KR101180035B1 - 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치는 종래 유도전압 전기집진장치가 집진성능에 있어서 15,000볼트(V)에서 운전되는 경우 약 95~96%의 집진 효율을 발휘하나, 구조적으로 그 이상의 높은 집진 효율을 발휘하기 어려운 문제점을 돌기형 방전전극의 구조를 측면 돌기가 부가된 구조로 개선함으로써 코로나 방전이 일어나는 코로나영역과 집진대상에 대한 하전이 일어나는 하전영역을 기존 돌기형 방전전극에 비해 증가시킴으로써 집진 장치의 집진 효율을 상대적으로 증가시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기와 같은 기술적 특징을 통해 유도전압 전기집진장치가 갖는 함진 농도가 비교적 높은 배기 처리가 가능한 효과, 방전전극 자체의 기계적 강도를 높이고, 구조를 단순화시키는 효과 및 별도의 먼지 제거수단 없이도 중력에 의해 집진전극에 부착된 먼지의 제거가 가능하여 유지보수가 용이한 효과 및 전기집진장치의 제조비용을 절감하는 효과와 더불어 집진장치의 집진 효율을 15,000볼트(V)의 인가 전압하에서 99%이상으로 향상시키는 효과가 있다.

Description

멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치{INDUCTION ELECTROSTATIC PRECIPITATOR USING MULTI-CROSS PIN IONIZER}

본 발명은 방전전극과 집진부로 이루어져 코로나 방전에 의하여 먼지를 하전(荷電)시켜 하전(荷電)된 먼지가 쿨롱력에 의해 집진전극으로 끌려가서 집진이 되는 전기집진기(Electrostatic Precipitator : ESP)라 일컫는 장치에 관한 것으로 특히, 상기 집진전극은 접지되며, 유도된 전압에 의해 집진이 이루어지는 유도전압 집진장치에 관한 것이다.

전기집진장치(ESP)의 전기집진원리를 간략히 살펴보면, 도 1 전기집진장치의 기본 원리를 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같이 오염된 기체 내에 포함되어 있는 먼지, 분진 내지 수분입자와 같은 포집 대상을 하전(荷電)시킴으로써 집진전극 방향으로 쿨롱력(정전기(靜電氣)력)을 일으켜 상기 하전된 입자들을 포집한다.

이와 같은 원리를 이용하는 전기집진장치는 통상적으로 방전극에 인가된 고전압에 의해 전기장을 생성하고, 이후 2개의 전극 사이에서 높은 전압에 의해 전기장이 강한 부분이 전도성을 갖는 현상인 코로나 방전으로 방전극 주변의 전하 생성 및 전하의 이동이 이루어지고 이로 인해 먼지를 하전시킨다.

이렇게 하전된 먼지는 전기장 내에서 집진전극방향으로 발생하는 쿨롱력에 의해 힘을 받게 되고, 결국 집진전극으로 끌려가 표면에 부착됨으로써 포집된다.

이와 같은 전기집진원리를 이용하는 전기집진장치는 통상 1단형과 2단형이 있는데, 1단형 집진기는 방전부와 집진부를 일체로 한 것으로 코트렐(Cottrell) 집진기라 불리며, 이는 대기오염 방지수단으로 현재 가장 보편적으로 쓰이고 있다.

통상 3만V에서 10만V 사이에서 운전되며 대규모 공업 플랜트에 주로 설치된다. 또한 구조가 간단하고 집진성능이 우수하여 현재 각종 산업용 플랜트에서 발생하는 액상 및 고상 입자의 배출을 방지하는 산업용 먼지 배출 방지장치로써 많이 사용되고 있다.

이와 같은 1단형 집진기는 반복하여 가전 집진을 하기 때문에 재비산 방지에 유효하지만 역전리 억제가 힘든 문제점이 있고, 집진전극에 높은 전압을 인가해야하는 문제점과 집진전극에서 방전이 될 시에 집진능력을 상실하는 문제점이 있다.

또한, 집진전극에 먼지층이 약 8㎜~12.7㎜ 두께까지 포집되면, 상기 포집된 먼지를 탈진(Rapping)해야만 지속적으로 집진능력을 유지할 수 있으므로 살수장치 내지 기계적 충격 또는 진동을 가하는 장치 등을 부가해야만 하는 문제점이 있다.

