KR20030062665A - 고효율 집진장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율 집진장치에 관한 것으로서, 특히 배리어 유전체 방전과 교류(AC) 전기장을 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 미세 먼지를 제거한다. 본 발명은 고효율 집진장치에 있어서, 접지되어 있는 하부전극과, 상기 하부전극과 전기적으로 연결되어 있는 하부 유전체전극과, 상기 하부 유전체전극과 일정한 거리를 두고 떨어져 있는 상부 유전체전극 및 상기 상부 유전체전극과 전기적으로 연결되어 50㎐~1㎑ 정도의 교류주파수를 가지는 교류전압이 인가되는 상부전극으로 구성되는 하전부와; 상기 하전부의 후단에서 접지되어 있는 하부 평판전극 및 상기 하부 평판전극과 일정한 거리를 두고 떨어져 고압의 교류전압이 인가되는 상부 평판전극으로 구성되는 응집부와; 상기 응집부의 후단에 설치되어 상기 응집부에서 응집된 먼지를 제거하는 전기 집진장치 또는 백 필터로 구성되는 집진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 집진장치{A high efficiency dust collector}
본 발명은 고효율 집진장치에 관한 것으로서, 특히 배리어 유전체 방전과 교류(AC) 전기장을 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 미세 먼지를 제거하는 고효율 집진장치에 관한 것이다.
일반적으로, 폐기물 소각장이나 발전소 등에서는, 각종 오염된 공기(먼지)를 대기로 배출하기 전에, 전기 집진장치나 백 필터 등의 입자 포집장치를 통해 걸러낸 후 배출하고 있다.
또한, 폐기물 소각장이나 발전소 등에서 대기로 배출되는 미세 먼지의 허용기준이 점점 강화되고 있기 때문에, 미래의 환경 규제에 대처할 수 있는 방법이 필요하다. 미세 먼지는, 대기중에서 장시간 부유하기 때문에 시계(視界)를 감소시키거나 중금속이나 다른 유해한 기체 성분들과 화학 반응을 통해 2차 오염원으로 작용하기도 한다. 또, 인체내로 유입되는 경우 폐 깊숙이 침투해 폐내에 장기간 머무르면서 암이나 돌연변이의 원인이 될 수 있다고 알려져 있다.
이와 같이, 입자 지름이 1㎛ 이하인 미세 먼지를 대기로 방출하기 전에, 효과적으로 제거하는 장치나 방법이 필요하다. 이러한 장치로 전기 집진장치 또는 백 필터가 사용되고 있다.
전기 집진장치는, 주로 화력 발전소의 배출 가스를 집진하는데 사용되는 것으로서, 코로나 방전을 발생시키기 위해 고압이 인가되는 방전전극과, 발생된 코로나 방전에 의해 대전된 입자들을 집진하는 집진전극으로 구성되어, 그 전체 질량의 집진효율은 99% 이상이지만, 입자지름이 0.1~1㎛인 미세 입자의 경우는 85%로서 상대적으로 미세 입자의 집진 효율이 낮았다. 즉, 입자지름이 1㎛ 이하인 미세 입자의 집진효율이 상대적으로 낮은 이유는, 집진효율을 결정하는 지배적 요인인 포화 하전량이 입자 표면적에 비례하기 때문이다.
또한, 백 필터를 사용하는 경우에는 많은 풍량을 처리하기 어렵고, 운전과정에서 압력강하가 크기 때문에 높은 에너지 비용이 필요하다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 배리어 유전체 방전을 통해 미세 먼지를 대전시키고, 교류(AC) 전기장을 이용하여 미세 먼지를 큰 먼지에 부착시켜 미세 먼지를 제거하는 고효율 집진장치를 제공하는데 있다.
