JP2009039593A - 電気集塵機 - Google Patents

Abstract

【課題】集塵負荷１に印加する印加電圧する電圧を制御器で調整することで、スパーク頻度を少なくする方法において、スパークの頻度を減らすことはできるが、完全にはスパークを防止することが難しく、スパークが避けられない、という課題があった。
【解決手段】集塵負荷１に印加する電圧をベース電圧とパルス電圧に区分し、印加する電力を調整して予め設定した電力値以上の電力を印加しないようにすることで、スパークの発生を防止した電気集塵機が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調及び産業分野で大気塵、室内の粉塵、ほこりなどを集塵する電気集塵機で、特に火花放電（以下スパーク）に注意が必要とされる可燃性粒子を集塵する電気集塵機に関する。

従来、粒子を捕集する電気集塵機は放電電極と対向電極の対となる２電極より構成され、放電電極に正または負の高電圧を印加し、対向電極を接地する。この状態で電極間に高電圧を印加すると、両電極間にコロナ電界が形成されコロナ放電電流が流れる。そのコロナ電界内を粒子が通過すると、コロナ電界内を移動する電子と粒子が衝突することで粒子が電荷を帯びる。電荷を帯びた粒子は電極間の電界の力を受け、対向電極に吸い寄せられ付着し、粒子は除去される。

電極間に高電圧が印加されている状態では、電極間内で絶縁が破壊されるとスパークが発生する。電極間内で絶縁破壊が起こる理由としては、電極間中を導体性物質が通過することで電極間内の絶縁距離が短縮される、対向電極に粉塵が堆積して電極間内の絶縁距離が短縮される、電極を洗浄することで不純物を含んだ水に濡れることにより電極間の絶縁性能が低下する、といったことが挙げられる。

スパークが発生する瞬間は、絶縁破壊された瞬間スパークが発生する部分では大電流が流れる。捕集する粒子が可燃性、例えばオイルミストやメタンガスを捕集対象としている電気集塵機においては、スパークの大電流による温度上昇により対向電極に堆積した粒子に着火、最悪は爆発に至る可能性がある。よってこのような可燃性粒子を捕集する電気集塵機では、安全性を確保するために発火防止対策としてスパークを発生させないことが非常に重要である。

従来このようなスパークを抑制することを目的とした電気集塵装置としては、図８に示すような電気集塵装置がある。

図８の高圧電源はサイリスタ１０１、変圧器１０２、整流ブリッジ１０３、パルス発生回路１０４、パルス電源測定器１０５、パルス電源１０６、スパーク検出回路１０７、ベース電源１０８、電気集塵機１０９、制御装置１１０より構成されている。

電気集塵機１０９にはベース電源１０８より直流のベース電圧が印加されている。その直流ベース電圧の上に交流電源電圧を変圧器１０２で昇圧後、整流ブリッジ１０３で整流、さらにパルス発生回路１０４にてパルス状としたパルス電圧が重畳されている。重畳されるパルス電圧は、制御装置１１０に入力されたパルス電圧設定値に対しパルス電源測定器１０５からの測定信号に応じて、サイリスタ１０１を駆動調整してパルス電圧およびパルス頻度を調整する。

この発明では、スパークが発生しない時は一定期間毎にパルス電圧、パルス頻度のいずれかを少しずつ上昇させ、スパークが発生したとき該スパークがパルス電圧上昇後に生じた場合にはパルス電圧を下げ、また該スパークがパルス頻度上昇後に生じた場合にはパルス電圧を下げると共にパルス頻度をパルス頻度上昇幅以上の幅で低下させる。その後スパークが発生しないときには、一定時間ごとにまず前回スパークが生じたパルス電圧寸前の電圧までパルス電圧を段階的に上昇させ、その後パルス頻度を段階的に上昇させる。その間に集塵機内にスパークが発生しない時は、その後引き続いて一定期間毎にパルス電圧、パルス頻度のいずれかを少しずつ上昇させ、一方その間に集塵機内でスパークが発生した時、スパークが発生した時点で上記スパーク発生時の動作を行うことで、スパーク発生の頻度を極力減らし、スパーク低減により集塵効率を維持向上させようとするものである（特許文献１参照）。
特公平０５−０７７４６５号公報

このような従来のスパークに関する制御では、特許文献１の方法においてスパークの発生を抑制しつつ集塵効率は維持向上させることは可能であるが、完全にスパークの発生防止を目標としていないため、低い頻度ではあるがスパークは発生してしまう。ある程度のスパーク発生は容認しているものであり、可燃性粒子を捕集する電機集塵機ではスパークを防止できない、という課題がある。

スパークは放電電極と対向電極間に加えられる電気的エネルギー量＝電力量が一定値以下であると、放電現象は起こってもスパークまでに発展しない、ということが知られている。そこでこの点に着目し、放電電極と対向電極に印加する電力を監視制御し、常に電極間への供給電力を一定値以下に抑えることでスパーク発生を防止し、可燃性粒子を捕集する電気集塵機において、スパーク発生防止を確保できた電気集塵機が要求されている。

