J. Inst. Electrostat. Jpn.

静電気学会誌，36, 3 (2012) 138-145

直流コロナの双極放電を用いた 2 段式電気集塵装置
片谷 篤史*,1，水野 彰**（2011 年 9 月 12 日受付；2011 年 11 月 7 日受理）

2-Stage-type Electrostatic Precipitators with Bipolar-discharge of DC-corona
Atsushi KATATANI*,1 and Akira MIZUNO**(Received September 12, 2011; Accepted November 7, 2011)

Two-stage-type ESPs (electrostatic precipitators) are composed of ionizers and collectors. DC high voltage is applied
to the discharge poles in the front stage ionizers. Particles passing through the space of positive or negative corona arecharged. The rear stage collectors capture the particles. Although spike-type dischargers are adopted widely, the spikes
in this test are arranged not only in the energized plates but also in the grounded-plates in the ionizer. As the test result,particles are collected by the discharge from both the energized plates and the grounded-plates. The discharge in the
grounded-plates generates ions of opposite polarity to those from the energized plates. This bipolar collection method
using positive and negative discharges simultaneously shows a possibility that particles are efficiently captured not
only on the grounded-plates but also on the energized plates in the collector. The results of this study imply the firststep of the higher performance ESPs with the bipolar-collection method.
1.

の帯電粉塵が帯電部から集塵部に至る短い区間ではほとん

はじめに

日本の自動車道路トンネルにおける排気浄化用電気集塵

ど中和されず，従って集塵効率を低下させないとも記述され装置の基本仕様は，帯電部と集塵部から構成される 2 段式でている．双極で帯電させ，2 段目の直流高電圧が印加されるあり，通過風速は 9 m/s である ．最近では，集塵部に交流集塵部で粉塵粒子を捕集する技術は，他文献では殆ど示され高電圧を印加し，再飛散現象を抑制するという新方式が出現ていない．しかし，この文献には，双極帯電と集塵の概念の1)

している ．この新方式は，結果として，集塵部における集みが記載されており，極板寸法やその結果得られるはずの集塵面積を増大させる効果を合わせ持っている．

塵性能などの数値的記述が無く，その諸特性は不明である．

2)

別の文献 3)には，空気清浄器における電気集塵部分から排よって，今回，電気集塵装置の高性能化の可能性を見出すた

出される粒子およびイオンを中和して周辺への粒子付着をめに，双極帯電による集塵性能を，単極帯電の性能と比較し防止する手段が示されている．この方式では，帯電部においながら評価し，その研究の第一歩とすることとした．

て，電圧が印加される極板に放電用のトゲを設けるだけでな
く，接地される極板にも放電用のトゲを設けている．正コロ

2.

ナと負コロナを同時に発生させ双極で帯電させることを狙

図 1 は，双極のコロナ放電を行う帯電部の原理図である．

っている．

実験装置および方法

各金属製の極板は端部にトゲを有している．このトゲが風上

この文献には，正に帯電した粉塵は接地板側に捕集され，を向く極板に正または負の直流高電圧が印加される．トゲが負に帯電した粉塵は正極性の荷電極板側に捕集されると記風下を向く極板は接地されている．風上向きの極板枚数は，述されている．荷電極板上にも粉塵捕集するこの方式は，集風下向きのそれよりも 1 枚少ない．この形態で，たとえば正塵面積の増大を意味している．さらにこの文献には，正と負の高電圧を印加すると，風上側の放電空間 F.D. (First discharge

キーワード：電気集塵，直流コロナ，双極，バイポーラー* パナソニックエコシステムズ株式会社（486-8522 愛知
県春日井市鷹来町字下仲田 4017 番）
Panasonic Ecology Systems Co., Ltd
4017, Takaki-cho Kasugai-city, Aichi-pref., 486-8522, Japan** 国立大学法人 豊橋技術科学大学（441-8580 愛知県豊橋市天伯町雲雀ヶ丘 1-1）
Toyohashi University of Technology, 1-1, Hibarigaoka,
Tenpaku-ku, Toyohashi-city, Aich-pref., 441-8580, Japan1
katatani.atsushi@jp.panasonic.com

図 1 双極放電用帯電部
Fig. 1 Ionizer for bipolar discharge.

