WO2019138922A1 - 電気集塵装置 - Google Patents

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dust
collection electrode
ion wind
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一隆 富松
加藤　雅也
上田　泰稔
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三菱日立パワーシステムズ環境ソリューション株式会社
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/10—Ionising electrode has multiple serrated ends or parts

Definitions

  • the present disclosure relates to an electrostatic precipitator.
  • an electrostatic precipitator including a flat dust collecting electrode arranged in parallel along a gas flow and a discharge electrode having a sharp shape arranged at the center thereof.
  • a high DC voltage is applied between the dust collection electrode and the discharge electrode to perform stable corona discharge on the discharge electrode, thereby charging dust in the gas flow.
  • charged dust is collected at the dust collection electrode by the action of the Coulomb force acting on the dust under an electric field between the discharge electrode and the dust collection electrode.
  • the electrostatic precipitator of patent documents 1 and 2 is provided with a plurality of penetration holes for letting dust pass, and is provided with a dust collection pole which had a closed space for collecting dust inside.
  • trapped dust is less likely to be scattered again by confining the dust in the closed space via the through holes.
  • the electrostatic precipitator of Patent Document 3 includes a dust collection electrode including an earth electrode having an opening ratio of 65% to 85%, and a dust collection filter layer for collecting dust.
  • a dust collection electrode including an earth electrode having an opening ratio of 65% to 85%
  • a dust collection filter layer for collecting dust.
  • Patent No. 5761461 gazette Patent No. 5705461 gazette Patent No. 4823691
  • the dust collection efficiency ⁇ in the electrostatic precipitator can be calculated by the well-known German equation (equation (1)) below.
  • w a dust collection index (moving speed of particulate matter)
  • f a dust collection area per unit gas amount.
  • ⁇ 1-exp (-w ⁇ f) (1)
  • the moving speed w of the dust is determined to be determined by the relationship between the Coulomb force and the viscous drag of the gas.
  • dust is said to move from the discharge electrode in the electric field, and the ion wind is not directly considered in the influence on performance.
  • the dust concentration which is the premise of its performance design, has the precondition that it is always uniform in the dust collection space between the discharge electrode and the dust collection electrode, and the ion wind causes gas turbulence, It is considered as one of the factors that make the dust concentration uniform.
  • the ion wind generates negative ions by corona discharge at the discharge electrode when a negative voltage is applied between the electrodes, and as a result, it is generated by positive ions in the case of a positive voltage.
  • a negative voltage is described in order to consider the industrial electrostatic precipitator as a base, but the same is true even if it is positive.
  • the ion wind generated by the discharge electrode flows across the gas flow toward the dust collection electrode.
  • the ion wind that has reached the collecting electrode is reversed at the collecting electrode to change the flow direction. This causes a helical turbulence between the electrodes.
  • the flow from the discharge electrode to the dust collection electrode has an effect of carrying dust to the vicinity of the dust collection electrode.
  • the dust carried to the vicinity of the dust collection electrode is finally collected by the Coulomb force.
  • Patent Document 3 describes an electrostatic precipitator in consideration of the effect of ion wind.
  • the structure is such that the ion wind is sent to the filter layer behind the dust collection electrode having the opening, and the structure is complicated in order to collect dust in a region not affected by the main gas. In some cases, it was difficult to separate and collect dust attached to the filter layer in the dry state.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an electrostatic precipitator capable of suppressing the separation effect of ion wind which reduces the dust collection effect and enhancing the dust collection efficiency. To aim.
  • An electrostatic precipitator has a plurality of dust collection poles which are formed in a columnar shape and which are disposed at predetermined intervals in an orthogonal direction orthogonal to the longitudinal direction, and the dust collection electrode side A plurality of discharge parts protruding and arranged in parallel with the orthogonal direction are provided, and the equivalent diameter of the cross section of the dust collection electrode is 30 mm or more and 80 mm or less.
  • the equivalent diameter of the cross section of the dust collection electrode was 30 mm or more. When the equivalent diameter is reduced, the concentration of the electric field is increased and the dust collection property is enhanced. However, if the equivalent diameter is too small, the peak value of the electric field strength becomes large and spark discharge occurs while maintaining the current necessary for dust collection. For this reason, the lower limit as an equivalent diameter is 30 mm.
  • the equivalent diameter of the cross section of the dust collection electrode was 80 mm or less.
