(57)【要約】【課題】電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上のダストであっても、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加しつつも、逆電離現象を防止または抑制してダストの集塵効率を向上させ得る電気集塵装置を提供する。【解決手段】この電気集塵装置２０は、放電電極２１と集塵電極２２との電極間でコロナ放電を生じさせて帯電したダストＤを集塵電極２２に集塵するものであって、コロナ放電開始電圧を超える電圧領域を含む交流による印加電圧が逆極性に振幅する交流電圧を電極間に印加する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と集塵電極との電極間にコロナ放電を生じさせて帯電したダストを集塵電極に集塵する電気集塵装置であって、
コロナ放電開始電圧を超える電圧領域を含み逆極性に振幅する交流電圧を前記電極間に印加することを特徴とする電気集塵装置。
【請求項２】
前記逆極性に振幅させるまでの印加時間は、逆電離現象が発生するまでの時間よりも短い時間に設定されている請求項１記載の電気集塵装置。
【請求項３】
前記交流は、矩形波である請求項１または２記載の電気集塵装置。
【請求項４】
前記矩形波は、台形波である請求項３記載の電気集塵装置。
【請求項５】
前記矩形波は、正電圧印加時の矩形形状と負電圧印加時の矩形形状とが、非対称である請求項３または４記載の電気集塵装置。
【請求項６】
前記矩形波の正電圧印加時と負電圧印加時とは、相互の周波数が異なる請求項３〜５のいずれか一項に記載の電気集塵装置。
【請求項７】
前記正電圧印加時の周波数は、前記負電圧印加時の周波数よりも高い請求項６記載の電気集塵装置。
【請求項８】
前記正電圧印加時の周波数は、前記負電圧印加時の周波数よりも低い請求項６記載の電気集塵装置。
【請求項９】
前記正電圧印加時の周波数は５０Ｈｚ以上であり、前記負電圧印加時の周波数は２００Ｈｚ以上である請求項３または４記載の電気集塵装置。
【請求項１０】
当該電気集塵装置は、
前記放電電極と前記集塵極とが一の流路内に対向配置される一段式の産業用電気集塵装置であり、
当該産業用電気集塵装置は、
前記一の流路での風速が、３ｍ／ｓ以下であり、
前記印加される交流電圧が、３０ｋＶ以上６０ｋＶ以下であり、
電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上のダストを含むダストを集塵対象とするものである請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気集塵装置。
【請求項１１】
放電電極と集塵電極との間でコロナ放電を生じさせて帯電したダストを集塵電極に集塵する電気集塵方法であって、
コロナ放電開始電圧を超える電圧を含む交流による印加電圧が逆極性に振幅する交流電圧を前記電極間に印加することを特徴とする電気集塵方法。
【請求項１２】
放電電極と集塵電極との電極間でコロナ放電を生じさせて帯電したダストを集塵電極に集塵する電気集塵装置に用いられる制御装置であって、
コロナ放電開始電圧を超える電圧を含む交流による印加電圧が逆極性に振幅する交流電圧を前記電極間に印加する電圧印加部を有することを特徴とする電気集塵装置用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電電極と集塵電極との電極間にコロナ放電を生じさせて帯電したダストを集塵電極に集塵する電気集塵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば火力発電所で生じるダストは、電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上と高い場合が多い。また、電気集塵装置ではマイナス極性のコロナ放電でダストを負に帯電させて正極性の集塵電極に集塵することがほとんどである。
【０００３】
ここで、電気集塵装置は、集塵性能がダストの見かけ電気抵抗率に大きく依存する（非特許文献１参照）。例えば、ダストの見かけ電気抵抗率が１０４［Ω・ｃｍ］以下では、集塵されたダストが電荷を直ちに失い再び集塵空間内に飛散する「再飛散現象」が発生する。また、電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上では、放電電流が異常に増加して荷電電圧が低下する「逆電離現象」が発生する。
特に、高温環境下では、捕集されるダストが乾燥状態になるため、電気抵抗率が非常に大きくなる。すなわち、逆電離現象により電気集塵装置の集塵性能が著しく低下するため、逆電離現象の防止技術が必要となる。
