JPS6146178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明は固体微粒子、特に低硫黄炭の燃焼により
生ずるフライアツシユやプラスチツク粉体等のご
とく電気抵抗の著しく高い固体微粒子に、逆コロ
ナの妨害作用を受けることなく迅速且つ有効に電
荷を与えて、其れらの静電的処理や集塵を効果的
に行なう事を可能ならしめる為の、新規の粒子荷
電装置に関するものである。

固体微粒子に工業的に電荷を供与するには、通
常第１図に示したごときコロナ放電用針状または
線状電極１、平板状または円筒状・環状等の対向
電極２、直流電源３等よりなる荷電装置を用いて
直流コロナ放電４を行なわしめ、このコロナ放電
によつて生ずるイオン５の固体微粒子６へのコロ
ナ空間８における衝突・付着現象を利用する方法
が一般に用いられているが、この場合(1)帯電粒子
７はコロナ放電極１から対向電極２に向かう方向
のクーロン力を受けて駆動され、荷電量の大きい
粒子が対向電極９に付着して目的とする作業域１
０には排出されず、荷電量の少ない粒子のみが荷
電装置から排出される、(2)対向電極９は電気抵抗
の高い微粒子層に覆われ、その上に飛来するイオ
ンによつて電荷が蓄積し、微粒子層上の電位が上
昇して絶縁破壊を生じ、ここから逆極性のイオン
を荷電空間８へと放出し、微粒子の電荷を中和減
少せしめるという所謂逆コロナ現象を発生して大
幅な荷電性能低下を生ずる、等という大きな欠点
があつた。

この第１の欠点を克服するため、本発明者は別
発明「粒子荷電装置」（特許願昭和46年第50087
号）において、例えば第２図に示す如く相互に絶
縁され一定の間隔をへだてて互いに平行に配置せ
る交番電極１１，１２を設け、該交番電極の各々
に小孔または細隙１３，１４を設けてそれぞれの
中央に該交番電極から絶縁して放電用第３電極１
５，１６を設け、該交番電極１１，１２間に例え
ば変圧器１７の二次巻線端子１８，１９を介して
交番主電圧を印加、両電極間の荷電空間２０に交
番主電界を形成せしめ、更に該放電用第３電極１
５，１６に例えば図示のごとく整流器２１，２
２、抵抗２３，２４、コンデンサ２５，２６と結
合の上、該変圧器１７の二次巻線端子２７，２８
を介して該交番主電圧と同一極性かつ同一周波数
の脈流電圧を供給する方法により、図の例では交
番電極１１が負極性の十分高い電圧となつた時に
はこれと第３電極１５との間のみに、くり返し火
花放電を発生せしめ（この時１２，１６間には整
流器２２の作用で放電を発生せしめない）、生成
負イオンを荷電空間２０内に左方より右方に向つ
て放出せしめて固体微粒子に射突荷電せしめ、次
に主電圧の極性が反転し電極１２が負極性の十分
高い電圧となつた時には上述の動作を反転せしめ
て、負イオンを荷電空間２０内へ右方より左方に
向かつて放出の上同じく該微粒子に射突荷電せし
め、かくして常に粒子に本例では負の強力な電荷
を与えつつ粒子に働くクーロン力は交番せしめ
て、粒子の電極への付着を防止する方法を提案し
た。

しかし乍ら本発明は微粒子の交番電極１１，１
２への付着による損失は大幅に低減出来るもの
の、その完全な防止は不可能であり、時間と共に
やがては１１，１２の表面が高抵抗微粒子層に覆
われる様になり、相手方の放電用第３電極から飛
来するイオンの蓄積により上記の逆コロナ障害が
発生するのを防ぐ事はできなかつた。

