KR20230087114A - 전기집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리가스 중에 포함된 먼지입자를 전기적인 힘으로 포집하는 전기집진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 먼지를 함유한 처리가스가 흐르는 덕트 내에, 상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있으며 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치된 집진판과, 상기 집진판은 복수 개가 상기 처리가스의 유동 방향으로 서로 이격된 구조로 배치되며, 서로 마주보는 상기 집진판 사이에 복수 개가 배치되어 코로나 방전이 발생하도록 하는 방전극을 포함하며, 상기 집진판은 전기적으로 접지되며, 상기 방전극에는 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치에 관한 것이다.

Description

전기집진장치{Electrostatic Precipitator}

본 발명은 가스 중에 포함된 먼지입자를 정전기력을 이용하여 집진하는 전기집진기술 분야에 해당된다. 본 발명의 전기집진장치는 타공이 형성된 복수 개의 집진판이 처리가스 방향에 수직하게 서로 이격 배치되고 전기적으로 접지되며, 마주보는 두 집진판 사이에 코로나 방전을 발생시킬 수 있는 방전극이 위치하는 구조적 특성을 갖고 있기 때문에, 안정적이고 효과적인 코로나 방전과 먼지입자 대전이 가능하며, 집진방향과 유동방향이 동일하기 때문에 짧은 체류시간에서도 높은 집진효율을 얻을 수 있어 공간 효율적인 집진기 설계가 가능하기 때문에 시설비용을 낮추면서도 높은 집진성능을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

전기집진장치는 쿨롱력(Coulomb’s force)에 의해 처리 가스 내에 부유한 먼지를 제거하는 장치에 해당한다. 도 1은 통상의 전기집진장치에서의 구조와 집진원리를 평단면도로 보여주고 있다. 도 1의 전기집진장치는 처리가스가 흐르는 덕트(11)가 집진판(21)의 역할을 하는 1개의 유로를 갖는 1단 전기집진장치이다. 1단 전기집진장치는 먼지입자의 대전과 집진기 동일 공간에서 이루어지는 전기집진장치를 말한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 전기집진장치는 집진판(21)이 처리가스 흐름방향에 평행한 구조로 되어 있으며, 마주보는 두 개의 집진판(21) 사이에 방전극(23)이 처리가스 흐름방향으로 일정한 간격으로 위치하고 있다. 일반적으로 집진판(21)은 접지(ground)되어 있으며, 방전극(23)은 고전압 발생장치(T/R, transformer/rectifier)에 의해 수 십 kV 수준의 고전압이 인가된다. 방전극(23)에 고전압이 인가되면, 방전극(23)과 집진판(21) 사이에 공기분자가 전리되어 고농도의 공기분자 이온과 전자를 생성되는 코로나(corona) 방전이 발생된다. 이때, 방전극(23)에 음극 고전압이 인가되면 음이온, 양극 고전압이 인가되면 양이온이 방전극(23)과 집진판(21) 사이에 존재하게 된다. 도 1에서는 음극 고전압이 인가되어 공기분자 음이온(52)이 고농도로 존재한 상태이며, 처리가스가 이 공간을 통과하면서 처리가스 중에 포함된 먼지입자(41)는 다량의 공기 음이온(52)들과 충돌하게 되고 결과적으로 방전극(23)과 동일한 극성(polarity)으로 대전(charging)된다. 또한 대전된 먼지는 방전극(23)-집진판(21) 사이에 형성된 전기장(electric field)으로 인한 정전기력에 의해 전기장(51)을 따라 집진판(21)으로 이동하여 포집된다. 이때 먼지입자(41)는 액체 또는 고체의 입자상 물질의 형태를 갖는다.

전기집진장치의 집진성능 향상을 위해 사용되는 가장 보편적인 방법은 전기집진장치의 단면적과 길이를 증가시키는 것이다. 동일한 처리가스 유량 조건에서 전기집진장치의 단면적을 증가시키면, 전기집진장치를 통과하는 처리 가스의 평균 유속이 감소하여 집진기 내부에서 먼지입자가 머무르는 체류시간이 증가함에 따라 집진효율이 증가한다. 또한 집진장치의 길이를 길게 하면 처리가스 내 먼지 입자는 대전 및 전기장에 의해 집진판으로 이동, 포집될 수 있는 체류 시간이 증가하게 되며 결과적으로 집진효율이 증가한다. 이러한 방법은 결국 집진장치의 크기를 증대시키는 방식으로서 높은 설치비용 및 넓은 설치공간이 요구된다는 문제가 존재한다.

기존 전기집진장치의 크기를 증대시켜 성능을 개선하는 방법을 극복하기 위해서는 전기집진장치의 크기를 줄이면서도 집진효율을 높일 수 있는 새로운 시도와 접근이 필요하다.

선행특허 [US 3994704] ELECTRIC DUST COLLECTING APPARATUS(선행특허 1)는 전기집진장치 성능 향상 방안 중 하나로, 전기집진장치 후단에 처리가스 유동방향에 수직하게 ‘ㄷ’ 모양의 형강(channel)을 교차로 설치하고, 마주보는 형강(channel) 사이에 고전압 인가를 통한 전기장을 형성시킴으로써 먼지입자를 집진하는 기술을 기재하고 있다. 선행특허 1은 처리가스 유동방향에 수직하게 배치된 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)을 먼지가 포집되는 집진극으로 적용함으로써 집진장치의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 그러나 선행특허 1은 집진극으로 사용된 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)과 마주보는 위치에 ‘ㄷ’모양의 또 다른 형강(channel)을 배치하여, 두 마주보는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에 직접 고전압을 인가하여 전기장이 형성되도록 하였다. 이때 두 마주보는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에 형성된 전기장은 전기집진에 가장 필요한 요소인 먼지입자를 효과적으로 대전시키는데 필요한 코로나 방전을 발생하기 어려운 전기장 세기와 전기장 형태를 갖는다. 또한 선행특허 1에서는 이웃하는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이의 공간에 방전극을 배치하고, 상기 방전극에 고전압을 인가하는 구성을 기재하였으나, 방전극과 이웃하는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이는 구조적으로 충분한 코로나 방전이 어렵다는 문제점이 존재한다. 결과적으로 선행특허 1은 먼지입자의 대전이 어려운 구조적 특징으로 인해 전기집진장치로서 장점이 없는 기술이라 할 수 있다.

