JP2006007159A - 電気集塵装置の火花検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気集塵装置の集塵性能を低下させることなく、放電電流が小さいときの火花放電を確実に検出できるようにする。
【解決手段】 電気集塵装置１０は、集塵部２０と火花検出装置３０とを有している。火花検出装置３０の過電流検出閾値設定手段４２は、電流検出手段３２の電流検出信号Ｉを平滑化する平滑コンデンサＣ₁を有し、集塵部２０の放電電流の大きさに応じた過電流検出閾値Ｉｓを出力する。電圧低下検出閾値設定手段４４は、電圧検出手段３４の電圧検出信号Ｖに基づいて、集塵部２０の荷電電圧の大きさに応じた電圧低下検出閾値Ｖｓを出力する。判定手段４０は、集塵部２０に過電流が流れると、第１比較器４６が「Ｈ」を出力し、電圧検出手段３４の電圧検出信号Ｖが閾値Ｖｓより小さくなると第２比較器４８が「Ｈ」を出力し、両者が「Ｈ」を出力したときに、火花放電が発生したとして、ＡＮＤ回路５０が「Ｈ」を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排ガスなどの気体中の塵埃を捕集する電気集塵装置に係り、特に放電極と集塵極との間に生ずる火花放電を検出する電気集塵装置の火花検出装置に関する。

電気集塵装置は、電圧を印加してコロナ放電を生じている放電極と集塵極との間に排ガスなどの気体（以下、単に排ガスという）を通し、排ガス中に含まれている塵埃を帯電させ、これを集塵極に吸着して捕集するようになっている。したがって、電気集塵装置は、排ガス中の塵埃を効率よく帯電させて捕集するために、放電極と集塵極との間に印加する荷電電圧を、できるだけ高い電圧でしかも火花放電が発生しないように運転することが望ましい。ところが、高い電圧を印加しているところから、排ガスの流れの変動や排ガス中に含まれている塵埃（ダスト）などの影響により、火花放電の発生が避けられない。このため、電気集塵装置は、適度な頻度で火花放電が発生するような電圧で運転している。

しかし、電気集塵装置は、火花放電を発生するような高い荷電電圧で運転しているため、火花放電からグロー放電、アーク放電に移行することがある。そして、アーク放電が発生すると、放電極と集塵極との間が短絡状態となり、大電流が流れて電極を損傷するばかりでなく、電源も損傷する。このため、電気集塵装置は、火花検出装置を設けて火花放電を検出し、火花放電を確実に消弧してアーク放電への移行を防止するようにしている。

放電極と集塵極との間に火花放電が発生すると、放電極と集塵極との間を流れる荷電電流（放電電流）が増大するとともに、荷電電圧が急激に低下する。そこで、電気集塵装置における火花検出装置は、放電電流と荷電電圧とを検出し、放電電流が設定値以上の過大な電流になるとともに、荷電電圧が設定値以下になったときに、火花放電が発生したと判断し、荷電電圧の印加を一時停止して火花放電を消弧するようにしている。

ところで、電気集塵装置の運転は、放電極と集塵極との間に常時電圧を印加して集塵する連続荷電方法と、一定時間ごとに電圧を印加する間欠荷電方法とがある。そして、間欠荷電方法によって電気集塵装置を運転した場合、荷電休止時に荷電電圧が低下するとともに、再荷電時に突入電流が流れるために大きな放電電流が流れる。このため、電気集塵装置を間欠荷電方法で運転した場合、放電電流と荷電電圧との設定値を連続荷電方法と同じように設定すると、火花放電の検出条件が成立し、電気集塵装置の運転ができなくなる。そこで、特許文献１には、検出した荷電電圧に応じて閾値電圧を変化させるとともに、火花放電による過大な放電電流を検出する閾値を大きな値に設定し、荷電電圧が閾値電圧より低下し、かつ放電電流が閾値電流より大きくなったときに、火花放電が発生したとして、荷電電圧の印加を一時停止して火花放電を消弧するようにしている。

