KR101065361B1 - 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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KR101065361B1
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/16—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by purification, e.g. by filtering; by sterilisation; by ozonisation

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Abstract

본 발명은 본 발명은 공기 통로를 형성하는 덕트(100); 상기 덕트(100)의 입구 측에 구비되어 상기 덕트(100) 내부로 공기를 공급하는 송풍기(200); 상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마반응기(300); 및, 상기 덕트(100)의 출구 측과 상기 플라즈마반응기(300) 사이의 덕트(100) 내부에 설치되어 음이온을 발생시키는 음이온발생기(400);를 포함하여 구성되어 오염된 가스를 정화하는 장치로 활용될 수 있는 플라즈마 발생기에 관한 것이다.

Description

플라즈마 발생장치{Plasma Generating Device}
본 발명은 덕트 내부에서 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시켜 덕트의 출구로 배출하는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 공기 통로를 형성하는 덕트(100); 상기 덕트(100)의 입구 측에 구비되어 상기 덕트(100) 내부로 공기를 공급하는 송풍기(200); 상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마반응기(300); 및, 상기 덕트(100)의 출구 측과 상기 플라즈마반응기(300) 사이의 덕트(100) 내부에 설치되어 음이온을 발생시키는 음이온발생기(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
기체 상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 올려주면, 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 만들어지는데, 이러한 상태를 일반적인 물질의 세 가지 형태인 고체, 액체, 기체와 더불어 '제4의 물질상태'로 불리며 이러한 상태의 물질을 플라즈마라고 한다
이러한 플라즈마를 생성하기 위하여 고압을 사용하기도 하는데 고압을 이용한 플라즈마 발생장치의 경우 플라즈마의 특성 상 극간 거리가 짧은 구간에 플라즈마 발생이 집중되는 현상을 볼 수 있다.
또한 극간 거리가 멀어짐에 따라 극단적 위험성이 높은 초고압 전력이 필요하다.
따라서 극간 거리를 적정 범위 이내로 조절하여(예를 들어 10mm 이내) 초고압 전력을 사용을 억제함과 동시에 특정 구간(극간 거리가 짧은 구간)으로 플라즈마 발생이 집중되는 제한을 극복하기 위해서는 새로운 구조의 전극이 필요한 실정이다.
즉 극간 거리를 적정 범위 이내로 조절하여 초고압 전력을 사용하지 않고 플라즈마 반응 면적을 극대화할 수 있는 새로운 장치의 발명이 필요하다는 것을 의미한다.
또한 플라즈마 생성과정에서 고압 또는 초고압 전력을 사용함에 따라 부수적으로 Nox 계열의 환경 오염물질이 발생될 가능성이 있는데, 플라즈마 생성 과정에서 부수적으로 발생하는 이러한 환경 오염물질은 가능한 완벽하게 제거할 수 있어야만 한다.
반체공정의 고농도 오염가스 등의 처리에 이용되고 있는 기존의 플라즈마 발생 장치는 대부분 고농도의 오염가스를 소량 처리하는데 유리한 구조로 되어 있다.
고농도의 오염가스를 대용량으로 처리하기 위한 플라즈마 발생 장치를 제작할 경우에는 고가의 제작 비용이 소요되며(고압,고주파 AC전원장치의 경우 천만원에서 수천만원에 이름), 플라즈마 발생 장치의 전력 사용량이 수 Kw 내지 수십 Kw로 높아서 유지 비용이 매우 높은 문제점이 있다.
또한 생활 가전기기와 같은 일반 생활용품에 삽입되는 플라즈마 장치의 경우 고효율 처리가 되지 못하는 문제점이 있다.
따라서 제작비용의 감소와 전력 소비량을 작게 만들어 경제성을 높임과 동시에 저농도의 대기공기의 오염물질 처리(악취 및 미세 공기오염물질)를 대용량으로 빠르게 고효율로 처리하는 플라즈마 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서 그 목적은 다음과 같다.
첫째, 극간 거리를 적정 범위 이내로 조절함과 동시에 반응 면적을 극대화할 수 있는 새로운 개념의 플라즈마 발생장치를 제공하여 전력 소비량을 최소화함과 동시에 저농도의 대기 오염물질을 신속하고 효율적으로 처리함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 플라즈마 생성 과정에서 부수적으로 발생되는 환경 오염물질을 완벽하게 제거할 수 있는 수단이 구비된 플라즈마 발생장치를 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
셋째, 하나의 덕트에 송풍기, 플라즈마반응기, 및 음이온발생기를 일체로 모듈화시킨 플라즈마 발생장치를 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 공기 통로를 형성하는 덕트(100); 상기 덕트(100)의 입구 측에 구비되어 상기 덕트(100) 내부로 공기를 공급하는 송풍기(200); 상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마반응기(300); 및, 상기 덕트(100)의 출구 측과 상기 플라즈마반응기(300) 사이의 덕트(100) 내부에 설치되어 음이온을 발생시키는 음이온발생기(400);를 포함하여 구성된다.
