KR101569629B1 - 공기정화장치 - Google Patents

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한방우
김학준
우창규
김용진
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 공기정화장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 공기정화장치는 공기 중에 부유하는 미생물을 포함하는 미세입자를 포집 및 제거하는 공기정화장치에 있어서, 전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생기와, 전기적으로 접지 가능하게 마련되어 접지시 상기 이온 발생기와의 사이에서 전기장이 형성되는 가이드부를 포함하며, 공기의 유동경로 상에 마련되는 하전부; 공기의 유동경로를 따라 상기 하전부와 소정간격 이격되며, 하전된 미세입자가 포집되거나 또는 포집된 상기 미세입자가 제거되는 처리부; 상기 이온의 이동경로를 제어하도록 상기 가이드부의 접지 여부를 제어하여, 상기 미세입자의 포집 또는 제거를 선택적으로 결정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 공기 중에 부유하는 미세입자를 하전시키는 하전부의 접지여부를 제어함으로써, 미세입자를 포집하는 포집기능과 미세입자를 제거하는 항균기능을 선택적으로 할 수 있는 공기정화장치가 제공된다.

Description

공기정화장치{APPARATUS FOR PURIFYING AIR}
본 발명은 공기정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공기 중에 부유하는 미세입자를 하전시키는 하전부의 접지여부를 제어함으로써, 미세입자를 포집하는 포집기능과 미세입자를 제거하는 항균기능을 선택적으로 할 수 있는 공기정화장치에 관한 것이다.
오염된 공기로부터 미세입자 등과 같은 유해물질을 제거하여 깨끗한 공기로 처리하는 다양한 장치가 있으며, 최근에는 집진효율이 좋은 코로나 또는 스트리머 방전으로 오염된 공기 중에 있는 미세입자를 하전시키고, 정전 집진기를 이용하여 집진하는 처리장치도 개발되어 있다.
미세입자를 하전시켜 정전필터로 집진하는 공기처리장치인 종래기술에는 국내 등록특허 제711070호의 공기정화장치와, 국내 등록특허 제625425호의 방전장치 및 공기정화장치 등이 제시되어 있다.
국내 등록특허 제711070호의 공기정화장치와 국내 등록특허 제625425호의 방전장치 및 공기정화장치는 스트리머 방전부에서 스트리머 방전에 의해 생성되는 플라즈마를 이용하여 공기 중에 포함되어 있는 미세입자(먼지, 세균류, 알레르기 등)을 이온화시켜 포집하는 것이다.
코로나(스트리머) 방전을 이용한 저온 플라즈마 방식의 공기처리장치는 미세입자를 하전시켜 집진함으로써 미세입자의 집진 효율을 좋으나, 방전시 다량의 오존을 발생시켜 공기처리장치에서 정화되어 배출되는 배출공기를 바로 실내공기로 사용할 수 없는 단점이 있다. 또한, 종래의 공기정화장치의 경우 다량의 이온을 발생시키기 위하여 다수의 이온발생기를 설치하나 근접하는 이온발생기의 간섭현상에 의하여 이온발생의 성능이 저하되는 단점이 있다. 또한, 장시간 사용으로 이온발생기가 오염된 공기 중에 노출됨으로써 이온발생기가 오염되어 이온발생성능이 저하되는 단점이 있어, 주기적으로 청소를 하거나 이온발생기를 교체해주어야 하는 유지보수에 대한 문제점이 있다.
한편, 신종 인플루엔자 등이 이슈화되면서 공기감염 문제가 대두되어 부유 미생물 항균 기술의 필요성이 커지고 있으며, 이에 따라 항균필터가 부유 미생물 제거장치로 사용되고 있다.
향균 물질로서 천연 성분을 사용하는 경우에는 항균 효과가 낮아, 대부분 금속 나노(예를 들어, 은나노 등) 입자가 항균필터에 사용되고 있으나, 금속 나노 입자에 대한 독성 평가가 제대로 이루어지고 있지 않아, 코팅된 입자가 재비산될 경우 인체에 유해할 수 있다는 문제점이 있다.
