KR102408147B1 - 정전기 유도 방식 공기 청정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 통기성을 향상시켜 압력 손실을 낮추면서도 필터의 분진제거 성능은 향상시킬 수 있는 고효율 낮은 압력손실의 필름형 정전필터를 1차 필터로 사용하도록 하고, 그 1차 필터를 정전기 유도체로 활용하여 정전기가 충전되어 있는 2차 부직포 필터의 성능을 향상시키고 그 향상된 성능을 유지시켜서 공기 중 초미세입자를 포함한 먼지의 포집 효율을 증가시킬 수 있도록 하는 정전기 유도 방식 공기 여과집진 장치 및 방법에 관한 것으로, 통기로를 통과하는 공기 중의 미세 입자 중 일부는 하전된 필터 엘리먼트의 정전기의 견인력에 의해 집진되고 미집진된 나머지 미세 입자에는 상기 통기로를 통과하는 과정에서 발생하는 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여되도록 구성된 1차 필름형 정전필터; 및 상기 1차 필름형 정전필터를 통과한 상기 정전기력이 부여된 미세 입자를 정전기의 견인력에 의해 집진하도록 구성된 2차 부직포 정전필터를 포함할 수 있고, 상기 정전기력이 부여된 미세 입자가 상기 2차 부직포 정전필터의 정전기력을 높여줌으로써 상기 2차 부직포 정전필터의 포집 효율을 높임과 동시에 그 성능을 오래 유지할 수 있도록 한다.

Description

정전기 유도 방식 공기 청정 방법{Electrostatic Induction Type Air Purifying Method}

본 발명은 공기 여과집진 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통기성을 향상시켜 압력 손실을 낮추면서도 필터의 분진제거 성능은 향상시킬 수 있도록 하는 고효율 낮은 압력손실의 필름형 정전필터를 1차 필터로 사용하되 그 1차 필터를 정전기 유도체로 활용하여 정전기가 충전되어 있는 2차 부직포 필터의 성능을 향상시키고 그 향상된 성능을 유지시켜서 공기 중 초미세입자를 포함한 먼지의 포집 효율을 증가시킬 수 있는, 정전기 유도 방식 공기 여과집진 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 현대사회는 급속한 경제성장과 생활환경의 변화를 거치고 있으며, 그 중 대표적으로 실내/외 공기질의 악화를 들 수 있다. 특히, 현대사회를 살아가는 인간은 하루 24시간 중 90% 이상을 실내에서 생활하고 있지만 한정된 공간에서의 공기순환으로 인하여 오염물질의 농도는 지속적으로 증가하고 있기 때문에, 실내공기질의 중요성은 국민생활수준의 향상에 따라 시간이 지날수록 중요한 이슈가 되고 있다. 따라서 선진국을 중심으로 이러한 오염물질의 정화와 여과매체에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 공기정화장치의 핵심부품인 고효율 필터[HEPA(High Efficiency Particulate Air), ULPA(Ultra Low Penetration Air) Filter]에 대한 수요 및 연구 또한 확대되고 있지만, 현재 상용화되어 있는 HEPA, ULPA급 필터의 경우 필터의 압력손실에 의한 진동, 소음 및 에너지 낭비 등의 여러 가지 문제점이 지적되고 있다.

또한 국내에서 사용되는 대부분의 고성능 필터 여재는 대부분 외국에서 수입하여 사용하고 있는 실정이나, 최근 들어 중/저성능 및 정전필터 여재는 국산화를 마쳐 양산단계에 진입하였다. 하지만 시간의 경과에 따라 정전필터가 대전을 잃어버리게 되어 그 성능 및 수명이 기대에 미치지 못하고 있으며, 최근 실용화된 제품은 이오나이저를 이용하여 공기 중의 입자를 대전시키고 대전된 입자로 정전필터의 정전기력을 높여 그 성능을 유지시키기 위한 방식이 제안된 바 있으나, 기존의 이오나이저를 이용한 방식은 오존, 카본 등의 2차 오염 물질을 생산해 낼 수 있는 위험 요소가 있었다.

실용신안등록공보 제20-0313371호(2003.05.02.)

