KR20030084229A

KR20030084229A - 전력 절약형 전기 집진기 장치

Info

Publication number: KR20030084229A
Application number: KR1020020022808A
Authority: KR
Inventors: 유효열
Original assignee: 주식회사 다원시스
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-01

Abstract

본 발명은 마이크로 펄스 하전 방식을 적용한 전기 집진기 장치로서, 직류용 전원 충전을 위한 커패시터와 펄스용 전원 충전을 위한 커패시터를 구비하여 이로 인해 저전압이 충전되게 함으로써 누설 전류에 의한 전력 손실을 저감시킬 수 있는 전력 절약형 전기 집진기 장치에 관한 것이다.

본 발명은 펄스용 전압을 발생시키는 펄스용 고압 전원부(110)의 일측과, 직류용 전압을 발생시키는 직류용 고압 전원부(180)의 일측이 접지되고, 상기 펄스용 고압 전원부(110)의 다른 일측에 제1 커패시터(420)와 제1 인덕터(430)가 연이어 직렬로 연결되어 상기 직류용 고압 전원부(180)의 다른 일측에 직렬로 연결되며, 상기 제1 커패시터(420)와 상기 펄스용 고압 전원부(110) 사이에 전류의 흐름을 온 또는 오프시키는 스위치 모듈(410)이 직렬로 연결되며, 상기 펄스용 고압 전원부(110)와 상기 제1 커패시터(420)의 연결점(라)과 접지사이에 제2 커패시터(440)가 상기 펄스 고안 전원부(110)에 대하여 병렬로 연결되며, 상기 직류용 고압 전원부(180)와 상기 제1 인덕터(430)의 연결점(바)와 접지 사이에 먼지 입자를 대전시켜 포집하는 집진기(170)가 상기 직류용 고압 전원부(180)에 대해 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 직렬 공진 회로를 구성하는 커패시터에 의하여 저전압으로 충전되게 함으로써, 누설 전류에 의한 전력 손실을 저감하고, 또한, 고전압으로 인한 집진기의 고장의 확률도 획기적으로 감소할 수 있게 된다.

Description

전력 절약형 전기 집진기 장치{Electric Dust Collector}

본 발명은 먼지 입자를 집진하거나 탈취하는 전기 집진기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 펄스 하전 방식을 적용한 전기 집진기의 펄스 전압 발생 회로에서 직류용 전원을 충전하는 커패시터와 펄스용 전원을 충전하는 커패시터를 구비하여 이로 인해 저전압이 충전되게 함으로써 누설 전류에 의한 전력 손실을 저감시킬 수 있도록 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치에 관한 것이다.

전기 집진기는 정전력을 이용하여 분진, 먼지 등의 입자들을 집진하는 장치로서 발전소, 시멘트 소성로, 유리 용해로, 제철 제강로, 소각로, 각종 보일러 등 주로 다량의 분진이 배출되는 곳의 오염 물질을 제거하는데 효율적으로 사용되며, 입경이 10~20 ㎛보다 작은 입자의 제진에 효과적이며 0.01 ㎛이하의 미립자 제진에도 타 집진 설비보다 집진 효율이 우수하다. 예를 들면, 발전소에 있어서 보일러의 배기에 함유된 많은 분진·검댕 등을 제거하기 위해 굴뚝으로 보내는 가스 흐름 도중에 전기 집진기가 설치된다. 이때, 전기로 집진하기 위해서는 통상적으로 수만 V의 직류 전압이 필요하다.

전기 집진 방식에 있어서, 마이크로 펄스 하전 방식(Micro-Pulse Concept, 이하 MPC라 칭함)을 적용한 전기 집진 방식은 최근에 개발된 첨단 하전 방식으로서, 역전리의 발생을 억제하고, 먼지(Dust)의 대전율이 증가하는 등 그 성능 면에서 탁월한 장점을 지니고 있다. MPC 방식을 적용한 전기 집진 방식은 펄스 전압을 발생시키는 펄스 전원과 직류 전압을 발생시키는 기본 전원이 별개인 2 전원 방식과, 펄스 전원과 기본 전원을 겸용하는 1 전원 방식이 있으나, 2 전원 방식이 펄스 전압, 펄스 주기, 펄스폭 및 기본 전압을 완전하게 독립적으로 제어할 수 있다는 장점을 지니므로 1 전원 방식보다 더 효과적이고 또한 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 마이크로 펄스 하전 방식이 적용된 전기 집진기의 회로 구성을 나타낸 도면이다.

