電気集塵装置
【課題】正コロナ放電と負コロナ放電を同じ帯電部内で発生させる電気集塵装置において、コンパクトかつ低コストで、省エネ運転が可能な形状・構造を提供する。
【解決手段】先端が尖った複数のトゲを設けた平板の帯電部極板１を複数枚用い、トゲの先端が風上に向く帯電部極板１ａと、風下に向く帯電部極板１ｂとを隣同士互い違いに並行に並べて帯電部１３を構成し、風上を向くトゲにおいては正コロナ放電を、風下を向くのトゲにおいては負コロナ放電を生じさせ、粉塵を正負両極性に帯電させ、集塵部１６における荷電極板２ａと接地極板２ｂの両者で粉塵を捕集する構成とする。
【解決手段】先端が尖った複数のトゲを設けた平板の帯電部極板１を複数枚用い、トゲの先端が風上に向く帯電部極板１ａと、風下に向く帯電部極板１ｂとを隣同士互い違いに並行に並べて帯電部１３を構成し、風上を向くトゲにおいては正コロナ放電を、風下を向くのトゲにおいては負コロナ放電を生じさせ、粉塵を正負両極性に帯電させ、集塵部１６における荷電極板２ａと接地極板２ｂの両者で粉塵を捕集する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電気集塵装置に関し、特定的には、正コロナ放電と負コロナ放電を同じ帯電部内で発生させる電気集塵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気集塵装置は、帯電部の放電極に直流高電圧を印加し、正コロナまたは負コロナのいずれか一方を発生させ、帯電部を通過する粉塵を正または負に帯電する。この帯電された粉塵を、直流高電圧が印加された荷電極板と、接地に繋がれた接地極板を有する集塵部の高電界により、静電気力で接地極板面上に捕集する技術が広く一般的に知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、その電気集塵送風原理について図１２を参照しながら説明する。
【０００４】
図１２に示すように、電気集塵装置は帯電部１０４と集塵部１０５により構成される。通風方向は、帯電部１０４から、集塵部１０５への向きである。帯電部１０４と集塵部１０５にはそれぞれ＋１１ｋＶの直流高圧電源１０８と＋５．５ｋＶの直流高圧電源１０９が接続されている。帯電部１０４は放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂにより構成される。放電極１０４Ａに＋１１ｋＶの直流高圧が印加され、放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂの間の空間に正コロナが発生する。この正コロナにより発生した正イオンが、空間中の粉塵（図示されず）に電荷を与え、粉塵は正に帯電される。帯電した粉塵は後段の集塵部１０５における、荷電極板１０５Ａと接地極板１０５Ｂ間で形成される強電界により、静電気力で接地極板１０５Ｂ上に捕集される。電気集塵装置に正の高電圧が印加される場合で説明したが、負の高電圧が印加される場合でも、同様に、接地極板１０５Ｂ上に粉塵が捕集される。また、電圧値は必ずしも前記の値でなくてもよい。帯電部と集塵部が独立した二段式電気集塵方式であることが特徴となっている。
【０００５】
また、この種の電気集塵装置には、集塵部で捕集した粉塵の一部が剥離して、再び空中に舞い戻り、集塵効率の低下を招く「再飛散」という課題があったので、この課題を解決するために、直流高電圧を用いる帯電部で粉塵を帯電し、集塵部に、正と負の高電圧が周期的に交互に反転する矩形波電圧を印加することにより、集塵部における集塵可能な極板面積を倍増させて再飛散を抑制し、集塵性能を向上する技術が、特許文献２に示されている。
【０００６】
以下、その電気集塵送風原理について図１３を参照しながら説明する。
【０００７】
図１３に示すように、殆どの部分が図１２と同じである。一点異なるのは、集塵部１０５に印加させる高電圧が直流ではなく、正負が交互に反転する矩形波であり、矩形波高圧電源１１０が設けられていることである。帯電部１０４のコロナ放電により粉塵（図示されず）は正に帯電され、集塵部１０５に流入する。ここで、集塵部１０５の荷電極板１０５Ａに印加される電圧が正の時は、正に帯電した粉塵は、接地極板１０５Ｂ上に捕集される。また、時間が経過し、荷電極板１０５Ａに印加される電圧が負の時は、正に帯電した粉塵は、荷電極板１０５Ａ上に捕集される。即ち、集塵部において接地極板のみならず荷電極板上でも粉塵を捕集することができ、集塵面積を倍増することができ、集塵性能の向上を図れることが特徴となっている。
また、この種の電気集塵装置には、帯電部において、正に帯電した粉塵と負に帯電した粉塵を同時かつ等量生成し、集塵部における、接地に繋がれた接地極板と、直流高電圧が
印加された荷電極板の両者で捕集するという技術が、特許文献３に示されている。集塵部を通過した粉塵が、電気的中和作用により帯電しないようにし、電気集塵装置の後方の壁面等の汚れを防止する技術である。
【０００８】
以下、その電気集塵送風原理について図１４から図１６を参照しながら説明する。
【０００９】
図１４に示すように、帯電部１０４の正の放電極１０４Ａは、接地極板１０４Ｂに向かって正コロナを発生する。このとき、帯電部１０４の接地極板１０４Ｂと同電位の放電極１０４Ｃは、正の放電極１０４Ａの平面部に向かって、負コロナを発生する。帯電部の印加電圧＋６ｋＶは、事前の試験に基づき得られた数値である。即ち、正の放電極１０４Ａからの正コロナと、負の放電極１０４Ｃからの負コロナから生成される帯電粉塵の量が同じになるように、正の印加電圧が決定されたものである。図１４では、帯電部１０４における接地ラインにつながる部位が、接地極板１０４Ｂと負の放電極１０４Ｃとに独立している形態を示しているが、これらを一体化した形態も考えられる。それらが、図１５と図１６に示されている。図１５にも、図１６にも通風の方向が示されていないが、いずれにせよ、図１５と図１６に示される形態は、正の放電極１０４Ａと、接地極板平面部と放電極が一体化された負の放電極１０４Ｄが、並行に配置されることが示されている。正コロナおよび負コロナから、それぞれ生成される帯電粉塵の量が同じになるように、正の印加電圧を決定することにより、集塵性能の向上が図れることが特徴となっている。また、印加電圧は負の電圧でもよい。いずれにせよ、電圧値はハードウェアの形状ごとに、事前の試験により決定されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２０２１４３号公報（図４）
【特許文献２】特開２００４−６６０６３号公報（図１）
【特許文献３】特許第３１２４１９３号公報（図２、図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来の、電気集塵装置の集塵性能を向上させる技術においては、矩形波高電圧を発生する集塵部用高圧電源が特殊で高コストになってしまい、また、周期的に変化する集塵部の電圧が帯電部の電圧と異極性になることを考慮し、設計上、帯電部と集塵部の空間絶縁距離を大きく保たねばならず、電気集塵装置が大型化するという課題を有していた。
【００１２】
また、帯電部における正負放電極のための印加電圧を予め確定して、両極性の帯電粉塵を同時かつ等量に生成する必要があるので、印加電圧を自由に変化させて、処理風量が下がった時には帯電量を減らすという、帯電部の省エネ運転を行うことができないことが課題であった。
【００１３】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、帯電部における、正コロナと負コロナの発生順序を定めた電気集塵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、この目的を達成するために、本発明は、帯電部と集塵部とからなる電気集塵装置において、全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、各帯電部極板に隣接する帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、風上側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ正コロナを、風下側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極
