KR20220021852A - 전기집진장치 - Google Patents

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Abstract

소정 공간 내에 부유하는 미세먼지와, 바이러스 및 세균 등 미생물을 포함하는 입자를 제거하기 위한 전기집진장치가 개시되어 있다.
이 개시된 전기집진장치는 입자를 대전시키는 대전부와, 대전부에서 대전된 입자를 집진시키는 집진부를 포함한다.
집진부는, 제1집진전압이 인가되는 제1집진전극과; 제1집진전극과의 전압차가 발생하도록 하는 제2집진전압이 인가되는 제2집진전극과; 제1집진전극과 제2집진전극을 상호 이격시켜 공기가 이동 가능한 공간을 형성하며, 제1 및 제2집진전극이 캐패시터 기능을 수행하도록 유전체 역할을 하는 유전스페이서와; 제1집진전극과 제2집진전극 사이의 전압차(Vdc)를 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서 제1 및 제2집진전극 중 적어도 어느 한 집진전극에 입자가 포집되도록 하고, 포집 과정에서 대전된 미생물이 집진판에 충돌 및 전기적 방전에 의하여 사멸될 가능성을 높일 수 있다.

Description

전기집진장치{ELECTROSTATIC PRECIPITATOR}
본 발명은 전기집진장치에 관한 것으로서, 상세하게는 공기 중에 포함된 먼지의 집진 효율을 높임과 아울러 바이러스나 세균을 사멸시킬 수 있도록 된 전기집진장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실내 공기 중에는 미세 먼지와, 바이러스, 세균 등과 같은 유해 미생물이 포함되어 있다. 이와 같은 물질에 사람이 노출되면, 호흡기나 폐질환을 포함한 다양한 질환이 유발될 수 있다. 따라서, 실내 공기 중에 포함된 미세먼지 등을 제거하기 위한 수단으로 전기집진장치가 널리 이용된다.
전기집진장치는 미세먼지 등의 입자상 오염물질을 강한 전계에 의하여 하전시킨 후, 하전 된 오염물질을 이동 포집하는 장치이다. 이 전기집진장치는 유해 미생물을 제거하기 위한 수단 뿐만 아니라 집진 효율을 높이기 위하여 전극 사이에 설치되는 스페이서의 최적화 설계가 요구된다.
특허문헌 1에는 광조사 살균 기능을 구비한 전기 집진 장치가 개시된 바 있다. 이 개시된 전기 집진 장치는 집진부와 광 조사부를 포함하는 것으로, 공기에 포함된 유해 미생물을 포함한 입자상 오염물질을 전기적인 방법으로 포집하고, 포집된 유해미생물을 광조사를 통해 살균한다.
이 개시된 전기 집진 장치는 별도의 광 조사부를 구비하여, 입자상 물질에 광선을 조사함으로써 유해 미생물을 살균하는 것으로, 자외선 광 등을 조사하는 별도의 광 조사부를 구비하여야 하는 단점이 있다.
특허문헌 2에는 공기 중에 부유하는 미생물을 포함하는 미세입자를 포집 및 제거하는 공기정화장치가 개시되어 있다. 이 개시된 장치는 전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생기를 포함한다. 이 이온 발생기에서 생성된 이온은 미세입자와 충돌하기 되며, 이 충돌에 의하여 미생물을 제거한다. 이와 같이 구성된 공기정화장치는 미생물을 제거하기 위한 구성으로서 별도의 이온 발생기를 구비하여야 하는 단점이 있다.
공개특허 10-2016-0134069 (공개일: 2016.11.23.) 등록특허 10-1569629 (공고일: 2015.11.17.)
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 광 조사부 내지 이온 발생기 없이도, 미세먼지 및 바이러스, 세포와 같은 유해 미생물을 제거할 수 있도록 된 전기집진장치를 제공하는데 일 목적이 있다.
