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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 실내의 주된 오염원으로 볼 수 있는 황사, 담배입자, 송화 가루 분진에 대해 입경과 비저항(Resistivity)을 분석하였으며 이를 바탕으로 전기집진시의 특성을 분석하고자 하였다.
- 저전압 2단 전기집진기는 공기 조화용 공기 청정기로 개발된 것으로 주로 미세 분진을 제거하는데 사용되는 고효율 집진방식이 다(4). 본 연구에서는 2단식 전기 집진기를 사용하여 다양한 실내 분진에 대한 포집 효율을 측정하였다.
제안 방법
- Fig. 1은 비저항 측정장치의 개략도로서, 본 연구에서는 JIS B 9915(3) 규격에 의해 제작된 비저항 측정기를 이용하여 전기적 비저항성을 측정하였다. 분진을 Dust Cup안에 놓고 상부 표면을 평평하게 한 후, 분진층(Dust Layer) 표면 위에 천천히 이동전극(Movable Electrode)을 얹는다.
- 분진을 Dust Cup안에 놓고 상부 표면을 평평하게 한 후, 분진층(Dust Layer) 표면 위에 천천히 이동전극(Movable Electrode)을 얹는다. 그 후 전원공급기(Power Supply)로부터 천천히 전압을 인가시키면서, 전류계(Electrometer)에서 측정되는 전류를 기록하고 이때 인가된 전압과 측정된 전류값을 이용하여, 옴의 법칙과 비저항 계산공식으로부터 비 저항을 계산하였다.
- Table 1은 실험에 사용한 전기 집진기의 주요 사양이다. 일반 공조용 전기집진기를 기준으로 처리 유량을 30 mJ/min 전기집진기를 설계 및 제작하였다. 방전극은 0.
- 집진 설비의 포집 효율 측정법에는 중량법, 비색법, 계수법이 있는데 중량법의 경우 전처리 필 터와 같이 낮은 포집 효율(95% 이하)에서 사용되며, 비색법의 경우 중성능 필터(95~99%)의 포집 효율 측정에 사용된다. 계수법의 경우 극히 높은 효율(99% 이상)에서 주로 사용되는 방법으로 본 실험에서는 계수법에 의해 실험을 수행하 였다⑸
- 집진 성능평가 장치는 입자 발생부, 집진부, 성능평가부로 크게 나누어 볼 수 있는데 입자 발생부는 Atomizer를 이용하여 입자를 발생시키고 Diffusion Dryer를 거치면서 수분을 증발 시키고 Neutralizer를 이용하여 입자들이 띠고 있는 인위적인 전하를 제거하는 장치로 구성되어 있다. 담배입자의 경우는 Atomizer를 사용하지 않고 직접 담배연기를 발생시켜 집진기 내부로 유입되도록 하였다. 집진부는 2단식 전기집진기에 해당되며 성능 평가부는 입자 카운터(HIAC/ ROYCO, FE-80; Aerosizer, API)를 이용하여 전기집진기의 상류측과 하류측의 입자 농도를 측정하여 포집 효율을 측정하였다.
- 분진의 입경 분포는 전기집진기기 뿐만 아니라 다양한 집진 시스템에 있어 중요한 인자이다. 본 연구에서는 담배입자를 비롯하여 봄철에 집중적으로 발생하는 대표적인 실내 분진으로 황사와 송화 가루의 입도를 분석하였으며 전자현미경 분석을 통해 입자의 형상적 특성을 분석하였다.
- Table 2는 황사와 담배 분진의 비저항 측정 결과를 나타내고 있다. 측정 대기 조건은 일반적인 실내 조건으로 온도 23℃, 상대 습도 43%를 기준으로 설정하였다. 본 실험에서 황사와 송화 가루 는 직접 분진을 채취하여 실험에 사용하였으며 담배입자의 경우는 비저항을 측정할 만큼 분진을 포집하기가 불가능하기 때문에 완전 연소된 담뱃재의 비저항을 측정하여 담배입자의 비저항을 유추하였다.
- 측정 대기 조건은 일반적인 실내 조건으로 온도 23℃, 상대 습도 43%를 기준으로 설정하였다. 본 실험에서 황사와 송화 가루 는 직접 분진을 채취하여 실험에 사용하였으며 담배입자의 경우는 비저항을 측정할 만큼 분진을 포집하기가 불가능하기 때문에 완전 연소된 담뱃재의 비저항을 측정하여 담배입자의 비저항을 유추하였다. 전기집진기의 집진에 있어 가장 중요한 요소인 비저항이 황사, 송화 가루 및 담배 입자 모두 107 Q-cm 전후로 정상 비저항영역을 나타내었으며 실내 분진의 집진에 있어 전기 집진방식이 유효한 수단임을 알 수 있다.
- 2의 장치를 이용하여 분석하였다. 우선 집진기의 특성을 분석하기 위하여 코로나 전압-전류 관계를 측정 하였고, 실내 분진의 포집 특성을 평가하기 위해 입경 및 인가전압에 따른 포집 효율을 측정하였다.
