★..한국실내환경학회 KOSIE

실내 공기청정 적용을 위한 단 전기집진기의2 집진효율 및 청정화능력 평가

한방우

¹⁾

¹⁾

^1)*

²⁾

²⁾

1)

²⁾

Collection Efficiency and Air Cleaning Capacity of Two-Stage Electrostatic Precipitator for Its Application to Indoor Air Cleaning

Bangwoo Han

¹⁾

¹⁾

^1)*

²⁾

²⁾

1) Environmental and Energy Systems Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials (KIMM)

2) HAE Research Laboratory, LG Electronics Abstract

Particle collection efficiency and air cleaning capacity were tested for the two-stage electrostatic precip- itator for use in indoor air cleaning systems. A wire-plate type ionizer was used as a particle charger and a dielectric film consisted of polypropylene (or polyethylene) coated metals and zigzagged metal electrodes was used as a particle collector in the electrostatic precipitator. Both particle collection efficiency and air cleaning capacity increased as increasing the applied voltage on the charger and the collector, and fur- thermore, as increasing the collector film width (i.e. collection area). Air cleaning capacities estimated by the product of particle collection efficiency and air flow rate were quite well consistent with the experimental ones with a proportional constant of 0.964. Ozone concentrations emitted from the charger at the applied voltages of 5.0 and 5.2 kV were less than 0.05 ppm, indoor ozone standards of UL 867-2002, KS C 9314 and SPS-KACA002-132. For the air flow rate of 11.7 m

/min, the applied floor area of 48.2 m

could be ob- tained when 5.2 kV and 6.0 kV were applied on the ionizer and the collector, respectively and the collector of two 15 mm polyethylene dielectric films was used.

Keywords : Electrostatic precipitator, air cleaner, collection efficiency, ozone, ionizer

* Corresponding author. Tel : +82-42-868-7475, Email : [email protected]

서 론 1.

현대인들은 대부분의 시간을 가정 및 사무실 등의 실내에서 생활하고 있어 실내 공기의 상 태가 인체의 건강과 매우 밀접한 관계를 갖고 있다(Zhang and Zhu, 2012). 특히 냉난방의 에, 너지 절약을 위해 현대의 건물들은 단열화 및 기밀화가 강조되고 있어 외부의 청정 공기를 실내로 유입시키는 환기의 제약이 따르므로 실 내 공기가 지속적으로 악화되고 있다(Logue et 실내에 존재하는 미세한 먼지는 그 al., 2011).

크기가 나노급까지 작아짐에 따라 인체에 상당 한 유해성을 나타낼 수 있어 이에 대한 정화 기 술이 매우 중요하다(Somers et al., 2004). 또한, 새집의 건축 자재나 단열재 등에서 방출되는 휘발성 유기화합물(VOCs)이나 포름알데히드 는 불쾌감 재채기 구토 호흡 곤란 등

(HCHO) , , ,

의 증상을 일으키는 원인이 되고 있어 이러한 실내 오염 물질에 대한 처리 방법에 대해 많은 관심이 발생하고 있다(Anderson et al., 1997). 이 러한 배경에서 가정 사무실 및 지하 공간 등의, 실내 생활공간에서의 쾌적한 실내공기 조성과 건강 보호의 측면에서 실내 공기청정기의 사용 이 지속적으로 증가하고 있다(Shaughnessy and 이러한 실내 공기청정기는 기본 Sextro, 2006).

적인 유해 미세먼지의 제거 생활 악취의 제거, 의 기능 뿐 아니라 최근 들어서는 휘발성 유기 화합물 및 포름알데히드와 같은 실내 유해가스

까지 제거할 수 있는 기능의 제품군들이 출시 되고 있다(Kim H.J. et al., 2006). 따라서 향후 공기청정기의 미세먼지 유해가스 및 냄새의 제, 거효율에 대한 관심이 더욱 고조될 전망이며, 공기청정기의 성능 향상에 따른 국민생활 건강 증진은 물론 공기청정기의 신뢰도 증가에 따른, 산업의 활성화 등의 측면에서 공기청정기에 대 한 지속적인 연구는 매우 중요하다(Kim Y.J. et al., 2006).

