KR20230173018A - 전기 집진 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시 내용은 높은 집진 효율을 갖는 전기 집진 장치의 제공을 그 과제로 한다.
배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 전기 집진 장치로서, 상기 배기 가스가 유입되는 입구와 상기 배기 가스가 유출되는 출구를 갖는 통 형상의 케이스와, 상기 케이스 내에 구비되며 상기 입자상 물질을 대전시키는 대전부와, 상기 대전부의 상기 출구쪽에 연접되며 대전된 상기 입자상 물질을 집진하는 집진부를 포함하며, 상기 대전부는, 상기 케이스의 축을 따라 연장되는 통 형상의 제1 접지 전극과, 상기 제1 접지 전극의 통 내에서 상기 제1 접지 전극과 동축 상에 구비된 고전압 가시 형상 전극을 포함하며, 상기 고전압 가시 형상 전극은, 상기 케이스의 축을 따라 연장되는 지지부와, 상기 케이스의 축을 따라 서로 이격되며 상기 지지부에 고정되는 복수 개의 평판부와, 상기 복수 개의 평판부 각각의 외주부로부터 돌출되어 구비된 복수 개의 돌기를 포함하되, 서로 인접하는 상기 평판부에 구비된 상기 복수 개의 돌기는 상기 케이스의 축방향에서 보았을 때에 서로 겹치지 않는다.

Description

전기 집진 장치{ELECTRIC DUST-COLLECTION APPARATUS}

본 발명은 전기 집진 장치에 관한 것이다.

종래에 접지 전극과 고전압 전극 간 전압에 의해 코로나 방전을 발생시킴으로써 기체 중의 입자상 물질을 대전시켜 집진하는 전기 집진 장치가 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 중유를 사용하는 디젤 엔진의 배기 가스 중에 포함되는 입자상 물질을 대전시킬 주 전극과 방전 전극, 그리고 대전된 입자상 물질을 포집하는 집진 전극으로 이루어지는 관 형상 포집부를 갖는 디젤 엔진 배기 가스 처리용 전기 집진 장치가 개시되어 있다. 방전 전극은 주 전극의 외주에 부착된 원통 형상의 방전 전극 지지통의 외주에 짤막한 방전 전극 니들 또는 낮은 높이 톱니 형상의 방전 전극 플레이트를 방사상으로 배치함으로써 구성되어 있다.

일본국 공개특허공보 특개2017-952호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 디젤 엔진 배기 가스 처리용 전기 집진장치에서는, 대전부와 집진부가 일체로 된 구성인 바, 대전된 입자상 물질은 배기 가스 흐름에 따라 이동하여, 실제로 포집되는 것은 배기 가스 흐름 방향 하류쪽에 집중될 가능성이 크다. 따라서, 배기 가스 흐름 방향 상류쪽 부분은 입자상 물질 포집 기능을 다하지 못하여 집진 효율이 저하된다는 문제점이 있었다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 디젤 엔진 배기 가스 처리용 전기 집진 장치에서는, 전기 집진 장치의 포집 튜브에 부착된 입자상 물질이 재비산할 가능성이 있는 바, 이에 의해서도 입자상 물질의 집진 효율이 저하된다.

이에 상기 사항을 고려하여, 본 발명의 일 양태는 높은 집진 효율을 갖는 전기 집진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태는, 디젤 엔진의 연소에 의한 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 전기 집진 장치로서, 상기 배기 가스가 유입되는 입구와 상기 배기 가스가 유출되는 출구를 갖는 통 형상의 케이스와, 상기 케이스 내에 구비되며 상기 입자상 물질을 대전시키는 대전부와, 상기 대전부의 상기 출구쪽에 연접되며 대전된 상기 입자상 물질을 집진하는 집진부를 포함하며, 상기 대전부는, 상기 케이스의 축을 따라 연장되는 통 형상의 제1 접지 전극과, 상기 제1 접지 전극의 통 내에서 상기 제1 접지 전극과 동축 상에 구비된 고전압 가시 형상 전극을 포함하며, 상기 고전압 가시 형상 전극은, 상기 케이스의 축을 따라 연장되는 지지부와, 상기 케이스의 축을 따라 서로 이격되며 상기 지지부에 고정되는 복수 개의 평판부와, 상기 복수 개의 평판부 각각의 외주부로부터 돌출되어 구비된 복수 개의 돌기를 포함하되, 서로 인접하는 상기 평판부에 구비된 상기 복수 개의 돌기는 상기 케이스의 축방향에서 보았을 때에 서로 겹치지 않는다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 높은 집진 효율을 갖는 전기 집진 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 따른 전기 집진 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 X-Y 단면도이다.
도 3은 대전부의 사시도이다.
도 4는 고전압 가시 형상 전극의 측면도이다.
도 5는 하나의 대전 유닛의 정면도이다.
도 6은 집진부의 사시도이다.
도 7은 도 1의 X-Y 단면에서의 제2 접지 전극 및 고전압 평판 전극의 확대도이다.
도 8은 집진부의 정면도이다.
도 9는 전기 집진 장치의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 1의 Y-Z 단면에서의 집진부 및 회수부를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 1의 X-Y 단면에서의 집진부를 나타내는 도면이다.
도 12는 천정 플레이트의 평면도이다.

