KR20230104304A - 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치 - Google Patents

하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치는, 공기 이동 경로 상에서 공기 이동 방향과 나란하게 배치되는 복수의 집진전극을 포함하는 집진부; 인접한 한 쌍의 집진전극 중 일측 집진전극에는 고전압을 인가하고 타측 집진전극에는 상기 고전압과 반대 극성의 전압을 인가하거나 접지하는 고전압 인가부; 및 상기 일측 집진전극의 공기 유입측 단부로부터 타측 집진전극을 향해 돌출되고, 상기 일측 집진전극과 전기적으로 연결되어 고전압이 인가되는 하전부;를 포함하고, 상기 집진전극은 유연성을 가지는 집진필름 및 상기 집진필름의 테두리를 지지하는 강성 재질의 고정프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치 {Electrostatic precipitator using non-metallic dust collecting plate with added charging function}
본 발명은 습한 환경에 적용 가능한 전기 집진장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집진판을 필름형으로 구성하면서도 대면적화할 수 있을 뿐만 아니라 집진판에 하전 기능을 추가함으로써 장치의 구성을 간소화할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 관한 것이다.
전기 집진기는 공기 중에 포함된 먼지 등의 오염물질을 하전시키고 하전된 오염물질을 정전기력에 의해 집진판에 집진시켜 공기가 정화되도록 하는 장치이다.
일반적인 전기집진기는 대한민국 등록특허 제10-1610024호(특허문헌 1)와 같이 공기중의 먼지를 하전시키는 하전부(10)와, 상기 하전부(10)에서 하전된 먼지 입자를 집진하는 집진부(20)를 포함하여 구성된다.(도 1 참조)
상기 하전부(10)는 텅스텐 재질의 가는 와이어 형상으로 이루어져 양극을 형성하는 방전선(11) 및 상기 방전선(11)과 일정한 높이차를 두고 상하로 설치되어 음극을 형성하는 한 쌍의 방전대응극판(12)을 포함할 수 있다.
고전압을 방전선(11)에 인가하면 방전선(11)과 방전대응극판(12) 사이에 형성된 높은 전위차에 의하여 전류가 흐르기 시작하면서 코로나 방전이 일어나 화살표 방향과 같이 흐르는 공기중의 먼지를 하전시키게 된다. 방전선(11)과 방전대응극판(12)은 일정간격으로 나란히 복수 개가 설치될 수 있다.
상기 집진부(20)는 하전부(10)에서 하전된 먼지입자를 포집하기 위하여 제1집진전극(21)과 제2집진전극(22)을 교대로 적층함으로서 형성되며, 상기 제1집진전극(21)에는 상기 방전선(11)과 동일한 극성의 고전압을 인가하고, 상기 제2집진전극(22)에는 상기 고전압과 반대 극성의 전압을 인가하거나 접지한다.
고전압을 방전선(11)에 인가하면 방전선(11)과 방전대응극판(12) 사이에 형성된 높은 전위차에 의하여 전류가 흐르기 시작하면서, 코로나 방전이 일어나 공기 중의 먼지입자를 플러스(plus)로 하전시킨다. 하전부(10)에서 플러스(plus)로 하전된 먼지입자는 집진부(20)를 통과하는 과정에서 상대적으로 마이너스(minus)측의 제2집진전극(22)에 포집된다.
이러한 전기집진기는 복수 개의 제1집진전극과 복수 개의 제2집진전극을 교대로 배치하여 집진 효율을 높일 수 있다.
종래에 상기 집진판은 금속판으로 제작되는 것이 일반적인데, 서스(SUS) 등의 금속판의 경우 반도체 장비와 같이 부식성 가스가 포함되는 공기를 대상으로 하는 경우 쉽게 부식될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 집진판의 크기(면적)가 커질 경우 금속판으로 얇게 제작하는 것이 어렵고 무게가 무거워진다는 문제점이 있다. 최근에는 탄소섬유강화수지(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)를 이용한 전도성 비금속 판이 부식 환경에 적용되고 있으나, 1 m 이상 크기가 커질 경우 평탄도를 유지하기 위해 최소 5 mm 이상의 두께로 제작되어야 하기 때문에, 내부식성은 우수하나 기존 SUS에 비해 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라, 기저 필름에 탄소와 같은 전도성 물질을 코팅시켜 제작되는 필름 타입의 집진판이 사용되고 있다. 이 경우, 내부식성이 강하고 가볍고 제조단가가 낮고 대량으로 생산할 수 있어서, 전술한 금속판 타입의 집진판 및 CFRP 타입의 집진판이 가지고 있는 문제점을 해결할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 바와 같이 대한민국 등록특허 제10-1839557호(특허문헌 2)에 개시된 집진 필름(540a)의 경우, 평탄도 확보를 위해 한 변은 단변으로 구성하고 다른 변은 장변으로 구성하되, 장변 측에는 일정한 간격으로 복수의 간격유지부를 배치함으로써 복수의 필름(540a) 사이의 간격 유지 및 평탄도를 유지하고 있다.
