JPH10202144A - トンネル用電気集じん機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】現行仕様と同等の集じん機本体を採用し、高集
じん効率を確保しつつ処理風速の増大化，トンネル内の
相対湿度の変化にも対応できるようする。 【解決手段】帯電部４，集じん部５を組合せてトンネル
の換気用側坑内に接地した集じん機本体２に対して、高
圧発生電源装置８より帯電部の放電線４ａ，集じん部の
高圧極板５ａに負の電圧を印加するとともに、電源装置
には帯電，集じん部の放電電流の現在値をデータとして
取り込み、該データを基準電流値と対比して定常の集じ
ん運転時に前記放電電流を所定値に保つように出力電圧
を制御する定電流制御手段として、電圧制御用のサイリ
スタ１２、電流検出器１６，電圧検出器１５、および検
出器の検出信号を基にサイリスタを点弧角位相制御する
演算・制御部１７を備え、所定の時間周期で電流検出器
の検出信号をサンプリングし、その平均値を現在値デー
タとして次周期の出力電圧を可変設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車道トンネルの側
坑内に据付けてトンネル内の空気を清浄化するトンネル
用電気集じん機に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル距離の長い車道トンネルでは、
自動車の排気ガス，煤煙，浮遊粉塵などによる空気の汚
損でトンネル内部の視界（見通し距離）が低下すること
から、これを改善する目的でトンネル内に設けた換気用
の側坑に電気集じん設備を設置し、トンネルの車道（本
坑）から取り込んだ汚染空気を電気集じん機に通して清
浄化した後、清浄空気を再び送風機により車道空間に吹
出してトンネル内部での視界を改善するようにしてい
る。

【０００３】図２はかかるトンネル用電気集じん機の構
成概要図である。図において、１はトンネルの換気用側
坑、２は側坑内に設置した電気集じん機であり、前後に
入口ダンパ３ａ，出口ダンパ３ｂを配した集じん機本体
３の内部には、前後段に並ぶ帯電部４，集じん部５を組
にした複数組のユニット６（トンネル内での取扱い性を
考慮し、通常は４〜１２基に分けた小型のユニットを上
下，左右に並べて本体フレームに組み込んでいる）、お
よび水洗浄ノズル７などを収設した構成になる。また、
８は集じん機本体３と別置した高圧発生電源装置であ
り、該電源装置８から引出した出力側の給電フィーダ
（ケーブル）９，１０介して帯電部４，集じん部５へ直
流高圧を個別に印加するようにしている。なお、電気集
じん機用の高圧発生電源装置８は良く知られているよう
に、基本的には交流側に接続した電圧制御用のサイリス
タ，昇圧変圧器，および直流側に接続した整流回路を組
み合わせた構成になり、低圧の交流を高圧直流に変換し
て出力する。

【０００４】ここで、トンネル用電気集じん機に採用さ
れている１ユニット分の帯電部４，集じん部５の構造を
図３に略示的に示す。すなわち、帯電部４は放電線（0.
26mmφの細鋼線) ４ａと接地極板４ｂを５〜６mm程度の
間隔で交互に多数配列した構成であり、集じん部５は厚
さ0.5 mm程度の薄鋼板で作られた平板状の高圧極板５ａ
と接地極板５ｂを間隔５〜６mm程度の間隔で交互に多数
配列して構成されている。

【０００５】そして、帯電部４では放電線４ａに正の高
電圧（定格電圧ＤＣ１１ｋＶ）を印加して放電線の周囲
に正コロナを発生させ、集じん部５では高圧極板５ａに
正の高電圧（定格電圧ＤＣ5.5 ｋＶ）を印加して極板５
ａと５ｂの間に高電界強度の電場を形成し、電気集じん
機２に導入した被処理空気に含まれている煤じんなどの
浮遊粒子を前段の帯電部４でプラス荷電し、後段の集じ
ん部５にて静電クーロン力により浮遊粒子を接地極板５
ｂ上に捕集する。なお、集じん部５で捕集したダスト
は、定期的に集じん運転を一時的に停止し、洗浄水を噴
射して集じん極板から洗い流して排除するようにしてい
る。

【０００６】なお、車道トンネル用電気集じん機の現行
での標準仕様（日本道路公団）は、処理風速が７ｍ／se
c,１ユニット当たりの処理風量が3.75ｍ³ ／sec として
集じん効率が８０％以上が確保できるように規定されて
いる。一方、前記のトンネル用電気集じん機で処理する
空気の性状は、トンネル内の湿度，煤煙，粉塵濃度など
により時々刻々変動し、また、集じん部では集じん運転
の時間経過に伴って捕集ダストの堆積量も次第に増大す
る。そのために帯電，集じん部の電極間における火花放
電開始電圧も変化して集じん運転中に火花放電，アーク
放電が発生することがある。

