KR101942658B1 - Fine Dust Trap With Plasma Discharge Source For Charging Particles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세먼지 제거기에 관한 것으로, 특히 본 발명자에 의해 발명되고 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2017-0051412호의 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기를 제안한다. The present invention relates to a fine dust remover, and more particularly, to a fine dust remover using a plasma generating apparatus of Korean Patent Application No. 10-2017-0051412, invented by the present inventor and filed by the present applicant.
최근 미세먼지로 인한 대기오염 문제가 심각한 상황이다.Recently, the problem of air pollution due to fine dust is serious.
미세먼지는 크기가 10um 이하, 초미세먼지는 크기가 2.5um 이하인 먼지입자를 뜻한다. 실질적으로 초미세먼지의 경우 수십 nm 크기의 매우 작은 먼지 입자들도 상당하다. 이러한 미세먼지와 초미세먼지의 경우, 호흡기 질환을 비롯한 각종 질환을 일으킬 수 있어 미세먼지 농도에 대한 예보를 실시하고 있다. 미세먼지 농도가 나쁨 수준일 경우, 외출을 자제하게 하거나 전용 마스크 착용을 권하며, 실내 공기 관리도 촉구하고 있다. 이에 대해 실내 공기청정기를 설치할 수 있는데, 기존의 공기청정기는 일반 필터와 헤파 필터를 구비하는 것이 대부분이다. 일반 필터는 물론 헤파 필터 역시 크기가 작은 미세먼지는 걸러내지 못하는 문제가 있다. 특히, 수십 나노 크기의 초미세먼지는 일반 필터와 헤파 필터를 모두 통과하기 때문에 다른 수단을 강구하여야 한다. Fine dust refers to dust particles with a size of 10um or less, and ultrafine dust particles with a size of 2.5um or less. In the case of ultrafine dust, very small dust particles of several tens of nanometers in size are also significant. Such fine dusts and ultrafine dusts can cause various diseases including respiratory diseases, so that they are forecasting the concentration of fine dusts. When the concentration of fine dust is low, it is recommended to keep outdoors or wear a special mask, and also to encourage indoor air management. In this case, an indoor air purifier can be installed, and most of the existing air purifiers are equipped with a general filter and a hepafar filter. There is a problem that not only the general filter but also the HEPA filter can not filter fine dust having a small size. Particularly, since the ultrafine dust having a size of several tens of nanometers passes through both the general filter and the HEPA filter, other means must be taken.
한편, 플라즈마 응용기술은 기존의 반도체 제조, 표면처리, 핵융합 분야를 넘어 바이오 분야에 대한 적용에 대해 활발히 연구되고 있다. 즉, 플라즈마 기술은 살균, 미세먼지 제거, 공기 정화, 생체 질병에 대한 치료, 처치, 미용용 시술 등 다양하게 전개되고 있다. 이와 같이 플라즈마 적용분야를 확대하고 있는 가운데 플라즈마 발생 장치의 구성도 응용 목적에 따라 다양하게 설계되고 있다. 바이오 분야를 포함하여 실생활에 적용되는 플라즈마 기술의 경우, 전기적 안전성과 더불어, 적용 목적에 따라 활성종의 종류와 생성량을 제어할 수 있는 장치 구성을 요한다.On the other hand, plasma application technology has been actively studied for application to bio-field beyond conventional semiconductor manufacturing, surface treatment, and fusion. That is, plasma technology has been developed in various ways such as sterilization, fine dust removal, air purification, treatment for biological diseases, treatment, and cosmetic treatment. As the plasma application field is expanded, the configuration of the plasma generating device is also designed variously according to the application purpose. In the case of plasma technology applied to real life including biotechnology, it is necessary to construct a device capable of controlling the kind and amount of active species according to the purpose of application, in addition to electrical safety.
상술한 바와 같이, 본 발명자들은 플라즈마 방전과 피처리 입자에 대한 대전 작용을 부여한, 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 발명하여 출원 한 바 있으며, 상기 장치는 플라즈마를 이용하되, 매우 효율적인 처리가 가능하다. As described above, the inventors of the present invention have filed and applied a plasma generating apparatus capable of charging particles, to which a plasma discharge and a charging action against the particles to be treated are given. The apparatus uses plasma, It is possible.
본 발명의 목적은 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 미세먼지 제거기에 응용하여 새로운 방식의 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is to provide a fine dust remover of a new type by applying a plasma generating device capable of charging particles to a fine dust removing device.
즉, 본 발명의 구체적인 목적은 입자 크기가 매우 작은 초미세먼지도 거러낼 수 있는 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이며, 아울러 각종 유해물질의 분해 제거 및 살균 효과를 겸할 수 있는 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이다. That is, a specific object of the present invention is to provide a fine dust removing device capable of filtering ultrafine dust having a very small particle size, and also to provide a fine dust removing device which can combine decomposition and disinfection of various harmful substances .
