J. Inst. Electrostat. Jpn.

静電気学会誌，36, 1 (2012) 50-56

電気集塵装置の低電力化に対する帯電部の電極構造の効果
片谷 篤史*,1，水野 彰**（2011 年 8 月 27 日受付；2011 年 12 月 15 日受理）

The Effect of Ionizer’s-Pole-Structure for the ESP with Less
Power Consumption
Atsushi KATATANI*,1 and Akira MIZUNO**(Received August 27, 2011; Accepted December 15, 2011)
Two-stage-type ESPs (electrostatic precipitators), which can cope with the fast gas stream like 9 m/s, are composed ofionizers and collectors. DC high voltage is applied to the discharge poles in the front stage ionizers. Particles passing throughpositive or negative corona are charged. The rear stage collectors capture the particles. Since the current in the ionizers isgreater than that of the collectors, the power consumption of the ESPs is governed by ionizers. Although spike-type
dischargers are widely adopted in ionizers having parallel flat-plate structure, the relation between geometrical location of
the spikes, power consumption and collection efficiency has not been clarified yet. In this study, the effect of the gap distanceand the position of the spike tips have been evaluated by comparing the collection efficiency at the same power consumption.
The result implies the conditions to realize efficient ESPs with less power consumption.

1.

突起電極先端位置が集塵効率に与える影響を調べた．このとはじめに

日本の道路トンネルにおける排気浄化用電気集塵装置の基き，集塵部の条件は不変とし，帯電部の消費電力が常に一定

本仕様は，帯電部と集塵部から構成される二段式である．処となるように印加電圧・放電電流を調整し，集塵効率を比較

理風速は 9 m/s

1)程度と高く，圧力損失を抑制するために，した．これにより，同一消費電力でできるだけ高い集塵効率

帯電部も集塵部も平行平板により構成されている．帯電部にを得るための条件を見出すことで，電気集塵装置の低電力化

はトゲ形状の突起を有するコロナ放電極が採用されている．

を目指した．

高風速条件下で良好な集塵効率を得る手段のひとつとして，帯電部の荷電能力を増強することが挙げられる．このことは

2.

消費電力の増大を意味するが，低い消費電力でも十分な集塵

図 1 は，実験で用いる帯電部の構造である．図中上段(a)に効率を得るための探求は重要である．この観点から，放電極

は，接地極板（左側）と端部に突起を有する放電極板（右側）を鋸刃形の突起にするなどして，対向する接地板との距離おの外形を示す．突起の先端角度は 30 度で，突起の高さは 10

2-4)

実験手順

について複数のmm，片側に 3 個の突起を配列し，突起の間隔は 12 mm であ報告がある．しかし，これら報告において，突起電極先端位

る．両極板の材質は SUS304，板厚は 0.4 mm である．この突置の影響に関しては明言されていない．他方で，接地板に投起の先端が風上を向く場合を図中(b1)に示す．(b1)を下から見影される突起電極先端の位置が，突起電極でのコロナ放電にた図を(b2)に示す．突起付放電極板と接地極板の間隔をギャ

よび印加電圧が集じん性能に及ぼす影響

5)

がある

ップ G [mm]で示す．また，接地極板の風上端から二重丸で示が，これは，突起電極先端位置が集塵効率に影響する可能性される突起電極先端までの距離を X [mm]とする．突起電極がを示唆している．よって今回，帯電部の電極間距離ならびに

風下を向く場合を図中(c1)に示し，これを底部から見た図をより発生するイオン風の風速に影響を与える報告(c2)に示す．
キーワード：電気集塵，直流コロナ，トゲ突起, 放電極板
* 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 2 は，帯電部の構成の異なる実験条件を示す．図中上段の(d1), (d2), (d3)は突起が風上向きであり，(d1)はギャップ G
が 20 mm を示し (d2)と(d3)は G が 15 mm と 10 mm を示す．
（以降これを G20, G15, G10 と記述することにする．
）図中下段の(e1), (e2), (e3)は突起が風下向きであり，(e1), (e2), (e3)はG20, G15, G10 を示す．いずれの実験条件においても突起付放電極板の枚数は，接地極板より 1 枚少ない．また全ての条件
で帯電部の幅（両端の接地極板間の距離）は 120 mm である．

51

電気集塵装置の低電力化に対する帯電部の電極構造の効果（片谷篤史ら）
表1

実験装置の仕様

Table 1

Specification of test equipment.

