• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.259-260
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• 2012

산업화가 발달됨에 따라 대기 오염 물질은 점차 증가하고 있는 추세에 있고 특히 기름 및 석탄 연소 보일러, 자동차, 제철, 시멘트 플렌트, 소각로 등은 미세 분진을 발생시키는 주원인이 되어 왔다. 최근 대기환경법은 오염 분진의 중량 규제로부터 $10{\mu}m$ 미만의 PM10에서 $2.5{\mu}m$ 미만의 PM2.5의 미세 분진에 대한 규제로 점차 심화되고 있으나, 이러한 미세분진은 고전적인 제거 방법으로는 매우 어려우며 고가의 HEPA 필터를 사용하여야 한다. 한편 코로나 방전을 이용하는 전기 집진은 미세 먼지 제거에 매우 효율적이어서 $1{\mu}m$ 미만의 미세 분지도 99%까지 제거가 가능하다는 장점이 있지만 입자크기가 클 경우에는 효율이 떨어지는 단점이 있다. 한편 사이클론 집진기는 매우 오래전부터 개발되어 사용되어 왔는데 가격이 저렴하고 운영비가 적게 들며 $10{\mu}m$ 이상의 먼지는 99% 이상 제거가 가능하여 산업현장에서 오랜 기간 사용되어 왔지만 입자크기가 $10{\mu}m$ 미만으로 가면 집진율이 급격히 떨어지는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 기존의 사이클론 집진기의 구조를 기본으로하여 사이클론 집진기 내부에 플라즈마 방전을 설치하여 원심력에 의한 집진과 코로나 방전에 의한 전기 집진을 동시에 수행할 수 있도록 하이브리드 사이클론 집진기를 제작하였다. 제작된 사이클론 집진기는 직경 30 cm 높이 120 cm의 사이클론 구조를 가지고 있으며 1 hp의 터보송풍기를 장착하여 $20m^3$/min 이상의 유량을 처리할 수 있도록 설계 제작되었다. 제작된 하이브리드 사이클론 집진기의 성능을 평가하기 위하여 $10m^3$의 체적을 가지는 테스트 챔버 내부에 사이클론 집진기를 설치하고 향을 태워 미세 먼지를 발생시킨 후 다양한 조건에서 집진 성능을 측정하여 보았다. 미세 먼지의 경우 사이클론을 작동시키지 않아도 테스트 챔버 벽면에 흡착되어 초기에는 급격히 감소하는 경향을 보여주나 일정 시간이 경과한 후에는 매우 느리게 감소하는 현상이 관찰 되었다. 코로나 방전을 하지 않고 오존 파괴기에 활성탄만 충진한 상태에서 사이크론을 작동시킬 경우 지속적으로 천천히 감소하는 경향을 보여주었으며, 코로나 플라즈마를 방전시킨 경우 미세 먼지는 HEPA filter를 장착한 것보다도 조금 빠르게 미세먼지를 제거하였다. 챔버 내부의 미세먼지가 초기 값의 1/10에 도달하는 시간은 코로나 방전 전류가 증가할수록 짧아지는 경향을 보여주었으며 최적 조건에서 100초 이내에 90% 이상 제거가 가능하였다. 하이브리드 사이클론 집진기는 집진 뿐 만 아리라 VOC 성분도 분해가 가능하여 유해물질을 제거하는 능력이 있다. 유해 가스 제거 능력을 실험하기 위하여 분진제거 실험에 사용된 챔버 안에 아세톤을 증발시켜 50 ppm이 되도록 한 후 다양한 조건에서 유해물질 제거 실험을 수행하였다. 미세먼지와는 달리 장비를 작동하지 않을 경우 매우 느리게 아세톤 농도가 감소하였다. 이는 미세 먼지와는 달리 흡착이 발생하지 않고, 측정 챔버 자체가 완전한 밀폐가 이루어지지 않아 자연적으로 조금씩 외부로 누출되기 때문으로 판단된다. 코로나 플라즈마만 방전시켰을 경우 초기 농도의 80%가 제거되는데 걸리는 시간은 약 28분 정도로 코로나 플라즈마가 VOC 제거에 효과가 있음은 확인하였으나 제거율이 그리 높지 않음을 알 수 있었다. 한편 오존 파괴를 위해 활성탄으로 충진 된 오존파괴기를 통과시킨 경우는 약 12분 경과 후 80%가 제거됨을 확인할 수 있었으나 그 이후에는 VOC의 감소가 매우 느리게 진행됨을 알 수 있었다. 한편 활성탄 대신 $MnO_2$ 복합촉매로 충진 된 오존파괴기를 통과한 경우 약 3분 정도 경과 후 80%의 아세톤이 제거됨을 관찰할 수 있었으며 코로나 플라즈마를 작동시키면서 $MnO_2$ 복합촉매로 충진 된 오존파괴기를 통과시킨 경우 약 2분 정도 경과 80% 이상의 아세톤이 제거되어 코로나 플라즈마와 복합촉매를 사용할 경우 VOC 성분이 효과적으로 제거됨을 알 수 있었다.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제24권5호
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• pp.512-517
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• 2014

