JP2010075864A - 電気集塵機 - Google Patents

Abstract

【課題】コロナ放電量を十分に確保しつつ、火花放電を抑制することにより、集塵性能の低下を抑えることができる電気集塵機を提供する。
【解決手段】高電圧を印加しコロナ放電を発生する荷電極板２１とアースに接続する接地極板２２からなる電気集塵機の帯電部において、接地極板２２は金属と金属の表面にコーティング加工によって形成された半導電層で構成することにより、火花放電の発生を防止することができ、また接地極板２２と荷電極板２２は、放電電流が最大になる間隔で配置させている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気中に含まれる粉塵を捕集し空気清浄を行うための電気集塵機に関する。

従来、電気集塵機は空気中に含まれる粉塵を高効率で捕集できるため、あらゆる所で活用されている。

特に工業用向けの電気集塵装置は、生産プロセス用除塵・集塵装置として大風量のガス処理に使用されており、燃焼排ガスからの煤塵の除去など、大気汚染の防止、環境対策に多大な貢献をしている。

従来の空気を浄化する方法には、フィルター方式と電気集塵方式がある。

フィルター式は、ファンによって吸い込んだ粉塵を含んだ空気を、フィルターで濾過し浄化する方式であり、集塵効率が高く浄化装置の構成が簡単というメリットを有するが、
圧力損失が大きいため、消費電力が大きく、騒音の点でも不利である。また、フィルターが汚れると交換しなくてはならないため、ランニングコストもかかる。

一方、電気集塵方式は、ファンによって吸い込んだ空気に含まれる粉塵を帯電部によって帯電させ、集塵部で発生するクーロン力によって集塵し浄化する方法であり、原理的にはフィルターを用いた浄化装置よりも細かな粒子を集塵することができ、基本的に電極を洗って再生使用するため、ランニングコストは低い。また、フィルターを用いていないため、圧力損失が低く、とくに工業用向けとしては、汚れたフィルターという産業廃棄物が発生しない電気集塵機が多く使われる。

このような電気電気集塵機は、例えば特許文献１のようなものが知られている。以下、その電気集塵機について図６および図７を参照しながら説明する。

図６に示すように、電気集塵機は帯電部６１と集塵部６２と送風ファン６３と制御盤６４からなり、制御盤６４内に高圧電源と電気集塵機を制御する制御器を備えている。

まず送風機によって粉塵を含んだ空気が帯電部へ送られる。

図７に示すように、帯電部６１には高電圧を印加しコロナ放電を発生する荷電極板７１とアースに接続された接地極板７２とが交互にお互いが接触せずに平行に一定の間隔を保って配置されており、ここへ送られた粉塵はコロナ放電によって一方の極性に帯電され、次に集塵部へ送られる。

集塵部６２は高電圧を印加する高圧極板７３とアースに接続された集塵極板７４とが交互にお互いが接触せずに平行に一定の間隔を保って配置され、高圧極板７３と集塵極板７４との間で電界が発生しており、ここへ送られた帯電した粉塵はクーロン力によって一方の極板へ引き寄せられ捕集することができる。
特開平２−１１４２８６号公報

しかしながら上記従来の電気集塵機は、集塵効率を高めるために荷電極板の印加電圧を上げたり、荷電極板と接地極板との極間距離を狭くすると、電界強度が大きくなりすぎることによる火花放電が発生し電気集塵の性能が大幅に低下するという問題があった。

また、荷電極板の印加電圧を下げたり、荷電極板と接地極板との極間距離を大きくすれば上記問題は解決するが、コロナ放電量が低下するため、電気集塵の性能が低下するという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、コロナ放電量を十分に確保しつつ、火花放電を抑制する電気集塵機の実現を目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の電気集塵機は、高電圧を印加しコロナ放電を発生する荷電極板とアースに接続する接地極板からなる電気集塵機の帯電部において、前記接地極板は金属と前記金属の表面にコーティング加工によって形成された半導電層から構成することを特徴とする。

本発明により、コロナ放電量を十分に確保しつつ、火花放電を抑制する電気集塵機を実現することができる。

本発明の請求項１記載の発明は、高電圧を印加しコロナ放電を発生する荷電極板とアースに接続する接地極板からなる電気集塵機の帯電部において、前記接地極板は金属と前記金属の表面にコーティング加工によって形成された半導電層から構成することを特徴としたものであり、帯電部内に異物が混入し、荷電極板もしくは接地極板に異物が付着することによって荷電極板と接地極板が接近する場合、荷電極板と接地極板が接近するに従い、接地極板に配置された半導電層が荷電極板から発生するコロナ放電を受ける面積が小さくなるため、半導電層の抵抗が大きくなることによって、火花放電の発生を防止することができる。また、半導電層をコーティング加工によって形成することにより、加工作業性に優れ、工数を少なくすることができる。

