KR100766215B1

KR100766215B1 - 방전장치 및 공기정화장치

Info

Publication number: KR100766215B1
Application number: KR1020067018307A
Authority: KR
Inventors: 도시오 다나까; 겐끼찌 가가와; 간지 모떼기
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2007-10-10
Also published as: KR20070018030A

Abstract

주기적으로 변동하는 전압의 주파수(fv)를, 스트리머방전의 주파수(fs) 이상으로 함으로써, 1회의 스트리머방전 시에 발생하는 방전지연시간을 단축할 수 있도록 한다.

방전전극, 스트리머방전, 주파수, 방전장치, 공기정화장치

Description

방전장치 및 공기정화장치{ELECTRIC DISCHARGE DEVICE AND AIR CLEANER}

본 발명은 주기적으로 변동하는 전압이 인가되어 스트리머방전을 행하는 방전장치, 및 이 방전장치를 구비한 공기정화장치에 관한 것이다.

종래, 방전장치를 구비한 공기정화장치는, 방전에 의해 발생한 플라즈마에 의해, 냄새성분이나 유해성분 등을 분해 제거하는 수단으로서 이용되고 있다. 이 공기정화장치 중에서, 스트리머방전에 의해 저온플라즈마를 발생시키는 스트리머 방전방식의 공기정화장치는, 비교적 낮은 전력으로 높은 공기정화효율이 얻어지므로, 유해성분의 분해나 탈취에 적합한 기술이다.

이 스트리머 방전방식의 공기정화장치는, 방전장치로서 복수의 방전전극과, 이 방전전극과 대치하는 대향전극과, 양쪽 전극에 전압을 인가하는 전원수단을 구비한다. 이와 같은 구성에서, 전원수단에 의해 양 전극에 전압이 인가되면, 양 전극간에서 스트리머방전이 이루어져 저온플라즈마가 발생한다. 그리고 이 저온플라즈마의 생성에 따라 발생한 활성종(고속전자, 이온, 래디컬, 그 밖의 여기분자 등)에, 피처리 공기 중의 유해성분이나 냄새성분을 통기 접촉시킴으로써, 이들의 성분이 분해, 제거된다(예를 들어 특허문헌1; 일특개 2002-336689호 공보 참조).

그러나, 이와 같은 스트리머 방전방식의 방전장치는, 냄새성분이나 유해성분 에 대해 높은 분해효율을 갖는 반면, 스트리머방전의 상태(스트리머방전의 발생빈도나 발생상황)가 여러 가지 영향인자에 의해 민감하게 좌우되기 쉬운 특성을 갖는다. 때문에 예를 들어 방전전극 제조 시의 치수오차나 조립오차, 혹은 양 전극간에 먼지 부착 등의 영향으로, 각 전극의 방전특성에 차이가 생기면 스트리머방전이 안정되게 이루어지지 않게 된다는 문제가 있다.

이 점에 대해, 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 10은 복수 전극(a, b, c)에서의 방전특성을 각각 나타내는 것으로, 가로축이 이들 전극에 인가되는 인가전압(V), 세로축이 방전 시 흐르는 방전전류(I)이다. 그리고 이들 전극(a, b, c)에는, 전술한 이유에 의해 방전특성에 차이가 발생한다. 이와 같은 조건에 있어서, 소정의 인가전압(예를 들어 도 10의 V1)이 각각의 전극에 인가되면, 일부 전극(예를 들어 도 10의 c전극)에서, 방전에 필요한 전압이 인가되지 않아 스트리머방전이 이루어지지 않게 될 가능성이 있다. 이와 같이 스트리머방전이 일부 전극에서 이루어지지 않게 되면, 고속전자나 래디컬 등 활성종의 생성량이 저감하며, 이 방전장치를 구비한 공기정화장치의 공기정화율이 저감돼버린다는 문제가 있다.

이 문제를 해결하는 종래기술로서, 주기적으로 변동하는 전압을 전원수단에 의해 양 전극에 인가하는 방전장치가 있다. 이 방전장치에서는 도 11에 나타내는 바와 같이, 전압에 주기적인 변동을 부여함으로써(예를 들어 도 11의 Vp), 각각의 전극이 소정의 전압값(예를 들어 도 11의 V1, V2, V3)으로 스트리머방전을 행하도록 하여, 전술한 방전특성 차이의 문제를 해소할 수 있도록 한다(특허문헌2; 일특개 2003-53129호 공보 참조).