상기 플라즈마반응기(300)는 상기 덕트(100)의 내부 통로 상에 장착되며 원형으로 타공된 전극홀(311)이 구비된 금속판 재질의 타공전극판(310); 및, 상기 타공전극판(310)과 이격 설치되고 첨단부(321)가 상기 전극홀(311)의 중심축 상에 위치하는 삼각형판상전극(320);으로 구성되고 상기 타공전극판(310)과 상기 삼각형판상전극(320)은 서로 전기적으로 절연되어 있으며, 상기 음이온발생기(400)는 상기 덕트(100)의 내부 통로 상에 장착되며 원형으로 타공된 장착공(411)이 구비된 전극장착몸체부(410); 상기 전극장착몸체부(410)의 장착공(411) 내주면에 부착되는 원형의 금속띠 형상의 유도전극(420); 및, 상기 유도전극(420)과 이격 설치되고 다수 개의 와이어로 형성되는 음이온발생브러쉬(430);로 구성되고 상기 음이온발생브러쉬(430)를 구성하는 와이어의 단부가 상기 유도전극(420)의 중심축 상에 위치하고, 상기 유도전극(420)과 상기 음이온발생브러쉬(430)는 서로 전기적으로 절연되어 있다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 극간 거리를 적정 범위 이내로 조절함과 동시에 반응 면적을 극대화할 수 있다.
다시 말하면, 삼각형판상전극(320)과 타공전극판(310)은 전원공급장치의 서로 다른 극에 연결되어 플라즈마 반응이 발생하게 되는데, 도3에 도시된 바와 같이 삼각형판상전극(320)의 첨단부(321)와 타공전극판(310)의 전극홀(311) 원주 단부 사이에 플라즈마 반응이 발생하게 되어 전체적으로 원뿔 형태의 최대 반응 면적을 확보할 수 있다. 즉 3차원적 반응 공간을 확보함으로써 2차원적 평면 형식의 반응 공간을 사용하는 종래의 플라즈마 생성 방식에 비하여 반응 공간을 확장할 수 있음은 물론 직진율과 평행율에 따른 반응 치우침 현상도 방지할 수 있으며, 전력소비량을 최소화할 수 있다.
둘째, 플라즈마 생성 과정에서 부수적으로 발생되는 환경 오염물질을 완벽하게 제거할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명은 오염된 가스를 정화하는 장치로 활용될 수 있는데, 송풍기(200)를 통하여 덕트(100) 내부로 유입된 공기는 플라즈마반응기(300)를 통과하면서 1차적으로 악취를 포함한 오염물질 분자를 제거하고 음이온발생기(400)를 통과하면서 2차적으로 잔여 오염물질 분자와 플라즈마반응기(300)에서 부수적으로 발생할 가능성이 있는 환경 오염물질과 오존을 완전히 제거하여 덕트(100) 외부로 배출하게 되기 때문이다.
셋째, 하나의 덕트에 송풍기, 플라즈마반응기, 및 음이온발생기를 일체로 모듈화시킨 플라즈마 발생장치를 제공한다.
도1은 본 발명의 전체 구성을 도시한다.
도2는 본 발명의 구성요소인 플라즈마반응기(300)의 구체적 실시예이다.
도3은 전극홀(311)과 삼각형판상전극(320)을 별도로 도시한 부분확대도이다.
도4는 본 발명의 구성요소인 음이온발생기(400)의 구체적 실시예이다.
도5는 유도전극(420)과 음이온발생브러쉬(430)를 별도로 도시한 부분확대도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 도면으로서, 하나의 덕트(100)에 모듈화된 송풍기(200), 플라즈마반응기(300) 및 음이온발생기(400)가 조립되어 전체 발명을 이루고 있음을 알 수 있다.
송풍기(200)는 덕트(100)의 입구 측에 구비되어 덕트(100) 내부로 공기를 공급하는 역할을 한다.