종래의 전기 집진기(100)는 고압의 펄스 전압을 발생시키는 양극성의 펄스용 고압 전원부(110)와, 고압의 직류 전압을 발생시키는 음극성의 직류용 고압 전원부(180)의 양단이 직렬로 연결되어 접지되고, 이 펄스용 고압 전원부(110)와 직류용 고압 전원부(180) 사이에 고압 전원에 존재하는 맥류를 제거하는 1차 인덕터(120)와, 공진 회로를 구성하는 공진 커패시터(130) 및 맥류 제거용 2차 인덕터(140)가 직렬로 연결되며, 또한 펄스용 고압 전원부(110)와 직류용 고압 전원부(180) 사이에는 1차 인덕터(120)와 공진 커패시터(130)의 연결점 (가)에 펄스용 고압 전원부(110)와 병렬로, 공진 회로를 구성하는 공진 인덕터(150)와 전류의흐름을 온 또는 오프시키는 스위치 모듈(160)이 연결되며, 공진 커패시터(130)와 2차 인덕터(140)의 연결점 (나)에 고전압 펄스와 직류로 먼지 입자를 대전시켜 포집하는 집진기(170)가 직류용 고압 전원부(180)와 병렬로 접지점 (다)에 연결되어 있다.

스위치 모듈(160)은 공진 인덕터(150)와 직렬로 연결되면서 펄스 고압 전원(110)과 병렬로 연결되어, 양단의 고전압을 온 또는 오프 동작으로 단속시키는 스위치(162)와, 이 스위치(162)에 병렬로 연결된 다이오드(164)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 집진기(100)는 스위치 모듈(160)의 스위치(162)가 온 된 경우, 펄스 전압이 1차 인덕터(120)와 공진 인덕터(150)로 인가되고, 전기적으로 집진기(170)는 커패시터로 작용하여 공진 인덕터(150) 및 공진 커패시터(130)와 함께 L-C 직렬 공진 회로를 구성하여 공진하게 되며, 직류 고압 전원(180)의 직류 전압과 펄스 고압 전원(110)의 펄스 전압이 집진기(170)에 중첩된 전압으로 공급하게 된다. 이때, 스위치 모듈(160)은 공진 주기의 반주기보다는 길고 한 주기보다는 짧게 온 되게 되는데, 공진 전류는 공진 전 반주기 동안 스위치(162)로 흐르며, 후 반주기 동안에는 다이오드(164)로 흐름으로써 펄스 전압과 중첩하기 위해 소모했던 공진 커패시터(130)의 전원을 충전하게 된다.

도 2는 집진기(170)의 전압 파형을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 전압 파형에서, 종축은 전압(V)과 전류(I)의 값을 나타내며, 횡축은 시간(S)을 나타낸다. 도 2에 도시된 전압 파형은 공진 인덕터(150)의 값이 22 mH, 공진 커패시터(130)의 값이 15 nF, 집진기(170)의 커패시터 값이 15 nF인경우에 얻어진 전압 파형을 나타낸 것이다. 도면에서 알 수 있듯이 100 ㎲ 동안에 처음 -40 KV이던 전압값이 시간이 흐름에 따라 50 ㎲ 가 경과될 즈음에 -80 KV로 하강하고 90 ㎲ 가 경과될 무렵 다시 -40 KV로 회복되는 것을 볼 수 있다. 이는 스위치 모듈(162)의 스위치(162)가 온 되어 전류 흐름에 따라 전류가 소모되어 전압이 낮아지고, 다시 공진 커패시터(130)에 전류가 충전되므로 전압이 높아지기 때문이다. 이러한 작용에 영향을 주는 공진 커패시터(130)의 전압 파형은 도 3에 도시한다. 상기 전압 파형에 대해 전류 파형은 전압 파형이 처음 하강하는 10 ㎲ 부터 증가하기 시작해서 30 ㎲ 가 경과될 즈음에 최대 24 A로 증가하였다가 하강하기 시작하며, 50 ㎲ 에서부터는 반대 방향의 역전류로 하강하여 70 ㎲ 가 경과될 즈음에 최대 -24 A로 하강하였다가 다시 상승하여 상기 전압 파형이 원래의 전압으로 회복되는 90 ㎲ 까지 상승하는 것을 알 수 있다. 이는 공진 발생시 공진 커패시터(130)의 전류는 공진 커패시터(130)의 양단 전압에 비하여 그 위상이 90°지연되고 있음을 알 수 있다.