또한 본 발명은 스페이서의 구조를 개선함으로써 집진부의 풍량을 증가시킴과 아울러 집진 효율을 높일 수 있도록 된 전기집진장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 공간 내에 부유하는 미세먼지와, 바이러스 및 세균 등 미생물을 포함하는 입자를 제거하기 위한 것으로, 상기 입자를 대전시키는 대전부와, 상기 대전부에서 대전된 상기 입자를 집진시키는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 있어서, 상기 집진부는, 제1집진전압이 인가되는 제1집진전극과; 상기 제1집진전극과의 전압차가 발생하도록 하는 제2집진전압이 인가되는 제2집진전극과; 상기 제1집진전극과 상기 제2집진전극을 상호 이격시켜 공기가 이동 가능한 공간을 형성하며, 상기 제1 및 제2집진전극이 캐패시터 기능을 수행하도록 유전체 역할을 하는 유전스페이서와; 상기 제1집진전극과 상기 제2집진전극 사이의 전압차(Vdc)를 제어하는 제어부를 포함하여, 상기 제1 및 제2집진전극 중 적어도 어느 한 집진전극에 상기 입자가 포집되도록 함과 아울러, 포집 과정에서 대전된 상기 미생물이 상기 집진판에 충돌 및 전기적 방전에 의하여 사멸될 가능성을 높일 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2집진전극 각각은, 절연필름으로 이루어진 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 적어도 어느 한 면에 부착 형성된 도전층을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 도전층 상에 형성된 항균 코팅층을 포함하여, 상기 도전층 상에 집진되는 상기 입자에 대해 살균 및 제균 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 항균 코팅층은 구리(Cu), 아연(Zn) 및 은(Ag)으로 이루어진 금속 중에서 선택된 적어도 어느 한 금속 소재로 이루어질 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1집진전극과 상기 제2집진전극 사이의 전압차(Vdc)가 10 내지 20 [kV] 범위의 값을 만족하도록 인가되는 전압을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 제2집진전극은 접지되고, 상기 제1집진전극에 대해 전압 Vdc 값이 인가될 수 있다.
상기 유전스페이서는, 소정 피치(P2)를 주기로 하여 소정 패턴이 반복적으로 형성된 구조를 가지는 것으로, 그 설치 위치에 따라 구분되는 제1스페이서부와 제2스페이서부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1스페이서부는 일 면이 상기 제1집진전극에 접하며, 다른 면은 제2집진전극에 대해 이격된 상태를 유지하면서 마주보는 구조를 가지며, 소정 간격 이격된 상태로 반복되는 구조로 형성되어, 상기 제2집진전극과의 사이에 제1공기통과공간(SP1)을 형성할 수 있다.
상기 제2스페이서부는 상기 제1스페이서부 사이에 상기 제1스페이서부와 일체로 형성되는 것으로, 그 일 면은 상기 제2집진전극에 접촉 형성되며, 다른 면은 상기 제1집진전극에 대해 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제1집진전극(310)과의 사이에 제2공기통과공간(SP2)을 형성할 수 있다. 또한 상기 제1공기통과공간(SP1)의 부피와 상기 제2공기통과공간(SP2)의 부피가 서로 다르게 형성될 수 있다.
상기 제2집진전극과 마주하는 상기 제1스페이서부의 면적(제1면적)과, 상기 제1집진전극과 마주하는 상기 제2스페이서부의 면적(제2면적)을 상호 비교하여 볼 때, 제2면적이 제1면적 보다 3배 이상 크게 형성될 수 있다.
상기 유전스페이서의 높이(H2)는 1.2 mm 이하이고, 피치(P2)는 7.0 mm 이하로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1집진전극, 상기 제2집진전극 및 상기 유전스페이서는 롤 형태로 말려 있을 수 있다.
본 발명에 따른 전기집진장치는 제1집진전극과 제2집진전극 사이의 전압차(Vdc)를 제어하는 제어부를 통하여, 전압차(Vdc)를 제어한다. 이에 따라 입자 내에 포함된 미생물을 대전시키고, 대전 된 미생물(바이러스, 세포)이 집진전극에 충돌됨과 아울러 전기적 방전에 의하여 사멸시킬 수 있다.
또한 본 발명은 제1 및/또는 제2집진전극에 항균코팅층을 더 포함함으로써, 전압차(Vdc)에 의한 포집과정에서 사멸되지 않은 입자에 대해 2차적으로 사멸시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전기집진장치는 유전체 스페이서의 형상 및 배치 구조를 개선함으로써, 집진성능을 향상시키고 풍량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치를 보인 개략적인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부를 분리하여 보인 도면.
도 3은 도 2에 도시된 집진부의 일 예에 따른 제1집진전극, 제2집진전극 및 유전스페이서의 배치를 보인 개략적인 단면도.
도 4a는 도 3의 유전스페이서의 일 예에 따른 형상을 보인 개략적인 단면도.도 4b는 도 3의 유전스페이서의 다른 예에 따른 형상을 보인 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부의 일부 구성 및 바이러스와 세균을 포함한 입자의 포집 및 사멸 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6 내지 도 8 각각은 집진부 인가전압(Vdc)의 변화에 따른 부유세균 집진력, 표면 살균력 및 총 살균력을 보인 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부의 또 따른 예에 따른 제1집진전극, 제2집진전극 및 유전스페이서의 배치를 보인 개략적인 단면도.
