KR20070076939A - 공기 정화 시스템 - Google Patents

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KR20070076939A
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다노프 젠리크
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다노프 젠리크
유석용
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Abstract

본 발명은 전기장을 이용한 이온 풍(風) 분위기 하에서 종적 공기흐름의 광 촉매 반응 표면으로 강제적 전달하는 광 촉매 기능을 지니는 기계-전기적 설비가 포함된 공기 정화 시스템에 관한 것이다.
공기 정화 시스템

Description

공기 정화 시스템 {AIR CLEANING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 공기정화 시스템 전체도
도 2는 본 발명의 공기 정화시스템 평면 상세도
도 3은 본 발명의 공기정화시스템 회로도
도 4 및 도 5는 본 발명의 피에조 전기변압기의 다양한 형태의 상세도
도 6은 본 발명의 피에조 변압기의 진폭-주파수 특성을 나타낸 도표
도 7은 본 발명의 피에조 변압기의 전압특성을 나타낸 도표
도 8은 본 발명의 공기정화시스템이 광 촉매 실에서 전기장이 생성되었을 때와 사라졌을 때의 실험적 특성
도면의 부호설명
본체(1), 집진필터(2), 초벌필터(2-1), 헤파필터, 정전기정화실(3), 광촉매실(4), 광촉매전극판(5, 6, 7), 자외선 램프(8), 환풍기(9), 전기블록(10), 고전압피에조반전도성변압기(HVT)(10a), 고전압정류기(HVR)(10b), 이온화전극시스템(11), 여기(여진)입력부(21), 출력발전부(22), 입력부 전극(23, 24), 발전부(25)
본 발명은 공기 정화를 위한 자동화 장치들에, 실내 공기의 규격 유지를 위한 기후 조절 시스템 등에서 독립적으로 사용되는 전기장을 이용한 이온 풍(風) 분위기 하에서 종적 공기 흐름의 광 촉매 반응 표면으로 강제적 전달하는 광 촉매 기능을 지니는 기계-전기적 설비가 포함된 공기 정화 시스템에 관한 것이다.
이온-플라즈마 및 오존을 응용한 잘 알려진 공기 정화 설비들은 양전하로 대전 된 공기이온 제거기, 코로나 방전식 용접봉과 전기적으로 연결된 접지(earth), 음이온 방사량 조절기 그리고 편향 전극 판과 전기적으로 직접 연결된 음이온 포텐셜이 방사량 조절기를 통해서 조절할 수 있는 음이온 방사기(이경우 편향전극판은 음으로 대전 된다.)를 포함한 에어졸과 먼지 제거용 공기정화 장치가 공개되어 있다.
러시아연방 특허 제93057865에 의료용 소독, 악취 제거 장비로 사용이 가능하며 범용 기기용 식품 살균, 보존기간 증대 및 지하실, 온실 세균 제거용으로도 사용할 수 있는 격벽 방전 및 전기불꽃 방전하에서 고전압 이온화를 통한 일반 공기중 오존 및 산소 추출용 오존발생 장치로, 구성되며,.
고전압변압기로서 반전 도성 자동 발전기와 연결된 방전 실로의 출력임피던스를 지니는 피에조변압기(PCT)가 사용된 피에조반전도성 오존발생기가 기술되어 있으며,
이전부터 공기의 부분적인 살균력을 지니는 광화학적 정화는 가스방전, 180~270nm의 단파장 전압 자외선 램프를 이용하여 실현해 왔다. 하지만, 이 영역대의 자외선을 사람에게 노출시키는 것은 안전하지 않다. 당연히 이런 정화기의 응용 영역은 의료기관에서의 수술실이나 회복실 등이다.
그러나 최근에 과학적 연구 영역에서 성공적으로 실질적 응용 영역으로 옮겨온 안전한 광 촉매 공기 정화법이 등장하여 사용되고 있다.
원리는 다음과 같다. 고체 표면상에 다양한 성질을 지닌 흡착 핵들이 동시에 존재하며 그것들과의 분자들간의 흡착은 표면상에 다양한 흡착화합물들의 생성으로 이어진다. 이 경우 가스-고체상 상 경계(일반적인 경우 두 상간의 상경계)에서 비가스화 반응이 일어나거나 오직 고온하에서만 표면에서의 탈착이 일어나는 반응들이 진행되게 하는 화학적 반응성이 급격히 증대된다. 흡착된 분자들의 이러한 높은 반응성은 이종 촉매 분야에서 다양하게 이용되고 있다.
잘 알려진 광 촉매를 이용한 공기정화 방법과 설비를 보면 다음과 같다.
미국특허 제4,750,917호에는: 자외선 쪼임을 이용한 오염된 공기의 정화를 위한 공개된 방법 그리고 전기적 공기 입자들의 대전과 정전기 필터를 사용한 그 입자들의 제거에 관한 기술이 기재되어 있고,
미국특허 제4,544,470호에는 오염된 공기의 정화를 수반하는 산화-환원 반응의 광전자화학적 구조가 기술되어 있으며,
미국특허 제4,954,465호 및 제5,035,784호에는: 광 촉매를 이용한 오염된 공 기의 정화, 악취제거 및 살균용 광 촉매 기기가 공개되어 있고, 국제특허 PCT제91/09823호에는 증기소독된 유기 물질의 감균작용 조절을 위한 광 촉매 공정. 설비에는 촉매기, 증기, 산소 분자가 사용되었고,
광 촉매를 응용한 공기정화 구조로서 미국특허 제5,449,443 (Jacoby 1995년 9월 12일) 호에는 가스 유동상에서 유기적 오염물질과 바이오에어졸은 유동 가스 흐름상에 놓여진 유연성 띠들에 피복된 반전도 촉매 입자들의 존재 하에 섬광에 의해(예를들어 자외선에 의해)서 산화되고, 촉매입자들로 피복된 띠들은 오염된 공기 흐름 속에서 다양한 방향으로의 움직임이 가능하며, 이와 같은 구조물에선 광 촉매 코팅의 유효면적 증가하며 공기 흐름상에서 광 촉매 공정시 상대적 작용 시간이 증대되는 기술이 공개되어 있음을 알 수 있다.
세계 여러 나라의 산업계에선 다양한 구조의 자동 공기 정화기와 수많은 정화, 살균기, 공기 규격 유지 시스템들이 나오고 있다. 현대 정화 기술의 집합 면에서 볼 때 가장 보편적인 정화 및 공기 살균기는 일본의 다이긴(Daikin)사에서 제조되는 MC401VE(모델명) 나 시에스타(Siesta) ACEF3AV1(모델명)등을 꼽을 수 있다.
시에스타(Siesta) 정화기는 1차 필터 및 초벌 필터, 정전기 필터, 광 촉매 롤필터, 광 촉매제 카셋트, 특수 자외선 인버터 램프, 환풍기 등으로 구성되어 있음을 알 수 있다.
좀 더 효과적인 광 촉매 작용을 위하여 2개의 사전 필터장치가 제안 되었다(초벌필터, 정전기 필터). 이 필터들은 큰 먼지 입자들이나 기계적 오염물들을 제거 하는데 사용된다.
