KR20000059884A - 공기정화장치 - Google Patents

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Abstract

입자상 먼지는 물론 가스상 오염물도 효율적으로 분해/제거할 수 있는 공기정화장치가 개시된다. 상기 공기정화장치는 그 전방부 및 후방부에 유입구 및 배출구가 각각 형성되어 있는 덕트, 상기 유입구에 인접하게 상기 덕트 내에 배치되며, 상기 유입구를 통해 유입되는 오염물을 1차로 여과하는 필터, 상기 필터의 후방에 대면 배치되어 상기 필터를 통과한 입자상 물질에 하전을 부여하고, 가스상의 오염물을 분해하는 플라즈마 방전부, 상기 플라즈마 방전부의 후방에 대면 배치되어 상기 하전된 먼지를 포집하는 전기 집진부, 상기 전기 집진부 및 플라즈마 방전부에 고전압을 인가시키기 위한 고전압 공급부, 상기 전기 집진부의 하부에 배치되어 상기 전기 집진부에 포집된 먼지 또는 오염물을 세정하는 수세정부, 및 상기 전기 집진부의 후방에 대면 배치되어 가스상의 오염물을 산화, 제거시키는 자외선 광촉매부를 구비한다. 자외선 광촉매와 펄스 코로나 플라즈마의 상호작용으로 가스상 오염물의 분해효율을 향상시킬 수 있으며, 수세정부에 의해 전기 집진부의 청결도가 향상되므로 반영구적으로 집진 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

공기정화장치{AUTOMATIC AIR CLEANER}
본 발명은 공기정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, UV(ultraviolet) 광촉매와 펄스 코로나 플라즈마의 상호작용에 의해 입자상의 분진 또는 가스상의 오염물을 동시에 제거할 수 있는 공기정화장치에 관한 것이다.
생활공간에 쾌적한 실내공기를 조성하고, 건강을 보호하기 위하여 공기정화장치의 설치가 지속적으로 증가하고 있다. 최근 들어, 건물이나 지하시설 등에 설치되는 공기조화기에 냉 난방 기능뿐만 아니라 공기정화 능력을 부여시키는 것이 거의 필수적으로 되고 있다. 그런데, 일반적으로 인간의 주거공간에서의 오염 분진들은 그 입경이 서브 미크론(submicron) 에서부터 수십 미크론에 이르기까지 매우 다양하게 분포되어 있으며, 화학적 또는 미생물학적으로도 매우 다른 특성을 갖는다. 이러한 오염 분진들의 화학적 또는 미생물학적 특성에 따라 상기 오염 분진들이 인체에 미치는 유해성도 달라진다.
이에 따라, 공기정화장치는 단순한 고체 입자상의 분진을 제거해야할 뿐만 아니라 가스상 또는 미생물 오염입자들 까지도 제거할 수 있어야 한다.
일반적으로 공기정화장치는 섬유상의 필터에 의한 여과와 전기 집진 방식 및 활성탄 흡착필터 등을 단독으로 또는 조합하여 사용하고 있으나, 실제 적용과정에는 많은 문제점이 발생하고 있다.
먼저, 필터방식은 섬유상의 필터에 먼지를 충돌, 통과시켜 먼지를 포집하는 것으로서, 초기 투자비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 필터를 수시로 교환해주어야 하기 때문에 유지비용의 지출이 과대해지며, 필터 교환시 전문업자를 필요로 한다는 단점이 있다.
또한, 필터의 눈 막힘 등에 의해 초기처리 풍량의 유지가 어렵고, 유지보수 후에도 기능저하로 처리풍량이 저하되며, 진동이 발생하고, 모터의 과부하에 의한 고정의 위험이 높다. 아울러, 폐기 필터는 산업폐기물로서 그 처리가 곤란하다는 문제가 있다.
