KR20180070147A - 전기집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 중의 먼지 입자를 대전시키는 대전부와, 상기 대전부에서 대전된 먼지 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 관한 것이며, 상기 집진부는 공기가 흐를 수 있도록 소정 간격을 두고 배치되며 적어도 일부는 고전압이 인가되는 복수개의 전극을 포함하고, 상기 전극 표면에는 상기 전극 사이의 간격을 유지하기 위하여 복수개의 돌기가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

전기집진장치{Electrostatic precipitator}

본 발명은 전기집진장치에 관한 것으로, 특히 집진부를 통과하는 공기의 유동 저항을 감소시킬 수 있는 전기집진장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기집진장치는 공조기기 등에 장착되어 사용될 수 있으며, 공기 중에 포함된 먼지 등의 오염물질을 집진함으로써 공기가 정화되도록 하는 장치이다.

이러한 전기집진유닛의 집진방식에 있어서는 대전부와 집진부를 분리하여 구성하는 ２단 전기집진방식이 많이 채용하고 있다.

이러한 2단 전기집진방식에서 대전부는 고전압 방전전극과 그 대향전극들이 하나의 셀을 구성하며 동일한 간격으로 반복적으로 설치되고, 집진부는 고전압전극과 저전압전극을 병렬로 배치해서 전계를 형성시키는 방식이 일반적으로 사용된다.

대전부의 고전압 방전전극은 일반적으로 와이어, 평판, 침상형태가 있으며, 방전특성을 향상시키기 위하여 특정 형상을 추가하기도 한다. 그리고, 대전부의 대향전극들은 고전압 방전전극으로부터 일정거리 이격되어 설치되며, 그 편평한 면이 공기 유동방향과 평행하도록 설치된다.

이러한 대전부는 코로나 방전으로 전기집진장치로 유입되는 공기 내의 먼지입자를 플러스 또는 마이너스로 대전시키는 역할을 한다.

즉, 대향전극들은 접지와 연결되어 영 전위를 가지므로, 방전전극에 플러스 극성 또는 마이너스 극성의 고전압을 인가하면 방전전극과 대향전극들 사이에서 코로나 방전이 발생하며, 이 코로나 방전에 의하여 공기 중의 먼지입자가 플러스 또는 마이너스로 대전되고, 대전된 입자는 공기유동을 따라 집진부로 이동되어 포집된다.

전기집진장치의 일반적인 특징은 한국공개특허 10-2011-0088744에 모두 개시되고 있다.

하지만, 송풍장치를 사용하여 전기집진장치를 통과하도록 공기유동을 만들 때 유동 저항이 발생하여 압력손실이 발생하는 문제점이 있다. 이는 집진부를 구성하는 전극판의 간격을 유지하기 위한 세퍼레이터, 지지대 또는 핫멜트가 집진부를 통과하는 공기유동을 방해하기 때문이다.