直流コロナの双極放電を用いた 2 段式電気集塵装置（片谷・水野）

139(25)図 2 双極放電用帯電部の平面図
Fig. 2 Top-view of ionizer for bipolar discharge.
図 4 双極放電による電気集塵の原理詳細
Fig. 4

Principle of ESP with bipolar discharge.

High Voltage P.S.
10

orHigh Voltage P.S.

11

12
V

Inlet
Wind

(a) 配置(b) A 部詳細(a) Layout.

(b) Detail of A-part

6

1

2

IonizerA

図 3 双極放電の電極形状

15

3
4

16

Wind Velocity Meter 14(Second discharge space)では，負のコロナ放電が発生する．負8

FanWind Velocity
SensorFig. 3 Shape of discharge-poles for bipolar discharge.

space)では，正のコロナ放電が発生し，風下側の放電空間 S.D.

5 Collector

9
7

図5

Particle Counter 13

実験装置の系統

Fig. 5 Schematic diagram of test equipment.

の高電圧を印加する場合は，正コロナと負コロナの発生場所が入れ替わる．

は負に帯電される（黒丸に極性を付す）．集塵部に流入する

図 2 は双極放電用帯電部の平面図である．各トゲの先端を粒子の内，正に帯電した粒子は負電圧が印加された極板に捕二重丸で示した．隣接する極板の間隔 Gap を電極間ギャップ

集され，負に帯電した粒子は接地された極板に捕集される様

G (mm)で表す．また，トゲの先端が，隣接する極板の端部よ子を示している．なお，帯電部において，風上を向く極板にり何 mm 凹んでいるかを，凹み距離 X (mm)で表す．さらに，負電圧を印加すると，正コロナと負コロナの発生場所が入れ隣接する極板同士のトゲ先端間の距離を Y (mm)で表す．

替わって，双極コロナの放電空間が形成される．また，集塵

図 3 は双極放電の帯電部電極となる極板の形状を示す．使用した極板はすべて同じ形状である．
全長 110 mm，
幅 36 mm，部において正電圧を印加すると，正に帯電した粒子と負に帯電した粒子の付着場所が入れ替わる．

板厚 0.4 mm である．トゲの先端角度は 30 deg.でトゲの高さ

図 5 は実験装置の系統を示し，表 1 は実験装置の仕様であは 10 mm，二つの短辺のうちの一辺に 3 個のトゲを配列し，る．①から⑨は通風ダクト系で，アクリル製である．①は吸トゲの配列間隔は 12 mm である．極板の材質は SUS304 であい込み部分，③は帯電部，⑥は集塵部，⑨は軸流ファン付のる．

吐出部分である．帯電部の印加電圧は正負含めて可変とした

実験条件は，電極間ギャップ G については，10，15，20 mm

が，集塵部の極板間隔は 10 mm 一定，印加電圧は DC －9 kVの 3 ケースとした(G10，G15，G20)．また凹み距離 X は，10，一定とし，帯電部の条件変化が集塵効率にどのように影響す20，35，50，65，75 mm の 6 ケースとした(X10，X20，X35，

るのかを把握することにした．⑨のファンは周波数制御によ

X50，X65，X75)．

り回転数を可変できる．⑭は熱線風速計であり，①吸い込み

図 4 は双極放電を生成する帯電部と，直流電圧を印加する

部での風速を計るのに用いた．

集塵部を組み合わせた集塵原理の詳細図である．トゲが風上③帯電部の内部で，風速が 9 m/s 一定になるようにファンを向く極板には正電圧が印加され，風上向きのトゲは正コロの周波数を微調整した．③帯電部用に，⑩負高圧電源と，⑪ナを，風下向きのトゲは負コロナを生成する．黒丸は帯電部

