KR101953708B1 - 전기 집진기의 전원 공급 장치 - Google Patents

Abstract

전기 집진기의 전원 공급 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치는, 전기 집진기에 전원을 공급하는 전기 집진기의 전원 공급 장치에 있어서, 상용 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 교류 전원의 노이즈를 차단하는 노이즈 차단부; 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 고주파로 변조하고, 상기 고주파에 의한 공진 발생을 억제하는 전원 변환부; 상기 직류 전원에 의한 전류를 제한하고, 상기 전기 집진기의 아크 발생 조건 전류 신호를 감지하는 리액터부; 상기 리액터부의 출력을 1차 승압하며, 상기 전기 집진기의 아크 발생 조건 전압 신호를 감지하는 승압부; 상기 승압부의 출력을 2차 승압하여 정류 및 충방전을 통해 임펄스 전원으로 변환하고, 상기 임펄스 전원을 상기 전기 집진기에 인가하며, 상기 전기 집진기의 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 감지하는 정류 인가부; 상기 아크 발생 조건 전류 신호, 아크 발생 조건 전압 신호, 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 변환하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부의 신호를 기초로 상기 전원 변환부를 제어하며, 상기 전기 집진기의 스파크 발생 횟수 및 아크 발생 조건을 확인하는 제어부를 포함한다.
이 발명을 지원한 국가연구개발사업
과제고유번호: 20172020109060
부처명: 산업통상자원부
연구관리 전문기관: 한국에너지기술평가원
연구사업명: 에너지수요관리핵심기술개발(에특)
연구과제명: 반도체 폐가스 직접분사 플라즈마 방식을 활용한 고효율 융합 스크러버 시스템 개발
기여율: 1/1
주관기관: (주)플라즈마텍
연구기간: 2017.05.01 ~ 2017.12.31

Description

전기 집진기의 전원 공급 장치{THE POWER SUPPLY DEVICE OF ELECTRIC DUST COLLECTOR}

본 발명은 전기 집진기의 전원 공급 장치에 관한 것이다.

집진기는 환경 오염 방지나 작업 공간의 청결 유지, 작업 환경의 개선과 작업자의 건강 등을 위해 여러 가지 작업 활동으로 발생하는 각종 먼지나 분진을 깨끗하게 처리하는 장치이다. 이러한 집진기는 필터나 거름망을 이용하는 방법, 중력이나 관성력, 원심력을 이용하는 방법, 전기적인 성질을 이용하거나 물이나 기름 등의 흡착력을 이용하는 방법 등 여러 가지 방식을 사용하고 있다.

일반적으로, 전기 집진기는 코로나 방전을 이용하여 가스에 포함된 먼지에 전하를 인가하고, 이를 전계의 작용에 의하여 가스로부터 분리 및 포집하는 장치로써, 화력 발전소, 제철소, 금속 가공 산업, 시멘트 · 가스 · 황산 제조공업 등에서 대기오염의 방지와 유가물(有價物)의 회수를 위해 널리 사용되고 있다. 최근, 분진 배출의 농도 및 미세 분진에 대한 규제가 강화되고 있으며, 이에 전기 집진기의 집진 효율 향상이 요구된다.

이러한 전기 집진기의 기본 구조는 방전을 하는 방전극과, 상기 방전에 의해 대전된 분진을 포집하는 집진판과, 상기 방전극과 집진판 사이에 전압을 인가하기 위한 전원 공급 장치 등으로 이루어진다. 이와 같은 전기 집진기의 집진 효율은 분진이 집진판에 도달하는 속도가 빠르거나, 집진 면적이 크거나, 가스 속도가 느리면 증가된다.

그러나, 집진 효율을 증가시키기 위해 집진판의 면적을 증가시키거나, 가스 속도를 감소시키는 것 등은 비용이 증가할 뿐만 아니라 설치 면적의 증가가 필요하므로 적용에 어려움이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 공개특허 2017-0064109호에 중주파의 전원을 전기 집진기에 공급함으로써, 집진 효율을 향상시킬 수 있는 전기 집진기의 전원 공급 장치가 개시되어 있다.

그러나, 중주파의 전원을 전기 집진기에 공급하더라도 전기 집진기의 크기에 따른 공간 제약이 발생하고 있다.

이에, 전기 집진기의 집진 효율을 증가시키기 위해 전원 공급 장치를 개선하는 것을 고려할 수 있다.

대한민국 등록특허 0575271호 (2006.05.02. 공고) 대한민국 공개특허 2017-0064109호 (2017.06.09. 공개)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 임펄스 전원을 전기 집진기에 공급하여 전기 집진기의 집진 효율을 향상시키고, 전기 집진기를 소형화할 수 있는 전기 집진기의 전원 공급 장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치는, 전기 집진기에 전원을 공급하는 전기 집진기의 전원 공급 장치에 있어서, 상용 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 교류 전원의 노이즈를 차단하는 노이즈 차단부; 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 고주파로 변조하고, 상기 고주파에 의한 공진 발생을 억제하는 전원 변환부; 상기 직류 전원에 의한 전류를 제한하고, 상기 전기 집진기의 아크 발생 조건 전류 신호를 감지하는 리액터부; 상기 리액터부의 출력을 1차 승압하며, 상기 전기 집진기의 아크 발생 조건 전압 신호를 감지하는 승압부; 상기 승압부의 출력을 2차 승압하여 정류 및 충방전을 통해 임펄스 전원으로 변환하고, 상기 임펄스 전원을 상기 전기 집진기에 인가하며, 상기 전기 집진기의 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 감지하는 정류 인가부; 상기 아크 발생 조건 전류 신호, 아크 발생 조건 전압 신호, 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 변환하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부의 신호를 기초로 상기 전원 변환부를 제어하며, 상기 전기 집진기의 스파크 발생 횟수 및 아크 발생 조건을 확인하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 전원 변환부는, 상기 교류 전원을 정류하는 브릿지 다이오드 소자와, 상기 정류된 맥류를 평활하는 평활 커패시터와, 상기 평활된 맥류를 고주파로 변조하는 IGBT 소자, 상기 고주파에 의한 공진 발생을 제거하는 공진 커패시터를 포할 수 있다.