본 발명의 일 실시예는 돌기만을 이용하여 전극 사이의 간격을 유지할 수 있는 전기집진장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 돌기의 위치를 조절하여 전극 사이를 지나는 공기의 유동 저항을 최소화하여 압력 손실을 줄일 수 있는 전기집진장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 공기 중의 먼지 입자를 대전시키는 대전부와, 상기 대전부에서 대전된 먼지 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 있어서, 상기 집진부는 공기가 흐를 수 있도록 소정 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며 적어도 일부는 고전압이 인가되는 복수개의 전극을 포함하고, 상기 전극 표면에는 상기 전극 사이의 간격을 유지하기 위하여 복수개의 돌기가 구비되며, 어느 하나의 전극에 구비된 돌기와 상기 어느 하나의 전극과 이웃하는 전극에 구비된 돌기를 연결하는 가상의 선은 상기 복수개의 전극과 수직을 이루지 않는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 전극과 전극 사이의 간격을 유지하되 전극 사이를 통과하는 공기의 유동 저항을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 복수개의 전극은 고전압이 인가되는 제1전극과 저전압이 인가되거나 접지되는 제2전극으로 구성되고, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 서로 평행을 유지하며 교번적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 먼지가 집진되는 표면적을 넓힐 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 제1전극에 구비된 돌기를 지나고 상기 제1전극과 수직을 이루는 가상의 선과, 이웃하는 상기 제2전극에 구비된 돌기를 지나고 상기 제2전극과 수직을 이루는 가상의 선은 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 전극과 전극 사이를 통과하는 공기 유동 저항을 최소화하여 압력 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 복수개의 돌기는 공기 흐름 방향을 기준으로 상기 전극의 전방부에 구비된 다수개의 전방돌기와 상기 전극의 후방부에 구비된 다수개의 후방돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 공기 유동 저항을 최소화할 수 있는 돌기 배치 중 하나에 해당한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기는 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 일면에만 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 돌기가 구비된 제1전극과 제2전극의 제작 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 양면에 모두 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극 중 어느 하나의 전극에만 돌기를 형성시킬 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극 중 어느 하나에만 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 전극의 일면에 구비된 상기 다수개의 전방돌기를 연결하는 가상의 직선과, 상기 전극의 일면에 구비된 상기 다수개의 후방돌기를 연결하는 가상의 직선은 각각 공기의 흐름과 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 공기 유동 저항을 최소화할 수 있는 돌기의 배치 중 하나에 해당한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 어느 하나의 전방돌기와, 상기 어느 하나의 전방돌기가 위치한 전극과 같은 일면에 구비되고 상기 어느 하나의 전방돌기와 가장 근접하여 위치하는 어느 하나의 후방돌기를 잇는 가상의 선은 공기의 흐름과 평행한 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 전극 사이를 통과하는 공기의 유동 저항을 최소화하여 압력 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 전극은 전압이 인가되는 전극판과, 상기 전극판의 표면에 구비되고 절연 물질로 이루어진 유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 전극과 전극 사이에 방전이 일어나는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기는 상기 유전체의 일부로 구성되거나, 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 상기 돌기가 다른 전극과 접촉하더라도 방전이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기는 이웃하는 전극과 접하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 상기 돌기가 전극과 전극 사이의 간격을 결정하는 기준 역할을 할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 돌기는 반구 형태인 것을 특징으로 하는 전기집진장치를 제공하며, 공기 유동 저항을 최소화하면서 상기 돌기가 접촉하는 다른 전극과의 접촉면을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예는 돌기만을 이용하여 전극 사이의 간격을 유지할 수 있는 전기집진장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 돌기의 위치를 조절하여 전극 사이를 지나는 공기의 유동 저항을 최소화하여 압력 손실을 줄일 수 있는 전기집진장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 전기집진장치의 일반적인 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기집진장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기집진장치의 내부 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 내부 구조를 측면에서 바라본 측면도이다.
도 5는 종래의 전기집진장치의 집진부의 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진부 내부의 전극 및 돌기의 세부 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기의 배열 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 돌기의 배열 구조에 다른 실험치를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8의 케이스에 따른 압력손실을 상대적으로 비교한 그래프에 해당한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 한편, 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 2단 전기집진장치의 기본적 원리를 나타낸 도면이며, 도 2는 전기집장장치의 전반적인 구성을 나타낸 도면이며, 도 3는 2단 전기집진장치를 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전기집진장치(1)는 공기 중의 먼지입자를 전리시키는 대전부(10)와, 대전부(10)에서 대전된 먼지 입자를 집진하는 집진부(20)를 포함하여 구성된다.

공기의 흐름방향을 기준으로, 1차적으로 입자가 큰 먼지를 거르는 프리필터(3), 작은 입자를 방전시키는 대전부(10), 방전된 입자를 집진하는 집진부(20)가 차례로 위치한다. 한편, 공기의 흐름은 송풍유닛(30)에 의해서 만들어진다.

도 3을 살펴보면, 대전부(10)는 고전압전원(13)에 의해 플러스(plus) 극을 형성하는 방전전극들(11)과, 방전전극들(11)과 일정한 높이차를 두고 상하로 설치되어 마이너스(minus) 극을 형성하는 대향전극들(12)을 포함할 수 있다.

방전전극들(11)에는 직류전압을 인가하여 방전전극들(11)과 대향전극들(12) 사이에서 코로나 방전을 발생시킨다.