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 통기성을 향상시켜 압력 손실을 낮추면서도 필터의 분진제거 성능은 향상시킬 수 있는 고효율 낮은 압력손실의 필름형 정전필터를 1차 필터로 사용하도록 하고, 그 1차 필터를 정전기 유도체로 활용하여 정전기가 충전되어 있는 2차 부직포 필터의 성능을 향상시키고 그 향상된 성능을 유지시켜서 공기 중 초미세입자를 포함한 먼지의 포집 효율을 증가시킬 수 있도록 하는, 정전기 유도 방식 공기 여과집진 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 정전기 유도 방식 공기 여과집진 장치는, 고분자 합성수지 필름에 하전을 하여 필터 엘리먼트를 형성하고, 그 필터 엘리먼트 상에 다수의 돌기를 그 위치가 불균일하게 형성한 후, 상기 필름을 원통형으로 감아서 공기의 흐름 방향과 평행한 통기로를 형성하여, 상기 통기로를 통과하는 공기 중의 미세 입자 중 일부는 상기 하전된 필터 엘리먼트의 정전기의 견인력에 의해 집진되고 미집진된 나머지 미세 입자에는 상기 통기로를 통과하는 과정에서 발생하는 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여되도록 구성된 1차 필름형 정전필터; 및 상기 1차 필름형 정전필터를 통과한 상기 정전기력이 부여된 미세 입자를 정전기의 견인력에 의해 집진하도록 구성된 2차 부직포 정전필터;를 포함할 수 있고, 상기 정전기력이 부여된 미세 입자가 상기 2차 부직포 정전필터의 정전기력을 높여줌으로써 상기 2차 부직포 정전필터의 포집 효율을 높임과 동시에 그 성능을 오래 유지할 수 있도록 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 정전기 유도 방식 공기 청정 방법은, (a) 고분자 합성수지 필름에 하전을 하여 필터 엘리먼트를 형성하고, 그 필터 엘리먼트 상에 다수의 돌기를 그 위치가 불균일하게 형성한 후, 상기 필름을 원통형으로 감아서 공기의 흐름 방향과 평행한 통기로를 형성하여 구성된 1차 필름형 정전필터를 준비하는 단계; (b) 상기 1차 필름형 정전필터의 상기 통기로를 통과하는 공기 중의 미세 입자 중 일부는 상기 하전된 필터 엘리먼트의 정전기의 견인력에 의해 집진되고 미집진된 나머지 미세 입자에는 상기 통기로를 통과하는 과정에서 발생하는 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여되도록 하는 단계; (c) 정전기가 충전된 2차 부직포 정전필터를 준비하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (b)에서 상기 1차 필름형 정전필터의 상기 통기로를 통과한 상기 정전기력이 부여된 미세 입자를 상기 단계 (c)의 상기 2차 부직포 정전필터의 정전기의 견인력에 의해 집진하는 단계;를 포함할 수 있고, 상기 단계 (b)에서 상기 정전기력이 부여된 미세 입자가 상기 단계 (d)에서 상기 2차 부직포 정전필터의 정전기력을 높여줌으로써 상기 2차 부직포 정전필터의 포집 효율을 높임과 동시에 그 성능을 오래 유지할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 고효율 낮은 압력손실의 필름형 정전필터를 1차 필터로 사용하여 통기성을 향상시키고 압력 손실을 낮추면서도 필터의 분진제거 성능은 향상시킬 수 있으며, 또한 1차 필터를 정전기 유도체로 활용하여 정전기가 충전되어 있는 2차 부직포 필터의 성능을 향상시키고 그 향상된 성능을 유지시킬 수 있다. 따라서 공기 중 초미세입자를 포함한 먼지(분진)의 포집 효율을 증가시킬 수 있다.

즉, 필름형 정전필터를 정전기 유도체로 활용함으로써 기존의 섬유소재 필터(HEPA, ULPA)보다 통기성을 좋게 만들어 압력 손실을 낮추면서도 필터의 분진제거 성능을 유지할 수 있고, 이에 따라 보다 높은 소비전력효율과 저소음 공기여과집진장치를 구현할 수 있으며, 특히 기존의 이오나이저에 의한 전기 하전 방식과 비교하여 오존, 카본 등의 2차 오염 물질의 배출과 관련한 위험을 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 여과집진 장치의 블록 구성도,
도 2는 도 1의 1차 필터형 정전필터를 일부 펼친 상태의 사시도,
도 3은 도 2 정전필터의 단면도,
도 4는 도 2의 정전필터의 일부 확대 평면도,
도 5는 도 4의 A-A선 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 청정 방법의 흐름도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전기 유도 방식 공기 여과집진 장치의 블록 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 1차 필름형 정전필터(20), 2차 부직포 정전필터(40), 및 팬(Fan)(60)을 포함할 수 있다.

