JP7240222B2 - パルス荷電装置およびその制御方法、電気集塵機 - Google Patents

Description

本発明は、電気集塵機に関する。

火力発電プラントや製鉄プラント、各種産業用プラントには、環境保全のために、電気集塵機（EP：Electrostatic Precipitator）が導入される。電気集塵機は、粉塵を含むガスを放電極と集塵極の間に導入し、コロナ放電によって粉塵を帯電させ、これに電界を加えることにより、粉塵を分離、収集する。

電気集塵機のパルス電荷法では、ベースとなる直流電圧（ベース電圧）に、パルス電圧を重畳した波形を、電気集塵機の電極間に印加する。ベース電圧は、ベース電源によって生成され、パルス電圧はパルス電源によって生成される。

パルス荷電法では、ベース電圧と、パルス電圧と、パルスの頻度Ｆが独立な制御パラメータとして存在する。ベース電圧は、高すぎると高抵抗ダストで逆電離が発生し、一方、低すぎると電圧不足となるため、粉塵を含むガスの条件に応じて、最適化する必要がある。

また電気集塵機においてスパークが発生すると、電極にダメージが発生したり、回復に時間がかかるため、スパークの発生頻度は低下させることが望まれる。電気集塵機の性能は、ピーク電圧、ベース電圧が高く、またパルスの頻度が高いほど向上するところ、スパークを恐れるあまり、ピーク電圧やベース電圧を低く設定し、あるいはパルスの頻度を低くしすぎると、電気集塵機の性能が低下する。

この問題を解決するために、特許文献１には、パルス電圧Ｖｐとパルス頻度Ｆを最適化制御する技術が開示される。この技術では、パルス発生時にスパークが生じた場合にはパルス電圧Ｖｐを低下させ、ベース時（非パルス発生時）にスパークが生じた場合には、パルス頻度Ｆを低下させることにより、Ｖｐ－Ｆ平面の非スパーク領域の肩に収束させる。

特開平１－９９６５９号公報 特開２００１－２７６６５０号公報

特許文献１に記載の技術では、操業変動などが外乱となり、Ｖｐ－Ｆ平面で期待したような収束が見られず、あるいは収束までの時間がかかってしまい、集塵率が低下する状況が生じるケースがあった。

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電気集塵機の性能の改善にある。

本発明のある態様は、電気集塵機のパルス荷電装置に関する。パルス荷電装置は、ベース電圧を発生するベース電源と、パルス電圧を発生しベース電圧に重畳するパルス電源と、パルス電源のパルス電圧のピーク電圧Ｕとパルス頻度Ｆを制御する荷電制御装置と、を備える。荷電制御装置は、スパークが発生するたびに、（i）ピーク電圧Ｕを低下させ、次にスパークが発生するまで、ピーク電圧Ｕを所定時間かけて、直近のスパーク時の電圧レベルＵｓまで回復させ、その後、さらに上昇させる制御と、（ii）パルス頻度Ｆを低下させ、次にスパークが発生するまで、所定波形にしたがってパルス頻度Ｆを上昇させる制御と、を並行して行う。

この態様によると、スパークが発生する度に、ピーク電圧とパルス頻度を両方低下させ、その後、並行して回復させることにより、Ｖｐ－Ｆ平面で安定的に収束させることができ、電気集塵機の性能を改善できる。

パルス荷電装置は、ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備えてもよい。荷電制御装置は、パルス頻度Ｆがパルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束するように、パルス頻度Ｆとピーク電圧Ｕを制御してもよい。そしてスパークが発生しない状況が持続すると、パルス頻度Ｆをパルス頻度目標値Ｆｒｅｆより高い上限値に向かって上昇させるとともに、ピーク電圧Ｕをその上限値に向かって上昇させてもよい。

ユーザ（たとえば電気集塵機のサプライヤ）は、さまざまな電気集塵機に関する経験から、最適であろう推奨パルス頻度を決める。そして推奨パルス頻度を、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆとして荷電制御装置に設定する。そうすると、いかなるパルス電圧であっても、スパークが発生するときのパルス頻度Ｆｓを、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束させることができ、また収束に要する時間を短縮できる。スパークが発生しなくなると、パルス頻度Ｆとピーク電圧Ｕはさらに上昇することとなるため、集塵効率をさらに高めることができる。

