JP2003275618A

JP2003275618A - 電気集じん装置、および、オゾン濃度抑制方法

Info

Publication number: JP2003275618A
Application number: JP2002079654A
Authority: JP
Inventors: Akio Zukeran; 章朝瑞慶覧; Koji Yasumoto; 浩二安本; Yoshihiro Kono; 良宏河野; Yasuo Ito; 泰郎伊藤; Yoshiyasu Ebara; 由泰江原; Yoshihiro Kawada; 吉弘川田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】無声放電化学反応により生成されるオゾンの
濃度をできる限り抑制して、無害な環境を構築するこ
と。【解決手段】オゾン抑制手段として、例えば矩形波の
高電圧を印加する電源を用い、他の正弦波や三角波等の
高電圧に比べ、オゾンの生成量を極力抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、道路トン
ネル、道路沿道、道路交差点、工業や産業用の空気環境
改善に適用可能な電気集じん装置、および、オゾン濃度
抑制方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車道トンネル内や道路交差点等の空
気は、自動車から排出される煤煙、自動車の走行に伴っ
て生じるタイヤや道路アスファルト磨耗粉塵などのサブ
ミクロンオーダの浮遊微粒子で汚染されている。

【０００３】そこで、この汚染空気を清浄化するために
２段式無声放電形の電気集じん装置を用いた空気清浄化
設備が実用化され、高速道路トンネルなどで稼動してい
る。

【０００４】図８は、従来の電気集じん装置における集
じん原理を示す。この装置は、帯電部１と、集じん部２
とから構成された２段式コロナ放電形の電気集じん装置
である。

【０００５】帯電部１は、線対平板電極構造であり、平
板電極３ａ，３ｂを接地電極とし、線電極４に高電圧を
印加する。電極間３ａ，４又は３ｂ，４には直流高電圧
を印加し、コロナ放電を発生させる。

【０００６】集じん部２は、平行平板電極構造であり、
一方を接地電極６として、電極間５ａ，６又は５ｂ，６
に直流高電圧を印加し、静電界を形成する。２段式コロ
ナ放電形の電気集じん装置に煤塵を含んだ空気が導入さ
れると、空気中の粒子は帯電部１において単極性に帯電
し、集じん部２の静電界によって、集じん電極（接地電
極）上に捕集される。

【０００７】従来の２段式コロナ放電形の電気集じん装
置においては、粒子の帯電のみを考慮し、有害ガスの除
去は考慮されていない。有害ガスを除去するためには、
放電によって生成されたラジカルと有害ガスとの間で
放電化学反応を行わせる機構及び放電プラズマにより
有害ガスを直接解離させる機構が必要である。このこと
から、ラジカルを多く生成すること、および、放電プラ
ズマ領域を大きくすることが、有害ガスの除去につなが
る。

【０００８】また、従来、電気集じん装置において、浮
遊粒子の帯電方式には、コロナ放電を用いるのが通常で
ある。このコロナ放電は、一般によく知られているよう
に放電空間が小さい。このため、ラジカルの生成量は少
なく、また、有害ガスの直接解離もほとんどない。よっ
て、有害ガスの除去率は非常に小さい値となる。

【０００９】そこで、浮遊粒子と有害ガスを同時に除去
する無声放電形電気集じん装置が提案されている。ま
た、この無声放電形電気集じん装置を採用することによ
って、殺菌・脱臭の効果もある。

【００１０】図９は、１段式無声放電形の電気集じん装
置の概略構成を示す。この装置は、無声放電を発生させ
る帯電部２０から構成されている。すなわち、この帯電
部２０は、平行平板電極構造であり、電極間には高電圧
電源１０によって交流正弦波電圧が印加され、無声放電
が発生する。

【００１１】空気中の浮遊粒子１１は、帯電部２０にお
いて帯電および集じんされ、その一部が排出される。こ
の帯電部２０より排出された帯電粒子１２は、帯電部２
０の下流側に放出される。これにより、空気中に含まれ
ていた浮遊粒子１１や、Ｎｏｘなど有害ガスを同時に除
去することが可能となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】無声放電形の電気集じ
ん装置は、浮遊粒子１１およびＮｏｘなど有害ガスを同
時に除去できるが、オゾンが生成されるという問題があ
る。

