KR102423019B1 - 웨어러블 공기 정화기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨어러블 공기 정화기기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기는 신체나 의류에 탈부착 가능하게 장착되고, 공기가 흡입되는 흡입구 및 정화된 공기를 호흡기를 향하여 토출하는 토출구가 형성되며 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 공기가 유동하는 공기 유동로가 형성된 웨어러블 하우징, 상기 공기 유동로 내에 배치되어 상기 흡입구로부터 공기를 흡입하는 팬, 상기 공기 유동로 내에 배치되어 이온을 발생시켜 상기 흡입구로부터 흡입된 공기 내 입자를 하전시키는 하전부 및 상기 공기 유동로 내에 배치되며 유연재질로 형성되고, 고전압이 인가되는 제 1 집진 플레이트 및 상기 제 1 집진 플레이트와 이격되어 전위차에 의한 전기장을 형성하는 제 2 집진 플레이트를 포함하여, 하전된 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨어러블 공기 정화기기{WERABLE AIR PURIFIER}
본 발명은 웨어러블 공기 정화기기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 착용형으로 사용자의 호흡기를 향하여 전기 집진 방식으로 다량의 정화된 공기를 토출하는 웨어러블 공기 정화기기에 관한 것이다.
미세먼지, 유해가스, 바이러스 등의 공기 오염에 의해 인간의 삶의 질이 지속적으로 떨어지고 있다. 이러한 공기 오염으로부터 인간을 보호하기 위해 공기 정화기가 실내에 배치되나, 최근에는 착용형으로 인체에 탈부착이 가능한 웨어러블 공기 정화기기가 개발되고 있다. 웨어러블 공기 정화기기의 경우에는 장소에 구애 받지 않고 오염된 공기로부터 착용자를 보호할 수가 있기 때문이다.
종래 마스크 타입, 코걸이 형 등 다양한 형태의 웨어러블 공기 정화기기가 알려져 있으나, 이는 착용자의 얼굴을 가려 부자연스럽다는 문제가 있다.
또한, 종래 웨어러블 공기 정화기기는 필터 방식으로 공기를 정화시키거나 음이온풍을 공급하는 정도로 정화 기능이 없는 기기로 개발되어 왔다. 특히, 필터 방식의 경우 공기 정화 성능과 압력 손실이 서로 비례하여 대용량의 신선한 공기를 사용자에게 공급하는 것이 불가능하기 때문에 사용자의 얼굴을 가리면서 공기 공급 공간을 최소화해야 하는 문제가 있다.
전기 집진 방식의 경우 압력 손실이 적어 대용량의 정화된 공기를 사용자에게 공급시킬 수 있다. 하지만, 이온 생성을 위한 하전부에서 인체에 유해한 오존이 발생할 수가 있고, 집진부에 세균이 번식하는 경우 착용자에게 세균에 오염된 공기를 공급시킬 수 있다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0017351호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정전 방식으로의 집진, 멸균 및 가스흡착을 거친 대용량의 정화된 공기를 호흡기 주변에 직접 공급할 수 있는 웨어러블 공기 정화기기를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 의류 내에 배치되거나 신체나 의류에 탈부착 가능하게 장착되는 웨어러블 공기 정화기기에 있어서, 공기가 흡입되는 흡입구 및 정화된 공기를 호흡기를 향하여 토출하는 토출구가 형성되며 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 공기가 유동하는 공기 유동로가 형성된 하우징; 상기 공기 유동로 내에 배치되어 상기 흡입구로부터 공기를 흡입하는 팬; 상기 공기 유동로 내에 배치되어 이온을 발생시켜 상기 흡입구로부터 흡입된 공기 내 입자를 하전시키는 하전부; 및 상기 공기 유동로 내에 배치되며 고전압이 인가되는 제 1 집진 플레이트 및 상기 제 1 집진 플레이트와 이격되어 전위차에 의한 전기장을 형성하는 제 2 집진 플레이트를 포함하여, 하전된 입자를 전기장의 힘으로 이동시켜 집진하는 집진부를 포함하는데, 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트는 탄소섬유를 직조하여 판상으로 만든 탄소섬유판으로 형성되는 웨어러블 공기 정화기기에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 탄소섬유판의 표면에는 절연 재질로 절연층이 코팅될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 집진 플레이트 및 상기 제 2 집진 플레이트 사이에 직류 전원을 공급하는 직류 공급부를 더 포함하고, 공급되는 직류 전원에 의해 하전된 입자를 집진시키고 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트를 가열시켜 멸균을 수행할 수 있다.
