JPS6046517B2 - 粒子荷電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はコロナ放電を安定して大量に生じさせつつ付着
したダストの除電も行え、然もコロナ放電のイオンを流
体流中へ導き、その粒子を激しく振動させる交番電界の
強さを大きくなしうる電極構造の条件により構成されて
成る粒子荷電装置に関する。

従来の技術 従来から電気集塵、静電塗装、静電選別等にお・いて、
直流コロナ放電を利用した荷電装置が用いられているが
、この荷電装置はその電気的及び構造的性質上、粒子濃
度がやや大きくなると粒子の相互干渉により理論値より
低い値まてしか荷電されない粒子が存在したり、又高く
荷電された粒子は対向電極へ付着される傾向が強くその
ため出力端には比較的に低くしか荷電されていない粒子
が多かつたり、或いは高電気抵抗を有する粒子の場合に
は電極に付着した粒子層に逆電離現象が現われ、これが
ため荷電性能が低下する等、改良すべき点が多かつた。

そこて、例えば特願昭４８−１００９０１号明細書に開
示されているように、上記欠点を可及的に除いて成る交
流コロナ放電を利用した荷電装置が提案されている。す
なわち、荷電空間に交番電界をかけるための曲率半径の
大きな対向電極の対と、コロナ放電を生じさせるための
曲率半径の小さなコロナ放電電極とを絶縁の上配設して
、コロナ放電により生じる双極性イオンのうちの一方の
単極性イオンを交番電界によつて荷電空間に放出させて
、ここで往復運動する単極性イオン流を形成せしめ、こ
のイオン流の衝突により導入粒子を荷電するようにした
ものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記開示技術においては、曲率半径の異
なる２種類の電極があり、これらが一定の間隔をもつて
互いに対向して配設されているという電極構造原理が示
されているに止まり、肝腎な電極構造の詳細については
明らかにされていないため、ここに開示されていること
に従うも、なお、次のような問題点があつた。

１電極に付着した高抵抗ダストの除電効果が考慮されて
いるものの、実際には逆電離の発生を有効に防止するこ
とができず、逆電離障害により高抵抗ダストの荷電が困
難であつた。

２コロナ放電が不安定で広い面積に亙ると不均一となり
、部分的に火花放電が生じていた。

２荷電空間内の電界分布が不均一となるため主電界強度
を高くすることができなかつた。

４第８図に示す如く、火花放電を起さないように絶縁物
２による電極支持方法を採用しているが、電気集塵装置
に利用するためには、広大な面積が必要であり、信頼性
が低下するとともに、高コストになつていた。

発明の目的 上述した如く、粒子を含む気流例えばガス流中の粒子を
首尾よく荷電するには、なお、開発を進めなければなら
ないことが明らかになるに及ん，で、開発を進めたとこ
ろ、上述の如き交流コロナ放電を利用した粒子荷電装置
においても良好なる荷電を気流中の粒子になしうる手段
の開発に成功したのが本発明である。

本発明の目的は、電極構造の詳細を明らかにすることに
よつて、電極に付着した粒子の除電を充分になし得ると
共に、火花放電を生じることなく安定なコロナ放電を広
い面積に亙つて均一に発生させることができ、しかも絶
縁物を用いないで信頼性が高く低コストの装置を得る条
件の電極構造に電極を形成し、以つて良好に荷電された
粒子をその出力端から得るようにした粒子荷電装置を提
供するにある。

発明の概要 このような良好なる荷電を粒子になさしめるために、本
発明は次の如き電極条件て構成された電極構造体で実現
されている。

即ち、粒子を含む気流の流れと略平行な平面内川こ、突
起を対向させて配列された複数の突起付棒状電極から成
る電極パネルを少くとも２つ前記気流中に設け、前記突
起が対向している突起付棒状電極間に交流コロナ放電を
生じさせ且つ前記電極パネル間に交番電界を印加させる
ように構成され・た粒子荷電装置において、前記電極パ
ネルを平行に張設し且つそのパネルを構成する棒状電極
の突起を互い違いに対向させた電極構造の条件を（１）
ｄ／Ｄく０．５（２）２ｄ″／Ｐ〈１．０ 盪（３）各突起が突起付棒状電極上に位置する位置を、
対向する突起付棒状電極の突起間中心から±ν（Ｐ−２
ｄ″）なる範囲内とすること〔但し、ｄは前記平面内の
突起付棒状電極中心間距離、Ｄは前記気流の流れに略平
行に対向している電極パネル中心間距離、ｄ″は突起先
端が直近の突起付棒状電極の棒状部面まての距離、Ｐは
同一突起付棒状電極の同一側の突起先端間距離〕とした
ことを特徴とするものてある。

