JPH0199659A - パルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気集塵機に関するものであり、更に詳述す
るならば、直流のベース電圧とパルス電圧とが重畳され
て印加される形式のパルス荷電式電気集塵機の荷電制御
方法に関するものである。

従来の技術 従来の電気集塵機では、過度のスパークを生じない範囲
で、高い電圧を印加するよう制御されてきた。その中で
瞬間的に高い電圧を印加して集塵機の性能を大幅に向上
させることができるパルス荷電法が近年注目されつつあ
る。

このパルス荷電法は、第１図に示すように、電気集塵機
に直流電圧（ベース電圧という）とパルス電圧とを重畳
して印加する方法である。このパルス荷電法は、ベース
電圧、パルス電圧、パルス頻度ｆ　（但し、１／ｆ＝Ｔ
　（パルス繰り返し周期））の３つを夫々独立に制御で
きるので、電気抵抗の高いダストなど、種々のダストの
集塵が可能である。

しかし、パルス荷電法でも、過度のスパークを生じない
よう、ベース電圧、パルス電圧、パルス頻度を制御する
必要がある。

スパーク発生が過度にならないよう制御する目的は、集
塵性能をできるだけ高く維持することにある。スパーク
発生時、ベース電圧、パルス電圧、パルス頻度のうち、
どれを制御すべきかを誤ると、集塵性能が低下する。

本発明の発明者は、最高の集塵性能を実現するためのベ
ース電圧、パルス電圧、パルス頻度の最適値を求めるべ
く種々研究した。

研究の結果では、パルス荷電における集塵性能を決定す
る最も大きな要素は、パルスのピーク電圧である。ピー
ク電圧が高い程、集塵性能はよくなる。一方、ピーク電
圧を一定とするならば、ベース電圧及びパルス頻度が高
い程集塵性能はよくなる。

ところが、ベース電圧もパルス頻度も、ある値を越える
と、急激にスパークしやす（なり、高いピーク電圧を維
持することができなくなる。これは、集塵機表面のダス
ト層に逆電離が発生するためである。逆電離は、パルス
を重畳しない直流荷電の場合のようにピーク電圧が低い
時は、いわゆるバックコロナといわれるコロナの形態を
とるがパルス荷電のようにピーク電圧が高い場合には、
必ずスパークに移行する。

それ故、逆電離の発生するようなベース電圧やパルス頻
度では、高いピーク電圧を得ることは不可能である。以
上要約すると、高い集塵性能を得るためには、高いピー
ク電圧が必要で、さらにこの高いピーク電圧を得るため
には、逆電離を生じないぎりぎりのベース電圧とパルス
頻度が必要とされる。

そこで、パルス荷電方式において、スパークの発生をピ
ーク電圧とベース電圧との関係に着目して検討すると、
スパークが発生するピーク電圧は、ベース電圧が成る値
を越えると、急激に低くなる。

特に集塵されるダストの電気抵抗が１０日Ω・ｃｍ以上
では、この現象は顕著である。

このような電気抵抗の高いダストの集塵では、このよう
なぎりぎりのベース電圧というのは、直流荷電における
コロナ開始電圧あるいはこれよりほんのわずか高い電圧
である。コロナ開始電圧より低いベース電圧ではコロナ
電流がほとんど零または全く零であり、ベース電圧が原
因で、逆電離が発生する可能性はほとんど無い。また、
コロナ開始電圧よりある程度以上高くなると、集塵機の
少なくともごく局所的には、逆電離が発生する。

これは、コロナ電流が、局所的にかなり大きな電流密度
となるためである。なお、パルス荷電方式では、ベース
電圧が、コロナ開始電圧限度以下なら、逆電離やスパー
クが絶対に発生しないという訳ではなく、パルス頻度が
高すぎても、逆電離は発生するが、少なくとも、ベース
電圧の過大が逆電離発生の原因となることは避けられる
。

以上結論として、ベース電圧の最適値とは、直流荷電の
コロナ開始電圧のほんのわずか上の値である。しかし、
スパークが生じてもその頻度が小さい限りは、徒に低く
ベース電圧を抑える必要は無い。

一方、パルス荷電のスパークに対する制御方法は、パル
ス荷電そのものが広く一般的に採用されるに至っていな
いため、公開された文献等は少ない。例えば特開昭５７
−１２７４６２号公報では、スパーク発生の時期を「パ
ルス車圧印加中」か「パルスとパルスの間のベース電圧
印加中」かによりいくつかのタイプに分けて異なる制御
を行っている。