상기 목적에 따라, 본 발명은, 플라즈마 발생용 전극과 전기장 형성 및 입자 대전용 전극을 구비하는 플라즈마 발생장치를 기존의 공기청정기에 접목시켜 미세먼지와 초미세먼지를 대전시키고 대전된 미세먼지와 초미세먼지 입자들이 정전기력으로 서로 뭉쳐 입자 크기가 증가되어 헤파 필터에서 충분히 걸러지도록 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기를 제공한다. According to the above object, the present invention provides a plasma generating apparatus comprising a plasma generating device including a plasma generating electrode, an electric field forming electrode and an electrode for particle charging, with a conventional air purifier to electrify fine dust and ultrafine dust, The fine dust particles aggregate with each other due to the electrostatic force to increase the particle size so that the fine dust particles are sufficiently filtered by the HEPA filter.
본 발명에 따르면, 미세먼지 및 초미세먼지 입자들이 대전 되어 뭉쳐져 상당한 크기로 성장하여 해파 필터에 의해 충분히 걸러지며, 수십 nm 크기의 초미세먼지도 역시 같은 메커니즘을 통해 헤파 필터로 걸러진다. According to the present invention, the fine dust particles and the ultrafine dust particles are charged and agglomerated to a considerable size and sufficiently filtered by the wave filter, and the ultrafine dust particles having a size of several tens nm are also filtered by the hepar filter through the same mechanism.
추가적으로, 본 발명에 따르면, 플라즈마에 의해 반응성이 높은 H2O2와 OH를 생성할 수 있으며 이들을 이용하여 살균 작용을 얻을 수 있고, 입자 대전용 전극이 형성한 전기장에 의해 전자 진동을 일으켜 오존 분해 작용을 얻을 수 있어 공기청정 기능 또한 우수하다. In addition, according to the present invention, it is possible to generate H 2 O 2 and OH which are highly reactive by plasma, to obtain a sterilizing action by using them, to cause electron oscillation by an electric field formed by the electrode for particle charging, And the air cleaning function is also excellent.
도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 제거기의 구성을 보여주는 단면 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 적용될 수 있는 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 미세먼지 제거기에 적용된 플라즈마 발생장치에 인가되는 전압 그래프이다.
도 6은 본 발명의 미세먼지제거기에 대한 실시간 미세먼지 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 미세먼지제거기에 의해 헤파 필터에 집진 된 미세먼지를 촬영한 이미지들이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a fine dust removing device according to the present invention.
Figs. 2 to 4 are cross-sectional views of a plasma generating apparatus applicable to Fig.
5 is a graph of a voltage applied to the plasma generator applied to the fine dust remover of the present invention.
6 is a graph showing a result of real-time fine dust measurement for the fine dust remover of the present invention.
FIG. 7 is a photograph of fine dust collected in the HEPA filter by the fine dust remover of the present invention. FIG.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 미세먼지제거기의 구조를 보여주는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a fine dust remover according to the present invention.
기둥형 하우징의 일면은 공기가 유입되는 유입구로 프리 필터(1)와 공기 흡입용 공기 팬(2)이 있고, 후면에는 헤파 필터(5)와 활성탄(6)이 있다. 하우징 내부에는 플라즈마 발생장치(3)가 배치되며, 여기에는 전기장 발생장치도 포함된다. One side of the columnar housing has an inlet for introducing air into the
미세먼지제거기의 내부 구성에 대해, 도 1의 좌측과 우측의 것은 플라즈마 발생장치와 전기장 발생장치의 구조 차이를 지닌다. As for the internal structure of the fine dust remover, the left and right sides of FIG. 1 have a difference in structure between the plasma generating device and the electric field generating device.
좌측에 도시된 미세먼지제거기는 기둥형 하우징 내부에 플라즈마 발생장치(3)가 배치되고, 상기 플라즈마 발생장치(3)는 플라즈마 방전과 함께 전기장 발생에 필요한 구성을 자체 내에 구비하고 있다. 즉, 플라즈마 발생장치(3)에 포함된 전극들이 플라즈마 방전과 전기장 발생을 담당한다. In the fine dust remover shown on the left side, the plasma generator 3 is disposed inside the columnar housing, and the plasma generator 3 has the structure necessary for generating the electric field together with the plasma discharge. That is, the electrodes included in the plasma generating device 3 take charge of the plasma discharge and the generation of the electric field.
우측에 도시된 미세먼지제거기는 플라즈마 발생장치(3)와 이에 대응한 전기장 발생장치(4)가 별도로 구성된다. 즉, 플라즈마 발생장치(3)에 포함된 전극은 플라즈마 방전용이고, 대응하는 전극이 전기장 발생장치(4)이다. In the fine dust remover shown on the right side, the plasma generating device 3 and the corresponding electric field generating device 4 are separately constructed. That is, the electrode included in the plasma generating device 3 is for plasma discharge, and the corresponding electrode is the electric field generating device 4.
이들은 하우징 내부에 배치되며, 공기가 통과할 수 있는 공간을 형성하도록 배치된다. 바람직하게는 하우징의 벽면에 쌍을 이루는 플라즈마 발생장치(3)가 서로 마주보도록 배치되며, 우측의 경우도 플라즈마 발생장치(3)와 전기장 발생장치가 서로 마주보며 하우징의 벽면에 배치되어 있다. They are arranged inside the housing and are arranged to form a space through which air can pass. Preferably, the plasma generating apparatuses 3 paired with the wall surface of the housing are arranged to face each other, and in the case of the right side, the plasma generating apparatus 3 and the electric field generating apparatus face each other and are arranged on the wall surface of the housing.
