JP7225019B2 - 電気集塵装置 - Google Patents

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、放電極において放電極の本体部から突出するコロナ放電部が設けられている場合、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。これに対し、放電極においてコロナ放電部が設けられていない場合、放電極と集塵極との間ではコロナ放電が発生しないため、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放電極では、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、コロナ放電部を有さない放電極に対向する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、コロナ放電部を有さない放電極に対向する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第１コロナ放電部を有する第１放電極と、突起部が形成されない第２放電極と、前記第１放電極及び前記第２放電極の間に位置し、前記第１放電極側は前記第１コロナ放電部に対向している集塵極とを備え、前記集塵極は、前記第１放電極と前記第２放電極との間の中央位置よりも前記第１放電極から遠ざかる方向に位置されている。

第１放電極は、集塵極に対向して突出する第１コロナ放電部を有し、第２放電極は突起部が形成されない。これにより、第１コロナ放電部から集塵極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。
集塵極を挟んで第１放電極の反対側、すなわち第１コロナ放電部の反対側に位置する第２放電極は、第１コロナ放電部のような突起部が形成されていないため、コロナ放電はほとんど生じない。しかし、集塵極は、第１放電極と第２放電極との間の中央位置よりも第１放電極から遠ざかる方向に位置されているので、第２放電極と集塵極とが近づくことになる。
これにより、第２放電極と集塵極との間の電界強度を増加させることができ、第２放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。また、この方式は、両側にコロナ放電部を有する放電極のみが設置される従来の方式に比べて、突起部がない第２放電極も設置されることにより、集塵極を挟んで隣り合う放電極同士によるイオン風の干渉をなくすことができるメリットがある。
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、前記第１放電極と前記集塵極との間の距離をＤ１、前記第２放電極と前記集塵極との間の距離を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、第２放電極と集塵極との間の電界強度を増加させつつ、当該電界強度を第１コロナ放電部と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。

さらに、本発明の一態様に係る電気集塵装置では、前記集塵極は、一方向に沿って配列され、前記Ｄ１は、前記集塵極の配列方向に対して垂直方向において前記第１放電極と前記集塵極の中心を通る配列位置との間の距離であり、前記Ｄ２は、前記集塵極の配列方向に対して垂直方向において前記第２放電極と前記集塵極の中心を通る配列位置との間の距離である。

集塵極が一方向に沿って配列されており、Ｄ１は、集塵極の配列方向に対して垂直方向において第１放電極と集塵極の配列位置との間の距離であり、Ｄ２は、集塵極の配列方向に対して垂直方向において第２放電極と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、前記第１放電極と前記集塵極との間における前記集塵極近傍の電界強度と、前記第２放電極と前記集塵極との間における前記集塵極近傍の電界強度とが同等とされている。

第１放電極と集塵極との間における前記集塵極近傍の電界強度と、第２放電極と集塵極との間における前記集塵極近傍の電界強度とを同等とすることで、集塵極を第１放電極と第２放電極間の中央に位置させる場合に比べて、第２放電極と集塵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、前記第１放電極は、前記本体部を間に挟んで前記第１コロナ放電部とは反対側に前記本体部から突出するコロナ放電用の第２コロナ放電部を有し、前記第２コロナ放電部に対向するように前記集塵極とは別の集塵極が位置する。

放電極の本体部に対して第１コロナ放電部及び第２コロナ放電部を両側に有することで、両サイドに位置する集塵極それぞれ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。

コロナ放電部を有さない放電極と集塵極との間の電界強度を増加させることで、コロナ放電部を有さない放電極に対向する集塵極においてもクーロン力の向上により集塵効率を高めて、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第１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第２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第１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第２放電極と集塵極間の電界強度を示した図である。 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の変形例を示した平面図である。 図１０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。 集塵極の変形例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面内に第１放電極５又は第２放電極６が配置されている。第１放電極５と第２放電極６は、ｙ方向に交互に配置される。

