JP2016203138A - ガス浄化装置及びこれを備えるガスタービン発電システム、並びに、ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い集塵効率を実現でき、省スペース化が可能なガス浄化装置及び該ガス浄化装置を用いたガス浄化方法を提供する。【解決手段】ガス浄化装置１００の集塵電極１１０は、一対の側面部１１１−１、１１１−２と湾曲部１１２とを有する。側面部１１１−１、１１１−２の間隔はガス下流側の方が上流側よりも短い。隣り合う複数の集塵電極１１０がガスの上流側端部で接触して連結する。放電電極１２０は集塵エリア１４０内に挿入され、支持部材１２１と、側面部材１１１−１、１１１−２に向かって突出する第１放電トゲ１２２−１と、湾曲部１１２に向かって突出する複数の第２放電トゲ１２２−２とを有する。隣り合う放電電極１２０がバスバー１２３により連結される。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスから粒子状物質を除去するガス浄化装置及びガス浄化方法に関し、特にガスタービンの吸気システムに適用される空気浄化装置に関する。

エアフィルタは外気（空気）を取り込み、粒子状物質（例えば、空気中のダストや排ガス等に含まれる煤）を除去する装置である。エアフィルタは、例えば発電用ガスタービンの吸気フィルタや、空調機あるいはエンジンのインテーク用フィルタ、ダストを含む排ガスの処理装置内の浄化用フィルタなどに適用される。

一般にエアフィルタは、不織布等のフィルタ材をプリーツ状に加工し、フィルタ材をガス流れに直交する方向に配列させた構成を有する。プリーツ状のフィルタ材を用いることにより低圧損化を図るとともに、フィルタ材に粒子状物質が付着し圧力損失が閾値を越えた場合にフィルタ材を交換することにより、低圧損でのエアフィルタの運転が行われている。

ガス中から粒子状物質を除去する集塵方法として、コロナ放電が発生している空間内にガスを通過させて粒子状物質を帯電させ、帯電した粒子状物質を集塵電極に捕集させる方法が知られている。特許文献１及び特許文献２は、石炭等を燃料とする発電設備や焼却炉等の産業用燃焼設備から排出されるガス中の粒子状物質を除去する排ガス処理設備に設置される集塵装置（湿式電気集塵装置）を開示する。特許文献１及び２の集塵装置は、例えば山型にガスの流れに対して２つの枠を傾斜して組み合わせた放電電極と、放電電極と対向するように２つの板状部材を組み合わせた集塵電極と、集塵電極に対して放電電極と反対側の面に設置されたフィルタ材とを備える。特許文献１及び特許文献２では、一対の集塵電極をガス上流側から下流側に向けて間隔を漸減させる様に組み合わせることにより、ガス流入部における流速の上昇を低減させることにより、集塵効率の上昇を図っている。

国際公開第２０１４／１２３２０２号 国際公開第２０１４／１２２７５６号

例えば大気中の煤塵濃度が高い劣悪な環境条件や火山噴火時の降灰下などでガスタービンや空調機、エンジンを運転する場合、大量の煤塵がフィルタ材に付着する。このため、短時間でフィルタが閉塞し、設備の運転を継続できなくなる可能性がある。また、運転が継続できる状況であっても圧力損失が高い状態での運転となる。設備の運転を継続させるためには頻繁にフィルタ材を交換する必要が生じるので、運転効率が大幅に低下するとともに運転コストが上昇することが懸念される。
また、産業用燃焼設備から排出されるガス中の粒子状物質濃度が高い場合も同様に、大量の粒子状物質がフィルタ材に付着することにより、運転効率が大幅に低下するとともに運転コストが上昇する。

特許文献１及び特許文献２には、集塵電極を支持材上に自立させた構成を開示する。この構成では隣り合う集塵電極の間に支持材が配置されるので、支持材によりガスの流通が阻害される。また、一旦支持材に衝突したガスが支持材に沿って集塵電極間の空間に流入するので、集塵電極間の空間内でガスは乱流となる。この結果集塵電極間の空間内でガス流速に分布が生じ、フィルタ全体で十分な集塵効率が得られないことが問題となっていた。

更に、特許文献１及び特許文献２に図示される構成では山型の集塵電極としているので、集塵電極間の空間におけるガス入口側と比較してガス流通方向奥側は集塵電極と放電電極との間隔が長い。すなわち、ガス流通方向奥側に位置する集塵電極及びフィルタ材は集塵に十分に寄与することができず、デッドスペースとなっていた。

本発明は、高い集塵効率を実現できるとともに、省スペース化が可能なガス浄化装置及び該ガス浄化装置を用いたガス浄化方法を提供することを目的とする。また本発明は、該ガス浄化装置を備える吸気フィルタが設置されて、粒子状物質濃度が高い環境下でも継続して使用することができるガスタービン発電システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、粒子状物質を含むガスの流通方向に略直交する方向に配列する複数の集塵電極と、前記集塵電極の各々に対して１つずつ配置され、前記ガスの流通方向に略直交する方向に配列する複数の放電電極と、前記放電電極に接続する電源と、を有し、前記集塵電極が、前記ガスの流通方向と略直交する方向に対向配置される一対の平板の側面部と、前記側面部の前記ガス下流側に配置され、前記ガスの流通方向に向かって凸状に湾曲する板状の湾曲部とを有し、前記ガスの下流側の端部における前記側面部の間の距離が前記ガスの上流側の端部における前記側面部の間の距離よりも短く、前記側面部及び前記湾曲部が、前記ガスが流通可能である複数の開口部を有し、前記ガスの上流側で前記側面部材及び前記湾曲部に囲まれる集塵エリアを画定し、隣り合う前記集塵電極が、前記ガスの上流側端部で接触して連結し、前記放電電極が、前記集塵エリア内に挿入され、支持部材と、前記支持部材から前記側面部材に向かって突出する複数の第１放電トゲと、前記支持部材から前記ガスの流通方向に沿って前記湾曲部に向かって突出する複数の第２放電トゲとで構成され、隣り合う前記放電電極がバスバーにより連結されるガス浄化装置である。

