KR101231574B1 - Air filters with porous electrodes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유연성이 우수하며 공기 저항이 낮은 기공성 전극을 유전체 여과재의 양면에 형성하고, 상기 기공성 전극 사이에 일정한 크기의 전압을 인가하여 유전체 여과재를 전기적으로 분극하여 정전기적으로 활성화시킨 공기정화용 필터에 관한 것으로, 미세 먼지입자의 제거효율을 향상시킬 수 있으며, 절곡형태로 성형이 가능하여 처리가스 유량을 극대화 시킬 수 있는 대면적 필터 제작이 가능하다. The present invention provides a porous electrode having excellent flexibility and low air resistance on both sides of the dielectric filter medium, and applying a voltage having a predetermined magnitude between the porous electrodes to electrically polarize the dielectric filter medium to electrostatically activate the air purifier. The present invention relates to a filter, which can improve the removal efficiency of fine dust particles, and can be formed in a bent form to produce a large-area filter that can maximize the flow rate of the processing gas.
Description
본 발명은 유전체로 구성된 여과재의 양면에 유연성이 뛰어난 기공성 전극을 형성한 기공성 전극 적용 공기정화용 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 기공성 전극 사이에 전압을 인가하여 유전체 여과재를 전기적으로 분극함으로써 정전기적으로 활성화시킨 공기정화용 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a pore electrode applied air purification filter in which a porous electrode having excellent flexibility is formed on both surfaces of a filter material composed of a dielectric material. More particularly, the dielectric filter medium is electrically polarized by applying a voltage between the porous electrodes. The present invention relates to an air purifying filter activated electrostatically.
종래 공기정화용 필터는 유전체 섬유 등의 여과재를 메쉬스크린(mesh screen)과 같은 금속망 형태의 전극 사이에 위치시키고 상기 전극 사이에 일정크기의 전압을 인가하는 방식이 적용되어왔다. 상기 금속망 형태의 전극은 평면 형상의 여과재에 주로 적용되어 왔으며, 여과면적을 보다 증가시키기 위하여 절곡된 형태의 여과재를 사용하기도 하였으나, 필터의 절곡 간격(W)이 넓은 형태로만 적용되었다. 이러한 금속망 형태의 전극이 적용된 필터는 주로 건물 또는 지하역사 공조 시스템의 전처리용 필터로서 사용되었다.In the conventional air purification filter, a filter material such as a dielectric fiber is placed between electrodes of a metal mesh type such as a mesh screen and a voltage of a predetermined size is applied between the electrodes. The metal mesh electrode has been mainly applied to a planar filter medium, and a bent form of the filter medium is used to further increase the filter area, but the bending interval (W) of the filter is only applied in a wide form. This metal mesh type electrode is mainly used as a filter for pretreatment of a building or underground air conditioning system.
금속망 전극이 적용된 필터의 경우 두께가 최소 5mm 이상의 매우 두꺼운 필터가 사용되었는데, 이는 금속망 전극의 성형성이 나쁘기 때문에 전극간의 접촉으로 인한 전기적 단락문제를 예방하기 위한 수단으로서 두꺼운 필터를 사용하여 왔다.In the case of the filter with the mesh electrode, a very thick filter having a thickness of at least 5 mm was used. Since the formability of the mesh electrode is poor, a thick filter has been used as a means for preventing an electrical short circuit caused by contact between the electrodes. .
종래의 금속망 전극 적용 필터는 고효율 필터에 필수적인 수 mm 수준의 촘촘한 절곡간격(W)을 갖는 절곡필터에 적용하는 것이 불가능하기 때문에, 미세먼지입자의 제거효율이 낮고 전극간의 접촉으로 인한 전기적 단락문제 등에도 해결방안이 없어 적용범위의 한계를 갖고 있는 문제가 있다.Since the conventional metal mesh electrode applied filter cannot be applied to a bending filter having a close bending interval (W) of several mm level, which is essential for a high efficiency filter, the removal efficiency of fine dust particles is low and an electrical short circuit due to contact between electrodes There is no solution to this problem, and there is a problem that there is a limit of the scope of application.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서 종래의 금속망 전극을 대신하여 유연성이 우수하며 공기 저항이 낮은 기공성 전극을 유전체 여과재의 양면에 형성하고, 상기 기공성 전극 사이에 일정한 크기의 전압을 인가하여 먼지 등의 미세입자의 제거효율을 향상시킬 수 있는 공기정화용 필터를 제공하는 것에 그 목적이 있다. The present invention is designed to solve the above problems of the prior art, forming a porous electrode having excellent flexibility and low air resistance on both sides of the dielectric filter material in place of the conventional metal mesh electrode, and has a constant size between the porous electrodes. It is an object of the present invention to provide an air purifying filter capable of improving the removal efficiency of fine particles such as dust by applying a voltage of.
본 발명의 상기 목적은 공기정화용 필터에 있어서, 유연성이 우수한 기공성 전극 사이에 두께가 얇은 유전체 여과재를 적용하여 고효율 절곡형의 기공성 전극 적용 공기정화용 필터를 제공함으로써 달성할 수 있다.The above object of the present invention can be achieved by providing a highly efficient bend type pore electrode applied air purification filter by applying a thin dielectric filter medium between porous electrodes having excellent flexibility in the air purification filter.
