KR101050305B1 - 원뿔형 솔레노이드 방식의 원심력 집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시철도 지하터널 내 금속성 미세먼지를 포집하기 위하여 전동차량에 부착하는 반영구적 집진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하터널 내의 금속성 미세먼지를 원뿔형 솔레노이드 방식으로 집진하기 위한 반영구적 집진장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 상부의 원통형 몸체 및 하부의 원뿔형 몸체로 구성되며, 유입된 금속성 미세먼지를 포함한 함진 공기를 하강시키기 위한 적어도 하나의 몸체부; 전기를 생성하는 소형 풍력발전기부; 상기 원뿔형 몸체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 소형 풍력발전기부에서 생성된 전기를 이용하여 상기 몸체부 내부에 자기장을 형성하는 원뿔형 솔레노이드부; 및 상기 몸체부 하부에 부착되며, 상기 금속성 미세먼지를 저장하기 위한 분진저장조부;를 포함하되, 상기 함진 공기에 포함된 금속성 미세먼지는 상기 몸체부 내부에 형성된 자기장에 의해 하강되어 상기 분진저장조부에 집진되는 것을 특징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치를 제공한다.

도시철도, 분진, 제거, 사이클론, 원심, 솔레노이드, 코일, 전기장, 자기장

Description

원뿔형 솔레노이드 방식의 원심력 집진장치 {Cyclone dust collector with conical solenoid}

본 발명은 도시철도 지하터널 내 금속성 미세먼지를 포집하기 위하여 전동차량에 부착하는 반영구적 집진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하터널 내의 금속성 미세먼지를 원뿔형 솔레노이드 방식으로 집진하기 위한 반영구적 집진장치에 관한 것이다. 본 발명은 열차 주행시의 풍력을 동력원으로 이용하는 전기역학적 장치로서 별도의 외부 동력을 요하지 않는다. 또한 본 발명은 터널과 승강장 내 함진 공기 중 유해 중금속 및 미세먼지를 포집하여 지하공간의 공기오염을 방지할 수 있다.

원심력식 집진장치(사이클론)는 태풍, 허리케인 등 열대성 저기압의 과학원리에 입각하여 진공청소기, 환기설비 등 각 분야에 널리 응용되는 일반화된 기술이지만 종래의 집진장치는 그 구성이 복잡하여 상품화와 유지보수에 많은 비용이 들 수 있는 문제점이 있었다. 또한 대전된 먼지입자를 취급하는 기존의 기술은 별도의 지속적인 외부전력을 요구하는 등의 문제가 있었다. 상기와 같이 기존 장치들이 그 구성의 복잡성으로 인하여 외면받고 있어 실제 적용을 용이하게 하고 운용과 유지 보수경비를 획기적으로 줄일 수 있도록 할 필요가 있다.

근본적인 문제는 도시철도 지하구간의 금속성 비산먼지이며, 이 금속핵을 중심으로 비금속성 미세먼지가 뭉쳐서 구성된 중금속 덩어리를 어떻게 효과적으로 포집할 수 있는가 하는 것이 핵심이다. 본 발명에서 원심력 집진장치의 집진성능을 강화하기 위하여 원뿔형 솔레노이드를, 분진저장조 하단에는 영구자석을 배치하여 재비산을 방지하고 집진효율을 높임으로써 종래기술의 문제점을 해결하였다. 열차운행 시간대에는 미세먼지가 바닥에 쌓이기 보다는 공중에 비산한다는 점과 전동차 상부 전차선의 마모에 의한 금속분진을 감안할 때, 본 발명을 이용한 열차운행시간대의 집진은 지하공기질 향상에 근본적인 대책이 될 수 있다.

