JP2021037513A - 電気集塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コロナ放電部の反対側の集塵極であっても有効に集塵することができる電気集塵装置を提供する。【解決手段】本体部５ｂと本体部５ｂから突出するコロナ放電用の突起部５ａとをそれぞれ有し、ガス流れ方向に沿って配列された複数の放電極５と、ガス流れ方向に沿って配置され、突起部５ａ側に位置する放電側集塵極４ａと、ガス流れ方向に沿って配置され、放電極５を挟んで放電側集塵極４ａの反対側に位置する反対側集塵極４ｂとを備え、放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１は、放電側集塵極４ａの中心を通る配列位置である第１中心軸線と反対側集塵極４ｂの中心を通る配列位置である第２中心軸線との間の中央位置ＣＬよりも放電側集塵極４ａから遠ざかる方向に位置されており、放電側集塵極４ａは、ガス流れ方向に沿って間隔をあけて配置されており、反対側集塵極４ｂは、ガス流れ方向に沿って間隔をあけて配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電気集塵装置に関するものである。

従来の電気集塵装置として、ガス流れに沿って平行に配列された平板状の集塵極と、その中央に配列されたコロナ放電部を有する放電極とを備えたものが知られている。放電極のコロナ放電部の形状には、突起形状を持たせて電界の集中を生じさせることでコロナ放電を確保する方式と、放電極本体を一様な電界集中を生じさせる構造、例えば角線や細いピアノ線などがあるが、一般産業用の電気集塵装置では、電極が汚れても安定したコロナ放電を確保するため、突起状のコロナ放電部を有した構造が主流であり、以降この構造を前提とする。

電気集塵装置では、集塵極と放電極との間に直流高電圧を印加し、放電極のコロナ放電部で安定したコロナ放電を行うことで、ガス流れ中のダストを帯電させる。帯電したダストは放電極と集塵極との間の電界下でダストに作用するクーロン力の働きにより集塵極に捕集されると、従来の集じん理論では説明されている。

ところで、特許文献１，２の電気集塵装置は、ダストを通過させるための複数の貫通孔を備え、内部にダストを捕集するための閉空間を有した集塵極を備えている。特許文献１，２では、該貫通孔を介して閉空間にダストを閉じ込めることで捕集ダストが再飛散しにくくさせている。

特許文献３の電気集塵装置は、６５％から８５％の開口率を有するアース電極と、ガスを捕集する集塵フィルタ層と、を含む集塵極を備えている。このような集塵極を備えることにより、特許文献３では、ガス流れと直交する断面内においてイオン風を発生させ、放電極と集塵極との間を循環するらせん状のガス流れを生成させ、ダストを効率よく捕集するようにしている。特許文献３では、イオン風を積極的に利用するが、本ケースはダストを、主として集じんフィルタ層に捕集させることを目的としている。

特許第５７６１４６１号公報 特許第５７０５４６１号公報 特許第４８２３６９１号公報

電気集塵装置における集塵効率ηは、よく知られた下記のドイチェの数式（式（１））により算出することができる。ｗは、集塵性指数（粒子状物質の移動速度）、ｆは、単位ガス量当たりの集塵面積である。
η＝１−exp（−ｗ×ｆ）・・・（１）

上記式（１）において、ダスト（粒子状物質）の移動速度ｗは、クーロン力による力と、気体の粘性抵抗の関係で決まるとされている。ドイチェの数式（上記式（１））では、ダストが放電極から電界中を移動するとされており、イオン風は性能への影響においては直接考慮されていない。しかしながら、その性能設計の前提であるダスト濃度の分布は、常に電気集塵装置のガス流れに直交した放電極と集塵極との間の集じん空間の断面内では一様であるという前提条件があり、イオン風はガスの乱れを生じさせて、ダスト濃度を一様とさせる要因の一つとして考えられている。

イオン風は、電極間に負の電圧を印加した際に、放電極でコロナ放電によりマイナスイオンが発生し、その結果、生じるものであり、正の電圧の場合にはプラスのイオンにより生じる。以下、本明細書では、産業用の電気集塵装置をベースに考えるため、負の電圧を印加するケースについて記載するが、正であっても同様である。

ガス流れに沿って電極群が配置されている電気集塵装置では、放電極で生じたイオン風は、集塵極に向けて、ガス流れを横切るよう流れる。集塵極に達したイオン風は、集塵極で反転して流れ方向を変える。これにより、電極間にらせん状の乱流が生じる。

乱流のうち、放電極から集塵極へと向かう流れは、ダストを集塵極近傍まで運ぶ作用がある。集塵極近傍まで運ばれたダストは、最終的にはクーロン力により捕集される。

しかしながら、集塵極で反転したイオン風は、収集体である集塵極から離れる方向へとダストを移動させるため、集塵を阻害するような作用もある。そのため、集塵極に開口部を設け、イオン風の反転を防ぐ手段が有効である。

