KR102260282B1 - 플라즈마를 이용한 공기정화장치 - Google Patents

플라즈마를 이용한 공기정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 공기정화장치에 관한 것으로, 방전과정에 의해 생성되는 플라즈마 및 고전압 전계전자 에너지를 오염된 공기에 인가하여, 해리, 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응으로 오염공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해 및 제거함과 동시에 공기 중의 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생시키고, 활성분자들에 의한 강력한 살균처리를 가능하게 할 뿐만 아니라, 오존(O3)과 OH 라디칼을 생성하여 유해물질을 제거하며, 여기된 공기에 영구자석의 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속하도록 함으로써 산화질소(NO) 발생량을 더욱 증가시키고, 오염물질 및 악취물질의 제거효율, 살균효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

플라즈마를 이용한 공기정화장치{AIR PURIFICATION SYSTEM USING PLASMA}
본 발명은 공기정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방전과정에 의해 생성되는 플라즈마 및 고전압 전계전자 에너지를 오염된 공기에 인가하여, 해리, 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응으로 오염공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해 및 제거함과 동시에 공기 중의 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생시키고, 활성분자들에 의한 강력한 살균처리를 가능하게 할 뿐만 아니라, 여기된 공기에 영구자석을 이용하여 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속하도록 함으로써 산화질소(NO) 발생량을 더욱 증가시키고, 오염물질 및 악취물질의 제거효율, 살균효율을 대폭 향상시킬 수 있는 공기정화장치에 관한 것이다.
오늘날 환경 내의 오염물질로 인한 새로운 질병의 발생, 대기수질 토양의 오염에 따른 각종 질병의 만연 및 기형 또는 돌연변이의 발생 등 인간의 기본적 생존 조건인 건강 문제에 심각한 위협 요소로 대두되고 있다.
대기오염물질의 약 40%는 태양광(햇빛)이 광분해하며, 나머지 60% 대부분은 공기 중 습기(구름, 안개, 빗물)에 의해 지면으로 떨어진다. 그 중 극히 일부 오염물질이 사람들 몸으로 들어와 심각한 피해를 끼치고 있다.
세계 보건기구는 초미세 먼지를 1급 발암물질로 규정하고 있는바, 미세먼지를 분류하면 아래와 같다.
(1) 미세먼지 -----------▷ PM 10 이하 사이즈의 입자상 부유 물질
(2) 초미세 먼지 ---------▷ PM 2.5 이하 사이즈의 입자상 부유 물질
(3) 극 초미세 먼지 ------▷ PM 0.1 이하 사이즈 입자상 부유 물질
(4) 가스체(Gas) --------▷PM 0.01 이하 사이즈로 호흡 시 혈액으로 흡수하여 몸속 전체로 운반되는 오염물질
입자상 오염물질 대부분은 사람의 기관지와 폐 속 세포에 붙잡혀 머물지만, 흙먼지나 꽃가루처럼 자연적으로 발생하는 미세한 입자들은 대부분 건강에 크게 해롭지 않으며, 일부 알레르기가 있는 민감한 사람들에게 과민반응을 일으키는 정도 일뿐 절대 다수에게 피해를 끼치지 않는다.
하지만, 자동차 매연이나 발전소의 굴뚝과 산업체 공장에서 배출하는 오염물질에는 다양한 석유계 유기화합물이며, 인공적으로 발생하는 미세한 가스체들이다.
본래 석유는 강력한 발암성을 가진 물질이며, 석유를 태우고 내달리는 자동차가 내뿜는 매연 속에는 온갖 더러운 발암 오염물질들이 가득하다. 질소산화물, 황산화물, 일산화탄소, 하이드로카본(HCs: 강한 발암성), 수은과 납과 같은 가스화 된 중금속 일부 등이 있다. 이러한 물질 대부분이 가스체이며, 필터로는 도저히 여과할 수 없다.
또한, 인간의 생활환경 및 거주 방식에 많은 변화를 가져오게 되었고, 정보통신 기술의 발달로 실내에서 거주시간이 증가함에 따라 실내 공기 오염이란 새로운 환경문제가 나타나고 있다.
이와 같이 실내의 제한된 공간 내에 오염된 공기가 생성되면, 시간이 지날수록 오염물질의 순환으로 그 농도가 증가하여 각종 분진을 비롯해 감염성 세균 및 곰팡이 등의 미생물학적 유해인자에 노출되어 전신피로, 불쾌감, 두통, 호흡기계통, 피부계통 감염성 질환과 과민성 질환이 발생할 수 있다.
공기 오염은 고령의 환자 및 면역 억제 상태의 환자에게 감염의 위험성을 증가시킬 수 있고, 공기 질의 오염에 의한 각종 유해물질의 흡입과, 업무상 스트레스, 혈액순환 장애는 환자 및 실내 거주자들의 인체 내 활성산소(ROS) 수치를 증가시켜 건강에 나쁜 영향을 주는 것으로 연구결과가 보도되고 있다.
활성산소는 호흡과정에서 몸속으로 들어간 산소가 체내에서 산화과정에 이용되면서 여러 대사과정에서 생성되어 생체 조직을 공격하고 세포를 공격하여 지질과 단백질, 핵산(DNA, RNA)을 파괴하며 여러 가지 효소기능을 저해하여 각종 질병(암, 노화 등)을 촉진할 뿐만 아니라, 이 외에도 신경 전달물질인 DOPAMINE SEROTOMIN, ACETYL-CHOLINE에도 영향을 미치며 ACETYL-CHOLINE ESTERASE에도 같은 영향을 미치어 면역기능을 현저하게 저하시키는 것으로 알려져 있다.
또한, 가정이나 식당 등에서 발생하는 음식폐기물은 다량의 수분과 영양분을 포함하고 있으므로, 부패가 쉽고 악취와 해충이 발생하여 환경오염을 초래한다. 이에 따라, 수거되는 음식폐기물을 대부분 매립하고 있으나, 음식폐기물은 매립되더라도 부패에 따른 악취와 침출수가 발생하여 환경오염을 피할 수 없다.
특히, 축산농가에서 발생하는 축산 폐기물은 악취가 심하고, 병해충이 번식하는 한편, 수분이 다량 포함되어 바로 퇴비로 사용하기 어렵고, 하천으로 방류될 경우 수질오염의 원인이 되고, 더불어 식수 및 주변 환경을 오염시킴으로써 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다.
따라서 최근에는 이와 같은 유기성 폐기물을 효과적으로 처리하기 위하여 그것을 고형화하기 위한 처리장치들이 연구되고 있다.
그와 같은 처리장치들은 투입되는 유기성 폐기물을 가열하여 건조하고, 고형화하는 방식으로 처리되고 있으나, 그 배출수의 양이 많아 그 처리과정에 많은 시간과 비용이 소요될 뿐 아니라, 악취가 발생함으로써 또 다른 차원의 공해를 유발하고 있다.
