KR20030063900A - 냉장고용 탈취장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고내를 순환하는 냉기 중에 포함된 각종 악취성분이나 미생물 등을 인체에 무해한 플라즈마 광촉매반응을 이용하여 분해 및 제거할 수 있는 냉장고용 탈취장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 고내를 순환하는 냉기유로(7)상에 구비되며 방전전극(110)과 산화티탄늄이 코팅된 접지전극(120)으로 구성되는 플라즈마 반응기(plasma reactor)와, 상기 방전전극에 전기적으로 연결되어 (-)펄스가 중첩된 (-)전압을 방전전극에 인가하여 음이온의 생성을 활성화시키는 고전압 발생수단(130)을 포함하는 냉장고용 탈취장치를 제공한다.

Description

냉장고용 탈취장치{device for removing the odor in refrigerator}

본 발명은 냉장고에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고내를 순환하는 냉기 중에 포함된 각종 악취성분이나 미생물 등을 인체에 무해한 플라즈마 광촉매반응을 이용하여 분해 및 제거할 수 있는 냉장고용 탈취장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고는 음식물의 부패를 방지하면서 음식물을 장기간 보관할 경우에 사용되는데, 대개는 고내의 온도가 0∼10℃의 온도범위 이내로 조절된다. 그러나, 냉장고에 음식물이 일정 기간 이상 방치되면 음식물의 부패가 시작되고, 그에 따른 악취가 발생하여 사용자에게 심한 불쾌감을 주게 된다. 또한, 특정 음식물의 냄새가 다른 음식물에 침투되는 경우에는 음식물 고유의 냄새가 상실되어 음식물을 버리게 되는 문제점이 발생한다.

이와 같은 이유로 인해, 대부분의 냉장고에는 음식물 자체의 냄새나 음식물 부패로 인한 악취를 제거하고, 이러한 악취의 순환을 방지하면서 각종 미생물을 살균하는 것을 목적으로 다양한 종류의 탈취장치가 구비되고 있는 실정이다.

이러한 탈취장치 중 격자형의 활성탄에 산화망간(MnO₂), 산화구리(CuO), 인공효소촉매 등이 담지되어 있는 탈취필터가 대표적으로 널리 적용되는 형태이다. 상기 탈취필터는 고내에 존재하는 각종 악취성분이 주로 탄소와 수소로 이루어지는 탄화수소 화합물인 점을 이용하여, 상기 탄화수소 화합물이 용이하게 결합할 수 있는 활성탄으로 악취성분을 흡착하여 제거한다. 그러나, 상기 탈취필터는 악취성분을 흡착할 수 있는 활성탄의 용량에 한계가 있기 때문에, 주기적으로 교체하지 않을 경우 더 이상 악취성분을 흡착할 수 없는 문제가 있었다. 뿐만 아니라, 상기 활성탄에 포화된 각종 유기화합물 및 헤테로 화합물 등은 고내로 재비산되어 제2의 악취발생원으로 작용하는 역효과도 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자, 오존(O₃)의 강한 산화력을 이용한 탈취장치가 제시되었다.

도 1은 종래 오존발생기를 이용한 냉장고용 탈취장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 상기 탈취장치는 냉기유로상에 노출되며 전원을 공급받아 오존을 발생시키는 오존발생전극(10)과, 충분한 농도의 오존이 발생되도록 상기 오존발생전극에 고전압을 인가하는 고전압 발생수단(HVB;20)과, 상기 오존발생전극의 후방에 구비되어 잔류 오존을 분해하는 오존분해촉매필터(30)로 구성된다.

일반적으로 오존(O₃)은, 식[1]과 같이, 공기 중에서 자연 분해되면서 발생기 산소(O)를 생성하는데, 상기 발생기 산소는 강한 산화력을 갖고 있기 때문에 악취성분이나 미생물과의 접촉 반응성이 뛰어나며, 그 결과 악취성분의 탈취나 미생물의 살균이 가능하게 된다.

..................................[1]

그러나, 오존이 공기 중에서 자연 분해되는데 상당한 시간이 소요되기 때문에, 탈취나 살균작용을 위해서는 악취성분이나 미생물을 오존에 장시간 동안 노출시켜야 한다. 특히, 냉장고와 같은 저온조건에서는 오존의 자연 분해가 더욱 어렵기 마련이며, 따라서 열이나 고주파 또는 자외선 등을 이용하여 분해를 활성화할 수 있는 인위적인 조건을 만들어 주어야 한다.

일례로, 상기 고전압 발생수단(20)은 통상 5∼6kVpp의 크기와 20∼40kHz의 주파수를 갖는 고주파 전압을 오존발생전극(10)에 인가함으로써, 오존의 분해를 활성화하였다.

그러나, 전술한 바와 같은 오존발생기를 이용한 탈취장치 역시 다음과 같은 문제점이 있었다.

