JP4823691B2

JP4823691B2 - 集塵装置

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Publication number: JP4823691B2
Application number: JP2005513458A
Authority: JP
Inventors: 一隆富松; 真之永田; 守男加賀見; 泰念上田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2024-08-26
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Description

本発明は、粒子状物質を含むガスが流れる流路内で、このガスの流れに交差する方向に二次流れをイオン風で発生させ、ガス中の粒子状物質を捕集する集塵装置に関するものである。

ガス中より粒子状物質を捕集、除去する方法として、電気集塵装置は良く知られた方法である。これは、ガス中で行われるコロナ放電によって帯電された粒子状物質が、クーロン力によってガス中に設置された集塵電極上に捕集するものである。

粒子径の大きい粒子は、帯電量も大きいので、集塵電極上にクーロン力によって容易に捕集される。しかし、粒子径の小さい粒子は、帯電し難いためこの粒子に働くクーロン力も弱い。また、粒子径が小さい粒子は、もともとその挙動が気流によって支配される（気流の流線に沿って、気流とともに動く）性質があるため、電気集塵装置による捕集は困難であった。

上記の欠点を補い、粒子径の小さい粒子などの挙動が気流支配であることを利用して粒子捕集性向上を図るべく、コロナ放電を応用した集塵装置（除じん装置）がある。この除じん装置は、粒子状物質を含むガス流れ中に設けられた放電電極と、この放電電極と対向して配置され放電電極との間に高電圧が印加される対向電極（アース電極）とを備える。対向電極には、金網（メッシュ）を用い、対向電極を挟んで放電電極と反対側に、除じんフィルタが設けられるものとして、例えば、特許文献１がある。

放電電極に沿って流れてきたガス中の粒子状物質は、帯電される結果クーロン力により対抗電極に向かって偏るとともに、放電電極に沿って流れてきたガスは、放電電極と対向電極との間に印加された高電圧によって生じるイオン風によってガス流れに沿った流路断面内で変向され、対向電極側に偏る。除じんフィルタを通過するガス流量を調整する抽気手段を調節し、粒子状物質が偏ったガスを除じんフィルタに通過させることで、除じんする。

また、対向電極（アース電極）と除じんフィルタとで構成されるろ過装置に対して放電電極と反対側に閉鎖空間を設けた除じん装置として、例えば、特許文献２がある。この除じん装置は、放電電極に沿って流れてきたガス主ガス中の粒子状物質を帯電させる。その結果、粒子状物質は、クーロン力により対向電極に向かって偏る。放電電極に沿って流れてきたガスは、イオン風によってこのガスの流れ（主ガス流れ）に沿う長手方向の断面内でろ過装置内に流入し、ある時間ろ過装置及び閉鎖空間内に滞留する。そして、ガスは、ろ過装置及び閉鎖空間内に滞留する間に粒子状物質がろ過される。また、この除じん装置は、ガスが流れる流路から新たにろ過装置内に流入してくるガスと入れ代わりに閉鎖空間内のガスが置換されるので、抽気手段が不要である。

電気式フィルタと、ガス通路を横断する向きに配置された複数の鋸歯状板とを有し、その鋸歯状板の各先端部がハウジングの内面に沿って設けられた収集体（フィルタ）に向けられている処理装置として、例えば、特許文献３がある。鋸歯状板は、星形部材からなり、コロナ放電を発生させるだけではなく、局所的な乱流を発生させる。これにより、長手方向（主ガス流れに沿う方向）に微粒子を収集体に向けて加速させる。

特開平２−６３５６０号公報（第２頁左下欄第６行−第３頁右上欄第１９行、第１−３図）特開平２−１８４３５７号公報（第３頁右上欄第１９行−第４頁右上欄第１５行、第１−６図）特表２００３−５０９６１５号公報（段落００１９−００２９、第１図）

上述の３例は、いずれも何らかのクーロン力以外の手段で粒子を集塵部（集塵電極）へ導くことを考えた方法であるが、いずれも主ガス流れに沿った方向で、粒子状物質を主ガスから分離することを志向している。

上述の最初の２例では、抽気の有り、無しにかかわらず、主ガス流れに沿った断面内で、イオン風を利用して、主ガスから粒子状物質を除じんフィルタ部に導く。例えば主ガスの流速が速い場合、主ガスの直線的な流線に打ち勝って、主ガス流れに沿った断面内に二次流れを発生させるためには、極めて大きなイオン風を発生させる必要がある。

即ち、非常に高い電圧を印加して非常に大きなコロナ電流を得ることが必要となる。必要となる印加電圧の値は、電極の構成によって変化するが、いずれにしても印加可能な電圧には限界がある。つまり、発生可能なイオン風の強さにも限界がある。従って、主ガスの流れに沿う断面内における二次流れを利用するこれまでの概念の除じん装置の場合、その原理が有効となる速度領域まで主ガスの流速を速く設定することができず、現実的には低流速域においてのみ成立する方法である。

上述の３例目においては、星形部材で局所的な乱流を発生させることによって二次流れ（主ガス中の粒子を集塵部に導く手段）を誘起する。星形部材は、コロナ放電を利用する電気式フィルタの放射体（放電電極）の役割を果たすものの、二次流れを発生させるために、コロナ放電及びイオン風を利用するという概念については、明記されていない。機械的障害物に伴い発生する局所的乱流によって二次流れを起す場合、イオン風を利用する場合に比べ効果が弱い。また、乱流には規則性がないので、二次流れの利用方法としての有効性は低い。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、イオン風によって誘起される二次流れを主ガス流速について広範囲にわたって利用し、流路内のガスを対流させ、ガス中に含まれる粒子状物質を効率良く捕集する集塵装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の集塵装置は、粒子状物質を含むガスを流すガス流路と、前記ガス流路に沿って設けられてこのガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有するアース電極と、前記アース電極に隣接して設けられて前記ガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有すると共に内部に流入したガスを前記流路内の前記ガスの流れに沿う方向にガスを通過させる開口率を有する集塵フィルタ層と、前記流路内に先端が前記アース電極と所定間隔離間して設けられる放電電極とを具え、高電圧を印加して前記放電電極と前記アース電極との間に前記放電電極の放電部から前記アース電極へ前記ガスの流れに直交する断面内で先端の両側に前記集塵フィルタ層を繰り返し通過するように循環する二次流れを誘起形成するイオン風を発生させることで前記ガス流路と前記集塵フィルタ層との間でらせん状のガス流れを生成し、前記アース電極は、６５％から８５％の開口率を有することを特徴とするものである。

