JPH0251677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気集塵機の荷電制御方法に関する
ものであり、更に詳述するならば、ベース電源と
パルス電源を使用して、電気集塵機に直流とパル
スを重畳した電圧が印加されるようになされた電
気集塵機のための荷電制御方法に関するものであ
る。

従来の技術 電気集塵機は、より高い電圧を印加するほど集
塵性能が向上すると考えられている。そのため、
可能な限り高い電圧を印加するような努力がなさ
れている。しかし、印加電圧が高過ぎると、スパ
ークが発生して大きい電流が流れ、かえつて電圧
が低下する。

また、特に電気抵抗率の高いダストの集塵の場
合、いわゆる逆電離現象が発生する。この逆電離
現象とは、集塵電極に捕集されたダスト層に電荷
が蓄積され、ダスト層が絶縁破壊を起こし、放電
電極のコロナとは逆極性のコロナを生じる現象で
ある。このような逆電離現象が発生すると、印加
電流のみが増大して、印加電圧が減少し、集塵効
率が低下する。

そのような逆電離を抑制するために、電気集塵
機に印加する直流電圧（ベース電圧と言う）に、
パルス電圧を重畳させる電気集塵機の荷電方法
（パルス荷電法）が提案されている。

このパルス荷電は、一般に、第２図に示すよう
に、集塵電極１及び放電極２を有する集塵機３
の、直流電源（ベース電源という）４に接続され
た放電電極２に、結合コンデンサ５を介してパル
ス電源６を接続して、実施される。なお、そのベ
ース電源４は、昇圧変圧器７と、その昇圧変圧器
の一次側に商用電源交流を供給するサイリスタ８
のような導通角制御整流器手段と、昇圧変圧器の
２次側に接続されて放電電極３に負の高電圧を供
給する整流ダイオードブリツジ９のような整流手
段とを有している。

以上のような電源により、通常、ベース電源４
で集塵機を常時荷電しておき、パルス電源６から
の電圧を結合コンデンサ５を介して集塵機にパル
ス荷電する。

このようなパルス荷電において、パルスの頻度
を制御することで、コロナ電流を集塵機平均電圧
（実質的にベース電圧と一致）と独立に制御でき
るため、従来の集塵機で問題となつていた逆電離
現象を防止できる。従つて、このパルス荷電法に
より、集塵機の性能の大幅な向上ができる。

しかし、実際に、どのようなパルス頻度が最適
かは、集塵されるダストの条件により異り、いろ
いろ研究されている。欧米での研究もいくつか報
告があるが、第３図に、本発明の発明者ほかの研
究結果を示す。第３図に示すように、ダストが低
抵抗フライアツシユの場合には、パルス頻度の上
昇により集塵性能が上昇して、或る値を越えると
ほぼ一定の値に安定する。一方、ダストが高抵抗
フライアツアユの場合には、パルス頻度の上昇に
より集塵性能が上昇するが、或る値を越えると減
少する。

発明が解決しようとする問題点 以上のようにパルス頻度については研究がある
が、パルスを出すタイミングについては、注目さ
れていないのかまたはノウハウのために秘密にさ
れているのか、報告がされていない。そのため、
従来のパルス荷電ではパルスは一定間隔ごとに発
生させる。そして、その間隔は、電源交流の半サ
イクルの期間（60Hzでは1/120秒、50Hzでは1/100
秒）とは独立しており、その半サイクル期間ある
いはその整数倍に必ずしもなつていない。すなわ
ち、電源交流のどのような位相でパルスが発生す
るか決まつておらず、毎回毎回パルス発生の都度
変わる。このため、パルスの発生するタイミング
（電源交流の位相）によつては、後述するような
いろいろ困つた問題が生ずる。

(1) ベース電源の劣化やノイズ発生の問題 第２図のパルス荷電電源において、ベース電源
４の変圧器７の二次巻線起電力の絶対値は、第４
図ａのグラフの点線のようになつている。一方、
集塵機電圧は、集塵機がコンデンサとして機能す
るので、負の電圧であるが、絶対値は第４図ａの
実線のようになる。

