JP5909632B2

JP5909632B2 - 電気集塵装置

Info

Publication number: JP5909632B2
Application number: JP2011236903A
Authority: JP
Inventors: 篤史片谷
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: JP2013094688A

Description

本発明は、一般的には電気集塵装置に関し、特定的には、コロナ放電する部分を帯電部内の風上寄りの空間に配置する電気集塵装置に関するものである。

従来、この種の電気集塵装置は、帯電部の放電極に直流高電圧を印加し、正コロナまたは負コロナを発生させ、帯電部を通過する粉塵に正または負の電荷をもたせて帯電する。この帯電した粉塵を、直流高電圧が印加された放電極と、接地に繋がれた接地極板を有する集塵部の高電界により、静電気力で接地極板面上に捕集する技術が広く一般的に知られている。（例えば、特許文献１参照）。

以下、その電気集塵送風原理について図１９を参照しながら説明する。

図１９に示すように、電気集塵装置は帯電部１０４と集塵部１０５により構成される。通風方向は、帯電部１０４から、集塵部１０５への向きである。帯電部１０４と集塵部１０５にはそれぞれ＋１１ｋＶの直流高圧電源１０８と＋５．５ｋＶの直流高圧電源１０９が接続されている。帯電部１０４は、放電線タイプの放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂにより構成される。放電極１０４Ａは、接地極板１０４Ｂにおける風の流れ方向の長さの中間点付近に配置されている。放電極１０４Ａに＋１１ｋＶの直流高圧が印加され、放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂの間の空間に正コロナが発生する。この正コロナにより発生した正イオンが、空間中の粉塵（図示されず）に電荷を与え、粉塵は正に帯電される。帯電した粉塵は後段の集塵部１０５における、荷電極板１０５Ａと接地極板１０５Ｂ間で形成される強電界により、静電気力で接地極板１０５Ｂ上に捕集される。電気集塵装置に正の高電圧が印加される場合で説明したが、負の高電圧が印加される場合でも、同様に、接地極板１０５Ｂ上に粉塵が捕集される。また、電圧値は必ずしも前記の値でなくてもよい。帯電部と集塵部が独立した二段式電気集塵方式であることが特徴となっている。

また、帯電部の放電極として、荷電極板の端部にトゲ突起を設けた二段式電気集塵装置が、特許文献２に示されている。

以下、その電気集塵送風原理について図２０を参照しながら説明する。

図２０に示すように、帯電部１０４は、トゲ突起を有する放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂにより構成されている。このとき、放電極１０４Ａは、接地極板１０４Ｂにおける風の流れ方向の長さの中間点付近に配置されている。

また、帯電部の放電極として、別の形状のトゲ突起を用いた二段式電気集塵装置が、特許文献３に示されている。

以下、その電気集塵送風原理について図２１と図２２を参照しながら説明する。

図２１に示すように、帯電部１０４は、荷電極板の端部にトゲ突起を設けた放電極１０４Ａ、１０４Ｃと接地極板１０４Ｂにより構成されている。このとき、放電極１０４Ａの先端部分は、接地極板１０４Ｂにおける風の流れ方向の長さの中間点付近よりも風上側に配置されている。一方、放電極１０４Ｃの先端部分は、接地極板１０４Ｂにおける風の流れ方向の長さの中間点付近よりも風下側に配置されている。要するに、放電極１０４Ａ、１０４Ｃの先端部分は、接地極板１０４Ｂにおける風の流れ方向の長さの中間点付近から
見て、風上側と風下側に、概ね対称的に配置されている。また、図２２にも別の形態が示されている。荷電極板にトゲ突起を設けた放電極１０４Ａ、とトゲ突起を設けた接地極板１０４Ｂが示されているが、各トゲ突起は、風の流れ方向の長さの中間点付近に配置されている。因みに、図２２の形態において、接地極板１０４Ｂからは、放電極１０４Ａと逆極性のコロナ放電が発生し、放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂによる双極のコロナ放電により塵埃を帯電・集塵できるとしている。

また、別な形状のトゲ突起の放電極が、特許文献４に示されている。

以下、図２３を参照しながら説明する。

図２３の（Ａ）（Ｂ）に示すように、帯電部１０４内には、荷電極板の一面至る所にトゲ突起を有する放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂにより構成されている。要するに、放電極１０４Ａの多数のトゲ突起は接地極板１０４Ｂにおける風の流れ方向の長さの中間点付近から見て、風上側と風下側に、ほぼ対称的に配置されていると見ることができる。

