KR20230012252A - 미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템 - Google Patents

미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

개시되는 미세분진 포집 장치는, 외부와 격리되는 포집공간을 가지고 미세분진을 포함하는 분진가스가 유입된 후 배출되는 하우징; 외부와 격리되는 포집공간을 가지고 미세분진이 포함된 분진가스가 유입된 후 배출되는 하우징; 상기 포집공간에 배치되고 원주를 따라 요(凹)부와 철(凸)부가 번갈아 배치되는 원통형상의 단면을 가지는 드럼필터; 및 상기 드럼필터의 중심축을 중심으로 상기 드럼필터를 회전시키는 구동유닛;을 포함하고, 상기 하우징으로 유입된 상기 분진가스가 회전하는 상기 드럼필터의 외면과 내면을 통과할 때 상기 미세분진을 1차적으로 포집하는 제1 포집부; 및 판형상이며 상기 포집공간에 배치되는 판상필터;를 포함하고 상기 제1 포집부를 통과한 상기 분진가스에 포함된 상기 미세분진을 2차적으로 포집하는 제2 포집부를 포함한다.

Description

미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템{Apparatus and System for Capture Fine Dust and Fine Dust Capture Network Management System}
본 발명(Disclosure)은, 미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 미세분진을 포집하는 필터의 교체 시점을 예측할 수 있으며, 교체주기를 확장할 수 있고, 제품 생산과정에서 미세분진을 생성하는 공정에서, 제조공정 조건 및 미세분진 포집 효율의 변화를 동시에 제어할 수 있으며, 미세분진 스마트 포집 시스템의 운영정보를 원격으로 저장할 수 있는 클라우드 서비스와 다양한 포집 시스템에서 수집된 정보를 이용하여 다양한 미세분진 스마트 포집 시스템의 필터 교체 정보를 예측할 수 있는 미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근 미세분진은 환경오염에 대한 최근의 관심도를 높이는 주요 이슈중에 하나이다.
우리나라에서의 미세분진, 즉 미세먼지 또는 초미세먼지는 아직 그 발생 원인이 명확히 규명되지 않았다.
다만, 중국발 스모그와 함께 중국 발생설이 주요한 것으로 인정되고 있으나, 정량적 평가를 포함하는 연구는 매우 불충분하기 때문에, 국내의 미세분진 발생원에 의한 발생량에 대한 연구도 지속되고 있으며, 국내 미세분진 저감 대책도 활발히 제시되고 있는 실정이다.
미세분진 즉, 미세먼지 또는 초미세먼지를 해결하기 위해 최근에 제안되고 있는 다양한 정책들이나 조치들은 결국, 국제사회에서 꾸준히 이슈화되고 있는 '탄소중립'과 궤를 같이 한다.
이러한 최근의 상황을 고려하면, 미세분진 즉 미세분진 또는 초미세먼지등의 발생을 억제하는 기술과 이를 효과적으로 포집하여 제거하는 기술의 고성능화 및 스마트화에 대한 개발이 시급한 실정이다 .
예를 들어 석탄 발전소를 포함하는 발전산업, 시멘트 제조업, 제철제강업 및 석유화학제품업 등에서는 질소산화물을 포함한 대기오염물질을 포함하고 있는 미세먼지 배출량이 막대하다는 것이, 관련 국가 부처의 조사결과이다.
이러한 산업시설에 미세분진 포집 장치 및 시스템을 효과적으로 설치함으로써, 미세분지 즉 미세먼지를 해결할 수 있을 것이다.
그러나, 지금가지의 미세분진 포집 장치 및 시스템은, 고가의 필터를 수시로 교체해야 하는 문제점을 가지고 있으며, 더구나 교체 시점을 예측할 수 없는 문제점을 가진다.
정량적 정보에 의한 제어 개념이 미비하다. 뿐만 아니라, 미세분진 포집장치의 핵심인 필터 교체 주기를 예측할 수 없다는 것은, 해당 설비가 설치된 산업현장에서의 각종 비용 상승의 원인을 제공한다.
이러한 문제점은 미세분진 포집 기능을 최소화하거나, 실제 작업 현장에서 대기 정화에 대한 경각심을 느슨하게 하는 원인을 제공한다.
또한, 이러한 미세분진 포집 장치 또는 시스템을 전문적으로 관리하는 별도의 인력을 요구하기 때문에, 각 사업장에서는 미세분진 포집장치 및 시스템 또는 그 관리에 대해 소요되는 비용을, 1차적 비용절감의 대상으로 분류하는 현실적 문제점도 함께 내포하고 있다.
따라서, 미세분진 포집 장치 또는 시스템의 작동을 스마트화하여 포집효율을 유지하면서도 필터 교체 시점을 지연시키고, 그 교체 시점을 예측할 수 있는 기술 개발이 요구된다.
또한, 미세분진 포집 장치 또는 시스템이, 작업부스와 같이 미세분진을 발생하는 각종 제조 공정에는 영향을 미치지 않도록 해야 하며, 그 과정에서 요구되는 제어 정보를 원격으로 저장하고 통합관리할 수 있는 네트워크화된 관리 시스템이 필요하다.
