KR100584181B1

KR100584181B1 - 정전 집진기의 동작방법

Info

Publication number: KR100584181B1
Application number: KR1020017002167A
Authority: KR
Inventors: 빅터레이어스
Original assignee: 에프엘스미스 에어테크 에이/에스
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2006-05-29
Also published as: US20010011499A1; WO2000016906A1; DE69817229D1; CN1310645A; ES2200367T3; KR20010106450A; EP1128909B1; PL346832A1; AU9153898A; TW410171B; TR200100339T2; EP1128909A1; US6461405B2; BR9816024A; BR9816024B1

Abstract

본 발명에 따른 정전 집진기(7)를 동작하는 방법은, DC성분과 AC성분을 갖는 전압을 집진기 전극 사이에 분배하도록 적용된 방식에 따라 파워서플라이(10)에 의해 생성된 전력을 집진기에 공급하는 단계를 구비하여 이루어진다. 제어유닛(8)은 전극 전압을 측정하고, 전압 피크값과 전압 평균값을 수립하며, 기대성능지수(index of expected performance: IEP)에 도달하기 위해 평균값에 의한 피크값의 적(product)을 계산한다. 동작 설정점은 이 기대성능지표를 극대화하도록 동조된다.

Description

정전 집진기의 동작방법{A METHOD OF OPERATING AN ELECTROSTATIC PRECIPITATOR}

본 발명은 정전 집진기를 동작하는 방법과 정전 집진기에 전력을 공급하기 위한 전기 파워서플라이(전원)에 관한 것이다.

정전 집진기(단축 ESP)는 고체 입자를 수집하기 위한 시스템으로, 전기장 내의 전하의 운동에 의해 동작된다. 정전 집진기는 먼지나, 재, 검댕이 등의 입자를 제거하기 위해 도관의 가스나 연기 등의 세정에 대해 특별한 유용성을 갖는다. 가스는 전기장이 그 흐름에 대해 가로질러 형성된 영역을 통과하게 된다. 전기장은 네가티브 전극(음극)으로부터 자유전자의 코로나가 방출되는 고전압에서 동작된다. 이 전극은 입자들을 하전하고, 이 하전된 입자는 전기장 효과에 의해, 통상 그 위에 입자들이 증착하는 수집판으로 설계된 포지티브 전극(양극)으로 향하게 된다. 포지티브 전극에서의 입자의 방전과, 가능하게는 판을 흔듦으로써, 수집된 먼지 입자들은 판 아래에 위치된 호퍼 안으로 떨어지게 된다.

통상, 수집판은 접지되고, 네가티브 전극은 수집판에 대해 높은 네가티브 포텐셜로 유지되는 얇은 금속 와이어로 이루어진다.

전극의 기하학적 형상에 의해, 전기장은 와이어 전극 근방에서 고강도로 되는데, 이는 주변 가스의 이온화 및 코로나의 생성을 야기한다. 수집판쪽으로 향하여, 전기장은 보다 큰 영역에 걸쳐서 분포되므로, 이에 따라 강도가 감소된다. 이 낮은 강도의 전기장은 가스의 이온화를 위해 충분하지 않지만 하전된 먼지 입자가 수집판을 향해 나아가게 하는데 도움이 된다.

전기적 특성의 1차 근사에 있어서, 정전 집진기는 전극 사이에서 하전 입자의 전달에 의한 누설을 나타내는 분로저항을 갖는 캐패시터로 나타낼 수 있다. 입자를 이온화시키기 위해서, 전압은 코로나 온셋 전압으로 언급되는 소정의 최소 문턱값을 초과해야 한다. 전압을 올리는 것은 동작 모드에 의존하는 다양한 인자에 의해 제한된다. 이들 인자 중 하나는 짧은 방전이나 기다란 아크 형태를 가질 수 있는 전극 사이의 스파크의 형성일 수 있다. 전기장에서 인지될 수 있는 다른 인자는 백-코로나(back-corona)로서 언급되는 포지티브 전극 상의 지점으로부터의 코로나의 형성이다. 백-코로나는 누설 전류의 증가를 나타내는 바, 입자 수집 능력을 저감시킨다.

