JP4526201B2 - 電気集塵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えばトンネル内の空気を浄化するのに最適な電気集塵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車道トンネル内の空気は、自動車から排出される排気ガス中の有害ガス、煤煙、自動車の走行に伴って生じるタイヤや道路アスファルトの磨耗粉塵などのサブミクロンオーダの浮遊微粒子で汚染されている。そこで、この汚染空気中の煤煙粒子を除去するために帯電部および集塵部によって構成されたコロナ放電式二段式電気集塵装置を用いた空気浄化設備が実用化されている。
【０００３】
コロナ放電式二段式電気集塵装置の原理を図１に示す。このコロナ放電式二段式電気集塵装置１００は帯電部１と集塵部２とから構成されている。帯電部１は線対平板電極構造であり、1対の平板からなる接地電極３ａ，３ｂと、線状の高電圧電極４とを有する。電極間には直流高電圧を印加し、コロナ放電を発生させる。集塵部２は、平行平板電極構造であり、1対の平板からなる接地電極５ａ，５ｂと、1枚の平板からなる高電圧電極６とを有する。電極間には直流高電圧を印加し、静電界を形成する。コロナ放電式二段式電気集塵装置１００に煤塵を含んだ空気が導入されると、空気中の粒子は帯電部１において単極性に帯電し、集塵部２の静電界によって、集塵電極（接地電極５ａ，５ｂ）上に捕集される。コロナ式二段式電気集塵装置は、ナノメータ粒子に対しても集塵率が高く、また大流量処理に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、トンネル内の浮遊粒子の大半はカーボンである。コロナ放電式二段式電気集塵装置によってカーボンを補集する場合、再飛散現象によって集塵率が著しく低下する。コロナ放電式二段式電気集塵装置における再飛散メカニズムを図２に示す。７は集塵部の高電圧電極、８は集塵部の接地電極である。ここで、粒子は、帯電部において負に単極帯電されるとする。図２の（ａ）に示すように、帯電部内で負極性に帯電した粒子９は、集塵部の接地電極８上に捕集される。接地電極８上に集塵されたカーボン粒子は、直ちに電荷を失い接地電極と同極性となる。このため、接地電極８上の集塵粒子の近傍は電界が強くなる。図２の（ｂ）に示すように、さらに、空間中の負極性帯電粒子９が接地電極８上に集塵されるとき、接地電極８上の粒子と凝集するとともに、電界によるクーロン力によって、負極性電極（高電圧電極７）の方向へ数珠状凝集粒子を形成する。図２の（ｃ）に示すように、接地電極８の数珠状凝集粒子は凝集肥大化するに従い、流体抗力やクーロン力などの剥離力が強くなり、これらの力が接地電極８と凝集粒子間の付着力より大きくなったとき再飛散する。
【０００５】
再飛散防止に関して多くの研究が行われているが、未だ有効な解決策が見いだされないのが現状である。
【０００６】
以上のように、現在のコロナ放電式電気集塵装置では、再飛散の防止が強く望まれている。
【０００７】
そこで本発明の目的は、以上のような問題を解消した電気集塵装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、浮遊粒子を負（または正）に帯電させるコロナ放電型帯電部と、該帯電部の下流に配置され、交流高電圧が印加される集塵電極により前記浮遊粒子の集塵を行う集塵部とからなる電気集塵装置において、前記集塵電極は、印加された前記交流高電圧が正（または負）極性のときに、負（または正）帯電の前記浮遊粒子を捕集して正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を形成し、印加された前記交流高電圧が負（または正）極性になったときに、該集塵電極に形成された正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を、負（または正）帯電の球状の凝集粒子に変化させて集塵することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、浮遊粒子を負（または正）に帯電させるコロナ放電型帯電部と、該帯電部の下流に配置され、矩形波高電圧が印加される集塵電極により前記浮遊粒子の集塵を行う集塵部とからなる電気集塵装置において、前記集塵電極は、印加された前記矩形波高電圧が正（または負）極性のときに、負（または正）帯電の前記浮遊粒子を捕集して正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を形成し、印加された前記矩形波高電圧が負（または正）極性になったときに、該集塵電極に形成された正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を、負（または正）帯電の球状の凝集粒子に変化させて集塵することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