本発明の第２の態様は、第１の態様のガス浄化装置を用いるガス浄化方法であって、前記電源が前記放電電極に電圧を印加し、前記放電電極と前記集塵電極との間にコロナ放電が発生し、該コロナ放電により前記粒子状物質が帯電する工程と、前記ガスが前記開口部を通過する間に帯電した前記粒子状物質が前記集塵電極に付着し、前記ガスから前記粒子状物質が除去される工程とを含むガス浄化方法である。

本発明のガス浄化装置における集塵電極は、ガスの上流側端部（集塵エリアの入口部）で隣り合う集塵電極同士が直接連結するので、集塵エリア入口部でガスの流れを阻害する部分の面積が小さくなる。このような構成とすることにより、集塵に寄与しないスペースを削減されるだけでなく、集塵エリアに流入するガスを整流させることができる。また、本発明の集塵電極はガス入口部での幅が広く、奥行方向で幅が狭くなる形状であるため、入口部でガス流速の上昇が抑制される。この結果、集塵エリア内でのガス流速を略均一化することができ、集塵電極を通過するガス流速を低減させることができる。

本発明では、ガス流通方向に奥側に位置する集塵電極が湾曲し（湾曲部）、湾曲部に向かう放電トゲを設けている。このような構成では、湾曲部と放電トゲとの間でコロナ放電が発生して奥側の集塵エリアも粒子状物質の帯電を行うことができ、集塵エリア内のコロナ放電が略均一化されるので、高い集塵効率が得られる。また、特許文献１，２に図示される三角形状に集塵電極を組み合わせる場合に比べてガス流通方向で集塵電極の長さが短くなるので、ガス流通方向での設置スペースを削減することができる。

上記態様において、前記支持部材が前記側面部に対向して配置される平板であり、前記ガスの流通方向に略平行な方向に延在し、前記第１放電トゲが前記板状部材の平面上に形成され、前記第２放電トゲが前記板状部材の側面に形成され、前記第１放電トゲの長さは、前記ガスの流通方向に向かって段階的に短くなることが好ましい。

あるいは、上記態様において、前記支持部材が、前記ガスの下流側で互いに連結するとともに前記ガスの上流側で離間して組み合わされた２つの矩形の枠体を有し、前記枠体と前記側面部材とが略平行に対向配置され、前記第１放電トゲの長さは同一であることが好ましい。

上記態様において、前記湾曲部が円弧であり、前記円弧の中心に前記第２放電トゲの先端が位置し、前記第１放電トゲの先端と前記側面部材との距離、及び、前記第２放電トゲの先端と前記湾曲部との距離が一定であることが好ましい。

上記形状の放電電極を用いることにより、集塵エリア内でのコロナ放電が略均一化する。特に、湾曲部を円弧とし円弧の中心に放電トゲの先端を配置させるとともに、放電トゲ−集塵電極間の距離を一定にすることにより、より均一なコロナ放電を発生させることができるので、高い集塵効率で安定してガスの処理を実施することができる。

上記態様において、前記集塵電極に向かって洗浄液を供給する粒子状物質除去手段と、前記粒子状物質除去手段に前記洗浄液を送給する送給手段とを備える洗浄部を備えることが好ましい。

集塵が継続されると、粒子状物質の付着により集塵効率が低下したり、集塵電極の開口部面積が低下してガス通過量が変化するなどの影響がある。ガス浄化装置に洗浄部を設けることにより、オペレータによる洗浄に依らなくても集塵電極の洗浄を実施することが可能となる。

本発明の第３の態様は、ガスタービンと、外部からガスを取り入れ、前記ガスタービンに粒子状物質が除去された前記ガスを供給する吸気フィルタとを備え、前記吸気フィルタが第１の態様のガス浄化装置を備えるガスタービン発電システムである。

本発明のガス浄化装置をガスタービン発電システムの吸気フィルタに適用した場合、ガス中の粒子状物質の大部分を除去することができる。煤塵濃度が高い環境下で運転されるガスタービン発電システムの場合は、本発明のガス浄化装置により吸気フィルタのプレフィルタ、中性能フィルタ、ＨＥＰＡフィルタで処理されるガスの粒子状物質濃度が低下されるため、フィルタの圧力損失上昇を抑制することができ、フィルタの交換頻度が低減するため有利である。また、火山噴火による降灰時では、吸気フィルタが短時間で目詰まりすることで圧力損失が上昇し、運転継続が難しくなる。フィルタを外して運転した場合にはガスタービン内に火山灰が流入し、火山灰が溶融した後タービン翼表面等に付着することによる性能低下が発生する。ガスタービン発電システムに本発明のガス浄化装置を適用すれば、上記問題の発生を防止することができる。

