KR20040054160A

KR20040054160A - 무 오존 클러스터 음이온 발생장치

Info

Publication number: KR20040054160A
Application number: KR1020020080961A
Authority: KR
Inventors: 이영; 한미숙
Original assignee: (주) 디오넥스; 주식회사 나이테크
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-06-25
Also published as: EP1567201A1; WO2004054628A1; JP2006511044A; CN100379461C; CN1729024A; EP1567201A4; AU2003253478A1; AU2003253478A8

Abstract

본 발명은 실내에서 설치되는 공기청정기 또는 공조조화기 등의 내부에 장착되어 음(-)이온을 발생시키는 무 오존 클러스터 음이온발생장치에 관한 것으로, 무수히 많은 예리한 돌출부를 갖는 실(섬유)의 형태의 음이온 발생부와 전원공급부로 구성하되, 상기 음이온 발생부는 8가지 성분(백금, 스테인리스, 구리, 은, 아연, 니켈, 망간, 텅스텐)의 합금, 자유전자를 갖는 도전포, 도전성 고무질 및 반도전성 고무질을 밧줄처럼 꼬인 형태로 형성하여, 상기 음이온 발생부에 전기에너지를 가함으로서 공기 중으로 코로나방전을 하도록 하면서 코로나(corona)방전을 시킴으로서 불꽃방전을 하지 않고 방전을 행하도록 하여 안정성을 확보하도록 하고, 음이온을 생성하되 오존(O₃)을 발생시키지 않도록 하는 음이온 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.

Description

무 오존 클러스터 음이온 발생장치 { Non-Ozone a Cluster anion apparatus}

본 발명은 실내에서 설치되는 공기청정기 또는 공조조화기 등의 내부에 장착되어 음(-)이온을 발생시키는 무 오존 클러스터 음이온발생장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 무수히 많은 예리한 돌출부를 갖는 실(섬유)의 형태의 음이온 발생부와 전원공급부로 구성하되, 상기 음이온 발생부는 8가지 성분(백금, 스테인리스, 구리, 은, 아연, 니켈, 망간, 텅스텐)의 합금, 자유전자를 갖는 도전포, 도전성 고무질 및 반도전성 고무질을 밧줄처럼 꼬인 형태로 형성하여, 상기 음이온 발생부에 전기에너지를 가함으로서 공기 중으로 코로나방전을 하도록 하면서 코로나(corona)방전을 시킴으로서 불꽃방전을 하지 않고 방전을 행하도록 하여 안정성을 확보하도록 하고, 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 되었으며, 실내공기를 건강에 좋은 호흡공기로 변환하도록 각 사무실, 거실, 안방 등, 실내 어느 장소에나 공기청정기를 구비하게 되었다.

건강에 좋은 호흡 공기는 유해가스성분 또는 여러 가지 악취물질이 없는 공기를 말하는 것으로 VOCs(휘발성 유기물질), 박테리아, 바이러스 및 신종 전자파등을 가급적 적게 함유해야 것인데, 다시 말해서 공기 중에 유해물질이 많아지면 음이온이 줄어들고 양이온이 증가하는데, 양이온을 많이 함유하는 공기는 인간의 편안함, 컨디션유지 및 집중력을 현저히 저하시키고 각종 질병의 원인으로서 삶의 질을 떨어뜨린다는 것은 각종 연구 결과로 밝혀진 공지된 사실이다.

따라서 실내공기를 정화하기 위한 기술이 개발되어 알려지는데, 현재까지 알려진 공기정화기술은 실내의 먼지 및 분진, 악취를 제거하고, 실내의 공기를 깨끗하게 정화시키기 위하여 필터를 이용하거나 전기 집진기를 이용한 방식이 주류를 이루고 있다.

상기 필터만으로는 공기를 효과적으로 깨끗하게 유지시키지 못하는 단점이 있었고, 전기 집진식 음이온을 이용한 방식은 음이온이 기대치 이하로 발생이 되며 또한 우리 몸에 해로운 오존 산화물이 발생될 뿐만 아니라 일부 먼지 특히 0.5마이크로 영역의 크기는 정화효율이 기대에 크게 미치지 못했다.