  • equivalent diameter When the equivalent diameter is too large, the lifting of the electric field intensity in the vicinity of the dust collection electrode is hardly caused, and the average electric field intensity of the flat plate electrode will be about. In addition, if the equivalent diameter is large, a swirl is generated to the gas flow. For this reason, the upper limit as an equivalent diameter is 80 mm.
  • equivalent diameter is meant a circular diameter equivalent to the cross section of a given shape. Thus, if the cross-section is circular, this corresponds to its diameter.
  • the dust collection electrode for example, a pipe-shaped member having a circular cross section can be mentioned. However, as the cross-sectional shape, in addition to the circular shape, an oval, an oval, a polygon or the like is used.
  • not only hollow but also solid may be used as a dust collection electrode.
  • the flow direction of the gas flowing through the electrostatic precipitator may be an orthogonal direction in which the dust collection electrodes are arranged, or may be a longitudinal direction of the dust collection electrodes.
  • the dust collection electrode can be separated and recovered from dust due to beating, a method of moving the dust collection electrode and scraping the dust with a brush, or wet cleaning.
  • the aperture ratio of the dust collection electrode disposed at a predetermined interval is set to 10% or more and 70% or less.
  • the one and the other discharge parts are respectively disposed on both sides of the dust collection electrode arranged in the orthogonal direction, and the discharge part from the one discharge part It is arrange
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrostatic precipitator according to an embodiment of the present disclosure. It is the top view which looked at the electrostatic precipitator of FIG. 1 from upper direction. It is the front view which looked at the electrostatic precipitator of FIG. 1 from the gas flow direction. It is the front view which showed the modification of FIG. It is a cross-sectional view which showed the positional relationship of a dust collection pole and a projection part. It is a cross-sectional view which showed the electric line of force between a projection part and a dust collection pole. It is a graph which shows a ground which set the lower limit of the equivalent diameter of a dust collection pole to 30 mm. It is a graph which shows the ground which made the upper limit of the equivalent diameter of a dust collection pole 80 mm.
  • the electrostatic precipitator 1 is used, for example, in a thermal power plant using coal as a fuel, and recovers dust (particulate matter) in combustion exhaust gas led from a boiler.
  • the electrostatic precipitator 1 includes, for example, a plurality of conductive dust collectors 4 made of metal or the like.
  • the dust collection electrode 4 is a hollow column shaped circular pipe having a circular cross section, and is arranged at a predetermined interval in the orthogonal direction (the gas flow G direction) orthogonal to the longitudinal direction.
  • a plurality of dust collection electrode 4 rows arranged in the gas flow G direction are provided in parallel at predetermined intervals.
  • a discharge electrode 5 is disposed between each row of dust collection electrodes 4. In FIG. 1, the position where the discharge electrode 5 is disposed is indicated by a broken line.
  • the dust collection electrode 4 is grounded.
  • the discharge electrode 5 is connected to a power supply having a negative polarity (not shown).
  • the power supply connected to the discharge electrode 5 may have positive polarity.
  • the discharge electrode 5 is provided with a plurality of protruding portions (discharge portions) 5 a in the form of spikes.
  • the protruding portion 5 a is provided so as to protrude toward the dust collecting electrode 4 with its tip end. Corona discharge is generated in the protrusion 5a, and ion wind is generated from the tip of the protrusion 5a toward the dust collection electrode 4 side.
  • FIG. 1 The front view which looked at FIG. 1 from the gas flow G direction is shown by FIG.
  • the protrusions 5a are provided so that the directions of the protrusions are different (directions different in the left and right directions in the figure). Then, the protrusions 5a corresponding to the same height sandwich the dust collection electrode 4 and project in the same direction.
  • the protrusions 5a By arranging the protrusions 5a in this manner, the ion wind directed from the protrusions 5a toward the dust collection electrode 4 is directed in substantially the same direction in the height direction. This makes it possible to avoid ion wind interference.
  • the direction of the ion wind may be aligned by directing all the protrusions 5a in the same direction (right direction in the same drawing).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view shown by cutting at the position of the protrusion 5 a at a certain height position in the configuration shown in FIG. 2. Therefore, as shown in FIG. 2 in plan view, the protrusions 5a do not appear on both sides, and only the protrusions 5a facing only one side are shown.
  • Reference symbol D shown in FIG. 5 is a distance in the orthogonal direction (vertical direction in FIG. 5) between the dust collection electrode 4 and the protrusion 5a, and is, for example, 125 mm to 250 mm.
