(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えられた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん機であって、
前記集じん部の後段に、マイナスイオンとプラスイオンの両方の粒子が同時に存在するプラズマ放電柱を生成する電荷中和器を設けたことを特徴とする電気集じん機。
【請求項２】
前記電荷中和器は、無声放電を行う無声放電式電荷中和器によって構成されることを特徴とする請求項１記載の電気集じん機。
【請求項３】
空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えられた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん機であって、
前記集じん部は、前記帯電部にて電荷が与えられた粒子の極性と逆の極性の電圧が印加される平板状の電極を有し、
前記電極の流出側端部は、該端部に局部的に電界を集中させてコロナ放電を発生させる端面形状の電界集中部として構成され、
前記流出側端部が端面形状とされた前記電極に、前記帯電部にて電荷が与えられた粒子の極性と逆の極性の電圧であって該端面に対して局部的に電界を集中させてコロナ放電の発生に必要な所定の電圧を、印加する電圧印加手段
を具えたことを特徴とする電気集じん機。
【請求項４】
前記集じん部を構成する前記電極の流出側端部は、前記電界集中部とされた前記端面形状が、連続した突起形状に形成されたことを特徴とする請求項３記載の電気集じん機。
【請求項５】
空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えられた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん方法であって、
前記集じん部を構成する流出側端部が端面形状とされた平板状の電極に、前記帯電部にて電荷が与えられた粒子の極性と逆の極性の電圧を印加し、
前記電極に印加される電圧を、該電極の流出側端部に対して局部的に電界を集中させてコロナ放電の発生に必要な所定の電圧になるまで引き上げて印加することにより、前記集じん部から流出する前記粒子の電荷を中和することを特徴とする電気集じん方法。
【請求項６】
空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えられた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん方法であって、
前記集じん部から排出された前記粒子を、マイナスイオンとプラスイオンの両方の粒子が同時に存在するプラズマ放電柱に導くことによって、電荷の中和を行うことを特徴とする電気集じん方法。
【請求項７】
前記電荷の中和は、無声放電式によって行うことを特徴とする請求項６記載の電気集じん方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、トンネル内の空気を浄化する電気集じん機および電気集じん方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車トンネル内の空気は、自動車から排出される煤煙、自動車の走行に伴って生じるタイヤや道路アスファルトの摩耗粉塵などのサブミクロンオーダの浮遊微粒子で汚染されている。
【０００３】
そこで、この汚染空気を清浄化するために、２段式電気集じん機（以下、単に集じん機という）を用いた空気清浄化設備が実用化され、高速道路トンネルなどで稼動している。
【０００４】
図１２および図１３は、従来における電気集じん機の構造例を示す。図１２は縦断面図であり、図１３は上面図である。
【０００５】
電気集じん機１０の運転時において、矢印Ａから流入する浮遊粒子は、帯電部１において荷電され、後方に配置された集じん部２においてその８０％が集じん極に捕捉されるが、残りの２０％は矢印Ｂの流出側が排出される。
【０００６】
この運転時の集じん操作から洗浄操作に切り替えると、ダンパ１１，１２が閉まり、この電気集じん機１０に高電圧を供給していた高圧電源装置（図示せず）の電源がオフされて、水洗浄のノズルから高圧水滴が吹き出して電気集じん機１０をスプレー洗浄する。
【０００７】
このような電気集じん機１０内に捕捉されたダストは、水で洗い流されることにより、汚水ピットに集められ、汚水処理装置（図示せず）によって汚泥ケーキと清浄水に分けられる。
【０００８】
