KR102481567B1 - 전기 집진 장치 - Google Patents

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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

전기 집진 장치의 집진 유닛(11)은 적어도 한쪽 면에 도전성 섬유로 구성한 도전성 섬유부(20)를 가지는 복수의 대전부 하전 극판(15)과, 적어도 한쪽 면에 도전성 섬유로 구성한 도전성 섬유부(20)를 가지는 복수의 대전부 접지 극판(14)을 구비한다. 또, 대전부 하전 극판(15)과 대전부 접지 극판(14)의 각 극판 간에는 도전성 섬유로 구성한 도전성 섬유부(20)를 가지도록 교대로 평행하게 배치한 대전부(12)를 갖는다. 또, 집진부 접지 극판과 집진부 하전 극판(17)을 평행하게 배치한 집진부(13), 대전부 하전 극판(15)을 하전하는 대전부 고압 전원(18), 집진부 하전 극판(17)을 하전하는 집진부 고압 전원(19)을 갖는다. 더욱이, 풍향 상측에 대전부(12), 풍향 하측에 집진부(13)가 배치되어 있다.

Description

전기 집진 장치{ELECTROSTATIC PRECIPITATOR}
본 발명은 공기중의 부유 입자를 대전시켜 정전기력으로 포집하는 전기 집진 장치에 관한 것이다.
종래, 이런 종류의 전기 집진 장치는, 대전부의 방전 전극에 직류 고전압을 인가해, 정의 코로나 또는 부의 코로나를 발생시켜, 대전부를 통과하는 분진에 정 또는 부의 전하를 갖게 해, 분진을 대전시킨다. 이 대전한 분진을, 직류 고전압이 인가된 하전 전극과, 접지에 연결된 접지 극판을 가지는 집진부와의 고전계에 의해, 정전기력으로 접지 극판면 상으로 포집하는 기술이 넓게 일반적으로 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이하, 그 전기 집진 원리에 대해 도 20을 참조하면서 설명한다.
도 20은 전기 집진 장치의 집진 유닛의 전극 배치를 모식적으로 나타내고 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 전기 집진 장치는 대전부(104)와 집진부(105)에 의해 구성된다. 통풍 방향은 대전부(104)로부터 집진부(105)로 향하는 방향(도 20에 있어서의 왼쪽에서 오른쪽의 방향)이다. 대전부(104)와 집진부(105)에는 각각 ＋11kV와 ＋8.3kV의 직류 고전압이 직류 고압 전원(109)으로부터 공급되고 있다. 대전부(104)는 돌기 형상의 방전 전극(104A)과 접지 극판(104B)에 의해 구성된다.
방전 전극(104A)에 ＋11kV의 직류 고전압이 인가되어 방전 전극(104A)과 접지 극판(104B) 사이의 공간에 정의 코로나 방전이 발생한다. 이 정의 코로나에 의해 발생한 정 이온이, 공간 중의 분진(도시되지 않음)에 정의 전하를 주어 분진은 정으로 대전한다. 대전한 분진은 후단의 집진부(105)에 있어서의, 하전 극판(105A)과 접지 극판(105B) 간에 형성되는 강전계에 의해, 정전기력으로 접지 극판(105B)상에 포집된다(집진 원리).
코로나 방전을 이용한 일반적인 터널 환기 설비용 전기 집진 장치는 풍량 당 소비 전력이 110W/(m3/s) 정도이다. 이로부터 1m3/min 당 소비 전력은 약 2W가 된다.
또, 다른 종래의 공기 청정기에서는, 처리 풍량이 0.3m3/min의 경우에 소비 전력은 3.5W이며, 이로부터 1m3/min 당 소비 전력은 약 12W가 된다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 공보 평 9-225340호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 공보 평 9-239289호 공보
이러한 전기 집진 장치의 대전부(104)에서는, 코로나 방전에 의한 전력 소비가 발생하기 때문에, 소비 전력에 수반하는 전기료가 커진다고 하는 과제가 있었다.
그래서 본 발명은, 코로나 방전을 발생시키지 않고, 혹은 미소한 코로나 방전을 발생시켜, 분진을 대전시키는 것에 의해, 대전부에서의 전력 발생을 저감해, 소비 전력에 수반하는 전기료를 줄일 수 있는 전기 집진 장치를 제공한다.
