KR20220078590A - 입자를 전자식으로 여과하는 디바이스 - Google Patents

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KR20220078590A
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potential
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electrical insulator
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르노 마르샹
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테코야
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Abstract

본 발명은 전위 플레이트(11) 및/또는 수집기 플레이트(12)가 전자 여과 디바이스(30)의 동작 동안 코로나 효과의 발생을 제한하기 위해 공극에서 전기 절연체(13)로 적어도 부분적으로 덮이는 전자 여과 디바이스(30)의 수집기 스테이지(10)에 관한 것이다.

Description

입자를 전자식으로 여과하는 디바이스
본 발명의 기술적 배경은 공기 정화 디바이스, 특히 입자 여과 디바이스이다. 더 구체적으로, 본 발명은 전자 입자 여과 디바이스의 수집기 스테이지 및 이러한 전자 입자 여과 디바이스에 관한 것이다. 이러한 기술은 정전기 침전 및 전기여과라는 이름으로도 알려져 있다.
공기 여과는 건물 설계에서 널리 사용되는 기술이다. 한편, 가정용 건물에서는 공기 중에 존재하는 부유 입자의 일부를 보유하기 위해 기계식 필터를 포함하는 이중 유동 환기 시스템이 점점 더 많이 사용되고 있다. 다른 한편으로, 특히 3차(tertiary) 및 산업 건물에서, 기계식 필터로 형성된 하나 이상의 여과 상자를 포함하는 공기 처리 유닛의 사용이 알려져 있다.
또한, 프랑스에서는 현행 규정에 따라 건물로 진입되는 공기에 소위 "단일 유동" 환기 시스템에 의한 종래의 기계적 여과를 적용하는 것이 금지된다.
이러한 기계식 필터의 사용은 최적이 아니며 특히 다음의 단점을 갖는다:
- 필터의 공압 손실과 관련된 상당한 에너지 소비;
- 특히, 초미세 입자에 대한 고효율 필터의 경우, 높은 유지 보수 비용;
- 개입 동안, 여과 설비의 부분적 가동 중단 또는 환기율 감소를 필요로 하는 복잡한 유지보수;
- 생체-오염물(박테리아, 바이러스)의 방출 또는 환기 덕트의 세균 증식의 위험.
이러한 단점을 극복하기 위해, 전자식 필터는 기계식 필터에 비교하여 그 매우 낮은 기류 손실로 인해 필터의 전력 소비를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 전자식 필터는 소모품이 필요하지 않기 때문에 유지 비용이 저렴하고 환기 덕트의 생물학적 오염 위험을 피할 수 있다.
알려진 전자식 필터의 동작 원리가 도 1에 도시되어 있다. 이는 전자식 필터의 기류 방향에 따라 취해지는 2개의 연속 단계로 구성된다:
- 미립자 오염물을 정전기적으로 대전시키기 위한 집중적인 공기 이온화의 상류 단계;
- 서로 쌍으로 마주보는 평행한 전기자의 시스템에서 대전된 입자를 수집하는 하류 단계. 각각의 전기자는 그들 사이에 전기장을 생성하기 위해 서로 다른 전위를 갖게 된다.
전자식 필터의 첫 번째 알려진 단점은 건강과 환기 덕트에 유해한 2차 오염물, 특히 오존의 방출이다. 이러한 2차 오염물은 전자식 필터의 전기자 사이에서 그들 사이에 생성된 매우 높은 값의 전기장으로 인해 발생할 수 있는 정전기 방전 동안에 방출된다. 실제로, 두 전기자 사이에서 이러한 정전기 방전이 발생하면, 스파이크 효과라고도 알려진 코로나 효과에 의해 저온 플라즈마가 생성되며, 이는 오존을 방출한다.
이러한 전자식 필터의 두 번째 알려진 단점은, 예를 들어, 먼지의 존재 또는 전자식 필터를 통과하는 공기의 습도에 의해 유발되는 전기자 사이의 일시적인 정전기 방전으로 인해 발생하는 소음이다.
이러한 전자식 필터의 세 번째 알려진 단점은 그 크기이며, 이는 요소 사이의 전기 절연 거리가 소형 디바이스에 적합하지 않기 때문이다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 적어도 실질적으로 해결하고 또한 다른 이점을 도출하는 전자 입자 여과 디바이스의 신규한 수집기 스테이지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 수집기 스테이지의 동작 동안 오염물의 방출을 제한하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 수집기 스테이지의 소음 공해를 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사람이 만질 때 임의의 정전기 방전의 위험을 피함으로써 이러한 수집기 스테이지의 전기적 안전성을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 10cm 이하 정도의 공기 통로 단면의 소형 형상을 가능하게 하여, 정전 필터에서 일반적으로 사용되는 절연 거리를 감소시키는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 앞서 설명한 목적 중 적어도 하나는 전자 입자 여과 디바이스의 수집기 스테이지로 달성되고, 이 수집기 스테이지는 (i) 전위 전기자 및 (ii) 전위 전기자 반대쪽에 위치한 수집기 전기자를 포함하는 적어도 하나의 수집 어셈블리를 포함하고, 각각의 수집 어셈블리는 전위 전기자와 수집기 전기자 사이에 0이 아닌 전위차를 가진다. 본 발명에 따른 수집기 스테이지에서, 수집기 전기자 반대쪽에 위치한 중심 코어는 전기 절연체로 덮여 있다.
