KR19980063870A - 난분리성 입자를 전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 전원의 생성을 위한 단지 하나의 고압 전원만의 사용 하에 난분리성 입자를 하나 이상의 구역 또는 전계 중에서 정전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 분리하는 방법에 관한 것이다. 단지 하나의 고압 전원만에 의해 효율적으로 입자를 하전하여 분리하기 위해, 정화하려는 유체를 고압 전계 중에서 연속적으로 전리하여 분리하고, 상기 고압 전계 중에서 전리 구역의 전계 강도를 분리 구역의 전계 강도보다 더 낮게 한다.

Description

난분리성 입자를 전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 분리하는 방법 및 장치

본 발명은 고압 전원의 생성을 위한 단지 하나의 고압 전원만의 사용 하에 난분리성 입자를 하나 이상의 구역 또는 전계 중에서 정전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 방법은 코트렐 원리(Cottrell-principle)에 따라 작동하는 정전 필터에서 통상적으로 실현되는 고효율의 분리가 그 물리적/화학적 특성으로 인해 국부적으로 또는 거의 전체적으로 이루어지지 못하는 입자에 적용된다.

소위 코트렐 원리에 의해 작동하는 정전 필터의 경우, 주지된 바와 같이 분리하려는 입자의 하전 및 이송과, 각각의 경우에 따라 특정하게 형성되는 침적 전극에서의 입자의 침적은 단일 전계 중에서 동시에 실시되는데, 그와 같이 침적되는 입자는 충분히 집적되거나 응집된 후에 기계적 진동(건식 소제) 또는 세척(습식 소제)에 의해 침적 전극으로부터 제거된다. 소정의 총 분리 성능을 달성하기 위해 필요한 경우에는, 다수의 전계를 직렬 또는 병렬로 접속한다.

입자의 분리가 곤란한 문제점은 입자의 물리적/화학적 특성으로 인해 침적 전극에 절연 층이 생성된다는 입자의 전기적 특성에 따른 원인 및/또는 전류 밀도가 높을 때의 전류 교란 또는 소위 와전류로 인해 하전 전극과 분리 전극과의 사이의 구역에서 가스가 전리(ionization)되고, 그 결과 특히 입도 범위＜10 ㎛의 입자 부분이 침적 전극에 침적되기 더욱 어려워지는 원인에 기인한다. 또한, 물리적으로 작용할 수 있는 하전 기구, 즉 소위 충돌 하전 또는 전계 하전 및 확산 하전으로 인해 입자의 분별 분리 성능에 있어 다소 뚜렷한 최소치가 존재하는 것으로 알려져 있다. 와전류로 인한 전류 교란의 문제점에 대응하기 위한 방안으로서, 하전 및 분리를 직렬 접속된 개별 전계에서 수행하는 소위 2단계 정전 필터가 개발되기도 하였다. 그러나, 그러한 방안은 공간적으로 2개의 단계를 분리하는 것이 필요하고, 그 각각의 단계에 상이한 고압 전류를 공급해야 한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 전술된 정전 필터에 의한 분리 방법의 단점을 방지하는 한편, 단지 하나의 고압 전원만에 의해 각각의 전계에서 효과적으로 입자를 하전하고, 이어서 하전 입자를 충분히 높은 전계 강도로 상반되게 분극된 분리 전극으로 이송하여 분리하는 방법을 개발하는 것이다.

도 1은 정전 필터에서의 입자의 분리 거동을 나타낸 그래프,

도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 또 다른 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 4는 하나의 전리 구역이 있는 수평 전계를 나타낸 도면,

도 5는 2개의 전리 구역이 있는 수평 전계를 나타낸 도면,

도 6은 전리 구역에서 침적 전극이 냉각되는 수평 전계를 나타낸 도면,

도 7은 단일 전계의 수직 필터를 나타낸 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 고압 전원 2 : 고압 시스템

3 : 침적 전극 4 : 전리 구역

5 : 분리 구역 6, 7 : 방전 전극

8 : 필터 하우징 12 : 접지부

13 : 분리 게이트 15 : 유입 하우징

16 : 유출 하우징 17 : 관

19 : 절연체

그러한 목적은 정화하려는 유체를 고압 전계 중에서 연속적으로 전리하여 분리하고, 그러한 고압 전계 중에서 전리 구역의 전계 강도를 분리 구역의 전계 강도보다 더 낮게 함으로써 달성된다.

