[국내논문]미세먼지의 집진효율 향상을 위한 전기집진기의 자계인가특성에 대한 연구 A Study on the Effect of Magnetic Field in Electrostatic Precipitator for Improving Precipitation Efficiency of Particulate Matter원문보기
본 논문은 실내에 잔존하는 직경 1[${\mu}m$] 이하의 미세먼지들을 집진하기 위하여 전기집진기를 설계하였으며, 이때 집진 효율의 극대화를 위하여 전계와 동시에 자계를 수직 및 수평으로 배치함에 따른 실험실 공기중에 포함된 미세먼지의 집진특성에 대하여 논하였다. 전계에 수평으로 자계를 인가한 경우는 자계의 유무 및 자석의 수량에 관계없이 집진효율이 거의 일정하게 나타났으며, 자석을 수평으로 배치하여 전계에 수직으로 인가한 경우는 비자화 페라이트 막대를 부착한 경우보다 약 5[%] 이상 집진효율이 향상되었다. 또한, 자계를 전계에 수직으로 인가하는 방법에 있어서, 자석을 접지전극의 가운데 정렬한 경우는 인가전압 5[kV]에서의 집진효율이 $17{\sim}32[%]$로서 자석을 앞쪽에 설치한 경우와 유사하였으며, 지그재그 및 안쪽 끝에 정렬시킨 경우는 집진효율이 $17{\sim}38[%]$로서 향상되었으며, 특히 0.7 및 1[${\mu}m$]의 굵은 입자들에 대한 집진특성이 양호하였다. 따라서, 전기집진기의 집진특성을 향상시키기 위해서는 자계를 전계에 수직으로 접지전극의 중간 또는 지그재그 식으로 배치하는 것이 가장 적절한 것으로 판단된다.
본 논문은 실내에 잔존하는 직경 1[${\mu}m$] 이하의 미세먼지들을 집진하기 위하여 전기집진기를 설계하였으며, 이때 집진 효율의 극대화를 위하여 전계와 동시에 자계를 수직 및 수평으로 배치함에 따른 실험실 공기중에 포함된 미세먼지의 집진특성에 대하여 논하였다. 전계에 수평으로 자계를 인가한 경우는 자계의 유무 및 자석의 수량에 관계없이 집진효율이 거의 일정하게 나타났으며, 자석을 수평으로 배치하여 전계에 수직으로 인가한 경우는 비자화 페라이트 막대를 부착한 경우보다 약 5[%] 이상 집진효율이 향상되었다. 또한, 자계를 전계에 수직으로 인가하는 방법에 있어서, 자석을 접지전극의 가운데 정렬한 경우는 인가전압 5[kV]에서의 집진효율이 $17{\sim}32[%]$로서 자석을 앞쪽에 설치한 경우와 유사하였으며, 지그재그 및 안쪽 끝에 정렬시킨 경우는 집진효율이 $17{\sim}38[%]$로서 향상되었으며, 특히 0.7 및 1[${\mu}m$]의 굵은 입자들에 대한 집진특성이 양호하였다. 따라서, 전기집진기의 집진특성을 향상시키기 위해서는 자계를 전계에 수직으로 접지전극의 중간 또는 지그재그 식으로 배치하는 것이 가장 적절한 것으로 판단된다.
This paper gives the experimental results for the effective precipitation of particulated matter(PM) below 1[${\mu}m$] of diameter using the electrostatic precipitator, which is designed by ourselves. In order to improve the precipitation efficiency, the vertical and parallel magnetic fie...
This paper gives the experimental results for the effective precipitation of particulated matter(PM) below 1[${\mu}m$] of diameter using the electrostatic precipitator, which is designed by ourselves. In order to improve the precipitation efficiency, the vertical and parallel magnetic field to the electric field is applied simultaneously by arranging ferrite magnets. When the parallel magnetic field is applied, the precipitation efficiency does not improve in comparison with non-magnets. However, when the vertical magnetic field is applied, it is improved about 5[%] more than the case of non-magnetized ferrite plate used. In addition, when the magnets are installed at the center of ground plate electrodes, the precipitation efficiency is ranged from 17 to 32[%] under the applied voltage of 5[kV]. It is similar to the case of the magnet arrangement at the front part of ground electrode. Also, the precipitation efficiency is more improved by arranging magnets as the inside part and zigzag on the electrodes. Especially, large particles of 0.7 and 1[${\mu}m$] is more easily captured by electrostatic precipitator. Consequently, it is convinced that the vertical magnetic field is more desirable than parallel magnetic field on the electric field for the effective treatment of particulated matter.
