KR20190096057A

KR20190096057A - 마찰전기를 이용한 먼지 필터

Info

Publication number: KR20190096057A
Application number: KR1020180015531A
Authority: KR
Inventors: 김상우; 한권훈; 이정환
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-08-19
Also published as: KR102019695B1

Abstract

본 발명은 마찰전기를 이용하여, 무전원이며 저렴하면서 반영구적이고 압력손실이 거의 없이 미세먼지를 포집하기 위한 필터를 제공한다.
본 발명은 인공 또는 자연적으로 형성되는 공기의 흐름 또는 진동에 의하여 지속적으로 마찰전기를 생성하여 형성된 전하량을 이용해 먼지를 포집하는 필터이다. 미세먼지 집진시스템을 이루는데 크게 3가지 부분(마찰부-대전부-집진부)으로 나뉜다.
본 발명은 인공 또는 자연적으로 형성되는 공기의 흐름 또는 진동에 의하여 지속적으로 마찰전기를 생성하여 형성된 전하량을 이용해 먼지를 포집하는 필터이다. 미세먼지 집진시스템을 이루는데 크게 3가지 부분(마찰부-대전부-집진부)으로 나뉜다.

Description

마찰전기를 이용한 먼지 필터 {DUST FILTER USING TRIBOELECTRICITY}

본 발명은 마찰전기를 이용한 먼지 필터에 관한 것으로서, 마찰전기를 이용한 반영구적 먼지 필터를 제공하고자 한다.

먼저 현재 사용되는 미세먼지용 필터를 보았을 때 작은 기공으로 이루어져 있거나 섬유에 임의적으로 정전기를 가해주게 되고, 그 정전기의 전하량이 시간이 갈수록 줄어들기 때문에 점차적으로 미세먼지 필터의 역할을 하지 못하게 된다. 실제로 이러한 경우 때문에 주기적으로 차량용 필터의 교체가 필요하다.

현재 사용되는 공기 청정기 및 공장의 공조기 및, 청정 타워 등에 사용 고효율 필터의 경우 고압의 전기를 인가하여 인위적으로 각 전극을 대전 시켜 코로나 방전을 통한 이온의 형성으로 오존이 발생하거나 높은 에너지가 필요하게 된다.

또한 미세먼지를 거르기 위해선 기공의 사이즈가 매우 작아야 하므로 압력손실이 크게 발생하는데 이를 위해 공조하는데 사용하는 모터의 전력이 크게 올라간다.

현재 가장 이슈인 환경적인 문제로 떠오르고 있는 미세먼지에 의해서 우리는 숨을 쉬는 데에 알 수 없는 고통을 호소하고 있다. 먼지의 발생원인은 자연적인 원인과 인위적인 원인으로 구분되나, 대부분 인위적인 발생이 대부분이다. 특히 난방용 연료사용이 증가하는 겨울철에는 오염물질 배출이 증가하고 고농도 현상발생이 증가한다. 그에 따라 우리는 인식하지 못하는 범위에서 미세먼지에 매우 노출되어 있다.

미세먼지는 폐질환을 유발할 뿐 아니라 심장질환에도 위험하며, 미세먼지의 가늘고 작은 입자가 모공을 막아 땀과 피지 등 노폐물의 배출이 어려워지면서 피부염이 발생할 수 있고, 미세먼지 속 황산염과 질산염 같은 독성물질은 눈물층과 화학반응을 일으켜 염증 및 안구 건조증을 유발한다. 그렇기 때문에 세계보건기구는 1급 발암 물질로 지정하였습니다. 미세먼지에는 1급 발암 물질인 탄소나 벤조피렌은 물론 비소나 납과 같은 중금속 등 유해성분이 존재하기 때문이다.

한편, 지금 보급되고 있는 마찰전기필터는 섬유에 임의적으로 대전을 시켜놓은 형태이며, 이는 습기 및 시간에 따라 마찰전기 필터에 대전 시켜놓은 전하량이 빠르게 사라지기 때문에 지속사용이 어렵고 그에 따라서 한번 쓰고 버리는 형태 및 점차 집진능력이 떨어지는 필터가 된다. 또한 공장 등에 사용되는 미세먼지 필터의 경우에는 HEPA필터 급의 기계식 필터가 아니면 잡기 힘들고 그에 따라 기공이 작아지므로 압력손실에 따른 에너지 소모가 급격하게 올라간다. 또한 공기순환의 시스템의 경우에는 이러한 압력손실은 공기순환에 큰 역할을 하기 때문에 중요하다.

