KR101942658B1 - 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기 - Google Patents

입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기 Download PDF

Info

Publication number
KR101942658B1
KR101942658B1 KR1020170112543A KR20170112543A KR101942658B1 KR 101942658 B1 KR101942658 B1 KR 101942658B1 KR 1020170112543 A KR1020170112543 A KR 1020170112543A KR 20170112543 A KR20170112543 A KR 20170112543A KR 101942658 B1 KR101942658 B1 KR 101942658B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasma source
electrode
plasma
patterned
substrate
Prior art date
Application number
KR1020170112543A
Other languages
English (en)
Inventor
은하 최
영준 홍
승호 이
진성 최
문학 김
부일 전
명수 윤
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020170112543A priority Critical patent/KR101942658B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101942658B1 publication Critical patent/KR101942658B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B03C3/45—Collecting-electrodes
    • 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
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 미세먼지 제거기에 응용하여 새로운 방식의 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 구체적인 목적은 입자 크기가 매우 작은 초미세먼지도 거러낼 수 있는 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이며, 아울러 각종 유해물질의 분해 제거 및 살균 효과를 겸할 수 있는 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은, 플라즈마 발생용 전극과 전기장 형성 및 입자 대전용 전극을 구비하는 플라즈마 발생장치를 기존의 공기청정기에 접목시켜 미세먼지와 초미세먼지를 대전시키고 대전된 미세먼지와 초미세먼지 입자들이 정전기력으로 서로 뭉쳐 입자 크기가 증가되어 헤파 필터에서 충분히 걸러지도록 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기를 제공한다.

Description

입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기{Fine Dust Trap With Plasma Discharge Source For Charging Particles}
본 발명은 미세먼지 제거기에 관한 것으로, 특히 본 발명자에 의해 발명되고 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2017-0051412호의 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기를 제안한다.
최근 미세먼지로 인한 대기오염 문제가 심각한 상황이다.
미세먼지는 크기가 10um 이하, 초미세먼지는 크기가 2.5um 이하인 먼지입자를 뜻한다. 실질적으로 초미세먼지의 경우 수십 nm 크기의 매우 작은 먼지 입자들도 상당하다. 이러한 미세먼지와 초미세먼지의 경우, 호흡기 질환을 비롯한 각종 질환을 일으킬 수 있어 미세먼지 농도에 대한 예보를 실시하고 있다. 미세먼지 농도가 나쁨 수준일 경우, 외출을 자제하게 하거나 전용 마스크 착용을 권하며, 실내 공기 관리도 촉구하고 있다. 이에 대해 실내 공기청정기를 설치할 수 있는데, 기존의 공기청정기는 일반 필터와 헤파 필터를 구비하는 것이 대부분이다. 일반 필터는 물론 헤파 필터 역시 크기가 작은 미세먼지는 걸러내지 못하는 문제가 있다. 특히, 수십 나노 크기의 초미세먼지는 일반 필터와 헤파 필터를 모두 통과하기 때문에 다른 수단을 강구하여야 한다.
한편, 플라즈마 응용기술은 기존의 반도체 제조, 표면처리, 핵융합 분야를 넘어 바이오 분야에 대한 적용에 대해 활발히 연구되고 있다. 즉, 플라즈마 기술은 살균, 미세먼지 제거, 공기 정화, 생체 질병에 대한 치료, 처치, 미용용 시술 등 다양하게 전개되고 있다. 이와 같이 플라즈마 적용분야를 확대하고 있는 가운데 플라즈마 발생 장치의 구성도 응용 목적에 따라 다양하게 설계되고 있다. 바이오 분야를 포함하여 실생활에 적용되는 플라즈마 기술의 경우, 전기적 안전성과 더불어, 적용 목적에 따라 활성종의 종류와 생성량을 제어할 수 있는 장치 구성을 요한다.
상술한 바와 같이, 본 발명자들은 플라즈마 방전과 피처리 입자에 대한 대전 작용을 부여한, 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 발명하여 출원 한 바 있으며, 상기 장치는 플라즈마를 이용하되, 매우 효율적인 처리가 가능하다.
