WO2019124623A1 - 탄소계 코팅층을 갖는 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기 - Google Patents

탄소계 코팅층을 갖는 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기 Download PDF

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WO2019124623A1
WO2019124623A1 PCT/KR2018/000527 KR2018000527W WO2019124623A1 WO 2019124623 A1 WO2019124623 A1 WO 2019124623A1 KR 2018000527 W KR2018000527 W KR 2018000527W WO 2019124623 A1 WO2019124623 A1 WO 2019124623A1
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WO
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plasma
carbon
dust
wire
dust collector
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PCT/KR2018/000527
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English (en)
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Inventor
김덕재
심연근
Original Assignee
(주)지니아텍
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions

Definitions

  • the present invention relates to a plasma wire having a carbon-based coating layer and a dust collector using the same. More specifically, a conductive wire having a carbon-based coating layer formed on a surface thereof is applied to a dust collector, And the like are made to have a polarity by the plasma discharge so as to adhere to the dust collecting plate to improve the dust collecting efficiency and to significantly reduce the amount of ozone generated in the process of applying voltage to the wire, To a plasma wire and a dust collector.
  • an air conditioner such as an air conditioner is provided with an air purifier for purifying bad air in a room.
  • the air purifier uses two types of filter and electrostatic dust collection.
  • the filter method is a method in which harmful gas, dust, smoke, and odor contained in the air are directly filtered while passing through the membrane.
  • the electrostatic dust collecting method removes harmful gases, dust, smoke, and odors using high voltage discharge and electrostatic phenomenon Method.
  • a general dust collecting unit is composed of two parts, that is, a charging unit 10 and a dust collecting unit 20 .
  • the charging unit 10 includes a wire 12, a ground electrode 14, a metal plate 16, and the like, and particles such as noxious gas, dust, smoke, and odor contained in the air flowing from the outside are polarized .
  • the dust collecting unit 20 includes a plurality of dust collecting plates 22 and is located behind the charging unit 10 and collects particles of noxious gas, dust, smoke, and odor having polarity through the charging unit 10 , And the purified air is discharged to the outside.
  • a wire having a ceramic coating layer formed on the surface of a dielectric film by using barium titanate (BaTiO 3 ) or the like is oxidized to a low temperature on the surface of the wire and a charging portion and a dust collecting portion Discloses a dust collector that integrates the structure of an existing electrostatic precipitator divided into a single unit.
  • barium titanate BaTiO 3
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 10-1557124 (Apr. 24, 2015)
  • the present invention provides a plasma wire in which a carbon-based coating layer made of a carbon-based material is formed on a surface thereof, thereby remarkably improving the ion release effect and significantly reducing the amount of ozone released.
  • the present invention also applies the plasma wire to a dust collector, so that most of the dust, smoke, etc. passing through the plasma wire are polarized by the plasma discharge to stick to the dust collecting plate, thereby improving the dust collecting efficiency, Which is capable of remarkably reducing the amount of ozone generated in the dust collector.
  • the present invention also provides a dust collector configured to perform a photocatalytic reaction using plasma light generated in a plasma discharge process.
  • a plasma wire according to an embodiment of the present invention includes a body having conductivity; And a carbon-based coating layer formed by coating a surface of the body with a carbon-based material.
  • the body may be formed of any one of nickel-containing metal series including copper, nickel or KOVAR.
  • the carbon-based material may be any one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube (CNT), fullerene, graphite, and carbon black, or a combination thereof Lt; / RTI >
  • the carbon-based coating layer may be formed to a thickness of 1 nm to 50 ⁇ , preferably 1 nm to 10 ⁇ .
  • a dust collector using a plasma wire includes a case; A power supply for supplying power; And a carbon-based coating layer formed by coating a carbon-based material on the surface of the body, wherein the plasma discharge is generated by a potential difference between a metal plate disposed at a left or right side of the power supply, Causing the plasma wire; A metal plate having a plurality of spaced apart spaces in the case and having particles polarized by plasma discharge generated by a potential difference between the particles including dust and smoke contained in air flowing from the outside, And dust particles and smoke particles contained in the air introduced from the outside and having a polarity due to a plasma discharge generated between the plasma wire and the metal plate are collected on a power source supplied from the power source unit, A dust collecting plate for collecting dust.
  • an inlet port for introducing air into the inside of the case is provided on the front surface, and a discharge port for discharging the purified air to the outside may be provided on the rear surface .
  • a photocatalyst layer may be further formed on the surface of the metal plate so that the photocatalytic reaction may be caused by the plasma light generated by the plasma discharge.
