JP4856139B2

JP4856139B2 - 電気集塵装置

Info

Publication number: JP4856139B2
Application number: JP2008236550A
Authority: JP
Inventors: 俊昭山本; 章朝瑞慶覧; 康史三塚
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010069360A

Description

この発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスや、道路トンネルの排気ガスのように微細な低抵抗粒子状物質を含むガスまたは空気からこの低抵抗粒子状物質を除去するために使用される電気集塵装置に関する。

ディーゼル排気ガス、自動車トンネル排気ガスやその他の産業排気ガス等に含まれる微細な粒子状物質を取り除くために電気集塵装置は有用である。電気集塵装置は、コロナ放電によりガス中の粒子状物質に帯電させ、この帯電された粒子状物質をクーロン力によって集塵電極上に引き寄せて捕集するものである。

電気集塵装置においては粒子状物質の粒径が小さいと帯電量も小さいので作用するクーロン力が弱いため集塵電極により捕集することが困難となる問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献１では、ガス流路を形成するケースの内側に隙間をおいてメッシュ状の集塵電極を配置し、ケースと集塵電極との間の隙間に集塵電極と隣接して集塵フィルタを設け、かつケース内のガス流路中に集塵電極と対向して放電電極を設け、放電電極からの放電によってガス中の粒子状物質に帯電させるとともに放電にともなって発生するイオン風によってガス流をガス流路と集塵フィルタ層との間で循環させながら流すことにより粒子状物質を集塵フィルタ層の空孔内に詰め込んで捕集するようにした電気集塵装置が提案されている。

この特許文献１の電気集塵装置によれば、放電時に発生するイオン風により帯電量の小さい微細な粒子状物質をメッシュ状集塵電極の裏側の集塵フィルタ層に送り込んで捕集することができるので、微細な粒子状物質を効果的に捕集することができる。

また、特許文献２では、集塵電極の表面に金網、パンチング板等で粒子状物質が滞留する凹凸部を形成し、クーロン力によって集塵電極に捕集される粒子状物質が凹凸部の粒子保持作用によって集塵電極側に保持されるようにした排ガス浄化装置が提案されている。

この特許文献２の排ガス浄化装置によれば、凹凸部の粒子保持作用によって効率よく粒子状物質を捕集することができる。
ＷＯ２００５／０２１１６１号公報特開２００６−１３６７６６号公報

ところが、ガス中に含まれる粒子状物質が、ディーゼル排気ガスに含まれるような炭素を多く含む電気抵抗率の小さい、いわゆる低抵抗粒子状物質である場合には、集塵電極に一旦捕集されると静電気的な保持力を失うためガス流に押し戻されて集塵電極から剥離して飛散する、いわゆる再飛散現象を起こし、電気集塵装置の捕集効率を低下させる問題がある。再飛散現象は、集塵電極に捕集され、凝集肥大化した粒子状物質において顕著となる。再飛散粒子は電気集塵装置の運転中に高電圧電極（放電電極）と接地電極（集塵電極）との間で往復するため、放電電極と集塵電極との間の空間の電界強度が飛散した粒子状物質で形成される空間電荷により低下され、さらに集塵効率の低下を引き起こす。また、時間の経過とともに粒子状物質が放電電極に付着するとイオンの発生を妨げるため、粒子荷電量が減少し、これによっても集塵効率が低下する。

なお、近年、電気集塵装置の電極間に印加する電圧を矩形波交流電圧として再飛散現象の発生を抑制する方法が実用化されているが、この方法による再飛散の抑制効果にも限界があり、これを完全に抑制することは困難である。

また、前記の特許文献１に示されたメッシュ状の集塵電極と集塵フィルタを備えた電気集塵装置の場合は、集塵電極および集塵フィルタの捕集量が増大すると目詰まり状態となるので、これを解消するために集塵電極および集塵フィルタを比較短い周期で再生処理を行わなければならず、メンテナンスに手間がかかる問題もある。

前記の特許文献２に示された排ガス浄化装置においても、集塵電極の表面の凹凸部にこの凹凸部の粒子保持作用によって滞留された粒子状物質を定期的に剥離するために、機械的剥離機構を設けなければならないという問題がある。この機械的剥離機構を設ける代わりに、流速の速いガスを所定の時間間隔で瞬間的に流すようにして、粒子状物質を肥大化させた状態で剥離させることも提案されているが、流速の速いガスを所定の時間間隔で瞬間的に流すことが必要となるだけでなく、前記凹凸部に滞留された粒子状物質が誘導荷電されることにより再飛散を起こし、これを完全に防止することができないという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するため、放電に伴って発生するイオン風を利用して集塵効率を向上させるとともに、捕集した粒子状物質の再飛散現象を完全に防止することができ、また、電極の再生処理周期を長くできる電気集塵装置を提供することを課題とするものである。

