KR100526300B1 - Electrostatic particle collecting ventilation apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기집진식 실내환기장치는 실내에 공급되는 공기가 저온 플라즈마로 무성방전된 하전부를 지나며 공기 내의 미세 입자들이 응집되어 집진판에서 제거고 유해가스인 SOx, NOx 등과 악취를 일으키는 VOCs 등도 강력한 플라즈마에 의해 처리된다. 무성방전시 발생된 오존가스는 TiO₂촉매부에서 분해 후 제거 되며, 1차 처리과정에서 잔존한 유해가스 또한 촉매부에서 제거된다.In the electrostatic precipitating indoor ventilation device according to the present invention, the air supplied to the room passes through the charged part that is silently discharged by the low temperature plasma, and fine particles in the air are agglomerated and removed from the dust collecting plate, and VOCs such as SOx, NOx, which are harmful gases, etc. are also powerful. Processed by plasma. Ozone gas generated during silent discharge is removed after decomposition in the TiO2 catalyst part, and harmful gas remaining in the primary treatment is also removed in the catalyst part.
Description
상기 발명은 전기집진식 실내환기장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 환기유닛본체의 실외공기흡입부에 방전부, 집진부 및 촉매부를 직렬로 설치된 공기청정유닛을 설치하여 외기를 청정하게 정화시켜 이와 같이 청정하게 정화된 외기를 전열교환기를 통하여 급기하고 실내의 공기를 전열교환기를 통하여 배기하여 실내에 공급되는 공기가 방전부에서 저온 플라즈마로 무성방전시켜 미세 입자를 하전된 입자로 변환시켜 공기 내의 미세 입자들이 응집되어 집진부의 집진판에서 제거되고 유해가스인 SOx, NOx 등과 악취를 일으키는 휘발성유기화합물(VOC) 등도 강력한 플라즈마에 의해 처리되고 무성방전시 발생된 오존가스는 TiO₂촉매부에서 분해 후 제거 되며, 1차 처리과정에서 잔존한 유해가스 또한 촉매부에서 제거되므로서 고효율의 집진시스템으로 외부에서 흡입되는 공기를 정화하고 이를 실내에 보내는 환기시스템과의 통함으로 깨끗한 실내 공기질을 유지하는 것이 가능한 전기집진식 실내환기장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electrostatic precipitating indoor ventilator, and more specifically, the air purifying unit provided in series with the discharge unit, the dust collecting unit and the catalyst unit in the outdoor air suction unit of the ventilation unit body to clean and clean the outside air Like this, the purified air is supplied through the heat exchanger, and the air in the room is exhausted through the heat exchanger, and the air supplied to the room is silently discharged to the low-temperature plasma at the discharge part to convert the fine particles into charged particles, Particles are agglomerated and removed from the dust collecting plate, and harmful gases such as SOx and NOx, and volatile organic compounds (VOC), which cause odors, are also treated by powerful plasma, and ozone gas generated during silent discharge is decomposed and removed from the TiO₂ catalyst. Hazardous gases, which remain during the first process, are also removed from the catalyst section. The present invention relates to an electrostatic precipitating indoor ventilation device capable of maintaining clean indoor air quality by communicating with a ventilation system for purifying air that is sucked from the outside with a vacuum system and sending it to the room.
본 발명은 유전체 배리어 방전형(DBD,Dielectric Barrier Discharge) 저온플라즈마 기술과 AC전기장을 이용한 나노-PM(나노미터단위 크기의 미세입자, PM;particle matter) 제거용 전기응집기를 도입한 실내환기장치이다. 나노-PM 제거용 전기응집기는 현재 많은 에너지 소모를 요구하는 미세 입자 제거를 효율적으로 제거할 수 있는 콤팩트한 장치이다. 이 기술의 핵심 내용은 작은 입자들을 큰 입자에 달라붙게 하여 작은 입자들의 절대량을 줄이는 기술인데, DBD 방식 방전기에 전기응집 시스템을 적용하고 하류에 중성능 필터를 설치하면 나노 입자까지 제거가 가능한 고효율 집진방식이다. The present invention is an indoor ventilation device incorporating a dielectric barrier discharge (DBD) low-temperature plasma technology and an electric coagulant for removing nano-PM (nano-scale microparticles, PM) using AC electric field. . Electro-aggregators for nano-PM removal are compact devices that can efficiently remove fine particle removal, which currently requires a lot of energy consumption. The core of this technology is to reduce the absolute amount of small particles by making small particles stick to the large particles. High efficiency dust collection can remove even nano particles by applying electrocoagulation system to the DBD discharger and installing a neutral filter downstream. That's the way.
세계보건기구는 2000년 9월호 관보에 게재한 보고서에서 공기오염에 의한 사망자 수는 최대 600만명에 이를 것이라면서 특히 실내공기 오염에 의한 사망자는 280만명이라고 분석했다. 또, 실내공기 오염은 영·유아 사망의 주요 원인 가운데 하나로 지적됐다. 미국 환경청(EPA)의 보고서와 미국 알레르기 학회 보고서에 의하면 모든 질병의 상당수가 오염된 실내공기에 의해 발병되고 있음이 밝혀지고 있으며, 오염물질들을 효율적으로 제거할 수 있는 환경처리기술개발의 필요성을 강조하고 있다. 최근 국내에서도 건물의 사무실에서 일하는 직장인들 가운데 각종 건강장애와 관련된 증상을 호소하는 사람들이 늘어나고 있으며, 두통, 안질, 졸음, 집중력 저하, 후두염, 알레르기성 질환, 어지러움 등의 현상이 심하게 나타나고 있다. In a report published in the September 2000 issue of the Journal of the World Health Organization, the number of deaths from air pollution will reach up to 6 million, with 2.8 million deaths from indoor air pollution. In addition, indoor air pollution has been pointed out as one of the leading causes of infant and infant death. The US Environmental Protection Agency (EPA) report and the American Allergy Society report show that a significant proportion of all diseases are caused by contaminated indoor air, stressing the need for developing environmental treatment technologies that can effectively remove contaminants. Doing. Recently, the number of workers who work in the offices of the building is complaining of symptoms related to various health disorders, and symptoms such as headaches, eye drops, drowsiness, poor concentration, laryngitis, allergic diseases, and dizziness are appearing.