正高圧電源を切り替えて使用した．⑥集塵部用に⑫負高圧電に流入する粉塵粒子を示し，帯電部を通過した粒子は正また源を使用した．⑥集塵部において，電圧が印加される極板と140(26)

静電気学会誌

第 36 巻

第 3 号 (2012)

表 1 実験装置の仕様
Table 1 Specifications of test equipment.
Items
Duct
(①②④⑤⑦⑧)
Ionizer (③)

Details
W 121, H 140, L 200 [mm] (Inside)
Duct ; W 121, H 32, L 180 [mm] (Inside)
5 mm-pitch slits on ceiling and floor part.

(a) 構成(b)平面図Type ; Parallel-flat-plates type(a) Composition.

(b) Top-view.

Wind velocity rate ; 9 m/s

図 6 単極放電の帯電部

In case of G10; 6 plates for F.D. & 7 for S.D.

Fig. 6 Ionizer for mono-polar discharge.

In case of G15; 4 plates for F.D. & 5 for S.D.
In case of G20; 3 plates for F.D. & 4 for S.D.
Collector (⑥)

Duct ; W 111, H 120, L 200 [mm] (Inside)
Plate ; Thickness 0.4, H 124, L 200 [mm]10mm-pitch slits on ceiling and floor part.
Type ; Parallel-flat-plates type
Wind velocity rate ; 2.6 m/s
Amount of high-voltage-applied plates ; 6
Amount of earth-plates ; 6
Gap between adjacent two plates ;10 mm

Fan (⑨)

MU1238A-11B (Oriental Motor Co., Ltd.)
Quantity ; 2 (tandem coupled)With a variable frequency controllerHigh voltage

Model-502 (Pulse Electric Engineering)

power supply

Max. output ; DC +25 kV , 25 mA(⑩)

Stability 0.01%

High voltage

MODEL-600F (Pulse Electric Engineering)

power supply

Max. output ; DC -15 kV , 30 mA(⑪)

Stability 0.005%

High voltage

APH-10K5N (Maxelec Co., Ltd.)

power supply

Adjusted output voltage ; DC -9 kV (constant)(⑫)

Max current ; 30 mA

Particle

KC-01C (RION) , Light scattering method(a) 配置(b) A 部詳細(a) Layout.

(b) Detail of A-part.

図 7 単極放電の電極形状
Fig. 7 Discharge-poles for mono-polar discharge.

Ripple ; 0.02%

counter

Range ; 0.3, 0.5, 1, 2, 5 over [μm](⑬)

Sampling volume ; 0.01 CF (approx. 34 s)

Wind velocity

Climomaster MODEL6531 (Kanomax)

Meter (⑭)

Mode;1 s measuring & 10 times ave.

Voltage meter

Digital multi meter type73303 (Yokogawa)

図 8 単極放電による電気集塵の原理
Fig. 8 Principle of ESP with mono-polar discharge.

& Probe (⑮)

Ratio;1/1000 (FLUKE), For high voltage

Current meter

Type 201133 (Yokogawa)(⑯)

Range; 0.1, 0.3, 1, 3 mA

Digital camera

DMC-FX01 Lumix (Panasonic)

単極放電の帯電部の構成を図 6(a)に示す．トゲ極板には，Mode; starry sky exposure; 60 s

風上を向くトゲと風下を向くトゲが設けてある．風上を向く重要である．できるだけ双極放電と同じ条件で，単極放電の集塵効率を測定することにした．

トゲ先端が，隣接する接地極板の端部から凹む距離を凹み距接地される極板については，形状・使用枚数ともに同一とし

離 X とする．このとき，風下を向くトゲ先端が隣接する接地

た．⑮は高電圧測定用のプローブと電圧計であり，⑯は電流極板のもう一方の端部から凹む距離についても X となるよ計である．⑬は粉塵の濃度測定用のパーティクルカウンター