特許文献３には、イオン風の効果も考慮した電気集塵装置が記載されている。しかしながら、このケースでは、開口部を有する集塵極の背後にあるフィルタ層にイオン風を送り込む構造であり、主ガスの影響を受けない箇所での集じんをすることを目的としていて、構造も複雑であること、及び、乾式では付着ダストの剥離回収が困難であった。

また、放電極の本体部から突出するコロナ放電部から発生するコロナ放電によってコロナ電流とともにイオン風が集塵極側に向かって流れるが、放電極においてコロナ放電部が設けられていない反対側の集塵極との間ではコロナ放電が発生しないのでイオン風を利用することができない。また、コロナ放電部が設けられていない反対側では、コロナ電流や帯電ダストによる集塵空間での電荷量がコロナ放電部に比べて少ないため、集塵極近傍での電界強度の持ち上がりがコロナ放電部側に比べて小さく、クーロン力による集塵作用も弱くなる。このため、本発明者等は、コロナ放電部の反対側の集塵極の積極的な利用に着目した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コロナ放電部の反対側の集塵極であっても有効に集塵することができる電気集塵装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電気集塵装置は、本体部と該本体部から突出するコロナ放電用のコロナ放電部とをそれぞれ有し、ガス流れ方向に沿って配列された複数の放電極と、前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記コロナ放電部側に位置する放電側集塵極と、前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記放電極を挟んで前記放電側集塵極の反対側に位置する反対側集塵極とを備え、複数の前記コロナ放電部は、前記ガス流れ方向に沿って配列され、前記ガス流れ方向に沿って隣り合う二つの前記コロナ放電部は、突出方向が同一の向きであり、前記コロナ放電部は、前記放電側集塵極にのみ向かって突出しており、前記放電極の前記本体部の中心は、前記放電側集塵極の中心を通る配列位置である第１中心軸線と前記反対側集塵極の中心を通る配列位置である第２中心軸線との間の中央位置よりも前記放電側集塵極から遠ざかる方向に位置されており、前記放電側集塵極は、前記ガス流れ方向に沿って間隔をあけて配置されており、前記反対側集塵極は、前記ガス流れ方向に沿って間隔をあけて配置されている。

本発明の一態様に係る電気集塵装置は、本体部と該本体部から突出するコロナ放電用のコロナ放電部とをそれぞれ有し、ガス流れ方向に沿って配列された複数の放電極と、前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記コロナ放電部側に位置する放電側集塵極と、前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記放電極を挟んで前記放電側集塵極の反対側に位置する反対側集塵極とを備え、複数の前記コロナ放電部は、前記ガス流れ方向に沿って配列され、前記ガス流れ方向に沿って隣り合う二つの前記コロナ放電部は、突出方向が同一の向きであり、前記コロナ放電部は、前記放電側集塵極にのみ向かって突出しており、前記放電極の前記本体部の中心は、前記放電側集塵極の中心を通る配列位置である第１中心軸線と前記反対側集塵極の中心を通る配列位置である第２中心軸線との間の中央位置よりも前記放電側集塵極から遠ざかる方向に位置されており、前記放電側集塵極及び前記反対側集塵極は、それぞれ開口が形成されている。

放電極は、集塵極のうちの一方の放電側集塵極にのみ向かって突出するコロナ放電部を有している。これにより、コロナ放電部から放電側集塵極のみに向かってコロナ放電させてイオン風を流すことができる。この方式は、通常の放電極ではコロナ放電部を両側に有することで両サイドにイオン風を流す方式に比べ、集塵極を挟んで相対する放電極との間でのイオン風の干渉をなくすことができるメリットがある。
しかしながら放電極を挟んで放電側集塵極の反対側、すなわちコロナ放電部の反対側に位置する反対側集塵極は、コロナ放電部に対向していないのでコロナ放電はほとんど生じない。しかし、放電極の本体部の中心が放電側集塵極と反対側集塵極との間の中央位置よりも放電側集塵極から遠ざかる方向に位置されているので、放電極の本体部と反対側集塵極とが近づくことになる。これにより、放電極の本体部と反対側集塵極との間の電界強度を増加させることができ、反対側電極においてもクーロン力の向上による集塵効率を高めることができる。
放電極の本体部の中心は、例えば、放電側集塵極と反対側集塵極との間の距離が３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下とされている場合、反対側集塵極側に１０ｍｍ以上離れて位置されていることが好ましい。
集塵極としては、例えば、複数の剛性を有する部材を所定間隔で並べた離散形集塵極が挙げられる。剛性を有する部材としては、例えば本体部がパイプ形状とされた部材が挙げられる。また、他の形式の集塵極としては、例えば、複数の貫通孔を有する板状体とされた平板集塵極が挙げられる。平板集塵極としては、例えばパンチングメタルや金網が用いられる。