又おなじく粒子の付着損失を防ぐ目的で本発明
の発明者はいまひとつの別発明「高性能粒子荷電
装置」（特開昭50−52673号公報）において放電用
第３電極１５，１６としてコロナ電極を用い、こ
れと交番電極１１，１２との間の間隙１３，１４
を大きくし、それぞれの交番電極１１，１２が交
互に交番主電圧の例えば負極性の十分高い電圧と
なつた時にこれらと当該コロナ放電用第３電極と
の間に後者を負とする同一周波数の脈流電圧を該
交番電圧に同期して印加し、当該コロナ放電用第
３電極より交互にコロナ放電、この場合負コロナ
放電を発生せしめ、これによる負イオンを荷電空
間２０内に放出供給のうえ、左右に往復せしめて
粒子に射突荷電せしめる方法を提案した。

しかし乍らこの場合も交番電極１１，１２の表
面上に電気抵抗の高い粒子が付着するのが避けら
れず、逆コロナ現象が発生するのを避け得なかつ
た。

本発明の目的は上記のすべての欠点を根本的に
改良し、電気抵抗の極めて高い微粒子に有効に電
荷を賦与し得る極めて高性能の粒子荷電装置を提
供するにある。

本発明はこの目的を(1)帯電微粒子の電極への付
着損失を上記交番主電界の周波数を少なくとも50
ヘルツ以上に上げる事によつて大幅に抑制し、ま
た(2)逆コロナの発生は(1)の条件に加えて、該主電
界の周波数の少なくとも２倍以上の周波数を有す
る交流コロナ放電を用いた面状プラズマイオン源
をイオン供給に利用する事により、電極付着微粒
子層上の蓄積電荷をこのプラズマイオン源からの
異極性イオンによつて有効に中和除電することに
より達成する。

(1)については交番電界中で帯電微粒子の振動振
幅が周波数の上昇と共に減少することから、微粒
子の電極への衝突付着を防ぐには該交番主電界の
周波数を上げる必要があり、実際上少なくとも50
ヘルツ以上に選定して初めてその効果が発現する
という実験結果にもとずいている。又(2)について
は逆コロナ防止には２つの条件、すなはち先ずプ
ラズマ発生休止半サイクル中のコロナ放電極上の
粒子層表面電位の時間的上昇が、その絶縁破壊値
に達する前に交番主電圧の極性を反転せしめイオ
ンの飛来をとめる必要があり、このためには該交
番主電圧の周期が長過ぎては不可で、実際上(1)の
条件を満たす必要があること、第２にイオン源の
動作時には豊富な正・負イオンを含むプラズマを
形成する必要があり、そのためには該交番手電圧
の特定極性のピーク値付近で少なくとも１回は正
負に交番するごとき交番電圧（その周波数が該交
番主電圧のそれの少なくとも２倍以上の要あり）
で交流コロナ放電を発生する事が不可欠でこれに
よつて初めて豊富な正・負イオンを含むプラズマ
イオン源が形成出来、有効に該蓄積表電荷を中和
除電して完全に逆コロナを防止できるという実験
結果にもとずいている。

すなはち本発明による粒子荷電装置は、微粒子
を荷電するための荷電空間を挟む一対の平行面の
双方の上に、それぞれ複数個の互いに平行且つ近
接の高周波コロナ放電を行なう為のコロナ放電極
を相隣る相互に絶縁のうえ配設して一対の面状プ
ラズマ発生部を構成し、該一対の面状プラズマ発
生部を相互に絶縁支持の上、それぞれに属するコ
ロナ放電極のいずれか各一本に接続してこれら一
対の面状プラズマ発生部の間に交番主電圧を印加
し、両者に挟まれた荷電空間に交番主電界を形成
するための、少なくとも50ヘルツ以上の出力周波
数を有する交流主電源を設け、且つこれらのプラ
ズマ発生部が交互に該交番主電圧の特定の極性と
なつた時にのみ、それに属する該コロナ放電極の
相隣るもの同志の間に上記交番主電圧の周波数の
少なくとも２倍以上の周波数を有する高周波電圧
を印加して当該コロナ放電極間に高周波コロナ放
電を発生せしめる為の別の高周波交流電源を設け
たことを特徴とする。