이러한 방전전극들(11)은 텅스텐 재질의 가는 와이어 형상으로 이루어지는 방전와이어들(111, 112, 113, 114, 115, 도 4참고)을 포함할 수 있다. 다만, 방전전극들(11)은 와이어 형뿐만 아니라, 평판형 또는 침상형으로 구성하는 것도 가능하다. 그리고, 대향전극들(12)은 평판형으로 구성될 수 있다.

따라서, 고전압전원(13)으로부터 방전와이어들(111, 112, 113, 114, 115, 도 4 참고)에 고전압을 인가하면 방전와이어들과 대향전극들(12) 사이에 형성된 높은 전위차에 의하여 전류가 흐르기 시작하면서 코로나 방전이 일어나 공기 중의 먼지를 대전시키게 된다.

집진부(20)는 대전부(10)에서 대전된 먼지입자를 포집하기 위하여 고전압이 인가되는 제1전극(21)과 저전압이 인가되거나 접지되는 제2전극(22)을 교대로 적층함으로서 형성된다. 제1전극(21)에는 고전압원(23)에 의해 플러스 극성의 고전압이 인가되고, 제2전극(22)은 접지(earth)와 연결되어 전계를 형성시킨다.

결국, 대전부(10)에서 코로나 방전이 일어나 공기 중의 먼지입자를 플러스(plus)로 대전시키면, 플러스(plus)로 대전된 먼지입자는 쿨롱력에 의하여 집진부(20)에서 상대적으로 마이너스(minus) 측의 제2전극(22)에 포집되게 된다.

한편, 고전압원(13, 23, 도 3 참고)의 극성은 플러스 또는 마이너스 중 어느 것도 가능하며, 또한 펄스전압도 가능함은 물론이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기집진장치를 나타낸 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기집진장치(1)의 대전부(10)는 코로나 방전 형성을 위한 방전와이어들(111, 112, 113, 114, 115)과 대향전극판들(121, 122, 123, 124, 125, 126)을 포함하여 구성된다.

대향전극들(12)은 기류의 유속(V)에 따라서 서로 다른 간격을 두고 교대로 적층 배치되며, 각 대향전극들(12)의 중심이 되는 위치에 방전와이어들(111~115)이 교대로 배치된다.

이러한 대전부(10)는 하나의 방전와이어(111~155)와 한 쌍의 대향전극들(121~126)으로 구성된 대전셀(14)들이 반복적으로 형성된다. 이 때, 대향전극들(121~126) 사이의 간격은 기류의 유속(V)에 따라서 각 대전셀(141, 142, 143, 144, 145) 별로 다르게 구성될 수 있다.

공기의 흐름은 도 3 및 도 4에 굵은 화살표로 표시되어 있다. 송풍유닛(30)이 공기의 흐름을 만들어내며 대전부(10)로 유입된 공기는 다수개의 방전전극(11)과 대향전극(12)에 의해 대전된 후, 집진부(20)로 유입된다. 집진부(20)로 유입된 대전된 공기는 다수개의 제2전극(22) 쪽으로 향한다. 최종적으로 먼지가 제거된 공기만이 집진부(20)를 통과한 후 외부로 배출된다.

한편, 도 5는 종래의 집진부(20)에 있어서 전극들(21, 22)이 일정한 간격을 가질 수 있게 고정되도록 빚모양고정대(27)를 더 포함한 도면이다. 대략적인 위치 고정은 전극고정대(24)가 담당하지만 전극과 전극 사이의 미세한 간격조절을 담당한다.

적어도 두 개 이상의 빚모양고정대(27)가 다수개의 전극(21, 22)들과 수직한 방향으로 구비되며, 상기 빚모양고정대(27)에 구비된 얇은 틈 사이로 전극(21, 22)을 하나씩 삽입한다.

하지만 빚모양고정대(27)에 전극들(21, 22)을 일일이 조립하여야 한다는 점, 집진부(20)는 다수개의 전극(21, 22)을 포함하고 있으므로 빚모양고정대(27)가 포함하는 틈이 매우 많다는 점, 전극들(21, 22)이 매우 얇기 때문에 잘못된 위치에 조립될 위험성이 크다는 점 때문에 불량이 발생할 확률이 크다.

