高圧電源部４０の接地極（アース）に接続される。こうすることにより、両電極間に所定の静電界が形成される。

図１において、荷電部３で正に帯電した塵埃は、集塵部４に移動すると、同極性の高圧側の電極部における高圧電極４２からの斥力を受ける。そして、かかる塵埃は、塵埃と反対極性の接地電極４３に吸引される方向に引力を受けて接地電極４３に到達する。こうして、接地電極４３に塵埃が付着することで塵埃が捕集される。さらに、正に帯電されていた塵埃が接地電極４３に触れると、塵埃に帯電していた正の電荷がアースに流される。そのため、帯電した塵埃の付着により接地電極４３が正極に帯電してしまうことが防止され、捕集力の低下が抑制される。

次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、実施例の電気集塵機２を備える空気清浄機１の機能を中心に説明する。図２Ａは、実施例の電気集塵機２を備える空気清浄機１のブロック図、図２Ｂは、図２Ａに示す集塵部出力制御部の説明図である。

図２Ａに示すように、空気清浄機１は、本実施例に係る電気集塵機２やファン６およびファンモータ６１に加え、ＡＣ入力処理部８、ＡＤコンバータ９、制御部７、定電流高圧電源部３０と定電圧高圧電源部４０とを備える。

本実施例に係る電気集塵機２は、前述したように、荷電部３と集塵部４とを備えており、図示するように、集塵部４には電位計測部４８（図３参照）が設けられる。電位計測部４８としては、たとえば、高圧電極４２の電位を非接触で測定可能な検知電極を有する周知の表面電位測定器を用いることができ、高圧電極４２における実際の電位を測定することができる。

ＡＣ入力処理部８は、たとえば商用電源から１００Ｖの交流を入力する。ＡＤコンバータ９は、ＡＣ入力処理部８で入力処理された１００Ｖの交流を、たとえば１２Ｖの直流に変換する。

制御部７は、荷電部出力制御部７１、集塵部出力制御部７２およびモータ出力制御部７３を備える。制御部７は、たとえばＣＰＵやメモリなどのマイクロコンピュータを有し、所定のプログラムを読み出して処理することで荷電部出力制御部７１、集塵部出力制御部７２およびモータ出力制御部７３としての機能を果たす。なお、モータ出力制御部７３は、風量設定などを行う風量切替スイッチ６２と電気的に接続されており、風量切替スイッチ６２の操作に応じてファンモータ６１の出力を制御する。

定電流高圧電源部３０は、荷電部３に対して定電流の高電圧を印加するための電源であり、制御部７の荷電部出力制御部７１により印加電圧が制御される。また、定電圧高圧電源部４０は、集塵部４に対して定電圧の高電圧を印加するための電源（電源部）であり、制御部７の集塵部出力制御部７２により印加電圧が制御される。すなわち、集塵効率をできるだけ高めるためには、荷電部３には一定の大電流を供給し、集塵部４には一定の高電圧を供給することが望ましいことから、荷電部３と集塵部４とに対し、それぞれ独立した電源を用意している。

図２Ｂに示すように、集塵部出力制御部７２は、放電判定部７２１、印加電圧制御部７２２、および予想電位算出部７２３を備える。

放電判定部７２１は、集塵部４におけるコロナ放電の発生の有無を判定する。詳しくは後述するが、集塵部４は、複数の高圧電極４２と複数の接地電極（集塵電極）４３とが平行かつ交互に配置された電極部４１（図３参照）を備えており、定電圧高圧電源部（電源部）４０から高圧電極４２に高電圧が印加されると、湿気や経年劣化による電極汚染のために、隣り合う高圧電極４２と接地電極４３との間でコロナ放電が発生することがある。放電判定部７２１は、集塵部４の電極部４１においてコロナ放電が発生したかどうかを判定する。

印加電圧制御部７２２は、放電判定部７２１によって集塵部４の電極部４１でコロナ放電が発生したと判定すると、定電圧高圧電源部４０に対し、後述する放電開始印加電圧よりも小さい電圧を電極部４１の高圧電極４２に印加させて集塵運転を継続させることができる。

すなわち、電極部４１でコロナ放電が発生して放電電流（空気の絶縁破壊を起こして流れる電流）が流れてしまうと、電圧降下が生じて集塵性能が低下する。そこで、集塵性能の低下をできるだけ抑えるために、コロナ放電が発生することなく、なおかつ支障なく集塵処理が行えるだけの印加電圧になるように、印加電圧制御部７２２は定電圧高圧電源部４０を制御する。