본 발명의 목적은 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 미세먼지 제거기에 응용하여 새로운 방식의 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 구체적인 목적은 입자 크기가 매우 작은 초미세먼지도 거러낼 수 있는 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이며, 아울러 각종 유해물질의 분해 제거 및 살균 효과를 겸할 수 있는 미세먼지제거기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은, 플라즈마 발생용 전극과 전기장 형성 및 입자 대전용 전극을 구비하는 플라즈마 발생장치를 기존의 공기청정기에 접목시켜 미세먼지와 초미세먼지를 대전시키고 대전된 미세먼지와 초미세먼지 입자들이 정전기력으로 서로 뭉쳐 입자 크기가 증가되어 헤파 필터에서 충분히 걸러지도록 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 미세먼지 및 초미세먼지 입자들이 대전 되어 뭉쳐져 상당한 크기로 성장하여 해파 필터에 의해 충분히 걸러지며, 수십 nm 크기의 초미세먼지도 역시 같은 메커니즘을 통해 헤파 필터로 걸러진다.
추가적으로, 본 발명에 따르면, 플라즈마에 의해 반응성이 높은 H2O2와 OH를 생성할 수 있으며 이들을 이용하여 살균 작용을 얻을 수 있고, 입자 대전용 전극이 형성한 전기장에 의해 전자 진동을 일으켜 오존 분해 작용을 얻을 수 있어 공기청정 기능 또한 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 제거기의 구성을 보여주는 단면 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 적용될 수 있는 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 미세먼지 제거기에 적용된 플라즈마 발생장치에 인가되는 전압 그래프이다.
도 6은 본 발명의 미세먼지제거기에 대한 실시간 미세먼지 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 미세먼지제거기에 의해 헤파 필터에 집진 된 미세먼지를 촬영한 이미지들이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세먼지제거기의 구조를 보여주는 단면도이다.
기둥형 하우징의 일면은 공기가 유입되는 유입구로 프리 필터(1)와 공기 흡입용 공기 팬(2)이 있고, 후면에는 헤파 필터(5)와 활성탄(6)이 있다. 하우징 내부에는 플라즈마 발생장치(3)가 배치되며, 여기에는 전기장 발생장치도 포함된다.
미세먼지제거기의 내부 구성에 대해, 도 1의 좌측과 우측의 것은 플라즈마 발생장치와 전기장 발생장치의 구조 차이를 지닌다.
좌측에 도시된 미세먼지제거기는 기둥형 하우징 내부에 플라즈마 발생장치(3)가 배치되고, 상기 플라즈마 발생장치(3)는 플라즈마 방전과 함께 전기장 발생에 필요한 구성을 자체 내에 구비하고 있다. 즉, 플라즈마 발생장치(3)에 포함된 전극들이 플라즈마 방전과 전기장 발생을 담당한다.
우측에 도시된 미세먼지제거기는 플라즈마 발생장치(3)와 이에 대응한 전기장 발생장치(4)가 별도로 구성된다. 즉, 플라즈마 발생장치(3)에 포함된 전극은 플라즈마 방전용이고, 대응하는 전극이 전기장 발생장치(4)이다.
이들은 하우징 내부에 배치되며, 공기가 통과할 수 있는 공간을 형성하도록 배치된다. 바람직하게는 하우징의 벽면에 쌍을 이루는 플라즈마 발생장치(3)가 서로 마주보도록 배치되며, 우측의 경우도 플라즈마 발생장치(3)와 전기장 발생장치가 서로 마주보며 하우징의 벽면에 배치되어 있다.
하우징의 전면과 후면은 각각 공기 유입구와 배출구를 이룬다. 전면에는 프리필터(1)와 공기 팬(2)이 배치되어 공기를 흡입하고, 후면에는 헤파 필터(5)가 배치되며, 바람직하게는 활성탄 필터(6)를 더 포함한다.
프리필터(1)는 공기 팬(2)(공기 블로워로 불리우기도 함)의 전단(또는 후단)에 설치되어 플라즈마 방전 영역에 먼지를 포함한 공기가 도달하기 전에 크기가 큰 먼지 입자들을 1차적으로 걸러서 제거해주는 역할을 한다. 즉, 프리필터(1)는 30~50um 이상의 크기를 갖는 먼지 입자들을 걸러주어 1차적인 공기 정화의 역할을 한다.
공기 팬(2)은 공기정화를 위해 주변의 미세먼지를 포함한 공기를 미세먼지제거기의 공기 정화 처리부로 흡입해주는 역할을 한다. 미세먼지제거기의 크기 및/또는 목적에 따라 다양한 크기 내지 유량의 공기 팬을 설치할 수 있다.
공기 팬(2)에 의해 흡입된 공기는 플라즈마 발생장치(3)에 의해 처리된다.
플라즈마 발생장치(3)에 대한 설명은 본 발명자에 의해 발명되고 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2017-0051412호에 잘 나와있다.
도 1의 좌측에 보인 플라즈마 발생장치(3)의 전극의 구성은 도 2에 도시되어 있다.