本発明に依れば、隣接する集塵電極同士を直接接続することにより集塵に寄与しない領域の面積を低減させることができるとともに、集塵エリアに流入するガスを整流させることができる。また、集塵エリア内で発生するコロナ放電を略均一化することができる。この結果、高い集塵効率を実現することができる。

また本発明では、集塵エリアの奥側に位置する集塵電極を湾曲させた構成であるため、ガス流通方向での設置スペースを削減することができる。従って、例えば発電用ガスタービンの吸気フィルタを設置している既存設備のケーシング内に容易に追加設置することができる。

第１実施形態に係るガス浄化装置の全体概略図である。 図１の上面図である。 図２の部分拡大図である。 図１をガス上流側から見た正面図である。 第１実施形態に係るガス浄化装置の変形例である。 第２実施形態のガス浄化装置の全体概略図である。 図６の上面図である。 図７の部分拡大図である。 図６をガス上流側から見た正面図である。 第２実施形態の放電電極の拡大概略図である。 第３実施形態のガス浄化装置の部分斜視図である。 図１１の側面図である。 図１１をガス上流側から見た正面図である。 第３実施形態の洗浄部の別の例を説明する概略図である。

ガスタービン発電システムは、ガスタービンの吸気側に吸気フィルタを備える。以下で説明するガス浄化装置は、吸気フィルタ内のフィルタ材のガス上流側に設置される。吸気フィルタ内のフィルタ材は各種フィルタ材の組合せ、例えばプレフィルタと中性能フィルタにＨＥＰＡフィルタを組合せたものである。
以下で説明するガス浄化装置は、エンジン等のインテークフィルタや、例えばトンネル排ガスのように燃焼排ガスが空気で希釈されてダスト濃度が非常に少ない環境で使用される排ガス処理装置にも適用可能である。

＜第１実施形態＞
図１〜４は、第１実施形態に係るガス浄化装置を説明する図である。図１は、第１実施形態のガス浄化装置の全体概略図である。図２は、図１の上面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、図１のガス浄化装置をガス上流側から見た正面図である。

図１〜４のガス浄化装置１００では、ガスが水平方向に流通する。但し、ガスの流通方向はこれに限定されず、例えばガスが鉛直方向に下から上に向かって流通する構成や、鉛直方向に上から下に向かって流通する構成が適用されても良い。

ガス浄化装置１００の処理対象であるガスは大気（空気）、微量のダストを含む排ガス等であり、粒子状物質を含む。ここでの粒子状物質とは、大気中の浮遊粒子（ダスト）、火山灰等の微小粒子、排気ガス中の煤などである。粒子状物質の大きさは、５〜２０μｍである。粒子状物質濃度は環境にもよるが、大気環境の悪い条件では最大３００μｇ／ｍ^３程度であり、火山噴火時の降灰時には数ｍｇ／ｍ^３（２〜３ｍｇ／ｍ^３）と想定されている。

ガス浄化装置１００は、集塵電極１１０と、放電電極１２０と、放電電極１２０に接続して放電電極１２０に電圧を印加する電源１３０とを備える。１つの集塵電極１１０に対し、１つの放電電極１２０が配置される。

集塵電極１１０は、側面部１１１−１，１１１−２と、側面部１１１−１，１１１−２のガス下流側に位置する湾曲部１１２とで構成される。側面部１１１−１，１１１−２と湾曲部１１２とは一体となっている。集塵電極１１０はガス下流側が曲面であり、ガス上流側が開口する形状である。集塵電極１１０は接地される。

図２，３に示すように、側面部１１１−１，１１１−２は平板状であり、ガスの流通方向（ガス浄化装置１００を通過する方向、図１〜３において矢印で示される）に略直交する方向に並んで対向配置される。この時、ガス下流側端部における側面部１１１−１と側面部１１１−２との間隔は、ガス上流側端部における側面部１１１−１と側面部１１１−２との間隔よりも短くなるように、側面部１１１−１，１１１−２が配置される。すなわち、側面部１１１−１，１１１−２は、ガスの流通方向に対して傾斜して延在する。

湾曲部１１２はガスの流通方向に向かって湾曲する曲面を有している。湾曲部１１２は上面から見たときに円弧であることが好ましい。

側面部１１１−１，１１１−２及び湾曲部１１２には、ガスが流通可能な開口部（貫通孔）が面内に複数形成されている。具体的に、集塵電極１１０は金網、パンチングメタル等から作製される。金網の織り方は特に限定されず、平織、綾織、平畳織などが適用できる。
集塵電極１１０は、ガス浄化装置１００の運転時に低圧力損失を示す。具体的に、集塵電極１１０が清浄な状態（後述するように表面に粒子状物質が付着せず）で運転した場合に、圧力損失が１５ｍｍＡｑ以下であることが好ましい。上記圧力損失を達成するように、集塵電極１１０の開口部の大きさが適宜選択される。具体的に、１００メッシュ以下の金網、又は、同等の大きさの開口部を有するパンチングメタル）が適用される。

ガス上流側で集塵電極１１０（側面部１１１−１，１１１−２及び湾曲部１１２）により囲まれる領域が集塵エリア１４０である。集塵電極１１０を挟んで集塵エリア１４０と反対側の領域が処理ガスエリア１５０である。

