KR102237818B1 - 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하터널 내의 금속성 미세먼지를 패러데이 원리를 이용한 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론 방식으로 집진하기 위한 집진장치에 관한 것에 관한 것으로 중금속 등 미세먼지를 포집하여 별도 처리함으로써 쾌적한 지하환경을 유지하고 지하철 이용승객과 종사자들의 건강을 지킬 수 있으며 지하철 운행시간 동안 지속적으로 집진하므로 별도의 야간작업이 필요없게 되어 관련 예산이 절감되고, 포집된 중금속먼지는 별도의 재처리과정을 거쳐 개별 금속으로 재활용할 수 있다.

Description

듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론{Electromagnetic Field Cyclone using Dual Coil}

본 발명은 지하철 지하터널 내 금속성 미세먼지를 포집하기 위한 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이크론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하터널 내의 금속성 미세먼지를 패러데이 원리를 이용한 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론 방식으로 집진하기 위한 집진장치에 관한 것이다.

사이클론 집진장치는 태풍, 허리케인 등 열대성 저기압의 과학원리에 입각하여 진공청소기, 환기설비 등 각 분야에 널리 응용되는 일반화된 기술이지만 종래의 집진장치는 그 구성이 복잡하여 상품화와 유지보수에 많은 비용이 들 수 있는 문제점이 있었다. 또한 대전된 먼지입자를 취급하는 기존의 기술은 별도의 지속적인 외부전력을 요구하는 등의 문제가 있었다. 상기와 같이 기존 장치들이 그 구성의 복잡성으로 인하여 외면받고 있어 실제 적용을 용이하게 하고 운용과 유지보수경비를 획기적으로 줄일 수 있도록 할 필요가 있다.

근본적인 문제는 지하철 지하구간의 금속성 비산먼지이며, 이 금속핵을 중심으로 비금속성 미세먼지가 뭉쳐서 구성된 중금속 덩어리를 어떻게 효과적으로 포집할 수 있는가 하는 것이 핵심이다. 본 발명에서 원심력 집진장치의 집진성능을 강화하기 위하여 패러데이의 전자기 유도 코일을 사이클론의 상광하협부에 설치하고 하부에 포집부에는 영구자석을 배치하여 재비산을 방지하고 집진효율을 높임으로써 종래기술의 문제점을 해결하였다.

열차운행 시간대에는 미세먼지가 바닥에 쌓이기 보다는 공중에 비산한다는 점과 레일의 마모에 의한 금속분진을 감안할 때, 본 발명을 이용한 열차운행시간대의 집진은 지하공기질 향상에 근본적인 대책이 될 수 있다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0073939호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2001-0068435호 일본 공개특허공보 공개번호 제2005-021835호 일본 공개특허공보 공개번호 제02-307548호

본 발명은 지하철 터널 내에서 전동차량이 운행하면서 선로, 전동차륜, 전차선 등의 상호 마찰로 인하여 마모된 중금속 입자와 일반 먼지가 결합한 중금속 덩어리를 포집할 수 있도록 입구, 출구, 분진저장조를 갖추고 원통형 몸체와 원뿔형 몸체 및 듀얼 코일부로 구성된 사이클론 집진장치로 하부에 분진저장조 하단에 영구자석을 배치하여 미세먼지의 재비산을 막아 집진효율을 더욱 향상시켜 터널 및 승강장 내 대기환경을 쾌적하게 유지하고 쇳가루 등의 전기전도성 먼지로 인한 첨단 전기 전자장비 및 변전시스템의 오작동을 예방여 예산을 절감할 수 있도록 지하철용 원심력식 집진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 상부의 일측에 형성된 공기 유입구(101);를 포함하는 원통형 몸체(102) 및 하부의 상광하협 몸체(103)로 구성되며, 유입된 금속성 미세먼지를 포함한 함진 공기를 하강시키기 위한 적어도 하나의 몸체부(100); 금속성 미세먼지가 제거된 공기를 외부로 배출하기 위한 내부가 비어 있는 원통형 배출관(104)이 관통된 상태로 배치되어 있는 상기 몸체부 상부에 구비되는 뚜껑(104); 상기 상광하협 몸체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 몸체부 내부에 자기장을 형성하는 제1코일부(200); 상기 제1코일부의 내부에 형성되며 상기 배출관과 중심축을 공유하며 형성되는 제2코일부(300); 및 상기 몸체부 하부에 부착되며, 상기 금속성 미세먼지를 저장하기 위한 분진저장조부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론을 제공한다.

