JP2011224517A - 電気集じん器用制御電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源を一台に限って設置しつつも、高い集じん性を維持し、地絡故障時においては故障箇所に対応する集じん器本体に限って稼働対象から除外し得る電気集じん器用制御電源装置を提供する。
【解決手段】この制御電源装置は、複数の集じん器本体２Ａ〜Ｈに対応した複数の電磁接触器３４〜３７と、これら複数の電磁接触器３４〜３７への電源の停止および供給を行なう一台に限って設置された制御電源３２とを備え、各電磁接触器３４〜３７は、自身が対応する集じん器本体２Ａ〜Ｈに供給される電流値を測定する電流値測定手段３４ａ〜３７ａをそれぞれ有する。そして、制御電源３２は、集じん器本体２Ａ〜Ｈへの供給電源を、電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値の監視に基づく、所定のサイリスタ制御により供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気集じん器用の制御電源装置に係り、特に、車両の荷台に載置して、トンネル掘削工事中に発生するコンクリート吹き付けの際の粉じんや、発破による粉じんの捕集に用いるトンネル工事用電気集じん器に好適に用い得る制御電源装置に関する。

例えば、トンネル掘削工事中に発生する粉じんを捕集できる車載式の電気集じん器としては、特許文献１に示されるものが提案されている。
同文献に示される電気集じん器は、粉じんを帯電させて集じん電極に捕集する集じんユニットと、この集じんユニットに粉じんを誘引するファンユニットと、このファンユニットで誘引した空気を吐出する吐出ダクトユニットとを備えている。そして、集じんユニットは、帯電部と、この帯電部の下流側に配置された集じん部とを有し、帯電部は、放電電極に電圧を印加して、隣接する帯電部電極との間で発生するコロナ放電によって粉じんに電荷を与えて帯電させ、集じん部は、帯電部で帯電した粉じんをクーロン力によって集じん電極に捕集するようになっている。

この電気集じん器によれば、ファンユニットで誘引された空気とともに、集じんユニット内に吸い込まれた粉じんは、帯電部の放電線にて発生するコロナ放電によって粉じんに電荷が与えられて帯電する。そして、帯電した粉じんは、空気の流れにより、帯電部の下流側に配置された集じん部に移動する。次いで、帯電した粉じんが、集じん部で形成される電界のクーロン力によって集じん電極に捕集されることで、トンネル掘削工事中に発生する粉じんを捕集することができる。なお、この特許文献１に示される電気集じん器は、帯電部用の放電電極として電線が用いられている。

特開２００１−７９４４５号公報

ここで、車両の荷台に載置して用いられるこの種の電気集じん器の集じんユニットは、通常、複数の集じん器本体（４〜８程度の集じん器本体）から構成される。そのため、これら複数の集じん器本体を稼働するための電源が一つであれば、例えば特許文献１に示される電気集じん器において、帯電部用の放電電極として電線が用いられているため、いずれか一の集じん器本体において放電電極の断線による地絡故障が発生すれば、集じんユニット全体が機能しなくなる（集じん率が０％になる）。特に、２４時間操業が基本であるトンネル工事現場では、このような地絡故障が発生すれば、夜間であっても機電担当者が駆けつけて復旧作業を行なわなければならない。そのため、トンネル工事現場からは、このような緊急対応を不要とするために、個別に電源を設置する「電源分割」が望まれていた。

そこで、この種の電気集じん器の集じんユニット（複数の集じん器本体）に対する電源分割では、小型の直流高圧電源を複数台用いて、定常時の性能を犠牲にしてでも電源分割を行い、地絡故障が発生しても急激な性能劣化が起こらないようにする方式が採用されている。例えば、直流高圧電源を４台設置して電源を四分割すれば、一箇所の集じんユニットが地絡故障しても、残りの７５％で運転が可能なので、緊急復旧しなくてもよいからである。

