JP2006167641A - 電気集塵機用高電圧荷電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コロナ放電時にオゾンの発生を確実に抑制することができる機能を備えると共に、放電極の磨耗を極力防止する機能を備えた電気集塵機用高電圧荷電装置を提供する。
【解決手段】 電気集塵機における荷電部５の放電極６を銀又は銀合金で造り、放電極６に対して、高電圧電源部１０より直流電圧に時間経過とともに増減変化する交番波形電圧を重畳した重畳高電圧を印加する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コロナ放電により気流中のダスト又はミスト等の粒子を帯電させて捕集することができる電気集塵機に関するものであって、具体的には、コロナ放電時のオゾン発生を抑制する機能を備えた電気集塵機用高電圧荷電装置に関するものである。

従来の電気集塵装置は、荷電部の放電極として、特許文献１に見られるように耐蝕性及び耐熱性に優れたタングステンが使用され、また、電極に荷電する電源としては、特許文献２に見られるように直流高圧電源が使用されていた。
特開２００３−１４４９７１号公報 特開平６−１４２５４９号公報

ところが、放電極として上記特許文献１に見られるタングステンを使用すると、コロナ放電時に人体に有害なオゾンと臭気が多量に発生する問題があり、また、上記特許文献２に見られるように直流高圧電源を使用した場合も、同様にオゾンが発生する問題があった。

そこで本発明の技術的課題は、コロナ放電時にオゾンの発生を確実に抑制することができる機能を備えると共に、放電極の磨耗を極力防止する機能を備えた電気集塵機用高電圧荷電装置を提供することである。

（１） 上記の技術的課題を解決するために開発された本発明の請求項１に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、高電圧電源部からの高電圧の印加によって発生するコロナ放電により、気流中のダスト又はミスト等の粒子を帯電させる荷電部と、帯電されたダスト又はミスト等の粒子を捕集する集塵部とから成る電気集塵機であって、上記荷電部の放電極を、銀又は銀合金を用いて構成したことを特徴としている。

（２） また、本発明の請求項２に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、前記高電圧電源部から前記荷電部へ高電圧を印加するに当たって、荷電部の放電極側がプラス極となるように構成したことを特徴としている。

（３） また、本発明の請求項３に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、前記高電圧電源部に、前記荷電部に印加する直流電圧に対して、時間経過とともに増減変化する交番波形電圧を重畳して重畳高電圧を生成する重畳高電圧生成部を設けたことを特徴としている。

（４） また、本発明の請求項４に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、前記重畳高電圧生成部によって生成される重畳高電圧が、コロナ放電可能な最小値に設定された直流電圧と、時間経過とともに増減変化する交番波形電圧とを重畳して生成され、且つ、当該重畳高電圧のピーク電圧が閃絡電圧未満に設定されていることを特徴としている。

（５） また、本発明の請求項５に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、前記重畳高電圧のピーク電圧値に対する前記交番波形電圧の構成比率を、２０〜５０％として構成したことを特徴としている。

（６） また、本発明の請求項６に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、前記荷電部の放電極を、銀又は銀合金で造った細長いパイプの内部に、ステンレス材又はタングステン材で造った芯材を挿入して構成したことを特徴としている。

（７） 更に本発明の請求項７に係る電気集塵機用高電圧荷電装置は、前記荷電部の放電極を、樹脂材、ガラス材或いはセラミック材等の絶縁材料を用いて細長い棒状に造った絶縁体の周面長手方向に、銀又は銀合金製のワイヤーを螺旋状に巻き付けて構成したことを特徴としている。

前記（１）で述べた請求項１に係る手段によれば、銀或いは銀合金は酸素原子を吸着する性質を有するため、荷電部の放電極をこれ等銀又は銀合金で造れば、オゾン中の酸素原子が銀又は銀合金で造った放電極に吸着されてオゾンが分解されるため、コロナ放電時のオゾンと臭気の発生を抑止することを可能にする。