본 발명은 도시철도 터널 내에서 전동차량이 운행하면서 선로, 전동차륜, 전차선 등의 상호 마찰로 인하여 마모된 중금속 입자와 일반 먼지가 결합한 중금속 덩어리를 포집할 수 있도록 입구, 출구, 분진저장조를 갖추고 원통형 몸체와 원뿔형 몸체 및 원뿔형 솔레노이드부로 구성된 원심력식 집진장치를 운행중인 전동차량 앞뒤에 고정 장착하고 분진저장조 하단에 영구자석을 배치하여 미세먼지의 재비산을 막아 집진효율을 더욱 향상시켜 최소의 비용으로 터널 및 승강장 내 대기환경을 쾌적하게 유지하고 쇳가루 등의 전기전도성 먼지로 인한 첨단 전기전자장비 및 변전시스템의 오작동을 예방하고 동일 목적으로 구입하여 운행하는 고가의 집진차량의 대안으로 활용하여 예산을 절감할 수 있도록 도시철도 전동차량용 원심력식 집 진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상부의 원통형 몸체 및 하부의 원뿔형 몸체로 구성되며, 유입된 금속성 미세먼지를 포함한 함진 공기를 하강시키기 위한 적어도 하나의 몸체부; 전기를 생성하는 소형 풍력발전기부; 상기 원뿔형 몸체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 소형 풍력발전기부에서 생성된 전기를 이용하여 상기 몸체부 내부에 자기장을 형성하는 원뿔형 솔레노이드부; 및 상기 몸체부 하부에 부착되며, 상기 금속성 미세먼지를 저장하기 위한 분진저장조부;를 포함하되, 상기 함진 공기에 포함된 금속성 미세먼지는 상기 몸체부 내부에 형성된 자기장에 의해 하강되어 상기 분진저장조부에 집진되는 것을 특징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치를 제공한다.

상기 몸체부는 음(-)으로 대전된 금속성 미세먼지를 하강시키기 위한 제1 몸체부; 및 양(+)으로 대전된 미세먼지를 하강시키기 위한 제2 몸체부;를 포함하되, 상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부는 직렬연결되며, 서로 반대 극성의 자기장을 형성하여 음(-) 또는 양(+)으로 대전된 미세먼지가 상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부 하부에 부착된 각각의 분진저장조부에 순차적으로 집진되는 것을 특징으로 한다.

상기 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치는 상기 분진저장조부 하부에 부착되어 상기 분진저장조부에 집진된 미세먼지가 재비산되는 것을 방지하는 영구자석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부는 내부에 반경이 작은 제1 내부 원통형 몸체 및 제2 내부 원통형 몸체를 포함하되, 상기 제1 몸체부에서 집진되지 않은 금속성 미세먼지는 상기 제1 내부 원통형 몸체를 통해 상기 제2 몸체부로 이동되고, 상기 제2 몸체부에서 금속성 미세먼지가 제거된 후의 제진공기는 상기 제2 내부 원통형 몸체를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

상기 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치는 도시철도에 설치되어, 도시철도(또는 지하철)가 이동하면서 발생되는 자연 역풍에 의해 상기 소형 풍력발전기부가 전기를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 도시철도 터널 내 중금속 등 미세먼지를 포집하여 별도 처리함으로써 쾌적한 지하환경을 유지하고 도시철도 이용승객과 종사자들의 건강을 지킬 수 있다.

또한 열차 운행시간 동안 지속적으로 집진하므로 별도의 야간작업이 필요없게 되어 관련 예산이 절감되고, 포집된 중금속먼지는 별도의 재처리과정을 거쳐 개별 금속으로 재활용하는 것을 용이하게 한다.

또한 타 집진장치와는 달리, 필터, 외부동력 등이 불요하므로 유지비용이 저렴하고 조작이 간편하다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 는 해당되는 발명의 상세한 설명 부분에서 그 의미를 기재하였으므로 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로 본 발명을 파악하여야 한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명이 상기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원뿔형 솔레노이드 방식의 원심력 집진장치 외관을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 2개 이상의 집진기(1, 13)로 구성되는데, 상기 집진기(1, 13)는 원통형 몸체(4, 16)와 월뿔형 몸체(8, 20)로 구성된 몸체부, 원뿔형 솔레노이드부(9, 21), 분진저장조부(10, 22), 영구자석부(11, 23), 소형 풍력발전기부(3, 15)을 포함한다. 또한 상기 집진기(1, 13)들 중 적어도 하나에는 미세먼지를 포함하는 공기가 유입되는 함진공기 유입구부(2)와 미세먼지가 제거된 공기가 배출되는 제진공기 출구부(14)가 설치될 수 있으며, 각각의 원통형 몸체 내부에는 원통형 몸체보다 반경이 작은 내부 원통형 몸체(7, 19)가 포함될 수 있다. 상기 소형 풍력발전기부(3, 15)는 상기 원통형 몸체(4, 16) 내부에 설치되는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 외부에 상기 소형 풍력발전기부(3, 15)가 설치되는 것도 포함한다.