【０００７】なお、電気集じん機をできるだけ高い集じ
ん効率で運転するために、ある程度の頻度での火花放電
を許容するような範囲の高電圧で実機運転しており、こ
の場合に火花放電がアーク放電に移行するのを防止する
ために、高圧発生電源装置８にはアーク放電の発生を電
流，電圧により検出し、サイリスタの制御により出力電
圧を一時的に低めてアーク放電を消滅させ、その後に再
び正常な電圧に回復させるような保護制御手段を備えて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トンネル用
電気集じん機の現行での標準仕様（日本道路公団）は先
記のように規定されているが、最近になり処理風量を高
めるために処理風速を９ｍ／sec 程度まで高めるような
機運になっている。この場合に、前記した従来の給電方
式による電気集じん機をそのまま採用して処理風速を現
行仕様の７ｍ／sec から９ｍ／sec に高めるとすると、
設計面で次記のような問題点が新たに派生する。すなわ
ち、処理風速を９ｍ／sec に高めて電気集じん機の集じ
ん効率８０％を確保するには、集じん部５の極板長さを
現行機の長さ８２４mmから１０３０mm程度まで２割以上
延長する必要のあることが発明者等が行った実験結果か
らも確認されている。

【０００９】しかしながら、集じん部の極板長さが大き
くなると、それに相応して集じん部が大型化し、重量
（現行仕様で約２５０ｋｇ）も２割増えてハンドリング
性（トンネル内では大型クレーンなどが使用できないた
め、集じん部はできるだけ小型，軽量であることが望ま
れる）が悪化するほか、極板の材料費も増して集じん機
本体がコスト高となる。

【００１０】したがって、コストアップを抑えつつ処理
風量の増大化に対処させるには、集じん部を現行機のサ
イズのままで処理風速を７ｍ／sec から９ｍ／sec に高
めても集じん効率８０％が確保できるような性能アップ
の対策が必要となる。かかる点に関して、帯電部の放電
電極に印加する電圧極性を負にして負コロナ放電とする
ことにより、正コロナ放電方式に比べてオゾン発生量が
増加するものの、火花放電開始電圧は高くなってより高
い電界を利用できるとともに、同一印加電圧で高い放電
電流（コロナ放電）が得られ、それだけ集じん効率が高
くなることが知られており、工業分野で使用する電気集
じん機では負コロナ放電方式が一般に採用されている。
しかし、環境空気の浄化を目的とする道路トンネル用電
気集じん機では、人体に有害なオゾン発生量をできるだ
け低く抑える観点から、従来より正コロナ放電方式が一
般的に採用されていた。

【００１１】そこで、発明者等はコストパフォーマンス
を上げる観点からトンネル用電気集じん機に負コロナ放
電方式を採用することに着目し、その場合に電気集じん
機の空気浄化処理に伴って発生するオゾンがトンネル内
の環境に及ぼす影響などについて実験などで検討した。
その結果、指定の風量を集じん処理した場合に発生する
量のオゾンは、清浄空気とともに電気集じん機出口から
換気用側坑を経てトンネル内の本道に戻す送風経路で殆
どが分解されてオゾン濃度が低下し、トンネルの本道内
では人体に影響を及ぼす懸念のないことが判明した。さ
らに、集じん極板の長さを様々に変えた実験用のモデル
機を使って行った性能試験を行ったところ、放電方式を
正コロナ放電から集じん効率の高い負コロナ放電に変更
することにより、標準の周囲条件の下では集じん部の極
板長さを現行サイズ（８２４mm）のまま処理風速を７ｍ
／sec から９ｍ／sec に高めても集じん効率８０％を確
保できることが判った。

【００１２】反面、放電方式を正コロナ放電から負コロ
ナ放電に切換えると、次記のような不具合の生じること
も明らかになった。すなわち、電気集じん機を設置する
トンネル内の環境は、天候，季節などのにより相対湿度
が緩やかながら時々刻々変化することが現地での実測デ
ータから知られている。そこで、このことを配慮して集
じん効率と周囲環境の相対湿度との関係、特に相対湿度
の変化が帯電部の放電電流に及ぼす影響についても実験
により調べたところ、正コロナ放電方式では周囲の相対
湿度が変化しても放電電流に殆ど不変であるのに対し
て、負コロナ放電方式では相対湿度の高まりに伴って放
電電流も増加し、例えば相対湿度が６０％から９０％に
高まると給電電圧一定（定格電圧）でも放電電流が約1.
3 倍にも増大することが判った。しかも、集じん効率に
ついては、放電電流が一定値（定格値）を超えて増大し
ても集じん効率はそれ以上に高まらない飽和特性を示す
ことが実験結果からも確かめられている。このことか
ら、前記のように周囲の相対湿度の高まりに伴って増大
する放電電流をそのまま放置して運転を継続すること
は、消費電力の無駄な浪費の原因にもなる。