面部へ負コロナを生じさせ、粉塵を正負両極性に帯電させ、集塵部における荷電極板と接地極板の両者で粉塵を捕集することを特徴とする電気集塵装置としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、帯電部と集塵部とからなる電気集塵装置において、全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、各帯電部極板に隣接する帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、風上側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ正コロナを、風下側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極面部へ負コロナを生じさせ、粉塵を正負両極性に帯電させ、集塵部における荷電極板と接地極板の全面で粉塵を捕集することを特徴とする電気集塵装置にしたことにより、高圧電源が低コストで、装置がコンパクトで、帯電部の省エネ運転が可能という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の帯電部の構成図（Ａ）帯電極板の外形図（Ｂ）帯電部側面概略図（Ｃ）帯電部下面概略図
【図２】本発明の実施の形態の実験装置概略図
【図３】本発明の実施の形態１の集塵効率の特性図
【図４】本発明の実施の形態２の集塵効率の特性図
【図５】本発明の実施の形態３の集塵効率の特性図
【図６】本発明の実施の形態３の（Ａ）凹み距離Ｘが小さいとき（Ｂ）凹み距離Ｘが大きいとき（Ｃ）隣接する帯電部極板が風向に対し重なりがないときの極板位置関係図
【図７】本発明の実施の形態４の集塵効率の特性図
【図８】本発明の実施の形態５の集塵効率の特性図
【図９】本発明の実施の形態６の集塵効率の特性図
【図１０】本発明の実施の形態７の集塵効率の特性図
【図１１】本発明の実施の形態８の集塵効率の特性図
【図１２】従来の電気集塵装置の集塵原理図
【図１３】従来の電気集塵装置の集塵原理図
【図１４】従来の電気集塵装置の集塵原理図
【図１５】従来の電気集塵装置の帯電部の構成例の図
【図１６】従来の電気集塵装置の帯電部の構成例の図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態として、以下のような試験装置を用いて行った実験を例にして説明する。
【００１９】
図１（Ａ）は，実験で使用した（帯電部１３で用いる）帯電部極板１の外形を示す。実験で使用した帯電部極板１はすべて同じ形状である。長辺Ｌは１００ｍｍ、短辺Ｗは３６ｍｍ、板厚０．４ｍｍである。そして、上流側、あるいは、下流側に位置する短辺に複数のトゲを形成したものである。トゲの先端角度は３０度でトゲの高さＳは１０ｍｍ、二つの短辺のうちの一つに３個のトゲを配列し、トゲの間隔Ｐは１２ｍｍである。極板の材質はＳＵＳ３０４である。
【００２０】
図１（Ｂ）は、正負の双極のコロナ放電を行う帯電部１３の原理を示す。図に示すように、帯電部１３は、トゲの先端が風上に向く帯電部極板１ａと、風下に向く帯電部極板１ｂとを隣同士互い違いに並行に並べて構成した。トゲが風下を向く帯電部極板１ｂを接地
し、トゲが風上を向く帯電部極板１ａに正または負の直流高電圧を印加して実験した。帯電部極板１ａの枚数は、帯電部極板１ｂよりも１枚少ない。この形態で、たとえば正の高電圧を印加すると、風上側の放電空間（放電域Ｓ１）では、正のコロナ放電が発生し、風下側の放電空間（放電域Ｓ２）では、負のコロナ放電が発生する。負の高電圧を印加する場合は、正コロナと負コロナの発生場所が入れ代わる。
【００２１】
図１（Ｃ）は、帯電部１３を真下から眺めた図である。各トゲの先端を二重丸で示した。隣接する帯電部極板１の間隔をＧ［ｍｍ］で表す。また，トゲの先端が，隣接する帯電部極板１の端部より何ｍｍ凹んでいるかを、凹み距離Ｘ［ｍｍ］で表す。すなわち、凹み距離Ｘは、トゲが風上を向く帯電部極板１ａのトゲ先端と帯電部極板１ｂの上流側端部との風向での距離である。トゲが風下を向く帯電部極板１ｂのトゲについても同様である。さらに、隣接する極板同士のトゲ先端間の距離をＹ［ｍｍ］で表す。トゲ先端間の距離Ｙは、トゲの高さＳを変えたり、極板の長辺Ｌを変えることによって変更される。
【００２２】
実験条件は、平行に配置され隣接する帯電部極板１の間隔Ｇについては、１０、１５、２０ｍｍの３ケースとした。また凹み距離Ｘは、１０、２０、３５、５０、６５、７５ｍｍの６ケースとした。但し、Ｇ１０（Ｇ＝１０ｍｍを示す）については、Ｘ０５（Ｘ＝５ｍｍを示す）についても実験を行った。
【００２３】
図２に本試験装置の概略図を示す。図に示すように、吸込ダクト１１から空気を吸い込み、帯電部１３で含まれる粉塵に電荷を与えた後、集塵部１６で捕集するものである。対象の空気は、このダクト系の後端部に設けたファン１９によって吸い込まれる。
【００２４】
帯電部極板１への印加電圧は正負含めて可変としたが、集塵部１６の極板間隔は１０ｍｍ一定とし、直流の印加電圧−９ｋＶも一定とし、帯電部１３の条件変化が集塵効率にどのように影響するのかを把握することにした。ファン１９は周波数制御により回転数を可変できる。熱線風速計１４は、吸込ダクト１１部分での風速を計るのに用いた。帯電部１３では、内部の開口面積が狭められており，この内部での風速が，９ｍ／ｓ一定になるようにファン１９の電源周波数を微調整した。帯電部１３は、正及び負の高圧電源２２を切り替えて使用した。集塵部１６に収納される集塵部極板２としての荷電極板２ａと接地極板２ｂ用には、負高圧電源２３を使用した。電圧が印加される荷電極板２ａと接地される接地極板２ｂについては、形状・使用枚数ともに同一とした。粉塵の濃度測定用には、パーティクルカウンター１５を用い、帯電部１３の風上側と集塵部１６の風下側を濃度サンプル場所として集塵効率測定を行った。０．３ミクロンメートル以上の全ての粒径による粉塵濃度を用いて、集塵効率を算出した。除去対象の粉塵は、室中の大気塵である。
【００２５】
以上のような試験装置を用いた試験をより詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図３は、Ｘ３５（凹み距離Ｘ＝３５ｍｍを指す）の場合の実験結果であり、消費電力に対する集塵効率（帯電部に流入する粉塵を集塵部の極板で捕集する効率）を示すものである。実線は、風上側の放電部に正の電圧を印加し風上側で正コロナを発生させ、風下側の放電部から負コロナを発生させる場合（風上側正コロナ）を示している。一方、破線は、風上側の放電部に負の電圧を印加し風上側で負コロナを発生させ、風下側の放電部から正コロナを発生させる場合（風上側負コロナ）を示している。Ｇと数字の組合せ記号の意味は、隣接する帯電部極板１の間隔を示し、１０、１５、２０ｍｍの３ケースを表わしている。これらの合計６ケースのいずれにおいても、コロナ放電の消費電力の増大とともに、集塵効率は増加しており、正常な傾向といえる。しかし、ここで注目すべき点がある。それは、風上側の放電部に負の電圧を印加した場合（風上側負コロナの場合）よりも、風上側の放電部に正の電圧を印加した場合（風上側正コロナの場合）の方が、明らかに集塵効
率が良い傾向になっていることである。この傾向は凹み距離ＸについてＸ２０、Ｘ５０、Ｘ６５、Ｘ７５の条件においても同様である。
【００２７】
この理由を、まだ完全には解明していないが、おそらく、「γ（ガンマ）作用による電離の促進」であると考えている。（γ作用とは、例えば、三好保憲「気体の伝導」（材料科学誌８巻１号（１９７１年３月）の３４ページ）に示される。）その要旨は、「正イオンが負の放電部に衝突すると、負放電部からの二次電子放出が活発になり、電離が活発になり負イオンが生成されやすくなる」というものである。これを、電気集塵の初期プロセスである帯電過程にあてはめて考える。即ち、風上側の正コロナ放電で粉塵は正に帯電し、風に乗って、正に帯電した粉塵と帯電に寄与になかった残余の正イオンが、風下側の負コロナ放電空間に流入する。すると残余の正イオンが、負放電部に衝突しγ作用を引き起こし、負イオンの生成が活発になる。即ち、風下の負コロナ放電領域において負に帯電した粉塵が増加し、結果、集塵効率が向上する、という理屈である。これが、逆の場合、即ち、風上側が負コロナ放電する場合には、風下の正放電部に負イオンが衝突しても、決してγ作用は引き起こされないのである。コロナ放電の詳細なメカニズムについては、学術的に未だ、未知の部分が残されており、前述の推論も、今後もっと精査されるものと考える。しかし、「風上側の放電部で負コロナを発生させる場合よりも、風上側の放電部で正コロナを発生させる場合の方が、明らかに集塵効率が良い」ことは事実である。