그리고, 본 발명과 관련되는 전기 집진 장치는 분진을 포함한 기체의 유입부와 유출부 사이에 복수의 하전 전극과 복수의 접지 전극을 교대로 평행하게 배치한다. 또, 하전 전극의 한쪽 면 또는 접지 전극의 한쪽 면에 도전성 섬유를 구비하고, 도전성 섬유가 하전 전극과 접지 전극의 각 극판 사이에 마련되고, 하전 전극에 고전압을 인가한 대전부를 구비한다.
이러한 구성에 의해, 그라디언트력(gradient force)에 의해 도전성 섬유에 분진을 퇴적시키고, 퇴적한 분진이 비산시에 퇴적하고 있던 도전성 섬유와 동일한 극성으로 유도 대전에 의해 대전하고, 이 비산한 대전 분진을 상이한 극성의 대향하는 접지 전극 혹은 하전 전극으로 집진할 수 있는 것이다.
게다가 대전부에서의 전력 발생을 저감하여, 소비 전력에 수반하는 전기료를 줄일 수 있다고 하는 효과를 얻는다.
또, 본 발명과 관련되는 전기 집진 장치는, 하전 전극에 고전압을 인가함으로써 도전성 섬유의 단부로부터 방전을 발생시키고, 이 대전부의 방전을 전극의 면적에 대해서 1mm2 당 3×10-5~ 60×10-5μA의 범위로 해도 좋다.
또, 하전 전극과 접지 전극의 극판 간격에 대한, 도전성 섬유의 길이의 비율을 0.01 ~ 0.3으로 하고, 하전 전극과 접지 전극의 극판 사이에 있어서의 전계 강도를 0.3 ~ 1kV/mm로 해도 좋다.
또, 도전성 섬유를 탄소섬유로 해도 좋다.
또, 분진을 포함한 기체의 유입부와 유출부간에 있어 복수의 집진부 하전 극판과 복수의 집진부 접지 극판을 교대로 평행하게 배치하고, 집진부 하전 극판에 고전압을 인가하고, 복수의 집진부 하전 극판과 복수의 집진부 접지 극판을 집진부로 하고, 집진부를 대전부의 하류 측에 구비한 것으로 해도 좋다.
또, 하전 전극에 고전압을 인가해도 도전성 섬유의 단부로부터 방전이 발생하지 않는 것으로 해도 좋다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치를 사용한 터널 환기 설비의 내부를 투시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 3-3 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 전기 집진 장치를 사용한 터널 환기 설비의 상면의 내부 투시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 극판 배치를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부의 인가 전압에 대한 전류를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부의 전계 영역을 나타내는 개념도이다.
도 9(a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부의 분진이 퇴적하는 움직임을 나타내는 개념도이다.
도 9(b)는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부의 분진이 재비산하는 움직임을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 인가 전압을 제로로 했을 경우의 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 전압 인가를 대전부만으로 했을 경우의 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 전압 인가를 집진부만으로 했을 경우의 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 집진율의 비교를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부 인가 전압에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부 방전 전류에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 소비 전력에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 대전부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 제1실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 20은 종래의 전기 집진 장치의 대전부와 집진부의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 본 실시 형태에 있어서의 전기 집진 장치의 설치의 일례로서 터널 환기 설비에 사용되는 구성을 도 1 ~ 도 4를 이용해 설명한다.
도 1~도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 전기 집진 장치(3)는, 터널 본선(1)의 상부에서, 환기 흡입구(2)로부터 환기 토출구(6)에 이르는 환기 풍로(4) 내에 설치되고, 환기 풍로(4)의 하류 측에 환기 팬(5)이 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 환기 풍로(4)는 3 계통 있고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 환기 흡입구(2), 전기 집진 장치(3), 환기 풍로(4), 환기 팬(5)으로 1 계통을 구성한다. 모두는 도시하고 있지 않지만, 도 4에 도시하는 환기 풍로(4)의 양측에도 동일한 구성의 환기 풍로가 마련되어 있고, 공통의 환기 토출구(6)는 3 계통을 통합한 토출구로 되어 있다.
전기 집진 장치(3)의 측방에는, 도 1에 나타냈듯이, 전기 집진 보조기(7)와, 전기 집진 장치(3)와 전기 집진 보조기(7)를 작동시키는 고압 발생반(8)과 제어반(9)이 설치되어 있다.
전기 집진 장치(3)는, 도 5에 나타냈듯이, 케이싱(10) 내에, 대전부(12)와 집진부 (13)로 이루어지는 집진 유닛(11)을 구비하고, 집진 유닛(11)의 풍향 상측에는 댐퍼(31)를 구비하고, 풍향 하측의 상부에는 세정 배관(32)을 구비하고 풍향 하측의 하부에는 배선 단자 상자(33)를 갖추고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 집진 유닛(11)은 케이싱(10)내에 복수 설치되어 있다.
