KR20220153778A - 미세먼지 저감 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 서로 반대 극성으로 대전되는 전극면에서 플라즈마 방전을 일으켜 미세먼지를 대전시키는 복수의 플라즈마 이온 방전부; 및 상기 복수의 플라즈마 이온 방전부의 적어도 일부에 배치되며, 미세먼지를 흡착시키기 위한 탄산이온을 분사하는 탄산이온 미스트 분사부를 포함하는, 미세먼지 저감 장치가 제공된다.

Description

미세먼지 저감 장치{MICRODUST REDUCTION APPARATUS}
본 발명은 미세먼지 저감 장치에 관한 것으로, 플라즈마 이온과 탄산 이온이 미세먼지를 흡착시키도록 함으로써 효율적으로 미세먼지를 저감시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
미세먼지는 일반적으로 대기오염물질이 공기 중에서 반응하여 형성된 덩어리(황산염, 질산염 등)와 석탄·석유 등 화석연료를 태우는 과정에서 발생하는 탄소류, 검댕 및 지표면 흙먼지 등에서 생기는 광물 등으로 구성된다.
세계보건기구(WHO)는 미세먼지(PM10, PM2.5)에 대하여 대기질 가이드라인을 1987년부터 제시해 왔고, 2013년에는 세계보건기구 산하의 국제암연구소(IARC)에서 미세먼지를 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질로 지정하였고, 한국 환경부에서는 이러한 정도의 미세먼지가 2015년부터 2018년 사이 년 평균 2개월 가량 미세먼지 나쁨일수(35기준)가 발생되고 있다고 발표하였다.
사정이 이러하므로 미세먼지가 일정수치 이상 발생될 때 자동차 운행제한 및 배출시설 가동률을 조정하는 등의 대응조치를 포함한 미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법(미세먼지법)을 제정하고 2019년 9월 27일부터 시행하고 있다.
그러나 위 법률은 단지 국내의 다양하고 광범위한 지역에 대한 미세먼지 발생원을 제한하는 것으로, 중국 등 인접국의 미세먼지 발생원에 대해서는 적용되지 않기 때문에 법률 시행에도 불구하고 여전히 타국으로부터 유입되는 미세먼지를 저감시키지 못하는 문제가 있고, 또한 이미 발생된 미세먼지를 저감시키는 것이 아니어서 발생된 미세먼지를 저감시키는 방안 마련이 시급한 실정이다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 종래기술로서 한국 공개실용신안공보 제20-2018-2377호가 공지되어 있는데, 이는 미세먼지 감지센서를 설치하고 미세먼지 감지센서로부터 감지된 미세먼지 농도가 설정치 이상인 경우 저장된 우수를 분무하여 미세먼지 농도를 완화시킬 수 있도록 한 기술이다.
상기 종래기술은 분무수단을 필수로 하며, 물을 안개처럼 뿜어내어 미세먼지 농도를 완화시키는 기술로서, 분무되는 물 미립자에 부착된 미세먼지가 물 미립자와 함께 사람의 호흡기를 통해 인체 내부로 침투할 가능성을 배제할 수 없는 문제가 있다. 즉, 근본적인 미세먼지 농도 완화의 효과를 달성할 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 미세먼지를 효율적으로 흡착시키고, 쾌적한 환경을 제공할 수 있도록 하는 기술이 필요하다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은, 플라즈마 이온과 탄산이온을 이용하여 미세먼지 농도를 효율적으로 감소시키도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 별도의 동력이 없더라도 미세먼지 흡착을 위한 플라즈마 이온과 탄산이온을 효율적으로 확산시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 반대 극성으로 대전되는 전극면에서 플라즈마 방전을 일으켜 미세먼지를 대전시키는 복수의 플라즈마 이온 방전부; 및 상기 복수의 플라즈마 이온 방전부의 적어도 일부에 배치되며, 미세먼지를 흡착시키기 위한 탄산이온을 분사하는 탄산이온 미스트 분사부를 포함하는, 미세먼지 저감 장치가 제공된다.
상기 탄산이온 미스트 분사부는, 탄산수가 유입되도록 형성되는 탄산수 유입로; 고압 기체가 유입되도록 형성되는 압축공기 유입로; 상기 고압 기체에 의해 상기 탄산수가 고압으로 출사되도록 형성되며, 말단이 상호 마주보도록 배치되어 고압으로 출사되는 탄산수가 충돌 효과를 일으키도록 형성되는 복수의 탄산수 출사로; 및 탄산수의 충돌 효과로 인해 발생하는 탄산 이온을 외부로 분사하는 탄산이온 분사 수단을 포함할 수 있다.
