KR100495345B1 - 공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 공기정화장치 또는 시설 내에 장착되어 사용되는 플라즈마 필터에 관한 것으로서, 특히 플라즈마를 이용하여 공기중의 각종세균의 살균작용과 유해가스 분해용으로 사용되며, 케이스 모듈화되어 용이하게 기존의 공기정화장치 또는 시설 내에 장착이 가능한 플라즈마 필터에 관한 것이다.

본 발명은 케이스 모듈 내에 도전체인 주전극과 도전체에 유전체를 피복한 대향전극이 밀착되도록 배치되고 그물모양으로 짜여진 것을 특징으로 하는 플라즈마 필터 또는 주전극과 대향전극이 근접되도록 배치되고 90° 방향으로 겹쳐진 것을 특징으로 하는 하나의 모듈을 형성하는 플라즈마 필터를 제공하며, 그 모듈을 복수개 장착한 하우징을 포함하는 공기살균 및 유해물질 분해용 플라즈마 필터를 제공한다.

본 발명의 장치에 의하면 주전극과 대향전극이 근접해 있어 컴팩트한 모듈로 제작이 가능하고 ,기존의 공기정화시설에 큰 설계변경없이 장착이 가능하며, 저전압으로 효율적인 살균작용, VOC의 분해작용이 가능하다.

Description

공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터{Plasma filter for the sterilization of the air and the decomposition of a noxious gas}

본 발명은 공기정화장치 및 시설 내에 장착되어 사용되는 플라즈마 필터에 관한 것으로서, 특히 플라즈마를 이용한 공기 살균과 유해가스 분해용으로 사용되며, 손쉽게 각종 크기의 unit로 제작이 용이하게 기존의 공기정화시설 내에 장착이 가능한 플라즈마 필터에 관한 것이다.

근래에 들어 산업이 고도로 발달함에 따라 대기가 심각하게 오염되면서, 각종 먼지, 매연과 그리고 먼지 속에 사는 박테리아 등 미세한 세균, 그리고 유해가스의 양이 크게 증가하고 있어 각종 호흡기 질환, 세균에 의한 2차 감염 등 심각한 문제를 일으키고 있다.

특히 유해가스 중에서는 각종 유기용제를 다량 사용하는 생산공정, 폐기물처리공정, 도장공정 등 각종 공정에서 불가피하게 발생하는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound, 이하 VOC라 함)은 광화학적 산화반응을 일으켜서 결과적으로 심각한 공해문제를 야기하는 물질이다.

이러한, 유해한 VOC 가스를 제거하기 위한 종래기술로는 VOC 가스를 태우는 연소법, 활성탄 등을 이용한 흡착법, 미생물여과법 그리고 플라즈마를 이용하여 VOC 가스를 분해하는 플라즈마법 등이 있다.

예를들면 플라즈마법은 공개특허공보 특2001-68436호에 기재된 바와 같이 플라즈마 반응장치 내부의 코로나 방전극에 고전압의 펄스하전을 인가시켜 플라즈마를 형성하여 활성화 래디칼을 생성하여 톨루엔과 같은 VOC 가스를 산화함으로써 제거하는 방법이 제시되어 있으나, 그 구체적인 장치는 접지전극간의 간격이 30mm인 접지전극이 다수개 설치된 것으로서 구조적으로 부피가 크게 되는 문제점이 있다.

한편, 사이즈가 큰 입자 또는 먼지를 제거하고 살균하기 위하여 필터링법이나 전기집진법 혹은 자외선법을 이용하여 공기를 살균하거나 정화처리하여 왔는데 그 중 필터링법은 흡입팬을 이용하여 오염된 공기를 흡입한 후 필터체에서 필터링하고 그릴을 통하여 공기를 토출시키는 방법으로서 통상적으로 프리필터, 헤파필터(HEPA Filter, High Efficiency Particulate Air Filter)에 의하여 분진을 흡착하고 이어서 카본필터를 통하여 가스 및 악취를 제거하는 방식이다.

그러나, 이러한 종래의 필터링법은 큰 사이즈의 입자, 먼지 등은 걸러지지만, 미세한 세균은 그대로 통과하는 단점을 가지고 있으며, 아울러 이러한 필터링법으로는 세균을 포집할 수는 있으나 세균을 살균하지 못하며 VOC와 같은 유해가스에 대해서는 아무런 작용을 할 수 없다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 종래의 필터링장치에 플라즈마 필터를 장착하여 입자, 먼지의 제거뿐만 아니라 미세한 세균을 효과적으로 살균하고, 아울러 VOC 등과 같은 유해가스를 효율적으로 분해하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 공기정화장치 또는 시설에 장착되는 플라즈마 필터에 있어서, 케이스 내에 도전체인 주전극과 도전체에 유전체로 피복된 대향전극이 서로 밀착된 상태로 배치되어 하나의 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기중 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터를 제공한다.

