(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧パルス荷電によりプラズマを発生させてガス中のダスト、有害ガス等の除去を行うガス処理部と、前記ガス処理部に高電圧パルスを印加するパルス電源部と、前記ガス処理部で処理される処理ガスの属性及び処理量に基づいて前記パルス電源部から前記ガス処理部に注入される注入電力基準値を設定する注入電力基準値設定部と、前記ガス処理部に印加される前記高電圧パルスのピーク電圧値とピーク電流値を検出する電流電圧検出部と、前記電流電圧検出部が検出したピーク電圧値とピーク電流値に基づいて実注入電力を求め、その実注入電力と前記注入電力基準値設定部で設定された前記注入電力基準値とを比較して、実注入電力が前記注入電力基準値となるように前記パルス電源部の出力パルスの適正周波数を決定する適正周波数決定部と、前記適正周波数決定部で決定された前記適正周波数に基づいて前記パルス電源部の出力パルスの周波数を可変制御する周波数可変制御部とを備えてなるパルス荷電ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧パルス荷電によりプラズマを発生させてガス中のダスト、有害ガス等の除去を行うパルス荷電ガス処理装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のパルス荷電ガス処理装置は、高電圧パルス荷電によりプラズマを発生させてガス中のダスト、有害ガス等の除去を行うガス処理部と、前記ガス処理部に高電圧パルスを印加するパルス電源部とから構成されており、図５に示すように、処理ガスに高電圧パルスを印加するときのピーク電圧値とピーク電流値のＩ−Ｖ特性は処理ガス中の水分量の割合を表す水分濃度と密接な関係があり、水分濃度が低い方が低いピーク電圧で大きなピーク電流が流れ、同じピーク電圧値で水分濃度が高いときは前記ピーク電流値が低下するという特性を有している。尚、処理ガスの水分濃度は概ね１０％〜３０％の範囲で変動する。
従来のパルス荷電ガス処理装置においては、処理ガスの水分濃度の変動に即応して処理ガスに印加する高電圧パルスを制御する特別な技術はなく、処理ガスの水分濃度を別途を観測して、その水分濃度が変動した場合に印加する高電圧パルスの電圧を手動で変更していた。
【０００３】
しかしながら、上記した従来のパルス荷電ガス処理装置では、処理ガスの水分濃度を別途観測して、手動で処理ガスに荷電する高電圧パルスの電圧を変更していたため、前記水分濃度の変動に即応できず、前記処理ガスへの注入エネルギを一定に維持することが困難であった。経験により、ガス処理システムの性能は処理ガス中に注入するエネルギの大きさに比例して向上することが判明しており、従来のパルス荷電ガス処理装置では、前記水分濃度の変動によって注入エネルギが変動し、ガス処理性能を一定に維持することが困難であった。例えば、一定の電圧及び周波数でパルス荷電中に前記水分濃度が増加した場合は、従来の方法では前記処理ガスへの平均注入エネルギが低下し、その平均注入エネルギの低下状態が直ぐに回復せず、所定のガス処理能力を精度良く一定に維持するのが困難であった。また、前記水分濃度が低下し、前記処理ガスへの平均注入エネルギが処理すべきガス量に必要な注入エネルギ以上に増加した場合は、ガス処理で消費されない注入エネルギが無駄に消費され、ガス処理効率が低下し、且つ、省電力化が十分に図れないという問題もあった。
そこで、本願発明者等は、かかる問題点を解消すべく、処理ガス中の水分濃度の変動によらず安定したガス処理能力を維持できるパルス荷電ガス処理装置を別出願（特願平９−１８２９０号）において提案している。具体的には、図６に示すように、ガス処理部に印加される高電圧パルスのピーク電圧値とピーク電流値のＩ−Ｖ特性を処理ガスの属性別に記憶するＩ−Ｖ特性記憶部を備え、ガス処理部に印加される高電圧パルスのピーク電圧値とピーク電流値をシンクロスコープ等で検出し、検出したピーク電圧値とピーク電流値に基づいて、Ｉ−Ｖ特性記憶部に処理ガスの水分濃度別に予め記憶されたＩ−Ｖ特性データを検索して、処理ガスの水分濃度を推定し、パルス電源部の出力パルスの周波数を可変制御して水分濃度の変動によらず安定してガス処理部にエネルギを注入するように構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の本願発明者等が提案したパルス荷電ガス処理装置は、上述の如く、処理ガスの水分濃度を推定するために、ガス処理装置毎に処理ガスの水分濃度別のＩ−Ｖ特性データを予め抽出して記憶しておく必要がある。また、高精度処理が必要とされる公害対策関連装置等への適用に当たっては、温度変化に対するＩ−Ｖ特性の変動を考慮して水分濃度を推定を行う必要が有り、かかる場合には、ガス処理部の温度データを検出し温度補償を行う必要があり、その温度補償のために当該推定作業も複雑化する。
