KR102127839B1 - 집진 필터 - Google Patents

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KR102127839B1
KR102127839B1 KR1020180132641A KR20180132641A KR102127839B1 KR 102127839 B1 KR102127839 B1 KR 102127839B1 KR 1020180132641 A KR1020180132641 A KR 1020180132641A KR 20180132641 A KR20180132641 A KR 20180132641A KR 102127839 B1 KR102127839 B1 KR 102127839B1
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이정륜
현옥천
백승재
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 공기가 들어오는 제 1 면과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면을 구비하고, 지그재그 형상으로 절곡되어, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 복수의 절곡부와 상기 복수의 절곡부 사이마다 평탄부를 구비하고, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터 및 상기 유전체 필터와 평행하게 형성되고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 각각 배치되는 전도성 재질의 제 1 기공성 전극 및 제 2 기공성 전극을 포함하고, 상기 제 1 면의 평탄부 및 상기 제 2 면의 평탄부는 각각 상기 제 1 기공성 전극 및 제 2 기공성 전극으로 덮어지고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 적어도 어느 한 면의 절곡부는 외부에 노출되어, 높은 전압을 인가할 수 있고, 이로써 집진 효율이 향상된 집진 필터에 관한 것이다.

Description

집진 필터 {Electric dust collector}
본 발명은 집진 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체 기계식 필터에 전압을 인가하여 유전체 필터의 분극을 유도하는 집진 필터에 관한 것이다.
일반적으로 집진 필터는 공기청정기, 냉방기나 난방기 등의 공기조화기에 장착되어 공기 중에 포함된 먼지 등의 이물질을 포집하는 장치이다.
종래의 집진 필터는 정전기 처리된 유전체 여과재를 이용하거나, 선행기술문헌(KR10-2011-0128465)과 같이 유전체 여과재를 메쉬스크린(mesh screen)과 같은 금속망 형태의 전극 사이에 위치시키고 상기 전극 사이에 일정크기의 전압을 인가하는 방식이 적용되어 왔다.
그러나, 정전기가 처리된 유전체 여과재를 이용한 집진 필터는 실사용시 먼지가 포집됨에 따라 정전기력이 손실되어 급격한 성능 저하가 나타난다. 이는 유전체 여과재를 전극 사이에 위치시키는 선행기술문헌(KR10-2011-0128465)의 집진 필터로 성능 저하 현상을 개선할 수 있으나, 선행기술문헌(KR10-2011-0128465)의 유전체 여과재의 전, 후방의 전극은 전극사이의 접촉문제 해결을 위해 절연 코팅이 필요하고, 절연 코팅은 여러 문제를 야기한다.
절연 코팅은 절연액의 점도가 높아 유전체 여과재 또는 전극의 기공을 막아 필터의 전, 후방의 압력 손실이 증가하고, 이로인하여 소정의 공기 유량을 만들기 위해 송풍기의 전력 소비량 및 소음이 증가되고, 집진 편차가 크게되는 문제가 있다.
또한 절연 코팅으로 제조 공정이 복잡해지고 제조 비용이 증가되는 문제가 있다.
또한, 종래의 집진 필터는 전극의 일 지점과 전원을 연결하여 유전체 여과재의 전, 후방의 전극에 균일한 전압을 인가하기 어렵고, 따라서 전기장이 불균일하게 형성되어 집진 편차가 크게 되는 문제가 있다.
또한, 종래의 집진 필터는 상류에 고전압을 인가받아 코로나 방전을 통하여 공기중의 먼지 입자를 대전시키는 이온발생기를 포함하고 있어, 인체에 유해한 오존이 발생하는 문제가 있다.
KR10-2011-0128465
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 집진 성능이 지속적으로 유지될 수 있는집진 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 집진 필터의 전, 후방 사이에 발생되는 압력차이를 감소하여 송풍장치에 공급되는 전력 및 소음이 감소될 수 있는 집진 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 제조 공정이 단순화될 수 있는 집진 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 절열 코팅을 하지 않은 채 유전체 여과재의 양면에 전도성 재질의 기공성 전극을 배치하면서도, 전극 사이에 통전이 발생하지 않는 집진 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 유전체 여과재의 전, 후방의 전극에 균일한 전압을 인가하여 유전체 여과재의 전체면에 걸쳐서 분극상태가 균일하게 유지될 수 있는 집진 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 작동중에 오존이 발생하지 않는 집진 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 집진 필터는, 공기가 들어오는 제 1 면과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면을 구비하고, 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡되어, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 복수의 절곡부와 상기 복수의 절곡부 사이마다 평탄부를 구비하고, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(dielectric filter) 및 상기 유전체 필터와 평행하게 형성되고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 각각 배치되는 전도성 재질의 제 1 기공성 전극 및 제 2 기공성 전극을 포함한다.
상기 제 1 면이 평탄부 및 상기 제 2 면의 평탄부는 각각 상기 제 1 기공성 전극 및 제 2 기공성 전극으로 덮어지고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 적어도 어느 한 면의 절곡부는 외부에 노출된다.
상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 어느 한 면의 절곡부는 외부에 노출될 수 있고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 다른 한 면의 절곡부는 상기 제 1 기공성 전극 또는 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어질 수 있다.
상기 제 1 면의 절곡부 및 제 2 면의 절곡부는 외부에 노출될 수 있다.
상기 제 1 면의 절곡부 및 상기 제 2 면의 절곡부는 각각 외측 절곡부와 내측 절곡부를 포함할 수 있고, 상기 제 1 면의 외측 절곡부 및 상기 제 2 면의 외측 절곡부는 외부에 노출될 수 있다.
상기 제 1 면의 내측 절곡부 및 상기 제 2 면의 내측 절곡부는 각각 상기 제 1 기공성 전극 및 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어질 수 있다.
상기 제 1 면의 외측 절곡부 및 상기 제 2 면의 외측 절곡부는 종단면의 길이가 적어도 상기 유전체 필터의 두께 보다 2배 이상 길게 형성될 수 있다.
상기 제 1, 2 기공성 전극은 비전도성 물질에 전도성 물질을 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 유전체 필터는, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 여과재(dielectric filter media) 및 상기 유전체 여과재와 밀착하게 배치되어 상기 유전체 필터의 절곡형상을 지지하는 지지체를 포함할 수 있다.
상기 지지체는 상기 유전체 필터의 제 1 면 및 제 2 면 중 어느 한 면을 형성하고, 상기 유전체 여과재는 상기 유전체 필터의 제 1 면 및 제 2 면 중 다른 한 면을 형성할 수 있고, 상기 제 1, 2 기공성 전극은 각각 상기 유전체 필터의 제 1 면 및 제 2 면에 접촉하게 배치될 수 있다.
상기 지지체는, 상기 유전체 여과재의 일 면에 배치되어 상기 유전체 필터의 제 1 면을 형성하는 제 1 지지체와, 상기 유전체 여과재의 다른 면에 배치되어 상기 유전체 필터의 제 2 면을 형성하는 제 2 지지체를 포함할 수 있고, 상기 제 1, 2 기공성 전극은 각각 상기 제 1, 2 지지체와 접촉하게 배치될 수 있다.
상기 기공성 전극은 상기 지지체에 전도성 물질이 프린팅되어 형성될 수 있다.
상기 제 1, 2 기공성 전극에 연결되어 고전압을 인가하는 전원을 포함할 수 있다.