本発明の請求項２記載の発明は、接地極板と荷電極板は、放電電流が最大になる間隔で配置したものであり、コロナ放電量を最適化し、エネルギー効率を最大化することができる。

本発明の請求項３記載の発明は、接地極板の端面を絶縁物質で被覆するものであり、金属が薄い場合には、端面を半導電層で完全にコーティングすることが難しいため、端面を絶縁物質で被覆し完全に絶縁することによって、端面における火花放電の発生を防止することができる。

本発明の請求項４記載の発明は、半導電層の面積抵抗率は１０⁸Ω・ｃｍ²〜１０¹²Ω・ｃｍ²とするものであり、半導電層の面積抵抗率が低すぎると火花放電が発生し、高すぎるとコロナ放電が発生しないため、半導電層の面積抵抗率を最適化することによりコロナ放電を確保しつつ、火花放電の発生を防止することができる。

本発明の請求項５記載の発明は、半導電層の厚みは１００μｍ〜１０００μｍとするものであり、半導電層の厚みが薄すぎると絶縁耐力が低くなり火花放電が発生し、厚すぎるとコロナ放電が発生しないため、半導電層の厚みを最適化することによりコロナ放電を確保しつつ、火花放電の発生を防止することができる。

本発明の請求項６記載の発明は、半導電層をセラミックスコーティングによって形成するものであり、無機の半導電層を形成することができるため、コロナ放電による半導電層の劣化を防ぐことができる。

本発明の請求項７記載の発明は、半導電層を琺瑯コーティングによって形成するものであり、無機の半導電層を形成することができるため、コロナ放電による半導電層の劣化を防ぐことができる。

本発明の請求項８記載の発明は、半導電層は金属まで貫通するピンホールがない半導電層であるものであり、局所的に発生する半導電層のない部分における火花放電の発生を防止することができる。

本発明の請求項９記載の発明は、半導電層はコーティング加工を少なくとも２回重ねて行うことによって形成するものであり、ピンホールの発生を防止し、火花放電の発生を防止することができる。

本発明の請求項１０記載の発明は、金属は低炭素鋼とするものであり、ピンホール発生の原因となる焼成時におけるＣＯ₂を主成分とした気泡の発生を防止することができる。

本発明の請求項１１記載の発明は、半導電層に金属酸化物を含有させるものであり、半導電層の自由電子を増減させることによりコロナ放電量を制御することによって、火花放電を防止しながら十分なコロナ放電を確保する。

本発明の請求項１２記載の発明は、荷電極板はコロナ放電を発生させる突起部が針形状とするものであり、低い電圧で十分なコロナ放電量を確保することができる。

本発明の請求項１３記載の発明は、荷電極板はコロナ放電を発生させる突起部がとげ形状とするものであり、作業効率に優れ、工数を少なくすることができる。

本発明の請求項１４記載の発明は、帯電部は荷電極板と接地極板を交互に所定間隔を置いて配置するものであり、荷電極板で発生するコロナ放電の領域を増加させることによって、集塵効率を向上させることができる。

本発明の請求項１５記載の発明は、接地極板に貫通孔を設け、前記貫通孔の縁辺は金属を剥き出しにして前記貫通孔にシャフトを挿入し、円筒状の導電性スペーサーを前記シャフトに通すことによって前記接地極板同士の極板間隔を保持する構成であり、前記スペーサーの表面は絶縁物質で被覆するものであり、帯電部を構成するシャフト、スペーサーを完全に絶縁することによって、シャフト、スペーサーにおける火花放電の発生を防止することができる。

本発明の請求項１６記載の発明は、塗布面の表面抵抗率が１０⁶〜１０⁹Ω／□となる半導電塗料を半導電層の表面に塗布するものであり、半導電層において流れる深さ方向の電流に加え、塗布面の表面において面方向で電流を流すことによって、低い電圧で十分なコロナ放電量を確保することができる。

以下、本発明による実施の形態の電気集塵機について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は電気集塵機の全体構成図である。