本発明コロナ放電式二段式電気集塵装置の構成を図３に示す。本装置は、帯電部１と集塵部２とから構成されている。帯電部１は線対平板電極構造であり、1対の平板からなる接地電極３ａ，３ｂと、線状の高電圧電極４とを有する。電極３ａ，３ｂと４間には高圧電源１２から直流高電圧を印加し、帯電部１にコロナ放電を発生させる。直流高電圧の極性は正または負のいずれでも良く、また、パルス高電圧でも良い。
【００１２】
集塵部２は、平行平板電極構造であり、1対の平板からなる接地電極５ａ，５ｂと、1枚の平板からなる高電圧電極６とを有する。電極５ａ，５ｂと６間には、矩形波高電圧源１３から矩形波高電圧を印加する。矩形波高電圧源１３の代わりに正弦波交流からなる交流高電圧源を用いても良い。矩形波高電圧源１３の周波数は、数Ｈｚ〜数ｋＨｚの範囲とすることができる。
【００１３】
また、矩形波高電圧源１３の電圧範囲は、電極間隔（例：電極５ａと電極６との間）１ｍｍ当たり、３ｋＶ以下が適当である。また、高電圧の下限値は、電極間隔６ｍｍの場合に５．５ｋＶの印加が標準電圧であるので、１ｍｍ当たりでは０．９ｋＶ以上が適当である。交流高電圧源の電圧も同様である。
【００１４】
矩形波高電圧源１３によって、電極５ａ，５ｂと６間に矩形波高電圧を印加することによって、集塵部２に静電界が発生する。
【００１５】
このような構成のコロナ放電式二段式電気集塵装置に浮遊粒子を含んだガス流が導入されると、ガス流中の浮遊粒子が帯電部１において単極性に帯電され、集塵部２の静電界によって、集塵電極（接地電極５ａ，５ｂ）上に捕集される。
【００１６】
本装置の集塵部２における集塵メカニズムを図４の（ａ）〜（ｃ）に示す。ここで、本発明コロナ放電式二段式電気集塵装置の帯電部１（の線電極４）には、負の直流高電圧が印加され、浮遊粒子を含んだガス流が導入されると、帯電部１において、浮遊粒子はマイナスに帯電されるとする。
【００１７】
また、図５に、集塵部２の電極５ａ，５ｂと６間に印加される矩形波高電圧の波形を示す。図５に示すように、集塵部２の電極５ａ，５ｂと６間に印加される矩形波高電圧を３つの区間に分けて説明する。ａの区間は、集塵部１の金属電極６（集塵電極）に正の高電圧が印加されている領域であり、図４の（ａ）が対応している。また、ｂの区間は、集塵部１の集塵電極（金属電極６）への印加電圧が正から負に遷移する瞬間（数ｍｓｅｃ）の領域であり、図４の（ｂ）が対応している。さらに、ｃの区間は、集塵部１の集塵電極（金属電極６）に負の高電圧が印加されている領域であり、図４の（ｃ）が対応している。
【００１８】
ａの区間では、図４の（ａ）に示すように、マイナスに帯電された浮遊粒子は、高電圧が印加された正極性の集塵電極（金属電極６）上に捕集される。捕集された粒子は、直ちに正に帯電し、数珠状の極板凝集粒子を形成する。
【００１９】
続くｂの区間では、集塵電極（金属電極６）に印加される電圧の極性が正から負に急激に変化する。このため、図４の（ｂ）に示すように、数珠状の極板凝集粒子（正に帯電している）は、静電気によって、負極性である集塵電極（金属電極６）方向に力を受け、球状の凝集粒子へと変化する。
【００２０】
さらに、続くｃの区間では、図４の（ｃ）に示すように、負極性である集塵電極（金属電極６）上で、捕集粒子は、負に帯電しているものの、球状の凝集粒子へと変化しているので、剥離力として働く風力や静電気力が小さくなり、再飛散は起こらなくなる。
【００２１】
（実験例）
以下に、本発明の効果を示すための実験例について説明する。
【００２２】
実験装置として、比較のための図１に示すような基本構造の従来コロナ放電式二段式電気集塵装置と、図３に示すような基本構造の本発明電気集塵装置とを準備した。各装置において、金属電極３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ，６は、厚さ１ｍｍのステンレス鋼板からなり、ガス流方向の長さ（電極長）は、金属電極３ａ，３ｂが約５０ｍｍ、金属電極５ａ，５ｂ，６が２００ｍｍであり、電極間隔は、金属電極３ａ（３ｂ）と線電極４との間が約１５ｍｍ、金属電極５ａ（５ｂ）と金属電極６との間が５ｍｍである。
【００２３】
また、従来装置では、金属電極３ａ（３ｂ）と線電極４間に直流＋１１ｋｖ，金属電極５ａ（５ｂ）と金属電極６間に直流＋５ｋｖを印加し、
