KR101921859B1 - 오존 방출없는 플라즈마 공기청정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공기 중의 미세 먼지 제거와 각종 병원균을 살균하는 가능을 갖는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다. 플라즈마를 통하여 공기 중의 유기 기체를 분해하고 각종 살균된 공기가 물속을 통과하여 미세먼지와 유기 기체를 용해한다. 또한, 플라즈마 발생을 통한 오존을 물속에서 용해하여 오존 배출량을 조절하고 오존에 의한 물의 부패가 방지되어 작동 중에 유해 물질이 방출되지 않으며, 최종 배출되는 공기의 오존 농도가 0.03 ppm이하로 제어된 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

Description

오존 방출없는 플라즈마 공기청정기{Ozone-free Plasma Air-Purifier}

본 발명은 플라즈마를 이용한 옥외 및 실내 공기청정기로서 미크론 이하의 초미세 먼지의 제거와 오존 발생이 없는 플라즈마 청정기에 대한 기술이다.

공기청정기는 미세 먼지를 제거하여 공기를 정화하는 장치이다. 종래의 미세먼지 제거 공기청정기는 필터 방식, 플라즈마에 의한 집진 방식, 그리고 자외선에 의한 광촉매 방식 등이 있다.

공기 필터에 의한 공기청정기는 헤파 필터(HEPA-filter: High Efficiency Particulate Air-filter)를 이용하여 미크론 이하의 초미세 먼지를 제거한다. 필터형 공기청정기는 진드기, 바이러스, 곰팡이 등을 제거하는 기능을 갖는다. 그러나 필터에 세균 번식의 위험성이 있으며, 주기적으로 필터를 교환해야 하는 번거러움과 비용 부담이 있다. 그리고 옥외용 대형 공기 청정기로 사용하는 것은 적합하지 않다.

플라즈마 방식의 공기청정기는 코로나 방전을 이용한 전기집진기로서 전극에 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하고 미세먼지가 음의 전기를 띠게 하여 정전기 집진방식으로 미세 먼지를 제거한다. 이러한 플라즈마 공기청정기는 일차적으로 공기 필터로 큰 먼지를 걸러내고 추가적으로 정전기 집진 방식을 채용하고 있다. 대한민국 공개특허 10-2012-0135602호에서도 비슷한 방식으로 저온 플라즈마를 이용하여 공기청정기를 제작한다. 이러한 플라즈마 공기청정기는 오존 발생의 문제가 있다. 오존은 공기 필터로 제거되지 않으며, 오존은 호흡기 질환 등의 심각한 문제를 야기한다.

그 외에 실내 공기청정기는 자외선 광촉매를 이용한 유기화합물의 분해 방식의 공기 청정기 등도 있다.

공기를 수조 탱크의 물속에 통과하여 미세 먼지를 녹여서 걸러내는 방식을 고려할 수 있으나, 수조 탱크의 물이 부패하므로 오염된 물의 영향으로 인하여 상용화되기 어렵다.

종래 플라즈마 공기청정기는 미세 먼지를 플라즈마에 의하여 음이온으로 변환하여 집진하는 방식이다. 미세 먼지의 집진도를 높이기 위하여 대규모 플라즈마 발생에 따른 오존 방출을 피하기 어렵다.

플라즈마의 장점은 각종 미생물(균류, 곰팡이류, 그리고 바이러스류)을 살균하는 기능과 공기 중의 유해 가스를 분해하는 기능이다.

본 발명의 목적은 초미세 먼지의 제거와 동시에 소규모 플라즈마에 의해 살균 및 유해 가스 제거 기능을 갖는 오존 방출없는 플라즈마 공기청정기를 제공하고자 하는 것이다. 동시에 실내 및 옥외 공기의 정화가 가능한 소형에서부터 초대형에 이르는 공기 청정기를 제공하고자 한다.

본 발명은 플라즈마와 물을 이용하여 상기 목적의 플라즈마 공기 청정기를 실현한다. 플라즈마의 살균 기능과 유해 가스 분해 기능을 활용하고, 물을 이용하여 초미세 먼지와 유해 가스 및 오존을 용해하여 제거하는 플라즈마와 물의 기능적인 장점을 각각 채용하고자 한다. 특히, 오존은 물에 잘 용해되므로 물의 부패를 방지하며, 결과적으로 오존 방출없는 플라즈마 공기 청정기를 실현한다.