第１の方法として、直近のスパーク時のパルス頻度をＦｓ、所定の係数をφ（φ＜１）とするとき、パルス頻度Ｆは、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下してもよい。係数φは、パルス頻度Ｆを低下させる程度を規定するパラメータである。パルス頻度Ｆは、所定時間の第１部分において、φ×Ｆｓを維持し、それに続く第２部分において、所定の傾きで増加してもよい。つまり第１部分の間は、パルス頻度Ｆが固定され、ピーク電圧Ｕのみが上昇することとなる。この場合、傾きをｄｆ／ｄｔ、第２部分の長さをＴ２とするときに、定常状態におけるパルス頻度Ｆを、
Ｆｒｅｆ＝ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２／（１－φ）
に収束させることができる。傾きｄｆ／ｄｔは、ユーザが入力するようにしてもよく、この場合、ｄｆ／ｄｔの入力値にもとづういて、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆを決定できる。

第２部分における所定の傾きは、パルス期間においてスパークが発生したときと、ベース期間においてスパークが発生したときとで異なってもよい。

第２の方法として、パルス荷電装置は、ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備えてもよい。第２部分の長さをＴ２とするとき、第２部分における傾きを、（１－φ）×Ｆｒｅｆ／Ｔ２にもとづいて計算してもよい。これにより、パルス頻度Ｆを、ユーザが設定したパルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束させることができる。

パルス頻度目標値Ｆｒｅｆは、パルス期間においてスパークが発生したときの値と、ベース期間においてスパークが発生したときの値で個別に設定可能であってもよい。パルス期間に発生するスパークは、放電極と集塵極間の過電圧によるものである可能性が高く、ベース期間に発生するスパークは、逆電離に起因するものである可能性が高い。したがって、前者の場合はパルス頻度目標値を相対的に高く、後者の場合は相対的に低く設定することで、それぞれの運転条件下で最適なパルス頻度を実現できる。

パルス荷電装置は、ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備えてもよい。直近のスパーク時のパルス頻度をＦｓ、所定のパラメータをφ（φ＜１）とするとき、パルス頻度は、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下し、所定波形は、スパーク直後から所定時間の間に、パルス頻度が、（１－φ）Ｆｒｅｆだけ増加するように規定されてもよい。

所定のパラメータをα（α＜１）とするとき、ピーク電圧Ｕは、スパーク直後にα×Ｕｓまで低下してもよい。ピーク電圧Ｕは、所定時間の第３部分において、第１の傾きで上昇し、ピーク電圧Ｕは、所定時間の第３部分に続く第４部分において、第１の傾きより小さい第２の傾きで上昇してもよい。

直近のスパーク時のパルス頻度をＦｓ、所定のパラメータをφ（φ＜１）とするとき、パルス頻度は、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下してもよい。所定時間の第１部分において、φ×Ｆｓを維持し、それに続く第２部分において、所定の傾きで増加してもよい。所定のパラメータをα（α＜１）、α２（α２＞α）とするとき、ピーク電圧Ｕは、スパーク直後にα×Ｕｓまで低下し、第１部分の間に、α２×Ｕｓまで回復し、第２部分の間に、Ｕｓまで回復してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、電気集塵機の性能を改善できる。

電気集塵機の全体構造を示す斜視図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、集塵極系および放電極系を示す図である。 集塵極系と放電極系の配置図である。 パルス荷電装置の例示的なシステムブロック図である。 パルス電圧Ｖｐとベース電圧Ｖｂおよびそれらを重畳して得られる集塵機電圧Ｖ_ＥＰを示す図である。 荷電制御装置によるピーク電圧Ｕの制御を説明するタイムチャートである。 荷電制御装置によるパルス頻度Ｆの制御を説明するタイムチャートである。 図８（ａ）、（ｂ）は、パルス頻度Ｆｓの波形図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、電気集塵機１００の全体構造を示す斜視図である。電気集塵機１００は、本体構造１１０と、パルス荷電装置２００を備える。

本体構造１１０は、電気集塵機１００の本体をなす建造物であり、プラントに設置される。粉塵を含むガスは、流入口１２０から本体構造１１０の内部に導入される。流入口１２０から取り込まれたガスは、スプリッタ１２２および整流板１２４を通過し、流速分布が均一化された後に、集塵室（集塵部）１１２に導かれる。整流板槌打装置１３０は、整流板１２４に打撃を与えることにより、整流板１２４に付着した粉塵を払い落とす。

集塵室１１２の内部には、対向して設けられた放電極１１４と集塵極１１６のペアが設けられている。たとえば、放電極１１４は枠組みされており、それを挟み込むように、板状の集塵極１１６が設けられる。

