KR20230156721A - 매연, 차량 배기가스 및 공기 중에 고농도 및 초고농도로 존재하는 미세 입자, 초미세 입자 및 나노 입자를 위한 고효율 음이온화 셀 - Google Patents

매연, 차량 배기가스 및 공기 중에 고농도 및 초고농도로 존재하는 미세 입자, 초미세 입자 및 나노 입자를 위한 고효율 음이온화 셀 Download PDF

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Abstract

매연, 차량 배기 가스 또는 실내 환경의 공기에 의해 정의된 공기 흐름에 존재하는 미세 입자, 초미립자 및 나노 입자를 음이온화하기에 적합한 음이온화 셀(1)로서, 상기 공기 흐름은 이러한 입자로부터 정화되기에 적합하며, 상기 셀은 이온화 셀(1)을 통과할 때 그러한 공기 흐름(F)에 포함된 상기 고체 입자(P)에 음전하를 제공하기에 적합하고, 상기 셀은, 세장형이고 바람직하게는 플레이트형이며 서로 마주보는 제1 부분(6) 및 제2 부분(7)을 포함하는 이온화 부분(2)을 정의하는 몸체(5)를 갖고, 상기 제1 부분(6)은 제2 부분(7)과 전위차를 발생시키기 위해 음전압이 공급되고, 상기 제1 및 제2 부분(6, 7)은 공기 흐름(F)을 위한 통로(10)를 정의하고; 상기 제1 부분(6)은, 공기 흐름(F)을 위한 통로(10)로 돌출되고 그러한 공기 흐름에 직교하는 복수의 세장형의 날카로운 몸체(14)를 지지하고, 상기 세장형 날카로운 몸체(14)는 전자 흐름을 생성하고, 전술한 전위차로 인해 제2 부분(7)을 향하고, 공기 흐름에 존재하는 고체 입자(P)를 차단하여 음으로 대전하기에 적합하다. 또한, 본 발명은 이러한 음이온화 셀을 구비한 공기 정화기에 관한 것이다.

Description

매연, 차량 배기가스 및 공기 중에 고농도 및 초고농도로 존재하는 미세 입자, 초미세 입자 및 나노 입자를 위한 고효율 음이온화 셀
본 발명의 목적은 독립 청구항의 전제부에 따른 공기 흐름에 존재하는 초미립자 및 나노 입자를 포함하는 입자의 음이온화 셀을 형성하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 음이온화 셀을 구비한 음이온화 공기 정화기를 형성하는 것이다.
본 발명은, 굴뚝 스택 및 굴뚝의 연기 또는 내연 기관이 장착된 차량의 배기가스에 의해 정의된 공기 흐름에 존재하고 실내 환경의 공기 중에 존재하는 미세 입자, 초미세 입자 및 나노 입자를 위한 고효율 음이온화 셀에 관한 것이다.
공기 정화 시스템은 수십 년 동안 알려져 왔다. 이러한 시스템 중 일부는 공기 중에 존재하는 고체 입자에 양이온을 발생시켜 포집하는 정전기 필터를 사용한다. 이러한 정전기 필터에서는 전자가 제거된 고체 입자를 양이온화하여 이러한 이온화를 얻을 수 있다.
양전하를 띤 입자가 포함된 공기 흐름은, 양전극과 음전극으로 구성된 전기장을 통과하게 된다. 양전극은 양전하를 띤 입자를 밀어내고, 음전극은 양전하를 띤 입자를 끌어당겨 그 위에 침착시킨다.
이러한 유형의 정화기는 크기가 수 미크론 이상인 "거친" 고체 입자를 차단하는 기능을 한다. 그러나 중소형 입자(수 미크론보다 큰 입자)에 대해서는 저감 성능이 허용되지만, 더 작은 입자에 대해서는, 특히 연기나 가스 또는 공기 1리터당 수천, 수억 개 이상의 입자에 도달할 수 있는 100nm 미만의 초미세 입자 및 나노 입자에 대해서는 그 성능이, 미미하지는 않더라도, 매우 제한적이다.
이러한 정전기 필터 시스템은 1980 내지 1990년까지 유용하게 사용되었는데, 당시 공기 중에 존재하는 입자는 무엇보다도 숯과 목재의 연소에서 파생된 입자, 즉 정전기 필터에 의해 효과적으로 포집될 수 있는 크기를 가진 입자였다.
그러나, 지난 수십 년 동안, 대기 중에는, 입자 크기가 수 나노미터에서 약 10마이크론 사이를 포함하는 입자가 점점 더 작아지고 있다. 이러한 입자는 산업 공장과 차량에서 배출되며, 이러한 공장과 차량에서 배출되는 매연이 여과되어 치수가 더 큰 입자를 보유한다는 점을 고려하면 입자 크기가 더 큰 입자를 거의 완전히 대체했다.
