(57)【要約】【課題】電気集塵機をトンネル換気設備に用いることによって浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）は除去されるものの、電気集塵機はオゾンを副生成物として発生するため、排気ガス中の一酸化窒素を酸化し、有害な二酸化窒素を増加させる。この二酸化窒素が換気設備を通しトンネル外に排出される場合、近隣の環境影響が懸念される。また、電気集塵機下流側に二酸化窒素除去装置を設置する場合には、二酸化窒素除去装置の処理量が変動する。【解決手段】正荷電時のコロナ放電形態をグロー放電に選択することでオゾン発生量を少なくし、排出される二酸化窒素を少なくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が尖った複数の突起を端面に有する放電極板と、平板状の接地極板が風の流れに対し平行にかつ交互に配設され、前記放電極板に高電圧を印加することでコロナ放電を発生し、空気中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と、帯電した粒子状物質を捕集する集塵部とを備えた電気集塵装置において、前記放電極板が前記接地極板より電位が高くなるように電界を与える場合に前記コロナ放電の形態はグロー放電で運用することを特徴とする電気集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）を捕集する電気集塵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、トンネル換気用集塵装置としてＳＰＭに電荷を与え捕集する電気集塵装置が採用されている。
【０００３】
トンネル用の電気集塵機の構造は、特許第３１５０４３１号（特許文献１）の図３に示されるものが一般的であり、コロナ放電を発生させ粉塵に電荷を帯びさせる帯電部と、平行平板に高電圧を印加することで強電界空間を形成し、帯電した粉塵粒子を捕集する集塵部とからなる構成となっている。
【０００４】
なお、放電極が接地極より電位が高くなるように電界を与える場合を正荷電、逆に放電極が接地極より電位が低くなるように電界を与える場合を負荷電と呼ぶ。
【０００５】
これまで、トンネル換気用の電気集塵装置においては、帯電部の放電極として主に放電線が用いられてきた。しかし、放電線は長期間使用すると断線するため、メンテナンス頻度が増加する課題があった。
【０００６】
このような状況の中で、帯電部放電極に断線の起こらない平板を利用し、その外周端面に複数の突起を有する放電極板が採用されている（例えば、特許文献２、特許文献３）。
【０００７】
ここで、日本の都市部における道路トンネルの排ガス性状の典型的な例としては、表１に示すデータ（処理対象となる排ガスの成分）が挙げられる。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
表１からもわかるように道路トンネル内のガスにはＳＰＭの他に有害な二酸化窒素（ＮＯ2）が含まれる。
【００１０】
電気集塵機を換気設備に用いることによってＳＰＭは除去されるものの、これらのガス（特にＮＯ2、窒素酸化物（ＮＯｘ））が換気設備を通しトンネル外に排出される場合、近隣の環境影響が懸念される。
【００１１】
従って、トンネル換気設備にはＳＰＭ除去が目的の電気集塵機とは別に、ＮＯ2除去またはＮＯｘ除去を目的とした還元触媒、吸着剤、吸収剤のいずれかを配置するケースが増えている。
【００１２】
一方で、電気集塵機にはＳＰＭを除去するという本来の機能の他に、帯電部においてコロナ放電を利用するため、副生成物として有害なオゾン（０3）が発生する。特にトンネル内では、一酸化窒素（ＮＯ）が多く存在するため、オゾン（０3）によって一酸化窒素（ＮＯ）が酸化し、有害な二酸化窒素（ＮＯ2）を増加させてしまうという問題もある。（公開特許「国際公開番号  ＷＯ２００６／００９１８７」（特許文献４））。
【００１３】
また、トンネル排気ガス中のＮＯｘのうち約９割はＮＯであり、残りの約１割がＮＯ2であると考えて問題はない。（松下電器産業の技術図書「Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  １９９５年６月号」（非特許文献１））。
【００１４】
さらに、非特許文献２のＪｏｈｎ  Ｈ．  Ｓｅｉｎｆｅｌｄ  教授によるＮＯとオゾンとの反応式によれば、電気集塵機で発生するオゾンのほぼすべてがＮＯ2に酸化されるものと考えて問題はない。
