KR20040102515A - 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치 - Google Patents

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KR20040102515A
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안철
김종성
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(주)수도프리미엄엔지니어링
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Abstract

본 발명은 공기중의 오염물질의 제거, 살균, 부패방지, 탈취 등의 용도로 사용하는 실내공기 정화장치에 관한 것으로서, 특히 방전관내의 유전체에 밀착된 고전압 전극과 접지전극을 사용하여 인체에 유해한 오존발생량을 줄이고 이온 클러스터(Cluster)를 발생시켜 인체에 무해하면서도 악취와 휘발성유기화합물(VOC) 등을 제거하고 살균효과를 발휘하는 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것이다.
본 발명의 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치는 스위치(10)가 켜지면 팬(Fan)(40)을 작동시키고 공기 질 센서(30)로부터 오염상태에 대한 정보를 획득하여 미리 저장되어진 데이터베이스로부터 공기 질의 오염정도에 해당하는 전압의 세기 및 방전시간의 명령을 고전압발생기(50)로 보내는 제어부(20); 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 공기 질의 오염상태를 감지하고 이에 대한 정보를 제어부(20)로 전송하는 공기 질 센서(30); 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 해당되는 세기의 전압을 발생시켜 일정시간 방전관(60)에 인가하는 고전압발생기(50); 상기 고전압발생기(50)로부터 발생된 전압이 인가되는 일정 형상의 고전압 전극(61), 상기 고전압 전극(61)과 일정 간격을 두고서 상기 고전압 전극(61)을 감싸는 접지 전극(62), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62) 사이에서 인가전압을 낮추기 위해 두께를 얇게하고 양 전극과 최대한 밀착시킨 표면에 편극전하가 나타나는 유전체(63), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62)을 완전히 절연하기 위해유전체(63) 내부를 밀봉하는 절연체(65)로 이루어진 이온 클러스터를 생성하는 방전관(60); 그리고, 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 작동되고 방전관(60)에서 생성된 이온 클러스터를 실내로 방출하는 팬(40)으로 구성되어 있다.

Description

이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치{Indoor atmosphere purifier using ion cluster}
본 발명은 공기중의 오염물질의 제거, 살균, 부패방지, 탈취 등의 용도로 사용하는 실내공기 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방전관내의 유전체에 밀착된 고전압 전극과 접지전극을 사용하여 인체에 유해한 오존발생량을 줄이고 이온 클러스터(Cluster)를 발생시켜 인체에 무해하면서도 악취와 휘발성유기화합물(VOC) 등을 제거하고 살균효과를 발휘하는 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 실내공기 정화장치는 실내의 담배 냄새, 땀 냄새 등의 탈취 및 먼지 등을 제거하고 바이러스, 곰팡이, 진드기 등을 살균하여 실내의 공기를 쾌적하게 만드는 수단으로써, 그 원리는 일정한 파장을 갖는 자외선과 오존을 발생시켜, 오존이 독자적으로 분해함과 더불어 자외선에너지에 의해 오존이 광분해되는 과정에서 OH래디컬(Radical)이 다량 생성되어 산화처리하는 방법으로 실내공기를 살균, 탈취, 정화시킨다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 플라즈마 방전관을 이용한 실내공기 정화장치는 유전체(3) 내부의 고전압 전극(1)과 유전체 외부표면에서 일정 간격으로 장치한 외부의 접지 전극(2) 사이에 고전압을 가해 무성방전을 일으킴으로써 오존을 발생시킨다.
상기 방전관은 2중 원통형 동축구조로 되어 있고 고전압 전극(1)과 접지 전극(2)사이에 고전압 교류전원(4)에 의하여 1KHz, 6,000~18,000V 정도의 중주파 고전압 교류를 인가하며, 효과적인 방전을 위하여 일정 간격의 방전공간(5)을 확보하여 그 안에 고순도 산소가스 또는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 등의 첨가가스가 혼합된 가스를 원료가스로 사용하여 방전을 일으키게 된다.
그러나 종래의 방전관은 고전압 전극(1)에 인가되는 전압이 높고 중주파수이며, 유전체(3) 외부표면과 접지전극(2) 사이에 상당한 공간이 형성되어 있기 때문에, 다량의 오존이 발생됨으로 인하여 연속 사용시 인체에 유해하다. 일본에서는 생활환경기준으로 오존을 0.06ppm이하로 규제하고, 작업환경기준으로 오존을 0.1ppm(하루 8시간) 이하로 규제하고 있으며, 우리나라에서도 작업환경기준으로 오존을 0.1ppm(하루 8시간) 이하로 규제하고 있다.
또한 고순도 산소가스 또는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 등의 첨가가스가 혼합된 가스를 원료로 사용해야 하고, 따라서 유전체(3) 표면과 접지전극(2) 사이에 별도의 방전공간(5)을 확보해야 하므로 제조가 불편한 단점이 있었다.