본 발명은 유입 공기의 방전으로 플라즈마를 발생하는 단계,

상기 공기-플라즈마를 물속에 주입하는 단계,

물속에서 미세 먼지와 유해 가스 및 오존이 물에 용해되는 단계,

그리고, 물속에서 정화된 청정 공기를 실내로 방출하는 단계를 포함하는 공기청정방법을 제공한다.

대기 방전에 의한 플라즈마 발생 단계에서 주입되는 공기 중의 미생물들이 살균처리되고 각종 유해 가스가 분해되어 물에 의한 용해도가 증가한다.

다음 단계에서 살균된 공기-플라즈마가 물속을 통과하면, 미세 먼지와 분해된 가스, 그리고 플라즈마에 포함된 오존(O₃)과 수산기(OH)를 포함한 각종 여기종이 물속에서 용해된다. 물은 공기 필터보다 초미세 먼지 제거 기능이 우수하다. 플라즈마에 의해 분해된 유해 가스는 플라즈마 처리되지 않은 가스보다 물에서 잘 용해되어 제거된다. 플라즈마에 포함된 오존은 공기중의 산소보다 용해도가 20배 이상 높고, 약 30분의 경과 시간 이후에 오존은 물속에서 산소로 변환되므로 친환경적이다. 또한, 오존과 수산기 등의 여기종은 물의 부패를 방지하므로 물을 이용한 공기청정기의 실현이 가능하다.

본 발명의 미세 먼지 제거 및 오존 방출 없는 플라즈마 공기 청정기를 실현하기 위한 핵심 해결 과제는 다음과 같다.

즉, (1) 정화기 내부에 유입되는 공기를 방전에 의한 플라즈마를 발생하는 기술, (2) 이러한 공기-플라즈마를 물속에 주입하는 기술, 그리고 (3) 미세 입자와 유해 기체 및 오존 등을 물에 용해하여 정화된 공기를 배출하는 기술이다.

본 발명의 청정기는 유입 공기의 살균 및 유기물 분해를 위한 플라즈마는 소량으로 충분하다. 유입 공기의 살균을 위한 오존농도는 약 10 ppm 이하로도 가능하며, 소규모의 플라즈마로 공기 중의 유기물이 분해된다. 즉, 종래의 미세 먼지 집진을 위한 대규모 플라즈마 장치가 본 발명에서는 불필요하다.

본 발명의 공기-플라즈마를 수조의 하단에 주입하는 방식으로 두 가지의 방법을 제공한다. 하나는 공기 펌프를 이용하여 공기-플라즈마를 강제적으로 수조 탱크의 물속에 주입하는 방식이다. 둘째는 물-펌프를 이용하여 수조 탱크의 물이 순환하는 과정에서 공기-플라즈마가 유입되는 방식이다.

본 발명은 수조 탱크 하단에 주입된 공기-플라즈마가 수조 탱크 상단으로 이동하는 과정에서 미세 먼지와 유기 기체 및 오존이 물에 잘 용해되는 방안을 제공한다. 물속에서의 용해도를 높이기 위하여 기포화 하거나 물속에서의 용해 시간을 충분히 확보하는 방안을 제시한다. 최종 정화된 공기는 오존 잔류량이 0.03 ppm 이하인 공기가 배출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

즉, 본 발명은,

미세 먼지 제거 및 병원균의 살균 기능을 갖는 공기청정기로서,

상기 공기 청정기는,

공기 유입구;

상기 공기 유입구로부터 유입된 공기를 펌핑하여 플라즈마 발생장치로 이송하여 주는 공기 펌프;

상기 공기 펌프로부터 펌핑 되어 온 공기를 방전 가스로 하여 플라즈마를 방전하는 플라즈마 발생장치;

상기 플라즈마 발생장치에 연결되어 공기 플라즈마가 이송되게 하는 유도관;

상기 유도관과 연결되어, 상기 플라즈마 발생장치로부터 생성된 공기 플라즈마가 상기 유도관을 타고 유입되는 물이 채워진 수조 탱크;

