(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間での放電現象を利用して、空気中に浮遊する粒子の集じんを行う電気集じん装置であって、
前記電極に印加される交流高電圧の周波数を、前記粒子を含んだガス流の流れを停止した状態で前記電極の表面に付着した粒子を除去して清掃する洗浄時には、前記電極間での放電現象を利用して空気中に浮遊する粒子の集じんを行う稼動時の周波数よりも高周波とする高周波印加手段
を具えたことを特徴とする電気集じん装置。
【請求項２】
前記洗浄時に前記電極に印加される交流高電圧の周波数は、数百Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１記載の電気集じん装置。
【請求項３】
前記洗浄時に前記電極に印加される交流高電圧の電圧値は、前記稼動時と同じ電圧値であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気集じん装置。
【請求項４】
前記洗浄時に前記電極に印加される交流高電圧の電圧値は、前記稼動時に印加される電圧値よりも高い電圧値であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気集じん装置。
【請求項５】
前記高い電圧値は、数ｋＶ以上であることを特徴とする請求項４記載の電気集じん装置。
【請求項６】
前記電極間で放電現象を発生させる手段は、無声放電を発生させる無声放電発生手段であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電気集じん装置。
【請求項７】
前記電極間で放電現象を発生させる手段は、コロナ放電を発生させるコロナ放電発生手段であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電気集じん装置。
【請求項８】
前記稼動時の操作と、前記洗浄時の操作とを、塵埃量に応じて定期的に切替える動作制御手段
をさらに具えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電気集じん装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電現象を利用して塵埃が捕集された電極表面の洗浄を効率良く行うことが可能な電気集じん装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車道トンネル内の空気は、自動車から排出される排気ガス中の有害ガス、煤煙、自動車が走行に伴って生じるタイヤや道路アスファルトの磨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】
このような汚染空気中の煤煙粒子を除去するために、帯電部および集じん部によって構成されたコロナ放電形二段式電気集じん装置を用いた空気浄化設備が実用化されている。
【０００４】
コロナ放電形二段式電気集じん装置は、ナノメータ粒子に対しても集じん率が高く、また、大流量処理に適している。しかし、ガス中の有害ガスは、ほとんど除去できず、これを高効率で行う装置の開発が望まれている。
【０００５】
近年、浮遊粒子のみならず有害ガスも同時に除去する無声放電式電気集じん装置が提案されている。この無声放電式電気集じん装置は、浮遊粒子と有害ガスとを同時に除去することができるため、殺菌，脱臭の効果も期待できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
コロナ放電形二段式電気集じん装置において、集じん電極表面に捕集された粒子の除去は、水洗浄によって行われるのが一般的である。これは、電気集じん装置に予め設置されたノズルより、高圧水スプレを発生させ、電極表面に捕集された粒子を除去するシステムである。
【０００７】
しかし、水洗浄においては、洗浄水槽、汚水ピット、汚水貯留槽、ろ過装置、水抜きコンプレッサ、操作空気源ユニットや各種ポンプなど、大規模な水洗浄用付帯設備を必要とするという問題がある。
【０００８】
