KR20220071172A - 공기정화용 필터 - Google Patents

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이양화
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Abstract

본 발명은 공기정화용 필터에 관한 것이다. 본 발명은 미세입자를 포집하는 유전체로 구성되는 여과레이어(30)와, 상기 여과레이어(30)의 한쪽에 적층되고 전원을 인가받을 수 있는 절연와이어(51)를 포함하여 구성되는 제1전극레이어(50)와, 상기 여과레이어(30)의 반대쪽에 적층되고 전도성 재질을 포함하여 상기 제1전극레이어(50)와 반대극성을 인가받거나 접지되는 제2전극레이어(70)를 포함한다. 이때, 상기 제1전극레이어(50) 또는 상기 제2전극레이어(70) 중 어느 하나의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역(73)이 형성될 수 있다.

Description

공기정화용 필터{Air cleaning filter}
본 발명은 공기정화용 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압인가를 통해 정전기력이 활성화된 공기정화용 필터에 관한 것이다.
공기 청정기는 오염된 공기를 흡입하여 정화한 후, 정화된 공기를 배출시키는 장치로서 이해된다. 일례로, 공기청정기에는, 외부의 공기를 공기 청정기의 내부로 유입시키기 위한 송풍장치 및 공기 중 먼지나 세균등을 필터링 할 수 있는 필터가 포함될 수 있다.
이러한 필터는 중 유전체 필터는 제조시에 정전처리(electret)가 되어 정전기성을 가지게 된다. 이렇게 정전처리된 필터는 전기적으로 미립자를 흡착할 수 있게 되어 기존의 기계식 필터에 비해 압력손실이 낮고, 높은 포집 효율을 가질 수 있다.
통상적으로 공기 중에 부유하고 있는 입자 중에는 - 또는 +로 대전되어 있는 입자가 많이 함유되어 있어서 여기에 대전되어 있는 입자는 정전처리 된 유전체 필터에 강하게 흡착되어 포집효율을 높이는 것이다.
그런데, 필터의 사용시간이 누적되면서 포집된 먼지가 늘어나면 정전기력 손실이 발생하게 되고, 필터의 포집효율도 낮아진다. 따라서 정전처리된 필터라도 하더라도, 사용시간의 증가에는 한계가 있다.
특히, 실내공기에는 다수의 오일입자가 포함될 수 있는데, 일반적인 공기청정기는 공기 중 오일입자를 효과적으로 제거하기 어렵다는 문제점이 있다. 이물 등을 제거하도록 설치된 필터에 오일입자가 함께 포집되는 경우, 정전기성이 빠르게 감소하여 필터의 수명이 급격하게 저하되는 것이다.
이를 해결하기 위해서 필터에 전원을 연결하고, 2개의 전극 사이의 전압 차등(voltage differential)에 의해서 발생된 정전기장을 사용하는 필터가 사용되기도 한다. 이때 유전체(誘電體;dielectric) 필터 매체는 2개의 전극 사이의 정전기장 내에 위치하여 포집기능을 수행하게 된다.
선행기술 중에는 기공성 전극을 사용하여 유전체 여과제에 정전기성을 부여하는 기술이 있는데(한국 공개특허 10-2011-0128465), 대면적의 기공성 부직포 섬유전극에 전도성 물질을 코팅하고, 다시 절연처리를 하게 되므로 가공이 복잡하고 제조비용이 높은 단점이 있다.
또한, 기공성 부직포 섬유전극에 처리되는 절연물질이 기공을 막아 공기차압을 증가시키는데, 공기차압의 증가는 필터의 성능저하로 이어지게 된다.
그리고 부직포 재질의 전극은 외력에 의해 쉽게 구겨지므로 형태유지와 관리가 어렵고, 구겨지면 코팅된 절연층이 파괴될 수 있는 문제가 있다. 만약 기공성 전극의 절연이 확실하게 이루어지지 못하면, 사용중에 다른 극 사이에 통전이 발생하여 필터가 정전기성을 잃게 될 우려가 있다.
또한, 전극을 구성하는 섬유구조물이 불규칙하게 배열되어 필터 전체에 고르게 전정기장을 형성하기 어려운 문제가 있고, 전도성 물질의 코팅상태가 균일하지 못할 경우에도 고른 전정기장 형성이 이루어지지 못하여 필터의 품질이 떨어지게 된다.
대한민국 공개특허 10-2011-0128465
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이미 절연된 전선과 지지선을 직조하여 기공성 전극면을 만드는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기공성 전극면이 일반 섬유과 같이 유연할 뿐 아니라 구겨짐이 발생하더라도 절연파괴가 발생하지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기공성 전극면에 절연구간을 두어 서로 다른 극성의 기공성 전극면 사이가 통전되는 것을 방지하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 절연된 전선과 지지선을 직조하여 기공성 전극면이 만드는 전정기장을 고르게 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 미세입자를 포집하는 유전체로 구성되는 여과레이어와, 상기 여과레이어의 한쪽에 적층되고 전원을 인가받을 수 있는 절연와이어를 포함하는 제1전극레이어와, 상기 여과레이어의 반대쪽에 적층되고 전도성 재질을 포함하여 상기 제1전극레이어와 반대극성을 인가받거나 접지되는 제2전극레이어를 포함한다. 이처럼 전극레이어는 다수가닥의 절연와이어가 엮여 구성되는데, 절연와이어는 에나멜동선과 같이 이미 절연피복이 완료된 것을 사용할 수 있으므로 필터의 절연성능이 향상될 뿐 아니라, 추가로 절연작업을 할 필요가 없어 필터의 제조가 용이하다.