즉, 공기를 정화하기 위해서는 공기 상에 부유하는 미세입자를 포집하는 포집장치와 미세입자 상의 미생물을 살균하기 위한 항균장치가 필요하나, 종래에는 이러한 장치가 각각 별도로 마련되어 비용이 많이 발생하며, 설치공간의 제약 등의 문제가 있다
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기 중에 부유하는 미세입자를 하전시키는 하전부의 접지여부를 제어함으로써, 미세입자를 포집하는 포집기능과 미세입자를 제거하는 항균기능을 선택적으로 할 수 있는 공기정화장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공기 중에 부유하는 미생물을 포함하는 미세입자를 포집 및 제거하는 공기정화장치에 있어서, 전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생기와, 전기적으로 접지 가능하게 마련되어 접지시 상기 이온 발생기와의 사이에서 전기장이 형성되는 가이드부를 포함하며, 공기의 유동경로 상에 마련되는 하전부; 공기의 유동경로를 따라 상기 하전부와 소정간격 이격되며, 하전된 미세입자가 포집되거나 또는 포집된 상기 미세입자가 제거되는 처리부; 상기 이온의 이동경로를 제어하도록 상기 가이드부의 접지 여부를 제어하여, 상기 미세입자의 포집 또는 제거를 선택적으로 결정하는 제어부;를 포함하는 공기정화장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 이온 처리부와 상기 가이드부 사이에 전기장이 형성되어 상기 미세입자가 하전되도록 상기 가이드부를 접지시키거나, 상기 이온이 상기 처리부 측으로 이동하여 상기 미세입자가 제거되도록 상기 가이드부를 접지 해제시키는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가이드부는 복수 개가 공기의 유동경로와 나란하게 마련되어 이격공간을 형성하여 상기 이격공간으로 공기가 유동되도록 안내하며, 상기 이온 발생기는 상기 가이드부와 교대로 배치되어 상기 이격공간 내에 이온을 발생시키는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 이온 발생기는 탄소섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 처리부는 정전 필터로 마련되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 처리부는, 복수 개가 상호 소정간격 이격 되어 배치되며, 전기적으로 절연되는 집진판; 상기 집진판과 교대로 배치되며, 전압이 인가됨으로써 상기 집진판과의 사이에 전기장을 형성시키는 금속판;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 동일한 구성으로부터 미세입자를 포집하는 포집장치와 미생물 등을 살균하는 항균장치 기능을 모두 수행할 수 있는 공기정화장치가 제공된다.
또한, 공기 중에 부유하는 미세입자를 하전시키는 하전부의 접지여부를 제어하여 포집장치와 항균장치 기능을 선택적으로 수행함으로써 비교적 간단한 방법으로 장치 기능의 선택적인 수행이 가능하다.
또한, 하전부는 탄소섬유를 이용함으로써 코로나 방전에 비하여 낮은 전압에서도 다량의 이온발생이 가능하여 소비전력을 줄일 수 있다.
또한, 처리부가 정전필터로 마련되는 경우에는 장치의 제조 및 구성의 교체등이 아주 간단하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 공기정화장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 공기정화장치의 포집기능을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 공기정화장치의 항균기능을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 공기정화장치의 접지여부 제어에 따른 포집기능과 항균기능의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화장치에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 공기정화장치는 공기 중에 부유하는 미세입자를 하전시키는 하전부의 접지여부를 제어함으로써, 미세입자를 포집하는 포집기능과 미세입자를 제거하는 항균기능을 선택적으로 할 수 있는 공기정화장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화장치의 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 공기정화장치의 개략적인 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화장치(100)는 케이싱(110)과, 케이싱(110) 내부에 설치되는 하전부(120)와, 케이싱(110) 내부에 설치되며 하전부(120)와 소정간격 이격되는 처리부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
케이싱(110)은 공기 중에 부유하는 미세입자가 포집 및 제거(살균)되는 영역으로서 중공형상으로 마련되며, 길이방향을 따라 길게 마련된다.