기판(100)의 배면과 상면에 각각 X 전극(200)과 Y 전극(300)이 설치되고 각각의 전극은 유전체(400)로 덮여진다. X 전극(200)과 Y 전극(300)은 전기적으로 서로 반대 극성의 전압이 인가된다. 따라서 도 2의 경우, 전극들은 위에서부터 아래로 +/-//+/-와 같은 순서의 극성을 띠게 된다. 도 3과 도 4의 경우, 전극들은 위에서부터 아래로 +/-//+와 같은 순서의 극성을 띠게 된다.
기판은 유리, 폴리머, 세라믹, 수정 등의 유전체로 구성된다.
도 2에서 위 편의 플라즈마 소스(제1 플라즈마 소스)의 Y 전극(300)은 판상으로 제작되어 기판(100) 상면에 배치되고, X전극(200)은 서로 이격이 있는 패턴형 전극으로 제작된다. 여기서 Y전극(300)은 X전극(200)과 같은 패턴형으로 제작될 수도 있다.
도 2의 아래 편에 도시된 플라즈마 소스(제2 플라즈마 소스)는 제1 플라즈마 소스와 대칭적으로 마주한 형태를 나타낸다. 패턴형 전극인 Y전극(300)이 위 편을 바라보고 기판(100) 배면에 판상 전극인 X 전극(200)이 배치된다.
X 전극(200)과 Y 전극(300)은 전기적으로 서로 반대 극성의 전압이 인가되어 패턴형 전극면에서 플라즈마 방전이 일어나고, 이때 다수의 전자 그리고 약간의 활성종(활성산소종(O3, OH), 활성질소종(NO2, NO)) 등이 발생한다.
한편, 패턴형 전극인 제1 플라즈마 소스의 X전극(200) 그리고 제2 플라즈마 소스의 Y전극(300)는 상하로 서로 마주보고 있고 간격을 두고 있으며, 서로 반대 극성의 전압이 인가되므로 마주보는 간격 d가 이루는 공간에 전기장이 형성된다. 이때 두 개의 플라즈마 소스가 이루는 간격 d가 너무 가까우면 플라즈마 방전이 일어날 수 있으므로 간격 d를 적절히 띄워 플라즈마 방전이 일어나지 않도록 하여야 한다. 즉, 플라즈마 방전은 제1 플라즈마 소스의 X전극(200)인 패턴형 전극면에서 일어나고, 제2 플라즈마 소스의 Y전극(300)인 패턴형 전극면에서 일어나며, 제1 플라즈마 소스의 X전극(200)과 제2 플라즈마 소스의 Y전극(300) 사이에는 플라즈마 방전이 일어나지는 않고, 전기장이 형성된다.
두 개의 소스 사이 공간에 형성된 전기장은 플라즈마 방전에 의해 생성된 전자들에 대해 힘을 미친다. 이러한 전자는 두 개의 플라즈마 소스 사이에 존재하는 입자와의 상호작용을 통해 입자를 대전시킬 수 있다. 그리고 전극에 인가되는 교류 전압에 의한 전기장의 진동 현상은 전자의 상하 진동을 일으키고 입자를 대전시키는데 매우 효율적인 추가적인 역할을 한다.
본 실시예에서는 미세먼지를 포함한 공기가 플라즈마 발생장치(3)의 방전 공간에 유입됨으로써 미세먼지 자체가 대전 되고 전기장에 의해 진동되면서 서로 뭉쳐져 크기가 증가하게 된다. 이는 마치 눈덩이를 뭉쳐 굴리면 눈 뭉치가 커지는 것과 비슷하다.
좀 더 상세히 설명하면, 대전 된 먼지는 전기적으로 음성을 띠게 되고, 음성을 띤 먼지는 대전 되지 않은 중성 먼지 입자와 전기적으로 당기게 된다. 이와 같은 과정이 반복되어, 미세 먼지 입자는 전기적인 힘으로 인해 그 크기가 커지게 되고, 수십 nm 크기의 작은 미세먼지 역시 그 크기를 상당히 키울 수 있다. 따라서 헤파 필터에서 걸러질 수 있는 정도로 미세먼지 크기가 성장하게 된다.
또한, 전자와 함께 발생 된 활성산소종(O3, OH) 및/또는 활성질소종(NO2, NO)은 살균 및 탈취의 역할을 할 수 있다.
또한, 전기장에 의해 야기된 전자의 진동은 플라즈마 방전시 발생한 오존(O3)과 충돌하여 오존을 분해시킨다(O3→O2+O).
다량 발생 시 인체에 해로울 수 있는 오존을 분해시키는 효과를 갖는 것은 미세먼지제거기로서 유용한 기능이다.