도 10 및 도 11 각각은 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부의 설치예를 보인 사시도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 전체적인 배치 구조를 분리하여 보인 개략적인 사시도.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기집진장치는 실내 공간 등의 소정 공간 내에 부유하는 미세먼지와, 바이러스 및 세균 등 미생물을 포함하는 유해 입자를 제거하기 위한 것으로, 상기 입자를 대전시키는 대전부(100)와, 상기 대전부(100)에서 대전된 상기 입자를 집진시키는 집진부(300)를 포함한다. 여기서, 바이러스 및 세균 등의 미생물은 부유하는 미세먼지에 달라붙어 번식할 수 있다. 따라서 미세먼지를 포집하는 경우 미생물도 함께 포집할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부를 분리하여 보인 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부의 일부 구성 및 바이러스와 세균을 포함한 입자의 포집 및 사멸 원리를 설명하기 위한 도면이다. 또한 도 4 및 도 5 각각은 도 2에 도시된 집진부의 일 예 및 다른 예에 따른 제1집진전극, 제2집진전극 및 유전스페이서의 배치를 보인 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 집진부(300)는 제1집진전극(310), 제2집진전극(330), 유전스페이서(350) 및 제어부(370)를 포함한다.
제1 및 제2집진전극(310)(330)은 소정 두께의 금속판으로 구성될 수 있다. 예를 들어 제1 및 제2집진전극(310)(330) 각각은 항균 성능을 위하여 0.1 mm 두께의 구리 판으로 구성될 수 있다.
제1집진전극(310)에는 제1집진전압이 인가되고, 제2집진전극(330)에는 제1집진전극(310)과의 전압차가 발생하도록 하는 제2집진전압이 인가된다. 예를 들어, 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330) 중 하나는 포지티브 전압일 수 있고, 다른 하나는 접지되거나 네거티브 전압일 수 있다. 이와 같은 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)은 캐패시터의 기능을 수행할 수 있으며, 대전된 미세먼지의 극성에 따라 상기 미세먼지에 인력 및 척력을 가하여 대전된 미세먼지가 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에 달라붙게 됨으로써 집진이 이루어지게 된다. 이 제1 및 제2집진전극(310)(330)에 의한 미생물을 사멸하는 원리는 후술하기로 한다.
유전스페이서(350)는 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330) 사이에 배치되어, 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)을 이격시켜 공기가 이동가능한 공간을 형성한다. 또한 유전스페이서(350)는 제1 및 제2집진전극(310)(330)이 캐패시터 기능을 수행하도록 유전체 역할을 한다. 이와 같이, 유전스페이서(350)가 유전체의 역할을 하면서 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330)의 간격을 유지하기 때문에 집진 기능이 원활하게 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1집진전극(310)의 양면 각각에 유전스페이서(350)가 접촉되도록 배치되고, 제2집진전극(330)의 양면 각각에 유전스페이서(350)가 접촉되도록 배치될 수 있다. 이에 따라 제1집진전극(310), 유전스페이서(350), 제2집진전극(330), 유전스페이서(350), 제1집진전극(310), … 순으로 배치될 수 있다.
이와 같이 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)의 양면 각각에 유전스페이서(350)가 접촉하므로 집진부(300)의 부피를 줄일 수 있다. 한편, 유전스페이서(350)의 폭은 제1집진전극(310) 폭 및 제2집진전극(330) 폭의 3/4 배 이상 3/2 배 이하일 수 있다. 유전스페이서(350)의 폭은 제1집진전극(310) 폭 및 제2집진전극(330) 폭의 3/4 배보다 작을 경우, 유전율로 인하여 집진이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 또한 유전스페이서(350)의 폭이 제1집진전극(310) 폭 및 제2집진전극(330) 폭의 3/2 배보다 클 경우, 도 1의 집진 케이스(500)의 부피가 과도하게 커질 수 있다.
한편, 유전스페이서(350)는 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330) 중 적어도 하나를 향하여 돌출된 돌출부를 포함함으로써 공간을 형성하면서도 유전체 역할을 할 수 있다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)각각은 절연필름으로 이루어진 베이스 플레이트(341)와, 상기 베이스 플레이트(341)의 적어도 어느 한 면에 부착 형성된 도전층(343)을 포함할 수 있다.
여기서, 베이스 플레이트(341)는 PET(Polyethylene phthalate) 수지와 같은 유연성을 지닌 재질로 이루어질 수 있다. 도전층(343)의 부착은 도전성 접착제에 의하여 도전 쉬트가 부착되거나 도전 물질이 베이스 플레이트(341)의 양면에 증착되는 것으로 구현될 수 있다. 베이스 플레이트(341)의 양면에 도전층(343)이 형성되므로 앞서 설명된 바와 같이 제1집진전극(310), 유전스페이서(350), 제2집진전극(330), 유전스페이서(350), 제1집진전극(310), … 순으로 배치될 수 있다.