【００１３】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、コストパフォーマンス性を考慮して現行の仕様と同
等サイズの集じん機本体を採用しつつ、所定の集じん効
率を確保して処理風量の増大化に対応できるよう改良し
たトンネル用電気集じん機を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、帯電部と集じん部を前後段に組み
合わせてトンネル内に設置した集じん機本体に対し、高
圧発生電源装置より帯電部の放電線，および集じん部の
高圧極板へ個別に直流高電圧を給電するトンネル用電気
集じん機において、帯電部の放電線，集じん部の高圧極
板に負の電圧を印加するとともに、高圧発生電源装置
に、帯電，集じん部の放電電流の現在値をデータとして
取り込み、該データを基準電流値と対比して定常の集じ
ん運転時に前記放電電流を所定値に保つように出力電圧
を制御する定電流制御手段を備えるものとする。

【００１５】また、本発明によれば、前記の定電流制御
手段を、高圧発生電源装置の交流側の入力回路に接続し
た電圧制御用のサイリスタ、直流側の出力回路に接続し
た放電電流検出器，出力電圧検出器、および各検出器の
検出信号を基にサイリスタの点弧角位相制御を行う演算
・制御部を備えた構成とし、前記の演算・制御部では、
所定時間周期で放電電流検出器より取り込んだ放電電流
の検出信号をサンプリングし、その平均値を現在値のデ
ータとして次周期の出力電圧を可変設定するようにす
る。

【００１６】上記のように帯電部の放電線，集じん部の
高圧極板に印加する電圧を在来機のプラス極性からマイ
ナス極性に変えて負放電方式とすることにより、集じん
機の本体、特に集じん部の極板長さ寸法を在来機と同等
なサイズのままで、処理風速を７ｍ／sec から９ｍ／se
c に高めても高い集じん効率（８０％以上）を確保でき
るようになる。

【００１７】また、高圧発生電源装置に定電流制御手段
を備えて定常の集じん運転時に放電を一定値に保つよう
制御することで、電気集じん機の運転中にトンネル内の
相対湿度が時々刻々変化しても、放電電流が過分に増大
したり、逆に不足することがなく、これにより高い集じ
ん効率を確保して安定した集じん運転が行える。しか
も、定常の集じん運転モードで、所定の時間周期（時間
周期は例えば１〜1.5 時間とし、集じん機本体の洗浄
時, あるいは給電電圧を低い値から徐々に高めていくソ
フトスタート時は除外する) で放電電流検出器より取り
込んだ放電電流の検出信号をサンプリングし、演算によ
りその平均値を現在値のデータとして求めるようにする
ことで、各時間周期内に散発するスパーク放電などによ
る過渡的な放電電流変動の影響を殆ど受けることなし
に、大系的にトンネル内の相対湿度に相応して変化する
放電電流の値を現在のデータとして取り込める。そし
て、このデータを基に次周期における出力電圧を可変設
定することで、安定した定電流制御が行える。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。なお、実施例の図中で図２，図３に対
応する部分には同じ符号が付してある。図１において、
高圧発生電源装置８は集じん機本体の帯電部４，集じん
部５に対応する２系統の電源回路１１を備えており、各
系統の電源回路は交流（ＡＣ２００Ｖ）の入力側に接続
した電圧制御用のサイリスタ１２、昇圧トランス１３、
交流を直流に変換する整流器回路１４を基本構成とし、
さらに定電流制御手段として直流側の出力回路に接続し
た放電電流検出器１５，出力電圧検出器１６、および各
検出器の検出信号を基に前記サイリスタ１１の点弧角位
相制御を行う演算・制御部１７を備え、これらで定電流
制御に関してのフィードバック制御系を構成している。
なお、１８は直流リアクトル，１９はコンデンサ，２０
は集じん機の運転管理（集じん運転，洗浄などの指令を
与える）を行う中央制御盤である。

【００１９】また、高圧発生電源装置８の直流出力回路
は、プラス極を接地側とし、給電フィーダ９，１０を介
して帯電部４の放電線４ａ，集じん部５の高圧電極板５
ａにマイナス極性の電圧を印加するようにしている。さ
らに、演算・制御部１７では例えば１±0.5 時間の所定
時間周期で放電電流検出器１６より取り込んだ放電電流
ｉの検出信号をサンプリング（標本化）するとともに、
その平均値を現在値のデータとして基準電流値と比較し
た上で、次の集じん運転周期で集じん機本体に給電する
出力電圧（放電電流を定値に保つに要する出力電圧）を
設定し、これを基にサイリスタ１１を点弧角位相制御し
て出力電圧ｖを設定電圧に制御する。