また、本発明の集塵装置は、粒子状物質を含むガスを流すガス流路と、前記ガス流路に沿って設けられてこのガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有するアース電極と、前記アース電極に隣接して設けられて前記ガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有すると共に内部に流入したガスを前記流路内の前記ガスの流れに沿う方向にガスを通過させる開口率を有する集塵フィルタ層と、前記流路内に先端が前記アース電極と所定間隔離間して設けられる放電電極とを具え、高電圧を印加して前記放電電極と前記アース電極との間に前記放電電極の放電部から前記アース電極へ前記ガスの流れに直交する断面内で先端の両側に前記集塵フィルタ層を繰り返し通過するように循環する二次流れを誘起形成するイオン風を発生させることで前記ガス流路と前記集塵フィルタ層との間でらせん状のガス流れを生成し、前記集塵フィルタ層は、２から３００の圧力損失の抵抗係数を有するものである。

また、本発明の集塵装置によれば、ガス流路に沿ってこのガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有するアース電極を設け、アース電極に隣接してガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有すると共に内部に流入したガスを流路内のガスの流れに沿う方向にガスを通過させる開口率を有する集塵フィルタ層を設け、流路内に先端がアース電極と所定間隔離間して設けられる放電電極を設け、高圧電源により放電電極とアース電極との間に高電圧を印加して放電電極の放電部からアース電極へガスの流れに直交する断面内で先端の両側に前記集塵フィルタ層を繰り返し通過するように循環する二次流れを誘起形成するイオン風を発生させることで、ガス流路と集塵フィルタ層との間でらせん状のガス流れを生成するようにしたので、ガスがガス流路と集塵フィルタ層との間でらせん状に、ガスが循環され帯電された粒子状物質が、たとえその帯電量が少なく静電気的付着力が小さな微細な粒子であっても、集塵フィルタ層に流入して捕集されることとなり、このガス中に含まれる粒子状物質を効率良く捕集することができる。

本発明の集塵装置によれば、アース電極は、６５％から８５％の開口率を有するので、イオン風を確実に集塵フィルタ層に導入することができ、またイオン風を供給できるコロナ電流を供給できる最小限のアース極の面積を確保することができる。

本発明の集塵装置によれば、集塵フィルタ層は、２から３００の圧力損失の抵抗係数を有するので、集塵フィルタ層の圧力損失を適正値に維持することで、高い捕集効率を確保することができる。

以下に、本発明に係る集塵装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。

図１は、本発明の実施例１に係る集塵装置の一部を断面として表す斜視図、図２は、図１のII−II断面図である。

実施例１において、図１及び図２に示すように、集塵装置１は、外殻２と、放電極主部３及び放電極放電部４かになる放電電極と、アース電極５と、集塵フィルタ層６と、電源７とを具えている。

外殻２は、円筒状であって、内部に粒子状物質を含むガスを流す流路８を形成する。流路８の中央部には、流路方向に沿って延びる放電極主部３が配置されている。放電極放電部４は、放電極主部３から流路８を横切る方向にアース電極５に向かって延びる刺状に形成されている。

また、放電極放電部４の先端４ａ同士は、流路８を横切る方向に互いに離れている。具体的には、放電極放電部４の先端４ａから対向する集塵極に下した垂線の交点Ｐと、隣接する放電極放電部４の先端４ａから下した垂線の交点Ｐとの距離Ｓは、０．８Ｄ以上３Ｄ以下であることが好ましい。本実施例では、放電極放電部４は、放電極主部３上の同じ位置から放射状に４つ設けられており、さらに放電極主部３上の複数箇所においても同様に設けられている。ここに、距離Ｓが０．８Ｄ以下の場合、相隣接する放電極放電部４同士の干渉でコロナ電流が十分確保できないため、イオン風が十分に生じない。また、イオン風自身も相互干渉により十分機能できない。一方、距離Ｓが３Ｄ以上になると、逆にイオン風が有効に作用しない領域（デッドスペース）が増加することによって、集塵装置１の性能が低下する。

なお、従来の集塵装置は、アース電極の表面でガス中の粒子状物質を集塵するため、アース電極＝集塵電極という表現を使用している。これに対して、本実施例では、アース電極と集塵電極とを使い分けている。

実施例１の集塵装置１では、高電圧を放電電極に印加することで、放電極放電部４からアース電極５に向けて飛び出すイオンに誘起されたイオン風が生じる。この場合、アース電極５が開口率の大きな素材で形成されるため、ガス中に含まれる粒子状物質の一部を集塵する機能を有するものの、実際にはガス中に含まれる粒子状物質の大部分は、アース電極５を素通りする。ガス中に含まれる粒子状物質は、ガスとともにアース電極５の外側に配置された集塵フィルタ層６に導かれ、その集塵フィルタ層６で大部分が捕集される。このように集塵装置１は、アース電極５で粒子状物質をガスごと引き付け、集塵フィルタ層６で、粒子状物質を捕集する。従って、ここでは、アース電極５を集塵電極と区別している。

