KR20080019911A - 공기정화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기정화장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 전력을 공급하는 전극부가 구비된 하우징부, 상기 하우징부 내부의 오염 공기 유입구측에 구비되고, 필터부, 전기가 공급되는 제1전극부를 포함하며 저온상압플라즈마를 발생시키는 자성체막 방전필터, 상기 하우징부 내부의 오염 공기 배출구측에 구비되고, 잔류 오존을 제거하는 발열필터를 포함하는 공기정화장치에 관한 것이다.
본 발명은 열처리가 필요없고 유연한 물성을 보유하여 형상을 자유롭게 구현할 수 있는 유전체 박막을 형성가능 하도록 함으로써 간극 조정이 용이하고, 반응기 부피대비 전극면적이 넓고 반응기 크기 조정이 용이하고 수분, 과산화수소 등의 플라즈마 반응 촉진물질 들을 넣어도 표면에 손상이 없으면서 자속밀도 900가우스(G) 이상의 자계를 생성할 수 있는 자성체막 방전필터를 구비하는 한편, 잔류 오존과 오염물질의 접촉면적 및 충돌횟수를 배가하고 2차 오염물질인 잔류 오존을 흡착, 열분해, 촉매분해를 촉진할 수 있도록 온도제어가 가능한 자성체 발열필터를 포함하는 공기정화장치의 제공을 목적으로 한다.

Description

공기정화장치{Air purification apparatus}
도 1(a)는 원통형 자성체막 방전필터(A)의 사시도이고, 도 1(b)는 원통형 방전필터의 필터부를 구성하는 시트가 적층구조로 형성되어 있음을 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1의 자성체를 적층한 필름의 평면도 및 단면도이다.
도 3은 도 1의 자성체막 방전필터의 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 자성체막 방전필터를 적층하는 방법을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 자성체막 방전필터에 오염공기를 통과시켜 오염물질을 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 자성체를 첨착한 활성탄 펠릿에 전류를 가하는 발열필터의 사시도이다.
도 7은 도 6의 자성체 발열필터를 적층하는 방법을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 6의 자성체 발열필터의 방전에 의한 2차 부산물인 잔류오존 공기를 통과시켜 잔류오존을 전기분해하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9는 상기 도 1의 자성체막 방전필터 및 도 6의 자성체 발열필터를 적층할 때 사용하는 칸막이 구조물에 관한 사시도이다.
도 10은 전극의 배치구조에 관한 사시도와 배면도이다.
도 11은 도 1의 방전필터 및 도 6의 발열필터를 적층하여 오염공기 및 잔류오존을 제거하는 공기정화장치 시스템의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A : 방전필터 B : 발열필터
본 발명은 전력을 공급하는 전극부가 구비된 하우징부; 상기 하우징부 내부의 오염 공기 유입구측에 설치되며, 금속전극을 포함하는 제1필터부와 전기가 공급되는 제1전극부를 포함하는 자성체막 방전필터; 및 상기 하우징부 내부의 오염 공기 배출구측에 설치되며, 잔류 오존을 제거하는 발열필터를 포함하는 공기정화장치에 관한 것이다.
규제대상 오염물질의 종류와 양의 증가에 따라 유해가스 처리장치의 개발 및 소형화에 대한 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그 중에서 기체공간에 전기장을 걸어주어 국부적인 비평형 플라즈마를 형성하고 활성화된 전자의 연쇄 충돌로 유해가스를 분해하는 저온 플라즈마의 원리를 이용한 유해가스 처리장치에 대한 연구가 증가하고 있다.
저온 플라즈마 중에서도 특히 상압저온플라즈마 기술인 절연막방전(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마는 공간플라즈마 기술로써 유해가스처리에 많이 응용되고 있다. 이는 글로우방전(Glow discharge)의 대공간 여기(Lager Volume Excitation)와 코로나 방전(Corona Discharge)의 고전압이 혼합된 형태로, 발생시킨 고에너지 전자가 물질의 화학구조를 깨뜨림으로써 무수히 많은 이온과 라디칼이 존재하는 플라즈마 상태를 만든다.
