KR101981011B1 - 공기청정기 - Google Patents

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KR101981011B1 KR1020180100589A KR20180100589A KR101981011B1 KR 101981011 B1 KR101981011 B1 KR 101981011B1 KR 1020180100589 A KR1020180100589 A KR 1020180100589A KR 20180100589 A KR20180100589 A KR 20180100589A KR 101981011 B1 KR101981011 B1 KR 101981011B1
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Abstract

본 발명의 공기청정기는, 공기유입부를 구비하고 내부에 필터가 장착되는 상부 하우징부; 상기 상부 하우징의 아래에 결합되고 내주면에 먼지를 집진하는 금속판을 구비하는 중간 하우징부; 및 상기 중간 하우징부의 아래에 결합되고 공기를 흡입하여 공기배출부를 통해 주위로 배출하며 정전기를 발생하여 상기 금속판에 공급하는 하부 하우징부를 포함한다.

Description

공기청정기{Air purifier}
본 발명은 팬을 회전시켜 송풍함과 동시에 발생되는 정전기를 이용하여 집진하는 공기청정기에 관한 것이다.
일반적으로 공기청정기는 공기 중의 오염물질 또는 미세먼지를 여과하는 장치를 말한다. 최근 환경오염으로 공기의 질이 저하됨에 따라 깨끗한 공기에 대한 수요가 증가하고 있어서 공기청정기에 대한 관심도 높아지고 있다.
공기청정기는 집진 방식에 따라 기계식 공기청정기와, 전기식 공기청정기 및 복합식 공기청정기로 분류할 수 있다.
기계식 공기청정기는 여재를 사용하여 집진 또는 탈취를 수행하는 것이며, 전기식 공기청정기는 고전압을 통해 공기중의 분진을 하전하는 방식이다. 복합식 공기청정기는 기계식 및 전기식 공기청정기의 집진 원리를 결합한 방식을 말한다.
전기식 공기청정기 중 접촉식 전극을 이용한 공기청정기의 경우 본체의 내부로 유입된 오염된 공기를 이온화 영역에서 하전시키고, 이 먼지 입자를 집진 영역에서 집진하고, 음이온을 발생시켜 깨끗이 정화된 공기와 함께 배출하는 것으로, 주로 공기 유통이 잘되지 않아서 쉽게 오염되는 실내 공기를 정화하는데 주로 많이 이용된다.
정전기식 공기청정기는 전하를 띈 먼지 입자를 집진해야 하므로, 이를 위하여 공기청정기 내에 두 전극을 설치하고, 이 전극을 이용하여 코로나 방전을 일으켜서 전자를 만들어 먼지 입자를 하전시킨다.
종래의 정전기식 공기청정기는 공기가 본체를 통과하는 과정에서 공기중에 포함된 먼지 입자를 집진해야 하는데, 효율적인 집진을 하기 위한 시설이 전기적, 절연적으로 복잡하고 공간과 체적을 많이 차지하며, 최적의 운전조건으로 관리하기 위한 유지 관리비용이 상당하고 전체적으로 중량이 무거워 수리와 소모품 교환에도 많은 비용이 소모되며, 많은 전력을 소비하는 구조이다. 더욱이 초미세먼지나 미세입자가 하전되지 않아 집진되지 못하고 배출되는 경우가 많았다.
대한민국 등록특허공보 제10-0308333호: 마찰 정전기 집진장치
본 발명은 팬에 의해 하우징 내부로 공기를 흡입하여 필터로 정화함과 동시에 팬의 회전에 의해 정전기를 발생하여 미세 먼지를 집진할 수 있는 구조를 가진 공기청정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기청정기는, 공기유입부를 구비하고 내부에 필터가 장착되는 상부 하우징부; 상기 상부 하우징의 아래에 결합되고 내주면에 먼지를 집진하는 금속판을 구비하는 중간 하우징부; 및 상기 중간 하우징부의 아래에 결합되고 공기를 흡입하여 공기배출부를 통해 주위로 배출하며 정전기를 발생하여 상기 금속판에 공급하는 하부 하우징부를 포함한다.