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데, 특허문헌1이나 특허문헌2에 개시된 바와 같은 방전장치에서는, 스트리머방전이 펄스형태로 발생한다. 이에 대해 도 5를 참조하면서 설명한다. 여기서 도 5의 (A), (B), (C)는, 스트리머방전에서의 전자(51) 및 하전입자(52)(양이온)의 이동개념에 대해 단계적으로 나타내는 것이다.

스트리머방전 시에는, 방전전극(41)에서 대향전극(42)을 향해 리더(53)라 불리는 미소아크가 발생한다. 리더(53)의 선단부분에서는, 강한 전위기울기에 의해 공기가 전자(51)와 하전입자(52)로 전리(ionization)된다. 그리고 하전입자(52)가 대향전극(42) 쪽까지 도달하면 1회의 방전이 종료된다.

이 때 전리에 의해 발생한 전자(51)는, 방전전극(41)을 향해 이동하며, 하전입자(52)는 대향전극(42)을 향해 이동한다(도 5의 (A)). 여기서 전리에 의해 발생한 하전입자(52)는, 전자(51)와 비교하면 상대적으로 질량이 크므로, 각각의 이동속도는 전자(51)보다 하전입자(52) 쪽이 느려진다. 따라서 1회의 스트리머방전에 있어서, 양 전극(41, 42) 사이에는 하전입자(52)가 일시적으로 잔류하게 된다(도 5의 (B)). 그리고 이 잔류된 하전입자(52)가, 완전히 대향전극(42)으로 이동하면, 양 전극(41, 42) 사이는 원래의 전계로 돌아가, 다시 방전이 시작된다(도 5의 (C)). 이상과 같이 스트리머방전 시에는 (A)→(B)→(C)의 주기가 반복되며, 이 주기로 발생하는 하전입자(52)의 간헐적인 이동에 의해, 스트리머방전이 펄스형태로 발생한다.

이와 같은 스트리머방전에 있어서, 특허문헌2에 개시된 바와 같이 주기적으로 변동하는 전압을 인가하는 방전장치에서는 다음과 같은 문제가 생긴다.

도 6은 주기적으로 변동하는 전압(Vp)이 인가된 방전장치에서의 스트리머방전 발생특성을 시간적 변화로 나타낸 그래프이며, 가로축이 시간(t), 세로축이 인가전압(V)이다. 여기서 방전전극은, 예를 들어 (Vmin) 이상의 전압이 인가되면 스트리머방전을 행하는 특성을 갖는다.

이와 같은 조건에서, 변동하는 전압(Vp)이, 예를 들어 t1 시에 (Vmin) 이상이 되면 제 1 회 스트리머방전이 이루어진다. 이 스트리머방전 시에는, 전술한 하전입자(52)가 전극간에 잔존하므로, 하전입자(52)가 대향전극(42)에 도달하기까지의 사이에 시간을 요한다. 이로써 1회의 스트리머방전이 실행된 후 다음 스트리머방전이 실행될 때까지의 사이에는, 소정의 방전주기(Ts)가 필요하게 된다. 여기서 양 전극(41, 42)에 주기적으로 변동하는 전압이 인가된 경우, 방전주기(Ts)가 경과한 후에 전압(Vp)이 (Vmin) 이상으로 되지 않았을 가능성이 있다(예를 들어 도 6의 t2 시). 이 경우, t2 시에서, 다음의 스트리머방전이 이루어지지 않고, 방전주기(Ts)가 경과한 후 전압(Vp)이 처음으로 (Vmin) 이상에 도달하는 t3 시에서 다음의 스트리머방전이 이루어진다. 따라서 이 t2에서 t3까지의 시간(도 6의 점선 화살표로 나타내는 기간)이 방전지연시간이 되어버려, 양 전극(41, 42)에서의 방전손실을 초래해버리게 된다. 이상과 같이, 스트리머 방전을 안정적으로 실행하여 그 높은 공기정화효율을 발휘하기 위해서는, 상기 방전지연시간에 기인하는 방전손실을 최대한 억제할 수 있도록 하는 것이 요구된다.

본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 주기적으로 변동하는 전압이 인가되는 방전장치에 있어서, 양 전극간에서의 방전손실을 삭감하여 스트리머방전을 안정되게 실행할 수 있도록 하는 데 있다.

