KR20220085202A - 미세먼지 집진용 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치 - Google Patents

미세먼지 집진용 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 미세먼지 필터는 공기가 유입되도록 개구부를 갖는 케이스 및 하우징 내에 안착되고 서로 일정간격 이격되어 대면하는 복수의 필터들을 포함한다. 필터부는 케이스 내에 안착되고 복수의 제1 홀들이 형성된 제1 필터, 및 제1 필터와 이격되어 대면하도록 배치되며 복수의 제2 홀들이 형성된 제2 필터를 포함한다.

Description

미세먼지 집진용 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치{Fine Dust Filter and Fine Dust Collecting Apparatus}
본 발명은 미세먼지 집진용 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치에 관한 것으로, 직접 대전 방식을 이용하는 미세먼지 집진용 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치에 관한 것이다.
미세 먼지나 스모그와 같이 대기 오염이 심해짐에 따라 미세먼지를 제거할 수 있는 미세먼지 집진장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 미세먼지 집진장치는 공간에 있는 먼지나 오염 물질을 제거하기 위한 공기 청정기 또는 차량용 필터링 장치에 이용된다.
일반적인 집진장치의 미세먼지 필터는 섬유에 정전기를 가하는 정전기 방식이 이용된다. 정전기 방식의 미세먼지 필터는 시간이 지나면서 전하량이 감소되어 필터의 기능이 약화된다.
또한, 기존의 미세먼지 필터는 필터 구조로 인한 집진 능력의 한계를 갖고 있다.
또한, 기존의 전기 방식의 집진장치는 고전압을 사용하여 소비전력이 높고, 코로나 방전으로 인해 오존이 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 미세먼지 집진 능력을 높일 수 있는 미세먼지 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 소비전력을 줄일 수 있는 미세먼지 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 오존 발생이 방지할 수 있는 미세먼지 필터 및 이를 포함하는 미세먼지 집진장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 미세먼지 필터는 공기가 유입되도록 개구부를 갖는 케이스 및 하우징 내에 안착되고 서로 일정간격 이격되어 대면하는 복수의 필터들을 포함한다. 필터부는 케이스 내에 안착되고 복수의 제1 홀들이 형성된 제1 필터, 및 제1 필터와 이격되어 대면하도록 배치되며 복수의 제2 홀들이 형성된 제2 필터를 포함한다.
상기 제1 필터와 상기 제2 필터는 상기 제1 홀과 상기 제2 홀이 상기 개구부의 수직 절단면과 평행한 평면상에서 서로 중첩되지 않도록 정렬될 수 있다.
상기 필터부는 상기 제2 필터와 인접하되 상기 제2 필터를 중심으로 상기 제1 필터와 반대측에 배치되며, 제3 홀이 형성된 제3 필터를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제3 홀은 하나의 직선 상에 배치되지 않도록 정렬될 수 있다.
상기 필터들은 전하를 인가받아서, (+) 전압 또는 (-) 전압으로 대전될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 미세먼지 포집장치는 공기가 유입되도록 개구부를 갖는 하우징, 하우징 내에 안착되고 서로 일정간격 이격되어 대면하며 제1 극성의 전압이 인가되는 복수의 필터들을 포함하는 대전부, 및 하우징 내에서 대전부와 이격되어 배치되고 제2 극성의 전압이 인가되는 포집부를 구비한다. 대전부는 복수의 제1 홀들이 형성된 제1 필터, 및 제1 필터와 이격되어 대면하도록 배치되며 복수의 제2 홀들이 형성된 제2 필터를 포함한다.
상기 제1 필터와 상기 제2 필터는 상기 제1 홀과 상기 제2 홀이 상기 개구부의 수직 절단면과 평행한 평면상에서 서로 중첩되지 않도록 정렬될 수 있다.
상기 대전부는 상기 제2 필터와 인접하되 상기 제2 필터를 중심으로 상기 제1 필터와 반대측에 배치되며 제3 홀이 형성된 제3 필터를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제3 홀은 하나의 직선 상에 배치되지 않도록 정렬될 수 있다.