図１では、第１放電極５の取付枠５ｄ又は第２放電極６の取付枠６ｂの位置が示されている。集塵極４は、図２から分かるように、ガス流れＧ方向に直交するｙ方向に並ぶ第１放電極５と第２放電極６間の中央位置ＣＬから第２放電極６側にオフセットされている。すなわち、集塵極４と第１放電極５間のピッチは、集塵極４と第２放電極６間のピッチより大きい。

集塵極４は接地されている。第１放電極５及び第２放電極６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、第１放電極５及び第２放電極６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、第１放電極５は、取付枠５ｄに固定された本体部５ｃと、本体部５ｃから突出するトゲ状とされた複数の突起部（第１コロナ放電部）５ａと、本体部５ｃを間に挟んで突起部５ａとは反対側に本体部５ｃから突出するトゲ状とされた複数の突起部（第２コロナ放電部）５ｂとを備えている。本体部５ｃは、例えば、断面が円形状を有する丸棒、又は、断面が四角形状を有する角棒などである。また、突起部５ａ，５ｂと本体部５ｃは別部材で溶接等によって接続されたものでも良いし、平板を打ち抜いて形成されて一体的に構成されているものであっても良い。

突起部５ａは、一方の集塵極４側に先端を向けて突出するように設けられ、突起部５ｂは、他方の集塵極４側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，５ｂ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，５ｂにおいてコロナ放電が発生し、突起部５ａ，５ｂの先端からそれぞれに対向する集塵極４側に向けてイオン風が発生する。

第２放電極６は、取付枠６ｂに固定された本体部６ａを備える。第２放電極６の外周面は、第１放電極５と異なり、突起部５ａ，５ｂのような本体部６ａから突出した突起部が形成されない。第２放電極６は、例えば、断面が円形状を有する丸棒、又は、断面が四角形状を有する角棒などである。第２放電極６は、軸方向がｚ方向に対して平行に配置される。

図２及び図３に示されているように、集塵極４の中心Ｃ１は、第１放電極５の中心Ｃ２と第２放電極６の中心Ｃ３間の中央位置ＣＬから第２放電極６側にオフセットされている。具体的には、集塵極４は、突起部５ａ，５ｂを有する第１放電極５から遠ざかる方向に、かつ、突起部が形成されない第２放電極６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、図３及び図４に示すように、第１放電極５の本体部５ｃの中心Ｃ２と集塵極４の中心Ｃ１を通る配列位置との間のｙ方向に見た距離Ｄ１は、第２放電極６の本体部６ａの中心Ｃ３と集塵極４の中心Ｃ１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）。

距離Ｄ１は、第１放電極５の本体部５ｃの中心Ｃ２と集塵極４の中心Ｃ１を通る配列位置との間の距離である。すなわち、Ｄ１は、集塵極４の配列方向に対して垂直方向（ｙ方向）において第１放電極５の本体部５ｃの中心Ｃ２と集塵極４の配列位置（中心軸線）との間の距離である。

距離Ｄ２は、第２放電極６の本体部６ａの中心Ｃ３と集塵極４の中心Ｃ１を通る配列位置との間の距離である。すなわち、Ｄ２は、集塵極４の配列方向に対して垂直方向（ｙ方向）において第２放電極６の本体部６ａの中心Ｃ３と集塵極４の配列位置（中心軸線）との間の距離である。

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，５ｂは、いずれも高さ方向において、所定間隔を空けて設けられている。また、突起部５ａと突起部５ｂは、位相が異なるように、すなわち、本体部５ｃのｚ方向に沿って異なる位置に交互に設けられる。

図４には、集塵極４と第１放電極５と第２放電極６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方向に並ぶ第１放電極５又は第２放電極６の間隔はＰｄとされる。また、ガス流れＧ方向に対して垂直方向であるｙ方向に並ぶ集塵極４の間隔は、中間に第１放電極５が位置する場合の距離が２Ｄ１とされ、中間に第２放電極６が位置する場合の距離が２Ｄ２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、集塵極４のオフセット位置、すなわち、集塵極４の中心Ｃ１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。

