KR101485376B1 - 고효율 정전 필터 및, 이를 구비하는 정전 필터 유니트 - Google Patents

고효율 정전 필터 및, 이를 구비하는 정전 필터 유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 정전 필터는 메쉬 전체에 걸쳐 강한 전계가 고르게 형성됨으로써 저차압, 고효율의 필터링 성능을 발휘할 수 있고, 사용 시간 경과에 따른 필터링 성능 저하가 작거나 없으며, 물 세척이 용이하고, 물 세척 후에도 필터링 성능이 감소하지 않는다는 장점을 가진다.

Description

고효율 정전 필터 및, 이를 구비하는 정전 필터 유니트{High efficiency electrostatic filter and, electrostatic filter unit having the same}
본 발명은 정전 필터에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐 고르게 작용함으로써 저차압, 고효율의 필터링 성능을 발휘할 수 있고, 사용 시간 경과에 따른 필터링 성능 저하가 작거나 없으며, 물 세척이 용이하고, 물 세척 후에도 필터링 성능이 감소하지 않는 정전 필터에 대한 것이다. 아울러, 본 발명은 이러한 정전 필터를 구비하는 정전 필터 유니트에 대한 것이기도 하다.
일반적으로, 폼 필터(foam filter)와 사이클론 분리기(cyclonic separators) 및 정전 분리기(electrostatic separators)와 같은 기계적인 필터(mechanical filter)를 이용하여 공기 중의 먼지 입자 등을 제거하는 것은 널리 알려져 있다.
사이클론 분리기는 진공 청소기 등에 사용되는데, 사이클론 분리기는 상대적으로 큰 입자를 제거하기 위한 저효율 사이클론 및, 저효율 사이클론의 하류에 위치하고 미세한 입자를 제거하기 위한 고효율 사이클론을 구비하는 것으로 알려져 있다. 이러한 사이클론 분리기는 EP 0042723B 등에 그 구성이 개시되어 있다.
정전 필터(electrostatic filter)에는 마찰 정전 필터(frictional electrostatic filter)와 일렉트릿 미디움 필터(electrete medium filter)가 있는데, 이러한 정전 필터는 EP 0815788 등에 그 구성이 개시되어 있다.
정전 필터는 제조 단가가 상대적으로 저렴하다는 장점이 있지만 시간 경과에 따라 전하가 소멸된다는 단점이 있다. 정전 필터의 전하가 시간 경과에 따라 소멸되는 것은 정전기적 물성(electrostatic property)의 감소를 야기하고 정전기적 물성의 감소는 정전 필터가 집진할 수 있는 먼지의 양을 감소시킨다.
또한, 정전 필터는 차압(pressure drop)이 상대적으로 크다는 문제점이 있다.
한편, 코로나 방전(corona discharge)을 이용한 정전 필터도 알려져 있는데, 먼지 입자가 코로나 방전 와이어(corona discharge wire)를 지날 때 대전된 후 하류 쪽에 위치한 도전성 필터재(conductive filter medium)에 집진된다. 이러한 정전 필터는 JP 2007-296305 등에 그 구성이 개시되어 있다.
그러나, 코로나 방전을 이용한 정전 필터는 상대적으로 비효율적이고 상대적으로 비싼 재료로 만들어지며 집진 전극에 먼지가 생기지 않도록 항상 관리해 주어야 한다는 단점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐 고르게 작용함으로써 저차압, 고효율의 필터링 성능을 발휘할 수 있고, 사용 시간 경과에 따른 필터링 성능 저하가 작거나 없으며, 물 세척이 용이하고, 물 세척 후에도 필터링 성능이 감소하지 않는 정전 필터를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 정전필터를 구비하는 정전 필터 유니트를 제공하는 것에 있다.
아래에서 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 정전필터는 상,하부 메쉬가 겹쳐져서 이루어지거나 하나의 메쉬로서 이루어지고, 각각의 메쉬는 가로 줄과 세로 줄이 엮어져서 만들어진다. 본 명세서 중 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서는 상,하부 메쉬가 '가로 줄'과 '세로 줄'이 엮여진 것으로 설명되고, [과제의 해결 수단]과 [특허청구범위]에서는 상부 메쉬가 '제1 줄'과 '제2 줄'이 엮어져서 이루어지고 하부메쉬가 '제3 줄'과 '제4 줄'이 엮여져서 이루어진 것으로 설명된다.
이와 같이 용어의 차이가 있기는 하지만, 상부 메쉬의 '세로 줄'이 '제1 줄'과 '제2 줄' 중 어느 하나이고 상부 메쉬의 '가로 줄'이 나머지 어느 하나가 되며, 하부 메쉬의 '세로 줄'이 '제3 줄'과 '제4 줄' 중 어느 하나이고 하부 메쉬의 '가로 줄'이 나머지 어느 하나가 된다. 이러한 기재는 특허청구범위를 간략하게 기재하면서도 권리범위를 포괄적으로 청구하기 위한 것으로서, 본 명세서를 참조한 당업자라면 용어를 혼동하지 않고 그 의미를 통일적으로 이해할 수 있을 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에 따른 정전 필터는, 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 상부 메쉬; 및, 복수 개의 제3 줄과 복수 개의 제4 줄이 엮여져서 만들어진 하부 메쉬;를 구비할 수 있다.