음이온은 심신이 휴식을 취할 수 있도록 부교감신경에 영향을 주어 기분을 안정시키고 몸을 진정하는 효과가 있으며 질병으로부터 우리를 보호하며 면역력을 증가시키고 공기 중의 각종 오염물질을 효과적으로 제거한다고 알려져 있다.

본 발명은 클러스터 음이온을 발생시키는 장치에 관한 것으로 클러스터 음이온을 발생시키는 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 전극간에는 micro A(10^-6A)정도의 전류가 흐르는데 이 방전을 코로나 방전(corona discharge)이라한다. 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 기저상태보자도 높은 에너지 준위(외측의 궤도)로 전이한다. 이 현상을여기 또는 여발(excitation)이라 하고, 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 음이온과 양이온간의 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.

기체분자가 자유전자와 결합해서 음이온으로 되는 현상을 전자부착(electronattachment)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.

그런데 상기 오존(O₃)의 특성을 살펴보면 긍정적인 효과도 있는 반면에 인체에는 치명적인 악영향을 끼치는 것이다.

즉, 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 무해화 하는 긍정적인 탁월한 효능을 갖고 있다.

또한, 오존은 3개의 산소 원자 중 하나를 다른 물질로 전달하는 시간이 매우 빠르고, 산화력이 매우 강해서 유기화합물, 무기화합물과 모두 반응해서 산화 시킨다.

따라서 대기 중에서 인체에 해를 미치는 것도 같은 원리로 피부에 있는 유기물질과도 결합을 시도, 인체에 해로운 물질을 생성하고 치명적인 장애를 일으킨다.

인체와의 반응성에 대한 예를 들면 오존의 강한 산화력에 의해서 폐 세포의 조직을 파괴시켜 호흡기능을 떨어뜨릴 수 있고, 더욱 위험한 것은 세포핵 속의 유전자를 손상시키는 것으로 이럴 경우 DNA의 돌연변이로 암까지도 유발할 수 있으며, 각막 같은 연한 조직은 오존에 의하여 손상을 입기 쉽다.

특히 오존은 어린이, 노약자, 심장병환자 등에게 심각한 영향을 미치는데 오존농도가 0.1ppm 올라가면 사망자 수가 7%나 늘어난다는 연구결과가 나올 정도로 위험한 가스중의 하나이다. 이런 이유로 각국에서는 오존의 허용농도를 지정하여 강력하게 규제하고 있는 실정이다.

* 일본산업위생: 0.06(8시간평균)/0.12(1시간평균)

* 대한민국 환경청: 0.06(8시간평균) /0.1(1시간평균)

*OSHA(occupational Safety Health Association):

0.1(8시간평균) /0.3(15-30분)

오존이 인체에 미치는 영향

오존(ppm)	인체에 미치는 영향
0.01 - 0.03	냄새를 느끼는 정도
0.1	강한 냄새, 코나 목에 자극을 줌.
0.2 -0.5	3- 6시간 정도의 노출에도 시력이 떨어짐
0.5	확실하게 기도 등 호흡기에 자극을 느낌.
1 - 2	두통, 호흡기에 가래 등을 일으킴, 노출이 반복되면 만성이 됨.
5 - 10	맥박 증가, 폐수종을 일으킴.
15 - 20	작은 동물은 2시간 이내에 죽을 수 있음.
50	사람도 1시간 이내로 생명이 위험한 상태로 될 수 있음.

상기 오존은 약 0.01 ~ 0.03ppm 정도면 독특한 냄새를 발산 시킨다. 냄새의 특징은 비릿한 냄새를 풍기는데 짧은 시간에도 사람에 따라 역겨운 반응을 나타내기도 한다. 대부분의 사람이 이 냄새로 인하여 음이온과 오존을 혼동하는 경우가 있는데, 음이온은 무색, 무취, 무미이고 건강에 유익하다고 알려져 있다. 즉 종래의 음이온 발생장치는 음이온을 얻기 위하여 인체에 해로운 오존을 같이 생산해 내는 것이다

따라서 종래의 공기청정기는 무성방전(無聲放電)에 의해 음이온을 발생시킴과 동시에 부산물인 오존(O₃)을 필연적으로 발생시키는 문제점이 지적되었다.