1차 필름형 정전필터(20)는 유입된 공기를 1차 필터링한 후 배출하기 위한 것으로, 특히 유입된 공기 중에 포함된 각종 미세 입자 중 일부를 필터(20) 표면에 하전된 정전기의 견인력에 의해 흡착하여 집진하고, 미흡착/미집진된 미세 입자에는 대전체로서의 필터(20)와 미세 입자 간의 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여된 후 배출되도록 구성될 수 있다.

2차 부직포 정전필터(40)는 1차 필름형 정전필터(20)를 통과한 공기를 2차 필터링 한 후 배출하기 위한 것으로, 1차 필름형 정전필터(20)를 통과한 공기 중의 정전기력이 부여된 미세 입자를 필터(40)의 정전기의 견인력에 의해 흡착하여 집진함과 아울러 부직포의 물리적 특성에 의해 여과하도록 구성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 1차 필름형 정전필터(20)가 정전기 유도체로 기능하여 1차 필름형 정전필터(20)에 유입된 공기 중의 입자가 정전기 유도 현상에 의해 정전기력을 가지게 되고, 그 정전기력을 가진 입자가 2차 부직포 정전필터(40)에 지속적으로 포집되어 2차 부직포 정전필터(40)가 지속적으로 대전 상태를 유지하면서 공기 중 입자(분진)의 포집 효율을 향상시키게 되며, 이로 인해 2차 부직포 정전필터(20)의 성능 및 수명을 최대화할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 1차 필름형 정전필터(20)는 공기의 흐름 방향과 평행하고 일정 길이와 폭을 가진 통기로(도 2-3의 22)를 구비하는데, 그 통기로(22)를 통과하는 공기 중의 미세 입자 중 일부는 정전기의 견인력에 의해 집진되고 미집진된 나머지 미세 입자에는 그 통기로(22)를 통과하는 과정에서 발생하는 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여되며, 정전기력이 부여된 미세 입자가 2차 부직포 정전필터(40)의 정전기력을 높여줌으로써 2차 부직포 정전필터(40)의 포집 효율을 높임과 동시에 그 성능을 오래 유지할 수 있다.

팬(60)은 공기 여과집진 장치의 출구 측 즉, 2차 부직포 정전필터(40)의 뒤에 설치되고, 팬(60)의 구동 시 공기를 유입하여 1차 필름형 정전필터(20)의 통기로(22)와 평행하게 통과시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 1차 필름형 정전필터(20)의 일 실시예의 일부 펼친 상태 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이며, 도 4는 도 2의 일부 확대 평면도이며, 도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 1차 필름형 정전필터(20)는, 일정폭을 가진 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 등의 고분자 합성수지 필름에 10~40㎸의 코로나 방전장치 등에 의하여 하전을 하여 정(+)극성 및 부(-)극성의 전하를 침착(부여)하여 필터 엘리먼트(20)를 형성하고, 그 필터 엘리먼트(20) 상에 다수의 돌기(21)를 예를 들어 서로 간의 간격이 불균일하게 하여 그 위치가 불규칙하게 되도록 형성하고, 상기 하전을 함과 아울러 돌기(21)를 형성한 필터 엘리먼트(20)를 원통형으로 감아서 집진하려는 공기의 흐름 방향과 평행하고 돌기(21)의 높이만큼의 폭을 가진 통기로(22)를 형성하며, 필터 엘리먼트(20)의 돌기(21)와 돌기(21) 사이에 필터 엘리먼트(20)를 관통하여 그 필터 엘리먼트(20)의 양면을 연통하는 균압공(23)이 형성되어 있다.

균압공(23)은 임의 형상의 단면 예를 들어 원형, 타원형, 삼각형 이상의 다각형으로 형성할 수 있으며, 그 단면적은 필터의 사용조건 예를 들면 공기의 통과 압력, 통기로(22)의 폭 또는 길이, 팬의 풍압 등의 설계 조건에 따라 정할 수 있다.

