KR101992743B1 - 공기 청정 장치 - Google Patents

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KR101992743B1
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이재호
차우병
박진호
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(주)플라즈마텍
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Abstract

공기 청정 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치는, 공기가 유입되며, 유입된 공기를 분산 및 확산시키는 공기 유입부; 상기 공기에 포함된 미세먼지에 미세 액적을 공급하여 조대화시키는 액적 공급부; 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 포함한 공기를 통과시켜 균일하게 분산시키는 기류 분산부; (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 하전시키는 1단 하전부; (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 상기 하전된 미세먼지를 집진하는 2단 집진부; 상기 2단 집진부에 집진된 미세먼지를 주기적으로 세정하는 세정부; 및 상기 미세먼지가 집진되어 제거된 청정 공기가 배출되는 공기 배출부를 포함한다. “본 결과물은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 환경산업선진화기술개발사업의 지원을 받아 연구되었습니다. (2018000110002)”

Description

공기 청정 장치{AIR PURIFYING APPARATUS}
본 발명은 공기 청정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 미세먼지는 여러 가지 성분을 가진 대기 중 부유물질로서, 자동차나 선박의 배기가스, 공장이나 화력 발전소의 매연 등에서 발생하고 있다.
이러한 미세먼지에 의해 실내가 오염됨과 동시에 사람이 장기간 노출되게 되면 기관지염, 폐암 발생 등 건강을 해치는 요인이 될 수 있다.
이에, 미세먼지의 발생을 줄이고, 미세먼지를 제거하기 위한 기술에 관심이 증가하고 있다.
특히, 대중들이 밀집하는 지하철 역사 같은 곳은 출퇴근 시간대 미세먼지 농도가 최대 200㎍/m3까지 배출되는 것으로 보고되고 있다.
그러나, 미세먼지를 제거하기 위해 집진 성능의 개선에 따라 오존의 발생이 문제되고 있다.
대한민국 공개특허 2013-0010657호 (2013.01.29. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세먼지의 효율적인 집진과 함께 오존 배출량을 저감할 수 있는 공기 청정 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치는, 공기가 유입되며, 유입된 공기를 분산 및 확산시키는 공기 유입부; 상기 공기에 포함된 미세먼지에 미세 액적을 공급하여 조대화시키는 액적 공급부; 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 포함한 공기를 통과시켜 균일하게 분산시키는 기류 분산부; (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 하전시키는 1단 하전부; (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 상기 하전된 미세먼지를 집진하는 2단 집진부; 상기 2단 집진부에 집진된 미세먼지를 주기적으로 세정하는 세정부; 및 상기 미세먼지가 집진되어 제거된 청정 공기가 배출되는 공기 배출부를 포함한다.
또한, 상기 공기 유입부는, 하부에서 상부로 갈수록 단면 직경이 커지는 유입 디퓨저를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액적 공급부는, 주파수 1.5~3.5 MHz의 진동자를 사용하여 액적의 평균 크기 2.0~2.6㎛의 액적을 공급할 수 있다.
또한, 상기 1단 하전부는, 복수의 금속 와이어를 꼬아 형성되며, 상기 하전 시에 (+)극을 형성하는 복수의 금속 어셈블리와, 상기 복수의 금속 어셈블리 간 간섭을 방지하기 위해 상기 금속 어셈블리 사이에 설치되는 복수의 격막 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 어셈블리는, 직경 0.1~0.9mm인 금속 와이어 3~9가닥을 꼬아 형성될 수 있다.
또한, 상기 기류 분산부는, 상기 공기가 통과하며 상기 하전 시에 (-)극을 형성하는 금속 메쉬망과, 상기 금속 메쉬망이 설치되는 격판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 2단 집진부는, 8~15mm 간격으로 설치되는 복수의 평판을 포함하며, 상기 복수의 평판을 이용하여 판대판 방전에 의해 상기 하전된 미세먼지를 집진할 수 있다.