절연막방전은 두 개의 전극 사이에 유전체를 삽입하여 고전압 펄스로 인한 아크방전을 억제하고 유전체 전극에서 형성되는 표면 전하의 충전과 방전을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 장치이므로 유전체의 전하 축적능력이 크면 절연파괴시 방전전력이 커지고 방전전력이 커질수록 오존발생량이 커지므로 유전체 또는 강유전체 펠릿 단층을 형성시킨 반응기들이 연구, 개발되고 있다.
유전체 박막 재료로는 무성방전에 쓰이는 종이, 파이렉스 유리 등의 절연물질과 간접방전에 쓰이는 티탄산바륨(BaTiO3) 등의 세라믹혼용물질이 강유전체 재료로 연구, 개발되고 있다.
일반적인 대기압 코로나방전과 절연막방전을 비교하면 전기장이 코로나방전의 경우, 0.5~50KV/cm인데 반해 절연막방전은 0.1~100KV/cm이고 전자에너지가 코로나방전이 5eV인데 반해 절연막방전은 1~10eV이며, 전자밀도는 절연막방전이 1013배 정도 높을 뿐 아니라 이온화 정도도 훨씬 강하다고 알려져 있을 뿐만 아니라 오존 생성량도 큰 것으로 알려져 있다.
플라즈마에 의해 휘발성유기화합물(VOCs)과 같은 공기 오염물질 제거가 가능한 프로세스는 플라즈마 반응기에서 생성되는 전자, 수명이 수 마이크로초(㎲ec) 정도로 짧은 라디칼(O, OH radical), 또는 수명이 수십 분에 이르는 오존(O3)에 의해 제거되는 것으로 되어 있다. 상기의 활성물질 중에서 수명이 짧은 전자나 라디칼 보다는 오존(O3)의 반응기여도가 높다고 최근 밝혀지고 있다.
또한 동일전력에서 자계가 인가되면 방전공간에서 산소분자에 대한 전자의 충돌주파수가 크게 증가되므로 전자의 잔류시간이 길어져 비열플라즈마에 의한 오존 생성량이 증가한다고 알려져 있다. 그리고 수분(H2O), 과산화수소(H2O2), 암모니아(NH3), 하이드라진(N2H4), 에탄올(C2H5OH)를 첨가할 경우 전력소비량을 줄일 수 있을 뿐 아니라 동일한 전력조건이라면 오존 생성량이 증가하여 오염물질 제거효율이 상승된다.
그러나 오존은 수명이 상기와 같이 수십 초에 이르기 때문에 반응 후 잔류함으로써 공기 정화 후 부산물이 되기 때문에 2차 오염물질인 오존의 완벽한 제거시스템이 필요하다.
플라즈마를 이용해 공기 오염물질을 처리하는 것에 관한 선행 발명 예로는 "유전체장벽구조를 갖는 혼합일체형 유해가스정화장치(등록특허 10-0472751)", "공기정화용 플라즈마 발생장치(등록특허 10-0510833)" 등이 있는 데 이들 발명은 침상전극(Wire)을 기반으로 하여 유전체장벽방전을 유도하고 동시에 유해가스처리효 율 향상을 위해 광촉매(TiO2 등)나 촉매물질을 도입하였다. 그러나 상기한 발명들은 잔류 오존에 의한 2차 오염문제에 대한 대책이 없는 문제가 있다.
한편 "공기정화시스템 및 정화방법(등록특허 10-0543529)"은 침상전극이 아닌 평판형 전극을 사용했지만 상기한 발명들과 같이 유전체장벽방전을 유도하고 동시에 유해가스처리효율 향상을 위해 광촉매(이산화티탄 TiO2, 산화주석 SnO2 등의 반도체물질)나 촉매물질(Pt, Pd, Rh 등의 귀금속, CrOx, CuOx 등의 전이금속 산화물, Zeolite)을 도입하였다. 상기 발명들과 차이점은 플라즈마 반응기의 반응생성물인 산성가스의 제거를 위하여 CaCO3, CaO, ZnO, MgO 등의 염기성 산화물 또는 이들 물질이 첨착된 활성탄을 도입하였다. 이러한 상기 발명은 또한 잔류 오존을 흡수 제거하기 위하여 공지의 기술인 활성탄 또는 MnO2/CuO 혼합물을 사용하였다는 점에서 오존으로 인한 2차 오염에 대한 대응 시스템을 포함하고 있다. 그러나 활성탄과 같은 흡착제는 존재하는 흡착 포아의 한계로 인하여 흡착능 까지만 사용 가능하고, MnO2/CuO와 같은 촉매의 경우는 오존분해효율이 반응온도에 비례하고 공간속도에 반비례하기 때문에 항상 일정한 분해효율을 나타내기가 어려우며, 수분 존재시 촉매가 피로해지는 촉매독 현상으로 인해 오존의 제거효율이 활성탄에 비해 떨어지는 한계가 있다.
