유전체 배리어 방전형 2단 전기집진기의 인가전압 파형별 미세입자 집진특성
변 정 훈⋅박 재 홍⋅윤 기 영⋅황 정 호* 연세대학교 기계공학부
(2004년 7월 22일 접수; 2004년 10월 4일 채택)
Fine Particle Collection with Various Voltage Waveforms for Dielectric Barrier Discharge Type 2‐Stage ESP
Jeong‐Hoon Byeon⋅Jae‐Hong Park⋅Ki‐Young Yoon⋅Jungho Hwang* Dept. of Mechanical Engineering, Yonsei University
(Received 22 July 2004; accepted 4 October 2004)
Abstract
Dielectric barrier discharge (DBD) in air, which has been established for the production of large quantities of ozone, is more recently being applied to a wider range of aftertreatment processes for HAPs (hazardous air pollutants). Although DBD has high electron density and energy, its potential use as precharging nano and submicron sized particles, is not known. In this work, we measured V‐I (voltage‐current) characteristics of DBD and estimated the collection efficiency of particles with bimodal distribution by DBD type 2‐stage ESP (electrostatic precipitator). To examine the particle collection with various applied voltage waveforms of DBD, nano size particles of NaCl (20∼100 nm) and DOS (50∼800 nm) were generated by an electrical tube furnace and an atomizer, respectively. Particle collection efficiencies of all the cases increased with increase of DBD electric power that the results corresponded to product of V by I whose magnitudes were the largest in triangular voltage waveform.
Keywords：Particle collection, Voltage waveform, Dielectric barrier discharge, 2‐stage ESP
1. 서 론
유전체 배리어 방전(dielectric barrier discharge) 은 상압에서 사용되는 저온 플라즈마(Penetrante and Schultheis, 1993)의 한 형태이다. 유전체 배리 어 방전은 한 쌍의 전극 중 한쪽 혹은 양쪽의 전 극을 유전체로 감싼 후 교류전기장을 가할 때 발 생하며(Falkenstein, 1998), 유전체의 전하축적 (charge build‐up) 현상을 이용한다. 유전체 전극에 는 수 ㎛의 직경을 가진 마이크로 방전(micro- discharge)(Pashaie et al., 1999)이 발생하고, 한 쌍 의 유전체 방전면 사이의 공간 전체에 분포된다.
이 때, 방전면 사이는 마이크로 방전에 의해 발생 되는 고농도의 이온들로 이루어진 플라즈마 상태 가 된다. 코로나 방전(Mizuno, 2000)과 비교할 때 유전체 배리어 방전은 전자밀도와 에너지가 높고, 발생되는 이온의 농도가 높다(Kang et al., 2002).
이와 같은 특성을 이용하여 유전체 배리어 방전 의 NOx, SOx 등의 유해가스 제거기술이 오래 전부 터 연구되어 왔다. Breault and McLarnon(1992)은 막대형 전극과 석영튜브를 사용한 반응기에서 NO 를 NO2로 산화시키는 연구를 수행하였으며, Higashi et al.(1992)은 실차 테스트를 통해 NOx, COx 및 SOx 등의 유해가스 뿐만 아니라 soot 등의 입자상 물질의 저감을 시도하였다. 또한 근래에는 VOCs나 악취제거에 관한 연구도 활발하게 이루 어지고 있는데, Rosocha et al.(1994)와 Yamamoto et al.(2000)은 유전체 배리어 방전을 이용하여 VOCs, CFCs 등의 가스상 유해물질을 제거하는 연 구를 수행하였다. 최근에는 이러한 가스상 오염물 질 저감에 대한 연구와 함께 유전체 배리어 방전 의 높은 전자밀도와 에너지를 활용한 입자상 물질 의 집진에 관한 연구도 시작되었다. 이러한 연구
중 하나로 유전체 배리어 방전을 2단형(two‐stage) 전기집진기에서 입자 하전부로서 사용하는 연구 가 일본의 한 대학에서 NOx 제거와 동시에 서브 마이크론(0.3∼1㎛) 및 마이크론(< 5㎛) 크기의 입 자를 대상으로 수행되었다(Kawada et al., 1999).