본 발명은 도시철도 터널과 승강장에 비산하는 철, 니켈, 코발트, 텅스텐 등의 금속성 미세먼지를 효율적으로 분리, 추출하기 위해 원뿔형 솔레노이드부(9, 21)를 이용한다. 상기 원뿔형 솔레노이드부(9, 21)는 코일 등 전도성 물질로 만들 어지며, 상기 원통형 몸체(4, 16) 및 원뿔형 몸체(8, 20) 내부에 자기장을 형성하여 대전된 먼지 입자가 효율적으로 집진될 수 있도록 한다.

대부분의 미세먼지의 생성원인은 마찰이며 물체를 마찰시켰을 때 정전기가 발생한다. 따라서 생성되는 대부분의 먼지는 전하를 띠고 있으며 마찰시 대전되는 전하의 종류를 정하는 순서인 대전열은 (+)털가죽 - 상아 - 수정 - 유리 - 명주 - 나무 - 고무 - 유황 - 에보나이트(-) 로 된다. 본 발명은 이와 같이 음(-) 또는 양(+)으로 대전된 미세먼지를 한꺼번에 효율적으로 제거할 수 있다. 한편, 도시철도의 지하구간 터널 내의 먼지는 선로, 전동차, 전차선 등에서 나온 중금속 입자와 일반먼지가 결합한 '중금속 덩어리' 라는 분석 결과로부터 전자기력을 이용한 먼지덩어리의 효과적인 포집이 가능함을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원뿔형 솔레노이드 방식의 원심력식 집진장치의 내부 투시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1집진기의 원뿔형 몸체에서 발생하는 로렌쯔 힘을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제2집진기 원뿔형 몸체에서 발생하는 로렌쯔 힘을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대전된 먼지가 받는 힘을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 함진공기가 제1차집진기(1)의 함진공기 유입구부(2)를 지나 원통형 몸체(7)를 따라 나선궤도로 하강하다가 원뿔형 몸체(8)에 이르러 원운동 반경이 줄어든 만큼의 여분의 원심력이 마찰력으로 작용하여 원뿔 내부 벽면을 타고 흘러내리게 된다. 이때, 원뿔형 몸체(8)에는 음(-)형 원뿔형 솔레노이드부(9)가 감겨져 있으며, 상기 음(-)형 원뿔형 솔레노이드부(9)는 소형 풍력발전기부(3)에 연결되어 있어 차량이 진행하면서 발생하는 자연 역풍으로 전기를 발생시켜 상기 원뿔형 솔레노이드부(9)에 흘리게 되므로 상기 몸통부 내부 중심에는 연직 상(上) 방향의 자기장이 형성된다.

음(-)으로 대전된 먼지입자는 도 3에 도시된 것과 같이 원심력의 방향으로 로렌쯔 힘을 받게 되므로 먼지입자가 원통의 중심부에 위치한 제진공기 출구인 내부 원통형 몸체(7)를 따라 탈출하는 것을 방지하게 된다. 차량이 각 역에 정차하게 되면 풍력이 없어지고 따라서 소형 풍력발전기부(3)로부터 원뿔형 솔레노이부(9)에 전류 공급이 중단되므로 자기장도 없어지고 원심력 또한 없어지므로 먼지입자들은 분진저장조부(10)로 떨어져 저장되고 금속핵을 중심으로 뭉쳐진 먼지들은 영구자석부(11)에 의하여 강하게 구속되므로 차량이 다시 출발하더라도 재비산하여 내부 원통형 몸체(7)로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 내부 원통형 몸체(7)를 빠져나가 직렬연결관부(12)을 통해 제2차 집진기(13)의 유입구로 입사하는 먼지입자는 상기 제1차 집진기(1)에서와 같은 절차로 집진되는데, 제1차 집진과정에서 다소 불리하게 작용됐던 양(+)으로 대전된 먼지가 이번에는 반대 극성으로 연결된 소형 풍력발전기부(15)에 의하여 인가된 연직 하(下)방향의 중심 자기장에서 원뿔형 몸체(20) 벽면으로 향하는 로렌쯔 힘을 받아 제1차 집진기(1)에서보다 더 효과적으로 포집된다.

