KR100634490B1 - 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치 - Google Patents

양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적인 응집화 및 조대화와 전기집진(Electrostatic precipitation)의 복합 방식에 의한 유해 미세입자 및 미스트 포집 장치에 관한 것으로서, 특히 미세입자의 전기적 응집과 미스트의 정전 유전체(Di-electric)의 특성을 복합적으로 이용한 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치에 관한 것이다.
종래의 습식 스크러버(Wet scrubber)는 구조가 간단하고 상대적으로 대용량의 가스를 처리 할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 장치에서 가스 흡수와 분진을 동시에 포집할 수 있다는 장점이 있는 반면에 비교적 큰 입자만을 제거할 수 있어, 실제 공정상에 발생하는 미세한 유해 입자의 포집에는 한계가 있다는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 기존의 습식 스크러버를 사용하면서도, 유해한 미세 먼지와 미스트 입자까지도 효율적으로 청정화하기 위해 전기적 양극성의 예비하전부와 유전체 응집부, 전기 집진부를 각각 스크러버의 전단과 후단에 설치한 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 공정 후 배출구를 통해 배출되는 유해 물질들은 먼저 양극성 예비 하전부를 통과하여 전기적인 양(+), 음(-)극으로 하전시키고 하전된 입자는 습식 스크러버에 의해 물 액적(droplet)에 흡착 되면서 중화, 포집되고, 이때 흡착되지 못한 미세 하전 입자들은 유전체 응집부를 지나면서, 액적과 하전 미세입자, 그리고 하전 액적과 반대극성 하전 액적끼리의 흡착과 응집, 그리고 관성 충돌로 인해 보다 조대화 된 큰 입자로 성장되도록 한 후, 최종단에 있는 전기집진장치에 쉽게 포집될 수 있도록 함으로써, 습식 스크러버의 장점을 유지하면서도 미세한 유해입자까지 포집할 수 있는 고효율, 고성능의 친환경적 유해 입자 포집을 달성하고자 하는 것이다. 사용자는 정기적으로 습식 스크러버에 사용되는 세정용 물만 교체해 줌으로써, 고성능의 유해미세입자 포집장치를 지속적으로 유지, 관리할 수 있게 되는 것이다.
전기집진, 예비하전, 습식 스크러버, 유전체 응집, 양극성 전기응집

Description

양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치{Apparatus for Removing the Harmful Fine Particles with Combined Negative and Positive Dielectric Agglomeration Precipitation}
도 1은 본 발명에 따른 미세입자 포집을 위한 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 유전체 및 양극성 전기응집부로서 물 액적의 유존체 양극화에 의한 하전입자의 1차 응집과 하전입자의 응집에 의하여 대전된 물액적간의 2차 전기 응집을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 유전체 물입자와 하전입자의 포집, 응집을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 양극성 예비하전부를 나타낸 개략도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 분무부 2: 펌프
3: 세정수조 4: 응집부의 하전극
5: 전기집진부의 방전극 6: 예비 하전부
7: 물 액적 8: 미세 입자
9: 물 액적에 흡착된 미세입자
10: 접지 전극 11: 예비 하전부의 방전극
12: 응집부 13: 예비하전부의 접지극
14: 전기 집진부 15: 분사노즐
본 발명은 새로운 전기집진(Electrostatic precipitation) 방식에 의한 유해 미세입자 및 미스트 포집 장치에 관한 것으로서, 미세입자의 전기적 응집과 미스트의 정전 유전체(Di-electric)의 특성을 복합적으로 이용하며, 보다 상세하게는 정전 유전체의 특성을 이용하여 고효율 고성능의 유해 배출물의 집진 기능을 수행할 수 있도록 한 유해 배출물 포집하도록 하는 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치에 관한 것이다.
일반적인 습식 스크러버 방식의 포집 방법은 오염된 공기에 물을 분사시켜 생성되는 액적, 액막, 기포 등에 공기 중의 부유하고 있는 먼지입자들이 접촉함으로써 관성충돌, 직접흡수, 확산이 이루어져 먼지입자들을 제거하는 방식이다. 이러한 방식은 구조가 간단하고 별도로 필터를 청소, 교체할 필요 없이 사용한 세정용 물만 교체하면 되므로 유지비용이 작을 뿐만 아니라, 단일장치에서 가스 흡수와 분진을 동시에 포집가능하다는 장점이 있다. 하지만, 비교적 큰 입자의 처리만 가능 하며, 집진효율이 낮다는 단점이 있다.