図１に示すように、ダクト１内に、空気中に含まれる粉塵を帯電させる帯電部２と、帯電された粉塵を捕集する集塵部３とを備え、集塵部３の下流には、ダクト１内に粉塵を含んだ空気を引き込むための送風手段４である送風機を備えている。５は、帯電部２と集塵部３に高電圧を供給する高電圧発生手段で、本実施の形態では直流高圧電源であり、電流検出手段７と制御器６が電気的に接続されている。

次に、図１における動作を説明する。

まず送風機の吸引力によって、ダクト１内に流入した粉塵を含む空気は、帯電部２を通過する。帯電部２では常時コロナ放電が発生しており、粉塵が帯電部２を通過する際にコロナ放電によって帯電され、集塵部３へ送られる。

集塵部３では電場を形成しており、帯電した粉塵が集塵部３を通過する際に電界によるクーロン力によって捕集、除去され、清浄空気となって送風機から機外へ排出される。

このとき、帯電部２および集塵部３へは、高電圧発生手段５から直流高電圧（例えば、帯電部２へは−８ｋＶ、集塵部３へは−８ｋＶ）が供給され、これらの制御は制御器６によって行われる。

図２は帯電部２と集塵部３の斜視構成図である。

帯電部２は高電圧を印加しコロナ放電を発生させる荷電極板２１とアースに接続しコロナ放電を受ける接地極板２２が空気の流れ方向に対して平行に積層配置されており、集塵部３は高電圧を印加する高圧極板２３とアースに接続された集塵極板２４が空気の流れ方向に平行に積層配置されている。

ここで、帯電部２における詳細な説明を行う。まず図３を用いて帯電部２の接地極板について説明を行う。図３は帯電部２の接地極板２２におけるコロナ放電を受ける面に対して垂直方向の断面図である。

接地極板２２は金属３１と金属３１の表面に設けた半導電層３２から構成されており、接地極板２２の縁辺には絶縁物質３３が被覆されている。また、接地極板２２には貫通孔３４が設けられており、貫通孔３４の縁辺は金属３１を剥き出しにしている。ここで半導電層３２は、体積抵抗率と厚みを掛け合わせた値（以下面積抵抗率と呼ぶ）が１０⁸［Ω・ｃｍ²］〜１０¹²［Ω・ｃｍ²］となる薄膜であり、上記範囲内の面積抵抗率の半導電層を設けることによって、十分なコロナ放電を確保しつつ、電界強度の増大による火花放電を防止することができる。また、半導電層３２の厚みは、１００［μｍ］〜１０００［μｍ］としている。厚みが小さいと絶縁耐力が低くなり、電界強度の増大により半導電層が絶縁破壊を起こし火花放電が発生するため、最低の厚み１００［μｍ］としている。また、厚みが大きいとその分材料費が高くなるため、最高の厚みを１０００［μｍ］としている。

半導電物を金属に張り合わせる加工の場合、まず半導電物を加工し、それをボルト等で金属に張り合わせる必要がある。一方、本実施の形態では半導電層３２が、コーティング加工によって金属３１の表面に形成されているため、半導電物を金属に張り合わせる加工より加工作業性に優れている。ここで、半導電層３２は琺瑯コーティングで形成することにより、無機の半導電層３２を形成することができ、コロナ放電による半導電層３２の劣化を防ぐことができる。また、半導電層３２は無機質をコーティングできればよく、琺瑯コーティングの他にセラミックスコーティングによって半導電層３２を形成することもできる。ここで半導電層３２は、ピンホールがない構成とする。ピンホールとは半導電層３２の表面から金属３１まで貫通する小さな穴であり、ピンホールが半導電層３２に存在すると、電界強度の増大により火花放電が発生する。ピンホールがない構成とするために、本実施の形態では、コーティング加工を少なくとも２回重ねて行うことによって半導電層３２を形成する。上記構成にすることによって、１回目のコーティング加工で発生したピンホールを２回目のコーティング加工により覆い隠すことができる。なお、コーティング加工が２回では不十分の場合、３回以上行っても良い。

金属３１は、炭素含有量が約０．３［ｍａｓｓ％］以下の低炭素鋼を用いている。琺瑯コーティングやセラミックスコーティングは加工プロセスで焼成を行う必要があり、金属３１に含有している炭素が焼成時にＣＯ₂となって膜中に気泡を生じさせ、ピンホールの原因となりうるため、上記構成にすることによりピンホールの発生を防止することができる。