광 촉매 시스템은 표면이 광 촉매제로 피복된 롤필터와 광 촉매제 카셋트로 이루어져 있다. 롤필터는 마이크로입자들이나 미세먼지들을 거르며, 부분적으로 무해 물질로 변환될 때까지 분해한다. 광 촉매제 카세트의 역활은 악취와 유해 가스의 제거이며 이 경우 요구 출력량은 대략 40W 정도이다. 보이는 바와 같이 시에스터(Siesta) ACEF3AV1의 파이온에어( Pionair) 모델과의 차이점은 오존 공기 청정 기능을 사용하지 않는다는 점이다.
오늘날 공기정화 시스템 중 가장 효과적인 설비로는 미국에서 생산되는 파이온에어(Pionair(Photocatalytic Ionizing Air Treatment System))사의 이온-광촉매 공기 정화 장비 시리즈로 평가된다. 다음은 bioactiveweb@centurytel.net에서 제공한 데이터를 기준으로 파이온에어(Pionair)사의 정화기를 각 기능별로 평가한 자료이다.
요소 *헤파 필터 *정전기필터 **오존 자외선 이온 광촉매
관리성 높음 높음 적당 나쁨 낮음
안전성 좋음 좋음 나쁨 좋음 좋음 우수
곰팡이제거 나쁨 좋음 좋음 좋음 나쁨 우수
세균제거 나쁨 좋음 좋음 좋음 나쁨 우수
집진능력 나쁨 나쁨 나쁨 좋음 나쁨 우수
유독가스제거 나쁨 나쁨 좋음 좋음 나쁨 우수
악취제거 나쁨 좋음 좋음 나쁨 좋음 우수
연기제거 좋음 좋음 좋음 나쁨 우수 좋음
애완동물 미세물질제거 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 우수
1micron이상 미세입자제거 우수 좋음 좋음 나쁨 우수 좋음
1micron 미세입자 좋음 나쁨 나쁨 나쁨 우수 좋음
1micron이하 미세입자제거 나쁨 나쁨 나쁨 나쁨 좋음 좋음
*기술적으로 환풍기가 요구됨,
**인력이 필요없음,
그러나 위에서 살펴본 공기정화 설비는 불충분 하지는 않지만 효율성과 정화 품질면에서 볼때 최상이라고 할 수 없다.
광 촉매 효과를 이용한 일반적인 공기정화 설비 및 시스템의 주요 단점은 광 촉매 코팅 막의 사용시간 경과에 따른 화학적 요염물질들(유기 및 아질산화 화합물 등)의 반응에 의한 감소현상에 따른 정화 및 멸균 기능 상실이다.
이외에도 이론적으로나 기술적으로나 확인된바 오염된 공기의 설비네 유동시 광 촉매 효율성은 에너지량 및 광 촉매반응 표면으로의 자외선량 그리고 광 촉매반응 표면상 오염물질이 머무른 시간에 따른 정비례 한다. (다시 말하자면 광 촉매반응 표면과 유동공기와의 장시간 접촉을 의미한다.) 또 공기정화기의 효율성 증가는 유효 광 촉매 표면적 증대에 비례한다, 즉 최대 유효 접촉 면적이 필수적이다.
이와 같은 관점에서 볼 때 소결된 유리구들로 채워진 실린더 형상 또는 막대 형상의 광촉매 담채는 형광 램프나 자외선 광선 원에서 동일하게 떨어져 있는 평면 광 촉매 담채보다 유리하다. 대부분의 경우 최대 표면 적을 지니는 담채는 고다공성 소재로 이루어져 있다.
다음으로, 강조할 것은 위에서 살펴본 구조물들에서 환풍기에 의해 유입된 일부 공기 흐름과 이미 광 촉매실 내에 존재해 있는 공기들이 지나칠 정도로 적은 광 촉매반응 표면과의 접촉시간을 지닌다는 점이다. 즉 유입되는 오염된 공기 중 매우 적은 양만이 정화되는 것이다. 이러한 단점은 담채가 가능한 한 모든 진동을 수행할 때 부분적으로 해결할 수 있는데 이는 미국특허 제5,449,443호에 의해 제안되었다. 그러나 그와 유사한 기술적 방법은 장치를 지나치게 복잡하게 하며 위의 단점을 완벽히 해결해 주지도 않는다. 즉 공기정화기의 광촉매 표면과 유입공기와의 최상의 접촉성을 제공해주진 못한다.
한국공개특허공보 특2000-75146호에는 광 촉매를 코팅한 금속판 또는 금속망에 직류전류를 공급하여 자외선에 의해 정화하는 광 촉매를 이용한 공기정화기가 공개되어 있고,
동 공보 특2001-77127호에는 광 촉매필터 및 이를 이용한 공기정화장치 등이 공개되어 있으나, 이는 단순히 광 촉매와 자외선 등을 선언적으로 이용한다고 기재되어 있을 뿐 구체적인 정화원리 및 광 촉매에 의한 공기의 정화가 효율적이지 못하는 문제점이 있어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 오존 합성기와 이온 생성기 들에서 상대적으로 낮은 출력임피던스 값을 지니는 전자기-와이어 변압기를 사용한다는 점이다. 따라서 오존과 이온의 생산성 측면에서 볼 때 그리고 전기적 안전성 측면에서 볼 때 생산 현장에서나 공기정화기의 이용 시 높은 출력 임피던스 값을 지니는 피에조 전기변압기(피에조구조란 압력을 전기로, 전기를 압력 형태로 변환할 수 있는 세라믹 구조임)를 사용하는 것이 최상인 것을 실험을 통하여 창안한 것으로서,
공기정화 설비의 효율성, 내구성 및 안전성 향상에 있으며 다음과 같은 부품들을 포함하는 공기정화설비에 의해서 달성될 수 있다. : 본체, 집진필터, 환풍기, 광 촉매실, 한 쌍 혹은 여러 쌍으로 이루어진 광 촉매전극판 (사이 사이에 수직으로 배열된 쌍 혹은 여러 쌍의 자외선 램프를 포함) , 그리고 오염된 공기의 이온화와 오존화를 일으키는 자외선 램프(8)에 전원을 공급하며, 고전압피에조 반전도성변압기(HVT)(10a), 고전압정류기(HVR)(10b)로 구성된 전기블록(10)과, 양의 부호를 지니는 1차 정류 고전압은 제1광 촉매전극판(5)와 자외선 램프(8)에 연결되며, 음의 부호를 지니는 2차 전압은 제3광 촉매전극판(7)과 연결된다. 전압 값 0을 지니는 전선은 제2광 촉매전극판(6)에 연결된다. 이와 같이 각각의 광 촉매실 마다 광 촉매전극 판에 수직으로 향하는 전기장이 형성되며 오염된 공기는 광 촉매실에서 먼저, 이온화와 오존화가 된 다음, 광 촉매전극판들로 향하게 구조를 개선하여, 효율성의 증대와 오염된 공기의 정화시간 단축 (동일한 전기소모량에 비해), 광 촉매 코팅 막의 감소 현상 예방 및 코팅 막의 수명연장, 공기정화 시스템의 전기적 안전 성 증대된 공기정화시스템을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 공기정화기 본체(1)는 부도체성 소재로(예를 들어 플라스틱 혹은 아크릴소재) 만들어졌으며 필터를 지나가는 방향성 공기 흐름을 형성하는 역할을 하며 주요 및 보조 기관들을 견고히 고정한다. 본체는 오염된 공기 흡입을 위한 두 개의 개방식 측면을 지닌 직각의 밀봉된 격리실 형태를 띠고 있다. 오염된 공기의 흡입은 내부에 가장 표면적이 큰 곳에 고정된 저소음 환풍기(9)에 의해서 이루어진다.