상기 수조 탱크로부터 상승되는 공기를 배출하는 공기 배출기;를 포함하고,

상기 플라즈마 발생장치에서 공기 중의 유기 기체가 분해되고 병원균이 살균되며,

상기 플라즈마 발생장치로부터 공기 및 플라즈마 입자가 상기 수조 탱크의 하단부로 유입되고,

상기 공기 및 플라즈마 입자가 물속에서 미세 먼지와 분해된 유기 기체, 오존 및 플라즈마 입자가 물에 녹아 제거되어 정화된 공기가 상기 수조 탱크의 상단 출구를 통하여 배출되고,

상기 수조 탱크의 물은 소정의 사용 기간마다 교환할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 수조 탱크 하단이자 상기 유도관 단부에 다공성 기포 장치를 연결하여, 유입된 공기와 공기 플라즈마는 다공성 기포 장치를 통하여 기포 상태로 배출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 수조 탱크 하단에서부터 상단을 향해 지그재그식으로배열된 공기 유도판을 더 포함하여, 상기 수조 탱크 하단의 기포들을 공기 유도판 하단의 경사면을 따라서 공기 방울들이 상승되게 하고,

상기 공기 유도판의 하단면에는 다수의 돌기가 설치되어 공기 유도판과 공기 유도판의 돌기에 의하여 공기의 흐름을 지연시키고 공기 방울들이 모여서 큰 공기 방울이 형성되는 것을 방지하여 공기 방울 내부에 미세 먼지나 유해 기체가 수중에 용해되는 시간을 충분히 확보하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 공기 배출기 내부에는 팬과 히터가 설치되며;

상기 팬은 공기 배출구를 통하여 공기의 배출을 원활하게 하며,

상기 히터 장치는 수중에 녹지 않은 잔류 오존을 추가적으로 산소로 변환시키고,

상기 공기 배출구를 통하여 배출된 정화된 공기의 오존 잔류량이 0.03 ppm 이하로 되게 처리한 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 수조 탱크를 복수 개로 구성하고,

플라즈마 발생장치에 연결된 유도관이 연결된 첫 번째 수조 탱크의 상단과 두번째 수조 탱크 하단에 또 다른 유도관을 연결하고,

상기 공기 펌프에서 고압으로 주입되는 공기를 플라즈마 방전시켜 공기 플라즈마를 첫 번째 수조 탱크의 하단으로 주입하고,

상기 첫 번째 수조 탱크의 공기압에 의하여 공기 플라즈마가 농축되어 물에 용해되며,

첫 번째 수조의 상단에 포집 된 공기를 공기압에 의해 두 번째 수조 탱크의 하단으로 유입토록 하며,

이후, n번째 수조 탱크와 다음에 놓인 n+1번째 수조 탱크 또한, 첫번째 수조 탱크와 두번째 수조 탱크와 동일한 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기청정기를 제공한다.

상기에서, 복수 개의 공기 펌프 또는 복수 개의 팬을 설치하여 각각의 공기 펌프와 플라즈마 발생장치를 연결하는 복수 개의 연결관과 플라즈마 발생장치와 다공성 기포 장치를 연결하는 복수 개의 유도관을 통하여 다공성 기포 장치에 공기 플라즈마를 주입하는 방식의 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 수조 탱크의 물은 주기적으로 교환될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 플라즈마 발생장치는,

튜브형 방전관 안에 전극을 설치한 튜브형 플라즈마 발생장치 또는 면형 바탕재에 전극을 설치한 면 형 플라즈마 발생장치를 포함하고,

방전에 의한 플라즈마 발생량을 조정하기 위하여 디밍을 실시하고,

플라즈마 발생량을 조정하기 위하여 타이머를 설치하여 플라즈마 발생을 간헐적으로 제어하는 것을 특징으로하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서, 튜브형 플라즈마 발생장치를 상기 수조 탱크 내부에 설치하여 물속에서 공기를 밀어내는 방식으로 발생된 플라즈마가 직접 물속에 주입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

또한, 본 발명은,

미세 먼지 제거 및 병원균의 살균 기능을 갖는 공기청정기로서,

상기 공기 청정기는,

상단, 중앙 및 하단으로 수직 배치된 3개의 수조 탱크;

하단의 수조 탱크와 중앙의 수조 탱크 사이에 설치되는 밸브 1과 상단의 수조탱크와 중앙의 수조 탱크 사이에 설치되는 밸브 2;

상기 하단의 수조 탱크에 구비된 공기 유입구;

상기 공기 유입구와 인접하여 배치되는 플라즈마 발생장치;