상기 집진 필터는 상기 유전체 필터의 좌측단 및 우측단에 배치되는 전원연결부를 포함할 수 있고, 상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중 어느 한 측단부는 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어지고, 상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중 다른 한 측단부는 외부에 노출되고, 상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어진 측단부에 대향하는 측단부는 외부에 노출되고, 상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중 상기 제 1 면의 외부에 노출된 측단부에 대향하는 측단부는 상기 기공성 전극으로 덮어질 수 있다.
상기 전원연결부에 연결되어 제 1, 2 기공성 전극에 고전압을 인가하는 전원을 포함할 수 있다.
다르게는, 공기가 들어오는 제 1 면과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면을 구비하고, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터; 상기 유전체 필터와 평행하게 형성되고, 상기 제 1 면 및 제 2 면에 각각 배치되는 전도성 재질의 제 1 기공성 전극과 제 2 기공성 전극; 및 상기 유전체 필터의 좌측단 및 우측단에 배치되는 전원연결부를 포함한다.
상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중 어느 한 측단부는 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어지고, 상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어진 측단부에 대향하는 측단부는 외부에 노출된다.
상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중 다른 한 측단부는 외부에 노출되고, 상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중 상기 제 1 면의 외부에 노출된 측단부에 대향하는 측단부는 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어질 수 있다.
상기 전원연결부는, 상기 제 1 기공성 전극과 연결되는 제 1 전원연결부와, 상기 제 2 기공성 전극과 연결되는 제 2 전원연결부를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 집진 필터에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　유전체 필터의 양면에 전도성 재질의 기공성 전극이 배치되고, 기공성 전극에 전압이 인가되면 전기장이 발생하고, 유전체 섬유의 전하들이 일정하게 분극이 유도되어 집진 성능이 지속될 수 있는 장점이 있다.
둘째,　유전체 필터의 양면에 전도성 재질의 기공성 전극을 배치하되, 절연 코팅을 하지 않음으로써 집진 필터의 전, 후방 사이에 발생되는 압력차이를 감소할 수 있고, 이에 따라 송풍장치에 공급되는 전력 및 소음이 감소될 수 있는 장점이 있다.
셋째, 절연 코팅 과정이 배제되어 제조 공정이 단순화되고, 제조 비용이 절감되는 장점도 있다.
넷째, 전도성 재질의 기공성 전극 사이에 발생하는 통전을 방지하기 위한 절연 코팅을 하지 않으면서도, 지그재그 형상의 유전체 필터의 두께가 유지되는 평탄부에는 기공성 전극을 배치하고, 유전체 필터의 두께가 감소되는 절곡부에는 기공성 전극을 배치하지 않음으로써, 전극 사이에 발생할 수 있는 통전을 방지할 수 있고, 통전으로 인한 필터 파손을 방지할 수 있는 장점도 있다.
다섯째,　유전체 필터의 어느 한 면의 좌, 우측단부 중 어느 한 측단부에 기공성 전극이 배치되며, 다른 한 측단부에는 기공성 전극이 배치되지 않고, 유전체 필터의 다른 한 면의 좌, 우측단부 중 다른 한 측단부에 기공성 전극이 배치되며, 어느 한 측단부에는 기공성 전극이 배치되지 않고, 유전체 필터의 양 측단에 전원연결부를 배치하여, 간단한 구조로 유전체 필터의 전, 후방면에 서로 다른 극의 전압을 인가할 수 있고, 기공성 전극에 균일한 전압을 인가할 수 있으며, 유전체 여과재의 전체면에 걸쳐서 분극상태가 균일하게 유지될 수 있는 장점도 있다.
여섯째, 공기 중의 대전되지 않은 먼지 입자들도, 분극된 유전체 섬유에 의해 쌍극자 모멘트를 가지게 되어 유전체 필터에 포집될 수 있으므로, 먼지등 이물질을 대전하기 위한 코로나 방전을 일으키는 이온발생장치를 사용하지 않을 수 있어, 인체에 유해한 오존발생을 방지할 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터가 설치된 공기조화기가 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 단면도로서, (a)는 유전체 필터의 단면도이고, (b) 및 (c)는 유전체 필터와 기공성 전극을 포함하는 집진 필터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 사시도이다.
도 4는 유전체 필터의 절곡부에 작용하는 응력을 나타낸 개념도이다.
도 5는 도 4에 표시된 응력에 의해 유전체 필터의 절곡부의 두께가 얇아진 것을 나타낸 단면도이다.
도 6은 집진 필터의 통전에 의하여 유전체 필터의 절곡부에 파손이 발생한 것을 나타낸 사시도와 정면도이다.
도 7은 유전체 필터의 절곡부의 형상 및 길이를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터에 적용되는 기공성 전극의 일 예로서, 전도성 물질로 형성된 스크린 메쉬를 나타낸 정면도이다.
도 9는 비전도성 물질에 전도성 물질을 코팅한 기공성 전극의 주사전자현미경을 이용한 이미지(SEM 이미지)로서, (a)는 비전도성 물질에 카본 코팅을 한 기공성 전극의 SEM 이미지이고, (b)는 비전도성 물질에 금속 코팅을 한 기공성 전극의 SEM 이미지이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 것으로서, (a) 와 (c)는 기공성 전극, (b)는 유전체 여과재와 지지체, (d)는 유전체 여과재, 지지체 및 기공성 전극의 배치관계를 나타낸 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 집진 필터가 도시된 것으로서, 도 12와 다른 제작 순서를 나타내기 위한 것이다.
도 14는 도 13에 도시된 집진 필터가 도시된 것으로서, (a)와 (c)는 기공성 전극과 지지체, (b)는 유전체 여과재의 정면도이고, (d)는 집진 필터의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 것으로서, 기공성 전극, 유전체 여과재 및 지지체의 배치관계를 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 집진 필터를 도시된 정면도와 배면도이다.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 집진 필터의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터의 유전체 필터의 분극현상을 나타낸 개념도로서, (a)는 기공성 전극에 전압이 인가되기 전, (b)는 기공성 전극에 전압이 인가된 상태를 나타낸 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터의 인가 전압에 따른 집진 효율을 나타낸 그래프이다.
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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 집진 필터를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터가 설치된 공기조화기가 도시된 단면도로서 공기의 흐름방향을 따라 집진 필터(10), 열교환기(H), 송풍기(F)가 가 순차적으로 설치되어, 송풍기(F)가 작동되면, 공기흡입구(I)로 유입된 공기가 집진 필터(10)를 통과하면서 이물질이 걸러진 다음, 열교환기(H)에서 열교환되어 공기토출구(O)로 토출된다.
집진 필터(10)를 갖는 공기조화기(100)는 유전체 필터(30)가 배치되는 필터 케이스(미도시)를 포함할 수 있다. 필터 케이스는 공기조화기의 전원이 꺼진 상태로 공기조화기로부터 착탈 가능하도록 설치될 수 있다.
공기조화기는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 전원(70)은 상기 제어부(미도시)에 연결되어 집진 필터(10)에 접지를 제공할 수 있다. 상기 송풍기(F)의 작동시, 집진 필터(10)에 고전압을 인가하는 전원(70)이 온되는 것이 가능하고, 집진 필터는 송풍기(F)에 의해 유동되는 공기 중의 이물질을 집진할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 단면도로서, (a)는 유전체 필터의 단면도이고, (b) 및 (c)는 유전체 필터와 기공성 전극을 포함하는 집진 필터의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 사시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 공기가 들어오는 제 1 면(310)과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면(320)을 구비하고 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(dielectric filter, 30) 및 전도성 재질의 기공성 전극(50)을 포함한다.