본 발명은 종래 기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위해, 마찰전기를 이용하여, 무전원이며 저렴하면서 반영구적이고 압력손실이 거의 없이 미세먼지를 포집하기 위한 필터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는, 마찰부; 대전부; 및 포집부를 포함하고, 상기 마찰부는 외면에 금속 전극들이 간격을 이루며 배치되어 있는 원통형 회전부; 상기 원통형 회전부의 외부에 배치되며 상기 금속 전극들과 마찰을 일으키도록 배치된 두 개의 마찰 부재; 및 상기 원통형 회전부의 외부에 배치되며 상기 금속 전극들로부터 전하를 수집하도록 이루어진 두 개의 전극부를 포함하고, 상기 금속 전극과 상기 두 개의 마찰 부재는 마찰전기 대전열(triboelectric series) 상에서 상기 금속 전극의 대전 특성이 상기 두 개의 마찰 부재 사이의 대전 특성을 가지며, 상기 마찰부의 제 1 전극부는 상기 대전부에 연결되고, 상기 마찰부의 제 2 전극부는 상기 포집부에 연결되어 있고, 상기 마찰부에서 마찰에 의해 각각의 전극부에 서로 상이한 극성의 전하가 수집되고, 상이한 극성의 전하가 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집한다.

상기 금속 전극들은 일정한 간격을 이루며 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 두 개의 전극부는 브러쉬 형태로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 회전부의 외면, 상면 또는 하면 상에 배치되며 외부의 공기 흐름에 의해 상기 회전부를 회전시키는 날개부를 포함할 수 있다.

상기 두 개의 마찰 부재는 서로 대향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 상기 두 개의 전극부는 서로 대향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 회전부의 외면에 배치된 두 개의 금속부를 추가로 포함하고, 상기 금속부는 상기 금속 전극과 접촉되도록 배치되며, 상기 두 개의 금속부는 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 두 개의 금속부는 브러쉬 형태로 이루어지고, 서로 대향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 포집부는 폴리머가 코팅된 전극으로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 마찰부의 원통형 회전부의 중심축은 모터의 회전축에 연결되어 있을 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는, 마찰부; 대전부; 및 포집부를 포함하고, 상기 마찰부는 내면에 금속 전극들이 간격을 이루며 배치되어 있는 중공형의 원통형 회전부; 상기 원통형 회전부의 내부 공간에 중심축을 공유하도록 배치된 원통형 고정부; 상기 원통형 고정부의 외면에 배치되며 상기 금속 전극들과 마찰을 일으키도록 배치된 두 개의 마찰 부재; 및 상기 원통형 고정부의 외면에 배치되며 상기 금속 전극들로부터 전하를 수집하도록 이루어진 두 개의 전극부를 포함하고, 상기 금속 전극과 상기 두 개의 마찰 부재는 마찰전기 대전열(triboelectric series) 상에서 상기 금속 전극의 대전 특성이 상기 두 개의 마찰 부재 사이의 대전 특성을 가지며, 상기 마찰부의 제 1 전극부는 상기 대전부에 연결되고, 상기 마찰부의 제 2 전극부는 상기 포집부에 연결되어 있고, 상기 마찰부에서 마찰에 의해 각각의 전극부에 서로 상이한 극성의 전하가 수집되고, 상이한 극성의 전하가 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집한다.

상기 고정부의 외면에 배치된 두 개의 금속부를 추가로 포함할 수 있고, 상기 금속부는 상기 금속 전극과 접촉되도록 배치되며, 상기 두 개의 금속부는 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 두 개의 금속부는 브러쉬 형태로 이루어지고, 서로 대향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 공기 청정기, 공조기에 이용 가능하다.

본 발명에 따른 마찰전기를 이용한 반영구적 미세먼지 필터의 가장 큰 장점은 압력손실을 최대한 줄이면서, 마찰에 따른 대전 되는 전하량을 조절하여, 집진능력을 최대화할 수 있다는 점이다.

기존의 제품은 정전기를 임의적으로 인가하여 시간의 지남에 따라 또는 일회성으로 사용되는 반면에, 본 발명의 경우 형성되는 공기의 흐름 또는 진동에 의하여 지속적으로 마찰이 일어남에 따라 정전기가 형성이 되므로 반영구적인 사용이 가능하다.