より具体的には、印加電圧制御部７２２は、放電判定部７２１が集塵部４の電極部４１においてコロナ放電が発生したと判定した場合、放電開始印加電圧を探索する放電開始電圧探索処理を実行する。そして、印加電圧制御部７２２は、放電開始電圧探索処理を行った後、探索した放電開始印加電圧よりも小さい電圧で高圧電極４２に印加させる制御を行うようにしている。なお、コロナ放電が発生したか否かの詳細な判定方法については後述する。

予想電位算出部７２３は、集塵部４の電極部４１でコロナ放電が発生していないと仮定した場合に、電位計測部４８での計測が予想される予想電位を算出する。なお、予想電位の詳細な算出方法についても後述する。

本実施例における放電判定部７２１は、詳しくは後述するが、電位計測部４８により計測された実測電位に基づいてコロナ放電の有無を判定するようにしている。

図３は、実施例の電気集塵機２の集塵部４を示す模式図である。図３に示すように、集塵部４は、複数の高圧電極４２と複数の接地電極（集塵電極）４３とが平行かつ交互に配置された電極部４１を備える。複数の高圧電極４２は、それぞれシート状に形成され、各基部が絶縁性保持部材４５に保持されるとともに高圧給電部材４６に接続される。また、複数の接地電極４３もそれぞれシート状に形成されるとともに、各基部が絶縁性保持部材４５に保持されるとともに接地用給電部材４７に接続されている。また、絶縁性保持部材４５および接地用給電部材４７には、放電防止絶縁部材４４が設けられている。

高圧電極４２は、たとえばＰＡ（ポリアミド）やＡＢＳ樹脂を混合した、体積抵抗率が１０^９Ωｃｍ～１０^１３Ωｃｍの半絶縁性の樹脂により平板状に形成されている。また、接地電極４３は、カーボンとＡＢＳ樹脂を混合した、体積抵抗率が１０^２Ωｃｍ程度の半導電性の樹脂により平板状に形成されている。そして、高圧電極４２と接地電極４３とが、たとえば２ｍｍ以下の所定の間隔をあけて交互に配置される。

また、集塵部４には、前述したように電位計測部４８が設けられている。電位計測部４８としては、高圧電極４２の電圧を非接触で測定可能な検知電極を有する周知の表面電位測定器を用いることができる。

ここで、電気集塵機２が長時間使用されて高圧電極４２の汚染が進んで経年劣化すると、高圧給電部材４６から最も近く、隣り合う接地電極４３と対向する位置Ｓの間でコロナ放電が生じやすくなる。そして、コロナ放電が発生すると、高圧電極４２上で高圧給電部材４６から見て、放電箇所（位置Ｓ）よりも遠い位置（以下、「放電箇所以遠」と記載）では電位が下がる。そこで、本実施例において、かかる電位計測部４８は、高圧給電部材４６から離れた位置、すなわち、高圧電極４２の先端部側に設けられている。これによって、絶縁性保持部材４５を介して高圧給電部材４６に接続された高圧電極４２における放電箇所以遠の電位（高圧電極４２の先端部側の電位）を計測するようにしている。

特に、本実施例における高圧電極４２は、上述したように、体積抵抗率が高い半絶縁性の樹脂により形成されているため、放電により流れる電流がたとえ微小なコロナ放電であっても、放電直後に電位が急激に低下する。したがって、電位計測部４８によって、高圧電極４２の電位の急激な変化を検出することで、コロナ放電の発生の有無を正確に測定することができる。

ここで、図２～図６を参照しながら、本実施例に係る電気集塵機２が行う放電防止制御の一例について説明する。ここで、放電防止制御とは、コロナ放電が開始される放電開始印加電圧よりも小さい印加電圧で集塵運転を実行する制御を指す。かかる制御は、集塵部出力制御部７２により行われる。詳しくは後述するが、本実施例では、集塵部出力制御部７２は、放電開始印加電圧を探索する放電開始電圧探索処理を行うとともに、放電開始電圧探索処理を行った後、探索した放電開始印加電圧よりも小さい電圧で高圧電極４２に印加させる制御を行うようにしている。

図４は、電気集塵機２の集塵部４の高圧電極４２への印加電圧に対応する放電電流の変化特性を示すグラフ、図５は、電気集塵機２の集塵部４の高圧電極４２への印加電圧に対応する電界強度の変化特性を示すグラフである。また、図６は、電気集塵機２における集塵部４の高圧電極４２への印加電圧に対応する電流および放電箇所以遠の電位の関係を示すグラフ、図７は、実施例における電気集塵機２の集塵部出力制御部７２が行う放電抑制印加電圧制御の処理の流れを示す説明図である。