그러나, 앞서 언급된 바와 같이, 입자 크기가 각각 50nm 내지 1nm, 100nm 내지 50nm인 초미세먼지(UFP)로 표시되는 소위 나노입자(NP)라고 불리는 매우 미세한 입자 크기의 방출 입자가 있다. 이러한 입자는 휘발성이 매우 강하기 때문에, 생성된 곳에서 멀리 떨어진 곳(최대 수천 킬로미터)까지 바람에 의해 운반되며 지상에 매우 느리게 침전된다.
이러한 입자는 최근 역학 연구에서 밝혀진 바와 같이 흡입할 경우 매우 위험하다(예를 들어, 2002년에 발표된 A. Nemmar 외, "흡입된 입자가 사람의 혈액 순환으로 유입되는 경로", "도시의 초미세먼지", 2014년에 발표된 Prashant Kumar 외; 또는 2010년 8월에 발표된 "샌프란시스코 베이 지역의 초미세먼지 연구" 등 참조).
이 연구에 따르면 UFP 및 NP 유형의 이러한 입자는 많은 질병의 원인이 된다.
특히 이러한 입자는, 일단 흡입되면, 폐막에 의해 유지되지 않고, 폐막을 통과하여 혈액으로 들어가는 것으로 관찰되었다. 따라서, 체세포에 도달할 수 있으며 입자 크기가 작기 때문에, 세포의 RNA에 들어갈 때까지 세포막을 통과할 수 있다.
UFP 및 NP 유형의 이러한 입자를 포집하기 위해, 예를 들어 WO2020/104488 및 US2017/0341087에 설명된 것과 같은 새로운 장치가 개발되었으며, 여기서 공기 중에 존재하는 입자를 음전하로 대전시키기에 적합한 유닛 또는 이온화 부분과, 이러한 이온화 부분을 수집하기 위한 유닛의 결합이 제공된다. 이는 공기 정화기를 정의한다.
따라서, 이러한 공지된 공기 정화기는 이를 통과하는 공기 흐름에 존재하는 입자를 음이온화하는 목적을 갖는 제1 이온화 부분을 포함하고, 예를 들어 실내 환경에 사용되며, 다양한 모양 및 치수를 갖는다. 앞서 언급된 바와 같이, 이러한 정화기는 이온화 부분 및 수집 부분으로 구성된다.
보다 구체적으로, 종래 기술 솔루션에서, 이온화 부분은 팁의 코로나 원리, 즉 적절한 음전압을 받는 팁이 팁 주위에 전자 영역 또는 구름을 생성하기 위해 공간으로 전자를 방출할 수 있는 능력을 이용하여 공기 흐름에 존재하는 고체 입자에 음전하를 전달하기에 적합하다. 이를 위해, 앞서 언급한 종래 기술에는, 공기 흐름에 평행하거나 직교하는 축으로 배열되고 상기 흐름에 잠긴 세장형 이미터 요소(날카로운)를 포함하는 이온화 부품 또는 유닛이 설명되어 있다: 상기 세장형 이미터 요소는 음전압 공급부에 연결되고 ― 자유 단부(팁) 주위에 ― 코로나 방전으로 인해 전자 구름을 생성하여, 이러한 요소에 닿는 공기 흐름, 연기 또는 가스에 의해 정의되는 공기 또는 실내 환경에 존재하는 공기에서 고체 입자를 음으로 대전하는 전자 방출을 수행한다.
이렇게 대전된 입자와 함께 이러한 공기 흐름은 이온화 부분을 따라 수집 장치 또는 공기 정화기의 일부로 이동한다. 이러한 수집 부분은 이전에 공기 정화기의 이온화 부분에 의해 음전하가 전달된 고체 입자를 수집하는 작업을 수행한다. 이를 위해 이러한 수집 부분은 양전하 전계가 생성되는 평행 플레이트를 포함한다. 특히, 수집 부분은 음전하를 띤 고체 입자를 끌어당기는 양전압으로 대전된 수집 플레이트, 및 음전하를 띤 입자를 양의 플레이트 쪽으로 밀어내는 역할을 하는 음전하를 띤 플레이트를 포함한다.
음전하를 띤 플레이트 대신에, 접지에 연결된 플레이트 또는 음전압을 가하지 않고 접지에 연결되지 않은 중성 플레이트를 사용할 수 있다.
양전하를 띠는 수집 플레이트와 음전하를 띠는 수집 플레이트 사이의 전기장 값이 크거나 접지 또는 중성에 연결될수록, 플레이트들 사이의 전기장을 통과하는 이온화된 입자를 포집할 가능성이 커져 공기 정화기의 저감 성능이 높아진다.
그러나, 전술한 선행 기술 문헌에서도 설명된 바와 같이, 상기 날카로운 요소(예컨대 삼각형 모양) 주위에 이러한 전자 구름을 생성할 수 있는 능력은 공기 중에 과도한 오존을 생성하지 않으려는 의도에 의해 제한된다. 따라서, 코로나 방전만을 이용하여 공기 중에 존재하는 UFP 및 NP를 음전하로 대전하는 이러한 선행 기술 솔루션조차도 효과적인 것으로 드러나지 않았다.