현재 시중에 판매되는 대부분의 공기청정기, 는 입자상 물질을 제거하는 방법으로 헤파필터 와 같은 여과필터를 사용하는 필터식 공기청정 기가 주를 이루고 있다 헤파필터를 사용하는. 필터식 공기청정기는 미세입자를 90% 이상 제 거할 수 있고 오존 발생이 전혀 없어 가장 보편 적으로 적용되고 있지만 시간이 경과함에 따라 압력손실에 따른 에너지 소비량이 높아지고 주 기적인 청소 및 교환이 없으면 필터에서 미생 물 및 곰팡이가 번식하여 오히려 실내공기를 악화시킬 수도 있다 한편 고전압으로 공기를. , 이온화시켜 하전된 입자를 집진판에 부착시키 는 전기집진식 공기청정기는 압력손실이 거의 없고 필터 교환 없이 간단한 세척과정을 통해 지속적으로 사용할 수 있는 장점이 있지만 공 기 이온화 과정에서 오존이 실내 기준치 이상 으로 발생할 수 있어 그 사용이 매우 제한되고 있다(Han et al., 2006). 특히 오존은 산화성이 강한 기체로서 주로 호흡기에 영향을 주는 것

으로 보고되고 있고 저농도에 노출될 경우에는 폐활량 감소 가슴 통증 목의 따가움 기침 등, , , 의 증상이 발생할 수 있으며 만성적으로 오존 에 노출될 경우에는 천식 기관지염 폐렴 등, , 호흡기계 질환을 유발시킬 수도 있기 때문에 인체에 매우 유해할 수 있다(McConnell et al., 그렇지만 오존이 2002; Eiswertha et al., 2005).

거의 발생하지 않는 조건에서 전기집진식 공기 청정기를 운전시켜 필터식 공기청정기의 청정 화능력에 대응하는 성능을 확보할 수 있다면 필터 폐기물이 발생하지 않아 환경 보전 측면 에서 우수한 전기집진식 공기청정기의 사용이 지속적으로 증가할 수 있을 것으로 판단된다.

은 와이어 판형 코로나 하전 Kim et al.(2003) -

부와 평판형 집진부를 사용한 전기집진기 방식 의 상용 공기정화기에 대하여 평균 1.27 ㎛ 크 기의 담배입자에 대한 집진효율과 51.3 m

³

³

정전기를 지닌 롤(roll) 모양의 폴리프로필렌 정 전필터를 와이어 판형 하전부와 결합한 실내용- 공기청정장치를 개발하였고 정전필터 전단에서 미세입자를 강제적으로 하전시킬 때 정진필터 의 공기 청정화능력을 약1.7-2.7배 향상시킬 수 있음을 확인하였다(Kim et al., 2007). 하지만 집 진효율 향상을 위해 필터 쉬트면 사이 간격을 감소시키고 두께를 증가시킬수록 필터 압력손 실이 급격히 증가하였고 정전필터를 사용할수, 록 정전기력이 지속적으로 감소하고 수세정시 정전기력이 급격히 저하되어 주기적으로 필터 를 교체해야하는 근본적인 문제가 존재하였다.

본 연구에서는 이러한 정전필터의 단점을 극 복하기 위해 유전체 필름을 금속 위에 코팅한 코팅 전극과 절곡형 금속 전극을 롤(roll) 모양 으로 구성한 뒤 유전체 코팅 전극과 금속전극 사이에 외부 전원을 통해 전기장을 형성시키는 유전체 코팅 집진부를 와이어 판형 하전부와 결- 합하여 하전부 및 집진부의 인가전압 조건 및 집진부의 두께에 따른 집진효율과 공기 청정화 능력 변화 특성을 파악하여 보았다 유전체 코. 팅 집진부는 기존 롤 모양의 정전필터의 압력 손실 약( 200-300 Pa)에 비해 압력손실이 약1/10 이하 수준으로 적고 외부 전원으로 전기장을, 공급하므로 시간에 따른 정전기 손실이 상대적 으로 적기 때문에 세척하여 지속적으로 사용이 가능한 장점이 있다 실내 공기청정기로의 적용. 을 위해 24시간 동안의 오존 발생량을 측정하

여 실내 기준치의 요구 조건을 만족시키는 하 전부의 운전조건을 살펴보았고 풍량과 집진부 조건 변화를 통해 전기집진식 공기청정기의 공 기 청정화능력을 필터식 공기청정기의 공기 청 정화능력에 대응하는 수준으로 향상시키기 위 한 방법을 탐구하였다.