なお、図４および図５において、実線は長時間使用後、破線は使用開始時点（初期状態）における電気集塵機２の高圧電極４２の電圧と電流の変化を示す。図４において、横軸に印加電圧（高圧電極４２への印加電圧）を取り、縦軸には放電電流（高圧電極４２に流れる放電電流）を取っている。また、図５においては、横軸に印加電圧（高圧電極４２への印加電圧）を取り、縦軸には高圧電極４２と接地電極４３との間の電界強度（集塵能力を示す指標）を取っている。

電気集塵機２は、初期状態（使用開始時）でコロナ放電が起きないことが確認されている所定の基準となる電圧（以下、「基準電圧」）Ｖｘを集塵部４の高圧電極４２に印加する設定で使用することができる。但し、印加電圧を基準電圧Ｖｘとする設定で使用し続けていると、湿気や経年劣化による高圧電極４２および接地電極（集塵電極）４３の汚染によって、集塵部４の高圧電極４２と接地電極４３との間でコロナ放電が発生し、集塵能力が低下することが知られている。たとえば、電気集塵機２の使用開始時（初期状態）と長時間使用後とでは、長時間使用後のコロナ放電の発生によって、高圧電極４２に流れる電流が変化する。

ここで、図４における印加電圧に対する放電電流を示すグラフ上の点、および、図５における印加電圧に対する電界強度を示すグラフ上の点を、以下、「動作点」と呼ぶ。図４および図５におけるＡ～Ｄは、それぞれ異なる動作点を表す。図４と図５とで動作点を示す記号が同じとき（例えば、図４における動作点Ａと図５における動作点Ａ）は、高圧電極４２への印加電圧が同じときの特性であることを表す。

通常、電気集塵機２は、製造時において、コロナ放電が発生することなく良好な集塵動作が行われるよう、印加電圧が基準電圧Ｖｘとなるよう設定される。製造時（使用開始時点）において設定される印加電圧Ｖｘに対応する動作点を第１の動作点Ａとすると、図４に示すように、第１の動作点Ａは、放電電流値が０となる点、すなわち、コロナ放電が発生しない印加電圧に対応する動作点となる。たとえば、ここでは高圧電極４２へ印加する印加電圧は４．５ｋＶに設定される。また、この印加電圧を印加したときの電界強度（ここでは２２．５ｋＶ／ｃｍ）である動作点Ａは、図５に示すように、印加電圧と電界強度が比例する直線上の値をとる。

しかしながら、電気集塵機２が長時間使用されることによって、高圧電極４２の汚染が進むと、初期状態ではコロナ放電が発生しなかった大きさの印加電圧である基準電圧Ｖｘでもコロナ放電が発生するようになる。そのため、長時間使用後には、たとえば、印加電圧（高圧電極４２への印加電圧）を４．０ｋＶとしたときにコロナ放電が発生するようになり、このときの印加電圧に対応する動作点はＤ点である。すなわち、初期状態と同じように４．５ｋＶの電圧を印加した場合でもコロナ放電が発生するようになり、コロナ放電に伴いわずかながら放電電流が高圧電極４２に流れることになる。そして、わずかでも放電電流が流れれば、半絶縁性樹脂で形成された高圧電極４２の電気抵抗が大きいため、高圧電極４２の電位は著しく低下する。その結果、印加電圧が４．５ｋＶのままであっても、放電電流や電界強度は、初期状態の第１の動作点Ａから、長時間使用後には第２の動作点Ｂへ移動する。このように、印加電圧に対する放電電流の特性、および、印加電圧に対する電界強度の特性は、初期状態と長時間使用後とで異なってしまう。そのため、放電電流の大きさに比例して高圧電極４２の電位が大幅に低下し、それに伴い、図５に示すように、第２の動作点Ｂにおいては、集塵性能を示す電界強度が大きく低下する。ここでは、電界強度が２２．５ｋＶ／ｃｍから１５．０ｋＶ／ｃｍまで低下している。

一方、高圧電極４２に印加する電圧を、コロナ放電が発生し始める印加電圧（放電開始印加電圧）である４．０ｋＶよりも小さくすれば、集塵部４でコロナ放電が発生することがない。そこで、本実施例における制御部７の集塵部出力制御部７２は、動作点がコロナ放電の発生しない第３の動作点Ｃとなるように、定電圧高圧電源部（電源部）４０による印加電圧を制御する。つまり、放電開始印加電圧よりも低い印加電圧を高圧電極４２に印加するよう制御する。図４に示すように、放電電流値が０となってコロナ放電が発生しない第３の動作点Ｃとなるよう、ここでは、印加電圧を３．８ｋＶとしている。

