JPH11517A - 二段型集塵装置及び集塵方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動車道トンネルや地下駐車場等の汚染ガス中
の煤塵を、効率良く高流速で処理する集塵装置を提供す
る。 【解決手段】帯電部と集塵部から成る二段型電気集塵器
のガス流入側に直進流サイクロンを設置し、サイクロン
で粗粒子を除去し、電気集塵器で微粒子を除去すること
により、ガス流速を１０ｍ／ｓ以上にして高効率集塵を
達成する。 【効果】自動車道トンネル内の汚染ガスを効率よく換気
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気中に浮遊する
煤塵を除去する集塵装置に関し、特に自動車道トンネル
排ガス浄化に好適な集塵方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車通行の頻繁な道路トンネルには、
煤塵による視界の低下を防止するために集塵装置を具備
した換気装置が設置されている。トンネル排ガスの性状
は、ボイラ排ガスに比べると煤塵濃度が極めて低いこ
と、しかもガス量は大量であることである。近年、トン
ネル用集塵装置は小形で低圧損の指向にあり、小形化を
図る方策として装置内のガス流速を高めるコンパクト化
について検討がなされている。

【０００３】従来の集塵装置は、例えば特開平6−96132
号公報に示されるように電気集塵器が適用されており、
集塵器内のガス流速は従来７ｍ／ｓを標準仕様に定め、
低濃度，大風量のガス処理に効果を得ている。また、他
の集塵方法として例えば特公昭38−5332号公報にも開示
されているように、一段型電気集塵器（コットレル）の
ガス流入側にサイクロンを設置し、サイクロンと電気集
塵器を組み合わせた集塵方式もある。

【０００４】サイクロンと電気集塵器を組み合わせた従
来の集塵方式は、微粉炭ボイラのように煤塵濃度が１ｍ
³ 当たり数１０グラムと極めて高いときに、予めサイク
ロンで粗い粒子を除去した後、低濃度となった煤塵を電
気集塵器へ導入することにより、電気集塵器が担う負荷
を軽減することを目的とするものである。他の応用とし
て、微粉炭燃焼により排出するダスト（フライアッシ
ュ）をセメント混和材に利用するために、フライアッシ
ュの粒子径を調節する手段として適用されることもあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電圧集塵器のみによる
方式は、ガス流速を速くするると集塵電極へ捕集された
煤塵が電極より剥離してガス流に同伴する、いわゆる再
飛散現象が生じて集塵性能が著しく低下するという欠点
がある。一方、サイクロンと電気集塵器を組み合わせた
ボイラ排ガス処理等に適用される集塵方式では、高流速
処理の配慮は全くなされていないので、高流速化すると
以下に述べる欠点が生じる。すなわち、微粉炭ボイラに
用いられるサイクロン形式は、ガス入口部と出口部が同
方向の位置にある反転流形であり、サイクロン入口流速
を１０ｍ／ｓ以上にすると圧力損失が１５０〜２００Ｈ
₂Ｏ と高くなり、動力費が高くなるという欠点がある。
また、サイクロンの後流側に設置される電気集塵器は一
段荷電形であり、通常、電極間隔は５０mm以上であり十
分な電界強度を維持できないので集塵率も低くなり、こ
の方式を高流速に適用すると、所定の集塵率を得るため
には集塵容積が極めて大きくなると同時に、放電に要す
る消費電力が大きくなるという欠点がある。また、集塵
極に捕集されたダストを電極の槌打によって払い落すと
きに、ダストはガスに同伴して煙突より飛散するため
に、集塵性能が著しく低下する。したがって、再飛散を
防止するために、電気集塵器内のガス流速は通常１〜
１.５ｍ／ｓに低く抑えて使用する必要があり、従来の
ボイラ排ガス処理に適用されている方式をそのままトン
ネル用に用いることは原理的に成立しない。