케이싱(110)의 양단은 개구되며, 일단은 공기가 케이싱(110) 내부로 유입되며 타단은 공기가 외부로 배출되는 영역이다. 이때, 케이싱(110)은 길이방향이 공기의 유동방향과 나란하게 배치되는 것이 바람직하다. 하전부(120)와 처리부(130)는 케이싱(110) 내부에서 케이싱(110)의 길이방향을 따라 소정거리 이격되어 배치되며, 항균기능 수행시 하전부(120)에서 발생되는 이온이 처리부(130) 측으로 이동하므로, 이온의 이동이 용이하도록 케이싱(110)은 길이방향이 공기의 유동방향과 나란하게 배치되는 것이 바람직하다.
하전부(120)는 이온을 발생시켜 오염된 공기 중에 포함되는 미세입자를 하전시킴으로써 미세입자가 처리부(130)에 포집되도록 하거나 처리부(130)에 포집된 미생물 등을 제거하기 위한 구성으로서, 이온 발생기(121)와, 가이드부(122) 및 전압인가장치(123)를 포함한다. 하전부(120)는 케이싱(110)의 공기가 유입되는 유입구 부분에 설치된다.
이온 발생기(121)는 공기에 양(+)극 또는 음(-)극의 극성을 갖는 전하를 공급함으로써, 공기 중에 부유하는 미세입자를 이온 발생기(121)에 의해 제공되는 전하와 동일한 극성으로 하전시키는 구성이다. 이온 발생기(121)는 공기의 유동방향을 따라 복수 개가 상호 이격되어 배치되며, 가이드부(122) 사이마다 배치된다. 즉, 이온 발생기(121)와 가이드부(122)는 복수 개가 상호 교대로 배치된다. 한편, 이온 발생기(121)는 전압인가장치(123)와 연결되어 전압인가장치(123)로부터 전압을 인가받음으로써 공기에 전하를 공급한다.
이온 발생기(121)는 탄소섬유로 마련될 수 있다. 탄소섬유는 길이가 짧은 단선으로 마련되어 끝단부에서 이온이 발생하도록 형성되거나, 긴 와이어 형태로 마련되어 끝단부 뿐만 아니라 전체부분에서 이온이 발생하도록 형성될 수 있다. 탄소섬유로 마련되는 경우 코로나 방전에 비하여 낮은 전압에서도 다량의 이온발생이 가능하여 소비전력을 줄일 수 있다.
가이드부(122)는 복수 개가 서로 이격되게 배치되어 이격공간을 형성하여 오염된 공기가 이격공간을 따라 유동하도록 공기의 유동방향을 안내하는 구성이다. 가이드부(122)는 접지 여부가 제어되도록 마련된다. 가이드부(122)의 접지여부에 따라 공기정화장치(100)의 포집기능과 항균기능이 선택되므로, 필요에 따라 접지 여부가 제어되도록 마련된다.
가이드부(122)와 이온 발생기(121)은 상호 교대로 배치되며, 가이드부(122)가 전기적으로 접지되는 경우 이온 발생기(121)로부터 가이드부(122) 방향으로 전기장이 형성된다. 이에 따라, 전기장의 방향과 공기의 유동방향은 상호 교차되므로, 보다 용이하게 미세입자가 하전된다.
한편, 가이드부(122)가 접지 해제되는 경우에는 이온 발생기(121)와 가이드부(122) 간에 전기장이 형성되지 않으므로, 이온 발생기(121)로부터 발생되는 이온(전하)의 이동경로는 바람직하게는 공기의 유동방향과 나란하다.
전압인가장치(123)는 이온 발생기(121)에 전압을 인가하여, 이온 발생기(121)로부터 전하가 발생되도록 하는 구성이다.
처리부(130)는 하전부(120)를 통하여 하전된 미세입자가 포집되거나, 포집된 미세입자가 제거되는 영역이다. 여기서, 제거란 미세입자 상에 포함되는 미생물 등이 살균되는 것을 의미한다. 처리부(130)는 케이싱(110)의 공기가 배출되는 배출구 부분에 설치되어 하전부(120)와 소정간격 이격된다.
