KR100954878B1

KR100954878B1 - 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법

Info

Publication number: KR100954878B1
Application number: KR1020090020425A
Authority: KR
Inventors: 안선태
Original assignee: 넥슨 주식회사
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-04-28
Also published as: US20110277627A1; WO2010104277A2; WO2010104277A3; CN102325552A

Abstract

본 발명은 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법에 관한 것으로서, 방전이온화전극들로 1가지 극성의 전압 시리얼 펄스(serial pulse)가 공급된 후 음극 및 양극 이온의 상호 재결합 시간 보다 긴 휴지기(pause)를 갖고 다른 극의 전압 시리얼 펄스가 순서대로 공급되며, 이때 서로 다른 극성의 이온 농도조절은 시리얼 펄스 내 전압 펄스의 반복률, 각 극성의 시리얼 펄스의 지속시간과 휴지기의 지속시간을 변경하는 방법으로 수행하며, 동시에 방전이온화전극으로 공급되는 전압 펄스와 함께 또는 서로 다른 극성의 시리얼 펄스 사이의 휴지기에 전극들 사이에서 캐퍼시티(capacity) 타입의 코로나 방전이 발생하기에 충분한 진폭과 전압 펄스들이 오존화전극으로 공급되며, 이때 오존농도 조절은 오존화전극으로의 전압 공급 지속시간을 변경하는 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법, 시리얼 펄스, 휴지기, 이온, 오존

Description

실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법{Saturation method of Room air ion and ozone optimization}

본 발명은 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 주입 환기 시스템에 적용하여 사람이 활동하기 위한 실내에 정화된 공기와 함께 공급되는 활성산소(산소 이온 및 오존)를 주입 환기 시스템에 따라 국제적으로 통용되는 위생기준(이하 통일)이 권장하는 농도 만큼 공급토록 한 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법을 제공코자 하는 것이다.

실내의 환기, 이온화, 오존화 장치에 의해 수행되는 공기의 이온화 및 오존화 방법은 잘 알려져 있으며, 그에 따라 코로나 방전을 일으키기에 충분한 직류 전압이 전극들에 공급되는데, 전극들 중 하나는 회전날개(rotor blade) 형태로 되어 있다.

상기한 방법의 단점은 산소 이온과 오존 방출을 자율적으로 조절 및 통제할 수가 없고, 위생기준에 부합하는 산소 이온을 권장 수준의 양, 음 이온을 얻는 것이 원칙적으로 불가능하다.

상기 방법을 사용할 경우 양, 음극 이온을 얻을 수 없는 이유는 로터의 전 극들에 1가지 극의 직류 전압이 설정되기 때문인데, 직류 전압은 날개의 가장자리로부터 전하가 흘러 한 방향으로 회전날개가 회전하기 위해 필수적이다.

공기 이온화 장치에 의해 수행되는 공기 이온화 및 오존화 방법은 잘 알려져 있는데, 그에 따르면 코로나 방전을 일으키기에 충분한 전압은 전극으로 공급되고, 그 결과 이온과 오존이 생성된다. 이온과 오존이 이 방법을 실현하는 장치로부터 실내로 배출되는 것은 코로나 방전 형성 지역에서 전하를 띤 이온들이 움직일 때 발생하는 '이온풍'과 장치 내에 있는 가열된 요소에 의해 발생하는 대류 때문이다.

이는 위생기준이 권장하는 공기의 이온화 허용 수준의 양, 음극 이온들을 얻을 수 없는바, 즉 이온풍이 1가지 극성의 이온이 존재할 때만 형성된다는 것이다.

또 다른 단점은 공기의 이온 및 대류 운동 메커니즘을 이용할 때 형성되는 압력의 심각한 급강하로 인해 본 방법이 사용되는 장치들을 높은 공기 정화 수준을 제공하는 기계적 에어로졸 정화 시스템과 함께 적용할 수 없다는 점이다.