1. 한국등록특허 제10-1106072호
본 발명(Disclosure)은, 미세분진을 포집하는 필터의 교체 시점을 예측할 수 있으며, 교체주기를 확장할 수 있는 미세분진 스마트 포집장치의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 제품 생산과정에서 미세분진을 유발하는 공정에서, 제조공정 조건 및 미세분진 포집효율의 변화를 동시에 제어할 수 있는 미세분진 스마트 포집 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 미세분진 스마트 포집 시스템의 운영정보를 원격으로 저장할 수 있는 클라우드 서비스와 다양한 포집 시스템에서 수집된 정보를 이용하여 다양한 미세분진 스마트 포집시스템의 필터 교체 정보를 예측할 수 있는 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치는, 외부와 격리되는 포집공간을 가지고 미세분진이 포함된 분진가스가 유입된 후 배출되는 하우징; 상기 포집공간에 배치되고 원주를 따라 요(凹)부와 철(凸)부가 번갈아 배치되는 원통형상의 단면을 가지는 드럼필터; 및 상기 드럼필터의 중심축을 중심으로 상기 드럼필터를 회전시키는 구동유닛;을 포함하고, 상기 하우징으로 유입된 상기 분진가스가 회전하는 상기 드럼필터의 외면과 내면을 통과할 때 상기 미세분진을 1차적으로 포집하는 제1 포집부; 및 판형상이며 상기 포집공간에 배치되는 판상필터;를 포함하고 상기 제1 포집부를 통과한 상기 분진가스에 포함된 상기 미세분진을 2차적으로 포집하는 제2 포집부를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치에서 상기 드럼필터는, 상기 요부는 내측으로 만곡지는 곡선 형상이고, 상기 철부는 외측으로 만곡지는 곡선형상일 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치에서 상기 제1 포집부는, 상기 드럼필터의 상기 요부의 외측 및 상기 철부의 내측에서 상기 드럼필터의 길이방향과 나란하게 배치되는 필터 고정봉을 포함하는 원통형 필터 케이지;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치는, 포집된 상기 미세분진에 의한 상기 드럼필터의 막힘을 감지하여 막힘정보를 생성하는 막힘 감지유닛; 및 상기 막힘정보를 기반으로하여 상기 구동유닛의 작동을 제어하여 상기 드럼필터의 회전수를 조절하는 회전수 조절유닛;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치에서, 상기 막힘 감지유닛은, 상기 드럼필터의 내측 및 외측의 압력차이를 측정하는 압력차 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치에서 상기 막힘 감지유닛은, 상기 드럼필터의 외측에서 상기 드럼필터의 내측을 향하여 빛(光)을 조사하는 광방출기; 및 상기 드럼필터 내측에서 광방출기에서 방출되는 상기 빛을 감지하는 광감지기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 장치에서 상기 드럼필터의 회전수 및 상기 막힘정보들을 기반으로하여, 상기 드럼필터의 교체시기를 예측하여 필터교체 예측정보를 생성하는 필터교체 예측부;를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 시스템은, 다수의 미세분진 스마트 포집장치; 배기팬을 구비하고, 상기 배기팬의 작동으로 상기 미세분진 스마트 포집장치로부터 상기 분진가스를 흡입하여 외부로 배출하는 배기장치; 및 내부의 공기압을 측정하여 부스압력정보를 생성하는 부스 압력측정기를 포함하고, 상기 미세분진을 유발하는 작업이 수행되고, 상기 배기팬의 작동으로 상기 미세분진이 포함된 상기 분진가스가 상기 미세분진 스마트 포집장치로 배출되는 작업부스;를 포함하고, 상기 회전수 조절유닛은, 상기 부스압력정보 및 상기 막힘정보를 기반으로하여 상기 드럼필터의 회전수 및 상기 배기판의 회전수를 조절한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 시스템은, 상기 작업부스의 현장관리자가 상기 작업부스 내부의 공기압의 부스공기압 목표값을 설정할 수 있는 부스 단말기;를 더포함하고, 상기 회전수 조절유닛은 상기 부스압력정보과 상기 막힘정보 및 상기 부스압력 목표값을 기반으로하여 상기 구동유닛의 작동을 제어하여 상기 드럼필터의 회전수 및 상기 배기팬의 회전수를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 시스템은, 상기 드럼필터의 회전수 변화에 따른 상기 막힘정보의 변화를 기반으로 상기 작업부스에서 생성되는 상기 미세분진의 종류를 구분하고, 시간에 따른 상기 막힘정보의 변화를 기반으로 상기 작업부스에서 생성되는 상기 미세분진의 생성량을 산출하여 분진분석정보를 생성하는 미세분진 분석부;를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템은, 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템; 상기 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템에 각각구비되고, 상기 드럼필터의 회전수와 상기 배기팬의 회전수와 상기 부스압력정보와 상기 분진분석정보 및 상기 막힘정보를 포함하는 포집시스템 정보를 송신하는 단말 통신부; 상기 포집시스템 정보를 수신하는 서버 통신부;와, 상기 서버 통신부를 통하여 수신된 상기 포집시스템 정보가 상기 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템 별로 작동 시간에 따라 저장되는 서버 저장부;를 가지는 관리서버;를 포함하고, 상기 현장관리자가 상기 부스 단말기를 통하여 상기 서버 저장부에 저장된 상기 포집시스템 정보를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템에서 상기 관리서버는, 다수의 상기 포집시스템 정보를 기반으로하여, 상기 배기팬의 회전수와 상기 드럼필터의 회전수와 상기 분진분석정보 및 상기 부스압력정보에 따라 상기 드럼필터의 교체시점을 예측 할 수 있는 필터 교체 모델을 생성하는 서버 분석부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 요철부를 가지는 드럼필터를 이용함으로써, 필터의 수명을 연장할 수 있고 낮은 배기압력에서도 분진효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 막힘 감지유닛을 이용하여 압력 측정 및 광학적 방법으로 막힘을 측정함으로써, 필터 교체 시점을 정량적으로 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세분진 스마트 포집장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 드럼필터 및 필터 케이지의 일 실시형태를 보인 도면.