【０００４】
特に、工場や発電所からの排ガスは大気汚染問題の原因となり、排出量を削減するために効率的な電気集塵装置が広く使用されている。しかし、排出されるガスは高温であることが多く、乾燥状態にあるため電気抵抗率が非常に高い。そのため、集塵する際に、電気集塵装置の集塵性能が著しく低下する逆電離現象が発生する。
【０００５】
つまり、負に帯電したダストの捕集によって、集塵電極に堆積したダスト層に蓄えられたマイナスの電荷が適切な速さで接地へ流れればよいところ、ダストの電気抵抗率が高い場合、電荷が集塵電極から流れるのが遅いと、ダストと共に集塵電極表面にマイナスの電荷が溜まることになる。
【０００６】
他方、集塵電極にはプラスの電荷が誘導されているため、ダスト層に蓄えられたマイナス電荷とプラス電荷との間で電界が次第に強くなり、これがダストの絶縁破壊電界を超えると、絶縁破壊が生じて放電が発生し、接地側からガス空間に向かってプラスの電荷が放出される。この現象を「逆電離現象」と呼ぶ。
これにより、本来はコロナ放電によってマイナスの電荷を放出することでガス中のダストを負に帯電させたいところ、プラスの電荷も放出されるため、電荷が中和されることにより集塵性能が低下する。そこで、従来から、この逆電離現象を抑制するために、例えば直流パルス電圧を印加する電気集塵装置が用いられている（例えば特許文献１ないし２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２８００６号公報
【特許文献２】特開平１０−１１８５２５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】電気集塵装置の理論と実際，昭和４０年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１ないし２に記載の技術は、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳する集塵方式なので、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加しようとすると、コロナ放電を生じさせる極性が基本的に維持され続けるため、逆電離現象を効果的に抑制する上で未だ検討の余地がある。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上のダストであっても、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加しつつも、逆電離現象を防止または抑制させ得る電気集塵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電気集塵装置は、放電電極と集塵電極との電極間にコロナ放電を生じさせて帯電したダストを集塵電極に集塵する電気集塵装置であって、コロナ放電開始電圧を超える電圧領域を含み逆極性に振幅する交流電圧を前記電極間に印加することを特徴とする。
なお、本発明の一態様に係る電気集塵装置において、前記逆極性に振幅させるまでの印加時間は、逆電離現象が発生するまでの時間よりも短い時間に設定されていることは好ましい。特に、印加電圧と放電電流の時間変化との関係に基づいて、電圧印加時の周波数を制御することは好ましい。
【００１２】
本発明の一態様に係る電気集塵装置によれば、逆電離現象を防止すべく、印加電圧が逆極性に振幅する交流電圧（特に、矩形波が好ましい）を電極間に印加するので逆電離現象を効果的に抑制できる。
つまり、印加電圧が逆極性に振幅する交流電圧を印加すると、正電荷と負電荷が交互に放出されることになる。そして、交流電圧のうち負電荷が放出されると、ダストは負に帯電して集塵板に集まりダスト層をチャージアップさせるものの、次の振幅で印加電圧が逆極性に振れるので、ダストが正に帯電するとともに正電荷が集塵電極に到達して、集塵電極表面の負に帯電しているダストを効果的に中和することができる。
よって、本発明の一態様に係る電気集塵装置によれば、電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上のダストであっても、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加しつつも、集塵電極表面のダスト層の電界が強まることが効果的に防止または抑制され、これにより、逆電離現象が防止または抑制される。
【発明の効果】
【００１３】