상기한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명은 열처리가 필요없고 유연한 물성을 보유하여 형상을 자유롭게 구현할 수 있는 유전체 박막을 형성가능 하도록 함으로써 간극 조정이 용이하고, 반응기 부피대비 전극면적이 넓고 반응기 크기 조정이 용이하고 수분, 과산화수소 등의 플라즈마 반응 촉진물질 들을 넣어도 표면에 손상이 없으면서 자속밀도 900가우스(G) 이상의 자계를 생성할 수 있는 자성체막 방전필터를 구비하는 한편, 잔류 오존과 오염물질의 접촉면적 및 충돌횟수를 배가하고 2차 오염물질인 잔류 오존을 흡착, 열분해, 촉매분해를 촉진할 수 있도록 온도제어가 가능한 자성체 발열필터를 포함하는 공기정화장치의 제공을 목적으로 한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기위한 본 발명은 전력을 공급하는 전극부가 구비된 하우징부; 상기 하우징부 내부의 오염 공기 유입구측에 설치되며, 금속전극을 포함하는 제1필터부와 전기가 공급되는 제1전극부를 포함하는 자성체막 방전필터; 및 상기 하우징부 내부의 오염 공기 배출구측에 설치되며, 잔류 오존을 제거하는 발열필터를 포함하는 공기정화장치를 나타낸다.
상기에서 자성체막 방전필터는 외부에서 공급된 전력에 의해 저온상압플라즈마를 발생시켜 오염공기를 분해시킬 수 있다.
상기 자성체막 방전필터의 제1필터부는 허니컴형으로 형성할 수 있다.
상기 자성체막 방전필터의 제1필터부는 방전필터의 제1필터부는 금속전극 양 면에 바인더로 자성물질을 도포하여 형성된 자성층을 더 포함한다.
상기 자성체막 방전필터의 제1필터부는 상기 금속전극 양면에 바인더로 자성물질을 도포하여 형성된 자성층 위에 유전체 결합층이 형성되고, 상기 유전체 결합층에 위에 유전체 층이 형성되며, 상기 방전필터의 제1필터부 형상이 원통형으로 형성될 수 있다.
상기 자성체막 방전필터의 제1필터부는 형상이 유연한 전도성 금속박막의 금속전극이 구비되고, 상기 금속전극의 양면에 절연성 고내열성 고분자를 바인더로 하여 자성체층이 형성되고, 상기 금속전극 상부의 자성체층 위의 유전체 결합층이 형성되고, 상기 유전체 결합층 위에 유전체가 적층된 적층시트를 나선형으로 말아서 원통형으로 형성할 수 있다.
상기의 자성체막 방전필터의 제1필터부에서 자성층은 금속전극에 니트로 셀룰로오스, 아세틸렌 셀룰로오스, 아세틸 부틸렌 셀룰로오스, 염화비닐-초산비닐 공중합체, 염화비닐-초산비닐-비닐알콜 공중합체, 염화비닐-초산비닐-말레인산 공중합체, 염산비닐-초산비닐-프로피안산 공중합체, 폴리에스테르계 폴리우레탄, 폴리카보네이트계 폴리우레탄, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무(SBR) 수지, 실리카 수지, PVC, EVA, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무 수지, 실리카 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상의 내열성 및 절연성 고분자 접착제로 감마 페라이트, 마그네타이트, 코발트 함유 감마 페라이트, 크롬다이옥사이드, 바륨페라이트, 티탄산바륨, 철, 코발트, 철-코발트 합금 중에서 선택된 어느 하나 이상의 자성물질을 접착시켜 형성할 수 있다.
상기의 자성체막 방전필터의 제1필터부에서 유전체 층은 자성물질 또는 세라믹을 피복한 구(sphere)를 사용할 수 있다.
상기의 자성체막 방전필터의 제1전극부는 상기 제1필터부 내측에 구비된 내측전극과 제1필터부 외측에 구비된 외측전극으로 이루어져 있다.