【００２８】
すなわち、帯電部１３においては、正のコロナ放電と負のコロナ放電を同時に発生させ、正のコロナ放電を負のコロナ放電よりも上流側において発生させることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００２９】
なお、帯電部極板１の１枚のトゲの数は３個でなくても、１個以上あればよい。
【００３０】
なお、帯電部極板１のトゲの数は全て同じでなくてもよい。
【００３１】
なお、帯電部極板１のトゲの先端角度は３０でなくても、１０度から４０度程度の範囲であればよい。
【００３２】
なお、帯電部極板１のトゲの高さＳは１０ｍｍでなくても、５ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００３３】
なお、帯電部極板１の端部上で隣接するトゲの間隔は１２ｍｍでなくても、４ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００３４】
なお、帯電部極板１の板厚は０．４ｍｍでなくても、０．２ｍｍから１．５ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００３５】
なお、帯電部極板１の材質はＳＵＳ３０４でなくても、平板化可能な金属であればよい。
【００３６】
なお、帯電部極板１の寸法は１００ｍｍ×３６ｍｍでなくてもよい。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、図４は、帯電部のコロナ放電で消費される電力を一定にして、隣接する帯電部極板１の間隔Ｇを変化させたときの、集塵効率の特性である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する部分の記述は省略する。
【００３８】
消費電力は、１．３、２．０、２．８Ｗの３ケースとした。凹み距離は、Ｘ＝３５ｍｍ
とした。
【００３９】
間隔Ｇの増大とともに、集塵効率は増加していくが、さらに間隔Ｇが増えると、集塵効率は減少するという山形特性である。概ね、消費電力が大きいほうが、集塵効率が良いことを示している。ここで、間隔Ｇが概ね、１０ｍｍから２０ｍｍの範囲いおいて、集塵効率が高くなる。この傾向は凹み距離Ｘ２０、Ｘ５０、Ｘ６５、Ｘ７５の条件においても同様である。
【００４０】
すなわち、帯電部１３においては、隣り合う帯電部極板１の間隔を１０〜２０ｍｍとすることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００４１】
（実施の形態３）
図５は、凹み距離Ｘを変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００４２】
間隔Ｇについて、Ｇ１０、Ｇ１５、Ｇ２０それぞれについての実験結果である。消費電力は、２．０Ｗ一定にて実験した。
【００４３】
凹み距離Ｘが、概ね２０ｍｍ以上あれば、集塵効率は高めで安定することが分かる。この傾向は、消費電力１．３、２．８Ｗの条件においても同様である。
【００４４】
また、図６は、凹み距離Ｘを増加させていった場合の位置関係を示す概念図である。図６（Ａ）では、凹み距離Ｘの値が小さく、風上側の放電域Ｓ１と風下側の放電域Ｓ２が別個に現れている。図６（Ｂ）のように、凹み距離Ｘをもう少し大きくしても、放電域Ｓ１，Ｓ２は同様に別個に現れる。しかし、図６（Ｃ）のように、凹み距離Ｘの値がもっと大きくなり、風上側を向く帯電部極板１ａの突起先端が、風下側を向く帯電部極板１ｂの突起先端よりも風下側に位置するようになると、放電域Ｓ１と放電域Ｓ２が同一空間になってしまい、粉塵への帯電効率が低下してしまう。従って、最適な凹み距離Ｘには、範囲が定められることになる。
【００４５】
以上のように、帯電部１３においては、トゲの先端と、隣り合う帯電部極板１のトゲを設けた辺と向かい合う辺との距離、すなわち凹み距離が２０ｍｍ以上であって、帯電部極板１の長辺の長さＬとトゲの高さＳの和よりも小さくする（言い換えれば、風上側を向くトゲが風下側を向くトゲよりも上流側に位置する）ことにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００４６】
（実施の形態４）
図７は、帯電部極板１の間隔は、Ｇ１５で、隣接する帯電部極板１のトゲ先端間の隔離距離Ｙを変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００４７】
一定にした消費電力は１．３、２．０、２．８Ｗの３ケースである。図７に示すように、トゲ先端間距離Ｙが、大きくなれば、集塵効率は増加するが、約６０ｍｍ以上になると集塵効率が飽和していることがわかる。この傾向は、Ｇ１０とＧ２０の条件においても同様である。
【００４８】
また、図６での説明と類似するが、各トゲは隣接する帯電部極板１の垂直投影面上に位置していないと、放電域Ｓ１と放電域Ｓ２が形成されないので、帯電効率が低下してしまう。従って、最適なトゲ先端間距離Ｙには、範囲が定められることになる。すなわち、帯電部極板１の長辺の長さＬとトゲの高さＳの和よりも小さいことが必要になる。
【００４９】
すなわち、帯電部１３においては、隣り合う帯電部極板１のトゲ先端間の距離を６０ｍｍ以上であって、両者の突起先端が、互いにこれと隣接する電極面部の垂直投影面上に位置する（言い換えれば、トゲの先端は、隣り合う極板の電極面部の風上側先端と風下側の後端との間に位置する）ことにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００５０】
（実施の形態５）
図８は、トゲ一個あたりの消費電力を変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００５１】
凹み距離Ｘは、６５ｍｍとした。図８に示すように、各ケースとも消費電力が、大きくなれば、集塵効率は増加することが分かる。しかし、消費電力が１３０ｍＷを超えて大きくなると、印加される電圧値が高めになり火花放電（スパーク）が頻発するので、集塵不能となる。よって、トゲ一個あたりの消費電力が、概ね４０ｍＷから１３０ｍＷの範囲にあれば、良好な集塵効率が得られることが分かる。この傾向は、Ｘ２０、Ｘ３５、Ｘ５０、Ｘ７５の条件においても同様である。ここで、本願においては、極板間の距離Ｇを１０〜２０ｍｍとしたが、極板間の距離Ｇが小さいと、火花放電しやすい上、送風時の抵抗が大きくなり、実用的でない。また、極板間の距離Ｇが大きいと、放電させるのに大きな電圧が必要となってくるので、絶縁上の課題が生じる。
【００５２】
すなわち、帯電部１３においては、帯電部極板１間の距離Ｇが１０〜２０ｍｍにおいて、トゲ一個あたりの消費電力を約４０〜１３ｍＷとすることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００５３】
（実施の形態６）
図９は、トゲ一個あたりの放電電流を変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００５４】
凹み距離Ｘは、６５ｍｍとした。帯電部極板１の間隔Ｇについては、Ｇ１０とＧ１５とＧ２０とした。各ケースとも５μＡを超えて放電電流が、大きくなれば、集塵効率は増加することが分かる。また、８μＡを超えて大きくなると、印加される電圧値が高めになり火花放電（スパーク）が頻発するので、集塵不能となる。よって、概ね５μＡから８μＡの範囲にあれば、良好な集塵効率が得られることが分かる。この傾向は、Ｘ２０、Ｘ３５、Ｘ５０、Ｘ７５の条件においても同様である。
【００５５】
すなわち、帯電部１３においては、帯電部極板１間の距離Ｇが１０〜２０ｍｍにおいて、トゲ一個あたりの放電電流を約５〜８μＡとすることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００５６】
（実施の形態７）