근래에는 악취물질이 대기 중으로 방출되기 전에 플라즈마를 통과시킴으로써 악취가 제거되는 장치들도 개발되어 있으나, 침출수의 정화설비 및 악취제거장치를 동시에 구비함에 따라 전체적인 장치의 구조가 복잡해지고 대형화되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1559021호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 방전과정에 의해 생성되는 플라즈마 및 고전압 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여, 해리, 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응으로 오염공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해 및 제거함과 동시에 공기 중의 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생시키고, 활성분자들에 의한 강력한 살균처리를 가능하게 할 뿐만 아니라, 오존(O3)과 OH 라디칼을 생성하여 유해물질을 제거하며, 여기된 공기에 영구자석의 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속하도록 함으로써 산화질소(NO) 발생량을 더욱 증가시키고, 오염물질 및 악취물질의 제거효율, 살균효율을 대폭 향상시킬 수 있는 플라즈마를 이용한 공기정화장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마를 이용한 공기정화장치는 오염공기를 강제로 유입하기 위한 흡입 팬과, 오염공기 중에 포함된 분진을 제거하기 위한 전처리 필터를 구비하는 흡기여과 유닛; 상기 흡기여과 유닛을 거친 오염공기를 방전영역으로 유입시키고, 플라즈마 에너지를 발생하여 오염공기의 유해 물질을 제거하는 1차 정화유닛; 1차 정화유닛과 연결되며, 상기 1차 정화유닛을 거친 오염공기를 재차 방전영역으로 유입시키고, 고전압 방전에 의해 생성되는 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 전기화학적 반응으로 오염공기 중 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생하고, 오염공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해, 살균 및 제거하며, 여기된 공기에 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속함으로써 산화질소(NO) 발생량을 더 증가시키도록 하며, 오존(O3)과 OH 라디칼을 생성하여 유해물질을 제거하는 2차 정화유닛; 고전압 방전시 생성되는 오존(O3), 이산화질소(NO2) 등 유해물질을 제거하는 촉매 반응유닛; 방전 과정을 거치면서 생성된 산화질소, 오존, 및 이산화질소의 농도, 그리고 방전 과정이 수행되는 방전영역의 온도를 계측하는 다수의 센서; 및 상기 센서로부터 계측 자료를 전송받아 공기정화 일련의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 1차 정화유닛은, 내부에 공간을 형성하며, 상기 공간에는 가동블록 가이드 레일이 형성되고, 일측에는 상기 공간 안으로 수납하거나 인출하기 위하여 도어가 설치된 하우징; 상기 가동블록 가이드 레일에 가이드 되어 상기 공간 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치되는 금속 재질의 가동블록; 오염공기가 통과할 수 있는 덕트 구조물로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역을 형성하며, 오염공기의 진행방향으로 다수 배열되어 상기 가동블록에 일체로 고정 설치되는 제1 전극; 상기 하우징의 공간 안에 설치되며, 상기 공간 안으로 상기 가동블록이 수납되는 경우, 상기 가동블록과 전기적으로 접촉하여 상기 가동블록에 전원을 인가하는 제1 전원부; 상기 가동블록과 일정 간격을 두고 절연된 상태로 상기 가동블록에 고정 설치되며, 일측에 제2 전원 연결봉이 설치된 금속 재질의 제2 전극 지지 프레임; 상기 제2 전극 지지 프레임에 고정 설치되고, 상기 제1 전극의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 상기 제1 전극의 방전영역 내부를 관통하여 설치되는 봉형상의 제2 전극; 상기 제2 전극에 전원을 인가하기 위하여 상기 도어의 외측에 고정 설치되는 제2 전원부; 및 상기 제2 전원부와 전기적으로 연결되며, 상기 도어 클로즈(close) 시, 상기 제2 전원 연결봉과 탄력적으로 접촉하도록 상기 도어 내측에 설치되는 제2 전원 접속단자; 를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 1차 정화유닛은, 내부에 공간을 형성하며, 상기 공간에는 가동블록 가이드 레일이 형성되고, 일측에는 상기 공간 안으로 수납하거나 인출하기 위하여 도어가 설치된 하우징; 상기 가동블록 가이드 레일에 가이드 되어 상기 공간 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치되는 금속 재질의 가동블록; 오염공기가 통과할 수 있는 덕트 구조물로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역을 형성하며, 오염공기의 진행방향으로 다수 배열되어 상기 가동블록에 일체로 고정 설치되는 제1 전극; 상기 하우징의 공간 안에 설치되며, 상기 공간 안으로 상기 가동블록이 수납되는 경우, 상기 가동블록과 전기적으로 접촉하여 상기 가동블록에 전원을 인가하는 제1 전원부; 상기 가동블록과 일정 간격을 두고 절연된 상태로 상기 가동블록의 전후 방향으로 전후진 가능하게 설치되며, 일측에 제2 전원 연결봉이 설치된 금속 재질의 제2 전극 지지 프레임; 상기 제1 전극의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 상기 제1 전극의 방전영역 내부로 선택적으로 삽입되는 봉형상의 제2 전극; 상기 제2 전극 지지 프레임을 상기 가동블록의 전후 방향으로 전후진시키기 위하여 상기 하우징의 내부에 고정 설치된 전후진 실린더; 상기 제2 전극에 전원을 인가하기 위하여 상기 도어의 외측에 고정 설치되는 제2 전원부; 및 상기 제2 전원부와 전기적으로 연결되며, 상기 도어 클로즈(close) 시, 상기 제2 전원 연결봉과 탄력적으로 접촉하도록 상기 도어 내측에 설치되는 제2 전원 접속단자; 를 포함하되, 상기 전후진 실린더의 작동에 의하여 상기 제2 전극 지지 프레임을 전후진시키면, 상기 제2 전극이 전후진하면서 상기 제1 전극의 방전영역 내부로 선택적으로 삽입되거나 빠지도록 구성되어 상기 가동블록의 인출과 수납이 용이하다.
또한, 상기 2차 정화유닛은, 내부에 공간을 형성하고, 그 공간에 복수의 구획 벽이 일정 간격을 두고 배치되는 하우징; 상기 구획 벽에 고정 설치되는 제1 전극 지지봉; 상기 구획 벽과 상기 제1 전극 지지봉 간의 접촉을 방지하는 제1 절연링; 상기 제1 전극 지지봉의 일측에 고정 설치되는 제1 전극; 상기 제1 전극 지지봉의 타측에 고정 설치되어 상기 제1 전극에 전원을 인가하기 위한 제1 전원공급 케이블; 상기 내벽에 고정 설치되는 제2 전극 지지봉; 상기 내벽과 상기 제2 전극 지지봉 간의 접촉을 방지하는 제2 절연링; 상기 제2 전극 지지봉의 일측에 고정 설치되고, 상기 제1 전극과 일정간격을 두고 그 사이에 방전영역을 형성하는 제2 전극; 상기 제2 전극 지지봉의 타측에 고정 설치되어 상기 제2 전극에 전원을 인가하기 위한 제2 전원공급 케이블; 자기장을 형성하기 위하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 고정 설치되는 영구자석; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 일정하게 유지하는 상하부 절연체; 를 포함한다.
또한, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면에 광촉매인 산화티타늄 분말이 피복되거나, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 산화티타늄 재질로 구성되며, 자외선 램프에서 발산되는 자외선과의 반응에 의해 휘발성 유기화합물(VOC)을 분해 제거한다.
또한, 상기 흡기여과 유닛, 상기 1차 정화유닛, 상기 2차 정화유닛, 그리고 촉매 반응유닛이 하나의 컨테이너 안에 배치되는 구조로 구성될 수 있으며, 상기 컨테이너의 하부에는 대차(운반대)가 설치되어 운반과 이동이 용이하도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
① 산화제, 흡착제 등과 같은 약품 투입이 없어 유지비가 저렴하며, 폐수의 발생이 없으므로 2차 오염이 발생하지 않는다.
② 시설 규모의 소형화가 가능하여 설비 비용을 최소화할 수 있으며, 다단 연결형 제품으로 시설 규모에 적합한 맞춤형 제작이 가능하며, 하나의 컨테이너 안에 배치되는 구조로 구성될 수 있으며, 컨테이너의 하부에는 대차가 설치되어 운반과 이동이 용이하다.
③ 처리 용량과 농도에 적합하도록 분리, 조립이 가능하므로 소비자 요구에 즉시 대응이 가능하며, 기존 오염방지 시설과의 효율적인 연계가 가능하다. 설치장소에 따라 맞춤형 생산 및 설치가 가능하며, 기존 공기 공급용 덕트에 간편하게 연결하여 사용이 가능하다.
④ 산화질소(NO) 발생으로 인체의 유해물질을 해독하는 디톡스 기능과 면역력을 높이는 기능이 있으며, 산화질소(NO)는 강력한 항산화제로서 체내 활성산소 수치를 저하 및 체세포의 활성화를 도모하며, 다량의 산소 이온발생으로 혈액 정화 및 인체의 면역력을 증진하도록 한다.
⑤ 지하 공간 및 사업장의 곰팡이, 담배 냄새, 고기 굽는 냄새, 생선 비린내, 특히 축사 등 심각한 탈취 문제를 해결하며, 포름알데히드 등 유해물질 제거로 새집증후군, 헌집증후군의 유해성분 암모니아, 폼알데히드, 자일렌, 톨루엔 등 유해물질을 80~90% 제거할 수 있다.
