KR100770434B1 - 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 플레이트를 다층(복층, 3층 등)으로 결합시켜 분진포집 내부공간을 구성함으로써, 상기 내부공간에 유입된 분진을 중력에 의해 하향 이동하여 분진퇴적함으로 포집될 수 있도록 한 것으로서, 대기 오염 방지시설, 가정·산업용 진공청소기, 공기 청정기 및 분급 장치 등에 효과적으로 적용될 수 있는 것이다.

본 발명의 다층(복층, 3층 등) 다단 다공성 플레이트 시스템은 기존 단층 다단 다공성 플레이트 시스템의 분진 재비산을 최소화하기 위해 다층화(복층, 3층 등)된 분진 포집부가 구성되고 있다.

다층의 분진포집 내부공간(1e)으로 유입된 분진 입자는 내부공간(1e) 내의 미약한 재순환 흐름을 따르면서 중력에 의해 하향 이동하여 분진퇴적함(3)으로 퇴적된다. 다층의 다공성 플레이트(1)를 다단으로 설치하여 이웃하여 설치되는 다층의 플레이트(1) 상에 형성된 홀(1a)을 상호 어긋나게 배치하여 다층화 된 플레이트(1) 구조의 분진포집 내부공간(1e)으로 분진 입자는 유입되어 포집되므로 별도의 탈진 설비가 필요치 않은 이점을 지닌다.

이와 같은 본 발명은 다공으로 구성된 다층의 다단 다공성 플레이트(1)를 효과적으로 결합시킨 고효율(99%)의 집진시스템으로 장치의 소형화 및 유지·관리의 용이성으로 인해 집진장치 및 입경 분리 시스템 등에 적용할 수 있으며, 집진시스 템 설치 시 설치 면적 및 비용의 절감은 물론, 집진효율의 증대(집진효율 99% 이상), 처리유량 증대(즉, 장치의 소형화, 기존 여과 집진장치 규모의 1/10 이하), 장시간 연속조업이 가능하며, 고성능 입자 분급장치 개발에도 일조를 할 수 있으며, 대기 오염 방지 시설, 입경별 분리 및 포집 시설 등에 기술 경쟁력을 획득할 수 있는 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

다층 다단 다공성 플레이트 포집시스템, 분진 포집 공간, 다공성 플레이트

Description

다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템{Separating and gathering system of particles}

도 1은 본 발명에 사용되는 다층 다단 다공성 플레이트를 보인 단면도

도 2는 본 발명에 사용되는 다층 다단 다공성 플레이트 유동 흐름 및 입자

궤적을 보인 확대 단면도

도 3은 본 발명에 의한 다층 다단 다공성 플레이트가 결합된 포집시스템의

개략적인 단면 구성도

도 4는 본 발명의 다층 다단 다공성 플레이트에 전기력을 부가시킨 경우의

개략적인 단면 구성도

도 5는 본 발명의 다층 다단 다공성 플레이트에 액적분사시스템을 결합한

경우의 개략적인 단면 구성도

도 6은 본 발명의 다층 다단 다공성 플레이트에 탈진시스템을 구비 시 횡단

면도

도 7은 본 발명의 다층 다단 다공성 플레이트에 필터시스템을 결합한 경우의

개략적인 단면 구성도

도 8은 본 발명의 다층 다단 다공성 플레이트의 다층 포집 공간 전면의 확대

단면도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1: (다층 다단 다공성)플레이트 1a:(분진분리용)홀(hole)

1b: 튜브 1c: 튜브 간 거리

1d: 돌출부 1e: (분진포집)내부공간

1f: 홀 간 거리 1g: 플레이트 간격

1h: 다층의 깊이 1i: 홀

1j: 돌출부 1k: 필터

2: 포집시스템 3: 분진퇴적함

4: 댐퍼 5: 예비하전부

6: 내부하전부 7: 액적분사시스템

8: 탈진시스템 9: 필터시스템

10: 유입구 11: 닥트

12: 주 집진부

본 발명은 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 플레이트를 다층(복층, 3층 등)으로 결합시켜 분진 포집 내부공간을 구성함으로써, 상기 내부공간에 유입된 분진을 중력에 의해 하향 이동하여 분진퇴적함으로 포집될 수 있도록 한 것이다.