상기 하부 하우징부는, 상단면에 금속코팅부를 구비하고 모터에 의해 회전되는 팬블레이드; 상기 팬블레이드의 위에 횡단하도록 배치되고 서로 마주보는 한 쌍의 금속코팅부에 각각 접촉되는 제1금속브러쉬를 구비하는 뉴트럴바; 상기 제1금속브러쉬와 이격되고 서로 마주보는 한 쌍의 금속코팅부에 각각 접촉되는 제2금속브러쉬를 구비하는 한 쌍의 전하연결부; 및 상기 팬블레이드의 아래에 배치되고 상기 한 쌍의 전하연결부와 연결되는 한 쌍의 금속박판을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 전하연결부는, 상기 금속판과 전기적으로 연결되는 제1전하연결부와, 상기 하부 하우징부의 외부로 연결되어 접지되는 제2전하연결부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 금속박판은 상기 팬블레이드의 아래에 고정되는 메쉬 디스크의 하면에 고정되고, 상기 금속박판은 공기가 통과하는 복수의 공기유동홀을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 모터는 상기 팬블레이드의 아래에 구비되어 상기 팬블레이드를 회전시키고, 상기 모터 주위를 둘러싸도록 구비되어 상기 하부 하우징부의 측벽에 형성된 복수의 공기배출부로 공기 유동을 안내하는 콘 모양의 유동가이드부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 공기청정기에 의하면, 팬에 의해 하우징 내부로 공기를 흡입하여 필터로 정화함과 동시에 팬의 회전에 의해 정전기를 발생하여 미세 먼지를 집진할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기청정기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 공기청정기를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 공기청정기를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 공기청정기를 나타내는 분해 단면도이다.
도 5는 공기 흡입력 및 정전기를 발생하는 팬-전극 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 팬-전극 조립체를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 5의 팬-전극 조립체를 하방에서 바라본 것을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 공기청정기는, 공기유입부(115)를 구비하고 내부에 필터(150)가 장착되는 상부 하우징부(100), 상부 하우징의 아래에 결합되고 내주면에 먼지를 집진하는 금속판(250)을 구비하는 중간 하우징부(200), 및 중간 하우징부의 아래에 결합되고 공기를 흡입하여 공기배출부(390)를 통해 주위로 배출하며 정전기를 발생하여 금속판에 공급하는 하부 하우징부(300)를 포함한다.
상기 상부 하우징부(100)는 상면이 개구된 원통으로 이루어지고, 상면에 공기유입부(115)가 형성된 커버부(110)가 결합될 수 있다. 커버부(110)는 내주면에 나사부(112)가 형성되어 상부 하우징부(100)의 상단 외주면에 형성된 나사부(120)에 결합될 수 있다. 공기유입부(115)는 커버부(110)의 상면에 복수의 구멍으로 형성될 수 있는데, 이 구멍들은 평행하게 배열되는 복수의 장공 형태로 이루어지되 복수의 구멍들의 외곽을 연결하는 윤곽은 원을 이루도록 형성될 수 있다.
상부 하우징부(100)의 내부에는 흡입되는 공기에서 먼지를 필터링하는 필터(150)가 장착된다. 필터(150)를 통과한 공기는 상부 하우징부(100)의 하면에 형성된 공기유통공(130)을 통해 중간 하우징부(200) 내부로 유동한다.
상기 필터(150)는 HEPA필터(High Efficiency Particulate Air Filter)를 사용할 수 있으며, 복수의 서로 다른 종류의 기능성 필터들을 중첩하여 사용할 수도 있다.