하우징의 전면과 후면은 각각 공기 유입구와 배출구를 이룬다. 전면에는 프리필터(1)와 공기 팬(2)이 배치되어 공기를 흡입하고, 후면에는 헤파 필터(5)가 배치되며, 바람직하게는 활성탄 필터(6)를 더 포함한다. The front and back sides of the housing form an air inlet and outlet, respectively. A
프리필터(1)는 공기 팬(2)(공기 블로워로 불리우기도 함)의 전단(또는 후단)에 설치되어 플라즈마 방전 영역에 먼지를 포함한 공기가 도달하기 전에 크기가 큰 먼지 입자들을 1차적으로 걸러서 제거해주는 역할을 한다. 즉, 프리필터(1)는 30~50um 이상의 크기를 갖는 먼지 입자들을 걸러주어 1차적인 공기 정화의 역할을 한다.The
공기 팬(2)은 공기정화를 위해 주변의 미세먼지를 포함한 공기를 미세먼지제거기의 공기 정화 처리부로 흡입해주는 역할을 한다. 미세먼지제거기의 크기 및/또는 목적에 따라 다양한 크기 내지 유량의 공기 팬을 설치할 수 있다. The
공기 팬(2)에 의해 흡입된 공기는 플라즈마 발생장치(3)에 의해 처리된다.The air sucked by the
플라즈마 발생장치(3)에 대한 설명은 본 발명자에 의해 발명되고 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2017-0051412호에 잘 나와있다. The description of the plasma generator 3 is described in Korean Patent Application No. 10-2017-0051412, invented by the present inventor and filed by the present applicant.
도 1의 좌측에 보인 플라즈마 발생장치(3)의 전극의 구성은 도 2에 도시되어 있다.The structure of the electrode of the plasma generator 3 shown in the left side of Fig. 1 is shown in Fig.
기판(100)의 배면과 상면에 각각 X 전극(200)과 Y 전극(300)이 설치되고 각각의 전극은 유전체(400)로 덮여진다. X 전극(200)과 Y 전극(300)은 전기적으로 서로 반대 극성의 전압이 인가된다. 따라서 도 2의 경우, 전극들은 위에서부터 아래로 +/-//+/-와 같은 순서의 극성을 띠게 된다. 도 3과 도 4의 경우, 전극들은 위에서부터 아래로 +/-//+와 같은 순서의 극성을 띠게 된다.An
기판은 유리, 폴리머, 세라믹, 수정 등의 유전체로 구성된다. The substrate is made of a dielectric material such as glass, polymer, ceramic, or quartz.
도 2에서 위 편의 플라즈마 소스(제1 플라즈마 소스)의 Y 전극(300)은 판상으로 제작되어 기판(100) 상면에 배치되고, X전극(200)은 서로 이격이 있는 패턴형 전극으로 제작된다. 여기서 Y전극(300)은 X전극(200)과 같은 패턴형으로 제작될 수도 있다. 2, the Y electrode 300 of the plasma source (the first plasma source) is formed in a plate shape and disposed on the upper surface of the
도 2의 아래 편에 도시된 플라즈마 소스(제2 플라즈마 소스)는 제1 플라즈마 소스와 대칭적으로 마주한 형태를 나타낸다. 패턴형 전극인 Y전극(300)이 위 편을 바라보고 기판(100) 배면에 판상 전극인 X 전극(200)이 배치된다. The plasma source (second plasma source) shown on the lower side of FIG. 2 is symmetrically opposed to the first plasma source. The
X 전극(200)과 Y 전극(300)은 전기적으로 서로 반대 극성의 전압이 인가되어 패턴형 전극면에서 플라즈마 방전이 일어나고, 이때 다수의 전자 그리고 약간의 활성종(활성산소종(O3, OH), 활성질소종(NO2, NO)) 등이 발생한다.The
한편, 패턴형 전극인 제1 플라즈마 소스의 X전극(200) 그리고 제2 플라즈마 소스의 Y전극(300)는 상하로 서로 마주보고 있고 간격을 두고 있으며, 서로 반대 극성의 전압이 인가되므로 마주보는 간격 d가 이루는 공간에 전기장이 형성된다. 이때 두 개의 플라즈마 소스가 이루는 간격 d가 너무 가까우면 플라즈마 방전이 일어날 수 있으므로 간격 d를 적절히 띄워 플라즈마 방전이 일어나지 않도록 하여야 한다. 즉, 플라즈마 방전은 제1 플라즈마 소스의 X전극(200)인 패턴형 전극면에서 일어나고, 제2 플라즈마 소스의 Y전극(300)인 패턴형 전극면에서 일어나며, 제1 플라즈마 소스의 X전극(200)과 제2 플라즈마 소스의 Y전극(300) 사이에는 플라즈마 방전이 일어나지는 않고, 전기장이 형성된다. On the other hand, the
두 개의 소스 사이 공간에 형성된 전기장은 플라즈마 방전에 의해 생성된 전자들에 대해 힘을 미친다. 이러한 전자는 두 개의 플라즈마 소스 사이에 존재하는 입자와의 상호작용을 통해 입자를 대전시킬 수 있다. 그리고 전극에 인가되는 교류 전압에 의한 전기장의 진동 현상은 전자의 상하 진동을 일으키고 입자를 대전시키는데 매우 효율적인 추가적인 역할을 한다. The electric field formed in the space between the two sources forces on the electrons generated by the plasma discharge. These electrons can charge the particles through interaction with the particles that exist between the two plasma sources. The oscillation of the electric field due to the alternating voltage applied to the electrode causes an up-down vibration of electrons and plays an additional effective role in charging the particles.