도 2(a)를 참조하여, 유전체 필터(30)는 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡되어, 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)에 복수의 절곡부(313, 323)와 복수의 절곡부(313, 323) 사이마다 평탄부(311, 321)를 구비한다. 유전체 필터(30)는 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 여과재(300)를 포함한다.
유전체 여과재(300)는 유전체 재질의 파이버로 제조될 수 있고, 정전기 처리된 유전체 여과재일 수 있다. 유전체 여과재(300)는 부직포 구조일 수 있고, 상기 부직포는 폴리프로필렌을 원료로 하여 멜트블로운(melt-blown) 공정으로 제조될 수 있으며, 이외에 합성유기고분자, 천연유기고분자, 및 무기재료를 원료로 사용할 수 있다. 부직포의 원료 및 제조 공정은 널리 알려진 공지, 공용된 기술이므로 이에 대하여는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기공성 전극(50)은 유전체 필터(30)와 평행하게 형성되고, 제 1 면(310)에 배치되는 제 1 기공성 전극(51)과 제 2 면(320)에 배치되는 제 2 기공성 전극(52)을 포함한다. 기공성 전극(50)은 전도성이 있고 견고한 재질로 이루어질 수 있고, 유전체 필터(30)와 평행하게 형성될 수 있으며, 유전체 필터(30)와 접촉되게 설치되어 유전체 여과재(300)를 지지할 수 있다.
제 1 면의 평탄부(311) 및 제 2 면의 평탄부(321)는 각각 상기 제 1 기공성 전극(51) 및 제 2 기공성 전극(52)으로 덮어지고, 제 1 면(310) 및 상기 제 2 면(320) 중 어느 한 면의 절곡부(313, 323)는 외부에 노출된다. 여기서 절곡부(313, 323)가 외부에 노출된다는 의미는 절곡부(313, 323)에 기공성 전극(50)이 배치되지 않는다는 의미이다. 따라서, 집진 필터(10)의 외부에는 노출되나, 집진 필터(10)가 설치되는 공기조화기 또는 공기청정기의 외부에는 노출되지 않는 경우를 포함한다.
예를들어 도 2(b)를 참조하면, 제 1 기공성 전극(51)은 제 1 면의 전 영역에 걸쳐 배치되고, 제 2 기공성 전극(52)은 제 2 면(320)의 평탄부(321)에 배치되며, 제 2 면(320)의 절곡부(323)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않을 수 있다. 제 1 기공성 전극(51)은 제 1 면(310)의 전 영역에 걸쳐 배치되어, 제 1 면(310)의 평탄부(311)와 제 1 면(310)의 절곡부(313)에 배치될 수 있다.
또는, 도 2(c)를 참조하여, 제 1 기공성 전극(51)은 제 1 면(310)의 평탄부(311)에 배치되며, 제 1 면(310)의 절곡부(313)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않고, 제 2 기공성 전극(52)은 제 2 면(320)의 전 영역에 걸쳐 배치될 수 있다. 제 2 기공성 전극(52)은 제 2 면(320)의 전 영역에 걸쳐 배치되어, 제 2 면(320)의 평탄부(321)와 제 2 면(320)의 절곡부(323)에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터(10)는 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)에 고전압을 인가하는 전원(70)을 포함할 수 있다. 전원(70)은 기공성 전극(50)에 직접 연결되어 고전압을 인가할 수 있고, 또는 후술하는 전원연결부(60)와 연결되고, 전원연결부(60)가 기공성 전극(50)에 연결되어 전압을 인가할 수도 있다.
전원(70)은 제 1 기공성 전극(51)에 양(+)극이 연결되고, 제 2 기공성 전극(52)에 음(-)극이 연결되어 제 1 기공성 전극(51)과 제 2 기공성 전극(52) 사이에 전위차를 발생시킬 수 있다. 또는 전원(70)은 제 1 기공성 전극(51)에 음극이 연결되고, 제 2 기공성 전극(52)에 양극이 연결될 수도 있다. 또는 제 1, 2 기공성 전극 중 어느 하나의 기공성 전극은 접지 전극과 연결되고, 다른 하나의 기공성 전극은 음극 또는 양극이 연결되어 제 1, 2 기공성 전극(51, 52) 사이에 전위차를 발생시킬 수도 있다.
도 18을 참조하여, 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)에 고전압이 인가되면, 전위차에 의해 제 1 기공성 전극(51)과 제 2 기공성 전극(52) 사이에 전기장이 발생된다. 상기 전기장에 의하여 유전체 여과재(300)의 분극이 유도된다.
분극의 세기(P)에 대한 식은 다음과 같다.
Figure 112018108147734-pat00001
Figure 112018108147734-pat00002
: 진공에서의 유전율
Figure 112018108147734-pat00003
: 비유전율
Figure 112018108147734-pat00004
: 전기장의 세기
전기장의 세기(E)에 대한 식은 다음과 같다.
Figure 112018108147734-pat00005
V : 인가전압
d : 제 1, 2 기공성 전극의 간격
도 19와 위 수식을 참조하여, 인가전압(또는 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)의 전위차)이 커지거나, 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)의 간격이 좁아지면, 전기장의 세기(E)가 커지고, 분극의 세기(P)가 커져 집진 필터(10)의 집진 효율이 향상된다.
다만, 전기장의 세기(E)가 일정 수준을 벗어날 정도로 커지면, 제 1, 2 기공성 전극(51, 52) 사이에 통전현상이 발생될 수 있다. 상기 통전현상으로 인하여 유전체 필터(30)에 파손이 발생될 수 있고, 이는 유전체 필터(30)의 수명 단축과 집진 효율이 하락되는 영향을 미친다.
따라서, 통전현상을 방지하면서 집진효율을 향상시키기 위해서는 제 1, 2 기공성 전극은 간격이 일정하게 배치되어야 한다.
또한, 집진 필터(10)는 공기조화기(100)나 공기청정기에 설치되므로, 일정 영역에 설치 가능한 크기로 제작되어야 하며, 일정 영역에 설치되면서 집진 효율을 향상시키기 위해서는 단면적을 넓히기 위해 지그재그 형상으로 절곡되어 제작될 수 있다.
도 4는 유전체 필터의 절곡부에 작용하는 응력과 상기 응력에 의한 유전체 필터의 파단을 나타낸 개념도이고, 도 5는 도 4에 표시된 응력에 의해 유전체 필터의 절곡부의 두께가 얇아진 것을 나타낸 단면도이고, 도 6은 집진 필터의 통전에 의하여 유전체 필터의 절곡부에 파손이 발생한 것을 나타낸 사시도와 정면도이다.
도 4를 참조하면, 유전체 필터(30)와 같은 재료를 절곡하기 위하여 굽힘 하중(bendig load)를 가하면, 상기 재료 내부의 가상의 선(도 4의 점선)을 따라 전단 응력(shear stress, τ)이 작용하고, 전단 변형(shear strain)이 발생한다. 이때, 전단 응력(
Figure 112018108147734-pat00006
)에 의해 상기 재료는 상기 가상의 선 보다 외측으로는 인장되고, 내측으로는 압축된다. 따라서, 도 5에 나타난 바와 같이 절곡부의 두께(T2)가 평탄부의 두께(T1)보다 감소한다. 또한, 도 4에 나타난 바와 같이 절곡부의 외측에 파단(D)이 발생할 수도 있다.