도 3은 도 2에서 드럼필터 및 필터 케이지의 일부를 제거한 도면.
도 4는 드럼필터의 다른 실시형태를 보인 도면.
도 5는 도 1의 미세분진 스마트 포집장치에서 필터교체 예측 정보를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 미세분진 스마트 포집시스템의 일 실시형태를 보인도면.
도 7은 도 6의 미세분진 스마트 포집시스템에서 필터교체 예측정보를 설명하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템의 일 실시형태를 보인 도면.
이하, 본 발명에 따른 미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 미세분진 스마트 포집장치의 일 실시형태를 보인 도면이다. 도 2는 드럼필터 및 필터 케이지의 일 실시형태를 보인 도면이고, 도 3은 도 2에서 드럼필터 및 필터 케이지의 일부를 제거한 도면이다.
도 4는 드럼필터의 다른 실시형태를 보인 도면이고, 도 5는 도 1의 미세분진 스마트 포집장치에서 필터교체 예측 정보를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치는, 하우징(110), 제1 포집부(120) 및 제2 포집부(130)를 포함한다.
하우징(110) 외부와 격리되는 포집공간(111)을 가지고 미세분진이 포함된 분진가스(1)가 유입된 후 배출되고, 후술하는 제1 포집부(120) 및 제2 포집부(130)에 의해 유입된 분진가스(1)로부터 미세분진이 제거된다.
제1 포집부(120)는 드럼필터(121) 및 구동유닛(122)을 포함하고, 하우징(110)으로 유입된 분진가스(1)가 드럼필터(121)의 외면과 내면을 통과할 때 미세분진을 1차적으로 포집하되, 회전하는 드럼필터(121)의 회전수에 따라 미세분진의 포집효율을 가변할 수 있다.
드럼필터(121)는 포집공간(111)에 배치되고 요(凹)부와 철(凸)부가 원형으로 번갈아 배치되는 원통형상의 단면을 가진다.
구동유닛(122)은 드럼필터(121)의 중심축을 중심으로 드럼필터(121)를 회전시킨다.
제2 포집부(130)는 판형상이며 포집공간(111)에 배치되는 판상필터(131)를 포함하고, 제1 포집부(120)를 통과한 분진가스(1)가 제2 포집부(130)를 다시 통과하고, 이때, 분진가스(1)에 포함된 미세분진을 2차적으로 포집한다.
도 1을 참조하면 제2 포집부(130)의 전방에는 미세분진이 침전되는 침전공간(112)을 형성할 수 있다.
침전공간(112)에서는, 드럼필터(121)를 통과한 분진가스(1)가 좁은 공간에서 넓은 공간으로 유입됨에 따라 유속이 급격히 느려진다.
이에 따라, 분진가스에 포함되어있던 미세분진은 침전공간(112) 바닥으로 내려앉아 침전된다. 이는 판상필터(131)의 사용기간을 연장한다.
또한 이러한 침전공간(121)은, 원통형상으로 외주면에서 내주면으로 분진가스가 관통하는 드럼필터(121)를 채용함으로써, 용이하게 형성될 수 있다.
즉 드럼필터(121)는, 분진가스가 유입되는 외측이 분진가스가 배출되는 내측 공간보다 넓기 때문에, 드럼필터(121)의 내측 공간을 통해 배출되는 분진가스는 유속이 빨라진다.
반면에 판상필터(131)를 포함하는 제2 포집부(130)는, 다수의 판상필터(131)들이 넓은 면적으로 배치되므로, 드럼필터(121)를 통과한 분진가스를 넓은 공간으로 유입시켜야 한다.
따라서 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치는, 제1 포집부(120)와 제2 포집부 사이에 침전공간(112) 형성이 용이한 장점을 가진다.
이때, 침전공간(112)은 바닥면에 침전된 미세분진의 두께를 측정하는 침전분진 측정부를 더 포함할 수 있다.
침전분진 측정부에 의해 측정되는 침전분진의 두께는, 드럼필터(121)의 포집효율을 간접적으로 확인할 수 있으며, 동시에 판상필터(131)의 막힘정도 또는 교체시점을 예측할 수 있다.
침전분진의 두께가 시간에 따라 달라지는 양은, 드럼필터(121)의 막힘정도에 따라 달라진다.
또한 침전분진의 두께는 판상필터(131)에 포집된 미세분진의 포집량과 비례할 수 있다. 따라서 침전분진의 두께에 따라 판상필터(131)의 교체시점을 예측할 수 있다.