  • the opening ratio ⁇ when the dust collection electrode 4 is viewed in front from the protrusion 5 a side is represented as follows, considering that the lines of electric force reach the depth of the dust collection electrode 4 as described above.
  • ⁇ 1 ⁇ ((d ⁇ 3.14 ⁇ 2) ⁇ Pc) ⁇ 100 [%]
  • d is the equivalent diameter of the dust collection electrode 4.
  • equivalent diameter is meant the diameter of a circle (having the same area) equivalent to the cross section of a given shape. Therefore, in the case where the cross section of the dust collection electrode 4 is circular as in the present embodiment, this corresponds to the diameter thereof.
  • the aperture ratio ⁇ is set to 10% or more and 70% or less. The ground will be described later with reference to FIG.
  • the equivalent diameter d of the dust collection electrode 4 is 30 mm or more and 80 mm or less.
  • the reason why the equivalent diameter d of the cross section of the dust collection electrode 4 is 30 mm or more is as follows.
  • the equivalent diameter d is reduced, the concentration of the electric field is increased and the dust collection property is enhanced.
  • the equivalent diameter d becomes too small, as shown in FIG. 7, the peak value of the electric field strength becomes large and the spark electric field strength if the current density (for example, 0.3 mA / m 2 ) necessary for dust collection is maintained. Spark discharge occurs over 10kV / cm of Therefore, the lower limit of the equivalent diameter d is 30 mm.
  • the equivalent diameter d of the cross section of the dust collection electrode 4 is 80 mm or less is as follows.
  • the equivalent diameter d becomes too large, the lifting of the electric field strength in the vicinity of the dust collection electrode 4 (described later with reference to FIG. 9) is almost eliminated, and the average electric field strength (2 kV / cm) of the flat plate electrode without holes become.
  • the upper limit of the equivalent diameter d is 80 mm.
  • the average electric field strength when the equivalent diameter d is 30 mm calculated under the same conditions as described above is about 5.7 kV / cm.
  • the average electric field strength is the electric field strength averaged over the surface area of the dust collection electrode 4. This average electric field strength is different from the peak electric field strength on the vertical axis of FIG.
  • the peak electric field strength is the electric field strength at the position of the highest electric field strength on the surface of the dust collection electrode 4.
  • the horizontal axis indicates the position, and it is assumed that the protrusion 5a is located at the position corresponding to the y axis.
  • the vertical axis is the electric field strength.
  • the electric field strength is highest at the position of the protrusion 5 a and, after having a local minimum value with the dust collection electrode 4, increases toward the dust collection electrode 4 again.
  • the region B where the rate of increase (inclination) of the electric field strength is large. This is because the electric field strength in the vicinity of the dust collection electrode 4 becomes high due to the space charge of dust and negative ions.
  • the increase of the electric field strength in the region B is referred to as "lift of the electric field strength".
  • the Coulomb force is dominant, and dust collection in the dust collection electrode 4 is effectively performed.
  • the region A closer to the protrusion 5 a than the region B is considered as the dominant region of the ion wind.
  • the dust P in the gas is guided to the dust collection electrode 4 mainly along with the ion wind while receiving Coulomb force.
  • FIG. 10 shows, as a reference example, the electric field strength in the case of using a flat plate electrode 7 without holes as a conventional collection electrode as a dust collection electrode.
  • the absolute value of the electric field intensity in the vicinity of the flat plate electrode 7 is smaller than that of the dust collection electrode 4 in the form of a circular pipe shown in FIG. Therefore, it is understood that the dust collection performance is inferior to that of the dust collection electrode 4 which is a circular pipe.
  • FIG. 11 shows the dust collection area ratio to the opening ratio ⁇ .
  • the dust collection area ratio indicates the dust collection area when the same dust collection performance is exhibited when the dust collection performance when the opening ratio is 0% (when there is no gap) is 1. Therefore, the smaller the dust collection area ratio, the higher the collection efficiency.
  • the dust collection area ratio is 0.8 or less when the opening ratio ⁇ is 10% or more and 70% or less. Therefore, the aperture ratio ⁇ is preferably 10% to 70% (application range).
  • the operation of the electrostatic precipitator 1 of the present embodiment will be described.
  • the electrostatic precipitator 1 by applying a negative voltage to the discharge electrode 5 from the power supply, corona discharge occurs at the tip of the protrusion 5a.
  • the dust contained in the gas stream G is charged by corona discharge.