따라서, 유전체 필터(30)는 절곡부의 두께(T2)가 평탄부의 두께(T1) 보다 얇고, 종래의 집진 필터와 같이 유전체 필터(30)의 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)의 전 영역에 걸쳐 각각 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)이 배치된 경우, 제 1, 2 면의 절곡부(313, 323)에 배치된 제 1, 2 기공성 전극(51, 52) 사이에 발생하는 전기장의 세기는 제 1, 2 면의 평탄부(311, 321)에 배치된 제 1, 2 기공성 전극(51, 52) 사이에 발생하는 전기장의 세기 보다 강하게 된다.
이에 따라, 도 6에 나타난 바와 같이 집진 필터(10)의 절곡부에 통전이 발생하여 파손(B)이 발생할 수 있다.
집진 효율을 향상시키기 위하여, 제 1, 2 기공성 전극의 전위차 및 이에 의한 전기장의 세기를 크게 하고, 파손(B)을 방지하기 위하여 전술한 바와 같이 제 1 면의 절곡부(313) 및 제 2 면의 절곡부(323) 중 어느 하나의 절곡부에는 기공성 전극을 배치하지 않고, 제 1, 2 면의 평탄부(311, 321)에는 기공성 전극을 서로 대향하도록 배치할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 집진 필터는 위와 같은 기공성 전극의 배치로 높은 수준의 전위차를 유지하면서도 통전에 의한 파손(B)을 방지할 수 있다.
도 7은 유전체 필터의 일부를 나타낸 것으로, 절곡부의 형상 및 길이를 나타낸 개념도로서, 도 7(a)는 절곡각이 큰 경우이고, 도 7(b)는 절곡각이 작은 경우이다.
이하, 도 7을 참조하여, 제 1 면은 내측으로 절곡되고, 제 2 면은 외측으로 절곡된 경우를 예로 들어, 기공성 전극이 배치되지 않는 절곡부의 단면의 길이를 설명한다.
절곡부와 평탄부의 경계는 형상으로 구분되는 것은 모호한바, 제 1 면 및 제 2 면의 절곡부(313, 323)의 단면의 길이를 L로 정의하여 절곡부와 평탄부를 구분하도록 한다.
제 2 기공성 전극(52)은 단면의 길이가 L로 정의된 제 2 면의 절곡부(323)에는 배치되지 않는다. 또한, 제 1 기공성 전극(51)은 제 1 면의 절곡부(313)와 평탄부(311) 모두에 배치되고, 제 2 기공성 전극(52)은 제 2 면의 평탄부(321)에는 배치된다. 따라서, 도 7과 같은 유전체 필터(30)의 일부는 단면의 길이가 L인 제 2 면의 절곡부(323)는 외부에 노출되고, 그 이외의 영역은 기공성 전극(50)으로 덮어진다.
도 7(a)를 참조하면, 절곡각(θ)이 큰 경우, 제 2 면의 절곡부의 형상은 두 개의 제 1 면의 평탄부의 연장선의 교점을 중심으로 유전체 여과재(300)의 두께(t)를 반지름(r)으로 하고, 소정의 중심각을 갖는 호의 형상과 근사한다.
중심각의 크기는 다음과 같다.
중심각의 크기 = 2π-π-θ [rad]
호의 길이에 대한 수식은 다음과 같다.
호의 길이 = r*중심각의 크기
따라서, 절곡부의 단면의 길이(L)는 다음과 같다.
L=(π-θ)*t
예를 들어, 절곡부의 단면의 길이(L)는, 절곡각의 크기가 45도인 경우 유전체 필터(30) 두께(t)의 약 2.4배이고, 30도인 경우 유전체 필터(30) 두께(t)의 약 2.6배이다. 다만, 이는 근사치로서 정확한 수치는 아니다.
한편, 도 7(b)를 참조하면, 절곡각(θ)이 작아질수록, 절곡부의 단면은 직선에 근사하게 되고, 이 경우 절곡부의 단면의 길이(L)의 최소값은 유전체 필터(30)의 두께의 2배가 된다.
따라서, 절곡되는 부분에 단면의 길이가 유전체 필터(30)의 두께보다 2배 이상 긴 부분에 기공성 전극이 배치되지 않아야 제 1, 2 기공성 전극 사이의 간격이 일정하게 유지될 수 있고, 기공성 전극이 배치되지 않는 제 1 면 및/또는 제 2 면의 절곡부(313, 323)는 유전체 필터(30)의 두께(t) 보다 2배 이상 길게 형성될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 적용되는 기공성 전극을 설명한다.
기공성 전극(50)은 유전체 필터(30)의 양면에 배치되고, 전도성 물질을 포함하고, 전원(70)으로부터 고전압을 인가받아 유전체 필터(30)의 분극을 유도한다. 또한, 기공성 전극(50)은 공기가 유전체 여과재(300)를 통과할 수 있도록 기공이 형성된다.
기공성 전극(50)은 전도성 물질로 형성되거나, 비전도성 물질에 전도성 물질을 코팅하여 형성되거나, 또는 전도성 물질과 비전도성 물질이 서로 엮이도록 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 기공성 전극(50)은 전도성 물질을 그물망(mesh)의 형상으로 제작할 수 있고, 또는 비전도성 물질에 전도성 물질을 코팅하여 그물망의 형상을로 제작할 수 있다. 예를들어, 금속 또는 금속섬유를 그물망의 형태로 제작하거나, 비전도성 물질을 그물망의 형상으로 제작하고 카본 또는 금속코팅을 하여 기공성 전극(50)을 제작할 수 있다.
또한, 기공성 전극(50)은 전도성 섬유를 다양한 형태로 패터닝하여 유전체 여과재(300)나 후술하는 지지체(40)의 일면에 접촉하게 배치되거나, 유전체 파이버와 전도성 섬유가 서로 엮이도록 제조될 수 있다. 상기 전도성 섬유는 카본 파이버 또는 메탈 파이버를 포함할 수 있고, 상기 카본 파이버는 그래핀 파이버를 포함한다.
도 9를 참조하면, 기공성 전극(50)은 부직포 구조의 비전도성 물질에 전도성 물질을 코팅하여 형성될 수 있다. 예를들어, 기공성 전극은 도 9(a)와 같이 비전도성 물질에 카본을 코팅하거나, 도 9(b)와 같이 비전도성 물질에 금속을 코팅하여 형성될 수 있다.
또한, 기공성 전극(50)은 전도성 섬유를 포함하고, 부직포 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 부직포 구조의 기공성 전극(50)은 유전체 여과재(300)나 후술하는 지지체(40) 일면에 접촉하게 배치되거나, 유전체 파이버와 전도성 섬유가 서로 엮이도록 부직포 구조의 유전체 여과재(300)와 부직포 구조의 기공성 전극(50)으로 제조될 수 있다. 상기 전도성 섬유는 카본 파이버 또는 메탈 파이버를 포함할 수 있고, 상기 카본 파이버는 그래핀 파이버를 포함한다.
