JP3458901B2 - 電気集じん器への電流供給を制御する方法 - Google Patents

電気集じん器への電流供給を制御する方法

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    • B03C3/68—Control systems therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、電気集じん器の電極間にフラッシオーバが
発生したときの電流供給を制御する、電気集じん器への
電流供給を制御する方法に関するものである。電流は制
御可能な高電圧直流電源から供給される。
この方法の利点がとくに大きい場合というのは、電気
集じん器が非常に高いフラッシオーバ頻度で動作するよ
うな場合である。現在の技術レベルでは、たとえば、変
調型の高周波高電圧整流器がこの方法を実施するための
適当な手段である。
本発明は、分離すべき塵埃が、収集電極上に生じた塵
埃層中で降伏の危険が存在するような高い抵抗率を持た
ない場合に適用される。バックコロナのために電圧と電
流を制限しなければならないほど高い抵抗率を持つ塵埃
を分離する時には、本発明はとくに役立たない。
発明の背景 多くの状況においては、とくに煙道ガス浄化において
は、電気集じん器は最も適当な集じん器である。電気集
じん器の構造は頑丈で信頼度が高い。さらに、電気集じ
ん器は効率が99.9％以上の分離度も異常ではない。繊維
フィルタと比較すると、電気集じん器の運転経費は低
く、機能不良による損傷および停止の危険はかなり小さ
いから、電気集じん器が多くの場合に選択されるのは当
然である。電気集じん器においては、高電圧整流器に接
続されている電極の間に汚染ガスが導かれる。通常は、
これは一次側でサイリスタ制御され、二次側に整流器ブ
リッジが設けられる高電圧変圧器である。この装置は通
常の商用電源に接続され、したがって、50Hzまたは60Hz
の周波数で電力が供給される。
サイリスタの点弧角を変えることによって電力制御を
行う。点弧角が小さくなると、すなわち、導通期間が長
くなると、集じん器に供給される電流が増大し、集じん
器の電極間の電圧も高くなる。
低い抵抗率または適度な抵抗率の塵埃を分離する時
は、電極間の電圧が高くなるにつれて分離度が上昇す
る。したがって、高電圧では分離は一層効果的である。
しかし、可能な限界電圧は高電圧整流器の構造のみによ
って制約されるのではなく、十分に高い電圧では集じん
器内部の電極間にフラッシオーバが発生するかどうかと
いう事実によっても制約される。
したがって、最適な分離は、印加される電圧がフラッ
シオーバを引き起こす電圧よりわずかに低い時に達成さ
れる。フラッシオーバの限界値は変動する運転条件に従
って大きく変化することがあるから、最適な分離を得よ
うと試みたとしても、不幸なことに一定電圧にすること
は可能ではなく、その代わりに電極間にフラッシオーバ
が生ずることができるようにすることによって、フラッ
シオーバの限界値を頻繁に試験しなければならない。
これは、フラッシオーバが起きるまで電流を徐々に増
加することによって行われる。その後で、電流を所定の
やり方で減少し、その次に次のフラッシオーバまで徐々
に減少する。この手順を周期的に繰り返す。状況によっ
てフラッシオーバの限界が極めて変化する結果となった
とすると、１分間に100回より多くのフラッシオーバで
も許容することができる。より安定した方法では、１分
間に100回のフラッシオーバを含むことができる。しか
し、ある方法では、最良の分離は非常に高いフラッシオ
ーバ頻度で得られるが、それでも運転は非常に安定して
いる。現在まで、これは満足できるやり方で説明されて
おらず、経験によって証明されていた。
制御技術の例が、基本的な理由付けを示している、と
くに、独国特許第1402149号明細書の第８図に見られ
る。フラッシオーバが発生した場合、最初の時間間隔の
間は電流は遮断され、その後で電流は零から急速に増加
し、その後の第２の時間間隔の間は、フラッシオーバ発
生前の値に応じた、ある所与の値になった時、電流は徐
々に増加させる。
フラッシオーバによって持続的なアークが発生し、集
じん器が長時間運転停止されることのないないようにす
るため、電流が遮断される第１の時間間隔は主電圧の最
低半サイクルでなければならない。電流は主電圧の全サ
イクルの間中遮断されるのが普通である。その理由の一
部は、さもないと再び接続された時に変圧器の励磁によ
って主電源に非常に高い過負荷がかけられて、変圧器巻
線における損失が増加することである。
したがって、この技術は、１分間に100回またはそれ
以上の頻度で集じん器が20ミリ秒の間運転を停止するこ
とを意味する。さらに、第２の時間間隔中も分離は十分
に効果的ではなく、第２の時間間隔中は集じん器は再び