전자 여과 디바이스는 공기 스트림에 함유된 입자를 여과할 수 있게 하도록 구성된다. 일반적으로 말해서, 수집기 스테이지는, 이러한 전자식 여과 디바이스에서 구현될 때, 수집기 스테이지의 전기자 사이의 전위차로 인해 생성되는 전기자들 사이의 강한 전기장의 발생을 허용한다. 이러한 전기장의 존재 하에, 수집기 스테이지의 전기자 사이에서 돌진하는, 전자 여과 디바이스의 이온화 스테이지에 의해 미리 대전되어 있는, 입자는 수집기 전기자를 향해 편향된다.
제1 실시예에 따르면, 전위 전기자는 수집기 전기자보다 더 높은 전위로 상승된다. 바람직하게는, 전위 전기자는 양의 전위가 되는 반면, 전위 전기자는 전기 접지에 연결되고, 전위 전기자의 전위보다 더 낮거나 심지어 0인 전위를 갖는다. 제2 실시예에 따르면, 전위 전기자는 수집기 전기자의 전위보다 더 낮은 전위가 된다. 바람직하게는, 전위 전기자는 음의 전위가 되는 반면, 전위 전기자는 전기 접지에 연결되고, 전위 전기자의 전위보다 더 높거나 심지어 0인 전위를 갖는다.
비제한적인 방식으로, 수집기 스테이지의 수집기 전기자 및 전위 전기자는 유리하게는 평면형이고, 가능하게는 만곡된다. 바람직하게는, 이들은 모두 서로 평행하다.
전위 전기자의 코어는 수집기 전기자의 반대쪽에 위치한 전위 플레이트의 부분이며, 코어는 전위 및 수집기 플레이트의 적어도 하나의 중첩 표면에 의해 형성된다. 제1 양태에 따른 발명에서, 전위 전기자의 코어의 적어도 일부는 수집기 전기자의 반대쪽 전위 전기자의 면에 위치된 전기 절연체로 덮여 있다. 전위 전기자의 코어는 직접 전기 전도성이거나 하나 이상의 교번적인 전기 전도성 및 절연 층으로 형성될 수 있다.
'전기 절연체'란 유전 강성이 5kV/mm를 초과하는 물질을 의미한다. 다른 한편으로, 물질은 높은 전압을 필요로 하지 않고, 즉, 수십 볼트 미만이고, 나노암페어 정도의 매우 낮은 강도의 전류를 생성하는 전자의 순환을 허용할 때 전기 전도성으로 고려된다. 다시 말해서, 전기 저항이 105 ohms/meter 미만일 때 물질은 전기 전도성이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지는 구체적으로 상기 전기자 사이에 함습 공기의 존재 하에 전위 전기자와 수집기 전기자 사이의 전기 아크의 발생을 제한하는 것을 가능하게 한다. 또한, 영리하고 예상치 못한 방식으로, 이 구성은 수집기 스테이지의 여과 효율에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 여과 효율은 상기 수집기 스테이지로 진입하는 입자의 수에 대한 수집기 스테이지를 통과하는 입자의 포획율로서 취해진다.
본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지는 유리하게는 다음의 개선 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 개선을 형성하는 기술적 특징은 단독으로 또는 조합하여 취해질 수 있다:
- 각각의 수집 어셈블리에 대해, 전위 전기자 및 수집기 전기자 각각은 전기 전도성 리프를 포함하는 플레이트의 형태를 취한다. 제1 실시예에 따르면, 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자를 형성하는 플레이트는 교번적인 전기 전도성 및 전기 절연성 리프의 스택에 의해 형성될 수 있다. 이 제1 실시예에서, 전기 전도성 재료는 주로 전기 절연 재료에 의해 덮이고, 따라서, 전기 전도성 재료가 공기와 직접 접촉하지 않고/거나 수집 어셈블리의 반대쪽 전기자에 직접 마주하지 않는다. 비제한적인 예로서, 각각의 수집 어셈블리의 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자는 각각 인쇄 회로 보드로 형성된다. 제2 실시예에 따르면, 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자를 형성하는 플레이트는 구리 또는 임의의 유형의 금속 합금과 같은 전기 전도성 재료로 형성될 수 있다. 이 제2 실시예에서, 전기 전도성 재료는 주로 공기와 직접 접촉하고/거나 수집 어셈블리의 반대쪽 전기자를 직접 마주한다;
- 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자는 중실 또는 천공된 표면을 형성한다;
- 각각의 수집 어셈블리의 전위 전기자의 코어는 상기 수집 어셈블리의 수집기 전기자 반대쪽의 면 상에서 전기 절연부로 덮인다. 이 유리한 구성은 수집기 스테이지의 동작을 개선하고 전위 전기자의 전기 절연부를 개선한다. 특히, 수집기 스테이지가 복수의 수집 어셈블리를 포함하는 경우, 그 2개의 대향 면들 상의 전위 전기자의 코어의 전기 절연부는 수집기 스테이지 반대쪽의 2개의 전기자에 의해 형성된 각각의 공극 반대쪽에 전기 절연부를 배치하는 것을 가능하게 한다;
- 각각의 수집 어셈블리의 전위 전기자는 코어의 주변에 마진을 가지며, 주변 마진은 상기 수집 어셈블리의 수집기 전기자에 마주하는 측면 상에서 및/또는 상기 수집 어셈블리의 수집기 전기자 반대쪽의 측면 상에서 전기 절연부로 덮인다. 주변 마진은 코어의 전체 또는 일부에 걸쳐 연장된다. 비제한적인 예로서, 주변 마진은 전위 전기자의 코어의 전체 또는 일부의 주변 둘레로 연장되는 경로를 형성한다. 이러한 유리한 구성은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 전위 전기자의 주변 마진에서 스파이크 효과의 발생을 제한하는 것을 가능하게 한다;