댐퍼(31)는 대전부(12) 및 집진부(13)를 구성하는 극판을 물세정 할 때에 닫아, 케이싱(10)의 밖으로의 물비산을 방지하는 기능이 있고, 세정 배관(32)은 극판이나 애자를 세정하기 위한 기내 배관으로, 그 재질은 스테인리스 또는 수지로 구성되어 있다.
배선 단자 상자(33)는 고압 발생반(8)으로부터의 배선을 일단 단자수용하는 상자로, 이 상자의 단자로부터 대전부(12)와 집진부(13)로 배선해 고전압을 인가한다.
다음에, 본 실시 형태의 특징인, 집진 유닛(11)의 대전부(12)의 구성에 대해 설명한다.
도 6에 나타냈듯이, 집진 유닛(11)은, 접지 전극으로서의 대전부 접지 극판(14)과 하전 전극으로서의 대전부 하전 극판(15)을 교대로 평행하게 배치한 대전부(12)와, 집진부 접지 극판(16)과 집진부 하전 극판(17)을 교대로 평행하게 배치한 집진부(13)와, 대전부 하전 극판(15)을 하전하는 대전부 고압 전원(18), 집진부 하전 극판(17)을 하전하는 집진부 고압 전원(19)으로 구성된다. 풍향 상측에 대전부(12), 풍향 하측에 집진부(13)가 배치되어 있다.
대전부(12)는 예를 들면, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)의 깊이(길이) L1은 40mm, 높이(도시하지 않음)는 32mm이며, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)의 극판 간격 D1은 10mm이다.
집진부(13)는, 예를 들면, 집진부 접지 극판(16)과 집진부 하전 극판(17)의 깊이(길이) L2는 280mm, 높이(도시하지 않음)는 90mm이며, 집진부 접지 극판(16)과 집진부 하전 극판(17)의 극판 간격 D2는 10mm이다. 또, 집진부 접지 극판(16)은 6매, 집진부 하전 극판(17)은 6매 사용하고 있다.
대전부(12), 집진부(13)의 극판 재질은, 예를 들면 SUS304이고, 판두께는 0.4~0.6mm 정도이며, 재질로서는 도전체이면 사용가능하다.
대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)은 한쪽에 다수의 도전성 섬유를 식모한 도전성 섬유부(20)가 마련되어 있고, 서로 마주보는 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15) 중 어느 한쪽은 도전성 섬유부(20)를 가지도록 배치되어 있다.
도전성 섬유부(20)는, 예를 들면 선 직경 5~10μm 정도, 길이 0.1에서 3mm 정도의 다수의 활성 탄소 섬유로 구성되고, 도전성 접착제를 이용해 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)에 접착되어 있다.
아울러, 대전부 하전 극판(15)과 대전부 접지 극판(14)의 극판 간격 D1에 대한, 도전성 섬유부(20)의 길이의 비율은 0.01~0.3이 바람직하다. 이 비율이 0.01 이상, 즉 본 실시 형태에서 도전성 섬유부(20)의 길이가 0.1mm이상이면, 도전성 섬유부(20) 단부에 발생하는 그라디언트력(gradient force)이 강해져, 집진율을 높게 할 수 있다. 또, 극판 간격 D1에 대한 도전성 섬유부(20)의 길이의 비율이 0.3 이하, 즉 본 실시 형태에서 도전성 섬유부(20)의 길이가 3mm 이하이면, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)간에 스파크(국부 단락)가 발생하는 빈도가 낮아지기 때문에, 집진율을 높게 할 수 있다.
또, 도전성 섬유부(20)는 탄소 섬유가 바람직하다.
이 구성에 의하면, 도전성을 가지면서 금속 등과 비교해 비중이 가볍기 때문에, 장치를 경량화할 수 있다.
식모는 정전기력을 이용해 실시한다. 도전성 접착제를 도포한 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)을 20~30mm정도의 간격으로 대향 배치하고, 대전부 하전 극판(15)에 DC -5kV 정도의 고전압을 인가한다.
이 상태로 다수의 도전성 섬유를 포함하는 공기를 도입하면, 유전 분극에 의해 도전성 섬유의 한쪽 단이 도전성 접착제를 도포한 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)상에 고정된다.