⑥ 각종 병원성 세균 99.9% 살균효과, 각종 유해물질 90~97% 제거효과, 이산화탄소 25~40% 제거효과를 확인할 수 있다.
⑦ 유해가스 및 복합 악취 처리 메커니즘 . 고효율로 매칭된 방전영역으로 오염가스를 유입시켜 고밀도의 플라즈마 에너지로 분자구조를 파괴하고 오존, OH 라디칼 등과 같은 활성종과의 접촉 산화반응과 Shock Wave, UV 등 전기·화학적인 처리가 동시 복합적으로 발생하여 효율적인 유해가스 및 복합악취의 처리가 가능하다.
⑧ 저압 산소 플라즈마(Cold Oxygen Plasma) 기술을 이용할 수 있으며, 분진 등의 오염물질은 물론 가스체 등의 오염물질을 파괴하여 본래 가진 독성을 저독성이나 무독성으로 변화시키며, 유해한 화학 가스체를 마치 불로 태우듯이 서서히 분해하여 이산화탄소(CO2)와 물(H2O) 분자로 바꾸어서 우리가 호흡하더라고 피해가 없도록 변화한다.
⑨ 고전압 방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자 에너지를 오염된 공기에 인가하여, 해리, 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응으로 공기 중 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생시키고, 공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해 및 제거함과 동시에, 활성분자들에 의해 강력한 살균처리가 가능할 뿐만 아니라, 여기된 공기에 영구자석을 이용하여 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속토록 함으로써 산화질소(NO) 발생량을 증가시키고, 오염물질(초미세먼지 및 가스체 포함) 및 악취물질의 제거효율, 살균효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
⑩ 고전압 방전시 생성되는 오존(O3), 이산화질소(NO2) 등 유해물질은 촉매 반응유닛에서 각각의 촉매와 접촉시켜 제거하고, 각각의 센서로부터 계측된 자료를 전송받아 제어부에서 피드백(feed back) 제어를 실행 및 자동 운전함으로써, 무균 및 무취 상태의 고품질 산화질소는 물론 정화된 공기를 원하는 장소, 예를 들어 실내나 축사 등에 재공급 및 순환함으로써, 면역력 증가. 비염알레르기, 아토피와 피부질환을 개선할 수 있으며, 피로회복이 빠르고 머리가 맑아져 집중력을 높이고, 어린이와 노약자, 환자의 면역력을 강화하여, 감기 등 공기로 인한 전염성 질환으로부터 보호하도록 하는 것이다.
⑪ 하우징 내부에 가동블록 가이드 레일을 이용하여, 가동블록을 이동하면서 하우징 안으로 수납하거나 외부로 인출할 수 있기 때문에 교체 및 유지보수가 매우 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 정화장치를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 따른 공기 정화장치를 나타낸 측면 구성도
도 3은 본 발명에 따른 공기 정화장치에서, 공기정화 실시간 운전 제어를 도시한 블록도
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 공기 정화장치에서 1차 정화유닛을 도시한 사시도
도 6은 1차 정화유닛의 가동블록을 도시한 정면도
도 7은 1차 정화유닛을 개략적으로 도시한 측면 구성도
도 8 내지 도 10은 제2 전원 연결봉과 제2 전원부의 연결을 설명하는 도면
도 11은 본 발명에 따른 2차 정화유닛을 도시한 정면도
도 12는 본 발명에 따른 2차 정화유닛의 부분 사시도
도 13은 도 11의 요부 발췌도
도 14는 도 12의 요부 발췌도
도 15는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 1차 정화유닛을 도시한 측면 구성도
도 16은 본 발명의 공기정화장치를 적용하여 처리할 수 있는 오염물질의 예를 보인 도면
도 17은 본 발명의 공기정화장치를 적용하여 악취 오염물질의 처리성능을 막대 그래프로 보인 도면
도 18 내지 도 20은 본 발명에 따른 공기 정화장치에 대한 공기정화 시험 성적서를 보인 도면
도 21은 본 발명에 따른 공기 정화장치를 하나의 컨테이너 안에 설치한 예를 도시한 측면 구성도
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 정화장치를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 공기 정화장치를 나타낸 측면 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 공기 정화장치에서, 공기정화 실시간 운전 제어를 도시한 블록도, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 공기 정화장치에서 1차 정화유닛을 도시한 사시도, 도 6은 1차 정화유닛의 가동블록을 도시한 정면도, 도 7은 1차 정화유닛을 개략적으로 도시한 측면 구성도, 도 8 내지 도 10은 제2 전원 연결봉과 제2 전원부의 연결을 설명하는 도면, 도 11은 본 발명에 따른 2차 정화유닛을 도시한 정면도, 도 12는 본 발명에 따른 2차 정화유닛의 부분 사시도, 도 13은 도 11의 요부 발췌도, 도 14는 도 12의 요부 발췌도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 플라즈마를 이용한 공기정화장치는 오염공기를 강제로 유입하고 오염공기 중에 포함된 분진을 제거하는 흡기여과 유닛(100); 상기 흡기여과 유닛(100)을 거친 오염공기를 방전영역(231,481)으로 유입시키고, 플라즈마 에너지를 발생하여 오염공기에 포함된 유해 물질을 제거하는 1차 정화유닛(200)(300); 1차 정화유닛(200)(300)과 연결되며, 상기 1차 정화유닛(200)(300)을 거친 오염공기를 재차 방전영역(481)으로 유입시키고, 고전압 방전에 의해 생성되는 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 해리, 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응으로 오염공기 중 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생하고, 오염공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해, 살균 및 제거하며, 여기된 공기에 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속토록 함으로써 산화질소(NO) 발생량을 증가시키도록 하며, 자외선광에 의해 오존(O3)과 OH 라디칼을 생성하여 유해물질을 제거하는 2차 정화유닛(400); 촉매 반응유닛(500); 방전 과정을 거치면서 생성된 산화질소, 오존, 및 이산화질소의 농도, 그리고 방전 과정이 수행되는 방전영역(231,481)의 온도를 계측하는 다수의 센서(S); 및 상기 센서(S)들로부터 계측 자료를 전송받아 공기정화 일련의 작동을 제어하는 제어부(600); 를 포함한다.
본 실시 예의 플라즈마 방전 기술에 대하여 이해를 돕기 위해 플라즈마 방전기술을 간략하게 설명한다.
물질의 상태는 고체 액체 기체로 나눌 수 있는데, 기체 상태의 물질에 에너지를 가해주면 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온들이 존재하는 플라즈마 상태가 된다.
플라즈마는 화학적으로 반응성이 큰 매개체이다. 여기(activated)되는 방법과 작동 에너지에 따라 낮거나 혹은 높은 온도의 환경을 만들어낼 수 있으며, 각각 저온 플라즈마, 또는 열 플라즈마로 구분된다.
플라즈마는 이온화된 기체로서 우주 전체의 99% 이상을 구성한다. 플라즈마는 기본 상태 혹은 여기 상태의 전자이온 및 중성자로 이루어진다.
거시적인 관점에서 볼 때, 플라즈마는 전기적으로 중성이며 플라즈마는 자유 대전 정공을 포함하며 전기 전도성이 있다.
플라즈마는 기체에 에너지를 가함으로써 발생하는데, 화학종 분자 원자의 전자구조를 알아보기 위해서 또는 여기 화학종이나 이온을 만들기 위해서 사용된다.
기체에 가하는 에너지는 열이나 전류 및 전자기 복사에 의해서 전달될 수 있다.
통상, 플라즈마를 방전시킬 때에는 대기압인 760 Torr 정도의 압력에서 발생시키는 것보다 대기압보다 낮은 1m Torr ~ 100 Torr 정도의 압력에서 발생시키는 것이 더 쉬운데, 이 때문에 대부분의 플라즈마는 대기압보다 낮은 압력에서 방전되고 있다.
그런데 이렇게 낮은 압력에서 플라즈마를 발생시키려면 진공 용기를 제작하고 진공을 유지하기 위해 진공 펌프를 장착해야 하는 등 여러 가지 제약 조건이 따르는데, 이러한 이유로 진공이 아닌 대기압에서 플라즈마를 발생시키는 방법에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.