상기 포집부는 그라운드 전압을 갖는 제1 집진 플레이트, 및 상기 제1 집진부와 대면하고 상기 제2 극성의 전압이 인가되는 제2 집진 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명은 공기 중의 미세먼지들이 필터에 직접 접촉할 가능성이 높도록 구현된 필터 구조에 의해서, 미세먼지를 대전시키고 포집할 가능성을 높일 수 있다.
본 발명은 대전부와 접촉된 미세먼지를 직접 대전시키기 때문에, 방전 방식에서와 같이 높은 전압을 이용할 필요가 없어서 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 코로나 방전을 이용하지 않기 때문에 오존 발생을 우려할 필요가 없다.
도 1은 본 발명에 의한 미세먼지 집진장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 미세먼지 집진장치의 절단면을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 필터부의 분해 사시도이다.
도 4는 유입구 방향에서 바라 본 필터부의 평면도이다.
도 5는 도 4의 수직 측면에서 바라본 필터부의 측면도이다.
도 6은 비교 예에 의한 필터부의 측면도이다.
도 7은 필터의 형태에 따른 포집 효율을 실험한 결과를 나타내는 도면이다.
본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 미세먼지 집진장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 미세먼지 집진장치의 일 방향에서 바라본 절단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 미세먼지 집진장치(100)는 하우징(10), 전원공급부(150), 대전부(110) 및 포집부(120)를 포함한다.
하우징(10)은 직사각형 기둥 형태로 이루어지고, 대전부(110) 및 포집부(120)를 둘러싸도록 형성된다. 하우징(10)은 서로 대면하는 양면이 개구부를 갖도록 형성되며, 양측면의 개구부를 관통하여 공기가 흐르는 구조를 갖는다. 본 명세서에서, 공기가 유입되는 개구부를 유입구(11)로 지칭하고, 미세먼지가 정화된 공기가 배출되는 개구부를 배출구(12)로 지칭하기로 한다.
전원공급부(150)는 (+)극성 및 (-)극성의 전하를 생성하고, 생성된 전하들을 대전부(110) 및 포집부(120)로 인가한다. 예를 들어, 전원공급부(150)는 (-)극성의 전하를 대전부(110)에 인가하고, (+)극성의 전하를 포집부(120)에 인가할 수 있다.
전원공급부(150)와 대전부(110)는 전극(미도시) 또는 도전물질(미도시)로 연결되고, 전원공급부(150)와 포집부(120) 또한 전극(미도시) 또는 도전물질(미도시)로 연결될 수 있다. 도면의 간소화를 위해서 전원공급부(150)와 대전부(110) 및 포집부(120) 간의 구체적인 도전물질의 구성은 생략하였지만, 전원공급부(150)가 대전부(110) 및 포집부(120)에 전하를 인가하는 구성은 공지된 전도체 어떠한 것을 이용하여도 무방하다.
대전부(110)는 하우징(10)내에서 유입구(11) 주위에 배치되고, 포집부(120)는 대전부(110)와 배출구(12) 사이에 배치될 수 있다.
대전부(110)는 제1 케이스(101) 및 필터부(111,112,113)를 포함하고, 필터부(111,112,113)는 하우징(10) 내부로 유입되는 외부 공기에서 미세먼지를 대전시킨다.
제1 케이스(101)는 필터부(111,112,113)를 감싸는 프레임 형태로 구현될 수 있다.
필터부(111,112,113)를 구성하는 각각의 필터들은 전원공급부(150)로부터 제공받은 (-)극성의 전하에 (-) 전압으로 대전된다.
포집부(120)는 제2 케이스(10) 및 집진 플레이트들(121,122)을 포함한다.
제2 케이스(125)는 포집부(120)를 감싸는 프레임 형태로 구현될 수 있다.
집진 플레이트들(121,122)은 서로 대면하는 제1 집진 플레이트(121)들 및 제2 집진 플레이트(122)들을 포함한다. 제1 집진 플레이트(121)는 그라운드 전압을 유지하고, 제2 집진 플레이트(122)는 (+) 극성을 유지할 수 있다. 이를 위해서 제1 집진 플레이트(121)는 금속 플레이트로 구현될 수 있고, 제2 집진 플레이트(122)는 제1 집진 플레이트(121)를 둘러싸는 폴리머로 구현할 수 있다. 제2 집진 플레이트(122)는 보다 높은 전압을 장시간 유지하기 위해서 폴리머의 절연강도가 높은 것을 사용하는 것이 유리하다. 폴리머는 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF) 및 구리 칼슘 티타네이트　(Calcium copper titanate; CCTO)를 합성한 것을 이용할 수 있다.