유럽 특허공보 제EP0 286 467호는 파워서플라이(전원장치)를 제안하는데, 여기서 주요 그리드로부터 점증변압기(step-up transformer)로 공급되는 전력은 위상각도 제어 사이리스터를 통해 제어되고, 주요 주파수의 2배로 고전압 측 펄스로 생성된다. 펄스는 정전 집진기를 가변 전압으로 충전시킨다. 이 공보에 따르면, 검출 처리는, 예컨대 0.1초 내지 5초와 같은 선택된 간격동안 파워서플라이가 저지되고 다시 시작되는 미리 설정된 시간간격에서 수행된다. 펄스화된 집진기 전압의 최소값이 관찰되고, 검출감도 인자에 의해 저지 간격(bocking interval) 이후에 관찰되는 최소값이 저지된 간격에 앞서서 관찰되는 최소값을 초과하면 백-코로나의 존재가 수립된다.

미국특허 제5 311 420호는 점증변압기로의 공급을 위한 주요 전력의 실리콘 제어 정류기를 구비하여 구성된 전력유닛을 제안한다. 파워서플라이는 단속적인 활성화 모드로 구동될 수 있는데, 여기서 집진기는 미리 설정된 수의 오프사이클(off cycle)이 뒤따르는 1/2사이클 전압 펄스에 의해 활성화하고, 백-코로나를 방지하기 위해 온 대 오프의 1/2사이클의 비율이 최적화된다. 백-코로나 상태는 출력 전류값의 증가와 동시에 일어나는 고전압 정류기의 출력 전압의 최소 피크값의 증가의 부족을 검출함으로써 검출된다.

미국특허 제4 779 182호는 스위치가 구비된 인버터 파워서플라이를 제공하는데, 이 파워서플라이는 1 내지 3kHz의 주파수에서 교차하는 고주파 교류를 출력하도록 동작될 수 있다. 공급전압이 지정되고, 또한 전압 리플, 즉 상한과 하한 사이의 전압변동이 지정될 수 있다. 정전 집진기상의 전압 리플을 강조하기 위해서, 고전압 정류기로부터 취해진 직류가 주기적인 저지에 의해 차단될 수 있다.

유럽특허 제066 950호는 사이리스터 제어의 고전압 전력유닛의 2개의 완전한 세트를 구비하여 구성되는 효과적인 파워서플라이를 제안한다. 제1세트는 안정된 베이스전압을 출력하는 반면, 제2세트는 제1세트로부터 제공되는 백그라운드 레벨상에 중첩되는 단일의 펄스를 제공한다. 정전 집진기 전압은 표명된 스파이크로 중첩되는 안정한 백그라운드 레벨의 형태를 취한다. 펄스 존속기간은 50 내지 200㎲ 범위 내이다.

고저항성 먼지의 동작 상태에 있어서, 판 전극에 증착된 먼지는 이온화된 입자의 방전을 저지한다. 전압은 먼지층을 가로질러 증가하는 경향이 있고, 가스를 가로질러 동반해서 감소되는 경향이 있다. 먼지층을 가로지르는 전압이 계속해서 형성되면, 먼지층을 통해 유전성 브레이크 다운이 일어나는 지점에 도달하게 된다. 이 지점은 백코로나 방전의 온셋점(onset point)으로 알려져 있다. 먼지층의 유전성 브레이크 다운은 입자 하전을 감소시키는 포지티브 이온을 생성하고, 이는 수집 성능의 감소로 이어진다.

백-코로나의 형성은 얼마간의 시간이 걸리고, 이는 먼지층의 이완 시간과 관련된다.

먼지층은 누설 캐패시터로 간주될 수 있으므로, 정전 집진기로 전달되는 전류 펄스를 스무드하게 하는 경향이 있다. 이 효과는, 먼지층 상의 백 코로나의 형성을 촉진하지 않고 짧은 펄스를 전극에 인가할 수 있는 장점을 줄 수 있다. 게다가, 백 코로나 상태의 개시는 집진기 전류의 시간 평균값(평균값)에 의해 지배되는 것처럼 보인다.