- 각각의 수집 어셈블리의 전위 전기자의 에지는 전기 절연체로 덮인다. 이러한 유리한 구성은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 2개의 서로 마주하는 전기자 사이의 스파이크 효과의 발생을 제한하는 것을 가능하게 한다;
- 전위 전기자의 코어와 유사하게, 전위 전기자 반대쪽에 위치된 수집기 전기자의 중심 구역은 전기 절연체로 덮인다. 전위 전기자 코어의 전기 절연체와 조합하여, 이 구성은 수집기 스테이지의 효율을 유리하게 개선하거나 심지어 그 동작 동안 항복 효과를 제한하거나 방지한다. 최소한, 수집기 전기자의 코어 구역은 전위 전기자 반대쪽에 위치한 수집기 전기자의 면 상에서 전기 절연체로 덮여 있다;
- 각각의 수집 어셈블리의 수집기 전기자의 중심 구역은 상기 수집 어셈블리의 전위 전기자 반대쪽의 측면 상에서 전기 절연부로 덮인다. 이 유리한 구성은 수집기 스테이지의 동작을 개선하고 수집기 전기자의 전기 절연부를 개선한다. 특히, 수집기 스테이지가 복수의 수집 어셈블리를 포함하는 경우, 그 2개의 대향 면들 상의 수집기 전기자의 중심 구역의 전기 절연부는 수집기 스테이지 반대쪽의 2개의 전기자에 의해 형성된 각각의 공극 반대쪽에 전기 절연부를 배열하는 것을 가능하게 한다;
- 각각의 수집 어셈블리의 수집기 전기자는 중심 구역의 주변에 구역을 포함하고, 주변 구역은 상기 수집 어셈블리의 전위 전기자에 마주하는 면 상에서 및/또는 상기 수집 어셈블리의 전위 전기자 반대쪽의 면 상에서 전기 절연체로 덮인다. 주변 구역은 수집기 전기자의 중심 구역 전체 또는 일부에 걸쳐 연장된다. 비제한적인 예로서, 주변 구역은 수집기 전기자의 중심 구역의 전체 또는 일부의 주변 둘레로 연장되는 경로를 형성한다. 이러한 유리한 구성은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 수집기 전기자의 주변 구역에서 스파이크 효과의 발생을 제한하는 것을 가능하게 한다;
- 각각의 수집 어셈블리의 수집기 전기자의 에지는 전기 절연체에 의해 덮인다. 이러한 유리한 구성은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 2개의 서로 마주하는 전기자 사이의 스파이크 효과의 발생을 제한하는 것을 가능하게 한다;
- 전기 절연체는 (i) 전기 절연체로 형성된 제1 전기 절연체- 제1 전기 절연체는 각각의 수집 어셈블리의 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자와 접촉함 - 및 (ii) 제1 전기 절연체 상에 중첩된 제2 전기 절연체를 포함한다. 2개의 전기 절연체의 이러한 부분적 중첩은 수집기 스테이지의 전기자의 전기 절연부를 보강하는 것을 가능하게 한다. 특히, 이 유리한 구성은 절연될 전기자의 구역을 더 잘 정의하고 수집기 스테이지의 동작 동안 항복의 효과를 제한하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 이 구성은 수집기 전기자의 중심 구역 및/또는 전위 전기자의 코어의 절연을 제한하고, 따라서 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 여과 성능을 과도하게 감소시키는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다;
- 특히, 각각의 수집 어셈블리에 대해, 제2 전기 절연부는 수집기 전기자의 주변 구역 및/또는 전위 전기자의 주변 마진을 덮는다. 다시 말해서, 전위 전기자의 주변 마진의 전기 절연부는 상기 전기자의 코어의 전기 절연부에 관해 보강되고/거나 수집기 전기자의 주변 구역의 전기 절연부는 상기 전기자의 중심 구역의 전기 절연부에 관해 보강된다. 선택적으로, 전기 절연부의 두께는 상기 전기자의 코어에서 취해진 전기 절연부의 두께에 비하여 전위 전기자의 주변 마진에서 더 크고, 및/또는 상기 전기 절연부의 두께는 상기 전기자의 중심 구역에서 취해진 전기 절연부 의 두께에 비하여 수집기 전기자의 주변 구역에서 더 크다;
- 각각의 수집 어셈블리에 대해, 제2 전기 절연체는 주변 마진의 근방에 위치된 전위 전기자의 코어의 일부를 덮고 및/또는 제2 전기 절연체는 주변 구역의 근방에 위치된 수집 전기자의 중심 구역의 일부를 덮는다. 다시 말해서, 제2 전기 절연체는 전위 전기자의 주변 마진의 근접 코어의 일부를 부분적으로 덮고/거나 제2 전기 절연체는 수집기 전기자의 주변 구역의 근접 중심 구역의 일부를 부분적으로 덮는다;
- 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자의 단면에 따라, 코어 부분 상의 및/또는 중심 구역 부분 상의 제2 절연체의 중첩 길이는 0.5 mm 내지 5 mm이다. 바람직하게는, 중첩 길이는 3 mm와 같다. 중첩 길이는 전위 전기자의 에지 및/또는 수집기 전기자의 에지에 수직인 방향으로, 전위 전기자의 코어의 외부 에지 및/또는 수집기 전기자의 중심 구역으로부터 상기 코어 및/또는 상기 중심 구역을 향해 취해진다;