【００１３】オゾンは、非常に強い粘膜刺激作用を有す
る物質であり、人体に悪影響を及ぼしかねない。また、
比較的水に対する溶解速度が遅いため、人体内の気道の
深部にまで達し、細気管支や肺胞に影響を与え、肺気腫
を引き起こす。

【００１４】そこで、本発明の目的は、無声放電化学反
応により生成されるオゾンの濃度をできる限り抑制して
無害な環境を構築することが可能な、電気集じん装置、
および、オゾン濃度抑制方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気中に浮遊
する粒子および有害ガスを、無声放電の放電化学反応を
利用して除去する電気集じん装置であって、前記無声放
電の放電化学反応によって生成されるオゾンの濃度を抑
制するオゾン抑制手段を具えることによって、電気集じ
ん装置を構成する。

【００１６】ここで、空気中に浮遊する粒子および有害
ガスに対して、前記無声放電の放電化学反応を行わせる
帯電部と、該帯電された粒子を集じんする集じん部とを
有し、前記オゾン抑制手段を、前記帯電部に矩形波交流
電圧を印加する電圧印加制御手段により構成してもよ
い。

【００１７】空気中に浮遊する粒子および有害ガスに対
して、前記放電化学反応を行わせる帯電部を有し、前記
オゾン抑制手段を、前記帯電部に矩形波交流電圧を印加
する電圧印加制御手段により構成してもよい。

【００１８】前記オゾン抑制手段として、前記帯電部の
下流側にオゾンキラーを設置し、前記オゾンキラーと、
前記矩形波交流電圧発生用の電圧印加制御手段とを併用
してオゾンを抑制してもよい。

【００１９】本発明は、空気中に浮遊する粒子および有
害ガスを、無声放電の放電化学反応を利用して除去する
に際して、該無声放電の放電化学反応によって生成され
るオゾンの濃度を抑制する方法であって、空気中に浮遊
する粒子および有害ガスに対して、前記無声放電の放電
化学反応を行わせる帯電部に、矩形波交流電圧を印加
し、該帯電部内で発生するオゾンの濃度を抑制する工程
を具えることによって、オゾン濃度抑制方法を提供す
る。

【００２０】ここで、前記帯電部の下流側にオゾンキラ
ーを設置し、前記オゾンキラー、又は、該オゾンキラー
と前記矩形波交流電圧発生用の電圧印加制御手段とを併
用してオゾンを抑制する工程をさらに具えてもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。本発明に係る電気集じん
装置１を、図１〜図７に基づいて説明する。

【００２２】電気集じん装置は、空気中に浮遊する浮遊
粒子１１や排気ガス等の有害ガスを、無声放電による放
電化学反応を利用して除去する無声放電形の装置であ
り、本例では、以下、２段式無声放電形の電気集じん装
置１を例に挙げて説明する。

【００２３】（無声放電形の構成）図１は、２段式無声
放電形の電気集じん装置１の構成例を示す。本装置は、
無声放電を行う機能をもつ帯電部２０と、その後段に配
置され、帯電粒子を集じんする機能をもつ集じん部３０
とから構成される。

【００２４】帯電部２０は、平行平板電極構造をしてお
り、誘電体２２ａ，２２ｂにより被覆された金属電極２
１ａ，２１ｂを有している。なお、この対向配置された
金属電極２１ａ，２１ｂのうち少なくとも一方を、誘電
体によって被覆すればよい。

【００２５】この平行平板電極構造とされた金属電極２
１ａ，２１ｂ間には、オゾン抑制手段として、矩形波の
交流高電圧を発生する高電圧電源４０が接続されてい
る。この高電圧電源４０により発生される矩形波の交流
高電圧によって、帯電部２０内で無声放電１５を発生さ
せると共に、オゾン１３の生成を防止することができ
る。なお、無声放電とは、オゾナイザ放電又は誘電バリ
ア放電ともいう。

【００２６】集じん部３０は、対向配置された金属電極
３１を有しており、これら金属電極３１間には直流高電
圧電源３２が接続されている。なお、この他の構成例と
して、帯電部２０のみを具備した１段式無声放電形の電
気集じん装置を用いて構成してもよい。

