KR102458650B1 - 출력 가변형 전기 집진 시스템 - Google Patents

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김진규
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주식회사 두인이엔지
김진규
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Abstract

본 발명은 환기구 혹은 터널 내 설치되어 고압방전방식을 통해 이물질(미세먼지 등)을 대전 및 집진하며, 특히 유입 기류의 풍속 또는 풍압에 따라 코로나 방전 출력을 가변적으로 제어함으로써 오존 발생을 최소화할 수 있도록 하는 출력 가변형 전기 집진 시스템에 관한 것이다.

Description

출력 가변형 전기 집진 시스템{ELECTRIC DUST COLLECTION SYSTEM FOR COLLECTING DUST BY VARYING THE OUTPUT}
본 발명은 출력 가변형 전기 집진 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 환기구 혹은 터널 내 설치되어 고압방전방식을 통해 이물질(미세먼지 등)을 대전 및 집진하며, 특히 유입 기류의 풍속 또는 풍압에 따라 코로나 방전 출력을 가변적으로 제어함으로써 오존 발생을 최소화할 수 있도록 하는 출력 가변형 전기 집진 시스템에 관한 것이다.
최근, 산업화에 의해 도심의 미세먼지 오염이 심해지고 더욱이 실내공간, 특히 지하철역사와 같은 지하공 간의 오염이 심해져 집진기가 전용으로 설치되고 있다. 일례로서, 공개특허공보 공개번호 10-2018-0137797호에는 일정 간격으로 배열되는 다수의 대전용 금속판과, 상기 대전용 금속판 사이에 일정 간격으로 배열되는 다수의 집진판을 구비하되, 상기 대전용 금속판은, 각각 양면에 활성탄 코팅막을 구비하고, 상기 집진판은, 절연재로 이루어진 소정 두께의 패널과, 상기 패널의 일측 가장자리 단면을 따라 상기 패널과 직각방향으로 구성되는 에 어포켓 정류판과, 상기 에어포켓 정류판의 가장자리 단면을 따라 구성되는 복수의 제1요홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 집진 유닛이 공개되어 있다.
하지만, 이러한 종래기술은 지하철역사나 실내공간에서 발생하는 먼지의 집진효율이 떨어지고 유지보수가 어렵다는 단점과, 고압발생장치 작동 시 발생되는 다량의 오존(O3)에 의한 환경오염 및 인체에 악영향을 줄 수 있는 문제가 있었다.
1. 대한한국 등록특허 제10-2380319호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 환기구 혹은 터널 내 설치되어 고압방전방식을 통해 이물질(미세먼지 등)을 대전 및 집진하며, 특히 유입 기류의 풍속 또는 풍압에 따라 코로나 방전 출력을 가변적으로 제어함으로써 오존 발생을 최소화할 수 있도록 하는 출력 가변형 전기 집진 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)은 공기 내 이물질을 음전극(-)으로 대전시키는 대전부(110), 상기 대전부(110)를 통해 대전된 이물질을 집진하는 집진부(120), 상기 대전부(110)에 전원을 공급하는 전원 공급부(130), 상기 대전부(110)의 유입단에 설치되며, 상기 대전부(110)로 유입되는 기류를 센싱하는 기류 센서(140) 및 상기 기류 센서(140)의 센싱 결과를 토대로 상기 전원 공급부(130)의 출력을 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 대전부(110), 집진부(120) 및 기류 센서(140)는 하나의 모듈화 된 구조를 이루되, 다수 개의 구조가 각각 상기 전원 공급부(130)와 병렬로 연결되며, 상기 제어부(150)는 각각의 기류 센서(140)의 센싱 결과를 토대로, 각 구조 별 대전부(110)로 공급되는 전원 공급량을 개별적으로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기류 센서(140)는 상기 대전부(110)로 유입되는 기류의 풍속 또는 풍압을 센싱하며, 상기 제어부(150)는 기류의 풍속 또는 풍압이 기 설정값 이하인 것으로 판단되는 경우, 상기 전원 공급부(130)의 출력을 제한시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 대전부(110)는 상기 전원 공급부(130)로부터 공급되는 전원을 토대로 코로나 방전을 발생시켜 이물질을 음전극으로 대전시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템은 서로 이격 배치되며, 공기 내 이물질을 음전극(-)으로 대전시키는 제1 및 제2 대전부(210, 220), 