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電気集塵装置及び方法 - 特開2008−692 | j-tokkyo
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【発明の名称】 電気集塵装置及び方法
【発明者】 【氏名】三宅 一明

【氏名】上田 泰稔

【氏名】鈴木 正人

【氏名】南 恒二

【氏名】小嶋 勝久

【要約】 【課題】オゾンの発生量を低減させた電気集塵装置及び方法を提供する。

【構成】空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部104と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部108とからなる電気集塵装置であって、前記帯電部104及び集塵部108に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置200を具備してなり、高周波高電圧発生装置200から間欠荷電制御を行うことにより、煤塵の除去性能を維持したままオゾンの発生量の低減を図る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなる電気集塵装置であって、
前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置を具備してなることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記電気集塵装置への印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧(V)を、単位ガス量当りの消費電力(W/m3/s)で除してなる値で表すリップル指数が、大きいことを特徴とする電気集塵装置。
【請求項3】
請求項2において、
前記リップル指数が10以上であることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記帯電部が略板状の第1の電極と略板状の第2の電極とが交互に平行配設されていると共に、前記煤塵を含む空気が流入する側における前記第2の電極の両辺には、所定ピッチをおいて複数のトゲ状突起がそれぞれ形成されてなることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項6】
請求項5において、
前記煤塵を含む空気の流速が7m/s以上であることを特徴とする電気集塵装置。
【請求項7】
空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなり、空気を浄化する電気集塵方法であって、
前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電による高周波電圧を印加し、煤塵除去率を維持しつつ発生オゾン量を低減することを特徴とする電気集塵方法。
【請求項8】
請求項7において、
印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧(V)を、単位ガス量当りの消費電力(W/m3/s)で除してなる値で表すリップル指数を大きくすることで、オゾン発生量を低減することを特徴とする電気集塵方法。
【請求項9】
請求項8において、
前記リップル指数が10以上であることを特徴とする電気集塵方法。
【請求項10】
請求項7乃至9のいずれか一つにおいて、
前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵方法。
【請求項11】
請求項10において、
前記煤塵を含む空気の流速が7m/s以上であることを特徴とする電気集塵方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、オゾンの発生量を低減させた電気集塵装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
長大トンネルにおいては、トンネル内の視界確保、環境改善を目的にトンネル用の電気集塵装置が設置されている。
従来のトンネル用の集塵装置としては、例えば帯電部と集塵部とが分離した帯電部・集塵部分離型電気集塵装置が多用されている。
【0003】
図8に従来のトンネル用の電気集塵装置の概略を示す。
図8に示すように、トンネル用の電気集塵装置(以下、「電気集塵装置」という)100は、別体構造とされた帯電部104と集塵部108とから構成されている。前記帯電部104においては、帯電部側電極101と帯電部側放電極102とが電極間隔Dをおいて交互に平行配設されている。前記帯電部側電極101は、板状の電極であり、接地されている。
【0004】
前記帯電部側放電極102は、板状の電極であり、高圧電源103により高電圧が印加されている。帯電部側放電極102において、上流側の一辺102aには、トゲピッチPの間隔をおいて複数のトゲ102bが突出形成されている。また、下流側の他辺102cにも、トゲピッチPの間隔をおいて複数のトゲ102dが突出形成されている。トゲ102bと帯電部側電極101との間、およびトゲ102dと帯電部側電極101との間では、コロナ放電がそれぞれ生じる。