【００２７】（オゾン濃度抑制処理）このような構造と
された装置において、帯電部２０の金属電極２１ａ，２
１ｂ間に矩形波の交流高電圧を印加することによって、
無声放電が発生する。この場合、矩形波の交流電圧を印
加したことにより、帯電部２０内で発生するオゾン１３
の濃度を、従来の正弦波等の交流電圧を印加したときに
比べて、極力抑制することができる。このように帯電部
２０において、オゾン１３や有害ガスが除去される。

【００２８】そして、空気中の浮遊粒子１１は、帯電部
２０において帯電および集じんされるが、その一部は下
流側にイオン等の帯電粒子１２や、ゴミ等の粒子１６と
して排出される。粒子１６は、帯電部２０の下流側に設
置された集じん部３０においてさらに集じんされること
になる。

【００２９】（実験例）次に、実験例を、図２〜図４に
基づいて説明する。図２は、本発明に係る無声放電形の
電気集じん装置１を用いて、オゾン抑制効果を試すため
の実験装置の構成例を示す。

【００３０】実験に用いるサンプルガスとして、ディー
ゼルエンジン２００の排気ガスを使用する。この排気ガ
スは、分離器（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）２０１を介して混
合容器（ＭｉｘｉｎｇＣｈａｍｂｅｒ）２０２内に流
入され、大気２１０と第１回目の混合希釈がなされる。
この希釈された混合ガスは、ブースタファン（Ｂｏｏｓ
ｔｅｒＦａｎ）２０３に送られ、さらに大気２１０と
の間で第２回目の混合希釈がなされる。そして、このよ
うに２回に渡って希釈された混合ガスは、本発明の電気
集じん装置１であるＥＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉ
ｃＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ）２０４に流入される。
このＥＳＰ２０４では、前述したような矩形波を用いた
無声放電処理およびその処理後の帯電粒子の集じん処理
が行われ、これにより、オゾン濃度を格段に抑えること
ができる。このようにして処理されたガスは、吸引ファ
ン（ＩｎｄｕｃｅｄＦａｎ）２０５によりダクト外部
に排出される。なお、ガス流速は、１．５ｍ／ｓで、一
定とした。

【００３１】図３は、本実験に用いられる帯電部２０の
電極構造を示す。各電極部は、厚さ０．０５ｍｍの銅箔
からなる電極（金属電極２１ａ又は２１ｂ）を、厚さ
０．５ｍｍのガラス板（誘電体２２ａ又は２２ｂ）２枚
により挟んだ構造からなる。この電極部をギャップ長
５．５ｍｍとし、４枚交互に対向配置することによっ
て、無声放電形ユニットを構成する。

【００３２】そして、この４枚１組からなる無声放電形
ユニットを電極面がガス流方向と平行になるようにして
配置し、４枚のうち２枚の電極（端子ａ側）に矩形波の
交流高電圧を印加し、残りの対向電極（端子ｂ側）を接
地して実験を行った。

【００３３】図４は、無声放電を行う実験回路３００を
示す。図３で示した無声放電形ユニットからなる帯電部
２０から引き出された電線の端子ａ，ｂ間に高電圧電源
４０を接続し、矩形波の交流高電圧を印加する。電源端
子間に接続された抵抗１０ＭΩ，１ＫΩおよび電流計３
０１を通じて、無声放電電流が測定される。また、端子
ｂに接続されたオシロスコープ３０２を通じて、帯電部
２０の印加電圧が測定される。

【００３４】（オゾン抑制効果）実験装置による実験結
果としてオゾン抑制効果を、図５〜図７に基づいて説明
する。

【００３５】図５は、印加電圧に対する放電電流の関係
を示す。図中、横軸は印加電圧（ｋＶ）、縦軸は放電電
流（ｍＡ）である。各種波形（矩形波５１、正弦波５
２、三角波５３）の電圧を印加したときの放電電流を測
定した。測定条件として、流速は１．５ｍ／ｓとし、初
期濃度は、ＮＯ＝０．２２１ｐｐｍ、ＮＯｘ＝１．０８
ｐｐｍ、オゾンＯ_３＝０ｐｐｍ程度とした。

【００３６】印加電圧は、ｐｅａｋｔｏｐｅａｋの
値である。矩形波５１を例にとると、印加電圧３６ｋＶ
は、＋１８ｋＶから−１８ｋＶの範囲で変化する。この
とき、放電電流の値は、約０．１（ｍＡ）となる。この
図５の結果から、矩形波を印加することにより、有害ガ
スであるＮＯ_２の生成も抑制することができる。

