KR101973013B1 - Micro particle separator using direct voltage - Google Patents

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KR101973013B1
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박일한
이홍배
서경식
천웅진
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성균관대학교산학협력단
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    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/005Dielectrophoresis, i.e. dielectric particles migrating towards the region of highest field strength

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 미세입자 분리장치는 미세입자가 포함되어 있는 공기가 이동하는 본체, 그리고 상기 본체 내부에 위치하며, 상기 공기로부터 상기 미세입자를 분리하는 복수의 전극층을 포함하는 미세입자 제거부를 포함하며, 상기 미세입자 제거부는 입력되는 직류전원으로 유전영동력을 발생시켜 미세입자를 포집한다.The apparatus for separating fine particles according to an embodiment of the present invention includes a main body to which air containing fine particles is moved and a plurality of electrode layers disposed inside the main body and separating the fine particles from the air, And the fine particle removing unit generates a dielectrophoretic force by an input DC power source to collect fine particles.

Description

직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치{MICRO PARTICLE SEPARATOR USING DIRECT VOLTAGE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a microparticle separator using a DC voltage,

본 발명은 미세입자 분리장치에 관한 것으로서, 특히, 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fine particle separating apparatus, and more particularly, to a fine particle separating apparatus using a direct current voltage.

최근 미세먼지가 호흡기 질환, 심혈관 질환 및 피부 질환의 주요 원인으로 밝혀짐에 따라 심각한 사회문제로 인식되고 있다. 미세먼지는 입자 지름이 약 10㎛ 이하인 '미세먼지(PM-10)'와 약 2.5㎛ 이하인 '초미세먼지(PM-2.5)'로 구분되며, 초미세먼지의 경우 인체 내 기관지 및 폐의 깊은 곳까지 침투하여 각종 질환을 유발한다. 이에 따라, 산업설비에서의 분진 제거뿐만 아니라 실내 오염물 중 미세입자를 제거하기 위한 집진기술에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.Recently, fine dust has been recognized as a serious social problem as it has become a major cause of respiratory diseases, cardiovascular diseases and skin diseases. The fine dust is classified into 'fine dust (PM-10)' with a particle diameter of about 10 μm or less and 'super fine dust (PM-2.5)' with a diameter of about 2.5 μm or less. In the case of ultrafine dust, And infiltrate into various places to induce various diseases. Accordingly, development of dust collecting technology for removing fine particles in the indoor pollutants as well as dust removal in industrial facilities is actively under way.

종래 집진설비 중 전기 집진기(electrostatic precipitator, ESP)는 미세입자의 포집 및 집진 효율이 높고, 압력손실과 유지보수 비용이 적다는 점에서 발전소, 제철제강로, 또는 소각로와 같이 다량의 분진이 발생하는 대용량 설비의 집진설비로 사용되고 있다.Electrostatic precipitator (ESP) among conventional dust collecting equipments has a high efficiency of collecting and collecting fine particles and has a low pressure loss and maintenance cost. Therefore, a large amount of dust such as a power plant, a steelmaking furnace, or an incinerator is generated And is used as a dust collecting facility of a large capacity facility.

도 1은 종래 전기 집진기의 집진 원리를 나타내는 개념도이다. 도 1에서 보면, 전기 집진기는 미세입자를 이온화시키는 단계와 이온화된 미세입자를 집진전극 사이로 유도하여 집진판에 부착시키는 단계를 포함한다.1 is a conceptual diagram showing the principle of dust collection of a conventional electrostatic precipitator. 1, the electrostatic precipitator includes ionizing the fine particles and introducing the ionized fine particles between the collecting electrodes and attaching them to the collecting plate.

그러나, 도 1의 전기 집진기는 이온화 단계에서 코로나 방전을 통해 인체에 유해한 물질인 오존 또는 질소산화물을 생성하며, 미세입자의 처리 유속이 약 3m/s로 제한적이다. 또한, 미세입자의 이온화 단계와 포집 단계를 각각 수행하므로 집진 설비의 규모가 크고, 초기 투자비용이 매우 크다. 이로 인해, 대규모 산업설비에서는 경제성이 있으나, 가정용과 같은 소규모 설비에서는 경제성이 낮을 수 있다.However, the electrostatic precipitator of FIG. 1 generates ozone or nitrogen oxide, which is a harmful substance to the human body through corona discharge in the ionization step, and the treatment flow rate of the fine particles is limited to about 3 m / s. Also, since the ionization step and the collection step of the fine particles are respectively performed, the size of the dust collecting facility is large and the initial investment cost is very large. This makes it economical for large-scale industrial facilities, but may be less economical for small-scale facilities such as households.

