KR101927473B1 - Dust removal apparatus and vehicle having the same - Google Patents

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KR101927473B1 KR1020160102471A KR20160102471A KR101927473B1 KR 101927473 B1 KR101927473 B1 KR 101927473B1 KR 1020160102471 A KR1020160102471 A KR 1020160102471A KR 20160102471 A KR20160102471 A KR 20160102471A KR 101927473 B1 KR101927473 B1 KR 101927473B1
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서정환
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홍익대학교 산학협력단
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    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
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    • B03C3/16—Plant or installations having external electricity supply wet type

Abstract

미세 먼지 저감 장치는, 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지와, 상기 연료 전지로부터 배출되는 물을 이용해 수액적을 형성하여 분사하는 분사 노즐와, 상기 물 또는 상기 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 하전시키는 하전 장치를 포함하고, 하전된 물로부터 생성되거나 직접 하전된 수액적("하전 액적")의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 미세 먼지가 상기 하전 액적의 표면에 흡착되도록 한다. 상기 미세 먼지 저감 장치는 운송 장치에 탑재될 수 있다.  The fine dust abatement apparatus includes a fuel cell that generates electricity using hydrogen and oxygen and discharges water as a byproduct, an injection nozzle that forms and emits a liquid droplet using water discharged from the fuel cell, (&Quot; charged droplet ") electrical attraction, which is generated or directly charged from the charged water, is added as a dust collecting force so that fine dust is adsorbed on the surface of the charged droplet do. The fine dust reduction device may be mounted on a transportation device.

Description

미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치{Dust removal apparatus and vehicle having the same} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fine dust reduction apparatus and a transportation apparatus having the same,

본 발명은 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료 전지가 생성하는 부산물인 물을 이용해 미세 먼지를 제거하기 위한 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fine dust reduction apparatus and a transportation apparatus having the fine dust reduction apparatus, and more particularly, to a fine dust reduction apparatus for removing fine dust by using water, .

미세먼지란 아황산가스, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등과 함께 오염물질을 포함하고 있는 대기 오염 물질로서 주로 화석연료를 사용하는 자동차, 난방시설 및 각종 산업시설로부터 배출된다. 입자의 크기에 따라 무거워서 침강하기 쉬운 것을 강하분진이라 하고, 입자가 미세하고 가벼워서 좀처럼 침강하기 어려워 장기간 대기 중에 떠다니는 것을 부유분진이라고 한다.Fine dust is an air pollutant containing pollutants in addition to sulfur dioxide, nitrogen oxides, lead, ozone, carbon monoxide and the like. It is mainly emitted from automobiles, heating facilities and various industrial facilities using fossil fuels. It is called "floating dust" because it is heavy and difficult to sediment due to its small size and light weight.

미세먼지의 입경은 10㎛이하이며 특히 2.5㎛이하의 미세먼지는 '초미세먼지' 또는 '극 미세먼지'로 칭하기도 한다. 10㎛의 입경을 가진 미세먼지는 PM10 (Particulate Matter with a diameter than 10㎛)로 2.5㎛인 경우에는 PM2.5로 분류한다.The particle diameter of the fine dust is not more than 10 μm, and in particular, the fine dust having a particle diameter of not more than 2.5 μm is sometimes referred to as 'ultrafine dust' or 'ultrafine dust'. PM10 (Particulate Matter with a diameter of 10 ㎛) is classified as PM2.5 when it is 2.5 ㎛.

한반도의 미세먼지 농도는 해를 거듭할수록 최대치를 기록하고 있다. 국가별 미세먼지 PM2.5 기준치를 비교해보면 WHO에서는 24시간 평균치를 25로 연간평균치를 10으로 두고 있으나 한국은 각각 50, 25로 약 2~2.5배 이상의 미세먼지 기준치를 갖고 있어 한국 내의 미세먼지가 심해지고 있음을 알 수 있다.The concentration of fine dust on the Korean Peninsula has recorded the maximum value over the years. When comparing the PM2.5 standard values by country, WHO has 24 hour average value of 25 and annual average value of 10, but South Korea has 50 ~ 25, which is about 2 ~ 2.5 times more than fine dust standard value. It can be seen that it is getting worse.

미세먼지는 공기 중에 부유하고 있기 때문에 일사량을 감소시켜 농작물 피해 및 환경 전반적인 문제를 야기하기도 하며, 비에 의해 대기 중 미세먼지가 내려가면서 수질 오염의 문제도 발생하기도 한다. 하지만, 미세먼지는 인체에 심각한 악영향을 끼친다. 미세먼지의 크기가 10㎛, 더 작게는 2.5㎛로 매우 작은 입경을 갖고 있기 때문에 인체 폐의 내부에 침착하여 호흡기 질환을 유발한다. 미세먼지는 먼지 자체뿐만 아니라 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소, 1급 발암 물질로 분류되어 있는 중금속 등을 내포하기 있기 때문에 미세먼지가 부유하고 있는 대기 중에서 호흡을 하게 될 시 폐암, 후두암과 같은 심각한 질병을 초래할 수 있다.Because fine dust is suspended in the air, the amount of solar radiation is reduced to cause crop damage and general environmental problems. However, fine dust has a serious adverse effect on the human body. Since the size of the fine dust is as small as 10 탆 and smaller than 2.5 탆, it is deposited inside the lungs of the human body and causes respiratory diseases. Fine dusts contain not only dust itself but also nitrogen oxides, lead, ozone, carbon monoxide, and heavy metals classified as first-level carcinogens. Therefore, when respiration occurs in the air in which fine dust is floating, severe dusts such as lung cancer and laryngeal cancer It can cause illness.

