KR20150143075A - 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속관인 내부전극의 표면 전체에 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 유전체를 형성함으로써 방전관을 제작하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 중공 원통 형상의 금속관인 내부전극; 상기 내부전극의 표면 전체에 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 형성되는 유전체; 상기 유전체의 외측면을 감싸는 형태로 구비되는 금속재 외부전극; 상기 내부전극과 외부전극을 완전히 절연하기 위해 상기 유전체의 일단을 밀봉·지지하는 절연지지부; 상기 절연지지부에 구비되어 상기 내부전극과 연결되는 전극부; 및 상기 전극부에 고전압을 인가하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공한다.

Description

유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치{AIR CLEANING DEVICE USING DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE}

본 발명은 금속관인 내부전극의 표면 전체에 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 유전체를 형성함으로써 방전관을 제작하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기청정기는 내부에 설치된 팬을 통해 실내의 오염된 공기를 팬으로 흡입한 후 각종 오염물질 및 냄새 등을 여과/탈취하는 기능을 갖는 것으로서, 그 내부에는 외부 전력에 의해 작동되는 팬과, 상기 팬에 의해 흡입된 공기에 포함된 오염물질과 냄새 등을 집진 또는 흡착하여 제거하도록 장착되는 다수 개의 필터와, 상기 필터를 통해 정화된 공기를 외부로 배출하도록 형성되는 배출구 등으로 구성된다.

그러나 이러한 일반적인 공기청정기는 사용자에게 완벽하게 정화된 공기를 공급하기에는 미흡한 점이 있어 다양한 형태의 공기정화장치가 개발, 제안되고 있으며, 그 중에서도 플라즈마를 이용한 공기정화장치의 수요가 많이 늘어나고 있는 추세이다.

플라즈마를 이용한 방식의 경우, 필터 등을 이용하여 공기를 정화하는 방법에 비하여 공기 정화의 효율성이 높고, 필터를 교환하여야 하는 번거로움이 없어 편리하다는 장점이 있다.

또한, 대기압 근처의 높은 압력에서 발생하는 플라즈마는 크게 저온플라즈마와 고온플라즈마로 분류할 수 있는데, 고온플라즈마에는 저전압, 대전류 특성이 있는 아크 방전이 대표적이다.

저온플라즈마는 방전 특성에 따라 코로나 방전, 유전체 장벽 방전, 글로우 방전 등으로 분류할 수 있으며, 코로나 방전의 경우 뾰족한 금속 전극에 고전압을 인가할 때 끝 부분 주위에 약간의 발광현상을 볼 수 있고, 이것으로 방전이 일어나는 것을 알 수 있다.

즉, 끝 부분의 전계가 방전 파괴 전계를 일으키는 것으로 방전이 시작된다. 코로나 방전은 포인트 주위의 작은 활성체적에 기인하여 공기 중에 떠도는 입자를 이온으로 대전시킬 수 있고, 고전압으로 입자를 전극에 집적시킬 수 있어 집진기나 복사기, 배출가스의 처리, 건식 광석 분리, 방사선 감지 등 많은 분야에 응용되고 있다.

유전체 장벽 방전의 특성은 유전체층을 두 전극 중 어느 하나 또는 모두에 설치하는 것으로, 유전체는 방전의 적당한 기능을 부여하는데 중요하다.

방전 전극 간의 한 위치에서 이온화가 일어나면 운반된 전하들이 유전체에 축적되고, 이러한 전하에 기인한 전장들은 전극 간의 전장을 감소시키고 수 나노초가 지난 다음 전류의 흐름이 차단된다. 전류의 펄스 지속시간은 압력, 가스의 이온화 특성 및 유전체의 특성에 의존한다.

유전체는 마이크로방전에 의해 전해진 전하량을 제한하고 마이크로 방전이 전극 전체로 퍼지도록 하는 기능을 수행하게 되며, 방전 공간상에 국부적으로 전류 밀도가 높은 스트리머(streamer)에 의한 마이크로 방전이 존재하는데, 이러한 스트리머는 오존발생기 등을 위한 용도로 적합하다.