만일, 탈진이 이루어지지 않으면 역전리 현상이 발생하여 하전된 먼지를 중화시켜 집진성능이 크게 저하되고, 포집된 분진 역시 중화되어 재비산하는 문제점이 있다.

상기 2단형 집진기는 방전부와 집진부가 별도로 되어 있는 것으로 방전부의 방전전극과 집진부의 집진전극의 전압차에 의해 전기장을 형성하고, 상기 방전부를 거쳐 하전된 입자가 상기 전기장 내로 유입되면 이를 상기 집진부의 집진전극으로 끌어당겨 포집한다.

이와 같은 2단형 집진기는 방전부와 집진부와 전계가 분리되어 있어 비교적 함진 농도가 적은 배기 처리에 주로 사용되며 역전리가 일어나지 않지만 재비산 먼지를 그대로 배출시키는 문제점이 있고, 상대적으로 구조가 복잡한 문제점이 있다.

상기와 같은 1단형 집진기와 2단형 집진기 문제점을 해결하기 위하여 종래기술로 출원번호 10-2005-0127542호 "유도전압을 이용한 전기집진장치"가 개시된바 있다.

상기 종래기술은 집진전극을 접지시키며, 전기적인 연결없이 독립적으로 존재하며 돌기형 방전전극에 의해 유도되는 유도전압을 일으키는 유도전압판을 더 포함하고, 이를 집진전극의 사이에 설치함으로써 정전계를 형성하고, 접지된 집진전극으로 쿨롱력에 의해 끌려가는 하전된 먼지에 추진력을 부가하여 집진능력을 증가시키는 기술적 특징이 있다.

상기 종래기술은 종래 와이어 형태의 방전전극을 톱과 같은 형상의 돌기형 방전전극으로 대체함으로써 기계적 강도를 높이고, 집진전극을 접지시킴으로써 하전된 먼지가 집진전극에 부착되는 순간 중화되어 중화된 먼지가 집진전극에서 중력에 의해 떨어짐으로 집진전극에 부착된 먼지를 제거하기 위한 별도의 먼지 제거수단 없이도 중력에 의해 접지전극에 부착된 먼지의 제거가 가능하여 유지보수가 용이하고, 집진장치의 전기필터 구조의 단순화로 조립이 용이하고, 전기집진장치의 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

그러나, 이와 같은 유도전압을 이용한 전기집진장치는 상기 1단형 집진기 및 2단형 집진기에 비해 상기와 같은 문제점을 개선하는 효과를 발휘하고, 집진성능에 있어서는 15,000볼트(V)에서 운전되는 경우 약 95~96%의 집진 효율을 발휘하나, 구조적으로 그 이상의 높은 집진 효율을 발휘하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 종래 유도전압을 이용한 전기집진장치에 비해 동일한 조건에서 상대적으로 집진 효율이 향상된 유도전압을 이용한 전기집진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명이 해결하려는 과제를 달성하기 위한 해결 수단은 아래와 같다.

본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치는 고전압에 연결되어 코로나 방전으로 미세입자를 하전시키기 위해 소정의 길이를 갖고 톱의 형상으로 길이방향을 따라 다수의 돌기가 형성된 하나 이상의 돌기형 방전전극;과 상기 돌기형 방전전극의 후단에 위치하며 접지된 평행한 판이 연속으로 설치되어 하전된 미세입자를 포집하는 집진전극과 상기 집진전극 사이에 상기 돌기형 방전전극과 나란하게 설치되며 전기적인 연결없이 상기 돌기형 방전전극에 의해 유도된 전압을 일으키는 판상의 유도전압판을 포함하는 집진부;를 포함하는 유도전압을 이용한 전기집진장치에 있어서, 상기 돌기형 방전전극은 양쪽 면에 코로나 방전을 일으키는 다수의 측면 돌기를 길이방향으로 형성한 멀티크로스핀 이오나이저인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 멀티크로스핀 이오나이저의 측면 돌기는 상기 돌기형 방전전극의 본체를 돌기 형상으로 절단하고 이를 절곡하여 형성한 것;을 특징으로 한다.