今、ベース電源４の一次側サイリスタ８が点弧
すると、変圧器７の二次巻線起電力絶対値が集塵
機電圧絶対値をこえ、整流ブリツジに順方向電圧
がかかり、第４図ｂに示すように、出力電流が流
れはじめる。そして、次式の成立する時は整流ブ
リツジに逆方向の電圧がかかるので電流は流れな
くなる。

集塵機電圧絶対値＞変圧器二次巻線起電力絶対値
……(1) さて、ベース電源出力電流が流れているとき
に、第５図ａに示すように集塵機にパルスを印加
すると、(1)式が満足されるため、第５図ｂに示す
ようにベース電源出力電流がさい断され、零とな
る。この時、ベース電源変圧器７の巻線に異常な
電圧を発生する。ベース電源回路は、集塵機内の
スパーク発生時の電流をおさえるため、高いイン
ダクタンスをもつよう作られており、出力電流が
さい断されるときは、これを妨げ、電流を流しつ
づけるような起電力を生ずる。更に、変圧器巻線
に固有な振動電圧を生ずることもある。これらは
変圧器や整流ブリツジを劣化させる。また、一次
側電源ラインにノイズを発生し、周辺の制御機器
の誤動作の原因となる。そこで、従来の電気集塵
機の電源は、そのような異常電圧に耐えられるよ
う絶縁耐力を高く設計している。

(2) 集塵機電圧の低下の問題 ベース電源電圧に重畳するようにパルスを印加
すると、集塵機電圧は第６図のように変化する。
第６図において、時点Ａはパルスの立ち上がりで
あり、時点Ｂがピークであり、時点ＡとＣとの間
がパルス幅である。そのパルス幅は、パルス荷電
の方式によりいろいろだが、200μs以下が多い。

しかし、その程度のパルス印加時間では、イオ
ンは１〜２cm程度しか移動しない。そのため、パ
ルス印加により、集塵機放電電極表面より２cm以
内の空間に高濃度の負イオンの雲ができる（時点
Ｂ、時点Ｃ）。

そのような状態における電荷分布及び電束分布
の様子を第７図に示す。第７図ａに示すように、
第６図の時点Ａでは、このような雲はなく、集塵
機電圧は、放電電極と集塵電極の間に電場をつく
り、この電場をあらわす電束は、集塵電極表面の
正電荷から出発して放電電極表面で終端する。

そして、時点Ｂにおいて、第７図ｂに示すよう
に、パルス電源より供給された電荷により電束密
度が大きくなる。これに伴い放電電極の負電荷の
一部は負イオンとして空間に放出され集塵機放電
電極表面より２cm以内の空間に高濃度の負イオン
の雲ができ、電束は、集塵電極表面の正電荷から
出発して、放電電極近傍の高濃度の負イオンで終
端するのがかなりできる。

時点Ｃでは、電束密度が時点Ａのときと同様な
状態に戻るが、放電電極周囲の負イオンの雲はか
なり残る。それを放置すると、負イオンの雲は集
塵電極へ移動して、集塵電極の正電荷と中和消滅
するから、イオンの移動するに伴い集塵機電圧が
低下する。

しかし、現在の電気集塵機の荷電制御では、そ
の問題についてなんら考慮していないため、パル
ス荷電と、ベース電源の昇圧変圧器一次側のサイ
リスタの点弧とが独立しており、パルス直後の時
点Ｃから集塵機電圧は低下し、ベース電源一次サ
イリスタ点弧により回復する。そのため、電圧が
大きく変動するので、集塵機電圧を最も好ましい
値、例えば、コロナ開始電圧付近の値に維持でき
ず、集塵性能を十分高くするこができない。

パルス荷電は、逆電離の発生を防止するためき
わめて低い電流で運転できることが特長であり、
パルスとパルスの間の期間の集塵機電圧は、コロ
ナ開始電圧付近にすべきである。ところが、電圧
の変動が大きいと、大幅にコロナ開始電圧を越え
た電圧となることがあり、このため、大きな電流
が流れ、逆電離現象を防げなくなる。さらに、大
幅にコロナ開始電圧を下まわる電圧となることが
あり、この期間は、集塵作用が低下する。