플라즈마 발생장치(3)의 구성을 도 2와 같이 마주하는 제1 플라즈마 소스와 제2 플라즈마 소스를 서로 대칭적으로 동일하게 한 미세먼지제거기가 도 1의 좌측의 것이다. 미세먼지제거기 하우징을 사각기둥과 같은 다각기둥 내지 원기둥형으로 하여 하우징 벽면을 이용해 플라즈마 발생장치 서로 마주보게 배치하였고, 두 세트를 직렬배치하였다. 병렬배치되는 플라즈마 발생장치의 개수는 다양하게 조절될 수 있다.
도 3과 도 4에는 도 1의 우측에 보인 플라즈마 발생장치(3)와 전기장 발생장치(4)의 구성이 나와있다.
패턴형 X전극(200)과 평판형 Y전극(300)을 기판(100)의 양면에 각각 구비한 제1 플라즈마 소스(500)가 도 1의 우측 미세먼지제거기의 플라즈마 발생장치(3)에 해당된다.
제2 플라즈마 소스(600)(실질상 플라즈마 방전이 아니라 전기장 발생용이나 명칭 부여 편의상 플라즈마 발생장치에 포함되어 방전된 입자의 대전용 전기장 발생을 담당하기 때문에 '플라즈마 소스'라 칭한다)는 기판(100) 상면에 평판형 전극으로 Y전극(300)을 구성하고 이를 유전체(400)로 덮었으며, 기판 배면에는 아무런 전극도 배치하지 않았다. 플라즈마 방전은 제1 플라즈마 소스(500)의 패턴형 전극인 X전극(200) 면에서 일어나고, 제2 플라즈마 소스(600)의 판상 전극인 Y전극(300)과 상기 패턴형 전극인 X전극(200)은 간격을 두고 마주 보며, 이들 사이의 공간에는 전기장이 형성되어 입자(미세먼지)를 대전시킨다. 즉, 제1 플라즈마 소스(500)의 패턴형 전극인 X전극(200)과 제2 플라즈마 소스(600)의 판상 전극인 Y전극(300)은 전기적으로 서로 반대 극성을 띠므로 이에 의한 전기장이 형성되어 플라즈마 방전시 생성된 전자가 진동하면서 주변의 먼지입자를 대전시키게 된다.
도 4는 도 2 및 도 3의 변형실시예이며, 도 3의 제2 플라즈마 소스(600)의 배치를 뒤집어 놓은 것이다. 즉, 제2 플라즈마 소스(600)의 기판(100) 면이 위로 향하게 배열되어 제1 플라즈마 소스(500)의 X전극(200)은 제2 플라즈마 소스(600)의 기판(100)을 마주한다. 제2 플라즈마 소스(600)의 Y전극(300)은 기판(100) 배면에 배치되나 제1 플라즈마 소스(500)의 X전극(200)과 전기적으로 반대 극성을 띠어 제1 플라즈마 소스(500)의 X전극(200)과 제2 플라즈마 소스(600)의 Y전극(300) 사이 공간에 전기장을 형성한다. 상기 전기장은 플라즈마 방전으로 인하여 생성된 전자 진동을 일으켜 입자를 대전시킨다.
상기에서 패턴형 전극은 플라즈마 방전용 전극으로 기능하고, 상기 패턴형 전극과 상하로 마주하게 되는 전극(패턴형 전극 또는 평판형 전극)은 플라즈마 방전용이 아닌 전기장 형성용이다. 전기장 형성을 통해 전자 진동 및 입자 대전을 일으킨다.
한편, 제2 플라즈마 소스(600)의 상면 또는 배면에 배열되는 Y전극은 패턴형 전극으로 구성될 수도 있다.
이와 같이 하여 유해물질이 분해 제거되고 뭉쳐진 미세먼지는 헤파 필터(5)에 의해 걸러지게 된다.
본 발명에서 헤파 필터(5)는 바람(공기)이 나가는 부분에서 먼지입자들을 걸러서 제거해 주는 역할을 갖는다. 즉, 플라즈마 발생장치(3)와 전기장 발생장치(4)로 인해 크기가 커진 먼지들을 공기가 미세먼지제거기 밖으로 나가기 전에 헤파 필터(5)를 이용하여 걸러준다. 프리 필터(1)에 비해 구멍의 크기가 훨씬 작은 구조를 갖는 헤파 필터(5)를 미세먼지제거기 후단에 설치하여 작은 크기의 먼지까지도 제거하도록 구성한 것이다.