  • the present invention applies a conductive wire having a carbon-based coating layer made of a carbon-based material on a surface thereof to a dust collector to increase the ion release effect so that most dust and smoke passing through the plasma wire are polarized by a plasma discharge, So that the dust collecting efficiency can be enhanced.
  • the present invention improves the ion release effect and achieves a good dust collection efficiency even at a relatively low voltage, so that the amount of harmful ozone generated in the human body can be remarkably reduced.
  • the photocatalyst layer is formed on the surface of the metal plate so that the photocatalytic reaction can be performed using the plasma light generated through the plasma wire, there is no need to provide a separate photocatalyst unit in order to utilize the photocatalytic effect, And the function of cleaning harmful gas by photocatalyst is promoted.
  • FIG. 1 and 2 are schematic views of a dust collector structure of an electric dust collection system used in a general air purification apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating a structure of a plasma wire according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a photocatalyst layer formed on a surface of a metal plate used in a dust collector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating an internal structure of a dust collector using a plasma wire according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a dust collecting process using a plasma wire according to the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in ozone concentration with time in a dust collector using samples C to F.
  • FIG. 8 is a graph showing changes in the dust collection rate (%) with time in the dust collector using the samples C to F.
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating a structure of a plasma wire according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma wire 130 according to the present invention includes a body 132 and a carbon-based coating layer 134.
  • the plasma wire of the present invention is formed by forming a carbon-based coating layer 134 on the surface of the body 132, and the carbon-based coating layer 134 may be formed through a plastic coating process.
  • the main body 132 is formed of any one of copper, nickel, and nickel-containing metal including KOVAR when a power source supplied from the outside flows through the main body 132 and is used for a dust collector or the like. .
  • KOVAR is an iron, nickel, and cobalt alloy used in a sealing portion between metal and glass or ceramics. It is a product name of Westinghouse Company and widely used in electron tubes and semiconductor devices.
  • the carbon-based coating layer 134 may be formed using various carbon-based materials, for example, graphene, graphene oxide, carbon nanotubes (CNT), fullerene, graphite, and carbon black , Or a combination thereof.
  • carbon-based materials for example, graphene, graphene oxide, carbon nanotubes (CNT), fullerene, graphite, and carbon black , Or a combination thereof.
  • the carbon-based coating layer 134 can be formed to a thickness of 1 nm to 50 ⁇ , preferably 1 nm to 10 ⁇ .
  • the thickness of the carbon-based coating layer 134 may be varied depending on the use environment.
  • FIG 4 is a view illustrating a photocatalyst layer 141 formed on a surface of a metal plate 140 used in a dust collector according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating a structure of a dust collector using a plasma wire according to an embodiment of the present invention.
  • the dust collector 100 includes a case 110, a power source 120, a plasma wire 130, a metal plate 140, a dust collecting plate 150, and the like. Unlike the structure of the electrostatic precipitator of FIG. 1, the charging part and the dust collecting part are implemented as a single structure rather than a separate structure.
  • the dust collector 100 according to the present invention is applied to the metal plate 140 shown in FIG. 4 so that plasma light generated by applying a voltage to the plasma wire 130 reaches the photocatalyst layer 141 formed on the metal plate 140 So that the catalytic activity of the photocatalyst can be exerted.
  • the photocatalyst layer 141 may be formed using various materials, for example, titanium dioxide (TiO 2 ) may be used to form the photocatalyst layer.
  • TiO 2 titanium dioxide
  • the photocatalyst layer 141 may be formed using ZnO, ZrO 2 , WO 3 , perovskite-type composite metal oxide, or the like.
  • a plasma discharge occurs due to a potential difference between the plasma wire 130 and the metal plate 134, and a large number of ions are formed.
  • the plasma discharge generates plasma light, and the generated plasma light reaches the photocatalyst layer 141 formed on the surface of the metal plate 140, thereby exhibiting the photocatalytic activity of the photocatalyst material contained in the photocatalyst layer.
  • the photocatalyst layer 141 is formed using titanium dioxide (TiO 2 )
  • plasma light is absorbed into titanium dioxide, and electrons (e) and holes are generated on the surface of the photocatalyst layer, Reacts with oxygen (O 2 ) on the surface of the photocatalyst layer to form a superoxide anion (O 2 - ).
  • the hole reacts with the water present in the air to generate a hydroxyl radical (hydroxyl radical, neutral OH) do.
  • the resulting hydroxyl radicals are capable of oxidizing and decomposing potent organic materials and decompose bacteria, such as odorous substances, viruses, and bacteria, present in contaminated air and convert them into water and carbon dioxide.
  • the photocatalyst layer 141 is formed on the surface of the metal plate 140 used in the dust collector of the present invention, it is not necessary to provide a separate photocatalyst unit in the dust collector, which is very efficient in installation cost and space.
