JPH06126213A

JPH06126213A - 電気集塵機

Info

Publication number: JPH06126213A
Application number: JP27754992A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Aoki; 高之青木
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-10-15
Filing date: 1992-10-15
Publication date: 1994-05-10

Abstract

(57)【要約】【目的】直流電圧にパルス波形を重畳して放電電極に
印加する電気集塵機に関し、一対の集塵用電極の静電容
量の影響を受けにくく、印加パルス幅を抑制でき、また
高耐圧の大電流スイッチング素子の不要な信頼性の高い
電気集塵機を提供することを目的とする。【構成】放電を生じさせ集塵を行うように配置された
一対の容量性電極と、該電極の各々に端子接続された直
流電源と、該直流電源と並列にコンデンサを介して前記
放電電極の各々に２次回路が端子接続され、かつその１
次回路が別のコンデンサを介して所定の振動電流を発生
させる電源回路に接続されている変成器とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気集塵機に関し、特に
直流電圧にパルス波形を重畳して放電電極に印加する電
気集塵機に関する。

【０００２】電気集塵機の原理は、コロナ放電で帯電さ
せた微小浮遊物をプラス、マイナスに荷電した集塵電極
間に気体と共に通過させ、反対極性を示す電極板に引き
付けて堆積させる点にある。

【０００３】

【従来の技術】集塵電極間に高電圧を印加して帯電粒子
を吸引する場合、堆積塵埃層が比較的薄い場合は直流荷
電で十分機能を発揮する。しかし、塵埃層が厚くなるに
従って、金属粒などの導電性塵埃以外は絶縁性ないしは
高抵抗性となり、集塵機能が低下してくる。

【０００４】特に、逆電離現象と呼ばれる集塵層絶縁破
壊が生じると、放電されたイオンが集塵電極間の空間に
ある塵埃粒子帯電用電荷を中和して、集塵機能を低下さ
せる。集塵粒子は、通常負に帯電されるので、プラス電
極板上に堆積して絶縁破壊によりプラスイオンを放電す
る。

【０００５】この現象による集塵機能の低下を抑制する
ためには、平均的コロナ電流密度の低下と集塵電極間印
加電圧の上昇が必要とされる。この両要因を満足させる
方法として、高電圧パルス印加方法が開発されている。

【０００６】塵埃層の絶縁破壊（放電現象）には、該層
および電極間の抵抗と容量で決まるＣＲ時定数があると
いわれ、この時定数より小さな間隔で必要量の電流電荷
を高圧パルス状に供給してやればよいという考え方であ
る。

【０００７】必要量を越える電流印加は、かえって塵埃
層の絶縁破壊を誘発する。また、高電圧の印加によって
電極間の電界強度が高まるため、帯電粒子のドリフト速
度が増し、効率良く捕塵できる。

【０００８】従来、パルス荷電方式として、（１）商用
電源周波数のチョッピングによるミリセカンドパルス方
式、（２）高耐圧サイリスタのスイッチングを利用した
マイクロセカンドパルス方式が用いられてきた。

【０００９】パルス放電のパルス幅を短くして、パルス
高（尖頭電圧）を高めるほど集塵効果は大きい。これ
は、マイナス極に瞬間的に電圧が印加されると、表面形
状や汚れに関係なく電極全体にわたって一様なコロナ放
電が発生し、しかもパルス放電時のイオン密度が高いた
め、クーロン反発作用によって空間に一様に高密度コロ
ナ電流が分布するためと考えられる。

【００１０】パルス幅が狭ければ、平均コロナ電流密度
は低く抑制できる。印加電圧、コロナ電流密度およびパ
ルス頻度を独立に抑制でき、使用状況に合せて最適のパ
ルス放電が行える電気回路として、従来用いられてきた
１例を図４に示す。

【００１１】図中、１１はコロナ放電用電極（マイナス
極）、１２は集塵用電極（プラス極）で、互に平行に配
置されている。１１と１２が電気集塵機における一対の
放電用電極１０を形成する。この両電極にそれぞれ端子
接続されている２０がバイアス用直流高圧回路であり、
２０と並列に端子接続されている４０が高圧パルス発生
回路である。

