KR100724556B1 - 유도전압을 이용한 전기집진장치 - Google Patents

Abstract

유도전압을 이용한 전기집진장치가 개시된다. 본 발명은 방전전극과 집진부로 이루어진 전기집진장치에 관한 것으로 특히 방전부 및 집진부의 구조에 관한 것이다. 본 발명은 종래 1단형 집진기의 집진부에 대한 고전압 인가의 문제와 2단형 집진기의 저전압 인가에 따른 집진능력이 상대적으로 떨어지는 문제점을 개선하기 위한 것으로 2단형 집진기와 유사한 구조를 갖고, 집진부의 집진전극에 대한 전원공급을 없애고 상기 집진전극을 접지시키며, 전기적인 연결 없이 독립적으로 존재하며 본 발명에 따른 돌기형 방전전극의 형상에 의해 유도되는 유도전압을 일으키는 유도전압판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 유도전압판 상기 접지된 집진전극의 사이에 설치됨으로써 정전계를 형성하고, 접지된 집진전극으로 쿨롱력에 의해 끌려가는 하전된 먼지에 추진력을 부가하여 집진능력을 증가시키는 효과가 있다. 또한 종래 와이어 형태의 방전전극을 톱과 같은 형상의 돌기형 방전전극으로 대체함으로써 유도전압을 야기함과 동시에 기계적 강도를 높이는 효과가 있고, 집진부에 대한 전원공급을 요하지 않음으로 조립이 용이하고, 전기집진장치의 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

전기집진장치, 코로나 방전, 유도전압, 쿨롱력

Description

유도전압을 이용한 전기집진장치{INDUCTION ELECTROSTATIC PRECIPITATOR}

도 1은 전기집진장치의 기본 원리를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 기본적인 원리를 설명하기 위해 평면적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 돌기형 방전전극의 특징을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 돌기형 방전전극을 다수 설치한 실시 형태를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 전체적인 구성 예를 설명하기 위한 도면.

*** 도면의 주요부분에 대한 도면부호의 설명 ***

1 : 미세입자 2 : 하전된 미세입자

3 : 포집된 미세입자 10 : 돌기형 방전전극

20 : 유도전압판 30 : 집진전극

40 : 전원공급지지대 50 : 고전압 공급수단

60 : 함체 110 : 돌기

120 : 결합공 610 : 유입구

620 : 배출구

본 발명은 코로나 방전에 의하여 먼지를 하전(荷電)시켜 하전(荷電)된 먼지가 쿨롱력에 의해 집진전극으로 끌려가서 집진이 되는 전기집진기(Electrostatic Precipitator : ESP)라 일컫는 장치에 관한 것으로 특히 고전압에 연결되어 먼지를 하전시키는 전자를 방출하는 방전전극과 평행한 판이 연속으로 설치된 집진전극을 포함하는 집진부를 포함하는 구조로 된 전기집진장치에 관한 것이다.

상기 전기집진장치의 전기집진원리를 간략히 살펴보면, 도 1 전기집진장치의 기본 원리를 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같이 오염된 기체 내에 포함되어 있는 포집대상인 먼지, 분진 내지 수분입자와 같은 것을 하전(荷電)시킴으로써 집진전극 방향으로 쿨롱력(정전기(靜電氣)력)을 일으켜 하전된 입자들을 포집한다.

이와 같은 원리를 이용하는 전기집진장치는 통상적으로 방전극에 인가된 고전압에 의한 전기장을 생성하고, 이후 2개의 전극 사이에서 높은 전압에 의해 전기장이 강한 부분이 전도성을 갖는 현상인 코로나 방전으로 방전극 주변의 전하 생성 및 전하의 이동이 이루어지고 이로 인해 먼지를 하전시킨다. 이렇게 하전된 먼지는 전기장 내에서 집진전극방향으로 발생하는 쿨롱력에 의해 힘을 받게 되고, 결국 집진전극으로 끌려가 표면에 부착됨으로써 포집된다.