상압 플라즈마는 진공 플라즈마에서 요구되는 진공장비도 필요치 않으며, 장비 값이 비교적 쌀 뿐만 아니라 장비 관리비와 작동 비용도 저렴하다.
상압 플라즈마는 전기 에너지에 의해서 발생한다. 전기장이 기체의 전자에 에너지를 전달하여 대전된 화학종이 되고, 충돌에 의해 중성 화학종에 에너지가 전달된다.
플라즈마가 발생하는 과정을 간단히 설명하기 위하여 가장 간단한 플라즈마 발생장치를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 평면으로 구성된 두 개의 도체(제1 전극과 제2 전극)를 일정한 거리 d 만큼 떨어뜨려 놓은 뒤 도체에 직류 전압 V을 인가한다. 이렇게 되면, 두 개의 도체 사이에는 일정한 전기장이 생성되는데, 이때 생성되는 전기장 E는 전압 V에 비례하고 거리 d에는 반비례하는 E=V/d 인 조건으로 생성된다.
이때, 전압 V의 세기가 어느 정도 이상이 되면, 음극이 연결된 도체 판에 작은 수의 전자가 생성되기 시작하고, 이 전자들이 전극을 따라 양극으로 움직이면서 두 도체 사이에 존재하는 가스들(오염공기)과 충돌을 일으키며, 결과적으로 가스들은 이온화되면서 방전이 일어난다.
이러한 과정을 전자 사태에 의한 방전 개시라고 부른다. 이때, 이온들은 전기장을 따라 음극으로 움직이게 되고, 음극에 연결된 도체 판에 세게 부딪치면서 음극에서 전자들이 튀어나오게 하면서 플라즈마 발생을 가속화시키는 2차 발산이 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 공기정화장치의 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.
우선, 상기 흡기여과 유닛(100)은 오염공기를 강제로 유입하기 위한 흡입 팬(120)과, 오염공기 중에 포함된 분진 등을 제거하기 위한 전처리 필터(140)를 구비한다. 전처리 필터(140)는 부직포 필터 또는 헤파 필터 등을 포함할 수 있다.
즉, 상기 흡입 여과유닛(100)은 복수의 흡입배관(110)을 구성하고, 각 흡입배관(110)의 일측 단부에는 오염된 공기를 흡입하는 흡입구(111)가 형성되며, 상기 흡입배관(110)의 타측 단부에는 외부의 공기를 신속하게 흡입하기 위한 흡입 팬(120)이 설치된다. 흡입 팬(120)의 후단에는 오염된 공기가 역방향으로 이동하는 것을 방지하기 위한 역류 방지장치(130)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
상기 전처리 필터(140)의 내부에는 활성탄(150)이 충입되어 있고, 전처리 필터(140)의 내부에는 오염된 공기가 순차적으로 이동할 수 있도록 복수의 격벽(160)이 설치될 수도 있다.
이와 같이 오염공기는 전처리 필터(140)의 내부를 통과하며, 전처리 필터(140)에 내장된 활성탄(150)의 사이로 통과한다. 이때, 오염공기는 전처리 필터(140)의 내부에 설치된 격벽(160)에 의해서 이동경로가 유지되므로, 오염공기에 포함된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 1차 정화유닛(200)은 흡기여과 유닛(100)을 거친 오염공기를 방전영역(231)으로 유입시키고, 플라즈마를 발생하여 오염공기에 포함된 유해물질을 해리, 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응을 수행한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 1차 정화유닛(200)은 하우징(210); 금속 재질의 가동블록(220); 덕트 구조물로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역(231)을 형성하는 제1 전극(230); 전원을 인가하는 제1 전원부(240); 금속 재질의 제2 전극 지지 프레임(250); 봉형상의 제2 전극(260); 전원을 인가하는 제2 전원부(270); 및 제2 전원 접속단자(280); 를 포함한다.
금속 재질의 가동블록(220)과 제2 전극 지지 프레임(250) 사이에는 절연을 위해서 절연체(애자 등)(258)가 설치된다.
부연 설명하면, 하우징(210)은 내부에 공간(211)을 형성하며, 공간(211)에는 가동블록 가이드 레일(213)이 형성되고, 일측에는 공간(211) 안으로 수납하거나 인출하기 위하여 도어(215)가 설치된다.
금속 재질의 가동블록(220)은 사각 구조물로 형성될 수 있으며, 가동블록 가이드 레일(213)에 가이드 되어 공간(211) 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치된다. 이와 같이 가동블록(220)을 가동블록 가이드 레일(213)에 의해 가이드하여 공간(211) 안으로 수납하거나 외부로 인출할 수 있기 때문에 교체 및 유지보수가 매우 용이하다.
또한, 제1 전극(230)은 가동블록(220)에 일체로 고정 설치되며, 오염공기의 진행방향으로 다수 배열된다. 제1 전극(230)은 오염공기가 통과할 수 있는 원형의 덕트 구조물(원통 구조물)로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역(231)을 형성한다.
상기 제1 전원부(240)는 하우징(210)의 공간 안에 설치되며, 공간(211) 안으로 상기 가동블록(220)이 수납되는 경우, 가동블록(220)과 전기적으로 접촉하여 가동블록(220)에 전원을 인가한다. 상기 제1 전원부(240)는 접지 전원일 수 있다.
또한, 상기 제2 전극 지지 프레임(250)은 가동블록(220)과 일정 간격을 두고 절연된 상태로 가동블록(220)에 고정 설치되며, 일측에 제2 전원 연결봉(251)이 설치된다. 상기 제2 전극 지지 프레임(250)은 가동블록과 상응하는 형상, 예를 들어 원형판이나 사각판으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극 지지 프레임(250)에는 봉형상의 제2 전극(260)이 고정 설치된다. 상기 제2 전극 지지 프레임(250)은 봉형상(bar)의 제2 전극(260)을 수평방향(오염공기 진행방향)으로 거치하는 역할을 한다.
상기 제2 전원 연결봉(251)은, 연결봉 본체(251a) 안에 스프링(251b)을 개재하여 가동로드(251c)가 전후진 가능하게 삽입 설치된다.
스프링(251b)에 의해서 가동로드(251c)가 탄력적으로 지지됨으로써 제2 전원 접속단자(280)에 탄력적으로 접촉하도록 구성된다.
그리하여, 도어(215) 클로즈 시, 제2 전원 연결봉(251) 및 도어(215)의 파손을 효과적으로 방지하고 전기적 접속을 원활하게 할 수 있다.
또한, 상기 봉형상의 제2 전극(260)은 제2 전극 지지 프레임(250)에 고정 설치되고, 제1 전극(230)의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부를 관통하여 설치된다.
제2 전극(260)의 외주면에는 별모양의 끝단이 뾰족한 팁(261)이 다수 설치됨으로써, 방전 효율성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 제2 전원부(270)는 제2 전극(260)에 전원을 인가하기 위하여 도어(215)의 외측에 고정 설치된다.
또한, 상기 제2 전원 접속단자(280)는 제2 전원부(270)와 전기적으로 연결되며, 도어(215) 클로즈(close) 시, 제2 전원 연결봉(251)과 탄력적으로 접촉하도록 도어(215) 내측에 설치된다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 1차 정화유닛(200)에서의 방전 과정을 살펴보면, 흡기여과 유닛(100)을 거치면서 분진이 제거된 오염공기는 하우징(210) 안으로 유입된 후, 방전영역(231)으로 다시 유입된다.
이때, 제1 전원부(240)와 제2 전원부(270)에 의해서, 각각 제1 전극(230)과 제2 전극(260)에 전압이 인가되어, 제1 전극(230)과 제2 전극(260) 사이의 공간, 즉 방전영역(231)에 플라즈마를 형성한다.
이와 같이 방전 개시와 2차 발산 방전과정을 거치면서 플라즈마를 발생하여 오염공기의 오염물질을 전리 이온화하여 다량의 활성산소(活性酸素: active oxygen, free radical)을 생성한다.
활성산소는 환원성 활성종과 산화성 활성종이 오염물질과 접촉하여 산화, 환원, 전자유기, 이온유기 반응을 하여 오염물질을 분해하여 오염공기를 일차적으로 정화한다.