上述のように、本発明によれば、電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上のダストであっても、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加しつつも、逆電離現象を効果的に防止または抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係る電気集塵装置の一実施例の模式図（(ａ)、(ｂ)）である。
【図２】逆電離現象の発生メカニズムを説明する模式図（(ａ)、(ｂ)）である。
【図３】模擬ダストの電気抵抗率を測定する抵抗測定装置の模式図である。
【図４】逆電離現象の発生確認試験装置を兼ねた本発明の一態様に係る電気集塵装置の模式図である。
【図５】模擬ダスト未配置時の電圧電流特性を示すグラフである。
【図６】模擬ダスト配置時の電圧電流特性を示すグラフである。
【図７】ガラスクロス配置時の電圧電流特性を示すグラフである。
【図８】模擬ダスト未配置時の放電電流値の時間変化を示すグラフである。
【図９】模擬ダスト配置時の放電電流値の時間変化を示すグラフである。
【図１０】ガラスクロス配置時の放電電流値の時間変化を示すグラフである。
【図１１】模擬ダスト未配置時の放電発光の写真である。
【図１２】模擬ダスト配置時の放電発光の写真である。
【図１３】ガラスクロス配置時の放電発光の写真である。
【図１４】線電極に交流電圧を印加したときの電圧電流波形のグラフ（（ａ）〜（ｅ））である。
【図１５】線電極に交流電圧を印加したときの放電発光の写真（（ａ）〜（ｅ））である。
【図１６】交流を用いた逆電離現象の防止方法を説明する模式図（（ａ）〜（ｃ））である。
【図１７】模擬ダスト配置時の印加電圧と放電電流の時間変化との関係を示すグラフである。
【図１８】模擬ダスト未配置時の印加電圧と放電電流の時間変化との関係を示すグラフである。
【図１９】負電圧印加時の電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図２０】正電圧印加時の電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図２１】印加電圧と放電電流の時間変化との関係を示すグラフである。
【図２２】本実施例での模擬ダスト表面の発光写真（（ａ）、（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記実施例に特定するものではない。
【００１６】
［電気集塵装置の構成と集塵原理］
本実施例の電気集塵装置の模式図を図１に示す。
同図に示すように、この電気集塵装置１０は、乾式の集塵装置であって、高電圧を印加することでコロナ放電を発生させる放電電極である線電極１と、コロナ放電によって帯電されたダストを集塵する集塵電極である平板電極２と、平板電極２の下流側に設けられた送気ファン３とを有する。
【００１７】
線電極１および平板電極２は常に静止状態で配置される。送気ファン３は、集塵対象となるガスＧを上流側から平板電極２の延在方向に沿って下流側に送気するように設けられている。平板電極２は接地されており、線電極１と平板電極２間に電位差を作り、コロナ放電開始電圧を超える高電圧を線電極１に印加することによって、線電極１からコロナ放電を発生させるようになっている。なお、線電極１は、平板電極２の延在方向に沿って複数配置することが好ましい。本実施例では、平板電極２の延在方向に沿って複数（この例では３本）の線電極１が等間隔に離隔して配置されている。
【００１８】
これにより、電気集塵装置１０によれば、同図(ａ)に示すように、電気集塵装置１０内に帯電されたイオンが発生し、平板電極２の延在方向に沿って取り込んだガスＧ中に含まれるダストＤが帯電される。そして、帯電されたダストＤは、静電気力を受けることにより平板電極２に引き寄せられて捕集される。平板電極２は接地されているので、同図(ｂ)に示すように、ダストＤが持った電荷は平板電極２と接触することで徐々に失われていく。この電気集塵装置１０は、この作用機序を繰り返して汚れたガスＧを清浄化可能になっている。
【００１９】
［逆電離現象の発生メカニズム］
次に、電気集塵装置１０での逆電離現象の発生メカニズムを図２に示す。
ここで、上述した電気集塵装置１０の集塵原理において、ガスＧ中に含まれるダストＤの電気抵抗率が非常に大きい（１０１０［Ω・ｃｍ］以上）場合、同図(ａ)に示すように、平板電極２上に集塵されたダストＤは、電荷を持ったまま平板電極２上に堆積し続けてダスト層に電荷が蓄積される。
そして、ダスト層に電荷が蓄積されるとダスト層内に電界が生じ、その電界強度がダストの絶縁強度よりも強くなると絶縁破壊が引き起こされる。これが「逆電離現象」である。これにより、同図(ｂ)に示すように、絶縁破壊された部分から、線電極１のコロナ放電とは逆極性のイオンが線電極１に向けて流れる。そのため、その逆極性のイオンが、ガスＧ中のイオン及び帯電ダストを中和することにより、静電気力が失われて平板電極２にダストＤが捕集されなくなる。