또한, 상기 제1코일부 및 제2코일부는 음(-) 또는 양(+)으로 대전되어 금속성 미세먼지를 몸체부는 대전된 금속성 미세먼지를 하강시켜 하부에 연결된 분진저장조부에 순차적으로 집진될 수 있다.

또한, 상기 분진저장조부 하부에 부착되어 상기 분진저장조부에 집진된 미세먼지가 재비산되는 것을 방지하는 영구자석부(401);를 더 포함할 수 있다. .

또한, 상기 공기에 포함된 금속성 미세먼지는 상기 제1코일부에 의해 형성된 자기장에 의해 하강되어 상기 분진저장조부에 1차 집진되며, 상기 분진저장조부로 1차 집진되지 못하고 공기와 같이 상승하는 공기내의 금속성분이 배출관으로 상승되지 못하도록 상기 제2코일부에 의해 형성되는 내부 자기장에 의해 비산되지 못하고 하부의 분진저장조부에 2차 집진될 수 있다.

또한, 상기 몸체부에서 상기 제1코일부 및 상기 제2코일부에 의해 금속성 미세먼지가 제거된 공기는 상기 원통형 배출관을 통해 외부로 배출될 수 있다.

또한, 상기 원통형 배출관 외주연부에 구비된 1개 이상의 액체분사구(501)가 형성된 액체 주입용 배관(502)가 구비되며, 상기 원통부와 연결된 '+' 리드선(503); 및 상기 액체 주입용 배관과 연결된 '-' 리드선(504)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 원통부와 액체 주입용 배관이 전기적으로 통전되는 것을 방지하기 위한 제1절연애자(505); 및 상기 제1코일부 및 제2코일부의 배선이 전기적으로 통전되는 것을 방지하기 위한 제2절연애자(506);가 외면에 더 구비할 수 있다.

본 발명은 지하철 터널 내 중금속 등 미세먼지를 포집하여 별도 처리함으로써 쾌적한 지하환경을 유지하고 지하철 이용승객과 종사자들의 건강을 지킬 수 있다.

또한 열차 운행시간 동안 지속적으로 집진하므로 별도의 야간작업이 필요없게 되어 관련 예산이 절감되고, 포집된 중금속먼지는 별도의 재처리과정을 거쳐 개별 금속으로 재활용하는 것을 용이하게 한다.

또한 타 집진장치와는 달리, 필터, 외부동력 등이 불요하므로 유지비용이 저렴하고 조작이 간편하다.

또한, 듀얼 코일을 적용함으로써 1차 코일에 의한 자기력으로 포집되지 못하고 배출구로 비산되는 중금속 미세입자를 2차로 포집함으로 PM1.0의 미세입자를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 지하철 여의나루역 플랫폼 미세먼지 크기별 SEM 사진
도 2는 지하철 여의나루역 플랫폼 미세먼지 크기별 원소분석표
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론의 공기 흐름도

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 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 지하철 여의나루역 플랫폼 미세먼지 크기별 SEM 사진이다.

PM 1.0, PM 2.5 및 PM 10의 SEM사진을 비교하면 입자 사이즈가 작아질수록 침상 구조를 확인할 수 있다.

도 2는 지하철 여의나루역 플랫폼 미세먼지 크기별 원소분석표이다.

PM10, PM2.5는 레일의 마찰로 인해 발생된 다량의 Fe-산화물과 미량의 Al-산화물, Cu-산화물로 구성되며, PM1.0은 대기로 부터 유입된 Si-산화물로 구성된다.

습식집진 이후 폐수는 주로 Fe나 Si 이온이 많이 포함될 것으로 판단된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 2개 이상의 사이클론으로 구성될 수 있다.

집진되는, 상기 사이클론은 원통형 몸체와 상광하협의 월뿔형 몸체로 구성된 몸체부, 상광하협 몸체부에 형성되는 제1코일부, 배출관과 중심축으로 공유하면 제1코일부가 형성된 상광하협 몸체부의 내부에 형성되는 제2코일부, 분진저장조부, 영구자석부를 포함할 수 있다.