상기 상단의 수조 탱크에 구비된 공기 배출구; 및

상기 하단의 수조 탱크에 설치되어 하단의 수조 탱크의 물을 중앙의 수조 탱크로 퍼 올리는 물 펌프;를 포함하고,

상기 공기 유입구로부터 유입된 공기는 상기 플라즈마 발생장치에서 공기와 플라즈마가 혼합된 공기 플라즈마로 생성되고,

상기 하단의 수조 탱크의 물을 상단의 수조 탱크로 상기 물 펌프에 의하여 물이 이동되고,

상기 중앙의 수조 탱크의 물이 하단의 수조 탱크로 흐르는 과정에서 중앙의 수조 탱크 하단으로 공기 플라즈마가 주입되고,

상기 중앙의 수조 탱크에서 공기 및 플라즈마 입자가 물속에서 미세 먼지와 분해된 유기 기체, 오존 및 플라즈마 입자가 물에 녹아 제거되어 정화되고,

상기 상단의 수조 탱크의 물과 중앙의 수조 탱크의 공기가 교환되는 과정에서 정화된 공기가 상기 상단의 수조 탱크 상단의 공기 배출구를 통하여 배출되고,

상기 3개의 수조 탱크들의 물은 소정의 사용 기간마다 교환할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

상기에 있어서,

상기 수조 탱크에는 수위센서, 수질센서, 오존 배출량의 나타내는 오존량 표시기, 작동의 제어를 위한 공기 정화 속도계 또는 타이머가 설치되고,

상기 수조 탱크는 물의 보충이나 물의 교환을 위하여 탈착식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 플라즈마에 의해 살균처리 및 유기물이 분해되며, 물에 의한 미세 먼지 및 유기물이 오존과 함께 용해되어 제거되며, 오존과 수산기에 의한 물의 부패를 방지하는 효과를 갖는 공기 청정기가 제공된다. 특히, 본 발명의 플라즈마 장치는 종래의 음이온에 의한 미세 먼지 집진형 플라즈마에 비하여 소형의 플라즈마 장치가 가능하다. 소규모 플라즈마에 의하여 각종 세균이 제거되고, 물에 의하여 미세 먼지와 유기물 및 오존이 용해되어 완전히 정화된 공기를 배출할 수 있다. 본 발명에 따르면, 최종 배출되는 공기의 오존 농도가 0.03 ppm이하로 제어된 플라즈마 공기 청정기를 제공한다.

실내 공기의 정화와 박테리아 균류 및 곰팡이류와 바이러스 등이 제거되므로 각종 질병과 감기, SARS, 그리고 MARS 등의 질병 예방 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 필요에 따라 공기청정기의 규모를 정하여 제작할 수 있어 실내용 중소형 및 옥외용 초대형 플라즈마 공기 청정기가 제공될 수 있다.

도 1(a)는 본 발명의 공기 펌프를 사용한 제1 실시 예에 따른 플라즈마 공기청정기 시스템의 단면도.
도 1(b)는 플라즈마 공기 청정기 시스템의 사시도.
도 1(c)는 물속에 공기-플라즈마를 주입하여 기포를 발생하는 다공성 기포 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 공기 펌프를 사용한 제1 실시 예에 따른 플라즈마 공기청정기 시스템의 또 다른 방식으로서, 복수 개로 분리된 수조 탱크의 제1-수조 탱크에 고압의 공기 압력에 의하여 기체의 용해도가 증가하는 방식의 플라즈마 공기청정기 시스템의 단면도이다.
도 3은 복수 개의 소형 공기 펌프를 사용하여 공기-플라즈마를 기포 발생기에 주입하는 방식의 플라즈마 공기 청정기의 일부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 물 펌프를 사용한 제2 실시 예에 따른 공기청정기 시스템의 단면도.
도 5는 수조 탱크 내부에 설치되는 공기 유도판 하부면의 돌기를 도시한 개념도이다.
도 6은 공기 배출기의 내부에 팬과 히터 장치를 설치한 개념도.
도 7은 플라즈마 발생기의 플라즈마 발생 방식을 나타내는 개념도.
도 8은 공기 펌프와 연결된 플라즈마 발생 튜브를 수조 탱크에 삽입하여 공기-플라즈마를 수조 탱크에 주입하는 방식의 개념도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예와 제2 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 수조 탱크의 하단에 공기-플라즈마의 주입 방식에 따라서, 공기 펌프를 사용하는 제1 실시 예와 물 펌프를 사용한 제2 실시 예에 따른 플라즈마 공기청정기이다.