또한, 2차 정화유닛(400)은 1차 정화유닛(200)(300)과 연결되어 일차적으로 정화된 오염공기가 유입되며, 1차 정화유닛(200)을 거친 오염공기를 재차 방전영역(231)으로 유입시키고, 고전압 방전에 의해 생성되는 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 전기화학적 반응으로 오염공기 중 질소(N2) 및 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해하여 산화질소(NO)를 발생하고, 오염공기 내에 포함된 악취물질 및 오염물질을 분해하고, 살균하며 제거한다.
또한, 영구자석(M)을 이용하여, 여기된 공기에 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속토록 함으로써, 산화질소(NO) 발생량을 증가시키도록 하며, 고전압인가시 발생하는 자외선광에 의해 오존(O3)와 OH 라디칼을 생성하여 유해물질을 제거한다.
본 발명에 따른 2차 정화유닛(400)의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 2차 정화유닛(400)은 하우징(410); 제1 전극 지지봉(420); 제1 절연링(430); 제1 전극(440); 제1 전원공급 케이블(450); 제2 전극 지지봉(460); 제2 절연링(470); 제2 전극(480); 제2 전원공급 케이블(490); 영구자석(M); 및 상하부 절연체(495); 를 포함한다.
부연 설명하면, 우선, 하우징(410)은 내부에 공간(411)을 형성하고, 그 공간(411)에 복수의 구획 벽(412)이 일정 간격을 두고 배치된다. 그 구획 벽(412) 사이에 제1 전극 지지봉(420)이 하우징(410)의 폭방향으로 고정 설치된다.
상기 제1 절연링(430)은 구획 벽(412)과 제1 전극 지지봉(420) 간의 전기적 접촉을 방지한다. 상기 제1 절연링(430)은 러버재질이나 목재 등으로 제조될 수 있다.
상기 제1 전극(440)은 제1 전극 지지봉(420)의 일측에 수직방향으로 고정 설치된다.
상기 제1 전원공급 케이블(450)은 제1 전극(440)에 전원을 인가하기 위하여 제1 전극 지지봉(420)의 타측에 고정 설치된다. 즉, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 제1 전원공급 케이블(450)에는 전원부(전원을 공급)가 연결 설치된다.
상기 제2 전극 지지봉(460)은 상기 구획 벽(412)에 하우징(410)의 폭방향으로 고정 설치된다.
상기 제2 절연링(470)은 상기 구획 벽(412)과 상기 제2 전극 지지봉(460) 간의 접촉을 방지한다. 상기 제2 절연링(470)은 러버재질이나 목재 등으로 제조될 수 있다.
상기 제2 전극(480)은 상기 제2 전극 지지봉(460)의 일측에 수직방향으로 고정 설치되고, 상기 제1 전극(440)과 일정간격을 두고 그 사이에 방전영역(481)을 형성한다.
제1 전극(440)과 제2 전극(480) 사이에는 티타늄봉(4a)이 형성될 수 있으며, 이 티타늄봉(4a)의 간격은 4∼5㎜로 설정할 수 있다. 티타늄봉(4a) 방전효율을 높이는 역할을 한다.
상기 제2 전원공급 케이블(490)은 제2 전극(480)에 전원을 인가하기 위하여 상기 제2 전극 지지봉(460)의 타측에 고정 설치된다. 즉, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 제2 전원공급 케이블(490)에는 전원부가 연결 설치된다.
상기 영구자석(M)은 자기장을 형성하기 위하여 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480)에 통상의 체결수단, 예를 들어 볼트로 고정 설치될 수 있다.
상기 영구자석(M)은 오염공기에 자기장을 인가하여 여기 상태를 유지하는 바, 영구자석은 10,000가우스 이상의 네오디움 자석이고, 1테슬라 이상의 자기장을 형성하도록 할 수도 있다.
상기 상하부 절연체(495)는 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480) 사이를 일정하게 유지한다.
상기 제1 전극(440) 및 상기 제2 전극(480)의 표면에 광촉매인 산화티타늄 분말이 피복되거나, 상기 제1 전극(440) 및 상기 제2 전극(480) 자체가 산화티타늄 재질로 제작될 수 있으며, 고전압 인가시 발생하는 자외선과의 반응에 의해 오존(O3)과 OH 라디칼을 생성하여 유해물질, 예를 들어 휘발성 유기화합물(VOC)을 분해 제거하도록 한다.
상기 제1 전극(440) 및 상기 제2 전극(480)의 출력측 전계 전자에너지(IE,eV)는 공기 중 산소(O2) 분자의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 12.0857eV 이상, 질소(N2) 분자의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 15.581eV 이상, 새집증후군 대표 물질인 포름 알데히드(HCHO)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계 전자에너지(IE,eV); 10.86eV 이상, 휘발성 유기화합물질(VOCs)의 하나인 톨루엔(C7H8)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계 전자에너지(IE,eV); 8.828eV 이상, 실내 환기 지표물질인 이산화탄소(CO2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 13.777eV 이상, 혈액의 응고 및 두통을 유발하는 불완전 연소 생성물인 일산화탄소(CO)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계 전자에너지(IE,eV);14.0414eV 이상, 악취물질 암모니아(NH3)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 10.07eV 이상, 황화수소(H2S)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계 전자에너지(IE,eV); 10.457eV 이상, 오염물질 및 악취물질의 원자결합 중 C-N결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 2.88eV 이상, N-H결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 4.03eV 이상, C-H결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 4.30eV 이상, C-C결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 3.41eV 이상, C=O결합을 분해할 수 있는 전계전자 에너지(IE,eV); 7.08eV 이상으로 할 수 있다.
이와 같이 고전압에 의한 높은 전계전자 에너지를 인가받아 방전하여 유입된 오염공기에 대한 전기 화학적 반응은, 전기전자 에너지를 e 로 표기할 때 다음과 같이 이루어진다.
해리 반응은 아래와 같은 단계로 이루어진다.
1) e + O2 → O + O + e
2) e + N2 → N + N + e
3) e + O2 → O- + O
또한, 이온화 반응은 아래와 같은 단계로 이루어진다.
1) e + N2 → N + N+ + 2e
2) e + N2 → N2+ + 2e
3) e + O2 → O + O+ + 2e
4) e + O2 → O2+ + 2e
전기 화학적 반응 과정에서, 공기 중 세균을 살균하는 OH Radical 활성종 생성 반응은 공기 중 수증기를 해리하여 생성하는 아래와 같은 단계로 이루어진다.
1) e + H2O → H+ + OH-
2) e + H2O → H + OH + e
3) O + H2O → 2OH
고전압 방전에 의해 발생하는 활성분자는 매우 랜덤하게 활동하기 때문에 활성분자와 오염물질 및 악취물질 사이의 접촉시간이 짧아 접촉효율이 저하될 뿐만 아니라 활성분자의 수명이 짧아서 오염물질 및 악취물질을 제대로 분해할 정도로 여기 상태가 충분히 지속되지 않기 때문에, 오염물질 및 악취 물질의 분해율이 낮고, 현저한 살균 효과를 기대하는 것이 곤란하다는 단점이 있지만, 본 실시 예에서는 고전압 방전에 의해 생성된 활성 분자에, 영구자석을 이용하여 자기장을 인가하면, 활성분자의 수명이 크게 연장되고, 이에 따라 활성분자를 포함하는 오염기체의 여기 상태를 그 만큼 지속할 수 있다.
즉, 영구자석(M)에 의한 자기장을 이용하여 방전에 의해 여기된 오염기체의 여기 상태를 연장하고 특정한 방향으로 유도함으로써, 오염기체에 포함된 활성분자에 대해 오염물질 및 악취물질 간의 접촉시간을 늘려 접촉효율을 향상시킬 수 있다.
상기 영구자석(M)의 자기장을 이용하여 활성분자의 수명 증대 및 오염공기의 여기상태 지속을 통해 산화질소(NO) 발생량을 보다 증가시키고, 악취물질 및 오염물질 분해 제거율과 살균율을 더욱 향상시킨다.
상기 2차 정화유닛(400)을 거친 공기는 촉매 반응유닛(500)으로 이송되어 오염공기의 전기화학적 반응과정에서 생성된 오존(O3) 및 이산화질소(NO2) 등의 유해물질을 제거하도록 한다.