充電され、電極の間の電圧はフラッシオーバが起きる値
より十分低いことがわかるであろう。独国特許第140214
9号の明細書の第８図におけるのと同様に第２の時間間
隔が約100ミリ秒であると見積もられるとすると、極端
な場合には、集じん器は全体の時間のほとんど10％もの
間運転を停止することがある。これは高いフラッシオー
バ頻度における強く制約する要因である。
従来のサイリスタ制御整流器においては、主電圧の次
の零点まで電流を遮断することはできない。これは、フ
ラッシオーバと主電圧の次の零点の間の、かなりの時間
の間集じん器が短絡負荷として機能することがあること
を意味する。半サイクルの間の早いうちにフラッシオー
バが生じたとすると、この状態はほとんど10ミリ秒の間
流れ続けることがある。
フラッシオーバの頻度が高くなるという否定的な結果
を少なくするために、より高い周波数の電圧で運転する
ことが可能であり、変換器を介して主電圧への依存を避
けることが可能である。これは、たとえば、独国特許第
3522568号明細書において示唆されている。それにおい
ては、2kHzまたはそれより高い周波数を有する電圧が変
換器で発生される。また、国際特許出願第88/00159号明
細書でも示されている。それにおいてはある実施例で50
kHzについて述べているが、200kHzまでの周波数につい
て触れられている。
それらの方法により、電流を遮断しなければならない
時間が短縮される。またこの高い周波数に対する期間の
長さに対応して電流供給を断つことが十分に証明されて
いる。したがって、20ミリ秒遮断する代わりに、１ミリ
秒より十分に短い時間遮断すれば十分である。
それらの方法により、実際のフラッシオーバにおける
電力損失も減少する。周波数がたとえば2kHzまで高くさ
れたとすると、電流を0.5ミリ秒後にただちにまたはそ
れより早く効果的に遮断でき、50kHzにおいては0.02ミ
リ秒後にただちに遮断することができる。これは全電力
損失に決定的な影響を及ぼさないかもしれないが、電気
部品およびある機械的な部品が受けるストレスは減少さ
れる。
発明の目的 従来技術は、電気集じん器のためのずっと以前に確立
された整流器技術以来、フラッシオーバの場合に、３つ
の大きな欠点を有する。１つは、電流を遮断できるまで
に要する時間に依存し、他の２つは、電流供給の遮断時
点の後の集じん器の電極の間に全運転電圧が再び加えら
れるまでに要する時間に関連する。
上で説明した、最近提案され、変調型高周波変換器を
使用する方法は、フラッシオーバと電流遮断を行う時の
間の時間を短縮し、かつ、電流が集じん器に供給されな
い第１の時間間隔を短くすることによって、問題の２つ
を十分に小さくする。しかし、集じん器の電極に電流が
供給されるが、全運転電圧に達していない第２の時間間
隔に関するものである第３の問題は、満足できるように
は解決されていない。
本発明の主な目的は、第２の時間間隔中に、フラッシ
オーバの後の電極の間の電圧が希望の電圧より低いため
に、集じん器が実効的に運転しない時間を、簡単な手段
によって短くする方法を得ることである。本発明の別の
目的は、選択した基本的な方法を最適にする方法を得る
ことである。
発明の概要 本発明は、電気集じん器の電極間にフラッシオーバが
発生したとき、制御可能な高電圧直流電源から電極に供
給する電力を制御する方法に関するものである。本発明
の方法によれば、集じん器の電極に供給する電流をほぼ
連続して、または狭い時間間隔で測定し、集じん器の電
極間の電圧をほぼ連続して、または狭い時間間隔で測定
し、フラッシオーバが発生したとき、集じん器の電極へ
の電流供給を第１の時間間隔中、完全に遮断し、第１の
時間間隔の直後の第２の時間間隔中、フラッシオーバが
発生する直前に供給されていた電流より大きい電流を電
極に供給し、第２の時間間隔の後、フラッシオーバの発
生直前に流れていた電流より小さい値に減少させる。
発明の全体的な説明 電気集じん器は、運転中は、巨大なコンデンサと考え
ることができる。最初に、電気集じん器の幾何学的な寸
法は大きくて、10mを超える位のものもある。電気集じ
ん器の電気容量は、しばしば100nFのオーダーに、かな
り制約される。しかし、既存の高い電圧においては、こ
れは、フィルタ中の電荷がかなりのものであって、蓄積
されるエネルギー量は、何百ジュールまで、とかなり大
きい。
フラッシオーバによる放電の場合には、このエネルギ
ーおよびそれに関連する電荷が失われる。フラッシオー
バの後の高電圧整流器の目的の１つは、失われた電荷を
元に戻すことである。その後でのみ、正常な運転条件が
起きる。この再充電が行われると、元に戻す必要がある
電荷の正確な量は通常は知られず、達成すべき電圧も知
られない。この理由から、およびおそらくは装置の制約
のために、サイリスタの流通角が、従来の装置では、零
から運転状態まで次第に大きくなる。同様に、変調型高