최근 몇 년 동안, 내연 기관 차량에 의한 오염으로 인해, 공기 1리터당 입자 밀도가 크게 증가하면서, UFP와 NP의 문제가 점점 더 분명해지고 있다.
예를 들어, 2017년에 로마의 교통 제한 구역에서 공기를 검사했다. 이 검사 결과, 공기 1리터에 PM10 입자 약 20개, PM2.5 입자 176개, PM1 입자 1203개, 58x106 초미세 입자-나노 입자(UFP/NP)가 존재하는 것으로 나타났다. 관찰된 바와 같이, UFP/NP의 수치는 평균 크기의 입자 및 미세 입자의 수치를 크게 초과하여, 측정 대상 지역에 있는 사람들의 건강에 심각한 위험을 초래할 수 있다(위에 명시된 이유로 인해).
수행된 연구와 테스트에 따르면, 대기 중에 존재하는 입자의 밀도는 입자의 크기에 따라 달라지며; 미세 입자(10㎛ 내지 0.3㎛)의 공기 1리터당 밀도는 수만 개에 달할 수 있는 반면, 초미세 입자/나노 입자(UFP/NP)는 공기 1리터당 1억 개가 넘는 매우 높은 밀도에 도달할 수 있으며, 매연과 내연기관 차량의 배기가스에는 훨씬 더 많은 입자가 존재할 수 있다.
실내 환경의 공기 1리터에 존재하는 UFP/NP의 밀도는 훨씬 더 높으며, 실외 환경에서는 이러한 입자 밀도의 3 내지 4배에 달하는 값에 도달할 수도 있다. 이러한 밀도는 산업 플랜트, 소각장, 에너지 생산 공장, 석유 파생물과 같은 배출원의 인근 또는 비-인근, 또는 교통량이 많은 도로의 인근 여부에 따라 장소마다 다르다.
최근 몇 년 동안, 이러한 밀도는 지구상에 존재하는 수십만 개의 방출원이 지속적으로 증가하고 있으며, 빗방울이 형성되거나 눈으로 인해 이미 방출된 입자를 줄이는 능력이 낮고 여러 입자 간의 응집 현상으로 인해 지속적으로 증가하는 것으로 관찰되었다.
공기 중의 고체 입자가 코로나 방전을 통해 이온화될 수 있는 능력은 입자의 밀도가 증가하고 입자의 크기가 감소함에 따라 감소하며; 그 결과, UFP 및 NP가 포집될 가능성이 크게 감소하여, 이온화를 기반으로 작동하는 공기, 연기 또는 배기 가스 정화 시스템의 저감 성능 수준이 감소하는 것이 분명하다. 특히 이러한 이유로 인해, 종래 기술에 따라 제조된 이온화 공기 정화기의 저감 성능은, 큰 입자(0.5-1-2.5-10 ㎛)의 경우, 작은 입자에 비해 훨씬 더 높으며; 이는 또한 입자 크기가 증가함에 따라 이 용량이 증가한다는 점을 고려할 때, 이온화할 수 있는 용량이 더 높다는 사실에 기인한다.
반대로, 크기 또는 입자 크기가 훨씬 작은 고체 입자(UFP 및 NP)의 경우, 선행 기술에 따라 제조된 이온화 공기 정화기는, 이러한 입자의 이온화 능력이 입자 자체의 크기가 더 작고 밀도가 cm3 또는 공기 1 리터당 가장 큰 입자의 밀도보다 천 배 또는 만 배 이상 높다는 사실로 인해 훨씬 낮은 저감 성능을 갖는다.
특히, 현재 공기 정화기에서, 음전압이 공급되고 공기 흐름 방향에 정렬되거나 심지어 그러한 흐름에 직각으로 배열된 팁형 방출 소자는 ― 코로나 방전으로 인해 ― 방출 소자의 팁 주변에 위치한 "제한된" 양의 전자를 방출하며; 이러한 전자는 포집하기에 충분한 방식으로 공기 흐름에 존재하는 미세 입자, 초미세 입자 또는 나노 입자의 제한된 부분만 이온화할 수 있다. 따라서, 입자의 음이온화 능력이 제한되어 있기 때문에, 공기 정화기가 포집할 수 있는 입자의 비율이 제한된다.
본 발명의 목적은 고밀도 및 초고밀도 미세 입자, 초미립자 또는 입자(UFP) 및 나노 입자(NP)를 포함하는 통과하는 공기 흐름과 효과적으로 상호 작용하기에 적합한 음이온화 셀을 제공하는 것이며, 상기 상호 작용은 상기 공기 흐름으로부터의 후속 제거를 위해 상기 입자를 음전하로 대전할 수 있게 한다.