아울러, 본 실시 형태에서는 도전성 섬유를 식모했지만, 식모 이외 방법이어도 좋다. 예를 들면 도전성 섬유부(20)를 부직포 형상으로 가공한 것을 접착 고정해도 좋다.
또, 본 실시 형태에서는 도전성 섬유부(20)를 표면에 미세 구멍이 있는 활성 탄소 섬유로 구성했지만, 도전성을 가지는 섬유 형상의 것이면 활성 탄소 섬유가 아니어도 좋다. 예를 들면 탄소 등의 도전물을 혼합한 수지 섬유, 금속 세선, 혹은 금속 등의 도전물을 도금한 수지 섬유 등이다.
도전성 접착제는 예를 들면 도전물로서의 은과 바인더로서의 실리콘을 주성분으로 해, 약 180℃로 경화하는 것이고, 경화 후의 체적 저항율은 2.5×10-6Ωㆍcm이다.
또한, 도전물은 도전성을 가지는 것이면 은 이외의 것이어도 좋다. 예를 들면 금, 동 등이다.
또, 바인더는 열경화성을 가지는 것이면 실리콘 이외의 것이어도 좋다. 예를 들면 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 등이다.
또, 본 실시 형태에서는 대전부(12)는 바람의 흐름 방향으로 2 분할 되어 있고, 전단과 후단에서 각각 대전부 접지 극판(14)을 6매, 대전부 하전 극판(15)을 6매 사용하고 있다.
또, 전단과 후단에서 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)는 배치 방향이 반대로 되어 있다.
또한, 이 2 분할한 사이의 거리 B는 예를 들면 40mm이다.
도 7에 도전성 섬유부(20)가 있는 경우(●에 실선)와 없는 경우(▲에 점선)의 대전부(12)의 인가 전압에 대한 전류치를 나타낸다.
도 7에 나타냈듯이, 도전성 섬유부(20)가 없는 경우는, -10.5kV이상(절대치 10.5kV이상)에서 전류가 상승한 것에 대해, 도전성 섬유부(20)가 있는 경우는, -6kV 이상(절대치 6kV 이상)에서 전류의 상승을 볼 수 있다.
또한, 도 7에 나타내는 전류치는, 3시간의 에이징(고압을 인가한 상태로 경과한 시간)을 실시한 후의 값이다. 대전부 접지 극판(14), 대전부 하전 극판(15), 및 도전성 섬유부(20)는 단부에 가공시의 버(burr)가 있기 때문에, 이 버의 영향으로 전류치가 변화한다. 에이징에 의해, 시간과 함께 전류치는 내려가고, 일정시간 경과하면 전류도 거의 일정한 값으로 안정된다.
본 실시 형태에서는 집진부에서의 전력 소비를 억제하기 위해 도전성 섬유부(20)가 없는 집진부(13)의 인가 전압은 -9kV로 했다.
이러한 구성에 있어, 터널 본선(1)내는 차의 주행에 의해 발생하는 분진에 의한 오염을 방지하기 위해, 환기 팬(5)을 운전해, 환기 흡입구(2)로부터 분진을 포함한 오염 공기를 빨아들이고, 환기 풍로(4)내에서 전기 집진 장치(3)에 의해 집진해, 환기 토출구(6)로부터 분진을 제거한 공기를 터널 본선(1) 밖으로 배출한다(도 1 참조).
전기 집진 장치(3)는, 집진 유닛(11)의 대전부(12)로 환기 흡입구(2)로부터 빨아들인 오염 공기 중의 분진을 대전시키고, 집진부(13)의 집진부 접지 극판(16)과 집진부 하전 극판(17)에 부착시켜, 오염 공기 중으로부터 분진을 제거한다(도 6 참조).
본 실시 형태의 특징은, 대전부 고압 전원(18)을 이용하지만, 코로나 방전을 발생시키지 않고, 혹은 미소한 코로나 방전으로, 그라디언트력과 유도 대전에 의해 분진을 부착, 대전시키는 것에 있고, 이 작용을 도 8 ~ 도 10을 이용해 설명한다.
도 8은 도 6의 X부 확대도이며, 도 8에 나타냈듯이, 대전부 고압 전원(18)에 의해 대전부 하전 극판(15)에 부의 고전압을 거는 것에 의해, 대전부 접지 극판(14)으로부터 대전부 하전 극판(15)으로 향하는 전기력선이 작용한다. 이 전기력선은, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15) 상의 도전성 섬유부(20)가 조밀하게 되도록 만곡하여, 불평등 전계를 형성하고 있다.