따라서, 백 코로나 방전을 회피하거나 감소시키기 위해, 집진기로 전달되는 평균전류가 감소되어야 한다. 문제는 너무 많은 전압레벨을 잃지 않고 이를 수행해야 한다는 것이다.

그 다음, 기본적인 제어 문제는 기존의 동작 상태에 따라서 집진기로 전달되야 하는 전류를 결정하는 것이다. 몇몇 산업 공정에 있어서는, 먼지 저항성은 이따금은 낮아지고, 이따금은 높아져서 백 코로나를 야기한다. 첫 번째 경우 전류는 가능한 한 높게 되어야 하고, 두 번째 경우 전류는 감소되어야 한다.

지금까지 사용된 ESP를 위한 종래의 파워서플라이는 변압기 정류기 세트인데, 이는 고전압 변압기와 브리지 정류기로 이루어진다. HV변압기에 인가되는 1차측 전압은 위상각도 제어를 사용하는 한쌍의 역병렬 사이리스터(antiparallel thryristor)에 의해 제어된다.

ESP 부하는 캐패시턴스와 병렬인 비선형 저항으로 표시될 수 있다. 중간 크기의 ESP버스-섹션에 대한 캐패시턴스는 60~80nF(2000m² 수집판 영역에서)이다. 이는 부하의 시정수가 ms 범위인 것을 의미하는데, 이는 ESP에 인가되는 전압의 파형이 현저한 리플을 포함하게 한다. 그러므로, ESP에 인가되는 전압은 평균값, 피크값 및 저점(최소)값에 의해 특징지워질 수 있다. 리플은 피크값 마이너스 최소값으로 표현된다.

ESP로 전달되는 전류는 정류된 사인파 형상 펄스로 이루어지는데, 그 진폭 및 존속기간은 위상각도 값에 의존한다. 정상상태(백-코로나가 없음)에서는 증가하는 전류는 증가하는 전압 평균값과 전압 리플을 준다. 전류 펄스는 라인 주파수(50Hz 라인에 대해 10ms)의 주기보다 짧은 존속기간을 갖지만, 매우 높은 먼지 저항층이 있는 경우, 하나의 전류 펄스로 전달되는 전하는 백-코로나 방전을 시작하기에 충분할만큼 높게 될 수 있다.

더욱이, ESP 내부에서의 스파크와 아크 및 단락회로의 발생은 라인전류에서의 전류 서지를 야기하는데, 이는 통상 1차 회로와 직렬로 선형 인덕턴스를 포함시킴으로써 제한된다.

이 문제는, 가청 주파수 이상의 스위칭 주파수에서 동작하는 스위치 모드 파워서플라이(SMPS)로서 알려진 새로운 종류의 파워서플라이를 사용함으로써 극복될 수 있다. SMPS에 의해 전달되는 전류는 10 내지 30㎲ 범위의 짧은 존속기간의 펄스이다. 이 해결책은, 위상 제어 사이리스터를 대신하여, 기본적으로 주요부와 변압기 정류기 사이에 연결되는 DC-AC인버터와 정류기로 이루어지는데, 이 경우 이들은 고주파수를 극복하도록 설계된다. 이용가능한 다양한 종류의 인버터 중, 직렬 공진 인버터는 ESP 활성화와 관련된 다수의 장점을 제공한다.

직렬의 인덕턴스와 캐패시턴스를 갖는 이러한 인버터는 10 내지 30㎲의 존속기간으로 ESP에 정류된 사인파형상 전류 펄스를 전달하는 것을 가능하게 만들어 자연적인 전류 정류를 제공한다. 더욱이, 직렬 인덕턴스 및 캐패시턴스의 값을 선택함으로써, 인버터의 주요 회로 및 HV-변압기의 1차측에서의 전류의 존속기간 및 진폭이 이들 성분에 의해서만 결정되고 ESP부하와 무관계한 것으로 되는 것임이 판명되었다.