【００２０】なお、集じん機本体への給電を停止する集
じん機本体の洗浄モードでは前記の定電流制御機能を停
止することは勿論のこと、洗浄後の集じん運転開始時に
給電電圧を時間をかけて段階的に上げて行くソフトスタ
ート，および集じん機本体側でスパーク放電の発生した
場合には、一時的に給電電圧を低下させる先記の保護制
御を優先させるものとする。

【００２１】上記の定電流制御機能により、トンネル内
の相対湿度の緩やかな変化に起因して放電電流が過分に
流れるような状況になった場合には、前記の現在値デー
タを基に出力電圧を下げて次周期で放電電流を絞り込ん
で消費電力の無駄な消費を抑え、逆に放電電流が不足し
ている状況下では電流を増加させて高い集じん効率を確
保するようにして安定した集じん運転が行える。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、帯
電部の放電線，集じん部の高圧極板に負の電圧を印加す
るとともに、高圧発生電源装置には、帯電，集じん部の
放電電流の現在値をデータとして取り込み、該データを
基準電流値と対比して定常の集じん運転時に前記放電電
流を所定値に保つように出力電圧を制御する定電流制御
手段を備えたことにより、次記の効果を奏する。

【００２３】１）集じん機の本体、特に集じん部の極板
長さ寸法を在来機と同等なサイズのままで、処理風速を
７ｍ／sec から９ｍ／sec に高めても高い集じん効率
（８０％以上）を確保できる。 ２）電気集じん機の運転中にトンネル内の相対湿度が時
々刻々変化しても放電電流が過分に増大したり、不足す
ることがなくなり、これにより高い集じん効率を確保し
つつ、電力の無駄な浪費を抑えて安定した集じん運転が
行える。

【００２４】また、定常の集じん運転モードで、所定の
時間周期で放電電流検出器より取り込んだ放電電流の検
出信号をサンプリングし、演算によりその平均値を現在
値のデータとして求めるようにすることにより、各時間
周期内に散発するスパーク放電などによる過渡的な放電
電流変動の影響を殆ど受けることなしに、大系的にトン
ネル内の相対湿度に相応して変化する放電電流の値を現
在のデータとして、定常集じん運転時に安定した定電流
制御が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による高圧発生電源装置の回路
図

【図２】トンネル用電気集じん機全体の構成概略図

【図３】従来における集じん機の給電方式，および集じ
ん機本体の内部構造を模式的に表した図

【符号の説明】

１ 換気用側坑 ２ 集じん機本体 ４ 帯電部 ４ａ 放電線 ５ 集じん部 ５ａ 高圧極板 ８ 高圧発生電源装置 １２ サイリスタ １３ 昇圧トランス １４ 整流回路 １５ 電圧検出器 １６ 電流検出器 １７ 演算・制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネル内に据付けて本道空間から吸気し
   た空気を清浄化するトンネル用電気集じん機であり、帯
   電部と集じん部を前後段に組み合わせてなる集じん機本
   体に対し、高圧発生電源装置より帯電部の放電線，およ
   び集じん部の高圧極板へ個別に直流高電圧を給電するも
   のにおいて、帯電部の放電線，集じん部の高圧極板に負
   の電圧を印加するとともに、高圧発生電源装置には、帯
   電，集じん部の放電電流の現在値をデータとして取り込
   み、該データを基準電流値と対比して定常の集じん運転
   時に前記放電電流を所定値に保つように出力電圧を制御
   する定電流制御手段を備えたことを特徴とするトンネル
   用電気集じん機。
2. 【請求項２】請求項１記載の電気集じん機において、定
   電流制御手段として、高圧発生電源装置の交流側の入力
   回路に接続した電圧制御用のサイリスタ、直流側の出力
   回路に接続した放電電流検出器，出力電圧検出器、およ
   び各検出器の検出信号を基にサイリスタの点弧角位相制
   御を行う演算・制御部を備えたことを特徴とするトンネ
   ル用電気集じん機。
3. 【請求項３】請求項２記載の電気集じん機において、演
   算・制御部では、所定の時間周期で放電電流検出器より
   取り込んだ放電電流の検出信号をサンプリングし、その
   平均値を現在値のデータとして次周期に給電する出力電
   圧を可変設定するようにしたことを特徴とするトンネル
   用電気集じん機。