KR200473001Y1 - 미세먼지 및 유해가스 제거 가능한 사이클론형 전기집진장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기사이클론 타입의 전기집진장치에 관한 것으로, 초미세 먼지까지 모두 집진 제거할 수 있고 동시에 공기 청정기능을 구비하게 한 것이다.
본 고안에 따르면, 호퍼 내부에 전극을 바늘 상이 아닌 원통형으로 구성하고, 원통형 전극 외주면에 방사상으로 다수의 바늘을 배치하거나 마름쇠 모양의 방전전극을 헬리컬 형태로 배치하여 공간 전체에 원하는 수준의 코로나 방전을 일으켜 먼지입자를 사이클론 기류 외곽으로 멀리 밀어내 초미세 먼지까지 집진 수집할 수 있으며, 코로나 방전에 의하여 추가적 유해물질 분해 제거를 실시하고, 방전에 따라 발생 된 오존 등의 유해물질을 나노 촉매에 의한 오존파괴기로 제거한다.

Description

미세먼지 및 유해가스 제거 가능한 사이클론형 전기집진장치{Fine Dust and Noxious Gas Removable Cyclone Type Electrostatic Precipitator}

본 고안은 전기사이클론 타입의 전기집진장치에 관한 것으로 좀 더 상세하게는, 전기집진과 공기 청정 기능을 모두 갖춘 전기사이클론 집진장치에 관한 것이다.

집진 방식에는 중력을 이용하여 공기가 이동하면서 자연적으로 먼지를 침전시키는 중력 집진장치, 공기 기류 방향을 급변시켜 전환점 부분에서 관성에 의하여 먼지를 집진하는 관성력집진장치, 필터를 이용한 여과집진방식, 가온을 이용한 세정방식, 그리고 원심력을 이용한 원심력 집진 장치 그리고 정전기를 이용한 전기집진방식 등이 알려져 있다. 또한 공기 청정방식으로는 U.V./광촉매 방식, 고온 플라즈마 방식, 저온 플라즈마 방식, 바이오 필터 방식, 필터와 플라즈마를 조합한 하이브리드 방식 등이 알려져 있다.

상기 집진방식과 공기 청정 방식은 각각 장단점을 달리하여 취사선택되고 있다. 특히, 원심력을 이용하는 사이클론 방식의 집진기는 폐기물 소각처리시설에서 집진율이 90 % 내외로 우수하며 운전비용도 그다지 높지 않다는 장점이 있다. 그러나 사이클론 방식의 집진기의 경우 미세 분진(<5 μm)에 대한 집진율이 급격히 저하되어 미세분진을 집진하기 어렵다는 단점이 있다. 한편 미세 먼지의 경우 전기 집진 방식이 매우 효과적인 것으로 알려져 있다.

상기한 공기 청정 방식 중 U.V./광촉매 방식은 효율이 낮다는 단점이 있으며 고온 플라즈마 방식은 플라즈마 토오치 반응기의 대형화가 어렵고 수명도 짧다는 문제가 있으며, 저온 플라즈마 방식의 경우는 주로 코로나 방전에 의하여 VOC(Volatile Organic Compounds)를 제거하며 비교적 효율이 우수하다.

상기 사이클론 방식을 적용한 집진기로서 대한민국 등록특허 제10-0150707호는 도 1과 같이 호퍼 내부에 와이어형태의 방전용 전극을 설치하여 호퍼 내부에서 코로나 방전을 일으켜 미세분진을 이온화하여 이온화된 분진이 호퍼 벽면 쪽으로 이동한 후 벽면에 부딪히면서 자중에 의해 호퍼 하단의 집진 통으로 수집되게 구성하고 있다. 그러나 호퍼 내부에 와이어만 설치하여 코로나 방전을 발생시킬 경우 코로나 방전이 주로 중심에 있는 배기관과 와이어 전극사이에서 발생하기 때문에 플라즈마 발생 영역이 작고 또한 이온화된 분진 입자가 배기면 안쪽 면으로 이동해서 벽면에 부착되는데 배기가스가 배기관의 위쪽방향으로 흐르기 때문에 집진된 먼지가 효과적으로 아래로 떨어지지 못하여 집진 효율이 낮은 단점이 있다. 또한 플라즈마 발생영역이 작아 VOC 제거 능력 또한 크지 않다는 단점이 있다. 이를 보안하기 위하여 상기 대한민국 등록특허 제10-0150707호를 살펴보면, 사이클론 입구에 예비하전장치를 추가로 구성하여 일차적으로 미세분진을 대전시켜 사이클론 안쪽으로 이동하도록 하여 사이클론 내부에서 전기 집진이 일어나도록 구성하였다. 이 경우 예비하전장치와 사이클론 내부의 전극 구조가 상이하게 달라 두 개의 전원공급장치가 필요하며, 플라즈마 발생영역이 작아 VOC 제거효율이 크지 않은 단점이 있다.