서브마이크론 입자 및 0.1㎛ 이하의 나노 크기 입 자에 대한 국내 연구는 강석훈 등(2003)에 의해 시 도되었다.
그러나 이러한 연구들이 진행됨에 따라 유전체 배리어 방전을 비롯한 저온 플라즈마를 이용한 유 해가스 정화기술에서 해결해야 할 문제들이 생겨 났다. 특히 정전기적 방법이 갖는 전력소모와 플 라즈마 내에서의 수많은 반응에서 원하는 반응제 어의 어려움에 대한 문제가 대표적이다. 유해가스 의 제거, 전력소모 및 부산물 발생에 대한 연구들 이 저온 플라즈마를 이용한 공기정화기술 연구와 병행되어 진행되었고, 이에 대한 연구 중 하나로 인가전압의 파형을 다양한 형상으로 변화시켰을 경우 유해가스의 제거, 전력소모 및 부산물 생성 에 대한 연구가 약간 수행되었다. 유해가스 제거 와 부산물 생성에 관한 연구는 Ogata et al.(2001)에 의해 가스상 물질에 정현, 사각, 삼각 및 톱니파형 의 다양한 전압에 대해 실시되었다. 또한, 전력소 모의 경우 유전체 배리어 방전에서의 효율 측정에 관한 내용은 Feng et al.(1998)에 의해 파형 조절에 의한 전력소모 개선에 관한 내용은 Scholfield et al.(1998)에 의해 연구가 시도되었다.
본 연구에서는 유전체 배리어 방전을 이용하여 유해가스 및 미세입자를 동시에 제거하는 기술개 발을 최종목표로 할 때 그에 대한 기초 연구 중 입자의 집진에 대한 내용이다. 구체적으로 유전체 배리어 방전 시 인가되는 전압의 파형을 조절하였 을 때의 정보를 확보함으로써 다양한 운전환경에
서 입자의 고효율 집진을 효율적으로 달성할 수 있는 운전조건을 확보하고자 한다. 2단형 전기집 진기에서 유전체 배리어 방전 장치를 입자의 하전 장치로 사용하였을 때의 집진효율을 인가전압 파 형에 따라 산출하고, 입자의 집진효율에 지배적인 영향을 주는 인자를 확인하였다. 입자의 집진효율 은 유전체 배리어 방전부에 가해지는 교류전원의 인가전압, 주파수 및 단면유속의 변화에 따라 측 정하였다.
2. 실험방법
Fig. 1과 같이 실험장치를 구성하였다. 청정 건 조공기 공급부(dry clean air supply)를 통과한 압축 공기 중 일부는 입자 발생을 위해 전기가열 튜브 로(electrically heated tube furnace, Lenton Furnaces
model GTF 12/25/364)와 분무형 입자 발생기 (Collison type atomizer)에 공급되며, 나머지는 발 생입자의 희석과 덕트 내의 유량 조절을 위해 사 용된다. 730℃로 온도가 고정된 전기가열 튜브로 에서 기화‐응축(evaporation‐condensation) 현상을 이 용하여 발생시킨 NaCl 입자의 수농도는 층류 유 량계(laminar flowmeter)의 유량조절과 희석부 (diluter)에서 청정압축공기로 희석되어 약 106#/cm3 수준으로 조절된다(지준호 등, 2003). 분무형 입자 발생기에서 생성된 DOS(dioctyl sebacate, 20vol.%
with isopropyl alcohol) 입자의 수농도는 층류 유량 계에 의해 NaCl과 비슷한 수준으로 조절된다. 수 농도가 조절된 각각의 입자는 혼합관(mixing tube) 에서 서로 혼합된 후 청정공기에 의해 재차 희석 되어 전체는 이중모드 분포(bimodal distribution) 형상을 가지며, 약 105#/cm3 수농도로 유지되면서 실험덕트 내로 유입된다. Fig. 2에는 실험에 적용
Fig. 1. Experimental set-up.
210Po
210Po
된 시험입자의 입경별 수농도 분포를 나타내었다.