상기 상부 하우징부(100)의 외측면 양측에는 후술하는 중간 하우징부(200)의 결합후크(210)와 결합되는 결합돌기(140)가 구비될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 하우징부(100)의 하면에는 후술하는 중간 하우징부(200)의 위치결정돌기(260)가 삽입되는 위치결정홈(160)이 형성될 수 있다. 이 위치결정홈(160)은 원통형으로 이루어지고 마주보는 좌우에 한 쌍이 형성될 수 있다.
상기 중간 하우징부(200)는 상단부 외측면에 상기 결합돌기(140)와 결합하는 결합후크(210)가 좌우에 한 쌍이 마련될 수 있다. 이 결합후크(210)는 중간 하우징부(200)의 외측면에 회동가능하게 구비되고, 결합돌기(140)가 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다.
중간 하우징부(200)의 상면에는 상기 위치결정홈(160)에 삽입되는 위치결정돌기(260)가 형성되어 있어서, 상부 하우징부(100)와 중간 하우징부(200)를 결합할 때 결합돌기(140)와 결합후크(210)가 정확한 회전각도 위치에서 결합될 수 있도록 한다.
중간 하우징부(200)의 하단부 외측면에도 후술하는 하부 하우징부(300)의 결합후크(310)와 결합하는 결합돌기(240)가 마련될 수 있다. 또한, 중간 하우징부(200)의 하면에는 후술하는 하부 하우징부(300)의 위치결정돌기(316)가 삽입되는 위치결정홈(266)이 형성될 수 있다. 이 위치결정홈(266)은 원통형으로 이루어지고 마주보는 좌우에 한 쌍이 형성될 수 있다.
상기 중간 하우징부(200)의 내주면에는 정전기를 공급받아 미세 먼지를 흡착하는 금속판(250)이 구비될 수 있다. 이 금속판(250)은 전하가 머물 수 있는 전도체임에 반해, 하우징부는 플라스틱과 같은 비전도체로 이루어진다.
상기 금속판(250)에 미세 먼지가 흡착된 후 공기는 하면에 형성된 공기유통공(230)을 통해 하부 하우징부(300) 내부로 유동한다.
여기서, 중간 하우징부(200)의 공기유통공(230)은 상부 하우징부(100)의 공기유통공(130)보다 더 작게 형성될 수 있다. 또한, 공기유통공(230)의 주위에는 상방으로 연장형성된 원형 리브가 형성될 수 있다.
공기청정기(10)가 작동되면 정전기가 발생되어 금속판(250)에 미세 먼지가 달라붙었다가, 전원 공급이 중단되면 미세 먼지가 중간 하우징부(200)의 바닥면인 먼지낙하부(220)에 떨어질 수 있다. 이때, 먼지낙하부(220)의 면적이 크고 원형 리브가 형성되어 있기 때문에, 낙하되는 미세 먼지가 공기유통공(230)을 통해 아래로 떨어지지 않게 된다.
상기 하부 하우징부(300)의 측벽에는 복수의 공기배출부(390)가 형성되고, 내부에 공기를 흡입함과 동시에 정전기를 발생하는 팬-전극 조립체가 배치된다.
하부 하우징부(300)도 상단부 외측면에 한 쌍의 결합후크(310)가 장착되어 중간 하우징부(200)의 결합돌기(240)와 결합할 수 있다. 또한, 하부 하우징부(300)의 상면에는 중간 하우징부(200)의 위치결정홈(266)에 삽입되는 위치결정돌기(316)가 돌출형성될 수 있다.
하부 하우징부(300)는 상단면에 금속코팅부(322)를 구비하고 모터(370)에 의해 회전되는 팬블레이드(320), 팬블레이드의 위에 횡단하도록 배치되고 서로 마주보는 한 쌍의 금속코팅부에 각각 접촉되는 제1금속브러쉬(335)를 구비하는 뉴트럴바(330), 제1금속브러쉬와 이격되고 서로 마주보는 한 쌍의 금속코팅부에 각각 접촉되는 제2금속브러쉬(342)를 구비하는 한 쌍의 전하연결부(340), 및 팬블레이드의 아래에 배치되고 한 쌍의 전하연결부와 연결되는 한 쌍의 금속박판(360)을 포함할 수 있다.