또한, 상기 전원 변환부는, 상기 상용 주파수를 20kHz의 고주파로 변환할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 IGBT 소자의 게이트 각도를 조절하여 전압 및 전류를 제어할 수 있다.

또한, 상기 정류 인가부는, 상기 2차 승압된 출력을 정류하기 위한 정류 다이오드 소자와 충방전을 위한 충방전 커패시터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정류 인가부는, 상기 상태 전류 신호 및 상태 전압 신호를 측정하기 위한 센싱 저항 및 디바이더와, 상기 스파크 신호를 감지하기 위한 신호 증폭기를 구비한 신호 보드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 신호 변환부는, 상기 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호의 서지를 제거하는 스너버 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 일정 시간 동안, 상기 스파크 발생 횟수가 기준 횟수를 초과할 경우, 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 낮추도록 상기 전원 변환부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 일정 시간 동안, 상기 스파크 발생 횟수가 기준 횟수 이하일 경우, 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 높이도록 상기 전원 변환부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 전기 집진기의 상기 아크 발생 조건이 감지되면, 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 차단하도록 상기 전원 변환부를 제어할 수 있다.

그리고, 상기 전기 집진기에서 발생하는 스파크에 의한 노이즈를 상기 전기 집진기의 외부와 차단하는 절연부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 임펄스 전원을 전기 집진기에 공급하여 전기 집진기의 집진 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 전기 집진기의 집진 효율 향상으로 필요한 집진 면적이 줄어들게 되어 전기 집진기의 크기를 축소할 수 있고, 비용을 절감할 수 있다.

그리고, 임펄스 전원을 전기 집진기에 공급하여 방전 전압이 높아지므로 기존 전기 집진기의 집진부 유속보다 빠른 유속에서도 우수한 집진 효율을 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 전기 집진기의 전원 공급 장치의 일례를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 전기 집진기의 전원 공급 장치의 신호 변환부의 세부 구성을 도시한 개념도이다.
도 4는 도 3의 스위칭 회로의 세부 구성을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치의 동작을 도시한 순서도이다.
도 6은 도 1의 전기 집진기의 전원 공급 장치를 관제하는 관제 장치의 블록 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치의 블록 구성도이다. 또한, 도 2는 도 1의 전기 집진기의 전원 공급 장치의 일례를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 1의 전기 집진기의 전원 공급 장치의 신호 변환부의 세부 구성을 도시한 개념도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 스위칭 회로의 세부 구성을 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치(100)는 전기 집진기(10)에 임펄스(impulse) 전원을 공급하며, 전원 공급부(110), 노이즈 차단부(120), 전원 변환부(130), 리액터부(140), 승압부(150), 정류 인가부(160), 신호 변환부(170), 제어부(180), 절연부(190) 등을 포함할 수 있다.

전원 공급부(110)는 상용 주파수의 교류 전압을 공급한다. 예를 들어, 전원 공급부(110)는 60Hz, 460V의 3상 전원을 공급할 수 있다. 이러한 전원 공급부(110)는 입력단에 차단기(MCCB; Molded case circuit breaker), 퓨즈(fuse)를 구비하며, 과전류 발생 시에 상기 차단기가 동작하여 보호한다.

노이즈 차단부(120)는 교류 전원의 노이즈를 차단한다. 예를 들어, 노이즈 차단부(120)는 EMC/EMI 필터 등을 포함할 수 있으며, EMC/EMI 필터로 노이즈를 차단한다.

전원 변환부(130)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 고주파로 변조하고, 상기 고주파에 의한 공진 발생을 억제한다. 이를 위해, 전원 변환부(130)는 교류 전원을 정류하는 브릿지 다이오드 소자와, 상기 정류된 맥류를 평활하는 평활 커패시터와, 상기 평활된 맥류를 고주파로 변조하는 IGBT 소자, 상기 고주파에 의한 공진 발생을 제거하는 공진 커패시터를 포함할 수 있다.

구체적으로, 브릿지 다이오드 소자가 상용 주파수의 교류(AC)를 직류(DC)로 변환한다.

그리고, 브릿지 다이오드 소자에서 정류된 맥류를 평활 커패시터가 평활화한다. 그리고, IGBT 소자에서 고주파로 변조한다. 상기 IGBT 소자는 제어부(180)의 게이트 조절 제어 신호에 의해 게이트(gate) 각도를 조절하여 승압부(150)에 인가되는 전압 및 전류를 제어할 수 있다. 제어부(180)가 IGBT 소자의 게이트(gate) 각도를 조절할 수 있도록, IGBT 소자의 전단 전류 및 후단 전류를 각각 측정하며, 상기 측정된 전류값은 제어부(180)로 전달된다.

