KR20070039622A - 공기정화장치 - Google Patents

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Abstract

방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 스트리머방전을 행하는 방전장치(40)에 있어서, 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)을 대향전극(42)에 대해 실질적으로 평행하게 배치하여, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도 방전전극(41)의 선단형상이 변하지 않으며, 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격도 변하지 않도록 함으로써, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도 스트리머방전의 안정성이 저하되지 않도록 한다.
방전전극, 스트리머방전, 대향전극, 전극대치부재, 공기정화장치

Description

공기정화장치{AIR CLEANING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 공기정화장치의 분해사시도.
도 2는 방전장치의 주요부 확대사시도.
도 3은 방전장치의 치수구성을 나타내는 도이며, (A)는 측면도, (B)는 정면도.
도 4는 제 2 실시형태에 관한 방전장치의 구성도.
도 5는 도 4 방전장치의 수지성형부재를 나타내는 사시도.
도 6은 제 2 실시형태의 제 1 변형예에 관한 방전장치 구성도.
도 7은 제 2 실시형태의 제 2 변형예에 관한 방전장치 구성도.
도 8은 제 2 실시형태의 제 3 변형예에 관한 방전장치 구성도.
도 9는 전극의 치수 구성과 방전경향과의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 전극의 치수 구성과 스트리머방전의 안정성을 나타내는 표.
도 11은 제 3 실시형태에 관한 공기정화장치의 분해사시도.
도 12는 제 3 실시형태의 공기정화장치 내부를 위쪽에서 본 도.
도 13의 (A)는 방전장치의 전극구조를 나타내는 주요부 확대도이며, (B)는 방전장치의 수평단면도.
도 14는 전극의 치수 구성과 스트리머방전의 안정성을 나타내는 표.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 케이싱
23 : 공기흡입구
24 : 공기토출구
25 : 공기통로
26 : 원심송풍기
32 : 이온화부
40 : 방전장치
41 : 방전전극
42 : 대향전극
44 : 고정부재
본 발명은, 방전전극의 선단으로부터 대향전극을 향해 스트리머방전을 행하는 방전장치와, 이 방전장치를 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.
종래, 스트리머방전을 행하는 방전장치로서, 선단이 뾰족한 바늘형상의 방전전극과 면 형상의 대향전극으로 구성된 것이 알려져 있다(예를 들어, 일특개 2002-361028호 공보). 이 방전장치에서 방전전극은 대향전극의 면과 직각인 방향에 배치되며, 선단이 대향전극에 근접한다. 이 방전장치는, 양 전극에 방전전압을 인가 하여, 방전전극의 선단으로부터 대향전극을 향해 스트리머방전을 발생시키도록 구성된다.
상기 방전장치에서는 스트리머방전에 의해 저온플라즈마가 발생한다. 이 저온플라즈마에는 반응성이 높은 물질(전자, 이온, 오존, 라디칼 등의 활성종)이 포함된다. 그리고 이러한 종류의 방전장치는, 예를 들어 저온플라즈마에 포함되는 반응성이 높은 물질로 공기 중의 유해물질이나 냄새물질을 분해 제거하는 공기정화장치에 이용되고 있다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
종래의 방전장치에서는, 방전 시에 발생하는 고속전자나 활성종의 영향으로 방전전극의 선단이 조금씩 마모되어, 형상이 경시적으로 변화한다. 그리고 끝이 가는 바늘형상인 방전전극의 선단이 마모되면 선단의 지름이 약간 굵어져, 대향전극과의 간격도 넓어진다. 때문에 방전특성이 변화하여 스트리머방전이 안정되지 못하게 된다. 또 방전전극과 대향전극의 간격 증대에 대응하여 인가전압을 높이면, 스파크가 발생하는 등의 문제도 일어나기 쉬워진다.
본 발명은 이러한 문제점에 감안하여 창안된 것으로, 그 목적은 방전전극의 선단으로부터 대향전극을 향해 스트리머방전을 행하는 방전장치를 구비하는 공기정화장치에 있어서, 방전전극이 선단이 마모되어도 스트리머방전의 안정성이 저하되지 않도록 하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은, 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)을 대향전극(42)에 대해 실질적으로 평행하게 배치하여, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도 방전전극(41)의 선단과 대향전극(42)과의 간격이 변하지 않도록 하는 것이다.
구체적으로 제 1 발명은, 피처리공기가 흐르는 공기통로(25)와, 이 공기통로(25)에 배치됨과 더불어 스트리머방전을 행하는 방전장치(40)를 구비하는 공기정화장치를 전제로 한다. 그리고 상기 방전장치(40)는, 방전전극(41)과, 이 방전전극(41)과 대향하는 대향전극(42)과, 양 전극(41, 42)에 방전전압을 인가하는 전원수단(45)을 구비하며, 방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 스트리머방전이 발생하도록 구성된다. 또, 상기 방전장치는 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)이 면 형상의 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 여기서 방전전극(41)의 형상을 나타내는 "선형상 내지 막대형상"은 단면적이 실질적으로 일정하며 가늘고 긴 형상을 말한다. 또 "면 형상"의 방전전극은 평면형상이거나 곡면형상이라도 된다.
이 제 1 발명에서는, 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치된 방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 스트리머방전이 발생한다. 이 경우, 방전 시에 발생하는 고속전자나 활성종 때문에 방전전극(41)의 선단이 마모되어도, 방전전극(41)이 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치되므로, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격은 일정하게 유지된다. 또 방전전극(41)은 선형상 내지 막대형상이므로, 마모되어도 선단형상은 변화하지 않는다. 따라서 방전전극(41)이 마 모된 경우라도 방전특성이 유지되므로, 스트리머방전이 안정적으로 발생한다.
특히 방전장치(40)에 의한 스트리머방전으로 발생하는 플라즈마 중의 반응성이 높은 물질(전자, 이온, 오존, 라디칼 등의 활성종)을 이용하여, 피처리공기 중의 유해물질이나 냄새물질이 분해 제거된다. 또 필요에 따라 촉매를 이용하여, 상기 반응성이 높은 물질을 촉매의 존재하에서 피처리공기 중의 유해물질이나 냄새물질과 반응시킴으로써, 이들 물질을 분해 제거하도록 해도 된다.
제 2 발명은, 제 1 발명의 공기정화장치에 있어서, 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 서로 대치하는 위치에 전극대치부재(43)가 배치되며, 이 전극대치부재(43)에 대향전극(42)과 대치하는 전극대치면(43a)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 2 발명에서는, 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 서로 대치하는 위치에 전극대치면(43a)을 갖는 전극대치부재(43)를 배치함으로써, 스트리머방전이 보다 안정된다. 구체적으로는, 방전전극(41)의 선단에 전계가 지나치게 집중하면, 스트리머방전이 아닌 글로우방전 등의 약한 방전으로 되기 쉬운데 반해, 전극대치부재(43)를 배치하여, 이 전극대치부재(43)가 방전전극(41)과 동일전위 또는 가까운 전위로 되도록 하면, 이 전극대치부재(43)의 전극대치면(43a) 작용으로 방전전극(41) 선단의 전계 집중을 완화시킬 수 있으므로, 스트리머방전이 안정되게 발생한다.
제 3 발명은 제 2 발명의 공기정화장치에 있어서, 전극대치면(43a)이 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 제 3 발명에서는, 방전전극(41)의 선단이 서서히 마모된 경우에, 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격만이 아니라, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격도 변화하지 않는다. 따라서 방전전극(41)의 선단에서 전계의 집중을 완화시키는 작용이 안정되므로, 스트리머방전이 보다 안정화된다.
