JP2004066063A - 矩形波電気集じん装置、および、矩形波電気集じん装置の最適駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集じん部に印加する電圧の周波数を低くした場合、すなわち電源容量を小さくした場合にも、高い集じん率を維持させる。
【解決手段】矩形波電気集じん装置は、帯電部４０と集じん部５０から構成されている。帯電部４０は、１対の平板からなる接地電極２１，２２と線状の高電圧電極２３を有し、帯電部４０にコロナ放電を発生させる。集じん部５０は平行平板電極構造であり、１対の平板からなる接地電極３１，３２と、１枚の平板からなる高電圧電極３３とを有する。この接地−高電圧電極間には、矩形波高電圧電源６０から矩形波高電圧（周波数０．１〜２Ｈｚ）を印加する。電圧を印加することによって、集じん部５０では、静電界が発生する。浮遊粒子を含んだガス流は、帯電部５０を通過することによって荷電され、集じん部５０の静電界によって、集じん電極上に捕集される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内の空気などを浄化するのに好適な、矩形波電気集じん装置、および、矩形波電気集じん装置の最適駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている通り、自動車道トンネル内の空気は、自動車から排出される排気ガス中の有害ガス、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の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。そこで、この汚染空気中の煤煙・微粒子を除去するために、帯電部および集じん部によって構成された二段式電気集じん装置を用いた空気浄化設備が実用化されている。
【０００３】
図９は、一般的に知られている２段式電気集じん装置の構成を示す。本図に示す電気集じん装置１００は、帯電部１と集じん部２から構成されている。帯電部１は、線（４）対平板電極（３ａ，３ｂ）構造を有している。そして、電極間には直流高電圧を課電し、コロナ放電を発生させている。一方、集じん部２は、平行平板電極（５ａ，５ｂ，６）構造を有している。この平行平板電極間には直流高電圧を課電することにより、静電界が形成される。これらの構成をもつ２段式電気集じん装置において、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５ａ，５ｂ上に捕集される。
【０００４】
こういった従来型の二段式電気集じん装置は、ナノメータ粒子に対しても集じん率が高く、また大流量処理に適している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車道路トンネル内のように、浮遊粒子の主成分として、電気抵抗の低いカーボンなどが含まれている場合には、集じん電極上に捕集された粒子が再び飛散し、ガス流と共に電気集じん装置から排出される場合がある。この現象を再飛散現象と呼ぶ。再飛散現象は、大粒径粒子の集じん率を著しく低下させることから、改善すべき大きな課題となっている。
【０００６】
図１０は、上述した再飛散現象のメカニズムを示した説明図である。ここで、帯電部において粒子は、負に単極帯電されているものとする。この場合、再飛散現象のメカニズムは以下の通りである。
【０００７】
まず、図１０の（Ａ）に示すよう、帯電部内で負極性に帯電した粒子９は、集じん部接地電極板上に捕集される。接地電極上に集じんされたカーボン粒子は、直ちに電荷を失い接地極と同極性となる。このため、接地電極上の集じん粒子の近傍は電界が強くなる。さらに（Ｂ）に示すように、空間中の負極性帯電粒子が接地電極上に集じんされるとき、接地電極上の粒子と凝集するとともに、電界によるクーロン力によって、負極性電極方向へ数珠状凝集粒子を形成する。接地電極上の数珠状凝集粒子は凝集肥大化するに従い（図１０（Ｃ）参照）、流体抗力やクーロン力などの剥離力が強くなり、これらの力が接地電極と凝集粒子間の付着力より大きくなったとき再飛散する。
【０００８】
かかる再飛散現象を極めて有効に防止する方法として、矩形波交流電気集じん装置が提案されている。
【０００９】
図１１は、矩形波交流電気集じん装置の概略構成を示す。本装置は、帯電部４０と集じん部５０から構成されている。帯電部４０は線対平板電極構造であり、１対の平板からなる接地電極２１，２２と線状の高電圧電極２３を有する。この線−平板電極間には高電圧電源２０から直流高電圧を印加し、帯電部４０にコロナ放電を発生させる。直流高電圧の極性は正または負のいずれでも良く、またパルス電圧でもよい。