うに，トゲ極板と接地極板の全長が決められている．双極放であり，帯電部の風上側と集塵部の風下側をサンプル場所と電の場合，X は 10, 20, 35, 50, 65, 75 mm の 6 ケースであった

し，場所を交互に切り替えて，集塵効率測定を行った．0.3 μmので，単極放電の場合も同一の 6 ケースの X とする．この単以上の全ての粒径による粉塵濃度を用いて，集塵効率を算出

極放電のトゲ極板と接地極板を，図 6(b)に示すように平行にした．消費電力を一定に保ちつつ，X を変化させて，双極放配置する．隣接する極板間の間隔 G は，双極放電の場合と同電による集塵効率を測定した．除去対象の粉塵は，室中の大じく，10, 15, 20 mm の 3 ケースである．

気塵である．
双極のコロナ放電と単極のコロナ放電を比較することは

図 7(a)(b)に単極放電の電極形状を示す．一辺に配置するトゲの形態は，双極放電の場合と同じである．

直流コロナの双極放電を用いた 2 段式電気集塵装置（片谷・水野）
図 8 は単極放電の電気集塵原理を示す．帯電部のトゲ極板

141(27)350

G10電した粒子が，集塵部において負電圧が印加された極板に捕集される．集塵部の条件は双極放電の場合と同一であり，極板間隔は 10 mm，印加電圧は DC －9 kV である．
帯電部の通過風速は 9 m/s で不変である．消費電力を一定

Current [μA]には正の直流高電圧が印加され，正コロナ放電により正に帯に保ちつつ，X を変化させて，単極放電による集塵効率を測定した．

Positive X10

300

Positive X35
Positive X65

250

Negative X10
Negative X35

200

Negative X65

150
7.5

3.

7.75

スにつき，X10，X35，X65（凹み距離）の時の特性を示す．

225

途切れているが，これは負の高圧電源の出力電圧が，－15 kV程度までしか上昇できなかったためである．各グラフのプロ

Current [μA]

特性である． G10，G15，G20（電極間ギャップ）の各ケー

250

るか負であるかを示す．G20 の負の特性は，グラフが途中で

8.25

8.5

8.75

9

(a) Gap length “G” = 10 mm (G10)

図 9 は，双極放電の帯電部における印加電圧と放電電流のプロット記号の正負の意味は，風上側のトゲの放電が正であ8Voltage [kV]

結果および考察G15

200

Positive X10

175

Positive X35
Positive X65

150

Negative X10
Negative X35

ットは三つあり，電圧の低い順から，概ね 1.3，2.0，2.8 W の125

消費電力になるように電源を調整した．

100
10.5

各ケースとも，印加電圧が上昇すると，放電電流は増加す

Negative X65

11

11.5

12

12.5

13

Voltage [kV]る．各ケースとも，X35 と X65 では電圧電流特性が比較的接(b) Gap length “G” = 15 mm (G15)

近しているが，X10 については，X35 や X65 よりも放電電流

200

G20

が比較的低く抑制されている．その理由は，X10 では，トゲ
175に円滑に広がらないので，活発な放電が妨げられ放電電流が低く抑えられるからと考える．
また，同電圧では，風上向きのトゲに印加する電圧が正よりも負の方が，概して放電電流が大きい．これは正イオンとCurrent [μA]

先端と隣接する極板の端部の距離が短く，コロナ放電が空間

150
Positive X10
Positive X35
Positive X65
Negative X10
Negative X35
Negative X65

125
100

電子の大きさの違いなどが原因として考えられるが，今後の課題である．

75
13

13.5 14

図 10 は，双極放電の帯電部において，通過風速を 9 m/s に14.5 15 15.5 16
Voltage [kV]

16.5 17保った場合の集塵効率特性である．各電極間ギャップ G にお(c) Gap length “G” = 20 mm (G20)

ける各凹み距離 X について，印加電圧と放電電流を増大させ，

図 9 双極放電の帯電部における各電極間ギャップ長 G で即ち消費電力を増大させて集塵効率を測定した．
消費電力 1.3，
2.0，2.8 W をパラメータとして，各ギャップごとに三つの図にまとめた．

の電圧電流特性
Fig. 9 Characteristics between voltage and current in the ionizer
for each gap-length “G” in bipolar discharge.