따라서, 이 SMPS는 전류 진폭이 ESP 부하에 의하지 않고 인버터의 공진성분에 의해 결정됨에 따라, 작은 양의 전하를 ESP로 전달할 수 있고, 전류 서지를 회피할 수 있는 장점을 갖는다. ESP 내측의 단락회로의 경우, 1차 전류의 진폭은 변화되지 않고 라인 전류는 낮은 값으로 떨어진다. 이 효과는, 출력 전력이 제로이기 때문에 주요부가 파워서플라이에서의 손실을 커버하도록 전력을 공급해야 한다는 사실에 기인한다.

또한, 이러한 종류의 파워서플라이는 다른 중요한 형태를 갖는다. 하나 또는 소수의 전류 발진을 이용하고 소정 시간동안 전력을 차단함으로써, 전압 파형은 실제로 (AC성분이 없는) 순수한 DC전압으로 될 수 있다.

더욱이, 보다 긴 시간간격 동안, 예컨대 소위 온시간(ON-time)인 1 내지 2ms동안 전류 발진을 생성하도록 인버터를 동작시킴으로써, 집진기 전압은 종래의 활성화와 비교해서 더 높은 상승속도로 증가될 수 있다. 그 후, 전류 발진은 소위 오프시간(OFF-time)동안 차단되는데, 여기서 집진기 전압은 코로나 온셋값을 향해 지수함수적으로 떨어진다. 즉, 이러한 종류의 SMPS는 실제적으로 순수한 DC-전압으로부터 매우 가파르고 맥동하는 전압의 범위까지 ESP 부하상에서 다양한 전압 파형을 생성할 수 있다.

본 발명자는, 역동작 상태, 즉 백-코로나와 정상상태에서, 더 높은 상승속도로 맥동하는 집진기 전압이 수집성능에 중대한 역할을 하는 것을 발견했다.

평균전류는 온시간과 오프시간에 의해 제어될 수 있고, 본 발명은 2가지 시간간격에 대해 적당한 값을 결정하기 위한 제어전략을 처리함으로써 집진기의 특정한 동작상태에 대한 최상의 수집성능을 이끌어낸다.

하전 입자는 집진기 전압의 피크값에 비례하는 반면, 가스 스트림으로부터 하전 입자를 제거하기 위해 하전 입자에 가해지는 힘은 집진기 전압의 평균값에 비례한다. 본 발명자는 입자 수집성능과 집진기 전압의 피크값과 시간 평균의 적(product) 사이의 양호한 상관을 발견하였고, 이에 따라 제어전략은 이들 2가지의 적을 최대화시키는 기준에 따르는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 청구항 제1항에 의해 정의된 바와 같은 발명에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, 최상의 동작 파라미터를 선택하기 위한 최적의 전략을 제공함으로써, 수집성능을 향상시킨다. 더욱이, 최적의 파라미터를 검색하기 위한 처리는 최적의 전기 상태에 근접하여 ESP를 동작시키는 것으로부터 출발하는 것을 필요로 하지 않는다. 이는, 동작 파라미터를 최적화하기 위한 검색이 동작 상태의 빈번한 변동의 원인을 밝히기 위해서 통상 빈번히 수행되어야 한다는 사실로부터 보아 특히 이점이 있다. 본 발명에 따른 방법은 비교적 단순한 제어 전략을 허용한다.

삭제

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전력은 ESP에 단속적으로 공급되는데, 이는 ESP부하의 RC특성 때문에 맥동전압을 주게 된다. 전력은, 대략 30kV/ms의 속도로 집진기 전압을 증가시키도록 적용된 전류 버스트(burst)로서 ESP에 전달된다. 매우 짧은 시간 내에서 집진기 전압의 실질적인 증가는 스파크나 백-코로나 상태를 일으키는 비교적 낮은 위험성을 가지면서 높은 피크값의 달성을 허용한다. 한편, 이 상승속도는 비교적 단순하게 설계된 SMPS의 능력 내에 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파워서플라이 내의 인버터는 고정된 스위칭 주파수 및 사인파형상 펄스로 이루어진 잘 정의된 전류 파형에서 동작되도록 적용된다. 이와 같은 적용은 보다 높은 고조파의 생성을 감소시키고, ESP 내측에서의 스파크나 아크 또는 단락회로의 경우에서는 주요부 내의 전류서지를 제거한다.