この場合該交流主電源の出力周波数は上記のよ
うに少なくとも50ヘルツ以上に選ぶ必要がある
が、微粒子の電極への付着防止効果をより完全に
発揮せしめるためには、これを100から500ヘルツ
の間に選定するのが望ましい。又該高周波交流電
源の出力周波数は上述のごとく該交流主電源のそ
れの少なくとも２倍以上に選定する必要がある
が、最高度のイオン供給能力と逆コロナ防止効果
を発揮せしめるためには１キロヘルツ以上10キロ
ヘルツ程度までにえらぶのが望ましい。

又コロナ放電極の形状は丸線状、角線状、スト
リツプ状、刺付きストリツプ状、刺付き棒状等、
適当な如何なる形状のものをも用いる事が出来る
が、常に相隣る放電極の双方が相手に向かつて交
流コロナ放電を発生する様に互いに向き合つた端
縁が尖鋭な角縁状やナイフ刃状等のコロナ放電発
生用端縁であつたり、相手に向かつて鋭いコロナ
放電用突起部列を有するもの等である必要があ
る。そこで複数個のコロナ放電極列の内、最外側
の２本以外のものは、それぞれ其の両側の端縁が
上記のごとくコロナ放電を発生する能力をもつた
形状を具備していなければならない。しかし最外
側の２本についてはそれぞれの外向きの端縁はコ
ロナ放電発生部のない構造とする事が必要であ
る。その理由はこれらの端縁には主電界の大きな
集中が生ずるので、もしこれらが尖鋭なコロナ発
生部を有すると、当該電極列に高周波交流電圧が
印加されていない交番主電圧半周期中にも、ここ
から主電界集中によるコロナ放電が起こり、異極
性のイオンを荷電空間に放出して、荷電効率の大
幅な低下を来たすからである。

本発明による粒子荷電装置は、上述のごとき特
徴の結果として、(1)微粒子のコロナ放電極への付
着損失が大幅に抑制され、殆ど総ての粒子が荷電
後に作業領域に排出され、その損失がなくなる、
(2)もし電気抵抗の著しく高い粒子が層状にコロナ
放電極の表面上に付着しても、交番主電圧の半サ
イクル毎に相隣るコロナ放電極間に誘起される多
量の正・負イオンを含む高周波コロナ放電による
プラズマから異極性イオンが該粒子層上の蓄積電
荷を有効に中和除電するので、逆コロナの発生が
完全に防止される、というすぐれた作用効果を発
揮するのである。