- 제1 및 제2 전기 절연체의 두께는 100 nm 내지 500 μm이다;
- 제1 전기 절연체는 제2 전기 절연체와 동일하거나, 또는 제1 전기 절연체는 제2 전기 절연체와 상이하다;
- 제1 전기 절연체 및 제2 전기 절연체는 전기 절연 바니시, 열가소성 필름, 플라스틱 코팅 및 플라스틱 오버몰딩으로부터 선택된다. 선택적으로, 제1 전기 절연체 및 제2 전기 절연체는 또한 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자의 표면 상의 양극 산화의 형태를 취할 수 있다. 이 구성은 전위 전기자 및/또는 수집기 전기자가 알루미늄 플레이트로 형성되는 경우에 특히 유리하며, 그 이유는 이들이 이러한 방식으로 처리된 전기자에 전자 여과 디바이스의 이러한 수집기 스테이지에 대해 추구되는 살생물 효과를 제공하기 때문이다. 유리하게는, 제1 전기 절연체는 레지스트 바니시이고, 제2 전기 절연체는 트로피칼리제이션 바니시(tropicalization varnish)이다;
- 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지가 복수의 수집 어셈블리를 포함하는 경우, 제1 수집 어셈블리의 전위 전기자는 (i) 제1 수집 어셈블리의 수집기 전기자에 마주하는 제1 측면에, 그리고, (ii) 제2 수집 어셈블리의 수집기 전기자에 마주하는, 제1 측면 반대쪽의 제2 측면에 위치한다. 다시 말해서, 전위 전기자와 수집기 전기자는 모두 서로 교번적으로 위치하며, 각각의 수집기 전기자는 전위 전기자에 인접하고 그 반대도 마찬가지이다;
- 상기 전위 전기자의 코어의 외부 에지와 상기 주변 마진의 자유 에지 사이에서 취한, 전위 전기자의 주변 마진의 치수 및/또는 상기 수집기 전기자의 중심 구역의 외부 에지와 상기 주변 구역의 자유 에지 사이에서 취한, 수집기 전기자의 주변 구역의 치수는 2 mm 내지 4 mm이다. 바람직하게는, 이 치수는 3 mm과 같다;
- 전위 전기자와 수집기 전기자 사이에서 취한 거리는 2 mm 내지 4 mm이다. 바람직하게는, 2개의 연속적인 전기자 사이의 이 거리는 3 mm와 같다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 전자 입자 여과 디바이스가 제안되고, 전자 여과 디바이스는 (i) 전원, (ii) 본 발명의 제1 양태 또는 그 임의의 개선에 따른 수집기 스테이지- 수집기 스테이지의 각각의 수집 어셈블리는 전원에 의해 분극됨 -, (iii) 수집기 스테이지가 그에 걸쳐 연장되는 에어 베인(air vein)을 형성하는 채널, (iv) 에어 베인을 통과하는 입자를 전기적으로 대전시키도록 구성된 이온화 스테이지를 포함한다.
이온화 스테이지는 전자 필터 디바이스를 통한 기류와 관련하여 수집기 스테이지의 상류에 위치한다.
따라서, 본 발명의 제2 양태에 따른 전자 여과 디바이스는 알려진 전자 여과 디바이스에 비교하여 더 높은 성능을 갖는다. 실제로, 그 수집기 스테이지를 형성하는 전기자의 전기 절연부는, 이전에 제시된 바와 같이, 실속 효과(stalling effect)의 출현을 제한하는 것을 가능하게 하여 이러한 전자 여과 디바이스의 소음 공해와 오존과 같은 유해한 2차 오염물의 생성을 모두 감소시킨다.
본 발명의 제2 양태에 따른 전자 여과 디바이스는 유리하게 다음 개선 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 개선을 형성하는 기술적 특징은 단독으로 또는 조합하여 취해질 수 있다:
- 전원은 유리하게는 고전압 소스의 유형이다. 제1 실시예에 따르면, 전원은 DC 전력 공급장치의 유형이다. 제2 실시예에 따르면, 전원은 AC 소스 유형이다;
- 모든 수집 세트의 전위 및 수집기 전기자는 각각 그 주변 마진 및 주변 구역에서 채널과 통합된 레일에 의해 지지된다;
- 전위 및 수집기 전기자는 타원형, 원형 또는 다각형이다;
- 모든 수집 어셈블리의 전위 및 수집기 전기자는 채널의 하나의 내부 측면으로부터 다른 내부 측면으로 연장한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 제2 양태 또는 그 개선 중 임의의 것에 따른 전자 여과 디바이스 및 에어 베인을 통해 0이 아닌 기류를 생성하는 부재를 포함하는 환기 시스템이 제안된다.
기류 생성 부재는 에어 베인에 유체 결합된다. 제1 실시예에 따르면, 기류 생성 부재는 채널을 통해 공기를 송풍하도록 구성된다. 비제한적인 예로서, 이는 팬 또는 터빈 송풍 공기일 수 있다. 제2 실시예에 따르면, 기류 생성 부재는 공기 채널을 통해 공기를 흡인하도록 구성된다. 비제한적인 예로서, 이는 진공 생성 터빈 또는 펌프일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예가 제공되며, 그 임의의 조합에 본 출원에 설명된 다양한 선택적인 특징이 포함된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 한편으로는 다음의 설명으로부터, 그리고 다른 한편으로는 첨부된 개략도를 참조하여 제한이 아닌 예로서 주어진 실시예의 여러 예로부터 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 제1 예시적인 실시예의 개략적인 측면 및 평면도를 예시한다.
