개념 한 쪽
집진장치는 공기 중의 입자상 물질을 물리적으로 또는 기계적으로 분리하여 제거하는 장치이다. 장치는 작동 원리와 대상 입자의 성질에 따라 중력, 원심력(사이클론), 세정, 여과, 전기집진 등으로 분류되며, 각 방식은 장단점과 적용 조건이 다르다. 집진과 흡착은 처리 대상이 다르므로 혼동하지 않아야 한다.
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출제기준 단원 「집진장치 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 집진장치와 흡착의 구분 | 1 | 입자 처리 대상 여부로 집진장치 여부를 판별하기 |
| 전기집진 효율 계산식 변수 | 1 | Deutsch와 Anderson이 제안한 공식의 직접 변수 구성을 식별하기 |
| 중력집진 효율 조건 판단 | 1 | 침강실 구조·속도와 효율의 관계에서 옳지 않은 서술 가리기 |
집진장치는 입자상 물질을 포집하는 장치로, 처리 대상이 가스상 오염물질인 경우 적용되는 흡착과는 구별된다. 대표적인 집진 방식으로는 중력집진장치, 원심력집진장치(사이클론), 세정집진장치, 여과집진장치, 전기집진장치가 있다. 각 방식은 입자의 운동이나 상호작용을 이용해 분리 성능을 확보한다.
중력집진장치는 중력에 의한 침강을 이용하는 장치이며, 효율 향상은 침강실의 길이를 늘리고 높이를 낮추며 가스 속도를 줄이는 방향으로 설계함으로써 달성한다. 즉, 시간(이동거리/속도)을 확보하면 입자가 바닥까지 침강하기 쉬워진다. 이 원리를 바탕으로 길고 낮은 침강실이 효율적이라는 점을 기억해야 한다.
원심력집진장치(사이클론)는 회전류를 만들어 원심력으로 입자를 외벽으로 밀어내는 방식이며, 배기관경이 작고 입구 유속이 높을수록 원심력이 증가해 미세 입자 포집 성능이 좋아진다. 또한 사이클론은 블로다운 효과와 같은 설계 요소를 통해 재비산을 억제하는 운영법을 적용할 수 있다.
세정집진장치는 물이나 액체를 이용해 충돌·응집·확산 등의 메커니즘으로 입자를 포집하는 장치이며, 습도 증가나 액적의 존재는 입자 응집을 촉진해 제거 효율을 높이는 방향으로 작용한다. 반대로 여과집진장치는 여재의 기공을 통해 입자를 걸러내는 방식으로 미세입자 포집에 유리하지만 점착성·흡습성·폭발성 분진에는 취약하며 여재의 막힘과 온도 제한, 유지비 증가 같은 단점이 있다.
전기집진장치는 전기력을 이용해 입자를 충전시켜 집진극으로 유도·포집하는 방식이며, 집진효율 계산식으로는 Deutsch와 Anderson이 제안한 공식 η=1-exp(-wA/Q)에서 입자의 겉보기 이동속도 w, 집진극 면적 A, 처리가스량 Q가 핵심 변수로 작용한다. 점성력 등은 이 식의 직접 변수로 포함되지 않으므로 구별하여 이해해야 한다.
문제 유형에서는 집진과 흡착의 적용 대상을 혼동하거나, 집진 방식의 효율 인자를 반대로 서술하는 함정이 자주 등장한다. 예를 들어 흡착을 집진장치의 한 종류로 제시하면 정답이 아니며, 중력집진에서 '높이가 높고 길이가 짧을수록 효율이 좋다'는 설명도 원리에 반하는 오답이다. 원심력집진장치 관련 문항에서는 배기관경이 작을수록 원심력이 커져 미세 입자 제거에 유리하다는 점을 확인해야 한다.
전기집진장치의 효율 계산 문제에서는 Deutsch와 Anderson이 제안한 공식의 변수 의미를 정확히 대응해야 틀림을 피할 수 있다. 이 식에서는 w, A, Q가 직접적으로 필요하며 점성력은 공식의 직접 인자가 아님을 근거로 정답을 도출해야 한다.
세정집진 관련 문항에서는 습도와 응집의 관계를 묻는 선지를 주의해야 한다. 습도가 높아지면 입자 응집이 촉진되어 제거 효율이 향상된다는 원리를 적용해 오답을 찾는다.
대기오염물질 중 입자상물질을 처리할 수 있는 일반적인 집진장치 종류가 아닌 것은?
정답 ③ · 입자상 물질을 처리하는 일반적인 집진장치에는 중력집진, 원심력(사이클론), 세정, 여과, 전기집진장치 등이 있다. 흡착은 가스상 오염물질을 제거하는 방법으로 입자상물질 처리를 위한 집진장치 종류에 해당하지 않는다.
집진장치는 입자상 물질을 포집하는 장치이며, 흡착은 가스상 오염물질을 제거하는 분리 공정이므로 집진장치가 아니다.
전기 집진장치의 집진효율을 Deutsch-Anderson 식으로 구할 때 직접적으로 필요한 인자가 아닌 것은?
정답 ④ · Deutsch-Anderson 식은 η=1-exp(-wA/Q)로 표현되며, 여기서 w는 입자의 겉보기 이동속도, A는 집진극의 면적, Q는 처리가스량이다. 이 세 가지 인자가 직접적으로 집진효율 계산에 사용된다.
Deutsch-Anderson 식은 집진효율을 입자 이동속도, 집진극 면적, 처리가스량으로 표현한다.
중력 집진장치의 집진효율 향상조건으로 틀린 것은?
정답 ③ · 중력집진장치는 침강실의 높이가 낮고 길이가 길수록 침강시간이 확보되어 집진효율이 높아지는 것이 원리이다. 문제의 보기는 높이가 높고 길이가 짧을수록 효율이 높아진다고 반대로 서술하고 있어 틀린 설명에 해당한다.
중력 집진장치는 침강실의 길이가 길고 높이가 낮을수록 입자의 침강 시간이 확보되어 집진효율이 높아진다.
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