KR20120036214A - 공기제균장치 및 이를 이용하는 공기정화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기제균장치 및 이를 이용하는 공기정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온을 발생시켜 공기 중의 세균을 제균하는 이온발생장치를 이용하는 공기제균장치 및 이를 이용하여 공기 중의 세균을 제균하는 공기정화방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 외측에 공기흡입구 및 배출구가 형성된 하우징; 상기 흡입구를 통해 흡입되는 공기를 정화하는 필터부; 공기를 흡입하여 흐르게 하는 송풍팬; 플라즈마 방전을 이용하여 이온을 발생시키는 이온발생부 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 송풍팬 및 이온발생부를 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지며, 상기 공기흡입구의 단면적은 상기 공기 배출구의 단면적에 대하여 1~2.5배이며, 상기 컨트롤러에 의하여 내부의 공기 유속이 0.5m/sec~10m/sec로 조절되는 공기제균장치가 제공된다.

Description

공기제균장치 및 이를 이용하는 공기정화방법{Air sterilization device and air cleaning method using the same}
본 발명은 공기제균장치 및 이를 이용하는 공기정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온을 발생시켜 공기 중의 세균을 제균하는 이온발생장치를 포함하는 공기제균장치 및 이를 이용하여 공기 중의 세균을 제균하는 공기정화방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기제균장치는 일차적으로 공기를 정화하는 필터와, 실내공기를 하우징 내부로 유입시켜 필터를 거치게 한 후 하우징의 외부로 토출되도록 하는 송풍팬과, 이온을 발생시키는 이온 발생장치를 포함하여 이루어진다.
송풍팬이 구동되면 실내공기는 필터를 거치면서 정화되고, 이온 발생장치에서 생성된 이온과 함께 실내로 토출된다. 이러한 이온 발생장치는 음이온 만을 생성하거나, 양이온과 음이온을 모두 발생시켜 외부로 토출시켜 공기 중의 세균을 제균한다.
종래 일본공개특허공보 제2003-123940호에는 2개의 전극에 교류전압을 인가하여 교대로 발생된 수소이온과 슈퍼옥사이드 음이온(O2 -)을 실내로 공급하는 이온발생장치가 개시되어 있다. 수소이온과 슈퍼 옥사이드 음이온이 실내에 공급되면 수산기(OH) 또는 과산화수소(H2O2)가 만들어 지고, 이 물질들이 공기 중의 세균에 부착되어 산화반응을 일으킴으로써 세균을 제거하게 된다.
또한 한국등록특허 제10-0737447호에는 수소이온을 발생시키는 제1전극, 상기 제1전극의 부근에서 전자와 슈퍼옥사이드 음이온을 발생시키기 위한 침상 전극 형태의 제2전극을 포함하고 제1전극에서 발생된 수소이온과 제2전극에서 발생된 전자가 수소원자를 생성하고, 수소원자와 제2전극에서 발생된 슈퍼옥사이드 음이온이 반응하여 공기 중의 세균을 제균하는 것을 특징으로 하는 제균장치가 개시되어 있다.
한편 공기제균기나 공기청정기의 경우 공기 중의 세균에 대한 제균능력이 중요하지만, 실내에서 사용하므로 사용 시의 소음이나 오존 발생량 역시 중요하다.
종래의 공기제균장치들은 이온발생 방식과 같은 제균능력의 향상에 관련되어 연구가 이루어져 왔다. 본 발명자는 제균 능력 외에 주요한 요소인 소음감소 및 오존량 감소에 대하여 연구하였으며, 공기 청정기의 공기 유입구 및 배출구의 크기조정 및 공기제균기 내부로 유입되는 공기의 유속을 조정하는 경우에 이러한 효과를 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
문헌 1; 일본공개특허공보 제2003-123940호 문헌 2; 한국등록특허 제10-0737447호
따라서 본 발명은 제균능력이 우수하며 사용 시 소음 및 오존 발생량이 저감되는 공기제균기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기의 공기제균기를 이용하여 효율적으로 공기 중의 부유세균을 제균하여 공기를 정화하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 외측에 공기흡입구 및 배출구가 형성된 하우징; 상기 흡입구를 통해 유입되는 공기를 정화하는 필터부; 공기를 흡입하여 흐르게 하는 송풍팬; 플라즈마 방전을 이용하여 이온을 발생시키는 이온발생부 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 송풍팬 및 이온발생부를 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지며, 상기 공기흡입구의 단면적은 상기 공기 배출구의 단면적에 대하여 1~2.5배이며, 상기 컨트롤러에 의하여 내부의 공기 유속이 0.5m/sec~10m/sec로 조절되는 특징을 가지는 공기제균장치가 제공된다.