또한, 주전극과 대향전극이 90° 방향으로 겹쳐지되, 주전극이 밑에 위치하며, 대향전극이 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기중 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터를 제공한다.

또한, 주전극과 대향전극이 90° 방향으로 겹쳐지되, 교대로 상하 위치를 바꾸어 대향하는 그물모양으로 짜여진 것을 특징으로 하는 공기중 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터를 제공한다.

또한, 모듈 복수개가 하우징에 삽입되어 사용되며, 상기 하우징은 헤파필터와 카본필터 등 기존의 먼지 및 세균포집용 filter 와도 병행해서 사용될수 있다.

이하, 본 발명의 장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 필터의 일실시예이다.

플라즈마 필터(1)는 케이스(2) 내에는 주전극(3)과 대향전극(4)이 맞닿은 상태에서 서로 90도 방향 또는 다른 각도로 대향되게 설치되고 케이스(2)의 외부에는 전원, 접지선 등이 연결될 수 있는 연결부(5)가 설치되어 하나의 모듈을 형성한다.

주전극(3)은 구리, 은, 백금, 스텐레스봉 또는 기타재질의 도전체로 이루어지며, 대향전극(4)은 전술한 도전체에 실리콘, 폴리이미드, 에폭시 등 수지의 유전체로 피복한 전극이다.

양 전극은 판재, 원형 와이어 등 그 형상에 관계없지만, 판재의 경우는 상호 접촉면적이 넓어져 플라즈마를 발생하는 데는 유리한 면이 있으나, 장착 후 공기의 흐름을 방해할 수 있다는 단점이 있다.

주전극(3)은 원형 와이어인 경우 그 직경은 0.1~3cm가 바람직하나, 전체 모듈의 크기에 따라 변경이 가능하다.

대향전극(4)의 유전체의 피복두께는 전술한 주전극(3)의 직경에 따라 다르지만 통상 5μm~1mm가 바람직한데, 피복두께가 얇을수록 출력전압이 낮아져 효율이 향상되지만 5μm이하에서는 내구성이 떨어지는 문제점이 있고, 1mm 이상에서는 효율이 크게 떨어지므로 이 범위가 바람직하다.

본 발명에서는 주전극(3)과 대향전극(4)이 서로 밀착되어 있으므로 종래기술의 인가전압보다 낮은 0.5~5kV정도가 작업범위로서 바람직하며, 인가전압이 낮을수록 전력효율면에서는 유리하나, 0.5kV이하에서는 인가전압이 너무 낮아 플라즈마 발생이 극히 약해질 수 있고, 5kV이상에서는 전력효율이 상당히 떨어지므로 불리하다.

아울러, 본 발명 장치의 전원으로는 펄스, 사인파, DC 전원이 사용가능하나, 교류전압을 인가할 때 가장 안정적인 결과를 얻을 수 있으며, 인가주파수는 통상적인 인가주파수인 0.5~100kHz의 범위가 바람직하며 인가주파수의 범위에 따라 파워서플라이(Power supply), 고압트랜스의 스펙 등이 달라지게 된다.

이와 같이 주전극(3)과 대향전극(4)이 밀착되어 있으므로 모듈의 두께가 매우 얇아져서 기존 공기정화장치 또는 시설 내부에 특별한 설계변경없이 간단하게 부착할 수 있으며, 낮은 전압으로도 플라즈마 영역을 구성할 수 있으므로 효율적으로 살균, 유해가스의 분해를 가능하게 한다.

또한 본 발명의 플라즈마 필터(1)는 모듈화되어 있어, 전원은 플러그에 의하여 연결부(5)에 연결하기만 되도록 되어 있으며, 모듈 각각을 직접 접지하든지 하우징(6)을 만들어 하우징(6)을 접지하든지 하는 방법으로 간접적으로 접지가 가능하도록 되어 있다.

도 2는 본 발명의 또 따른 일실시예인데, 주전극(3)과 대향전극을 서로 90° 방향으로 밀착되게 하되 교대로 상하가 바뀌어 위치하도록 하여 그물모양으로 직조된 상태이다.

이와 같이 그물형으로 형성함으로써 양 전극간의 밀착도가 커져서 사용시 장치의 진동 또는 풍속에 의하여 양 전극이 서로 이격되는 우려가 작아지는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 플라즈마 필터를 하우징에 장착하여 필터링 시스템에 설치한 설치도이다.

도 1과 도 2의 실시예에 의한 본 발명의 모듈화된 플라즈마 필터(1)는 하나 또는 둘 이상을 연속적으로 설치하여 사용할 수 있는데 이 때에도 모듈 하나하나를 단독으로 끼워서 설치할 수도 있고, 하나의 하우징을 만들어 그 하우징 내부에 끼워 넣어서 설치할 수도 있으며, 플라즈마 필터(1)는 작업환경에 따른 공기오염의 경중에 따라 플라즈마 필터(1)의 개수를 가감하여 설치할 수도 있다.