현재 범용적으로 사용되고 있는 여과 집진장치의 높은 압력손실(필터의 분진 누적에 의함) 및 결로 현상 등에 의한 필터 공극 폐쇄의 문제점을 극복하기 위해 분진 입자의 임팩션에 의한 분리 포집을 이용해 고효율 및 장치 소형화를 통해 기존의 집진 장치를 대체할 수 있는 필터에 의존하지 않는 새로운 개념의 집진 및 입자 분리 시스템이다. 이를 통해 대기오염 방지 시설 및 입경별 포집 시설 등에 경제적 비용을 경감시키고 기술 경쟁력을 획득할 수 있는 시스템을 제공코자 하는 것이다.

대기오염의 심각성으로 인해 대기오염물질 배출규제가 더욱 더 강화되어짐에 따라 각 산업체에 설치되어 있는 대기오염 방지시설의 교체 및 보완을 위한 저비용·고효율 집진장치의 개발이 절실히 요구되고 있으며, 이에 따른 연구개발이 국내·외적으로 활발히 진행되고 있는 실정이다.

현재 보급되고 있는 고효율 집진장치로는 여과집진장치와 전기집진장치가 있으나 각각 장단점을 가지고 있어 이를 개선하기 위한 연구가 필요한 실정이다.

전기집진장치는 압력의 현저한 손실 없이 대유량의 배기를 처리할 수 있고 구조적으로 매우 단순하여 유지 및 보수가 용이한 장점이 있지만, 전기집진장치에 관한 기존의 연구는 그 집진 메카니즘이 전기력에만 의존하므로 고효율을 유지하기 위해 장치의 대형화가 수반되는 문제점을 가지고 있다.

산업체에서 가장 널리 사용되고 있는 여과집진장치는 집진효율이 높고 적용범위가 광범위한 반면, 높은 압력손실 및 여과재의 사용에 따른 유지·관리 측면의 문제점을 가지고 있다.

이를 보완하기 위해 본 발명자가 선발명하여 특허받은 특허 제 403287 호의 다단 다공성 플레이트 시스템이 있으나, 상기 선특허는 포집된 분진의 재비산에 의해 고효율을 장시간 유지하기 어려운 문제점을 가지고 있으며, 단층 다단 다공성 플레이트의 경우 플레이트 표면에 포집된 분진의 재비산에 따른 집진 효율의 하락 현상과 분진 제거를 위한 탈진 장비가 요구되는 단점이 있었다.

이에 본 발명에서는 상기한 바와 같은 선행 특허가 갖는 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로서,

본 발명은 분진의 재비산 방지 및 고효율을 효과적으로 유지하기 위해 다층화 된 분진 포집 공간의 구성을 위한 시스템을 구축하였다.

즉, 본 발명은 다층화 된 다단 다공성 플레이트의 최적 설계 및 조합에 의해 필터를 사용하지 않으면서도 99% 이상의 고효율 및 소·중·대형의 처리 유량을 취급할 수 있는 포집시스템으로 분진의 입경별 분리·포집이 가능한 효과적인 장치를 제공한다.

다층화 된 다단 다공성 플레이트의 성능은 홀(hole) 통과 유속, 홀 직경, 튜브 직경, 튜브 높이, 다층화 된 플레이트 간격 및 플레이트 배열(2단 이상) 등의 주요 변수들에 크게 의존된다.

본 발명은 다층화 된 다공성 플레이트의 분진포집 내부공간으로 분진이 분리 포집되므로 99% 이상의 고효율을 안정적으로 유지하면서도 별도의 탈진시스템이 필요치 않은 구조를 갖는다.