【０００６】本発明の目的は上記の欠点を解消するため
になされたもので、ガス流速１０ｍ／ｓ以上で処理し、
圧力損失が小さい直進流サイクロンと電界強度を高く維
持できる二段型電気集塵器を組み合わせることにより集
塵電極へ捕集する煤塵の付着力を増し、再飛散を防止し
た高流速集塵装置とそれによる集塵方法を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、流入するガス
流に旋回を与えてガス中より煤塵を除去するサイクロン
タイプの機械式集塵器の後段に、粒子に電荷を与えてク
ーロン力により煤塵を除去する電気式集塵器を備えた二
段型集塵装置において、前記機械式集塵器をガス流に旋
回を与えるガイドベーンと、形成された旋回流を保存す
る空間部と、分離された煤塵を捕集する捕集部とをガス
流れ方向に沿って直線上に配置した構造とし、前記電気
式集塵器を放電極と接地極とからなる粒子帯電部と、平
行平板間に高電圧が印加された集塵部とから構成したこ
とを特徴とする。

【０００８】機械式集塵器は、前記空間部の後段に円筒
を設けて、該円筒の外側に煤塵の捕集部を備えることが
望ましい。

【０００９】また、前記機械式集塵器と前記電気式集塵
器とを対にし、これをガス流れ方向に対して並列に複数
組み備えることが望ましい。

【００１０】更に本発明は、流入するガス流に旋回を与
えてガス中より煤塵を除去するサイクロンタイプの機械
式集塵器の後段に、粒子に電荷を与えてクーロン力によ
り煤塵を除去する電気式集塵器を備え、該機械式集塵器
をガス流に旋回を与えるガイドベーンと、形成された旋
回流を保存する空間部と、分離された煤塵を捕集する捕
集部とをガス流れ方向に沿って直線上に配置した構造と
し、該電気式集塵器を放電極と接地極とからなる粒子帯
電部と、平行平板間に高電圧が印加された集塵部とから
構成し、前記機械式集塵器に少なくとも１０ｍ／ｓの流
速に調整された処理ガスを導入することを特徴とする集
塵方法にある。

【００１１】本発明の集塵装置において、サイクロンに
導入される煤塵はガイドベーンにより旋回が与えられ、
煤塵中の１０μｍ以上の粗い粒子の殆どは強い遠心力を
受けて外筒の内壁へ向かって移動しながら下流へ進み、
ホッパに回収される。サイクロンは複数個並列に設置さ
れているが、サイクロンホッパは独立して機能するの
で、隣接するサイクロンに干渉されることがないので集
塵率を高く維持することができる。また、前記ガイドベ
ーン，旋回部及びホッパは、ガス流れに沿って直線上に
配置されるので、従来の反転流に比べ圧力損失を低く抑
えることができる。

【００１２】一方、微細な粒子はホッパまで到達でき
ず、サイクロン内筒を経て電気集塵器へ導入される。電
気集塵器に導入された粒子は、コロナ放電が形成する帯
電部を通過するとき、イオンの衝突によって帯電され
る。帯電した煤塵は集塵部に導入され、電極間隔が６〜
１０mmという狭い電極間に高い電圧が印加されるので電
界強度が高く、強いクーロン力によってガス中より分離
されて集塵極へ捕集される。電界強度は、電極間隔が狭
いと従来の一段型電気集塵器に比べ１.５ 倍ほど高い値
が得ることができる。また、粒子表面のエネルギーは粒
子径に逆比例するので、微粒子ほど電極と粒子間、及び
粒子相互間の付着力が高くなり、高流速でも再飛散を防
止できるので高効率集塵が達成できる。また、電気集塵
器の消費電力は帯電部のみであり、従来の電気集塵器の
１／１０以下と省電力化を図れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】従来の電気集塵器において、ガス
流速を上げると電極へ捕捉された煤塵が電極より剥離し
て気流に同伴する現象、すなわち再飛散が生じて集塵性
能が著しく低下することを実験により確かめた。

