KR102233758B1 - 마스크형 공기청정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압에서 전자방출을 통해 필터에 높은 정전기를 형성하여 필터의 포집효율을 상승시키면서 통기성이 우수하여 사용자의 호흡이 용이할 수 있는 마스크형 공기청정기를 제공한다. 본 발명의 마스크형 공기청정기는, 인체의 안면부에 착용할 수 있는 마스크 형상을 가지며, 통기공이 형성되는 프레임부와, 상기 프레임부의 전면에 상기 통기공을 커버하도록 장착되며 흡입하는 공기중에 포함되어 상기 통기공을 통과하는 포집대상체를 포집하는 필터부와, 상기 필터부의 전면에 위치하도록 상기 프레임부와 결합되며 고전압에서 전자를 방출하여 상기 필터부에 충돌 흡수시켜 정전기를 형성하는 본체부를 포함할 수 있다.

Description

마스크형 공기청정기{MASK TYPE AIR CLEANER}

본 발명은 마스크 형태의 공기청정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자방출을 통해 필터에 정전기를 형성하여 호흡하는 공기 중의 먼지나 입자 등을 포집할 수 있는 마스크형 공기청정기에 관한 것이다.

기존의 정전부직포를 사용하는 미세먼지 마스크는, 정전부직포를 생산할 때 형성시킨 정전기적 인력을 통하여 먼지를 포집한다. 그러나 이렇게 형성된 정전부직포의 정전기는 시간이 지남에 따라 자연방전되어 정전기가 약해지거나 소멸하게 된다. 또한 사용자가 마스크를 착용하고 숨을 쉬며 배출하는 날숨속에 포함된 수분이 정전부직포에 접촉하게 되며 정전부직포의 정전기는 소멸되거나 매우 낮아져 먼지나 입자의 포집효율은 급속히 저하 또는 소멸하게 된다. 이러한 이유로 정전부직포를 사용하는 마스크는 일회용이며, 세탁을 하여 사용할 수 없다.

이러한 정전기 저하 또는 소멸에 따른 포집효율의 저하를 개선하기 위하여 정전부직포 생산업체들은 정전부직포의 기공을 최대한 축소하여 정전부직포를 통과하는 공기의 유량을 감소시킨다. 이렇게 정전부직포를 통과하는 공기의 유량이 감소하게 되면 통과되는 먼지의 양도 감소하여 먼지나 입자를 차단하는 효율을 상승시킬 수 있다. 하지만 이러한 이유로 먼지나 입자의 포집 또는 차단 효율이 높은 마스크일수록 통과되는 공기량이 적어져 사용자의 호흡을 방해하게 된다.

결론적으로 정전부직포를 사용하는 기존 마스크는 먼지나 입자의 차단효율이 우수할수록 사용자의 호흡이 어려운 단점을 가지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 오존이 형성되지 않는 고전압에서 전자방출을 통해 필터에 높은 정전기를 형성하여 필터의 포집 효율을 상승시키면서 통기성이 우수하여 사용자의 호흡이 용이할 수 있는 마스크형 공기청정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마스크형 공기청정기는, 인체의 안면부에 착용할 수 있는 마스크 형상을 가지며, 통기공이 형성되는 프레임부; 상기 프레임부의 전면에 상기 통기공을 커버하도록 장착되며, 흡입하는 공기중에 포함되어 상기 통기공을 통과하는 포집대상체를 포집하는 필터부; 및 상기 필터부의 전면에 위치하도록 상기 프레임부와 결합되며, 고전압을 형성하여 전자를 방출하여 상기 필터부에 충돌 흡수시켜 정전기를 형성하는 본체부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체부는, 상기 필터부의 전면에서 상기 프레임부에 착탈 결합되는 본체프레임; 상기 본체프레임에 내장되며, 고전압을 발생하는 고전압발생부; 상기 본체프레임에 내장되며, 상기 고전압발생부에 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 고전압발생부에 연결되며, 상기 고전압발생부에서 형성된 고전압이 인가되어 상기 필터부에 전자를 방출하는 전자방출부; 및 상기 본체프레임에 내장되며, 상기 전자방출부를 통해 전자 방출이 이루어지도록 상기 고전압발생부의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체부는, 상기 본체프레임에 설치되어 인체에 접지되며, 상기 고전압발생부에 형성되는 전기적 노이즈를 인체로 방출하여 전자방출에 필요한 불완전전계를 균일하게 유지하는 인체접지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체부는, 상기 본체프레임에 설치되어 인체와 접촉을 감지하는 인체감지부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 인체감지부를 통하여 인체접촉 감지신호를 수신하여 상기 고전압발생부를 가동하기 전에 상기 인체접지부와 인체의 접촉을 감지한 후 상기 고전압발생부에 전원을 인가할 수 있다.

