KR100358014B1 - 수막 집진장치에 의한 유해물질 제거 공조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수막 집진장치에 의한 유해물질 제거 공조장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 공기를 정화하기 위한 장치는 수많은 종류가 개발 사용되고 있는 것으로 대개는 필터를 이용하는 방법을 많이 사용하고 있으나, 필터를 이용하는 방법은 먼지등의 이물질은 제거할 수 있으나 유해 가스나 중금속 가스와 같은 극미세 입자를 갖는 기체는 제대로 제거하는 것이 곤란하며, 보다 진보된 방법으로 프라즈마 발생장치로 태우거나 전자빔을 발생시키는 방법들이 알려져 있다.

본 발명은 1, 2차에 걸친 대향 스프레이 방식의 수막 필터에 의하여 공기중에 포함된 먼지 및 가스 등을 흡착, 용해시켜 침전시키는 집진부와, 수막 집진 과정에서 수분이 포함된 공기를 홈 맞물림 접합형(Groove type)으로 굴곡되게 형성된 기액 분리부를 통과시킴으로써 공기와 물입자가 분리되는 기액 분리작용이 일어나도록 구성한 것으로 소용량 송풍팬으로도 공기의 흐름을 원활히 유도할 수 있으며, 물의 분사 압이 크지 않아도 되기 때문에 제반 유지 비용을 현저히 절감 하면서도 화학적 변화 등 인위적인 변화 없이 자연상태를 유지하여 운용되기 때문에 환경 친화적인 최적의 공기정화 시스템을 제공할 수 있게된 것이다.

Description

수막 집진장치에 의한 유해물질 제거 공조장치{Air conditioner for removing air pollutants by the water spray system}

본 발명은 수막 집진장치에 의한 유해물질 제거 공조장치에 관한 것으로 상세하게는 외기중에 분포되어 있는 먼지, 가스 및 각종 유해물질을 제거시켜 실내에공급하는 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 공기를 정화하기 위한 장치는 수많은 종류가 개발 사용되고 있는 것으로 대개는 필터를 이용하는 방법을 많이 사용하고 있으나, 필터를 이용하는 방법은 먼지등의 이물질은 제거할 수 있으나 유해 가스나 중금속 가스와 같은 극미세 입자를 갖는 기체는 제대로 제거하는 것이 곤란하며, 보다 진보된 방법으로 프라즈마 발생장치로 태우거나 전자빔을 발생시키는 방법들이 알려져 있다.

또한, 물을 분사하여 유해 가스를 제거하는 방법의 장치들이 여러종 개발된바 있으며, 가장 최근에 개발된 방법으로는 일본국 특허; 공개번호 2000-42338(평성 12년 2월 15일, 서기 2000, 2, 15) "공기 정화방법 및 공기 정화장치"가 공지되어 있는 바, 상기한 방법은 기존의 물분사 시스템들과 기본적인 구성을 같이 하는 것으로 도 4에서 도시한 바와 같이 공기 닥트(101)의 내부 일측에 휠터(102)를 내장 설치하고, 중앙부에는 일측 분사형의 분사노즐(103)을 설치하며, 그 반대편에는 지그재그 형으로 충돌판(104)들을 배열시켜 분사되는 물이 충돌하여 미립 상태로 분산될 수 있도록 하고, 물방울이 맺혀 떨어지는 하부측 바닥면에는 회수탱크(105)를 설치하여 펌프(106)와 냉각기(107)를 거쳐 분사노즐(103)로 재 분사가 이루어질 수 있도록 되어 있으며, 토출 측에는 냉각코일(108)과 송풍팬(109)을 설치하여 외부로 정화된 공기를 토출할 수 있도록 되어 있다.

상기 구성의 선행고안에 있어 물의 분사 리사이클 시스템이나 송풍팬을 비롯한 필터, 냉각코일 등은 물 분사형 집진장치의 일반적인 형태이며, 분사노즐(103)로 부터 분사되는 물을 지그재그로 설치된 충돌판(104)에 충돌시켜 미립 상태로 분산되게 하는 것에 그 특징이 있는 것이나, 이와 같은 구조에 있어서는 충돌판(104)이 공기의 유통로를 지그재그로 차단하는 상태가 되어 저항성이 크기 때문에 원활한 공기의 흐름을 방해하게 되며, 분자를 파괴하면서 발생되는 화학적 변화에 의하여 정화된 공기를 측정 하였을 때 규정되지 않은 기준치 이상의 오염 상태가 발생되는 결과가 초래 되었다.

