KR20210050135A

KR20210050135A - 플라즈마 공기 청정 장치

Info

Publication number: KR20210050135A
Application number: KR1020190134380A
Authority: KR
Inventors: 이수연
Original assignee: 주식회사 정록
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-05-07
Also published as: KR102317846B1; KR102317846B9

Abstract

본 발명은 플라즈마 공기 청정 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유연전극, 탄소전극 등 전극에 플라즈마를 발생시켜 미세먼지나 유해 입자를 제거하는 플라즈마 공기 청정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 소정의 내부공간이 형성되고, 일측에는 흡기구 타측에는 배기구가 구비되는 케이싱; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 흡기구에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극을 포함하고; 상기 -전극 및 +전극은 각각 복수개 구비되되 -전극과 +전극이 교번하며 구비되고, 상기 -전극 및 +전극은 전원을 공급받아 플라즈마를 발생시켜, 흡기구를 통해 들어온 소정의 입자가 -전극에서 -전하로 대전되고, -전하로 대전된 입자가 +전극에 접촉하여 제거되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공기 청정 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 공기 청정 장치{Plasma air purifier}

본 발명은 플라즈마 공기 청정 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유연전극, 탄소전극 등 전극에 플라즈마를 발생시켜 미세먼지나 유해 입자를 제거하는 플라즈마 공기 청정 장치에 관한 것이다.

절연물에 일정 이상의 전압이 흐르면 유전체는 도체의 역할을 하게 되는데 이러한 현상을 절연파괴라 일컬으며, 이 절연파괴로 인해 절연성질을 잃어버리기에 전류가 흐르게 되고 이러한 것을 방전 (discharge)이라고 한다.

플라즈마는 절연물이 기체일 때, 절연파괴가 되는 기체의 방전에 의해 발생하게 되며, 대기압 플라즈마는 그 방전특성에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다. 그 중 플라즈마 젯과 밀접하게 관련이 있는 것이 코로나 방전 (corona discharge), 유전체 장벽 방전 (dielectric barrier discharges), 대기압 글로우 방전 (atmospheric pressure glow discharge)이다.

상기와 같은 플라즈마를 이용하여, 공기 청정 장치를 구성할 수 있다. 플라즈마 공기 청정 장치는 물리적으로 집진된 미세먼지를 제거하는 방식과는 다르게 플라즈마 영역을 형성하여 발생하는 OH기를 이용한 미세먼지의 화학적 제거방식이며, 미세먼지 등을 제거한 뒤에도 물이나 산소와 같은 무기물만 발생하여 환경오염에 대한 우려는 없다. 플라즈마를 이용한 입자 제거 과정 중 오존이 발생하나, "오존은 위해하다"는 잘못된 인식이 널리 퍼져있을 뿐, 플라즈마로 인해 발생되는 정도의 오존이 인체/환경에 위해를 끼치지는 않는다.

한국등록특허공보 제10-0487544호에는, "대기압 플라즈마 방전을 이용한 공기정화 장치에 있어서, 오염된 공기가 1차 여과되는 프리필터부; 상기 프리필터부에서 1차적으로 여과된 공기를 흡입하여 플라즈마 필터부로 보내는 송풍부; 상기 송풍부를 통해 나오는 공기를 대기압 플라즈마 방전에 의해 2차적으로 정화시키는 플라즈마 셀이 입체적으로 배열된 플라즈마 필터부; 및 상기 플라즈마 필터부와 연결된 플라즈마 전원 공급장치를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치"가 개시되어 있다.

상기 특허문헌의 공기 청정 장치와 유사한 구성의 장치들이 플라즈마를 이용한 공기 청정 장치에 널리 사용되고 있다.