본 발명의 실시 예가 해결하려는 과제는 미세입자 분리장치의 구조를 단순화하고, 초기 설치비용 및 유지보수비용을 절감하는 미세입자 분리장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a fine particle separator that simplifies the structure of a fine particle separator and reduces initial installation cost and maintenance cost.

본 발명의 실시 예가 해결하려는 과제는 유해물질이 발생하지 않는 미세입자 분리장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a device for separating fine particles which does not generate harmful substances.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.Embodiments according to the present invention can be used to accomplish other tasks not specifically mentioned other than the above-described tasks.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 직류전압을 이용한 미세입자 분리장치는 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치를 제공한다. 이 미세입자 분리장치는 미세입자가 포함되어 있는 공기가 이동하는 본체, 그리고 상기 본체 내부에 위치하며, 상기 공기로부터 상기 미세입자를 분리하는 복수의 전극층을 포함하는 미세입자 제거부를 포함하며, 상기 미세입자 제거부는 입력되는 직류전원으로 유전영동력을 발생시켜 상기 미세입자를 포집한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for separating fine particles using a direct current voltage. The fine particle separating apparatus includes a main body on which air containing fine particles move and a fine particle removing unit located inside the main body and including a plurality of electrode layers for separating the fine particles from the air, The particle removing unit generates a dielectrophoretic force with an input DC power source to collect the fine particles.

상기 복수의 전극층 각각은 그라운드로 사용되는 제1 전극과 설정된 직류전원이 인가되는 제2 전극이 서로 교번으로 배치되어 있다. 그리고 상기 복수의 전극층 중 이웃하는 2개의 전극층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 대향하도록 배치된다.Each of the plurality of electrode layers has a first electrode used as a ground and a second electrode used to set a DC power source alternately. And two adjacent electrode layers of the plurality of electrode layers are arranged such that the first electrode and the second electrode face each other.

상기 복수의 전극층 각각은 PCB(printed circuit board) 형태의 전극을 포함한다. 상기 복수의 전극층 각각에 형성된 전극은 평판의 일면에 형성되거나 양면에 형성된다.Each of the plurality of electrode layers includes an electrode in the form of a printed circuit board (PCB). The electrodes formed on each of the plurality of electrode layers are formed on one surface of the flat plate or on both surfaces thereof.

상기 복수의 전극층 중 이웃하는 2개의 전극층은 상기 공기가 유입되도록 설정 간격으로 배치되며, 상기 설정 간격은 2개의 전극층 사이에 발생되는 유전영동력의 크기나 미세입자의 포집율에 따라 결정된다.The two adjacent electrode layers of the plurality of electrode layers are arranged at predetermined intervals so that the air flows in. The setting interval is determined by the magnitude of the dielectrophoretic force generated between the two electrode layers and the collection rate of the fine particles.

상기 본체는 상기 미세입자가 포함되어 있는 공기가 유입되는 유입부, 상기 미세입자가 포함되어 있는 공기 또는 상기 미세입자가 제거된 공기가 이동하는 통로부, 그리고 상기 미세입자가 제거된 공기가 배출되는 배출부를 포함한다.The main body includes an inlet portion through which the air containing the fine particles is introduced, a passage portion through which the air containing the fine particles or the air from which the fine particles are removed, And a discharge portion.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면 미세입자 분리장치의 구조를 단순화하고, 초기 설치비용 및 유지 보수 비용을 절감할 수 있으며, 종래 전기 집진기의 유해 물질 발생 문제를 해결할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the structure of the apparatus for separating fine particles can be simplified, the initial installation cost and the maintenance cost can be reduced, and the problem of generation of toxic substances in the conventional electrostatic precipitator can be solved.