以下に本発明による粒子荷電装置の構造ならび
に特徴を実施例と図面により、より詳細に説明す
る。

第３図は本発明の一実施例の構成図である。図
において２９，３０はそれぞれ荷電空間２０を挟
んで互いに平行に相対向して絶縁配設された１対
の平行な面状プラズマ発生部で、本例にあつて
は、それぞれ平行な平面上に互いに近接して平行
且つ等間隔に絶縁配設された所の各２組のストリ
ツプ状コロナ放電極３１，３２，３３と３４，３
５および３６，３７，３８と３９，４０とからな
る。この中３１，３２，３３は共通導線４１、保
護抵抗４２を介して断続的に動作する周波数10キ
ロヘルツの交流電源４３と昇圧・絶縁用変圧器４
４より成る一方のコロナ発生用高周波高圧電源４
５の一方の出力端子４６に接続されている。又３
４，３５は共通導線４７、保護抵抗４８を介して
該電源４５の他方の出力端子４９に接続されてい
る。次に３６，３７，３８は共通導線５０、保護
抵抗５１を介して断続的に動作する周波数10キロ
ヘルツの交流電源５２と昇圧・絶縁用変圧器５３
より成るいま一方のコロナ発生用高周波高圧電源
５４の一方の出力端子５５に接続されている。又
３９，４０は共通導線５６、保護抵抗５７を介し
て該電源５４の他方の出力端子５８に接続されて
いる。此れ等のストリツプ状コロナ放電極は、い
ずれもその両側とも鋭く、コロナ発生部を形成し
ているが、最端部の電極３１，３３及び３６，３
８の外側には、これらに接して円筒状の非コロナ
電極５９，６０，６１，６２が付加されている。
６３は１対の面状プラズマ発生部２９，３０の間
の荷電空間２０に交番主電界を形成するための周
波数500ヘルツの主電界形成用交流高圧電源で交
流電源６４と昇圧用変圧器６５より成り、その出
力端子６６，６７はそれぞれ端子４２，５１と接
続されている。これによつて該面状プラズマ発生
部、２９，３０間には交番主電圧が印加され、荷
電空間２０には500ヘルツの周波数で交番する交
番主電界が形成される。更にいま、出力端子６
６，６７が交互に特定の極性、本例では負極性と
成つた時にのみ、その信号が交互に導線６８，６
９を介して該交流電源４３，５２に伝えられ、そ
れぞれの交流電源４３，５２が交互に該主電圧の
半周期の間動作して周波数10キロヘルツの交番電
圧を発生する様になつている。したがつて、いま
面状プラズマ発生部２９が３０に対して負極性と
なつた半周期には、２９を構成する相隣る２組の
ストリツプ状コロナ放電極３１，３２，３３と３
４，３５の間に該コロナ発生用交流高圧電源４５
から周波数10キロヘルツの高周波交流高電圧が印
加され、両組の放電極は高周波の交流コロナ放を
行なつて正・負イオンを豊富に供給し、その近傍
にこれに沿つてプラズマ７０を面状に形成する。
この主電圧半周期の期間には、空間２０内の主電
界は右から左に向かう方向にあるので、その作用
により該プラズマ中より負イオンのみが右方に引
き出され、荷電空間２０内を右方に駆動されて走
行し、休止状態にあるプラズマ発生部３０の放電
極群３６−４０に吸収されるが、その間に上方よ
り２０に導入された微粒子７１に左方から射突し
てこれを荷電する。この半周期には交流電源５２
には導線６９を介して動作信号が与えられないの
で、交流電源５２、したがつて該コロナ発生用交
流高圧電源５４はその動作を休止しており、正極
性にある面状プラズマ発生部３０を構成する相隣
るストリツプ状コロナ放電極３６，３７，３８と
３９，４０との間には高周波交流高電圧が印加さ
れず、両組の放電極間には高周波コロナ放電は発
生せず、したがつて該面状プラズマ発生部３０に
はプラズマは生じない。その結果ここから正極性
イオンが荷電空間２０へ放出され微粒子７１に与
えられた負電荷を中和減少させる事はない。

次に主電圧の極性が反転し、２９が正、３０が
負の極性となつた半周期には、上記の動作も完全
に反転し、今度は負極性にある面状プラズマ発生
部３０のみが面状プラズマ７２を形成して荷電空
間へ左方に向つて負イオンを放出するが、この半
周期には面状プラズマ発生部２９はプラズマ形成
動作を休止する。かくして荷電空間２０内の電界
は500ヘルツの周波数で左右方向に交番するが、
そのなかでは常に単極性イオン、本例では負極性
イオンのみが左右に往復し、微粒子６に両側から
交互に射突してこれを理論的に定まる飽和電荷量
まで迅速に荷電する。十分な電荷を帯びた微粒子
７は500ヘルツの周波数、したがつて極めて小さ
な振幅で振動しつつ下方に落下し、殆ど電極に衝
突付着することなく下方の作業域１０に排出供給
される。この場合両方の面状プラズマ発生部２
９，３０を構成する各放電極の表面上には時間と
共に微粒子が僅かずつ堆積して粒子層を形成し、
その電気抵抗が著しく高い場合には、休止期間に
ある面状プラズマ発生部の放電極上の粒子層表面
に負イオンが蓄積して表面電位を上昇せしめる。
しかし、主電圧の周波数が500ヘルツと十分高
く、その周期が十分短いので、粒子層が絶縁破壊
を起こす前に主電圧の極性が反転し、次の半周期
では当該電極群が高周波コロナ放電を発生するの
で、ここから供給される豊富な正イオンによつて
該表面負電荷が完全に中和され、逆コロナを生ず
る事が無く、これから正極性イオンが放出されて
粒子電荷を中和減少せしめる事が無い。それゆえ
微粒子の電気抵抗がいかに高くても常に極めて高
い電荷がこれに有効に賦与されるのである。

