KR20120135602A - 공기 청정용 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

Abstract

공기 청정용 플라즈마 발생 장치가 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 발생 장치는, 전압을 발생시키는 전원부; 전원부를 수납하기 위한 공간이 하단에 구비되고, 상단에는 띠 모양의 거치부 및 거치부의 후면에 일정거리 이격된 복수개의 음극기둥부가 구비된 본체부; 전원부의 음극과 연결되며, 음극기둥부에 구비되어 거치부 방향으로 돌출되는 톱니형상의 돌기가 일정간격으로 형성된 전도성 물질의 음극부; 전원부의 양극과 연결되어 거치부에 대응되는 위치로 일부가 외부로 돌출되며, 탄성을 갖도록 형성된 양극부; 및 거치부에 거치되어 양극부의 돌출된 부분과 맞닿아 플러스 전력을 공급받으며, 망 형상을 갖는 금속망부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 저온 플라즈마의 발생으로 인한 공기청정 기능을 갖는 간단한 구조의 플라즈마 발생 장치를 제공할 수 있다.

Description

공기 청정용 플라즈마 발생 장치{Plasma generating device for cleaning air}

본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 공기 청정을 위한 저온 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

페러데이와 랑뮤어(Langmuir)와 같은 과학자 그룹들이 진공관내에서 전류의 특성을 연구하면서 발견하게 된 하나의 특성적 이온화된 기체집단을 기체와는 다른 물질적 특성이 있음을 확인하고, 고체, 액체, 기체와 구분되는 물질의 제4의 상태라고 특정하여 이를 그리이스어가 어원인 플라즈마라고 명명하였으며 현재도 물리학적인 플라즈마는 이와 같이 랭뮤어 그룹들에 의하여 연구되어 왔던 플라즈마라는 용어를 지칭하게 된다.

그러나 과거의 랭뮤어와 같은 과학자들이 연구하고 지칭하던 플라즈마는 기체를 이온화 시키기가 용이한 밀폐된 진공조건에서 생성되어 왔었다. 즉, 현재와 같은 평등된 높은 준위의 에너지 공급원이 개발되기 전 이었으므로 낮은 에너지 준위로도 높은 열역학적 반응을 가져올 수 있는 진공조건을 벗어날 수 없었던 것이다. 그래서 플라즈마 상태내의 온도는 고온일 수 밖에 없었다. 여기에서 플라즈마 상태에서의 온도범위는 전자보다 무거운 입자인 기체의 분자 혹은 이온화된 기체입자의 온도를 말한다. 현대에 와서 플라즈마 상태에서의 전자 거동을 관찰하게 되었고 플라즈마 내의 전자와 이온은 거의 같은 크기의 밀도로 존재하는 중성적이고 집단적인 특징이 있음을 알게 되었고 이후로는 플라즈마의 정의를 진공관에서 생성되는 기체의 전이된 제4의 물질 형태라는 것에서 진화시켜 집단행동으로 특징지어지는, 중성입자와 전하를 띤 입자들의 준중성 기체로 정의하게 된다.

테슬라가 개발한 테슬라코일과 유도전류, 스위칭 소자들과 주파수의 조정과 이용기술이 발전 하면서 플라즈마의 가공이 여러 방향에서 발전하기 시작하였고 산업에서도 플라즈마 공정들이 각 분야에서 사용되기 시작하면서부터 플라즈마는 자연잔류 독성을 야기하는 화학공정을 대신하는 공정에서부터 금속의 용융과 용사공정, 물질의 개질, 물리적 기상증착, 대기환경 분야에 이르기 까지 다양한 산업 분야에 이용되기 시작 하였고 그 형태와 장치도 많은 종류와 목적별로 개발되어 왔다.

특히 수년전만 해도 진공에서 생성하여 오던 플라즈마 공정을 상온의 대기압상에서 공정하고자 하는 연구와 개발이 활발하게 진행되어 왔고 유전체 장벽 방전을 이용한 대기압상의 플라즈마 생성 공정은 평판형 디스플레이 판넬을 만들어 평판형 TV를 상용화하는 기술수준까지도 비약 되어 왔다.

이렇듯 플라즈마의 생성과 공정이 여러 방법과 여러 종류로 다양해지면서 플라즈마의 종류를 구분할 수밖에 없는 단계에까지 이를 정도로 기술의 가지가 많은 방향으로 진행되어 뻗어 나가고 있다.