また、ベース電圧とパルス電圧をそれぞれ個別に測定していたのでは、測定誤差も合算値で扱うため大きくなり、電極間への印加電力制御の精度が低下する可能性がある、という課題がある。そこで測定誤差を少なくするために、ベース電圧とパルス電圧の合算電圧値を一括で測定できる電気集塵機が要求されている。

また、電極間での絶縁破壊は印加電圧にも依存するため、電極間に印加する電圧の上限値を設定し監視することで、スパーク発生の防止をさらに強化した電気集塵機が要求されている。

また、電気集塵機は電荷を粒子に帯びさせる帯電部と、帯電した粒子を電気的な力で集塵する集塵部よりで構成されており、帯電部では粒子を帯電させるためにコロナ電界を起こしコロナ電流を流す必要があるが、集塵部に関しては電界さえかけられていれば帯電粒子を電気的な力で集塵することが可能であるため、あえてパルス重畳電界を印加する必要はなく、逆に直流電圧を印加した場合と比較して集塵効率が低下する可能性がある、という課題がある。そこで帯電部にのみパルス重畳電圧を印加できる電気集塵機が要求されている。

また、ベース電圧とパルス電圧と対向電極の電流より演算した電力値に関しては、ピーク値、瞬時値で扱うのではなく、平均値または実効値で管理して電極間への印加電力の制御精度を向上させることができる電気集塵機が要求されている。

また、集塵手段を帯電部、集塵部の２部構成とした場合、帯電部、集塵部別々に高圧電源を用意すると高圧電源自体が非常に高価となる、という課題がある。そこで集塵部には帯電部高圧電源の直流ベース電圧を加えることで、集塵部高圧電源を兼用し集塵部専用の高圧電源を不要とし価格を抑えることができる電気集塵機が要求されている。

また、パルス荷電方式ではパルス電圧の周波数とパルスデューティによって、集塵効率が大きく変化する可能性がある。そこで予め設定された電力値内でパルス電圧におけるパルス周波数とパルスデューティを変化させつつ、出力電流を最大とすることで、スパークの発生を防ぎつつ集塵効率を最大化できる電気集塵機が要求されている。

また、印加電圧に関しては直流ベース電圧とパルス電圧の２部構成となっているために高圧電源自体の価格が高価である、という課題がある。そこで平滑コンデンサと負荷静電容量で平滑された電圧をベース電圧とすることでベース電圧用電源を不要とできる、安価である電気集塵機が要求されている。

また、電極間にパルス重畳電圧を印加した後は、電極間静電容量により電荷が残留するため、パルス波形が厳密なパルス波形とならずなまったような形の波形となり、印加電力の制御精度に影響を与える可能性がある、という課題がある。そこでパルス電圧印加後に放電電極と対抗電極をスイッチで短絡させることでパルスに近い波形を生成し、またその短絡させるスイッチタイミングを調整することでパルス波形を任意に制御し、印加電力制御の向上と集塵効率の向上を図ることができる電気集塵機が要求されている。

また、集塵手段にパルス電力を印加している状況で、負荷の状況により出力電流が確保できない場合、粒子を捕集できていない可能性がある、という課題がある。そこで集塵手段へのパルス電力印加時に予め設定した出力電流以上の電流値を確保できていない場合は、粒子を効果的に捕集できていないと判断し、外部に警報を出力することができる電気集塵機が要求されている。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、スパークは放電電極と対向電極間に加えられる電気的エネルギー量＝電力量が一定値以下であると、放電現象は起こってもスパークまでに発展しない、という点に着目し、放電電極と対向電極に印加する電力を監視制御し、常に電極間への供給電力を一定値以下に抑えることでスパーク発生を防止するする電気集塵機を提供することを目的としている。

また、ベース電圧とパルス電圧をそれぞれ個別に測定していたのでは、測定誤差も合算値で扱うため大きくなり、電極間への印加電力制御の精度が低下する可能性があるため、測定誤差を少なくするために、ベース電圧とパルス電圧の合算電圧値を一括で測定できる電気集塵機を提供することを目的としている。

また、電極間での絶縁破壊は印加電圧にも依存するため、電極間に印加する電圧の上限値を設定し監視することで、スパーク発生の防止をさらに強化した電気集塵機を提供することを目的としている。

また、電気集塵機は電荷を粒子に帯びさせる帯電部と、帯電した粒子を電気的な力で集塵する集塵部よりで構成されており、帯電部では粒子を帯電させるためにコロナ電界を起こしコロナ電流を流す必要があるが、集塵部に関しては電界さえかけられていれば帯電粒子を電気的な力で集塵することが可能であるため、あえてパルス重畳電界を印加する必要はなく、逆に直流電圧を印加した場合と比較して集塵効率が低下する可能性があるため、帯電部にのみパルス重畳電圧を印加できる電気集塵機を提供することを目的としている。