本体構造１１０の屋上部分には、パルス荷電装置２００の一部が設けられる。なおパルス荷電装置２００の設置場所は、屋上には限定されない。

パルス荷電装置２００は、放電極１１４と集塵極１１６の間にコロナ放電を発生させることにより、ガスに含まれる粉塵を帯電させ、これに電界を加えることにより、粉塵を分離、収集する。粉塵は集塵極１１６に付着し、蓄積される。集塵室１１２の内部で粉塵が除去された後に、クリーンなガスは、流出口１５０から流出する。

パルス荷電装置２００は、ベース電源２１０、パルス電源２２０、整流装置２３２、荷電制御装置（図１に不図示）を含む。パルス電荷法では、ベースとなる直流電圧（ベース電圧）に、パルス電圧を重畳した波形を、電気集塵機の電極１１４，１１６の間に印加する。ベース電圧は、ベース電源２１０によって生成され、パルス電圧はパルス電源２２０によって生成される。

槌打装置１３２は、集塵極槌打モータ１３６によって駆動されて、集塵極１１６に物理的な衝撃を与える。放電極槌打モータ１３４は、放電極１１４に衝撃を与えるハンマーを駆動する。槌打装置１３２による衝撃により、集塵極１１６に付着した粉塵は集塵極１１６の表面から剥離し、ホッパ１４０へと落下し、捕集される。

以上が電気集塵機１００の全体構成である。図２（ａ）、（ｂ）は、集塵極系および放電極系を示す図である。図２（ａ）を参照する。集塵極系１６０は、ガス流と垂直な方向に離間して設けられる複数の集塵パネル１６２を備える。各集塵パネル１６２は、複数の集塵極１１６と、上部金物１６４、タタキ座１６６を含む。板状の集塵極１１６は、ガス流の方向に並べられ、それらの上部において、上部金物１６４とボルト締めされて固定され、それらの下部において、タタキ座１６６によって固定される。

図２（ｂ）を参照する。放電極系１７０は、それぞれがガス流の方向に伸び、高さ方向に離間する複数の放電極枠１７２を備える。放電極枠１７２には穴１７４が設けられており、穴１７４に、板状ノコ刃形の放電極１１４が挿入され、クサビ１７６によって固定されている。

図３は、集塵極系１６０と放電極系１７０の配置図である。２枚の集塵パネル１６２に挟まれる空間に、放電極系１７０が挿入される。

図４は、パルス荷電装置２００の例示的なシステムブロック図である。パルス荷電装置２００は、主として、パルス電源２２０、ベース電源２１０、一次電源２３０、上位コントローラ２４０、タッチパネル２５０、荷電制御装置２６０を備える。パルス電源２２０は、パルス電圧Ｖｐを生成する。ベース電源２１０は、ベース電圧Ｖｂを生成する。パルス荷電装置２００は、ベース電圧Ｖｂにパルス電圧Ｖｐを重畳して得られる駆動電圧（集塵機電圧Ｖ_ＥＰ）を、放電極１１４と集塵極１１６に印加可能に構成される。

荷電制御装置２６０は、ベース電源２１０、パルス電源２２０、一次電源２３０の電気的状態を監視し、監視結果にもとづいて、ベース電源２１０のベース電圧Ｖｂのレベル、およびパルス電源２２０のパルス電圧Ｖｐのピーク電圧Ｕおよびパルス頻度Ｆを制御するとともに、ベース電源２１０およびパルス電源２２０に付随するサイリスタ２１２，２２２，２２４の点弧のタイミングを制御する。

図５は、パルス電圧Ｖｐとベース電圧Ｖｂおよびそれらを重畳して得られる集塵機電圧Ｖ_ＥＰを示す図である。ベース電圧Ｖｂは、商用交流電圧を全波整流し、平滑化して得られる。ベース電圧Ｖｂのリップル（山）は、交流の半波（半サイクル）毎に現れるから、商用交流電圧の周波数を５０Ｈｚとすれば、１秒に１００山が含まれる。

パルス電圧Ｖｐの頻度Ｆは、１秒間に含まれるパルスの個数を表し、単位はｐｐｓ（パルス／秒）である。Ｆ＝０［ｐｐｓ］はパルスが発生しないことを意味し、Ｆ＝１００［ｐｐｓ］はすべての山にパルスが重畳されることを表す。図５に示すように、必ずしも、パルスが存在する山は連続しているとは限らない。パルス頻度Ｆと、パルスが発生する山の位置の関係は、テーブルに格納されている。