アース電極５は、各放電極放電部４の先端４ａから同じ距離Ｄだけ離れて外殻２の内側に設けられている。アース電極５は、粒子状物質を通過させる開口率を有した導電性のネット、具体的には金網などの導電性素材を使用する。なお、粒子状物質を通過させる充分な開口率を有し、かつ導電性の材質であれば、ワイヤを平織り等に織り込んだ金網、パンチングメタル、あるいはエクスパンデッドメタルを使用することができる。

また、アース電極５は、金網以外に、エッチングで微小な開口を設けた導電性の膜や、電鋳で成形した網状の金属箔でも良い。また、平織り等の金網を使用する場合、局部的に電界が集中しないようにするために、金網を構成するワイヤの太さが細くなりすぎないように選定する。

例えば、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質を回収するために集塵装置１を適用する場合、アース電極５の開口率は、６５〜８５％前後にすることで、開口率５０％の場合に比べて粒子状物質の捕集率が大幅に向上することが実験から分かっている。

アース電極５と外殻２との間には、集塵フィルタ層６を設ける。ガスの流れと直交した断面に二次流れを有効に作用させるため、集塵フィルタ層６は、ガス流れを横切る流路断面に沿う方向に程好い開口率を有するとともに、流路８内のガスの流れに沿う方向にも開口率を有した構造を有している。即ち、流路８内のガスの流れに対して直角方向に二次元的な流れの循環を確保するためには、集塵フィルタ層６に導かれたガスが、流路８内を流れる主ガスと同じ方向に動き得ることも必要である。

そこで、集塵フィルタ層６が主ガスの流れのベクトル方向にも開口率を有することで、粒子状物質を含むガスは、主ガスから集塵フィルタ層６に導かれた二次流れによって、主ガスが流れる流路８と集塵フィルタ層６との間をガスの流れに沿って３次元的にらせん状に回転しながら循環する。そして、その過程で、ガス中に含まれる電荷を有した粒子状物質は、集塵フィルタ層６の中で機械的、あるいは静電気的に集塵されていく。

なお、集塵フィルタ層６は、導電性、非導電性を問わず、ガスが通過可能なポーラスな材料でできており、ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する。集塵フィルタ層６の材料としては、積層した金網、ポーラスなセラミックス、グラスファイバ製の充填材など、通気性を有する材料であれば様々な材料を使用することができる。また、対象とするガスの温度や成分等、条件によっては、集塵フィルタ層６として使用される材料の耐熱性を考慮する必要が有るとともに、腐食に対する使用雰囲気等の条件等も集塵フィルタ層６の材質を選定する上で考慮すべきである。

集塵フィルタ層６の厚さは、集塵フィルタ層６の圧損と要求される集塵性能から決定されるべきである。使用する材料の空隙率とも関連するが、ガスが通過する圧損がなるべく低くなることが好ましい。従って、比較的薄いものが用いられる。ただし、主ガスに直交する断面内の二次流れのパターンを有効なものとし、集塵フィルタ層６を設置した部分と主ガスが流れる流路８との対流を効果的なものとするためには、アース電極５と外殻２の距離は、ある程度必要である。

つまり、実施例１では、集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２の間の空間をほぼ充填している状態を例示しているが、使用条件によっては、集塵フィルタ層６の厚さをアース電極５と外殻２の間隔距離より薄く設定すべき場合もある。そのような場合、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２との間に空間が存在することも有り得る。

電源７は、一方が放電極主部３に、他方がアース電極５に接続され、放電極放電部４とアース電極５との間に高電圧を印加する。この場合、放電極放電部４側をマイナス極に印加し、アース電極５を接地させている。放電極放電部４がマイナス極に印加されることによって、放電極放電部４の先端４ａに生じるコロナ放電の起点の近傍でガスの気体分子がイオン化される。

イオン化された気体分子は、電界によって移動するのに伴って、放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に向けて周囲のガスも巻き込んで流路８を流れる。この結果、主ガスの流れと直交する断面内にイオン風によってガスの二次流れが形成され、これがアース電極５に吹き付けられる。

従って、流路８を流れるガスは、このイオン風によってアース電極５に向けて加速され、アース電極５を通過して集塵フィルタ層６の内部まで流れ込む。集塵フィルタ層６に流れ込んだガスは、集塵フィルタ層６中を流れる間に粒子状物質が捕集され、隣り合う放電極放電部４によってイオン風が吹き付けられている位置の間の位置から再びアース電極５を通過して流路８の内側に戻る。

主ガスの流れと交差する断面内における放電極放電部４の先端４ａ同士の距離Ｓを、流路８に沿う長手方向断面内で隣り合う放電極放電部４の先端４ａ間の距離に比べて短くすると、主ガスの流れに直交する断面内のイオン風による二次流れは、主ガスの流れに沿う長手方向断面内のイオン風による二次流れに比べてより顕著となる（勢いを増す）。また、放電極放電部４が放電極主部３上に複数箇所設けられているので、集塵装置１の中を流れるガスは、主ガスの流れに直交する各断面におけるイオン風によって流路８を横切る方向に繰り返し集塵フィルタ層６を通過するようにガスを循環させる。この結果、流路８に沿って流れてきたガスは、イオン風で対流させられることによって、流路８内を螺旋状に流れることとなる。

従って、従来と同じ長さの流路８でもガスが集塵フィルタ層で効率的に捕集されるので粒子状物質の捕集効率が良い。つまり、同じ性能の集塵装置１であれば、流路８を短くすることができるので、集塵装置１を小さくすることができる。

このように実施例１の集塵装置１にあっては、主ガスの流れに交差する流路断面内において、主ガス流の影響が少なくイオン風起因の二次流れを発生でき、且つ、それをうまく利用することで著しく集塵性を向上させうることに着目したものである。そして、集塵装置１は、粒子状物質を帯電させて静電気力でアース電極５に捕集するとともに、流路８を流れるガスを、図２に矢印で示すように、イオン風によって対流させ、ガスを集塵フィルタ層６に繰り返し通過させることで、帯電し難い微小粒子径の粒子状物質をもより多く集塵フィルタ層６に捕集することができる。従って、集塵装置１は、粒子状物質を効率良く捕集することができる。