상기 촉매 반응유닛(500)은 제어라이트를 코팅한 입상 활성탄 필터, 부직포필터 또는 헤파 필터 등을 구비할 수 있다.
제어라이트를 코팅한 입상 활성탄 필터, 부직포 필터 또는 헤파 필터를 통과하면서 잔류 분진이 제거되어 바이러스와 박테리아가 살균되어 깨끗한 공기로 변하여 배출될 수 있다.
본 실시 예에서는 고효율로 매칭된 방전영역(481)으로 오염가스를 유입시켜 고밀도의 플라즈마 에너지를 이용하여 분자구조를 파괴하고 오존, OH 라디칼 등과 같은 활성종과의 접촉 산화반응과 Shock Wave, UV 등 전기·화학적인 처리가 동시복합적으로 발생하여 효율적인 유해가스 및 복합악취의 처리가 가능하다.
참고로, OH Radical 이란, 향기 식물의 향기 물질(OLEFIN)과 태양의 빛이 만나 대기중에서 자연 생성되는 천연 물질로 오염된 대기를 정화하는 무독성 살균 물질이다.
산화질소(NO)는 세포에 영양을 공급해 주는 중요한 역할 수행하는바, 성인의 혈관은 끝과 끝을 연결하면 16만 킬로미터에 달할 정도로 길며 두뇌, 심장을 비롯한 우리 몸 구석구석에 퍼져 있어, 각 세포에 영양을 공급해 주는 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다. 음이온은, 미세먼지를 해결하며, 끈적끈적한 혈액을 맑게 하며, 알레르기 비염 및 아토피로 고생하시는 분에게 필수이며, 새집증후군과 생활 악취에 시달리는 분에게 필수이며, 만성적인 불면증이 있는 분에게 필수이고 방치되어 있는 전자파로부터 보호해 주며, 몸을 따뜻하게 유지하며, 만성피로와 스트레스에 시달리는 분에게 필수이다.
본 발명의 공기정화장치는, 공공기관, 학교, 유치원, 식당, 축사, 음식물 처리장 등 대형 공간에 적합한 모델로써 100평 ~ 1200평을 청정지역으로 만들고자 하는 장소에 설치되는 것으로, 대기오염물질 배출원에서 발생되는 다양한 복합악취물질을 저밀도 8ev-10ev 플라즈마 정전기 영역(방전영역)으로 유입시켜 오존물질과 활성종을 생성시키고(오존을 발생시키지 않고서는 OH 라디컬을 만들지 못함) 전기적으로 높은 고밀도 에너지에서 광촉매 아크플라즈마 에너지 14ev-21ev 로 오존에서 산소 분자 하나를 분리 OH 라디컬을 생성시키고 플라즈마가 발생됨에 따라 생성되는 자외선, OH 라디칼, 산화질소 음이온 등 다량의 활성 라디칼과 오염물질과의 접촉 산화반응을 통해 유해가스 및 복합 악취 물질을 완벽히 처리한다.
본 실시 예에서는 제1 전극과 제2 전극은 각각 방전 전극(+) 또는 방전 전극(-)으로 구성되거나 그와 반대로 구성될 수도 있다.
제1 전극과 제2 전극의 재질은 텅스텐, 티타늄, 니켈 및 크롬성분이 함유된 스테인레스 스틸이거나, 니켈, 크롬, 게르마늄, 지르코늄 성분이 함유된 하스탈로이거나, 이규화몰리브덴 중에 선택되며, 그 표면에는 방전효율을 향상시키기 위하여 이산화티탄(TiO2), 지르코니아(ZrSiO4), 수산화리튬(LiOH) 중에 택일된 촉매가 코팅되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 15는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 1차 정화유닛을 도시한 측면 구성도이다.
동도면에서는 제1 실시 예에 따른 1차 정화유닛과 동일 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하며, 그에 대한 설명은 생략하거나 간략하게 설명하며, 그에 대하여는 도 를 참조한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 1차 정화유닛은 전후진 실린더(390)의 작동에 의하여 제2 전극 지지 프레임(250)을 전후진시키면, 제2 전극(260)이 전후진하면서 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부로 선택적으로 삽입되거나 빠지도록 구성되어, 가동블록(220)의 인출과 수납이 용이도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 1차 정화유닛(300)은, 하우징(210); 가동블록(220); 제1 전극(230); 제1 전원부(240); 제2 전극 지지 프레임(250); 제2 전극(260); 전후진 실린더(390); 제2 전원부(270); 및 제2 전원 접속단자(280); 를 포함한다.
부연 설명하면, 상기 금속 재질의 가동블록(220)은 가동블록 가이드 레일(212)에 가이드 되어 공간(211) 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치되는바, 제2 전극(260)은 제1 전극(230)의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부로 선택적으로 삽입된다.
본 실시 예의 특징으로, 상기 전후진 실린더(390)는 제2 전극 지지 프레임(250)을 가동블록(220)의 전후 방향으로 전후진시키기 위하여 하우징(210)의 내부에 고정 설치된다. 제2 전극 지지 프레임(250)은 가이드 레일(255)에 의해서 원활하게 이동되도록 할 수 있다.
이와 같이 구성됨으로써, 전후진 실린더(390)의 작동에 의하여 제2 전극 지지 프레임(250)을 전후진시키면, 제2 전극(260)이 전후진하면서 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부로 선택적으로 삽입되거나 빠지도록 구성되어, 가동블록(220)의 인출과 수납이 용이하도록 할 수 있다.
한편, 도 16은 본 발명의 공기정화장치를 적용하여 처리할 수 있는 오염물질의 예를 보인 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 공기정화장치를 적용하여 도면에 도시된 오염물질 등을 효과적으로 처리할 수 있다.
한편, 도 17은 본 발명의 공기정화장치를 적용하여 악취 오염물질의 처리성능을 막대 그래프로 보인 도면이다.
(1) 대표적인 악취 오염물질의 처리 성능시험 : 암모니아, 황화수소, 메틸멜캅탄, 아세트알데히드.
(2) 시험장소 및 방법 : 축산단지(돈사), 폐수처리장, 검지관(관능법) 사용.
(3) 측정방법 : 악취배출원에서의 발생되는 배출농도를 플라즈마 처리 전과 후로 나누어 비교 측정(회분식 실험 3회).
(4) 처리효율 : 복합악취 물질 95% 이상처리하는 것으로 확인함.
한편, 도 18 내지 도 20은 본 발명에 따른 공기 정화장치에 대한 공기정화 시험 성적서를 보인 도면이다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 공기정화 시험 성적서에서 확인할 수 있는 바와 같이, 예를 들어, PM-10(㎎/㎥)에 대하여 정화장치 가동 전에 0.319이고, 가동 후에 0.014로 측정되었다.
또한, 총부유세균(CFU/㎥)에 대하여 가동 전에 2086이고, 가동 후에 1427로 측정되었다.
따라서 실내 공기의 청결 유지는 물론, 실내의 각종 병원성 세균, 바이러스 멸균. 음식물냄새, 담배냄새, 생활악취 및 애완동물로 인해 발생하는 악취, 새집증후군(포름알데히드), 초미세먼지, 분진, 곰팡이, 습기를 제거하여 실내 환경을 쾌적하게 유지하는 것이다.
또한, 산화제, 흡착제 등과 같은 약품 투입이 없어 유지비가 저렴하며, 폐수의 발생이 없으므로 2차 오염이 발생하지 않는다.
또한, 시설 규모의 소형화가 가능하여 설비 비용을 최소화할 수 있으며, 다단 연결형 제품으로 시설 규모에 적합한 맞춤형 제작이 가능하다.
또한, 처리 용량과 농도에 적합하도록 분리, 조립이 가능하므로 소비자 요구에 즉시 대응이 가능하며, 기존 오염방지시설과의 효율적인 연계가 가능하다.
