KR20160068116A - 미세먼지 응집장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 미세먼지 응집장치는 초미세입자를 포함하는 공기 입자가 이동하는 덕트에 제공되어 공기 입자를 양극성 입자와 음극성 입자로 하전하는 미세먼지 하전부; 상기 덕트에서 상기 미세먼지 하전부의 후단부에 제공되어 상기 미세먼지 하전부에 의해 하전된 양극성 입자와 음극성 입자가 응집되도록 전도성 응집제를 분사하는 정전분사부; 및 상기 덕트에서 상기 정전분사부의 후단부에 제공되어 상기 정전분사부에서 응집된 양극성 입자와 음극성 입자가 관성 유동에 의해 타격되어 뭉치도록 제공된 관성 타격부;를 포함한다.

Description

미세먼지 응집장치 {FINE DUST AGGLOMERATING APPARATUS}
본 발명은 미세먼지 응집장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초미세입자의 전기적 하전과 정전분사에 의한 미스트 하전 특성을 복합적으로 이용한 미세먼지 응집장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업현장에서는 다량의 배출가스가 발생하고 있으며, 이러한 배출가스는 인체에 유해한 다량의 입자상의 물질, 예컨대 미세먼지를 포함한다.
이에 따라 다량의 배출가스가 발생하는 환경에는 인체에 유해한 다량의 입자를 제거하기 위한 미세먼지 포집장치가 제공되고 있다.
종래의 미세먼지 포집장치는, 전기 집진기, 습식 스크러버, 백필터 등에 의해 이루어져왔으나, 직경이 2.5㎛ 미만인 초미세입자(PM 2.5)는 효과적으로 포집하지 못하고 있는 실정이다.
이에 따라 종래에는 초미세먼지 포집을 위한 신규 설비 구축이 요구되고 있으나, 이를 위한 설치비, 운전비, 공간활용 등의 제약이 있다.
특허공개번호 10-2012-0072172(2012.07.03. 공개)
본 발명의 일 실시예는 초미세먼지의 포집을 위해 초미세먼지를 조대화하여 포집효율을 높이도록 개선한 미세먼지 응집장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 미세먼지 응집장치는 초미세입자를 포함하는 공기 입자가 이동하는 덕트에 제공되어 공기 입자를 양극성 입자와 음극성 입자로 하전하는 미세먼지 하전부; 상기 덕트에서 상기 미세먼지 하전부의 후단부에 제공되어 상기 미세먼지 하전부에 의해 하전된 양극성 입자와 음극성 입자가 응집되도록 전도성 응집제를 분사하는 정전분사부; 및 상기 덕트에서 상기 정전분사부의 후단부에 제공되어 상기 정전분사부에서 응집된 양극성 입자와 음극성 입자가 관성 유동에 의해 타격되어 뭉치도록 제공된 관성 타격부;를 포함한다.
또한, 상기 미세먼지 하전부는 상기 공기 입자의 이동방향으로 다수열로 교차되며 배치되는 양극 코로나 전극부 및 음극 코로나 전극부와, 상기 양극 코로나 전극부 및 상기 음극 코로나 전극부에 각각 연결되는 제1전원부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정전분사부는 전도성 응집제가 저장된 탱크와, 상기 탱크와 배관을 매개로 연계되어 상기 공기 입자의 이동선상으로 전도성 응집제를 분사하도록 제공되는 다수의 분사노즐부와, 상기 배관의 일측에 연계되어 상기 전도성 응집제를 상기 분사노즐부로 가압하도록 제공되는 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사노즐부는 양극성 응집제 분사를 위한 양극성 분사노즐부와, 음극성 응집제 분사를 위한 음극성 분사노즐부와, 상기 양극성 분사노즐부와 상기 음극성 분사노즐부에 각각 연결되는 제2전원부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관성 타격부는 상기 공기 입자의 이동선상에 경사지게 배치되는 다수열의 판부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관성 타격부는 상기 판부재의 일측에 제공되는 회전축과, 상기 판부재의 경사각도 조절을 위해 상기 회전축을 회전시키도록 연계되는 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 초미세먼지 하전부와, 정전분사, 관성 응집체를 이용하여 초미세먼지를 조대화할 수 있으며, 이에 따라 초미세먼지 입자에 대한 응집효율을 높일 수 있어 낮은 포집 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치의 미세먼지 하전부를 확대한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치의 정전분사부를 확대한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치의 관성 타격부를 확대한 도면.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치를 도시한 구성도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치의 미세먼지 하전부를 확대한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치의 정전분사부를 확대한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 응집장치의 관성 타격부를 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 미세먼지 응집장치(100)는 공기 중에 포함된 입자 등을 응집하기 위한 장치로, 통상의 미세먼지(PM 2.5 이상)뿐만 아니라 특히 육안으로 식별이 불가능한 초미세입자(PM 2.5 미만)를 포함하는 공기 입자를 응집하는 장치로, 공기 입자, 특히 초미세입자를 응집하여 전기 집진기, 습식 스크러버, 백필터와 같은 미세먼지 포집장치로 공급하여 포집되도록 할 수 있다.