따라서, 충돌을 위한 고압 분사와 강제 송풍을 위한 대용량 송풍팬이 필요하므로 유지 비용이 고가로 되는 등 여러가지의 미흡한 결점이 있었던 것이다. 또한, 일반 공조에 있어서는 필터외에 추가적으로 케미칼 필터 등을 사용하게 됨으로서 그 장치의 구조가 복잡해지고, 유지, 관리가 어려워지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 제결점을 감안 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 공기가 통과하는 덕트의 내부에 집진부와 기액 분리부를 분리 구성하되, 상기 집진부는 대향 물분사 방식의 1차 수막 집진부와 2차 수막 집진부 및 이들 간 사이에 간격부로 형성된 공간 수막 집진부로 구성되어 3차에 걸친 기액 접촉으로 대기중의 먼지 및 가스 등을 물의 표면장력에 의해 흡착, 용해시켜 침전 정화될 수 있도록 하였으며, 기액 분리부는 홈 맞물림 접합형(Groove type)으로 굴곡되게 형성되어 있어 기액 접촉으로 공기를 정화하고 난 다습 상태의 공기가 통과 하면서 공기는 통과하게 되고 물입자는 홈접합 벽면에 부딪혀 공기와 물입자가 분리되는 기액 분리작용이 일어나도록 구성되어 공기의 저항성이 크지 않기 때문에 소용량 송풍팬으로도 공기의 흐름을 원활히 유도할 수 있으며, 물의 분사 압이 크지 않아도 되기 때문에 제반 유지 비용을 현저히 절감 하면서도 화학적 변화 등 인위적인 변화 없이 자연상태를 유지하여 운용되기 때문에 환경 친화적인 최적의 공기정화 시스템을 제공할 수 있게된 것이다.

도 1은 본 발명 공조장치의 평단면도

도 2는 본 발명 공조장치의 측단면도

도 3은 도 2의 A-A선 단면도

도 4는 선행고안의 측 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 - 기체 2 - 루버

3 - 집진부 4 - 기액 분리부

5 - 물탱크 6 - 펌프

7 - 송풍기 9 - 노즐

10 - 쿨링코일 11 - 히팅코일

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 기본 구성은 공기가 통과하게 되는 덕트형 기체(1)의 내부에 물 분출방지용 루버(2)와, 집진부(3)와, 기액 분리부(4)와, 물탱크(5)와, 펌프(6)와, 송풍기(7)로 구성되어 있다. 상기 집진부(3)는 대향 물분사 방식의 1차 수막 집진부(3a)와 2차 수막 집진부 (3b)및 이들 간 사이에 간격부로 형성된 공간 수막 집진부(3c)로 구성되어 있으며, 각 집진부에서는 배관 파이프(8)와 노즐(9)로 조합되어 유니트화 한 것으로 집진부를 유니트화 하기 위하여 배관을 횡으로 구성하였으며, 다단 설치 구성을 할 수 있도록 한 것이다. 이때, 노즐(9)의 분사방향은 각각 상, 하 30°각으로 분사할 수 있도록 설치되어 있으며, 기액 접촉이 이루어 지지 않고 통과하는 공기가 없도록 설치되고, 각각의 유니트는 기체(1)로 부터 분리할 수 있도록 설치한 것이다.

상기 기액 분리부(4)는 물입자와 공기를 분리하는 장치이며, 정압의 손실을 막고 공기의 흐름을 원활하게 하기 위해 홈 맞물림 접합형(Groove type)으로 설치하였다.

