KR102581575B1 - 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애자덕트를 관통하는 행거봉에 수용기 내 액상 절연재가 채워진 절연부싱을 피복하여, 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 이격 거리를 최소화시킴으로써 퍼지 공기량을 감소시킬 수 있도록 하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조에 관한 것이다.
본 발명은 「전기집진기 하우징 상단에 관입 설치되는 애자덕트를 절연부시가 피복된 행거봉이 종방으로 관통하도록 설치되되, 상기 절연부시는 수용기 내부의 밀폐된 공간에 액상 절연재가 채워져 구성되고, 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 최소 이격 거리(d)가 확보된 것을 특징으로 하는 전기집진기의 행거봉 설치구조」를 제공한다.

Description

전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조{Installation structure of hanger rod insulation bush of electrostatic precipitator}

본 발명은 애자덕트를 관통하는 행거봉에 수용기 내 액상 절연재가 채워진 절연부싱을 피복하여, 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 이격 거리를 최소화시킴으로써 퍼지 공기량을 감소시킬 수 있도록 하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조에 관한 것이다.

전기집진기는 코로나 방전에 의해 먼지입자를 하전 시킨 후 방전극과 집진극 사이에 형성된 고전압 전계에 노출시킴으로써 먼지를 집진극으로 이동, 부착시켜 제거하는 기전을 갖고 있는 장치이다. 이러한 전기집진기는 모든 집진장치에 있어 포집효율이 가장 낮게 나타나는 서브마이크론(0.1~1μm) 입자들을 연속적으로 고효율로 집진할 수 있는 효율적인 장치 중 하나이다.

전기집진기는 건식과 습식으로 나뉘는데, 집진극에 부착된 먼지를 제거할 때 물을 이용하여 제거하는 방법을 사용하면 습식으로 분류되고 물을 이용하지 아니하고 추타방법 등에 의해 제거하는 방법을 사용한다면 건식으로 분류된다. 집진 원리는 습식과 건식이 동일하다.

전기집진기의 주요 부품으로는 집진극, 방전극이 있고 방전극을 절연, 지지할 수 있는 절연애자가 있다. 절연애자가 위치하는 애자실에는 외부공기가 도입되고 상시 퍼지(purge)를 통해 절연애자를 오염으로부터 보호하고, 절연상태가 유지되도록 한다. 퍼지 공기는 행거봉이 지나가는 애자덕트를 통하여 전기집진기 하우징 내부로 유입된다([도 1] 참조).

다만, 처리가스 유량이 적을 경우에는 위와 같이 전기집진기 하우징 내에 절연을 위한 퍼지 공기가 혼합되는 것이 처리가스의 과도한 희석으로 해석되어 법적인 문제를 유발할 수 있다. 따라서 최소량의 퍼지에어를 통하여 애자덕트 부분의 절연을 유지할 필요가 있으며, 최소량의 퍼지에어를 사용하려면 애자덕트의 지름을 작게 구성해야 한다.

그러나 애자덕트의 지름이 작아지면 고전압이 인가되는 행거봉과 애자덕트 간의 거리가 가까워지고 공기의 절연내력을 초과하는 전계가 형성되면 스파크 및 아크현상이 발생하여, 전기집진기 시스템의 운전이 불가하게 된다([도 2] 참조).

1. 등록특허 10-2097737 "절연 행거봉이 구비된 전기집진기" 2. 등록특허 10-1724633 "전기집진기의 내측에 설치되는 수분차단 애자" 3. 공개특허 10-2017-0076948 "수직형 습식 전기집진기"

본 발명은 전기집진기의 애자덕트를 관통하는 행거봉에 피복되는 절연부시의 비유전율 높여, 스파크 및 아크현상을 방지하기 위해 확보되어야 하는 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 이격거리를 줄이고, 이에 따라 퍼지 공기량을 감소시킬 수 있도록 하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조룰 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 「전기집진기 하우징 상단에 관입 설치되는 애자덕트를 절연부시가 피복된 행거봉이 종방으로 관통하도록 설치되되, 상기 절연부시는 수용기 내부의 밀폐된 공간에 액상 절연재가 채워져 구성되고, 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 최소 이격 거리(d)가 확보된 것을 특징으로 하는 전기집진기의 행거봉 설치구조」를 제공한다.