입자상의 분진을 방전판의 플러스극(+)으로 유인, 정전유도로 포집시키는 전기식의 경우에는 초기 약 3개월 정도까지는 집진 성능이 우수하나, 방전 및 집진 전극판이 오염될 경우에는 분진 흡착력이 저하되어 집진율이 현저히 저하된다는 문제가 있다. 또한, 가스상의 오염물을 처리하기 위해서는 집진기 후단에 활성탄 필터와 같은 가스 흡착용 필터를 설치하여야 하는데, 이러한 흡착필터는 분진의 오염에 의해 흡착효율이 저하되기 때문에 주기적으로 교환해주어야 할뿐만 아니라, 압력손실을 발생한다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 UV/광촉매 및 플라즈마 방전장치와 자동재생형 전기 집진부를 복합하여 입자상의 분진과 가스상의 오염물을 동시에 제거할 수 있는 공기정화장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치의 개략적인 사시도.
도2는 도1에 도시된 공기정화장치의 개략적인 평면도.
도3은 도1에 도시된 공기정화장치의 전기집진부의 정면도.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치에서 UV/광촉매에 의한 광화학반응이 발생하는 상태를 보여주는 도면.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치에서 톨루엔이 분해/제거되는 상황을 보여주는 도면.
도6은 입자상 오염물의 입경별 집진 효율을 나타내는 그래프.
도7은 UV 플라즈마 공기정화장치의 가스제거 특성을 비교한 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10: 필터 20: 플라즈마 방전부
30: 전기 집진부 40: 수세정부
50: 산화티타늄 메쉬판 60: UV 램프
70: 고전압 공급장치 80: 유입구
90: 배출구 100: 공기정화장치
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 그 전방부 및 후방부에 유입구 및 배출구가 각각 형성되어 있는 덕트; 상기 유입구에 인접하게 상기 덕트 내에 배치되며, 상기 유입구를 통해 유입되는 오염물을 1차로 여과하는 필터; 상기 필터의 후방에 대면 배치되어 상기 필터를 통과한 입자상 물질에 하전을 부여하고, 가스상의 오염물을 분해하는 플라즈마 방전부; 상기 플라즈마 방전부의 후방에 대면 배치되어 상기 하전된 먼지를 포집하는 전기 집진부: 상기 전기 집진부 및 플라즈마 방전부에 고전압을 인가시키기 위한 고전압 공급부; 상기 전기 집진부의 하부에 배치되어 상기 전기 집진부에 포집된 먼지 또는 오염물을 세정하는 수세정부; 및 상기 전기 집진부의 후방에 대면 배치되어 가스상의 오염물을 산화, 제거시키는 자외선 광촉매부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전기 집진부는 상기 덕트 내에 배치되는 지지 프레임, 상기 지지 프레임의 상부 및 하부 양단에 각각 한 쌍씩 배치되는 상부 및 하부 구동 스프라켓, 상기 구동 스프라켓을 회전시키기 위한 구동 모터, 상기 상부 및 하부 구동 스프라켓 사이에 각각 연결되어 무한 이동하는 한 쌍의 체인, 및 상기 체인에 연결되어 상기 체인을 따라 무한 이동하는 다수개의 스크롤 타입 집진셀을 포함한다. 상기 스크롤 타입 집진셀은 알루미늄 망으로 구성되는 접지메쉬, 상기 접지메쉬 내에 형성되는 다수개의 집전극, 상기 집전극들 사이에 배열되는 다수개의 방전극, 및 상기 방전극을 감싸는 절연피복체를 포함한다.
상기 광촉매부는 산화티타늄으로 코팅되며, 서로 소정거리만큼 이격 배치되는 한 쌍의 메쉬플레이트 및 상기 한 쌍의 메쉬플레이트 사이에 배치되며 상기 메쉬플레이트에 소정의 자외선 빛을 투사함으로써 공기 중에 활성레디칼 OH*를 생성시키는 자외선 램프를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 공기정화장치(100)는 그 전방부 및 후방부에 입자상의 분진 또는 가스상의 오염물이 통과하는 유입구(80) 및 배출구(90)가 각각 형성되어 있는 덕트(110)를 구비한다.