【０００５】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、処理ガス中の水分濃度の変動によらず、簡易に安定したガス処理能力を維持できるパルス荷電ガス処理装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明によるパルス荷電ガス処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した通り、高電圧パルス荷電によりプラズマを発生させてガス中のダスト、有害ガス等の除去を行うガス処理部と、前記ガス処理部に高電圧パルスを印加するパルス電源部と、前記ガス処理部で処理される処理ガスの属性及び処理量に基づいて前記パルス電源部から前記ガス処理部に注入される注入電力基準値を設定する注入電力基準値設定部と、前記ガス処理部に印加される前記高電圧パルスのピーク電圧値とピーク電流値を検出する電流電圧検出部と、前記電流電圧検出部が検出したピーク電圧値とピーク電流値に基づいて実注入電力を求め、その実注入電力と前記注入電力基準値設定部で設定された前記注入電力基準値とを比較して、実注入電力が前記注入電力基準値となるように前記パルス電源部の出力パルスの適正周波数を決定する適正周波数決定部と、前記適正周波数決定部で決定された前記適正周波数に基づいて前記パルス電源部の出力パルスの周波数を可変制御する周波数可変制御部とを備えてなる点にある。
【０００９】
以下に、上記特徴構成の作用並びに効果について説明する。
第一の特徴構成によれば、所定のガス処理を実行すべく、前記パルス電源部から所定の周波数及び所定の電圧の高電圧パルスを前記ガス処理部に印加する場合に、たとえ前記ガス処理部の水分濃度や温度が変動して実際に注入される電力が適正値から変動しても、予め或いは所定の時間間隔で前記電流電圧検出部が前記高電圧パルスを印加したときのピーク電圧値とピーク電流値を検出し、前記適正周波数決定部が、その検出されたピーク電圧値とピーク電流値に基づいて実注入電力を求め、その実注入電力と前記注入電力基準値設定部で設定された前記注入電力基準値とを比較して適正周波数を決定し、前記周波数可変制御部がその適正周波数に基づいて前記パルス電源部の出力パルスの周波数を可変制御することにより、実注入電力を前記ガス処理部で処理される処理ガスの属性及び処理量に対して適正な注入電力を維持することができるのである。
つまり、処理ガス中の水分濃度が低下して、低いピーク電圧で大きなピーク電流が流れ、注入エネルギが増加し、注入したエネルギの一部がガス処理に有効に使用されずにエネルギ効率が低下しても、前記パルス電源部の出力パルスの周波数を適正周波数に修正することで、注入エネルギを適正値まで低下させ、低消費電力運転が可能となり、逆に、処理ガス中の水分濃度が増加すると、同じピーク電圧値においてピーク電流値が低下するため注入エネルギが低下し、ガス処理能力が低下しても、前記パルス電源部の出力パルスの周波数を適正周波数に修正することで、注入エネルギを適正値まで上昇させて、安定したガス処理を維持することができるのである。
即ち、処理ガスの温度を検出したり、水分濃度を推定するという処理を経ずに、簡易に安定したガス処理能力を維持することができるのである。
更に、別途温度センサや湿度センサ等を過酷な条件下のガス処理部内に設けることによる制御系全体の信頼性の低下、及び、製造コスト高騰も回避できるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明に係わるパルス荷電ガス処理装置（以下、本発明装置という。）は、高電圧パルス荷電によりプラズマを発生させてガス中のダスト、窒素酸化物やダイオキシンといった有害ガス等の除去を行うガス処理部１と、前記ガス処理部１に高電圧パルスを印加するパルス電源部２と、前記パルス電源部２の出力パルスの周波数を可変制御する周波数可変制御部４を内蔵するデータ処理システム３と、前記ガス処理部１で処理される処理ガスの属性及び処理量に基づいて、前記パルス電源部２から前記ガス処理部１に注入される適正な注入電力である注入電力基準値ＰＲ  を設定する注入電力基準値設定部７とを備えた構成となっている。