도 2는 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 제2 예시적인 실시예의 개략적인 측면 및 평면도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지의 제3 예시적인 실시예의 개략적인 측면 및 평면도를 예시한다.
도 4는 본 발명의 제2 양태에 따른 전자 여과 디바이스의 개략도를 예시한다.
도 5는 제1 예시적인 실시예에 따른 전자 여과 디바이스의 에어 베인의 단면도를 예시한다.
도 6은 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따른 전자 여과 디바이스의 에어 베인 단면도를 예시한다.
도 7은 제1 예시적인 실시예에 따른 전자 여과 디바이스의 에어 베인의 단면도를 예시한다.
물론, 본 발명의 특징, 변형 및 상이한 실시예는 양립할 수 없거나 상호 배타적이지 않은 한, 다양한 조합으로 서로 관련될 수 있다. 특히, 이러한 특징의 선택이 기술적 이점을 부여하거나 본 발명을 종래 기술과 차별화하기에 충분하다면, 설명된 다른 특징과 별도로 이하에 설명된 특징의 선택만을 포함하는 본 발명의 변형을 상상하는 것이 가능할 것이다.
특히, 설명된 모든 변형 및 실시예는 이러한 조합에 기술적인 장애가 없다면 서로 조합될 수 있다.
도면에서 여러 도면에 공통적인 요소는 동일한 참조번호를 유지한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 양태에 따른 수집기 스테이지(10)의 3개의 예시적인 실시예의 개략도를 예시한다.
일반적으로 말해서, 모든 예시적인 실시예에 공통적으로, 이러한 수집기 스테이지(10)는 복수의 수집 어셈블리(1)를 포함하며, 각각의 수집 어셈블리(1)는
- 전위 전기자(11);
- 전위 전기자(11) 반대쪽에 위치된 수집기 전기자(12)- 각각의 수집 어셈블리(1)는 전위 전기자(11)와 수집기 전기자(12) 사이에 0이 아닌 전위차를 가짐 -를 포함한다.
서로 마주하기 위해, 수집기 전기자(12)의 측면 에지(2)가 전위 전기자(11)의 측면 에지(2)와 정렬되도록 전위 전기자(11)가 수집기 전기자와 측방향으로 정렬된다.
본 발명에 따르면, 그리고 모든 예시적인 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 전기 절연체(13)가 전위 전기자(11)의 적어도 중심 코어(111)를 덮고 수집기 전기자(12) 반대쪽에 위치된다. 더 구체적으로, 주어진 수집 어셈블리(1)에 대해, 전위 전기자(11)는 수집기 전기자(12)의 활성 면(122)과 직접 마주하는 활성 면(112)을 갖고, 전기 절연체에 의해 의도적으로 덮인 코어(111)의 부분은 전위 전기자(11)의 활성 면(112)의 측면에 위치한다.
도 1 내지 도 3에서, 전기 절연부(13)에 의해 덮인 피팅의 영역은 음영 영역으로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 코어(111)는 코어(111)의 전체 표면이 수집기 플레이트(12)의 일부와 직접 마주하도록 전위 전기자(11)의 중간 구역에 위치된다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 전위 전기자(11)의 코어(111)만이 전체 또는 부분적으로 전기 절연체(13)에 의해 덮인다.
유리하게는, 수집기 어셈블리(1)의 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 각각 플레이트의 형태를 취한다. 플레이트는 적어도 부분적으로 전기 전도성이고:
- 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 수집기 전기자(12) 및 전위 전기자(11)는 단순히 구리와 같은 전기 전도성 재료로 형성된 전도성 플레이트(3)로 형성되고;
- 도 2 및 도 3에 예시된 예에서, 수집기 전기자(12) 및 전위 전기자(11)는 전기 전도성 및 전기 절연성 리프가 교번하는 스택으로 형성된다. 더 구체적으로, 도 2 및 도 3에 예시된 예에서, 수집기 전기자(12) 및 전위 전기자(11)는 각각 2개의 전도성 플레이트(3) 사이에 수용된 기판(4)을 포함한다. 예로서, 이러한 전기자(11, 12)는 인쇄 회로 보드로 형성될 수 있다.
전위 전기자(11)와 수집기 전기자(12)는 유리하게는 모두 서로 평행하여 그 사이에 쌍쌍이 공극을 형성한다. 또한, 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 바람직하게는 모두 편평하거나 가능하게는 모두 만곡된다. 일반적으로 말해서, 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 모두 동일한 기하학적 형상을 가지므로 공극은 그 사이에서 실질적으로 일정한 길이를 갖는다.
도 2 및 도 3에 예시된 예시적인 실시예에서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 전위 전기자(11)는 전위 전기자(11)의 코어(111)의 주변에 위치된 주변 마진(113)을 포함한다. 더 구체적으로, 주변 마진(113)은 전위 전기자(11)의 코어(111)를 둘러싸는 경로를 형성한다. 특히 영리하게, 주변 마진(113)은 전위 전기자(11)의 기판(4)으로부터 형성된다. 유사하게, 각각의 수집 어셈블리(1)의 수집기 전기자(12)는 전위 전기자(11)의 코어(111)와 유사한 상기 수집기 전기자(12)의 중심 구역(121)의 주변에 위치한 주변 구역(123)을 포함한다. 더 구체적으로, 주변 구역(123)은 수집기 전기자(12)의 중심 구역(121)을 둘러싸는 경로를 형성한다. 특히 영리하게, 주변 구역(123)은 수집기 전기자(12)의 기판(4)으로 형성된다.