前記（２）で述べた請求項２に係る手段によれば、プラス放電は原理的にオゾンが発生しにくい放電であるため、前記放電極を銀又は銀合金で造った点と相俟って、コロナ放電時のオゾンと臭気の発生を更に抑止することを可能にする。

前記（３）で述べた請求項３に係る手段によれば、高電圧電源部に設けた重畳高電圧生成部が、直流電圧に対して時間経過とともに振幅が変化する交番波形電圧（例えば正弦波、三角波、方形波、パルス波）を重畳して、重畳高電圧を生成するため、重畳成分である交流成分がオゾンの発生を低減することができるものであって、この重畳高電源と前記銀又は銀合金で造った放電極とプラス放電との組み合わせにより、発生するオゾン濃度を著しく低下させて、コロナ放電時のオゾンと臭気の発生を確実に抑止することを可能にする。更に、重畳高電圧の特性として電気エネルギーを抑制でき、ひいてはコロナ放電による銀或いは銀合金で造った放電極の磨耗の進行を遅らせて、その長寿命化を可能と成し、その結果、銀の弱点である磨耗の問題を解決して、タングステンに代わる新しい放電極を提供することができる。

前記（４）で述べた請求項４に係る手段によれば、直流電圧をコロナ放電可能な最小値（例えば６ＫＶ）に設定し、その直流電圧に対して時間経過とともに増減変化する交番波形電圧を重畳して、ピーク電圧が閃絡電圧未満（例えば約１５ＫＶ）の重畳高電圧が生成されるため、放電極よりコロナ放電が確実に発生して、ダスト又はミス等の粒子を確実に帯電させることができる。

一方、重畳成分である交流成分の比率を上げて行くと、オゾン濃度を下げることができるが、反面、捕集効率が悪くなる傾向にある。また、交流成分が０％である直流成分ではオゾン濃度が高くなってしまい、交流成分が５０％を超えるとオゾン濃度は下がるが、捕集効率も下がってしまうことになる。そこで、前記（５）で述べた請求項５に係る手段によれば、時間経過とともに増減変化する電圧値の重畳ピーク電圧値に対する構成比率を２０〜５０％とした関係で、捕集効率にも優れ、且つ、オゾン濃度をある程度下げることができるものであって、トレードオフの関係にあるオゾン濃度と捕集効率のバランスを良好に保つことを可能にする。

前記（６）で述べた請求項６に係る手段によれば、銀又は銀合金で造ったパイプの内部にステンレス材やタングステン材で造った芯材を挿入することにより、放電極を造り、また、前記（７）で述べた請求項７に係る手段によれば、樹脂材等の絶縁材料で造った絶縁体の周囲に、銀又は銀合金で造ったワイヤーを巻き付けることにより、放電極を造るため、上記芯材及び絶縁体によって保持されて、銀又は銀合金で造った放電極（電極針）の変形を防止することを可能にする。

以上述べた次第で、本発明に係る電気集塵機用高電圧荷電装置によれば、荷電部の荷電極をタングステンを用いて構成し、且つ、電源として直流高圧電源を使用していた従来の電気集塵装置に比較して、発生するオゾン濃度と臭気を著しく低下させることができると共に、銀又は銀合金で造った放電極の剛性を増して、製品寿命を長くすることができる利点を備えている。

以下に、本発明に係る電気集塵機用高電圧荷電装置の実施の形態を図面と共に説明すると、図１は本発明が実施された集塵機の全体を説明した正面図であって、図中、１は電気集塵機の本体ケース、２は本体ケース１の一側面に形成したダスト又はミスト等を含んだ含塵気流の吸込口、３は本体ケース１の上面に形成した濾過空気の排気口、４は本体ケース１の内部で、且つ、上記吸込口２の通気下流側に設けたプレフイルターを示す。