【００１５】
つまり、電気集塵機から発生するオゾン量によって下流側のＮＯ2除去装置のＮＯ2ガス処理量は変動することになる。
【特許文献１】特許第３１５０４３１号公報
【特許文献２】実開昭６１−２００１４６号公報
【特許文献３】実開平６−４１８４９号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／００９１８７号パンフレット
【非特許文献１】Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  １９９５年６月号
【非特許文献２】化学反応速度論（著者：Ｊｏｈｎ  Ｈ．  Ｓｅｉｎｆｅｌｄ、産業図書）
【非特許文献３】静電気学会の新版「静電気ハンドブック」２３章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述したように電気集塵装置は、帯電部においてコロナ放電を利用するため、副生成物として有害なオゾンが発生する。特にトンネル内では、ＮＯが多く存在するため、オゾンによってＮＯが酸化し、有害なＮＯ2を増加させる。一般にオゾン発生量は放電極形状や印加電圧の極性によって異なるが、これまでその違いについて明確に確認されていない。
【００１７】
非特許文献３の静電気学会「静電気ハンドブック」によれば、正荷電時のコロナ放電の形態には、消費電力の増加に伴い、少なくとも３種類ある。放電形態の３種類とはブラシコロナとグローコロナ、そしてストリーマコロナを言う。
【００１８】
ここでは、外周端面に複数の突起を有する放電極板を用い、正荷電においてオゾン発生量と放電形態について調べている。
【００１９】
その結果、放電形態の変化に応じてオゾン発生量が、一旦増加するものの、一時的に少なくなり、その後増加する傾向が顕著に見られる放電極形状があることが判った。
【００２０】
そこで本発明は、外周端面に複数の突起を有する放電極板を用いて、高いＳＰＭ除去率を有しつつ、正荷電時の放電形態を選択しＯ3発生量を少なくすることで、換気設備を通しトンネル外に排出、または電気集じん機下流側のＮＯ2除去装置で処理されるＯ3量とＮＯ2量を少なくできる電気集塵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の電気集塵装置は、先端が尖った複数の突起を端面に有する放電極板と、平板状の接地極板が風の流れに対し平行にかつ交互に配設され、前記放電極板に高電圧を印加することでコロナ放電を発生し、空気中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と、帯電した粒子状物質を捕集する集塵部とを備えた電気集塵装置において、前記放電極板が前記接地極板より電位が高くなるように電界を与える場合に、前記コロナ放電の形態はグロー放電で運用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外周端面に複数の突起を有する放電極板を用いて、高いＳＰＭ除去率を有しつつ、換気設備を通しトンネル外に排出、または電気集塵機下流側のＮＯ2除去装置で処理されるＯ3量とＮＯ2量を少なくする電気集塵装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態は、先端が尖った複数の突起を端面に有する放電極板と、平板状の接地極板が風の流れに対し平行にかつ交互に配設され、放電極板に高電圧を印加することでコロナ放電を発生し、空気中の粒子状物質に電荷を与える帯電部と、帯電した粒子状物質を捕集する集塵部とを備えた電気集塵装置において、前記放電極板が前記接地極板より電位が高くなるように電界を与え、グロー放電となるように運用するものである。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の一実施例について図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本実施例による電気集塵装置を示す斜視図である。
【００２６】
トンネル内の排気ガスは換気ファン（図示せず）により、電気集塵装置５０に導かれる。電気集塵装置５０は、流路上流側の帯電部５２と、流路下流側の集塵部５３から構成される。また電気集塵装置５０の側面には集塵部５３に高電圧を印加する給電部５１Ａと、帯電部５２に高電圧を印加する給電部５１Ｂとが設けられている。