상기 이온발생부는 플라즈마 방전을 통하여 공기 중의 세균을 제균할 수 있는 이온을 발생시키는 것으로서, 바람직하게는 수소이온을 발생시키는 제1전극, 공기의 흐름방향에 설치되어 전자와 슈퍼옥사이드 음이온을 발생시키는 제2전극을 포함하는 것이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 송풍팬에 의해 공기 흡입구로 유입된 공기를 필터로 정화하는 단계; 제1전극에 의해 공기 중의 수분으로부터 수소이온을 생성하는 단계; 공기의 유속을 0.5~10m/sec로 조절하여 상기 수소이온과 제2전극에 의해 발생된 전자를 반응시켜 수소원자를 생성하고, 제2전극에서 생성된 슈퍼옥사이드 음이온과 함께 공기 중으로 배출시키는 단계; 및 상기 수소원자와 슈퍼옥사이드 음이온이 공기 중의 세균에 흡착되어 하이드로페록시 라디칼을 형성하여 공기 중의 세균을 제균하는 단계를 포함하는 공기정화방법이 제공된다.
본 발명의 공기제균장치는 효과적인 제균능력을 가지면서도, 사용 시 소음 및 오존발생이 저감되므로 실내 공기제균장치 및 공기정화장치로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기제균장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기제균장치의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기제균장치의 공기흡입구 및 공기 배출구의 면적비에 따른 소음특성을 나타내는 그래프이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 공기제균기의 공기 흡입구 및 공기 배출구의 단면적을 조절하고, 제균기 내부의 공기유속을 제어함으로써 효과적인 제균효과와 함께 소음 및 오존발생량이 저감되도록 하는 공기제균장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공기제균기는 외측에 공기흡입구(10) 및 배출구(20)가 형성된 하우징(30); 상기 흡입구(10)를 통해 유입되는 공기를 정화하는 필터부(40); 공기를 흡입하여 흐르게 하는 송풍팬(50); 플라즈마 방전을 이용하여 이온을 발생시키는 이온발생부(60) 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 송풍팬(50) 및 이온발생부(60)를 제어하는 컨트롤러(70)를 포함하여 이루어진다. 상기 공기흡입구(10)의 단면적은 상기 공기 배출구(20)의 단면적에 대하여 1~2.5배, 바람직하게는 1.7배이며, 상기 컨트롤러(70)에 의하여 내부의 공기 유속이 0.5~10m/sec로 조절된다.
상기 이온발생부(60)는 플라즈마 방전을 통하여 공기 중의 세균을 제균할 수 있는 이온을 발생시키는 것이면 된다. 수퍼옥사이드 음이온(O2 -)과 같은 음이온을 발생시켜 강력한 산화력을 가지는 물질(OH-, OOH-)을 생성시킬 수 있는 것이 사용될 수 있다.
바람직하게는 수소이온을 발생시키는 제1전극(61), 공기의 흐름방향에 설치되어 전자와 슈퍼옥사이드 음이온을 발생시키는 제2전극(62)을 포함하여 이루어지는 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 수소이온을 발생시키기 위한 상기 제1전극(61)은 그 내부 상부에는 방전전극이 마련되고, 내부 중앙에는 유도전극이 마련되어 형성되는 세라믹 플레이트로 이루어 질 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기의 흐름방향에 설비되어 전자와 슈퍼옥사이드 음이온을 발생시키는 제2전극은 다양한 형상의 침상전극으로 이루어질 수 있다. 끝이 뾰족한 침상형태의 전극이 음이온 발생 효율면에 있어서 바람직하다.
