KR20040085249A - 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 셀이 입체형으로 구성된 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치 및 그 방법은 오염된 공기가 1차 여과되는 프리필터부(2); 상기 프리필터부(2)에서 1차적으로 여과된 공기를 흡입하여 플라즈마 필터부(4)로 보내는 송풍부(3); 상기 송풍부(3)를 통해 나오는 공기를 대기압 글로우 플라즈마 방전에 의해 2차적으로 정화시키는 플라즈마 셀이 입체적으로 배열된 플라즈마 필터부(4); 및 상기 플라즈마 필터부(4)와 연결된 플라즈마 전원 공급장치를 포함하는 공기정화 장치(1)와 그 정화 방법에 관한 것으로서, 상기 플라즈마 필터부(4)는 토르말린(tourmaline) 또는 TiO2가 혼합된 재료로 글레이징(glazing) 처리가 되어 있는 플라즈마 셀이 3차원의 격자구조, 선반구조 및 와이어구조와 이들의 혼합구조를 가지도록 설계되어 있음에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치 및 그 방법은 부가적인 필터나 전기집진 장치를 구비하지 않아도 단독으로 정화가 가능하기 때문에 비용이 절감되며 장비의 효율성을 극대화할 수 있고, 기존의 코로나 방전에 비하여 오존 발생이 현저히 줄어든다는 장점이 있다. 또한 플라즈마 필터가 3차원의 구조를 가지는 플라즈마 셀로 이루어져 있기 때문에 공기와의 접촉면적이 넓어서 공기정화 효율이 증가되고, 글레이징 처리된 표면에서 음이온 방출 물질인 토르말린에 흡수되어 음이온 방출을 극대화할 수 있으며 광촉매인 TiO2와 반응함으로써 많은 활성 라디칼을 생성하기 때문에 병원성 미생물이나 대기 오염 물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 플라즈마 방전을 이용한 공기정화기에 있어서, 플라즈마 셀이 입체형으로 제작된 플라즈마 필터를 사용하여 글로우 방전을 일으키고 공기를 직접 통과시킴으로써 부가적인 필터나 전기집진 장치를 필요로 하지 않는 방법이다. 또한 플라즈마 셀을 음이온 발생체인 토르말린(tourmaline)과 광촉매인 TiO2를 혼합한 물질로 글레이징(glazing) 처리하여 음이온 방출효과와 광촉매에 의한 다량의 활성라디칼을 생성시켜 오염된 공기를 정화할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
공기를 정화시키는 방법에는 해파 필터를 포함하는 필터류를 이용하는 방법, 물의 흡착력을 이용하는 방법, 전기집진기를 이용한 코로나 방전에 의한 방법, TiO2를 포함하는 광촉매를 이용하는 방법 및 대기압 플라즈마를 이용하는 방법 등 여러 가지를 들 수 있다.
그 중에서도 플라즈마 방전 및 광촉매 작용에 의한 공기 정화 방법으로는 미국특허 제5,827,407호, 한국등록특허 제0317798호, 한국등록특허 제0195935호 등에 개시되어 있는데, 상기의 연구들은 코로나 방전에 의한 공기 정화 방법으로서, 전기집진기를 구배하고 있어서 미세한 먼지를 집진할 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있어서 필터를 교체하는 비용이 들지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 방전을 일으키기 위한 고전압을 공급해 주어야 하고 코로나 방전에 의하여 오존이 다량 발생한다. 또한 이 오존 발생량을 감소시키기 위해서 광촉매제를 주로 사용하게 되는데 TiO2를 포함하는 광촉매제는 태양광이나 자외선과 같은 빛을 필요로 하기 때문에 부가의 자외선 램프 등의 장치가 더 구비되어야 하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코로나 방전보다 안정적인 대기압 글로우 플라즈마 방전을 일으킬 수 있는 플라즈마 필터를 사용하여 오염된 공기를 직접 통과시켜 정화하고, 상기 플라즈마 필터의 전극 역할을 하는 플라즈마 셀을 입체형으로 구성하여 오염된 공기와의 접촉면을 증가시킴으로써 정화 효율을 향상시킬 수 있도록 한다. 또한 오존 발생을 최소화하면서도 부가적인 필터나 전기집진 장치가 없이도 다량의 활성라디칼과 음이온을 발생시킬 수 있는 공기정화 장치 및 그 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 공기정화 장치를 나타낸 개념도.
도 2a 내지 도2i는 본 발명에 의한 입체형 플라즈마 필터의 구조를 나타낸 개념도.
도 3a 내지 도3d는 본 발명에 의한 플라즈마 필터의 단위 셀을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명에 의한 실시예를 나타낸 개념도.
