KR20050030335A - 정전분사세정집진방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계식 세정집진기의 단점인 서브마이크론 입자의 낮은 집진 성능을 효과적으로 개선하고, 정전식 집진기의 단점인 가스상의 오염물질처리 뿐만 아니라, 가연성 폭발성 먼지의 처리도 가능하게 하며, 넓은 범위의 온도에서 집진 처리가 가능하고, 고온 부식성 가스처리가 가능하며, 나아가, 기계식 세정집진기의 수액적에 의한 주 입자제거 메커니즘인 관성충돌 이외에 정전인력을 추가하여 컴팩트한 구조로도 더욱 집진효율을 극대화시킬 수 있는 정전분사세정집진방법 및 그 장치를 제공한다.

그 정전분사세정집진방법은, 흡입부(30)의 흡입수단에 의해 유입된 오염된 공기를 입자하전부(20)에서 고전압을 인가하여 전하를 지니는 이물질 미립자(25)들을 적어도 전기력에 의해 집진시키기 위한 집진방법에 있어서, 하전된 이물질 미립자(25)들을 포함한 공기의 유동방향과 교차하도록 수액적 분사노즐(11)과 고전압이 인가되는 링전극(12)에 의해 이물질 미립자(25)들과는 반대극성으로 하전되고 링전극(12)에 충돌되지 않는 분사각도로 하향하여 분사되는 수액적(15)들과 관성충돌, 정전기력, 확산력, 열영동력, 중력 등으로 반응부(10)에서 공기내 오염 입자들인 이물질 미립자(25)들과 반응하게 한 후, 하향분사력과 중력에 의해 하부의 수액적 수집부(14)로 유동시켜 집진시키는 것을 특징으로 한다.

Description

정전분사세정집진방법 및 그 장치{method and apparatus for collecting a dust and cleaning air by electrostatic spray}

본 발명은, 정전분사세정집진방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 기계식 세정집진기의 단점인 서브마이크론 입자의 낮은 집진 성능을 효과적으로 개선하고, 정전식 집진기의 단점인 가스상의 오염물질처리 뿐만 아니라, 가연성 폭발성 먼지의 처리도 가능하게 하며, 넓은 범위의 온도에서 집진 처리가 가능하고, 고온 부식성 가스처리가 가능하며, 나아가, 기계식 세정집진기의 수액적에 의한 주 입자제거 메커니즘인 관성충돌 이외에 정전인력을 추가하여 컴팩트한 구조로도 더욱 집진효율을 극대화시킬 수 있는 정전분사세정집진방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기집진장치란 방전전극과 집진전극(대향전극)으로 구성되어 인위적으로 방전전극에 고전압 정전원장치로부터 전압을 공급, 코로나(CORONA)방전에 의하여 입자를 하전(이온화)시키고, 하전된 입자들을 상대극성을 띤 집진전극에서 전기적인 힘으로 집진하는 것으로, 그 방전전극으로는 와이어전극이 방전효율이 높아 많이 사용되며, 그 와이어전극에 (+)의 고전압(약+12kV)을 인가하고, 대향전극을 접지시킴으로써, 그 와이어전극과 대향전극사이에 코로나 방전을 일으켜 오염공기중의 이물질 미립자들이 +전하로 대전되게 되며(이온화되며), 이와 같이 이온화된 이물질 미립자들이 상기 대향전극 내지는 하류에 별도로 배치되는 집진전극에 포집되게 되어 정화된 공기를 공급할 수 있게 된다. 통상 집진효율을 높이기 위해 전기집진장치에 자동으로 그 집진전극을 세정하기 위한 세정장치와 전단 필터 및 비산방지 후단필터 등이 사용된다.

또한, 기존의 세정식 공기여과 장치에서는 공기에 교차하는 방향으로 공기의 통과부분에 다수의 노즐에 의해 세정액을 분사하고 오염공기중에 포함된 이물질인 불순물이 세정액의 입자와 충돌하여 세정액에 흡착됨으로써 정화 내지 여과되며, 후방에 설치된 일리미네이터에서 오염된 세정액을 포집하는 방식으로 구성된다.