현재까지의 플라즈마를 구분하는 분류는 크게는 플라즈마의 온도로서 구분하는 것이 일반적이다. 완전하게 열역학적으로 평등을 이루는 플라즈마는 인공적으로 만들 수 없으나 우주 행성의 진화가 진행되면서 생성되는 초고온의 플라즈마상태는 열역학적으로 평등한 플라즈마이다. 완전한 열역학적인 평형이 인공으로 생산하는 플라즈마 전체에서 이루어지기는 쉽지 않은데 이는 플라즈마 가장자리에서와 플라즈마 본체에서의 온도가 다르기 때문이다. 하지만 특정 조건, 예를 들어 평균 자유행로의 몇 배 정도 내에서는 국부적인 열역학적인 평형이 가능하다. 국부적으로 평형에 도달한 이러한 플라즈마를 국부 열역학 평형 플라즈마 또는 LTE(local thermodynamic equilibrium) 플라즈마라고 한다. 소위 우리가 산업에 이용하는 고온의 플라즈마가 여기에 속한다. 그 다음으로 대기압상에서 플라즈마는 직류나 교류 전류에 의해서 플라즈마가 만들어지는데 대부분 LTE 플라즈마 조건을 만족하지 않아 이 경우를 비LTE 플라즈마라고 하고 우리가 말하는 저온 플라즈마가 여기에 속한다.

보통 말하는 대기압 플라즈마나 저온 플라즈마는 비열학적인 플라즈마로 전자의 에너지 준위가 이온의 에너지보다 크므로 전자의 온도가 높다.

저온플라즈마에서는 전자 온도는 수만 도이지만 이것은 플라즈마가 매우 뜨겁다는 것을 의미하지는 않는다.

따라서 밀도가 낮고 전자의 열용량이 작기 때문에 전자에서 기체로 또는 반응물질로 전송되는 에너지는 매우 낮다. 이렇게 해서 [저온 플라즈마]라는 말은 기체나 반응물질로 전달되는 열량이 작아 주위보다 많이 뜨겁지 않기 때문에 생긴 말이다.

이러한 저온 플라즈마는 열변형이 쉬운 물질의 플라즈마 공정에 이용되면서 산업상으로 중요한 기술로 자리잡기 시작하고 다양한 분야에 저온플라즈마를 대기압 상에서 이용하기 위한 기술적, 장치적 개발이 이루어지고 있다.

따라서, 본 발명은 저온 플라즈마의 다양한 효과 중 공기 중의 오염물질을 제거할 수 있는 기능을 산업에 이용하기 위한 것으로서, 공기 청정을 위한 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있는 간단한 구조의 플라즈마 발생장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 플러스 전극과 연결되는 허니컴(honeycomb) 형상의 금속망에 끼는 불순물에 의한 기능 약화를 최소화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전압을 발생시키는 전원부; 상기 전원부를 수납하기 위한 공간이 하단에 구비되고, 상단에는 띠 모양의 거치부 및 상기 거치부의 후면에 일정거리 이격된 복수개의 음극기둥부가 구비된 본체부; 상기 전원부의 음극과 연결되며, 상기 음극기둥부에 구비되어 상기 거치부 방향으로 돌출되는 톱니형상의 돌기가 일정간격으로 형성된 전도성 물질의 음극부; 상기 전원부의 양극과 연결되어 상기 거치부에 대응되는 위치로 일부가 외부로 돌출되며, 탄성을 갖도록 형성된 양극부; 및 상기 거치부에 거치되어 상기 양극부의 돌출된 부분과 맞닿아 플러스 전력을 공급받으며, 망 형상을 갖는 금속망부를 포함하는 플라즈마 발생 장치가 제공된다.

여기서, 상기 음극부와 상기 금속망부가 5~10mm 의 간격으로 이격되어 위치하도록 상기 거치부 및 상기 음극기둥부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 음극기둥부는 좌우 또는 상하로 일정거리까지 이동되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 양극부는 상기 거치부의 상단 일측에 일부가 돌출되며, 돌출된 부분은 상향으로 힘을 전달하는 탄성을 갖도록 형성되거나, 상기 금속망부의 일부 또는 전부를 둘러싸도록 형성될 수 있다.