본체(1) 격리실의 입구에는 기계적 초벌 정화필터가 설치되어 있다. 집진필터(2)는 소모성 2중 필터로서. 이러한 필터구조는 새 필터로의 교체를 용이하게 하며 첫 번째 삽입은 초벌용 일반 필터, 두 번째 삽입은 미세정화용 헤파필터를 사용한다. 공기정화기의 나머지 요소들은 모두 비소모성이다.
정전기정화실(3)은 첫 번째 필터와 두 번째 기계적 필터-2 사이, 그리고 첫 번째 광촉매 전극판(5)과의 사이 빈공간 그 자체이다.
광촉매실(4)는 고기공성 소재(예를 들어 니켈 폼)로 만들어진 광촉매전극판(5, 6,7)들로 닫힌 공간이다.
다음으로, 추가할 사항은 본체(1)의 광촉매전극판(5, 6, 7)들은 격벽처럼 공기 흐름에 수직으로 배열되며 실질적으로 각 판들은 본체의 단면을 모두 차단한다(가린다).
가공성 소재로 만들어진 광촉매전극판(5, 6, 7)들은 특수 광촉매 성분들이 침투되어 있다. (예를 들어, 추티탄석(뿔티탄석) 구조를 지니는 나노크리스탈 티탄 산화물 TiO2 )
광촉매실(4)에는 파장길이 315~400nm정도의 약한 자외선을 방출하는 가스방전-형광-자외선 램프(UV-A)(8)가 설치되어 있고, 각 자외선 램프(8)와 광촉매전극판(5,6)들 사이의 간격은 대략 유리전구의 지름과 같다.
이와 같이 정화공정에서 자외선램프(8)의 자외선 방출은 광촉매전극판(5, 6, 7)의 표면을 가능한 한 최대한 활성화한다.
자외선램프(8)의 전기적 출력은 주어진 방 부피에서 요구되는 정화 효율에 따라 선택한다. 본질적으로 자외선 램프(8)의 외형치수는 전체적인 공기정화기의 외형치수의 결정 요소로 작용한다. 다음으로, 명시할 내용은 저압 수은 가스방전용 자외선램프(8)의 자외선 스펙트럼 영역으로의 방사 출력은 전체 광 에너지의 20~25% 정도라는 것이다. 범용 직각형 공기정화용으로 가장 적당한 가스방전 자외선 램프(8)들의 출력은 15~36W 정도이다.
우수한 실험결과들을 필립스(Philips)사의PL-L 24W/10/4P 2G11; CLEO 15W G5; CLEO PL-L 36W (PL-L 36W/09/4P 2G11) UV-A, TLD 36W/08 G13등을 이용시 얻을 수 있었다.
주목할 것은 작은 크기임에도 자외선 영역에서 높은 방사 효율을 보여주는 크세논 램프(예를 들어 헬라(Hella) 사의 램프)의 사용은 나쁘지 않은 응용 전망을 제시하고 있다.
준공진(준공명) 고전압피에조 반전도성변압기(10a)로 이루어진 전기블록(10)은 공기정화기의 주요 기능들의 기반을 제공한다. 블록에는 가스방전 자외선램프(8)의 시동과 안정적 상태를 유지하게 해주는 고전압정류기(10b)와 환풍기(9)전원 공급용 저전압 매듭(12V/0.5A)이 포함되어 있다.
도 3에는 전기블록(10)의 제한적인 전기적 모식도가 나와있다. 모식도에는 회로망여파기와 전교식정류기(다이오드D1~D4에), 모스프트(MOSFT) 출구 트랜지스터 Q1,Q2의 조절을 위한 직접회로-드라이버 D, 결합변성기 T1, 출구색류선륜 L, 축전지 C, 그리고 가스방전램프의 안정적인 시동을 유지해주는 공진회로 등이 나와있다. 레지스터 Rt 와 축전지Ct는 드라이버D의 초기주파수전달 원이다. 그러나 차후의 드라이버 주파수 조절과 모든 변환장치들의 조절은 동기입력 마이크로 회로(Syn)에 의해서 이루어진다.
다이오드 D5,D6 그리고 정전압 다이오드Z1은 드라이버D의 마이크로 회로의 전원공급을 맡으며, 출력전압 12V를 얻기 위해서는 색류선륜 L의 코일에서 크지않은 2차 권선 들이 발생하여야 한다. 도 3회로 도에 표기된 정류 다이오드D7, D8의 작용을 수반하는 출력변압기 T2의 이러한 동작은 출력 10W까지 색류선륜L에서의 자화 전류를 최소화한다.
드라이버의 동기화는 도 3에서 보인 바와 같이 피에조변압기(PCT) 출력전압의 진폭-위상 상호관계에 의해서 결정되거나 발전기 전압에 의해서 결정된다. 피에조변압기(PCT)의 2차 고주파 공명에 상응하는 고주파 출력전압(40土3kHz)은 발전기 에서 회로도에 따라 전기에너지의 누적 없이 축전기를 사용하지 않는 고전압 정류기(HVR)로 들어가는데 이와 같은 정류기들에선 출력정류전압의 진폭이 부하전류에 따라 간혹 100%에 달하는 눈에 띄는 맥노리를 보인다. 한편으론 심하게 파동 하는 고전압 압력이 공기 중의 전기 방전이 약할 때 산소 분자들의 이온화에, 오존 발생에 충분히 효과적으로 작용하기도 한다. 초벌 필터를 거친 공기들의 이온화와 오존화가 광촉매실-4에서 이루어지는데 이때 이온화와 오존 화를 위해 광촉매 전극판들-5, 6, 7에 土12000V의 고전압이 전기블록-10으로부터 걸린다.
전기블록(10)과 전기공기정화장치의 독립적인 각 주요 부분들의 동작 명료화와 전체적인 표기를 위하여도 4와 도 5에 피에조변압기(pct)들의 구조를 표기했으며, 도 6과 도 7에선 그것들의 진폭-위상 및 전압-전류적 특성(볼트, 암페어)들을 표기하였다.