그리고, 상기 1단 하전부 또는 상기 2단 집진부에 5.5~12kV 직류 전압을 공급하는 직류 공급모듈과, 상기 1단 하전부 또는 상기 2단 집진부에 19~26kHz, 5.5~10kV 펄스 전압을 공급하는 펄스 공급모듈을 포함하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 공기에 미세액적을 공급하여 미세먼지를 하전시키고, 판대판 방전에 의해 집진함으로써, 미세먼지의 효율적인 집진과 함께 오존 배출량을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 기류 분산부를 상부에서 바라본 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기류 분산부의 격판을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 1단 하전부를 정면에서 바라본 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 1단 하전부를 상부에서 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 2단 집진부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치에 전원을 공급하는 전원 공급부의 연결관계를 도시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 공급모듈과 전극 간 매칭 형성 시 파형을 도시한 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 공급모듈과 전극 간 비매칭 형성 시 파형을 도시한 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치에 공기 유입 시 시간에 따른 초미세먼지의 농도를 도시한 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치로부터 공기 배출 시 시간에 따른 초미세먼지의 농도를 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치로부터 공기 배출 시 건식 상태 하에서 시간에 따른 오존의 농도를 도시한 그래프이다.
도 9b는 공기 청정 장치로부터 공기 배출 시 습식 상태 하에서 시간에 따른 오존의 농도를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 2단 집진부의 수분 입자 포집 상태를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 외관을 도시한 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 기류 분산부를 상부에서 바라본 도면이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기류 분산부 격판을 도시한 도면이다. 또한, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 1단 하전부를 정면에서 바라본 도면이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 1단 하전부를 상부에서 바라본 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 2단 집진부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치(100)는 공기 유입부(110), 액적 공급부(120), 기류 분산부(130), 1단 하전부(140), 2단 집진부(150), 세정부(160), 공기 배출부(170)를 포함한다.
구체적으로, 공기 청정 장치(100)는, 공기(Air)가 유입되며, 유입된 공기를 분산 및 확산시키는 공기 유입부(110), 상기 공기에 포함된 미세먼지에 미세 액적(droplet)을 공급하여 조대화시키는 액적 공급부(120), 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 포함한 공기를 통과시켜 균일하게 분산시키는 기류 분산부(130), 양방전을 적용하여 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 하전시키는 1단 하전부(140), 양방전을 적용하여 상기 하전된 미세먼지를 집진하는 2단 집진부(150), 상기 2단 집진부(150)에 집진된 미세먼지를 주기적으로 세정하는 세정부(160), 상기 미세먼지가 집진되어 제거된 청정 공기(Clean Air)가 배출되는 공기 배출부(170)를 포함한다.
이러한 공기 청정 장치(100)를 통해 1단 하전 및 2단 집진 방식으로 미세먼지, 초미세먼지를 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 습식 방식으로 오존의 발생을 저감할 수 있다. 이때, 공기 유입부(110), 액적 공급부(120), 기류 분산부(130), 1단 하전부(140), 2단 집진부(150), 세정부(160), 공기 배출부(170)는 각각 모듈화되어 수직으로 배치되거나, 또는 하나의 본체(body) 내에 공기 유입부(110), 액적 공급부(120), 기류 분산부(130), 1단 하전부(140), 2단 집진부(150), 세정부(160), 공기 배출부(170)가 구성될 수도 있다. 또는, 기류 분산부(130), 1단 하전부(140), 2단 집진부(150)만을 따로 모듈화하여 구성할 수도 있다.
공기 유입부(110)는 공기가 유입되어 상부로 배출되도록 측면에 인렛이 형성되며, 유입된 공기를 분산 및 확산시킬 수 있는 유입 디퓨저(112)를 포함할 수 있다. 유입 디퓨저(112)는 하부에서 상부로 갈수록 단면 직경이 커지는 부분을 가져 공기를 확산시킬 수 있다. 유입 디퓨저(112)를 통과하여 확산되는 공기는 액적 공급부(120)로 이동한다.