  • charged dust is attracted to the grounded collection electrode 4 by the Coulomb force, and is collected on the collection electrode 4, but in practice The effect of the ion wind is greatly acting.
  • the dust collection electrode 4 in the form of a circular pipe at a predetermined interval, a part of the ion wind flowing from the projection 5 a toward the collection electrode 4 is dropped to the back side of the collection electrode 4 Allow As a result, the flow of ion wind reversed and separated at the dust collection electrode 4 can be suppressed, so that the collection efficiency is improved.
  • a part of the ion wind flowing toward the dust collection electrode 4 including dust passes through between the dust collection electrodes 4.
  • the ion wind is directed in one direction and does not interfere with each other.
  • the dust collected by the dust collection electrode 4 is separated and recovered by striking.
  • a method of moving the dust collection electrode and scraping off the dust with a brush, or wet cleaning may be employed.
  • the following effects are achieved.
  • a part of the ion wind flowing from the protrusion 5 a toward the collection electrode 4 is allowed to escape to the back side of the collection electrode 4 Do.
  • the flow which ion wind reverses and separates by the dust collection pole 4 can be suppressed.
  • the equivalent diameter d of the cross section of the dust collection electrode 4 was 30 mm or more and 80 mm or less. Thereby, the dust collection performance of the dust collection electrode 4 can be improved.
  • the aperture ratio ⁇ is set to 10% or more and 70% or less. Thereby, an effective dust collection area can be ensured and dust collection performance can be improved.
  • the ion wind generated from the projections 5a installed at the same height is directed in one direction so as not to interfere with the ion wind generated from the projections 5a set at other heights (FIG. 3). reference). Thereby, it can suppress that dust collection is inhibited by ion wind.
  • the direction of the gas flow G is orthogonal to the longitudinal direction of the dust collection electrode 4, but as shown in FIG. 12, the direction of the gas flow G may be the longitudinal direction of the dust collection electrode 4 good.
