KR100629108B1 - 물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치 - Google Patents

Abstract

물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치로서 상측부에 금속 음극판이 설치되어 있고 일정간격을 둔 하측부에는 수면이 형성되어 있고 수면 하측에는 무수한 도전성의 금속구가 침적되어 있으며 물속에는 양극판이 접지되어 물이나 금속구 역시 양극을 띠게되어 있는 상태에서 음극판과 수면사이로 오염된 공기를 통과시키면 코로나 방전이 일어남과 동시에 공기중의 오염입자 또는 분자들이 대전되어 물을 통과 금속구를 향하게 되는 과정에서 흡수, 흡착, 분산, 용해 등의 현상으로 물에 포집되게 하는 오염공기 정화장치에 관한 것임.

Description

물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치{AN APPARATUS OF PURIFYING CONTAMINATED AIR BY CORONA ARC, USING AN INTERMEDIATION OF WATER}

도 1은 본 발명의 의한 정단면도

도 2는 도 1의 A-A 단면도

본 발명은 물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치에 관한 것으로 구체적으로는 상측부에 수평으로 설치된 밀폐판 내측에 음극판이 고정되어 있고 양측면에는 공기유입관 및 공기배출관을 구비한 하우징 하부에는 물입수관과 물배수관이 설치된 직육면체 용기가 형성되어 있고 물이 체워진 용기 바닥에는 이온화 경향이 낮은 도전성의 수많은 금속구가 침적되어 있고 물과 접지되는 양극판이 설치된 물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치로서 오염공기 유입관으로부터 오염공기가 유입되고 음극(스텐레스판)과, 양극사이에 일정한 전압이 인가되면서 음극에서 양극으로 코로나 방전이 일어나 오염된 공기중의 분진입자, 악취성개스물질, 휘발성유기화합물(VOC) 상기 오염물질이 이동하는 과정에서 물에 의해 흡수, 흡착, 분산, 용해되게 하므로서 물을 매개체로한 코로나 방 전에 의한 오염공기 정화장치라 할 수 있다.

종래의 집진 및 공기정화 장치들은 사이크론을 이용한 집진, 여과포나 여과지를 이용한 정화장치, 전기적인 방법으로 공기중의 분진입자나 오염성물질을 음극판에 부착시키는 코트렐 집진기, 물에 용해성이 있는 유해성개스를 물로 흡착용해하는 구성의 정화장치, 악취성개스를 흡착성이 우수한 물질과 접촉시키는 흡착탈취장치, 휘발성 유기화합물 개스를 촉매로 이용 산화 소각하거나 맹독성의 개스를 고온과 촉매로 사용하여 무해한 개스로 전화시키는 화학적인 방법, 공기중에 부유하는 바이러스 병원균을 살균성이 있는 물질에 접촉시키거나 오존발생기, 광촉매층 자외선펌프 등을 살균처리로 공기를 정화시키는 장치 등 수많은 집진 및 공기정화장치와 방법들이 있다.

종래기술로서 국내에 출원된 집진 및 공기정화장치의 예를 들면 실용신안등록 제20-0326126호는 산업용 집진장치로서 집진 필터를 이용한 여과식 집진장치로서 공장에서 발생되는 분진입자, 매연입자 등을 포집할 수 있는 정도이고 악취성개스, 휘발성유기화합물, 맹독성의 유기개스 등은 제거할 수 없고 또 등록실용신안 제20-0302935호에는 2단 하전식 전기 집진기가 소개되고 있다. 이는 일종의 코트렐 집진기의 일종으로 코로나 방전을 통하여 이물질에 양전하를 대전시켜서 음극판에 부착시키는 장치이나 분진입자, 매연입자와 같은 고형분은 음극판에 쉽게 부착 응집시켜 제거될 수 있으나 악취성개스, 무기성맹독개스, 휘발성유기화합물은 음극판에 잘 부착되지 않을 뿐만 아니라 개스의 종류에 따라 일부분이 고형물의 미세입자와 함께 부착된다 하더라도 음극판에서 제거 분리되는 순간 재비산하게 된다. 그리고 등록실용신안공보 등록번호 제20-0375215호에는 에어커텐 기능을 갖는 살균용 공기청전기가 소개되고 있다. 이는 1차 필터를 통과시키는 여과식 집진방법과 2차로 여과된 공기중에 포함된 바이러스 병원균을 살균처리하는 공기정화방법이라 할 수 있으나 그밖에 공기를 오염시키는 악취성 각종개스, 휘발성유기화합물(VOC), 맹독성개스 등을 처리하는 기능은 없다.