액적 공급부(120)는 공기 유입부(110)를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지, 초미세먼지 등 입자를 조대화시키기 위해, 미세 액적(fine droplet)을 공급한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 이러한 액적 공급부(120)는 초음파를 이용하여 미세 액적을 분사하거나 또는 미세 노즐을 이용하여 미세 액적을 공급할 수 있다. 초음파 가습기나 미세 노즐은 액적 공급부(120)의 측부(122)에 위치하는 것이 효과적이다. 특히, 액적 공급부(120)는 주파수 1.5~3.5 MHz의 진동자를 사용하여 액적의 평균 크기 2.0~2.6㎛의 액적을 공급할 수 있다. 평균 크기 2.0~2.6㎛의 미세 액적을 공급함으로써, PM 10 이하 입자의 조대화할 수 있다.
기류 분산부(130)는 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 포함한 공기를 통과시켜 균일하게 분산시킨다. 여기에서, 기류 분산부(130)가 하전 시에 (-)극을 형성함으로써, 미세먼지의 입자들을 효율적으로 하전할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 기류 분산부(130)는 공기가 통과하며 하전 시에 (-)극을 형성하는 금속 메쉬망(132)과, 상기 금속 메쉬망(132)이 설치되는 격판(134)을 포함할 수 있다.
격판에 설치된 금속 메쉬망(132)을 통해 공기가 통과함으로써, 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 포함한 공기를 균일하게 분산시킬 수 있다. 금속 메쉬망(132) 및 격판(134)에 의해 기류의 일정함을 유지할 수 있다. 예를 들어, 공기 유입부(110)의 유입 디퓨저(112)를 통과하여 유입된 공기가 금속 메쉬망(132)를 통하여 일정하게 유속 1m/s를 유지할 수 있다.
이때, 도면에는 도시하지 않았으나, 기류 분산부(130)는 1단 하전부(140)의 상부에도 위치할 수 있다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 기류 분산부(130)가 1단 하전부(140)의 하부에 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 기류 분산부(130)가 1단 하전부(140)의 상부에 위치할 수 있고, 기류 분산부(130)가 1단 하전부(140)의 상하부에 모두 위치할 수도 있다.
금속 메쉬망(132)은 1단 하전부(140)에 (+) 전압이 인가된 경우에 (-)극의 역할을 하며, 상기 금속 메쉬망(132)은 격판(134)에 설치된다. 상기 금속 메쉬망(132)은 격판(134)에 다단으로 설치될 수 있다. 이러한 금속 메쉬망(132)은 전기 도전성 재질로 이루어진다. 예를 들어, 구리와 같은 금속뿐만 아니라, 구리 도금 같은 합성 금속을 포함할 수 있다.
또한, 격판(134)은 격자 공간을 형성하며, 내부식성이 강한 소재로 이루어질 수 있다. 특히, 격판(134)이 전기 도전성 재질로 이루어지는 경우, 하전 시 금속 메쉬망(132)과 함께 격판(134)이 (-)극을 형성하여 원활한 하전에 유리하다. 상기 격판(134)은 금속 메쉬망(132)의 설치 편의성 등을 위해 사각 형상일 수 있다. 이를 통해, 세정부(160)에서 분사되는 액체에 의해 격판(134) 등을 용이하게 세척할 수 있는 추가적인 장점이 있다.
1단 하전부(140)는 (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 하전시킨다. 구체적으로, (+) 전압의 출력에 의해 1단 하전부(140)에 양방전이 적용되며, 이에 따라 1단 하전부(140)는 하전 시에 (+)극을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 1단 하전부(140)는 복수의 금속 와이어를 꼬아 형성되며, 하전 시에 (+)극을 형성하는 복수의 금속 어셈블리(152)를 포함
보다 구체적으로, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 1단 하전부(140)는 복수의 금속 와이어를 꼬아 형성되며 하전 시에 (+)극을 형성하는 복수의 금속 어셈블리(142) 및 상기 복수의 금속 어셈블리(142) 사이에 각각 설치되는 격막(144)을 포함한다. 금속 어셈블리(142)가 꼬인 와이어(Twist wire)를 적용하여 이루어져 (+) 출력의 양방전에 의해 하전이 이루어지고, 1단 하전부(140)의 상부에서 2단 집진부(150)에 의해 판대판 방전을 하여 집진이 이루어지므로, 집진 성능을 가지면서 오존의 배출을 최소화할 수 있게 된다.