【００２０】
［模擬ダスト］
次に、本実施例での確認試験で用いた模擬ダストについて説明する。
本実施例での確認試験では、電気集塵装置１０の送気ファン３を停止状態とし、ダストＤを含むガスＧに替えて、模擬ダストとして、ガラスクロス（武藤商事、ＧＣ−７０）と、炭酸カルシウム（和光純薬工業株式会社、０３０−００３８５）と、の２つの高電気抵抗物質を使用した。ガラスクロスを用いた場合は、その厚みｄが０．２２ｍｍのものを平板電極２上に固定した。炭酸カルシウムは、１ｇを２７ｃｍ２に設定し、ふるい（東京スクリーン株式会社、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１）にかけて粒子密度を可及的平均化して平板電極２上に配置した。
【００２１】
［粉体電気抵抗率測定試験］
上記模擬ダストの電気抵抗率を測定する抵抗測定装置の模式図を図３に示す。
同図に示すように、この抵抗測定装置３０は、直方体状をなすアクリル製のブロック３１（１３０×１３０×２５ｍｍ）を有する。ブロック３１の中央には、直径１００ｍｍの円柱状に形成された深さ１７ｍｍの座繰り穴３２が形成されるとともに、その座繰り穴３２の中心に、さらに直径１０ｍｍの円柱状をなす深さ８ｍｍの貫通孔３３が形成されており、座繰り穴３２および貫通孔３３の上下に電極３４、３５を配置してアースＡとの接続が可能な構造になっている。
【００２２】
座繰り穴３２の上側の電極３４は、直径がφ１００ｍｍ、内径がφ８８ｍｍの円輪状のガード電極３４ａと、直径がφ７６ｍｍの円盤状電極３４ｂと、から構成される。この抵抗測定装置では、上側の電極３４を２枚構成にすることで電流の漏れが減り、より正確な測定が可能となっている。
貫通孔３３の下側の電極３５は、直径がφ１００ｍｍの円盤状電極となっている。これら上下２枚の円形状の電極３４、３５の間に電気抵抗率ρを測定する模擬ダストＤｍを挟み、模擬ダストＤｍを上下から２枚の電極３４、３５で挟持する。
【００２３】
そして、この抵抗測定装置３０に対し、直流電圧印加装置３７により０Ｖ〜１５ｋＶの電圧Ｖを、１００Ｖずつ大きくしながら上下２枚の電極３４、３５間に印加し、電流計３６により各電流値Ａを測定する。測定した電流値Ａと抵抗測定装置３０の条件を以下の（式１）に代入して、模擬ダストＤｍの電気抵抗率ρを求める。なお、直流電圧の印加には、負極性直流電源（松定プレシジョン株式会社、ＨＡＲ−１５Ｎ４）３７を使用し、０〜−１５ｋＶの直流電圧を印加した。
Ｖ＝ＲＩ、Ｒ＝ρ・（ｄ／Ａ）より、
電気抵抗率ρ＝ＶＡ／Ｉｄ＝Ｒ・（Ａ／ｄ）［Ω・ｃｍ］    ・・・（式１）
但し、ｄは上下２枚の電極３４、３５間の距離、Ａは円形状の電極３４、３５の面積である。
【００２４】
上記ガラスクロスに対し、上記抵抗測定装置３０を用いて模擬ダストＤｍの電気抵抗値Ｒを測定したところ、使用した電流計３６を最低レンジにした場合でも電流値Ａが測定できなかった。そのため、上記ガラスクロスでは、０．００３μＡ以下の電流が流れていると推定される。そこで、この値を（式１）に代入すると、このガラスクロスの電気抵抗率ρは、１．０３×１０１３［Ω・ｃｍ］以上となる。よって、このガラスクロスの電気抵抗率ρは、逆電離現象を発生させるために必要な値を満たしていると判断できる。
【００２５】
［逆電離現象の発生確認試験装置］
逆電離現象の発生確認試験装置２０を兼ねた本発明の一態様に係る電気集塵装置の模式図を図４に示す。
同図に示すように、この試験装置２０は、アクリル製の収容ケース２３内に、線電極（タングステン製、線径Φ０．２６ｍｍ）２１と、アルミ合金製の平板電極２２とを平行に配置した構造を有する。線電極２１と平板電極２２との対向間隔は１５ｍｍである。収容ケース２３は、恒温槽内に設けられている。収容ケース２３の内法の寸法は、９０×１５０×４０ｍｍであり、平板電極２２の寸法は、９０×１５０×０．４ｍｍである。
【００２６】
恒温槽の温度は９０℃とし、湿度は４％に設定した。また、接地する平板電極２２上に配置する模擬ダストＤｍは、少量の場合、厚みで管理するのが難しいため、本実施例では質量で管理しており、１ｇを２７ｃｍ２に配置した。模擬ダストＤｍは、上記炭酸カルシウムを用い、これをふるい（東京スクリーン株式会社、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１）にかけて、粒子密度を可及的平均化して平板電極２２上に配置した。
【００２７】
［交流電圧を使用した試験装置の構成］