피에조전기변압기(PCT)가 폭넓은 기능적 가능성과 작은 사이즈와 무게에도 불구하고 높은 전기에너지 변환 효율을 보이는 전기공학적 동력요소들이 집성된 유망한 품목이라는 점은 잘 알려져 있다. 이런 변압기들은 수동적 전자 제품에 속하며 그 기본 작용에는 전기역학적 공진 시스템과 관계되어 있는 피에조 전기현상이 위치해 있다. 도 4와 도 5에는 좀더 보편적인 판형의 피에조전기변압기 구조가 나와있다. 여기서 여기(여진)입력부(21), 출력발전부(22), 입력부 전극(23, 24), 발전부 전극(25)을 나타낸다. 각 부분의 분극전압은 그림에서 화살표로 표기하였다. 도 4에 나타낸 피에조 변압기(PCT)는 그것의 발명가의 이름을 따서 "Rosen(R-type)"으로 불린다. 여기서 입력부-1은 피에조판막의 길이를 따라서 분극화되며 출 력발전부(22)는 가로를 따라 분극화된다. 이런 것에 상응하여 피에조변압기를 가로-세로 피에조변압기 PCT-R이라고도 부른다. 도 5에는 각 부분에서 피에조 판막이 세로분극화되며 진동도 세로화 되는 피에조변압기(PCT)가 나와있다. 이러한 피에조변압기(PCT)는 세로-새로 혹은 반지형피에조변압기(PCT-C)라 한다.
피에조전기변압기의 작동원리를 보다 상세히 설명하면, 피에조변압기(PCT)의 입력부전극(23, 24)에 전압이 걸리면, 이 입력부의 피에조 구조에 역피에조현상으로서 기계적 변형이 발생한다. 이때 피에조 판막에서 발생하는 기계적 응력의 진폭 Tij 은 입력전기장 전압값 Ein 과 횡단 압전률값 (피에조모둘값) d31과 탄성계수나 영계수 Y1E을 곱한 값에 정비례한다. 동역학적 상태에서 피에조변압기(PCT)의 입력부 전극에 외부 교변 전기장이 걸리면 피에조판막에 인장-압축 탄성 변형이 전기장의 진동수와 동일하게 일어난다. 결과적으로 고체에서와 마찬가지로 피에조판막에 기계적 응력Tij을 지니는 세로방향의 탄성파가 퍼져나간다.
피에조판막의 양끝은 공기와 맞닿아 있으므로 역학적으로 응력이 가해지지 않는다. 따라서 이 상경계에선 정방향 탄성파와 동시에 반사파동이 발생한다. 특정한 주파수와 외부여기전압(여진전압)의 고정된 진폭하에 피에조판막의 각 지점에서의 정방향 파동압력과 반사파동압력의 위상관계는 최종계산에서 동일해지며 역학적 응력을 지니는 조화파가 발생한다.
피에조세라믹-공기 상경계에서 발생하는 매 반사 때마다 파동압의 진폭은 두 배가 되므로 조화파의 진폭은 시간의 흐름에 따라 격화된다. 조화파의 진폭 증가에 따라 역시 비례적으로 이번엔 자신이 조화파의 최대 진폭 값을 제한하는 내부 기계 적 손실이 증대된다. 결과적으로 피에조 구조의 탄성 변형과 기계적 손실량이 동일해졌을 때 피에조판막에 정상 조화파가 자리 잡는다.
도 3 및 도 4에 첫 번째와 두 번째 정상 조화를 이루는 파동의 역학적 혼합을 보여주는 ij(x) 선도와 탄성 응력 Tij(x)선도가 나와있다. 피에조변압기의 고정은 바로 조화파동의 역학적 혼합ij(x)=0이 되는 곳 들에서 이루어진다.
열거한 물리적 현상들의 총체를 공명(공진)이라고 부른다. 피에조효과(압전효과)와 공명은 피에조변압기의 주요 동작 면에서 볼 때 따로 떨어져서 볼 수 없을 정도로 아주 긴밀히 연관되어 있으며 열거한전기역학적 현상들은 전기적 부하에 따라서 피에조 변압기(PCT)를 전류 공급원으로서 혹은 전압 공급원으로서 기능화시킨다. 다음으로 주목할 것은, 공진 시스템의 전기역학적 임피던스 값처럼 피에조변압기(PCT)의 출구 임피던스(출력임피던스) 값은 여기 전기장의 전압에 의존할 뿐만 아니라 부하전류의 선형함수로 존재한다는 것이다. 이러한 피에조변압기(PCT)의 주요 특수성은 수학적 계산을 복잡하게 하며 등가 회로의 선택을 어렵게 한다.
도 6에서 보이는 것처럼 피에조변압기(PCT)들에서 공진 주파수 변화의 부하 임피던스 값에 따른 강한 의존성을 특징지을 수 있다. 이러한 주파간극은 공전부에서 단락 부까지의 부하 영역에서 최대 4kHz까지 올릴 수 있다. 비교해 보자면, 피에조변압기(PCT)의 공진 간극 폭은 공전부에서 20Hz이하로, 부하상태에선 800Hz까지 나타낸다. 이렇듯 전기적 부하 변동(오존화 혹은 이온화)에 따라서 전기블럭(10)내 준공진 피에조반전도성 변환기( HVT )가 연속적으로 주파수를 변화시킨다.
피에조변압기(PCT)의 볼트, 암페어 특성에 따르면 전자공학적으로 분류할 때 PCT의 공전부에 상응하는 저전류 상태 (I<<I1)는 "전류공급원"으로, 고전류 상태(I>>I2)는 "전압공급원"으로 분류할 수 있다. 전압전달계수 Ku는 이경우 최대 300에 달하나 동작효율을 나타내는 유효작용계수 (%)는 그래픽에서 보이는 바와 같이 20~30%를 넘지 못한다.
다음으로, 추가할 사항은 PCT-C구조는 PCT-R과 비교하여 높은 입력, 출력임피던스 값을 지닌다는 점이다. 그러나 이경우 Ku가 지나칠 정도로 낮다.
앞서 열거한 피에조변압기(PCT)의 특성들은 구조의 선택과는 상관없이 오존발생기의 방전기나 이온발생기의 동작 조건을 훌륭히 만족시키며 매 경우 방전기의 전류는 PCT의 출력 임피던스 값에 의해 끊임없이 제한된다.
구조적으로 피에조변압기 (PCT)는 대부분은 고전압 정류기인 (HVR)에 직접적으로 가까운 곳에 놓인다. 이는 발전기의 집전(集電)이 짧을수록 접지에 상대적으로 기생용량이 작아지고 전압 손실이 줄어들며 높은 출력전압 진폭을 유지할 수 있다는 점에 기인한다.
실험용 피에조변압 공기정화기 구조로서 강유전성 지르콘-티타늄-납 피에조세라믹 시스템으로 이루어진 PCT-R타입(80mm,12mm,3mm)을 제조하였다.
오존은 전기적으로 현저히 다른 매개체에서 부호변동 전압 조건 아래 효과적으로 공기 중 산소로부터 합성됨을 유념하자. 물리적으로나 실제적으로나 보인 바와 같이 가장 최적의 이성적인 오존 전기합성은 "고요한" 격벽방전(barrier discharge)이다. 둘 혹은 그 이상의 도체들 사이에서 발생하는 이 고주파 고압력 방전은 도체들 사이에 절연체가 끼워져 있다. 이 절연체는 방전 전류를 안정화시키 고 상대적으로 균일한 특성을 지니는 방전을 만들어 내는 전기적 장벽 역할을 한다.