필터 엘리먼트(20)의 두께는 0.1~1㎜로 형성하여 강성을 유지토록 할 수 있고, 돌기(21)의 높이는 약 0.1~5㎜의 범위 내에서 청정하려는 공기의 조건, 통기량(흡입 공기량) 또는 팬의 회전수에 따라서 조절할 수 있으며, 또한 돌기(21)는 그 높낮이를 필터 엘리먼트(20)의 폭에 의하여 조절할 수 있도록 함으로써 압력손실을 자유롭게 조절할 수 있다. 예컨대, 필터 엘리먼트(20)의 폭을 작게 할 경우에는 돌기(21)의 높이를 작게 형성하고 필터 엘리먼트(20)의 폭을 크게 할 경우에는 돌기(21)의 높이를 크게 형성할 수 있다.

그리고 필터 엘리먼트(20)는 통상적으로 케이스에 내장하는 것이므로 필터 엘리먼트(20)의 폭을 공기 여과집진 장치의 케이스의 체적 또는 형상 등의 설계조건에 따라 정한 후 돌기(21)의 높낮이를 정할 수 있다.

또한 돌기(21)는 서로 간의 간격을 불규칙하게 형성하여 청정하려는 공기가 통기로(22)를 통과할 때 돌기(21)에 부딪쳐 우회통로를 형성하면서 상호 마찰함으로써 집진효율을 증대할 수 있도록 한다.

그리고 청정하려는 공기가 통기로(22)에 그 흐름 방향과 평행하게 유입되어 미세 분진까지 집진함과 동시에 미세 분진에 포함된 가스의 냄새를 정화하는데, 산성 또는 알카리성 가스 등의 냄새의 정화를 더욱더 양호하게 하기 위하여 필터 엘리먼트(20)의 압출시에 활성탄, 제오라이트 등의 다공성 탈취제와 세균을 살균할 수 있는 은 또는 산화티타늄 등의 살균제를 분산하면 더욱더 좋고, 또한 광폭의 필름으로 제조한 후 일정폭으로 절단하여 사용할 수 있다.

이상과 같은 1차 필름형 정전필터(20)는 통상적으로 케이스에 내장하고 그 후방에 팬(60)을 설치하여 청정하려는 공기를 통기로(22)와 평행하게 흡인하면 청정하려는 공기가 통기로(22)를 통과할 때 필터 엘리먼트(20)에 부여된 전하(정전기)와 분진 등이 대전함으로써 집진함과 동시에 정전기 유도 현상으로 미집진된 분진이 정전기력을 가지게 되는 것이며, 상기와 같이 청정될 때 청정하려는 공기는 통기로(22)와 평행하게 흐름으로써 압력손실이 작게 되고 또한 청정하려는 공기의 통과길이가 길게 되어 대전이 양호하게 됨으로써 집진효율 및 정전기 유도를 증대할 수 있다.

또한, 1차 필름형 정전필터(20)에 의해 유입된 공기 중의 미흡착된 입자가 정전기력을 가지게 되고 그 입자가 2차 부직포 정전필터(40)에 지속적으로 포집되도록 함으로써, 2차 부직포 정전필터(40)의 표면 및 그 정전필터(40)에 포집된 입자의 대전 상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 할 수 있다.

그리고 1차 필름형 정전필터(20)는 필터 엘리먼트(20)의 폭을 길게 형성할 경우에는 돌기(21)의 높이를 크게 하고, 폭을 짧게 형성할 경우에는 돌기(21)의 높이를 낮게 형성할 수 있도록 하여 공기 청정기의 설계의 자유도를 크게 할 수 있게 되는 것이다.

또한, 이상과 같은 본 발명은 필터(20,40)의 입구, 출구 또는 중간에 팬(60)을 설치하여 집진하려는 공기를 통기로(22)와 평행하게 통과시켜 필터 엘리먼트(20)에 부여된 전하(정전기)와 이물질이 대전함으로써 집진됨과 동시에 정전기 유도가 발생하는 것이다.

상기와 같이 이물질 등을 집진 또는 포집할 때 팬(60)의 중앙과 외주와의 풍압(풍량)차이 또는 집진공기의 고압화 등등의 이유에 의하여 필터 엘리먼트(20)의 양면 즉, 서로 인접하는 통기로(22)와 통기로(22) 간에 압력차가 발생하면 고압측의 통기로(22)의 풍압이 균압공(23)을 경유하여 저압측의 통기로(22) 측으로 이동하여 필터 엘리먼트(20) 양면의 풍압을 균일하게 유지함으로써 통기로(22)의 간격을 균등하게 유지하고, 모든 통기로(22)의 간격이 균일하면 모든 통기로(22)에서의 전계 강도도 균일함으로써, 압력손실이 적고 집진효율을 양호하게 유지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 청정 방법의 흐름도로, 도 1-5의 장치에 적용되므로 해당 장치의 작용과 병행하여 설명한다.