本実施例では、線電極２１に対し、直流電圧印加以外に、対称矩形波交流電圧を印加した。交流の電源装置には、高圧電源２４を用いるとともに、シンセサイザー２５にて信号を高圧電源２４に入力して対称矩形波交流を高圧電源２４から出力した。電圧値は０〜±８ｋＶとし、周波数は１０〜２００Ｈｚとした。なお、本実施例では、高圧電源２４には、ＴＲＥＫ、２０／２０Ｃを用い、シンセサイザー２５には、株式会社エヌエフ回路設計ブロック、ＷＦ１９４６Ａを用いた。なおまた、直流電圧の印加には、上記負極性直流電源３７を使用し、０〜−１５ｋＶの直流電圧を印加した。
【００２８】
［交流電圧印加時の放電電流値測定方法］
平板電極２２とアースＡとの間に１０ｋΩの抵抗２６を接続し、その抵抗２６部分に流れる放電電流値を測定した。なお、放電電流値の測定は、ＬａｂＶｉｅｗ（日本ナショナルインスツルメンツ株式会社、ＮＩ  ＵＳＢ−６００８）を接続して計測を行なった。
【００２９】
［模擬ダストの電圧電流特性］
模擬ダスト未配置時の電圧電流特性、模擬ダスト配置時の電圧電流特性およびガラスクロス配置時の電圧電流特性を図５から図７にそれぞれ示す。
図５に示すように、模擬ダスト未配置においては、約９ｋＶでコロナ放電が開始し、電圧の上昇に伴って放電電流値も上昇している。また、模擬ダスト未配置は、１５ｋＶ印加時においてもスパークには至らなかった。
【００３０】
一方、図６に示すように、模擬ダスト配置時においては、約１０ｋＶでコロナ放電が開始し、図５に示す模擬ダスト未配置時と比べて、その後の放電電流値の上昇が激しい。このことから、模擬ダスト配置時は、コロナ放電開始電圧と逆電離開始電圧とは、ほぼ同じであると判断できる。また、模擬ダスト配置時は、約１１ｋＶでスパークに至った。
【００３１】
さらに、図７に示すように、ガラスクロス配置時においては、約５ｋＶからコロナ放電が開始され、約１０ｋＶまでは電圧の上昇に伴い放電電流値も徐々に増加している。１０ｋＶ以降は、放電電流値の増加が激しくなっている。図５のダストなし時と比べるといずれの印加電圧においても，ガラスクロス配置時の方が放電電流値は高く，逆電離が発生していると判断できる。また、ガラスクロス配置時は、約１３ｋＶでスパークに至った。
【００３２】
［電流値の時間変化］
逆電離現象の発生と電圧印加時間との関係を検討するために、放電電流の時間変化を測定した。印加電圧は、上記ガラスクロスおよび模擬ダストＤｍのいずれにおいても逆電離現象の発生を確認できた１０ｋＶとした。
模擬ダスト未配置時の放電電流値の時間変化のグラフを図８に示す。同図に示すように、模擬ダスト未配置時は、電圧を３００秒間印加しても、放電電流値は約０．０３ｍＡと一定の値であった。
【００３３】
模擬ダスト配置時の放電電流値の時間変化のグラフを図９に示す。同図に示すように、模擬ダスト配置時は、逆電離現象が発生していたため、図８に示す模擬ダスト未配置時に比べて放電電流値が増加している。また、模擬ダスト配置時においても、放電電流値は３００秒間、約０．０６ｍＡと一定の値になる傾向が見られた。
【００３４】
ガラスクロス配置時の放電電流値の時間変化のグラフを図１０に示す。同図に示すように、ガラスクロス配置時は、放電電流値が０．２ｍＡから０．２５ｍＡと安定しない傾向が見られた。また、ガラスクロス配置時の方が、ダスト配置時よりも放電電流値は高かった。
【００３５】
［逆電離放電発光の確認］
模擬ダスト未配置時、模擬ダスト配置時およびガラスクロス配置時の各放電発光の写真を図１１から図１３にそれぞれ示す。なお、発光写真の撮影方法は、恒温槽の上部にある窓にカメラを対向配置するとともに、この窓から線電極２１が中央に見えるように試験装置２０を配置して、カメラのシャッタースピード３ｓ、しぼりＦ５．３に設定して撮影した。
【００３６】
図１１に示すように、模擬ダスト未配置時では、線電極２１の近傍からのコロナ放電による発光のみが確認できた。これに対し、図１２および図１３に示すように、模擬ダスト配置時およびガラスクロス配置時においては、線電極２１からの発光以外にも、模擬ダストＤｍおよびガラスクロス上からの放電発光を確認できる。このことから、模擬ダストである炭酸カルシウムとガラスクロスとは、逆電離発生の試験用として適しているといえる。
【００３７】
［交流電圧の印加効果］
線電極２１に交流電圧を印加したときの電圧電流波形のグラフを図１４（ａ）〜（ｅ）に示す。また、そのときの放電発光の写真を図１５（ａ）〜（ｅ）に示す。ただし、配置した模擬ダストの質量は１ｇであり、温度は９０℃である。それぞれの周波数における放電発光写真を図１７に示す。
図１４（ａ）に示すように、周波数１０Ｈｚでは、正極性電圧印加時において、約０．０２５秒から放電電流値が増加していた。また、負極性では０．００５秒から放電電流値が増加していた。これらの時間から逆電離が開始する前に極性を変更するには、