이때, 상기 제1전극레이어 또는 상기 제2전극레이어 중 어느 하나의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 절연구역은 상기 제1전극레이어 또는 상기 제2전극레이어 중 어느 하나의 상부표면과 하부표면에서 가장자리를 따라 각각 연장될 수 있다.
또한, 상기 제1전극레이어 또는 제2전극레이어는 상기 여과레이어를 사이에 두고 서로 길이를 달리하여 상기 제1전극레이어와 상기 제2전극레이어의 사이에 단차가 형성되고, 상기 절연구역은 상기 단차에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1전극레이어는 다수가닥의 절연와이어와 절연체인 다수가닥의 지지선이 엮여 구성되는데, 상기 제1전극레이어는 표면이 절연되고 심선은 전기전도성이 있는 절연와이어와 절연체인 지지선이 서로 다른 방향으로 연장되도록 엮여 유연성이 있게 만들어진다. 따라서 전극레이어는 일종의 직물재질과 같이 유연할 뿐 아니라, 플랙시블한 얇은 절연와이어들 각각이 이미 절연피복된 상태이므로 구겨지더라도 절연파괴가 발생할 우려가 매우 적다.
상기 제1전극레이어는 절연와이어와 지지선이 직조(織造)되어 구성되는데, 상기 제1전극레이어는 절연와이어와 지지선이 위사와 경사를 구성하도록 직조되어 만들어진다. 이에 따라 직물제조장치를 이용하면 절연와이어와 지지선이 직물재질의 전극레이어를 구성하는 위사와 경사가 되도록 만들 수 있고, 필터의 제조속도가 빠르고 용이해진다.
이때, 상기 제1전극레이어는 상기 지지선이 위사 및 경사를 구성하고, 절연와이어가 상기 지지선과 함께 위사 또는 경사의 일부를 구성할 수 있다. 즉, 전극레이어를 구성하는 절연와이어의 가닥수를 조절하면 필터가 발생시키는 정전기력이 달라질 수 있어, 필터가 적용되는 장치의 성격과 용도에 맞도록 쉽게 변형할 수 있다.
상기 제2전극레이어는 표면이 카본코팅 또는 금속코팅된 섬유재질로 만들어진다. 이렇게 되면 두 전극레이어를 모두 절연와어어로 만드는 것에 비해 제조비용을 낮출 수 있다.
그리고, 상기 제1전극레이어 또는 제2전극레이어 중 적어도 어느 하나의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역이 형성된다. 이처럼 별도의 절연작업을 추가할 필요없이 절연구역을 둠으로써 한 쌍의 전극레이어 사이가 절연될 수 있다.
또한, 상기 제1전극레이어의 양쪽 끝부분 중 적어도 어느 한쪽에는 상기 제1전극레이어의 가장자리를 따라 전도부재가 연결되되, 상기 전도부재는 상기 제1전극레이어를 구성하는 다수의 절연와이어들의 말단을 가로지르는 방향으로 연결되어 상기 다수의 절연와이어들을 통전시킨다. 따라서 다수 가닥의 절연와이어에 일괄적으로 전원을 공급해줄 수 있고, 필터가 고른 성능을 낼 수 있다.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 공기정화용 필터에는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 유전체인 여과레이어를 중심으로 양쪽에 각각 전도성 재질인 한 쌍의 전극레이어가 겹쳐지고, 이들 사이에 전원이 인가되어 전기장이 형성되면 유전분극현상을 통해 여과레이어의 포집 성능이 향상될 수 있다. 이때, 전극레이어는 다수가닥의 절연와이어가 엮여 구성되는데, 절연와이어는 에나멜동선과 같이 이미 절연피복이 완료된 것을 사용할 수 있으므로 필터의 절연성능이 향상될 뿐 아니라, 추가로 절연작업을 할 필요가 없어 필터의 제조가 용이해지는 효과도 있다.
그리고 본 발명에서 전극레이어는 표면이 절연된 절연와이어와 절연체인 지지선이 서로 엮여서 만들어진다. 이에 따라 전극레이어는 일종의 직물재질과 같이 유연할 뿐 아니라, 플랙시블한 얇은 절연와이어들 각각이 이미 절연피복된 상태이므로 구겨지더라도 절연파괴가 발생하지 않는다. 이처럼 절연파괴의 염려가 없으므로 필터의 내구성이 좋아질 뿐 아니라, 필터를 다양한 형상으로 접어서 사용할 수 있어 필터의 설계자유도도 높다.
또한, 본 발명의 전극레이어는 절연와이어와 지지선이 직조(織造)되어 만들어진다. 직물제조장치를 이용하면 절연와이어와 지지선이 직물재질의 전극레이어를 구성하는 위사와 경사가 되도록 만들 수 있고, 따라서 필터의 제조속도가 빠르고 용이해져 생산성이 향상되는 효과도 있다.