  • the pitch Pc of the dust collection electrode 4 and the pitch Pd of the protrusion 5a are described to be equal, but as shown in FIG. 13, the pitch Pc of the dust collection electrode 4 is greater than the pitch Pd of the protrusion 5a It may be small. In this case, it is preferable to arrange the dust collection electrodes 4 so that the electric lines of force are equally distributed as much as possible.
  • the dust collection electrode 4 has been described as a circular pipe, but the cross sectional shape of the dust collection electrode 4 may be an oval, an oval, or a polygon other than a circle. Also, the dust collection electrode 4 may be a solid instead of a hollow such as a pipe.

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Abstract

イオン風における集塵効果を低減する作用を抑制し、集塵効率を高めることのできる電気集塵装置を提供することを目的とする。円形パイプとされ、その長手方向に対して直交する直交方向に所定の間隔をあけて配置された複数の集塵極（４）と、集塵極（４）側に突出し、直交方向と平行にオフセットされて配置された複数の突起部（５ａ）とを備えている。集塵極（４）の横断面の等価直径は、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下とされている。また、所定の間隔をあけて配置された集塵極（４）の開口率が、１０％以上７０％以下とされている。

Description

電気集塵装置
　本開示は、電気集塵装置に関するものである。
　従来の電気集塵装置として、ガス流れに沿って平行に配列された平板状の集塵極と、その中央に配列された鋭利な形状を有する放電極とを備えたものが知られている。
　電気集塵装置では、集塵極と放電極との間に直流高電圧を印加し、放電極に安定したコロナ放電を行うことで、ガス流れ中のダストを帯電させる。従来の集じん理論では、帯電したダストは放電極と集塵極との間の電界下でダストに作用するクーロン力の働きにより集塵極に捕集されると説明されている。
　ところで、特許文献１，２の電気集塵装置は、ダストを通過させるための複数の貫通孔を備え、内部にダストを捕集するための閉空間を有した集塵極を備えている。特許文献１，２では、貫通孔を介して閉空間にダストを閉じ込めることで捕集ダストが再飛散しにくくさせている。
　特許文献３の電気集塵装置は、６５％から８５％の開口率を有するアース電極と、ダストを捕集する集塵フィルタ層と、を含む集塵極を備えている。このような集塵極を備えることにより、特許文献３では、ガス流れと直交する断面内においてイオン風を発生させ、放電極と集塵極との間を循環するらせん状のガス流れを生成させ、ダストを効率よく捕集するようにしている。特許文献３では、イオン風を積極的に利用するが、ダストを主として集じんフィルタ層に捕集させることを目的としている。
特許第５７６１４６１号公報 特許第５７０５４６１号公報 特許第４８２３６９１号公報
　電気集塵装置における集塵効率ηは、よく知られた下記のドイチェの式（式（１））により算出することができる。ｗは、集塵性指数（粒子状物質の移動速度）、ｆは、単位ガス量当たりの集塵面積である。
　　η＝１－exp（－ｗ×ｆ）・・・（１）
　上記式（１）において、ダスト（粒子状物質）の移動速度ｗは、クーロン力による力と、気体の粘性抵抗の関係で決まるとされている。ドイチェの式（上記式（１））では、ダストが放電極から電界中を移動するとされおり、イオン風は性能への影響においては直接考慮されていない。しかしながら、その性能設計の前提であるダスト濃度は、常に放電極と集塵極との間の集じん空間内では一様であるという前提条件があり、イオン風はガスの乱れを生じさせて、ダスト濃度を一様とさせる要因の一つとして考えられている。
　イオン風は、電極間に負の電圧を印加した際に、放電極でコロナ放電によりマイナスイオンが発生し、その結果、生じるものであり、正の電圧の場合にはプラスのイオンにより生じる。以下、産業用の電気集塵装置をベースに考えるため、負の電圧を印加するケースについて記載するが、正であっても同様である。
　放電極で生じたイオン風は、集塵極に向けて、ガス流れを横切るよう流れる。集塵極に達したイオン風は、集塵極で反転して流れ方向を変える。これにより、電極間にらせん状の乱流が生じる。
　乱流のうち、放電極から集塵極へと向かう流れは、ダストを集塵極近傍まで運ぶ作用がある。集塵極近傍まで運ばれたダストは、最終的にはクーロン力により捕集される。