또한, 상기 전자방출부는, 상기 고전압발생부에 전기적으로 연결되고 상기 본체프레임의 중앙을 기준으로 양측에 대칭되게 배치되며, 전압이 인가되는 말단부의 금속사 또는 카본사를 통해 상기 필터부에 전자를 방출하는 다수 개의 전자방출브러시를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전자방출브러시는 상기 필터부의 전면에서 대각선방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

또한, 상기 프레임부는, 상기 인체감지부와 대응되게 프레임바디부에 설치되어 인체와 접촉되고, 상기 인체감지부와 인체의 접촉을 연결하는 인체감지용 도전부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 프레임부는, 상기 인체접지부와 대응되게 프레임바디부에 설치되어 인체와 접지되고, 상기 인체접지부와 인체의 접지를 연결하는 인체접지용 도전부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전자방출부는 방출하는 전자를 상기 필터부에 충돌하여 흡수시키도록 상기 필터부와 소정거리 이격되되, 상기 전자방출부와 상기 필터부의 이격거리는 3mm 내지 10mm일 수 있다.

또한, 상기 고전압발생부는 상기 전자방출부에서 전자 방출시 오존이 발생하지 않도록 -1.8kv 내지 -3.5kv의 고전압을 발생할 수 있다.

본 발명의 마스크형 공기청정기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 고전압에서 미세방전을 통해 전자를 방출하여 필터부에 충돌시켜 사용되는 고전압보다 높은 정전기를 필터부에 형성시킴으로써, 먼지나 입자의 포집효율을 증가시키며, 이로 인해 기존의 정전부직포 마스크보다 통기성이 우수한 부직포 필터부를 사용할 수 있어서 사용자의 호흡이 용이하면서도 높은 포집효율을 발휘할 수 있다.

둘째, 본 발명은 사용되는 전압이 낮은 이유로 인하여 오존 또는 질소화합물을 생성시키지 않으므로 안전하게 사용할 수 있다.

셋째, 본 발명은 제품을 가동하기 전에 그라운드(GND) 인체접지 여부를 확인하여 그라운드 인체접지 방식으로 전기적 노이즈를 제거할 수 있으므로 정전기발생에 필요한 안정된 고전압 형성이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 전방측 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 후방측 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 배면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 분해사시도.
도 6은 도 5에 도시된 커버부의 분해사시도.
도 7은 도 5에 도시된 본체부의 부분 분해사시도.
도 8은 도 5에 도시된 본체부의 전체 분해사시도.
도 9는 도 8에 도시된 전자방출부의 평면도.
도 10은 도 5에 도시된 필터부의 분해사시도.
도 11은 도 5에 도시된 프레임부의 분해사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기에 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성 요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시는 생략한다.

일반적으로 포집대상체 먼지나 입자를 정전기적 인력으로 포집하기 위해서는 포집부와 먼지나 입자 간의 큰 전압차가 필요하다. 이러한 현상을 발생시키기 위해서 본 발명에서는 전압이 인가되는 말단부의 곡률반경이 매우 작은(6μm 이하) 금속사 또는 카본사를 사용하여 오존이나 질소화합물이 생성되지 않는 낮은 전압(-1.8kv 내지 -3.5kv)에서 전자를 방출시키며, 방출된 전자는 근접(이격거리 5mm 이하)한 필터부에 충돌 흡수 된다. 방출된 전자는 지속적으로 필터부에 충돌 흡수되어 정전기를 형성하며, 이러한 정전기의 형성은 전자가 방출되는 한 지속적으로 유지된다.

본 발명에서 필터부에 형성되는 정전기는 -7kv 내지 -12kv 이며, 이는 기존의 정전부직포 마스크에 형성되어 있는 정전기 + 500v 내지 + 1,000v에 비해 약 7~20배 이상의 높은 정전기를 형성시킨다. 이렇게 높은 전압의 정전기를 형성하므로 기존에 사용하는 정전부직포를 사용한 필터부보다 통기성이 우수한 필터부를 사용하여도 충분한 포집 효율을 발휘할 수 있다.

본 발명에서 높은 정전기를 필터부에 형성시키기 위해서는 일반적으로 방전현상에 사용되는 고전압(+4kv 이상) 대비 오존이 발생하지 않는 비교적 낮은 고전압(-1.8kv 내지 -3.5kv)에서 미세방전을 통하여 지속적인 전자방출 현상을 일으켜야 한다.

일반적으로 대기는 전기가 통하지 않는 절연상태이다. 전자가 외부로 방출되기 위해서는 대기의 유전파괴(절연파괴)현상이 일어날 수 있어야 하는데 이러한 현상은 고전압 말단부의 전압과 대기중의 전압의 차이가 방전개시 전압이상의 차이를 보이는 불완전전계를 이루어야 한다.