복수 개의 제1 줄과 제3 줄은 전기적 도체인 전선(13)에 절연물질(14)이 피복되어 이루어진 절연 전선이거나, 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 전기적 부도체인 폴리머로 이루어질 수 있다.
그리고, 복수 개의 제2 줄과 제4 줄은 모두 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지거나, 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 상기 폴리머로 이루어지거나, 모두 절연전선으로 이루어질 수 있다.
상기 정전 필터에서 상부 메쉬와 하부 메쉬에는 서로 다른 극성의 전원(직류 전원)이 연결되거나, 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 어느 하나에는 전원이 연결되고 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 나머지 어느 하나는 접지될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20)는 그 사이에 간격이 존재하지 않도록 서로 겹쳐지게 설치된다. 그리고, 전원이 인가되면 상,하부 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐 고르게 작용하게 된다.
본 발명에 따른 또 다른 정전 필터는, 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 직조되어 만들어진 상부 메쉬; 및 금속망 또는 금속 발포물로 이루어진 하부 메쉬;를 구비할 수 있다. 이 경우, 상부 메쉬에는 전원이 연결되고 하부 메쉬는 접지된다.
본 발명에 따른 또 다른 정전 필터는, 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 상부 메쉬; 복수 개의 제3 줄과 복수 개의 제4 줄이 엮여져서 만들어진 하부 메쉬; 및, 상부 메쉬와 하부 메쉬 사이에 설치되고, 금속망 또는 금속 발포물로 이루어진 중간 메쉬(30);를 포함할 수 있다. 상부 메쉬와 하부 메쉬에는 서로 다른 극성의 전원이 연결되고 중간 메쉬(30)는 접지된다. 상부메쉬와 중간 메쉬 및 하부메쉬는 메쉬들 사이에 간격이 존재하지 않도록 밀착되어 설치된다.
본 발명에 따른 또 다른 정전 필터는, 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 상부 메쉬; 복수 개의 제3 줄과 복수 개의 제4 줄이 엮여져서 만들어진 하부 메쉬; 및, 상부 메쉬와 하부 메쉬 사이에 설치된 멜트 블로운 필터;를 포함할 수 있다. 상부 메쉬와 하부 메쉬에는 서로 다른 극성의 전원이 연결되거나, 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 어느 하나에는 전원이 연결되고 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 나머지 어느 하나는 접지될 수 있다.
상부 메쉬와 멜트 블로운 필터 사이 및, 멜트 블로운 필터와 하부 메쉬 사이에는 간격이 존재하지 않도록 상기 메쉬들이 서로 겹쳐지게 설치된다.
본 발명에 따른 또 다른 정전 필터는, 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 하나의 메쉬로 이루어진다. 상기 제1,2 줄 중 어느 하나는 듀얼 와이어로 이루어지고 나머지 하나는 폴리머로 이루어질 수 있다.
상기 듀얼 와이어는 두 개의 절연 전선이 그 길이방향을 따라 서로 결합되어 이루어지고, 서로 결합된 두 개의 절연 전선에는 서로 반대 극성의 전원이 연결되고, 이에 따라 전원이 인가되면 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 형성된다.
본 발명에 따르면, 상부 메쉬와 하부 메쉬 사이의 간격이 생기지 않도록 하기 위해서 소정 간격으로 접착제가 도포되거나, 상부 메쉬의 윗면과 하부 메쉬의 아래면에 크로스 바(610)가 설치되어 상,하부 메쉬가 밀착되도록 하거나, 상부 메쉬와 하부 메쉬가 밀착되도록 접착성 메쉬(40)가 상부 메쉬와 하부 메쉬 사이에 설치될 수 있다. 상기 접착성 메쉬는 메쉬의 눈(目) 크기가 상,하부 메쉬의 눈 보다 크다.
본 발명의 또 다른 측면인 정전 필터 유니트는, 테두리 부재(510); 테두리 부재(510)에 의해서 둘러싸인 공간으로 형성되고, 공기가 관통할 수 있는 장착 공간(520); 테두리 부재(510)의 일측에 설치되어 직류 전원을 공급하는 전원 공급부(530); 및, 장착 공간(520)에 설치된 상기 정전 필터;를 구비한다. 전원 공급부(530)는 정전필터의 상,하부 메쉬 중 적어도 어느 하나에 전원을 공급한다.
상기 정전필터는, 필터링 면적을 증가시키기 위해서, 소정 간격으로 절곡될 수 있다.
그리고, 전원 공급부(530)와 정전 필터 사이에는 50㏁ 내지 500㏁의 저항(R1)이 직렬로 연결되고, 정전 필터에는 50㏁ 내지 500㏁의 방전용 저항(R2)이 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
아울러, 테두리 부재(510)는 곡면 형상의 대상물에도 밀착 설치될 수 있도록 고무와 같은 유연한 재질로 만들어질 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 두 개의 메쉬에 서로 다른 극성의 전압을 인가하거나 하나의 메쉬로 이루어진 경우에는 듀얼 와이어의 두 전선에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 작용하도록 함으로써 저차압, 고효율의 필터링 성능을 발휘할 수 있는 정전 필터를 제공한다.