図５には、第１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。図４又は図５に示すように、第１放電極５の本体部５ｃは円形断面を有しており、その直径はＤｄ１とされる。突起部５ａが本体部５ｃから突出する突起長さはＬｂとされる。図４に示すように、第２放電極６の本体部６ａは円形断面を有しており、その直径はＤｄ２とされる。

図４及び図５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－Ｄｄ１／２－Ｌｂ）^２＋（Ｐｄ／２）^２）^０．５－Ｄｃ／２
Ｌ２＝（Ｄ２^２＋（Ｐｄ／２）^２）^０．５－Ｄｃ／２－Ｄｄ２／２
そして、集塵極４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４及び図５では、トゲ状の突起部５ａ又は突起部５ｂの位置での断面での例を示したが、実際には突起部５ａ，５ｂ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，５ｂ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，５ｂ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２Ｄ１や２Ｄ２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６Ａ乃至図７Ｂを用いて、第１放電極５と第２放電極６の間で集塵極４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６Ａ及び図６Ｂには、オフセット量＝０とされたオフセット無しの場合、すなわち集塵極４の中心Ｃ１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６Ａに示すように、第１放電極５の突起部５ａ，５ｂと集塵極４との間は、コロナ電流が流れるにしたがい、集塵極４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電荷による空間電荷効果で、電界強度が比較的大きく上昇する。この集塵極４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６Ｂに示すように、突起部を有さない第２放電極６と集塵極４との間では、図６Ａのような空間電荷効果がなく電界強度の上昇が少ないため、集塵極４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７Ａ及び図７Ｂには、本実施形態に相当し、集塵極４が中央位置ＣＬからオフセットされた場合の第１放電極５と集塵極４との間の電界強度分布、及び、第２放電極６と集塵極４との間の電界強度分布が示されている。図７Ａが図６Ａに対応し、図７Ｂが図６Ｂに対応する。

図７Ａ及び図７Ｂに示されているように、突起部５ａ，５ｂと集塵極４との間の電界強度は、オフセットによりＤ１＞Ｄ２、つまりＬ１＞Ｌ２とされているため、集塵極４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６Ａ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６Ｂ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、集塵極４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部５ａ，５ｂ側の距離Ｌ１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）、このため突起部５ａ，５ｂ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４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が生じる突起部５ａ，５ｂ側の距離Ｌ１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、集塵極４の第２放電極６側に回り込んだダストの集塵極４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。

また、本実施形態では、両側に突起部（コロナ放電部）を有する放電極のみが設置される従来の方式に比べて、突起部がない第２放電極６も設置されることにより、集塵極４を挟んで隣り合う放電極同士によるイオン風の干渉をなくすことができるメリットがある。すなわち、集塵極４において第２放電極６側から流れてくるイオン風がない又は少ないため、帯電ダストが第１放電極５側へ巻き戻されることがなく、帯電ダストを集塵極４近傍へ近づけることができる。さらに、突起部５ａと突起部５ｂが位相をずらして設けられることによって、第２放電極６側からのイオン風による影響を更に減らすことができる。

オフセット量（Ｄ１／Ｄ２比）は、第１放電極５側の電界強度E1maxと第２放電極６側の電界強度E2maxとが同等となるように調整されることが好ましい。図６Ａ乃至図７Ｂ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Ｃ１を通過する配列位置と第１放電極５の中心Ｃ２間の距離Ｄ１と、集塵極４の中心Ｃ１を通過する配列位置と第２放電極６の中心Ｃ３間の距離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、第１放電極５又は第２放電極６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８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して、集塵極４と第２放電極６間のピッチを極端に小さくすると、集塵極４近傍の電界強度E2max>E1maxとなり、突起部を有さない第２放電極６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、突起部５ａ，５ｂを有する第１放電極５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９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（第１放電極５の本体部５ｃに突起部５ａ，５ｂを有する側、すなわち、放電線にトゲのある側）の集塵極４近傍の電界強度と、電界側（第２放電極６側、すなわち、トゲのない側）の集塵極４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９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、トゲのある側の集塵極４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、トゲのある側の集塵極４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９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集塵極４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８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９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。）をトゲのない側の集塵極４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、第２放電極６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、第１放電極５及び第２放電極６に電源から負電圧を印加することで、突起部５ａ，５ｂ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，５ｂ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集塵極４の近傍まで移動させるように作用する。そして、集塵極４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，５ｂから集塵極４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。