금속 어셈블리(142)는 복수의 금속 와이어를 꼬아 형성될 수 있다. 구체적으로, 금속 어셈블리(142)는 직경 0.1~0.9mm인 금속 와이어 3~9가닥을 꼬아 형성될 수 있다. 금속 재질의 꼬인 와이어를 적용함으로써, 전기가 흐를 때 전자들이 금속 와이어의 외곽으로 흐르게 되어 미세 입자들의 하전이 효율적으로 이루어지게 된다. 보다 구체적으로, 금속 와이어는 구리 와이어 또는 구리 도금 와이어를 사용할 수 있다. 여기에서, 금속 와이어의 직경이 0.1~0.9mm일 때, 전자들이 금속 와이어의 외곽으로 잘 흐르게 되어 미세 입자들의 하전이 더 효율적으로 이루어지게 된다.
이때, 직경 0.1~0.9mm인 금속 와이어를 3가닥 미만으로 꼬아 만들 경우에는 텐션(tension)이 작아 사용할 수 없고, 10가닥의 금속 와이어를 꼬아 만들 경우에는 전체 직경이 1mm가 넘어 미세먼지의 하전이 어렵게 된다. 이에, 금속 어셈블리(142)는 직경 0.1~0.9mm인 금속 와이어 3~9가닥을 꼬아 형성되어야 효율적인 미세먼지의 하전이 가능하다. 특히, 금속 어셈블리(142)의 직경이 작을수록 미세먼지의 하전 효율성이 높아지므로, 금속 어셈블리(142)는 직경 0.2mm인 금속 와이어 5가닥을 꼬아 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 직경 0.2mm인 구리 와이어 5가닥을 꼬아 금속 어셈블리(142)를 형성할 수 있다.
격막(144)은 복수의 금속 어셈블리(142) 간 간섭을 방지하기 위해, 인접한 금속 어셈블리(142) 사이에 설치된다. 이러한 격막(144)은 소정 두께를 가진 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 격막(144)은 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
2단 집진부(150)는 (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 하전된 미세먼지를 집진한다. 특히 2단 집진부(150)는 펄스 전압을 인가함으로써, 미세먼지뿐만 아니라 초미세먼지까지 순간적으로 전압을 가할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 2단 집진부(150)는 소정 간격으로 설치되는 복수의 평판(152)을 포함한다. 이러한 평판(152)은 소정 두께를 가진 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 평판(152)은 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.
복수의 평판(152)은 (+) 출력의 전압의 인가에 따라, 인접한 두 평판(152) 중 하나의 평판(152a)은 양극이 되고, 다른 하나의 평판(152b)은 음극이 된다. 특히, 두 평판(152) 간 간격은 8~15mm 간격인 것이 바람직하다. 펄스 전압 인가 시 두 평판(152) 간 간격이 7mm 이하인 경우, 물에 의해 단락(short)이 될 수 있다. 또한, 펄스 전압 인가 시 두 평판(152) 간 간격이 15mm 이상인 경우, 집진 성능이 크게 저하된다.
복수의 평판(152)을 8~15mm 간격으로 설치하고, (+) 출력의 펄스 전압을 인가하여 두 인접한 평판(152) 중 하나의 평판(152a)은 양극이 되고, 다른 하나의 평판(152b)은 음극이 되어, 판대판 방전에 의해 1단 하전부(140)에서 하전된 미세먼지를 집진하게 된다.
특히, 1단 하전부(140) 및 2단 집진부(150) 모두 (+) 출력의 양방전을 적용하여 1단 하전부(140)에서의 하전 및 2단 집진부(150)에서의 판대판 방전을 통해 오존 배출을 최소화하고, 집진 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
세정부(160)는 2단 집진부(150)에 집진된 미세먼지를 주기적으로 세정한다. 이러한 세정부(160)는 복수의 세정 노즐(미도시)이 2단 집진부(150)의 상부에 위치하여 세정수를 분사하여 2단 집진부(150)의 평판(152) 표면에 있는 이물을 세정하게 된다. 2단 집진부(150)를 통과하여 아래로 낙하하는 세정수는 기류 분사부(130) 및 1단 하전부(140)의 각 구성요소도 세척하게 된다.