둘째, 사용 시간 경과에 따른 필터링 성능 저하가 작거나 없는 정전 필터를 제공한다.
셋째, 물 세척이 용이하고, 물 세척 후에도 필터링 성능이 감소하지 않는 정전 필터를 제공한다.
넷째, 상기와 같은 정전 필터가 장착된 필터 유니트를 제공한다.
다섯째, 설치와 운반이 용이하고 규격화된 필터 유니트를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 필터에 전원이 연결된 것을 보여주는 평면도.
도 2는 도 1의 정전 필터에 사용되는 메쉬를 보여주는 평면도.
도 3은 도 2의 메쉬를 보여주는 확대 단면도.
도 4는 도 2의 메쉬가 겹쳐져서 만들어진 정전 필터를 보여주는 확대 단면도.
도 5는 상,하부 메쉬의 가로 줄과 세로 줄에 모두 전원이 공급되는 것을 보여주는 도면.
도 6(a)(b)는 각각 본 발명에 따른 정전 필터의 또 다른 변형예를 보여주는 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 정전 필터의 또 다른 변형예를 보여주는 확대 단면도로서, 상,하부 메쉬 사이에 접착성 메쉬가 배치된 구성을 보여주는 도면.
도 8은 상,하부 메쉬와 중간 메쉬를 포함하는 정전 필터에 전원이 연결된 것을 보여주는 도면.
도 9는 듀얼 와이어를 포함하는 정전 필터에 전원이 연결된 것을 보여주는 도면.
도 10은 도 9의 정전 필터에 사용되는 듀얼 와이어를 보여주는 사시도.
도 11은 도 9의 정전 필터를 보여주는 확대 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 정전 필터 유니트를 보여주는 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 정전 필터 유니트를 보여주는 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 또 다른 정전 필터 유니트를 보여주는 사시도.
도 15a는 전원이 인가된 정전 필터를 전기적으로 등가인 회로로 나타낸 도면.
도 15b는 전원이 인가된 정전 필터를 전기적으로 등가인 회로로 나타낸 도면으로서, 저항(R1)(R2)이 연결된 구성을 보여주는 도면.
도 16은 정전 필터의 성능을 시험하기 위한 장치를 보여주는 구성도.
도 17은 도 16의 장치를 이용하여 측정한 것으로서, 전압(V)과 먼지 제거 효율(dust removal efficiency)의 관계를 보여주는 그래프.
도 18은 멜트 블로운 필터와 정전 필터의 시간에 따른 먼지 제거 효율을 각각 보여주는 그래프.
도 19는 본 발명에 따른 정전 필터의 세척 전후의 먼지 제거 효율을 비교한 그래프.
도 20은 본 발명에 따른 정전 필터와 멜트 블로운 필터의 시간에 따른 차압(pressure drop)을 각각 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 필터에 전원이 연결된 것을 보여주는 평면도이고, 도 2는 상기 정전 필터에 사용되는 메쉬를 보여주는 평면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 정전 필터(100)는 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(50)가 겹쳐져서 이루어진다.
상부 메쉬(10)는 복수 개의 세로 줄(12)과 복수 개의 가로 줄(16)이 엮여져서(직조되어) 만들어진다. 하부 메쉬(20)도, 상부 메쉬(10)와 마찬가지로, 복수 개의 세로 줄(22)과 복수 개의 가로 줄(26)이 엮여져서(직조되어) 만들어진다.
세로 줄(12)(22)은 절연 전선으로 이루어진다. 절연 전선은 전기적 도체인 전선에 절연물질이 피복되어 만들어진 것이다. 따라서, 세로 줄(12)(22)에 전원이 연결되면 절연 전선에 전기가 통하게 된다. 상기 전선은 전기적 도체인 금속 등으로 만들어질 수 있는데, 세척을 고려하면 물에 의해 부식되지 않는 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다.
가로 줄(16)(26)은 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지되, 그 길이방향으로 길게 연속적으로 형성된다.
이러한 세로 줄(12)(22)과 가로 줄(16)(26)은 서로 지그재그로 엮여지게 되는데, 도 3은 이러한 직조를 보여준다.
상기 절연물질(14)의 피복 두께(D1)는 인가 전압(V)이 클수록 두껍게 형성된다. 본 발명에서는 절연 전선의 직경(D)이 50μm ~ 1000μm 이고, 절연물질(14)의 두께(D1)는 5μm ~ 450μm 이며, 전선(13)의 직경(D2)는 10μm ~ 990μm 인 것이 바람직하다. 그리고, 절연 전선 사이의 간격(S)은 5μm ~ 3000μm 인 것이 바람직하다. 절연 전선의 직경(D)이 1000μm를 초과하여 두꺼운 경우에는 직조된 메쉬의 차압이 커지는 문제가 있고, 이 때 메쉬의 차압을 감소시키기 위하여 절연 전선 사이의 간격(S)을 멀리해야 하는 문제가 발생함으로써 두 메쉬(10)(20) 사이에 인가하는 전압을 더욱 증가 시켜야 하는 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명의 적용 조건이나 사용환경을 고려하여 절연 전선 및 절연물질의 두께를 더욱 두껍게 제조할 수도 있다.