그리고, 공진 커패시터는 상기 IGBT 소자의 출력에서 고주파에 의한 공진 발생을 제거한다.

이러한 전원 변환부(130)의 동작에 의해 상용 주파수가 20kHz의 고주파로 변환된다. 20kHz의 고주파로 변환되어 스파크에서 아크로 넘어가는 시간보다 짧은 시간에 출력 조정값을 조절할 수 있게 한다. 또한, 20kHz의 고주파로 변환되어 방전 출력 차단 후에 재출력 시간을 확보할 수 있다.

리액터부(140)는 직류 전원에 의한 전류를 제한하고, 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건 전류 신호를 감지한다. 아크 발생 조건 전류 신호를 이용하여 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건을 감지할 수 있다.

승압부(150)는 리액터부(140)의 출력을 1차 승압하며, 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건 전압 신호를 감지한다. 아크 발생 조건 전압 신호를 이용하여 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건을 감지할 수 있다. 승압부(150)는 고주파 승압 변압기일 수 있으며, 상용 전압을 1:N배로 증가시킬 수 있다.

정류 인가부(160)는 승압부(150)의 출력을 2차 승압하여 정류 및 충방전을 통해 임펄스 전원으로 변환하고, 상기 임펄스 전원을 전기 집진기(10)에 인가한다. 정류 인가부(160)에서 승압부(150)의 출력을 N배 증가시킬 수 있고, 2차 승압된 출력을 정류 다이오드 소자로 정류하고, 충방전 커패시터로 충방전할 수 있다. 이를 위해, 정류 인가부(160)는 2차 승압된 출력을 정류하기 위한 정류 다이오드 소자와 충방전을 위한 충방전 커패시터를 포함할 수 있다. 이러한 정류 인가부(160)의 동작을 통해 승압부(150)의 크기를 축소시킬 수 있고, 전기 집진기(10)의 스파크 발생 전압을 높일 수 있다. 정류 인가부(160)를 통해 임펄스로 변환된 후, 전기 집진기(10)의 방전극 및 집진판에 인가되어 전기 집진이 수행된다.

또한, 정류 인가부(160)는 전기 집진기(10)의 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 감지한다. 이를 위해, 정류 인가부(160)는 상기 상태 전류 신호 및 상태 전압 신호를 측정하기 위한 센싱 저항 및 디바이더(divider)와, 상기 스파크 신호를 감지하기 위한 신호 증폭기를 구비한 신호 보드(signal board)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 집진기(10)에 병렬로 N:1의 디바이더가 연결될 수 있다.

신호 변환부(170)는 아크 발생 조건 전류 신호, 아크 발생 조건 전압 신호, 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 변환한다. 신호 변환부(170)는 제어부(180) 등에서 리딩(reading)할 수 있도록 서지(surge) 제거 및 신호를 변환한다. 이때, 신호 변환부(170)는 상기 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호의 서지를 제거하는 스너버(snubber) 회로를 포함할 수 있다. 또한, 신호 변환부(170)는 아크 발생 조건 전류 신호, 아크 발생 조건 전압 신호를 기초로 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건 신호를 생성하여 제어부(180)로 전달할 수 있다. 스파크와 아크를 센싱한 후에 방전 출력의 차단 및 조절은 스파크에서 아크로 넘어가는 것을 막을 수 없으나, 신호 변환부(170)를 통해 아크 발생 조건 신호를 생성할 수 있으므로, 아크 발생 전 조건을 미리 알 수 있어 스파크에서 아크로 넘어가는 것을 미리 막을 수 있다.

신호 변환부(170)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.

제어부(180)는 신호 변환부(170)의 신호를 기초로 전원 변환부(130)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 PLC(Programmable Logic Controller)의 프로그램(Program)에 의해 동작되며, 전원 변환부(130)의 전압 제어 및 주파수 변조도 PLC에서 제어 신호로 제어하여 전기 집진기(10)의 동작 전류를 정전류로 운전될 수 있도록 제어한다. 또한, 제어부(180)는 신호 변환부(170)의 신호를 기초로 전기 집진기(10)의 스파크 발생 횟수 및 아크 발생 조건을 확인한다. 전기 집진기(10)에 파워가 인가될 시 영향을 받을 수 있는 큰 물입자가 있을 경우, 스파크(spark)와 아크(arc)가 발생할 수 있으며, 스파크와 아크가 발생되면 전기 집진기(10)에 피해를 입힐 수 있고, 화재까지 발생될 수 있으므로, 스파크 발생 횟수 및 아크 발생 조건을 확인하여 전원 변환부(130)를 제어할 필요가 있다. 이때, 제어부(180)는 전원 변환부(130)의 IGBT 소자의 게이트 각도를 조절하여 전압 및 전류를 제어하고, 이를 통해 전기 집진기(10)의 집진부 전류가 정전류로 운전될 수 있도록 한다.

구체적으로, 제어부(180)는 운전 중 집진부의 이상시 발생되는 스파크를 감지하여 방전부의 출력을 제어하거나, 또는 아크 발생 조건을 감지하여 아크가 발생되지 않도록 출력을 차단하고 경고 신호를 전송할 수 있다.