そこで、本発明は、上記した従来のパルス荷電
の欠点を解消して、ベース電源の故障防止、制御
信頼性向上及び集塵性能の向上を実現できる電気
集塵機の荷電制御方法を提供せんとするものであ
る。

すなわち、本発明は、パルス荷電によるベース
電源出力電流の裁断がなく、また、パルス荷電に
よる集塵機電圧の低下のない、電気集塵機の荷電
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 本発明者は、上記した目的のために種々研究し
た。まず、ベース電源出力電流の裁断を防止する
には、パルスを出すタイミングと、特にベース電
源の一次側サイリスタの点弧時期との関係が、き
わめて重要である。そして、ベース電源の出力電
流が流れていないときにパルスの印加があつて
も、当然、ベース電源出力電流の裁断のような問
題は生じない。

また、パルス荷電直後にベース電源の一次側サ
イリスタを点弧し、ベース電圧を高めることによ
り、パルス荷電直後からの集塵機電圧の低下を防
止するに効果的であることを発見した。かかる方
法は電気集塵機のパルス荷電に何等支障がない。

従つて、ベース電源出力電流の裁断を防止し且
つパルス荷電直後の集塵機電圧の低下を防止する
には、ベース電源の一次側サイリスタの点弧直前
に、パルスを印加することが最も好ましい。

本発明はかかる知見に基づて完成したものであ
る。

すなわち、本発明によるならば、直流電圧を印
加するためのベース電源とパルス電源とを使用し
て、電気集塵機に直流とパルスを重畳した電圧が
印加されるようになつており、前記ベース電源は
昇圧変圧器と、該昇圧変圧器の一次側に交流を供
給する導通角制御整流器手段と、前記昇圧変圧器
の２次側に接続された整流手段とを有している、
電気集塵機において、前記パルス電源によるパル
ス発生の時期を、前記ベース電源の一次側の前記
導通角制御整流器手段の導通の直前にすることを
特徴とする電気集塵機の荷電制御方法が提供され
る。

作 用 以上のような電気集塵機の荷電制御方法におい
ては、ベース電源の一次側の前記導通角制御整流
器手段の導電の直前にパルス荷電を実施するの
で、常にベース電源の出力電流が流れていないと
きにパルスが印加され、従つて、パルス印加によ
るベース電源出力電流の裁断は生じない。

また、パルス荷電直後にベース電源の一次側導
通角制御整流器手段の導通させて、ベース電源電
圧を印加しているで、パルス荷電直後の集塵機電
圧の低下は、ベース電圧の印加よりベース電圧が
高められるために、効果的に防止することができ
る。

実施例 以下、添付図面を参照して、本発明による電気
集塵機の荷電制御方法の実施例を説明する。

第１図は、本発明による電気集塵機の荷電制御
方法を実施する荷電制御装置のブロツク図であ
る。なお、第２図に示した基本的なパルス荷電電
源と同一または対応する部分には同一の参照番号
を付してあり、それらの部分については説明を省
略する。

第１図の荷電制御装置は、ベース電源制御装置
１０を有しており、そのベース電源制御装置は、
商用電源交流を計器用変圧器１２を介して検出
し、そのゼロクロスを検出する。そして、その検
出したゼロクロスを基準にして点弧角を決定し
て、所定の時間遅延αの後、点弧指令をゲートパ
ルス整形回路１４に出力する。そのゲートパルス
整形回路１４は、点弧指令に応答してサイリスタ
８のゲートにゲートパルスを出力する。

第１図の荷電制御装置は、更に、パルス頻度制
御回路１６を有しており、そのパルス頻度制御回
路１６は、ANDゲート１８を開閉する。上記し
た点弧指令はこのANDゲート１８を通つてパル
ス電源６にも送られパルス荷電をトリガする。