이와 같은 전기집진원리를 이용하는 전기집진장치는 통상 1단형과 2단형이 있는데, 1단형 집진기는 방전부와 집진부를 일체로 한 것으로 코트렐(Cottrell) 집진기라 불린다. 이는 대기오염 방지수단으로 현재 가장 보편적으로 쓰이고 있다. 통상 3만볼트에서 10만볼트 사이의 높은 전압에서 운전되며 대규모 공업 플랜트에 주로 설치된다. 또한 구조가 간단하고 집진성능이 우수하여 현재 각종 산업용 플랜트에서 발생하는 액상 및 고상 입자의 배출을 방지하는 산업용 방지기계로써 많이 사용되고 있으며, 반복하여 가전 집진을 하기 때문에 재비산 방지에 유효하지만 역전리 억제가 힘든 문제점이 있다. 또한, 집진전극에 높은 전압을 인가해야하는 문제점과 집진전극에서 방전이 될 시에 집진능력을 상실하는 문제점이 있고, 집진전극에 먼지층이 약 8㎜~12.7㎜ 두께까지 먼지가 포집이 됨으로 상기 먼지를 탈진(Rapping)해야만 지속적으로 집진능력을 유지할 수 있으므로 살수장치 내지 기계적 충격 또는 진동을 가하는 장치를 부가해야만 하는 문제점이 있다. 즉 정기적인 탈진이 이루어지지 않으면 역전리 현상이 발생하여 하전된 먼지를 중화시켜 집진성능이 크게 저하되고, 포집된 분진 역시 중화되어 재비산하는 문제점이 있다.

2단형 집진기는 방전부와 집진부가 별도로 되어 있는 것으로 방전부의 방전전극과 집진부의 집진전극의 전압차에 의해 전기장을 형성하고, 상기 방전부를 거쳐 하전된 입자가 상기 전기장 내로 유입되면 이를 상기 집진부의 집진전극으로 끌어당겨 포집한다. 방전부와 집진부와 전계가 분리되어 있어 비교적 함진 농도가 적 은 배기 처리에 주로 사용되며 역전리가 일어나지 않지만 재비산 먼지를 그대로 배출시키는 문제점이 있고, 상대적으로 구조가 복잡한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 1단형 집진기와 2단형 집진기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 집진전극을 접지시키며, 전기적인 연결 없이 독립적으로 존재하며 본 발명에 따른 돌기형 방전전극의 형상에 의해 유도되는 유도전압을 일으키는 유도전압판을 더 포함하고 이를 집진전극의 사이에 설치함으로써 정전계를 형성하고, 접지된 집진전극으로 쿨롱력에 의해 끌려가는 하전된 먼지에 추진력을 부가하여 집진능력을 증가시키며, 재비산 방지 및 역전리가 일어나지 않고, 종래 와이어 형태의 방전전극을 톱과 같은 형상의 돌기형 방전전극으로 대체함으로써 기계적 강도를 높이고, 유지보수 및 조립이 용이하고, 전기집진장치의 제조비용을 절감하는 전기집진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치는 고전압에 연결되어 코로나 방전으로 미세입자를 하전시키는 방전전극과 평행한 판이 연속으로 설치되어 하전된 미세입자를 포집하는 집진전극을 포함하는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 있어서, 상기 방전전극은 소정의 길이를 갖고 톱의 형상으로 길이방향을 따라 다수의 돌기가 형성된 하나 이상의 돌기형 방전전극;이고, 상기 집진부의 집진전극은 모두 접지되어 있고, 상기 집진전극의 사이에 상기 돌기형 방전전극과 나란하게 설치되며, 전기적인 연결 없이 상기 돌기형 방전 전극에 의해 유도된 전압을 일으키는 판상의 유도전압판;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하나 이상의 돌기형 방전전극은 상측 내지 하측에 결합공이 형성되고, 상기 결합공과 결합하여 상기 돌기형 방전전극을 고정하며 전기적으로 연결시키는 전원공급지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치를 상세히 설명한다.

도 2 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 기본적인 원리를 설명하기 위한 도면과 이를 평면적으로 도시한 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 돌기형 방전전극(10)은 전원에 연결되어 11000볼트 이상의 높은 직류전압으로 전하를 공급받고, 이와 같은 높은 전압으로 인가되는 전하는 상기 돌기형 방전전극(10)의 돌기부위에서 충전되어 이후 코로나 방전현상에 의해 방전됨으로써 하전영역(A2)을 형성한다. 외부에서 유입되는 오염된 공기에 포함된 분진, 먼지 내지 수분 등과 같은 미세입자(1)는 전기적으로 중성인 상태이며, 이와 같은 중성인 상태의 미세입자(1)가 상기 하전영역(A2)으로 들어오면 중성인 상태에서 음이온을 띤 기체분자와의 충돌 내지 흡착으로 음성인 상태의 하전된 미세입자(2)가 된다.