しかしながら、特開昭５７−１２７４６２号公報の方法
では、十分な集塵効率を実現できなかった。

発明が解決しようとする問題点 そこで、本発明は、最大限の集塵効率を実現できるパル
ス荷電式電気集塵機のためのパルス電圧制御方法を提供
せんとするものである。

問題点を解決するための手段 本発明の第１の特徴によるならば、直流ベース電圧とパ
ルス電圧とが重畳されて印加される電気集塵機において
、スパークが生じずに印加可能な最大パルス電圧がパル
ス頻度の増大に伴いその電圧を維持できず低下させなけ
ればならないときのパルス頻度で前記印加可能最大パル
ス電圧のパルスを供給することを特徴とするパルス荷電
式電気集塵機の荷電制御方法が提供される。

上記方法において、好ましくは、パルスを重畳せずに直
流荷電を行った場合のコロナ開始電圧あるいはこれより
ほんのわずか高い電圧に前記ベース電圧を維持する。

本発明の第２の特徴によるならば、直流ベース電圧とパ
ルス電圧とが重畳されて印加される電気集塵機において
、 集塵機内に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
後一定期間内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一定期間内に生じた場合
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、 その後スパークが発生しないときには一定時間毎にまず
、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
に上昇させて、 印加可能最大パルス電圧で、該印加可能最大パルス電圧
での最大パルス頻度でパルスを供給することを特徴とす
るパルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法が提供される
。

なお、上記方法において、パルス電圧及びパルス頻度の
いずれか一方が上限に達してもスパークしない時は、一
定期間経過後、上限に達していないパルス電圧またはパ
ルス頻度を段階的に上昇させることが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、前記一定期間を約５秒と
する。また、前記パルス電圧を下げるときはパルス電圧
の５〜１０％下げ、前記パルス電圧を上げるときはパル
ス電圧の２〜３％上げる。更に、前記パルス頻度を下げ
るときはパルス頻度の３０〜５０％下げ、前記パルス頻
度を上げるときはパルス電圧の１０〜２０％上げる。

作用 パルス荷電方式において、ベース電圧がコロナ開始電圧
付近に適正に制御されている場合、スパークの発生を抑
えるために制御される対象は、パルス電圧とパルス頻度
の２つだけとなる。パルス荷電方式においては、ベース
電圧を一定とみなすならば、ピーク電圧は、パルス電圧
により決定される。

前述したように、パルス電圧が高いほど、集塵性能はよ
くなり、パルス頻度は成る値を越えると、スパークのた
め、パルス電圧を高く維持できなくなるが、その値まで
は、パルス頻度は高い方がよい。

このような、パルス頻度、パルス電圧をＸ−Ｙ平面にと
ってスパーク発生領域を示すと、第２図の如くである。

スパークが発生すると、電気集塵機の放電極と集塵極と
の間に蓄えられた電荷が失われ、電極間電位差が低下し
、集塵効率が著しく低下するので、第２図の非スパーク
領域が、運転可能領域である。

第２図かられかるように、ベース電圧が適正に制御され
ている時、スパークが生じることなく印加可能な最高パ
ルス電圧は、パルス頻度が低い時はパルス頻度に係わり
なく一定であるが、成るパルス頻度を越えるとパルス頻
度の増加とともに低下する。従って、第２図で○印で示
した、スパークが生じることな（印加可能な最高パルス
電圧が低下しはじめる寸前のパルス頻度と、その時の最
高パルス電圧で運転を行うとき、集塵性能が最大となる
。このこと、後出する具体的データによっても確認され
ている。

それ故、本発明の第１の特徴による方法においては、第
２図の中で○印で示した領域でパルス荷電式電気集塵機
を運転するので、最大の集塵効率を実現できる。

本発明の第２の特徴による方法によれば、パルス電圧、
パルス頻度をある期間すなわちステージ毎に少しずつ変
えてゆき、どのステージでスパークしたかによって制御
の方法を変える。なお、同一のステージ期間内では、ス
パークが「パルス印加中」か「パルスとパルスの間のベ
ース電圧印加中」かは問わない。