図１０は、全消費電力に対して正コロナの消費電力の割合を変化させて集塵効率を測定した実験結果である。横軸は、正コロナの消費電力が全消費電力（正コロナと負コロナの消費電力の総和）に対し何％であったかを示している。この実験では、風上側のトゲで正コロナ放電を、風下側のトゲで負コロナ放電を発生させた。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略し、異なる部分のみ記述する。
【００５７】
本来、トゲが風上を向く帯電部極板１ａと、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂの形状と位置関係が決まり、印加電圧が定められてしまうと、正コロナ放電の電流値と、負コロナ放電の電流も一義的に定まる。つまり、正コロナ放電の消費電力と、負コロナ放電の消費電力の比率は概ね一定の比率となる。しかし、トゲが風上を向く帯電部極板１ａのトゲの
個数と、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂのトゲの個数を変えれば、正コロナ放電の消費電力と、負コロナ放電の消費電力の比率を自在に変化させることが可能となる。このことは、正コロナ放電の消費電力が、全消費電力（正コロナと負コロナの消費電力の総和）に対し、何％程度の比率のときに、集塵効率が良くなるのかを見極めることは重要であることを示唆している。
【００５８】
そこで、トゲが風上を向く帯電部極板１ａと、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂをそれぞれ、垂直に二分割し（切断し）、風上向きのトゲに正の高電圧を印加し、風下向きのトゲに負の高電圧を印加するという実験方法を採用することにした。つまり、風上向きのトゲの正コロナの消費電力と、風下向きのトゲの負コロナの消費電力を自在に（強制的に）変化できる実験装置を実現し、これを用いて、正コロナと負コロナの消費電力の総和を常に一定に保ちながら、正コロナと負コロナの消費電力を変化させる実験を行った。この実験結果が、図１０である。帯電部極板１の間隔Ｇは１５ｍｍ、凹み距離Ｘは３５ｍｍである。全消費電力は１．３Ｗで一定となるようした。図１０は「山」形の特性を示している。特に、全消費電力中の正コロナの消費電力の割合が約１割から約５割の範囲にあるときに、高い集塵効率を示している。この傾向は、Ｇ１０、Ｇ２０の条件においても同様であるし、Ｘ２０、Ｘ５０、Ｘ６５、Ｘ７５の条件においても同様である。また、一定となるべき全消費電力値を１．３Ｗ以外の他の値にしても同様である。
【００５９】
すなわち、帯電部１３においては、正コロナの消費電力が全消費電力に対して約１〜５割となるように電力を供給することにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００６０】
（実施の形態８）
図１１は、凹み距離Ｘが、５から１０ｍｍの範囲にある時の、消費電力に対する集塵効率特性である。各Ｇは、１０、１５、２０ｍｍである。なお、実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００６１】
図１１に示すように、風上側のトゲに負電圧を印加した場合は、消費電力の増大とともに、集塵効率が上昇しており、理解しやすい。しかし、風上側のトゲに正電圧を印加した場合は、消費電力の増大とともに、集塵効率が低下している。また、凹み距離Ｘが、５から１０ｍｍの範囲にある時、風上側のトゲに負電圧を印加する方が、正電圧を印加するより、良好な集塵効率が得られていることが分かる。この原因は、凹み距離Ｘの値が小さいので、トゲ先端からの放電と、隣接する帯電部極板１の直線端部からの逆放電が干渉し、帯電効果が弱まり、結果として低い集塵効率になったものと考えられる。
【００６２】
すなわち、帯電部１３で、トゲが風上を向く帯電部極板１ａのトゲ先端から負コロナ放電を発生させ、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂのトゲ先端から正コロナ放電を発生させる場合においては、隣り合った極板からのトゲ先端の凹み距離Ｘが、約５から１０ｍｍの範囲にある時、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明にかかる電気集塵装置は、正コロナ放電と負コロナ放電を同じ帯電部内で発生させることで、コンパクトで、低コストかつ省エネ運転が可能となるので、広い範囲で有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 帯電部極板
１ａ （トゲ先端が風上を向いた）帯電部極板
１ｂ （トゲ先端が風下を向いた）帯電部極板
２ 集塵部極板
２ａ 荷電極板
２ｂ 接地極板
１１ 吸込ダクト
１３ 帯電部
１４ 熱線風速計
１５ パーティクルカウンター
１６ 集塵部
１９ ファン
２２ 高圧電源
２３ 負高圧電源
Ｓ１ 放電域
Ｓ２ 放電域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電気集塵装置に関し、特定的には、正コロナ放電と負コロナ放電を同じ帯電部内で発生させる電気集塵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気集塵装置は、帯電部の放電極に直流高電圧を印加し、正コロナまたは負コロナのいずれか一方を発生させ、帯電部を通過する粉塵を正または負に帯電する。この帯電された粉塵を、直流高電圧が印加された荷電極板と、接地に繋がれた接地極板を有する集塵部の高電界により、静電気力で接地極板面上に捕集する技術が広く一般的に知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、その電気集塵送風原理について図１２を参照しながら説明する。
【０００４】
図１２に示すように、電気集塵装置は帯電部１０４と集塵部１０５により構成される。通風方向は、帯電部１０４から、集塵部１０５への向きである。帯電部１０４と集塵部１０５にはそれぞれ＋１１ｋＶの直流高圧電源１０８と＋５．５ｋＶの直流高圧電源１０９が接続されている。帯電部１０４は放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂにより構成される。放電極１０４Ａに＋１１ｋＶの直流高圧が印加され、放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂの間の空間に正コロナが発生する。この正コロナにより発生した正イオンが、空間中の粉塵（図示されず）に電荷を与え、粉塵は正に帯電される。帯電した粉塵は後段の集塵部１０５における、荷電極板１０５Ａと接地極板１０５Ｂ間で形成される強電界により、静電気力で接地極板１０５Ｂ上に捕集される。電気集塵装置に正の高電圧が印加される場合で説明したが、負の高電圧が印加される場合でも、同様に、接地極板１０５Ｂ上に粉塵が捕集される。また、電圧値は必ずしも前記の値でなくてもよい。帯電部と集塵部が独立した二段式電気集塵方式であることが特徴となっている。
【０００５】
また、この種の電気集塵装置には、集塵部で捕集した粉塵の一部が剥離して、再び空中に舞い戻り、集塵効率の低下を招く「再飛散」という課題があったので、この課題を解決するために、直流高電圧を用いる帯電部で粉塵を帯電し、集塵部に、正と負の高電圧が周期的に交互に反転する矩形波電圧を印加することにより、集塵部における集塵可能な極板面積を倍増させて再飛散を抑制し、集塵性能を向上する技術が、特許文献２に示されている。
【０００６】
以下、その電気集塵送風原理について図１３を参照しながら説明する。
【０００７】
図１３に示すように、殆どの部分が図１２と同じである。一点異なるのは、集塵部１０５に印加させる高電圧が直流ではなく、正負が交互に反転する矩形波であり、矩形波高圧電源１１０が設けられていることである。帯電部１０４のコロナ放電により粉塵（図示されず）は正に帯電され、集塵部１０５に流入する。ここで、集塵部１０５の荷電極板１０５Ａに印加される電圧が正の時は、正に帯電した粉塵は、接地極板１０５Ｂ上に捕集される。また、時間が経過し、荷電極板１０５Ａに印加される電圧が負の時は、正に帯電した粉塵は、荷電極板１０５Ａ上に捕集される。即ち、集塵部において接地極板のみならず荷電極板上でも粉塵を捕集することができ、集塵面積を倍増することができ、集塵性能の向上を図れることが特徴となっている。
また、この種の電気集塵装置には、帯電部において、正に帯電した粉塵と負に帯電した粉塵を同時かつ等量生成し、集塵部における、接地に繋がれた接地極板と、直流高電圧が