도 1은 종래 전기 집진기의 집진 원리를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 미세입자 제거부를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전극의 배치도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이웃하는 전극층 간의 유전영동력의 크기 분포를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이웃하는 전극층 간의 유전영동력의 방향을 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치의 구성도이다.
1 is a conceptual diagram showing the principle of dust collection of a conventional electrostatic precipitator.
2 is a configuration diagram of a fine particle separator using a DC voltage according to the first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a fine particle removing unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a layout diagram of an electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a magnitude distribution of dielectric power between neighboring electrode layers according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a diagram showing the directions of the dielectrophoretic forces between neighboring electrode layers according to an embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a fine particle separator using a DC voltage according to a second embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In the case of publicly known technologies, a detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a part is referred to as " including " an element, it is to be understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치를 설명한다.Hereinafter, a fine particle separating apparatus using a DC voltage according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6. FIG.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치의 구성도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 미세입자 분리장치는 본체(100), 미세입자 제거부(200), 그리고 전원제어부(300)를 포함한다.2 is a configuration diagram of a fine particle separator using a DC voltage according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the apparatus for separating fine particles according to the first embodiment of the present invention includes a main body 100, a fine particle removing unit 200, and a power control unit 300.

본체(100)는 미세입자를 포함하는 공기가 유입되는 유입부(110), 미세입자를 포함하는 공기 또는 미세입자가 제거된 공기가 이동하는 통로부(120), 그리고 미세입자가 제거된 공기가 배출되는 배출부(130)를 포함한다. 여기서 미세입자는 입자의 지름이 약 10㎛ 이하이며, 인체에 유해한 여러 가지 성분을 포함하는 공기 중 부유 물질(먼지)을 의미한다.The main body 100 includes an inlet 110 through which air containing fine particles flows, a passage 120 through which air containing fine particles or fine particles removed, and air from which fine particles are removed And includes a discharge portion 130 which is discharged. Here, the fine particles mean suspended particles (dust) in the air including particles having a particle diameter of about 10 μm or less and containing various harmful substances to the human body.

미세입자 제거부(200)는 통로부(120) 내부에 위치하며, 유입부(110)를 통해 유입된 공기 중의 미세입자를 포집하여 미세입자가 제거된 공기가 통로부(120)를 배출부(130)로 배출되게 한다.The fine particle removing unit 200 is located inside the passage 120 and collects the fine particles in the air introduced through the inlet 110 to remove the fine particles from the passage 120, 130).

미세입자 제거부(200)는 2개 이상의 전극층을 포함하며, 직류 전원이 인가되는 경우에 각 전극층 사이로 공기와 함께 유입되는 미세입자를 유전영동(DEP: dielectrophoresis)을 이용하여 포집한다. 이때 유전영동은 불균일한 전계에 놓인 유전체가 전계 세기가 강한 곳으로 힘을 받아 이동하는 것을 의미한다. 예를 들어 대전된 풍선이나 막대를 종이조각 또는 수도꼭지에서 나오는 물에 가까이 가져가는 경우 종이조각이나 물이 딸려오는 현상을 들 수 있다.The fine particle removing unit 200 includes two or more electrode layers and collects fine particles introduced into the space between the electrode layers through dielectrophoresis (DEP) when a direct current power is applied. At this time, the dielectrophoresis means that the dielectric, which is placed in a non-uniform electric field, is moved by the force to a place having a strong electric field strength. For example, if you bring a charged balloon or rod close to a piece of paper or water coming out of a faucet, you might get a piece of paper or water.

미세입자 제거부(200)를 구성하는 전극층의 개수는 유동적이며, 미세입자 제거부(200)가 설치되는 공간의 크기에 따라 결정된다. 일 예로, 미세입자 제거부(200)는 도 1과 같이 6개의 전극층 즉, 제1 전극층(210) 내지 제6 전극층(260)으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 전극층(210) 내지 제6 전극층(260)은 도 2와 같이 서로 동일한 형태(PCB 형태)의 전극을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 미세입자 제거부(200)는 포집된 미세입자의 재확산을 방지하는 구조를 더 포함할 수 있다.The number of electrode layers constituting the fine particle removing unit 200 is variable and is determined according to the size of the space in which the fine particle removing unit 200 is installed. For example, the fine particle removing unit 200 may include six electrode layers, that is, a first electrode layer 210 to a sixth electrode layer 260, as shown in FIG. Here, the first electrode layer 210 to the sixth electrode layer 260 may include electrodes of the same shape (PCB type) as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited thereto. The fine particle removing unit 200 may further include a structure for preventing rediffusion of the collected fine particles.