次に動作を説明する。

ベース電源制御装置１０は、上述したように、
ベース電源一次側サイリスタの点弧角αを制御す
る。この点弧角の制御は、現在様々な方法により
実施されており、そのいずれによつて実行されて
もよい。例えば、ベース電圧が一定になるように
フイードバツク制御するとか、スパーク発生頻度
を一定値以下に維持するようにスパーク発生頻度
をフイードバツクして制御するとかが考えられ
る。

ベース電源制御装置１０は、そのようにして点
弧角αの値を算出する一方、商用電源交流を計器
用変圧器１２を介してピツクアツプして第８図ａ
に示すような電源交流のゼロクロスを検出し、そ
の検出したゼロクロスを基準にして（α／180゜）
×（電源交流半サイクルの期間）の時間経過した
時点に第８図ｂに示すように点弧指令を発する。

その点弧指令は、ゲートパルス整形回路１４に
送られ、そのゲートパルス整形回路１４は、点弧
指令を受け取つた後、高圧パルス（パルス電源６
によるパルス）印加期間β更に遅延させて、ベー
ス電源一次側サイリスタ８にゲートパルスを送り
これを確実に点弧する（第８図ｃ）。かくして、
第８図ｄに示すような絶対値の起電力が、昇圧変
圧器７の２次巻線側に発生する。

なお、このように高圧パルス印加期間βの経過
を待つのは、この期間はベース電源の整流ブリツ
ジに逆方向電圧がかかつており、出力電流が流れ
なくなつているため、一次側サイリスタにゲート
パルスを送つてもサイリスタを点弧できないから
である。従つて、パルスを出すタイミングがベー
ス電源の一次側サイリスタ点弧と同時あるいはそ
の直前でも、パルス印加中は、一次側サイリスタ
点弧が抑制されてしまうので、サイリスタの実質
上の点弧は、パルス印加の直後ということにな
る。高圧パルス印加期間に余裕をみてβを１ミリ
秒程度としても、発明の効果はほとんど変わらな
い。

一方、点弧指令は、更に、パルス頻度制御回路
１６により開閉されるANDゲート１８に送られ、
パルスを発生すべきか否かのチエツクをされたう
えで、パルス電源に送られ、第８図ｅに示すよう
にパルス電源に出力パルスを発生させる。その結
果、第８図ｆに示すように集塵機電圧にパルスが
重畳される。

このようにして、パルスはベース電源一次側サ
イリスタ点弧直前に発せられることになる。この
時は、ベース電源電流はまだ流れ始めておらず、
異常電圧やノイズの問題を起こさない（第８図
ｇ）。

さて、パルス頻度制御回路の目的を説明する。
パルス荷電においては、第３図に関連して上述し
たように、パルス頻度の制御が重要である。第３
図に示すように、低抵抗フライアツアユの場合パ
ルス頻度は100回／秒あれば十分で、これ以上で
は集塵性能は向上しない。しかし、高抵抗フライ
アツアユのような場合にあつては200回／秒〜
70／秒までパルス頻度を落した方がよい。一方、
上述した方法で、ベース電源一次側サイリスタの
点弧指令の都度パルスを発生させると、パルス頻
度は100回／秒（電源交流が50Hzのとき）または
120回／秒（電源交流が60Hzのき）となる。そこ
で、集塵ダストの性質に応じて、パルス頻度をこ
れ以下で運転するために、点弧指令のうちの一部
は、パルス電源に送られないようにする。

例えば、第９図に示すように、電源交流が60Hz
とし、点弧指令３回のうち１回をカツトすればパ
ルス頻度は80回／秒となる。同様に点弧指令３回
のうち２回をカツトすれば、パルス頻度は40回／
秒となる。点弧指令15回のうち１回だけパルスを
出すことし、残りをカツトすれば、パルス頻度は
８回／秒となる。このようにして、パルス頻度は
120回／秒（60Hzのとき）以下では、実質的に十
分細かく自由に調整でき（第９図参照）、そのよ
うな調整機能を果す回路が、パルス頻度制御回路
１６である。