또한, 빚모양고정대(27)는 전극들(21, 22) 사이의 공간을 막기 때문에 전극들(21, 22) 사이를 통과하는 공기의 유동 면적이 줄어들게 되어 최종적으로 압력손실이 커지는 문제점이 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빚모양고정대(27) 및 종래의 집진부에서 사용되던 세퍼레이터가 포함되지 않은 집진부(20)를 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 집진부(20)는 고전압이 인가되는 다수개의 제1전극(21), 저전압이 인가되거나 접지되는 다수개의 제2전극(22), 상기 다수개의 제1전극(21)에 고전압을 인가하는 고전압원(23) 및 전극고정대(24)를 포함한다.

상기 전극들(21, 22)은 전극연결부(213, 223)에 고정되어 연결되며, 다수개의 제1전극(21)은 제1전극연결부(213)에 연결되고 다수개의 제2전극(22)은 제2전극연결부(223)에 연결된다.

이 때 제1전극(21)과 제2전극(22)은 교번적으로 적층되도록 구비된다. 예를 들어, 하나의 제1전극(21)과 이웃하는 또 다른 하나의 제1전극(21) 사이에는 하나의 제2전극(22)이 구비되고, 하나의 제2전극(22)과 이웃하는 또 다른 하나의 제2전극(22) 사이에는 하나의 제1전극(21)이 구비되도록 한다.

제1전극(21)과 제2전극(22)은 교번적으로 적층되되 공기가 통과할 수 있는 간격을 가지도록 적층되는 것이 바람직하다. 상기 기술한 바와 같이, 종래에는 빚모양고정대(27)라는 특수한 장치를 이용하여 전극과 전극 사이에 공기가 통과할 수 있는 간격을 형성하였다.

반면 본 발명의 일 실시예는 돌기(25, 26)을 이용하여 전극과 전극 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다. 돌기(25, 26)는 전극과 별도로 제작된 뒤 전극에 부착시키거나 전극의 일부로 제작될 수 있다. 또한, 전극의 일부로 제작될 경우 펀칭 기술을 이용하여 전극의 일면을 펀칭시켜 타면에 돌기가 형성되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 경우, 돌기(25, 26)는 제1전극(21) 및 제2전극(22)의 일부 구성으로 제작된다.

돌기(25, 26)는 제1전극(21)에 구비되는 제1돌기(25)와 제2전극(22)에 구비되는 제2돌기(26)로 구성된다. 제1돌기(25)는 제1전극(21)의 일면에만 구비되거나 제1전극(21)의 양면에 모두 구비될 수 있다. 제2돌기(26) 또한 제2전극(22)의 일면에만 구비되거나 제2전극(22)의 양면에 모두 구비될 수 있다.

돌기(25, 26)의 재질은 절연물질로 이루어지는데 이에 대한 상세한 설명을 위하여 제1전극(21) 및 제2전극(22)의 내부 구성을 살펴보도록 한다.

도 6을 참고하여 제1전극(21)의 구조를 살펴보면, 전압이 인가되고 도체로 구성되는 제1전극판(211), 제1전극판(211)을 고정시키고 전압을 인가하는 통로가 되는 제1전극연결부(213) 및 제1전극판(211)의 외부를 둘러싸는 제1유전체(212)로 구성된다.

제2전극(22) 또한, 접지 또는 전압이 인가되거나 도체로 구성되는 제2전극판(221), 제2전극판(221)을 고정시키고 전압을 인가하는 통로가 되는 제2전극연결부(223) 및 제2전극판(221)의 외부를 둘러싸는 제2유전체(222)로 구성된다.

유전체는 정전기장이 가해질 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질이다. 이러한 특성 때문에 정전기장이 가해질 때 대전된 입자가 유전체에 붙더라도 정전기장이 사라지는 경우 대전된 입자는 유전체로부터 쉽게 분리된다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예의 경우 제1전극판(211) 또는 제2전극판(221)에 전압이 인가될 때 대전부(10)에서 대전된 미세 입자는 제1전극판(211) 또는 제2전극판(221)에 달라붙게 된다. 하지만 전압이 인가되고 있던 제1전극판(211) 및 제2전극판(221)에 인가된 전압이 사라질 경우, 미세 입자는 중력에 의해 제1전극판(211) 또는 제2전극판(221)으로부터 떨어져야 하는데 제1전극판(211)과 제2전극판(221)이 도체 물질에 해당하여 잔류하는 미세 전류로 인해 미세 입자가 쉽게 떨어지지 않게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 유전체(212, 222)를 전극판(211, 221)에 코팅하게 된다. 유전체(212, 222)를 코팅하여도 전극판(211, 221)의 효율은 크게 떨어지지 않는데 상기 기술한 바와 같이 유전체는 정전기장이 가해질 때 전기 편극이 발생하기 때문이다.