상기의 제1필터부 내측의 내측전극과 제1필터부 외측의 외측전극은 자성체막 방전필터에 전기에너지를 공급하기 위해 구비되며, 상기의 제1전극부인 내측전극과 외측전극은 전도성 금속박막 또는 금속선을 사용할 수 있다.
상기의 자성체막 방전필터는 상기 제1필터부 내측에 구비된 내측전극과 나선형 제1필터부의 금속전극이 연결되며, 상기 제1필터부 내측전극과 연결되지 않은 나선형 제1필터부의 다른 금속전극이 상기 원통형의 제1필터부 외측에 구비된 외측전극과 연결되어 있다.
상기에서 오존과 오염물질의 접촉을 늘리고 잔류 오존을 제거하는 발열필터는 촉매 및 흡착제를 충진한 제2필터부, 제2필터부의 충진물에 전기에너지를 공급하기 위해 제2필터부 내외에 구비된 제2전극부를 포함한다.
상기의 발열필터의 제2필터부는 입상활성탄 또는 입상제올라이트 등의 흡착제 표면에 자성체를 도핑하여 저항체 상태를 만들고, 제2필터부 내외의 제2전극부는 절연성 고내열성 고분자 소재로 형상한 케이스의 내측과 외측에 부착된 전도성 금속박판 또는 금속선을 포함한다.
상기에서 발열필터는 촉매, 흡착제를 충진한 필터부, 상기 필터부의 충진물 에 전기에너지를 공급하는 제2전극부를 포함한다.
상기 발열필터의 필터부의 촉매는 MnO2/CuO 또는 TiO2의 오존산화촉매를 사용할 수 있고, 흡착제는 활성탄 또는 첨착 활성탄을 사용할 수 있다. 한편 발열필터의 필터부에는 금속분말을 추가로 더 충진할 수 있다.
상기 발열필터의 필터부에 추가로 충진할 수 있는 금속분말은 금속산화물 자성체 분말, 강유전체 분말, 전도성자성체 분말 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 자성체막 방전필터와 발열필터의 각각의 필터부들을 포함하는 하우징부는 절연성 고내열성 고분자 소재로 형상한 내외 측의 케이스부, 방전필터의 제1전극부 및 발열필터의 제2전극부에 각각 전기에너지를 공급하는 전극부, 필터와 필터, 필터와 케이스를 고정하는 스페이스부를 포함한다.
상기에서 언급한 본 발명의 공기정화장치는 첫째 방전필터가 내열성 및 절연성 고분자를 바인더로 사용하여 자성물질의 슬러리를 전극금속 박판 표면에 박막으로 형성할 수 있어 고비용의 열처리를 피하고, 물성이 유연하여 형상을 자유롭게 할 수 있으며, 상용의 유전체 혹은 강유전체가 코팅된 유전체 구(sphere)를 간극조정에 사용함으로써 간극 조정이 용이하고, 반응기 부피대비 전극면적이 넓어 반응기 크기 조정이 용이하다.
둘째 자성물질과 내열성 및 절연성 고분자 접착제를 방전필터에 사용함으로써 수분, 과산화수소 등의 플라즈마 반응 촉진물질 들을 넣어도 표면에 손상이 없고, 방전필터의 두께와 물성을 조절함으로써 자속밀도 900가우스(G) 이상의 영구 자계층을 형성하면서 동시에 유전층을 생성하여 불꽃생성을 억제하고, 오존생성을 촉진하여 오염물질의 분해효율을 향상시킬 수 있다.
셋째 발열필터로 플라즈마 반응의 2차 부산물인 잔류 오존을 역으로 오염물질과의 접촉면적 및 충돌횟수를 극대화할 뿐 아니라 2차 오염물질인 잔류 오존을 흡착, 열분해, 촉매분해를 촉진할 수 있다.
이하 본 발명을 첨부한 도면에 의하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 공기정화장치에 사용할 수 있는 자성체막 방전필터(A)의 일례인 원통형 방전필터의 형상을 나타내고 있다.