図１及び図２に示すように、複数の集塵電極１１０がガスの流通方向に略直交する方向に配列する。ガス浄化装置１００が収容される空間の大きさ、集塵電極１１０の幅（側面部１１１−１，１１１−２の間隔）、要求仕様（集塵効率など）に基づいて、集塵電極１１０の配置数が設定される。

図１〜３のガス浄化装置１００の集塵電極１１０は、側面部１１１−１，１１１−２のガス上流側に連結部１１３を更に有する。連結部１１３は、側面部１１１−１，１１１−２の集塵エリア１４０に対して反対側の面に取り付けられる。隣り合う集塵電極１１０の連結部１１３同士が公知の手段（ネジなど）により連結される。これにより、隣り合う集塵電極１１０がガス上流側端部（集塵エリア１４０の入口部１４１）で接触して連結される。
図では連結部１１３を用いる例を説明したが、側面部１１１−１，１１１−２のガス入口側端部が内側（集塵エリア１４０側）に屈曲するように加工され、屈曲部分が連結部となる構成であっても良い。
このように連結部を設けることにより、隣り合う集塵電極１１０を高強度で連結することができる。
なお、連結部１１３には開口部が設けられていなくても良い。

上記のように集塵電極１１０を連結することにより、ガス浄化装置１００を正面（ガス上流側）から見たときに、集塵電極１１０の入口においてガスの流通を阻害するのは実質的に連結部１１３である。集塵電極１１０（金網、パンチングメタル等）の厚さは１〜３ｍｍ程度である。従って、特許文献１，２のように支持材を設ける場合と比較して、正面から見たときにガスの流通を阻害し集塵に寄与しない部材の面積が大幅に削減される。

放電電極１２０は、支持部材１２１と複数の放電トゲとを備える。支持部材１２１及び放電トゲは、金属（ステンレス等）で作製される。

第１実施形態の放電電極１２０における支持部材１２１は平板である。支持部材１２１はガスの流通方向に略平行な方向に延在し、集塵電極１１０の側面部１１１−１，１１１−２との間で側面部１１１−１，１１１−２と対向して配置される。支持部材１２１のガス上流側端部は、集塵エリア１４０の外側に位置する。なお、支持部材１２１の剛性を持たせるために、放電トゲの長さを超えない範囲で、支持部材１２１に溝加工することも可能である。

放電トゲは鋭敏な先端を有することが好ましい。放電トゲは、支持部材１２１から集塵電極１１０の側面部１１１−１，１１１−２に向かって突出する放電トゲ（第１放電トゲ）１２２−１と、支持部材１２１のガス下流側の側面から集塵電極１１０の湾曲部１１２に向かって突出する放電トゲ（第２放電トゲ）１２２−２とで構成される。放電トゲ１２２−１は支持部材１２１の平面部分の両面に形成される。

放電トゲ１２２−１及び放電トゲ１２２−２は、支持部材１２１の平面内に格子状に配列する。放電トゲ１２２−１，１２２−２の高さ方向及び集塵エリア奥行方向の数、放電トゲ１２２−１，１２２−２の取付間隔は、要求性能や支持部材１２１の大きさ等に応じて適宜設定される。

放電トゲ１２２−１の長さは、ガス流通方向に向かって段階的に短くなっている。上述したように側面部１１１−１，１１１−２はガス流通方向に向かって間隔が狭くなるように斜めに配置されている。このようにガス流通方向に放電トゲ１２２−１の長さを変えることにより、放電トゲ１２２−１先端と側面部１１１−１，１１１−２との距離（放電トゲ１２２−１先端と、放電トゲ１２２−１先端と同一高さにおける側面部１１１−１，１１１−２との距離、図３における距離Ｄ１）のばらつきを抑制することができる。距離Ｄ１は、印加する電圧との関係で決定される。例えば、放電トゲ１２２−１と側面部１１１−１，１１１−２との間の電界強度が４〜８ｋＶ／ｃｍの範囲を維持するように、距離Ｄ１が決定されることが好ましい。特に全ての放電トゲ１２２−１について距離Ｄ１が一定であると、放電電極１２０と集塵電極１１０との間で均一なコロナ放電を発生させることができる。

放電トゲ１２２−２の先端と湾曲部１１２との距離（放電トゲ１２２−２先端と、放電トゲ１２２−２先端と同一高さにおける湾曲部１１２との距離、図３における距離Ｄ２）のばらつきが小さい程、均一なコロナ放電を安定して発生させることができる。距離Ｄ２は、印加する電圧との関係で決められる。上記と同様に、例えば放電トゲ１２２−２と湾曲部１１２との間の電界強度が４〜８ｋＶ／ｃｍの範囲を維持するように、距離Ｄ２が決定されることが好ましい。湾曲部１１２が円弧であり、放電トゲ１２２−２の先端が円弧の中心に位置することにより、距離Ｄ２が一定となり安定したコロナ放電を発生させることができる。更にＤ２＝Ｄ１とすることにより、集塵エリア１４０内全体でコロナ放電が均一化するので特に好ましい。

放電トゲ１２２−１は支持部材１２１に溶接により取り付けられる。放電トゲ１２２−２は、所定のトゲ形状に金属板から支持部材１２１をプレートカットすることにより形成される。