헤파 필터는 일반적으로 300nm 이상 크기의 먼지들을 잡아낼 수 있다고 알려져 있다. 본 발명에서는 헤파 필터와 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 함께 설치하여, 폐암의 주요한 원인 중 하나인 30~70nm 크기의 미세먼지들을 대전 원리를 이용하여 크기를 키우고 헤파 필터를 이용하여 제거할 수 있게 하였다.
또한, 헤파 필터(5) 후단에 활성탄을 배치하여 오존 제거 기능을 강화하였다.
활성탄(또는 활성탄 필터)은 일반적으로 오존의 분해 및 탈취에 탁월한 효과를 갖기 때문이다. 본 발명에서는 플라즈마 방전시 발생하는 소량의 오존(O3)을 전기장에 의한 오존 입자 충돌을 통해 1차적으로 제거하고, 활성탄(6)에 의해 추가적으로 제거한다. 즉, 활성탄을 이용해 오존(O3)을 산소로 분해 시켜, 오존에 의한 부정적인 영향을 제거한다.
도 5는 플라즈마 발생장치(3) 및/또는 전기장 발생장치에 인가되는 구동전압의 형태를 보여주는 그래프이다.
일반적인 파형은 ①의 파형과 같이 플라즈마가 켜져 있고 꺼져 있는 시간(ON /OFF time) 을 조절하는 버스트 모드(Burst mode) 방식이다. ON / OFF 시간을 조절하여 플라즈마 방전 시 발생하는 열을 제어하고 또한 화학종, 음이온 및 전자 등의 발생량을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치에는 ①의 일반적인 파형 이외에도 ②와 같은 구동 파형 또한 사용할 수 있다. 구동 파형 ②에서는 ON / OFF 시간(time)이 아닌 고전압(HIGH Voltage)과 저전압(Low Voltage) 영역으로 나뉜다.
먼저, 고전압 영역에서는 플라즈마 암(Dark) 방전이나 타운젠트(Townsend) 방전을 발생시켜, 음이온과 전자를 발생시킨다. 그리고 저전압 영역에서는 앞의 입자 대전의 원리와 같이, 입자 대전을 위한 전기장을 발생시킨다. 저전압일 때의 전압은 고전압의 40 내지 60%(바람직하게는 50% 이하)의 크기로, 전기장만을 발생시키고 플라즈마 방전은 발생 되지 않도록 한다.
①의 일반적인 파형에서는, 전압이 인가되는 시간(ON time) 일 때에만 플라즈마가 발생하고 입자를 대전시켰다면, ②의 파형에서는, 고전압 영역일 때에는 플라즈마가 발생하여 입자를 대전시키고 LOW Voltage(저전압 영역) 일 때에는 전기장만을 발생시켜 전기장의 진동으로 계속적으로 입자를 대전시켜 줄 수 있다. 플라즈마가 발생하지 않는 시간에도 입자를 대전시킬 수 있으므로 입자를 대전시킬 수 있는 유효시간이 크게 증가하는 효과가 있다. 즉, 고전압이 인가되어 플라즈마 방전이 일어날 때는 물론, 방전이 일어나지 않는 기간 동안에도 저전압이 인가되어 전기장이 지속적으로 형성되므로 입자의 대전이 활발하게 일어날 수 있다. 이로 인해 미세먼지의 대전과 뭉침 현상이 진행된다.
도 6에는 본 발명의 미세먼지제거기에 대한 미세먼지 제거 속도 실험의 결과가 나와있다.
도 6의 좌측에는, 플라즈마 강방전, 약방전, 방전을 시키지 않은 경우(필터만 작용)로, 세 가지 경우에 대해서 미세먼지 제거 속도를 비교한 결과를 보였고, 도 6의 우측에는 전기장만 걸어준 경우, 플라즈마 약방전, 방전을 시키지 않은 경우로, 세 가지 경우에 대해서 미세먼지 제거 속도 비교 결과를 보였다.
실험결과는 본 발명의 구조를 이용하여 미세먼지 농도 매우 나쁨(150ug/m3) 에서 좋음(30ug/m3) 까지 미세먼지가 제거되는 속도를 측정한 결과이다.
두 실험 결과 모두, 약방전일 때에 미세먼지 제거 속도가 가장 빠른 결과를 보인다.