図１４は、上記従来の電気集じん機１０の集じん原理を示す。帯電部１には、上下のプラスの電極板３ａ，３ｂと、これら電極間に配置されたマイナスの細い放電線４とが設けられている。集じん部２には、上下のプラスの集じん極板５ａ，５ｂと、これら極板間に配置されたマイナスの高圧極６とが設けられている。
【０００９】
煤塵は、帯電部１の放電線４によってマイナスに帯電されて集じん部２に入る。集じん部２に入ったマイナスに帯電された煤塵は、静電界によって力を受け、極板方向に移動して集じん極板５ａ，５ｂ上に捕集される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記電気集じん機１０において、帯電部１でマイナスに帯電された煤煙の一部は、集じん部２で捕集されずに流出側Ｂに排出される。この排出された荷電粒子は、自分自身が作る空間電荷電界によって、壁面等に向かう駆動力を受け、その一部は集じん機流出側壁面に付着し、また、その一部は、トンネル壁面やダストさらには本坑トンネル壁に付着して、壁面を汚してしまうという問題がある。
【００１１】
このような問題に対処するために、集じん部２の下流側にコロナ放電式の電荷中和器を設置するというものがある。
【００１２】
図１５は、そのコロナ放電式の電荷中和器の１例を示す（特開昭５５−８８２６号公報参照）。なお、図面番号は、公報内容と異なる。
【００１３】
電気集じん装置２０は、放電極２２と集じん極２３の組合せからなる粒子帯電部２１と、高電圧極２５と平行な平板からなる集じん極２６の組合わせからなる捕集部２４とからなっている。
【００１４】
この電気集じん装置２０の出口付近に、コロナ放電式の電荷中和器３０が設けられている。この電荷中和器３０には、電気集じんの際の放電とは異符号（負極性）の放電を生じさせるための電極（放電極３１と高電圧極３２）と、その放電特性を制御するための移動機構３３とを備えている。
【００１５】
しかし、電気集じん装置の後段に漏れ出てきた空間電荷を中和するための電荷中和器を別個に設けることは、その空間電荷の中和に必要かつ十分量の電荷を供給するために多大な設備が必要となり、コスト高になるという問題がある。
【００１６】
具体的には、漏れ出てきた電荷量よりも電荷中和器のコロナ電流の方が多過ぎると、煤煙は逆符号の電荷を持つことになる。このため、コロナ電流を調節するための機構（図１５の例では、移動機構３３）が必要となり、構造の複雑化、コストアップ等を招くことになる。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、漏れイオンに対する中和機構を安価にかつ高性能に提供することが可能な電気集じん機および電気集じん方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えれた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん機であって、前記集じん部の後段に、マイナスイオンとプラスイオンの両方の粒子が同時に存在するプラズマ放電柱を生成する電荷中和器を設けることによって、電気集じん機を構成する。
【００１９】
ここで、前記電荷中和器は、無声放電を行う無声放電式電荷中和器によって構成することができる。
【００２０】
本発明は、空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えられた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん機であって、前記集じん部は、前記帯電部にて電荷が与えられた粒子の極性と逆の極性の電圧が印加される平板状の電極を有し、前記電極の流出側端部は、該端部に局部的に電界を集中させてコロナ放電を発生させる端面形状の電界集中部として構成され、前記流出側端部が端面形状とされた前記電極に、前記帯電部にて電荷が与えられた粒子の極性と逆の極性の電圧であって該端面に対して局部的に電界を集中させてコロナ放電の発生に必要な所定の電圧を、印加する電圧印加手段を具えることによって、電気集じん機を構成する。
【００２１】
ここで、前記集じん部を構成する前記電極の流出側端部は、前記電界集中部とされた前記端面形状を、連続した突起形状に形成してもよい。
【００２２】
本発明は、空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えられた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん方法であって、前記集じん部を構成する流出側端部が端面形状とされた平板状の電極に、前記帯電部にて電荷が与えられた粒子の極性と逆の極性の電圧を印加し、前記電極に印加される電圧を、該電極の流出側端部に対して局部的に電界を集中させてコロナ放電の発生に必要な所定の電圧になるまで引き上げて印加することにより、前記集じん部から流出する前記粒子の電荷を中和することによって、電気集じん方法を提供する。