  • the case 110 includes respective parts constituting the dust collector, an inlet 112 for introducing air into the inside of the front part, and an outlet 114 for discharging the purified air to the outside do.
  • the power supply unit 120 supplies power from the outside to the plasma wire 130 and the dust collecting plate 150.
  • the plasma wire 130 is formed on the surface of the conductive wire body made of any one of the nickel-containing metal series including copper, nickel or KOVAR as described with reference to FIG. 3 as a graphene ) Is formed by plastic coating the carbon-based coating layer 134 using any one selected from the group consisting of graphene oxide, carbon nanotube (CNT), fullerene, graphite, and carbon black, or a combination thereof It is possible.
  • the carbon-based coating layer 134 any one selected from the group consisting of graphene oxide, carbon nanotube (CNT), fullerene, graphite, and carbon black, or a combination thereof It is possible.
  • the plasma wire 130 When the plasma wire 130 receives a voltage from the power supply unit 120, a potential difference is formed between the plasma wire 130 and the metal plate 140 disposed at a predetermined interval on the left or right side, and plasma discharge is caused by the potential difference thus formed.
  • the plasma discharge forms a large amount of ions, and dust, which is various pollutants passing through the space where the plasma discharge occurs, is charged.
  • the plasma wires 130 disposed between the metal plate 140 and the dust collecting plate 150 are preferably disposed in a central space between the metal plates 140 and the dust collecting plates 150 in order to increase the efficiency of the plasma discharge.
  • a plurality of metal plates 140 are disposed inside the case 110 with a predetermined gap therebetween. Particles including dust and smoke contained in the air introduced from the outside are discharged from the plasma discharge 130 generated by a potential difference with the plasma wire 130 So as to have a polarity.
  • the metal plate 140 is most preferably formed of aluminum, and any conductive material may be used.
  • the dust collecting plate 150 is disposed between the metal plates 140.
  • the dust collecting plate 150 includes dust and smoke contained in the air flowing from the outside having a polarity by the plasma discharge generated between the plasma wire 130 and the metal plate 140 And collects the particles on the basis of the power supplied from the power source unit 120.
  • FIG. 6 is a view for explaining a dust collecting process using a plasma wire 130 according to the present invention.
  • Plasma discharge is caused by a potential difference between the plasma wire 130 and the metal plate 140 disposed at a left or right side of the plasma wire 130 at a predetermined interval by a power source supplied from the power source unit 120.
  • particles of dust, smoke, etc. contained in the air introduced from the outside through the inlet 112 of the case 110 are polarized by the plasma discharge. That is, particles such as dust and smoke are ionized by the plasma discharge and become polarized.
  • the plasma generated at this time forms ions with a high efficiency in a wide range due to the plasma wire 130 formed with the carbon-based coating layer. Therefore, unlike the conventional dust collector, efficient ion formation, that is, plasma discharge is enabled at a relatively low voltage, Therefore, most of the particles such as dust and smoke contained in the air introduced from the outside can be polarized very easily, and since the low voltage can be used, the amount of generated ozone can be remarkably reduced.
  • particles such as dust and smoke contained in air polarized by the plasma discharge adhere to the dust collecting plate 150 changed in polarity by the power supplied from the power source unit 120, Is discharged to the outside through the discharge port (114) of the case (110).
  • the plasma wire of the present invention can very easily generate a plasma discharge to maximize a discharge efficiency.
  • a plasma wire is used in a dust collector, most dust and smoke introduced from the outside are polarized by a plasma discharge
  • the dust collecting efficiency can be increased as compared with the conventional dust collecting device because it sticks very easily to the dust collecting plate.
  • the photocatalyst layer 141 is formed on the surface of the metal plate 140 used in the dust collector of the present invention, harmful contaminants can be removed by the photocatalytic reaction.
  • Sample A Wire having a dielectric film formed on a tungsten body
  • Sample B Wire having a dielectric film formed on the body of a Kovar material
  • Sample C Wire consisting of a body of Kovar material
  • Sample D A wire coated with graphene on a copper body
  • Sample E Wire coated with graphene on a body of Kovar material
  • Sample F Wire coated with graphene on the body of nickel material
  • the diameter and the length of the main body were the same, and the thicknesses of the dielectric film, the ceramic coating layer, and the graphene coating layer were 50 nm and the same, respectively.
  • Ion Counter 1000 ions / cm 3
  • Oz-100D Digital Ozone Analyzer was used for the ozone measurement device. Then, after measuring the distance between the ionizer and the charging unit of the dust collector, the ozone measuring apparatus was set up in the box after the manufacture of the acrylic box, and at 1, 5, 10 and 20 minutes after the dust collector was set in the box, .