さらに、本発明の一態様に係る電気集塵装置では、前記放電極の前記本体部の中心と前記放電側集塵極の前記第１中心軸線との間の距離をＤ１、前記放電極の前記本体部の中心と前記反対側集塵極の前記第２中心軸線との間の距離をＤ２とした場合、１．１ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ ２．０とされている。

１．１ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ ２．０とすることにより、放電極の本体部と反対側集塵極との間の電界強度を増加させつつ、当該電界強度をコロナ放電部と放電側集塵極との間の電界強度に近づけることができる。１．１ ＞ Ｄ１／Ｄ２とする場合と比べて、集塵性能が向上し、Ｄ１／Ｄ２ ＞ ２．０とする場合と異なり、火花放電の発生を防止できる。

更に、本発明の一態様に係る電気集塵装置では、複数の前記放電側集塵極と複数の前記反対側集塵極は、それぞれ前記ガス流れ方向に沿って配列され、前記Ｄ１は、前記放電極の本体部の中心と前記放電側集塵極の前記第１中心軸線との間の距離であり、前記Ｄ２は、前記放電極の本体部の中心と前記反対側集塵極の前記第２中心軸線との間の距離である。

放電側集塵極と反対側集塵極がそれぞれ一方向に沿って配列されており、Ｄ１は、放電側集塵極の配列方向に対して垂直方向において放電極の本体部の中心と放電側集塵極の配列位置との間の距離であり、Ｄ２は、反対側集塵極の配列方向に対して垂直方向において放電極の本体部の中心と反対側集塵極の配列位置との間の距離である。

さらに、本発明の一態様に係る電気集塵装置では、前記放電極と前記放電側集塵極との間の電界強度と、前記放電極と前記反対側集塵極との間の電界強度とが同等とされている。

放電極と放電側集塵極との間の電界強度と、放電極と反対側集塵極との間の電界強度とが同等とすることで、放電極の本体部の中心を両集塵極間の中央に位置させる場合に比べて、放電極と反対側電極との間の電界強度を増加させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る電気集塵装置では、前記コロナ放電部の先端は、前記放電側集塵極の前記第１中心軸線と前記反対側集塵極の前記第２中心軸線との間の前記中央位置よりも前記反対側集塵極側に位置している。

コロナ放電部の先端を、両集塵極間の中央位置よりも反対側集塵極側に位置させることで、コロナ放電部と放電側集塵極との間の電界強度を低下させつつも、放電極の本体部との反対側電極との間の電界強度を増加させることができる。

放電極の本体部と反対側集塵極との間の電界強度を増加させることで、反対側電極においてもクーロン力の向上により集塵効率を高めることができ、反対側集塵極であってもさらに有効に集塵することができる。

本発明の一実施形態に係る電気集塵装置を示した斜視図である。 図１の電気集塵装置を上方から見た平面図である。 図１の電気集塵装置をガス流れ方向から見た正面図である。 集塵極と放電極との位置関係を示した平面図である。 放電極の突起部に相当する高さ位置の横断面図である。 オフセット無し場合の放電側放電極と集塵極間の電界強度を示した図である。 オフセット無し場合の反対側放電極と集塵極間の電界強度を示した図である。 オフセット有り場合の放電側放電極と集塵極間の電界強度を示した図である。 オフセット有り場合の反対側放電極と集塵極間の電界強度を示した図である。 放電極の変形例を示した正面図である。 放電極の他の変形例を示した正面図である。 集塵極の変形例を示した平面図である。 集塵極の変形例を示した正面図である。 集塵極の他の変形例を示した平面図である。 集塵極の他の変形例を示した正面図である。 集塵性能指数比とオフセット比の関係を示すグラフである。 集塵極近傍の電界強度とオフセット比の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る電気集塵装置を示した平面図である。

以下に、本発明に係る電気集塵装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

電気集塵装置１は、例えば石炭等を燃料とする火力発電プラントに用いられ、ボイラから導かれた燃焼排ガス中のダスト（粒子状物質）を回収する。また、電気集塵装置１は、火力発電プラント用とは各構成要素のサイズが異なるが、建築物や地下空間等に設置され、微小粒子状物質（例えばＰＭ２．５など）を回収し、空間内の空気を浄化する。