一方、無声放電形電気集じん装置においても、電極表面に捕集された粒子の除去方法として、コロナ放電形二段式電気集じん機と同様な水洗浄方式の適用が考えられているため、大規模な洗浄設備が必要となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、洗浄方式の簡略化、および、洗浄設備の小規模化を図ることが可能な電気集じん装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極間での放電現象を利用して、空気中に浮遊する粒子の集じんを行う電気集じん装置であって、前記電極に印加される交流高電圧の周波数を、前記粒子を含んだガス流の流れを停止した状態で前記電極の表面に付着した粒子を除去して清掃する洗浄時には、前記電極間での放電現象を利用して空気中に浮遊する粒子の集じんを行う稼動時の周波数よりも高周波とする高周波印加手段を具えることによって、電気集じん装置を構成する。
【００１１】
ここで、前記洗浄時に前記電極に印加される交流高電圧の周波数は、数百Ｈｚ以上としてもよい。
【００１２】
前記洗浄時に前記電極に印加される交流高電圧の電圧値は、前記稼動時と同じ電圧値としてもよい。
【００１３】
前記洗浄時に前記電極に印加される交流高電圧の電圧値は、前記稼動時に印加される電圧値よりも高い電圧値としてもよい。
【００１４】
高電圧は、数ｋＶ以上としてもよい。
【００１６】
電極間で放電現象を発生させる手段は、無声放電を発生させる無声放電発生手段や、コロナ放電を発生させるコロナ放電発生手段として構成してもよい。
【００１７】
前記稼動時の操作と、前記洗浄時の操作とを、塵埃量に応じて定期的に切替える動作制御手段をさらに具えてもよい。
【００１８】
【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。
【００１９】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
【００２０】
本例では、電気集じん装置として、ラジカルを多く生成して有害ガスを高効率に除去することが可能な無声放電式の電気集じん装置を例に挙げて説明する。
【００２１】
（装置構成）
まず、無声放電式の電気集じん装置の全体構成を、図６に基づいて説明する。
【００２２】
本装置は、図６に示すように、帯電部１と集じん部２とから構成されている。
【００２３】
帯電部１は、２枚の平板状の放電電極３によって構成されており、平行平板構造として対向配置されている。各放電電極３は、平板状の誘電体４と、この誘電体４によって被覆された金属電極５とから構成される。
【００２４】
放電電極３は、金属電極５が２枚の平板状の誘電体４により挟持されたサンドイッチ構造とされている。この場合、金属電極５は、誘電体４によって完全に被覆され、金属電極５と誘電体４との間に空隙等が存在しないように設計する必要がある。
【００２５】
誘電体４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）等の光触媒物質によって構成することができ、通常のガラスを用いた場合には、数ｍｍ程度の厚さとなる。
【００２６】
なお、本例では、互いに平行に向かい合う両方の放電電極３に誘電体４を用いて構成したが、これに限るものではなく、一方の放電電極３を誘電体４で被覆して構成してもよい。
【００２７】
金属電極５間には、稼動時においては、交流高圧電源６（商用周波数：５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）が接続されている。この交流高圧電源６によって金属電極５間に交流高電圧（約１４ｋＶ）が印加され、無声放電７が発生する。なお、無声放電７は、オゾナイザ放電又は誘電バリア放電ともいう。
【００２８】
集じん部２は、２枚の平板状の金属電極板８によって構成され、平行平板構造として対向配置されている。
【００２９】
金属電極板８間には、直流高電圧電源９が接続されている。この直流高電圧電源９によって金属電極板８間に直流高電圧が印加され、一方がプラス極（＋）となり、他方がマイナス極（−）となって荷電粒子を吸着する。
【００３０】
