JP4964515B2 - 電気集塵装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、オゾンの発生量を低減させた電気集塵装置及び方法に関する。

長大トンネルにおいては、トンネル内の視界確保、環境改善を目的にトンネル用の電気集塵装置が設置されている。
従来のトンネル用の集塵装置としては、例えば帯電部と集塵部とが分離した帯電部・集塵部分離型電気集塵装置が多用されている。

図８に従来のトンネル用の電気集塵装置の概略を示す。
図８に示すように、トンネル用の電気集塵装置（以下、「電気集塵装置」という）１００は、別体構造とされた帯電部１０４と集塵部１０８とから構成されている。前記帯電部１０４においては、帯電部側電極１０１と帯電部側放電極１０２とが電極間隔Ｄをおいて交互に平行配設されている。前記帯電部側電極１０１は、板状の電極であり、接地されている。

前記帯電部側放電極１０２は、板状の電極であり、高圧電源１０３により高電圧が印加されている。帯電部側放電極１０２において、上流側の一辺１０２ａには、トゲピッチＰの間隔をおいて複数のトゲ１０２ｂが突出形成されている。また、下流側の他辺１０２ｃにも、トゲピッチＰの間隔をおいて複数のトゲ１０２ｄが突出形成されている。トゲ１０２ｂと帯電部側電極１０１との間、およびトゲ１０２ｄと帯電部側電極１０１との間では、コロナ放電がそれぞれ生じる。

このように、前記帯電部側放電極１０２の両辺には、それぞれ複数のトゲが突出形成されている。これは、上流側のトゲ１０２ｂで発生するコロナ放電で煤塵粒子の帯電が不十分な場合に、下流側のトゲ１０２ｄで発生するコロナ放電で煤塵粒子を十分に帯電させるためである。

前記集塵部１０８においては、集塵部側集塵電極１０５と集塵部側放電極１０６とが電極間隔Ｄをおいて交互に平行配設されている。集塵部側集塵電極１０５は、板状の電極であり、接地されている。これらの集塵部側集塵電極１０５には、マイナスに帯電した煤塵粒子が付着する。集塵部側放電極１０６は、板状の電極であり、高圧電源１０７により高電圧が印加されている。

前記構成において、帯電部側放電極１０２に高電圧が印加されると、図９に示したように、トゲ１０２ｂと帯電部側電極１０１との間、およびトゲ１０２ｄと帯電部側電極１０１との間では、コロナ放電がそれぞれ生じ、周囲にイオンＩが発生する。

ここで、含煤塵空気１０が帯電部１０４に供給されると、含煤塵空気１０に含まれる煤塵粒子ＲとイオンＩとが結合し、煤塵粒子Ｒがマイナスに帯電する。帯電部１０４においては、上流側と下流側の都合２つの場所でコロナ放電が生じるため、帯電部１０４を通過する煤塵粒子Ｒを十分に帯電させることができる。

そして、マイナスに帯電した煤塵粒子Ｒは、集塵部１０８において、集塵部側集塵電極１０５に引き寄せられ、集塵部側集塵電極１０５の表面に付着する。従って、集塵部１０８の下流側からは、煤塵粒子Ｒが除去された清浄な浄化空気１１が流出される（特許文献１）。

図１０はバイパストンネルを用いた集塵システムの一例を示したものである。車両２１が走行する主トンネル２０からバイパスされたバイパストンネル２２内に設置された電気集塵装置１００を用いて、マイナスの高電圧を放電極に印加することにより、帯電部でトンネル内浮遊粉塵にマイナスの電荷を付与して帯電させ、後段の集塵部でクーロン力により集塵極へ引き寄せて捕集するものである。なお、図中４０は補機室、４１は電気室、４２は風路、４３は送風機を各々図示している。

また、図１１は竪型式の排気塔を地表から突き出した集塵システムの一例である。この場合には、図１０の集塵システムの主トンネル内に清浄な浄化空気１１を送給するものとは異なり、前記浄化空気１１を外部に排出するようにしている。

特開２００２−１９２０１４号公報

ところで、前述した構成による電気集塵装置は、消費電力（＝電圧×電流）を多くするほど集塵性能は高くなる特性を示すが、マイナスの放電により空気中の酸素が酸化されてオゾンが発生する量も増えることになるため、環境面からあまり消費電力を多くできない状況がある。

また、近年では、トンネル内のガス清浄において集塵処理のみならず脱硝処理の要求があり、トンネル電気集塵装置の後段に脱硝装置を設置する場合が増えてきている。
前記脱硝装置は空気中のＮＯ₂を除去するものであるが、大気中のＮＯが電気集塵装置で発生するオゾンにより酸化されてＮＯ₂が増えることが脱硝装置の触媒量増加の原因、又は再生期間延長阻害の原因となるという、問題がある。