Items(a) 電極の寸法

Details

Duct(#1,2,4,5,7,8)

W 121, H 140, L 200 mm (Inside)

Ionizer (#3)

Duct ; W 121, H 32, L 180 mm (Inside)(a) Dimensions of poles.

5 mm-pitch slits on ceiling and floor part.
Type ; Parallel-flat-plates type
Wind velocity rate ; 9 m/s
In case of G20; 3 spike-plates & 4 earth-plates.
In case of G15; 4 spike-plates & 5 earth-plates.
In case of G10; 6 spike-plates & 7 earth-plates.

(b1) 突起が風上向きの場合 (c1) 突起が風下向きの場合(b1) Spike tip to windward.

Collector (#6)

Duct ; W 111, H 120, L 200 mm (Inside)
Plate ; Thickness 0.4, H 124, L 200 mm(c1) Spike tip to leeward.

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(b2) 風上向き突起の平面図 (c2) 風下向き突起の平面図(b2) Bottom-view of spike tip

to leeward.

帯電部の基本構造

Fig. 1 Basic structure of ionizers.

(d1) G20(G = 20 mm)(e1) G20(G = 20 mm)(d2) G15(G = 15 mm)(e2) G15(G = 15 mm)(d3)G10(G = 10 mm)(e3)G10(G = 10 mm)

MU1238A-11B (Oriental Motor Co., Ltd.)
Quantity ; 2 (tandem coupled)(c2) Bottom-view of spike tip

to windward.

図1

Fan (#9)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 ; 30mA

Particle

KC-01C (RION) , Light scattering methodcounter

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)& 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)
Mode; starry sky

図2

帯電部の構成の異なる実験ケース

Fig. 2 Test cases for ionizers with different composition.

Ripple ; 0.02%

exposure; 60 sと呼ぶ．
）また、(e1), (e2), (e3)の各 3 ケースについては，それぞれ X50, X85, X120 と変化させた．全ての実験ケースについて，突起付放電極板には正および負の直流高電圧を印加し，(d1), (d2), (d3)の各 3 ケースについて，それぞれ先端距離 X
を 40, 75, 110 mm と変化させた．
（以降これを X40, X75, X110

消費電力が 1 W になるように印加電圧および放電電流を調整した（0.97 W から 1.03 W になるように調整した）．

52

静電気学会誌

第 36 巻

第1号
3.

12

13
10
wind

2

1

3

4

5

1,580 m

m

14

6

9
7

8

(2012)

結果と考察

図 4 は突起先端距離 X と集塵効率の特性を示す．上段(a)はギャプ G が 20 mm (G20)の場合，中段(b)は G15 の場合，下段(c)は G10 の場合である．(a)から(c)に共通して，実線と白丸〇は突起付放電極板に正電圧が印加され突起が風上に向い15た場合(Positive voltage applied and spike tip toward Windward)，

16

破線と黒丸●は正電圧印加・突起風下(Positive and Leeward)の場合，実線と白三角△は負電圧印加・突起風上(Negative and

11

3

図3

実験装置の外観

Fig. 3 Appearance of test equipment.
実験装置の外観を図 3 に，また実験装置の仕様を表 1 に示す．#1 から#9 は通風ダクト系で,アクリル製である．#1 は吸Collection Efficiency η [%]6(kV , μA)

90.0

G20

(-13.28 ,74)

80.0
70.0

50.0

Positive W

Positive L

Negative W

Negative L

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Distance X [mm]の吐出部分である．帯電部の印加電圧は正負含めて可変とし(a) Gap length “G” = 20 mm (G20)

可変できる．#14 は熱線風速計であり，吸い込み部#1 での風速測定に用いられた．
帯電部#3 は内部の開口面積が狭められており，この帯電部
内での風速が，9 m/s 一定になるようにファンの周波数を微調整した．帯電部用#3 に，負高圧電源#10 と，正高圧電源#11を切り替えて使用した．集塵部用#6 に負高圧電源#12 を使用