일반적으로 오존은 인체에 유해한 물질로서, 상기 오존이 음식물에 노출되거나 또는 사용자에게 직접 노출될 경우 인체에 많은 해를 가하게 된다. 그런데, 전술한 바와 같이, 상기 오존발생수단은 인가되는 고주파 전압으로 인해 악취제거나 살균에 필요한 농도 이상의 과다한 오존을 생성하게 되었다. 이 경우, 반응과정에서 분해되지 않고 잔존하는 오존이 상당하게 되며, 결국 이들을 인위적으로 제거해 주어야만 하였다. 이를 위해, 상기 오존발생전극(10)의 후방에 잔류 오존을 분해하여 제거하는 오존분해촉매필터(30)를 필수적으로 부가하거나, 아니면 상기 고전압 발생수단(20)의 출력을 인위적으로 차단하는 제어방법을 사용하였다.

그런데, 상기 오존분해촉매필터(30)에는 활성탄이 첨가되어 있기 때문에, 상기 활성탄이 포화된 경우에 인체에 유해한 오존이 사용자 또는 음식물에 그대로 노출되는 문제점이 있었다. 또한, 상기 고전압 발생수단(20)의 출력 차단시 악취성분을 제거하거나 살균을 수행하는 제기능이 달성될 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고내를 순환하는 냉기 중에 포함된 각종 악취성분이나 미생물 등을 인체에 무해한플라즈마 광촉매반응을 이용하여 분해 및 제거할 수 있는 냉장고용 탈취장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 오존발생기를 이용한 냉장고용 탈취장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 냉장고의 구조를 개략적으로 도시한 단면도

도 3은 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면

도 4는 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치의 방전전극에 인가되는 전압파형을 도시한 도면

도 5a는 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치 중 고전압 발생수단의 구조를 도시한 회로도

도 5b는 도 5a에 따른 고전압 발생수단의 각 단계별 전압파형을 도시한 도면

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

7 : 흡입 냉기덕트110 : 방전전극

120 : 접지전극123 : 산화티탄늄 코팅막

130 : 고전압 발생수단

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 고내를 순환하는 냉기유로상에 구비되며 방전전극과 산화티탄늄이 코팅된 접지전극으로 구성되는 플라즈마 반응기(plasma reactor)와, 상기 방전전극에 전기적으로 연결되어 (-)펄스가 중첩된 (-)전압을 방전전극에 인가하여 음이온의 생성을 활성화시키는 고전압 발생수단을 포함하는 냉장고용 탈취장치를 제공한다.

따라서, 본 발명은 고내의 음식물로부터 생성된 각종 악취성분이나 미생물 등을 인체에 무해한 플라즈마 광촉매반응에 의해 분리 제거함으로써, 보다 안정적으로 고내환경을 쾌적하고 위생적으로 유지할 수 있는 장점을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉장고용 탈취장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 냉장고의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치의 방전전극에 인가되는 전압파형을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 냉장고는 증발기(4)에 의해 열교환된 냉기가 직접 유입되어 약 -18℃의 고내 온도를 유지하고 있는 냉동실(2)과, 상기 냉동실의 냉기 또는 증발기로부터 열교환된 냉기가 직접 유입되어 약 0~7℃의고내 온도를 유지하고 있는 냉장실(3)로 크게 구분되며, 상기 냉동실의 배면 아래에 기계실(도시생략)이 구비된다.

상기 증발기(4)의 상부에는 증발기를 지나면서 저온화된 냉기를 냉동실(2)로 강제 순환시키는 냉기순환팬(5)과 상기 냉기순환팬을 구동하는 모터가 구비된다.

상기 냉동실(2)과 냉장실(3)은 배리어에 의해 상하로 구획되는데, 상기 배리어의 내부에 냉장실을 순환하면서 고온화된 냉기가 다시 증발기(4)측으로 흡입되는 흡입 냉기덕트(7)가 구비된다. 또한, 상기 냉장실(3)의 배면에 증발기(4)를 통해 열교환된 냉기가 냉장실에 직접 토출되는 토출 냉기덕트(6)가 구비된다.

이 때, 냉동실측 냉기가 증발기(4)로 유입되는 상기 흡입 냉기덕트(7) 상에 탈취장치(100)가 구비된다. 일반적으로, 냉장실(3)은 음식물의 악취성분이나 미생물이 냉동실(2)에 비해 활동하기 좋은 고내환경을 가지고 있다. 따라서, 냉장고에서 발생하는 대부분의 악취성분은 냉장실의 음식물에서 발생하게 되며, 이러한 악취성분은 흡입 냉기덕트(7)를 통해 증발기(4)로 유입된 다음 다시 냉동실(2) 또는 냉장실(3)로 토출된다. 따라서, 냉장실의 악취성분이나 미생물은 냉장실측 냉기가 증발기로 유입되기 전에 분리 및 제거되는 것이 바람직하며, 이러한 관점에서 본 발명은 상기 흡입 냉기덕트(7) 상에 탈취장치(100)가 구비되는 것을 제시한다.