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220) 사이에 마련되며, 상기 제1 및 제2 대전부(110, 120)를 통해 대전된 이물질을 집진하는 집진부(230), 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220)에 각각 전원을 공급하는 전원 공급부(240), 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220) 각각의 유입단에 설치되며, 상기 제1 및 제2 대전부(110, 120)로 유입되는 기류를 센싱하는 기류 센서(250) 및 상기 기류 센서(250)의 센싱 결과를 토대로, 상기 전원 공급부(240)의 출력을 제어하는 제어부(260)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기류 센서(250)는 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220) 각각으로 유입되는 기류의 풍속 또는 풍압을 센싱하며, 상기 제어부(260)는 기류의 풍속 또는 풍압이 기 설정된 이하인 것으로 판단되는 대전부에 대하여, 상기 전원 공급부(240)의 출력을 제한시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220), 집진부(230) 및 기류 센서(250)는 하나의 모듈화 된 구조를 이루되, 다수 개의 구조가 각각 상기 전원 공급부(240)와 병렬로 연결되며, 상기 제어부(260)는 각각의 기류 센서(250)의 센싱 결과를 토대로, 각 구조 별 제1 및 제2 대전부(210, 220)로 공급되는 전원 공급량을 개별적으로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220)는 상기 전원 공급부(240)로부터 공급되는 전원을 토대로 코로나 방전을 발생시켜 이물질을 음전극으로 대전시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환기구 혹은 터널 내 설치되어 고압방전방식을 통해 이물질(미세먼지 등)을 대전 및 집진하여, 유입 기류의 풍속 또는 풍압에 따라 코로나 방전 출력을 가변적으로 제어함으로써 오존 발생을 최소화할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기류 흐름에 따른 대전부의 부하량을 차등 조절할 수 있어 불필요한 전력 낭비를 최소화할 수 있으며, 부하 방지 및 장치 수명 연장을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)을 통한 집진 개념을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)을 통한 집진 개념을 나타낸 도면이다.
도 5는 환기구에 설치된 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)을 통하여 양방향으로 이물질을 집진하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 6은 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)이 터널 내 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)을 통한 집진 개념을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)은 크게 대전부(110), 집진부(120), 전원 공급부(130), 기류 센서(140) 및 제어부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)은 터널 혹은 지하철 본선 환기구 등에 설치될 수 있으며, 내부에서 발생되는 미세먼지 혹은 외부에서 발생되는 미세먼지를 집진하는 역할을 한다.
대전부(110)는 기류를 따라 유입되는 공기 내 이물질을 음전극(-)으로 대전시킴으로써 집진부(120)에서 대전 가능한 상태가 되도록 한다. 이러한 대전부(110)에서는 전원 공급부(130)를 통해 공급되는 전원을 통해 코로나 방전이 발생되어 이물질(미세먼지 등)을 음전극으로 대전시키게 되며, 양전극(+)에 해당하는 집진부(120)를 통과하면서 집진부(120)에 자동으로 집진되는 것이다. 이러한 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)은 기류가 단방향(대전부(110)를 향하는 방향)인 경우 적용될 수 있다.
전원 공급부(130)는 대전부(110)에 고압의 전류를 가하여 코로나 방전(corona discharge)이 발생되도록 하는데, 이때 전원 공급부(130)를 통한 출력은 제어부(150)를 통해 자동으로 조정될 수 있다. 이는 기류 센서(140)의 센싱 결과를 토대로 제어될 수 있는데, 이를 살펴보면 다음과 같다.