상기 덕트(110) 내에는 상기 유입구(80)를 통해 유입되는 오염물을 1차로 여과하는 필터(10)가 배치된다. 상기 필터(10)는 입경이 비교적 큰 먼지들을 일차로 제거하는 역할을 한다. 상기 필터(10)의 후방에는 플라즈마 방전부(20)가 대면 배치되어 있다. 상기 플라즈마 방전부(20)는 상기 필터(10)를 통과한 입경이 비교적 작은 입자상 물질에 하전을 부여하고, 펄스 코로나 방전을 이용하여 가스상의 오염물을 분해한다.
상기 플라즈마 방전부(20)에 의해 전하를 띄게되는 소입경의 분진들은 상기 플라즈마 방전부(20)의 후방에 대면 배치된 전기 집진부(30)에 포집된다. 상기 전기 집진부(30) 및 플라즈마 방전부(20)는 고전압 공급장치(70)로부터 고전압을 인가 받는다.
한편, 상기 전기 집진부(30)의 하부에는 상기 전기 집진부(30)에 포집된 먼지 또는 오염물을 세정하는 수세정부(40)가 배치되어 있으며, 상기 전기 집진부(30)의 후방에는 가스상의 오염물을 산화, 제거시키는 자외선 광촉매부(55)가 대면 배치되어 있다.
도2에는 상기 공기정화장치(100)의 평면도가 도시되어 있다. 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 플라즈마 방전부(20)는 상기 덕트(110) 내에 수직방향으로 직립 배열되는 다수개의 접지극(22) 및 상기 접지극(22)들의 사이에 수직방향으로 각각 배열되어 상기 고전압공급장치(70)로부터 전압을 공급받는 다수개의 플라즈마 방전극(24)을 포함한다. 상기 플라즈마 방전극(24)은 플러스(+) 펄스 하전을 띈다.
상기 전기 집진부(30)는 다수개의 스크롤 타입 집진셀(35; 도2에는 하나만이 도시됨)을 포함한다. 각각의 집진셀(35)은 알루미늄 망으로 구성되는 접지메쉬(32), 상기 접지메쉬(32) 내에 형성되는 다수개의 집전극(34), 상기 집전극(34)들 사이에 배열되는 다수개의 방전극(36), 및 상기 방전극(36)을 감싸는 절연피복체(38)를 구비한다.
도3에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 상기 스크롤 타입 집진셀(35)들은 상기 덕트(110) 내에 배치되는 지지 프레임(118) 내에서 무한 이동하도록 되어 있다. 즉, 상기 지지 프레임(118)의 상부 및 하부 양단에는 상부 및 하부 구동 스프라켓(125, 127; 도1에 도시됨)이 각각 한 쌍씩 배치되어 있고, 상기 하부 구동 스프라켓(127)은 구동 모터(120)에 연결되어 회전력을 전달받는다. 또한, 각각의 상부 및 하부 구동 스프라켓(125, 127) 사이에는 상기 상부 및 하부 구동 스프라켓(125, 127)을 따라 무한이동을 하는 한 쌍의 체인(37)이 각각 연결되어 있는데, 상기 스크롤 타입 집진셀(35)은 상기 체인(37)에 연결되어 상기 체인(37)을 따라 무한 이동하게 된다.
상기 전기 집진부(30)가 무한이동을 하는 중에, 상기 수세정부(40)는 상기 전기 집진부(30)의 하부에 물을 분사시키므로써 상기 전기 집진부(30)를 청결하게 함은 물론 상기 전기 집진부(30)의 집진 효율을 향상시킨다. 상기 수세정부(40)는 상기 스크롤 타입 집진셀(35)의 하부에 설치되어 상기 집진셀(35)을 향해 물을 분사하는 분사노즐부(130), 상기 분사노즐부(130)로 압력수를 공급하는 세정수 공급펌프(110), 및 상기 덕트(110)의 하부에 형성되어 분사된 세정수를 외부로 배출하는 세정수 배출부(132)를 포함한다.