本発明装置では、金属電極３ａ（３ｂ）と線電極４間に直流＋１１ｋｖ，金属電極５ａ（５ｂ）と金属電極６間に矩形波（周波数１Ｈｚ）電圧±５ｋｖを印加した。
【００２４】
なお、これは実験装置であって、電気集塵装置のサイズはこれに限定されない。また、矩形波電圧の周波数は１Ｈｚに限定されず、例えば、流速１ｍ／ｓ以下から２０ｍ／ｓの範囲においては、矩形波電圧の周波数は、０．０１Ｈｚ〜数百Ｈｚの範囲がよく、さらに、特に、０．１Ｈｚ〜数十Ｈｚの範囲が好適である。
【００２５】
このような実験装置の性能を評価するため、ガスの流速はともに５ｍ／ｓで、集塵率を求めた。その結果を図６に示す。
【００２６】
なお、集塵率を求める際に、各装置の入口および出口位置において、ガス流中の粒子濃度を各々測定し、測定した粒子濃度より、集塵率を算出した。
【００２７】
従来装置の集塵率を図６の（ａ）に、本発明装置の集塵率を図６の（ｂ）に示す。図６の（ａ）から明らかなように、従来装置では、粒径１μｍ以上の粒子の集塵率は、稼働時間の経過に伴い低下している。これは集塵部に付着した粒子の再飛散が原因である。一方、図６の（ｂ）から明らかなように、本発明装置では、粒径５μｍ以上の粒子で集塵率は低下し再飛散が示唆されるものの、その他の粒径では、集塵率は一定の値を示している。また、粒径５μｍ以上の粒子の集塵率も、従来装置のそれに比べると高いことが明らかである。これらのことから、本発明装置によって、再飛散が効果的に抑止されていることが明らかである。
【００２８】
なお、参考として、従来装置の集塵電極上における極板凝集粒子の電子顕微鏡写真を図７の（ａ）に示し、本発明装置の集塵電極上における極板凝集粒子の電子顕微鏡写真を図７の（ｂ）に示す。図７の（ａ）から、集塵電極に直流を印加した時は、細長い数珠状の凝集粒子が観測され、図７の（ｂ）から、集塵電極に矩形波を印加した時は、細長い数珠状の凝集粒子は観測されず、球状の凝集粒子のみが観測されることが明らかである。
【００２９】
以上から、本発明によって、集塵電極上における数珠上凝集粒子の形成を防止し、再飛散が発生しないことが明らかである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、再飛散を効果的に抑止し、高い集塵率の電気集塵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のコロナ放電型電気集塵装置の原理を示す図である。
【図２】同装置の再飛散プロセスを説明する図である。
【図３】本発明電型電気集塵装置の構成を示す図である。
【図４】同装置の集塵プロセスを説明する図である。
【図５】矩形波電圧波形を説明する図である。
【図６】集塵率測定の実験結果を表す図である。
【図７】集塵率測定の実験結果を示す電子顕微鏡写真を示す図である。
【符号の説明】
１ 帯電部
２ 集塵部
３ａ，３ｂ 金属電極
４ 線電極
５ａ，５ｂ 金属電極
６ 金属電極
１２ 直流高電圧電源
１３ 矩形波高電圧電源

Claims (2)

1. 浮遊粒子を負（または正）に帯電させるコロナ放電型帯電部と、該帯電部の下流に配置され、交流高電圧が印加される集塵電極により前記浮遊粒子の集塵を行う集塵部とからなる電気集塵装置において、
   前記集塵電極は、
   印加された前記交流高電圧が正（または負）極性のときに、負（または正）帯電の前記浮遊粒子を捕集して正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を形成し、
   印加された前記交流高電圧が負（または正）極性になったときに、該集塵電極に形成された正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を、負（または正）帯電の球状の凝集粒子に変化させて集塵する
   ことを特徴とする電気集塵装置。
2. 浮遊粒子を負（または正）に帯電させるコロナ放電型帯電部と、該帯電部の下流に配置され、矩形波高電圧が印加される集塵電極により前記浮遊粒子の集塵を行う集塵部とからなる電気集塵装置において、
   前記集塵電極は、
   印加された前記矩形波高電圧が正（または負）極性のときに、負（または正）帯電の前記浮遊粒子を捕集して正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を形成し、
   印加された前記矩形波高電圧が負（または正）極性になったときに、該集塵電極に形成された正（または負）帯電の数珠状の極板凝集粒子を、負（または正）帯電の球状の凝集粒子に変化させて集塵する
   ことを特徴とする電気集塵装置。

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