ここで凹み距離 X が小さい値の領域を “Small X range”と呼び，X/G＜1 を満足する X の領域を指すことにする．即ち

で正コロナを発生させる場合よりも集塵効率が高くなるこG10 では X＜10 mm の領域であり，G15 では X＜15 mm の領とを意味している．

域，G20 では X＜20 mm の領域である．

G10 においては，凹み距離 X の増大とともに，なだらかに

図 10 において，Small X range 以外では，消費電力の増大

集塵効率が減少している．この理由として，帯電部においてとともに集塵効率が上昇している．しかも正の方が負よりも集塵面積が減少することと，正放電のトゲと負放電のトゲの集塵効率が高い．この装置における特徴的な現象である．正接近により，風上と風下の放電空間が互いに干渉することなとは即ち，風上側のトゲで正コロナを風下側のトゲで負コロ

どが挙げられるが原因は明らかでない．

ナを発生させる場合のことであり，風上で負コロナを風下側

G15 においても，顕著ではないが同様の傾向が見られる．

Collection Efficiency [%]142(28)

静電気学会誌

90
80
70
60
50
40
30
20

第 36 巻ないが，正においては，X が小さいと極端に荷電効果が悪くG10なるということである．X の最小値においては，最大消費電力が 2.8W の時，集塵効率が一番低くなっている．その理由として，X が小さくなると，正放電のトゲと隣接する極板の端部から逆極性の負放電が発生し 4)，電極間に両極性のイオ
Positive 2.8W
Positive 1.3W
Negative 2.0W

010

Positive 2.0W
Negative 2.8W
Negative 1.3W

ンが存在するようになるため，荷電効果が低下することが挙げられる．

20 30 40 50 60 70
Electrode position X [mm]80

放電空間 F.D. (First discharge space)において，発生した正イオ
G15

90
Collection Efficiency [%]Small X range 以外で，風上で正コロナを発生させる方が，集塵効率が高くなる理由を考察する．この場合は，風上側の(a) Gap length “G” = 10 mm (G10)ンとの衝突により粉塵粒子は正に帯電する．またこのとき，80

粉塵と衝突しなかった正イオンは，帯電した粉塵とともに風70

下側に流されてゆく．風下側の放電空間 S.D. （Second dis-60

charge space）では，負のコロナ放電が発生するが，このとき，

50

Positive 2.8W

Positive 2.0W

40

Positive 1.3W

Negative 2.8W

30

Negative 2.0W

Negative 1.3W

風上から流されてきた正イオンが負の放電極であるトゲに衝突する．即ち，風上側からの正イオンが風下の負の放電極においてγ作用を促進させるのではなかろうか 5,6)．γ作用は

20
0

10

20 30
40 50
60
Electrode position X [mm]7080

負の放電極からの電子放出を促進するものであり，これにより負の放電極近傍での負イオンの生成が加速され，粉塵粒子(b) Gap length “G” = 15 mm (G15)への荷電効果が増した結果，集塵効率が高まるものと思われ90Collection Efficiency [%]第 3 号 (2012)

G20

るが明らかではない．

80

一方，風上で負コロナを発生させる場合は，風下側の正の70

放電極において，γ作用が発生することはない．（風上側か60ら流されてきた負イオンが，風下の正放電のトゲに衝突して

50
40
30

Positive 2.8W

Positive 2.0W

も，γ作用は発生しない．）よって，風上で正コロナを発生

Positive 1.3W

Negative 2.0W

させる双極放電の方が，風上で負コロナを発生させる双極放Negative 1.3W

電よりも，集塵効率が良くなると考えられる．ただしγ作用

20
0

10

20
30
40
50
60
Electrode position X [mm]7080の影響については今後の課題である．
次に，双極放電における X の大小が，集塵効率に与える影(c) Gap length “G” = 20 mm (G20)