특히, 전극레이어를 구성하는 절연와이어의 가닥수를 조절하면 필터가 발생시키는 정전기력이 달라질 수 있어, 필터가 적용되는 장치의 성격과 용도 및 제조단가에 맞도록 쉽게 변형할 수 있고, 호환성이 좋아지는 효과가 있다.
그리고 본 발명에서 한 쌍의 전극레이어 중 적어도 어느 한쪽의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역이 있고, 이 절연구역은 한 쌍의 전극레이어 사이의 절연거리가 된다. 별도의 절연작업을 추가할 필요없이 절연구역을 둠으로써 한 쌍의 전극레이어 사이가 절연되므로, 필터의 절연작업성이 좋아질 뿐 아니라 절연성도 향상되는 효과가 있다.
이처럼 절연성이 좋아지면 전극레이어에 상대적으로 큰 전압을 인가해줄 수 있고, 여과레이어의 여과성능이 좋아져 미세 먼지입자가 지속적으로 필터 내부에 부착되어 쌓이게 되더라도 정전기력의 활성도를 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 동일한 미세 먼지입자 제거효율을 기준으로 기존 필터에 비해 공기저항 특성인 압력 손실을 큰 폭으로 줄일 수 있는 효과도 있다.
또한 본 발명에서 전극레이어는 절연와이어와 지지선이 직조(織造)되어 만들어지므로, 전극면이 만드는 전정기장이 전체적으로 고르게 분포할 수 있다. 따라서 필터의 구역간에 전정기장의 편차가 적고, 필터가 고른 성능을 낼 수 있어 동작신뢰성이 높아지는 효과도 있다.
그리고 본 발명의 전극레이어는 절연와이어와 지지선이 직조(織造)되어 일종의 직물처럼 만들어지므로, 직물의 규칙적인 배열을 통해 전극레이어 전체가 일정한 두께로 절연상태를 유지할 수 있고, 위치에 따른 공기차압이 매우 낮으며, 형태가 잘 유지되어 가공이 용이한 효과도 있다.
또한, 본 발명에서 한 쌍의 전극레이어 중에서 하나는 절연와이어를 직조하여 만들되, 다른 하나는 카본코팅을 통해 만들 수 있다. 이렇게 되면 두 전극레이어를 모두 절연와어어로 만드는 것에 비해 제조비용을 낮출 수 있고, 그럼에도 충분한 정전기력의 활성화가 가능하다.
그리고, 본 발명에서는 한 쌍의 전극레이어 중 적어도 일부에는 전도부재가 연결되는데, 전도부재는 다수의 절연와이어들의 말단을 가로지르는 방향으로 연결되어 이들을 통전시킨다. 따라서 다수 가닥의 절연와이어에 일괄적으로 전원을 공급해줄 수 있고, 필터가 고른 성능을 낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 공기정화용 필터가 원통형으로 만들어진 모습을 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 공기정화용 필터가 판형으로 만들어진 모습을 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 공기정화용 필터의 일실시례를 보인 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 공기정화용 필터의 일실시례를 구성하는 소재들을 분해하여 보인 사시도.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명에 의한 공기정화용 필터의 일실시례를 구성하는 여과레이어가 분극되기 전후의 상태를 보인 개념도.
도 6은 본 발명에 의한 공기정화용 필터의 다른 실시례를 보인 평면도.
도 7은 본 발명에 의한 공기정화용 필터를 구성하는 제1전극레이어의 구성을 확대하여 보인 평면도.
도 8은 본 발명에 의한 공기정화용 필터를 구성하는 제1전극레이어의 다른 실시례를 확대하여 보인 평면도.
도 9는 본 발명에 의한 공기정화용 필터에 전압을 달리 인가하였을 때 얻은 집진효율을 보인 그래프.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 공기정화용 필터(10)에 관한 것으로, 전원을 공급하면 필터의 일부가 정전기유도현상에 의해 분극되어 먼지를 보다 효과적으로 포집할 수 있는 공기정화기용 필터에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 정전기를 이용해서 미세먼지를 모으는데, 전원을 공급하면 정전기력이 유지되면서 충분한 포집성능을 발휘할 수 있다. 이를 위해서 본 발명의 공기정화기용 필터에는 전원을 인가받을 수 있는 전극레이어가 구비된다.
참고로, 본 발명의 공기정화용 필터(10)는 공기청정기를 비롯하여, 에어컨, 환풍기 등 다양한 장치에 사용될 수 있고, 공기청정기의 경우에도 가정용 공기청정기나 자동차용 공기청정기 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 이하에서는 일반적인 가정용 공기청정기에 사용되는 필터를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1을 보면, 원통형 필터(10)가 도시되어 있다. 원통형 필터(10)는 얇은 평판형상의 필터모재를 둥글게 말아서 만들어지는데, 필터가 펼쳐진 상태는 도 2에서 확인할 수 있다. 이와 같이 필터(10)는 얇은 유연한 재질이어서 다양한 형태로 사용할 수 있다.
상기 공기정화용 필터(10)에는 주름형상이 있는데, 이러한 주름형상은 공기정화용 필터(10)의 표면적을 넓혀 먼지 포집효율을 높여주는 역할을 한다. 도 1과 도 2에는 모두 공기정화용 필터(10)에 주름이 있는 형태인데, 이와 다르게 공기정화용 필터(10)는 주름이 없이 만들어질 수도 있다.