【００１２】バイアス用直流高圧回路２０は、交流電源
２１に接続した逆並列接続サイリスタ２２によって、電
源の交流を半周期づつ位相制御し、変圧器２３の２次巻
線から取り出された高電圧は、各半周期毎にダイオード
ブリッジ２４を経て直流化され、リアクトル２５で平滑
化されて集塵機電極１１、１２間に印加される。

【００１３】一方、高圧パルス発生回路４０では、先ず
交流電源４１の直流化がバイアス用直流高圧回路２０と
同様の回路で行われる。４２は逆並列サイリスタ、４３
は変圧器、４４はダイオードブリッジ、４５はリアクト
ルである。発生した直流高圧は、コイル４８を経て結合
コンデンサ４９を充電する。

【００１４】この回路４０には、一対の電極１１、１２
と並列に、スイッチングサイリスタ（またはＧＴＯ、Ｉ
ＧＢＴ、静電誘導素子およびサイラトロンなど）４６お
よびフライホイールダイオード４７の逆並列ペアが接続
されている。

【００１５】今、適当な時間にサイリスタ４６のゲート
を点弧すると、結合コンデンサ４９に充電されていた電
荷がサイリスタ４６を通じて図示したＣ₁の閉路方向に
流れる。サイリスタ４６が半サイクル分だけ通電する
と、極性が逆転するので、サイリスタ４６はオフする。

【００１６】電極板１２に充電された電荷が、次の半サ
イクルにフライホイールダイオード４７を経て逆方向に
流れ、再び結合コンデンサ４９を充電する。この１サイ
クルによって流れた高圧パルスが直流バイアＶ_Bに重畳
される。電極１２で失われた電荷は、再びダイオードブ
リッジ４４から供給される直流電流によって結合コンデ
ンサ４９に補給される。

【００１７】次の任意時間に、サイリスタ４６のゲート
を点弧するまで高圧パルスは流れないので、デューティ
比は抑制できる。また、Ｃ₁回路のＬＣ時定数によりパ
ルス幅を、さらに変圧器４３によってパルス高をそれぞ
れ独立に制御することができる。

【００１８】なお、高圧パルス発生回路に変圧器を用い
る方法が開示されている（たとえば、特開昭６１−１５
７５１号）。この方法は、直流パルスバースト発生回路
を変圧器の１次側に組み込み、２次側をコンデンサを介
して一対の電極に接続するものである。

【００１９】この方法は、１次側で複数回の振動を行な
わせている。しかし、多数回とする分１次側に大きな平
均振動電流が流れる。したがって、パルス発生にかかわ
るサイリスタなどのスイッチング素子に大きな電流が流
れ、素子破壊の危険性は大きい。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】図４に示したＣ₁閉回
路の結合コンデンサ４９の充放電による高圧パルス幅
は、ＬＣ時定数によって決まるが、この容量には結合コ
ンデンサ４９だけでなく電極１１、１２間容量が含まれ
る。

【００２１】電気集塵機が比較的小型の場合や捕集され
た塵埃層厚が比較的薄い場合、電極１１、１２間容量は
あまり大きくなく、従ってパルス幅の狭い高圧を印加す
ることができる。しかし、装置が大型化するにつれて容
量は増大し、パルス幅が広がる。

【００２２】パルス幅を狭くするために、コイル４８の
インダクタンスを小さくすると、電流の立上がりｄｉ／
ｄｔが急峻になってサイリスタ４６の負担が大きくなり
危険である。これに対処する高速高耐圧大電流サイリス
タの使用は、大幅なコストアップにつながる。

【００２３】本発明の目的は、一対の集塵用電極の静電
容量の影響を受けにくく、印加パルス幅を抑制でき、ま
た高耐圧の大電流スイッチング素子の不要な信頼性の高
い電気集塵機を提供することである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の電気集塵機にお
いては、放電を生じさせ集塵を行うように配置された一
対の容量性電極と、該電極の各々に端子接続された直流
電源と、該直流電源と並列にコンデンサを介して前記放
電電極の各々に２次回路が端子接続され、かつその１次
回路が別のコンデンサを介して所定の振動電流を発生さ
せる電源回路に接続されている変成器とを備える。