よって、集塵性能は確保したまま電気集塵装置でのオゾン発生量を低減することが要求されている。また、脱硝装置が設置されていないような場合でも、環境規制の対象となっているＮＯ₂を増大させるオゾンの発生は問題であるため、早急にオゾン低減策を確立することが要求されている。

本発明は、前記問題に鑑み、オゾンの発生量を低減させた電気集塵装置及び方法を供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなる電気集塵装置であって、前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置を具備し、前記電気集塵装置への印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧（Ｖ）を、単位ガス量当りの消費電力（Ｗ／ｍ ³ ／ｓ）で除してなる値で表すリップル指数が１０以上であることを特徴とする電気集塵装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記帯電部が略板状の第１の電極と略板状の第２の電極とが交互に平行配設されていると共に、前記煤塵を含む空気が流入する側における前記第２の電極の両辺には、所定ピッチをおいて複数のトゲ状突起がそれぞれ形成されてなることを特徴とする電気集塵装置にある。

第３の発明は、第１または２の発明において、前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵装置にある。

第４の発明は、第３の発明において、前記煤塵を含む空気の流速が７ｍ／ｓ以上であることを特徴とする電気集塵装置にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、帯電部の電極間隔ｄ₁が、集塵部の電極間隔ｄ₀の１．２倍以上２．０倍以下であり、高周波高電圧発生装置は、直流電圧を定期的にオフにして間欠的に電流を流す間欠荷電をすることを特徴とする電気集塵装置にある。

第６の発明は、空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなり、空気を浄化する電気集塵方法であって、前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電による高周波電圧を印加し、前記印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧（Ｖ）を、単位ガス量当りの消費電力（Ｗ／ｍ ³ ／ｓ）で除してなる値で表すリップル指数を大きくすることで、煤塵除去率を維持しつつ発生オゾン量を低減することを特徴とする電気集塵方法にある。

第７の発明は、第６の発明において、前記リップル指数が１０以上であることを特徴とする電気集塵方法にある。

第８の発明は、第６または７の発明において、前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵方法にある。

第９の発明は、第８の発明において、前記煤塵を含む空気の流速が７ｍ／ｓ以上であることを特徴とする電気集塵方法にある。

第１０の発明は、第６乃至９のいずれか一つの発明において、帯電部の電極間隔ｄ₁を、集塵部の電極間隔ｄ₀の１．２倍以上２．０倍以下として、直流電圧を定期的にオフにして間欠的に電流を流す間欠荷電により高周波高電圧を印加することを特徴とする電気集塵方法にある。

本発明によれば、間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置を用いることによりオゾン発生量の低減を図ることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る電気集塵装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る電気集塵装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係る電気集塵装置１００Ａは、空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部１０４と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部１０８とからなる電気集塵装置であって、前記帯電部１０４及び前記集塵部１０８に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置２００を具備してなるものであり、含煤塵空気１０中の煤塵粒子にコロナ放電により発生したイオンによりマイナスに帯電させ、該マイナスに帯電した煤塵粒子を集塵部１０８において集塵し、集塵部１０８の下流側から、煤塵粒子が除去された清浄な浄化空気１１を流出するようにしている。

本実施例では、前記高周波高電圧発生装置２００から間欠荷電制御を行っているので、煤塵の除去性能を維持したままオゾンの発生量の低減を図ることができる。ここで、前記高周波高電圧発生装置２００の高周波は商用周波数よりも高い周波数（例えば１ｋＨｚ以上）の周波数とするのが好ましい。
これにより、集塵部１０８から排出される浄化空気１１中に含有されるオゾン量が従来よりも少なくなるので、空気中に含有するＮＯが酸化されて発生するＮＯ₂の大幅な低減を図ることができる。

ここで、オゾンの発生量を低減させるために本発明では、前記高周波高電圧発生装置２００において間欠荷電制御を用いている。
これは、間欠荷電制御方法であれば、平均電流を抑制することができ、１回の荷電時間を短くし、細切れに荷電のＯＮ、ＯＦＦを繰り返して行なうことで、オゾンの生成反応を抑制することが可能であるからである。

電気集塵装置では放電抵抗と静電容量の並列負荷と考えられることから、直流電圧を連続的に印加するのではなく電源側の電流供給を定期的にＯＦＦにして間欠的に電流を流すと、放電によって失われた電荷量が補われず、その失われた電荷量に相当する分の電圧が低下して間欠荷電となるので、本発明においてはこれを採用することとした。