상기 수용기는 플라스틱 재질로 구성할 수 있으며, 작은 지름의 내부파이프와 큰 지름의 외부파이프를 횡단면이 동심원을 이루도록 배치하고, 상기 내부파이프와 외부파이프 사이에 형성된 공간을 상·하부에서 각각 밀폐시키는 상부마감재와 하부마감재를 결합하여 구성할 수 있다.

상기 최소 이격 거리(d)는 하기 식에 의한 산출값을 적용할 수 있다.

t1 : 내부파이프 두께(cm)

t2 : 외부파이프 두께(cm)

t3 : 내부파이프와 외부파이프 사이 공간의 간격(cm)

c1 : 플라스틱 비유전율

c2 : 액상재 비유전율

상기 수용기에 채워지는 액상재는 글리세린을 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조에 의하면, 수용기 내에 비유전율이 월등히 높은 액상 절연재를 채워 넣은 절연부시를 행거봉에 피복 설치함으로써, 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 이격거리를 줄이고, 이에 따라 퍼지 공기량을 감소시킬 수 있다.

[도 1]은 본 발명이 적용될 수 있는 습식 전기집진기의 일반적 구조를 도시한 것이다.
[도 2]는 행거봉 설치구조를 도시한 것이다.
[도 3]은 애자덕트를 관통하는 행거봉에 실리콘 절연부시를 피복한 구조를 도시한 것이다.
[도 4]는 본 발명에 따라 수용기에 절연 액상재를 채워 제작한 절연부시를 행거봉에 피복한 구조를 도시한 것이다.
[도 5]는 본 발명이 제공하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명이 적용되는 전기집진기(1)는 [도 1] 및 [도 2]에 도시된 바와 같이 상부에 복수의 애자실(50)이 결합되며, 상기 애자실(50)은 송풍기(F)로부터 퍼지 공기를 공급받도록 구성되어 있다.

상기 애자실(50) 내부에는 복수의 절연애자(60)가 설치되어 있으며, 상기 절연애자(60)는 외측의 고전압 공급장치(P)와 연결됨으로써 전원을 공급받게 된다.

상기 절연애자(60)의 상단에는 횡바(65)가 결합되고, 상기 횡바(65)에는 수직으로 연장 형성된 행거봉(40)의 상단이 결합되어 있으며, 상기 행거봉(40)의 하단은 상기 애자실(50) 하방에 결합된 애자덕트(20)를 지나 인출되어 복수의 방전극(70)이 매달리는 행거바(80)에 연결됨으로써 복수의 방전극(70)으로 전원을 인가하게 된다.

본 발명은 「전기집진기(1)의 하우징(10) 상단에 관입 설치되는 애자덕트(20)를 절연부시(30)가 피복된 행거봉(40)이 종방으로 관통하도록 설치되되, 상기 절연부시(30)는 수용기(31) 내부의 밀폐된 공간에 액상 절연재(32)가 채워져 구성되고, 절연부시(30) 표면과 애자덕트(20) 내경 간 최소 이격 거리(d)가 확보된 것을 특징으로 하는 전기집진기의 행거봉 설치구조」를 제공한다.

상기 절연부시(30)는 애자덕트(20)와 행거봉(40) 사이에 발생하는 스파크 및 아크 현상을 억제하는 역할을 수행함으로써 전기집진기의 집진효율 및 운영성을 향상시키기 위한 것으로, 종래에는 [도 3]에 도시된 바와 같이 행거봉이 애자덕트(20)를 지나는 구간에서 상하로 일정 길이 연장된 범위까지 테플론, 실리콘, 네오프렌 등의 절연성 소재를 피복한 절연부시(30)를 적용해 왔다.