響を図 11 の (a1)(a2)(b1)(b2) を用いて考察する．図 11 の (a1)

図 10 双極放電の各電極間ギャップ G における凹み距離は，双極放電で凹み距離 X が 20 mm (X20)の場合である．風

X と集塵効率
Fig. 10 Electrode position X vs. collection efficiency in eachgap G in bipolar discharge.

上を向くトゲ t3 を有するトゲ極板には正の直流高電圧が印加され，風下を向くトゲ t4 を有するトゲ極板は接地されている．トゲ t3 とトゲ t4 の各先端間の距離は 90 mm である．図示していないが t3 からは，正コロナが，t4 からは負コロナ

G20 においては，凹み距離 X が増大しても，（即ちトゲ先端が発生する．(a1) を平面図にしたものが (a2)であり，空間電

間距離 Y が減少しても）集塵効率は，あまり減少していない．

荷のイメージを示す．風上側のトゲ t3 の正コロナにより生成

この理由を考える．同じ消費電力で比較すると，電極間ギャした正の粒子が，t3 から直近の風下の空間 S4 に放出され，ップ G が大きい場合は，小さい場合に比べて，印加電圧が大

その直近の風下 S5 には正の粒子が接地極板に移動する様子

きく，放電電流が小さい．即ち，電極間ギャップ G が大きいを示す．さらに風下の空間 S6 では正の粒子が接地極板側にことは，コロナ放電の電流が小さいことを意味する．よって，集中する．このとき，風下側のトゲ t4 の近傍には，t3 からのトゲ先端間距離 Y が減少しても，風上のコロナ放電空間と風正粒子の密度が高い．双極放電なので，負極 t4 からは負コロ

下のコロナ放電空間の相互の影響が小さいものと推察する．

ナが発生する．t3 により生成した正の粒子が，負極の t4 の近Small X range では，負の方が正よりも高い集塵効率となっ傍に集中すれば t4 先端の電界強度を高め負コロナ放電 T4 をている．言い換えると，負は X が小さい値でも大きく変化し強める．これに加え，正イオンが負極 t4 に衝突すればγ作用直流コロナの双極放電を用いた 2 段式電気集塵装置（片谷・水野）

143(29)(a1) 電極配置（X = 20 mm）(b1) 電極配置（X = 65 mm）(a1) Layout of X = 20 mm(b1) Layout of X = 65 mm

Collection Efficiency [%]

G20

90
80
70
60
50
40
30
0

10

BP 2.8W

BP 2.0W

BP 1.3W

MP 2.8W

MP 2.0W

MP 1.3W

20
30
40
50
60
Electrode position X [mm]7080(a) Gap length “G” = 20 mm (G20)G15(a2) 空間電荷のイメージ（X = 20 mm）(a2) Image of space charge
in X = 20 mm(b2) 空間電荷のイメージ（X = 65 mm）(b2) Image of space charge
in X = 65 mm

図 11 双極放電における凹み距離の説明
Fig. 11

Collection Efficiency [%]

90
80
70
60
50
40

Explanation of electrode position X in bipolar0置などにも影響されるはずであるが，今回の実験装置においては，中和の程度は不明であり，この点は今後の研究課題である．

Collection Efficiency [%]れる．これは正極性の放電極と負極性の放電極の空間的な配MP 2.8W

MP 2.0W

MP 1.3W

10

20
30
40
50
60
Electrode position X [mm]

70

80

G10

れた負コロナ放電 T4 で，粉塵は荷電されるものと考えられ合し，帯電微粒子の中和が或る程度生じているものと考えら

BP 1.3W(b) Gap length “G” = 15 mm (G15)により，負コロナの生成が活発になる．これらにより強めら

双極放電の場合，T4 以降の空間で，正の粒子と負の粒子が結BP 2.0W

30

discharge.