도 3에 도시된 바에 따르면, 상기 탈취장치는 냉장실의 냉기가 다시 증발기측으로 유동되는 흡입 냉기덕트(7) 상에 구비되며 방전전극(110)과 산화티탄늄이 코팅된 접지전극(120)으로 구성되는 플라즈마 반응기(plasma reactor)와, 상기 방전전극에 전기적으로 연결되어 (-)펄스가 중첩된 (-)전압을 방전전극에 인가하는고전압 발생수단(130)으로 구성된다.

일반적으로, 일정 대역의 파장영역을 갖는 자외선이 산화티탄늄이 코팅된 물체의 표면에 조사되면 마치 36,000℃로 가열된 것과 같은 열원이 발생하는데 이러한 반응을 광촉매반응이라 한다. 이 때, 발생하는 열원에 의해 각종 유기물이나 세균이 소각 분해될 뿐만 아니라 각종 악취성분이 제거된다.

이 때, 광촉매가 활성화되기 위해서는 광촉매를 여기시키기 위한 에너지 즉, 밴드갭(band gap) 이상의 에너지가 필요하다. 예를 들어, 광촉매로서 산화티탄늄을 사용하는 경우 산화티탄늄을 여기시키기 위해서는 대략 350∼400nm 대역의 파장을 갖는 광에너지(3.2eV)가 필요하다.

본 발명은 산화티탄늄을 여기시키기 위한 에너지원으로 플라즈마 반응기를 제시한다.

상기 플라즈마 반응기는 방전전극(110)과 방전 대응극인 접지전극(120)으로 구성되며, 상기 접지전극의 방전전극 대향면에 산화티탄늄 코팅막(123)이 구비된다. 이 경우, 상기 방전전극(110)에서 접지전극(120)으로 플라즈마가 방출되면서 발생하는 에너지(대략 3∼4eV)에 의해 상기 접지전극에 코팅된 산화티탄늄이 여기된다. 이를 위해, 상기 방전전극(110)은 고전압 발생수단(130)의 출력선(L₁)에 연결되며, 상기 접지전극(120)은 고전압 발생수단의 접지선(L₂)에 상호 연결된다.

이 때, 상기 플라즈마 반응기는 흡입 냉기덕트(7) 상에 구비되는 바, 냉기의 유동을 방해하지 않으면서도 광촉매반응을 활성화시킬 수 있는 구조를 취해야 한다. 이를 위해, 상기 플라즈마 반응기는 유로저항이 최소화되도록 냉기의 유동방향에 대해 가로방향으로 구비되는 텅스텐 재질의 선형(wire type) 방전전극(110)과, 상기 방전전극의 후방에 구비되며 다수의 주름판(121)이 적층되는 골형(corrugate type) 접지전극(120)으로 구성된다. 이 때, 상기 주름판(121)의 표면에 산화티탄늄 코팅막(123)이 형성된다.

이와 같이 구성된 탈취장치의 작용을 개략적으로 설명하면, 먼저 냉장실을 순환하면서 고온화된 냉기가 냉기순환팬의 흡입력에 의해 흡입 냉기덕트(7)로 유입된다. 이 때, 냉기 중에는 각종 악취성분을 비롯하여 다량의 미생물이 포함되어 있다.

이 후, 냉기는 플라즈마 반응기로 유입된다. 이 때, 냉기 중의 악취성분은 그 결합에너지가 대략 3eV 이하이기 때문에 상기 플라즈마 반응기의 방전전극(110)으로부터 접지전극(120)으로 방출되는 플라즈마, 즉 3∼4eV의 전자와 충돌하여 그 연결 고리가 파괴되고, 이와 더불어 공기가 전자와 충돌하면서 생성된 라디칼(OH^-) 이온이 악취성분을 산화시키는 전기 화학적반응이 일어난다. 특히, 라디칼 이온은 악취성분을 이산화탄소와 물로 변하게 함으로써, 결국 악취성분은 무취성분(P₂)이 된다.

또한, 냉기 중의 악취성분은 접지전극(120)의 산화티탄늄 코팅막(123)에 부착되어 산화티탄늄의 내면으로 흡착된다. 이 때, 상기 산화티탄늄은 방전전극(110)에서 발생되는 3∼4eV의 전자에너지를 전달받아 전술한 라디칼 이온을 형성하게 되고, 상기 라디칼 이온의 강한 산화력에 의해 악취성분의 고리가 파괴되어 탈취기능이 더욱 촉진된다. 이와 동시에, 냉기 중의 각종 미생물은 광촉매반응시 발생하는 고열에 의해 소각됨으로써 살균이 이루어진다.