특히, 본 발명의 목적은 굴뚝 스택, 굴뚝 및 내연 기관의 배기가스 등에서 발생하는 매연, 즉 공기 중에 초고밀도(cm3당 최대 수천만 개)로 존재하는 미세, 초미립자 또는 10nm 이하의 입자 및 나노 입자를 포함하는 공기 흐름과의 상호작용에서 높은 효율을 갖는 음이온화 셀을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 실내 환경에 존재하는 공기를 살균하기 위해 실내 환경 및 연기가 배출되는 내연 기관이 장착된 차량의 굴뚝, 굴뚝 스택 또는 배기관의 개구부에서 효과적으로 사용될 수 있는 상술한 유형의 음이온화 셀을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 유형의 음이온화 셀을 구비한 공기 정화기를 제공하는데 있으며, 상기 음이온화 셀은 UFP 및 NP 유형의 입자에 대하여 높은 저감 성능을 갖는다.
또 다른 목적은 미세 입자, 초미세 입자, 나노 입자로부터 공기를 정화하는 데 효과적으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 실내 환경 또는 온도 및 습도의 공기 처리 플랜트에 존재하는 모든 유형 및 크기의 미생물 오염(바이러스, 포자, 박테리아, 곰팡이 및 펑거스)을 획기적으로 줄일 수 있는 공기 정화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조가 간단하고 비용 효율적인 상기 유형의 공기 정화기를 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 당업자에게 보다 명백할 다른 목적은, 첨부된 청구범위에 따라 공기 정화기에 사용되는 음이온화 셀에 의해 달성된다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 이하 도면을 첨부하며, 여기서 도면은 한정되지 않는 예시로서 첨부된다:
도 1은 음이온화 셀이 구비된 공기 정화기의 사시도로서, 본 발명의 보호 범위에 속하지 않는 기본 구성요소를 도시한 것이다;
도 2는 도 1의 2-2 라인에 따른 단면도를 도시한다;
도 3은 도 1의 공기 정화기에 사용되며 본 발명의 보호 범위에 속하지 않는 음이온화 셀의 일 실시예의 정면도를 도시한 것이다;
도 4는 도 3의 음이온화 셀의 변형의 정면도이며, 본 발명의 보호 범위에 속하지 않는 변형을 도시한다;
도 5는 본 발명의 보호 범위에 속하는 음이온화 셀의 추가 변형의 정면도를 도시한다;
도 6 내지 도 8은, 단순화를 위해 일부 부분이 생략된 상태로, 이중 음이온화 셀로도 표시되는 음이온화 셀의 추가 실시예를 도시하며, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 본 발명의 보호 범위에 속하지 않는다;
도 9는 도 8에 표시된 실시예의 분해도 투시도를 도시한다;
도 10은 본 발명에 따른 음이온화 셀의 추가 변형의 투시도를 도시한다; 및
도 11은 도 10의 변형의 전면 투시도로서, 그 부품의 전원 공급 장치를 도시한 것이다.
언급된 도면과 관련하여, 도면에는 이온화 공기 정화기(100) 및 공기 정화 또는 살균을 가능하게 하는 주요 부품이 도시되어 있으며; 이러한 정화기는 음이온화 셀(1) 및 수집 부분(3)을 포함한다.
보다 구체적으로, 이온화 셀(1)은 이온화 셀(1)을 통과하는 공기 흐름에 존재하는 입자(미세 입자, 초미립자 및 나노 입자까지 포함함)를 ― 음전하로 ― 대전하기에 적합한 이온화 부분(2)을 포함하여, 수집 부분(3)이 그러한 입자를 포집하고 이를 보유하여 상기 공기 흐름으로부터 제거할 수 있도록 한다. 이온화 셀의 이러한 부분(2) 및 수집 부분(3)은 서로 가깝게 배치된다.
도 3 내지 도 5를 참조하는 보다 간단한 실시예에서, 도 3 및 도 4의 실시예가 본 발명의 보호 범위에 속하지 않고, 이온화 셀(1)은 선형 구조(예컨대 임의의 단면을 갖는 막대) 또는 서로 평행하게 배열된 평평한 표면(예컨대 플레이트)에 의해 정의될 수 있는 측면 또는 부분(6, 7, 8 및 9)을 갖는 다각형의 몸체(5)를 포함한다. 특히, 이러한 몸체(5)는, 제2 부분(7)과 간격을 두고 배치되고 이들을 연결하는 측면 또는 단부(8 및 9)와 함께, 부유 입자(P)를 운반하는 공기 흐름(F)을 위한 통로(10)를 정의하는 제1 부분(6)을 포함한다. 이 흐름은 일부 도면(예: 도 7 및 도 8)에서 이온화 부분(2)으로 유입되는 단계(FIN) 및 후자로부터 유출되는 단계(FOUT)에 표시되어 있으며, 해당 화살표로 표시되어 있다.
입자 또는 미립자는 미세 또는 초미세일 수 있으며, 10nm보다 작은 미세 나노 입자로 정의될 수 있으며, cm3당 초고밀도로 존재할 수도 있다.
정화기(1)는 실내 환경의 공기를 정화하거나 굴뚝 스택에서 나오는 연기 또는 차량의 배기가스를 정화하는 데 사용될 수 있다.