特開平１０−２０２１４３号公報（図４）特開２００２−１９２０１４号公報（図１）特許第３１２４１９３号公報（図２、図３）特開平８−２９９８４８号公報（図１、図３）

このような従来の、電気集塵装置の帯電部の放電極の突起の配置については、接地極板における風の流れ方向の長さの中間点付近に配置するか、または、接地極板における風の流れ方向の長さの中間点付近から見て、風上側と風下側に、概ね対称的に配置するかが主流であった。一般産業用の電気集塵装置や家庭用空気清浄機の電気集塵装置の通過風速は概ね１から２ｍ／ｓ程度で低風速といえる。帯電部を通過する風速がこのように低ければ、前述の放電極の配置は、イオン場の対称性を概ね備えており、コロナ放電と粉塵への帯電効率の観点から至極妥当であるといえる。しかしながら、道路トンネル用の電気集塵装置のように、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の高風速となると（注：高風速の上限値は理論上、存在しないが、圧力損失の増大抑制に配慮し、実用上の最大風速は１５ｍ／ｓ程度であろうとされている）、コロナ放電によるイオン場の対称性が崩れ、その結果、粉塵への帯電効率が低下する。即ち、帯電部のコロナ放電に大電力を投入しなければ、充分に帯電できないので、満足のゆく集塵効率が得られず、帯電部の省エネ運転を行うことができないという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、帯電部において、コロナ放電する部分を、帯電部内の風上寄りの空間に配置した電気集塵装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る電気集塵装置は、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の範囲内の、帯電部と集塵部からなる電気集塵装置において、帯電部内のトゲ突起先端位置が、風の流れ方向における帯電部長さの中間位置よりもの風上側に位置し、かかる高風速により、帯電に必要なコロナ放電によるイオン場の対称性が崩れた条件下でも、効率的に粉塵を帯電・捕集できることを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、帯電に必要なコロナ放電によるイオン場の対称性が崩れた条件下でも、消費電力効率を向上させて粉塵を帯電・捕集できることを特徴とする電気集塵装置にしたことにより、省エネ運転が可能という効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１による電気集塵装置の（ａ）概略図、（ｂ）帯電部の荷電極板の平面図同帯電部における（ａ）無風時の放電状態図、（ｂ）通風時の放電状態図本発明の実施の形態２による電気集塵装置の（ａ）概略図、（ｂ）帯電部の荷電極板の平面図同帯電部における（ａ）無風時の放電状態図、（ｂ）通風時の放電状態図本発明の実施の形態３による電気集塵装置の（ａ）概略図、（ｂ）帯電部の荷電極板の平面図同帯電部における（ａ）無風時の放電状態図、（ｂ）通風時の放電状態図本発明の実施の形態４による電気集塵装置の（ａ）概略図、（ｂ）帯電部の荷電極板の平面図同帯電部における（ａ）無風時の放電状態図、（ｂ）通風時の放電状態図本発明の実施例の実験装置概略図本発明の実施例１の帯電部の構成図（Ａ）極板平面図、（Ｂ）一対の極板配置図、（Ｃ）Ｘ＝０ｍｍ極板配置図、（Ｄ）Ｘ＝−６０ｍｍ極板配置図、（Ｅ）Ｘ＝＋６０ｍｍ極板配置図本発明の実施例１の正電圧印加時の集塵効率の特性図本発明の実施例１の負電圧印加時の集塵効率の特性図本発明の実施例１の有風と無風における放電様相の比較写真本発明の実施例２の帯電部の構成図（Ａ）極板平面図、（Ｂ）一対の極板配置図、（Ｃ）Ｘ＝０ｍｍ極板配置図、（Ｄ）Ｘ＝−６０ｍｍ極板配置図、（Ｅ）Ｘ＝＋６０ｍｍ極板配置図本発明の実施例２の正または負電圧印加時の集塵効率の特性図本発明の実施例３の帯電部の構成図（Ａ）極板平面図、（Ｂ）一対の極板配置図、（Ｃ）Ｘ＝０ｍｍ極板配置図、（Ｄ）Ｘ＝−６０ｍｍ極板配置図、（Ｅ）Ｘ＝＋６０ｍｍ極板配置図本発明の実施例３の正または負電圧印加時の集塵効率の特性図本発明の実施例４の帯電部の構成図（Ａ）極板平面図、（Ｂ）極板配置図従来の電気集塵装置の集塵原理図従来の電気集塵装置の集塵原理図従来の電気集塵装置の集塵原理図従来の電気集塵装置の帯電部の構造図従来の電気集塵装置の帯電部の構造図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態の電気集塵装置は、吸込ダクト１１から粉塵を含む空気を吸い込み、帯電部１３で粉塵に電荷を与えた後、集塵部１６で粉塵を捕集するもので
ある。帯電部１３は、複数枚の荷電極板１と複数枚の接地極板２を空気の流れに平行に交互に配置している。同じく集塵部１６は、複数枚の荷電極板９と複数枚の接地極板１０を空気の流れに平行に交互に配置している。帯電部１３の荷電極板１は、風上側の端部と風下側の端部に先端を風上側あるいは風下側に向けた三角形状のトゲ５１、５２を有している。そして、風上側のトゲ５１の先端は、接地極板２に対向した位置に設けられている。また、風下側のトゲ５２の先端は、接地極板２に対向した位置で、かつ、接地極板２の風向方向の中心線よりも風上側に対向した位置に設けられている。すなわち、荷電極板１に設けられたトゲ５１、５２の先端は、風向に対して、接地極板２の風上側先端よりも風下側に有り、かつ、接地極板２の風向方向の中心線よりも風上側にあることになる。なお、図１（ａ）における帯電部１３の荷電極板１の両端（風上側、風下側）を尖った形状で表しているが、これは、トゲ５１、５２を模式的に表したもので、実際にこの方向に見て尖った形状をしているわけではない。このことは、図２についても同様である。また、以降の実施の形態における図面でも、風上側あるいは風下側端部が尖った形状をしたものは、「トゲ」形状を示している。そして、風向に直交する「角部」をもつものは、「トゲ」のない直線状の端部を有していることを模式的に示している。