발명을 해결하기 위한 수단

본 발명은, 방전전극과 대향전극에 인가되는 전압의 주파수를 고속화 함으로써, 방전장치의 방전손실을 삭감할 수 있도록 하는 것이다.

구체적으로 제 1 발명은, 복수의 방전전극(41)과, 이 방전전극(41)에 대치하는 대향전극(42)을 구비하며, 상기 전원수단(45)으로부터, 주기적으로 변동하는 전압을 양 전극(41, 42)에 인가함으로써 양 전극(41, 42) 사이에서 스트리머방전을 실행하는 방전장치를 전제로 한다. 그리고 이 방전장치는, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 주파수(fv)와, 양 전극(41, 42)간에서 펄스형태로 발생하는 스트리머방전의 주파수(fs)가,

fv≥fs의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서 "스트리머방전의 주파수(fs)"란, 도 6에 나타낸 하전입자(52)의 잔류에 의해 펄스형태로 발생하는 스트리머방전의 주파수이며, 전술한 방전주기(Ts)의 역수를 의미하는 것이다.

상기 제 1 발명에서는, 주기적으로 변동하는 전압의 주파수(fv)가, 스트리머방전의 주파수(fs) 이상이 되어, 전원수단(45)으로부터 양 전극(41, 42)에 인가된다. 바꾸어 말하면 도 7에 나타내는 바와 같이, 주기적으로 변동하는 전압의 주기(Tv)(전압주기)는, 방전주기(Ts) 이하가 된다. 이와 같은 조건에서 스트리머방전이 실행되면, 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같이, 전압주기(Tv)가 방전주기(Ts)보다 큰 경우에 비해, 스트리머방전 시의 방전지연시간(도 7의 점선화살표 기간)을 단축할 수 있다.

제 2 발명은 제 1 발명의 방전장치에 있어서, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 주파수(fv)[kHz]와, 양 전극(41, 42)간의 거리 (G)[mm]를, k=40[mm/kHz]로 했을 때,

fv≥k/G의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 2 발명에서는, 방전주파수(fs) 이상이 되는 전압주파수(fv)가 양 전극(41, 42)간의 거리 (G)(갭 길이)에 기초하여 결정되며, 이 전압주파수(fv)의 전압이, 전원수단(45)으로부터 양 전극(41, 42)에 인가된다.

이 점에 대해 도 5를 참조하면서 설명한다. 스트리머방전은, 하전입자(52)의 잔류에 기인하여 펄스형태로 발생한다. 이로써 하전입자(52)가 대향전극(42)에 도달하기까지의 거리, 즉 갭 길이(G)가 짧아지면, 하전입자(52)의 잔류시간도 짧아져 방전주파수(fs)는 커진다. 한편 갭 길이(G)가 길어지면, 하전입자(52)의 잔류시간도 길어져 방전주파수(fs)가 작아진다. 이와 같이, 스트리머방전의 방전주파수(fs)는 갭 길이(G)에 크게 지배되며, 이 갭 길이(G)에 의해 방전주파수(fs)를 대략 추측할 수 있다.

본 발명에서는, 스트리머방전 시의 방전주파수(fs)를, 갭 길이 (G)로부터 추측하고(실험적으로 구한 fs=k/G,(k=40[mm/kHz])의 관계식으로부터), 이 방전주파수(fs)에 기초하여 전압주파수(fv)를 결정하도록 한다. 따라서 확실하게 전압주파수(fv)를 방전주파수(fs) 이상으로 할 수 있어, 스트리머방전 시의 방전지연시간을 확실하게 단축할 수 있다.

제 3 발명은 제 1 또는 제 2 발명의 방전장치에 있어서, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 주파수(fv)[kHz]가,

fV≥20[kHz]의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 3 발명에서는 방전주파수(fs) 이상이며, 또 20[kHz] 이상의 전압주파수(fv)로, 전원수단(45)에서 양 전극(41, 42)에 전압이 인가된다. 여기서 스트리머방전의 방전주파수(fs)는, 일반적으로 20[kHz] 미만이므로 전압주파수(fv)를 20[kHz] 이상으로 함으로써 이 전압주파수(fv)를 확실하게 방전주파수(fs) 이상으로 할 수 있다. 따라서 스트리머방전 시의 방전지연시간(도 6의 점선화살표 기간)을 확실하게 단축할 수 있다.