서로 대면하는 제1 집진 플레이트(121) 및 제2 집진 플레이트(122)는 전계를 형성하고, 이에 따라 (-) 극성으로 대전된 미세먼지는 제1 집진 플레이트(121) 및 제2 집진 플레이트(122)를 경유하는 과정에서 제2 집진 플레이트(122)에서 포집된다.
도 3은 대전부의 분해 사시도이다. 도 4는 유입구 방향에서 바라본 필터부의 평면도이고, 도 5는 도 4의 수직 측면에서 바라본 필터부의 측면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 필터부(111,112,113)는 다수의 필터들(111,112,113)로 구성되고, 제1 케이스(101) 내에 안착된다. 본 명세서는 제1 내지 제3 필터들(111,112,113)로 구성되는 필터부(111,112,113)를 개시하고 있다.
제1 내지 제3 필터들(111,112,113) 각각은 다수의 홀을 포함하고, 홀은 미세먼지를 포함하는 공기의 흐름을 유도한다. 본 명세서에서, 제1 필터(111)에 형성된 다수의 홀들 각각을 제1 홀(115)로 지칭하고, 제2 필터(112)에 형성된 다수의 홀들 각각을 제2 홀(116)로 지칭하며, 제3 필터(113)에 형성된 다수의 홀들 각각을 제3 홀(117)로 지칭하기로 한다.
도 4에서와 같이, 필터부(111,112,113)에서 인접하는 필터들의 홀은 유입구(11)에서 바라본 평면도 상에서 서로 중첩되지 않도록 정렬된다. 즉, 제1 필터(111) 및 제2 필터(112)는 제1 홀(115)과 제2 홀(116)이 서로 중첩되지 않도록 정렬된다. 마찬가지로, 제2 필터(112) 및 제3 필터(113)는 제2 홀(116)과 제3 홀이 서로 중첩되지 않도록 정렬된다. 이에 따라, 유입구(11)로부터 배출구(12)를 경유하는 공기의 흐름은 직선 형태가 아니라 곡선의 형태가 된다. 공기의 흐름이 곡선의 형태이기 때문에, 공기 속에 포함된 미세먼지(du)는 제1 필터(111) 내지 제3 필터(113) 중에서 어느 하나 이상의 필터와 접촉할 확률이 도 6에 도시된 경우 보다 높게 된다.
도 6에 도시된 비교 예는 제1 내지 제3 필터(113)들의 홀이 중첩되는 실시 예를 도시하고 있다. 도 6에서와 같이, 제1 내지 제3 필터(113)들이 중첩되면 하우징 내부를 경유하는 공기의 흐름이 보다 직선적으로 형성되고, 이에 따라 공기 내부의 미세먼지(du)들이 필터들(111,112,113)과 접촉하지 않을 가능성이 높아진다.
이에 반해서, 도 5에서와 같은 구조의 필터부(111,112,113)는 곡선 형태의 공기 흐름으로 인해서, 미세먼지(du)가 필터들에 직접 접촉할 가능성이 매우 높다. 미세먼지(du)가 필터부(111,112,113)에 접촉할 가능성이 높기 때문에, 미세먼지(du)가 대전될 가능성이 높고, 결과적으로 미세먼지(du)가 포집부(120)에서 포집될 가능성이 높아진다.
도 7은 필터의 형태에 따른 포집 효율을 실험한 결과를 나타내는 도면이다. 즉, 도 7은 포집부에서 미세먼지의 대전율을 실험한 결과를 나타낸다. 도 7 은 유입구(11) 부분의 유속을 2m/s 로 설정하였고, 유입구의 유량과 배출구(12)의 유량이 동일한 것을 가정으로 실험한 결과를 나태내고 있다.
도 7에서 제1 그래프(g1)는 도 3 내지 도 5에서 설명된 실시 예에 의한 필터부를 이용한 포집 결과를 나타내는 도면이다. 제2 및 제3 그래프들(g2,g3)은 기존의 필터부를 이용한 포집 결과를 나타내는 그래프이다. 제2 그래프(g2)는 유입구의 측면에서 바라본 형태가 "V"자 형태로 이루어진 필터부를 이용한 포집 결과를 나타내는 도면이고, 제3 그래프(g3)는 기둥 형태의 필터부를 이용한 포집 결과를 나타내는 도면이다.