　しかしながら、集塵極で反転したイオン風は、収集体である集塵極から離れる方向へとダストを移動させるため、集塵を阻害するような作用もある。
　なお、特許文献３には、イオン風の効果も考慮した電気集塵装置を記載している。しかしながら、このケースでは、開口部を有する集塵極の背後にあるフィルタ層にイオン風を送り込む構造であり、主ガスの影響を受けない領域で集塵することを目的としていて、構造も複雑であること、及び、乾式ではフィルタ層に付着したダストの剥離回収が困難であった。
　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、集塵効果を低減するイオン風の離反作用を抑制し、集塵効率を高めることのできる電気集塵装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る電気集塵装置は、柱状とされ、その長手方向に対して直交する直交方向に所定の間隔をあけて配置された複数の集塵極と、前記集塵極側に突出し、前記直交方向と平行に並んで配置された複数の放電部と、を備え、前記集塵極の横断面の等価直径は、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下とされている。
　柱状の集塵極を所定の間隔をあけて配置することで、放電部から集塵極へ向けて流れるイオン風の一部が集塵極の裏側へ抜けることを許容する。これにより、イオン風が集塵極で反転されて離反する流れを抑制できる。
　集塵極の横断面の等価直径を３０ｍｍ以上とした。等価直径を小さくすると電界集中が大きくなり集塵性は高まる。しかし、等価直径が小さくなりすぎると、集塵に必要な電流を確保したままでは電界強度のピーク値が大きくなり火花放電が生じる。このため、等価直径としての下限は３０ｍｍである。
　集塵極の横断面の等価直径を８０ｍｍ以下とした。等価直径が大きくなりすぎると、集塵極近傍における電界強度の持ち上がりが殆どなくなり、平板電極の平均電界強度程度になってしまう。また、等価直径が大きいとガス流れに対して渦を発生させてしまう。このため、等価直径としての上限は８０ｍｍである。
　等価直径とは、所定形状の横断面と等価な円形の直径を意味する。したがって、横断面が円形の場合は、その直径に相当する。
　集塵極としては、例えば円形断面とされたパイプ形状の部材が挙げられる。ただし、横断面形状としては、円形以外には、長円形、楕円形、多角形などが用いられる。また、集塵極としては中空だけでなく中実としても良い。
　電気集塵装置を流れるガスの流れ方向は、集塵極が並べられた直交方向でも良いし、集塵極の長手方向でも良い。
　集塵極は、槌打によるダストの剥離回収や、集塵極を移動させてブラシでダストを掻き落とす方式や、湿式洗浄も可能である。
　さらに、本開示の一態様に係る電気集塵装置は、所定の間隔をあけて配置された前記集塵極の開口率が、１０％以上７０％以下とされている。
　開口率が１０％未満となるとイオン風の離反抑制効果が低くなる。開口率が７０％を超えると有効な集塵面積が少なくなり集塵性を低下させる。
　開口率αは、等価直径をｄ、集塵極の中心間ピッチをＰｃとすると、以下のように表される。
　　　α＝１－（（ｄ×３．１４÷２）÷Ｐｃ）×１００　［％］
　さらに、本開示の一態様に係る電気集塵装置は、一方と他方の前記放電部が、前記直交方向に並べられた前記集塵極の両側にそれぞれ配置され、前記一方の前記放電部から前記集塵極に向かうイオン風が、前記他方の放電部から前記集塵極に向かうイオン風と対向しないように配置されている。
　一方と他方の放電部が、直交方向に並べられた集塵極の両側にそれぞれ配置されている場合に、一方の放電部から集塵極に向かうイオン風が、他方の放電部から集塵極に向かうイオン風と対向しないように配置するようにした。これにより、イオン風が干渉して集塵を阻害することを抑制することができる。
　所定間隔をあけて配置した柱状の集塵極を用いることとしたので、イオン風が集塵極から離反するのを抑制して集塵効率を高めることができる。
本開示の一実施形態に係る電気集塵装置を示した斜視図である。 図１の電気集塵装置を上方から見た平面図である。 図１の電気集塵装置をガス流れ方向から見た正面図である。 図３の変形例を示した正面図である。 集塵極と突起部との位置関係を示した横断面図である。 突起部と集塵極との間の電気力線を示した横断面図である。 集塵極の等価直径の下限を３０ｍｍとした根拠を示すグラフである。 集塵極の等価直径の上限を８０ｍｍとした根拠を示すグラフである。 集塵極の電界強度の持ち上がりを示したグラフである。 平板電極の電界強度の持ち上がりを示したグラフである。 集塵面積比を開口率に対して示したグラフである。 図１の変形例を示した斜視図である。 図５の変形例を示した横断面図である。
　以下に、本開示に係る電気集塵装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　電気集塵装置１は、例えば石炭等を燃料とする火力発電プラントに用いられ、ボイラから導かれた燃焼排ガス中のダスト（粒子状物質）を回収する。
　電気集塵装置１は、例えば金属製等の導電性とされた複数の集塵極４を備えている。集塵極４は、円形の横断面を有する中空の柱状とされた円形パイプとされており、長手方向に直交する直交方向（ガス流れＧ方向）に所定の間隔をあけて配列されている。ガス流れＧ方向に配列された集塵極４列は、所定間隔をあけて平行に複数列設けられている。集塵極４の各列の間に、放電極５が配置されている。図１では、放電極５が配置される位置が破線で示されている。