Collection Efficiencyη [%]たが，集塵部の極板間隔は 10 mm，印加電圧-9 kV 一定とし，握することにした．#9 のファンは周波数制御により回転数を(-14.54 ,69)(+15.49 ,65)(-14.62 ,68) (+15.88 ,63)(+15.22 ,66)(+15.55 ,64)(+15.13 ,67)(+15.01 ,67)

60.0

い込み部分，#3 は帯電部，#6 は集塵部，#9 は軸流ファン付

帯電部の条件変化が集塵効率にどのように影響するのかを把(-13.58 ,74)(-13.96 ,72)(-13.63 ,75)

(kV , μA)

90.0

G15

(-10.57 ,95)

80.0
70.0

(-10.72 ,94)(-10.27 ,100)(+11.91 ,84)(-10.36 ,98)(+12.22 ,82)(+11.79 ,84)

60.0(-10.55 ,95)(-10.37 ,96)(+12.05 ,82)(+11.92 ,84)(+11.89 ,84)

Positive W

Positive L

Negative W

Negative L

50.0
30 40

した．集塵部#6 において，電圧が印加される極板と接地され

50 60

70 80 90 100 110 120 130

Distance X [mm]る極板については，形状・使用枚数ともに同一とした．また，(b) Gap length “G” = 15 mm (G15)

集塵部#6 内部の通過風速が 2.6 m/s の時に，相応の集塵効率2（片面）とした．#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し，交互に切り替えて，集塵効率測定を行った．
0.3 μm 以上の粒径の粉塵濃度を用いて，集塵効率を算出した．除去対象の粉塵は，室内空気中の浮遊大気塵である．室内の浮遊大気塵濃度は，道路トンネルの空気濃度より遥かにCollection Efficiencyη [%]が期待できるように，集塵部#6 の各極板の面積を 0.0248 m(kV , μA)

90.0

G10

80.0
70.0

(-7.35 ,136)(-7.47 ,133)(+8.51 ,116)(+8.65 ,116)

60.0

Positive W

Positive L

Negative W

Negative L

50.0
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Distance X [mm]低く，また性状も異なる．しかし，室内大気塵という環境下(c) Gap length “G” = 10 mm (G10)で，種々の条件変化に対する集塵効率を比較検討することは可能と考えた．

(-7.50 ,134)(-7.47 ,134)(+8.53 ,116)(+8.50 ,116)(-7.59 ,134)(-7.56,134)(+8.66 ,115)(+8.69 ,118)

図4

各ギャップ G における先端距離 X と集塵効率 ηFig. 4 Tip distance “X” versus collection efficiency “η” ineach gap distance “G”.

53

電気集塵装置の低電力化に対する帯電部の電極構造の効果（片谷篤史ら）
Windward)の場合，破線と黒三角▲は負電圧印加・突起風下(Negative and Leeward)の場合を示す．全ての丸と三角のドッ
トに括弧書きの数値があるが，これは「（印加電圧 kV，放電
電流 μA）」を示し，その両者の積（電力）は 1W 一定である．
図 4(a)の G20 では，消費電力 1W を維持しつつ X を増すと（即
ち突起先端が風下側に移動すると），全ての特性において，集塵効率は低下した．正荷電の場合，突起先端が風下（●）に(a) 電極の配置

向いたほうが，風上（〇）に向くよりも η は大きくなった．

(a) Layout of poles.

負荷電の場合，突起先端の向きによる差異は，正荷電に比べて小さいが，突起先端が風上（△）を向いても風下（▲）を向いても，X の増加とともに集塵効率の低下が顕著であった．
図4(b)のG15 では，消費電力1W を維持しつつXを増すと，全ての特性において，集塵効率は低下したが，低下の度合い
は G20 に比べて小さかった．正荷電の場合，突起先端が風下（●）に向いても，風上（〇）に向いても集塵効率の差は小(b) 印加電圧+20.3 kV(c) 印加電圧+20.3 kVさかった．負荷電の場合，突起先端が風上（△）を向いた方

無風のとき

無風のとき

が，風下（▲）を向くよりも，集塵効率は高かった．

(b) Applied voltage+20.3 kV

図 4(c)の G10 でも，X を増すと集塵効率が低下する傾向に(c) Applied voltage+20.3 kV

in no-wind.

in no-wind.