제 4 발명은 제 3 발명의 공기정화장치에 있어서, 방전전극(41)이, 대향전극(42)과 전극대치면(43a)과의 중간위치 또는 이 중간위치보다 전극대치면(43a) 쪽 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 "중간위치"란, 대향전극(42)과 전극대치면(43a)의 거리를 거의 2등분하는 위치를 말한다.
여기서 방전전극(41)이 상기 중간위치보다 대향전극(42) 쪽의 위치에 배치되면, 전극대치면(43a)이 방전전극(41)의 선단에서 전계의 집중을 완화시키는 작용이 일어나기 어려워지므로, 스트리머방전이 아닌 글로우방전 등의 방전이 일어나기 쉬워지지만, 상기 제 4 발명에서는 방전전극(41)이 상기 중간위치 또는 그보다 전극대치면(43a) 쪽의 위치에 배치되므로, 방전전극(41)의 선단에서 전계의 집중을 완화시키는 작용이 안정되어, 스트리머방전이 안정되게 발생한다.
제 5 발명은 제 2 발명의 공기정화장치에 있어서, 전극대치부재(43)와 방전전극(41)이 서로 다른 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 5 발명에서는, 예를 들어 전극대치부재(43)를 방전전극(41)에 도통시켜두면, 이 전극대치부재(43)를 방전전극(41)과 동일전위 또는 가까운 전위로 할 수 있다. 따라서 방전전극(41)의 전계 집중을 완화시키는 작용이 발생하므로, 상기와 거의 마찬가지로 스트리머방전을 안정시킬 수 있다.
제 6 발명은 제 5 발명의 공기정화장치에 있어서, 전극대치부재(43)가 절연재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 6 발명에서는, 방전을 행할 때에, 전극대치부재(43) 상에서의 유전분극에 의해, 절연재료인 전극대치부재(43)에 전하가 저류되어 가고, 이 전극대치부재(43)가 서서히 방전전극(41)의 전위에 가까워진다. 이로써 전극대치부재(43)는, 역시 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화하도록 작용한다. 따라서 상기와 거의 마찬가지로 스트리머방전이 안정되게 발생한다.
제 7 발명은, 제 2 발명의 공기정화장치에 있어서, 방전전극(41)을 전극대치부재(43)에 고정시키는 고정부재(44)를 구비하며, 방전전극(41)의 선단이 고정부재(44)로부터 돌출되는 것을 특징으로 한다.
이 제 7 발명에서는, 스트리머방전이, 고정부재(44)로부터 돌출된 방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 발생한다. 그리고 이 발명에서는, 방전전극(41)을 고정부재(44)로 전극대치부재(43)에 고정시키도록 하므로, 대향전극(42) 및 전극대치부재(43)에 대한 방전전극(41)의 위치가 안정되어, 스트리머방전이 안정된다.
제 8 발명은 제 2 발명의 공기정화장치에 있어서, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격치수(B)가, 0.96≤B/A≤1.52로 나타내지는 관계식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
여기서 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)가 변화할 경우에, 스트리머방전이 글로우방전이나 스 파크로 변화하는 양상에 대해 설명한다. 도 9는 가로축에 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)를 취하고, 세로축에 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격치수(B)를 취해, 방전경향을 나타낸 그래프다. 이 도에서 해칭으로 나타낸 스트리머방전 영역에 대해, A의 값이 커지거나 B의 값이 작아지면 글로우방전 영역이 되며, A의 값이 작아지거나 B의 값이 커지면 스파크 영역이 된다. 즉, B/A의 값이 중간값이면 스트리머방전 영역이 되는데 반해, 이 값이 작을수록 글로우방전 영역으로 되기 쉬우며, 클수록 스파크영역으로 되기 쉽다는 것을 알 수 있다.
한편, 전극에는 제조오차가 존재한다. 그래서 어떤 일정한 제조오차를 생각할 경우, 도 9의 (a)나 (b)의 상태에서는 스파크나 글로우방전이 발생하므로, 전극의 치수는 제조오차가 있어도 반드시 스트리머방전으로 되는 (c)의 상태로 할 필요가 있다. 이 오차의 값은 설계값에 대해 ±0.3㎜ 정도(오차의 폭이 0.6㎜ 정도)가 바람직하며, 이보다 작으면 제조가 어려워지고, 크면 방전전압을 높일 필요가 생겨버린다.
다음에, A와 B의 값에는 스트리머방전이 안정되는 조합이나, 불안정해지는 조합이 있다. 이를 나타낸 것이 도 10 및 도 14의 표이다. 도 10의 표에서는, 방전전극의 지름치수가 φ0.14㎜일 경우에 A의 값을 3.8㎜부터 5.0㎜까지 0.2㎜ 간격으로 변화시키고, B의 값을 4.2㎜부터 5.4㎜까지 0.2㎜ 간격으로 변화시킨 경우에, 모든 조합에 대해 방전의 안정성을 기호로 나타낸다. 여기서 이용하는 기호는, 스트리머방전이 안정되게 발생하는 정도를 나타내는 지표이다. 구체적으로는, 스트리머방전이 발생하지 않는 조합을 ×로 나타내며, 인가전압이 변동되어도 스트리머 방전이 발생하는 조합을 △, ○, ◎로 나타낸다. 특히 △은 인가전압의 변동폭이 좁은(변동폭이 0.4kV보다 작은) 경우에만 스트리머방전이 일어나는 조합을 나타내며, ○는 그 변동폭이 중간정도의(변동폭이 0.4kV 이상이고, 0.9kV보다 작은) 조합을 나타내고, ◎는 그 변동폭이 넓은(변동폭이 1.0kV보다 큰) 경우라도 스트리머방전이 일어나는 조합을 나타낸다.
이 표에서 A의 값이 4.0㎜∼4.6㎜이며 B의 값이 4.8㎜∼5.4㎜이면, A와 B의 값의 오차가 각각 ±0.3㎜으로 안정되며, 더욱이 모든 조합에서 스트리머방전의 안정성이 ○ 혹은 ◎로 되는 것을 알 수 있다. 따라서 방전전극의 지름치수가 φ0.14㎜일 경우는, B/A의 값이 이들 조합 값의 범위 내이면, 즉 1.04≤B/A≤1.35이면, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
한편 도 14의 표에서는, 방전전극의 지름치수가 φ0.2㎜일 경우에 A의 값을 4.2㎜부터 5.0㎜까지 0.2㎜ 간격으로 변화시키고, B의 값을 4.8㎜부터 6.4㎜까지 0.2㎜ 간격으로 변화시킬 경우에, 모든 조합에 대해 방전의 안정성을 기호로 나타낸다. 이 표에서 스트리머방전의 방전결과는 모든 조합에서 ○ 또는 ◎이다. 따라서 이 범위라면 어느 조합을 선택해도 되며, B/A의 값은 0.96≤B/A≤1.52가 된다. A와 B의 값은, 이 표로부터, 각 값의 오차가 ±0.3㎜로 안정되는 범위 내에서 선택하면 되며, 예를 들어 A의 값이 4.4㎜∼5.0㎜가 되고 B의 값이 5.8㎜∼6.4㎜가 되는 범위를 선택하면, B/A의 값은 1.16≤B/A≤1.45가 된다.
이상으로부터, B/A값의 최적의 범위는 방전전극의 지름치수에 따라 약간 다르기는 하지만 거의 같은 경향을 가지며, 0.96≤B/A≤1.52의 범위 내에서 A와 B의 값의 오차가 각각 ±0.3㎜로 안정되도록 하면, 제조가 용이하고, 더욱이 대략 양호한 결과가 얻어짐을 알 수 있다.