특히 높은 빌딩이 주를 이루고 있는 도심 지역에서의 미세먼지 농도는 더욱 더 심각해지고 있다. 빌딩과 빌딩 간의 스키밍 플로우(Skimming Flow)의 발생으로 유체가 정체되는 회전류 구간이 생성이 되고 회전류 안에서 미세먼지가 흐르지 못하고 정체되는 현상을 보인다. 미세먼지는 환경 전반적인 문제를 야기할 뿐만 아니라 인체에도 심각한 영향을 끼치기 때문에 인구가 많이 밀집되어 있는 도심에서의 미세먼지는 다수의 사람들에게 큰 영향을 줄 수 있어 건물 간 정체구간에서의 미세먼지 집진은 반드시 개발되고 실제로 사용할 수 있어야 한다.Especially in urban areas where high buildings are dominant, the concentration of fine dust is getting worse. The occurrence of the skimming flow between the building and the building generates a rotating current section in which the fluid stagnates, and the phenomenon occurs that the fine dust does not flow and stagnates in the rotating current. Because fine dusts cause not only environmental problems but also serious effects on the human body, the fine dust in the densely populated urban areas can greatly affect many people. Therefore, fine dust collection It must be developed and actually available.

종래 미세먼지를 집진하기 위하여 사이클론(Cyclone), 정전기식 집진방법, 세정식 집진방법 (습식 스크러버) 등 다양한 집진 방식이 고안되고 있으나, 건물과 건물 사이에 정체되어 있는 미세먼지를 집진하기에는 해당 방법을 이용하는 미세 먼지 저감 장치의 크기가 도심 내에 설치하기에는 부적절하여 도심에서의 반영은 매우 어렵다고 볼 수 있다.Conventional dust collecting methods such as Cyclone, electrostatic dust collecting method, and cleaning dust collecting method (wet scrubber) have been devised in order to collect fine dusts. However, in order to collect stagnant fine dust between buildings and buildings, The size of the fine dust reduction device used is inadequate to be installed in the center of the city, so that it is difficult to reflect it in the city center.

특히, 물과 미세먼지의 접촉에 의한 집진 현상을 이용하는 세정 집진 방식의 미세 먼지 저감 장치가 연구되고 있다. Particularly, a cleaning dust collecting type fine dust reduction apparatus utilizing a dust collecting phenomenon due to contact between water and fine dust is being studied.

하지만, 세정 집진을 위해서는 꾸준히 많은 양의 물을 분사하여야 하며, 이에 따라서 종래 기술에 따른 미세 먼지 저감 장치는 고정된 설비를 이용해 대단위로 구축하는 형태에 머물고 있다. However, in order to clean and collect dust, it is necessary to continuously spray a large amount of water. Accordingly, the fine dust reduction apparatus according to the prior art is constructed in a large scale using fixed facilities.

도심에서의 효과적인 미세 먼지 정화를 위해서는 건물 사이사이의 미세 먼지가 체류하는 곳을 찾아 정화하는 이동형 정화 장치를 이용할 필요가 있다. In order to effectively purify fine dust in the city center, it is necessary to use a mobile type purification apparatus which finds and purifies the fine dust between the buildings.

하지만, 차량이나 비행체와 같은 이송 수단을 이용해 세정 집진을 수행하기 위해서는 단순히 물을 분사하는 것만으로는 많은 양의 미세 먼지를 정화하기 어렵고, 나아가 물을 실어 이동시킬 수 있는 대규모 물탱크를 구비하고 물을 계속 충정하여야 해서 효율성이 떨어진다. However, in order to carry out washing and collecting by using a conveying means such as a vehicle or a flying object, it is difficult to purify a large amount of fine dust by merely spraying water, and a large-scale water tank And the efficiency is low.

특허공개 제10-2005-0097567호Patent Publication No. 10-2005-0097567

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물탱크와 같은 물 공급원이 없이도 물공급이 가능하고, 차량이나 비행체 등 운송 수단에 용이하게 탑재함으로써 도심 내 미세 먼저 정화에 효과적으로 이용될 수 있는 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a water supply system capable of supplying water without a water supply source such as a water tank and being easily installed in a transportation means such as a vehicle or a vehicle, And an object thereof is to provide a fine dust reduction apparatus and a transportation apparatus having the fine dust reduction apparatus.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지와, 상기 연료 전지로부터 배출되는 물을 이용해 수액적을 형성하여 분사하는 분사 노즐와, 상기 물 또는 상기 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 하전시키는 하전 장치를 포함하고, 하전된 물로부터 생성되거나 직접 하전된 수액적("하전 액적")의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 미세 먼지가 상기 하전 액적의 표면에 흡착되도록 하는 미세 먼지 저감 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising: a fuel cell that generates electricity using hydrogen and oxygen and discharges water as a by-product; (&Quot; charged droplet ") electrical attraction generated or directly charged from the charged water is added as a dust collecting force to the fine And a dust is adsorbed on the surface of the charged droplet.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 전기 에너지를 인가하여 하전 액적을 생성하는 전기적 하전 장치이다. According to one embodiment, the charging device is an electrical charging device for generating charged droplets by applying electric energy.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는 전압 인가 장치를 포함하고, 상기 전압 인가 장치는 전도체인 상기 분사 노즐에 직접 전압을 인가하여 상기 분사 노즐을 통과하는 물에 전자를 주입하거나 물로부터 전자를 추출함으로써 상기 물이 하전된다. According to one embodiment, the charging device includes a voltage application device, which applies direct voltage to the injection nozzle, which is a conductor, to inject electrons into water passing through the injection nozzle or extract electrons from water Whereby the water is charged.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 상기 분사 노즐의 팁 부근에 설치되는 전극 링과, 상기 전극 링에 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 포함하고, 상기 링 전극에 의해 형성된 전기장에 의해 상기 분사 노즐을 통과하는 물이 하전된다. According to one embodiment, the charging device includes an electrode ring provided in the vicinity of a tip of the injection nozzle, and a voltage applying device for applying a voltage to the electrode ring, and the electric field generated by the ring electrode Water passing through the nozzle is charged.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 코로나 방전 구역을 생성하는 코로나 하전 장치를 포함하고, 상기 분사 노즐에서 분사되는 수액적이 상기 코로나 방전 구역을 통과함에 따라 상기 수액적에 전자 또는 양이온이 흡착되어 수액적이 직접 하전된다. According to one embodiment, the charging device includes a corona charging device that generates a corona discharge area, and electrons or positive ions are adsorbed to the liquid as the liquid drops ejected from the jet nozzle pass through the corona discharge area, The enemy is directly charged.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 상기 연료 전지에서 생성되는 물에 이온을 공급해 물을 하전시키는 화학적 하전 장치이다. According to one embodiment, the charging device is a chemical charging device that charges water by supplying ions to water generated in the fuel cell.