図４に戻る。上位コントローラ２４０は、荷電制御装置２６０と有線あるいは無線で接続されている。上位コントローラ２４０は、荷電制御装置２６０に対して、運転操作入力信号を与える。また荷電制御装置２６０は上位コントローラ２４０に対して、状態監視出力信号を供給する。

タッチパネル２５０は、ユーザインタフェースであって、荷電制御装置２６０と専用ケーブルで接続される。荷電制御装置２６０は、タッチパネル２５０に荷電状態を表示することができる。またオペレータは、タッチパネル２５０を操作することにより、各種運転パラメータを設定することができる。パラメータのセットは、複数個保存できる。

以下、パルス荷電装置２００の処理および動作を説明する。

荷電制御装置２６０は、スパークが発生をトリガとして、パルス電圧Ｖｐのピーク電圧Ｕと、パルス電圧Ｖｐの発生頻度（パルス頻度Ｆ）を低下させ、その後、時間とともにそれらを上昇させる動作を繰り返す。

具体的には、荷電制御装置２６０は、スパークが発生する度に、２つの制御（i）（ii）を並行して行う。
（i）ピーク電圧Ｕを低下させ、次にスパークが発生するまで、ピーク電圧Ｕを所定時間かけて、直近のスパーク時の電圧レベルＵｓまで回復させ、その後、さらに上昇させる。
（ii）パルス頻度Ｆを低下させ、次にスパークが発生するまで、所定波形（もしくは規則）にしたがってパルス頻度Ｆを上昇させる。

タッチパネル２５０は、ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付ける。荷電制御装置２６０は、パルス頻度Ｆがパルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束するように、パルス頻度Ｆとピーク電圧Ｕを制御する。

また、スパークが発生しない状況が持続すると、パルス頻度Ｆをパルス頻度目標値Ｆｒｅｆより高い上限値に向かって上昇させるとともに、ピーク電圧Ｕをその上限値に向かって上昇させる。

パルス頻度目標値Ｆｒｅｆは、ユーザによってある動作条件（ガスの温度や濃度、粉塵の種類など）を前提として経験的に定められる。たとえばある条件下で試験運転を行い、最適なパルス頻度を取得する。そして得られた最適なパルス頻度を、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆとして荷電制御装置２６０に設定する。

そうすると、パルス荷電装置２００が試験運転時と同じ条件で動作するときには、スパークが発生するときのパルス頻度Ｆｓを、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束させることができ、また収束に要する時間を短縮できる。

もし、パルス荷電装置の動作条件が、試験運転時と異なっている場合には、パルス頻度Ｆとピーク電圧Ｕをさらに上昇させて、集塵効率をさらに高めることができる。

図６は、荷電制御装置２６０によるピーク電圧Ｕの制御を説明するタイムチャートである。ｔ_ｓはスパークが発生する時刻を、Ｕｓはスパークが発生したときのピーク電圧Ｕを表す。Ｕｓは、スパークが発生する度に荷電制御装置２６０に取り込まれる。

上述のように、ピーク電圧Ｕは、スパークをトリガとして低下させた後、次にスパークが発生するまで、ピーク電圧Ｕを所定時間τかけて、直近のスパーク時の電圧レベルＵｓまで回復し、その後、さらに上昇する。

所定の定数をα（α＜１）とするとき、荷電制御装置２６０は、スパーク直後、回復処理のための期間Ｔ０を経た後に、ピーク電圧ＵをＵ’＝α×Ｕｓまで低下させる。αは、ピーク電圧Ｕの抑制の程度を規定するパラメータである。そして、その後、所定期間τにわたり、ピーク電圧Ｕをスパーク時の電圧Ｕｓまで回復させる。たとえば所定期間τは、第１部分（立ち上げ時間）Ｔ１と第２部分（安定時間）Ｔ２を含む。立ち上げ時間Ｔ１において、ピーク電圧Ｕは、第１の傾きで、Ｕ”＝α２×Ｕｓまで上昇する。なおα２は、α＜α２＜１を満たす定数であり、Ｕ’＜Ｕ”＜Ｕｓが成り立つ。立ち上げ期間Ｔ１における傾きは、
ｄＵ／ｄｔ＝（α２－α）Ｕｓ／Ｔ１
である。α，α２，Ｔ１は定数であるから、荷電制御装置２６０は、Ｕｓを取得した後に、傾きｄＵ／ｄｔを演算により取得できる。