상기 미세먼지 저감 장치는, 상기 탄산수 유입로에 탄산수를 공급하기 위한 탄산수 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 탄산수 생성부는, 상수도 공급부 또는 물탱크로부터 공급되는 물을 정화 및 필터링하여 순수한 물을 획득하는 순수 제조부; 탄산 탱크로부터 공급되는 탄산 기체와 상기 순수 제조부에 의해 획득된 순수한 물을 이용하여 탄산수를 제조하는 탄산수 제조부; 및 상기 탄산수 제조부에 의해 제조된 탄산수를 상기 탄산수 유입로에 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 이온 방전부는, 다수의 구멍이 형성되어 있으며, 상기 플라즈마 이온 방전부의 외벽으로 기능하는 타공판; 및 상기 타공판과 일정 거리 이격된 상태로 상기 플라즈마 이온 방전부의 내부에 배치되는 복수의 돌침부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 이온과 탄산이온을 이용하여 미세먼지 농도를 효율적으로 감소시킬 수 있게 된다.
일 실시예에 따르면, 별도의 동력이 없더라도 미세먼지 흡착을 위한 플라즈마 이온과 탄산이온을 효율적으로 확산시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 방전부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산이온 미스트 분사부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산이온 생성 수단에 탄산수와 압축공기를 제공하는 탄산수 생성부와 압축공기 제공부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 미세먼지 제거 효과를 확인하기 위한 실제 실험 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 설치예를 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치는, 플라즈마 이온 방전부(110), 탄산이온 미스트 분사부(120), 전력 변환 및 공급부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
플라즈마 이온 방전부(110)는 속이 빈 원기둥의 형태로 형성되며, 서로 반대 극성으로 대전되는 전극면에서 플라즈마 방전을 일으켜, 다수의 전자, 활성종, 활성질소종 등을 발생시킨다. 공기 중 수증기와 탄산 미스트 중의 물분자가 플라즈마 이온 방전부(110)의 내부 공간에 유입되고, 유입된 물분자로부터는 플라즈마 방전에 의하여 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)이 생성된다. 생성된 수소 이온과 수산화 이온은, 외부로 확산하여 미세먼지를 대전시킨다. 이때, 별도의 동력 없이 이온풍에 의한 플라즈마 이온의 자가 확산이 이루어질 수 있다. 이온풍의 속도는 1~2m/s 일 수 있다. 대전된 미세먼지는 대전되지 않은 중성 먼지 입자와 전기적으로 상호 당겨지게 되고, 이러한 과정을 통해 먼지의 크기가 커져 통상의 먼지가 되거나, 중력에 의해 자유낙하 하게 된다.
일 실시예에 따른 플라즈마 이온 방전부(110)는 복수개로 구비될 수 있다. 각 플라즈마 이온 방전부(110)의 양단은 개방된 형태일 수 있는데, 일단 또는 타단에 다른 플라즈마 이온 방전부(110)의 개방된 일단이 이어서 배치될 수 있다. 환언하면, 플라즈마 이온 방전부(110)는 속이 빈 원기둥이 상하 관계로 적층되는 형태로 배치된다. 복수개의 플라즈마 이온 방전부(110)가 구비됨에 따라 플라즈마 이온 발생량이 증가할 수 있게 된다. 도 1에는 4개의 플라즈마 이온 방전부(110)가 구비되는 것으로 예시하였으나, 플라즈마 이온 방전부(110)의 개수는 이와 달라질 수 있다.
일 실시예에 따른 탄산이온 미스트 분사부(120)는 탄산수를 고압으로 충돌시킴으로써 획득되는 탄산이온을 공기 중으로 분사시키는 기능을 수행한다. 탄산이온은 공기 중에 존재하는 미세먼지를 흡착시키고 큰 먼지로 성장시킨다. 성장된 먼지는 자유낙하를 통해 지면으로 떨어지게 된다.
탄산이온 미스트 분사부(120)는 복수개의 플라즈마 이온 방전부(110)의 사이에 배치될 수도 있으며, 플라즈마 이온 방전부(110)와 전력 변환 및 공급부(130) 사이에 배치될 수도 있다. 즉, 탄산이온 미스트 분사부(120)는 복수의 플라즈마 이온 방전부(110)의 적어도 일부에 배치되면 족하다.
전력 변환 및 공급부(130)는 220V의 교류 전력을 6.5~8.5kV의 직류 전력으로 변환하는 인쇄회로기판을 포함하고, 플라즈마 이온 방전부(110)로 해당 전력을 공급하는 기능을 수행한다. 전력 변환 및 공급부(130)는 미세먼지 저감 장치의 일단에 배치되면 족하다.
도 2는 일 실시예에 따른 플라즈마 이온 방전부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 이온 방전부(110)는 제1 전극으로 기능하는 타공판(111), 제2 전극으로 기능하는 복수의 돌침부(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
타공판(111)은 플라즈마 이온 방전부(110)의 전체적인 형태인, 속이 빈 원기둥의 일부분을 형성한다. 예를 들면, 단면이 반원 형태인 2개의 타공판(111)이 상호 결합됨으로써, 속이 빈 원기둥 형태가 형성될 수 있다. 타공판(111)은 플라즈마 이온 방전부(110)의 외벽으로서 기능한다.