공기청정기에서 계속적으로 생성되는 오존(O₃)에 장시간 노출될 때에 실내에서 호흡하는 사람은 매스꺼움을 느끼고 심한 경우 구토증상까지 발생하는 매우 심각한 문제가 지적되었고, 특히 임산부, 노약자, 어린이에게는 건강상에 치명적일 수 있는 것이다.

상기와 같은 오존의 인체에 대한 악영향으로 인하여 정부에서는 오존발생량을 엄격하게 구제하고 있어 이에 대한 대체장치가 시급한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소할 수 있도록 하는 무 오존 클러스터 음이온발생장치를 제공하려는 것이다.

본 발명은 무수히 많은 예리한 돌출부를 갖는 실(섬유)의 형태의 음이온 발생부와 전원공급부로 구성하되, 상기 음이온 발생부는 8가지 성분(백금, 스테인리스, 구리, 은, 아연, 니켈, 망간, 텅스텐)의 합금, 자유전자를 갖는 도전포, 도전성 고무질 및 반도전성 고무질을 밧줄처럼 꼬인 형태로 형성하여, 상기 음이온 발생부에 전기에너지를 가함으로서 공기 중으로 코로나방전을 하도록 하면서 음이온만을 발생시키도록 하는 무 오존 클러스터 음이온발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 코로나(corona)방전을 시킴으로서 불꽃방전을 하지 않고 방전을 행하도록 하여 안정성을 확보하도록 하는 무 오존 클러스터 음이온발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래에 음이온을 생성함과 동시에 부산물인 오존이 발생하지 않도록 함으로서 오존 규제에 대한 문제를 해결할 수 있는 무 오존 클러스터 음이온발생장치를 제공하는데 있다.

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

보인 예시도

도 2는 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 구성을 보인 예시도

도 3은 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 요부를 확대하여 보인 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 작용을 설명하기 위하여 도시한

예시도로서, 수분에 의한 클러스터 생성상태를 도시한 설명도.

도 5는 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 작용을 설명하기 위하여 도시한

예시도로서, 클러스터(소이온)의 생성 과정을 보인 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 침전극 2: 평판 전극

11: 음이온 발생기 몸체 12: 음이온 발생부

13: 전원공급부 14: DC고전압 연결선

15: 음이온 발생 고전압부 16: 전원연결부

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

첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 구성을 보인 예시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 요부인 음이온 발생부를 확대하여 보인 예시도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 음이온 발생장치의 작용을 설명하기 위하여 도시한 예시도로서, 각 수분에 의한 클러스터 생성상태를 도시한 설명도이고, 클러스터(소이온)의 생성 과정을 보인 설명도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 무 오존 이온발생장치는 음이온발생부(12)와 음이온발생 고전압부(15)로 구성되어 음이온발생 고전압부(15)에서 직류 고전압을 음이온 발생부(12)에 인가함으로서 음이온을 발생시키는 것이다.

상기 음이온 발생부(12)는 음이온발생기 본체(11)에 실(섬유)의 형태로 감겨져 있는 것이고, 음이온 발생부(12)의 일측에는 통상의 전원 공급부(13)를 연결하여 직류 고전압 전원을 인가받는 것이다.

상기 음이온발생 고전압부(15)는 교류 및 직류의 전원을 인가받아 직류 고전압으로 전환하여 직류 고전압을 직류전압연결선(14)을 통하여 상기 전원 공급부(13)에 연결한 것이다.

상기 음이온발생부(12)를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 3에 도시한 바와 같이 음이온발생부(12)는 8가지 금속성분(백금, 스테인리스, 구리, 은, 아연, 니켈, 망간, 텅스텐)의 합금, 자유전자를 가지고 있는 도전(導電)포, 도전성 고무질 및 반도전성 고무질로 구성하되, 밧줄처럼 꼬인 섬유 형태로 형성한 것이다.

즉 상기 음이온발생부(12)에 전기에너지를 가하면, 전기 에너지는 열에너지로 바꾸어 일정한 저항을 통하여 공기 중으로 코로나(corona)방전을 하기 때문에 불꽃 방전을 하지 않으면서 방전을 행하여 안전성이 확보된다.

상기 음이온 발생부(12)는 섬유의 형태로서 표면을 확대해보면 마치 무수히 많은 피뢰침과 같은 형상을 하고 있으며 이 곳을 통하여 넓은 표면적에 걸쳐 공기 중에 방전을 하게 된다.