또 등록특허공보 공고번호 제10-0222959호는 휘발성 유기화합물의 산화소각방법 및 장치에 관한 것으로 탄화수소그룹으로 구성되는 휘발성 유기화합물(VOC)을 열교환기를 통과시켜 180~200℃온도로 높힌 다음 전열기를 구비한 촉매실에서 온도 330~420℃로 유지시킨 촉매실을 접촉통과시키므로서 격열한 산화반응을 일으키므로서 CO₂개스 및 수증기로 전화시키는 화학적인 공기정화장치 및 방법으로 산업용으로 제한될 수 밖에 없고 휘발성유기화합물에 따라 촉매를 변경시켜야 되며 처리할 수 있는 휘발성유기화합물이 극히 제한적이다.

현재 분자, 매연 등 고형물질을 제거하는 공기정화장치나 방법은 오래전부터 경쟁적으로 개발연구되어 오므로서 기능면이나 효과면에서 우수한 장치들이 등장하고 있다.

그러나 최근 주택, 사무실의 내부장식제로 사용되는 발포성 PVC 벽지, 페인트, 접착제 등의 내장제에 다량의 유기용제 등이 사용되므로서 인체에 유해한 휘발성유기화합물(VOC)이 발생하여 실내공기의 오염도를 가중시키고 있고 국제화의 추 세에 따라 국제적인 교류가 증가하고 외국인들의 출입이 빈번해지므로서 고유의 풍토병을 비롯 각종 바이러스 병원체에 노출되고 있으며 공장에서는 유독성의 유기개스 또는 맹독성의 무기성개스로 산업공해가 날로 심화되고 있는 실정이라 본 발명에서는 상기와 같은 문제점 해결의 일환으로 음극판과 양도체인 도전성물질을 대전시키되 물을 매개체로하여 코로나 방전을 시키므로서 분진, 매연 등의 고형물질의 제거는 물론 악취성개스, 증발성유기화합물(VOC), 맹독성무기개스, 공기중에 부유하는 바이러스 병원체에 오염된 공기를 종합적으로 처리 제거할 수 있는 장치를 제공함을 목적으로 하고 있다.

종래 오염된 공기를 처리하는 공기정화장치나 방법이 오염된 공기중에서 처리할 수 있는 오염물질이 극히 선택적이고 제한적인 것에 비해 본 발명은 오염된 공기를 종합적으로 처리할 수 있는 다기능성의 공기정화장치로서 이를 구체적으로 설명하면 도 1에서와 같이 비도전성의 재질(부도체)로된 상판(1), 하판(2), 세로 및 가로 측판(3, 3')으로 하우징(4)을 형성하고 상판(1)의 하측면에는 스텐레스음극판(5)이 수평으로 고정되어 있으며 하판(2) 위에는 물(6)이 체워진 직육면체의 용기(7)가 형성되어 있고 이 용기 바닥에는 도전성이 우수한 수많은 금속구(8)가 물속에 침적되어 있고 양극판(9)이 물과 접지되어 있으며 일측 세로 측판(3) 상측에는 입구측에 오염공기의 오염도와 시간을 측정하는 마이콤(10)에 연결되어 있는 오염센서(11)가 설치된 오염공기유입관(12)이 하우징(4)내로 연결되고 외부는 팬(13)을 구비한 오염공기체류실(14)로 둘러쌓여 있으며 하측에는 마이콤(10)에 소레노이드 밸브(15)가 입구내측에 설치되어 있는 물유입관(16)이 용기(7)에 연결되어 있고 타측 세로 측판(3)의 상측에는 정화공기 배출관(17)이 하우징(4)과 연결되고 하측에는 오염된 물배수관(18)이 용기(7)와 연결되도록 설치되어 있는 공기정화장치라 할 수 있다.

