KR101281543B1 - 플라즈마 공기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 관 형태로 형성되며 내부를 따라 처리대상인 기체가 유동하는 접지관 ; 상기 접지관의 내부 중앙을 따라 배치되며 상기 접지관과 이격 위치되는 환봉 또는 관 형태의 방전극 ; 상기 방전극의 양단에 각각 마련되되 중앙부에 상기 방전극이 결합되는 방전극 결합부가 형성되며 상기 방전극 결합부로부터 방사상 방향으로 돌출되어 상기 접지관과 결합되는 복수의 접지관 결합부가 형성되는 절연재질로 이루어진 방전극 고정대 ; 상기 접지관과 상기 방전극에 플라즈마 방전 반응을 위한 전원을 인가하는 전원인가부 ; 도전성 금속 선재로 제작된 것으로, 상기 방전극의 표면을 감싸는 그물 형태의 방전극 접촉부와, 상기 방전극 접촉부로부터 방사상 방향 외측으로 가시 형태로 돌출되는 방전 에너지 집중부로 이루어지는 플라즈마 방전 유도 부재 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 공기 정화 장치{PLASMA AIR CLEANER}
본 발명은 플라즈마 방전 반응에 의하여 공기를 살균 또는 정화하는 플라즈마 공기 정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 전기가 통하는 국부적 전리상태의 가스로 이온, 전자, 중성입자 및 라디칼로 이루어져 있으며, 기체, 액체 및 고체와는 다른 성질을 갖는 제4의 물질상태를 말한다.
이러한 플라즈마는 높은 온도 또는 전기장을 가하여 얻을 수 있으며, 화학적, 또는 물리적으로 반응성이 대단히 강하다.
이와 같은 플라즈마의 특성 때문에 주로 금속, 폴리머, 나일론 등 각종 재료의 표면에너지를 변화시켜 접합강도를 높이기 위한 세정, 표면개질 등의 분야에서 유용하게 활용되어 왔다.
최근에는 공개특허 제2005-0050300호 '공기청정용 프라즈마 모듈'를 비롯한 다수의 특허들을 통하여 공기정화 분야, 예컨대 가정용, 업소용을 비롯한 산업용 대단위 설비에 이르기까지 플라즈마를 활용한 기술들이 다양한 형태로 발전되고 있다.
플라즈마 방전 반응에 의한 공기 정화 기법은, 고온 또는 저온 플라즈마를 이용하여 유해가스를 쉽게 처리할 수 있는 물질로 변화시키는데, 가스의 처리용량에 따라 플라즈마 반응기의 크기가 증가될수록 플라즈마 밀도와 에너지가 현저하게 감소되어 처리효율이 현격히 떨어지는 단점이 있다.
국내 등록특허 제10-1039069호 "공기 청정 및 살균용 플라즈마 처리기"(2011.5.30. 등록) 국내 등록특허 제10-0510833호 "공기정화용 플라즈마 발생장치"(2005. 8.19. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 비교적 큰 유량의 공기를 정화하기 위하여 정화 대상인 공기가 지나는 유로를 형성하는 접지관과 방전극을 마련하고, 방전극에 안정적인 플라즈마 방전 반응을 위한 플라즈마 방전 유도 부재를 마련하여 공기 정화의 효율성을 높이는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 관 형태로 형성되며 내부를 따라 처리대상인 기체가 유동하는 접지관 ; 상기 접지관의 내부 중앙을 따라 배치되며 상기 접지관과 이격 위치되는 환봉 또는 관 형태의 방전극 ; 상기 방전극의 양단에 각각 마련되되 중앙부에 상기 방전극이 결합되는 방전극 결합부가 형성되며 상기 방전극 결합부로부터 방사상 방향으로 돌출되어 상기 접지관과 결합되는 복수의 접지관 결합부가 형성되는 절연재질로 이루어진 방전극 고정대 ; 상기 접지관과 상기 방전극에 플라즈마 방전 반응을 위한 전원을 인가하는 전원인가부 ; 도전성 금속 선재로 제작된 것으로, 상기 방전극의 표면을 감싸는 그물 형태의 방전극 접촉부와, 