혼합되기 이전 NaCl 입자의 입경분포는 약 20∼
100nm이며, DOS 입자는 약 50∼800nm 분포를 나 타내었다. 혼합부에서 혼합된 후 전체 이중모드의 입경분포는 약 20∼800nm의 넓은 범위로 이는 1
㎛ 이하의 서브마이크론 및 나노입자에 대한 전체 적인 특성을 평가할 수 있는 조건이 되었다. Table 1에는 발생된 이중모드 분포의 입자에 대한 기초 정보를 나타내었다.
발생된 이중모드 입자는 유전체 배리어 방전부 (DBD)와 방전이 형성되지 않고 전기장만 형성된 집진부(ESP)로 구성된 실험덕트 내로 유입된다.
유전체 배리어 방전부와 집진부를 통과한 입자의
크기분포는 직경이 3/8″인 샘플링 프로브를 통해 0.3L/min의 유량으로 측정된다. 입자의 크기분포 는 에어로졸 중화기(aerosol neutralizer, 210Po), DMA(differential mobility analyzer, TSI model 3081) 및 CPC(condensation particle counter, TSI model 3022A)로 구성된 SMPS(scanning mobility particle sizer, TSI model 3936) 시스템을 통해 측정된다.
발생입자의 수농도를 Ci, 유전체 배리어 방전부 와 집진부를 통과한 입자의 수농도를 Co라고 할 때, 입자의 집진효율 η는 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
i
o
C
−C
=1 η
Table 1. Characteristics of bimodal particles.
Test aerosol NaCl DOS
Geometric mean diameter (nm) Geometric standard deviation Concentration (#/㎤)
31 1.47 8×105
213 1.88 3.5×105 Fig. 2. Particle size distribution.
(1)
10 100 1000
9×105 8×105 7×105 6×105 5×105 4×105 3×105 2×105 1×105 0×105
Fig. 3에는 유전체 배리어 방전형 2단 전기집진 기에서의 입자의 하전과 하전된 입자가 단순히 전 기장만 형성된 ESP에서의 집진과정을 나타내었 다. 위의 집진효율 η는 ESP까지 통과한 후의 결 과로서 나타내어진다.
유전체 배리어 방전 발생전압은 AC 고전압 발 생장치를 통해 7.5∼8.5kV(rms) 범위로 인가되었으 며, 주파수는 함수발생기(Metex model 9902)에 의 해 60∼120Hz의 범위로 정현파(sinusoidal), 사각파 (rectangular) 및 삼각파(triangular)를 각각 발생시켰 다. 유전체 배리어 방전 발생시의 전기적 특성은 Fig. 1의 실험장치에서 나타낸 함수발생기와 연결 되어 파형별로 전원을 인가할 수 있는 AC 고전압 발생기가 인가시킨 전압‐전류를 통해 확인하였다.
전압‐전류의 측정은 유전체 배리어 방전장치와 병 렬로 연결된 고전압 측정 프로브(high voltage probe, Tektroniks model P6015A) 및 직렬로 연결되 어 증폭기(current probe amplifier, Tektroniks model AM503B)와 조합된 전류 프로브(current probe, Tektroniks model A6302)를 이용하였다. 각각의 신 호는 오실로스코프(oscilloscope, LeCroy model 9314M)를 통해 취득되었다.
집진부의 전기장 형성을 위해서 직류 고전압발 생기를 이용하여 –5kV의 전압을 고정하여 집진전 극에 인가하였다. 또한 실험에 적용된 단면유속은 0.5∼2.5m/s로 조절되었으며, 이를 각각 유량 및 체류시간으로 환산하면 25(0.5m/s)∼125(2.5m/s), 57.6(0.5m/s)∼11.5(2.5m/s)ms로 나타낼 수 있다.
Fig. 3. Particle charging and collection.
Particle charging by DBD Particle charging by DBD Particle charging by DBD
Electrode
Particle collection by ESP Particle collection by ESP Particle collection by ESP
Particle Entered Dielectric material
Collection plate
-- + ++ +
++ - -
- -
- -
Particle charging
- --
+ + +
+ - -
- -
- -
- -
+
: ä : ä
- +
3. 결과 및 고찰
본 연구에서는 유전체 배리어 방전부에 인가되 는 전압의 파형을 정현, 사각 및 삼각파의 세 가지 경우에 대해서 집진효율을 측정하였다.