공기 청정 장치는 정화의 대상이 되는 공간의 크기에 따라 저유량부터 대유량까지 다양한 크기 및 유량을 가지는 제품군이 존재하나, 상기와 같은 종래 기술에서는 유속이 빠른 경우 공기와 플라즈마 필터 간 접촉시간이 매우 짧아져 플라즈마 필터의 효과가 제대로 나타나지 않는 한계가 있었다. 이러한 문제점으로 인해 기존 장치에서는 플라즈마 필터 장치를 형식적으로 구비하면서 플라즈마 필터 기능이 있다는 광고 효과를 위해 사용되거나(실제 플라즈마를 통한 입자 제거율은 매우 낮아 플라즈마 필터가 없는 경우와 큰 차이가 없음), 일부 유속이 느린 저유량 조건에서 사용되거나, 플라즈마 필터의 크기/표면적 자체를 크게 하는 대형 장치에 사용되는 경우가 대부분이었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 종래 플라즈마 공기 청정 장치의 문제점을 해결하기 위하여, 유량/유속과 무관하게 입자 제거율이 높은 플라즈마 공기 청정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 종래 플라즈마 공기 청정 장치의 문제점을 해결하기 위해, 소정의 내부공간이 형성되고, 일측에는 흡기구 타측에는 배기구가 구비되는 케이싱; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 흡기구에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극을 포함하고; 상기 -전극 및 +전극은 각각 복수개 구비되되 -전극과 +전극이 교번하며 구비되고, 상기 -전극 및 +전극은 전원을 공급받아 플라즈마를 발생시켜, 흡기구를 통해 들어온 소정의 입자가 -전극에서 -전하로 대전되고, -전하로 대전된 입자가 +전극에 접촉하여 제거되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공기 청정 장치를 제공한다.

또한, 상기 -전극 및 +전극은, 서로 평행하게 형성되는 복수개의 기둥 형상으로 구성되되, -전극의 기둥과 +전극의 기둥이 서로 교차하도록 구비되어, 상기 케이싱 내부에서 공기가 -전극의 기둥 사이 및 +전극의 기둥 사이를 통과하는 것으로 케이싱 내부에서 난류가 발생됨으로써, 공기와 전극 사이의 접촉이 촉진되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱의 흡기구에 연결되는 원심구동팬; 상기 원심구동팬의 공기토출구와 연결되어 케이싱 내부로 공기를 공급하는 덕트를 더 포함하여; 상기 원심구동팬은, 케이싱 내부공기 중 일부와 케이싱 외부공기를 흡입하여 덕트를 통해 케이싱 내부로 공기를 공급하고, 상기 덕트를 통해 공급된 공기 중 일부는 -전극 및 +전극을 거쳐 원심구동팬으로 재흡입되고, 나머지 공기는 -전극 및 +전극을 거쳐 배기구를 통해 배기되도록 구성될 수 있다.

아울러, 상기 "상기 케이싱 내부에 수용되되, 흡기구에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극"은, "상기 케이싱 내부에 수용되되, 덕트-케이싱 결합부에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구 또는 원심구동팬에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극"으로 치환되어 구성될 수 있다.

또한, 상기 덕트는, 상기 케이싱의 서로 대칭되는 측면에 복수개 연결되어, 복수개의 덕트-케이싱 결합부를 통해 공급된 공기가 케이싱 내부에서 서로 충돌함으로써 난류가 형성됨에 따라 공기와 전극 사이의 접촉이 촉진되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 플라즈마 공기 청정 장치가 배기 배관의 일측에 결합된 자동차 배기가스 배출장치; 또는 배기 굴뚝의 일측에 결합된 공장 배기가스 배출장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 플라즈마 전극 주변에서 난류를 발생시켜 오염물질과 전극 간 접촉횟수를 증가시킴으로써 대유량이거나 크기가 작은 시스템에서도 오염물질 필터율이 높은 공기 청정 장치를 구성할 수 있다.

또한, 필터링 된 공기 중 일부를 재흡기하여 다시 케이싱 내부 전극에 투입시킴으로써 한 번 흡입된 공기를 여러번 필터링하여 필터링 효율을 높일 수 있다.

그리고, 피에조 장치를 이용하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 저전력 및 소형 시스템을 구성할 수 있다.

아울러, 플라즈마를 사용함으로써, 가스형태의 오염물질, 미세먼지, SOx, NOx, 담배연기, 악취 성분 등을 포함한 거의 모든 오염물질의 제거가 가능하다.