도 1은, 본 발명에 따라 배리어 유전체 방전과 교류(AC) 전기장을 이용한 고효율 집진장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 배리어 유전체 방전을 통해 발생되는 기체상의 이온들로 인해 먼지 입자가 양극성으로 대전되는 과정을 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명의 교류(AC) 전기장 내에서 양극성으로 대전된 미세 먼지 입자들이 서로 충돌하여 응집되는 과정을 나타내는 개념도이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 고효율 집진장치에 있어서, 접지되어 있는 하부전극과, 상기 하부전극과 전기적으로 연결되어 있는 하부 유전체전극과, 상기 하부 유전체전극과 일정한 거리를 두고 떨어져 있는 상부 유전체전극 및 상기 상부 유전체전극과 전기적으로 연결되어 50㎐~1㎑ 정도의 교류주파수를 가지는 교류전압이 인가되는 상부전극으로 구성되는 하전부와; 상기 하전부의 후단에서 접지되어 있는 하부 평판전극 및 상기 하부 평판전극과 일정한 거리를 두고 떨어져 고압의 교류전압이 인가되는 상부 평판전극으로 구성되는 응집부와; 상기 응집부의 후단에 설치되는 상기 응집부에서 응집된 먼지를 제거하는 전기 집진장치 또는 백 필터로 구성되는 집진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명에 의한 배리어 유전체 방전과 교류(AC) 전기장을 이용한 고효율 집진장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 공장 등에서 배출되는 오염된 공기(먼지)가 유입되어, 배리어 유전체 방전에 의해 양극성으로 대전되는 하전부(10)와, 상기 하전부(10)에서 대전되어 극성이 서로 다른 입자들이 상대운동을 하게 함으로써 오염된 공기(먼지)중에서 입자 지름이 작은 먼지가 입자 지름이 큰 먼지에 부착하게 하는 응집부(30) 및 상기 응집부(30)에서 응집되어 배출되는 먼지를 제거하는 집진부(50)로 구성되어 있다.
하전부(10)는, 접지되어 있는 하부전극(14a)과, 상기 하부전극(14a)과 전기적으로 연결되어 있는 하부 유전체전극(13a)과, 상기 하부 유전체전극(13a)과 일정한 거리를 두고 떨어져 있는 상부 유전체전극(13b) 및 상기 상부 유전체전극(13b)과 전기적으로 연결되어 50㎐~1㎑ 정도의 교류주파수를 가지는 5~15㎸의 교류전압(15)이 인가되는 상부전극(14b)으로 구성되어, 배리어 유전체 방전을 일으킨다.
또한, 응집부(30)는 상기 하전부(10)의 후단에 설치되어 있고, 접지되어 있는 하부 평판전극(36a) 및 상기 하부 평판전극(36a)과 일정한 거리를 두고 떨어져 고압의 교류전압(37)이 인가되는 상부 평판전극(36b)으로 구성되어, 교류(AC) 전기장을 일으킨다.
또, 집진부(50)는 상기 응집부(30)의 후단에 설치되는 전기 집진장치(51) 또는 백 필터(53)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 동작에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 배리어 유전체 방전을 통해 발생되는 기체상의 이온들로 인해 먼지 입자가 양극성으로 대전되는 과정을 나타내는 개념도로서, 도 1에 도시된 19 부분의 확대도이고, 도 3은 본 발명의 교류(AC) 전기장내에서 양극성으로 대전된 먼지 입자들이 서로 충돌하여 응집되는 과정을 나타내는 개념도로서, 도 1의 20 부분의 확대도이다.
우선, 하전부(10)에서는 미리 50㎐~1㎑ 정도의 교류주파수를 가지는 5~15㎸의 교류전압(15)이 상부전극(14b), 상부 유전체전극(13b), 하부 유전체전극(13a), 접지되어 있는 하부전극(14a)으로 인가되어, 상기 상부 유전체전극(13b)과 하부 유전체전극(13a) 사이의 공간에서 배리어 유전체 방전을 일으킨다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 유전체전극(13b) 및 하부 유전체전극(13a)에서 스트리머 코로나 방전이 발생되어, 상부 유전체전극(13b) 및 하부 유전체전극(13a) 사이의 공간에 양(+)이온(11)과 음(-)이온(12)이 고농도로 혼재하는 플라즈마가 형성된다. 즉, 상부 유전체전극(13b) 및 하부 유전체전극(13a)에서 스트리머 코로나가 발생되면, 상기 상부 및 하부 유전체 전극(13b, 13a) 사이의 공간에는 양이온(11)과 음이온(12)이 고농도로 혼재하는 플라즈마가 형성된다.
다음에, 미 도시된 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 오염된 공기(먼지)가, 상술한 플라즈마 상태가 형성된 하전부(10)로 유입된다. 이때, 오염된 공기(먼지)는 상부 유전체전극(13b) 및 하부 유전체전극(13a) 사이의 공간에 형성된 플라즈마 상태의 공간을 통과한다. 즉, 오염된 공기(먼지)는 플라즈마 상태의 양극성 이온, 즉 양(+)이온 (11) 및 음(-)이온(12)과 각각 충돌하여 각각 양극과 음극을 가지는 양극성 이온으로 대전된다.