도 1은 본 발명의 공기 펌프를 사용한 제1 실시 예에 따른 플라즈마 공기청정기 시스템의 기본 구성을 나타내는 개념도이다.

도 1(a)는 공기청정기의 단면도이며, 도 1(b)는 사시도이다.

플라즈마 공기 청정기의 공기의 흐름을 부호 10-80을 따라 이해할 수 있다.

공기유입필터(10)를 통하여 공기가 유입된다.

공기 펌프(20)를 통하여 일정한 압력으로 플라즈마 발생기(30)에 공기가 유입된다.

플라즈마 발생기(30)에서 공기-플라즈마가 유도관(40)을 통하여 수조 탱크(100) 하단의 다공성 기포 장치(50)로 주입된다.

공기 기포가 공기 유도판(60)을 통하여 상승하여 수조 탱크(100) 상부의 공기 출구(70)와 공기 배출기(200) 하단의 공기 출입구(70)를 통과한다. 도 1(a) 및 도 1(b)에서 수조 탱크(100) 상부의 공기 출입구(70)와 공기 배출기(200) 하단의 공기 출입구(70)는 서로 접하여 있다. 수면(125)은 공기 출입구(70) 아래에 온다.

최종 공기 배출기(200)의 내부에 있는 정화된 공기가 공기배출 필터(80)를 통하여 청정 공기 상태로 방출된다.

도 1(c)는 다공성 기포장치(50)의 단면도이다. 기포 발생면은 다공성의 세라믹(51)재를 사용한 기포 발생을 도시하였다. 다공성 기포장치(50)는 '공기-돌(Air-stone)'이나 '공기-확산기(Air-diffuser)'를 사용한다. 이들은 돌가루, 플라스틱, 그리고 세라믹 등의 재료를 사용하며, 다양한 형태로 상용화되어 있다.

상기 도 1(c)에서 다공성 기포장치(50)에서 작은 기포 형태로 공기-플라즈마가 물속에 주입되는 것이 본 발명의 특징이다. 기포 장치를 사용하지 않으면, 다량의 공기가 대형의 공기방울 형태로 방출되어 물소리도 크게 발생하고 대형 공기 방울이 곧바로 상승하여 공기 중의 미세 먼지나 오존의 용해도가 낮아진다.

도 2는 본 발명의 공기-플라즈마 수중 용해도를 높이가 위한 복수 개의 수조 탱크를 사용한 플라즈마 공기 청정기를 도시한 단면도이다.

공기 펌프(20)에서 고압으로 주입되는 공기가 플라즈마 발생기(30)에서 공기-플라즈마 형태로 제1-수조 탱크(110) 하단의 다공성 기포 장치(50)에 주입된다.

상기 공기-플라즈마는 제1-수조 탱크(110) 상단의 공간에 고압 상태로 포집되어 제1-수조(110)와 제2-수조(120) 상단의 연결관(115)과 연결된 유도관(45)을 통하여 고압의 공기-플라즈마가 제2-수조 탱크(120) 하단의 다공성 기포 장치로 유입된다. 이후에 기포들이 상승하여 공기 배출기(200)로 이동하여 최종 정화된 공기가 배출된다.

도 2의 제1-수조 탱크(110)와 제2-수조 탱크(120)는 고압에 의하여 공기-플라즈마를 농축하여 용해도를 높이는 것을 특징으로 한다.

도 3은 복수 개의 공기 펌프(20)를 사용한 플라즈마 공기청정기의 부분 사시도이다. 복수 개의 공기 펌프를 각각 연결관(25)과 유도관(40)을 통하여 다공성 기포 장치(50)에 공기-플라즈마를 주입한다. 도 1과 도 2의 단일 공기 펌프(20)는 고압 장치로서 공기 펌프의 소음 문제가 발생할 수 있다. 따라서 실내용 공기청정기를 위하여 비교적 소음이 낮은 소형의 공기 펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소형 공기 펌프는 일반적으로 전압이 낮은 DC-전원으로 구동되므로 편리성이 있다.

도 4는 물 펌프를 사용하는 제2 실시 예의 공기 청정기 시스템의 단면도이다.