그러한 구성은 가스류를 횡단하는 전류 교란 또는 와전류가 상응하게 높은 초전리 구역에 뒤이어 매우 안정된 사실상의 층류 구역(실질적으로 전류의 교란이 없는)이 후속되고, 바로 그 구역에서 난분리성 하전 입자가 교효율로 장애를 받음이 없이 분리된다는 것을 의미한다.

입자의 효과적인 하전은 후속된 분리 구역에서 입자의 이송 및 분리에 충분한 전계 강도를 생성하도록 설계된 고압에서 실시된다.

기본적으로, 그러한 구성은 각종 형태의 정전 필터에서 한편으로는 접지된 침적 전극에 대한 기하학적 방전 간격이 분리 구역에서보다 전리 구역에서 더 크게 되도록 고압 전원을 조절하는 것에 의해, 다른 한편으로는 평상시 음으로 분극되는 전리 구역 및 분리 구역의 방전 전극의 기하학적 형태를 상기 목적에 상응하게 상이하게 구성하는 것에 의해 실현된다. 즉, 전리 구역에 대해서는 전류의 집속이 높은 방전 전극의 형태가 채택되는 반면에, 분리 구역에 대해서는 전류의 집속이 매우 낮거나 전압이 높은 방전 전극의 형태가 채택된다.

원칙적으로, 입자의 하전이 한 번으로는 불충분한 경우, 필요에 따라 정전 필터의 전계 중에 전리 및 분리를 위한 다수의 부분이 배치될 수 있다.

이하, 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 다수의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 정전기적 분리 방법은 실제로 모든 구성 형태의 정전 필터에 적용될 수 있다.

분리 구역에서 최대한으로 높은 전계 강도를 얻으려면, 수평으로 관류되는 정전 필터가 사용되기 때문에 상호 인접되는 필터 게이트를 전리 구역에서보다 더 많이 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 배치에 의해, 단지 하나의 고압 전원만에 의한 각각의 필터 전계에서의 전리 및 분리의 전류 요구량이 이상적으로 상호 조정된다.

도 1은 정전 필터에서의 입자의 분리 거동을 나타내고 있다. 물리적으로 작용할 수 있는 하전 기구, 즉 소위 충돌 하전 또는 전계 하전 및 확산 하전으로 인해 입자의 분별 분리 성능에 있어 다소 뚜렷한 최소치가 생기게 되는데, 이를 도시된 곡선으로부터 명확히 알 수 있다.

도 2는 확장된 전리 게이트가 선행하여 배치되는 개개의 분리 게이트의 전체적인 구성을 나타낸 것이다. 상호 인접되는 게이트의 도시는 생략되어 있다. 고압 전원(1)에는 전류의 집속이 높은 방전 전극(6) 및 전압이 높거나 전류의 집속이 낮은 방전 전극(7)을 구비한 고압 시스템(2)이 접속된다. 방전 전극(6)은 침적 전극(3)에 의해 형성되는 전리 구역(4)에 배치된다. 방전 전극(7)은 접지된 침적 전극에 의해 형성되는 분리 구역(5)에 배치된다. 전체적인 고압 전계는 도면 부호 11로 지시된다. 전리 구역(4) 및 분리 구역(5)은 기하학적으로 전리 구역에서의 방전 간격이 분리 구역에서의 방전 간격보다 더 크게 되도록 형성된다. 확장된 전리 구역(4)에서는 입자의 충분한 하전이 이루어지고, 하전 입자는 전류의 교란이 감소되거나 와전류가 거의 없는 후 속의 분리 구역(5)에서 최적으로 분리된다.

입자의 하전을 한 번만 하는 것이 최적의 분리에 불충분하다면, 도 3에 나타낸 바와 같이 전리 구역(4) 및 분리 구역(5)에 후속하여 분리 구역(5a)을 동반한 추가의 전리 구역(4a)을 접속한다.

도 4는 수평으로 배치된 정전 필터를 개략적으로 나타낸 것이다. 그러한 정전 필터의 경우, 접지부(12)를 구비한 필터 하우징(8)의 내부에 다수열의 침적 전극(3)이 마련되는데, 그 침적 전극(3)들은 분리 구역(5)에서 다수의 분리 게이트(13)를 형성한다. 그러한 각각의 분리 게이트 내에는 전압이 높은 방전 전극(7)이 설치된다. 정화하려는 유체의 흐름 방향으로 보았을 때, 전류의 집속이 높은 방전 전극(6)이 마련된 전리 구역(4)의 각각에 후속하여 방전 전극(7)을 구비한 2개의 분리 게이트(13)가 접속된다. 점선(14)은 추가의 게이트(13)가 접속될 수 있음을 의미한다.