본 발명에 따른 방법은, 전기 파워서플라이를 사용함으로써 수행될 수 있는데, 여기서 변동을 초래하는 단계는 DC성분을 실질적으로 일정하게 유지하면서 AC성분을 변화시키는 단계를 갖추어 이루어진다.

이 파워서플라이는 동작 파라미터의 최적의 세트를 발견하여 효과적인 동작을 보장하도록 적용된다. 파워서플라이는 솔리드 상태 성분을 구동하여 단속적으로 출력 전력을 생성하도록 적용된 제어 로직을 구비할 수 있다. 이는 전력유닛의 설계 및 제어를 간단화하고, 정전 집진기 성능에 바람직한 영향을 줄 수 있는 리플 함유를 나타내는 출력전압을 생성한다.

명백히, 파워서플라이가 높은 리플 출력신호를 출력할 수 있다는 사실은 파워서플라이가 특별한 환경에서 어울릴 수 있는 다른 기능 모드로 스위칭하는 옵션으로 적용될 수 있다는 사실을 배제하는 것은 아니다. 종래 기술에서 알려져 있는 그 밖의 기능 모드는, 예컨대 때때로 순수한 DC모드로서 언급되는 DC모드로 이루어진다. 본 발명에 따른 파워서플라이는, 예컨대 온과 오프위상 사이의 적절하게 빠른 스위칭으로 고주파 신호를 단속적으로 출력함으로써, 낮은 리플신호를 출력하는 것과 같은 방법으로 쉽게 제어될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 파워서플라이의 회로도,

도 2는 전압의 높은 리플로 동작의 모드 동안 전압 대 시간의 3개의 그래프(모두 동일한 시간 척도를 갖는다)를 나타낸 것으로서,

도 2a는 인버터로부터의 출력 전류를 나타내고,

도 2b는 집진기 전압을 나타내며,

도 2c는 정전 집진기로 공급되는 전류를 나타내고,

도 3은 압축된 시간 척도를 사용하여 집진기 전압을 나타낸 그래프,

도 4는 도 2의 부분과 유사하지만 순수한 DC모드의 동작을 위한 그래프로서,

도 4a는 도 2b와 유사하지만 순수한 DC모드의 동작을 나타내고,

도 4b는 도 2c와 유사하지만 순수한 DC모드의 동작을 나타낸다.

모든 도면은 개략적으로 나타낸 것이고, 본 발명의 이해를 위한 기본적인 부분만을 보여주며, 척도를 나타낼 필요는 없고, 다른 부분은 명료하게 하기 위해 삭제했다. 도면에 있어서 동일 부분에는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 정전 집진기에 연결되는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 파워서플라이의 회로도이다.

참조부호 10으로 지정된 파워서플라이는, 기본적으로 3상 전파(full wave) 정류브리지(2)와, 기본적으로 초크(3A)와 저장 캐패시터(3B)를 갖추어 구성되는 전압 평활회로(3), 고주파 인버터(4), 점증변압기(5), 단상 전파 고전압 정류기(6) 및 제어유닛(8)을 구비하여 구성된다.

파워서플라이는 접지판 전극(7B)과 열 전극(7A)을 구비하여 구성되는 통상적인 종류의 정전 집진기를 급전한다. 이 기술에서 통상적인 바와 같이, 정전 집진기에는 변화하는 진폭의 고전압이 공급되는데, 열 전극(7A)에는 네가티브 극성이 공급된다.

또한, 이 기술에서 통상적인 바와 같이 정전 집진기(7)는 분압기와 변류기(도시생략)와 같은 검출수단을 구비하여 구성되는데, 이에 의해 정전 집진기 전압(u_L)과 정전 집진기로 공급되는 전류(u_L)를 측정할 수 있고, 측정값이 라인(9)을 통해 제어유닛(8)으로 전송된다.