상기 모터(370)는 하부 하우징부(300)의 바닥에 장착되고 회전축(372)이 수직으로 배치되어 팬블레이드(320)를 회전시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 팬블레이드(320)는 축류팬 형태로 이루어지고, 그 상단면에 금속코팅부(322)를 구비할 수 있다. 금속코팅부(322)는 팬블레이드(320)의 상단면 전체에 구비될 수도 있으나, 제1금속브러쉬(335)와 접촉하는 부위에만 형성될 수도 있다.
상기 뉴트럴바(330)는 그 양단이 하부 하우징부(300)의 내주면 양측에 고정되고, 팬블레이드(320)의 위에 횡단하도록 배치될 수 있다. 뉴트럴바(330)는 팬블레이드(320)의 중심 위를 지나도록 배치될 수 있다.
뉴트럴바(330)의 양측 하부에는 하방으로 한 쌍의 연장부(332)가 형성되고, 각 연장부(332)의 하단에 제1금속브러쉬(335)가 구비되어 금속코팅부(322)에 접촉되도록 배치된다.
팬블레이드(320)의 상단면에 구비되는 금속코팅부(322)는 회전되면서 금속브러쉬와 원활하게 접촉하도록 수평면을 이루도록 형성될 수 있다.
제1금속브러쉬(335)는 연장부(332)의 하단에 금속으로 이루어진 복수의 탄성 브러쉬가 고정되는 구조로 이루어질 수 있다. 브러쉬가 금속코팅부(322) 쪽으로 탄성 복원하므로, 금속코팅부(322)에 안정적으로 접촉할 수 있다.
상기 한 쌍의 전하연결부(340)는 한 쌍의 제1금속브러쉬(335)가 배치되는 위치에서 각각 대략 90도 회전된 위치에 고정되고, 각각 제2금속브러쉬(342)를 구비한다. 이 한 쌍의 전하연결부(340)는 하부 하우징부(300)의 내측벽에 서로 마주보도록 고정될 수 있다.
전하연결부(340)는 금속과 같은 전도체로 이루어지고 팬블레이드(320)의 원주 윤곽의 외측에 대략 수직으로 배치된다. 이 전하연결부(340)의 상단부에는 팬블레이드(320)의 중심쪽으로 연장되는 브러쉬장착부(341)를 구비할 수 있다. 상기 제2금속브러쉬(342)는 브러쉬장착부(341)의 하면에 구비되어 금속코팅부(322)와 접촉될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 금속박판(360)은 팬블레이드(320)의 아래에 소정 거리 이격되도록 고정될 수 있다. 금속박판(360)의 고정을 위해, 팬블레이드(320)의 아래에 메쉬 디스크(350)를 먼저 고정하고, 이 메쉬 디스크(350)의 하면 양측에 한 쌍의 금속박판(360)을 서로 대칭되도록 고정할 수 있다.
메쉬 디스크(350)의 중심에는 모터(370)의 회전축(372)이 통과할 수 있는 관통공이 형성되어 있다. 회전축(372)은 모터(370)의 상면에 고정된 실린더 내부에 배치되고, 메쉬 디스크(350)는 실린더에 장착되어 지지될 수 있다. 이와 달리, 메쉬 디스크(350)는 후술하는 유동가이드부(380)에 지지되도록 장착될 수도 있다.