최종적으로 미세먼지가 제거된 제진공기는 제2차 집진기(13)의 내부 원통형 몸체(19)를 타고 올라가 제진공기 출구부(14)를 통해 빠져나가게 된다. 또한, 본 발명에 따른 내부 원통형 몸체(7)의 조립을 위해 외벽에 나사를 가공하여 결합 길 이를 조절할 수 있도록 함으로서 집진효율을 극대화하는 조합점을 집진장비 운용 중에 확인하고 계속적인 조정이 가능하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동차량에 장착된 집진장치를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도 6의 확대 도면이며, 도 8은 본 발명의 일시시예에 따른 상측에서 바라본 전동차량에 장착된 집진장치를 나타내는 도면이다.

도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명은 금속성 미세먼지가 다량으로 비산되는 도시철도 등에 설치될 수 있다. 이때 본 발명을 도시철도 등에 설치하기 위해 고정거치대(50)가 이용될 수 있으며, 필요한 경우 유입구 유도관(47)을 설치하여 미세먼지를 포함하는 공기를 본 발명에 따른 제1 집진기 및 제2 집진기로 유도할 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 몇몇 실시예들을 들어 구체적으로 설명하였으나, 상기 실시예들은 본 발명을 이해하기 위한 설명을 위해 제시된 것이며, 본 발명의 범위가 상기 실시예에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원뿔형 솔레노이드 방식의 원심력식 집진장치 외관을 나타내는 사시도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원뿔형 솔레노이드 방식의 원심력식 집진장치의 내부 투시도

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1집진기 원뿔형 몸체에서 발생하는 로렌쯔 힘을 나타내는 도면

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제2집진기 원뿔형 몸체에서 발생하는 로렌쯔 힘을 나타내는 도면

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대전된 먼지가 받는 힘을 나타내는 도면

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동차량에 장착된 집진장치를 나타내는 도면

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도 6의 확대 도면

도 8은 본 발명의 일시시예에 따른 상측에서 바라본 전동차량에 장착된 집진장치를 나타내는 도면

Claims (5)

1. 상부의 원통형 몸체 및 하부의 원뿔형 몸체로 구성되며, 유입된 금속성 미세먼지를 포함한 함진 공기를 하강시키기 위한 적어도 하나의 몸체부;

   전기를 생성하는 소형 풍력발전기부;

   상기 원뿔형 몸체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 소형 풍력발전기부에서 생성된 전기를 이용하여 상기 몸체부 내부에 자기장을 형성하는 원뿔형 솔레노이드부; 및

   상기 몸체부 하부에 부착되며, 상기 금속성 미세먼지를 저장하기 위한 분진저장조부;를 포함하되,

   상기 함진 공기에 포함된 금속성 미세먼지는 상기 몸체부 내부에 형성된 자기장에 의해 하강되어 상기 분진저장조부에 집진되는 것을 특징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부는

   음(-)으로 대전된 금속성 미세먼지를 하강시키기 위한 제1 몸체부; 및

   양(+)으로 대전된 미세먼지를 하강시키기 위한 제2 몸체부;를 포함하되,

   상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부는 직렬연결되며, 서로 반대 극성의 자기장을 형성하여 음(-) 또는 양(+)으로 대전된 미세먼지를 상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부 하부에 부착된 각각의 분진저장조부에 순차적으로 집진되는 것을 특 징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치는

   상기 분진저장조부 하부에 부착되어 상기 분진저장조부에 집진된 미세먼지가 재비산되는 것을 방지하는 영구자석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 몸체부 및 상기 제2 몸체부는 내부에 제1,2 몸체부 보다 반경이 작은 제1 내부 원통형 몸체 및 제2 내부 원통형 몸체를 포함하되,

   상기 제1 몸체부에서 집진되지 않은 금속성 미세먼지는 상기 제1 내부 원통형 몸체를 통해 상기 제2 몸체부로 이동되고, 상기 제2 몸체부에서 금속성 미세먼지가 제거된 후의 제진공기는 상기 제2 내부 원통형 몸체를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치는 도시철도에 설치되어, 도시철도 차량이 이동하면서 발생되는 자연 역풍에 의해 상기 소형 풍력발전기부가 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 원뿔형 솔레노이드식 원심력 집진장치.

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