このように、動作点が第３の動作点Ｃとなるように印加電圧を制御することにより、集塵運転を継続しつつ、何ら制御を行わずにコロナ放電が発生した結果として動作点が第２の動作点Ｂに移動する場合に比べ、より高い集塵性能を得ることが可能となる。すなわち、図５に示すように、何ら制御を行わない場合の電界強度１５．０ｋＶ／ｃｍに比べ、電界強度１９．０ｋＶ／ｃｍによる集塵運転が可能となる。

しかしながら、放電開始印加電圧は、常に一定の値をとることはなく、電極の形状や材質のほか、温度や湿度といった使用環境、電極に堆積した汚れの種類などによっても変化してしまう。そのため、集塵部４でのコロナ放電の発生を検知した際に、高圧電極４２への印加電圧を、予め所定の印加電圧（例えば３．８ｋＶ）となるように制御したとしても、コロナ放電が発生しなくなるとは限らない。そこで、本実施例では、使用環境や汚れの種類に関係なく放電開始印加電圧を検出できるように、以下に説明する放電開始電圧探索処理を行う。

ここで、図６を参照しながら、放電開始印加電圧を検出する放電開始電圧探索処理について簡単に説明する。図６における直線Ｌは、式１で示される一次関数で規定される。
Ｅ＝ｐＶ・・・・・・・（式１）
Ｅ：放電箇所以遠の電位
Ｖ：印加電圧（Ｖ＜Ｖ_０，Ｖ_０：放電開始印加電圧）
ｐ：比例定数（ｐ≒１）

また、図６において、Ｉ_Ｌはリーク電流（物体表面を伝わって流れる電流）、Ｉ_Ｄは放電電流（空気の絶縁破壊を起こして流れる電流）であり、検出可能なコレクタ電流であるＩ_{ｔｏｔａｌ}は、Ｉ_{ｔｏｔａｌ}＝Ｉ_Ｌ＋Ｉ_Ｄで表される。

図６に示すように、先ず、制御部７の予想電位算出部７２３（図２Ｂ参照）は、コロナ放電が発生していないと仮定したときに電位計測部４８（図２Ａおよび図３参照）で計測されると予想される予想電位Ｅ_ｅｓを算出（推定）する。式１で示すように、コロナ放電が起きていないとき、高圧電極４２の放電箇所以遠の電位Ｅは、高圧電極４２への印加電圧Ｖに比例する（Ｅ＝ｐＶ）。そのため、コロナ放電が発生していないと仮定すると、放電箇所以遠の電位Ｅは、印加電圧Ｖに基づいて算出（推定）することができる。つまり、予想電位Ｅ_ｅｓは、印加電圧との比例関係を示す直線Ｌの式（Ｅ_ｅｓ＝ｐＶ）によって求めることができる。比例定数ｐ≒１であり、ここでは簡単のためｐ＝１とおく。例えば、印加電圧Ｖが放電開始電圧以下の４．０ｋＶのとき、予想電位Ｅ_ｅｓはＥ_ｅｓ＝ｐＶ＝４．０ｋＶとなる。

次いで、電位計測部４８により計測された実際の電位である実測電位Ｅ_ａｃと、予想電位Ｅ_ｅｓとを比較する。ここで、予想電位Ｅ_ｅｓは、コロナ放電が発生していないと仮定して算出している。そのため、仮にコロナ放電が発生していれば、電位計測部４８により計測された実際の電位である実測電位Ｅ_ａｃは、コロナ放電に伴う電圧降下により、予想電位Ｅ_ｅｓよりも大幅に小さい値になっていると想定される。そこで、実測電位Ｅ_ａｃと予想電位Ｅ_ｅｓとの差が所定の閾値（例えば、コロナ放電が起きた場合に生じる電圧降下に伴う電位の変化量）よりも大きい場合、放電判定部７２１（図２Ｂ参照）はコロナ放電が発生していると判定する。

次いで、制御部７は、コロナ放電が開始される放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する。ここでは、電位計測部４８で計測された実測電位Ｅ_ａｃに基づいて放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する。すなわち、印加電圧Ｖを徐々に変化させながら、各印加電圧Ｖと、それに対応する実測電位Ｅ_ａｃとを比較して放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する。