しかし、小型の直流高圧電源は、基本的には電気集じん器用に開発された電源ではないため、例えばサイリスタ制御が可能な制御電源等の優位性を享受できない。また、この種の電気集じん器は、車両の荷台に載置して用いられるものなので、単に集じん器本体毎に、制御電源を複数台設置すれば、荷台上の設置スペースに制限があるし、さらに、複数の制御電源を装備することになるため、コストが増加するという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、電源を一台に限って設置しつつも、高い集じん性を維持し、地絡故障時においては故障箇所に対応する集じん器本体に限って稼働対象から除外し得る電気集じん器用制御電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、粉じんを帯電させて集じん電極に捕集する集じんユニットと、該集じんユニットに粉じんを誘引するファンユニットと、該ファンユニットで誘引した空気を吐出する吐出ダクトユニットとを備え、前記集じんユニットが、複数の集じん器本体から構成されてなる電気集じん器に用いられる制御電源装置であって、前記制御電源装置は、前記複数の集じん器本体に対応して個別に供給する供給電源の回路を開閉する複数の電磁接触器と、これら複数の電磁接触器への電源の停止および供給を行なう一台に限って設置された制御電源とを備え、各電磁接触器は、自身に対応する集じん器本体に供給される電流値を測定する電流値測定手段をそれぞれ有し、前記制御電源は、前記複数の集じん器本体に定電圧制御を行って、供給中の供給電源を、前記電流値測定手段の電流値の監視に基づいて、いずれかの電流値測定手段による電流値が設定値以上の場合には、一旦全ての電磁接触器への電源供給を高速で（１５〜２０ｍＳ以内に）停止し、その後、１００ｍＳ以内に電圧を直前の９５％までに供給する制御を行いつつ、電圧が上がらないまま同一の電流値が設定値以上となった場合は火花放電ではなく地絡故障と判断し、再度全ての電磁接触器への電源供給を高速で（１５〜２０ｍＳ以内に）停止し、前記設定値以上となっている電磁接触器に限って回路を開かせ、その後、前記電源供給の停止後１００ｍＳ以内に設定電圧の９５％まで供給する電源電圧を立ち上げ、その後、供給する電源電圧を０．７〜２．５秒で設定電圧に戻すというサイリスタ制御を実行することを特徴とする。

本発明に係る制御電源装置によれば、複数の集じん器本体に対応した複数の電磁接触器と、これら複数の電磁接触器への電源の停止および供給を行なう一台に限って設置された制御電源とを備え、各電磁接触器が、自身が対応する集じん器本体に供給される電流値を測定する電流値測定手段をそれぞれ有し、制御電源は、集じん器本体への供給電源を、電流値測定手段による電流値の監視に基づいて、所定のサイリスタ制御により個別の集じん器本体に供給するので、電源を一台に限って設置しつつも集じん器本体毎の電源分割が可能であり、地絡故障時においては故障箇所に対応する集じん器本体に限って稼働対象から除外することができる。そのため、集じん率の低下を最小限に抑えることができる。

特に、本発明に係る電気集じん器用制御電源装置によれば、電流値測定手段による電流値の監視に基づく、所定のサイリスタ制御を用いることにより、高い集じん性を維持しつつも、火花放電が繰り返し発生しにくくなっており、仮に火花放電が発生しても１５〜１００ｍＳでほぼ正常な集じん状態に復帰することが可能となる。
つまり、コロナ放電は肉眼では見えない放電であるが、放電電極から均等に放電していれば安定したコロナ放電が可能なものの、ダスト等の影響により火花放電は必ず発生するものである。今、火花放電が発生したとする。