【００１３】
前記ガス処理部１の入力端子１０と前記パルス電源部２の出力端子２ａが必要な絶縁処理を施されて電気的に接続されている。また、前記ガス処理部１の入力端子１０と前記パルス電源部２の出力端子間に配線される導線２０の途中には前記パルス電源部２から前記ガス処理部１へ出力される高電圧パルスのピーク電圧値とピーク電流値を検出する電流電圧検出部を形成する電圧・電流プローブ５が設けられ、その出力信号５ａがシンクロスコープ６に入力され、前記シンクロスコープ６で増幅及び信号処理された前記ピーク電圧値とピーク電流値データが前記データ処理システム３に入力される。
【００１４】
前記データ処理システム３は、前記周波数可変制御部４に加えて、前記電圧・電流プローブ５が検出し、前記シンクロスコープ６で増幅及び信号処理されたピーク電圧値とピーク電流値に基づいて実注入電力ＰＡ  を求め、その実注入電力ＰＡ  と前記注入電力基準値設定部７で設定された前記注入電力基準値ＰＲ  とを比較して、実注入電力ＰＡ  が前記注入電力基準値ＰＲ  となるように前記パルス電源部２の出力パルスの適正周波数を決定する適正周波数決定部８を備え、前記周波数可変制御部４が、前記適正周波数決定部８で決定される前記適正周波数に基づいて前記パルス電源部２の出力パルスの周波数を可変制御する。
【００１５】
尚、前記適正周波数決定部８と前記周波数可変制御部４を含む前記データ処理システム３は、具体的には、マイクロコンピュータ、半導体メモリ、不揮発性記憶媒体、及び、必要なインターフェース回路等で構成される。
【００１６】
図２に示すように、処理ガスはダクト１８ａから放電室内１２ａに誘引され、前記放電室内１２ａを前記長手方向に沿って進行し、前記放電室内１２ａで集塵されたり、窒素酸化物の場合は酸化還元反応により脱硝されたり、ダイオキシンの場合は分解処理され、ダクト１８ｂから次の処理装置へ吐出される。
図２に示すように、線状の前記放電電極１３は矩形で導電性の放電電極フレーム１３ａの対向する上下２辺間に複数本が張設されており、前記各放電電極１３は互いに短絡されており、同電位にある。更に、図３に示すように、３枚の前記放電電極フレーム１３ａと４枚の接地電極１４が、放電室内１２ａに、前記放電電極フレーム１３ａが前記接地電極１４に一定距離を隔てて挟まれ、夫々の長手方向が前記放電室内１２ａの排ガスの進行方向（図３中、紙面垂直方向）となるように設置されている。尚、３枚の前記放電電極フレーム１３ａは前記放電室内１２ａで夫々短絡されている。また、図２に示すように、前記放電電極フレーム１３ａは放電室壁部１２ｃから絶縁分離されるように上部両端部が支持碍子１７で前記放電室壁部１２ｃの天井部から釣支されている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、前記パルス電源部２の出力端子２ａは、前記導線２０で前記放電室内１２ａの３枚の前記放電電極フレーム１３ａと電気的に接続されている。尚、前記導線２０は、前記放電室壁部１２ｃの天井部に設けられた１個の貫通碍子１６を通して配線されている。
【００１８】
以下、前記データ処理システム３各部の機能並びに動作について説明する。
前記適正周波数決定部８は、前記シンクロスコープ６から入力されたピーク電圧値とピーク電流値に基づいて実注入電力ＰＡ  を求める。尚、この実注入電力ＰＡ  は現在設定されている前記パルス電源部２の出力パルスの周波数ｆ０  とデューティ比から、平均注入電力として求められる。尚、前記周波数ｆ０  は前記適正周波数決定部８が前回決定した適正周波数であり、前記デューティ比は出力パルスのパルス幅が一定の場合は前記周波数ｆ０  から一義的に決定される。そして、この実注入電力ＰＡ  と前記注入電力基準値設定部７で設定された前記注入電力基準値ＰＲ  とを比較して、新たな適正周波数ｆＰ  を実注入電力ＰＡ  が前記注入電力基準値ＰＲ  となるように、例えば、ｆＰ  ＝ｆ０  ×ＰＲ  ／ＰＡ  なる一定の関係式に基づいて決定する。
【００１９】
前記周波数可変制御部４は、前記適正周波数決定部８が決定した新たな適正周波数ｆＰ  と同じ周波数の同期パルス４ａを前記パルス電源部２に出力する。前記パルス電源部２は前記同期パルス４ａの立ち上がりまたは立ち下がりエッジで、内部のスイッチング素子のタイミング制御を行うことで、同適正周波数ｆＰ  で高電圧パルスを出力することができる。
【００２０】
前記放電室内１２ａのガス処理は、前記放電電極１３と前記接地電極１４間でのコロナ放電により行われる。前記コロナ放電は前記パルス電源部２の出力電圧が５０ｋＶ付近から開始し、アーク放電領域まで到達しないように制御される。