또 다른 선행특허로서 [US 3985524] Electric dust collector apparatus(선행특허 2)는 선행특허 1과 유사한 구조이나, 전단에 기존의 전기집진장치가 없고, 마주보는 두‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에 고전압을 인가하여 전기장을 형성시키고, 이웃하는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이의 처리가스가 흐르는 공간에 방전극이 설치된 구조를 갖고 있다. 따라서 코로나 방전은 방전극과 이웃하는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에서 발생하기 때문에 해당 공간의 구조적으로 특징으로 인해 효과적인 코로나 방전과 먼지입자의 대전이 이루어지기 어렵다. 또한 이웃하는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에서 효과는 작지만 국소적인 코로나 방전이 발생하더라도 코로나 방전 구역이 일부 공간으로 한정되기 때문에 먼지입자의 대전 효과는 매우 제한된다. 따라서 선행특허 2도 전기집진장치로서 장점이 없는 기술이라 할 수 있다.

선행특허 1과 선행특허 2는 처리가스 유동방향과 평행인 집진극(집진판)을 사용하는 기존 전기집진장치의 크기를 줄일 수 있는 형태인, 처리가스 흐름 방향에 수직으로 집진극이 위치하는 구조를 갖고 있으나, 집진극으로 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)을 사용하고 있기 때문에 집진극 자체의 높은 하중으로 인한 비용과 구조적 안전성 문제, 그리고 집진극의 형상으로 인해 충분한 집진면적을 확보하기 어렵다는 단점이 있으며, 더욱 큰 문제점은 집진극 및 방전극의 배치와 구조적 특성으로 인해 먼지입자의 효과적인 대전이 불가능하고 결과적으로 집진장치로서의 역할을 수행하기 어렵다는 것이다. 따라서 집진장치가 점유하는 공간을 줄일 수 있는 공간 집약적이면서도 집진성능이 우수한 새로운 방식의 전기집진기술이 요구된다.

미국등록특허 US 3994704 미국등록특허 US 3985524

따라서 본 발명은 상기에서 언급된 바와 같이 처리가스 방향에 수직인 형태로 배치된 집진극이 적용된 종래 전기집진장치의 구조적 문제로 인한 먼지입자의 대전 불량 및 이로 인한 낮은 집진효율을 개선하기 위해 안출된 것이다.

처리가스 유동방향으로 수직하게 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)을 집진극으로 사용하여 배치한 종래 전기집진장치는 집진극 자체의 높은 하중으로 인해 시설비용이 과다해지고 또한 이를 구조적으로 안전하게 지지하게 위해서는 별도의 지지구조물이 필요하다. 그러나 이러한 비용과 구조적 문제보다 더 핵심적인 문제는 집진성능에 있다. 종래 기술에서는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)을 집진극으로 사용하고 있다. 집진을 위해서 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)이 마주보는 구조적 형태를 취하였으며, 마주보는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에 고전압을 인가하였다. 또한 이웃하는 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에 형성된 공간에 별도의 방전극을 두어 코로나 방전이 발생하도록 하였으며, ‘ㄷ’모양의 형강(channel)의 ‘ㄷ’자 끝단에서 예상치 못한 방전이 일어나지 않도록 끝단을 원형단면의 봉으로 마무리하였다.

전기집진장치의 효율을 개선하기 위해서는 먼지입자의 대전이 가장 중요하다. 먼지입자의 대전 특성은 코로나 방전에 의해서만 결정되기 때문에 효율적인 코로나 방전이 발생할 수 있는 집진극-방전극 구조를 갖추어야 한다. 즉, 집진극과 방전극이 충분히 이격되어 높은 전압에서 코로나 방전이 광범위하게 효과적으로 발생할 수 있는 공간이 확보되어야 하며, 방전극과 방전극의 양측에 위치하는 두 집진극 사이의 이격 거리가 동일하게 유지되어야 한다. 그러나 종래의 ‘ㄷ’모양의 형강(channel)을 집진극으로 사용하는 전기집진장치에서는 효율적인 코로나 방전과 먼지입자의 대전이 어려운 구조를 갖고 있다. 고전압이 인가된 마주보는 두 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이에서는 높은 전압에서 코로나가 발생할 수 없으며, 이웃하는 두 ‘ㄷ’모양의 형강(channel) 사이의 공간도 협소하여 여기에서도 효과적인 코로나 방전과 입자 대전을 기대하기 어렵다. 결과적으로 종래 기술은 전기집진장치로서 정상적인 기능을 수행하기 어려운 구조적 특징을 갖고 있다고 할 수 있다.

위에서 언급한 종래 전기집진장치에 있어서 해결해야 될 기술적 과제는 아래와 같다.

1. 처리가스 유동 방향에 수직으로 설치되나 중량 및 구조적 문제가 있는‘ㄷ’모양의 형강(channel) 집진극 문제 해결

2. 효과적인 코로나 방전 및 먼지입자 대전이 어려운 마주보는 집진극 사이의 구조적 및 공간적 문제 해결

3. 효과적인 코로나 방전 및 먼지입자 대전이 어려운 이웃하는 집진극 및 방전극 사이의 구조적 및 공간적 문제 해결

4. 대전된 먼지입자가 포집될 수 있는 집진면적이 부족한 집진극 문제 해결

5. 마주보는 집진극 사이에 형성된 전기장의 불안정성 해소

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에서는 상기 언급된 종래기술에 대한 과제를 해결하기 위한 목적으로 안출된 것으로 해결 수단으로 아래와 같은 구성을 갖는 전기집진장치를 제공한다.

