KR100535123B1 - 하이브리드형 차량용 공기 청정기 - Google Patents

하이브리드형 차량용 공기 청정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드형 차량용 공기 청정기에 관한 것으로서, 메쉬 유전장벽방전(DBD)에 의한 활성종, 음이온 및 자외선 생성으로 집진 및 살균, 탈취효과가 향상되고, 광촉매를 통해 오존을 제거하게 되며, 나노튜브가 채용된 음이온 생성부에 의해 음이온 발생이 더욱 증가되는 차량용 공기 청정기에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 차량용 공기 청정기는, 정화될 공기가 통과하도록 되어 있으면서 전극을 통한 유전체장벽으로의 전원 인가시 유전장벽방전(DBD)에 의한 플라즈마 발생으로 통과 공기의 정화작용을 수행하는 DBD 글로우 방전부와; 상기 글로우 방전부의 후방에 설치되어 글로우 방전부를 통과한 공기를 정화하는 광촉매와; 상기 광촉매의 후방에 설치되어 광촉매에서 정화된 공기가 통과하도록 되어 있고 음전극물질의 전기방전에 의해 공기 내 음이온을 발생시키는 음이온 생성부;를 포함한다.

Description

하이브리드형 차량용 공기 청정기{Hybrid type air cleaner for automobile}
본 발명은 하이브리드형 차량용 공기 청정기에 관한 것으로서, 메쉬 유전장벽방전(DBD)에 의한 활성종, 음이온 및 자외선 생성으로 집진 및 살균, 탈취효과가 향상되고, 광촉매를 통해 오존을 제거하게 되며, 나노튜브가 채용된 음이온 생성부에 의해 음이온 발생이 더욱 증가되는 하이브리드형 차량용 공기 청정기에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 공기 청정기는 밀폐된 차량 실내의 오염된 공기나 차량 외부의 공기를 통과시켜 공기 중에 혼입되어 있는 이물질(미세 먼지)이나 세균류, 또는 악취를 제거하여 줌으로써 맑고 깨끗한 공기로 바꾸어주는 장치이다.
현재까지 이용되고 있는 차량용 공기 청정기술은 집진 및 탈취방식에 따라 크게 몇 가지로 분류될 수 있으며, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.
현재 시판되고 있는 여러 가지 공기 청정기의 형태 중에서 그 대표적인 것으로는 코로나 방전을 이용한 공기 청정기와 필터를 채용한 공기 청정기를 들 수 있다.
먼저, 공기 청정기의 가장 일반적인 형태로서 코로나 방전을 이용한 공기 청정기에서는 코로나 방전을 통해 음이온을 생성시키는 것과 함께 공기 내에 존재하고 있는 오염원을 이온화시켜 집진시키고, 미량의 오존을 발생시켜 세균 및 악취를 제거하게 된다.
첨부한 도 2는 종래의 멀티-포인트 코로나 타입의 공기 청정기에서 집진전극과 방전전극을 도시한 개략도로서, 금속재로 된 판형의 집진전극(12)과, 다수의 방전팁(16)이 형성되어 있는 방전전극(14)이 공기 청정기의 도시하지 않은 외부 케이스 내부에 서로 일정 간격을 두고 고정 설치된다.
이러한 공기 청정기에서는 음극의 방전전극(14)과 양극의 집진전극(12)에 각각 전원을 인가함으로써 음이온이 발생되도록 구성되어 있으며, 특히 음극의 방전전극(14) 전면에 다수개의 방전팁(16)을 형성하여 코로나 방전에 의한 음이온의 발생률을 높이고 있다.
전원이 인가되면 방전팁(16)으로부터 집진전극(12)측으로 음전기를 띤 전자가 방출되므로 이 전자가 공기 중의 분자와 충돌하여 음이온을 형성하게 되고, 집진전극에서 집진되어 공기가 정화될 수 있게 된다.
한편, 첨부한 도 3은 종래의 필터 및 이온생성 타입의 공기 청정기에서 필터와 음이온 생성팁을 도시한 개략도로서, 이러한 공기 청정기는 도시하지 않은 송풍팬에 의해 강제 흡입 및 송풍된 공기를 HEPA 필터(22)에 통과시켜 유해한 물질들을 필터링하고, 음극판(24)에 형성된 다수의 음이온 생성팁(26)이 인체에 유익하다고 알려진 음이온을 생성시켜 공기 중의 세균이나 냄새 분자들을 분해하는 구조로 되어 있다.