활성산소를 제대로 정화되지 않은 공기와 함께 사용하는 것이 허용되지 않으므로 상기의 방법 및 이를 구현하는 장치는 주입 환기 시스템에 적용될 수 없다.

또 다른 공기의 오존화 장치가 구현하는 공기의 이온화 및 오존화 방법도 잘 알려져 있으며, 그에 따르면 코로나 방전을 일으키기에 충분한 전압은 전극들로 공급되고, 그 결과 이온과 오존이 생성된다. 본 방법을 구현하는 장치에는 공기 공급이 강제로 이루어지며, 그로 인하여 이 장치는 양질의 공기 정화 시스템과 결합 될 수 있다.

상기 방법의 단점은 생성되는 오존의 세기를 통제하는 시스템이 없다는 점인데, 이것은 위생기준이 정한 실내 공기 내 한계 허용 오존 농도를 상승시킬 수 있다. 그 밖에도 이온화 및 방전이 일어나는 챔버의 전극들로 직류 전압이 공급되는데, 직류 전압이 있을 경우 위생기준이 권장하는 공기 이온화 한계 수준으로 2가지 극성의 이온들을 생성하는 것은 매우 어렵고 그 농도의 비율 조절도 원칙적으로 불가능하여 본 방법을 구현하는 장치의 그 적용분야는 극히 제한적이다.

이에 본 발명에서 제안하는 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법은 전기한 바와 같이 기존에 알려진 방법들이 갖는 제반 문제점을 일소할 수 있는 새로운 방법을 제공코자 하는 것으로서,

본 발명은 특히 위생기준이 정한 농도의 오존 및 양, 음극 산소 이온을 오염물이 미리 정화된 실내 공기에 균등하게 분배할 수 있도록 한 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법을 제공코자 하는 것이다.

이에 본 발명에서는 방전이온화전극들로 +극,-극 중 1가지 극성의 전압 시리얼 펄스가 공급된 후 음극 및 양극 이온의 상호 재결합 시간 보다 긴 휴지기를 갖고 다른 극성의 전압 시리얼 펄스가 순서대로 공급되도록 하되, 음극 및 양극 이온 농도조절을 위해 시리얼 펄스 내 전압 펄스의 반복률과 음극 및 양극 시리얼 펄스의 지속시간과 휴지기 지속시간을 각각 변경토록 하며,
방전이온화전극으로 공급되는 전압 펄스와 함께 또는 서로 다른 극성의 시리얼 펄스 사이의 휴지기에 전극들 사이에서 캐퍼시티 타입의 코로나 방전에 충분한 진폭과 전압 펄스가 마이크로 컨트롤러에 인가된 모드 신호에 따라 결정되어 전압오존화전극으로 공급되며, 오존농도 조절을 위해 오존화전극으로 공급되는 전압 공급 지속시간을 변경할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법은 주입 환기 시스템에 적용하여 사람이 활동하기 위한 실내에 정화된 공기와 함께 공급되는 활성산소(산소 이온 및 오존)를 주입 환기 시스템에 따라 위생기준이 권장하는 농도 만큼 공급할 수 있는 것이다. 그리고 실내의 단면적 체적 구조에 따라 양극 및 음극 이온 농도를 최적화 할 수 있는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실내 공기의 이온 및 오존 포화방법에 대하여 이하에 상세히 설명키로 한다.

본 발명에 따르면 방전이온화전극과 오존화전극은 에어로졸과 기타 오염물이 미리 정화되고 주입 환기 시스템에 의해 강제로 형성된 기류 내부에 안치되고 전극에는 코로나 방전 발생에 충분한 전압이 공급된다.