본 발명의 목적은, 먼지를 함유한 처리가스가 흐르는 덕트 내에, 상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있으며 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치된 집진판과, 복수 개의 상기 집진판이 상기 처리가스의 유동 방향으로 서로 이격된 구조로 배치되며, 서로 마주보는 상기 집진판 사이에 복수 개가 배치되어 코로나 방전이 발생하도록 하는 방전극을 포함하며, 상기 집진판은 전기적으로 접지되며, 상기 방전극에는 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 집진판은 수직방향 길이과 수평방향 너비를 갖으며, 길이 방향과 너비 방향으로 각각 일정한 간격으로 형성된 타공 배열을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 소정의 간격으로 이격되어 서로 마주보는 2개의 상기 집진판에 있어서, 하나의 집진판에 형성된 타공의 중심점은 다른 하나의 집진판에 형성된 타공의 중심점과 유동방향으로 일직선 상에 있지 않도록 집진판의 타공이 배열된 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 집진판은 길이 방향으로 절곡된 형태를 갖되, 너비 방향으로 일정한 폭만큼 평면이 주기적으로 형성되며, 상기 주기적으로 형성된 평면에는 다수 개의 타공이 선택적으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방전극은 상기 처리가스 유동방향을 기준으로 상기 방전극 바로 전단에 위치한 집진판의 타공 중심에 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 방전극은 끝단이 뾰족한 형태의 방전침을 포함하며, 상기 방전침은 상기 처리가스 유동방향과 평행하게 방전극에 형성되며, 상기 방전침은 상기 처리가스 유동방향을 기준으로 상기 방전극 바로 전단에 위치한 집진판의 타공 중심에 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방전극은 끝단이 뾰족한 형태의 방전침을 포함하며, 상기 방전침은 서로 마주보는 상기 집진판을 각각 향하도록 형성되며, 상기 방전침의 끝단과 서로 마주보는 상기 집진판 사이의 이격 거리가 동일하도록 상기 방전극이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 방전극은 상기 덕트 내에 배치된 복수 개의 집진판 중에서 상기 처리가스 유동 방향을 기준으로 가장 앞에 위치하는 집진판의 전단에 추가로 배치되고, 상기 처리가스 유동 방향을 기준으로 가장 뒤에 위치하는 집진판의 후단에 추가로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 먼지를 함유한 처리가스가 흐르는 덕트 내에, 상기 덕트의 폭 방향으로 복수 개로 구획된 채널에 설치되되, 상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있으며 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치되며 상기 처리가스의 유동 방향으로 서로 이격된 복수 개의 집진판과, 서로 마주보는 상기 집진판 사이에 배치되는 복수 개의 방전극을 포함하는 집진유닛과, 상기 집진유닛을 구성하는 상기 집진판과 상기 격벽 및 상기 덕트는 모두 전기적으로 접지되며, 상기 집진유닛을 구성하는 상기 방전극은 서로 전기적으로 연결되어 고전압이 인가되며, 상기 덕트 내에 복수 개로 구획된 채널에 설치되되, 상기 집진유닛의 전단과 후단 중 적어도 어느 한 곳에 위치하고, 상기 집진유닛을 통과하는 유동을 선택적으로 차단할 수 있는 유동차단장치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 집진유닛의 방전극에 인가되는 고전압을 발생시키는 고전압 발생장치와, 상기 각 채널별 집진유닛과 상기 고전압 발생장치 사이에 위치하여 고전압을 차단하고 연결할 수 있도록 하는 고전압 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치에 따르면, 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있는 집진판을 이용하여, 처리가스의 유동 방향에 수직하게 서로 이격된 구조로 복수 개를 설치하고 전기적으로 접지되도록 하며, 서로 마주보는 집진판 사이에는 코로나 방전이 발생하도록 하는 고전압이 인가되는 방전극이 배치되기 때문에, 마주보는 두 집진판 사이의 넓은 공간에서 먼지입자를 효과적으로 대전시키는데 충분한 코로나 방전이 가능하다. 또한 본 발명의 이러한 특성은 종래 기술의 집진극의 형상과 배치 구조의 문제로 인해 전기장의 불안정성, 코로나 방전 및 입자대전 비효율성, 부족한 집진면적 등의 문제를 해결할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 전기집진장치는 너비 방향으로 주기성을 갖도록 길이방향으로 절곡된 형태의 집진판을 적용함으로써 집진판의 기계적 강도를 개선함과 동시에 집진판의 타공 형상과 타공율을 조정함으로써 처리가스가 집진판의 타공을 통과할 때 발생하는 압력손실을 낮추면서도 집진효율을 개선할 수 있도록 하였다. 이러한 본 발명의 특징을 통해 종래 기술에서 적용된 집진극의 자체 중량으로 인한 문제, 집진극 형상 및 배치 구조의 문제, 그리고 집진면적 부족 문제 등을 모두 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치에 따르면, 처리가스가 흐르는 덕트의 너비가 넓은 경우, 덕트를 너비방향으로 복수 개로 구획한 후, 각 구획된 채널에는 독립적으로 작동 가능한 집진유닛을 설치하되, 상기 집진유닛은 타공이 형성된 복수 개의 집진판과 마주보는 집진판 사이에 배치된 복수 개의 방전극을 포함하도록 구성되며, 집진유닛의 전단과 후단 중 적어도 어느 한 곳에는 상기 집진유닛을 통과하는 처리가스의 유동을 차단할 수 있는 유동차단장치가 설치된다. 또한 추가적으로 각 채널별 집진유닛과 고전압 발생장치 사이에는 고전압을 차단하거나 인가할 수 있는 고전압 스위치가 포함된다. 이러한 구성을 통해 집진유닛의 집진판에 포집된 먼지를 주기적으로 제거하고자 할 때, 복수 개의 집진유닛에 대해 교대로 각 집진유닛의 유동과 고전압을 차단한 상태에서 보다 효과적이고 안정적으로 집진판의 먼지를 제거할 수 있다. 본 발명의 이러한 특성은 종래 기술에서는 고려하지 않은 것으로, 전기집진장치의 장기적 운전을 고려할 때 안정적인 집진성능을 유지할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 통상의 전기집진장치의 구조와 집진원리를 나타낸 평단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치에서의 가스흐름 방향을 기준으로 전단에 위치한 집진판의 정면도,
도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치에서의 가스흐름 방향을 기준으로 후단에 위치한 집진판의 정면도,
도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치에서의 방전극 배치를 보여주는 정면도,
도 4는 본 발명의 전기집진장치의 집진원리,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치의 정면도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치의 집진판, 방전극, 방전침 배치 및 정렬 특성을 보여주는 도면,
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 전기집진장치의 집진판, 방전극, 방전침 배치 및 정렬 특성을 보여주는 도면,
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 전기집진장치의 집진판, 방전극, 방전침 배치 및 정렬 특성을 보여주는 도면,
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 전기집진장치의 사시도,
도 13은 본 발명의 제7실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 14는 본 발명의 제7실시예에 따른 전기집진장치의 집진판, 방전극, 방전침 배치 및 정렬 특성을 보여주는 도면,
도 15는 본 발명의 제7실시예에 따른 전기집진장치의 사시도,
도 16은 본 발명의 제8실시예에 따른 전기집진장치의 집진판, 방전극, 방전침 배치 및 정렬 특성을 보여주는 도면,
도 17은 본 발명의 제8실시예에 따른 전기집진장치의 집진판 구조 및 타공 형상을 구체적으로 보여주는 도면,
도 18a는 본 발명의 제9실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 18b는 본 발명의 제10실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 19는 본 발명의 전기집진장치에 적용 가능한 다양한 형태의 방전극 및 방전침 형상을 보여주는 도면,
도 20은 본 발명의 제11실시예에 따른 전기집진장치에 적용되는 다양한 형태의 집진판(21) 정면도,
도 21은 본 발명의 제12실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도,
도 22는 본 발명의 제13실시예에 따른 전기집진장치의 평단면도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치(100)의 구성, 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 도시한 것이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 먼지가 함유된 처리가스가 흐르는 덕트(11) 내에, 상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있는 두 개의 집진판(21)이 일정한 간격으로 이격되어 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치되어 있다. 또한 상기 두 개의 집진판(21) 사이에는 코로나 방전이 발생하도록 하는 복수 개의 방전극(23)이 배치되어 있음을 알 수 있다. 이때 각 집진판(21)과 덕트(11)는 전기적으로 접지되어 있으며, 상기 복수 개의 방전극(23)에는 고전압이 인가된다. 도 2에는 총 9개의 방전극(23)이 배치되어 있으며, 각 방전극(23)에는 끝이 뾰족하게 처리된 복수 개의 방전침(24)이 방전극(23)의 길이 방향으로 형성되어 있다. 도 2에 표시되지는 않았으나, 9개의 방전극(23)은 서로 전기적으로 연결된 상태이며 고전압을 인가하는 고전압 발생장치(미도시)와 전기적으로 연결되어, 고전압 발생장치로부터 각 방전극(23)에 고전압이 인가되며, 이때 방전침(24) 끝단에서는 처리가스를 구성하는 가스분자들이 전기적으로 분해되어 가스 이온과 전자를 방출하는 코로나 방전현상이 발생한다.