또한 상기 사이클론은 금속성 미세먼지를 포함하는 공기가 유입되는 유입구와 미세먼지가 제거된 공기가 배출되는 배출관이 설치될 수 있으며, 각각의 원통형 몸체 내부에는 반경이 작은 내부 원통형 몸체가 포함될 수 있다.

본 발명은 지하철 터널과 승강장에 비산하는 철, 니켈, 코발트, 텅스텐 등의 금속성 미세먼지를 효율적으로 분리, 추출하기 위해 제1코일부 및 제2코일부를 이용한다. 상기 제1코일부는 코일 등 전도성 물질로 만들어지며, 상기 원통형 몸체 및 상광하협 몸체 내부에 자기장을 형성하여 대전된 먼지 입자가 효율적으로 집진될 수 있도록 한다.

집진되어 벽면에 부착된 먼지는 주기적으로 통전과 단전을 통하여 제거하는 절차를 수행하거나, 제1코일부와 제2코일부의 전극을 반대로 하여 자기장을 소멸시켜 제거할 수 있다.

추가적으로 상광하협 몸체와 분진저장조부를 연결하는 연결부에 형성될 수도 있다.

대부분의 미세먼지의 생성원인은 마찰이며 물체를 마찰시켰을 때 정전기가 발생한다. 따라서 생성되는 대부분의 먼지는 전하를 띠고 있으며 마찰시 대전되는 전하의 종류를 정하는 순서인 대전열은 (+)털가죽 - 상아 - 수정 -유리 - 명주 - 나무 - 고무 - 유황 - 에보나이트(-) 로 된다.

본 발명은 이와 같이 음(-) 또는 양(+)으로 대전된 미세먼지를 한꺼번에 효율적으로 제거할 수 있다. 한편, 지하철의 지하구간 터널 내의 먼지는 선로, 전동차, 전차선 등에서 나온 중금속 입자와 일반먼지가 결합한 '중금속 덩어리' 라는 분석 결과로부터 전자기력을 이용한 먼지덩어리의 효과적인 포집이 가능함을 알 수 있다.

추가적으로 상기 원통부 상부에는 가스 배출관과 절연애자가 외부로 돌출되는 영역을 제외하고는, 상기 원통부를 밀폐시킬 수 있도록 뚜껑이 부착되어 있다.

상기 가스 배출관은 내부가 비어 있는 긴 원통형이며, 상기 뚜껑의 중앙부근에 위치하고, 일측 단부는 상기 뚜껑 위로 일정 높이 돌출되고, 타측 단부는 상기 원통부의 소정 깊이에 위치한다.

상기 뚜껑 소정 위치에는 원통부 내측 공간부로 이온화된 액체를 분사하기 위한 액체 주입용 배관이 1개 이상 구비된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 액체 주입용 배관은 전도성 재질로서 가늘고 긴 원통형 관으로 일측 단부는 개구되어 상기 뚜껑 위로 소정 높이 돌출되고, 타측 단부는 밀폐되어 상기 원통부의 소정 깊이에 위치한다.

상기 액체 공급을 통해 정전분무효과를 통해 공기 중 미세먼지를 상부 몸체부에서 1차로 액적 접촉 제거할 수 있다.

상기 액체 주입용 배관(360)에는 1개 이상의 액체분사구가 형성되어 있으며, 상기 뚜껑과 접촉하는 부위 외측면에는 뚜껑과 전기적으로 통전되는 것을 방지하기 위하여 소정의 두께를 갖는 절연애자가 감싸고 있다.

상기 제1코일부와 제2코일부가 상기 상광하협 몸체부와 접촉하는 부분에도 절연애자가 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 따른 사이클론에서는 로렌쯔 힘이 발생할 수 있다.

도 4는 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론의 공기 흐름도이다.

상기 본 발명의 구성을 통해 사이클론 내부로 유입된 금속성 미세먼지를 포함한 공기는 1차 정전분무 집진, 2차 제1코일부 집진, 3차 제2코일부 집진을 통해 집진효율을 극대화 할 수 있다.