일 실시예에 따르면, 상기 분사 노즐 및 상기 하전 장치는 상기 연료 전지로부터 에너지를 공급받아 작동한다. According to one embodiment, the injection nozzle and the charging device operate by receiving energy from the fuel cell.

일 실시예에 따르면, 상기 분사 노즐은, 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 미세 액적을 생성한다. According to one embodiment, the injection nozzle produces a fine droplet having a diameter of 100 mu m or less.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 미세 먼지 저감 장치를 탑재한 운송 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a transportation device on which the fine dust reduction device is mounted.

일 실시예에 따르면, 상기 운송 장치는 상기 연료 전지가 생성하는 전기 에너지에 의해 작동한다. According to one embodiment, the transport device operates by the electrical energy generated by the fuel cell.

일 실시예에 따르면, 상기 운송 장치는 공중을 비행하는 비행체 또는 지상을 이동하는 차량일 수 있다. According to one embodiment, the transportation device may be a flying object flying in the air or a vehicle moving on the ground.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 미세 먼지 저감 장치의 연료 전지의 개념도이다.
도 3은 하전 액적에 미세 먼지가 흡착된 모습을 도시한 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 하전 장치의 구성 개념도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 하전 장치의 구성 개념도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 하전 장치의 구성 개념도이다.
도 7 및 도 8은 운송 장치에 적용된 미세 먼지 저감 장치의 개념도이다. 1 is a block diagram of a fine dust reduction apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual view of a fuel cell of the fine dust reduction apparatus of FIG.
3 is a conceptual diagram showing a state in which fine dust is adsorbed on a charged droplet.
4 is a configuration diagram of a charging device according to an embodiment.
FIG. 5 is a conceptual view of a configuration of a charging device according to another embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a charging device according to another embodiment.
7 and 8 are conceptual diagrams of a fine dust reduction apparatus applied to a transportation apparatus.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and action are not limited by this embodiment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)의 블록도이다. 1 is a block diagram of a fine dust reduction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지(10)와, 상기 연료 전지(10)로부터 배출되는 물을 이용해 수액적을 형성하여 분사하는 분사 노즐(30)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a fine dust reduction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 10 that generates electricity using hydrogen and oxygen and discharges water as a by-product, And an injection nozzle 30 for spraying water droplets using water.

도 2는 미세 먼지 저감 장치(1)의 연료 전지(10)의 개념도이다. 도 2는 연료 전지(10)를 만드는 단위인 하나의 셀(cell)을 도시한 것이다. Fig. 2 is a conceptual diagram of the fuel cell 10 of the fine dust reduction device 1. Fig. FIG. 2 shows one cell as a unit for forming the fuel cell 10.

도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지(10)의 셀은 마이너스 전극(연료극)(11)과 플러스 전극(공기극)(12)이 그 사이에 전해질(13)을 개재한 형태로 구성된다. As shown in Fig. 2, the cell of the fuel cell 10 has a structure in which a negative electrode (fuel electrode) 11 and a positive electrode (air electrode) 12 are sandwiched with an electrolyte 13 therebetween.

연료극(11)과 공기극(12)은 기체를 통과시키는 구조를 가지고, 반응에 필요한 수소와 산소가 그 속을 통과하게 된다. The fuel electrode (11) and the air electrode (12) have a structure for passing gases through which hydrogen and oxygen necessary for the reaction pass.

연료 입구(14)를 통해 수소 연료(101)가 공급되면, 연료극(11) 중의 촉매의 작용으로 전자를 분리하여 수소 이온(H+)이 된다. 반응이 이루어지지 않은 수소 연료(101)는 연료 출구(15)를 통해 빠져 나오고 재순환한다. When the hydrogen fuel 101 is supplied through the fuel inlet 14, the electrons are separated by the action of the catalyst in the fuel electrode 11 to become hydrogen ions (H + ). The unreacted hydrogen fuel 101 exits through the fuel outlet 15 and recirculates.

전해질(13)은 이온만을 통과시키는 성질을 가지며, 분리된 전자(e-)는 외부 회로를 통과하게 되고, 전자가 전선을 이동함에 따라 전류가 흐르게 된다. 즉, 전기가 발생하게 된다. The electrolyte (13) has a property of passing only ions, and the separated electrons (e - ) pass through the external circuit, and the electric current flows as the electrons move the electric wire. That is, electricity is generated.