安定時間Ｔ２においてピーク電圧Ｕは、小さな第２の傾きで、直近のスパーク時の電圧ピーク電圧Ｕｓまで緩やかに上昇する。安定時間Ｔ２における傾きは、
ｄＵ／ｄｔ＝（１－α２）Ｕｓ／Ｔ２
である。この傾きも荷電制御装置２６０によって演算される。

所定期間τの間にスパークが発生した場合、その時刻をｔ_ｓ、そのときのピーク電圧Ｕの値をＵｓとして、同じ動作が繰り返される。

所定期間τの間のピーク電圧Ｕの傾きは、Ｕｓに比例することに留意されたい。

所定期間τの間にスパークが発生しなければ、それ以降の前進時間Ｔ３において、ピーク電圧Ｕはさらに上昇する。そしてピーク電圧Ｕが所定の上限値Ｕ_ＭＡＸまで達すると、そこでクランプされる。

前進時間Ｔ３の間、あるいは上限値Ｕ_ＭＡＸに到達した後に、スパークが発生すれば、そのときのピーク電圧Ｕが、新たなＵｓとなり、同じ動作が繰り返される。

続いてパルス頻度Ｆの制御を説明する。図７は、荷電制御装置２６０によるパルス頻度Ｆの制御を説明するタイムチャートである。ｔ_ｓはスパークが発生する時刻を、Ｆｓはスパークが発生したときのパルス頻度Ｆを表す。Ｆｓは、スパークが発生する度に荷電制御装置２６０に取り込まれる。

上述のように、パルス頻度Ｆは、スパーク後に低下した後、次にスパークが発生するまで、所定波形にしたがって上昇する。

直近のスパーク時のパルス頻度をＦ_Ｓ、所定のパラメータ（定数）をφ（φ＜１）とするとき、パルス頻度Ｆは、スパーク直後の時刻ｔｓにφ×Ｆｓまで低下する。そして、パルス頻度Ｆは、所定時間τの第１部分Ｔ１において、φ×Ｆｓを維持し、それに続く第２部分Ｔ２において、所定の傾きｄｆ／ｄｔで増加する。第１部分Ｔ１、第２部分Ｔ２はそれぞれ、図６における立ち上げ時間Ｔ１、安定時間Ｔ２と一致させることができる。

なお、図６におけるピーク電圧Ｕの傾きはＵｓに比例したが、図７におけるパルス頻度Ｆの傾きｄｆ／ｄｔは、Ｆｓには依存しない定数であることに留意されたい。

所定期間τの間にスパークが発生した場合、その時刻をｔ_ｓ、そのときのパルス頻度ＦをＦｓとして、同じ動作が繰り返される。

所定期間τの間にスパークが発生しなければ、それ以降の前進時間Ｔ３において、パルス頻度Ｆｓはさらに上昇する。そしてパルス頻度Ｆが所定の上限値Ｆ_ＭＡＸまで達すると、そこでクランプされる。

以上が電気集塵機１００の動作である。図６および図７の制御を繰り返すと、ピーク電圧Ｕとパルス頻度Ｆをある安定点（定常状態）に収束させることができ、収束に要する時間を従来に比べて短縮できる。定常状態では、スパークはおおよそ所定時間τごとに発生することとなる。

定常状態においてスパークが所定時間τ間隔で発生すると仮定したときの、パルス頻度Ｆの振る舞いについて検討する。図８（ａ）、（ｂ）は、パルス頻度Ｆｓの波形図である。図８（ａ）は、Ｆｓ－Ｆ’＝Ｆｓ－φＦｓ＞ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２が成り立つときの波形を示す。つまりスパークが発生する度に、スパーク時のパルス頻度Ｆｓは、減少していく。

反対に、図８（ｂ）は、Ｆｓ－φＦｓ＜ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２が成り立つときの波形を示す。つまりスパークが発生する度に、スパーク時のパルス頻度Ｆｓは増加していく。つまり、スパークが起きるタイミングでのパルス頻度Ｆｓは、ある値に収束（これを収束パルス頻度Ｆｓｓという）することが期待され、パルス頻度Ｆｓは、ある値Ｆｓｓに収束するようにフィードバックがかかる。