또한, 세정부(160)는 세정을 위한 물을 공급하기 위해, 측부 인렛(162)을 구비할 수 있다. 측부 인렛(162)을 통해 세정수를 공급하는 공급 노즐(미도시)과 상기 공급 노즐을 통해 공급되는 세정수를 골고루 분사하는 세정 노즐(미도시)을 포함할 수 있다.
공기 배출부(170)는 미세먼지가 집진되어 제거된 청정 공기가 배출된다. 이러한 공기 배출부(170)는 2단 집진부(150) 및 세정부(160)를 통과한 공기를 흡입하여 고르게 분산 배출하는 배출 디퓨저(172)를 구비할 수 있다. 배출 디퓨저(172)는 유입 디퓨저(112)와 반대로 하부에서 상부로 갈수록 단면 직경이 작아지는 부분을 가져 공기를 분산 흡입시킬 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치(100)는 공기 유입부(110)의 하부에 배수 구멍(102)를 구비한 배수부(101)와, 바퀴(104)를 구비한 지지부(103), 절연 애자(105) 등을 포함할 수 있다.
배수부(101)는 세정수, 미세먼지 등을 배출하는 부분이며, 배수 구멍(102)을 통해 외부로 배출된다.
지지부(103)는 공기 청정 장치(100)를 하부에서 지지하며, 이동의 편의성을 위해 지지부(103) 하면에 바퀴(104) 등이 설치될 수 있다.
절연 애자(105)는 기류 분산부(130), 1단 하전부(140) 및 2단 집진부(150)를 포함하는 구조체에 연결되어 고전압에 의한 단락이 일어나는 것을 방지한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치에 전원을 공급하는 전원 공급부의 연결관계를 도시한 도면이다. 또한, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 공급모듈과 전극 간 매칭 형성 시 파형을 도시한 그래프이다. 그리고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 공급모듈과 전극 간 비매칭 형성 시 파형을 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치(100)는 직류 공급모듈(182) 및 펄스 공급모듈(184)을 포함하는 전원 공급부(180)를 더 포함할 수 있다. 이러한 전원 공급부(180)는 공기 청정 장치(100)의 내부에 설치될 수도 있으나, 외부에 설치되어 전력 케이블 등을 통해 고전압을 인가하는 것이 바람직하다.
직류 공급모듈(182)은 1단 하전부(140) 또는 2단 집진부(150)에 연결되어 직류 전압을 공급한다. 구체적으로, 직류 공급모듈(182)은 1단 하전부(140) 또는 2단 집진부(150)에 5.5~12kV 직류 전압을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 직류 공급모듈(182)은 1단 하전부(140)에 연결되어 1단 하전부(140)에 (+)전압을 가해 평활된 직류 전압을 공급함으로써, 1단 하전부(140)에서 일정하게 미세입자들외에 초미세입자들까지 효율적으로 하전할 수 있다.
펄스 공급모듈(184)은 1단 하전부(140) 또는 2단 집진부(150)에 연결되어 펄스 전압을 공급한다. 구체적으로, 펄스 공급모듈(184)은 1단 하전부(140) 또는 2단 집진부(150)에 19~26kHz, 5.5~10kV 펄스 전압을 공급한다. 바람직하게는, 펄스 공급모듈(184)은 2단 집진부(150)에 연결되어 2단 집진부(150)에 (+)전압을 가해 펄스 전압을 공급함으로써, 2단 집진부(150)에서 미세입자들외에 초미세입자들까지 순간적으로 전압을 가할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 10 mm 간격으로 배치된 평판(152)을 이용한 판대판 방전 방식에서, 10 mm 간격으로 배치된 평판(152) 19~26kHz 주파수 범위에서 노이즈가 발생하지 않은 펄스 전압 및 19~26kHz 주파수 범위를 벗어나 노이즈가 발생한 펄스 전압을 확인할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치(100)는 미세먼지, 오존에 관련된 정보를 감지하는 감지모듈(미도시)과, 액적 공급부(120), 기류 분산부(130), 1단 하전부(140), 2단 집진부(150), 세정부(160), 전원 공급부(180) 등에 대한 정보를 측정하는 측정모듈(미도시)을 포함하는 정보 획득부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 정보 획득부의 감지모듈은 오존, 미세입자 등의 농도 등을 감지할 수 있다. 