또한, 현재 정전기 제품과 다르게 습기에 따른 정전기력을 감소시키지 않고 보호 할 수도 있고, 필요에 따라 미세먼지 제거를 위하여 세척을 한 뒤 마찰에 의해서 다시 정전기를 가지게 할 수도 있다. 즉 세탁이 가능하다.

본 발명에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 구조가 단순하여 제조 공정이 쉬우며, 대량생산이 가능하며 재료가 저렴하다.

또한, 본 발명에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 마찰에 따른 대전되는 전하량의 차이를 조절할 수 있기 때문에, 압력손실 등을 고려하여 다양한 디자인이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 미세먼지 필터의 개략도를 도시한다.
도 2는 마찰부에서 생성된 전하들이 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집하는 과정에 대한 개략도를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터의 마찰부를 도시한다.
도 5 내지 9는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 마찰 전기를 이용한 먼지 필터의 마찰부의 출력값을 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 마찰 전기를 이용한 먼지 필터를 이용해 먼지를 포함한 공기를 지속적으로 순환시키면서 먼지의 농도를 측정한 그래프이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 인공 또는 자연적으로 형성되는 공기의 흐름 또는 진동에 의하여 지속적으로 마찰전기를 생성하여 형성된 전하량을 이용해 먼지를 포집하는 필터이다. 미세먼지 집진시스템을 이루는데 크게 3가지 부분(마찰부-대전부-포집부)으로 나뉜다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 미세먼지 필터의 개략도를 도시한다.

도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 미세먼지 필터는, 마찰부(100); 대전부(200); 및 포집부(300)를 포함한다.

도 1에서 본체(500)는 필터가 배치된 공간을 의미하며, 공기 또는 기체의 유동이 발생되는 공간으로서, 이에 대한 특별한 제한은 없다. 본체(500) 내부의 공간에 마찰부(100); 대전부(200); 및 포집부(300)가 배치될 수 있으며, 공기의 유동 방향을 따라 마찰부(100); 대전부(200); 및 포집부(300)가 차례대로 배치될 수 있다.

마찰부(100)는 공기의 흐름이나 유동에 의해 마찰이 일어나면서 마찰전기 또는 정전기를 발생시키는 부분으로 마찰부에 의한 전기의 발생에 의해 대전부 및 포집부에서 먼지의 포집이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 별도의 전원이 없는 경우에도 공기의 흐름 또는 유동에 의해 마찰전기에 의한 먼지의 포집이 가능한 것이다. 도 2는 마찰부에서 생성된 전하들이 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집하는 과정에 대한 개략도를 도시한다. 도 2의 실시예에서는 마찰부(100)에서 생성된 (-)전하가 도선(410)을 통해 대전부(200)로 전달되고, 마찰부(100)에서 생성된 (+) 전하가 도선(420)을 통해 포집부(300)로 전달되며, 이에 의해 먼지가 대전부(200)에서 (-)로 대전되고 이렇게 (-)로 대전된 먼지는 (+)전하를 띠고 있는 포집부(300)에서 포집되게 되는 것이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터의 마찰부를 도시한다. 도 3 및 도 4에서 보는 것처럼, 마찰부(100)는 원통형 회전부(10); 원통형 회전부의 외면에 배치된 금속 전극들(20); 원통형 회전부의 외부에 배치된 두 개의 마찰 부재(31, 32); 및 원통형 회전부의 외부에 배치된 두 개의 전극부(41, 42)를 포함한다.

원통형 회전부(10)는 중심축(75)을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 원통형 회전부(10)의 외면에는 복수개의 금속 전극들(20)이 배치된다. 이러한 금속 전극(20)은 추후 설명할 마찰 부재(31, 32)와 직접 마찰하는 부분이다. 금속 전극들은 서로 간격을 이루며 배치되어 있으며, 마찰에 의해 일정한 크기의 출력을 얻기 위해서 서로 일정한 간격을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.