前記の課題を解決するため、粒子状物質を含むガスを流すガス流路中に放電電極と集塵電極とを対向配置し、両電極に高電圧を印加して前記ガス流路を流れるガス中の粒子状物質を帯電させて集塵電極により吸引して捕集するようにした電気集塵装置において、前記集塵電極の前記放電電極と対向し、ガス流と接する面に前記ガス流路中を流れるガスの流れ方向に間隔をおいて、前記ガス流の流れ方向に対向する前端側が開口した、捕集した粒子状物質を保留する内部空間を備えた集塵ポケットを複数設け、さらに、放電部の形成された前記放電電極を、前記集塵ポケットのそれぞれに対応して複数設け、前記放電電極のそれぞれを前記各集塵ポケットの開口した前端から離し、その上流側の集塵ポケットの後端に接近して配置したことを特徴とするものである。

この発明おいて、前記集塵ポケットの内部空間の開口と対向した後端壁に通風孔を設けるようにすることができる。

また、前記集塵ポケットは、前記集塵電極に導電的に結合してこれと同電位にして、前記内部空間の空間電界強度を零にするのがよい。

この発明によれば、粒子状物質を含むガスを流すガス流路中に放電電極と集塵電極とを対向配置し、両電極に高電圧を印加して前記ガス流路を流れるガス中の粒子状物質に帯電させて集塵電極により吸引して捕集するようにした電気集塵装置において、前記集塵電極の前記放電電極と対向し、ガス流と接する面に前記ガス流路中を流れるガスの流れ方向に間隔をおいて粒子状物質を保留する内部空間を備えた集塵ポケットを複数設けるようにしているので、帯電された粒子状物質がクーロン力および放電電極の放電によって生じるイオン風によって集塵電極側に押し寄せられて集塵電極により捕捉されるとき、集塵電極の表面に設けられた集塵ポケットの内部空間に閉じ込められる。集塵ポケットに閉じ込められた粒子状物質はガス流路のガス流から遮られるようになり、かつ、集塵ポケットの内部空間は空間電界強度が零となることにより保留された粒子状物質に電荷が誘導されることがなく、誘導電荷による剥離力が発生しないため、粒子状物質の再飛散を完全に防止することができる。

この発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１ないし図３はこの発明の実施例による電気集塵装置の構成を示すもので、図１は部分的な切欠きを含む斜視図、図２には、図１のII−II線に沿う横断面図、図３は図２のIII−III線に沿う縦断面図である。

図１ないし図３において、電気集塵装置１は、両端にガスの入口２Ａと出口２Ｂを有するガス流路２を形成する筒状の本体ケース３を備える。本体ケース３内には、ガス流路２を間に挟んで対向配置された平板状の電極板により構成された１対の集塵電極４と、この１対の集塵電極４、４の中間にガス流の流れ方向に所定の間隔で立設された複数の放電電極５が設けられている。
放電電極５の外周に集塵電極４に向かって突設されたとげ状電極により放電部５Ａが多数形成されている。集塵電極４、４の互いに対向する面には、放電電極５とほぼ同じ間隔で平板を鉤状に屈曲してなるポケット形成部材６Ａを結合して複数の集塵ポケット６が形成されている。

集塵ポケット６は、ポケット形成部材６Ａと集塵電極４とによって囲われ、ガス流路２を流れるガス流から遮られた内部空間を形成する。この集塵ポケット６の内部空間は、図２に矢印で示すガスの流れ方向に対向する前端側の開口を通してガス流路２に通じ、ここから送り込まれた粒子状物質を保留し閉じ込める。

本体ケース３の下方には、集塵電極４および集塵ポケット６に保留された粒子状物質を収容するためのホッパ８がケース３と一体に設けられている。ホッパ８と本体ケース３とを仕切る底板７には、集塵ポケット６の内部空間とホッパ８の内部とを連通させるための連通孔７Ａが全部の集塵ポケット６に対応して設けられている（図３参照）。

このように構成された電気集塵装置１のガス流路２には、図示しない送風機等により流路入口２Ａからディーゼル粒子（ＤＰＭ）等の微小の粒子状物質を含むガスが供給され、１〜１０ｍ／ｓ程度の流速で流される。このガス流路２内を流れるガスから粒子状物質を除去して浄化するために、集塵電極４と放電電極５との間に図示しない高圧電源から両電極間の平均電界強度が２〜１０ｋＶ／ｃｍ程度となる直流の高電圧を印加する。