이온화 셀(1)의 이온화 부분(2)으로 돌아가서, 이는 위에서 언급한 셀(1)의 제1 및 제2 부분(6, 7)에 의해 정의된다. 이러한 이온화 부분(2)은, 몸체(5)의 제1 부분(6)으로부터 돌출되고 제2 부분(7)을 향해 통로(10) 내로 돌출된 복수의 세장형 요소(14)를 구비한다. 이러한 세장형 요소들(14)은 이온화 부분(2)을 통과하는 공기 흐름(F)에 직교하여 배열된다. 도 10에 도시된 이온화 부분(2)의 실시예와 관련하여 도시된 바와 같이, 제1 부분(6)은 배터리(16) 또는 다른 전기 에너지 발생기의 음극에 연결되고(이러한 연결은 단일 선으로 표시됨); 제2 부분(7)은 대신에 상기 배터리(16)의 양극에 연결되거나(이는 이중 라인으로 표시됨), 또는 대안적으로, 접지(어쓰에 연결됨)에 연결된다.
이를 통해 통로(10)에서 몸체(5)의 제1 부분(6)과 제2 부분(7) 사이에 알려진 값의 전위차를 생성할 수 있다. 제1 부분(6)의 음전압에 대한 연결로 인해, 세장형(그리고 날카로운) 요소(14)는 또한 제2 부분(7)과 전위차를 겪게 된다.
본 발명의 실시예를 나타내는 도 5를 참조하면, 세장형 요소들(14)은 각각 여러 개의 팁(또는 "복수의 팁")을 제공하여, 분기된 형태를 취하도록 하고, 팁은 부분(7)을 향해 돌출되고 마주하는 대응하는 와이어형 요소들의 단부들에 존재한다. 이러한 팁(18)은, 각각의 세장형 요소에 대해, 제1 부분(6)에 연결된 단일의 기본 요소(14A)에 연결된다.
각각의 분기된 세장형 요소(14)의 이러한 팁(18)은 기본적으로 그리고 전체적으로 양전하를 띠거나 접지에 연결된 부분(7)을 향해, 공기 흐름(F)에 직교하여 이동하는 높은 전자의 흐름(팁에 의해 방출됨)을 생성하기에 적합한 전극을 정의한다.
각각의 분기된 세장형 요소(14)의 특정 형상은 상기 요소로부터 높은 전자의 흐름을 생성할 수 있게 하며, 이 흐름은 각각의 팁이 돌출된 기본 요소(14A)의 위치와 관련하여 매우 넓은 통로 영역(10)을 차지한다. 사실, 후자는 원뿔형 방식으로 "개방"되어 부분(7)을 향하는 통로(10)에서 상당한 위치의 공간을 차지할 수 있다. 이는 부분(6)에 연결된 단일 기본 요소(14A)로부터 높은 전자의 흐름을 생성할 수 있게 하며, 위에서 설명한 이온화 셀(2)이 제공된 정화기에 의해 UFP 및 NP에 의해 정의된 입자에 대해 거의 100%의 저감 성능을 가질 수 있게 한다. 이러한 성능은, 본 발명에 따른 이온화 셀(2)에서 입자가 ― 코로나 방전으로 인해 ― 세장형 소자(14)의 끝 주위에 생성된 전자 구름을 통과하기 때문에 이온화되지 않지만, 셀(2)의 부분(6)과 부분(7) 사이에서 이동하는 전자 흐름의 영향을 받기 때문에 이온화된다는 점을 감안할 때, 전술한 선행 기술 특허 문헌에서와 같이 선행 기술 솔루션으로 얻을 수 있는 것보다 상당히 높은 성능을 나타낸다. 이러한 세장형 분기형 요소(14)는 동일한 열 또는 바람직하게는 여러 후속 열에 배치될 수 있으며, 심지어 적절하게 엇갈리게 배치되어, 통로(10)에서 초고밀도 음전하의 흐름을 방출하여, 공지된 방식으로 자연적 또는 강제적 관습에 의해 그러한 통로로 다시 유입된 공기가 이동한다: 예를 들어, 주변 공기의 경우, 일반적으로 (다양한 유형 및 크기의) 팬에 의해 정화기를 사용하여 처리하고자 하는 m3/h 유량의 함수로서 이동한다. 공기 흐름(F)에 존재하는 고체 입자(9)에 영향을 미치는 음전하(전자)는 이러한 입자를 음이온화한다.
모든 세장형 분기형 요소(14)가 와이어형 요소 및 그 팁과 함께 원뿔형 방식으로 개방되고, 공기 흐름(F)에 직교하는 배열에 의해 생성되는 음전하의 높은 흐름은 미세 입자, 초미립자 또는 나노 입자에 해당하는 크기를 가진 입자에도 음전하를 부여할 수 있게 한다. 이는 모든 유형의 입자에 대해 분명히 발생하며, 이 표현은 (재 또는 차량 배기가스와 같은) 불활성 또는 바이러스, 박테리아 또는 미생물과 같은 모든 유형 또는 크기의 유기물 등인지 여부에 무관하게, 공기에 의해 운반되는 모든 고체 물질을 나타내는 데 사용된다.
