KR20170112382A - 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치 - Google Patents

전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치에 관한 것으로, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 전기 집진기(210)와, 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(220)가 일체로 조합되어 구성되는 하이브리드 플라즈마 모듈(200);과, 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10)에 관한 것이다.

Description

전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치{Ductless Air Cleaner}
본 발명은 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치에 관한 것으로, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 전기 집진기(210)와, 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(220)가 일체로 조합되어 구성되는 하이브리드 플라즈마 모듈(200);과, 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10)에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물은 인체 및 생태계에 미치는 영향이 크기 때문에 특정 대기 유해물질로 분류되고 있다. 휘발성 유기 화합물은 광화학 반응을 통하여 오존 등과 같은 2차 오염물질인 광화학 산화물을 생성시킨다. 휘발성 유기 화합물은 발암성이 높다고 알려져 있는 화학물질이 다수 포함되어 있기 때문에 인체에 유독하며 오존층 파괴, 지구 온난화, 광화학 스모그, 악취 등의 문제점을 야기한다.
휘발성 유기 화합물을 제거하는 일반적인 기술로는, 활성탄에 의한 흡착 방식, 고온 소각 방식, 촉매에 의한 산화 제거 방식, 플라즈마 방식 등이 있다.
활성탄에 의한 흡착 방식은 가장 전통적인 휘발성 유기 화합물 제거 방식으로서, 휘발성 유기 화합물을 활성탄에 물리, 화학적으로 흡착시켜 제거하는 기술이다. 이 방식은 일정 시간이 지나면 더 이상 흡착되지 않으므로 교환 주기가 짧다. 또한, 사용 완료 후에 폐기 시에 2차 오염 물질이 발생하며, 고농도 휘발성 유기 화합물 처리에는 불리하다.
고온 소각 방식은 고온으로 가열하여 연소 산화시키는 방식이다. 이 방식은 고농도의 휘발성 유기 화합물을 제거하는 데에는 효율적이지만, 저농도에는 불리하다. 또한, 보조 연료가 소요되므로 처리 비용이 높다.
촉매에 의한 산화 제거 방식은 산화 촉매를 이용하여 휘발성 유기 화합물을 산화 제거하는 기술이다. 활성탄과 달리 촉매의 수명은 길지만, 상온에서 반응 활성이 거의 없기 때문에, 오염 공기 온도를 약 300도(℃) 이상의 고온으로 승온시켜야 한다는 단점이 있다.
이러한 기존 발명의 문제점을 해결하기 위하여, 하기 특허문헌 1의 "휘발성 유기 화합물 처리 방법 및 장치(대한민국 등록특허 제10-1559021호)"에는 대기 중에 포함된 휘발성 유기 화합물을 처리하기 위한 방법으로서, 대기 중에 포함된 휘발성 유기 화합물 농도의 10 내지 15배의 오존을 발생시키고 발생된 오존을 이용하여 휘발성 유기 화합물을 1차적으로 분해하는 1차 분해 단계; 및 발생된 오존을 촉매로 처리하여 반응 활성종을 발생시키고 발생된 반응 활성종을 이용하여 휘발성 유기 화합물을 2차적으로 분해하는 2차 분해 단계를 포함하는 휘발성 유기 화합물 처리 방법 및 장치에 관한 발명이 개시되어 있다.
한편, 산업현장의 SMT(Surface Mount Technology, 표면실장기술) Line에서는 250～300℃ 정도의 고온에서 리플로우 솔더링 작업 중 수지계(Rosin) 플럭스에서 악취나 휘발성유기화합물(VOCs) 등 오염물질이 발생하고 있으나, 현재는 이들 오염물질을 별다른 처리 없이 공장위의 공조기(덕트)로 외부 배출을 시키는 것이 전부이다.
또한, 리플로우 솔더링 장비의 input과 output 부분에서 악취와 휘발성유기화합물(VOCs) 등이 일부 새어나와 공장 내부의 공기를 오염시켜 근로자의 두통을 유발하는 등 근무환경 저해와 함께 인체 건강에 심각한 악영향을 끼치고 있다.
현재 SMT 공장에서는 리플로우 솔더링 장비 상단에 덕트 등 공조시설이 복잡하게 설치되어 있다. 그리고 기존의 SMT Line에서 생산품목이나 생산 공정을 변경할 경우, 공조 시스템(덕트 재설치 등)을 수시로 변경 및 교체해야 한다. 예로, 휴대폰의 기종(갤럭시 series 등) 또는 자동차의 차종 변경 시 전기회로기판이 교체되어 SMT Line 자체가 변경된다.