도 3은 공진 커패시터(130)의 전압 파형을 나타낸 도면이다.

도 3에서 종축은 전압(V)을 나타내고 횡축은 시간(S)을 나타낸다. 도 3에 도시된 공진 커패시터(130)의 전압은 스위치 모듈(162)의 스위치(162)를 10 ㎲시점에서 온 시켰을 때 80 KV이었지만 시간이 흐름에 따라 50 ㎲ 에서는 40 KV로 하강하였다가 공진 커패시터(130)의 충전에 의해 100 ㎲에서는 다시 80 KV로 회복하는 것을 알 수 있다.

그런데, 이러한 공진 작용을 하는 공진 커패시터(130)가 평상시에는 펄스를위한 펄스용 고압 전원부(110)의 전원과 직류를 위한 직류용 고압 전원부(180)의 전원을 혼합하여 충전하는데, 공진 커패시터(130) 양단에 인가되는 전압이 매우 높고 누설 전류로 인한 전력 손실이 크며, 또한 고전압으로 인한 고장 확률이 높다. 그리고, 높은 전압에 견딜 수 있도록 전기적 배선을 설계 및 제작하여야 하는 불편함이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 마이크로 펄스 하전 방식을 적용한 전기 집진기의 펄스 전압 발생 회로에서 직류용 전원을 충전하기 위한 커패시터와 펄스용 전원을 충전하기 위한 커패시터에 저전압이 충전되게 함으로써 누설 전류에 의한 전력 손실을 줄일 수 있는 전력 절약형 전기 집진기 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 마이크로 펄스 하전 방식이 적용된 전기 집진기의 회로 구성을 나타낸 도면,

도 2는 종래 전기 집진기의 전압 파형을 나타낸 도면,

도 3은 공진 커패시터의 전압 파형을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 절약형 전기 집진기 장치의 구성을 나타낸 회로 구성도,

도 5는 싸이리스터 다이오드 스위치 모듈을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명 집진기의 전압(Vp) 및 전류(Ip) 파형을 나타낸 파형도,

도 7은 펄스 발생시 제1 커패시터와 제2 커패시터에 충전되는 전압의 파형을 나타낸 파형도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 절약형 전기 집진기 장치의 구성을 나타낸 회로구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 종래 전기 집진기110 : 펄스용 고압 전원부