전원제어부(300)는 미세입자 제거부(200)를 구성하는 각 전극층에 유전영동 현상이 발생되도록 직류 전압을 제공한다. 이때, 각의 전극층에 동일한 전압을 제공할 수 있고, 또는 서로 다른 전압을 제공할 수 있다.The power control unit 300 provides a direct current voltage so that dielectrophoresis occurs in each of the electrode layers constituting the fine particle removing unit 200. At this time, it is possible to provide the same voltage to each electrode layer, or to provide different voltages.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 미세입자 제거부를 보인 도면이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 미세입자 분리장치에서 미세입자 제거부(200)는 복수의 전극층으로 구성되고, 각 전극층의 전극은 PCB 형태의 평판에 형성된다. 이때 전극은 평판의 일면에만 형성되거나, 평판의 양면에 형성된다. 성능을 높이는 경우이면, 평판의 양면에 전극을 형성하는 것이 양호하다.3 is a view showing a fine particle removing unit according to an embodiment of the present invention. 3, in the apparatus for separating fine particles according to an embodiment of the present invention, the fine particle removing unit 200 is composed of a plurality of electrode layers, and electrodes of each electrode layer are formed on a PCB plate. At this time, the electrodes are formed on only one side of the flat plate or on both sides of the flat plate. In the case of enhancing the performance, it is preferable to form the electrodes on both sides of the flat plate.

복수의 전극층은 일정한 간격으로 배치하여, 층 사이로 공기와 입자가 이동하게 한다. 복수의 전극층에서 각 전극층은 복수의 전극이 일정 간격으로 나란하게 배열된다. 이때 나란히 배열된 전극은 그라운드로 사용되는 제1 전극(10)과 설정된 직류전압이 인가되는 제2 전극(11)이 서로 교번으로 배치된다. 또한, 복수의 전극층 중에서 이웃하는 2개의 전극층의 전극은 마주보는(대향하는) 전극이 서로 다르도록 배치된다.A plurality of electrode layers are arranged at regular intervals to allow air and particles to move between the layers. In each of the plurality of electrode layers, a plurality of electrodes are arranged in parallel at regular intervals. At this time, the electrodes arranged side by side are arranged alternately with the first electrode 10 used as a ground and the second electrode 11 applied with a predetermined DC voltage. Further, among the plurality of electrode layers, the electrodes of the two neighboring electrode layers are arranged such that the facing (opposing) electrodes are different from each other.

도 4를 참고하여 각 전극층에 형성된 전극에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전극의 배치도이다. 도 4의 (a)를 참고하면, 미세입자 제거부(200)를 구성하는 복수의 전극층 중 각각의 전극층은 바(bar) 형태의 제1 및 제2 전극(10, 11)이 교번으로 형성되고, 예컨대, 제1 전극(10)에는 0V의 전압이 인가되고, 제2 전극(20)에는 2,000V의 직류전압이 인가된다.The electrode formed in each electrode layer will be described in more detail with reference to FIG. 4 is a layout diagram of an electrode according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4A, first and second electrodes 10 and 11 in the form of bar are alternately formed in each electrode layer of the plurality of electrode layers constituting the fine particle removing unit 200 For example, a voltage of 0 V is applied to the first electrode 10, and a DC voltage of 2,000 V is applied to the second electrode 20.

그리고 도 4의 (b)를 참고하면, 이웃하는 제1 전극층(210)과 제2 전극층(220)에서, 제1 전극층(210)에 형성된 제1 전극(10)은 제2 전극층(220)의 제2 전극(11)과 대향하도록 배치되고, 제1 전극층(210)의 제2 전극(11)은 제2 전극층(220)의 제1 전극(10)과 대향하도록 배치된다. 물론 이웃하는 제2 전극층(220)과 제3 전극층(230) 간의 전극 배치 구조 또한 제1 전극층(210)과 제2 전극층(220) 간의 전극 배치 구조와 동일하며, 나머지 이웃하는 전극층 간의 전극 배치 구조 또한 그러하다. Referring to FIG. 4B, in the neighboring first and second electrode layers 210 and 220, the first electrode 10 formed on the first electrode layer 210 is electrically connected to the second electrode layer 220 And the second electrode 11 of the first electrode layer 210 is disposed to face the first electrode 10 of the second electrode layer 220. The second electrode 11 is disposed to face the second electrode 11, Of course, the electrode arrangement structure between the neighboring second electrode layer 220 and the third electrode layer 230 is also the same as the electrode arrangement structure between the first electrode layer 210 and the second electrode layer 220, It is also true.