또한, 상기 멀티크로스핀 이오나이저는 상측 및 하측에 결합공을 형성하고, 상기 결합공과 결합하여 상기 멀티크로스핀 이오나이저를 고정하며 전기적으로 연결시키는 전원공급지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치는 종래 유도전압 전기집진장치가 갖는 함진 농도가 비교적 높은 배기 처리가 가능한 효과, 방전전극 자체의 기계적 강도를 높이고, 전기적 연결없이 독립된 유도전압판과 접지된 집진전극으로 그 구조가 단순하며, 집진전극을 접지시킴으로써 하전된 먼지가 집진전극에 부착되는 순간 중화되어 중화된 먼지가 집진전극에서 중력에 의해 떨어짐으로 집진전극에 부착된 먼지를 제거하기 위한 세척장치 내지 추타장치와 같은 별도의 먼지 제거수단 없이도 중력에 의해 집진전극에 부착된 먼지의 제거가 가능할 수 있어 유지보수가 용이한 효과 및 더 나아가 전기집진장치의 전기필터 구조의 단순화로 조립이 용이하고, 전기집진장치의 제조비용을 절감하는 효과와 더불어 상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 특징을 통해 종래 돌기형 방전전극의 구조를 개선함으로써 집진장치의 집진 효율을 15,000볼트(V)의 인가 전압하에서 99%이상으로 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 전기집진장치의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 유도전압을 이용한 전기집진장치의 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 유도전압을 이용한 전기집진장치의 기본적인 원리를 설명하기 위해 평면적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 멀티크로스핀 이오나이저를 보인 도면,
도 5는 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 멀티크로스핀 이오나이저의 실시 예를 보인 도면,
도 6은 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 멀티크로스핀 이오나이저의 결합 형태를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 실시 예를 통한 전체 구성을 설명하기 위한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2 유도전압을 이용한 전기집진장치의 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면과 이를 평면적으로 도시한 도 3에 도시한 바와 같이 돌기형 방전전극(10)은 전원에 연결되어 11000볼트 이상의 높은 직류전압으로 전하를 공급받고 이와 같은 높은 전압으로 인가되는 전하는 상기 돌기형 방전전극(10)의 돌기부위에서 충전되어 이후 코로나 방전현상에 의해 방전됨으로써 하전영역(A2)을 형성한다.

외부에서 유입되는 오염된 공기에 포함된 분진, 먼지 내지 수분 등과 같은 미세입자(1)는 전기적으로 중성인 상태이며, 이와 같은 중성인 상태의 미세입자(1)가 상기 하전영역(A2)으로 들어오면 중성인 상태에서 음이온을 띤 기체분자와의 충돌 내지 흡착으로 음성인 상태의 하전된 미세입자(2)가 된다.

미세입자가 하전되는 원리를 간단히 설명하면 돌기형 방전전극(10)은 코로나 방전을 통해 돌기형 방전전극(10) 주위에 강한 전계를 형성하고, 이와 같은 강한 전계는 돌기형 방전전극(10) 주변기체의 내에 존재하는 자유전자를 가속시킨다.

가속된 자유전자는 빠른 속도로 이동하면서 다른 기체분자와 충돌하며, 이렇게 가속된 자유전자와 충돌한 기체분자는 자유전자를 하나 더 배출하면서 양이온이 된다.

이와 같이 형성된 양이온이 된 기체분자는 음극인 돌기형 방전전극(10)을 향해 이동하면서 방전전극(10)을 포위하고 있는 기체분자 또는 돌기형 방전전극(10) 자체에 충돌하고, 이때 발생한 새로운 자유전자는 전기장을 따라 접지된 집진전극(30, 30-1)을 향해서 이동하고, 이와 같이 이동하는 자유전자가 코로나 영역(A1)을 벗어나면 전계가 약해져 급격히 이동속도가 떨어지고, 결국 기체분자를 이온화시키지는 못하는 속도로 기체분자와의 충돌로 기체분자의 표면에 흡착되어 음이온을 띤 기체분자를 형성한다.

이렇게 음이온을 띤 기체분자는 하전영역(A2)에 있는 미세입자(2)와 충돌 내지 흡착하여 미세입자(2)를 하전시킨다.