도 1(a)는 원통형 자성체막 방전필터(A)의 사시도이고, 도 1(b)는 원통형 방전필터의 필터부를 구성하는 시트가 적층구조로 형성되어 있음을 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1(b)의 방전필터의 제1필터부를 구성하는 시트의 적층구조를 나타내고 있다. 각각의 층은 유전체 구층(A-1), 유전체 구 접착층(A-2), 자성층(A-3), 금속전극층(A-4), 자성층(A-5)을 포함한다.
상기의 유전체 구층(A-1)은 유전체 구, 강유전체가 코팅된 구, 자성물질 또는 세라믹을 피복한 구(sphere) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기의 유전체 구층(A-1)의 유전재료는 유리구, 수정구 또는 산화지르코늄구 과 같은 구에 강유전재료인 티탄산바륨(BaTiO3) 등과 같은 공지의 세라믹 또는 감마 페라이트, 마그네타이트, 코발트 함유-감마페라이트, 크롬다이옥사이드, 바륨페라이트 , 철, 코발트, 철-코발트(Fe-Co) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 자성물질을 피복한 구를 사용할 수 있다.
본 발명에서 제시하는 유전체 구 접착층(A-2)의 접착제, 자성층(A-3)(A-5)의 자성물질을 금속전극층(A-4)에 붙이기 위한 접착제, 유전체 구층(A-1)의 표면을 자성재료 혹은 강유재료 분말을 도포할 때 사용하는 접착제는 열처리를 하지 않고 물성이 유연하여 형상을 자유롭게 할 수 있는 절연성 내열성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들어 자성재료를 상기의 절연성 내열성 고분자 수지에 분산한 후 금속전극층(A-4)에 도포하고 건조하면 유연한 필름형상의 시트를 수득할 수 있다.
상기에서 절연성 내열성 고분자 접착제는 니트로 셀룰로오스, 아세틸렌 셀룰로오스, 아세틸 부틸렌 셀룰로오스, 염화비닐-초산비닐 공중합체, 염화비닐-초산비닐-비닐알콜 공중합체, 염화비닐-초산비닐-말레인산 공중합체, 염산비닐-초산비닐-프로피안산 공중합체, 폴리에스테르계 폴리우레탄, 폴리카보네이트계 폴리우레탄, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무(SBR) 수지, 실리카 수지, PVC, EVA, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무 수지, 실리카 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 절연 및 유전체로 사용되는 자성층(A-3)(A-5)의 자성물질은 감마 페라이트, 마그네타이트, 코발트 함유-감마페라이트, 크롬다이옥사이드, 바륨페라이트, 철, 코발트, 철-코발트(Fe-Co) 등의 강자성 합금 분말 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기의 자성물질은 위에서 언급한 물질로 제한되는 것은 아니고 전도성이 없는 모든 금속산화물을 유전체로 사용 가능하다. 상기의 금속산화물 자성재료는 절연재료이면서 동시에 유전재료이다.
상기에서 금속전극층(A-4)의 소재는 공지의 전극재료를 모두 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 전극층의 소재로 구리, 알루미늄, 은, 지르코늄, 티타늄 전도성 금속 박판, 금속선 또는 그들의 페이스트를 사용할 수 있다.
도 3은 상기 도 2의 유전체 구층(A-1), 유전체 구 접착층(A-2), 자성층(A-3), 금속전극층(A-4), 자성층(A-5)으로 이루어진 적층시트를 나선형으로 말아서 구성한 원통형 방전필터의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3의 원통형 방전필터는 도 2의 적층시트인 제1필터부가 제1전극부와 연결된 모습을 나타내고 있다. 상기 방전필터의 제1전극부는 제1필터부 내측에 구비된 내측전극과 제1필터부 외측에 구비된 외측전극이 동심원을 이루며 형성되고, 상기 제1필터부는 상기 금속전극 상부의 자성체층, 상기 금속전극 상부의 자성체층 위의 유전체 결합층 및 유전체 결합층 위의 유전체가 적층된 한쌍의 적층시트가 이중 나선형으로 형성되고, 상기 적층시트 중에서 일방은 그 금속전극의 일단이 상기 내측전극과 연결되고 적층시트 내의 그 금속전극의 타단이 절연처리되며, 상기 이중 나선형의 적층시트 중에서 타방은 그 금속전극의 일단이 상기 외측전극과 연결되고 그 금속전극 타단이 절연처리되어 있다.