미세입자가 하전되는 원리를 간단히 설명하면 돌기형 방전전극(10)은 코로나 방전을 통해 돌기형 방전전극(10) 주위에 강한 전계를 형성하고, 이와 같은 강한 전계는 돌기형 방전전극(10) 주변기체의 내에 존재하는 자유전자를 가속시킨다. 가속된 자유전자는 빠른 속도로 이동하면서 다른 기체분자와 충돌하며, 이렇게 가속된 자유전자와 충돌한 기체분자는 자유전자를 하나 더 배출하면서 양이온이 된다. 이와 같이 형성된 양이온이 된 기체분자는 음극인 돌기형 방전전극(10)을 향해 이동하면서 방전전극(10)을 포위하고 있는 기체분자 또는 돌기형 방전전극(10) 자체에 충돌하고, 이때 발생한 새로운 자유전자는 전기장을 따라 접지된 집진전극(30, 30-1)을 향해서 이동하고, 이와 같이 이동하는 자유전자가 코로나 영역(A1)을 벗어나면 전계가 약해짐에 따른 급격히 이동속도가 떨어진다. 결국 기체분자를 이온화시키지는 못하는 속도로 기체분자와 충돌로 기체분자의 표면에 흡착되어 음이온을 띤 기체분자를 형성한다. 이렇게 음이온을 띤 기체분자는 하전영역(A2)에 있는 미세입자(2)와 충돌 내지 흡착하여 미세입자(2)를 하전시킨다.

이와 동시에 상기 돌기형 방전전극(10)과 나란히 소정의 간격으로 떨어져 있는 판상의 유도전압판(20)은 돌기형 방전전극(10)에 의해 고전압으로 충전되어 음극의 유도전압을 일으키고, 접지된 양쪽 집진전극(30, 30-1)은 정전유도와 정전방전으로 양극으로 대전된다.

따라서 유도전압판(20)과 각각의 집진전극(30, 30-1) 사이에서 전기장을 형성하고, 상기 전기장으로 유입된 하전된 미세입자(2-1)는 상기 집진전극(30, 30-1)과는 인력이 작용하고, 상기 유도전압판(20)과는 척력이 작용하여 상기 집진전극(30, 30-1)으로 딸려가서 부착된다. 이렇게 집진전극(30, 30-1)으로 딸려가 부착됨으로써 포집된 미세입자(3)는 전하를 잃음으로 중성 미세입자가 된다.

이때 상기 척력과 인력은 쿨롱(Coulomb)의 법칙에 따라 야기되는 힘으로 자세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 돌기형 방전전극의 특징을 설명하기 위한 도면이다. 상기 도면에 돌기형 방전전극(10)의 바람직한 실시 형태를 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 돌기형 방전전극(10)은 소정의 길이를 갖고 톱의 형상으로 길이방향을 따라 다수의 돌기(110)를 형성한다. 이와 같은 돌기는 코로나 방전을 상대적으로 낮은 접압에서 일으키기 위한 것으로 도시한 바와 같이 양측면에 다수가 형성된다. 또한 상단부 내지 하단부에 전원공급 및 돌기형 방전전극(10)을 고정하는 전원공급지지대가 결합하는 결합공(120)을 갖는다. 상기 도 4에 도시한 형태의 돌기형 방전전극(10)의 형태는 바람직한 실시형태의 예로 반드시 여기에 국한되는 것은 아니며 길이방향으로 다수의 돌기(110)가 형성된 판상인 것은 모두 가능하다.

도 5는 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 돌기형 방전전극을 다수 설치한 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도면에 도시한 형태는 다수의 돌기형 방전전극(10)을 전원공급지지대(40)로 고정하고, 상기 전원공급지지대(40)는 고전압공급수단(50)인 전원공급장치와 결속되어 상기 돌기형 방전전극(10)에 고전압으로 전하를 공급한다. 이와 같은 전원공급지지대(40)는 전기전도율이 높은 구리와 같은 금속으로 제작되며, 다수의 돌기형 방전전극(10)을 안정적으로 지지한 다.