실험 방법 2.

단 전기집진기의 구성 2.1 2

2단 전기집진기는 그림 1(a)와 같이 하전부

와 집진부 를 일렬로 설치하여

(ionizer) (collector)

하전부에서 코로나방전(corona discharge)을 통해 공기를 이온화시켜 미세입자를 하전시키고 하, 전된 입자를 강한 전기장이 형성된 집진부에 통 과시켜 정전기력으로 입자를 포집시키는 원리를 갖고 있다 본 연구에서는 단 전기집진기로서. 2 , 그림 1(b)와 같이 와이어 판형- (wire-plate) 하전부 와 롤(roll)형의 유전체 코팅 집진부를 사용하였 다 와이어 판형 하전부는 약. - 20 mm의 금속 판 형 접지부 사이에 등간격으로 0.1 mm 텅스텐 와이어를13개 사용하였고 전체 크기는 가로 세× 로 높이가× 270 × 260 × 12 mm로 제작하였다(Kim 유전체 코팅 집진부는 폴리프로필렌 et al., 2007).

또는 폴리에틸렌

(polypropylene, PP) (polyethylene;

박막을 알루미늄 금속판에 코팅시킨 유전체 PE)

코팅 전극(PP/PE coated metal)과 금속판을 절곡 시켜 만든 절곡형 금속 전극(zigzagged metal)를

(a)

(b)

(c)

Figure 1. Two stage electrostatic precipitator used in an air cleaner :

(a) Principle

(b) Wire-plate ionizer and PP/PE coated metal film & zigzagged metal collector used in this study

(c) cross sections of three kinds of PP or PE coated metal films.

롤(roll) 모양으로 감아서 직경 약 270 mm 크기 로 제작하였다 유전체 코팅 전극은 그림. 1(c)에 서와 같이 두께 0.05 mm, 폭 10 mm인 PP 박막 을 두께0.1 mm, 폭5 mm의 알루미늄 판에 코 팅시킨 것을 단독으로 사용하거나(10mm PP) 집 진부의 면적을 증가시키기 위해 개를 연결하여2 사용하였고(10mm PP*2EA), 두께 0.15 mm, 폭

인 박막을 두께 폭 의

15 mm PE 0.1 mm, 10 mm 알루미늄 판에 코팅시킨 것(15mm PE)도 사용하 여 비교해 보았다 추가적으로. PE를 적용한 이 유는 표 과 같이1 PP와 물리적 성질 및 유전체 적 성질(dielectric constant)은 거의 유사하면서도 절연파괴를 일으키는 최대 전기장 강도에 해당 하는 전기 절연강도(dielectric strength)가 PP 보 다 약1.5배 높기 때문에 고전압에서의 절연 안 정성이 더 우수하기 때문이다 따라서. 10mm PP 코팅 전극은 약 12.8 kV에서 절연 파괴가 발생 하였으나15mm PE의 경우 약15.2 kV에서 절연 파괴가 발생하였다 한편 와이어 판형 하전부의. - 와이어와 판 사이에는 주로 약5~5.5 kV의 양극 고전압을 인가하였고 유전체 코팅 집진부에는 유전체 금속 필름과 절곡형 금속판 사이에 약

의 양극 고전압을 인가하였다

3~8 kV .

실험방법 2.2

본 연구의 집진효율과 공기청정화능력 실험 방법으로는 한국공기청정협회의 단체표준규격 을 적용하였다(SPS-KACA002-132, 2006). 한국 공기청정협회 규격에 따르면 집진효율은 그림 의 시험 덕트에 공기청정기를 설치한 뒤 최대 2

풍량으로 가동시키고 KCl 시험입자 공급장치 를 이용하여 공기 유입측 시 (Model 3076, TSI)

험 유로 내에KCl 입자를 연속적으로 공급하면 서 공기청정기의 상류측과 하류측의 직경 0.3㎛

입자 농도를 광학입자계수기(Aerosol Spectrometer 1109, Grimm)를 이용하여 측정함으로써 구하였다. 집진효율 η 는 다음 식으로부터 산출하였다.

Polymer Density (g/cm

)

Tensile Yield (MPa)

Elongation Yield

(%)

Flexural Modules (MPa)

Melting Temp.