이에 따라 인체에 유해한 오존발생량을 줄이고 인체에 무해하면서도 악취와 휘발성 유기화합물(VOC) 등을 제거하고 살균효과를 발휘하며, 혼합가스를 사용하지 않으므로 별도의 방전공간이 불필요하여 제조가 간편한 실내공기 정화장치의 제조가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 방전관내의 유전체에 밀착된 고전압 전극과 접지전극을 사용하여 인체에 유해한 오존발생량을 줄이고 이온 클러스터(Cluster)를 발생시켜 인체에 무해하면서도 악취와휘발성유기화합물(VOC) 등을 제거하고 살균효과를 발휘하며, 혼합가스를 사용하지 않으므로 별도의 방전공간이 불필요하여 제조가 간편한 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치는 스위치가 켜지면 팬(Fan)을 작동시키고 공기 질 센서로부터 오염상태에 대한 정보를 획득하여 미리 저장되어진 데이터베이스로부터 공기 질의 오염정도에 해당하는 전압의 세기 및 방전시간의 명령을 고전압발생기로 보내는 제어부; 상기 제어부로부터 신호를 받아 공기 질의 오염상태를 감지하고 이에 대한 정보를 제어부로 전송하는 공기 질 센서; 상기 제어부로부터 신호를 받아 해당되는 세기의 전압을 발생시켜 일정시간 방전관에 인가하는 고전압발생기; 상기 고전압발생기로부터 발생된 전압이 인가되는 일정 형상의 고전압 전극, 상기 고전압 전극과 일정 간격을 두고서 상기 고전압 전극을 감싸는 접지 전극, 상기 고전압 전극과 접지 전극 사이에서 인가전압을 낮추기 위해 두께를 얇게하고 양 전극과 최대한 밀착시킨 표면에 편극전하가 나타나는 유전체, 상기 고전압 전극과 접지 전극을 완전히 절연하기 위해 유전체 내부를 밀봉하는 절연체로 이루어진 이온 클러스터를 생성하는 방전관; 그리고, 상기 제어부로부터 신호를 받아 작동되고 방전관에서 생성된 이온 클러스터를 실내로 방출하는 팬으로 구성되어 있다.
도 1은 종래 오존발생기의 방전관의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 실내공기 정화장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 실내공기 정화장치의 방전관의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 실내공기 정화장치의 방전관의 사시도이다.
<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 고전압 전극 2: 접지 전극
3: 유전체 4: 고전압 교류전원
5: 방전공간
10: 스위치 20: 제어부
30: 공기 질 센서 40: 팬(Fan)
50: 고전압 발생기 60: 방전관
61: 고전압 전극 62: 접지 전극
63: 유전체 64: 고전압 교류전원
65: 절연체
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 실내공기 정화장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 실내공기 정화장치의 방전관의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 실내공기 정화장치의 방전관의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치는 스위치(10)가 켜지면 팬(40)을 작동시키고 공기 질 센서(30)로부터 오염상태에 대한 정보를 획득하여 미리 저장되어진 데이터베이스로부터 공기 질의 오염정도에 해당하는 전압의 세기 및 방전시간의 명령을 고전압발생기(50)로 보내는 제어부(20); 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 공기 질의 오염상태를 감지하고 이에 대한 정보를 제어부(20)로 전송하는 공기 질 센서(30); 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 해당되는 세기의 전압을 발생시켜 일정시간 방전관(60)에 인가하는 고전압발생기(50); 상기 고전압발생기(50)로부터 발생된 전압이 인가되는 일정 형상의 고전압 전극(61), 상기 고전압 전극(61)과 일정 간격을 두고서 상기 고전압 전극(61)을 감싸는 접지 전극(62), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62) 사이에서 인가전압을 낮추기 위해 두께를 얇게하고 양 전극과 최대한 밀착시킨 표면에 편극전하가 나타나는 유전체(63), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62)을 완전히 절연하기 위해 유전체(63) 내부를 밀봉하는 절연체(65)로 이루어진 이온 클러스터를 생성하는 방전관(60); 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 작동되고 방전관(60)에서 생성된 이온 클러스터를 실내로 방출하는 팬(40)으로 구성되어 있다.
상기 제어부(20)는 on/off 신호를 받아 작동할 수 있도록 스위치(10)와 연결되어 있으며, 오염상태에 대한 정보를 획득하기 위해 공기 질 센서(30)와도 연결되어 있다.
또한, 상기 제어부(20)는 상기 공기 질 센서(30)로부터 획득한 정보를 분석하여 해당하는 전압의 세기 및 방전시간의 명령을 고전압발생기(50)로 보내기 위해 내부에는 미리 저장되어진 데이터베이스를 갖추고 있으며, 출력신호를 보내기 위해 고전압발생기(50)와 연결되어 있다.