すなわち、特許文献１の火花検出装置（以下、従来の火花検出装置という）は、図３に示したようにして、放電極と集塵極との間の火花放電を検出している。図３は、時刻（時間）ｔ₂において火花放電が発生した場合を示している。従来の火花検出装置は、図３（１）に示したように、火花放電による過大な放電電流（過電流）Ｉｏｖを検出するための閾値Ｉｓを、大きな一定の値に設定している。また、従来の火花検出装置は、火花放電による放電電圧Ｖの低下を検出するための閾値Ｖｓを、同図（３）に示したように、放電電圧Ｖに応じて変化する値にしている。これにより、例えば、時刻ｔ₁において外乱により放電電圧Ｖが急激に低下して閾値Ｖｓより小さくなり、図３（４）に示したように、荷電電圧低下検出信号が出力されたとしても、放電電流Ｉが閾値Ｉｓより小さくて過電流検出信号が出力されないため、火花放電の発生とはみなさない。これにより、火花放電の誤検出が防止でき、電気集塵装置の集塵性能の低下を防ぐことができる。そして、実際に火花放電が発生し、図３（１）に示したように、時刻ｔ₂において放電電流Ｉが閾値Ｉｓ以上になり、過電流Ｉｏｖが流れたときに、図３（３）に示したように、ｔ₃において荷電電圧Ｖが閾値Ｖｓ以下に低下すると、図３（２）、（４）に示したように、過電流検出信号と荷電電圧低下検出信号とが出力される。これにより、火花検出装置は、火花放電が発生したとして、図３（５）に示したように、荷電制御信号を出力して火花放電を消弧する。

なお、特許文献２には、アーク放電に移行する可能性のない自己消弧性の火花放電を検出し、自己消弧性の火花放電の場合、荷電を続行するようにした電気集塵装置が開示されている。そして、特許文献２には、放電電流から火花放電を検出する場合に、検出のための基準値を可変にできる火花検出回路が示されている（特許文献２の図１）。
特許第３４７８３２７号公報 特開２００２−１６６１９７号公報

しかし、従来の火花検出装置は、放電極と集塵極との間の過電流を検出するための過電流検出閾値が大きな電流値に固定して設定してあるため、充分に機能しない場合がある。すなわち、電気集塵装置は、運転条件により設定放電電流を出力上限値よりも下げた状態で運転、または省エネルギーを図るために、排ガス中の塵埃の濃度により、電気集塵装置としての性能を確保できる最低限の放電電流によって運転した場合、火花放電が発生しても放電電流が設定した過電流検出閾値に達しないことがある。このため、従来の火花検出装置は、放電電流が過電流検出閾値に達しない火花放電が発生したときに、火花放電の検出条件が満たされないため、火花放電を消弧する制御が行なわれない。この結果、荷電電圧の低下を助長し、最終的には、電源装置、電気集塵装置を保護するために設けられている機能である低電圧検出装置が作動し、電源装置をトリップさせる事態にまで到る。

一方、放電電流の過電流を検出する閾値を小さな値に設定すると、グロー放電、アーク放電に移行しない、本来検出する必要のない自己消弧性の火花放電も検出され、荷電電圧の印加停止などの消弧制御が行なわれる。このため、荷電の一時休止時間の増加による無荷電時間が多くなり、電気集塵装置の集塵性能が低下するなどの不具合を生ずる。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、電気集塵装置の集塵性能を低下させることなく、放電電流が小さいときの火花放電を確実に検出できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、電気集塵装置を間欠荷電方法により運転した場合であっても、火花放電を確実に検出できるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電気集塵装置の火花検出装置は、集塵極と放電極との間に荷電電圧を印加して気体中の塵埃を捕集する電気集塵装置の火花検出装置において、前記集塵極と前記放電極との間を流れる放電電流を検出し、放電電流値に対応した電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記放電電流の大きさに応じた過電流検出閾値を出力する過電流検出閾値設定手段と、前記電流検出信号と前記過電流検出閾値とを比較し、前記集塵極と前記放電極との間における火花放電の有無を判定する判定手段と、を有することを特徴としている。