마찰 부재(31, 32)는 원통형 회전부의 외부에 배치되며, 금속 전극들(20)과 직접 마찰을 일으키도록 배치된다. 원통형 회전부가 회전함에 따라 이러한 마찰 부재(31, 32)와 금속 전극(20)과의 마찰에 의해 전하가 발생된다. 두 개의 마찰 부재(31, 32)는 도 3 및 도 4에서와 같이 서로 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

이때 금속 전극과 두 개의 마찰 부재는 마찰전기 대전열(triboelectric series) 상에서 상기 금속 전극의 대전 특성이 두 개의 마찰 부재 사이의 대전 특성을 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면 어느 하나의 마찰 부재와의 마찰에 의해서는 (-)전하가 생성되고, 나머지 하나의 마찰 부재와의 마찰에 의해서는 (+)전하가 발생되어 각각 생성된 전하가 각각 대전부(200) 및 포집부(300)로 전달되어 먼지를 대전부에서 대전시킨 후 포집부에서 포집시켜야 하기 때문이다. 예를 들어 금속 전극은 Al으로 이루어질 수 있고, 두 개의 마찰 부재 중 제 1 마찰 부재는 나일론으로 이루어지고, 제 2 마찰 부재는 PFA로 이루어질 수 있다. 이 경우 나일론과 마찰한 Al은 (-)전하를 보유하게 되고, PFA와 마찰한 Al은 (+)전하를 보유하게 되며, 각각은 전극부(41, 42)에서 수집되어 각각 대전부 및 포집부로 전달된다. 마찰부의 제 1 전극부(41)는 대전부(200)에 연결되고, 마찰부의 제 2 전극부(42)는 포집부(300)에 연결될 수 있으며, 그 반대로 되어도 무방함은 당업자에게 자명한 내용이다.

전극부(41, 42)는 원통형 회전부의 외부에 배치되며, 금속 전극들(20)로부터 전하를 수집한다. 전극부는 전극으로 이용되는 재질이면 모두 가능하며, 그 형태에 있어서 도면에서 도시된 것과 같이 브러쉬 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 왜냐하면 전극부(41, 42)는 금속 전극들(20)로부터 전하를 수집하기 위해 서로 접촉을 이루어야 함과 동시에 금속 전극에 손상을 주지 아니하여야 하기 때문이다. 브러쉬 형태로 이루어진 전극부를 이용함으로써 금속 전극으로의 손상을 최소화하면서 동시에 금속 전극과의 접촉을 원활하게 이룰 수 있다. 이러한 전극부(41, 42)는 서로 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

날개부(60)는 원통형 회전부의 외면, 상면 또는 하면 상에 배치되며 외부의 공기 흐름에 의해 회전부를 회전시키게 된다. 날개부(60)는 1개 또는 복수개가 배치될 수 있으며, 그 재질에는 특별한 한정은 없다. 도 3 및 4에서는 원통형 회전부의 하부에 날개부가 연결된 모습을 도시하고 있다. 회전 날개의 회전율을 극대화하기 위해 볼베어링(81)이 이용될 수 있고, 볼 베어링과 바깥 원통과의 이음축(82)도 배치될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 마찰이 일어남에 있어서 금속 전극(20)과 두 개의 마찰 부재(31, 32) 사이의 마찰에 의해 마찰 전기 출력이 발생됨에 있어서 AC 형태의 출력이 발생되게 된다. 이를 DC 형태의 출력으로 변경하기 위해서는 다이오드와 같은 추가적인 부재가 필요하다. 이 경우 다이오드를 이용하지 아니하고 DC와 같은 모습으로(DC-like) 출력을 낼 수 있도록 중립 바(neutral bar)를 설치할 수 있다.

이러한 중립 바는 도 3 및 도 4에서 도면부호 71, 72, 73에 의해 나타내어 진다. 중립 바는 회전부의 외면에 배치된 두 개의 금속부(71, 72)를 포함하고, 이러한 금속부들을 서로 연결시키는 연결부(73)를 포함한다. 금속부(71, 72)는 금속 전극(20)과 접촉 가능하도록 배치되며, 역시 금속 전극에 주는 손상을 최소화하기 위해 브러쉬 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 두 개의 금속부는 서로 대향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 중립 바에 의해 금속 전극이 각각 제 1 마찰 부재 및 제 2 마찰 부재와 마찰하여 대전 전하가 생성될 때 (+) 전하와 (-) 전하의 전하량은 동일하지 아니하므로, 이렇나 동일하지 아니한 전하량을 보유한 금속 전극들이 회전을 하면서 중립 바에 의한 금속부(71, 72)에 각각 서로 대향하면서 접촉을 이룰 때 둘 간에는 중립바에 의해 전기적 연결되며, 이에 의해 전하들이 각각 이동하게 되면서 거의 균일한 크기의 출력을 나타내도록 조정된다. 이러한 균일한 크기의 출력은 도 10에서 도시되어 있으며, 이는 마치 DC와 같은 모습의 출력을 나타내게 된다. 이처럼 중립 바를 이용해 별도의 다이오드 없이 출력을 DC처럼 나타낼 수 있어 먼지의 포집시 신뢰성 있는 포집이 가능하게 된다.