유전스페이서(350)(350')는 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330) 사이에 공간을 형성하도록 위치되어, 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330)을 소정 간격만큼 이격 시킨다. 이 경우 유전스페이서(350)에 의해 형성된 공간을 통하여 공기가 소정 속도로 통과한다. 여기서 공기 내에 포함된 유해입자가 제1 및/또는 제2집진전극(310)(330)에 집진된다. 이를 위하여, 유전스페이서(350)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 소정의 단면 형태로 형성될 수 있다.
도 4a는 도 3의 유전스페이서의 일 예에 따른 형상을 보인 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 유전스페이서(350)는 판상의 유전체를 주름 형태로 구부려 형성한 구조를 가지는 것으로, 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330)이 높이 H1 만큼 이격되도록 한다. 이 유전스페이서(350)의 단면 형상은 소정 파형 즉, 정현파(sinusoidal) 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 유전스페이서는 소정 피치(P1)를 주기로 하여 산(351)과 골(355)이 반복적으로 형성된 구조로 형성될 수 있다. 여기서 피치(P1)와 높이(H1)는 집진 성능을 고려하여 설계된다. 이와 같이 제조된 유전스페이서(350)를 이용하여 집진 성능 및 풍량을 테스트한 결과는 아래 표 1과 같다. 표 1은 피치(P1)를 7mm, 높이(H1)를 1mm로 하고, 유해입자의 크기가 0.3㎛ 이상의 조건에서 테스트를 수행한 결과이다. 여기서, 집진부가 없는 즉 무부하시 측정 풍량은 90 CMH이다.
Figure pat00001
도 4a에 도시된 구조로 유전스페이서(350)를 설계하고, 평판 상으로 집진부를 형성하여 사용하는 경우, 제1집진전극(310)과 유전스페이서(350) 사이의 공간(제1공기통과공간)과 제2집진전극(330)과 유전스페이서(350) 사이의 공간(제2공기통과공간)이 실질상 동일한 부피를 가진다. 따라서 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330) 사이로 유입되는 공기는 상기한 두 공간으로 양분되어 통과하게 된다. 이 경우 두 공간 각각에서 공기 저항은 실질상 동일하다. 한편 집진기를 롤링(rolling) 구조로 제작하는 경우, 후술하는 바와 같이 압력에 견디는 힘이 상대적으로 약하다. 이에 따라 롤링 구조의 집진부를 구성하는 경우, 제1공기통과공간과 제2공기통과공간이 일정하게 형성되지 않는데 이에 따라 공기가 고르게 통과하지 못하고, 간격이 넓은 쪽으로 많은 공기가 유입되어 집진 성능이 저하될 수 있다.
도 4b는 도 3의 유전스페이서의 다른 예에 따른 형상을 보인 개략적인 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 유전스페이서(350')는 판상의 유전체를 주름 형태로 구부려 형성한 구조를 가지는 점에서는 도 4a에 도시된 유전스페이서(350)과 동일하다. 한편, 본 실시예에서는 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330)이 높이 H2 만큼 이격되도록 하며, 유전스페이서(350')의 단면 형상이 상하 비대칭 구조가 되도록 변경한 점에서 일 예에 따른 유전스페이서(350)와 구별된다.
본 실시예에 따른 유전스페이서(350')를 적용하는 경우, 제1집진전극(310)과 유전스페이서(350') 사이의 공간이 유전스페이서(350')와 제2집진전극(330) 사이의 공간에 비하여 큰 부피를 가질 수 있다.
유전스페이서(350')는 소정 피치(P2)를 주기로 하여 소정 패턴이 반복적으로 형성된 구조를 가지는 것으로, 그 설치 위치에 따라 제1스페이서부(351')와 제2스페이서부(355')로 구분된다. 제1스페이서부(351')는 일 면이 상기 제1집진전극(310)에 접하며, 다른 면은 제2집진전극(330)에 대해 이격된 상태를 유지하면서 마주보는 구조를 가진다. 이 제1스페이서부(351')는 일 예에서 따른 유전스페이서(350)의 산(351) 구조와 유사한 구조로 형성될 수 있다. 이 제1스페이서부(351')는 소정 간격 이격된 상태로 반복되는 구조를 가진다. 상기한 바와 같이 제1스페이서부(351')를 형성함으로써, 제1스페이서부(351')와 제2집진전극(330) 사이에 제1공기통과공간(SP1)이 형성된다.