따라서, 생산 공정 변경 시, 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 생산성 하락이 유발되고 이와 함께 덕트 등 공조시스템 변경으로 인한 인력소모와 번거로움 그리고 설치 비용으로 인한 경제적 손실이 상당히 발생하고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1559021호
본 발명은 상기한 기존 발명의 문제점을 해결하여, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 온도가 조절된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 공기 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요 되는 노력과 비용을 절감할 수 있고, 생산 공정 변경 시 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 인해 생산성 하락 등을 방지할 수 있는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 저온 플라즈마 반응을 이용하므로 공정 중 불필요한 온도 상승을 방지할 수 있는 것은 물론, 플라즈마 발생 시 생성되는 오존을 촉매와의 반응을 통해 완전히 분해하여 활성산소를 다량으로 발생시킴으로써 악취나 휘발성 유기 화합물 등 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 전기 집진을 통하여 흄 또는 분진을 사전에 집진 한 후 저온 플라즈마 반응을 이용하여, 저온 플라즈마 반응에 소요되는 전력을 감소시키는 것은 물론, 적은 양의 오존만을 발생시키는 것으로도 효율적인 분해 및 정화가 가능한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치는, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 전기 집진기(210)와, 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(220)가 일체로 조합되어 구성되는 하이브리드 플라즈마 모듈(200);과, 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220); 를 더 포함하여 구성되고, 상기 전기 집진기(210)는 상기 승압장치(220)에서 승압된 전원이 인가되어 그 사이를 통과하는 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 집진 전극(211); 을 더 포함하여 구성되며, 상기 저온 플라즈마 반응기(220)는, 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220);와, 상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222);을 포함하여 구성되되, 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 순차적으로 교차 배열되어 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222) 사이의 공간으로 공기가 흘러 지나갈 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 전극봉(221) 또는 상기 제 2 전극봉(222)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는, 접지를 통하여 통전되도록 하고, 상기 승압장치(220)에서 상기 집진 전극(111)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 한 극은 접지를 통하여 통전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 각각 세라믹 파이프(223) 안에 설치되는 전극봉(224)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)과 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에 설치되는 금속망 필터(310);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600);와, 상기 전처리 필터(100) 내지 상기 음이온 발생기(600)가 내부에 장착되어 일체로 구성되며, 이동을 위한 캐스터 휠(710) 들이 설치되어 있는 하우징(700); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하는 경우, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 온도가 조절된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 공기 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요 되는 노력과 비용을 절감할 수 있고, 생산 공정 변경 시 덕트 재설치에 따른 조업중단으로 인해 생산성 하락 등을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 저온 플라즈마 반응을 이용하므로 공정 중 불필요한 온도 상승을 방지할 수 있는 것은 물론, 플라즈마 발생 시 생성되는 오존을 촉매와의 반응을 통해 완전히 분해하여 활성산소를 다량으로 발생시킴으로써 악취나 휘발성 유기 화합물 등 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 전기 집진을 통하여 흄 또는 분진을 사전에 집진 한 후 저온 플라즈마 반응을 이용하여, 저온 플라즈마 반응에 소요되는 전력을 감소시키는 것은 물론, 적은 양의 오존만을 발생시키는 것으로도 효율적인 분해 및 정화가 가능한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
도 1: 본 발명의 일 실시예에 의한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치의 전체 구성 모식도.
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치의 하이브리드 플라즈마 모듈의 구성 모식도.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치의 내부 사시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10)는 도 1에 나타낸 것과 같이 크게, 전처리 필터(100), 하이브리드 플라즈마 모듈(200), 금속 산화물 촉매 챔버(300), 흡착 제거 필터(400) 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 전처리 필터(100)에 관하여 설명한다. 상기 전처리 필터(100)는 도 1에 나타낸 것과 같이 SMT 공정 또는 염색, 잉크 제조 및 도금 공정 그리고 실험실 및 세척실 등에서 발생하는 휘발성 유기 화합물이 포함된 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 기능을 가진다. 즉, 크기가 큰 분진 등을 물리적으로 먼저 집진하여, 그 이후의 정화 및 분해 단계의 효율을 높이도록 한다. 이 경우, 상기 전처리 필터(100)를 구현하는 실시예로는 다양한 실시예가 가능하며, 그 일실시예로 상기 전처리 필터(100)는 미디움 필터(medium filter)로 구성되는 것이 가능하다.
다음으로, 하이브리드 플라즈마 모듈(200)에 관하여 설명한다. 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 전기 집진기(210)와, 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(220)가 일체로 조합되어 구성된다.