한편, 전해질 속에 이동한 수소 이온(H+)은 공기 입구(16)를 통해 유입되어 공기극(12)에 존재하는 공기(102) 중에 포함된 산소와 만나고, 외부 회로를 통해 돌아온 전자와 반응하여 물(103)이 생성된다. On the other hand, the hydrogen ions (H + ) migrated into the electrolyte are introduced through the air inlet 16, meet the oxygen contained in the air 102 existing in the air electrode 12, react with the electrons returned through the external circuit, (103) is generated.

산소가 소진된 나머지 공기(102)와 물(103)은 공기 출구(17)를 통해 외부로 연료 전지(10)의 외부로 빠져나온다. The remaining air 102 and water 103, which are exhausted from the oxygen, escape to the outside of the fuel cell 10 through the air outlet 17 to the outside.

이와 같은 연료 전지(10)의 구조와 동작 원리는 공지된 것이므로, 더 자세한 설명은 생략한다. Since the structure and operation principle of the fuel cell 10 are known, a detailed description thereof will be omitted.

다시 도 1을 참조하면, 미세 먼지 저감 장치(1)는 연료 전지(10)의 공기 출구(17)에는 분사 노즐(30)로 이어지는 물 이송관(42)을 포함한다. Referring again to FIG. 1, the fine dust reduction apparatus 1 includes a water transfer pipe 42 leading to an injection nozzle 30 at an air outlet 17 of the fuel cell 10.

연료 전지(10)로부터 생성되는 물은 열에 의해 수증기 형태일 수 있고, 본 실시예에 따르면, 물 이송관(42)에는 수증기를 액화하는 응축기(60)가 구비될 수 있다. Water generated from the fuel cell 10 may be in the form of water vapor by heat. According to the present embodiment, the water transfer pipe 42 may be provided with a condenser 60 for liquefying water vapor.

분사 노즐(30)은 연료 전지(10)에서 생성되는 물을 고압으로 공기 중으로 미세한 수액적(물방울)을 생성한다. The injection nozzle 30 generates fine water droplets (water droplets) in the air at high pressure in the fuel cell 10.

구체적으로, 분사노즐(30)은 물을 분출할 때 고압을 이용하여 고속으로 회전하도록 하여 대기 중으로 분사한다. 회전력 때문에 액체가 작은 물방울로 분산된다. 기체는 단순히 고압에서 급팽창하는 것만으로 분사가 되는데 액체는 팽창하지 않으므로 원심력을 이용하여 팽창하도록 한다. 노즐의 성능은 유량, 분사각, 유량분포, 입자경, 유체의 성질과 상태에 따라 좌우된다. Specifically, the spray nozzle 30 rotates at a high speed using a high pressure when spraying water, and injects it into the atmosphere. Because of the rotational force, the liquid is dispersed in droplets. The gas is merely injected by rapid expansion at high pressure, but the liquid does not expand, so it is expanded by centrifugal force. The performance of the nozzle depends on the flow rate, the spray angle, the flow distribution, the particle size, and the nature and condition of the fluid.

본 실시예에 따르면, 분사 노즐(30)이 생성하는 수액적은 그 입경이 100 ㎛ 이하이며, 바람직하게는 80 ~ 100 ㎛ 의 지름을 가지는 미세 액적(micro droplet)이다. According to this embodiment, the liquid droplet generated by the jetting nozzle 30 is a micro droplet having a diameter of 100 m or less, preferably 80 to 100 m.

80 ~ 100 ㎛ 의 입경을 가지는 수액적을 형성함으로써, 수액적이 부유하지 않고 낙하하면서도, 미세 먼지와 직경이 최대한 유사하며, 미세 먼지가 흡착될 수 있는 표면적이 최대로 증가할 수 있게 된다. By forming a liquid droplet having a particle diameter of 80 to 100 占 퐉, the surface area of the droplet falling down without floating is maximally similar to that of the fine dust, and the surface area at which the fine dust can be adsorbed can be maximally increased.

본 실시예에 따른 분사 노즐(30)은 플랫 팬 노즐(Flat Fan nozzle), 풀 콘 노즐(Full Cone nozzle), 할로우 콘 노즐(Hollow Cone nozzle), 에어 아토밍 노즐(Air Atoming nozzle) 등 알려진 형태의 노즐 일 수 있다. The injection nozzle 30 according to the present embodiment may be a known type such as a flat fan nozzle, a full cone nozzle, a hollow cone nozzle, an air atomizing nozzle, Lt; / RTI >

이 중, 에어 아토밍 노즐은 기체와 액체를 각각 내부 혹은 외부에서 혼합하여, 압축 공기의 힘으로 액체를 분무하는 방식이다. 매우 느린 속도로 분무되며 미세한 입자를 분무한다. Among them, the air atomizing nozzle mixes the gas and the liquid inside or outside, respectively, and spray the liquid by the force of the compressed air. It is sprayed at very slow speed and atomizes fine particles.

미세 먼지 저감 효율은 노즐로부터 분사되는 액적의 입자경의 크기가 미세 먼지와 유사할수록 효율은 증가할 수 있으므로, 본 실시예에 따르면 입자경의 크기가 가장 작은 에어 아토밍 노즐을 분사 노즐(30)로 이용한다. The efficiency of fine dust reduction can be increased as the size of the droplet of the droplet ejected from the nozzle is similar to that of the fine dust. Therefore, according to the present embodiment, the air atomizing nozzle having the smallest droplet size is used as the ejection nozzle 30 .

미세 액적을 형성하기 위한 압력을 발생시키기 위하여, 물 이송관(42)에는 분사 노즐(30)에서 펌프(40)가 구비될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 연료 전지(10)로부터 출력되는 산소가 소진된 나머지 공기(102)를 에어 아토밍 노즐에 사용되는 압축 공기로 이용할 수 있다. In order to generate pressure for forming fine droplets, the water transfer pipe 42 may be provided with a pump 40 at the injection nozzle 30. In addition, according to the present embodiment, the remaining air 102 in which the oxygen output from the fuel cell 10 is exhausted can be used as compressed air used in the air atomizing nozzle.