  • main body 134 carbon-based coating layer
  • metal plate 141 photocatalyst layer

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소계 코팅층을 갖는 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 표면에 탄소계 물질로 이루어진 탄소계 코팅층이 형성된 전도성 와이어를 집진기에 적용시켜 플라즈마 와이어를 통과하는 대부분의 먼지, 연기 등이 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖도록 하여 집진판에 달라붙게 함으로써 집진 효율을 높임과 동시에 와이어에 전압을 인가하는 과정에서 발생하는 오존의 양을 현저하게 저감시킬 수 있고, 플라즈마 방전 과정에서 발생하는 플라즈마광을 이용하여 광촉매 반응이 가능하도록 구성된 플라즈마 와이어 및 집진기에 관한 것이다.

Description

탄소계 코팅층을 갖는 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기
본 발명은 탄소계 코팅층을 갖는 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 표면에 탄소계 물질로 이루어진 탄소계 코팅층이 형성된 전도성 와이어를 집진기에 적용시켜 플라즈마 와이어를 통과하는 대부분의 먼지, 연기 등이 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖도록 하여 집진판에 달라붙게 함으로써 집진 효율을 높임과 동시에 와이어에 전압을 인가하는 과정에서 발생하는 오존의 양을 현저하게 저감시킬 수 있고, 플라즈마 방전 과정에서 발생하는 플라즈마광을 이용하여 광촉매 반응이 가능하도록 구성된 플라즈마 와이어 및 집진기에 관한 것이다.
일반적으로 에어컨 등의 공기조화기에는 실내의 나쁜 공기를 정화하기 위한 공기정화장치가 설치되어 있다.
이러한 공기정화장치는 크게 필터방식과 전기 집진방식의 두 가지를 사용한다. 필터방식은 공기 속에 포함된 유해가스, 먼지, 연기, 냄새 등이 막을 통과하면서 직접 걸러지는 방식이며, 전기 집진방식은 고전압 방전 및 정전현상을 이용하여 유해가스, 먼지, 연기, 냄새 등을 제거하는 방식이다.
도 1과 도 2는 일반적인 공기정화장치에 사용되는 전기 집진방식의 집진기 구조를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도시된 바와 같이 일반적인 집진기는, 대전부(10) 및 집진부(20)의 두 부분으로 구성된다. 대전부(10)는 와이어(12), 접지전극(14), 금속판(16) 등이 구비되며, 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 유해가스, 먼지, 연기, 냄새 등의 입자가 극성을 갖도록 한다. 집진부(20)는 다수의 집진판(22)이 구비되어 대전부(10)의 후방에 위치하며, 대전부(10)를 통과하여 극성을 가진 유해가스, 먼지, 연기, 냄새 등의 입자를 집진시키고, 정화된 공기를 외부로 배출시킨다.
이렇게 구성된 종래의 집진기에서는 전원부(도시되지 않음)로부터 고전압이 각 와이어(12)에 공급되면 각 와이어(12) 및 각 와이어(12)와 일정 거리 이격된 위치에 형성된 금속판(16) 사이의 전위차에 의해 전류가 흐르기 시작하여 코로나 방전이 일어나게 되며, 각 와이어(12) 및 금속판(14) 사이를 통과하는 공기 속에 포함된 유해가스, 먼지, 연기, 냄새 등의 입자가 코로나 방전에 의하여 극성을 갖게 되고, 극성을 가진 유해가스, 먼지, 연기, 냄새 등의 입자가 대전부(10)의 후단에 위치한 집진부(20)의 각 집진판(22) 표면에 달라붙어 집진되며, 이에 따라 깨끗한 공기가 외부로 배출된다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 집진기는, 각 와이어와 금속판 사이의 코로나 방전이 일어나는 영역을 통과하는 공기 속에 포함된 먼지 등의 입자만이 극성을 갖게 되어 집진될 뿐, 코로나 방전이 일어나지 않는 영역을 통과하는 공기 속에 포함된 먼지 등의 입자는 극성을 가지지 못하게 되어 집진효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 따라 하기 특허문헌 1에서는 와이어의 표면을 저온으로 산화처리하여 유전체막을 형성하고, 유전체막 표면에 티탄산바륨(BaTiO3) 등을 사용하여 세라믹 코팅층을 형성한 와이어를 이용함과 동시에 대전부와 집진부로 나누어진 기존의 전기 집진기의 구조를 일체형으로 구현한 집진기를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 플라즈마 와이어는 그 표면에 유전체막이 형성됨으로써 이온방출이 일부 방해되어 충분한 정도의 이온방출효과를 얻기 위해서는 여전히 고전압이 인가되어야 했으며, 고전압 인가에 따른 오존 발생량이 여전히 높다는 문제가 있었다.