이러한 미세먼지 응집장치(100)는 공기가 이동하는 덕트(10) 등의 설비에 적용될 수 있다. 여기서, 미세먼지 응집장치(100)는 덕트(10)를 통해 이동하는 공기 입자의 이동선상에 제공되는 미세먼지 하전부(110), 정전분사부(130) 및 관성 타격부(150)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 미세먼지 하전부(110)는, 예컨대 덕트(10)를 통해 이동하는 공기 입자의 이동선상에서 공기 입자, 예컨대 미세입자(P)를 양극성 입자(P11)와 음극성 입자(P12)로 하전하도록 제공될 수 있다.
이를 위해, 미세먼지 하전부(110)는 공기 입자의 이동방향으로 배치되는 양극 코로나 전극부(112) 및 음극 코로나 전극부(114)를 포함할 수 있다.
양극 코로나 전극부(112) 및 음극 코로나 전극부(114)는 다수열로 제공될 수 있으며, 초미세 먼지의 하전을 위해 서로 교차되며 배치될 수 있다.
또한, 양극 코로나 전극부(112) 및 음극 코로나 전극부(114)는 각각 양극 또는 음극의 전원을 공급하기 위한 제1전원부(120)가 연결될 수 있다. 이때, 제1전원부(120)는 정류기를 포함할 수 있으며, 이를 통해 양극 코로나 전극부(112)와 음극 코로나 전극부(114)로 각각 양극 전류 또는 음극 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제1전원부(120)는 한 쪽은 양극 코로나 전극부(112) 또는 음극 코로나 전극부(114)에 연결되고, 다른 쪽은 접지될 수 있다.
이러한 미세먼지 하전부(110)는 공기 입자가 덕트(10)를 통과하는 과정에서 양극 코로나 전극부(112) 또는 음극 코로나 전극부(114)와 인접하게 되며, 이때 초미세입자 등의 공기 입자가 양극 또는 음극으로 하전될 수 있다.
또한, 양극 또는 음극으로 하전된 초미세입자(P11, P12)는 서로 다른 극성으로 하전된 초미세입자(P12, P11)와 전기적인 인력이 작용할 수 있고, 이에 따라 더 큰 입자상으로 응집될 수 있다.
또한, 정전분사부(130)는 미세먼지 하전부(110)에 의해 하전된 양극성 입자와 음극성 입자가 응집되도록 전도성 응집제(S21, S22)를 분사할 수 있다.
또한, 정전분사부(130)는 전도성 응집제가 저장된 탱크(132)를 포함할 수 있고, 이 탱크(132)에 저장된 전도성 응집제(S21, S22)가 배관(134)을 통해 공급될 수 있다.
또한, 배관(134)에는 덕트(10)의 내측에서 공기 입자의 이동선상으로 전도성 응집제(S21, S22)를 분사하기 위한 다수의 분사노즐부(136)가 연결될 수 있다.
이때, 탱크(132)는 분사노즐부(136)보다 높은 위치에서 전도성 응집제를 공급하도록 제공될 수 있으며, 전도성 응집제(S21, S22)는 자중 및 위치에너지에 의해 분사노즐부(136)로 공급될 수 있다.
바람직하게는 정전분사부(130)는 배관(134)의 일측에 연결되는 펌프(138)를 더 포함할 수 있다. 펌프(138)는 탱크(132)에 저장된 전도성 응집제를 펌핑하여 고압으로 분사노즐부(136)로 공급할 수 있으며, 이에 따라 전도성 응집제는 분사노즐부(136)를 통해 분사되는 과정에서 미세한 입자로 무화(霧化)되며 분사될 수 있다.