한편, 도 12 내지 도 16을 참조하면, 기공성 전극(50)은 비전도성 물질에 전도성 물질을 프린팅하여 형성될 수도 있다. 따라서, 기공성 전극(50)은 유전체 여과재(300)에 전도성 물질을 프린팅하거나, 후술하는 지지체(40)에 전도성 물질을 프린팅하여 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 공기가 들어오는 제 1 면(310)과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면(320)을 구비하고 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(30) 및 전도성 재질의 기공성 전극(50)을 포함한다.
도 10을 참조하면, 기공성 전극(50)은 유전체 필터(30)와 평행하게 형성되고, 제 1 면(310)에 배치되는 제 1 기공성 전극(51)과 제 2 면(320)에 배치되는 제 2 기공성 전극(52)을 포함한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 제 1 면의 평탄부(311) 및 제 2 면의 평탄부(321)는 각각 상기 제 1 기공성 전극(51) 및 제 2 기공성 전극(52)으로 덮어지고, 제 1 면(310) 및 상기 제 2 면(320)의 절곡부(313, 323)는 외부에 노출된다. 여기서 절곡부(313, 323)가 외부에 노출된다는 의미는 제 1 실시예에서 설명한 것과 같고, 이하 다른 실시예에서도 마찬가지이다. 따라서, 제 2 실시예에서 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)은 제 1, 2 면의 평탄부(311, 321)에 배치되고, 제 1 , 2면의 절곡부(313, 323)에는 배치되지 않는다.
이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 단면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 공기가 들어오는 제 1 면(310)과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면(320)을 구비하고 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(30) 및 전도성 재질의 기공성 전극(50)을 포함한다.
도 11을 참조하면, 제 1 면의 절곡부(313) 및 제 2 면의 절곡부(323)는 각각 외측 절곡부(313o, 323o)와 내측 절곡부(313i, 323i)를 포함한다. 유전체 필터(30)는 지그재그 형상으로 절곡되어, 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)에 복수의 골이 형성되고, 제 1 면(310)의 복수의 골에 각각 대향되는 제 2 면(320)의 복수의 마루와, 제 2 면(320)의 복수의 골에 각각 대향되는 제 1 면(310)의 복수의 마루가 형성된다. 즉, 유전체 필터(30)의 어느 하나의 절곡부는 제 1 면(310)에 골이 형성되고, 제 2 면(320)에 마루가 형성될 수 있고, 상기 어느 하나의 절곡부와 인접한 절곡부는 제 1 면(310)에 마루가 형성되고, 제 2 면(320)에 골이 형성된다.
제 1 면(310)에 골이 형성되고 제 2 면(320)에 마루가 형성된 절곡부의 제 1 면은 제 1 면(310)의 내측 절곡부(313i)고, 제 2 면은 제 2 면의 외측 절곡부(323o)다. 이와 반대로, 제 1 면(310)에 마루가 형성되고 제 2 면(320)에 골이 형성된 절곡부의 제 1 면은 제 1 면의 외측 절곡부(313o)고, 제 2 면은 제 2 면의 내측 절곡부(323i)다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 제 1 면의 외측 절곡부(313o) 및 제 2 면의 외측 절곡부(323o)는 외부에 노출되고, 제 1 면의 내측 절곡부(313i) 및 제 2 면의 내측 절곡부(323i)는 각각 제 1 기공성 전극(51) 및 제 2 기공성 전극(52)으로 덮어진다. 따라서, 제 3 실시예에서 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)은 제 1, 2 면의 평탄부(311, 321) 및 내측 절곡부(313i, 323i)에 배치되고, 제 1 , 2면의 외측 절곡부(313o, 323o)에는 배치되지 않는다.
전술한 바와 같이, 제 1, 2 면의 외측 절곡부(313o, 323o)는 종단면의 길이(L)가 적어도 유전체 필터(30)의 두께(t) 보다 2배 이상 길게 형성될 수 있다. 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 것으로서, (a) 와 (c)는 기공성 전극, (b)는 유전체 여과재와 지지체, (d)는 유전체 여과재, 지지체 및 기공성 전극의 배치관계를 나타낸 단면도이고, 도 13은 도 12에 도시된 집진 필터가 도시된 것으로서, 도 12와 다른 제작 순서를 나타내기 위한 것이고, 도 14는 도 13에 도시된 집진 필터가 도시된 것으로서, (a)와 (c)는 기공성 전극과 지지체, (b)는 유전체 여과재의 정면도이고, (d)는 집진 필터의 단면도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 공기가 들어오는 제 1 면(310)과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면(320)을 구비하고 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(30) 및 전도성 재질의 기공성 전극(50)을 포함한다.
유전체 필터(30)는 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡되어, 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)에 복수의 절곡부(313, 323)와 복수의 절곡부(313, 323) 사이마다 평탄부(311, 321)를 구비한다. 유전체 필터(30)는 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 여과재(dielectric filter media, 300) 및 유전체 여과재(300)와 밀착하게 배치되어 유전체 필터(30)의 절곡형상을 지지하는 지지체(40)를 포함한다.
본 발명의 제 4 실시예의 지지체(40)는 유전체 여과재(300)의 상류(upstream)면에 배치되어 유전체 필터(30)의 제 1 면(310)을 형성하는 제 1 지지체(41)와 유전체 여과재(300)의 하류(downstream)면에 배치되어 유전체 필터(30)의 제 2 면(320)을 형성하는 제 2 지지체(42)를 포함한다.
지지체(40)는 비전도성이고, 부직포 구조로 형성되고, 유전체 필터(30)의 절곡 형상을 지지할 수 있는 유전체 여과재(300) 보다 견고한 재질로 이루어질 수 있다.
도 12를 참조하면, 유전체 여과재(300)에 지지체(40)를 부착시키고, 지지체(40)에 기공성 전극(50)을 부착시켜 집진 필터(10)를 형성할 수 있다. 또는, 도 13을 참조하면, 지지체(40)의 일면에 기공성 전극(50)을 부착시키고, 지지체(40)의 다른면을 유전체 여과재(300)에 부착시켜 집진 필터(10)를 형성할 수도 있다.
도 12(d)에 도시된 바와 같이 집진 필터(10)는 공기 흐름의 상류에서 하류방향으로, 제 1 기공성 전극(51), 제 1 지지체(41), 유전체 여과재(300), 제 2 지지체(42) 및 제 2 기공성 전극(52)의 순서대로 배치된다. 도 12 및 도 13은 구성의 배치관계를 간단히 나타내기 위한 것으로 집진 필터(10)가 평판의 형상으로 도시되어 있으나, 제 4 실시예의 집진 필터(10)는 도 14(d)에 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 절곡된 형상이다.
한편, 도 14를 참조하면, 기공성 전극(50)은 지지체(40)에 전도성 물질이 프린팅되어 형성될 수 있다. 전도성 물질이 프린팅 되는 위치는 제 1 내지 제 3 실시예의 기공성 전극(50)의 배치위치와 같다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 제 1 지지체의 전 영역에 전도성 물질이 프린팅 되고, 제 2 지지체의 평탄부에 해당하는 영역에는 전도성 물질이 프린팅 되고, 제 2 지지체의 절곡부에 해당하는 영역에는 전도성 물질이 프린팅되지 않을 수 있다. 또는 도 14의 (a)와 (c)에 도시된 바와 반대로, 제 1 지지체의 평탄부에 해당하는 영역에 전도성 물질이 프린팅 되고, 제 2 지지체의 전 영역에 전도성 물질이 프린팅 될 수도 있다.