これにより、粒子を含む気流中の粒子に衝突しこれを荷
電させるイオン流を生じさせる突起付棒状電極列の電極
間に安定して大量のコロナ放電を生じさせ然も電極に付
着した、高電気抵抗粒子でもその逆電離を生じさせない
ようにその除電を充分になす一方、突起付棒状電極から
成る電極パネル間へのイオン流を導き粒子を激しく振動
させるよう均一な電界分布の強い交番電界を突起付棒状
電極パネル間に生じさせ得るようにしたものである。

これらの要件はこれらが全く別個に処理されるのではな
く、上記電極条件で構成された電極構造体の中で統一し
て実現されている。実施例 以下、添付図面を参照しながら本発明の好適実施例を説
明する。

第１図は本発明を実施する第１の実施例を示し、その詳
細は第３図イ，口に示されている。

この実施例の粒子荷電装置１は真直ぐで細長い絶縁板１
１とこれから予め決められた距離だけ下方に隔てられた
同種の絶縁板１２との間に、突起付棒状電極ａがその突
起を同一平面内で互い違いにして予め決められた間隔ｄ
だけ隔てられて複数張設されて電極列（電極パネル）Ａ
が形成され、これと同様にして電極列（電極パネル）Ｂ
及びＣも形成され（第１図にはその構成素子を電極パネ
ルＡの構成素子の参照文字ａをＢ，ｃへ変えて示してあ
る。）、電極パネルＡ及びＣの交互の電極ａ及びｃへ主
交番電界のための第２図に示す低周波交番電圧■１ｆを
印加するように低周波交番電圧源ＬＦの１端が接続され
、且つ電極パネルＡ及びＣの、上記電源ＬＦの１端が接
続されている電極ａ及びＣと、これらの電極間にある電
極ａ及びｃとの間に、電源ＬＦの１方の半サイクルと同
期した高周波交番電圧源ＨＦｌが接続される一方、上記
電源ＬＦの他端は電極パネルＢの交互の電極ｂへ接続．
され、且つこれらの交互の電極ｂと、これらの電極間に
ある電極ｂとの間に、電源ＬＦの他方の半サイクルと同
期した高周波交番電圧源］Ｆ２が接続されて構成されて
いる。電極パネル間が荷電空間である。電極パネル数は
これに限定されることなく、これより多くても又電極パ
ネルＣがなくてもよい。このように構成される粒子荷電
装置１は第３図口に示す如く高周波コロナ放電励起状態
にある電極パネル、例えばＡにはその突起付棒状電極ａ
の対向突起間で交流コロナ放電ｆが生じてここに正負の
イオンが発生され、その内の負イオンはこの電極パネル
（電極列）Ａより高電位にある電極パネル（電極列）例
えはＢへ向けて荷電空間内へ引き出され、又正イオンは
その前の半サイクル中に電極パネルＡへ付着された粒子
に蓄積された負イオンを中和する、即ち除電をする。

上述した荷電空間内を進行中のイオンは荷電空間を通過
しつつある粒子に荷電を生じさせる。負に荷電された粒
子は交番主電界ｇによつてその電界方向に移動されつつ
そして主電界が切替えられる度毎にその方向を逆向きに
して移動する。従つて、粒子は荷電空間内を激しく蛇行
（振動）しながら電界に直角な方向へ進みつつ荷電され
ることになる。このような荷電過程をとるのであるがそ
の荷電性能を引上げるためには、（１）荷電用電界強度
を高め、（２）電流供給能力を大きくし、そして（３）
電極に付着した粒子の除電効率を高くすればよく、これ
らの条件は以下に述べる寸法条件の下に電極構造（電極
パネル対）を構成すれば達成し得るということが実験的
に確認された。

本発明による上述の（１）〜（３）の条件を満す電極構
造条件とは１ｄ／Ｄ＜０．５ ２頷″／Ｐ＜１．０ ３各突起が突起付棒状電極上に位置する位置を、対向す
る突起は棒状電極の突起間中心から±↓（Ｐ−２ｄ″）
なる範囲内とすること〔但し、ｄは電極パネル内の突起
付棒状電極中心間距離、Ｄは電極パネル間の突起付棒状
電極中心間距離、ｄ″は突起先端から直近の突起付棒状
電極の棒状部面までの距離であつて、棒状電極の突起付
根間距離をω、突起の高さをｅとするとｄ″＝ｄ−（ｅ
＋ω）で表わされる距離、Ｐは同一突起付棒状電極の同
一側突起先端距離てある（第３図参照）。