세정 집진 시스템에 있어서 국내 각각 연구소와 대학에서 충진층식 세정 집진기등 기계식 세정 집진 시스템에 대한 집진 효율 개선이 시도되고 있으며, 가정환경과 좁은 실내공간을 위한 소형 집진 시스템 개발도 시도되고 있다. 회전식 세정 집진기, 고압 분사식 세정 집진기 등 13건 정도이며, 기계식 세정집진기 형태로 국한된 상태이며, 아직 정전식 세정 집진 시스템은 국내에서는 전무한 상태로 남아 있는 상태이다.

국외 연구동향을 살펴보면 독일의 Lurgi Umwelt GmbH와 Kaiserslautern 대학 연구소에서 이루어지고 있고, 0.5㎛ 기준으로 45% 집진효율을 달성한 것이 보고되고 있으며, 오스트리아 Linz 제철 공장에서 시험적으로 설치 운용되었다.

그러나, 최근 일어나고 있는 환경적인 문제점을 고려해 볼 때 실내 거주시간 증대와 빌딩증후군과 같은 다양한 문제점이 대두되고 있는 실정이다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 기존의 세정 장치로서는 미흡한 부분이 부각되고 있는 실정이다. 즉, 미세한 분진이나 가스등의 효과적인 세정작용을 할 수 있는 장치는 있으나, 다소 그 범위가 국한적이어서 통합적인 세정 작용에 문제점이 있다. 예를 들어 기계식 세정기에 있어서 서브마이크론 입자의 세정이 어렵고, 정전식 집진기의 경우에는 가스 상의 오염물질 세정에 있어서 불가능한 것으로 나타나고 있으며, 넓은 설치면적과 비저항이 큰 분진의 처리에 다소 무리가 있다. 또, 필터링 방식의 세정에 있어서는 습윤하여 사용하는 것이 어려우며, 고온에 부식 위험이 따르고, 넓은 설치 공간을 필요로 한다는 등의 문제가 있다. 싸이클론 방식의 집진에 있어서는 낮은 집진 효율과 높은 압력강하에 따른 고가의 설치비용을 필요로 한다는 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 특히 기계식 세정집진기의 단점인 서브마이크론 입자의 낮은 집진 성능을 효과적으로 개선하고, 정전식 집진기의 단점인 가스상의 오염물질처리 뿐만 아니라, 가연성 폭발성 먼지의 처리도 가능하게 하며, 넓은 범위의 온도에서 집진 처리가 가능하고, 고온 부식성 가스처리가 가능하며, 나아가, 기계식 세정집진기의 수액적에 의한 주 입자제거 메커니즘인 관성충돌 이외에 정전인력을 추가하여 컴팩트한 구조로도 더욱 집진효율을 극대화시킬 수 있는 정전분사세정집진방법 및 그 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 정전분사세정집진방법의 일실시예는, 흡입부의 흡입수단에 의해 유입된 오염된 공기를 입자하전부에서 고전압을 인가하여 전하를 지니는 이물질 미립자들을 적어도 전기력에 의해 집진시키기 위한 집진방법에 있어서, 하전된 이물질 미립자들을 포함한 공기의 유동방향과 교차하도록 수액적 분사노즐과 고전압이 인가되는 링전극에 의해 이물질 미립자들과는 반대극성으로 하전되고 링전극에 충돌되지 않는 분사각도로 하향하여 분사되는 수액적들과 관성충돌, 정전기력, 확산력, 열영동력, 중력 등으로 반응부에서 공기내 오염 입자들인 이물질 미립자들과 반응하게 한 후, 하향분사력과 중력에 의해 하부의 수액적 수집부로 유동시켜 집진시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 정전분사세정집진장치의 일실시예는, 흡입부의 흡입수단에 의해 유입된 오염된 공기를 입자하전부에서 고전압을 인가하여 전하를 지니는 이물질 미립자들을 적어도 전기력에 의해 집진시키기 위한 집진장치에 있어서, 하전된 이물질 미립자들을 포함한 공기의 유동방향과 교차하여 수액적을 분사하기 위한 적어도 하나의 수액적 분사노즐; 그 수액적 분사노즐에서 분사되는 수액적에 이물질 미립자들과는 반대극성으로 하전시키기 위해 고전압이 인가되고, 분사되는 수액적들이 충돌되지 아니하도록 상기 수액적 분사노즐과 거리를 두고 주위에 설치되는 적어도 하나의 링전극; 하향하여 분사되는 수액적들과 관성충돌, 정전기력, 확산력, 열영동력, 중력 등으로 공기내 오염 입자들인 이물질 미립자들과 반응하게 하기 위한 케이싱으로 둘러싸인 반응부; 그리고, 그 반응부에서의 반응후, 하향분사력과 중력에 의해 낙하하는 집진 수액적을 수집하도록 경사진 채, 케이싱의 바닥을 구성하는 수액적 수집부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 정전분사세정집진방법을 설명하기 위한 본 발명에 따른 정전분사세정집진장치의 일실시예가 개략 평면구성도로서 도시되고, 도 2에는 도 1의 길이방향 단면도가, 그리고, 도 3에는 도 2의 선 3-3 단면도가 도시된다.