본 발명의 새로운 점은 방전이온화전극에 1가지 극성의 전압 시리얼 펄스가 공급되고 음극 및 양극 이온의 상호 재결합 시간 보다 긴 휴지기를 지닌 후 전 극성과 다른 극성 전압의 시리얼 펄스가 순차적으로 공급되며, 이때 서로 다른 극성의 이온 농도는 시리얼 펄스 내 전압 펄스의 반복률, 각 극성의 시리얼 펄스 지속시간, 휴지기의 지속시간을 변경하는 방법으로 조정하는 것이다. 이는 도 2에서 보는 바와 같이 별도의 마이크로 콘트롤러(3)에 모드스위치를 통해 모드 신호가 인가되면 상기 입력된 모드 신호에 따라 제어가 이루어지며, 음극과 양극의 시리얼 펄스의 생성과 전압의 크기, 지속시간, 휴지기 시간이 자유롭게 조작이 가능하며, 해당 모드는 하기의 표 1에서 보는 바와 같이 16개 등으로 사전 설정할 수 있는 것이다.

모드 스위치 상태(입력코드)	전압 펄스 반복률(Hz)	음극 펄스 생성 지속시간(T)	양극 펄스 생성 지속시간(T)
0	5	10	2
1	5	9	3
2	5	8	4
3	5	7	5
4	10	10	2
5	10	9	3
6	10	8	4
7	10	7	5
8	20	10	2
9	20	9	3
A	20	8	4
B	20	75	5
C	50	10	2
D	50	9	3
E	50	8	4
F	50	7	5

방전이온화전극에는 공급되는 전압 펄스와 동시에 또는 오존화전극에 서로 다른 극의 시리얼 펄스들 간에 휴지기를 두고 전극들 사이에서 캐퍼시티 타입의 코로나 방전이 발생하기에 충분한 진폭의 전압 펄스들이 공급되며, 이때 오존 농도 조절은 오존화전극으로의 전압 공급 지속시간을 변경하는 방법으로 이루어진다.

그리고 방전이온화전극 및 오존화전극을 정화된 공기가 실내로 공급되도록 하는 주입 환기 시스템 출구에 놓고, 주입 환기 시스템을 켠 시점에 대하여 지연시간을 두고 방전이온화전극과 오존화전극으로 전압을 공급한다.

본 발명의 특징은 위생기준이 정한 농도의 오존 및 양, 음극 산소 이온을 오염물이 미리 정화된 실내 공기에 고르게 분포하는 것이다.

실내 공간에서 2가지 극성의 산소 이온의 분배 균일성은 방전이온화전극에 먼저 1가지 극성의 전압 시리얼 펄스가 공급되고, 그 다음 음극과 양극 이온의 상호 재결합 시간 보다 긴 휴지기를 지닌 후 다른 극성 전압의 시리얼 펄스가 공급됨으로써 확보된다.

이와 같이 휴지기를 선택함으로서 주입 환기 시스템의 출구창에서 바로 가까운 곳에서 이온이 상호 재결합을 방지하여 다른 극성의 이온들의 사멸을 최소화하고 실내 모든 장소에서 기류를 지닌 ＋, － 양쪽의 이온을 분배할 수 있다.

위생기준이 정한 1,000ion/m³ 수준의 농도를 지닌 양, 음극 산소 이온을 실내 공기에 채우는 것은 시리얼 펄스에서 전압 펄스의 반복률, 각 극성의 시리얼 펄 스의 지속시간, 서로 다른 극성의 시리얼 펄스 간의 휴지기 지속시간을 변경하는 방법으로 서로 다른 극성의 이온 농도를 조절할 수 있게 되는 것이다.

실내 공기에 위생기준이 정한 농도(실내 1일 중 평균 오존 한계 농도는 0.03㎍/ℓ를 초과해서는 안된다.)의 오존을 공급하는 것은 오존화전극으로의 전압 공급 지속시간을 변경하는 방법으로 오존 농도를 조절함으로써 수행된다.