〕である。上記条件１は荷電空間内の電界分布の不均一
を減らし、且つコロナ放電を生じさせることなく主交番
電界強度を高めるための条件てある。

即ち、第５図から判るように、ｄ／Ｄの値が０．５を過
ぎると、高周波コロナ放電が休止時にあつても相対する
電極パネル間てコロナ放電が発生し始める電界即ち、最
大許容主交番電界強度但Ｍａｘは低下していく（但し、
Ｄ＝８ｈ１温度２０゜Ｃ１１気圧の場合）。この値は又
は、電極配列の対称性にも依存しており、本発明におい
てはその対称性の良さから電界強度は高められている。
条件２は電極に付着した粒子の除電を効果的に生じさせ
るための条件てある。

即ち、第６図から判るように、頷″／Ｐが１．０を過ぎ
ると、同一電極パネルの棒状電極間にスパークを起させ
る電界Ｅｓが小さな値となる。還元すれば、２ｄ″／Ｐ
く１．０だと、同一電極パネルの一方の棒状電極突起で
の高周波コロナ放電によつて発生されたイオンがその同
一電極パネルの他方の電極の棒状部面に到達しこの部分
の除電を効果的に行うが、囚″／Ｐ〉１．０となると電
極面に粒子が付着して来て粒子層の絶縁破壊が起り逆電
離現象が生ずるために電極間でのスパークが生じ易くな
り高周波交番電界Ｅｓが低下して除電が効果的に行われ
なくなるのである。

第６図はＤ＝８『、温度２０℃、気圧１気圧で、電極面
に電気抵抗率約１０１２Ω礪の粒子が電極面に付着した
場合のグラフで示す。

条件３は高周波コロナ放電を安定して生じさせるための
条件である。

これは第３図イからも判るように、この条件によつて示
される範囲を超えると、隣り合う電極の突起間間隙が狭
くなり過ぎスパークが発生し易くなり、従つて、均一な
高周波コロナ点が得られなくなり、安定した均一な高周
波コロナ放電は発生しなくなる。このような安定した均
一な高周波コロナ放電は又、正負のイオンの発生を均一
に安定して発生させているから、電極間の均一な除電に
有効に作用する。そして、高周波コロナ放電をスパーク
の発生を防ぐつつ安定して均一に発生しうる限度内にお
いて、還元すればコロナ点数（突起と棒状部面との対向
数）の増大により電流供給能力が高められている。

この高周波コロナ放電から流れるイオン流即ち電流の分
布をよソー層均一にする手段として第４図に示す如き第
２の実施例の構造の配列にすればよいことが確められた
。これは第３図イの構造においては電極をはさんてその
長さ方向において同一の位置に突起が形成されているた
め、この部分から荷電空間を流れるイオンが著しく少な
いが、第４図の構造においてはこのような部分が存在し
ないことによる。上述した如き高電流供給能力により、
荷電時定数τ＝４Ｅ０Ｙ（但し、εｏは真空の誘電率、
Ｅは電界強度、Ｊは電流密度）なる関係があるから、荷
電時定数をこの種公知の荷電装置の場合に一比し極めて
小さくする（１１１０）程度以下にすることが出来た。

又、本発明によれば、第１図から判るように同一形状の
電極を張設しているため、電極を絶縁物に添設した型式
の従来構造に比し、空間を荷電に・有効に利用し得ると
共に装置の信頼性が高まり、コストの低減が図れている
。

次に、上述の如き条件の下て構成された電極構造の粒子
荷電装置１の具体的データを示し、本発明の優位性を示
す。

第３図において、突起の高さｅ＝１ｈ１同一電極の突起
付根間距離Ｗ＝１０Ｔｎ！ＮｌＰ＝３ｈ１ｄ＝３０顛、
Ｄ＝５５７Ｖ！とした粒子荷電装置１を２０゜Ｃにおい
て動作させた場合において、正常な荷電を行いうる主交
番電界強度は電極面がきれいな場合約沙■／Ｃ７７！、
又電極面を絶縁物で覆つた場合約６ＫＶ／Ｃｍであつた
。