그림에서 보면 오염된 공기가 흡입되는 곳으로부터 프리필터(11), 헤파필터(12), 플라즈마 필터(1) 그리고 카본필터(13) 순이다. 즉, 프리필터(11)와 헤파필터(12)에서 큰 사이즈의 입자 및 먼지 등을 먼저 걸러내고, 그 다음 본 발명 장치의 플라즈마 필터(1)에서 세균의 살균, 유해가스의 분해 등의 작용을 거친 다음 마지막으로 카본필터(13)에서 악취 등을 제거하는 마무리 작업을 하여 전체적으로 효율적인 정화작업이 되도록 한다.

이렇게 하여 장착된 플라즈마 필터의 작용은 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 필터의 작용도이다.

그림에서 전극이 만나는 곳에서 플라즈마 영역(7)이 형성되고, 그 외의 지역은 공기통과영역(8)이 형성되며, 플라즈마 영역(7)은 어느 정도 중첩되는 형태로 형성된다.

사용용도에 따른 모듈의 설계에 따라 이러한 플라즈마 영역의 크기가 결정된다고 할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 그 크기(ℓXℓ)가 30cm X 30cm로서 전극간의 간격 d는 0.1~5cm가 바람직하다. 이 간격 d는 작을수록 플라즈마 영역이 많아져서 유리하지만 0.1cm 이하에서는 제작상의 어려움이 있고, 5cm 이상에서는 공기통과영역(8)이 넓어져 효율이 떨어진다.

플라즈마 영역(7)에서 유해가스가 분해되는 메카니즘은 공기중에 있는 이온과 전자가 플라즈마 영역에서 일으키는 탄성충돌과 비탄성충돌로 인한 물리적 구동력과 플라즈마 형성시 발생하는 래티칼에 의한 화학적 구동력에 의한 것이다.

플라즈마에 의한 VOC 가스, 예를들면 톨루엔(C₆H₅CH₃)의 분해는 다음의 반응식에 의하여 이루어진다.

O₂ + H₂O + e- -> OH*, O* --------------------------- (1)

OH* + C₆H₅CH₃ -> C₆H₅CH₂* + H₂ O ------------------------ (2)

C₆H₅CH₂* + 7O₂ + 7OH* -> 7CO₂ + 8H₂O ------------------- (3)

플라즈마 영역에서 물분자 또는 산소분자가 식 (1)에 의하여 OH*, O* 와 같은 활성화 래디칼이 되고, 이 래티칼이 식 (2) 및 (3)을 거치며 톨루엔을 산화하여 분해한 결과 인체에 무해한 이산화탄소와 물분자 등으로 변환하게 된다.

본 발명의 장치에 의하면 종래의 공기청정기의 필터링장치에서는 수행할 수 없었던 미세한 세균의 살균작용, 그리고 VOC 등과 같은 유해가스의 분해작용 등을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 장치는 주전극과 대향전극이 밀착해 있어 컴팩트한 모듈로 제작이 가능하고 따라서 기존의 공기정화장치 또는 시설에 큰 설계변경없이 장착이 가능하며, 적용환경에 따라 모듈의 개수의 조정이 가능하며, 저전압으로도 효율적인 살균작용, 분해작용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 필터의 일실시예,

도 2는 본 발명의 플라즈마 필터의 일실시예,

도 3은 본 발명의 플라즈마 필터를 하우징에 장착하여 필터링 시스템에 설치한 설치도,

도 4는 본 발명의 필터의 작용도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1 ; 플라즈마 필터 2 ; 케이스 3 ; 주전극

4 ; 대향전극 5 ; 연결부 6 ; 하우징

7 ; 플라즈마 영역 8 ; 공기통과영역

Claims (5)

1. 공기정화시설에 장착되는 플라즈마 필터에 있어서,

   케이스 내에 도전체인 주전극과 도전체에 유전체로 피복된 대향전극이 서로 밀착된 상태로 배치되어 하나의 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 주전극과 상기 대향전극이 90° 또는 기타 각도의 방향으로 겹쳐지되, 상기 주전극이 밑에 위치하며, 상기 대향전극이 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 주전극과 상기 대향전극이 90° 또는 기타각도의 방향으로 겹쳐지되, 교대로 상하 위치를 바꾸어 대향하는 그물모양으로 짜여진 것을 특징으로 하는 공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터.
4. 청구항 1 내지 청구항 3에 있어서, 상기 모듈 복수개가 하우징에 삽입되어 사용되며, 상기 하우징은 헤파필터와 카본필터 사이 또는 다른 순서로도 배열됨을 특징으로 하는 공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 대향전극의 유전체 피복의 두께는 5μm~1mm인 것을 특징으로 하는 공기 살균 및 유해가스 분해용 플라즈마 필터.