そして、放電電極３は、塵埃粒子や有害ガスを含んだガス流Ａの流れ方向の上流側に配置されている。また、金属電極板８は、その放電電極３の下流側に配置されている。なお、ここでは、塵埃粒子や有害ガスは、粒子１０として示す。
【００３１】
以上説明した構成は、集じん処理を実際に行う稼動時の基本構成を示したものである。
【００３２】
（高周波高電圧発生部）
図１は、洗浄時において、本発明に係る高周波高電圧発生部１００を、帯電部１に設けた場合の構成を示す。
【００３３】
この高周波高電圧発生部１００には、高周波発生部１１０と、高電圧発生部１２０と、本装置の統括的な制御を行うＣＰＵ１３０と、タイマー部１４０と、本発明に係る制御プログラム等を記憶したＲＯＭ１５０と、各種の演算処理を実行するＲＡＭ１６０と、塵埃量の測定を行うセンサ部１７０とを備えている。
【００３４】
高周波発生部１１０は、稼動時の商用周波数とは異なる高周波、すなわち数百Ｈｚ以上の周波数を印加する機能をもつ。これにより、放電電極３の表面に付着した塵埃粒子を効率良く除去することができる。
【００３５】
高電圧発生部１２０は、稼動時の電圧とは異なる高電圧、すなわち数十ｋＶ以上の電圧を印加する機能をもつ。これにより、放電電極３の表面に付着した塵埃粒子を効率良く除去することができる。
【００３６】
ＣＰＵ１３０は、タイマー部１４０によって計測された時間に基づいて、高周波高電圧発生部１００の動作を間欠制御する。
【００３７】
センサ部１７０は、フォトディテクタ等の光学的検知手段によって構成され、空気中に浮遊する塵埃量を測定する。この測定結果は、ＣＰＵ１３０に送られて、稼動又は洗浄の間欠制御の判断材料として利用される。
【００３８】
ここで、高周波高電圧発生部１００における制御の数値例を挙げる。周波数は数Ｈｚ〜１ＫＨｚの範囲、電圧は電極間隔が５ｍｍ、数ｋＶ〜３０ｋＶの範囲である。電極間隔によって電圧が異なり、電極間隔が１０ｍｍになると電圧は倍の値になる。電極間隔の最大値は、約２０ｍｍである。
【００３９】
また、本装置に通信機能を持たせることによって、遠隔操作が可能となり、洗浄履歴等を計測することによって、メンテナンス時期を的確に把握して修理や点検を効率良く行うことが可能となり、特に遠隔地に設置した場合に有効である。
【００４０】
なお、本例では、図６に示す稼動時の交流高圧電源６と、図１に示す洗浄時の高周波高電圧発生部１００とを別個に構成したが、これに限るものではなく、１つの装置に両方の機能をまとめて構成してもよい。
【００４１】
（稼動時：集じん処理）
次に、通常の稼動時における集じん処理の全体的な流れについて説明する。
図６に示すように、帯電部１において、放電電極３の金属電極５間には、交流高圧電源６によって、商用周波数で約１４ｋＶの交流電圧が印加されている。これにより、電極間の空間内には、無声放電７が発生している。
【００４２】
このような状態で、塵埃粒子やＮＯｘ等の有害ガスを含む粒子１０がガス流Ａの方向に沿って帯電部１内に流入すると、放電空間内の放電化学反応によってＮＯｘ等の有害ガスが除去される。
【００４３】
また、このとき、光触媒媒質からなる誘電体４の電極表面においては、活性酸素種が生成され、この活性酸素種がＮＯｘと化学反応して、ＮＯｘ等が除去される。従って、ＮＯｘ等の有害ガスは、放電空間内のみならず、誘電体４の電極表面近傍においても除去される。
【００４４】
その後、帯電部１の無声放電によって、プラス又はマイナスに荷電した粒子１０（以下、荷電粒子という）は、下流の集じん部２に導かれる。この集じん部２では、直流高電圧電源９によって金属電極板８間に直流高電圧Ｖが印加されているため、その荷電粒子１０を吸着する。
【００４５】
上述したように、誘電体４を構成する光触媒媒質による放電化学反応を利用して、無声放電によって発生する光や活性種のエネルギーを誘電体４の電極表面エネルギーに変換し、塵埃粒子やＮＯｘ等の有害ガスを一段と効率良く集じんすることができる。
【００４６】
なお、本例では、電気集じん装置を、帯電部１と集じん部２との２つから構成したが、集じん部２を取り除いた帯電部１のみの構造としてもよい。
【００４７】
（洗浄時：塵埃粒子の除去処理）
次に、洗浄時における塵埃粒子の除去処理について説明する。