결론적으로, 본 발명은 전자가 지속적으로 방출되는 불완전전계의 지속을 유지하여 비교적 낮은 전압에서도 전자가 효율적으로 방출되며 방출된 전자를 통기성이 우수한 필터부에 충돌 흡수시켜 높은 정전기적 인력을 형성하여 먼지나 입자를 포집할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기의 전방측 사시도이고, 도 2는 마스크형 공기청정기의 후방측 사시도이고, 도 3은 마스크형 공기청정기의 배면도이고, 도 4는 마스크형 공기청정기의 평면도이며, 도 5는 마스크형 공기청정기의 분해사시도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기(10)는 커버부(100), 본체부(200), 필터부(300) 및 프레임부(400)를 포함할 수 있다.

커버부(100)는 본체부(200)의 전면에 탈부착 결합된다. 커버부(100)는 커버패브릭(110) 및 커버프레임(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 커버부(100)는 도 6을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.

본체부(200)는 필터부(300)의 전면에 위치하도록 프레임부(400)와 결합되며, 고전압에서 전자를 방출하여 필터부(300)에 충돌 흡수시켜 정전기를 형성한다. 본체부(200)는 본체프레임(210), 고전압발생부(220), 전원공급부(230), 전자방출부(240), 진동모터(250), 인체접지부(260), 인체감지부(270) 및 제어부(280)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 본체부는 도 7 내지 도 9를 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.

필터부(300)는 프레임부(400)의 전면에 통기공(411)을 커버하도록 장착되며, 흡입하는 공기중에 포함되어 통기공(411)을 통과하는 먼지나 입자를 포집한다. 필터부(300)는 필터부직포(310) 및 필터프레임(320)을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 필터부는 도 10을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.

프레임부(400)는 인체의 안면부에 착용할 수 있는 마스크 형상을 가지며, 통기공(411)이 형성된다. 프레임부(400)는 안면밀착프레임(410), 프레임바디부(420), 인체감지용 도전부(430), 인체접지용 도전부(440), 배기밸브부(450) 및 배기밸브커버부(460)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 프레임부(400)는 도 11을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.

도면에 도시되지 않았지만, 본 발명은 커버부(100), 본체부(200), 필터부(300) 및 프레임부(400)가 결착되어 인체에 착용할 때, 인체의 안면부에 프레임부(400)를 밀착하여 착용하는데 이용되는 밴드부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 밴드부는 커버부(100)와 탈착 또는 고정되어 있어 귀에 걸거나 목뒤로 결착되는 밴드 형태로 구성될 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 커버부의 분해사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 커버부(100)는 커버패브릭(110) 및 커버프레임(120)을 포함하여 구성될 수 있다.

커버패브릭(110)은 커버프레임(120)의 전면부에 탈부착된다. 커버패브릭(110)은 비교적 큰 먼지나 입자를 차단하면서 공기가 통과할 수 있고 통기성을 저하시키지 않는 매쉬소재로 이루어진다.

커버프레임(120)은 커버패브릭(110)을 지지할 수 있도록 플라스틱 소재로 이루어질 수 있고, 전면에 통기공(121)이 형성된다. 또한, 커버프레임(120)에는 본체부(200)와 탈부착이 가능하도록 본체결합홈(123)이 다수 형성될 수 있다.

커버패브릭(110)과 커버프레임(120)에는 인체에 착용하는데 이용되는 밴드부가 연결되는 밴드연결홀(1)이 형성된다.

커버부(100)는 본체부(200)와 탈부착이 가능하므로 일정기간 사용 후 본체부(200)와 분리하여 세척이 가능하다.

도 7은 도 5에 도시된 본체부의 부분 분해사시도이고, 도 8은 도 5에 도시된 본체부의 전체 분해사시도이며, 도 9는 도 8에 도시된 전자방출부의 평면도이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본체부(200)는 본체프레임(210), 고전압발생부(220), 전원공급부(230), 전자방출부(240), 진동모터(250), 인체접지부(260), 인체감지부(270) 및 제어부(280)를 포함하여 구성될 수 있다.

본체부(200)의 전면부에 커버부(100)가 탈부착 결합되고, 본체부(200)의 후면부에 필터부(300)가 위치한 상태에서 프레임부(400)와 결합된다.

본체프레임(210)은 필터부(300)의 전면에서 프레임부(400)에 착탈 결합될 수 있다. 본체프레임(210)은 본체전면부(211)와 본체후면부(213)가 결합되는 구조이다. 본체후면부(213)에는 프레임결합홀(213a)이 형성되어 후술할 프레임바디부(420)의 본체결합돌기(423)가 프레임결합홀(213a)에 삽입 결합될 수 있다. 본체프레임(210)의 내부에는 본 발명의 가동에 필요한 소프트웨어가 실장된 제어부(280), 고전압발생부(220), 전원공급부(230), 전자방출부(240), 진동모터(250), 인체접지부(260), 인체감지부(270), 디스플레이용 LED램프(미도시) 및 외부전원을 연결하여 배터리를 충전할 수 있는 충전연결부(미도시) 등이 내장된다.

고전압발생부(220)는 본체프레임(210)에 내장되며, 고전압을 발생한다. 고전압발생부(220)는 전자방출부(240)에서 전자 방출시 오존 및 질화산화물 등의 유해물질이 발생하지 않도록 -1.8kv 내지 -3.5kv의 고전압을 발생한다.