드럼필터(121)는 원통형상으로 형성되어, 분진가스가 드럼필터(121)의 외면에서 내면을 통과하는 과정에서 드럼필터(121)의 조직에 의해 미세분진이 걸러져 포집된다.
이렇게 포집된 미세분진은 또 다른 분진가스가 통과하는 통로를 막아, 드럼필터(121)의 포집효율을 감소시킬 뿐만 아니라, 막힘정도가 심하면 드럼필터(121)를 교체해야 한다.
드럼필터(121)의 교체는 비용 증가를 초래할 뿐 아니라, 교체과정에서 포집장치의 작동을 중지해야 하므로, 포집장치 작동에 따른 미세분진 제거 기능이 중단된다.
뿐만 아니라, 드럼필터(121) 외부의 공기압을 불필요하게 높이게 되며, 이는 유동하는 분진가스(1)의 강하게 송풍하게 함으로써, 에너지 소비를 급격히 증가시킨다.
특히, 포집장치가 미세분진 유발 공정의 공기 정화 수단으로 사용될 경우에 미세분진 유발 공정 자체의 운영중단을 수반한다. 이는 드럼필터 비용과 공정 중단에 따른 부가적인 비용상승을 동반함으로써, 제품의 제조비용이나 작업비용이 상승하는 문제점을 수반한다.
드럼필터(121)가 회전하면 그 원심력에 의해 드럼필터(121)의 외면에 포집된 미세분진 입자들이 떨어지게 되고, 이에 따라 드럼필터(121)의 수명이 연장된다. 뿐만 아니라, 일시적으로 드럼필터(121)의 외측 압력이 상승하는 문제점을 해결할 수도 있다.
그러나 드럼필터(121)가 고속 회전하게 되면, 회전수에 비례하여 드럼필터(121)외면에 인접한 위치의 공기 압력이 낮아진다. 반면에 드럼필터(121)의 내면 표면에서의 공기속도는 외면보다 낮다.
원통형상의 드럼필터(121)외주면과 내주면의 둘레길이가 다르기 때문에 회전하는 드럼필터(121)의 내주면과 외주면에 인접한 분진가스의 상대속도는 서로 다르다.
특히, 외주면의 둘레가 내주면보다 길고 이에 따라 외주면과 분진가스의 상대속도가 내주면과 분진가스의 상대속도보다 빠르다.
이렇게 되면 내주면에서의 분진가스 압력이 외주면에서의 분진가스 압력보다 높아진다. 이에 따라 드럼필터(121)의 외측에서 내측으로 통과한 분진가스가, 역류하는 형상이 발생할 수 있다.
고속으로 이동하는 고정익 비행기의 날개 표면에서 압력이 낮아지는 원리와 동일한 원리와 동일하다. 또한 비행기 날개의 상하면의 경로를 달리함으로써 양력을 발생시키는 원리와도 동일하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 드럼필터 외측의 분진가스 압력을 드럼필터 내측의 분진가스 압력보다 높게형성하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 부가적인 분진가스 송풍 에너지를 요구할 뿐만 아니라, 분진가스를 하우징으로 배출하는 공간에서의 공기압 변화를 초래하는 부작용을 가진다.
상술한 내용을 정리하면 다음과 같다.
원통형 드럼필터(121)가 저속회전하면, 포집공간(111)의 제1 포집부(120)의 분진가스 압력을 낮추어도 높은 포집효율을 기대할 수 있다. 드럼필터(121)에 미세분진이 포집됨에 따라 드럼필터(121)의 교체주시가 짧아진다.
드럼필터(121)를 고속회전하면, 포집된 드럼필터(121)의 외주면에 미세분진이 제거되어 필터의 수명을 연장하고 포집효율 높일 수 있다. 그러나, 고속으로 회전하는 드럼필터(121)는 내측에서 외측으로 압력이 형성되어 포집효율을 현저히 떨어진다.
본 발명에 따른 미세분진 스마트 포집장치의 드럼필터(121)는 요부(121b)와 철부(121a)가 원주를 따라 번갈아 배치된다.
드럼필터(121)가 회전할 때 외주면을 유동하는 분진가스가 요부(121b) 및 철부(121a)와 충돌함으로써, 드럼필터(121)의 외면에서 내면으로 분진가스가 통과하는 분진가스가 드럼필터(121)를 쉽게 통과하도록하여, 미세분진 포집효율을 높일 수 있다.
즉 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치는, 요부(121b)와 철부(121a)를 가지는 드럼필터(121)를 채용함으로써, 포집공간(111) 내부에서의 압력과 포집효율의 변화를 최소화하면서 드럼필터(121)의 수명을 연장할 수 있다.
도 4를 참조하면 본 실시형태에 따른 드럼필터(121)는, 요부(121b)는 외측으로 내측으로 만곡지는 곡선 형상이고, 철부(121a)는 외측으로 만곡지는 곡선형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
요부(121b)의 외면을 지나 철부(121a) 외면을 따라 흐르는 분진가스(1)는 코안다 효과(coanda effect)에 의해 지속적으로 드럼필터(121)의 수직방향 힘을 받는다. 드럼필터(121)의 회전수가 높아지면, 코안다 효과에 따른 압력을 커진다.