このような構成の電気集塵装置の帯電部１３に、高電圧を印加すると、図２（ａ）に示すように、トゲ５１、５２の先端から、風上側、風下側対称にコロナ放電空間が形成される。しかし、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の風を（図１の風向に沿って）流すと、図２（ｂ）に示すように、コロナ放電空間が風下側に流され、結果として変形する。このとき、風下側のトゲ５２のコロナ放電は、接地極板２を風下側に長くしているので、円滑な放電となり、結果として、帯電部１３を通過する粉塵に対し、効率的に電荷を与えることができる。即ち、高い集塵効率を確保できるのである。

一方、風上側のトゲ５１のコロナ放電については、接地極板２の風上側の長さが短いが、コロナ放電空間が風下側に向けて変形しているので、円滑な放電を得ることができる。よって、帯電部１３を通過する粉塵に対し、効率的に電荷を与えることができ、高い集塵効率が得られるのである。

（実施の形態２）
図３，４を用いて第２の実施の形態による電気集塵装置について説明する。第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施の形態の電気集塵装置の帯電部１３の荷電極板１は、風下側の端部に先端を風下側に向けた三角形状のトゲ６１を有している。そして、風上側の端部は、接地極板２に対向した位置に設けられている。また、風下側のトゲ６１の先端は、接地極板２に対向した位置で、かつ、接地極板２の風向方向の中心線よりも風上側に対向した位置に設けられている。すなわち、荷電極板１は、風向に対して、接地極板２の風上側先端よりも風下側に有り、かつ、接地極板２の風向方向の中心線よりも風上側にあることになる。

このような構成の電気集塵装置の帯電部１３に、高電圧を印加すると、図４（ａ）に示すように、トゲ６１の先端から、風下側に向けてコロナ放電空間が形成される。しかし、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の風を（図３の風向に沿って）流すと、図４（ｂ）に示すように、コロナ放電空間が風下側に流され、結果として変形する。このとき、風下側のトゲ６１のコロナ放電は、接地極板２を風下側に長くしているので、円滑な放電となり、結果として、帯電部１３を通過する粉塵に対し、効率的に電荷を与えることができる。即ち、高い集塵効率を確保できるのである。

（実施の形態３）
図５，６を用いて第３の実施の形態による電気集塵装置について説明する。第１、第２
の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施の形態の電気集塵装置の帯電部１３の荷電極板１は、風上側の端部に先端を風上側に向けた三角形状のトゲ７１を有している。そして、風上側のトゲ７１の先端は、接地極板２に対向した位置に設けられている。風下側の端部は、接地極板２に対向した位置で、かつ、接地極板１０の風向方向の中心線よりも風上側に対向した位置に設けられている。すなわち、荷電極板１は、風向に対して、接地極板２の風上側先端よりも風下側に有り、かつ、接地極板２の風向方向の中心線よりも風上側にあることになる。

このような構成の電気集塵装置の帯電部１３に、高電圧を印加すると、図６（ａ）に示すように、トゲ７１の先端から、風上側に向けてコロナ放電空間が形成される。このとき、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の風を（図５の風向に沿って）流すと、図６（ｂ）に示すように、風下側にコロナ放電空間が風下側に向けて変形するが、風下側に十分な距離を持った接地極板２を配置しているので、円滑な放電を得ることができる。よって、帯電部１３を通過する粉塵に対し、効率的に電荷を与えることができ、高い集塵効率が得られるのである。

（実施の形態４）
図７，８を用いて第４の実施の形態による電気集塵装置について説明する。第１、第２、第３の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施の形態の電気集塵装置の帯電部１３の荷電極板１は、風上側の端部に先端を風上側に向けた三角形状のトゲ８１を有している。また、帯電部１３の接地極板２は、風下側の端部に、先端を風上側に向けたトゲ８２を有している。