도 2의 상기 설명부분에 언급하였지만, 본 발명에서는 별도의 설명이 없는 한, 본 발명에서 언급된 모든 방전극(23)에는 고전압이 인가된 상태이며, 하나의 열을 이루는 다수 개의 방전극(23)은 모두 전기적으로 연결되어 있는 상태임을 명확히 한다.

도 3a는 도 2에 나타낸 2개의 집진판(21) 중 처리가스 흐름 방향을 기준으로 전단에 위치한 집진판(21)의 정면도를 보여주고 있으며, 도 3b는 도 2에서 처리가스 흐름 방향을 기준으로 후단에 위치한 집진판(21)의 정면도를 보여준다. 본 발명에서는 처리가스 흐름 방향으로, 처리가스 유입 측에서 바라보는 시각으로 표시되는 그림을 정면도라 하였다. 전단의 집진판(21)은 집진판의 너비 방향과 길이 방향으로 4×4 행렬 형태로 총 16개의 타공(22)이 형성되어 있으며, 후단의 집진판(21)에는 5×5 행렬 형태로 총 25개의 타공(22)이 형성되어 있다.

전단 집진판(21)과 후단 집진판(21) 사이에는 방전극(23)이 상기 집진판(21)의 길이방향으로 수직하게 위치하며, 도 3c에 나타낸 바와 같이 총 9개의 방전극(23)이 집진판 너비방향으로 일정한 간격을 이루며 배치된다. 본 발명의 제1실시예에서는 전단 집진판(21)의 타공 중심과 후단 집진판(21)의 타공 중심에 일치하도록 총 9개의 방전극(23)이 배치되어 있으며, 각 방전극(23)에 형성된 방전침(24)은 처리가스의 흐름 방향과 평행하도록 형성되어 있으며, 처리가스 흐름 방향으로 모든 타공(22)의 중심점에는 방전침(24) 끝단이 정렬하도록 방전극(23)이 형성되고 배치되어 있다. 방전극(23)과 집진판(21)의 배치는 매우 다양한 형태를 가질 수 있으며, 또한 방전극(23)에 형성된 방전침(24)과 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 정렬 형태도 다양하게 구성될 수 있다. 다만 보다 높은 집진효율을 얻기 위해서는 최소한 전단 집진판(21)의 모든 타공(22) 중심점에는 반드시 방전침(24)이 처리가스 흐름 방향으로 정렬되도록 배치되어야 한다. 또한 효과적인 코로나 방전을 위해서는 동일한 방전극(23)에 형성되어 전단의 집진판(21)을 향하는 방향으로 형성된 모든 방전침(24)의 길이는 동일해야 하며, 마찬가지로 후단의 집진판(21)을 향하는 방향으로 형성된 모든 방전침(24)도 서로 길이가 동일해야 한다. 다만 전단을 향하는 방전침(24)과 후단을 향하는 방전침(24)의 길이가 동일할 필요는 없다. 그럼에도 불구하고 효과적인 코로나 방전 및 먼지입자 대전, 그리고 높은 집진성능을 위해서는 전단을 향해서 형성된 방전침(24)의 끝단과 전단 집진판(21) 사이의 간격과, 후단을 향해서 형성된 방전침(24)의 끝단과 후단 집진판(21) 사이의 간격은 동일하게 유지되어야 한다.

본 발명이 통상의 전기집진장치와 비교하였을 때 가장 두드러진 차별성은, 종래 기술은 처리가스 방향과 집진판(21)의 방향이 평행한 반면, 본 발명에서는 집진판(21)이 처리가스 방향에 수직하게 배치된다는 점이다. 이러한 본 발명의 집진판 배치 구조에서 처리가스 중에 포함된 먼지 입자가 집진되는 원리를 도 4에 나타내었다. 도 4는 본 발명의 제1실시예와 동일한 집진판(21)-방전극(23)-집진판(21) 배치에 대해 처리가스의 흐름방향과 집진판(21)과 방전극(23) 사이에 형성된 전기장, 그리고 먼지입자(41)가 집진판(21)에 포집되는 특성을 보여준다. 예를 들어 처리가스가 공기이고 방전극(23)에 극성이 음(-)인 고전압이 인가되어 집진판(21)과 방전극(23) 사이에 코로나 방전이 개시되면 공기 중의 산소분자와 질소분자가 전리되면서 형성된 음이온과 전자는 전기장을 따라 매우 빠른 속도로 집진판(21)을 향해 이동하게 된다. 이때 처리가스가 두 집진판(21)의 타공(22)을 통해 유입되고 유출되는 과정에서, 처리가스에 포함되어 유동하던 먼지입자(41)는 집진판(21)으로 이동하는 공기 음이온(52) 또는 전자(52)와의 충돌에 의해 전기적으로 대전된다. 이때 대전된 먼지입자(41)는 강한 정전기력을 받게 되어 집진판(21)으로 이동하여 포집된다. 도 1에 나타낸 바와 같이 통상의 전기집진장치에서는 먼지입자(41)에 정전기력이 유동방향과 수직의 방향으로 작용하기 때문에 먼지입자(41)는 유동방향과 정전기력 방향의 벡터 합과 같은 대각선 방향으로 이동하게 된다. 따라서 처리가스 유속이 높을 경우 먼지입자(41)가 집진판(21)으로 이동하여 포집되는데 보다 긴 체류시간이 필요하게 된다. 이는 실제 전기집진기 설계에 있어 집진기 소요공간이 더 필요하다는 것을 의미하며, 이로 인해 집진기 시설비용도 증가하게 된다.