본 발명의 제2 실시 예는 수조 탱크의 물을 공기-플라즈마와 교환하는 원리이다. 수조 탱크(100)의 하부와 상부에 각각 하단 수조 탱크(101)와 상단 수조 탱크(102)의 3개의 수조 탱크로 구성된다. 각 수조 탱크 사이에는 밸브-1과 밸브-2가 설치되어 있다. 중앙 수조 탱크(100) 하단에 공기 흡입구(11)와 플라즈마 발생장치(30)가 설치된다.

공기의 흐름은 다음과 같다.

공기 흡입구(11)의 공기는 플라즈마 발생기(30)를 통과하여 공기-플라즈마가 수조 탱크(100)와 하단 수조 탱크(101) 사이의 수면의 변화에 의한 틈을 통하여 수조 탱크(100)로 주입된다. 수조 탱크(100)에서 공기-플라즈마가 공기 유도판(60)을 거치면서 상승한다. 이어서 공기-플라즈마는 상단 수조 탱크(102)를 통과하여 공기 배출기(200)에서 청정 공기가 배출된다.

도 4의 우측 그림에 수조 탱크(100) 하단의 수면 변화에 의하여 공기가 유입되는 원리를 별도로 나타내었다. 수조 탱크(100)에 공기-플라즈마가 주입되는 원리는 '가습기'나 '냉온수기'의 수조에 물이 줄어드는 과정에서 공기가 유입되는 것과 동일하다.

밸브-1이 열려있고 밸브-2가 닫혀있는 상태에서, 하단 수조 탱크(101)의 물이 물 펌프(21)에 의하여 상단 수조 탱크(102)로 펌핑되어 올려진다.

하단 수조 탱크(101)의 물이 줄어서 수면이 낮아지면, 수면과 수조 탱크(100) 하부 사이에 틈이 생긴다. 이 틈을 통하여 공기-플라즈마가 수조 탱크(100)로 주입된다. 즉, 하단 수조 탱크(101)의 물이 줄어드는 부피만큼 수조 탱크(100)로 공기-플라즈마가 주입된다. 이때 하단 수조 탱크(101)의 물은 물-펌프에 의하여 상단 수조 탱크(102)에 저장된다.

이어서 물 펌프(21)의 작동이 중단되고, 밸브-1이 닫히고 밸브-2가 열리면, 상단 수조 탱크(102)의 물이 수조 탱크(100)로 내려가고, 수조 탱크(100)의 정화된 공기는 상단 수조 탱크를 통하여 공기 배출기(200)로 배출된다.

상기와 같이 물 펌프(21)가 일정한 주기 시간동안 작동과 정지가 반복되는 과정에서 중앙의 수조 탱크(100)의 물이 하단 수조 탱크(101)에서 상단 수조 탱크(102)로 순환되고, 공기-플라즈마는 수조 탱크(100)를 통하여 일정한 주기 시간 간격으로 공기 배출기(200)를 통하여 정화된 공기가 배출된다.

상기 본 발명의 물 펌프(21)를 사용한 제2 실시 예는 수조 탱크(100)의 물을 공기-플라즈마로 교환하는 방식이다. 이는 공기 펌프(20)를 사용한 제1 실시 예와 같이 공기-플라즈마를 강제 주입하는 방식과는 다르게 공기-플라즈마가 비강제적으로 수조 탱크(100)에 유입되는 것이 특징이다.

수조 탱크(100) 하단으로 주입된 공기-플라즈마는 공기 유도판(60)을 따라서 상승하는 과정에서 미세 먼지 및 분해된 유기물과 오존 등이 용해된다.

도 4는 정화공기의 용량에 따라서 복수 개의 물펌프(21)를 설치할 수도 있고, 수조 탱크(100) 하부의 밸브-1이 설치된 물이 내려가는 통로구도 복수 개를 설치할 수 있으나, 도 4에는 도시하지 않았다.

도 5는 공기 유도판(60)의 하부면에 다수의 돌기(61)를 설치하여 공기 방울이 모이지 않게 하며, 미세 먼지의 용해를 촉진한다. 공기 중에 포함된 미세 먼지가 플라즈마 공기 방울에 의해 이송되어 물속으로 용해되는 과정에서 돌기들이 물과의 접촉면적을 확대하여 줄 수 있다.