제 9 발명은 제 2 발명의 공기정화장치에 있어서, 전극대치부재(43)가 방전전극(41)의 축 직각방향으로 소정의 폭 치수(D)를 갖는 부재로 구성되며, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극대치부재(43)의 폭 치수(D)가, A≤D로 나타내지는 관계식 (2)을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 관계식 (2)와 반대로 상기 간격치수(A)가 폭 치수(D)보다 커지면, 방전전극(41)의 선단에서 전계의 집중을 완화시키는 작용이 작아져 글로우방전이 일어나기 쉬워지는데 반해, 이 제 9 발명에서는 방전이 글로우방전으로 되기 어려워, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
제 10 발명은 제 2 발명의 공기정화장치에서, 방전전극(41)에 있어서 대향전극(42)의 면 방향 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)가, B/E≥20으로 나타내지는 관계식 (3)을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 관계식 (3)과는 반대로 B/E가 20보다 작으면, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 내지 지름이 커지므로, 방전전극(41) 선단의 마모형상이나 그 불균일함에 의해 방전특성이 변화하기 쉬워, 스트리머방전이 불안정해지거나, 복수의 방전전극(41)이 있는 경우에 각 방전전극에서 방전이 불균일해지거나 하지만, B/E≥20이라면 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 내지 지름이 충분히 작으므로, 전극선단의 마모형 상이나 그 불균일함이 방전에 미치는 영향이 작아져, 안정된 스트리머방전이 가능해진다. 또 B/E≥30으로 하면, 스트리머방전의 방전음이 작아진다.
제 11 발명은 제 1 발명의 공기정화장치에 있어서, 전원수단(45)이 직류전원으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 11 발명에서는, 방전전극(41)에 직류의 고전압을 인가하여 대향전극(42)과의 사이에 소정의 전위차를 발생시킴으로써, 방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 스트리머방전이 발생한다.
제 12 발명은 제 1 발명의 공기정화장치에서, 방전전극(41)이 텅스텐 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 12 발명과 같이 텅스텐 재료를 전극으로서 사용한 경우에는, 텅스텐 재료의 경도(硬度)가 높으므로, 방전전극(41)의 휨이나 변형이 적어 제조가 용이해지며, 융점, 열전도율이 높으므로, 방전에 의한 방전전극(41)의 소모가 적어 내구성이 향상된다. 또 텅스텐은 방전에 수반하여 방전전극(41)의 선단이 조금씩 마모돼갈 때에 선단이 거칠어지는 특성을 가지며, 이것이 스트리머방전의 안정성에 기여한다.
[발명의 효과]
상기 제 1 발명에 의하면, 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)을 면형상의 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치하여, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격을 일정하게 유지함과 더불어 방전전극(41)의 선단형상이 변화하지 않도록 하므로, 방전 특성을 유지하는 것이 가능해져 스트리 머방전을 안정시킬 수 있다. 따라서 방전전극(41) 형상의 경시변화에 의해 스파크가 발생하는 등의 문제를 방지할 수 있다.
또 스트리머방전을 행하는 방전장치를 구비하는 공기정화장치에 있어서, 스트리머방전의 안정성을 높일 수 있으며, 나아가 공기정화성능을 안정시키는 것이 가능해진다.
상기 제 2 발명에 의하면, 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 대향하는 위치에 전극대치면(43a)을 갖는 전극대치부재(43)를 배치함으로써, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키기가 가능해지므로, 스트리머방전을 보다 안정시키는 것이 가능해진다.
상기 제 3 발명에 의하면, 전극대치면(43a)을 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치함으로써, 방전전극(41)의 선단이 경시적으로 마모될 경우에, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격만이 아니라, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격도 변화하지 않도록 하므로, 스트리머방전을 더욱 안정시키기가 가능해진다.
상기 제 4 발명에 의하면, 방전전극(41)을, 대향전극(42)과 전극대치면(43a)과의 중간위치 또는 이 중간위치보다 전극대치면(43a) 쪽의 위치에 배치함으로써, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키는 작용이 확실하게 발생하도록 하므로, 스트리머방전이 안정적으로 발생한다.
상기 제 5 발명에 의하면, 방전전극(41)과 다른 재질로 형성한 전극대치부재(43)를 이용하여, 이 전극대치부재(43)를 방전전극(41)에서의 전계 집중을 완화 시키는 전위로 함으로써, 스트리머방전을 안정시킬 수 있다. 또 이 구성에서는 반도시 전극대치부재(43)에 방전전극(41)과 동일 종류의 금속을 사용하지 않아도 되므로, 수지재료 등을 이용함으로써 원가를 저감할 수 있다.
상기 제 6 발명에 의하면, 방전을 행할 때에는 절연재료로 형성된 전극대치부재(43)로 전하가 저류되어 가고, 이 전극대치부재(43)가 서서히 방전전극(41)의 전위에 가까워진다. 이로써 전극대치부재(43)의 전극대치면(43a)이 상기와 마찬가지로 방전전극(41)의 전계 집중을 완화시키도록 작용하므로, 스트리머방전이 안정되게 발생한다.
상기 제 7 발명에 의하면, 방전전극(41)을 전극대치부재(43)에 고정시키는 고정부재(44)를 설치하고, 방전전극(41)의 선단이 고정부재(44)로부터 돌출하도록 하므로, 방전전극(41)과 대향전극(42) 및 전극대치부재(43)의 위치관계가 안정되어, 스트리머방전이 안정된다.
상기 제 8 발명에 의하면, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)가 0.96≤B/A≤1.52로 나타내지는 관계식 (1)을 만족하도록 하므로, 글로우방전이나 스파크가 일어나기 어려워, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
상기 제 9 발명에 의하면, 전극대치부재(43)가 방전전극(41)의 축 직각방향으로 소정의 폭 치수(D)를 갖는 부재로 구성되며, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극대치부재(43)의 폭 치수(D)가, A≤D로 나타내지는 관계식 (2)을 만족하도록 하므로, 방전이 글로우방전으로 되기 어려워, 안정된 스트리머방 전이 가능해진다.
상기 제 10 발명에 의하면, 방전전극(41)에 있어서 대향전극(42)의 면 방향 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)가, B/E≥20으로 나타내지는 관계식 (3)을 만족하도록 하므로, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 내지 지름이 충분히 작아져, 전극선단의 마모형상이나 그 불균일이 방전에 미치는 영향이 작아진다. 따라서 안정된 스트리머방전이 가능해진다. 특히 B/E≥30으로 하면, 스트리머방전의 방전음을 작게 할 수 있다.
상기 제 11 발명에 의하면, 전원수단(45)을 직류전원으로 구성하므로, 펄스전원 등을 이용하는 경우에 비해 방전장치를 저가로 제조하는 것이 가능해진다.
상기 제 12 발명에 의하면, 방전전극(41)을 텅스텐 재료로 형성하므로, 방전전극(41)을 용이하게 제조할 수 있음과 더불어, 그 내구성이 향상되며 또 스트리머방전이 안정되게 이루어지는 결과가 얻어진다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시형태]
우선 제 1 실시형태에 대하여, 도 1에서 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1은 이 실시형태에 관한 공기정화장치(10)의 분해사시도이다. 이 공기정화장치(10)는 일반가정이나 소규모 점포 등에서 이용되는 민생용 공기정화장치이다.
이 공기정화장치(10)는, 한끝이 개방된 상자형의 케이싱 본체(21)와, 그 개방된 끝단면에 장착되는 전면(前面) 플레이트(22)로 구성되는 케이싱(20)을 구비한다. 케이싱(20)의 전면 플레이트(22) 쪽 양 측면에는 공기흡입구(23)가 형성된다. 또 케이싱 본체(21)에는, 천장판의 배면판 쪽에 공기토출구(24)가 형성된다.