第１実施形態における放電電極の変形例として、プレートカットされた支持部材の一部をトゲ状に打ち抜き加工を施して放電トゲ１２２−１が形成される。
この場合、放電トゲ１２２−１と同一方向に打ち抜き加工した２枚の支持部材を貼り合せて放電電極が作製されても良い。あるいは、図５に示す変形例ように、１枚の支持部材１２１の一部を利用し、高さ方向に互い違いに打ち抜いて放電トゲ１２２−１を形成し、放電電極とすることもできる。

図１及び図４に示すように、隣り合う放電電極１２０の支持部材１２１は集塵エリア１４０の外側でバスバー１２３により連結される。バスバー１２３は放電電極１２０同士が電気的に接続するとともに、バスバー１２３によって連結されることにより放電電極１２０が互いに支持する。図４では、隣り合うバスバー１２３は放電電極１２０の高さ方向位置が互い違いになるように配列されている。また、放電電極１２０の高さ方向の複数個所（図４では２カ所）にバスバー１２３が設置される。このように、放電電極１２０の高さ方向複数個所でバスバー１２３を設置すると、放電電極１２０を安定して固定できる。

第１実施形態のガス浄化装置１００を用いたガス浄化方法を以下で説明する。
電源１３０は放電電極１２０に電圧（例えば４〜８ｋＶ／ｃｍの電界強度となるような電圧）を印加する。これにより、放電電極１２０と集塵電極１１０との間に電圧差が発生し、放電電極１２０の放電トゲ１２２−１，１２２−２と集塵電極１１０との間にコロナ放電が発生する。

粒子状物質を含むガスが集塵エリア１４０内に流入する。本実施形態のガス浄化装置１００では、集塵エリア１４０の入口部でガスの流れを阻害する部分（連結部１１３）の面積が小さいため、集塵エリア１４０に流入するガスが整流される。集塵電極１１０の側面部１１１−１，１１１−２はガスの流通方向に対して傾斜して延在し、集塵エリア１４０の入口部が広くなっているため、入口部でガス流速の上昇が抑制される。この結果、集塵エリア１４０内でのガス流速を略均一化することができ、また、集塵電極１１０を通過するガス流速が低減する。

集塵エリア１４０内をガスが流通する際、粒子状物質はコロナ放電により帯電する。帯電した粒子状物質はガスの流れに伴い集塵電極１１０に向かって搬送される。ガスが集塵電極１１０の開口部を通過する際に、粒子状物質が集塵電極１１０の表面に付着する。これにより、ガス中から粒子状物質が除去される。粒子状物質が除去されたガスは、開口部を通過し処理ガスエリア１５０に流入した後、ガス浄化装置１００から排出される。

排出されたガスは、ガスタービンの吸気フィルタ内のＨＥＰＡフィルタやプレフィルタ、エンジン等のインテークフィルタなどのフィルタ材に搬送される。排出ガス中に残留する粒子状物質は、フィルタ材に捕集されてガスから除去される。処理後のガスは、ガスタービンやエンジンの吸気側などに搬送される。

上述のガス浄化方法により、平常時の大気（粒子状物質濃度：〜３００μｇ／ｍ^３程度）の処理で８０〜９０％の集塵効率が達成できた場合、後流側に設置されるフィルタ材の圧力損失を低減させることができ、フィルタ材の寿命（交換間隔）が５〜１０倍に延長させることができる。この結果、ランニングコストを低減できる。
火山の降灰等の非常時の大気（粒子状物質濃度：数ｍｇ／ｍ^３）の処理で７０〜８０％の集塵効率が達成できれば、一時的に非常に高負荷な条件となったとしても、運転を停止することなく、ガス浄化を継続させることが可能になる。

なお、圧力損失が所定値を超えた場合は、集塵電極１１０の洗浄を実施する。この場合、ガス浄化装置１００の運転を停止し、オペレータが水等の洗浄液または圧縮空気を吹き付けて集塵電極１１０に付着した粒子状物質を除去する。あるいは、ガス浄化装置１００の運転中または停止中に、第３実施形態で説明する方法により洗浄が実施されても良い。

＜第２実施形態＞
図６〜１０は、第２実施形態に係るガス浄化装置を説明する図である。図６は、第２実施形態のガス浄化装置の全体概略図である。図７は、図６の上面図である。図８は、図７の部分拡大図である。図９は、図６のガス浄化装置をガス上流側から見た正面図である。図１０は放電電極の拡大概略図である。

第２実施形態のガス浄化装置２００は、集塵電極２１０の構造は第１実施形態と同じである。複数の集塵電極２１０が連結部２１３において接触して連結される。第２実施形態では、放電電極２２０の構造が第１実施形態と異なる。放電電極２２０は電源２３０に接続する。
放電電極２２０は、２つの支持部材２２１と複数の放電トゲとを備える。支持部材２２１及び放電トゲは、金属（ステンレス等）で作製される。

支持部材２２１は、矩形の枠体２２４と、枠体２２４の一対の対向する辺を連絡する連絡軸２２５とで構成される。２つの支持部材２２１は、対向する辺のうち一辺が接合され（以下「接合辺２２６」と称する）、他方の辺は接合されず離間する（以下「離間辺２２７」と称する）。図１０では連絡軸２２５に直交する辺が連結されているが、連絡軸２２５に平行な辺が連結されていても良い。こうすることにより、図１０に示すように２つの支持部材２２１は山型に形成される。