또한, 플라즈마 발생 장치는 상기 거치부의 정면에 형성되는 끼움방식의 결합부에 의해 상기 본체부와 착탈 방식으로 결합되며, 정면 방향으로 바람을 유동시키는 팬부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 저온 플라즈마의 발생으로 인한 공기청정 기능을 갖는 간단한 구조의 플라즈마 발생 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 플러스 전극과 연결되는 허니컴(honeycomb) 형상의 금속망에 끼는 불순물에 의한 기능 약화를 최소화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정용 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정용 플라즈마 발생 장치를 도시한 분해사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 본체에 구비되는 양극부를 도시한 정면도들.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 음극부가 구비되는 음극기둥부가 이동되는 플라즈마 발생 장치를 도시한 후면사시도들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정용 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정용 플라즈마 발생 장치를 도시한 분해사시도이다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 본체부(제1 본체부(10-1), 제2 본체부(10-2)), 양극부(20), 금속망부(30), 전원부(40), 음극부(50) 및 팬부(60)를 포함한다.

제1 본체부(10-1)의 하단(12)에는 전원부(40)가 내장되는 공간이 구비되고, 상기한 공간의 상단에는 금속망부(30)가 거치되기 위한 사각형의 띠 모양으로 형성된 거치부(16)가 구비된다. 물론, 상기한 거치부(16)는 금속망부(30)의 모양에 따라 원형 또는 다각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있음은 당연하다.

거치부(16)의 정면에는 팬(fan)부(60)와 결합되기 위한 결합부(14)가 구비된다.

그리고, 제1 본체부(10-1)의 거치부(16) 하단에는 전원부(40)의 양극과 연결되는 양극부(20)가 구비된다. 양극부(20)에 의해 전원부(40)의 플러스 전압이 금속망부(30)에 가해지게 되는 것이다.

금속망부(30)는 알루미늄, 텅스텐 등 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 허니캠(honeycomb)과 같이 그물 형식의 다수의 구멍을 갖도록 형성된다. 금속망부(30)의 해당 구멍들은 1~10mm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 제2 본체부(10-2)에는 복수개의 음극기둥부(18)가 구비되며, 각 음극기둥부(18)에는 전원부(40)의 음극과 연결되는 전도성 물질의 음극부(50)가 구비된다.

음극부(50)는 예를 들어 약 1mm 이하의 가는 전도성 금속 실선 형태로 형성될 수 있으며, 특히 음극부(50)에는 거치부(16) 방향으로 돌출되는 톱니형상의 돌기가 복수개 구비되며, 도면에 도시된 바와 같이 상기한 돌기는 일정한(물론 일정하지 않아도 무방함) 거리를 갖도록 형성될 수 있다.

여기서, 금속망부(30)와 음극부(50)의 돌기간의 거리가 5~10mm 이내의 거리로 이격되도록, 거치부(16)와 음극기둥부(18)간의 거리가 알맞게 형성되는 것이 바람직하다. 금속망부(30)와 음극부(50)간의 거리에 따라 플라즈마의 발생률이 달라질 수 있기 때문이다.

금속망부(30)에 인가된 플러스 전압과 음극부(50)에 인가된 마이너스 전압에 의해, 그 사이에는 자장이 형성되어 플라즈마가 발생되는 것이다.

팬부(60)는 정면방향으로 바람을 유동시키기 위한 것으로, 이로 인해 금속망부(30)와 음극부(50) 사이에 생성되는 플라즈마가 정면으로 유동되는 것이다. 또한, 플라즈마뿐 아니라 오존(O3)도 함께 생성되는데, 오존은 팬부(60)에 의한 바람의 유동으로 인해 일부 제거될 수 있다.

여기서, 시간이 지남에 따라 금속망부(30)에게 전원부(40)의 플러스 전압을 인가하는 양극부(20)와 금속망부(30)간에 이격되는 현상이 발생될 수 있는데, 그렇게 되면 금속망부(30)에 플러스 전압이 잘 인가되지 않아 제대로 작동하지 못하게 되는 경우가 발생할 수 있다.

이하에서는 상기한 문제를 해결하기 위한 실시예들을 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 본체에 구비되는 양극부(20)를 도시한 정면도들이다.

먼저 도 3을 참조하면, 상부에 금속망부(30)가 놓이므로, 양극부(20)는 상향으로 탄성을 갖도록 중앙이 위로 볼록하게 솟도록 형성될 수 있다. 양극부(20)는 구리, 알루미늄 등의 전도성 금속으로 형성되기 때문에, 휘어진 상태를 유지하기 위한 탄성력을 가질 수 있어, 그 탄성력에 의해 상부에 놓인 금속망부(30)를 위로 밀어 올리는 힘을 유지하게 된다. 따라서, 시간이 지나더라도 양극부(20)와 금속망부(30)간에 이격되는 현상을 예방할 수 있게 된다.