타공판(111)에는 다수의 구멍(hole)이 형성되어 있으며, 이러한 구멍을 통해 물분자의 유입 또는 플라즈마 이온의 배출이 이루어질 수도 있다. 타공판(111) 양면 중 플라즈마 이온 방전부(110)의 내벽으로서 기능하는 일면으로부터는 일정 거리를 두고 복수의 돌침부(112)가 형성된다.
타공판(111)의 양단, 구체적으로는, 플라즈마 이온 방전부(110)의 양단에는 지지부(113)가 형성되는데, 상기 복수의 돌침부(112) 각각은, 상기 타공판(111)의 양단에 각각 형성된 지지부(113)를 상호 연결하도록 형성된다. 한편, 복수의 돌침부(112)들은 상호 일정 거리 이격되어 형성된다.
돌침부(112)에는 일정 간격을 두고 복수의 돌출부가 형성된다. 돌출부는 돌침부(112)의 본체로부터 멀어질수록 그 단면이 좁아지는 형태로서, 말단부는 뾰족한 형태를 띤다. 이러한 복수의 돌출부는 타공판(111)을 향하도록 형성된다.
타공판(111)과 돌침부(112)는 전력 변환 및 공급부(130)로부터 전력을 공급받아 각각 양(+)극 및 음(-)극으로 대전된다. 전술한 바와 같이, 양극과 음극 사이에서 플라즈마 방전이 이루어지게 되며, 플라즈마 이온에 의해 대전된 미세먼지는 대전되지 않은 중성 먼지 입자와 전기적으로 당겨지게 된다. 이러한 과정을 통해 먼지의 크기가 커져 통상의 먼지가 되거나, 중력에 의해 자유낙하 하게 된다.
타공판(111)은 알루미늄 또는 티타늄 합금 재질로 형성될 수 있으며, 돌침부(120)는 구리 재질로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산이온 미스트 분사부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 탄산이온 미스트 분사부(120)는 탄산이온 생성 수단(121) 및 탄산이온 분사 수단(122)으로 구성될 수 있다.
탄산이온 생성 수단(121)은 탄산수 유입로(121a), 압축공기 유입로(121b), 기수혼합부(121c), 탄산수 출사로(121d)를 포함한다.
탄산수 유입로(121a)를 통해 유입된 탄산수는 기수혼합부(121c)에 존재하게 되는데, 압축공기 유입로(121b)를 통해 기수혼합부(121c)에 고압 기체가 공급되게 되면, 탄산수는 복수개의 탄산수 출사로(121d)를 통해 고압으로 출사되게 된다. 복수개의 탄산수 출사로(121d)의 말단이 상호 마주보도록 형성되게 되면, 고압으로 출사되는 탄산수에 충돌효과가 발생하게 된다. 고압으로 탄산수가 충돌하는 경우, 액체가 다른 물체 또는 액체와 충돌할 때, 분해되면서 주위에 있는 공기층에 음이온을 발생시키는 레너드 효과(Lenard effect)에 의해 탄산이온이 생성되게 되는데, 생성된 탄산이온은 탄산이온 분사 수단(122)을 통해 외부로 분사된다.
이렇게 분사되는 탄산이온은 공기 중의 미세먼지를 흡착한다. 흡착된 미세먼지는 상호 결합하여 성장함으로써 중력에 의해 자유낙하 하게 되며, 이에 따라, 미세먼지 농도가 감소할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산이온 생성 수단에 탄산수와 압축공기를 제공하는 탄산수 생성부와 압축공기 제공부를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 탄산이온 생성 수단(121)의 탄산수 유입로(121a)에는 탄산수 생성부(140)가 연결되고, 탄산이온 생성 수단(121)의 압축공기 유입로(121b)에는 압축공기 제공부(150)가 연결되어 있을 수 있다.
탄산수 생성부(140)와 압축공기 제공부(150)는 탄산이온 미스트 분사부(120) 내에 함께 포함되어 있을 수도 있으나, 그 중 적어도 일부가 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 외부에 배치되어 있을 수도 있다.
일 실시예에 따른 탄산수 생성부(140)는 상수도 공급부 또는 물탱크(141), 탄산 탱크(142), 순수(純水) 제조부(143), 탄산수 제조부(144), 펌프(145)를 포함할 수 있다.
순수 제조부(143)는 상수도 공급부 또는 물탱크(141)로부터 공급되며, 불순물이 혼합된 물을 정화 및 필터링하여 순수한 물을 얻는 기능을 수행한다. 순수한 물을 얻는 방식으로서는 공지의 방식을 사용할 수 있다.