상기 방전극 접촉부로부터 방사상 방향 외측으로 가시 형태로 돌출되는 방전 에너지 집중부로 이루어지는 플라즈마 방전 유도 부재 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 방전극이 관통하는 방전극 관통구가 형성되는 중앙 몸체와, 상기 중앙 몸체의 외주면으로부터 돌출 형성되어 유체의 나선 유동을 유도하는 복수의 유도 날개를 포함하여 이루어지며, 절연재질로 이루어진 복수의 나선 유동 안내부재를 더 포함하여 이루어지며 ; 상기 나선 유동 안내부재의 유도 날개의 외측 가장자리는 상기 방전극의 처짐을 방지하기 위하여 상기 접지관의 내주면과 접촉되며 ; 상기 복수의 나선 유동 안내부재는 서로 이격되어 배치되며 ; 상기 나선 유동 안내부재의 중앙 몸체의 양측에는 상기 나선 유동 안내부재의 위치를 고정하기 위하여 상기 방전극에 장착되는 고무링이 마련되는 것 ; 이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명은 비교적 대량의 유량의 공기가 접지관 내부로 유입된 후 접지관을 지나가면서 플라즈마 방전 반응에 의하여 정화되도록 하여 대량의 공기 정화가 가능하면서도, 비교적 안정적인 플라즈마 방전 반응에 의하여 공기가 정화될 수 있도록 한다.
아울러 본 발명은 나선 유동 안내부재에 의하여 방전극 전체가 접지관의 중앙을 따라 배치될 수 있도록 하며, 아울러 나선 유동이 형성된 공기에 의하여 공기가 플라즈마 방전 반응에 의하여 처리되는 체류 시간을 증가시키게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 정화 장치의 주요부 단면도,
도 2는 도 1의 일부를 제거하여 나타낸 일부 제거 사시도,
도 3은 플라즈마 방전 유도 부재가 방전극에 결합된 상태를 보이는 참고 사진,
도 4는 나선 유동 안내부재의 사시도,
도 5는 도 4의 평면도,
도 6은 도 4의 정면도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 정화 장치의 주요부 단면도이며, 도 2는 도 1의 일부를 제거하여 나타낸 일부 제거 사시도이며, 도 3은 플라즈마 방전 유도 부재가 방전극에 결합된 상태를 보이는 참고 사진이며, 도 4는 나선 유동 안내부재의 사시도이며, 도 5는 도 4의 평면도이며, 도 6은 도 4의 정면도이다.
본 공기 정화 장치(100)는 크게 접지관(120)과, 접지관(120) 내부에 마련되는 방전극(130) 등을 포함하여 이루어진다.
접지관(120)은 관 형태로 형성되며 내부를 따라 처리 대상인 기체가 유동하게 된다.
접지관(120)의 내부 중앙을 따라 환봉 또는 관 형태의 방전극(130)이 마련된다.
방전극(130)은 접지관(120)과 플라즈마 방전 반응을 일으키도록 마련되는 것이다.
방전극(130)은 접지관(120)과 이격 위치되며, 정화 대상인 공기는 접지관(120)의 내주면과 방전극(130)의 외주면 사이를 지나게 된다.
즉 접지관(120)의 일단부로 기체가 유입되며 타단부로 처리된 기체가 유출된다.
이와 같이 접지관(120)과 방전극(130) 사이에는 정화 대상인 공기가 지나가며, 접지관(120)과 방전극(130) 사이를 지나는 공기는 접지관(120)과 방전극(130) 사이에서 발생하는 플라즈마 방전 반응에 의하여 유해물질이 분해 내지 정화된다.
아울러 접지관(120)과 방전극(130)에 플라즈마 방전 반응을 위한 전원을 인가하는 전원인가부(미도시)가 더 마련된다. 전원인가부(미도시)는 접지관(120)과 방전극(130) 사이에 전원을 인가하게 되며, 이때 접지관(120)과 방전극(130) 사이에는 10 ~ 40 KV범위의 전압이 인가된다.
한편 방전극(130)과 접지관(120)은 플라즈마의 생성을 위하여 서로 절연된 상태를 유지할 수 있어야 한다.