처리부(130)는 정전 필터로 마련될 수 있다. 즉, 처리부(130)는 정전기를 띄도록 마련되어 포집 및 항균 기능을 수행한다. 구체적으로, 처리부(130)는 양(+)극 및 음(-)극으로 대전되어 있으며, 하전부(120)에서 발생한 이온이 인력에 의하여 처리부(130) 측으로 이동한다.
포집기능 수행시에는 공기 중에 부유하는 미세입자가 하전부(120)에 의하여 극성을 갖도록 하전되며, 하전된 미세입자는 공기의 유동방향을 따라 이동하다가 정전기를 띄는 처리부(130)에 포집된다. 또한, 항균기능 수행시에는 이온 발생기(121)로부터 발생된 이온이 공기의 유동방향을 따라 처리부(130) 측으로 이동하며, 이때, 포집된 미세입자에 하전된 전하와의 인력에 의하여 충돌함으로써 미생물이 제거된다.
본 실시예에서 처리부(130)는 정전 필터로 마련되는 것으로 하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 변형례도 가능하다.
처리부(130)의 변형례는 정전필터가 아닌, 전기장을 인가하여 미세입자의 포집 및 미생물 등의 항균기능을 수행하는 것으로서, 집진판과 금속판을 포함한다.
금속판은 전압 인가부와 연결되어 집진판과의 사이에서 전기장을 형성하기 위한 구성으로서, 복수 개가 상호 소정간격 이격되어 마련된다. 집진판은 금속판(131)과의 사이에서 전기장을 형성하기 위한 것으로서, 복수 개가 마련되며 각각의 집진판은 금속판 사이의 간격에 배치된다. 즉, 집진판과 금속판은 교대로 나란하게 배치된다.
이때, 금속판은 전압 인가부와 연결되어 전압이 인가되나, 집진판은 전기적으로 접지되며, 이로 인해, 금속판으로부터 집진판을 향하는 방향으로 전기장이 형성된다. 하전부(120)를 통과하면서 미세입자는 극성을 갖도록 하전되므로, 금속판과 집진판 사이에 형성된 전기장에 의하여 집진판에 포집된다. 이와같은 구성으로 인하여 상술한 집진판으로 마련되는 처리부(130)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 공기정화장치(100)가 포집기능과 항균기능을 선택적으로 수행할 수 있도록 하는 구성이다. 제어부(140)는 가이드부(122)의 접지 여부를 제어하도록 마련된다.
즉, 제어부(140)는 포집기능이 필요한 경우에는 가이드부(122)가 전기적으로 접지되도록 함으로써 이온 발생기(121)와 가이드부(122) 사이에 전기장이 형성되도록 하며, 항균기능이 필요한 경우에는 가이드부(122)가 접지 해제되도록 함으로써 이온 발생기(121)와 가이드부(122) 사이에 전기장이 형성되지 않도록 한다.
도 5는 도 1의 공기정화장치의 접지여부 제어에 따른 포집기능과 항균기능의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 제어부(140)가 가이드부(122)의 접지여부를 제어함으로써, 가이드부(122)가 전기적으로 접지되는 경우에는 공기정화장치(100)가 미세입자 포집장치가 되며, 가이드부(122)가 접지 해제되는 경우에는 공기정화장치(100)가 미세입자 제거장치가 된다.
본 실시예에서 제어부는 약 6일간은 미세입자가 포집되도록 가이드부(122)가 접지되도록하며, 약 1일간은 포집된 미세입자가 제거되도록 가이드부(122)가 접지해제되도록 하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
지금부터는 본 발명의 알실시예에 따른 공기정화장치의 작동에 대하여 설명한다.
공기정화장치의 포집기능과 항균기능을 분리하여 설명한다.
1. 공기정화장치의 미세입자 포집기능
도 3은 도 1의 공기정화장치의 포집기능을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 전압인가장치(123)에 의하여 이온 발생기(121)로부터 양극 또는 음극을 갖는 이온(전하)가 방출된다. 이때, 제어부(140)는 가이드부(122)가 전기적으로 접지되도록 함으로써 이온 발생기(121)로부터 가이드부(122) 측으로 전기장이 형성되도록 한다.
공기의 유동방향과 나란하게 배치된 케이싱(110)의 유입구를 통하여 미세입자 등을 포함하는 오염된 공기가 케이싱(110) 내부로 유입된다.