따라서, 상대적으로 저전압을 인가하더라도 충분한 정도의 이온 방출이 가능하게 됨으로써 고전압 인가에 따른 오존 발생의 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 기술의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
(특허문헌 1) 특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-1557124호 (2015. 9. 24.)
본 발명은 표면에 탄소계 물질로 이루어진 탄소계 코팅층이 형성되어 이온방출 효과가 현저하게 개선되고 오존방출량이 현저하게 저감된 플라즈마 와이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 상기 플라즈마 와이어를 집진기에 적용시켜 플라즈마 와이어를 통과하는 대부분의 먼지, 연기 등이 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖도록 하여 집진판에 달라붙게 함으로써 집진 효율을 높임과 동시에 와이어에 전압을 인가하는 과정에서 발생하는 오존의 양을 현저하게 저감시킬 수 있는 집진기를 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 플라즈마 방전 과정에서 발생하는 플라즈마광을 이용하여 광촉매 반응이 가능하도록 구성된 집진기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 와이어는 전도성을 갖는 본체; 및 상기 본체 표면에 탄소계 물질을 코팅하여 형성된 탄소계 코팅층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 와이어에 있어서, 상기 본체는 구리, 니켈 또는 코바르(KOVAR)를 포함한 니켈이 함유된 금속계열 중 어느 하나로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 와이어에 있어서, 상기 탄소계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브 (CNT), 풀러렌 (fullerene), 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 와이어에 있어서, 상기 탄소계 코팅층은 1㎚ 내지 50㎛의 두께로, 바람직하게는 1㎚ 내지 10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 와이어를 이용한 집진기는 케이스; 전원을 공급하는 전원부; 전도성을 갖는 본체 및 상기 본체 표면에 탄소계 물질을 코팅하여 형성된 탄소계 코팅층을 포함하며, 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 토대로 좌측 또는 우측에 일정 간격을 두고 배치된 금속판과의 전위차에 의해 플라즈마 방전을 일으키는 플라즈마 와이어; 상기 케이스 내부에 복수 개가 간격을 두고 배치되어 있으며, 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기를 포함한 입자가 상기 플라즈마 와이어와의 전위차에 의해 발생된 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖도록 하는 금속판; 및 상기 금속판 사이에 각각 배치되며, 상기 플라즈마 와이어 및 상기 금속판 사이에 발생하는 플라즈마 방전에 의해 극성을 가진 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기를 포함한 입자를 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 토대로 집진시키는 집진판;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 와이어를 이용한 집진기에 있어서, 상기 케이스에는 내부로 공기를 유입하기 위한 유입구가 전면에 구비되고, 정화된 공기를 외부로 배출하기 위한 배출구가 후면에 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 와이어를 이용한 집진기에 있어서, 상기 금속판의 표면에는 플라즈마 방전에 의하여 생성된 플라즈마광에 의하여 광촉매 반응이 일어날 수 있도록 광촉매층이 더욱 형성될 수 있다.
본 발명은 표면에 탄소계 물질로 이루어진 탄소계 코팅층이 형성된 전도성 와이어를 집진기에 적용시켜 이온방출 효과를 높임으로써 플라즈마 와이어를 통과하는 대부분의 먼지, 연기 등이 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖게 되고 집진판에 달라붙게 됨으로써 집진 효율을 높일 수 있는 매우 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이온방출 효과가 개선되어 상대적으로 저전압에서도 우수한 집진 효율이 달성되는바, 인체에 유해한 오존 발생양을 현저하게 줄일 수 있는 매우 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 와이어를 통하여 발생된 플라즈마광을 이용하여 광촉매 반응이 가능하도록 금속판 표면에 광촉매층을 형성함으로써, 광촉매 효과를 이용하기 위하여 별도의 광촉매유니트를 설치하지 않아도 되는바, 효율적인 공간활용이 가능하고 광촉매에 의한 유해가스 정화 기능이 촉진되는 장점이 있다.
도 1과 도 2는 일반적인 공기정화장치에 사용되는 전기 집진방식의 집진기 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 와이어의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진기에 적용되는 금속판의 표면에 광촉매층이 형성된 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 와이어를 이용한 집진기의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 와이어를 이용한 집진기의 집진과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 샘플 C 내지 샘플 F를 이용한 집진기에서 시간의 흐름에 따른 오존농도의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 8은 샘플 C 내지 샘플 F를 이용한 집진기에서 시간의 흐름에 따른 집진율(%)의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 와이어의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 와이어(130)는, 본체(132)와 탄소계 코팅층(134)으로 구성된다.
즉 본 발명의 플라즈마 와이어는 본체(132) 표면에 탄소계 코팅층(134)을 형성하여 제작되며, 상기 탄소계 코팅층(134)은 소성코팅 과정을 통하여 형성될 수 있다.