여기서, 그라디언트력이란, 유전체가 불평등 전계 중에서, 보다 강전계의 방향으로 이동하도록 받는 힘을 지칭하고, 도 8에서 전기력선이 조밀하게 되어 있는 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)상의 도전성 섬유부(20)를 향해 작용한다.
이 불평등 전계 중으로 날아오는 분진의 거동에 대해, 도 9(a), 도 9(b)를 이용해 설명한다.
아울러, 도 9(a)에 나타내는 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)의 각 도전성 섬유를 풍향 상측(도 9(a)의 좌측)으로부터 도전성 섬유(20a), 도전성 섬유(20b), 도전성 섬유(20c), 도전성 섬유(20d)로서 설명한다.
또, 도 9(a)에서는 대전부 접지 극판(14)의 도전성 섬유부(20)에서의 분진의 거동을 모식적으로 나타내고 있지만, 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)에 있어서도 분진은 동일한 거동을 한다.
도 9(a)에 나타낸 바와 같이, 대전부(12)로 날아온 분진은, 그라디언트력에 의해, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)의 풍향 상측에 있는 도전성 섬유(20a)에 끌어 들여져 퇴적한다.
또, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유(20a)에 끌어 들여지지 않은 분진은, 최초의 불평등 전계의 영역을 통과하고, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유(20a)보다 풍향 하측(도 9(a)의 우측)의 도전성 섬유(20b)에 끌어 들여져 퇴적한다.
또, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유(20b)에 끌어 들여지지 않은 분진은, 2번째의 불평등 전계의 영역을 통과하고, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유(20b)보다 풍향 하측의 도전성 섬유(20c)에 끌어 들여져 퇴적한다.
또, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유(20c)에 끌어 들여지지 않은 분진은, 3번째의 불평등 전계의 영역을 통과하고, 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유(20c)보다 풍향 하측의 도전성 섬유(20d)에 끌어 들여져 퇴적한다.
즉, 도 6에 나타낸 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)은, 그 도전성 섬유부(20) 부근에서 전기력선이 조밀한 강전계로 되어, 불평등 전계를 형성하여, 날아온 분진을 끌어 들여 퇴적시킨다.
그리고, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)에 퇴적한 분진은 다량으로 퇴적하면 박리하고, 이때, 부착해 있던 극판과 동일한 전기극성으로 대전(이 대전을 유도 대전이라고 함)하여 재비산한다.
구체적으로는, 도 9(b)에 나타낸 바와 같이, 대전부 접지 극판(14)의 도전성 섬유부(20)에 퇴적하고 있던 분진은 정의 극성, 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)에 퇴적하고 있던 분진은 부의 극성으로 대전하여 재비산한다.
이 재비산하고 대전한 입자는, 도 6에 나타내는 집진부(13)의 집진부 접지 극판(16) 또는 집진부 하전 극판(17)의 표면에 정전기력으로 포집된다.
이와 같이, 적어도 한쪽 면에 도전성 섬유부(20)를 가지는 대전부 접지 극판(14) 및 대전부 하전 극판(15)을 교대로 평행하게 배치한 것에 의해, 분진을 유도 대전에 의해 대전시킬 수 있다. 여기서, 평행이라 함은 몇도 기울어진 대략 평행도 포함하는 것으로 한다.
즉, 도 8에서 설명한 바와 같이, 대전부 접지 극판(14), 대전부 하전 극판(15)의 적어도 한쪽 면에 도전성 섬유부(20)를 마련하는 것에 의해, 각 극판의 도전성 섬유부(20)에서 전기력선이 만곡해 조밀하게 되어, 불평등 전계의 영역을 다수 형성할 수 있다.
그리고, 보다 강전계의 방향으로 작용하는 그라디언트력에 의해 대전부 접지 극판(14), 대전부 하전 극판(15)의 도전성 섬유부(20)에 분진을 끌어 들여 퇴적시켜, 다량으로 퇴적한 분진이 비산시에 퇴적하고 있던 대전부 접지 극판(14) 또는 대전부 하전 극판(15)과 동일한 극성으로 유도 대전에 의해 대전시킬 수 있다.
이 비산한 대전 분진을 집진부(13)의 상이한 극성의 집진부 접지 극판(16) 또는 집진부 하전 극판(17)으로 집진할 수 있다. 결과적으로, 대전부 접지 극판(14), 대전부 하전 극판(15)간에 고전압을 거는 것만으로, 코로나 방전을 발생시키지 않고서 혹은 미소한 코로나 방전으로 분진을 대전시켜, 집진할 수 있다.