본 발명은 공기정화용 필터에 있어서, 유전체로 구성되어 처리기체가 투과하면서 미세입자가 포집될 수 있는 유전상수 1.1~20 범위의 유전체 여과재, 상기 유전체 여과재의 양면에 형성되는 유연성이 우수한 기공성 전극 및 상기 유전체 여과재를 전기적으로 분극하여 정전기적으로 활성화시킬 수 있도록 기공성 전극에 전압을 인가할 수 있는 전원을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터를 제공한다. The present invention provides an air purifying filter comprising a dielectric filter material having a dielectric constant in the range of 1.1 to 20, which is composed of a dielectric material and allows micro particles to be collected while the processing gas passes therein, a porous electrode having excellent flexibility formed on both sides of the dielectric filter material; Provided is a filter for applying a pore electrode air purifying comprising a power source capable of applying a voltage to the pore electrode to electrically polarize the dielectric filter medium to be activated electrostatically.
또한, 본 발명은 유전체로 구성되어 처리기체가 투과하면서 미세입자가 포집될 수 있는 유전상수 1.1~20 범위의 유전체 여과재, 상기 유전체 여과재의 양면에 전도성 물질을 코팅하여 형성된 전도층 및 상기 유전체 여과재를 전기적으로 분극하여 정전기적으로 활성화시킬 수 있도록 전도층에 전압을 인가할 수 있는 전원을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터를 제공한다.In addition, the present invention comprises a dielectric filter material having a dielectric constant ranging from 1.1 to 20, the conductive layer is formed by coating a conductive material on both surfaces of the dielectric filter material is composed of a dielectric material that can be trapped fine particles while the processing gas is permeated. Provided is a porous electrode applied air purifying filter including a power source capable of applying a voltage to a conductive layer so as to be electrically polarized and electrostatically activated.
또한, 본 발명은 유전체로 구성되어 처리기체가 투과하면서 미세입자가 포집될 수 있는 유전상수 1.1~20 범위의 유전체 여과재, 상기 유전체 여과재의 일면에 전도성 물질을 코팅하여 형성된 전도층, 상기 전도층의 이면에 형성되는 유연성이 우수한 기공성 전극 및 상기 유전체 여과재를 전기적으로 분극하여 정전기적으로 활성화시킬 수 있도록 전도층 및 기공성 전극에 전압을 인가할 수 있는 전원을 포함하는 기공성 전극 전용 공기정화용 필터를 제공한다.In addition, the present invention is composed of a dielectric dielectric filter medium having a dielectric constant of 1.1 ~ 20 range that can be collected while the processing gas is permeated, conductive layer formed by coating a conductive material on one surface of the dielectric filter material, the conductive layer of A filter for air purification exclusively for a porous electrode including a porous electrode having excellent flexibility formed on the rear surface and a power source capable of applying a voltage to the conductive layer and the porous electrode so as to electrically polarize the dielectric filter material and activate it electrostatically. To provide.
상기 유전체 여과재는 합성유기고분자, 천연유기고분자 및 무기재료를 포함하여 섬유상 또는 입자상의 유전체 여과재를 사용할 수 있으며, 이때 유전체 여과재의 유전상수의 범위는 1.1~20인 것이 바람직하다. 상기 합성유기고분자로는 폴리카보네이트(POLYCARBONATE), 폴리에스테르(POLYESTER), 폴리에틸렌(POLYETHYLENE), 폴리아미드(POLYAMIDE), 폴리프로필렌(POLYPROPYLENE), 폴리스티렌(POLYSTYRENE), 폴리테트라플루오르에틸렌(POLYTETRA FLUOROETHYLENE), 폴리비닐알콜(POLYVINYL ALCOHOL) 및 폴리비닐클로라이드(POLYVINYL CHLORIDE) 등을, 천연유기고분자로는 셀룰로오스(CELLULOSE), 종이(PAPER(DRY)), 코튼(COTTON) 및 실크(SILK) 등을, 무기재료로는 글라스(Glass), 실리카(Silica), 카본(Carbon) 및 알루미나(Alumina) 등을 포함하여 사용할 수 있다.The dielectric filter medium may be a fibrous or particulate dielectric filter medium including synthetic organic polymers, natural organic polymers, and inorganic materials, wherein the dielectric constant of the dielectric filter medium is preferably in the range of 1.1 to 20. The synthetic organic polymer is polycarbonate (POLYCARBONATE), polyester (POLYESTER), polyethylene (POLYETHYLENE), polyamide (POLYAMIDE), polypropylene (POLYPROPYLENE), polystyrene (POLYSTYRENE), polytetrafluoroethylene (POLYTETRA FLUOROETHYLENE), poly Polyvinyl alcohol (POLYVINYL ALCOHOL) and polyvinyl chloride (POLYVINYL CHLORIDE) are used as natural organic polymers such as cellulose (CELLULOSE), paper (PAPER (DRY)), cotton (COTTON) and silk (SILK). The glass may include glass, silica, carbon, alumina, or the like.
상기 기공성 전극은 전극 사이의 접촉 등으로 인한 전기적 단락 문제를 해결하기 위하여 표면에 절연성 물질로 코팅된 것을 특징으로 한다. The porous electrode is characterized in that the surface is coated with an insulating material in order to solve the electrical short-circuit problem due to contact between the electrodes.