여기서, 외부의 교류 공급부를 통해 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트에 교류 전류를 공급하도록 연결하는 교류 연결 단자를 더 포함하고, 공급되는 교류 전원에 의해 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트를 가열시켜 멸균을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 웨어러블 공기 정화기기는 인체의 목을 감싸는 의류의 칼라(callar)에 형성되고, 상기 토출구는 상기 칼라의 전방부 상단에 연통되어 상기 토출구를 통해 정화된 공기를 아래에서 위로 호흡기를 향하여 토출시킬 수 있다.
여기서, 상기 하전부는 고전압이 인가되는 제 1 하전 플레이트 및 상기 제 1 하전 플레이트와 이격되어 접지되는 제 2 하전 플레이트로 형성되고, 상기 제 1 하전 플레이트에는 일단부가 상기 제 1 하전 플레이트에 고정되고 상기 제 1 하전 플레이트에 고전압이 인가될 때 정전기력에 의해 타단부가 상기 제 2 플레이트를 향하여 일어서 이온을 생성하는 탄소 섬유 가닥이 복수 개 이격 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 하전 플레이트와 상기 제 1 집진 플레이트는 일체로 형성되어 고전압이 인가되고, 상기 제 2 하전 플레이트와 상기 제 2 집진 플레이트는 일체로 형성되어 접지될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 하전 플레이트의 표면에는 절연 재질로 절연층이 코팅될 수 있다.
여기서, 가스흡착층이 코팅된 가스흡착 플레이트가 이격 배치되어 가스흡착 플레이트 사이를 유동하는 공기에 포함된 가스를 흡착하는 가스흡착부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하전부는 고전압이 인가되는 제 1 하전 플레이트 및 상기 제 1 하전 플레이트와 이격되어 접지되는 제 2 하전 플레이트로 형성되고, 상기 제 1 하전 플레이트에는 일단부가 상기 제 1 하전 플레이트에 고정되고 상기 제 1 하전 플레이트에 고전압이 인가될 때 정전기력에 의해 타단부가 상기 제 2 플레이트를 향하여 일어서 이온을 생성하는 탄소 섬유 가닥이 복수 개 이격 형성되는데, 단일의 유연 재질의 전도성 필름 상에 상기 제 1 하전 플레이트의 탄소 섬유 가닥, 상기 제 1 집진 플레이트의 탄소섬유판 및 상기 가스흡착 플레이트의 가스흡착층이 형성되는 제 1 플레이트; 및 단일의 유연 재질의 전도성 필름 상에 상기 제 1 하전 플레이트의 절연층, 상기 제 2 집진 플레이트의 탄소섬유판 및 상기 가스흡착 플레이트의 가스흡착층이 형성되는 제 2 플레이트로 형성되어, 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트는 이격 배치될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 웨어러블 공기 정화기기에 따르면 웨어러블 타입으로 전기 집진 방식의 집진, 멸균 및 가스흡착을 통해 호흡량 30배 정도의 대용량의 정화된 공기를 사용자의 호흡기를 향하여 공급시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 집진부를 탄소섬유판으로 형성하여 낮은 직류 전압으로도 집진 플레이트를 가열시켜 멸균을 수행할 수 있어서, 착용시에도 멸균을 수행할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 공기 정화기기가 의류의 칼라(callar)에 형성되어 사용자의 호흡기를 가리지 않고 자연스럽게 착용될 수 있다는 장점도 있다.
또한, 탄소 섬유 가닥을 이용하여 하전부를 소형으로 제작할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 미세먼지뿐만 아니라 유해가스도 흡착시켜 제거시킬 수 있다는 장점도 있다.
또한, 인체에 유해한 오존을 전혀 발생시키지 않고 집진 효율도 높일 수 있다는 장점도 있다.
또한, 유연 재질의 전도성 필름 상에 하전부, 집진부 및 가스흡착부를 일체로 형성하여 컴팩트하게 제작할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의류의 칼라에 장착된 웨어러블 공기 정화기기를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 공기 유동로에 배치되는 하전부, 집진부 및 가스흡착부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에서 하전부와 집진부에 고전압이 인가될 때의 동작을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 1의 공기 유동로에 배치되는 하전부, 집진부 및 가스흡착부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 단일의 유연 필름에 형성되는 제 1 플레이트를 도시한다.
도 6은 단일의 유연 필름에 형성되는 제 2 플레이트를 도시한다.