예컨대, 제2 전극층(220)에 형성된 제1 전극(10)은 제3 전극층(230)의 제2 전극(11)과 대향하도록 배치되고, 제2 전극층(220)의 제2 전극(11)은 제3 전극층(230)의 제1 전극(10)과 대향하도록 배치된다.For example, the first electrode 10 formed on the second electrode layer 220 is disposed to face the second electrode 11 of the third electrode layer 230, and the second electrode 11 of the second electrode layer 220 And is disposed to face the first electrode 10 of the third electrode layer 230.

이웃하는 2개의 전극층은 미세입자가 포함된 공기가 유입되도록 이격되어 배치되고, 이격된 간격(L1)은 2개의 전극층 사이에 발생되는 유전영동력의 크기나 미세입자의 포집율에 따라 설정된다.The two neighboring electrode layers are spaced apart from each other to allow air containing fine particles to flow in. The spaced distance L1 is set according to the magnitude of the dielectrophoretic force generated between the two electrode layers and the collection rate of the fine particles.

예컨대, 2개의 전극층 사이의 간격(L1)은 각 전극(10, 11)의 폭(L2)이 0.2mm이고, 동일 전극층의 이웃하는 제1 및 제2 전극(10, 11) 간의 간격(L3)이 0.2mm이며, 제2 전극에 인가되는 전압이 2,000V이고 각 전극에 대한 절연코팅두께 (L4) 가 0.075mm인 경우에, 0.5mm ~ 1.5mm의 거리 범위를 가진다. 여기서, 간격(L1)이 1.5mm보다 크면, 미세입자 포집율이 너무 낮아 실제 적용에 어려움이 있다. 그리고 간격(L1)이 0.5mm보다 작으면 압력 손실이 증가하고 처리용량이 감소하여 이 또한 실제 적용시에 미세입자의 제거가 원하는 만큼 이루어지지 않는 문제가 발생한다.For example, the interval L1 between the two electrode layers is set such that the width L2 of each of the electrodes 10 and 11 is 0.2 mm and the interval L3 between the neighboring first and second electrodes 10 and 11 of the same electrode layer, Is 0.2 mm, the voltage applied to the second electrode is 2,000 V, and the insulation coating thickness L4 for each electrode is 0.075 mm, the distance range is 0.5 mm to 1.5 mm. Here, if the interval L1 is larger than 1.5 mm, the collection rate of the fine particles is too low to be practically applied. If the interval L1 is less than 0.5 mm, the pressure loss increases and the processing capacity decreases. This also causes a problem that the removal of fine particles is not performed as desired in actual application.

이러한 형태의 전극 배치에 따라서 이웃하는 2개의 층에 작용하는 유전영동력에 대하여 도 5를 참조로 하여 설명한다.The dielectric dynamic force acting on two neighboring layers according to this type of electrode arrangement will be described with reference to Fig.

일반적으로, 전계 속의 유전입자는 외부의 전계에 의해 분극되고, 불균일 전기장에서 외부 전기장과 유도된 전기 쌍극자의 상호작용으로 힘을 받는다. 이때의 힘을 유전영동력(FDEP)이라 한다. 유전영동력(FDEP)은 유전입자가 충분히 작고 구형의 형태를 나타내면 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Generally, dielectric particles in an electric field are polarized by an external electric field, and are subjected to an interaction by an external electric field and an induced electric dipole in a non-uniform electric field. The force at this time is called the dielectric Young's modulus (F DEP ). Dielectric zero power (F DEP ) can be expressed as the following equation (1) if the dielectric particle is small enough and exhibits a spherical shape.