본 실시예에서는 미세먼지를 포함한 공기가 플라즈마 발생장치(3)의 방전 공간에 유입됨으로써 미세먼지 자체가 대전 되고 전기장에 의해 진동되면서 서로 뭉쳐져 크기가 증가하게 된다. 이는 마치 눈덩이를 뭉쳐 굴리면 눈 뭉치가 커지는 것과 비슷하다. In this embodiment, the air including the fine dust flows into the discharge space of the plasma generator 3, so that the fine dust itself is charged and oscillated by the electric field, This is similar to a snowball growing as a snowball rolls.
좀 더 상세히 설명하면, 대전 된 먼지는 전기적으로 음성을 띠게 되고, 음성을 띤 먼지는 대전 되지 않은 중성 먼지 입자와 전기적으로 당기게 된다. 이와 같은 과정이 반복되어, 미세 먼지 입자는 전기적인 힘으로 인해 그 크기가 커지게 되고, 수십 nm 크기의 작은 미세먼지 역시 그 크기를 상당히 키울 수 있다. 따라서 헤파 필터에서 걸러질 수 있는 정도로 미세먼지 크기가 성장하게 된다. More specifically, the charged dust becomes electrically negative and the negatively charged dust electrically attracts the uncharged neutral dust particles. As the process is repeated, the size of the fine dust particles is increased due to the electric force, and the size of the fine dust particles having a size of several tens of nanometers can be significantly increased. Therefore, the fine dust size grows to such an extent that it can be filtered by the HEPA filter.
또한, 전자와 함께 발생 된 활성산소종(O3, OH) 및/또는 활성질소종(NO2, NO)은 살균 및 탈취의 역할을 할 수 있다. In addition, active oxygen species (O 3 , OH) and / or active nitrogen species (NO 2 , NO) generated with electrons can play a role of sterilization and deodorization.
또한, 전기장에 의해 야기된 전자의 진동은 플라즈마 방전시 발생한 오존(O3)과 충돌하여 오존을 분해시킨다(O3→O2+O).In addition, the vibration of the electrons caused by the electric field collides with the ozone (O 3 ) generated in the plasma discharge to decompose ozone (O 3 → O 2 + O).
다량 발생 시 인체에 해로울 수 있는 오존을 분해시키는 효과를 갖는 것은 미세먼지제거기로서 유용한 기능이다. The effect of decomposing ozone, which can be harmful to humans in a large amount, is a useful function as a fine dust remover.
플라즈마 발생장치(3)의 구성을 도 2와 같이 마주하는 제1 플라즈마 소스와 제2 플라즈마 소스를 서로 대칭적으로 동일하게 한 미세먼지제거기가 도 1의 좌측의 것이다. 미세먼지제거기 하우징을 사각기둥과 같은 다각기둥 내지 원기둥형으로 하여 하우징 벽면을 이용해 플라즈마 발생장치 서로 마주보게 배치하였고, 두 세트를 직렬배치하였다. 병렬배치되는 플라즈마 발생장치의 개수는 다양하게 조절될 수 있다. A fine dust remover in which the first plasma source and the second plasma source, which face each other in the configuration of the plasma generator 3 as shown in Fig. 2, are symmetrically equal to each other is shown on the left side of Fig. The fine dust remover housings were arranged in a rectangular columnar shape such as a polygonal columnar shape or a cylindrical shape, and were arranged facing the plasma generation devices using the housing wall surface, and two sets were arranged in series. The number of plasma generating devices arranged in parallel can be variously adjusted.
도 3과 도 4에는 도 1의 우측에 보인 플라즈마 발생장치(3)와 전기장 발생장치(4)의 구성이 나와있다. Figs. 3 and 4 show the configurations of the plasma generator 3 and the electric field generator 4 shown on the right side of Fig.