케이싱(20) 내에는, 공기흡입구(23)로부터 공기토출구(24)까지 피처리공기인 실내공기가 흐르는 공기통로(25)가 형성된다. 이 공기통로(25)에는, 공기흐름의 상류 쪽으로부터 차례로, 공기정화를 행하는 각종 기능부품(30)과, 이 공기통로(25)로 실내공기를 유통시키기 위한 원심송풍기(26)가 배치된다.
상기 기능부품(30)에는, 전면 플레이트(22) 쪽으로부터 차례로, 프리필터(31), 이온화부(32), 정전필터(집진필터)(33), 그리고 촉매필터(34)가 포함된다. 이온화부(32)에는 저온플라즈마를 발생시키기 위한 방전장치(40)가 일체적으로 내장된다.
프리필터(31)는, 공기 중에 포함되는 비교적 큰 먼지를 포집하는 필터이다.
이온화부(32)는, 프리필터(31)를 통과한 비교적 작은 먼지를 대전시키고, 이 먼지를 이온화부(32)의 하류 쪽에 배치된 정전필터(33)에 의해 포집시키기 위한 것이다. 이 이온화부(32)는, 복수의 이온화선(35)과, 복수의 대향전극(36)으로 구성된다. 복수의 이온화선(35)은, 이온화부(32)의 상단에서 하단까지 등간격으로 팽팽하게 걸쳐지며, 각각이 정전필터(33)와 평행인 1매의 가상면 상에 위치한다. 대향전극(36)은, 단면 역'ㄷ'자형이고 상하방향으로 이어지는 장방형 부재이며, 각 이온화선(35) 사이에 이 이온화선(35)과 평행하게 배치된다. 대향전극(36)은 역' ㄷ'자형의 개구 쪽이 공기흐름의 하류 쪽으로 향하도록 배치된다. 그리고 각 대향전극(36)은, 1매의 망사판(37)에 각각의 개구 단부가 접합된다.
방전장치(40)는, 방전전극(41)과, 이온화부(32)의 대향전극(36)과 공용되는 대향전극(42)을 구비하며, 방전전극(41)이 대향전극(42)의 내부에 배치된다. 구체적으로 대향전극(42)의 내부에는, 도 1의 주요부 확대사시도인 도 2에 나타내는 바와 같이, 상하방향으로 이어지는 전극유지부재(전극대치부재)(43)가 설치되며, 방전전극(41)은 고정부재(44)를 개재하고 전극유지부재(43)에 유지된다. 방전전극(41)은 선형상 내지 막대형상의 전극이며, 고정부재(44)로부터 돌출된 부분이 대향전극(42)의 전면부분(42a)과 실질적으로 평행으로 되도록 배치된다.
이상의 구성에서 전극유지부재(43)는, 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)의 전면부분(42a)과 서로 대향하는 위치에 설치된다. 또 전극유지부재(43) 및 고정부재(44)는 금속재료로 형성되며, 방전전극(41)과 전극유지부재(43)가 고정부재(44)를 통해 도통된다. 전극유지부재(43)는 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행인 전극대치면(43a)을 갖는다. 그리고 방전전극(41)은, 대향전극(42)의 전면부분(42a)과 전극유지부재(43)의 전극대치면(43a)과의 중간위치보다 전극대치면(43a) 쪽의 위치에 설치된다.
상기 방전장치(40)에는, 방전전극(41)과 대향전극(42)에 방전전압을 인가하는 고압의 직류전원(전원수단)(45)이 구성된다. 이 고압전원(45)은 이온화부(32)의 전원을 겸해도 된다.
여기서 방전장치(40)에 있어서 각 부의 구체적 구성에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 우선 도 3에서, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)는, 0.96≤B/A≤1.52(보다 상세하게는 1.04≤B/A≤1.35)로 나타내지는 관계식 (1)을 만족시킨다. 구체적인 수치로는, A(㎜)가 4.0≤A≤4.6(4.3±0.3)이며, B(㎜)가 4.8≤B≤5.4(5.1±0.3)이다. 또 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극유지부재(43)에 있어서 방전전극(41)의 축 직각방향 폭 치수(D)는, A≤D로 나타내지는 관계식 (2)를 만족시킨다. 또한 방전전극(41)에서 대향전극(42)의 면 방향 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)는, B/E≥20으로 나타내지는 관계식 (3)을 만족시킨다. 방전전극에는, 지름치수(E)가 φ0.14㎜이며, 방전전극(41)이 고정부재(44)로부터 돌출된 길이 치수(C)가 8㎜인 텅스텐선이 이용된다. 이 텅스텐선은 순도 99% 이상의 텅스텐재료로 구성된다.
촉매필터(34)는 정전필터(33)의 하류 쪽에 배치된다. 이 촉매필터(34)는, 예를 들어 벌집구조의 베이스 표면에 촉매를 담지시킨 것이다. 이 촉매에는, 망간계 촉매나 귀금속계 촉매 등, 방전에 의해 생성되는 저온플라즈마 중의 반응성이 높은 물질을 더욱 활성화시켜, 공기 중의 유해성분이나 냄새성분의 분해를 촉진하는 것이 이용된다.
-운전동작-
다음에, 공기정화장치(10)의 운전동작에 대해 설명한다.
공기정화장치(10)의 운전 중은, 원심송풍기(26)가 기동되어, 피처리공기인 실내공기가 케이싱(20) 내의 공기통로(25)를 유통한다. 또 이 상태에서 이온화 부(32) 및 방전장치(40)에 직류전원(45)으로부터 전압이 인가된다.
실내공기가 케이싱(20) 내에 도입되면, 우선 프리필터(31)에서 비교적 큰 먼지가 제거된다. 실내공기는 또, 이온화부(32)를 통과할 때에 이 실내공기 중의 비교적 작은 먼지가 대전된 상태로 되어 하류 쪽으로 흐르며, 이 먼지는 정전필터(33)로 포집된다. 이상으로써 공기 중의 먼지는 큰 것으로부터 작은 것까지 프리필터(31)와 정전필터(33)로 대략 제거된다.
이온화부(32)에 일체적으로 내장된 방전장치(40)에서는 스트리머방전에 의해 저온플라즈마가 발생한다. 저온플라즈마는 방전 시에 발생하는 이온풍이 대향전극(42)에서 반사되어 공기통로(25)의 하류 쪽으로 향하므로, 이 이온풍을 타고 망사판(37)을 통과하여, 피처리공기와 함께 하류 쪽으로 흘러간다. 저온플라즈마에는 반응성이 높은 물질(전자, 이온, 오존, 라디칼 등의 활성종)이 포함돼있으며, 이들 반응성이 높은 물질은, 촉매필터(34)에 달하면 다시 활성화되어 공기 중의 유해물질이나 냄새성분을 분해 제거한다. 그리고 이상과 같이 하여 먼지가 제거됨과 더불어 유해물질이나 냄새물질도 제거된 청정한 실내공기는, 공기토출구(24)로부터 실내로 토출된다.
여기서 스트리머방전은 방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 발생하며, 경시적으로는 방전 시에 발생하는 고속전자나 활성종 때문에 방전전극(41)의 선단이 서서히 마모된다. 그러나 이 실시형태에서는 방전전극(41)이 대향전극(42)의 전면부분(42a)과 실질적으로 평행하게 배치되므로, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격은 일정하게 유지된다. 또 방전전극(41)은 선형 내지 막대형이므로, 마모되어도 선단형상은 변화하지 않는다. 따라서 방전전극(41)이 마모된 경우라도 방전특성이 유지되므로, 스트리머방전은 안정된 상태에서 발생한다.