도 1과 도 2의 확대도에서 보듯이, 본 실시례의 공기정화용 필터(10)는 3겹으로 만들어진다. 3겹의 모재가 적층되어 하나의 부품처럼 사용되는 것인데, 이들 3겹의 모재는 모두 일종의 직물과 같이 얇은 재질로 만들어져, 3겹인 상태에서도 두께가 얇다. 따라서 유연한 상태이고, 도 1과 도 2처럼 다양한 형태로 변경할 수 있음은 물론이고, 주름형상도 가능하다.
도 3을 보면, 본 발명에 의한 공기정화용 필터(10)가 펼쳐진 상태로 도시되어 있다. 이러한 공기정화용 필터(10)는 도 3과 같이 평면구조의 공기정화용 필터(10)에 주름을 만들고 원통으로 말거나(도 1의 실시례), 일방향으로 길게 연장하여(도 2의 실시례) 사용할 수 있다. 참고로 도 3에는 공기정화용 필터(10)를 구성하는 제2전극레이어(70)의 일부가 접힌 상태로 표현되어 있다.
도 4에서 보듯이, 상기 공기정화용 필터(10)는 3겹으로 구성되는데, 중심에는 미세입자를 포집하여 필터링기능을 수행하는 여과레이어(30)가 있고, 여과레이어(30)의 양쪽으로 한 쌍의 전극레이어가 겹쳐진다. 이렇게 3개의 모재는 겹쳐진 상태에서 본딩되거나 레이저용접 등 다양한 방식으로 결합된 상태를 유지할 수 있다.
상기 여과레이어(30)를 사이에 두고 양쪽에 각각 결합되는 한 쌍의 전극레이어는 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70)로 구성된다. 상기 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70) 중 적어도 어느 한 쪽에는 전원이 인가되고, 반대쪽에는 반대극성이 전원이 인가되거나 접지되어 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70) 사이에 위치한 상기 여과레이어(30)에 전기장을 통해 분극현상을 발생시킬 수 있다. 이를 위해서 도시되지는 않았지만 상기 제1전극레이어(50) 또는 제2전극레이어(70) 중 적어도 어느 한쪽에는 전원부가 연결될 수 있다.
여기서 전원부는 공기정화기에 구비된 것일 수도 있는데, 예를 들어 공기정화용 필터(10)를 공기정화기에 설치하면 제1전극레이어(50) 또는 제2전극레이어(70)가 자연스럽게 전원부에 연결되는 구조를 포함할 수도 있다. 이에 대한 내용은 아래에서 다시 설명하기로 한다.
도 5를 보면 본 발명에 의한 공기정화용 필터(10)에 전원이 인가되기 전(도 5(a))과, 전원이 인가된 후(도 5(b))의 분극상태가 개념도로 표현되어 있다. 이에 보듯이, 공기정화용 필터(10)에 전원이 인가되기 전, 보다 정확하게는 제1전극레이어(50) 또는 제2전극레이어(70)에 전원부가 연결되기 전에는 유전체(dielectric material)인 여과레이어(30)가 분극되지 않은 상태로 유지된다.
하지만, 도 5(b)에서 보듯이 제1전극레이어(50)에 양극(+)이 인가되고, 제2전극레이어(70)에 음극(-)이 인가되면, 여과레이어(30)가 유전 분극(dielectric polarization)된다. 그리고 분극되어 여과레이어(30)에 형성된 전계(electric field)에 의해 먼지입자에 유전분극이 발생하게 된다. 즉, 전기적으로 대전된 먼지입자는 쿨롱 정전기력(Coulombic Force)를 받는 것이다. 따라서 먼지입자와 분극된 여과레이어(30) 간에 인력이 발생하여 먼지입자가 여과레이어(30) 상에 흡착한다. 따라서 여과레이어(30)는 기계적인 방법을 사용하는 필터보다도 모든 입자직경에 대하여 높은 포집 효율을 보인다.
이때 분극의 세기(P)를 보면,
P=ε0(εr-1)E [C/m2]이고,
E=V/d [kV/mm] 이다.
ε0는 진공에서의 유전율이고, εr는 비유전율이며, E는 전계강도를 의미한다. 즉, 전계강도는 여과레이어(30) 사이에 인가된 인가전압(V)에 비례하고 전극간격(d)에 반비례하게 된다.
도 5를 보면, 중심에 위치한 유전체인 여과레이어(30)를 사이에 두고 양쪽의 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70) 사이의 거리가 멀어지면 전계강도가 낮아지지만, 본 발명에서 여과레이어(30)는 매우 얇은 소재로 만들어지므로 전계강도는 인가전압(V)에 큰 영향을 받는다. 인가전압에 따른 결과는 아래에서 다시 살펴보기로 한다.