반면 본 발명의 전기집진장치에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 유동 방향과 정전기력 방향이 동일한 방향이기 때문에 먼지입자(41)가 후단의 집진판(21)에 보다 빠르게 이동하여 포집되며, 따라서 통상의 전기집진장치에 비해 보다 콤팩트하게 집진기 설계가 가능하며, 이로 인해 집진기 설치공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 시설비용도 절감할 수 있다는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치(100)를 처리가스 흐름방향에서 바라본 정면도를 보여준다. 즉, 도 2와 도 3에서 보여준 전기집진장치와 동일한 전기집진장치로서 2개의 집진판(21)과 그 사이에 배치된 방전극(23)을 겹쳐진 형태로 보여준다. 도 5의 실선으로 표시된 타공(22)는 전단 집진판(21)의 타공(22)을 나타내며, 점선으로 표시된 타공(22)는 후단 집진판(21)의 타공(22)을 나타낸다. 본 발명의 제1실시예에 따른 전기집진장치(100)에서는 후단의 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심점이 전단의 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심점과 처리가스 흐름방향으로 일직선상에 있지 않도록 배치된다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 보다 높은 집진효율을 얻기 위해서는 전단의 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심점과 후단의 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심점은 처리가스 흐름방향에서 볼 때 가장 먼 거리를 유지할 수 있도록 각 집진판(21)에 타공(22)이 형성되며, 각 집진판(21)에서는 서로 엇갈리게 배치되지만 일정한 배열을 이루도록 형성되어야 한다.

도 5에서 나타내었듯이 9개의 방전극(23)은 집진판(21) 길이방향으로 길이를 갖는 배관 또는 와이어 또는 봉의 형태를 갖고 있으며, 집진판(21) 너비방향으로 일정한 간격으로 배열되어 있다. 또한 각 방전극(23)은 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심점에 정렬되도록 배치되어 있다.

도 6는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 전기집진장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 먼지입자가 함유된 처리가스가 흐르는 덕트(11) 내에, 상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공(22)이 형성되어 있는 세 개의 집진판(21)이 일정한 간격으로 이격되어 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치되어 있다. 또한 상기 세 개의 집진판(21) 중 처리가스 유입부에 가깝게 위치한 순서대로 첫 번째 집진판(21)과 세 번째 집진판(21)은 동일한 형태의 집진판(21)이다. 첫 번째 집진판(21)과 두 번째 집진판(21) 사이와, 두 번째 집진판(21)과 세 번째 집진판(21) 사이에는 동일한 형태를 갖는 다수 개의 방전극(23)이 동일한 배열로 위치하고 있다. 이때 각 집진판(21)과 덕트(11)는 전기적으로 접지되어 있으며, 상기 방전극(23)에는 고전압이 인가된다. 도 6에 나타낸 본 발명의 제2실시예에 따른 전기집진장치(100)는 도 2에 나타낸 본 발명의 제1실시예와 거의 유사하나 세 개의 집진판(21)과, 마주보는 집진판(21) 사이에 9개의 방전극(23)이 하나의 열을 이루는 형태로, 총 2열로 배치되었다는 차이가 있다. 본 발명에는 도 2 및 도 6에 나타낸 실시예와 같이 복수 개의 집진판(21)이 처리가스 흐름방향으로 일정한 간격으로 처리가스 유동방향과는 수직하게 반복해서 배치되고, 마주보는 집진판(21) 사이에는 하나의 열을 이루는 방전극(23)이 위치하는 형태의 다양한 구성의 전기집진장치가 포함된다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 보여주고 있다. 도 7의 제3실시예와 도 6의 제2실시예의 차이점은 방전극(23)의 숫자와 배치에 있다. 도 6에서는 방전극(23)이 처리가스 유동방향을 기준으로 방전극(23) 전단에 위치한 집진판(21)에 형성된 타공(22)에만 정렬되어 배치된다. 도 7의 처리가스 유입부로부터 가까운 순으로 순서를 정했을 때, 첫 번째와 세 번째 집진판(21)이 도 3a의 집진판(21)과 동일한 타공구조를 갖고, 도 7의 두 번째 집진판(21)이 도 3b와 동일한 타공구조를 가질 때, 도 7의 실시예에서는 첫 번째와 두 번째 집진판(21) 사이에는 4개의 방전극(23)이, 두 번째와 세 번째 집진판(21) 사이에는 5개의 방전극(23)이 각각 위치한다.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 보여주고 있다. 도 8의 제4실시예는 도 7의 실시예와 유사하나, 첫 번째 집진판(21)의 전단에 방전극(23)이 첫 번째 집진판(21)의 타공(22)에 정렬하여 추가로 배치되어 있으며, 세 번째 집진판(21)의 후단에도 방전극(23)이 세 번째 집진판(21)의 타공(22)에 정렬하여 추가로 배치되어 있다. 추가로 배치된 상기 방전극(23)으로 인해 도 8에서 나타낸 제4실시예의 전기집진장치(100)는 도 7에서 나타낸 제3실시예의 전기집진장치(100)보다 높은 집진효율을 얻을 수 있다.

도 9는 상기 본 발명의 제1실시예에 대한 집진판(21), 방전극(23) 및 방전침(24)의 정렬 형태와 배치를 보여준다. 도 9에서는 도 3a 및 도 3b의 집진판(21) 사이에 배치된 방전극(23)의 형태와 방전극(23)에 형성된 방전침(24)이 각 집진판(21)의 어느 지점과 정렬되는지를 보여주고 있다. 도 9에서 좌측에 위치한 집진판(21)은 도 3a의 집진판(21)이며, 도 9에서 우측에 위치한 집진판(21)은 도 3b의 집진판(21)이다. 도 9에서 나타낸 하나의 방전극(23)은 처리가스 흐름방향에 평행하게 9개의 방전침(24)이 방전극(23)의 길이 방향으로 일정한 간격으로 형성되어 있다. 또한 처리가스 흐름방향을 기준으로 방전극(23)의 전단 방향으로 형성된 방전침(24)과 방전극(23)의 후단 방향으로 형성된 방전침(24)이 서로 대칭을 이루고 있는 형태이다. 도 9에서는 총 9개의 방전극(23)이 집진판(21)의 너비방향으로 일정한 간격으로 배치되었을 때, 서로 마주보는 2개의 집진판(21)위에 각 방전극(23)에 형성된 방전침(24)이 정렬된 지점을 표시하여 나타내었다. 도 9의 각 집진판(21)에 표시된 점들이 방전침(24)이 정렬된 지점을 나타낸다. 도 9에서는 집진판(21)에 형성된 모든 타공(22)의 중심에 방전침(24)이 정렬되었으며, 타공(22)과 타공(22)사이도 일정한 간격으로 방전침(24)이 정렬되었다.