이를 보다 상세히 나타내면 적층시트인 제1필터부는 적층시트인 제1필터부 내측에 구비된 원통형 내측전극과 제1필터부 외측에 구비된 원통형 외측전극 사이에 나선형의 원통형으로 형성되고, 이때 제1필터부의 금속전극층(A-4)은 제1필터부의 내측에 있으며 제1전극부의 하나인 내측전극(A-6)에 연결되며, 제1필터부의 금속전극층(A-4)은 제1필터부의 외측에 있으며 제1전극부의 다른 하나인 외측전극(A-8)에 연결되어 외부에서 공급되는 전기에너지는 원통형 내측전극(A-6) 및 외측전극(A-8)을 통해 제1필터부의 금속전극층(A-4)과 연결된다. 그리고 내측전극(A-6)과 연결된 금속전극층(A-4)의 다른 쪽 끝과 외측전극(A-8)과 연결된 금속전극층(A-4)의 다른 쪽 끝은 절연처리(A-7)를 하여 합선을 방지한다.
도 3에서 원통형 방전필터에서 제1필터부 내측의 원통형 내측전극(A-6)과 제1필터부 외측의 원통형 외측전극(A-8)은 동관 또는 알루미늄관을 사용할 수 있으며, 상기의 원통형 내측전극(A-6)과 원통형 외측전극(A-8)은 원통형 방전필터(A)의 형상을 고정하는 기능도 한다.
도 2에서 적층시트의 금속전극층(A-4), 도 3의 원통형 내측전극(A-6) 및 외측전극(A-8)은 공지의 전극재료를 모두 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 전극재료의 일예로 구리, 알루미늄, 은, 지르코늄, 티타늄 전도성 금속 박판 또는 금속선을 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 3의 방전필터(A)에 공급되는 고압의 전기에너지는 직류나 교류 모두 사용하여 방전할 수 있다.
도 4는 자성체막 방전필터(A)가 하우징 내에서 여러 개 복층으로 적층되어 조립하는 것을 보여주는 사시도이다. 하우징 내에서 방전필터는 하우징의 원통형 내부 하우징(C-3)에 삽입되며, 이때 방전필터는 각각의 칸막이(C-1) 사이에 구비된다. 도 4의 도면부호 중에서 C-2는 방전필터에 전기를 공급하는 제2전극부인 전극공급선(C-2)이고, C-7은 방전필터를 감싸는 외부하우징(C-7)이다.
도 5는 복층으로 구성된 방전필터에 오염된 공기가 통과하는 모습을 나타내는 사시도이다. 이때 오염된 공기의 흐름은 화살표 방향으로 나타내고 있다.
도 6은 잔류 오존과 오염물질의 접촉면적 및 충돌횟수를 증가시키고 상기 도 5에서 오염된 공기가 방전필터에 의해 분해되면시 발생시킬 수 있는 2차 오염물질인 잔류 오존 및/또는 잔류 오염물질을 흡착, 열분해, 촉매분해를 촉진할 수 있도록 온도제어가 가능한 자성체 발열필터(B)의 일례인 원통형 발열필터의 형상을 보여주는 사시도이다.
도 6의 발열필터(B)에서 제2전극부(B-1)은 상기한 방전필터(A)에서 언급한 원통형 내측전극(A-6) 및 외측전극(A-8)과 동일한 소재, 위치에 구비되며, 저압용 전극으로 사용된다.
발열필터의 필터부에 있는 입상알갱이(B-2)는 흡착제, 촉매를 사용할 수 있다. 이때 흡착제로서 입상의 활성탄 또는 공지의 첨착 활성탄을 사용하고, 촉매로서 오존산화촉매물질인 MnO2/CuO 또는 TiO2를 사용할 수 있다. 한편 상기의 입상알갱이는 금속분말을 포함한다. 이때 금속분말은 방전필터(A)에 대한 설명에서 언급한 금속산화물 자성체, 강유전체와 더불어 전도성 자성체인 Fe-Co-Ni, Ni-Co-P, Fe-Ni의 금속분말 등도 SiO2 무기바인더로 하여 발열필터의 필터부 표면에 입자를 붙여서 사용가능하다.
상기의 발열필터(B)는 상기한 활성탄에 잔류 오존 산화에 필요한 열에너지나 표면의 산화촉매가 활성을 일으키기 위한 에너지를 공급하기 위해 제2전극부(B-1)를 통해 12V 이하의 저압 전기에너지를 가하면 활성탄은 전기적인 저항체가 되면서 발열을 하게 된다.