도 1 및 도 2에서 정전분사세정집진장치는, 흡입부(30), 입자하전부(20), 반응부(10), 수액적 수집부(14) 및 고전압발생부를 포함하는 전원장치(80)를 기본적으로 포함하며, 입자제거부(40) 및 가열부(50)를 추가로 포함하여 구성될 수 있다.

상기 흡입부(30)는 종래와 같이 송풍팬이나 송풍용 펌프와 같은 흡입수단에 의해 오염된 공기를 유입하도록 설치되며, 입자하전부(20)는 고전압을 인가하여 적어도 이물질 미립자(25)들을 하전시키도록 구성된다.

고전압 발생부에 의한 입자 하전량 제어부는, 접지되는 판전극(22)과 그 판전극(22)들사이의 중앙에 절연되게 설치되고 고전압이 인가되는 텅스텐와이어로 된 와이어 전극(21)을 구비하여 코로나 방전을 통해 그 사이를 통과하는 미세입자 가스상 물질에 하전 효과를 창출하게 된다. 비전도성물질을 통해 각각 방전현상이 판전극(22)과의 사이에 일어나지 않도록 구성된다. 텅스텐와이어는 1mm정도가 적당한데 굵어질수록 방전 효과가 다소 떨어지며 가늘수록 효율이 좋은 것으로 나타났고, 장력이 타이트하게 구성될수록 방전효과가 크게 나타났다. 따라서 가늘고 완전 선형에 가깝게 와이어를 조절해 주어야한다. 그러기 위해서 봉에 연결되는 부분에 있어서 조율할 수 있는 나사를 삽입하여 그 장력을 좀 더 타이트하게 할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 반응부(10)는 공기가 하향하는 수액적(15)과 반응하여 통과하도록 케이싱(13)에 둘러싸이며, 상부에는 적어도 하나의 수액적 분사노즐(11)과 적어도 하나의 링전극(12)이 설치된다.

그 수액적 분사노즐(11)은, 입자하전부(20)에서 하전된 이물질 미립자(25)들을 포함한 공기의 유동방향과 교차하여 수액적을 분사하도록 상기 반응부(10)의 케이싱(13) 상부에 설치되고, 링전극(12)은 그 수액적 분사노즐(11)에서 분사되는 수액적(15)에 이물질 미립자(25)들과는 반대극성으로 하전시키기 위해 고전압이 인가되고, 분사되는 수액적(15)들이 충돌되지 아니하도록 상기 수액적 분사노즐(11)과 거리를 두고 그 수액적 분사노즐(11) 주위에 설치된다. 상기 반응부(10)를 통과하는 공기의 바이패스되는 영역을 최대한 줄이기 위해 수액적들이 교차분사되도록 다수의 수액적 분사노즐(11) 및 링전극(12)들이 상기 케이싱(13)의 상부에 설치되는 것이 바람직하며, 수액적(15)의 분사압력이나 유량을 제어할 수 있도록 도시가 생략되지만, 압력조절밸브 및/또는 유량제어밸브 등을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 또, 공기의 바이패스 영역을 최소화하고 반응을 극대화할 수 있도록 수액적 분사노즐(11)을 풀콘(full cone)타입으로 하는 것이 바람직하며, 또한, 이 경우, 그 수액적 분사노즐(11)의 분사각을 50-130도사이(60도와 120도가 선정될 수 있음)로 하는 것이 더욱 바람직하다.