電気集塵装置１は、例えば金属製等の導電性とされた複数の集塵極４を備えている。集塵極４は、円形の横断面を有する中空の柱状とされた円形パイプとされており、長手方向であるｚ方向に直交するｘ方向（ガス流れＧ方向）に所定の間隔をあけて配列されている。ｘ方向に配列された集塵極４の列は、ｚ方向及びｘ方向に直交するｙ方向に所定間隔をあけて平行に複数列設けられている。集塵極４の各列の間に、ｘ−ｚ面内に放電極５が配置されている。図１では、放電極５の取付枠５ｃの位置が示されている。放電極５は、図１から分かるように、ガス流れＧ方向に直交するｙ方向に並ぶ集塵極４間の中央位置ＣＬから一方の集塵極４側（図１ではｙ方向の右側）にオフセットされている。

集塵極４は接地されている。放電極５は、図示しない負の極性を有する電源に接続されている。なお、放電極５に接続する電源は正の極性を有していても良い。

図２に示すように、放電極５は、取付枠５ｃに固定された本体部５ｂと、本体部５ｂから突出するトゲ状とされた複数の突起部（コロナ放電部）５ａとを備えている。突起部５ａは、一方の集塵極４側のみに先端を向けて突出するように設けられている。突起部５ａは、ガス流れＧ方向であるｘ方向において、集塵極４の間に位置するように配置されている。突起部５ａにおいてコロナ放電が発生し、突起部５ａの先端から対向する集塵極４側に向けてイオン風が発生する。

図２に示されているように、放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１は、集塵極４間の中央位置ＣＬからオフセットされている。具体的には、放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１は、突起部５ａが対向する集塵極４（以下、この集塵極４を「放電側集塵極４ａ」という。）から遠ざかる方向に、かつ、突起部５ａの反対側の集塵極４（以下、この集塵極４を「反対側集塵極４ｂ」という。）に近づくように中央位置ＣＬから位置がずらされている。したがって、本体部５ｂの中心Ｃ１と放電側集塵極４ａの中心Ｃ２を通る配列位置との間のｙ方向に見た距離Ｄ１は、本体部５ｂの中心Ｃ１と反対側集塵極４ｂの中心Ｃ３を通る配列位置との間のｙ方向に見た距離Ｄ２よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ２）。なお、放電極５と集塵極４とがｙ方向に交互に配置されているので、１つの集塵極４のうち、突起部５ａ側が放電側集塵極４ａとなり、突起部５ａの反対側が反対側集塵極４ｂとなる。

距離Ｄ１は、放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１と放電側集塵極４ａの中心Ｃ２を通る配列位置との間の距離である。すなわち、Ｄ１は、放電側集塵極４ａの配列方向に対して垂直方向（ｙ方向）において放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１と放電側集塵極４ａの配列位置（中心軸線）との間の距離である。

距離Ｄ２は、放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１と反対側集塵極４ｂの中心Ｃ３を通る配列位置との間の距離である。すなわち、Ｄ２は、反対側集塵極４ｂの配列方向に対して垂直方向（ｙ方向）において放電極５の本体部５ｂの中心Ｃ１と反対側集塵極４ｂの配列位置（中心軸線）との間の距離である。

突起部５ａの先端は、例えば放電極５の本体部５ｂの中心から放電部先端までの距離、すなわちＤｄ／２＋Ｌｂ（図４Ｂ参照）が３０ｍｍ未満、好ましくは２０ｍｍ程度とされた場合には、中央位置ＣＬよりも反対側集塵極４ｂ側に位置するように配置されている。

上記のように、突起部５ａを一方向に向け、かつｘ方向において集塵極４の間に配置することで、突起部５ａから放電側集塵極４ａに向かうイオン風が略同じ方向を向かい、イオン風の干渉を避けることができるようになっている。

図３には、図１をガス流れＧ方向から見た正面図が示されている。同図に示されているように、突起部５ａは、高さ方向において、所定間隔を空けて設けられている。

図４Ａには、集塵極４と放電極５とを平面視したときの位置関係が示されている。
ガス流れＧ方向であるｘ方向に並ぶ集塵極４の間隔はＰｃ、ｘ方向に並ぶ放電極５の間隔はＰｄとされる。また、ｙ方向に並ぶ集塵極４の間隔は２Ｄとされる。集塵極４の直径はＤｃとされる。

本実施形態において、放電極５のオフセット位置、すなわち、放電極５の本体部５ｂの中心が中央位置ＣＬからｙ方向にずれる位置は、距離Ｄ１及び距離Ｄ２の比が、１．１ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ ２．０の範囲に設定されることが望ましい。Ｄ１／Ｄ２の下限は、１．２とされると更によい。