이를 위하여 방전극 고정대(140)가 마련된다.
방전극 고정대(140)는 절연재질로 이루어지며, 아울러 방전극 고정대(140)는 방전극(130)의 양단에 각각 마련된다.
방전극 고정대(140)는 중앙의 방전극 결합부(141)와 방전극 결합부(141)로부터 돌출되는 접지관 결합부(142)로 이루어진다.
방전극 결합부(141)는 그 중앙부에 방전극(130)이 관통하면서 결합되는 방전극 결합구가 형성되며, 아울러 방전극 결합부(141)로부터 방사상 방향으로 돌출되어 접지관(120)과 결합되는 복수의 접지관 결합부(142)가 마련된다.
한편 방전극(130)의 직경은 비교적 작으며, 아울러 방전극(130)의 길이는 그 직경에 비하여 매우 길다. 따라서 방전극(130)의 양단이 접지관(120)의 중앙에 배치된 상태에서도 방전극(130)의 중앙부는 처짐 혹은 공기의 유동에 의하여 접지관(120)의 중앙으로부터 벗어날 수 있으며, 이 경우 접지관(120)의 전면에 걸쳐서 플라즈마 방전 반응이 일어나는 것이 아니라 국부적인 플라즈마 방전 반응이 일어날 수 있으며, 심한 경우에는 플라즈마 방전 반응이 아닌 절연 파괴 현상이 발생할 수도 있다.
아울러 접지관(120)을 지나는 공기는 가급적 플라즈마 방전 반응에 접촉되는 시간이 증가하는 것이 바람직하다.
이러한 문제점 내지 목적을 위하여 나선 유동 안내부재(150)가 마련된다.
나선 유동 안내부재(150)는 방전극(130)을 따라 복수로 마련되며 서로 이격되어 배치된다.
나선 유동 안내부재(150)는 방전극(130)이 관통하는 방전극 관통구(151a)가 형성되는 중앙 몸체(151)와, 상기 중앙 몸체(151)의 외주면으로부터 돌출 형성되는 복수의 유도 날개(152)를 포함하여 이루어진다.
물론 나선 유동 안내부재(150)는 절연 재질로 이루어진다.
중앙 몸체(151)는 가급적 작은 직경을 가짐으로써 유체 저항을 최소화하는 것이 바람직하다.
유도 날개(152)는 공기의 나선 유동을 유도함으로써 정화 대상인 공기가 플라즈마 방전 반응에 의하여 정화되는 체류 시간을 증가시키게 된다.
아울러 유도 날개(152)의 외측 가장자리는 접지관(120)의 내주면과 접촉되도록 배치된다.
따라서 방전극(130)은 방전극 고정대(140)는 물론이며, 나선 유동 안내부재(150)에 의하여 접지관(120)의 중앙을 따라 배치될 수 있게 되어 안정적인 플라즈마 방전 반응이 유도된다.
아울러 나선 유동 안내부재(150)의 중앙 몸체(151)의 양측에는 나선 유동 안내부재(150)의 길이방향 위치를 고정하기 위하여 방전극(130)에 장착되는 고무링(160)이 마련된다.
이와 같은 상태에서 방전극(130)과 접지관(120)은 면과 면이 서로 마주보는 형태가 된다.
따라서 방전극(130)과 접지관(120)과의 거리가 멀어질수록, 즉 접지관(120)이 대량의 공기를 처리하기 위하여 대형화될 경우 플라즈마 밀도와 에너지가 현격히 감소되어 안정적인 플라즈마 방전 반응이 유도되지 않는다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 도 3과 같이 플라즈마 방전 유도 부재(110)를 방전극(130)에 마련한다.
플라즈마 방전 유도 부재(110)는 도전성 금속 선재를 이용하여 제작된다..
플라즈마 방전 유도 부재(110)는 중앙의 방전극 접촉부(111)와, 방전극 접촉부(111)로부터 방사상 방향 외측으로 돌출되는 형태의 방전 에너지 집중부(112)로 이루어진다.
방전극 접촉부(111)는 방전극(130)의 표면을 감싸는 그물 형태를 가지면서 방전극(130)과 접촉된다.