また、ベース電圧とパルス電圧と対向電極の電流より演算した電力値に関しては、ピーク値、瞬時値で扱うのではなく、平均値または実効値で管理して電極間への印加電力の制御精度を向上させることができる電気集塵機用高圧電源を提供することを目的としている。

また、集塵手段を帯電部、集塵部の２部構成とした場合、帯電部、集塵部別々に高圧電源を用意すると高圧電源自体が非常に高価となるため、集塵部には帯電部高圧電源の直流ベース電圧を加えることで、集塵部高圧電源を兼用し集塵部専用の高圧電源を不要とし価格を抑えることができる電気集塵機を提供することを目的としている。

また、パルス荷電方式ではパルス電圧の周波数とパルスデューティによって、集塵効率が大きく変化する可能性があるため、予め設定された電力値内でパルス電圧におけるパルス周波数とパルスデューティを変化させつつ、出力電流を最大とすることで、スパークの発生を防ぎつつ集塵効率を最大化できる電気集塵機を提供することを目的としている。

また、印加電圧に関しては直流ベース電圧とパルス電圧の２部構成となっているために高圧電源自体の価格が高価であるため、平滑コンデンサと負荷静電容量で平滑された電圧をベース電圧とすることでベース電圧用電源を不要とできる、安価である電気集塵機を提供することを目的としている。

また、電極間にパルス重畳電圧を印加した後は、電極間静電容量により電荷が残留するため、パルス波形が厳密なパルス波形とならずなまったような形の波形となり、印加電力の制御精度に影響を与える可能性があるため、パルス電圧印加後に放電電極と対抗電極をスイッチで短絡させることでパルスに近い波形を生成し、またその短絡させるスイッチタイミングを調整することでパルス波形を任意に制御し、印加電力制御の向上と集塵効率の向上を図ることができる電気集塵機用を提供することを目的としている。

また、集塵手段にパルス電力を印加している状況で、負荷の状況により出力電流が確保できない場合、粒子を捕集できていない可能性があるため、集塵手段へのパルス電力印加時に予め設定した出力電流以上の電流値を確保できていない場合は、粒子を効果的に捕集できていないと判断し、外部に警報を出力することができる電気集塵機を提供することを目的としている。

本発明の電気集塵機は上記目的を達成するために、放電電極と対向電極より構成される集塵手段と、前記集塵手段に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段と、前記直流ベース電圧の電圧値を測定するベース電圧測定手段と、前記直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段と、前記パルス電圧重畳手段の電圧値を測定するパルス電圧測定手段と、対向電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記ベース電圧測定値と前記パルス電圧測定値及び測定電流値より単位時間あたりの集塵手段に印加される電力値を演算する電力値演算手段と、予め設定した電力値と前記電力値演算手段における演算結果を比較判定し前記直流ベース電圧と前記パルス電圧を制御する比較判定制御手段とを備え、前記比較判定制御手段により前記電力値演算手段の演算結果と予め設定された電力値を比較判定し、前記電力値演算結果が予め設定された電力値を超えないように前記直流ベース電圧と前記パルス電圧を制御することを特徴とする。

そして本発明によれば、スパークは放電電極と対向電極間に加えられる電気的エネルギー量＝電力量が一定値以下であると、放電現象は起こってもスパークまでに発展しない、という点に着目し、放電電極と対向電極に印加する電力を監視制御し、常に電極間への供給電力を一定値以下に抑えることでスパーク発生を防止する電気集塵機が得られる。

また、前記直流ベース電圧と前記パルス電圧の合算電圧値を一括で測定する電圧値測定手段を備えたことを特徴とする。

そして本発明によればベース電圧とパルス電圧をそれぞれ個別に測定していたのでは、測定誤差も合算値で扱うため大きくなり、電極間への印加電力制御の精度が低下する可能性があるため、測定誤差を少なくするために、ベース電圧とパルス電圧の合算電圧値を一括で測定できる電気集塵機が得られる。

また、電気集塵手段に印加する直流ベース電圧とパルス電圧の電圧ピーク合算値は、予め設定された電圧値以下とすることを特徴とする。

そして本発明によれば電極間での絶縁破壊は印加電圧にも依存するため、電極間に印加する電圧の上限値を設定し監視することで、スパーク発生の防止をさらに強化した電気集塵機が得られる。

また、集塵手段を粒子に荷電する荷電部と、荷電された粒子を電気的な力で集塵する集塵部の２段式で構成されるものとした場合、直流ベース電圧とパルス電圧を荷電部のみに印加することを特徴とする。