放電極５の突起部５ａの先端と最も近い放電側集塵極４ａの側面との距離はＬ１、放電極５の突起部５ａの反対側の本体部５ｂと最も近い反対側集塵極４ｂの側面との距離はＬ２とされる。
なお、図４Ａにおいて示される放電極５と集塵極４との間に描かれた曲線は電気力線である。

図４Ｂには、放電極５の突起部５ａに相当する高さ位置における横断面が拡大して示されている。同図に示すように、放電極５の本体部５ｂは円形断面を有しており、その直径はＤｄとされる。突起部５ａが本体部５ｂから突出する突起長さはＬｂとされる。

図４Ａ及び図４Ｂに示した諸元を用いると、Ｌ１及びＬ２は下式のように表すことができる。
Ｌ１＝（（Ｄ１−Ｄｄ／２−Ｌｂ）^２＋（Ｐｄ／２）^２）^０．５−Ｄｃ／２
Ｌ２＝（Ｄ２^２＋（Ｐｄ／２）^２）^０．５−Ｄｃ／２−Ｄｄ／２
そして、放電極５の本体部５ｂの中心が中央位置ＣＬからｙ方向にずれるオフセット量Ｌｅは、下式によって表される。
Ｌｅ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２
なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、トゲ状の突起部５ａの位置での断面での例を示したが、実際には突起部５ａが占める部分は放電極５の一部であり、隣り合う二つの突起部５ａ間の部分が放電極５の大部分を占める。そのため、突起部５ａの長さＬｂは無視してＬ１、Ｌ２を評価しても構わない。

ｙ方向に並ぶ集塵極４間の距離である２Ｄは、たとえば一般産業用では３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下とされている。ただし他の用途では、それ以外の寸法とすることもできる。

次に、図５Ａ乃至図６Ｂを用いて、放電極５をオフセットさせた場合の作用効果について説明する。

図５Ａ及び図５Ｂには、オフセット量Ｌｅ＝０とされたオフセット無しの場合、すなわち放電極５の本体部５ｂが中央位置ＣＬ上に設けられている場合の電界強度分布が示されている。図５Ａに示すように、突起部５ａと放電側集塵極４ａとの間は、コロナ電流が流れるにしたがい、放電側集塵極４ａ近傍の電界強度E1maxは空間中に存在するマイナスイオンと帯電ダストが有する空間電荷で上昇する。この放電側集塵極４ａ付近での火花放電限界の電界強度（Ecr）が最大の印加可能な最大電界強度の条件となる（E1max≦Ecr）。

一方、図５Ｂに示すように、突起部５ａの反対側と反対側集塵極４ｂとの間では、図５Ａのような空間電荷による持ち上がりがないため、反対側集塵極４ｂ近傍の電界強度E2maxは、E１maxよりも小さい。
なお、電界強度を距離Ｌ１，Ｌ２で積分した面積Ａ１，Ａ２はそれぞれが印加電圧Voに相当するため、等しい値となる。

図６Ａ及び図６Ｂには、本実施形態に相当し、放電極５が中央位置ＣＬからオフセットされた場合の放電極５と集塵極４との間の電界強度分布が示されている。図６Ａが図５Ａに対応し、図６Ｂが図５Ｂに対応する。

図６Ａ及び６Ｂに示されているように、突起部５ａと放電側集塵極４ａとの間の電界強度は、オフセットによりＬ１＞Ｌ２又はＤ１＞Ｄ２とされているため、放電側集塵極４ａ近傍の電界強度E1maxは、オフセット無しの場合と同じ電圧Voであれば、図５Ａよりは低下し、E1ave.（＝Vo/L1）も小さくなる。一方、オフセットによって図５Ｂの場合よりもＬ２が小さくなり、平均電界強度E2ave.が大きくなることで、反対側集塵極４ｂ近傍の電界強度E2maxは増加させることができる。

一般に、E1maxが火花放電限界電界強度Ecr以下での運転となるが、オフセットすることで突起物側の距離が長くなるため、オフセット無しの場合に比べて当初のE1maxと同じ電界強度にするためには、印加線圧Vnそのものを高くすることができ（Vn>Vo）、このため突起物と反対側の最大電界強度E2maxもさらに高くすることができる。このように、オフセットするとともに、印加電圧を高くすることで、電界強度E1maxをオフセット前と同等に維持しつつ、E2maxをE1maxと同じレベルまで高くすることで、集塵極近傍の最も集塵に効果のある場の電界強度を高め、クーロン力による捕集効率を高めることが可能となる。なお、オフセットすることでコロナ放電側の距離は大きくなり、この間を移動するダストの移動距離は大きくなるが、この部分でのダストの移動はイオン風が主体となるため、若干の到達距離の増加や途中の平均電界強度の低下は性能にはマイナスとならず、放電側集塵極４ａの裏側の反対側集塵極４ｂに回り込んだダストの反対側集塵極４ｂ近傍の電界強度E2max の増大で性能を高くすることが可能となる。