제2스페이서부(355')는 제1스페이서부(351') 사이에 일체로 형성되는 것으로, 전체적으로 평판상의 구조를 가진다. 이 제2스페이서부(355')의 일 면은 제2집진전극(330)에 접촉 형성되며, 다른 면은 제1집진전극(310)에 대해 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치된다. 이와 같이 제2스페이서부(351')를 형성함으로써, 제2스페이서부(355')와 제1집진전극(310) 사이에 제2공기통과공간(SP2)이 형성된다. 여기서, 제1공기통과공간(SP1)과 제2공기통과공간(SP2)의 부피는 서로 다르게 형성된다. 예를 들어, 상기 제2집진전극(330)과 마주하는 상기 제1스페이서부(351')의 면적(제1면적)과, 상기 제1집진전극(310)과 마주하는 상기 제2스페이서부(355')의 면적(제2면적)을 상호 비교하여 볼 때, 제2면적이 제1면적 보다 3배 이상 크게 형성될 수 있다. 이와 같이 제2면적을 제1면적 보다 크게 형성하고, 이에 마주하는 제1집진전극(310)의 노출 면적을 넓게 함으로써, 유해 미생물과 제1집진전극(310)의 접촉 면적을 넓게 할 수 있다. 이에 따라 집진성능 및 살균 성능을 보다 더 향상할 수 있다.
여기서 피치(P2)와 높이(H2)는 집진성능 및 풍량을 고려하여 설계된다. 이와 같이 제조된 유전스페이서(350)를 이용하여 집진 성능 및 풍량을 테스트한 결과는 아래 표 2과 같다. 표 2는 피치(P2)를 2.8mm, 7.0mm, 높이(H2)를 1.0mm, 1.2mm, 1.5mm 각각으로 하고, 유해입자의 크기가 0.3㎛ 이상의 조건에서 테스트를 수행한 결과이다. 여기서, 집진부가 없는 즉 무부하시 측정 풍량은 90 CMH이다.
Figure pat00002
표 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 유전스페이서(350')와 일 예에 따른 유전스페이서(350)의 집진성능을 비교하여 볼 때, 유전스페이서(350')의 높이(H2)가 1.2mm 이하에서 집진성능이 개선됨을 알 수 있다. 특히 높이(H2)가 1.0mm 인 경우, 집진성능은 95% 이상으로 크게 개선됨을 알 수 있다.
또한 풍량을 비교하여 볼 때, 피치(P2)가 길어지고, 높이(H2)가 증가할 수로 풍량이 증가함을 알 수 있다. 예를 들어 피치(P2)가 7.0 mm인 경우는 높이 1.0 mm, 1.2 mm, 1.5 mm 모두에서 풍량이 50 CMH를 초과하여 풍량이 향상됨을 알 수 있다.
상기한 테스트 결과를 종합하여 볼 때, 유전스페이서(350')의 높이(H2) 대략 1.2 mm 이하, 피치(P2)는 대략 7.0 mm 이하로 설정할 수 있다.
이와 같이 유전스페이서(350')를 개선하는 경우는 제2공기통과공간(SP2)의 부피가 일 예에 따른 유전스페이서(350)의 대응 공간에 비하여 넓어지므로, 집진성능이 개선되어 제1집진전극(310)에 흡착되는 이물질 비율이 증가하게 되며, 풍량이 30% 이상 증가하는 효과가 있다.
또한, 유전스페이서 압력 테스트 결과, 유전스페이서의 버티는 힘이 4배 이상 증가하였다. 압력 테스트는 IMADA(사)의 푸시-풀 스케일 장비를 이용하였으며, 스페이서에 압력을 가하여, 스페이서의 형상의 무너져 바닥에 닿을 때의 힘을 측정하였다. 측정에 사용된 유전 스페이서로서, 도 4a 및 도 4b 각각에 도시된 형상을 가지며, 피치 7 mm, 높이 1 mm를 가지는 지는 유전 스페이서를 사용하였다.