이러한 송풍기(200)는 특정 종류로 한정되는 것은 아니며 다양한 규격과 사양의 송풍기가 선택될 수 있다. 이와 같이 송풍기(200)가 구비되면 덕트(100)의 입구 측에서 출구 측으로 공기 흐름이 발생하여 플라즈마반응기(300)와 음이온발생기(400)를 순차적으로 통과한 공기가 덕트(100)의 출구로 원활하게 배출될 수 있다.
플라즈마반응기(300)는 덕트(100)의 내부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다.
상기 플라즈마반응기(300)는 도2에 도시된 바와 같이 타공전극판몸체부(330), 타공전극판(310), 판상전극설치블록(340) 및 삼각형판상전극(320)으로 구성된다.
타공전극판몸체부(330)는 공기의 통로가 되는 개방절개부(331)가 중앙부에 구비되어 있으며, 개방절개부(331)의 테두리는 덕트(100)의 내측면에 장착된다.
다시 말하면 창문의 프레임과 유사한 구조가 되는데 테두리의 형상은 덕트(100) 내측면의 단면 형상에 맞추어 정해지므로 다양한 형상이 될 수 있다.
이러한 타공전극판몸체부(330)는 전기가 통하지 않는 절연 재료로 제작하는데 나일론이나 아크릴과 같은 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다.
타공전극판(310)은 원형으로 타공된 전극홀(311)이 구비된 금속판 재질로서 타공전극판몸체부(330)에 조립되어 덕트(100)의 내부 통로 상에 장착되며, 타공전극판몸체부(330)의 개방절개부(331)와 전극홀(311)을 통하여 송풍기(200)의 바람이 덕트(100) 내부를 흘러갈 수 있게 된다.
타공전극판(310)의 재료인 금속은 특정 금속으로 한정되지는 않으며 전기가 통하는 다양한 종류의 금속이 선택될 수 있다.
타공전극판(310)에는 전극홀(311)이 하나만 구비될 수도 있으나 일반적으로는 도2에 도시된 바와 같이 다수 개의 전극홀(311)이 종횡으로 구비되어 플라즈마 생성 효율을 높이게 된다. 경우에 따라서는 전극홀(311)이 종방향 또는 횡방향으로만 구비될 수도 있고 덕트(100)의 단면 구조에 따라서는 직선 배열이 아니라 나선형이나 타원형 또는 원호 형상으로 배열될 수도 있고 지그재그 형상으로 배열될 수도 있다.
전극홀(311)의 직경은 사용 전압이나 기타 장비의 사양을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
판상전극설치블록(340)은 타공전극판몸체부(330)의 서로 마주보는 테두리 각각에 장착되어 일정 높이로 돌출되는데, 이러한 판상전극설치블록(340)은 삼각형판상전극(320)이 부착되는 베이스 역할을 하게 된다.
이러한 판상전극설치블록(340)의 경우도 전기가 통하지 않는 절연 재료로 제작하는데 나일론이나 아크릴과 같은 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다.
삼각형판상전극(320)은 판상전극설치블록(340) 각각에 양측 단부가 결합되어 타공전극판(310)과 이격 설치되며, 삼각형판상전극(320)의 첨단부(321)는 타공전극판(310)의 전극홀(311) 중심축 상에 위치하게 된다. 여기서 삼각형판상전극(320)의 첨단부(321)와 전극홀(311)의 중심 사이의 거리는 사용 전압 및 장비의 사양을 고려하여 적절히 결정한다.
이러한 삼각형판상전극(320)은 도2에 도시된 바와 같이 첨단부(321)가 이웃하는 전극홀(311)의 중심축 간 거리에 대응하는 간격으로 돌출된 금속판재가 사용될 수 있으며, 본 발명의 구체적 실시예에서는 9개의 첨단부(321)가 구비된 금속판재 9개가 함께 사용되어 도3에 도시된 바와 같은 삼각형판상전극(320)과 전극홀(311)의 조합이 모두 27개가 된다.
이와 같이 판상전극설치블록(340)에 삼각형판상전극(320)이 결합됨으로써 타공전극판(310)과 삼각형판상전극(320)은 서로 전기적으로 절연되어 있는 구조가 된다.
이러한 삼각형판상전극(320)과 타공전극판(310)은 전원공급장치의 서로 다른 극에 연결되어 플라즈마 반응이 발생하게 되는데, 도3에 도시된 바와 같이 삼각형판상전극(320)의 첨단부(321)와 타공전극판(310)의 전극홀(311) 원주 단부 사이에 플라즈마 반응이 발생하게 되어 전체적으로 원뿔 형태의 최대 반응 면적을 확보할 수 있다.