도 6은 공기 배출기(200)의 내부에 팬(210)과 히터 장치(220)를 설치한 것을 보여주는 도면이다. 팬(210)을 설치하여 정화된 공기가 원활하게 배출되도록 한다. 히터 장치(220)는 수조 탱크에서 물에 용해되지 않고 방출되는 잔존 오존을 최종 산소로 변환하는 장치이다. 일반적으로 오존은 섭씨 200 도의 온도에서 거의 100% 산소로 변환되므로 히터 선을 설치하여 오존발생 없는 공기청정기가 실현된다.

본 발명의 플라즈마 공기청정기의 수조 탱크(100)는 미세먼지와 유기 기체의 용해로 장기간 사용하면 수조 탱크 밑바닥에 슬러리가 발생하고 물이 혼탁해 진다. 따라서 수조 탱크를 분리하여 깨끗한 물로 교체할 수 있도록 탈착 방식으로 제작한다.

또한, 옥외용 대형 플라즈마 공기청정기의 경우에는 수조 탱크에 물 배출구와 수도관을 연결하여 수조 탱크의 물을 수시로 교체하는 방법을 사용할 수 있다.

도 7은 플라즈마 발생장치(30) 내부에 설치되는 플라즈마 발생의 개념도들이다.

플라즈마의 발생은 두 개의 금속 전극에 교류형 전압을 인가한다. 두 개의 전극은 유전층을 도포하지 않거나, 혹은, 어느 하나 이상에 유전층을 도포하는 방식을 채용할 수 있다. 전극의 형태는 바늘형, 면의 형태, 그리고 도선의 형태가 모두 가능하다. 방전 방식으로는 두 개의 전극을 대향 되게 배치하거나, 공면상에 배치하거나, 그리고 필름 면의 상하면에 배치할 수도 있다. 플라즈마의 발생량은 정화 공기의 배기량에 따라서 정해진다.

도 7a는 튜브형 방전이고, 도 7b는 면방전 형태를 도시한 개념도이다.

도 7a에서 (1a)는 일반 피복전선과 비피복 전선을 사용하여 유리관 내부에 설치한 플라즈마 발생장치이다. 피복전선에 비피복전선을 감아서 각각에 고전압과 접지 전압을 인가한다.

도 7a에서 (1b)는 유리관 내부에 유전체로서 폴리이미드를 사용한 유전-튜브를 설치하고, 유전-튜브의 내부와 외부에 길이 방향으로 각각 전극이 형성된 플라즈마 발생장치이다. 폴리이미드 외에 다른 유전체로 유전-튜브를 만들 수도 있으며, 유전-튜브 내외에 각각 배치되는 전극은 전압인가에서 하나의 쌍을 이루고, 이러한 쌍을 다수로 구성할 수 있다. 쌍을 이루는 전극들은 튜브 중심축에 대해 서로 다른 중심각 변위에 배치되었다.

도 7b의 (2a)는 바탕재 위에 피복전선을 비피복전선으로 감아서 설치하고, 각각 전압을 인가한 플라즈마 발생장치이다. 피복전선에 고전압을, 비피복전선에 접지를 연결하였고 이러한 전극구성을 다수 배치할 수 있다.

도 7b의 (2b)는 바탕재 위에 유전체로서 폴리이미드(Polyimide) 필름을 설치하고, 필름면의 상하면에 각각 전극을 형성한 플라즈마 발생장치이다. 여기서도 다른 종류의 유전체 필름을 적용할 수 있다.

도 7c의 (2c)는 바탕재 위에 유리판(또는 Quartz)을 설치하고, 유리판의 하부에 금속 면전극을, 상부에 금속 메쉬 전극을 설치한 면 플라즈마 발생 장치이다. 유리판은 세라믹이나 플라스틱 소재 기판으로 대체될 수 있다.

도 7c의 (2d)는 유리판 위에 공면전극을 설치한 플라즈마 발생 장치이다. 이는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP)의 공면전극의 형태이다. 유리판 위에 다수의 방전점을 갖는 전극을 설치하고 전극 위를 유전체로 덮는다. 여기서도 유리판은 세라믹이나 플라스틱 소재 기판으로 대체될 수 있다.

상기 도 7의 플라즈마 발생은 수십 내지는 수백 kHz의 교류 전원을 적용하며 플라즈마의 발생량에 따라서 인가 전압을 낮게는 500 V, 높게는 3 kV 가하여 플라즈마를 발생시킨다.