【００１４】図８及び図９は従来形電気集塵器の集塵性
能を表したものである。図８は集塵に及ぼすガス流速の
影響を示す。使用したダストは、トンネル用集塵器の試
験ダストに定められているＪＩＳ１５種（粗粒子と略
す）と、これに対比するために粒径が微細なＪＩＳ１１
種（微粒子と略す）を用いた。実験に用いた粗粒子のお
よその粒径分布は０.１〜１００μｍ、微粒子の粒径分
布は０.１〜１０μｍである。ガス流速が遅いときは粗
粒子のダストの集塵率が高いが、流速が速くなると逆に
微粒子のダストの集塵率が高くなり、両者が交差する流
速は約１０ｍ／ｓであった。すなわち、ガス流速が１０
ｍ／ｓ以上になると集塵率が極端に低下することが判明
した。このようにガス流速を高めると集塵率が低くなる
ので、これを補うために集塵電極を長くすることが考え
られる。そこで、電極長の影響について検討した結果を
図９に示す。微粒子からなるダストは電極を長くするに
伴い集塵率は向上するが、粗粒子は電極を長くしてもほ
とんど向上せず、電極長を長くすることでは対応できな
いことがわかった。これらの現象は次のように説明つけ
られる。通常、電気集塵器の集塵性能は粒径が大きいほ
ど帯電量が大きく、集塵率は向上する。しかしながら、
電極内のガス流速が速くなると集塵極へ捕集された粒子
の付着力が影響する。この付着力は粒子の比表面積が大
きいほど強いことが知られており、微細な粒子ほど比表
面積が大きいために粒子間及び粒子と電極との付着力が
強く、再飛散を抑制することができる。逆に、粒子が粗
くなると比表面積が小さくなり付着力が弱まって再飛散
が起こりやすくなり、図８及び図９に示した集塵特性と
なる。

【００１５】以上の実験において、粗い粒子を予め除去
した後、微細な粒子を電気集塵器で除去すると高流速で
も効率良く集塵できることを明らかにした。

【００１６】図１は、本発明に係る自動車道トンネル用
集塵装置の一実施例の構成図を示す。１は並列に複数個
配置されたサイクロン（機械式集塵器）、２は帯電部と
集塵部より構成された電気集塵器を示す。サイクロンは
ガス流入側と流出側が直線上にある直進流サイクロンが
本集塵方式には好適である。外筒１１の内部には流入ガ
スに旋回を与えるためのガイドベーン１３とガス仕切筒
１４からなるガス導入部が設けられ、その後流側には外
筒１１とこれに適度のギャップを有して内筒１２が設け
られ、内筒１２と外筒１１との空間が煤塵を捕集するホ
ッパ１５となるように構成される。サイクロンは複数並
列に組み込まれ、ホッパ１５はサイクロン個々に単独に
設けている。次に、電気集塵器２の帯電部は、曲率が大
きい線の放電極２１とこれに対向する平板の接地極２２
からなる電極が交互に複数組み込まれ、一方、集塵部
は、平行平板から構成される高圧極２３と集塵極２４よ
りなり、電気集塵器は帯電部一対に対して集塵部が複数
対組み合わされた電極群から構成される。