예를 들어, 제어부(180)는 스파크의 발생이 감지되고, 일정 시간 동안, 전기 집진기(10)의 스파크 발생 횟수가 기준 횟수를 초과할 경우, 상기 전기 집진기(10)로 인가되는 입력을 낮추도록 전원 변환부(130)를 제어할 수 있다. 그런 후에, 제어부(180)는 다시 일정 시간 동안, 상기 스파크 발생 횟수가 기준 횟수 이하일 경우, 상기 전기 집진기(10)로 인가되는 입력을 높이도록 상기 전원 변환부(130)를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건이 감지되면, 상기 전기 집진기(10)로 인가되는 입력을 차단하도록 전원 변환부(130)를 제어할 수 있다. 그런 후에, 제어부(180)는 전기 집진기(10)의 아크 발생 조건이 제거되면, 전기 집진기(10)로 정상 입력을 인가시켜 전기 집진기(10)가 정상 운전되도록 한다. 만일, 아크 발생 조건이 제거되지 않고 있으면, 상기 전기 집진기(10)로 인가되는 입력을 낮추도록 전원 변환부(130)를 제어할 수 있다.

절연부(190)는 전기 집진기(10)에서 발생하는 스파크 등에 의한 노이즈를 상기 전기 집진기(10)의 외부와 차단한다. 예를 들어, 승압 정류된 파워(-)의 출력단으로 고전압에 사용되는 고압 부싱(Bushing)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 애자와 에폭시 판의 조립 형태로 스파크 발생시 전기 집진기(10) 내부의 노이즈(noise)가 전원 공급 장치(100)로 인가되지 않도록 차단한다.

도 2를 참조하면, 전기 집진기의 전원 공급 장치(100)를 모듈화하여 설치 및 관리를 용이하게 할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 세 개의 공간으로 구분하여 각 하우징(51, 52, 53) 내에 전원 공급 장치(100)의 각 구성요소들을 기능별로 배치할 수 있고, 이를 통해 공간에 제약을 받는 전기 집진기(10)를 축소시킬 수 있다.

전원 공급 장치(100)의 각 구성요소들인 전원 공급부(110), 노이즈 차단부(120), 전원 변환부(130), 리액터부(140), 승압부(150), 정류 인가부(160), 신호 변환부(170), 제어부(180), 절연부(190) 등을 패널 타입, 보드 타입으로 모듈화하여 배치할 수 있다.

제1 하우징(51)은 차단기 및 퓨즈를 구비한 차단기 모듈(115), 승압 트랜스포머(155), 임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165), 신호 변환 보드 모듈(175), 제어 보드 모듈(185)이 배치된다.

제2 하우징(52)은 EMC/EMI 필터(125), 브릿지 다이오드 소자 및 IGBT 소자를 구비한 작동 소자 모듈(135A), 평활 커패시터(135B), 공진 커패시터 (135C)를 포함하는 전원 변환 모듈(135), 리액터(145)가 배치된다.

제3 하우징(53)은 절연을 위한 고압 부싱(195)이 배치된다.

필터, 다이오드 소자, IGBT 소자, 커패시터, 리액터 등 주기적인 교체가 필요한 부품들을 제2 하우징(52)에 별도로 배치함으로써, 설치가 용이할 뿐만 아니라, 고장이나 수명 연한 등에 따른 부품들의 교체가 용이하다.

또한, 고압 부싱(195)만을 제3 하우징(53)에 배치함으로써, 전기 집진기(10)에서 발생하는 노이즈를 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 절연부(190)의 애자 용량을 높이거나 절연부(190)를 교체하기 용이하다.

그리고, 전원 공급 장치(100)에서 사용 기간이 길고, 전체적인 운영에 큰 영향을 미치는 차단기, 승압기, 신호 보드, 제어 보드 등을 제1 하우징(51)에 배치함으로써, 전원 공급 장치(100) 운용 효율을 극대화할 수 있다.

구체적으로, 메인 전원(미도시)에서 AC 440V의 전원이 인가되면, 제1 하우징(51)의 차단기 모듈(115)에서 과전류는 차단하고, 과전류가 아닌 경우 제2 하우징(52)의 EMC/EMI 필터(125)로 전류가 흐르게 된다. 이때, AC 440V의 전원은 별도의 감압기에서 220V로 변압되어 룸 쿨러, 컨버터 전원 등으로 사용될 수 있다.

EMC/EMI 필터(125)에서는 노이즈를 제거하여 상용 주파수의 파형을 일정하게 유지한다. 파형이 일정하게 유지되는 상용 주파수의 교류 전원은 제2 하우징(52)의 작동 소자 모듈(135A)의 브릿지 다이오드 소자에 의해 DC로 변환되어 평활 커패시터(135B)로 흘러 맥류를 평활하게 된다. 다시 작동 소자 모듈(135A)의 IGBT 소자에 의해 고주파로 변조된다. 이때, 임펄스 변환을 위해 20kHz의 고주파로 변조되며, 제어 보드 모듈(185)이 IGBT 소자의 게이트를 제어하여 전기 집진기(10)에 인가되는 전류 및 전압을 제어할 수 있다. IGBT 소자에 의해 고주파로 변조될 경우, 공진이 발생할 수 있으므로, 이를 공진 커패시터 (135C)로 보내 공진 발생을 제거한다. 그리고, 리액터(145)에서 전류를 제한하며, 리액터(145)의 전류를 기초로 전기 집진기(10)의 아크 전류 신호를 감지할 수 있다.