図３は、本発明の実施例２に係る集塵装置の一部を断面として表す斜視図、図４は、図３のIV−IV断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２において、図３及び図４に示すように、集塵装置１は、複数の放電極主部３を具える。これらの放電極主部３は、流路８を横切る方向に離れて配置され、かつ流路８に沿って延びる。また、これらの放電極主部３は、流路８を横切る方向に１列に並べられている。アース電極５は、これらの放電極主部３が並ぶ列を両側から挟んで平行に配置されている。

放電極放電部４は、各放電極主部３から両側のアース電極５に向かって延びる刺状に形成されており、各放電極主部３上の複数箇所に設けられている。隣り合う放電極主部３に設けられた放電極放電部４の先端４ａ同士は、流路８を横切る方向に離れて設けられる。具体的には、放電極放電部４の先端４ａとアース電極５との距離Ｄに対して、放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に下した垂線の交点同士の距離Ｓが0.8〜3Ｄとなるように配置することが好ましい。電源７は、各放電極主部３と両側のアース電極５との間に同じ電圧を印加するように設けられている。

以上のように構成された集塵装置１は、粒子状物質を含むガスが流路８内に流れると、実施例１の集塵装置１と同様に、放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に向かって発生するイオン風によって、流路８を流れるガスを、図４に矢印で示すように、流路８を横切る方向に対流させる。集塵装置１は、繰り返しガスを集塵フィルタ層６に通過させるので、粒子状物質を効率良く捕集することができる。

なお、この実施例２では、集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２との間の全空間を充填している状態を示している。しかし、実施例１における説明と同様の理由によって、使用条件によっては、集塵フィルタ層６の厚さをアース電極５と外殻２との間隔距離より薄く設定する必要がある場合もある。そのような場合は、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２との間に空間が存在することも有り得る。

図５は、本発明の実施例３に係る集塵装置の一部を断面として表す斜視図、図６は、図５のVI−VI断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３において、図１及び図２に示すように、集塵装置１は、第２実施例における集塵装置１と同様に、複数の放電極主部３を備える。これらの放電極主部３は、流路８に沿う方向に離れて配置され、かつ流路８を横切る方向に延びている。放電極主部３からアース電極５に向かって延びる放電極放電部４は、各放電極主部３上の複数箇所に設けられている。

同じ放電極主部３上に設けられる放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に下した垂線の交点同士の距離Ｓは、放電極放電部４の先端４ａとアース電極５との間の距離Ｄに対して、0.8〜３Ｄとなるように離れて配置されることが好ましい。

なお、この実施例３では、集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２との間の全空間を充填している状態を示しているが、第１実施例における説明と同様の理由によって、使用条件によって集塵フィルタ層６の厚さをアース電極５と外殻２の間隔距離より薄く設定する必要がある場合もある。そのような場合は、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２との間に空間が存在することも有り得る。

実施例１、２における集塵装置１の放電極主部３は、流路８の上流側と下流側とにおいてそれぞれ外殻２の外に導出される箇所で支持されていることに対し、実施例３における集塵装置１の各放電極主部３は、流路８を形成する外殻２を貫通する２箇所で絶縁されて支持されている。また、隣り合う放電極主部３に設けられた放電極放電部４同士の位置関係は、流路８方向に揃えられている。

以上のように構成された集塵装置１は、実施例２の集塵装置１と同様に、粒子状物質を含むガスを、図６に矢印で示すように、流路８を横切る方向に対流させる。その結果、ガスは、流路８内を螺旋状に流れる。集塵装置１は、繰り返しガスを集塵フィルタ層６に通過させるので、粒子状物質を効率良く捕集することができる。また、集塵装置１は、放電極放電部４が流路８を横切る方向に延びる放電極主部３上に設けられているので、流路８を横切る方向に放電極放電部４の先端４ａ同士の距離Ｓを設定しやすい。さらに、流路８内を流れるガスの流速に応じて、流路８に沿う方向に放電極放電部４の距離を容易に設定しなおすことができる。

図７は、本発明の実施例４に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４において、図７に示すように、集塵装置１は、流路に沿って延びる放電極主部３を、流路８を横切る方向に離して複数備える。また、集塵装置１の流路８は、平行に配置された集塵フィルタ層６によって流路８が３つのセル９に分割されており、中央のセル９には、３つの放電極主部３が配置され、左右両側のセル９には、放電極主部３が２つずつ配置されている。従って、集塵装置１は、集塵フィルタ層６で流路８が複数のセル９に仕切られており、各セル９には、少なくとも１つの放電極主部３が配置されている状態である。

また、隣り合うセル９の間を仕切る集塵フィルタ層６は、いずれの方向にもガスが通過可能である。つまり、この集塵装置１は、実施例２における集塵装置１の集塵フィルタ層６から内側の部分を、集塵フィルタ層６を挟んで隣り合わせに複数並べて、１つの外殻２で覆った形状に相当する。

隣り合うセル９を仕切る集塵フィルタ層６と放電極放電部４の先端４ａとの間には、アース電極５が配置されている。電源７は、各アース電極５と各放電極主部３とのそれぞれに接続され、放電極放電部４からアース電極５に向かってイオン風を発生させる電圧を印加する。

また、隣り合うセル９に配置される放電極放電部４の先端４ａが指し示す方向は、流路８を横切る方向へ互いに対向する向きからずれている。具体的には、隣り合うセル９の放電極放電部４の先端４ａは、流路８を横切る方向について隣のセル９に配置された放電極放電部４の先端４ａ同士の間に向けられる。つまり、同じセル９内に配置された放電極放電部４の先端４ａ同士の距離（ピッチ）Ｓに対して半ピッチずれた位置に隣のセル９内に配置された放電極放電部４の先端４ａが位置する。