기류 센서(140)는 대전부(110)의 유입단에 설치되어 대전부(110) 방향으로 유입되는 기류를 센싱하게 된다. 보다 구체적으로, 기류 센서(140)는 대전부(110)의 유입단으로 들어오는 기류, 풍속, 풍압을 감지할 수 있으며, 감지 결과를 제어부(150)로 제공하게 된다. 제어부(150)에서는 이러한 기류, 풍속, 풍압의 센싱 결과를 기반으로 전원 공급부(130)를 통한 출력을 조정하게 된다. 즉, 기류가 기 설정값 이하이거나, 풍속, 풍압이 기 설정값 이하일 경우, 제어부(150)는 전원 공급부(130)의 출력을 저하시킴으로써 대전부(110)의 오존(O3) 발생량을 최소화하게 된다.
특히, 기류 센서(140)를 통해 기류가 아예 감지되지 않을 경우, 제어부(150)는 전원 공급부(130)를 통한 출력을 완전히 제한함으로써, 대전부(110)의 오존 발생량을 완전히 차단할 수도 있다.
일 실시예에서, 대전부(110), 집진부(120) 및 기류 센서(140)는 하나의 모듈화 된 구조로 구성될 수 있으며, 특히 이 경우 다수 개의 구조 각각이 전원 공급부(130)와 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 구조에 포함된 대전부(110)들은 전원 공급부(130)로부터 각각 개별적으로 전원을 공급받을 수 있다. 이러한 점은, 다수 개의 구조들이 적층된 경우, 전원 공급부(130)로부터 개별 공급되는 전원을 통해 각 대전부(110) 별로 부하량이 차등적으로 조절될 수 있다는 점에서 큰 이점을 가진다.
이때, 대전부(110) 별 부하 조절량은 직류(DC) 전압을 기준으로 0kv~11kv, 전류 0mA~1000mA 사이에서 가변적으로 조정될 수 있다.
한편, 앞서 살펴본 출력 가변형 전기 집진 시스템(100)은 기류가 단방향일때 적용될 수 있는 바, 이하에서는 기류가 양방향 혹은 다방향일 경우 적용될 수 있는 구조에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)을 통한 집진 개념을 나타낸 도면이며, 도 5는 환기구에 설치된 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)을 통하여 양방향으로 이물질을 집진하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)은 서로 이격 배치된 제1 및 제2 대전부(210, 220), 제1 및 제2 대전부(210, 220) 사이에 마련되는 집진부(230), 전원 공급부(240), 제1 및 제2 대전부(210, 220) 각각의 유입단에 설치되는 기류 센서(250) 및 기류 센서(250)의 센싱 결과를 토대로 전원 공급부(240)의 출력을 제어하는 제어부(260)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 및 제2 대전부(210, 220)는 집진부(230)의 양측에 각각 서로 이격되도록 배치되며, 앞서 도 1에서 살펴본 대전부(110)와 동일한 역할을 하게 된다. 즉, 도 1에서는 대전부(110)과 집진부(120)의 어느 하나의 위치에만 배치됨으로써 단방향 기류에 대해서만 이물질(미세먼지)을 음전극으로 대전시킨 반면, 도 3에서의 제1 및 제2 대전부(210, 220)는 집진부(230)의 양측에 배치됨으로써 양방향 기류에 대해 이물질을 음전극으로 각각 대전시킬 수 있다. 이러한 점은, 제1 및 제2 대전부(210, 220)에서 동시에 이물질을 대전시킬 수도 있고, 제1 대전부(210) 또는 제2 대전부(220) 중 어느 하나를 통해서만 이물질을 선택적으로 대전시킬 수도 있다. 이러한 점은, 기류가 어느 방향인지에 따라 제어부(260)으로 이를 자동으로 결정 및 조정할 수 있다.
이를 위하여, 기류 센서(250)는 제1 및 제2 대전부(210, 220) 각각의 유입단에 각각 설치될 수 있으며, 각각의 센싱 결과는 제어부(260)로 전달될 수 있다.