이와 같이, 종래의 필름 타입의 집진판은 유연성 재질의 특성으로 인해 집진판의 폭이 10cm 내외로 제작되는 것이 일반적이어서, 소형인 가정용 공기청정기에만 적용되는 실정이다. 이는 집진판의 폭이 10cm 이상으로 커지게 되면 탄소를 코팅하고 건조하는 과정에서 열에 의해 필름 타입의 집진판이 쉽게 구부러져 평탄도가 급격히 떨어지기 때문이다. 뿐만 아니라, 유연성 재질의 특성으로 인해 필름 타입의 집진판의 크기가 커질 수록 평탄도를 확보하기가 어려워 인접 집진판과의 간격 유지가 곤란하므로 집진판을 대형화 할 수 없는 문제가 발생한다.
또한, 오염 공기에 다량의 수분이 포함된 경우, 집진판과 간격유지부의 연결부위에 수분 및 물방울이 달라붙어 두 인접 집진판들 사이의 전위차가 감소하여 전기장이 형성되지 않거나 절연성이 없어져 인접 집진판과의 사이에서 절연파괴로 인해 잦은 고장 및 기능 저하를 일으키므로, 필름 타입의 집진판은 비교적 건조한 실내 환경에만 사용해야 하는 문제가 있다.
특히, 종래의 전기 집진기는 가정용 공기청정기로 널리 사용되어 왔는데, 최근에는 지하철 역사 공조기, 반도체 제조 공정, 화력 발전소 등 대형 공간이나 산업용 초대형 설비의 배기정화용으로 사용되고 있다. 많은 양의 오염공기를 정화하기 위해 장치의 처리 용량이 커짐에 따라서 사용되는 집진판의 크기도 커질 수밖에 없는데, 전술한 바와 같이 필름 타입의 집진판은 금속판 타입의 집진판이 가지고 있는 문제를 해결할 수 있음에도 불구하고, 대형으로 제작할 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 1과 같은 와이어 방전극은 풍속 등으로 인해 와이어가 진동하게 되고, 이와 같은 진동으로 인해 와이어가 빈번하게 끊어지는 문제가 발생하며, 와이어가 끊어지는 경우 포집대상에 대한 충분한 하전이 이루어지지 못하는 문제가 발생하여 즉시 방전부의 유지보수가 이루어져야 하지만 종래 와이어 방식을 이용하는 전기집진장치에 있어서 와이어의 유지보수가 매우 어려운 문제가 있다. 따라서, 구조적으로 단순하고 각 구성들의 기계적 강성이 높으면서 풍속으로 인한 진동의 영향이 없을 뿐만 아니라 유지보수가 용이한 방전극 구조가 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1610024호 대한민국 등록특허 제10-1839557호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 집진판을 필름형으로 구성하면서도 대면적화할 수 있을 뿐만 아니라 집진판에 하전 기능을 추가함으로써 장치의 구성을 간소화할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치를 제공함에 있다.
또한, 하전부를 구성하는 방전극의 유지보수가 용이하면서도 기계적 내구성을 확보할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치를 제공함에 있다.
또한, 집진전극을 유연성을 갖는 필름형으로 구성하여 대면적화 하면서도 집진전극의 평탄도를 확보할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치를 제공함에 있다.
또한, 집진전극에 수집되는 수분의 배출이 용이하게 이루어지도록 하여 집진전극 간의 절연파괴로 인한 고장 및 기능 저하를 방지할 수 있으므로 고부식성 수분을 포함하는 다습한 환경에서도 원활하게 사용할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치를 제공함에 있다.