철부(121a)의 내측은 와류가 형성되고 일시적으로 공기압이 낮아진다. 이에 따라 철부(121a)의 외주면을 따라 흐르는 분진가스는 외측에서 내측으로 강한 압력을 받아 미세분진의 포집효율이 높아진다.
반면에 요부(121b)의 외주면과 내주면을 따라 흐르는 분진가스는, 그 경로차이로 인하여 외주면에서 내주면으로의 압력이 상승한다. 또한 철부(121a)의 외주면을 따라 흘러 요부(121b)로 유입된 공기가 적체되어 압력이 더욱 상승하므로, 요부(121b)에서도 외측에서 내측으로의 압력이 형성된다.
분진가스(1)는 드럼필터의 외측에서 내측으로 유동하고 그 과정에서 미세분진이 포집되기 때문에, 드럼필터(121)의 외측의 압력이 내측의 압력보다 높게 형성된다. 상술한 요철부를 가지는 드럼필터(121)에서 내외측의 압력 차이는 원형의 드럼필터에 비해 더욱 강화되기 때문에, 본 실시형태에 따른 드럼필터(121)에서도 분진 포집효율이 약화되지 않을 뿐만 아니라, 오히려 증가할 수도 있다.
또한 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치에서 제1 포집부(120)는, 드럼필터(121)의 요부의 외측 및 철부의 내측에서 드럼필터(121)의 길이방향과 나란하게 배치되고 원주형태로 배치된 필터 고정봉(123)을 포함하는 원통형 필터 케이지를 더 포함할 수 있다.
이때 필터 고정봉(123)을 상하측에서 고정하는 상측 고정판(124)과 하측 고정파(125)을 더 포함하는 것은 물론이다.
상측 고정판(124)은 중심이 개방되어 드럼필터(121)의 외측에서 내측으로 유동한 분진가스가 상측으로 배출될 수 있다.
필터 고정봉(123)은 요철부를 가지는 드럼필터(121)의 형태를 유지시킬 뿐만 아니라, 그 위치를 고정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치는, 막힘 감지유닛(140) 및 회전수 조절유닛(126)을 더 포함할 수 있다.
막힘 감지유닛(140)은, 드럼필터(121)에 의해 걸러진 미세분진에 의해 드럼필터(121)의 막힘을 감지하여 막힘정보를 생성한다.
회전수 조절유닛(126)은, 막힘정보를 기반으로하여 구동유닛(122)의 작동을 제어하여 드럼필터(121)의 회전수를 조절한다.
이에 따르면, 드럼필터(121)의 외주면에 미세분진이 포집되어 드럼필터(121)의 기능이 저하되면, 회전수를 높여 포집된 미세분진을 떼어내어 드럼필터(121)의 미세분진 포집기능을 회복시킨다.
이때, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 요철부를 가지는 드럼필터(121)는 드럼필터(121)의 회전수가 증가하여 포집된 미세분진이 떨어짐과 동시에, 드럼필터(121)의 포집효율이 증가하거나, 또는 회전수가 증가한 원형 드럼필터(121)보다 높은 포집효율을 가질 수 있다.
이때 막힘 감지유닛(140)은, 드럼필터(121)의 내측 및 외측의 압력차이를 측정하는 압력차 센서(141)를 포함할 수 있다. 드럼필터(121)의 외면에 미세분진이 포집되면 분진가스가 드럼필터(121)를 관통하기 어려워지고, 드럼필터(121)외측의 압력이 높아진다.
압력차 센서는 이러한 드럼필터(121) 내외측의 압력차를 측정하여 드럼필터(121)의 막힘 여부를 측정한다.
또한 막힘 감지유닛(140)은 드럼필터의 외측에서 드럼필터(121)의 내측을 향하여 빛(光)을 조사하는 광방출기(142a) 및 드럼필터(121) 내측에서 광방출기에서 방출되는 빛을 감지하는 광감지기(142b)를 더 포함할 수 있다.
드럼필터(121)는 미세한 공극을 가지고 이 공극을 통하여 분진가스가 통과하는 과정에서 미세분진이 포집된다. 광방출기에서 방출되는 빛은 이 공극을 통하여 드럼필터(121)의 외측에서 내측으로 조사될 수 있다.
광감지기(142b)는 드럼필터(121)의 외측에서 내측으로 조사된 빛을 감지함으로써 드럼필터(121)의 막힘을 감지할 수 있다.
이때 광방출기(142a)는 하우징(110) 외부에 배치되는 광원과 광원에서 방출되는 빛을 하우징(110) 내부로 안내하는 광가이드로 구성될 수 있다.
광방출기(142a)와 광감지기(142b)는, 각각 드럼필터(121)의 내측 및 외측에 배치될 수 있으며, 이때 작동 원리 역시 상술한 바와 같다.
도 5를 참조하면 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치는, 드럼필터(121)의 회전수 및 막힘정보들을 기반으로하여, 드럼필터(121)의 교체시기를 예측하여 필터교체 예측정보를 생성하는 필터교체 예측부(150)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집장치는 드럼필터의 회전수를 제어함으로써 수명을 연장하고 막힘여부를 판단할 수 있는 막힘정보를 생성한다.
회전수를 상향하면 막힘정보에 따른 드럼필터(121)의 막힘정도가 낮아지게된다. 그러나 사용시간이 늘어날수록, 동일한 회전수 상향에도 막힘정도의 낮아짐이 줄어든다. 그러나 상향되는 회전수에 비례하여 막힘정도는 크게 낮아질 수 있다.