도 7에서와 같이, 기존의 필터부를 이용하였을 때, 포집 효율은 파티클의 크기에 따라 큰 편차를 나타낸다. 즉, 기존의 필터들은 파티클의 사이즈가 10㎛ 이상일 경우 포집 효율이 비교적 높지만, 파티클의 사이즈가 9㎛ 미만일 경우 포집효율이 대폭 줄어드는 경향을 갖는다. 특히, 기존의 필터들은 파티클의 사이즈가 5㎛ 미만인 경우 포집 효율이 50%이하로 매우 낮게 나타나고, 결국 미세먼지의 경우 포집 효율을 신뢰할 수 없는 것을 알 수 있다.
이에 반해서 본 발명에 의한 대전부(110)를 이용한 경우 파티클 사이즈에 상관없이 포집율이 95% 이상이 되는 것을 알 수 있고, 미세먼지가 효율적으로 포집되는 것을 알 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시 예에 의하면, 대전부(110)는 전원공급부(150)로부터 도전물질에 의해서 직접 전하를 인가받고, 미세먼지 또한 대전부(110)에 직접 접촉하여 대전된다. 이와 같이, 본 명세서에 의한 실시 예는 대전부(110)에 전하를 인가하는 방식을 통해서 대전부(110)와 접촉된 미세먼지를 직접 대전시키기 때문에, 방전 방식에서와 같이 높은 전압을 이용할 필요가 없어서 소비전력을 감소시킬 수 있다. 또한, 코로나 방전을 이용하지 않기 때문에 오존 발생을 우려할 필요가 없다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 명세서의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10: 하우징 110: 대전부
111~123: 필터부 120: 포집부
121, 122: 집진 플레이트

Claims (8)

  1. 공기가 유입되도록 개구부를 갖는 케이스; 및
    상기 하우징 내에 안착되고, 서로 일정간격 이격되어 대면하는 복수의 필터들을 포함하는 필터부;를 구비하고,
    상기 필터부는
    상기 케이스 내에 안착되고, 복수의 제1 홀들이 형성된 제1 필터; 및
    상기 제1 필터와 이격되어 대면하도록 배치되며 복수의 제2 홀들이 형성된 제2 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 필터와 상기 제2 필터는,
    상기 제1 홀과 상기 제2 홀이 상기 개구부의 수직 절단면과 평행한 평면상에서 서로 중첩되지 않도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는
    상기 제2 필터와 인접하되 상기 제2 필터를 중심으로 상기 제1 필터와 반대측에 배치되며, 제3 홀이 형성된 제3 필터를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 홀은 하나의 직선 상에 배치되지 않도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터들은 전하를 인가받아서, (+) 전압 또는 (-) 전압으로 대전되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 필터.
  5. 공기가 유입되도록 개구부를 갖는 하우징;
    상기 하우징 내에 안착되고, 서로 일정간격 이격되어 대면하며 제1 극성의 전압이 인가되는 복수의 필터들을 포함하는 대전부; 및
    상기 하우징 내에서 상기 대전부와 이격되어 배치되고, 제2 극성의 전압이 인가되는 포집부;를 구비하고,
    상기 대전부는
    복수의 제1 홀들이 형성된 제1 필터; 및
    상기 제1 필터와 이격되어 대면하도록 배치되며 복수의 제2 홀들이 형성된 제2 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 포집장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 필터와 상기 제2 필터는
    상기 제1 홀과 상기 제2 홀이 상기 개구부의 수직 절단면과 평행한 평면상에서 서로 중첩되지 않도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 포집장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 대전부는
    상기 제2 필터와 인접하되 상기 제2 필터를 중심으로 상기 제1 필터와 반대측에 배치되며, 제3 홀이 형성된 제3 필터를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 홀은 하나의 직선 상에 배치되지 않도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 포집장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 포집부는
    그라운드 전압을 갖는 제1 집진 플레이트; 및
    상기 제1 집진부와 대면하고, 상기 제2 극성의 전압이 인가되는 제2 집진 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 포집장치.
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