제 4 발명은 제 1, 제 2 또는 제 3 발명의 방전장치에 있어서, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 평균전압(Va)과 진폭(Vp-p)이,

Vp-p≤0.1×Va의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 4 발명에서는, 평균전압(Va)에 대해 10% 이하의 진폭(Vp-p)으로 주기적으로 변동하는 전압이, 전원수단(45)으로부터 양 전극(41, 42)에 인가된다. 이로써 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 변동폭은, 평균전압(Va)에 대해 10% 이하의 범위로 된다. 여기서 스트리머방전은, 예를 들어 전기집진 등의 방전과 비교해, 스파크가 발생하기 쉬운 특징을 갖는다. 때문에 인가되는 전압의 평균전압(Va)에 대해 진폭(Vp-p)이 클 경우, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압이 높아지고, 이 전압이 스파크영역까지 달해버리면, 양 전극(41, 42) 사이에서 스파크가 발생할 가능성이 있다.

한편 본 발명에서는 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 변동 범위를 평균전압(Va)에 대해 10% 이하로 좁게 하므로, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압이 높아져 스파크영역까지 달해버리는 것을 억제할 수 있어, 이 스파크 발생을 억제할 수 있다.

제 5 발명은, 방전전극(41)과 대향전극(42) 사이에서 스트리머방전을 행하는 방전장치를 구비하며, 양 전극(41, 42) 사이에 피처리공기를 유통시켜, 피처리공기를 청정화하는 공기정화장치를 전제로 한다. 그리고 이 방전장치는, 제 1 내지 제 4 발명 중 어느 한 발명의 방전장치인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 5 발명은, 제 1 내지 제 4 발명 중 어느 한 발명의 방전장치가 공기정화장치에 적용된다. 그리고 이 공기정화장치에서의 스트리머방전 시의 방전지연시간을 단축할 수 있다.

발명의 효과

상기 제 1 발명에 의하면, 방전주파수(fs) 이상인 전압주파수(fv)의 전압을 양 전극(41, 42)에 인가하도록 한다. 그리고 각각의 전극(41, 42)에서, 스트리머방전 시에 발생하는 방전지연시간을 단축할 수 있도록 한다. 이로써 양 전극(41, 42)의 방전손실을 억제할 수 있어 스트리머방전을 안정되게 실행할 수 있다.

상기 제 2 발명에 의하면, 전압주파수(fv)를 갭 길이(G)로 추측한 방전주파수(fs)에 기초하여 결정하도록 한다. 이로써 전압주파수(fv)를 확실하게 방전주파수(fs) 이상으로 할 수 있어, 스트리머방전 시의 방전지연시간을 단축할 수 있다. 따라서 이 방전장치의 방전손실을 확실하게 억제할 수 있다.

상기 제 3 발명에 의하면, 방전주파수(fs) 이상이며 또 20[kHz] 이상의 전압주파수(fv) 전압을 인가하도록 한다. 이로써 전압주파수(fv)를 일반적인 스트리머방전의 방전주파수(약 20[kHz] 미만) 이상으로 할 수 있어, 스트리머방전 시의 방전지연시간을 단축할 수 있다.

또 전압주파수(fv)를 20[kHz] 이상으로 하면, 이 전압의 출력에 따르는 음의 주파수가 인간의 가청영역보다 고주파화된다. 따라서 전원수단(45) 근방에서 발생하는 소음을 억제할 수 있다.

상기 제 4 발명에 의하면, 주기적으로 변동하는 전압의 진폭(Vp-p)을 평균전압(Va)에 대해 10% 이하로 되도록 한다. 이로써 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 범위가 좁아져, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압이 스파크영역에 달해버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서 스파크 발생을 억제할 수 있어, 이 방전장치에서 스트리머방전의 안정성 향상을 도모할 수 있다.

상기 제 5 발명에 의하면, 공기정화장치에 제 1 내지 제 4 발명 중 어느 한 발명의 방전장치를 적용함으로써, 이 공기정화장치에서 스트리머방전 시의 방전지연시간을 단축할 수 있도록 한다. 이로써 이 공기정화장치의 방전손실을 삭감할 수 있어 안정된 스트리머방전을 행할 수 있다. 따라서 이 공기정화장치의 공기정화효율 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 공기정화장치의 전체구성을 나타내는 개략사시도.