상기 여과레이어(30)는 유전체 재질의 얇은 평면구조이다. 여과레이어(30)의 소재로는 합성유기고분자, 천연유기고분자 및 무기재료를 포함하여 섬유상 또는 입자상의 유전체를 사용할 수 있다. 여기서 합성유기고분자로는 폴리카보네이트(POLYCARBONATE), 폴리에스테르(POLYESTER), 폴리에틸렌(POLYETHYLENE), 폴리아미드(POLYAMIDE), 폴리프로필렌(POLYPROPYLENE), 폴리스티렌(POLYSTYRENE), 폴리테트라플루오르에틸렌(POLYTETRA FLUOROETHYLENE), 폴리비닐알콜(POLYVINYL ALCOHOL) 및 폴리비닐클로라이드(POLYVINYL CHLORIDE) 등의 예가 있고, 천연유기고분자로는 셀룰로오스(CELLULOSE), 종이(PAPER(DRY)), 코튼(COTTON) 및 실크(SILK) 등이 가능하며, 무기재료로는 글라스(Glass), 실리카(Silica), 카본(Carbon) 및 알루미나(Alumina) 등을 포함하여 사용할 수 있다. 이들은 하나의 예시에 불과하고 다양한 재질의 유전체가 여과레이어(30)로 사용될 수 있다.
상기 여과레이어(30)에 적층되는 제1전극레이어(50)는 상기 여과레이어(30)의 한쪽에 적층되고 전원을 인가받을 수 있는 다수가닥의 절연와이어(51)가 엮여 구성된다. 보다 정확하게는, 상기 제1전극레이어(50)도 여과레이어(30)와 마찬가지로 얇은 평면구조인데, 다수가닥의 절연와이어(51)가 엮여 일종의 직물(texture) 재질과 같게 된다.
여기서 절연와이어(51)는 표면이 피복되어 절연되고, 내부의 심선은 전도성 재질로 구성된 것을 의미하는데, 본 실시례에서는 에나멜동선(enameled wire)으로 구성된다. 에나멜동선은 구리선에 절연성 에나멜을 구워 붙여서 절연피막(絶緣皮膜)을 만들어 절연시킨 전선을 말한다. 상기 절연와이어(51)는 0.05mm 내지 0.2mm의 직경인 것이 바람직한데, 0.05mm 미만인 경우는 저항이 과도하게 커지고, 0.2mm를 초과하면 절연와이어(51)가 굵어져 제1전극레이어(50)의 유연성이 떨어지는 문제가 있기 때문이다.
물론 에나멜동선 이외에 다양한 피막 전선이 절연와이어(51)로 사용될 수도 있다. 이와 같이 본 실시례의 절연와이어(51)는 이미 피복되어 제조된 기성품인 전선을 사용할 수 있다.
상기 제1전극레이어(50)는 (i) 다수가닥의 절연와이어(51)로만 엮여 구성되거나, (ii) 다수가닥의 절연와이어(51)와 지지선(53)이 엮여 구성될 수도 있다. 본 발명에서 엮는다는 것은 다수가닥의 소재(절연와이어(51) 또는 지지선(53))를 여러 가닥으로 줄지어 매거나, 나란히 배치하거나 또는 아래에서 설명될 바와 같이 직조 등의 방식으로 결합하는 것을 의미한다.
상기 지지선(53)은 절연성 재질로 만들어지는데, 절연와이어(51)의 사이사이에 배치되어 제1전극레이어(50)의 형태를 유지해주고, 강도를 보강하는 역할을 한다. 상기 지지선(53)은 절연와이어(51)와 마찬가지로 세장(細長)형 구조인데, 매우 얇기 때문에 절연와이어(51)와 엮여 일종의 직물(texture) 재질과 같이 만들어질 수 있다.
상기 지지선(53)은 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스타이렌(polystyrene, PS) 등과 같은 폴리머계열의 재질로 만들어질 수 있고, 폴리아미드(Polyamide) 재질일 수도 있다. 물론, 지지선(53)은 이외에도 다양한 절연성재질로 만들어질 수 있다.
본 실시례에서 상기 제1전극레이어(50)는 절연와이어(51)와 지지선(53)이 서로 다른 방향으로 연장되도록 엮여 유연성이 있게 만들어지는데, 예를 들어 상기 제1전극레이어(50)는 절연와이어(51)와 지지선(53)이 직조(織造)되어 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1전극레이어(50)는 직물을 만드는 방식으로 제조될 수 있는 것인데, 예를 들어 상기 제1전극레이어(50)는 절연와이어(51)와 지지선(53)이 위사와 경사를 구성하도록 직조되어 만들어지는 것일 수 있다.
도 7을 보면, 제1전극레이어(50)는 절연와이어(51)가 위사가 되고, 지지선(53)이 경사가 되어 서로 직조된 하나의 직물재질과 같이 만들어진 것을 볼 수 있다. 그리고 절연와이어(51)와 지지선(53) 사이에는 빈 공간인 구멍들이 만들어지는데, 도 7은 제1전극레이어(50)를 크게 확대하여 일부를 보인 것이고, 이러한 구멍들이 매우 작아서 실제 육안으로 확인하기 어려울 수 있다.
이처럼 본 발명의 제1전극레이어(50)는 절연와이어(51)와 지지선(53)이 엮이되, 직조방식으로 만들어질 수 있어, 직조장치를 이용하여 빠르게 제조될 수 있을 뿐 아니라, 대면적의 제1전극레이어(50)의 생산도 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1전극레이어(50)에 지지선(53)을 추가할 수도 있지만, 절연와이어(51)만으로 제1전극레이어(50)를 직조할 수도 있다.