전원공급부(230)는 본체프레임(210)에 내장되며, 본 발명의 가동에 필요한 전원을 공급하며, 고전압발생부(220)에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(230)는 전원을 충전할 수 있는 배터리 형태로 제공된다.

전자방출부(240)는 고전압발생부(220)에 연결되며, 고전압발생부(220)에서 형성된 고전압이 인가되어 필터부(300)에 전자를 방출한다. 방출된 전자는 지속적으로 필터부(300)에 충돌 흡수되어 정전기를 형성하며, 이러한 정전기의 형성은 전자가 방출되는 한 지속적으로 유지된다.

전자방출부(240)는 전자방출브러시(241) 및 브러시가이드(243)를 포함할 수 있다.

전자방출브러시(241)는 고전압발생부(220)에 전기적으로 연결되고 본체프레임(210)의 중앙을 기준으로 양측에 대칭되게 다수 개 배치되며, 전압이 인가되는 말단부의 곡률반경이 매우 작은(6μm 이하) 금속사(241a) 또는 카본사를 사용하여 오존이나 질소화합물이 생성되지 않는 낮은 전압(-1.8kv 내지 -3.5kv)에서 필터부(300)에 전자를 방출한다. 또한, 전자방출브러시(241)는 필터부(300)의 전면에서 대각선방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

브러시가이드(243)는 전자방출브러시(241)의 전면을 커버하도록 본체프레임(210)에 결합되어, 전자방출브러시(241)를 통해 방출되는 전자가 필터부(300)를 향해 방출되도록 가이드한다.

전자방출부(240)는 방출하는 전자를 필터부(300)에 충돌하여 흡수시키도록 필터부(300)와 소정거리 이격되게 설치하되, 전자방출브러시(241)와 필터부(300)의 이격거리는 3mm 내지 10mm으로 형성할 수 있다.

인체접지부(260)(GND)는 본체프레임(210)의 후면 하단 일측에 설치되어 본 발명을 착용시 인체에 접지되며, 본 발명을 가동시 고전압발생부(220)에 형성되는 전기적 노이즈의 누적을 방지하고 이러한 전기적 노이즈를 인체로 방출하여 전자방출에 필요한 불완전전계를 균일하게 지속적으로 유지할 수 있다.

인체감지부(270)는 본체프레임(210)의 후면 하단 타측에 설치되어 본 발명을 착용시 인체와 접촉을 감지하는 센서부이다.

제어부(280)는 본체프레임(210)에 내장되고, 본 발명의 가동을 컨트롤하는 소프트웨어가 실장된다. 제어부(280)는 전자방출부(240)를 통해 필터부(300)로 전자 방출이 이루어지도록 고전압발생부(220)의 작동을 제어한다. 제어부(280)는 인체감지부(270)를 통하여 인체접촉 감지신호를 수신하여 고전압발생부(220)를 가동하기 전에 인체접지부(260)와 인체의 접촉을 감지한 후 고전압발생부(220)에 전원을 인가한다.

도 10은 도 5에 도시된 필터부의 분해사시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 필터부(300)는 필터부직포(310) 및 필터프레임(320)을 포함하여 구성될 수 있다.

필터부직포(310)는 큰 기공이 형성된 부직포 소재로 이루어져 통기성이 우수한 낮은 차압을 형성한다.

필터프레임(320)은 통기공(321)이 형성되고 전면에 필터부직포(310)가 부착되며 필터부직포(310)를 지지하도록 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다

필터부(300)는 전자방출부(240) 후단에 이격 위치하여 전자방출부(240)에서 방출되는 전자가 지속적으로 충돌 흡수되어 정전기를 형성하여 먼지나 입자를 포집한다.

도 11은 도 5에 도시된 프레임부의 분해사시도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 프레임부(400)는 안면밀착프레임(410), 프레임바디부(420), 인체감지용 도전부(430), 인체접지용 도전부(440), 배기밸브부(450) 및 배기밸브커버부(460)를 포함하여 구성될 수 있다.

안면밀착프레임(410)은 필터부(300)의 고정과 인체의 안면부를 밀착하여 공기의 누설을 방지한다. 이를 위하여 안면밀착프레임(410)은 고무 또는 실리콘 등의 연질 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 안면밀착프레임(410)의 좌우측면에는 통기공(411)이 형성되고, 후술할 프레임바디부(420)의 본체결합돌기(423)가 관통하는 돌기관통홀(413)이 4개 형성되며, 안면밀착프레임(410)의 하측에 후술할 인체감지용 도전부와 인체접지용 도전부가 삽입 결합되는 도전부결합홀(415)이 형성된다.