すなわち、制御部７の印加電圧制御部７２２（図２Ｂ参照）は、放電開始電圧探索処理に際し、高圧電極４２への印加電圧Ｖを漸次小さくなるように変化させて放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する。このとき、変化させていった印加電圧Ｖに対し、対応する実測電位Ｅ_ａｃの変化量が、ある印加電圧Ｖ付近でこれまでの変化量よりも著しく大きくなった場合、放電電流Ｉ_Ｄが流れなくなったことにより実測電位Ｅ_ａｃが急激に変化したと判断する。つまり、高圧電極４２への印加電圧Ｖを漸次小さくなるように変化させたときに、実測電位Ｅ_ａｃが急激に大きくなる変化（例えば、印加電圧Ｖの変化に伴う実測電位Ｅ_ａｃの変動量が一定値以上であること）を検出したことをもって、コロナ放電が止まったと判断することができ、そのときに高圧電極４２へ印加していた印加電圧Ｖを、放電開始印加電圧Ｖ_０として検出する。なお、検出可能な電流値であるＩ_{ｔｏｔａｌ}（リーク電流Ｉ_Ｌと放電電流Ｉ_Ｄの合計）の変動をもとにコロナ放電の発生の有無を判定することも考えられる。しかし、集塵部４でコロナ放電が発生した際に高圧電極４２に流れる放電電流Ｉ_Ｄは微弱であるため、図６に示すように、放電開始印加電圧Ｖ_０付近でのＩ_{ｔｏｔａｌ}の変動は緩やかである。よって、変動が顕著な高圧電極４２の電位の変化によってコロナ放電の有無を判定するのが望ましい。

放電開始印加電圧Ｖ_０を検出した後、印加電圧制御部７２２は、印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとに基づき、高圧電極４２（図３参照）への印加電圧Ｖの下限となる下限印加電圧Ｖ_ｍｉｎを設定する。そして、印加電圧制御部７２２は、その後については、定電圧高圧電源部４０に対して放電開始印加電圧Ｖ_０よりも小さい電圧を高圧電極４２に印加させる。図６に示すように、下限印加電圧Ｖ_ｍｉｎは、例えば、コロナ放電が発生し電圧降下が起きている場合の実測電位Ｅ_ａｃ（印加電圧Ｖ＝放電開始印加電圧Ｖ_０の場合の実測電位Ｅ_ａｃを含む）をＥ_ｍｉｎとし、コロナ放電が発生していないと仮定した場合の予想電位Ｅ_ｅｓを示す直線Ｌ（Ｅ＝ｐＶ）上において、予想電位Ｅ_ｅｓ＝Ｅ_ｍｉｎとなるときの印加電圧Ｖを、下限印加電圧Ｖ_ｍｉｎとすればよい。

こうして、制御部７の集塵部出力制御部７２（図２Ａ参照）は、放電開始印加電圧Ｖ_０を探索した後、定電圧高圧電源部４０に対して放電開始印加電圧Ｖ_０よりも小さい印加電圧を高圧電極４２に印加させて、集塵運転を継続しつつコロナ放電を防止する放電防止運転制御を行う。ここでは、印加電圧Ｖを下限印加電圧Ｖ_ｍｉｎよりも大きな値とすることで、電界強度が１５ｋＶ／ｃｍより大きくなり、集塵部４でのコロナ放電によって電界強度が低下した際よりも高い集塵性能を保つことができるようにしている。かかる放電防止運転制御を実行しているときの印加電圧Ｖの範囲ＦはＶmin～Ｖmaxで示される範囲となる。

ここで、図７を参照しながら、放電開始印加電圧Ｖ_０を探索して放電防止運転制御を実行する放電抑制印加電圧制御について説明する。なお、図７の処理では、便宜上、印加電圧と放電箇所以遠の電位の関係における比例定数ｐ＝１としている。

図７に示すように、制御部７は、高圧電極４２への印加電圧Ｖを基準電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ１１０）。基準電圧Ｖｘは、電気集塵機２の製造時点で、放電電流値が０となり、コロナ放電が発生しないと想定される電圧に予め設定される。

ここで、集塵部４でコロナ放電が発生していれば、電位計測部４８により計測された実際の電位である実測電位Ｅ_ａｃは、コロナ放電に伴う電圧降下により、印加電圧Ｖよりも大幅に小さくなることが想定される。一方で、集塵部４でコロナ放電が発生していなければ、電圧降下は起きず、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖよりも大幅に小さくなることはないと想定される。そこで、制御部７は、電位計測部４８による実測電位Ｅ_ａｃを計測し（ステップＳ１２０）、実測電位Ｅ_ａｃが、印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差以上である（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差は、閾値ΔＥ以下である）と判定されるとき（ステップＳ１３０：Ｎｏ）は、放電による電位の降下が起きていない、すなわちコロナ放電が発生していないと判定する。他方、実測電位Ｅ_ａｃが、印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差よりも小さい（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が、所定の閾値ΔＥよりも大きい）と判定される（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）と、高圧電極４２にコロナ放電による放電電流が流れている、すなわちコロナ放電が発生していると判定し、処理をステップＳ１４０に移す。