또한, 제 2 실시예에서와 같이 제 1, 2 지지체의 평탄부에 해당하는 영역에 전도성 물질이 프린팅되고, 제 1, 2 지지체의 절곡부에 해당하는 영역에는 전도성 물질이 프린팅 되지 않거나, 제 3 실시예에서와 같이 제 1, 2 지지체의 평탄부 및 내측 절곡부에 해당하는 영역에는 전도성 물질이 프린팅 되고, 제 1, 2 지지체의 외측 절곡부에 해당하는 영역에는 전도성 물질이 프린팅 되지 않을 수 있다.
이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 내지 제 3 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 15는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 집진 필터가 도시된 것으로서, 기공성 전극, 유전체 여과재 및 지지체의 배치관계를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 공기가 들어오는 제 1 면(310)과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면(320)을 구비하고 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(30) 및 전도성 재질의 기공성 전극(50)을 포함한다.
유전체 필터(30)는 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡되어, 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)에 복수의 절곡부(313, 323)와 복수의 절곡부(313, 323) 사이마다 평탄부(311, 321)를 구비한다. 유전체 필터(30)는 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 여과재(300) 및 유전체 여과재(300)와 밀착하게 배치되어 유전체 필터(30)의 절곡형상을 지지하는 지지체(40)를 포함한다.
본 발명의 제 4 실시예의 지지체(40)는 유전체 여과재(300)의 상류면에 배치되어 유전체 필터(30)의 제 1 면(310)을 형성하거나, 유전체 여과재(300)의 하류면에 배치되어 유전체 필터(30)의 제 2 면(320)을 형성할 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 15(a)와 같이 유전체 여과재(300)의 상류면에 제 1 기공성 전극(51)을 부착시키고, 지지체(40)의 하류면에 제 2 기공성 전극(52)을 부착시키고, 유전체 여과재(300)의 하류면과 지지체(40)의 상류면을 부착시켜 집진 필터(10)를 형성할 수 있다. 또는, 도 15(b)와 같이 지지체(40)의 상류면에 제 1 기공성 전극을 부착시키고, 유전체 여과재(300)의 하류면에 제 2 기공성 전극을 부착시키고, 지지체(40)의 하류면과 유전체 여과재(300)의 상류면을 부착시켜 집진 필터(10)를 형성할 수도 있다.
집진 필터(10)는 공기 흐름의 상류에서 하류방향으로, 제 1 기공성 전극(51), 지지체(40), 유전체 여과재(300), 및 제 2 기공성 전극(52)의 순서대로 배치되거나, 제 1 기공성 전극(51), 유전체 여과재(300), 지지체(40) 및 제 2 기공성 전극(52)의 순서대로 배치될 수 있다. 도 15는 구성의 배치관계를 간단히 나타내기 위한 것으로 집진 필터(10)가 평판의 형상으로 도시되어 있으나, 제 5 실시예의 집진 필터(10)는 제 4 실시예와 같이 지그재그 형상으로 절곡된 형상이다.
한편, 기공성 전극(50)은 유전체 여과재(300) 또는 지지체(40)에 전도성 물질이 프린팅되어 형성될 수 있다. 전도성 물질이 프린팅 되는 제 4 실시예와 같거나 유사하다. 즉, 제 1 기공성 전극(51)은 유전체 여과재(300)에 프린팅되고 제 2 기공성 전극(52)은 지지체(40)에 프린팅되거나, 제 1 기공성 전극(51)은 지지체(40)에 프린팅되고 제 2 기공성 전극(52)은 유전체 여과재(300)에 프린팅되는 점에 차이가 있을 뿐 평탄부 및 절곡부의 프린팅되거나 프린팅되지 않는 위치는 제 4 실시예와 동일하다.
이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 4 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 전술한 제 4 실시예 및 제 5 실시예에 대한 설명에서는 지지체(40)를 유전체 필터(30)의 일부 구성으로 설명하였으나, 지지체(40)는 유전체 필터(30) 및 기공성 전극(50)의 절곡형상을 지지하는 별도의 구성으로 볼 수도 있으며, 이는 집진 필터(10)의 구조, 형상 및 기능에 영향을 미치지는 않는다. 예를들어, 지지체(40)를 유전체 필터(30)와 별도의 구성으로 보면, 제 1 지지체(41)는 유전체 필터(30)의 제 1 면(310)에 배치되고, 제 2 지지체(42)는 유전체 필터(30)의 제 2 면(320)에 배치된다. 이는, 지지체(40)를 유전체 필터(30)의 일부 구성으로 보고 제 1, 2 지지체(41, 42)가 유전체 필터(30)의 제 1, 2 면(310, 320)을 형성하는 것과 같다.
도 16은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 집진 필터를 도시한 것으로서, (a)는 집진 필터의 정면도, (b)는 집진 필터의 배면도이고, 도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 집진 필터의 사시도이다.
본 발명의 제 6 실시예에 따른 집진 필터(10)는, 공기가 들어오는 제 1 면(310)과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면(320)을 구비하고, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(30)와, 유전체 필터(30)와 평행하게 형성되고, 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)에 배치되는 전도성 재질의 기공성 전극(50) 및 유전체 필터(30)의 좌측단(31) 및 우측단(32)에 배치되는 전원연결부(60)를 포함한다.
유전체 필터(30)는 평판 형상으로 형성될 수 있고, 또는 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡되어, 제 1 면(310) 및 제 2 면(320)에 복수의 절곡부(313, 323)와 복수의 절곡부(313, 323) 사이마다 평탄부(311, 321)를 구비할 수 있다. 유전체 필터(30)는 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 여과재(300)를 포함한다. 이하, 유전체 필터(30)가 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡된 경우를 예로 들어 설명한다.
기공성 전극(50)은 유전체 필터(30)와 평행하게 형성되고, 제 1 면(310)에 배치되는 제 1 기공성 전극(51)과 제 2 면(320)에 배치되는 제 2 기공성 전극(52)을 포함한다.
한편, 유전체 필터(30)는 복수의 골과 평행한 두 측단과 이와 수직한 두 측단을 구비한다. 복수의 골과 수직한 두 측단 중 어느 한 측단을 좌측단(31)으로 정의하고, 다른 한 측단을 우측단(32)으로 정의한다. 따라서, 좌측단(31) 및 우측단(32)은 유전체 필터(30)를 배치하는 각도에 따라 서로 좌우에 위치할 수도 있고, 상하에 위치할 수도 있다. 이는 집진 필터(10)의 구조, 형상 및 기능과 관련이 없고, 단지 공기조화기(100)나 공기청정기에 어떻게 설치하느냐의 차이만 있을 뿐이므로, 좌측단(31) 및 우측단(32)은 반드시 좌측에 위치한 측단 및 우측에 위치하는 측단을 의미하는 것이 아니라, 서로 대향되는 양 측단을 의미하는 것이다. 이하 유전체 필터(30)의 복수의 골이 지표면과 수평하게 배치된 상태에서 제 1 면의 상류측에서 볼 때, 좌측에 있는 측단을 좌측단(31)으로, 우측에 있는 측단을 우측단(32)인 경우를 예로들어 설명한다.