본체(132)는 집진기 등에 사용되는 경우 외부로부터 공급되는 전원이 흘러 플라즈마 방전이 일어나도록 하는 부분으로서, 구리, 니켈 또는 코바르(KOVAR)를 포함한 니켈이 함유된 금속계열 중 어느 하나의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
코바르(KOVAR)는 금속과 유리나 세라믹과의 봉합부분에서 사용하는 철, 니켈, 코발트 합금으로서, 웨스팅하우스사의 상품명이며, 전자관이나 반도체 디바이스에 널리 사용된다.
탄소계 코팅층(134)은 다양한 탄소계 물질을 이용하여 형성되는 것이 가능하며, 예를 들어 그래핀(graphene), 그래핀옥사이드, 탄소나노튜브 (CNT), 풀러렌 (fullerene), 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
탄소계 코팅층(134)은 1㎚ 내지 50㎛의 두께로 형성하는 것이 가능하며, 바람직하게는 1㎚ 내지 10㎛의 두께로 형성하는 것이 가능하다.
사용환경에 따라 탄소계 코팅층(134)의 두께를 달리할 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진기에 사용되는 금속판(140)의 표면에 광촉매 반응을 일으킬 수 있는 광촉매층(141)이 형성된 것을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 와이어를 이용한 집진기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 집진기(100)는 케이스(110), 전원부(120), 플라즈마 와이어(130), 금속판(140), 집진판(150) 등으로 구성되며, 대전부와 집진부로 나누어진 기존의 전기 집진기의 구조와 달리 대전부와 집진부가 별개의 구조가 아닌 일체형으로 구현되어 있다.
특히 본 발명의 집진기(100)는 도 4에 도시된 금속판(140)이 적용됨으로써 플라즈마 와이어(130)에 전압이 인가되어 발생하는 플라즈마광이 금속판(140)의 형성된 광촉매층(141)에 도달되어 광촉매의 촉매활성이 발휘되도록 할 수 있다.
광촉매층(141)은 다양한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 이산화 티타늄(TiO2)을 이용하여 광촉매층을 형성할 수 있다.
그 밖에도 광촉매층(141)은 ZnO, ZrO2, WO3, 페롭스카이트형 복합 금속산화물 등을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에서 플라즈마 와이어에 전압이 인가되면 플라즈마 와이어(130)와 금속판(134) 간의 전위차에 의하여 플라즈마 방전이 일어나며 다수의 이온이 형성된다. 플라즈마 방전은 플라즈마광을 생성하며, 이와 같이 생성된 플라즈마광은 금속판(140)의 표면에 형성된 광촉매층(141)에 도달하여 광촉매층에 포함된 광촉매 물질의 광촉매 활성이 발휘된다.
예를 들어, 상기 광촉매층(141)을 이산화 티타늄(TiO2)을 이용하여 형성할 경우, 이산화 티타늄에 플라즈마광이 흡수되어 광촉매층의 표면에 표면에 전자(e-) 및 정공이 생기게 되고 전자는 광촉매층 표면에 있는 산소(O2)와 반응해서 슈퍼옥사이드 음이온(O2 -)을 형성하게 되며, 정공은 공기 속에 존재하고 있는 수분과 반응하여 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical, 중성 OH)을 생성한다.
이 때 생성된 하이드록실 라디칼은 강력한 유기물질들을 산화분해 할 수 있는 능력을 지니고 있으며, 오염된 공기 속에 존재하는 악취물질, 바이러스, 박테리아 같은 세균 등을 분해하여 이들을 물과 이산화탄소로 전환시킨다.
이와 같이 본 발명의 집진기에 사용되는 금속판(140)의 표면에 광촉매층(141)을 형성할 경우 별도의 광촉매유니트를 집진기 내부에 설치해야할 필요가 없게되어 설치비용 및 공간 면에서 매우 효율적이다.
케이스(110)는 집진기를 구성하는 각 부분들을 내장하고 있고, 전면에 내부로 공기를 유입하기 위한 유입구(112)가 구비되며, 후면에 정화된 공기를 외부로 배출하기 위한 배출구(114)가 구비된다.
전원부(120)는 외부로부터 인가되는 전원을 플라즈마 와이어(130) 및 집진판(150)으로 공급한다.
플라즈마 와이어(130)는 전술한 도 3과 관련하여 설명한 바와 같이 구리, 니켈 또는 코바르(KOVAR)를 포함한 니켈이 함유된 금속계열 중 어느 하나의 재질로 형성된 전도성 와이어 본체의 표면에 그래핀(graphene), 그래핀옥사이드, 탄소나노튜브 (CNT), 풀러렌 (fullerene), 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합을 이용하여 탄소계 코팅층(134)을 소성코팅함으로써 형성하는 것이 가능하다.