前記過電流検出閾値設定手段は、前記電流検出手段が出力した前記電流検出信号を平滑化する平滑部を有し、前記平滑部の出力信号に基づいて前記過電流検出閾値を出力するようにできる。そして、過電流検出閾値と比較する電流検出信号は、可変抵抗器などによって大きさを変えられるようにしてもよい。また、前記判定手段は、前記集塵極と前記放電極との間に印加された前記荷電電圧が所定の閾値電圧以下になったときに、電圧低下信号を出力する電圧低下検出部を有し、この電圧低下検出部が前記電圧低下信号を出力し、かつ前記電流検出手段の電流検出信号が前記過電流検出閾値以上であるときに、前記火花放電の発生信号を出力するように形成することが望ましい。

上記のごとくなっている本発明は、集塵極と放電極との間に火花放電が発生して、過大な放電電流が流れたことを検出するための過電流検出閾値の大きさを、放電電流の大きさに応じて過電流検出閾値設定手段に設定できるようにしてある。このため、本発明は、電気集塵装置が出力限界値よりも小さな放電電流によって運転された場合、過電流検出閾値も小さくなり、小さな放電電流において発生する火花放電を確実に検出することができ、荷電電圧の低下による電源装置のトリップなどを防ぐことができる。しかも、過電流検出閾値を適宜の大きさに設定することにより、自己消弧性の火花放電時における消弧制御を防ぐことができ、荷電の一時休止時間が増大することがなく、電気集塵装置の集塵性能の低下を防止することができる。また、過電流検出閾値が放電電流の大きさに応じたものであるため、電気集塵装置を間欠荷電方法によって運転する場合であっても、集塵極と放電極との間に発生する火花放電を確実に検出することができる。

また、本発明は、過電流検出閾値設定手段を、電流検出手段の出力した電流検出信号を平滑化し、平滑化した信号に基づいて過電流検出閾値を生成するように構成すると、放電電流の大きさに応じた過電流検出閾値を容易、確実に形成することができる。そして、本発明は、判定手段を、電流検出手段による放電電流の検出信号が過電流検出閾値以上であって、検出した荷電電圧が閾値電圧以下であるときに火花放電の検出信号を出力するように構成すると、外乱による影響を避けることができ、火花検出装置の信頼性を高めることができるとともに、電気集塵装置の集塵性能の低下を防ぐことができる。

本発明に係る電気集塵装置の火花検出装置の好ましい実施の形態を、添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１は、電気集塵装置の火花検出装置の説明図である。図１において、電気集塵装置１０は、交流電源１２、サイリスタなどの電力制御素子１４、変圧器１６、整流器１８、集塵部２０、位相制御回路２２を備えている。交流電源１２の出力電圧は、電力制御素子１４を介して変圧器１６の一次側に与えられる。変圧器１６は、交流電源１２が出力した交流電圧を、集塵部２０を動作させるのに適した電圧に昇圧する。そして、変圧器１６の二次側に設けた整流器１８は、交流電圧を直流電圧に変換する。この整流器１８には、集塵部２０が接続してある。集塵部２０は、放電極２４とこの放電極２４に対抗配置した集塵極２６とを備えている。

また、電気集塵装置１０は、集塵部２０の放電極２４と集塵極２６との間に発生する火花放電を検出するための火花検出装置３０を有している。火花検出装置３０は、集塵部２０に直列に接続した電流検出手段（放電電流検出手段）３２と、集塵部２０に並列接続した電圧検出手段（荷電電圧検出手段）３４とを有している。電圧検出手段３４は、分割抵抗３６（３６ａ、３６ｂ）とから構成してあって、両者の中間から集塵部２０の放電極２４と集塵極２６との間に印加される荷電電圧（放電電圧）に対応した電圧検出信号Ｖを取り出すことができるようになっている。