Figure 112017018977385-pat00001
Figure 112017018977385-pat00001

상기 수학식 1에서,

Figure 112017018977385-pat00002
는 유전입자의 유전율, rp는 유전입자의 반경, K는 Clausius-Mosotti(CM) 팩터(factor), Eo는 외부 전기장의 크기이다.In the above equation (1)
Figure 112017018977385-pat00002
Is the dielectric constant of the dielectric particle, r p is the radius of the dielectric particles, K is the Clausius-Mosotti (CM) factor (factor), E o is the magnitude of the external electric field.

이러한 유전영동력(FDEP)은 본 발명의 실시 예에 따른 미세입자 제거부(200)의 2개의 전극층 사이에서 도 5와 같은 크기의 분포를 나타낸다. 즉, 유전영동력(FDEP)의 크기 분포는 각 전극(10, 11)에 가까울수록 높은 크기를 나타내지만, 동일 전극층의 2개의 전극(10, 11) 간의 전기장과 이웃하는 2개의 전극층에서 대향하는 2개의 전극(10, 11) 간의 전기장이 상호 작용함에 따라서 전극 주위에만 크게 분포하지 않고 각 전극층의 표면측에 큰 힘이 고르게 분포한다.This dielectrophoretic force (F DEP ) shows the distribution of the size as shown in FIG. 5 between two electrode layers of the fine particle removing unit 200 according to the embodiment of the present invention. That is, the magnitude distribution of the dielectrophoretic force (F DEP ) shows a higher magnitude as the electrodes 10 and 11 are closer to each other, but the electric field between the two electrodes 10 and 11 of the same electrode layer, As the electric fields between the two electrodes 10 and 11 interact, large forces are uniformly distributed on the surface side of each electrode layer rather than being distributed only around the electrodes.

이러한 유전영동력(FDEP)의 크기 분포에 의해 유전영동력(FDEP)의 방향은 도 6에 도시된 바와 같이 각 전극(10, 11) 및 동일층의 각 전극 사이로 진행하려는 방향성을 나타낸다.The direction of the dielectrophoretic force F DEP by the magnitude distribution of the dielectrophoretic force F DEP indicates the direction to proceed between the electrodes 10 and 11 and between the electrodes of the same layer as shown in FIG.

따라서 도 5 및 도 6과 같이, 대향하는 2개의 전극(10, 11)과 동일 전극층에 형성된 2개의 전극(10, 11)에 의해 생성되는 유전영동력(FDEP)에 의해서 미세입자 제거부(200)에 유입되는 공기와 미세입자 중 미세입자는 유전영동력(FDEP)의 방향과 같이 이동하여 각 전극층에 포집되고, 미세입자가 제거된 공기는 통로(120)를 따라 배출부(130)로 배출된다.Therefore, as shown in Fig. 5 and Fig. 6, by the dielectrophoretic force F DEP generated by the two opposing electrodes 10 and 11 and the two electrodes 10 and 11 formed in the same electrode layer, 200 and the fine particles in the fine particles move in the direction of the dielectrophoretic force F DEP and are collected in the respective electrode layers and the air from which the fine particles are removed flows along the passage 120 to the discharge portion 130, .

이하에서는 도 7을 참조로 하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 미세입자 분리장치를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치의 구성도이다.Hereinafter, an apparatus for separating fine particles according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 is a configuration diagram of a fine particle separator using a DC voltage according to a second embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 미세입자 분리장치는 전반적으로 본 발명의 제2 실시 예에 따른 미세입자 분리장치와 거의 동일하다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 미세입자 분리장치는 본체(100), 미세입자 제거부(200), 그리고 전원제어부(300)를 포함하고, 본체(100)가 하나의 유입부(110), 하나의 배출부(130) 및 통로부(120)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 7, the apparatus for separating fine particles according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the apparatus for separating fine particles according to the second embodiment of the present invention. That is, the apparatus for separating fine particles according to the second embodiment of the present invention includes a main body 100, a fine particle removing unit 200, and a power source control unit 300. The main body 100 includes one inlet 110 A single discharge part 130, and a passage part 120. [0031] As shown in FIG.