다음으로, 주목할 것은 피에조변압기(PCT)의 발전부 출력 임피던스 값이 수백 메가에 달하면 광촉매실로의 "고요한" 불꽃 방전 전류 공급 상태가 된다는 것이다.
방전기의 오존 생산 효율성은 충분히 높으며 도달 농도 수준에 따라 다르지만 보통 5~10mg/W에 달한다(농도 15mg/m3 까지의 수준에서). 이 경우 방전기의 전기 임피던스는 상대적으로 크지 않으며 피에조변압기(PCT)의 최대 유효작용계 (%)에 상응하는 수백킬로정도 이다.
그러나 그러한 상태에서 가로-세로 타입 단막(one-film)피에조 변압기의 압력전달계수는 10을 넘지 못한다, 즉 그러한 방전기의 사용은 정화 필터에 고전압을 전달해주지 못한다는 점에서 비합리적이다. 이에 기인하여 공기로부터 오존 합성을 위하여 광촉매 전극판들 사이의 임계 간극에서 고요한 플라즈마 방전이 사용된다.
제시된 구조물에는 유효전압전달계수가 100에 달하는 "공전"상태에 상응하는 수백메가의 전기임피던스가 만들어진다. 그와 동시에 일반적인 생활 오염 공기 분위기 하에서 광촉매 코팅막의 손실을 막기에 충분한 5mg/hour정도의 오존 합성효율성을 지닌다.
제시된 설비의 앞서 소개된 프로토 타입들 뿐만 아니라 다른 유사품들과의 비교 분석 결과 제시된 공기정화 시스템은 전기블럭(10)에서 PCT를 전류공급으로 사용한다는 점에서 차이점을 발견할 수 있었고, 덧붙여 피에조변압기(PCT)의 발전 기로부터 나온 1차 고전압출력이 고전압 정류회로인 HVT로 흘러 들어가며, 정류 후엔 일정한 양의 부호를 지니는 고전압이 첫번째 광촉매 전극판(5)에, 음의 부호를 지니는 2차 고전압은 세번째 광촉매 전극판에 연결된다, 그리고 고전압 공급원의 0전압값을 지니는 공통 전선은 중간 광촉매 전극판(6)에 연결된다. 이처럼 각 광촉매실에서 전기장이 생성되며 전기장은 광촉매전극판 표면에 수직으로 향한다.
이러한 설비는 그동안 다른 잘 알려진 공기정화 설비들에선 사용된 적이 없는 "전혀 새로운 것"이라고 볼 수 있다. 정화 공정에서 오염된 공기 흐름은 사전에 이온화, 오존화 되는 광촉매실(4)로 흘러들어 간다. 이는 광촉매 코팅막의 손실을 예방할 뿐만 아니라 광촉매 반응의 효율성도 증대시킨다. 그 외에도 광촉매실(4)에선 결과적으로 이온풍(風)을 일으키는 유입 공기와 평행하게 흐르며 광촉매전극판(5,6,7)에 수직으로 공기 입자들을 끌어 당기는 전기장이 형성된다. 이처럼 제시된 방법은 "기존에 제시된 방법과는 본질적으로 다른 표준"이다.
본 발명의 공기정화시스템은 다음과 같은 방법으로 작동한다. 회로로 부터 220V/50(60)Hz의 전압을 공급받을 시에 전기블럭(10)은 가스방전UV-A램프가 작동할 수 있는 수준의 전압을 만들어 낸다. 이 경우 전기에너지 변환 주파수 fk 는 조절짐 회로 LC공진주파수에 상응한다. 램프의 시동(램프 가열) 후 전기블럭의 변압기 출력선륜 T2 는 대략 24V정도의 교변전압을 만들어 낸다. 이 전압의 작용 하에 피에조변압기(PCT)는 드라이버D 의 변환 주파수를 반결합 고리를 따라 동기화 하기 시작하며 고전압과 12V의 환풍기용 저전압을 동시에 발생시킨다. 이순간 부터 준공진 전압 변환기의 작동 주파수 fw 는 피에조변압기(PCT)의 공진주파수에 의해서 결 정되며 전적으로 PCT의 부하 상태에 의존하며 "공전부"에서 "단락부"에 이르기 까지 준공진 압력 변환기의 높은 안정성이 보장 된다. 작동 주파수fw 의 변화는 조절짐 회로의 LC회로 대역폭의 10%를 넘지 않음에 따라 변압기 출력전압 T2(PCT의 입력 전압)은 실제적으로 거의 변하지 않으며, 전기 환풍기용 정류전압 12V역시 변화량이 매우 적다.
환풍기(9)가 공기를 본체에서 바깥쪽으로 압착함에 따라 정전기정화실(3)에는 감압 현상이 발생한다. 이에 따라 본체 내부와 광촉매실(4)들 에서도 역시 어느 정도의 공기 감압 현상이 나타난다. 결과적으로 오염된 공기는 초벌필터와 정전기적 정화가 나타나는 헤파필터를 통해서 기기 본체(1)내로 유입된다. 이렇게 최소 1 micron이상의 크고 작은 오염된 공기 입자들이 초벌 정화된다, 그리고 이어서 초벌정화된 공기들은 이온-플라즈마 처리 및 오존화 된다. 유입 공기의 오존화(오존소독)는 이종의 고전압 장(20kV이상맥노리 주파수 40~50Hz)의 작용 하에 이루어 진다. 그러한 고전압 장은 광촉매 전극판의 끝머리에 약한 코로나 방전을 일으키게 하며 이온화된 입자들(streamer)의 집적을 가능케 한다. 가스방전 간극을 관통하며 스트리머들은 다음 단계의 방전시 강한 전자 흐름을 가능케 하는 전도성 교량채널(bridge channel)을 형성하는데 이는 불꽃방전시 입자 충돌에 의한 이온화는 전 부피의 가스에 행해지는 것이 아니라 이온의 농도가 가장 높은 특정 독립 채널들을 통해서만 이루어지는 것으로 설명할 수 있다. 스트리머의 발생 원인은 단지 충돌 이온화에 의한 전자 덩어리의 형성에만 있는 것이 아니라 방전시 발생하는 빛에 의 한 가스의 이온화(광이온화)에도 있다. 스트리머는 매우 강한 단기성 도약 전류를 위한 조건을 생성하는데 결과적으로 산소 분자들의 열적 흥분 상태와 열적 이온화 분위기를 만들어 낸다. 마이크로 방전체널은 발광 에너지를 발산하는데 글로우 방전처럼 발광과 잔광을 지니며 방전 간극에서 전극판의 끝머리에 가까운 부분은 발광 강도가 몇배나 강하다.
다음으로 오존화된 공기 흐름은 고기공성 소재의 광촉매 판막들로 이루어진 광촉매실(4)로 유입된다. 그리고 곧바로 강한 전기장과 만나게 된다.
광촉매실(4)의 강한 전기장은 자외선 램프(8)들로부터 왼쪽에서 오른쪽으로 설치된 광촉매전극(5,6,7)에 연결된 맥동치는 양의 값을 지니는 고전압 (진폭 土12000V)에 의해서 발생한다. 그리고 광촉매전극판(6)에는 0전압이 걸린다. 제시된 土12000V전기장의 작용 하에 대전된 입자의 방향성 흐름이 생기는데 그 과정은 다음과 같다.