국, 내외적으로 도시에 사는 사람들은 자동차 매연 등 각종 대기오염으로부터 심각한 위협을 받고 있어 공기정화기 시장이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 일반 주택에서는 여전히 창을 열고 환기시키는 자연환기 정도로 해결하려 하고 있지만 많은 사람들은 실외공기 또한 깨끗하다는 생각을 하지 못하고 있다. 특히 황사나 스모그가 발생한 경우는 장시간동안 실내의 오염된 공기를 환기시키지 못하는 경우도 많이 생기고 있다. People living in cities at home and abroad are seriously threatened by various air pollutions such as automobile smoke, and the air purifier market is increasing. However, while the average house still tries to solve the natural ventilation of opening and ventilating the window, many people do not think that outdoor air is also clean. In particular, when yellow dust or smog occurs, a lot of cases in which indoor polluted air cannot be ventilated for a long time.
건물내 부유하는 유해물질로는 실내에서 직접적으로 발생하는 물질들도 있지만 대기로부터 흡기장치 등을 통해 유입되는 경우도 많다. 일반적으로 2.5㎛ 보다 작은 입자(PM2.5)를 미세분진(fine particle)로 분류하고 있다. 이들의 발생원을 살펴보면 연소과정에서 직접 배출되거나 배출된 후 대기 중에서 응집, 응축, 가스에서의 입자로의 전환 등에 의해서 생성되는 2차 입자상물질이 대부분이다. 이러한 입자상 물질은 입자들의 발생원에 따라서 중금속, 수용성성분, 무기탄소, 유기탄소 및 기타 유기물질 등으로 복잡하게 구성되어 있으며, 입자들의 입경분포도 매우 다양하다. 미국에서는 1998년도부터 폐 속 깊숙이 유입될 수 있는 PM2.5에 대한 기준이 적용되고 있는 등 미세 입자에 대한 중요성이 증가되고 있다. PM2.5 중에서도 특히, 0.1 - 1 ㎛의 미세입자들과 그 이하의 호흡성 나노입자들은 장시간 공기 중에 부유하여 시계거리를 감소시키거나 인체에 유입되는 경우 폐 깊숙이 침투해 암을 유발하거나 돌연변이를 유발할 수 있다고 알려져 있다.Some of the harmful substances suspended in buildings are those that occur directly in the room, but are often introduced from the atmosphere through intake systems. In general, particles smaller than 2.5 μm (PM2.5) are classified as fine particles. Looking at the source of these, most of the secondary particulate matter that is directly discharged or discharged during the combustion process and is produced by the aggregation, condensation, conversion of gas to particles in the atmosphere. The particulate matter is composed of heavy metals, water soluble components, inorganic carbon, organic carbon, and other organic materials, depending on the source of the particles, and the particle size distribution of the particles is very diverse. In the United States, the importance of fine particles has been increasing since 1998, as the criteria for PM2.5, which can be introduced into the lungs, have been applied. Among PM2.5s, especially 0.1-1 μm microparticles and smaller respirable nanoparticles are suspended in air for a long time to reduce the distance of vision or to penetrate deep into the lungs and cause cancer or mutations when they enter the body. It is known that.
현재 일반적인 대형 건물의 환기설비를 살펴보면, 외기가 실내로 유입되는 부분에는 10㎛ 이상의 분진을 제거하기 위해 프리필터(Pre-Filter)와 미디움필터(Medium-Filter)가 사용되고 있고 다시 미세먼지 등을 제거하기 위해 HEPA 필터 등 고성능에어필터 또는 소형 전기집진기를 사용하며 다시 악취 등을 제거하기 위해 활성탄 필터를 사용한다. 이와 같이 필터나 전기집진방식을 이용한 집진법은 입자상 부유물질을 제거하기 위하여 많이 사용되고 있고 그 제품이나 성능에 대한 KS규격이 있다. 그러나 이는 1976년 일본의 JIS규격을 그대로 번역한 것이기 때문에 국내 실정에 적합치 않으며 근본적으로 질량중량에 의한 성능평가 방법이기 때문에 최근 관심 대상인 미세입자/나노입자들의 포집성능을 평가할 수 없는 규격이다. 그리고 HEPA 필터 등은 포집효율은 우수하나 가격이 비싸고 보수유지를 자주 해야 하는 단점이 있다. 더욱이 HEPA 필터를 사용할 경우 압력손실이 커지게 되므로 장치가 커지고 에너지 손실이 증가하게 된다. 또한 휘발성유기화합물(VOC) 등의 유해가스상 물질 제거를 위해 사용되는 활성탄(AC) 필터는 유해물질의 흡착 후 분해가 어려워 사용시간이 지남에 따라 필터의 표면이 포화되어 필터의 재사용이 어렵고 사용한 필터의 폐기가 불가피하여 이에 따른 2차적 환경오염을 야기 시키는 단점이 있다. 또한 최근에 제품으로 많이 출시되고 있는 공기 정화용 오존 발생기는 가슴과 목의 통증 및 기침 등을 유발할 수 있으며, 만성 호흡기 질환을 앓는 환자의 상태를 더욱 악화시킬 수 있는 것으로 미국환경보호청(EPA)은 발표하고 있다. If you look at the ventilation equipment of a typical large building, pre-filter and medium-filter are used to remove dust of 10㎛ or more in the part where the outside air flows into the room. In order to use high performance air filter such as HEPA filter or small electrostatic precipitator, activated carbon filter is used to remove odor again. As such, the dust collecting method using a filter or an electrostatic precipitating method is widely used to remove particulate suspended solids, and there is a KS standard for the product or performance thereof. However, since this is a translation of Japanese JIS standard in 1976 as it is, it is not suitable for the domestic situation and is a standard that cannot evaluate the collection performance of microparticles / nanoparticles of recent interest because it is a performance evaluation method based on mass weight. In addition, HEPA filters are excellent in collecting efficiency, but are expensive and have disadvantages of frequent maintenance. Moreover, the use of HEPA filters increases the pressure loss, resulting in larger devices and higher energy losses. In addition, activated carbon (AC) filters used to remove harmful gaseous substances such as volatile organic compounds (VOC) are difficult to be decomposed after adsorption of hazardous substances, so that the surface of the filter is saturated with use time, making it difficult to reuse the filter. Disposal of this is inevitable, which leads to secondary environmental pollution. In addition, the ozone generator for air purification, which is recently released as a product, can cause chest and neck pain and cough, and can worsen the condition of a patient with chronic respiratory disease, according to the EPA. Doing.