그리고, 상기 제어부(20)는, 스위치(10)가 켜지면 제어부(20)로부터 신호를 받아 작동되고 방전관(60)에서 생성된 이온 클러스터를 실내로 방출하는 팬(Fan)(40)과도 연결되어 있다.
상기 공기 질 센서(30)는 스위치(10)가 켜지면 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 공기 질의 오염상태를 감지하고 이에 대한 정보를 전송하기 위해 제어부(20)와 연결되어 있다.
상기 고전압발생기(50)는 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 해당되는 세기의 전압을 발생시키기 위해 제어부(20)와 연결되어 있으며 발생된 전압을 일정시간 상기 방전관(60)에 인가하기 위해 방전관(60)과도 연결되어 있다.
상기 방전관(60)은 상기 고전압발생기(50)로부터 발생된 전압을 일정시간 동안 인가받기 위해 고전압발생기(50)와 연결되어 있는 일정 형상의 고전압 전극(61), 상기 고전압 전극(61)과 일정 간격을 두고서 상기 고전압 전극(61)을 감싸는 접지 전극(62), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62) 사이에서 인가전압을 낮추기 위해 두께를 얇게하고 양 전극과 최대한 밀착시킨 표면에 편극전하가 나타나는 유전체(63), 그리고 유전체(63) 내부를 밀봉함으로써 고전압 전극(61)과 접지전극(62)을 완전히 절연하기 위한 절연체(65)로 구성되어 있다.
상기 고전압 전극(61)과 접지전극(62)은 오존발생량을 줄이고자 인가되는 전압을 크게 낮추기 위해 최대한 유전체(63)에 밀착되어 있다.
또한, 상기 고전압 전극(61)은 이온 발생량을 최대화하기 위해 전기저항이 낮고 내구성이 양호한 은이나 니켈을 유전체(63)내부에 코팅하여 사용하고, 상기 접지 전극(62) 또한 이온 발생량을 최대화하기 위해 스테인리스 망을 사용한다.
그리고, 상기 유전체(63)는 오존발생량을 줄이고자 인가되는 전압을 낮추기 위하여 고전압 전극(61)과 접지 전극(62) 사이에서 양 전극과 최대한 밀착되어 있고, 두께를 최대한 얇게 한다.
또한, 상기 절연체(65)는 고전압 전극(61)과 접지 전극(62)을 완전히 절연하기 위해 유전체(63) 내부를 밀봉한다.
상기 팬(40)은 스위치(10)가 켜지면 상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 작동되기 위하여 제어부(20)와 연결되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치는 다음과 같이 작용한다.
우선 스위치(10)를 켜면 제어부(20)는 팬(40)을 작동시켜 방전관(60)에서 생성될 이온 클러스터를 실내로 방출할 준비를 하게 하고, 공기 질 센서(30)로부터 실내공기의 오염상태에 대한 정보를 취득한다.
그리고 상기 제어부(20)는 상기 공기 질 센서(30)로부터 취득한 정보를 미리 저장되어진 데이터베이스와 비교하여 공기 질의 오염정도에 해당하는 전압의 세기및 방전시간의 명령을 고전압발생기(50)로 보낸다.
다음에 고전압발생기(50)는 상기 제어부(20)에서 전송된 명령에 따라 해당되는 전압의 세기 및 방전시간을 방전관(60)에 인가하게 된다.
상기 고전압발생기(50)는 일반적인 상용 주파수인 60Hz 이하의 저주파, 5,000V 이하의 고전압을 발생시켜 방전관(60)에 인가함으로써 최대한 오존 발생량을 억제한다.
그리고 방전관(60)은 상기 고전압발생기(50)에서 발생된 저주파 고전압을 고전압발생기(50)와 연결되어 있는 속이 빈 원통 형상의 고전압 전극(61)을 통해 일정시간 동안 인가받게 되며, 상기 고전압 전극(61)과 일정 간격을 두고서 상기 고전압 전극(61)을 감싸는 접지 전극(62)을 통해 접지되어 전기적 무성방전에 의해 이온 클러스터를 발생시킨다.
이온 클러스터의 발생원리를 구체적으로 살펴보면, 방전관(60)내의 고전압 전극(61)에 고전압 교류를 인가하면 유전체(63) 표면에 강한 전기장이 형성되고 부분적인 방전이 발생되면서 공기 분자들에게서 전자를 빼앗거나 전자를 결합시켜서 기체분자 양이온과 음이온을 만들어 낸다.
O2+ e-→O2 -
O2→O2 ++ e-
발생된 산소 음이온은 공기 중의 물과 반응하여 유기 분자(Organicmolecules)들을 쉽게 산화시킬 수 있는 과산화기(per-hydroxyl)와 수산화기(hydroxyl)를 발생시킨다.