また、５はプレフイルター４の通気下流側に設けた荷電部（コロナ放電部）、５Ｋはその給電板、５Ｘは給電板５Ｋを取付けた絶縁碍子であって、荷電部５は後述する高電圧電源部からの高電圧の印加によってコロナ放電を発生させ、気流中のダスト又はミスト等を帯電させる仕組みに成っている。

更に図１において、７は前記荷電部５の通気下流側に設けた集塵部、８はモータ９によって回転される吸引用のファンであって、集塵運転時には、このファン８の回転により吸込口２より本体ケース１内に吸引された含塵気流が、先ずプレフイルター４にて粗大なダストやミスト等が捕集され、次いで、荷電部５のコロナ放電を受けて気流中のダスト又はミスト等の粒子が帯電され、これ等帯電されたダスト又はミスト等の粒子が集塵部７に捕集されて、濾過された清浄空気が排気口３から排気されるように構成されている。

図２は、前記荷電部５と、この荷電部５に対して高電圧を印加する高電圧電源部１０の構成を示したものであって、図中、６は前記給電板５Ｋにスプリング６Ｓを介して架設した放電極で、放電極６は図示したように多数本が間隔をあけて並べて架設されている。

図２に示した高電圧電源部１０は、直流電圧ＤＣに対して、時間経過とともに増減変化する交番波形電圧（正弦波、三角波、方形波、パルス波）を重畳して、重畳高電圧を生成する重畳高電圧生成部１４が設けられていて、図面では交流電圧を重畳する仕組みに成っている。

即ち、図２において１２は直流電源部であって、この直流電源部１２は交流の元電源１３と、元電源を交流の＋１．５ＫＶに昇圧する高圧トランス１２Ａと、昇圧された交流電圧を整流しながら＋９ＫＶ程度の直流電圧に昇圧する倍圧部１２Ｂとを備えている。また、上記の重畳高電圧生成部１４は、交流の元電源１５と、振幅が０〜６ＫＶの交番波形電圧を生成する高圧トランス１４Ａを備えていて、上記＋９ＫＶの直流電圧に対して上記の交番波形電圧を重畳して重畳高電圧を生成し、この重畳高電圧を配線６Ｔを通して上述した放電極６に印加するように構成されている。

また、図３は直流電源ＤＣの出力を時間で制御して、＋６ＫＶと＋１２ＫＶの直流電圧に切り替えることによって、重畳波形と同様な交番波形電圧を生成できるように構成した高電圧電源部１０の構成を示したものであって、符号１４で示した重畳高電圧生成部は、交流の元電源１３と、交流の元電源を交流ＡＣの＋１．５ＫＶに昇圧する高圧トランス１２Ａと、生成する電圧を２段階に可変可能に構成した出力制御部１２Ｃと、高圧トランス１２Ａによって交流ＡＣの＋１．５ＫＶに昇圧した直流電圧を、整流しながら＋６ＫＶと＋１２ＫＶの直流電圧に交互に昇圧することにより、重畳波形と同様な交番波形電圧を生成することができる倍圧部１２Ｂ’とを備えていて、交番波形電圧の重畳によって生成された重畳高電圧を、配線６Ｔを通して上述した放電極６に印加するように構成されている。

図４は上記放電極６の構成例を示したものであって、（Ａ）図は放電極６の全体を示し、（Ｂ）図は（Ａ）図のＸ部分を拡大して示したものである。図中６Ｃは外径φ０．５〜０．８ｍｍの銀製又は銀合金製パイプの中に、ステンレス材やタングステン材を用いて直径０．４〜０．７ｍｍの芯材６Ｈを挿入することによって構成した放電用針電極で、６Ａは多数本の放電用針電極６Ｃ…を上下に間隔をあけた状態で並べて取付けた上下に細長い支持板、６Ｂ…は放電用針電極６Ｃ…を取付けたカシメ部であって、前述した荷電部５は、以上の如く構成した多数枚の支持板６Ａ（放電極６）を、夫々中間に介在した接地極板６’（図２、図３参照）とある程度の距離を保つようにしてスプリング６Ｓに吊下げることによって構成され、且つ、スプリング６Ｓ及び配線６Ｔを通して前述した高電圧電源部１０より重畳高電圧が印加されて、コロナ放電を行う仕組みに成っている。