이하에서는, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 설명의 이해를 용이하게 하기 위해 각 도면에 있어 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 1은 일 실시형태에 따른 전기 집진 장치(1)의 사시도이며, 도 2는 도 1에서의 X-Y 단면도이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 집진 장치(1)는 디젤 엔진의 연소에 따른 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집한다. 배기 가스는, 예를 들어, 선박 등과 같은 이동체에 탑재되는 엔진으로부터 배출되는 배기 가스이다. 이동체는 선박에 한정되지 않으며 차량 등일 수도 있다. 입자상 물질은, 예를 들어, 블랙 카본 등을 포함한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 전기 집진 장치(1)는 배기 가스(G)가 유입되는 입구(21)와 배기 가스(G)가 유출되는 출구(22)를 갖는 통 형상의 케이스(2)를 구비한다. 전기 집진 장치(1)는, 도 2에 나타내는 것과 같이, 케이스(2) 내에 구비되며 입자상 물질을 대전(帶電)시키는 대전부(11)와, 대전부(11)의 출구(22) 쪽에 연접되며 대전된 입자상 물질을 집진하는 집진부(12)를 구비한다, 즉, 전기 집진 장치(1)에서는, 입자상 물질을 대전시키는 기능과, 대전된 입자상 물질을 집진하는 기능이 분리되어 있다.

입자상 물질을 대전시키는 기능과, 대전된 입자상 물질을 집진하는 기능이 일체로 된 전기 집진 장치에서는, 대전된 입자상 물질은 배기 가스가 흐르는 방향으로 이동하므로, 실제로 포집되는 것은 배기 가스가 흐르는 방향에 있어 하류 쪽에 집중될 가능성이 크다. 그리하여, 배기 가스가 흐르는 방향에 있어 상류쪽 부분은 입자상 물질의 포집 기능을 다하지 못하며, 또한 방전 전극은 포집 전극의 길이에 맞출 필요성에 의해 배기 가스가 흐르는 방향에 있어 하류 쪽에까지 불필요하게 길어질 가능성이 있다. 특히, 선박의 디젤 엔진의 배기 가스 흐름은 상대적으로 빠른 바, 포집 전극 및 방전 전극의 길이(크기)가 불필요하게 커질 가능성이 있다. 따라서, 전기 집진 장치의 크기가 대형화할 가능성이 있다.

이에 대해, 본 실시형태의 전기 집진 장치(1)에서는, 입자상 물질을 대전시키는 기능과, 대전된 입자상 물질을 집진하는 기능이 배기 가스가 흐르는 방향에 있어 분리되어 있는 바, 각각의 크기를 그 기능에 맞추어 최적화할 수 있다. 그리하여, 전기 집진 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있다. 특히, 선박과 같이 전기 집진 장치의 배치 공간에 여유가 없는 경우에 매우 적합하다.

케이스(2)의 형상은 통 형상일 수 있는 바, 원통 또는 단면 형상이 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등과 같은 다각형인 각통일 수 있고, 이들을 조합한 형상일 수도 있다. 본 실시형태에서, 입구(21) 및 출구(22)에서의 케이스(2) 단면 형상은 원형이며, 대전부(11) 및 집진부(12)에서의 케이스(2) 단면 형상은 사각형이다.

도 3은 대전부(11)의 사시도이며, 도 4는 고전압 가시 형상 전극(31)의 측면도이며, 도 5는 하나의 대전 유닛(U1)의 정면도이다. 대전부(11)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 케이스(2)의 축을 따라 연장되는 통 형상의 제1 접지 전극(61)과, 제1 접지 전극(61)의 관 내에서 제1 접지 전극(61)과 동축 상에 구비된 고전압 가시 형상 전극(31)을 포함한다. 즉, 고전압 가시 형상 전극(31)은 제1 접지 전극(61)에 대향하도록 구비된다. 제1 접지 전극(61) 및 고전압 가시 형상 전극(31)은, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 텅스텐, 티탄, 탄소 소재 등과 같은 도전성 재료를 적절히 사용하여 구성할 수 있다.

하나의 제1 접지 전극(61) 및 하나의 고전압 가시 형상 전극(31)은 하나의 대전 유닛(U1)을 구성할 수 있다. 그리고, 대전 유닛(U1)은 케이스(2)의 축에 대해 직렬 또는 병렬로 복수 개 배치될 수도 있다. 본 실시형태에서는, 9개의 대전 유닛(U1)이 케이스(2)의 축에 대해 병렬로 배치된다. 구체적으로, 대전 유닛(U1)은 Y축 방향으로 3열, 그리고 Z축 방향으로 3열이 되도록 배치됨으로써, 9개의 대전 유닛(U1)은 케이스(2)의 축에 대해 병렬로 배치되어 있다.

복수 개의 대전 유닛(U1)을 케이스(2)의 축에 대해 직렬 또는 병렬로 배치함으로써, 배기 가스의 처리 용량 증가에 따라 대전부(11)를 용이하게 확장하여 전기 집전 장치(1)의 집전 효율을 향상시킬 수 있다.

제1 접지 전극(61)의 형상은 원통이거나 또는 단면 형상이 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등과 같은 다각형인 각통일 수 있다. 이 중에서도 제1 접지 전극(61)의 단면 형상은 사각형 각통이면 바람직하다. 제1 접지 전극(61)의 단면 형상이 사각형 각통임으로써, 케이스(2)의 축에 대해 대전 유닛(U1)을 병렬로 배치하는 경우에, 대전 성능에 기여하지 않는 불필요한 공간을 저감하여 소형화를 도모하면서 대전부(11)를 확장할 수 있다.