【００２５】

【作用】変成器の２次側に電極１１、１２を接続するこ
とによって、低耐圧の変成器１次回路のスイッチング特
性に合わせたパルス幅の高電圧パルスが２次回路に誘起
されて電極１１、１２間のバイアス直流高電圧に重畳さ
れる。パルス幅には２次回路の放電電極容量が影響しに
くいので、放電電極の大きさに大きく影響されることな
く狭幅化することができる。

【００２６】以下本発明を実施例に基づいてより詳しく
説明する。

【００２７】

【実施例】図１は、本発明の実施例による電気集塵機の
電気回路を示す結線図である。図１において、一対の放
電用電極１０には、バイアス用直流高圧回路２０および
高圧パルス発生回路４０が並列に接続されている。一対
の放電用電極１０を構成するコロナ放電用電極１１には
マイナス電圧が、また集塵用電極１２にはプラス電圧が
印加されるように接続される。

【００２８】バイアス用直流高圧回路２０は、従来と同
様、交流電源２１の電圧を所定の通電角だけ逆並列サイ
リスタ２２によって通電し、この電流を変圧器２３の１
次巻線に導入し、２次巻線から昇圧電流を取り出し後、
ダイオードブリッジ２４を通して直流化し、リアクトル
２５で平滑化して一対の電極１１、１２を直流バイアス
する。

【００２９】一方、高圧パルス発生回路４０は、電磁誘
導的に結合した変成器３０によって１次側、２次側に分
けられている。これが本集塵機の最大の特徴である。す
なわち、交流電源４１、逆並列サイリスタ４２、変圧器
４３、ダイオードブリッジ４４およびリアクトル４５か
らなる直流高圧回路で発生した電圧を逆並列接続したス
イッチング素子３５とフライホイールダイオード３６の
両端に印加する。このスイッチング素子３５とフライホ
イールダイオード３６の逆並列接続は、１次共振コンデ
ンサ３１を介して変成器３０の１次巻線３３に接続され
ている。

【００３０】変成器３０の２次巻線３４は、結合コンデ
ンサ３２を介してバイアス用直流高圧回路２０と並列に
一対の放電用電極１０に接続されている。その接続方向
は、高圧パルス発生回路４０で得られる高電圧狭幅パル
スが、バイアス用直流高圧回路２０によって印加される
直流バイアスと同一極性になるように選択される。

【００３１】スイッチング素子３５は、低耐圧でよく、
サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴや静電誘導素子など半導
体素子やサイラトロンが用いられる。変成器３０は、図
２に示すように、トロイダルコア３００に１次巻線３
３、２次巻線３４を巻いた昇圧トランス構造を有する。
トロイダルコア３００は、フェライト等強磁性材料また
は硅素鋼板で形成されている。一対の電極１１、１２間
の容量をＣ₁₀で示す。ギャップ３０１は、磁気飽和を防
止するためのものである。

【００３２】次に、本パルス発生回路の動作について説
明する。１次共振コンデンサ３１は、ダイオードブリッ
ジ４４、リアクトル４５を介して供給される直流電圧に
よって、また結合コンデンサ３２、一対の電極１０はバ
イアス用直流高圧回路２０の供給する直流高圧によって
所定の電圧条件で充電される。

【００３３】定常状態に達した後、所望の時間に図２に
示したスイッチング素子３５のゲート３５０を点弧する
と、図３（Ａ）に示すように、１次共振コンデンサ３１
に蓄積されていた電荷が電流ｉ₁となって変成器３０の
１次巻線３３を通じて半サイクルだけ流れる。

【００３４】半サイクルの正弦波が閉回路を流れると、
電流の極性は反転する（電荷の流れる方向が反転する）
ので、スイッチング素子３５による通電はストップす
る。しかし、フライホイールダイオード３６は反転電流
に対してオンとなるので、１次共振ダイオード３１の反
対極に入った電荷は、ｉ₁として逆方法に半サイクルだ
け流れる。

【００３５】さらに、次のサイクルは、スイッチング素
子３５のゲート３５０が点弧されていないので、電流は
流れず、共振電流は１サイクルだけの正弦波交流とな
る。この交流周期は、１次共振コンデンサ３１、変成器
３０の１次巻線３３および変成器３０を通って変成器３
０の１次側に現れる２次回路の誘電結合合成インダクタ
ンスによって決まる。