앞서 설명된 바와 같이, 수집기 스테이지(10)의 전기자(11, 12) 사이의 스파이크 및 항복 효과의 발생을 제한하기 위해, 전기 절연부(13)로 전기자(11, 12)를 적어도 부분적으로 덮는 것이 필요하다. 주어진 수집 어셈블리(1)의 수집기 전기자(12) 반대쪽에 위치한 전위 전기자(11)의 코어(111) 부분 상에 전기 절연부(13)가 존재하는 것에 더하여, 도 2 및 도 3에 도시된 예시적인 실시예는 전기 절연부(13)로 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)를 상보적으로 덮는 것을 예시한다. 더 구체적으로, 수집기 전기자(12) 및 전위 전기자(11)는 전기 절연체(13)에 의해 완전히 덮인다. 다시 말해서, 전기 절연체(13)는 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)를 완전히 둘러싸고, 전기자의 각각의 표면은 0이 아닌 두께의 전기 절연체(13)로 덮인다.
따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 그리고 수집기 스테이지(10)를 형성하는 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 전위 전기자(11)는:
- 그 코어(111)에서, 활성 면(112) 상에서, 그리고, 주어진 수집 어셈블리(10)의 관련 수집기 프레임(12)에 대해 활성 면(112) 반대쪽의 면(114) 상에서; 그리고
- 그 주변 마진(113)에서;
- 전위 전기자(11)의 측면 에지(2)에서 취한 에지(21) 및 주변 마진(113)의 자유 에지(23)에서, 전기 절연체(13)로 덮인다.
유사하게, 도 2 및 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 그리고 수집기 스테이지(10)를 형성하는 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 수집기 전기자(12)는:
- 그 중심 구역(121)에서, 활성 면(122) 상에서, 그리고, 주어진 수집 어셈블리(10)의 관련된 전위 전기자(11)에 대해 활성 면(121) 반대쪽의 면(124) 상에서; 그리고
- 그 주변 구역(123)에서;
- 수집기 전기자(12)의 측방향 에지(2)에서 취한 에지(22)에서 및 주변 구역(123)의 자유 에지(23)에서 전기 절연체(13)로 덮인다.
도 2에 도시된 예에서, 전기 절연부(13)는 한편으로는 수집기 전기자(12), 그리고, 다른 한편으로는 전위 전기자(11)의 전체 원주 둘레에서 일정한 두께를 갖는다.
도 3에 도시된 예에서, 전기 절연부는 전위 전기자(11)의 주변 마진(113) 및 수집기 전기자(12)의 주변 구역(123)에서 보강된다. 이를 위해, 전기 절연체(13)는 다음을 포함한다:
- 수집기 스테이지(10)의 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 한편으로는 전위 전기자(11) 및 다른 한편으로는 수집기 전기자(12)와 접촉하는 제1 전기 절연체(131); 그리고
- 제1 전기 절연체(131) 위에 중첩된 제2 전기 절연체(132).
특히, 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 제2 전기 절연체(132)는 전위 전기자(11)의 주변 마진(113)을 덮고, 제2 전기 절연체(132)는 수집기 전기자(12)의 주변 구역(123)을 덮는다. 따라서, 이 구성은 전위 전기자(11)의 코어(111)의 전기 절연부 및 수집기 전기자(12)의 중심 구역(121)의 전기 절연부에 대하여, 각각, 한편으로는 전위 전기자(11)의 주변 마진(113)의, 그리고, 다른 한편으로는 수집기 전기자(12)의 주변 구역(123)의 전기 절연부를 보강하는 것을 가능하게 한다.
그 결과, 그리고 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 전기 절연부(13)의 두께는 코어(111) 및 중심 구역(121) 각각에서 취한 전기 절연부(13)의 두께에 비하여 주변 마진(113) 및 주변 구역(123)에서 더 크다.
도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 수집 어셈블리 1에 대해:
- 제2 전기 절연체(132)는 상기 전위 전기자(11)의 주변 마진(113) 근방에서 전위 전기자(11)의 코어(111)의 일부를 덮는다. 다시 말해서, 제2 전기 절연체(132)는 전위 전기자의 주변 마진(113)에 근접한 코어(111)의 일부를 부분적으로 덮는다. 따라서, 제2 절연체(132)는 주변 마진(113)의 바로 근방에서 코어(111)의 부분 위로 주변 마진(113)으로부터 돌출하고; 및/또는
- 제2 전기 절연체(132)는 상기 수집기 전기자(12)의 주변 구역(123) 근방에서 수집기 전기자(12)의 중심 구역(121)의 일부를 덮는다. 다시 말해서, 제2 전기 절연체(132)는 수집기 전기자(12)의 주변 구역(123)에 근접한 중심 구역(121)의 일부를 부분적으로 덮는다. 따라서, 제2 절연체(132)는 주변 구역(123)의 바로 근방에서 중심 구역(121)의 부분 위로 주변 구역(123)으로부터 돌출된다.
최적의 절연 효율을 허용하기 위해, 앞서 설명한 바와 같이 코어 부분(111) 및/또는 중심 구역 부분(121) 상의 제2 절연체(132)의 중첩 길이는 주어진 수집 어셈블리(1)의 수집기 전기자(12)와 전위 전기자(11) 사이의 공극의 길이 정도이다. 유리하게는, 코어 부분(111) 및/또는 중심 구역 부분(121) 상의 제2 절연체(132)의 중첩 길이는 0.5 mm와 5 mm 사이, 바람직하게는 3 mm와 동일하다. 중첩 길이는 수집기 전기자(12)의 중심 구역(121) 및/또는 전위 전기자(11)의 코어(111)의 외부 에지로부터 각각 시작하여 수집기 전기자(12)의 에지(22) 및/또는 전위 전기자(11)의 에지(21)에 수직인 방향으로, 그리고, 상기 코어(111) 및/또는 상기 중심 구역(121)의 방향으로 취해진다.