반응부(10)에서의 반응후, 하향분사력과 중력에 의해 낙하하는 집진 수액적(15)을 수집하도록 수액적 수집부(14)가 케이싱(13)의 바닥을 구성한 채, 경사각 α로 경사지게 설치된다.

또, 도 1 및 도 2에서 상기 반응부(10)에서 반응이 일어나고 난 후 배출되는 공기를 통과시켜 일리미네이트로 다시 포화된 공기의 미세한 물방울과 먼지를 제거하기 위한 입자제거부(40)를 포함하여 구성되고, 나아가, 포화된 공기의 적절한 습도 조절을 위해 적절한 습도를 위한 온도로 가열한 후, 정화된 공기를 배출시키기 위한 가열부(50)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

전원장치(80)는, 상기 입자제거부(40) 및 링전극(12)에 필요한 고전압을 인가하기 위한 파워팩과 같은 고전압발생부를 포함하여 구성되고, 흡입부(30), 가열부(50) 등에 필요한 전원을 공급하도록 구성되는 것이 바람직하며, 고전압 등의 전압을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 2에서 수액적 수집부(14)를 따라 유동되어 집진 수액적(15)들을 정제시키기 위한 수액적 정제부(60)가 그 수액적 수집부(14)에 연결되어 설치된다. 그 수액적 정제부(60)는 집진 수액적(15)들로부터 이물질 미립자(25)들을 부유 및/또는 침전에 의해 배출시키기 위한 수조(61,62)를 포함하여 구성되며, 이에 따라 그 수액적 정제부(60)에서 배출되는 물은 환경오염의 염려가 없으며, 또한, 재사용이 가능하도록 여과수단(63)을 거쳐 펌프수단(70)에 의해 수액적 분사노즐(11)로 여과된 물을 공급할 수도 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 정전분사세정집진장치의 실시예(들)에 따른 작용과 함께 본 발명의 정전분사세정집진방법을 설명하면 다음과 같다.

상술한 본 발명의 정전분사세정집진장치의 구성에 의하면, 도 1 및 도 2에서 오염된 실내외 공기가 전반부의 흡입부(30)를 통해 유입되고 후방으로 유동되며, 입자하전부(20)에서 +극성으로 공기 특히 이물질 미립자(25)들이 하전된다. 이와 같이 하전된 이물질 미립자(25)들을 포함하는 공기는 반응부(10)로 유입되게 된다.

그 반응부(10)에서는, 도 4 및 도 5를 참고하면, 그 수액적 분사노즐(11)로부터 하향으로 분사되는 수액적(15)들과 교차하여 거의 수평으로 통과하는 공기의 이물질 미립자(25)들은, 유동력과 중력의 작용하에 관성충돌(inertial impaction), 확산력(diffusion), 열영동력(thermophoresis), 차단력(interception), 중력침강(gravitational settling) 등에 의해 그 수액적(15)들에 포집될 뿐만 아니라, 반대극성으로 하전되어 있어 정전기력으로 인한 인력에 의해 더욱 효율적인 포집반응이 일어나게 된다. 또한, 이물질 미립자(25)들은 중력에 의해서도 낙하하게 되고, 낙하하는 과정중에서도 위와 같은 반응이 일어날 수 있게 된다. 또한, 도 3에서와 같이 상기 반응부(10)를 통과하는 공기에 대해 수액적들이 다수의 수액적 분사노즐(11)로부터 경사각 β로 교차분사됨으로써 더욱, 공기의 바이 패스되는 영역을 최대한 줄일 수 있어, 집진효율을 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 반응부(10)에서 반응이 일어나고 난 후 배출되는 공기는 입자제거부(40)를 통과하면서 일리미네이트에 의해 그 배출공기로부터 미세한 물방울과 먼지가 제거되게 되며, 또, 가열부(50)를 통과하면서, 적절한 온도로 가열됨으로써 습도가 조절된 정화된 공기가 배출되게 된다.