공기가 사이클론의 공기 유입부를 지나 원통형 몸체를 따라 나선궤도로 하강하다가 상광하협 몸체에 이르러 원운동 반경이 줄어든 만큼의 여분의 원심력이 마찰력으로 작용하여 상광하협 내부 벽면을 타고 흘러내리게 된다. 이때, 상광하협 몸체(8)에는 음(-)형 코일이 감겨져 있을 수 있으며, 상기 몸통부 내부 중심에는 연직 상(上) 방향의 자기장이 형성된다.

음(-)으로 대전된 먼지입자는 도 4에 도시된 것과 같이 원심력의 방향으로 로렌쯔 힘을 받게 되므로 먼지입자가 원통의 중심부에 위치한 제진공기 출구인 내부 원통형 몸체를 따라 탈출하는 것을 방지하게 된다.

지금까지 본 발명에 대하여 몇몇 실시예들을 들어 구체적으로 설명하였으나, 상기 실시예들은 본 발명을 이해하기 위한 설명을 위해 제시된 것이며, 본 발명의 범위가 상기 실시예에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.

100: 몸체부
101: 공기 유입구
102: 원통형 몸체
103: 상광하협 몸체
104: 원통형 배출관
200: 제1코일부
300: 제2코일부
400: 분진저장조부
401: 영구자석부
501: 액체분사구
502: 액체 주입용 배관
503: + 리드선
504: - 리드선
505: 제1절연애지
506: 제2절연애자

Claims (7)

1. 상부의 일측에 형성된 공기 유입구(101);를 포함하는 원통형 몸체(102) 및
   하부의 상광하협 몸체(103)로 구성되며, 유입된 금속성 미세먼지를 포함한 함진 공기를 하강시키기 위한 적어도 하나의 몸체부(100);
   금속성 미세먼지가 제거된 공기를 외부로 배출하기 위한 내부가 비어 있는 원통형 배출관(104)이 관통된 상태로 배치되어 있는 상기 몸체부 상부에 구비되는 뚜껑(104);
   상기 상광하협 몸체를 둘러싸도록 형성되며, 상기 몸체부 내부에 자기장을 형성하는 제1코일부(200);
   상기 제1코일부의 내부에 형성되며 상기 배출관과 중심축을 공유하며 형성되는 제2코일부(300); 및
   상기 몸체부 하부에 부착되며, 상기 금속성 미세먼지를 저장하기 위한 분진저장조부(400);를 포함하며,
   상기 공기에 포함된 금속성 미세먼지는 상기 제1코일부에 의해 형성된 자기장에 의해 하강되어 상기 분진저장조부에 1차 집진되며,
   상기 분진저장조부로 1차 집진되지 못하고 공기와 같이 상승하는 공기내의 금속성분이 배출관으로 상승되지 못하도록 상기 제2코일부에 의해 형성되는 내부 자기장에 의해 비산되지 못하고 하부의 분진저장조부에 2차 집진되는 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1코일부 및 제2코일부는 음(-) 또는 양(+)으로 대전되어 금속성 미세먼지를 몸체부는 대전된 금속성 미세먼지를 하강시켜 하부에 연결된 분진저장조부에 순차적으로 집진되는 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 분진저장조부 하부에 부착되어 상기 분진저장조부에 집진된 미세먼지가 재비산되는 것을 방지하는 영구자석부(401);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부에서 상기 제1코일부 및 상기 제2코일부에 의해 금속성 미세먼지가 제거된 공기는 상기 원통형 배출관을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 원통형 배출관 외주연부에 구비된 1개 이상의 액체분사구(501)가 형성된 액체 주입용 배관(502)가 구비되며,
   원통형 몸체와 연결된 '+' 리드선(503); 및
   상기 액체 주입용 배관과 연결된 '-' 리드선(504)을 포함하는 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론.
   
7. 제1항에 있어서,
   원통형 몸체와 액체 주입용 배관이 전기적으로 통전되는 것을 방지하기 위한 제1절연애자(505); 및
   상기 제1코일부 및 제2코일부의 배선이 전기적으로 통전되는 것을 방지하기 위한 제2절연애자(506);가 외면에 더 구비된 것을 특징으로 하는 듀얼 코일을 이용한 전자기 유도 사이클론.
   

Images