또한, 플라즈마 전극 및 헤파필터를 병행사용함으로써 플라즈마 전극에 가해지는 부하를 줄이고, 헤파필터를 통해 유량/유속을 적절히 조절함으로써 재흡기율 및 난류 횟수를 증가시켜 플라즈마 전극에서의 오염물질 제거율을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 의한 플라즈마 공기 청정 장치의 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 의한 플라즈마 공기 청정 장치의 분해사시도이다.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 의한 플라즈마 공기 청정 장치의 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시 예(1)에 의한 플라즈마 공기 청정 장치의 사시도이다.
도 5 는 본 발명의 다른실시 예(1)에 의한 플라즈마 공기 청정 장치의 측단면도이다.
도 6 은 본 발명의 다른실시 예(2)에 의한 플라즈마 공기 청정 장치의 측단면도이다.
도 7 은 본 발명의 실시 예에 의한 플라즈마 공기 청정 장치(b)와 종래 플라즈마 공기 청정 장치(a)의 오염물질 필터링 양을 비교한 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어(operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될수 있다.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

본 발명의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 소정의 내부공간이 형성되고, 일측에는 흡기구 타측에는 배기구가 구비되는 케이싱; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 흡기구에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및; 상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극을 포함하고; 상기 -전극 및 +전극은 각각 복수개 구비되되 -전극과 +전극이 교번하며 구비되고, 상기 -전극 및 +전극은 전원을 공급받아 플라즈마를 발생시켜, 흡기구를 통해 들어온 소정의 입자가 -전극에서 -전하로 대전되고, -전하로 대전된 입자가 +전극에 접촉하여 제거되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공기 청정 장치를 제공한다.

상기 케이싱 내부에는 나선형 블레이드 등 공기 흐름을 흐트러뜨리는 난류촉진부재가 형성될 수도 있다. 공기의 출구부 부근에서 공기를 역류시키거나 난류촉진부재와 충돌시키는 등의 형태(케이싱 내부에 소정의 패턴으로 형성된 돌기)로 공기 및 전극 사이의 복수회 접촉을 발생시킬 수 있다.

상기와 같은 형태에서, 플라즈마 전극으로 유연 전극을 사용할 수 있다. 이 경우, 유연 전극을 벤딩하여 공기와 접촉하는 표면적을 크게 증가시킬 수 있다. 구체적인 형상의 예로는, 유연 전극을 1회 벤딩한 "ㄷ(C, U)" 형태, 유연 전극을 2회 벤딩한 "ㄹ(乙, S)" 형태 등이 가능하며, 기타 유연 전극의 형태는 통상의 기술자가 본 발명의 명세서를 참조하여 변경할 수 있을 것이다.

유연 전극은, 서로 이격 형성되는 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 구비되어 제1전극 및 제2전극을 절연시키는 유전체를 포함하고; 상기 제1전극은 관통홀이 형성된 원형의 실린더 형상이고, 제2전극은 원형의 플레이트로 구성된 플라즈마 전극 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 플라즈마 전극 모듈은 실처럼 플렉서블하게 변형될 수 있으며, 복수의 플라즈마 전극 모듈을 메시(Mesh)형태로 결합하여 플라즈마 발생부를 구성할 수도 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 메시로 구성되되 내측에 복수개의 유통 홀이 포함되도록 구성될 수 있다.

기존 플라즈마 장치에서 사용되던 금속 등 경도가 높은 재질의 전극과는 다르게, 유연전극은 소정의 탄성이 있으므로 케이싱 내부 유속이 빨라지거나 난류가 발생하는 등의 조건에서 전극의 진동이 발생할 수 있다. 전극에 진동이 발생함에 따라 케이싱 내부 공기의 난류가 더 촉진되고, 이에 따라 공기와 전극간 접촉이 더 촉진될 수 있다.

상기와 같은 난류의 발생을 통해, 대유량/고유속 조건에서의 낮은 오염물질 제거율과, 플라즈마 발생부(전극)와 공기 사이의 접촉 표면적의 극대화를 위해 수반되었던 장치의 대형화 등의 기존 플라즈마 필터 장치의 한계점을 해결할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 기재에서 기둥이 서로 교차하도록 구비된다는 기재는, 각 기둥들이 평행하도록 구비되되 이전 전극과 다음 전극(예를 들면, "1단 -전극과 1단 +전극" 또는 "1단 +전극과 2단 -전극")의 기둥이 도 3의 지면 상 수직한 선상에 위치하지 않는 구성을 의미할 수 있다. 이전 전극과 다음 전극의 기둥들이 서로 지그재그로 구비됨으로써, 공기와 기둥 사이의 충돌을 최대화할 수 있다.