또한 종래의 경우, PET나 PVC와 같은 절연물질로 제작된 세퍼레이터를 전극과 전극 사이에 구비시켰다. 하지만 세퍼레이터의 폭만큼 공기의 유동을 방해하여 압력 손실이 발생하였다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 본 발명의 일 실시예는 유전체(212, 222)를 전극(21, 22)에 얇게 코팅하고 전극(21, 22) 사이의 간격은 돌기(25, 26)를 이용하여 조절한다.

돌기(25, 26)는 유전체(212, 222)와 같은 재질 및 성분으로 구성되며 유전체(212, 222)와 별개의 구성으로 구비될 수 있고 유전체(212, 222)의 일부 구성으로 구비될 수도 있다. 돌기(25, 26)가 유전체(212, 222)의 일부 구성으로 구비되는 경우, 전극(21, 22)의 일면을 펀칭하여 전극(21, 22)의 타면으로 볼록하게 돌기(25, 26)를 만들 수 있다.

돌기(25, 26)는 인접하는 전극(21, 22)과 접한다. 예를들어, 제1전극(21)의 상면에 구비된 제1돌기(25)는 이웃하는 제2전극(22)의 하면과 접하도록 구비된다. 또한 제2전극(22)의 상면에 구비된 제2돌기(26)는 이웃하는 제1전극(21)의 하면과 접하도록 구비된다.

돌기(25, 26)의 높이만큼 전극(21, 22)과 전극 사이의 간격이 결정된다. 돌기(25, 26)의 높이를 각각 달리하여 전극 사이의 거리를 조절할 수도 있으나 본 발명의 일 실시예는 모두 같은 높이를 가진 돌기(25, 26)를 사용한다. 이 경우 전극과 전극 사이의 간격은 모두 동일하며 전극과 전극은 서로 평행한 관계를 유지하게 된다.

한편, 전극(21, 22)과 전극이 서로 평행을 유지하고 전극과 전극 사이의 간격이 일정해질 수 있는 범위 내라면, 전극(21, 22)의 일면 또는 양면에 구비되는 돌기(25, 26)는 다양하게 배치될 수 있을 것이다.

예를들어, 제1전극(21)에는 제1돌기(25)가 구비되고 제2전극(22)에는 제2돌기(26)가 구비되되, 제1전극(21)과 제2전극(22)의 상면에만 제1돌기(25) 및 제2돌기(26)가 구비되는 구조가 있을 것이다. 또한 제1전극(21)에만 제1돌기(25)가 구비되고 제2전극(22)에는 돌기가 구비되지 않되, 제1전극(21)의 상면 및 하면에 모두 다수개의 제1돌기(25)가 구비되는 구조도 있다.

도 7은 제1전극(21)과 제2전극(22)의 상면을 나타낸 것이다. 제1전극(21)에는 제1돌기(25)가 제2전극(22)는 제2돌기(26)가 각각 구비된다.

이 때, 제1돌기(25)를 지나고 제1전극(21)의 일면과 수직을 이루는 가상의 선과 상기 제1전극(21)과 이웃하는 제2전극(22)에 구비된 제2돌기(26)를 지나고 제2전극(22)의 일면과 수직을 이루는 가상의 선은 서로 겹치지 않는다.

왜냐하면, 제1전극(21) 및 제1전극(21)과 이웃하는 제2전극(22)을 지나는 가상의 선 상에 돌기가 전극마다 연속적으로 구비되면 공기의 압력 손실이 커지게 된다. 하나의 돌기만으로는 공기의 압력 손실에 끼치는 영향이 미미하지만, 돌기가 가상의 선 상에 전극마다 연속적으로 구비되면 하나의 선을 형성하는 것과 똑같은 효과를 가져오기 때문에 공기의 압력 손실이 커지게 되고 결국 집진부(20)의 성능을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 제1전극(21)에 구비된 제1돌기(25)와 상기 제1전극(21)과 이웃하는 제2전극(22)에 구비되고 상기 제1돌기(25)와 가장 가까이 위치하는 제2돌기(26)를 잇는 가상의 선은 제1전극(21)의 일면 및 제2전극(22)의 일면과 수직을 이루지 않는 것이 바람직하다.