Ｆｓ－φＦｓ＝ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２が成り立つとき、パルス頻度Ｆｓは前回の値を維持する。したがって定常状態では、
Ｆｓｓ－φＦｓｓ＝ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２
が成り立つ。したがって収束パルス頻度Ｆｓｓは、以下の式で表される。
Ｆｓｓ＝ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２／（１－φ）

つまり、収束パルス頻度Ｆｓｓは、ｄｆ／ｄｔ、Ｔ２、φに応じて規定することができる。言い換えればある定常状態において目標とするパルス頻度（目標パルス頻度Ｆｒｅｆ）が存在するとき、
Ｆｒｅｆ＝ｄｆ／ｄｔ×Ｔ２／（１－φ）
が成り立つように、傾きｄｆ／ｄｔを規定することができる。
ｄｆ／ｄｔ＝Ｔ２／（１－φ）×Ｆｒｅｆ

上述のように目標パルス頻度Ｆｒｅｆは、タッチパネル２５０により設定可能である。したがって、ユーザは、電気集塵機１００の定常状態における動作点を指定することができ、裏を返すと、スパーク時のパルス頻度Ｆｓがユーザが設定した目標パルス頻度Ｆｒｅｆに収束するようにフィードバックがかかるため、系が不安定とならず、安定点に短時間で収束させることができる。

ユーザは、経験則から、目標パルス頻度Ｆｒｅｆを決定してもよい。具体的にはユーザは、所定の条件で電気集塵機１００を運転し、最適なパルス頻度を取得する。そして得られた最適なパルス頻度を、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆとして荷電制御装置に設定する。そうすると、パルス荷電装置２００が試験運転時と同じ条件で動作するときには、スパークが発生するときのパルス頻度Ｆｓを、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束させることができ、また収束に要する時間を短縮できる。

もし、パルス荷電装置２００の動作条件が、試験運転時と異なっている場合には、パルス頻度Ｆとピーク電圧Ｕをさらに上昇させることができ、集塵効率をさらに高めることができる。

スパークの事象は、２つに分類することができる。ひとつは、パルス期間（主としてパルス電圧のピーク付近）において発生するスパーク（第１種スパークという）であり、もうひとつは、ベース期間中に発生するスパーク（第２種スパークという）である。

第１種スパークは、放電極と集塵極間の過電圧によるものである可能性が高く（あるいは傾向が強く）、パルス頻度Ｆをそれほど低下させる必要はない。一方、第２種スパークは、逆電離に起因するものである可能性が高いため、パルス頻度Ｆを低下させた方がよい場合が多い。そこで、第１種スパークが発生した場合と、第２種スパークが発生した場合とで、ピーク電圧Ｕおよびパルス頻度Ｆの波形を規定する上述のパラメータ（α、φ、Ｔ１，Ｔ２，ｄｆ／ｄｔ、Ｆｒｅｆ）を個別に設定できるとよい。

たとえば、Ｔ１，Ｔ２は第１種スパークと第２種スパークとで共通とし、α、φおよびＦｒｅｆを、第１種スパークと第２種スパークとで異なる値に設定できるようにしてもよい。たとえば、第１種スパークに関するＦｒｅｆは１００ｐｐｓ、第２種スパークに関するＦｒｅｆは３０ｐｐｓ程度に設定してもよい。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

パルス頻度Ｆの制御に関して、制御波形は、実施の形態で説明したそれには限定されず、以下の変形例が考え得る。

（変形例１）
たとえばスパーク直後のパルス頻度をＦｓに一定にする期間Ｔ１を省略してもよい。

（変形例２）
あるいは、期間Ｔ１において、第１の傾きｄｆ_１／ｄｔでパルス頻度Ｆを増加させ、第２期間Ｔ２において第２の傾きｄｆ_２／ｄｔでパルス頻度Ｆを増加させてもよい。
この場合、定常状態において、
Ｆｓｓ－φＦｓｓ＝ｄｆ_１／ｄｔ×Ｔ１＋ｄｆ_２／ｄｔ×Ｔ２
が成り立つから、
Ｆｓｓ＝（ｄｆ_１／ｄｔ×Ｔ１＋ｄｆ_２／ｄｔ×Ｔ２）／（１－φ）
を得る。

（変形例３）
実施の形態では、ユーザが目標パルス頻度Ｆｓｓを設定可能としたがその限りでなく、目標パルス頻度Ｆｓｓあるいはｄｆ／ｄｔは、ユーザから見えないパルス荷電装置２００の内部パラメータであってもよい。