図５は、放電極６の他の構成例を示したものであって、（Ａ）図はその全体を示し、（Ｂ）図は（Ａ）図のＹ部分を拡大して示したものである。図中、６Ｒは外径φ０．３ｍｍの銀製又は銀合金製のパイプで、６Ｋはこの銀製又は銀合金製のパイプ６Ｒの内部に挿入した直径φ０．１ｍｍのステンレス材又はタングステン材製のワイヤーから成る芯材であって、前述した荷電部５は、全体をワイヤー状に形成した多数本の放電極６の夫々を、間に接地極板６’（図２、図３参照）を介在させ、且つ、接地極板６’とある程度の間隔を保った状態でスプリング６Ｓに吊下げた状態に張設することによって構成され、且つ、スプリング６Ｓ及び配線６Ｔを通して前述した高電圧電源部１０より重畳高電圧が印加されて、コロナ放電を行う仕組みに成っている。

図６は、上述した放電極６の他の構成例を示したものであって、この実施例では樹脂やガラス、セラミック等の絶縁材料で全体を略棒状に造った絶縁体６Ｖの周囲に、銀又は銀合金で造ったワイヤー６Ｗを螺旋状に巻き付けることによって放電極６が構成され、前述した荷電部５は、この様に構成された多数本の放電極６…を、夫々中間に介在した接地電極板６’（図２、図３参照）とある程度の距離を保った状態でスプリング６Ｓに吊下げることによって構成され、且つ、スプリング６Ｓ及び配線６Ｔを通して前述した高電圧電源部１０より重畳高電圧が印加されて、コロナ放電を行う仕組みに成っている。

次に、図７は高電圧電源部１０の＋直流電圧ＤＣに、時間経過とともに振幅が増減変化する交番波形電圧（この場合は＋交流ＡＣ電圧）を重畳した場合の波形を表したものであって、図中、Ｐ値（ピーク値）は直流電圧ＤＣに交流電圧ＡＣを加えた最大の電圧値（＋１２ＫＶ）で、Ｐ−Ｐ値は交流電圧値の振幅を示す。

図８は、同じ構成の電気集塵機を用いて、パラメータとして電源の種類（＋重畳電源と＋直流電源ＤＣ）と、電極の材質（銀とタングステン）を選定し、その各々の組み合わせによりオゾン濃度と捕集効率がどのように変化しているのかを実験することによって得たデータ値を表したものである。

上記実験によるデータ値から、以下の事実が判明した。
（Ａ） 直流電源においても銀又は銀合金を電極材料に用いることで、大きくオゾンを低減できることができる。
（Ｂ） 重畳成分である交流電圧ＡＣの比率を上げて行くと、オゾン濃度を下げることができるが、捕集効率が悪くなる。
（Ｃ） 交流成分ＡＣの比率が０％である直流電圧ＤＣでは、オゾン濃度は高いが、交流成分ＡＣの比率が５０％を超えると、オゾン濃度は下がるが、捕集効率も下がってしまう。
（Ｄ） 交流成分ＡＣの比率が２０〜５０％の時に、捕集効率もよく、また、オゾン濃度をある程度下げることができる。
（Ｅ） よって、従来の直流電源ＤＣと、タングステン製放電極との組み合わせから成る電気集塵装置に比較して、重畳電源と銀又は銀合金製放電極の組み合わせから成る本発明に係る電気集塵機の方が、発生するオゾン濃度を著しく低下させることが判った。

図９は、＋重畳電源（＋ＡＣ＋ＤＣ）と、＋直流電源（＋ＤＣ）の各々に付いて、８４時間の放電加速試験を実施して、銀製放電極の磨耗量を測定した結果を示した表である。この実験の結果、直流電源に比較して、重畳電源における銀電極の磨耗量が略半分で、放電極の長寿命化が可能であることが判明した。