コロナ放電が発生した際に印加していた印加電圧（放電開始印加電圧）を探索するために、制御部７は、ステップＳ１４０において、印加電圧Ｖを所定の下げ幅ΔＶだけ小さくする（印加電圧ＶをＶ＝Ｖ－ΔＶに変更）するとともに、そのときの実測電位Ｅ_ａｃを検出し（ステップＳ１５０）、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差よりも大きいか否か、換言すると印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１６０）。

実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差よりも小さい（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥよりも大きい）と判定されると（ステップＳ１６０：Ｎｏ）、コロナ放電が依然として起きていると判断し、制御部７は、処理をステップＳ１４０に移す。そして、制御部７は、さらに印加電圧Ｖを所定の下げ幅ΔＶだけ落とし、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差以上（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥ以下）と判定するまで、つまり、コロナ放電が起きなくなったと判断されるまで処理を繰り返す。このように、印加電圧を徐々に小さくしながら放電の発生の有無を判定することで、コロナ放電が起きていた印加電圧とコロナ放電が起きなくなった印加電圧との境界となる印加電圧、すなわちコロナ放電が開始された印加電圧（放電開始印加電圧Ｖ_０）を探索する。

そして、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差以上である（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥ以下である）と判定すると（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）、制御部７は、コロナ放電が起きなくなったと判定する。

その後、制御部７は、時間経過による変動の影響を抑えるため、所定時間ｔ１（例えば３０分）が経過するまで待機し（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、所定時間ｔ１に達すると（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、印加電圧Ｖが基準として設定された基準電圧Ｖｘよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１８０）。

そして、印加電圧Ｖが基準として設定された基準電圧Ｖｘよりも小さいと判定されると（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１９０に移す。一方、印加電圧Ｖが基準として設定された基準電圧Ｖｘ以上であると判定すると（ステップＳ１８０：Ｎｏ）、本処理を終了する。

ところで、電気集塵機２内の湿度の変化などにより、一時的に放電開始印加電圧Ｖ_０が低下することがある。この場合、一時的に下がった放電開始印加電圧Ｖ_０が時間の経過によって戻ることが想定される。

そこで、ステップＳ１９０において、制御部７は、今度は印加電圧を増加させるように変化させる。すなわち、ステップＳ１９０の時点での印加電圧が、コロナ放電が開始される正確な印加電圧よりも小さくなっていることが想定されるため、印加電圧Ｖを幅ΔＶだけ上げながら実測電位Ｅ_ａｃを検出する（ステップＳ２００）。次いで、制御部７は、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差以上であるか否か、換言すれば、閾値ΔＥが印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃの差以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

そして、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差よりも小さい（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥよりも大きい）と判定すると（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、制御部７は、処理をステップＳ１４０に移し、ステップＳ１４０～ステップＳ２００の処理を繰り返すことで、放電開始印加電圧を探索する。

そして、実測電位Ｅ_ａｃが印加電圧Ｖと閾値ΔＥとの差以上である（印加電圧Ｖと実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥ以下である）と判定したときに（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、制御部７は、放電開始印加電圧を検出したことになる。

その後、制御部７は、所定時間ｔ１が経過するまで待機し（ステップＳ２２０：Ｎｏ）、所定時間ｔ１が経過すると（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、印加電圧Ｖが、基準として設定された基準電圧Ｖｘ（電気集塵機２の製造時点でコロナ放電が発生しないと想定される電圧）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。

制御部７は、印加電圧Ｖが基準として設定された基準電圧Ｖｘ以上であると判定されない限り、ステップＳ１４０～ステップＳ２２０までの処理を繰り返し（ステップＳ２３０：Ｎｏ）、印加電圧Ｖが基準電圧Ｖｘ以上であると判定された場合に限り（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ）、本放電抑制印加電圧制御処理を終了する。

上述の放電抑制印加電圧制御処理により、実施例に係る集塵部４における集塵性能が、放電抑制印加電圧制御処理を行わない場合に比べてどの程度改善されたかについて、図８および表１を用いて説明する。図８は、実施例に係る集塵部４の等価回路を示す説明図、表１は、新しい電気集塵機と、長時間使用した電気集塵機において、放電抑制印加電圧制御を行った場合と行わなかった場合の性能比較結果を示している。なお、簡単のため、図８において、集塵部４における接地電極（集塵電極）４３の抵抗は０としている。

図８および表１において、Ｖは電源電圧、Ｒ_ｈｖは高圧電極抵抗（ＨＶ電極抵抗）、ｉは放電電流、Ｒ_ｄは放電抵抗、Ｅは電極間電圧である。また、表１におけるＶ_０は放電開始電圧（実測値）である。