대전부(200)는 제 1 전극부(41)와 연결되어 있으며, (-) 또는 (+) 중 어느 하나의 전하가 형성되고 이에 의해 먼지를 대전시키게 된다. 대전부는 도 2와 같이 복수개의 금속 판들이 간격을 이루며 적층된 형태로 이루어질 수 있다. 대전부의 내벽에 부딪히면서 먼지들은 전하를 형성할 수 있게 된다.

포집부(300)는 제 2 전극부(51)와 연결되어 있으며, 상기 대전부에 형성된 전하와 상이한 극성의 전하가 형성되고, 이에 의해 대전부(200)에서 대전된 먼지를 포집하게 된다. 포집부는 도 2와 같이 복수개의 포집부들이 간격을 이루며 적층된 형태로 이루어질 수 있다.

한편, 포집부(300)가 전극 물질로만 이루어진 경우에는 대전된 먼지가 포집부에 달라붙어서 포집부의 전하와 동일한 극성으로 극성이 변경되면 먼지가 포집부로부터 탈락하는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 포집부는 폴리머가 코팅된 전극으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 표면의 폴리머는 미세먼지가 정전기의 공급이 중단된 이후에도 계속 집진된 상태를 유지할 수 있도록 점착성 성질을 가진 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터의 마찰부는, 원주 방향을 따라서 2개의 마찰부재(31, 32), 2개의 전극부(41, 42), 2개의 금속부(71, 72)가 서로 대향되도록 배치되며, 이에 의해 차례대로 원주 방향을 따라 제 1 마찰부재(31), 제 1 금속부(71), 제 1 전극부(41)가 배치되고, 이와 각각 대향하도록 제 2 마찰 부재(32), 제 2 금속부(72), 제 2 전극부(42)가 배치된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터의 마찰부는 회전 날개에 의해 회전이 일어날 수도 있지만, 직접 원통형 회전부의 중심축이 공조기 등의 모터에 연결되어 회전할 수도 있고, 이 경우에는 모터의 회전력을 그대로 이용하면서 먼지의 집진이 가능하게 될 것이다.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 전기를 이용한 먼지 필터에 대해 설명하였으며, 위에서 설명한 예의 경우에는 금속 전극들(20)이 외부로 노출된 형태를 이루고 있어서 다른 외부 물질에 의한 손상 그리고 그에 따른 마찰전기 또는 정전기의 출력의 저하 등이 일어날 수 있는 문제점이 있다. 이하의 실시예는 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 금속 전극들이 외부로 노출되지 아니한 형태의 실시예에 해당하며, 위에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 반복 설명을 생략하도록 하겠다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 도 5 내지 도 9에서 도시된다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 도 5 내지 9에서 도시된 것처럼, 원통형 회전부(10)의 내부 공간에 원통형 고정부(90)가 배치되고, 이에 의해 원통형 회전부의 내면에 금속 전극들(20)이 배치됨으로써 금속 전극들이 외부로 노출되지 않는 구조를 갖고 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는, 마찰부(100); 대전부(200); 및 포집부(300)를 포함한다.

마찰부(100)는, 내면에 금속 전극들(20)이 간격을 이루며 배치되어 있는 중공형의 원통형 회전부(10); 상기 원통형 회전부(10)의 내부 공간에 중심축을 공유하도록 배치된 원통형 고정부(90); 상기 원통형 고정부(90)의 외면에 배치되며 상기 금속 전극들과 마찰을 일으키도록 배치된 두 개의 마찰 부재(31, 32); 및 상기 원통형 고정부의 외면에 배치되며 상기 금속 전극들로부터 전하를 수집하도록 이루어진 두 개의 전극부(41, 42)를 포함한다.

도 5에서 보는 것처럼, 원통형 회전부(10)의 내면에는 금속 전극들(20)이 간격을 이루며 배치되어 있다. 이와 같이 회전부의 내면에 금속 전극들이 배치되므로 금속 전극들이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속 전극들(20)은 서로 일정한 간격을 이루며 배치되어 있는 것이 바람직하다.