탄산수 제조부(144)는 탄산 탱크(142)로부터 제공되는 탄산 기체와, 순수 제조부(143)에서 제공되는 순수한 물을 토대로 탄산수를 제조한다. 물과 탄산 기체를 토대로 탄산수를 제조하는 기술은 공지의 방식을 사용할 수 있다.
펌프(145)는 탄산수 제조부(144)에 의해 제조된 탄산수를 탄산이온 생성 수단(121)으로 공급한다. 구체적으로, 상기 탄산수는 탄산이온 생성 수단(121)의 탄산수 유입로(121a)로 공급된다.
한편, 압축공기 제공부(150)는 탄산이온 생성 수단(121)의 압축공기 유입로(121b)로 고압 기체를 공급한다.
상기 설명한 바와 같은 미세먼지 저감 장치는 예를 들면 버스 승강장에 설치될 수 있으며, 이 경우 주변 10m 이내의 미세먼저 농도를 저감시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 미세먼지 제거 효과를 확인하기 위한 실제 실험 결과를 나타낸다.
600×600×600mm의 상자에 미세먼지를 투입하고, 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치를 함께 투입하면, 안정화된 후, 입자 크기가 2.5μm 이하인 미세먼지의 농도(PM2.5)는 120.9㎍/㎥ 이었다. 미세먼지 저감 장치의 가동이 시작되고 1분 경과 후에는, PM2.5가 203.3㎍/㎥ 이었으며, 가동 시작 후 3분 경과 후에는, PM2.5가 82.6㎍/㎥ 이었다. 또한, 가동 시작 후 5분 경과 후에는 56.0㎍/㎥ 이었다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감 장치의 설치예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 미세먼지 저감 장치는 버스 정류장, 가로등 또는 전신주에 설치될 수 있다.
이러한 장소에 설치됨으로써, 개방형 공간에 주변 대비 미세먼지 농도가 저감된 환경을 조성할 수 있으며, 미세먼지 경보 시 대피할 수 있는 피난처를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기와 같이, 미세먼지의 농도를 효율적으로 저감시킬 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 플라즈마 이온 방전부
111: 타공판
112: 돌침부
113: 지지부
120: 탄산이온 미스트 분사부
121: 탄산이온 생성 수단
121a: 탄산수 유입로
121b: 압축공기 유입로
121c: 기수혼합부
121d: 탄산수 출사로
122: 탄산이온 분사 수단
130: 전력 변환 및 공급부
140: 탄산수 생성부
141: 상수도 공급부 또는 물탱크
142: 탄산 탱크
143: 순수 제조부
144: 탄산수 제조부
145: 펌프
150: 압축공기 제공부

Claims (5)

  1. 서로 반대 극성으로 대전되는 전극면에서 플라즈마 방전을 일으켜 미세먼지를 대전시키는 복수의 플라즈마 이온 방전부; 및
    상기 복수의 플라즈마 이온 방전부의 적어도 일부에 배치되며, 미세먼지를 흡착시키기 위한 탄산이온을 분사하는 탄산이온 미스트 분사부를 포함하는, 미세먼지 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄산이온 미스트 분사부는,
    탄산수가 유입되도록 형성되는 탄산수 유입로;
    고압 기체가 유입되도록 형성되는 압축공기 유입로;
    상기 고압 기체에 의해 상기 탄산수가 고압으로 출사되도록 형성되며, 말단이 상호 마주보도록 배치되어 고압으로 출사되는 탄산수가 충돌 효과를 일으키도록 형성되는 복수의 탄산수 출사로; 및
    탄산수의 충돌 효과로 인해 발생하는 탄산 이온을 외부로 분사하는 탄산이온 분사 수단을 포함하는, 미세먼지 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄산수 유입로에 탄산수를 공급하기 위한 탄산수 생성부를 더 포함하는, 미세먼지 저감 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄산수 생성부는,
    상수도 공급부 또는 물탱크로부터 공급되는 물을 정화 및 필터링하여 순수한 물을 획득하는 순수 제조부;
    탄산 탱크로부터 공급되는 탄산 기체와 상기 순수 제조부에 의해 획득된 순수한 물을 이용하여 탄산수를 제조하는 탄산수 제조부; 및
    상기 탄산수 제조부에 의해 제조된 탄산수를 상기 탄산수 유입로에 공급하는 펌프를 포함하는, 미세먼지 저감 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 이온 방전부는,
    다수의 구멍이 형성되어 있으며, 상기 플라즈마 이온 방전부의 외벽으로 기능하는 타공판; 및
    상기 타공판과 일정 거리 이격된 상태로 상기 플라즈마 이온 방전부의 내부에 배치되는 복수의 돌침부를 포함하는, 미세먼지 저감 장치.
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