또한, 상기 전도층은 전극 사이의 접촉 등으로 인한 전기적 단락 문제를 해결하기 위하여 표면에 절연성 물질로 코팅된 것을 특징으로 한다. In addition, the conductive layer is characterized in that the surface is coated with an insulating material in order to solve the electrical short-circuit problem due to contact between the electrodes.
본 발명의 상기 기공성 전극은 유연성이 우수하며 다공성의 기공을 형성할 수 있는 전도성 섬유가 일부 또는 전부 포함된 형태의 직포 또는 부직포 형태인 것을 특징으로 한다. 이러한 형태의 기공성 전극은 여과면적을 극대화하기 위해 매우 촘촘한 절곡간격(W)을 갖도록 설계된 고효율 절곡형 필터에 적용이 가능하다.The porous electrode of the present invention is characterized in that the woven or non-woven form of the form of some or all of the conductive fibers capable of forming porous pores with excellent flexibility. This type of porous electrode can be applied to a highly efficient bent filter designed to have a very narrow bending interval (W) to maximize the filtration area.
상기 전도성 섬유는 카본섬유 또는 금속섬유 등을 포함하여, 금속섬유는 스테인레스 스틸, 구리, 니켈 등의 금속을 사용할 수 있다. The conductive fiber may include carbon fiber or metal fiber, and the metal fiber may be metal such as stainless steel, copper, or nickel.
또한, 상기 기공성 전극은 비전도성 섬유의 직포 또는 부직포에 전도성 물질을 코팅하여 사용할 수 있다. 상기 전도성 물질을 코팅하는 방법은 무전해 도금법, 화학적 또는 물리적 증착법, 금속나노입자 기상합성에 의한 직접 코팅법, 졸겔 액상 합성법, 분무법, 함침법 및 전도성입자 페이스트 페인팅법 등을 포함한다. In addition, the porous electrode may be used by coating a conductive material on the woven or nonwoven fabric of the non-conductive fiber. The method of coating the conductive material may include an electroless plating method, a chemical or physical vapor deposition method, a direct coating method by metal nanoparticle vapor phase synthesis, a sol-gel liquid phase synthesis method, a spray method, an impregnation method, and a conductive particle paste painting method.
상기 직포 또는 부직포는 절연성 물질을 추가로 코팅하여 전극 사이의 접촉 등으로 인한 전기적 단락문제를 해결할 수 있다. 상기 절연성 물질을 직포 또는 부직포에 코팅하는 방법은 절연성 물질의 용액에 함침하는 방법 또는 절연성 물질을 분무하여 코팅하는 방법을 포함한다.The woven or nonwoven fabric may further coat an insulating material to solve an electrical short circuit problem due to contact between electrodes. The method of coating the insulating material on a woven or nonwoven fabric includes a method of impregnation in a solution of the insulating material or a method of spraying and coating the insulating material.
상기 기공성 전극은 기공이 형성된 유연하고 일정한 기공률을 갖는 전도성 필름을 사용할 수 있으며, 상기 전도성 필름은 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것을 사용해도 좋다. The porous electrode may use a conductive film having pores in which a flexible and constant porosity is formed, and the conductive film may be used as long as it is commonly used.
또한, 상기 기공성 전극은 비전도성이면서 유연한 기공성 필름을 사용할 수 있는데, 이때 기공성 필름은 표면에 전도성 물질을 코팅하여 사용한다. 상기 전도성 물질을 코팅하는 방법은 무전해 도금법, 화학적 또는 물리적 증착법, 금속나노입자 기상합성에 의한 직접 코팅법, 졸겔 액상 합성법, 분무법, 함침법 및 전도성 입자 페이스트 페인팅법 등을 포함한다.In addition, the porous electrode may be a non-conductive and flexible porous film, wherein the porous film is used by coating a conductive material on the surface. The method of coating the conductive material may include an electroless plating method, a chemical or physical vapor deposition method, a direct coating method by metal nanoparticle vapor phase synthesis, a sol-gel liquid phase synthesis method, a spray method, an impregnation method, and a conductive particle paste painting method.
상기 필름으로 구성된 기공성 전극은 전극 사이의 접촉 등으로 인한 전기적 단락 문제를 해결하기 위하여 표면에 추가로 절연성 물질을 코팅할 수 있다. 상기 표면에 절연성 물질을 코팅하는 방법은 절연성 물질의 용액에 함침하는 방법 또는 절연성 물질을 분무하여 코팅하는 방법 등을 포함한다.The porous electrode composed of the film may further coat an insulating material on the surface in order to solve the electrical short-circuit problem due to contact between the electrodes. The method of coating the insulating material on the surface includes a method of impregnating a solution of the insulating material, a method of spraying and coating the insulating material and the like.