한편, 돌기(25, 26)는 공기가 흐르는 방향을 기준으로 공기가 유입되는 부분에 다수개의 전방돌기(25a, 26a)가 형성되고, 공기가 배출되는 부분에는 다수개의 후방돌기(25b, 26b)가 형성된다. 공기의 흐름 방향을 기준으로 다수개의 전방돌기(25a, 26a) 및 후방돌기(25b, 26b)로 구성되는 이유는, 전극과 전극이 안정적으로 접할 수 있도록 하기 위함이다. 예를들어 돌기(25, 26)가 하나 또는 두 개만 형성되는 경우, 전극 위에 구비된 또 다른 전극은 돌기를 접점으로 하여 기울어질 수 있다. 공기의 흐름 방향은 도면에 화살표로 도시되어 있다. 공기는 전방돌기(25a, 26a)에서 후방돌기(25b, 26b) 방향으로 흐른다.

제1전극(21)에 구비된 전방돌기(25a, 26a)는 제1전방돌기(25a)로 지칭하고 제2전극(22)에 구비된 전방돌기(25a, 26a)는 제2전방돌기(26a)로 지칭한다. 또한 제1전극(21)에 구비된 후방돌기(25b, 26b)는 제1후방돌기(25b)로 지칭하고 제2전극(22)에 구비된 후방돌기(25b, 26b)는 제2후방돌기(26b)로 지칭한다.

전방돌기(25a, 26a)와 후방돌기(25b, 26b)는 각각 제1전극(21)과 제2전극(22)의 상면과 하면 중 적어도 하나의 면에 구비될 수 있다. 다만 본 발명의 일 실시예는 제1전극(21)과 제2전극(22)의 상면에만 구비된 것을 기준으로 한다.

본 발명의 일 실시예의 경우, 다수개의 전방돌기(25a, 26a)를 연결하는 가상의 직선은 공기의 흐름과 수직을 이룬다. 마찬가지로 다수개의 후방돌기(25b, 26b)를 연결하는 가상의 직선도 공기의 흐름과 수직을 이룬다. 하지만 이에 한정되지 않으며, 다수개의 전방돌기(25a, 26a)는 전극(21, 22)의 일면 중 공기가 유입되는 면과 공기가 유입되는 면과 유출되는 면의 중간 지점 사이의 범위 내라면 어디에 위치하여도 무방하며, 다수개의 후방돌기(25b, 26b)는 전극(21, 22)의 일면 중 공기가 유출되는 면과 공기가 유입되는 면과 유출되는 면의 중간 지점 사이의 범위 내라면 어디에 위치하여도 무방하다.

전방돌기(25a, 26a)와 후방돌기(25b, 26b) 사이의 위치 관계도 공기의 압력 손실과 관계가 있다. 어느 하나의 전방돌기(25a, 26a)는 어느 하나의 후방돌기(25b, 26b)와 짝을 이루며, 상기 어느 하나의 전방돌기와 어느 하나의 후방돌기는 공기의 흐름 방향과 평행을 이룬다.

다시 말해, 어느 하나의 전방돌기(25a, 26a)와, 상기 어느 하나의 전방돌기가 위치한 전극과 같은 일면에 구비되고 상기 어느 하나의 전방돌기와 가장 근접하여 위치하는 어느 하나의 후방돌기를 잇는 가상의 선은 공기의 흐름과 평행을 이룬다.

상기 한 쌍을 이루는 전방돌기와 후방돌기가 공기의 흐름과 평행한 위치에 놓일 때 유체 역학적으로 공기 압력 손실이 최소가 되며 이는 실험적으로 파악된다.