周波変換器を有する新しい装置では、電荷復旧が連続し
て行われる。本発明によれば、集じん器の電荷を一層急
速に元に戻し、すなわち集じん器がより低い効果で運転
する時間を短くするように、整流器の最大許容電流で、
または少なくとも、以前の運転電流を十分に超える電流
で、再充電を行うことが提案されている。これは、フラ
ッシオーバで失われ集じん器に戻す必要がある電荷を最
初から測定または計算し、その後で、選択した供給電竜
で集じん器を再充電するために要する時間間隔を決定す
るため、電極間の電圧は、コロナ電流が所定のやり方
で、最後にフラッシオーバが起きた時の値以下になるそ
の値に達する。
フラッシオーバの時にちょうど零にならない電極間電
圧と、この再充電の後の部分の間電極の間に流れる電流
量とのために、理想からのずれが存在する。それらの作
用は相互に打ち消し合うから、希望の電圧レベルを達成
するように、最大電流または選択した充電電流で集じん
器を充電する必要がある時間を十分な確度で見積もるこ
とが可能である。
再充電のために要する時間は、自明の理由から、電源
と、変換器、たとえば、変調高周波発生器と、高電圧整
流器との容量に依存する。再充電が20ミリ秒より短い、
好ましくは10ミリ秒より短い時間で行われるように、そ
れらの容量を決定すべきである。
本発明の方法によれば、変調型高周波高電圧整流器が
動作する周波数は、電流供給の遮断、すなわち、第１の
時間間隔、が５ミリ秒より短い、好ましくは１ミリ秒よ
り短いように、選択すべきである。
図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
図１は本発明の方法を実施する装置の簡略化した結線
図である。
図２は、２種類の負荷の場合についての、図１におけ
るパルス発生器から変圧器までの電流のタイムチャート
である。
図３は従来の方法による、電気集じん器における電流
と電圧を時間の関数として示す。
図４は本発明の方法による、電気集じん器における電
流と電圧を時間の関数として示す。
本発明による方法の説明 図１は、高電圧直流を集じん器１に供給する電力変換
装置の基本的な結線図である。この電力変換装置は三相
整流器ブリッジ２と、パルス発生器３と、変圧器４と、
単相全波整流器ブリッジ５と、チョーク６と、低抵抗値
の電流測定用測定抵抗８、および高抵抗値の電圧測定用
測定抵抗９、10を有する制御器７とを備えている。
三相整流器ブリッジ２は６個のダイオード21〜26を含
み、３つの導体27、28、29を介して通常の三相交流電源
に接続される。
パルス発生器３は４個のトランジスタ31〜34と、４個
のダイオード35〜38を有する。それらのトランジスタは
制御器７に接続されているベースにより制御される。全
波整流ブリッジ５は４個のダイオード51〜54で構成され
る。
制御器７はトランジスタ31〜34に接続されるばかりで
なく、集じん器１の電極への供給電流を測定するため
に、集じん器の電極に直列の測定抵抗８と、集じん器の
電極間の電圧を測定するために、集じん器の電極間に接
続されている２個の測定抵抗9,10からなる分圧器とに接
続される。
この装置は次のように機能する。導体27〜29を介し
て、整流器ブリッジ２に三相交流電流が供給される。こ
れは整流され、導体11と12を介して、直流としてパルス
発生器３に供給される。ほぼ方形波として形成された、
パルス幅変調された電圧が、導体13と14を介して変圧器
４の一次側に供給されるように、制御器７はトランジス
タ31〜34の導通期間を制御する。
変圧器４の二次巻線に誘起された電圧が整流器ブリッ
ジ５によって整流され、得られた直流が平滑用チョーク
６を介して、集じん器１の電極間に供給される。
上記のように、制御器７はトランジスタ31〜34を制御
し、さらに抵抗８および10を介して集じん器の電極の電
流および電圧をモニタする。トランジスタの導通期間を
制御することにより発生されたほぼ方形波の電流のパル
スの時間幅を変更することができ、したがって、集じん
器における電流と電圧を制御することができる。
集じん器を支配している諸条件に従って制御原理を多
くのやり方で変更することができ、したがって、環境破
壊を最少にし、または政府の諸規定を満たすように調整
することができる。
本発明の方法を実施する場合は、集じん器の主容量値
を制御器に記憶すべきである。制御器はおそらくこの値
をそれ自体で測定することができる。必要があれば、制
御器は、実際の結果との比較によって、以前に記憶した
容量値を修正もする。フラッシオーバ発生の場合には、
集じん器に存在する電荷を計算もしなければならない。
さらに、第２の時間間隔中に、制御器は電流の測定値を
積分し、この積分した測定値が、フラッシオーバの直前
の集じん器中の電荷の計算値に所定の関係を持つ時は、
トランジスタ31〜34の制御パラメータを変更することに