리액터(145)를 흐른 고주파 전류는 다시 제1 하우징(51)의 승압 트랜스포머(155)로 입력되고, 전압이 N배 증가된다. 또한, N배 승압된 고주파는 임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165)에 의해 전압이 수배 증가되고, 상기 임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165)에 구비된 다이오드 소자 및 커패시터로 정류 및 충반전을 하여 임펄스로 변환한다. 이때, 전기 집진기(10)의 집진부에 인가되는 전압 및 전류를 확인하기 위해, 상기 임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165)에 구비된 디바이더 및 센싱 저항을 사용하고, 스파크 신호를 감지하기 위해 상기 임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165)에 구비된 신호 증폭기를 사용한다. 임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165)에서 2차 승압이 가능하므로, 1차 승압을 하는 승압 트랜스포머(155)의 크기를 축소시킬 수 있게 된다.

임펄스 변환 및 신호 보드 모듈(165)에 의해 변환된 임펄스 전원이 전기 집진기(10)에 인가되며, 전기 집진기(10)의 인가 전압, 인가 전류, 스파크 신호, 아크 신호 등이 제1 하우징(51)의 신호 변환 보드 모듈(175)에서 감지되어 변환된다. 그리고, 이러한 전체적인 전기 집진기(10)에 인가되는 전압 및 전류의 제어는 제1 하우징(51)의 제어 보드 모듈(185)에서 제어한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 신호 변환부(170)에서 아크 발생 전류 신호, 아크 발생 전압 신호, 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 변환하게 된다.

리액터부(140)는 아크 발생 조건 전류 신호를 감지하며, 승압부(150)는 아크 발생 조건 전압 신호를 감지하고, 이러한 신호는 전원 공급 장치(100)나 전기 집진기(10)에 영향을 미칠 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 퓨즈(1701)를 전단에 배치하여 과전압 및 과전류를 차단한다. 그리고, 브릿지 다이오드 소자(1702)에서 정류하고, 커패시터(1703)에서 맥류를 평활한다. 그리고, 비교기(1704)에서 정류된 전류값을 아크 전류 기준값(1705)과, 정류된 전압값을 아크 전압 기준값(1706)과 각각 비교한다. 그리고, 비교된 전류 신호 및 전압 신호를 AND 로직 게이트(1707)에서 확인하여 아크 발생 조건인지 확인한다. 즉, 아크 발생 조건 전류 신호가 아크 전류 기준값(1705)을 초과하면서, 아크 발생 조건 전압 신호가 아크 전압 기준값(1706)을 초과한 경우(AND 조건인 경우), 아크 발생 조건으로 판단한다. 그리고, 이를 스위칭 회로(1708)를 통해 아크 발생 조건 신호로써 제어부(180)로 전달한다. 그러므로, 아크 발생 전에 아크 발생 조건을 하드웨어적 회로로 미리 감지하여 출력을 차단할 수 있다. 이를 통해, 스파크 발생 단계에서 아크 발생 단계로 넘어가는 것을 미리 방지할 수 있다.

이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 스위칭 회로(1708)는 두 개의 저항(R1, R2), 하나의 커패시터(C)를 구비할 수 있다. 상기 스위칭 회로(1708)는 두 개의 저항(R1, R2) 및 하나의 커패시터(C)의 값을 조정하여 스파크(spark)에서 아크(arc)로의 차단 시간 및 재출력 시간을 하드웨어적으로 구현할 수 있다.

정류 인가부(160)는 센싱 저항(166) 및 디바이더(167)로 각각 전기 집진기(10)의 전류 및 전압을 측정할 수 있도록 한다. 또한, 정류 인가부(160)는 신호 증폭기(168)로 스파크 신호를 증폭한다. 이러한 정류 인가부(160)의 신호들은 신호 변환부(170)에 변환된다. 센싱 저항(166)을 흐르는 전류는 라인 필터(1711)에 의해 노이즈를 필터링하고, 스너버 회로(1712)에 의해 서지 전압을 제거하여 전류계(1713)로 전기 집진기(10)의 상태 전류 신호를 측정한다. 디바이더(167)에 걸리는 전압은 라인 필터(1711)에 의해 노이즈를 필터링하고, 스너버 회로(1712)에 의해 서지 전압을 제거하여 전압계(1714)로 전기 집진기(10)의 상태 전압 신호를 측정한다. 신호 증폭기(168)에서 증폭된 신호는 스너버 회로(1712)에 의해 서지 전압을 제거하고, 포토 센서(1715)로 스파크 신호를 감지하고, 다시 스너버 회로(1712)에 의해 서지 전압을 제거한다. 센싱 저항(166) 및 디바이더(167), 신호 증폭기(168)에 연결되는 정류 인가부(160)의 모든 회로 전단에는 서지 전압에 대비한 스너버 회로(1712)가 구성되는 것이 바람직하다. 신호 변환부(170)에서 변환 및 감지된 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호는 제어부(180)로 전달된다.