도 7은 도 6의 발열필터(B)가 하우징 내에서 여러 개 복층으로 쌓아 조립하는 것을 보여주는 사시도이다. 하우징부 내의 발열필터(B)는 필터의 전극(B-1)이 원통형의 내부 하우징(C-3)에 삽입되며, 이때 발열필터는 각각의 칸막이(C-1) 사이에 구비된다. 도 7에서 도면부호 중에서 C-2는 발열필터에 전기를 공급하는 전극공급선(C-2)이고, C-7은 발열필터를 감싸는 외부하우징(C-7)이다.
도 8은 복층으로 구성된 발열필터에 오염된 공기가 통과하는 모습을 나타낸 사시도이다. 이때 오염된 공기의 흐름은 화살표 방향으로 나타내고 있다.
도 9는 본 발명의 공기정화장치의 하우징을 나타내는 사시도이다.
상기의 하우징은 칸막이(C-1), 전극공급선(C-2), 원통형 내부 하우징(C-3), 필터간격 내측 스페이서(C-4), 전극절연스페이서(C-5), 필터간격 외측 스페이서(C-4), 외부 하우징(C-7)으로 구성하여 방전필터(A)와 발열필터(B)를 배열할 수 있도록 한다.
상기의 하우징에서 전극공급선(C-2)은 방전필터(A)의 제1전극부와 발열필 터(B)의 제2전극부에 외부의 전기에너지를 공급하는 역할을 한다.
상기 도 9에서 칸막이필터(C-1), 필터의 원통형의 내부 하우징(C-3), 필터간격 내측 스페이서(C-4), 전극절연스페이서(C-5), 필터간격 외측 스페이서(C-6), 외부하우징(C-7)의 소재는 절연성 내열성 고분자소재로 원통형 지관과 같이 절연성 내열성을 만족시키는 니트로 셀룰로오스, 아세틸렌 셀룰로오스, 아세틸 부틸렌 셀룰로오스, 염화비닐-초산비닐 공중합체, 염화비닐-초산비닐-비닐알콜 공중합체, 염화비닐-초산비닐-말레인산 공중합체, 염산비닐-초산비닐-프로피안산 공중합체, 폴리에스테르계 폴리우레탄, 폴리카보네이트계 폴리우레탄, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무(SBR) 수지, 실리카 수지, PVC, EVA 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 도 9에서 전극공급선(C-2)의 소재는 방전필터(A)에 대한 설명에서 언급한 금속전극층(A-4)과 같은 전극재료를 사용할 수 있다.
도 10은 전극공급선(C-2)을 원통형 내부 하우징(C-3)과 외부 하우징(C-7)에 홈을 파서 안정하게 고정시켜 삽설하는 방법을 보여주는 사시도와 평면도이다.
도 11은 방전필터(A)와 발열필터(B)가 하우징 내에 구비된 공기정화장치의 전체시스템을 구성한 실시예이다. 먼저 고압 전기에너지를 인가한 방전필터(A)를 통해 오염된 공기를 통과시켜 공기오염물질을 분해한 후 잔류오존과 잔류 오염물질의 반응을 발열필터(B)에서 접촉시간과 접촉횟수를 늘려 반응을 촉진한 후에 다음의 발열필터(B)를 통해 잔류오존을 완전히 제거하는 시스템 구성이다. 도 11에서 화살표는 오염된 공기의 흐름을 나타낸다.