そして本発明によれば電気集塵機は電荷を粒子に帯びさせる帯電部と、帯電した粒子を電気的な力で集塵する集塵部よりで構成されており、帯電部では粒子を帯電させるためにコロナ電界を起こしコロナ電流を流す必要があるが、集塵部に関しては電界さえかけられていれば帯電粒子を電気的な力で集塵することが可能であるため、あえてパルス重畳電界を印加する必要はなく、逆に直流電圧を印加した場合と比較して集塵効率が低下する可能性があるため、帯電部にのみパルス重畳電圧を印加できる電気集塵機が得られる。

また、電流測定手段で測定した電流値を単位時間あたりの平均値または実効値で扱うことを特徴とする。

そして本発明によればベース電圧とパルス電圧と対向電極の電流より演算した電力値に関しては、ピーク値、瞬時値で扱うのではなく、平均値または実効値で管理して電極間への印加電力の制御精度を向上させることができる電気集塵機が得られる。

また、２段式で構成される集塵手段において、集塵部にはベース電圧を加える回路構成としたことを特徴とする。

そして本発明によれば集塵手段を帯電部、集塵部の２部構成とした場合、帯電部、集塵部別々に高圧電源を用意すると高圧電源自体が非常に高価となるため、集塵部には帯電部高圧電源の直流ベース電圧を加えることで、集塵部高圧電源を兼用し集塵部専用の高圧電源を不要とし価格を抑えることができる電気集塵機が得られる。

また、パルス重畳手段においてパルス周波数とパルスデューティを調整することで、予め設定された電力以下で出力電流が最大となる周波数とデューティを選定することを特徴とする。

そして本発明によればパルス荷電方式ではパルス電圧の周波数とパルスデューティによって、集塵効率が大きく変化する可能性があるため、予め設定された電力値内でパルス電圧におけるパルス周波数とパルスデューティを変化させつつ、出力電流を最大とすることで、スパークの発生を防ぎつつ集塵効率を最大化できる電気集塵機が得られる。

また、平滑コンデンサと集塵手段負荷コンデンサ分の総和コンデンサで出力電圧を平滑することで、直流ベース電圧を不要とすることを特徴とする。

そして本発明によれば印加電圧に関しては直流ベース電圧とパルス電圧の２部構成となっているために高圧電源自体の価格が高価であるため、平滑コンデンサと負荷静電容量で平滑された電圧をベース電圧とすることでベース電圧用電源を不要とできる、安価である電気集塵機が得られる。

また、パルス電圧重畳手段において、パルス電圧印加後に集塵極と放電電極を短絡するスイッチ手段を備え、パルス電圧印加直後にスイッチ手段を駆動するタイミングを調整することで集塵手段に印加するパルス電力を調整することを特徴とする。

そして本発明によれば電極間にパルス重畳電圧を印加した後は、電極間静電容量により電荷が残留するため、パルス波形が厳密なパルス波形とならずなまったような形の波形となり、印加電力の制御精度に影響を与える可能性があるため、パルス電圧印加後に放電電極と対抗電極をスイッチで短絡させることでパルスに近い波形を生成し、またその短絡させるスイッチタイミングを調整することでパルス波形を任意に制御し、印加電力制御の向上と集塵効率の向上を図ることができる電気集塵機が得られる。

また、集塵手段にパルス電力を印加している状況で、予め設定された出力電流値以上の電流値を確保できない場合、警報を出力する警報出力手段を備えたことを特徴とする。

そして本発明によれば集塵手段にパルス電力を印加している状況で、負荷の状況により出力電流が確保できない場合、粒子を捕集できていない可能性があるため、集塵手段へのパルス電力印加時に予め設定した出力電流以上の電流値を確保できていない場合は、粒子を効果的に捕集できていないと判断し、外部に警報を出力することができる電気集塵機が得られる。

本発明によれば、スパークは放電電極と対向電極間に加えられる電気的エネルギー量＝電力量が一定値以下であると、放電現象は起こってもスパークまでに発展しない、という点に着目し、放電電極と対向電極に印加する電力を監視制御し、常に電極間への供給電力を一定値以下に抑えることでスパーク発生を防止する電気集塵機用を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、放電電極と対向電極より構成される集塵手段と、前記集塵手段に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段と、前記直流ベース電圧の電圧値を測定するベース電圧測定手段と、前記直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段と、前記パルス電圧重畳手段の電圧値を測定するパルス電圧測定手段と、対向電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記ベース電圧測定値と前記パルス電圧測定値及び測定電流値より単位時間あたりの集塵手段に印加される電力値を演算する電力値演算手段と、予め設定した電力値と前記電力値演算手段における演算結果を比較判定し前記直流ベース電圧と前記パルス電圧を制御する比較判定制御手段とを備え、前記比較判定制御手段により前記電力値演算手段の演算結果と予め設定された電力値を比較判定し、前記電力値演算結果が予め設定された電力値を超えないように前記直流ベース電圧と前記パルス電圧を制御することを特徴としたものであり、スパークは放電電極と対向電極間に加えられる電気的エネルギー量＝電力量が一定値以下であると、放電現象は起こってもスパークまでに発展しない、という点に着目し、放電電極と対向電極に印加する電力を監視制御し、常に電極間への供給電力を一定値以下に抑えることでスパーク発生を防止するという作用を有する。