프레임바디부(420)는 안면밀착프레임(410)의 후면에 착탈결합되어 안면밀착프레임(410)을 지지한다. 프레임바디부(420)에는 4개의 본체결합돌기(423)가 형성되고, 4개의 본체결합돌기(423)는 안면밀착프레임(410)의 4개의 돌기관통홀(413)을 통해 본체부(200)의 프레임결합홀(213a)에 각각 삽입 결합됨으로써 본체부(200)와 프레임부(400)는 탈부착될 수 있다. 프레임바디부(420)의 좌우측면에는 통기공(421)이 형성되고, 프레임바디부(420)의 중앙에는 후술할 배기밸브부(450)가 장착되는 밸브장착홀(425)이 형성된다.

인체감지용 도전부(430)는 본체부(200)의 인체감지부(270)와 대응되게 안면밀착프레임(410)의 도전부결합홀(415)에 삽입 설치되어 본 발명을 착용시 인체와 접촉되고, 인체감지부(270)와 인체의 접촉을 연결한다. 인체감지용 도전부(430)는 도전성 고무 또는 실리콘으로 구성될 수 있다.

인체접지용 도전부(440)는 본체부(200)의 인체접지부(260)와 대응되게 안면밀착프레임(410)의 도전부결합홀(415)에 삽입 설치되어 본 발명을 착용시 인체와 접지되고, 인체접지부(260)와 인체의 접지를 연결한다. 인체접지용 도전부(440)는 도전성 고무 또는 실리콘으로 구성될 수 있다.

배기밸브부(450)는 프레임바디부(420)의 밸브장착홀(425)에 장착되어 인체의 호흡을 통해 배출되는 날숨을 배출하기 위해 일방향으로만 개폐되는 밸브이다. 배기밸브부(450)는 연질의 판막형태로 구성되어 인체의 호흡시 발생하는 날숨만을 배출하여 외측에서는 공기가 유입되지 않는다.

배기밸브커버부(460)는 배기밸브부(450)가 프레임바디부(420)의 밸브장착홀(425)에 장착된 상태에서 배기밸브부(450)를 프레임바디부(420)에 지지 고정한다. 배기밸브커버부(460)의 중앙에는 배기밸브부(450)에 대응되게 배기홀(461)이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크형 공기청정기(10)는 커버부(100), 본체부(200), 필터부(300) 및 프레임부(400)를 상호결합한 후 커버부(100)에 연결된 밴드부(미도시)를 귀에 걸거나 목뒤로 결합하여 사용자의 안면부에 장착하여 사용한다.

사용자의 안면부에 밴드부를 이용하여 본 발명을 결착하면 프레임부(400)에 설치된 인체감지용 도전부(430)와 인체접지용 도전부(440)는 인체에 견고히 접촉하게 된다. 이때 본체부(200)의 인체감지부(270)와 연결된 인체감지용 도전부(430)를 통하여 인체접촉을 통한 전계변화를 인체감지부(270)가 감지하게 됨과 동시에 본체부(200)의 인체접지부(260)와 연결된 인체접지용 도전부(440)가 인체에 접촉하여 고전압발생부(220)의 가동 시 발생하는 전기적 노이즈를 인체로 방출하여 전자방출부(240)에서 전자가 방출하는데 필요한 불완전전계의 균일성을 유지하게 된다.

인체접지용 도전부(440)와 연결된 인체접지부(260)의 인체접촉이 확인이 되면, 제어부(280)는 전원공급부(230)를 통해 고전압발생부(220)에 전원을 인가하게 된다. 반대로 인체에서 본 발명을 탈거하게 되면 안면부와 인체감지용 도전부(430)와 인체접지용 도전부(440)가 인체와 떨어지게 되고, 인체감지부(270)가 이를 감지하여 인체감지부(270)를 제외한 모든 전장부품에 전원을 끊게 되어 본 발명의 가동이 정지된다.

인체감지용 도전부(430)와 인체접지용 도전부(440)가 인체에 밀착하여 본 발명이 가동되면 제어부(280)는 고전압발생부(220)에서 전자방출에 필요한 고전압을 형성하며 전자가 방출되는 전자방출브러시(241)에 전압을 인가한다. 인가된 전압에 의하여 전자는 전자방출브러시(241)가 위치한 필터부(300) 방향으로 방출되며, 방출된 전자는 일정거리로 이격되어 있는 필터부(300)에 충돌하여 흡수된다. 필터부(300)는 도전체가 아니므로 흡수된 전자는 이동되지 않으며 지속적으로 누적되어 정전기를 형성하게 된다.

이때, 본 발명에서 사용하는 고전압은 오존이 발생하지 않는 최소 -1.8kv 내지 -3.5kv 범위에서 사용할 수 있으며, 전자방출부(240)와 필터부(300)와의 이격거리는 3~10mm 거리에서 사용하는 것이 가장 바람직하다.

아래 [표1]은 사용전압별 오존발생량을 측정한 표이다.

본 실험은 6μm의 금속원사가 꼬아져 있는 금속사(241a) 10개를 20mm Ⅹ 5mm 동판에 부착하여 전압을 인가하여 발생되는 오존량을 1분간 측정하였으며, 오존측정기의 오차범위는 0.01ppm이다. 또한, 방출되는 전자량을 간접적으로 측정하기 위하여 약 10cm 거리에서 음이온측정기로 음이온량을 측정하였다.