オフセット量Ｌｅは、放電側集塵極４ａの電界強度E1maxと反対側集塵極４ｂの電界強度E2maxとが同等となるように調整されることが好ましい。図５Ａ乃至図６Ｂで示す電界強度の例は、パイプ状の集塵極４を間隔をあけて配置した事例であり、Ｌ１，Ｌ２での最短距離をベースに記載している。集塵極４の電極例としては、メッシュ状の電極等もあるため、以下はオフセット量を定義するため、集塵極４の中心Ｃ２，Ｃ３を通過する配列位置と放電極５の中心Ｃ１間距離であるＤ１，Ｄ２でまとめて表記する。この場合、パイプ状の電極であっても、Ｌ１，Ｌ２でなく、Ｄ１，Ｄ２で評価しても実用上の範囲ではほぼ同等とみなせるため、支障はない。

両者の電界強度が等しくなる範囲は、例えば、１．５ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ １．８である。但し、電気集塵装置１の運転条件や集塵極４又は放電極５の条件によって最適なＤ１／Ｄ２の範囲は変動する。

距離Ｄ１及び距離Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２の下限は、例えば１．１であり、より望ましくは１．２である。図１０に示すように、ガス流れＧの流速によって、オフセット量と集塵性能の関係が変化するという知見が得られている。ガス流れＧが比較的速いときは、Ｄ１／Ｄ２が１．１以上になると、集塵性能が向上する。ガス流れＧが比較的遅いときは、Ｄ１／Ｄ２が１．２以上になると、集塵性能が向上し、この範囲では、ガス流れＧが比較的速いときは、集塵性能が確実に向上する。

ガス流れＧの流速が速い条件では、よりクーロン力の影響が大きいため、電界強度の増大に影響を受けて、比較的小さいオフセット量（例えば１．１ ≦ Ｄ１／Ｄ２）でも集塵性能が向上する。これに対し、流速が遅い条件では、イオン風の影響が大きいことから、電界強度の増大によって集塵性能が向上するには、より大きなオフセット量（例えば１．２ ≦ Ｄ１／Ｄ２）が必要になる。１．２ ≦ Ｄ１／Ｄ２であれば、ガス流れＧの流速に関わらず、集塵性能を向上させることができる。

オフセット量を過大にすると、反対側集塵極近傍の電界強度E2max>E1maxとなり、コロナ放電部と反対側での火花放電限界電界強度が運転上の制約条件となり、コロナ放電側での性能が発揮できなくなるため、好ましくない。よって、最大のオフセット量はE2maxがE1maxを大きく超えない範囲に設定されることが望ましい。

図１１には、一般産業用の電気集塵装置１において、Ｄ１／Ｄ２を変化させた時のコロナ放電側（放電極５の本体部５ｂに突起部５ａを有する側、すなわち、放電線にトゲのある側）の放電側集塵極４ａ近傍の電界強度と、電界側（放電極５の本体部５ｂに突起部５ａを有さない側、すなわち、トゲのない側）の反対側集塵極４ｂ近傍の電界強度を解析して比較した例を示す。電気集塵装置１の運転条件としての電流電圧をともに上昇させていった。図１１において、左のグラフから右のグラフに行くに従い、電流電圧が高くなっている。

いずれの場合も、Ｄ１／Ｄ２＝１の場合には、トゲのある側の放電側集塵極４ａのほうがトゲの長さ分距離が近いことに加え、コロナ電流による空間電荷で電界が持ち上がる効果が加算されるため、トゲのある側の放電側集塵極４ａのほうの電界強度が高い。そして、電流が増えていくに従い、その持ち上がりの効果が大きくなり、電界強度の値が高くなっていく。

一方、図１１のいずれのグラフの場合もＤ１／Ｄ２が増えていくに従いトゲのない側の反対側集塵極４ｂの電界強度は一義的に増加していく傾向を示す。理想的にはトゲのある側とトゲのない側の電界強度が一致するポイントが、最もバランスの取れた電界強度配分と考えられる。しかし、実際の運転では、いろいろな条件が複合しているため、最適な条件は変動する。このため、図１０のＤ１／Ｄ２を変化させた時の集塵性の向上に関するテスト結果でも、集塵性能の最適ポイントもある程度のばらつきを有している。