前述したように、商用周波数付近の交流高電圧にて電気集じん装置を稼動させた場合、帯電部１の放電電極３の表面には、塵埃粒子が捕集されて堆積する。
【００４８】
図１において、その堆積した塵埃粒子を除去するため、平行平板の放電電極３間に数百Ｈｚ以上の高周波高電圧を印加して、高周波無声放電を発生させる。例えば、交流電圧は稼動時と同じ約１４ｋＶの値であるが、周波数を商用周波数から４００Ｈｚの高周波数に上昇させた状態で、約９０分間印加することによって、高周波無声放電を発生させる。この高周波無声放電によって、放電電極３の表面に捕集された塵埃粒子を効率良く除去することができる。
【００４９】
また、４００Ｈｚ等の高周波に変更するのみならず、交流電圧も稼動時の約１４ＫＶから数十ｋＶ以上に上昇させてもよい。このように高周波高電圧発生部１００における高周波印加部１１０による周波数の値や、高周波電圧部１２０による電圧の値を適宜変更して組み合わせることによって、電極表面に捕集された塵埃粒子を一段と効率良く除去できる。なお、高周波無声放電によって捕集される塵埃粒子の洗浄メカニズムとしては、塵埃粒子の燃焼等が原因と考えられるが、現時点では詳細なことは明らかではない。
【００５０】
（洗浄例）
次に、電極表面での洗浄例について説明する。
図２（ａ）は、稼動時に、５０Ｈｚ、約１４ｋＶの高電圧を印加した結果における、放電電極３の表面状態を撮像装置（デジカメ等）を用いて撮影した様子を示す。この場合、電極表面は、稼動時に捕集された塵埃粒子によって、Ｐに示すように電極全面に渡って黒く観測される。
【００５１】
これに対して、図２（ｂ）は、５０Ｈｚ、約１４ｋＶの高電圧を３０分間印加し、その後、高周波高電圧発生部１００の高周波印加部１１０によって４００Ｈｚの高周波無声放電を９０分間発生させて洗浄した場合の放電電極３の表面状態を、撮像装置（デジカメ等）を用いて観察した様子を示す。この場合、電極表面には、塵埃粒子が観測されない。このことから、高周波高電圧に印加することによって、電極表面には、稼動時に捕集された塵埃粒子がほぼ完全に除去されることがわかる。
【００５２】
（洗浄時：周波数依存性）
次に、洗浄時の周波数依存性について説明する。
図３は、電極表面でのダスト量の時間特性に対する周波数依存性を示す。
【００５３】
測定条件として、印加電圧は一定（ここでは、１４ｋＶ）とし、洗浄初期における電極表面の付着ダスト量（ｍｇ／ｍ２）はいずれもほぼ等しいとする。また、ガス流速は０ｍ／ｓｅｃとし、電極表面への新たなダストの付着はないものとする。
【００５４】
そして、印加電圧を１４ｋＶの一定とし、周波数を数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの範囲（ここでは、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１ｋＨｚ）で変化させた場合において、電極表面でのダスト量の変化量を調べる。
【００５５】
周波数５０Ｈｚの曲線は、従来の洗浄時に相当する。これに対して、周波数が大きくなるに従って、同一時間（分）での電極表面でのダスト量は減少していくことがわかる。また、電極表面のダスト量は、時間の経過と共に減少していくが、特に周波数が大きいほど速やかに除去されていることがわかる。
【００５６】
（洗浄時：印加電圧依存性）
次に、洗浄時の印加電圧依存性について説明する。
図４は、電極表面でのダスト量の時間特性に対する印加電圧依存性を示す。
【００５７】
測定条件として、印加電圧は放電開始電圧以上（ここでは、１４ｋＶ）とし、洗浄初期における電極表面の付着ダスト量（ｍｇ／ｍ２）はいずれもほぼ等しいとする。また、ガス流速は０ｍ／ｓｅｃとし、電極表面への新たなダストの付着はないものとする。
【００５８】
そして、周波数を４００Ｈｚの一定とし、印加電圧を数ｋＶ〜数十ｋＶの範囲（ここでは、１０ｋＶ、１４ｋＶ、２０ｋＶ、３０ｋＶ）で変化させた場合において、電極表面でのダスト量の変化量を調べる。
【００５９】
印加電圧１０ｋＶの曲線に対して、印加電圧が大きくなるに従って、同一時間（分）での電極表面でのダスト量は減少していくことがわかる。また、電極表面のダスト量は、時間の経過と共に減少していくが、特に印加電圧が大きいほど速やかに除去されていることがわかる。