따라서 본 발명은 기존의 여과집진장치의 문제점인 낮은 여과속도(즉, 장치의 대형화), 필터의 유지·관리 및 탈진 공정에 의한 연속 조업의 어려움을 동시에 해결할 수 있는 포집시스템으로서 집진효율 향상, 높지 않은 압력손실, 처리 유량의 증대 및 유지·관리 면에서 상당한 성능 향상을 가져올 수 있도록 한 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템을 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

도 1은 본 발명에 사용되는 다층 다단 다공성 플레이트를 보인 단면도이며, 도 2는 본 발명에 사용되는 다층 다단 다공성 플레이트 유동 흐름 및 입자 궤적을 보인 확대 단면도, 도 3은 본 발명에 의한 다층 다단 다공성 플레이트가 결합된 포집시스템의 개략적인 단면 구성도 등으로서, 이들 도면과 함께 본 발명을 이하에 상세히 설명키로 한다.

본 발명은 선행 특허(특허 제 403287 호)에서 개시한 (단층) 다단 다공성 플 레이트 시스템의 다공성 플레이트(1)에 포집된 분진의 재비산에 의한 효율 감소를 최소화하기 위해 복층, 3층 등으로 다층화 된 분진포집 내부공간(1e)을 구성한 포집시스템(2)을 제공한다.

다공성 플레이트(1)를 다층으로 구성하여 두개의 다공성 플레이트(1)를 튜브(1b)로 상호 연결하여 분진포집 내부공간(1e)이 형성되도록 하며, 기류 중의 분진은 강한 관성력에 의해 포집 공간을 구성하는 전단의 플레이트(1)에 형성된 분진분리용 홀(1a)을 통해 투입되도록 구성하며, 분진포집 내부공간(1e)에 유입된 분진은 전혀 배출되지 않는 효과적인 재비산 방지 구조의 시스템을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 유입구(10)를 통하여 닥트(11) 상으로 유입된 기류 속의 분진 입자를 분리, 다층의 플레이트(1) 사이 분진포집 내부공간(1e)에 포집하기 위한 다층 다단 다공성 플레이트 포집시스템을 구성하되, 분진을 함유한 기류를 높은 유속으로 가속시켜 분진에 강한 관성력을 갖게 하는 튜브(1b)를 플레이트(1)에 일체로 형성하여 후측 플레이트(1)를 관통하도록 연결배관토록 하며, 기류 중의 분진이 분진포집 내부공간(1e)으로 들어올 수 있도록 하는 복층 플레이트(1)의 전단에 형성된 홀(1a)과, 플레이트(1)를 다층으로 구성하여 재비산 방지를 위한 분진포집 내부공간(1e)을 형성, 플레이트(1)와 플레이트(1) 사이의 내부공간(1e)은 상기 튜브(1b)에 의해 지지될 수 있도록 하며, 상기 다층의 플레이트(1)에는 다수개의 튜브(1b)가 설치된 것으로 이웃하여 설치되는 다층 플레이트(1) 상에 튜브(1b)는 관성력 효과의 극대화를 위해 상호 어긋나게 배치한다.

그리고 상기 플레이트(1) 사이의 간격(1g), 홀(1a)의 직경, 이웃하는 홀(1a) 사이의 간격, 홀(1a)의 개수, 튜브(1b)의 직경, 튜브(1b)의 길이, 플레이트(1) 후측으로 돌출된 튜브의 높이 등은 처리 유량 및 처리 분진에 따라 최적 설계의 관점에서 적절히 변화될 수 있다.

상기 다층화 된 포집부의 전단과 후단의 홀(1a)을 연결하는 튜브(1b)는 전단과 후단으로 돌출부(1d)로 구성될 수 있으며, 후단의 돌출부(1d)는 다음 단(stage)으로 제트 기류를 분사시키기 적절하게 설치된다.

연결 튜브(1b)의 절단면은 원형, 사각 등의 특정 형상을 나타낸다. 분진포집 내부공간(1e) 내부로 분진 유입을 위한 홀(1i)은 원형, 4각 등의 특정 형상을 나타내며 홀(1i) 주위에 돌출형의 턱을 선택적으로 형성할 수 있다. 상기 다층 플레이트(1) 전면의 홀(1i)은 전후단으로 돌출부(1j)로 구성되며, 홀(1i) 내부에 적절한 메쉬 크기(mesh size)의 필터(1k)를 장착할 수도 있는 것이다.