홈 맞물림 접합형(Groove type)의 단계는 기본적으로 90°방향으로 6단계 절곡된 홈 접합형으로서, 금속 판을 단면상 "∧"형으로 한 쪽 하단은 그대로 펴지게 하고 다른 쪽 하단은 굴곡시켜 홈을 형성하여 서로 맞물리게 함으로서, 굴곡된 홈으로 맺혀지는 물방울이 고일 수 있도록 한 것이고, 이와 같은 산형의 것을 6번 절곡 시켜 마치 기와 지붕과 같이 연이은 것이며, 수평상 6번 절곡 형성된 것들을 여러 층으로 층층이 배열 하여 층과 층 사이에 공기가 통과할 수 있는 굴곡된 통로가 형성되어 기액 분리부(4)가 구성된 것으로 각 유니트의 간격을 15m/m설치하여 기체(1)에 고정시킨 것이다.

펌프(6)는 노즐(9)의 전체 유량에 대응하여 1.2∼1.5㎏/㎠의 압력에 상응하는 것으로 설치되어 있으며, 외부에 설치하지 않고 기체(1)를 유니트화 하기위해 내부에 설치토록 한 것이다.

물탱크(5)는 노즐(9)의 전체 유량에 대응하여 기본적으로 1회 분무하여 순환한 유량에 30% 이상의 추가용량으로 설치한 것이며, 물이 증발하여 소모된 량만큼 자동적으로 물이 유입되도록 설치되어 있다.

또한, 공조장치의 기본이 되는 쿨링코일(10)과 히팅코일(11)을 기액분리부 후단에 설치하였으며, 각각 습도와 온도를 조절할 수 있게 용량을 선정한 것이다.

송풍기(7)는 기체(1)의 가장 후단에 설치하였으며, 소음을 줄이기 위해 내부에 설치한 것이다. 송풍기(7)는 기체(1)의 전단에 설치할 경우 풍속이 빨라져서 전체적인 시스템을 유지하기 어렵다. 송출구(12)는 최적으로 정화된 공기를 실내의 급기에 연결시켜 공급하는 것으로 실내의 청정을 보다 향상시키기 위해서는 실내의 송출구를 순환덕트(13)에 연결하여 사용할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면, 1차 수막 집진부(3a)와 2차 수막 집진부(3b)로 공급되는 물의 분사 압력은 1.2∼1.5㎏/㎠의 압력으로 분사되며, 유입되는 공기의 속도는 2∼2.5m/sec의 속도로 유입된다. 또한, 1차 수막 집진부(3a) 및 2차 수막 집진부(3b)의 통과면은 각각 60㎝로 1차 수막 집진부에서 분사되는 물의 분사압력에 의해 1차 수막 집진부 챔버내에 물의 필터막이 형성된다. 이때, 공기가 통과하면서 기액 접촉이 일어나게 된다. 이와 같이 기액 접촉이 진행되면서 공기중의 먼지나 각종 가스성분 및 유해 물질을 제거 시키게 된다. 1차 수막 집진부(3a)에서 정화된 공기는 2차 수막 집진부(3b)에 도달하기 전 1차 수막 집진부와 2차 수막 집진부 사이의 공간(단면 20㎝)에 형성된 공간 수막 집진부(3c)에 형성되는 물의 필터막을 통과하여 2차 수막 집진부(3b)로 유입되게 되며, 2차 수막 집진부에서는 1차 수막 집진부에서와 같은 방법으로 통과하게 되므로 인해 최대한의 기액 접촉 효율을 높일 수가 있다.이때, 상기 공간수막 집진부(3c)는 양측에 공간을 두고 형성 설치되는 1차 및 2차 수막집진부(3a)(3b)의 사이에 자연 형성되는 공간으로서, 상기 1, 2차 수막집진부(3a)(3b) 내부들에서는 양측 수평 배관상에 설치된 분사노즐들이 서로 마주보는 상태에서 물을 분사하여 수막을 형성하게 되는바, 중간에서 마주쳐 부딪힘에 의하여 생성되는 물방울 중 비교적 큰 입자(1㎛이상)의 물방울은 자체 수막 집진부인 1,2차 수막집진부(3a)(3b)에서 이물질을 포집하게 되나, 1㎛이하의 미세 물입자는 외측으로 비산되어 튕겨 나가게 되므로 자연히 양측으로 부터 비산되는 미세 물입자는 가운데 빈 공간인 공간수막 집진부(3c)의 공간으로 날아들어 포화 상태로 되어 간접 작용에 의한 수막 커튼을 형성하게 되므로 이부분에서도 통과되는 공기에 포함된 1차 여과되고 남은 미세 이물질 입자를 포집하게 되는 작용을 하게 되는 것이다.