【００６０】
（間欠制御）
次に、稼動時および洗浄時の間欠制御について説明する。
図５は、本装置をトンネル内の天井に設置した場合の間欠制御の例を示す。
【００６１】
ステップＳ１では、タイマー１４０をスタートさせ、運転時間の計測を行う。
【００６２】
ステップＳ２では、運転に異常があるか否かをチェックする。異常がなければ、ステップＳ３に進んで通常の運転を行い、塵埃粒子や有害ガスの除去処理を行う。一方、異常があれば、運転を中止する。
【００６３】
ステップＳ４では、計測された運転の時間が、１５時間を超えているか否かをチェックする。１５時間以上であれば、ステップＳ６に進んで、高周波高電圧発生部１００によって洗浄処理を実行する。一方、１５時間以下であれば、ステップＳ５に進む。
【００６４】
なお、運転時間は１５時間としたが、これに限定されるものではなく、本装置の使用期間や耐用年数等に応じて変更してもよい。
【００６５】
ステップＳ５では、塵埃量が基準値を超えたか否かをセンサ部１７０によって検知し、基準値を超えたときはステップＳ６に進んで洗浄処理を行い、基準値以下のときはステップＳ２に戻る。
【００６６】
この塵埃量は、例えば、空気中に浮遊する塵埃粒子等の透過量を光学的な手段を用いることによって測定でき、透過量が一定値以下となったとき、基準値を超えたものと判断して洗浄処理を行う。なお、塵埃量の測定は、光学的な手段に限るものではなく、他のセンサ等の周知技術を利用してもよい。
【００６７】
ステップＳ６で電極間の洗浄処理を行い、ステップＳ７に進み、洗浄時間が９０分を超えたか否かをチェックする。９０分以上となったときに洗浄処理を終了してステップＳ８に進む。
【００６８】
なお、洗浄時間を９０分に設定したが、塵埃量に応じて洗浄時間を変えるようにしてもよい。また、洗浄は、時間によって制御するのではなくて、洗浄度合いに応じて処理を続行するか否かを決定してもよい。
【００６９】
洗浄処理を行った後、ステップＳ８に進み、通常の運転を再開するか否かを決定し、再開するときはステップＳ１に戻って処理を続行する。
【００７０】
［第２の例］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図７および図８に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００７１】
本例は、電気集じん装置として、コロナ放電式の電気集じん装置を用いた場合の例である。
【００７２】
図７は、コロナ放電電極の構成を示す。
【００７３】
コロナ放電電極としての放電電極２０は、２枚の平板電極２１と、これら平板電極２１との間に配置された線状の線電極２２とにより構成される。平板電極２１の対向する側の面には、光触媒物質からなるストライプ状の電極２３を形成したが、これは形成しなくてもよい。
【００７４】
電極間隔は、３．７ｃｍ〜５．０ｃｍの範囲である。洗浄時の平板電極２１と線電極２２との間の印加電圧は、１１ｋＶ〜１５ｋＶの範囲である。
【００７５】
稼動時においては、線電極２２と２枚の平板電極２１との間に、直流高電圧Ｖが印加される。この場合、線電極２２はプラス電極とされ、平板電極２１はマイナス電極とされてアース接続されている。
【００７６】
稼動後の洗浄時においては、２枚の平板電極２１の間、若しくは、平板電極２１と線電極２２との間に、本発明に係る高周波高電圧発生部１００が接続される。これにより、洗浄時において、放電電極３の表面に付着した塵埃粒子を効率良く除去することができる。
【００７７】
なお、本例では、稼動時の直流高電圧発生部と、洗浄時の高周波高電圧発生部１００とを別個に構成したが、これに限るものではなく、１つの装置に両方の機能をまとめて構成してもよい。
【００７８】
稼動時において、直流高電圧を印加した場合、線電極２２の周囲近傍のみにコロナ放電が形成され、この放電空間内における光触媒によるＮＯｘ等の有害ガスを処理する化学プロセスは、前述した第１の例の無声放電と同様である。放電空間は、線電極２２の周囲近傍に限定され、放電発光量が少ないことから、無声放電式に比べれば有害ガスの除去率は低くなる。