【００２７】
帯電部５２は、複数の接地極板５２Ｂが所定間隔あけて並設され、接地極板５２Ｂの間に放電極板５２Ａが配置された構造となっている。集塵部５３は、荷電極板５３Ａと集塵極板５３Ｂが交互に間隔をあけて並設している。電気集塵機５０を通過するＳＰＭは、帯電部５２の放電極板５２Ａと接地極板５２Ｂとの間で発生するコロナ放電によって帯電される。また、集塵部５３は、荷電極板５３Ａに電圧を印加することで集塵極板５３Ｂとの間に電界を形成し、帯電したＳＰＭをクーロン力によって集塵極板５３Ｂに捕集する。なお、本実施例では帯電部５２とは別に集塵部５３を設けた場合で説明するが、各々を共通化した１段式電気集塵装置であってもよい。
【００２８】
図２は、本実施例による電気集塵装置で平板状放電極を用いた帯電部構成を示す平面図である。
【００２９】
帯電部５２は、複数枚の接地極板５２Ｂが所定間隔あけて並設され、接地極板５２Ｂの間に放電極板５２Ａが配置されている。このとき、放電極板５２Ａの表面と接地極板５２Ｂの表面との間の距離Ｄは１２ｍｍから２０ｍｍ程度とする。尚、放電極板５２Ａは流路方向に各々複数に分割されていてもよい。
【００３０】
図３は、電気集塵装置の放電極板の構成を示す側面図を示す。放電極板５２Ａは、ガスの流れ方向に垂直な端面に、先端が尖った形状をした複数の突起１０を有している。このとき、複数の突起１０は、等間隔に設けられていることが好ましい。突起１０の先端角度Αは１０度から４０度程度とする。複数の突起１０は、放電極板５２Ａの風上側端面と風下側端面とに設けている。複数の突起１０を、放電極板５２Ａの風上側端面だけに設けてもよい。放電極板５２Ａの風上側端面と風下側端面との間の幅Ｗは、３０ｍｍから３００ｍｍ程度である。それぞれの突起１０の高さＨは、先端角度Ａと突起間隔Ｐに制約されるが、５ｍｍから２０ｍｍ程度とし、突起１０の突起間隔Ｐは４ｍｍから２０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３１】
本実施例では、放電極板及び接地極板の板厚は０．５ｍｍ程度とし、材質はステンレスを用いている。放電極板５２Ａは支持金具１２によって、接地極板と一定間隔Ｄで保持されている。ここで、コロナ放電によって突起１０の先端形状が変化するのを防止するために突起１０の先端には、曲率半径Ｒが０．３ｍｍの丸みを設けている。
【００３２】
図４は、放電極形状とオゾン発生量特性について調べた実験装置構成図を示す。放電極板５２Ａより構成される帯電部５２は、測定ダクト内に配置し、換気ファンの運転により常に新しい空気を帯電部に通風させている。尚、室内の温湿度は２０℃、６０％ＲＨで一定にしている。帯電部流入、流出側のサンプル空気をオゾン計で測定した。尚、放電極形状による発生オゾン濃度の違いをより明確にするため、帯電部通過処理風速は２ｍ／ｓとした。本実験では放電極間隔は１２ｍｍ、高さは１０ｍｍ、で固定とした。測定した放電極形状は、表２に示す通りである。尚、帯電部の荷電極性については、正荷電と負荷電の両方行なった。
【００３３】
【表２】
2009166006.tif 000004
【００３４】
図５に放電電流特性を示す。負荷電の場合、各パターンとも概ね似通った傾向を示し、印加電圧の上昇に対する放電電流の増加の割合はほぼ一定である。一方、正荷電の場合、放電電流の増加の割合が放電極形状によって異なっている。
【００３５】
次に図６にオゾン発生特性を示す。尚、パターン〔２〕〔３〕は欠測している。ここでは比較のために放電極に放電線を用いたパターンを追加している。放電線の材質はタングステンとし、線径は０．２５ｍｍ程度である。尚、消費電力は印加電圧と放電電流の積、処理風量は帯電部通風面積と通過風速の積で求めている。ここでは、単位処理風量あたりの消費電力に対するオゾン発生量を示している。
【００３６】
負荷電の場合、消費電力に対するオゾン発生量の傾向は形状によらずほぼ一定であり、正荷電の放電線と比較して約５倍である。
【００３７】
一方、正荷電の場合のオゾン発生特性は実に多様である。中でも特徴的であるのは、消費電力の増加に対してオゾン発生量が一時的に少なくなる傾向が見られることである。この傾向が最も顕著なパターン〔７〕について負荷電と正荷電を比較すると、正荷電でオゾン発生量が極小値となる消費電力１５０Ｗ／（ｍ3／ｓ）の時であれば、負荷電はオゾン発生量が約０．３ｐｐｍであるのに対し、正荷電はオゾン発生量が約０．１ｐｐｍ以下でありおよそ３倍の差がある。また、オゾン発生量の極小値は，放電線電極の正荷電方式とほぼ同じレベルとなっている。この特徴的な傾向が見られる要因を把握するため、パターン〔７〕の放電極形状を用いて放電の様子と電流波形を確認した。図７にその結果を示す。