(d) 印加電圧+21.0 kV(e) 印加電圧+19.8 kV

図 4 の(a)から(c)の結果より，突起先端の向きによらず，突

風速 9 m/s のとき

風速 9 m/s のとき

起先端位置が風下側に移動し増加すると，集塵効率が低下す(d) Applied voltage+21.0 kV(e) Applied voltage+19.8 kV

る．この理由を考える．図 5 に帯電部における正放電の様子

at wind-velocity 9 m/s.

at wind-velocity 9 m/s.

あるが，「負電圧印加・突起風上向き（△）
」については，先端距離 X の増加に対して集塵効率はほぼ一定であった．正荷電の場合，突起先端が風下（●）に向いても，風上（〇）に向いても集塵効率の差は小さかったこと，および負荷電の場
合，突起先端が風上（△）を向いた方が，風下（▲）を向く
よりも，集塵効率が高くなったことについては G15 と同様であった．

を(b)から(e)の写真で示す．また，図 5(a)には，帯電部におけ

図5

正放電の様子（G20, X65）

る 1 枚の突起付放電極板(P)とその両側の 2 枚の接地極板(E1,Fig. 5 Aspects of positive discharge. (G20, X65).

E2)が，G20・X65 で配置されている様子を示す．突起付放電
極(P)には正電圧が印加され，接地極板(E1, E2)は接地されている．矢印は通風の方向であり，突起先端は風上方向（左手）を向いている．

通風によって流されることを示している．
図 5(d)と(e)を，一連の実験結果に照らし合わせると，「9m/s という高風速条件下では，コロナ放電する突起近傍の電図 5(b)から(e)に正放電の様子を示す．突起付放電極板(P)離により発生した気体イオンは風下に流されるので，大気塵と接地極板(E1)の間で発生した火花の写真である．写真は全を荷電するのに効果的な荷電空間は，突起の風上側よりも風て暗闇の中で，露出時間 60 秒にて撮影した． (b)と(c)は無風

下側に存在する．
」と言うことができる．図 4 では，X が増加

条件下での火花であり，(d)と(e)は有風条件下（9 m/s）での火すると（即ち帯電部における突起先端から風下までの空間が花である．

減少すると），集塵効率が減少する特性があることも，荷電空無風の(b)(c)と，有風の(d)(e)を比べると，有風(d)の“C 部分

間が風下側に存在することを示唆している．

と D 部分”および有風(e)の“E 部分と F 部分”において，火花

ここで，測定に使用した室内大気塵の粒径について触れる．

時の電離発光部分が 9 m/s という風速によって風下に流され

例えば，突起が風上向きで G15・X40・正荷電条件での測定ていることが分かる．一方，無風(b)の“A 部分”および無風(c)時の粒径分布と粒径別の集塵効率は表 2 の通りであった．

の“B 部分”においては，火花時の電離発光部分が流れていな

0.3 から 0.5 μm の小粒径のものが全粒径の 95%を占めた．

いことが分かる．このことは，イオンも気体分子と同じく，粒径が大きくなるほど集塵効率が高くなっている．このとき

54

静電気学会誌

第 36 巻

第1号(2012)

表 2 粒径分布と粒径別の集塵効率（G15, X40, 正荷電）
Table 2 Particle diameter distribution and collection efficiency foreach particle diameter. (G15, X40 and positive voltage).
Diameter (μm)

Count/m3

Collection
efficiency (%)

5.0 over

3,532

100

From 2.0 to 5.0

35,320100

From 1.0 to 2.0

190,72887.0(a) 電極の配置 (G15, X55)

From 0.5 to 1.0

5,605,284

78.3(a) Layout of poles. (G15, X55)

From 0.3 to 0.5

113,631,504

69.9

All (0.3 over)

119,466,368

70.3

表 3 帯電部のみの粒径別集塵効率の一例（G15, X40, 帯電部電圧+11.95 kV, 集塵部電圧 0 kV）
Table 3 An example of collection efficiency by ionizer only.
(G15, X40, ionizer voltage; +11.95 kV, collector voltage; 0 kV).
Diameter (μm)(b) ダクトの外観(c) JIS 粉体の散布部(b) Appearance of the duct(c) Part for dispersing JIS-powder