印加された荷電極板の両者で捕集するという技術が、特許文献３に示されている。集塵部を通過した粉塵が、電気的中和作用により帯電しないようにし、電気集塵装置の後方の壁面等の汚れを防止する技術である。
【０００８】
以下、その電気集塵送風原理について図１４から図１６を参照しながら説明する。
【０００９】
図１４に示すように、帯電部１０４の正の放電極１０４Ａは、接地極板１０４Ｂに向かって正コロナを発生する。このとき、帯電部１０４の接地極板１０４Ｂと同電位の放電極１０４Ｃは、正の放電極１０４Ａの平面部に向かって、負コロナを発生する。帯電部の印加電圧＋６ｋＶは、事前の試験に基づき得られた数値である。即ち、正の放電極１０４Ａからの正コロナと、負の放電極１０４Ｃからの負コロナから生成される帯電粉塵の量が同じになるように、正の印加電圧が決定されたものである。図１４では、帯電部１０４における接地ラインにつながる部位が、接地極板１０４Ｂと負の放電極１０４Ｃとに独立している形態を示しているが、これらを一体化した形態も考えられる。それらが、図１５と図１６に示されている。図１５にも、図１６にも通風の方向が示されていないが、いずれにせよ、図１５と図１６に示される形態は、正の放電極１０４Ａと、接地極板平面部と放電極が一体化された負の放電極１０４Ｄが、並行に配置されることが示されている。正コロナおよび負コロナから、それぞれ生成される帯電粉塵の量が同じになるように、正の印加電圧を決定することにより、集塵性能の向上が図れることが特徴となっている。また、印加電圧は負の電圧でもよい。いずれにせよ、電圧値はハードウェアの形状ごとに、事前の試験により決定されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２０２１４３号公報（図４）
【特許文献２】特開２００４−６６０６３号公報（図１）
【特許文献３】特許第３１２４１９３号公報（図２、図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来の、電気集塵装置の集塵性能を向上させる技術においては、矩形波高電圧を発生する集塵部用高圧電源が特殊で高コストになってしまい、また、周期的に変化する集塵部の電圧が帯電部の電圧と異極性になることを考慮し、設計上、帯電部と集塵部の空間絶縁距離を大きく保たねばならず、電気集塵装置が大型化するという課題を有していた。
【００１２】
また、帯電部における正負放電極のための印加電圧を予め確定して、両極性の帯電粉塵を同時かつ等量に生成する必要があるので、印加電圧を自由に変化させて、処理風量が下がった時には帯電量を減らすという、帯電部の省エネ運転を行うことができないことが課題であった。
【００１３】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、帯電部における、正コロナと負コロナの発生順序を定めた電気集塵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、この目的を達成するために、本発明は、帯電部と集塵部とからなる電気集塵装置において、全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、各帯電部極板に隣接する帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、風上側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ正コロナを、風下側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極
面部へ負コロナを生じさせ、粉塵を正負両極性に帯電させ、集塵部における荷電極板と接地極板の両者で粉塵を捕集することを特徴とする電気集塵装置としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、帯電部と集塵部とからなる電気集塵装置において、全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、各帯電部極板に隣接する帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、風上側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ正コロナを、風下側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極面部へ負コロナを生じさせ、粉塵を正負両極性に帯電させ、集塵部における荷電極板と接地極板の全面で粉塵を捕集することを特徴とする電気集塵装置にしたことにより、高圧電源が低コストで、装置がコンパクトで、帯電部の省エネ運転が可能という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の帯電部の構成図（Ａ）帯電極板の外形図（Ｂ）帯電部側面概略図（Ｃ）帯電部下面概略図
【図２】本発明の実施の形態の実験装置概略図
【図３】本発明の実施の形態１の集塵効率の特性図
【図４】本発明の実施の形態２の集塵効率の特性図
【図５】本発明の実施の形態３の集塵効率の特性図
【図６】本発明の実施の形態３の（Ａ）凹み距離Ｘが小さいとき（Ｂ）凹み距離Ｘが大きいとき（Ｃ）隣接する帯電部極板が風向に対し重なりがないときの極板位置関係図
【図７】本発明の実施の形態４の集塵効率の特性図
【図８】本発明の実施の形態５の集塵効率の特性図
【図９】本発明の実施の形態６の集塵効率の特性図
【図１０】本発明の実施の形態７の集塵効率の特性図
【図１１】本発明の実施の形態８の集塵効率の特性図
【図１２】従来の電気集塵装置の集塵原理図
【図１３】従来の電気集塵装置の集塵原理図
【図１４】従来の電気集塵装置の集塵原理図
【図１５】従来の電気集塵装置の帯電部の構成例の図
【図１６】従来の電気集塵装置の帯電部の構成例の図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態として、以下のような試験装置を用いて行った実験を例にして説明する。
【００１９】
図１（Ａ）は，実験で使用した（帯電部１３で用いる）帯電部極板１の外形を示す。実験で使用した帯電部極板１はすべて同じ形状である。長辺Ｌは１００ｍｍ、短辺Ｗは３６ｍｍ、板厚０．４ｍｍである。そして、上流側、あるいは、下流側に位置する短辺に複数のトゲを形成したものである。トゲの先端角度は３０度でトゲの高さＳは１０ｍｍ、二つの短辺のうちの一つに３個のトゲを配列し、トゲの間隔Ｐは１２ｍｍである。極板の材質はＳＵＳ３０４である。
【００２０】
図１（Ｂ）は、正負の双極のコロナ放電を行う帯電部１３の原理を示す。図に示すように、帯電部１３は、トゲの先端が風上に向く帯電部極板１ａと、風下に向く帯電部極板１ｂとを隣同士互い違いに並行に並べて構成した。トゲが風下を向く帯電部極板１ｂを接地
し、トゲが風上を向く帯電部極板１ａに正または負の直流高電圧を印加して実験した。帯電部極板１ａの枚数は、帯電部極板１ｂよりも１枚少ない。この形態で、たとえば正の高電圧を印加すると、風上側の放電空間（放電域Ｓ１）では、正のコロナ放電が発生し、風下側の放電空間（放電域Ｓ２）では、負のコロナ放電が発生する。負の高電圧を印加する場合は、正コロナと負コロナの発生場所が入れ代わる。
【００２１】
図１（Ｃ）は、帯電部１３を真下から眺めた図である。各トゲの先端を二重丸で示した。隣接する帯電部極板１の間隔をＧ［ｍｍ］で表す。また，トゲの先端が，隣接する帯電部極板１の端部より何ｍｍ凹んでいるかを、凹み距離Ｘ［ｍｍ］で表す。すなわち、凹み距離Ｘは、トゲが風上を向く帯電部極板１ａのトゲ先端と帯電部極板１ｂの上流側端部との風向での距離である。トゲが風下を向く帯電部極板１ｂのトゲについても同様である。さらに、隣接する極板同士のトゲ先端間の距離をＹ［ｍｍ］で表す。トゲ先端間の距離Ｙは、トゲの高さＳを変えたり、極板の長辺Ｌを変えることによって変更される。
【００２２】
実験条件は、平行に配置され隣接する帯電部極板１の間隔Ｇについては、１０、１５、２０ｍｍの３ケースとした。また凹み距離Ｘは、１０、２０、３５、５０、６５、７５ｍｍの６ケースとした。但し、Ｇ１０（Ｇ＝１０ｍｍを示す）については、Ｘ０５（Ｘ＝５ｍｍを示す）についても実験を行った。
【００２３】