도 10은 도 9와 동일한 집진판(21)에 대해, 방전극(23)의 수량, 배치 구조 및 방전극(23)에 형성된 방전침(24)의 수량과 배치가 상이한 본 발명의 제5실시예를 보여준다. 도 10에서는 방전극(23)이 4개가 사용되며, 방전극(23)은 전단에 위치한 집진판(21)의 타공(22) 중심에 길이방향으로 정렬되며, 방전침(24)은 전단 집진판(21) 타공(22)의 중심점에 정렬되도록 배치된다. 따라서 후단 집진판(21)에 대한 방전극(23) 배치는 타공(22) 사이에 정렬되며, 특히 방전침(24)은 주변 4개의 타공(22) 중심점으로부터의 거리가 동일한 지점에 정렬된다.

도 11은 본 발명에 의한 제6실시예로서, 도 10에 나타낸 집진판(21)과 동일한 집진판(21)이 적용되며, 다만 방전극(23)에 형성된 방전침(24)의 정렬이 도 10의 방전침(24)과 상이한 구조를 갖는다. 도 11의 방전극(23)에는 전단 집진판(21)을 향하는 방전침(24)은 전단 집진판(21)의 타공 중심점에 정렬되도록 형성되고, 후단 집진판(21)을 향하는 방전침(24)은 후단 집진판(21)의 인접하는 두 타공(22) 사이의 중간 지점에 정렬되도록 형성된다. 도 12는 상기 도 11에서 나타낸 본 발명의 제6실시예에 따른, 집진판(21)과 방전극(23)이 적용된 전기집진장치(100)가 덕트(11) 내에 설치된 사시도를 보여주고 있다.

도 13은 본 발명의 제7실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 도시한 것이다. 도 13의 전기집진장치(100)와 앞선 실시예에 의한 전기집진장치(100) 사이의 차이점은 도 13에 적용된 집진판(21)이 평단면도 상에서 집진판(21)의 너비방향을 따라 주기적으로 절곡된 형상을 갖는다는 점이다. 즉, 도 13의 집진판(21)은 도 14에 도시한 바와 같이 집진판(21)의 길이방향으로 절곡된 형상을 가지며, 집진판(21)의 너비방향을 따라 반복된 형태의 절곡 형상을 갖는다. 이러한 절곡된 형태의 집진판(21)은 앞선 실시예에서 보여준 평판형 집진판(21)에 비해 기계적 강도가 우수하기 때문에 길이가 수 m에서 십 수 m에 이르는 실제 전기집진장치의 집진판(21)으로서 높은 적용성을 갖는다. 즉, 절곡된 형상의 집진판(21)을 사용함으로써 집진판(21)이 물리적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 13의 절곡 집진판(21)의 수평 단면도에서 볼 수 있듯이, 일정한 절곡형태로 주기적으로 절곡된 집진판(21)은 집진판(21) 너비 방향으로 직선 구간이 존재하며, 이러한 직선 구간은 처리가스 흐름방향에서 보았을 때 절곡 집진판(21)의 길이방향으로 형성된 일정한 폭의 평면에 해당된다. 그림 14에서 도시하였듯이 이러한 평면 부분에 선택적으로 타공(22)이 형성되며, 처리가스 유입부로부터 가까운 순서대로 첫 번째 집진판(21)은 세 번째 집진판(21)과 동일한 타공 구조를 가지며, 두 번째 집진판(21)에는 타공(22)의 중심점이 첫 번째 및 세 번째 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심점과 일치하지 않도록 타공(22)이 형성된다.

보다 구체적으로 도 13에서 모든 집진판(21)은 처리가스 흐름방향으로 볼록하게 형성된 평면 부분에 타공(22)이 형성되었으며, 방전극(23)은 마주보는 두 집진판(21) 사이에 위치하는데, 처리가스 흐름방향을 기준으로 방전극(23)의 전단에 위치하는 집진판(21)에 형성된 타공(22) 중심에 정렬되도록 배치된다. 또한 도 14에서 보듯이 방전침(24)은 방전극(23) 전단에 위치한 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 중심에 정렬하도록 형성된다. 도 13의 실시예에서는 첫 번째 절곡 집진판(21)의 타공(22)에 정렬된 방전극(23)과 방전침(24)은 두 번째 절곡 집진판(21)에 대해서는 타공(22)이 형성되지 않은 면에 정렬되어 있다.

절곡된 형태를 갖는 집진판(21)의 절곡 형상은 집진판(21)의 너비 방향으로 주기성을 갖도록 집진판(21)의 길이 방향으로 절곡되는 것이 바람직하며, 절곡 집진판(21)에서 타공(22)이 형성된 집진판(21) 평면의 너비(W1)와 타공(22)이 형성되지 않은 집진판(21) 평면의 너비(W2)의 크기는 다양한 값을 가질 수 있으나, W1/W2의 값은 0.8∼1.2 사이를 유지하는 것이 바람직하다. 또한 절곡된 형태의 집진판(21)에 대응하는 방전극(23)과 방전침(24)의 수량과 배치 형식은 매우 다양한 조합을 가질 수 있으나, 처리가스의 흐름 방향을 기준으로 방전극(23) 전단에 위치한 집진판(21)의 타공(22) 중심에 방전극(23)과 방전침(24) 정렬되도록 구성되는 것이 바람직하다. 도 15는 도 13과 도 14에 도시한 제7실시예에 따른 전기집진장치(100)의 사시도를 보여준다.

도 16은 본 발명의 제8실시예에 따른 전기집진장치(100)의 절곡된 집진판(21)과 방전극(23)을 도시한 것이다. 도 13 내지 도 15에 도시한 절곡된 집진판(21)의 타공(22)은 원형이나, 도 16에 도시된 절곡 집진판(21)에 형성된 타공(22)은 집진판(21) 길이방향으로 길쭉하게 형성된 사각형상을 갖는다. 이러한 사각 형태의 타공(22)을 적용하는 이유는 집진판(21)의 타공율을 높여 처리가스가 타공(22)을 통과할 때 발생하는 압력손실을 줄이고자 함에 있다. 본 발명의 평판형 집진판(21) 또는 절곡형 집진판(21)에 있어서, 각 집진판(21)에 형성된 타공(22)의 면적과 처리가스 흐름방향에서 바라보는 집진판(21)의 정면도에 해당되는 면적사이의 비율을 타공율이라 할 때, 본 발명의 전기집진장치(100)에 적용되는 바람직한 타공율의 비율은 15%∼35% 이다. 본 발명에서 각 집진판(21)은 처리가스 유동 방향에 수직으로 설치되기 때문에 집진판(21)의 타공율이 낮을 경우 처리가스가 타공(22)을 통과할 때 유속이 증가하게 되고 이로 인해 압력손실이 증가하게 된다. 또한 집진판(21)의 타공율이 높을 경우 먼지입자가 포집되는데 필요한 집진면적이 감소하기 때문에 집진효율이 낮아지게 된다. 전기집진장치에서는 낮은 압력손실과 높은 집진효율이 동시에 요구되기 때문에 각 적용처에 따라 요구되는 성능조건에 맞도록 집진판(21)의 타공율을 조정하여 사용할 필요가 있으며, 본 발명에서는 집진판(21)의 바람직한 타공율로 15%∼35%를 제시하고 있다.