상기와 같이 유연성이 우수한 본 발명의 기공성 전극이 적용된 공기정화용 필터는 여과면적을 증가시키기 위하여 임의의 절곡간격(W), 절곡깊이(L)를 갖는 절곡형 필터로 제작될 수 있다. 구체적으로는 1~300 mm 범위의 절곡간격(W) 및 5~2000 mm 범위의 절곡깊이(L), 절곡깊이(L)에 대한 절곡간격(W)의 크기비(W/L)가 0.01~5 범위인 절곡형 필터가 보다 바람직하다.As described above, the air filtering filter to which the porous electrode of the present invention has excellent flexibility may be manufactured as a bent filter having an arbitrary bending interval (W) and a bending depth (L) in order to increase the filtration area. Specifically, the bending interval (W) in the range of 1 to 300 mm, the bending depth (L) in the range of 5 to 2000 mm, and the size ratio (W / L) of the bending interval (W) to the bending depth (L) are 0.01 to More preferred are bent filters in the range of five.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기공성 전극 적용 공기정화용 필터는 유전체 여과재 외부에 전기장을 형성하여 여과재를 정전기적으로 활성화시킴으로써 유입되는 미세 먼지입자의 제거효율을 향상시킬 수 있고, 상기 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 있고, 유연한 기공성 전극을 사용함으로써 전극을 여과재 양면에 적용하더라도 전극과 여과재를 함께 절곡할 수 있기 때문에 대면적 절곡형 필터 제작이 가능하다.As described above, the air filter applied to the porous electrode according to the present invention can improve the removal efficiency of the fine dust particles introduced by forming an electric field outside the dielectric filter medium electrostatically activating the filter medium, the fine dust Even if particles are continuously attached and accumulated inside the filter, the activity of the electrostatic force can be kept constant. In addition, the pressure loss, which is an air resistance characteristic, can be greatly reduced compared to the existing filter based on the same fine dust particle removal efficiency.By using the flexible porous electrode, the electrode and the filter medium can be bent together even when the electrode is applied to both sides of the filter medium. As a result, a large-area bendable filter can be manufactured.
도 1은 본 발명에 따른 필터의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 필터에서 외부에서 인가된 전기장으로 인해 분극된 유전체 섬유 여과재의 단면을 보여주는 개념도이다.
도 3은 상기 도 2에서 보이는 섬유 한 개를 분리하여 나타낸 것으로, 해당 섬유 주변에 형성된 전기장 및 유선의 형상, 그리고 전기적으로 대전된 먼지입자가 받은 쿨롱 정전기력(Coulombic Force)을 나타낸 것이다.
도 4는 상기 도 2에서 보이는 섬유 한 개를 분리하여 나타낸 것으로, 섬유 및 먼지입자의 분극으로 인해 먼지입자가 받은 분극 정전기력을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 기공성 전극 적용 공기정화용 필터의 개념도로, 평면형 필터의 단면을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 기공성 전극 적용 공기정화용 필터의 개념도로 절곡형 필터의 단면을 나타낸 것이다.
도 7은 종래 금속망 전극을 적용한 절곡 필터와 본 발명에 따른 유연한 기공성 전극을 적용한 절곡 필터를 나타낸 것이다.
도 8은 기공성 전극 적용 공기정화용 필터의 실시예로서 유전체 섬유부직포 여과재와 섬유부직포 전극을 분리하여 나타낸 것이다.
도 9는 유전체 섬유부직포 여과재, 섬유부직포 전극으로 구성된 기공성 전극 적용 공기정화용 필터를 나타낸 것이다.
도 10은 기공성 필름 전극에 대한 실시예를 나타낸 것이다.
도 11은 기공성 필름 전극의 해체도를 나타낸 것이다.
도 12는 유연성 섬유부직포 전극 및 절연물질을 코팅한 유연성 섬유부직포 전극을 나타낸 것이다.
도 13은 섬유부직포 전극을 구성하는 섬유를 확대하여 나타낸 것이다.
도 14는 절연물질이 코팅된 섬유부직포 전극을 구성하는 섬유를 확대하여 나타낸 것이다.
도 15는 전도성 물질이 코팅된 유연한 기공성 필름 전극의 전도성 물질이 코팅된 면에 추가로 절연성 물질을 코팅한 것을 나타낸 것이다.
도 16은 상기 도 15의 해체도이다.
도 17은 본 발명에 따른 기공성 전극 적용 절곡형 공기정화용 필터가 덕트에 설치된 실시예를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명에 따른 임의의 절곡간격 및 절곡깊이를 갖는 기공성 전극 적용 절곡형 공기정화용 필터를 나타낸 것이다.1 shows a cross section of a filter according to the invention.
2 is a conceptual diagram showing a cross section of a dielectric fiber filter material polarized due to an externally applied electric field in a filter according to the present invention.
FIG. 3 shows a single fiber shown in FIG. 2 and shows a shape of an electric field and a streamline formed around the fiber, and a Coulombbic force received by electrically charged dust particles.
Figure 4 shows one of the fibers shown in Figure 2 separated, showing the polarization electrostatic force received by the dust particles due to the polarization of the fibers and dust particles.
5 is a conceptual diagram of a filter for air purification applying a porous electrode according to the present invention, showing a cross section of a planar filter.
Figure 6 shows a cross-sectional view of the bent filter in a conceptual diagram of a filter for air purification applied pore electrode according to the present invention.
7 shows a bending filter to which a conventional metal mesh electrode is applied and a bending filter to which the flexible porous electrode according to the present invention is applied.
FIG. 8 shows the dielectric fiber nonwoven filter material and the fiber nonwoven electrode separately as examples of the air purification filter applied to the porous electrode.
9 illustrates a porous electrode applied air purifying filter composed of a dielectric fibrous nonwoven fabric filter material and a fibrous nonwoven fabric electrode.
