公害防止管理者の過去問｜令和7年 ばいじん・粉じん特論 問５  問題と解説

問題５

問題５の解答

正解は「１」です。

問題５の解説

本問は、電気集じん装置（ESP）の コロナ放電の極性差 と、粒子の帯電機構である 電界荷電・拡散荷電の基本関係（粒径依存・電界依存）を正誤判定する問題です。

結論としては、正負の関係が逆で誤りです。環境省の技術マニュアルでは「正コロナの火花電圧は通常、負コロナの約1/2」と明記されています（つまり、負コロナの火花電圧の方が概ね高い）。

解答に至るまでのステップ

ステップ１：コロナ極性と火花電圧（フラッシオーバ電圧）の“公式記述”を確認します。

選択肢（1）は「負コロナの火花電圧が正コロナの約1/2」と述べていますが、環境省の「工業排ガス管理のための指導マニュアル」には、「正コロナの火花電圧Vs(+)は…通常、負コロナの約1/2」と記載されています。また、電気学会誌の解説でも、「負コロナ放電の火花フラッシオーバ電圧は、通常正コロナの2倍程度」とされ、同じ趣旨です。

したがって、（1）は 「負が1/2」ではなく、むしろ“正が1/2（＝負が約2倍）”が一般的整理であり、（1）は誤りです。

ステップ２：電界荷電・拡散荷電の定義（用語）を突き合わせます。

（2）は「電気力線に沿って輸送されたイオンが粒子に付着する荷電＝電界荷電」と述べています。学術資料では、単極性イオン場の輸送として「(1)電気力による電気力線に沿った輸送…(1)により…電界荷電」、「(2)熱拡散運動…(2)による場合を拡散荷電」と定義されています。よって （2）は正しいです。

ステップ３：粒径依存（“dの1乗か2乗か”）を、公式・学術記述で確認します。

（3）（4）は、帯電量の粒径依存を問うています。労働安全衛生総合研究所の研究報告では、「拡散荷電…前者は粒径に，後者（電界荷電）は粒径の2乗にほぼ比例」と明示されています。さらに、同趣旨の整理として、職業能力開発総合大学校（JEED系の公的機関資料）でも、「電界帯電の飽和帯電量は粒子半径の二乗に比例し，拡散帯電は粒子半径に比例」と記されています。

ここで、資料は「半径」で表現していますが、粒子直径 $d$ は半径 $r$の2倍（$d=2r$）です。

• $q \propto r^2$ なら $q \propto d^2$（定数倍の違いだけ）
• $q \propto r$ なら $q \propto d$

したがって、

• （3）電界荷電：粒子径の2乗に比例 → 正しい
• （4）拡散荷電：粒子径に比例 → 正しい
  となります。

ステップ４：電界強度依存（Eに比例するか）を、式・記述で確認します。

（5）は「電界荷電による粒子帯電量は電界強度に比例する」と述べています。J-STAGE掲載の解説では、Pauthenier式（電界荷電）に触れたうえで、「電界荷電における飽和帯電量…は荷電電界強度Eに比例」と明示されています。よって （5）は正しいです。

以上より、誤っているのは（1）です。

問題のポイント

• 正負コロナの火花電圧の関係は、本問の最重要のひっかけです。環境省資料では「正コロナの火花電圧は通常、負コロナの約1/2」と整理されています。
• 電界荷電／拡散荷電の定義は、「電気力線に沿う輸送＝電界荷電」「熱拡散＝拡散荷電」という“輸送機構の違い”で押さえます。
• 粒径依存の定番：拡散荷電は概ね 粒径（1乗）、電界荷電は概ね 粒径の2乗。
• 電界依存の定番：電界荷電の飽和帯電量は 電界強度 E に比例します。