플라즈마 와이어(130)가 전원부(120)로부터 전압을 공급받게 되면 좌측 또는 우측에 일정 간격을 두고 배치된 금속판(140)과의 사이에 전위차가 형성되고 이와 같이 형성된 전위차에 의해 플라즈마 방전이 일어나게 된다.
플라즈마 방전은 다량의 이온을 형성하게 되며 이에 따라 플라즈마 방전이 일어나는 공간을 통과하는 다양한 오염물질인 먼지등이 전하를 띄게 된다.
금속판(140) 및 집진판(150) 사이에 배치되는 플라즈마 와이어(130)는 플라즈마 방전의 효율을 높이기 위해 각각의 금속판(140) 및 집진판(150) 사이의 중앙공간에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
금속판(140)은 케이스(110) 내부에 복수 개가 소정의 간격을 두고 배치되어 있으며, 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기를 포함한 입자가 플라즈마 와이어(130)와의 전위차에 의해 발생된 플라즈마 방전에 의해 극성을 가지도록 한다.
금속판(140)은 알루미늄으로 형성하는 것이 가장 바람직하며, 그 이외에 도전성 물질이면 어느 것을 사용하더라도 무방하다.
집진판(150)은 금속판(140) 사이에 각각 배치되어 있으며, 플라즈마 와이어(130) 및 금속판(140) 사이에 발생하는 플라즈마 방전에 의해 극성을 가진 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기를 포함한 입자를 전원부(120)로부터 공급되는 전원을 토대로 집진시킨다.
다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 플라즈마 와이어 및 이를 이용한 집진기의 작용 과정을 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 와이어(130)를 이용한 집진기의 집진과정을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 본 발명의 집진기에 전원을 인가하면 전원부(120)에서 플라즈마 와이어(130) 및 집진판(150)으로 전원이 공급된다.
이어, 전원부(120)로부터 공급되는 전원에 의해 플라즈마 와이어(130) 및 플라즈마 와이어(130)의 좌측 또는 우측에 일정 간격을 두고 배치된 금속판(140) 사이에서 전위차에 의한 플라즈마 방전이 일어난다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이 플라즈마 방전에 의해 케이스(110)의 유입구(112)를 통해 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기 등의 입자가 극성을 띠게 된다. 즉 먼지, 연기 등의 입자가 플라즈마 방전에 의해 이온화되어 극성을 띄게 되는 것이다.
이때 발생되는 플라즈마는 탄소계 코팅층이 형성된 플라즈마 와이어(130)로 인하여 넓은 범위에서 높은 효율로 이온을 형성하게 되기 때문에 종래의 집진기와는 달리 비교적 저전압에서도 효율적인 이온 형성 즉, 플라즈마 방전이 가능하게 되며, 그에 따라 외부에서 유입된 공기 속에 포함된 먼지, 연기 등의 입자 대부분이 매우 용이하게 극성을 띄도록 할 수 있으며, 저전압이 사용될 수 있으므로 오존의 발생량 또한 현저하게 저감시킬 수 있게 된다.
본 발명의 집진기에 의하면, 플라즈마 방전에 의해 극성을 띠게 된 공기 속에 포함된 먼지, 연기 등의 입자는 전원부(120)로부터 공급받은 전원에 의해 극성으로 변화된 집진판(150)에 들러붙고, 정화된 공기가 케이스(110)의 배출구(114)를 통해 외부로 배출된다.
따라서 본 발명의 플라즈마 와이어는 플라즈마 방전을 매우 손쉽게 일으켜 방전효율을 극대화 시키는 것이 가능하여 이러한 플라즈마 와이어를 집진기에 사용하는 경우에는 외부로부터 유입되는 대부분의 먼지, 연기 등이 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖게 되어 집진판에 매우 쉽게 달라붙기 때문에 기존의 집진기와 비교할 때 집진효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 집진기에 사용되는 금속판(140)의 표면에는 전술한 바와 같이 광촉매층(141) 형성되어 있어, 광촉매 반응에 의하여 유해 오염 물질의 추가적인 제거가 가능하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 집진기와 종래의 전기 집진기의 집진능력 및 오존발생량을 측정하기 위하여 다음과 같은 측정실험을 수행하였다.