그러나, 드럼필터의 회전수 상향은 전력에너지 소비량을 증가시키기 때문에, 지속적으로 유지하기 어려운 현실적 한계가 있다.
따라서, 드럼필터의 회전수는 상술한 막힘정보에 따라 저속과 고속을 반복하는 것이 바람직하다.
이때 막힘정보에 따른 드럼필터(121)의 회전수의 시간에 따른 변화 양상 또는 특정한 막힘정도를 달성하는데 필요한 회전수을 분석하면, 드럼필터의 교체시점을 예측할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 미세분진 스마트 포집시스템의 일 실시형태를 보인도면이고, 도 7은 도 6의 미세분진 스마트 포집시스템에서 필터교체 예측정보를 설명하는 도면이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집시스템은, 다수의 미세분진 스마트 포집장치(100), 배기장치(300) 및 작업부스(200)를 포함한다.
미세분진 스마트 포집장치(100)는 상술한 바와 같이 하우징(110) 내부에 제1 포집부(120) 및 제2 포집부(130)를 가진다.
배기장치(300)는 배기팬(310)을 구비하고, 배기팬(310)의 작동으로 작업부스(200) 내부의 분진가스(1)를 미세분진 스마트 포집장치를 통하여 흡입한후 외부로 배출한다.
작업부스(200)는 미세분진을 유발하는 작업이 수행되는 공간이다. 제품의 도장 작업, 시멘트 제조 또는 시멘트를 이용한 구조물 제작 또는 설치, 발전설비 또는 제철 설비에서 사용되는 연소시설등이 포함될 수 있다.
배기팬(310)의 작동으로 미세분진 유발 작업에 의해 발생한 미세분진가 포함된 분진가스(1)는, 미세분진 스마트 포집장치로 배출된다.
또한 작업부스(200)는, 작업부스(200) 내부의 공기압을 측정하여 부스압력정보를 생성하는 부스 압력측정기(210)를 포함한다.
이때, 회전수 조절유닛(126)은, 부스압력정보 및 막힘정보를 기반으로하여 구동유닛(122)의 작동을 제어하여 드럼필터(121)의 회전수 및 배기팬(310)의 회전수를 조절한다.
드럼필터(121)의 막힘이 감지되어 드럼필터(121)의 회전수를 상향하면, 드럼필터(121)에 포집된 미세분진이 떨어지면서 순간적으로 드럼필터(121) 외측의 압력이 감소하고 이에 따라 작업부스(200) 내부의 압력도 감소하여 작업 공간의 공기압 특성이 변화한다.
이러한 작업부스(200) 내 작업공간의 공기압 공간은 특히 도장작업과 같은 민감한 제조공정에서 제품의 도장품질에 크게 영향을 미친다.
이때, 배기팬(310)의 회전수 감소와 드럼필터(121)의 회전수 증가를 연동하면, 드럼필터(121)에서 미세분진의 떨어짐, 또한 그에 따라 유도되는 드럼필터(121)외측 및 작업부스(200)의 압력 저하 및 압력 저하 시간을 최소화할 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집 시스템은, 작업부스(200)의 현장관리자가 작업부스(200) 내부의 공기압의 부스공기압 목표값을 설정할 수 있는 부스 단말기(220)를 더 포함할 수 있다.
이때 회전수 조절유닛(126)은, 부스압력정보과 막힘정보 및 부스압력 목표값을 기반으로하여 구동유닛(122)의 작동을 제어하여 드럼필터(121)의 회전수 및 배기팬(310)의 회전수를 조절한다.
즉, 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집 시스템은, 도작 작업의 조건에 따라 현장관리자가 작업부스(200) 내부의 압력을 특정한 값으로 설정한 부스공기압 목표값을 설정하게 하고, 이에 따라 작업부스(200) 내부의 압력에 영향을 미치는 드럼필터(121)의 회전수 및 배기팬의 회전수를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 배기팬(310) 및 드럼필터(121)의 회전수는 작업부스(200) 내부 작업공간의 공기압에 영향을 미친다.
따라서 현장관리자가 설정한 부스압력 목표값을 달성하기 위해서는 현재의 작업부스(200) 내부 압력인 부스압력정보와 막힘정보를 통합 비교하고, 이에 따라 배기팬(310)과 드럼필터(121)의 회전수를 연동하여 조절해야 한다.
특히 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집시스템에서 배기팬(310)과 드럼필터(121)의 회전수를 연동하여 조절함으로써, 부스압력 목표값을 일정하게 유지하는데 용이한 장점이 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집 시스템은, 드럼필터(121)의 회전수 변화에 따른 막힘정보의 변화를 기반으로 작업부스(200)에서 생성되는 미세분진의 종류를 구분하고, 시간에 따른 막힘정보의 변화를 기반으로 작업부스(200)에서 생성되는 미세분진의 생성량을 산출하여 분진분석정보를 생성하는 미세분진 분석부를 더 포함할 수 있다.
회전수가 높음에도 막힘정보에 따른 막힘정도의 개선이 저조할 수 있다.