부분(6 및 7)은 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 막대와 같은 실질적으로 선형적인 몸체 또는 바람직하게는 플레이트형 요소에 의해 정의될 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 5의 용액의 변형을 보여주는데, 이온화 부분(2)은 세장형 분기형 요소(14)로 제공되거나 또는 각각 단부 팁(18)이 제공된 복수의 와이어형 요소가 제공된다. 이러한 세장형 요소들은 플레이트형 요소로 만들어진(그리고 플레이트형 방식으로 형성된 제2 부분(7) 사이에 삽입된) 제1 부분(6)의 병치된 면(6A, 6B)으로부터 직교하여, 유입 공기 흐름(FIN)이 상술한 바와 같이 음전하를 띤 고체 입자를 운반하는 출구(FOUT)로 이동하는 통로(10)로 돌출되어 있다.
분명하게는, 각각의 제1 부분(6)은 음전하를 띠고(즉, 음전압으로 유지됨), 제2 부분은 양전압으로 유지되거나 또는 접지(어쓰)에 연결된다.
본 발명의 또 다른 변형이 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 여기서, 앞에서 설명한 부분에 대응하는 부분이 동일한 참조 숫자를 사용하여 표시되는 경우, 이온화 부분(2)이 도 5 및 도 8과 같이 세장형 분기된 요소(14)가 제공되고 대응하는 제2 부분(7)을 마주보는 복수의 제1 부분(6)을 포함하는 해결책이 도시되어 있다. 그러나, 이 경우, 제2 부분(7)은 두 개의 제1 부분(6)과, 병치된 측면(7A, 7B)과 인터페이스된다. 이는 이온화 셀(1)의 몸체(5)의 제2 단부 부분의 경우가 아니라면, 분명히 그렇다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 부분(6)은 음의 전압을 갖는 반면, 제2 부분은 접지(또는 어쓰)에 연결되고 전원 공급 장치의 양극에 연결된다.
측면 또는 단부 부분(8 및 9)을 통해 얻은 마주 보는 부분(6 및 7) 사이에 적절한 단열재가 분명히 존재한다.
모든 실시예에서, 각각의 제1 부분(6)과 각각의 제2 부분(7) 사이의 거리도 관련된 전압과 관련하여 정의된다.
순전히 비제한적인 예로서, 제1 부분(6)은 6 KV를 가질 수 있고, 거리는 20 mm 내지 30 mm를 포함할 수 있다. 제1 부분(6)의 전압(음) 및 부분(6)과 부분(7) 사이의 거리 및 부분(6, 7)의 표면 연장부를 변경하면 입자 UFP 및 NP에 대한 이온화 효과를 증가시킬 수 있다; 또한, 이러한 전압, 거리 및 표면 연장부는 시간당 수 입방미터(예: 10 m3/h) 내지 시간당 수만 입방미터(예: 10-50x103 m3/h)까지 처리될 공기량의 함수로서 조정될 수 있다.
부분들(6 및 7) 및 세장형 요소들(14)의 재료는 그 자체로 공지된 도체 재료(예를 들어, 구리)로부터 선택되며, 이는 그 자체로 공지된 유형인 부분들(8 및 9)의 절연 재료에 적용되는 것과 동일한 경우이다.
이온화 셀(1)과 함께 ― 공기 정화기(100)를 형성하는 수집 부분(3)와 관련하여(도 1, 도 2 및 도 11 참조), 이는 이온화 부분(2)에서 흘러나오는 공기 흐름(OUT)을 수용하고(부분(3)은 공기 흐름 방향에서 이온화 셀(1)의 부분(2)의 하류에 위치함) 그러한 흐름에 존재하는 음전하 입자를 보유하는 모양 및 크기를 갖는 플레이트(또는 파이프)의 조립체로 이루어져 있다.
플레이트의 경우, 수집 부분(3)의 플레이트 조립체는 2개 이상의 플레이트 쌍(30, 31)을 포함하며, 제1 플레이트(30)는 양의 전압 값을 가지며, 제2 플레이트(31)는 음의 전압 값을 가지거나 또는 접지(어쓰)에 연결되거나 또는 음이 아니며 접지(또는 어쓰)에 연결되지 않은 서스펜드된다(또는 중성임). 따라서, 각각의 쌍의 플레이트(30, 31)는 이온화 부분으로부터 흘러나오는 공기 흐름(FOUT)을 위한 통로(33)를 한정하고, 음전하를 띤 고체 입자는 제1 플레이트(양)에 의해 끌어당겨지고, 제2 음의 플레이트(31)에 의해 반발되거나, 또는 이들은 서스펜드(또는 중성) 플레이트의 경우 영향을 받지 않는다. 따라서, 전술한 입자는 제1 플레이트(30)에 의해 수집되고, 그 후 (필요한 경우 및 필요할 때) 그 자체로 공지된 방식으로 제거된다.