集塵能力を示す電界強度は、電極間電圧Ｅに比例することが分かっている。表１に示すように、電気集塵機２を長時間使用した後に、上述した放電抑制印加電圧制御を実行した場合の電極間電圧Ｅは４ｋＶであるのに対し、放電抑制印加電圧制御を実行しなかった場合の電極間電圧Ｅは３．２９ｋＶである。

したがって、４ｋＶ／３．２９ｋＶ＝１．２２となって、放電抑制印加電圧制御によって、集塵能力が２２％改善したことが分かる。

ところで、上述してきた実施例において、コロナ放電が発生したか否かについては、実測電位Ｅ_ａｃに基づいて制御部７が演算することによって判定するものとした。しかし、集塵部４の電極部４１におけるコロナ放電を検出する放電検出センサを、集塵部４内に別途設け、かかる放電検出センサの検出結果に基づいて、制御部７の放電判定部７２１がコロナ放電の発生の有無を判定するようにしてもよい。

たとえば、放電検出センサとしては、光検知素子または音検知素子などが考えられる。そして、光検知素子または音検知素子のうち、少なくともいずれか一方を備えた構成として、コロナ放電の発生時に放出される光、または音を検知することで、制御部７の放電判定部７２１が集塵部４においてコロナ放電が発生していると判定することができる。

また、放電検出センサとして、除塵後の粒子数を、たとえばパーティクルカウンタで計測し、粒子数が急激に変化したタイミングが発見された場合、コロナ放電が発生したものと判定することもできる。

さらに、集塵部４において、たとえばプローブなどの装置を配置して、電極部４１の電界を監視し、電界が急激に変化したタイミングが発見された場合、コロナ放電が発生したものと判定することも可能である。

以上、本願の実施例を図面に基づいて説明したが、あくまでも例示であって、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施すことができる。

上述してきた実施例より、以下の電気集塵機２が実現される。

（１）塵埃を帯電させる荷電部３と、複数の接地電極（集塵電極）４３と半絶縁性樹脂で形成された複数の高圧電極４２とが交互に配置されるとともに、荷電部３で帯電された塵埃を捕集する集塵部４と、高圧電極４２に電圧を印加する定電圧高圧電源部（電源部）４０と、集塵部４におけるコロナ放電の発生の有無を判定し、コロナ放電が発生したと判定すると、当該コロナ放電が開始される放電開始印加電圧Ｖ_０を検出し、定電圧高圧電源部４０に対し、検出した放電開始印加電圧Ｖ_０よりも小さい電圧を高圧電極４２に印加させる集塵部出力制御部７２とを備える、電気集塵機２。

かかる電気集塵機２によれば、コロナ放電が発生しても集塵性能の低下を抑えつつ、無駄な電力消費を抑えることができる。

（２）上記（１）において、集塵部出力制御部７２は、集塵部４におけるコロナ放電の発生の有無を判定する放電判定部７２１と、放電判定部７２１がコロナ放電が発生したと判定した場合、放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する放電開始電圧探索処理を行う印加電圧制御部７２２と、を有し、印加電圧制御部７２２は、放電開始電圧探索処理を行った後、探索した放電開始印加電圧Ｖ_０よりも小さい電圧で高圧電極４２に印加させる制御を行う、電気集塵機２。

（３）上記（２）において、印加電圧制御部７２２は、放電開始電圧探索処理に際し、高圧電極４２への印加電圧を漸次小さくなるように変化させて放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する、電気集塵機２。

（４）上記（２）または（３）において、集塵部４は、高圧電極４２の電位を測定する電位計測部４８を備え、印加電圧制御部７２２は、電位計測部４８で計測された実測電位Ｅ_ａｃに基づいて、放電開始印加電圧Ｖ_０を探索する、電気集塵機２。

集塵部４でコロナ放電が発生した際、高圧電極４２に流れる放電電流Ｉ_Ｄが微弱であっても、半絶縁性樹脂で形成された高圧電極４２の電位は急激に低下する。よって、かかる電気集塵機２によれば、電位計測部４８で計測された実測電位Ｅ_ａｃの変動に基づいてコロナ放電の発生の有無を判定することで、正確な放電開始印加電圧Ｖ_０を探索することができる。

（５）上記（４）において、印加電圧制御部７２２は、集塵部４でコロナ放電が発生していないと仮定した場合に、電位計測部４８での計測が予想される予想電位Ｅ_ｅｓを算出する予想電位算出部７２３をさらに備え、放電判定部７２１は、予想電位算出部７２３により算出した予想電位Ｅ_ｅｓと電位計測部４８による実測電位Ｅ_ａｃとの差が所定の閾値ΔＥよりも大きい場合、集塵部４においてコロナ放電が発生したと判定する、電気集塵機２。