본 연구는 선박의 외벽 유지보수를 위한 외벽 연마장비에 장착되는 먼지 집진장치에 적용하기 위한 사이클론 집진방식의 연마기 제작을 위한 사이클론 분리기 설계를 위하여 최적의 설계조건을 도출하고자 유동해석 기법을 적용한 사이클론 연마장비의 집진장치를 소개하고자 한다. 제작된 연마장비의 집진을 위한 접선유입 사이클론의 압력 강하와 입자 수집 능률은 기 연구된 수학적 모델을 적용하여 계산하였다. 종래 공기필터를 가진 사이클론의 계산 결과의 비교는 접선 유입 사이클론이 저압 드롭과 높은 입자 수집능률을 시뮬레이션을 통한 검증과 시작품을 제시하였다. 사이클론은 원통형 장치 내에 분진을 함유하는 기체를 장치내벽에 접선방향으로 유입시켜 유입분진에 선회운동을 부여함으로써 분진입자에 작용하는 원심력에 의하여 가스중의 입자를 분리 포집하는 집진장치로써 연마장비의 집진장치로 응용하고자 본 연구를 진행하여 진행중인 메커니즘과 유체흐름에 대한 기본적인 유체흐름에 따른 사이클론의 규격 파라미터에 따른 유동해석 결과를 제시하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2013년도 추계학술대회
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• pp.911-913
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• 2013

본 논문에서는 선박의 외벽 청소용으로 사용되는 연마장비에 사이클론 집진방식을 채용한 연마장비를 개발을 위한 최적화된 설계를 위한 기본적인 메카니즘과 설계를 소개하고자 한다. 사이클론 방식은 공기의 유입 및 유출 속도 및 압력에 따른 미립자 등을 분리하는 기능을 하게 되는데 본 연구에서는 이러한 연마장비설계를 위한 사이클론 집진기의 효율과 압력, 유입 공기속도에 따른 설계방법을 소개하고 일부 실험결과를 제시하도록 한다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권6호
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• pp.371-376
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• 2017

선회류 약화기(vortex finder)의 구조와 치수를 변형한 7종류의 cyclone을 제작해 PM-10 집진효율 자료를 도출하였고 CFD 분석을 통한 사이클론 입구 속도를 계산하였다. 입구속도는 normal, P, A type 사이클론의 경우 15.48 m/sec, 16.03 m/sec 그리고 15.90 m/sec로 계산되었고 PM-10 집진효율 실험결과는 P tpye과 A type의 사이클론의 경우 normal 사이클론에 비해 4%와 7%의 집진효율이 증가하였다. 또한 평행부의 길이가 증가함에 따라 PM-10의 집진효율은 증가하다 감소하여 집진효율을 최대화 할 수 있는 길이가 존재함을 보여주었다.

• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.283-289
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• 2014

가정용 진공청소기는 기본적으로 집진장치(dust collector), 프리 필터(pre filter), 모터(motor), 배기 필터(exhaust filter)의 구조를 가지며, 흡입된 먼지가 포함된 공기는 이러한 구조를 지나 깨끗한 공기가 되어 대기로 방출된다. 본 연구에서는 실생활에 사용되고 있는 구조가 다른 2개의 사이클론 청소기를 선정하여 사이클론 청소기 내 집진장치의 내부 공기 유동에 대해 전산유체역학을 적용하여 집진성능을 평가하고자 하였다. 사이클론 콘(cyclone cone) 영역에서 공기의 유선(streamline)을 해석한 결과, 사이클론 콘 영역에서 상당한 선회수를 가지는 것을 확인하였다. 특정 형상의 청소기에 대한 전산해석 결과에서 출구에서의 속도 분포가 매우 불균일한 결과를 나타내었고 이로 인해 집진성능에 악영향이 나타남이 파악되었다. 이 문제를 해결하기 위해 집진장치 형상에 추가적으로 배플을 설치하여, 달라진 속도 분포에 의한 속도 RMS (Root Mean Square) 값의 개선을 평가하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2012년도 춘계학술논문집 1부
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• pp.367-370
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• 2012