사용전압(kv)	오존발생량(ppm/min)	음이온측정량(k)
-1.5	0.001	0
-1.8	0.003	260
-2.0	0.003	310
-2.5	0.004	450
-3.0	0.004	630
-3.5	0.004	1,030
-4.0	0.04	1,520
-4.5	0.08	2,000↑

상기 [표1]에서 보는 바와 같이, 사용되는 전압 -1.5kv에서는 음이온이 측정되지 않았으며, -1.8vk에서부터 음이온이 측정되었다. 이는 본 발명에서 전자를 방출하여 정전기를 형성할 수 있는 최소전압은 -1.8kv 부터 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 1분간 측정되는 오존량을 보면 오존측정기의 측정오차인 0.01ppm 이상이 측정되는 전압은 -4.0kv 이상에서부터 인체에 유해할 수 있는 0.04ppm이 측정되었다. 이는 본 발명에서 사용하는 오존이 발생하지 않는 최대전압이 -3.5kv 이내이어야 함을 알 수 있다.

이러한 이유로 본 발명에서 사용하는 고전압은 -1.8v 내지 -3.5kv 범위내에서 사용하여 오존의 형성없이 전자만을 방출할 수 있다.

또한, 전자방출부(240)와 필터부(300)의 이격거리 또한 3 mm 내지 10mm 이내에서 사용되어야 하는데, 아래 [표2]는 전자방출부(240)와 필터부(300)의 이격거리에 따라 형성되어지는 정전기의 측정치이다.

본 실험은 전자방출전 필터부(300)에 형성되어 있는 정전기전압을 측정한 후 6μm의 금속원사가 꼬아져 있는 금속사(241a) 10개를 20mm Ⅹ 5mm 동판에 부착한 후 -3.5kv 전압을 1분간 인가하여 필터부(300)에 전자를 방출 및 흡수시켜 형성되는 필터정전기전압을 필터부(300)에서 약 10mm 지점에서 측정하였다. 정전기측정기의 측정 오차는 약 +100V 이다.

이격거리(mm)	필터부 정전기전압(kv)	전자방출후 필터부 정전기(kv)
0	0.5	-3.8
3	0.6	-12.3
5	0.4	-9.4
10	0.5	-7.6
15	0.5	-5.1
20	0.6	-4.2
25	0.4	-3.9
30	0.4	-3.5

상기 [표2]에서 보는 바와 같이, 전자방출부(240)와 필터부(300)를 이격시키지 않고 접촉한 상태에서 형성되는 필터부(300)의 정전기 전압은 인가되는 고전압(-3.5kv)과 유사한 정전기전압을 나타냈으며, 가장 가까운 거리인 3mm 가 형성되는 정전기전압이 가장 높았으며, 이후 이격거리가 멀어짐에 따라 형성되는 정전기전압이 저하되어 20mm 이후부터는 인가되는 전압대비 형성되는 정전기전압이 크지 않았다.

이와 같이 본 발명에서 이용할 수 있는 전자방출부(240)와 필터부(300) 간의 이격거리는 3mm 내지 10mm 이내에서 사용할 수 있으며, 가장 효율적인 이격거리는 3mm 내지 5mm 정도이다.

본 발명이 인체에 착용되어 가동될 시 본 발명은 가장 첫번째로 인체의 접촉여부를 인체감지부(270)를 통하여 인지한다. 인체감지부(270)와 연결된 인체감지용 도전부(430)가 인체에 접촉하게 되면 인체감지부(270)는 전위변화를 감지하여 인체의 접촉여부를 인지한다. 이때, 인체감지용 도전부(430)와 함께 인체접지부(260)와 연결된 인체접지용 도전부(440) 또한 인체에 접촉하게 되는데, 이는 고전압발생부(220)에서 고전압 형성과 함께 발생되는 그라운드(GND)의 전기적 노이즈를 인체로 배출하게 하여 항상 균일한 그라운드의 전압을 제로볼트(0볼트)로 유지하는 역할을 한다.

일반적으로 고전압발생부(220)는 그라운드의 0볼트를 기준으로 하여 고전압을 형성한다. 전기적으로 고전압을 발생시킬 때는 전기적 노이즈의 발생을 수반한다. 이렇게 형성된 노이즈가 고전압발생부(220)의 전원입력부 그라운드에 포함되게 되면 전원입력부의 정격전압이 불균일하게 되고 원하는 고전압의 형성을 방해하게 되며 결과적으로는 전자의 원활한 방출이 이루어지지 않는다.

본 발명은 배터리를 사용하는 무선기기이다. 이에 실질적인 그라운드는 외부 그라운드(earth)와 연결되어 있지 않다. 이러한 이유로 고전압발생부(220)에서 형성되는 노이즈를 외부로 배출할 수 없다. 이에 본 발명은 고전압에 의하여 발생되는 전원 노이즈를 본체부(200)의 인체접지부(260)와 연결된 인체접지용 도전부(440)를 인체에 접촉하여 배출한다.