도 2는 본 실시형태에 관한 방전장치의 내부를 위쪽에서 본 구성도.

도 3은 본 실시형태에 관한 방전장치의 주요부 확대사시도.

도 4는 본 실시형태에 관한 방전장치의 전원수단 회로도.

도 5는 스트리머방전의 원리에 관한 설명도.

도 6은 방전주파수와 전압주파수의 관계를 나타내는 그래프의 예.

도 7은 방전주파수와 전압주파수의 관계를 나타내는 그래프의 예.

도 8은 방전주파수와 전압주파수의 관계가, 방전지연시간에 미치는 영향을 검증한 모의실험 결과.

도 9는 갭 길이와 방전주파수의 관계를 나타내는 그래프.

도 10은 종래기술에 관한 방전장치의 방전특성을 나타내는 설명도.

도 11은 주기적으로 변동하는 전압이 인가됐을 때의 방전특성을 나타내는 설명도.

부호의 설명

10 : 공기정화장치 40 : 방전장치

41 : 방전전극 42 : 대향전극

45 : 전원수단 fv : 전압주파수

fs : 방전수파수 Tv : 전압주기

Ts : 방전주기

본 실시형태에 대해 도 1에서 도 4를 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 관한 공기정화장치(10)의 분해사시도이며, 도 2는 이 공기정화장치(10)의 내부를 위쪽에서 본 도이다. 이 공기정화장치(10)는 일반가정이나 소규모 점포 등에서 이용되는 민생용 공기정화장치이다. 또 이 공기정화장치(10)는, 스트리머방전에 의해 저온플라즈마를 생성하여 피처리공기를 청정화 하는, 이른바 스트리머 방전방식의 공기정화장치이다.

이 공기정화장치(10)는, 한끝이 개방된 상자형의 케이싱 본체(21)와, 그 개방단면에 장착되는 전면(前面) 플레이트(22)로 구성되는 케이싱(20)을 구비한다. 케이싱(20) 전면 플레이트(22) 쪽의 양 측면에는 흡입구(23)가 형성된다. 또 케이싱 본체(21)에는, 천장의 배면 쪽으로 토출구(24)가 형성된다.

케이싱(20) 내에는, 흡입구(23)에서 토출구(24)까지에 걸쳐, 피처리공기인 실내공기가 흐르는 공기통로(25)가 형성된다. 이 공기통로(25)에는, 피처리공기 흐름의 상류 쪽(도 2에서 아래쪽)부터 차례로, 공기정화를 행하는 각종 기능부품(30)과, 이 공기통로(25)에 실내공기를 유통시키기 위한 원심송풍기(26)가 배치된다.

상기 기능부품(30)에는, 전면 플레이트(22) 쪽부터 차례로, 프리필터(31), 이온화부(32), 정전필터(33) 그리고 촉매필터(34)가 포함된다. 이온화부(32)에는, 저온플라즈마를 발생시키기 위한 방전장치(40)가 일체로 내장된다. 또 공기정화장 치(10)의 케이싱 본체(21) 후부 아래쪽에는, 방전장치(40)의 전원수단(45)이 배치된다.

프리필터(31)는, 공기 중에 포함된 비교적 큰 먼지를 포집하는 필터이다. 또 이온화부(32)는, 프리필터(31)를 통과한 비교적 작은 먼지를 대전시키고, 이 먼지를, 이온화부(32)의 하류 쪽에 배치된 정전필터(33)로 포집하기 위한 것이다. 이 이온화부(32)는, 복수의 이온화선(35)과, 복수의 대향전극(42)으로 구성된다. 복수의 이온화선(35)은, 이온화부(32)의 상단에서 하단까지 등간격으로 팽팽하게 걸쳐져 있으며, 각각이 정전필터(33)와 평행인 1매의 가상면 상에 위치한다. 대향전극(42)은, 수평단면이 역디귿자형의 형태로 된 긴 길이의 부재로 구성되며, 그 개방부가 후방 쪽에 위치한다. 이 대향전극(42)은, 각 이온화선(35) 사이에 이 이온화선(35)과 평행으로 배열된다. 그리고 각 대향전극(42)은, 1매의 망사판(37)에 각각의 개방부가 접합된다.

