KR200294514Y1 - 공기청정기용 음이온 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기청정기의 내부에 장착되어 음(-)이온을 발생시키는 음이온발생장치에 관한 것으로 활성탄(숯 등)에 (-)고압선을 연결하여 고압의 전류를 활성탄에 가해 주도록 하여, 활성탄의 원자 중에 최외각에 위치한 전자가 에너지(high voltage)를 받아 대기 중으로 방출하여 공기 중의 여러 성분과 재결합하여 음이온을 형성하도록 한 것으로 음이온을 생성하되 오존(O₃)을 발생시키지 않도록 하는 음이온 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.

Description

공기청정기용 음이온 발생장치{a negative ion generator for an air purifier}

본 고안은 공기청정기의 내부에 장착되어 음(-)이온을 발생시키는 음이온발생장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는 활성탄(숯 등)에 (-)고압선을 연결하여 고압의 전류를 활성탄에 가해 주도록 하여, 활성탄의 원자 중에 최외각에 위치한 전자가 에너지(highvoltage)를 받아 대기 중으로 방출하여 공기 중의 여러 성분과 재결합하여 음이온을 형성하도록 한 것으로 음이온을 생성하되 오존(O₃)을 발생시키지 않도록 하는 음이온 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.

현대인들은 대부분 실내에서 생활하는 시간이 길어졌고, 그 만큼 실내공기를 청정하게 유지토록 하는 것이 관건이 되었다.

즉 실내공기를 건강에 좋은 호흡공기로 변환하도록 각 사무실이나 거실, 안방 등 실내 어느 장소에나 공기청정기를 구비하게 되었다.

건강에 좋은 호흡 공기는 유해가스성분 또는 여러 가지 악취물질이 없는 공기를 말하는 것으로 박테리아, 바이러스 및 다른 병원균을 가급적 적게 함유해야 한다. 악취 성분을 많이 함유하는 공기는 인간의 편안함, 컨디션 및 집중력을 현저히 저하시킴으로서 삶의 질을 떨어뜨린다는 것은 공지된 사실이다.

따라서 실내공기를 정화하기 위한 기술이 개발되어 알려지는 지는데 현재까지 알려진 공기정화기술은 실내의 먼지 및 분진, 악취를 제거하고, 실내의 공기를 깨끗하게 정화시키기 위하여 활성탄 필터를 이용하거나 전기 집진식 또는 음이온을 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 단순한 활성탄 필터만으로는 공기를 효과적으로 깨끗하게 유지시키지 못하는 단점이 있었으며 전기 집진식 음이온을 이용한 방식은 오존 산화물이 발생될 뿐만 아니라 일부 먼지 특히0.5 마이크로 영역의 크기는 정화효율이 기대에 미치지 못했다.

음이온은 심신이 휴식을 취할 수 있도록 부교감신경에 영향을 주어 기분을 안정시키고 몸을 진정하는 효과가 있다고 알려져 있다.

본 고안은 음이온을 발생시키는 장치에 관한 것으로 음이온을 이용하는 방식에 대하여 살펴본다.

종래의 음이온발생장치는 첨부도면 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 침전극(1)과 평판전극(2)을 이격시켜 구성하고, 침전극(1)에는 고압의 전류를 흘러 보내고 평판전극(2)은 접지시켜 음이온을 발생시키게 되는 것이다.

좀더 자세하게 살펴보면, 절연물에 어느 이상의 전압이 가해지면 도체로서 작용하게 되는데, 이 현상을 전열파괴(electric breakdown)라 하며, 절연파괴에 수반하여 전류가 흐르는 것을 방전(electric discharge)이라한다.

침전극(1)과 평판전극(2)간에 직류전압을 가해 그 값이 점차 상승시키면 도 1a에 도시한 바와 같이 침전극의 첨단부분의 공기가 절연파괴를 일으키고 미약한 빛을 발산한다.