((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))
1. 공기정화 장치 2. 프리필터부
3. 송풍부 4. 플라즈마 필터부
5. 전도성 전극 6. 유전체
7. 글레이징 처리부
본 발명의 상기 목적은 오염된 공기가 1차 여과되는 프리필터부(2); 상기 프리필터부(2)에서 1차적으로 여과된 공기를 흡입하여 플라즈마 필터부(4)로 보내는 송풍부(3); 상기 송풍부(3)를 통해 나오는 공기를 대기압 글로우 플라즈마 방전에의해 2차적으로 정화시키는 플라즈마 셀이 입체적으로 배열된 플라즈마 필터부(4); 및 상기 플라즈마 필터부(4)와 연결된 플라즈마 전원 공급장치로 이루어진 공기정화 장치(1) 및 그 방법에 의해 달성된다.
특히, 본 발명의 공기정화 장치(1)에 구비된 플라즈마 필터부(4)는 토르말린(tourmaline) 또는 TiO2가 혼합된 재료로 글레이징(glazing) 처리가 되어 있는 플라즈마 셀이 3차원의 격자구조, 선반구조 및 와이어구조와 이들의 혼합구조를 가지도록 설계되어 있어서 정화대상이 되는 공기와의 접촉 면적이 넓고, 교류전원이 인가되면 안정적인 대기압 글로우 플라즈마 방전이 이루어져 오존 발생을 최대한 억제하면서도 공기 정화 능력이 우수한 다량의 활성라디칼과 음이온이 발생하여 공기를 정화하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 의한 공기정화 장치를 나타낸 개념도이다.
오염된 공기를 정화하는 공기정화 장치(1)는 오염된 공기가 1차 여과되는 프리필터부(2)와 상기 프리필터부(2)에서 1차적으로 여과된 공기를 흡입하여 플라즈마 필터부(4)로 보내는 송풍부(3), 상기 송풍부(3)를 통해 나오는 공기를 대기압 플라즈마 방전에 의해 2차적으로 정화시키는 플라즈마 셀이 입체적으로 배열된 플라즈마 필터부(4) 및 상기 플라즈마 필터부(4)와 연결된 플라즈마 전원 공급장치를 포함하여 이루어진다. 그리고 이 때 플라즈마 전원 공급장치는 수백 V∼수십 kV의 교류 전원으로서, 주파수는 10∼105Hz가 사용된다. 또한 상기의 공기정화 장치에는프리필터, 활성탄 필터, 헤파필터 및 송풍부를 교번하여 부가적으로 설치함으로써 정화효과를 증진시킬 수도 있고, 플라즈마 셀에 활성라디칼(활성 산소종 O2-, 히드록실 OH- 등)을 발생시키는 부가 장치를 연결하여 공기 정화에 도움이 되는 활성라디칼을 더욱 많이 발생시키도록 할 수도 있다.
다음, 도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 의한 입체형 플라즈마 필터의 구조를 나타낸 개념도이다. 본 발명에 의한 플라즈마 필터부(4)는 3차원 입체구조의 플라즈마 셀로 이루어져 정화될 공기와의 접촉면적을 최대화 할 수 있는데, 3차원의 격자구조(도 2a), 3차원의 선반구조(도 2b), 3차원의 와이어구조(도 2c) 및 상기 선반구조와 와이어 구조가 혼합된 구조(도 2d)로 설계될 수 있다. 또 도 2e, 도 2f, 도 2g, 도 2h 및 도 2i와 같은 여러 가지 입체적인 구조로 변형 설계될 수도 있다.
그리고, 상기의 플라즈마 필터부(4)를 이루는 플라즈마 셀은 그 자체로서 전극역할을 모두 수행할 수도 있고, 서로 대향된 각 단위유닛 한 쌍에 의해 대기압 글로우 방전을 일으킬 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 플라즈마 필터의 단위 셀을 나타낸 개념도로서, 도 3a와 도 3b는 상기의 플라즈마 셀이 두 개의 구분된 전극을 통하여 방전을 일으킬 경우를 나타낸 것이며, 유전체 재료 위에 전도성 전극(5) 패턴을 삽입한 것을 나타낸다. 즉, 도 2b, 도 2c,도 2d 및 도 2e와 같이 설계된 플라즈마 필터부(4)는 이렇게 대향된 각 플라즈마 단위유닛 한 쌍에 의해 방전을 일으킬 수 있다. 예를 들면 3차원 선반구조를 가지는 도 2b에서는 각 층의 플라즈마 단위유닛한 쌍(41, 42)이 전극으로 작용될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 전극(41, 43)과 정화능력을 지니는 기능성 재료로 코팅된 층(42)으로 구성될 수도 있다. 또한 도 2f와 같은 구조를 가지는 플라즈마 필터층(44, 45, 46)에 각각 다른 기능성 물질을 코팅하여 정화 능력을 다양하게 제어할 수도 있다. 도 3a에서는 전도성 전극(5)을 침형으로, 도 3b에서는 전도성 전극을 화살표 모양의 패턴으로 그려 넣은 경우를 나타낸 것으로, 전극 양단간의 전위차를 극대화 시킴으로써 음이온의 방출강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 소비 전력도 줄일 수 있다.