제1전극레이어(50)가 절연와이어(51)와 지지선(53)으로 직조되면, 일종의 직물처럼 만들어지므로, 도 7에서 보듯이 직물의 규칙적인 배열을 통해 전극레이어 전체가 일정한 두께로 절연상태를 유지할 수 있다. 또한, 직조방식으로 만들어지므로 제1전극레이어(50)의 위치에 따른 공기차압이 매우 낮으며, 형태가 잘 유지될 수도 있다.
한편, 도 7과 같이 절연와이어(51)와 지지선(53)이 비슷한 비율을 갖는 것이 아니라, 상기 제1전극레이어(50)는 상기 지지선(53)이 위사 및 경사를 구성하고, 절연와이어(51)가 상기 지지선(53)과 함께 위사 또는 경사의 일부만을 구성할 수도 있다. 도 8을 보면, 절연와이어(51)는 일부 위사를 구성하는데 반해, 지지선(53)은 대부분의 위사와 경사를 구성하는 것을 볼 수 있다. 이 경우는 앞서 도 7의 실시례에 비해 전원인가시 발생하는 전계강도는 작겠지만, 상대적으로 제조비용이 감소하고 지지선(53)의 종류에 따라 제1전극레이어(50)의 강도를 증가시킬 수 있다.
도 7와 도 8에는 제1전극레이어(50)의 전체면적이 직조되어 있지만, 이와 달리 제1전극레이어(50)의 일부분만 직조되고, 나머지 부분은 직조되지 않거나 본딩이나 테이핑 등의 방식으로 마무리될 수도 있다.
이렇게 직조된 제1전극레이어(50)는 일종의 직물재질과 같이 유연할 뿐 아니라, 플랙시블한 얇은 절연와이어(51)들 각각이 이미 절연피복된 상태이므로 구겨지더라도 절연파괴가 발생할 염려가 매우 적다. 따라서 제1전극레이어(50)를 포함한 공기정화용 필터(10)를 다양한 형상으로 접어서 사용할 수 있다. 예를 들어 도 1과 도 2에서 보듯이 공기정화용 필터(10)은 주름에 의해 접히는 부분(V)이 생기지만, 여과레이어(30), 제1전극레이어(50) 및 제2전극레이어(70)는 모두 유연한 재질로 만들어지므로 절연파괴의 염려 없이 다양한 형상으로 만들 수 있다.
이때, 상기 제1전극레이어(50)는 직조 이외에 다양한 방식으로 만들어질 수도 있는데, 예를 들어 편직(編織)에 의해 편물로 만들어질 수도 있다. 또한, 상기 제1전극레이어(50)는 사문직(斜紋織), 수자직, 중직(重織), 익직(溺織), 문직(紋織) 등의 다양한 방식의 가공방법을 이용할 수가 있다. 또한, 다수가닥의 절연와이어(51)와 지지선(53)을 서로 나란한 방향으로 연장되도록 섞이고, 양쪽 가장자리 부분이나 네 모서리 부분을 고정하여 평면구조의 제1전극레이어(50)를 만들 수도 있다.
한편, 도 3에서 보듯이, 상기 제1전극레이어(50)에는 전도부재(55)가 연결된다. 상기 전도부재(55)는 외부의 전원을 상기 제1전극레이어(50)에 인가하기 위한 일종의 터미널로 볼 수 있는데, 도 3과 같이 제1전극레이어(50)의 양쪽 끝부분에 각각 연결되거나, 어느 한쪽에만 있을 수도 있다.
상기 전도부재(55)는 얇은 판상의 전도성 재질로 만들어지고, 상기 제1전극레이어(50)의 가장자리를 따라 연결된다. 이에 따라 상기 전도부재(55)는 상기 제1전극레이어(50)를 구성하는 다수의 절연와이어(51)들의 말단을 가로지르는 방향으로 연결되어 상기 다수의 절연와이어(51)들을 통전시킬 수 있다. 따라서, 전원부의 전원이 전도부재(55)에 인가되면, 상기 전도부재(55)는 다수가닥의 절연와이어(51)들에 전원을 동시에 전달해줄 수 있다.
상기 전도부재(55)는 전도성 재질로 만들어지는데, 예를 들어 스테인레스, 알루미늄, 구리 등의 얇은 박판으로 만들어지거나, 전도성 테이프로 구성될 수도 있다. 그리고 상기 전도부재(55)는 절연와이어(51)와 용접 또는 전도성페이스트로 결합될 수 있다. 그리고, 상기 전도부재(55)는 전원부 및 절연와이어(51)와 연결되는 부분을 제외하고 절연될 수도 있다.
상기 전도부재(55)는 상기 제1전극레이어(50) 뿐 아니라, 한 쌍으로 구성되어 제2전극레이어(70)에도 연결될 수 있는데, 이 경우에 한 쌍의 전도부재(55)에는 전원을 공급하기 위한 단자부(미도시)가 서로 반대방향으로 돌출될 수 있다. 예를 들어 제1전극레이어(50)에 전원을 공급하기 위한 단자부의 위치는 상부로 돌출된다면, 제2전극레이어(70)에 반대극성의 전원을 공급하거나 접지를 위한 단자부는 하부로 돌출되는 것이다. 이렇게 되면 두 단자부 사이가 멀어져 절연성이 더욱 좋아질 수 있고, 필터(10)를 공기정화기에 삽입하는 과정에서 자연스러운 연결도 가능해진다. 한편, 도 8과 같이 상기 전도부재(55)가 생략될 수도 있는데, 이 경우에는 제1전극레이어(50)의 끝 부분이 별도의 버스바 등에 직접 연결될 수도 있다.