同じセル９内において流路８を横切る方向に隣り合う放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に下ろした垂線の交点同士の距離Ｓは、他の実施例の場合と同様に、放電極放電部４の先端４ａとアース電極５との間の距離Ｄに対して、0.8〜3Ｄであることが好ましい。従って、隣り合うセル９にそれぞれ１つずつ放電極主部３がある場合、放電極放電部４の先端４ａとアース電極５との間の距離Ｄと同じか、またはそれ以上、流路８を横切る方向に離れた位置にそれぞれの放電極放電部４の先端４ａが向くように配置する。

また、放電極放電部４は、実施例２における放電極放電部４と同様に、同じ放電極主部３上の複数箇所に設けられている。この場合、放電極放電部４は、同じセル９内の隣り合う放電極主部３同士、及び隣り合うセル９内の放電極主部３同士において、流路８に沿う方向に放電極主部３上の位置が揃っている。

以上のように構成された集塵装置１は、粒子状物質を含むガスが流路８に流れると、このガス中の粒子状物質を放電極放電部４の先端４ａから発生するコロナ放電により帯電させて、アース電極５に引付ける。また、放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に向けて発生するイオン風によって、ガスをアース電極５に向けて加速する。流路８を横切る方向に加速されたガスは、アース電極５を通過し、集塵フィルタ層６に流入する。隣り合うセル９を分割している集塵フィルタ層６は、いずれの方向にもガスを通過させるので、集塵フィルタ層６に進入したガスは、そのまま隣のセル９内に流入する。

ガスが流入してきた側のセル９では、ガスが流入してきた位置からずれた位置、すなわち隣のセル９の放電極放電部４と対向する位置からずれた位置、もしくは隣のセル９の放電極放電部４がある位置の間に向けて放電極放電部４が設けられている。そして、ガスが流入してきた側のセル９の放電極放電部４からも同様にイオン風が発生している。このイオン風によって、隣のセル９からガスが流入してきた位置からずれた位置、もしくはガスが流入してきた位置の間から隣のセル９へガスが流出する。

つまり、放電極放電部４が発生するイオン風によって、図７にて矢印で示すように、隣り合うセル９同士の間でガスが循環される。このように、ガスが流路８を横切る方向に循環されることで、ガスが集塵フィルタ層６を繰り返し通過するようになるので、静電気力でアース電極５に引付けられない粒子状物質であっても、捕集される率が向上する。また、一方のセル９から他方のセル９にガスが流れる位置が交互に設けられるので、効率良くガスの流れを循環、攪拌することができ、ガス中に含まれる粒子状物質を集塵フィルタ層６に通過させる確率が高い。つまり、粒子状物質を効率良く捕集することができる。

なお、この実施例４では、左右端部のセル９の外殻２側に配置された集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２の間の全空間を充填している状態を示している。しかし、他の実施例における説明と同様の理由によって、使用条件によって集塵フィルタ層６の厚さをアース電極５と外殻２との間隔距離より薄く設定する場合もある。そのような場合は、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２の間に空間が存在することも有り得る。

図８は、本発明の実施例５に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５において、図８に示すように、集塵装置１は、上述した実施例４における集塵装置１と放電極主部３の配置が異なる。つまり、この集塵装置１の放電極主部３は、実施例３における集塵装置１の放電極主部３と同じ向きに設けられている。そして、各セル９における各放電極放電部４の配置及び隣り合うセル９同士における放電極放電部４の相対的な配列は、実施例４における集塵装置１と同じである。

従って、この集塵装置１は、実施例３における集塵装置１が有する効果と実施例４における集塵装置１が有する効果との両方の効果を有する。

図９は、本発明の実施例６に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例６において、図９に示すように、左右端部のセル９の外殻２側に配置された集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２との間の全空間を充填している状態を示している。しかし、実施例１における説明と同様の理由によって、使用条件によって集塵フィルタ層６の厚さをアース電極５と外殻２の間隔距離より薄く設定すべき場合もある。そのような場合は、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２との間に空間が存在することも有り得る。

本実施例の集塵装置１において、集塵装置１は、流路８を集塵フィルタ層６で格子状に仕切り、複数のセル９を形成している。各セル９には、１つの放電極主部３がそれぞれ配置されている。放電極放電部４は、隣り合うセル９に配置された放電極放電部４と対向しないように設けられている。つまり、放電極放電部４は、隣り合う一方のセル９から他方のセル９に向かって延びる刺状に各放電極主部３に設けられている。そして、ガスが流れ込んで来る方位のセル９に対して９０°方位の異なる別の隣り合うセル９に向けて、放電極放電部４が設けられている。また、各放電極主部３及びアース電極５には、電源が接続され、放電極放電部４からアース電極５に向けてイオン風を発生させる電圧が印加される。

このように構成された集塵装置１は、集塵フィルタ層６で流路８を格子状に仕切って複数のセル９を形成し、隣り合うセル９に配置される放電極放電部４の先端４ａが対向しないように配置されており、ガスが流入してきたセル９と９０°方位の異なる別の隣り合うセル９に向けてガスを流出するように、流路８を横切る方向にガスをイオン風で循環させる。外殻２と接する位置に配置されたセル９から外殻２に向かってイオン風で加速されたガスは、外殻２に沿って設けられる集塵フィルタ層６に進入し、集塵フィルタ層６の中を通過してイオン風が吹き付けられていない部位から流路内に戻るように循環する。従って、イオン風を効率良く利用して流路断面内全体にわたってガスを効率良くかつ満遍なく流路８を横切る方向に循環させることができる。

なお、本実施例では、左右及び上下端部のセル９の外殻２側に設置された集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２の間の全空間を充填している状態を示している。しかし、実施例１における説明と同様の理由によって、使用条件によっては、集塵フィルタ層５の厚さをアース電極５と外殻２の間隔距離より薄く設定すべき場合もある。そのような場合は、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２の間に空間が存在することも有り得る。