また、火花検出装置３０は、判定手段４０、過電流検出閾値設定手段４２、電圧低下検出閾値設定手段４４を有している。過電流検出閾値設定手段４２は、直列接続した抵抗Ｒ₁、ダイオードＤ₁、平滑コンデンサＣ₁を有しており、抵抗Ｒ₁の一側端子が電流検出手段３２の出力側に接続してある。そして、抵抗Ｒ₁の他側の端子には、ダイオードＤ₁のアノードが接続してあり、ダイオードＤ₁のカソードに平滑コンデンサＣ₁の一側端子が接続してある。平滑コンデンサＣ₁は、他側の端子が接地してあって、電流検出手段３２の出力する電流検出信号Ｉを平滑化する。

また、過電流検出閾値設定手段４２は、直列接続した一対の分割抵抗Ｒ₂、Ｒ₃を有する。分割抵抗Ｒ₂は、一側端子がダイオードＤ₁と平滑コンデンサＣ₁との中間に接続してあり、他側の端子が分割抵抗Ｒ₃を介して接地してある。分割抵抗Ｒ₂、Ｒ₃は、平滑コンデンサＣ₁の両端の電圧を分割する。そして、分割抵抗Ｒ₂、Ｒ₃の中間は、過電流検出閾値設定部となっていて、判定手段４０を構成している第１比較器４６の反転入力端子が接続してあり、この反転入力端子に過電流検出閾値Ｉｓを出力する。

さらに、過電流検出閾値設定手段４２は、直流電源Ｖ_DDに接続した一対の分割抵抗Ｒ₄、Ｒ₅とダイオードＤ₂とを有している。分割抵抗Ｒ₄は、一側端子が直流電源Ｖ_DDに接続してあり、他側の端子が分割抵抗Ｒ₅を介して接地してある。そして。ダイオードＤ₂は、アノードが分割抵抗Ｒ₄、Ｒ₅の中間に接続してあって、カソードがダイオードＤ₁のカソードに接続してある。分割抵抗Ｒ₄、Ｒ₅は、荷電電流の制御上の下限値を設定するためのもので、定格電流に対する所定の下限閾値（例えば、定格電流の２０％）に相当する電圧を平滑コンデンサＣ₁に与える。すなわち、分割抵抗Ｒ₄、Ｒ₅は、直流電源Ｖ_DDの出力する直流電圧（例えば１５Ｖ）を適宜に分割し、荷電電流の制御可能な下限閾値に相当する抵抗Ｒ₅の両端の電圧（例えば１Ｖ）がダイオードＤ₂を介して平滑コンデンサＣ₁に下限値として印加される。

電圧低下検出閾値設定手段４４は、抵抗Ｒ₆、Ｒ₇と可変抵抗Ｒ_VとコンデンサＣ₂とから構成してある。抵抗Ｒ₆は、一側の端子が電圧検出手段３４、すなわち一対の分割抵抗３６の中間に接続してあり、他側の端子に抵抗Ｒ₇とコンデンサＣ₂との一側端子が接続してある。そして、コンデンサＣ₂の他側の端子は接地してある。また、抵抗Ｒ₇の他側の端子は、可変抵抗Ｒ_V1を介して接地してある。可変抵抗Ｒ_V1は、電圧低下検出閾値設定部となっていて、判定手段４０を構成している第２比較器４８の非反転入力端子が接続してある。

判定手段４０は、第１比較器４６と第２比較器４８とＡＮＤ回路５０とから構成してある。第１比較器４６は、過電流検出部となっていて、集塵部２０を構成している放電極２４と集塵極２６との間を流れる過大な放電電流を検出するもので、非反転入力端子が抵抗Ｒ₈を介して電流検出手段３２の出力側に接続してある。また、第１比較器４６の非反転入力端子は、可変抵抗（ボリューム）Ｒ_V2を介して接地してある。したがって、第１比較器４６の非反転入力端子には、電流検出手段３２が出力する電流検出信号Ｉの、抵抗Ｒ₈と可変抵抗Ｒ_V2とによって分割された信号が入力する。すなわち、第１比較器４６は、反転入力端子に入力する過電流検出閾値Ｉｓと比較する電流検出手段３２の電流出力信号Ｉに対応した信号Ｉ_Vが非反転入力端子に入力し、Ｉｖ＞Ｉｓのときに「Ｈ」をＡＮＤ回路５０の一方の入力端子に入力する。