また、図１１の右側のほうのグラフ、すなわち電流電圧を上昇させた運転では、特にオフセット量の大きなＤ１／Ｄ２が大きな領域では、一般産業用の電気集塵装置１での火花放電電界強度（これは、ガスの組成や運転温度条件によっても大きく異なるが、通常８ｋＶ／ｃｍ〜１２ｋＶ／ｃｍとされている。）をトゲのない側の反対側集塵極４ｂのほうが先に超えてしまうため、好ましくない。
より具体的には、Ｄ１／Ｄ２ ≦ ２．０とされることが望ましい。

Ｄ１／Ｄ２が２．０を超えると、反対側集塵極４ｂ側の電界強度が、電気集塵装置１の通常運転条件下において、火花放電が発生する領域に到達する、又は、到達する値に近くなる。そのため、電気集塵装置１の運転条件の制約を受けて、安定運転は困難になる。したがって、Ｄ１／Ｄ２の上限は２．０とされることが望ましい。

次に、本実施形態の電気集塵装置１の動作を説明する。
電気集塵装置１では、放電極５に電源から負電圧を印加することで、突起部５ａの先端でコロナ放電が発生する。ガス流れＧに含まれるダストは、コロナ放電により帯電される。従来の電気集塵装置の捕集原理では、帯電されたダストは、クーロン力により接地された集塵極４に引き寄せられ、集塵極４上に捕集されるとされてきたが、実際にはイオン風の影響が大きく作用している。

コロナ放電が発生すると、突起部５ａ近くでマイナスイオンが発生し、そのマイナスイオンが電界によって集塵極４に向けて移動し、イオン風が生じる。そのためクーロン力がダストに作用すると同時に、集塵極４に向かって流れるイオン風が、ガス流れＧに含まれるダストを放電側集塵極４ａの近傍まで移動させるように作用する。そして、放電側集塵極４ａの近傍の領域で、電界強度の持ち上がりによってクーロン力を高め、効果的にダストを集塵する。また、円形パイプとされた集塵極４を所定のガス流れＧ方向であるｘ方向に間隔をあけて配置することで、突起部５ａから放電側集塵極４ａへ向けて流れるイオン風の一部が集塵極４の裏側へ抜けることを許容する。これにより、イオン風が集塵極４で反転されて離反する流れを抑制できるため、捕集効率が向上する。

ダストを含んで集塵極４に向かって流れるイオン風の一部は、集塵極４の間を通り抜ける。イオン風は一方向に向けられるので、互いに干渉することがない。

一方、突起部５ａの反対側の反対側集塵極４ｂとの間では、図６Ｂを用いて説明したように、放電極５を中央位置ＣＬからオフセットすることによって、反対側集塵極４ｂ近傍の電界強度E2maxをオフセット無しに比べて増加することができる。これにより、突起部５ａの反対側の反対側集塵極４ｂでもクーロン力によって効果的に集塵が行われる。すなわち、イオン風によって集塵極４の背面である反対側集塵極４ｂに回り込んだ未捕集ダストを効率的に捕集することができる。

集塵極４に捕集されたダストは、槌打によって剥離回収される。あるいは、集塵極を移動させてブラシでダストを掻き落とす方式や、湿式洗浄を採用しても良い。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
放電極５の本体部５ｂの中心が放電側集塵極４ａと反対側集塵極４ｂとの間の中央位置ＣＬよりも放電側集塵極４ａから遠ざかる方向に位置されているので、放電極５の本体部５ｂと反対側集塵極４ｂとが近づくことになる。これにより、放電極５の本体部５ｂと反対側集塵極４ｂとの間の電界強度を増加させることができ、反対側集塵極４ｂにおいてもクーロン力による集塵効率を高めることができる。

なお、上述した実施形態では、放電極５の構成として、円形の横断面を有する本体部５ｂに対して突起部５ａを設けた構成としたが、図７Ａに示すように、横断面が矩形とされた角棒５ｂ’に突起部５ａを設けた構成としても良い。あるいは、図７Ｂに示すように、平板を打ち抜いて形成し、突起部５ａと本体部５ｂ”とが一体的に構成されているものであっても良い。

また、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、上述した円形パイプとした集塵極４に代えて、平板に多数の孔を形成したパンチングメタルのような平板状集塵極４’としても良い。あるいは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、多数の孔を形成したパンチングメタルのような平板をガス流れＧ方向に交互に規則的に折り返した折れ板状集塵極４”としても良い。この場合、放電極５の突起部５ａは、対向する折れ板の凹凸に応じてオフセットされる。

さらに、集塵極４は、金属製線材を縦方向と横方向などに交差させた織金網（例えばロッククリンプ織金網など）でもよい。織金網は、一定の開口率を有しつつ、表面にエッジがないため、集塵極４近傍の電界強度を一様に上昇させることができる。なお、金網は、織金網に限定されず、溶接金網のように断面円形状の線材を縦方向と横方向に並べて接続したものでもよい。