3.1 유전체 배리어 방전의 전기적 특성(전압‐전류) 유전체 배리어 방전형 입자 하전장치에 인가전 압을 0.5kV 간격으로 증가시키면서 전류를 측정 한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 인가전압에 따른 전류는 주파수를 60∼120Hz 범위를 두어 측정하 였다. 주어진 주파수 범위에서 각 파형 조건에 대 해 전압을 인가하였을 경우 공통적으로 방전이 형 성되는 전압은 7.5kV 이상이고 방전이 안정적으 로 유지되는 최대 전압은 8.5kV이었다. 또한, 그림 에는 나타내지는 않았으나 전압을 8.5kV 이상으 로 증가시키면 유전체 배리어 방전이 평형플라즈 마(방전 시 생성되는 전자와 주변의 온도가 모두 10,000K 이상으로 형성되는 고온플라즈마)로 전이 되어 방전 상태가 바뀌게 된다. 60Hz 조건에서는 방전영역 범위에서 정현, 사각 및 삼각 파형 각각 의 전류는 0.35∼0.5, 0.6∼0.7 및 0.63∼0.75mA로 정현파가 가장 낮고 삼각파가 가장 높게 형성되었 다. 반면 90Hz와 120Hz 조건에서는 정현파가 각 각 0.65∼0.98, 0.95∼1.89mA, 사각파가 각각 0.6 4∼0.90, 0.79‐1.32mA, 삼각파가 각각 1.22∼2.13, 1.72∼2.84mA로 사각파가 가장 낮고 삼각파가 가 장 높게 형성되었다. 삼각파의 경우 각 극성(+/‐)으 로의 시간에 따른 파형진행이 원래의 파형방향을 따르는 동시에 가속을 잘 받는 직선 형태로서 방 전 형성 시 흐르는 전류값이 가장 높은 수치를 보 였다. 특이한 현상으로 60Hz와 이보다 높은 90, 120Hz의 조건에서는 정현파와 사각파의 전류값이
뒤바뀌는 결과(60Hz에서는 사각파의 전류값이 정 현파보다 크고, 90Hz 이상에서는 정현파의 전류값 이 사각파보다 큰 결과)를 나타내었는데, 이는 60Hz 조건이 90Hz 이상의 주파수보다 전압 파형 이 각 극성으로의 진행속도가 상대적으로 느린 데 에서 기인한다. 파형의 진행속도가 느리면 전압파 의 시간에 따른 진행에서 진행방향에 대항하는 방 향으로의 파 상승이 비교적 용이하게 이루어지므 로, 파형진행 방향보다 더욱 급격히 각 극성으로 진행하는 특성이 잘 구현되어 사각파의 전류값이 60Hz에서는 정현파보다 높았다. 그러나 90Hz 이 상에서는 각 극성으로의 파형진행속도가 상대적 으로 60Hz보다 빨라져 사각파와 경우 파형진행 방향에 대항하는 방향으로의 진행이 원래의 진행 방향의 상대적으로 빠른 속도로 급격한 전류의 상 승이 이루어지지 못해 오히려 파형진행 방향을 따 르는 정현파의 방전 시 전류값보다 낮아지게 된 다. 전체적인 유전체 배리어 방전의 전압‐전류 결
Fig. 4. Electrical characteristics (V-I curve).
sin. rec. tri. [Hz]
0 1 2 3
0 2 4 6 8 10
Applied Voltage (k V)
Discharge Current (mA)
60 60 6 0
90 90 9 0
120 12 0 1 20
과로 주어진 인가전압 범위에서 주파수를 60∼120 Hz로 조절하였을 때 방전전류가 파형별로 다르게 나타나므로 소모되는 전력이 다름을 확인하였다.