一方、突起部を有さない第２放電極６と集塵極４との間では、図７Ｂを用いて説明したように、集塵極４を中央位置ＣＬから第２放電極６側へオフセットし、集塵極４と第２放電極６間のピッチを狭めることによって、第２放電極６側の集塵極４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、第２放電極６側の集塵極４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、第１放電極５側からのイオン風によって集塵極４の背面である第２放電極６側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４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。
集塵極４の中心Ｃ１が第１放電極５の中心Ｃ２と第２放電極６の中心Ｃ３との間の中央位置ＣＬよりも第１放電極５から遠ざかる方向に位置されているので、集塵極４と第２放電極６とが近づくことになる。これにより、集塵極４と第２放電極６との間の電界強度を増加させることができ、第２放電極６側の集塵極４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。

上述した実施形態では、集塵極４が円形パイプである例について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、集塵極４は、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としても良い。
または、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。この集塵極４、第１放電極５及び第２放電極６は、図１０乃至図１２に示すように配置される。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、第１放電極５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、集塵極４と第２放電極６間のガス流れＧの上流側において、ガス遮断板７が設置されるとよい。ガス遮断板７によってガス流れＧが妨げられることにより、集塵極４と第２放電極６間に流れるガス流れの流量が低減し、粒子の滞在時間を長くして、集塵極４を通り抜けた捕集性能を高めることができる。

集塵極４が平板状集塵極である場合、図１３に示すように、パンチングメタルや金網等の平板材をガス流れＧ方向に交互に規則的に折り返した折れ板状集塵極としても良い。この場合、第１放電極５及び第２放電極６は、対向する折れ板の凹凸に応じてオフセットされる。

１ 電気集塵装置
４ 集塵極
５ 第１放電極
５ａ 突起部（第１コロナ放電部）
５ｂ 突起部（第２コロナ放電部）
５ｃ 本体部
５ｄ 取付枠
６ 第２放電極
６ａ 本体部
６ｂ 取付枠
７ ガス遮断板
Ｃ１ （集塵極の）中心
Ｃ２ （第１放電極の）中心
Ｃ３ （第２放電極の）中心
ＣＬ 中央位置

Claims (5)

1. 本体部と、該本体部から突出するコロナ放電用の第１コロナ放電部を有する第１放電極と、
   突起部が形成されない第２放電極と、
   前記第１放電極及び前記第２放電極の間に位置し、前記第１放電極側は前記第１コロナ放電部に対向している集塵極と、
   を備え、
   前記集塵極は、前記第１放電極と前記第２放電極との間の中央位置よりも前記第１放電極から遠ざかる方向に位置されている電気集塵装置。
2. 前記第１放電極と前記集塵極との間の距離をＤ１、前記第２放電極と前記集塵極との間の距離をＤ２とした場合、
   １．１ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ ２．０
   とされている請求項１に記載の電気集塵装置。
3. 前記集塵極は、一方向に沿って配列され、
   前記Ｄ１は、前記集塵極の配列方向に対して垂直方向において前記第１放電極と前記集塵極の中心を通る配列位置との間の距離であり、
   前記Ｄ２は、前記集塵極の配列方向に対して垂直方向において前記第２放電極と前記集塵極の中心を通る配列位置との間の距離である請求項２に記載の電気集塵装置。
4. 前記第１放電極と前記集塵極との間における前記集塵極近傍の電界強度と、前記第２放電極と前記集塵極との間における前記集塵極近傍の電界強度とが同等とされている請求項１から３のいずれかに記載の電気集塵装置。
5. 前記第１放電極は、前記本体部を間に挟んで前記第１コロナ放電部とは反対側に前記本体部から突出するコロナ放電用の第２コロナ放電部を有し、前記第２コロナ放電部に対向するように前記集塵極とは別の集塵極が位置する請求項１から４のいずれかに記載の電気集塵装置。

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