도 3c와 도 3d는 상기 플라즈마 셀이 전도성 전극(5)과 유전체(6)로 이루어진 일체형의 전극일 경우를 나타낸 것으로서, 상기 전도성 전극(5)이 유전체(6) 내에 삽입되거나 유전체의 양면에 위치하고, 유전체 위에는 전도성 전극(5)의 내구성 및 산화방지를 위해서 PbO, ZnO, B2O3또는 SiO2를 포함하는 산화물에 광촉매 재료인 TiO2또는 음이온 발생체인 토르말린(Tourmaline) 분말이 혼합된 수 ㎛ 이내의 재료로 글레이징(glazing) 처리한다.
이 때 상기 전도성 전극(5)은 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 스테인레스 강(Stanless Steel) 및 비표면적이 우수한 활성탄(activated carbon) 중의 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 유전체(6)는 MgO, Al2O3, TiO2또는 SiO2를 포함하는 산화물 계열의 세라믹 재료 또는 테프론(teflon)과 PEEK(poly ether ether ketone)를 포함하는 폴리머로 이루어진다.
도 4는 본 발명에 의한 실시예를 나타낸 개념도로서, 여기에서는 상기의 도 3c와 도 3d에서 나타낸 일체형의 전극으로 이루어진 플라즈마 필터부(4)를 나타내었다. 일체형의 전극으로 이루어진 플라즈마 필터부(4) 두 개가 일정한 각도를 이루면서 전원부에 연결되고, 토르말린, TiO2와 같은 기능성 물질이 도포된 기능성 전극(47)이 더 구비될 수도 있게 하여 대기압 플라즈마 방전을 극대화할 수 있는 구조이다. 즉, 이와 같은 구조를 가지는 공기정화 장치는 0∼90°의 각도로 서로 대향되게 배치된 적어도 두 개 이상의 플라즈마 필터부(4)에 의하여 대기압 플라즈마 방전이 이루어지고, 여기에 기능성 물질이 도포된 전극(47)에 의하여 더 많은 음이온과 활성라디칼을 생성하게 되므로 정화 능력을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 공기정화 장치를 이용한 공기 정화 방법은 공기정화 장치(1) 내부의 송풍부(3)에 의해서 오염된 공기가 유입되는 제 1단계, 상기 유입된 공기가 프리필터부(2)에 의해 1차 여과되는 제 2단계, 상기 1차 여과된 공기가 송풍부(3)에 의해 플라즈마 필터부(4)로 유입되는 제 3단계, 상기 플라즈마 필터부(4)의 대기압 글로우 플라즈마 방전에 의해 공기가 정화되는 제 4단계 및 상기 정화된 공기가 송풍부(4)에 의하여 외부로 배출되는 제 5단계로 이루어진다. 즉, 병원성 미생물이나 대기오염 물질인 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 포름알데히드, 담배연기 및 각종 유기화합물 등으로 오염된 공기가 강력한 송풍부(3)에 의해서 유입되고 프리필터부(2)를 지나면서 1차 여과된다. 그리고 수백V∼수십kV의 교류전원과 주파수 10∼105Hz인 전원이 플라즈마 필터부(4)로인가되면 플라즈마 셀이 단독 또는 대향된 두 개의 전극으로 작용하여 플라즈마 필터부(4)에서 대기압 글로우 방전을 일으키게 된다. 글로우 방전은 코로나 방전이나 스트리머성 방전과는 달리 주변의 공기와 공기속의 소량의 수분(H2O)을 이용하여 오존발생을 최대한 억제하면서 공기 정화 능력이 우수한 다량의 활성라디칼과 음이온을 발생시킨다. 이 때 방출된 음이온은 글레이징 처리된 표면에서 음이온 방출 물질인 토르말린에 흡수되어 훨씬 더 많은 음이온을 방출하게 되고, 또한 광촉매인 TiO2가 글로우 방전시 생성되는 빛에 의해 반응이 일어나 활성라디칼을 생성하게 되어 여러가지 오염물질에 의해 오염된 공기가 청정한 공기로 정화된다.