패턴형 X전극(200)과 평판형 Y전극(300)을 기판(100)의 양면에 각각 구비한 제1 플라즈마 소스(500)가 도 1의 우측 미세먼지제거기의 플라즈마 발생장치(3)에 해당된다. The
제2 플라즈마 소스(600)(실질상 플라즈마 방전이 아니라 전기장 발생용이나 명칭 부여 편의상 플라즈마 발생장치에 포함되어 방전된 입자의 대전용 전기장 발생을 담당하기 때문에 '플라즈마 소스'라 칭한다)는 기판(100) 상면에 평판형 전극으로 Y전극(300)을 구성하고 이를 유전체(400)로 덮었으며, 기판 배면에는 아무런 전극도 배치하지 않았다. 플라즈마 방전은 제1 플라즈마 소스(500)의 패턴형 전극인 X전극(200) 면에서 일어나고, 제2 플라즈마 소스(600)의 판상 전극인 Y전극(300)과 상기 패턴형 전극인 X전극(200)은 간격을 두고 마주 보며, 이들 사이의 공간에는 전기장이 형성되어 입자(미세먼지)를 대전시킨다. 즉, 제1 플라즈마 소스(500)의 패턴형 전극인 X전극(200)과 제2 플라즈마 소스(600)의 판상 전극인 Y전극(300)은 전기적으로 서로 반대 극성을 띠므로 이에 의한 전기장이 형성되어 플라즈마 방전시 생성된 전자가 진동하면서 주변의 먼지입자를 대전시키게 된다.The
도 4는 도 2 및 도 3의 변형실시예이며, 도 3의 제2 플라즈마 소스(600)의 배치를 뒤집어 놓은 것이다. 즉, 제2 플라즈마 소스(600)의 기판(100) 면이 위로 향하게 배열되어 제1 플라즈마 소스(500)의 X전극(200)은 제2 플라즈마 소스(600)의 기판(100)을 마주한다. 제2 플라즈마 소스(600)의 Y전극(300)은 기판(100) 배면에 배치되나 제1 플라즈마 소스(500)의 X전극(200)과 전기적으로 반대 극성을 띠어 제1 플라즈마 소스(500)의 X전극(200)과 제2 플라즈마 소스(600)의 Y전극(300) 사이 공간에 전기장을 형성한다. 상기 전기장은 플라즈마 방전으로 인하여 생성된 전자 진동을 일으켜 입자를 대전시킨다. Fig. 4 is a modified embodiment of Figs. 2 and 3, in which the arrangement of the
상기에서 패턴형 전극은 플라즈마 방전용 전극으로 기능하고, 상기 패턴형 전극과 상하로 마주하게 되는 전극(패턴형 전극 또는 평판형 전극)은 플라즈마 방전용이 아닌 전기장 형성용이다. 전기장 형성을 통해 전자 진동 및 입자 대전을 일으킨다. The patterned electrode functions as a plasma discharge electrode, and the electrode (patterned electrode or flat plate-shaped electrode) facing up and down with respect to the patterned electrode is for forming an electric field instead of plasma discharge. Electrostatic oscillation and particle charging are caused by electric field formation.
한편, 제2 플라즈마 소스(600)의 상면 또는 배면에 배열되는 Y전극은 패턴형 전극으로 구성될 수도 있다. Meanwhile, the Y electrodes arranged on the upper surface or the rear surface of the
이와 같이 하여 유해물질이 분해 제거되고 뭉쳐진 미세먼지는 헤파 필터(5)에 의해 걸러지게 된다. In this way, the harmful substances are decomposed and removed, and the fine dusts that are gathered are filtered by the HEPA filter 5.
본 발명에서 헤파 필터(5)는 바람(공기)이 나가는 부분에서 먼지입자들을 걸러서 제거해 주는 역할을 갖는다. 즉, 플라즈마 발생장치(3)와 전기장 발생장치(4)로 인해 크기가 커진 먼지들을 공기가 미세먼지제거기 밖으로 나가기 전에 헤파 필터(5)를 이용하여 걸러준다. 프리 필터(1)에 비해 구멍의 크기가 훨씬 작은 구조를 갖는 헤파 필터(5)를 미세먼지제거기 후단에 설치하여 작은 크기의 먼지까지도 제거하도록 구성한 것이다. In the present invention, the HEPA filter (5) has a function of filtering out dust particles from the wind (air) exit portion. That is, the dust having a larger size due to the plasma generating device 3 and the electric field generating device 4 is filtered by the HEPA filter 5 before the air exits the fine dust removing device. The HEPA filter 5 having a structure with a much smaller hole size than that of the
헤파 필터는 일반적으로 300nm 이상 크기의 먼지들을 잡아낼 수 있다고 알려져 있다. 본 발명에서는 헤파 필터와 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 함께 설치하여, 폐암의 주요한 원인 중 하나인 30~70nm 크기의 미세먼지들을 대전 원리를 이용하여 크기를 키우고 헤파 필터를 이용하여 제거할 수 있게 하였다. HEPA filters are generally known to be able to catch dusts over 300 nm in size. In the present invention, a HEPA filter and a plasma generator capable of charging particles are installed together to increase the size of fine dusts of 30 to 70 nm size, which is one of the main causes of lung cancer, using a charging principle, and remove them using a HEPA filter I can do it.
또한, 헤파 필터(5) 후단에 활성탄을 배치하여 오존 제거 기능을 강화하였다. Further, activated carbon was disposed at the rear end of the HEPA filter 5 to enhance ozone removing function.
활성탄(또는 활성탄 필터)은 일반적으로 오존의 분해 및 탈취에 탁월한 효과를 갖기 때문이다. 본 발명에서는 플라즈마 방전시 발생하는 소량의 오존(O3)을 전기장에 의한 오존 입자 충돌을 통해 1차적으로 제거하고, 활성탄(6)에 의해 추가적으로 제거한다. 즉, 활성탄을 이용해 오존(O3)을 산소로 분해 시켜, 오존에 의한 부정적인 영향을 제거한다. Activated carbon (or activated carbon filter) generally has an excellent effect on decomposition and deodorization of ozone. In the present invention, a small amount of ozone (O 3 ) generated during plasma discharge Is firstly removed through ozone particle collisions by an electric field, and is additionally removed by activated carbon (6). That is, ozone (O 3 ) is decomposed into oxygen by using activated carbon, thereby eliminating the negative influence of ozone.