환기정화장치의 요소기술 중 열교환유닛은 각국에 전문제조업체가 있어서 자체적으로 조달되고 있으며 건물이외의 일반 산업분야에도 광범위하게 적용되고 있는 실정이다. 집진기술은 국내 수준과 거의 유사하며, 가스제거기술은 종래의 물리적 화학적 흡착방식이 꾸준히 사용되고 있고 전기화학적인 플라즈마 광촉매 방식이 수년 전에 개발되어 적용되고 있다.The heat exchange unit among the element technology of the ventilation purifier is procured by itself as there are specialized manufacturers in each country, and is widely applied to general industrial fields other than buildings. The dust collection technology is almost similar to the domestic level, and the gas removal technology is steadily used in the conventional physical chemical adsorption method, and the electrochemical plasma photocatalyst method was developed and applied many years ago.
필터를 이용한 공기 정화 시스템은 맥레오드 러셀 호딩스 피엘씨(McLeod Russel Hodings plc)와 인터필트라사(Interfiltra Ltd)에서 기술을 개발하여 이미 상업화하고 있으며, 일본의 여러 회사는 광촉매 시스템을 일찍이 개발하여 상업화를 이룬 후 공기정화의 기술이 꾸준히 발전하고 있는 실정이다. 오존 산화방법을 이용하는 경우로는 아쿠아독(Aquadoc)의 상표명 Air-CareTM이 상품화되어 판매되고 있으며 네슬릭사의 실내공기 정화기 또한 상품화되어 판매되고 있다. 그리고 플라즈마를 이용하여 일본의 동경대, 오사카 부립대 등은 여러 가지 화학물질(아세트 알데히드, 아세트산, 2-메타캡토에탄올, 트리메틸아민, NO, NH3등)의 복합체인 담배연기를 분해하여 그에 따른 시장 응용성을 검토하고 있는 중이다.Air purification systems using filters have already been developed and commercialized by McLeod Russel Hodings plc and Interfiltra Ltd. Several companies in Japan have developed photocatalyst systems early on. After commercialization, the technology of air purification is steadily developing. In the case of using the ozone oxidation method, Aquadoc's trade name Air-Care TM is commercialized and marketed, and Nestlé's indoor air purifier is commercialized and sold. In addition, Japan's Tokyo University and Osaka University University use plasma to decompose tobacco smoke, a complex of various chemicals (acetaldehyde, acetic acid, 2-metacaptoethanol, trimethylamine, NO, NH 3, etc.) Applicability is under consideration.
미세입자를 효율적으로 하전 시킬 수 있는 방법으로 UV-광전자법 전기집진기가 최근 연구되고 있다. 광대전이란, 일반적으로 얇은 금판(Gold thin film)에 자외선(UV)을 조사하여 금판의 표면으로부터 많은 광전자를 방출시켜 입자를 음이온으로 대전시키는 것이다. 약 250㎛의 파장을 가진 자외선을 조사시킨 얇은 금판을 접지시키고 집진판에 (+)전극을 걸어주면, 광전효과에 의해 발생된 광전자들은 공기중에 부유하는 미세입자들을 확산충돌에 의해 음이온으로 하전시키고 하전된 입자들은 쿨롱힘에 의해 집진판으로 이동하여 제거가 된다. UV-photoelectron electrostatic precipitator has recently been studied as a method for efficiently charging microparticles. In vastness, a thin gold plate is generally irradiated with ultraviolet (UV) light to emit many photoelectrons from the surface of the gold plate to charge the particles with anions. When a thin gold plate irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of about 250 μm is grounded and a (+) electrode is applied to the dust collecting plate, the photoelectrons generated by the photoelectric effect charge and charge the fine particles suspended in the air with anion by diffusion collision. The collected particles are moved to the dust collecting plate by coulomb force and removed.
국내에서는 건축물의 설계시 환경요소와 제어에 대한 충분한 검토가 미흡한 실정이며, 외기도입량의 제어는 재실자의 1인당 필요환기량을 설정하여 개략적인 외기댐퍼의 개구비를 조정함으로서 관리하고 있는 형편이다. 이는 실내 사용조건의 변화에 따라 효과적으로 대처하기 어렵고 공기환경이 악화되거나 에너지의 낭비를 초래하는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 또한 이 분야의 기술이 축적되어 있지 않아 주요핵심기술은 선진외국의 기술에 의존하는 경우가 대부분이며, 설계가 진행되더라도 충분한 기술의 검토가 어렵다. In Korea, sufficient consideration of environmental factors and control is insufficient in the design of buildings, and the control of the amount of outdoor air intake is managed by adjusting the opening ratio of the outside air damper by setting the required ventilation amount per occupant. This is difficult to cope effectively with the change of the indoor use conditions, the air environment is often deteriorated or cause a waste of energy. In addition, since there is no accumulated technology in this field, the core core technologies are often dependent on advanced foreign technologies, and it is difficult to examine sufficient technologies even if the design is in progress.
미세입자를 제어하는 기술로 기계연구원(KIMM)에서 초음파 응집기를 개발하고 있다. 그 원리는 입자에 초음파를 조사하여 입자사이의 상대적 운동을 야기시켜 상호충돌을 증가시키는 것이다. 초음파 발생 공진주파수와 출력조건, 조사시간 등에 따라 입자는 수 ㎛에서 수백 ㎛까지 커지게 된다. 이렇게 성장한 입자를 집진부에서 전기적인 방법으로 집진을 하는 방법이다. KIMM과 한국캠브리지필터는 지하철 공기정화시스템으로 자동 세정형 집진장치를 개발하였다. Ultrasonic agglomerator is being developed by KIMM as a technology to control fine particles. The principle is to irradiate the particles with ultrasonic waves, causing relative movement between the particles and increasing the collisions. The particles grow from several μm to several hundred μm depending on the ultrasonic generation resonance frequency, output conditions, irradiation time, and so on. The particles thus grown are collected in the dust collector by an electrical method. KIMM and Korea Cambridge Filter have developed a self-cleaning dust collector for subway air purification systems.