도 7은 집진 플레이트의 발열에 의한 멸균의 효과를 실험한 결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 발열 실험을 위한 다양한 형태의 집진 플레이트를 보여주는 사진이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
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 웨어러블 공기 정화기기를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의류의 칼라에 장착된 웨어러블 공기 정화기기를 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 공기 유동로에 배치되는 하전부, 집진부 및 가스흡착부의 구성을 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2에서 하전부와 집진부에 고전압이 인가될 때의 동작을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)는 의류 내에 배치되거나, 신체나 의류에 탈부착이 가능하게 장착되어 사용자의 호흡기를 향하여 직접 정화된 공기를 토출하는 공기 정화기기이다.
일 예로, 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)는 상의 의류의 칼라(callar)에 형성될 수 있다. 칼라 내에 후술하는 공기 정화를 위한 구성 요소들이 배치될 수 있다. 이때, 칼라 후단인 목 뒷부분에서 칼라 내부로 오염된 공기가 유입되도록 하고, 칼라 내 공기 정화기기(100)에서 정화된 공기는 칼라의 전방부 상단을 통해 아래에서 위로 사용자 얼굴 전면의 호흡기를 향하여 토출될 수가 있다. 상기 칼라는 의류에 탈부착이 가능할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)는 하우징(미도시), 팬(미도시), 하전부(130) 및 집진부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 가스흡착부(150)를 더 포함할 수 있다.
하우징은 웨어러블 공기 정화기기(100)의 외형을 형성하고, 의류 내에 배치되거나 신체나 의류에 탈부착 가능하게 장착될 수 있도록 경량 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 1의 상의 의류의 칼라 내부에 배치될 수 있다.
하우징은 내부에 중공이 형성된 관 형태로, 오염된 공기가 흡입되는 흡입구, 흡입구로부터 흡입된 공기가 유동하며 후술하는 팬(미도시), 하전부(130), 집진부(140) 등이 내부에 배치되어 공기 정화가 일어나는 공기 유동로 및 공기 유동로를 유동하며 정화된 공기가 토출되는 토출구가 형성될 수 있다.
도 1에서와 같이 공기 정화기기(100)가 상의 의류의 칼라 내부에 배치되는 경우, 오염된 공기가 흡입되는 흡입구는 칼라의 목 뒷부분과 연통되고 정화된 공기가 토출되는 토출구는 칼라의 전방부 상단의 공기가 토출되는 홀과 연통될 수 있다. 하우징은 칼라의 형상에 따라 휘어진 형태로 형성될 수도 있다.
공기 유동로에는 팬, 하전부(130), 집진부(140)가 순서대로 배치될 수 있다. 또한, 가스흡착부(150)가 배치될 수도 있다.
팬은 하우징의 공기 유동로 내에 배치되되 흡입구 측에 배치되어 외부의 오염된 공기를 공기 유동로 내부로 흡입시킨다. 본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)는 1,500 L/min 정도의 속도(일반적 호흡량의 30배 정도되는 공기량)로 공기를 흡입 및 토출시킬 수가 있다. 따라서, 상기 팬의 회전 속도를 제어하여 토출구로부터 토출되는 공기의 유량을 제어할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 3을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 하전부(130), 집진부(140) 및 가스흡착부(150)의 구성을 상세 설명하도록 한다.
하전부(130)는 공기 유동로 상에 팬 후방에 형성된다. 즉, 팬으로부터 흡입된 공기는 하전부(130)로 유입된다. 하전부(130)는 이온을 발생시켜 공기 중 미세먼지 또는 바이러스 등의 미세 입자를 하전시킨다.
하전부(130)는 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134)로 구성될 수 있다. 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134)는 유연하여 쉽게 굽혀질 수 있고 통전되는 재질로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 공기 유동로의 크기는 작고 굴곡 형성될 수 있기 때문에 상기 공기 유동로 상에 배치될 수 있도록 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134)는 유연 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 얇은 필름 형태의 전도성 플라스틱 또는 전도성 섬유 등으로 형성될 수 있다.
제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134)는 이격 배치된다. 도시되어 있지 않지만, 제 1 하전 플레이트와(132)와 제 2 하전 플레이트(134) 사이의 이격 간격을 유지하기 위해 제 1 하전 플레이트와(132)와 제 2 하전 플레이트(134) 사이에 별도로 간격 유지 부재가 삽입될 수 있다.
제 1 하전 플레이트(132)에는 고전압이 인가되고 제 2 하전 플레이트(134)는 접지될 수 있다. 즉, 제 1 하전 플레이트(132)는 고전압 전극 제 2 하전 플레이트(134)는 접지 전극으로 작용한다.