고전압 가시 형상 전극(31)은, 도 3~도5에 나타내는 바와 같이, 케이스(2)의 축을 따라 연장되는 지지부(311)와, 케이스(2)의 축을 따라 서로 이격되어 지지부(311)에 고정된 복수 개의 평판부(312)와, 복수 개의 평판부(312) 각각의 외주부로부터 돌출되어 구비된 복수 개의 돌기(313)를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 지지부(311)의 축을 중심으로 360°에 걸쳐 배기 가스 중의 입자상 물질이 이온류로 균일하게 도달하도록 하여 입자상 물질을 대전시킬 수 있으므로, 대전 효율을 높일 수 있고, 그 결과, 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 서로 인접하는 평판부(312)에 구비된 복수 개의 돌기(313)(복수 개의 돌기(313a,313b))는 케이스(2)의 축방향(케이스(2)의 축을 따르는 방향 또는 X축 방향)에서 보았을 때에 서로 겹치지 않는다. 바꾸어 말하면, 서로 인접하는 평판부(312)에 구비된 복수 개의 돌기(313)(복수 개의 돌기(313a,313b))는 케이스(2)의 축방향에서 보았을 때에 지그재그로 배치되어 있다.

배기 가스(G)를 대전부(11)로 흐르게 하면, 시간의 경과와 함께 돌기(313)의 선단에 도전성 입자성 물질이 부착되어 퇴적하는 경우가 있다. 돌기(313)의 선단에 입자상 물질이 퇴적하면, 고전압 가시 형상 전극(31)은 높은 전계를 유지할 수 없어서 방전 전류가 작아진다. 이에 대해, 본 실시형태의 고전압 가시 형상 전극(31)은 복수 개의 돌기(313)가 케이스(2) 축방향에서 보았을 때에 서로 겹치지 않도록 배치됨으로써, 돌기(313) 선단 부근의 배기 가스(G) 흐름이 난류 및 와류로 되어 돌기(313) 선단 부근에 큰 압력이 가해지는 바, 돌기(313) 선단에 부착된 입자상 물질이 제거되므로, 배기 가스 중의 입자상 물질이 돌기(313) 선단에 부착되는 것을 억제한다. 그리하여, 대전 효율을 높일 수 있는 바, 결과적으로 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 향상시킬 수 있다.

복수 개의 돌기(313)는 평판부(312)의 둘레 방향에 있어 등간격으로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 하나의 평판부(312)에 구비된 돌기(313a)는, 케이스(2)의 축방향에서 보았을 때에, 하나의 평판부(312)에 인접하는 다른 평판부(312)에 구비되며 서로 인접하는 돌기(313b, 313b)의 중간부에 배치되어 있음이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 모든 돌기(313)의 선단 부근에서 배기 가스(G)의 흐름이 난류 및 와류로 되어 돌기(313)의 선단 부근에 큰 압력이 가해짐으로써, 돌기(313)의 선단에 부착된 입자상 물질이 제거되므로, 배기 가스 중의 입자상 물질이 돌기(313) 선단에 부착되는 것을 더욱 억제한다. 따라서, 대전 효율을 보다 높일 수 있는 바, 결과적으로 전기 집전 장치(1)의 집전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61) 간 거리는 30 ㎜~100 ㎜임이 바람직하다. 돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61) 간 거리라 함은 각각의 돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61) 간 최단 거리를 의미한다. 돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61) 간 거리가 30 ㎜ 이상임으로써, 장치의 대형화에 수반되는 치수 정확도 저하의 영향을 받기 어렵고, 또한 엔진 등의 진동에 의해 돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61)이 접촉 또는 댐핑(damping)되는 것을 억제할 수 있다. 돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61) 간 거리가 100 ㎜ 이하임으로써, 필요한 고전압 직류 전류를 적절한 크기로 할 수 있어서 불필요하게 높은 전계나 높은 방전 전류를 얻기 위해 고전압 전원을 설치한다거나 높은 절연성을 얻기 위해 절연부를 설치하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전기 집진 장치(1)를 소형화하며 제조 비용을 저감할 수 있다.

대전부(11)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수 개의 고전압 가시 형상 전극(31)을 지지하는 고전압 지지 전극(33)을 구비한다. 고전압 지지 전극(33)은 금속 등과 같은 도전성 재료로 구성되며, 복수 개의 고전압 가시 형상 전극(31)끼리를 전기적으로 접속시킨다. 고전압 전원(미도시)이 고전압 도입부(19)에 접속되고, 고전압 도입부(19)로부터 고전압 지지 전극(33)으로 고전압이 인가되며, 고전압 지지 전극(33)을 통해 복수 개의 고전압 가시 형상 전극(31)으로 고전압이 인가될 수 있다. 고전압 가시 형상 전극(31)과 제1 접지 전극(61) 사이에는, 예를 들어, -9kV의 직류 고전압을 공급하고, 고전압 가시 형상 전극()에서 음(-)의 코로나 방전을 행하도록 함으로써, 배기 가스(G) 중에 포함되는 입자상 물질을 대전시킨다.