다만, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 미세입자 분리장치는 미세입자 제거부가 복수개(200-1, 200-2, 200-3)로 구성되어 통로부(120)의 내부에 설치되어 있다는 점이 제1 실시 예와 다르다. 이때 전원제어부(300)는 각 미세입자 제거부((200-1, 200-2, 200-3)에 전원을 공급하는데, 하나의 장치로 구성될 수 있고 미세입자 제거부의 개수만큼으로 구성될 수 있다.However, the apparatus for separating fine particles according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the fine particle removing unit is composed of a plurality of (200-1, 200-2, 200-3) 1 embodiment. At this time, the power control unit 300 supplies power to each of the fine particle removing units 200-1, 200-2, and 200-3, and may be configured as one device and configured as many as the number of fine particle removing units .

각각의 미세입자 제거부(200-1, 200-2, 200-3)의 제2 전극(11)에 인가되는 전압은 모두 동일하거나 일부가 동일하거나 모두 상이할 수 있다.The voltage applied to the second electrode 11 of each of the fine particle removing units 200-1, 200-2, and 200-3 may be the same or some or all of the voltages may be different.

이로 인해, 미세입자의 크기 또는 특성에 따라서 통로부(120) 내에서 미세입자의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the efficiency of collecting fine particles in the passage portion 120 can be improved according to the size or characteristics of the fine particles.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면 유전영동력을 이용하여 미세 입자를 분리시킨다는 점에서 코로나 발생으로 입자를 전자로 하전 시킨 후 전극 사이에 통과시켜 집진판에 시키는 종래 전기 집진기 대비 간단한 구조로 설치가 가능하며 제작비용이 적다. 또한, 코로나 발생에 따른 인체 유해성 문제, 소음 및 EMI(electromagnetic interference, 전자 방해 잡음) 또는 EMC(electromagnetic compatibility, 전자기적 양립성)와 같은 전자파 문제를 해결할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since particles are separated using dielectrophoretic force, particles can be charged by electrons generated by corona generation and then passed between electrodes to be placed on a dust collecting plate. And production cost is low. In addition, it can solve problems of human health caused by corona occurrence, noise and EMI (electromagnetic interference), or electromagnetic problems such as EMC (electromagnetic compatibility).

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면 수천V의 비교적 낮은 전압으로 유전영동력을 발생시킨다는 점에서 수만V의 고전압을 사용하여 코로나와 집진전계를 발생시키는 종래 전기 집진기 대비 전력 사용량을 감소시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the dielectric power is generated at a relatively low voltage of several thousand volts, so that a high voltage of tens of thousands of volts can be used to reduce power consumption compared to a conventional electrostatic precipitator that generates a corona and a dust collecting field.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면 입자의 분극현상을 이용한다는 점에서 입자의 저항율, 습도 및 온도 등의 입자특성 및 주위 환경의 영향을 크게 받는 종래 전기집진기 대비 환경의 영향을 적게 받으므로 집진 효율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since the polarization phenomenon of particles is utilized, the influence of the environment is smaller than that of the conventional electrostatic precipitator, which is greatly affected by the particle characteristics such as resistivity, humidity, Can be improved.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 미세입자 분리장치는 미세입자 제거부(200)에 포집된 미세입자를 사용자가 용이하게 제거할 수 있도록, 미세입자 제거부(200)를 꺼내거나 또는 포집된 미세입자를 외부로 배출시킬 수 있는 배출수단이 본체에 설치될 수 있다. Meanwhile, the apparatus for separating fine particles according to an embodiment of the present invention may be configured to remove the fine particle removing unit 200 or to remove the fine particles removed from the fine particle removing unit 200, To the outside can be installed in the main body.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It belongs to the scope.

100 : 본체 110 : 유입부
120 : 통로부 130 : 제1 배출부
140 : 제2 배출부 200 : 미세입자 제거부
210 : 제1 전극층 211 : 제1 전극부
212 : 제2 전극부 300 : 전원제어부
100: main body 110: inlet
120: passage part 130: first discharge part
140: second discharge portion 200: fine particle removal
210: first electrode layer 211: first electrode portion
212: second electrode unit 300: power source control unit

Claims (8)