도 8은 돌기(25, 26)의 케이스별 위치에 따른 압력 손실을 실험적으로 나타낸 것이며, 도 9는 이를 유속에 따라 압력 손실의 정도를 케이스 별로 그래프로 나타낸 것이다. 도 8의 위쪽에 도시된 표는 어느 하나의 제1전극(21)과 이웃하는 어느 하나의 제2전극(22)를 겹쳤을 때 위에서 아래로(공기 흐름 방향과 수직) 바라본 것을 나타낸 것이다. 이웃하는 제2전극(22)이 제1전극(21) 아래에 구비된 것이며, 제2전극(22)에 구비된 제2돌기(26)는 실제로는 보이지 않기 때문에 연한 색으로 표시하였다.

특히 도 8은, 공기가 흐르는 방향을 기준으로 전극과 전극 사이를 바라보았을 때 보이는 돌기의 수와 공기 압력 손실과의 관계를 명확하게 보여주며, 도 9는 제1돌기(25)와 제2돌기(26)과의 상대적인 위치와 공기 압력 손실과의 관계를 보여주는 실험 데이터에 해당한다.

도 8은 제1전극(21)에 구비된 어느 하나의 제1전방돌기(25a)와 상기 어느 하나의 제1전방돌기(25a)와 가장 가깝게 이웃하는 어느 하나의 제2후방돌기(25b)와, 제2전극(22)에 구비된 어느 하나의 제2전방돌기(26a)와 상기 어느 하나의 제2전방돌기(26a)와 가장 가깝게 이웃하는 어느 하나의 제2후방돌기(26b)를 기준으로 설명한다. 즉, 상기 네 개의 돌기들(25a, 26a, 25b, 26b)을 하나의 돌기세트로 묶어서 서로의 상대적인 위치와 공기 압력 손실과의 관계를 설명하도록 한다.

먼저 공기의 흐름 방향을 기준으로 집진부(20)를 바라보았을 때(공기 흐름 방향 시각), 다수개의 전극(21, 22)들이 겹겹이 쌓여 있는 모습을 볼 수 있다. 이 때 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 돌기세트에 포함된 돌기들(25a, 26a, 25b, 26b)의 상대적 위치에 따라 보이는 돌기의 수는 달라진다.

Case 1,3, 4, 5의 경우 제1전방돌기(25a)와 제1후방돌기(25b)를 잇는 가상의 선이 공기의 흐름과 평행하고, 제2전방돌기(26a)와 제2후방돌기(26b)를 잇는 가상의 선이 공기의 흐름과 평행하기 때문에 공기의 흐름 방향 시각으로 보면 하나의 돌기세트 중 두 개의 돌기만 보이게 된다. 즉, 공기의 흐름 방향을 기준으로 공기의 흐름을 가로막는 돌기는 2개가 된다.

Case 2, 6의 경우, 제1전방돌기(25a)와 제1후방돌기(25b)를 잇는 가상의 선이 공기의 흐름과 평행하지 않고, 제2전방돌기(26a)와 제2후방돌기(26b)를 잇는 가상의 선 또한 공기의 흐름과 평행하지 않기 때문에 공기의 흐름 방향 시각으로 보면 하나의 돌기세트 중 네 개의 돌기가 모두 보이게 된다.

정리하면, 공기가 집진부(20)로 유입될 때 맞이하는 돌기의 수가 적으면 적을수록 공기의 압력 손실이 줄어든다. 즉, 풍량을 더 크게 할 수 있고 소음도 낮출 수 있다.

따라서, 어느 하나의 제1전방돌기(25a)와 가장 가깝게 이웃하는 제1후방돌기(25b)를 잇는 가상의 선은 공기의 흐름과 평행하게 구비되는 것이 바람직하다. 마찬가지로 어느 하나의 제2전방돌기(26a)와 가장 가깝게 이웃하는 제2후방돌기(26b)를 잇는 가상의 선 또한 공기의 흐름과 평행하게 구비되는 것이 바람직하다.

도 8의 실험자료를 살펴보면 Case 1, 3, 4, 5의 필터 뒤 단면 압력분포와 필름 사이 단면 압력분포가 Case 2, 6에 비해 작은 것을 알 수 있다.

상기 최적화된 전방돌기(25a, 26a)와 후방돌기(25b, 26b) 관계를 전제로 제1돌기(25)와 제2돌기(26)와의 위치관계를 도 8과 도 9를 보며 살펴보도록 한다.