현재 광촉매 등을 이용한 공기청정기 개발이 세진전자(주), LG환경안전연구원, 세일공조산업기계(주), (주)펩콘 등에서 활발히 진행되고 있다. 그러나 이들 연구는 VOC와 악취 등 가스상물질을 대상으로 하고 있다. 또한 미세입자를 제거하기 위한 연구가 한국에너지기술연구원과 포항공과대학에서 수행되고 있다. 그러나 이와같은 연구들은 산업체에서 배출되는 고농도 먼지들을 대상으로 하고 있으므로 실내환경과 같은 저농도 입자분포에는 적용되기에 어려움이 있다. Currently, the development of air purifiers using photocatalysts is being actively conducted by Sejin Electronics Co., Ltd., LG Environmental Safety Research Institute, Sale Air Conditioning Industrial Machinery Co., Ltd. and Pepcon Co., Ltd. However, these studies target gaseous substances such as VOCs and odors. In addition, research to remove microparticles is being conducted at Korea Institute of Energy Research and Pohang University of Science and Technology. However, these studies target high concentrations of dust emitted from industry, making it difficult to apply to low concentrations of particles such as indoor environments.
와이어 투 플레이트(Wire-to-plate) DC 코로나방전형 전기집진기는 미세/나노 입자에 대하여 집진효율이 낮아 고효율 환기정화장치에 적용하기에는 미흡한 실정이다. 또한 현재 음이온을 발생시키는 음의 코로나 방전의 경우는 오존을 발생시키는 문제가 있다. 최근에 개발된 펄스 코로나방전형 전기집진기는 효율은 좋으나 플라즈마 특성을 사용하여 하전 효율을 높이기보다는 용제의 충진 등과 같은 외부적인 부가 장치들을 통해 입자 제거 효율 향상 및 오염물질 제거가 이루어지기 때문에 초기 설치 및 유지 비용의 증가가 예상된다. The wire-to-plate DC corona discharge electrostatic precipitator is insufficient to be applied to a high efficiency ventilation purifier because of its low dust collection efficiency with respect to fine / nano particles. In addition, the negative corona discharge that generates anion currently has a problem of generating ozone. Recently developed pulse corona discharge type electrostatic precipitator has good efficiency, but it is improved in particle removal efficiency and contaminant removal through external additional devices such as filling of solvent rather than increasing charging efficiency by using plasma characteristics. An increase in maintenance costs is expected.
입자상 물질의 집진방식으로 사용되는 HEPA 필터는 일반필터로는 제거하기 어려운 300nm 크기의 입자에 대해 99.97%의 포집효율을 가지나, 고효율인 대신 압력강하가 크므로 에너지 소비가 크게 되고, 필터를 자주 교체해야되므로 운전 및 유지비가 많이 든다는 단점이 있다. HEPA filter, which is used to collect particulate matter, has a collecting efficiency of 99.97% for particles of 300nm size, which is difficult to remove with ordinary filters.However, the energy drop is large due to the large pressure drop instead of high efficiency, and the filter is frequently replaced. There is a disadvantage in that driving and maintenance costs are high.
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장치를 구성하는 부품을 교체해야 될 필요가 없고, 압력강하가 HEPA 필터와 같은 여과방식보다 매우 작아 운전 및 유지비가 적게 드는 장점이 있는 전기집진식 실내환기장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve this problem, and there is no need to replace the parts constituting the device, and the electrostatic precipitating type has the advantage that the pressure drop is much smaller than the filtration method such as the HEPA filter, and the operation and maintenance cost is low. It is to provide an indoor ventilation device.
본 발명의 다른 목적은 환기 시스템으로 흡입되는 미세 입자들은 DBD 방전부에서 양극성으로 대전되며 이에 교류전기장이 인가되면 서로 반대 극성을 가지고 있는 입자들끼리 충돌 확률이 높아지므로 입자는 서로 충돌하여 응집하고, 이런 과정을 통하여 나노 입자의 농도를 감소시켜 고효율 집진시스템를 구성하고, 환기 시스템과의 통합으로 깨끗한 실내 공기질을 유지할 수 있게 되어 기존의 분진 제거 공정에서 처리하기 힘들었던, 집진 효율이 낮은 나노/서브마이크로(Nano/Submicro) 입자들에 대한 집진 효율을 증가시키는 전기집진식 실내환기장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is that the fine particles sucked into the ventilation system is positively charged in the DBD discharge portion and when the alternating electric field is applied to the particles having the opposite polarity increases collision probability, the particles collide with each other, Through this process, the concentration of nanoparticles can be reduced to form a high efficiency dust collection system, and the integration with the ventilation system can maintain a clean indoor air quality, which is difficult to process in the conventional dust removal process. It is to provide an electrostatic precipitating indoor ventilator that increases the dust collection efficiency for nano / submicro particles.
본 발명의 이러한 목적들은 전열교환기와, 중간에 상기 전열교환기가 설치되고 실외공기흡입부, 실내공기급기부, 실내공기흡기부, 및 실내공기배기부가 설치된 환기유닛본체와, 상기 환기유닛본체의 실외공기흡입부내에 설치되는 공기청정유닛을 포함하고, 상기 공기청정유닛은 방전부, 집진부, 촉매부가 직렬설치되며, 상기 방전부는 평판형 전극이 다단으로 적층되며 각 전극에는 교류전원이 인가되고, 상기 집진부는 다수의 집진판이 적층되고 직류전원이 인가되고, 촉매부는 광촉매 필터와 UV램프가 교대로 배열배치된 본 발명에 따른 전기집진식 실내환기장치에 의하여 달성된다.These objects of the present invention are an electrothermal exchanger, a ventilation unit body in which the electrothermal exchanger is installed in the middle, and an outdoor air suction unit, an indoor air supply unit, an indoor air intake unit, and an indoor air exhaust unit, and an outdoor unit of the ventilation unit body. And an air cleaning unit installed in the air suction unit, wherein the air cleaning unit has a discharge unit, a dust collector, and a catalyst unit installed in series. The discharge unit includes a flat plate electrode stacked in multiple stages, and an AC power source is applied to each electrode. The dust collecting part is laminated by a plurality of dust collecting plates and a direct current power is applied, and the catalyst part is achieved by the electrostatic precipitating indoor ventilation apparatus according to the present invention in which photocatalyst filters and UV lamps are alternately arranged.
