KR101478770B1 - 전기집진기용 조립식 방전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기집진기용 조립식 방전극에 관한 것으로, 종래 용접 등의 방식으로 방전극 및 집진극을 제조함에 따른 생산성 저하 및 제조 단가가 상승되는 것을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 상, 하측에 구비된 행거바에 각각 통전극이 연결되고, 상기 통전극에는 양 측면에 복수 개의 에지를 가지는 방전극이 결합되며, 상기 방전극의 사이에는 집진극이 구비된 전기집진기용 조립식 방전극에 있어서, 상기 방전극(200)은 상기 통전극(111)에 상,하 길이방향으로 서로 대향하여 결합 고정된 복수 개의 에지판(210)을 구비하고, 상기 에지판(210)에는 결합공(213)이 형성되며, 상기 결합공(213)에는 관통공(221)이 형성된 스페이서(220)를 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 에지판(210)을 체결수단(230)으로 체결하여 결합 고정하는 것을 특징으로 하는 전기집진기용 조립식 방전극을 제공한다.
따라서 본 발명은 전기집진기의 제작시간 및 제조원가를 절감할 수 있음은 물론, 초보자가 쉽게 조립할 수 있고 생산성이 현저하게 향상되는 장점이 있다.

Description

전기집진기용 조립식 방전극{Assembly discharge electrode for electrostatic precipitator}

본 발명은 전기집진기용 조립식 방전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전기집진기(Electrostatic precipitator)에 적용되는 방전극(Discharge electrode)의 재료비와 제작시간이 많이 소요되는 종래의 용접식 방법을 개선하여 조립이 용이하고 제작시간 및 제조원가를 절감함은 물론, 초보자가 쉽게 조립할 수 있는 전기집진기용 조립식 방전극에 관한 것이다.

최근 국민생활수준의 향상과 더불어 질 높은 생활환경에 대한 요구가 거세지고 있다. 이러한 추세에 동반하여 실제 생활환경 속에서 발생하는 연기 등 미세 입자 모양의 물질들에 대한 효율적인 처리가 요구되고 있는 실정이다.

연기와 같이 아주 미세한 서브마이크론(Sub-micron) 입자들은 일반적인 집진장치의 주요 처리기전인 관성충돌에 의해 제거되기에는 질량이 너무 적고 흡수탑과 같이 분자확산력을 이용하는 장치로 제거되기에는 확산력이 작아 그 처리효율이 미미하다. 헤파(HEPA) 필터 등과 같이 미세입자에 대응할 수 있는 필터 종류가 서브마이크론 입자의 제거에 이용될 수는 있지만 특히 고농도, 점착성의 입자의 제거에 있어서는 쉽게 오염되어 막힘 현상이 유발되므로 일반적으로 적용하는 데에는 많은 제한이 따른다.

반면 전기집진기의 경우에는 0.1~1㎛ 범위의 입자에 대해 관성력 또는 확산력보다 월등하게 작용할 수 있는 정전기력을 이용하고 있어 서브마이크론 입자를 고효율로 제거할 수 있고 방전극과 집진극의 간격이 필터 등에 비교할 때 월등히 넓어 쉽게 막힘이 일어나지 않는 장점이 있다. 실제에 있어 방전극과 집진극을 연속 또는 간헐적으로 자동 청소할 수 있는 기능을 채택하고 있어 만족할 만한 연속운전 성능을 발휘하고 있다.

이러한 장점에 힘입어 최근 생활환경 속에서 발생하는 제연장치로 전기집진기가 채택되기 시작하고 있지만, 문제는 전기집진기의 제조비용이 종래의 일반적인 집진장치에 비해 높다는 것이다.

전기집진기의 주요 부품구성은 방전극, 집진극, 자동청소장치, 고전압 파워 등이다. 보급형 전기집진장치를 개발하기 위해서는 각 부품의 제조 단가를 낮출 필요가 있는데, 본 발명은 이러한 저렴하게 제조된 전기집진기의 방전극을 제시할 것이다.