- 8은 인가전압에 따른 실내 분진의 집진 효율을 나타내고 있다. 황사 및 담배 분진은 0.3 ㎛ 크기의 입자를 기준으로 하였으며 송화 가루 의 경우 30 ㎛ 입자를 기준으로 인가전압에 따른 집진효율을 측정하였다. 코로나 개시 전압이 7 kV인 것을 고려했을 때 8 kV의 낮은 인가전압에 서도 99%이상의 높은 집진효율을 보이고 있다.
- 본 연구에서는 주된 실내 오염 물질인 황사, 담배입자, 송화 가루에 대하여 입경과 비저항 특성을 분석하였으며 일반적인 공조용 2단식 전기 집진기를 이용하여 집진 특성을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- ,en사의 Mastersizer를 이용하여 측정하였다. 입자의 분산을 위해서 임펠러와 초음파를 작동시킨 상태에서 입도 분포를 측정하였으며 실내 분진의 형상을 분석하기 위하여 전자 현미경(SEM) 분석을 실시하였다.
- 담배입자의 경우는 Atomizer를 사용하지 않고 직접 담배연기를 발생시켜 집진기 내부로 유입되도록 하였다. 집진부는 2단식 전기집진기에 해당되며 성능 평가부는 입자 카운터(HIAC/ ROYCO, FE-80; Aerosizer, API)를 이용하여 전기집진기의 상류측과 하류측의 입자 농도를 측정하여 포집 효율을 측정하였다.
대상 데이터
- 실내 분진의 입도 분석은 습식 광산란 입도 분포 장치인 Mal.,en사의 Mastersizer를 이용하여 측정하였다. 입자의 분산을 위해서 임펠러와 초음파를 작동시킨 상태에서 입도 분포를 측정하였으며 실내 분진의 형상을 분석하기 위하여 전자 현미경(SEM) 분석을 실시하였다.
- 일반 공조용 전기집진기를 기준으로 처리 유량을 30 mJ/min 전기집진기를 설계 및 제작하였다. 방전극은 0.2 mm 직경의 스텐리스와 이어를 사용하였으며, 집진부 집진 면적은 13.44 m2이다.
이론/모형
- (2) 황사, 담배 및 송화 가루 분진에 대해 JIS B 9915 규격에 의해 비저항을 측정하였다. 각각의 분진은 상온에서 0.
성능/효과
- 본 실험에서 황사와 송화 가루 는 직접 분진을 채취하여 실험에 사용하였으며 담배입자의 경우는 비저항을 측정할 만큼 분진을 포집하기가 불가능하기 때문에 완전 연소된 담뱃재의 비저항을 측정하여 담배입자의 비저항을 유추하였다. 전기집진기의 집진에 있어 가장 중요한 요소인 비저항이 황사, 송화 가루 및 담배 입자 모두 107 Q-cm 전후로 정상 비저항영역을 나타내었으며 실내 분진의 집진에 있어 전기 집진방식이 유효한 수단임을 알 수 있다.
- 6은 본 실험에 사용된 전기집진기의 전압-전류 특성을 나타내고 있다. 코로나 개시는 약 7 kV에서 발생하고 있으며, 일반적으로 알려진 단위 집진면적당 코로나 전류 비율(IJAQe 50~ 750 ㎂/nS인데 본 연구에서 사용한 전기집진기의 경우 10 kV를 기준으로 코로나 전류 비율이 312 ㎂//m2으로 적절한 설계가 이루어졌음을 확인할 수 있다.
- 그러나 입경이 1 ㎛이하의 경우 효율이 감소하는 특성을 보이는데 이는 확산대전과 전계대전의 중간적 영역으로서 입자의 하전이 잘 이루어지지 않기 때문이다. 그러나 실제 실험결과 99%이상의 높은 집진효율을 유지함으로써 실내 분진의 집진에 전기 집진기를 사용하는 것이 효과적임을 알 수 있다.
- (1) 황사, 송화 가루 및 담배입자를 분석한 결과 황사는 0.1 ~ 100 ㎛, 송화 가루는 20 ~ 100 ㎛ 으로 전기집진장치를 이용한 포집이 용이한 크기를 가지고 있었으며 담배 입자는 연소에 의해 발생되는 0.1 ~1 ㎛의 입자가 대부분으로서 집진이 용이하지 않은 크기 범위에 분포하고 있다.
- 5 X 107 Q-an 범위이므로 정상 영역 비저항 값이다. 따라서 일반적인 실내 조건에서 운전되는 전기집진기에 의해 포집이 용이한 특성을 가지고 있음을 파악하였다.
- (3) 2단식 전기집진기를 설계 및 제작하여 각각의 분진에 대한 포집특성을 분석하였으며, 황사 및 담배 입자의 경우 입경 0.3~ 10 ㎛범위, 송화 가루의 경우 20~ 100 ㎛ 범위에서 인가전압 8 kV이상의 모든 영역에서 99%이상의 높은 효율을 나타내었다.
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