【0005】
このように、前記帯電部側放電極102の両辺には、それぞれ複数のトゲが突出形成されている。これは、上流側のトゲ102bで発生するコロナ放電で煤塵粒子の帯電が不十分な場合に、下流側のトゲ102dで発生するコロナ放電で煤塵粒子を十分に帯電させるためである。
【0006】
前記集塵部108においては、集塵部側集塵電極105と集塵部側放電極106とが電極間隔Dをおいて交互に平行配設されている。集塵部側集塵電極105は、板状の電極であり、接地されている。これらの集塵部側集塵電極105には、マイナスに帯電した煤塵粒子が付着する。集塵部側放電極106は、板状の電極であり、高圧電源107により高電圧が印加されている。
【0007】
前記構成において、帯電部側放電極102に高電圧が印加されると、図9に示したように、トゲ102bと帯電部側電極101との間、およびトゲ102dと帯電部側電極101との間では、コロナ放電がそれぞれ生じ、周囲にイオンIが発生する。
【0008】
ここで、含煤塵空気10が帯電部104に供給されると、含煤塵空気10に含まれる煤塵粒子RとイオンIとが結合し、煤塵粒子Rがマイナスに帯電する。帯電部104においては、上流側と下流側の都合2つの場所でコロナ放電が生じるため、帯電部104を通過する煤塵粒子Rを十分に帯電させることができる。
【0009】
そして、マイナスに帯電した煤塵粒子Rは、集塵部108において、集塵部側集塵電極105に引き寄せられ、集塵部側集塵電極105の表面に付着する。従って、集塵部108の下流側からは、煤塵粒子Rが除去された清浄な浄化空気11が流出される(特許文献1)。
【0010】
図10はバイパストンネルを用いた集塵システムの一例を示したものである。車両21が走行する主トンネル20からバイパスされたバイパストンネル22内に設置された電気集塵装置100を用いて、マイナスの高電圧を放電極に印加することにより、帯電部でトンネル内浮遊粉塵にマイナスの電荷を付与して帯電させ、後段の集塵部でクーロン力により集塵極へ引き寄せて捕集するものである。なお、図中40は補機室、41は電気室、42は風路、43は送風機を各々図示している。
【0011】
また、図11は竪型式の排気塔を地表から突き出した集塵システムの一例である。この場合には、図10の集塵システムの主トンネル内に清浄な浄化空気11を送給するものとは異なり、前記浄化空気11を外部に排出するようにしている。
【0012】
【特許文献1】特開2002−192014号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
ところで、前述した構成による電気集塵装置は、消費電力(=電圧×電流)を多くするほど集塵性能は高くなる特性を示すが、マイナスの放電により空気中の酸素が酸化されてオゾンが発生する量も増えることになるため、環境面からあまり消費電力を多くできない状況がある。
【0014】
また、近年では、トンネル内のガス清浄において集塵処理のみならず脱硝処理の要求があり、トンネル電気集塵装置の後段に脱硝装置を設置する場合が増えてきている。
前記脱硝装置は空気中のNO2を除去するものであるが、大気中のNOが電気集塵装置で発生するオゾンにより酸化されてNO2が増えることが脱硝装置の触媒量増加の原因、又は再生期間延長阻害の原因となるという、問題がある。
【0015】
よって、集塵性能は確保したまま電気集塵装置でのオゾン発生量を低減することが要求されている。また、脱硝装置が設置されていないような場合でも、環境規制の対象となっているNO2を増大させるオゾンの発生は問題であるため、早急にオゾン低減策を確立することが要求されている。
【0016】
本発明は、前記問題に鑑み、オゾンの発生量を低減させた電気集塵装置及び方法を供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなる電気集塵装置であって、前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置を具備してなることを特徴とする電気集塵装置にある。
【0018】
第2の発明は、第1の発明において、前記電気集塵装置への印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧(V)を、単位ガス量当りの消費電力(W/m3/s)で除してなる値で表すリップル指数が、大きいことを特徴とする電気集塵装置にある。
【0019】
第3の発明は、第2の発明において、前記リップル指数が10以上であることを特徴とする電気集塵装置にある。
【0020】
第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの発明において、前記帯電部が略板状の第1の電極と略板状の第2の電極とが交互に平行配設されていると共に、前記煤塵を含む空気が流入する側における前記第2の電極の両辺には、所定ピッチをおいて複数のトゲ状突起がそれぞれ形成されてなることを特徴とする電気集塵装置にある。
【0021】