그 밖에 활성탄과 같은 탄소성분의 물질을 첨가하거나 TiO2나 MnO2 등의 촉매를 이용한 공기 청정기도 부가적으로 사용되고 있다.
그러나, 현재 공지된 여러 가지 공기 청정기의 형태 중에서 그 대표적이 형태인 코로나 방전을 이용한 공기 청정기와 필터를 채용한 공기 청정기에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
먼저, 코로나 방전을 이용한 공기 청정기에서는 상당한 양의 오존이 생성된다.
오존은 강한 산화력을 가진 분자로서, 대기 중에 미량 존재할 경우 살균, 냄새제거의 효과가 뛰어나지만, 많이 존재할 경우엔 인체에 유해한 독성 물질이다.
또한, 코로나 방전을 이용한 공기 청정기에서는 유해한 NOx도 함께 생성되는 단점이 있으며, 플라즈마가 불안정 및 불균일하면서 방전면적이 좁아 집진 및 탈취효과가 크게 떨어진다.
다음으로, 여러 단계의 필터를 사용하여 미세한 먼지, 냄새 분자를 제거하는 필터형의 공기 청정기에서는 이물질이 필터 표면에 계속 쌓여가다가 일정 시간이 지나면 필터의 통기성능을 저하시키므로 주기적인 필터 교체가 요구되고, 이에 유지비가 많이 드는 단점이 있으며, 항균필터의 수명이 다할 경우 세균이 번식할 수 있는 위험도 존재한다.
차량용 공기 청정기가 차량 내부라는 폐쇄된 공간 내에서 사용되므로, 인체에 유해한 오존과 NOx가 다량 생성되거나 혹은 필터에 의한 세균 번식의 위험이 존재하는 종래의 공기 청정기에 따르면 운전자와 탑승자의 건강에 큰 해가 될 수 있었는 바, 이에 대한 대처방안이 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 전원 인가시 유전장벽방전(DBD)에 의해 통과 공기의 집진, 살균 및 탈취작용을 수행하는 메쉬 전극구조의 글로우 방전부와, 촉매작용에 의해 글로우 방전부를 통과한 공기의 집진, 살균 및 탈취작용을 수행하는 광촉매와, 광촉매를 통과한 공기 내에 나노튜브를 이용하여 음이온을 생성시키는 음이온 생성부로 구성됨으로써, 메쉬 유전장벽방전에 의한 활성종, 음이온 및 자외선 생성으로 집진 및 살균, 탈취효과가 향상되고, 광촉매를 통해 오존을 제거하게 되며, 나노튜브의 채용으로 인체에 이로운 음이온 발생이 더욱 증가되는 하이브리드형 차량 공기 청정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 하이브리드형 차량용 공기 청정기는, 정화될 공기가 통과하도록 되어 있으면서 전극을 통한 유전체장벽으로의 전원 인가시 유전장벽방전(DBD)에 의한 플라즈마 발생으로 통과 공기의 정화작용을 수행하는 DBD 글로우 방전부와; 상기 글로우 방전부의 후방에 설치되어 글로우 방전부를 통과한 공기를 정화하는 광촉매와; 상기 광촉매의 후방에 설치되어 광촉매에서 정화된 공기가 통과하도록 되어 있고 음전극물질의 전기방전에 의해 공기 내 음이온을 발생시키는 음이온 생성부;를 포함한다.
특히, 상기 글로우 방전부는, 평행 배치된 두 개의 유전체장벽으로 이루어져 그 간극 사이로 정화되어야 할 공기가 통과하도록 된 유전체 유닛의 다수개가 전극을 사이에 두고 서로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 글로우 방전부의 각 전극이 유전체장벽 사이에서 규칙적으로 배열된 메쉬(mesh) 구조의 형태로 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광촉매는 상기 글로우 방전부의 DBD 방전시 발생되는 자외선을 이용하여 정화작용을 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하이브리드형 차량용 공기 청정기에 관한 것으로서, 멀티 레이어 타입(multi-layer type)의 메쉬 유전장벽방전에 의한 활성종, 음이온 및 자외선 생성으로 집진 및 살균, 탈취효과가 향상되고, 광촉매를 통해 오존을 제거하게 되며, 나노튜브가 채용된 음이온 생성부에 의해 음이온 발생이 더욱 증가되는 차량용 공기 청정기에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 차량 공기 청정기의 구성을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 차량용 공기 청정기의 구성을 예시한 개략도로서, 도면부호 110은 글로우 방전부를, 도면부호 120은 광촉매를, 도면부호 130은 음이온 생성부를 각각 나타낸다.