또한 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 대향하는 위치에 전극대치면(43a)을 갖는 전극유지부재(43)를 배치함으로써, 스트리머방전의 안정성이 높아진다. 구체적으로는, 방전전극(41)의 선단에 전계가 지나치게 집중하면, 스트리머방전이 아닌 글로우방전 등의 약한 방전이 되기 쉬운데 반해, 상기 전극대치면(43a)을 방전전극(41)으로부터 소정거리의 위치에 배치하고, 전극유지부재(43)에 방전전극(41)과 동일전위의 고전압을 인가함으로써, 방전전극(41)의 선단에서 전계의 집중을 완화시키기가 가능해져, 스트리머방전이 안정된다. 여기서 전극유지부재(43)는 반드시 방전전극(41)과 동일전위일 필요는 없으며, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키는 전위라면 된다.
또 전극대치면(43a)이 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치되므로, 방전전극(41)의 선단이 경시적으로 마모될 경우에, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격만이 아니라, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격도 변화하지 않는다. 따라서 스트리머방전의 안정성이 더욱 높여진다.
또한 방전전극(41)이 전극대치면(43a)보다 대향전극(42)에 근접하는 위치에 배치되면 스트리마방전이 아닌 글로우방전 등의 약한 방전이 일어나기 쉬워지지만, 방전전극(41)이 대향전극(42)보다 전극대치면(43a)에 근접하는 위치에 배치되므로, 스트리머방전이 안정되게 발생한다.
또 방전전극(41)을 고정부재(44)로 전극유지부재(43)에 고정시키도록 함으로써, 방전전극(41)과 대향전극(42) 및 전극유지부재(43)의 위치관계가 안정되므로, 이 점에 의해서도 스트리머방전이 안정된다.
다음으로, 도 3에서 각 부의 구체적 구성에 따른 작용을 설명한다.
상술한 바와 같이 이 방전장치는, 상기 3개의 관계식을 만족시킨다. 즉, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)에 대한, 0.96≤B/A≤1.52(보다 상세하게는 1.04≤B/A≤1.35)로 나타내지는 관계식 (1), 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극유지부재(43)에 있어서 방전전극(41)의 축 직각방향 폭 치수(D)에 대한, A≤D로 나타내지는 관계식 (2), 그리고 방전전극에 있어서 대향전극(42)의 면 방향 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)에 대한, B/E≥20으로 나타내지는 관계식 (3)을 만족시킨다.
상기 관계식 (1)에 관해서는 도 9 및 도 10을 이용하여 이미 설명한 바와 같이, B/A의 값이 1.04보다 작으면 글로우방전으로 되기 쉬우며, 1.35보다 크면 스파크 경향이 강해져, 방전의 안정적 지속과 복수 개소에서의 동시방전이 어려워지는데 반해, 1.04≤B/A≤1.35이면 글로우방전이나 스파크가 일어나기 어려워, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
상기 관계식 (2)에 관해, 상기 간격치수(A)가 상기 폭 치수(D)보다 커지면, 전극대치면(43a)이 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키는 작용이 약해지는데 반해, A≤D로 나타내지는 관계식 (2)를 만족시키도록 해두면, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키는 작용이 확실히 얻어지므로, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
또 상기 관계식 (3)에 관해, B/E가 20보다 작으면 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 또는 지름이 커지므로, 방전전극(41) 선단의 마모나 그 불균일 때문에 방전특성이 변화하기 쉬워져, 스트리머방전이 불안정해지거나, 복수의 방전전극(41)에서 방전이 불균일해지거나 하지만, B/E≥20이면 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 또는 지름이 충분히 작아지므로, 방전전극(41) 선단의 마모나 그 불균일이 방전에 미치는 영향이 작아져, 안정된 스트리머방전이 가능해진다. 또한 B/E≥30으로 하면, 스트리머방전의 방전음도 작아진다.
-제 1 실시형태의 효과-
이상 설명한 바와 같이 이 제 1 실시형태에서는 선형 내지 막대형의 방전전극(41)을 면 형상의 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치하고, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격을 일정하게 유지함과 더불어 방전전극(41)의 선단형상이 변화하지 않도록 하므로, 방전의 특성을 유지하기가 가능해져, 스트리머방전을 안정시킬 수 있다. 따라서 방전전극(41) 형상의 경시변화에 의해 스파크가 발생하거나, 스트리머방전이 일어나지 않고 글로우방전이 일어나거나 하는 등의 문제를 방지할 수 있다.
또 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 대향하는 위치에 전극유지부재(43)를 배치함으로써, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키기가 가능 해지므로, 스트리머방전을 보다 안정시키는 것이 가능해진다.
또한 전극대치면(43a)을 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치함으로써, 방전전극(41)의 선단이 서서히 마모될 경우에, 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격만이 아니라, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)과의 간격도 변화하지 않도록 하는 점, 방전전극(41)을 대향전극(42)보다 전극대치면(43a)에 근접하는 위치에 배치하여 글로우방전이 일어나기 어렵게 하는 점, 방전전극(41)을 전극유지부재(43)에 고정시키는 고정부재(44)를 구성시켜 방전전극(41)과 대향전극(42) 및 전극유지부재(43)의 위치관계를 안정시키는 점, 그리고 상기 관계식 (1)∼(3)을 만족시키는 점에 의해서도, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
또 이 실시형태에서는 전원수단(45)을 직류전원으로 구성하므로, 펄스전원 등을 이용하는 경우에 비해 방전장치(40)를 저가로 제조하는 것이 가능해진다.
또한 방전전극(41)에 텅스텐 재료를 이용하며, 이 텅스텐 재료의 경도(硬度)가 높기 때문에 방전전극(41)의 휨이나 변형이 적고 제조가 용이해지며, 융점, 열전도율이 높으므로, 방전에 의한 방전전극(41)의 소모가 적어 내구성이 향상된다. 또 텅스텐 재료는, 방전에 수반하여 방전전극(41)의 선단이 조금씩 마모돼갈 때에 선단이 거칠어지는 특성을 가지며, 이 특성에 의해 스트리머방전의 안전성도 향상된다.
-제 1 실시형태의 변형예-
이 제 1 실시형태에서는, 전극유지부재(43) 및 고정부재(44)를 방전전극(41)과 같은 종류의 금속으로 형성해도 되며, 전극유지부재(43) 및 고정부재(44)를 방 전전극(41)과 다른 종류의 금속으로 형성해도 된다. 어느 경우에도 방전전극(43)과 전극유지부재(43)가 고정부재(44)를 통해 도통되므로, 방전 시에 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키기가 가능하다.
또 전극유지부재(43)를 절연재료로 하고, 고정부재(44)를 도전재료로 해도 된다. 이 경우, 방전을 행할 때에는 전극유지부재(43)로 유전분극에 의해 전하가 저류 되어가고, 이 전극유지부재(43)가 서서히 방전전극 전위에 가까워진다. 이로써 전극유지부재(43)의 전극대치면(43a)은 마찬가지로 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키도록 작용한다. 따라서 이 경우에도 스트리머방전이 안정되게 발생한다.
[제 2 실시형태]
제 2 실시형태는, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 방전장치(40)의 구성을 제 1 실시형태와 변경한 예이다. 이 제 2 실시형태에서는 방전장치(40)의 구성에 대해서만 설명한다.
이 방전장치(40)에서는, 전극유지부재(43)와 고정부재(44)를 스테인리스강판의 판금부재(51)로 일체적으로 형성한다. 이 판금부재(51)는, 제 1 플랜지(52a)와 웹(52b)과 제 2 플랜지(52c)로 구성되는 본체부(52)와, 제 2 플랜지(52c)로부터 절곡 형성한 전극대치면(43a) 및 전극고정판(고정부재)(44)을 구비한다. 전극고정판(44)의 선단에는 꺾임부(44a)가 형성되며, 이 접힘부(44a)를 코킹처리 함으로써 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)이 유지된다.
판금부재(51)에는 두께 0.1㎜∼0.2㎜ 정도의 스테인리스강판이 이용되며, 방 전전극에는 지름치수 0.14㎜의 텅스텐선이 이용된다.