종래에 공개특허공보 제10-2012-0122041호에는 전기집진기의 조립식 이온아이저가 제안되었으며, 이는 상,하에 일정 간격을 두고 설치된 연결바에 소정 간격을 두고 스페이서를 개재하여 복수 개의 방전극이 설치되는데 이 방전극의 사이에 집진극이 설치되는데. 이 집진극은 상기 연결바를 관통하는 관통구멍이 형성되고 양 측단이 횡으로 설치된 상부 및 하부 바디 플레이트에 용접 등의 수단으로 고정된 구성으로 이루어진다.
그러나 이와 같은 종래의 구조는 방전극이 단판으로 이루어져 집진 효과가 미미하고, 집진극에 관통 구멍을 가공해야함은 물론 각 집진극을 상부 및 하부 플레이트에 고정하는 것이 용접 등의 수단으로 해야함으로써 숙련된 용접공에 의한 용접작업과 작업공수가 많아서 제작 인건비가 과다하게 소요되고 제작 단가가 높아지는 등의 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 조립이 용이하고 간편하도록 하여 제작시간을 단축하고 제조원가를 절감함은 물론, 초보자도 쉽게 조립할 수 있도록 하여 생산성을 더욱 향상시킬 수 있는 전기집진기용 조립식 방전극을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기집진기용 조립식 방전극은, 상, 하측에 구비된 행거바에 각각 통전극이 연결되고, 상기 통전극에는 양 측면에 복수 개의 에지를 가지는 방전극이 결합되며, 상기 방전극의 사이에는 집진극이 구비된 전기집진기용 조립식 방전극에 있어서, 상기 방전극은 상기 통전극에 상,하 길이방향으로 서로 대향하여 결합 고정된 복수 개의 에지판을 구비하고, 상기 에지판에는 결합공이 형성되며, 상기 결합공에는 관통공이 형성된 스페이서를 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 에지판을 체결수단으로 체결하여 결합 고정하는 것을 특징으로 한다.

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상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 전기집진기용 조립식 방전극은 조립이 간편하고 신속하게 이루어져 제작시간이 단축되어 생산성이 증대됨과 아울러 제조원가가 절감되고, 특히 숙련을 필요로 하지 않는 초보자가 쉽게 조립할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기집진기의 일부 절개 사시도 및 일부 확대 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전기집진기용 조립식 방전극에서 방전극의 사시도 및 일부 확대 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전기집진기용 조립식 방전극의 일부 결합 단면도이다.

일반적으로 전기집진기는 곡률반경이 크고 평평한 집진극 사이에 곡률반경이 작고 뾰족한 방전극을 설치하고, 방전극에 음(-) 또는 양(+)극의 고전압을 인가함으로써 불평등 전계를 형성시켜 코로나(Corona) 방전을 일으키게 하고, 이렇게 방전극과 집진극 사이를 지나가는 입자를 음극 또는 양극으로 하전시켜 이어지는 전계에서 집진극 쪽으로 이동, 포집하는 원리를 가진다.

최근 이와 같은 전기집진기는 정전기를 집진기전으로 사용하는 관계로 서브마이크로(Sub-micron) 입자의 포집에 효율적이고 막힘 등의 문제에 비교적 잘 대응할 수 있는 장점이 있어 제연장치로 많이 사용되고 있다.

종래 전기집진기의 방전극은 여러 가지 형태로 제작되고 있지만 그 중 가장 일반적인 방법은 충분한 강성을 갖는 봉 또는 파이프에 에지(Edge)가 있는 판을 용접하여 제작하는 것이다.

그리고 각 집진극 사이에 설치되는 방전극에 고전압이 인가되면 강한 전기장이 형성되고 방전극의 에지(Edge)로부터 코로나 방전이 시작되며 이로 인해 방전극은 코로나 풍(風)에 의한 반작용력 및 전기력을 받게 된다.
이론적으로 집진극과 방전극은 기하학적으로 좌우 대칭으로 제작, 설치되어 코로나 풍에 의한 반작용력이나 전기력 또한, 좌우가 동일하여 정확한 힘의 균형 속에 있게 된다.