상기 도 7의 플라즈마 발생량의 제어와 공기청정기 동작 제어를 위하여 디밍을 포함한 다양한 변조파에 의한 구동이 가능하며, 타이머의 작동과 함께 플라즈마의 발생을 제어할 수 있다.

도 8은 상기 도 7a의 (1a)의 튜브형 플라즈마 장치를 사용하여 유도관(40)으로 사용한 예시도이다. 튜브형 플라즈마 장치를 수조 탱크(100) 내부에 삽입하여 튜브 내부에 공기를 불어 넣어서 플라즈마를 발생하고, 발생된 공기-플라즈마를 유도관(40)을 통하여 수조 탱크 하부의 다공성 기포 발생장치(50)에 주입한다. 도 8은 도 7a의 (1a) 이외의 튜브형 플라즈마 발생 장치(예를 들면 도 7a의 (1b))를 적용할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 공기청정기의 제어를 목적으로 각종 센서를 설치할 수 있다. 미세 먼지 배출 센서, 오존 센서, 수조 탱크의 수위 센서 및 물의 혼탁도 센서 등이다.

한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 공기유입 필터, 11: 공기 흡입구
20: 공기 펌프
21: 물 펌프
25: 연결관
30: 플라즈마 발생장치
40, 45: 유도관
50: 다공성 기포장치, 51: 다공성 세라믹
60: 공기 유도판, 61: 돌기
70: 공기 출구
80: 공기배출 필터
100: 수조 탱크, 110: 제1-수조 탱크, 120: 제2-수조 탱크, 115: 연결관
101: 하단 수조 탱크, 102: 상단 수조 탱크
125, 126: 수위
200: 공기 배출기, 210: 팬, 220: 히터 장치
300: 전원

Claims (2)

1. 미세 먼지 제거 및 병원균의 살균 기능을 갖는 공기청정기로서,
   상기 공기 청정기는,
   상단, 중앙 및 하단으로 수직 배치된 3개의 수조 탱크;
   하단의 수조 탱크와 중앙의 수조 탱크 사이에 설치되는 밸브 1과 상단의 수조탱크와 중앙의 수조 탱크 사이에 설치되는 밸브 2;
   상기 하단의 수조 탱크에 구비된 공기 유입구;
   상기 공기 유입구와 인접하여 배치되는 플라즈마 발생장치;
   상기 상단의 수조 탱크에 구비된 공기 배출구; 및
   상기 하단의 수조 탱크에 설치되어 하단의 수조 탱크의 물을 중앙의 수조 탱크로 퍼 올리는 물 펌프;를 포함하고,
   상기 공기 유입구로부터 유입된 공기는 상기 플라즈마 발생장치에서 공기와 플라즈마가 혼합된 공기 플라즈마로 생성되고,
   밸브 1이 열려있고 밸브 2가 닫혀있는 상태에서, 상기 물 펌프의 동작에 의해 상기 하단의 수조 탱크의 물이 상단의 수조 탱크로 이동되어 하단 수조 탱크의 물이 줄어 수면이 낮아지면서 생긴 틈을 통하여 공기 플라즈마가 상기 하단 수조 탱크 안으로 주입되고,
   물 펌프의 동작이 중단되고 밸브 1이 닫히고 밸브 2가 열려 상단 수조 탱크의 물이 중앙의 수조 탱크를 거쳐 하단 수조 탱크로 내려가고, 물이 하단의 수조 탱크로 흐르는 과정에서 중앙의 수조 탱크 하단으로 공기 플라즈마가 주입되고,
   상기 중앙의 수조 탱크에서 공기 및 플라즈마 입자가 물속에서 미세 먼지와 분해된 유기 기체, 오존 및 플라즈마 입자가 물에 녹아 제거되어 정화되고,
   상기 상단의 수조 탱크의 물과 중앙의 수조 탱크의 공기가 교환되는 과정에서 정화된 공기가 상기 상단의 수조 탱크 상단의 공기 배출구를 통하여 배출되고,
   상기 3개의 수조 탱크들의 물은 소정의 사용 기간마다 교환할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수조 탱크에는 수위센서, 수질센서, 오존 배출량의 나타내는 오존량 표시기, 작동의 제어를 위한 공기 정화 속도계 또는 타이머가 설치되고,
   상기 수조 탱크는 물의 보충이나 물의 교환을 위하여 탈착식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공기 청정기.
   

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