이는 회전수가 높음에도 포집된 미세분진이 떨어져 드럼필터(121)의 막힘이 개선되지 않고 있다는 것을 의미하고, 이는 현재 작업부스(200)에서 생성되는 미세분진의 점성이 높다는 것으로 판단할 수 있다.
또한 회전수 상향으로 드럼필터(121)의 막힘정도가 개선된 후, 짧은 시간에 다시 막힘정보에서 드럼필터(121)의 막힘정도가 심화되면 해당 작업부스(200)에서 미세분진의 생성량이 많다는 것을 유추할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템의 일 실시형태를 보인 도면이다.
본 실시형태에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템은, 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템, 미세분진 스마트 포집 시스템에 각각 구비되는 단말 통신부(500), 서버 통신부(410) 및 서버 저장부(420)를 가지는 관리서버(400)를 포함한다.
단말 통신부(500)는 드럼필터(121)의 회전수와 배기팬(310)의 회전수와 부스압력정보, 분진분석정보 및 막힘정보를 포함하는 포집시스템 정보를 송신한다.
서버 통신부(410)는 포집시스템 정보를 수신한다.
서버 저장부(420)는 서버 통신부(410)를 통하여 수신된 포집시스템 정보가 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템 별로 작동 시간에 따라 저장된다.
이에 따라, 현장관리자가 부스 단말기(220)를 통하여 서버 저장부(420)에 저장된 포집시스템 정보를 확인할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템은, 미세분진 포집 시스템의 운영정보를 원격으로 보관하고 언제어디서나 확인할 수 있는 클라우드 서비스를 제공한다.
이때, 현장관리자는 스마트폰과 같은 모바일 단말기를 통하여 언제라도 관리서버에 접속하여 포집시스템 정보를 확인할 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집 네트워크 관리 시스템을 채용하면, 미세분진이 생성되고 이를 제거하는 현장에서의 장비설치를 간략화 할 수 있으며, 특히 단말 통신부를 LoRa를 포함하는 무선통신 시스템으로 설치함으로써, 소비전력을 줄일 수 있으며, 유선 통신 선로를 이용하지 않을 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템에서, 관리서버(400)는 다수의 포집시스템 정보를 기반으로하여, 배기팬의 회전수와 드럼필터의 회전수 및 부스압력정보에 따라 드럼필터의 교체시점 예측 할 수 있는 필터 교체 모델을 생성하는 서버 분석부를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 작업부스(200)는 상술한 바와 같이 다양한 종류의 작업이 수행될 수 있으며, 이에 따라 입자크기를 포함하는 미세분진의 물리적 화학적 특징이 서로 다를 수 있다. 또한 작업종류가 달라짐에 따라 배기팬(310) 및 드럼필터(121)의 저속, 고속 회전수도 달라질 수 있다.
특정 작업부스(200)에서 작업의 종류 또는 조건이 달라질 때 예상되는 필터 교체 시점을 미리 인지할 수 있다면 대량 생산에 있어서, 공정관리에 있어서 편의성을 제공할 수 있다.
본 실시형태에 따른 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템은 다양한 작업이 수행되는 작업부스(200)와 드럼필터(121) 및 배기팬(310)의 다양한 운영조건 및 다양한 부스공기압 목표값, 그리고 분진분석정보를 일괄 저장하고, 이를 분석함으로써 임의의 현장관리자가 자신이 기존의 배기팬 회전수, 드럼필터의 회전수를 변경하고자할 때, 변경을 희망하는 배기팬의 회전수, 드럼필터의 회전수 또는 부스압력정보에 대해 필터 교체를 예상할 수 있다.
즉 필터 교체 모델은, 분진분석정보를 기반하여 산출되는 미세분진의 물리적 화학적 특성, 드럼필터의 회전수의 시간적 변화양상 및 배기팬의 회전수 변화, 그리고 부스공기압 목표값을 포함하는 변수들을 종합 분석하여, 특정 변수에 따라 다른 변수들의 최적값을 산출한 것이다.
예를 들어, 에너지 절감차원에서 드럼필터 회전수의 저속 고속 범위를 설정하면, 이때 배기팬의 회전수 및 부스공기압 목표값, 그리고 이때 처리가능한 미세분진의 물리적 화학적 특성을 제안할 수 있다.
반대로 작업부스(200)에서 생성되는 미세분진의 물리, 화학적 특성에 따라 드럼필터, 배기팬의 회전수 및 부스공기압 목표값의 최적 범위를 제안할 수도 있다.
즉, 현장관리자가 자신의 작업부스(200)에서 생성되는 분진의 물리적 화학적 특성을, 본 실시형태에 따른 미세분진 스마트 포집시스템에서 생성되는 분진분석정보에 포함되는 물리량으로 산출하여 관리서버에 입력하면, 필터 교체 시점을 더욱 정확히 예측할 수 있다.