そして、接地極板２の風下側端部、すなわち、トゲ８２の先端は、荷電極板１に対向した位置に設けられる。言い換えると、トゲ８２の先端は、風向に対して荷電極板１の風上端よりも風下側で、かつ、荷電極板１の風下端よりも風上側に位置する。

また、荷電極板１の風上側端部、すなわち、トゲ８１の先端は、接地極板２に対向した位置に設けられる。言い換えると、トゲ８１の先端は、風向に対して接地極板２の風上端よりも風下側で、かつ、接地極板２の風下端よりも風上側に位置する。

このような構成の電気集塵装置の帯電部１３に、高電圧を印加すると、図８（ａ）に示すように、トゲ８１、８２の先端から、風上側、風下側にコロナ放電空間が形成される。しかし、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の風を（図７の風向に沿って）流すと、図８（ｂ）に示すように、コロナ放電空間が風下側に流され、結果として変形する。このとき、トゲ８１、８２に対向する極板は、それぞれトゲ８１、８２の先端よりも風下側に長くしているので、円滑な放電となり、結果として、帯電部１３を通過する粉塵に対し、効率的に電荷を与えることができる。即ち、高い集塵効率を確保できるのである。

なお、本実施の形態では、帯電部１３の風上側の極板を接地極板２、風下側を荷電極板１をとしたが、逆であってもその作用効果に変わりはない。

すなわち、風下側の極板を接地して接地極板とし、風上側の極板に高圧電圧を印加する構成としても良い。

本発明の実施の形態として、以下の試験装置を用いて行った実験を例にして説明する。

図９に本試験装置の概略図を示す。図に示すように、吸込ダクト１１から粉塵を含む空気を吸い込み、帯電部１３で粉塵に電荷を与えた後、集塵部１６で粉塵を捕集するものである。このダクト系の後端部に設けたファン１９により、空気が吸い込まれる。吸込ダクト１１、帯電部１３および集塵部１６で構成されるこのダクト系の内部の幅寸法は、一律１２０ｍｍである。高さ寸法は一律１３０ｍｍであるが、帯電部１３のみは高風速を得るために高さ寸法を３２ｍｍとしている。

帯電部１３における（トゲ突起を有する放電極としての）荷電極板１と接地極板２の間に印加する電圧は正負含めて可変としたが、集塵部１６における荷電極板９とこれに隣接する接地極板１０の間隔は１０ｍｍで一定とし、直流の印加電圧−９ｋＶも一定とした。帯電部１３の条件変化が集塵効率にどのように影響するのかを把握することとした。ファン１９は周波数制御により回転数を可変できる。熱線風速計１４は、吸込ダクト１１部分での風速を計るのに用いた。帯電部１３においては、高風速を実現するために、内部の高さ寸法を縮めることにより開口面積を狭めている。帯電部１３内での風速が９ｍ／ｓ一定となるように、ファン１９の電源周波数を微調整した。帯電部１３は、正及び負の高圧電源２２を切り替えて使用した。集塵部１６に収納される荷電極板９と接地極板１０には、負高圧電源２３により電圧を印加した。電圧が印加される荷電極板９と接地される接地極板１０については、形状・使用枚数・材質ともに同一とした。（全て、１３０ｍｍ×２００ｍｍ、０．４ｔ、ＳＵＳ３０４）粉塵の濃度測定用には、パーティクルカウンター１５を用い、帯電部１３の風上側と集塵部１６の風下側を濃度サンプル場所として集塵効率測定を行った。０．３ミクロンメートル以上の全ての粒径による粉塵濃度を用いて、集塵効率を算出した。除去対象の粉塵は、室中の大気塵である。

以上のような試験装置を用いた試験をより詳細に説明する。

（実施例１）
図１０（Ａ）は，実験で使用した帯電部１３の荷電極板１と接地極板２の外形を示す。これらをそれぞれ複数枚用いて帯電部１３を構成する。荷電極板１と接地極板２の板厚は０．４ｍｍで、材質はＳＵＳ３０４である。荷電極板１の左端および右端の一辺に、それぞれ３個のトゲを配列した。トゲの先端角度は３０度、トゲの高さは１０ｍｍで、トゲ間隔は１２ｍｍである。

図１０（Ｂ）は、荷電極板１とこれに平行に隣接する接地極板２を板に垂直な方向から眺めたものである。太い矢印は９ｍ／ｓの通風方向を示す。荷電極板１の風下端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置（一点叉線）よりも風上側に位置し、荷電極板１の風上端が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置することを示している。接地極板２の中間位置を原点０ｍｍポイントとし、ここから風下方向を＋方向、風上方向を−方向としている。荷電極板１の風下端と原点間の距離をＸとすると、荷電極板１の風下端が、接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１の風上端が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置するための−方向の最大寸法はＸ＝−６０ｍｍである。