또한, 서로 다른 전기적 특성을 갖는 복수의 집진전극들을 구조적, 전기적으료 연결하면서도 인접 집진전극과 전기적으로 간섭되지 않도록 할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공기 이동 경로 상에서 공기 이동 방향과 나란하게 배치되는 복수의 집진전극을 포함하는 집진부; 인접한 한 쌍의 집진전극 중 일측 집진전극에는 고전압을 인가하고 타측 집진전극에는 상기 고전압과 반대 극성의 전압을 인가하거나 접지하는 고전압 인가부; 및 상기 일측 집진전극의 공기 유입측 단부로부터 타측 집진전극을 향해 돌출되고, 상기 일측 집진전극과 전기적으로 연결되어 고전압이 인가되는 하전부;를 포함하고, 상기 집진전극은 유연성을 가지는 집진필름 및 상기 집진필름의 테두리를 지지하는 강성 재질의 고정프레임을 포함하는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 하전부는 상기 일측 집진전극의 공기 유입측 단부의 양측 면으로부터 각각 돌출되는 제1방전극과 제2방전극을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1방전극은 상기 일측 집진전극을 관통하는 삽입핀을 포함하고, 상기 제2방전극은 상기 일측 집진전극을 관통한 삽입핀과 결합하는 결합홈을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 집진필름은 유연성을 가지는 베이스필름 및 상기 베이스필름의 표면에 코팅되는 도전층을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정프레임은 전도성 재질로 형성되고, 상기 도전층은 상기 고정프레임을 통해 상기 고전압 인가부와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 집진전극은 고전압이 인가되는 복수의 제1집진전극, 상기 고전압과 반대 극성의 전압이 인가되거나 접지되고 상기 제1집진전극과 교대로 반복 배치되는 복수의 제2집진전극을 포함하고, 상기 복수의 제1집진전극과 상기 복수의 제2집진전극은 제1고정로드 및 제2고정로드에 의해 각각 구조적,전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1집진전극과 제2집진전극 중 어느 하나의 집진필름에는 상기 제1고정로드 또는 제2고정로드가 접촉하지 않으면서 관통할 수 있는 간섭방지홀이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1고정로드 및 제2고정로드는 상기 고정프레임에 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 타측 집진전극의 고정프레임은 집진필름의 하단부를 지지하는 하부프레임을 포함하고, 상기 하부프레임의 상부면은 경사면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부프레임에는 상기 경사면을 따라 흘러내리는 물방울을 배출할 수 있는 배수홀이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배수홀은 상기 하부프레임의 일부가 생략되어 상기 집진필름이 노출되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배수홀의 하부에 배치되고 상기 배수홀을 통해 배출되는 물방울을 집수하여 외부로 배출하는 배수관을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 집진판을 필름형으로 구성하면서도 대면적화할 수 있을 뿐만 아니라 집진판에 하전 기능을 추가함으로써 장치의 구성을 간소화할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치가 제공된다.
집진판을 필름형으로 구성하면서도 대면적화할 수 있을 뿐만 아니라 집진판에 하전 기능을 추가함으로써 장치의 구성을 간소화할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치가 제공된다.
또한, 하전부를 구성하는 방전극의 유지보수가 용이하면서도 기계적 내구성을 확보할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치가 제공된다.
또한, 집진전극을 유연성을 갖는 필름형으로 구성하여 대면적화 하면서도 집진전극의 평탄도를 확보할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치가 제공된다.
또한, 집진전극에 수집되는 수분의 배출이 용이하게 이루어지도록 하여 집진전극 간의 절연파괴로 인한 고장 및 기능 저하를 방지할 수 있으므로 고부식성 수분을 포함하는 다습한 환경에서도 원활하게 사용할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치가 제공된다.
또한, 서로 다른 전기적 특성을 갖는 복수의 집진전극들을 구조적, 전기적으료 연결하면서도 인접 집진전극과 전기적으로 간섭되지 않도록 할 수 있는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치가 제공된다.