金属３１が非常に薄い場合、その縁辺に半導電層３２をコーティングすることが困難なため、荷電極板２１と接地極板２２の縁辺との電界強度が増大すると火花放電が発生する。これを防ぐために、接地極板２２の縁辺には絶縁物質３３が被膜されている。

接地極板２２を積層する場合、貫通孔３４に導電性のシャフトを挿入し、円筒状の導電性スペーサーをシャフトに通すことによって接地極板２２同士の極板間隔を保持する構成であり、スペーサーの表面は絶縁物質で被覆されている。上記構成にすることにより、シャフトもしくはスペーサーにおいて発生する火花放電を防止することができる。

なお、接地極板２２の縁辺に設ける絶縁物質３３や絶縁性スペーサーの材質は、絶縁性が高いものを選定する必要があるが、成形性が良く作業性が向上するため、合成樹脂を用いる。ここで合成樹脂であるなら詳細は問わないが、例えば、ポリエステル・エポキシ樹脂・メラミン樹脂・フェノール樹脂・ポリウレタン等が挙げられる。

次に帯電部２の荷電極板２１と接地極板２２との関係についての説明を行う。荷電極板２１の突起部先端と接地極板２２の表面との極間距離は、コロナ放電による放電電流が最大になる位置に配することとする。コロナ放電が最大になる極間距離は体積抵抗率、膜厚、使用環境などによって変化する。以下にその例を実験によって示す。

実験では、荷電極板２１の突起形状は針形状のものを１本と琺瑯コーティングした接地極板２２を用いた。ここで荷電極板２１は直流高圧電源に接続されており、接地極板２２の金属３１はアースに接続されている。コーティングされた琺瑯の体積抵抗率は１０¹¹［Ω・ｃｍ］、厚みは１８０［μｍ］であり、面積抵抗率は１０¹⁰［Ω・ｃｍ²］となっている。また温度、湿度はそれぞれ２０［℃］、６０［％］と条件を一定にしている。上記条件において荷電極板２１に−８［ｋＶ］を印加し、荷電極板２１の突起先端と接地極板２２の表面との極間距離を変化させ放電電流を測定した。

この実験結果を図６に示す。実験結果から上記条件において、コロナ放電が最大になる極間距離は５［ｍｍ］であることがわかり、荷電極板２１と接地極板２２との極間距離を５［ｍｍ］にしてそれぞれを積層配置することにより、エネルギー効率を最大化することができる。ここで、極間距離は半導電層３２の面積抵抗率、荷電極板２１に印加する電圧、温度、湿度などによって変化するため、電気集塵機を設置する条件に合わせて極間距離を決める必要がある。

ここで本実験のように、荷電極板２１の突起形状が針形状であると、低い印加電圧で強いコロナ放電を得ることができるため、省エネルギー化することができる。また、荷電極板２１の突起形状がとげ形状であると、荷電極板２１を加工する際の加工作業性に優れ、工数を少なくすることができる。

またコロナ放電が足りない場合は半導電層３２に金属酸化物を含有させることにより、半導電層３２内に含まれる自由電子の量を増加させ、コロナ放電を強くすることができる。なお、半導電層３２に含有させる金属酸化物は例えば、酸化鉄、酸化チタンなどを挙がることができる。

次に接地極板２２が火花放電を防止する作用について説明する。

通常、荷電極板２１および接地極板２２が導電性ステンレス板の生地のままであると、空気の絶縁破壊が起きた時に、その箇所の空気の電気抵抗が限りなくゼロに近づき、集中して電流が流れ火花放電が発生する。一方、接地極板２２の表面に半導電層３２を配置した場合は、もし、空気の絶縁破壊が起き、その箇所の空気の電気抵抗が限りなくゼロに近づいた時でも、半導電層３２の抵抗が直列にあるため、他の箇所の抵抗（空気抵抗＋絶縁板抵抗）と比べて抵抗値の差が少なく、電流を分散させ一箇所に集中して電流が流れることを防ぐ。さらに、荷電極板２１の突起先端が半導電層３２に近づくに従い、半導電層３２が受けるコロナ放電の領域が小さくなるため、電流抵抗が大きくなることによって火花放電を防止することができる。

このように本発明の実施の形態１の電気集塵機によれば、コロナ放電量を十分に確保しつつ、火花放電を抑制する電気集塵機を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の電気集塵機の他の実施の形態を示す構成図である。なお、実施の形態１と同様の構成や作用を有するものについては同一符号を付し、その説明を省略する。また、本実施の形態の全体構成図は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と異なる点は接地極板２２のみとなっている。