제어부(260)에서는 이를 토대로, 전원 공급부(240)에서 제1 및 제2 대전부(210, 220) 각각에 공급되는 전원의 출력량을 개별적으로 조절하게 된다.
예를 들어, 기류가 제1 대전부(210) 방향으로만 흐르는 경우 제어부(260)는 제2 대전부(220)로 공급되는 전원 공급부(240)의 출력량을 제한하여 제2 대전부(220)로부터 오존이 발생되지 않도록 한다. 반대로, 기류가 제2 대전부(220) 방향으로만 흐르는 경우 제어부(260)는 제1 대전부(210)로 공급되는 전원 공급부(240)의 출력량을 제한하여 제1 대전부(210)로부터 오존이 발생되지 않도록 한다.
또한, 기류가 제1 대전부(210) 방향으로 흐르되 기 설정값 이하일 경우 제어부(260)는 제2 대전부(220)로 공급되는 전원 공급부(240)의 출력량을 일정치 감소시킴으로써 그만큼 불필요한 전력 낭비를 최소화할 수도 있다. 이는 제2 대전부(220)에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 제1 및 제2 대전부(210, 220), 집진부(230) 및 기류 센서(250)는 하나의 모듈화 된 구조로 구성될 수 있으며, 특히 이 경우 다수 개의 구조 각각이 전원 공급부(240)와 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 구조에 포함된 제1 및 제2 대전부(210, 220)들은 전원 공급부(240)로부터 각각 개별적으로 전원을 공급받을 수 있다. 이러한 점은, 다수 개의 구조들이 적층된 경우, 전원 공급부(240)로부터 개별 공급되는 전원을 통해 각각의 제1 및 제2 대전부(210, 220) 별로 부하량이 차등적으로 조절될 수 있다는 점에서 큰 이점을 가진다.
도 5는 환기구에 설치된 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)을 통하여 양방향으로 이물질을 집진하는 개념을 나타낸 도면이고, 도 6은 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)이 터널 내 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5(a)를 살펴보면, 지하철 본선터널의 환기구에 설치된 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)에 있어서, 도면을 기준으로 좌측에서 오염된 공기가 유입되는 경우, 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)의 제1 대전부(210)에서 음전극 대전이 발생되고, 제2 대전부(220)는 유입되는 기류가 없기 때문에 음전극 대전이 불필요한 상황이 된다. 따라서, 이 경우 제어부(260)는 전원 공급부(240)에서 제2 대전부(220)로 공급되는 전원의 출력량을 제한시키게 되고, 외기로 이어지는 2개의 환기팬이 작동됨에 따라 이물질이 제거된 공기가 환기팬을 통해 외부로 빠져나가게 된다.
도 5(b)를 살펴보면, 2개의 환기팬이 작동되지 않는 상황에서는 본선터널 방향 및 외기 방향 모두에서 오염된 공기가 유입될 수 있다. 따라서, 이 경우 제어부(260)는 전원 공급부(240)에서 제1 및 제2 대전부(210, 220)로 공급되는 전원 출력량을 상승시킴으로써 제1 및 제2 대전부(210, 220) 모두에서 음전극 대전이 발생되도록 한다.
따라서, 본선터널 방향으로 유입되는 오염된 공기는 제1 대전부(210) 및 집진부(230)를 거쳐 댐퍼를 통해 외부로 빠져나가게 되고, 댐퍼를 통해 내부로 유입되는 오염된 공기는 제2 대전부(220) 및 집진부(230)를 거쳐 다시 본선터널 방향으로 빠져나가게 되는 것이다.
도 5(a)는 송풍기 구동에 의해 외부 공기를 본선터널에 공급하는 급기 송풍기 또는 본선터널의 공기를 외부로 배출시키는 배기 송풍기에 적용된 상태이다. 이는 통상 제연의 목적을 갖고 운영, 설치되는 설비이며, 정해진 스케쥴에 의해 송풍기 별로 구동 또는 미구동을 반복하여 운영된다.