또한, 제 1 하전 플레이트(132)의 일면에는 탄소 섬유 가닥(133)이 복수 개 이격 배치된다. 이때, 탄소 섬유 가닥(133)의 일단은 제 1 하전 플레이트(132)에 고정되고 타단은 고정되지 않은 상태로 제 1 하전 플레이트(132) 상에 누워 배치될 수 있다. 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 하전 플레이트(132)에 고전압이 인가되면 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134) 사이의 정전기력에 의해 상기 탄소 섬유 가닥(133)은 고정된 일단을 중심으로 일어나게 된다. 이때, 고전압이 흐르는 탄소 섬유 가닥(133)의 끝단(타단)에서 전위차에 의해 방전 현상이 일어나 이온을 생성시킬 수 있다. 이때, 생성된 이온은 공기중의 입자를 하전시키게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 제 1 하전 플레이트(132) 상에 탄소 섬유 가닥(133)을 배치시키는 방법으로 좁은 공간 내에 이온을 발생시키는 하전부(130)를 용이하게 형성시킬 수 있다.
제 2 하전 플레이트(134)의 표면에는 절연 재질로 절연층(135)이 코팅될 수 있다. 절연층(135)은 탄소 섬유 가닥(133)에서 방전이 발생하는 것을 방해하여 방전은 이루어지되 오존을 발생시키는 글로우 방전 상태까지는 도달하지 않도록 한다. 절연층(135)에 의해 탄소 섬유 가닥(133)들로부터 발생하는 이온의 양은 글로우 방전이 발생할 때 발생되는 이온의 양에 비하여 다소 적지만, 작은 공간 내에서 공기 중의 오염 입자를 충분히 하전시킬 수가 있다. 또한, 본 발명에서는 하전부(130)를 거친 공기가 사용자의 호흡기를 향하여 토출되는데, 상기 절연층(135)에 의해 오존이 생성되지 않아 인체에 유해한 오존을 흡입하는 것을 방지할 수 있다.
상기 절연층(135)은 폴리에틸렌(PE; Polyethylene), 폴리프로필렌(PP; Polypropylene) 및 피브이씨(PVC; Polyvinyl Chloride) 등과 같은 합성수지로 형성될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에서는 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134)가 한 쌍 형성되어 있는 것을 도시하나, 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134)가 복수 개 구비되어 교대로 이격 배치시켜 하전 효율을 높일 수 있다.
집진부(140)는 공기 유동로 상에 하전부(130) 후방에 형성된다. 즉, 팬으로부터 흡입된 공기에 포함된 먼지, 바이러스 등과 같은 미세 입자는 하전부(130)에서 하전되고, 하전된 입자는 집진부(140)에서 전기 집진될 수 있다.
집진부(140)는 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144)로 구성될 수 있다. 하전 플레이트(132, 134)와 마찬가지로 집진 플레이트(142, 144)도 유연하여 쉽게 굽혀질 수 있고 통전되는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 얇은 필름 형태의 전도성 플라스틱 또는 전도성 섬유 등으로 형성될 수 있다.
제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144)는 이격 배치된다. 도시되어 있지 않지만, 제 1 집진 플레이트와(142))와 제 2 집진 플레이트(144) 사이의 이격 간격을 유지하기 위해 제 1 집진 플레이트와(142)와 제 2 집진 플레이트(134) 사이에 별도로 간격 유지 부재가 삽입될 수 있다.
제 1 집진 플레이트(142)에는 고전압이 인가되고 제 2 집진 플레이트(144)는 접지될 수 있다. 따라서, 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144) 사이를 유동하는 하전된 입자는 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144) 사이의 전위차에 의한 전기장의 힘으로 접지되는 제 2 집진 플레이트(144) 상에 포집될 수 있다. 물론, 하전되는 입자의 전하의 극성에 따라서 제 1 집젠 플레이트(144)에 포집되거나 양측의 집진 플레이트에(142, 144) 포집될 수도 있다.
본 발명에서 제 1 집진 플레이트(142) 또는 제 2 집진 플레이트(144)는 탄소섬유를 직조하여 판상으로 만든 탄소섬유판으로 형성될 수 있다. 집진 플레이트(142, 144)가 탄소섬유판으로 형성되는 경우, 집진 플레이트(142, 144)에 교류 전압이 인가될 때뿐만 아니라, 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144) 사이에 직류 전압이 인가될 때에도 집진 플레이트(142, 144)가 발열되어 집진 플레이트(142, 144)에 포집된 바이러스, 세균 등을 멸균시킬 수가 있다.