방전장치(40)는, 복수의 방전전극(41)과, 이 방전전극(41)에 대향하는 대향전극(42)을 구비한다. 그리고 상기 대향전극(42)은, 상기 이온화부(32)의 대향전극(42)으로서 공용되며, 각 방전전극(41)이, 이 방전전극(41)과 대치하는 각 대향전극(42) 안쪽에 배치된다.

구체적으로, 대향전극(42) 안쪽에는, 방전장치(40)의 확대사시도인 도 3에 나타내는 바와 같이, 상하방향으로 연재하는 전극유지부재(43)가 배치되며, 방전전극(41)은 고정부재(44)를 개재하고 전극유지부재(43)에 지지된다. 방전전극(41)은 선형 내지 봉형의 전극이며, 고정부재(44)로부터 돌출된 방전전극(41)이, 대향전 극(42)의 제 1 면(42a)과 거의 평행으로 되도록 배치된다. 그리고 방전전극(41) 선단부부터 대향전극(42) 제 1 면(42a)까지의 거리(갭 길이)(G)는, 본 실시형태에서 4.8[mm]이다.

촉매필터(34)는, 정전필터(33)의 하류 쪽에 배치된다. 이 촉매필터(34)는, 예를 들어 벌집구조의 기재 표면에 촉매를 담지한 것이다. 이 촉매로는, 망간계 촉매나 귀금속계 촉매 등, 방전으로 생성되는 저온플라즈마 중 반응성 높은 물질을 더욱 활성화시켜, 공기 중의 유해성분이나 냄새성분의 분해를 촉진하는 것이 이용된다.

다음으로 본 발명의 특징인, 전원수단(45)의 회로구성 예에 대해 도 4를 참조하면서 설명한다. 이 전원수단(45)은, 고압전원제어부(61)와 고압전원회로부(62)로 구성되며, 고압전원제어부(61)와 고압전원회로부(62)가 서로 접속된다. 또 고압전원회로부(62)는, 상기 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 접속된다.

고압전원제어부(61)는, 1차 쪽 전원인 고압전원(63)과, 상기 고압전원회로부(62)를 제어하는 제어기(64)가 배치된다.

고압전원회로부(62)에는, 발진회로(65)와, 트랜지스터(66)와, 전송부(67)와, 평활회로(68)가 배치된다.

발진회로(65)는, 트랜지스터(66)에 전압(발진신호)을 인가하여, 이 트랜지스터(66)를 ON/OFF하기 위한 것이다. 또 전송부(67)는, 트랜지스터(66)의 ON/OFF에 호응하여, 평활회로(68)에 주기적으로 변동하는 전압을 인가하기 위한 것이다. 이 전송부(67)에는, 그 1차 쪽(발진회로 쪽)에 1차 쪽 제 1 코일(S11)과 1차 쪽 제 2 코일(S12)이 배치되는 한편, 그 2차 쪽(평활회로 쪽)에 2차 쪽 제 1 코일(S21)이 배치된다. 1차 쪽 제 1 코일(S11)은, 트랜지스터(66)의 ON/OFF에 의해 통전/비통전을 반복함으로써, 승압되어 진폭이 증대된 전압을 2차 쪽 제 1 코일(S21)에 발생시키는 것이다. 한편 1차 쪽 제 2 코일(S12)은, 2차 쪽 전압에 따른 유기전압이 발생하며, 이 유기전압을 출력전압검출부(69)에 검지시키기 위한 것이다. 여기서 출력전압검출부(69)는, 예를 들어 2차 쪽의 출력전압에 이상이 있을 경우, 이상신호를 제어기(64)에 발신하도록 구성된다.

평활회로(68)는 컨덴서와 다이오드를 조합시킨, 예를 들어 코크크로프트회로(Cockcroft circuit)로 구성된다. 그리고 평활회로(68)는, 전송부(67)의 2차 쪽 제 1 코일(S21)에서 승압, 증폭된 전압을 평활화하여, 방전장치(40)의 양 전극(41, 42)에 주기적으로 변동하는 전압을 인가하도록 구성된다.

본 실시형태에 있어서, 이 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 출력파형은, 도 7에 나타내는 바와 같은 정현파(sine curve) 형태로 된다. 그리고 이 전압의 주기(Tv)(전압주기)가, 펄스형태로 발생하는 스트리머방전의 주기(Ts)(방전주기) 이하로 된다. 바꾸어 말하면 전압주파수(fv)는, 펄스형태로 발생하는 스트리머방전의 주파수(fs)(방전주파수) 이상이 된다.