図２に本試験装置の概略図を示す。図に示すように、吸込ダクト１１から空気を吸い込み、帯電部１３で含まれる粉塵に電荷を与えた後、集塵部１６で捕集するものである。対象の空気は、このダクト系の後端部に設けたファン１９によって吸い込まれる。
【００２４】
帯電部極板１への印加電圧は正負含めて可変としたが、集塵部１６の極板間隔は１０ｍｍ一定とし、直流の印加電圧−９ｋＶも一定とし、帯電部１３の条件変化が集塵効率にどのように影響するのかを把握することにした。ファン１９は周波数制御により回転数を可変できる。熱線風速計１４は、吸込ダクト１１部分での風速を計るのに用いた。帯電部１３では、内部の開口面積が狭められており，この内部での風速が，９ｍ／ｓ一定になるようにファン１９の電源周波数を微調整した。帯電部１３は、正及び負の高圧電源２２を切り替えて使用した。集塵部１６に収納される集塵部極板２としての荷電極板２ａと接地極板２ｂ用には、負高圧電源２３を使用した。電圧が印加される荷電極板２ａと接地される接地極板２ｂについては、形状・使用枚数ともに同一とした。粉塵の濃度測定用には、パーティクルカウンター１５を用い、帯電部１３の風上側と集塵部１６の風下側を濃度サンプル場所として集塵効率測定を行った。０．３ミクロンメートル以上の全ての粒径による粉塵濃度を用いて、集塵効率を算出した。除去対象の粉塵は、室中の大気塵である。
【００２５】
以上のような試験装置を用いた試験をより詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図３は、Ｘ３５（凹み距離Ｘ＝３５ｍｍを指す）の場合の実験結果であり、消費電力に対する集塵効率（帯電部に流入する粉塵を集塵部の極板で捕集する効率）を示すものである。実線は、風上側の放電部に正の電圧を印加し風上側で正コロナを発生させ、風下側の放電部から負コロナを発生させる場合（風上側正コロナ）を示している。一方、破線は、風上側の放電部に負の電圧を印加し風上側で負コロナを発生させ、風下側の放電部から正コロナを発生させる場合（風上側負コロナ）を示している。Ｇと数字の組合せ記号の意味は、隣接する帯電部極板１の間隔を示し、１０、１５、２０ｍｍの３ケースを表わしている。これらの合計６ケースのいずれにおいても、コロナ放電の消費電力の増大とともに、集塵効率は増加しており、正常な傾向といえる。しかし、ここで注目すべき点がある。それは、風上側の放電部に負の電圧を印加した場合（風上側負コロナの場合）よりも、風上側の放電部に正の電圧を印加した場合（風上側正コロナの場合）の方が、明らかに集塵効
率が良い傾向になっていることである。この傾向は凹み距離ＸについてＸ２０、Ｘ５０、Ｘ６５、Ｘ７５の条件においても同様である。
【００２７】
この理由を、まだ完全には解明していないが、おそらく、「γ（ガンマ）作用による電離の促進」であると考えている。（γ作用とは、例えば、三好保憲「気体の伝導」（材料科学誌８巻１号（１９７１年３月）の３４ページ）に示される。）その要旨は、「正イオンが負の放電部に衝突すると、負放電部からの二次電子放出が活発になり、電離が活発になり負イオンが生成されやすくなる」というものである。これを、電気集塵の初期プロセスである帯電過程にあてはめて考える。即ち、風上側の正コロナ放電で粉塵は正に帯電し、風に乗って、正に帯電した粉塵と帯電に寄与になかった残余の正イオンが、風下側の負コロナ放電空間に流入する。すると残余の正イオンが、負放電部に衝突しγ作用を引き起こし、負イオンの生成が活発になる。即ち、風下の負コロナ放電領域において負に帯電した粉塵が増加し、結果、集塵効率が向上する、という理屈である。これが、逆の場合、即ち、風上側が負コロナ放電する場合には、風下の正放電部に負イオンが衝突しても、決してγ作用は引き起こされないのである。コロナ放電の詳細なメカニズムについては、学術的に未だ、未知の部分が残されており、前述の推論も、今後もっと精査されるものと考える。しかし、「風上側の放電部で負コロナを発生させる場合よりも、風上側の放電部で正コロナを発生させる場合の方が、明らかに集塵効率が良い」ことは事実である。
【００２８】
すなわち、帯電部１３においては、正のコロナ放電と負のコロナ放電を同時に発生させ、正のコロナ放電を負のコロナ放電よりも上流側において発生させることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００２９】
なお、帯電部極板１の１枚のトゲの数は３個でなくても、１個以上あればよい。
【００３０】
なお、帯電部極板１のトゲの数は全て同じでなくてもよい。
【００３１】
なお、帯電部極板１のトゲの先端角度は３０でなくても、１０度から４０度程度の範囲であればよい。
【００３２】
なお、帯電部極板１のトゲの高さＳは１０ｍｍでなくても、５ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００３３】
なお、帯電部極板１の端部上で隣接するトゲの間隔は１２ｍｍでなくても、４ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００３４】
なお、帯電部極板１の板厚は０．４ｍｍでなくても、０．２ｍｍから１．５ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００３５】
なお、帯電部極板１の材質はＳＵＳ３０４でなくても、平板化可能な金属であればよい。
【００３６】
なお、帯電部極板１の寸法は１００ｍｍ×３６ｍｍでなくてもよい。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、図４は、帯電部のコロナ放電で消費される電力を一定にして、隣接する帯電部極板１の間隔Ｇを変化させたときの、集塵効率の特性である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する部分の記述は省略する。
【００３８】
消費電力は、１．３、２．０、２．８Ｗの３ケースとした。凹み距離は、Ｘ＝３５ｍｍ
とした。
【００３９】
間隔Ｇの増大とともに、集塵効率は増加していくが、さらに間隔Ｇが増えると、集塵効率は減少するという山形特性である。概ね、消費電力が大きいほうが、集塵効率が良いことを示している。ここで、間隔Ｇが概ね、１０ｍｍから２０ｍｍの範囲いおいて、集塵効率が高くなる。この傾向は凹み距離Ｘ２０、Ｘ５０、Ｘ６５、Ｘ７５の条件においても同様である。
【００４０】
すなわち、帯電部１３においては、隣り合う帯電部極板１の間隔を１０〜２０ｍｍとすることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００４１】
（実施の形態３）
図５は、凹み距離Ｘを変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００４２】
間隔Ｇについて、Ｇ１０、Ｇ１５、Ｇ２０それぞれについての実験結果である。消費電力は、２．０Ｗ一定にて実験した。
【００４３】
凹み距離Ｘが、概ね２０ｍｍ以上あれば、集塵効率は高めで安定することが分かる。この傾向は、消費電力１．３、２．８Ｗの条件においても同様である。
【００４４】
また、図６は、凹み距離Ｘを増加させていった場合の位置関係を示す概念図である。図６（Ａ）では、凹み距離Ｘの値が小さく、風上側の放電域Ｓ１と風下側の放電域Ｓ２が別個に現れている。図６（Ｂ）のように、凹み距離Ｘをもう少し大きくしても、放電域Ｓ１，Ｓ２は同様に別個に現れる。しかし、図６（Ｃ）のように、凹み距離Ｘの値がもっと大きくなり、風上側を向く帯電部極板１ａの突起先端が、風下側を向く帯電部極板１ｂの突起先端よりも風下側に位置するようになると、放電域Ｓ１と放電域Ｓ２が同一空間になってしまい、粉塵への帯電効率が低下してしまう。従って、最適な凹み距離Ｘには、範囲が定められることになる。
【００４５】
以上のように、帯電部１３においては、トゲの先端と、隣り合う帯電部極板１のトゲを設けた辺と向かい合う辺との距離、すなわち凹み距離が２０ｍｍ以上であって、帯電部極板１の長辺の長さＬとトゲの高さＳの和よりも小さくする（言い換えれば、風上側を向くトゲが風下側を向くトゲよりも上流側に位置する）ことにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００４６】
（実施の形態４）