そして、スパークが発生したら、パルス電圧、パルス頻
度のいずれか、あるいは両方を低くしてスパークの再発
を防ぐ。そしてスパークの無い期間がある程度続くと、
パルス電圧、パルス頻度を回復すなわち上昇させてゆき
、最終的に第２図のＯ印が領域にパルス電圧とパルス頻
度をもってゆく。

かかる本発明の第２の特徴による方法によれば、集塵機
ごとにまた集塵するダストの性質ごとに異なる第２図の
○印が領域が判らなくても、第２図の○印の領域にパル
ス電圧とパルス頻度をもってゆくことができる。従って
、最適のパルス頻度とパルス電圧に動作状態を収束させ
て、最大に集塵効率を実現できる。

実施例 第３図は、本発明による荷電制御方法を実施するパルス
荷電式電気集塵機の給電装置の１例を示すブロック図で
ある。

図示の電気集塵機の給電装置は、電気乗座機本体９の放
電極に接続されたパルス電源６とベース電源８とを具備
している。ベース電源８は、ベース電圧を適切な値（コ
ロナ開始電圧付近）に制御するものであるならば、どの
ような構成のものでもよい。

パルス電源６は、互いに逆方向に接続された一対のサイ
リスクから構成されるサイリスクゲート回路１を介して
商用交流電源に一次側が接続された昇圧変圧器２と、そ
の昇圧変圧器の二次側に接続された整流ブリッジ３とを
具備している。

整流ブリッジ３の出力端子は、パルス発生回路４に接続
されている。更に、整流ブリッジ３の出力端子には、パ
ルス電源電圧を検出するために、分圧抵抗のようなパル
ス電源測定器５が接続され、その反出力端子は、制御装
置１０に人力されている。

一方、整流ブリッジ３の反出力端子は接地されている。

制御装置１０は、パルス発生回路４にトリが信号を発し
、トリガ信号ごとにパルス発生回路４はパルスを出力す
る。そのパルス発生回路４の出力は、電気集塵機本体９
の放電極に接続され、その電気集塵機本体１の集電極は
接地されている。

更に、電気集塵機本体９の放電極には、電気集塵機電圧
を監視してスパークを検出するために、分圧抵抗のよう
なスパーク検出装置７が接続され、その出力端子は、制
御装置１０に入力されている。

制御装置１０は、例えば、コンピュータであ一す、以下
詳述する動作を実施できるようにプログラムされている
。基本的には、パルス電源測定器５からの電圧と、制御
装置１０が設定した目標値とを比較して、サイリスクゲ
ート回路１のサイリスクの点弧角を制御することにより
変圧器３への供給電力を制御して、パルス電圧を目標値
にフィードバック制御する。一方、制御装置１０は、ス
パーク検出装置７の検出電圧を監視して、電圧の急激な
低下が検出されたとき、スパークの発生と判断する。

その場合、後述するように、スパーク発生前の一定期間
にパルス電圧を上昇させた場合にはサイリスタゲート回
路ｌの点弧角を制御することにより変圧器２への供給電
力を減少して、パルス電圧を低下させる。しかし、スパ
ーク発生前の一定期間にパルス頻度を上昇させた場合に
は、同様にしてパルス電圧を低下させると共に、パルス
発生回路４を制御してパルス頻度を低下させる。

次に第４図を参照してパルス電圧、パルス頻度をどのよ
うに決定するかを述べる。

制御装置１０は、一定期間（例えば５秒）にスパークが
無ければ、パルス電圧、あるいはパルス頻度を少し高く
する。更に一定期間スパークが無ければ、パルス電圧あ
るいはパルス頻度を更に少し高くする。

第４図の時点■においてもしスパークが発生すると、パ
ルス電圧を成る程度、たとえば５〜１０％低（する。も
しこのスパークがパルス頻度を高めた直後の一定期間に
生じたものであれば、パルス頻度もある程度、例えば３
０〜５０％低くする。

スパークの後、上述のように、スパークが無ければ、一
定期間毎に、パルス電圧を少しずつたとえば２〜３％高
め、前回スパークの右きたパルス電圧よりわずかにたと
えば１〜２％低いところまで高めてゆく　（第４図の時
点■）。