10 illustrates an embodiment for a porous film electrode.
11 shows a disassembled view of the porous film electrode.
12 shows a flexible fiber nonwoven electrode and a flexible fiber nonwoven electrode coated with an insulating material.
Fig. 13 shows an enlarged view of the fibers constituting the fiber nonwoven fabric electrode.
14 is an enlarged view of fibers constituting the fiber nonwoven electrode coated with an insulating material.
FIG. 15 shows an additional coating of an insulating material on the conductive material coated side of the flexible porous film electrode coated with the conductive material.
FIG. 16 is a disassembled view of FIG. 15.
FIG. 17 shows an embodiment in which a bent air purifying filter applied to a porous electrode according to the present invention is installed in a duct.
18 is a view illustrating a bent air purifying filter applied to a porous electrode having any bending interval and bending depth according to the present invention.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 유전체 여과재의 양면에 전극을 형성한 것으로 처리기체 유동 방향으로 처리기체의 유입면, 유전체 섬유여과재 및 처리기체 유출면의 순으로 구성되며, 상기 전극에 일정한 전압을 인가한 형태의 정전활성 필터를 나타낸 것이다. 상기 여과재의 두께를 'd', 여과재 사이에 인가된 전압을 ‘V0'라 했을 때, 여과재에 인가되는 평균 전기장의 세기는 E0=V0/d이다.1 shows electrodes formed on both sides of a dielectric filter material, and includes an inflow surface of a processing gas, a dielectric fiber filter material, and a processing gas outlet surface in a flow direction of a processing gas, and a static voltage is applied to the electrode. It shows a filter. When the thickness of the filter medium is 'd' and the voltage applied between the filter mediums is 'V 0 ', the intensity of the average electric field applied to the filter medium is E 0 = V 0 / d.
도 2는 유전체 여과재 각각의 섬유가 그림에 수직방향으로 정렬되었다고 가정하였을 경우 여과재 외부에 인가된 전기장으로 인해 분극된 유전체 섬유의 단면을 보여주는 개념도이다. 이때, 상기 E0의 크기를 갖는 전기장이 유동의 방향과 평행하게 인가될 경우, 유동과 함께 유입되어 필터 내부를 통과하는 먼지입자에 작용하는 정전기력은 크게 두 가지로 구분되는데, 첫 번째로 도 3에서 보이는 바와 같이 도 2에서 보이는 섬유 한 개만을 분리하여 나타내어 보면, 상기 섬유 주변에 형성된 전기장 및 유선의 형상 및 전기적으로 대전된 먼지입자가 받는 쿨롱 정전기력(Coulombic Force)을 확인할 수 있다. 상기 정전기력은 유입되는 먼지입자가 q만큼 대전되었고, 필터 내부 어느 한 지점에서의 전기장을 E라 했을 경우, 먼지입자는 쿨롱력(Coulombic Force)이라는 정전기력 F=qE를 받게 되며, 이러한 쿨롱력의 방향은 전기장, E의 방향을 따르게 된다. 도 3의 점선은 외부전기장 및 분극된 섬유로 인한 전기장으로 인해 섬유 주변에 형성된 전기장의 패턴을 나타낸 것이며, 실선은 섬유 주위의 유동장을 나타내는 유선을 보여준다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a cross section of a dielectric fiber polarized due to an electric field applied to the outside of the filter medium when the fibers of each of the dielectric filter media are vertically aligned in the drawing. At this time, when the electric field having the size of E 0 is applied in parallel to the direction of flow, the electrostatic force applied to the dust particles flowing with the flow through the filter is divided into two, firstly, FIG. As shown in FIG. 2, only one fiber shown in FIG. 2 is separated and the shape of the electric field and the streamline formed around the fiber and the Coulombbic force received by the electrically charged dust particles can be confirmed. The electrostatic force is charged by the amount of dust particles to the q, and when the electric field at any point inside the filter is called E, the dust particles are subjected to the electrostatic force F = qE of Coulombbic force, the direction of this Coulomb force Is in the direction of the electric field, E. The dotted line in FIG. 3 shows the pattern of the electric field formed around the fiber due to the external electric field and the electric field due to the polarized fiber, and the solid line shows the streamline representing the flow field around the fiber.
상기 먼지입자에 작용하는 두 번째 정전기력은 도 4에 볼 수 있듯이, 필터에 인가된 전기장으로 인해 발생한 정전기력은 유입되는 먼지입자와 필터를 구성하는 섬유에 쌍극자 모멘트를 유도하여 먼지입자와 섬유를 분극시키고, 상기 분극된 먼지입자와 섬유 사이에 분극력이라는 정전기력이 작용한다. 이때, 먼지입자에 작용하는 분극력의 크기는 전기장 세기의 제곱에 비례한다.(F～∇E2)As shown in Figure 4, the second electrostatic force acting on the dust particles, the electrostatic force generated by the electric field applied to the filter induces a dipole moment in the dust particles and the fibers constituting the filter to polarize the dust particles and fibers The electrostatic force acts as a polarization force between the polarized dust particles and the fiber. At this time, the magnitude of the polarization force acting on the dust particles is proportional to the square of the electric field strength. (F ～ ∇E 2 )
본 발명에 있어서, 상기에서 보는 바와 같이 필터 외부에 전기장을 인가하여 상기 두 가지 정전기력에 의해 먼지입자를 매우 효과적으로 제거할 수 있다.In the present invention, as shown above, by applying an electric field to the outside of the filter, the dust particles can be removed very effectively by the two electrostatic forces.