Collection efficiency
by ionizer only (%)

5.0 over100

From 2.0 to 5.0

86.1

From 1.0 to 2.0

48.1

From 0.5 to 1.0

23.6

From 0.3 to 0.5

20.4

All (0.3 over)

20.8のパーティクルカウンターによる，室内大気塵の粒子濃度は
119,466,368 個/m3（全粒径）であったが， 測定日時の変化に対して 1/10～2 倍程度の濃度変動であった．しかし，その濃度の変動は集塵効率に影響を与えなかった．

(d) 帯電部電極上に捕集された JIS 粉体の様子

また，集塵部への電圧印加を 0 kV とし，帯電部のみに電(d) Aspect of collected JIS-powder on ionizer-poles

圧+11.95 kV を印加したときの粒径別集塵効率を表 3 に示す．

図 6 風上と風下での集塵されたダストの痕跡

帯電部の突起配置は G15・X40 である．0.3 から 0.5 μm の粒

Fig. 6 Traces of collected dust at windward and leeward

径の集塵効率が 20.4%と低いので，全粒径の集塵効率も 20.8%と低くなっている．ここで注目すべきは 2.0 μm 以上の粒径用いた粉体は JIS Z8901 に規定される JIS 試験粉体 1,8 種

においては，集塵部を稼動させたときの集塵効率（表 2 参照）(関東ローム)日本粉体工業技術協会製 Lot No.P098003 である．

と大きな差がないことである．帯電部単体は，2.0 μm 以上の粒径 5 μm 以上の粒子が重量比で 6 割強を占め，成分として大粒径の塵埃に対して，9 m/s という高風速条件下でもある

SiO2 約 4 割，Fe2O3 約 2 割，Al2O3 約 3 割を含むものである．

程度高い集塵性能を発揮することが明らかになった．

JIS 試験粉体 1,8 種の粒径は，その粒径分布から言って，道路

前述の「気体イオンが高風速で風下に流されるので，荷電にトンネル空気中の粉塵の粒径より大きい．表 3 から，大粒径有効な空間は，突起の風上側よりも風下側である．
」という結の粉塵については，帯電部での高い集塵効率を期待できるこ論に立ち返る．風上と風下でのコロナ放電の痕跡を視覚化すとが判明した．
よって，帯電部におけるコロナ放電の痕跡を，るために，粒径の大きな JIS 試験用粉体を高濃度で空気に混確認しやすくするために，大粒径の JIS 試験粉体を用いるこ

合し，これを 9 m/s で通風し，帯電部の極板上に捕集するとととした．

いう追加実験を行った．

図 6(a)に示される SUS304 製極板（0.4t）を 9 枚用意した．
極板のサイズは全て同一で 100 × 36 mm の長方形の片端部に，

55

電気集塵装置の低電力化に対する帯電部の電極構造の効果（片谷篤史ら）
高さ 10 mm，突起間隔 12 mm，突起先端角 30 度の突起 3 個

表4が設けてある．図 6(a)に示すように，この極板を先端が風上Table 4 ⊿η and ⊿Voltage between max. X & min. X.

と風下に向くように交互に配置した．突起付放電極板を風上G

向きに 4 枚配置し正電圧を印加する．風下向きの 5 枚の極板(mm)は接地する．極間 G15 先端距離 X55 である．図 6(a)に示す帯

20電部を，図 6(b)に示すアクリルダクトの A 部分に収納し，風
速 9 m/s で通風した．
図 6(b)と(c)には，
JIS 粉体が示されるが，これを約 200 mg/m3 の濃度になるようにダクトの風上側から絵筆を用いて徐々に散布した． 帯電部には+10 kV を約 20 分
間印加し，帯電部極板上への粒子の捕集を試みた．
図 6(d)は，帯電部極板上に捕集された JIS 粉体の様子である．
正電圧が印加された風上向きの突起には P の記号を付す．
この突起からは正コロナ放電が発生する．一方，接地された
風下向きの突起には N の記号を付す．この突起からは負コロナ放電が発生する．風上向きの突起の放電による痕跡は B 部
分にあり，風下向きの痕跡は C 部分にある．即ち，両者とも突起に隣接する板に，JIS 粉体が厚く付着している．風上向