This paper gives the experimental results for the effective precipitation of particulated matter(PM) below 1[${\mu}m$] of diameter using the electrostatic precipitator, which is designed by ourselves. In order to improve the precipitation efficiency, the vertical and parallel magnetic field to the electric field is applied simultaneously by arranging ferrite magnets. When the parallel magnetic field is applied, the precipitation efficiency does not improve in comparison with non-magnets. However, when the vertical magnetic field is applied, it is improved about 5[%] more than the case of non-magnetized ferrite plate used. In addition, when the magnets are installed at the center of ground plate electrodes, the precipitation efficiency is ranged from 17 to 32[%] under the applied voltage of 5[kV]. It is similar to the case of the magnet arrangement at the front part of ground electrode. Also, the precipitation efficiency is more improved by arranging magnets as the inside part and zigzag on the electrodes. Especially, large particles of 0.7 and 1[${\mu}m$] is more easily captured by electrostatic precipitator. Consequently, it is convinced that the vertical magnetic field is more desirable than parallel magnetic field on the electric field for the effective treatment of particulated matter.
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문제 정의
본 연구에서는 실내의 미세먼지를 제거하기 위하여 전기집진기를 설* 계하고 집진기의 집진효율을 향상시키기 위하여 자계를 수직 및 수평으로 인가한 경우의 집진특성에 대하여 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 실내의 쾌적한 환경을 조성하기 위하여 직경 1[网1] 이하의 입자들을 집진하기 위하여 전기집진기를 설계하였으며, 이때 집진 효율의 극대화를 위하여 전계와 동시에 자계를 수직 및 수평으로 배치함에 따른 실험실 공기중에 포함된 미세먼지의 집진특성에 대하여 논하였다.
본 절에서는 페라이트 자석을 접지전극 양쪽으로 수평 부착하는 방법에 따라 방전공간 내부 미세먼지들의 집진특성에 대하여 조사하였다
제안 방법
따라서 그림 9는 가정용 에어컨의 일반적 운전전압이 5[kV] 내외이므로, 자석을 접지전극에 지그재그로 배치한 경우, 즉 자계를 전계에 수직으로 배치한 경우에 있어서 인가전압을 5[kV]로 일정하게 고정한 상태에서 운전시간에 따른 집진효율의 변화를 조사하였다.
또한, 코로나 방전에 의한 집진효율을 향상시키기위하여 잔류자속밀도가 3, 90아Gauss]인 페라이트 자석(T=25[mm])을 방전공간에 수직 및 수평으로 배치하여 자계인가에 따른 집진특성을 조사하였다. 페라이트 자석은 전기저항이 1040]이상으로 매우 높고 절연이 용이하지만, 수직형 배치에서는 그림 2 (a)에서와 같이 자석과 고전압 전극 사이에 고무를 삽입하여 절연을 강화시킴으로서 방전이 자석 설치부 끝단 부분에 집중되지 않도록 하였다.
7&m/sec]가 되도록 고정하여 진행하였다. 미세먼지의 농도를 측정하기 위하여 파티클카운터(Metone, 3313)을 이용하였으며, 분석장치 내의 유속은 유속계 (KANOMAX, MODEL 6511)를 사용하여 측정하였고, 부산물인 오존 농도는 오존 분석기 (Monitor Labs Inc. Model 8810) 를 사용하여 측정하였디-.
평행 접지전극 사이의 간격을 aXmm〕 로고정하여 3단 구성하였으며, 선 전극을 각 평행접지전극 중심에 평행하게 설치하여 접지 전극과의 간격이 로 유지되도록 하였다. 선 전극에 (+) 직류 고전압을 직류전원공급기(아Max. 为 [kV], 4.5[mA])< 이용하여 4〜6.5[kV]까지 가변하면서 코로나 방전을 발생시켜 방전공간을 통과하는 입자들을 대전시키고, 대전된 입자들이 집진전극에포집되도록 구성하였다.
슬롯을 설치하였다. 실험 장치의 출구에는 송풍기를 설치하여 유량을 최대 2, 700[, /min] 까지조절될 수 있도록 하였고, 본 실험에서는 유량을 i, 500[ £/min]로서 유속이 0.7&m/sec]가 되도록 고정하여 진행하였다. 미세먼지의 농도를 측정하기 위하여 파티클카운터(Metone, 3313)을 이용하였으며, 분석장치 내의 유속은 유속계 (KANOMAX, MODEL 6511)를 사용하여 측정하였고, 부산물인 오존 농도는 오존 분석기 (Monitor Labs Inc.
페라이트 자석은 전기저항이 1040]이상으로 매우 높고 절연이 용이하지만, 수직형 배치에서는 그림 2 (a)에서와 같이 자석과 고전압 전극 사이에 고무를 삽입하여 절연을 강화시킴으로서 방전이 자석 설치부 끝단 부분에 집중되지 않도록 하였다.
접지전극은 400[mm]xl8[mm]인 스테인레스 판을 사용하였다. 평행 접지전극 사이의 간격을 aXmm〕 로고정하여 3단 구성하였으며, 선 전극을 각 평행접지전극 중심에 평행하게 설치하여 접지 전극과의 간격이 로 유지되도록 하였다. 선 전극에 (+) 직류 고전압을 직류전원공급기(아Max.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 전기집진기는 선대평판형 (Wire^Plate) 전극으로 구성되어 있으며, 선 전극은 직경 인 텅스텐 와이어를 이용하였으며. 접지전극은 400[mm]xl8[mm]인 스테인레스 판을 사용하였다.