유전체 필터(30)의 제 1, 2 면(310, 320)은 양측단(31, 32)으로부터 소정의 너비를 갖고 측단과 평행한 측단부(315, 325)를 구비한다. 따라서, 제 1 면(310)은, 좌측단(31)으로부터 소정의 너비를 갖고 좌측단(31)과 평행한 제 1 면의 좌측단부(315l)와, 우측단(32)으로부터 소정의 너비를 갖고 우측단(32)과 평행한 제 1 면의 우측단부(315r)를 구비한다. 이와 마찬가지로, 제 2 면(320)은 좌측단(31)으로부터 소정의 너비를 갖고 좌측단(31)과 평행한 제 2 면의 좌측단부(325l)와, 우측단(32)으로부터 소정의 너비를 갖고 우측단(32)과 평행한 제 2 면의 우측단부(325r)를 구비한다.
소정의 너비는 유전체 필터(30)의 크기에 따라 결정될 수 있고, 원하지 않는 전극과의 통전을 방지하기 위해서 적어도 유전체 필터(30)의 두께(t)와 같거나 클 수 있다. 또한 후술하는 바와 같이 제 1, 2 면의 좌측단부 및 우측단부는 어느 한 면에만 기공성 전극이 배치되기 때문에, 유전체 필터의 최대한 넓은 영역에 분극을 유도하기 위하여, 소정의 너비가 과도하게 크지 않아야 한다. 따라서, 상기 소정의 너비는 기공성 전극(50)이 배치되지 않는 절곡부의 단면의 길이(L) 보다 작을 수 있다. 즉, 소정의 너비는 유전체 필터(30)의 두께(t) 이상이고, 절곡부의 단면의 길이(L) 이하일 수 있다.
도 16을 참조하면, 제 1 면(310)의 좌측단부(315l) 및 우측단부(315r) 중 어느 한 측단부는 제 1 기공성 전극(51)으로 덮어지고, 제 2 면(320)의 좌측단부(325l) 및 우측단부(325r) 중 제 1 기공성 전극(51)으로 덮어진 측단부(315)에 대향하는 측단부(325)는 외부에 노출된다.
제 1 면(310)의 좌측단부(315l) 및 우측단부(315r) 중 다른 한 측단부는 외부에 노출되고, 제 2 면(320)의 좌측단부(325l) 및 우측단부(325r) 중 상기 제 1 면(310)의 외부에 노출된 측단부에 대향하는 측단부는 제 2 기공성 전극(52)으로 덮어진다. 여기서 측단부(315, 325)가 외부에 노출된다는 의미는 측단부(315, 325)에 기공성 전극(50)이 배치되지 않는다는 의미이다. 따라서, 집진 필터(10)의 외부에는 노출되나, 집진 필터(10)가 설치되는 공기조화기 또는 공기청정기의 외부에는 노출되지 않는 경우를 포함한다.
예를 들어 제 1 면(310)의 좌측단부(315l)에는 제 1 기공성 전극(51)이 배치되고, 제 1 면(310)의 우측단부(315r)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않고, 제 2 면(320)의 좌측단부(325l)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않고, 제 2 면(320)의 우측단부(325r)에는 제 2 기공성 전극(52)이 배치될 수 있다. 이와 반대로, 제 1 면(310)의 좌측단부(315l)에는 기공성 전극이 배치되지 않고, 제 1 면(310)의 우측단부(315r)에는 제 1 기공성 전극(51)이 배치되고, 제 2 면(320)의 좌측단부(325l)에는 제 2 기공성 전극(52)이 배치되고, 제 2 면(320)의 우측단부(325r)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않을 수 있다.
도 17을 참조하면, 전원연결부(60)는 유전체 필터(30)의 좌측단(31) 및 우측단(32)에 배치되고, 제 1 기공성 전극(51)과 연결되는 제 1 전원연결부(61)와, 제 2 기공성 전극(52)과 연결되는 제 2 기공성 전극(52)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 6 실시예에 따른 집진 필터(10)는 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)에 고전압을 인가하는 전원(70)을 포함할 수 있다. 전원(70)은 전원연결부(60)와 연결되고, 전원연결부(60)가 기공성 전극(50)에 연결되어 전압을 인가할 수도 있다.
전원(70)은 제 1 전원연결부(61)에 양극이 연결되고, 제 2 전원연결부(62)에 음극이 연결되어 제 1 기공성 전극(51)과 제 2 기공성 전극(52) 사이에 전위차를 발생시킬 수 있다. 또는 전원(70)은 제 1 전원연결부(61)에 음극이 연결되고, 제 2 전원연결부(62)에 양극이 연결될 수도 있다. 또는 제 1, 2 전원연결부(61, 62) 중 어느 하나의 전원연결부는 접지 전극과 연결되고, 다른 하나의 전원연결부는 음극 또는 양극이 연결되어 제 1, 2 기공성 전극(51, 52) 사이에 전위차를 발생시킬 수도 있다.
예를 들어 제 1 면(310)의 좌측단부(315l)에는 제 1 기공성 전극(51)이 배치되고, 제 1 면(310)의 우측단부(315r)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않고, 제 2 면(320)의 좌측단부(325l)에는 기공성 전극(50)이 배치되지 않고, 제 2 면(320)의 우측단부(325r)에는 제 2 기공성 전극(52)이 배치된 경우, 제 1 전원연결부(61)는 유전체 필터(30)의 좌측단(31)에 배치되어 제 1 기공성 전극(51)과 연결되고, 제 2 전원연결부(62)는 유전체 필터(30)의 우측단(32)에 배치되어 제 2 기공성 전극(52)과 연결될 수 있다. 또한, 제 1 전원연결부(61)가 전원(70)의 양극과 연결되고 제 2 전원연결부(62)가 전원(70)의 음극과 연결된 경우 제 1 기공성 전극은 양의 고전압이 인가되고, 제 2 기공성 전극은 음의 고전압이 인가될 수 있다.
이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제 1 내지 5 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 집진 필터의 작용을 설명하면 다음과 같다
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터의 유전체 필터의 분극현상을 나타낸 개념도로서, (a)는 기공성 전극에 전압이 인가되기 전, (b)는 기공성 전극에 전압이 인가된 상태를 나타낸 개념도이고, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터의 인가 전압에 따른 집진 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터(10)가 공기조화기(100) 또는 공기청정기에 설치된 상태에서, 전원(70)이 작동되면, 전원(70)은 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)에 고전압을 인가한다. 고전압이 인가된 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)의 전위차에 의한 전기장으로 인하여 유전체 여과재를 이루는 유전체 파이버는 제 1 면(310) 방향으로 제 2 기공성 전극(52)에 인가된 전압과 같은 극(또는 제 1 기공성 전극(51)에 인가된 전압과 다른 극)으로, 제 2 면 방향으로 이와 반대의 극으로 분극된다.
도 18(b)와 같이 제 1 기공성 전극(51)에 양전압이 인가되고, 제 2 기공성 전극(52)에 음전압이 인가된 경우, 제 1 기공성 전극(51)에서 제 2 기공성 전극(52)의 방향으로 전기장(E)이 형성되고, 유전체 파이버는 제 1 면(310) 방향으로 음전하를 띄고, 제 2 면(320) 방향으로 양전하를 띄게 분극된다.