본 실시예에서 전도성 응집제(S21, S22)로는 물이 사용될 수 있으며, 이외에도 피롤(Pyrrole), 퓨란(Furan), 티오펜(Thiophene), 셀레노펜(Selenophene)과 같은 헤테로 고리구조 화합물(Heterocyclic structure compound) 또는 이들의 유도체나 중합체를 포함하는 전도성 고분자 화합물이 사용될 수 있다.
또한, 분사노즐부(136)는 양극성 응집제(S21) 분사를 위한 양극성 분사노즐부(136a)와, 음극성 응집제(S22) 분사를 위한 음극성 분사노즐부(136b)를 포함할 수 있으며, 양극성 분사노즐부(136a)와 음극성 분사노즐부(136b)에는 각각 제2전원부(140)가 연결되어 양극 또는 음극의 전류를 공급할 수 있다. 제2전원부(140)는 정류기를 포함할 수 있으며, 이를 통해 양극성 분사노즐부(136a)와 음극성 분사노즐부(136b)로 각각 양극 전류 또는 음극 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제2전원부(140)는 한 쪽은 양극성 분사노즐부(136a) 또는 음극성 분사노즐부(136b)에 연결되고, 다른 쪽은 접지될 수 있다.
따라서, 분사노즐부(136)는 전도성 응집제(S21, S22)가 양극성 분사노즐부(136a)와 음극성 분사노즐부(136b)를 통해 분사되는 과정에서 양극 또는 음극으로 하전될 수 있으며, 공기 중에 포함된 입자, 특히 미세먼지 하전부(110)에서 하전된 후 응집된 초미세입자(P3)나, 미세먼지 하전부(110)에서 하전되지 않은 초미세입자(P11, P12) 등이 양극 또는 음극으로 하전된 전도성 응집제(S21, S22)에 응집되어 더욱 성장할 수 있다. 또한, 양극 또는 음극으로 하전된 전도성 응집제(S21, S22)는 하전된 미세입자들(P11, P12, P3) 등이 응집되어 성장함에 따라 더욱 큰 전하를 띄게 되고, 이에 따라 주변의 하전된 미세입자들(P11, P12, P3) 등에 대한 인력이 더욱 증가하여 성장 속도 및 성장 크기를 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 전도성 응집제(S21, S22)는 하전된 극성에 따라 발생하는 전기적인 인력 또는 반발력 등에 의해 덕트(10) 상에 머무는 시간이 증가하게 되며, 이에 따라 주변의 초미세입자 등의 응집효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 관성 타격부(150)는 정전분사부(130)에서 응집된 양극성 입자와 음극성 입자를 포함하는 미세입자(P4)가 공기 입자와 함께 관성 유동되어 타격될 수 있으며, 이 과정에서 주변의 다른 입자들이 뭉쳐질 수 있다.
이를 위해 관성 타격부(150)는 공기의 이동방향에 대해 수직한 선상에 배열되는 다수열의 판부재(152)를 포함할 수 있으며, 이들 판부재(152)는 공기 입자의 이동시 타격될 수 있도록 공기 입자의 이동선상에 대해 경사지게 배치될 수 있다.
관성 타격부(150)는, 공기 입자가 이동하는 과정에서 판부재(152)의 경사면에 의해 타격되며 전도성 응집제(S21, S22)에 의해 뭉쳐진 미세입자들(P11, P12, P3, P4)들이 일부 판부재(152)에 달라붙거나 그 전에 먼저 달라붙어 있던 뭉쳐진 입자들이 떨어지며 공기 중의 미세입자들(P11, P12, P3)과 합쳐지며 조대화될 수 있다. 또한, 공기 입자 중 일부는 공기의 유동에 의해 판부재(152)의 면에 접촉된 상태에서 이동하며, 이 과정에서 판부재(152)에 붙어 있는 작은 크기의 다른 입자들과 함께 뭉쳐지며 조대화될 수 있다. 또한, 공기 입자는 판부재(152)의 경사에 의해 이동속도가 하락하게 되고, 이에 따라 공기 입자들의 밀도가 증가되며 초미세입자 등의 입자들이 서로 뭉쳐지며 더욱 큰 입자 (P5)로 뭉쳐질 수 있다.