これにより、高電圧の印加された放電電極５と集塵電極４との間を流れるガス流中でコロナ放電が発生し、この放電よって、ガス流中の粒子状物質に荷電される。また、放電電極５と集塵電極４との間で放電が発生すると、これに伴って放電する方向、すなわち、放電電極５から集塵電極４への放電電流の最も大きくなる方向にイオン風が発生し、主流体場、すなわちガス流路２のガス流の流線が変わる。荷電された粒子状物質は、クーロン力によって集塵電極４に引き寄せられるとともに、ガス流線に沿って流される粒子状物質がこのイオン風によって、さらにガス流を横切る方へ偏向されて集塵電極４側へ向うため、集塵電極４によって良好に捕集される。

このときの粒子状物質を載せたガス流の動きの詳細を図４を参照して説明する。

図４は、この発明の動作説明図であり、（Ａ）は、集塵電極４に設けられた集塵ポケット６の間隔と同じ間隔で設けられた放電電極５の放電部がそれぞれと対応する位置にある集塵ポケット６の前端（ガス流の上流側）に接近して配置された状態を示すもので、（Ｂ）は、放電電極５の放電部を対応する位置にある集塵ポケット６の前端より離して上流側の集塵ポケット６の後端（ガス流の下流側）に接近して配置した状態を示すものである。

先ず、（Ａ）に示すように放電電極５が集塵ポケット６の前端側に接近して配置された状態においては、集塵電極４（ここでは片側を省略している）に設けた３個の集塵ポケット６の内の集塵ポケット６２および６３と放電電極５のうちの放電電極５２および５３とがそれぞれ対応する位置にあるものとして示している。放電電極５２および５３は、それぞれ集塵ポケット６２および６３の開口している前端側に接近して配置されている。

この状態で、ガス流路２内に粒子状物質を含むガスを流しながら集塵電極４と放電電極５に高電圧を印加する。ガス流路２内を流れるガスの主流はＶｏで示す。

また、ここでは、集塵ポケット６は集塵電極４に導電的に結合され、集塵電極４と同電位におかれているので、間隔の最も小さくなった放電電極５の外周のとげ状の放電部５Ａと集塵ポケット６の開口した側の前端との間で放電電流が最も大きくなり、ここにイオン風Ｖｉａが生起する。

このようなガス流中で発生する放電によって、ガス流に含まれる粒子状物質が荷電される。荷電力の強い比較的大きな粒径の粒子状物質はクーロン力により集塵ポケット６を含めた集塵電極４により引き寄せられ、集塵ポケット６の内部空間に保留され、閉じ込められる。比較的荷電力の弱い粒径の小さい微細な粒子状物質は、ガスの主流線Ｖｏに載って流されるが、放電によってこのガス主流線Ｖｏを横切る方向にイオン風Ｖｉａが発生するので、ガス主流線Ｖｏにこのイオン風Ｖｉａが加わるため、放電電極５付近のガス流線は、図４（Ａ）の上部に示すベクトル図における合成流Ｖｒａで示すように集塵電極側４に方向が偏向される。この結果、微細な粒子状物質も集塵ポケットの上部で流速を増して集塵電極４側へ偏向される。

しかし、この図４（Ａ）に示す放電電極の配置は、放電電極５が集塵ポケット６の前端（ガスの流れ方向に対向する側、すなわち上流側の端部）に接近して設けられているため、ガス流線の偏向が少なく、流速が増すことにより、粒子状物質の集塵ポケット６の内部空間への閉じ込め効果がほとんどなくなり、あまり好ましくない。

この粒子状物質の集塵ポケットへの押し込み効果を強くするには、図４の（Ｂ）に示すように、放電電極５２および５３をそれぞれ、対応する位置にある集塵ポケット６２および６３の前端から離し、その上流側の集塵ポケット６１および６２の後端側に接近して配置するようにするのがよい。

放電電極をこのように配置すると、放電電極５２，５３と集塵ポケット６を含む集塵電極４との間の間隔が最も小さくなるのは、それぞれ対応する位置にある集塵ポケット６２、６３に隣接する上流側の集塵ポケット６１、６２となり、それぞれ上流側に隣接した集塵ポケットの後端付近で放電が発生し、最も大きな放電電流が流れるようになる。