즉 3차원적 반응 공간을 확보함으로써 2차원적 평면 형식의 반응 공간을 사용하는 종래의 플라즈마 생성 방식에 비하여 반응 공간을 확장할 수 있으며 직진율과 평행율에 따른 반응 치우침 현상도 방지할 수 있다.
음이온발생기(400)는 덕트(100)의 출구 측과 플라즈마반응기(300) 사이의 덕트(100) 내부에 설치되어 음이온을 발생시키는 역할을 한다.
전극장착몸체부(410)는 덕트(100)의 내부 통로 상에 장착되며, 원형으로 타공된 장착공이 구비되어 있다.
이러한 전극장착몸체부(410)는 전기가 통하지 않는 절연 재료로 제작하는데 나일론이나 아크릴과 같은 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다.
장착공(411)은 하나만 구비될 수도 있으나 도4에 도시된 바와 같이 다수 개의 장착공(411)이 종횡으로 배열되어 음이온 생성 효율을 높일 수도 있다. 경우에 따라서는 장착공(411)이 종방향 또는 횡방향으로만 구비될 수도 있고 덕트(100)의 단면 구조에 따라서는 직선 배열이 아니라 나선형이나 타원형 또는 원호 형상으로 배열될 수도 있고 지그재그 형상으로 배열될 수도 있다.
본 발명의 구체적 실시예에서는 총 36개의 장착공(411)이 종횡으로 구비된다.
장착공(411)의 직경은 사용 전압이나 기타 장비의 사양을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.
전극장착몸체부(410)는 전기가 통하지 않는 절연 재료로 제작하는데 나일론이나 아크릴과 같은 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다.
유도전극(420)은 전극장착몸체부(410)의 장착공(411) 내주면에 부착되는 원형의 금속띠 형상을 하고 있으며, 전기를 통할 수 있는 다양한 종류의 금속판이 사용될 수 있다.
타공금속판(440)은 전극장착몸체부(410)의 전면 및 후면 각각에 부착되어 유도전극(420)의 단부와 접촉되는데, 장착공(411)에 대응하는 형태의 구멍이 타공되어 있다.
이러한 타공금속판(440)은 하나의 금속판으로 제작할 수도 있고 분할된 다수 개의 금속판으로 제작할 수도 있다.
고정측판(450)은 전극장착몸체부(410)의 상부 및 하부 테두리에 각각 부착되는데, 전기가 통하지 않는 절연 재료로 제작하는데 나일론이나 아크릴과 같은 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다.
브러쉬장착바(460)는 상하부 고정측판(450)을 서로 연결하도록 부착되며 음이온발생브러쉬(430)가 장착되는 베이스 역할을 한다.
음이온발생브러쉬(430)는 다수 개의 와이어가 하나의 다발을 형성하는 구조가 되는데, 이러한 음이온발생브러쉬(430)는 유도전극(420)과 이격 설치되어 전기적으로 절연되는데, 음이온발생브러쉬(430)를 구성하는 와이어의 단부가 유도전극(420)의 중심축 상에 위치하게 된다.
도4에 도시된 바와 같이 다수 개의 장착공(411)이 구비되는 경우 브러쉬장착바(460)에는 이웃하는 장착공(411)의 중심축 간 거리에 대응하는 간격으로 음이온발생브러쉬(430)가 장착되어야 한다.
또한 수직격벽(470)은 상하부 고정측판(450) 각각에 상하단부가 결합되어 이웃하는 장착공(411)을 구획하게 된다.
이러한 수직격벽(470)은 공기의 흐름이 장착공(411)으로 집중되도록 유도하는 역할을 하게 된다.
이러한 유도전극(420)과 음이온발생브러쉬(430)는 전원공급장치의 서로 다른 극에 연결되어 음이온을 발생시키게 되는데(타공금속판(440)이 구비되는 경우 유도전극(420)은 타공금속판(440)을 통하여 전원공급장치의 일측 극에 연결된다), 도5에 도시된 바와 같이 유도전극(420)의 원주 단부와 음이온발생브러쉬(430)의 와이어 단부 사이에서 반응이 발생하게 되어 음이온의 발생량과 운동성을 높일 수 있다.
또한 송풍기(200)를 통한 공기 유속에 의하여 이러한 반응성과 발생량은 더욱 증가될 수 있다. 음이온발생기(400)의 경우에도 플라즈마반응기(300)와 유사하게 전체적으로 원뿔 형태의 최대 반응 면적을 확보할 수 있다.