120 : 1차 인덕터130 : 공진 커패시터

140 : 2차 인덕터150 : 공진 인덕터

160, 410 : 스위치 모듈162 : 스위치

164, 414 : 다이오드170 : 집진기

180 : 직류용 고압 전원부400 : 전기 집진기 장치

412 : 단속 스위치414 : 다이오드

420 : 제1 커패시터430 : 제1 인덕터

440 : 제2 커패시터

상 기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 펄스용 전압을 발생시키는 펄스용 고압 전원부의 일측과, 직류용 전압을 발생시키는 직류용 고압 전원부의 일측이 접지된 전력 절약형 전기 집진기 장치에 있어서, 상기 펄스용 고압 전원부의 다른 일측에 제1 커패시터와 제1 인덕터가 연이어 직렬로 연결되어 상기 직류용 고압 전원부의 다른 일측에 직렬로 연결되고, 상기 제1 커패시터와 상기 펄스용 고압 전원부 사이에 전류의 흐름을 온 또는 오프시키는 스위치 모듈이 직렬로 연결되며, 상기 펄스용 고압 전원부와 상기 제1 커패시터의 연결점 접지사이에 제2 커패시터가 상기 펄스 고안 전원부에 대하여 병렬로 연결되며, 상기 직류용 고압 전원부와 상기제1 인덕터의 연결점과 접지 사이에 먼지 입자를 대전시켜 포집하는 집진기가 상기 직류용 고압 전원부에 대해 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 인덕터와 상기 직류용 고압 전원부 사이에 펄스 신호 발생시 상기 직류용 고압 전원부로의 펄스 전류 유입을 차단하기 위한 제2 인덕터가 직렬로 연결되어 있으며, 상기 스위치 모듈과 상기 제1 커패시터의 연결점과 접지 사이에 펄스 전류 유입을 차단하기 위한 제3 인덕터가 상기 제2 커패시터에 대해 병렬로 연결되어 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 절약형 전기 집진기 장치의 구성을 나타낸 회로 구성도이다. 도 4에서 도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고 그에 대한 동작 설명은 이미 전술하였으므로 생략한다.

본 발명에 따른 전기 집진기 장치(400)는 펄스용 고압 전원부(110)와 직류용 고압 전원부(180) 사이에 제1 커패시터(420)와 제1 인덕터(430)가 직렬로 연결되고, 제1 커패시터(420)와 펄스용 고압 전원부(110) 사이에 전류의 흐름을 온 또는 오프시키는 스위치 모듈(410)이 직렬로 연결되며, 펄스용 고압 전원부(110)로부터의 전원을 충전하고 제1 커패시터(420) 및 제1 인덕터(430)와 직렬 공진 회로를 이루는 제2 커패시터(440)가 펄스용 고압 전원부(110)와 스위치 모듈(410) 사이에 병렬로 연결되며, 제1 인덕터(430)와 직류용 고압 전원부(180) 사이에 먼지 입자를 대전시켜 포집하는 집진기(170)가 직류용 고압 전원부(180)에 대해 병렬로 연결되어 있다.

스위치 모듈(410)은 양단의 고전압을 온 또는 오프 동작으로 단속시키는 단속 스위치(412)와, 이 단속 스위치(412)에 병렬로 연결된 다이오드(414)로 구성된다.

그리고, 상기 제1 인덕터(430)와 상기 직류용 고압 전원부(180) 사이에 고압 전원에 존재하는 펄스 전류를 차단하는 기능을 하는 2차 인덕터(140)가 직렬로 연결되어 있으며, 상기 스위치 모듈(410)과 상기 제1 커패시터(420) 사이에도 고압 전원에 존재하는 펄스 전류를 차단하는 기능을 하는 1차 인덕터(120)가 상기 펄스용 고압 전원부(110)에 대해 병렬로 연결되어 있다.

상기 인덕터(430, 140, 120)는 동선과 같은 선재를 나선 모양으로 감은 코일을 말하는데, 선재를 많이 감을수록 코일의 성질이 강해지며 그 단위인 헨리(H)의 값도 커지게 된다. 코일은 코일로 흐르는 전류의 변화를 억제하려는 특성이 있다. 교류 전류가 증가하려고 하면 코일은 전류를 증가시키지 않으려고 하며, 전류가 감소하면 계속 흘리려고 하는 성질이 있다. 이것을 "렌츠의 법칙"이라 한다. 즉, 전자 유도 작용에 의해 회로에 발생하는 유도 전류는 항상 유도 작용을 일으키는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐르는 원리를 말한다. 이러한 성질 때문에 인덕터는 교류로부터 직류로 변환하는 전원의 평활 회로에 많이 사용되고 있다.

교류를 정류기에 의해 직류로 변환하는 경우, 반파 정류 또는 전파 정류 자체만으로는 맥류(리플: Ripple)라고 하여 교류 성분이 많은 직류이며 평활한 직류가 아닌(플러스의 직류로 정류한 경우 마이너스 전압 성분만 없어진) 상태가 되지만 콘덴서와 인덕터를 조합한 평활 회로를 사용하면 평활에 가까운 직류를 얻을 수있게 된다.