먼저, 도 2~5를 참조로 설명한 바와 같이 고분자 합성수지 필름에 하전을 하여 필터 엘리먼트(20)를 형성하고, 그 필터 엘리먼트(20) 상에 다수의 돌기(21)를 그 위치가 불균일하게 형성한 후, 필름을 원통형으로 감아서 공기의 흐름 방향과 평행한 통기로(22)를 형성하여 도 2~5와 같이 구성된 1차 필름형 정전필터(20)를 구비한다(S601).

다음, 1차 필름형 정전필터(20)의 통기로(22)를 통과하는 공기 중의 미세 입자 중 일부를 하전된 필터 엘리먼트(20)의 정전기의 견인력을 이용하여 집진하고 미집진된 나머지 미세 입자에는 통기로(22)를 통과하는 과정에서 발생하는 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여되도록 한다(S603).

그리고, 정전기가 충전된 2차 부직포 정전필터(40)를 1차 필름형 정전필터(20)의 후방에 구비하여(S605), 단계 S603에서 1차 필름형 정전필터(20)의 통기로(22)를 통과한 정전기력이 부여된 미세 입자를 단계 S605의 2차 부직포 정전필터(40)의 정전기의 견인력에 의해 집진하도록 하고, 이때 단계 S603에서 정전기력이 부여된 미세 입자가 2차 부직포 정전필터(40)의 정전기력을 높여줌으로써 2차 부직포 정전필터(40)의 포집 효율을 높임과 동시에 그 성능을 오래 유지할 수 있다(S607)

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

20: 1차 필름형 정전필터
21: 돌기
22: 통기로
23: 균압공
40: 2차 부직포 정전필터
60: 팬

Claims (1)

1. (a) 고분자 합성수지 필름에 하전을 하여 필터 엘리먼트를 형성하고, 그 필터 엘리먼트 상에 다수의 돌기를 그 위치가 불균일하게 형성한 후, 상기 필름을 원통형으로 감아서 공기의 흐름 방향과 평행한 통기로를 형성하여 구성된 1차 필름형 정전필터를 준비하는 단계;
   (b) 상기 1차 필름형 정전필터의 상기 통기로를 통과하는 공기 중의 미세 입자 중 일부는 상기 하전된 필터 엘리먼트의 정전기의 견인력에 의해 집진되고 미집진된 나머지 미세 입자에는 상기 통기로를 통과하는 과정에서 발생하는 정전기 유도 현상에 의해 정전기력이 부여되도록 하여 상기 1차 필름형 정전필터가 정전기 유도체로 기능하도록 하는 단계;
   (c) 정전기가 충전된 2차 부직포 정전필터를 준비하여 상기 정전기 유도체로 기능하는 상기 1차 필름형 정전필터의 후단에 위치하도록 배치하는 단계; 및
   (d) 상기 단계 (b)에서 상기 1차 필름형 정전필터의 상기 통기로를 통과한 상기 정전기력이 부여된 미세 입자를 상기 단계 (c)에서 상기 1차 필름형 정전필터의 후단에 배치된 상기 2차 부직포 정전필터의 정전기의 견인력에 의해 집진하는 단계;를 포함하고,
   상기 단계 (b)에서 상기 정전기력이 부여된 미세 입자가 상기 단계 (d)에서 상기 2차 부직포 정전필터의 정전기력을 높여줌으로써 상기 2차 부직포 정전필터의 포집 효율을 높임과 동시에 그 성능을 오래 유지하도록 하며,
   상기 2차 부직포 정전필터의 출구 측에 팬을 설치하고, 상기 팬의 구동 시 주변의 공기를 상기 1차 필름형 정전필터의 상기 통기로와 평행하게 통과시킨 후 상기 2차 부직포 정전필터를 통과시키며,
   상기 단계 (a)의 상기 1차 필름형 정전필터는 상기 필터 엘리먼트의 상기 돌기와 돌기 사이에 상기 필터 엘리먼트를 관통하는 균압공이 형성된 것을 특징으로 하는 정전기 유도 방식 공기 청정 방법.
   

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