또 상기 전압주파수(fv)[kHz]는, 갭 길이(G)[mm]와의 관계가 (fv)[kHz]≥k/G[mm](여기서 k는 실험적으로 구한 계수이며, k=40[mm/kHz])를 만족시키도록 구성되며, 본 실시형태에 있어서 전압주파수(fv)는 8.4[kHz] 이상이 된다. 또한 이 전압의 진폭(Vp-p)은, 전원수단(45)으로부터 출력되는 평균전압(Va)의 10% 이하이 며, 본 실시형태에 있어서 평균전압(Va)은 4.0[kV]이고 전압의 진폭(Vp-p)은0.4[KV] 이하이다.

-운전동작-

다음으로, 공기정화장치(10)의 운전동작에 대해 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 공기정화장치(10)의 운전 중에는, 원심송풍기(26)가 기동하여, 실내공기가 케이싱(20) 내의 공기통로(25)를 유통한다. 또 이 상태에서, 이온화부(32) 및 방전장치(40)에 도 4에 나타내는 전원수단(45)으로부터 전압이 인가된다. 이 때 방전장치(40)에는 도 7에 나타내는 정현파 형태의 전압이 인가된다.

실내공기가 케이싱(20) 내로 도입되면, 우선 프리필터(31)에서 비교적 큰 먼지가 제거된다. 실내공기는, 다시 이온화부(32)를 통과할 때, 이 실내공기 중의 비교적 작은 먼지가 대전된 상태로 되어 하류 쪽으로 흐르며, 이 먼지는 정전필터(33)에 포집된다. 이상으로써 공기 중의 먼지는, 큰 것에서 작은 것까지 프리필터(31)와 정전필터(33)에서 대략 제거된다.

이온화부(32)에 일체로 내장된 방전장치(40)에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 방전전극(41)의 선단에서, 대향전극(42)을 향해 저온플라즈마가 발생함으로써, 반응성 높은 활성종(전자, 이온, 오존, 래디컬 등)이 생성된다. 그리고 이들 활성종이, 촉매필터(34)까지 도달하면, 더욱 활성화되어 공기 중의 유해성분이나 냄새성분을 분해 제거한다. 이상과 같이 하여 먼지가 제거됨과 더불어, 유해성분이나 냄새성분도 제거된 청정한 실내공기는, 공기토출구(24)로부터 실내로 토출된 다.

-실시형태의 효과-

본 실시형태에 관한 공기정화장치(10)에서는 다음과 같은 효과가 발휘된다.

본 실시형태에서는, 전압주파수(fv)가 방전주파수(fs) 이상이 된다. 이로써 예를 들어, 전압주파수(fv)가 방전주파수(fs)보다 작은 경우(도 6의 경우)와 비교하여, 스트리머방전 시의 방전지연시간(도 7의 점선화살표 기간)을 단축할 수 있다.

이 점에 대해, 도 8에 나타내는 그래프를 참조하면서 설명한다. 도 8은 전압주기(Tv)와 방전주기(Ts)의 관계에 따라, 스트리머방전 시의 지연시간이 어떻게 변화하는가를 검증한 모의실험 결과이다. 도 8에서 가로축은 방전주기(Ts)를 전압주기(Tv)로 나눈 값이다. 한편 세로축은 방전주기(Ts)를 실제 방전주기(Ts')로 나눈 값이다. 여기서 방전주기(Ts)가 스트리머방전 시에 최소한 필요로 하는 주기임에 대해, 실제 방전주기(Ts')란, 실제의 스트리머방전에서 필요로 하는 주기를 모의실험으로 구한 것이다. 따라서 도 8에서, 세로축의 (Ts/Ts')가 1.0에 가까워지면 방전지연시간이 짧아지고, 역으로 0에 가까워지면 방전지연시간이 길어짐을 의미한다.

모의실험 결과에서는, 도 8의 사선 범위에 나타내는 바와 같이, (Ts/Tv)<1로 되는, 즉 전압주기(Tv)가 방전주기(Ts)보다 커지면, 방전지연시간이 현저하게 길어지는 경향이 있음을 알 수 있다. 따라서 방전장치(40)에서의 방전손실도 커진다. 한편 도 8에서 (Ts/Tv)≥1로 되는, 즉 전압주기(Tv)가 방전주기(Ts) 이하로 되면 방전지연시간은 비교적 짧아진다. 바꾸어 말하면 전압주파수(fv)가 방전주파수(fs) 이상이 됨으로써 방전지연시간을 단축화할 수 있어 방전장치(40)의 방전손실을 효과적으로 삭감할 수 있다.