메쉬 디스크(350)는 부도체로 형성됨에 반해, 금속박판(360)은 전도체로 형성된다. 메쉬 디스크(350)는 공기가 통할 수 있도록 복수의 관통공이 배열되는데, 이 관통공은 원판 내부에 형성되는 육각형 관통공으로 도시되어 있으나, 관통공의 형태는 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 금속박판(360)은 소정 면적을 가지고 전하를 저장하여 정전기를 유도한다. 이 금속박판(360)이 송풍 공기에 유동 저항으로 작용하는 것을 줄이기 위해, 금속박판(360)은 공기가 통과하는 복수의 공기유동홀(362)이 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 한 쌍의 전하연결부는 금속판(250)과 전기적으로 연결되는 제1전하연결부(340)와, 하부 하우징부(300)의 외부로 연결되어 접지되는 제2전하연결부(340)를 포함할 수 있다.
제1전하연결부(340)는 금속판(250)과 전선에 의해 연결될 수 있지만, 중간 하우징부(200)와 하부 하우징부(300)는 분리가능하므로 항상 전선으로 연결하기는 어렵다.
그래서, 제1전하연결부(340)는 하부 하우징부(300)의 내주면을 따라 상단까지 연장된 금속판연결부(346)를 구비하고, 금속판(250)의 일측 하단에는 중간 하우징부(200)의 바닥을 통과하도록 배치되는 연장접속부(252)를 구비할 수 있다. 중간 하우징부(200)와 하부 하우징부(300)를 결합하면, 연장접속부(252)와 금속판연결부(346)가 접속되어 금속판(250)과 제1전하연결부(340)가 전기적으로 연결된다.
그리고, 팬블레이드(320)의 아래에는 송풍 공기를 공기배출부(390) 방향으로 부드럽게 안내하는 유동가이드부(380)가 구비되는 것이 바람직하다. 이 유동가이드부(380)는 회전축(372)이 통과하는 콘 모양으로 이루어지고, 그 내부에 모터(370)가 수용될 수 있다.
유동가이드부(380)의 상단에는 메쉬 디스크(350)가 장착되어 지지될 수 있다. 유동가이드부(380)는 송풍 공기가 모터 하우징에 부딛혀서 유동 저항을 받는 것을 줄여주고, 아울러 메쉬 디스크(350)를 고정하여 지지하는 역할도 할 수 있다.
본 발명의 공기청정기의 작동 관계를 설명한다.
전력이 공급되어 모터(370)가 가동되면 회전축(372)이 회전하여 팬블레이드(320)를 회전시킨다. 팬블레이드(320)가 회전하면 사방에 존재하는 금속브러쉬(335, 342)와 금속코팅부(322)가 간헐적으로 마찰하게 된다.
예를 들어, 하나의 금속코팅부(322)가 제1금속브러쉬(335, 도 5에서 좌측에 있는 것)와 마찰하면 약간의 전하를 띄게 되고, 다음 제2금속브러쉬(342, 도 5에서 우측에 있는 것)의 고정된 제1전하연결부(340)의 위치로 가게 되면 고정된 금속박판(360)과 반대의 전하가 금속코팅부(322)에 유도된다. 이러한 상황이 회전에 의해 계속해서 반복되면 금속코팅부(322)는 금속브러쉬(335, 342)와 마찰하지 않을 때에도 해당 전하를 그대로 가지고 있게 된다. 이 금속코팅부(322)는 고정된 금속박판(360)과 C라는 정전용량(커패시턴스)를 가지게 되고, 금속박판(360)과 멀어질 때 해당 정전용량 C는 점점 줄어들게 된다. 하지만 회전을 해도 전하량 Q는 그대로 유지되기 때문에 V=Q/C에 의하여 전압이 높아진 상태로 나머지 전하연결부(340)에 접근하게 되고, 해당 전하연결부(340)에 연결된 금속브러쉬(342)를 통해 전하가 고정된 금속박판(360)으로 이동하게 된다.
전하가 이동된 후 좀 더 회전하여 다른 제1금속브러쉬(335)에 닿게 되면 정전기 유도로 인하여 반대 극성으로 대전되고 이와 같은 현상이 계속해서 반복되어 보스머신(Voss Machine)의 역할을 구현한다.