본 발명에 따른 전기집진식 실내환기장치는 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징 및 장점들을 보다 명백하게 이해할 수 있을 것이다.The electrostatic precipitating indoor ventilator according to the present invention will be more clearly understood in terms of its features and advantages by the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 적용한 기술은 미세입자 뿐 아니라 나노입자까지 제거가 가능한 고효율 플라즈마 하전기 기술이다. 방전기에 전기집진기를 연결한 경우 풍속 2.5 m/s 이상에서도 1 micron 입자의 제거효율이 80% 이상이 되며 여기에 전기응집 시스템을 적용하고 하류에 중성능 필터를 설치하면 나노 입자까지 제거가 가능한 고효율 집진방식이다. 그리고 부가장치를 최소화 해야하는 컴팩트한 설비 환경 및 유해가스 제거로도 사용 가능하다. The technology applied to the present invention is a high-efficiency plasma charger technology capable of removing not only fine particles but also nanoparticles. When the electrostatic precipitator is connected to the discharger, the removal efficiency of 1 micron particles is more than 80% even at a wind speed of 2.5 m / s or more. By applying an electrocoagulation system and installing a neutral filter downstream, a high efficiency that can remove even nanoparticles It is a dust collecting method. It can also be used as a compact facility environment and to eliminate harmful gases that require minimal additional equipment.
본 발명의 일실시예에 따른 전기집진식 실내환기장치(A)는, 도1에 도시된 바와 같이, 전열교환기(1)와, 중간에 상기 전열교환기(1)가 설치되고 실외공기흡입부(21), 실내공기급기부(22), 실내공기흡기부(23), 및 실내공기배기부(24)가 설치된 환기유닛본체(2)와, 상기 환기유닛본체(2)의 실외공기흡입부(21)내에 설치되는 공기청정유닛(3)으로 구성된다.In the electrostatic precipitating indoor ventilation device (A) according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the preheat exchanger 1 and the preheat exchanger 1 are installed in the middle, and the outdoor air suction unit 21 is provided. ), The indoor air air supply unit 22, the indoor air intake unit 23, and the indoor air exhaust unit 24, the ventilation unit body 2 is installed, and the outdoor air suction unit 21 of the ventilation unit body (2) It consists of an air cleaning unit (3) installed in the).
상기 전열교환기(1)는 외기가 실내로 들어오는 유로와 실내공기가 외부로 나가는 유로 사이에 고분자 수지 또는 특수 펄프지로 열교환막(11)을 만든다. 실내공기와 외기가 섞이지 않지만 열교환막(11)이 투습성을 지니기 때문에 열교환막을 통한 전열교환(잠열+현열)이 이루어질 수 있다. The pre-heat exchanger (1) is a heat exchange membrane (11) made of a polymer resin or a special pulp paper between the flow path of the outside air into the room and the flow path of the indoor air to the outside. Although indoor air and outdoor air are not mixed, the heat exchange membrane 11 has moisture permeability, and thus, heat transfer (latent heat + sensible heat) through the heat exchange membrane may be performed.
상기 환기유닛본체(2)의 상기 실외공기흡입부(21)상에는 공기청정유닛(3)이 설치되고 상기 실내공기급기부(22)상에는 공기청정유닛(3)과 전열교환기(1)를 통과한 정화된 공기를 실내로 공급하는 급기팬(221)이 설치되고, 상기 실내공기배기부(24)상에는 실내에서 체류하는 실내공기가 전열교환기(1)를 통하여 실외로 배출되도록 배기팬(241)이 설치되어 있다. 상기 실외공기흡입부(21)의 입구에는 프리필터(211)가 설치되어 10마이크로 이상의 분진이 상기 프리필터(211)에서 제거되고 미세입자는 공기청정유닛(3)에서 제거된다. The air cleaning unit 3 is installed on the outdoor air suction unit 21 of the ventilation unit body 2, and the air cleaning unit 3 and the heat exchanger 1 are passed on the indoor air supply unit 22. An air supply fan 221 is provided to supply the purified air to the room, and the exhaust fan 241 is discharged to the outside through the heat exchanger 1 to the indoor air staying in the room on the indoor air exhaust unit 24. It is installed. A prefilter 211 is installed at the inlet of the outdoor air suction unit 21 so that more than 10 micro particles of dust are removed from the prefilter 211 and fine particles are removed from the air cleaning unit 3.
상기 공기청정유닛(3)은 방전부(31), 집진부(32), 촉매부(33)로 구성된다.The air cleaning unit 3 is composed of a discharge unit 31, a dust collector 32, a catalyst unit 33.
상기 방전부(31)는 유전체 배리어 방전이 적용된 플라즈마 발생기이고, 상기 집진부(32)는 상기 방전부(31)에서 하전된 입자를 포집하는 구간이며, 마지막 촉매부(33)는 가스상 유해 물질 및 방전부(31)에서 발생하는 오존을 제거하는 UV광원과 광촉매필터가 삽입된 구간을 말한다.The discharge part 31 is a plasma generator to which a dielectric barrier discharge is applied, and the dust collecting part 32 is a section for collecting the charged particles from the discharge part 31, and the last catalyst part 33 is a gaseous harmful substance and a room. It refers to a section in which the UV light source and the photocatalyst filter for removing ozone generated in the whole 31 are inserted.