이 경우, 하이브리드 플라즈마 모듈(200)은 도 2에 나타낸 것과 같이 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220) 를 더 포함하여 구성된다.
한편, 상기 전기 집진기(210)는 상기 승압장치(220)에서 승압된 전원이 인가되어 그 사이를 통과하는 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 집진 전극(211)을 더 포함하여 구성된다. 한편, 상기 승압장치(220)는 4~10㎸ 범위의 전압을 상기 집진 전극(211)에 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 집진 전극(211)은 도 2에 나타낸 것과 같이 집진판의 형상으로 제작되는 것이 바람직하며, 그 재질로는 내식성이 강하고 전기 전도도가 좋은 금속판으로 제작되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 저온 플라즈마 반응기(220)는 도 2에 나타낸 것과 같이, 상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 도 2에 나타낸 것과 같이 순차적으로 교차 배열되어, 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222) 사이의 공간으로 공기가 흘러 지나갈 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 통상적으로 5단 내지 20단 가량 교차 배열되도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 승압장치(220)는 10~20㎸ 범위의 고전압을 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)에 공급하는 것이 바람직하다.
상기한 구성과 기능의 상기 저온 플라즈마 반응기(220)에 의하여, 공기 중의 산소 분자가 강한 활성을 가지는 산소 원자로 해리되거나 오존으로 변환되어, 오염된 공기 중에 포함된 휘발성 유기물질을 강력하고 효과적으로 분해하게 된다.
한편, 작동 중 발생할 수 있는 전극에의 오염 물질 침착 또는 스파크 발생에 에 따른 부식이나 손상 등을 방지하고 용이한 유지/보수를 가능하게 하기 위하여, 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 각각 세라믹 파이프(223) 안에 설치되는 전극봉(224)으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 승압장치(220)로부터 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)에 공급되는 전원 및 상기 집진 전극(211)에 공급되는 전원은 앞서 설명한 것과 같이 고전압인 것이 특징이다. 따라서, 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 전극봉(221) 또는 상기 제 2 전극봉(222)에 전원을 공급하는 각각의 전원선 사이가 근접하게 설치되는 경우, 스파크가 발생하여 전원선이 손상되어 누전이 발생할 위험이 극히 높다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 전극봉(221) 또는 상기 제 2 전극봉(222)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는 도 2에 나타낸 것과 같이, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 승압장치(220)에서 상기 집진 전극(111)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 한 극 역시 접지를 통하여 통전되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하여 고압 전원선은 1개극 씩만 사용하는 것이 가능하여 스파크 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 관하여 설명한다. 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 도 2에 나타낸 것과 같이, 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해한다.
이 경우, 오존을 분해하기 위한 촉매로는 백금, Cr 산화물, Al 산화물, Co 산화물, Cu 산화물, Mn 산화물, 금속 Pd 또는 Pd 화합물 등을 들 수 있으며, 그 중에서 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 산화물 촉매로는 MnO2, NiO, CoO, Fe2O3, V2O5, AgO2 등이 있다. 또한, 단일금속 산화물뿐만 아니라 여러 금속산화물의 혼합물을 사용할 수도 있다. 예컨데 MnO2-CuO, MnO2-AgO2, NiO-CoO-AgO2 등의 형태로 사용할 수 있다.
상기 반응 활성종은 오존의 분해 시에 사용되는 다양한 활성종을 포함한다. 예컨데, O(1D), O(3P), OH* 활성종을 들 수 있다.
한편, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 금속 산화물 촉매와 통과하는 공기와의 접촉 면적을 증대시키기 위하여, 상기 금속 산화물 촉매를 메쉬(mesh) 형태로 가공하여 구성되는 것이 바람직하다. 또는, 상기 금속 산화물 촉매를 캐비티(cavity)가 서로 연통되는 형상으로 형성된 다공성 재질(예를 들어 다공성 세라믹)에 상기 금속 산화물 촉매를 함침하는 방법으로, 공기가 통과하는 상기 다공성 재질의 서로 연통되어 있는 상기 캐비티(cavity) 표면에 상기 금속 산화물 촉매가 코팅되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 의하여, 아래의 화학식 1과 같이 전단계의 하이브리드 플라즈마 모듈(200)에서 발생된 오존 중 분해 반응에 미처 사용되지 못하고 남겨진 잔여 오존(배오존)을 분해하는 반응도 함께 일어난다. 이 경우, 하기 화학식 1은 망간 산화물 촉매를 사용하는 경우를 예시로 표현하였다.