인버터(4)는 제어유닛(8)에 의해 제어되는 4개의 반도체 스위치를 구비하여 구성된다. 스위치의 적합한 동작에 의해, 교차하는 극성의 전류가 직렬 인덕턴스(4A)와 직렬 캐패시턴스(4B)를 통해, 그리고 점증변압기(5)의 1차 권선을 통해 공급될 수 있다.

직렬 인던턴스(4A)는 직렬 캐패시턴스(4B)와 함께 직렬 공진회로를 제공하는데, 이 공진회로는 예컨대 40kHz 정도로 미리 설정된 동작주파수에서 전류 발진을 유도하기 위해 트리밍되고, 그 밖의 주파수에서는 전류를 초크하거나 저지한다.

제어유닛(8)은 교차하는 쌍으로 스위치를 턴온시키는, 예컨대 S3와 함께 S1을 턴온시키고 나중의 위상동안 S2와 함께 S4를 턴온시키는 방법으로 반도체 장치의 시동(점화)을 제어한다. 스위칭 간격이 직렬 공진회로의 동작 주파수와 매칭되므로, 정류가 용이하게 되고, 최적의 동작 성능이 보장된다. 스위치는, 예컨대 필드 효과 트랜지스터와 같은 반도체 장치나 IGBT나 IGCT 또는 이 기술에서 알려진 다른 종류의 장치로 구성된다. 각 스위치는, 극성이 반대로 될 때 1차 전류를 유도하기 위해 사용되는 역병렬의 다이오드로 분로(shunt)된다.

미리 설정된 주파수값으로 동조된 주파수에서 스위치 모드 동작을 제공하기 위한 스위치 제어의 수행은 이 기술에서 숙련된 자의 능력 내에 놓여 있는 것으로 여겨진다.

이제, 본 발명에 따른 파워서플라이(12)의 동작 모드 중 하나 모드의 설명을 위해 도 2를 참조한다. 도 2는 시간에 대한 3개의 그래프로 이루어진다. 그래프들은 동일한 시간 척도(scale)를 갖는데, 도 2a는 인버터의 출력전류를 나타내고, 도 2b는 집진기 전압을 나타내며, 도 2c는 집진기에 공급되는 전류의 진폭을 나타낸다. 도시된 동작 모드에 따르면, 고주파 인버터는 단속적으로 동작, 예컨대 시간 t-On동안은 전력이 변압기에 공급되는 반면, 이어지는 시간 간격 t- Off동안은 인버터 동작은 중지된다. 이 패턴은 주기적으로 반복된다. 활성화 간격 t-On동안 인버터는 비교적 고주파수, 예컨대 40kHz로 발진한다.

존속기간은, 예컨대 2ms로 되고, 8ms동안 중지될 수 있다. 따라서, 하나의 온간격(On-interval)은 160(반파) 펄스의 트레인(열)을 구비하여 구성된다.

전력은 점증변압기에서 고전압으로 변압되고 고전압측에서 정류되는데, 이는 집진기 캐패시턴스를 충전시키고, 따라서 집진기 전압을 상승시킨다. 오프시간동안, 집진기 전압은 쇠퇴하는데, 정전 집진기 상의 전하는 이온화된 입자의 이동에 의해 정전 집진기 내에서 방전된다.

제어유닛은 정전 집진기 전압을 계속해서 감시하고, 일반적으로 온간격의 단부에서 압도적인 전압 피크값(U_P)과 정전 집진기 전압 평균값(U_m)을 계산한다. 제어유닛은 U_P와 U_m을 곱함으로써 기대성능지수(IEP)를 계산한다. 제어유닛은 t-On 및 t-Off에 대한 고정된 설정점에 따라서 동작을 실행하거나, 동작 파라미터를 최적화하는 것을 목적으로 하는 검색 처리를 수행할 수 있다.

검색 처리를 수행하기 위한 하나의 모드는 t-On을 일정한 값으로 유지하는 동안 t-Off의 계획된 변동을 만드는 단계를 구비하여 이루어진다. 인덱스 IEP가 계산되어 t-Off의 다른 값에 관련된 IEP 값의 리스트가 수립된다. 최적의 정전 집진기 성능은 IEP의 최대값에 대해 기대된다. 따라서, IEP의 최대값을 생성하는 t-Off의 값이 새로운 설정점에 대해 선택된다.