도 3와 도 4에서 보듯이, 상기 여과레이어(30)의 반대쪽에는 제2전극레이어(70)가 적층되어, 상기 제1전극레이어(50)와 함께 여과레이어(30)에 정전기유도현상을 만들어낼 수 있다. 상기 제2전극레이어(70)는 제1전극레이어(50)와 마찬가지로 직물재질과 같이 유연하고 얇은 재질로 만들어지는데, 전계형성을 위해서 전도성 재질을 포함한다.
상기 제2전극레이어(70)에는 전원부로부터 상기 제1전극레이어(50)와 반대극성이 인가되거나, 또는 제2전극레이어(70)는 전원부와 연결되지 않고 접지될 수도 있다. 예를 들어 상기 제1전극레이어(50)에 양극(+)이 인가되고, 제2전극레이어(70)에는 음극(-)이 인가되거나 접지되는 것이다.
상기 제2전극레이어(70)는 상기 제1전극레이어(50)와 마찬가지로 표면이 절연되고 심선은 전기전도성이 있는 절연와이어(51)와, 절연체인 지지선(53)이 서로 다른 방향으로 엮여 유연성이 있도록 만들어질 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제2전극레이어(70)도 직조방식으로 제조될 수 있는 것이다.
이와 달리, 본 실시례에서 상기 제2전극레이어(70)는 상기 제2전극레이어(70)는 전도성물질이 함유된 섬유재질로 만들어지는데, 예를 들어 상기 제2전극레이어(70)는 표면이 카본코팅된 섬유재질일 수 있다. 도 3과 도 4에서 보듯이, 본 실시례에서 상기 제2전극레이어(70)의 표면에는 카본코팅이 이루어져 제2전극레이어(70)가 전도성이 띄게 된다. 물론, 절연와이어(51)로 구성된 제1전극레이어(50) 만큼의 전도성은 없지만, 제1전극레이어(50)와의 사이에 위치한 여과레이어(30)를 분극시킬 정도의 전도성은 가질 수 있다. 상기 제2전극레이어(70)에는 카본코팅이 아니라 금속코팅이 이루어질 수도 있다. 본 실시례에서 상기 제2전극레이어(70)는 부직포 재질의 모재 표면을 카본코팅하여 만들어진다.
도 6을 보면, 제2전극레이어(70)의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역(73)이 형성된다. 이와 같은 절연구역(73)은 전도성 물질이 없는 구간으로, 예를 들어 제2전극레이어(70)에서 카본코팅이 생략된 부분을 볼 수 있다. 이와 같은 절연구역(73)은 한 쌍의 전극레이어 사이의 절연거리가 된다. 따라서 본 발명은 별도의 절연작업을 추가할 필요없이 절연구역(73)을 둠으로써 한 쌍의 전극레이어 사이를 절연시킬 수 있고, 확실하게 절연할 수 있다.
제1전극레이어(50)를 구성하는 절연와이어(51)의 끝부분은 피복이 없어 노출되기 때문에 제2전극레이어(70)에 닿아 통전될 수 있는데, 통전이 되면 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70) 사이의 절연파괴가 발생하여 더이상 여과레이어(30)를 분극시킬 수 없는 가능성이 있다. 따라서 이와 같은 절연구역(73)을 통해서 이러한 우려를 줄일 수 있다. 상기 절연구역(73)은 제1전극레이어(50)와 이웃한 상기 제2전극레이어(70)의 상부표면과 하부표면에서 가장자리를 따라 각각 연장될 수 있다. 물론, 상기 절연구역(73)은 제1전극레이어(50)에도 함께 만들어지거나, 제1전극레이어(50)에만 있을 수도 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 제1전극레이어(50) 또는 제2전극레이어(70)는 상기 여과레이어(30)를 사이에 두고 서로 길이를 달리하여 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70) 사이에 단차가 만들어질 수도 있다. 이러한 단차는 제1전극레이어(50)와 제2전극레이어(70)의 서로 이웃한 끝 부분을 떨어뜨려 절연성능을 높이는 역할을 한다.
도 9를 보면, 본 발명의 공기정화용 필터(10)에 인가한 인가전압과 집진효율의 관계를 보이고 있다. 도 9에서 보듯이, 공기정화용 필터(10)를 구성하는 제1전극레이어(50)에 1.5kV 이상을 인가하면 100%에 가까운 집진효율을 얻을 수 있는 것을 볼 수 있다. 즉 본 발명에 의하면 비교적 고전압을 인가하여 높은 집진효율을 얻을 수 있다.
