JP6230491B2 - 電気集塵機用貫通碍子、及び電気集塵機 - Google Patents

Description

本発明は、電気集塵機用貫通碍子、及び電気集塵機に関する。

高炉などの種々の製造設備から排出される排ガスは、ダストを含有する。このような排ガスからダストを除去する設備として、例えば特許文献１に示すような電気集塵機が用いられている。電気集塵機は、放電極と集塵板との間に排ガスを流入させ、放電極に高電圧を印加することによってコロナ放電を発生させる。これによって、排ガスに含まれるダストを帯電し、集塵板で、帯電したダストをクーロン力によって捕集する。このようにして、排ガス中のダストを除去することができる。

放電極と集塵板を収容する集塵容器は、運転時において、通常、高温且つ高圧下にある。このような集塵容器内に高電圧を供給するため、放電極と電源との接続部には電圧に見合った絶縁性を有する貫通碍子が設けられる（例えば、特許文献２）。

特開２００９−７８２１５号公報 特開昭６３−２３６５５３号公報

電気集塵機に用いられる貫通碍子は、集塵容器や碍子室を構成する壁面と給電するケーブルとを電気的に絶縁している。しかしながら、高電圧を長期間に亘って供給し続けると、コロナ放電等によって貫通碍子が損傷してしまうことが懸念される。このため、高電圧の電流を長期間に亘って供給し続けても、長期間に亘って絶縁性能を維持することが可能な電気集塵機用貫通碍子が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、十分に長い寿命を有する電気集塵機用貫通碍子を提供することを目的とする。また、本発明は、十分に長い寿命を有する貫通碍子を備えることによって、長期間に亘って安定して運転することが可能な電気集塵機を提供することを目的とする。

本発明者らは、電気集塵機用貫通碍子を損傷させる原因を検討するとともに、損傷を抑制し得る技術を種々検討した。その結果、電気集塵機用貫通碍子では、貫通碍子の金属フランジの角部に電荷が集中してコロナ放電が発生しやすい傾向にあり、これが貫通碍子の碍子本体の絶縁破壊を引き起こして貫通碍子を損傷させることが分かった。

そこで、本発明は、非磁性材料からなる碍子本体と、該碍子本体を貫通する導体と、碍子本体の中央部に固定された金属フランジと、を有する電気集塵機用貫通碍子であって、金属フランジの固定部と当該固定部の両側に隣接する領域を含む、碍子本体の中央領域が、導電膜で覆われている電気集塵機用貫通碍子を提供する。

このような貫通碍子は、金属フランジの固定部と当該固定部の両側に隣接する領域を含む、碍子本体の中央領域が、導電膜で覆われている。このため、金属フランジの角部に電荷が集中してしまうことを抑制することができる。これによって、金属フランジの角部と導体との間に発生するコロナ放電が低減されることとなり、その結果、碍子本体の絶縁破壊による損傷を抑制することができる。したがって、本発明の貫通碍子は、長期間に亘って絶縁性能を維持することが可能であり、十分に長い寿命を有する。

上記導電膜は金属箔であることが好ましい。これによって、導電膜の導電率を十分に高くして、コロナ放電の発生を一層低減することができる。したがって、貫通碍子を一層高寿命にすることができる。

金属フランジの固定部分を覆う導電膜と金属フランジとの間には、導電性を有するセメントが充填されていることが好ましい。これによって、金属フランジへの電荷の集積を十分に低減して、コロナ放電の発生を一層低減することができる。

本発明の電気集塵機用貫通碍子は、碍子本体の中央部の直径をＤとし、碍子本体の長手方向に沿った、固定部の両側に隣接する領域の長さをそれぞれＬ１及びＬ２（但し、Ｌ１≦Ｌ２である。）としたときに、下記式（１）及び式（２）を満足することが好ましい。これによって、電気集塵機用貫通碍子の耐電圧を十分に高く維持しつつ、金属フランジの角部と導体と間のコロナ放電の発生を一層低減することができる。したがって、耐電圧が十分に高く且つ一層長い寿命を有する電気集塵機用貫通碍子にすることができる。
０．４＜Ｌ１／Ｄ （１）
Ｌ２／Ｄ＜２ （２）

本発明ではまた、ガス中のダストを帯電させる放電極、及び帯電したダストを捕集する集塵板を収容する集塵容器と、放電極に電圧を印加する電源と、を備える電気集塵機であって、放電極と電源とが、上述の貫通碍子を介して導通する電気集塵機を提供する。本発明の電気集塵機は、十分に長い寿命を有する貫通碍子を備える。したがって、長期間に亘って安定して運転を継続することができる。