한편, 도 21은 본 발명에 따른 공기 정화장치를 하나의 컨테이너 안에 설치한 예를 도시한 측면 구성도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기정화장치는, 각 구성품이 모듈화 되어 하나의 컨테이너(C) 안에 패키지(모듈화)되는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 상기 흡기여과 유닛(100), 상기 1차 정화유닛(200)(300), 상기 2차 정화유닛(400), 촉매 반응유닛(500)이 하나의 컨테이너(C) 안에 배치되는 구조로 구성될 수 있으며, 상기 컨테이너(C)의 하부에는 대차(운반대)(D)가 설치되어 운반과 이동이 용이하도록 할 수도 있다.
100: 흡기여과 유닛
111: 흡입구
110: 흡입배관
120: 흡입 팬
130: 역류 방지장치
140: 전처리 필터
160: 격벽
200: 제1 실시예에 따른 1차 정화유닛
210: 하우징
213: 가이드 레일
215: 도어
220: 가동블록
230: 제1 전극
231: 방전영역
240: 제1 전원부
250: 제2 전극 지지 프레임
251: 제2 전원 연결봉
251a: 연결봉 본체
251b: 스프링
251c: 가동로드
258: 절연체
260: 제2 전극
261: 뾰족한 팁
270: 제2 전원부
280: 제2 전원 접속단자
300: 제 2실시 예에 따른 1차 정화유닛
390: 전후진 실린더
400: 2차 정화유닛
410: 하우징
411: 공간
412: 구획 벽
420: 제1 전극 지지봉
430: 제1 절연링
450: 제1 전원공급 케이블
460: 제2 전극 지지봉
470: 제2 절연링
480: 제2 전극
490: 제2 전원공급 케이블
495: 상하부 절연체
600: 제어부
M: 영구자석
S: 센서

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 오염공기를 강제로 유입하고 오염공기 중에 포함된 분진을 제거하는 흡기여과 유닛(100); 상기 흡기여과 유닛(100)을 거친 오염공기를 방전영역(231)으로 유입시키고, 플라즈마를 발생하여 오염공기에 포함된 유해 물질을 해리, 이온화, 여기하는 1차 정화유닛(200)(300); 1차 정화유닛(200)(300)과 연결되며, 상기 1차 정화유닛(200)(300)을 거친 오염공기를 재차 방전영역(481)으로 유입시키고, 고전압 방전에 의해 생성되는 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 유해물질을 제거하는 2차 정화유닛(400); 고전압 방전시 생성되는 오존(O3), 이산화질소(NO2)의 유해물질을 제거하는 촉매 반응유닛(500); 방전 과정을 거치면서 생성된 산화질소, 오존, 및 이산화질소의 농도, 그리고 방전 과정이 수행되는 방전영역(231,481)의 온도를 계측하는 다수의 센서(S); 및 상기 센서(S)로부터 계측 자료를 전송받아 공기정화 일련의 작동을 제어하는 제어부(600); 를 포함하며,
    상기 1차 정화유닛(200)은, 내부에 공간(211)을 형성하며, 상기 공간(211)에는 가동블록 가이드 레일(213)이 형성되고, 일측에는 상기 공간(211) 안으로 수납하거나 인출하기 위하여 도어(215)가 설치된 하우징(210); 상기 가동블록 가이드 레일(213)에 가이드 되어 상기 공간(211) 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치되는 금속 재질의 가동블록(220); 오염공기가 통과할 수 있는 덕트 구조물로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역(231)을 형성하며, 오염공기의 진행방향으로 다수 배열되어 상기 가동블록(220)에 일체로 고정 설치되는 제1 전극(230); 상기 하우징(210)의 공간 안에 설치되며, 상기 공간(211) 안으로 상기 가동블록(220)이 수납되는 경우, 상기 가동블록(220)과 전기적으로 접촉하여 상기 가동블록(220)에 전원을 인가하는 제1 전원부(240); 상기 가동블록(220)과 일정 간격을 두고 절연된 상태로 상기 가동블록(220)에 고정 설치되며, 일측에 제2 전원 연결봉(251)이 설치된 금속 재질의 제2 전극 지지 프레임(250); 상기 제2 전극 지지 프레임(250)에 고정 설치되고, 상기 제1 전극(230)의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 상기 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부를 관통하여 설치되는 봉형상의 제2 전극(260); 상기 제2 전극(260)에 전원을 인가하기 위하여 상기 도어(215)의 외측에 고정 설치되는 제2 전원부(270); 및 상기 제2 전원부(270)와 전기적으로 연결되며, 상기 도어 클로즈(close) 시, 상기 제2 전원 연결봉(251)과 탄력적으로 접촉하도록 상기 도어(215) 내측에 설치되는 제2 전원 접속단자(280); 를 포함하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  3. 오염공기를 강제로 유입하고 오염공기 중에 포함된 분진을 제거하는 흡기여과 유닛(100); 상기 흡기여과 유닛(100)을 거친 오염공기를 방전영역(231)으로 유입시키고, 플라즈마를 발생하여 오염공기에 포함된 유해 물질을 해리, 이온화, 여기하는 1차 정화유닛(200)(300); 1차 정화유닛(200)(300)과 연결되며, 상기 1차 정화유닛(200)(300)을 거친 오염공기를 재차 방전영역(481)으로 유입시키고, 고전압 방전에 의해 생성되는 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 유해물질을 제거하는 2차 정화유닛(400); 고전압 방전시 생성되는 오존(O3), 이산화질소(NO2)의 유해물질을 제거하는 촉매 반응유닛(500); 방전 과정을 거치면서 생성된 산화질소, 오존, 및 이산화질소의 농도, 그리고 방전 과정이 수행되는 방전영역(231,481)의 온도를 계측하는 다수의 센서(S); 및 상기 센서(S)로부터 계측 자료를 전송받아 공기정화 일련의 작동을 제어하는 제어부(600); 를 포함하며,
    상기 1차 정화유닛(300)은, 내부에 공간(211)을 형성하며, 상기 공간(211)에는 가동블록 가이드 레일(212)이 형성되고, 일측에는 상기 공간(211) 안으로 수납하거나 인출하기 위하여 도어(215)가 설치된 하우징(210); 상기 가동블록 가이드 레일(212)에 가이드 되어 상기 공간(211) 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치되는 금속 재질의 가동블록(220); 오염공기가 통과할 수 있는 덕트 구조물로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역(231)을 형성하며, 오염공기의 진행방향으로 다수 배열되어 상기 가동블록(220)에 일체로 고정 설치되는 제1 전극(230); 상기 하우징(210)의 공간(211) 안에 설치되며, 상기 공간(211) 안으로 상기 가동블록(220)이 수납되는 경우, 상기 가동블록(220)과 전기적으로 접촉하여 상기 가동블록(220)에 전원을 인가하는 제1 전원부(240); 상기 가동블록(220)과 일정 간격을 두고 절연된 상태로 상기 가동블록(220)의 전후 방향으로 전후진 가능하게 설치되며, 일측에 제2 전원 연결봉(251)이 설치된 금속 재질의 제2 전극 지지 프레임(250); 상기 제1 전극(230)의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 상기 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부로 선택적으로 삽입되는 봉형상의 제2 전극(260); 상기 제2 전극 지지 프레임(250)을 상기 가동블록(220)의 전후 방향으로 전후진시키기 위하여 상기 하우징(210)의 내부에 고정 설치된 전후진 실린더(390); 상기 제2 전극(260)에 전원을 인가하기 위하여 상기 도어(215)의 외측에 고정 설치되는 제2 전원부(270); 및 상기 제2 전원부(270)와 전기적으로 연결되며, 상기 도어(215) 클로즈(close) 시, 상기 제2 전원 연결봉(251)과 탄력적으로 접촉하도록 상기 도어(215) 내측에 설치되는 제2 전원 접속단자(280); 를 포함하되,
    상기 전후진 실린더(390)의 작동에 의하여 상기 제2 전극 지지 프레임(250)을 전후진시키면, 상기 제2 전극(260)이 전후진하면서 상기 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부로 선택적으로 삽입되거나 빠지도록 구성되어, 상기 가동블록(220)의 인출과 수납이 용이하도록 구성하며,