도 11은 수집 부분(3)을 전원 공급 장치(35)에 연결하여 제1 플레이트(30) 및 제2 플레이트(32)에 적절하고 원하는 전압으로 전원을 공급하는 예를 도시한다.
또한, 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 수집 부분(3)은 유기 오염 물질(즉, 바이러스, 박테리아, 포자, 곰팡이, 진균 등에 의해 정의되는 고체 입자)이 침착되는 플레이트(30)의 표면을 비추어 이들을 비-활성화하도록 적절하게 배치되는 적절한 자외선 램프를 구비할 수 있다. 이러한 솔루션은 정화된 공기 흐름에서 UFP 및 NP 유형의 입자를 제거할 뿐만 아니라 ― 이로부터 ― 비활성화된 (즉, 더 이상 스스로 감염 및 복제할 수 없는) 바이러스, 박테리아, 포자, 곰팡이 및 진균도 제거할 수 있다.
따라서, 장치(100)는 불활성 또는 생물학적 활성 입자로 정의되는 고체 입자, 심지어 초미세 크기 또는 실내 환경에서 cm당 수만 단위까지 존재하는 나노 입자 또는 굴뚝 스택 매연 및 내연 기관 차량의 배기 가스에서 cm당 수십만 단위까지 존재하는 나노 입자에서 여과된 공기를 정화하는 것이 가능하다.
이는 본 발명에 따른 이온화 셀에 의해 얻어지는데, 이는 이전에 정화기에서 사용되었던 방법과는 다른 방식으로, 강렬한 전자 흐름을 통과하면, 미세 및 초미립자 및 매연 및 배기 가스에 고밀도로 존재하는 나노 입자의 훨씬 더 효과적인 이온화를 허용하며, 이와 관련하여 그 깊이 및 입자가 통과해야하는 시간을 결정하여, 음전하를 증가시키는 것도 가능하다. 이로 인해, 이러한 입자가 수집 부분(3)의 양 극성을 가진 플레이트 (또는 파이프)에 의해 생성된 전기장을 통과할 때 후속 캡처가 더 쉬워진다.
미세 입자 및 초미립자 및 나노 입자의 밀도가 높은 높은 유속의 매연 및 배기 가스의 경우, 실제로 적절한 음전압이 인가된 이온화 셀에 존재하는 단부 팁(18)으로부터, 적절한 양극 전압이 인가된 부분(7)으로 이동하거나 또는 어쓰에 연결되는 강렬한 전자 흐름만을 사용하는 매우 효율적인 이온화 시스템을 가질 필요성이 발생한다; 그 경로, 즉 미세 입자 및 초미립자 및 나노 입자가 이 강렬한 전자 흐름 내부에서 이동하는 공간은, 이온화 셀의 깊이, 즉 제1 및 제2 부분(6 및 7)의 깊이를 단순히 연장함으로써 연장될 수 있다.
본 발명에 따른 이온화 셀에서, 음의 전압으로 전원이 공급되고 제2 부분(7)의 양의 전기장에 의해 끌어당겨지는 여러 개의 연속적인 열에 있는 다수의 팁(18)에 의해 방출되는 전자의 수는 훨씬 더 강렬하다. 마지막으로, 전자 흐름이 매연, 배기가스 또는 실내 환경 공기의 공기 흐름에 대해 직교로 이동한다는 사실로 인해, 그 안에 존재하는 입자는 상당한 음전하를 획득하는 점점 더 많은 전자 흐름을 통과하도록 강요되어, 포획을 용이하게 하여, 공기 정화기 전체가 종래 기술의 솔루션을 사용하여 얻을 수 있는 것과 비교하여 훨씬 더 높은 저감률을 얻을 수 있게 한다. 특히, 앞서 언급된 바와 같이, 일반적으로 매연, 배기가스 및 실내 환경의 공기 중에도 매우 높은 밀도로 존재하는 초미세 입자 및 나노 입자(1nm 내지 100nm 측정)와 관련하여 이러한 현상이 발생한다.
본 발명의 다양한 실시예가 설명되었다. 그러나, 앞의 설명에 비추어 다른 많은 변형이 제공될 수 있으며, 이는 다음의 청구범위에 정의된 본 발명의 보호 범위 내에 포함될 수 있다.