또한, 플라즈마 약 방전(Dark discharge or Townsend discharge)을 실시할 경우가 플라즈마를 방전하지 않는 기준(reference) 경우에 비해서 미세먼지를 제거하는데 더 효과적이라는 결과를 보인다. 본 발명의 미세먼지제거기에서 입자 대전을 시킬 수 있는 플라즈마 발생장치 구조를 사용했을 때, 미세먼지 제거 속도 상승 효과가 강화됨을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 미세먼지제거기에 의해 헤파 필터에 집진 된 미세먼지를 촬영한 이미지들이다. 좌측에는 본 발명의 미세먼지제거기 구조를 이용하여 헤파 필터에 집진 된 미세먼지를 촬영한 이미지를 보였다. 수십~수백nm 크기의 미세먼지 입자들이 대전 및 진동의 영향으로 사이 사이에 빈공간을 두고 서로 뭉친 형태를 보인다. 오른쪽 이미지는 헤파 필터를 작은 배율로 전체적으로 촬영한 결과이다. 헤파 필터 전체적으로 왼쪽의 이미지와 같이 미세먼지 입자들이 수십 um 크기의 입자로 서로 뭉쳐진 형태를 보인다.
앞에서 설명한 대로, nm 크기의 미세먼지 입자들이 플라즈마 발생장치 및 전기장의 입자 대전 효과로 인하여 수십 um 크기로 서로 뭉치게 되고 미세먼지제거기의 후단에 위치하는 헤파 필터에 걸려서 제거되는 모습을 확인할 수 있다.
한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 프리 필터
2: 공기 팬
3: 플라즈마 발생장치
4: 전기장 발생장치
5: 헤파 필터
6: 활성탄
100: 기판
200: X전극
300: Y전극
400: 유전체
500: 제1 플라즈마 소스
600: 제2 플라즈마 소스

Claims (5)

  1. 하우징;
    상기 하우징 전면에 배치되는 공기 흡입용 공기 팬;
    상기 하우징 후면에 배치되는 헤파 필터; 및
    상기 하우징 내부에 배치되는 플라즈마 발생장치;를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생장치는,
    기판의 상면에 배열되는 전극과 상기 기판의 배면에 배열되는 패턴형 전극을 구비한 제1 플라즈마 소스; 및
    기판의 상면에 배열되는 패턴형 전극과 기판의 배면에 배열되는 전극을 구비한 제2 플라즈마 소스;를 포함하고,
    상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스를 마주하게 배치하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극면과 상기 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극면이 서로 간격을 두고 마주보고 배치되게 하고,
    상기 제1 플라즈마 소스 기판 배면의 패턴형 전극과 기판 상면의 전극 및 상기 제2 플라즈마 소스 기판 상면의 패턴형 전극과 기판 하면의 전극에 전압을 인가하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극에 인가되는 전압의 극성과 마주보는 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극에 인가되는 전압의 극성은 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하고, 상기 제1 플라즈마 소스의 배면에 배열된 패턴형 전극에 인가되는 전압과 상기 제1 플라즈마 소스의 상면에 배열되는 전극도 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하고, 상기 제1 플라즈마 소스의 배면에 배열된 패턴형 전극에 인가되는 전압과 상기 제2 플라즈마 소스의 배면에 배열된 전극에 인가되는 전압은 전기적으로 서로 같은 극성이 되게 하여,
    상기 마주보는 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극면에서 각각 플라즈마를 방전시키고, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 마주보는 편에 배치된 상기 제2 플라즈마 소스의 패턴형 전극 사이에 전기장이 형성되어 상기 전기장에 의해 전자에 의한 입자 대전이 활성화 되게 하며,
    상기 공기 팬에 의해 하우징 내로 유입된 공기 중의 미세먼지를 대전시켜 서로 뭉치게 함으로써 상기 헤파 필터에 의해 걸러질 수 있게 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기.
  2. 하우징;
    상기 하우징 전면에 배치되는 공기 흡입용 공기 팬;
    상기 하우징 후면에 배치되는 헤파 필터; 및
    상기 하우징 내부에 배치되는 플라즈마 발생장치;를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생장치는,
    기판의 상면에 배열되는 전극과 상기 기판의 배면에 배열되는 패턴형 전극을 구비한 제1 플라즈마 소스; 및
    기판의 상면 또는 배면에 배열되는 전극을 구비하여 전기장을 발생시키기 위한 제2 플라즈마 소스;를 포함하고,
    상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스를 마주하게 배치하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 상기 제2 플라즈마 소스의 기판 면 또는 전극과 서로 간격을 두고 배치되게 하고,
    상기 제1 플라즈마 소스 상면과 배면의 전극 및 상기 제2 플라즈마 소스의 전극에 전압을 인가하되, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극에 인가되는 전압의 극성과 공간을 두고 마주보는 제2 플라즈마 소스 면의 전극에 인가되는 전압의 극성은 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하고, 상기 제1 플라즈마 소스의 배면에 배열된 패턴형 전극에 인가되는 전압과 상기 제1 플라즈마 소스의 상면에 배열되는 전극도 전기적으로 서로 다른 극성이 되게 하여, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극 면에서 플라즈마를 방전시키고, 상기 제1 플라즈마 소스의 패턴형 전극과 마주보는 편에 배치된 상기 제2 플라즈마 소스의 전극 사이에 전기장이 형성되어 상기 전기장에 의해 입자 대전이 활성화되게 하여,
    상기 공기 팬에 의해 하우징 내로 유입된 공기 중의 미세먼지를 대전시켜 서로 뭉치게 함으로써 상기 헤파 필터에 의해 걸러질 수 있게 한 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징 전면에 프리 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징 후면에 활성탄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극에 인가되는 인가전압은, 플라즈마 방전을 일으키기 위한 방전용 전압을 온/오프 식으로 인가하고, 상기 방전용 전압이 오프 타임일 동안은 전기장 형성용 전압을 인가하며, 상기 방전용 전압은 상기 전기장 형성용 전압에 비해 고전압인 것을 특징으로 하는 미세먼지제거기.