る．ただし，γ作用については今後の課題である．ここで，BP 2.8W

90
80
70
60
50
40

BP 2.8W

BP 2.0W

BP 1.3W

MP 2.8W

MP 2.0W

MP 1.3W300

図 11 の(b1) は，双極放電で凹み距離 X が 65 mm（トゲ先

10

20

30

40

50

60

70

80

Electrode position X [mm]

端間距離 Y は 45 mm）の場合を示す． (b2)は平面図である．
風上側のトゲ t3’ によって，正の粒子が， t3’ から直近の風(c) Gap length “G” = 10 mm (G10)下の空間 S4’ に充満しており，その風下の空間 S5’には，正図 12 単極放電（MP）と双極放電（BP）の各電極間ギャッ
プ G における凹み距離 X と集塵効率の粒子が電界により接地極板に移動している．空間 S5’ の直ぐ風下側にトゲ t4’ があるが，t4’ からは負コロナが発生する．
トゲ t4’の近傍において，
t3’ からの正の粒子の密度が，(a2) の空間 S6 の場合より低く，負コロナ放電 T4’を強める効果が若Fig. 12

Electrode position X vs. collection efficiency in eachgap G between mono-polar discharge (MP) and bipolar discharge (BP).

干減るものと思われる．このため双極放電においては，X が増すと集塵効率が減少するものと考える．

図 12(a)は，電極間ギャップ G が 20 mm (G20) の場合であ

単極放電の場合でも，消費電力を一定に保ちつつ，各電極

る．単極放電の場合，凹み距離 X がおよそ 20 mm より大き間ギャップ G において凹み距離 X を変化させ，集塵効率をい領域では，消費電力が上昇すると，集塵効率も大きくなる．

測定した．その結果を図 12 に実線で示す．また，比較のた

双極放電で X が 30 mm より大きい領域でも，同じことがいめに，双極放電（風上で正コロナを発生させ，風下で負コロえる．また単極放電と双極放電を比べると，30 mm＜X では，ナを発生させる場合）の集塵効率を，図 12 に破線で示す．

同じ消費電力では，双極放電の方が単極放電よりも集塵効率

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静電気学会誌

第 36 巻

第 3 号 (2012)

が大きいが，この理由は不明である．X＜20 mm では，同じ消費電力では，単極放電の方が双極放電よりも集塵効率が僅かに大きく，両者とも X の減少とともに集塵効率が急激に小さくなっている．急に減少する理由は，X が小さいのでコロナ放電空間自体が小さく，粉塵の荷電効率が低くなるからと考える．単極放電の場合，X20 近傍で集塵効率が顕著なピー(a1) 電極配置（X = 20 mm） (b1) 電極配置（X = 65 mm）

ク特性を示す．

(a1) Layout of X = 20 mm(b1) Layout of X = 65 mm(a2) 空間電荷のイメージ(b2) 空間電荷のイメージ

図12(b)は，電極間ギャップG が15 mm (G15)の場合である．
20 mm＜X で，消費電力の上昇とともに集塵効率が大きくなること，同じ消費電力では双極放電の方が単極放電よりも集塵効率が大きいこと，また単極放電の場合 X20 近傍で集塵効率のピーク特性があることについては，G20 における 30 mm＜X の場合と同様である．
図 12(c)は，電極間ギャップ G が 10 mm (G10)の場合である．
10 mm＜X で，消費電力の上昇とともに集塵効率が大きくな（X = 20 mm）

ること，また単極放電の場合 X20 近傍でηのピーク特性があ(a2) Image of space charge

ることについては，G20 及び G15 の場合と同様である．しかし，同じ消費電力では，双極放電の方が単極放電よりも集塵効率が大きいとは必ずしも言えず，双極放電と単極放電の特（X = 65 mm）(b2) Image of space charge

in X = 20 mm

in X = 65 mm

図 13 単極放電における凹み距離の説明
Fig. 13 Explanation of electrode position X in mono-polar
discharge.