【００３７】図６は、放電電流に対するオゾン（Ｏ_３）
の濃度特性を示す。図中、横軸は無声放電電流（ｍ
Ａ）、縦軸はＯ_３の生成量（ｐｐｍ）である。測定条件
は、図５と同じである。

【００３８】６１は、本発明による矩形波を用いたとき
のオゾン生成量である。これに対して、６２は正弦波、
６３は三角波を用いたときのオゾン生成量である。

【００３９】矩形波を印加したとき、最もＯ_３濃度が低
いことがわかる。この理由としては、矩形波を用いた場
合、電子は高いエネルギーを得るが、一方、Ｏ_２の解離
確率は電子のエネルギーが大きいほど小さくなるため、
Ｏ_３生成が抑制されたものと考えられる。

【００４０】また、正弦波６２、三角波６３では無声放
電開始における放電電流が約０．２ｍＡであったが、矩
形波６１の場合は約０．１ｍＡであり、小さい放電電流
が得られる。

【００４１】さらに、表１のＯ_３濃度の減少割合に示
すように、放電電流が０．２ｍＡ〜０．３ｍＡの範囲に
おいても、正弦波６２、三角波６３のときと比べて、矩
形波６１の場合は、オゾン濃度が低いことがわかる。

【００４２】表１は、矩形波６１によるＯ_３濃度の減
少割合を、正弦波６２、三角波６３に対して示したもの
である。

【００４３】

【表１】

【００４４】この表１からもわかるように、正弦波６２
よりも３割程度、三角波６３よりも４割程度、共にＯ_３
濃度を大幅に抑制できることがわかる。

【００４５】図７は、無声放電の動作時間に対する集じ
ん率の時間特性を示す。図中、横軸は動作時間（分）、
縦軸は集じん率Ｃ（％）である。測定条件は、図５と同
じである。

【００４６】集じん率Ｃは、帯電部２０に流入する空気
中に含まれる浮遊粒子１１の濃度をＮ１（個／ｍ^３）と
し、集じん部３０から放出される粒子１６の濃度をＮ２
（個／ｍ^３）としたとき、Ｃ＝Ｎ２／（１−Ｎ１） …（１）として表される。なお、ここでいう、粒子１６とは、粒
径略０．０１μｍ以上の浮遊粒子（個体、ゴミ等）を示
し、ガス（Ｏ_３）、分子等は含まない。

【００４７】本発明の矩形波７１を印加するときには、
ピーク電圧±８．５ｋＶ、放電電流０．２ｍＡを駆動条
件とし、一方、正弦波７２、三角波７３を印加するとき
には、ピーク電圧±９ｋＶ、放電電流０．３ｍＡの駆動
条件とする。

【００４８】図７からかわるように、矩形波７１の印加
時の方が、三角波７３の印加時に比べて、高い集じん率
が得られており、しかも、正弦波７２とほぼ同等又はそ
れ以上の集じん率が得られている。

【００４９】以上の結果より、矩形波を印加する無声放
電形の電気集じん装置１では、正弦波、三角波の印加時
と比べて、オゾン生成量が少なく、かつ、同等またはそ
れ以上の集じん率が得られることがわかる。

【００５０】（応用例）以上説明した例では、オゾン抑
制手段として、帯電部２０に矩形波の交流高電圧を発生
する高電圧電源４０を用いたが、これに限るものではな
い。オゾン抑制手段の他の例として、図１の集じん部３
０の下流側に、オゾンキラーを設置したり、オゾンキラ
ーと矩形波用の高電圧電源４０とを併用してもよい。な
お、１段式無声放電形の電気集じん装置の場合には、帯
電部２０の下流側にオゾンキラーを設置することにな
る。

【００５１】オゾンキラーとしては、例えば、光触媒
と紫外線ランプ、活性炭、薬剤洗浄装置などが挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。

【００５２】このようにオゾンキラーを単独又は矩形波
発生用の高電圧電源４０と併用することによっても、前
述した例と同等又はそれ以上のオゾン抑制効果を得るこ
とができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
無声放電形の電気集じん装置において、オゾン抑制手段
として、例えば矩形波の高電圧を印加する電源を用いた
ので、他の正弦波や三角波等の高電圧に比べて、オゾン
の生成量を極力抑制することが可能となる。