Claims (12)

  1. 외부와 격리되는 포집공간을 가지고 미세분진이 포함된 분진가스가 유입된 후 배출되는 하우징;
    상기 포집공간에 배치되고 원주를 따라 요(凹)부와 철(凸)부가 번갈아 배치되는 원통형상의 단면을 가지는 드럼필터; 및 상기 드럼필터의 중심축을 중심으로 상기 드럼필터를 회전시키는 구동유닛;을 포함하고, 상기 하우징으로 유입된 상기 분진가스가 회전하는 상기 드럼필터의 외면과 내면을 통과할 때 상기 미세분진을 1차적으로 포집하는 제1 포집부; 및
    판형상이며 상기 포집공간에 배치되는 판상필터;를 포함하고 상기 제1 포집부를 통과한 상기 분진가스에 포함된 상기 미세분진을 2차적으로 포집하는 제2 포집부를 포함하는 미세분진 스마트 포집장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 드럼필터는,
    상기 요부는 내측으로 만곡지는 곡선 형상이고, 상기 철부는 외측으로 만곡지는 곡선 형상인 미세분진 스마트 포집장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 포집부는,
    상기 드럼필터의 상기 요부의 외측 및 상기 철부의 내측에서 상기 드럼필터의 길이방향과 나란하게 배치된 필터 고정봉을 포함하는 원통형 필터 케이지;를 더 포함하는 미세분진 스마트 포집장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    포집된 상기 미세분진에 의한 상기 드럼필터의 막힘을 감지하여 막힘정보를 생성하는 막힘 감지유닛; 및
    상기 막힘정보를 기반으로하여 상기 구동유닛의 작동을 제어하여 상기 드럼필터의 회전수를 조절하는 회전수 조절유닛;을 더 포함하는 미세분진 스마트 포집장치를 이용한 미세분진 스마트 포집장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 막힘 감지유닛은,
    상기 드럼필터의 내측 및 외측의 압력차이를 측정하는 압력차 센서를 포함하는 미세분진 스마트 포집장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 막힘 감지유닛은,
    상기 드럼필터의 외측에서 상기 드럼필터의 내측을 향하여 빛(光)을 조사하는 광방출기; 및
    상기 드럼필터 내측에서 광방출기에서 방출되는 상기 빛을 감지하는 광감지기;를 더 포함하는 미세분진 스마트 포집장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 드럼필터의 회전수 및 상기 막힘정보를 기반으로하여, 상기 드럼필터의 교체시기를 예측하여 필터교체 예측정보를 생성하는 필터교체 예측부;를 더 포함하는 미세분진 스마트 포집장치.
  8. 청구항 7에 따른 다수의 미세분진 스마트 포집장치;
    배기팬을 구비하고, 상기 배기팬의 작동으로 상기 미세분진 스마트 포집장치로부터 상기 분진가스를 흡입하여 외부로 배출하는 배기장치; 및
    내부의 공기압을 측정하여 부스압력정보를 생성하는 부스 압력측정기를 포함하고, 상기 미세분진을 유발하는 작업이 수행되고, 상기 배기팬의 작동으로 상기 미세분진이 포함된 상기 분진가스가 상기 미세분진 스마트 포집장치로 배출되는 작업부스;를 포함하고,
    상기 회전수 조절유닛은,
    상기 부스압력정보 및 상기 막힘정보를 기반으로하여 상기 드럼필터의 회전수 및 상기 배기판의 회전수를 조절하는 미세분진 스마트 포집장치를 이용한 미세분진 스마트 포집시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 작업부스 내부의 공기압의 부스공기압 목표값을 설정할 수 있는 부스 단말기;를 더 포함하고,
    상기 회전수 조절유닛은,
    상기 부스압력정보과 상기 막힘정보 및 상기 부스압력 목표값을 기반으로하여 상기 드럼필터의 회전수 및 상기 배기팬의 회전수를 조절하는 미세분진 스마트 포집장치를 이용한 미세분진 스마트 포집 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 드럼필터의 회전수 변화에 따른 상기 막힘정보의 변화를 기반으로 상기 작업부스에서 생성되는 상기 미세분진의 종류를 구분하고, 시간에 따른 상기 막힘정보의 변화를 기반으로 상기 작업부스에서 생성되는 상기 미세분진의 생성량을 산출하여 분진분석정보를 생성하는 미세분진 분석부;를 더 포함하는 미세분진 스마트 포집 시스템.
  11. 청구항 10에 따른 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템;
    상기 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템에 각각 구비되고, 상기 드럼필터의 회전수와 상기 배기팬의 회전수와 상기 부스압력정보와 상기 분진분석정보 및 상기 막힘정보를 포함하는 포집시스템 정보를 송신하는 단말 통신부;
    상기 포집시스템 정보를 수신하는 서버 통신부;와, 상기 서버 통신부를 통하여 수신된 상기 포집시스템 정보가 상기 다수의 미세분진 스마트 포집 시스템 별로 및 작동 시간에 따라 저장되는 서버 저장부;를 가지는 관리서버;를 포함하고,
    상기 현장관리자가 상기 부스 단말기를 통하여 상기 서버 저장부에 저장된 상기 포집시스템 정보를 확인할 수 있는 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 관리서버는,
    다수의 상기 포집시스템 정보를 기반으로하여, 상기 배기팬의 회전수와 상기 드럼필터의 회전수와 상기 분진분석정보 및 상기 부스압력정보에 따라 상기 드럼필터의 교체시점을 예측 할 수 있는 필터 교체 모델을 생성하는 서버 분석부;를 더 포함하는 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템.
KR1020210092803A 2021-07-15 2021-07-15 미세분진 포집 장치, 시스템 및 이를 이용한 미세분진 포집 네트워크 관리 시스템 KR102561812B1 (ko)

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