以上のような、電気集塵機の荷電制御方法にお
いて、ベース電源は全波整流方式だから、ベース
電圧波形は電源交流の半サイクルに一度山があら
われる。60Hzでは１秒間に120山現れる。ベース
電源一次側サイリスタを点弧させると、ベース電
圧は上昇するから、点弧直前というのは、ベース
電圧波形の谷になる。そして、本発明では、パル
スはベース電圧の谷で発生させる。すべての谷で
発生させるとパルス頻度は120回／秒だが、これ
以下のパルス頻度も第９図に示ようにいろいろ得
ることができる。

更に、第９図は、連続する数山を基本周期と
し、基本周期のうちどの山の谷でパルスを生すか
の一例を示している。この基本周期の長さは、数
山（１山は電源交流半サイクルの長さ）だが、山
数は、奇数とするのが好ましい。このようにする
と、基本周期の２倍の期間において、電源交流の
３つの相毎にパルスを出す回数が等しくなり、相
負担のアンバランスによる変圧器鉄芯偏励磁の問
題を防げるからである。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によ
り、ベース電源に異常電圧が発生するするを防止
でき、装置の耐圧余裕を少なく設計できる。ま
た、ノイズの発生を防止でき、周辺のデイジタル
制御機器への悪影響を防止できる。更に、集塵機
の直流ベース電圧の変動を小さくするので、適正
な直流ベース電圧が常に維持されることになり、
集塵性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電気集塵機の荷電制御
方法を実施する荷電制御装置のブロツク図、第２
図は、電気集塵機のパルス荷電制御を行うパルス
荷電電源の基本構成を示すブロツク図、第３図
は、電気集塵機のパルス荷電におけるパルス頻度
と集塵性能との関係の１例を示すグラフ、第４図
は、電気集塵機電圧と、電気集塵機のベース電源
変圧器出力電圧及びベース電源出力電流との関係
を示すグラフ、第５図は、電気集塵機のベース電
源によるベース電圧にパルスが重畳された場合の
電気集塵機電圧とベース電源出力電流を示すグラ
フ、第６図は、パルス荷電におけるパルス波形を
示すグラフ、第７図は、パルス荷電による集塵機
の放電電極と集塵電極の電荷と電束の分布を示す
図解図、第８図は、第１図の荷電制御装置による
ベース電圧荷電とパルス荷電の方法を図解するグ
ラフ、第９図は、パルス荷電におけるパルス頻度
の制御例を示すグラフである。 主な参照番号、１…集塵電極、２…放電電極、
３…集塵機、４…ベース電源、５…結合コンデン
サ、６…パルス電源、７…昇圧変圧機、８…サイ
リスタ、９…整流ダイオードブリツジ、１０…ベ
ース電源制御装置、１２…計器用変圧器、１４…
ゲートパルス整形回路、１６…パルス頻度制御回
路、１８…ANDゲート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電圧を印加するためのベース電源とパル
   ス電源とを使用して、電気集塵機に直流とパルス
   を重畳した電圧が印加されるようになされてお
   り、前記ベース電源は、昇圧変圧器と、該昇圧変
   圧器の一次側に交流を供給する導通角制御整流器
   手段と、前記昇圧変圧器の２次側に接続された整
   流手段とを有している、電気集塵機において、前
   記パルス電源によるパルス発生の時期を、前記ベ
   ース電源の一次側の前記導通角制御整流器手段の
   導通より０〜１ミリ秒前にすることを特徴とする
   電気集塵機の荷電制御方法。 ２ 前記ベース電源の一次側の前記導通角制御整
   流器手段の導通の前に必ずパルスを発生させるの
   でなく、一定の割合でパルスを休止させることに
   よりパルス頻度を調節すること特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電気集塵機の荷電制御方
   法。 ３ 前記導通角制御整流器手段はサイリスタであ
   り、該サイリスタの点弧の時期の直前に、前記ベ
   ース電源によりパルスを発生させること特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の電気
   集塵機の荷電制御方法。