대한민국 특허 제10-0566851호(2006. 4. 3. 공고)에는 전극에 교류 전압을 인가함으로써 양이온과 음이온을 발생시키는 이온 발생 장치를 공기 개질 기기에 탑재하고, 공간 중에 동시에 혼재시켜 이들 이온이 공기 중의 세균의 표면에 부착되면, 양이온과 음이온이 화학 반응을 일으켜 활성종인 수산기 래디컬이나 과산화수소를 생성하고 세균의 세포에서 수소 원자를 빼내어 살균하는 공기 개질 기기가 개시되어 있다. 이 특허는 이러한 살균효과와 공기 개질 기기가 갖는 온도 조정 기능, 제습 기능, 가습 기능, 공기 정화 기능 등과 조합되어 실내 환경을 더 건강하고 쾌적하게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 이러한 종래 공기정화장치의 방전관은 유리 소재로 만들어진 원통관 형태의 유전체 속에 내부전극을 밀착시켜 제조하는데, 소재의 특성상 내부전극을 유전체에 완전히 밀착하기 어려우며, 이에 따라 각각의 품질을 동일하게 유지하기도 힘들고, 쉽게 파손될 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 특허 제10-0566851호(2006. 4. 3. 공고)

본 발명은 내부전극의 표면 전체에 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 유전체를 형성함으로써 제조공정을 단순화하고 이에 따라 균일한 품질을 유지할 수 있으며 파손의 염려가 없는 새로운 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 중공 원통 형상의 금속관인 내부전극; 상기 내부전극의 표면 전체에 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 형성되는 유전체; 상기 유전체의 외측면을 감싸는 형태로 구비되는 금속재 외부전극; 상기 내부전극과 외부전극을 완전히 절연하기 위해 상기 유전체의 일단을 밀봉·지지하는 절연지지부; 상기 절연지지부에 구비되어 상기 내부전극과 연결되는 전극부; 및 상기 전극부에 고전압을 인가하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 내부전극은 알루미늄 또는 스테인리스강으로 형성된 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 외부전극은 스테인리스강 또는 황동으로 형성한 메쉬 형태의 망 또는 다수의 홀이 규칙적으로 형성된 형태의 플레이트를 상기 유전체의 외측면을 따라 밀착시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 유전체는 폴리염화비닐 필름을 밀착코팅한 후 추가로 열수축 폴리염화비닐로 보호하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 내부전극의 일단부에는 절연성 재료로 제작되는 절연캡이 결합되는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치를 제공한다.

본 발명에 따른 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치는 중공 원통 형상으로 이루어진 알루미늄 또는 스테인리스강 소재인 내부전극의 표면 전체에 폴리염화비닐 등과 같은 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 유전체를 형성한 후 유전체의 외측면에 스테인리스강 또는 황동 소재의 메쉬 형태 외부전극을 감싸는 형태로 방전관을 제작하므로 제조공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 유전체와 내부전극이 완전히 밀착될 수 있으며 이에 따라 제조되는 각각 제품의 품질이 균일하고, 유전체가 유리 소재로 제작되는 종래의 제품과 달리 충격이나 취급 부주의에 따른 파손의 염려가 없어 매우 안전하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치의 구성 및 단면 구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치의 분리사시도,
도 3은 도 1의 A-A' 선 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치(1)의 구성 및 단면 구조를 나타내는 도면이며, 도 2는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치(1)의 분리사시도, 도 3은 도 1의 A-A' 선 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치(1)는 내부전극(10)과 유전체(20) 및 외부전극(30)으로 구성되는 방전관과, 절연캡(40), 절연지지부(50) 및 전원부(70)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서는 내부전극(10)으로 금속 파이프, 즉 중공 원통 형상으로 이루어진 금속관을 이용한다.

내부전극(10)은 알루미늄 또는 스테인리스강 소재를 사용하는 것이 바람직하나 소재가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 금속 소재가 이용될 수 있음은 물론이다.