이상에서, 광촉매반응에 의한 탈취성능은 라디칼 이온이 얼마나 생성되느냐에 따라 좌우되는 것을 알 수 있다. 그런데, 상기 라디칼 이온의 농도는 방전전극(110)에 인가되는 전압의 파형에 의존하며, 일반적으로 상기 라디칼 이온이 일종의 음이온이기 때문에 (-)펄스가 중첩된 (-)전압이 방전전극에 인가될 경우 그 발생이 용이하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, -3kV의 직류전압에 -3kVp의 펄스가 중첩된 전압이 방전전극(110)에 인가된다. 이 때, 상기 방전전극에 인가되는 전압은 20∼30kHz의 주파수를 갖는다.

이 때, 상기 방전전극(110)에 인가되는 전압은 고전압 발생수단(130)의 출력전압이며, 이하 상기 고전압 발생수단에서 전술한 파형의 출력전압을 생성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5a는 본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치 중 고전압 발생수단의 구조를 도시한 회로도이고, 도 5b는 도 5a에 따른 고전압 발생수단의 각 단계별 전압파형을 도시한 도면이다.

도 5a에 도시된 바에 따르면, 상기 고전압 발생수단(130)은 입력단(IN)에 연결된 1차 코일(131a)과 상기 1차 코일에 대향 설치되며 출력단(OUT)에 연결된 2차 코일(131b)로 이루어진 트랜스(131)와, 상기 1차 코일에 연결되어 입력전압의 주파수를 변환시키는 트랜지스터(133) 및 클록 제너레이터(clock generator;132)와, 상기 2차 코일에 연결되어 (-)전압만을 출력단(OUT)으로 통과시키는 다이오드(134)와, 상기 2차 코일에 연결되어 (-)직류전압을 생성하는 다이오드(135) 및 콘덴서(136)로 회로를 이룬다.

이 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 입력단(IN)을 통해 저압부인 1차 코일(131a)에 인가된 60Hz, 220V의 교류전압('A'상태)은 상기 트랜지스터(133)와 클록 제너레이터(132)의 연동에 의해 주파수가 변환되어 20kHz, 220Vp('B'상태)의 교류전압이 된다. 이 후, 상기 전압은 1차 코일(131a)과 2차 코일(131b)의 권선비에 따라 증폭되어 상기 2차 코일에 유기되고, 계속해서 (-)전압만을 통과시키는 다이오드(134)를 지나면서 20kHz, -3kVp('C'상태)의 파형이 된다. 이와 동시에, 상기 2차 코일(131b)에 유기된 전압은 다이오드(135)와 콘덴서(136)의 연동에 의해 -3kVp의 직류전압('D'상태)이 된다. 이 후, 출력단(OUT)에는 -3kV의 직류전압에 20kHz, -3kVp의 펄스가 중첩된 전압('E'상태)이 인가되며, 전술한 파형을 갖는 전압이 플라즈마 반응기의 방전전극(110)에 인가된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다

본 발명에 따른 냉장고용 탈취장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명에 의하면 고내의 음식물로부터 생성된 각종 악취성분이나 미생물 등을 인체에 무해한 플라즈마 광촉매반응을 이용하여 분리 제거함으로써, 고내환경을 보다 안정적으로 쾌적하고 위생적으로 유지할 수 있다.

둘째, 본 발명에 의하면 플라즈마 반응기의 방전전극에 (-)펄스가 중첩된 (-)전압이 인가됨에 따라, 악취성분을 산화시키는 라디칼 이온의 생성이 더욱 활발해져 탈취성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 고내를 순환하는 냉기유로상에 구비되며, 방전전극과 산화티탄늄이 코팅된 접지전극으로 구성되는 플라즈마 반응기(plasma reactor);

   상기 방전전극에 전기적으로 연결되어 (-)펄스가 중첩된 (-)전압을 방전전극에 인가하여 음이온의 생성을 활성화시키는 고전압 발생수단을 포함하는 냉장고용 탈취장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방전전극에 인가되는 전압은 -3kV의 직류전압에 -3kVp의 펄스가 중첩된 것을 특징으로 하는 냉장고용 탈취장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 방전전극에 인가되는 전압은 20∼30kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고용 탈취장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 플라즈마 반응기는 유로저항이 최소화되도록 냉기의 유동방향에 대해 가로방향으로 구비되는 선형(wire type) 방전전극과, 상기 방전전극의 후방에 구비되며 산화티탄늄이 코팅된 다수의 주름판이 적층되는 골형(corrugate type) 접지전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 탈취장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 플라즈마 반응기는 냉장실을 순환한 냉기가 증발기 측으로 향하는 냉기유로상에 노출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 탈취장치.