상기 공기정화장치로 오염공기를 정화시키는 방법은 오염공기유입관(12)으로부터 오염공기가 하우징(4)내로 유입되면서 음극판(5)과 양극판(9)사이에 일정한 전압이 인가되면서 음극판(5)으로부터 양극으로 무수한 전자의 이동과 동시에 코로나 방전이 일어나고 오염된 공기중에 공기를 오염시키는 물질들이 전하를 띠게됨과 동시에 이동하여 물을 통과 도전성이 우수한 금속구(8) 표면에 부딪이게 되므로서 오염물질의 종류에 따라 물에 흡착분산되거나 용해되는 등 여러가지 형태로 포집된다. 이때 오염공기유입관(12)에 부착된 오염센서(11)와 통과되는 오염공기의 오염도와 시간(오염물질의 량)을 마이콤프로세스(10)에 인지시켜 소레노이드 벨브(15)를 작동시키므로서 일정량의 물이 물유입관(16)을 통에 용기(7)에 유입되고 유입된 양만큼의 오염된 물이 물배수관(18)을 통해 방출되는 과정을 되풀이하므로서 오염공기를 정화하는 방법이라 할 수 있다.

이상의 장치나 방법에 관련한 기능과 발생되는 현상을 설명하면 장치에 있어서 양극판이 물과 접지되므로서 양극판은 물론 물과 금속구도 양극이라 할 수 있으며 오염물질의 입자들이 양극쪽으로 진입하지만 실제에 있어서는 물보다 도전성이 우수한 금속구(동구)쪽으로 향하게되므로서 물을 통과하는 과정에서 물에 흡착되어 분산되거나 용해되며 금속구의 모양을 구형으로 하므로서 음극판의 표면적을 최대 화시키는 효과가 있으며 물과의 접촉면적을 최대화시키므로 구까지 도달한 오염물질과 물과의 접촉면적을 크게하여 물의 포집능력을 향상시킨다고 생각된다. 그 이유로서 금속구(동구) 대신에 동판 또는 동선으로 형성할 경우 오염물질의 포집능력이 떨어지며 또한 용기중에 있는 물은 오래 사용할수록 오염물질의 포집기능이 감소되는 경향으로 나타난다. 그밖에도 오염물질의 포집능력과 관계가 있는 것은 이온화 경향이 큰 금속 예를 들면 알미늄구로 대체하면 이는 포집능력이 크게 떨어진다. 본 발명에서는 동 또는 동합금의 구를 사용하지만 은, 백금, 금으로된 구를 사용하면 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있으나 아크 방전시 미세하나마 금속구가 소모되므로 고가의 귀금속대신에 비교적 이온화 경황이 크고 도전성이 우수한 동 또는 동합금구를 사용함이 경제적인 측면에서 유리하다.

또한 본 발명 작동시 하우징이나 물에서 일어나는 현상을 설명하면 오염된 공기는 분진, 매연, 탄소입자와 같은 미세한 고형물질, 휘발성유기화합물(VOC), 무기성개스인 아황산개스, 염소개스, 암모니아개스, 질산개스, 그리고 악취성물질 등 다양한 오염물질로 오염될 수 있으며 이와 같은 물질들이 아크 방전이 일어남과 동시에 전하를 띠게 되어 물속으로 진입 통과하는 과정이나 구의 표면에서 물과 접촉하게 되므로서 분진, 매연, 탄소입자와 같은 미세한 고형물질은 물에 주로 흡착 흡수되어 물속에 분산되고 휘발성유기화합물(VOC)이나 악취성 개스의 대부분은 물에 용해하는 상태로 존재하며 전술한 무기성 개스인 SO₂, Cl₂, NO₂ 등은 산성개스로서 물에 용해하고 NH₃ 개스도 물에 용해하지만 산성개스와 반응하여 중화반응도 일어난다.

그밖에도 코로나 방전시에는 물에서 발생기 산소가 발생하므로 하우징을 통과하는 바이러스병원체, 기타 병원균에 오염된 공기에 살균효과도 기대할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 장치의 기능이나 작용을 좀더 구체적으로 알아보기 위해 실시예로 나타내었다.