(

C)

Dielectric Constant (C

/Nm

)

Dielectric Strength (kV/cm) Polypropylene

(PP) 0.90 27 10 1,220 160 2.25 240

Polyethylene

(PE) 0.96 28 10 1,200 130 2.28 370

Table 1. Properties of PP and PE

Figure 2. Test duct for the measurement of particle collection efficiency of an air cleaner

100 1 ⁰  ×





 

 −

= C i

η

C

··· (1)

여기서,

^{C 0}

³

C i

³

공기 청정화능력 시험은 일정 크기의 챔버에 서 공기청정기를 가동시킬 때 일정 시간 동안 의 공기농도 감소량을 측정하는 시험으로서 그 림 과 같은 시험 챔버에서 운전감소 입자농도3 측정과 자연감소 입자농도 측정을 각각 수행하 여 구하였다 운전감소 입자농도 측정은 가로. 4 m,

세로 3 m, 높이 2.5 m의 30 m

³

0.3 ㎛ 3×10

⁵

³

이하가 되도록 유지한 이후 입자농도가 10

⁸

¹⁰

³

체적 V인 실내에서 환기가 없을 때 공기청정기 에 의한 시간 t에 따른 입자농도 C의 변화를 다 음과 같이 표현할 수 있다(Sohn et al., 2002).

dt CP V dC = −

··· (2)

여기서, P가 공기청정기의 공기청정화능력 (m

³

 



 

 −

−

=

1 1 2

2 ln

ln

i t i t

C C C C t P V

··· (3)

여기서, V는 시험챔버 체적 (m

³

i1

³

t1

of air cleaning capacity of an air cleaner

감소시 측정시간 t분에서의 입자농도 개( /m

³

i2

³

t2

³

적용면적 A(m

²

오존발생량 측정은 30 m

³

값을 취하였다.

실험 결과 3.

전압 전류 곡선 3.1 -

그림 은 와이어 판형 하전부의 와이어에 고4 - 전압을 인가했을 때 발생하는 코로나 전류값을 나타낸 전압 전류 곡선이다 전류값이 발생하기- . 시작하는 코로나 개시 전압은 약 4.5 kV였고

에는 약 에서는 약

5.0 kV 0.2 mA, 5.2 kV 0.3 에서는 약 의 전류가 발생하 mA, 5.5 kV 0.8 mA

였다. 5.5 kV 이상부터는 전류값이1.0 mA 이상 으로 급격하게 증가하기 시작하였고 비릿한 오

존 냄새가 발생하기 시작하였다 본 연구에서는. 오존 발생이 적은 5.0~5.5 kV의 범위에서 하전 부에 전압을 인가하였고 하전부의 인가전압에 따른 집진효율 특성을 살펴보기 위해 한 가지 조건에 대하여7.0 kV까지 전압을 인가해 보았다.

하전부 및 집진부 인가전압에 따른 집진효율 3.2

풍량 약 7.4 m

³

이는 하전부의 인가전압이 증가할수록 코로나 방전 전류가 증가하여 와이어 근처에서 이온 발생량이 증가하고 이로 인해 이온 확산에 의 한 입자의 하전 비율 또한 증가하였기 때문으 로 판단된다 한편 동일한 하전부 및 집진부의. ,

0 1 2 3 4 5

0 2 4 6 8 10

Applied voltage at ionizer (kV)

C o ro n a c u rr e n t (m A )

Figure 4. Voltage-current curve of the wire-plate ionizer

인가전압 조건에서는 10mm PP 하나보다는 를 개 사용한 것이 집진효율이 우수 10mm PP 2

하였고 10mm PP 2개 보다도 15mm PE를 사용 하는 것이 더욱 우수한 집진효율을 나타내었다.

이는 하전부에서 하전된 입자가 모두 집진부에 포집되는 것이 아니라 전기이동도의 차이에 의 해서 일부는 집진부를 그냥 통과하게 되므로 집진부의 면적을 증가시킴으로써 집진효율을 상승시킬 수 있음을 보여주고 있다 또한 유전. 체 금속 필름 집진부는 PP 또는 PE 박막의 폭

보다 내부에 삽입되는 알루미늄 금속판의 폭이 증가할수록 유전체 금속 필름과 절곡형 집진부 사이에 고강도의 전기장을 형성시키는데 더 유 리한 것으로 판단된다 그림. 5(b)는 집진부의 인 가전압을 증가시킬 때 세 종류의 유전체 금속 필름에 대한 집진효율 특성을 보여주고 있다.