図７〜９に示すように、支持部材２２１の接合辺２２６は集塵電極２１０の高さ方向と略平行である。接合辺２２６は集塵エリア２４０の奥側に位置し、離間辺２２７は集塵エリア２４０の入口部側に位置する。支持部材２２１は、集塵電極２１０の側面部２１１−１，２１１−２と略平行に対向配置される。支持部材２２１のガス上流側端部は、集塵エリア２４０の外側（集塵エリア２４０の入口部２４１よりもガス上流側）に位置する。

放電トゲは鋭敏な先端を有することが好ましい。放電トゲは、支持部材２２１から集塵電極２１０の側面部２１１−１，２１１−２に向かって突出する放電トゲ（第１放電トゲ）２２２−１と、支持部材２２１から集塵電極２１０の湾曲部２１２に向かって突出する放電トゲ（第２放電トゲ）２２２−２とで構成される。放電トゲ２２２−１は、接合辺２２６を除いた支持部材２２１及び連絡軸２２５上に形成される。図１０では、放電トゲ２２２−１は格子状になるように配列する。放電トゲ２２２−２は接合辺２２６上で、連絡軸２２５との交点に形成される。放電トゲ２２２−１の長さは均一である。

本実施形態において、連絡軸２２５の数、放電トゲ２２２−１，２２２−２の高さ方向及び集塵エリア奥行方向の数、放電トゲ２２２−１，２２２−２の取付間隔は、要求性能や支持部材２２１の大きさ等に応じて適宜設定される。

放電トゲ２２２−１の長さは均一である。上述のように支持部材２２１は側面部２１１−１，２１１−２と略平行に配置されている。従って、放電トゲ２２２−１の先端と側面部２１１−１，２１１−２との距離（放電トゲ２２２−１先端と、放電トゲ２２２−１先端と同一高さにおける側面部２１１−１，２１１−２との距離、図８における距離Ｄ３）は一定である。距離Ｄ３は、印加する電圧との関係で決定される。例えば、放電トゲ２２２−１と側面部２１１−１，２１１−２との間の電界強度が４〜８ｋＶ／ｃｍの範囲を維持するように、距離Ｄ３が決定されることが好ましい。全ての放電トゲ２２２−１について距離Ｄ３が一定であると、放電電極２２０と集塵電極２１０との間で均一なコロナ放電を発生させることができる。

放電トゲ２２２−２の先端と湾曲部２１２との距離（放電トゲ２２２−２先端と、放電トゲ２２２−２先端と同一高さにおける湾曲部２１２との距離、図８における距離Ｄ４）のばらつきが小さい程、均一なコロナ放電を安定して発生させることができる。距離Ｄ４は、印加する電圧との関係で決定される。例えば、放電トゲ２２２−２と湾曲部２１２との間の電界強度が４〜８ｋＶ／ｃｍの範囲を維持するように、距離Ｄ４が決定されることが好ましい。湾曲部２１２が円弧であり、放電トゲ２２２−２の先端が円弧の中心に位置することにより、距離Ｄ４が一定となり均一なコロナ放電を発生させることができる。Ｄ４＝Ｄ３とすることにより、集塵エリア２４０内全体でコロナ放電が均一化するので特に好ましい。
放電トゲ２２２−１，２２２−２は、支持部材１２１に溶接により取り付けられる。

第１実施形態と同様に、隣り合う放電電極２２０は集塵エリア２４０の外側でバスバー２２３により連結される。バスバー２２３により、放電電極２２０同士が電気的に接続するとともに、互いに支持部材２２１を支持することができる。放電電極２２０の高さ方向複数個所でバスバー２２３を設置すると、放電電極２２０を安定して固定できる。

第２実施形態のガス浄化装置２００を用いたガス浄化方法は、第１実施形態で説明した方法と略同一である。粒子状物質が除去されたガスは、集塵電極２２０の開口部を通過して処理ガスエリア２５０に流入した後、ガス浄化装置２００から排出される。
ガス浄化装置２００を用いた場合でも、平常時の大気（粒子状物質濃度：〜３００μｇ／ｍ^３程度）の処理で８０〜９０％の集塵効率が達成できた場合、後流側に設置されるフィルタ材の圧力損失を低減させることができ、フィルタ材の寿命（交換間隔）が５〜１０倍に延長させることができる。この結果、ランニングコストを低減できる。
火山の降灰等の非常時の大気（粒子状物質濃度：数ｍｇ／ｍ^３）の処理で７０〜８０％の集塵効率が達成できれば、一時的に非常に高負荷な条件となったとしても、運転を停止することなく、ガス浄化を継続させることが可能になる。

＜第３実施形態＞
図１１〜１３は、第３実施形態に係るガス浄化装置を説明する図である。図１１は、第３実施形態のガス浄化装置の部分斜視図である。図１２は、図１１のガス浄化装置を側面から見た概略図である。図１３は、図１１のガス浄化装置をガス上流側から見た正面図である。図１１〜１３では、図１〜図４に示す放電電極と同様の形状の放電電極（符号３２０）を用いて第３実施形態に係るガス浄化装置を説明するが、図５に示す第１実施形態の変形例の放電電極や第２実施形態の放電電極であっても良い。