最長 X-最短 X 間の効率の差異と電圧の差異

Voltage polarity & Tip direction⊿η⊿Voltage(%)(V)

Positive Windward

- 6.1

540

20

Positive Leeward

- 5.0

750

20

Negative Windward- 14.1

1,340

20

Negative Leeward

- 9.1

910

15

Positive Windward

- 1.5

140

15

Positive Leeward

- 1.1

100

15

Negative Windward

- 3.3

- 20

15

Negative Leeward

- 1.2

100

10

Positive Windward

- 1.4

40

10

Positive Leeward

- 0.5

- 10

10

Negative Windward

0.1

150

10

Negative Leeward

- 1.5

90

きの突起の痕跡（B 部）は，放電空間が 9 m/s の通風のため

らかなように，X を大きくすると，突起先端から接地極板のに圧縮されたように見える．また，風下向きの突起の痕跡（C

風下端までの距離（以降，この距離を Y とする．Y = 160 mm部）は，逆に通風に助けられて伸長したように見える．

– X の関係となる）が短くなる．Y が短いので，コロナ放電

突起を設けた平行平板によるイオン風発生装置の研究報告
5)で発生した気体イオンが接地極板に到達しないで，風下に流が片谷らによってなされた ．ファンによる強制通風が無いされてゆく割合が増え，その結果，放電電流が減少するもの状態でイオン風の発生を確認した内容で，この報告には，イと考えられる．この同電圧で X が大きくなると（即ち Y が短

オン風により全体として風が流れる方向は，正荷電でも負荷くなると）放電電流が減るという現象が，G20 で最も顕著に

電でも突起の先端が向いている方向であると記述されている．

現われたため，G20 での印加電圧の上昇幅⊿V が大きくなっ

B 部分は突起先端が通風の向きに対向しているので，イオた．G20 では印加電圧が大きく増えたが，電力は 1W 一定とン風がファンによる風とぶつかり合い，放電空間が圧縮されしたために放電電流は大きく減り，荷電能力も低下し集塵効たものと推察する．また，C 部分は突起先端の向きが通風の率の減少幅が大きくなったものと考える．

向きと同じなので，イオン風がファンによる風により流れやではなぜ G20 での変化幅が大きいかについて考える．G20

すくなり，放電空間が伸長したといえる． 放電極の風上側とは G15 や G10 に比べて極間（ギャップ）が広い．極間が広い

風下側におけるイオン風変化を，3D-PIV 手法やシュリーレン

とコロナ放電で発生した気体イオンが塵埃粒子に衝突して荷手法などを用いて解析した文献

6-11)

が複数あり，同様に報告されている．

電する前に，高風速により風下の非荷電領域に流されてしまう割合が増えると考えられる．言いかえると，G20 の場合に

表 4 は，X が最大の時（突起が風上向きならば X110，風下は，トゲ先端よりも風下の帯電部領域が不足したからであろ

向きならば X120）の集塵効率と印加電圧に対する，X が最小

う．気体イオンが風下の非荷電領域に流されてしまう割合がの時（突起が風上向きならば X40，風下向きならば X50）の増えると帯電部の接地ラインに設けた電流計（図 1 参照）で集塵効率と印加電圧差分をまとめたものである．

検出される放電電流が減ることを意味する．よって消費電力X が増えると集塵効率 η は減少する傾向があるが，G15 とを一定にするためには，電圧を上昇しなければならない．しG10 の集塵効率の減少の最大値⊿η は-3.3%である．これに対かし，この状態は無理に電圧を上げて，コロナ放電の消費電

し，G20 における最大値⊿η は-5.0 から-14.1%と大きい．X が力を維持することを意味し，粉塵への荷電効率が低いコロナ

増えた時の印加電圧の上昇分⊿V を見ると，G15 と G10 にお放電空間を形成していることになる．よって，G20 の場合，

いて最大 150 V であるのに対し，G20 では 540 から 1,340 V

電圧の上昇幅も，集塵効率の減少幅も大きくなるものと考えと大きい．これは，X が大きくなると 1W を保つために，印られる．風下の帯電部領域を，さらに風の流れ方向に長く伸加電圧を上昇させる必要があることを示している．同電圧でばせば，集塵効率と電圧の変化幅はともに小さくなるものとX を大きくすると放電電流が減る理由を考える．図 1 から明

推察する．

56
4.