【００２３】
また、本発明は、空気中に浮遊する粒子に帯電部にて電荷を与え、該電荷が与えれた粒子に集じん部で電界を加えることによって集じんを行う電気集じん方法であって、前記集じん部から排出された前記粒子を、マイナスイオンとプラスイオンの両方の粒子が同時に存在するプラズマ放電柱に導くことによって、電荷の中和を行う電気集じん方法を提供する。
【００２４】
ここで、前記電荷の中和は、無声放電式によって行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
（第１の例）
本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図６に基づいて説明する。
【００２８】
図１および図２は、電荷中和器を備えた電気集じん機の外観構成を示す。
【００２９】
電気集じん機５０は、帯電部１と集じん部２とから構成される。この電気集じん機５０は、前述した図１２および図１３の従来例と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。そして、電気集じん機５０の後段には、本発明に係る電荷中和器１００が設けられている。
【００３０】
図３および図４は、電荷中和器１００の構成例を示す。この電荷中和器１００は、無声放電式帯電部１０１によって構成される。ここでいう無声放電とは、オゾナイザ放電のことをいう。
【００３１】
図３の無声放電式帯電部１０１において、１０２は放電極板であり、複数枚（この例では４枚）設けられている。これら放電極板１０２は、連結棒１０３によって４ヶ所において位置決めされている。このように放電極板１０２を組み立てることにより、互いに並列配置された平行平板型の構造体として構成できる。なお、連結棒１０３は、絶縁材料や金属材料で構成できるものであり、特に限定されるものではない。
【００３２】
また、隣接する放電極板１０２の間は、交流高電圧を印加するための連結リード１０４によって接続されている。この連結リード１０４には、その交流高電圧を供給するための交流高圧電源１０５が接続されている。
【００３３】
このような無声放電式帯電部１０１の放電極板１０２の間に矢印Ａ方向から煤塵を含んだ空気を流すと、放電極板１０２間においてプラスとマイナスの両極性の電荷が作成され、この両極性の電荷をもった煤塵空気が矢印Ｂ方向へ流れ出る。
【００３４】
図４は、無声放電式帯電部１０１の放電極板１０２の構成例を示す。放電極板１０２は、金属電極（箔でもよい）１０２ｃを２枚の誘電体板１０２ａ，１０２ｂにより挟んで一体にして構成されている。金属電極１０２ｃには、電位を与えるための電位リード１０２ｄが引き出されている。
【００３５】
（本装置の動作）
次に、本装置の動作について説明する。
【００３６】
図１において、電気集じん機５０の流入側Ａから流入された浮遊粒子は、帯電部１で荷電され、その８０％の粒子が集じん部２の集じん極に捕捉され、その残りの２０％の粒子は集じん部２の流出側Ｂから電気集じん機５０を出ていく。そして、その残りの２０％の粒子は電荷中和器１００に入力される。それら入力された残りの電荷は、電荷中和器１００内で無声放電によるプラズマ放電柱によって中和され、自分自身が作る空間電荷電界はゼロになる。これにより、壁に向かう駆動力が弱まり、トンネル壁面、ダクトさらにトンネル本坑壁に付着する量を減少させることができる。
【００３７】
図５は、電荷中和器１００における集じん原理を説明するものである。
【００３８】
放電極板１０２の間には、数ＫＶの交流高圧電源１０５が配線されている。交流高圧が印加されると、放電極板１０２の間に細いプラズマ放電柱１１０が多数並列して発生する。すなわち、放電極板１０２間の空間には、イオンシース１１１を先頭にして、その後ろにプラズマ放電柱１１０を形成したストリーマが多数本、並列に走る。これらプラズマ放電柱１１０の中には、多数のプラスイオンとマイナスイオンが多量に存在し、かつ、これら両方のイオンは等量に存在する。
【００３９】
図６は、プラズマ放電柱１１０での電荷中和の状況を説明するものである。
【００４０】