Claims (13)

  1. 연기, 차량 배기 가스 또는 실내 환경의 공기에 의해 정의되는 공기 흐름에 존재하는 미세 고체 입자, 초미세 고체 입자 및 나노 입자를 음이온화하기에 적합한 음이온화 셀(1)로서,
    상기 공기 흐름은 이러한 입자로부터 정화되기에 적합하고, 상기 음이온화 셀(1)은, 상기 공기 흐름(F)에 포함된 고체 입자(P)가 이온화 셀(1)을 통과할 때 음전하를 제공하기에 적합하고, 상기 이온화 셀은, 세장형이고 서로에 대해 마주보는 제1 부분(6) 및 제2 부분(7)을 포함하는 이온화 부분(2)을 정의하는 몸체(5)를 갖고, 상기 제1 부분(6)은 제2 부분(7)과 전위차를 발생시키기 위해 음전압이 공급되고, 상기 제1 및 제2 부분(6, 7)은 공기 흐름(F)을 위한 통로(10)를 정의하고, 상기 제1 부분(6)은, 공기 흐름(F)에 직교하여 상기 통로(10)로 돌출되고 제2 부분(7)으로 향하는 전자 흐름을 생성하고 공기 흐름에 존재하는 고체 입자(P)를 차단하여 음으로 대전시키기에 적합한 복수의 세장형의 날카로운 몸체(14)를 지지하고,
    상기 공기 흐름(F)이 이동하는 통로(10)로 돌출되는 상기 복수의 세장형의 날카로운 몸체(14)의 각각의 세장형의 날카로운 몸체는 분기된 구성을 가지며, 대응하는 전자 흐름이 생성되는 단부 팁(18)을 갖는 복수의 와이어형 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    세장형의 날카로운 분기된 몸체(14)는 동일한 행에 교대로 배열되거나, 또는 상기 제1 부분 (6)에서 상이한 행들에 배열되는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 세장형의 날카로운 분기된 몸체는, 팁(18)이 제공된 와이어형 요소가 돌출되는 상기 제1 부분(6)에 연결된 기본 요소(14A)를 포함하고, 상기 요소는 상기 기본 요소로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와이어형 요소는 상기 기본 요소(14A)에 원뿔형 방식으로 개방된 팁(18)을 제공하는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분(6, 7)는 선형 몸체의 구성을 가지며, 상기 제2 부분은 양의 전압을 갖거나 또는 접지에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분(6, 7)는 평평한 또는 곡선형의 플레이트형 형태를 가지며, 상기 제2 부분은 양전압을 갖거나 또는 접지에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 부분(6)이 제2 부분(7)과 평행한 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이온화 부분(2)의 몸체(5)의 상기 제1 부분(6)은 상응하는 복수의 세장형의 날카로운 분기된 몸체(14)를 지지하는 2개의 병치된 면(6A, 6B)을 포함하며, 각각의 면(6A, 6B)은 이온화 부분(2)의 몸체(5)의 대응하는 제2 부분에 대해 정면으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이온화 부분(2)은 제2 부분들(7) 사이에 삽입된 복수의 제1 부분들(6)을 포함하고, 공기 흐름을 위한 대응하는 통로(10)가 이들 사이에 제공되고, 상기 이온화 부분(2)은 상기 이온화 부분(2)의 공기 흐름을 위한 복수의 통로(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분 및 제2 부분(6, 7)은 적어도 부분적으로 전기 절연 재료로 이루어진 단부(8, 9)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고체 입자는 재와 같은 불활성 재료 또는 바이러스, 박테리아, 포자, 곰팡이, 균류 등과 같은 생물학적 활성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 셀.
  12. 공기 정화기(100)를 통과하는 초미립 고체 입자(P) 및 나노 입자를 포함하는 공기 흐름(F)을 정화하는 데 적합한 이온화 공기 정화기로서,
    상기 공기 정화기(100)는 이온화 부분(2) 및 수집 부분(3)을 포함하고, 상기 이온화 부분(2)은, 상기 공기 정화기(100)의 상기 이온화 부분(2)을 통과할 때 상기 공기 흐름(F)에 포함된 고체 입자(P)에 음전하를 제공하기에 적합하고, 상기 수집 부분(3)은, 상기 공기 흐름(F)으로부터 제거하기 위해 상기 이온화 부분(2)의 출구에서 음전하를 갖는 고체 입자(P)를 수집하기에 적합하고,
    상기 수집 부분(3)은 공기 흐름(F)의 방향으로 이온화 셀(1)의 이온화 부분(2)의 하류에 배치되고, 상기 수집 부분(3)은 적어도 2개의 플레이트(30, 31)를 포함하는 구성을 갖고, 제1 플레이트(30)는 양의 전압 값을 가지며, 제2 플레이트(31)는 음의 전압 값을 갖거나 또는 접지 또는 중립에 연결되며, 상기 플레이트(30, 31)는 이온화 부분(2)으로부터 흘러나오는 공기 흐름(FOUT)을 위한 통로를 한정하고, 상기 제1 플레이트(30)는 상기 공기 흐름(F)에 존재하는 음전하를 갖는 고체 입자를 끌어당겨 공기 흐름에서 입자들을 제거하며,
    상기 이온화 부분(2)은 제1항에 따른 이온화 셀(1)에 속하는 것을 특징으로 하는 이온화 공기 정화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 플레이트(30)는 적어도 하나의 자외선 램프와 협력하여, 상기 제1 플레이트(30)를 향해 끌어당겨진 생물학적 활성 입자를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 이온화 공기 정화기.
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