전원(70)이 작동되면, 전원(70)은 제 1, 2 기공성 전극(51, 52)에 고전압을 인가할 뿐만 아니라, 송풍기(F)를 작동시킨다. 송풍기(F)의 작동에 의해 공기는 공기의 유동방향(A)으로 유전체 여과재(300)를 통과하며, 공기중의 이물질은 분극된 유전체 파이버에 접근하면서, 분극이 일어나게 되어 일시적으로 쌍극자 모멘트를 가지게 되므로, 대전되지 않은 이물질이라도 분극된 유전체 파이버에 부착되어 유전체 여과재(300)에 포집된다.
도 19를 참조하면, 집진 필터(10)에 인가하는 전압이 커질수록 집진효율이 증가한다. 집진 필터에 인가하는 전압의 크기(V)가 클수록, 전기장의 세기(E)가 커지고, 유전체 파이버의 분극의 세기(P)가 커지며, 이는 전술한 바와 같다. 따라서, 유전체 파이버와 공기 중의 이물질간의 인력이 커지고, 집진 효율이 증가된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집진 필터(10)는 유전체 여과재(300)의 두께가 얇아지는 절곡부에 기공성 전극을 배치하지 않음으로써, 절연코팅을 하지 않고도 집진 필터(10)에 보다 높은 전압을 인가할 수 있고, 이로써 집진 효율이 향상된 집진 필터(10)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10 : 집진 필터 30 : 유전체 필터
31 : 좌측단 32 : 우측단
300: 유전체 여과재 310 : 제 1 면
311 : 제 1 면의 평탄부 313 : 제 1 면의 절곡부
313i : 내측 절곡부 313o : 외측 절곡부
315 : 제 1 면 측단부 315l : 좌측단부
315r : 우측단부 320 : 제 2 면
321 : 제 2 면의 평탄부 323 : 제 2 면의 절곡부
323i : 내측 절곡부 323o : 외측 절곡부
325 : 제 2 면 측단부 325l : 좌측단부
325r : 우측단부 40 : 지지체
41 : 제 1 지지체 42 : 제 2 지지체
50 : 기공성 전극 51 : 제 1 기공성 전극
52 : 제 2 기공성 전극 60 : 전원연결부
61 : 제 1 전원연결부 62 : 제 2 전원연결부
70 : 전원 100 : 공기조화기
F : 송풍기 H : 열교환기
I : 공기흡입구 O : 공기토출구

Claims (20)

  1. 공기가 들어오는 제 1 면과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면을 구비하고, 지그재그(zigzag) 형상으로 절곡되어, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 복수의 절곡부와 상기 복수의 절곡부 사이마다 평탄부를 구비하고, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터(dielectric filter); 및
    상기 유전체 필터와 평행하게 형성되고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 각각 배치되는 전도성 재질의 제 1 기공성 전극 및 제 2 기공성 전극;을 포함하고,
    상기 절곡부의 두께는 상기 평탄부의 두께보다 얇고,
    상기 제 1 면의 평탄부 및 상기 제 2 면의 평탄부는 각각 상기 제 1 기공성 전극 및 제 2 기공성 전극으로 덮어지고,
    상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 적어도 어느 한 면의 절곡부는 외부에 노출되는 집진 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 어느 한 면의 절곡부는 외부에 노출되고,
    상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 중 다른 한 면의 절곡부는 상기 제 1 기공성 전극 또는 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어지는 집진 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 절곡부 및 제 2 면의 절곡부는 외부에 노출되는 집진 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 절곡부 및 상기 제 2 면의 절곡부는 각각 외측 절곡부와 내측 절곡부를 포함하고,
    상기 제 1 면의 외측 절곡부 및 상기 제 2 면의 외측 절곡부는 외부에 노출되는 집진 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 내측 절곡부 및 상기 제 2 면의 내측 절곡부는 각각 상기 제 1 기공성 전극 및 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어지는 집진 필터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 외측 절곡부 및 상기 제 2 면의 외측 절곡부는 종단면의 길이가 적어도 상기 유전체 필터의 두께 보다 2배 이상 길게 형성된 집진 필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 기공성 전극은 비전도성 물질에 전도성 물질을 코팅하여 형성된 집진 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 필터는,
    상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 여과재(dielectric filter media); 및
    상기 유전체 여과재와 밀착하게 배치되어 상기 유전체 필터의 절곡형상을 지지하는 지지체를 포함하는 집진 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지체는 상기 유전체 필터의 제 1 면 및 제 2 면 중 어느 한 면을 형성하고,
    상기 유전체 여과재는 상기 유전체 필터의 제 1 면 및 제 2 면 중 다른 한 면을 형성하고,
    상기 제 1, 2 기공성 전극은 각각 상기 유전체 필터의 제 1 면 및 제 2 면에 접촉하게 배치되는 집진 필터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 유전체 여과재의 일 면에 배치되어 상기 유전체 필터의 제 1 면을 형성하는 제 1 지지체와,
    상기 유전체 여과재의 다른 면에 배치되어 상기 유전체 필터의 제 2 면을 형성하는 제 2 지지체를 포함하고,
    상기 제 1, 2 기공성 전극은 각각 상기 제 1, 2 지지체와 접촉하게 배치되는 집진 필터.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 기공성 전극은 상기 지지체에 전도성 물질이 프린팅되어 형성된 집진 필터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 기공성 전극에 연결되어 고전압을 인가하는 전원을 포함하는 집진 필터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 집진 필터는 상기 유전체 필터의 좌측단 및 우측단에 배치되는 전원연결부를 포함하고,
    상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중 어느 한 측단부는 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어지고,
    상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중 다른 한 측단부는 외부에 노출되고,
    상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어진 측단부에 대향하는 측단부는 외부에 노출되고,
    상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중 상기 제 1 면의 외부에 노출된 측단부에 대향하는 측단부는 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어지는 집진 필터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전원연결부에 연결되어 제 1, 2 기공성 전극에 고전압을 인가하는 전원을 포함하는 집진 필터.
  15. 공기가 들어오는 제 1 면과 들어온 공기가 배출되는 제 2 면을 구비하고, 상기 공기에 함유된 이물질을 포집하는 유전체 필터;
    상기 유전체 필터와 평행하게 형성되고, 상기 제 1 면 및 제 2 면에 각각 배치되는 전도성 재질의 제 1 기공성 전극과 제 2 기공성 전극; 및
    상기 유전체 필터의 좌측단 및 우측단에 배치되는 전원연결부를 포함하고,
    상기 제 1 면의 좌측단부 및 우측단부 중, 어느 한 측단부는 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어지고, 다른 한 측단부는 외부에 노출되고,
    상기 제 2 면의 좌측단부 및 우측단부 중, 상기 제 1 기공성 전극으로 덮어진 측단부에 대향하는 측단부는 외부에 노출되고, 상기 제 1 면의 외부에 노출된 측단부에 대향하는 측단부는 상기 제 2 기공성 전극으로 덮어지는 집진 필터.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전원연결부는,
    상기 제 1 기공성 전극과 연결되는 제 1 전원연결부와,
    상기 제 2 기공성 전극과 연결되는 제 2 전원연결부를 포함하는 집진 필터.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전원연결부에 연결되어 상기 제 1, 2 기공성 전극에 고전압을 인가하는 전원을 포함하는 집진 필터.
  19. 제 1 항 내지 제 15 항, 제 17 항 및 제 18 항 중 어느 하나의 항에 따른 집진 필터를 포함하는 공기 청정기.
  20. 제 1 항 내지 제 15 항, 제 17 항 및 제 18 항 중 어느 하나의 항에 따른 집진 필터를 포함하는 공기 조화기.
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