次の一定期間が経過したならば、第４図の時点■におい
て、パルス頻度を高める。この増大幅は１０〜２０％で
あり、スパーク毎に減少させる幅よりは小さい幅とする
。

その状態においても、まだスパークが生じなければ、一
定期間毎に、所定回数（例えば２〜４回）その高めたパ
ルス頻度のままで、パルス電圧を高めてゆく。その後も
まだスパークが生じなければ、パルス頻度を一定期間後
一度高める。そして、まだスパークが生じなければ、そ
の高めたパルス頻度のままで、一定期間毎にパルス電圧
を高めてゆく。

このようにしてパルス電圧またはパルス頻度をスパーク
が生ずるまで増大してゆく　（第４図■）。

このようにパルス電圧とパルス頻度を制御すると、第５
図のＡ点のように最適点よりもパルス頻度が低いときに
スパークが生じた時は、−旦動作点は■にもどり、次い
で■とパルス電圧を回復させ、■とパルス頻度をふやす
。その後■へ移ってスパークが生じると、図の矢印の如
く、■°→■。

→■”→■′→■”と繰り返す。このようにして動作点
はＯ印の最適点に近づいてゆく。すなわち、パルス電圧
を増大したときのみ、スパークが発生した場合には、パ
ルス頻度が徐々に増大してゆきながらパルス電圧とパル
ス頻度が最適点に到達する。

一方、第６図のＡ点のように最適点よりもパルス頻度が
高いときにスパークが生じた時は、■までパルス電圧を
低くし、次いで■まで回復させる。

更に■とパルス頻度を高めたときにスパークが生じると
、パルス電圧とパルス頻度両方を減らした■′へ移る。

なお、■から■へ移る時のパルス頻度の増大幅以上に■
から■°へ移る時のパルス頻度を減少させる。

第６図の■°の後、■°→■′→■°とパルス電圧、パ
ルス頻度を増大してゆくと、■°で再びスパークが生じ
る。■′から■′への移行はパルス電圧の上昇であるの
で、パルス電圧のみ低下させてパルス電圧は■”まで移
行する。次いで、■”まで回復させる。更に■”とパル
ス頻度を増大させてスパークが生じると、更に■°まで
パルス電圧とパルス頻度との両方を低下させる。

このようにして、動作点は○印の最適点へ近づいてゆく
。すなわち、パルス電圧を増大したときだけでなくパル
ス頻度を増大したときにもスパークが発生した場合には
、パルス頻度の低下幅が増大幅より大きいので、パルス
頻度が徐々に低下してゆきながらパルス電圧とパルス頻
度が最適点に到達する。

なお、パルス電圧、パルス頻度はいずれも、装置の定格
能力により、上限がある。あるいはスパーりをあまり起
させたくない等の理由で意図的に定格能力以下の条件を
設定することもある。もし、パルス電圧、パルス頻度い
ずれかを一定期間毎に増大し、いずれかがその上限に達
しても、一定期間、スパークを生じない時は、上限に達
していないパルス電圧またはパルス頻度を増大する余地
がある。このような場合は、第７図に示すように、ある
期間（これは、今までの一定期間より長くてもよい）待
って、スパークが無ければ、少しだけ、上限に達してい
ない変数（パルス電圧またはパルス頻度）を増加するよ
うにできる。

ここで、第２図を再び参照するならば、パルス電圧−パ
ルス頻度の座標面において、非スパーク領域とスパーク
領域との境界線は、パルス頻度が上昇しても、スパーク
を生じることなく印加可能な最大パルス電圧が一定な水
平線と、パルス頻度の上昇と共にその印加可能な最大パ
ルス電圧が低下する右下がりの線とを有している。その
水平線と右下がりの線との折れ曲がり部（Ｏ印を付した
部分）を以下“肩”と称する。

本発明の発明者は、パルス頻度を変えてスパーク寸前の
パルス電圧を印加して、様々な含塵ガスに対する集塵性
能を測定した。その結果を第８図から第１１図に示す。

第８図から第１１図において、△の頂点は、スパーク寸
前のパルス電圧とその時の最大パルス頻度の測定点であ
り、実線で結んでいる。また、○の中心は、パルス電圧
とパルス頻度の測定点での規格化集塵性能であり、点線
で結んでいる。

その規格化集塵性能は、以下のトイチエ式による集塵移
動速度が従来の直流荷電集塵移動速度の何倍であるかで
表示している。

但し、ω　：集塵移動速度 ＣＩ＝集塵集塵機クロダスト 濃度：集塵機出口ダスト濃度 Ａ　：集塵極面積 Ｑ　：集塵機ガス量 第８図から第１１図の検討から明らかなように、４種類
のダストのどれを集塵した場合も、“肩”が見られ、そ
の“肩”で最大の集塵性能が得られている。従って、本
発明によるパルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法が集
塵効率を最大化することができることがわかろう。