또한, 정보 획득부의 측정모듈은 직류 공급모듈(182)의 직류 전압 변화, 펄스 공급모듈(184)의 펄스 전압 변화 등을 측정할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치에 공기 유입 시 시간에 따른 초미세먼지의 농도를 도시한 그래프이며, 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치로부터 공기 배출 시 시간에 따른 초미세먼지의 농도를 도시한 그래프이다. 또한, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치로부터 공기 배출 시 건식 상태 하에서 시간에 따른 오존의 농도를 도시한 그래프이며, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치로부터 공기 배출 시 습식 상태 하에서 시간에 따른 오존의 농도를 도시한 그래프이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 2단 집진부의 수분 입자 포집 상태를 촬영한 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치를 제작하여 초미세먼지 및 오존의 농도를 확인하였다. 초미세먼지의 농도는 공기 청정 장치의 공기 유입부와 공기 배출부를 비교하였고, 오존 농도는 미세 액적을 공급한 경우와 공급하지 않은 경우를 비교하였다. 구체적으로, 먼지 분석기(광산란법)을 통하여 입구와 출구의 초미세 먼지 농도를 측정하고, 오존 측정 장비(UV 방식)를 통하여 출구에서 오존을 동시에 측정하였다.
액적 공급부(120)의 경우, 1.5~3.5 MHz의 출력의 진동자 2개를 적용하여 평균 크기 2.0 ~ 2.6 ㎛의 액적을 공급하고, 약 16.7 mL/min 정도의 미세 액적을 공급하였다.
또한, 1단 하전부(140)의 경우, 0.2mm 구리 와이어 5가닥을 꼬아 금속 어셈블리(142)를 제작하여 46mm 간격으로 배치하였고, 각 금속 어셈블리(142) 사이에 SUS304 재질의 두께 1.5 mm 격막(144)을 사용하여 금속 어셈블리(142) 간의 간섭을 제거하였다. 여기에서, 1단 하전부(140)에 가해지는 직류 전압은 11.4 kV이다.
또한, 2단 집진부(150)의 경우, SUS304재질의 두께 0.5 mm 평판(152)을 양극과 음극 간격 10 mm로 하여 배치하였다. 이때, 10mm 간격을 적용하여 펄스 전압을 안정적으로 인가할 수 있게 된다. 여기에서, 2단 집진부(150)에 가해지는 펄스 전압은 25 kHz, 8.5 kV이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 최대 유입 농도 446.8 ㎍/㎥, 최소 유입 농도 130.5 ㎍/㎥, 평균 유입 농도 286.4 ㎍/㎥ 이며, 최대 배출 농도 17.04 ㎍/㎥, 최저 배출 농도 5.272 ㎍/㎥, 평균 배출 농도 10.47 ㎍/㎥ 이다.
이러한 초미세먼지의 농도 감소는 공기 청정 장치(100)의 전극 역할을 위해, 하단의 1단 하전부(140)로 구리 재질의 꼬인 와이어를 적용하여 구리의 전기적 특성에 따라 입자들의 하전을 충분히 시킬 수 있고, 상단의 2단 집진부(150)의 평판(152)의 전극에 원활하게 포집이 가능한 것에 기인한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 미세 액적을 공급하지 않는 경우, 오존 최대 배출량 30 ppb, 최소 배출량 20 ppb, 평균 배출량 27.33 ppb 이다. 또한, 미세 액적을 공급한 경우, 오존 최대 배출량 20 ppb, 최소 배출량 0 ppb, 평균 배출량 11.33 ppb 이다. 미세 액적을 공급하지 않는 건식에서 오존은 평균 27.33 ppb가 배출되었고, 미세 액적을 공급하는 습식에서 오존이 평균 11.33 ppb로 약 16 ppb가 감소한 것을 확인할 수 있다.