【００５４】また、本発明によれば、オゾン抑制手段と
して、例えば矩形波の高電圧を印加する電源を用いたの
で、他の正弦波や三角波等の高電圧に比べて、オゾンの
生成量を一段と抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である、オゾン抑制手段と
して矩形波を発生させる高電圧電源を備えた無声放電形
の電気集じん装置の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る無声放電形の電気集じん装置を用
いた実験装置の構成例を示すブロック図である。

【図３】本発明の実験に用いられる帯電部の電極構造を
示す斜視図である。

【図４】無声放電を行う実験回路を示す回路図である。

【図５】印加電圧に対する放電電流の関係を示す特性図
である。

【図６】放電電流に対するオゾン（Ｏ_３）の濃度特性を
示す特性図である。

【図７】動作時間に対する集じん率を示す特性図であ
る。

【図８】電気集じん装置の集じん原理を示す説明図であ
る。

【図９】従来における無声放電形の電気集じん装置の構
成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１電気集じん装置１１浮遊粒子１２帯電粒子１３オゾン１５無声放電１６粒子２０帯電部２１ａ，２１ｂ金属電極２２ａ，２２ｂ誘電体３０集じん部３１金属電極３２直流高電圧電源４０高電圧電源２００ディーゼルエンジン２０１分離器２０２混合容器２０３ブースタファン２０４ＥＳＰ２０５吸引ファン２１０大気３００実験回路３０１電流計３０２オシロスコープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０３Ｃ 3/41 Ｅ２１Ｆ 5/20 3/47 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９ＣＥ２１Ｆ 5/20 (72)発明者安本浩二神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者河野良宏神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者伊藤泰郎東京都町田市成瀬2154−41 (72)発明者江原由泰東京都港区高輪１丁目23番３号 (72)発明者川田吉弘神奈川県横浜市泉区和泉町3274番地Ｆターム(参考） 4D002 AA12 AC10 BA07 CA20 DA51 EA02 EA05 4D054 AA02 BA02 BB05 BC02 BC33 EA21 EA28 4G075 AA03 AA07 AA37 AA62 BA05 BA06 BD12 CA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気中に浮遊する粒子および有害ガス
を、無声放電の放電化学反応を利用して除去する電気集
じん装置であって、前記無声放電の放電化学反応によって生成されるオゾン
の濃度を抑制するオゾン抑制手段を具えたことを特徴と
する電気集じん装置。
【請求項２】空気中に浮遊する粒子および有害ガスに
対して、前記無声放電の放電化学反応を行わせる帯電部
と、該帯電された粒子を集じんする集じん部とを有し、前記オゾン抑制手段は、前記帯電部に矩形波交流電圧を
印加する電圧印加制御手段からなることを特徴とする請
求項１記載の電気集じん装置。
【請求項３】空気中に浮遊する粒子および有害ガスに
対して、前記放電化学反応を行わせる帯電部を有し、前記オゾン抑制手段は、前記帯電部に矩形波交流電圧を
印加する電圧印加制御手段からなることを特徴とする請
求項１記載の電気集じん装置。
【請求項４】前記オゾン抑制手段として、前記帯電部
の下流側にオゾンキラーを設置し、前記オゾンキラー、又は、該オゾンキラーと前記矩形波
交流電圧発生用の前記電圧印加制御手段とを併用してオ
ゾンを抑制することを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の電気集じん装置。
【請求項５】空気中に浮遊する粒子および有害ガス
を、無声放電の放電化学反応を利用して除去するに際し
て、該無声放電の放電化学反応によって生成されるオゾ
ンの濃度を抑制する方法であって、空気中に浮遊する粒子および有害ガスに対して、前記無
声放電の放電化学反応を行わせる帯電部において、矩形波交流電圧を印加し、該帯電部内で発生するオゾン
の濃度を抑制する工程を具えたことを特徴とするオゾン
濃度抑制方法。
【請求項６】前記帯電部の下流側にオゾンキラーを設
置し、前記オゾンキラー、又は、該オゾンキラーと前記矩形波
交流電圧発生用の電圧印加制御手段とを併用してオゾン
を抑制する工程をさらに具えたことを特徴とする請求項
５記載のオゾン濃度抑制方法。