보다 자세히는 제 1 집진 플레이트(142) 또는 제 2 집진 플레이트(144)에는 외부의 교류 공급부(210)를 통해 교류 전류를 공급하도록 연결시키는 교류 연결 단자가 형성될 수 있다. 일반 건물에서 공급되는 전류는 교류 전류이므로, 웨어러블 공기 정화기기(100)의 교류 연결 단자를 건물의 교류 공급부(210)와 연결시켜 교류 전류를 인가하여 제 1 집진 플레이트(142) 또는 제 2 집진 플레이트(144)를 가열시킬 수 있다. 따라서, 건물 내에서 의류를 벗어 교류 공급부(210)에 교류 연결 단자를 연결시켜 제 1 집진 플레이트(142) 또는 제 2 집진 플레이트(144)를 바이러스, 세균 등을 멸균시킬 수 있을 정도의 온도와 시간으로 가열시켜 집진 플레이트에 포집된 바이러스, 세균 등을 멸균시킬 수가 있다.
또한, 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144)가 탄소섬유판으로 형성되는 경우 직류 공급부(200)를 통해 직류 전압이 인가되어 두 플레이트 사이에 전위차가 형성되면, 전기장에 의한 힘으로 하전부(130)에서 하전된 입자를 포집시킬 뿐만 아니라 제 1 집진 플레이트(142) 또는 제 2 집진 플레이트(144)를 가열시켜 포집된 바이러스 또는 세균 등을 멸균시킬 수가 있다.
따라서, 사용자가 본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)를 착용한 상태에서도 별도 외부 전원 없이 직류 공급부(200)를 통해 전기 집진과 동시에 멸균을 수행할 수가 있다.
본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)는 사용자의 호흡기를 향하여 정화된 공기를 직접 토출시키기 때문에, 집진 플레이트(142, 144)에 바이러스나 세균이 번식하게 되면 호흡기로 바이러스나 세균이 토출될 수가 있다. 하지만, 본 발명에서는 웨어러블 공기 정화기기(100)를 착용한 상태에서도 별도 외부 전원 없이 직류 전압이 인가될 때에도 집진 플레이트(142, 144)에 열을 발생시킬 수 있어 즉각적으로 바이러스나 세균을 멸균시킬 수 있다. 이와 관련된 실험 내용은 도 7 및 도 8을 참조로 후술하기로 한다.
탄소섬유판의 표면에는 절연 재질로 절연층(145)이 코팅될 수 있다. 탄소섬유판은 고온으로 가열되므로, 내열성을 함께 가지는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도 2에서는 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144)가 한 쌍 형성되어 있는 것을 도시하나, 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144)가 복수 개 구비되어 교대로 이격 배치시켜 집진 효율을 높일 수 있다.
가스흡착부(150)는 공기에 포함된 가스를 흡착한다. 가스흡착부(150)는 가스흡착층(154)이 코팅된 가스흡착 플레이트(152)를 이격 배치시키는 방법으로 구성될 수 있다.
상하 이격된 가스흡착 플레이트(152) 사이에 공기가 유동할 때 공기에 포함된 가스는 가스흡착층(154)이 흡수될 수 있다. 이때, 이웃하는 가스흡착 플레이트(152) 사이의 간격이 좁을수록 공기중의 가스가 가스흡착층(154)에 쉽게 흡수될 수 있다. 가스흡착층(154)은 활성탄섬유로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 이격하는 두 개의 가스흡착 플레이트(152) 사이의 이격 간격을 유지하기 위해 가스흡착 플레이트(152) 사이에 별도로 간격 유지 부재가 삽입될 수 있다.
또한, 가스흡착 플레이트(152)가 복수 개 구비되어 이격 배치시키면, 이웃하는 가스흡착 플레이트(152) 사이의 이격 거리가 줄어들어 가스흡착 효율을 더욱 높일 수 있다.
도면에서 가스흡착부(150)는 집진부 후방에 형성되나, 팬 후방의 어느 위치에 있더라도 무방하다.
이하, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도 1의 공기 유동로에 배치되는 하전부, 집진부 및 가스흡착부의 구성을 도시하는 도면이고, 도 5는 단일의 유연 필름에 형성되는 제 1 플레이트를 도시하고, 도 6은 단일의 유연 필름에 형성되는 제 2 플레이트를 도시한다.
이하의 설명에서는 도 2 내지 도 3을 참조로 전술한 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예에서는 하전부(130)의 제 1 하전 플레이트(132)와 집진부(140)의 제 1 집진 플레이트(142)는 제 1 플레이트(162)로 일체로 형성되고, 하전부(130)의 제 2 하전 플레이트(134)와 집진부(140)의 제 2 집진 플레이트(144)는 제 2 플레이트(164)로 일체로 형성된다. 또한, 제 1 플레이트(162)와 제 2 플레이트(164)에는 가스흡착 플레이트(152)도 일체로 형성될 수 있다.