그리고 분진포집 내부공간(1e)에 유입된 분진은 하향 이동하여 닥트(11)의 하부로 설치된 분진퇴적함(3)에 퇴적되도록 한다.

상기 분진퇴적함(3)의 상부에는 2중으로 댐퍼(4)를 설치하며, 기류가 분진퇴적함(3) 내부로 침투하는 것을 차단토록 한다.

그리고 다층 다단 다공성 플레이트(1)의 효율 향상을 도모하기 위해 전기력을 부가할 수 있는 하전 시스템, 즉 닥트(11)상에 도 4와 같이 예비하전부(5)와 다층 다단으로 설치된 플레이트(1) 상부에 내부하전부(6)를 설치할 수 있다.

또한 미세 입자의 포집 효율을 증가시키기 위해, 도 5와 같이 다층 다단 다공성 플레이트(1)가 설치되는 주 집진부(12) 상부 및 닥트(11)의 후측으로 액적분 사시스템(7)을 선택적으로 설치할 수 있다.

그리고 상기 액적분사시스템(7) 및 전기력이 부가될 경우에는 포집부의 전면에 누적될 수 있는 분진을 제거하기 위하여 도 6과 같은 탈진시스템(8)을 부가적으로 설치할 수 있다. 상기 탈진시스템(8)은 본 발명자의 선등록 특허 제 403287 에 상세히 개시되어 있으므로 상세한 설명은 생략키로 한다.

그리고 다층 다단 다공성 플레이트 시스템의 포집 효율을 극대화시키기 위해 상기 시스템의 후단에 별도의 필터시스템(9)을 도 5와 같이 결합시킬 수도 있는 것이다.

상기와 같이 구성될 수 있는 본 발명의 다층화 된 다단 다공성 플레이트 시스템은 기존의 단층 다공성 플레이트 시스템에서 플레이트 표면에 입자 충돌 시 재비산에 의한 기류로의 입자 재유입 현상에 의해 실제 포집 효율이 낮아지는 현상을 효과적으로 개선한 것으로서,

본 발명의 다층 다단 다공성 플레이트(1)는 기존의 단층 다단 다공성 플레이트에서 분진이 충돌·부착되는 영역에 분진 분리를 위한 홀(1a)을 새로이 추가하고, 단층 플레이트(1)를 다층화(복층, 3층 등) 시켜 분진이 플레이트(1)의 표면이 아닌 다층화 된 분진포집 내부공간(1e)으로 이동·포집되어, 주 기류와는 분리된 별도의 공간에 존재하게 되므로 포집된 분진은 주 기류의 강한 유속으로 인한 영향을 더 이상 받지 않게 되어 분진 재비산 현상을 매우 효과적으로 해결할 수 있는 것이다.

또한, 포집된 분진은 다층화 된 플레이트(1) 내부의 영역에 분리되므로 별도의 탈진 설비가 필요치 않으며, 포집된 분진의 회수 또한 매우 용이하다.

본 발명의 다층화 된 다단 다공성 플레이트(1)에서 분진 분리·포집의 효과를 극대화하기 위한 튜브(1b)의 직경, 튜브(1b)의 높이, 이웃하는 튜브(1b) 상간의 간격(1c), 튜브(1b)의 돌출부(1d) 방향, 홀(1a)의 직경, 홀(1a)의 간격(1f), 이웃하는 플레이트(1) 상호간의 간격(1g) 및 다층의 깊이(1h) 등은 본 발명에서 제공하는 시스템의 주요 변수가 되며, 이들 변수들의 조합에 의해 포집 효율의 향상 및 각 단별 포집되는 분진의 입경 범위 조절이 가능하다.

이를 이용하여 본 발명은 집진 장치로서의 사용뿐만 아니라, 특정 범위의 입경 분리를 위한 입자 분급 장치로도 적용이 가능한 것이다.

본 발명의 핵심부는 도 1에 도시되어 있으며, 이에 따른 홀(1a) 주위의 기류의 유동 흐름 및 입자 궤적은 도 2에 도시되어 있다.