도 5는 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 그에 따르면 각각의 전리 구역(4)에 후속하여 3개의 게이트(13)가 접속된다. 그 경우, 가스는 전리 구역(4)에서 하전되어 분리 구역(5) 내의 3개의 게이트에서 분리된다. 또한, 그러한 실시예는 전리 구역(4)에 후속하여 분리 구역(5a)을 동반한 추가의 전리 구역(4a)이 접속됨을 나타내고 있다.

도 6은 접지된 침적 전극(9)이 냉매(10)에 의해 관류되는 중공체로서 구성되는 전리 구역(4)을 구비한 실시예를 나타내고 있다. 그러한 냉각에 의해, 매우 높은 입자의 전기 저항에 의한 역전리가 방지된다.

도 7은 단일 전계의 수직관 필터의 실시예를 나타낸 것이다. 그러한 실시예의 경우, 유입 하우징(15)과 유출 하우징(16)과의 사이에는 입구 구역에서의 횡단면(18)이 확장된 다수의 관(17)이 마련된다. 고압 전원(1)에는 절연체(19)를 경유하여 고압 시스템(2)이 접속된다. 확장된 관 횡단면부(18)는 전류의 집속이 높은 방전 전극(6)이 마련된 전리 구역(4)을 형성하고, 관(17)은 전압이 높은 방전 전극(7)이 마련된 분리 구역(5)을 형성한다. 관(17)은 확장된 횡단면부(18)와 함께 접지된 침적 전극을 형성한다.

전술된 실시예들에 의해 본 발명의 핵심이 명확히 개시되었다. 즉, 단지 하나의 고압 전원(1)에 의한 고압 전계(11) 중에 있는 확장된 전리 구역(4)에서 최적의 하전을 실현하고, 이어서 후속된 개개의 소형 게이트에서 입자를 정화하려는 유체로부터 분리한다.

본 발명의 구성에 따라 단지 하나의 고압 전원만에 의해 각각의 전계에서 효과적으로 입자를 하전하고, 이어서 하전 입자를 충분히 높은 전계 강도로 상반되게 분극된 분리 전극으로 이송하여 분리함으로써, 와전류로 인한 전류 교란의 문제점이 해소되어 난분리성 입자의 기체 유체로부터의 분리가 효율적으로 이루어지고, 분리를 위한 구성이 간단해지며, 분리 비용도 절감된다.

Claims (9)

1. 고압 전원의 생성을 위한 단지 하나의 고압 전원만의 사용 하에 난분리성 입자를 하나 이상의 구역 또는 전계 중에서 정전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 분리하는 방법에 있어서,

   정화하려는 유체를 고압 전계 중에서 연속적으로 전리하여 분리하고, 상기 고압 전계 중에서 전리 구역의 전계 강도를 분리 구역의 전계 강도보다 더 낮게 하는 것을 특징으로 하는 난분리성 입자를 전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 분리하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 유체를 고압 전계 중에서 2번 이상 연속적으로 전리하여 분리하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 정화하려는 유체를 확장된 게이트에서 전리한 후에 2개 이상의 후속 게이트에서 분리하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 전리 구역의 접지된 전극을 냉각하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.
5. 정전기적으로 작동하는 필터, 고압 전원, 게이트를 형성하는 침적 전극 및 그 침적 전극 내에 마련된 방전 전극을 구비하는 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,

   전리용 게이트에 선행하여 2개 이상의 분리용 게이트가 접속되는 것을 특징으로 하는 난분리성 입자를 전기적으로 하전하여 가스 유체로부터 분리하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 하나의 고압 전계 중에서 접지된 침적 전극에 대한 기하학적 방전 간격이 전리 구역에서 보다 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 평상시 음으로 분극되는 전리 구역 및 분리 구역의 방전 전극의 기하학적 형태는 전리 구역에 대해 전류의 집속이 높은 방전 전극의 형태가 사용되고, 분리 구역에 대해 전류의 집속이 매우 낮거나 전압이 높은 방전 전극이 사용되는 방식으로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 하나의 전계 중에서 유체의 흐름 방향으로 다수의 전리 구역 및 분리 구역이 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
9. 제 5 항 내지 제 8 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 이온화 구역의 침적 전극이 냉각되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.