따라서, 본원발명에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)이 본선 송풍기의 전단 혹은 후단에 설치되는 되는 급기 송풍기일 경우, 송풍기 구동 중에는 제1 또는 제2 대전부(210, 220)만이 구동되며, 배기 송풍기일 경우, 송풍기 구동중에는 제1 또는 제2 대전부(21, 220)만 구동된다.
만약, 송풍기 미구동일 경우에는 도 5(b)와 같이 블라스터 댐퍼가 개방되고, 열차풍에 의해 급기 또는 배기 상태가 되면 제1 또는 제2 대전부(210, 220)만이 구동된다.통상적으로, 열차풍에 의한 집진기의 집진셀의 기류 통과속도는 2~3m/s, 송풍기 가동에 의한 집진기의 집진셀의 기류 통과속도는 최대 13m/s가 된다.
한편, 도 5(a)에서 송풍기가 가동 시에는 최대 13m/s의 고풍속의 기류가 발생됨에 따라 본 발명에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)은 단방향 전기집진기 역할을 하게 되고, 이 경우 본선환기 내 블라스터 댐퍼는 닫힘(close) 상태가 된다.
또한, 도 5(b)에서 송풍기가 미 가동시에는 최대 2~3m/의 저풍속의 기류가 발생됨에 따라 본 발명에 따른 출력 가변형 전기 집진 시스템(200)은 양방향 전기집진기 역할을 하게 되고, 이 경우 본선환기 내 블라스터 댐퍼는 열림(open) 상태가 된다.
이때, 기류에 의한 기류 센서(250)의 측정속도 범위는 0m/s~20m/s이고, Accuracy는 0.3m/s 또는 3%이내에 해당하게 된다. 또한 제1 및 제2 대전부(210, 220)의 반응 속도는 감지(정방향, 역방향 대전부 on/off 전환) 후 0.5m/s의 속도로 전환하여 대전된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 출력 가변형 전기 집진 시스템
110: 대전부
120: 집진부
130: 전원 공급부
140: 기류 센서
150: 제어부
200: 출력 가변형 전기 집진 시스템
210, 220: 제1 및 제2 대전부
230: 집진부
240: 전원 공급부
250: 기류 센서
260: 제어부

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  5. 서로 이격 배치되며, 공기 내 이물질을 음전극(-)으로 대전시키는 제1 및 제2 대전부(210, 220);
    상기 제1 및 제2 대전부(210, 220) 사이에 마련되며, 상기 제1 및 제2 대전부(110, 120)를 통해 대전된 이물질을 집진하는 집진부(230);
    상기 제1 및 제2 대전부(210, 220)에 각각 전원을 공급하는 전원 공급부(240);
    상기 제1 및 제2 대전부(210, 220) 각각의 유입단에 설치되며, 상기 제1 및 제2 대전부(110, 120)로 유입되는 기류를 센싱하는 기류 센서(250); 및
    상기 기류 센서(250)의 센싱 결과를 토대로, 상기 전원 공급부(240)의 출력을 제어하는 제어부(260);를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 대전부(210, 220)는 양방향 기류에 대해 동시에 이물질을 대전시키거나, 또는 상기 제1 대전부(210) 및 제2 대전부(220) 중 어느 하나를 통해서만 이물질을 선택적으로 대전시키도록 구성되며,
    상기 제어부(260)는 상기 기류 센서(250)를 통해 센싱되는 기류 방향에 따라 상기 제1 및 제2 대전부(210, 220) 중 대전을 진행할 대전부를 자동으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 출력 가변형 전기 집진 시스템.
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JP2019069407A (ja) * 2017-10-06 2019-05-09 三菱電機株式会社 空気処理装置
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KR102380319B1 (ko) 2020-03-31 2022-03-29 송병곤 지하철 환기구 미세먼지 제거장치

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