본 발명에 따른 기공성 전극 적용 공기정화용 필터는 도 5와 같이 평면구조(Flat sheet) 형태로 나타낼 수 있다. 기공성 전극 적용 공기정화용 필터는 유전체 여과재의 양면에 유연한 기공성 전극을 형성된 형태로 구성될 수 있으며, 다른 양태로 유전체 여과재의 양면에 전도성 물질을 코팅한 전도층을 형성할 수도 있다. 또 다른 양태로 본 발명은 유전체 여과재의 일면은 전도층, 상기 전도층의 이면은 기공성 전극으로 이루어질 수 있다. The porous electrode applied air purifying filter according to the present invention may be represented in a flat sheet form as shown in FIG. 5. Pore electrode applied air purification filter may be configured in the form of a flexible porous electrode formed on both sides of the dielectric filter medium, in another embodiment may form a conductive layer coated with a conductive material on both sides of the dielectric filter medium. In another embodiment of the present invention, one surface of the dielectric filter medium may be formed of a conductive layer, and the rear surface of the conductive layer may be a porous electrode.
도 6은 본 발명의 기공성 전극 적용 공기정화용 필터를 접어서 여과면적을 증대시킨 기공성 전극 적용 절곡형 공기정화용 필터의 절곡면 방향의 단면 형상으로 유연한 기공성 전극을 적용시킴으로써 절곡형태로 성형이 가능함으로써 평면상 구조의 필터에 비해 높은 여과면적을 제공할 수 있다. 이는 도 7에서 보는 바와 같이 종래 금속망 전극을 적용한 절곡형 필터가 금속망의 성형성 한계로 인해 절곡간격(W)을 줄이는 데 한계가 있는 반면, 본 발명의 유연한 기공성 전극은 절곡간격(W)에 한계가 없다는 이점으로 인해 동일한 유동단면적에 대해 처리할 수 있는 유량을 크게 향상 시킬 수 있다. FIG. 6 can be formed into a bent form by applying a flexible porous electrode to a cross-sectional shape in the direction of a bending surface of a porous air-applied bend type air purifying filter which increases the filtration area by folding the air-porous electrode-filtered air purifying filter according to the present invention. As a result, it is possible to provide a high filtration area as compared to a filter having a planar structure. As shown in FIG. 7, the bent filter to which the conventional metal mesh electrode is applied has a limit in reducing the bending gap (W) due to the limit of formability of the metal mesh, while the flexible porous electrode of the present invention has a bending gap (W). There is no limit to), which greatly improves the flow rate that can be handled for the same flow area.
도 8은 기공성 전극 적용 공기정화용 필터의 실시예로서 유전체 여과재와 전극을 분리하여 나타낸 것으로, 유전체 여과재로는 유전체 섬유부직포 형태의 여과재가 사용되었고, 유연한 기공성 전극으로는 유연성이 높은 섬유부직포 형태의 전극을 사용한 것이다. 상기 유전체 섬유부직포 여과재의 전면과 후면에 상기 유연성 섬유부직포 전극이 적용되고, 상기 두 전극사이에 소정 크기의 전압을 인가하여 전극사이에 위치한 유전체 섬유부직포 여과재를 전기적으로 분극하여 활성화시킬 수 있다. FIG. 8 illustrates a dielectric filter material and an electrode separated from each other as an example of a filter for air purification using a porous electrode. As the dielectric filter material, a filter material in the form of a dielectric fiber nonwoven fabric is used, and a highly flexible fiber nonwoven fabric type as a flexible porous electrode. Is used. The flexible fiber nonwoven fabric electrode is applied to the front and rear surfaces of the dielectric fiber nonwoven fabric filter material, and a voltage of a predetermined magnitude is applied between the two electrodes to electrically polarize and activate the dielectric fiber nonwoven fabric filter material positioned between the electrodes.
상기 전극으로 사용된 유연성이 우수한 섬유부직포 전극은 탄소섬유 또는 금속섬유를 포함한 전도성 섬유인 것을 사용하거나 비전도성 섬유를 사용할 수 있다. 상기 비전도성 섬유를 사용할 경우, 표면에 전도성 물질을 코팅하여 사용할 수 있다. 상기 전도성 물질을 코팅하는 방법은 무전해 도금법, 화학적 또는 물리적 증착법, 금속나노입자 기상합성에 의한 직접 코팅법, 졸겔 액상 합성법, 분무법, 함침법 및 페이스트 페인팅법 등을 포함한다. 또한, 상기 전극으로 사용된 섬유부직포는 직포 형태인 것을 사용할 수 있다. 이러한 구성으로 제조된 필터는 도9에서 보이는 바와 같이 유전체 섬유부직포 여과재, 상기 여과재의 전면과 후면에 유연성이 우수한 섬유부직포 전극을 형성함으로써 구성될 수 있다. The flexible nonwoven fabric electrode having excellent flexibility used as the electrode may be a conductive fiber including carbon fiber or metal fiber or non-conductive fiber. When using the non-conductive fiber, it can be used by coating a conductive material on the surface. The method of coating the conductive material may include electroless plating, chemical or physical vapor deposition, direct coating by metal nanoparticle vapor phase synthesis, sol-gel liquid phase synthesis, spraying, impregnation, and paste painting. In addition, the fiber nonwoven fabric used as the electrode can be used in the form of a woven fabric. The filter manufactured in this configuration can be configured by forming a dielectric fiber nonwoven filter medium, a fiber nonwoven fabric having excellent flexibility on the front and rear of the filter medium as shown in FIG.