하지만, 실제에 있어서 방전극의 설치 위치를 정확하게 좌우가 동일하게 위치시킬 수 없으며 불가항력적으로 편심이 발생하게 되는데, 이러한 실제 발생할 수밖에 없는 편심은 방전극에 작용하는 코로나 풍에 의한 반작용력과 전기력의 좌우 편차를 가져오게 되며, 이러한 힘의 편차는 방전극의 연직방향 길이가 길수록 크게 작용하며 결국에는 방전극의 스윙(Swing) 현상의 원인이 된다.
방전극이 일단 스윙하기 시작하면 방전극과 집진극 간의 거리가 더욱 변하게 되고 힘의 편차 또한 더욱 심화되어 스윙 폭은 점점 증가되며, 결국은 스파크 방전에 이르게 되는데, 이러한 스파크의 발생은 전기집진기의 집진효율의 감소 및 심할 경우 운전불능에 이르게 되는 원인이 된다.

이하, 본 발명에 의한 전기집진기용 조립식 방전극의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전기집진기(100)는 상,하 구비된 행거바(110)에 복수 개의 통전극(111)이 연결되고, 이 각각의 통전극(111)에 방전극(200)이 각각 연결되고, 상기 방전극(200)의 사이에는 집진극(120)이 각각 구비된다.
상기 각각의 방전극(200)은 통전극(111)에 상,하 길이방향으로 복수 개의 에지판(210)이 서로 마주하여 결합되는데, 이 에지판(210)은 길이방향을 따라 양 측면에 다수의 에지(211)가 형성되고, 길이방향을 따라 간격을 두고 복수의 결합공(213)이 관통 형성되어 있다.
상기 두 개의 에지판(210)은 상호 이격되도록 간격을 두고 결합되는데, 상기 결합공(213)에는 중앙에 관통공(221)이 형성된 스페이서(220)가 양 에지판(210)의 사이에 개재되고, 상기 결합공(213) 및 관통공(221)에는 체결수단(230)이 관통됨으로써 양 에지판(210)이 서로 대향하여 결합 고정된다.
이때, 상기 집진극(120)은 양 선단이 미도시한 접지 측판이 고정되어 일정 간격이 유지되도록 한다.

이때, 상기 체결수단(230)은 볼트 및 너트 또는 리벳 중 어느 한가지가 적용될 수 있다.

상기 방전극(200)의 스윙 현상을 방지하기 위해서는 집진극 번들을 지지하는 구조물(애자 및 행거바(110) 등) 및 방전극(200) 자체가 충분한 강성을 지닐 수 있도록 해야 한다. 상기 방전극(200)이 충분한 강성을 갖기 위해서는 재질의 탄성계수가 크거나 단면 2차 관성모우멘트가 커야 한다. 여기서 탄성계수는 재질에 기인하는 값이므로 차제하기로 하고 결과적으로 단면 2차 관성모우멘트 값이 큰 것이 방전극(200)의 흔들림 현상을 완화 시킬 수 있는 현실적인 방법이 된다.

본 발명에서는 종래 성공적으로 적용되어온 봉과 에지판의 용접방법으로 제작되는 용접식 방전극을 스페이서(220)를 사이에 두고 두 장의 에지판(210)으로 조립, 제작되는 조립식 방전극으로 같은 성능을 같도록 하여 치수를 결정하고 단면적을 비교하여 재료비의 절감 정도를 예시하기로 한다.