図７は、帯電部極板１の間隔は、Ｇ１５で、隣接する帯電部極板１のトゲ先端間の隔離距離Ｙを変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００４７】
一定にした消費電力は１．３、２．０、２．８Ｗの３ケースである。図７に示すように、トゲ先端間距離Ｙが、大きくなれば、集塵効率は増加するが、約６０ｍｍ以上になると集塵効率が飽和していることがわかる。この傾向は、Ｇ１０とＧ２０の条件においても同様である。
【００４８】
また、図６での説明と類似するが、各トゲは隣接する帯電部極板１の垂直投影面上に位置していないと、放電域Ｓ１と放電域Ｓ２が形成されないので、帯電効率が低下してしまう。従って、最適なトゲ先端間距離Ｙには、範囲が定められることになる。すなわち、帯電部極板１の長辺の長さＬとトゲの高さＳの和よりも小さいことが必要になる。
【００４９】
すなわち、帯電部１３においては、隣り合う帯電部極板１のトゲ先端間の距離を６０ｍｍ以上であって、両者の突起先端が、互いにこれと隣接する電極面部の垂直投影面上に位置する（言い換えれば、トゲの先端は、隣り合う極板の電極面部の風上側先端と風下側の後端との間に位置する）ことにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００５０】
（実施の形態５）
図８は、トゲ一個あたりの消費電力を変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００５１】
凹み距離Ｘは、６５ｍｍとした。図８に示すように、各ケースとも消費電力が、大きくなれば、集塵効率は増加することが分かる。しかし、消費電力が１３０ｍＷを超えて大きくなると、印加される電圧値が高めになり火花放電（スパーク）が頻発するので、集塵不能となる。よって、トゲ一個あたりの消費電力が、概ね４０ｍＷから１３０ｍＷの範囲にあれば、良好な集塵効率が得られることが分かる。この傾向は、Ｘ２０、Ｘ３５、Ｘ５０、Ｘ７５の条件においても同様である。ここで、本願においては、極板間の距離Ｇを１０〜２０ｍｍとしたが、極板間の距離Ｇが小さいと、火花放電しやすい上、送風時の抵抗が大きくなり、実用的でない。また、極板間の距離Ｇが大きいと、放電させるのに大きな電圧が必要となってくるので、絶縁上の課題が生じる。
【００５２】
すなわち、帯電部１３においては、帯電部極板１間の距離Ｇが１０〜２０ｍｍにおいて、トゲ一個あたりの消費電力を約４０〜１３ｍＷとすることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００５３】
（実施の形態６）
図９は、トゲ一個あたりの放電電流を変化させた時の、集塵効率である。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００５４】
凹み距離Ｘは、６５ｍｍとした。帯電部極板１の間隔Ｇについては、Ｇ１０とＧ１５とＧ２０とした。各ケースとも５μＡを超えて放電電流が、大きくなれば、集塵効率は増加することが分かる。また、８μＡを超えて大きくなると、印加される電圧値が高めになり火花放電（スパーク）が頻発するので、集塵不能となる。よって、概ね５μＡから８μＡの範囲にあれば、良好な集塵効率が得られることが分かる。この傾向は、Ｘ２０、Ｘ３５、Ｘ５０、Ｘ７５の条件においても同様である。
【００５５】
すなわち、帯電部１３においては、帯電部極板１間の距離Ｇが１０〜２０ｍｍにおいて、トゲ一個あたりの放電電流を約５〜８μＡとすることにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００５６】
（実施の形態７）
図１０は、全消費電力に対して正コロナの消費電力の割合を変化させて集塵効率を測定した実験結果である。横軸は、正コロナの消費電力が全消費電力（正コロナと負コロナの消費電力の総和）に対し何％であったかを示している。この実験では、風上側のトゲで正コロナ放電を、風下側のトゲで負コロナ放電を発生させた。実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略し、異なる部分のみ記述する。
【００５７】
本来、トゲが風上を向く帯電部極板１ａと、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂの形状と位置関係が決まり、印加電圧が定められてしまうと、正コロナ放電の電流値と、負コロナ放電の電流も一義的に定まる。つまり、正コロナ放電の消費電力と、負コロナ放電の消費電力の比率は概ね一定の比率となる。しかし、トゲが風上を向く帯電部極板１ａのトゲの
個数と、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂのトゲの個数を変えれば、正コロナ放電の消費電力と、負コロナ放電の消費電力の比率を自在に変化させることが可能となる。このことは、正コロナ放電の消費電力が、全消費電力（正コロナと負コロナの消費電力の総和）に対し、何％程度の比率のときに、集塵効率が良くなるのかを見極めることは重要であることを示唆している。
【００５８】
そこで、トゲが風上を向く帯電部極板１ａと、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂをそれぞれ、垂直に二分割し（切断し）、風上向きのトゲに正の高電圧を印加し、風下向きのトゲに負の高電圧を印加するという実験方法を採用することにした。つまり、風上向きのトゲの正コロナの消費電力と、風下向きのトゲの負コロナの消費電力を自在に（強制的に）変化できる実験装置を実現し、これを用いて、正コロナと負コロナの消費電力の総和を常に一定に保ちながら、正コロナと負コロナの消費電力を変化させる実験を行った。この実験結果が、図１０である。帯電部極板１の間隔Ｇは１５ｍｍ、凹み距離Ｘは３５ｍｍである。全消費電力は１．３Ｗで一定となるようした。図１０は「山」形の特性を示している。特に、全消費電力中の正コロナの消費電力の割合が約１割から約５割の範囲にあるときに、高い集塵効率を示している。この傾向は、Ｇ１０、Ｇ２０の条件においても同様であるし、Ｘ２０、Ｘ５０、Ｘ６５、Ｘ７５の条件においても同様である。また、一定となるべき全消費電力値を１．３Ｗ以外の他の値にしても同様である。
【００５９】
すなわち、帯電部１３においては、正コロナの消費電力が全消費電力に対して約１〜５割となるように電力を供給することにより、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【００６０】
（実施の形態８）
図１１は、凹み距離Ｘが、５から１０ｍｍの範囲にある時の、消費電力に対する集塵効率特性である。各Ｇは、１０、１５、２０ｍｍである。なお、実施の形態１において、実験条件を詳細に記述したので、重複する記述は省略する。
【００６１】
図１１に示すように、風上側のトゲに負電圧を印加した場合は、消費電力の増大とともに、集塵効率が上昇しており、理解しやすい。しかし、風上側のトゲに正電圧を印加した場合は、消費電力の増大とともに、集塵効率が低下している。また、凹み距離Ｘが、５から１０ｍｍの範囲にある時、風上側のトゲに負電圧を印加する方が、正電圧を印加するより、良好な集塵効率が得られていることが分かる。この原因は、凹み距離Ｘの値が小さいので、トゲ先端からの放電と、隣接する帯電部極板１の直線端部からの逆放電が干渉し、帯電効果が弱まり、結果として低い集塵効率になったものと考えられる。
【００６２】
すなわち、帯電部１３で、トゲが風上を向く帯電部極板１ａのトゲ先端から負コロナ放電を発生させ、トゲが風下を向く帯電部極板１ｂのトゲ先端から正コロナ放電を発生させる場合においては、隣り合った極板からのトゲ先端の凹み距離Ｘが、約５から１０ｍｍの範囲にある時、高い集塵効率の電気集塵装置が得られるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明にかかる電気集塵装置は、正コロナ放電と負コロナ放電を同じ帯電部内で発生させることで、コンパクトで、低コストかつ省エネ運転が可能となるので、広い範囲で有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 帯電部極板
１ａ （トゲ先端が風上を向いた）帯電部極板
１ｂ （トゲ先端が風下を向いた）帯電部極板
２ 集塵部極板
２ａ 荷電極板
２ｂ 接地極板
１１ 吸込ダクト
１３ 帯電部
１４ 熱線風速計
１５ パーティクルカウンター