    상기 2차 정화유닛(400)은, 내부에 공간(411)을 형성하고, 그 공간(411)에 복수의 구획 벽(412)이 일정 간격을 두고 배치되는 하우징(410); 상기 구획 벽(412)에 고정 설치되는 제1 전극 지지봉(420); 상기 구획 벽(412)과 상기 제1 전극 지지봉(420) 간의 접촉을 방지하는 제1 절연링(430); 상기 제1 전극 지지봉(420)의 일측에 고정 설치되는 제1 전극(440); 상기 제1 전극 지지봉(420)의 타측에 고정 설치되어 상기 제1 전극(440)에 전원을 인가하기 위한 제1 전원공급 케이블(450); 상기 구획 벽(412)에 고정 설치되는 제2 전극 지지봉(460); 상기 구획 벽(412)과 상기 제2 전극 지지봉(460) 간의 접촉을 방지하는 제2 절연링(470); 상기 제2 전극 지지봉(460)의 일측에 고정 설치되고, 상기 제1 전극(440)과 일정간격을 두고 그 사이에 방전영역(481)을 형성하는 제2 전극(480); 상기 제2 전극 지지봉(460)의 타측에 고정 설치되어 상기 제2 전극(480)에 전원을 인가하기 위한 제2 전원공급 케이블(490); 자기장을 형성하기 위하여 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480)에 고정 설치되는 영구자석(M); 및 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480) 사이를 일정하게 유지하는 상하부 절연체(495); 를 포함하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 2차 정화유닛(400)은,
    내부에 공간(411)을 형성하고, 그 공간(411)에 복수의 구획 벽(412)이 일정 간격을 두고 배치되는 하우징(410); 상기 구획 벽(412)에 고정 설치되는 제1 전극 지지봉(420); 상기 구획 벽(412)과 상기 제1 전극 지지봉(420) 간의 접촉을 방지하는 제1 절연링(430); 상기 제1 전극 지지봉(420)의 일측에 고정 설치되는 제1 전극(440); 상기 제1 전극 지지봉(420)의 타측에 고정 설치되어 상기 제1 전극(440)에 전원을 인가하기 위한 제1 전원공급 케이블(450); 상기 구획 벽(412)에 고정 설치되는 제2 전극 지지봉(460); 상기 구획 벽(412)과 상기 제2 전극 지지봉(460) 간의 접촉을 방지하는 제2 절연링(470); 상기 제2 전극 지지봉(460)의 일측에 고정 설치되고, 상기 제1 전극(440)과 일정간격을 두고 그 사이에 방전영역(481)을 형성하는 제2 전극(480); 상기 제2 전극 지지봉(460)의 타측에 고정 설치되어 상기 제2 전극(480)에 전원을 인가하기 위한 제2 전원공급 케이블(490); 자기장을 형성하기 위하여 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480)에 고정 설치되는 영구자석(M); 및 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480) 사이를 일정하게 유지하는 상하부 절연체(495); 를 포함하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극(440) 및 상기 제2 전극(480)의 표면에 광촉매인 산화티타늄 분말이 피복되거나, 상기 제1 전극(440) 및 상기 제2 전극(480) 자체가 산화티타늄 재질로 구성되는 것 중 택일적으로 구성되어 자외선과의 반응에 의해 유해물질을 분해 제거하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 영구자석(M)은 오염공기에 자기장을 인가하여 여기 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 흡기여과 유닛(100), 상기 1차 정화유닛(200)(300), 상기 2차 정화유닛(400), 촉매 반응유닛(500)이 하나의 컨테이너(C) 안에 배치되는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨테이너(C)의 하부에는 대차(D)가 설치되어 운반과 이동이 용이한 것을 특징으로 하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
  9. 오염공기를 강제로 유입하고 오염공기 중에 포함된 분진을 제거하는 흡기여과 유닛(100); 상기 흡기여과 유닛(100)을 거친 오염공기를 방전영역(231)으로 유입시키고, 플라즈마를 발생하여 오염공기에 포함된 유해 물질을 해리, 이온화, 여기하는 1차 정화유닛(200)(300); 1차 정화유닛(200)(300)과 연결되며, 상기 1차 정화유닛(200)(300)을 거친 오염공기를 재차 방전영역(481)으로 유입시키고, 고전압 방전에 의해 생성되는 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 유해물질을 제거하는 2차 정화유닛(400); 고전압 방전시 생성되는 오존(O3), 이산화질소(NO2)의 유해물질을 제거하는 촉매 반응유닛(500); 방전 과정을 거치면서 생성된 산화질소, 오존, 및 이산화질소의 농도, 그리고 방전 과정이 수행되는 방전영역(231,481)의 온도를 계측하는 다수의 센서(S); 및 상기 센서(S)로부터 계측 자료를 전송받아 공기정화 일련의 작동을 제어하는 제어부(600); 를 포함하되,
    상기 1차 정화유닛(200)은,
    내부에 공간(211)을 형성하며, 상기 공간(211)에는 가동블록 가이드 레일(213)이 형성되고, 일측에는 상기 공간(211) 안으로 수납하거나 인출하기 위하여 도어(215)가 설치된 하우징(210); 상기 가동블록 가이드 레일(213)에 가이드 되어 상기 공간(211) 안으로 수납하거나 외부로 인출 가능하게 설치되는 금속 재질의 가동블록(220); 오염공기가 통과할 수 있는 덕트 구조물로 형성되어 그 덕트 구조물 내부에 방전영역(231)을 형성하며, 오염공기의 진행방향으로 다수 배열되어 상기 가동블록(220)에 일체로 고정 설치되는 제1 전극(230); 상기 하우징(210)의 공간 안에 설치되며, 상기 공간(211) 안으로 상기 가동블록(220)이 수납되는 경우, 상기 가동블록(220)과 전기적으로 접촉하여 상기 가동블록(220)에 전원을 인가하는 제1 전원부(240); 상기 가동블록(220)과 일정 간격을 두고 절연된 상태로 상기 가동블록(220)에 고정 설치되며, 일측에 제2 전원 연결봉(251)이 설치된 금속 재질의 제2 전극 지지 프레임(250); 상기 제2 전극 지지 프레임(250)에 고정 설치되고, 상기 제1 전극(230)의 내주면과 일정 간격을 유지한 상태로 상기 제1 전극(230)의 방전영역(231) 내부를 관통하여 설치되는 봉형상의 제2 전극(260); 상기 제2 전극(260)에 전원을 인가하기 위하여 상기 도어(215)의 외측에 고정 설치되는 제2 전원부(270); 및 상기 제2 전원부(270)와 전기적으로 연결되며, 상기 도어 클로즈(close) 시, 상기 제2 전원 연결봉(251)과 탄력적으로 접촉하도록 상기 도어(215) 내측에 설치되는 제2 전원 접속단자(280); 를 포함하며,
    상기 2차 정화유닛(400)은,
    내부에 공간(411)을 형성하고, 그 공간(411)에 복수의 구획 벽(412)이 일정 간격을 두고 배치되는 하우징(410); 상기 구획 벽(412)에 고정 설치되는 제1 전극 지지봉(420); 상기 구획 벽(412)과 상기 제1 전극 지지봉(420) 간의 접촉을 방지하는 제1 절연링(430); 상기 제1 전극 지지봉(420)의 일측에 고정 설치되는 제1 전극(440); 상기 제1 전극 지지봉(420)의 타측에 고정 설치되어 상기 제1 전극(440)에 전원을 인가하기 위한 제1 전원공급 케이블(450); 상기 구획 벽(412)에 고정 설치되는 제2 전극 지지봉(460); 상기 구획 벽(412)과 상기 제2 전극 지지봉(460) 간의 접촉을 방지하는 제2 절연링(470); 상기 제2 전극 지지봉(460)의 일측에 고정 설치되고, 상기 제1 전극(440)과 일정간격을 두고 그 사이에 방전영역(481)을 형성하는 제2 전극(480); 상기 제2 전극 지지봉(460)의 타측에 고정 설치되어 상기 제2 전극(480)에 전원을 인가하기 위한 제2 전원공급 케이블(490); 자기장을 형성하기 위하여 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480)에 고정 설치되는 영구자석(M); 및 상기 제1 전극(440)과 상기 제2 전극(480) 사이를 일정하게 유지하는 상하부 절연체(495); 를 포함하는, 플라즈마를 이용한 공기정화장치.
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