【００３６】変成器３０の２次回路には、前記共振電流
によって電磁誘導された振動電流ｉ ₂が、前記共振電流
の１サイクル分流れる。この振動電流の通電時間はほと
んど１次回路側電流によって決まる。

【００３７】振動電流の周期を２τとし、時間ｔ＝−τ
に、変成器３０の２次回路に電流が流れ始めたとする
と、１次回路の半サイクル相当分は放電電極１１に充電
されていた蓄積電荷ＱがΔＱだけ増加する方向に誘電電
流ｉ₂が流れる。この誘電電流ｉ₂によって一対の電極
１０の直流バイアス成分Ｖ₀に加算される振動電圧ΔＶ
の最大値は、一対の電極１０の容量をＣ₁₀とすればΔＱ
／Ｃ₁₀で与えられる。

【００３８】振動電流の後半の半サイクル、すなわち０
≦ｔ≦τの間、２次回路には逆方向に電流ｉ₂が流れ
る。この電流は、結合コンデンサ３１の蓄積電荷Ｑが減
少した分を再蓄積するのに用いられる。結局、１次回路
の１サイクル振動電流によって２次回路に誘起される正
弦波電流は、図３（Ｂ）に示すように半サイクルとな
る。

【００３９】このパルス幅２τは、前記したように変成
器３０の１次回路定数で決められるので、２次回路の大
きな静電容量にもかかわらず、狭幅にできる。通常、マ
イクロ秒からミリ秒までの適当な値をとる。また、通電
時期（すなわちパルス頻度）は、１次回路のスイッチン
グ素子３５の点弧タイミングで調整される。

【００４０】一方、２次回路の結合コンデンサ３２の静
電容量は、パルス電圧高さに関係するので、一対の電極
１０の形成する電極間容量の数倍の大きさをもつことが
望ましい。

【００４１】本実施例は、印加電圧を交流電源２１、４
１および逆並列サイリスタ２２、４２によって制御し、
パルス幅、パルス頻度を変成器３０の１次回路定数によ
って制御し、パルス高さを変成器３０の２次回路によっ
て制御しようとするものであり、それぞれのパラメータ
を適当に組み合わせることで、逆電離現象を防止し、電
力損失を最小限に抑えた適正なパルス電圧を一対の電極
１０に印加することができる。

【００４２】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえ
ば、種々の改良、組み合わせ、変更等が可能なことは当
業者にとって自明であろう。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルス幅の狭い高電圧パルスを効果的に一対の電極に印
加できる。これによって、放電極から一様なイオン放電
が行われ、高い集塵性が実現できる。

【００４４】また、パルス幅を決めるスイッチング素子
は、低電圧下で駆動できるので、高い信頼性を有し、コ
スト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による電気集塵機の電気配線を示す回路
図である。

【図２】図１の回路のパルス発生回路主要部と変成器構
造を示す回路図である。

【図３】高電流パルスの状態を示す変成器の１次、２次
回路側電圧電流波形である。

【図４】従来例による電気集塵機の回路図を示す。

【符号の説明】

１（電気集塵機の）一対の電極１１放電用電極１２集塵用電極２０バイアス用直流高圧回路２１、４１交流電源２２、４２逆並列サイリスタ２３、４３変圧器２４、４４ダイオードブリッジ２５、４５リアクトル３０変成器３００トロイダルコア３１１次共振コンデンサ３２、４９結合コンデンサ３３変成器１次巻線３４変成器２次巻線３５、４６スイッチング素子３５０スイッチング素子ゲート３６、４７フライホイールダイオード４０高圧パルス発生回路４８コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電を生じさせ集塵を行うように配置さ
れた一対の容量性電極と、該電極の各々に端子接続され
た直流電源と、該直流電源と並列にコンデンサを介して
前記放電電極の各々に２次回路が端子接続され、かつそ
の１次回路が別のコンデンサを介して所定の振動電流を
発生させる電源回路に接続されている変成器とを備えた
電気集塵機。