미리 오염물이 정화된 실내 공기를 이온과 오존으로 채우는 것은 방전이온화전극과 오존화전극에 전압을 공급할 때 주입 환기 시스템을 켠 시점에 대하여 지연시간을 지님으로서 수행된다.

이러한 지연시간은 무엇 보다 이온과 오존이 채워지는 실내의 공기 중에 사전에 오염물이 존재할 경우 필수적이다. 바로 이러한 지연시간 덕분에 활성산소가 미리 오염된 공기를 제거한 깨끗한 공기가 있는 장소로 공급된다.

본 발명의 방법을 이해를 돕기 위하여 도면으로 개시되어 있으며, 도 1에서는 본 방법을 구현하는 장치를 도시하고 있는 바, 이는 터널형으로 이루어진 본체(9)의 일측으로 입구 격자(1)가 설치되고 그 반대측으로 배출용 금속 격자(grill; 2)가 설치되고, 상기 본체(9) 내부에는 콘트롤러(3)와 고압전원공급장치(4)가 연결되며, 상기 고압전원공급장치(4)에서 방전이온화전극(5,6), 오존화전극(7,8)이 각각 전기적으로 연결설치된다.

상기 본체(9)는 에어그릴(air grill;11)이 설치된 주입 환기 시스템의 환기채널(10) 내부에 설치된다.

본 발명에서 제공하는 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법을 순서에 따라 상세히 설명키로 한다.

주입 환기 시스템을 ON시키면 미리 오염원이 정화된 기류가 환기채널(10)을 따라 에어그릴(11)을 통과하여 실내로 공급된다. 정화된 공기는 실내의 오염된 공기를 밀어 낸다. 오염된 공기가 정화된 공기로 교체되는 시간은 주입 환기 시스템의 생산성과 실내 용적에 연동된다. 장치를 켜도 된다는 것을 나타내는 실내 공기 정화 신호는 실내에 있는 공기 품질 검사 센서로부터 또는 주입 환기 시스템 작동시간을 통제하는 타이머로부터 콘트롤러(3)로 인가된다. 실내 공기의 품질을 통제하는 센서와 타이머는 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 구성요소이나 도면에는 도시하지 않았다.

실내 공기 정화 신호가 전송된 후 콘트롤러(3)에 인가된 모드 신호에 따라 사전 설정 모드 중 하나가 선택되어 고압전원공급장치(4)로부터 방전이온화전극(5,6)에 1가지 극의 전압 펄스 형태로 전압이 공급된다. 예를 들면 공기 기류 내부에 자체적인 코로나 방전 조건을 일으키기에 충분한 진폭의 음극 전압 펄스가 공급되는 것이다. 그 결과 방전이온화전극(5,6)에는 1가지 극성의 전압 펄스가 공급되고 방전이온화전극(5,6) 주변에는 해당하는 극성의 이온 클러스터가 형성되는데, 상기 이온 클러스터는 기류에 의하여 배출용 금속 격자(2)와 에어그릴(11)을 통하여 실내로 이동된다.

이온 농도는 펄스의 반복률을 변경하는 방법으로 조절한다. 환기 기류의 생산성이 클수록 주입 환기 시스템의 출구에서 지정된 수준의 이온 농도를 유지하기 위한 펄스 반복률이 높게 설정된다. 해당하는 극성의 시리얼 펄스의 지속시간을 조절함으로써 지정된 양만큼 그 극성 이온이 실내 공기로 유입된다.

음극 시리얼 펄스의 지속시간이 종료된 후 양, 음 극성 이온으로 실내 공기를 포화시키기 위하여 기류 내에서 자체적인 코로나 방전 발생에 충분한 진폭을 지닌 반대 극인 음극 전압 펄스 형태의 전압이 고압전원공급장치(4)로부터 방전이온화전극(5,6)으로 공급된다. 양극 시리얼 펄스의 지속시간을 조절함으로써 마찬가지로 지정된 양만큼의 양극 이온이 실내 공기로 유입된다.