本発明は、コロナ放電による損傷を防止して十分に長い寿命を有する電気集塵機用貫通碍子を提供することができる。また、本発明は、十分に長い寿命を有する貫通碍子を備えることによって、長期間に亘って安定して運転することが可能な電気集塵機を提供することができる。

本発明の電気集塵機用貫通碍子の一実施形態を示す平面図である。 図１の電気集塵機用貫通碍子の一部を切り欠いて示す模式図である。 図１の電気集塵機用貫通碍子の一部を拡大して示す模式図である。 本発明の電気集塵機の一実施形態を示す模式図である。 図４の電気集塵機のＶ−Ｖ線断面図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の電気集塵機用貫通碍子の一実施形態を示す平面図である。電気集塵機用貫通碍子１００（以下、「貫通碍子１００」という。）は、非磁性材料からなる碍子本体１０と、碍子本体１０の中心を貫通する導体（中心導体）と、碍子本体１０の中央部１０ａに固定されたリング状の金属フランジ１４と、を有する。碍子本体１０は、略円柱形状の中央部１０ａと、中央部１０ａの両側に、蛇腹形状を有する側部１０ｂとを有する。碍子本体１０は、リング状の金属フランジ１４の貫通穴に挿入されている。金属フランジ１４は、碍子本体１０の中央部１０ａにある突起部１３によって係止され、中央部１０ａにある固定部１５に固定されている。

貫通碍子１００は、金属フランジ１４によって、電気集塵機に設けられる、集塵容器又は碍子室等に取り付けられる。碍子本体１０を構成する非磁性材料としては、磁器及びエポキシ等の絶縁材料が挙げられる。金属フランジ１４としては、ステンレス及び鋳鉄等が挙げられる。導体としては、ステンレス、銅及びアルミニウム等が挙げられる。

貫通碍子１００は、金属フランジ１４の固定部１５と、固定部１５の両側に隣接する領域１５ａ，１５ｂを含む、碍子本体１０の中央領域１１を覆う導電膜１２を有する。すなわち、導電膜１２は、固定部１５の表面と、領域１５ａ，１５ｂの表面とを覆うように設けられている。領域１５ａと領域１５ｂは、金属フランジ１４の固定部１５をその両側から挟むようにして、碍子本体１０の周面に沿って配置されている。導電膜１２の厚みは、例えば１ｍｍ以下である。

図１及び図２において、碍子本体１０の長手方向に沿った、領域１５ａ，１５ｂのそれぞれの長さはＬ１，Ｌ２で示されている。Ｌ１及びＬ２は、Ｌ１≦Ｌ２を満たしており、図１及び図２に示すようにＬ１＝Ｌ２であることが好ましい。碍子本体１０の長手方向に沿う、導電膜１２の全体の長さＬは、Ｌ１とＬ２と金属フランジ１４（固定部１５）の長さＬ３の合計値である（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）。

碍子本体１０の中央部１０ａの直径をＤとしたとき、Ｄ，Ｌ１及びＬ２は、以下の式（１）及び式（２）を満足することが好ましい。ここで、中央部１０ａの直径Ｄは、中央領域１１のうち、突起部１３を除く部分の直径の最大値として求めることができる。
０．４＜Ｌ１／Ｄ （１）
Ｌ２／Ｄ＜２ （２）

Ｌ１／Ｄの値を、式（１）を満たす範囲とすることによって、導電膜１２の全体の長さＬが確保され、金属フランジ１４の角部に電荷が集積することを十分に抑制することができる。また、Ｌ２／Ｄの値を、式（２）を満たす範囲とすることによって、貫通碍子１００の接続部３２，３２と中央領域１１との間の距離を確保することができる。したがって、電気集塵機用貫通碍子１００の耐電圧を十分に高く維持しつつ、金属フランジ１４の角部１４ｂと導体２０とのコロナ放電の発生を一層低減することができる。したがって、耐電圧が十分に高く且つ一層長い寿命を有する貫通碍子１００にすることができる。

同様の観点から、Ｄ、Ｌ２は、以下の式（３）を満足することがより好ましい。Ｌ２／Ｄの値を、式（３）を満たす範囲とすることによって、貫通碍子１００の耐電圧を一層高くすることができる。
Ｌ２／Ｄ＜１．５ （３）