도 1은 일반적인 2단 전기집진장치의 기본적 원리를 나타낸 도면,
도 2는 종래 필름 형태의 집진판과 간격유지부의 조립구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 사시도,
도 4도 3은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 사시도,
도 4는 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 분해사시도,
도 5는 도 4에 도시된 제1집진전극 및 하전부의 분해사시도,
도 6은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 측면도,
도 7은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 평면도,
도 8은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 제1집진전극의 정면도,
도 9는 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 하전 및 집진 작용을 나타낸 작용도,
도 10은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 제2집진전극의 배수작용을 나타낸 작용도,
도 11은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 제2집진전극의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 3은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 사시도, 도 4는 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 분해사시도, 도 5는 도 4에 도시된 제1집진전극 및 하전부의 분해사시도, 도 6은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 측면도, 도 7은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치의 평면도, 도 8은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 제1집진전극의 정면도, 도 9는 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 하전 및 집진작용을 나타낸 작용도, 도 10은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 제2집진전극의 배수작용을 나타낸 작용도, 도 11은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치에 따른 제2집진전극의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치는 하우징, 집진부(110), 고전압 인가부(130) 및 상기 집진부(110)에 형성되는 하전부(120)를 포함한다.
상기 하우징(미도시)은 집진 대상이 되는 오염 공기의 이동 통로를 형성하는 것으로, 일측에는 유입구가 형성되고 타측에는 유출구가 형성된다.
상기 집진부(110)는 상기 하우징 내부의 공기 이동 경로 상에서 공기의 이동 방향과 나란하게 배치되는 복수의 집진전극을 포함한다. 이러한 집진부(110)는 정전기력을 이용해 인접한 한 쌍의 집진전극 사이를 통과하는 공기 중의 하전된 입자를 포집하기 위한 것으로서, 서로 인접한 한 쌍의 집진전극 중 일측 집진전극에는 고전압이 인가되고 타측 집진전극에는 상기 고전압과 반대 극성의 전압이 인가되거나 접지될 수 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 고전압이 인가되는 집진전극을 제1집진전극(110a), 반대 극성의 전압이 인가되거나 접지되는 집진전극을 제2집진전극(110b)으로 구분하여 설명한다. 이러한 집진부(110)는 집진 성능을 향상시키기 위해 복수의 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)을 포함할 수 있으며, 복수의 제2집진전극(110b)을 일정 간격 이격 배치하고, 인접한 한 쌍의 제2집진전극(110b) 사이에 제1집진전극(110a)을 각각 배치하는 것이 바람직하다.
상기 제1집진전극(110a)은 유연성을 갖는 필름 형태의 집진필름(111) 및 상기 집진필름(111)의 테두리를 지지하는 강성 재질의 고정프레임(112)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 집진필름(111)은 유연성을 가지는 비금속-비전도성 베이스필름(111a), 상기 베이스필름(111a)에 형성되는 전기 전도성의 도전층(111b) 및 상기 도전층(111b) 상에 절연 물질로 형성되는 코팅층(111c)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 베이스필름(111a)은 유연성을 가지는 비금속-비전도성 재료로 이루어지며, 비금속-비전도성 재료로서 플라스틱, 예컨대 PET(polyethylene terephthalate), PVC(polyvinyl chloride) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 도전층(111b)은 카본 코팅을 통해 형성될 수 있다. 카본은 비금속이지만 전기 전도성을 가지고, 금속과 비교될 수 없을 정도로 가볍다. 그리고 부식성 가스에 대하여 강한 내부식성을 가진다는 장점도 있다. 나아가, 베이스필름(111a)에 코팅을 하는 방법으로 쉽게 제조할 수 있으며, 제조 단가가 저렴하다는 장점이 있다. 이러한 도전층(111b)은 상기 베이스필름(111a)보다 약간 작게 형성되는 것이 바람직하다. 즉 도전층(111b)의 가장자리는 베이스필름(111a)의 가장자리 내측에 형성되도록 하여, 도전층(111b)의 가장자리가 외부로 노출되지 않도록 한다. 이는 도전층(111b)에 고전압이 인가될 때 스파크가 발생하지 않도록 하고 전기적으로 안정되도록 한다.
또한, 상기 코팅층(111c)은 상기 도전층(111b) 상에 형성되는 절연 물질(예를 들어, 플라스틱)로 이루어질 수 있다. 코팅층(111c)은 베이스필름(111a)과 같은 크기로 형성되어, 코팅층(111c)과 베이스필름(111a) 사이에 도전층(111b)이 형성되고, 전술한 바와 같이 도전층(111b)의 가장자리가 외부로 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 카본 코팅으로 형성되는 도전층(111b)은 도전층(111b) 자체가 강한 내부식성을 가지나, 상기 코팅층(111c)에 의해 더욱 강한 내부식성을 가질 수가 있다.