正極性：ｆ＝１／Ｔ＝１／（０．０２５×２）＝２０［Ｈｚ］
負極性：ｆ＝１／Ｔ＝１／（０．００５×２）＝１００［Ｈｚ］
以上の周波数が適切だと考えられる。また、図１５（ａ）に示すように、周波数１０Ｈｚの放電発光の写真から放電発光が確認できるので、この放電発光は、両極性の逆電離によるものだと考えられる。
【００３８】
図１４（ｂ）から（ｅ）に示すように、周波数５０Ｈｚから２００Ｈｚの電圧電流波形では、正極性電圧印加後は、放電電流値が増加していなかった。なお、図１４（ｃ）に示す周波数１００Ｈｚの電圧電流波形では、正極および負極ともに、電流値は増加していなかった。但し、図１５（ｃ）に示す放電発光写真により放電発光が確認できる。そして、図１５において、周波数を高くすることにより、放電発光の度合いが弱まっていることが確認できることから、周波数を高くすることによって逆電離が抑制されていることは明らかである。
【００３９】
上述したように、本実施例では、線電極に交流電圧を印加することで逆電離現象を防止する確認試験を行うに際し、初めに直流電源を使用して、逆電離発生時の電圧電流特性、電流の時間変化、逆電離による放電発光を確認した。次に、交流電源を使用して、電圧電流波形における周波数の影響、放電発光による周波数の影響を確認した。これらの確認試験から以下のことが確認された。
（１）逆電離現象の発生時は、未発生時に比べて放電電流値の増加が著しい。
（２）逆電離現象の発生時は、未発生時に比べてスパーク電圧が低い。
（３）ガラスクロスにおける逆電離現象の発生時は放電電流値の触れ幅が大きい。
（４）模擬ダストおよびガラスクロス配置時は、逆電離現象の発生時に、模擬ダスト上、ガラスクロス上から放電発光がそれぞれ確認できた。
（５）交流電圧の印加時において、１０Ｈｚ時に、両極性で放電電流値が増加した。
（６）交流電圧の印加時において、５０Ｈｚから２００Ｈｚ時に、放電電流値の増加が抑制された。
（７）周波数を高くすることにより、模擬ダスト上からの放電発光は弱まることが確認できた。
【００４０】
以上の確認結果から、逆電離現象の発生時には、放電電流値が増加するとともに、放電発光が発生することが明らかになった。また、交流電圧を印加することによって放電発光が弱まることから、周波数を高くすることによって逆電離現象を防止または抑制できることが明らかになった。
【００４１】
［交流を用いた逆電離現象防止］
次に、上記知見に基づき、本発明に係る交流を用いた逆電離現象の防止方法について実施例に基づきより詳しく説明する。
本実施例での、交流を用いた逆電離現象の防止方法の模式図を図１６に示す。同図に示すように、本実施例では、線電極に印加する電圧を交流にすることで、ダスト層に堆積した電荷を中和して、ダスト層内の電界が強まるのを防ぐことにより逆電離現象を防止する。
【００４２】
［試験装置および試験方法］
逆電離現象防止プロセスの確認試験装置としては、上述の図４に示した試験装置２０を使用した。なお、恒温槽は、槽内の温度を８０℃に設定し、湿度を４％に設定した。本実施例では、平板電極２２上には、模擬ダストＤｍとして炭酸カルシウム１ｇを配置し、平板電極２２と接地Ａとの間に抵抗２６を接続して放電電流値を算出した。
【００４３】
本実施例では、線電極２１に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させる。このとき、抵抗２６に出力された放電時の電圧値と抵抗値とにより放電電流値を算出し、この放電電流値が上昇しているとき、逆電離現象が発生していると判断する。交流電圧値は、直流印加試験による結果から、逆電離現象が頻繁に発生していた７．５〜９ｋＶとした。
【００４４】
［逆電離現象の発生開始時間の測定］
印加電圧９ｋＶ、印加周波数１０Ｈｚ時の印加電圧と放電電流の時間変化との関係を図１７に示す。
同図に示すように、交流電圧として正電圧を印加時は、２０ｍｓ以降から放電電流値が上昇し、その後、０．２ｍＡ程度でほぼ一定となった。この結果は、上記知見でも確認されたように、正電圧を印加開始してから２０ｍｓまでは逆電離現象が発生していないことを示している。この領域を「コロナ領域」と呼ぶこととする。また、２０ｍｓ以降から逆電離現象が発生しており、この領域を「逆電離領域」と呼ぶこととする。
一方、交流電圧として負電圧を印加時は、５５ｍｓ以降から放電電流値が上昇し、−０．５ｍＡ程度で一定となった。この結果は、負電圧を印加開始した５０ｍｓから５５ｍｓまでがコロナ領域であり、５５ｍｓ以降から逆電離領域であることを示している。
【００４５】
［模擬ダストを非配置時の電圧電流特性の検討］