참고로, 도 4에서 제 1 플레이트(162)의 좌측 1/3 영역이 제 1 하전 플레이트(132)에 대응되고, 제 1 플레이트(162)의 중간 1/3 영역이 제 1 집진 플레이트(142)에 대응되며, 제 1 플레이트(162)의 우측 1/3 영역이 가스흡착 플레이트(152)에 대응된다. 또한, 제 2 플레이트(164)의 좌측 1/3 영역이 제 2 하전 플레이트(134)에 대응되고, 제 2 플레이트(162)의 중간 1/3 영역이 제 2 집진 플레이트(144)에 대응되며, 제 2 플레이트(162)의 우측 1/3 영역이 가스흡착 플레이트(152)에 대응된다.
이때, 제 1 플레이트(162)에 고전압을 인가시키면 일체로 형성된 제 1 하전 플레이트(132)와 제 1 집진 플레이트(142)에 동시에 고전압을 인가시킬 수 있다. 또한, 제 2 플레이트(164)를 접지시키면 일체로 형성된 제 2 하전 플레이트(134)와 제 2 집진 플레이트(144)를 동시에 접지시킬 수 있다.
따라서, 제 1 플레이트(162)와 제 2 플레이트(164)를 각각 이격 배치시키되, 제 1 하전 플레이트(132)와 제 2 하전 플레이트(134), 제 1 집진 플레이트(142)와 제 2 집진 플레이트(144)가 서로 마주보는 위치에 있도록 하면, 도 2의 하전부(130) 및 집진부(140)의 기능을 수행하게 된다.
도 5에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 플레이트(162)는 단일의 유연 재질의 전도성 필름(161) 상에 전술한 탄소 섬유 가닥(133), 탄소섬유판(제 1 집진 플레이트)(142), 가스흡착층(154)을 배치시키는 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 제 2 플레이트(164)는 단일의 유연 재질의 전도성 필름(161) 상에 오존 발생을 방지하는 절연층(135), 탄소섬유판(제 2 집진 플레이트)(144), 가스흡착층(154)을 배치시키는 방법으로 형성될 수 있다.
유연 재질의 전도성 필름(161)은 얇은 필름 형태의 전도성 플라스틱 또는 전도성 섬유로 형성될 수 있다.
본 발명의 하전부(130), 집진부(140), 가스흡착부(150)가 배치되는 하우징 내 공간은 아주 좁기 때문에, 좁은 공간 내에 설치될 수 있도록 컴팩트하게 제작하는 것이 중요하다. 이에, 본 발명에서는 유연 재질의 전도성 필름(161) 상에 하전부(130), 집진부(140), 가스흡착부(150)를 일체로 형성함에 따라서 작은 크기로 컴팩트하게 제작할 수가 있다.
도시되어 있지 않지만, 본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)는 미세 먼지, 유해가스, 바이러스, 세균 등을 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.
사용자가 본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)를 착용하는 동안 센서는 실시간으로 공기 중의 오염 상태를 감지한다. 이때, 공기 오염이 감지되면 팬을 동작시키고, 하전부(130)의 제 1 하전 플레이트(132) 및 집진부(140)의 제 2 집진 플레이트(144)에 직류 고전압을 인가시켜 공기 정화기기(100)를 동작시킬 수 있다. 이때, 하전부(130)에서 하전된 입자 또는 바이러스 등은 집진부(140)의 집진 플레이트(142, 144)에 집진될 수 있으며, 본 발명에서 집진 플레이트(142, 144)가 탄소섬유판으로 형성되는 경우 비교적 낮은 직류 전압이 인가되더라도 소정의 온도까지 집진 플레이트(142, 144)를 가열시킬 수 있다. 따라서, 착용중에 집진 플레이트(142, 144)에 포집되거나 발생된 세균 또는 바이러스 등을 멸균시킬 수가 있다.
또한, 실내에서는 의류를 벗어서 외부의 교류 연결부(210)에 교류 연결 단자를 연결시키면 집진 플레이트(142, 144)에 교류 전압을 공급하여 집진 플레이트(142, 144)를 가열시켜 멸균시킬 수가 있다.
도 7은 집진 플레이트의 발열에 의한 멸균의 효과를 실험한 결과를 도시하는 도면이고, 도 8은 발열 실험을 위한 다양한 형태의 집진 플레이트를 보여주는 사진이다.
도 7에서는 소정의 탄소판 형태의 플레이트에 세균을 활성화시키고, 대략 80 ℃의 온도로 플레이트를 가열시킨 경우에 있어서 항균 효율을 실험한 결과를 보여준다. 10분 동안 가열시킨 경우에는 100% 세균을 멸균시키지 못하나 거의 100%에 가깝게 세균을 멸균시킬 수 있음을 확인할 수 있고, 30분 동안 가열시킨 경우에는 100% 세균을 멸균시킴을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 집진부의 집진 플레이트를 80℃까지 가열시키는 것을 목표로 다양한 형태의 집진 플레이트를 제작하여 실험을 수행하였다.