이하 오존이 생기지 않는 메커니즘에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.

이온 발생부(12)의 내부에서 공기 중으로 코로나방전을 하면, 불꽃이 생기지 않는 방전을 하게 되고, 열에너지와 함께 방출된 전자에 의하여 일부 대기 중의 수분(H₂O)은 수소(H+)와 수산기(hydroxyl radical: OH-)로 분해 된다.

또한 섬유 표면으로 오존음이온(ozone radical anion: O₃-)이 발생한다.

이 오존은 수산기(hydroxyl radical: OH-)와 반응하여 완전한 수산기 음이온(per hydroxyl radical anion: HO₂-)과 강산화성 음이온(super oxide radical anion: O₂-)을 발생시킨다.

상기 강산화성 음이온(super oxide radical anion: O₂-)은 수분과 만나서 클러스터(cluster)이온을 형성한다.

다음 수식은 오존의 분해 메커니즘을 나타낸 것이다.

O ₃ + OH- → HO ₂ + O ₂ -

상기 공기 중에 방출된 강산화성 음이온(O₂-)들은 공기 중의 물분자들에 둘러싸이면서 분자집단(cluster)을 형성하게 된다. 도 4는 수분에 의하여 강산화성 음이온(O2-)이 클러스터를 형성하는 모습을 개략도로 도시한 예시도이다.

일부 방출된 전자는 대기 중에 전자이온을 방출시키고 순간적으로 이것이 핵이 되며 주변에 기체분자를 끌어와 소이온이 되고 이들이 결합하여 분자집단(cluster)으로 된다.

이렇게 형성된 소이온과 전자가 먼지나 때, 혹은 안개 등의 미립자(corpuscular)에 붙으면(electron attachment) 앞서 말한 소이온과 형은 같지만, 질량은 수백 배에 달하는 클러스터(cluster)이온이 된다. 도 5는 클러스터 이온이 형성되는 과정을 개략도로 도시한 예시도이다.

따라서 본 발명은 인체에 유익한 음이온을 생성하면도 오존을 생성하지 않는 무 오존 클러스터 음이온발생장치인 것이다. 클러스터 이온이란 자연계에 존재하는 이온과 가장 유사한 이온으로 공기 중에서 좀더 오랜 시간 그리고 멀리 움직일 수 있는 이온을 말하는데 기존의 오존을 수반하는 음이온 발생장치들은 이온이 발생하자마자 중화되어 버리는 일종의 전자 같은 것이다.

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

따라서 본 발명에 따른 무 오존 클러스터 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 있으며, 나아가 몸의 저항력도 증가되어 각종 질병으로부터 우리 몸을 보호하는 것이다.

특히 본 발명은 인체에 이롭다고 알려진 음이온을 오존 없이 발생시키는 장치로서 기존의 방전 시 필연적으로 발생되었던 오존을 원천적으로 억제할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

또한 오존이 발생되지 않기 때문에 음이온 발생시 고려했던 오존 규제에 대한 문제를 해결하는 대안 장치인 것이다.

Claims

음이온을 발생시키는 장치에 있어서,

백금, 스테인리스, 구리, 은, 아연, 니켈, 망간 및 텅스텐의 8가지 금속성분을 가공한 합금, 자유전자를 가지고 있는 도전(導電)포, 도전성 고무질 및 반도전성 고무질로 구성하되, 밧줄처럼 꼬인 섬유 형태로 형성하여 음이온발생기의 본체(11)에 감겨지는 음이온발생부(12)와

상기 음이온발생부(12)의 일측에는 장착되어 직류 전원을 공급하는 전원공급부(13)와,

통상의 전원공급부(16)를 통하여 교류 및 직류의 전원을 인가받아 직류 고전압으로 전환하고, 직류 고전압을 직류전압연결선(14)을 통하여 상기 전원공급부(13)에 공급하는 음이온발생 고전압부(15)로 구성하는 것을 특징으로 하는 무 오존 클러스터 음이온 발생장치.
청구항 1에 있어서,

상기 음이온 발생부(12)는 표면에 무수히 많은 예리한 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 무 오존 클러스터 음이온 발생장치.