여기에서, 도면에는 도시하지 않았으나, 신호 변환부(170)는 절연유가 분출되는 사고를 경고하는 방압변 감지 센서, 오일 레벨 감지 센서 등이 연결될 수 있으며, 변압기 오일 온도 센서, 룸 온도 센서 등이 연결될 수 있다. 신호 변환부(170)에서 획득되는 전기 집진기(10)의 전압, 전류, 스파크, 아크 등과 방압변 알람, 저오일 레벨 알람, 룸 온도, 변압기 오일 온도 등은 제어부(180)에 감지 신호로 입력된다.

그리고, 제어부(180)는 전기 집진기(10)의 전압 및 전류, 아크 발생 조건 신호 및 스파크 신호를 기초로 제어 신호로 전원 변환부(130)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 스파크(Spark)가 발생할 경우, 횟수를 카운트(Count)하여 일정 시간 동안 소정 횟수에 도달하면 출력을 일정량 감소시켜 전기 집진기(10)를 운전하여 스파크(Spark)의 발생을 제거하고 원할한 운전 상태를 유지한다. 설정된 시간동안 문제가 없을 시 출력을 증가시켜 원래의 운전 상태로 복귀하여 유지한다. 만일, 출력을 일정량 감소시킨 후에도 스파크(Spark)가 발생할 경우, 출력을 차단하고, 전기 집진기(10)의 운영자에게 경고 신호를 전송할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 스파크(Spark)가 발생되고, 아크 발생 조건이 감지되어 아크(Arc)가 발생할 가능성이 높을 경우, 출력을 차단하고, 전기 집진기(10)의 운영자에게 경고 신호를 전송할 수 있다. 출력의 차단 후에도 아크 발생 조건이 제거되지 않으면, 방전 출력을 계속 차단하거나 또는 방전 출력을 적절히 조절할 수 있다. 출력의 차단 후에 아크 발생 조건이 제거되면, 정상 운전을 재개한다. 이러한 전기 집진기(10)의 구체적인 운전 동작에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기의 전원 공급 장치의 동작을 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 전원 공급 장치(100)는 전기 집진기(10)의 운전을 개시하는 동력원으로써, 스파크가 감지되지 않으면, 전기 집진기(10)의 정상 운전 상태를 유지한다(S11).

스파크의 발생을 감지하면, 스파크의 횟수 또는 아크 발생 조건을 감지한지에 따라 전원 공급 장치(100)를 동작시키게 된다(S12). 스파크의 발생에 따라, 스파크의 횟수가 미리 설정된 기준 횟수를 초과하는지 비교한다(S13). 이때, 스파크의 횟수가 미리 설정된 기준 횟수를 초과하면, 사고 발생의 염려가 있으므로, 전기 집진기(10)에 공급되는 전원의 입력을 감소시켜 전기 집진기(10)의 방전 출력을 조절한다(S17). 즉, 전기 집진기(10)의 정상 운전보다 낮은 전압, 전류로 운전한다. 이후, 낮은 전압, 전류로 운전하다 일정 시간 동안 스파크가 발생되지 않으면 정상 운전으로 복귀한다. 그리고, 스파크의 횟수가 미리 설정된 기준 횟수 이하이면, 허용 가능한 범위이므로, 전기 집진기(10)의 정상 운전 상태를 유지한다(S11).

아크 발생 조건 전류 신호 및 아크 발생 조건 전압 신호가 각각 아크 전류 기준값 및 아크 전압 기준값을 초과하는지 확인하고, 이를 기초로 아크 발생 조건에 해당하는지 감지한다(S14). 아크 발생 조건이 감지되면, 전기 집진기(10) 화재 등의 사고 발생 가능성이 매우 높은 상태이므로, 전기 집진기(10)에 공급되는 전원의 입력을 차단하여 전기 집진기(10)의 방전 출력을 차단한다(S15). 이때, 아크 발생 조건이 그대로 유지되고 있으면, 방전 출력 차단의 상태를 유지한다. 그런 후에, 아크 발생 조건이 낮아지기는 하였으나, 아크 발생 조건이 제거되지 않으면, 전기 집진기(10)에 공급되는 전원의 입력을 감소시켜 방전 출력을 조절하여 운전하고(S21), 아크 발생 조건이 제거되면, 전기 집진기(10)의 정상 운전 상태를 유지한다(S11).

특히, 아크 발생 조건이 감지된 경우, 전기 집진기(10)에 피해를 입힐 수 있고, 화재까지 발생될 수 있으므로, 보다 안정적인 운전을 위해, 이를 경고하는 것이 바람직하다. 또한, 아크 발생 조건이 감지된 것에서 더 나아가 아크가 발생한 경우에는 파워를 오프시켜 전기 집진기(10)를 비상 정지시킬 수 있다.

상술하여 살펴 본 전기 집진기의 전원 공급 장치(100)를 구현함으로써, 전기 집진기(10)에 임펄스 파워를 인가하여 전기 집진기(10)의 집진 효율을 향상시킬 수 있고, 전기 집진기(10)에 필요한 집진 면적이 줄어들게 되어 전기 집진기(10)의 크기를 축소할 수 있다.