ここで、本発明に係る制御電源装置のサイリスタ制御は、上述したように、複数の集じん器本体に定電圧制御を行って供給中の供給電源を、電流値測定手段の電流値の監視に基
づいて、一旦全ての電磁接触器への電源供給を１５〜２０ｍＳ以内に停止し、その後、１００ｍＳ以内に電圧を直前の９５％までに供給する制御を行うが、電圧が上がらないまま同一の電流値が設定値以上となった場合は火花放電ではなく地絡故障と判断し、再度全ての電磁接触器への電源供給を高速で（１５〜２０ｍＳ以内に）停止し、前記設定値以上となっている電磁接触器に限って回路を開かせ、その後、前記電源供給の停止後１００ｍＳ以内に設定電圧の９５％まで供給する電源電圧を立ち上げ、その後、供給する電源電圧を０．７〜２．５秒で設定電圧に戻すという制御方式を採用しているので、コロナ放電から火花放電に移行した時には、上記サイリスタ制御は、いわゆる「パルストレース制御」を行なうため、電源を止めるのが非常に速く、その後の再起動においては、非常に速く供給する電源電圧を９５％まで立ち上げるものの、１００％までは上げないで、その後、９５％から設定値までゆっくり電源電圧を上昇させるため、火花放電が連続して発生し難いのである。したがって、本発明に係る制御電源装置のサイリスタ制御は、随時に放電限界電流を自動追尾することによって最高の集じん効率を発揮することができる。

そして、この「パルストレース制御」により、放電時の消弧作用が確実であり、かつ過度応答時間が速いので安定荷電が可能となる。ここで、消弧作用とは、１５〜２０ｍＳ以内に確実に電源を止めることをいう。また、過渡応答時間が早いとは１００ｍＳ以内に９５％まで立ち上げ集じん器としての機能を概ね回復できていることをいう。
さらに、電気集じん器の負荷変動が広範囲な場合においても、上記サイリスタ制御（パルストレース制御）においては、いわゆる「ＶＩコンビネーション垂下方式」を採用しているため、広範囲に自動コントロールすることが可能となる。ここで、ＶＩコンビネーション垂下方式とは、定電圧制御を行っている時に電流値を監視し、過電流が流れるのを防止するために電圧を調整する（落とす）制御であり、これにより、電圧電流共に監視して電圧の低下時に電流が多く流れるのを防止する。そのため、火花放電による各部の腐食等を最小限に止めることができる。

上述したように、本発明の電気集じん器用制御電源装置によれば、電源を一台に限って設置しつつも、高性能な集じん性を維持し、地絡故障時においては故障箇所に対応する集じんユニットに限って稼働対象から除外することができる。

本発明の一実施形態に係るトンネル工事用電気集じん器を示す図であり、同図（ａ）は正面図、（ｂ）はその左側面図、（ｃ）はその平面図である。 本発明の制御電源装置を説明するブロック図である。 本発明の制御電源装置を説明するフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図１は、本発明の制御電源装置を備えるトンネル工事用電気集じん器の一実施形態を説明する図である。このトンネル工事用電気集じん器は、トンネル掘削工事中に発生するコンクリート吹き付け粉じんや、発破による粉じんの捕集に用いるものである。
図１に示すように、この電気集じん器１は、集じんユニット２、ファンユニット６、および吐出ダクトユニット７を有し、これらは荷台５１の後部からこの順に配置されて、車両５０の荷台５１上に載置固定されるようになっている。

詳しくは、集じんユニット２は、粉じんを帯電させて捕集するユニットであり、その空気吸込口３を車両５０の後方側に向けて、荷台５１上の後部に配置されている。この集じんユニット２の空気吸込口３側の面には、ゴミなどの大きな異物を捕集するために、保護網２０（同図（ｂ）参照）が空気吸込口３を覆うように設けられている。
そして、この集じんユニット２に、接続ダクト２１を介して粉じんを誘引するファンユニット６が連結されている。さらに、このファンユニット６には、吐出ダクトユニット７が、車両５０の荷台５１の長手方向に沿って略並行な姿勢で直接連結されている。そして、この吐出ダクトユニット７の空気吐出口８が、車両５０の前方に向けて開口している。