다시 도2를 참조하면, 상기 광촉매부(55)는 산화티타늄으로 코팅되며, 서로 소정거리만큼 이격 배치되는 한 쌍의 메쉬플레이트(50) 및 상기 한 쌍의 메쉬플레이트(50) 사이에 배치되며 상기 메쉬플레이트(50)에 소정의 자외선 빛을 투사함으로써 공기 중에 활성레디칼 OH*를 생성시키는 자외선 램프(60)를 포함한다. 따라서, 자외선 램프(60)에 의한 자외선광과 펄스 플라즈마 방전에 의한 자외선 발광이 산화티타늄 메쉬플레이트(50)에 동시에 전파되어 광촉매 효율이 향상된다.
이러한 구성을 갖는 공기정화장치(100)에 있어서, 유입구(80)를 통해 덕트(110) 내로 유입되는 입자상 분진 또는 가스상의 오염물은 필터(10)를 통해 1차로 여과되는데, 이때는 비교적 입경이 큰 입자상 분진들이 걸러지게 된다.
이어서, 상기 플라즈마 방전부(20)를 통과하는 동안, 상기 필터(10)에 의해 걸러지지 않은 소입경의 분진에는 하전이 부여되며, 가스상의 오염물은 분해되게 된다. 상기 하전이 부여된 입자상 분진들은 전기 집진기(30)에 포집되고, 상기 전기 집진기(30)에 포집된 분진들은 수세정부(40)에 의해 세척된다. 한편, 상기 플라즈마 방전부(20)에 의해 분해되지 않은 가스상의 오염물은 상기 광촉매부(55)에 의해 산화, 제거되므로써, 입자상의 분진은 물론 가스상의 오염물이 효율적으로 제거된다.
도4는 상기 광촉매부(55)에 의한 광화학 반응의 원리를 나타내는 도면이다. 먼저, 아나타제(anatase) 상을 갖는 산화티타늄 메쉬플레이트(50)의 표면에 자외선 빛이 산화티타늄 물질의 밴드갭(bandgap) 에너지인 3.2eV 이상으로 투사되면, 전자 e-CB와 홀(hole) h+VB이 생성된다. 이들은 공기 중의 수분 또는 산소분자와 다음의 반응식에 의하여 활성 레디컬(radical) OH*를 생성시킨다.
O2+ 2H2O + 4e-CB→ 4OH-
4OH- + h+VB→ 4OH*
이때, 발생된 OH* 레디컬은 보통의 분자반응에 의한 산화력에 비하여 산화 반응을 강하게 가지고 있기 때문에, 오염 가스 중에 있는 휘발성 유기물 및 오염물질들을 산화시켜 안정화시킨다.
일 예로, 실내 공기오염의 대표적인 휘발성 유기화합물인 톨루엔에 대한 제거예가 도5에 도시되어 있다. 이때의 반응식은 다음과 같다.
OH*+ ØCH3→ ØCH2 *+ H2O
ØCH2 *+ 7O2+ 7OH*→ 7CO2+ 8H2O
그리고, 황산화물 SOX및 질소산화물 NOX오염가스 분해 및 입자생성 반응은 다음의 4가지 반응식에 의하여 액체상의 미스트 또는 고체상의 입자화 반응하여 집진부에 집진 된다.
1)N2,O2,H2O + e- → OH, O, HO2(활성화 레디컬 생성)
2)-SOX+ OH, O, H2O → H2SO4(황산가스화 반응)
-NOX+ OH, O, H2O → NHO3(질산가스화 반응)
3)H2SO4+ NHO3,H2O → (NH4)2SO4(황산암모늄 미스트화 반응)
3)(NH4)2SO4+ NH3,H2O, NHO3→ (NH4)2SO42NH4NO3(고체입자 반응)
도6 및 도7은 본 발명에 따른 공기정화장치(100)의 입자상 오염물의 제거효율과 가스상 오염물의 제거성능에 대한 본 발명자의 실험 결과를 보여주고 있다.
먼저, 도6에는 입자계수기를 이용한 입경별 집진 효율을 보여주고 있다. 집진 효율 특성 결과에 따르면, 본 발명의 공기정화장치(100)는 입경 0.8미크론 이상의 분진에 대하여 90% 이상의 높은 집진 효율을 가지는 것을 알 수 있다.