도 11에서 외부 하우징(C-7) 내부의 방전필터(A)와 발열필터(B)는 각각 칸막이필터(C-1)에 의해 나뉘어지며, 또한 각각의 칸막이필터 사이에는 소정의 스페이가 구비된다. 이때 방전필터(A)와 발열필터(B)의 칸막이필터(C-1) 사이의 스페이스에는 필터간격 내측 스페이서(C-4), 전극절연스페이서(C-5), 필터간격 외측 스페이서(C-6)가 구비된다. 그리고, 발열필터(B)와 발열필터(B)의 칸막이필터(C-1) 사이의 스페이스에는 필터간격 내측 스페이서(C-4), 필터간격 외측 스페이서(C-6)가 구비된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일예를 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 공기정화장치는 열처리가 필요없고 유연한 물성을 보유하여 형상을 자유롭게 구현할 수 있는 유전체 박막을 형성가능 하도록 함으로써 간극 조정이 용이하고, 반응기 부피대비 전극면적이 넓고 반응기 크기 조정이 용이하고 수분, 과산화수소 등의 플라즈마 반응 촉진물질 들을 넣어도 표면에 손상이 없으면서 자속밀도 900가우스(G) 이상의 자계를 생성할 수 있는 자성체막 방전필터를 구비하는 한편, 잔류 오존과 오염물질의 접촉면적 및 충돌횟수를 배가하고 2차 오염물질인 잔류 오존을 흡착, 열분해, 촉매분해를 촉진할 수 있도록 온도제어가 가능한 자성체 발열필터를 포함할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전력을 공급하는 전극부가 구비된 하우징부;
    상기 하우징부 내부의 오염 공기 유입구측에 설치되며, 금속전극을 포함하는 제1필터부와 전기가 공급되는 제1전극부를 포함하는 자성체막 방전필터; 및
    상기 하우징부 내부의 오염 공기 배출구측에 설치되며, 잔류 오존을 제거하는 발열필터를 포함하는 공기정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방전필터의 제1필터부는 금속전극 양면에 바인더로 자성물질을 도포하여 형성된 자성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방전필터의 제1필터부는 상기 자성층 위에 유전체 결합층이 형성되고, 상기 유전체 결합층에 위에 유전체 층이 형성되며, 상기 방전필터의 제1필터부 형상이 원통형으로 된 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방전필터의 제1전극부는 제1필터부 내측에 구비된 내측전극과 제1필터부 외측에 구비된 외측전극으로 이루어 짐을 특징으로 하는 공기정화장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방전필터의 제1전극부는 제1필터부 내측에 구비된 내측전극과 제1필터부 외측에 구비된 외측전극이 동심원을 이루며 형성되고, 상기 제1필터부는 상기 금속전극 상부의 자성체층, 상기 금속전극 상부의 자성체층 위의 유전체 결합층 및 유전체 결합층 위의 유전체가 적층된 한쌍의 적층시트가 이중 나선형으로 형성되고, 상기 적층시트 중에서 일방은 그 금속전극의 일단이 상기 내측전극과 연결되고 적층시트 내의 그 금속전극의 타단이 절연처리되며, 상기 이중 나선형의 적층시트 중에서 타방은 그 금속전극의 일단이 상기 외측전극과 연결되고 그 금속전극 타단이 절연처리됨을 특징으로 하는 공기정화장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 자성층은 금속전극에 니트로 셀룰로오스, 아세틸렌 셀룰로오스, 아세틸 부틸렌 셀룰로오스, 염화비닐-초산비닐 공중합체, 염화비닐-초산비닐-비닐알콜 공중합체, 염화비닐-초산비닐-말레인산 공중합체, 염산비닐-초산비닐-프로피안산 공중합체, 폴리에스테르계 폴리우레탄, 폴리카보네이트계 폴리우레탄, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무(SBR) 수지, 실리카 수지, PVC, EVA, 테프론 수지, 스티렌부타디엔고무 수지, 실리카 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상의 내열성 및 절연성 고분자 접착제로 감마 페라이트, 마그네타이트, 코발트 함유 감마 페라이트, 크롬다이옥사이드, 바륨페라이트, 티탄산바륨, 철, 코발트, 철-코발트 합금 중에서 선택된 어느 하나 이상의 자성물질을 접착시킨 것 임을 특징으로 하는 공기정화장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 유전체 층은 자성물질 또는 세라믹을 피복한 구(sphere) 임을 특징으로 하는 공기정화장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발열필터는 촉매 및 흡착제를 충진한 제2필터부와 상기 제2필터부의 충진물에 전기에너지를 공급하는 제2전극부를 포함함을 특징으로 하는 공기정화장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 촉매는 MnO2/CuO 또는 TiO2의 오존산화촉매이고, 흡착제는 활성탄 또는 첨착 활성탄 임을 특징으로 하는 공기정화장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 발열필터의 제2필터부에 금속산화물 자성체 분말, 강유전체 분말, 전도성자성체 분말 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속분말이 더 포함됨을 특징으로 하는 공기정화장치.
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