단, 방전전극(41)은 반드시 별도 부재를 전극고정판(44)에 고정시킨 것일 필요는 없다. 즉, 예를 들어 판금부재(51)의 본체부(52), 전극대치면(43a) 및 전극고정판(44), 방전전극(41)을 판금가공으로 일체로 성형해도 된다.
전극대치면(43a)은 전극고정판(44)의 양쪽에 형성된다. 그리고 도 5에 나타내는 1개의 전극고정판(44)과 2개의 전극대치면(43a)을 1조로 하면, 복수 조의 전극고정판(44) 및 전극대치면(43a)이 1개의 판금부재(51)에 소정간격으로 형성된다(도시 생략).
이 구성에서도 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)이 대향전극(42)의 전면부분(42a)과 평행하게 배치되며, 또 전극대치면(43a)이 방전전극(41) 및 상기 전면부분(42a)과 평행하게 배치된다. 따라서 방전에 수반하여 방전전극(41)의 선단부분이 마모되더라도, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격이 변하지 않고 일정하게 유지됨과 동시에, 방전전극(41)의 선단형상이 실질적으로 변화하지 않으므로, 안정된 스트리머방전을 행할 수 있다.
또 방전전극(41)을 대향전극(42)보다 전극대치면(43a)에 근접하는 위치에 배치하는 것이나, 방전전극(41)을 전극대치면(44)과의 위치관계가 변하지 않도록 전극고정판(44)에 유지함으로써 스트리머방전이 안정됨은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
그리고 이 제 2 실시형태에서도, 제 1 실시형태에서 설명한 관계식(1)∼(3)을 만족하도록 함으로써, 보다 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
-제 2 실시형태의 변형예-
(제 1 변형예)
도 6은 제 2 실시형태의 제 1 변형예를 나타낸다. 이 예에서는 전극유지부재(43)로서 길이가 긴 수지성형부재(61)를 이용한다. 이 수지성형부재(61)는각진 통형상이며 전극대치면(43a)에 슬릿(61a)이 형성된 것이다. 고정부재(44)는 스테인리스강판의 판금부재(62)로 구성된다. 판금부재(62)는, 수지성형부재(61)의 내부를 길이방향으로 이어지는 띠형상의 본체부(62a)와, 이 본체부(62a)로부터 절단 절곡되어 수지성형부재(61)의 내면에 압접되는 유지편(62b)과, 본체부(62a)로부터 연장되어 방전전극(41)을 유지하는 고정편(62c)을 갖는다.
이 구성에서 전극유지부재(43)를 수지성형부재(61)로 하지만, 상술한 바와 같이 전극유지부재(43)는 절연성이어도 스트리머방전을 안정시키는 작용을 발휘한다. 따라서 이 변형예에서도 제 1, 2 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 2 변형예)
도 7은 제 2 실시형태의 제 2 변형예를 나타낸다. 이 예에서는 전극유지부재로서, 도 4 및 도 5에 나타낸 것과 거의 동일형상의 판금부재(71)를 이용한다. 이 판금부재(71)에서는 전극고정판(44)의 선단에 접힘부(44a)가 형성되지 않으며, 방전전극(41)은 전극고정판(44)에 용접에 의해 고정된다. 그 밖의 부분의 구조는 도 4 및 도 5와 마찬가지다. 여기서 도 4 및 도 5의 예와 마찬가지로, 스테인리스강판에는, 예를 들어 두께 0.1㎜∼0.2㎜의 것이 이용되며, 방전전극(41)에는 직경 0.14㎜ 정도의 텅스텐선이 이용된다.
상기 판금부재(71)는 고정용 애자(72)를 이용하여 대향전극(42)에 고정된다. 고정용 애자(72)는, 도시하지 않지만 대향전극(42)의 길이방향 양 단부에 배치된다. 이와 같이 고정용 애자(72)를 이용하여 판금부재(71)를 대향전극(42)에 고정시키는 것은, 도 4 및 도 5의 예에서도 마찬가지다.
(제 3 변형예)
도 8은 제 2 실시형태의 제 3 변형예를 나타낸다. 이 예에서는 전극유지부재로서 도전수지제의 성형부재(81)를 이용한다. 이 성형부재(81)는 대략 "H"자형의 본체부(81a)와, 이 본체부(81a)로부터 연장된 전극고정판(44)을 구비하며, 전극고정판(44)에 텅스텐선의 방전전극(41)이 초음파 용착(溶着)으로 고정된다. 또 성형부재(81)는 도 7의 예와 마찬가지로, 고정용 애자(82)를 이용하여 대향전극(42)에 고정된다.
이 변형예에서도, 상기 제 1, 2 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[제 3 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 11은 제 3 실시형태에 관한 공기정화장치(10)의 분해사시도이며, 도 12는 공기정화장치(10)의 내부를 위쪽에서 본 도이다. 이 공기정화장치(10)는 제 1 실시형태의 공기정화장치와 마찬가지로, 일반가정이나 소규모점포 등에서 이용되는 민생용 공기정화장치이다.
공기정화장치(10)는, 한끝이 개방된 상자형의 케이싱 본체(21)와, 이 케이싱 본체(21)의 개방 끝단면에 장착되는 전면 플레이트(22)로 구성되는 케이싱(20)을 구비한다. 케이싱 본체(21)의 양 측면 및 상면과, 전면 플레이트(22)의 전면 중앙부에는, 피처리공기인 실내공기가 도입되는 공기흡입구(23)가 형성된다. 또 케이싱 본체(21)의 천장판 배면 쪽에는 실내공기가 유출되는 공기토출구(24)가 형성된다.
케이싱 본체(21) 내에는, 공기흡입구(23)로부터 공기토출구(24)에 걸쳐 실내공기가 흐르는 공기통로(25)가 형성된다. 이 공기통로(25)에는, 실내공기 흐름의 상류 쪽(도 12에서 아래쪽)에서 차례로, 공기정화를 행하는 각종 기능부품(30)과, 이 공기통로(25)로 실내공기를 유통시키기 위한 원심송풍기(26)가 배치된다.
상기 기능부품(30)은, 전면 플레이트(22) 쪽으로부터 차례로, 프리필터(31), 이온화부(32), 방전장치(40), 정전필터(33), 및 촉매필터(34)가 배치된다. 또 공기정화장치(10)의 케이싱 본체(21) 후부 아래쪽에는, 방전장치(40)의 전원수단(45)이 배치된다.
프리필터(31)는, 실내공기 중에 포함되는 비교적 큰 먼지를 포집하는 필터이다. 또 이온화부(32)는, 프리필터(31)를 통과한 비교적 작은 먼지를 대전시키고, 이 먼지를 이온화부(32)의 하류 쪽에 배치된 정전필터(집진필터)(33)에 의해 포집하기 위한 것이다. 이 이온화부(32)는, 복수의 이온화선(35)과, 각 이온화선(35)에 대응하는 대향전극(36)으로 구성된다.
상기 복수의 이온화선(35)은, 골판형상 내지 복수의 역'ㄷ'자형이 연속된 수평 단면형상을 갖는 골판부재(38)의 앞쪽에 배치된다. 여기서, 본 실시형태에서는 2개의 골판부재(38)가 좌우로 배열된다. 또 골판부재(38)의 앞쪽에는 복수의 앞쪽 개구부(38a)가 형성되며, 각 이온화선(35)은 각 앞쪽 개구부(38a) 내에서 골판부재(38)의 상단으로부터 하단에 걸쳐 팽팽하게 걸쳐진다. 한편, 상기 이온화선(35)에 대응하는 대향전극(36)은, 골판부재(38)의 앞쪽 개구부(38a)를 형성하는 벽면에 설치된다. 또 이 골판부재(38)의 뒤쪽 면에는, 정전필터(33)와 평행하게 배치되는 망사판(37)이 연결된다.