이때 전극 간에는 micro A(10^-6A)정도의 전류가 흐르는데 이 방전을 코로나 방전(corona discharge)이라 한다. 액체나 고체 중에서도 똑같은 국소적인 방전이 일어나는데, 이것을 총칭하여 부분방전(partial discharge)이라 한다. 계속적으로 전압을 상승시키면 어느 값에서 전극간 전장에 걸쳐서 절연파괴가 일어나며 도 1b에 도시한 바와 같이 전극간의 도전성이 높은 방전로로 연결되어 전류가 급증한다. 이것을 전로파괴(complete breakdown) 또는 플래시오버(flashover)라 하며 전로파괴가 발생하는 전극간 전압을 절연파괴 전압(breakdown Voltage)라 한다.

기체 중에서 전로파괴가 일어나면 전극간은 전류를 대단히 흘리기 쉬운 상태로 되고, 이것은 방전공간에 전하를 운반하는 전자나 이온이 다수 발생하는 것을 의미한다. 즉 이들 하전입자는 기체의 전리에 의해 만들어지는 것으로 전리(ionization)란 원자 또는 분자가 외부로부터 에너지를 넘겨받아 전자를 방출하고 양이온으로 되는 현상인데 원자나 분자가 방출하는 전자는 에너지를 넘겨받기 전까지는 원자핵의 근방에 핵외 전자로 속박되어 있던 것이다. 전리는 기체분자와 고속전자의 충돌, 파장이 짧은 광으로 기체를 조사하든가 기체분자끼리 충돌 등에 의해 일어난다.

원자는 원자핵과 그 외측을 도는 핵외 전자로 구성되어 있고, 보통핵외 전자는 원자핵에 가까운 궤도상에 있으며 이 상태를 기저상태(ground state)라 한다. 기저상태에 있는 원자가 다른 입자와 충돌 또는 광조사에 의해 외부로부터 에너지를 받으면 핵외 전자는 기저상태보다도 높은 에너지 준위(외측의 궤도)로 전이한다. 이 현상을여기 또는 여발(excitation)이라 하며 여기에 필요한 에너지를 여기 에너지라 한다. 원자가 더욱 큰 에너지를 외부로부터 받으면 핵외 전자는 원자핵의 속박으로부터 벗어나 자유전자가 되며 원자는 양이온이 된다. 이것이 앞서 말한 전리이고, 이때 필요한 최소에너지를 전리에너지 또는 전리전압(ionization potential)이라 한다.

양과 음의 하전 입자가 결합해서 중성입자로 되돌아오는 현상을 재결합(recombination)이라 한다. 재결합은 전자와 양이온간의 재결합과 음이온과양이온간의 재결합으로 나눠지지만 일반적으로 후자 쪽이 일어나기 쉽고, 그것은 음이온의 속도가 전자보다 극히 늦고 따라서 양이온의 근방에 머물러 상호 작용하는 기회가 크기 때문이다. 이러한 기체를 전기적 부성 기체(electro negative gas)라 한다. 이것에 속하는 것에는 불활성 기체보다 최외각 전자가 하나 적은 할로겐족 (F, Cl, Br, I)이나 그 화합물 또는 산소, 산소를 포함하는 공기, 수증기 등이 있다.

기체분자가자유전자와 결합해서 음이온으로 되는 현상을 전자부착(electron attachment)이라 하고, 공기 중에서 방전이 일어날 경우 아래와 같은 현상이 발생한다.

E + O₂→ O + O^-

O₂+ O^-→ O₃

즉, 종래의 공기청정기들은 상기와 같은 방전형태로 기체방전을 하므로 위와 같은 오존(O₃)을 생성하게 되는데 오존역시 유독물질로써 인체에 치명적인 영향을 미친다. 이는 오존의 강력한 산화물 때문인데 음이온을 만들어 내기 위해서는 기체방전을 해야 하고 이 부산물로 오존이 생성되는 것이다.

이를 좀더 상세하게는 무성방전(無聲放電)에 의한 오존의 발생원리를 도식적으로 표현하면 다음과 같다.

O₂+ e^-→ O + O + e^-

O + O^-→ O₂

O + O₂+ M → O₃+ M

O₂+ O₂→ O₃+ O

상기와 같이 산소는 방전을 통해 오존(O₃)이 생성되고, 생성된 오존은 오염물질과 작용하여 산소로 환원되는 것이다.