第２比較器４８は、放電極２４と集塵極２６との間に印加された荷電電圧の急速な低下を検出する電圧低下検出部となっていて、反転入力端子が電圧検出手段３４に接続してある。そして、第２比較器４８は、電圧検出手段３４の出力する電圧検出信号Ｖを、可変抵抗Ｒ_V1の出力する電圧低下検出閾値Ｖｓと比較し、Ｖ＜Ｖｓになると電圧低下検出信号として「Ｈ」を出力し、ＡＮＤ回路５０の他方の入力端子に入力する。ＡＮＤ回路５０は、放電極２４と集塵極２６との間に火花放電が発生して、第１比較器４６と第２比較器４８との出力がともに「Ｈ」を出力すると、火花検出信号として「Ｈ」を位相制御回路２２に送出する。位相制御回路２２は、ＡＮＤ回路５０から「Ｈ」が入力すると、電力制御素子１４を制御し、所定の時間（例えば、交流電源１２が出力する交流電圧の半サイクル）通電を停止して火花放電を消弧する制御を行なう。

このようになっている実施形態の作用を、図２に基づいて説明する。図２は、時間（時刻）ｔ₄に放電極２４と集塵極２６との間に、火花放電が発生したときのタイムチャートを示したものである。図２において、（１）は電圧検出手段３４が出力する荷電電圧に対応した電圧検出信号Ｖを示しており、（２）は電流検出手段３２が出力する放電電流に対応した電流検出信号Ｉに基づいた電流信号Ｉｖを示したものである。

いま、時刻ｔ₁において、外乱などにより荷電電圧が急速に低下し、電圧検出手段３４の出力する電圧検出信号Ｖが、可変抵抗Ｒ_V1から出力される電圧低下検出閾値Ｖｓより小さくなったとすると、図２（３）に示したように、第２比較器４８は、電圧検出信号Ｖが閾値Ｖｓより小さい間、電圧低下検出信号である「Ｈ」を出力する。しかし、同図（２）に示したように、電流検出手段３２の出力する電流検出信号Ｉに基づく電流信号Ｉｖが、抵抗Ｒ₃の両端の電圧である過電流検出閾値Ｉｓより小さいため、第１比較器４６の出力は「Ｌ」である（図２（４）参照）。このため、同図（５）に示したように、判定手段４０の出力信号であるＡＮＤ回路５０の出力が「Ｌ」となり、位相制御回路２２が電力制御素子１４を通常に制御する。

また、図２（２）に示したように、時刻ｔ₂において放電極２４と集塵極２６との間に過電流が流れ、電流信号Ｉｖが過電流検出閾値Ｉｓを超えると、第１比較器４６は、Ｉｖ＞Ｉｓである間、同図（４）に示したように過電流検出信号として「Ｈ」を出力する。しかし、荷電電圧の検出信号である電圧検出信号Ｖが電圧低下検出閾値Ｖｓ以上であるため、第２比較器４８の出力は「Ｌ」であり、ＡＮＤ回路５０の出力も「Ｌ」である。時刻ｔ₃において荷電電圧だけが低下したときも、前記と同様であって、ＡＮＤ回路５０は判定手段４０の出力信号である「Ｌ」を出力する。

一方、時刻ｔ₄において、放電極２４と集塵極２６との間に火花放電が発生して過電流が流れるとともに、荷電電圧が急速に低下したとする。これにより、図２（４）に示したように、時刻ｔ₄において第２比較器４８の出力が「Ｈ」となり、時刻ｔ₅において電圧検出信号Ｖが閾値Ｖｓを下回ると、第１比較器４６の出力が「Ｈ」となる。このため、ＡＮＤ回路５０は、同図（５）に示したように、火花検出信号となる「Ｈ」を位相制御回路２２に出力する。これにより、位相制御回路２２は、予め与えられている制御プログラムにしたがって電力制御素子１４を制御し、所定の時間、例えば交流電源１２の出力電圧の半サイクル、集塵部２０への電力の供給を停止して、火花放電を消弧する。