碍子本体１０の長手方向の長さをＬ０としたとき、Ｌ０に対する中央領域１１の長さＬの比（Ｌ／Ｌ０）は、例えば０．０５〜０．６であってもよく、０．２〜０．４であってもよい。給電の電圧に応じて、Ｌ／Ｌ０を調整することによって、コロナ放電を十分に低減しつつ、十分な耐電圧を確保することができる。

図２は、電気集塵機用貫通碍子１００の一部を切り欠いて、その内部構造を示す模式図である。碍子本体１０の中心部には、導体２０が貫通して設けられている。貫通碍子１００は、碍子本体１０の両端部に、電気集塵機の放電極に電流を供給するケーブル６４が接続される接続部３２を備える。碍子本体１０を貫通する導体２０は、接続部３２を介してケーブル６４と電気的に接続され、導通可能に構成されている。導体２０には、例えば、１５０〜２５０ｋＶの高電圧で、１００〜３００ｋＶＡの電力が供給される。導体２０と碍子本体１０の間には円筒状の空洞２２が形成されている。

貫通碍子１００は、金属フランジ１４の固定部１５とその周辺部に導電膜１２を有する。このため、金属フランジ１４の内縁を構成する角部１４ｂへの電荷の集積が抑制され、角部１４ｂと導体２０との間のコロナ放電を十分に低減することができる。したがって、碍子本体１０の絶縁破壊が抑制されて、電気集塵機用貫通碍子１００の寿命を長くすることができる。

導電膜１２は、導電性を有する膜である。４端子法で測定される導電膜１２の表面抵抗率は０．５Ω／□以下であってもよく、０．０５Ω／□以下であってもよい。導電膜１２としては、例えば、金属箔が挙げられる。金属箔としては、銅箔、銀箔、金箔又はアルミニウム箔などが好適に用いられる。金属箔は、銀ロウ又は金ロウなどの材料を溶かして形成してもよい。

導電膜１２は、例えば、金属箔と該金属箔の上に粘着層が設けられた金属箔粘着テープ又は金属箔を、碍子本体１０の中央部１０ａに巻き回して設けることができる。別の方法としては、金属粉末を含むペースト状の塗料を碍子本体１０の中央部１０ａに塗布し、加熱して形成することもできる。このようにして、金属フランジ１４の固定部１５とこの両側に隣接する領域１５ａ，１５ｂからなる中央領域１１が、導電膜１２によって覆われる。

貫通碍子１００は、金属フランジ１４によって、直流電源が収容される収容空間６２と圧力容器に連通する連通空間６０とを区画する板状の支持体３０に固定される。支持体３０には、貫通孔３４が設けられている。貫通碍子１００は貫通孔３４に挿入されており、支持体３０と金属フランジ１４の外周部とが当接してボルトで固定されている。このように、支持体３０に貫通碍子１００を固定することによって、支持体３０と電気集塵機に電気を供給するケーブル６４との間の絶縁が確保される。支持体３０と貫通碍子１００とによって、電気集塵機の集塵容器に連通する連通空間６０と、直流電源が収容される収容空間６２とが遮断され、両者の間に、圧力差及び／又は温度差を設けることができる。

図３は、貫通碍子１００の金属フランジ１４と固定部１５との対向部の一部を拡大して示す拡大断面図である。金属フランジ１４の内側周面と固定部１５上の導電膜１２との間には、導電性を有するセメント１６が充填されている。セメント１６は、通常のセメントにカーボンブラック若しくは炭素繊維等が分散されたもの、又はアルミナセメント等を用いることができる。セメント１６を金属フランジ１４と導電膜１２との間に充填することによって、金属フランジ１４の角部１４ｂ等に電荷が集積することが一層抑制され、コロナ放電の発生を十分に抑制することができる。

導電膜１２で覆われた突起部１３と、金属フランジ１４との間には、パッキン１８が設けられている。このように、金属フランジ１４は、セメント１６とパッキン１８を介して、碍子本体１０に固定されている。パッキン１８としては、例えばゴム製のパッキンを用いることができる。金属フランジ１４には、支持体３０に固定するためのボルト穴１４ａが形成されている。ボルト７２をボルト穴１４ａに挿入し、支持体３０を挟むようにボルト７２の先端にナット７４を嵌合することによって、貫通碍子１００を支持体３０に固定することができる。