또는, 이전 전극과 다음 전극의 기둥이 서로 소정의 각도를 가지도록 구비될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 1단 -전극과 1단 +전극의 기둥이 서로 수직하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱의 흡기구에 연결되는 원심구동팬(centrifugal fan, 遠心-); 상기 원심구동팬의 공기토출구와 연결되어 케이싱 내부로 공기를 공급하는 덕트를 더 포함하여; 상기 원심구동팬은, 케이싱 내부공기 중 일부와 케이싱 외부공기를 흡입하여 덕트를 통해 케이싱 내부로 공기를 공급하고, 상기 덕트를 통해 공급된 공기 중 일부는 -전극 및 +전극을 거쳐 원심구동팬으로 재흡입되고, 나머지 공기는 -전극 및 +전극을 거쳐 배기구를 통해 배기되도록 구성될 수 있다.

상기 원심구동팬은, 모터 회전축의 양 방향으로부터 공기를 흡입하여 원심력에 의해 원주 방향으로 배출시킬 수 있는 구성요소를 의미할 수 있다.

상기와 같이 공기를 전극과 여러번 접촉시킴으로써, 공기 내에 포함된 오염물질의 제거율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

원심구동팬과 덕트의 출구단(덕트-케이싱 연결부) 사이의 거리와 원심구동팬의 출력을 조절함으로써 재흡기율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 원심구동팬과 덕트의 출구단 사이의 거리를 좁게 하거나 원심구동팬의 출력을 증가시키는 경우에는 재흡기율이 증가할 수 있다.

도 5를 참조하면, 지면 우측으로부터 흡기된 공기는 원심구동팬을 거쳐 덕트를 통해 케이싱 내부로 투입되고, 투입된 공기의 일부는 다시 원심구동팬으로 피드백되되 나머지 공기는 배출되도록 구성될 수 있다. 이 때, 공기가 -전극과 먼저 접촉한 뒤 +전극과 접촉할 수 있도록, 상기(도 4, 도 5)와 같이 도 1에 따른 실시예와 전극 배치를 다르게 구성할 수 있다.

도 6을 참조하면, 지면 상측으로부터 공급되는 공기와 지면 하측으로부터 공급되는 공기가 서로 충돌하여 난류 발생을 촉진시키도록 구성할 수 있을 것이다.

세계 각국에서 배기가스에 관한 환경규제가 강화되고 있으며, 상기와 같은 플라즈마 공기 청정 장치를 배기관의 일측에 결합함으로써 미세먼지 등 오염물질이 제거된 공기를 배출하여 상기와 같은 환경규제 등에 대응할 수 있다.

그리고, 상기 배기구에는 헤파필터가 구비되어; 상기 케이싱으로부터 배출되는 공기가 추가적으로 필터링되도록 구성될 수 있다.

헤파필터를 통해 유속 또는 유량을 저감시킴으로써, 원심구동팬에서 재흡기되는 공기의 유량을 증가시킬 수 있다.

아울러, 상기 전극에는 피에조 장치가 연결되어; 전원이 피에조 장치를 통해 변환되어 전극에 2000V 내지 2500V의 전압으로 출력되도록 구성될 수 있다.

상기 피에조 장치는 세라믹 셀로 구성될 수 있으며, 피에조 장치를 통해 장치 제어부의 크기를 최소화할 수 있다. 플라즈마 전극의 전압은 2000V 이상으로 높은 편이나, 플라즈마 전극에서 흐르는 전류는 0.015A(15mA) 이하의 매우 작은 크기이므로(전력 10~14W 가량), 사람이 손으로 플라즈마 전극을 만지더라도 위해하지 않다. 통상적으로 5mA 이하의 전류는 "자극"으로 느껴지는 정도로, "감전"이 아닌 "감지전류"로 표현되고 있다.