3.2 인가전압 변화에 따른 집진효율
Fig. 5에는 공기의 유속을 0.5m/s, 주파수를 60 Hz로 고정하고 인가전압을 7.5∼8.5kV로 조절하 였을 때의 집진효율을 나타내었다. 인가전압의 파 형 및 전압 인가량을 변화시켰을 때 집진특성은 모두 100nm를 기준으로 입경이 더 큰 서브마이크 론 영역과 입경이 더 작은 나노 영역 모두에서 집 진효율이 증가함을 확인하였다. 하전부와 집진부 를 분리하여 입자를 집진하는 2단형 전기집진기 에서 일반적으로 코로나 방전을 이용하는 경우 Yoo et al.(1997)의 연구를 통해 집진특성을 확인 할 수 있다. Yoo et al.(1997)의 연구에서도 2단형 전기집진기의 집진효율은 100nm를 기준으로 입경 이 더 큰 서브마이크론 영역과 입경이 더 작은 나 노 영역으로 갈수록 집진효율이 증가함을 보였다.
단, 30nm를 기준으로 그 이하의 입경은 집진효율 이 부분하전의 영향으로 급격히 감소하는 결과를 보인데 비해, 본 연구에서는 최하 대상 입경영역 인 20nm에서도 집진효율이 급격히 감소하는 특성 을 보이지 않았다. 반면 파형을 변화시킴에 따른 집진특성의 변화는 뚜렷하지 않았다. Fig. 4의 유 전체 배리어 방전의 전기적 특성 중 60Hz 조건에 서 인가전압을 7.5kV에서 8.5kV로 증가하였을 경 우 전류가 정현파에서 가장 낮고 삼각파에서 가장 높은데, 피상전력은 전압과 전류를 곱한 값으로 결국 정현파의 크기가 가장 낮고 삼각파의 크기가 가장 큼을 알 수 있다. Fig. 4의 결과는 이러한 피 상전력 파형별 크기 특성과 상응하여 인가전압을 조절하였을 경우 집진효율이 정현파에서 가장 낮
고 삼각파에서 가장 높았다.
3.3 주파수 변화에 따른 집진효율
Fig. 6에는 공기의 유속을 0.5m/s, 인가전압을 8.0kV로 고정하고 주파수를 60Hz에서 120Hz로 조 절하였을 때의 집진효율을 나타내었다. 전체적인 집진효율을 인가전압 변화에 따른 집진효율에서 기술한 것과 같이 인가파형에 거의 무관하게 입경 이 100nm를 기준으로 이보다 입경이 작은 나노 영역과 입경이 더 큰 서브마이크론 영역에서는 집 진효율이 증가함을 보여준다. 주파수를 60Hz로 하 였을 경우에는 집진효율이 정현파에서 가장 낮고 삼각파에서 가장 높음을 확인하였으나, 주파수가 90Hz와 120Hz에서는 집진효율이 사각파에서 가 장 낮고 삼각파에서 가장 높음을 확인하였다. 이 는 인가전압 변화에 따른 집진특성과 마찬가지로 Fig. 4의 결과를 통해 확인할 수 있는데, 주파수
Fig. 5. Collection efficiency at 60Hz, 0.5m/s.
sin. rec. tri. [kV]
60 70 80 90 100
10 100 1000
Particle Diameter (nm)
Collection Efficiency (%)
7.5 7.5 7.5
8.0 8.0 8.0
8.5 8.5 8.5
고유특성에 따라 90Hz 이상에서는 정현파가 사각 파보다 유전체 배리어 방전 시 전류가 크므로, 피 상전력이 증가하기 때문에 집진효율이 증가하였 을 것으로 추정된다.