図４は、本発明の電気集塵機の一実施形態を示す模式図である。電気集塵機２００は、ダストを含む排ガスから、高電圧の印加により発生するコロナ放電によって、帯電したダストを捕集する電気集塵機である。電気集塵機２００は、排ガス中のダストを帯電させる放電極５５、及び帯電したダストを捕集する集塵板５７を収容する集塵容器５３と、放電極５５に電圧を印加する高圧直流電源５８と、を備える。放電極５５と高圧直流電源５８とは、貫通碍子１００を介して電気的に導通している。ダストを含む排ガスとしては、高炉から排出される高炉ガスが挙げられる。

電気集塵機２００は、水平方向に配置される排ガス本管４７と、これに垂直に連結される排ガス入口管４５と、を備える。ダストを含む排ガスは、排ガス本管４７及び排ガス入口管４５を順に流通して、集塵容器５３に供給される。電気集塵機２００は、処理するガスの量に応じて、複数設けられてもよい。この場合、それぞれの電気集塵機２００には、排ガス本管４７に連結されたそれぞれの排ガス入口管４５によって排ガスが供給される。排ガス入口管４５は、円筒形状の集塵容器５３の中心部に、鉛直方向に沿って延在しており、集塵容器５３の下部に排ガスを供給する。

図５は、図４に示す電気集塵機２００のＶ−Ｖ線断面図である。円筒形状の集塵容器５３の内部には、図４，図５に示すように、複数の板状の集塵板５７と複数の棒状の放電極５５が設けられている。図５に示すように、集塵容器５３の横断面でみたときに、集塵板５７は、略同心円状に設けられるとともに、放射状に設けられる。集塵板５７によって排ガス流路５６が区画されている。集塵板５７の間には放電極５５が配置されている。放電極５５には高圧直流電源５８からケーブル６４及び貫通碍子１００を介して直流電圧が印加される。印加される直流電圧は、例えば５０〜２００ｋＶである。

集塵板５７又は放電極５５に電圧を供給するケーブル６４は、貫通碍子１００を介して、高圧直流電源５８と放電極５５とを電気的に接続する。貫通碍子１００は、板状の支持体３０に連結されて固定されている。支持体３０によって、高圧直流電源側の収容空間６２と、集塵容器５３に連通する連通空間６０とが区画されている。これによって、集塵板５７及び放電極５５を収容する集塵容器５３の内部は、例えば、大気圧よりも高い圧力（例えば、０．１５〜０．３ＭＰａ）で運転している間も、高圧直流電源５８は大気圧下で使用することができる。電気集塵機２００は、長寿命である貫通碍子１００を備えていることから、長期間に亘って安定運転を継続して行うことができる。

集塵容器５３に供給された排ガス中のダストは、高電圧の印加により発生するコロナ放電によって帯電し、集塵板５７に堆積する。ダストが除去されたガスは、集塵容器５３の上部に連結されたガス出口管４６、及びガス出口管４６に連結された水平方向に延在するガス出口本管４８を流通して排気される。除去されたダストは、ダスト貯留部５４に貯留された後、ダスト貯留部５４の下部から電気集塵機２００の外部に排出される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。上記実施形態では、電気集塵機として乾式電気集塵機を挙げて説明したが、乾式電気集塵機に限定されるものではなく、湿式電気集塵機であってもよい。また、電気集塵機で処理されるガスは高炉ガス等の排ガスに限定されるものではなく、電気集塵機で処理可能なダストを含むガスであれば特に限定されない。

以下、実施例及び比較例を用いて、本発明の内容をより詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
＜貫通碍子の作製＞
図１に示すような貫通碍子を以下手順で作製した。まず、全長Ｌ０が１２６０ｍｍである碍子本体１０を準備した。碍子本体１０の中央部１０ａの直径Ｄは１８０ｍｍであった。金属フランジ１４の固定部１５とこれに隣接する領域１５ａ，１５ｂを含む、碍子本体１０の中央領域１１に、市販の銀ロウ（商品名：シルコートＡｇＣ−Ｂ，福田金属箔粉工業株式会社製）を塗布して焼付けて、厚み１ｍｍの銀箔を形成した。碍子本体１０の長手方向に沿った銀箔１２の長さは、Ｌ１＝Ｌ２＝８５ｍｍとした。このようにして、図１に示すような貫通碍子を作製した。

＜耐電圧の測定＞
貫通碍子の接続部３２の一方と金属フランジ１４の間をケーブルで接続し、ＤＣハイテスタを用いて貫通碍子に電圧を印加した。印加する電圧を徐々に大きくして、金属フランジ１４と導体２０の間に沿面放電が生じる電圧を測定した。沿面放電が生じた電圧（耐電圧）は、表１に示すとおりであった。Ｌ１／Ｄ，Ｌ及びＬ／Ｌ０の値は、表１に示すとおりであった。