상기 도전층(111b)과 코팅층(111c)은 도 5와 같이 상기 베이스필름(111a)의 양측에 각각 형성될 수 있으며, 필요에 따라 상기 베이스필름(111a)의 일측에만 형성될 수 있다.
상기 고정프레임(112)은 전도성을 갖는 딱딱한 강성 재질로 이루어지고 상기 집진필름(111)의 테두리를 지지한다. 이러한 고정프레임(112)은 상기 집진필름(111)이 팽팽하게 잡아당겨진 상태에서 상기 집진필름(111)의 가장자리를 따라 결합되는 것으로서, 상기 집진필름(111)의 가장자리에 본딩을 통해 고정될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 기구적 결합에 의해 고정되는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 강성 재질의 고정프레임(112)에 의해 유연성을 갖는 집진필름(111)의 평탄도를 유지할 수 있어 쉽게 휘거나 굴곡되지 않는 폭 1m 이상을 가지는 필름 형태의 대면적 집진전극을 구현할 수 있다.
한편, 상기 집진필름(111)의 테두리에 위치한 코팅층(111c)에는 도전층(111b)의 일부가 노출되도록 하는 통전부(미도시)를 형성하여 상기 도전층(111b)과 고정프레임(112)이 전기적으로 연결될 수 있도록 한다. 한편, 상기 통전부에는 도전층(111b)과 고정프레임(112)의 전기적인 연결이 원활하게 이루어질 수 있도록 알루미늄 또는 동 재질의 접점부를 형성하는 것이 바람직할 것이다.
아울러, 제1집진전극(110a)의 공기 유입측 단부에 위치한 고정프레임(112)의 측면프레임에는 상기 하전부(120)의 설치를 위한 관통공(112d)이 길이방향을 따라 다수 형성될 수 있다.
상기 제2집진전극(110b)은 상기 제1집진전극(110a)과 마찬가지로 유연성을 가지는 집진필름(111) 및 고정프레임(112)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2집진전극(110b)의 고정프레임(112)은 집진필름(111)의 하부에 위치하는 하부프레임(112a)을 포함하는데, 이러한 하부프레임(112a)의 상부면이 소정의 기울기를 갖는 경사면(112b)으로 이루어지고, 상기 경사면(112b)의 최하단에는 배수홀(112c)이 형성되며, 측면프레임에는 하전부(120)의 설치를 위한 관통공(112d)이 형성되지 않은 점에서 상기 제1집진전극(110a)의 고정프레임(112)과 구성의 차이를 갖는다.
한편, 상기 고정프레임(112)의 하부프레임(112a)을 제외한 나머지 구성은 제1집진전극(110a)과 동일하게 이루어지므로, 동일 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
즉, 상기 제2집진전극(110b)의 고정프레임(112)을 구성하는 하부프레임(112a)은 일 영역에 배수홀(112c)이 형성되고, 상기 배수홀(112c)과 접하는 하부프레임(112a)의 상부면은 상기 배수홀(112c)을 향해 하향 경사 배치되는 경사면(112b)으로 이루어질 수 있으며, 상기 배수홀(112c)은 하부프레임(112a)의 일부가 생략되는 형태로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 배수홀(112c)은 도 10과 같이 하부프레임(112a)의 중앙에 형성되거나 도 11의 (a)와 같이 하부프레임(112a)의 일측 단부에 형성될 수 있으며, 수분의 효과적인 배출을 위해 도 11의 (b)와 같이 하부프레임(112a) 상에 다수 형성될 수 있다.
다습한 환경에서 집진 작동이 이루어지는 경우, 집진필름(111) 상에 포집된 수분들이 물방울(W) 형태로 흘러내려 상기 집진필름(111)의 표면과 단턱을 이루고 있는 하부프레임(112a)의 상부면에 수집될 수 있다. 이때, 하부프레임(112a)의 상부면에 수집된 물방울(W)이 집진필름(111)의 표면으로부터 돌출되는 형태가 됨에 따라, 인접 집진전극과의 전위차가 감소하여 전기장이 형성되지 않거나 인접 집진전극과의 사이에서 절연파괴로 인한 고장 및 기능 저하를 일으킬 우려가 있다.