　集塵極４は接地されている。放電極５は、図示しない負の極性を有する電源に接続されている。あるいは、放電極５に接続する電源は正の極性を有していても良い。
　図２に示すように、放電極５には、トゲ状とされた複数の突起部（放電部）５ａが設けられている。突起部５ａは、集塵極４側に先端を向けて突出するように設けられている。突起部５ａにおいてコロナ放電が発生し、突起部５ａの先端から集塵極４側に向けてイオン風が発生する。
　図３には、図１をガス流れＧ方向から見た正面図が示されている。同図に示されているように、突起部５ａは、高さ方向において、突起の向きが互い違い（同図において左右の方向に異なる向き）になるように設けられている。そして、集塵極４を挟んで、同じ高さに対応する突起部５ａ同士は、同じ方向に突起している。このような突起部５ａの配置とすることによって、突起部５ａから集塵極４側に向かうイオン風が高さ方向において略同じ方向を向くようにする。これにより、イオン風の干渉を避けることができるようになっている。
　なお、図４に示すように、すべての突起部５ａを同一方向（同図では右方向）に向くようにして、イオン風の方向を揃えるようにしても良い。
　図５には、集塵極４と突起部５ａとの位置関係が示されている。図５は、図２に示した構成において、ある高さ位置の突起部５ａの位置で切断して示した横断面図となっている。したがって、平面視した図２のように両側に突起部５ａが現れておらず、一方のみに向いた突起部５ａのみが示されている。図５に示すように、集塵極４の中心間ピッチＰｃと突起部５ａの中心間ピッチＰｄとを等しくすることが好ましい。そして、隣り合う集塵極４間に対向するように突起部５ａを千鳥状に配置することが好ましい。このように配置することで、図６に示すように、電気力線が各集塵極４に均等に分配され、かつ、集塵極４の円形とされた横断面の突起部５ａから見て奥行き側まで電気力線を到達させることができる。なお、図５に示した符号Ｄは、集塵極４と突起部５ａとの直交方向（同図において上下方向）における距離であり、例えば１２５ｍｍ～２５０ｍｍとされている。
　このように集塵極４の奥行きまで電気力線が到達することを考慮して、突起部５ａ側から集塵極４を正面視したときの開口率αは以下のように表される。
　　　α＝１－（（ｄ×３．１４÷２）÷Ｐｃ）×１００　［％］
　ここで、ｄは集塵極４の等価直径である。等価直径とは、所定形状の横断面と等価な（同一面積を有する）円形の直径を意味する。したがって、本実施形態のように集塵極４の横断面が円形の場合は、その直径に相当する。
　開口率αは、１０％以上７０％以下とされている。その根拠については、後に図１１を用いて説明する。
　集塵極４の等価直径ｄは、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下とされている。
　集塵極４の横断面の等価直径ｄを３０ｍｍ以上とした理由は以下の通りである。等価直径ｄを小さくすると電界集中が大きくなり集塵性は高まる。しかし、等価直径ｄが小さくなりすぎると、図７に示すように、集塵に必要な電流密度（例えば０．３ｍＡ／ｍ２）を確保したままでは電界強度のピーク値が大きくなり火花電界強度の１０ｋＶ／ｃｍを超えて火花放電が生じる。このため、等価直径ｄとしての下限は３０ｍｍである。
　集塵極４の横断面の等価直径ｄを８０ｍｍ以下とした理由は以下の通りである。等価直径ｄが大きくなりすぎると、集塵極４の近傍における電界強度の持ち上がり（後に図９を用いて説明する。）が殆どなくなり、穴のない平板電極の平均電界強度（２ｋＶ／ｃｍ）程度になってしまう。また、等価直径ｄが大きいとガス流れに対して影響を及ぼし渦を発生させてしまう。このため、等価直径ｄとしての上限は８０ｍｍである。例えば、上記と同じ条件で算出される等価直径ｄが３０ｍｍのときの平均電界強度は約５．７ｋＶ／ｃｍである。
　なお、図８の縦軸は平均電界強度とされており、集塵極４の表面積で平均化した電界強度である。この平均電界強度は、図７の縦軸のピーク電界強度とは異なる。ピーク電界強度は、集塵極４の表面のうち最も電界強度が高い位置における電界強度である。
　次に、図９を用いて、集塵極４の近傍の電界強度の持ち上がりについて説明する。同図に示すように、横軸が位置を示しており、ｙ軸に相当する位置に突起部５ａが位置しているものとする。縦軸は電界強度である。電界強度は、突起部５ａの位置で最も高くなり、集塵極４との間で極小値をとった後に、再び集塵極４に向かいながら増大する。集塵極４の近傍では、電界強度の増加率（傾き）が大きい領域Ｂが存在する。これは、集塵極４の近傍はダストやマイナスイオンが有する空間電荷の影響で電界強度が高くなるからである。この領域Ｂにおける電界強度の増大を“電界強度の持ち上がり”という。領域Ｂではクーロン力が支配的となる領域となり、集塵極４におけるダストＰの集塵が効果的に行われる。
　領域Ｂよりも突起部５ａ側の領域Ａは、イオン風の支配領域とされる。領域Ａでは、ガス中のダストＰは、クーロン力も受けつつ、主としてイオン風に伴って集塵極４へと導かれる。