본 발명의 공기 제균장치에 있어서 상기 공기흡입구(10)의 단면적은 상기 공기 배출구(20)의 단면적에 대하여 1~2.5배, 바람직하게는 1.7배가 되도록 설계되며, 상기 컨트롤러(70)에 의하여 내부의 공기 유속(v)이 0.5~10m/sec로 조절된다.
공기 흡입구의 단면적이 공기배출구의 단면적보다 작게 형성되는 경우에는 소음이 증가되며 제균효율이 감소된다. 단면적의 비가 1.7배인 경우에 가장 우수한 소음 및 제균특성을 나타내었다. 또한 상기 면적비를 벗어나는 경우에는 공기의 흐름이 원활하지 못하여 오존 발생량이 증가하는 문제가 있다.
내부공기의 유속(v)이 0.5~10m/sec로 조절되는 경우에 제1전극에서 생성되는 수소이온과 제2전극에서 발생되는 전자의 반응에 의한 수소원자생성이 원활하게 이루어지므로 우수한 제균활성을 나타낸다.
이하에서는 상기 공기제균장치를 이용하여 공기 중의 세균을 제균하는 방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
송풍팬(50)에 의하여 공기 제균기의 공기흡입구(10)로 유입된 공기는 필터(40)를 통과함으로써 일차적으로 정화된다. 정화된 공기는 상기 송풍팬(50)에 의하여 이온발생부(60)로 흐르게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 수소이온을 발생시키기 위한 제1전극(61)은 그 내부 상부에는 방전전극(미도시)이 마련되고, 내부 중앙에는 유도전극(미도시)이 마련되어 형성되는 세라믹 플레이트로 이루어 질 수 있다. 상기 방전전극과 유도전극 사이에 플러스 성분의 고전압이 인가되면 세라믹 플레이트에서는 플라즈마 방전에 의해 공기 중의 수분이 전리되어 수소이온(H+)이 발생한다.
제2전극(62)인 침상전극에 마이너스 성분의 고전압이 인가되면 플라즈마 방전에 의해 침상전극의 주위에는 양이온이 집적되고, 침상전극에서 다량의 전자가 공기 중으로 방출된다. 공기 중에 방출된 다량의 전자는 매우 불안정하므로 산소분자(O2)에 포착되어 슈퍼옥사이드 음이온(O2 -)을 형성한다. 따라서 침상전극에 마이너스 성분의 고전압이 인가되면 전자 및 슈퍼옥사이드 음이온을 발생시킨다.
침상전극에서 전자들이 방출되면 이 전자들은 세라믹 플레이트에서 발생되어 침상전극 주위를 지나는 수소이온과 결합하여 수소원자를 만들게 된다. 이 때 컨트롤러(70)를 통해 송풍팬(50)을 제어하여 공기의 유속을 조절하여 제1전극(61)에서 발생된 수소이온이 제2전극(62)에서 발생된 전자와 잘 결합하도록 제어하는 것이 중요하다.
본 발명 공기제균장치에서는 공기의 유속이 0.5~10m/sec로 조절된다.
상기 범위의 유속으로 제어될 때 상기 결합이 효과적으로 이루어지며 오존 발생도 저감된다. 제2전극은 제1전극으로부터 소정거리 이격되어 설치되는데, 상기 제1전극 및 제2전극의 크기 공기의 유속 등에 따라 이격거리를 조절하는 것이 바람직하다.
수소이온이 침상전극에 가까워지면 수소이온은 침상전극 주위에 존재하는 전자와 결합하여 수소원자가 되며, 침상전극에 의해 생성된 슈퍼옥사이드 음이온과 함께 공기배출구를 통하여 밖으로 배출된다. 공기제균장치에서 수소원자와 슈퍼옥사이드 음이온이 공기 중으로 배출되면 공기 중에 부유하는 세균의 정전기(+)로 인해 슈퍼옥사이드 음이온이 세균의 표면에 흡착된다.
이와 함께 수소원자(H)도 슈퍼옥사이드 음이온(O2 -)에 흡착된다. 슈퍼옥사이드 음이온과 수소원자가 흡착되어 접촉되면 접촉된 슈퍼옥사이드 음이온과 수소원자는 하이드로페록시 라디칼(HO2)을 형성한다.