접지전극은 400[mm]xl8[mm]인 스테인레스 판을 사용하였다. 평행 접지전극 사이의 간격을 aXmm〕 로고정하여 3단 구성하였으며, 선 전극을 각 평행접지전극 중심에 평행하게 설치하여 접지 전극과의 간격이 로 유지되도록 하였다.
데이터처리
그림 3에 나타내었다. 본 실험에서의 모든 결과"는 실험실 공기 중에 존재하는, 미세먼지의 집진 특성을 아래의 식 1을 이용하여 3회 측정에 대한 평균값을 사용하였다.
성능/효과
(1) 자계를 전계에 수평으로 인가한 경우는 자석사용 유무 및 자석 수량에 관계없이 집진효율이 거의 일정하게 나타남을 알 수 있었다. 이는 자계의 영향이 방전공간내의 자석 배치 부분에만 한정되어 있으며, 오히려 자석사용에 따른 방전면적 감소되기 때문으로 사료된다.
(2) 자석을 부착하지 않은 경우의 집진효율은 인가전압이 증가함에 따라 선형적으로 증가하였으며, 미세먼지 입자의 크기가 증가할수록 동일 전압에서 집진 효율이 증가됨을 알 수 있었다. 이는 미세먼지 입자의 반경이 클수록 전자와의 중돌 확률이 증가하여 부이온 생성량이증가되어, 양극으로의 집진효율이 증가되기때문으로 사료된다.
(3) 비자화 페라이트 막대 및 자석을 이용하여 전계에 수직으로 인가한 경우는, 인가전압이 4[kV]xl 경우는 양쪽 모두 0.3~1[伽1] 입자들에 대한 집진효율이 7~15[%] 내외로 비슷한 경향을 보였지만, 5.5[kV]에서는 자석을 부착한 경우가 비자화 페라이트 막대를 부착한 경우보다 약 5[%] 이상 집진효율이 향상됨을 알 수 있다. 이는 고전계에 의해 발생된 방전 공간 내부의 전자들이 자계에 의해 회전반경이증가됨에 따라 미세먼지와의 충돌횟수가 많아지기 때문으로 사료된다.
(4) 자계를 전계에 수직으로 인가하는 자석 배치 위치에 따른 집진효율 비교에서, 인가전압 5[kV]에서 자석을 집진전극의 가운데 정렬한 경우는 집진효율이 17~32[%]로서 자석을 앞쪽에 설치한 경우와 유사하였으며, 안쪽 끝에 정렬시킨 경우는 집진효율이 17〜38[%]로서 0.7 및 iSd 입자의 집진특성이 우수함을 알 수 있었다’ 또한 자석을 앞뒤로 지그재그로 설치한 경우는 22〜35[%]로서 모든 입자들에 대한 집진특성이 우수하였다.
결론적으로 자계를 전계에 수평으로 인가한 경우는 자석사용 유무 및 자석 수량에 관계없이 집진효율이 거의 일정하게 나타남을 알 수 있다. 따라서 자계를 전계에 수평으로 인가함에 의하여 자계의 영향이 방전공간내의 자석 배치부분에만 한정될 뿐만 아니라, 전계와 수평이므로 큰 영향이 없는 것으로 사료된다.
결론적으로, 전기집진기에 자석을 이용하여 집진 특성을 향상시키기 위해서는 자석을 수평형으로 중간 또는 지그재그 식으로 배치하는 것이 가장 바람직 할 것으로 사료된다.
결론적으로, 전기집진기에 자석을 이용하여 집진 특성을 향상시키기 위해서는 자석을 접지전극의 가운데 또는 지그재그 식으로 배치하는 것이 가장 바람직 한 것으로 나타났다.
본 연구에서 설계한 전기집진기의 집진특성이 시간에 따라서 입자의 크기별로 다소 집진효율에는 차이가 있지만 긴 시간 안정적으로 동작함을 알 수 있다.
그림 6 (a) 는 자석 5개를 수직으로 설치한 경우의 집진효율을 나타낸 것으로서, 전체적인 집진특성의 경향은 그림 5와 비슷하지만, 오히려 자석을 설치함에 의하여 6[kV]에서의 집진효율이 감소됨을 알 수 있다. 자석을 설치한 경우에 있어서 5.5[kV]에서 0.7M 입자에 대한 집진효율이 갑자기 상승하였으며' 0.7M 입자를 제외한 다른 입자들의 집진효율이 증가되지않고 다소 완화되는 경향을 알 수 있다. 0.
후속연구
05ppm)°fl 비해 높게 나타남을 알 수 있다. 방전에 의해 발생된 미량의 잔존 오존은 집진기 후단에 오존 분해용 촉매층(MnOs)을 설치함에 의하여 제거하는 것이 가능할 것으로 판단되몌 1124], 이에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.
향후에는 자계를 전계에 수직으로 배치한 경우에 대하여 자석의 잔류자속밀도의 변화 및 전기집진기 후단부에 오존분해 촉매를 배치함에 따른 오존 농도의 변화 특성, 미세먼지 입자로서 담배연기를 이용하여 여러 가지 추가실험을 진행할 계획이다.
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