도 8에서는 실험에 사용된 다양한 형태의 집진 플레이트를 보여주는 사진인데, 각 집진 플레이트의 특징은 다음과 같다.
탄소판 종류 규격(cm) 특징
가로 세로
탄소판-N 10 15 20 3.5 얇게 탄소가 코팅되어 있고, 표면에 플라스틱 필름이 없다.
탄소섬유 20 4 얇고 긴 탄소섬유를 엮어 만들었다.
활성탄소섬유 20 3.5 활성탄소를 섬유재질로 만들었다.
탄소판 L16 14.1 7.7 탄소필름이며, 층으로 나누어져 있고 은으로 저항을 낮췄다.
탄소판 L9 7.9 7.3 탄소필름이며, 층으로 나누어져 있고 은으로 저항을 낮췄다.
탄소판 XL24-1.9 24.3 7.2 탄소필름이며, X자 형태로 탄소가 코팅 되었고, 은으로 저항을 낮췄다.
탄소판 XL42-1.9 42.4 8 탄소필름이며, X자 형태로 탄소가 코팅 되었고, 은으로 저항을 낮췄다.
탄소판 XL42-0.4 42.4 7.3 탄소필름이며, X자 형태로 탄소가 코팅 되었고, 은으로 저항을 낮췄다.
이때, 각각의 집진 플레이트에 대해서 교류 전압을 인가시킬 때, 80℃에 도달하기 위한 전압 값을 측정한 결과는 아래의 표 2와 같다. 교류 전압을 인가시킬 때에는 대체로 단위 면적당 인가되는 전압의 크기에 비례하여 탄소판이 가열되었고, 80℃에 도달하기 위한 전압의 크기는 일반 건물에 사용되는 220V 이내의 값을 가졌다. 예외적으로 탄소판 L16의 경우에는 210V에서 38.2℃까지 가열시키지 못하였고, 탄소판 XL42-0.4는 전압을 인가하는 순간 잠깐 열이 발생하고 이후 전압을 올려도 온도가 올라가지 않았다. 본 발명에서와 같이 탄소섬유를 사용한 경우에는 아주 낮은 전압 7V로 80℃에 도달함을 확인할 수 있다.
탄소판 종류 규격(cm) 특징
가로 세로
탄소판-N 10 15 20 3.5 100 160 220
탄소섬유 20 4 7
활성탄소섬유 20 3.5 145
탄소판 L16 14.1 7.7 X
탄소판 L9 7.9 7.3 150
탄소판 XL24-1.9 24.3 7.2 35
탄소판 XL42-1.9 42.4 8 40
탄소판 XL42-0.4 42.4 7.3 X
또한, 각각의 탄소판에 대해서 직류 전압을 인가시킬 때, 80℃에 도달하기 위한 전압 값을 측정한 결과는 아래의 표 3과 같다. 본 발명에서와 같이 탄소섬유로 사용한 경우에는 아주 낮은 전압 9V로 80℃에 도달하였고, 나머지 경우에는 모두 실험 최대 전압값 이내에서 80℃에 도달하지 못하였다.
본 발명에 따른 웨어러블 공기 정화기기(100)에 있어서 사용자가 휴대할 수 있는 비교적 작은 크기의 직류 전압을 이용해서 집진 플레이트를 80℃까지 가열시켜 멸균시킬 수 있음을 실험으로 확인할 수가 있다.