도 6은 집진부(12)의 사시도이며, 도 7은 도 1의 X-Y 단면에서의 제2 접지 전극(62) 및 고전압 평판 전극(32)의 확대도이며, 도 8은 집진부(12)의 정면도이다. 케이스(2)가 수평 방향으로 배치되는 경우에, 집진부(12)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 연직 방향(Z축 방향)으로 세운 상태로 배치되는 복수 개의 고전압 평판 전극(32)과, 고전압 평판 전극(32)과는 이격되어 배치되는 복수 개의 제2 접지 전극(62)을 구비한다. 복수 개의 고전압 평판 전극(32) 및 복수 개의 제2 접지 전극(62)은 배기 가스(G)가 흐르는 방향에 직교하는 방향(Y축 방향)으로 병렬 배치되어 있다. 한편, 배기 가스(G)가 흐르는 방향은 케이스(2)의 축방향에 상당한다. 고전압 평판 전극(32) 및 제2 접지 전극(62)은, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 텅스텐, 티탄, 탄소 소재 등과 같은 도전성 재료를 적절히 사용하여 구성될 수 있다.

제2 접지 전극(62)은, 예를 들어 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 연직 방향으로 개방되어 포집 공간(620)을 구성하는 박스 형상으로 되어 있으며, 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 2개의 면 중 적어도 한쪽 면에 복수 개의 포집 개구(621)가 구비된다. 구체적으로, 제2 접지 전극(62)은, 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 2개의 평판부(62a)와, 2개의 평판부(62a)를 접속시키는 양단부의 곡면부(62b)를 포함한다. 이로써, 2개의 평판부(62a) 및 그 양단부의 곡면부(62b)에 의해 둘러싸인 포집 공간(620)이 구성된다. 2개의 평판부(62a) 및 곡면부(62b)는 제2 접지 전극(62)의 본체부(624)를 구성한다. 그리고, 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 2개의 평판부(62a) 중 적어도 한쪽에는 복수 개의 포집 개구(621)가 구비되어 있다. 예를 들어, 2개의 평판부(62a) 중 적어도 한쪽은 펀칭 메탈(punching metal)로 구성될 수 있다.

포집 개구(621)는 평판부(62a)를 관통하도록 평판부(62a)에 구비된다. 구체적으로, 포집 개구(621)는 평판부(62a)의 면적에 비해 매우 작은 면적을 가지며 복수 개 구비된다. 포집 개구(621)는 고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62) 사이의 공간과, 제2 접지 전극(62)의 포집 공간(620)을 접속시킨다. 배기 가스(G) 중의 대전된 입자상 물질은 쿨롱 힘에 의해 흡인됨으로써, 포집 개구(621)로부터 제2 접지 전극(62)의 포집 공간(620) 내로 들어와 포집된다. 즉, 제2 접지 전극(62)은 입자상 물질을 포집하는 포집 박스로서 기능한다. 이러한 구성에 의하면, 포집 박스 안은 배기 가스(G)의 빠른 흐름의 영향을 받기 어렵고 전계도 0이므로, 포집 공간(620) 내에 포집된 입자상 물질이 바람이나 전계에 의한 박리력을 받지 않는 바, 재비산되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 향상시킬 수 있다.

제2 접지 전극(62)은, 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 2개의 면(평판부(62a,62a))에 복수 개의 포집 개구(621)가 구비되며, 포집 공간(620)에 배치된 2개의 면에 평행한 제1 집진 플레이트(622)와, 2개의 면에 수직인 제2 집진 플레이트(623)를 포함하는 것이 바람직하다. 제1 집진 플레이트(622)는 포집 공간(620)을 한쪽 면(평판부(62a))측 공간과 다른쪽 면(평판부(62a))측 공간으로 구획하도록 구성된다. 이로써, 양쪽 면(평판부(62a,62a))의 포집 개구(621)로부터 포집 공간(620)으로 유입되는 입자상 물질을 제1 집진 플레이트(622)의 양면에 부착시킬 수 있다. 한편, 제1 집진 플레이트(622)의 주변에서는, 가스류는 저속에서 정류(整流)이므로 제1 집진 플레이트(622) 표면의 유속은 0로 되는 바, 배기 가스(G)의 흐름에 따라 입자상 물질이 재비산되는 일은 없다. 또한, 포집 개구(621)로부터 포집 공간(620) 안으로 유입된 입자상 물질은 배기 가스(G)의 주류에 비해 유속이 상대적으로 낮긴 하지만, 배기 가스(G)가 흐르는 방향으로 흐르는 것이므로, 배기 가스(G)가 흐르는 방향에 직교하도록 구비되는 제2 집진 플레이트(623)에도 입자상 물질을 부착시킬 수 있다. 따라서, 제2 접지 전극(62)은 제1 집진 플레이트(622) 및 제2 집진 플레이트(623)를 포함함으로써, 입자상 물질의 재비산을 더욱 억제할 수 있는 바, 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

특히, 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기 가스는 유속이 상대적으로 크므로, 예를 들어 평판 형상의 제2 접지 전극인 경우, 재비산 가능성이 상대적으로 크다. 이에 대해, 제2 접지 전극(62)은 제1 집진 플레이트(622) 및 제2 집진 플레이트(623)를 포함함으로써, 선박 엔진으로부터의 배기 가스와 같이 유속이 상대적으로 큰 경우에도, 포집된 입자상 물질의 재비산을 억제할 수 있다. 또한, 제2 집진 플레이트(623)는 제2 접지 전극(62)의 평판부(62a)의 변형을 억제하여 제2 접지 전극(62)을 보강하는 역할도 하게 된다. 제2 집진 플레이트(623)는 제2 접지 전극(62)의 2개의 면에 평행한 방향으로 등간격 구비될 수도 있다. 제2 집진 플레이트(623)의 갯수는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어 3개일 수 있다.