電気集塵装置１が、空気浄化用に空気清浄機として用いられる場合、粒子が装置内に滞留する時間が短く、粒子濃度も低い。一方、火力発電プラントに用いられる電気集塵装置１は、空気浄化用に用いられる場合と異なり規模が大きく、粒子が滞留する時間が長く、粒子濃度も高い。空気浄化用の電気集塵装置１において、低濃度の粒子を短い滞留時間で通過させると、放電極５の突起部５ａからのイオン風によって生じるガス循環による効果で、粒子を集塵極４に捕集できない。

そこで、図１２に示すように、反対側集塵極４ｂと放電極５の間のガス流れＧの上流側において、ガス遮断板６が設置されるとよい。ガス遮断板６によってガス流れＧが妨げられることにより、反対側集塵極４ｂと放電極５間に流れるガス流れの流量が低減し、集塵極４を通り抜けた粒子の滞在時間を長くして、捕集性能を高めることができる。

１ 電気集塵装置
４ 集塵極
４ａ 放電側集塵極
４ｂ 反対側集塵極
５ 放電極
５ａ 突起部（コロナ放電部）
５ｂ 本体部
５ｃ 取付枠
６ ガス遮断板
Ｃ１ （放電極の本体部の）中心
ＣＬ 中央位置

Claims (6)

1. 本体部と該本体部から突出するコロナ放電用のコロナ放電部とをそれぞれ有し、ガス流れ方向に沿って配列された複数の放電極と、
   前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記コロナ放電部側に位置する放電側集塵極と、
   前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記放電極を挟んで前記放電側集塵極の反対側に位置する反対側集塵極と、
   を備え、
   複数の前記コロナ放電部は、前記ガス流れ方向に沿って配列され、
   前記ガス流れ方向に沿って隣り合う二つの前記コロナ放電部は、突出方向が同一の向きであり、
   前記コロナ放電部は、前記放電側集塵極にのみ向かって突出しており、
   前記放電極の前記本体部の中心は、前記放電側集塵極の中心を通る配列位置である第１中心軸線と前記反対側集塵極の中心を通る配列位置である第２中心軸線との間の中央位置よりも前記放電側集塵極から遠ざかる方向に位置されており、
   前記放電側集塵極は、前記ガス流れ方向に沿って間隔をあけて配置されており、
   前記反対側集塵極は、前記ガス流れ方向に沿って間隔をあけて配置されている電気集塵装置。
2. 本体部と該本体部から突出するコロナ放電用のコロナ放電部とをそれぞれ有し、ガス流れ方向に沿って配列された複数の放電極と、
   前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記コロナ放電部側に位置する放電側集塵極と、
   前記ガス流れ方向に沿って配置され、前記放電極を挟んで前記放電側集塵極の反対側に位置する反対側集塵極と、
   を備え、
   複数の前記コロナ放電部は、前記ガス流れ方向に沿って配列され、
   前記ガス流れ方向に沿って隣り合う二つの前記コロナ放電部は、突出方向が同一の向きであり、
   前記コロナ放電部は、前記放電側集塵極にのみ向かって突出しており、
   前記放電極の前記本体部の中心は、前記放電側集塵極の中心を通る配列位置である第１中心軸線と前記反対側集塵極の中心を通る配列位置である第２中心軸線との間の中央位置よりも前記放電側集塵極から遠ざかる方向に位置されており、
   前記放電側集塵極及び前記反対側集塵極は、それぞれ開口が形成されている電気集塵装置。
3. 前記放電極の前記本体部の中心と前記放電側集塵極の前記第１中心軸線との間の距離をＤ１、前記放電極の前記本体部の中心と前記反対側集塵極の前記第２中心軸線との間の距離をＤ２とした場合、
   １．１ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ ２．０
   とされている請求項１又は２に記載の電気集塵装置。
4. 複数の前記放電側集塵極と複数の前記反対側集塵極は、それぞれ前記ガス流れ方向に沿って配列され、
   前記Ｄ１は、前記放電極の本体部の中心と前記放電側集塵極の前記第１中心軸線との間の距離であり、
   前記Ｄ２は、前記放電極の本体部の中心と前記反対側集塵極の前記第２中心軸線との間の距離である請求項３に記載の電気集塵装置。
5. 前記放電極と前記放電側集塵極との間の電界強度と、前記放電極と前記反対側集塵極との間の電界強度とが同等とされている請求項１から４のいずれかに記載の電気集塵装置。
6. 前記コロナ放電部の先端は、前記放電側集塵極の前記第１中心軸線と前記反対側集塵極の前記第２中心軸線との間の前記中央位置よりも前記反対側集塵極側に位置している請求項１から５のいずれかに記載の電気集塵装置。