제1 전기 절연체(131) 및 제2 전기 절연체(132)는 5kV/mm보다 더 큰 유전 강도를 갖는다. 일반적으로 말해서, 제1 전기 절연체(131) 및 제2 전기 절연체(132)는 100% 상대 습도까지 습한 공기에서 전위 전기자(11)와 수집기 전기자(12) 사이의 항복을 방지하도록 구성된다.
본 발명에 관련하여, 제1 전기 절연체(131) 및 제2 전기 절연체(132)는 전기 절연 바니시, 열가소성 필름, 플라스틱 코팅 및 플라스틱 오버몰딩으로부터 선택된다. 바람직하게는, 제1 전기 절연체(131)는 레지스트 바니시(resist varnish) 유형이고; 제2 전기 절연체(132)는 트로피칼리제이션 레지스트 유형이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명은 또한 다음을 포함하는 전자 여과 디바이스(30)에 관한 것이다:
- 바람직하게는 고전압 소스 유형의 전원(32);
- 임의의 그 변형에서 앞서 설명한 바와 같은 수집기 스테이지(10);
- 수집기 스테이지(10)가 그에 걸쳐 연장되는 에어 베인(35)을 형성하는 채널(33); 및
- 에어 베인(35)을 통과하는 입자를 전기적으로 대전시키도록 구성된 이온화 스테이지(31).
도 4는 본 발명의 제2 양태에 따른 전자식 여과 디바이스(30)의 개략적인 프로파일 도면을 예시하고, 및 도 4 내지 도 7은 상기 전자 여과 디바이스(30)의 단면에서 볼 때, 채널(33)에 의해 형성된 에어 베인(35)의 3가지 상이한 실시예를 예시한다.
도 4에서, 전자 여과 디바이스(30)를 통과하는 기류는 화살표 F로 예시되어 있고: 이러한 기류는 도 4의 좌측에서 우측으로 전자 여과 디바이스(30)를 통과한다. 따라서, 에어 베인(35)은 전체 전자 여과 디바이스(30), 즉, 이온화 스테이지(31) 및 수집기 스테이지(10) 모두를 통해 전파된다.
전자 필터 디바이스(10)를 통한 기류와 관련하여 이온화 스테이지(31)는 수집기 스테이지(10)의 상류에 위치한다.
이러한 전자 여과 디바이스(30)에서, 수집기 스테이지(10)의 각각의 수집 어셈블리(1)는 전원(32)에 의해 분극된다. 더 구체적으로, 전원(32)은 수집기 스테이지(10)에서 고려되는 에어 베인(35)에 걸쳐, 더 구체적으로는, 서로 직접적으로 마주하는 2개의 전기자(11, 12) 사이에 전기장을 생성하기 위해, 수집기 스테이지(10)의 각각의 전위 전기자(11) 및 각각의 수집기 전기자(12)에 전기적으로 연결된다.
에어 베인(35)에 걸쳐 전자 필터 디바이스(30)의 수집기 스테이지(10)의 전기자(11, 12)를 지지하기 위해, 모든 수집 어셈블리(1)의 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 채널(33)과 통합된 레일(34)에 의해 각각 그 주변 마진(113) 및 그 주변 구역(123)에서 지지된다.
수집기 스테이지(10)의 전위 전기자(11)와 수집기 전기자(12)는 교번적으로 서로 다른 전위가 되도록 전원(32)에 연결된다. 이 구성은 2개의 연속 전기자(11, 12) 사이의 전위차가 이온화 스테이지(31)에 의해 전기적으로 대전 입자를 수집기 전기자(12)를 향해 구동하는 쿨롱 힘을 유도할 수 있게 한다. 전기자(11, 12) 사이의 전위차는 습한 공기에서의 파열 필드(disruptive field)의 값, 즉, 약 106V/m에 가깝거나 그보다 더 큰 전기장을 유도한다.
모든 수집 어셈블리(1)의 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 에어 베인(35)에 걸쳐 채널(33)의 양 측면에서 연장되어, 도 4에 도시된 기류(F)를 가로지르는 평면에서 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자는 집합적으로 채널(33)의 형상을 취한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 수집기 스테이지(10)는 정사각형 형상의 단면 프로파일을 갖고: 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 채널(33)의 정사각형 단면과 정합하는 방식으로 크기 설정 및 배열된다.
도 6에 도시된 실시예에서, 수집기 스테이지(10)는 원형 형상의 단면 프로파일을 갖고: 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 채널(33)의 원형 단면과 정합하는 방식으로 크기 설정 및 배열된다.
도 7에 도시된 실시예에서, 수집기 스테이지(10)는 환형 호 형상의 단면 프로파일을 갖고: 전위 전기자(11) 및 수집기 전기자(12)는 채널(33)의 환형 단면과 정합하도록 만곡된 방식으로 크기 설정 및 배열된다.
요약하면, 본 발명은 전위 전기자(11) 및/또는 수집기 전기자(12)가 전자 필터 디바이스(30)의 동작 동안 스파이크 효과의 발생을 제한하기 위해 공극에서 전기 절연체(13)로 적어도 부분적으로 덮이는 전자식 여과 디바이스(30)의 수집기 스테이지(10)에 관한 것이다.