본 연구는 하나의 장치 내에서 "싸이클론-관성충돌-여과포 집진"이라는 다단 제진 단계가 동시에 이루어져 입경 분포별로 순차적인 제진이 가능한 멀티 집진기의 처리가스 제어 효율을 극대화시킬 수 있는 기류 흐름을 얻기 위한 최적화 설계 조건을 검토하는 것이다. 우선 1단계 제진 과정인 원심력을 이용하여 조대입자의 유선 이탈을 촉진시킬 수 있는 사이클론 유동을 최적화시키기 위한 집진기 입구 형상 설계 검토를 위해 수치 해석적 연구를 수행하였다. 그 결과, 멀티집진기 입구 형상을 일반적인 설계 방식인 접선 유입식으로만 설계한 것에 비해 선회류를 한번 더 가속화시킬 수 있는 가이드 베인을 추가로 설계한 경우 선회류의 pitch가 짧고 강하게 형성되어 사이클론부에서 조대입자의 유선 이탈을 촉진시키는데 매우 효과적인 것으로 예측되었다. 단, 사이클론부 하단 벤츄리 형상으로 인해 약 4~5 m/s의 강한 하향 흐름이 호퍼 하단까지 형성되고 있어 탈리 분진의 재비산 문제가 발생할 가능성이 크므로 벤츄리 형상 설치 유무에 대한 영향도 추가적으로 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국대기환경학회:학술대회논문집
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• 한국대기환경학회 2002년도 추계학술대회 논문집
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• pp.83-84
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• 2002

사이클론 집진기(이하 "사이클론"으로 표기)는 1800년대 후반에 기본개념이 싹트기 시작한 이후 100년 이상의 역사를 지닌 집진 장치로서, 구성이 단순하고, 고온 및 고압에서도 동작이 가능하며, 에너지 소모가 적고, 제조비용과 유지비용이 저렴한 특징을 지니고 있다. 현재 산업체에 설치되어 있는 싸이클론은 대용량의 가스처리, 입경 10-200$\mu\textrm{m}$까지의 분진처리, 낮은 초기설치비, 유지보수 및 조작의 간편성 때문에 산업체 여러 분야에서의 응용성은 다양하고 응용범위도 상당히 넓다고 할 수 있으며 석탄가스화 복합발전 플랜트, 쓰레기 소각로, 순환유동층 보일러 등에 널리 사용되고 있다. (중략)

• 한국가시화정보학회지
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• 제18권3호
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• pp.90-95
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• 2020

The purpose of this study is to numerically evaluate the collection performance of an ultra-small Lapple cyclone separator for 1~10 ㎛ particles introduced at flow rate of 10 L/min. The numerical evaluation reveals that a static pressure drop occurs more dominantly inside of the cyclone separator than at the inlet and the vortex finder. Also a fluid flow in the cyclone separator is confirmed to have a helical structure heading upward in the center of cyclone separator and downward in the vicinity of wall. The investigation on dust collection efficiency of the Lapple cyclone separator shows that particles of 4~8 ㎛ diameters are collected at very lower efficiency than other sizes. Then, the cut-point diameter of the cyclone separator is 1.48 ㎛.

• 한국기계가공학회지
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• 제10권5호
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• pp.97-103
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• 2011

This study is numerical analysis on flow characteristic in a standard cyclone dust separator. The cyclone dust separator is widely used in a industrial applications as a method for dust removed from gases. In cyclone chamber, a very complex flow field is formed, involving the interaction between highly swirling velocity and turbulent field. Numerical analysis with computational fluid dynamics(CFD) was carried out to investigate the working fluid that flow into cyclone dust separator. Helical entry type was increasing flow rate compared with tangent entry type. And according to increasing pressure difference was increased fan power. But, helical entry type was high performance dust separator, in comparison with tangent entry type.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.679-686
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• 2018

지하철 터널 내에 축적된 미세먼지와 초미세먼지를 제거하기 위해서는 새로운 형식의 분진흡입차량이 필요하다. 따라서 최근 개발된 분진흡입차는 초미세먼지 제거를 위한 흡입시스템과 사이클론형식의 전처리부 및 전기집진기를 장착하고 있다. 본 논문에서는 집진차량의 하부에 설치된 먼지 흡입시스템이 다양한 크기의 먼지입자를 효과적으로 흡입하고 처리하기 위해 사이클론형식의 전처리부가 포함된 집진시스템을 설계하고 집진효율을 ANSYS FLUENT의 전산유체해석을 통해 확인하였다. 흡입구와 사이클론형 프리필터가 연결된 격자모델을 기반으로 공기유동과 상차분모델(Discrete Phase Model)을 이용하여 다양한 입자의 크기와 종류 및 흡입팬의 용량에 따른 입자의 거동을 해석하였다. 다양한 입자의 크기와 종류, 흡입팬의 용량에 대해서 해석결과 집진차량의 운영속도 5km/h에서 미세먼지처리를 위해서는 흡입팬의 용량 $1500m^3/min$에서 흡입구가 궤도면으로부터 약 100mm이내일 때 $100{\mu}m$ 이하 크기의 먼지를 모두 처리할 수 있음을 확인하였다. 이러한 흡입구와 사이클론형식의 프리필터를 탑재한 터널집진차량은 후단에 설치된 전기집진기의 부하를 줄이고, 지하 터널내의 미세먼지와 초미세먼지의 제거에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.