静電気学会誌
結第 36 巻

第1号(2012)/009187

論

高処理風速 9 m/s の二段式電気集塵機において，集塵部の4)

H. Fujishima, Y. Morita, M. Okubo, T. Yamamoto:

条件を変えずに，
帯電部におけるトゲ突起付放電極の位置を，

Numerical

風の流れ方向に変化させて集塵効率を計測した．帯電部の極electrohydrodynamics of spiked-electrode electrostatic

間は 20, 15, 10 mm の 3 種類とし，各ケースにおいて突起を風precipitators, IEEE Transactions on Dielectrics and上に向けた場合と風下に向けた場合の両者について実験を行Electrical Insulation, 13, Issue 1 (2006) 160

った．帯電部の消費電力が常に 1W になるように，突起に直5)

片谷篤史，水野ofthree-dimensional

彰：平行平板によるイオン風の発生技術，静電気学会誌，34，4 (2010) 187

流高電圧を印加した．
正荷電と負荷電の両者について行った．
得られた結果は以下の通りである．

simulation

6)

J.

Podlinski,

A.

Niewullis

Electrohydrodynamics(1) 突起先端位置が帯電部内の風上側から風下側に移動す

flow

and
and

J.

Mizeraczyk:

particlecollection

るのに伴い，集塵効率は低下するという傾向がほぼ全て

efficiency of a spike-plate type electrostatic precipitator, J.

の実験ケースで確認された．また，この時，消費電力をElectrostat., 67 (2009) 99

一定に保つために，印加電圧は上昇する傾向にあった．

7)

T. Yamamoto and H.R. Velkoff: Electrohydrodynamics in

本傾向は測定を行った条件の範囲では，極間が 20 mm のan electrostatic precipitator, J. Fluid Mechanics, 108時に最も顕著に現われた．

(1981) 1(2) 突起先端位置が風下側に移動するのに伴って集塵効率

8)T.

Yamamoto,

M.

Okuda

and

M.

Okubo:が低下する理由として，高風速条件下ではコロナ放電でThree-dimensional ionic wind and electrohydrodynamics

発生した気体イオンが風下に流されるので，突起よりもof tuft/point corona electrostatic precipitator, IEEE Trans.

風下側の荷電空間が減少すると塵埃に対する荷電能力

Ind. Appl., 39 (2003) 16029)が低下することが考える．

T. Yamamoto, Y. Morita, H. Fujishima and M. Okubo:
Three-dimensional EHD simulation for point corona

今後は，気体イオンが帯電部の風下に流される割合を定量的に把握し，電極構造と集塵特性の関係を，より詳細に把握する計画である．さらに今後は，風の流れ方向の線上においelectrostatic precipitator based on laminar and turbulent
models. J. Electrostat., 64 (2006) 628
10) Y.N. Chun, J.S. Chang, A.A Berezin and J. Mizeraczyk;て，突起同士が対向する場合，突起と平板のエッジが対向す

Numerical

る場合など，帯電部の条件を変えて，電気集塵装置の低消費

electrohydrodynamic flow in a wire-plate electrostatic

電力化をさらに進める所存である．また，流体力学的な相似

precipitator. IEEE Trans. Dielect. Elect. Insul., 14 (2007)

則をさらに考慮し、実機により近い条件の実験装置として，

119

長時間の集塵効率特性などを含めて評価を進める所存である．

modelingofnearcoronawire11) A. Niewulis, J. Podlinski, M. Kocik, R. BBarbucha, J.
Mizeraczyk and A. Mizuno: EHD flow measured by 3D
PIV

参考文献
1)

in

a

narrowelectrostatic

precipitator

with

片谷篤史, 細野 洋, 村田 光, 水野 彰：電気集塵装

longitudinal-to-flow wire electrode and smooth or flocking

置からのオゾン発生の抑制技術，静電気学会誌，32，

grounded plane electrode. J. Electrostat., 65 (2007) 728

5 (2008) 222
2)

荒生靖史：特許公開 2000-126647

3)

片谷篤史, 細野洋, 村田光：特許公開 WO2006