3.4 유속 변화에 따른 집진효율
Fig. 7에는 유전체 배리어 방전의 인가전압을 8.0kV, 주파수를 60Hz로 고정하고 유속을 0.5m/s 에서 2.5m/s로 변화시켰을 때의 집진효율을 나타 내었다. 유속증가에 따른 집진효율은 적용된 각 파형 모두 감소하는 경향을 보였고 주파수가 60Hz 조건이기 때문에 집진효율은 정현파에서 가 장 낮고 삼각파에서 높음을 알 수 있었다. 유속증 가에 따른 파형별 집진특성의 변화는 인가전압 및 주파수를 변화시켰을 때 보다 현저한 차이를 나타 내었다. 인가전압 및 주파수를 조절한 경우보다 유속이 조절된 경우에서 파형별 집진효율이 가장
현저한 특성을 나타내는 것은 일정 공기 부피당 인가되는 에너지로 표현되는 에너지밀도(energy density, E/V, 피상전력/유량)를 통해 설명할 수 있 다. 인가전압 및 주파수 조절에 의한 집진효율은 인가전압 조절의 경우 주파수와 유속을, 주파수 조절의 경우 인가전압과 유속을 고정한 경우로서 두 조건 모두 유속이 고정되어 파형별 전압‐전류 값, 즉 에너지 밀도의 영향이 가장 크며 인가전압 및 주파수가 동일한 조건에서 파형별 에너지 밀도 값의 차이는 최대 2배 정도였다. 그러나 인가전압 및 주파수가 고정된 조건에서 파형별 피상전력값 을 고려하지 않고 단순히 유속만을 비교하더라도 유속이 0.5m/s에서 1.5m/s로 증가되는 경우는 3배 2.5m/s로 증가되는 경우는 5배가 증가되어 유속이 고정된 전자의 두 인자를 조절한 경우보다 에너지 밀도의 차이가 더욱 크다. 따라서 유속증가에 따 른 파형별 집진효율의 변화는 인가전압 및 주파수
Fig. 6. Collection efficiency at 8.0kV, 0.5m/s.
sin. rec. tri. [Hz]
60 70 80 90 100
10 100 1000
Particle Diameter (nm)
Collection Efficiency (%)
60 60 60
90 90 90
120 120 120
Fig. 7. Collection efficiency at 8.0kV, 60Hz.
sin. rec. tri. [m/s]
30 40 50 60 70 80 90 100
10 100 1000
Particle Diameter (nm)
Collection Efficiency (%)
0.5 0.5 0.5
1.5 1.5 1.5
2.5 2.5 2.5
를 변화시켰을 때보다 현저한 차이를 보인 것으로 추정된다.
유속이 0.5m/s에서는 100nm를 기준으로 이보다 입경이 작은 나노 영역과 입경이 큰 서브마이크론 영역에서 집진효율이 증가함을 보였다. 유속이 1.5m/s일 때에는 100nm를 기준으로 집진효율이 서브마이크론 영역의 입경 증가에 따른 증가특성 은 0.5m/s의 경우와 유사하였다. 반면 100nm 이하 의 나노 영역은 입경의 감소에 따른 집진효율이 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 나노 영역에 서 서브마이크론으로의 입경 증가에 따른 전반적 인 집진특성은 0.5m/s의 경우와 다르게 비교적 급 격한 증가특성을 보였다. 1.5m/s의 유속에서도 서 브마이크론 입자의 하전은 비교적 충분한 하전부 체류시간을 가지나 나노 입자의 경우는 0.5m/s 때 의 집진효율을 갖기에 상대적으로 짧은 하전부 체 류시간을 가지기 때문에 100nm를 기준으로 입경 이 작아질수록 집진효율이 낮아지고 커질수록 증 가하는 결과를 보여 전체적으로는 입경증가에 따 라 비교적 급격한 집진효율 증가의 특성을 보인 것으로 추정된다. 마지막으로 유속이 2.5m/s일 때 에는 100nm를 기준으로 서브마이크론 영역에서는 입경 증가에 따른 집진효율이 전반적으로 1.5m/s 의 경우와 비교할 때 파형별로 20∼30% 정도 감 소하였고, 증가특성도 완만해졌다. 나노 영역에서 는 입경 증가에 따른 집진효율이 전반적으로 1.5m/s의 경우와 비교할 때 파형별로 10∼20% 정 도 감소하였고, 입경 감소에 따른 집진효율 감소 특성이 1.5m/s에 비해 완만해졌다. 나노 영역에서 서브마이크론으로의 입경 증가에 따른 전반적인 집진특성은 1.5m/s에 비해 완만한 증가특성을 보 였다. 2.5m/s 유속에서는 입자의 하전에 있어서 서 브마이크론 및 나노영역 모두 1.5m/s 유속보다 짧
은 하전부 체류시간을 갖기 때문에 1.5m/s보다 전 반적으로 낮은 집진효율을 보인 것으로 추정된다. 또한 1.5m/s의 서브마이크론 입자의 입경 증가에 따른 집진효율의 증가 기울기보다 낮은 기울기를 가지게 되어 전체적인 집진효율의 입경별 증가 기 울기도 완만해진 것으로 추정된다.