위와 같이 함으로써 수액적 분사에 위한 집진 효율과 정전특성에 의한 집진 효율을 병행하고 있어 매우 정밀하고, 포괄적인 집진 효율을 창출할 수 있으며, 거의 모든 먼지나 수용성, 비수용성가스의 포집이 효과적으로 이루어질 수 있고, 복합적인 오염 공기의 정화에 효과적으로 대처할 수 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 노즐 인가전압 및 주수량에 따른 분사액적의 하전특성그래프가 하나의 실험예에 의해 도시되고 있는 바, 도 6에서는, 링전극의 인가전압에 따른 수액적 하전량의 변화를 2 lpm과 3 lpm의 주수량(유량)에 대해 보여주고 있다. Y축상의 수액적(15)의 하전량은 노즐 전류를 주수량으로 나눈 질량 대비 전하량비로 표현되어 있다. 도 6에서 모든 주수량에 대해 인가전압이 증가하면 수액적 하전량이 증가함을 알 수 있다. 도 6에 표시되지 않은 결과들과 함께 링전극 인가전압이 더욱더 증가하면 질량 대비 전하량비가 포화거동을 보이게 됨을 알 수 있다. 이는 링전극(12)상에서 발생하는 코로나 방전에 의한 것으로 판단된다. 즉, 고전압이 링전극에 인가된 상태에서 노즐로부터 분사되어진 다소의 하전 수액적들이 정전인력에 의해 링전극에 축적되어 링전극 표면상에서 큰 액적들로 성장하게 되고 이 성장된 수액적들이 고전압에 의해서 콘 모양을 형성함으로써 그 콘의 팁에서 결국 코로나 방전을 유발하게 된다는 것이다. 이 코로나 방전은 노즐 전류를 감소시키고 하전 수액적의 중화를 야기시키게 된다. 한편, 본 발명의 실험예에서 고려된 주수량의 범위에서 주수량이 높을수록 동일한 인가전압에 대해 질량대비 전하량비가 더 높음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 정전분사세정집진방법 및 그 장치의 구성과 작용에 의하면, 특히 기계식 세정집진기의 단점인 서브마이크론 입자의 낮은 집진 성능을 효과적으로 개선하고, 정전식 집진기의 단점인 가스상의 오염물질처리 뿐만 아니라, 가연성 폭발성 먼지의 처리도 가능하게 하며, 넓은 범위의 온도에서 집진 처리가 가능하고, 고온 부식성 가스처리가 가능하며, 나아가, 기계식 세정집진기의 수액적에 의한 주 입자제거 메커니즘인 관성충돌 이외에 정전인력을 추가하여 컴팩트한 구조로도 더욱 집진효율을 극대화시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정전분사세정집진방법을 설명하기 위한 본 발명에 따른 정전분사세정집진장치의 일실시예를 도시한 개략 평면구성도,

도 2는 도 1의 길이방향 단면도,

도 3은 도 2의 선 3-3 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 정전분사세정집진방법을 설명하기 위한 설명도,

도 5는 도 4의 하나의 수액적 주위의 집진상태를 설명하기 위한 확대도,

도 6은 본 발명에 따른 노즐 인가전압 및 주수량에 따른 분사액적의 하전특성그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10: 반응부(정전분사세정집진부) 11: 수액적 분사노즐