よって、電流を減少すべきである。
図２は、パルス発生器３から変圧器４への電流Ｉが、
２種類の負荷の場合のタイムチャートを示すものであ
る。１つの負荷の場合は、最大負荷の約40％に対応し、
他方は最大負荷に対応する。パルス周波数は50kHzで、
図２に示す例におけるパルスの長さは約４マイクロ秒で
ある。図2bに示す全負荷の場合には、パルスの長さは10
マイクロ秒である。周期は図2aにおけるのと同じで、20
マイクロ秒である。
図２の時間尺度とは全く異なる時間尺度を持つ図３と
図４は、フラッシオーバの直後において電流と電圧が時
間にどのように依存するかを示すタイムチャートであ
る。図３は従来の制御原理を示し、図４は本発明の方法
を適用する際の制御原理を示す。図3aは、従来の制御原
理に従って電流がどのようにして制御されるかをわずか
に簡略化した方法で示している。フラッシオーバ発生の
場合には、電流Ｉは１ミリ秒の間完全に遮断され、その
後で、フラッシオーバ発生直前には抵抗８によって測定
された電流の75％まで飛び移るようにして増加する。75
％の値を選択したのは例示のためである。その量は通常
はより高くすべきである。
この例においては、電流はパルス発生器３からの最大
電流の40％で、したがって、図２における負荷の場合に
対応するものと仮定している。この値から、電流は次の
フラッシオーバが起きるまで徐々に増加し、それから動
作を繰り返す。飛び移るような増加およびその後の徐々
の増加は、希望のフラッシオーバの頻度に依存し、フラ
ッシオーバの頻度がほとんど一定に保たれるように適応
される。
図3bは電気集じん器の電極の間の電圧Ｕが、図3aに示
す制御原理に従って電流が供給される時に、時間的にど
のように変化するかを示すものである。パルス発生器３
が集じん器１への供給電流として最大限1Aを発生できる
ものとし、この集じん器が80nFの容量を持つと仮定する
と、このようにして、0.4Aの電流、すなわち最大電流の
40％では、50kVまで充電するために理論的には10ミリ秒
かかるであろう。
図4aは、本発明の方法によって電流Ｉをどのようにし
て制御するかを、僅かに簡単にしたやり方で示してい
る。フラッシオーバの場合には、電流Ｉは１ミリ秒の第
１の時間間隔の間完全に遮断され、その後、パルス発生
器３の最大許容電流まで飛び移るように増加する。集じ
ん器１内部のフラッシオーバ中に失われた電荷に対応す
る電荷が集じん器に再充電された第２の時間間隔の後、
フラッシオーバの発生直前に測定抵抗８によって測定さ
れた電流値の約75％まで電流を飛び移るように減少させ
る。この値から、次のフラッシオーバが起きるまで電流
は徐々に増加され、その後でこの動作を繰り返す。電流
の徐々の増加は希望のフラッシオーバの頻度に依存し、
フラッシオーバの頻度がほとんど一定に保たれるように
適応される。見積もった失われた電荷と、第２の時間間
隔中に供給される電荷との関係を、同じ理由から、理論
的に計算した電荷よりわずかに小さい電荷がこの第２の
時間間隔中に供給されるように、変更することができ
る。
図4bは、図4aに示す本発明の方法に従って電流が供給
される時に、電気集じん器の電極間の電圧Ｕが時間的に
どのように変化するかを示している。パルス発生器３が
集じん器１への供給電流として最大1Aを発生できるもの
とし、この集じん器が80nFの容量を持つと仮定すると、
このようにして、すなわち、最大電流である、1.0Aの電
流では、50kVまで充電するために理論的には４ミリ秒か
かるであろう。
この実施例においては、集じん器１の電極間容量を予
め測定してあり、その値を制御器７に記憶していると仮
定する。制御器７は、最大許容電流をパルス発生器３が
発生すべき第２の時間間隔中に、電流の測定値を積分
し、その積分値が前の電圧から計算した電荷に一致した
時に充電を停止することにより、または計算した電荷を
供給された一定の電流で除し、時間間隔の長さを直接決
定することによって、第２の時間間隔を計算する。
別の実施例 本発明の方法は、もちろん上記実施例に限定されるも
のではなく、添付した請求の範囲内で多くのやり方で変
更することができる。
この方法は、パルスまたは高周波交流の形で電流を供
給する複数の他の技術に適用することができる。そのよ
うな技術の例は位相変調型、周波数変調型および直列共
振型の変換器または並列共振型変換器である。
本発明による方法は、高電圧直流電源の寸法を変更す
ることも可能にする。利点は、短い第２の時間間隔中の
変更された制御技術に存在するから、連続最大負荷より
十分に大きい電流を短時間供給するために装置をおそら
く設計することができる。たとえば、非常に大きい追加
の過度効果を与えることができるたとえばオーディオ増
幅器で比較することができる。この方法の利点は最大電
流と連続運転電流との間の関係に依存するから、この変