그 때문에, 대전부(12)에서의 전력 발생을 저감하여, 소비 전력에 수반하는 전기료를 줄일 수 있다고 하는 효과를 얻는다.
본 실시 형태에서는, 집진부(13)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 평행 평판내에 발생하는 정전기력을 이용하고 있고, 이것은 물리 접촉에 의한 필터식보다 압력 손실이 적어 분진의 포집율도 높다.
또, 필터에 고전압을 인가하는 정전 필터식보다 강전계를 얻을 수 있기 때문에, 압력 손실이 작고, 또한 분진의 포집율이 높다고 하는 효과가 있다.
본 실시 형태에 있어서의 코로나 방전을 발생시키지 않는 경우의 집진 효과에 대해, 도 10~도 14를 이용해 설명한다. 또한, 도 10~도 14에 나타내는 결과는, 대전부(12)의 에이징을 실시하고 있지 않는 것이다.
도 10은 본 실시 형태에 있어서의 대전부(12)의 인가 전압을 -2.4kV로 했을 경우의, 풍속에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다.
아울러, 집진율은 파티클 카운터에 의해, 공기중의 분진의 개수 농도를 계측하고, 집진율은 집진 유닛(11)의 입구측과 출구측의 농도비로부터 이하의 식에 의해 산출했다.
집진율 = (1-출구측 개수 농도/입구측 개수 농도)×100(%)
도 10에 나타낸 바와 같이, 풍속 11m/s 이하에서 전력을 소비하는 일 없이 10% 이상의 집진율을 가지고, 특히 풍속 2m/s에서는 40% 이상의 집진율을 가지고 있다.
도 11은 비교를 위해 대전부(12) 및 집진부(13)의 인가 전압을 0kV로 했을 경우의 집진율을 나타내는 그래프이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 전압을 인가하지 않는 경우의 집진율은 5% 미만이다.
전압을 인가하지 않는 경우, 도전성 섬유부(20) 부근에 그라디언트력이 발생하지 않기 때문에, 유도 대전에 의해 분진을 대전시킬 수 없어, 집진율이 낮다고 생각된다.
도 12는, 대전부(12)만 전압을 인가했을 경우의 집진율을 나타내는 그래프이다. 또 도 13은, 집진부(13)만 전압을 인가했을 경우의 집진율을 나타내는 그래프이다.
일반적으로, 집진율 a%의 대전부(12)와, 집진율 b%의 집진부(13)를 직렬로 배치했을 경우의 합성한 집진율 c%는, 서로 간섭이 없다고 생각했을 경우, 이하의 식으로 계산할 수 있다.
집진율 c = (1-(1-a/100)×(1-b/100))×100(%)
도 14는, 상기 계산식을 이용해 대전부(12)만 전압을 인가했을 경우의 집진율과 집진부(13)만 전압을 인가했을 경우의 집진율로부터 구한 합성 집진율(점선)과 대전부(12)와 집진부(13) 모두에 전압을 인가했을 경우의 집진율(실선)을 비교한 그래프이다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 계산으로 구한 합성 집진율보다 실측의 집진율이 높은 값이 된다.
이것은, 집진부(13)가 평행 평판에 고전압을 인가하는 방식이기 때문에, 대전부(12)에서 일단 접촉 혹은 포집된 분진이 유도 대전에 의해 대전한 상태로 재비산하고, 이것이 후단의 집진부(13)의 평행 평판 중의 강전계에 의해 정전기적으로 포집되는 효과가 더해졌기 때문이라고 생각된다.
이와 같이 도 7에서 나타내는 것 같은 집진부(13)를 평행 평판으로 구성하고 고전압을 인가하는 것에 의해, 상술한 구성의 대전부(12)와의 상승 효과를 창출할 수 있다.
다음에 본 실시 형태에 있어서의 미소한 코로나 방전을 이용했을 경우의 집진 효과에 대해, 도 15~도 17을 이용해 설명한다. 아울러, 도 15~도 17에 나타내는 결과는, 대전부(12)의 에이징을 실시하고 있는 것이다.