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공기 청정기는 케이스(101) 내부에서 정화되어야 할 공기가 통과하도록 된 통로(102) 상에 설치되면서 전원 인가시에 글로우 방전에 의한 집진, 살균 및 탈취작용을 수행하는 글로우 방전부(110)를 포함한다.
이 글로우 방전부(110)는 유전장벽방전(Dielectric Barrier Discharge; DBD) 기술을 이용하여 활성종, 음이온 및 자외선을 생성하고 이를 통해 집진 및 살균, 탈취효과를 나타내도록 구성한 것으로서, 평행 배치된 두 개의 유전체장벽(111)으로 이루어져 그 간극 사이로 공기가 통과하도록 된 유전체 유닛(112)의 다수개가 전극(113)을 사이에 두고 서로 적층되어 이루어진 멀티 레이어 타입 구조로 되어 있다.
여기서, 상기 각 유전체장벽(111)은 전기절연재 특히 알루미나 또는 석영과 같은 세라믹으로 제작된 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 두 유전체장벽(111) 사이에 설치되는 각 전극(113)은 등간격으로 규칙 배열된 메쉬(mesh) 구조로서 실시하는 것이 바람직하다.
아울러, 이 메쉬 구조의 전극(이하, 메쉬 전극이라 칭함; 113)은 동, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 전기전도체로 실시될 수 있으며, 각 전극(113)은 외부의 전원공급부(200)로부터 제공되는 전원을 인가받게 되는데, 이 전원이 모든 전극(113)으로 인가될 수 있도록 각 전극(113)은 별도의 통전라인(각 전극 사이의 통전라인은 별도 도시하지 않음)에 의해 전기적으로 상호 접속되는 구조로 되어 있다.
본 발명에서 상기한 구조의 메쉬 전극(113)을 채용한 글로우 방전부(110)는 고효율 글로우 방전특성을 가지는데, 메쉬 유전장벽방전(DBD)이 고효율인 이유는 메쉬 전극의 기하학적 구조 원리가 이용되었기 때문이다.
즉, 상기 전극(113)의 규칙적인 배열 하에 플라즈마를 발생시켰을 때 플라즈마 내의 전자농도가 메쉬의 고유 특성으로 인해 균일하게 분포하게 되어 글로우 플라즈마가 쉽게 발생할 수 있는 것이다.
본 발명에서 이용되는 글로우 방전의 경우 종래에 이용되었던 코로나 방전보다는 오존 발생량과 자외선 발생량이 훨씬 많아지게 된다.
따라서, 오염성분을 분해하는데 있어서 기존의 코로나 방전보다는 본 발명에 따른 글로우 방전부(110)의 DBD 글로우 플라즈마를 이용할 경우 분해효율이 크게 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 글로우 방전부(110)에서는 용량적인 면에서 메쉬 전극(113)의 크기를 자유롭게 조절할 수 있으므로 플라즈마의 부피를 안정적으로 크게 할 수 있으며, 결국 다량의 공기를 분해처리하면서도 적은 파워 소모를 기대할 수 있는 바, 고효율 대용량 공기 청정시스템을 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에서 메쉬구조를 이용한 DBD구조의 멀티 글로우 방전은 강한 자외선(UV)을 방출하므로 후술하는 광촉매(120)와 더불어 살균효과를 나타내게 된다.
한편, 본 발명에 따른 공기 청정기의 공기 통로(102) 상에서 상기 글로우 방전부(110)의 후방에는 광촉매(120)가 설치되며, 이에 따라 글로우 방전부(110)의 각 유전체 유닛(111)을 통과하여 흐른 공기가 이후 광촉매(120)를 통과하도록 되어 있다.
상기 광촉매(120)는 벌집형 구조의 담체 표면에 광촉매가 코팅되어 이루어지며, 상기 글로우 방전부(110)의 DBD 방전시 발생되는 다량의 자외선을 이용하여 정화작용을 수행한다.
즉, 상기 광촉매(120)의 표면에는 산화티타늄(TiO2)과 같은 광촉매물질이 코팅되어 있는데, 이에 글로우 방전부(110)에서 발생된 자외선이 조사되면 반응생성물의 강한 산화력에 의해 통과하는 공기 중 포함된 오염물질이 산화되면서 인체에 해를 주지 않는 물질로 변화되며, 결국 공기 중의 오염물질 제거 및 부패방지와 탈취, 살균작용을 하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 공기 청정기의 공기 통로(102) 상에서 상기 광촉매(120) 후방에는 전기전도체(132) 위에 음전극물질로서 다수의 나노튜브(133)를 형성시킨 음이온 생성부(130)가 설치되며, 광촉매(120)를 통과하여 흐른 공기가 이후 음이온 생성부(130)를 통과하도록 되어 있다.