（６）上記（５）において、印加電圧制御部７２２は、放電判定部７２１がコロナ放電が発生したと判定したときに、電位計測部４８によって計測された実測電位Ｅ_ａｃと、予想電位算出部７２３により算出された予想電位Ｅ_ｅｓとに基づき、高圧電極４２への印加電圧の下限である下限印加電圧Ｖ_ｍｉｎを設定し、定電圧高圧電源部４０に対し、下限印加電圧Ｖ_ｍｉｎ以上の電圧を高圧電極４２に印加させる、電気集塵機２。

（７）上記（２）～（６）のいずれかにおいて、集塵部４におけるコロナ放電を検出する放電検出センサを備え、放電判定部７２１は、放電検出センサの検出結果に基づいて、コロナ放電の発生の有無を判定する、電気集塵機２。

また、本実施例では、上記（２）～（６）の構成を有することから、コロナ放電が発生しても、集塵性能の低下を十分に抑えるとともに、無駄な電力消費を抑制することが可能となる。

１空気清浄機
２電気集塵機
４集塵部
７制御部
４０定電圧高圧電源部
４１電極部
４２高圧電極
７２集塵部出力制御部
７２１放電判定部
７２２印加電圧制御部
７２３予想電位算出部

Claims

塵埃を帯電させる荷電部と、
複数の集塵電極と半絶縁性樹脂で形成された複数の高圧電極とが交互に配置されるとともに、前記荷電部で帯電された塵埃を捕集する集塵部と、
前記高圧電極に電圧を印加する電源部と、
前記集塵部におけるコロナ放電の発生の有無を判定する放電判定部と、
前記放電判定部が前記コロナ放電が発生したと判定すると、前記高圧電極への印加電圧を漸次小さくなるように変化させて、当該コロナ放電が開始される放電開始印加電圧を探索する放電開始電圧探索処理を行う印加電圧制御部とを備え、
前記印加電圧制御部は、前記放電開始電圧探索処理を行った後、前記電源部に対し、探索した前記放電開始印加電圧よりも小さい電圧を前記高圧電極に印加させる制御を行う
電気集塵機。
前記集塵部は、前記高圧電極の電位を測定する電位計測部を備え、
前記印加電圧制御部は、前記電位計測部で計測された実測電位に基づいて、前記放電開始印加電圧を探索する
請求項１に記載の電気集塵機。
塵埃を帯電させる荷電部と、
複数の集塵電極と半絶縁性樹脂で形成された複数の高圧電極とが交互に配置されるとともに、前記荷電部で帯電された塵埃を捕集する集塵部と、
前記高圧電極に電圧を印加する電源部と、
前記集塵部におけるコロナ放電の発生の有無を判定する放電判定部と、
印加電圧制御部とを備え、
前記集塵部は、前記高圧電極の電位を測定する電位計測部を備え、
前記印加電圧制御部は、前記放電判定部が前記コロナ放電が発生したと判定すると、前記電位計測部で計測された実測電位に基づいて、前記コロナ放電が開始される放電開始印加電圧を探索する放電開始電圧探索処理を行い、前記放電開始電圧探索処理を行った後、前記電源部に対し、探索した前記放電開始印加電圧よりも小さい電圧を前記高圧電極に印加させる制御を行う
電気集塵機。
前記集塵部で前記コロナ放電が発生していないと仮定した場合に、前記電位計測部での計測が予想される予想電位を算出する予想電位算出部をさらに備え、
前記放電判定部は、前記予想電位算出部により算出した前記予想電位と前記電位計測部による実測電位との差が所定の閾値よりも大きい場合、前記集塵部において前記コロナ放電が発生したと判定する、請求項２または３に記載の電気集塵機。
前記印加電圧制御部は、
前記放電判定部が前記コロナ放電が発生したと判定したときに、前記電位計測部によって計測された実測電位と、前記予想電位算出部により算出された予想電位とに基づき、前記高圧電極への印加電圧の下限である下限印加電圧を設定し、前記電源部に対し、前記下限印加電圧以上の電圧を前記高圧電極に印加させる、請求項４に記載の電気集塵機。
前記集塵部におけるコロナ放電を検出する放電検出センサを備え、
前記放電判定部は、
前記放電検出センサの検出結果に基づいて、前記コロナ放電の発生の有無を判定する、請求項１から３のいずれか一つに記載の電気集塵機。