앞에서 언급한 것과 같이 집진부의 면적을 증 가시킬 때 집진효율이 증가할 수 있다는 것은 집진부에서의 전기장의 세기를 증가시켜도 집 진효율이 상승할 수 있음을 의미한다 이는 전. 기장 세기가 커질수록 하전된 입자의 전기이동 도가 커짐으로써 낮은 전기장에서 집진부를 통 과했던 하전된 일부 입자가 높은 전기장의 집 진부에 포집될 수 있기 때문이다 그림. 5(b)의 결과를 살펴보면 예상했던 것과 같이 집진부의 인가전압이 증가할수록 집진효율이 증가하는 것을 알 수 있다 하지만 집진부 인가전압이. 6 이상부터는 인가전압 증가에 비해 집진효율 kV

증가율이 급격히 감소하였다 이는 집진부 인가. 전압6 kV 이상부터는 하전부에서 하전된 입자가 대부분 집진부에 포집되기 때문으로 판단된다.

하전부 및 집진부 인가전압에 따른 공기 3.3

청정화능력

단 전기집진기의 집진효율과 풍량으로부터 2

공기청정기로 적용했을 때 공기 청정화능력 또( 는 적용면적 을 산출할 수 있다) .

 _   

est

³



3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0

5 6 7

A p p lied vo ltag e at io n izer (kV )

Collection efficiency (%)

1 0 m m P P (c o lle c to r: 3 kV ) 1 0 m m P P (c o lle c to r: 4 kV ) 1 0 m m P P *2 E A (c o lle c to r: 3 kV ) 1 0 m m P P *2 E A (c o lle c to r: 6 kV ) 1 5 m m P E (c o lle c to r: 6 kV )

F low ra te : 7.4 m³/m in

(a)

30 40 50 60 70 80

0 2 4 6 8 10

Applied voltage at collector (kV)

C o ll e c ti o n e ff ic ie n c y ( % )

10mm PP 10mm PP*2EA 15mm PE Ionizer : 5.2kV, 0.3mA

Flowrate : 7.4 m³/min

(b)

Figure 5. Collection efficiencies with the applied voltage (a) at ionizer and (b) at collector

로서 챔버 내에서 이상적으로 혼합될 경우 이1 된다.



³

실제적으로 풍량 7.4 m

³

³

약 0.964로 나타났고 따라서 비례상수



0.964 을 때 유전체 금속필름 종류에 상 관없이 실제 측정한 공기청화능력(P 와 집집효) 율과 풍량으로 구한 청정화능력(P

est

결과 비례상수가 0.8-0.9의 범위에서 존재하였 고 평균 0.86 정도로 나타났으나(Kim et al., 본 연구의 단 전기집진기의 경우는 이보

2012) 2

다 훨씬 높은 값이 나오는 것으로 보아 시험챔 버 내의 혼합효과가 필터식보다 우수한 것으로 판단된다 이로부터 비록. 30 m

³

Collector type

Applied voltage (kV)

Collection efficiency

(-)

Measured air cleaning capacity (P)

(m

/min)

η Q (m

/min)

P

, 0.964 Q η

(m

/min) charger collector

10mm PP 5.2 3.0 0.32 2.25 2.34 2.25

10mm PP*2EA

5.2 6.0 0.56 4.00 4.14 3.99

5.2 8.0 0.59 4.21 4.37 4.21

5.5 6.0 0.66 4.71 4.88 4.71

15mm PE 5.2 6.0 0.65 4.64 4.81 4.64

Table 2. Experimental conditions for the measured and estimated air cleaning capacity at air flow rate (Q) of 7.4 m

³

Figure 6. Comparison of the product of collection efficiency and air flow rate ( Q) with the measured airη cleaning capacity (P).

서 하전부와 집진부의 인가전압을 높일수록 집, 진부의 면적을 늘릴수록 집진효율을 증가시켜 공기 청정화 능력을 향상시킬 수 있다 또한 일. 반적으로 풍량 증가에 따른 집진효율 감소율이 풍량 증가율에 비해 작으므로 식 (4)로부터 풍 량을 증가시킬수록 공기 청정화능력을 더욱 향 상시킬 수 있다.