図１０、図１１、図１２は、上記図８及び図９に示した各データをグラフ化したものであって、具体的には、ピーク電圧を約１２ＫＶとすると共に、このピーク値に対して時間経過とともに振幅の変化する電圧の成分（この場合はＡＣ）の比率を横軸にして、オゾン発生濃度、ダストの捕集効率、及び、銀電極の磨耗量、の各々の変化をグラフにしたものである。その結果、交流電圧の比率が２０％〜５０％の範囲でオゾン濃度と捕集効率がそこそこ良く、銀電極の磨耗量も実用上使える程度に抑えられることが判った。

本発明が実施された電気集塵機の全体構成を説明した正面図。 本発明における荷電部と高電圧電源部の実施例を説明した構成図。 本発明における荷電部と高電圧電源部の他の実施例を説明した構成図。 （Ａ）図は本発明で用いる放電極の実施例を説明した構成図、（Ｂ）図は（Ａ）図におけるＸ部分の拡大図。 （Ａ）図は本発明で用いる放電極の他の実施例を説明した構成図、（Ｂ）図は（Ａ）図におけるＹ部分の拡大図。 本発明で用いる放電極の他の実施例を説明した構成図。 ＋直流電圧に＋交流電圧を重畳した場合の波形を示した図。 銀電極とタングステン電極を用いた場合におけるオゾン濃度と捕集効率の変化に付いてのデータを表した図。 銀電極の磨耗量を表にした図。 銀電極とタングステン電極に付いてオゾン発生濃度を比較したグラフ。 銀電極とタングステン電極に付いて捕集効率を比較したグラフ。 銀電極の磨耗量を示したグラフ。

符号の説明

５ 荷電部
６ 放電極
６Ｃ 銀又は銀合金製パイプで造った放電用針電極
６Ｈ，６Ｋ ステンレス材又はタングステン材で造った芯材
６Ｒ 銀又は銀合金製のパイプ
７ 集塵部
１０ 高電圧電源部
１４ 重畳高電圧生成部

Claims (7)

1. 高電圧電源部からの高電圧の印加によって発生するコロナ放電により、気流中のダスト又はミスト等の粒子を帯電させる荷電部と、帯電されたダスト又はミスト等の粒子を捕集する集塵部とから成る電気集塵機において、
   上記荷電部の放電極を、銀又は銀合金を用いて構成したことを特徴とする電気集塵機用高電圧荷電装置。
2. 前記高電圧電源部から前記荷電部へ高電圧を印加するに当たって、荷電部の放電極側がプラス極となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の電気集塵機用高電圧荷電装置。
3. 前記高電圧電源部に、前記荷電部に印加する直流電圧に対して、時間経過とともに増減変化する交番波形電圧を重畳して重畳高電圧を生成する重畳高電圧生成部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気集塵機用高電圧荷電装置。
4. 前記重畳高電圧生成部によって生成される重畳高電圧が、コロナ放電可能な最小値に設定された直流電圧と、時間経過とともに増減変化する交番波形電圧とを重畳して生成され、且つ、当該重畳高電圧のピーク電圧が閃絡電圧未満に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電気集塵機用高電圧荷電装置。
5. 前記重畳高電圧のピーク電圧値に対する前記交番波形電圧の構成比率を、２０〜５０％として構成したことを特徴とする請求項４に記載の電気集塵機用高電圧荷電装置。
6. 前記荷電部の放電極を、銀又は銀合金で造った細長いパイプの内部に、ステンレス材又はタングステン材で造った芯材を挿入して構成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電気集塵機用高電圧荷電装置。
7. 前記荷電部の放電極を、樹脂材、ガラス材或いはセラミック材等の絶縁材料を用いて細長い棒状に造った絶縁体の周面長手方向に、銀又は銀合金製のワイヤーを螺旋状に巻き付けて構成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電気集塵機用高電圧荷電装置。

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