상기 구성에 따르면, 분사 노즐(30)을 통해 공기 중에 미세 액적을 분사하므로, 수액적과 미세 먼지의 관성 충돌, 중력 등이 집진작용력으로 작용하여 액적에 미세 먼지가 흡착됨으로써, 집진 효과를 기대할 수 있다. According to the above configuration, fine droplets are injected in the air through the injection nozzle 30, so that inertia collision, gravity or the like of the liquid and fine dust act as a dust collecting force, and fine dust is adsorbed on the liquid droplet, .

다만, 본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 수액적과 미세 먼지 사이에 전기적 인력을 발생시키고 이를 집진 작용력을 추가함으로써, 미세 먼지 저감(집진) 효율을 극대화한다. However, the fine dust reduction apparatus 1 according to the present embodiment maximizes fine dust reduction (dust collecting) efficiency by generating an electrical attraction force between the liquid receivable and the fine dust and adding the dust attraction force.

도 1을 참조하면, 미세 먼지 저감 장치(1)는 물 이송관(42)을 통해 이송되는 물(103) 또는 분사 노즐(30)이 생성한 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 인위적으로 하전(대전; charge)시키는 하전 장치(20)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the fine dust reduction apparatus 1 artificially charges (electrostatically charges) the water droplets generated by the water 103 or the injection nozzle 30 conveyed through the water conveyance pipe 42 to have an electrical polarity, (charge) device 20 for charging.

미세 먼지 저감 장치(1)는 하전 장치(20)에 의해 하전되어 전기적으로 극성을 가지는 수액적("하전 액적")(50)이 최종적으로 공기 중으로 분사되고, 하전 액적(50)의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 더 많은 수의 미세 먼지가 하전 액적의 표면에 흡착되도록 할 수 있다. The fine dust reduction apparatus 1 is configured such that a liquid-absorbing ("charged droplet") 50 charged by the charging device 20 and having an electrically polarity is finally injected into the air and the electrical attraction of the charged droplet 50 So that a larger number of fine dusts can be adsorbed on the surface of the charged droplet.

도 3은 하전 액적(50)에 미세 먼지(51)가 흡착된 모습을 도시한 개념도이다. 3 is a conceptual diagram showing a state in which the fine dust 51 is adsorbed on the charged droplet 50. FIG.

하전 액적(50)이 100 ㎛의 직경을 가진다고 하고, 연료 전지의 하나의 셀이 0.42L/h의 물 생성량을 가진다면, 약 8천만 개의 하전 액적(50)을 생성할 수 있다. If the charged droplet 50 has a diameter of 100 탆 and one cell of the fuel cell has a water production amount of 0.42 L / h, it can generate about 80 million charged droplets 50.

미세 먼지의 직경이 2.5 ㎛ 이고, 밀도가 1000 kg/m3라고 가정하면, 액적 하나당 최대 6700개의 미세 먼지가 붙을 수 있다. Assuming that the diameter of the fine dust is 2.5 μm and the density is 1000 kg / m 3 , up to 6700 fine dusts can be adhered per one droplet.

미세 먼지의 흡착율은 수액적이 하전되어 전기적인 인력이 추가되는 경우 더 증가하게 되며, 하전 액적(50) 하나당 미세 먼지가 10개씩만 더 붙는다고 가정하여도, 65,600㎍의 미세 먼지가 추가로 흡착되는 효과를 기대할 수 있다. The adsorption rate of fine dust increases when the electrical attraction is added, and 65,600 μg of fine dust is further adsorbed even if only ten fine dusts per charge drop (50) are adhered Effect can be expected.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치(20)는 전기 에너지를 인가하여 하전 액적(50)을 생성하는 전기적 하전 장치이다. According to an embodiment of the present invention, the charging device 20 is an electrical charging device that applies electric energy to generate charged droplets 50.

도 4는 일 실시예에 따른 하전 장치(20)의 구성 개념도이다. 4 is a conceptual diagram of the configuration of the charging device 20 according to one embodiment.

도 4에 도시된 바와 같이, 하전 장치(20)는 분사 노즐(30)의 노즐 팁(tip) 부근에 설치되는 전극 링(202)과, 상기 전극 링(202)에 고전압을 인가하는 전압 인가 장치(201)를 포함한다. 4, the charging device 20 includes an electrode ring 202 provided in the vicinity of a nozzle tip of the injection nozzle 30, and a voltage applying device (not shown) for applying a high voltage to the electrode ring 202. [ (201).

링 전극(202)은 분사 노즐의 둘레 방향으로 형성되어 유도 정전기를 발생시킬 수 있는 고리 또는 봉 형태의 전극이다. The ring electrode 202 is an annular or rod-shaped electrode formed in the circumferential direction of the injection nozzle to generate induced static electricity.

분사 노즐(30)의 노즐 랜스(lance)는 전도성 재질로 형성되어 접지된다. The nozzle lance of the injection nozzle 30 is formed of a conductive material and is grounded.

전극 링(202)에 인가되는 고전압에 의해 전극 링(202)이 만들어내는 강한 전기장에 의해 분사 노즐(30)의 팁을 통해 분사될 물 중의 전자는 분사 노즐의 끝으로 이동하지 못하게 되고, 노즐 랜스 내의 잉여 전자들은 접지를 통해 빠져나가게 된다. The strong electric field generated by the electrode ring 202 due to the high voltage applied to the electrode ring 202 prevents the electrons in the water to be injected through the tip of the injection nozzle 30 from moving to the tip of the injection nozzle, And the surplus electrons in the electrode lead through the ground.