（変形例４）
あるいはパルス頻度Ｆの制御に関してτの間に、傾きの異なる３個以上の区間を含んでもよい。

ピーク電圧Ｕの制御に関しても、制御波形は、実施の形態で説明したそれには限定されず、以下の変形例が考え得る。

（変形例５）
ピーク電圧Ｕの制御に関して、２つの区間Ｔ１とＴ２の傾きを一定としてもよい。あるいは傾きの異なる３個以上の区間を含んでもよい。

（変形例６）
ピーク電圧Ｕの制御とパルス頻度Ｆの制御に含まれる区間Ｔ１（Ｔ２）の長さは異なってもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００ 電気集塵機
１１０ 本体構造
１１２ 集塵室
１１４ 放電極
１１６ 集塵極
１２０ 流入口
１２２ スプリッタ
１２４ 整流板
１３０ 整流板槌打装置
１３２ 槌打装置
１３４ 放電極槌打モータ
１３６ 集塵極槌打モータ
１４０ ホッパ
１５０ 流出口
１６０ 集塵極系
１６２ 集塵パネル
１６４ 上部金物
１６６ タタキ座
１７０ 放電極系
１７２ 放電極枠
１７４ 穴
１７６ クサビ
２００ パルス荷電装置
２１０ ベース電源
２１２ ベース電源サイリスタ
２２０ パルス電源
２２２ パルス電源サイリスタ
２２４ 高圧サイリスタ
２３０ 一次電源
２３２ 整流装置
２４０ 上位コントローラ
２５０ タッチパネル
２６０ 荷電制御装置

Claims (16)