탄소판 종류 규격(cm) 특징
가로 세로
탄소섬유 20 4 9
활성탄소섬유 20 3.5 X
탄소판 L16 14.1 7.7 X
탄소판 L9 7.9 7.3 X
탄소판 XL24-1.9 24.3 7.2 X
탄소판 XL42-1.9 42.4 8 X
탄소판 XL42-0.4 42.4 7.3 X
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 공기 정화기기
130: 하전부
132: 제 1 하전 플레이트
133: 탄소 섬유 가닥
134: 제 2 하전 플레이트
135: 절연층
140: 집진부
142: 제 1 집진 플레이트
144: 제 2 집진 플레이트
145: 절연층
150: 가스흡착부
152: 가스흡착 플레이트
154: 가스흡착층
161: 유연 재질의 전도성 필름
162: 제 1 플레이트
164: 제 2 플레이트
200: 직류 공급부
210: 교류 공급부

Claims (10)

  1. 의류 내에 배치되거나 신체나 의류에 탈부착 가능하게 장착되는 웨어러블 공기 정화기기에 있어서,
    공기가 흡입되는 흡입구 및 정화된 공기를 호흡기를 향하여 토출하는 토출구가 형성되며 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 공기가 유동하는 공기 유동로가 형성된 하우징;
    상기 공기 유동로 내에 배치되어 상기 흡입구로부터 공기를 흡입하는 팬;
    상기 공기 유동로 내에 배치되어 이온을 발생시켜 상기 흡입구로부터 흡입된 공기 내 입자를 하전시키는 하전부; 및
    상기 공기 유동로 내에 배치되며 고전압이 인가되는 제 1 집진 플레이트 및 상기 제 1 집진 플레이트와 이격되어 전위차에 의한 전기장을 형성하는 제 2 집진 플레이트를 포함하여, 하전된 입자를 전기장의 힘으로 이동시켜 집진하는 집진부를 포함하는데,
    상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트는 탄소섬유를 직조하여 판상으로 만든 탄소섬유판으로 형성되는 웨어러블 공기 정화기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소섬유판의 표면에는 절연 재질로 절연층이 코팅되는 웨어러블 공기 정화기기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집진 플레이트 및 상기 제 2 집진 플레이트 사이에 직류 전원을 공급하는 직류 공급부를 더 포함하고, 공급되는 직류 전원에 의해 하전된 입자를 집진시키고 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트를 가열시켜 멸균을 수행하는 웨어러블 공기 정화기기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부의 교류 공급부를 통해 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트에 교류 전류를 공급하도록 연결하는 교류 연결 단자를 더 포함하고,
    공급되는 교류 전원에 의해 상기 제 1 집진 플레이트 또는 상기 제 2 집진 플레이트를 가열시켜 멸균을 수행하는 웨어러블 공기 정화기기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨어러블 공기 정화기기는 인체의 목을 감싸는 의류의 칼라(callar)에 형성되고, 상기 토출구는 상기 칼라의 전방부 상단에 연통되어 상기 토출구를 통해 정화된 공기를 아래에서 위로 호흡기를 향하여 토출시키는 웨어러블 공기 정화기기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전부는 고전압이 인가되는 제 1 하전 플레이트 및 상기 제 1 하전 플레이트와 이격되어 접지되는 제 2 하전 플레이트로 형성되고,
    상기 제 1 하전 플레이트에는 일단부가 상기 제 1 하전 플레이트에 고정되고 상기 제 1 하전 플레이트에 고전압이 인가될 때 정전기력에 의해 타단부가 상기 제 2 플레이트를 향하여 일어서 이온을 생성하는 탄소 섬유 가닥이 복수 개 이격 형성되는 웨어러블 공기 정화기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 하전 플레이트와 상기 제 1 집진 플레이트는 일체로 형성되어 고전압이 인가되고,
    상기 제 2 하전 플레이트와 상기 제 2 집진 플레이트는 일체로 형성되어 접지되는 웨어러블 공기 정화기기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 하전 플레이트의 표면에는 절연 재질로 절연층이 코팅되는 웨어러블 공기 정화기기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    가스흡착층이 코팅된 가스흡착 플레이트가 이격 배치되어 가스흡착 플레이트 사이를 유동하는 공기에 포함된 가스를 흡착하는 가스흡착부를 더 포함하는 웨어러블 공기 정화기기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하전부는 고전압이 인가되는 제 1 하전 플레이트 및 상기 제 1 하전 플레이트와 이격되어 접지되는 제 2 하전 플레이트로 형성되고,
    상기 제 1 하전 플레이트에는 일단부가 상기 제 1 하전 플레이트에 고정되고 상기 제 1 하전 플레이트에 고전압이 인가될 때 정전기력에 의해 타단부가 상기 제 2 플레이트를 향하여 일어서 이온을 생성하는 탄소 섬유 가닥이 복수 개 이격 형성되는데,
    단일의 유연 재질의 전도성 필름 상에 상기 제 1 하전 플레이트의 탄소 섬유 가닥, 상기 제 1 집진 플레이트의 탄소섬유판 및 상기 가스흡착 플레이트의 가스흡착층이 형성되는 제 1 플레이트; 및
    단일의 유연 재질의 전도성 필름 상에 상기 제 1 하전 플레이트의 절연층, 상기 제 2 집진 플레이트의 탄소섬유판 및 상기 가스흡착 플레이트의 가스흡착층이 형성되는 제 2 플레이트로 형성되어,
    상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트는 이격 배치되는 웨어러블 공기 정화기기.
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