본 발명에서는 이러한 원리를 이용하는 것으로서, 1차 및 2차 인덕터(120, 140)를 이용하여 고압 전원에 존재하는 펄스 전류를 차단하는 기능을 하고, 1차 인덕터(120)와 제1 인덕터(430)는 제1 커패시터(420), 제2 커패시터(440) 및 집진기(170)와 직렬 공진 회로를 구성하여, 누설 전류도 적게하며 전력 손실을 현격히 저감시킬 수 있게 하는 것이다. 이에 대해서는 이후에 회로 동작과 함께 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 전기 집진기 장치(400)의 회로에서 전류의 흐름을 온 또는 오프시키는 스위치 모듈(410)에 대해서 설명한다.

스위치 모듈(410)은 펄스용 고압 전원부(110)와 제1 커패시터(420) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 고압을 제어하기 위해서는 스위칭 소자의 제한된 전압 및 전류 정격 때문에 스위칭 소자 여러 개를 직렬로 연결하여 전체적인 전압 분담률을 높여야 하는데, 본 발명에서는 스위치 모듈(410)이 이러한 역할을 담당한다. 즉, 전류의 흐름을 온 또는 오프시키는 단속 스위치(412)와 이 단속 스위치(412)에 병렬로 다이오드(414)를 연결하여 이루어지는 스위치 모듈(410)을 사용하여 고압을 제어한다. 이때, 단속 스위치(412)는 전력용 반도체 소자 스위치인 싸이리스터(Thyristor, SCR이라고도 함)일 수도 있고, FET(Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등 다른 형태의 스위칭 소자를 이용하여 구성할 수도 있다. 본 발명에서는 싸이리스터(SCR)를 단속 스위치(412)로 사용한 경우를 예로 하여 설명한다.

도 5는 단속 스위치(412)로서 싸이리스터를 이용하였을 경우, 싸이리스터 다이오드 스위치 모듈을 나타낸 것이다.

도 5에서, (마)의 전위가 높은 경우 SCR을 온 시키면 SCR에 의해 (마)에서 (라)로 전류가 흐른다. 반대로 (라)의 전위가 높은 경우, 트리거를 온 시켜도 SCR은 켜지지 않으며 전류는 (라)에서 (마)로 다이오드를 따라 흐르게 된다. 따라서 외부 회로 구성을 적절히 하여 (라)와 (마)의 전위가 서로 번갈아 높아지게 된다면 (마)의 전위가 높을 때는 SCR을 온 시켜 전류를 (마)에서 (라)로 흐르게 하고 (라)의 전위가 높을 때는 SCR은 역전압에 의하여 오프되고 전류는 (마)에서 (라)로 흐르게 된다. 이러한 원리를 본 발명의 스위치 모듈(410)에 적용하면, 스위치 모듈(410)이 공진 주기의 반주기보다는 길게 온 되고 한 주기보다는 짧게 온 되게 되는데, 공진 전류는 공진 전 반주기 동안 단속 스위치(412)로 흐르며, 후 반주기 동안에는 다이오드(414)로 흐르는 것이다.

이어, 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 전기 집진기 장치(400)의 동작을 도 6에 도시된 전압 및 전류 파형도를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 전기 집진기 장치(400)에서 스위치 모듈(410)의 단속 스위치(412)가 오프된 상태의 경우, 펄스용 고압 전원부(110)로부터 전원이 스위치 모듈(410)의 다이오드(414)를 거쳐 회로로 인가되고, 펄스용 고압 전원에 의해 펄스용 고압 전원부(110)에 대해 병렬로 연결된 제2 커패시터(440)에 전하가 충전된다. 또한, 직류용 고압 전원부(180)로부터 직류용 고압 전원이 제1 인덕터(430)와 제1 커패시터(420)를 거쳐 회로로 인가되고, 직류용 고압 전원에 의해 제1 커패시터(420)에 전하가 충전된다. 이때, 제1 커패시터(420)와 제2 커패시터(440)의 직렬 등가 커패시턴스는 집진기(170)가 가지는 커패시턴스와 같도록 선정되며, 제1 커패시터(420) 및 제2 커패시터(440) 각각의 커패시턴스 값은 집진기(170)가 가지는 커패시턴스 값의 2 배를 사용하는 것이 경제적이다.