제2 접지 전극(62)은, 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 복수 개의 포집 개구(621)를 구비하며, 포집 공간(620)에 배치된 2개의 면에 수직인 제2 집진 플레이트(623)를 포함할 수도 있다. 이러한 구성에서도, 포집 개구(621)로부터 포집 공간(620) 안으로 유입된 입자상 물질은 제2 집진 플레이트(623)에 부착될 수 있다. 따라서, 입자상 물질의 재비산을 보다 억제할 수 있는 바, 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62) 간 거리는 30 ㎜~100 ㎜이면 바람직하다. 여기에서 “거리”라 함은 최단 거리를 의미한다. 또한, 제2 접지 전극(62)이 박스 형상을 갖는 경우에, 고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62) 간 거리라 함은, 고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62)의 평판부(62a) 간 거리를 의미한다. 고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62) 간 거리가 30 ㎜ 이상임으로써, 장치의 대형화에 수반되는 치수 정확도 저하의 영향을 잘 받지 않게 할 수 있다. 고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62) 간 거리가 100 ㎜ 이하임으로써, 불필요하게 높은 전계를 얻기 위해 고전압 전원을 구비한다거나 높은 절연성을 얻기 위한 절연부를 구비하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전기 집진 장치(1)를 소형화하고 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 동시에, 전술한 바와 같이, 대전부(11)의 돌기(313) 선단과 제1 접지 전극(61) 간 거리 역시 30 ㎜~100 ㎜로 함으로써, 대전부(11)와 집진부(12)에 있어 마찬가지의 전원 및 절연부 구조를 이용할 수 있다. 따라서, 전기 집진 장치(1)를 보다 소형화하고 제조 비용을 더욱 저감할 수 있다.

집진부(12)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하나의 고전압 평판 전극(32)과, 하나의 고전압 평판 전극에 대향하는 제2 접지 전극(62)의 부분이 하나의 집진 유닛(U2)을 구성할 수도 있다. 하나의 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 제2 접지 전극(62)의 부분이라 함은, 제2 접지 전극(62)을 제1 집진 플레이트(622)를 경계로 하여 2분할한 경우의 절반을 의미한다. 바꾸어 말하면, 하나의 고전압 평판 전극(32)에 대향하는 제2 접지 전극(62)의 부분은, 평판부(62a)와, 평판부(62a)의 양단에 연접(連接)하는 곡면부(62b)를 포함한다. 그리고, 집진 유닛(U2)은 케이스(2)의 축에 대해 직렬 또는 병렬로 복수 개 배치될 수도 있다. 본 실시형태에서는, 케이스(2)의 축에 대해 4개의 집진 유닛(U2)이 병렬로 배치되어 있다.

복수 개의 집진 유닛(U2)을 케이스(2)의 축에 대해 직렬 또는 병렬로 배치함으로써, 배기 가스의 처리 용량 증가에 따라 집진부(12)를 용이하게 확장하여 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시형태에서는 복수 개의 대전 유닛(U1) 및 복수 개의 집진 유닛(U2)을 케이스(2)의 축에 대해 병렬로 배치하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 하나의 대전 유닛(U1)에 대해 복수 개의 집진 유닛(U2)을 케이스(2)의 축에 대해 병렬 또는 직렬로 배치할 수 있고, 또는 하나의 집진 유닛(U2)에 대해 복수 개의 대전 유닛(U1)을 케이스(2)의 축에 대해 병렬 또는 직렬로 배치할 수도 있다.

집진부(12)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수 개의 고전압 평판 전극(32)을 지지하는 고전압 지지 전극(34)을 구비한다. 고전압 지지 전극(34)은 금속 등의 도전성 재료로 구성되며, 복수 개의 고전압 평판 전극(32)을 전기적으로 접속시킨다. 고전압 전원(미도시)이 고전압 도입부(19)에 접속되고, 고전압 도입부(19)로부터 고전압 지지 전극(34)에 고전압이 인가되며, 고전압 지지 전극(34)을 통해 복수 개의 고전압 평판 전극(32)에 고전압이 인가될 수 있다. 고전압 평판 전극(32)과 제2 접지 전극(62) 사이에는, 예를 들어, -7.5kV의 직류 고전압을 인가한다.

이어서, 전기 집진 장치(1)의 집진 동작에 대해 설명한다.

우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스(G)가 대전부(11)로 공급된다. 대전부(11)에서는, 배기 가스(G)가 흐르는 방향(X축 방향)에 평행하게 제1 접지 전극(61) 및 고전압 가시 형상 전극(31)이 배치되어 있다. 따라서, 인접하는 제1 접지 전극(61) 사이의 고전압 가시 형상 전극(31)이 배치된 공간을 배기 가스(G)가 흐르게 된다.

그리고, 대전부(11)를 흐르는 배기 가스(G)에 포함되는 입자상 물질은 코로나 방전에 의해 발생한 음(-) 이온류에 의해 대전되어 집진부(12)로 보내진다. 집진부(12)에서는, 배기 가스(G)가 흐르는 방향에 평행하도록 제2 접지 전극(62) 및 고전압 평판 전극(32)이 배치되어 있다. 따라서, 인접하는 제2 접지 전극(62) 사이의 고전압 평판 전극(32)이 배치된 공간을 배기 가스(G)가 흐르므로, 유로 저항을 저감시킨 상태에서 배기 가스(G)가 흐르도록 할 수 있다.