본 발명에서 상기 음이온 생성부(130)에서는 나노튜브(133)를 음이온 팁으로 사용하는데, 기판(131) 상에 형성된 전기전도체의 금속막(132) 위에 CVD(Chemical Vapor Deposition)나 프린팅 등의 방법으로 다수의 탄소나노튜브(133)를 성장시킨 것으로 실시 가능하다.
이러한 음이온 생성부(130)에서는 나노튜브(133)를 음극으로 하여 전원이 인가될 경우 나노튜브(133)에서 전기방전이 일어나면서 음이온이 발생된다.
상기한 본 발명의 음이온 생성부(130)에서는 나노튜브 전극(133)을 이용한 전기방전으로 전자발생이 극대화되므로 음이온 생성량이 크게 증가될 수 있으며, 특히 작은 인가 전압에서도 방전이 가능하고, 단위 면적당 음이온 생성수가 크다.
이와 같이 하여, 본 발명은 전원 인가시 유전장벽방전(DBD)에 의해 통과 공기의 집진, 살균 및 탈취작용을 수행하는 메쉬 전극구조의 글로우 방전부(110)와, 이 글로우 방전부(110)를 통과한 공기의 집진, 살균 및 탈취작용을 수행하는 광촉매(120)와, 이 광촉매(120)를 통과한 공기 내에 나노튜브(133)에 의해 음이온을 생성시키는 음이온 생성부(130)로 구성되는 공기 청정기로서, 이는 차량의 공기 청정기에 널리 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 차량용 공기 청정기에 의하면, 메쉬 DBD 글로우 방전에 의한 활성종, 음이온 및 자외선의 생성으로 인하여 집진 및 탈취효과가 향상될 수 있고, 광촉매가 오존을 제거할 수 있게 되며, 나노튜브가 채용된 음이온 생성부에 의해 음이온 발생이 더욱 증가되는 장점이 있게 된다.
또한, 본 발명의 차량 공기 청정기에서는 글로우 방전부와 광촉매가 살균작용을 수행하므로 세균번식의 우려가 없다.
아울러, 글로우 방전부에서 규칙 배열된 메쉬형태의 전극구조가 이용됨으로써, 플라즈마 내 전자농도가 균일하게 분포하게 되어 글로우 방전특성 및 분해효율을 향상시킬 수 있고, 고효율 대용량 공기 청정시스템을 구현할 수 있는 장점이 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 공기 청정기의 구성을 도시한 개략도이고,
도 2는 종래의 멀티-포인트 코로나 타입의 공기 청정기에서 집진전극과 방전전극을 도시한 개략도이며,
도 3은 종래의 필터 및 이온생성 타입의 공기 청정기에서 필터와 음이온 생성팁을 도시한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 케이스 110 : 글로우 방전부
111 : 유전체장벽 112 : 전극
120 : 광촉매 130 : 음이온 생성부
132 : 전기전도체 133 : 나노튜브

Claims (4)

  1. 정화될 공기가 통과하도록 되어 있으면서 전극을 통한 유전체장벽으로의 전원 인가시 유전장벽방전(DBD)에 의한 플라즈마 발생으로 통과 공기의 정화작용을 수행하는 DBD 글로우 방전부와;
    상기 글로우 방전부의 후방에 설치되어 글로우 방전부를 통과한 공기를 정화하는 광촉매와;
    상기 광촉매의 후방에 설치되어 광촉매에서 정화된 공기가 통과하도록 되어 있고 음전극물질의 전기방전에 의해 공기 내 음이온을 발생시키는 음이온 생성부;
    를 포함하는 하이브리드형 차량용 공기 청정기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 글로우 방전부는,
    평행 배치된 두 개의 유전체장벽으로 이루어져 그 간극 사이로 정화되어야 할 공기가 통과하도록 된 유전체 유닛의 다수개가 전극을 사이에 두고 서로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드형 차량용 공기 청정기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 글로우 방전부의 각 전극이 유전체장벽 사이에서 규칙적으로 배열된 메쉬(mesh) 구조의 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 차량용 공기 청정기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광촉매는 상기 글로우 방전부의 DBD 방전시 발생되는 자외선을 이용하여 정화작용을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 차량용 공기 청정기.
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