【００１０】
集じん部５０は平行平板電極構造であり、１対の平板からなる接地電極３１，３２と、１枚の平板からなる高電圧電極３３とを有する。この接地−高電圧電極間には、矩形波高電圧電源３０から矩形波高電圧を印加する。なお、矩形波高電圧電源３０の代わりに正弦波交流からなる交流高電圧電源を用いても良い。
【００１１】
この種の矩形波高電圧電源の電圧範囲は、電極間１ｍｍあたり３ｋＶ以下が適当であり、一般には１ｍｍあたり約０．９ｋｖ程度である。また、印加電圧の周波数は数Ｈｚ〜数ｋＨｚの範囲とされていた。しかし、その周波数が高くなるに従い、電源容量を大きくしなければならないという問題があった。また逆に、周波数を低く設定すると、再飛散が発生し大粒径粒子の集じん率が低下してくるという問題が生じる。
【００１２】
よって本発明の目的は、集じん部に印加する矩形波電圧の周波数を低くした場合、すなわち電源容量を小さくした場合にも、高い集じん率を維持することができるようにした、矩形波電気集じん装置、および、矩形波電気集じん装置の最適駆動方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る矩形波電気集じん装置は、コロナ放電形帯電部と、該帯電部の下流において矩形波高電圧を印加することにより集じんを行う集じん部とを備えた電気集じん装置であって、前記矩形波高電圧の周波数が０．１Ｈｚ〜２Ｈｚである矩形波高電圧発生部を備えたことを特徴とする。ここで、前記コロナ放電形帯電部は線対平板電極構造を有し、前記集じん部は平行平板電極構造を有することができる。
【００１４】
また、本発明に係る矩形波電気集じん装置の最適駆動方法は、コロナ放電形帯電部と、該帯電部の下流において矩形波高電圧を印加することにより集じんを行う集じん部とを備えた電気集じん装置を駆動するに際して、前記矩形波高電圧の周波数を０．１Ｈｚ〜２Ｈｚの範囲内に設定することを特徴とする。ここで、前記コロナ放電形帯電部は線対平板電極構造を有し、前記集じん部は平行平板電極構造を有することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明を適用した矩形波電気集じん装置の断面構成図である。この矩形波電気集じん装置は、帯電部４０と集じん部５０から構成されている。帯電部４０は線対平板電極構造であり、１対の平板からなる接地電極２１，２２と線状の高電圧電極２３を有する。この線−平板電極間には高電圧電源２０から直流高電圧を印加し、帯電部４０にコロナ放電を発生させる。直流高電圧の極性は正または負のいずれでも良く、またパルス電圧でもよい。
【００１７】
集じん部５０は平行平板電極構造であり、１対の平板からなる接地電極３１，３２と、１枚の平板からなる高電圧電極３３とを有する。この接地−高電圧電極間には、矩形波高電圧電源６０から矩形波高電圧（周波数０．１〜２Ｈｚ）を印加する。電圧を印加することによって、集じん部５０では、静電界が発生する。浮遊粒子を含んだガス流は、帯電部５０を通過することによって荷電され、集じん部５０の静電界によって、集じん電極上に捕集される。
【００１８】
次に、図２および図３を参照して、集じん部５０に矩形波高電圧を印加した場合の再飛散防止メカニズムを説明する。図２は、集じん部５０における帯電粒子の捕集および再飛散防止モデルを示す。ここで、帯電部４０（図１参照）には負の直流高電圧が印加され、粒子はマイナスに帯電されているものとする。図３は、集じん部５０に印加される矩形波高電圧の波形を示す。
【００１９】
図３において、集じん部５０に印加される電圧を３つの区間に分けて考える。ａの区間は、集じん部５０に正の高電圧が印加されている領域である。ｂの区間は、集じん部５０への印加電圧が、正から負に変化する遷移領域である（数ｍｓｅｃ）。ｃの区間は、集じん部５０に負の高電圧が印加されている領域である。ａの領域のとき、帯電部４０で負に帯電した粒子は、正極性の高電圧集じん電極板上に捕集される（図２参照）。捕集された粒子は、直ちに正に帯電し、数珠状の極板凝集粒子を形成する。その後、ｂの区間においては、電圧の極性が正から負に急激に変化する。集じん電極板の極性が正から負に急激に変化するため、数珠状の極板凝集粒子は、静電気によって集じん電極板方向へ力を受け、球状の凝集粒子へと変化する。
【００２０】
かくして、球状の凝集粒子に変化することによって、剥離力としてはたらく風力や静電気力が小さくなり、再飛散は起こらなくなる（図２（Ｃ）参照）。
【００２１】
（実験結果）
実験１