아울러 방전 에너지 집중부(112)는 방전극 접촉부(111)로부터 돌출되는 가시 형태를 가진다.
따라서 플라즈마 방전 반응은 방전극(130)과 접지관(120) 사이에서 발생하는 것이 아니라, 방전 에너지 집중부(112)의 가시 형태의 선단과 접지관(120) 사이에서 발생한다.
즉 플라즈마 방전 반응이 비교적 넓은 면적을 가진 방전극(130)에서 발생하는 것이 아니라, 수많은 점의 형태로 방전극(130)을 감싸는 형태로 나열된 방전 에너지 집중부(112)의 가시 형태의 선단에서 발생하게 되므로, 플라즈마 밀도와 에너지를 일정한 수준으로 유지하여 안정적으로 플라즈마 방전 반응을 발생시켜 처리 대상인 공기를 정화할 수 있게 된다.
이와 같은 구조는 특히 대량의 공기를 처리하기 위하여 접지관(120)의 직경을 크게 할 경우에 안정적인 플라즈마 방전 반응을 기대할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 공기 정화 장치는 비교적 대량의 유량의 공기가 접지관 내부로 유입된 후 접지관을 지나가면서 플라즈마 방전 반응에 의하여 정화되도록 하여, 비교적 안정적인 플라즈마 방전 반응에 의하여 공기가 정화될 수 있도록 한다.
아울러 본 공기 정화 장치는 나선 유동 안내부재에 의하여 방전극 전체가 접지관의 중앙을 따라 배치될 수 있도록 하며, 아울러 나선 유동이 형성된 공기에 의하여 공기가 플라즈마 방전 반응에 의하여 처리되는 체류 시간을 증가시키게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 공기 정화 장치
110 : 플라즈마 방전 유도 부재 111 : 방전극 접촉부
112 : 방전 에너지 집중부
120 : 접지관
130 : 방전극
140 : 방전극 고정대 141 : 방전극 결합부
142 : 접지관 결합부
150 : 나선 유동 안내부재 151 : 중앙 몸체
151a : 방전극 관통구 152 : 유도 날개
160 : 고무링

Claims (2)

  1. 관 형태로 형성되며 내부를 따라 처리대상인 기체가 유동하는 접지관 ;
    상기 접지관의 내부 중앙을 따라 배치되며 상기 접지관과 이격 위치되는 환봉 또는 관 형태의 방전극 ;
    상기 방전극의 양단에 각각 마련되되 중앙부에 상기 방전극이 결합되는 방전극 결합부가 형성되며 상기 방전극 결합부로부터 방사상 방향으로 돌출되어 상기 접지관과 결합되는 복수의 접지관 결합부가 형성되는 절연재질로 이루어진 방전극 고정대 ;
    상기 접지관과 상기 방전극에 플라즈마 방전 반응을 위한 전원을 인가하는 전원인가부 ;
    도전성 금속 선재로 제작된 것으로, 상기 방전극의 표면을 감싸는 그물 형태의 방전극 접촉부와, 상기 방전극 접촉부로부터 방사상 방향 외측으로 가시 형태로 돌출되는 방전 에너지 집중부로 이루어지는 플라즈마 방전 유도 부재 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전 반응식 공기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전극이 관통하는 방전극 관통구가 형성되는 중앙 몸체와, 상기 중앙 몸체의 외주면으로부터 돌출 형성되어 유체의 나선 유동을 유도하는 복수의 유도 날개를 포함하여 이루어지며, 절연재질로 이루어진 복수의 나선 유동 안내부재를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 나선 유동 안내부재의 유도 날개의 외측 가장자리는 상기 방전극의 처짐을 방지하기 위하여 상기 접지관의 내주면과 접촉되며 ;
    상기 복수의 나선 유동 안내부재는 서로 이격되어 배치되며 ;
    상기 나선 유동 안내부재의 중앙 몸체의 양측에는 상기 나선 유동 안내부재의 위치를 고정하기 위하여 상기 방전극에 장착되는 고무링이 마련되는 것 ;
    을 특징으로 하는 플라즈마 방전 반응식 공기 정화 장치.
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