일례로, 상용 주파수(예를 들어, 60Hz) 파워의 경우, 방전 전압이 3kv/㎠ 이상일 경우 스파크가 발생되어 집진 효율을 증가시키기 위해 약1CMM/0.76㎡의 집진 면적이 필요하다. 약 1000~2000Hz를 사용하는 중주파 파워는 4kv/㎠ 이상에서 스파크가 발생되어 집진 면적을 약 1CMM/0.36㎡로 감소시키더라도 종래의 전기 집진기의 파워와 같은 집진 효율을 낼 수 있다.

이에 반해, 상술하여 살펴 본 전기 집진기의 전원 공급 장치(100)는 고주파 20KHz를 이용한 임펄스 파워를 전기 집진기(10)에 인가할 수 있고, 방전 전압이 5kv/㎠ 이상에서 스파크가 발생되어 집진 면적을 1CMM/0.18㎡까지 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 60Hz 상용 주파수나 약 1000~2000Hz 중주파를 사용하는 집진기의 면적과 비교하여 면적을 1/2 이상 축소시켜도 같은 효율을 낼 수 있다. 또한, 방전 전압이 높아 기존 집진 부 유속 (1~2m/s)보다 빠른 유속(2~4m/s)에서도 같은 집진 효율을 낼 수 있다.

특히, 고주파 20KHz의 임펄스 파워를 사용할 경우, 스파크에서 아크로 넘어가는 시간보다 짧은 시간으로 방전 출력값을 조절할 수 있으므로, 스파크에서 아크로 넘어가기 전에 아크 발생 조건을 미리 감지하여 방전 출력조정을 차단하므로 스파크에서 아크로 넘어가는 것을 미리 차단할 수 있다. 반면에, 임펄스 파워를 사용하지 않을 경우, 출력 동작의 제어 사이클이 스파크에서 아크로 넘어가는 시간보다 길고, 아크 발생을 감지한 후에 출력을 차단하므로 방전 출력을 발생시키는 사이클과 방전 출력을 조절하는 사이클의 시간이 길어서 스파크에서 아크로 넘어가는 것을 차단할 수 없다.

또한, 방전 출력 차단 후에, 재출력 발진시 일정 시간이 확보되지 않으면, 스파크 발생 때의 대기 중 절연 저항이 낮게 존재할 수 있어 스파크의 재발생 또는 아크 발생으로 이어질 수 있다. 그러나, 고주파 20KHz의 임펄스 파워를 사용하여 방전 출력 차단 후에 재출력 시간을 확보할 수 있으므로, 스파크의 재발생이나 아크의 발생을 원천적으로 방지할 수 있다.

도 6은 도 1의 전기 집진기의 전원 공급 장치를 관제하는 관제 장치의 블록 구성도이다.

도 6을 참조하면, 전기 집진기(10)의 전원 공급 장치(100)를 관제하는 관제 장치(200)가 도시되어 있다.

관제 장치(200)는 전원 공급 장치(100)의 동작을 운영자가 직접 제어할 수 있도록 하며, 관제 출력부(250)를 통해 운전 상태의 확인과 함께 관제 입력부(210)에 운영자가 입력하여 전원 공급 장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 관제 입력부(210)를 조작하여 전기 집진기(10)로 인가되는 운전 주파수를 고주파 임펄스 전원으로 할 수 있으며, 위험 상황 등을 경고하는 알람을 세팅하거나 상기 알람을 리셋할 수 있다. 또한, 관제 장치(200)에서 전원 공급 장치(100) 및 전기 집진기(10) 등을 포함하는 집진 시스템을 제어하며, 집진 시스템의 시작, 종료 등 전반적인 운용 상태를 제어할 수 있다.

또한, 관제 장치(200)는 관제 통신부(220)를 통해 전원 공급 장치(100)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 관제 장치(200)와 전원 공급 장치(100)는 RS-422 Serial Interface 방식으로 통신할 수 있으며, 이외에도 당업자가 채택 가능한 여러 통신 방식을 사용할 수 있다.

또한, 관제 장치(200)는 전원 공급 장치(100)에서 얻어지는 각종 데이터 및 정보를 관제 통신부(220)를 통해 전달받아 관제 저장부(240)에 저장할 수 있고, 관제 제어부(230)에서 이러한 데이터 및 정보를 분석하여 전원 공급 장치(100)의 운전을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다. 일례로, 운전 상태, 운전 값 등 전기 집진기(10)와 전원 공급 장치(100)의 운전에 관련된 모든 정보를 관제 저장부(240)에 저장할 수 있다.

이러한 관제 장치(200)는 별도의 기기로 구현될 수도 있고, 전원 공급 장치(100)의 외부 조작 판넬에 설치되는 기기로 구현될 수도 있다.

예를 들어, 전원 공급 장치(100)의 외부 조작 판넬에 설치되는 기기는 PLC 패널, 일체형 패널 PC 등의 형태가 될 수 있다.

또한, 별도의 기기로 구현되는 관제 장치(200)는 일반적인 이동 통신 단말, 2G/3G/4G, 와이브로 무선망 서비스가 가능한 단말, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA: Personal Digital Assistant), 스마트폰(Smart phone), 왑폰(WAP phone: Wireless application protocol phone) 등 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있으며, IEEE 802.11 무선 랜 네트워크 카드 등의 무선랜 접속을 위한 인터페이스가 구비된 기기일 수 있다. 또한, 관제 장치(200)는 이동 통신 단말 이외에 컴퓨터, 노트북 등의 정보 통신 기기이거나 이를 포함하는 장치일 수도 있다.