[측정 샘플 준비]
샘플 A: 텅스텐 재질의 본체에 유전체막을 형성한 와이어
샘플 B: 코바르 재질의 본체에 유전체막을 형성한 와이어
샘플 C: 코바르 재질의 본체로 이루어진 와이어
샘플 D: 구리 재질의 본체에 그래핀을 코팅한 와이어
샘플 E: 코바르 재질의 본체에 그래핀을 코팅한 와이어
샘플 F: 니켈 재질의 본체에 그래핀을 코팅한 와이어
각각 본체의 직경 및 길이는 동일하게 형성하였고, 유전체막, 세라믹코팅층, 및 그래핀 코팅층의 두께도 50㎚로 동일하게 형성하였다.
[측정 장비 및 측정 조건]
집진능력의 측정을 위해 이온측정장치는 Air Ion Counter[1000 ions/cm3]를 사용하였으며, 오존측정장치는 Oz-100D Digital Ozone Analyzer를 사용하였다. 그리고 이온측정장치는 집진기의 대전부와 10cm 거리 이격 후 측정하였으며, 오존측정장치는 아크릴 박스를 제작한 후 집진기를 박스 내에 세팅한 후 1분, 5분, 10분, 20분이 경과한 시점에 오존 발생량을 측정하였다.
각각의 샘플 마다 동일한 세기의 입력전원을 사용하였고, 전원의 인가시간도 동일하게 적용하여 측정 실험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 구분 0분 1분 5분 10분 20분
A (텅스텐 본체+유전체막) 집진율(%) 0 17 43 48 53
오존농도(ppm) 0.1 1.2 3.5 4.8 9.8
B(코바르 본체+유전체막) 집진율(%) 0 18 45 50 55
오존농도(ppm) 0.1 0.8 2.0 4.1 8.2
C (코바르 본체) 집진율(%) 0 20 50 56 61
오존농도(ppm) 0.1 0.5 1.1 1.3 1.6
D (구리 본체+그래핀 코팅) 집진율(%) 0 20 53 58 62
오존농도(ppm) 0.1 0.4 0.9 1.0 1.1
E (코바르 본체+그래핀 코팅) 집진율(%) 0 21 55 62 65
오존농도(ppm) 0.1 0.3 0.6 0.7 1.0
F (니켈 본체+그래핀 코팅) 집진율(%) 0 21 57 64 68
오존농도(ppm) 0.1 0.2 0.5 0.6 0.8
상기 표 1의 결과를 살펴보면, 본 발명의 실시예인 샘플 D 내지 F의 경우, 비교예인 샘플 A 내지 C에 비하여 집진율이 우수하고, 오존발생 비율은 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다.
[부호의 설명]
100 : 집진기 110 : 케이스
112 : 유입구 114 : 배출구
120 : 전원부 130 : 플라즈마 와이어
132 : 본체 134 : 탄소계 코팅층
140 : 금속판 141 : 광촉매층
150 : 집진판

Claims (7)

  1. 전도성을 갖는 본체; 및
    상기 본체 표면에 탄소계 물질을 코팅하여 형성된 탄소계 코팅층;
    을 포함하는 플라즈마 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 구리, 니켈 또는 코바르(KOVAR)를 포함한 니켈이 함유된 금속계열 중 어느 하나로 형성된 플라즈마 와이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브 (CNT), 풀러렌 (fullerene), 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합인 플라즈마 와이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소계 코팅층은 1㎚ 내지 50㎛의 두께로 형성된 플라즈마 와이어.
  5. 케이스;
    전원을 공급하는 전원부;
    전도성을 갖는 본체 및 상기 본체 표면에 탄소계 물질을 코팅하여 형성된 탄소계 코팅층을 포함하며, 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 토대로 좌측 또는 우측에 일정 간격을 두고 배치된 금속판과의 전위차에 의해 플라즈마 방전을 일으키는 플라즈마 와이어;
    상기 케이스 내부에 복수 개가 간격을 두고 배치되어 있으며, 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기를 포함한 입자가 상기 플라즈마 와이어와의 전위차에 의해 발생된 플라즈마 방전에 의해 극성을 갖도록 하는 금속판; 및
    상기 금속판 사이에 각각 배치되며, 상기 플라즈마 와이어 및 상기 금속판 사이에 발생하는 플라즈마 방전에 의해 극성을 가진 외부에서 유입되는 공기 속에 포함된 먼지, 연기를 포함한 입자를 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 토대로 집진시키는 집진판;을 포함하는 플라즈마 와이어를 이용한 집진기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 케이스는
    내부로 공기를 유입하기 위한 유입구가 전면에 구비되고, 정화된 공기를 외부로 배출하기 위한 배출구가 후면에 구비된 것인 플라즈마 와이어를 이용한 집진기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속판의 표면에는 플라즈마 방전에 의하여 생성된 플라즈마광에 의하여 광촉매 반응이 일어날 수 있도록 광촉매층이 더욱 형성된 플라즈마 와이어를 이용한 집진기.
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