그리고 S의 하한값 5μm는 현재 제직할 수 있는 최소값이며, 상한값 3000um는 선간 간격이 그 이상이면 성능이 많이 저하될 우려가 있다.
한편, 도 4는 정전 필터(100)의 단면을 보여주는 확대 단면도로서, 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20)가 겹쳐지도록 설치된 것을 보여준다. 본 발명에 따르면, 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20)는 그 사이에 간격이 존재하지 않도록 서로 겹쳐지게 설치된다.
그리고, 겹쳐지도록 설치된 상,하부 메쉬(10)(20)에는 서로 다른 극성의 전압(V, 직류 전원)이 연결된다. 예를 들어, 도 1에 나타난 바와 같이, 상부 메쉬(10)의 세로 줄(12)에 양극 전압이 인가될 때에는 하부 메쉬(20)의 세로 줄(22)에 음극 전압이 인가된다. 그리고, 상부 메쉬(10)의 세로 줄(12)에 음극 전압이 인가될 때에는 하부 메쉬(20)의 세로 줄(22)에 양극 전압이 인가된다.
또한, 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20) 중 어느 하나에 양극과 음극 중 어느 하나가 연결되고 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20) 중 나머지 어느 하나는 접지될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20)에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 형성함으로써 저차압, 고효율의 필터링 성능이 발휘될 수 있다. 이에 비해서, 정전 필터가 하나의 메쉬(가로 줄과 세로 줄이 엮여져서 만들어진 메쉬)로서 이루어지되, 세로 줄과 가로 줄에 서로 다른 극성의 전압이 인가되는 경우에는 세로 줄과 가로 줄이 교차되는 지점(criss-cross)에서만 강한 전계가 발생하여 먼지를 집진할 수 있다는 차이점이 있다.
한편, 도 5는 상,하부 메쉬(10)(20)의 가로 줄(16)(26)과 세로 줄(12)(22)이 모두 절연 전선으로 이루어진 정전필터와, 이러한 정전필터에 전원이 연결된 것을 보여준다.
상부 메쉬(10)의 가로 줄과 세로 줄에는 동일한 극성의 동일한 전압이 인가된다. 그리고, 하부 메쉬(20)의 가로 줄과 세로 줄에는 동일한 극성의 동일한 전압이 인가된다. 예를 들어, 상부 메쉬(10)의 세로 줄(12)과 가로 줄(16)에 양극 전압이 인가될 때에는 하부 메쉬(20)의 세로 줄(22)과 가로 줄(26)에 음극 전압이 인가된다. 그리고, 상부 메쉬(10)의 세로 줄(12)과 가로 줄(16)에 음극 전압이 인가될 때에는 하부 메쉬(20)의 세로 줄(22)과 가로 줄(26)에 양극 전압이 인가된다.
한편, 위에서는 세로 줄(12)(22)이 모두 절연전선으로 이루어지고 가로 줄(16)(26)이 모두 폴리머로 이루어진 경우(도 1) 및, 세로 줄(12)(22)과 가로 줄(16)(26)이 모두 폴리머로 이루어진 경우(도 5)를 설명하였다.
그러나, 도 6(a)에 나타난 바와 같이, 폴리머로 만들어진 줄 3~4개(파란 선으로 도시됨)와 절연전선 1개(검은 선으로 도시됨)가 교대로 배치되어 세로 줄(12)(22)이 구성되고, 폴리머로 만들어진 줄 3~4개와 절연전선 1개가 교대로 배치되어 가로 줄(16)(26)이 구성될 수도 있다. 이 경우, 절연전선으로 이루어진 줄에 전원이 연결된다.
또한, 도 6(b)에 나타난 바와 같이, 세로 줄(12)(22)은 폴리머로 만들어진 줄 3~4개(파란 선으로 도시됨)와 절연전선 1개(검은 선으로 도시됨)가 교대로 배치되어 구성되고 가로 줄은 모두 폴리머로 만들어질 수도 있다.
아울러, 상부 메쉬는 세로 줄(절연전선으로 이루어짐)과 가로 줄(폴리머로 이루어짐)이 서로 엮여져서 만들어지고, 하부 메쉬는 금속망, 알루미늄망 및, 금속 발포물 중에 어느 하나로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상부 메쉬에는 전원이 연결되고 하부 메쉬는 접지되며, 상,하부 메쉬 사이에는 간격이 생기지 않도록 설치된다.
도 7은 본 발명에 따른 정전필터의 또 다른 변형예를 보여주는 확대 단면도이다. 상기 정전필터(200)는 상,하부 메쉬(10)(20)와, 상,하부 메쉬(10)(20) 사이에 배치된 접착성 메쉬(40)를 포함한다.