本発明の請求項３記載の発明は、上記目的を達成するために、前記直流ベース電圧と前記パルス電圧の合算電圧値を一括で測定する電圧値測定手段を備えたことを特徴としたものであり、ベース電圧とパルス電圧をそれぞれ個別に測定していたのでは、測定誤差も合算値で扱うため大きくなり、電極間への印加電力制御の精度が低下する可能性があるため、測定誤差を少なくするために、ベース電圧とパルス電圧の合算電圧値を一括で測定できるという作用を有する。

本発明の請求項４記載の発明は、上記目的を達成するために、電気集塵手段に印加する直流ベース電圧とパルス電圧の電圧ピーク合算値は、予め設定された電圧値以下とすることを特徴としたものであり、電極間での絶縁破壊は印加電圧にも依存するため、電極間に印加する電圧の上限値を設定し監視することで、スパーク発生の防止をさらに強化できるという作用を有する。

本発明の請求項５記載の発明は、上記目的を達成するために、集塵手段を粒子に荷電する荷電部と、荷電された粒子を電気的な力で集塵する集塵部の２段式で構成されるものとした場合、直流ベース電圧とパルス電圧を荷電部のみに印加することを特徴としたものであり、電気集塵機は電荷を粒子に帯びさせる帯電部と、帯電した粒子を電気的な力で集塵する集塵部よりで構成されており、帯電部では粒子を帯電させるためにコロナ電界を起こしコロナ電流を流す必要があるが、集塵部に関しては電界さえかけられていれば帯電粒子を電気的な力で集塵することが可能であるため、あえてパルス重畳電界を印加する必要はなく、逆に直流電圧を印加した場合と比較して集塵効率が低下する可能性があるため、帯電部にのみパルス重畳電圧を印加できるという作用を有する。

本発明の請求項６記載の発明は、上記目的を達成するために、電流測定手段で測定した電流値を単位時間あたりの平均値または実効値で扱うことを特徴としたものであり、ベース電圧とパルス電圧と対向電極の電流より演算した電力値に関しては、ピーク値、瞬時値で扱うのではなく、平均値または実効値で管理して電極間への印加電力の制御精度を向上させることができるという作用を有する。

本発明の請求項８記載の発明は、上記目的を達成するために、２段式で構成される集塵手段において、集塵部にはベース電圧を加える回路構成としたことを特徴としたものであり、集塵手段を帯電部、集塵部の２部構成とした場合、帯電部、集塵部別々に高圧電源を用意すると高圧電源自体が非常に高価となるため、集塵部には帯電部高圧電源の直流ベース電圧を加えることで、集塵部高圧電源を兼用し集塵部専用の高圧電源を不要とし価格を抑えることができるという作用を有する。

本発明の請求項９記載の発明は、上記目的を達成するために、パルス重畳手段においてパルス周波数とパルスデューティを調整することで、予め設定された電力以下で出力電流が最大となる周波数とデューティを選定することを特徴としたものであり、パルス荷電方式ではパルス電圧の周波数とパルスデューティによって、集塵効率が大きく変化する可能性があるため、予め設定された電力値内でパルス電圧におけるパルス周波数とパルスデューティを変化させつつ、出力電流を最大とすることで、スパークの発生を防ぎつつ集塵効率を最大化できるという作用を有する。

本発明の請求項１０記載の発明は、上記目的を達成するために、平滑コンデンサと集塵手段負荷コンデンサ分の総和コンデンサで出力電圧を平滑することで、直流ベース電圧を不要とすることを特徴としたものであり、印加電圧に関しては直流ベース電圧とパルス電圧の２部構成となっているために高圧電源自体の価格が高価であるため、平滑コンデンサと負荷静電容量で平滑された電圧をベース電圧とすることでベース電圧用電源を不要とできるという作用を有する。

本発明の請求項１１記載の発明は、上記目的を達成するために、パルス電圧重畳手段において、パルス電圧印加後に集塵極と放電電極を短絡するスイッチ手段を備え、パルス電圧印加直後にスイッチ手段を駆動するタイミングを調整することで集塵手段に印加するパルス電力を調整することを特徴としたものであり、電極間にパルス重畳電圧を印加した後は、電極間静電容量により電荷が残留するため、パルス波形が厳密なパルス波形とならずなまったような形の波形となり、印加電力の制御精度に影響を与える可能性があるため、パルス電圧印加後に放電電極と対抗電極をスイッチで短絡させることでパルスに近い波形を生成し、またその短絡させるスイッチタイミングを調整することでパルス波形を任意に制御し、印加電力制御の向上と集塵効率の向上を図ることができるという作用を有する。