하전부 극성에 따른 공기 청정화능력 3.4

이번에는 하전부 극성에 따른 결과를 살펴보 기 위하여 하전부의 와이어에 5.2 kV의 음극을 인가하여 청정화 능력을 시험해 보았고 그 결 과를 그림 에 나타내었다 일반적으로 양극은8 . 집진효율은 떨어지나 오존이 적게 발생하여 가 정용 또는 중소형 전기집진기에 주로 사용되고 음극은 집진효율은 우수하지만 오존이 많이 발 생하여 대형 산업용 전기집진기에 주로 사용되 고 있다고 알려져 있다 하지만 본 실험에서 양.

극과 음극을 동일한 전압 전류로 적용시켜본, 결과 공기 청정화능력이 음극에서 약간 우수하, 였으나 그 차이가 거의 미미한 수준으로 나타 나는 것으로 확인되었다 이는 극성 비교시험. 때의 시험챔버 내의 상대습도가 60-65% 정도로 다소 높아 두 극성 사이의 차이가 낮게 나타난 것으로 보인다(Nouri et al., 2010).

하전부 조건에 따른 오존 발생량 3.5

앞에서 언급했듯이 하전부의 인가전압을 증, 가시킬수록 집진효율은 계속 상승하므로 이를 통해 공기 청정화능력을 지속적으로 향상시킬 수 있다 하지만 하전부 인가전압을 증가시킬수. 록 공기 이온화 과정 중 오존이 발생할 가능성 이 높아지므로 하전부에 인가전압을 증가시키 는 데에는 한계가 있다 따라서 전기집진기를. , 실내용 공기청정기로 적용하기 위해서는 하전

0 10 20 30 40

Positive Negative

Polarity of the applied voltage M e a s u re d f lo o r a re a ( m

)

Flow rate : 7.4 m

/min 10mm PP * 2EA

Ionizer : 5.2kV, Collector: 6.0kV

31.7 m

32.0 m

Figure 8. Measured floor area of an air cleaner according to the polarity of the applied voltage to the ionizer and collector of two stage electrostatic precipitator

0 10 20 30 40

0 2 4 6 8 10

Applied voltage at collector (kV) M e a s u re d f lo o r a re a ( m

)

10mm PP (Ionizer: 5.2kV) 10mm PP*2EA (Ionizer: 5.2kV) 10mm PP*2EA (Ionizer: 5.5kV) 15mm PE (Ionizer: 5.2kV) 15mm PE (Ionizer: 5.5kV) 10mm PP*2EA (Ionizer: 5.2kV)-est 15mm PE (Ionizer: 5.2kV)-est

Flow rate : 7.4 m

/min

Figure 7. Measured floor area of an air cleaner according to ionizer and collector conditions of two stage electrostatic precipitator

부 인가전압 조건에 따른 오존발생량을 측정할 필요가 있다 그림 는 본 연구에서 주로 적용. 9 한 하전부 인가전압5.0~5.5 kV에서의 오존발생 량을 측정한 결과이다. 5.0 kV, 0.2 mA의 하전 조건에서는 24시간동안 약 0.015 ppm, 5.2 kV,

의 조건에서는 시간 동안 약

0.3 mA 24 0.024

이 발생하여 일반적인 실내 오존 규제치인 ppm

0.05 ppm (UL 867-2002; KS C 9314, 2009;

SPS-KACA002-132, 2006) 보다 적은 량의 오존 이 발생하였다 하지만. 5.5 kV, 0.8 mA의 하전 조건에서는 약0.068 ppm이 발생하여 오존 기준 치를 약간 상회하였다 따라서 본 연구에서 사. 용한 하전부는 5.2 kV 이내에서 적용해야만 오 존 규제치를 충분히 만족할 수 있을 것으로 판 단되고 전기집진식 공기청정기의 경우 이러한, 오존 규제를 만족하는 조건에서 운전할 수 있도 록 사용 조건을 명확하게 제시할 필요성이 있다.