又、電流密度は主交番電界強度５ＫＶ／Ｃ！ｒｌにおい
て、温度２０℃では約７ＷＬＡ／ｒ！ｌ”で、温度２０
０℃では約９ｍＡ／Ｒｌｌであり、これは従来に比し約
１０ｆＩＩ以上てある。従つて、荷電時定数も２〜４ｍ
Ｓと極めて小さい。上記実施例の説明では、突起付棒状
電極の突起をいずれも、同一電極パネルでは、同一平面
内に位置させていたが、ｄ″が上記条件を満す限りにお
いてそれ以内であればよい。

又、電極は丸状でも、又板状であつてもよく、更には第
７図に示す如き形状であつてもよい。突起も円錐状であ
る外、丸状ても板状でもよい。又、電極パネルの端部で
は電界強度が部分的に高まる傾向を有するから、粒子を
含む気流の最上流部及び最下流部に位置する電極はその
突起を滑らかな電極に置き換えてコロナ発生を抑制する
のがよい。

低周波交番電圧と高周波交番電圧の位相を１８００ずら
せることにより荷電極性を変えることが出来るが、実験
によれば負荷電にした方が主電界強度を高くとることが
出来るということが確認された。

発明の効果 以上要するに本発明によれば、電極構造の条件を上述し
た１〜３に定めたことにより、次のような優れた効果を
発揮する。

（１）高抵抗ダストが電極面に付着しても、交番電界の
半サイクルごとに交流コロナ放電により表面電荷が中和
され、逆電離を発生することなく、高抵抗ダストを有効
に荷電できる。

特に棒状電極の突起を互い違いにしたことにより、同一
電極の突起間の中間部での表面電荷が良好に中和される
ため、電極に付着した高抵抗ダストの除電効果が極めて
大となる。（２）突起付棒状電極同志を対向させて使用
するので、突起電極となめらかな電極を対向させて使用
する組合せに比べて、コロナ点の数を可及的に増大させ
ることができ、電流供給能力が高い。

したがつて、火花放電を発生させることなく安定なコロ
ナ放電を広い面積に亙つて均一に発生させることができ
る。（３）コロナ放電が発生しやすい突起付電極の配列
であつても、電極配列の対称性がよいため、電界分布が
均一となり充分高い主電界強度まで使用することができ
る。

（４）絶縁物を用いることなく空間に配列し得る同一形
状の電極構造であるため、比較的狭い面積で良好な荷電
性能が得られて、信頼性が高くコストの低減が図れる。
図面の簡単な説明第１図は本発明を実施した第１の実施
例を示す図、第２図は第１の実施例に用いられる各電源
の電圧波形を示す図、第３図は第１の実施例の電極構造
の一部を拡大して示す図、第４図は本発明の第２の実施
例に用いられる電極構造の一部を拡大して示す図、第５
図はＥｍａｘに対するｄ／Ｄの関係を示す図、第６図は
Ｅｓに対する囚″／Ｐの関係を示す図、第７図は１つの
電極形成を示す図、第８図は従来例を示す図である。

図中Ａ，ｂ及びｃは電極、ＬＦは低周波交番電圧源、■
］及びＨＦ２は高周波交番電圧源、１は粒子荷電装置、
ｄは電極パネル内の突起付棒状電極中心間距離、Ｄは電
極パネル間の突起付棒状電極中心間距離、ｄ″は突起先
端から直近の突起付棒状電極の棒状部面までの距離、Ｐ
は同一突起付棒状電極の同一側突起先端間距離てある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒子を含む気流の略平行な平面内に、突起を対向さ
   せて配列された複数の突起付棒状電極から成る電極パネ
   ルを少くとも２つ前記気流中に設け、前記突起が対向し
   ている突起付棒状電極間に交流コロナ放電を生じさせ且
   つ前記極パネル間に交番電界を印加させるように構成さ
   れた粒子荷電装置において、前記電極パネルを平行に張
   設しかつそのパネルを構成する棒状電極の突起を互い違
   いに対向させた電極構造の条件を（１）ｄ／Ｄ＜０．５ （２）２ｄ′／Ｐ＜１．０ （３）各突起が突起付棒状電極上に位置する位置を、対
   向する突起付棒状電極の突起間中心から±１／２（Ｐ−
   ２ｄ′）なる範囲内とすること〔但し、ｄは前記平面内
   の突起付棒状電極中心間距離、Ｄは前記気流の流れに略
   平行に対向している電極パネル中心間距離、ｄ′は突起
   先端から直近の突起付棒状電極の棒状部面までの距離、
   Ｐは同一突起付棒状電極の同一側の突起先端間距離〕と
   したことを特徴とする粒子荷電装置。