상기 오존(O₃)의 특성을 살펴보면 상온에서는 약간 청색을 띠는 기체이나, 액체가 될 때는 흑청색, 고체가 될 때는 암자색을 띤다. 특이한 냄새가 나며, 공기 속에 0.0002부피 %만 존재해도 냄새를 감지할 수 있다. 또한 강력한 산화력을 갖고 있고, 산소원자 3개로 결합 구성되어 있으며 오존의 끓는 온도는 115℃이고, 용해온도는 192.5℃이며 무게는 공기보다 약 1.5배가량 무겁다. 또한 산화제로 쓰일 때 유해 잔류물을 전혀 남기지 않고, 살균력이 매우 강하여 박테리아와 바이러스 균을 제거하며 강력한 표백을 갖으며, 담배연기 및 기타 악취를 내는 가스, 각종 유해물질 등의 유기물질과 반응하여 무해화하는 탁월한 효능을 갖고 있다.

특히 산소의 가열, 황산의 전기분해, 자외선이나 X선 음극선 등이 공기 속을 통과할 때에도 생기므로, 자외선이 풍부한 높은 산, 해안, 산림 등의 공기 중에도 존재하여 상쾌한 느낌을 주는 근원이 되고 있으나, 다량으로 존재할 때는 오히려불쾌감을 느끼게 한다. 극장, 학교, 병원 등에서 산소에 분해 되는 성질을 이용하여 공기의 정화(淨化)에 사용되며 살균작용에 의한 음료수 소독, 표백이나 유기화합물의 구조 결정 등에 사용된다. 인체에 독성이 있어 장시간 흡입하면 호흡기관을 해치므로 주의해야 한다.

따라서 종래의 공기청정기는 무성방전(無聲放電)에 의해 음이온을 발생시킴과 동시에 부산물인 오존(O₃)을 필연적으로 발생시키는 문제점이 발생하는 것으로 오존의 농도가 짙어 질수록 그리고 오존에 장시간 노출될 때에 실내에서 호흡하는 사람은 매스꺼움을 느끼고 심한 경우 구토증상까지 발생하는 매우 심각한 문제가 지적되었다. 특히 임산부, 노약자, 어린이에게는 건강상에 치명적일 수 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제를 해소할 수 있도록 하는 공기청정기용 음이온발생장치 제공하려는 것이다.

본 고안은 활성탄에 전기적인 에너지를 가하여 강제적으로 전자를 대기 중으로 방출하도록 하여 공기 중의 여러 성분과 재결합하도록 하여 음이온이 형성되도록 하고, 기체를 방전하지 않도록 하여 오존(O₃)이 발생하지 않는 공기청정기용 음이온발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 활성탄(숯)을 이용함으로서 숯의 고유의 특성인 음이온발생효과 , 공기정화효과, 조습효과 및 전자파의 흡수효과를 얻을 수 있도록 하는 공기청정기용 음이온발생장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 활성탄(숯)에 강제적 에너지를 가하여 음이온을 발생시키도록 함으로서 자연적으로 발생하는 음이온의 개수에 비하여 보다 많은 량의 음이온을 단시간에 지속적으로 생성시킬 수 있는 공기청정기용 음이온발생장치를 제공하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 공기청정기에서 음이온 발생장치의 원리를

보인 예시도

도 2는 본 고안에 따른 음이온 발생장치를 보인 계통도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 침전극 2: 평판 전극

11: 활성탄 12: 전원공급장치

13: 전압조절 컨트롤러 14: 절연물

15: (-)고압선 16: (+)고압선

본 고안의 상기 및 기타 목적과 특징은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명확하게 이해 할 수 있을 것이다.

첨부도면 도 2는 본 고안에 따른 음이온 발생장치를 보인 계통도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 고안에 따른 활성탄(11)에 직류 전원을 가하는 것으로 활성탄(11)에 음극의 (-)고압선(15)을 전원공급장치(12)에 연결하고, 전원공급장치(12)의 양극은 (+)고압선(16)을 절연물에 연결하며, 전원공급장치(12)는 전압조절 컨트롤러(13)를 구비한 것이다.