도 6은 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치의 전체적인 구성 예를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도면에 도시한 바와 같이 오염된 기체가 유입되는 유입구(610)와 정화된 기체가 배출되는 배출구(620)가 형성된 밀폐된 함체(60) 내부의 유입구(610) 측인 전단에 외부의 고전압공급수단(50)과 연결된 전원공급지지대(40)에 병렬로 결합된 다수의 돌기형 방전전극(10)이 설치되고, 그 후단에 접지된 다수의 집진전극(30)과 전기적인 연결 없이 상기 돌기형 방전전극(10)에 의해 높은 전압이 유도되며 상기 집진전극(30) 사이에 위치하는 유도전압판(20)으로 이루어진 것이 설치된다. 즉 집진대상을 하전시키는 돌기형 방전전극(10)의 후단에 집진전극(30)과 유도전압판(20)이 수평방향으로 적층된 것이 설치된다. 따라서 오염된 가스는 상기 유입구(610)를 통해 함체(60) 내로 유입되고, 유입된 오염된 가스에 포함된 집진대상은 상기 돌기형 방전전극(10)을 지나면서 하전이 되고 이후 상기 집진전극(30)과 유도전압판(20) 사이에 형성된 전기장으로 유입되면 쿨롱력에 의해 상기 집진전극(30)으로 끌려가서 집진된다. 따라서 상기 오염된 가스에 포함되어 있는 먼지, 분진 내지 미세입자 등과 같은 집진대상은 집진되어 오염된 가스는 정화되고, 이렇게 정화된 가스는 상기 배출구(620)를 통해 배출된다. 이때 집진된 먼지 내지 분진 등과 같은 집진대상은 집진전극(30)에 부착되는 순간 중화된다.

상기 도면에는 도시하지 않았으나 함체(60)의 전단 내지 후단 내측 또는 외측에 가스 흐름을 일으키는 팬(fan)과 같은 수단이 포함되고, 상기 집진전극(30)에 포집된 먼지 등과 같은 포집물을 제거하는 제거수단이 포함된다. 또한 상대적으로 큰 입자의 분진 내지 먼지 등을 기계적으로 거르기 위한 전처리수단을 더 포함할 수 있다.

상기 설명한 바와 같이 본 발명 유도전압을 이용한 전기집진장치에 있어서, 집진부의 집진전극은 고전압의 인가 대신 접지를 시키고, 돌기형 방전전극에 의해 유도되는 유도전압판을 부가함으로써 고전압을 유도하여 종래 2단형 집진기에 비해 함진 농도가 비교적 높은 배기 처리가 가능한 효과가 있고, 재비산을 방지하며, 종래 1단형 집진기에 비해 집진전극에 고전압을 인가해야 하는 어려움 및 역전리 발생을 해소하는 효과가 있다.

또한 방전전극 자체의 기계적 강도를 높이고, 전기적 연결 없이 독립된 유도전압판과 접지된 집진전극으로 그 구조가 단순하여 유지보수 및 조립이 용이한 효과와 전기집진장치의 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고전압에 연결되어 코로나 방전으로 미세입자를 하전시키는 방전전극과 평행한 판이 연속으로 설치되어 하전된 미세입자를 포집하는 집진전극을 포함하는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 있어서,

   상기 방전전극은 소정의 길이를 갖고 톱의 형상으로 길이방향을 따라 다수의 돌기가 형성된 하나 이상의 돌기형 방전전극;이고,

   상기 집진부의 집진전극은 모두 접지되어 있고, 상기 집진전극의 사이에 상기 돌기형 방전전극과 나란하게 설치되며, 전기적인 연결 없이 상기 돌기형 방전전극에 의해 유도된 전압을 일으키는 판상의 유도전압판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전압을 이용한 전기집진장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 돌기형 방전전극은

   상측 내지 하측에 결합공이 형성되고, 상기 결합공과 결합하여 상기 돌기형 방전전극을 고정하며 전기적으로 연결시키는 전원공급지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전압을 이용한 전기집진장치.

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