따라서, 분사 노즐(30)의 팁 부근에 위치한 물은 양극성으로 하전되고, 하전된 물을 분사 노즐(30)을 통해 분사하여 액적화함으로써, 전기적으로 극성을 가지는 하전 액적(50)이 생성된다. 소위 "유도 하전"에 따라 하전 액적을 형성하게 된다. Therefore, the water located near the tip of the injection nozzle 30 is charged positively, and the charged droplets 50 having an electrically polarity are generated by injecting the charged water through the injection nozzle 30 and performing dropletization. Called " induced charge " to form a charged droplet.

도 5는 다른 실시예에 따른 하전 장치(20')의 구성 개념도이다. FIG. 5 is a conceptual view of the configuration of the charging device 20 'according to another embodiment.

도 5에 도시된 바와 같이, 하전 장치(20')는 전도체인 분사 노즐(30)의 노즐 랜스에 직접 고전압을 인가하는 전압 인가 장치(201)를 포함한다. As shown in FIG. 5, the charging device 20 'includes a voltage applying device 201 for applying a high voltage directly to the nozzle lance of the injection nozzle 30 which is a conductor.

전압 인가 장치(201)를 통해 고전압을 인가하여 랜스를 지나는 물(103)에 전자를 주입하거나 추출함으로써, 하전 액적(50)을 생성한다. Charged droplets 50 are generated by injecting or extracting electrons into the water 103 passing through the lance by applying a high voltage through the voltage application device 201. [

도 5를 참조하면, 노즐 랜스에 높은 플러스(+) 전압을 인가하면, 노즐을 통과하는 물(103)로부터 전자가 추출되고, 전압 인가 장치(201)의 회로를 통해 접지로 흘려보낸다. 그 결과로, 노즐 랜스를 통과하는 물(103)은 전자의 부족으로 양극성으로 하전되고, 하전된 물을 분사 노즐(30)을 통해 분사하여 액적화함으로써, 전기적으로 극성을 가지는 하전 액적(50)이 생성된다. Referring to FIG. 5, when a high positive voltage is applied to the nozzle lance, electrons are extracted from the water 103 passing through the nozzle and flowed through the circuit of the voltage applying device 201 to the ground. As a result, the water 103 passing through the nozzle lance is positively charged due to lack of electrons, and the charged droplet 50 having an electrically polarity is ejected by jetting the charged water through the injection nozzle 30, Is generated.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 하전 장치(20")의 구성 개념도이다. Fig. 6 is a conceptual diagram of the configuration of the charging device 20 " according to still another embodiment.

본 실시예에 따른 하전 장치(20")는 코로나 방전 구역(204)을 형성하는 코로나 하전 장치로 구성된다. The charging device 20 " according to the present embodiment is constituted by a corona charging device that forms the corona discharge area 204.

코로나 방전은 뾰족한 전극(202)과 전극(203) 사이에 전기장을 형성하면 뾰족한 전극(202)의 극 부분의 전기장이 강해져 방전이 일어나는 현상이다. 이때 발생되는 방전 구역을 코로나 방전 구역(204)이라고 한다. When the electric field is formed between the pointed electrode 202 and the electrode 203, the corona discharge is a phenomenon that the electric field of the pole portion of the pointed electrode 202 is intensified and discharge occurs. The discharge area generated at this time is referred to as a corona discharge area 204.

본 실시예에 따르면, 분사 노즐(30)에 의해 생성되어 분사된 수액적(50')을 코로나 방전 구역을 통과하게 한다. 이 과정에서 전자 또는 양이온이 액적에 흡착되어, 하전 액적(50)이 생성된다. 코로나 방전 구역(204)를 통과하는 수액적(50')의 크기가 충분히 미세하므로, 불꽃 방전이 일어날 가능성은 크지 않을 것으로 예상된다. According to the present embodiment, the liquid droplet 50 'generated and injected by the jet nozzle 30 passes through the corona discharge area. In this process, electrons or cations are adsorbed on the droplet, and the charged droplet 50 is generated. The magnitude of the liquid droplet 50 'passing through the corona discharge region 204 is sufficiently fine that the likelihood of spark discharge occurring is not expected to be large.

이상에서는 전기적 에너지를 이용한 전기적 하전 장치의 예들을 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. Although the examples of the electrical charging device using electrical energy have been described above, the present invention is not limited thereto.

하전 장치(20)는 연료 전지(10)에서 생성되는 물에 이온을 대량 공급해 물을 하전시키는 화학적 하전 장치일 수 있다. The charging device 20 may be a chemical charging device that charges water by supplying a large amount of ions to water generated in the fuel cell 10. [

다시 도 1을 참조하면, 하전 장치(20)를 화학적 하전 장치로 구성하는 경우, 하전 장치(20)와 물 이송관(42) 사이에는 이온 주입관(43)이 구비될 수 있다. 이온 주입관(43)은 물을 가압하는 펌프(40)의 상류측에서 물 이송관(42)과 연결된다. Referring again to FIG. 1, when the charging device 20 is constituted by a chemical charging device, an ion injection pipe 43 may be provided between the charging device 20 and the water transfer pipe 42. The ion injection pipe 43 is connected to the water transfer pipe 42 on the upstream side of the pump 40 that pressurizes the water.