図４および図５は、実験により得られた集じん率の周波数特性（直流（ＤＣ）印加時、矩形波周波数０．００１〜１Ｈｚ印加時）を示す。実験条件として、風速は５ｍ／ｓ、集じん部５０の長さは２０６ｍｍ、帯電電圧は１１ｋＶ、集じん電圧は±５ｋＶの矩形波とした。また、集じん部５０電極距離は６ｍｍとした。
【００２２】
この実験の結果、いずれの粒径においても周波数が高くなるに従い集じん率は向上し、特に周波数０．１〜１Ｈｚで最も高い集じん率を示した。
【００２３】
実験２
図６は、他の実験により得られた集じん率の周波数特性（矩形波周波数０．１〜１０Ｈｚ時）を示す。実験条件として、風速は７ｍ／ｓ、集じん部５０の長さは４１２ｍｍ、帯電電圧は１１ｋＶ、集じん電圧は±７．５ｋＶの矩形波とした。また、集じん部５０電極間距離は９ｍｍとした。
【００２４】
この実験の結果、集じん率はいずれの周波数においても、粒径０．５〜２μｍで最大となる傾向を示した。また、周波数４Ｈｚおよび１０Ｈｚに比べて、０．１Ｈｚおよび１Ｈｚの方が、高い集じん率となった。
【００２５】
以上のことから、矩形波電気集じん装置において、０．１〜２Ｈｚが最適な周波数であるといえる。
【００２６】
参考実験
なお、参考として、集じん部５０に正弦波交流高電圧を印加した場合における、集じん率の周波数特性を図７に示す。実験条件として、風速は５ｍ／ｓ、集じん部５０の長さは２０６ｍｍ、帯電電圧は直流１１ｋＶ、集じん電圧は正弦波交流５ｋＶｒｍｓ、周波数は２５〜１００Ｈｚの範囲で変化させた。集じん部電極間距離は６ｍｍとした。この実験の結果、集じん率は周波数が高くなるに従い低下した。その理由は、図８（各周波数における粒子振動モデル）に示すように、周波数が高いために集じん部５０に流入した帯電粒子が電極空間にトラップされ、集じん電極上に捕集されないまま排出されるからである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、矩形波電気集じん装置において、小さい電源容量で再飛散を効果的に防止し、高い集じん率得ることができる。換言すると、本発明によれば、低い周波数（小さい電源容量）で高い集じん率を維持する最適な周波数選定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した矩形波電気集じん装置の断面構成図である。
【図２】図１の集じん部５０における帯電粒子の捕集および再飛散防止モデルを示す説明図である。
【図３】集じん部５０に印加される矩形波高電圧の波形を示す図である。
【図４】実験により得られた集じん率の周波数特性（直流（ＤＣ）印加時、周波数０．００１〜１Ｈｚ印加時）を示す線図である。
【図５】実験により得られた集じん率の周波数特性（直流（ＤＣ）印加時、周波数０．００１〜１Ｈｚ印加時）を示す線図である。
【図６】他の実験により得られた集じん率の周波数特性（周波数０．１〜１０Ｈｚ時）を示す線図である。
【図７】集じん部５０に正弦波交流高電圧を印加した場合における、集じん率の周波数特性を示す線図である。
【図８】各周波数における粒子振動モデルを示す説明図である。
【図９】一般的に知られている２段式電気集じん装置の構成を示す図である。
【図１０】再飛散現象のメカニズムを示した説明図である。
【図１１】矩形波交流電気集じん装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
２０　　高電圧電源
２１，２２　　接地電極
２３　　線状の高電圧電極
３１，３２　　接地電極
３３高電圧電極
４０　　帯電部
５０　　集じん部
６０　　矩形波高電圧電源（周波数０．１〜２Ｈｚ）

Claims (4)

1. コロナ放電形帯電部と、該帯電部の下流において矩形波高電圧を印加することにより集じんを行う集じん部とを備えた電気集じん装置であって、
   前記矩形波高電圧の周波数が０．１Ｈｚ〜２Ｈｚである矩形波高電圧発生部を備えたことを特徴とする矩形波電気集じん装置。
2. 請求項１において、
   前記コロナ放電形帯電部は線対平板電極構造を有し、前記集じん部は平行平板電極構造を有することを特徴とする矩形波電気集じん装置。
3. コロナ放電形帯電部と、該帯電部の下流において矩形波高電圧を印加することにより集じんを行う集じん部とを備えた電気集じん装置を駆動するに際して、
   前記矩形波高電圧の周波数を０．１Ｈｚ〜２Ｈｚの範囲内に設定することを特徴とする、矩形波電気集じん装置の最適駆動方法。
4. 請求項３において、
   前記コロナ放電形帯電部は線対平板電極構造を有し、前記集じん部は平行平板電極構造を有することを特徴とする、矩形波電気集じん装置の最適駆動方法。

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