본 실시예에 따르면, 집진필름(111) 상에 포집되어 물방울(W) 형태로 흘러내리는 수분이 경사면(112b)에 의해 배수홀(112c)로 유도되는데, 이때 상기 배수홀(112c)과 집진필름(111) 사이에 별도의 경계가 존재하지 않으므로, 배수홀(112c)을 통해 제2집진전극(110b) 하부로 원활하게 빠져나갈 수 있게 된다. 이에 따라 다습한 환경에서 미세먼지와 함께 포집되는 수분을 제2집진전극(110b)의 하부로 용이하게 배출할 수 있어 다습 환경에서 사용이 가능한 것은 물론, 포집된 수분이 제2집진전극(110b)에 머무르지 않고 배수홀(112c)을 통해 곧바로 배출될 수 있으므로 고부식성 다습 환경에서도 부식성을 갖는 수분에 의해 제2집진전극(110b)의 내구성이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제2집진전극(110b)의 하부프레임(112a)에 배수홀(112c)을 형성하여 제2집진전극(110b)에 포집된 수분을 배출하는 것에 대하여 설명하였으나, 다습한 환경에서 제1집진전극(110a)의 표면에 맺혀 하부로 흘러내리는 수분을 배출하기 위해 제1집진전극(110a)의 하부프레임(112a)에도 배수홀(112c)을 형성하는 것도 가능할 것이다.
상기 고전압 인가부(130)는 상기 제1집진전극(110a) 및 제2집진전극(110b)과 각각 전기적으로 연결되며, 상기 제1집진전극(110a)에 고전압을 인가하고 상기 제1집진전극(110a)과 인접한 제2집진전극(110b)에 상기 고전압과 반대 극성의 전압을 인가하거나 접지한다. 이러한 고전압 인가부(130)의 구성은 전기집진장치에 공통적으로 사용되는 공지의 구성에 해당하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 하전부(120)는 상기 제1집진전극(110a)의 공기 유입측 단부에 위치한 고정프레임(112)으로부터 상기 제1집진전극(110a)의 양측에 위치한 제2집진전극(110b)을 향해 돌출되도록 설치되는 것으로서, 상기 고정프레임(112)의 일측 면으로부터 돌출되는 제1방전극(121) 및 상기 고정프레임(112)의 타측 면으로부터 돌출되는 제2방전극(122)을 포함하며, 상기 제1집진전극(110a)과 전기적으로 연결되어 상기 제1집진전극(110a)과 동일한 고전압이 인가된다. 상기 제1방전극(121)과 제2방전극(122)은 각각 돌출단부가 뾰족한 원뿔형 또는 각뿔형의 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1방전극(121)은 상기 고정프레임(112)에 형성된 관통공(112d)을 관통하는 삽입핀(121a)을 포함하고, 상기 제2방전극(122)은 상기 고정프레임(112)을 관통한 삽입핀(121a)과 결합하는 결합홈(122a)을 포함할 수 있으며, 상기 삽입핀(121a)과 결합홈(122a)은 나사결합될 수 있다. 이에 따라 상기 제1방전극(121)과 제2방전극(122)의 기계적 강성을 증대시킬 수 있고, 유지보수 및 조립 편의를 개선할 수 있다.
지금부터는 상술한 습한 환경에 적용 가능한 전기 집진장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치는, 제1집진전극(110a)의 공기 유입측 단부에 하전부(120)가 배치됨에 따라, 제1집진전극(110a)에 설치된 하전부(120)와 제2집진전극(110b) 사이에서 코로나 방전이 발생되며, 이로 인해 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b) 사이로 유입되는 오염공기에 포함된 미세입자가 양이온(또는 음이온)으로 하전된다. 이어, 하전된 입자는 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b) 사이에서 전위차에 의해 형성되는 정전기력에 의해 접지된 제2집진전극(110b)의 표면에 포집된다.
구체적으로, 상기 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)은 소정간격 이격되어 나란하게 배치되는데, 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b) 사이의 전위차에 의해 생성되는 전기장의 힘으로 하전된 입자를 이동시켜 집진할 수 있다. 예를 들어, 제1집진전극(110a)에 양극의 고전압을 인가하면 제1집진전극(110a)과 동일한 고전압을 인가받는 하전부(120)에서 양이온을 생성하게 되며, 양이온으로 하전된 입자는 접지된 제2집진전극(110b)에 집진될 수 있다.