4. 결 론
본 연구에서는 2단형 전기집진기에서 유전체 배리어 방전 장치를 입자의 하전장치로 사용하였 을 때의 전압‐전류 특성과 집진효율을 인가전압 파형에 따라 측정하고 입자의 집진효율에 지배적 인 영향을 주는 인자를 확인하였다. 입자의 집진 효율은 유전체 배리어 방전부에 가해지는 교류전 원의 인가전압(7.5∼8.5kV), 주파수(60∼120Hz) 및 단면유속(0.5∼2.5m/s)의 변화에 따라 측정하여 다 음과 같은 결론을 얻었다.
첫째, 유전체 배리어 방전 시 전압‐전류 특성은 60Hz 조건에서는 방전영역 범위에서 정현, 사각 및 삼각 파형 각각의 전류는 0.35∼0.5, 0.6∼0.7 및 0.63∼0.75mA로 정현파가 가장 낮고 삼각파가 가장 높게 형성되었다. 반면 90Hz와 120Hz 조건 에서는 정현파가 각각 0.65∼0.98, 0.95∼1.89mA, 사각파가 각각 0.64∼0.90, 0.79∼1.32mA, 삼각파 가 각각 1.22∼2.13, 1.72∼2.84mA로 사각파가 가 장 낮고 삼각파가 가장 높게 형성되었다. 둘째, 인가전압에 따른 집진특성은 유전체 배리 어 방전의 전기적 특성 중 60Hz 조건에서 인가전 압을 7.5kV에서 8.5kV로 증가하였을 경우, 이에 따른 피상전력이 정현파에서 가장 낮고 삼각파에 서 가장 높은 경향에 상응하였다.
셋째, 주파수에 따른 집진특성은 주파수가 60Hz 일 때에는 집진효율이 정현파에서 가장 낮고 삼각 파에서 가장 높음을 확인하였다. 주파수가 90Hz와 120Hz에서는 집진효율이 사각파에서 가장 낮고 삼각파에서 가장 높음을 확인하였다. 이는 주파수 변화에 따른 파형별 방전특성에 따라 90Hz 이상 에서는 정현파가 사각파보다 피상전력이 높기 때 문에 집진효율도 이에 상응한 것으로 예측된다. 넷째, 유속에 따른 집진특성은 0.5m/s에서는 100nm를 기준으로 이보다 입경이 작은 나노 영역 과 입경이 큰 서브마이크론 영역에서 집진효율이 모두 증가하는 특성을 보였다. 1.5m/s에서는 100nm 를 기준으로 집진효율이 서브마이크론 영역은 0.5m/s의 경우와 유사하게 증가하나 나노영역은 증 가하지 않고 오히려 급격히 감소하는 경향을 나타 내었다. 2.5m/s에서는 100nm를 기준으로 집진효율 의 서브마이크론 영역에서 입경증가에 따른 증가 와 나노 영역에서 입경감소에 따른 감소특성 모두 1.5m/s의 경우보다 완만한 경향을 나타내었다.
다섯째, 파형 고유의 특성에 의해 인가전압 및 주파수를 조절하였을 때의 피상전력의 값은 파형 에 따라 변화되며, 피상전력 값이 높을수록 집진 효율이 함께 증가함을 알 수 있었다. 특히 유속을 증가시켰을 경우 피상전력에 따른 집진효율의 차 이는 현저함을 확인할 수 있었으며, 빠른 유속의 경우 방전 시 가장 높은 피상전력 값을 갖는 삼각 파의 경우가 집진효율이 우수함을 예측할 수 있었 다. 단, 전력이 동일하면 파형별 집진효율의 차이 는 미비할 것임을 예측할 수 있었다.
감사의 글
본 논문은 한국과학재단에서 지원하는 특정기 초과제(과제번호: R01‐2003‐000‐10142‐0)에 의하여 지원되어 이에 감사드린다.
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