상기 방전부(31)는 평판형 전극(311)이 다단계로 적층된 구조로 되어있다. 전극(311)은 알루미나 평판(311a) 사이에 구리박(311b)이 삽입된 구조로 되어 있다. 각 전극(311)상에는 교류전원이 접속되어 있다. 상기 전극(311)에 삽입된 구리박(311b)의 폭이나 적층되는 수는 공기청정유닛(3)의 크기에 따라 조정할 수 있으나, 구리박(311b)의 전극폭은 약 1 ±0.2mm가 바람직하며 1mm에 근접한 것이 가장 바람직하다. The discharge part 31 has a structure in which the plate-shaped electrode 311 is stacked in multiple stages. The electrode 311 has a structure in which the copper foil 311b is inserted between the alumina flat plates 311a. An AC power supply is connected on each electrode 311. The width or the number of stacked copper foils 311b inserted into the electrode 311 may be adjusted according to the size of the air cleaning unit 3, but the electrode width of the copper foils 311b is preferably about 1 ± 0.2 mm. It is most preferable to approach 1mm.
구리박의 폭과 전극과 전극사이거리는 통과 풍량과 전극 면적에 상관없이 상기 치수에 따른다. 치수는 입자가 받는 항력, 전기적 인력을 고려한 이론적 계산 및 실험을 통한 집진성능 및 안정성, 소모전력량의 최적화를 통해 산출되었다.The width of the copper foil and the distance between the electrode and the electrode depend on the above dimensions irrespective of the amount of air passing through and the electrode area. The dimensions were calculated through the optimization of dust collection performance, stability, and power consumption through theoretical calculations and experiments taking into account drag force and electrical attraction.
상기 방전부(31)의 전극(311)은 절연재인 플라스틱이나 세라믹의 스페이서(312)에 의하여 전극과 전극사이의 간격은 반드시 4 ±1mm를 유지하는 것이 바람직하며 4mm가 가장 바람직하다.The electrode 311 of the discharge portion 31 is preferably maintained by 4 ± 1mm between the electrode and the electrode by the spacer 312 of plastic or ceramic which is an insulating material, and most preferably 4mm.
도3은 적층된 전극에 인가되는 전원을 나타내는 그림이다. 각각의 전극 사이에 5~10 kV, 60 Hz 교류 전원을 인가하여야 한다.3 is a diagram showing power applied to stacked electrodes. Between 5 and 10 kV, 60 Hz ac power shall be applied between each electrode.
방전부(31)에서는 고전압이 사용되므로 전기적으로 완전 차폐된 구조가 되어야 한다. 전극을 지지하는 부위나 직접 맞닿은 부분은 반드시 전류가 흐르지 않도록 유전율이 높은 재료를 써야 한다. 또한 접지연결이나 전선 연결 시에 반드시 고전압용 피복전선 등을 사용하여 환기유닛본체(2)로 전류가 흐르지 않도록 해야 한다. Since the high voltage is used in the discharge part 31, it must be a structure electrically shielded completely. The parts supporting the electrodes or the parts directly contacted with them must be made of a material having high dielectric constant so that no current flows. In addition, a high voltage sheathed wire should be used for ground connection or wire connection to prevent current from flowing into the ventilation unit body (2).
상기 집진부(32)는 다수의 집진판(321)이 적층된 구조로 되어 있다. 상기 각 집진판(321)은 직류전원이 인가된다. 본실시예에서 집진판(321)으로 동판이 사용되었으나 스테인레스판도 사용가능하다. 상기 집진판(321)의 두께는 1mm이하를 사용하는 것이 바람직하며 폭은 100mm이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 집진판(321)은 서로 10mm정도가 이격되게 배치되는 것이 바람직하며, 상기 집진판(321)사이의 이격거리는 절연재인 플라스틱이나 세라믹의 스페이서(322)로 이격되며 이격간격은 10mm를 유지한다.사용된다. 상기 집진판(321)에는 10kv의 직류전원을 인가 한다. 상기 집진판(321)의 폭이나 적층되는 수는 환기유닛의 크기에 따라 다르며 제한은 없다. The dust collecting part 32 has a structure in which a plurality of dust collecting plates 321 are stacked. Each dust collecting plate 321 is applied with a DC power. In this embodiment, the copper plate is used as the dust collecting plate 321, but a stainless plate may also be used. It is preferable that the thickness of the dust collecting plate 321 is 1 mm or less, and a width of 100 mm or more is preferably used. The dust collecting plate 321 is preferably arranged to be spaced apart from each other by about 10mm, the separation distance between the dust collecting plate 321 is spaced apart by the spacer 322 of plastic or ceramic, which is an insulating material, the spacing is maintained at 10mm. . 10 kV of DC power is applied to the dust collecting plate 321. The width or the number of stacked dust collecting plate 321 is dependent on the size of the ventilation unit is not limited.
집진부(32)에서도 고전압이 사용되므로 전기적으로 완전 차폐된 구조가 되어야 한다. 집진판(321)을 지지하는 부분이나 맞닿은 부분은 반드시 절연재료를 사용한다. 접지연결이나 전선 연결 시에 반드시 고전압용 피복전선 등을 사용하여 환기유닛본체(2)로 전류가 흐르지 않도록 해야 한다.Since high voltage is also used in the dust collecting part 32, it must be a structure that is electrically shielded completely. The portion supporting the dust collecting plate 321 or the abutting portion necessarily uses an insulating material. In case of ground connection or wire connection, high voltage sheathed wire should be used to prevent current from flowing into the ventilation unit body (2).
촉매부(33)는 광촉매 필터(331)와 UV램프(332)를 교대로 배열한 구조이다. UV램프(332)에는 220 V AC 전압을 유지하기 위한 안정기(stabilizer)(333)가 필요하다. 광촉매 필터(331)간의 거리는 50 mm이며 그사이 중앙에 2개의 UV램프(332)가 병렬로 배치되어있다. 사용된 광촉매 필터(331)는 TiO2 20중량%, 분말 활성탄(powdered activated carbon) 50중량% 및 제올라이트(zeolite) 30중량%가 모노리스형 무기종이(inorganic paper) 담체에 담지된 광촉매 필터(331)를 이용하였다. 광촉매 필터(331)의 높이나 폭은 환기유닛의 크기에 따라 달라지며 UV램프의 배열이나 수도 환기유닛의 크기에 따라 달라지게 된다. The catalyst unit 33 has a structure in which the photocatalyst filter 331 and the UV lamp 332 are alternately arranged. The UV lamp 332 needs a stabilizer 333 to maintain a 220 V AC voltage. The distance between the photocatalyst filters 331 is 50 mm, and two UV lamps 332 are arranged in parallel in the center thereof. The photocatalyst filter 331 used includes a photocatalyst filter 331 in which 20% by weight of TiO2, 50% by weight of powdered activated carbon, and 30% by weight of zeolite are supported on a monolithic inorganic paper carrier. Was used. The height or width of the photocatalyst filter 331 is dependent on the size of the ventilation unit, and depends on the arrangement of the UV lamps or the size of the water ventilation unit.