방전장치(40)는, 복수의 방전전극(41)과, 각 방전전극(41)에 대향하는 면 형상의 대향전극(42)을 구비한다.
상기 방전전극(41)은 선형상 내지 막대형상으로 형성되며, 상기 골판부재(38)의 뒤쪽에 배치된다. 이 방전전극(41)은, 방전장치(40)의 확대사시도인 도 13의 (A)에 나타내는 바와 같이, 골판부재(38)의 뒤쪽 개구부(38b) 내에 배치됨과 동시에 상하방향으로 이어지는 전극유지부재(43)에 지지된다. 이 전극유지부재(43)는 수평 단면이 역'ㄷ'자형으로 형성되며, 소정의 부위에는 앞쪽으로 향해 굴곡 형성된 복수의 지지판(고정부재)(44)이 형성된다. 그리고 선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)은 이 방전전극(41)을 사이에 끼도록 하여 코킹처리된 지지판(44)의 선단부에 의해 지지된다(도 13의 (B), 방전장치의 수평단면도 참조). 이상과 같이 하여 방전전극(41)의 양 단부는, 지지판(44)으로부터 상하방향으로 돌출된 상태로 된다. 또 본 실시형태에 있어서, 방전전극(41)은 텅스텐을 재료로 하여 구성된다.
한편 대향전극(42)은, 이와 같이 하여 방전전극(41)이 배치되는 골판부재(38)의 뒤쪽 개구부(38b) 내의 제 1 면(후면)(38c)에 형성된다. 그리고 이 제 1 면(38c)이 방전전극(41)과 대향하는 전극면으로서 기능한다. 이렇게 하여, 지지판(44)으로부터 돌출하는 방전전극(41)이, 대향전극(42)의 전극면과 거의 평행하게 배치된다. 또 대향전극(42)의 상단부 및 하단부에는, 각각 대향전극(42)과 상기 전극유지부재(43) 사이에 설치되는 스페이서(46)가 구성된다. 이 스페이서(46)는, 본 실시형태에서 절연성 애자로 구성된다. 그리고 방전전극(41)의 선단부로부터 대향전극(42)까지 사이의 거리(B)가 상기 스페이서(46)에 의해 일정간격으로 유지된다.
여기서, 방전장치(40) 각 부의 구체적 구성에 대해 설명한다(도 3 참조). 우선, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)는, 0.96≤B/A≤1.52(보다 상세하게는 1.16≤B/A≤1.45)로 나타내지는 관계식 (1)을 만족시킨다. 구체적인 수치로는, A(㎜)가 4.4≤A≤5.0(4.7±0.3)이며, B(㎜)가 5.8≤B≤6.4(6.1±0.3)이다. 또 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극유지부재(43)에 있어서 방전전극(41)의 축 직각방향 폭 치수(D)는, A≤D(D=13㎜)로 나타내지는 관계식 (2)를 만족시킨다. 또한 방전전극(41)에서 대향전극(42)의 면 방향 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)는 B/E≥20으로 나타내지는 관계식(3)을 만족시킨다. 방전전극에는, 지름치수(E)가 φ0.2㎜이며, 방전전극(41)이 고정부재(44)로부터 돌 출된 길이 치수(C)가 3.5+0.5㎜의 텅스텐선이 이용된다.
상술한 정전필터(33)는, 상기 방전장치(40)의 하류 쪽에 배치된다. 정전필터(33)는 상류 쪽의 면에서, 상술한 이온화부(32)에 의해 대전된 비교적 작은 먼지를 포집하는 한편, 하류 쪽의 면에는 광 촉매(광 반도체)가 담지된다. 이 광 촉매는, 방전장치(40)의 방전에 의해 생성되는 저온플라즈마 중의 반응성이 높은 물질(전자, 이온, 오존, 라디칼 등의 활성종)을 더욱 활성화시켜, 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질의 분해를 촉진시킨다. 그리고 이 광 촉매는, 예를 들어 2산화티탄이나 산화아연, 또는 텅스텐산화물이나 황화카드뮴 등이 이용된다. 또 정전필터(33)는, 수평 단면이 골판형상으로 굴곡되어 형성된, 이른바 주름필터로 구성된다.
상기 촉매필터(34)는 정전필터(33)의 하류 쪽에 배치된다. 이 촉매필터(34)는, 벌집구조의 베이스 표면에 플라즈마촉매를 담지시킨 것이다. 이 플라즈마 촉매는 상기 광 촉매와 마찬가지로, 방전장치(40)의 방전에 의해 생성되는 저온플라즈마 중의 반응성이 높은 물질(전자, 이온, 오존, 라디칼 등의 활성종)을 더욱 활성화시켜, 실내공기 중의 피처리성분인 유해물질이나 냄새물질의 분해를 촉진시킨다. 이 플라즈마 촉매로는, 망간계 촉매나 귀금속계 촉매, 그리고 이들 촉매에 활성탄 등의 흡착제를 첨가한 것이 이용된다.
-운전동작-
공기정화장치(10)의 운전 중은, 원심송풍기(26)가 기동되고, 피처리가스인 실내공기가 케이싱 본체(21) 내의 공기통로(25)를 유통한다. 또 이 상태에서, 이 온화부(32) 및 방전장치(40)에는 전원수단(45)으로부터 고전압이 인가된다.
실내공기가 케이싱 본체(20) 내에 도입되면, 우선 프리필터(31)에서 비교적 큰 먼지가 제거된다. 프리필터(30)를 통과한 실내공기는 이온화부(32)로 흐른다. 이온화부(32)에서는, 이온화선(35)과 대향전극(35) 사이에서의 방전에 의해 실내공기 중의 비교적 작은 먼지가 대전한다. 이 대전한 먼지를 포함한 실내공기는 정전필터(37)로 유입된다. 그리고 정전필터(33)에서, 이들 대전한 먼지가 포집된다.
한편, 방전장치(40)에서는, 방전전극(41)과 대향전극(36) 사이에서의 스트리머방전에 의해 저온플라즈마가 발생한다. 이로써, 방전장치(40)에 의해 발생한 저온플라즈마가, 실내공기와 함께 하류 쪽으로 흐른다.
이 저온플라즈마에는 반응성이 높은 물질(활성종)이 포함돼있다. 그리고 이 반응성이 높은 물질은, 실내공기와 접촉하여 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질을 분해한다. 또 상기 활성종이 정전필터(33)에 달하면, 정전필터(33)에 담지된 광 촉매에 의해 다시 활성화되어, 실내공기 중의 유해물질이나 냄새성분이 다시 분해된다. 그리고 이 활성종이 촉매필터(34)에 달하면, 이들 물질은 한층 활성화되어, 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질이 한층 분해된다.
이상과 같이 하여 먼지가 제거됨과 더불어 유해물질이나 냄새물질도 제거된 청정한 실내공기는, 원심송풍기(26)로 도입되어 공기토출구(24)에서 실내로 토출된다.
다음에, 각 부의 구체적 구성에 따른 작용을 설명한다(도 3 참조).
상술한 바와 같이 이 방전장치는, 상기 3개의 관계식을 만족시킨다. 즉, 방 전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격치수(B)에 대한, 0.96≤B/A≤1.52(보다 상세하게는 1.16≤B/A≤1.45)로 나타내지는 관계식 (1), 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극유지부재(43)에 있어서 방전전극(41) 축 직각방향의 폭 치수(D)에 대한, A≤D로 나타내지는 관계식 (2), 그리고 방전전극(41)에 있어서 대향전극(42) 면 방향의 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)에 대한, B/E≥20으로 나타내지는 관계식 (3)을 만족시킨다.