검색 처리는 소정 간격에서 수행되거나, t-Off의 작은 섭동을 연속적으로 야기하고 IEP의 임의의 변화를 로깅시킴으로써 연속적으로 수행될 수 있다.

다른 검색 처리는 t-On을 변화시키는 동안 t-Off를 일정하게 유지하는 단계를 구비하여 이루어질 수 있다. 이 변형예와 별개로, 제2검색 처리가 제1검색 처리와 유사하게 수행된다.

도 3은 도 2와 비교해서 압축된 시간 척도로 정전 집진기 전압(수치값)을 나타낸 그래프이다. 도 3은 도 2를 참조로 설명된 동작 모드에 의해 생성된 전압을 실선으로 나타내고, 다른 동작 모드에 의해 제공되는 정전 집진기 전압을 점선으로 나타낸다. 점선의 곡선에 의해 도시되는 동작모드는 상승하는 부분을 갖는 맥동 전압을 생성하는데, 이 상승하는 부분은 실선으로 도시된 부분 보다 가파르지 않게 된다. 이는 주요 주파수에서 동작하는 파워서플라이에 의해 달성되는 성능을 나타낸 것으로, 주요 주파수의 2배에서 리플을 가질 수 있다.

역으로, 실선의 전압은 가파르게 상승하는 부분을 갖는 톱니 리플을 나타낸다. 이 전압은 본 발명에 따른 파워서플라이에 의해 생성될 수 있다.

도 3에서 양 곡선은 백-코로나 상태로 진입하지 않고 발견할 수 있는 가장 높은 전압에서의 동작모드를 나타낸다. 양 곡선은 대략 동일한 평균값을 배회한다. 그런데, 사인파형상 리플 피크가 60kV(네가티브 극성) 바로 위인 반면, 톱니파 리플 피크는 70kV 이상이다. 정전 집진기의 입자 수집성능은 평균값과 집진기 전압의 피크값의 적(product)과 관련된다. 그 다음, 집진기를 상기 SMPS로 활성화함으로써 달성된 수집 성능은 점선으로 도시한 종래의 활성화에 의해 얻어진 수집 성능 보다 높게 되리라고 기대된다.

도 4는 도 1에 따른 파워서플라이의 다른 동작 모드의 설명을 위한 도면이다.

도 4는 도 2와 유사한 2개의 시간 그래프를 나타낸다. 도 4에 따른 동작 모드는 도 2 보다 실질적으로 짧은 오프간격과 온간격의 존속기간에 의해 구별된다. 도 4에 따르면, 온시간은 100㎲로 되고 오프시간은 200㎲로 될 수 있다. 이는 도 4a의 그래프로부터 명백한 바와 같이 정전 집진기 전압에 대해 낮은 리플을 생성하게 된다. 정전 집진기 전압의 낮은 리플은 주로 매우 낮은 저항성 먼지와 함께 몇몇 동작상태 하에서 유익할 수 있다.

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본 발명에 따른 방법의 유효성을 증명하기 위기 위해서, 실물 척도(full scale) 테스트가 시행될 수 있다. 이 테스트로부터의 몇몇 결과가 일례로서 주어져 있다.

1200m²수집판 영역의 정전 집진기 버스 섹션과, 섹션 캐패시턴스 50nF이 사용된다. 정전 집진기에는 고저항성 먼지를 수반하는 가스가 공급된다. 테스트는 단속적인 활성화 모드에서 구동되는 30kHz 스위치 모드 파워서플라이에 의해 전력이 공급되는 집진기에 의해 수행된다. 단속적인 활성화 모드는 교차하는 온간격 및 오프간격으로 이루어진다. 제어유닛은 온간격과 오프간격의 독립적인 동조를 허용한다. 온간격은, 집진기 전압을 하나의 온간격 내에서 코로나 온셋 전압인 30kV로부터 최대 정격전압인 90kV에 매우 근접하도록 증가시키기에 충분한 1.8ms로 설정된다.