광촉매의 경우 수명이 있어 교체가 필요하기 때문에 촉매부의 경우 개폐가 가능한 수납식 카트리지 구조가 되야 한다.Since the photocatalyst has a lifespan and needs to be replaced, the catalytic part should have a retractable cartridge structure that can be opened and closed.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전기집진형 실내환기장치(A)의 작용효과를 이하에 상세히 설명한다. The operation and effect of the electrostatic precipitating indoor ventilation device (A) according to the present invention having the above configuration will be described in detail below.
본 발명의 전기집진형 실내환기장치(A)는 외부의 공기를 실내에 끌어들여 환기시키고자 할 경우에, 실내환기장치(A)가 작동되면 외부의 공기는 실외공기흡입부(21)를 통하여 실내로 공급된다. 이 때, 외부의 공기는 실외공기흡입부(21)상에 설치된 공기청정유닛(3)을 통과하게 된다. 공기청정유닛(3)의 방전부(31)는 10 kV, 60 Hz 교류 전원이 인가되어 방전에 의한 저온 플라즈마에 의해 실내로 흡입되는 공기가 전하를 띄며 양극성으로 대전되면서 이에 교류전기장이 인가되면 서로 반대 극성을 가지고 있는 입자는 서로 충돌하면서 달라 붙게 되어 입자의 절대량이 줄어들면서 입자가 큰 응집된 입자들이 형성되게 되는 것이다. 이와 같이 본 발명의 방전부(31)에서는 이와 같은 과정을 통하여 미세한 나노 입자의 농도는 70% 이상이 감소되게 되는 것이다. 이와 같이 방전부(31)에서 응집된 입자들이 집진부(32)를 통과하면서 DC 전기 집진판(321)에 부착되어 제거되므로서 나노/서브마이크로 입자에 대해 95%이상의 제거효율을 얻게 된다. 또한 방전을 통해 생성되는 균일한 방전스트리머(Streamer)에 의해 생성되는 기존의 와이어방전방식보다 생성되는 반응활성종(Radical) OH및 O²의 농도가 높아서, 유해가스(e.g. NOx, SOx, VOCs etc.)도 상당 부분 산화되어 제거된다. 미세 입자와 유해가스가 제거된 공기는 마지막 단계인 촉매부(33)에서 TiO₂에 UV를 조사시켜 생성된 OH 래디칼(Radical)로 방전부(31)에서 발생한 오존 가스와 잔류 유해가스를 제거한다. 촉매부(33)상의 담체의 TiO2에 UV를 조사시키면 광전효과에 의해 광전자가 생성되고 이러한 광전자는 주위의 산소 및 물분자와 반응하여 강산화력의 OH 래디칼(Radical)을 발생시켜 오존가스와 잔류유해가스가 제거되는 것이다. 이러한 OH 래디칼은 SOx, NOx 등과 반응하여 황산, 질산의 에어로졸 미스토로 변환되고, VOC와 같은 C 및 H 등의 유기물로 구성되는 가스들은 강산화력의 OH 래디칼에 의하여 이산화탄소 및 물분자로 분해된다.When the indoor dust collecting device (A) of the present invention intends to draw outside air into the room and ventilates it, when the indoor ventilation device (A) is operated, the outside air passes through the outdoor air intake unit 21. It is supplied indoors. At this time, the outside air passes through the air cleaning unit 3 installed on the outdoor air suction unit 21. 10 kV, 60 Hz AC power is applied to the discharge unit 31 of the air cleaning unit 3, and the air sucked into the room by the low temperature plasma caused by the discharge charges and is positively charged and the AC electric field is applied to each other. Particles with opposite polarities collide with each other, causing them to stick together, resulting in the reduction of the absolute amount of particles, leading to the formation of large aggregated particles. As described above, in the discharge part 31 of the present invention, the concentration of the fine nanoparticles is reduced by 70% or more through such a process. As such, the particles aggregated in the discharge part 31 are attached to and removed from the DC electrostatic precipitating plate 321 while passing through the dust collecting part 32, thereby obtaining a removal efficiency of 95% or more with respect to the nano / submicro particles. In addition, there is a higher concentration of reactive OH and O² produced than the conventional wire discharge method generated by the uniform discharge streamer generated through the discharge, and thus, harmful gases (eg NOx, SOx, VOCs etc.). .) Is also quite oxidized and removed. The air in which the fine particles and the harmful gas are removed is OH radicals generated by irradiating TiO 2 with UV in the catalyst unit 33, which is the final step, to remove ozone gas and residual harmful gas generated in the discharge unit 31. When UV is irradiated to TiO 2 of the carrier on the catalyst part 33, photoelectrons are generated by the photoelectric effect, and these photoelectrons react with the surrounding oxygen and water molecules to generate OH radicals having strong oxidizing power, thereby remaining with ozone gas and residuals. Hazardous gases are removed. These OH radicals are converted into aerosol mists of sulfuric acid and nitric acid by reacting with SOx and NOx, and gases composed of organic substances such as C and H such as VOC are decomposed into carbon dioxide and water molecules by OH radicals having strong oxidizing power.