＜電荷量の測定＞
耐電圧の測定と同様にして、貫通碍子の接続部３２の一方と金属フランジ１４の間をケーブルで接続し、ＤＣハイテスタを用いて貫通碍子に１５０ｋＶの電圧を印加した。電圧印加時の、導体２０と金属フランジ１４の端部における電荷量を、部分放電測定器を用いて測定した。測定結果は、表１に示すとおりであった。

（実施例２〜７）
銀箔１２の長さＬ及びＬ１を、表１に示すとおりに変更したこと以外は、実施例１と同様にして貫通碍子を作製した。なお、全ての実施例において、Ｌ１＝Ｌ２となるように銀箔１２を形成した。そして、実施例１と同様にして耐電圧の測定及び電荷量の測定を行った。測定結果は、表１に示すとおりであった。

（比較例１）
銀箔１２を設けなかったこと以外は、実施例１と同様にして貫通碍子を準備して、耐電圧の測定及び電荷量の測定を行った。測定結果は、表１に示すとおりであった。

表１に示すとおり、各実施例１〜７の貫通碍子は、３０ｋＶ以上の耐電圧を維持しつつ、金属フランジに生じる電荷量を小さくできることが確認された。このように、電荷量を小さくできることから、金属フランジと碍子本体を貫通する導体との間のコロナ放電の発生を十分に低減することができる。したがって、必要な耐電圧に応じた長さを有する導電膜を備えることによって、貫通碍子の絶縁破壊を抑制して、貫通碍子を十分に長寿命にすることができる。

本発明によれば、コロナ放電による損傷を防止して十分に長い寿命を有する電気集塵機用貫通碍子を提供することができる。また、本発明によれば、十分に長い寿命を有する貫通碍子を備えることによって、長期間に亘って安定して運転することが可能な電気集塵機を提供することができる。

１０…碍子本体、１０ａ…中央部、１０ｂ…側部、１１…中央領域、１２…導電膜（銀箔）、１３…突起部、１４…金属フランジ、１４ａ…ボルト穴、１４ｂ…角部、１５…固定部、１５ａ，１５ｂ…領域、１６…セメント、１８…パッキン、２０…導体、２２…空洞、３０…支持体、３２…接続部、３４…貫通孔、４５…排ガス入口管、４６…ガス出口管、４７…排ガス本管、４８…ガス出口本管、５３…集塵容器、５４…ダスト貯留部、５５…放電極、５６…排ガス流路、５７…集塵板、５８…高圧直流電源、６０…連通空間、６２…収容空間、６４…ケーブル、７２…ボルト、７４…ナット、１００…電気集塵機用貫通碍子（貫通碍子）、２００…電気集塵機。

Claims (5)

1. 非磁性材料からなる碍子本体と、該碍子本体を貫通する導体と、前記碍子本体が挿入された貫通孔を有するリング状の金属フランジと、を有し、当該金属フランジによって電気集塵機に取り付けられる電気集塵機用貫通碍子であって、
   前記金属フランジは前記碍子本体の中央部における固定部に固定されており、
   前記固定部の表面と当該固定部の両側に隣接する領域の表面を含む、前記碍子本体の中央領域の表面が、導電膜で覆われている電気集塵機用貫通碍子。
2. 前記導電膜が金属箔である、請求項１に記載の電気集塵機用貫通碍子。
3. 前記導電膜と前記金属フランジとの間に導電性を有するセメントが充填されている、請求項１又は２に記載の電気集塵機用貫通碍子。
4. 前記碍子本体の中央部の直径をＤとし、前記碍子本体の長手方向に沿った、前記固定部の両側に隣接する前記領域の長さをそれぞれＬ１及びＬ２（但し、Ｌ１≦Ｌ２である。）としたときに、下記式（１）及び式（２）を満足する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気集塵機用貫通碍子。
   ０．４＜Ｌ１／Ｄ （１）
   Ｌ２／Ｄ＜２ （２）
5. ガス中のダストを帯電させる放電極、及び帯電したダストを捕集する集塵板を収容する集塵容器と、前記放電極に電圧を印加する電源と、を備える電気集塵機であって、
   前記放電極と前記電源とが、請求項１〜４のいずれか一項に記載の貫通碍子を介して導通する電気集塵機。