模擬ダストＤｍを配置していない時に、矩形波交流電圧（９ｋＶ）を線電極２１に印加したときの結果を図１８に示す。同図に示すように、正電圧印加時および負電圧印加時のいずれの場合も、模擬ダストを配置していない時は、当然ながら、時間経過に伴う放電電流の増加はみられない。すなわち、「コロナ領域」のみであって、逆電離領域が存在しないことがわかる。
【００４６】
各電圧印加時における同様な電圧電流波形から、模擬ダストを非配置時の正電圧印加時および負電圧印加時の電圧と電流の関係を整理した結果を表１に示す。また、同様に、模擬ダストを配置時の電圧電流特性を表２に示す。表２は、図１７に示した矩形波交流電圧を線電極２１に印加したときの結果であり、コロナ領域と逆電離領域とを分けて示してある。表１および表２に示す結果をグラフ化したものを図１９および図２０にそれぞれ示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
【表２】
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【００４９】
図１９および図２０に示すように、逆電離領域における放電電流をみると、正電圧印加時および負電圧印加時ともに、交流電圧８ｋＶを印加時から逆電離現象による放電電流が流れており、放電電流値が大幅に上昇していることが判る。一方、コロナ領域電流では、逆電離現象による放電電流が流れていないため、模擬ダストＤｍを配置していないときの放電電流値とほぼ一致していることが判る。
【００５０】
［印加周波数の検討］
本実施例の条件下では、図１７に示したように、交流電圧として正電圧を線電極２１に印加時には、印加開始から２０ｍｓ以下までは逆電離現象が発生していない。よって、本実施例の条件下では、正電圧を印加する周期を２０ｍｓ以下（つまり５０Ｈｚ以上）に制御することで、逆電離現象が防止できると判断できる。
また、交流電圧として負電圧を線電極２１に印加時には、印加を開始した５０ｍｓから５５ｍｓ以下までの間は逆電離現象が発生していない。よって、本実施例の条件下では、負電圧を印加する周期を５ｍｓ以下（つまり２００Ｈｚ以上）に制御することで、逆電離現象が防止できると判断できる。
【００５１】
以上の検討結果から、正電圧印加時および負電圧印加時ともに、印加周期を５ｍｓ以下（つまり印加周波数が２０Ｈｚ以上）に制御すれば逆電離現象を防止または抑制できると判断し、本実施例では、逆極性に振幅させるまでの時間は、逆電離現象が発生するまでの時間よりも短い時間に設定すべく、印加電圧を９．０ｋＶ、印加周波数を１００Ｈｚとする確認試験を行った。このときの印加電圧と放電電流の時間変化との関係を図２１に示す。
同図に示すように、本実施例において、正電圧印加時は、放電電流値が上昇していないため、逆電離現象が防止されていることがわかる。また、負電圧印加時は、５〜６ｍｓ間と７〜８ｍｓ間とで放電電流値が０．１〜０．２ｍＡ程度上昇しているものの、周波数が１０Ｈｚのときよりも明らかに放電電流値が低いことから、逆電離現象が抑制されていることがわかる。
【００５２】
［逆電離発光状態の確認］
印加周波数が１０Ｈｚ時の模擬ダスト表面の発光写真を図２２（ａ）に示すとともに、周波数１００Ｈｚ時の模擬ダスト表面の発光写真を図２２（ｂ）に示す。なお、発光写真の撮影方法は、上述したように、恒温槽の上部にある窓にカメラを対向配置するとともに、この窓から線電極が中央に見えるように試験装置を配置して、カメラのシャッタースピード３ｓ、しぼりＦ５．３に設定して撮影した。
【００５３】
図２２（ａ）に示すように、印加周波数が１０Ｈｚのときは、線電極２１の真下およびその周囲で発光が確認されるので、逆電離現象が発生していることがわかる。これに対し、図２２（ｂ）に示すように、印加周波数が１００Ｈｚのときは、線電極２１の真下およびその周囲にて薄く発光が確認されるので逆電離現象が発生している。しかしながら、周波数が１０Ｈｚのときよりも１００Ｈｚのときのほうが、明らかに発光が薄いので、逆電離現象が抑制されていることがわかる。
【００５４】
［むすび］
以上説明したように、印加電圧と放電電流値の時間変化との関係について検討した結果から明らかなように、本発明に係る電気集塵装置によれば、コロナ放電開始電圧を超える電圧領域を含む交流による印加電圧が逆極性に振幅する交流電圧を電極間に印加し、その際の印加周期の周波数を、逆極性に振幅させるまでの時間を逆電離現象が発生するまでの時間よりも短い時間に設定すべく、所定周波数よりも高くするので、電気抵抗率が１０１０［Ω・ｃｍ］以上のダストであっても、放電電流値が抑えられて逆電離現象を抑制できる。
【００５５】