本発明に使用するコロナ放電極は単に図３ある
いは図４ａに示す様なストリツプ状電極のみなら
ず、図４ｂに示す様にストリツプ状電極の両側の
端縁に一定の間隔でコロナ放電を行なうための多
数の突起部７３を付したもの、あるいはその両面
を図４ｃに示す様に絶縁層７４で覆つて該突起部
７３の先端のみが側方に露出する様にしたもの、
図4dに示す様に棒状導体７５の両側面上に一定
の間隔をもつて針状のコロナ放電部７６を設けた
もの等、適当な任意のものを用いる事が出来る。
又本発明に使用する主電圧の波形としては、正弦
波あるいは適当な任意の波形を用いうるが、特に
矩形波とするのが荷電速度を向上出来て好適であ
る。

本発明の粒子荷電装置による粒子荷電量の実測
値の１例を示すと次のとうりで、極めて短い時間
内にほぼ理論的飽和値に近い値が得られ、本発明
の優れた荷電性能が実証されている。

粒子直径2a＝26ミクロン 理論飽和電荷量Qmax＝0.0124ピコクーロン 実測平均電荷量Ｑ＝0.0120ピコクーロン （Ｑ／Qmax）x100＝99％ 荷電時間Ｔ＝50ミリセカンド

【図面の簡単な説明】

第１図は直流コロナ放電を利用する従来型の粒
子荷電装置の構成図、第２図は本発明者が既に提
案せる交番主電界と火花放電を組み合わせた粒子
荷電装置の構成図、第３図は本発明による粒子荷
電装置の一実施例の構成図、第４図は面状プラズ
マ発生部を構成するコロナ放電極の幾つかの構成
例を示す図である。 図において、１……針状コロナ放電極、２……
対向電極、３……直流高圧電源、６……微粒子、
１１，１２……交番電極、１３，１４……小孔、
１５，１６……火花放電極、１７……変圧器、２
０……荷電空間、２９，３０……面状プラズマ発
生部、３１−４０……ストリツプ状コロナ放電
極、４５，５４……プラズマ発生用高周波交流高
圧電源、５９−６２……円筒状非コロナ電極、６
４……交番主電界形成用交流高圧主電源、７０，
７２……面状プラズマ、７３……突起部、７４…
…絶縁層、７５……棒状導体、７６……針状コロ
ナ放電部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微粒子を荷電するための荷電空間を挟む一対
   の平行面の双方の上に、それぞれ複数個の互いに
   平行且つ近接の高周波コロナ放電を行なう為のコ
   ロナ放電極を、相隣る相互に絶縁のうえ配設して
   一対の面状プラズマ発生部を構成し、該一対の面
   状プラズマ発生部を相互に絶縁支持の上、それぞ
   れに属するコロナ放電極のいずれか各一本に接続
   してこれら一対の面状プラズマ発生部の間に交番
   主電圧を印加し、両者に挟まれた荷電空間に交番
   主電界を形成するための、少なくとも50ヘルツ以
   上の出力周波数を有する交流主電源を設け、且つ
   これらのプラズマ発生部が交互に該交番主電圧の
   特定の極性となつた時にのみ、それに属する該コ
   ロナ放電極の相隣るもの同志の間に上記交番主電
   圧の周波数の少なくとも２倍以上の周波数を有す
   る高周波電圧を印加して、当該コロナ放電極間に
   高周波コロナ放電を発生せしめる為の、出力周波
   数が該交流主電源の出力周波数の少なくとも２倍
   以上である別の高周波交流電源を設けたことを特
   徴とする所の粒子荷電装置。