상기 관계식 (1)에 관해서는 도 9 및 도 14를 이용하여 이미 설명한 바와 같이, B/A의 값이 0.96보다 작으면 글로우방전으로 되기 쉬우며, 1.52보다 크면 스파크 경향이 강해져, 방전의 안정적 지속과 복수 개소에서의 동시방전이 어려워지는데 반해,
0.96≤B/A≤1.52, 특히 1.16≤B/A≤1.45이면 글로우방전이나 스파크가 일어나기 어려워, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
상기 관계식 (2)에 관해, 상기 간격치수(A)가 상기 폭 치수(D)보다 커지면, 전극대치면(43a)이 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키는 작용이 약해지는데 반해, A≤D로 나타내지는 관계식 (2)를 만족시키도록 해두면, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화시키는 작용이 확실히 얻어지므로, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
또 상기 관계식 (3)에 관해, B/E가 20보다 작으면 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 또는 지름이 커지므로, 방전전극(41) 선 단의 마모나 그 불균일 때문에 방전특성이 변화하기 쉬워져, 스트리머방전이 불안정해지거나, 복수의 방전전극(41)에서 방전이 불균일해지거나 하지만, B/E≥20이면 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격에 대해 방전전극(41)의 폭 또는 지름이 충분히 작아지므로, 방전전극(41) 선단의 마모나 그 불균일이 방전에 미치는 영향이 작아져, 안정된 스트리머방전이 가능해진다. 또한 B/E≥30으로 하면, 스트리머방전의 방전음이 작아짐을 실험 결과로부터 알았다.
-제 3 실시형태의 효과-
이상 설명한 바와 같이 이 제 3 실시형태에서도, 선형 내지 막대형의 방전전극(41)을 면 형상의 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치하고, 방전전극(41)의 선단이 마모되어도 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격을 일정하게 유지함과 더불어 방전전극(41)의 선단형상이 변화하지 않도록 하므로, 방전 특성을 유지하기가 가능해져, 스트리머방전을 안정시킬 수 있다. 따라서 방전전극(41) 형상의 경시변화에 의해 스파크가 발생하거나, 스트리머방전이 일어나지 않고 글로우방전이 일어나거나 하는 문제를 방지할 수 있다.
또 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 맞대는 위치에 전극유지부재(43)를 배치함으로써, 방전전극(41) 선단에서의 전계 집중을 완화하기가 가능해지므로, 스트리머방전을 보다 안정시키는 것이 가능해진다.
또한 전극대치면(43a)을 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치함으로써, 방전전극(41)의 선단이 서서히 마모될 경우에, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격만이 아니라, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격도 변화 하지 않도록 하는 점, 방전전극(41)을 대향전극(42)보다 전극대치면(43a)에 근접하는 위치에 배치하여 글로우방전이 일어나기 어렵게 하는 점, 방전전극(41)을 전극유지부재(43)에 고정시키는 고정부재(44)를 구성시켜 방전전극(41)과 대향전극(42) 및 전극유지부재(43)의 위치관계를 안정시키는 점, 그리고 상기 관계식 (1)∼(3)을 만족시키는 점에 의해서도, 안정된 스트리머방전이 가능해진다.
또 이 실시형태에서는 전원수단(45)을 직류전원으로 구성하므로, 펄스전원 등을 이용하는 경우에 비해 방전장치(40)를 저가로 제조하는 것이 가능해진다.
또한 방전전극(41)에 텅스텐 재료를 이용하며, 이 텅스텐 재료의 경도가 높으므로, 방전전극(41)의 휨이나 변형이 적고 제조가 용이해지며, 융점, 열전도율이 높으므로, 방전에 의한 방전전극(41)의 소모가 적어 내구성이 향상된다. 또 텅스텐 재료는, 방전에 수반하여 방전전극(41)의 선단이 조금씩 마모되어갈 때에 선단이 거칠어지는 특성을 가지며, 이 특성에 의해 스트리머방전의 안전성도 향상된다.
[그 밖의 실시형태]
본 발명은, 상기 실시형태에 대하여 이하와 같은 구성으로 해도 된다.
예를 들어 상기 제 1 실시형태에서, 대향전극(42)의 전면부분(42a)에 복수 개의 통풍공을 형성해도 된다. 그리하면, 케이싱(10) 내에 도입된 실내공기가 하류 쪽으로 흐를 때에 대향전극(42) 내의 스트리머방전 개소도 통과하므로, 스트리머방전에 의해 발생한 저온플라즈마의 활성종 등이 대향전극(42) 내에서 대류하지 않고 촉매필터(34)까지 확실하게 흘러간다. 따라서 공기정화장치의 처리성능을 높은 레벨로 안정시킬 수 있다.
또 상기 실시형태에서는, 방전장치(40)의 하류 쪽에, 예를 들어 망간계 촉매나 귀금속계 촉매 등의 플라즈마 촉매가 베이스에 담지된 촉매필터(34)를 배치한다. 그러나 방전장치(40)의 하류 쪽에는, 이 촉매필터(34) 대신에, 예를 들어 활성탄이나 제올라이트 등의 흡착제가 베이스에 담지된 흡착처리부재를 배치하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 방전전극의 선단과 대향전극과의 사이에서 스트리머방전을 행하는 방전장치를 이용한 공기정화장치에 대해 유용하다.

Claims (12)

  1. 피처리공기가 흐르는 공기통로(25)와, 이 공기통로(25)에 배치됨과 더불어 스트리머방전을 행하는 방전장치(40)를 구비하는 공기정화장치로서,
    상기 방전장치(40)는, 방전전극(41)과, 이 방전전극(41)과 대향하는 대향전극(42)과, 양 전극(41, 42)에 방전전압을 인가하는 전원수단(45)을 구비하며, 방전전극(41)의 선단으로부터 대향전극(42)을 향해 스트리머방전이 발생하도록 구성되며,
    선형상 내지 막대형상의 방전전극(41)이 면 형상의 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 방전전극(41)을 사이에 두고 대향전극(42)과 서로 대치하는 위치에 전극대치부재(43)가 배치되며, 이 전극대치부재(43)에 대향전극(42)과 대치하는 전극대치면(43a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  3. 제2항에 있어서, 전극대치면(43a)이 방전전극(41) 및 대향전극(42)과 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  4. 제3항에 있어서, 방전전극(41)은, 대향전극(42)과 전극대치면(43a)과의 중간위치 또는 이 중간위치에서 전극대치면(43a) 쪽으로 치우친 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  5. 제2항에 있어서, 전극대치부재(43)와 방전전극(41)이 서로 다른 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  6. 제5항에 있어서, 전극대치부재(43)가 절연재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  7. 제2항에 있어서, 방전전극(41)을 전극대치부재(43)에 고정시키는 고정부재(44)를 구비하며,
    방전전극(41)의 선단이 고정부재(44)로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  8. 제2항에 있어서, 방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)과의 간격치수(B)가,
    0.96≤B/A≤1.52로 나타내지는 관계식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  9. 제2항에 있어서, 전극대치부재(43)가 방전전극(41)의 축 직각방향으로 소정의 폭 치수(D)를 갖는 부재로 구성되며,
    방전전극(41)과 전극대치면(43a)의 간격치수(A)와, 전극대치부재(43)의 폭 치수(D)가,
    A≤D로 나타내지는 관계식 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  10. 제2항에 있어서, 방전전극(41)에 있어서 대향전극 면 방향의 폭 치수 또는 지름치수(E)와, 방전전극(41)과 대향전극(42)의 간격치수(B)가,
    B/E≥20으로 나타내지는 관계식 (3)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  11. 제1항에 있어서, 전원수단(45)이 직류전원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  12. 제1항에 있어서, 방전전극(41)이 텅스텐 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
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