領域Ｘは、電気集じん機５０の集じん部２から漏れ出た漏れイオンが存在する領域であり、マイナス荷電粒子１２１のみを含み、全体としてマイナス電荷を持ったダスト塊１２０からなる。領域Ｙは、空気分子のプラスイオン１１２とマイナスイオン１１３を多量に含んだプラズマ放電柱１１０が存在する領域を示す。領域Ｚは、プラス荷電ダスト１３１とマイナス荷電ダスト１３２とが等量であり、全体として中性のダスト塊１３０が存在する領域を示す。
【００４１】
集じん部２から漏れ出た片極性の帯電粒子群であるダスト塊１２０は、プラズマ放電柱１１０を通過することにより、圧倒的に存在する多数のプラスイオン１１２とマイナスイオン１１３に遭遇して確実に中和され、プラスとマイナスの荷電粒子が等量の中和されたダスト塊１３０として、電荷中和器１００の外部に放出される。
【００４２】
上述したように、電気集じん機５０から漏れ出た電荷は電荷中和器１００によって中和されるため、下流側での空気の漏れ電荷量が減少する。これにより、粒子が壁面に駆動される静電気力が弱まり、結果として壁面付着粒子数を従来に比べて減少させることができる。
【００４３】
（第２の例）
次に、本発明の第２の実施の形態を、図７〜図１１に基づいて説明する。
【００４４】
図７は、本発明に係る電気集じん機の構造を示す。この電気集じん機２００は、帯電部２１０と、集じん部２２０とから構成される。
【００４５】
帯電部２１０において、２１１は、互いに平行に配置された接地極板である。これら接地極板２１１間の空間部には、放電線２１２が配置されている。この放電線２１２と２枚の接地極板２１１とは高圧電源２１３によって接続され、これにより、放電線２１２はマイナスに帯電され、接地極板２１１はプラスにして接地されている。
【００４６】
集じん部２２０において、２２１は、互いに平行に配置された接地極板である。これら接地極板２２１間の空間部には、平板状の高圧極板２２２が配置されている。この高圧極板２２２と２枚の接地極板２２１とは高圧電源２２３によって接続され、これにより、高圧極板２２２はプラスに帯電され、接地極板２２１はマイナスにして接地されている。
【００４７】
このように帯電部２１０の高圧極性（マイナス）とは逆の極性の高電圧（プラス）を集じん部２２０に付与することにより、図中に示すような電気力線２３０，２４０が形成される。帯電部２１０では、電気力線２３０の密度は、放電線２１２の周りの領域Ｐに集中（電界強度が強まる）して発生する。集じん部２２０の密度は、高圧極板２２２の端面の領域ＱとＲに集中して発生する。
【００４８】
次に、本装置の動作について説明する。
【００４９】
図８は、電荷中和の原理を示す。帯電部２１０では、領域Ｐからコロナ放電が発生して、マイナス（単極性）のイオン源となる。そして、この帯電部２１０に矢印Ａ方向から煤煙粒子２５０が入力されると、領域Ｐにおいてマイナスに荷電されて流れ出ていく。集じん部２２０において、煤煙粒子２５０は、高圧極板２２２の端部の領域Ｒに到達すると、この部分の高い電界強度が原因で部分放電が発生し、煤煙粒子２５０の電荷はプラスの高圧極板２２２に吸い取られる。このようにして電荷が取られた状態の煤煙粒子２５０は、高圧極板２２２に捕られることなく、矢印Ｂ方向の流出側に漏れ出ていく。
【００５０】
図９は、漏れ電荷量と集じん部２２０の電圧との関係を示す。
【００５１】
縦軸に漏れ電荷量と集じん部２２０の電圧とを示し、横軸に電圧印加の時間的な流れを示す。
【００５２】
今、集じん部２２０の電圧がゼロの時間Ｔ０〜Ｔ１の範囲では、帯電部２１０に規定の高圧電圧を印加すると、帯電部２１０でマイナスに荷電された煤煙粒子２５０は、集じん部２２０で捕集されないで流出側にそのまま流出していく。このときの漏れ電荷量の値は、−０．４ｋＶを示す。
【００５３】
次に、集じん部２２０の高圧電源６を時間Ｔ１でオンにして、徐々に電圧を上げていくと、荷電された煤煙粒子２５０は高圧極板２２２に捕集されて漏れ煤煙粒子数が減少するので、漏れ電荷量が減少していく。そして、集じん部２２０の高圧電圧を上げていくと、時間Ｔ２の９ｋＶを印加した状態では高圧極板２２２の領域Ｒで部分放電が起き、これにより漏れ出る煤塵粒子２５０の電荷を完全に中和することができる。さらに、９ｋＶを超えて電圧を上げていくと、領域Ｒでの部分放電が増加して漏れ電荷は逆極性となって流出側へと流れ出ていく。
【００５４】
従って、集じん部２２０の高圧極板２２２への印加電圧を適切な値（ここでは、９ｋＶ）に設定することにより、漏れ電荷量を０にして煤塵粒子２５０を出力することができる。また、このような中和方法をとることにより、複雑な構成を必要とせず、安価な装置を得ることができる。
【００５５】
図１０は、集じん部２２０の高圧極板２２２の変形例を示す。