실시예Example
미세 입자의 지속적 공급 조건(실험 시작시 챔버 내부 미세입자 농도(775㎍/㎥)와 같은 농도의 공기를 챔버에 공급) 에서의 테스트 결과 10㎛이하 입자의 총 질량 농도가 장치 운전 30분 이후 83%의 제거성능을 유지하였고 10㎚~1㎛의 입자는 장치 운전 600분 이후 88.8%의 제거성능을 보였다. 또한 5 ppm의 시험가스를 지속적으로 공급하는 조건의 테스트 결과 HCHO는 410분이후 98.8%제거, TVOC는 515분 이후 99.6% 제거되었다. 모든 테스트 조건에서 유전체 배리어 방전에 의한 부산물 생성에 의한 2차적인 오염은 없었고, O3 의 경우 최대 0.02ppm의 미약한 증가가 있었지만 실내공기질 권고 기준(0.06ppm이하)을 만족했다.Test results under continuous supply of fine particles (supply air at the same concentration as the microparticle concentration (775 µg / m 3) in the chamber at the beginning of the experiment) resulted in a total mass concentration of particles below 10 μm after 30 minutes of operation. The removal performance of% was maintained, and particles of 10 nm to 1 μm showed 88.8% of removal performance after 600 minutes of device operation. In addition, HCHO was removed 98.8% after 410 minutes and TVOC 99.6% after 515 minutes. Under all test conditions, there was no secondary contamination due to by-product generation by dielectric barrier discharges, and O 3 had a slight increase of up to 0.02 ppm but met the recommended indoor air quality criteria (below 0.06 ppm).
이상과 같이 본 발명에 따른 전기집진형 실내환기장치는 전열교환기와, 중간에 상기 전열교환기가 설치되고 실외공기흡입부, 실내공기급기부, 실내공기흡기부, 및 실내공기배기부가 설치된 환기유닛본체와, 상기 환기유닛본체의 실외공기흡입부내에 설치되는 공기청정유닛을 포함하고, 상기 공기청정유닛은 방전부, 집진부, 촉매부가 직렬설치되며, 상기 방전부는 평판형 전극이 다단으로 적층되며 각 전극에는 교류전원이 인가되고, 상기 집진부는 다수의 집진판이 적층되고 직류전원이 인가되고, 촉매부는 광촉매 필터와 UV램프가 교대로 배열배치된 구성을 가지며, 장치를 구성하는 부품을 교체해야 될 필요가 없고, 압력강하가 HEPA 필터와 같은 여과방식보다 매우 작아 운전 및 유지비가 적게 드는 장점이 있고, 환기 시스템으로 흡입되는 미세 입자들은 DBD 방전부에서 양극성으로 대전되며 이에 교류전기장이 인가되면 서로 반대 극성을 가지고 있는 입자들끼리 충돌 확률이 높아지므로 입자는 서로 충돌하여 응집하고, 이런 과정을 통하여 나노 입자의 농도를 감소시켜 고효율 집진시스템를 구성하고, 환기 시스템과의 통합으로 깨끗한 실내 공기질을 유지할 수 있게 되어 기존의 분진 제거 공정에서 처리하기 힘들었던, 집진 효율이 낮은 나노/서브마이크로(Nano/Submicro) 입자들에 대한 집진 효율을 증가시키는 효과가 있는 것이다.As described above, the electrostatic precipitating indoor ventilation device according to the present invention includes an electric heat exchanger and a ventilation unit main body in which the electric heat exchanger is installed in the middle, and an outdoor air suction unit, an indoor air supply unit, an indoor air intake unit, and an indoor air exhaust unit. And an air cleaning unit installed in the outdoor air suction unit of the ventilation unit body, wherein the air cleaning unit includes a discharge unit, a dust collector, and a catalyst unit installed in series, and the discharge unit includes a flat electrode stacked in multiple stages. AC power is applied to the dust collector, a plurality of dust collectors are stacked and DC power is applied, and the catalyst unit has a configuration in which photocatalyst filters and UV lamps are alternately arranged. There is no need to replace the parts that make up the device, and the pressure drop is much smaller than the filtration method such as HEPA filter, which has the advantage of low operation and maintenance costs, and the fine particles sucked into the ventilation system are positively charged at the DBD discharge part. When the alternating current electric field is applied, the collision probability between particles having opposite polarity increases, so that the particles collide with each other and aggregate. Through this process, the concentration of nanoparticles is reduced to form a high efficiency dust collection system. The integration helps to maintain clean indoor air quality, which increases the efficiency of dust collection on low-efficiency nano / submicro particles, which were difficult to process in conventional dust removal processes.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기집진식 실내환기장치의 개략적인 구성을 도시한 평단면도1 is a plan sectional view showing a schematic configuration of an electrostatic precipitating indoor ventilation apparatus according to an embodiment of the present invention;
도2는 공기청정유닛의 방전부의 전극의 구성을 도시한 도면2 is a diagram showing the configuration of the electrodes of the discharge portion of the air cleaning unit;
도3은 공기청정유닛의 방전부의 전극의 배열을 도시한 도면3 is a view showing the arrangement of electrodes of the discharge portion of the air cleaning unit;
도4a,4b는는 방전부의 전극카트리지사진 및 전극카트리지가 2개삽입된 방전부의 사진 4A and 4B are photographs of the electrode cartridge of the discharge unit and a photograph of the discharge unit in which two electrode cartridges are inserted;
도5는 집진부의 회로구성도5 is a circuit diagram of a dust collector
도6은 집진부의 실물의 회로구성을 도시한 도면6 is a diagram showing a circuit configuration of an actual dust collecting part;
도7은 광촉매필터의 구성을 개략적으로 도시한 평면도7 is a plan view schematically showing the configuration of a photocatalyst filter
도8은 전열교환기의 원리를 도시한 설명도8 is an explanatory diagram showing the principle of the total heat exchanger;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing
전열교환기(1) 환기유닛본체(2) 공기청정유닛(3)Heat exchanger (1) Ventilation unit body (2) Air cleaning unit (3)
열교환막(11) 실외공기흡입부(21) 실내공기급기부(22)Heat exchange membrane (11) Outdoor air intake (21) Indoor air supply (22)
실내공기흡기부(23) 방전부(31) 집진부(32)Indoor air intake part 23 Discharge part 31 Dust collecting part 32
촉진부(33) 프리필터(211) 급기팬(221)Accelerator (33) Prefilter (211) Air supply fan (221)
스페이서(322) 배기팬(241) 전극(311) Spacer 322 Exhaust Fan 241 Electrode 311
평판(311a) 구리박(311b) 필터(331)Flat Plate 311a Copper Foil 311b Filter 331
UV램프(332)UV lamp (332)
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