또한, 전기집진법(Electrostatic precipitation)은 기체 중에 부유하는 입자를 코로나방전(corona discharge)로 하전하고 여기에 전계를 형성시켜 정전기력으로 포집 제거하는 것으로, 그 성능 특성은 포집되는 입자의 전기저항율에 크게 좌우된다. 특히 전기저항율이 높은 입자의 경우 '역전리(back corona)현상'이라고 하는 이상현상이 발생하고 집진 성능이 저하된다. 이러한 역전리 현상은 대전되어 집진판에 부착된 분진입자를 전기적으로 중화시켜버려 입자를 재비산 시켜버리는 경우도 발생한다. 따라서, 포집을 하려는 입자의 특성에 집진 성능이 크게 영향을 받게 되며, 집진판에 포집된 입자의 제거를 위한 추가 공정이 필요할 뿐만 아니라, 가스상의 배출물질의 경우 포집이 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기존의 습식 스크러버에 추가적으로 장착함으로써 최소의 비용부담을 가지면서, 유해배출가스 뿐만 아니라 기존의 방법으로 포집이 어려운 유해한 미세 입자까지도 높은 효율로 포집할 수 있도록 할뿐만 아니라, 유지비용도 작게 드는 경제적이며, 고성능의 포집장치를 제공하는데 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기존의 습식 스크러버를 사용하면서도, 고효율의 미세 유해입자 포집 성능을 가질 수 있도록 스크러버의 전단에 전기적으로 양극성의 예비하전부를, 후단에 유전체 및 2차 양극성 액적 응집부와 전기집진부를 단계적으로 설치함으로써 유해가스 흡수와 유해 미세 입자까지도 동시에 효과적으로 포집할 수 있는 고성능의 포집장치를 제공하는데 있는 것이다.
이러한 본 발명의 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치는, 유해미세입자 및 먼지포집장치에 있어서,
(+)코로나 방전을 발생시키는 (+)코로나 방전발생부와 (-)코로나 방전을 발생시키는 (-)코로나 방전발생부로 이루어진 양극성 예비하전부와; 상기 양극성 미세입자들이 분무사이를 통과하면서 분무액적에 의하여 걸러지도록 세정수조와 상기 세정수조내의 물을 순환시키는 펌프와 상기 순환된 물을 분무하는 다수개의 분사노즐로 이루어진 습식스크러버의 분무부와; 상기 분무부 세정수조의 수직상부에 형성되고, 고전압 하전극과 접지전극사이에 형성된 전계로 인해 유전체인 물 액적이 양극성을 띄게 되도, 상기 액적들 사이로 미세한 유해 입자들은 극성을 띈 채로 통과하면서 입자/액적간의 응집과 응집액적간의 2차 전기응집이 이루어지며, 유전체 응집부를 지나면서 양극화 된 물 액적이 공기 중에서 체류시간이 길어지게 되고, 미세 입자들과의 반응 시간이 길어지면서 포집 효율이 증가되도록 마련된 정전유전체/양극성 전기 복합 응집부와; 상기 응집부의 수직상부에 형성되고, 고전압이 가해지는 방전극에서 발생하는 높은 코로나 하전 및 고전계로 인해 큰 물액적들은 집진판에 부착하도록 이루어진 전기집진부;를 포함하여 이루어진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 개념을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 유해 미세입자 포집 장치에 따른 방법의 개념을 도시한 것으로서, 이를 설명하면, 배기가스내의 유해 미세 입자는 예비하전부(6)를 지나면서 양(+)극 하전 미세입자와 음(-)극 하전 미세입자의 양극성을 띄게 된다.
이에 대한 작동원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 양극성 예비하전부를 나타낸 개략도로서, 상기 예비하전부(6)는 (+)고전압 코로나 방전을 발생시키는 방전극(11)과, 이에 대응되도록 마련된 접지극(13)으로 이루어져 (+)코로나 방전을 발생시키는 (+)코로나 방전발생부와, (-)고전압 하전을 발생시키는 방전극(11)과 이에 대응하도록 마련된 접지극(13)으로 이루어져 (-)코로나 방전을 발생시키는 (-)코로나 방전발생부로 이루어진 양극성 예비하전부로 이루어진다.
상기 예비하전부(6)를 통과하면서 (+)하전 미세입자와 (-)하전 미세입자들은 습식스크러버의 분무부(1)에서 발생하는 분무사이를 차례로 통과하면서 일반적인 습식스크러버의 포집 메카니즘에 따라 큰 입자와 가스상 물질은 분무 액적에 의해 걸러지게 되는 것으로, 이때에도 직경 1미크론 이하의 미세한 입자는 대부분 통과 하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 정전 유전체/양극성 전기 복합 응집부를 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명에 따른 유전체 응집부에서의 유전체 물액적과 하전입자 포집을 나타낸 개념도로서, 이를 설명하면, 상기 분무부(1)에서 분사된 액적들은 포집되지 못한 미세 입자들과 함께 후단의 정전유전체 응집부(12)를 지나게 된다.
도 2에서와 같이 정전유전체/양극성 전기 복합 응집부(12)의 고전압 전극(4)과 접지전극(10)사이에 생성된 전계(Electric Field)로 인해 유전체인 물 액적은 양극성을 띄게 되어 액적과 액적간에 작은 전계을 만들게 되고, 이때 액적들 사이에 부유하고 있던 극성을 띈 미세 입자들은 전기력에 의해 물 액적에 1차적으로 흡착이 되어 응집된다.