노이즈 배출단계는 첫번째, 본체부(200)의 인체감지부(270)와 연결된 인체감지용 도전부(430)가 인체에 접촉을 통하여 인체접촉여부를 확인한다. 이와 동시에 본체부(200)의 인체접지부(260)와 연결된 인체접지용 도전부(440) 또한 인체와 접촉하게 되고, 인체접지부(260)는 인체와 연결되어 GND 노이즈를 외부로 배출할 수 있는 통로를 확보하게 된다.

인체감지부(270)를 통하여 인체접촉과 인체접지부(GND)(260)가 연결됨을 확인하게 되면, 두번째로 고전압발생부(220)에 전원이 인가된다. 고전압발생부(220)에서 전자방출에 필요한 고전압이 형성되어 전자방출브러시(241)에 전압이 인가되어 전자가 방출된다. 이때, 고전압발생과 더불어 발생되는 노이즈는 본체부(200)의 회로에 누적되지 않고 인체접지부(260)를 통하여 인체로 방출되게 되어 그라운드의 전압은 0볼트를 유지하게 되고, 안정적인 고전압이 형성되며 전자방출에 필요한 불안전전계의 균일성을 이루게 된다.

아래 [표3]은 본 발명에서 인체접지 유무에 따른 필터부(300)의 정전기 형성과 전자방출부(240)의 출력고전압을 측정한 데이터이다.

본 실험은 전자방출브러시(241)와 필터부(300)의 이격거리 3mm, 고전압 출력 -3.5kv로 필터부(300)에 전자를 방출하여 가동시간별 필터부(300)에 형성되는 정전기를 필터부(300)의 중앙에서 10mm 이격된 위치에 정전기측정 프로브를 위치하여 인체접지부(260)와 인체의 접촉유무에 따라 정전기를 측정하였다. 측정횟수는 시간별 5회를 측정하여 평균을 산출한 데이터이며, 정전기 측정오차는 +100V이다. 또한, 필터정전기를 측정함과 동시에 전자방출브러시(241) 말단부의 고전압을 측정하였다.

인체접지부(GND)(260)와 인체접촉을 하지 않은 경우는 실험자의 손으로 인체감지용 도전부(430)에만 접촉하고 인체접지용 도전부(440)는 접촉하지 않은 상태로 실험하였으며, 인체접지부(260)와 인체접촉을 한 경우는 실험자의 손으로 인체감지용 도전부(430)와 인체접지용 도전부(440)를 동시에 접촉하여 실험하였다.

가동시간	GND 인체접촉 Ⅹ		GND 인체접촉 ○
	필터정전기	출력전압	필터정전기	출력전압
10초	-3.4 KV	-3.5 KV	-3.8 KV	-3.5 KV
30초	-3.1 KV	-3.2 KV	-7.4 KV	-3.5 KV
1분	-2.8 KV	-2.9 KV	-11.3 KV	-3.5 KV
1분30초	-2.6 KV	-2.5 KV	-12.1 KV	-3.5 KV
2분	-2.3 KV	-2.1 KV	-11.5 KV	-3.5 KV

상기 [표3]에서 보는 바와 같이, 인체접지부(260)와 인체접촉을 하지 않은 경우 10초 이후부터는 지속적인 정전기의 감소를 나타냈으며, 더불어 전자방출브러시(241)의 고전압 또한 정상적인 출력 -3.5KV보다 점차 출력이 낮아졌다.

반면에, 인체접지부(260)와 인체접촉을 구성한 경우 가동이후 지속적으로 정전기가 상승하여 1분후부터 약 11kv 이상을 유지하였으며, 전자방출브러시(241)의 고전압은 정상적인 출력 -3.5KV를 유지하였다.

이와 같이 인체접지부(260)와 인체접촉을 하지 않은 경우에는 그라운드에 형성되는 노이즈로 인하여 전자방출브러시(241)의 출력전압이 저하되며, 필터부(300)의 형성되는 정전기 또한 저하됨을 알 수 있다. 또한, 인체접지부(260)와 인체접촉이 이루어진 경우에는 전자방출브러시(241)의 출력전압은 정격출력인 -3.5kv가 안정적으로 유지되며, 필터부(300)에 형성되는 정전기 또한 원활한 전자방출로 인하여 출력전압보다 높은 정전기가 형성되었다.

위의 실험과 같이 본 발명은 고전압으로 형성된 전원노이즈를 인체접촉을 통하여 배출하여 전자가 방출될 수 있는 불완전전계의 균일성을 유지하여 필터부(300)에 높은 정전기를 형성할 수 있다.

아래 [표4]는 본 발명을 통하여 도출된 제품을 가동하기 전과 가동시 분진포집률과 차압을 측정한 데이터이다.