１６ 集塵部
１９ ファン
２２ 高圧電源
２３ 負高圧電源
Ｓ１ 放電域
Ｓ２ 放電域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負に荷電する帯電部極板を交互に平行に設けた帯電部と、
荷電極板と接地極板を交互に平行に設けた集塵部とからなる電気集塵装置において、
全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、
隣り合った帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、風上側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ正コロナを発生し、
風下側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極面部へ負コロナを発生し、
前記帯電部を通過する粉塵を正負両極性に帯電させ、
前記集塵部において前記荷電極板と前記接地極板の全面で粉塵を捕集することを特徴とする電気集塵装置。
【請求項２】
ひとつのトゲ放電部と、これに隣接する電極面部の距離が約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気集塵装置。
【請求項３】
風上側のトゲ放電部の突起先端が、これと隣接する電極面部における風上側の端部よりも風下側に約２０ｍｍ以上ずれ、かつ風下側のトゲ放電部の突起先端よりも風上側に位置することを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項４】
風上側のトゲ放電部の突起先端と風下側のトゲ放電部の突起先端の距離が約６０ｍｍ以上であり、両者の突起先端が、互いにこれと隣接する電極面部の垂直投影面上に位置することを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項５】
トゲ１個あたりの平均消費電力が約４０ｍＷから約１３０ｍＷの範囲にあることを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項６】
トゲ１個あたりの平均放電電流が約５μＡから約８μＡの範囲にあることを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項７】
帯電部の全消費電力における正コロナによる消費電力の割合が約１割から約５割の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気集塵装置。
【請求項８】
正負に荷電する帯電部極板を交互に平行に設けた帯電部と、
荷電極板と接地極板を交互に平行に設けた集塵部とからなる電気集塵装置において、
全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、
隣り合った帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、
前記帯電部において正コロナと負コロナを生じさせることにより粉塵を正負両極性に帯電させ、
前記帯電部の全消費電力における正コロナによる消費電力の割合が約１割から約５割の範囲にあることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項９】
ひとつのトゲ放電部と、これに隣接する電極面部の距離が約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項８に示す電気集塵装置。
【請求項１０】
風上側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極面部へ負コロナを発生し、
風下側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ
正コロナを発生し、
風上側のトゲ放電部の突起先端が、これと隣接する電極面部における風上側の端部よりも風下側に約５ｍｍから約１０ｍｍの範囲内でずれた位置関係にあることを特徴とする請求項９に示す電気集塵装置。
【請求項１】
正負に荷電する帯電部極板を交互に平行に設けた帯電部と、
荷電極板と接地極板を交互に平行に設けた集塵部とからなる電気集塵装置において、
全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、
隣り合った帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、風上側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ正コロナを発生し、
風下側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極面部へ負コロナを発生し、
前記帯電部を通過する粉塵を正負両極性に帯電させ、
前記集塵部において前記荷電極板と前記接地極板の全面で粉塵を捕集することを特徴とする電気集塵装置。
【請求項２】
ひとつのトゲ放電部と、これに隣接する電極面部の距離が約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気集塵装置。
【請求項３】
風上側のトゲ放電部の突起先端が、これと隣接する電極面部における風上側の端部よりも風下側に約２０ｍｍ以上ずれ、かつ風下側のトゲ放電部の突起先端よりも風上側に位置することを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項４】
風上側のトゲ放電部の突起先端と風下側のトゲ放電部の突起先端の距離が約６０ｍｍ以上であり、両者の突起先端が、互いにこれと隣接する電極面部の垂直投影面上に位置することを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項５】
トゲ１個あたりの平均消費電力が約４０ｍＷから約１３０ｍＷの範囲にあることを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項６】
トゲ１個あたりの平均放電電流が約５μＡから約８μＡの範囲にあることを特徴とする請求項２記載の電気集塵装置。
【請求項７】
帯電部の全消費電力における正コロナによる消費電力の割合が約１割から約５割の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電気集塵装置。
【請求項８】
正負に荷電する帯電部極板を交互に平行に設けた帯電部と、
荷電極板と接地極板を交互に平行に設けた集塵部とからなる電気集塵装置において、
全ての帯電部極板がトゲ放電部及び電極面部を有し、
隣り合った帯電部極板のトゲ放電部が通風の流れ方向に互い違いにずれた位置関係にあり、
前記帯電部において正コロナと負コロナを生じさせることにより粉塵を正負両極性に帯電させ、
前記帯電部の全消費電力における正コロナによる消費電力の割合が約１割から約５割の範囲にあることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項９】
ひとつのトゲ放電部と、これに隣接する電極面部の距離が約１０ｍｍから約２０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項８に示す電気集塵装置。
【請求項１０】
風上側のトゲ放電部においては相対的低電位のトゲ放電部から相対的高電位の電極面部へ負コロナを発生し、
風下側のトゲ放電部においては相対的高電位のトゲ放電部から相対的低電位の電極面部へ
正コロナを発生し、
風上側のトゲ放電部の突起先端が、これと隣接する電極面部における風上側の端部よりも風下側に約５ｍｍから約１０ｍｍの範囲内でずれた位置関係にあることを特徴とする請求項９に示す電気集塵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２２３７３９（Ｐ２０１２−２２３７３９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５７６５（Ｐ２０１１−９５７６５）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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