원통형 고정부(90)는 원통형 회전부(10)의 내부 공간에 배치되며, 원통형 회전부의 회전 중심축과 중심축을 공유하도록 배치된다. 도 9는 원통형 고정부(90)를 원통형 회전부(10)가 감싼 형태의 모습을 도시한다.

원통형 고정부(90)의 외면에는 금속 전극들(20)과 마찰을 일으키도록 배치된 두 개의 마찰부재(31, 32)가 배치되며, 이러한 두 개의 마찰 부재(31, 32)는 서로 대향되어 배치되는 것이 바람직하다.

이때 금속 전극과 두 개의 마찰 부재는 마찰전기 대전열(triboelectric series) 상에서 상기 금속 전극의 대전 특성이 상기 두 개의 마찰 부재 사이의 대전 특성을 갖도록 배치된다. 이에 의해 마찰 부재와 마찰시 어느 하나의 마찰 부재와의 마찰에 의해 (+) 전하가 형성되고, 나머지 하나의 마찰 부재와의 마찰에 의해 (-) 전하가 형성되게 된다.

두 개의 전극부(41, 42)는 원통형 고정부의 외면에 배치되며 금속 전극들로부터 전하를 수집하도록 이루어진다. 두 개의 전극부는 금속 전극과의 마찰시 금속 전극에 주는 손상을 최소화하기 위해 브러쉬 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 브러쉬 형태의 모습은 도 6에서 잘 확인할 수 있다. 두 개의 전극부(41, 42) 역시 서로 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

마찰부의 제 1 전극부(41)는 대전부(200)에 연결될 수 있고, 마찰부의 제 2 전극부(42)는 포집부(300)에 연결될 수 있다. 이처럼 마찰부에서 마찰에 의해 각각의 전극부에 서로 상이한 극성의 전하가 수집되고, 상이한 극성의 전하가 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집하게 된다.

한편, 원통형 회전부의 외면, 상면 또는 하면 상에 배치되며 외부의 공기 흐름에 의해 회전부를 회전시키는 날개부(60)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 날개부는 도 7 및 도 8에서 확인할 수 있다. 도 7의 실시예에서는 회전부의 외면에 날개부가 설치된 모습을 도시한다.

또한, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 중립 바(71, 72, 73)를 포함할 수 있다. 이러한 중립 바는 고정부(90)의 외면에 배치된 두 개의 금속부(71, 72); 및 두 개의 금속부를 전기적으로 연결시키는 연결부(73)를 포함한다. 금속부(71, 72)는 금속 전극(20)과 접촉 가능하도록 배치되며, 역시 금속 전극에 주는 손상을 최소화하기 위해 브러쉬 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 두 개의 금속부는 서로 대향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터는 공기 청정기, 공조기에 이용 가능할 것이다. 기존의 공조 시스템에 중간에 본 발명의 먼지 필터를 배치함으로써 먼지의 포집을 효과적으로 이룰 수 있을 것이다.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가로 설명하도록 하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 전기를 이용한 먼지 필터를 제작하였으며, 구체적으로 사용된 재료는 다음과 같다. 금속 전극들로 Al을 이용하였고, 제 1 마찰 부재로 나일론, 제 2 마찰 부재로 PFA를 이용하였다. 한편, 전극부로는 금속 파이버를 이용하였으며, 중립 바는 Cu를 이용하여 제작하였다.

제작된 마찰부를 이용해 마찰전기의 출력을 테스트하였으며, 그 출력의 모습은 도 10과 같았다. 도 10과 같이 DC와 같은 형태의 출력이 발생됨을 확인할 수 있었다.

도 11은 제작된 마찰 전기를 이용한 먼지 필터를 이용해 먼지를 포함한 공기를 지속적으로 순환시키면서 먼지의 농도를 측정한 그래프이다. 시간이 지남에 따라 지속으로 필터를 거치면서 먼저 농도가 감소됨을 확인할 수 있었다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims

마찰부; 대전부; 및 포집부를 포함하고,
상기 마찰부는,
외면에 금속 전극들이 간격을 이루며 배치되어 있는 원통형 회전부;
상기 원통형 회전부의 외부에 배치되며 상기 금속 전극들과 마찰을 일으키도록 배치된 두 개의 마찰 부재; 및
상기 원통형 회전부의 외부에 배치되며 상기 금속 전극들로부터 전하를 수집하도록 이루어진 두 개의 전극부를 포함하고,
상기 금속 전극과 상기 두 개의 마찰 부재는 마찰전기 대전열(triboelectric series) 상에서 상기 금속 전극의 대전 특성이 상기 두 개의 마찰 부재 사이의 대전 특성을 가지며,
상기 마찰부의 제 1 전극부는 상기 대전부에 연결되고, 상기 마찰부의 제 2 전극부는 상기 포집부에 연결되어 있고,
상기 마찰부에서 마찰에 의해 각각의 전극부에 서로 상이한 극성의 전하가 수집되고, 상이한 극성의 전하가 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집하는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 전극들은 일정한 간격을 이루며 배치되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 두 개의 전극부는 브러쉬 형태로 이루어진,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 회전부의 외면, 상면 또는 하면 상에 배치되며 외부의 공기 흐름에 의해 상기 회전부를 회전시키는 날개부를 포함하는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 두 개의 마찰 부재는 서로 대향하도록 배치되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 두 개의 전극부는 서로 대향하도록 배치되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 회전부의 외면에 배치된 두 개의 금속부를 추가로 포함하고,
상기 금속부는 상기 금속 전극과 접촉되도록 배치되며,
상기 두 개의 금속부는 서로 전기적으로 연결되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 7 항에 있어서,
상기 두 개의 금속부는 브러쉬 형태로 이루어지고, 서로 대향하도록 배치되어 있으며,
원주 방향을 따라 제 1 마찰부재, 제 1 금속부, 제 1 전극부, 제 2 마찰부재, 제 2 금속부, 제 2 전극부가 차례대로 배치되는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 포집부는 폴리머가 코팅된 전극으로 이루어진,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 마찰부의 원통형 회전부의 중심축은 모터의 회전축에 연결되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
마찰부; 대전부; 및 포집부를 포함하고,
상기 마찰부는,
내면에 금속 전극들이 간격을 이루며 배치되어 있는 중공형의 원통형 회전부;
상기 원통형 회전부의 내부 공간에 중심축을 공유하도록 배치된 원통형 고정부;
상기 원통형 고정부의 외면에 배치되며 상기 금속 전극들과 마찰을 일으키도록 배치된 두 개의 마찰 부재; 및
상기 원통형 고정부의 외면에 배치되며 상기 금속 전극들로부터 전하를 수집하도록 이루어진 두 개의 전극부를 포함하고,
상기 금속 전극과 상기 두 개의 마찰 부재는 마찰전기 대전열(triboelectric series) 상에서 상기 금속 전극의 대전 특성이 상기 두 개의 마찰 부재 사이의 대전 특성을 가지며,
상기 마찰부의 제 1 전극부는 상기 대전부에 연결되고, 상기 마찰부의 제 2 전극부는 상기 포집부에 연결되어 있고,
상기 마찰부에서 마찰에 의해 각각의 전극부에 서로 상이한 극성의 전하가 수집되고, 상이한 극성의 전하가 각각 대전부 및 포집부로 전달되어 먼지를 포집하는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 금속 전극들은 일정한 간격을 이루며 배치되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 두 개의 전극부는 브러쉬 형태로 이루어진,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 회전부의 외면, 상면 또는 하면 상에 배치되며 외부의 공기 흐름에 의해 상기 회전부를 회전시키는 날개부를 포함하는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 두 개의 마찰 부재는 서로 대향하도록 배치되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 두 개의 전극부는 서로 대향하도록 배치되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 고정부의 외면에 배치된 두 개의 금속부를 추가로 포함하고,
상기 금속부는 상기 금속 전극과 접촉되도록 배치되며,
상기 두 개의 금속부는 서로 전기적으로 연결되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 17 항에 있어서,
상기 두 개의 금속부는 브러쉬 형태로 이루어지고, 서로 대향하도록 배치되어 있으며,
원주 방향을 따라 제 1 마찰부재, 제 1 금속부, 제 1 전극부, 제 2 마찰부재, 제 2 금속부, 제 2 전극부가 차례대로 배치되는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 포집부는 폴리머가 코팅된 전극으로 이루어진,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 11 항에 있어서,
상기 마찰부의 원통형 회전부의 중심축은 모터의 회전축에 연결되어 있는,
마찰전기를 이용한 먼지 필터.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터를 포함하는, 공기 청정기.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 마찰전기를 이용한 먼지 필터를 포함하는, 공조기.