테스트 결과 도 4a에 따른 유전 스페이서는 2kgf, 도 4b에 따른 유전 스페이서는 8kgf의 압력에 견디는 것으로 측정되어, 다른 예에 따른 유전스페이서(350')가 일 예에 따른 유전스페이서(350)에 비하여 버티는 힘이 4배 정도 향상됨을 알 수 있다. 따라서 다른 예에 따른 유전스페이서(350')를 적용하는 경우, 집진기의 형상을 도 10에 도시된 바와 같이 롤 형상으로 변형하여 사용하더라도, 제1집진전극과 제2집진전극 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 복수의 제1공기통과공간(SP1)이 일정한 부피를 유지하도록 할 수 있어서, 공기가 고르게 통과하게 된다. 이에 따라 집진성능이 표 2에 도시된 바와 같이 향상될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(370)는 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330) 사이의 전압차(Vdc)를 제어한다. 즉, 제1 및 제2집진전극(310)(330) 각각에 인가되는 제1집진전압 및/또는 제2집진전압을 제어하여 Vdc의 전압차가 발생되도록 한다. 도 5는 제2집진전극(330)이 접지되고, 제1집진전극(310)에 대해 전압을 인가하여 제1 및 제2집진전극(310)(330) 사이에 전압차(Vdc)가 되도록 구성된 예를 나타낸 것이다. 여기서, 제어부(370)는 상기 제1 및 제2집진전극(310)(330) 사이의 전압차(Vdc)가 수학식 1의 조건을 만족하도록 인가되는 전압을 제어할 수 있다.
<수학식 1>
10 ≤ Vdc ≤ 20 [kV]
이는 제2집진전극(330)에 상기 입자가 포집되도록 함과 아울러, 포집 과정에서 상기 미생물이 충돌하여 사멸될 가능성을 높일 수 있도록 한다.
즉, 대전부에서 하전된 입자는 소정 공간 내에 부유하는 미세먼지와, 바이러스 및 세균 등 미생물을 포함한다. 여기서, 미생물은 실내 공간과 같은 소정 공간 내에서 미세먼지에 붙어 번식하게 된다. 그러므로, 전기집진 원리에 의하여 먼지를 잡을 때 미생물도 함께 포집할 수 있다.
미생물이 달라붙은 미세먼지를 집진부 내에서 포획함에 있어서, 상기한 전압차(Vdc)의 크기에 따라 집진력 내지 살균력이 결정된다.
도 6은 내지 도 8 각각은 집진부 인가전압(Vdc)의 변화에 따른 부유세균 집진력, 표면 살균력 및 총 살균력을 보인 그래프이다.
도 6을 참조하면, 부유세균 집진력은 먼지에 부착되어 번식하는 부유세균을 채집하여, 전기집진장치의 인가전압(Vdc)을 제외한 다른 조건은 동일한 상태에서, 제어부를 통하여 인가전압(Vdc)을 5, 10, 15 및 20 [kV]에서 세균수를 측정 비교함으로써, 집진력(제균력)(%)을 측정할 수 있다. 여기서 부유세균 집진력(제균력)은 5, 10, 15, 20 [kV] 각각에서 52.2%, 95.0%, 97.5% 및 99.4%를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 5 에서 10 [kV] 구간에서 집진력이 급증함을 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 집진 순간의 표면 살균력은 세균이 집진부에 포집될 때 충돌 에너지 또는 전기력에 의하여 사멸하는 비율을 나타낸 것이다. 이 표면 살균력은 공기 중에서 집진부에 포집되는 세균수와 집진부 표면에 남아있는 세균수를 비교함으로써 구할 수 있다. 여기서, 집진부를 구성하는 베이스 플레이트가 절연성이 강한 절연필름으로 구성되므로, 전기력에 의한 살균효과를 높일 수 있다.
여기서 표면 살균력은 5, 10, 15, 20 [kV] 각각에서 43.5%, 62.3%, 68.9% 및 70.5%를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 5 에서 10 [kV] 구간에서 표면 살균력이 급증함을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 집진기의 총 살균력은 공기 중 부유세균이 집진기에 의해 죽은 비율을 나타낸 것으로서, 부유세균의 집진력과 표면 살균력의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, 총 살균력은 5, 10, 15, 20 [kV] 각각에서 22.71%, 59.19%, 67.18% 및 70.08%를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 상대적으로 적은 인가전압인 5 [kV]에서는 집진 후 사멸한 미생물이 약 22.7%로 대부분 생존할 수 있다. 반면, 인가전압 10 [kV] 이상에서는 59.19% 이상의 미생물이 사멸함을 알 수 있다.
상기한 실험 결과를 고려하여, 인가전압(Vdc)은 상기한 수학식 1의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부의 또 따른 예에 따른 제1집진전극, 제2집진전극 및 유전스페이서의 배치를 보인 개략적인 단면도이다.
도 9를 참조하면, 집진부를 구성하는 제1 및 제2집진전극(310)(330) 각각은 도전층(343) 상에 형성된 항균 코팅층(345)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 항균 코팅층(345)은 구리(Cu), 아연(Zn) 및 은(Ag)으로 이루어진 금속 중에서 선택된 적어도 어느 한 금속 소재로 이루어질 수 있다. 이와 같은 금속 소재는 잘 알려진 바와 같이 항균 기능을 가지는 것으로, 항균 코팅층(345)을 형성함으로써 도전층(343) 상에 집진되는 상기 입자에 대해 살균 및 제균 성능을 향상시킬 수 있다.