このように、実施の形態においては、放電極２４と集塵極２６との間に過大な放電電流が流れるのを検出する過電流検出閾値を、放電電流の大きさに応じて設定するようにしている。このため、小さな放電電流において火花放電が発生した場合であっても、確実に検出することができ、電源装置のトリップなどを防ぐことができる。しかも、グロー放電やアーク放電に移行しない自己消弧性の火花放電の発生時に、集塵部２０への給電を停止するのを避けることができ、電気集塵装置の集塵性能の低下を防止することができる。また、実施形態においては、放電電流に対応した電流検出信号Ｉに基づいて過電流検出閾値Ｉｓを形成するようにしているため、放電電流に応じた過電流検出閾値を容易、確実に生成することができる。

さらに、実施の形態においては、過電流検出閾値Ｉｓを放電電流に応じて設定できるようにしているため、電気集塵装置１０を連続荷電方法で運転した場合であっても、間欠荷電方法で運転した場合であっても、火花放電を確実に検出することができる。また、実施形態においては、荷電電圧の急速な低下と過電流とを検出して火花放電の有無を判断するようにしているため、外乱の影響を小さくすることができ、火花検出装置の信頼性を向上することができ、電気集塵装置の集塵性能の低下を防ぐことができる。そして、実施形態においては、第１比較器４６に入力する電流信号Ｉｖの大きさを可変抵抗（ボリューム）Ｒ_V2によって調節できるようにし、電気集塵装置１０の運転条件や排ガスの状態などに応じて電流信号Ｉｖと閾値Ｉｓとの比を任意に設定できる。

実施の形態に係る電気集塵装置の火花検出装置の説明図である。 実施の形態に係る火花検出装置の作用を説明するタイムチャートである。 従来の火花検出装置の作用を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１０………電気集塵装置、２０………集塵部、２４………放電極、２６………集塵極、３０………火花検出装置、３２………電流検出手段、３４………電圧検出手段、４０………判定手段、４２………過電流検出閾値設定手段、４４………電圧低下検出閾値設定手段、４６………第１比較器、４８………電圧低下検出部（第２比較器）、５０………ＡＮＤ回路、Ｃ₁………平滑部（平滑コンデンサ）。

Claims (3)

1. 集塵極と放電極との間に荷電電圧を印加して気体中の塵埃を捕集する電気集塵装置の火花検出装置において、
   前記集塵極と前記放電極との間を流れる放電電流を検出し、放電電流値に対応した電流検出信号を出力する電流検出手段と、
   前記放電電流の大きさに応じた過電流検出閾値を出力する過電流検出閾値設定手段と、
   前記電流検出信号と前記過電流検出閾値とを比較し、前記集塵極と前記放電極との間における火花放電の有無を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする電気集塵装置の火花検出装置。
2. 請求項１に記載の電気集塵装置の火花検出装置において、
   前記過電流検出閾値設定手段は、前記電流検出手段が出力した前記電流検出信号を平滑化する平滑部を有し、前記平滑部の出力信号に基づいて前記過電流検出閾値を出力することを特徴とする電気集塵装置の火花検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電気集塵装置の火花検出装置において、
   前記判定手段は、前記集塵極と前記放電極との間に印加された前記荷電電圧が所定の閾値電圧以下になったときに、電圧低下信号を出力する電圧低下検出部を有し、
   この電圧低下検出部が前記電圧低下信号を出力し、かつ前記電流検出手段の電流検出信号が前記過電流検出閾値信号以上であるときに、前記火花放電の発生信号を出力する、
   ことを特徴とする電気集塵装置の火花検出装置。
   
   

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