【００１７】以上の構成からなる集塵装置の作用につい
て詳述する。自動車道トンネル排ガスは、図示しないが
誘引ファンにより図１のサイクロン入口に導入される。
トンネル内の煤塵は、自動車より排出されるすすと称す
る煤塵と路上の粉塵との混合物であり、粒径分布は０.
１μｍ から１００μｍ程度まで分布している。サイク
ロン１に導入されるガス流速は少なくとも１０ｍ／ｓ以
上であり、好ましくは換気ダクト内流速である１５ｍ／
ｓで運転される。サイクロンに導入された煤塵は、ガイ
ドベーン１３により旋回が与えられ、煤塵は遠心力によ
り外筒１１の内壁に向かって移動し、そのうちおよそ５
μｍ以上の粒子は内壁に到達してホッパ１５内に捕捉さ
れる。サイクロンの集塵性能はガス旋回部において強い
旋回力を与えると１μｍ程度まで捕集可能であるが、圧
力損失が高くなり不経済となる。すなわち、トンネル排
気ガス量は１００万ｍ³／ｈ を超えるために、消費電力
を極力低く抑えるには低い圧力損失で運転するのが好ま
しい。サイクロン機能の目的とするところは電気集塵器
で捕集したとき、電極からの再飛散を起こさない粒子径
になるように、サイクロンで粗粒子を除去することであ
るから、微細な粒子までサイクロンで除去する必要はな
い。通常サイクロンを複数並列に組み合わせるとき、ホ
ッパを共通にして用いられるが、ホッパを共通にすると
隣合わせのホッパよりガスが流入して再飛散を起こし捕
集性能が低下する。本実施例では、図示の如く、ホッパ
を独立しているので再飛散を防止し、集塵性能を高く維
持することができる。次に、サイクロンで捕捉できなか
った細かい煤塵は内筒１２を経て後流側の電気集塵器２
へ導入される。電気集塵器２へ導入するガス流速は、サ
イクロン１ヘ導入するガス流速と同じく１０ｍ／ｓ以上
であることが本発明の特徴の１つである。このように、
ガス流速を１０ｍ／ｓ以上にできるのは、１つは前処理
によって予め粗粒子を除去できたこと、２つに電極間隔
を極力狭くして高電界により再飛散の抑制を図ったため
である。放電極２１と接地極２２間には高圧電源２５に
より直流高電圧を印加することによりコロナ放電が生成
し、放電場に導入される煤塵に電荷が与えられる。放電
極２１と接地極２２の電極間隔は、従来の一段型電気集
塵器の１／１０以下であるために電界強度が強く、高い
電荷を与えることができる。電荷を受けた帯電粒子は、
平行平板から構成された集塵部に導入され、高圧極２３
と集塵極２４の間に印加された電圧により形成する高電
界によって生じるクーロン力により集塵極へ捕集され
る。高圧極２３と集塵極２４の電極間隔は電界強度を高
めるために６〜１０mmと狭くして用いることにより微細
な粒子を効率良く捕集するとともに、強電界により再飛
散を抑制する効果がある。また、集塵極２４へ捕集され
た粒子は、図４に示した集塵特性の微粒子に相当する煤
塵粒径であるために粒子の再飛散はほとんどなく、集塵
電極長を任意に選定することにより所定の集塵性能を確
保することができる。

【００１８】次に具体的実施例について述べる。図５
は、本発明によるガス流速の影響を示す集塵特性であ
る。ガス流速を１０ｍ／ｓ以上に高めても集塵性能は僅
かの低下であった。この理由は次のように説明できる。
すなわち、ガス流速が比較的遅い１０ｍ／ｓ程度ではサ
イクロンで除去する粗粒子の集塵性能はやや低くなる
が、電気集塵器の集塵率が高くなるために、トータルの
集塵率は高く維持できる。一方、ガス流速が高い領域で
はサイクロンの集塵性能が向上して粗粒子をほぼ除去で
きるために、電気集塵器における再飛散を抑制でき、高
い集塵率を維持できる。また、サイクロンの圧力損失は
直進流サイクロンのために反転流サイクロンに比べ低い
領域で運転できる。

【００１９】図６は従来の反転流サイクロンと本発明に
適用した直進流サイクロンの集塵性能の比較を示す。同
一圧力損失では、直進流サイクロンは従来形の反転流よ
り集塵率は高く得ることができ、消費電力を抑制するこ
とができる効果がある。

【００２０】図７は、同一集塵率を得るとき、集塵装置
の容積を本発明方式と従来方式を比較したものである。
ガス流速が遅いときは両者の差は小さいが、速くなると
再飛散の影響を受けるので容積差が生じており、消費電
力及び設備コストの低減に寄与できる。

【００２１】図２は、本発明になるサイクロンホッパに
捕集された煤塵の払い落し状況を示したものである。集
塵中、互いにホッパは単独で運転されるのでホッパへ捕
集した煤塵を除去する必要がある。トンネル内の煤塵濃
度は１ｍ³ 当たり数ミリグラムと極めて低いために、捕
集量に応じてホッパの大きさを決めることができ、ホッ
パ内部を清掃する頻度は少ないが、浄化方法としてホッ
パ後部のガス仕切板１６を着脱自在な構造とし、後部よ
り捕集した煤塵は除去することができる。一方、電気集
塵器で捕集した煤塵は高流速でも飛散しにくい微細な粒
子であるために、乾式浄化法である圧縮空気での電極表
面を清浄化することは困難であり、図示しないが常套手
段として用いられる湿式法、すなわち、スプレイ洗浄方
式にするのが良い。