따라서 본 고안의 목적은 초미세 분진까지 모두 집진이 가능하며 동시에 유해물질을 고 효율로 제거하여 공기 청정기능을 동시에 갖춘 새로운 형태의 전기집진장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 고안은, 공기 유입구를 구비한 호퍼;

상기 호퍼 내부에 설치되는 플라즈마 발생용의 원통형 전극; 및

상기 원통형 전극과 소통되는 오존파괴기;를 포함하고,

상기 원통형 전극의 외주면은 방사상으로 뻗은, 면적을 갖는 다수의 첨상(尖狀) 돌출 방전 전극을 구비하여 상기 첨상 돌출 방전 전극을 통한 방전으로 미세먼지 및 유해가스를 제거하고,

상기 오존파괴기는 활성탄 또는 나노촉매를 구비하여 오존을 제거하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 고안은, 상기 원통형 전극의 외주면에 면적을 갖는 다수의 첨상 돌출 방전전극을 헬리컬 형태로 배치하여, 사이클론 기류의 흐름 중 난류가 발생하지 않도록 하는 동시에 방전 전극 역할을 하여 코로나 방전을 발생시켜 미세먼지 및 유해가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 및 유해가스 제거 가능한 전기집진장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 고안은, 상기 오존파괴기는 활성탄 또는 나노촉매를 포함하여 미세먼지 및 유해가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공할 수 있다.

본 고안의 집진장치에 따르면, 5μm 이하의 초미세 먼지도 집진할 수 있으며 집진과 동시에 VOC 등의 유해물질도 제거하여 공기청정기를 겸비하게 할 수 있다.

도 1은 종래 전기사이클론 집진기의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 집진장치의 사이클론 부분의 구성을 나타내는 개략 사시도 및 평면도이다.
도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 집진장치의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 집진장치에 필요한 첨상 돌출 방전전극 및 그 배열 방식의 일례를 나타낸다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2를 보면, 먼지와 유해가스를 포함한 공기가 유입되는 공기 유입구(150)가 호퍼(100)에 설치되어 호퍼(100) 내부로 공기를 유입시킨다. 공기의 유입은 자연순환도 가능하나 팬을 돌려 강제흡입하게 하는 것이 바람직하다. 호퍼(100)의 중앙에는 원통형 전극(200)이 배치되며, 호퍼(100)는 그라운드로 이용하고, 상기 원통형 전극(200)에 전압을 인가한다. 원통형 전극(200) 외주면에는 방전을 일으키기 쉽도록 바늘이나 마름쇠모양(도 4 참조) 등의 첨상 돌출 방전전극(250)을 방사상으로 다수 배치한다. 여기에서 방전에 유리한 첨상 돌출체의 형상은 여러 가지로 변형할 수 있으므로, '첨상 돌출 방전전극'이라는 용어는 끝이 뾰족한 돌출체를 포괄하는 의미이다. 첨상 돌출 방전전극(250)의 개수와 간격은 이하에서 설명할 코로나 방전 불꽃의 정도에 맞추어 최적화할 수 있다. 또한 첨상 돌출 방전전극(250)의 모양, 개수 및 간격은 코로나 방전 불꽃의 정도를 고려하여 적절히 변형할 수 있다. 특히, 바늘형에 비하여, 약간의 면적을 갖는 마름쇠 모양 등의 첨상 돌출 방전전극(250)은 코로나 방전 불꽃의 정도를 조절함과 동시에 사이클론 내부의 유체의 흐름을 유도하여 난류가 발생하지 않도록 가이드 역할을 겸하도록 제작될 수 있다.

특히, 첨상 돌출 방전전극(250)의 배열을 원통형 전극(200)의 외주면을 나선형으로 돌면서 올라가는 헬리컬 모양으로 하여 사이클론 기류의 흐름 중 난류가 발생하지 않도록 할 수 있다(도 4 참조).

원통형 전극(200)과 첨상 돌출 방전 전극(250)은 모두 도체로 구성하며, 바람직하게는 원통형 전극은 강판, 스테인레스강, 알루미늄, 구리 등으로 할 수 있고, 첨상 돌출 방전전극(250)은 그라파이트 또는 텅스텐, 탄탈륨, 몰리브덴, 스테인레스, 철 등으로 할 수 있다.

상기 원통형 전극(200)의 하단은 호퍼(100) 하단의 깔때기 형상의 먼지 수집부 근처에 이르며, 그 몸체는 속이 빈 공간이므로 공기 배출통로가 되고, 그 상단은 오존 파괴장치와 연결되어 공기가 소통하게 된다.

도 3의 구성으로부터 먼지의 집진 및 공기 청정작용은 다음과 같이 동작하게 된다.