물론, 본 발명은 방금 설명된 예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이러한 예에 대해 많은 조절이 이루어질 수 있다. 특히, 본 발명의 다양한 특징, 형태, 변형 및 실시예는 서로 양립할 수 없거나 배타적이지 않은 한 다양한 조합으로 서로 조합될 수 있다. 특히, 앞서 설명된 모든 변형 및 실시예는 서로 조합될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전자 입자 여과 디바이스(30)의 수집기 스테이지(10)로서, 상기 수집기 스테이지(10)는 적어도 하나의 수집 어셈블리(1)를 갖고, 상기 적어도 하나의 수집 어셈블리는,
    - 전위 전기자(11);
    - 상기 전위 전기자(11) 반대쪽에 위치된 수집기 전기자(12)로서, 각각의 수집 어셈블리(1)는 상기 전위 전기자(11)와 상기 수집기 전기자(12) 사이에 0이 아닌 전위차를 가지는, 상기 수집기 전기자를 포함하며,
    상기 수집기 전기자(12) 반대쪽에 위치된 상기 전위 전기자(11)의 중심 코어(111)가 전기 절연체(13)로 덮인 것을 특징으로 하는, 수집기 스테이지.
  2. 청구항 1에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 상기 전위 전기자(11) 및 상기 수집기 전기자(12)는 각각 전기 전도성 리프(leaf)를 포함하는 플레이트의 형태를 취하는, 수집기 스테이지(10).
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 전위 전기자(11)의 상기 코어(111)는 상기 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12) 반대쪽의 측면 상에서 상기 전기 절연체(13)로 덮인, 수집기 스테이지(10).
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 전위 전기자(11)는 상기 코어(111)에서 주변 마진(113)을 갖고, 상기 주변 마진(113)은 상기 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12)와 마주하는 면 상에서 및/또는 상기 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12) 반대쪽 면 상에서 상기 전기 절연부(13)로 덮이는, 수집기 스테이지(10).
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 전위 전기자(11)의 에지(21)가 상기 전기 절연체(13)에 의해 덮이는, 수집기 스테이지(10).
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전위 전기자(11) 반대쪽에 위치된 상기 수집기 전기자(12)의 중심 구역(121)이 전기 절연체(13)로 덮이는, 수집기 스테이지(10).
  7. 청구항 6에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12)의 상기 중심 구역(121)은 상기 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12) 반대쪽의 측면 상에서 전기 절연체(13)로 덮이는, 수집기 스테이지(10).
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12)는 상기 중심 구역(121) 주변에 있는 구역(123)을 포함하고, 상기 주변 구역(123)은 상기 수집 어셈블리(1)의 상기 전위 전기자(11) 반대쪽 면 상에서 및/또는 상기 수집 어셈블리(1)의 상기 전위 전기자(11) 반대쪽 면 상에서 상기 전기 절연체(13)로 덮이는, 수집기 스테이지(10).
  9. 청구항 6 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 수집기 전기자(12)의 에지(22)는 상기 전기 절연부(13)로 덮이는, 수집기 스테이지(10).
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연체(13)는
    - 상기 전기 절연체(13)에 의해 형성되는 제1 전기 절연체(131)로서, 상기 제1 전기 절연체(132)는 각각의 수집 어셈블리(1)의 상기 전위 전기자(11) 및/또는 상기 수집기 전기자(12)와 접촉하는, 제1 전기 절연체; 및
    - 상기 제1 전기 절연체(131) 상에 중첩된 제2 전기 절연체(132)를 포함하는, 수집기 스테이지(10).
  11. 청구항 8과 조합된 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 상기 제2 전기 절연체(132)는 상기 전위 전기자(11)의 상기 주변 마진(113) 및/또는 상기 수집기 전기자(12)의 상기 주변 구역(123)을 덮는, 수집기 스테이지(10).
  12. 청구항 11에 있어서, 각각의 수집 어셈블리(1)에 대해, 상기 제2 전기 절연체(132)는 상기 주변 마진(113)의 근방에 위치된 상기 전위 전기자(11)의 상기 코어(111)의 일부를 덮고 및/또는 상기 제2 전기 절연체(132)는 상기 주변 구역(123) 근방에 위치된 상기 수집기 전기자(12)의 상기 중심 구역(121)의 일부를 덮는, 수집기 스테이지(10).
  13. 청구항 10 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전기 절연체(131) 및 상기 제2 전기 절연체(132)는 전기 절연 바니시, 열가소성 필름, 플라스틱 코팅 및 플라스틱 오버몰딩으로부터 선택되는, 수집기 스테이지(10).
  14. 전자 입자 여과 디바이스(30)에 있어서, 상기 전자 여과 디바이스(30)는,
    - 전원(32);
    - 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 수집기 스테이지(10)로서, 상기 수집기 스테이지(10)의 각각의 수집 어셈블리(1)는 상기 전원(32)에 의해 분극되는, 상기 수집기 스테이지;
    - 에어 베인(35)을 형성하는 채널(33)로서, 상기 수집기 스테이지(10)가 상기 에어 베인에 걸쳐 연장하는, 상기 채널;
    - 상기 에어 베인(33)을 통과하는 입자를 전기적으로 대전시키도록 구성된 이온화 스테이지(31)를 포함하는, 전기 입자 여과 디바이스.
  15. 청구항 14에 따른 전자 여과 디바이스(30) 및 에어 베인(35)을 통해 0이 아닌 기류를 생성하는 부재를 포함하는 환기 시스템.
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