　図１０には、参考例として、集塵極として従来のような穴なしの平板電極７を用いた場合の電界強度が示されている。同図から分かるように、平板電極７近傍における電界強度の絶対値は、図９に示した円形パイプとされた集塵極４よりも小さく、電界強度の持ち上がりも小さい。したがって、円形パイプとされた集塵極４よりも集塵性能が劣ることが分かる。
　図１１には、開口率αに対する集塵面積比が示されている。集塵面積比は、開口率０％（隙間がない場合）のときの集塵性能を１とした場合に、同じ集塵性能を発揮する場合の集塵面積を示すものである。したがって、集塵面積比は、小さいほど捕集効率が高いことを示す。
　図１１に示されているように、開口率αが１０％以上７０％以下の場合に集塵面積比が０．８以下となる。したがって、開口率αは１０％以上７０％以下（適用範囲）が好ましい。
　次に、本実施形態の電気集塵装置１の動作を説明する。
　電気集塵装置１では、放電極５に電源から負電圧を印加することで、突起部５ａの先端でコロナ放電が発生する。ガス流れＧに含まれるダストは、コロナ放電により帯電される。従来の電気集塵装置の捕集原理では、帯電されたダストは、クーロン力により接地された集塵極４に引き寄せられ、集塵極４上に捕集されるとされてきたが、実際にはイオン風の影響が大きく作用している。
　コロナ放電が発生すると、突起部５ａ近くでマイナスイオンが発生し、そのマイナスイオンが電界によって集塵極４に向けて移動し、イオン風が生じる。そのためクーロン力がダストに作用すると同時に、集塵極４に向かって流れるイオン風が、ガス流れＧに含まれるダストを集塵極４の近傍まで移動させるように作用する。そして、集塵極４の近傍の領域Ｂ（図９参照）では、電界強度の持ち上がりが大きいので効果的にダストを集塵する。また、円形パイプとされた集塵極４を所定の間隔をあけて配置することで、突起部５ａから集塵極４へ向けて流れるイオン風の一部が集塵極４の裏側へ抜けることを許容する。これにより、イオン風が集塵極４で反転されて離反する流れを抑制できるため、捕集効率が向上する。
　ダストを含んで集塵極４に向かって流れるイオン風の一部は、集塵極４の間を通り抜ける。図３及び図４に示したように、同一高さにおける突起部５ａの全てが同一方向に向けられているので、イオン風は一方向に向けられ、互いに干渉することがない。
　集塵極４に捕集されたダストは、槌打によって剥離回収される。あるいは、集塵極を移動させてブラシでダストを掻き落とす方式や、湿式洗浄を採用しても良い。
　本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　円形パイプとされた集塵極４を所定の間隔をあけて配置することで、突起部５ａから集塵極４へ向けて流れるイオン風の一部が集塵極４の裏側へ抜けることを許容する。これにより、イオン風が集塵極４で反転されて離反する流れを抑制できる。
　集塵極４の横断面の等価直径ｄを３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下とした。これにより、集塵極４の集塵性能を向上させることができる。
　開口率αを１０％以上７０％以下とした。これにより、有効な集塵面積を確保して集塵性能を向上させることができる。
　同一の高さに設置された突起部５ａから発生するイオン風が一方向を向くようにして、他の高さに設定された突起部５ａから発生するイオン風と干渉しないようにした（図３参照）。これにより、イオン風によって集塵が阻害されることを抑制することができる。
　なお、上述した実施形態は、以下のように変形することができる。
　図１では、ガス流れＧの方向が、集塵極４の長手方向に直交するようになっていたが、図１２に示すように、ガス流れＧの方向を集塵極４の長手方向としても良い。
　また、図５では、集塵極４のピッチＰｃと突起部５ａのピッチＰｄを同等として説明したが、図１３に示すように、集塵極４のピッチＰｃを突起部５ａのピッチＰｄよりも小さくしても良い。この場合には、各集塵極４に電気力線が可及的に均等に分配されるように整列させて配置することが好ましい。
　また、本実施形態では、集塵極４として円形パイプとして説明したが、集塵極４の横断面形状としては、円形以外に、長円形、楕円形、多角形などを用いても良い。また、集塵極４としてはパイプのような中空に代えて中実としても良い。
１　電気集塵装置
４　集塵極
５　放電極
５ａ　突起部（放電部）
７　平板電極
α　開口率
ｄ　等価直径

Claims (3)

  1. 　柱状とされ、その長手方向に対して直交する直交方向に所定の間隔をあけて配置された複数の集塵極と、
    　前記集塵極側に突出し、前記直交方向と平行に並んで配置された複数の放電部と、
    を備え、
    　前記集塵極の横断面の等価直径は、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下とされている電気集塵装置。
  2. 　所定の間隔をあけて配置された前記集塵極の開口率が、１０％以上７０％以下とされている請求項１に記載の電気集塵装置。
  3. 　一方と他方の前記放電部が、前記直交方向に並べられた前記集塵極の両側にそれぞれ配置され、
    　前記一方の前記放電部から前記集塵極に向かうイオン風が、前記他方の放電部から前記集塵極に向かうイオン風と対向しないように配置されている請求項１又は２に記載の電気集塵装置。
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