본 실험은 Nacl 0.3μm 입자를 분당 32L의 유량에 5m/s의 속도로 1분간 흘려보내 마스크형 공기청정기(10)를 통과시켜 실험하였으며, 측정장비는 국제표준장비인 TSI8130 이다. 5회 측정하여 평균값으로 표기하였다.

회차	가동전		가동시
	포집률(%)	차압(mmH2O)	포집률(%)	차압(mmH2O)
1	89.6	1.8	95.7	1.8
2	90.3	1.7	96.4	1.8
3	90.4	1.8	96.3	1.7
4	90.8	1.7	95.2	1.7
5	90.3	1.7	96.9	1.8
평균	90.28	1.74	96.1	1.76

상기 [표4]에서 보는 바와 같이, 본 발명의 가동전과 가동시에 분진포집률은 가동시 평균 5.82% 상승하였으며 차압은 거의 변화가 없었다. 이와 같이 본 발명의 가동을 통하여 필터부에 높은 정전기가 형성되어 포집률을 상승시키는 성능을 발휘하였다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 자격을 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 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 마스크형 공기청정기 100 : 커버부
110 : 커버패브릭 120 : 커버프레임
200 : 본체부 210 : 본체프레임
211 : 본체전면부 213 : 본체후면부
220 : 고전압발생부 230 : 전원공급부
240 : 전자방출부 241 : 전자방출브러시
243 : 브러시가이드 250 : 진동모터
260 : 인체접지부 270 : 인체감지부
280 : 제어부 300 : 필터부
310 : 필터부직포 320 : 필터프레임
400 : 프레임부 410 : 안면밀착프레임
420 : 프레임바디부 430 : 인체감지용 도전부
440 : 인체접지용 도전부 450 : 배기밸브부
460 : 배기밸브커버부

Claims (10)

1. 인체의 안면부에 착용할 수 있는 마스크 형상을 가지며, 통기공이 형성되는 프레임부;
   상기 프레임부의 전면에 상기 통기공을 커버하도록 장착되며, 흡입하는 공기중에 포함되어 상기 통기공을 통과하는 포집대상체를 포집하는 필터부; 및
   상기 필터부의 전면에 위치하도록 상기 프레임부와 결합되며, 고전압을 형성하여 전자를 방출하여 상기 필터부에 충돌 흡수시켜 정전기를 형성하는 본체부를 포함하며,
   상기 본체부는,
   상기 필터부의 전면에서 상기 프레임부에 착탈 결합되는 본체프레임;
   상기 본체프레임에 내장되며, 고전압을 발생하는 고전압발생부;
   상기 본체프레임에 내장되며, 상기 고전압발생부에 전원을 공급하는 전원공급부;
   상기 고전압발생부에 연결되며, 상기 고전압발생부에서 형성된 고전압이 인가되어 상기 필터부에 전자를 방출하는 전자방출부;
   상기 본체프레임에 설치되어 인체에 접지되며, 상기 고전압발생부에 형성되는 전기적 노이즈를 인체로 방출하여 전자방출에 필요한 불완전전계를 균일하게 유지하는 인체접지부;
   상기 본체프레임에 설치되어 인체와 접촉을 감지하는 인체감지부; 및
   상기 본체프레임에 내장되며, 상기 전자방출부를 통해 전자 방출이 이루어지도록 상기 고전압발생부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 인체감지부를 통하여 인체접촉 감지신호를 수신하여 상기 고전압발생부를 가동하기 전에 상기 인체접지부와 인체의 접촉을 감지한 후 상기 고전압발생부에 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 마스크형 공기청정기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자방출부는, 상기 고전압발생부에 전기적으로 연결되고 상기 본체프레임의 중앙을 기준으로 양측에 대칭되게 배치되며, 전압이 인가되는 말단부의 금속사 또는 카본사를 통해 상기 필터부에 전자를 방출하는 다수 개의 전자방출브러시를 포함하는 마스크형 공기청정기.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전자방출브러시는 상기 필터부의 전면에서 대각선방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 마스크형 공기청정기.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 프레임부는,
   상기 인체감지부와 대응되게 프레임바디부에 설치되어 인체와 접촉되고, 상기 인체감지부와 인체의 접촉을 연결하는 인체감지용 도전부를 포함하는 마스크형 공기청정기.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 프레임부는,
   상기 인체접지부와 대응되게 프레임바디부에 설치되어 인체와 접지되고, 상기 인체접지부와 인체의 접지를 연결하는 인체접지용 도전부를 포함하는 마스크형 공기청정기.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자방출부는 방출하는 전자를 상기 필터부에 충돌하여 흡수시키도록 상기 필터부와 소정거리 이격되되,
   상기 전자방출부와 상기 필터부의 이격거리는 3mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 마스크형 공기청정기.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압발생부는 상기 전자방출부에서 전자 방출시 오존이 발생하지 않도록 -1.8kv 내지 -3.5kv의 고전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 마스크형 공기청정기.

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