発明の効果 以上のように、本発明によるパルス荷電式電気集塵機の
荷電制御方法では、上記した“肩”でのパルス電圧とパ
ルス頻度でパルス荷電を実施することにより、最大の集
塵効率を実現できる。

そして、スパーク時、パルス電圧と、場合によりパルス
頻度を下げ、そのあと一定期間スパークが無ければパル
ス電圧、パルス頻度いずれかを少しづつ増加させること
で、上記した“肩”でのパルス電圧とパルス頻度の値が
具体的にわからなくても、当該“肩”でのパルス電圧と
パルス頻度に確実に収束させることができる。従って、
どのような集塵機でどのようなダストを集塵しても、集
塵性能を自動的に最高の値に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パルス荷電方式の集塵機電圧の波形図。 第２図は、パルス荷電方式でのパルス電圧とパルス頻度
とスパークとの関係を示すグラフ。 第３図は、本発明による荷電制御方法を実施するパルス
荷電式電気集塵機の構成図。 第４図は、本発明による荷電制御方法を図解するために
パルス電圧とパルス頻度の変化を示すグラフ。 第５図、第６図及び第７図は、異なる条件での本発明の
方法の動作態様を図解する図。 第８図、第９図、第１０図及び第１１図は、様々な種類
のダストを集塵した場合の、パルス電圧とパルス頻度と
集塵性能の関係を図解したグラフである。 〔主な参照番号〕 １・・サイリスタ　　　　２・・変圧器３・・整流ブリ
ッジ　　　４・・パルス発生回路５・・パルス電源測定
器　６・・パルス電源７・・スパーク検出装置　８・・
ベース電源９・・電気集塵機　　　　１０・・制御装置
特許出願人　　住友重機械工業株式会社復代理人　　弁
理士越場　隆 第５図 第６図 第７図 第１０図 パルス頻度　（パルス／＃）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流ベース電圧とパルス電圧とが重畳されて印加
   される電気集塵機において、スパークが生ぜずに印加可
   能な最大パルス電圧がパルス頻度の増大に伴いその電圧
   を維持できず低下させなければならないときのパルス頻
   度で前記印加可能最大パルス電圧のパルスを供給するこ
   とを特徴とするパルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法
   。
2. （２）パルスを重畳せずに直流荷電を行った場合のコロ
   ナ開始電圧あるいはこれよりほんのわずか高い電圧に前
   記ベース電圧を維持することを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載のパルス荷電式電気集塵機の荷電制御
   方法。
3. （３）直流ベース電圧とパルス電圧とが重畳されて印加
   される電気集塵機において、 集塵機内に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づつ上昇させ、 スパークが発生したとき、該スパークがパルス電圧上昇
   後一定期間内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一定期間内に生じた場合
   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、 その後スパークが発生しないときには一定時間毎にまず
   、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
   に上昇させて、 印加可能最大パルス電圧で、該印加可能最大パルス電圧
   での最大パルス頻度でパルスを供給することを特徴とす
   るパルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法。
4. （４）パルス電圧及びパルス頻度のいずれか一方が上限
   に達してもスパークしない時は、一定期間経過後、上限
   に達していないパルス電圧またはパルス頻度を段階的に
   上昇させることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項
   記載のパルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法。
5. （５）前記一定期間を約５秒とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第（３）項または第（４）項記載のパルス
   荷電式電気集塵機の荷電制御方法。
6. （６）前記パルス電圧を下げるときはパルス電圧の５〜
   １０％下げ、前記パルス電圧を上げるときはパルス電圧
   の２〜３％上げることを特徴とする特許請求の範囲第（
   ３）項から第（５）項までのいずれか１項記載のパルス
   荷電式電気集塵機の荷電制御方法。
7. （７）前記パルス頻度を下げるときはパルス頻度の３０
   〜５０％下げ、前記パルス頻度を上げるときはパルス電
   圧の１０〜２０％上げることを特徴とする特許請求の範
   囲第（３）項から第（６）項までのいずれか１項記載の
   パルス荷電式電気集塵機の荷電制御方法。