이와 동시에 상기 돌기형 방전전극(10)과 나란히 소정의 간격으로 떨어져 있는 판상의 유도전압판(20)은 돌기형 방전전극(10)에 의해 고전압으로 충전되어 음극의 유도전압을 일으키고, 접지된 양쪽 집진전극(30, 30-1)은 정전유도와 정전방전으로 양극으로 대전된다.

따라서 유도전압판(20)과 각각의 집진전극(30, 30-1) 사이에서 전기장을 형성하고, 상기 전기장으로 유입된 하전된 미세입자(2-1)는 상기 집진전극(30, 30-1)과는 인력이 작용하고, 상기 유도전압판(20)과는 척력이 작용하여 상기 집진전극(30, 30-1)으로 딸려가서 부착된다.

이렇게 접지된 집진전극(30, 30-1)으로 딸려가 부착됨으로써 포집된 미세입자(3)는 전하를 잃음으로써 전기적으로 중성인 미세입자가 된다.

이때 상기 척력과 인력은 쿨롱(Coulomb)의 법칙에 따라 야기되는 힘으로 자세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 기술적 특징인 멀티크로스핀 이오나이저를 상세히 설명한다.

종래 돌기형 방전전극(10)은 도 4 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 멀티크로스핀 이오나이저를 보인 도면의 도 4(a)에 도시한 바와 같이 소정의 길이를 갖고 톱의 형상으로 길이방향을 따라 다수의 돌기(110)를 갖는다. 이와 같은 돌기(110)는 코로나 방전을 상대적으로 낮은 접압에서 일으키기 위한 것으로 양측면에 다수가 형성된다.

본 발명의 멀티크로스핀 이오나이저(80)는 상기 도 4(b)에 도시한 바와 같이 상기 돌기형 방전전극(10)의 양쪽 면에 길이방향으로 코로나 방전을 일으키는 다수의 측면 돌기(810)를 부가한 것을 특징으로 하는 방전전극이다.

즉, 위에서 볼 경우 4방향으로 코로나 방전을 일으키는 돌기를 갖는다.

이와 같은 상기 멀티크로스핀 이오나이저(80)의 측면 돌기(810)는 상기 도 4에 도시한 바와 같이 측면 돌기(810)를 양쪽 측면에 용접 등의 방법으로 결합을 하거나, 도 5 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 멀티크로스핀 이오나이저의 실시 예를 보인 도면에 도시한 바와 같이, 상기 돌기형 방전전극(10)의 본체를 돌기 형상으로 절단하고 이를 절곡하여 형성할 수 있다.

이처럼, 상기 멀티크로스핀 이오나이저(80)는 종래 돌기형 방전전극(10)을 개량한 돌기형 방전전극의 일종으로 코로나 방전을 일으키는 다수의 측면 돌기(810)를 길이방향으로 부가함으로써 상기 도 2의 코로나영역(A1)과 하전영역(A2)을 상대적으로 증가시키고, 이를 통해 집진 장치의 집진 효율은 상대적으로 증가한다.

또한, 상기 멀티크로스핀 이오나이저(80)는 상기 도 5에 도시한 바와 같은 결합공(820)을 갖고, 도 6 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 멀티크로스핀 이오나이저의 결합 형태를 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같은 전기전도율이 높은 금속소재로 이루어진 전원공급지지대(830)를 갖는다.

상기 도 5 및 6에 도시한 바와 같이 결합공(820)은 상기 멀티크로스핀 이오나이저(80)의 상측 및 하측에 형성하며, 상기 전원공급지지대(830)는 하나 이상의 멀티크로스핀 이오나이저(80)를 고정시킴과 동시에 고전압 공급수단과 멀티크로스핀 이오나이저(80)를 전기적으로 연결시킨다.

즉, 상기 도 6에 도시한 바와 같이, 다수의 멀티크로스핀 이오나이저(80)는 결합공(820)을 관통하여 멀티크로스핀 이오나이저(80)와 통전되도록 결합하는 전원공급지지대(830)로 고정되고, 상기 전원공급지지대(40)는 고전압 공급수단과 전기적으로 결합함으로써 상기 다수의 멀티크로스핀 이오나이저(80)는 상기 전원공급지지대(830)를 통해 고전압으로 전하를 공급한다.