단 전기집진기 청정화능력 향상 3.6 2

지금까지의 결과를 바탕으로 정리해보면 하, 전부의 인가전압을 5.5 kV 이상 상승시키면 오 존 발생 위험이 존재하므로 그 이하인5.2 kV가 적당하고 집진부의 인가전압은, 6 kV 이상부터 는 큰 효과를 볼 수 없으므로6 kV가 적당하며, 유전체 금속 필름으로 15mm PE를 사용하는 것 이 적합한 것으로 나타났다 또한 식. , (4)로부터 풍량을 증가시키면 청정화능력이 비례하여 상 승할 수 있음을 예측할 수 있었다 따라서 이. , 번 절에서는 7.4 m

³

를 개 사용한 조건 적용면적

10mm PP 1 ( : 17.8 m

²

³

³

Figure 10. Procedure to enhance the air cleaning capacity for an air cleaner with two stage electrostatic precipitator

0.00 0.05 0.10

4 5 6

Applied voltage at ionizer (kV)

O z o n e e m is s io n ( p p m )

Flow rate : 11.7 m

/min Collector : 6 kV

5.0kV, 0.2mA 5.2kV, 0.3mA

5.5kV, 0.8mA

Ozone limit : 0.05 ppm

Figure 9. Ozone emission concentration of an air cleaner according to the applied voltage to the ionizer of two stage electrostatic precipitator

로 1 배 증가시켰더니 약.6 1.5배의 청정화능력 이 향상되었고 여기에 집진부 인가전압을, 3 에서 로 증가시켰더니 약 배의 청정

kV 6 kV 1.3

화능력이 다시 향상되었으며, 10 mm PP 집진부

개를 집진부 개로 늘렸더니 추가

1 10 mm PP 2

적으로 약 1.1배의 상승을 얻을 수 있었다 또. 한, 10mm PP를 15mm PE로 대체하여 약 1.1배 의 상승을 얻을 수 있었고 하전부의 인가전압, 을 5.0 kV에서 5.2 kV로 상승시켜 약 1.1배의 청정화능력에 대한 추가적 상승을 얻을 수 있 어 최종적으로 48.2 m

²

²

대 최고 적용면적

29 ( : 45.2 m

²

²

을 나타낸다고 볼 수 있다.

수세정 후 단 전기집진기 청정화능력 변화

3.7 2

그림 11은 최종적으로 적용면적 48.2 m

²

있다 이는 세척 후 정전기력을 상실하는 정전필. 터에 비해 재생 능력이 우수하여 실내 정화용으 로 활용성이 훨씬 높을 것을 확인할 수 있다.

결 론 4.

이상의 단 전기집진기의 집진효율 및 청정2 화능력 실험으로부터 다음과 같은 결론은 얻을 수 있었다.

단 전기집진기의 집진효율은 하전부 및 집 1) 2

진부의 인가전압을 높일수록 그리고 집진부 의 집진면적을 증가시킬수록 상승하였다 동. 일한 하전부 및 집진부 인가전압 조건에서 는 유전체 필름 전극의 종류에 따라 15mm PE > 10mm PP*2EA > 10mm PP 순으로 집진 효율이 우수하게 나타났다.

Figure 11. Changes on the measured floor area with time after washing for an air cleaner with its initial measured floor area of 48.2 m

²

단 전기집진기의 공기 청정화능력은 집진효 2) 2

율과 풍량으로부터 쉽게 예측할 수 있었고 이를 통해 풍량이 일정할 때 하전부 및 집진 부의 인가전압 변화에 따른 집진효율 변화 특성을 파악하여 청정화능력 또는 적용면적( ) 을 예측할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

하전부에 및 를 인가할 때에는

3) 5.0 kV 5.2 kV

오존발생량이 실내 규제치 0.05 ppm 미만으 로 발생하였지만5.5 kV 이상부터는 실내 규 제치를 초과하여 발생하여 실내 공기정화용 적용을 위해서는 5.2 kV 이하의 인가전압으 로 운전해야 함을 알 수 있었다.

단 전기집진기의 풍량을 증가시키고 하전

4) 2 ,

부 및 집진부의 인가전압을 증가시키며 집, 진부 폭을 변경하여 풍량 11.7 m

³

²

본 연구의 유전체 필름 집진부는 절연성이 5)

우수하여 수세정 후에도 바로 전기장 인가 가 가능하였고 수세정 후 30분이 지난 후부 터는 초기 청정화능력 상태로 거의 회복되 어 쉽게 재생이 가능함을 알 수 있었다.

Acknowledgments

This work was supported by the LG Electronics research project.

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