우선 도 8 및 도 9의 Case 4와 Case 5를 살펴보면, 전방돌기(25a, 26a)와 후방돌기(25b, 26b) 사이의 거리가 공기 압력 손실에 끼치는 영향은 다른 요소에 비해 미미한 것을 알 수 있다. 오히려 Case 1과 Case 3을 비교하거나 Case 4, Case 5와 Case 3을 비교하면 제1돌기(25)와 제2돌기(26)의 상대적인 위치관계가 더욱 중요함을 알 수 있다.

우선 어느 하나의 제1돌기(25)를 포함하는 가상의 평면이 있다고 가정한다. 상기 가상의 평면은 제1전극(21)의 일면과 수직한 관계를 가진다. 또한 상기 가상의 평면은 공기의 흐름 방향과 수직한 관계를 가지거나 평행한 관계를 가질 수 있다.

이 때, 상기 가상의 평면과 제2돌기(26)가 겹치지 않도록 구비될 때 공기 압력 손실이 최소화 된다. Case 1은 공기의 흐름과 평행한 가상의 평면과 겹치며, Case 4, Case 5는 공기의 흐름과 수직한 가상의 평면과 겹친다.

도 9를 살펴보면, 돌기세트가 Case 3과 같은 배치를 가질 때 공기 압력 손실이 가장 낮은 것을 알 수 있다.

돌기(25, 26)의 상대적인 위치에 따라서 공기 압력 손실의 차이가 발생하며 상기 기술한 바와 같이 돌기(25, 26)의 위치를 최적화시키면 집진부(20)를 통과하는 공기의 풍량을 더욱 늘릴 수 있으며 이에 따라 발생하는 소음 또한 감소시킬 수 있다. 이는 전지집진장치의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1: 전기집진장치
2: 캐비닛
3: 프리필터
10: 대전부
11: 방전전극 12: 대향전극 13: 고전압원
20: 집진부
21: 제1전극 22: 제2전극 23: 고전압원 25: 제1돌기
26: 제2돌기 27: 빚모양고정대
30: 송풍유닛

Claims (13)

1. 공기 중의 먼지 입자를 대전시키는 대전부와, 상기 대전부에서 대전된 먼지 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 있어서,
   상기 집진부는, 공기가 흐를 수 있도록 소정 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며 적어도 일부는 고전압이 인가되는 복수개의 전극을 포함하고, 상기 전극 표면에는 상기 전극 사이의 간격을 유지하기 위하여 복수개의 돌기가 구비되며,
   어느 하나의 전극에 구비된 돌기와 상기 어느 하나의 전극과 이웃하는 전극에 구비된 돌기를 연결하는 가상의 선은 상기 복수개의 전극과 수직을 이루지 않는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 전극은,
   고전압이 인가되는 제1전극과 저전압이 인가되거나 접지되는 제2전극으로 구성되고,
   상기 제1전극과 상기 제2전극은 교번적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1전극에 구비된 돌기를 지나고 상기 제1전극과 수직을 이루는 가상의 선과, 이웃하는 상기 제2전극에 구비된 돌기를 지나고 상기 제2전극과 수직을 이루는 가상의 선은 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 복수개의 돌기는,
   공기 흐름 방향을 기준으로 상기 전극의 전방부에 구비된 다수개의 전방돌기와 상기 전극의 후방부에 구비된 다수개의 후방돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 일면에만 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 양면에 모두 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극 중 어느 하나에만 구비되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 전극의 일면에 구비된 상기 다수개의 전방돌기를 연결하는 가상의 직선과, 상기 전극의 일면에 구비된 상기 다수개의 후방돌기를 연결하는 가상의 직선은 각각 공기의 흐름과 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
9. 제5항 또는 제8항에 있어서,
   어느 하나의 전방돌기와, 상기 어느 하나의 전방돌기가 위치한 전극과 같은 일면에 구비되고 상기 어느 하나의 전방돌기와 가장 근접하여 위치하는 어느 하나의 후방돌기를 잇는 가상의 선은 공기의 흐름과 평행한 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전극은,
    전압이 인가되는 전극판과, 상기 전극판의 표면에 구비되고 절연 물질로 이루어진 유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 유전체의 일부로 구성되거나, 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 돌기는 이웃하는 전극과 접하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 돌기는 반구 형태인 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
    

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