また、前記電気集塵装置への印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧（Ｖ）を、単位ガス量当りの消費電力（Ｗ／ｍ³／ｓ）で除してなる値で表すリップル指数が１０以上、好ましくは３０以上とするのがよい。これは後述する試験例に示すように、リップル指数が１０未満ではオゾン発生量の低減効果が少ないからである。なお、間欠荷電の荷電率は、１／２よりも１／３となるべく小さいほうが好ましく、集塵効率が低下しない程度に適宜選定するようにしている。

［試験例］
ここで、オゾン発生量の低減の確認のための試験について説明する。

電気集塵装置は図８で示した電気集塵装置と同様な構成の集塵装置を用いた。
試験条件は、処理風速が１３ｍ／ｓ、入口ダスト濃度が０．１５ｍｇ／ｍ³、入口ＮＯx濃度が１．０ｐｐｍ、ダスト捕集効率が８０％以上、電極間隔が１１．６ｍｍ、印加電圧が１０〜１１ｋＶ、高周波電源トランス周波数が１５ｋＨｚとした。

図５に間欠荷電の電圧波形を、表１に荷電山数と休止山数、荷電率、平均電圧、ピーク電圧、ボトム電圧及びリップル電圧の一例を示す。

図５に示すように間欠荷電の電圧波形は、電流の供給をＯＦＦにすると回路の時定数で電圧が減衰していく形状であった。
また、ピーク電圧とボトム電圧の差であるリップル電圧と単位ガス量当りの消費電力とオゾンの発生量の関係を図６に示す。また、平均消費電力の変化と煤塵捕集効率との関係を図７に示す。

ここで、本発明において、印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧（Ｖ）を、単位ガス量当りの消費電力（Ｗ／ｍ³／ｓ）で除してなる値について、リップル指数と定義した。
これは、オゾン発生量の制御因子としては、種々検討されるが、本試験の結果より、消費電力、ピーク電圧、電圧リップルの３つが重要であると考えられ、特にオゾン発生への寄与度を評価すると、ほぼ消費電力と電圧のリップルのみに支配されていることに起因するのが判明したので、本発明では前記リップル指数を制御することでオゾンの発生量を低減するようにした。

ところで、現状のトンネル用の電気集塵装置の場合では、処理風速が１３ｍ／ｓで煤塵捕集効率８０％以上を確保するために必要な平均消費電力は、連続荷電の場合４０（Ｗ／ｍ³／ｓ）前後が必要である。
リップル指数とオゾン発生量との関係を試験の結果からプロットした図６から、リップル指数が２０Ｖ／（Ｗ／ｍ³／ｓ）以上で約２５％の低減効果が確認された。
よって、図６からリップル指数が５０Ｖ／（Ｗ／ｍ³／ｓ）程度あれば、オゾン発生量の大幅な低減（オゾン派生量：０．０３ｐｐｍ）となると推察される。

また、図７に示すように、間欠荷電を行なった場合でも平均消費電力が３０〜８０（Ｗ／ｍ³／ｓ）に亙って略同一の煤塵捕集効率を示すことが確認され、オゾン発生量の低減を図る場合であっても煤塵の捕集効率８０％を維持できることが確認された。

よって、本発明によれば、電気集塵装置において高周波高電圧発生装置で間欠荷電制御し、前記リップル指数を大きくすることにより、それに応じてオゾン発生量を低減することができることになる。
ここで、前記リップル指数は平均消費電力に応じて導かれるので、電気集塵装置が設置されるトンネルの大きさ及びトンネル空気の流速に応じて、消費電力及びリップル電圧を適宜設定してリップル指数を大きくして、所望のオゾン発生量の低減を図るようにすればよい。

なお、電気集塵装置は、前述した図８に示す略平板電極にトゲ状電極を有するものや棒状電極に針状電極を有するもの等、特に限定されるものではない。

また、前述した図１０及び図１１に示すようなトンネル内に設置するトンネル用の電気集塵装置の場合には、煤塵を含む空気がトンネル空気の流速が７ｍ／ｓ以上であるので、このような場合において高周波高電圧発生装置の間欠荷電により、適切な量のイオンを煤塵粒子に帯電させることが可能となる。

図２は、本実施例に係る電気集塵装置の概略図である。なお、図１の電気集塵装置１００Ａの構成と同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例の電気集塵装置１００Ｂは、帯電部１０４側にのみ帯電部用高周波高電圧発生装置２０１を設置している。一方集塵部１０８側には集塵部用高電圧発生装置２０２を設置している。

これにより、本実施例では集塵部１０８においては間欠荷電制御とならないので、集塵効率の低下を抑えることができる。
また、帯電部１０４と集塵部１０８とを独立電源としているので、それぞれの最適な電圧とすることが可能となる。