그리고, 제2 접지 전극(62) 및 고전압 평판 전극(32) 사이로 공급되는 직류의 고전압에 의해 정전계가 형성되며, 집진부(12)를 흐르는 배기 가스(G) 중의 대전된 입자상 물질을 제2 접지 전극(62)이 쿨롱 힘에 의해 흡인하여 포집한다.

전기 집진 장치(1)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 케이스(2)의 측면에 케이스(2) 축방향으로 간격을 두어 구비되며 기체를 케이스(2) 내부로 공급하는 복수 개의 에어 퍼지부(4)와, 복수 개의 에어 퍼지부(4) 각각에 구비되며 고전압 지지 전극(33,34)을 지지하는 복수 개의 애자(5)를 구비할 수도 있다.

에어 퍼지부(4)는 통 형상으로 되어 있으며 케이스(2) 내부와 연통되어 있다. 에어 퍼지부(4)는 케이스(2)와는 별체이며, 케이스(2)의 측면에, 예를 들어, 볼트 및 너트 등에 의해 체결 설치되어 있다. 즉, 에어 퍼지부(4)는 케이스(2)에 대해 탈착 가능하도록 되어 있다. 따라서, 애자(5)가 배기 가스(G) 중의 입자상 물질에 의해 오손(汚損)되더라도, 엔진을 정지하고서 전기 집진 장치(1)를 냉각시킨 후에, 에어 퍼지부(4)를 케이스(2)로부터 탈거하고 오손된 애자(5)만을 새로운 애자(5)로 교환함으로써, 전기 집진 장치(1)를 용이하게 복구할 수 있다.

에어 퍼지부(4)의 갯수는 고전압 지지 전극(33,34)을 지지하는 애자(5)의 갯수와 같다. 에어 퍼지부(4)의 갯수는 적어도 4개 구비되는 것이 바람직하다. 에어 퍼지부(4)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 케이스(2)의 축에 대해 대칭으로 4쌍, 즉, 8개 구비될 수 있다.

도 9는 전기 집진 장치(1)의 내부 구조를 나타내는 사시도이며, 도 10은 도 1의 Y-Z 단면에서의 집진부 및 회수부(15)를 나타내는 사시도이며, 도 11은 도 1의 X-Y 단면에서의 집진부(12)를 나타내는 도면이며, 도 12는 천정 플레이트(18)의 평면도이다. 케이스(2)는 도 9에 나타내는 바와 같이 수평 방향으로 배치되며, 전기 집진 장치(1)는 연직 방향으로 집진부(12)에 대향하도록 구비되며 집진부(12)로부터 이탈된 입자상 물질을 수용하는 회수부(15)를 구비할 수 있다. 이 경우, 대전부(11) 및 집진부(12)의 구성은 전술한 본 실시형태의 구성을 적용할 수 있지만, 전술한 본 실시형태의 구성 이외의 구성일 수도 있다.

집진부(12)에서, 예를 들어, 제2 접지 전극(62)의 제1 집진 플레이트(622), 제2 집진 플레이트(623), 본체부(624)의 벽면 등에 포집되어 부착된 입자상 물질은 시간 경과와 함께 응집되어 비대화된다. 비대화된 입자상 물질은 엔진 등의 맥동에 의한 진동, 입자상 물질 자체 중량의 영향 등을 받게 되는 바, 집진부(12)의 제2 접지 전극(62)에 대한 부착력보다 박리력이 더 커지면, 제2 접지 전극(62)으로부터 이탈하여 도 10의 화살표로 나타내는 흐름을 따라 자중에 의해 연직 방향 아랫쪽에 구비된 회수부(15)로 낙하한다. 따라서, 집진부(12) 내에 입자상 물질이 체류하는 바, 재비산하는 것을 억제할 수 있으며, 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태의 전기 집진 장치(1)는 사이클론 장치 등과 같은 회수 장치나 배관을 별도로 구비하지 않아도 집진부(12)에서 포집한 입자상 물질을 회수할 수 있으므로, 전기 집진 장치(1)를 소형화하여 전기 집진 장치(1)의 제조 비용을 저감할 수 있다.

전기 집진 장치(1)는 입자상 물질이 회수부(15)로 낙하하는 것을 촉진하기 위해, 해머 등과 같은 타격 기구를 구비할 수도 있다. 회수부(15)는 연직 방향으로 집진부(12)에 대향하도록 케이스(2)에 탈착 가능하게 설치될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 회수부(15)를 탈거하여 회수부(15) 안에 체류된 입자상 물질을 처리할 수 있다.

전기 집진 장치(1)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 집진부(12)의 포집 공간(620)과 회수부(15) 내부를 연통시키는 회수구(16)를 구비할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 집진부(12)의 포집 공간(620)에서는, 예를 들어, 제1 집진 플레이트(622), 제2 집진 플레이트(623), 본체부(624)의 내주면 등에 포집되어 부착된 입자상 물질을 연직 방향 아랫쪽에 구비된 회수부(15)로 유도하여 입자상 물질을 집진부(12) 내에 체류시킴으로써 재비산하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 향상시킬 수 있다. 회수구(16)는 케이스(2)의 둘레벽에 설치될 수 있다. 또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 접지 전극(62)의 단부가 회수구(16)에 맞물려 있을 수도 있다. 다른 실시형태에서는, 제2 접지 전극(62)의 단부가 회수구(16)의 연직 방향 윗쪽에 위치할 수도 있다.