更によって効率利得を高くすることが可能である。
この方法の変更の例は、集じん器内部の容量を測定す
る別の技術と、集じん器内部の電荷を決定する別の技術
と、再充電中に供給される電荷を測定する別の技術とで
ある。
集じん器の内部で実際に生ずる電圧を検出することに
よって、第２の時間間隔の長さを決定させる可能性を排
除すべきではないが、他の事柄のうち、そのように迅速
な方法において、合理的に信頼できる測定値を見出すこ
とが相当困難であるために、それにはかなりの実際的な
問題が結び付けられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B03C 3/00 - 3/88

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気集じん器の電極間にフラッシオーバが
    発生したとき、制御可能な高電圧直流電源から前記電極
    に供給する電流を制御する電気集じん器への電流供給を
    制御する方法において、 前記集じん器の電極に供給する電流をほぼ連続して、ま
    たは狭い時間間隔で測定し、 前記集じん器の電極間の電圧をほぼ連続して、または狭
    い時間間隔で測定し、 前記電極間にフラッシオーバが発生したとき、前記集じ
    ん器の電極への電流供給を第１の時間間隔中、完全に遮
    断し、 前記第１の時間間隔の直後の第２の時間間隔中、前記フ
    ラッシオーバが発生する直前に供給されていた電流より
    大きい電流を前記電極に供給し、 前記第２の時間間隔の後、前記フラッシオーバの発生直
    前に流れていた電流より小さい値に減少させる、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  2. 【請求項２】請求の範囲１記載の方法において、 前記フラッシオーバ中に前記集じん器が失った電荷を測
    定または計算し、 前記フラッシオーバ中に失われた電荷の大部分を前記第
    ２の時間間隔中に元に戻すように、前記第２の時間間隔
    の長さを設定する、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  3. 【請求項３】請求の範囲２記載の方法において、 前記第２の時間間隔中、前記フラッシオーバの発生直前
    に供給されていた電流より大きい電流を前記集じん器の
    電極に供給し、 理論的に失われた全電荷が前記第２の時間間隔中に前記
    集じん器の電極に供給されるように、前記第２の時間間
    隔の長さを設定する、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  4. 【請求項４】請求の範囲２または３記載の方法におい
    て、 前記高電圧直流電源の最大許容電流にほぼ等しい電流を
    前記第２の時間間隔１中、前記電極に供給する、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  5. 【請求項５】請求の範囲２ないし４のいずれか１項に記
    載の方法において、 前記集じん器の電極間容量を測定または計算し、 前記フラッシオーバによって失った電荷を、前記容量
    と、前記フラッシオーバの発生直前の前記電極間の電圧
    との積として計算する、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  6. 【請求項６】請求の範囲２ないし５のいずれか１項に記
    載の方法において、 前記第２の時間間隔中に前記電極に流れる電流を積分
    し、 この電流の積分値が、測定または計算によって得られ
    た、失われた電荷にほぼ一致したとき、前期第２の時間
    間隔を終わらせる、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  7. 【請求項７】請求の範囲１ないし６のいずれか１項に記
    載の方法において、 前記第１の時間間隔は５ミリ秒より短く、好ましくは１
    ミリ秒より短い、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
  8. 【請求項８】請求の範囲１ないし７のいずれか１項に記
    載の方法において、 前記第２の時間間隔は20ミリ秒より短く、好ましくは10
    ミリ秒より短い、 ことを特徴とする電気集じん器への電流供給を制御する
    方法。
JP51693194A 1993-01-29 1994-01-27 電気集じん器への電流供給を制御する方法 Expired - Lifetime JP3458901B2 (ja)

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