この結果、この部分に発生するイオン風Ｖｉｂの流れ方向が、図４（Ｂ）に示すベクトル図のようにガス流の上流側を向くようになるため、流路２内を流れるガス主流線Ｖｏの方向がベクトル図における合成流Ｖｒｂのように深い角度で集塵電極４側へ偏向される。
これにより流路２内のガス主流線Ｖｏは、合成ガス流Ｖｒｂとなって各集塵ポケット６の入口（内部空間の開口部）の前方で集塵電極４側に深く押し込まれるので、ガス流線に沿って移動する荷電された粒子状物質がこの合成ガス流Ｖｒｂによって、集塵ポケット６の内部空間に効率よく押し込まれ、粒子状物質の集塵ポケット６への押し込み効果を高めることができ、粒子状物質の捕集効率をより高めることができる。

ここで、集塵ポケット６の粒子状物質を内部空間は、同電位の集塵電極４および集塵ポケット形成部材６Ａによって形成されるので、空間電界強度が零の領域となる。このため、集塵ポケット６の内部空間に閉じ込められた粒子状物質は、荷電された電荷が集塵電極４、および集塵ポケット６を通して放出されて無電荷となり、これに静電誘導による剥離力が働くことがなくなる。また、集塵ポケット６の内部空間に閉じ込められた粒子状物質は、集塵ポケット６によりガス流路２を流れるガス流から遮断され、その影響を受けることがない。この結果、集塵電極の集塵ポケットの内部空間に保留された粒子状物質はここ閉じ込められ、ここから離脱して再飛散することはない。

集塵ポケットに捕集された粒子状物質の量が増えると、集塵ポケット６の内部空間内から自然に落下して、本体ケース１の底板７の連通孔７Ａからホッパ８内に貯留されるようになり、集塵電極４は長期間安定して捕集作用を継続することが可能となるので再生処理周期を大幅に延ばすことができる。

前記実施例においては、集塵電極に設ける集塵ポケットは、前端および上下端が開口し、後端が閉塞された構成のものを示したが、図５に示すように、集塵ポケット６の後端壁に微小の通風孔６Ｈを設け、集塵ポケット６内でガスの貫流を可能とすることにより、集塵ポケット６内での渦流の発生を抑えることができる。この結果、集塵ポケット内の粒子状物質の渦流による再飛散を防止することができる。

また、この発明で使用する放電電極５は、図６の（ａ）ないし（ｅ）に示すような各種の形状のものを使用することができる。

（ａ）の電極は、細線で構成したものであり、最も構成が簡単となる。（ｂ）の電極は棒状電極に針状の放電部を植え込んだものである。（ｃ）は平板の電極板の両側面を鋸歯状に形成したものである。（ｄ）は棒状電極に星形の平板の放電部を取り付けたものである。（ｅ）は棒状電極に円板状の放電部を結合したものである。

この発明で使用する放電電極はここに示したものに限られるものでなく、その他の形状のものを使用することもできる。

この発明の実施例による電気集塵装置の構成を示す、部分的な切欠きを含む斜視図である。図１のII−II線に沿う縦断面図である。図２のIII−III線に沿う横断面図である。この発明の動作説明図である。この発明に使用する集塵ポケット部の第１の変形例を示す断面図である。この発明に使用する放電電極の形状を示す図である。

１：電気集塵装置
２：ガス流路
３：本体ケース
４：集塵電極
５：放電電極
６：集塵ポケット

Claims

粒子状物質を含むガスを流すガス流路中に放電電極と集塵電極とを対向配置し、両電極に高電圧を印加して前記ガス流路を流れるガス中の粒子状物質を帯電させて集塵電極により吸引して捕集するようにした電気集塵装置において、前記集塵電極の前記放電電極と対向し、ガス流と接する面に前記ガス流路中を流れるガスの流れ方向に間隔をおいて、前記ガス流の流れ方向に対向する前端側が開口した、捕集した粒子状物質を保留する内部空間を備えた集塵ポケットを複数設け、さらに、放電部の形成された前記放電電極を、前記集塵ポケットのそれぞれに対応して複数設け、前記放電電極のそれぞれを前記各集塵ポケットの開口した前端から離し、その上流側の集塵ポケットの後端に接近して配置したことを特徴とする電気集塵装置。
請求項１に記載のものにおいて、前記集塵ポケットの内部空間の開口と対向した後端壁に通風孔を設けたことを特徴とする電気集塵装置。
請求項１または２に記載のものにおいて、前記集塵ポケットは、前記集塵電極に導電的に結合して前記集塵電極と同電位として、前記内部空間の空間電界強度を零としたことを特徴とする電気集塵装置。