上記ファンユニット６内には、ファン６Ａと、このファン６Ａを駆動するモータ６Ｂとが設けられており、このファン６Ａで誘引した空気が、集じんユニット２側から吐出ダクトユニット７側に向けて吐出されるようになっている。
ここで、この電気集じん器１は、上記接続ダクト２１が、集じんユニット２側の開口部が大きく、吐出側に向かうにつれて荷台５１上から離隔するように縮径されている。これにより、ファンユニット６およびこれに続く吐出ダクトユニット７は、荷台５１の前方側の上方に荷台５１から離隔して配置されるとともに、集じんユニット２の上部（集じん器本体２Ａ〜Ｄの部分）、ファンユニット６及び吐出ダクトユニット７が、順にほぼ流路が直線的になるように連結される。

また、その離隔によって形成された荷台５１上の前方の空間には、集じんユニット２用の高圧電源盤９と、ファンユニット６及び高圧電源盤９の起動停止の制御を行う制御盤１０とが配設されている。そして、これら高圧電源盤９、制御盤１０および上記集じんユニット２は、一の架台１１上に載置されて荷台５１上に固定される。そして、荷台５１上から離隔されたファンユニット６（および吐出ダクトユニット７）は、高圧電源盤９および制御盤１０の左右の支柱１２によって下方から支持されている。なお、荷台５１上の略中央部には、水を噴出して、集じんユニット２の帯電部４や集じん部５に付着した粉じんを洗い流すための洗浄装置３０が設けられている。

ここで、上記集じんユニット２は、これに誘引する処理風速が７ｍ／ｓ未満となるように、通過断面積（図１（ｂ）での高さＨ×幅Ｗによって規定される面積）を５．８ｍ２以上としている。また、この集じんユニット２は、複数の集じん器本体を内部に備えており、この例では、車両５０の幅方向に２つ、高さ方向に４つの集じん器本体２Ａ〜２Ｈを配置している（同図（ｂ）参照）。これにより、ファンユニット６の駆動によって、集じんユニット２に誘引される処理風量は２４００ｍ³／ｍｉｎ以上且つ処理風速が７ｍ／ｓ未満となるように設定されている。なお、このファンユニット６での送風能力は、上記集じんユニット２を接続した状態で、処理風量が２４００ｍ³／ｍｉｎとなるものである。

次に、図２および図３を適宜参照しつつ、上記集じんユニット２内に設ける８つの集じん器本体２Ａ〜Ｈの制御電源装置の構成について説明する。
図２示すように、この制御電源装置は、上記８つの集じん器本体２Ａ〜Ｈに対応した複数の電磁接触器３４〜３７と、これら複数の電磁接触器３４〜３７への電源の停止および供給を行なう一台に限って設置された制御電源３２とを備えている。

そして、各電磁接触器３４〜３７は、自身が対応する集じん器本体２Ａ〜Ｈに供給される電流値を測定する電流値測定手段３４ａ〜３７ａをそれぞれ有する。本実施形態の例では、電磁接触器３４が、集じん器本体２Ａおよび２Ｂに対応しており、電磁接触器３５が、集じん器本体２Ｃおよび２Ｄに対応しており、電磁接触器３６が、集じん器本体２Ｅおよび２Ｆに対応しており、電磁接触器３７が、集じん器本体２Ｇおよび２Ｈに対応している。そして、一台の制御電源３２は、集じん器本体２Ａ〜Ｈへの供給電源を、各電磁接触器３４〜３７の電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値の監視に基づいて、所定のサイリスタ制御により供給するようになっている。そして、図３に示すように、この制御電源３２は、所定のサイリスタ制御方式を採用している。