별도의 기기로 관제 장치(200)가 구현될 경우, 관제 장치(200)는 인증 모듈을 구비하는 것이 바람직하다. 인증 모듈은 텍스트파일 인증모듈(mod_auth), Berkeley DB 인증모듈(mod_auth_db), DBM인증모듈 (mod_auth_dbm), Anonymous 인증모듈(mod_auth_anon), PostgreSQL인증모듈, XNS 인증 서비스 중 적어도 하나의 인증 프로토콜을 이용하여 사용자를 인증하게 되나, 이에만 제한되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이다. 인증 모듈에 의해 인증이 된 경우에만 관제 장치(200)가 전원 공급 장치(100)에 접속할 수 있으므로, 전원 공급 장치(100)의 안전성, 기밀성 등을 유지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 전기 집진기
100: 전원 공급 장치
110: 전원 공급부 120: 노이즈 차단부
130: 전원 변환부 140: 리액터부
150: 승압부 160: 정류 인가부
170: 신호 변환부 180: 제어부
190: 절연부

Claims (11)

1. 전기 집진기에 전원을 공급하는 전기 집진기의 전원 공급 장치에 있어서,
   상용 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원 공급부;
   상기 교류 전원의 노이즈를 차단하는 노이즈 차단부;
   상기 교류 전원을 브릿지 다이오드 소자에 의해 정류하고, 상기 정류된 맥류를 평활 커패시터에 의해 평활화하고, 상기 평활된 맥류를 IGBT 소자에 의해 20kHz의 고주파로 변조하고, 상기 고주파에 의한 공진 발생을 공진 커패시터에 의해 제거하는 전원 변환부;
   직류 전원에 의한 전류를 제한하고, 상기 전기 집진기의 아크 발생 조건 전류 신호를 감지하는 리액터부;
   상기 리액터부의 출력을 1차 승압하며, 상기 전기 집진기의 아크 발생 조건 전압 신호를 감지하는 승압부;
   상기 승압부의 출력을 2차 승압하여 상기 2차 승압된 출력을 정류 다이오드 소자로 정류하고, 충방전 커패시터로 충방전하여 임펄스 전원으로 변환하고, 상기 임펄스 전원을 상기 전기 집진기에 인가하며, 상기 전기 집진기의 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 감지하는 정류 인가부;
   상기 아크 발생 조건 전류 신호, 아크 발생 조건 전압 신호, 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호를 변환하며, 한 쌍의 비교기 중 하나의 비교기에서 상기 아크 발생 조건 전류 신호를 아크 전류 기준값과 비교하고, 다른 하나의 비교기에서 상기 아크 발생 조건 전압 신호를 아크 전압 기준값과 비교하고, 상기 아크 발생 조건 전류 신호가 상기 아크 전류 기준값을 초과하면서 상기 아크 발생 조건 전압 신호가 상기 아크 전압 기준값을 초과한 것으로 AND 로직 게이트에서 확인된 경우 아크 발생 조건으로 판단하고, 상기 아크 발생 조건으로 판단된 경우 스위칭 회로에서 아크 발생 조건 신호를 생성하는 신호 변환부; 및
   상기 신호 변환부의 신호를 기초로 상기 전원 변환부를 제어하되 상기 IGBT 소자의 게이트 각도를 조절하여 상기 전기 집진기에 인가되는 전압 및 전류를 제어하며, 상기 전기 집진기의 스파크 발생 횟수 및 아크 발생 조건을 확인하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 아크 발생 조건 신호를 전달받아 상기 아크 발생 조건을 확인하면, 아크의 발생 전에 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 차단하도록 상기 전원 변환부를 제어하고,
   상기 제어부는, 상기 입력의 차단 후에, 상기 아크 발생 조건이 제거되면 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 정상 입력이 인가되도록 상기 전원 변환부를 제어하고, 상기 아크 발생 조건이 제거되지 않으면 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 상기 정상 입력보다 낮게 인가되도록 상기 전원 변환부를 제어하는, 전기 집진기의 전원 공급 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 정류 인가부는,
   상기 상태 전류 신호를 측정하기 위한 센싱 저항 및 상기 상태 전압 신호를 측정하기 위한 디바이더와, 상기 스파크 신호를 감지하기 위한 신호 증폭기를 구비한 신호 보드를 포함하는, 전기 집진기의 전원 공급 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 신호 변환부는,
   상기 상태 전류 신호, 상태 전압 신호, 스파크 신호의 서지를 제거하는 스너버 회로를 포함하는, 전기 집진기의 전원 공급 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   일정 시간 동안, 상기 스파크 발생 횟수가 기준 횟수를 초과할 경우, 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 낮추도록 상기 전원 변환부를 제어하는, 전기 집진기의 전원 공급 장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제어부는,
   일정 시간 동안, 상기 스파크 발생 횟수가 기준 횟수 이하일 경우, 상기 전기 집진기로 인가되는 입력을 높이도록 상기 전원 변환부를 제어하는, 집진기의 전원 공급 장치.
10. 삭제
11. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 집진기에서 발생하는 스파크에 의한 노이즈를 상기 전기 집진기의 외부와 차단하는 절연부를 더 포함하는, 전기 집진기의 전원 공급 장치.

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