회수부(15)는 연직 방향 윗쪽에 개구(151)를 구비하며, 연직 방향 상단으로부터 바깥쪽으로 연장되어 구비된 차양부(152)를 구비할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 케이스(2)에 회수부(15)를 설치할 때에, 케이스(2)의 연직 방향 하단으로부터 바깥쪽으로 연장되어 구비된 차양부(23)와, 회수부(15)의 차양부(152)를 맞닿게 함으로써, 밀폐를 유지한 상태에서 회수부(15)를 케이스(2)에 설치할 수 있다.

또한, 전기 집진 장치(1)는, 도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 제2 접지 전극(62)과 고전압 평판 전극(32) 사이의 공간과, 회수부(15)의 사이에 구비된 구획 플레이트(17)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 배기 가스가 회수부(15)로 유입되는 바, 회수된 입자상 물질이 재비산하는 것을 억제하여 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 구획 플레이트(17)는 제2 접지 전극(62)과 고전압 평판 전극(32) 사이의 공간과, 회수부(15)와의 사이를 전부 채우도록 구비되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서 구획 플레이트(17)는 인접하는 제2 접지 전극(62) 사이에 각각 구비되는 바, 합계 4개 구비되어 있다. 한편, 인접하는 제2 접지 전극(62) 사이에는 또한 고전압 평판 전극(32)이 배치되어 있다.

구획 플레이트(17)는 복수 개의 보조 개구(171)를 구비하는 것이 바람직하다. 이로써, 집진부(12)의 포집 공간(620)으로 들어오지 않고 예를 들어 제2 접지 전극(62)의 외주면에 부착되어 응집, 비대화하여 구획 플레이트(17) 위로 낙하한 입자상 물질, 또는 제2 접지 전극(62)의 외주면에 부착하지 않고 그대로 구획 플레이트(17) 위로 낙하한 입자상 물질은, 보조 개구(171)를 통과하여 자중에 의해 연직 방향 아랫쪽에 구비된 회수부(15)로 낙하한다. 따라서, 입자상 물질이 집진부(12) 내에 체류하는 바, 재비산하는 것을 더욱 억제할 수 있으며 전기 집진 장치(1)의 집진 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 구획 플레이트(17)는, 예를 들어, 펀칭 메탈일 수 있다.

구획 플레이트(17)는 집진부(12), 회수부(15), 케이스(2) 중 어느 것에도 구비될 수 있는 바, 예를 들어, 케이스(2)에 구비될 수 있다. 구체적으로, 케이스(2)는, 수평 방향으로 집진부(12)의 양단에 케이스(2) 폭방향(Y축 방향)으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 지지 플레이트(24)와, 한 쌍의 지지 플레이트(24) 사이에서 수평 방향으로 연장되도록 구비된 복수 개의 구획 플레이트(17)를 구비할 수 있다. 바꾸어 말하면, 케이스(2)의 둘레벽은 구획 플레이트(17)를 포함할 수도 있다.

전기 집진 장치(1)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 구획 플레이트(17)에 대향하는 위치에, 제2 접지 전극(62)과 고전압 평판 전극(32) 사이 공간의 연직 방향 윗쪽을 막는 천정 플레이트(18)를 구비할 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 집진부(12)의 포집 공간(620)으로 들어오지 않고 제2 접지 전극(62)과 고전압 평판 전극(32) 사이의 공간에서 부유하는 입자상 물질이 연직 방향 윗쪽에서부터 집진부(12) 바깥으로 유출하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 천정 플레이트(18)는 개구를 가지고 있지 않다.

천정 플레이트(18)는 제2 접지 전극(62)과 고전압 평판 전극(32) 사이 공간의 연직 방향 윗쪽을 전부 막도록 구비되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 천정 플레이트(18)는 구획 플레이트(17)와 같은 형상을 가지며 같은 갯수가 구비됨이 바람직하다. 본 실시형태에서, 천정 플레이트(18)는 인접하는 제2 접지 전극(62) 사이에 각각 구비되며 합계 4개 구비되어 있다. 한편, 인접하는 제2 접지 전극(62) 사이에는 고전압 평판 전극(32) 또한 배치되어 있다.

복수 개의 천정 플레이트(18)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 케이스(2)의 폭방향(Y축 방향)으로 연장되는 한 쌍의 지지 플레이트(20) 사이에 소정 간격을 두어 구비되며 일체를 이룰 수도 있다. 이에 의해, 복수 개의 천정 플레이트(18)를 용이하게 짝지을 수 있다.

본 실시형태의 전기 집진 장치(1)는 선박용 전기 집진 장치를 포함한다. 또한, 전기 집진 장치(1)는 선박 외에도 철도 차량 등과 같은 대형 차량용, 발전용, 산업용 등의 디젤 엔진에 적용할 수 있다.

이상에서와 같이 실시형태에 대해 설명하였으나, 상기 실시형태는 예를 들어 제시한 것으로서, 본 발명이 상기 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 조합이나, 생략 치환, 변경 등을 가할 수 있다. 이들 실시형태 및 그 변형물은 발명의 범위나 요지에 포함되며, 청구범위에 기재된 발명 및 그 균등 범위에 포함된다.

본원은 2022년 6월 16일에 출원된 일본국 특허출원 2022-097667호에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로서, 일본국 특허출원 2022-097667호의 전체 내용을 본원에 참조로써 원용한다.