여기서, 상기 하전부(120)를 구성하는 제1방전극(121)과 제2방전극(122)은 돌출단부가 뾰족한 원뿔형 또는 각뿔형의 형상으로 이루어짐에 따라 기계적 강성을 증대시킬 수 있고, 상기 제1집진전극(110a)의 고정프레임(112)에 형성된 관통공(112d)에 탈착 가능하게 조립됨에 따라 유지보수 및 조립 편의를 개선할 수 있다. 또한, 상기 제1방전극(121)과 제2방전극(122)은 상기 제1집진전극(110a)과 전기적으로 연결되어 상기 제1집진전극(110a)과 동일한 고전압이 인가됨에 따라 종래와 같이 하전부(120)에 고전압을 인가하기 위한 별도의 전원부를 생략할 수 있어 장치의 구성 및 제어를 단순화할 수 있다.
본 실시예의 집진전극은 필름 형태로 구성된 집진필름(111)의 테두리를 강성 재질의 고정프레임(112)으로 지지하는 형태로 구성함에 따라, 필름 형태의 집진전극을 대면적으로 구성하면서도 평탄도를 확보할 수 있으므로, 지하철 역사 공조기, 반도체 제조 공정, 화력 발전소 등 대형 공간이나 산업용 초대형 설비의 배기정화용으로 사용할 수 있다.
아울러, 도 9와 같이 집진필름(111)의 테두리를 지지하는 고정프레임(112)의 하부프레임(112a)에는 배수홀(112c)이 형성되고, 상기 하부프레임(112a)은 배수홀(112c)을 향해 하향 경사 배치된다. 이에 따라, 집진필름(111)의 표면에 포집된 수분이 물방울(W)(W)형태로 흘러내리는 과정에서, 하부프레임(112a)의 경사면(112b)을 따라 자연스럽게 배수홀(112c)로 유도되고, 배수홀(112c)을 통해 외부로 배출되는 물방울(W)(W)은 배수홀(112c) 하부에 배치되는 배수관(150)을 통해 장치 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라 다습한 환경에서 집진전극에 포집되는 수분을 용이하게 배출할 수 있으므로 다습 환경, 특히 고부식성 수분을 포함하는 환경에서도 집진 동작을 원활하게 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)을 각각 복수 개 구비하고 각각을 교대로 배치하면 집진 면적을 넓혀 집진 효율을 높일 수 있다. 제한된 하우징의 내부 공간에서 최대의 집진 효율을 갖기 위해서는 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)의 면적을 확대하거나 이격 간격을 줄이는 것이 바람직하다.
종래에는 집진전극 사이에 별도의 절연재질의 간격유지부를 배치하여 집진전극의 평탄도 및 사이 간격을 유지하였다. 하지만, 오염 공기에 다량의 수분이 포함된 경우, 집진전극과 간격유지부의 연결부위에 수분 및 물방울(W)이 달라붙어 두 인접 집진전극 사이의 전위차가 감소하여 전기장이 형성되지 않거나 절연성이 없어져 인접 집진전극과의 사이에서 절연파괴로 인해 잦은 고장 및 기능 저하를 일으키는 문제가 있다.
본 실시예에 따르면 복수의 제1집진전극(110a)이 제1고정로드(141)에 의해 구조적으로 연결되어 사이간격이 유지되는 동시에, 제1고정로드(141)에 의해 서로 전기적으로 연결됨에 따라 별도의 배선 없이 고전압 인가부(130)로부터 고전압을 인가받을 수 있다.
이때, 상기 제1고정로드(141)는 강성 재질로 이루어진 고정프레임(112)을 관통하는 형태로 고정됨에 따라 복수의 제1집진전극(110a)을 안정적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 제1집진전극(110a)의 세로 폭(또는 가로 폭)은 제2집진전극(110b)에 비해 크게 설정되고, 상기 제1집진전극(110a)을 구조적, 전기적으로 연결하는 제1고정로드(141)는 상기 제2집진전극(110b)의 폭보다 넓은 상하 간격으로 배치되므로, 제1고정로드(141)가 상기 제2집진전극(110b)과 간섭되지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1집진전극(110a)과 교대로 번갈아 배치되는 제2집진전극(110b)은 제2고정로드(142)에 의해 서로 연결되어 사이간격이 유지되는 동시에, 제2고정로드(142)에 의해 고전압 인가부(130)와 전기적으로 연결되어 접지된다.