KR1020170112543A 2017-09-04 2017-09-04 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기 KR101942658B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170112543A KR101942658B1 (ko) 2017-09-04 2017-09-04 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170112543A KR101942658B1 (ko) 2017-09-04 2017-09-04 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101942658B1 true KR101942658B1 (ko) 2019-01-25

Family

ID=65280334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170112543A KR101942658B1 (ko) 2017-09-04 2017-09-04 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101942658B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021006403A1 (ko) * 2019-07-11 2021-01-14 (주)코미코 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리 장치 및 방법
KR20210050135A (ko) * 2019-10-28 2021-05-07 주식회사 정록 플라즈마 공기 청정 장치

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990040560A (ko) * 1997-11-19 1999-06-05 고희석 코로나 방전 플라즈마에 의한 공해가스처리 방법 및 그 장치
JP2004089708A (ja) * 2002-08-09 2004-03-25 Mitsubishi Electric Corp ガス浄化方法およびガス浄化装置
KR100487544B1 (ko) * 2003-03-31 2005-05-17 주식회사 솔고 바이오메디칼 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치및 그 방법
JP3697950B2 (ja) * 1999-06-11 2005-09-21 松下電工株式会社 空気清浄器
KR100526300B1 (ko) * 2005-05-27 2005-11-08 주식회사 원방테크 전기집진식 실내환기장치
KR100535705B1 (ko) * 2003-07-29 2005-12-09 주식회사 솔고 바이오메디칼 입체형 셀 구조의 플라즈마 방전부를 이용한 가습장치 및그 방법
KR20060024659A (ko) * 2004-09-14 2006-03-17 엘지전자 주식회사 연면 방전형 공기정화장치
KR20060037181A (ko) * 2004-10-27 2006-05-03 전남대학교산학협력단 저온 플라즈마 광촉매와 열촉매의 하이브리드 휘발성 유기화합물 제거장치
WO2009080751A1 (en) * 2007-12-20 2009-07-02 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Method for manufacturing large-area vacuum plasma treated substrates and vacuum plasma treatment apparatus
KR20130108015A (ko) * 2012-03-22 2013-10-02 (주)지니아텍 공기 청정기용 플라즈마 발생모듈 및 플라즈마 발생모듈 제조방법
KR20130130324A (ko) * 2012-05-22 2013-12-02 광운대학교 산학협력단 대기압 플라즈마 소스
US20130319460A1 (en) * 2011-02-08 2013-12-05 Meiko Maschinenbau Gmbh & Co. Kg Cleaning apparatus for cleaning articles
KR20140060277A (ko) * 2011-06-17 2014-05-19 린데 악티엔게젤샤프트 플라즈마의 유동을 제공하기 위한 장치
US20140273184A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Inspirotec Llc Electrokinetic devices and methods for capturing assayable agents
KR20150111064A (ko) * 2014-03-25 2015-10-05 엘지전자 주식회사 플라즈마 전극장치
KR20150123736A (ko) * 2014-04-24 2015-11-04 광운대학교 산학협력단 플로팅 ｄｂｄ 플라즈마 소스
KR101632158B1 (ko) * 2015-12-28 2016-06-21 광운대학교 산학협력단 플라즈마를 이용한 차량 또는 실내 살균기
JP6028348B2 (ja) * 2012-03-14 2016-11-16 富士電機株式会社 電気集塵装置
KR101778120B1 (ko) * 2017-04-21 2017-09-14 광운대학교 산학협력단 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990040560A (ko) * 1997-11-19 1999-06-05 고희석 코로나 방전 플라즈마에 의한 공해가스처리 방법 및 그 장치
JP3697950B2 (ja) * 1999-06-11 2005-09-21 松下電工株式会社 空気清浄器