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つの発明において、前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵装置にある。
【0022】
第6の発明は、第5の発明において、前記煤塵を含む空気の流速が7m/s以上であることを特徴とする電気集塵装置にある。
【0023】
第7の発明は、空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部とからなり、空気を浄化する電気集塵方法であって、前記帯電部又は集塵部の少なくとも帯電部側に間欠荷電による高周波電圧を印加し、煤塵除去率を維持しつつ発生オゾン量を低減することを特徴とする電気集塵方法にある。
【0024】
第8の発明は、第7の発明において、印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧(V)を、単位ガス量当りの消費電力(W/m3/s)で除してなる値で表すリップル指数を大きくすることで、オゾン発生量を低減することを特徴とする電気集塵方法にある。
【0025】
第9の発明は、第8の発明において、前記リップル指数が10以上であることを特徴とする電気集塵方法にある。
【0026】
第10の発明は、第7乃至9のいずれか一つの発明において、前記煤塵を含む空気がトンネル空気であることを特徴とする電気集塵方法にある。
【0027】
第11の発明は、第10の発明において、前記煤塵を含む空気の流速が7m/s以上であることを特徴とする電気集塵方法にある。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置を用いることによりオゾン発生量の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例1】
【0030】
本発明による実施例に係る電気集塵装置について、図面を参照して説明する。
図1は、実施例1に係る電気集塵装置を示す概念図である。
図1に示すように、本実施例に係る電気集塵装置100Aは、空気中に含まれる煤塵にコロナ放電により帯電させる帯電部104と、前記帯電した煤塵を集塵する集塵部108とからなる電気集塵装置であって、前記帯電部104及び前記集塵部108に間欠荷電が可能な高周波高電圧発生装置200を具備してなるものであり、含煤塵空気10中の煤塵粒子にコロナ放電により発生したイオンによりマイナスに帯電させ、該マイナスに帯電した煤塵粒子を集塵部108において集塵し、集塵部108の下流側から、煤塵粒子が除去された清浄な浄化空気11を流出するようにしている。
【0031】
本実施例では、前記高周波高電圧発生装置200から間欠荷電制御を行っているので、煤塵の除去性能を維持したままオゾンの発生量の低減を図ることができる。ここで、前記高周波高電圧発生装置200の高周波は商用周波数よりも高い周波数(例えば1kHz以上)の周波数とするのが好ましい。
これにより、集塵部108から排出される浄化空気11中に含有されるオゾン量が従来よりも少なくなるので、空気中に含有するNOが酸化されて発生するNO2の大幅な低減を図ることができる。
【0032】
ここで、オゾンの発生量を低減させるために本発明では、前記高周波高電圧発生装置200において間欠荷電制御を用いている。
これは、間欠荷電制御方法であれば、平均電流を抑制することができ、1回の荷電時間を短くし、細切れに荷電のON、OFFを繰り返して行なうことで、オゾンの生成反応を抑制することが可能であるからである。
【0033】
電気集塵装置では放電抵抗と静電容量の並列負荷と考えられることから、直流電圧を連続的に印加するのではなく電源側の電流供給を定期的にOFFにして間欠的に電流を流すと、放電によって失われた電荷量が補われず、その失われた電荷量に相当する分の電圧が低下して間欠荷電となるので、本発明においてはこれを採用することとした。
【0034】
また、前記電気集塵装置への印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧(V)を、単位ガス量当りの消費電力(W/m3/s)で除してなる値で表すリップル指数が10以上、好ましくは30以上とするのがよい。これは後述する試験例に示すように、リップル指数が10未満ではオゾン発生量の低減効果が少ないからである。なお、間欠荷電の荷電率は、1/2よりも1/3となるべく小さいほうが好ましく、集塵効率が低下しない程度に適宜選定するようにしている。
【0035】
[試験例]
ここで、オゾン発生量の低減の確認のための試験について説明する。
【0036】
電気集塵装置は図8で示した電気集塵装置と同様な構成の集塵装置を用いた。
試験条件は、処理風速が13m/s、入口ダスト濃度が0.15mg/m3、入口NOx濃度が1.0ppm、ダスト捕集効率が80%以上、電極間隔が11.6mm、印加電圧が10〜11kV、高周波電源トランス周波数が15kHzとした。
【0037】
図5に間欠荷電の電圧波形を、表1に荷電山数と休止山数、荷電率、平均電圧、ピーク電圧、ボトム電圧及びリップル電圧の一例を示す。
【0038】
【表1】