또 본 실시형태에서, 전원수단(45)은 (fv)≥40/갭 길이(G)의 관계식을 만족시키는 전압을 인가하도록 구성된다. 여기서 이 관계식에 대해 도 9의 그래프를 참조하면서 설명한다.

전술한 바와 같이, 스트리머방전은 하전입자(52)의 잔류에 기인하여 펄스형태로 발생한다. 따라서 스트리머방전의 주파수(fs)는, 대략 하전입자(52)의 잔류시간에 지배된다. 도 9는 갭 길이(G)와 방전주파수(fs)와의 관계를 실험적으로 구한 그래프이다. 그 결과 스트리머방전이 이루어지는 범위 내에서, 방전주파수(fs)는 대략 갭 길이(G)와 일차함수의 관계이며, 그 관계는 fs=40/G이다.

본 실시형태에서는, 이 관계식에 의해 방전주파수(fs)를 추정하고, 이 방전주파수(fs)에 기초하여 전압주파수(fv)를 결정하므로, 확실하게 전압주파수(fv)를 방전주파수(fs) 이상으로 할 수 있다. 따라서 이 방전장치(40)의 방전손실을 확실하게 삭감할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 전원수단(45)이 평균전압(Va)에 대해 10% 이하 진폭(Vp-p)의 전압을 양 전극(41, 42)에 인가하도록 한다. 이로써 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압의 범위가 좁아져, 양 전극(41, 42)에 인가되는 전압이 스파크영역에 달해버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서 스파크 발생을 억제할 수 있으므로 이 방전장치에서 스트리머방전의 안정성 향상을 도모할 수 있다.

그 밖의 실시형태

본 발명은 상기 실시형태에 대해 다음과 같은 구성으로 해도 된다.

상기 실시형태의 방전장치(40)에서는, 전원수단(45)이 8.4[kHz] 이상 전압주파수(fv)의 전압을 출력하도록 구성된다. 그러나 이 전압주파수(fv)는 20[kHz] 이상이 바람직하다. 이 경우 방전지연시간을 짧게 하여 방전손실을 삭감할 수 있음과 더불어, 전원수단(45)으로부터 출력되는 전압(진폭신호)에 따르는 음의 주파수를 인간의 가청영역보다 고주파화시켜 전원수단(45) 근방의 소음을 억제할 수 있다.

또 상기 실시형태에서는, 전원수단(45)이 정현파 형태 출력파형의 전압을 출력하도록 했다. 그러나 이 전원수단의 출력파형은, 사각파형, 톱니형, 펄스형 등 주기적으로 변동하는 전압이라면 어떠한 것이라도 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 주기적으로 변동하는 전압이 인가되어 스트리머방전을 행하는 방전장치, 및 이 방전장치를 구비한 공기정화장치에 대해 유용하다.

Claims

복수의 방전전극과, 이 방전전극에 대치하는 대향전극을 구비하며,

상기 전원수단으로부터, 주기적으로 변동하는 전압을 양 전극에 인가함으로써 양 전극 사이에서 스트리머방전을 실행하는 방전장치에 있어서,

양 전극에 인가되는 전압의 주파수(fv)와, 양 전극간에서 펄스형태로 발생하는 스트리머방전의 주파수(fs)가,

fv≥fs의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 방전장치.
제 1 항에 있어서,

양 전극에 인가되는 전압의 주파수(fv)[kHz]와, 양 전극간의 거리 (G)[mm]를, k=40[mm/kHz]로 했을 때,

fv≥k/G의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 방전장치.
제 1 항에 있어서,

양 전극에 인가되는 전압의 주파수(fv)[kHz]가,

fv≥20[kHz]의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 방전장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

양 전극에 인가되는 전압의 평균전압(Va)과 진폭(Vp-p)이,

Vp-p≤0.1×Va의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 방전장치.
방전전극과 대향전극 사이에서 스트리머방전을 행하는 방전장치를 구비하며,

양 전극 사이에 피처리공기를 유통시켜, 피처리공기를 청정화하는 공기정화장치에 있어서,

상기 방전장치는, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 기재의 방전장치인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.