2O2 -+ 2H2O →O2+ HO2 -+ OH-
또한, 산소 음이온은 부산물로 발생된 오존과 직접 반응하여 수산화기를 발생시킨다.
2O2 -+ O3+ H2O →2O2+ OH-+ OH
상기에 언급한 반응으로 발생된 산소 음이온과 양이온, 그리고 과산화기와 수산화기는 강력한 친화력을 지니므로 집단의 형태로 뭉쳐서 이온 클러스터(Ion cluster)를 형성하게 된다.
고전압 교류전원에 의해 방전을 시켜 발생된 산소 음이온에 의해 상기 반응이 일어나며 이로 인해 발생된 이온 클러스터(산소 음이온과 산소 양이온, 과산화기, 그리고 수산화기의 집단)는 강력한 산화작용을 지녀 가스상 물질인 휘발성유기화합물(Volatile organic compound) 및 냄새물질과 직접 반응을 일으켜 다음과 같은 산화반응으로 제거하게 된다.
CxHy+ (x+y/4)O2→xCO2+ (y/2)H2O
또한, 상기의 반응으로 형성된 이온 클러스터는 입자상 물질(Particulate matter)에 부착되거나 둘러싸게 되고 산화반응을 일으켜 제거하게 된다. 이에 따라 실내공기의 청정화가 이루어진다.
그리고, 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62) 사이에 위치한 유전체(63)는 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62)에 최대한 밀착되어 있고, 그 두께도 최대한 얇게 형성되어 있으므로 인가되는 전압을 5,000V 이하로 크게 낮추게 되어 오존 발생량을 줄이게 된다. 인가 전압이 낮을 수록 오존 발생량은 줄어들기 때문이다.
다음에, 절연체(65)는 상기 유전체(63) 내부를 밀봉함으로써 고전압 전극(61)과 접지 전극(62)을 완전히 절연하게 된다.
마지막으로, 팬(40)은 상기 방전관(60)에서 생성된 이온 클러스터를 실내로 방출하게 된다.
따라서, 방전관(60)에서 생성된 이온 클러스터가 상기 팬(40)에 의해 방출되어 오염된 실내공기와 혼합하면서 강력한 산화력과 살균력을 발휘하여 실내공기 중의 악취와 휘발성유기화합물(VOC) 등을 산화시켜 제거하고 세균과 바이러스 등을 살균하게 된다.
이와 같이 본 발명의 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치는 방전관(60)내의 유전체(63)에 밀착된 고전압전극(61)과 접지전극(62)을 사용하여 오존발생량을 줄이고 이온 클러스터를 발생시켜 인체에 무해하면서도 악취와 휘발성유기화합물(VOC) 등을 제거하고 살균하게 되는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치는 방전관내의 유전체에 밀착된 고전압전극과 접지전극을 사용하여 인체에 유해한 오존발생량을 줄이고 이온 클러스터를 발생시켜 인체에 무해하면서도 악취와 휘발성유기화합물(VOC) 등을 제거하고 살균하며, 혼합가스를 사용하지 않으므로 별도의 방전공간이 불필요하여 제조가 간편한 유용한 효과를 발휘한다.
본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 자명한 것이며, 따라서 그러한 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 스위치(10)가 켜지면 팬(40)을 작동시키고 공기 질 센서(30)로부터 오염상태에 대한 정보를 획득하여 미리 저장되어진 데이터베이스로부터 공기 질의 오염정도에 해당하는 전압의 세기 및 방전시간의 명령을 고전압발생기(50)로 보내는 제어부(20);
    상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 공기 질의 오염상태를 감지하고 이에 대한 정보를 제어부(20)로 전송하는 공기 질 센서(30);
    상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 해당되는 세기의 전압을 발생시켜 일정시간 방전관(60)에 인가하는 고전압발생기(50);
    상기 고전압발생기(50)로부터 발생된 전압이 인가되는 일정 형상의 고전압 전극(61), 상기 고전압 전극(61)과 일정 간격을 두고서 고전압 전극(61)을 감싸는 접지 전극(62), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62) 사이에서 인가전압을 낮추기 위해 두께를 얇게하고 양 전극과 최대한 밀착시킨 표면에 편극전하가 나타나는 유전체(63), 상기 고전압 전극(61)과 접지 전극(62)을 완전히 절연하기 위해 유전체(63) 내부를 밀봉하는 절연체(65)로 이루어진 이온 클러스터를 생성하는 방전관(60); 그리고,
    상기 제어부(20)로부터 신호를 받아 작동되고 방전관(60)에서 생성된 이온 클러스터를 실내로 방출하는 팬(40)으로 구성된 것을 특징으로 하는 이온 클러스터를 이용한 실내공기 정화장치.
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