케이싱(110) 내부로 유입된 공기는 하전부(120) 측으로 이동하며, 공기의 유동방향과 하전부(120)에 형성된 전기장의 방향은 상호 교차되므로, 공기 중의 미세입자가 하전부(120)로부터 방출되는 전하에 의해 용이하게 하전된다.
하전된 미세입자는 공기의 유동방향을 따라 이동하다가, 정전기를 갖는 처리부(130)에 포집된다. 구체적으로, 하전된 미세입자는 반대극성을 갖는 처리부(130)의 영역에 포집된다.
제어부(140)는 약 6일 정도 가이드부(122)가 접지되어 공기정화장치(100)가 포집기능을 수행하도록 하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
2. 공기정화장치의 미세입자 항균기능
도 4는 도 1의 공기정화장치의 항균기능을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 전압인가장치(123)에 의하여 이온 발생기(121)로부터 양극 또는 음극을 갖는 이온(전하)가 방출된다. 이때, 제어부(140)는 가이드부(122)가 접지 해제되도록 함으로써 하전부(120) 내에는 전기장이 형성되지 않는다.
이온 발생기(121)로부터 발생되는 전하는 공기의 유동방향을 따라 이동한다. 케이싱(110)은 길이방향이 공기의 유동방향과 나란하게 배치되므로, 전하는 처리부(130) 측으로 이동하게 된다.
이때, 처리부(130)에는 포집기능시 일정한 전하를 띄는 미세입자가 포집되어 있으며, 미세입자에 하전된 전하의 극성과 반대극성을 갖는 이온이 미세입자 측으로 이동한다. 즉, 미세입자의 극성과 반대극성의 이온이 전기적 인력에 의하여 미세입자 측으로 이동한다.
이로 인해, 이온은 미세입자와 충돌하게 되며, 이러한 충돌로 인하여 미생물은 제거된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 공기 중에 부유하는 미세입자를 하전시키는 하전부의 접지여부를 제어함으로써, 미세입자를 포집하는 포집기능과 미세입자를 제거하는 항균기능을 선택적으로 할 수 있는 공기정화장치가 제공된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 공기정화장치 110 : 케이싱
120 : 하전부 130 : 처리부
140 : 제어부

Claims (6)

  1. 공기 중에 부유하는 미생물을 포함하는 미세입자를 포집 및 제거하는 공기정화장치에 있어서,
    전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생기와, 전기적으로 접지 가능하게 마련되어 접지시 상기 이온 발생기와의 사이에서 전기장이 형성되는 가이드부를 포함하며, 공기의 유동경로 상에 마련되는 하전부;
    공기의 유동경로를 따라 상기 하전부와 소정간격 이격되며, 하전된 미세입자가 포집되거나 또는 포집된 상기 미세입자가 제거되는 처리부;
    상기 이온의 이동경로를 제어하도록 상기 가이드부의 접지 여부를 제어하여, 상기 미세입자의 포집 또는 제거를 선택적으로 결정하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 이온 처리부와 상기 가이드부 사이에 전기장이 형성되어 상기 미세입자가 하전되도록 상기 가이드부를 접지시키거나, 상기 이온이 상기 처리부 측으로 이동하여 상기 미세입자가 제거되도록 상기 가이드부를 접지 해제시키는 공기 정화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는 복수 개가 공기의 유동경로와 나란하게 마련되어 이격공간을 형성하여 상기 이격공간으로 공기가 유동되도록 안내하며,
    상기 이온 발생기는 상기 가이드부와 교대로 배치되어 상기 이격공간 내에 이온을 발생시키는 공기 정화장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이온 발생기는 탄소섬유를 포함하는 공기 정화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는 정전 필터로 마련되는 공기 정화장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는,
    복수 개가 상호 소정간격 이격 되어 배치되며, 전기적으로 절연되는 집진판; 상기 집진판과 교대로 배치되며, 전압이 인가됨으로써 상기 집진판과의 사이에 전기장을 형성시키는 금속판;을 포함하는 공기 정화장치.
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