なお、本発明に係る電気集塵装置は、上記実施形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施例の設置条件下では、正電圧印加時間の周波数が５０Ｈｚ以上であり、負電圧印加時間の周波数が２００Ｈｚ以上であれば、逆電離現象を防止または抑制する上で好適である例を示したが、これに限定されず、産業用電気集塵装置の設置条件に応じて、逆極性に振幅させるまでの時間が逆電離現象が発生するまでの時間よりも短い時間に設定されていれば、正・負の電圧印加時間の周波数を種々設定可能であることは勿論である。
【００５６】
特に、上述したように、正電圧印加時と負電圧印加時とでの逆電離現象が起き始めるタイミングが相違することから、産業用電気集塵装置の設置条件に応じて、両極性相互の周波数を変更した周波数非対称交流電圧を印加して、正・負の電圧印加時間の周波数や正・負の印加電圧の値を最適化することにより、集塵効率をより向上させることができる。
また、両極性でのスパーク電圧を確認したときに、スパーク直前電圧から、逆電離防止に最適な印加電圧波形を出力するように、正・負の電圧印加時間の周波数や、正・負の印加電圧の値を制御することは好ましい。
【００５７】
また、印加する交流は矩形波であることが好ましい。例えば、矩形波の印加例において、５０ｍｓ（マイナス）／５０ｍｓ（プラス）毎に交流電圧を印加すると、図１７に示す電流波形の例においては、電流値が上昇している点が逆電離現象が発生している位置であると推定できる。そして、プラスとマイナスとのいずれの印加に切り換わった場合でも、切り換わりの直後から一定の間は電流値が上昇していないことから、逆電離現象が発生しておらず、その後に、電流値が上昇しているので、逆電離現象が発生していることが見て取れる。
【００５８】
そして、本発明の確認試験の例では、マイナス極性を印加時の方が、プラス極性を印加時よりも逆電離現象が発生する時間が短いことから、この知見に基づき、マイナス極性印加時を基準として、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加し、プラスとマイナスとの交番印加時間を、電流値が上昇している点を基準に切り換えることが好ましい。
【００５９】
これにより、本発明では、印加する電圧を逆極性に振るものの、マイナス極性印加時を基準として、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加するので、常に高電圧が印加されるため、逆極性に振幅する矩形波の印加全般において、コロナ放電開始電圧を超える電圧を可及的に長い間印加しつつも、電流値の上昇が防止され、逆電離現象の発生が防止されて集塵効率を向上させる上で好ましい。
つまり、この場合、矩形波は、正電圧印加時の矩形形状と負電圧印加時の矩形形状とが非対称である。また、矩形波の正電圧印加時と負電圧印加時とは相互の周波数が異なる。なお、矩形波は台形波を含む。
【００６０】
なお、自動車トンネル用電気集塵装置は、流路前段の帯電部と、流路後段の集塵部とを有する二段式が採用され、比較的小型で風速が７〜１３ｍ／ｓ、電圧が１５ｋＶ程度で運転されるところ、自動車トンネル用電気集塵装置は、自動車排気ガス等の電気抵抗率が低い（１０５［Ω・ｃｍ］以下）ダストが集塵対象となることから、電気抵抗率が低いため、電荷が逃げることによるダストの「再飛散」が問題となる。
【００６１】
これに対し、本願発明は、乾式の帯電部と集塵部とを一の流路内に対向配置する一段式の産業用乾式電気集塵装置に適用する技術として好適であるといえる。つまり、この種の産業用乾式電気集塵装置は、比較的大型であって、風速が３ｍ／ｓ以下（好ましくは１ｍ／ｓ以下）、電圧が３０ｋＶ〜６０ｋＶ程度で用いられるところ、電気抵抗率が高い（１０１０［Ω・ｃｍ］以上（好ましくは１０１１［Ω・ｃｍ］以上））ダストが集塵対象となり、その電気抵抗率が高い（電荷が逃げない）ため「逆電離現象」が問題となるからである。
【符号の説明】
【００６２】
１    線電極（放電電極）
２    平板電極（集塵電極）
３    送気ファン
１０    電気集塵装置
２０    試験装置（電気集塵装置）
２１    線電極
２２    平板電極
２３    収容ケース
２４    高圧電源
２５    シンセサイザー
２６    抵抗
３０    抵抗測定装置
３１    ブロック
３２    座繰り穴
３３    貫通孔
３４，３５    電極
Ａ    アース
Ｄ    ダスト
Ｄｍ    模擬ダスト
Ｇ    ガス
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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