종래 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치의 경우는 다수의 홀이 형성된 금속 그물망 또는 타공망 형태의 내부전극을 사용하는데, 본 발명의 경우는 파이프 형태의 내부전극(10)을 이용함으로써 전체적으로 내부전극(10)의 면적을 증가시켜 방전량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 이온 클러스터의 방출량을 증가시켜 미세먼지, 휘발성 유기화합물, 비염 알러지 원인물질 등의 제거 능력과 살균· 정화능력을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

유전체(20)는 내부전극(10)의 표면 전체에 합성수지재 필름(210)을 밀착코팅하여 형성한다. 바람직하게는, 양호한 물성을 가진 폴리염화비닐 필름을 내부전극(10)의 표면에 밀착코팅한 후 추가로 열수축 폴리염화비닐(220)로 보호하는 형태로 제작한다.

종래 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치의 유전체는, 내부 공간을 가지는 원기둥의 형태로 형성되되, 축방향 일단은 외측으로 반구(半球) 형태로 돌출되고, 타단은 개방된 형태의 유리 또는 석영관을 이용하였다.

그러나 유리 재질의 유전체는 열에 약하고, 유리나 석영관 재질 모두 파손에 의한 사용자의 상해 또는 제품의 손상 등의 우려가 있으며, 특히 원기둥 형태의 유전체 내부에 내부전극을 완전히 밀착시키는 것이 쉽지 않아 균일한 품질의 제품을 양산하는데 어려움이 많았다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 발상을 전환하여 원기둥 형태로 제작된 유리관이나 석영관을 유전체로 사용하는 대신에 금속관 형태의 내부전극(10)의 외부 표면에 합성수지재 필름(210)을 밀착코팅하여 유전체(20)를 형성하여 사용하는 방법을 적용하였다.

이에 따라 제조공정이 단순화되고, 내부전극(10)과 유전체(20)가 완전히 밀착될 수 있어 제작되는 제품이 균일한 품질을 유질할 수 있고, 취급이나 사용시 유전체(20)의 파손 염려가 없어 매우 안전하다는 장점을 갖는다.

금속재 외부전극(30)은 유전체(20)의 외측면을 감싸는 형태로 구비된다.

구체적으로, 외부전극(30)은 스테인리스강 또는 황동의 선재를 메쉬 형태를 이루도록 평직한 후 롤 가공한 메쉬망 또는 다수의 홀이 규칙적으로 형성된 형태의 타공판을 롤 가공하여 유전체(20)의 외측면을 따라 밀착시켜 형성한다. 한편, 도 1에 도시한 바와 같이 외부전극(30)은 접지되어야 한다.

외부전극(30)은 밴드나 고리 등의 공지 수단에 의해 유전체(20)에 견고히 고정될 수 있으며, 고리 등이 동시에 접지 기능을 할 수도 있다.

이와 같은 구조에 의해 내부전극(10)과 외부전극(30)은 유전체(20)를 사이에 두고 소정 거리를 갖는 대향하는 구성으로 된다.

한편, 외부전극(30)의 소재가 위에 한정되는 것은 아니고 공지된 다양한 소재의 금속이 이용될 수 있음은 물론이다.

한편, 내부전극(10)과 외부전극(30)이 완전히 절연될 수 있도록 고절연성 재질로 제작되는 절연지지부(50)가 상기 유전체(20)의 일단을 밀봉·지지하는 형태로 구비된다.

절연지지부(50)는 내부전극(10)과 외부전극(30)을 상호 절연시키는 역할과 동시에 내부전극(10)과 유전체(20)를 기구적으로 고정·지지하는 역할을 한다.

절연지지부(50)에는 내부전극(10)과 연결되는 전극부(60)가 구비되고, 상기 전극부(60)에 교류 고전압을 인가하는 전원부(70)가 구비된다.

전극부(60)는 절연지지부(50)의 대략 중앙에 형성된 구멍에 끼워 통과하여 지지된다. 전극부(60)의 절연성을 높이기 위해 외주에는 고절연성 재료로 제작되는 튜브가 씌워질 수 있다.