상기와 같은 구성을 통해, 플라즈마 공기 청정 장치를 소형화시킬 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 종래 공기 청정 장치와 본 발명의 실시 예를 비교한다. 헤파필터로 인한 필터링 양은 간략화를 위하여 제외하고 비교한다.

Q는 공기 청정 장치를 통과하는 공기의 유량(LPS, Liter Per Seconds; 단위시간당 단위부피), a는 공기 청정 장치에 투입되는 오염 물질의 질량(g/s, gram per seconds; 단위시간당 단위질량), r은 플라즈마 전극과 접촉했던 공기가 다시 원심구동팬으로 재흡기되는 비율을 나타내는 재흡기율(%), f는 플라즈마 전극과 공기의 1회 접촉 시 제거되는 오염물질의 비율(%), e는 난류 등으로 인해 공기와 전극이 접촉하는 횟수(이하, 난류 횟수라 함)를 의미할 수 있다.

종래 공기 청정 장치에서는 흡입되는 유량이 그대로 외부로 토출되며, 공기 및 플라즈마 전극간 접촉이 1회 발생하므로 출력단에서의 오염물질 양이 aout=(1-f)a로 표현될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 공기 청정 장치에서는 흡입되는 유량 중 일부(rQ)가 원심구동팬으로 재흡입되어 덕트를 통해 다시 플라즈마 전극(케이싱 내부)으로 토출((1+r)Q)되며, 난류의 정도에 따라 공기-전극 간 복수회(e) 접촉이 발생한다.

도 7(b)와 같은 구성에서, 아래의 수식이 성립한다. n은 공기의 유입 횟수를 의미할 수 있으며, 정상상태는 n이 아주 큰 상태(무한대에 가까워지는 상태)일 수 있다.

수식의 간략화를 위하여 1-ef=x로 표기하였다.

정상상태에서는,

가 된다.

아래 표 1은, 1회 접촉당 오염물질 제거율(f) 20%, 난류 횟수(e) 1회일 때, 재흡기율(r)을 변화시키며 기존 공기 청정 장치에 의한 토출 오염물질량[(1-f), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비] 대비 본 발명의 실시 예에 의한 토출 오염물질량[(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비]을 비교한 것이다.

개선율은 기존 장치의 토출 오염물질 량 대비 본 발명의 실시 예에 의한 토출 오염물질 량을 대비한 것이다.

재흡기율에 비례하여 개선율[(기존 제거율-본 발명 제거율)/기존 제거율]이 증가함을 확인할 수 있다.

r	f	e	1-f	(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r)	개선율
0.1	0.2	1	0.8	0.782608696	0.021739
0.2	0.2	1	0.8	0.761904762	0.047619
0.3	0.2	1	0.8	0.736842105	0.078947
0.4	0.2	1	0.8	0.705882353	0.117647
0.5	0.2	1	0.8	0.666666667	0.166667
0.6	0.2	1	0.8	0.615384615	0.230769
0.7	0.2	1	0.8	0.545454545	0.318182
0.8	0.2	1	0.8	0.444444444	0.444444
0.9	0.2	1	0.8	0.285714286	0.642857

아래 표 2는, 재흡기율(r) 50%, 난류 횟수(e) 1회일 때, 1회 접촉당 오염물질 제거율(f)을 변화시키며 기존 공기 청정 장치에 의한 토출 오염물질량[(1-f), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비, %] 대비 본 발명의 실시 예에 의한 토출 오염물질량[(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비, %]을 비교한 것이다.

1회 접촉당 오염물질 제거율이 높은 플라즈마 필터를 사용할 경우, 플라즈마 필터의 효율을 극대화할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

r	f	e	1-f	(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r)	개선율
0.5	0.1	1	0.9	0.818181818	0.090909
0.5	0.2	1	0.8	0.666666667	0.166667
0.5	0.3	1	0.7	0.538461538	0.230769
0.5	0.4	1	0.6	0.428571429	0.285714
0.5	0.5	1	0.5	0.333333333	0.333333
0.5	0.6	1	0.4	0.25	0.375
0.5	0.7	1	0.3	0.176470588	0.411765
0.5	0.8	1	0.2	0.111111111	0.444444
0.5	0.9	1	0.1	0.052631579	0.473684