사이클론 기류가 형성되는 입구에서 호퍼(100)의 벽면으로 공기가 강하게 입사될 경우 공기는 호퍼(100)의 벽면을 따라 선회하며 하강하게 되는데 이때 비교적 큰 먼지 입자( > 5μm )는 원심력에 의하여 벽면과 충돌 후 중력에 의하여 하강하여 집진되게 된다. 한편 호퍼(100) 내부에서 코로나 방전을 일으키면 호퍼(100)내부로 들어온 입자들은 이온화되는데 이때 호퍼(100) 벽면과 원통형 전극(200)이 서로 대향전극 역할을 하기 때문에 대전 된 입자는 호퍼(100)벽면으로 이동하여 호퍼(100) 벽면과 충돌하면서 전하를 잃어버리고 중성화되어 벽면을 타고 흘러내려 포집되게 된다.

상기 호퍼(100) 내부로 진입한 공기 중에서 코로나 방전을 일으킬 경우, 인가 전압을 적절히 조절하여 가스의 절연파괴에 의한 스파크나, 먼지층의 절연파괴에 의한 역 코로나(back corona) 등이 발생하지 않도록 하여야 한다. 이러한 절연파괴 등이 일어날 경우 양이온이 생성되는데 이때 먼지가 중화되어 집진효율이 급격히 떨어지게 된다.

한편 코로나 방전에는 상당한 고전압을 인가하여야 하나 고전압의 지속적인 인가는 코로나 방전이 지나치게 일어나 호퍼(100) 벽면에까지 불꽃방전이 도달할 수 있다. 불꽃방전이 호퍼(100) 벽면에 도달할 경우, 호퍼(100)로 수집되어야 할 미세 먼지가 호퍼(100) 벽면에 잔류하거나 역류할 가능성이 있기 때문이다. 따라서 불꽃 방전이 발생하지 않도록 고전압의 수위를 조절하여야 한다.

상기와 같은 원통형 전극(200) 구성은 종래의 연직으로 길게 늘어진 바늘전극과 달리 부피를 가져, 호퍼(100) 내부에서 발생 되는 사이클론 기류의 반경을 키워 강한 원심력을 부여할 수 있는 장점이 있으며, 방사상으로 배열되는 다수의 첨상 돌출 방전전극(250)은 호퍼(100)의 내부 공간 전체에 균일한 방전 불꽃을 분포하게 할 수 있어 미세 먼지 집진 및 공기 청정 효과를 높일 수 있다. 즉, 방사상으로 뻗은 첨상 돌출 방전전극(250)에 의해 발생 되는 코로나 방전 불꽃은 미세 먼지를 사이클론 기류의 외곽 쪽으로 더 멀리 밀어낼 수 있어 미세 먼지를 사이클론 기류에서 이탈하여 낙하하도록 하므로 입자가 작은 초미세 먼지까지도 수집할 수 있게 된다.

이와 같은 동작에 의해, 초미세 먼지까지도 수집 제거되며, 코로나 방전에 의해 유해물질의 상당부분이 제거되어 공기 청정 작용이 있으나 오존이 발생하므로 오존을 제거하는 오존파괴기(400)를 후단에 배치할 필요가 있다. 상기 오존파괴기(400)는 오존파괴 및 기타 유해물질을 추가로 더 제거할 수 있는 활성이 강한 활성탄이나 나노촉매를 이용하여 구성할 수 있다.

본 실시예에 따른 전기집진장치의 전체 구성에 대한 단면도를 도 3에 나타내었다.

실제 구성에 있어서, 고전압 펄스가 인가되는 원통형 전극(200) 상단과 오존파괴기(400)의 연결부위는 절연체로 조인트 하여 외부로 고압이 누설되지 않도록 함이 바람직하다.

이와 같이 하여, 초미세 먼지까지도 제거하면서 유해물질을 분해 제거하여 집진과 공기 청정 기능을 모두 갖춘 전기 집진 장치를 구현할 수 있다.

본 고안의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 고안의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 호퍼
150: 공기 유입구
200: 원통형 전극
250: 첨상 돌출 방전전극
400: 오존 파괴기

Claims (1)

1. 공기 유입구를 구비한 호퍼;
   상기 호퍼 내부에 설치되는 플라즈마 발생용의 원통형 전극; 및
   상기 원통형 전극과 소통되는 오존파괴기;를 포함하고,
   상기 원통형 전극의 외주면은 방사상으로 뻗은, 면적을 갖는 다수의 첨상(尖狀) 돌출 방전 전극을 구비하여 상기 첨상 돌출 방전 전극을 통한 방전으로 미세먼지 및 유해가스를 제거하되, 상기 면적을 갖는 다수의 첨상 돌출 방전 전극은 원통형 전극의 외주면을 나선형으로 돌면서 올라가는 헬리컬 형태의 궤적을 갖도록 배치되어, 사이클론 기류의 흐름 중 난류가 발생하지 않도록 하는 동시에 방전 전극 역할을 하여 코로나 방전 불꽃의 정도를 조절하여 방전을 일으켜 미세먼지 및 유해가스를 제거하고,
   상기 오존파괴기는 활성탄 또는 나노촉매를 구비하여 오존을 제거하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
   
   
   
   
   

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