【００３８】
コロナ放電開始から消費電力約５０Ｗ／（ｍ3／ｓ）迄の，消費電力の増加と共にオゾン発生量も増加する範囲（領域１とする）では、図７（ａ）に示すようにコロナ放電はブラシ状に伸びている。ブラシコロナに分類される放電様態である。電流波形は、数十μｓ周期のパルス状の脈動波形が観測され、電圧の上昇（消費電力の増加）と共にパルスの振幅は大きくなった。
【００３９】
次に消費電力約約５０Ｗ／（ｍ3／ｓ）から約１５０Ｗ／（ｍ3／ｓ）迄の，消費電力の増加に対してオゾン発生量が減少する範囲（領域２とする）ではブラシ状に伸びたコロナ放電が無くなり、図７（ｂ）に示すようにトゲ先端部で球状のコロナ放電が発生した。グローコロナ放電に分類される放電様態である。同時に，トゲ先端部のみならず放電極の端部全体から接地極板に向かって，均一なエアカーテン状の微弱な放電が目視で確認された。一方、電流波形は領域１で増大したパルス状の脈動波形の振幅が小さくなることを確認した。
【００４０】
最後に消費電力約１５０Ｗ／（ｍ3／ｓ）以上の、再び消費電力の増加と共にオゾン発生量も増加する範囲（領域３とする）では、領域２で観測された球状のコロナ放電から接地極近辺まで延びたストリーマが観測された。ストリーマコロナ放電に分類される放電様態である。電流波形は，再びパルス状の脈動波形となり、その振幅が領域１より大きくなっている。
【００４１】
このように放電様態観測の結果、オゾンの発生量は放電形態に依存していることが判明した。
【００４２】
すなわち正荷電の場合、消費電力の増加とともにブラシコロナ、グローコロナ、ストリーマコロナの順番に３つの放電形態が観測された。
【００４３】
尚、正荷電のパターン〔７〕以外の放電極形状には実験でこそ顕著な特性は見られなかったが、放電形態は消費電力の僅かな差で移行し、その間でオゾン発生特性に極大極小が存在していものと推察される。
【００４４】
今、電気集塵装置から発生するオゾン量を少なくする場合は、正荷電の領域２、即ちコロナ放電の形態がグロー放電となるように電気集塵装置を運用すれば良いことは自明である。
【００４５】
図８に集塵効率の関係を示す。消費電力を５０Ｗ一定に保ち、大気塵に対する集塵効率をレーザーパーティクルカウンターで測定した。
【００４６】
負荷電の場合、どのパターンでもほぼ同様の値であった。一方、正荷電の場合、パターン〔７〕の集塵効率が高くなっている。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、コロナ放電によってＳＰＭに電荷を与えて帯電させ、帯電したＳＰＭをクーロン力によって捕集する電気集塵装置であって、特に自動車排ガスの換気に利用される沿道用集塵装置やトンネル用集塵装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施例による電気集塵装置を示す斜視図
【図２】本実施例による電気集塵装置で板状放電極を用いた帯電部構成を示す平面図
【図３】本実施例による電気集塵装置の放電極板の構成を示す側面図
【図４】本実施例による電気集塵装置放電極のオゾン発生量特性を調べた実験装置構成図
【図５】本実施例による電気集塵装置放電極の放電電流特性を示すグラフ（（ａ）負荷電、（ｂ）正荷電）
【図６】本実施例による電気集塵装置放電極のオゾン発生量特性を示すグラフ（（ａ）負荷電、（ｂ）正荷電）
【図７】本実施例による電気集塵装置放電極の放電の様子と電流波形を示す図（（ａ）領域１、（ｂ）領域２、（ｃ）領域３）
【図８】本実施例による電気集塵装置放電極の集塵効率を示すグラフ（（ａ）負荷電、（ｂ）正荷電）
【符号の説明】
【００４９】
１０    突起
１２    支持金具
５０    電気集塵装置
５１Ａ、５１Ｂ  給電部
５２    帯電部
５２Ａ  放電極板
５２Ｂ  接地極板
５３    集塵部
５３Ａ  荷電極板
５３Ｂ  集塵極板
【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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