도 17은 도 16의 직사각형 타공(22)이 형성된 절곡 집진판(21)을 보다 상세히 도시한 것이다. 도 17에서는 절곡 집진판(21)의 타공(22)이 형성된 집진판(21) 평면의 너비(W1)와 타공(22)이 형성되지 않은 집진판(21) 평면의 너비(W2)가 동일한 크기인 집진판(21)을 보여주고 있으나 W1과 W2는 다양한 크기 비율을 가질 수 있다. 또한 도 17에 도시한 사각형태의 타공(22)은 제작의 편의성, 집진판(21)의 기계적 강도, 타공율, 집진효율, 압력손실 등을 고려해서 다양한 형상을 가질 수 있으나, 타공의 폭(W3)는 타공(22)이 형성된 집진판(21) 평면의 너비(W1)보다 작은 값을 갖도록 타공(22)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한 사각 형태 타공(22)의 길이(L)는 전체 집진판(21)의 길이를 고려하여 결정되어야 하며, 사각 형태 타공(21)의 네 모서리는 기계적 강도, 가공성, 처리가스의 유동 특성을 고려하여 소정의 곡률반경(R)을 갖는 곡선으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 18a와 도 18b는 각각 본 발명의 제9실시예 및 제10실시예에 따른 전기집진장치(100)의 절곡된 집진판(21)과 방전극(23)의 배치를 도시한 것이다

도 18a는 도 13의 제7실시예에 따른 전기집진장치(100)의 절곡 집진판(21) 및 방전극(23)의 배치에 방전극(23)을 추가한 것으로, 처리가스 유입구로부터 가까운 순서대로 첫 번째 절곡 집진판(21)의 전단에 방전극(23)이 첫 번째 절곡 집진판(21)의 타공(22) 중심에 정렬하도록 배치되며, 세 번째 절곡 집진판(21)의 후단에도 방전극(23)이 세 번째 절곡 집진판(21)의 타공(22) 중심에 정렬하도록 배치되는 형태의 전기집진장치(100) 실시예를 보여준다.

도 18b는 본 발명의 제10실시예에 따른 전기집진장치(100)를 도시한 것으로, 처리가스 유입구로부터 가까운 순서대로 위치한 첫 번째 절곡 집진판(21)은 도 18a의 제9실시예에 따른 전기집진장치(100)의 첫 번째 절곡 집진판(21)과 타공(22)의 방향과 배치가 동일하나, 두 번째 절곡 집진판(21)은 타공(22)이 형성되지 않은 평면이 처리가스 흐름방향으로 볼록하게 형성되어 있고, 타공(22)이 형성된 평면은 처리가스 흐름방향에 맞서도록 볼록하게 형성되어 있다. 또한 세 번째 절곡 집진판(21)도 타공(22)이 형성되지 않은 평면과 타공(22)이 형성된 평면의 돌출 방향이 두 번째 절곡 집진판(21)과 동일하다. 다만 제9실시예 및 제10실시예에 동일하게 적용된 것은, 마주보는 두 개의 절곡 집진판(21) 중, 하나의 절곡 집진판(21)의 타공(22)이 형성되지 않은 평면은, 다른 하나의 절곡 집진판(21)의 타공(22)이 형성되지 않은 평면과 서로 마주보도록 배치되었다는 점이다. 이러한 배치는 먼지입자의 대전 효율을 증가시키면서도 먼지입자가 포집될 수 있는 충분한 집진 면적을 제공한다는 측면에서 전기집진장치(100)의 집진효율을 높이는데 기여한다.

도 19는 본 발명의 전기집진장치(100)에 적용 가능한 다양한 형태의 방전극(23) 및 방전침(24)을 보여주고 있다. 방전극(23)은 기본적으로 집진판(21)의 길이방향으로 배치되기 때문에 길쭉한 형태의 막대기, 배관, 봉, 판재 등이 사용될 수 있으며, 방전침(24)은 못, 와이어, 침 등과 같이 끝단이 뾰족한 형상을 갖는다. 방전침(24)의 경우 굵기가 가늘수록, 끝단의 뾰족함이 예리할수록 높은 방전효율을 갖지만, 장기간 운전시 방전 스파크 등에 의해 손상될 수 있기 때문에 운전의 안정성 등을 고려하여 끝단의 각도는 15° 이상을 유지하는 것이 바람직하다.

도 20은 본 발명의 제11실시예에 따른 전기집진장치(100)에 적용되는 다양한 형태의 집진판(21)을 도시한 것이다. 일반적으로 전기집진장치(100)의 집진판(21)은 수 m에서 십 수 m까지의 길이를 갖는다. 본 발명에서는 집진판(21)이 처리가스의 유동방향에 수직으로 배치되고, 처리가스가 집진판(21)에 형성된 타공(22)을 통과하게 된다. 따라서 본 발명의 전기집진장치(100)에서 예상되는 문제 중 하나는, 일정한 크기와 배열의 타공(22)으로 형성된 집진판(21)의 경우, 처리가스가 집진판(21)의 길이방향으로 균일하게 분산되지 않을 수 있다는 점이다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 본 발명에서는 유입되는 처리가스가 균일하게 분산되도록 집진판(21)의 길이 기준으로 집진판(21)의 중간 부분은 타공(22)의 크기를 줄이거나 타공율이 낮아지도록 타공(22)을 형성 및 배치하고, 집진판(21)의 길이 기준으로 양 끝 부분은 타공(22)의 크기를 키우거나 타공율이 높아지도록 타공(22)을 형성 및 배치한 형태의 집진판(21)을 적용한 전기집진장치(100)를 제공하고자 한다. 도 20에서는 크기가 다른 타공(22)이 집진판(21) 길이 기준으로 중간부와 상하부에 각각 구분되어 배치된 절곡 집진판(21)을 보여주고 있으며, 도 20의 상부에 위치한 집진판(21)과 하부에 위치한 집진판(21)은 각각 원형 타공(22)과 사각 형상의 타공(22)이 적용된 예시를 보여주고 있다.