종래의 용접식 방전극은 지름 8mm의 봉강에 유효 폭 5mm, 두께 1.2mm인 에지판을 흐름과 일치하는 방향으로 2개를 용접한 모양의 것을 기준하기로 한다. 이러한 형상의 방전극의 단면에 대한 2차 관성모우멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

I₁ = d⁴/64 + 2 ( bh³ / 12 )

여기서,

I₁ : 종래 용접식 방전극 단면의 2차 관성모우멘트 (mm⁴)

d : 봉강의 지름 ( = 8 mm )

b : 에지판의 폭 ( = 5 mm )

h : 에지판의 두께 ( = 1.2 mm )

I₁ = 8⁴/64 + 2 ( 51.2³ / 12 ) = 202.5 mm⁴

또한, 단면적은

A₁ = d²/4 + 2 ( b h )

여기서

A₁ : 용접식 방전극의 단면적 ( mm² )

A₁ = 8²/4 + 2 ( 5 1.2 ) = 62.3 mm²

이에 상응하는 조립식 방전극은 두께 1.2mm, 폭 b' mm인 에지판(210)을 사용하기로 하며 스페이서(220)의 두께는 5 mm인 경우에 대해 같은 단면 2차 관성모우멘트를 갖기 위한 b' 값을 구해보기로 한다.

I₂ = 2 [ (b'h'³/12) + ( g + h' ) / 2² (b'h') ]

여기서,

I₂ : 조립식 방전극 단면의 2차 관성모우멘트 (mm⁴)

g : 스페이서의 두께 ( = 5 mm )

b' : 조립식 에지판의 폭 ( mm )

h' : 조립식 에지판의 두께 ( = 1.2 mm )

I₂ = 2 [ ( b' 1.2³ / 12 ) + ( 5 + 1.2 ) / 2² ( b'1.2 ) ]

= 202.5 mm⁴

상기의 식으로부터 b' = 8.7 mm

상기의 결과를 가지고 조립식 방전극의 단면적을 계산해 보면,

A₂ = 2 ( b' h' )

여기서,

A2 : 조립식 방전극의 단면적 ( mm² )

b' : 에지판의 폭 ( = 8.7 mm )

h' : 에지판의 두께 ( = 1.2 mm )

A₂ = 2 ( 8.7 1.2 ) = 20.88 mm²

같은 굽힘 강성을 갖는 조립식 방전극과 용접식 방전극의 단면적의 비는

A₂/A₁ = 20.88 / 62.3 = 0.335

즉 상기의 결과는 조립식 방전극의 재료비가 종래의 용접식 방전극에 비해 33.5%로 상당히 절약될 수 있음을 보여주고 있다.

따라서, 상기 에지판(210)의 두께는 0.3~2mm이고, 스페이서(220)의 두께는 3~15mm이며, 상기 결합공(213) 및 관통공(221)의 지름은 2~10mm로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 전기집진기용 조립식 방전극은, 방전극(220)의 통전극(111)에 한 쌍의 에지판(210)을 세로로 마주하도록 한 다음 각 에지판(210)의 사이에 스페이서(220)를 개재한 후 결합공(213) 및 관통공(221)에 체결수단(230)으로 결합하면 조립이 완료됨으로써 제작시간 및 제조원가가 절감됨은 물론, 초보자가 쉽게 조립할 수 있으므로 더욱 생산성이 향상되는 장점이 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

110: 행거바 111: 통전극
120: 집진극 200: 방전극
210: 에지판 211: 에지
213: 결합공 220: 스페이서
221: 관통공 230: 체결수단

Claims (3)

1. 상, 하측에 구비된 행거바에 각각 통전극이 연결되고, 상기 통전극에는 양 측면에 복수 개의 에지를 가지는 방전극이 결합되며, 상기 방전극의 사이에는 집진극이 구비된 전기집진기용 조립식 방전극에 있어서,
   상기 방전극(200)은 상기 통전극(111)에 상,하 길이방향으로 서로 대향하여 결합 고정된 복수 개의 에지판(210)을 구비하고, 상기 에지판(210)에는 결합공(213)이 형성되며, 상기 결합공(213)에는 관통공(221)이 형성된 스페이서(220)를 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 에지판(210)을 체결수단(230)으로 체결하여 결합 고정하는 것을 특징으로 하는 전기집진기용 조립식 방전극.
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