図１０（Ｃ）は、帯電部１３において、Ｘ＝０ｍｍの場合の極板配置の様子を示す。太い矢印は通風方向を示す。荷電極板１と隣接する接地極板２の間の距離をＤとし、Ｄが１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの３ケースで実験を行った。これをＤ１０、Ｄ１５、Ｄ２０と表現することにする。各Ｄ寸法と使用する極板枚数の関係は、次の通りである。
・Ｄ１０の場合：荷電極板１は６枚、接地極板２は７枚。
・Ｄ１５の場合：荷電極板１は４枚、接地極板２は５枚。
・Ｄ２０の場合：荷電極板１は３枚、接地極板２は４枚。
荷電極板１において風上側の３個のトゲ突起からコロナ放電空間（ａ）が形成され、風下
側の３個のトゲ突起からもコロナ放電空間（ｂ）が形成されることを示している。通風により風上側から運ばれてきた粉塵（図示せず）は、この帯電部１３内のコロナ放電空間を通過することにより、帯電され、後段の集塵部１６の強電界により捕集される。

図１０（Ｄ）は、帯電部１３において、Ｘ＝−６０ｍｍの場合の極板配置の様子を示し、図１０（Ｅ）は、Ｘ＝＋６０ｍｍの場合の極板配置の様子を示す。

集塵部１６の極間・電圧条件は常に一定とし、また通風速度も常に９ｍ／ｓで一定とし、帯電部１３の条件を変化させて、集塵効率ηを測定する実験を行った。集塵効率ηは、吸込ダクト１１に流入する粉塵の総数をＡとし、集塵部１６から流出する粉塵の総数をＢとすると、η＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００％で示される。
帯電部１３の条件変化の詳細を以下に示す。
・Ｄ１０の場合：１）Ｘ＝−６０ｍｍ、２）Ｘ＝０ｍｍ、３）Ｘ＝＋６０ｍｍ。
・Ｄ１５の場合：１）Ｘ＝−６０ｍｍ、２）Ｘ＝０ｍｍ、３）Ｘ＝＋６０ｍｍ。
・Ｄ２０の場合：１）Ｘ＝−６０ｍｍ、２）Ｘ＝０ｍｍ、３）Ｘ＝＋６０ｍｍ。
このとき荷電極板１には正の直流電圧と負の直流電圧をそれぞれ印加するものとした。電圧印加により放電電流が発生するが、同じ電圧でも、正負の別、Ｄの変化、Ｘの変化によって放電電流は変化する。帯電部の１３の実験条件は、前記のように変化させるが、印加電圧と放電電流の積、即ち消費電力については、常に一定値１Ｗとなるように、印加電圧を調整して実験を行った。要するに、本実験は、集塵部１６の条件は一定で、帯電部１３の消費電力は一定であるが、その他の正負・Ｄ・Ｘを変化させたときに、集塵効率ηがどのように変化するのかを確認するものである。

実験結果を図１１と図１２に示す。図１１には、荷電極板１に正電圧を印加した場合の各Ｄについて、横軸Ｘ、縦軸ηにて特性が示される。図１２には、荷電極板１に負電圧を印加した場合の特性が示される。

図１１でも図１２でもＸが増大すると、集塵効率ηは低下する。正負の別やＤの違いにより、各特性に差異はあるものの、Ｘが増大すると、ηは低下する。これは荷電極板１が風下側にずれるとηが悪くなることを意味する。その理由を考察する。

図１３に，帯電部１３における正放電の様子を４枚の写真（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示す。写真は全て暗闇の中で、露出時間６０秒にて撮影した。（ａ）のみは，瞬間的に約１秒間、懐中電灯を点灯させた写真である。写真は全て，Ｇ２０でＸ＝０ｍｍの配置にて、無風もしくは９ｍ／ｓの有風条件下で撮影した。写真（ａ）中央部の荷電極板１に正電圧を印加し、上下の極板は接地極板２である。有風の場合、写真の左手が風上である。（ａ）は、無風条件下で撮影された。中央部の荷電極板１の先端部のトゲ突起の形状が鮮明に映っており、トゲ突起先端から正コロナが発生している。（ｂ）は（ａ）と同一条件にて、完全な暗闇で撮影したものである。（ｃ）と（ｄ）は、荷電極板１のトゲ突起先端から火花が発生した時のものである。無風条件の（ｃ）に比べ、有風条件の（ｄ）では、火花時の電離発光部分が、９ｍ／ｓという高風速によって風下に流されていることがわかる。このことは、電離で発生したイオンも気体分子と同じく、通風によって風下に流されることを示している。これにより、「高風速条件下では，コロナ放電により発生した気体イオンは風下に流されるので、粉塵を帯電するのに効果的な荷電空間は、トゲの風上側よりも風下側に存在する。」と言えることが判明した。実験結果から、正荷電でも負荷電でもこのことが言える。従って、図１１でも図１２でもＸが増大して、荷電極板１が風下側にずれると、風下側の荷電（帯電）空間が減るので、集塵効率ηが低下することが裏付けられた。よって、帯電部１３の消費電力一定という条件下では、荷電極板１の風下端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置したほうが、風下側に位置するよりも、集塵効率ηが高い値となるといえる。