이와 같이 1차 및 2차 수막 집진부를 통과한 공기는 실질적으로 3회에 걸쳐 물의 필터막을 통과하게 됨으로 공기중의 각종 유해물질을 제거하는데 최대한의 효과를 얻을 수 있다. 1차 및 2차 수막 집진부를 통과한 공기는 기액 분리부(4)로 유입되는데, 이때, 기액 분리부(4)로 유입된 공기와 물입자는 홈 맞물림 접합형(Groove type)의 기액 분리부에 의해 공기는 통과하게 되고 물입자는 홈접합 벽면에 부딪혀 공기와 물입자가 분리되게 된다. 기액 분리부를 통과한 공기는 수분을 함유한 80∼85% RH 상태의 습도를 유지하게 된다. 산업응용에 있어서 습도를 필요로 하는 곳에서는 그 자체를 이용할 수 있게되며, 습도조절이 필요한 곳에서는 쿨링코일(10) 및 히팅코일(11)을 부가하여 습도를 조절할 수 있다.

이와 같이 외부로부터 유입되는 공기를 최대한으로 정화효율을 높이기 위해서 1차 수막 집진부 챔버 및 2차 수막 집진부 챔버에 공급되는 물의 분사 압력을 1.2∼1.5㎏/㎠의 압력으로 설정하였고, 유입되는 공기의 속도 또한 2∼2.5m/sec로 설정하였다. 이 경우 1차 수막 집진부 챔버 및 2차 수막 집진부 챔버의 면적을 60㎝로 설정 하였기 때문에 물의 분사 압력을 높일 경우 불필요한 에너지가 필요하며 물의 튀김을 방지 시키기 위한 구조가 추가적으로 필요하다. 또한 공기의 속도를 2∼2.5m/sec로 제한한 것은 기액 접촉 효율을 최대한으로 높이기 위함이다. 공기가 챔버내를 통과하며 기액 접촉이 일어날 때 물과 공기의 접촉시간이 길면 길수록 효율을 높일수가 있으나, 공간의 제약이 수반된다. 가장 효과적인 기액 접촉의 효율을 높이기 위해서 1차 수막 집진부 챔버 및 2차 수막 집진부 챔버를 설치하였다.

또한, 1차 수막 집진부 챔버와 2차 수막 집진부 챔버 사이의 공간(20㎝이상)을 두고 최적의 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

아울러, 기액 분리부의 물과 공기의 분리 방법은 정압의 손실을 최소화 하기 위하여 홈 맞물림 접합형(Groove type)을 설정하였다. 기액 분리부의 정압의 상승은 높은 에너지를 필요로 하기 때문에 동력의 용량만 높아질 뿐 별다른 효과는 기대할 수 없다. 따라서, 홈 맞물림 접합형은 높은 정압을 필요치 않고 낮은 정압으로서 충분히 물과 공기를 분리 시키는데 매우 효과적이다.

이상과 같은 본 발명에 따라 설계상 바람직한 실시예를 제시하면 다음과 같다.

1. 수막 집진장치(Water Spray System)에 의한 유해물질 제거 공조장치

2. 용량 : 10,000 CMH

3. 유니트

ｏ기체의 크기 : 길이(L)5900 m/m ×너비(W) 1600 m/m ×높이(H) 1650 m/m

ｏ외기입구크기 : 길이(L)250 m/m ×너비(W) 1000 m/m ×높이(H) 750 m/m

(1) 집진부

ｏ1차 수막 집진부의 크기 : 길이(L)600 m/m ×너비(W)1500 m/m ×높이

(H)1000 m/m

ｏ2차 수막 집진부의 크기 : 길이(L)600 m/m ×너비(W)1500 m/m ×높이

(H)1000 m/m

ｏ루버(Louver)의 크기 : 길이(L)600 m/m ×너비(W)1600 m/m ×높이

(H)1000 m/m

ｏ노즐의 갯수 : 1차 수막 집진부 : 117개 2차 수막 집진부 : 117개

ｏ노즐의 지름 :2.3 (1,2차 수막 집진부 동일)