이때, 상기 제2고정로드(142)는 고정프레임(112)을 관통하는 형태로 고정됨에 따라 복수의 제2집진전극(110b)을 안정적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 제1집진전극(110a)의 판면에는 상기 제2고정로드(142)가 관통할 수 있는 간섭방지홀(113)이 형성되므로, 복수의 제2집진전극(110b)을 전기적으로 연결하는 제2고정로드(142)가 상기 제1집진전극(110a)과 간섭되지 않도록 할 수 있다.
상기와 같이, 복수의 제1집진전극(110a)은 제1고정로드(141)에 의해 구조적으로 연결되어 사이간격이 유지되고, 복수의 제2집진전극(110b)은 제2고정로드(142)에 의해 구조적으로 연결되어 사이간격이 유지되므로, 종래와 같이 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)의 사이 간격 유지를 위해 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)를 직접적으로 연결하는 별도의 간격유지부를 배치할 필요가 없다. 따라서 제1집진전극(110a)과 제2집진전극(110b)의 사이 간격을 최소화하여 집진 성능을 향상시키면서도 종래와 같이 간격유지부에 달라붙는 수분 및 물방울(W)에 의한 절연파괴로 인해 잦은 고장 및 기능 저하가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:집진부, 110a:제1집진전극, 110b:제2집진전극,
111:집진필름, 111a:베이스필름, 111b:도전층,
111c:코팅층, 112:고정프레임, 112a:하부프레임,
112b:경사면, 112c:배수홀, 112d:관통공,
113:간섭방지홀, 120:하전부, 121:제1방전극,
121a:삽입핀, 122:제2방전극, 122a:결합홈,
130:고전압 인가부, 141:제1고정로드, 142:제2고정로드,
150:배수관, W:물방울

Claims (12)

  1. 공기 이동 경로 상에서 공기 이동 방향과 나란하게 배치되는 복수의 집진전극을 포함하는 집진부;
    인접한 한 쌍의 집진전극 중 일측 집진전극에는 고전압을 인가하고 타측 집진전극에는 상기 고전압과 반대 극성의 전압을 인가하거나 접지하는 고전압 인가부; 및
    상기 일측 집진전극의 공기 유입측 단부로부터 타측 집진전극을 향해 돌출되고, 상기 일측 집진전극과 전기적으로 연결되어 고전압이 인가되는 하전부;를 포함하고,
    상기 집진전극은 유연성을 가지는 집진필름 및 상기 집진필름의 테두리를 지지하는 강성 재질의 고정프레임을 포함하는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하전부는 상기 일측 집진전극의 공기 유입측 단부의 양측 면으로부터 각각 돌출되는 제1방전극과 제2방전극을 포함하는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1방전극은 상기 일측 집진전극을 관통하는 삽입핀을 포함하고, 상기 제2방전극은 상기 일측 집진전극을 관통한 삽입핀과 결합하는 결합홈을 포함하는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 집진필름은 유연성을 가지는 베이스필름 및 상기 베이스필름의 표면에 코팅되는 도전층을 포함하는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고정프레임은 전도성 재질로 형성되고, 상기 도전층은 상기 고정프레임을 통해 상기 고전압 인가부와 전기적으로 연결되는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 집진전극은 고전압이 인가되는 복수의 제1집진전극, 상기 고전압과 반대 극성의 전압이 인가되거나 접지되고 상기 제1집진전극과 교대로 반복 배치되는 복수의 제2집진전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1집진전극과 상기 복수의 제2집진전극은 제1고정로드 및 제2고정로드에 의해 각각 구조적,전기적으로 연결되는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1집진전극과 제2집진전극 중 어느 하나의 집진필름에는 상기 제1고정로드 또는 제2고정로드가 접촉하지 않으면서 관통할 수 있는 간섭방지홀이 형성되는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1고정로드 및 제2고정로드는 상기 고정프레임에 고정되는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 타측 집진전극의 고정프레임은 집진필름의 하단부를 지지하는 하부프레임을 포함하고, 상기 하부프레임의 상부면은 경사면으로 이루어지는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 하부프레임에는 상기 경사면을 따라 흘러내리는 물방울을 배출할 수 있는 배수홀이 형성되는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 배수홀은 상기 하부프레임의 일부가 생략되어 상기 집진필름이 노출되는 형태로 이루어지는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 배수홀의 하부에 배치되고 상기 배수홀을 통해 배출되는 물방울을 집수하여 외부로 배출하는 배수관을 더 포함하는 하전기능이 추가된 비금속 집진판을 이용한 전기집진장치.
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