도 10은 유연한 기공성 필름 전극에 대한 실시예로 유연한 기공성 필름 위에 전도성 물질이 코팅된 것이다. 도 11은 상기 도 10의 유연한 기공성 필름 전극의 해체도로서 전도성 물질이 필름에 코팅된 형태를 나타낸 것이다.FIG. 10 illustrates an example of a flexible porous film electrode in which a conductive material is coated on the flexible porous film. FIG. 11 is an exploded view of the flexible porous film electrode of FIG. 10, showing a conductive material coated on a film.
도 12의 상부그림은 절연물질을 코팅하지 않은 섬유부직포 전극을 나타낸 것으로 본 발명은 전극 사이의 접촉으로 인한 전기적 단락 문제를 방지하기 위하여 유연한 기공성 전극의 표면을 절연물질로 코팅할 수 있다. 도 12의 하부그림은 상부그림의 상기 섬유부직포 전극 표면을 절연물질로 코팅한 것이다.The upper figure of FIG. 12 shows a fibrous nonwoven electrode that is not coated with an insulating material. The present invention can coat the surface of a flexible porous electrode with an insulating material to prevent an electrical short circuit caused by contact between the electrodes. 12 shows the surface of the fibrous nonwoven fabric electrode of the top view coated with an insulating material.
도 13은 유연한 섬유부직포 전극을 구성하는 섬유를 확대하여 나타낸 개념도로서 유연성 섬유(절연체)의 표면에 전도성 물질을 코팅한 형태이다. 이러한 섬유부직포 전극 또한 전기적 단락 문제 해결을 위해 도 14와 같이 절연성 물질을 추가로 코팅할 수 있다.FIG. 13 is an enlarged conceptual view of fibers constituting the flexible fiber nonwoven fabric electrode, in which a conductive material is coated on the surface of the flexible fiber (insulator). The fibrous nonwoven electrode may also be coated with an insulating material as shown in Figure 14 to solve the electrical short problem.
도 15는 전도성 물질이 코팅된 유연한 기공성 필름 전극의 전도성 물질이 코팅된 면에 추가로 절연성 물질을 코팅한 것으로, 유연한 기공성 필름 위의 전도성 물질과 절연성 물질이 순서대로 코팅된 전극을 나타내며, 도 16은 상기 도 15의 기공성 필름 전극의 해체도이다. FIG. 15 is an insulating material coated on the conductive material coated side of the flexible porous film electrode coated with the conductive material, and illustrates an electrode coated with the conductive material and the insulating material sequentially on the flexible porous film. FIG. 16 is a disassembled view of the porous film electrode of FIG. 15.
본 발명에 의한 기공성 전극 적용 공기정화용 필터는 도 17과 같이 덕트 내에 설치되어 오염가스인 처리기체를 고효율로 처리할 수 있다. 상기 필터는 도 18과 같이 임의의 절곡간격(W)과 절곡깊이(L)를 가지고 있으며, 이와 같은 절곡 구조를 통해 여과면적을 극대화함으로써 처리기체의 유량을 증대시킬 수 있다. The air filter applied to the porous electrode according to the present invention can be installed in the duct as shown in FIG. 17 to treat the processing gas which is a pollutant gas with high efficiency. The filter has an arbitrary bending interval (W) and bending depth (L) as shown in FIG. 18, and the flow rate of the processing gas can be increased by maximizing the filtration area through the bending structure.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 장치도와 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. In the present invention as described above has been described by the specific matters and the specific embodiments and drawings as shown in the specific device diagram, which is provided only to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from such description.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
1 : 유연한 기공성 전극 적용 절곡형 필터 2 : 덕트
100 : 유전체 섬유여과재 101 : 분극된 유전체 섬유의 단면
110 : 섬유 주위의 전기장 120 : 유선(stream line)
130 : 분극 정전기력장 200 : 전극
210 : 유연한 기공성 전극
220 : 전도성 물질 코팅면
400 : 전원 500 : 섬유필터 600 : 금속망
700 : 유전체 섬유부직포 여과재 710 : 유연성 섬유부직포 전극
720 : 절연물질로 표면이 코팅된 유연성 섬유부직포 전극
800 : 유연 기공성 필름 801 : 기공
802 : 전도성 물질 803 : 절연성 물질
900 : 유연체 섬유1: bendable filter with flexible porous electrode 2: duct
100: dielectric fiber filter material 101: cross section of polarized dielectric fiber
110: electric field around the fiber 120: stream line
130: polarized electrostatic field 200: electrode
210: Flexible Porous Electrode
220: conductive material coated surface
400: power 500: fiber filter 600: metal mesh
700: dielectric fiber nonwoven filter medium 710: flexible fiber nonwoven electrode
720: Flexible fiber nonwoven electrode surface coated with an insulating material
800: flexible porous film 801: pore
802: conductive material 803: insulating material
900: Flexible Fiber
Claims (18)
상기 유전체 여과재의 양면에 형성되는 유연성이 우수한 기공성 전극 또는 전도층;
상기 기공성 전극 또는 전도층의 표면에 코팅된 절연성 물질; 및
상기 유전체 여과재를 전기적으로 분극하여 정전기적으로 활성화시킬 수 있도록 기공성 전극에 전압을 인가할 수 있는 전원;을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
A dielectric filter material having a dielectric constant of 1.1 to 20, which is composed of a dielectric material and allows micro particles to be collected while the processing gas is permeated;
A highly porous porous electrode or conductive layer formed on both surfaces of the dielectric filter medium;
An insulating material coated on the surface of the porous electrode or the conductive layer; And
And a power source capable of applying a voltage to the porous electrode so as to electrically polarize the dielectric filter material to electrostatically activate the dielectric filter medium.