詳しくは、上記制御盤１０から作業者による起動操作がなされると、所定の電気集じん
器稼働処理が制御盤１０内において実行される。これにより、同図に示すように、この電気集じん器１の運転が開始されて（ステップＳ１）、まず、上記ファンユニット６が稼働されて送気が行なわれ（ステップＳ２）、また、タイマーが作動する（ステップＳ３）。
次いで、制御電源３２は、上記電気集じん器稼働処理の管理下において、所定の電源制御処理を実行する。この電源制御処理では、まず、上記集じん器本体２Ａ〜Ｈの集じん部５に対して、所定の設定電圧による定電圧制御を開始するとともに（ステップＳ４）、上記集じん器本体２Ａ〜Ｈの帯電部４に対しては、まず、各電磁接触器３４〜３７を「ＯＮ」にし、これにより各集じん器本体２Ａ〜Ｈに対応して個別に供給する供給電源の回路を閉じる（ステップＳ５）。そして、その後１００ｍＳ以内に設定電圧の９５％まで電源電圧を立ち上げて、その後、供給する電源電圧を０．７〜２．５秒で設定電圧まで昇圧する（ステップＳ６）。これにより、この電気集じん器１は、上記ステップＳ３でのタイマーの設定時間の間、設定電圧による定電圧制御により運転が行なわれる。

ここで、この制御電源３２の電源制御処理では、同図に示すように、電気集じん器１の運転中には、上記集じん器本体２Ａ〜Ｈに供給中の供給電源の電流値を、電流値測定手段３４ａ〜３７ａによって随時に測定している（ステップＳ７）。
そして、その電流値の測定値に基づいて、いずれかの電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値が設定値以上か否かを監視している（ステップＳ８）。つまり、いずれかの電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値が設定値以上の場合には、続くステップＳ９およびステップＳ１０に移行し、設定値未満の場合には、電流値が設定値以上か否かの監視を継続する（ステップＳ７で待機する）。

そして、ステップＳ９では、いずれかの電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値が設定値以上なので、一旦全ての電磁接触器３４〜３７への電源供給を１５〜２０ｍＳ以内に停止する。また、ステップＳ１０では、その後、前記設定値以上となっている電磁接触器３４〜３７への電源供給が停止されており且つ当該電源供給が停止されている電磁接触器３４〜３７に対応する電流値測定手段の電流値が設定値以上であったときに、当該電源供給が停止されている電磁接触器３４ａ〜３７ａを限って回路を「ＯＦＦ」にして開かせ、その後、上記ステップＳ６に処理を戻して、今回の電源供給の停止後１００ｍＳ以内に設定電圧の９５％まで供給する電源電圧を立ち上げ、その後、供給する電源電圧を０．７〜２．５秒で設定電圧に戻すというサイリスタ制御を実行するようになっている。

次に、このトンネル工事用電気集じん器の作用・効果について説明する。
この電気集じん器１をトンネル工事に用いる際には、車両５０の荷台５１に載置した状態で、トンネル内の切羽近くまで自走によって移動させる。そして、車両５０の後部側を切羽側に向け、車両５０の前部側をトンネル入口側に向けた姿勢で停車させる。この状態で電気集じん器１を稼働させる。集じんユニット２とファンユニット６等の所定の運転操作は、上記制御盤１０によって作業者が行う。

電気集じん器１を稼働すると、ファンユニット６のファン６Ａの駆動によって空気吸込口３から集じんユニット２内に、コンクリート吹き付け粉じんや発破による粉じんが吸い込まれる。このとき、ゴミなどの大きな異物は、空気吸込口３を覆う上記保護網２０で捕集される。次いで、保護網２０を通過して、集じんユニット２内に吸い込まれた粉じんは、集じんユニット２（集じん器本体２Ａ〜Ｈ）に導かれる。集じん器本体２Ａ〜Ｈでは、その帯電部４にて発生するコロナ放電によって粉じんに電荷を与えて帯電させる。帯電した粉じんは、空気の流れにより、帯電部４の下流側に配置された集じん部５に移動する。そして、帯電した粉じんは、集じん部５で形成されるクーロン力や電界の力によって集じん電極板（不図示）に捕集される。

このようにして粉じんが捕集された後の空気は、上記接続ダクト２１、ファンユニット
６、および吐出ダクトユニット７を順に通過して、吐出ダクトユニット７の空気吐出口８から吐出される。なお、上記の集じん運転が終わったときには、集じんユニット２に隣接して設けた洗浄装置３０から水を噴出して、集じんユニット２の帯電部４や集じん部５に付着した粉じんを洗い流す。