12: 링전극 13: 케이싱

14: 수액적 수집부 15: 수액적

20: 입자하전부 21: 와이어 전극

22: 판전극 25: 이물질 미립자

30: 흡입부 40: 입자제거부(일리미네이터)

50: 가열수단 60: 수액적 정제부

61,62: 수조 63: 여과수단

70: 펌프수단 80: 전원장치

Claims (6)

1. 흡입부(30)의 흡입수단에 의해 유입된 오염된 공기를 입자하전부(20)에서 고전압을 인가하여 전하를 지니는 이물질 미립자(25)들을 적어도 전기력에 의해 집진시키기 위한 집진방법에 있어서,

   하전된 이물질 미립자(25)들을 포함한 공기의 유동방향과 교차하도록 수액적 분사노즐(11)과 고전압이 인가되는 링전극(12)에 의해 이물질 미립자(25)들과는 반대극성으로 하전되고 링전극(12)에 충돌되지 않는 분사각도로 하향하여 분사되는 수액적(15)들과 관성충돌, 정전기력, 확산력, 열영동력, 중력 등으로 반응부(10)에서 공기내 오염 입자들인 이물질 미립자(25)들과 반응하게 한 후, 하향분사력과 중력에 의해 하부의 수액적 수집부(14)로 유동시켜 집진시키는 것을 특징으로 하는 정전분사세정집진방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응부(10)에서 반응이 일어나고 난 후 배출되는 공기를 입자제거부(40)에 통과시켜 일리미네이트로 다시 포화된 공기의 미세한 물방울과 먼지를 제거하며, 그 포화된 공기의 적절한 습도 조절을 위해 가열부(50)를 통과시켜 적절한 습도를 위한 온도로 가열한 후, 정화된 공기를 배출시키는 것을 특징으로 하는 정전분사세정집진방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응부(10)를 통과하는 공기의 바이 패스되는 영역을 최대한 줄이기 위해 수액적들을 교차분사시키는 것을 특징으로 하는 정전분사세정집진방법.
4. 흡입부(30)의 흡입수단에 의해 유입된 오염된 공기를 입자하전부(20)에서 고전압을 인가하여 전하를 지니는 이물질 미립자(25)들을 적어도 전기력에 의해 집진시키기 위한 집진장치에 있어서,

   하전된 이물질 미립자(25)들을 포함한 공기의 유동방향과 교차하여 수액적을 분사하도록 설치되는 적어도 하나의 수액적 분사노즐(11);

   그 수액적 분사노즐(11)에서 분사되는 수액적(15)에 이물질 미립자(25)들과는 반대극성으로 하전시키기 위해 고전압이 인가되고, 분사되는 수액적(15)들이 충돌되지 아니하도록 상기 수액적 분사노즐(11)과 거리를 두고 주위에 설치되는 적어도 하나의 링전극(12);

   하향하여 분사되는 수액적(15)들과 관성충돌, 정전기력, 확산력, 열영동력, 응집력, 중력 등으로 공기내 오염 입자들인 이물질 미립자(25)들과 반응하게 하기 위한 케이싱(13)으로 둘러싸인 반응부(10); 그리고,

   그 반응부(10)에서의 반응후, 하향분사력과 중력에 의해 낙하하는 집진 수액적(15)을 수집하도록 경사진 채, 케이싱(13)의 바닥을 구성하는 수액적 수집부(14)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전분사세정집진장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 반응부(10)에서 반응이 일어나고 난 후 배출되는 공기를 통과시켜 일리미네이트로 다시 포화된 공기의 미세한 물방울과 먼지를 제거하기 위한 입자제거부(40)와, 그 포화된 공기의 적절한 습도 조절을 위해 적절한 습도를 위한 온도로 가열한 후, 정화된 공기를 배출시키기 위한 가열부(50)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분사세정집진장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 수액적 분사노즐(11)은, 공기의 바이패스 영역을 최소화하고 반응을 극대화할 수 있도록 풀콘(full cone)타입으로 분사각이 50-130도사이인 것을 특징으로 하는 집진장치용 정전분사노즐.