접착성 메쉬(40)는 접착성이 있는 메쉬로서, 가로 줄과 세로 줄이 엮어져서 만들어질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 접착성 메쉬(40)에는 접착성 물질(예를 들어, glue)이 소정량(예를 들어, 6g/m2) 포함되어 있고, 이에 따라 접착성 메쉬(40)가 상,하부 메쉬(10)(20)와 밀착 결합됨으로써 상부 메쉬(10)와 접착성 메쉬(40) 사이 및, 하부 메쉬(20)와 접착성 메쉬(40) 사이에 간격이 생기지 않도록 한다.
접착성 메쉬(40)는 다수의 눈(目)을 갖는데, 상기 눈을 통해서 공기가 이동될 수 있다. 상기 눈은 상,하부 메쉬(10)(20)의 눈(가로 줄과 세로 줄이 엮여져서 만들어지는 공간) 보다 그 크기가 크다. 만약, 접착성 메쉬(40)의 눈이 상,하부 메쉬(10)(20)의 눈 보다 작으면 접착성 메쉬(40) 때문에 차압이 커지는 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 정전필터에는 상,하부 메쉬가 밀착되도록 하기 위해서 소정 간격으로 접착제가 도포될 수 있는데, 이 경우에는 정전필터에 접착성 메쉬가 포함되지 아니할 수 있다. 상기 접착제는 대략 2cm ~ 3cm 간격으로 작은 포인트 형태로 도포되어 상,하부 메쉬(10)(20)를 서로 접착시킨다. 접착제로는 실리콘, 핫멜트 등이 사용될 수 있다.
아울러, 상,하부 메쉬의 밀착을 위해 크로스 바(도 13의 610)를 이용할 수도 있는데, 크로스 바(610)에 대해서는 후술하기로 한다.
나아가, 필터 성능을 향상시키기 위해서, 도 8에 나타난 바와 같이, 상부메쉬(10, 가로 줄은 폴리머로 만들어지고 세로 줄은 절연전선으로 만들어짐)와 하부메쉬(20, 가로 줄은 폴리머로 만들어지고 세로 줄은 절연전선으로 만들어짐) 사이에 중간 메쉬(30)를 삽입할 수도 있다. 중간 메쉬(30)는 금속망 또는 금속 발포물 등으로 이루어질 수 있다.
상,하부 메쉬(10)(20)에는 서로 반대인 전압(V)을 각각 인가하고 중간 메쉬(30)는 접지할 수 있다. 상부메쉬(10)와 중간 메쉬(30)는 서로 간격이 생기지 않도록 겹쳐지고 중간 메쉬(30)와 하부 메쉬(20)도 서로 간격이 생기지 않도록 겹쳐진다. 비록 도 8에서는 상부메쉬(10)와 중간 메쉬(30) 사이 및 중간 메쉬(30)와 하부 메쉬(20) 사이가 이격되어 있으나, 이는 이해의 편의를 돕기 위한 것일 뿐 실제로는 간격이 생기지 않도록 배치된다.
아울러, 상부메쉬(10, 가로 줄은 폴리머로 만들어지고 세로 줄은 절연전선으로 만들어지거나, 또는 가로 줄과 세로 줄이 모두 절연전선으로 만들어짐)와 하부메쉬(20, 가로 줄은 폴리머로 만들어지고 세로 줄은 절연전선으로 만들어지거나, 또는 가로 줄 세로 줄이 모두 절연전선으로 만들어짐) 사이에 멜트 블로운 필터를 삽입하고 상,하부 메쉬(10)(20)에는 서로 반대인 전압(V)을 각각 인가하거나 상,하부 메쉬(10)(20) 중 어느 하나에 전압을 인가하고 나머지 하나를 접지할 수 있다. 그리고, 상부메쉬, 멜트 블로운 필터 및, 하부메쉬 사이에 간격이 생기지 않도록 설치된다. 멜트 블로운 필터가 포함되면 그렇지 않은 경우 보다 필터의 성능이 향상된다.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 정전 필터에 전원이 연결된 것을 보여주는 평면도이고, 도 10은 상기 정전 필터에 사용되는 듀얼 와이어를 보여주는 사시도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 정전 필터(300)는 세로 줄(312)과 가로 줄(316)이 서로 엮여져서(직조되어) 만들어진다. 정전필터(300)는, 상술한 정전필터와는 달리, 하나의 메쉬로만 이루어지되, 세로 줄(312)이 듀얼 와이어로 만들어진다는 특징이 있다.
즉, 가로 줄(316)은 폴리머로 이루어지고 세로 줄(312)은 듀얼 와이어로 만들어지는데, 듀얼 와이어는 두 개의 절연 전선이 그 길이방향을 따라 서로 결합되어 이루어진다. 그리고, 도 9와 도 11에 나타난 바와 같이, 서로 결합된 두 개의 절연 전선에는 서로 다른 극성의 전압(V)이 연결되고, 이에 따라 정전 필터(300) 전체에 걸쳐서 강한 전계가 고르게 형성된다.