本発明の請求項１２記載の発明は、上記目的を達成するために、集塵手段にパルス電力を印加している状況で、予め設定された出力電流値以上の電流値を確保できない場合、警報を出力する警報出力手段を備えたことを特徴としたものであり、集塵手段にパルス電力を印加している状況で、負荷の状況により出力電流が確保できない場合、粒子を捕集できていない可能性があるため、集塵手段へのパルス電力印加時に予め設定した出力電流以上の電流値を確保できていない場合は、粒子を効果的に捕集できていないと判断し、外部に警報を出力することができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による電気集塵機の構成を示している。図１に示すように、集塵手段としての集塵負荷１を構成する放電電極２と対向電極３、集塵負荷１に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極３を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０より構成されている。

まず放電電極２に直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４によりベース電圧を印加する。印加するベース電圧値としては放電電極２と対向電極３の間にコロナ放電が発生する直前直後の電圧とすることで、次に重畳するパルス電圧のピーク値を抑えられ、集塵効率面から見て効率よくパルス電力を印加することができることが知られている。よってこれを考慮し初期に放電電極２に印加するベース電圧値を設定し、設定電圧値まで徐々にベース電圧値を上昇させる。設定電圧値までベース電圧が上昇した時点で次にパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６によりパルス電圧を重畳する。

パルス電圧は一定の電圧幅、例えば１００Ｖ程度の電圧値、一定の周期、例えば１秒〜１０秒程度で徐々に上昇させるが、パルス電圧印加開始時点で電圧測定分圧抵抗５により測定されるベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７により測定されるパルス電圧値、電流検出抵抗８により測定される電流値より演算器９で電力値を演算する。演算する電力値は単位時間あたりで積分処理を行う。単位時間は重畳されるパルス電圧の周波数の１サイクルあたりの時間とする。１サイクルあたりの時間が非常に短い領域、例えばμｓｅｃオーダーの印加電力を扱うこともあるため、電力値は数サイクル間の平均値で扱う。演算器９で演算して電力値と予め設定された電力値を制御器１０で比較する。

予め設定する電力値に関しては、まず放電現象が発生してもその放電現象がスパークにまで発展しない電力値を事前に見極める。そして実際の比較判定動作としては、スパークまで発展しない、予め見極めた電力値より５％〜１０％下げた電力値を実演算電力値との比較設定値とする。パルス電圧を上昇させる過程において、パルス電圧が比較設定値を越えた場合パルス電圧の上昇を停止し、その時点でのパルス電圧値を維持する、あるいは若干低下させてその時点でのパルス電圧値を維持する。この動作により、スパークが発生しない状態で集塵負荷１に電力を印加することができ、安全を確保した状態で引火性粒子を捕集することができる。

比較設定値については、パルス電圧重畳時の過渡期の現象にも注意して、予め見極めた電力値を越えないように配慮する必要がある。それとは逆に比較設定値を下げすぎると印加電圧が下がりコロナ放電が起こりにくくなり、集塵効率が極端に下がる可能性があるため、比較設定値は集塵負荷の特性にも注意して慎重に設定する必要がある。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２による電気集塵機の構成を示している。実施の形態１と同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図２に示すように、集塵手段としての集塵負荷１を構成する放電電極２と対向電極３、集塵負荷１に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極３を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０、パルス電源の高圧側と対向電極３の間の電圧を測定する電圧測定分圧抵抗１１より構成されている。演算器９で演算する電力値において電圧測定分圧抵抗１１による電圧値を適用することで、電圧測定分圧抵抗５、電圧測定分圧抵抗７により個別に測定していた場合と比較して、２本の測定抵抗で測定する場合よりも電圧の測定誤差を減らすことができ、集塵負荷１に印加制御する電力の精度を向上させることができる。

また、スパークを含む放電現象は印加電圧により気体の絶縁破壊が引き起こされて発生するため、印加電圧の上限値をより確実に監視し、ベース電圧とパルス電圧の合算電圧値のピーク値を制限することで、より確実にスパークの発生を防止することができる。