なお、帯電部１３の荷電極板１に印加する直流電圧ｋＶを隣接する極板間隔（ｃｍ）で割った値を平均電界強度（ｋＶ／ｃｍ）と呼ぶが、正電圧を印加した場合は、平均電界強度は７ｋＶ／ｃｍから１０ｋＶ／ｃｍ程度の範囲内にあった。また、負電圧を印加した場合は、平均電界強度は６ｋＶ／ｃｍから９ｋＶ／ｃｍ程度の範囲内にあった。

なお、荷電極板１の１列中のトゲの数は３個でなくても、１個以上あればよい。

なお、荷電極板１のトゲの数は、全てが同じでなくてもよい。

なお、荷電極板１のトゲ突起の先端角度は３０でなくても、１０度から４０度程度の範囲であればよい。

なお、荷電極板１のトゲの高さは１０ｍｍでなくても、５ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲であればよい。

なお、荷電極板１の端部上で隣接するトゲの間隔は１２ｍｍでなくても、４ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲であればよい。

なお、荷電極板１の板厚は０．４ｍｍでなくても、０．２ｍｍから１．５ｍｍ程度の範囲であればよい。

なお、荷電極板１の材質はＳＵＳ３０４でなくても、平板化可能な金属であればよい。

なお、荷電極板１の寸法は４０ｍｍ×３６ｍｍでなくてもよい。

すなわち、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の範囲内で、帯電部１３の荷電極板１の両端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、荷電極板１の風下端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１の風上端が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置する構造であれば、消費電力効率の良い電気集塵装置が得られるのである。

（実施例２）
風下端のみに、トゲ突起を設けた場合を実施例２として、実験により確認することとした。

図１４（Ａ）は，実験で使用した帯電部１３の荷電極板１と接地極板２の外形を示す。これらをそれぞれ複数枚用いて帯電部１３を構成する。使用する枚数の考え方は実施例１と同じである。荷電極板１と接地極板２の板厚・材質も実施例１と同じである。荷電極板１の風下端の一辺に、３個のトゲを配列した。トゲの先端角度・トゲ高さ・トゲ間隔は実施例１と同じである。

図１４（Ｂ）は、荷電極板１とこれに平行に隣接する接地極板２を垂直方向から眺めたものである。通風方向・風速は実施例１と同じである。荷電極板１の風下端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置（一点叉線）よりも風上側に位置し、荷電極板１が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置することを示している。接地極板２の中間位置を原点０ｍｍポイントとし、ここから風下方向を＋方向、風上方向を−方向としている。荷電極板１の風下端と原点間の距離をＸとすると、荷電極板１の風下端が、接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置するための−方向の最大寸法はＸ＝−６０ｍｍである。

図１４（Ｃ）は、帯電部１３において、Ｘ＝０ｍｍの場合の極板配置の様子を示す。太い矢印は通風方向を示す。荷電極板１と隣接する接地極板２の間の距離をＤとし、Ｄが１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの３ケースで実験を行った。

荷電極板１において風下側の３個のトゲ突起からコロナ放電空間（ｂ）が形成されることを示している。風上側から運ばれてきた粉塵（図示せず）は、この帯電部１３内のコロナ放電空間を通過することにより、帯電され、後段の集塵部１６の強電界で捕集される。

図１４（Ｄ）は、帯電部１３において、Ｘ＝−６０ｍｍの場合の極板配置の様子を示し、図１４（Ｅ）は、Ｘ＝＋６０ｍｍの場合の極板配置の様子を示す。

集塵部１６の極間・電圧条件は常に一定とし、また通風速度も常に９ｍ／ｓで一定とし、帯電部１３の条件を変化させて、集塵効率ηを測定する実験を行った。
帯電部１３の条件変化の詳細を以下に示す。
・Ｄ１０の場合：１）Ｘ＝−６０ｍｍ、２）Ｘ＝０ｍｍ、３）Ｘ＝＋６０ｍｍ。
・Ｄ１５の場合：１）Ｘ＝−６０ｍｍ、２）Ｘ＝０ｍｍ、３）Ｘ＝＋６０ｍｍ。
・Ｄ２０の場合：１）Ｘ＝−６０ｍｍ、２）Ｘ＝０ｍｍ、３）Ｘ＝＋６０ｍｍ。
本実験は、集塵部１６の条件は一定で、帯電部１３の消費電力は一定の１Ｗであるが、電圧の正負の別・Ｄ・Ｘを変化させたときに、集塵効率ηがどのように変化するのかを確認するものである。