第３実施形態に係るガス浄化装置３００は洗浄部３６０を備える。洗浄部３６０は、集塵電極３１０に対して液体（洗浄液）を供給して、集塵電極３１０の表面に付着した粒子状物質を集塵電極３１０から除去するための装置である。洗浄液は、具体的に水、油汚れを除去可能な油脂系の洗剤を含んだ水、ファインバブルを含んだ水などである。

図１１〜１３において、洗浄部３６０は集塵電極３１０の上方に設置される。洗浄部３６０は、送給配管（送給手段）３６１と、送給配管３６１に連結される複数の分岐配管３６２（送給手段）と、複数のノズル（粒子状物質除去手段）３６３とを備える。

送給配管３６１は複数の集塵電極３１０が配列される方向と略平行に延在する。図１２に示すように、送給配管３６１は集塵電極３１０の奥行方向（ガス流通方向）のほぼ中央に位置している。但し、送給配管３６１の集塵電極３１０奥行方向の位置は、洗浄液が集塵電極３１０に当たる状況を考慮して位置決めされても良い。送給配管３６１は、ガス浄化装置３００の外部に設置される、洗浄液を貯蔵するタンク（不図示）に接続する。

図１３に示すように、分岐配管３６２は隣り合う集塵電極３１０の間に相当する位置に設置される。両端の集塵電極３１０については集塵電極３１０よりも外側に設置される。

各分岐配管３６２の端部にノズル３６３が設置される。ノズル３６３は集塵電極３１０の集塵エリア３４０に向けられる。集塵電極３１０の間に位置する分岐配管３６２の場合は、図１１及び図１３に示されるように２つのノズル３６３が設けられ、それぞれが各集塵電極３１０に向けられる。なお、ノズルの数は上記記載及び図１１〜１３に限定されない。

図１４は、洗浄部の別の例を説明する概略図であり、ガス浄化装置４００を側面から見た概略図である。図１３は、図１〜図４に示す放電電極と同じ構成の放電電極（符号４２０）が設置された例で説明する。
分岐配管４６２−１の端部に集塵電極４１０の奥行方向（ガス流通方向）に延在する分岐配管４６２−２が接続する。分岐配管４６２−２の両端部にノズル４６３が設置される。ノズル３６３と同様に、ノズル４６３は各集塵電極４１０の集塵エリアに向けられる。図１４の洗浄部４６０は、集塵電極４１０の奥行幅（ガス流通方向の幅）が大きい場合に特に有効である。

洗浄部３６０を用いて洗浄を実施する方法を以下で説明する。なお、図１４の洗浄部４６０の場合も、以下と同様の工程にて洗浄を実施する。
洗浄液が、送給配管３６１及び分岐配管３６２を通じて各ノズル３６３に搬送される。ノズル３６３は、集塵エリア３４０側の集塵電極３１０の面に向かって洗浄液を噴霧する。

集塵電極３１０に付着した洗浄液は、上方から下方に向かって集塵電極３１０表面を流れる。この洗浄液の流れに伴って、集塵電極３１０に付着した粒子状物質が集塵電極３１０表面から除去される。集塵電極３１０の下方に流れた洗浄液は、ガス浄化装置３００の外部に搬送されて処理される。

洗浄部３６０，４６０による集塵電極３１０，４１０の洗浄は、（１）ガスが集塵電極３１０，４１０を通過する間に常時行われる、（２）予め設定された洗浄時期に定期的に行われる、（３）集塵電極３１０，４１０の圧力損失が計測されて、圧力損失が所定値に到達した時に行われる。

洗浄水量によっては、集塵電極３１０，４１０の開口部が洗浄水により狭くなる。洗浄水量が多い場合には、開口部が閉塞することもあり得る。図１１〜１４に例示する構成では全ての集塵電極３１０，４１０が同時に洗浄される。従って、運転中に洗浄を実施する場合には、十分な集塵効率を維持することができる洗浄水量で集塵電極３１０，４１０が洗浄される。

変形例として、集塵電極３１０，４１０を複数のブロックに分け、ブロック毎に上記で説明した洗浄部が設置されても良い。この場合、任意のブロック内の集塵電極３１０，４１０で洗浄が実施されるが、他のブロック内の集塵電極３１０，４１０では洗浄が実施されない。任意のブロックでの洗浄が終了すると、任意のブロックでの集塵が再開され、別のブロック内の集塵電極３１０，４１０での洗浄が開始される。こうすることにより、洗浄が実施されている集塵電極３１０，４１０でガスの流通量が低下あるいはガスの流通が停止ししても、他のブロック内の集塵電極３１０，４１０で集塵を継続することができるので、高い集塵効率を維持することができる。

変形例として、洗浄部は、集塵電極３１０，４１０のガス下流側（処理ガスエリア側）に向けて洗浄液が噴霧される構成としても良い。この場合、ガス下流側の集塵電極３１０，４１０表面に洗浄液が当たるように、送給配管、分岐配管及びノズルを配置する。例えば、ノズルは図１１〜１４のように集塵電極３１０，４１０の上方に位置し、集塵電極３１０，４１０の処理ガスエリア側の面に向けられても良いし、ガス上流側から見たときにノズルが集塵電極３１０，４１０よりも後ろ側になるように配置されても良い。