따라서, 본 발명의 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치 및 그 방법은 토르말린과 TiO2가 혼합된 재료로 글레이징 처리된 플라즈마 셀을 3차원의 입체구조를 가지도록 설계한 플라즈마 필터를 사용함으로써 자체적으로 대기압 글로우 플라즈마 방전을 일으켜 부가적인 필터나 전기집진 장치를 구비하지 않아도 단독으로 정화가 가능하기 때문에 비용 및 장비의 효율성을 극대화 할 수 있고, 오존의 발생이 현저히 줄어들면서도 음이온 발생체인 토르말린과 광촉매인 TiO2의 반응에 의해 많은 양의 활성라디칼을 형성시킴으로써 병원성 미생물이나 대기 오염 물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
Claims (23)
- 대기압 플라즈마 방전을 이용한 공기정화 장치(1)에 있어서,오염된 공기가 1차 여과되는 프리필터부(2);상기 프리필터부(2)에서 1차적으로 여과된 공기를 흡입하여 플라즈마 필터부(4)로 보내는 송풍부(3);상기 송풍부(3)를 통해 나오는 공기를 대기압 플라즈마 방전에 의해 2차적으로 정화시키는 플라즈마 셀이 입체적으로 배열된 플라즈마 필터부(4); 및상기 플라즈마 필터부(4)와 연결된 플라즈마 전원 공급장치를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 필터부(4)를 구성하는 플라즈마 셀이 3차원 격자구조로 배열됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 필터부(4)를 구성하는 플라즈마 셀이 3차원 선반구조로 배열됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 필터부(4)를 구성하는 플라즈마 셀이 3차원 와이어구조로 배열됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 필터부(4)를 구성하는 플라즈마 셀이 3차원 선반구조와 3차원 와이어구조가 혼합된 구조로 배열됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 3차원의 구조를 가지는 플라즈마 필터부(4)를 이루는 플라즈마 셀 자체가 전극역할을 수행할 수 있음을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 3차원의 구조를 가지는 플라즈마 필터부(4)를 이루는 플라즈마 셀은 서로 대향된 각 단위유닛 한 쌍이 전극역할을 수행할 수 있음을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 전극역할을 수행하는 플라즈마 셀의 단위유닛은 유전체 재료 위에 전도성 전극(5)이 패턴으로 그려진 것임을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 전도성 전극(5)의 패턴은 침형 또는 화살표 모양을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 셀은 전도성 전극(5)과 유전체(6)로 이루어진 일체형의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 전도성 전극(5)은 유전체(6) 내에 삽입되거나 유전체의 양면에 위치하는 것을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 전도성 전극(5)은 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 스테인레스 강(Stanless Steel) 및 활성탄 중의 어느 하나의 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 유전체(6)는 산화물 계열의 세라믹 재료 또는 폴리머로 이루어짐을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 13항에 있어서,상기 산화물 계열의 세라믹 재료는 MgO, Al2O3, TiO2및 SiO2중 어느 하나의 재질임을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 13항에 있어서,상기 폴리머는 테프론(teflon)과 PEEK(poly ether ether ketone)를 포함하는 재질임을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 플라즈마 셀의 유전체(6) 위에 위치한 전도성 전극(5)의 보호를 위하여 유전체 위에 글레이징(glazing) 처리하는 것을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 16항에 있어서,상기 글레이징 처리에 사용되는 재료는 PbO, ZnO, B2O3또는 SiO2를 포함하는 산화물에 광촉매 재료인 TiO2또는 음이온 발생체인 토르말린(Tourmaline) 분말이 혼합된 것이 사용됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기의 공기정화 장치(1)에 부가적으로 활성탄 필터, 헤파필터 및 송풍부를 교번하여 더 부착시킬 수 있음을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 필터부(4)에 활성라디칼을 발생시키는 부가장치를 더 연결할 수 있음을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 플라즈마 필터부(4)는 적어도 두 개 이상이 0∼90°의 각도로 서로 대향되게 배치됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 제 20항에 있어서,상기 두 개 이상의 플라즈마 필터부(4) 사이에는 기능성 전극(47)이 더 구비될 수도 있음을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치.
- 상기 제 1항의 플라즈마 1셀이 입체적으로 배열된 플라즈마 필터부(4)가 장착된 공기 정화기를 사용한 공기 정화 방법에 있어서,공기 정화기(1) 내부의 송풍부(3)에 의해서 오염된 공기가 유입되는 제 1단계;상기 유입된 공기가 프리필터부(2)에 의해 1차 여과되는 제 2단계;상기 1차 여과된 공기가 송풍부(3)에 의해 플라즈마 필터부(4)로 유입되는 제 3단계;상기 플라즈마 필터부(4)의 대기압 글로우 플라즈마 방전에 의해 공기가 정화되는 제 4단계; 및상기 정화된 공기가 송풍부(4)에 의하여 외부로 배출되는 제 5단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 방법.
- 제 22항에 있어서,상기 제 4단계의 공기가 정화되는 단계에서는 대기압 플라즈마 방전에 의하여 음이온이 발생하고 다량의 활성라디칼이 생성되어 공기가 정화됨을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 방법.
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