본 발명의 다단 다공성 플레이트 시스템은 도 1에서 보는 바와 같이 다층의 다공성 플레이트(1)를 다단으로 설치하여 이웃하여 설치되는 다층의 다단 플레이트(1) 상에 형성된 홀(1a)을 상호 어긋나게 배치함으로써, 다층화 된 다단 다공성 플레이트(1)에서는 분진 입자를 함유한 기류가 각 플레이트(1)의 튜브(1b)를 통과할 때 매우 빠른 유속으로 가속되어 높은 관성력에 의해 입자는 다음 단의 홀(1a)을 통과 다층화 된 다공성 플레이트(1) 분진포집 내부공간(1e)으로 분리·포집되며, 기류는 측면에 위치한 튜브(1b)를 통하여 다음 단(stage)으로 이동하게 된다.

첫 번째 다층화 된 다공성 플레이트(1)에서 포집되지 않은 입자들은 후단으 로 연속설치된 다층화 된 수개의 다공성 플레이트(1)에서 포집되며, 집진된 분진은 다층 다단 다공성 플레이트(1) 내부공간(1e) 기류와는 분리된 상태로 중력에 의해 이동하여 분진퇴적함(3)에 도 3과 같이 퇴적되어 분진 입자의 재비산 문제를 원천적으로 제거하여 고효율의 집진 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 것이다.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 발명은 다공으로 구성된 다층의 다단 다공성 플레이트(1)를 효과적으로 결합시킨 고효율(99%)의 집진시스템으로 장치의 소형화 및 유지·관리의 용이성으로 인해 집진장치 및 입경 분리 시스템 등에 적용할 수 있으며, 집진시스템 설치 시 설치 면적 및 비용의 절감은 물론, 집진효율의 증대(집진효율 99% 이상), 처리유량 증대(즉, 장치의 소형화, 기존 여과 집진장치 규모의 1/10 이하), 장시간 연속조업이 가능하며, 고성능 입자 분급장치 개발에도 일조를 할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

Claims (6)

1. 공기 중의 분진입자를 입자의 관성력 및 난류 재순환 유동에 의한 와류 확산을 이용하여 포집할 수 있도록 다수개의 미세한 홀(1a)이 형성된 다층의 다공성 플레이트(1)를 다단으로 설치하며, 플레이트(1) 상의 분진 재비산을 방지하기 위한 다층의 분진포집 내부공간(1e)이 구성되어 있는 입자 분리·포집 시스템에 있어서;

   상기 플레이트(1)는 다층으로 구성하여 두개의 플레이트(1)를 상호 분진을 함유한 기류를 높은 유속으로 가속시켜 분진에 강한 관성력을 갖게 하는 튜브(1b)로 연결하여 홀(1i)을 전단에 가진 분진포집 내부공간(1e)을 형성하며,

   기류 중의 분진이 포집 공간으로 들어올 수 있도록 하는 다층 플레이트(1)의 전단에 형성된 홀(1a)과,

   상기 플레이트(1) 상에 튜브(1b)는 상호 어긋나게 배치된 것을 특징으로 하는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 튜브(1b)는 전단과 후단으로 돌출부(1d)를 가지며, 다층 플레이트 전면의 홀(1i)은 전·후단으로 돌출부(1j)가 구성되며, 홀(1i) 내부에 필터(1k)가 장착되는 것을 특징으로 하는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 분진포집 내부공간(1e)에 유입된 분진은 하향 이동하여 2중 댐퍼(4) 시스템을 가진 분진퇴적함(3)에 퇴적될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 주 집진부(12)에는 플레이트(1)의 효율 향상을 도모하기 위해 전기력을 부가할 수 있는 예비하전부(5) 및 내부하전부(6)를 설치한 것을 특징으로 하는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 주 집진부(12)에는 미세 입자의 포집 효율을 증가시키기 위해, 액적분사시스템(7)이 설치되며, 수막형성에 의해 플레이트(1) 전면에 누적된 입자 제거를 위한 탈진시스템(8)을 설치한 것을 특징으로 하는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템.
6. 제 1 항에 있어서;

   상기 주 집진부(12)에는 입자 포집 효율을 극대화하기 위해 필터시스템(9)을 설치한 것을 특징으로 하는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자·분리 포집 시스템.

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