【0039】
図5に示すように間欠荷電の電圧波形は、電流の供給をOFFにすると回路の時定数で電圧が減衰していく形状であった。
また、ピーク電圧とボトム電圧の差であるリップル電圧と単位ガス量当りの消費電力とオゾンの発生量の関係を図6に示す。また、平均消費電力の変化と煤塵捕集効率との関係を図7に示す。
【0040】
ここで、本発明において、印加電圧のピーク電圧とボトム電圧との差のリップル電圧(V)を、単位ガス量当りの消費電力(W/m3/s)で除してなる値について、リップル指数と定義した。
これは、オゾン発生量の制御因子としては、種々検討されるが、本試験の結果より、消費電力、ピーク電圧、電圧リップルの3つが重要であると考えられ、特にオゾン発生への寄与度を評価すると、ほぼ消費電力と電圧のリップルのみに支配されていることに起因するのが判明したので、本発明では前記リップル指数を制御することでオゾンの発生量を低減するようにした。
【0041】
ところで、現状のトンネル用の電気集塵装置の場合では、処理風速が13m/sで煤塵捕集効率80%以上を確保するために必要な平均消費電力は、連続荷電の場合40(W/m3/s)前後が必要である。
リップル指数とオゾン発生量との関係を試験の結果からプロットした図6から、リップル指数が20V/(W/m3/s)以上で約25%の低減効果が確認された。
よって、図6からリップル指数が50V/(W/m3/s)程度あれば、オゾン発生量の大幅な低減(オゾン派生量:0.03ppm)となると推察される。
【0042】
また、図7に示すように、間欠荷電を行なった場合でも平均消費電力が30〜80(W/m3/s)に亙って略同一の煤塵捕集効率を示すことが確認され、オゾン発生量の低減を図る場合であっても煤塵の捕集効率80%を維持できることが確認された。
【0043】
よって、本発明によれば、電気集塵装置において高周波高電圧発生装置で間欠荷電制御し、前記リップル指数を大きくすることにより、それに応じてオゾン発生量を低減することができることになる。
ここで、前記リップル指数は平均消費電力に応じて導かれるので、電気集塵装置が設置されるトンネルの大きさ及びトンネル空気の流速に応じて、消費電力及びリップル電圧を適宜設定してリップル指数を大きくして、所望のオゾン発生量の低減を図るようにすればよい。
【0044】
なお、電気集塵装置は、前述した図8に示す略平板電極にトゲ状電極を有するものや棒状電極に針状電極を有するもの等、特に限定されるものではない。
【0045】
また、前述した図10及び図11に示すようなトンネル内に設置するトンネル用の電気集塵装置の場合には、煤塵を含む空気がトンネル空気の流速が7m/s以上であるので、このような場合において高周波高電圧発生装置の間欠荷電により、適切な量のイオンを煤塵粒子に帯電させることが可能となる。
【実施例2】
【0046】
図2は、本実施例に係る電気集塵装置の概略図である。なお、図1の電気集塵装置100Aの構成と同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図2に示すように、本実施例の電気集塵装置100Bは、帯電部104側にのみ帯電部用高周波高電圧発生装置201を設置している。一方集塵部108側には集塵部用高電圧発生装置202を設置している。
【0047】
これにより、本実施例では集塵部108においては間欠荷電制御とならないので、集塵効率の低下を抑えることができる。
また、帯電部104と集塵部108とを独立電源としているので、それぞれの最適な電圧とすることが可能となる。
【実施例3】
【0048】
図3は、本実施例に係る電気集塵装置の概略図である。なお、図1の電気集塵装置100Aの構成と同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図3に示すように、本実施例の電気集塵装置100Cは、帯電部104側の帯電部側電極101と帯電部側放電極102との電極間隔d1を、集塵部側集塵電極105と集塵部側放電極106との電極間隔d0よりも大きくしている。
これにより、本実施例では、実施例1のように帯電部104側と集塵部108側との電極間隔d0を同一としているのとは異なり、帯電部側の電極間隔d1を、集塵部側の電極間隔d0よりも大きくしているので、帯電部104側における電流を下げることができ、この結果オゾンの発生量の低減を図るようにしている。
なお、オゾンの発生量の低減を図るための前記電極間隔d1は、電極間隔d0の1.2〜2.0倍程度とするのが好ましい。
【実施例4】
【0049】
図4は、本実施例に係る電気集塵装置の概略図である。なお、図1〜図3の電気集塵装置100A〜100Cの構成と同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図4に示すように、本実施例の電気集塵装置100Dは、図2に示した帯電部104にのみ間欠荷電する電気集塵装置100Bにおいて、帯電部104側の帯電部側電極101と帯電部側放電極102との電極間隔d1を、集塵部側集塵電極105と集塵部側放電極106とが電極間隔d0をよりも大きくしている。
【0050】
これにより、集塵部108側での集塵効率の低下を抑えると共に、帯電部104側における電流を下げ、オゾンの発生量の低減を図るようにしている。
【産業上の利用可能性】
【0051】
以上のように、本発明に係る、電気集塵装置は、オゾン発生量を大幅に低減することができるので長いトンネル内の空気の浄化システムに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】実施例1に係る電気集塵装置の概略図である。
【図2】実施例2に係る電気集塵装置の概略図である。
【図3】実施例3に係る電気集塵装置の概略図である。
【図4】実施例4に係る電気集塵装置の概略図である。
【図5】間欠荷電の電圧波形図の一例である。
【図6】リップル指数とオゾン発生量との関係を示す図である。
【図7】平均消費電力と煤塵捕集効率との関係図である。
【図8】従来例に係るトンネル用の電気集塵装置の概略図である。
【図9】集塵装置の動作原理図である。
【図10】バイパストンネルを用いた集塵システムの概略図である。
【図11】竪型式の排気塔を地表から突き出した集塵システムの概略図である。
【符号の説明】
【0053】
100、100A〜100D 電気集塵装置
101 帯電部側電極
102 帯電部側放電極
104 帯電部
105 集塵部側集塵電極
106 集塵部側放電極
108 集塵部
200 高周波高電圧発生装置
201 帯電部用高周波高電圧発生装置
202 集塵部用高電圧発生装置
【出願人】 【識別番号】501370370
【氏名又は名称】三菱重工環境エンジニアリング株式会社
【出願日】 平成18年6月22日(2006.6.22)
【代理人】 【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明


【公開番号】 特開2008−692(P2008−692A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−173134(P2006−173134)