아래 표 3은, 재흡기율(r) 50%, 1회 접촉당 오염물질 제거율(f) 40%일 때, 난류 횟수(e)를 변화시키며 기존 공기 청정 장치에 의한 토출 오염물질량[(1-f), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비] 대비 본 발명의 실시 예에 의한 토출 오염물질량[(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비]을 비교한 것이다.

r	f	e	1-f	(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r)	개선율
0.5	0.4	1	0.6	0.428571429	0.285714
0.5	0.4	1.2	0.6	0.351351351	0.414414
0.5	0.4	1.4	0.6	0.282051282	0.529915
0.5	0.4	1.6	0.6	0.219512195	0.634146
0.5	0.4	1.8	0.6	0.162790698	0.728682
0.5	0.4	2	0.6	0.111111111	0.814815
0.5	0.4	2.2	0.6	0.063829787	0.893617
0.5	0.4	2.4	0.6	0.020408163	0.965986
0.5	0.4	2.6	0.6	-0.019607843	1.03268

난류 횟수가 2.6회를 초과하는 경우에는 오염물질이 이론상 100% 제거됨을 확인할 수 있다. 실제 장치에서 난류 횟수나 재흡기율 등을 직접 측정하는 것은 어려우나, 기존 장치 대비 본 발명의 실시 예에 의한 장치 간 오염물질 제거율을 측정하여 간접적으로 난류 횟수 및 재흡기율을 추정할 수 있다.

난류 횟수는 각 공기 성분 입자들의 평균 난류 횟수를 의미할 수 있다. 평균값이기 때문에 횟수임에도 상기와 같이 소수점의 횟수로 가정하여 설계하는 것이 가능하다.

종래 장치의 오염물질 제거율과 대비했을 때, 현저한 효과를 확인할 수 있다. 장치의 크기는 기존 대비 작게 구성할 수 있으면서도 오염물질 제거율은 향상시킬 수 있다는 점에서 종래 기술과 현저한 차이가 있다.

아래 표 4는, 재흡기율(r)을 20%부터 60%까지 10%씩, 1회 접촉당 오염물질 제거율(f)을 20%부터 50%까지 10%씩, 난류 횟수(e)를 1.2회부터 2회까지 0.2회씩 변화시키며 기존 공기 청정 장치에 의한 토출 오염물질량[(1-f), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비] 대비 본 발명의 실시 예에 의한 토출 오염물질량[(1-ef)(1-r), 공기 청정 장치에 투입된 오염 물질의 질량 대비]을 비교하고, 그 중 토출 오염물질량이 20% 이하인 경우를 선별적으로 나타낸 것이다.

상기 "재흡기율(r)을 20%부터 60%까지 10%씩, 1회 접촉당 오염물질 제거율(f)을 20%부터 50%까지 10%씩, 난류 횟수(e)를 1.2회부터 2회까지"의 범위는 통상의 기술자가 본 발명의 명세서를 참조하여 용이하게 실시할 수 있는 범위일 수 있다.

r	f	e	1-f	(1-ef)(1-r)/(1-(1-ef)r)	개선율
0.2	0.4	2	0.6	0.166667	0.722222
0.2	0.5	1.6	0.5	0.166667	0.666667
0.2	0.5	1.8	0.5	0.081633	0.836735
0.2	0.5	2	0.5	0	1
0.3	0.4	2	0.6	0.148936	0.751773
0.3	0.5	1.6	0.5	0.148936	0.702128
0.3	0.5	1.8	0.5	0.072165	0.85567
0.3	0.5	2	0.5	0	1
0.4	0.4	1.8	0.6	0.189189	0.684685
0.4	0.4	2	0.6	0.130435	0.782609
0.4	0.5	1.6	0.5	0.130435	0.73913
0.4	0.5	1.8	0.5	0.0625	0.875
0.4	0.5	2	0.5	0	1
0.5	0.4	1.8	0.6	0.162791	0.728682
0.5	0.4	2	0.6	0.111111	0.814815
0.5	0.5	1.4	0.5	0.176471	0.647059
0.5	0.5	1.6	0.5	0.111111	0.777778
0.5	0.5	1.8	0.5	0.052632	0.894737
0.5	0.5	2	0.5	0	1
0.6	0.4	1.6	0.6	0.183673	0.693878
0.6	0.4	1.8	0.6	0.134615	0.775641
0.6	0.4	2	0.6	0.090909	0.848485
0.6	0.5	1.4	0.5	0.146341	0.707317
0.6	0.5	1.6	0.5	0.090909	0.818182
0.6	0.5	1.8	0.5	0.042553	0.914894
0.6	0.5	2	0.5	0	1