【００７９】
（比較例）
次に、無声放電型とコロナ放電型の電気集じん装置における洗浄例を比較して説明する。
【００８０】
図８は、電極表面のダスト除去特性を、無声放電型とコロナ放電型とについて比較して示したものである。
【００８１】
測定条件として、周波数は一定、初期における電極表面の付着ダスト量（ｍｇ／ｍ２）はいずれもほぼ等しいとする。また、ガス流速は、０ｍ／ｓｅｃとし、電極表面への新たなダスト付着はないとする。
【００８２】
４つの曲線のうち、実線２００は本発明の無声放電型、実線３００は本発明のコロナ放電型の特性であり、また、破線２５０は従来の無声放電型、破線３５０は従来のコロナ放電型の特性である。
【００８３】
まず、本発明に係る実線２００の無声放電型と、実線３００のコロナ放電型とを比較する。いずれの電気集じん装置においても、電極表面のダスト量は、時間の経過に従って減少することがわかる。この場合、コロナ放電型は、無声放電型に比べて除去速度は小さいが、高周波高電圧を印加することによって、電極表面のダストを除去できる。
【００８４】
次に、本発明と従来例とを比較する。無声放電型では、本発明に係る実線２００は、従来の破線２５０に比べて、電極表面でのダスト量が大幅に減少していることがわかる。一方、コロナ放電型では、本発明に係る実線３００は、従来の破線３５０に比べて、時間の経過と共に電極表面でのダスト量の差が現れる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極表面に付着した粒子を、集じん時の周波数とは異なる高周波の周波数（数百Ｈｚ以上）を印加して除去する高周波印加手段や、集じん時の電圧とは異なる高電圧（数ｋＶ以上）を印加して除去する高電圧印加手段を設けたので、従来に比べて、電極表面に付着した粒子の除去を一段と効率良く行うことができ、これにより、洗浄方式の簡略化、および、洗浄設備の小規模化を図ることができる。
【００８６】
また、本発明によれば、稼動時の操作と洗浄時の操作とを、塵埃量に応じて定期的に切替える動作制御手段を設けたので、長期間に渡って自動制御による集じん処理を行うことが可能となり、特に遠隔地において有効である。
【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、高周波高電圧発生部を備えた無声放電式電気集じん装置の構成を示す斜視図である。
【図２】洗浄処理の前後の放電電極の表面状態を示す説明図である。
【図３】電極表面でのダスト量の時間特性に対する周波数依存性を示す特性図である。
【図４】電極表面でのダスト量の時間特性に対する印加電圧依存性を示す特性図である。
【図５】本発明に係る稼動時および洗浄時の間欠制御の例を示すフローチャートである。
【図６】稼動時における無声放電式電気集じん装置の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である、高周波高電圧発生部を備えたコロナ放電式電気集じん装置の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明と従来例との洗浄量を比較して示す特性図である。
【符号の説明】
１  帯電部
２  集じん部
３  放電電極
４  誘電体（光触媒媒質）
５  金属電極
６  交流高圧電源
７  無声放電
８  金属電極板
９  直流高電圧電源
１０  粒子（塵埃粒子、有害ガス）
２０  放電電極
２１  平板電極
２２  線電極
２３  光触媒電極
１００  高周波高電圧発生部
１１０  高周波発生部
１２０  高電圧発生部
１３０  ＣＰＵ
１４０  タイマー部
１５０  ＲＯＭ
１６０  ＲＡＭ
１７０  センサ部
２００  本発明の無声放電型の塵埃除去特性
２５０  従来の無声放電型の塵埃除去特性
３００  本発明のコロナ放電型の塵埃除去特性
３５０  従来のコロナ放電型の塵埃除去特性
【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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