방전시 발생 하는 공간전하는 이종 전기장에서 방전 전압값들에 매우 큰 영향을 준다. 실험적으로 보여진 바, 가속 전극에 연결된 양의 부호를 지니는 전압의 작용 시 광촉매전극판 표면 에서의 방전은 음의 부호를 지니는 전압의 작용 시 보다 빨리 일어난다. (즉 높은 전압장일때 빨리 방전 된다.) 양전위시 방전은 직선 적으로 가장 짧은 경로를 따라서 퍼져 나가는데 음전위시 어느정도 곡선형태로 퍼져 나간다.
이러한 현상은 양전위 표면 가까이 충돌 이온화 영역 생성과 음공간전하들의 중성화 뒤 운집 단계 초기에 양공간전하들의 일정한 분포에 의한 것이다. 예를 들 어 0전위값을 가지는 광촉매전극판(6)으로 부터 12000V의 양전위를 지니는 광촉매전극판(5) 방향으로 크지않은 전하 덩어리들과 음으로 대전된 공기 입자들이 퍼져나가기 시작한다. 첫번째 전하운집이 양전위 광촉매전극판(5)에 도달 하였을때 음전하들의 중성화가 이루어지며 그에 상응하여 양전하의 반대 방향으로의 밀도가 높아진다. 즉 광촉매 전극판(5)표면으로의 강한 이온화 체널(혹은 양스트리머) 확산이 시작된다. 이때 양스트리머의 재이동은 이온풍으로 이어지는 다량의 맞공기 입자들의 강한 포획을 수반한다. 결과적으로 방향성 공기 이온들은 자외선 램프(8)표면에서 부터 수직으로 퍼져 나가 다기공성 판막에 깊숙히 침투하며 광촉매전극판(6,7)로 수직으로 통과한다. 가스방전 자외선램프(8)에서 나오는 자외선이 매 순간 광촉매 표면을 활성화 함에 따라 표면의 산화 가능성도 역시 증가하는데 광촉매전극판(5,6,7)의 두께를 통한 공기흐름의 관점에서 보면 광촉매 시 유입된 오존 공기의 불활성화가 이루어지고 광촉매 표면의 코팅막 손실을 방지하게 된다. 오존의 중성화는 고기공성 소재로 제조된 고도로 발달된 광촉매전극판(5,6,7)의 표면에 의해서 가능해진다. 이런 식으로 막 표면에서나 광촉매전극판 내부에서도 유기 및 무기 오염 물질들이 무해해 질때까지 분해 된다. (예를들어 이산화 탄소, 산소 혹은 질소 등으로)
마이크로방전 채널의 계산은 매우 복잡하며 대부분의 경우 마이크로 방전 이론이 가정될 뿐이다. 발명품에 사용되는 전지 에너지중 80%는 분자들의 분해에 사용되며 오존 합성에 쓰인 에너지 소비는 제외하고 3% 이하의 에너지가 이온화에 사용된다. 모든 에너지는 마이크로방전 채널에서 열의 형태로 발산된다.
이와 같이 결과적으로 전기장의 고구배(grad)는 불꽃, 마이크로플라즈마 방전을 광촉매실-4내의 공기중에 일으킨다. 이러한 조건 아래 산소 분자들은 매우 쉽게 분해되며 그 결과 오존(O3)이 생성 된다.
그 외에도 불꽃 방전은 스펙트럼 분석시 자외선 영역을 포함하는 가시광선 영역에 자리 잡는 일정한 발광을 수반하는데 그 파장의 길이가 300nm에서 800nm정도 이다.
오존생성기의 효율은 필수적인 경우 변압기의 출력전압T2을 변조 함으로서 조절할 수 있다. (예를들어 준공진 전압 변조기의 유입 전압을 조절하여)
결과적으로 이러한 이온-플라즈마 공기 정화는 담배연기, 세균, 곰팡이, 박테리아, 미생물, 바이러스 등으로 부터의 공기 정화를 실현 시킨다.
이런식으로 기계적 및 광촉매 필터를 순차적으로 거친 유입공기는 전기블럭(10)이 만들어 내는 고전압 전기장 하에 +12000V의 양 광촉매 전극판에서 -12000V의 음 광촉매 전극판으로의 이온풍에 힘입어 공기 흐름이 가속화 된다. 이렇게 공기정화기 내부 에서 유입된 공기의 흐름은 입구에서 출구까지 모든 오염된 입자가 적어도 두번의 기계적 정화와 한번의 정전기적 정화 그리고 세번의 광촉매적 정화를 거치도록 강한 순환을 하기 시작한다. 마지막 단계로 정화된 공기는 음 전압 -12000V의 방전기의 작용 아래 이온화 된다.
필수 음이온 농도는 고전압 정류기 HVR(10b)에서 이온화 전극(11)으로 들어가는 음전압의 진폭에 정비례한다. 최상의 쌍핀계수(San-pin)는 50*103ion/cm3이 다.
실험예
본 발명의 물리적 특성은 실험적으로 검사해 보았다. 실험용 제품에는 다음의 요소들을 사용 하였다:
-전기 환풍기 12V/0.17A 효율 30m3/min
-자외선 램프 CLEO 15W G5 타입, 파장길이 315~400nm
-피에조 변압기 PCT-R타입,
-0.40g/cm3, 270mm*50mm의 니켈거품소재 판막들, 두께 6mm
-헤파필터로서 다층 구조의 뻬뜨랴노브 천을 사용함
니켈폼으로 만들어진 광촉매전극판(5,6,7)의 코팅은 TiO2 나노크리스탈 분말로 추티탄석 변태를 이루어 제조 하였다. (Degussa사의 titanium oxide P25, BET surface area~120m2/g)
전기블럭(10)의 공기정화 조절기로서 현대적인 전자공학기술 제품들을 사용하였다.
실험 결과 관리성과 작업 안정성이 기계 각 부품에서나 전체적인 시스템에서나 우수했다. 공업용 전류 220V/50Hz또는 60Hz를 연결했을 시 최대 요구 에너지는 80W를 넘지 않았다.
공기정화기는 오염 물질로서 아세톤 사용시 공기정화 결과로서의 탄산가스 집적량에 따라 판별하였다. 오염 물질의 농도를 측정하는 만능 판별기는 현재까지 알려진 바 없다. 가장 보편적인 방법은 공기정화 작업의 효율성을 점수화 하여 종합하는 방법이다.
이 경우 정화 시스템 설비는 밀봉된 아세톤이 주입되는 격리실에서 놓이게 되는데 작동 후 탄산가스의 농도에 민감한 센서에 의해서 측정이 시작된다.
도 8에는 공기정화 실험기의 실험 결과들이 나와있는데 2개의 실험적 그래프가 표기되어 있다.
첫 번째는 I곡선은 고전압 변조기를 작동시킨 상태에서 광촉매실(4)의 광촉매전극판(5,6,7)에 전기장에 존재하지 않는 조건하에 탄산가스의 실험실 내의 변화량을 나타낸다.