[화학식 1]
MO2 + O3 → MO2 + O* +O2
따라서, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 전단계의 하이브리드 플라즈마 모듈(200)에서 미쳐 분해되지 못한 잔여 휘발성 유기 화합물을 추가로 분해하여 완벽에 가깝게 제거하는 것은 물론, 배오존을 분해하여 정화가 완료되어 배출되는 공기 중의 오존 농도를 극히 낮게 감소하는 기능을 동시에 수행한다.
이때, 금속산화물 촉매의 부피(금속산화물 촉매 사용 양)는 처리풍량(유량)에 대해 공간속도가 10,000~20,000(hr-1 )사이가 되도록 정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 공간 속도는 다음의 수학식 1에 따라 정의된 수 있다.
Figure pat00001
한편, 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)과 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에는 도 1에 나타낸 것과 같이 금속망 필터(310)가 더 설치되도록 하여, 오존이나 미반응 휘발성 유기 화합물을 비롯한 유해가스가 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 균일하게 접촉하도록 하여 반응효율을 높이도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 것과 같이 상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)이 상기 전기 집진기(210) 및 상기 저온 플라즈마 반응기(220)가 일체로 조합되어 구성된느 특징에 의하여, 전기 집진을 통하여 흄 또는 분진을 사전에 집진 한 후 저온 플라즈마 반응을 이용하여, 저온 플라즈마 반응에 소요되는 전력을 감소시키는 것은 물론, 적은 양의 오존만을 발생시키는 것으로도 효율적인 분해 및 정화가 가능하게 된다.
다음으로, 흡착 제거 필터(400)에 관하여 설명한다. 상기 흡착 제거 필터(400)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물, 배오존 또는 상기 휘발성 유기 화합물의 분해 과정에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 흡착 제거한다.
이 경우, 상기 흡착 제거 필터(400)는 활성탄 필터(410)를 포함하여 구성되는 것이 가능하다.
또한, 상기 흡착 제거 필터(400)는 헤파 필터(420)를 더 포함하여 구성되는 것이 가능하며, 상기 헤파 필터(420)는 0.3㎛ 이상의 미세한 입자들을 99.97% 이상 제거한 다음, 정화 처리된 청정한 공기를 실내 배출한다
상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기는, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500)를 통하여 배출된다.
한편, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 음이온 발생기(600)는 2000~10000개/㎤의 음이온이 함유된 공기를 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10)는 별도의 덕트 등의 배관이 필요 없다는 특성을 가진다. 따라서, 이러한 특성을 더욱 잘 살려 용이한 이동 설치 및 사용이 가능하도록 본 발명의 일실시예에 의한 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10)는 도 4에 나타낸 것과 같이, 상기 전처리 필터(100) 내지 상기 음이온 발생기(600)가 내부에 장착되어 일체로 구성되며, 이동을 위한 캐스터 휠(710) 들이 설치되어 있는 하우징(700)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
<실시예>
본 실시예에서는, 휘발성 유기 화합물의 제거 효율 및 오존 농도에 관하여 서울 대학교 실내환경분석센터에서 성능 시험을 수행하였다.
상기 저온플라즈마 반응기(220)에서 인가전압은 15KV로 하였으며, 풍량은 4m3/min 그리고 공간속도는 17,000hr- 1으로 하여 휘발성 유기화합물의 분해제거 성능시험을 실시하였다.
총 휘발성 유기 화합물(Total VOC)의 제거효율은 다음과 같다. 즉, 덕트리스 공기정화장치(10)의 흡입구 부분에서 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 농도는 27635.1㎍/㎥ 정도인 반면, 덕트리스 공기정화장치(10)를 거친 배출구에서는 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 농도가 65.6㎍/㎥ 정도로 상당히 감소하여 99.8%의 높은 제거 효율을 보이고 있다. 특히, 배출구에서 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC)의 농도인 65.6㎍/㎥는 실내기준치(500㎍/㎥) 보다 훨씬 아래인 정도에 그치고 있다.
그리고 덕트리스 공기정화장치 처리 후 대표적인 5대 휘발성 유기 화합물 중 벤젠은 전혀 나타나지 않고 있으며, 톨루엔은 6.6㎍/㎥, 에틸벤젠은 3.8㎍/㎥ 그리고 자일렌은 4.7㎍/㎥, 스틸렌은 0.3㎍/㎥ 정도로 감소하는 것으로 나타나고 있어, 대표적인 5대 휘발성 유기 화합물(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스틸렌) 또한 효과적으로 제거되고 있음을 알 수 있으며, 실내기준치보다 휠씬 적은 수치를 보이고 있다.