하이드로페록시 라디칼은 세균의 세포막 구성성분인 단백질에서 3개의 수소원자를 빼앗아 2분자의 물을 만든다. 따라서 수소원자를 빼앗긴 세포막의 단백질 분자는 파괴되고, 그에 따라 세균의 세포막도 파괴되어 제균이 이루어진다.
이 경우 상기 공기제균장치의 공기 흡입구와 배출구의 크기를 조절함에 의하여 소음특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 공기 제균장치에 있어서 상기 공기흡입구의 단면적은 상기 공기 배출구의 단면적에 대하여 1~2.5배, 바람직하게는 1.7배가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이와 같은 단순한 구성에 의하여 공기제균기에서 발생하는 소음을 현저하게 저감시킬 수 있게 된다.
도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 공기청정기를 가지고 공기흡입구 및 공기배출구의 면적과 내부 공기의 유속을 조절하며 소음특성 및 제균활성을 시험하였다.
컨트롤러를 통하여 송풍팬을 제어하여 필터를 통과한 공기의 유속이 8m/sec가 되도록 조정하고, 공기흡입구의 단면적(Q1)과 공기배출구의 단면적(Q2)을 변화시키며 소음을 측정하였으며 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 확인되는 바와 같이 단면적비(Q1/Q2)가 1~2.5인 경우에 소음특성이 우수하게 나타났다. 또한 공기의 유속을 0.5~10m/sec로 조절하는 경우에 우수한 제균활성을 나타내었는데, 공기의 유속이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 제1전극에서 생성된 수소이온과 제2전극에서 생성된 전자의 반응에 의한 수소원자의 생성이 원활히 이루어지지 않음으로 인해 결과적으로 하이드로페록시 라디칼 생성에 의한 제균이 잘 이루어지지 않았기 때문인 것으로 판단된다.
본 발명은 공기제균장치 및 이를 이용하는 공기정화방법에 관한 것으로서, 가정에서 뿐만 아니라 공장이나 매장 및 대형의 전시장등에서 본 발명의 장치를 적의 설치하여 이온을 발생시켜 공기 중의 세균을 살균하거나 적절히 제어하는 이온발생장치를 포함하는 공기제균장치 및 이를 이용하여 공기 중의 세균을 제균하는 공기정화방법에 관한 것으로 유용하고 활용도 높은 발명이다.
10.--- 공기흡입구 20.--- 배출구
30.--- 하우징 40.--- 필터부
50.--- 송풍팬 60.--- 이온발생부
61.--- 제1전극 62.--- 제2전극
70.--- 컨트롤러

Claims (4)

  1. 외측에 공기흡입구 및 배출구가 형성된 하우징;
    상기 흡입구를 통해 유입되는 공기를 정화하는 필터부;
    공기를 흡입하여 흐르게 하는 송풍팬;
    플라즈마 방전을 이용하여 이온을 발생시키는 이온발생부 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 송풍팬 및 이온발생부를 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지며, 상기 공기흡입구의 단면적은 상기 공기 배출구의 단면적에 대하여 1~2.5배이며, 상기 컨트롤러에 의하여 내부의 공기 유속이 0.5~10m/sec로 조절되는 공기제균장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온발생부는 플라즈마 방전을 통하여 공기 중의 세균을 제균할 수 있는 이온을 발생시키는 것임을 특징으로 하는 공기제균장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이온발생부는 수소이온을 발생시키는 제1전극, 공기의 흐름방향에 설치되어 전자와 슈퍼옥사이드 음이온을 발생시키는 제2전극을 포함하는 것임을 특징으로 하는 공기제균장치.
  4. 송풍팬에 의해 공기 흡입구로 유입된 공기를 필터로 정화하는 단계;
    제1전극에 의해 공기 중의 수분으로부터 수소이온을 생성하는 단계;
    공기의 유속을 0.5~10m/sec로 조절하여 상기 수소이온과 제2전극에 의해 발생된 전자를 반응시켜 수소원자를 생성하고, 제2전극에서 생성된 슈퍼옥사이드 음이온과 함께 공기 중으로 배출시키는 단계;
    및 상기 수소원자와 슈퍼옥사이드 음이온이 공기 중의 세균에 흡착되어 하이드로페록시 라디칼을 형성하여 공기 중의 세균을 제균하는 단계를 포함하는 공기정화방법.
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