습식이 아닌 건식에서도 보조적인 수단 없이 1단 하전부(140)의 하전 및 2단 집진부(150)의 방전만으로 20~30 ppb가 배출 되었고 8시간 평균으로는 27.33 ppb의 농도를 나타내었고, 오존의 배출 편차도 20~30 ppb 로 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 특히, 미세 액적을 유입되는 공기에 공급하는 습식 방식을 도입할 경우, 평균 오존 배출량이 평균 16 ppb로 감소하는 것을 확인하여 습식 방식을 적용하는 것이 오존 저감에 효과가 있었음을 확인하였다.
이는 가습되는 미세 액적 형태의 수분에 의해 발생되는 오존 일부가 용해되어 수분 입자 형태로 2단 집진부(150)에 포집되기 때문이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 2단 집진부(150)에 수분 입자가 집진되어 포집되어 있는 경향을 확인할 수 있다.
또한, 미세 액적을 공급할 경우, 2단 집진부(150)에서 수분 입자가 포집되어 아래로 흘러 내리면서 집진된 미세먼지 일부를 세정하는 역할을 수행할 수 있어 장시간 이상의 가동에서도 초기의 집진 성능을 유지할 수 있어, 습식 방식이 오존 저감뿐만 아니라 미세 먼지 저감에서도 효과적이다. 이때, 수분이 포집되어 응집될 경우 2단 집진부(150)에서 전극 간 거리가 가까워지면 단락의 위험이 발생될 수 있으나, 펄스 전압을 공급하여 장시간의 내구성을 유지할 수 있다. 이에 반해, 펄스 전원이 아닐 경우, 잦은 방전의 중단과 화재의 발생 위험의 가능성이 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 공기 청정 장치
110: 공기 유입부 120: 액적 공급부
130: 기류 분산부 140: 1단 하전부
150: 2단 집진부 160: 세정부
170: 공기 배출부 180: 전원 공급부

Claims (8)

  1. 공기가 유입되며, 유입된 공기를 분산 및 확산시키는 공기 유입부;
    상기 공기에 포함된 미세먼지에 미세 액적을 공급하여 조대화시키는 액적 공급부;
    상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 포함한 공기를 통과시켜 균일하게 분산시키는 기류 분산부;
    (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 상기 미세 액적에 의해 조대화된 미세먼지를 하전시키는 1단 하전부;
    (+) 출력에 의한 양방전을 적용하여 상기 하전된 미세먼지를 집진하는 2단 집진부;
    상기 2단 집진부에 집진된 미세먼지를 주기적으로 세정하는 세정부; 및
    상기 미세먼지가 집진되어 제거된 청정 공기가 배출되는 공기 배출부를 포함하며,
    상기 1단 하전부는, 복수의 금속 와이어를 꼬아 형성되며, 상기 하전 시에 (+)극을 형성하는 복수의 금속 어셈블리와, 상기 복수의 금속 어셈블리 간 간섭을 방지하기 위해 상기 금속 어셈블리 사이에 설치되는 복수의 격막을 포함하는, 공기 청정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기 유입부는,
    하부에서 상부로 갈수록 단면 직경이 커지는 유입 디퓨저를 포함하는, 공기 청정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 액적 공급부는,
    주파수 1.5~3.5 MHz의 진동자를 사용하여 액적의 평균 크기 2.0~2.6㎛의 액적을 공급하는, 공기 청정 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 어셈블리는,
    직경 0.1~0.9mm인 금속 와이어 3~9가닥을 꼬아 형성되는, 공기 청정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기류 분산부는,
    상기 공기가 통과하며 상기 하전 시에 (-)극을 형성하는 금속 메쉬망과, 상기 금속 메쉬망이 설치되는 격판을 포함하는, 공기 청정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 2단 집진부는,
    8~15mm 간격으로 설치되는 복수의 평판을 포함하며,
    상기 복수의 평판을 이용하여 판대판 방전에 의해 상기 하전된 미세먼지를 집진하는, 공기 청정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 1단 하전부 또는 상기 2단 집진부에 5.5~12kV 직류 전압을 공급하는 직류 공급모듈과,
    상기 1단 하전부 또는 상기 2단 집진부에 19~26kHz, 5.5~10kV 펄스 전압을 공급하는 펄스 공급모듈을 포함하는 전원 공급부를 더 포함하는, 공기 청정 장치.
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