측정위치 측정항목(㎍/㎥)
T.VOC 벤젠 톨루엔 에틸벤젠 자일렌 스틸렌
흡입부 27635.1 - 186.7 108.4 125.4 9.0
배출부 65.6 - 6.6 3.8 4.7 0.3
( 다중이용시설 실내공기질 유지기준
총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 실내 기준치 : 500㎍/㎥ 이하 톨루엔 실내기준치 : 1,000㎍/㎥이하, 벤젠 실내기준치 : 30㎍/㎥ 이하
에틸벤젠 실내기준치 : 360㎍/㎥ 이하,자일렌 실내기준치 : 700㎍/㎥ 이하
한편, 오존 농도(오존 제거 효율)에 있어서, 덕트리스 공기정화장치(10)의 상기 저온 플라즈마 반응기(220)에서 생성된 초기 오존 농도와 덕트리스 공기정화장치의 상기 금속산화물 촉매 챔버(300)를 거친 후 오존(배오존) 농도를 측정하였다.
이때, 덕트리스 공기정화장치의 상기 저온플라즈마 반응기(220)에서 인가전압은 10KV로 하였으며, 풍량은 4m3/min 그리고 공간속도는 15,000hr- 1으로 하여 오존의 농도를 측정하였다.
상기 저온플라즈마 반응기(220)에서 생성된 초기 오존 농도는 약 28ppm 정도인 반면, 상기 금속산화물 촉매 챔버(300)에서 반응 후 휘발성 유기 화합물을 분해 처리한 다음, 최종 배출되는 공기 중 오존 농도는 약 0.01ppm 정도로 나타나 99.9%의 오존 제거효율을 보이고 있으며, 이는 한국과 미국 오존농도허용치 이내에 있다. (한국 오존농도허용치 : 1시간 평균 0.1ppm, 8시간 평균 0.06ppm/ 미국 오존농도허용치 : 8시간 또는 주 40시간 0.1ppm, 15분 0.3ppm)
도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치
100: 전처리 필터
110: 흡입 송풍기
200: 하이브리드 플라즈마 모듈
210: 전기 집진기
211: 집진 전극
220: 저온 플라즈마 반응기
221: 제 1 전극봉 222: 제 2 전극봉
223: 세라믹 파이프 224: 전극봉
230: 전원부 240: 승압장치
230: 제 1 극판
231: 금속 전극판 232: 절연판
233: 코팅 절연층
240: 제 2 극판
300: 금속 산화물 촉매 챔버
310: 금속망 필터
400: 흡착 제거 필터
410: 활성탄필터
420: 헤파 필터
500: 배출 송풍기
600: 음이온 발생기
700: 하우징
710: 캐스터 휠

Claims (5)

  1. 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);
    상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 전기 집진기(210)와, 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(220)가 일체로 조합되어 구성되는 하이브리드 플라즈마 모듈(200);
    상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);
    상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);
    상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10).
  2. 청구항 제 1항에 있어서,
    전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220); 를 더 포함하여 구성되고,
    상기 전기 집진기(210)는 상기 승압장치(220)에서 승압된 전원이 인가되어 그 사이를 통과하는 흄 또는 분진을 전기적으로 집진하는 집진 전극(211); 을 더 포함하여 구성되며,
    상기 저온 플라즈마 반응기(220)는,
    전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220);
    상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222);을 포함하여 구성되되,
    상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 순차적으로 교차 배열되어 상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222) 사이의 공간으로 공기가 흘러 지나갈 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10).
  3. 청구항 제 2항에 있어서,
    상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 전극봉(221) 또는 상기 제 2 전극봉(222)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는, 접지를 통하여 통전되도록 하고,
    상기 승압장치(220)에서 상기 집진 전극(111)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 한 극은 접지를 통하여 통전되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10).
  4. 청구항 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 전극봉(221) 및 제 2 전극봉(222)은 각각 세라믹 파이프(223) 안에 설치되는 전극봉(224)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10).
  5. 청구항 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이브리드 플라즈마 모듈(200)과 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에 설치되는 금속망 필터(310);
    상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600);
    상기 전처리 필터(100) 내지 상기 음이온 발생기(600)가 내부에 장착되어 일체로 구성되며, 이동을 위한 캐스터 휠(710) 들이 설치되어 있는 하우징(700); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기집진기와 저온플라즈마 반응기가 조합된 하이브리드 모듈을 이용한 덕트리스 공기정화장치(10).
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