도 10 및 도 11 각각은 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 집진부의 설치예를 보인 사시도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1집진전극(310), 제2집진전극(330) 및 유전스페이서(350)는 롤 형태로 말려 있을 수 있다. 여기서, 롤의 형태는 원형 또는 사각형일 수 있다. 이에 따라 길게 연장된 하나의 제1집진전극(310)과 길게 연장된 하나의 제2집진전극(330) 사이에 하나로 길게 연장된 유전스페이서(350)가 배치될 수 있다.
도 10에서 도면 번호 510은 집진 케이스(500)와 롤 형태의 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330) 사이의 공간을 메우기 위한 충진부일 수 있다. 이에 따라 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330)이 롤 형태가 안정적으로 유지되고 제1집진전극(310)과 제2집진전극(330)의 위치가 고정될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 집진 케이스(500)에 복수의 제1집진전극(310), 복수의 제2집진전극(330) 및 복수의 유전스페이서(350)가 안착될 수 있다. 이 때 집진 케이스(500)의 폭 방향으로 복수의 제1전집전극 및 복수의 제2집진전극(330)이 교대로 배치될 수 있다. 이에 따라 도 3 및 도 4를 통하여 설명된 바와 같이 제1집진전극(310), 유전스페이서(350), 제2집진전극(330), 유전스페이서(350), 제1집진전극(310), … 순으로 배치될 수 있다.
한편, 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에 공급되는 제1집진전압 및 제2집진전압의 극성이 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어, 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에 각각 포지티브 전압 및 네거티브 전압이 각각 공급되다가 극성이 바뀌어 네거티브 전압 및 포지티브 전압이 각각 공급될 수 있다.
제1집진전압 및 제2집진전압에 따라 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에 대전된 미세먼지가 부착되는데, 시간에 지남에 따라 기름이나 끈적이는 물질 등으로 인하여 부착된 미세먼지를 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에서 떼어내는 게 어려워질 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에 공급되는 제1집진전압 및 제2집진전압의 극성을 필요에 따라 서로 바꿈으로써 부착된 미세먼지를 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)로부터 용이하게 분리할 수 있다.
이와 같은 극성 변화 이외에 제1집진전극(310) 및 제2집진전극(330)에 고전압의 제1집진전압과 저전압의 제2집진전압이 공급되다가 저전압의 제1집진전압과 고전압의 제2집진전압이 공급될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전기집진장치의 전체적인 배치 구조를 분리하여 보인 개략적인 사시도이다.
필터링 모듈(FM)은 서로 겹쳐진 대전부(100)와 집진부(300)를 포함하며, 연결 레일(910)은 복수의 필터링 모듈(FM)을 서로 연결시킬 수 있다. 이를 위하여 연결 레일(910)에는 필터링 모듈(FM)이 삽입되어 슬라이딩가능한 가이딩 홈(911)이 형성될 수 있다. 복수의 필터링 모듈(FM)의 일측 및 타측이 상하로 이격된 배치된 연결 레일(910)의 가이딩 홈(911)에 삽입되어 가이딩 홈(911)을 따라 슬라이딩됨으로써 적정 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 복수의 필터링 모듈(FM)이 연결 레일(910)에 의하여 연결됨으로써 넓은 영역의 미세먼지를 필터링할 수 있다. 또한 필터링 모듈(FM)의 연결 개수를 사용자가 원하는 대로 변경 가능하므로 본 발명에 따른 전기집진장치가 설치되는 장소의 설치 공간이나 설치 상황에 따라 유연하게 대응할 수 있다.
이와 같은 연결 레일(910)의 내측면에는 필터링 모듈(FM)의 대전부(100)에 제1 전압 및 제2 전압을 인가하는 대전 접촉 단자가 형성될 수 있다. 복수의 빔 전극(130)은 공통 노드(common node)에 연결되고 공통 노드가 제1 전압을 인가하는 대전 접촉 단자와 접촉할 수 있다. 또한 복수의 라인 전극(150) 역시 공통 노드에 연결되고 라인 전극의 공통 노드는 제2 전압을 인가하는 대전 접촉 단자와 접촉할 수 있다.
마찬가지로 연결 레일(910)의 내측면에는 필터링 모듈(FM)의 집진부(300)에 제1집진전압 및 제2집진전압을 인가하는 집진 접촉 단자가 형성될 수 있다.
이 때 대전 접촉 단자와 집진 접촉 단자는 단락되는 것을 방지하기 위하여 서로 절연될 수 있다. 예를 들어, 연결 레일(910)은 부도체로 이루어질 수 있으며 대전 접촉 단자와 집진 접촉 단자는 서로 이격되어 위치할 수 있다.