実験結果を図１５に示す。荷電極板１に正または負の電圧を印加した場合の、各Ｄについて、横軸Ｘ、縦軸ηの特性が示される。記号説明の中で、極間Ｇの文字の前に付された＋または−の記号は、印加した直流電圧が正であるか負であるかを示している。

図１４では、Ｘが増大すると、集塵効率ηは低下している。正負の別やＤの違いにより、各特性に差異はあるものの、Ｘが増大すると、ηは低下する。これは荷電極板１が風下側にずれるとηが悪化することを意味している。その理由は実施例１のものと同じであり、「高風速条件下では，コロナ放電により発生した気体イオンは風下に流されるので、粉塵を帯電するのに効果的な荷電空間は、トゲの風上側よりも風下側に存在する。」と言うものである。よって、帯電部１３の消費電力一定という条件下では、荷電極板１の風下端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置したほうが、風下側に位置するよりも、集塵効率ηが高い値となるといえる。

なお、帯電部１３の荷電極板１に正電圧を印加した場合の平均電界強度は７ｋＶ／ｃｍから１０ｋＶ／ｃｍ程度の範囲であった。また、負電圧を印加した場合、平均電界強度は６ｋＶ／ｃｍから９ｋＶ／ｃｍ程度の範囲であった。

なお、荷電極板１の端部上で隣接するトゲの間隔は１２ｍｍでなくても、４ｍｍから２
０ｍｍ程度の範囲であればよい。

なお、荷電極板１の寸法は２０ｍｍ×３６ｍｍでなくてもよい。

すなわち、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の時、帯電部１３の荷電極板１の風下端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、荷電極板１の風下端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置する構造であれば、消費電力効率の良い電気集塵装置が得られるのである。

（実施例３）
風上端のみに、トゲ突起を設けた場合を実施例３として、実験により確認する。

図１６（Ａ）は，実験で使用した帯電部１３の荷電極板１と接地極板２の外形を示す。これらをそれぞれ複数枚用いて帯電部１３を構成する。使用する枚数の考え方は実施例１と同じである。荷電極板１と接地極板２の板厚・材質も実施例１と同じである。荷電極板１の風上端の一辺に、３個のトゲを配列した。トゲの先端角度・トゲ高さ・トゲ間隔は実施例１と同じである。

図１６（Ｂ）は、荷電極板１とこれに平行に隣接する接地極板２を垂直方向から眺めたものである。通風方向・風速は実施例１と同じである。荷電極板１の風上端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置（一点叉線）よりも風上側に位置し、荷電極板１が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置することを示している。接地極板２の中間位置を原点０ｍｍポイントとし、ここから風下方向を＋方向、風上方向を−方向としている。荷電極板１の風下端と原点間の距離をＸとすると、荷電極板１の風上端が、接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置するための−方向の最大寸法はＸ＝−６０ｍｍである。

図１６（Ｃ）は、帯電部１３において、Ｘ＝０ｍｍの場合の極板配置の様子を示す。太い矢印は通風方向を示す。荷電極板１と隣接する接地極板２の間の距離をＤとし、Ｄが１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの３ケースで実験を行った。

荷電極板１において風上側の３個のトゲ突起からコロナ放電空間（ａ）が形成されることを示している。風上側から運ばれてきた粉塵（図示せず）は、この帯電部１３内のコロナ放電空間を通過することにより、電荷を帯び、後段の集塵部１６の強電界で捕集される。

図１６（Ｄ）は、帯電部１３において、Ｘ＝−６０ｍｍの場合の極板配置の様子を示し、図１６（Ｅ）は、Ｘ＝＋６０ｍｍの場合の極板配置の様子を示す。

実験結果を図１７に示す。荷電極板１に正または負の電圧を印加した場合の、各Ｄについて、横軸Ｘ、縦軸ηの特性が示される。記号説明の中で、極間Ｇの文字の前に付された＋または−の記号は、印加した直流電圧が正であるか負であるかを示している。

図１７では、Ｘが増大すると、集塵効率ηは低下している。正負の別やＤの違いにより、各特性に差異はあるものの、Ｘが増大すると、ηは低下した。これは荷電極板１が風下側にずれるとηが悪化することを意味している。その理由は実施例１のものと同じであり、「高風速条件下では，コロナ放電により発生した気体イオンは風下に流されるので、粉塵を帯電するのに効果的な荷電空間は、トゲの風上側よりも風下側に存在する。」と言うものである。よって、帯電部１３の消費電力一定という条件下では、荷電極板１の風上端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置したほうが、風下側に位置するよりも、集塵効率ηが高い値となるといえる。

すなわち、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の範囲内の時、帯電部１３の荷電極板１の風上端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、荷電極板１の風上端が、隣接する接地極板２における風上端と風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１が、接地極板２の風上端と風下端の間に位置する構造であれば、消費電力効率の良い電気集塵装置が得られるのである。