한편, 상술한 정전필터는 설치의 편의성과 용이성을 위해서 규격화될 수 있다. 도 12는 본 발명에 따른 정전 필터(100)(200)(300)가 장착된 정전 필터 유니트(500)를 보여준다.
정전 필터 유니트(500)는 테두리 부재(510)와, 테두리 부재(510)에 의해서 둘러싸인 공간으로 형성된 장착 공간(520)과, 테두리 부재(510)의 일측에 설치된 전원 공급부(530) 및, 장착 공간(520)에 설치된 정전 필터(100)(200)(300)를 구비한다.
테두리 부재(510)는 정전 필터(100)(200)(300)의 가장자리를 고정하는 부재이다. 테두리 부재(510)는 상부부재(512)와 하부부재(516)를 포함할 수 있는데, 정전 필터(100)(200)(300)의 가장자리가 상,하부부재(512)(516) 사이에 놓여진 후 상,하부부재(512)(516)가 볼트(도면에 미도시) 등으로 결합됨으로써 정전 필터(100)(200)(300)가 테두리 부재(510)에 고정될 수 있다.
장착 공간(520)은 테두리 부재(510)에 의해서 둘러싸인 공간으로서 정전 필터(100)(200)(300)가 설치되는 부분이다. 장착공간(520)을 통해서 유체(공기)가 이동하면서 유체(공기) 중에 포함된 먼지 등이 정전 필터(100)(200)(300)에 걸리게 된다.
도면에서 장착 공간(520)은 사각 형상을 갖지만 이에 한정되지 않고 원, 타원 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 그리고, 테두리 부재(510)와 전원공급부(530)의 케이스는 곡면 형상의 대상물에도 자유롭게 잘 장착되고 장착 대상물과의 사이에 틈이 발생하지 않도록 고무와 같은 유연한 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.
전원 공급부(530)는 절연전선에 전원을 공급한다. 전원 공급부(530)는 대략 50V 내지 10,000V의 전원을 공급한다.
도 13은 또 다른 정전 필터 유니트를 보여주는데, 정전 필터 유니트(600)는, 상술한 정전 필터 유니트(500)와 비교하여, 크로스 바(610)를 더 구비한다는 특징을 갖는다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전 필터는 상,하부 메쉬(10)(20)가 서로 밀착되어야 필터 성능이 제대로 발휘된다. 크로스 바(610)는 상부 메쉬(10)의 윗면과 하부 메쉬(20)의 아래면에 각각 설치되어 상,하부 메쉬(10)(20)가 밀착되도록 한다.
한편, 크로스 바(610)에 대한 대안으로서, 소정 간격으로 접착제가 도포되는 구성 또는 상,하부 메쉬(10)(20) 사이에 접착성 메쉬(40)가 설치되는 구성이 있는데, 이러한 구성에 대해서는 상술한 바 있다.
도 14는 또 다른 정전 필터 유니트를 보여주는데, 정전 필터 유니트(700)는 소정 간격으로 삼각형으로 절곡된 구조를 갖는다. 상기 절곡은 필터링 면적을 증가시키는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 정전필터에 전원이 인가되면 전기적으로 도 15a와 같은 등가회로가 될 수 있다. 그런데, 절연전선의 피복이 부분적으로 벗겨졌거나 절연이 약한 부분이 있는 상태에서 전원이 인가되면 스파크가 발생할 수 있는 우려가 있으므로, 도 15b에 나타낸 바와 같이, 50㏁ ~ 500㏁ 범위의 저항(R1)을 전원 출력단과 정전필터 단자 사이에 직렬로 설치한다. 그리고, 정전필터는 전기적으로 콘덴서(C)와 등가이므로, 필터 청소를 위하여 정전필터를 전원 공급부(530)로부터 분리하거나 전원 공급부(530)의 전원을 끄더라도 정전필터 전원 인가 단자 양단에는 높은 전압이 잔류하게 되므로 정전필터 양단에 50㏁ ~ 500㏁ 범위의 방전용 저항(R2)을 병렬로 설치하는 것이 바람직하다. 도 15b와 같은 회로 구성은 정전 필터 유니트(500)(600)(700)에 포함될 수 있다.
도 16은 정전 필터의 성능을 시험하기 위한 장치를 보여준다. 도면에 나타난 바와 같이, 상기 장치는 상,하부 메쉬(10)(20)를 서로 밀착되도록 설치하고 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20)에 전원을 각각 연결한 후, 공기를 상부 홀더(1)에 주입하여 화살표 방향으로 이동시키면 공기 중에 포함된 먼지 등이 정전 필터(100)에 걸려지게 되고 공기는 하부 홀더(3)로 배출된다. 그리고, 상,하부 메쉬(10)(20)에 공급되는 전원의 전압은 전압계(5)에 의해서 측정된다.
도 17은 상기 장치를 이용하여 측정한 것으로서, 전압(V)에 따른 먼지 제거 효율(dust removal efficiency)을 측정한 것을 보여준다. 상기 측정은 아래와 같은 조건에서 이루어졌다.