이와 같이 연결 레일(910)의 내측면에 대전 접촉 단자 및 집진 접촉 단자가 형성되어 있으므로 복수의 필터링 모듈(FM)에 제1 전압, 제2 전압, 제1집진전압 및 제2집진전압을 인가하기 위한 배선이 줄어들게 되므로 필터링 장치의 구조가 간단해지고 설치의 용이성이 증대될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다./
100: 대전부 300: 집진부
310: 제1집진전극 330: 제2집진전극
341: 베이스 플레이트 343: 도전층
350, 350': 유전스페이서 370: 제어부
500: 집진 케이스 FM: 필터링 모듈
910: 연결 레일

Claims (10)

  1. 소정 공간 내에 부유하는 미세먼지와, 바이러스 및 세균 등 미생물을 포함하는 입자를 제거하기 위한 것으로, 상기 입자를 대전시키는 대전부와, 상기 대전부에서 대전된 상기 입자를 집진시키는 집진부를 포함하는 전기집진장치에 있어서,
    상기 집진부는,
    제1집진전압이 인가되는 제1집진전극과;
    상기 제1집진전극과의 전압차가 발생하도록 하는 제2집진전압이 인가되는 제2집진전극과;
    상기 제1집진전극과 상기 제2집진전극을 상호 이격시켜 공기가 이동 가능한 공간을 형성하며, 상기 제1 및 제2집진전극이 캐패시터 기능을 수행하도록 유전체 역할을 하는 유전스페이서와;
    상기 제1집진전극과 상기 제2집진전극 사이의 전압차(Vdc)를 제어하는 제어부를 포함하여,
    상기 제1 및 제2집진전극 중 적어도 어느 한 집진전극에 상기 입자가 포집되도록 하고, 포집 과정에서 대전된 상기 미생물이 상기 집진판에 충돌 및 전기적 방전에 의하여 사멸 가능성을 높일 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2집진전극 각각은,
    절연필름으로 이루어진 베이스 플레이트와;
    상기 베이스 플레이트의 적어도 어느 한 면에 부착 형성된 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도전층 상에 형성된 항균 코팅층을 포함하여, 상기 도전층 상에 집진되는 상기 입자에 대해 살균 및 제균 성능을 향상시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 항균 코팅층은,
    구리(Cu), 아연(Zn) 및 은(Ag)으로 이루어진 금속 중에서 선택된 적어도 어느 한 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1집진전극과 상기 제2집진전극 사이의 전압차(Vdc)가 수학식 1의 조건을 만족하도록 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
    <수학식 1>
    10 ≤ Vdc ≤ 20 [kV]
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2집진전극은 접지되고,
    상기 제1집진전극은 상기 수학식 1의 범위의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전스페이서는,
    소정 피치(P2)를 주기로 하여 소정 패턴이 반복적으로 형성된 구조를 가지는 것으로, 그 설치 위치에 따라 구분되는 제1스페이서부와 제2스페이서부를 포함하며,
    상기 제1스페이서부는,
    일 면이 상기 제1집진전극에 접하며, 다른 면은 제2집진전극에 대해 이격된 상태를 유지하면서 마주보는 구조를 가지며, 소정 간격 이격된 상태로 반복되는 구조로 형성되어, 상기 제2집진전극과의 사이에 제1공기통과공간(SP1)을 형성하고,
    상기 제2스페이서부는,
    상기 제1스페이서부 사이에 상기 제1스페이서부와 일체로 형성되는 것으로, 그 일 면은 상기 제2집진전극에 접촉 형성되며, 다른 면은 상기 제1집진전극에 대해 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제1집진전극(310)과의 사이에 제2공기통과공간(SP2)을 형성하고,
    상기 제1공기통과공간(SP1)의 부피와 상기 제2공기통과공간(SP2)의 부피가 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2집진전극과 마주하는 상기 제1스페이서부의 면적(제1면적)과, 상기 제1집진전극과 마주하는 상기 제2스페이서부의 면적(제2면적)을 상호 비교하여 볼 때,
    제2면적이 제1면적 보다 3배 이상 크게 형성된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유전스페이서의 높이(H2)는 1.2 mm 이하이고, 피치(P2)는 7.0 mm 이하로 설정된 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1집진전극, 상기 제2집진전극 및 상기 유전스페이서는 롤 형태로 말려 있는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
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WO2024090752A1 (ko) * 2022-10-26 2024-05-02 삼성전자주식회사 전기집진장치 및 전기집진장치의 제어방법

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