図１０は、本発明の実施例７に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例７において、図１０に示すように、集塵装置１は、実施例６における集塵装置１のセル９の配置を六角格子状、いわゆるハニカム状に置換えたものである。各セル９には、流路８に沿う方向に１つの放電極主部３が設けられている。放電極放電部４は、各放電極主部３から流路８を横切る方向に延びる刺状に形成されており、先端４ａが１２０°毎に離れる３方向に向けて設けられている。つまり、セル９を構成する６つの面に対して１つ置きの３つの面に向かって延びるように放電極放電部４が配置されている。

放電極放電部４は、流路８に沿って放電極主部３上の複数箇所に設けられている。放電極放電部４の先端４ａ同士の距離Ｓは、流路８を横切る方向に比べて流路８に沿う方向に短くなるように設けると、流路８内のガスが流路８を横切る方向に積極的に対流されるようになる。また、隣り合うセル９同士の放電極放電部４の先端４ａは、互いに対向しないように配置される。各放電極主部３及びアース電極５には、電源が接続され、放電極放電部４からアース電極５に向かってイオン風を発生させる電圧が印加される。

このように構成された集塵装置１の流路８にガスが流れると、放電極放電部４の先端４ａから発生するイオン風によってガスは、放電極放電部４の先端４ａが向く方向に隣り合うセル９に向かって加速される。加速されたガスは、アース電極５及び集塵フィルタ層６を通過し、隣のセル９に流れ込む。隣のセル９から流れ込んできたガスは、流れ込んできたセル９の方位と６０°方位の異なる別の隣り合うセル９に向かって延びる放電極放電部４が発生するイオン風によって、放電極放電部４の延びる方向に加速され、ガスが流れ込んできたセル９の方位と６０°方位の異なる別の隣り合うセル９に流出させられる。また、外殻２と接する位置に配置されるセル９から外殻２に向かって加速されたガスは、外殻２に沿って設けられた集塵フィルタ層６に進入し、集塵フィルタ層６の中を通過してイオン風が吹き付けられていない位置から流路８に戻るように対流・循環する。

このように、実施例７における集塵装置１は、実施例６における集塵装置１に比べて、より多くの循環流を形成することができる。従って、集塵装置１は、ガスに含まれる粒子状物質を効率良く捕集することができる。

なお、この実施例７において、外殻２に隣接して設置された集塵フィルタ層６がアース電極５と外殻２の間の全空間を充填している状態を示しているが、実施例１における説明と同様の理由によって、集塵フィルタ層６の厚さをアース電極５と外殻２の間隔距離より薄く設定すべき場合もある。そのような場合は、アース電極５に隣接して配置される集塵フィルタ層６と外殻２の間に空間が存在することも有り得る。

また、実施例６では、各セル９の断面が正方形の場合を例示し、実施例７では、各セル９の断面が六角形の場合を例示しているが、セル９の断面形状は、これらに限定されるものではない。さらに、これらの実施例において、各セル９毎に１本の放電極主部３を配した例を示しているが、放電極主部３の数は各セル９毎に１本に限定されるものではない。例えば、実施例４または実施例５のように、矩形断面の各セル９に複数の主電源３を配置する組み合わせも、本発明の範囲内である。

なお、各実施例におけるアース電極５は、イオン風を発生させたい方向に位置する部分のみに配置するようにしても良い。つまり、実施例６及び実施例７における集塵装置１のアース電極５は、放電極主部３を囲うように設けなくても、放電極放電部４が向けられた集塵フィルタ層６と放電極放電部４との間にのみ配置し、隣り合うセル９からガスが流れ込んでくる範囲に配置されていなくても良い。

また、各実施例の説明では、集塵装置１で捕集した粒子状物質を系外（装置外）へ除去する方法については触れていないが、捕集した粒子状物質が、例えばカーボンのような可燃性物質であれば、集塵フィルタ層６にヒータを組み合わせ、粒子状物質を完全燃焼させることによって除去するなどの手段を用いることが可能である。また、粒子状物質を従来の湿式ＥＰのような手段、例えば水などを用い、集塵フィルタ層６を清浄化する手段と組み合わせて粒子状物質を系外に可能であることはいうまでもない。

図１１から図１３は、本発明の第８実施例に係る集塵装置における放電電極とアース電極と集塵フィルタ層の配置関係の一例を表す概略図、図１４は、アース極の開口率に対する集塵性指数比を表すグラフ、図１５は、集塵フィルタ層における圧力損失の抵抗係数に対する集塵性指数比を表すグラフ、図１６は、集塵フィルタ層における圧力損失の抵抗係数に対する集塵性指数比を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本発明の集塵装置は、上述した各実施例で説明したように、主ガスの流れに交差する流路断面内において、主ガス流の影響が少なくイオン風に起因の二次流れを発生できることに着目したものであり、粒子状物質を帯電させて静電気力でアース電極に捕集すると共に、流路を流れるガスをイオン風によって対流させ、ガスが３次元的にらせん状に回転することで集塵フィルタ層に対して繰り返し通過し、帯電し難い微小粒子径の粒子状物質をより多く集塵フィルタ層に捕集することができるものである。

この場合、放電電極に対してアース電極及び集塵フィルタ層の開口率（空隙率、圧力損失）が大きな影響を与えるものとなっている。実施例８では、アース電極及び集塵フィルタ層の構成を明確にする。

まず、放電電極とアース電極と集塵フィルタ層との配置関係について説明する。図１１に示す例では、２つの集塵フィルタ層６が隣り合うように配置され、その各表面にアース電極５が設けられており、この各アース電極５に対して、先端４ａが所定距離だけ離れて放電極放電部４が配置されている。そして、左右の放電極放電部４の先端４ａが指し示す方向は、流路８を横切る方向へ互いに対向する向きからずれている。なお、放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に下ろした垂線の交点同士の距離は上述した各実施例の場合と同様にすることが好ましい。