【００２２】図３は本発明の他の実施例による集塵装置
の構成図を示す。電気集塵器のガス流入口にガス仕切板
１６を設けた慣性衝突式集塵器を備えた集塵方式であ
る。本方式は構造が簡単でサイクロンと同様な効果を得
ることができる。

【００２３】図４は本発明の他の実施例集塵装置の構成
図を示す。サイクロン１と電気集塵装置の配列をガス流
方向に対して入れ替えた集塵方式を示すが、電気集塵器
で微細な粒子を除去した後、粗い粒子をサイクロンで除
去するもので、図１に示した装置構成と同等の集塵効果
が得られる。

【００２４】

【発明の効果】高流速処理の課題である捕集ダストの再
飛散を防止することにより、換気ダクト内に直接設置す
ることが可能となり、コンパクトで経済的にも優れた自
動車道トンネル用として効果的な集塵装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る集塵装置の一実施例を示す構成
図。

【図２】本発明の集塵装置において、サイクロンホッパ
に捕集された煤塵の払い落し状況を示した説明図。

【図３】本発明の他の実施例を示す集塵装置の構成図。

【図４】本発明の他の実施例を示す集塵装置の構成図。

【図５】本発明のガス流速の影響を示す集塵特性図。

【図６】従来の反転流サイクロンと本発明に適用した直
進流サイクロンの集塵性能の比較図。

【図７】同一集塵率を得るときの集塵装置の容積を、本
発明方式と従来方式とで比較した図。

【図８】従来形電気集塵器の集塵に及ぼすガス流速の影
響を示す特性図。

【図９】従来形電気集塵器の集塵に及ぼす集塵電極長の
影響を示す特性図。

【符号の説明】

１…サイクロン、２…電気集塵器、１１…外筒、１２…
内筒、１３…ガイドベーン、１５…ホッパ、１６…ガス
仕切板、２１…放電極、２２…接地極、２３…高圧極、
２４…集塵極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横須賀 丈由 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高津 恭 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 浅沼 邦広 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流入するガス流に旋回を与えてガス中より
   煤塵を除去するサイクロンタイプの機械式集塵器の後段
   に、粒子に電荷を与えてクーロン力により煤塵を除去す
   る電気式集塵器を備えた二段型集塵装置において、前記
   機械式集塵器をガス流に旋回を与えるガイドベーンと、
   形成された旋回流を保存する空間部と、分離された煤塵
   を捕集する捕集部とをガス流れ方向に沿って直線上に配
   置した構造とし、前記電気式集塵器を放電極と接地極と
   からなる粒子帯電部と、平行平板間に高電圧が印加され
   た集塵部とから構成したことを特徴とする二段型集塵装
   置。
2. 【請求項２】前記機械式集塵器における前記空間部の後
   段に円筒を設けて該円筒の外側に煤塵の捕集部を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の二段型集塵装置。
3. 【請求項３】前記機械式集塵器と前記電気式集塵器を対
   とし、これをガス流れ方向に対して並列に複数組み備え
   たことを特徴とする二段型集塵装置。
4. 【請求項４】流入するガス流に旋回を与えてガス中より
   煤塵を除去するサイクロンタイプの機械式集塵器の後段
   に、粒子に電荷を与えてクーロン力により煤塵を除去す
   る電気式集塵器を備え、該機械式集塵器をガス流に旋回
   を与えるガイドベーンと、形成された旋回流を保存する
   空間部と、分離された煤塵を捕集する捕集部とをガス流
   れ方向に沿って直線上に配置した構造とし、該電気式集
   塵器を放電極と接地極とからなる粒子帯電部と、平行平
   板間に高電圧が印加された集塵部とから構成し、前記機
   械式集塵器に少なくとも１０ｍ／ｓ以上の流速に調整さ
   れた処理ガスを導入することを特徴とする集塵方法。