- 시험 입자(test particle) : NaCl
- 입자의 직경 : 0.3μm
- 공기의 속도 : 5.33cm/sec(air flow rate : 32 liter/min)
- 시험 면적(test area) : 100cm2
- 입자 농도(particle concentration) : 20mg/m3
도면에 나타난 바와 같이, 전압 400V 까지는 먼지 제거 효과가 거의 없지만, 400V를 초과하면 전압의 증가와 함께 먼지 제거 효율이 증가함을 알 수 있다. 3000V 일 때 먼지 제거 효율은 대략 40%에 도달함을 알 수 있다.
도 18은 전압이 2,000V일 때 정전 필터와 멜트 블로운 필터의 시간에 따른 먼지 제거 효율을 각각 보여준다. 도면에서
Figure 112014112076635-pat00001
와
Figure 112014112076635-pat00002
는 정전 필터를 각각 나타내고,
Figure 112014112076635-pat00003
는 멜트 블로운 필터를 나타낸다.
도면에 나타난 바와 같이, 멜트 블로운 필터는 시간 경과에 따라 먼지 제거 효율이 급격하게 떨어지지만, 정전 필터는 시간 경과에 따라 먼지 제거 효율이 거의 변하지 않음을 알 수 있다. 따라서, 정전 필터가 멜트 블로운 필터 보다 먼지 제거 효율에 있어서 더 안정적이다. 그리고, 정전 필터에 더 높은 전압을 인가하면 더 높은 먼지 제거 효율을 얻을 수 있을 것이다.
도 19는 전압이 2,000V일 때, 정전 필터의 먼지 제거 효율을 보여주는 도면으로서, 1차 시험(first loading test)시의 먼지 제거 효율(
Figure 112014112076635-pat00004
로 표시됨)과, 1차 시험 후 정전 필터를 세척한 후 2차 시험(second loading test after washing)한 먼지 제거 효율(
Figure 112014112076635-pat00005
로 표시됨)을 비교한 것이다.
도면에 나타난 바와 같이, 세척 전과 후에 먼지 제거 효율이 거의 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 정전 필터는 세척하여 재사용할 수 있고, 세척에 의해서 필터 성능이 변하지 않는다는 것을 알 수 있다.
도 20은 공기 속도가 5.33cm/sec일 때, 정전 필터와 멜트 블로운 필터의 시간에 따른 차압(pressure drop)을 각각 보여준다. 도면에서
Figure 112014112076635-pat00006
는 정전 필터를 각각 나타내고,
Figure 112014112076635-pat00007
는 멜트 블로운 필터를 나타낸다.
도면에 나타난 바와 같이, 멜트 블로운 필터의 차압은 대략 3~4Pa 임에 비해서 정전필터의 차압은 대략 1~2Pa이고, 이에 따라 정전필터가 더 우수함을 알 수 있다.
1 : 상부 홀더 3 : 하부 홀더
5 : 전압계 10 : 상부 메쉬
12, 22 : 세로 줄 13 : 전선
14 : 절연 물질 16, 26 : 가로 줄
20 : 하부 메쉬 30 : 중간 메쉬
40 : 접착성 메쉬 100, 200, 300 : 정전 필터
312 : 세로 줄 316 : 가로 줄
500, 600, 700 : 정전 필터 유니트
510 : 테두리 부재 512 : 상부 부재
516 : 하부 부재 520 : 장착 공간
530 : 전원 공급부 610 : 크로스 바
V : 전원 D : 세로 줄의 직경
D1 : 절연물질의 두께 D2 : 전선의 직경
S : 세로 줄 사이의 간격 R1, R2 : 저항

Claims (10)

  1. 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 상부 메쉬; 및
    복수 개의 제3 줄과 복수 개의 제4 줄이 엮여져서 만들어진 하부 메쉬;를 구비하고,
    복수 개의 제1 줄과 제3 줄은 전기적 도체인 전선(13)에 절연물질(14)이 피복되어 이루어진 절연 전선이거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지며,
    복수 개의 제2 줄과 제4 줄은 모두 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 상기 폴리머로 이루어지거나 모두 절연전선으로 이루어지고,
    상부 메쉬와 하부 메쉬에는 서로 다른 극성의 전원이 연결되거나, 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 어느 하나에는 전원이 연결되고 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 나머지 어느 하나는 접지되며,
    상,하부 메쉬 사이에 간격이 존재하지 않도록 상부 메쉬(10)와 하부 메쉬(20)가 서로 겹쳐지게 설치되고, 전원이 인가되면 상,하부 메쉬 사이에 강한 전계가 상,하부 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 필터.
  2. 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 직조되어 만들어진 상부 메쉬; 및
    금속망 또는 금속 발포물로 이루어진 하부 메쉬;를 구비하고,
    복수 개의 제1 줄은 전기적 도체인 전선에 절연물질이 피복되어 이루어진 절연 전선이거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지며,
    복수 개의 제2 줄은 모두 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 상기 폴리머로 이루어지거나 모두 절연 전선으로 이루어지고,
    상부 메쉬에는 전원이 연결되고 하부 메쉬는 접지되며,
    상,하부 메쉬 사이에 간격이 존재하지 않도록 상부 메쉬와 하부 메쉬는 서로 겹쳐지게 설치되고, 전원이 인가되면 상,하부 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 작용하는 것을 특징으로 하는 정전 필터.