従って、粒子状物質を含むガスが流路８に流れると、このガス中の粒子状物質を放電極放電部４の先端４ａから発生するコロナ放電により帯電させてアース電極５に引付ける。また、放電極放電部４の先端４ａからアース電極５に向けて発生するイオン風によって、ガスをアース電極５に向けて加速する。一方の流路８を横切る方向に加速されたガスは、アース電極５及び集塵フィルタ層６を通過し、他方の流路８に流れ込む。ガスが流入してきた他方の流路８では、ガスが流入してきた位置からずれた位置に放電極放電部４が設けられており、この放電極放電部４からも同様にイオン風が発生し、加速されたガスがアース電極５及び集塵フィルタ層６を通過して一方の流路８に流れ込む。即ち、各放電極放電部４が発生するイオン風によって、隣り合う流路８同士の間でガスが循環され、３次元的にらせん状に回転しながら移動することで、このガスが集塵フィルタ層６を繰り返し通過することとなり、ここで粒子状物質が確実に捕集される。

また、図１２に示す例では、２つの集塵フィルタ層６が隣り合うように配置され、その各表面にアース電極５が設けられ、この各アース電極５に対して、先端４ａが所定距離だけ離れて放電極放電部４が配置されている。そして、左右の放電極放電部４の先端４ａが指し示す方向は、流路８を横切る方向へ互いに対向している。

従って、粒子状物質を含むガスが流路８に流れると、コロナ放電によりガス中の粒子状物質が帯電し、且つ、イオン風によってガスがアース電極５に向けて加速する。一方の流路８を横切る方向に加速されたガスは、アース電極５を通過して集塵フィルタ層６に流れ込む。他方の流路８では、一方の流路８の放電極放電部４に対向して放電極放電部４が設けられており、この放電極放電部４からも同様にイオン風が発生し、加速されたガスがアース電極５を通過して集塵フィルタ層６に流れ込む。即ち、各放電極放電部４が発生するイオン風によって、ガスが各流路８毎に３次元的にらせん状に回転しながら移動することで、このガスが集塵フィルタ層６を繰り返し通過することとなり、ここで粒子状物質が確実に捕集される。

また、図１３に示す例では、２つの集塵フィルタ層６が隣り合うように配置され、その各表面にアース電極５が設けられ、この各アース電極５に対して、先端４ａが所定距離だけ離れて放電極放電部４が配置されている。そして、左右の集塵フィルタ層６の間に仕切板１０が設けられている。

従って、粒子状物質を含むガスが流路８に流れると、コロナ放電によりガス中の粒子状物質が帯電し、且つ、イオン風によってガスがアース電極５に向けて加速する。各流路８を横切る方向に加速されたガスは、アース電極５を通過して集塵フィルタ層６に流れ込むこととなり、各放電極放電部４が発生するイオン風によって、ガスが各流路８毎に３次元的にらせん状に回転しながら移動することで、このガスが集塵フィルタ層６を繰り返し通過することとなり、ここで粒子状物質が確実に捕集される。

このように放電極放電部４がとアース電極５と集塵フィルタ層６との配置関係は、多数考えられるものであり、上述した例以外にも、隣り合う２つの集塵フィルタ層６を一体に構成したり、集塵フィルタ層６と仕切板１０とを密着させたり、隙間を設けたりしても良いものであり、これらに限定されるものではない。

このように構成させた集塵装置にて、アース電極５の開口率を、６５％〜８５％に設定することが望ましい。ここで、集塵装置における集塵効率ηはよく知られた下記のドイチェの数式により算出することができる。なお、ｗは、集塵性指数（粒子状物質の移動速度）、ｆは、単位ガス量当たりの集塵面積である。
η＝１−exp（−ｗ×ｆ）
この数式から集塵性指数ｗが大きいほど集塵効率ηが高くなることがわかる。

図１４に表すグラフは、アース極の開口率に対する集塵性指数の比を表すものであり、アース極の開口率を変化させたときの集塵性指数比の変化度合を実験により求めたものである。従って、図１４のグラフに示すように、３００より高い集塵性指数比を確保することができる領域は、アース電極の開口率が６５％〜８５％となる領域となっている。この場合、アース電極の開口率が６５％より低いと、ガス中の粒子状物質を確実にイオン風とともに集塵フィルタ層へ導くことができなくなり、イオン風を有効に利用することができず、大きな性能向上が期待できない。逆に、アース電極の開口率が８５％より高いと、たとえば金網で構成する場合には、細い線径のワイヤが間引き去れて配置されるため、イオン風が供給可能な十分な電流が流れることなく、その表面電位が上昇して火花放電にいたるため、性能上の制約が生じる。なお、図１４に表すグラフにて、集塵性指数比は、基準値として従来の構造、すなわち鉄板のアース電極の集塵性指数を１００とした相対比較を示しているため、開口率が０％のときに指数が１００を示している。

この場合、アース電極５の開口率を集塵フィルタ層６の開口率より大きく設定することが望ましい。即ち、アース電極５は、放電極放電部４からのコロナ放電を受けて粒子状物質を帯電させて引付けるためのものであり、一方、集塵フィルタ層６は帯電した粒子状物質を捕集するためのものであり、アース電極５には、できるだけ粒子状物質が集塵フィルタ層に導入することができるようにする必要がある。但し、集塵フィルタ層６は、積層した金網やポーラスなセラミックスなどにより構成されており、開口率に代えて空隙率で表すほうが適正であり、この場合、アース電極５の空隙率を集塵フィルタ層６の空隙率より大きく設定すればよい。

また、上述した集塵装置にて、集塵フィルタ層６における圧力損失の抵抗係数を、２〜３００に設定することが望ましい。ここで、前述したように、集塵装置における集塵効率ηは下記数式により算出することができる。
η＝１−exp（−ｗ×ｆ）
この数式から集塵性指数ｗが大きいほど集塵効率ηが高くなることがわかる。