한편, 스위치 모듈(410)의 단속 스위치(412)가 온 되면 펄스용 고압 전원부(110)의 고압 전원으로 충전되어 있는 제2 커패시터(440)와 직류용 고압 전원부(180)의 고압 전원으로 충전되어 있는 제1 커패시터(420)가 직렬로 연결되고, 이들(420, 440)과 제1 인덕터(430), 집진기(170)의 집진판이 모두 직렬로 연결됨으로써 제2 커패시터(440), 1차 인덕터(120), 제1 커패시터(420), 제1 인덕터(430), 집진기(170)가 L-C 직렬 공진 회로를 구성하게 된다.

도 6은 집진기(170)의 전압(Vp) 및 전류(Ip) 파형을 나타낸 파형도이다.

도 6의 파형도는 제1 인덕터(430)의 인덕턴스가 22 mH, 제1 커패시터(420)의 커패시턴스가 30 nF, 제2 커패시터(440)의 커패시턴스가 30 nF, 집진기(170)의 커패시턴스가 15 nF일 경우의 집진기(170)가 가지는 전압 및 전류 파형이다.

도 6에서, 스위치 모듈(410)의 단속 스위치(412)가 10 ㎲ 순간에 스위치 모듈(410)의 단속 스위치(412)가 온 되어 도통되면, 제2 커패시턴스(440), 1차 인덕터(120), 제1 커패시턴스(420), 제1 인덕터(430), 집진기(170)에 의해 직렬 공진 회로가 형성되어 공진이 시작되고, 전류는 점점 증가하게 된다. 그리고, 30 ㎲까지 증가하다가 감소하여 단속 스위치(412)에 흐르는 전류가 0 이 될 때(즉, t=t1) 전류의 방향은 반대가 되고 스위치 모듈(410)의 다이오드(414)로 순환 전류가 흐르기시작한다. 이 상태는 스위치 모듈(410)의 전류가 다시 0이 될 때(즉, t=t2)까지 지속되며 전류가 0이 될 때 공진이 종료한다.

집진기(170)가 가지는 전압(Vp)의 최고치는 다음 수학식 1과 같이 얻어진다.

여기서,는 집진기(170) 양단의 전압 최고치를 나타내며,은 직류용 고압 전원부(180) 양단의 전압,는 펄스용 고압 전원부(110) 양단의 전압,은 제1 커패시터(420)의 용량,는 제2 커패시터(440)의 용량,는 집진기(170)의 커패시터 용량을 나타낸다.

한편, 제1 커패시터(420)와 제2 커패시터(440)에는 도 7과 같은 전압 파형으로 에너지가 충전된다. 이때, 제1 커패시터(420)의 양단 전압과 제2 커패시터(440)의 양단 전압은 각각 그 커패시터 용량값에 따라 달라지며, 펄스용 고압 전원부(110)의 양단 전압(V2)과 제1 커패시터(420) 및 제2 커패시터(420)에 증가된 전압(Vc)과의 관계도 두 커패시터(420, 440)의 용량값에 따라 달라진다.

이 상태에서 스위치 모듈(410)의 단속 스위치(412)를 도통시키면 공진 회로에 공진이 발생한다. 공진 전류가 0이 된 상태에서 제1 커패시터(420)와 제2 커패시터(420)에 증가된 전압은 펄스용 고압 전원부(110)의 양단 전압(V2)과 직류용 고압 전원부(180)의 양단 전압(V1)의 합으로 나타난다.

도 7은 펄스 발생시 제1 커패시터(420)와 제2 커패시터(440)에 충전되는 전압의 파형을 나타낸 파형도이다.

도 7에서, 횡축은 시간을 나타내며, 종축은 전압을 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시간 t0에서 t1까지 충전되었다가 시간 t1에서 t2까지는 방전되는 것을 알 수 있다.

예컨대, 커패시터 전압 Vc와 집진기(170)의 양단 전압(Vp)를 0이라 할때, t=t0인 순간에 단속 스위치(412)를 온 시키면 펄스용 고압 전원부(110)로부터의 전원에 의해 공진이 시작되고 t=t1인 순간에 Vc=-2V2가 된다. t=t1인 순간에 펄스용 고압 전원부(110)의 동작에 의하여 전류는 반대 방향으로 흐르게 되고 Vc에 있는 -2V2는 +2V2로 충전되며 펄스 고압 전압 V2에 의하여 Vc에 +2V2가 충전되어 총 +4V2의 전압이 충전된다.