상기 표 4에서는, 재흡기율(r)이 작은 경우(20%)에도 난류 횟수를 1.6회 이상으로 형성시키면 오염물질을 80% 이상 제거할 수 있음을 확인할 수 있다.

1 : 케이싱
11 : 흡기구
12 : 배기구
13 : 덕트
201 : -극 전선
202 : +극 전선
21 : 1단 -전극
22 : 1단 +전극
23 : 2단 -전극
24 : 2단 +전극

Claims

소정의 내부공간이 형성되고, 일측에는 흡기구 타측에는 배기구가 구비되는 케이싱;
상기 케이싱 내부에 수용되되, 흡기구에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및;
상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극을 포함하고;
상기 -전극 및 +전극은 각각 복수개 구비되되 -전극과 +전극이 교번하며 구비되고,
상기 -전극 및 +전극은 전원을 공급받아 플라즈마를 발생시켜, 흡기구를 통해 들어온 소정의 입자가 -전극에서 -전하로 대전되고, -전하로 대전된 입자가 +전극에 접촉하여 제거되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공기 청정 장치
청구항 1항에 있어서,
상기 -전극 및 +전극은, 서로 평행하게 형성되는 복수개의 기둥 형상으로 구성되되, -전극의 기둥과 +전극의 기둥이 서로 교차하도록 구비되어,
상기 케이싱 내부에서 공기가 -전극의 기둥 사이 및 +전극의 기둥 사이를 통과하는 것으로 케이싱 내부에서 난류가 발생됨으로써, 공기와 전극 사이의 접촉이 촉진되는, 플라즈마 공기 청정 장치
청구항 1항에 있어서,
상기 케이싱의 흡기구에 연결되는 원심구동팬;
상기 원심구동팬의 공기토출구와 연결되어 케이싱 내부로 공기를 공급하는 덕트를 더 포함하여;
상기 원심구동팬은, 케이싱 내부공기 중 일부와 케이싱 외부공기를 흡입하여 덕트를 통해 케이싱 내부로 공기를 공급하고,
상기 덕트를 통해 공급된 공기 중 일부는 -전극 및 +전극을 거쳐 원심구동팬으로 재흡입되고, 나머지 공기는 -전극 및 +전극을 거쳐 배기구를 통해 배기되는, 플라즈마 공기 청정 장치
청구항 3항에 있어서,
상기 "상기 케이싱 내부에 수용되되, 흡기구에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및;
상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극"은,
"상기 케이싱 내부에 수용되되, 덕트-케이싱 결합부에 인접한 위치에 구비되는 -(마이너스) 전극 및;
상기 케이싱 내부에 수용되되, 배기구 또는 원심구동팬에 인접한 위치에 구비되는 +(플러스)전극"으로 치환되어 구성되는, 플라즈마 공기 청정 장치
청구항 4항에 있어서,
상기 덕트는,
상기 케이싱의 서로 대칭되는 측면에 복수개 연결되어,
복수개의 덕트-케이싱 결합부를 통해 공급된 공기가 케이싱 내부에서 서로 충돌함으로써 난류가 형성됨에 따라 공기와 전극 사이의 접촉이 촉진되는, 플라즈마 공기 청정 장치
청구항 1항 내지 5항 중 어느 한 항의 플라즈마 공기 청정 장치가 배기 배관의 일측에 결합된, 자동차 배기가스 배출장치
청구항 1항 내지 5항 중 어느 한 항의 플라즈마 공기 청정 장치가 배기 굴뚝의 일측에 결합된, 공장 배기가스 배출장치