미세입자가 포함되어 있는 공기가 이동하는 본체, 그리고
상기 본체 내부에 위치하며, 상기 공기로부터 상기 미세입자를 분리하는 복수의 전극층을 포함하는 미세입자 제거부를 포함하며,
상기 미세입자 제거부는 입력되는 직류전원으로 유전영동력을 발생시켜 상기 미세입자를 포집하고,
상기 복수의 전극층은 서로 이웃하는 제1 전극층, 제2 전극층 그리고 제3 전극층을 포함하며,
상기 제1 전극층은 그라운드로 사용되는 제1 전극과 설정된 직류전원이 인가되는 제2 전극이 서로 교번으로 배치되고,
상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층의 상기 제1 전극에 대향하는 위치에 상기 제2 전극과 상기 제1 전극층의 상기 제2 전극에 대향하는 위치에 상기 제1 전극이 서로 교번으로 배치되며,
상기 제3 전극층은 상기 제1 전극층과 동일한 배치 순서이면서, 상기 제2 전극층과 상이한 배치 순서로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 교번으로 배치되는 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치.
A body in which air containing fine particles move, and
And a fine particle removing unit located inside the main body and including a plurality of electrode layers for separating the fine particles from the air,
Wherein the fine particle removing unit generates a dielectrophoretic force by an input DC power source to collect the fine particles,
Wherein the plurality of electrode layers include a first electrode layer, a second electrode layer and a third electrode layer which are adjacent to each other,
Wherein the first electrode layer has a first electrode used as a ground and a second electrode having a predetermined direct current power applied thereto,
Wherein the second electrode layer is disposed such that the first electrodes are alternately disposed at positions facing the second electrodes and the second electrodes of the first electrode layer at positions facing the first electrodes of the first electrode layer,
Wherein the third electrode layer uses a DC voltage in which the first electrode and the second electrode are alternately arranged in an arrangement order that is the same as that of the first electrode layer and different from the second electrode layer.
삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 복수의 전극층 각각은 PCB(printed circuit board) 형태의 전극을 포함하는 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치.
The method of claim 1,
Wherein each of the plurality of electrode layers uses a DC voltage including an electrode in the form of a printed circuit board (PCB).
제4항에서,
상기 복수의 전극층 각각에 형성된 전극은 평판의 일면에 형성되거나 양면에 형성된 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치.
5. The method of claim 4,
Wherein electrodes formed on each of the plurality of electrode layers are formed on one surface of a flat plate or use a DC voltage formed on both surfaces thereof.
제1항에서,
상기 복수의 전극층 중 이웃하는 2개의 전극층은 상기 공기가 유입되도록 설정 간격으로 배치되며, 상기 설정 간격은 2개의 전극층 사이에 발생되는 유전영동력의 크기나 미세입자의 포집율에 따라 결정되는 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치.
The method of claim 1,
The two electrode layers adjacent to each other among the plurality of electrode layers are arranged at predetermined intervals so that the air flows in. The setting interval is set to a DC voltage determined according to the magnitude of the dielectrophoretic force generated between the two electrode layers, Wherein the microparticle separation device is a microparticle separation device.
제6항에서,
상기 설정 간격은 각 전극의 폭이 0.2mm이고, 동일 전극층의 이웃하는 전극 간의 간격이 0.2mm이며, 제1 전극에 인가되는 전압이 0V이고, 제2 전극에 인가되는 전압이 2,000V이며 각 전극의 두께가 0.075mm인 경우에, 0.5mm ~ 1.5mm의 거리 범위인 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치.
The method of claim 6,
The width of each electrode is 0.2 mm, the interval between neighboring electrodes of the same electrode layer is 0.2 mm, the voltage applied to the first electrode is 0 V, the voltage applied to the second electrode is 2,000 V, Wherein the DC voltage is in a range of 0.5 mm to 1.5 mm when the thickness of the fine particle separator is 0.075 mm.
제1항에서,
상기 본체는
상기 미세입자가 포함되어 있는 공기가 유입되는 유입부,
상기 미세입자가 포함되어 있는 공기 또는 상기 미세입자가 제거된 공기가 이동하는 통로부, 그리고
상기 미세입자가 제거된 공기가 배출되는 배출부를 포함하는 직류전압을 이용하는 미세입자 분리장치.
The method of claim 1,
The body
An inflow portion into which the air containing the fine particles flows,
A passage through which the air containing the fine particles or the air from which the fine particles are removed moves, and
And a discharging portion through which the air from which the fine particles are removed is discharged.
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