두 번째 Ⅱ곡선은 광촉매실(4)의 전극판들이 존재하며 각각에 해당 전압을 걸어준 조건 하에 탄산가스 농도의 변화를 측정시 얻어졌다. 그래프에서 보이는 바와 같이 Ⅱ곡선의 경우에 공기정화 효율이 2배나 증가 된다는 것을 어렵지 않게 찾을 수 있다. 기대한 바와 같이 전영역의 전기적 실험에서 동일 전기 동력 소비시 공기정화 효율성과 정화 시간 단축, 광촉매 코팅막의 손실 예방과 사용기간 연장, 공기정화 시스템의 전기안전적 품질 향상을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
이하 본 발명을 도면을 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 공기정화 시스템 전체도, 도 2는 본 발명의 공기 정화시스템 평면 상세도, 도 3은 본 발명의 공기정화시스템 회로도, 도 4 및 도 5는 본 발명의 피에조 변압기(PCT)의 다양한 형태의 상세도, 도 6은 본 발명의 피에조변압기 (PCT)의 진폭-주파수 특성을 나타낸 도표, 도 7은 본 발명의 피에조 변압기(PCT)의 전압특성을 나타낸 도표, 도 8은 본 발명의 공기정화시스템이 광촉매실에서 전기장이 생성되었을때와 사라졌을때의 실험적 특성를 도시한 것이며, 본체(1), 집진필터(2), 초벌필터(2-1), 헤파필터(2-2), 정화실(3), 광촉매실(4), 광촉매전극판(5,6,7), 자외선 램프(8), 환풍기(9), 전기블럭(10), 고전압피에조 반전도성변압기(HVT)(10a), 고전압정류기(HVR)(10b), 이온화전극시스템(11), 여기(여진)입력부(21), 출력발전부(22), 입력부 전극(23,24), 발전부(25)를 나타낸 것임을 알 수 있다.
구조를 살펴보면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 6개로 구획된 본체(1)와, 상기 본체(1)의 전후면에 형성되어 형성되며 초벌필터(2-1) 및 헤파필터(2-2)고 구비된 두개의 집진필터(2)와, 상기 본체(1)는 3개가 한쌍으로 중앙을 중심으로 대칭되어 일정간격 설치된 6개의 광촉매전극판(5,6,7)과, 상기 전후로 대칭되어 격리된 본체(1)의 중앙부에 형성된 중앙공간부와, 상기 중앙공간부의 중앙부에 설치된 환풍기(9)와, 상기 중앙공간부의 좌우에 설치되며 동시에 환풍기(9)를 중심으로 좌우에 설치된 전기블럭(10)과, 상기 전기블럭(10)은 고전압피에조 반전도성변압기(HVT(10a), 고전압정류기(HVR)(10b)로 구성되며, 상기 고전압정류기(HVR)(10b)는 피에조변압기( PCT)를 전류 공급원으로 사용하며,
상기 집진필터(2)의 내측에 설치된 첫 번째 정화실(3)과, 상기 정화실(3)의 내측에 칸막이형상으로 설치된 제1광촉매전극판(5)와, 상기 제1광촉매전극판(5)의 내측에 설치된 두 번째 정화실(4)와, 상기 두 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프 (8)과, 상기 두 번째 정화실(4)의 내측 칸막이 형상으로 설치된 제2광촉매전극판(6)과, 상기 제2광촉매전극판(6)의 내측에 설치된 세 번째 정화실(4)과, 상기 세 번째 정화실(4)에설치된 자외선램프(8)와, 상기 세 번째 정화실(4)의 내측에 설치된 제3광촉매전극판(7)과, 상기 제3광촉매전극판(7)의 중간일측에 연결된 이온화전극시스템(11)과, 상기 제3광촉매전극판(7)의 내측에 설치된 중앙공간부와, 상기 중앙공간부의 다른 일측에는 상기 장치와 대칭으로 설치된 형상으로서,
다른 제3광촉매전극판(7)의 내측에 설치된 다른 세 번째 정화실(4)과, 상기 다른 세 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프(8)와, 상기 다른 세 번째 정화실(4)의 내측에 설치된 다른 제2광촉매전극판(6)과, 상기 다른 제2광촉매전극판(6)의 내측에 설치된 다른 두 번째 정화실(4)와, 상기 다른 두 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프(8)와, 상기 다른 두 번째 정화실(4)의 내측에 설치된 다른 제1광촉매전극판(5)과, 다른 제1광촉매전극판(5)의 내측에 설치된 다른 제1정화실(4)과, 상기 다른 제1정화실(4)의 집진필타(2)로 구성되며, 양의 부호를 지니는 1차 정류 고전압은 제1광촉매전극판(5)와 자외선 램프(8)에 연결되며,
음의 부호를 지니는 2차전압은 제3광촉매전극판(7)과 연결되고, 전압값0을 지니는 전선은 가운데에 위치한 제2차광촉매 전극판(6)에 연결되며,
매 광촉매실(4) 마다 광촉매 전극판(5,6,7)에 수직으로 흘러 들어가는 전기장이 형성되며 오염된 공기는 각각의 광촉매실(4)에서 사전에 이온화, 오존화 된 다음 광촉매전극판(5,6,7)로 공급되는 구조임을 특징으로 하는 공기정화시스템의 구조인 것이다.
상기 장치에 사용되는 전류원은 광촉매실(4)을 포함하는 설비에 덧붙여 피에조변압기(PCT)를 전류 원으로 사용하며 출력전압이 오존발생기의 방전자와 고전압 정류기의 입구단자에 사용되는 고전압 원과 또한 교변전압이 오존의 생성에 참여하며 정류된 고전압은 광 촉매실(4)에서 전기적으로 대전된 입자들의 공기흐름을 형성하여 공급함을 특징으로 하는 공기정화시스템.