도 5는 플라즈마 발생장치(3) 및/또는 전기장 발생장치에 인가되는 구동전압의 형태를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the type of drive voltage applied to the plasma generating device 3 and / or the electric field generating device.
일반적인 파형은 ①의 파형과 같이 플라즈마가 켜져 있고 꺼져 있는 시간(ON /OFF time) 을 조절하는 버스트 모드(Burst mode) 방식이다. ON / OFF 시간을 조절하여 플라즈마 방전 시 발생하는 열을 제어하고 또한 화학종, 음이온 및 전자 등의 발생량을 조절할 수 있다. A typical waveform is a burst mode in which the plasma is turned on and off (ON / OFF time) as shown in waveform (1). By controlling the ON / OFF time, it is possible to control the heat generated during the plasma discharge and to control the amount of chemical species, anion and electron.
본 발명에 따른 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치에는 ①의 일반적인 파형 이외에도 ②와 같은 구동 파형 또한 사용할 수 있다. 구동 파형 ②에서는 ON / OFF 시간(time)이 아닌 고전압(HIGH Voltage)과 저전압(Low Voltage) 영역으로 나뉜다. In the plasma generating apparatus capable of charging particles according to the present invention, in addition to the general waveform of (1), a driving waveform like (2) can also be used. In the driving waveform (2), the ON / OFF time is divided into a high voltage (HIGH voltage) and a low voltage (low voltage) area.
먼저, 고전압 영역에서는 플라즈마 암(Dark) 방전이나 타운젠트(Townsend) 방전을 발생시켜, 음이온과 전자를 발생시킨다. 그리고 저전압 영역에서는 앞의 입자 대전의 원리와 같이, 입자 대전을 위한 전기장을 발생시킨다. 저전압일 때의 전압은 고전압의 40 내지 60%(바람직하게는 50% 이하)의 크기로, 전기장만을 발생시키고 플라즈마 방전은 발생 되지 않도록 한다. First, in the high voltage region, a plasma discharge (dark discharge) or a townsend discharge is generated to generate anions and electrons. In the low-voltage region, like the principle of particle charging described above, an electric field for charging particles is generated. The voltage at the low voltage is 40 to 60% (preferably 50% or less) of the high voltage, so that only the electric field is generated and the plasma discharge is not generated.
①의 일반적인 파형에서는, 전압이 인가되는 시간(ON time) 일 때에만 플라즈마가 발생하고 입자를 대전시켰다면, ②의 파형에서는, 고전압 영역일 때에는 플라즈마가 발생하여 입자를 대전시키고 LOW Voltage(저전압 영역) 일 때에는 전기장만을 발생시켜 전기장의 진동으로 계속적으로 입자를 대전시켜 줄 수 있다. 플라즈마가 발생하지 않는 시간에도 입자를 대전시킬 수 있으므로 입자를 대전시킬 수 있는 유효시간이 크게 증가하는 효과가 있다. 즉, 고전압이 인가되어 플라즈마 방전이 일어날 때는 물론, 방전이 일어나지 않는 기간 동안에도 저전압이 인가되어 전기장이 지속적으로 형성되므로 입자의 대전이 활발하게 일어날 수 있다. 이로 인해 미세먼지의 대전과 뭉침 현상이 진행된다. In the general waveform of (1), if the plasma is generated only when the voltage is applied (ON time) and the particles are charged, the plasma is generated in the high voltage region in the waveform (2) , It is possible to generate only an electric field and continuously charge the particles by the vibration of the electric field. The particles can be charged even during the time when no plasma is generated, so that the effective time for charging the particles is greatly increased. That is, when a high voltage is applied and a plasma discharge occurs, as well as during a period in which no discharge occurs, a low voltage is applied and an electric field is continuously formed, so that charging of particles can be actively generated. As a result, charging and aggregation of fine dust proceeds.
도 6에는 본 발명의 미세먼지제거기에 대한 미세먼지 제거 속도 실험의 결과가 나와있다. FIG. 6 shows the results of the fine dust removal rate test for the fine dust remover of the present invention.
도 6의 좌측에는, 플라즈마 강방전, 약방전, 방전을 시키지 않은 경우(필터만 작용)로, 세 가지 경우에 대해서 미세먼지 제거 속도를 비교한 결과를 보였고, 도 6의 우측에는 전기장만 걸어준 경우, 플라즈마 약방전, 방전을 시키지 않은 경우로, 세 가지 경우에 대해서 미세먼지 제거 속도 비교 결과를 보였다. On the left side of FIG. 6, the results of comparing the fine dust removal rates with respect to three cases were shown when plasma discharge, weak discharge, and discharge were not performed (filter only) , The case of plasma discharge, and the case of discharge without plasma discharge. The comparison result of the fine dust removal rate is shown in three cases.
실험결과는 본 발명의 구조를 이용하여 미세먼지 농도 매우 나쁨(150ug/m3) 에서 좋음(30ug/m3) 까지 미세먼지가 제거되는 속도를 측정한 결과이다. Experimental results are the result of measuring the removal rate of fine dust from the fine dust concentration (150 ug / m 3 ) to the good (30 ug / m 3 ) using the structure of the present invention.