【００５６】
高圧極板２２２の流出側の端面（領域Ｒ）には、電界集中部としての微細な突起２２２ａが形成されている。
【００５７】
このような突起２２２ａを有する形状の高圧極板２２２を使用することにより、集じん部２２０の電圧が低い値（例えば、前述した９ｋＶよりも低い値）においても、局部的に高圧極板２２２の電界強度をコロナ発生に必要な値にまで上げることが可能となる。すなわち、集じん率確保の観点から、集じん部２２０の電圧を決定し、高圧極板２２２の端面形状に工夫を加えることにより、漏れ電荷中和性能をそれぞれ独立して所望とする値にすることができる。
【００５８】
次に、本装置を用いたトンネル集じん装置の構成例を、図１１に基づいて説明する。
【００５９】
図１１において、トンネル本坑３００に通じるようにバイパストンネル３０１が設けられている。このバイパストンネル３０１内には、仕切壁３０２で仕切られた左右の部屋の各室にそれぞれ電気集じん機３０３が設置されている。バイパストンネル３０１には、上下の仕切壁３０６があり、上側は清浄空気の通るダクトとされ、下側には補機室３０７と電気室３０８が設けられている。
【００６０】
電気集じん機３０３としては、本発明に係る前述したような、図１に示す電荷中和器１００を備えた電気集じん機５０や、図７に示す集じん部２２０に独自の中和機能を有する電気集じん機２００が用いられる。
【００６１】
そして、トンネル本坑３００内の汚染空気は、集じんファン３０４によってバイパストンネル吸引口３０５ａからバイパストンネル３０１内に吸い込まれ、電気集じん機３０３によって除じんされ、清浄空気となる。この清浄空気は、バイパストンネル吹き出し口３０５ｂからトンネル本坑３００に吹き出される。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気集じん機の集じん部の後段に無声放電式中和器を設置し、マイナスとプラスの両イオンを混在するプラズマ放電柱を生成するようにしたので、漏れ出た空気中の漏れイオンも、マイナスとプラスの両イオンが混在することになり、これにより、周囲壁面等への空間電荷電界を小さくすることができ、トンネル壁面の汚れを防止することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、電気集じん機の高圧極性と逆の極性の高電圧を集じん部に印加するようにしたので、煤煙粒子をその電荷を取り除いた状態で排出することができ、これにより、上記同様に壁面等への空間電荷電界を小さくしてダスト等をなくすことができる。この場合、中和機能を有する装置を別途に設ける必要がなく、印加電圧を下げることができるので、簡単な構造で、安価な装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である電荷中和器が付設された電気集じん機の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の電気集じん機の上面図である。
【図３】無声放電式電荷中和器の構成を示す斜視図である。
【図４】図３の放電極板の構成を示す斜視図である。
【図５】無声放電式電荷中和器のプラズマ放電柱の発生状況を示す断面図である。
【図６】プラズマ放電柱を用いた電荷中和原理を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である電気集じん機の高圧給電の状態を示す説明図である。
【図８】集じん部での中和原理を示す説明図である。
【図９】集じん部の電圧と漏れ電荷量との関係を示す説明図である。
【図１０】流出側端面に電界集中部が付けられた高圧極板の形状を示す斜視図である。
【図１１】トンネル集じん装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の電気集じん機を示す縦断面図である。
【図１３】図１２の電気集じん機の上面図である。
【図１４】上記従来の電気集じん機の集じん原理を示す説明図である。
【図１５】従来のコロナ放電式の電荷中和器を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  帯電部
２  集じん部
５０  電気集じん機
１００  電荷中和器
１１０  プラズマ放電柱
２００  電気集じん機
２１０  帯電部
２２０  集じん部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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