이와 같은 음이온발생기(400)는 플라즈마반응기(300)를 통과하는 과정에서 발생되는 Nox 계열의 환경 오염물질과 오존을 완전히 제거하는 역할을 하게 된다.
본 발명은 오염된 가스를 정화하는 장치로 활용될 수 있는데, 송풍기(200)를 통하여 덕트(100) 내부로 유입된 공기는 플라즈마반응기(300)를 통과하면서 1차적으로 악취를 포함한 오염물질 분자를 제거하고 음이온발생기(400)를 통과하면서 2차적으로 잔여 오염물질 분자와 플라즈마반응기(300)에서 부수적으로 발생할 가능성이 있는 환경 오염물질과 오존을 완전히 제거하여 덕트(100) 외부로 배출하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
100:덕트
200:송풍기
300:플라즈마반응기
310:타공전극판
311:전극홀
320:삼각형판상전극
321:첨단부
330:타공전극판몸체부
331:개방절개부
340:판상전극설치블록
400:음이온발생기
410:전극장착몸체부
411:장착공
420:유도전극
430:음이온발생브러쉬
440:타공금속판
450:고정측판
460:브러쉬장착바
470:수직격벽

Claims (8)

  1. 공기 통로를 형성하는 덕트(100);
    상기 덕트(100)의 내부에 설치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마반응기(300);
    상기 덕트(100)의 출구 측과 상기 플라즈마반응기(300) 사이의 덕트(100) 내부에 설치되어 음이온을 발생시키는 음이온발생기(400); 및,
    상기 덕트(100)의 입구 측에 구비되어 상기 덕트(100) 내부로 공기를 공급하는 송풍기(200);
    가 포함되고,
    상기 플라즈마반응기(300)는,
    상기 덕트(100)의 내부 통로 상에 장착되며 원형으로 타공된 전극홀(311)이 종횡으로 구비된 금속판 재질의 타공전극판(310);
    상기 타공전극판(310)과 이격 설치되고 이웃하는 전극홀(311)의 중심축 간 거리에 대응하는 간격으로 돌출된 첨단부(321)가 구비된 금속판 재질의 다수 개의 삼각형판상전극(320);
    공기의 통로가 되는 개방절개부(331)가 중앙부에 구비되고 상기 개방절개부(331)의 테두리는 상기 덕트(100)의 내측면에 장착되며 상기 타공전극판(310)이 부착되는 타공전극판몸체부(330); 및,
    상기 타공전극판몸체부(330)의 서로 마주보는 테두리 각각에 장착되며 상기 삼각형판상전극(320)이 부착되는 전기적 절연체 재질의 판상전극설치블록(340);
    으로 구성되어 상기 타공전극판(310)과 상기 삼각형판상전극(320)은 서로 전기적으로 절연되고,
    상기 음이온발생기(400)는,
    상기 덕트(100)의 내부 통로 상에 장착되며 원형으로 타공된 장착공(411)이 종횡으로 배열된 전극장착몸체부(410);
    상기 전극장착몸체부(410)의 장착공(411) 내주면에 부착되는 원형의 금속띠 형상의 유도전극(420); 및,
    상기 유도전극(420)과 이격 설치되고 다수 개의 와이어로 형성되는 음이온발생브러쉬(430);
    상기 전극장착몸체부(410)의 전면 및 후면에 부착되어 상기 유도전극(420)의 단부와 접촉되며 상기 전극장착몸체부(410)의 장착공(411)에 대응하는 형태의 구멍이 타공된 타공금속판(440);
    상기 전극장착몸체부(410)의 상부 및 하부 테두리에 각각 부착되는 고정측판(450);
    상기 고정측판(450)을 서로 연결하도록 부착되며 상기 음이온발생브러쉬(430)가 장착되는 브러쉬장착바(460); 및,
    상기 고정측판(450) 각각에 상하단부가 결합되어 이웃하는 상기 전극장착몸체부(410)의 장착공(411)을 구획하는 수직격벽(470);
    으로 구성되며,
    상기 음이온발생브러쉬(430)를 구성하는 와이어의 단부가 상기 유도전극(420)의 중심축 상에 위치하고,
    상기 유도전극(420)과 상기 음이온발생브러쉬(430)는 서로 전기적으로 절연되어 있고,
    상기 브러쉬장착바(460)에는 이웃하는 장착공(411)의 중심축 간 거리에 대응하는 간격으로 상기 음이온발생브러쉬(430)가 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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