도 15는 본 실시 형태에 있어서의 대전부(12)의 인가 전압에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다. 아울러, 풍속은 2m/s이고, 도 15의 실선은 5회 측정시의 평균치를 나타내고 있다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 대전부(12)의 인가 전압이 -3kV 부근으로부터 집진율의 상승 경향을 볼 수 있다. 더욱이, -4kV 이상(절대치 4kV 이상)에서 집진율의 상승을 현저하게 볼 수 있고, -7kV에서는 80% 이상의 집진율을 가지고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 -3kV에서의 대전부(12)의 전계 강도는, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)의 극판 간격 D1이 10mm이기 때문에 0.3kV/mm이다. 또, 본 실시 형태에 있어서의 -4kV에서의 대전부(12)의 전계 강도는, 0.4kV/mm이다.
대전부 하전 극판(15)과 대전부 접지 극판(14)의 극판간에 있어서의 전계 강도는 0.3~1kV/mm가 바람직하다. 전계 강도가 0.3kV/mm 이상이면, 그라디언트력에 의한 집진율의 향상이 기대된다. 또, 전계 강도가 1kV/mm 이하이면, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)간에 스파크(국부 단락)가 발생하는 빈도가 낮아지기 때문에, 집진율을 높게 할 수 있다.
도 16은 본 실시 형태에 있어서의 대전부(12)의 방전 전류에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다. 아울러, 풍속은 2m/s이며, 대전부(12)에 인가하는 전압을 -7kV 부근에서 약간 변동시키는 것에 의해, 방전 전류를 변화시키고 있다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 대전부(12)의 방전 전류가 1μA에서 집진율은 70% 이상으로 되고, 방전 전류가 2μA 이상에서는, 80% 이상의 집진율을 가지고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 대전부(12)의 방전 전류 1μA는, 전극 면적 1mm2 당으로 환산하면 3×10- 5μA로 된다(전극 면적 = 전극 1매당의 면적(40mm×32mm)×전극 매수(접지 극판 6매＋가전 극판 6매)×2층 = 30,720mm2).
본 실시 형태에서, 대전부(12)의 극판 간격 D1(도 6 참조)이 10mm의 경우의 방전 전류가 20μA 정도이기 때문에, 대전부(12)의 방전 전류는 1~20μA, 즉 전극 면적 1mm2 당 방전 전류는 3×10-5~60×10- 5μA가 바람직하다.
전극 면적 1mm2 당 방전 전류가 3×10- 5μA 이상, 즉 본 실시 형태에서 대전부(12)의 방전 전류가 1μA 이상이면, 도전성 섬유부(20) 단부에 발생하는 그라디언트력이 강해져, 집진율을 높게 할 수 있다.
또, 전극 면적 1mm2 당 방전 전류가 60×10- 5μA 이하, 즉 본 실시 형태에서 대전부(12)의 방전 전류가 20μA 이하이면, 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)간에 스파크(국부 단락)가 발생하는 빈도가 낮아지기 때문에, 집진율을 높게 할 수 있다.
또, 전극 면적 1mm2 당 방전 전류가 3×10-5~15×10- 5μA, 즉 본 실시 형태에서 대전부(12)의 방전 전류가 1~5μA인 것이 더욱 바람직하다. 이 구성에 의하면, 소비 전력이 극히 작고, 또한 집진율도 70% 이상으로 할 수 있다.
도 17은 본 실시 형태에 있어서의 소비 전력에 대한 집진율을 나타내는 그래프이다.
또한, 풍속은 2m/s이며, 대전부(12)에 인가하는 전압을 -7kV 부근에서 약간 변동시키는 것에 의해, 소비 전력을 변화시키고 있다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는 소비 전력이 15mW 이상이고 집진율은 80% 이상을 가지고 있다.
본 실시 형태에 있어서의 처리 풍량은 단면적(높이 32mm×극판 간격 10mm×극판 매수 12매)×풍속(2m/s)로부터, 0.46m3/min이다. 이로부터, 1m3/min 당 소비 전력은 약 0.03W로 되고, 이것은 예를 들면 선행 특허 문헌 2의 전기 집진 장치와 비교해 약 4백분의 1의 소비 전력이다.
다음으로, 대전부(12) 및 집진부(13)의 조립 방법에 대해, 도 18, 도 19를 이용해 설명한다.
대전부(12)의 구조는 도 18에 나타낸 바와 같이, 복수의 대전부 접지 극판(14)과 대전부 하전 극판(15)이 극판 간격 유지관(22)에 의해 일정 간격으로 배치되어 있다. 또 각 극판은 복수의 극판 유지봉(23)이 관통해, 양단의 대전부 프레임(21)의 사이에 평행하게 지지 고정되어 있다.