また扱う演算器９及び制御器１０で扱う電力値を平均値または実効値とすることで、印加電力の制御精度を向上させることができる。

また、電気集塵機の集塵効率はＤｅｕｔｓｃｈの理論式より荷電部の出力電流に依存することが一般的に知られている。そこでベース電圧、パルス電圧を上昇させる方法に関して、まずパルスデューティあるいはパルス周波数のいずれかを固定した状態で、固定していない方のパラメータを上昇させつつ、比較設定値との比較の中で出力電流が最大となる点を見つける。この際固定している方のパラメータは使用範囲内と考えられる範囲で数点のポイントで確認する。次に逆の状態、固定していた方のパラメータを可変させつつ比較設定値との比較の中で出力電流が最大となる点を見つける。両者を比較して出力電流が最大となるパルス周波数とパルスデューティの条件を設定することで、予め設定された印加電力以内で集塵効率を最大化することができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３による電気集塵機の構成を示している。実施の形態１または２と同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図３に示すように集塵手段としての集塵負荷１２の帯電部１３を構成する放電電極１４と対向電極１５、集塵負荷１２の集塵部１６を構成する放電電極１７と対向電極１８、集塵負荷１２に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極１５を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０、集塵部１６に電圧を印加する電源１９、集塵部１６に印加される電圧を測定する電圧測定分圧抵抗２０、対向電極１８を流れるより電流を測定する電流検出抵抗２１より構成されている。

帯電部１３においては粒子を荷電させる必要があるため、コロナ放電を発生させて電子と粒子を衝突させる必要がある。このため帯電部１３の放電電極１４と対向電極１５の間には比較的高い電圧、８ｋＶ以上の電圧を印加する必要がある。しかし印加電圧が高くなればなるほど、放電電極１４と対向電極１５の間において絶縁破壊が起こりやすい状況、スパークが発生しやすい状況となる。一方集塵部１６においては、特に粒子を荷電させる必要がなく、電界さえ極間に印加されていれば帯電した粒子の捕集は可能であるため、印加電圧が比較的低い電圧４ｋＶ〜６ｋＶ程度ですむ。

よってスパークが発生する可能性の高い高電圧を集塵部に印加する必要はなく、帯電部のみにパルス電力を印加することで、さらにスパークの起こりにくい、安全な電気集塵機を実現することができる。集塵部１６の放電電極１７と対向電極１８間に印加する電界は、パルスを重畳した時間的に不均一な電界よりも、直流電圧を印加した一様な電界であるほうが、対向電極側に均一に粒子を堆積させることができると考えられるため、対向電極の面積を一様に集塵に有効利用でき、集塵効率が高くなると考えられる。よって集塵部１６には直流電圧のみを印加する方が安全面、集塵効率面でもより効果があると考えられる。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４による電気集塵機の構成を示している。実施の形態１乃至３のいずれかと同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように集塵負荷１２に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極１５を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０、集塵部１６に印加される電圧を測定する電圧測定分圧抵抗２０、対向電極１８を流れるより電流を測定する電流検出抵抗２１より構成されている。

実施の形態３においては帯電部１３と集塵部１６にそれぞれ個別に高圧電源を用意していたが、帯電部１３に印加する直流ベース電圧を並列で集塵部１６に印加することで、集塵部１６の高圧電源を不要とし、高圧電源の価格を安価にすることができる。この方法は実施の形態１から３までのいずれの形態にも適用することができる。

（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５による電気集塵機の構成を示している。実施の形態１乃至４のいずれかと同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、集塵手段としての集塵負荷１を構成する放電電極２と対向電極３、集塵負荷１に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極３を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０、放電電極２と対向電極３の間に挿入したコンデンサ２２より構成されている。

コンデンサ２２の静電容量と集塵負荷１の静電容量により電圧波形の変化を緩やかにし直流ベース電圧の出力電圧の代用とすることでベース電源４を不要とし、安価な電気集塵機用高圧電源を実現することができる。この方法は実施の形態１から４までのいずれの形態にも適用することができる。

（実施の形態６）
図６は本発明の実施の形態６による電気集塵機の構成を示している。実施の形態１乃至５のいずれかと同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、集塵手段としての集塵負荷１を構成する放電電極２と対向電極３、集塵負荷１に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極３を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０、放電電極２と対向電極３の間に挿入したスイッチ手段としての半導体素子２３より構成されている。

パルス電圧印加後は、集塵負荷１自体の静電容量と高圧電源回路の静電容量により印加電圧に応じて電荷が残留し、電圧波形はピーク後にゆるやかに降下する形となる。この電圧波形を調整するためにパルス電圧印加後に半導体素子２３を駆動させ、放電電極２と対向電極３を短絡することで静電容量に残る残留電荷を大地に逃がし、パルス電圧波形をより方形波に近い形とすることができる。さらにこの半導体素子２３を駆動するタイミングを調整することでパルス電圧波形を任意に変更でき、集塵負荷１に印加する電力を調整することができる。この方法は実施の形態１から５のいずれの形態にも適用することができる。

（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７による電気集塵機の構成を示している。実施の形態１乃至６のいずれかと同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、集塵手段としての集塵負荷１を構成する放電電極２と対向電極３、集塵負荷１に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段としてのベース電源４、直流ベース電圧を測定するベース電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗５、直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段としてのパルス電源６、重畳したパルス電圧を測定するパルス電圧測定手段としての電圧測定分圧抵抗７、対向電極３を流れる電流を測定する電流測定手段としての電流検出抵抗８、電圧測定分圧抵抗５より測定したベース電圧値、電圧測定分圧抵抗７より測定したパルス電圧値、及び電流検出抵抗８より測定した電流値より集塵負荷１に印加される単位時間あたりの電力値を演算する電力値演算手段としての演算器９、予め設定した電力値と演算器９の演算結果の電力値を比較判定し、直流ベース電圧とパルス電圧を制御する比較判定制御手段としての制御器１０、警報出力手段としての継電器２４より構成されている。