상기 유전체 여과재의 일면에 형성되는 전도층;
상기 유전체 여과재의 또다른 일면에 형성되는 유연성이 우수한 기공성 전극 ;
상기 기공성 전극 또는 전도층의 표면에 코팅된 절연성 물질; 및
상기 유전체 여과재를 전기적으로 분극하여 정전기적으로 활성화시킬 수 있도록 기공성 전극에 전압을 인가할 수 있는 전원;을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
A dielectric filter material having a dielectric constant in the range of 1.1 to 20, wherein the dielectric material is composed of a dielectric material and through which the processing gas permeates to collect fine particles;
A conductive layer formed on one surface of the dielectric filter medium;
A porous electrode having excellent flexibility formed on another surface of the dielectric filter medium;
An insulating material coated on the surface of the porous electrode or the conductive layer; And
And a power source capable of applying a voltage to the porous electrode so as to electrically polarize the dielectric filter material to electrostatically activate the dielectric filter medium.
상기 기공성 전극은 전도성 섬유로 일부 또는 전부가 구성된 직포 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 1 or 3,
The porous electrode is a filter for air purification applied to the porous electrode, characterized in that the woven or non-woven fabric consisting of part or all of the conductive fibers.
상기 기공성 전극은 비전도성 섬유의 직포 또는 부직포에 전도성 물질을 코팅한 것을 특징으로 하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 1 or 3,
The porous electrode is a filter for air purification applied to the porous electrode, characterized in that the conductive material is coated on a woven or nonwoven fabric of non-conductive fibers.
상기 전도성 섬유는 카본섬유 또는 금속섬유를 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 6,
The conductive fiber is a porous electrode applied filter for air purification comprising a carbon fiber or a metal fiber.
상기 전도성 물질을 코팅하는 방법은 무전해 도금법, 화학적 또는 물리적 증착법, 금속나노입자 기상합성에 의한 직접 코팅법, 졸겔 액상 합성법, 분무법, 함침법 및 페이스트 페인팅법을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
8. The method of claim 7,
The method for coating the conductive material is a porous electrode applied air purification filter including an electroless plating method, chemical or physical vapor deposition method, direct coating method by metal nanoparticle vapor phase synthesis method, sol-gel liquid phase synthesis method, spray method, impregnation method and paste painting method .
상기 절연성 물질을 코팅하는 방법은 함침법 및 분무법을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 1 or 3,
The method of coating the insulating material is a porous electrode applied filter for air purification including the impregnation method and the spray method.
상기 기공성 전극은 기공이 형성된 유연한 전도성 필름인 것을 특징으로 하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 1 or 3,
The porous electrode is a filter for air purification applied to the porous electrode, characterized in that the porous conductive film formed with pores.
상기 기공성 전극은 기공이 형성된 유연한 비전도성 필름인 것으로 상기 비전도성 필름 표면에 전도성 물질을 코팅한 것을 특징으로 하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 1 or 3,
The porous electrode is a filter for air purification applied to the porous electrode, characterized in that the conductive material is coated on the surface of the non-conductive film is a flexible non-conductive film with pores.
상기 비전도성 필름에 전도성 물질을 코팅하는 방법은 무전해 도금법, 화학적 또는 물리적 증착법, 금속나노입자 기상합성에 의한 직접 코팅법, 졸겔 액상 합성법, 분무법, 함침법 및 페이스트 페인팅법을 포함하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method of claim 13,
The method of coating a conductive material on the non-conductive film may include an electroless plating method, a chemical or physical vapor deposition method, a direct coating method by metal nanoparticle vapor phase synthesis, a sol-gel liquid synthesis method, a spraying method, an impregnation method, and a paste painting method. Applicable air filter.
상기 기공성 전극 적용 공기정화용 필터는 절곡간격(W)이 1 내지 300 mm이고, 절곡깊이(L)는 5 내지 2000 mm으로, 절곡깊이(L)에 대한 절곡간격(W)의 크기비(W/L)가 0.01 내지 5인 절곡형 필터인 것을 특징으로 하는 기공성 전극 적용 공기정화용 필터.
The method according to claim 1 or 3,
The pore electrode applied air purification filter has a bending interval (W) of 1 to 300 mm, a bending depth (L) of 5 to 2000 mm, the size ratio (W) of the bending interval (W) to the bending depth (L) / L) is a filter for air pore electrode applied air, characterized in that the bent filter of 0.01 to 5.
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