두 실험 결과 모두, 약방전일 때에 미세먼지 제거 속도가 가장 빠른 결과를 보인다. Both experimental results show that the removal rate of fine dust is the fastest at the time of drug delivery.
또한, 플라즈마 약 방전(Dark discharge or Townsend discharge)을 실시할 경우가 플라즈마를 방전하지 않는 기준(reference) 경우에 비해서 미세먼지를 제거하는데 더 효과적이라는 결과를 보인다. 본 발명의 미세먼지제거기에서 입자 대전을 시킬 수 있는 플라즈마 발생장치 구조를 사용했을 때, 미세먼지 제거 속도 상승 효과가 강화됨을 확인할 수 있다. In addition, the result of applying a dark discharge or a townsend discharge is more effective in removing fine dust than a reference in which the plasma is not discharged. It can be confirmed that the effect of increasing the fine dust removal rate is enhanced when the plasma generator structure capable of particle charging in the fine dust remover of the present invention is used.
도 7은 본 발명의 미세먼지제거기에 의해 헤파 필터에 집진 된 미세먼지를 촬영한 이미지들이다. 좌측에는 본 발명의 미세먼지제거기 구조를 이용하여 헤파 필터에 집진 된 미세먼지를 촬영한 이미지를 보였다. 수십~수백nm 크기의 미세먼지 입자들이 대전 및 진동의 영향으로 사이 사이에 빈공간을 두고 서로 뭉친 형태를 보인다. 오른쪽 이미지는 헤파 필터를 작은 배율로 전체적으로 촬영한 결과이다. 헤파 필터 전체적으로 왼쪽의 이미지와 같이 미세먼지 입자들이 수십 um 크기의 입자로 서로 뭉쳐진 형태를 보인다. FIG. 7 is a photograph of fine dust collected in the HEPA filter by the fine dust remover of the present invention. FIG. On the left side, an image of fine dust collected in the HEPA filter was shown using the fine dust remover structure of the present invention. Fine dust particles with a size of several tens to several hundreds of nanometers are gathered together with void spaces between them due to the influence of charging and vibration. The image on the right is the result of taking the entire HEPA filter at a small magnification. As shown in the left image, the fine dust particles are aggregated with particles of several tens of um in size.
앞에서 설명한 대로, nm 크기의 미세먼지 입자들이 플라즈마 발생장치 및 전기장의 입자 대전 효과로 인하여 수십 um 크기로 서로 뭉치게 되고 미세먼지제거기의 후단에 위치하는 헤파 필터에 걸려서 제거되는 모습을 확인할 수 있다.As described above, it can be seen that the nanometer-sized fine dust particles are bundled with each other by several tens of micrometers due to the particle charging effect of the plasma generating device and the electric field, and are caught by the HEPA filter located at the rear end of the fine dust removing device.
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 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be practiced otherwise than as described. It is therefore to be understood that the embodiments described above are in all respects illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
1: 프리 필터
2: 공기 팬
3: 플라즈마 발생장치
4: 전기장 발생장치
5: 헤파 필터
6: 활성탄
100: 기판
200: X전극
300: Y전극
400: 유전체
500: 제1 플라즈마 소스
600: 제2 플라즈마 소스1: Pre-filter
2: Air fan
3: Plasma generator
4: Electric Field Generator
5: Hepa filter
6: Activated carbon
100: substrate
200: X electrode
300: Y electrode
400: Dielectric
500: first plasma source
600: second plasma source
Claims (5)
상기 하우징 전면에 배치되는 공기 흡입용 공기 팬;
상기 하우징 후면에 배치되는 헤파 필터; 및
상기 하우징 내부에 배치되는 플라즈마 발생장치;를 포함하며,
상기 플라즈마 발생장치는,
기판의 상면에 배열되는 전극과 상기 기판의 배면에 배열되는 패턴형 전극을 구비한 제1 플라즈마 소스; 및
기판의 상면에 배열되는 패턴형 전극과 기판의 배면에 배열되는 전극을 구비한 제2 플라즈마 소스;를 포함하고,
상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스를 마주하게 배치하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극면과 상기 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극면이 서로 간격을 두고 마주보고 배치되게 하고,
상기 제1 플라즈마 소스 기판 배면의 패턴형 전극과 기판 상면의 전극 및 상기 제2 플라즈마 소스 기판 상면의 패턴형 전극과 기판 하면의 전극에 전압을 인가하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극에 인가되는 전압의 극성과 마주보는 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극에 인가되는 전압의 극성은 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하고, 상기 제1 플라즈마 소스의 배면에 배열된 패턴형 전극에 인가되는 전압과 상기 제1 플라즈마 소스의 상면에 배열되는 전극도 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하고, 상기 제1 플라즈마 소스의 배면에 배열된 패턴형 전극에 인가되는 전압과 상기 제2 플라즈마 소스의 배면에 배열된 전극에 인가되는 전압은 전기적으로 서로 같은 극성이 되게 하여,
상기 마주보는 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극면에서 각각 플라즈마를 방전시키고, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 마주보는 편에 배치된 상기 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극 사이에 전기장이 형성되어 상기 전기장에 의해 전자에 의한 입자 대전이 활성화 되게 하며,
상기 공기 팬에 의해 하우징 내로 유입된 공기 중의 미세먼지를 대전시켜 서로 뭉치게 함으로써 상기 헤파 필터에 의해 걸러질 수 있게 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기. housing;
An air inlet fan disposed on the front surface of the housing;
A HEPA filter disposed on the rear surface of the housing; And
And a plasma generating device disposed inside the housing,
The plasma generating apparatus includes:
A first plasma source having electrodes arranged on an upper surface of a substrate and patterned electrodes arranged on a back surface of the substrate; And
And a second plasma source having patterned electrodes arranged on the upper surface of the substrate and electrodes arranged on the back surface of the substrate,