이때의 물 액적은 액적내에 쌍극성은 띄지만, 액적 자체의 극성은 중성이기 때문에, 응집부의 하전극에 부착되지 않고 유동을 따라 계속 부유하면서, 계속적으로 미세 입자를 흡착하여 응집/성장하게 된다. 하전된 입자가 응집 성장하면서 양극성으로 대전된 입자들에 의하여 응집액적 들은 반대극의 하전을 띄게 되고, 이들의 양극간에는 쿨롱력(Coulomb Force)가 작용하게 되어 응집액적들간에 2차적인 추가 응집이 일어나게 되며, 더욱 더 큰 입자로 성장하게 된다.
따라서, 입자 및 액적간의 충돌, 응집으로 인한 성장 등으로 후단인 전기집진부(14)에서는 대부분 집진이 쉬운 큰 입자만이 남게 되어, 궁극적으로 전기집진기의 크기를 최소화하여도 고효율의 포집효율을 얻게 된다.
고전압 방전극(5)으로 이루어진 전기집진부(14)사이를 통과하면서 상기 고전 압이 가해지는 방전극(5)에서 발생하는 단일극성에 의한 하전과 높은 전계로 인해 큰 물액적들은 집진판에 부착한 후 다시 세정수조(3)로 떨어지게 된다.
사용자는 세정용 물만 교체하여 낮은 유지비용만으로, 고효율의 유해배출가스 처리가 가능하게 된다.
상기 분무부(1)는 세정수조(3)와 상기 세정수조(3)내의 물을 다수개의 분사노즐(15)로 분사하도록 순환시키는 펌프(2)로 이루어져, 연속적으로 일정한 물을 양극성 입자들에게 제공하여 걸러지게 하도록 하며, 상기 분무부(1)의 세정수조(3)는 중력방향을 기준으로 응집부(12)와 전기집진부(14)가 일치하도록 이루어져, 상기 응집부(12)와 전기집진부(14)에서 형성된 크기가 큰 물액적들이 중력방향으로 낙하되어 세정수조(3)에 저장되도록 하기 위한 것이다.
본 발명은 유해미세입자 및 먼지포집방법에 있어서,
(+)코로나 방전을 발생시키는 단계와 (-)코로나 방전을 발생시키는 단계를 포함하는 양극성 예비하전단계와,
상기 양극성 미세입자들이 분무사이를 통과하면서 분무액적에 의하여 걸러지도록 마련된 분무단계와,
미세한 유해 입자들은 극성을 띈 채로 통과하면서 입자/액적간의 응집과 응집액적간의 2차 전기응집이 이루어지도록 마련된 정전유전체/양극성 전기 복합 응집단계와,
큰 물액적들을 집진시키는 전기집진단계를 포함하는 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집방법으로 형성되는 포집 장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기 전기집진단계에서 집진된 큰 물액적들이 중력방향으로 낙하되는 단계를 더 포함하며, 상기 응집단계는 유전체 응집부를 지나면서 쌍극화 된 물 액적의 공기 중에서 체류시간이 길어지게 되고, 미세 입자들과의 반응 시간이 길어지면서 포집 효율을 증가시키는 단계를 포함하는 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집장치에 관한 것이다.
상기한 바와 같이 개선된 습식 스크러버에 예비하전부와 유전체 응집부, 전기 집진부를 전후단에 각각 단계적으로 장착함으로써, 기존 습식 스크러버의 장점을 모두 가지면서도, 단점이었던 미세입자에 대한 낮은 포집효율까지 개선하여, 간편하고 경제적일뿐만 아니라, 환경친화적인 유해 배출물 포집장치 개발의 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 유해미세입자 및 먼지포집장치에 있어서,
    (+)코로나 방전을 발생시키는 (+)코로나 방전발생부와 (-)코로나 방전을 발생시키는 (-)코로나 방전발생부로 이루어진 양극성 예비하전부(6)와; 상기 양극성 미세입자들이 분무사이를 통과하면서 분무액적에 의하여 걸러지도록 세정수조(3)와 상기 세정수조(3)내의 물을 순환시키는 펌프(2)와 상기 순환된 물을 분무하는 다수개의 분사노즐(15)로 이루어진 습식스크러버의 분무부(1)와;
    상기 분무부 세정수조(3)의 수직상부에 형성되고, 고전압 하전극(4)과 접지전극(10)사이에 형성된 전계로 인해 유전체인 물 액적이 양극성을 띄게 되도, 상기 액적들 사이로 미세한 유해 입자들은 극성을 띈 채로 통과하면서 입자/액적간의 응집과 응집액적간의 2차 전기응집이 이루어지며, 유전체 응집부를 지나면서 양극화 된 물 액적이 공기 중에서 체류시간이 길어지게 되고, 미세 입자들과의 반응 시간이 길어지면서 포집 효율이 증가되도록 마련된 정전유전체/양극성 전기 복합 응집부(12)와;
    상기 응집부의 수직상부에 형성되고, 고전압이 가해지는 방전극(5)에서 발생하는 높은 코로나 하전 및 고전계로 인해 큰 물액적들은 집진판에 부착하도록 이루어진 전기집진부(14);를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 복합 정전유전체 응집 방식 미세입자 포집 장치.
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