본 발명은 절연성 수용기(31) 내부 공간에 비유전율이 높은 액상 절연재(32)를 채워 넣어 제작한 절연부시(30)를 적용함으로써, 절연부시(30) 표면과 애자덕트(20) 내경 간 최소 이격 거리(d)를 줄이고, 전기집진기 하우징(10) 내에 유입되는 퍼지 공기량이 더욱 저감되도록 한 것이다.

아래 [표 1]에 나타난 바와 같이 세라믹은 현재 절연부시로 사용되는 실리콘 고무 보다 비유전율이 크게 높으나 가공이 어렵고 제작비용이 고가이다. 이에 실리콘 고무와 비유전율이 유사하고 성형성이 좋으며, 내구성이 우수한 플라스틱(이하 실시예에서는 CPVC)을 수용기를 구성하는 재질로 사용하면서, 상기 수용기 내부에는 비유전율이 월등히 높은 액상 절연재를 채워 넣는 방안을 검토하였다.

절연에 유리한 높은 비유전율을 갖고 있으면서도 저렴한 물질로는 물(Water)이 있다. 물의 비유전율은 80.3으로 실리콘 고무보다 28배 정도 크다. 그러나 물은 영하에서 빙결되며 부피가 팽창하므로 사용에 주의를 요한다. 이에 대해 차선책으로 빙점이 영하 20℃인 글리세롤을 사용할 수 있다.

상기 수용기(31)는 [도 4] 및 [도 5]에 도시된 바와 같이 작은 지름의 내부파이프(31-1)와 큰 지름의 외부파이프(31-2)를 횡단면이 동심원을 이루도록 배치하고, 상기 내부파이프(31-1)와 외부파이프(31-2) 사이에 형성된 공간을 상·하부에서 각각 밀폐시키는 상부마감재(31-3)와 하부마감재(31-4)를 결합하여 구성할 수 있다. 상기 내부파이프(31-1)와 외부파이프(31-2)를 배치하고 하부마감재(31-4)를 결합시킨 후 액상 절연재(32)를 채워 넣은 후 상기 상부마감재(31-3)를 결합시키는 방식으로 절연부시(30)를 제작할 수 있다. 상기 수용기에 채워지는 액상재로는 글리세린을 적용할 수 있다. 상기 내부파이프(31-1)의 안쪽 홀을 통해 행거봉(40)을 삽입, 결합시킬 수 있다.

상기 최소 이격 거리(d)는 하기 식에 의한 산출값을 적용할 수 있다.

t1 : 내부파이프 두께(cm)

t2 : 외부파이프 두께(cm)

t3 : 내부파이프와 외부파이프 사이 공간의 간격(cm)

c1 : 플라스틱 비유전율

c2 : 액상재 비유전율

이하에서는 구체적인 실시예를 대상으로 퍼지 공기량 산출을 통해 종래기술 대비 본 발명의 효과를 비교한다.

깨끗한 공기의 절연내력은 40 kV/cm이다. 하지만 실용상 절연을 위한 전계강도는 6 kV/cm로 이를 초과할 경우 절연이 파괴될 수 있다. 만약 60kV의 전압을 사용하고 있는 전기집진기가 있다면 관통 파이프 내경과 행거봉 외경 간의 최소 이격거리(D)는 다음과 같다.

따라서, 행거봉 직경(16 mm) 및 여유를 고려하여 애자덕트 직경은 약 25 cm로 설정할 수 있으며, 이 경우 애자덕트 1개를 통과하는 퍼지 공기량(q)은 다음과 같다.

A : 애자덕트 내부 공간 단면적

a1 : 애자덕트 내부 단면적

a2 : 행거봉 단면적

S : 퍼지 공기 유속

전기집진기의 관통구멍의 수는 보통 최소 4개이므로 총 퍼지 공기량(Q)은 다음과 같다.

소형 전기집진기의 경우 위와 같은 양의 퍼지 공기가 전기집진기 하우징 내로 유입되면 집진성능이 충분하더라도, 처리가스를 희석 배출시키는 것이라는 오해가 유발될 수 있다.

따라서 행거봉 외부에는 실리콘 고무 재질의 절연부시를 피복하는 방법을 사용하여 퍼지 공기량을 감소시켰다.