1. 電気集塵機のパルス荷電装置であって、
   ベース電圧を発生するベース電源と、
   パルス電圧を発生し、前記ベース電圧に重畳するパルス電源と、
   前記パルス電源のパルス電圧のピーク電圧Ｕとパルス頻度Ｆを制御する荷電制御装置と、
   を備え、
   前記荷電制御装置は、スパークが発生するたびに、
   （i）前記ピーク電圧Ｕを低下させ、次にスパークが発生するまで、前記ピーク電圧Ｕを所定時間かけて、直近のスパーク時の電圧レベルＵｓまで回復させ、その後、さらに上昇させる制御と、
   （ii）前記パルス頻度Ｆを低下させ、次にスパークが発生するまで、低下後の前記パルス頻度Ｆを始点とする制御波形にしたがって前記パルス頻度Ｆを上昇させる制御と、
   を並行して行い、前記制御波形は、一定の傾きで増加する上昇部分を含むことを特徴とするパルス荷電装置。
2. ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備え、
   前記荷電制御装置は、
   前記パルス頻度Ｆが前記パルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束するように、前記パルス頻度Ｆと前記ピーク電圧Ｕを制御し、
   前記制御波形は、スパークが発生しない状況が持続すると、前記パルス頻度Ｆが前記パルス頻度目標値Ｆｒｅｆを超えて上昇し、所定の上限値に達するとクランプされるように規定され、
   前記荷電制御装置は、スパークが発生しない状況が持続すると、前記ピーク電圧Ｕをその上限値に向かって上昇させることを特徴とする請求項１に記載のパルス荷電装置。
3. 直近のスパーク時の前記パルス頻度をＦ_Ｓ、所定のパラメータをφ（φ＜１）とするとき、前記パルス頻度Ｆは、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下し、
   前記制御波形は、前記上昇部分に先立ってφ×Ｆｓを維持する一定部分をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパルス荷電装置。
4. 前記上昇部分における前記傾きは、パルス期間において前記スパークが発生したときと、ベース期間において前記スパークが発生したときとで異なることを特徴とする請求項３に記載のパルス荷電装置。
5. ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備え、
   前記上昇部分の長さをＴ２とするとき、前記上昇部分における前記傾きは、（１－φ）×Ｆｒｅｆ／Ｔ２であることを特徴とする請求項３に記載のパルス荷電装置。
6. 前記パルス頻度目標値Ｆｒｅｆは、パルス期間において前記スパークが発生したときの値と、ベース期間において前記スパークが発生したときの値で個別に設定可能であることを特徴とする請求項５に記載のパルス荷電装置。
7. ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆを設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備え、
   直近のスパーク時の前記パルス頻度をＦ_Ｓ、所定のパラメータをφ（φ＜１）とするとき、前記パルス頻度は、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下し、
   前記制御波形は、前記スパーク直後から前記所定時間の間に、前記パルス頻度が、（１－φ）Ｆｒｅｆだけ増加するように規定されることを特徴とする請求項２に記載のパルス荷電装置。
8. 所定のパラメータをα（α＜１）とするとき、前記ピーク電圧Ｕは、スパーク直後にα×Ｕｓまで低下し、
   前記ピーク電圧Ｕは、前記所定時間の第３部分において、第１の傾きで上昇し、
   前記ピーク電圧Ｕは、前記所定時間の前記第３部分に続く第４部分において、前記第１の傾きより小さい第２の傾きで上昇することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のパルス荷電装置。
9. 直近のスパーク時の前記パルス頻度をＦ_Ｓ、所定のパラメータをφ（φ＜１）とするとき、前記パルス頻度は、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下し、
   前記制御波形は、前記上昇部分に先立ってφ×Ｆｓを維持する一定部分をさらに含み、
   所定のパラメータをα（α＜１）、α２（α２＞α）とするとき、
   前記ピーク電圧Ｕは、スパーク直後にα×Ｕｓまで低下し、
   前記一定部分の間に、α２×Ｕｓまで回復し、
   前記上昇部分の間に、Ｕｓまで回復することを特徴とする請求項１に記載のパルス荷電装置。
10. ユーザによるパルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるユーザインタフェースをさらに備え、
    前記上昇部分の長さをＴ２とするとき、前記上昇部分における前記パルス頻度Ｆの傾きは、（１－φ）×Ｆｒｅｆ／Ｔ２であることを特徴とする請求項９に記載のパルス荷電装置。
11. 放電極および集塵極を含む集塵部と、
    請求項１から１０のいずれかに記載のパルス荷電装置と、
    を備えることを特徴とする電気集塵機。
12. 電気集塵機のパルス荷電装置の制御方法であって、
    ベース電圧にパルス電圧を重畳した電圧を、放電極および集塵極に印加する第１ステップと、
    スパークの発生状況に応じて、前記パルス電圧のピーク電圧Ｕとパルス頻度Ｆを制御する第２ステップと、
    を備え、
    前記第２ステップは、スパークが発生するたびに、
    （i）前記ピーク電圧Ｕを低下させ、次にスパークが発生するまで、前記ピーク電圧Ｕを所定時間かけて、直近のスパーク時の電圧レベルＵｓまで回復させ、その後、さらに上昇させる制御と、
    （ii）前記パルス頻度Ｆを低下させ、次にスパークが発生するまで、低下後の前記パルス頻度Ｆを始点とする制御波形にしたがって前記パルス頻度Ｆを上昇させる制御と、
    が並行して実行され、
    前記制御波形は、一定の傾きで増加する上昇部分を含むことを特徴とする制御方法。
13. ユーザから、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるステップをさらに備え、
    前記制御波形は、スパークが発生しない状況が持続すると、前記パルス頻度Ｆが前記パルス頻度目標値Ｆｒｅｆを超えて上昇し、所定の上限値に達するとクランプされるように規定され、
    前記第２ステップは、
    前記パルス頻度Ｆが前記パルス頻度目標値Ｆｒｅｆに収束するように、前記パルス頻度Ｆと前記ピーク電圧Ｕを制御し、
    スパークが発生しない状況が持続すると、前記ピーク電圧Ｕをその上限値に向かって上昇させることを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
14. スパーク時の前記パルス頻度をＦ_Ｓ、所定のパラメータをφ（φ＜１）とするとき、前記パルス頻度は、スパーク直後にφ×Ｆｓまで低下し、
    前記制御波形は、前記上昇部分に先立ってφ×Ｆｓを維持する一定部分をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
15. ユーザから、パルス頻度目標値Ｆｒｅｆの設定入力を受け付けるステップをさらに備え、
    前記上昇部分の長さをＴ２とするとき、前記上昇部分における傾きは、（１－φ）×Ｆｒｅｆ／Ｔ２であることを特徴とする請求項１４に記載の制御方法。
16. 所定のパラメータをα（α＜１）とするとき、前記ピーク電圧Ｕは、α×Ｕｓまで低下し、
    前記ピーク電圧Ｕは、前記所定時間の第３部分において、第１の傾きで上昇し、
    前記ピーク電圧Ｕは、前記所定時間の前記第３部分に続く第４部分において、前記第１の傾きより小さい第２の傾きで上昇することを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の制御方法。

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