도 7은 본 발명 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치의 실시 예를 통한 전체 구성을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 7에 도시한 바와 같이 오염된 기체가 유입되는 유입구와 정화된 기체가 배출되는 배출구가 형성된 함체(60) 내부의 전단에 외부의 고전압 공급수단과 연결된 전원공급지지대(830)에 병렬로 결합된 다수의 멀티크로스핀 이오나이저(80)가 설치되고, 그 후단에 접지된 다수의 집진전극(30)과 전기적인 연결없이 상기 멀티크로스핀 이오나이저(80)에 의해 높은 전압이 유도되며 상기 집진전극(30) 사이에 위치하는 유도전압판(20)으로 이루어진 것이 설치된다.

즉 집진대상을 하전시키는 멀티크로스핀 이오나이저(80)의 후단에 집진대상을 포집하는 집진전극(30)과 유도전압판(20)이 수평방향으로 교번하여 적층된다.

따라서, 집진대상인 먼지 등을 포함한 오염된 공기는 함체(60) 내로 유입되고, 유입된 오염된 공기에 포함된 집진대상은 상기 멀티크로스핀 이오나이저(80)를 지나면서 하전이 되고, 이후 상기 집진전극(30)과 유도전압판(20) 사이에 형성된 전기장으로 유입되면 쿨롱력에 의해 상기 집진진극(30)으로 끌려가서 집진된다.

따라서 상기 오염된 가스에 포함되어 있는 먼지, 분진 내지 미세입자 등과 같은 집진대상은 집진되어 오염된 가스는 정화되고, 이렇게 정화된 가스는 배출구를 통해 배출된다.

이때 집진된 먼지 내지 분진 등과 같은 집진대상은 집진전극(30)에 부착되는 순간 중화되고, 중력에 의해 호퍼(70)와 같은 저장수단 등에 저장된다.

상기 도면에는 도시하지 않았으나 함체(60)의 전단 내지 후단 내측 또는 외측에 공기의 흐름을 일으키는 팬(fan)과 같은 수단이 포함될 수 있고, 또한 상대적으로 큰 입자의 분진 내지 먼지 등을 기계적으로 거르기 위한 전처리수단을 더 포함할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

1 : 미세입자 2 : 하전된 미세입자
3 : 포집된 미세입자 10 : 돌기형 방전전극
20 : 유도전압판 30 : 집진전극
60 : 함체 70 : 호퍼
80 : 멀티크로스핀 이오나이저
810 : 측면 돌기
820 : 결합공
830 : 전원공급지지대

Claims (3)

1. 고전압에 연결되어 코로나 방전으로 미세입자를 하전시키기 위해 소정의 길이를 갖고 톱의 형상으로 길이방향을 따라 다수의 돌기가 형성된 하나 이상의 돌기형 방전전극;과 상기 돌기형 방전전극의 후단에 위치하며 접지된 평행한 판이 연속으로 설치되어 하전된 미세입자를 포집하는 집진전극과 상기 집진전극 사이에 상기 돌기형 방전전극과 나란하게 설치되며 전기적인 연결없이 상기 돌기형 방전전극에 의해 유도된 전압을 일으키는 판상의 유도전압판을 포함하는 집진부;를 포함하는 유도전압을 이용한 전기집진장치에 있어서,
   상기 돌기형 방전전극은 양쪽 면에 코로나 방전을 일으키는 다수의 측면 돌기를 길이방향으로 형성한 멀티크로스핀 이오나이저;인 것을 특징으로 하고, 상기 멀티크로스핀 이오나이저는 상측 및 하측에 결합공을 형성하고 상기 결합공과 결합하여 멀티크로스핀 이오나이저를 고정하며 전기적으로 연결시키는 전원공급지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 멀티크로스핀 이오나이저의 측면 돌기는
   상기 돌기형 방전전극의 본체를 돌기 형상으로 절단하고 이를 절곡하여 형성한 것;을 특징으로 하는 멀티크로스핀 이오나이저를 이용한 유도전압 전기집진장치.
3. 삭제

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