또, 대전부 프레임(21)에는 애자(24)가 설치되어 있고, 대전부 하전 극판(15)을 포함한 전압 인가 부품을 지지하고, 또한 대전부 접지 극판(14)을 포함한 접지 부품으로부터 전기 절연하고 있다.
집진부(13)는, 도 6에서도 나타낸 바와 같이, 대전부 접지 극판(14), 대전부 하전 극판(15)의 매수와 각각 대략 동일한 매수의 집진부 접지 극판(16)과 집진부 하전 극판(17)을 평행하게 배치하고 있다.
또, 집진부(13)는 도 19에 나타낸 바와 같이, 대전부(12)와 마찬가지로, 양단의 집진부 프레임(25) 사이에, 복수의 집진부 접지 극판(16)과 집진부 하전 극판(17)이 극판 간격 유지관(22)에 의해 일정 간격으로 배치되고, 각 극판에 4개씩의 극판 유지봉(23)을 이용해 평행하게 지지 고정하고 있다.
아울러, 본 실시 형태에서는, 대전부(12)와 집진부(13)를 마련했지만, 집진부(13)를 마련하지 않고, 대전부(12)만의 구성이라도 좋다.
또, 높은 집진 효율이 필요한 경우에는, 대전부 하전 극판(15) 및 대전부 접지 극판(14)의 각각 대향 위치에 예리한 돌기를 마련하고, 보조적으로 코로나 방전을 이용해 유입하는 분진의 대전을 촉진시키는 구성이어도 좋다.
아울러, 본 실시 형태에서는, 대전부(12)와 집진부(13)의 접지 전극 및 하전 전극은 평판 형상의 극판을 이용했지만, 섬유 형상 또는 봉 형상의 극을 이용해도 좋다.
이와 같이 본 발명과 관련되는 전기 집진 장치는 코로나 방전을 발생시키지 않거나 혹은 미소한 코로나 방전을 발생시키는 것에 의해, 대전부에서의 전력 발생을 저감해, 전력 절감이 가능해지므로, 넓은 범위에서 유용하다.
1 : 터널 본선
2 : 환기 흡입구
3 : 전기 집진 장치
4 : 환기 풍로
5 : 환기 팬
6 : 환기 토출구
7 : 전기 집진 보조기
8 : 고압 발생반
9 : 제어반
10 : 케이싱
11 : 집진 유닛
12, 104 : 대전부
13, 105 : 집진부
14 : 대전부 접지 극판
15 : 대전부 가전 극판
16 : 집진부 접지 극판
17 : 집진부 가전 극판
18 : 대전부 고압 전원
19 : 집진부 고압 전원
20 : 도전성 섬유부
21 : 대전부 프레임
22 : 극판 간격 유지관
23 : 극판 유지봉
24 : 애자
25 : 집진부 프레임
31 : 댐퍼
32 : 세정 배관
33 : 배선 단자 상자

Claims (10)

  1. 분진을 포함한 기체의 유입부와 유출부 사이에 복수의 하전 전극과 복수의 접지 전극을 교대로 평행하게 배치하고,
    상기 하전 전극의 한쪽 면 또는 상기 접지 전극의 한쪽 면에 도전성 섬유를 구비하고,
    상기 도전성 섬유는 상기 하전 전극과 상기 접지 전극의 각 극판 사이에 마련되고,
    상기 하전 전극에 고전압을 인가한 대전부를 구비하고,
    상기 하전 전극과 상기 접지 전극의 극판 간격에 대한, 상기 도전성 섬유의 길이의 비율을 0.01 ~ 0.3으로 하고,
    상기 하전 전극과 상기 접지 전극의 극판 간에 있어서의 전계 강도를 0.3 ~ 1kV/mm로 한 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 전극에 고전압을 인가함으로써 상기 도전성 섬유의 단부로부터 방전을 발생시키고,
    상기 대전부의 상기 방전은 전극의 면적에 대해서 1mm2 당 3×10-5 ~ 60×10- 5μA의 범위인 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분진을 포함한 기체의 유입부와 유출부 간에 있어 복수의 집진부 하전 극판과 복수의 집진부 접지 극판을 교대로 평행하게 배치하고,
    상기 집진부 하전 극판에 고전압을 인가하고,
    상기 복수의 집진부 하전 극판과 상기 복수의 집진부 접지 극판을 집진부로 하고,
    상기 집진부를 상기 대전부의 하류 측에 구비한 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 전극에 고전압을 인가해도 상기 도전성 섬유의 단부로부터 방전이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 전기 집진 장치.
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