本実施の形態において接地極板２２は、金属３１にコーティングした半導電層３２の表面に半導電塗料５１を塗布する構成となっている。半導電塗料５１の表面抵抗率は１０⁶〜１０⁹［Ω／□］となっている。

次に、帯電部２の荷電極板２１に高電圧を印加したときの動作について説明を行う。

荷電極板２１に高電圧を印加しコロナ放電を発生させ、接地極板２２がコロナ放電を受ける。実施の形態１では、接地極板２２の受けた電流が半導電層３２内を厚み方向へ流れる。一方、本実施の形態では、半導電層３２の表面に半導電塗料５１を塗布しているため、接地極板の受けた電流が半導電層３２内を厚み方向へ流れるのに加え、半導電層３２の表面方向に流れるため、放電電流を増加させることができる。

このように本発明の実施の形態２の電気集塵機によれば、十分なコロナ放電を確保しつつ、火花放電を防止する電気集塵機を実現することができる。

本発明は、空気中に可燃性物質が含まれている場合の空気清浄方式として有効であり、火花放電の発生を抑えて集塵効率を向上させることができる電気集塵機を提供するものである。

本発明の実施の形態１の電気集塵機を示す断面構成図 同帯電部と集塵部の斜視構成図 同帯電部の詳細図（（ａ）接地極板を示す図、（ｂ）同断面図） 同極間距離を変化させたときの放電電流の実験結果を示すグラフ 本発明の実施の形態２の帯電部を示す詳細図 従来の電気集塵機を示す構成図 従来の電気集塵機における帯電部と集塵部の略図

符号の説明

１ ダクト
２ 帯電部
３ 集塵部
４ 送風手段
５ 高電圧発生手段
６ 制御器
７ 電流検出手段
２１ 荷電極板
２２ 接地極板
２３ 高圧極板
２４ 集塵極板
３１ 金属
３２ 半導電層
３３ 絶縁物質
３４ 貫通孔
５１ 半導電塗料
６１ 帯電部
６２ 集塵部
６３ 送風ファン
６４ 制御盤
７１ 荷電極板
７２ 接地極板
７３ 高圧極板
７４ 集塵極板

Claims (16)

1. 高電圧を印加しコロナ放電を発生する荷電極板とアースに接続する接地極板からなる電気集塵機の帯電部において、前記接地極板は金属と前記金属の表面にコーティング加工によって形成された半導電層から構成することを特徴とする電気集塵機。
2. 接地極板と荷電極板は、放電電流が最大になる間隔で配置したことを特徴とする請求項１記載の電気集塵機。
3. 接地極板の端面を絶縁物質で被覆することを特徴とする請求項１または２記載の電気集塵機。
4. 半導電層の面積抵抗率は１０⁸Ω・ｃｍ²〜１０¹²Ω・ｃｍ²であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電気集塵機。
5. 半導電層の厚みは１００μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする請請求項１〜４いずれか記載の電気集塵機。
6. 半導電層をセラミックスコーティングによって形成することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の電気集塵機。
7. 半導電層を琺瑯コーティングによって形成することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の電気集塵機。
8. 半導電層は、金属まで貫通するピンホールがない半導電層であることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の電気集塵機。
9. 半導電層はコーティング加工を少なくとも２回重ねて行うことによって形成することを特徴とする請求項１〜８記載の電気集塵機。
10. 金属は低炭素鋼であることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の電気集塵機。
11. 半導電層に金属酸化物を含有させることを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の電気集塵機。
12. 荷電極板はコロナ放電を発生させる突起部が針形状であることを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の電気集塵機。
13. 荷電極板はコロナ放電を発生させる突起部がとげ形状であることを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の電気集塵機。
14. 帯電部は荷電極板と接地極板を交互に所定間隔を置いて配置する構成であることを特徴とする請求項１〜１３いずれか記載の電気集塵機。
15. 接地極板に貫通孔を設け、前記貫通孔の縁辺は金属を剥き出しにして前記貫通孔にシャフトを挿入し、円筒状の導電性スペーサーを前記シャフトに通すことによって前記接地極板同士の極板間隔を保持する構成であり、前記スペーサーの表面は絶縁物質で被覆することを特徴とする請求項１〜１４いずれか記載の電気集塵機。
16. 塗布面の表面抵抗率が１０⁶〜１０⁹Ω／□となる半導電塗料を半導電層の表面に塗布することを特徴とする請求項１〜１５いずれか記載の電気集塵機。

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