性は，比較的接近している．
図 12(a), (b), (c)の全てにおいて，単極放電の場合，X20 近傍に集塵効率のピーク特性があるが，この理由について，図ナ放電 T2’が抑制されていると考えられる．よって，単極放13 を用いながら考察する．

電において，X が増加すると集塵効率は減少する．

図 13 の (a1) は，単極放電で凹み距離 X が 20 mm (X20)のまた，図示しないが凹み距離 X が 10 mm (X10) の場合は，場合である．通風方向は，左から右で，風上を向くトゲ t1 と，トゲの先端と隣接する極板の端部の距離が短いので，荷電空

風下を向くトゲ t2 の距離は 90 mm である．このトゲ極板に間の距離が減少し，荷電効果が低下していると考えられる．

は正の直流高電圧が印加される．トゲ極板の両側の極板には以上から， X20 に集塵効率のピークができたものと思われトゲがなく接地されている．
図示していないが t1 と t2 から，る．

正コロナ放電が生成される．

双極放電の場合でも，X10 の時，荷電空間が小さくなるた

図 13 の (a1) における，単極放電の空間電荷のイメージをめ，集塵効率が低くなったものと考える． ただし，G20 と図 13 の (a2) に示す．風上側のトゲ t1 から生じる正コロナにG15 で，双極放電は単極放電よりも集塵効率が急激に低下しよって，正に帯電した粉塵および正イオン（正の粒子）が，ており，この理由は不明である．

t1 から直近の風下の空間 S1 に充満している．空間 S1 から直近の風下の空間 S2 では，正の粒子が電界により，接地され4.

た極板の方向に動いた様子を示す．さらに，空間 S2 から直2 段式電気集塵機の帯電部において，電圧が印加される極

近の風下の空間 S3 には，正の粒子が電界により，接地され板の他に更に，接地される極板にもトゲを設け，正コロナとた極板側に集中する様子を示す．このとき，接地された極板

負コロナを同時に発生させる双極放電で，集塵効率を測定し

S3 近傍では，正の空間電荷密度が高く，風下側の正極のトゲた．得られた結果は次の通りである．

t2 の近傍では，t1 からの正の粒子による正の空間電荷密度が(1) トゲ先端の凹み距離 X が大きい領域では，風上側を正放低い．よって，t2 の正コロナ放電 T2 は空間電荷効果を受け

電に，風下側を負放電にした方が，逆よりも集塵効率がにくく，十分な量の正イオンが生成されていると考えられる．

高かった．

結論

これに対し，
図 13 (b1) および(b2)に示す凹み距離 X が 65 mm(2) 凹み距離 X が小さい領域では，風上側を負放電にした方(X65) の場合では，風下を向くトゲ t2’近傍の空間 S2’ には，が，集塵効率が高かった．言い換えると，この領域では，

正極性のイオンと帯電微粒子の濃度が凹み距離 X が 20 mm

風上側が正の場合，X が小さいと極端に荷電効果が悪く(Ｘ20)の場合に比べ高く，空間電荷効果により t2’での正コロ

なる．

直流コロナの双極放電を用いた 2 段式電気集塵装置（片谷・水野）
今後の課題取組は以下の通りである．
双極の放電空間で，粉塵粒子を正負両極性に帯電させ，集塵部の荷電極板と接地極板の両者で，粒子を捕集できるならば，集塵性能の向上が期待できる．一方，各粒子は，必ず正負両者の放電空間内を通過するので，電気的に中和される粉塵粒子も存在するものと考える．今後は，これらを定量的に把握し，集塵性能を向上するための諸条件を探求してゆく所存である．

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参考文献
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