  3. 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 상부 메쉬;
    복수 개의 제3 줄과 복수 개의 제4 줄이 엮여져서 만들어진 하부 메쉬; 및
    상부 메쉬와 하부 메쉬 사이에 설치되고, 금속망 또는 금속 발포물로 이루어진 중간 메쉬(30);를 포함하고,
    복수 개의 제1 줄과 제3 줄은 전기적 도체인 전선에 절연물질이 피복되어 이루어진 절연 전선이거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지며,
    복수 개의 제2 줄과 제4 줄은 모두 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 상기 폴리머로 이루어지거나 모두 절연 전선으로 이루어지고,
    상부 메쉬와 하부 메쉬에는 서로 다른 극성의 전원이 연결되고 중간 메쉬(30)는 접지되며,
    상부 메쉬와 중간 메쉬 사이 및, 중간 메쉬와 하부 메쉬 사이에는 간격이 존재하지 않도록 상기 메쉬들이 서로 겹쳐지게 설치되고, 전원이 인가되면 상,하부 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 작용하는 것을 특징으로 하는 정전 필터.
  4. 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어진 상부 메쉬;
    복수 개의 제3 줄과 복수 개의 제4 줄이 엮여져서 만들어진 하부 메쉬; 및
    상부 메쉬와 하부 메쉬 사이에 설치된 멜트 블로운 필터;를 포함하고,
    복수 개의 제1 줄과 제3 줄은 전기적 도체인 전선에 절연물질이 피복되어 이루어진 절연 전선이거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지며,
    복수 개의 제2 줄과 제4 줄은 모두 전기적 부도체인 폴리머로 이루어지거나 일부는 절연 전선이고 절연 전선을 제외한 나머지는 상기 폴리머로 이루어지거나 모두 절연 전선으로 이루어지고,
    상부 메쉬와 하부 메쉬에는 서로 다른 극성의 전원이 연결되거나, 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 어느 하나에는 전원이 연결되고 상부 메쉬와 하부 메쉬 중 나머지 어느 하나는 접지되며,
    상부 메쉬와 멜트 블로운 필터 사이 및, 멜트 블로운 필터와 하부 메쉬 사이에는 간격이 존재하지 않도록 상기 메쉬들이 서로 겹쳐지게 설치되고, 전원이 인가되면 상,하부 메쉬 사이에 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 작용하는 것을 특징으로 하는 정전 필터.
  5. 복수 개의 제1 줄과 복수 개의 제2 줄이 엮여져서 만들어지며,
    제1,2 줄 중 어느 하나는 듀얼 와이어로 이루어지고 나머지 하나는 폴리머로 이루어지며, 듀얼 와이어는 두 개의 절연 전선이 그 길이방향을 따라 서로 결합되어 이루어지고,
    상기 두 개의 절연 전선에는 서로 반대 극성의 전원이 연결되며, 전원이 인가되면 강한 전계가 메쉬 전체에 걸쳐서 고르게 작용하는 것을 특징으로 하는 정전 필터.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상부 메쉬와 하부 메쉬 사이의 간격이 생기지 않도록 하기 위해서 소정 간격으로 접착제가 도포되거나, 상부 메쉬의 윗면과 하부 메쉬의 아래면에 크로스 바(610)가 설치되어 상,하부 메쉬가 밀착되도록 하거나, 상부 메쉬와 하부 메쉬가 밀착되도록 접착성 메쉬가 상부 메쉬와 하부 메쉬 사이에 설치되고,
    상기 접착성 메쉬는 메쉬의 눈 크기가 상,하부 메쉬의 눈 보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 필터.
  7. 테두리 부재(510);
    테두리 부재(510)에 의해서 둘러싸인 공간으로 형성되고, 공기가 관통할 수 있는 장착 공간(520);
    테두리 부재(510)의 일측에 설치된 전원 공급부(530); 및,
    장착 공간(520)에 설치된, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 정전 필터;를 구비하고,
    전원 공급부(530)는 정전필터의 상,하부 메쉬 중 적어도 어느 하나에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 정전 필터 유니트.
  8. 제7항에 있어서,
    필터링 면적을 증가시키기 위해서 정전필터가 소정 간격으로 절곡된 것을 특징으로 하는 정전 필터 유니트.
  9. 제7항에 있어서,
    전원 공급부(530)와 정전 필터 사이에는 50㏁ 내지 500㏁의 저항(R1)이 직렬로 연결되고, 정전 필터에는 50㏁ 내지 500㏁의 방전용 저항(R2)이 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 정전 필터 유니트.
  10. 제7항에 있어서,
    테두리 부재(510)는 곡면 형상의 대상물에도 밀착 설치될 수 있도록 유연한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전 필터 유니트.
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