パルス電圧が設定電力を超えた時点以降において、出力電流が予め設定した出力電流値以下であった場合、何らかの原因により粒子を効果的に捕集できていないと判断し、制御器１０の信号を受けて継電器２４より外部に警報信号を出力する。これにより電気集塵機が何らかの原因で正常に稼動できていない状態を外部より察知することができる。

本発明は、特にスパークによる集塵効率低下を防がなければならない集塵装置、またスパークに対して安全面で注意を払わなければならない、引火性粒子を捕集する電気集塵機に適用できる。

本発明の実施の形態１の電気集塵機の構成図 本発明の実施の形態２の電気集塵機の構成図 本発明の実施の形態３の電気集塵機の構成図 本発明の実施の形態４の電気集塵機の構成図 本発明の実施の形態５の電気集塵機の構成図 本発明の実施の形態６の電気集塵機の構成図 本発明の実施の形態７の電気集塵機の構成図 従来例の電気集塵機の構成図

符号の説明

１ 集塵負荷
２ 放電電極
３ 対向電極
４ ベース電源
５ 電圧測定分圧抵抗
６ パルス電源
７ 電圧測定分圧抵抗
８ 電流検出抵抗
９ 演算器
１０ 制御器
１１ 電圧測定分圧抵抗
１２ 集塵負荷
１３ 帯電部
１４ 放電電極
１５ 対向電極
１６ 集塵部
１７ 放電電極
１８ 対向電極
１９ 電源
２０ 電圧測定分圧抵抗
２１ 電流検出抵抗
２２ コンデンサ
２３ 半導体素子
２４ 継電器

Claims (12)

1. 放電電極と対向電極より構成される集塵手段と、前記集塵手段に直流ベース電圧を印加する直流ベース電圧印加手段と、前記直流ベース電圧の電圧値を測定するベース電圧測定手段と、前記直流ベース電圧にパルス電圧を重畳するパルス電圧重畳手段と、前記パルス電圧重畳手段の電圧値を測定するパルス電圧測定手段と、対向電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記ベース電圧測定値と前記パルス電圧測定値及び測定電流値より単位時間あたりの集塵手段に印加される電力値を演算する電力値演算手段と、予め設定した電力値と前記電力値演算手段における演算結果を比較判定し前記直流ベース電圧と前記パルス電圧を制御する比較判定制御手段とを備え、前記比較判定制御手段により前記電力値演算手段の演算結果と予め設定された電力値を比較判定し、前記電力値演算結果が予め設定された電力値を超えないように前記直流ベース電圧と前記パルス電圧を制御することを特徴とする電気集塵機。
2. 予め設定する単位時間あたりの電力値は、集塵手段においてスパークが発生しない電力値であることを特徴とする請求項１記載の電気集塵機。
3. 前記直流ベース電圧と前記パルス電圧の合算電圧値を一括で測定する電圧値測定手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気集塵機。
4. 電気集塵手段に印加する直流ベース電圧とパルス電圧の電圧ピーク合算値は、予め設定された電圧値以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気集塵機。
5. 集塵手段を粒子に荷電する荷電部と、荷電された粒子を電気的な力で集塵する集塵部の２段式で構成されるものとした場合、直流ベース電圧とパルス電圧を荷電部のみに印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気集塵機。
6. 電流測定手段で測定した電流値を単位時間あたりの実効値で扱うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気集塵機。
7. 電流測定手段で測定した電流値を単位時間あたりの平均値で扱うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気集塵機。
8. ２段式で構成される集塵手段において、集塵部にはベース電圧を加える回路構成としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電気集塵機。
9. パルス重畳手段においてパルス周波数とパルスデューティを調整することで、予め設定された電力以下で出力電流が最大となる周波数とデューティを選定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電気集塵機。
10. 平滑コンデンサと集塵手段負荷コンデンサ分の総和コンデンサで出力電圧を平滑することで、直流ベース電圧を不要とすることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電気集塵機。
11. パルス電圧重畳手段において、パルス電圧印加後に集塵極と放電電極を短絡するスイッチ手段を備え、パルス電圧印加直後にスイッチ手段を駆動するタイミングを調整することで集塵手段に印加するパルス電力を調整することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電気集塵機。
12. 集塵手段にパルス電力を印加している状況で、予め設定された出力電流値以上の電流値を確保できない場合、警報を出力する警報出力手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電気集塵機。

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