상기 활성탄(11)은 탄소를 원소로 갖는 것으로 탄소들은 하나의원자당 세게 씩 공유결합을 통하여 마치 벌집과 같이 생긴 평면모양으로 결합이 형성되고 각 평면들은 반데르발스의 힘(van der Waals' force)이라는 매우 약한 힘에 의해 서로 마주보고 있어서 각 평면은 쉽게 떨어질 수 있는데서 연유한다. 이러한 평면상에서 각 탄소 당 하나씩 남은 전자가 자유로이 돌아 다닐 수 있기 때문에 전기를 잘 통하게 되는 것이다.

숯 혹은 활성탄을 이루고 있는 구성성분인 탄소는 원자핵속의 양성자수는 6개이고, 전자수 6개, 최외각전자수가 4개인 원자이다. 중성을 이루고 있으나 최외각 전자가 4개 존재하고 있어 전체적으로 음전하를 띠고 있다. 숯 또는 활성탄의 결합하지 않는 자유전자에 의하여 전기전도성을 띄게 되는 것인데 이런 최외각 전자는 에너지(high voltage)에 의해서 떨어져 대기 중으로 방출하여 공기 중의 여러 성분과 재결합하여 음이온을 형성하게 되는 것이다.

첨부도면을 참조하여 좀더 상세하게 설면하면 다음과 같다.

전압조절컨트롤러(13)를 조절하여 전원공급장치(12)를 제어하고, 전원공급장치(12)에 의해 고압의 직류전원을 발생시키되, 직류전원 중에 음극의 음(-)고압선(15)은 활성탄(11)에 연결되어 있으므로 음(-)고압은 활성탄(11)에 공급되고, 양(+)고압선은 절연물(14)로 흘러들어 가게 되는 것이다.

활성탄(11)에 고압의 에너지를 가하게 되면 활성탄(11)의 원소인 탄소에서는 최외각 전자가 에너지(high voltage)에 의해서 떨어져 대기 중으로 방출하여 되고, 방출한 전자는 공기 중의 여러 성분과 재결합하여 음이온을 형성하게 되는 것이다.

또한 상기 활성탄(11)은 스스로도 미세한 음이온을 발생시키기도 하지만 그 발생되는 량은 매우 미미한 것으로 전기적인 에너지를 가함으로서 다량의 음이온을 발생시키는 것이다.

상기 전압조절컨트롤러(13)는 전압을 조절함으로서 활성탄(11)에 가해지는 전압을 제어하여 음이온의 량을 제어하는 것이다.

본 고안은 기재된 구체적인 예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.

따라서 본 고안에 따른 공기청정기용 음이온 발생장치는 인체에 유해한 오존(O₃)을 발생시키지 않고도 다량의 음이온을 지속적으로 발생시킬 수 있는 것이고, 이로 인하여 실내에서 호흡하는 사람은 편안함을 느낄 수 있음은 물론 안락한 휴식을 취할 수 있는 것이다.

또한, 활성탄(숯)에는 거의 무한대에 가까운 전자가 있는 것으로 사용도중에 활성탄을 교체하거나 하지 않아도 되고, 활성탄의 고유의 긍정적인 특성을 그대로 이용할 수 있는 것이다.

또한 상기 활성탄(11)은 스스로도 극소량의 음이온을 발생시키기도 하지만 본 고안에 따른 음이온발생장치는 전기적인 에너지를 가함으로서 다량의 음이온을 발생시키는 것이다.

Claims (1)

1. 공기청정기용으로 음이온을 발생시키는 장치에 있어서,

   활성탄(11)에 음극의 (-)고압선(15)을 전원공급장치(12)에 연결하고, 전원공급장치(12)의 양극은 (+)고압선(16)을 절연물에 연결하며, 전원공급장치(12)는 전압조절 컨트롤러(13)를 구비하여 활성탄(11)에 음극 직류 고전압을 가하는 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 공기청정기용 음이온 발생장치