上記では集塵電極３１０，４１０の上方に洗浄部が設置される例を挙げて説明したが、本実施形態はこれに限定されない。ガス浄化装置の大きさや洗浄状況に応じて、集塵電極３１０，４１０の高さ方向途中位置（例えば中段位置）に洗浄部が設置されても良い。この場合、集塵電極３１０，４１０の入口部のガス上流側、または、集塵電極３１０，４１０のガス下流側に洗浄部の送給配管が設置される。

第３実施形態に係るガス浄化装置に依れば、集塵電極に付着した粒子状物質が少なくとも定期的に除去されるので、高い集塵効率を維持することができる。このため、ガス浄化装置の運転を長期間にわたり継続させることができる。また、後段のフィルタの圧力損失の上昇幅を更に抑制することができ、フィルタの交換頻度が更に低減すると言う効果を奏する。

特に火山の降灰時で多量の粒子状物質がガス中に含まれる場合は、洗浄部を用いて集塵電極を適宜洗浄することにより、集塵電極の開口部の閉塞を防止することができる。従って、降灰時でもガス浄化装置を停止させることなく、継続運転が可能となる。

また、第３実施形態に係るガス浄化装置がガスタービンの吸気フィルタに設置される場合、洗浄液やガスによってガスタービンに搬送される吸気が冷却されるので、ガスタービンの出力が増加すると言う効果も奏する。

１００，２００，３００，４００ ガス浄化装置
１１０，２１０，３１０，４１０ 集塵電極
１１１−１，１１１−２，２１１−１，２１１−２ 側面部
１１２，２１２ 湾曲部
１１３，２１３ 連結部
１２０，２２０，３２０，４２０ 放電電極
１２１，２２１ 支持部材
１２２−１，２２２-１ 第１放電トゲ
１２２−２，２２２-２ 第２放電トゲ
１２３，２２３ バスバー
１３０，２３０ 電源
１４０、２４０、３４０ 集塵エリア
１４１，２４１ 入口部
１５０，２５０ 処理ガスエリア
２２４ 枠体
２２５ 連絡軸
２２６ 接合辺
２２７ 離間辺
３６０，４６０ 洗浄部
３６１、４６１ 送給配管
３６２，４６２−１，４６２−２ 分岐配管
３６３，４６３ ノズル

Claims (7)

1. 粒子状物質を含むガスの流通方向に略直交する方向に配列する複数の集塵電極と、
   前記集塵電極の各々に対して１つずつ配置され、前記ガスの流通方向に略直交する方向に配列する複数の放電電極と、
   前記放電電極に接続する電源と、
   を有し、
   前記集塵電極が、
   前記ガスの流通方向と略直交する方向に対向配置される一対の平板の側面部と、前記側面部の前記ガス下流側に配置され、前記ガスの流通方向に向かって凸状に湾曲する板状の湾曲部とを有し、前記ガスの下流側の端部における前記側面部の間の距離が前記ガスの上流側の端部における前記側面部の間の距離よりも短く、
   前記側面部及び前記湾曲部が、前記ガスが流通可能である複数の開口部を有し、
   前記ガスの上流側で前記側面部材及び前記湾曲部に囲まれる集塵エリアを画定し、
   隣り合う前記集塵電極が、前記ガスの上流側端部で接触して連結し、
   前記放電電極が、
   前記集塵エリア内に挿入され、
   支持部材と、前記支持部材から前記側面部材に向かって突出する複数の第１放電トゲと、前記支持部材から前記ガスの流通方向に沿って前記湾曲部に向かって突出する複数の第２放電トゲとで構成され、
   隣り合う前記放電電極がバスバーにより連結されるガス浄化装置。
2. 前記支持部材が前記側面部に対向して配置される平板であり、前記ガスの流通方向に略平行な方向に延在し、
   前記第１放電トゲが前記板状部材の平面上に形成され、
   前記第２放電トゲが前記板状部材の側面に形成され、
   前記第１放電トゲの長さは、前記ガスの流通方向に向かって段階的に短くなる請求項１に記載のガス浄化装置。
3. 前記支持部材が、前記ガスの下流側で互いに連結するとともに前記ガスの上流側で離間して組み合わされた２つの矩形の枠体を有し、
   前記枠体と前記側面部材とが略平行に対向配置され、
   前記第１放電トゲの長さは同一である請求項１に記載のガス浄化装置。
4. 前記湾曲部が円弧であり、前記円弧の中心に前記第２放電トゲの先端が位置し、
   前記第１放電トゲの先端と前記側面部材との距離、及び、前記第２放電トゲの先端と前記湾曲部との距離が一定である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガス浄化装置。
5. 前記集塵電極に向かって洗浄液を供給する粒子状物質除去手段と、前記粒子状物質除去手段に前記洗浄液を送給する送給手段とを備える洗浄部を備える請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガス浄化装置。
6. ガスタービンと、
   外部からガスを取り入れ、前記ガスタービンに粒子状物質が除去された前記ガスを供給する吸気フィルタとを備え、
   前記吸気フィルタが請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガス浄化装置を備えるガスタービン発電システム。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガス浄化装置を用いるガス浄化方法であって、
   前記電源が前記放電電極に電圧を印加し、前記放電電極と前記集塵電極との間にコロナ放電が発生し、該コロナ放電により前記粒子状物質が帯電する工程と、
   前記ガスが前記開口部を通過する間に帯電した前記粒子状物質が前記集塵電極に付着し、前記ガスから前記粒子状物質が除去される工程とを含むガス浄化方法。

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