도7은 본 발명에 따른 공기정화장치(100)의 가스상 오염물의 시간별 제거특성을 비교한 그래프이다. 도7에서는, 광촉매만을 사용하는 경우, 플라즈마 방전부만을 사용하는 경우, 그리고, 광촉매와 플라즈마 방전부를 복합 사용하는 경우에 대한 시간별 가스분해, 제거 특성을 알 수 있다. 도7의 결과에 따르면, 자외선과 플라즈마의 복합에 의한 가스분해 효율이 각각 단독으로 사용하는 경우에 비하여 상대적으로 높은 제거특성을 갖는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기정화장치는 전기 집진기 및 자외선 광촉매와 펄스 코로나 플라즈마의 상호작용으로 입자상의 분진을 효율적으로 제거할 수 있음은 물론, 가스상 오염물의 분해효율을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 수세정부에 의해 전기 집진부에 포집된 분진이 세척되기 때문에, 전기 집진부의 청결도가 향상되고, 집진 효율이 극대화되며, 작동 수명이 연장된다.
본 발명은 전술된 명세서와 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 실시될 수 있다.

Claims (5)

  1. 그 전방부 및 후방부에 유입구 및 배출구가 각각 형성되어 있는 덕트;
    상기 유입구에 인접하게 상기 덕트 내에 배치되며, 상기 유입구를 통해 유입되는 오염물을 1차로 여과하는 필터;
    상기 필터의 후방에 대면 배치되어 상기 필터를 통과한 입자상 물질에 하전을 부여하고, 가스상의 오염물을 분해하는 플라즈마 방전부;
    상기 플라즈마 방전부의 후방에 대면 배치되어 상기 하전된 먼지를 포집하는 전기 집진부:
    상기 전기 집진부 및 플라즈마 방전부에 고전압을 인가시키기 위한 고전압 공급부;
    상기 전기 집진부의 하부에 배치되어 상기 전기 집진부에 포집된 먼지 또는 오염물을 세정하는 수세정부; 및
    상기 전기 집진부의 후방에 대면 배치되어 가스상의 오염물을 산화, 제거시키는 자외선 광촉매부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 방전부는 상기 덕트 내에 수직방향으로 직립 배열되는 다수개의 접지극 및 상기 접지극들의 사이에 수직방향으로 각각 직립 배열되어 상기 고전압공급부로부터 전압을 공급받는 다수개의 플라즈마 방전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 전기 집진부는 상기 덕트 내에 배치되는 지지 프레임, 상기 지지 프레임의 상부 및 하부 양단에 각각 한 쌍씩 배치되는 상부 및 하부 구동 스프라켓, 상기 구동 스프라켓을 회전시키기 위한 구동 모터, 상기 상부 및 하부 구동 스프라켓 사이에 각각 연결되어 무한 이동하는 한 쌍의 체인, 및 상기 체인에 연결되어 상기 체인을 따라 무한 이동하는 다수개의 스크롤 타입 집진셀을 포함하며, 상기 스크롤 타입 집진셀은 알루미늄 망으로 구성되는 접지메쉬, 상기 접지메쉬 내에 형성되는 다수개의 집전극, 상기 집전극들 사이에 배열되는 다수개의 방전극, 및 상기 방전극을 감싸는 절연피복체를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수세정부는 상기 스크롤 타입 집진셀의 하부에 설치되어 상기 집진셀을 향해 물을 분사하는 분사노즐부, 상기 분사노즐부로 압력수를 공급하는 세정수 공급펌프, 및 상기 덕트의 하부에 형성되어 분사된 세정수를 외부로 배출하는 세정수 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광촉매부는 산화티타늄으로 코팅되며, 서로 소정거리만큼 이격 배치되는 한 쌍의 메쉬플레이트 및 상기 한 쌍의 메쉬플레이트 사이에 배치되며 상기 메쉬플레이트에 소정의 자외선 빛을 투사함으로써 공기 중에 활성레디칼 OH*를 생성시키는 자외선 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
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