또한, 상기 하전부(10)의 후단에 설치되어 있는 응집부(30)는, 고압의 교류전압(37)이 인가되는 상부 평판전극(36b) 및 접지되어 있는 하부 평판전극(36a)으로 구성되어 교류(AC) 전기장을 형성한다. 또, 상기 응집부(30)에서도 미리 고압의 교류전원(37)이 상부 평판전극(36b) 및 접지되어 있는 하부 평판전극(36a)으로 인가되어, 상기 상부 평판전극(36b)과 하부 평판전극(36a) 사이의 공간에 교류(AC) 전기장이 미리 형성된다.
다음에, 상기 하전부(10)에서 양극성 이온으로 대전된 공기가 교류(AC) 전기장이 형성되어 있는 상기 응집부(30)로 유입된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 응집부(30)로 유입된 공기(먼지)는 상기 교류전원(37)의 교류주파수와 입자의 하전량에 따라 공기(먼지)가 유입되는 방향과 수직을 이루는 방향으로 진동하면서 상기 응집부(30)에서 배출된다. 즉, 상기 하전부(10)에서 양극성으로 대전되어 상기 응집부(30)로 유입되는 공기(먼지)는, 상부 평판전극(36b)과 하부 평판전극(36a)에 의해 형성된 교류(AC) 전기장이 형성되어 있는 공간으로 유입되어 배출된다.
이때, 입자의 하전량은 입자의 표면적에 비례하므로 하전량이 많은 큰 입자는 유입방향과 수직으로 빠르게 먼 거리를 왕복하고, 작은 입자는 상대적으로 느리게 짧은 거리를 움직인다. 이 과정에서 입자들 사이에 상대적인 속도 차이가 발생하게 되고, 입자의 극성이 다른 경우, 양극 입자(33)와 음극 입자(34)가 서로 반대 방향으로 이동하기 때문에 충돌 확률이 높아져서 응집이 쉽게 일어난다.
결국, 입자 크기의 분포는 큰 먼지 입자들의 비율이 증가하는 방향으로 이동하게 되고, 반대로 미세 먼지 입자의 수는 감소하게 된다. 즉, 미세 먼지가 큰 먼지에 부착하게 되면서 미세 먼지의 수가 줄어들게 된다.
다음에, 상기 응집부(30)에서 배출되는 공기(먼지)가 전기 집진장치(51) 또는 백 필터(53)로 이루어지는 집진부(50)로 유입된 후, 입자 크기가 큰 먼지가 제거된 상태에서 대기로 배출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 공장이나 소각로 등에서 발생되는 오염된 공기(먼지)를 배출하는 경우, 대기로 방출되는 입자 지름이 1㎛ 이하인 미세 먼지를 효과적으로 제거할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 고효율 집진장치에 있어서,
    접지되어 있는 하부전극(14a)과, 상기 하부전극(14a)과 전기적으로 연결되어 있는 하부 유전체전극(13a)과, 상기 하부 유전체전극(13a)과 일정한 거리를 두고 떨어져 있는 상부 유전체전극(13b)과, 상기 상부 유전체전극(13b)과 전기적으로 연결되어
    고압의 교류전압(15)이 인가되는 상부전극(14b)으로 구성되어 배리어 유전체 방전을 일으키는 하전부(10)와;
    상기 하전부(10)의 후단에 설치되고, 접지되어 있는 하부 평판전극(36a) 및 상기 하부 평판전극(36a)과 일정한 거리를 두고 떨어져 고압의 교류전압(37)이 인가되는 상부 평판전극(36b)으로 구성되어, 교류(AC) 전기장을 형성하는 응집부(30)와;
    상기 응집부(30)의 후단에 설치되어, 오염된 먼지를 제거하는 집진부(50)를 포함하는 고효율 집진장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교류전압(15, 37)은, 5~15㎸의 범위내에서 50㎐~1㎑ 정도의 교류주파수를 가지고, 상기 하부 및 상부 유전체전극(13a, 13b)은, 각각 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 집진장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 교류전압(15, 37)은, 5~15㎸의 범위내에서 50㎐~1㎑ 정도의 교류주파수를 가지고, 상기 하부 및 상부 유전체전극(13a, 13b)은, 각각 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 집진장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 집진부(50)는 전기 집진장치(51)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 집진장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 집진부(50)는 백 필터(53)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 집진장치.
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