また、集塵層フィルタにおける圧力損失ΔＰは下記数式により算出することができる圧力損失係数を適正化することで、高い集塵性を確保することができる。ここで、ξは、圧力損失の抵抗係数、γは、ガスの比重、Ｖは、集塵フィルタ層の通過流速、ｇは、重力である。
ΔＰ＝ξ×γ×Ｖ２／２ｇ
なお、圧力損失の抵抗係数ξは、圧力損失ΔＰをmmaqとして算出したデータである。

図１５及び図１６のグラフは、集塵フィルタ層における圧力損失の抵抗係数に対する集塵性指数比であり、図１５は粒子状物質としてフライアッシュダストを用い、図１６は粒子状物質としてディーゼル排ガスダストを用いた場合のデータであり、上述した圧力損失ΔＰの数式に基いて、圧力損失の抵抗係数を変化させたときの集塵性指数比の変化度合を実験により求めたものである。従って、図１５及び図１６のグラフに示すように、高い集塵性指数比を確保することができる領域は、圧力損失の抵抗係数が２〜３００となる領域となっている。

即ち、圧力損失係数が少ない場合には、イオン風による２次流れにより誘起されたガスはフィルタ層に十分導入することができ、本来の目的は達成可能であるが、フィルタ層の空隙率が極端に大きすぎるため、すなわちフィルタ層としては空隙が大きすぎるため、粒子状物質が十分に捕集されないまま再びガスに戻されるため、十分な効率が達成できない。また、逆に圧力損失係数が大きい場合には、イオン風による2次流れにより誘起されたガスはフィルタ層に十分導入することができないため、十分な効率が達成できない。

なお、図１５及び図１６に表すグラフにて、集塵性指数比は、基準値として、鉄板のアース電極の集塵性指数を１００とした相対比較を示している。この場合、圧力損失の抵抗係数は無限大であるが、圧力損失の抵抗係数を１０００００としたときに、集塵性指数比を１００としている。

以上のように、本発明に係る集塵装置は、ガス中の粒子状物質を帯電させると共にイオン風によって主ガス流れに沿ってガス通路と集塵フィルタ層の間を循環させ、ガスを集塵フィルタ層に対して繰り返し通過させながら粒子状物質を捕集するものであり、ガス中の微粒子を効率的に捕集する集塵装置に有用であり、特に、微細な粒子上物質を含むガスを取り扱う処理に適している。

図１は、本発明の第１実施例に係る集塵装置の一部を断面として表す斜視図である。図２は、図１のII−II断面図である。図３は、本発明の第２実施例に係る集塵装置の一部を断面として表す斜視図である。図４は、図３のIV−IV断面図である。図５は、本発明の第３実施例に係る集塵装置の一部を断面として表す斜視図である。図６は、図５のVI−VI断面図である。図７は、本発明の第４実施例に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。図８は、本発明の第５実施例に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。図９は、本発明の第６実施例に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。図１０は、本発明の第７実施例に係る集塵装置にて流路を横切る方向の断面図である。図１１は、本発明の第８実施例に係る集塵装置における放電電極とアース電極と集塵フィルタ層の配置関係の一例を表す概略図である。図１２は、本発明の第８実施例に係る集塵装置における放電電極とアース電極と集塵フィルタ層の配置関係の一例を表す概略図である。図１３は、本発明の第８実施例に係る集塵装置における放電電極とアース電極と集塵フィルタ層の配置関係の一例を表す概略図である。図１４は、アース極の開口率に対する集塵性指数比を表すグラフである。図１５は、集塵フィルタ層における圧力損失の抵抗係数に対する集塵性指数比を表すグラフである。図１６は、集塵フィルタ層における圧力損失の抵抗係数に対する集塵性指数比を表すグラフである。

符号の説明

１集塵装置
２外殻
３放電極主部（放電電極）
４放電極放電部（放電電極）
４ａ先端
５アース電極
６集塵フィルタ層
７電源
８流路
９セル
Ｄ放電電極の先端とアース電極との距離
Ｓ隣り合う放電電極の先端同士のアース電極に沿う展開長さ

Claims

粒子状物質を含むガスを流すガス流路と、
前記ガス流路に沿って設けられてこのガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有するアース電極と、
前記アース電極に隣接して設けられて前記ガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有すると共に内部に流入したガスを前記流路内の前記ガスの流れに沿う方向にガスを通過させる開口率を有する集塵フィルタ層と、
前記流路内に先端が前記アース電極と所定間隔離間して設けられる放電電極とを具え、高電圧を印加して前記放電電極と前記アース電極との間に前記放電電極の放電部から前記アース電極へ前記ガスの流れに直交する断面内で先端の両側に前記集塵フィルタ層を繰り返し通過するように循環する二次流れを誘起形成するイオン風を発生させることで前記ガス流路と前記集塵フィルタ層との間でらせん状のガス流れを生成し、
前記アース電極は、６５％から８５％の開口率を有することを特徴とする集塵装置。
粒子状物質を含むガスを流すガス流路と、
前記ガス流路に沿って設けられてこのガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有するアース電極と、
前記アース電極に隣接して設けられて前記ガスの流れと交差する流路断面内に沿ってガスを通過させる開口率を有すると共に内部に流入したガスを前記流路内の前記ガスの流れに沿う方向にガスを通過させる開口率を有する集塵フィルタ層と、
前記流路内に先端が前記アース電極と所定間隔離間して設けられる放電電極とを具え、
高電圧を印加して前記放電電極と前記アース電極との間に前記放電電極の放電部から前記アース電極へ前記ガスの流れに直交する断面内で先端の両側に前記集塵フィルタ層を繰り返し通過するように循環する二次流れを誘起形成するイオン風を発生させることで前記ガス流路と前記集塵フィルタ層との間でらせん状のガス流れを生成し、
前記集塵フィルタ層は、２から３００の圧力損失の抵抗係数を有することを特徴とする集塵装置。