이러한 원리로 팬과 메쉬 디스크 및 금속박판을 이용해서 보스머신을 구현하여 정전기를 얻게 되는데 한쪽 전하는 제1전하연결부1(340)와 금속판(250)을 금속선으로 연결하여 금속판(250)에 특정 전하가 축적되도록 하여 미세 먼지가 집진되도록 한다. 다른 전하는 제2연결부(340)를 전선으로 연결해서 외부로 빼내어 다른 물체에 닿아 전기적 중성을 띄도록 하여 고압방전을 방지한다.
본 발명의 공기청정기(10)에 의하면, 상부 하우징부(100)에서 커버부(110)를 쉽게 분리하여 필터(150)를 청소하거나 교체할 수 있다.
또한, 상부 하우징부(100)와 중간 하우징부(200) 사이를 쉽게 분리할 수 있고, 중간 하우징부(200)와 하부 하우징부(300) 사이도 쉽게 분리할 수 있다. 그래서, 중간 하우징부(200) 내부의 먼지낙하부(220)에 낙하되거나 금속판(250)에 붙어있는 먼지를 쉽게 닦아내거나 세척할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
100: 상부 하우징부
110: 커버부 112: 내주면 나사부
115: 공기유입부 120: 외주면 나사부
130: 공기유통공 140: 결합돌기
150: 필터 160: 위치결정홈
200: 중간 하우징부
210: 결합후크 220: 먼지낙하부
230: 공기유통공 240: 결합돌기
250: 금속판 252: 연장접속부
260: 위치결정돌기 266: 위치결정홈
300: 하부 하우징부
310: 결합후크 316: 위치결정돌기
320: 팬블레이드 322: 금속코팅부
330: 뉴트럴바 332: 연장부
335: 제1금속브러쉬 340: 전하연결부
341: 브러쉬장착부 342: 제2금속브러쉬
344: 박판연결부 346: 금속판연결부
350: 메쉬 디스크 360: 금속박판
362: 공기유동홀 370: 모터
372: 회전축 380: 유동가이드부
390: 공기배출부

Claims (5)

  1. 공기유입부를 구비하고 내부에 필터가 장착되는 상부 하우징부;
    상기 상부 하우징의 아래에 결합되고 내주면에 먼지를 집진하는 금속판을 구비하는 중간 하우징부; 및
    상기 중간 하우징부의 아래에 결합되고 공기를 흡입하여 공기배출부를 통해 주위로 배출하며 정전기를 발생하여 상기 금속판에 공급하는 하부 하우징부를 포함하고,
    상기 하부 하우징부는,
    상단면에 금속코팅부를 구비하고 모터에 의해 회전되는 팬블레이드;
    상기 팬블레이드의 위에 횡단하도록 배치되고 서로 마주보는 한 쌍의 금속코팅부에 각각 접촉되는 제1금속브러쉬를 구비하는 뉴트럴바;
    상기 제1금속브러쉬와 이격되고 서로 마주보는 한 쌍의 금속코팅부에 각각 접촉되는 제2금속브러쉬를 구비하는 한 쌍의 전하연결부; 및
    상기 팬블레이드의 아래에 배치되고 상기 한 쌍의 전하연결부와 연결되는 한 쌍의 금속박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전하연결부는, 상기 금속판과 전기적으로 연결되는 제1전하연결부와, 상기 하부 하우징부의 외부로 연결되어 접지되는 제2전하연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 금속박판은 상기 팬블레이드의 아래에 고정되는 메쉬 디스크의 하면에 고정되고,
    상기 금속박판은 공기가 통과하는 복수의 공기유동홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 모터는 상기 팬블레이드의 아래에 구비되어 상기 팬블레이드를 회전시키고,
    상기 모터 주위를 둘러싸도록 구비되어 상기 하부 하우징부의 측벽에 형성된 복수의 공기배출부로 공기 유동을 안내하는 콘 모양의 유동가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
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