다른 실시예에 따른 도 4를 참조하면, 양극부(20)는 일측이 상향으로 휘어지도록 형성됨으로써, 도 3에 따른 실시예와 마찬가지로 위에 놓인 금속망부(30)를 상향으로 밀어 올리는 힘을 유지하게 됨으로써 시간이 지나도 둘간의 접촉이 유지될 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 도 5를 참조하면, 양극부(20)에 탄성력을 갖도록 하는 것이 아니라, 금속망부(30)와 맞닿는 면적을 넓게 함으로써, 이격되는 현상을 방지할 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 양극부(20)는 금속망부(30)의 삼면(좌우측면 및 바닥면)과 맞닿을 수 있도록, [U]자형으로 형성될 수 있다. 물론, 이는 하나의 실시예일뿐이며, 맞닿는 면적을 넓게 하기 위해, 금속망부(30)의 2개면(좌측면 또는 우측면과 바닥면) 또는 금속망부(30)를 둘러싸도록 형성될 수도 있다.

그리고, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치를 사용하다 보면, 금속망부(30)와 음극부(50) 간의 자기장으로 인해 음극부(50)의 돌기와 대응되는 위치의 금속망부(30)의 일부에 떼가 끼거나 까맣게 그을림이 발생하기도 한다. 이런 경우, 플라즈마의 발생 효과가 떨어질 수 있어, 금속망부(30)를 수시로 교체하거나 청소를 해야 한다.

이하에서는 떼가 끼지 않은 금속망부(30)의 다른 부분을 사용함으로써, 그 수명을 연장할 수 있는 방법을 예시한 실시예를 설명하기로 한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극부(50)가 구비되는 음극기둥부(18)가 좌우로 이동되는 플라즈마 발생 장치를 도시한 후면사시도들이다.

도 6과 함께 도 7을 참조하면, 본 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치는 제2 본체부(10-2)에 구비되는 음극기둥부(18)가 좌 또는 우로 이동될 수 있도록 형성된다. 일실시예에 따른 도면에 도시된 바와 같이 도 6과 비교하여 도 7에 도시된 제2 본체부(1002)의 음극기둥부(18)가 슬라이딩 방식으로 좌측으로 조금 이동된 것을 알 수 있다.

이와 같이, 음극기둥부(18)가 좌 또는 우로 이동됨으로써, 음극기둥부(18)에 구비되는 음극부(50)의 돌기에 대응되는 금속망부(30)의 위치가 바뀌게 되는 것이다.

따라서, 본 실시예에 따르면 금속망부(30)를 더 오래 사용할 수 있게 된다.

본 실시예에서는 음극기둥부(18)가 좌우로 이동되는 것만을 예로 들었으나, 다른 실시예에 따르면 제2 본체부(10-2)의 음극기둥부(18)가 상하로 일정거리까지 이동될 수 있도록 형성될 수도 있음은 쉽게 유추될 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10-1, 10-2 : 본체부
14 : 결합부
16 : 거치부
18 : 음극기둥부
20 : 양극부
30 : 금속망부
40 : 전원부
50 : 음극부
60 : 팬부

Claims (6)

1. 전압을 발생시키는 전원부;
   상기 전원부를 수납하기 위한 공간이 하단에 구비되고, 상단에는 띠 모양의 거치부 및 상기 거치부의 후면에 일정거리 이격된 복수개의 음극기둥부가 구비된 본체부;
   상기 전원부의 음극과 연결되며, 상기 음극기둥부에 구비되어 상기 거치부 방향으로 돌출되는 톱니형상의 돌기가 일정간격으로 형성된 전도성 물질의 음극부;
   상기 전원부의 양극과 연결되어 상기 거치부에 대응되는 위치로 일부가 외부로 돌출되며, 탄성을 갖도록 형성된 양극부; 및
   상기 거치부에 거치되어 상기 양극부의 돌출된 부분과 맞닿아 플러스 전력을 공급받으며, 망 형상을 갖는 금속망부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 음극부와 상기 금속망부가 5~10mm 의 간격으로 이격되어 위치하도록 상기 거치부 및 상기 음극기둥부가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 음극기둥부는 좌우 또는 상하로 일정거리까지 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 양극부는 상기 거치부의 상단 일측에 일부가 돌출되며, 돌출된 부분은 상향으로 힘을 갖는 탄성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 양극부는 상기 금속망부의 일부 또는 전부를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 거치부의 정면에 형성되는 끼움방식의 결합부에 의해 상기 본체부와 착탈 방식으로 결합되며, 정면 방향으로 바람을 유동시키는 팬부를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.

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