실시예(1)

조건 온도 20℃

습도 48%

밀실공간 : 20m³

밀폐공간의 오염물질(일산화탄소) 및 오염도 250ppm

전압 : 3000Volt

물의 량 : 3㎏(3000cc)

음극판 : 스텐레스판

사용구 : 1㎝ 직경을 갖는 동구

오염도측정기 : Gas Probe9 Co(madein canada)

상기 밀폐공간에 본 발명에 의한 장치를 투입하고 3000볼트의 전압을 인가하여 약 2시간 본장치를 연속해서 가동시켜 밀폐된 공간의 오염공기를 2시간 동안 순환시킨 다음 일산화탄소의 오염도를 측정한 결과 표1과 같은 결과를 얻었다.

＼구분 오염물	시간(분)							비고
일산화탄소 (ppm)	0(시간단계)	5분	10분	30분	60분	90분	120분	용기의 물을 교체하지 않고 2시간 사용한 결과임
	200ppm	164	128	71	32	9	3

실시예(2)

실시예(1)의 조건으로 처리하되 단지 물을 20분 간격으로 교체하면서 실시한 결과 표(2)와 같은 결과를 얻었다.

＼구분 오염물	시간(분)
일산화탄소 (ppm)	0(초기)	5	10	20	40	60	80
	200ppm	166	127	88	42	7	1

실시예(3)

조건 온도 20℃

습도 45%

밀폐공간 : 20m³

음극판 : 스텐레스

인가전압 : 4000볼트

물의 량 : 4㎏

오염도측정기 : PGM-5210

본발명 장치를 사용 암모니아개스와 염소개스를 각각 위와 같은 조건으로 20분 간격으로 물을 교체하면서 연속적으로 가동시킨 결과 표(3)과 같은 결과를 얻었다.

＼구분 처리개스	처리시간분
	초기	20	40	60	80	100
암모니아 (ppm)	250	81	25	2	-	0
염소개스 (ppm)	250	112	47	3	1	0

이상과 같이 본 장치로 처리되어 배출된 배출오염수의 상태로서 실시예(1) 및 실시예(2) 배출수에는 연탄개스와 같은 냄새가 발생하고 실시예(3)의 배출수에서는 각각 암모니아 및 염소특유의 냄새가 발생하였으며 그밖에 실험으로 고형물질인 일반적인 분진 탄소입자 등을 본장치로 처리할 경우에는 냄새는 발생하지 않고 물의 상태가 현탁된 상태로 나타났다.

상기 실시예에서와 같이 본 발명에 의한 공기정화장치는 물을 양극의 매체로 사용하여 코로나 방전과 함께 전하를 띤 공기를 오염시키는 미세한 입자 및 분자들이 금속구로 향하는 과정에서 물과 접촉하거나 금속구의 표면에 부착된 오염입자들을 물이 흡착, 흡수, 분산, 용해 등 여러형태의 기작으로 포집하게 되므로서 공기에 오염된 물질 예를들어 일반적인 분진, 매연, 탄소입자, 휘발성 유기화합물(VOC), 염소, 아황산개스, 암모니아 등의 무기성 독성개스, 악취성 물질 등을 종합적으로 처리할 수 있어 공기정화율을 크게 향상시킬 수 있는 물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치라 할 수 있다.

Claims (1)

1. 비도전성의 재질(부도체)로된 상판(1), 하판(2), 세로 및 가로 측판(3, 3')으로 하우징(4)을 형성하고 상판(1)의 하측면에는 스텐레스음극판(5)이 수평으로 고정되어 있으며 하판(2) 위에는 물(6)이 체워진 직육면체의 용기(7)가 형성되어 있고 이 용기 바닥에는 도전성이 우수한 수많은 금속구(8)가 물속에 침적되어 있으며 양극판(9)이 물과 접지되어 있고 일측 세로 측판(3) 상측에는 입구측에 오염공기의 오염도와 시간을 측정하는 마이콤(10)에 연결되어 있는 오염센서(11)가 설치된 오염공기유입관(12)이 하우징(4)내로 연결되며 외부는 팬(13)을 구비한 오염공기체류실(14)로 둘러쌓여 있고 하측에는 마이콤(10)에 소레노이드 밸브(15)가 입구내측에 설치되어 있는 물유입관(16)이 용기(7)에 연결되어 있으며 타측 세로 측판(3)의 상측에는 정화공기 배출관(17)이 하우징(4)과 연결되고 하측에는 오염된 물배수관(18)이 용기(7)와 연결되도록 설치되어 있는 물을 매개체로한 코로나 방전에 의한 오염공기 정화장치.

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