본 실시예에서 관성 타격부(150)는 판부재(152)가 공기 입자의 이동선상에 대해 고정된 경사각을 갖도록 배치될 수 있으나, 판부재(152)의 설치각도나 형태, 배열형태 등은 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 일례로, 관성 타격부(150)의 판부재(152)는 격자형태, 마름모 형태로 배열될 수 있고, 벌집 형태 등과 같이 다분할된 형태로 제공될 수 있으며, 이에 따라 공기의 유동이 불규칙적으로 발생하며 입자들이 더욱 많이 접촉되며 큰 입자로 응집될 수 있다.
또한, 관성 타격부(150)에서 판부재(152)는 경사진 각도를 조절가능토록 제공될 수 있다. 즉, 공기 입자의 밀도, 즉 오염정도에 따라 관성 타격부(150)의 판부재(152) 각도를 가변하여 공기 입자의 유동 속도를 조절할 수 있고, 이에 따라 초미세입자를 더욱 효과적으로 응집할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예에서 관성 타격분는 판부재(152)의 일측에 회전축(152a)이 제공될 수 있고, 이 회전축(152a)에는 모터(154)가 연계되어 판부재(152)의 경사각도를 조절할 수 있다.
이때, 모터(154)는 각각의 판부재(152)에 모두 적용될 수 있고, 어느 하나의 판부재(152)에만 적용되고 다른 판부재(152)에는 링크 부재 등을 통해 동시에 움직이도록 적용되는 것도 가능하다.
한편, 전술된 바와 같은 과정을 거쳐 PM 2.5인 초미세입자가 일반적인 미세먼지 포집장치가 포집 가능한 입자크기인 PM 2.5 이상으로 응집될 수 있으며, 후속 공정에 제공되는 전기 집진기, 습식 스크러버, 백필터 등을 포함하는 미세먼지 포집장치에 의해 포집될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 덕트 100: 미세먼지 응집장치
110: 미세먼지 하전부 112: 양극 코로나 전극부
114: 음극 코로나 전극부 120: 제1전원부
130: 정전분사부 132: 탱크
134: 배관 136: 분사노즐부
138: 펌프 140: 제2전원부
150: 관성 타격부 152: 판부재
154: 모터

Claims (6)

  1. 초미세입자를 포함하는 공기 입자가 이동하는 덕트에 제공되어 공기 입자를 양극성 입자와 음극성 입자로 하전하는 미세먼지 하전부;
    상기 덕트에서 상기 미세먼지 하전부의 후단부에 제공되어 상기 미세먼지 하전부에 의해 하전된 양극성 입자와 음극성 입자가 응집되도록 전도성 응집제를 분사하는 정전분사부; 및
    상기 덕트에서 상기 정전분사부의 후단부에 제공되어 상기 정전분사부에서 응집된 양극성 입자와 음극성 입자가 관성 유동에 의해 타격되어 뭉치도록 제공된 관성 타격부;
    를 포함하는 미세먼지 응집장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 미세먼지 하전부는
    상기 공기 입자의 이동방향으로 다수열로 교차되며 배치되는 양극 코로나 전극부 및 음극 코로나 전극부와,
    상기 양극 코로나 전극부 및 상기 음극 코로나 전극부에 각각 연결되는 제1전원부를 포함하는 미세먼지 응집장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 정전분사부는
    전도성 응집제가 저장된 탱크와,
    상기 탱크와 배관을 매개로 연계되어 상기 공기 입자의 이동선상으로 전도성 응집제를 분사하도록 제공되는 다수의 분사노즐부와,
    상기 배관의 일측에 연계되어 상기 전도성 응집제를 상기 분사노즐부로 가압하도록 제공되는 펌프를 포함하는 미세먼지 응집장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 분사노즐부는
    양극성 응집제 분사를 위한 양극성 분사노즐부와, 음극성 응집제 분사를 위한 음극성 분사노즐부와,
    상기 양극성 분사노즐부와 상기 음극성 분사노즐부에 각각 연결되는 제2전원부를 포함하는 미세먼지 응집장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 관성 타격부는
    상기 공기 입자의 이동선상에 경사지게 배치되는 다수열의 판부재를 포함하는 미세먼지 응집장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 관성 타격부는
    상기 판부재의 일측에 제공되는 회전축과,
    상기 판부재의 경사각도 조절을 위해 상기 회전축을 회전시키도록 연계되는 모터를 포함하는 미세먼지 응집장치.
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