図３は、本実施例に係る電気集塵装置の概略図である。なお、図１の電気集塵装置１００Ａの構成と同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例の電気集塵装置１００Ｃは、帯電部１０４側の帯電部側電極１０１と帯電部側放電極１０２との電極間隔ｄ₁を、集塵部側集塵電極１０５と集塵部側放電極１０６との電極間隔ｄ₀よりも大きくしている。
これにより、本実施例では、実施例１のように帯電部１０４側と集塵部１０８側との電極間隔ｄ₀を同一としているのとは異なり、帯電部側の電極間隔ｄ₁を、集塵部側の電極間隔ｄ₀よりも大きくしているので、帯電部１０４側における電流を下げることができ、この結果オゾンの発生量の低減を図るようにしている。
なお、オゾンの発生量の低減を図るための前記電極間隔ｄ₁は、電極間隔ｄ₀の１．２〜２．０倍程度とするのが好ましい。

図４は、本実施例に係る電気集塵装置の概略図である。なお、図１〜図３の電気集塵装置１００Ａ〜１００Ｃの構成と同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例の電気集塵装置１００Ｄは、図２に示した帯電部１０４にのみ間欠荷電する電気集塵装置１００Ｂにおいて、帯電部１０４側の帯電部側電極１０１と帯電部側放電極１０２との電極間隔ｄ₁を、集塵部側集塵電極１０５と集塵部側放電極１０６とが電極間隔ｄ₀をよりも大きくしている。

これにより、集塵部１０８側での集塵効率の低下を抑えると共に、帯電部１０４側における電流を下げ、オゾンの発生量の低減を図るようにしている。

以上のように、本発明に係る、電気集塵装置は、オゾン発生量を大幅に低減することができるので長いトンネル内の空気の浄化システムに用いて適している。

実施例１に係る電気集塵装置の概略図である。 実施例２に係る電気集塵装置の概略図である。 実施例３に係る電気集塵装置の概略図である。 実施例４に係る電気集塵装置の概略図である。 間欠荷電の電圧波形図の一例である。 リップル指数とオゾン発生量との関係を示す図である。 平均消費電力と煤塵捕集効率との関係図である。 従来例に係るトンネル用の電気集塵装置の概略図である。 集塵装置の動作原理図である。 バイパストンネルを用いた集塵システムの概略図である。 竪型式の排気塔を地表から突き出した集塵システムの概略図である。

符号の説明

１００、１００Ａ〜１００Ｄ 電気集塵装置
１０１ 帯電部側電極
１０２ 帯電部側放電極
１０４ 帯電部
１０５ 集塵部側集塵電極
１０６ 集塵部側放電極
１０８ 集塵部
２００ 高周波高電圧発生装置
２０１ 帯電部用高周波高電圧発生装置
２０２ 集塵部用高電圧発生装置

Claims (10)

1. 空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなる電気集塵装置であって、
   前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置を具備し、
   前記電気集塵装置への印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧（Ｖ）を、単位ガス量当りの消費電力（Ｗ／ｍ ³ ／ｓ）で除してなる値で表すリップル指数が１０以上であることを特徴とする電気集塵装置。
2. 請求項１において、
   前記帯電部が略板状の第１の電極と略板状の第２の電極とが交互に平行配設されていると共に、前記煤塵を含む空気が流入する側における前記第２の電極の両辺には、所定ピッチをおいて複数のトゲ状突起がそれぞれ形成されてなることを特徴とする電気集塵装置。
3. 請求項１または２において、
   前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵装置。
4. 請求項３において、
   前記煤塵を含む空気の流速が７ｍ／ｓ以上であることを特徴とする電気集塵装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
   前記帯電部の電極間隔ｄ₁が、前記集塵部の電極間隔ｄ₀の１．２倍以上２．０倍以下であり、前記高周波高電圧発生装置は、直流電圧を定期的にオフにして間欠的に電流を流す間欠荷電をすることを特徴とする電気集塵装置。
6. 空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなり、空気を浄化する電気集塵方法であって、
   前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電による高周波電圧を印加し、前記印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧（Ｖ）を、単位ガス量当りの消費電力（Ｗ／ｍ ³ ／ｓ）で除してなる値で表すリップル指数を大きくすることで、煤塵除去率を維持しつつ発生オゾン量を低減することを特徴とする電気集塵方法。
7. 請求項６において、
   前記リップル指数が１０以上であることを特徴とする電気集塵方法。
8. 請求項６または７において、
   前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵方法。
9. 請求項８において、
   前記煤塵を含む空気の流速が７ｍ／ｓ以上であることを特徴とする電気集塵方法。
10. 請求項６乃至９のいずれか一つにおいて、
    前記帯電部の電極間隔ｄ₁を、前記集塵部の電極間隔ｄ₀の１．２倍以上２．０倍以下として、直流電圧を定期的にオフにして間欠的に電流を流す間欠荷電により高周波高電圧を印加することを特徴とする電気集塵方法。

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