하전 장치(20)는 이온 주입기를 포함하여, 양극 또는 음극의 인체 무해한 이온을 물 이송관(42)을 지나는 물(103)에 주입한다. 이에 따라서, 물(103)이 극성을 가지도록 인공적으로 하전되며, 하전된 물을 분사 노즐(30)로 분사하여 하전 액적(50)을 생성할 수도 있다. The charging device 20 includes an ion injector, and injects harmless ions of the positive or negative ions into the water 103 passing through the water transfer pipe 42. Accordingly, the water 103 may be artificially charged so as to have a polarity, and charged water may be jetted to the injection nozzle 30 to generate the charged droplet 50.

도 1에서, 실선은 실제 물질이 이동하는 관로를 표시하고, 점선은 전기 에너지의 전달 경로를 표시한다. In Fig. 1, the solid line indicates the channel through which the actual substance moves, and the dotted line indicates the path of the electric energy.

도 1에 도시된 바와 같이, 분사 노즐(30)과 하전 장치(20)는 연료 전지(10)와 전기적으로 연결되어 있으며, 그 작동 에너지로 연료 전지(10)가 생성한 전기 에너지를 이용한다. 도시하지 않았지만, 펌프(40)와 응측기(60) 등 미세 먼지 저감 장치(1) 내의 각종 구동 장치들의 작동에 필요한 에너지 역시 연료 전지(10)로부터 얻고록 할 수 있다. 1, the injection nozzle 30 and the charging device 20 are electrically connected to the fuel cell 10, and use the electric energy generated by the fuel cell 10 as an operating energy thereof. Although not shown, energy required for operation of various driving devices in the fine dust reduction device 1 such as the pump 40 and the condenser 60 can also be obtained from the fuel cell 10.

이와 같은 구성에 따르면, 연료 전지(10)에 수소 연료를 공급해주는 것만으로, 하전 액적(50) 생성에 필요한 물과 에너지를 얻을 수 있으므로, 에너지 효율이 극대화될 수 있다. According to such a configuration, since water and energy required for generation of the charged droplets 50 can be obtained merely by supplying hydrogen fuel to the fuel cell 10, the energy efficiency can be maximized.

본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 연료 전지(10)에서 생성되는 부산물인 물을 미세 먼지의 집진에 이용한다. 따라서, 물 공급을 위한 별도의 물탱크 등의 장치가 필요하지 않다. 또한, 연료 전지(10)에서 생성되는 전기 에너지를 하전 액적 생성에 이용할 수 있으므로, 구조가 간단하고 컴팩트(compact)해질 수 있으며, 에너지 효율이 우수하다. The fine dust reduction apparatus 1 according to the present embodiment uses water, which is a byproduct produced in the fuel cell 10, for collecting fine dust. Therefore, a device such as a separate water tank for supplying water is not required. In addition, since the electric energy generated in the fuel cell 10 can be used to generate charged droplets, the structure can be simple and compact, and energy efficiency is excellent.

즉, 본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 휴대성이 우수하여, 비교적 크기가 작은 운송 장치에 탑재도 가능하다. That is, the fine dust reduction apparatus 1 according to the present embodiment is excellent in portability and can be mounted on a transportation apparatus having a relatively small size.

도 7 및 도 8은 운송 장치(2, 3)에 적용된 미세 먼지 저감 장치(1)의 개념도이다. Figs. 7 and 8 are conceptual diagrams of the fine dust reduction apparatus 1 applied to the transport apparatuses 2 and 3. Fig.

도 7에 도시된 바와 같이, 미세 먼지 저감 장치(1)는 하늘을 비행하는 운송 장치(비행체)에 탑재될 수 있다. 본 실시예에 따른 비행체는 낮은 고도를 저속 비행할 수 있는 비행선(2)이다. 비행체는 반드시 비행선에 한정되는 것은 아니고, 소위 드론(drone)이라 불리는 멀티콥터(multi-coptor)일 수도 있을 것이다. As shown in Fig. 7, the fine dust reduction device 1 can be mounted on a transportation device (a flying object) flying in the sky. The air vehicle according to the present embodiment is an airship 2 capable of flying at a low altitude at a low speed. The flight vehicle is not necessarily limited to the airship, but may be a so-called multi-copter called a drone.

상술한 바와 같이, 미세 먼지 저감 장치(1)는 별도의 물탱크를 구비하지 않아도 되므로, 비행선(2)이 비행시 부담하여야 하는 중량이나 부피를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 연료 전지(10)를 가동하는 동안에는 물을 재충전할 필요 없이 지속적으로 미세 먼지 정화를 수행할 수 있다. As described above, since the fine dust reduction apparatus 1 does not need to have a separate water tank, it is possible to greatly reduce the weight or the volume to be borne when the airship 2 is flying. Further, while the fuel cell 10 is running, fine dust cleaning can be continuously performed without requiring water to be recharged.

본 실시에에 따르면, 비행체를 이용해 도심 내를 저고도 비행하면서 미세 먼지 집진을 수행하므로, 도심 내 미세 먼지 제거에 효과적으로 이용될 수 있다. According to the present embodiment, fine dust collection is performed while flying inside the city center using a flying object at a high altitude, so that it can be effectively used for removing fine dust in a city center.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 미세 먼지 저감 장치(1)는 육상을 이동하는 차량(3)에 탑재될 수도 있다. On the other hand, as shown in Fig. 8, the fine dust reduction apparatus 1 may be mounted on a vehicle 3 that moves onshore.

마찬가지로, 미세 먼지 저감 장치(1)를 적용함으로써, 물탱크를 구비하여야 하는 부담을 경감시킬 수 있고, 물을 재충전할 필요 없이 미세 먼지 정화를 수행할 수 있다. Likewise, by applying the fine dust reduction apparatus 1, the burden of having a water tank can be reduced, and the fine dust cleaning can be performed without requiring water to be recharged.