ここで、この電気集じん器１によれば、８つの集じん器本体２Ａ〜Ｈに対応した４つの電磁接触器３４〜３７と、これら４つの電磁接触器３４〜３７への電源の停止および供給を行なう一台に限って設置された制御電源３２とを備え、各電磁接触器３４〜３７が、自身が対応する集じん器本体２Ａ〜Ｈに供給される電流値を測定する電流値測定手段３４ａ〜３７ａをそれぞれ有し、制御電源３２は、集じん器本体２Ａ〜Ｈへの供給電源を、電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値の監視に基づいて、所定のサイリスタ制御により個別の集じん器本体２Ａ〜Ｈに供給するので、電源を一台に限って設置しつつも集じん器本体毎の電源分割が可能であり、地絡故障時においては故障箇所に対応する集じん器本体に限って稼働対象から除外することができる。

特に、この制御電源装置によれば、８つの集じん器本体２Ａ〜Ｈは、４つの電磁接触器３４〜３７によって供給電源の回路の開閉がなされる。そして、４つの電磁接触器３４〜３７は、一台の制御電源３２によって開閉状態および各電磁接触器３４〜３７の電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値が監視され、この電流値測定手段３４ａ〜３７ａによる電流値の監視に基づく、所定のサイリスタ制御を用いることにより、高い集じん性を維持しつつも、火花放電が繰り返し発生しにくくなっており、仮に火花放電が発生しても１５〜１００ｍＳでほぼ正常な集じん状態に復帰することが可能となる。そのため、集じん率の低下を最小限に抑える上で好適である。
なお、本発明に係る電気集じん器用制御電源装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。

１ トンネル工事用電気集じん器
２ 集じんユニット
２Ａ〜Ｈ 集じん器本体
３ 空気吸込口
４ 帯電部
５ 集じん部
６ ファンユニット
７ 吐出ダクトユニット
８ 空気吐出口
９ 高圧電源盤
１０ 制御盤
１１ 架台
１２ 支柱
２０ 保護網
２１ 接続ダクト
３０ 洗浄装置
３２ 制御電源
３４、３５、３６、３７、 電磁接触器
５０ 車両
５１ 荷台

Claims (1)

1. 粉じんを帯電させて集じん電極に捕集する集じんユニットと、該集じんユニットに粉じんを誘引するファンユニットと、該ファンユニットで誘引した空気を吐出する吐出ダクトユニットとを備え、前記集じんユニットが、複数の集じん器本体から構成されてなる電気集じん器に用いられる制御電源装置であって、
   前記制御電源装置は、前記複数の集じん器本体に対応して個別に供給する供給電源の回路を開閉する複数の電磁接触器と、これら複数の電磁接触器への電源の停止および供給を行なう一台に限って設置された制御電源とを備え、
   各電磁接触器は、自身に対応する集じん器本体に供給される電流値を測定する電流値測定手段をそれぞれ有し、
   前記制御電源は、前記複数の集じん器本体に定電圧制御を行って、供給中の供給電源を、前記電流値測定手段の電流値の監視に基づいて、いずれかの電流値測定手段による電流値が設定値以上の場合には、一旦全ての電磁接触器への電源供給を１５〜２０ｍＳ以内に停止し、その後、１００ｍＳ以内に電圧を直前の９５％までに供給する制御を行いつつ、電圧が上がらないまま同一の電流値が設定値以上となった場合は火花放電ではなく地絡故障と判断し、再度全ての電磁接触器への電源供給を１５〜２０ｍＳ以内に停止し、前記設定値以上となっている電磁接触器に限って回路を開かせ、その後、前記電源供給の停止後１００ｍＳ以内に設定電圧の９５％まで供給する電源電圧を立ち上げ、その後、供給する電源電圧を０．７〜２．５秒で設定電圧に戻すというサイリスタ制御を実行することを特徴とする電気集じん器用制御電源装置。

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