1 : 전기 집진 장치 11 : 대전부
12 : 집진부 15 : 회수부
151 : 개구 152 : 차양부
16 : 회수구 17 : 구획 플레이트
171 : 보조 개구 18 : 천정 플레이트
19 : 고전압 도입부 20 : 지지 플레이트
2 : 케이스 21 : 입구
22 : 출구 23 : 차양부
24 : 지지 플레이트 31 : 고전압 가시 형상 전극
311 : 지지부 312 : 평판부
313,313a,313b : 돌기 32 : 고전압 평판 전극
33,34 : 고전압 지지 전극 4 : 에어 퍼지부
5 : 애자 61 : 제1 접지 전극
62 : 제2 접지 전극 62a : 평판부
62b : 곡면부 620 : 포집 공간
621 : 포집 개구 622 : 제1 집진 플레이트
623 : 제2 집진 플레이트 624 : 본체부
U1 : 대전 유닛 U2 : 집진 유닛

Claims (10)

1. 디젤 엔진의 연소에 의한 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 전기 집진 장치로서,
   상기 배기 가스가 유입되는 입구와 상기 배기 가스가 유출되는 출구를 갖는 통 형상의 케이스와,
   상기 케이스 내에 구비되며 상기 입자상 물질을 대전시키는 대전부와,
   상기 대전부의 상기 출구 쪽에 연접되며 대전된 상기 입자상 물질을 집진하는 집진부를 포함하며,
   상기 대전부는,
   상기 케이스의 축을 따라 연장되는 통 형상의 제1 접지 전극과,
   상기 제1 접지 전극의 통 내에서 상기 제1 접지 전극과 동축 상에 구비된 고전압 가시 형상 전극을 포함하며,
   상기 고전압 가시 형상 전극은,
   상기 케이스의 축을 따라 연장되는 지지부와,
   상기 케이스의 축을 따라 서로 이격되며 상기 지지부에 고정되는 복수 개의 평판부와,
   상기 복수 개의 평판부 각각의 외주부로부터 돌출되어 구비된 복수 개의 돌기를 포함하되,
   서로 인접하는 상기 평판부에 구비된 상기 복수 개의 돌기는 상기 케이스의 축방향에서 보았을 때에 서로 겹치지 않는 것인 전기 집진 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 돌기는 상기 평판부의 둘레 방향에 있어 등간격으로 구비되며,
   하나의 상기 평판부에 구비된 상기 돌기는 상기 케이스의 축방향에서 보았을 때에 상기 하나의 평판부에 인접하는 다른 상기 평판부에 구비된 서로 인접하는 상기 돌기의 중간부에 배치되어 있는 것인 전기 집진 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 돌기의 선단과 상기 제1 접지 전극 간 거리는 30 ㎜~100 ㎜인 전기 집진 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이스는 수평 방향으로 배치되며,
   연직 방향에 있어 상기 집진부에 대향하도록 구비되며, 상기 집진부로부터 이탈한 상기 입자상 물질을 수용하는 회수부를 포함하는 전기 집진 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 집진부는,
   연직 방향으로 세운 상태로 배치된 복수 개의 고전압 평판 전극과,
   상기 고전압 평판 전극으로부터 이격되어 배치된 복수 개의 제2 접지 전극을 포함하고,
   상기 복수 개의 고전압 평판 전극 및 상기 복수 개의 제2 접지 전극은 상기 배기 가스가 흐르는 방향에 직교하는 방향으로 병렬 배치되며,
   상기 제2 접지 전극은,
   연직 방향으로 개방되어 포집 공간을 구성하는 박스 형상으로 되어 있고,
   상기 고전압 평판 전극에 대향하는 2개의 면에 복수 개의 포집 개구가 구비되며,
   상기 포집 공간에 배치되면서 상기 2개의 면에 평행한 제1 집진 플레이트 및 상기 2개의 면에 수직인 제2 집진 플레이트를 포함하는 것인 전기 집진 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 포집 공간과 상기 회수부의 내부를 연통시키는 회수구와,
   상기 제2 접지 전극과 상기 고전압 평판 전극 간 공간과, 상기 회수부의 사이에 구비된 구획 플레이트를 포함하는 전기 집진 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 구획 플레이트는 복수 개의 보조 개구를 구비하는 것인 전기 집진 장치.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   하나의 상기 제1 접지 전극 및 하나의 상기 고전압 가시 형상 전극은 하나의 대전 유닛을 구성하며, 상기 케이스의 축에 대해 직렬 또는 병렬로 복수 개 배치되어 있는 것인 전기 집진 장치.
9. 제5항에 있어서,
   하나의 상기 고전압 평판 전극과 상기 하나의 고전압 평판 전극에 대향하는 상기 제2 접지 전극의 부분은 하나의 집진 유닛을 구성하며, 상기 케이스의 축에 대해 직렬 또는 병렬로 복수 개 배치되어 있는 것인 전기 집진 장치.
10. 디젤 엔진의 연소에 의한 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 전기 집진 장치로서,
    상기 배기 가스가 유입되는 입구와 상기 배기 가스가 유출되는 출구를 구비하며, 수평 방향으로 배치되는 통 형상의 케이스와,
    상기 케이스 내에 구비되며 상기 입자상 물질을 대전시키는 대전부와,
    상기 대전부의 상기 출구 쪽에 연접되며 대전된 상기 입자상 물질을 집진하는 집진부와,
    연직 방향에 있어 상기 집진부에 대향하도록 구비되며, 상기 집진부로부터 이탈한 상기 입자상 물질을 수용하는 회수부를 포함하는 전기 집진 장치.