도 21은 본 발명의 제12실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 도시한 것이다. 도 21에서는 격벽(31)에 의해 4개의 채널로 구획된 덕트(11)의 각 채널에 2개의 집진판(21)과 1개 열의 방전극(23)으로 구성된 집진유닛(20)과, 상기 집진유닛(20)에 대응되도록 상기 집진유닛(20)의 후단에 배치된 유동차단장치(32)를 보여주고 있다. 유동차단장치(32)는 댐퍼와 같은 유동차단수단이라 할 수 있으며, 채널별 각 유동차단장치(32)는 독립적으로 운전될 수 있도록 구성된다. 상기 유동차단장치(32)는 각 집진유닛(20)의 집진판(21)에 포집된 먼지를 제거할 때 해당 채널의 유동을 차단한다. 처리가스 유동이 있는 상태에서는 집진판(21)에 포집된 먼지를 제거하기가 어려울 뿐만 아니라 제거된 먼지가 유동에 의해 후단으로 재비산되어 결과적으로 집진효율을 저하시키며, 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로 유동차단장치(32)가 적용된다.

도 22는 본 발명의 제13실시예에 따른 전기집진장치(100)의 평단면도를 도시한 것이다. 도 22는 도 21과 동일한 집진유닛(20) 및 유량차단장치(32) 구성을 갖추고 있으며, 추가적으로 각 채널별 집진유닛(20)의 방전극(23)에는 독립적으로 고전압이 인가되고 차단될 수 있도록 고전압 스위치(62)가 고전압 발생장치(61)와 각 채널별 집진유닛(20)의 방전극(23) 사이에 위치하는 것이 특징이다.

본 발명의 제13실시예에 따른 전기집진장치(100)의 고전압 스위치(62)는 채널별 집진유닛(20)의 집진판(21)에 포집된 먼지를 제거할 때 고전압 인가를 차단시키고, 상기 유량차단장치(32)를 작동하여 해당 구획부의 유동을 차단한다. 방전극(23)에 고전압이 인가된 상태에서는 집진판(21)에 포집된 먼지를 제거하기 어렵기 때문에 장시간 운전시 집진효율을 저하시키게 된다. 따라서 본 발명의 제13실시예에서는 유량차단장치(32)와 고전압 스위치(62)를 포함하고 있어, 유동차단과 고전압 인가를 차단한 후에 각 채널별 집진유닛(20)에 포집된 먼지를 제거할 수 있기 때문에 전기집진장치(100)의 집진효율과 운전안정성을 개선할 수 있다.

11:덕트
20:집진유닛
21:집진판
22:타공
23:방전극
24:방전침
31:격벽
32:유동차단장치
41:먼지입자
51:전기장
52:가스이온 또는 전자
61:고전압 발생장치
62:고전압 스위치
100:전기집진장치

Claims (10)

1. 먼지를 함유한 처리가스가 흐르는 덕트 내에,
   상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있으며 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치된 집진판;과
   상기 집진판은 복수 개가 상기 처리가스의 유동 방향으로 서로 이격된 구조로 배치되며,
   서로 마주보는 상기 집진판 사이에 복수 개가 배치되어 코로나 방전이 발생하도록 하는 방전극;
   을 포함하며,
   상기 집진판은 전기적으로 접지되며,
   상기 방전극에는 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 집진판은 수직방향 길이과 수평방향 너비를 갖으며,
   길이 방향과 너비 방향으로 각각 일정한 간격으로 형성된 타공 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   소정의 간격으로 이격되어 서로 마주보는 2개의 상기 집진판에 있어서,
   하나의 집진판에 형성된 타공의 중심점은 다른 하나의 집진판에 형성된 타공의 중심점과 유동방향으로 일직선 상에 있지 않도록 집진판의 타공이 배열된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 집진판은 길이 방향으로 절곡된 형태를 갖되, 너비 방향으로 일정한 폭만큼 평면이 주기적으로 형성되며, 상기 주기적으로 형성된 평면에는 다수 개의 타공이 선택적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 방전극은 상기 처리가스 유동방향을 기준으로 상기 방전극 바로 전단에 위치한 집진판의 타공 중심에 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방전극은 끝단이 뾰족한 형태의 방전침을 포함하며, 상기 방전침은 상기 처리가스 유동방향과 평행하게 방전극에 형성되며, 상기 방전침은 상기 처리가스 유동방향을 기준으로 상기 방전극 바로 전단에 위치한 집진판의 타공 중심에 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 방전극은 끝단이 뾰족한 형태의 방전침을 포함하며, 상기 방전침은 서로 마주보는 상기 집진판을 각각 향하도록 형성되며, 상기 방전침의 끝단과 서로 마주보는 상기 집진판 사이의 이격 거리가 동일하도록 상기 방전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 방전극은 상기 덕트 내에 배치된 복수 개의 집진판 중에서 상기 처리가스 유동 방향을 기준으로 가장 앞에 위치하는 집진판의 전단에 추가로 배치되고, 상기 처리가스 유동 방향을 기준으로 가장 뒤에 위치하는 집진판의 후단에 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
9. 먼지를 함유한 처리가스가 흐르는 덕트 내에,
   상기 덕트의 폭 방향으로 복수 개로 구획된 채널에 설치되되,
   상기 처리가스가 통과할 수 있도록 다수 개의 타공이 형성되어 있으며 상기 처리가스의 유동 방향에 수직하게 배치되며 상기 처리가스의 유동 방향으로 서로 이격된 복수 개의 집진판과, 서로 마주보는 상기 집진판 사이에 배치되는 복수 개의 방전극을 포함하는 집진유닛;과
   상기 집진유닛을 구성하는 상기 집진판과 상기 격벽 및 상기 덕트는 모두 전기적으로 접지되며,
   상기 집진유닛을 구성하는 상기 방전극은 서로 전기적으로 연결되어 고전압이 인가되며,
   상기 덕트 내에 복수 개로 구획된 채널에 설치되되,
   상기 집진유닛의 전단과 후단 중 적어도 어느 한 곳에 위치하고, 상기 집진유닛을 통과하는 유동을 선택적으로 차단할 수 있는 유동차단장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 집진유닛의 방전극에 인가되는 고전압을 발생시키는 고전압 발생장치;와,
    상기 각 채널별 집진유닛과 상기 고전압 발생장치 사이에 위치하여 고전압을 차단하고 연결할 수 있도록 하는 고전압 스위치;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
    
    
    
    

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