상호 재결합으로 인해 출구 격자에서 직접 가까운 곳에서 서로 다른 극성의 이온들이 집중적으로 사멸하는 것을 방지하기 위하여 음극 시리얼 펄스 직후가 아니라 지연시간, 휴지기를 두고 양극 시리얼 펄스를 형성한다. 휴지기의 지속시간은 음극과 양극 이온의 상호 재결합 시간 보다 길게 선택하며, 일반적으로 1~10초 이다.

양극 시리얼 펄스를 형성한 후 다시 휴지기를 가진 후 다시 음극 시리얼 펄스를 형성하는 방식을 사용한다.

정한 범위 내에서 특히 감소되는 방향으로 휴지기의 지속시간을 조절하고 상호 재결합 효과를 사용하여 실내 공기 중에 있는 서로 다른 극성의 이온 농도 비율을 수정한다.

휴지기 동안 고압전원공급장치(4)로부터 전압이 교류 펄스 형태의 전압을 오존화전극(7,8)으로 공급한다. 위생기준이 정한 수준으로 실내 오존 농도를 조절하는 것은 휴지기 동안 오존화전극(7,8)으로 전압 공급 지속시간을 변경하는 방법으로 수행된다. 환기 기류의 생산성이 클수록 실내에 있는 오존 농도를 최적수 준(0.01~0.015㎍/ℓ)으로 유지하기 위하여 오존화전극으로의 전압 공급 지속시간이 높게 설정된다.

본 발명의 방법을 실현하는 장비의 실험에서 50~120m³ 용적의 실내에서 유입-배출 환기의 생산성이 100~300m³/h 일 경우 실내 공기 내에는 가벼운 음 산소 이온과 양 산소 이온 농도가 각각 2,000ion/cm³, 1,000ion/cm³ 이고, 오존 농도는 0.01㎍/ℓ인 것으로 나타났다.

이러한 공기 성분의 지표는 최적의 자연적 지표와 유사하며 위생기준에 완전히 부합함을 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명의 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법은 관련산업에 널리 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법이 구현하는 장치의 일 실시예를 보인 단면 구성도
도 2는 본 발명에 사용되는 콘트롤러 시스템을 보인 블록도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1: 입구 격자 2: 배출용 금속 격자

3: 콘트롤러 4: 고압전원공급장치

5,6: 방전이온화전극 7,8: 오존화전극

9: 본체 10: 환기채널

11: 에어그릴

Claims

실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법에 있어서;

방전이온화전극들로 1가지 극성의 전압 시리얼 펄스가 공급된 후 음극 및 양극 이온의 상호 재결합 시간 보다 긴 휴지기를 갖고 다른 극의 전압 시리얼 펄스가 순서대로 공급되도록 하되, 음극 및 양극 이온 농도조절을 위해 시리얼 펄스 내 전압 펄스의 반복률과 음극 및 양극 시리얼 펄스의 지속시간과 휴지기 지속시간을 각각 변경토록 하며,

방전이온화전극으로 공급되는 전압 펄스와 함께 또는 서로 다른 극성의 시리얼 펄스 사이의 휴지기에 전극들 사이에서 캐퍼시티 타입의 코로나 방전에 충분한 진폭과 전압 펄스가 마이크로 컨트롤러에 인가된 모드 신호에 따라 결정되어 전압오존화전극으로 공급토록 하며, 오존농도 조절을 위해 오존화전극으로 공급되는 전압 공급 지속시간을 변경할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법.
제 1 항에 있어서;

상기 방전이온화전극와 오존화전극을 실내에 정화된 공기를 공급하는 주입 환기 시스템 출구에 놓고, 전압은 주입 환기 시스템을 켜는 시점에 대하여 지연시간(delay)을 갖고 방전이온화전극과 오존화전극으로 공급하는 것을 특징으로 하는 실내 공기의 이온 및 오존 최적화 포화방법.