내부전극(10)의 일단부, 즉 절연지지부(50)가 구비된 반대쪽 단부에는 고절연성 재료로 제작되는 절연캡(40)이 추가로 결합될 수 있다.

외부전극(30)은 내부전극(10)에 고전압이 인가되면, 유전체(20)와의 사이에서 방전을 발생시키는 기능을 한다.

즉, 내부전극(10)에 고전압이 인가되면 유전체(20)와 외부전극(20)의 사이에서는 대기압 유전체 장벽 방전 현상이 발생한다.

유전체(20)와 외부전극(30)의 사이에서 발생하는 방전 현상에 의해 유전체(20)가 위치하는 공간의 공기 속에 포함되는 함유물질이 산화되면서 공기정화장치(1)가 위치하는 공간의 공기가 정화된다.

절연지지부(50)는 전류가 통전되지 않는 절연성 재질로 이루어지고, 일정 정도의 두께를 가지면서 내부 공간을 가지는 원판 형태로 형성된다.

즉, 절연지지부(50)는 절연성 재질로 이루어지는 원판 형상으로 형성되고, 중앙부가 함몰 형성되어 내부 공간을 가지도록 형성되며, 함몰되는 중앙부에 유전체(20)와 내부전극(10)의 축방향 일단이 수용되는 형태로 구성된다.

유전체(20)와 내부전극(10)의 축방향 일단은 절연지지부(50)의 내부 공간에 억지 끼움과 같은 끼움 결합으로 고정되도록 구성할 수 있으며, 이 밖에 절연지지부(50)와 체결 부재에 의해 결합되면서 유전체(20) 및 내부전극(10)이 절연지지부(50)에 지지되는 구성도 가능하다.

절연지지부(50)의 중앙부에는 내부전극(10)에 고전압을 공급하기 위한 전극부(60)가 내부전극(10)과 도통 가능하게 연결되며, 전원부(70)는 전극부(60)에 도통 가능하게 연결되어 교류 고전압을 인가하는 역할을 한다.

전원부(70)에는 교류 고전압을 가지는 전류가 인가되며, 전극부(60)를 통해 내부전극(10)에 전달되면, 내부전극(10)은 고전압의 전류를 통전하게 되고 이때 유전체(20)와 외부전극(30)의 사이에서 방전이 발생하게 된다.

유전체(20)와 외부전극(30)의 사이에서 발생하는 방전에 의해 외부전극(10)가 위치하는 공간의 공기가 유동하면서 공기에 함유되는 함유물질이 산화되어 함유물질이 제거됨으로써 공기를 정화하게 된다.

이상, 비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있으며, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 범위에 속한다고 하여야 할 것이다.

1: 공기정화장치
10: 내부전극 20: 유전체
30: 외부전극 40: 절연캡
50: 절연지지부 60: 전극부
70: 전원부

Claims (5)

1. 중공 원통 형상의 금속관인 내부전극;
   상기 내부전극의 표면 전체에 합성수지재 필름을 밀착코팅하여 형성되는 유전체;
   상기 유전체의 외측면을 감싸는 형태로 구비되는 금속재 외부전극;
   상기 내부전극과 외부전극을 완전히 절연하기 위해 상기 유전체의 일단을 밀봉·지지하는 절연지지부;
   상기 절연지지부에 구비되어 상기 내부전극과 연결되는 전극부; 및
   상기 전극부에 고전압을 인가하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부전극은 알루미늄 또는 스테인리스강으로 형성된 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부전극은 스테인리스강 또는 황동으로 형성한 메쉬 형태의 망 또는 다수의 홀이 규칙적으로 형성된 형태의 플레이트를 상기 유전체의 외측면을 따라 밀착시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유전체는 폴리염화비닐 필름을 밀착코팅한 후 추가로 열수축 폴리염화비닐로 보호하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부전극의 일단부에는 절연성 재료로 제작되는 절연캡이 결합되는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 방전을 이용한 공기정화장치.

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