ｏ노즐의 설치위치 : 상부로부터 100 m/m 간격으로 1계열 설치(13개)

상부로부터 100 m/m 간격으로 4계열 설치(104개)

(2) 기액 분리부

ｏ크기 : 길이(L) 400 m/m ×너비(W) 1600 m/m ×높이(H) 1000 m/m

ｏ유니트 갯수 : 53개

ｏ유니트 간격 : 15 m/m

ｏ설치각도 : 직방향으로 45°홈 맞물림 접합 90°로 6단계 설치

(3) 물탱크

ｏ크기 : 길이(L) 1300 m/m ×너비(W) 1600 m/m ×높이(H) 650 m/m

ｏ설치위치 : 집진부와 기액 분리부의 하단에 설치했다.

(4) 송풍기

ｏ풍량 : 10,000 CMH (12,000㎏/hr)

ｏ정압 : 90 mmAq

ｏ전력 : 3220V 60Hz 7.5KW

송풍기는 송출구 측 기체내부에 설치했다.

(5) 펌프

ｏ유량 : 300 ℓ/min

ｏ양정 : 20m

ｏ전력 : 3220V 3KW

펌프는 집진부의 전단에 설치하고 물탱크 및 노즐 배관과 연결했다.

이상의 실시예에 따른 측정 결과를 표 1에 표시하였으며, 측정 지점은 히팅코일의 후단 위치에서 측정한 것이다.

[표 1]

상기한 바와 같은 본 발명은 종래 공조장치에서 해결하기 까다로운 가스성분등을 물이 대향하여 분사되며 간격을 두고 설치되는 1차 및 2차 수막 집진장치(Water Spray System)에 의하여 3단계 챔버를 구성함으로써 화학적 변화를 주지않는 자연 상태에서 대기중의 먼지 및 가스 등을 물의 표면장력에 의해 흡착, 용해시켜 침전 정화될 수 있도록 하는 한편, 기액 접촉으로 수분이 포함된 공기를 저항을 줄이기 위하여 수평 상태에서 굴곡 형성한 기액 분리기를 통과시켜 공기만 배출 시키고 물은 회수하게 됨으로써 전체적 시스템이 공기의 정항성을 최대한 줄여 줄 수 있도록 설계되었고, 물의 분사 또한 작은 압력으로 분사 가능하여 운용 비용을 기존 또는 선행 기술에 비하여 현저히 절감하면서도 효율 면에서는 크게 향상된 자연 친화적인 공기 정화 시스템을 제공할 수 있게된 것이다.

Claims (1)

1. 덕트형의 기체 내부에 필터에 의하여 외부 공기를 1차 여과하고 유입되는 공기를 펌프와 노즐을 통하여 분사되는 물로써 흡착 용해시켜 침전 정화하고, 송풍팬을 이용하여 강제 송풍 되도록 한 물분사 집진형 공조장치에 있어서, 기체(1) 내부에 집진부(3)와 기액 분리부(4)를 구성함에 있어, 상기 집진부(3)는 간격을 두고 상, 하 30°각으로 대향 분사되는 분사 노즐(9)을 층상 배열설치하여 된 1차 수막 집진부(3a)와, 2차 수막 집진부(3b) 사이에 공간을 두어 양측에서 날아드는 미세 물 입자에 의하여 자연 형성되는 공간 수막 집진부(3c)에 의하여 통과되는 공기가 3차에 걸쳐 기액 접촉으로 먼지, 가스 등의 이물질이 흡착, 용해 침전 될 수 있도록 하고, 상기 기액 분리부(4)는 홈 맞물림 접합형(Groove type)으로 공기 저항성을 고려하여 단면상 꼭지점의 각이 90°각으로 된 "∧"형의 판재를 6단계 굴곡되게 맞물려 층층이 간격을 두고 배열하여 층과 층 사이 공기의 유통로를 굴곡되게 구성하여 공기만 통과하고 물방울은 맺혀 회수될 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 수막 집진장치에 의한 유해물질 제거 공조장치.