이때, 그래프에서 A~C는 제2전극레이어(70)에 코팅된 카본의 함량을 다양하게 가변하면서 시험한 결과인데, 카본의 함량은 A>B>C 순이다. 그래프에서 보듯이, 카본의 함량이 가장 많은 A경우에 인가전압이 2kV 근방에서 가장 먼저 절연파괴가 발생하였고, C의 경우에는 3.5kV까지 인가전압을 주었을 때 절연파괴가 발생하였다. 따라서 본 발명의 필터(10)에는 카본함량과 관계없이 약 1.5kV에서 2kV의 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 공기정화용 필터 30: 여과레이어
50: 제1전극레이어 51: 절연와이어
53: 지지선 55: 전도부재
70: 제2전극레이어 73: 절연구역

Claims (19)

  1. 미세입자를 포집하는 유전체로 구성되는 여과레이어와,
    상기 여과레이어의 한쪽에 적층되고 전원을 인가받을 수 있는 절연와이어를 포함하여 구성되는 제1전극레이어와,
    상기 여과레이어의 반대쪽에 적층되고 전도성 재질을 포함하여 상기 제1전극레이어와 반대극성을 인가받거나 접지되는 제2전극레이어를 포함하고,
    상기 제1전극레이어 또는 상기 제2전극레이어 중 어느 하나의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역이 형성되는 공기정화용 필터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 절연구역은 상기 제1전극레이어 또는 상기 제2전극레이어 중 어느 하나의 상부표면과 하부표면에서 가장자리를 따라 각각 연장되는 공기정화용 필터.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어 또는 제2전극레이어는 상기 여과레이어를 사이에 두고 서로 길이를 달리하여 상기 제1전극레이어와 상기 제2전극레이어의 사이에 단차가 형성되고, 상기 절연구역은 상기 단차에 형성되는 공기정화용 필터.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어는 다수가닥의 절연와이어와 절연체인 지지선이 엮여 구성되는 공기정화용 필터.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어는 표면이 절연되고 심선은 전기전도성이 있는 절연와이어와 절연체인 지지선이 서로 다른 방향으로 연장되도록 엮여 유연성이 있게 만들어지는 공기정화용 필터.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어는 절연와이어와 지지선이 직조(織造)되어 구성되는 공기정화용 필터.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1전극레이어는 절연와이어와 지지선이 위사와 경사를 구성하도록 직조되어 만들어지는 공기정화용 필터.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 제1전극레이어는 상기 지지선이 위사 및 경사를 구성하고, 절연와이어가 상기 지지선과 함께 위사 또는 경사의 일부를 구성하는 공기정화용 필터.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어는 절연와이어와 지지선이 서로 나란한 방향 또는 서로 다른 방향으로 연장되도록 배열되고, 상기 제1전극레이어의 가장자리 부분이 고정되는 공기정화용 필터.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어는 절연와이어와 지지선이 편직에 의해 편물로 만들어지는 공기정화용 필터.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제2전극레이어는 표면이 절연되고 심선은 전기전도성이 있는 절연와이어와, 절연체인 지지선이 서로 다른 방향으로 엮여 유연성이 있도록 만들어지되 상기 제1전극레이어와 반대극성이 연결되거나 접지되는 공기정화용 필터.
  12. 청구항 6에 있어서, 상기 제2전극레이어는 전도성물질이 함유된 섬유재질인 공기정화용 필터.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제2전극레이어는 표면이 카본코팅 또는 금속코팅된 섬유재질인 공기정화용 필터.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어와 제2전극레이어는 상기 여과레이어를 사이에 두고 서로 길이를 달리하여 상기 제1전극레이어 및 상기 제2전극레이어 사이에 단차가 만들어지는 공기정화용 필터.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극레이어의 양쪽 끝부분 중 적어도 어느 한쪽에는 상기 제1전극레이어의 가장자리를 따라 전도부재가 연결되되, 상기 전도부재는 상기 제1전극레이어를 구성하는 다수의 절연와이어들의 말단을 가로지르는 방향으로 연결되어 상기 다수의 절연와이어들을 통전시키는 공기정화용 필터.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 제1전극레이어와 상기 제2전극레이어에는 한 쌍의 전도부재가 각각 연결되되, 한 쌍의 전도부재는 서로 반대쪽 가장자리에 위치하고, 상기 한 쌍의 전도부재에는 전원을 공급하기 위한 단자부가 서로 반대방향으로 돌출되는 공기정화용 필터.
  17. 미세입자를 포집하는 유전체인 여과레이어와,
    상기 여과레이어의 양쪽에 각각 적층되되 적어도 어느 한쪽은 전원을 인가받을 수 있는 절연와이어와 절연체인 지지선을 포함하여 구성되는 한 쌍의 전극레이어와,
    상기 한 쌍의 전극레이어 중 적어도 어느 한쪽에 전원을 공급하여 상기 한 쌍의 전극레이어 사이에 위치한 상기 여과레이어에 전기장을 통해 분극현상을 발생시키는 전원부를 포함하고,
    상기 한 쌍의 전극레이어 중 어느 하나의 가장자리에는 전도성 물질이 생략된 절연구역이 형성되는 공기정화용 필터.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 한 쌍의 전극레이어는 제1전극레이어 및 제2전극레이어로 구성되고, 상기 제1전극레이어는 상기 절연와이어와 상기 지지선이 직조(織造)되어 구성되는 공기정화용 필터.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 절연구역은 상기 제1전극레이어 또는 상기 제2전극레이어 중 어느 하나의 상부표면과 하부표면에서 가장자리를 따라 각각 연장되는 공기정화용 필터.
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