Wherein the patterned electrode surface of the first plasma source and the patterned electrode surface of the second plasma source are disposed facing each other with a gap therebetween, the patterned electrode surface of the first plasma source facing the second plasma source, And,
A voltage is applied to the patterned electrode on the back surface of the first plasma source substrate, the electrode on the top surface of the substrate, the patterned electrode on the top surface of the second plasma source substrate and the bottom surface of the substrate, And the polarity of the voltage applied to the patterned electrode of the second plasma source is electrically different from the polarity of the voltage applied to the patterned electrode arranged on the backside of the first plasma source, Wherein the first plasma source has electrodes arranged on the upper surface of the first plasma source to be electrically different from each other in polarity, and a voltage applied to the patterned electrodes arranged on the back surface of the first plasma source and an electrode arranged on the back surface of the second plasma source The applied voltages are electrically made to have the same polarity,
The patterned electrode of the first plasma source and the patterned electrode surface of the second plasma source are discharged, and the second plasma source disposed on the opposite side of the patterned electrode of the first plasma source, An electric field is formed between the patterned electrodes of the first electrode and the second electrode,
Wherein the fine dust particles in the air introduced into the housing by the air fan are charged and aggregated to be separated by the HEPA filter.
상기 하우징 전면에 배치되는 공기 흡입용 공기 팬;
상기 하우징 후면에 배치되는 헤파 필터; 및
상기 하우징 내부에 배치되는 플라즈마 발생장치;를 포함하며,
상기 플라즈마 발생장치는,
기판의 상면에 배열되는 전극과 상기 기판의 배면에 배열되는 패턴형 전극을 구비한 제1 플라즈마 소스; 및
기판의 상면 또는 배면에 배열되는 전극을 구비하여 전기장을 발생시키기 위한 제2 플라즈마 소스;를 포함하고,
상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스를 마주하게 배치하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스의 기판 면 또는 전극과 서로 간격을 두고 배치되게 하고,
상기 제1 플라즈마 소스 상면과 배면의 전극 및 상기 제2 플라즈마 소스의 전극에 전압을 인가하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극에 인가되는 전압의 극성과 공간을 두고 마주보는 제2 플라즈마 소스 면의 전극에 인가되는 전압의 극성은 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하고, 상기 제1 플라즈마 소스의 배면에 배열된 패턴형 전극에 인가되는 전압과 상기 제1 플라즈마 소스의 상면에 배열되는 전극도 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하여, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극 면에서 플라즈마를 방전시키고, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 마주보는 편에 배치된 상기 제2 플라즈마 소스의 전극 사이에 전기장이 형성되어 상기 전기장에 의해 입자 대전이 활성화되게 하여,
상기 공기 팬에 의해 하우징 내로 유입된 공기 중의 미세먼지를 대전시켜 서로 뭉치게 함으로써 상기 헤파 필터에 의해 걸러질 수 있게 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기. housing;
An air inlet fan disposed on the front surface of the housing;
A HEPA filter disposed on the rear surface of the housing; And
And a plasma generating device disposed inside the housing,
The plasma generating apparatus includes:
A first plasma source having electrodes arranged on an upper surface of a substrate and patterned electrodes arranged on a back surface of the substrate; And
And a second plasma source for generating an electric field with electrodes arranged on an upper surface or a back surface of the substrate,
Wherein the patterned electrode of the first plasma source and the second plasma source are arranged to face each other with a patterned electrode of the first plasma source and a substrate face or electrode of the second plasma source,
A voltage is applied to the electrodes of the first plasma source and the back surface and the electrodes of the second plasma source, and a second plasma source surface facing the electrode with a polarity of a voltage applied to the patterned electrode of the first plasma source, The voltage applied to the patterned electrodes arranged on the back surface of the first plasma source and the electrodes arranged on the top surface of the first plasma source are also electrically connected to each other. The plasma is discharged at the patterned electrode surface of the first plasma source and an electric field is generated between the electrodes of the second plasma source disposed on the opposite side of the patterned electrode of the first plasma source So that particle charging is activated by the electric field,
Wherein the fine dust particles in the air introduced into the housing by the air fan are charged and aggregated to be separated by the HEPA filter.
3. The plasma display apparatus according to claim 1 or 2, wherein an applied voltage to be applied to the electrode is an on / off-type discharge voltage for causing a plasma discharge, Wherein the discharge voltage is higher than a voltage for forming the electric field.
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