Vc와 Vp가 0이 아닌 경우에도 결과는 동일하며 결국 펄스 전압 V2에 의해 Vc의 전압이 충전되면 공진 발생시 마다의 손실이 보상되는 것이다. 그러므로, Vc > V2 이며, 스위치 모듈(410)이 온 되면 공진이 이루어지고 Vc는 계속 상승한다. Vc는 펄스 발생시에 펄스용 고압 전원부(110)에서 공급하는 전원이 회로에서 발생하는 손실분과 같아지는 시점에서 상승이 정지된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 평상시에 제1 커패시터(420)에는 직류용 고압 전원부(180)의 전압으로, 제2 커패시터(440)에는 펄스용 고압 전원부(110)의 전압으로 충전되어 있어, 평상시 전압이 기존 방식에 비하여 내전압이 절반 이하로 요구되며 아울러 누설 전류도 작아져 이로 인한 전력 손실도 저감된다.

또한, 고전압이 인가된 구성 요소는 누설 전류와 절연 파괴로 인하여 고장이발생하게 되는데, 본 발명에서는 고전압의 크기가 기존 방식에 비하여 절반 이하로 동작하기 때문에 이러한 고장의 확률도 획기적으로 감소할 수 있게 된다.

그리고, 상기 실시예에서는 제2 커패시터(440)가 연결된 스위치 모듈(410)을 1 단 회로로만 구성하였지만, 제2 커패시터(440)와 1차 인덕터(120) 및 2차 인덕터(140)가 연결된 스위치 모듈(410)의 회로 구성을 도 8에 나타낸 바와 같이 2 단 이상의 다단으로 구성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 절약형 전기 집진기 장치의 구성을 나타낸 회로구성도이다. 도 8에서, 도 4와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고 그에 대한 동작 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.

도 8의 구성은, 도 4의 구성에서 스위치 모듈(410)이 제거되고, 스위치 모듈(410)이 제거된 위치에 고압 전원에 존재하는 펄스 전류를 차단하는 기능을 하는 차단 인덕터(810)가 제2 커패시터(440)의 연결점(라)에서부터 1차 인덕터(120)와 제1 커패시터(420)의 연결점(마) 사이에 다수 개로 직렬로 연결되며, 차단 인덕터1(810)와 다음 차단 인덕터1(810)의 연결점(A)마다 제2 커패시터(440)에 대해 병렬로 공진 커패시터(830)와 차단 인덕터2(840)가 연결 접지되며, 차단 인덕터(810)의 연결점(라, A)과 다음 단에 있는 공진 커패시터(830)와 차단 인덕터2(840)의 연결점(B) 사이에 스위치 모듈(820)이 각각 연결되어 있다.

상기 스위치 모듈(820)도 도 4의 스위치 모듈(410)과 마찬가지로 상기 스위치 모듈의 고압 전원을 온 또는 오프 동작으로 단속시키는 단속 스위치와, 이 단속 스위치에 병렬로 연결된 다이오드로 구성된다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있음은, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 직렬 공진 회로를 구성하는 커패시터에 의하여 저전압으로 충전되게 함으로써, 누설 전류에 의한 전력 손실을 저감하고, 또한, 고전압으로 인한 집진기의 고장의 확률도 획기적으로 감소할 수 있게 된다.

Claims

펄스용 전압을 발생시키는 펄스용 고압 전원부(110)의 일측과, 직류용 전압을 발생시키는 직류용 고압 전원부(180)의 일측이 접지된 전력 절약형 전기 집진기 장치에 있어서,

상기 펄스용 고압 전원부(110)의 다른 일측에 제1 커패시터(420)와 제1 인덕터(430)가 연이어 직렬로 연결되어 상기 직류용 고압 전원부(180)의 다른 일측에 직렬로 연결되고,

상기 제1 커패시터(420)와 상기 펄스용 고압 전원부(110) 사이에 전류의 흐름을 온 또는 오프시키는 스위치 모듈(410)이 직렬로 연결되며,