상기 장치에 사용되는 전류 원은 광 촉매실(4)을 포함하는 설비에 덧붙여 피에조변압기(PCT)를 전류 원으로 사용하며 출력전압이 오존발생기의 방전자와 고전압 정류기의 입구단자에 사용되는 고전압 원과 또한 교변전압이 오존의 생성에 참여하며 정류된 고전압은 광촉매실(4)에서 전기적으로 대전된 입자들의 공기흐름을 형성하여 공급하며,
상기 피에로 변압기(PCT)는 가로-세로(분극)타입이거나, 세로-세로 타입을 사용할 수 있고,
상기 고전압정류기는 축전기 설치없이 전압증배 회로에 의한 것이며, 양극성 전극과 실린더 형의 광 촉매 표면을 지니는 전극과의 간극이 10mm에서 50mm이며, 전극 사이의 전기장이 전압 0~12000V이며,
상기 자외선램프는 자외선 원으로 크세늄 가스방전 램프를 사용하고,
상기 전기블럭(10)은 원거리 리모콘 컨트롤이 가능할 수도 있는 공기정화시스템인 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 전기장을 이용한 이온 풍(風) 분위기 하에서 종적 공기흐름의 광 촉매 반응 표면으로 강제적 전달하는 광 촉매 기능을 지니는 기계-전기적 장치로 구성되어, 동일 전기 동력 소비 시 공기정화 효율성과 정화 시간 단축, 광 촉매 코팅 막의 손실 예방과 사용기간 연장, 공기정화 시스템의 전기안전적 품질 향상되는 효과가 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 공기정화시스템에 있어서,
    6개로 구획된 본체(1)와, 상기 본체(1)의 전 후면에 형성되어 형성되며 초벌필터(2-1) 및 헤파필터(2-2)고 구비된 두 개의 집진필터(2)와, 상기 본체(1)는 3개가 한 쌍으로 중앙을 중심으로 대칭되어 일정간격 설치된 6개의 광 촉매 전극판(5,6,7)과, 상기 전후로 대칭되어 격리된 본체(1)의 중앙부에 형성된 중앙공간부와, 상기 중앙공간부의 중앙부에 설치된 환풍기(9)와, 상기 중앙공간부의 좌우에 설치되며 동시에 환풍기(9)를 중심으로 좌우에 설치된 전기블록(10)과, 상기 전기블록(10)은 고전압피에조 반전도성변압기(HVT)(10a), 고전압정류기(HVR)(10b)로 구성되며, 상기 고전압정류기(HVR)(10b)는 피에조변압기(PCT)를 전류 공급원으로 사용하며,
    상기 집진필터(2)의 내측에 설치된 첫 번째 정화실(3)과, 상기 정화실(3)의 내측에 칸막이형상으로 설치된 제1광 촉매 전극판(5)와, 상기 제1광 촉매 전극판(5)의 내측에 설치된 두 번째 정화실(4)와, 상기 두 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프(8)과, 상기 두 번째 정화실(4)의 내측 칸막이 형상으로 설치된 제2광 촉매 전극판(6)과, 상기 제2광 촉매 전극판(6)의 내측에 설치된 세 번째 정화실(4)과, 상기 세 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프(8)와, 상기 세 번째 정화실(4)의 내측에 설치된 제3광 촉매 전극판(7)과, 상기 제3광 촉매 전극판(7)의 중간 일측에 연결된 이온화 전극시스템(11)과, 상기 제3광 촉매 전극판(7)의 내측에 설치된 중 앙 공간부와, 상기 중앙공간부의 다른 한 부분에는 상기 장치와 대칭으로 설치된 형상으로서,
    다른 제3광 촉매 전극판(7)의 내측에 설치된 다른 세 번째 정화실(4)과, 상기 다른 세 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프(8)와, 상기 다른 세 번째 정화실(4)의 내측에 설치된 다른 제2광 촉매 전극판(6)과, 상기 다른 제2광 촉매 전극판(6)의 내측에 설치된 다른 두 번째 정화실(4)와, 상기 다른 두 번째 정화실(4)에 설치된 자외선램프(8)와, 상기 다른 두 번째 정화실(4)의 내측에 설치된 다른 제1광 촉매 전극판(5)과, 다른 제1광 촉매 전극판(5)의 내측에 설치된 다른 제1정화실(4)과, 상기 다른 제1정화실(4)의 집진 필타(2)로 구성되며, 양의 부호를 지니는 1차 정류 고전압은 제1광 촉매 전극판(5)와 자외선 램프(8)에 연결되며,
    음의 부호를 지니는 2차 전압은 제3광 촉매 전극판(7)과 연결되고, 전압값0을 지니는 전선은 가운데에 위치한 제2차광촉매 전극판(6)에 연결되며,
    매 광 촉매실(4) 마다 광 촉매 전극판(5,6,7)에 수직으로 흘러 들어가는 전기장이 형성되며 오염된 공기는 각각의 광 촉매실(4)에서 사전에 이온화와 오존화 된 다음 광 촉매 전극판(5,6,7)로 공급되는 구조임을 특징으로 하는 공기정화시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 고전압정류기(HVR)(10b)에 사용되는 전류원은 피에조변압기(PCT)이며,
    상기 피에조변압기(PCT)의 출력전압은 오존발생기의 방전자, 고전압 정류기 의 입구단자에 사용되는 고전압 전원, 및 교변전압이 오존의 생성에 참여하며, 정류된 고전압은 광촉매실(4)에서 전기적으로 대전 된 입자들의 공기 흐름을 형성하여 공급함을 특징으로 하는 공기정화시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 피에조변압기(PCT)는 가로-세로(분극)타입이거나, 세로-세로 타입 중에서 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는 공기정화시스템
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 고전압정류기(HVR)는 축전기 설치 없이 전압 증배 회로에 의한 것임을 특징으로 하는 공기정화시스템.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 피에조변압기(PCT)는 양극성 전극과 실린더 형 또는 막대형 광 촉매 표면이 지니는 전극과의 간극이10mm ~ 50mm이며, 전극 사이의 전기장이 전압 0~12000V 임을 특징으로 하는 공기정화시스템.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 자외선램프는 자외선 원으로 크세늄 가스방전 램프를 사용함을 특징으로 하는 공기정화시스템.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 전기 블럭(10)은 원거리 리모콘 컨트롤이 가능함을 특징으로 하는 공기정화시스템.
  8. 공기정화시스템에 있어서,
    회로로 부터 전압을 공급받아 전기블럭(10)에서 24V의 교변전압으로 수신하는 단계와;
    상기 전압하에 피에조변압기(PCT)는 드라이버D 의 변환 주파수를 반결합 고리를 따라 동기화 하기 시작하여 고전압과 12V의 환풍기용 저전압을 동시에 발생시켜 환풍기(9)를 작동시키는 단계와;
    상기 환풍기(9)가 작동되어 공기를 본체에서 바깥쪽으로 이송시켜 압착함에 따라 정전기정화실(3)에는 감압 현상이 발생하며, 이에 따라 본체 내부와 광촉매실(4)들 에서도 역시 어느 정도의 공기 감압 현상이 나타나는 단계와;
    상기 광촉매실(4)에서 압력의 변화에 따라 오염된 공기는 초벌필터(2-1)와 정전기적 정화가 나타나는 헤파필터(2-2)를 통해서 기기 본체(1)내로 유입되어, 최소 1 micron이상의 크고 작은 오염된 공기 입자들이 초벌 정화되고, 초벌정화된 공기들은 이온-플라즈마 처리((고전압 장(20kV이상맥노리 주파수 40~50Hz)의 작용 하에 이루어 지며, 고전압 장은 광촉매 전극판의 끝머리에 약한 코로나 방전을 일으켜 이온화된 이온화집적), 및 오존화(전기장의 변압기의 출력전압T2을 변조 함으로서 300nm에서 800nm 파장의 발광을 수반하는 불꽃, 마이크로플라즈마 방전을 광촉매실내에서 산소를 오존으로 생성)에 의함)시키는 단계와;
    상기와 같이 처리된 공기는 고기공성 소재의 광촉매전극판(6)(광촉매 판막)들로 이루어진 광촉매실(4)로 유입되어 자외선 램프(8)와 광촉매전극판(6)에 의해 유기 및 무기 오염 물질을 산화시켜 정화하는 단계: 를 포함하여 처리함을 특징으 로 하는 공기정화시스템
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