정전 집진기의 열 전극의 피크 전압과 평균전압을 측정하고, 예컨대 가스 방전에서의 잔여 함유 먼지의 방출량을 측정하는 장비가 제공된다. 첫 번째 실행중에, 파워서플라이가 저지되는 간격 동안의 펄스 집진기 전압의 최소값을 관찰하는 것에 의해 최적의 동작점을 결정하는, 예컨대 유럽 특허 제0286467호에 개시된 전략과 유사한 전략이 사용된다. 제2실행중에, 피크 전압과 평균전압의 값을 읽어 취하고 각 설정에 대해 이들 2가지 인자의 적을 계산하는 동안 오프간격의 설정을 변화시키고, 동작의 설정점에 대해 이 적을 최대화하는 설정의 쌍을 선택하는 것으로 구성된 동작 파라미터를 최적화하기 위한 전략이 사용된다.

이 테스트로부터의 결과는 이하의 표 1에 주어진다.

방법	t-off	U_평균	U_피크	IEP	방출
종래	18㎲	34kV	65kV	2.210kV	133mg/Nm²
본 발명	6㎲	39kV	66kV	2.574kV	119mg/Nm²

따라서, 테스트의 결과는 새로운 최적화 전략에 의해 수립된 설정점에 따라 집진기를 동작함으로써 달성되는 우수한 성능을 증명한다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시예를 설명했지만, 이는 다양한 방법으로 변형될 수 있으며, 첨부된 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

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Claims

집진기 전극에 피크값과 평균값 및 저점값으로 이루어진 파형을 갖는 전압을 인가하기 위해, 오프시간 간격에 의해 단속되는 온시간간격 동안 전력을 집진기에 공급하는 단계와,

전극 전압을 측정하여 전압 피크값과 전압 평균값을 수립하는 단계,

기대성능지수(IEP)를 형성하기 위해 수립된 피크값을 수립된 평균값과 곱하는 단계,

상기 온시간간격 및/또는 상기 오프시간간격의 연속적인 증분 변동값을 초래하고, 측정 단계와 수립 단계 및 곱하는 단계를 반복해서 상기 변동에 대한 상기 지수의 상관을 수립하는 단계 및,

상기 최대 지수에 대응해서 수립된 이들 변동에 따라서 상기 값을 변경하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제1항에 있어서, 연속적인 증분 변동을 초래하는 단계가 온시간 및 오프시간을 서로 독립적으로 또는 동시에 변화시키는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제2항에 있어서, 온시간 및 오프시간의 동시 변동이 전압 평균값을 실질적으로 일정하게 유지하면서 전압 피크값을 변화시키는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제2항에 있어서, 온시간 및 오프시간의 동시에 일어나는 변동이 전압 피크값을 실질적으로 일정하게 유지하면서 전압 평균값을 변화시키는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제1항에 있어서, 전력이 30~100kV/ms의 속도로 집진기 전압을 상승시키도록 적용된 전류펄스의 버스트로서 정전 집진기에 전달되는 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제5항에 있어서, 전류 버스트가 20~100kHz의 주파수에서 발진하는 전류펄스를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제1항에 있어서, 전력이 전류 펄스의 버스트로서 정전 집진기에 전달되고, 각 전류 펄스의 버스트는 코로나 온셋 전압으로부터 최대 정격전압으로 집진기 전압을 상승시키도록 적용된 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제1항에 있어서, 전력이 10kV/ms와 같거나 그보다 큰 속도에 의해 집진기 전압을 상승시키도록 적용된 전류펄스의 버스트로서 정전 집진기로 공급되는 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제1항에 있어서, 전력이 20kV/ms와 같거나 그보다 큰 속도에 의해 집진기 전압을 상승시키도록 적용된 전류펄스의 버스트로서 정전 집진기로 공급되는 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.
제1항에 있어서, 전력이 30kV/ms와 같거나 그보다 큰 속도에 의해 집진기 전압을 상승시키도록 적용된 전류펄스의 버스트로서 정전 집진기로 공급되는 것을 특징으로 하는 정전 집진기의 동작방법.