상기 펄스용 고압 전원부(110)와 상기 제1 커패시터(420)의 연결점(라)과 접지사이에 제2 커패시터(440)가 상기 펄스 고안 전원부(110)에 대하여 병렬로 연결되며,

상기 직류용 고압 전원부(180)와 상기 제1 인덕터(430)의 연결점(바)와 접지 사이에 먼지 입자를 대전시켜 포집하는 집진기(170)가 상기 직류용 고압 전원부(180)에 대해 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 인덕터(430)와 상기 직류용 고압 전원부(180) 사이에 고압 전원에존재하는 펄스 전류를 차단하는 기능을 하는 제2 인덕터(140)가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위치 모듈(410)과 상기 제1 커패시터(420)의 연결점(마)과 접지 사이에 고압 전원에 존재하는 펄스 전류를 차단하는 기능을 하는 제3 인덕터(120)가 상기 제2 커패시터(440)에 대해 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 커패시터(420)는 상기 직류용 고압 전원부(180)의 고압 전원으로 충전되고, 상기 제2 커패시터(440)는 상기 펄스용 고압 전원부(110)의 고압 전원으로 충전되며,

상기 스위치 모듈(410)이 온 되면, 상기 제2 커패시터(440)와 1차 인덕터(120), 제1 커패시터(420), 제1 인덕터(430), 및 집진기(170)의 집진판이 모두 직렬로 연결되어 L-C 직렬 공진 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위치 모듈(410)은 상기 스위치 모듈의 고압 전원을 온 또는 오프 동작으로 단속시키는 단속 스위치(412)와, 이 단속 스위치(412)에 병렬로 연결된 다이오드(414)로 구성된 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 집진기(170)가 가지는 전압(Vp)의 최고치는으로 나타내며, 여기서는 집진기(170)의 전압 최고치,은 직류용 고압 전원부(180)의 전압,는 펄스용 고압 전원부(110)의 전압,은 제1 커패시터(420)의 용량,는 제2 커패시터(440)의 용량,는 집진기(170)의 커패시터 용량을 나타내는 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 단속 스위치(412, 820)는 전력용 반도체 소자 스위치로 동작하는 싸이리스터(Thyristor, SCR) 또는 FET(Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
펄스용 전압을 발생시키는 펄스용 고압 전원부(110)의 일측과, 직류용 전압을 발생시키는 직류용 고압 전원부(180)의 일측이 접지된 전력 절약형 전기 집진기 장치에 있어서,

상기 펄스용 고압 전원부(110)의 다른 일측에 제1 커패시터(420)와 제1 인덕터(430)가 연이어 직렬로 연결되어 상기 직류용 고압 전원부(180)의 다른 일측에 직렬로 연결되고, 상기 펄스용 고압 전원부(110)와 상기 제1 커패시터(420)의 연결점(라)과 접지사이에 제2 커패시터(440)가 상기 펄스 고안 전원부(110)에 대하여 병렬로 연결되며,

상기 직류용 고압 전원부(180)와 상기 제1 인덕터(430)의 연결점(바)와 접지 사이에 집진기(170)가 상기 직류용 고압 전원부(180)에 대해 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 인덕터(430)와 상기 직류용 고압 전원부(180) 사이에 제2 인덕터(140)가 직렬로 연결되어 있으며,

상기 제2 커패시터(440)의 연결점(라)으로부터 상기 1차 인덕터(120)와 상기 제1 커패시터(420)의 연결점(마) 사이에 차단 인덕터(810)가 다수 개로 직렬로 연결되며, 상기 차단 인덕터1(810)와 다음 상기 차단 인덕터1(810)의 연결점(A)마다 상기 제2 커패시터(440)에 대해 병렬로 공진 커패시터(830)와 차단 인덕터2(840)가 연결 접지되며, 상기 차단 인덕터1(810)의 연결점(라, A)과 다음 단에 있는 상기 공진 커패시터(830)와 상기 차단 인덕터2(840)의 연결점(B) 사이마다 스위치 모듈(820)이 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 스위치 모듈(820)은 상기 스위치 모듈의 고압 전원을 온 또는 오프 동작으로 단속시키는 단속 스위치와, 이 단속 스위치에 병렬로 연결된 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 전력 절약형 전기 집진기 장치.