실리콘 고무의 비유전율은 2.9이므로 전기집진기 사용전압이 60 kV라면, 피복두께 16 mm인 절연부시 표면전압(V)은 다음과 같다.

따라서 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 최소 이격 거리(d)는 다음과 같다.

위 최소 이격 거리(d)를 반영하여 애자덕트 내부 공간 단면적(A)을 산출하면 다음과 같다(행거봉 직경 16 mm, 피복두께 16 mm).

퍼지 공기 유속 2 m/sec를 적용하면 퍼지 공기량(q)은 다음과 같다.

애자덕트 4개 기준의 총 퍼지 공기 유량(Q)은 0.244×4 = 0.976 ㎥/min으로 절연부시 피복이 없는 경우보다 전기집진기 하우징 내 퍼지 공기 유입량을 약 24배 감소시킬 수 있다.

이하에서는 비유전율 3인 CPVC(Chlorinated polyvinyl chloride) 재질로 제작한 수용기에 비유전율 37인 글리세롤을 충전하여 제작한 절연부시를 대상으로 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 최소 이격 거리(d)와 퍼지 공기량(Q)을 산출한다.

상기 행거봉은 전술한 바와 같이 직경 16 mm이고, 상기 절연부시 피복두께는 위에서 검토한 실리콘 고무 재질 절연부시 피복두께와 동일하게 16 mm로 설정하되, 상기 내부파이프 두께는 3 mm, 상기 외부파이프 두께는 4 mm가 되도록 하고, 상기 사이 공간 간격은 9 mm가 되도록 하였다.

위의 조건에서 전기집진기 사용전압이 60 kV라면, 상기 절연부시 표면전압(V)은 다음과 같다.

따라서 절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 최소 이격 거리(d)는 다음과 같다.

위 최소 이격 거리(d)를 반영하여 애자덕트 내부 공간 단면적(A)을 산출하면 다음과 같다.

퍼지 공기 유속 2 m/sec를 적용하면 퍼지 공기량(q)은 다음과 같다.

애자덕트 4개 기준의 총 퍼지 공기 유량(Q)은 0.026×4 = 0.104 ㎥/min으로 절연부시 피복이 없는 경우보다 전기집진기 하우징 내 퍼지 공기 유입량을 약 227배 감소시킬 수 있고, 피복두께가 동일한 실리콘 고무 재질 절연부시를 적용한 경우에 비해서는 약 9.4배 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.

1 : 전기집진기
10 : 하우징 20 : 애자덕트
30 : 절연부시 31 : 수용기
32 : 절연재 40 : 행거봉
50 : 횡바 60 : 절연애자
70 : 방전극 80 : 행거바

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전기집진기 하우징 상단에 관입 설치되는 애자덕트를 절연부시가 피복된 행거봉이 종방으로 관통하도록 설치되되,
   상기 절연부시는 수용기 내부의 밀폐된 공간에 액상 절연재가 채워져 구성되고,
   절연부시 표면과 애자덕트 내경 간 최소 이격 거리(d)가 확보되고,
   상기 수용기는,
   플라스틱 재질로 구성되되,
   작은 지름의 내부파이프와 큰 지름의 외부파이프가 횡단면이 동심원을 이루도록 배치되고,
   상기 내부파이프와 외부파이프 사이에 형성된 공간을 상·하부에서 각각 밀폐시키는 상부마감재와 하부마감재가 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조.
   
4. 제3항에서,
   상기 최소 이격 거리(d)는 하기 식에 의한 산출값이 적용되는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조.
   

   

   
   

   

   
   t1 : 내부파이프 두께(cm)
   t2 : 외부파이프 두께(cm)
   t3 : 내부파이프와 외부파이프 사이 공간의 간격(cm)
   c1 : 플라스틱 비유전율
   c2 : 액상재 비유전율
   
5. 제3항 또는 제4항에서,
   상기 액상 절연재는 글리세린인 것을 특징으로 하는 전기집진기의 행거봉 절연부시 설치구조.