（実施例４）
実施例１では、荷電極板１の風上端と風下端の両方にトゲ突起を設けた。実施例２では
、荷電極板１の風下端のみにトゲ突起を設けた。また、実施例３では、荷電極板１の風上端のみにトゲ突起を設けた。実施例１から実施例３の実験結果で共通することは、「同一消費電力条件下では、トゲ先端が、風上寄りに位置する方が、風下寄りに位置するよりも集塵効率ηが高くなる」というものである。さらに考えを深めれば、「トゲ突起の位置が風下端である実施例２の結果と、トゲ突起の位置が風上端である実施例３の結果を複合したものが、実施例１の結果となっている」ということができる。以上をまとめて表１を得る。

従来技術の項で、図２２について説明した。図２２においては、放電極１０４Ａ（荷電極板）のトゲ突起のみならず、接地極板１０４Ｂにもトゲ突起を設け、接地極板１０４Ｂからも、放電極１０４Ａと逆極性のコロナ放電を発生させ、放電極１０４Ａと接地極板１０４Ｂの両者のコロナ放電により粉塵を帯電させ集塵するものである。

「実施例２の結果と、実施例３の結果を複合したものが実施例１の結果である」ので、さらにこの考えを、図２２のような接地極板１０４Ｂにもトゲ突起を設ける場合に、拡張して考えることができる。

図１８を用いて説明する。図１８（Ａ）には、帯電部１３の荷電極板１の風上端のみにコロナ放電用のトゲ突起が配置され、さらに、隣接する接地極板２の風下端にのみに放電用のトゲ突起が配置される様子を示す。接地極板２の風下端が、接地極板２の風上端と荷電極板１の風下端の中間位置（一点叉線）よりも風上側に位置し、荷電極板１の風上端が接地極板２の風上端と風下端の間に位置する構造となっている。図１８（Ｂ）は、荷電極板１のトゲ突起先端からは正（または負）のコロナ放電が（ａ）のように発生し、接地極板２のトゲ突起先端からは負（または正）のコロナ放電が（ｂ）のように発生する様子を示している。この実施例４は、紛れもなく「実施例２の結果と、実施例３の結果の複合である」といえる。即ち、荷電極板１の風上端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、隣接する接地極板２の風下端に放電用のトゲ突起を有し、接地極板２の風下端が、接地極板２の風上端と荷電極板１の風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１の風上端が接地極板２の風上端と風下端の間に位置する構造であれば、高い集塵効率ηを得ることができるのは自明といえる。なお、本実施例では、正負両コロナの放電が発生するので、平均電界強度は、６．５ｋＶ／ｃｍから９．５ｋＶ／ｃｍ程度の範囲である。

すなわち、通過風速が５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の範囲内の時、帯電部１３の荷電極板１の風上端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、隣接する接地極板２の風下端に放電用のトゲ突起を有し、接地極板２の風下端が、接地極板２の風上端と荷電極板１の風下端の中間位置よりも風上側に位置し、荷電極板１の風上端が接地極板２の風上端と風下端の間に位置する構造であれば、消費電力効率の良い電気集塵装置が得られるのである。

本発明にかかる電気集塵装置は、速い通過風速で使用される際に、帯電部内のコロナ放電する部分を、帯電部内の風上寄りの空間に配置することで、省エネ運転が可能となるので、広い範囲で有用である。

１荷電極板
２接地極板
９荷電極板
１０接地極板
１１吸込ダクト
１３帯電部
１４熱線風速計
１５パーティクルカウンター
１６集塵部
１９ファン
２２高圧電源
２３負高圧電源
５１トゲ
５２トゲ
６１トゲ
７１トゲ
８１トゲ
８２トゲ

Claims

荷電極板と接地極板を交互に平行に配置した帯電部と集塵部からなる電気集塵装置において、
通過風速を５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の範囲内とし、
帯電部の荷電極板の風上端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、
隣接する接地極板の風下端に放電用のトゲ突起を有し、
接地極板の風下端が、接地極板の風上端と荷電極板の風下端の中間位置よりも風上側に位置し、
荷電極板の風上端が接地極板の風上端と風下端の間に位置する構造とし、
風の流れ方向において荷電極板の長さは接地極板の長さよりも長いことを特徴とする電気集塵装置。
荷電極板と接地極板を交互に平行に配置した帯電部と集塵部からなる電気集塵装置において、
通過風速を５ｍ／ｓから１５ｍ／ｓ程度の範囲内とし、
帯電部の接地極板の風上端にコロナ放電用のトゲ突起を有し、
隣接する荷電極板の風下端に放電用のトゲ突起を有し、
荷電極板の風下端が、荷電極板の風上端と接地極板の風下端の中間位置よりも風上側に位置し、
接地極板の風上端が荷電極板の風上端と風下端の間に位置する構造を特徴とする電気集塵装置。
帯電部の荷電極板と隣接する接地極板との最短距離が１０ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の電気集塵装置。