【００２１】
以下、別の実施形態について説明する。
〈１〉上記実施形態では、前記電圧・電流プローブ５が検出し、前記シンクロスコープ６で増幅及び信号処理されたピーク電圧値とピーク電流値に基づいて、前記適正周波数決定部８が実注入電力ＰＡ  を求めていたが、図４に示すように、前記電圧・電流プローブ５や前記シンクロスコープ６の代わりに、前記ガス処理部２に注入される実注入電力ＰＡ  と一定の相関関係を有する所定の物理量ＰＸ  を検出する相関物理量検出部１１を設け、この相関物理量検出部１１が検出した物理量ＰＸ  をＡ／Ｄ変換して、前記適正周波数決定部８へ入力し、前記適正周波数決定部８が前記物理量ＰＸ  と前記一定の相関関係から実注入電力ＰＡ  を求めるように構成しても構わない。ここで、前記物理量ＰＸ  として、前記パルス電源部２の入力電力または出力電力を、前記ピーク電圧値とピーク電流値の代わりに検出すればよい。このように構成することで、高電圧パルスを検出する必要が無いため、前記相関物理量検出部１１を低電圧回路で構成できる。
【００２２】
〈２〉上記実施形態では、最大ガス処理量の大きなガス処理部１を想定しているが、ガス処理部１の仕様に応じて、前記パルス電源部２の構成及び電気的仕様は適宜変更可能であり、本実施形態に限定されるものではなく、複数のパルス電源装置で構成しても構わない。
複数のパルス電源装置で前記パルス電源部２を構成する場合、前記パルス電源部２の複数台のパルス電源の各出力パルスは相互に同じ周波数で、且つ、同期するように制御される。つまり、各パルス電源装置に同じ前記同期パルス４ａが入力されるように構成する。
また、前記パルス電源部２の実際のパルス波形は前記導線２０等の漂遊インダクタンス成分によってオーバーシュートやリンギングが発生するが、前記パルス電源部２の各パルス電源装置間において機種を統一し、前記各パルス電源装置の各出力端子を並列接続して前記パルス電源部２の出力端子２ａとし、上述のように出力パルスを同周波数で同期させることで、前記各放電電極１３には同一パルス波形の電圧が印加されるように構成するのが好ましい。
【００２３】
〈３〉前記ガス処理部１の構造も本実施形態に限定されるものではない。前記放電電極１３、前記放電電極フレーム１３ａ、前記接地電極１４、前記導線２０、前記貫通碍子１６、前記支持碍子１７の数量並びに形状等も本実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
〈４〉上記実施形態では、前記シンクロスコープ６は前記電圧・電流プローブ５が検出したピーク電圧値とピーク電流値を前記データ処理システム３が処理可能に信号処理する点で前記データ処理システム３に対しては電流電圧検出部の一部として機能しているが、前記データ処理システム３内で同様の処理を行うように構成しても構わない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理ガス中の水分濃度及び処理ガス温度の変動によらず安定したガス処理能力を簡易に維持でき、併せて、低消費電力化も図れるパルス荷電ガス処理装置を提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパルス荷電ガス処理装置の一実施形態を示すブロック構成図
【図２】本発明に係るパルス荷電ガス処理装置のガス処理部の長手方向に沿った放電電極を含む放電室の鉛直断面における放電室内における放電電極の設置状態と放電室外に設けられたパルス電源部を示す模式構成図
【図３】本発明に係るパルス荷電ガス処理装置のガス処理部の図２中のＡ−Ａを結ぶ鉛直断面での模式構成図
【図４】本発明に係るパルス荷電ガス処理装置の別実施形態を示すブロック構成図
【図５】高電圧パルスのピーク電圧値とピーク電流値のＩ−Ｖ特性図
【図６】従来のパルス荷電ガス処理装置の一例を示すブロック構成図
【符号の説明】
１    ガス処理部
２    パルス電源部
３    データ処理システム
４    周波数可変制御部
４ａ  同期パルス
５    電流電圧検出部
５ａ  出力信号
６    シンクロスコープ
７    注入電力基準値設定部
８    適正周波数決定部
１０  入力端子
２０  導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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