본 실시예에 따르면, 차량을 이용해 도심 내를 이동하면서 미세 먼지 제가가 가능하고, 개인 차량에 미세 먼지 저감 장치(1)를 적용함으로써, 사람이 호흡하며 생활하는 생활 공간 내에서 수많은 미세 먼지 저감 장치를 배치할 수 있게 된다. According to the present embodiment, a fine dust agent can be applied while moving in a city center by using a vehicle, and by applying the fine dust reduction device 1 to a private vehicle, a large number of fine dust reduction devices As shown in FIG.

무엇보다 연료 전지는 내연기관을 대신하여 차량이나 비행체를 작동하기 위한 친환경 에너지원으로 개발 및 이용되고 있으므로, 연료 전지를 이용해 운송 장치를 운용하는 동시에 미세 먼지 저감 장치(1)를 구성하도록 하여, 에너지 효율을 증대시킬 수 있다. Since the fuel cell is developed and used as an eco-friendly energy source for operating a vehicle or a vehicle in place of the internal combustion engine, the fuel cell is used to operate the transportation device and to constitute the fine dust reduction device 1, The efficiency can be increased.

Claims (12)

수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지;
상기 연료 전지로부터 배출되어 이송된 물을 이용해 수액적을 형성하여 대기 중으로 분사하는 분사 노즐;
상기 물 또는 상기 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 하전시키는 하전 장치를 포함하고,
하전된 물로부터 생성되거나 직접 하전된 수액적("하전 액적")의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 미세 먼지가 상기 하전 액적의 표면에 흡착되도록 하고,
별도의 물 공급원에 의한 물 공급이 없이 동작 가능한 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치. A fuel cell that generates electricity using hydrogen and oxygen and discharges water as a byproduct;
A spray nozzle for spraying water into the atmosphere by forming water droplets by using the transferred water discharged from the fuel cell;
And a charging device for charging the water or the liquid droplet so as to have an electrically polarity,
("Charge drop") electrical attraction generated or directly charged from the charged water is added as a dust collecting force so that fine dust is adsorbed on the surface of the charged droplet,
And is operable without water supply by a separate water supply source. 제1항에 있어서,
상기 하전 장치는,
전기 에너지를 인가하여 하전 액적을 생성하는 전기적 하전 장치인 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치. The method according to claim 1,
The charging device includes:
And an electric charging device for generating charged droplets by applying electric energy. 제2항에 있어서,
상기 하전 장치는 전압 인가 장치를 포함하고,
상기 전압 인가 장치는 전도체인 상기 분사 노즐에 직접 전압을 인가하여 상기 분사 노즐을 통과하는 물에 전자를 주입하거나 물로부터 전자를 추출함으로써 상기 물이 하전되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치. 3. The method of claim 2,
Wherein the charging device includes a voltage applying device,
Wherein the voltage applying device applies a direct voltage to the injection nozzle, which is a conductor, to inject electrons into the water passing through the injection nozzle or extract electrons from the water, thereby charging the water. 제2항에 있어서,
상기 하전 장치는,
상기 분사 노즐의 팁 부근에 설치되는 전극 링과,
상기 전극 링에 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 포함하고,
상기 전극 링에 의해 형성된 전기장에 의해 상기 분사 노즐을 통과하는 물이 하전되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치. 3. The method of claim 2,
The charging device includes:
An electrode ring provided in the vicinity of a tip of the injection nozzle,
And a voltage applying device for applying a voltage to the electrode ring,
And the water passing through the injection nozzle is charged by an electric field formed by the electrode ring. 제2항에 있어서,
상기 하전 장치는,
코로나 방전 구역을 생성하는 코로나 하전 장치를 포함하고,
상기 분사 노즐에서 분사되는 수액적이 상기 코로나 방전 구역을 통과함에 따라 상기 수액적에 전자 또는 양이온이 흡착되어 수액적이 직접 하전되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치. 3. The method of claim 2,
The charging device includes:
A corona charging device for generating a corona discharge area,
Wherein a droplet ejected from the injection nozzle passes through the corona discharge region to adsorb electrons or positive ions to the droplet so that the droplet is directly charged. 제1항에 있어서,
상기 하전 장치는,
상기 연료 전지에서 생성되는 물에 이온을 공급해 물을 하전시키는 화학적 하전 장치인 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치. The method according to claim 1,
The charging device includes:
And a chemical charging device for supplying water to the water generated in the fuel cell to charge the water. 제1항에 있어서,
상기 분사 노즐 및 상기 하전 장치는 상기 연료 전지로부터 에너지를 공급받아 작동하는 것을 특징으로 미세 먼지 저감 장치. The method according to claim 1,
Wherein the injection nozzle and the charging device are operated by receiving energy from the fuel cell. 제1항에 있어서,
상기 분사 노즐은, 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 미세 액적을 생성하는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.The method according to claim 1,
Wherein the injection nozzle generates fine droplets having a diameter of 100 mu m or less. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 미세 먼지 저감 장치를 탑재한 것을 특징으로 하는 운송 장치.A transportation device comprising the fine dust reduction device according to any one of claims 1 to 8 mounted thereon. 제9항에 있어서,
상기 운송 장치는 상기 연료 전지가 생성하는 전기 에너지에 의해 작동하는 것을 특징으로 하는 운송 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the transport device is operated by electrical energy generated by the fuel cell. 제9항에 있어서,
상기 운송 장치는 공중을 비행하는 비행체인 것을 특징으로 하는 운송 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the transportation device is a flying object flying in the air. 제9항에 있어서,
상기 운송 장치는 지상을 이동하는 차량인 것을 특징으로 하는 운송 장치. 10. The method of claim 9,
Characterized in that the transportation device is a vehicle moving on the ground.
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