JP2004089708A (ja) * 2002-08-09 2004-03-25 Mitsubishi Electric Corp ガス浄化方法およびガス浄化装置
KR100487544B1 (ko) * 2003-03-31 2005-05-17 주식회사 솔고 바이오메디칼 입체형 셀 구조의 플라즈마 필터를 이용한 공기정화 장치및 그 방법
KR100535705B1 (ko) * 2003-07-29 2005-12-09 주식회사 솔고 바이오메디칼 입체형 셀 구조의 플라즈마 방전부를 이용한 가습장치 및그 방법
KR20060024659A (ko) * 2004-09-14 2006-03-17 엘지전자 주식회사 연면 방전형 공기정화장치
KR20060037181A (ko) * 2004-10-27 2006-05-03 전남대학교산학협력단 저온 플라즈마 광촉매와 열촉매의 하이브리드 휘발성 유기화합물 제거장치
KR100526300B1 (ko) * 2005-05-27 2005-11-08 주식회사 원방테크 전기집진식 실내환기장치
WO2009080751A1 (en) * 2007-12-20 2009-07-02 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Method for manufacturing large-area vacuum plasma treated substrates and vacuum plasma treatment apparatus
US20130319460A1 (en) * 2011-02-08 2013-12-05 Meiko Maschinenbau Gmbh & Co. Kg Cleaning apparatus for cleaning articles
KR20140060277A (ko) * 2011-06-17 2014-05-19 린데 악티엔게젤샤프트 플라즈마의 유동을 제공하기 위한 장치
JP6028348B2 (ja) * 2012-03-14 2016-11-16 富士電機株式会社 電気集塵装置
KR20130108015A (ko) * 2012-03-22 2013-10-02 (주)지니아텍 공기 청정기용 플라즈마 발생모듈 및 플라즈마 발생모듈 제조방법
KR20130130324A (ko) * 2012-05-22 2013-12-02 광운대학교 산학협력단 대기압 플라즈마 소스
US20140273184A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Inspirotec Llc Electrokinetic devices and methods for capturing assayable agents
KR20150111064A (ko) * 2014-03-25 2015-10-05 엘지전자 주식회사 플라즈마 전극장치
KR20150123736A (ko) * 2014-04-24 2015-11-04 광운대학교 산학협력단 플로팅 ｄｂｄ 플라즈마 소스
KR101671625B1 (ko) * 2014-04-24 2016-11-02 광운대학교 산학협력단 플로팅 ｄｂｄ 플라즈마 소스
KR101632158B1 (ko) * 2015-12-28 2016-06-21 광운대학교 산학협력단 플라즈마를 이용한 차량 또는 실내 살균기
KR101778120B1 (ko) * 2017-04-21 2017-09-14 광운대학교 산학협력단 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021006403A1 (ko) * 2019-07-11 2021-01-14 (주)코미코 대기압 플라즈마를 이용한 표면처리 장치 및 방법
KR20210050135A (ko) * 2019-10-28 2021-05-07 주식회사 정록 플라즈마 공기 청정 장치
KR102317846B1 (ko) * 2019-10-28 2021-10-26 주식회사 정록 플라즈마 공기 청정 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102198329B1 (ko) 복합 살균 공기정화기
Chen et al. Electrostatic precipitator for fine and ultrafine particle removal from indoor air environments
JP5855122B2 (ja) 微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置及びその方法
JP5546630B2 (ja) 微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置
JP2003035445A (ja) 空気清浄機
KR20180066884A (ko) 오존 방출없는 플라즈마 공기청정기
US7803213B2 (en) Apparatus and method for enhancing filtration
KR20140030124A (ko) 원하지 않는 성분들로부터 공기를 정화하고 그 성분들을 제거하기 위한 장치 및 방법
KR101942658B1 (ko) 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 이용한 미세먼지 제거기
KR20200067380A (ko) X선 선량이 자동 제어되어 분사하는 x선을 이용한 공기청정기
CN106999949A (zh) 用于净化气流的静电过滤器
JP2008034220A (ja) 放電電極素子およびイオナイザー
KR101355187B1 (ko) 공기 청정기용 플라즈마 발생모듈 및 플라즈마 발생모듈 제조방법
KR102064043B1 (ko) 전기집진장치 및 이를 채용한 공기정화장치
US7175695B1 (en) Apparatus and method for enhancing filtration
KR101778120B1 (ko) 입자를 대전시킬 수 있는 플라즈마 발생장치
Shimizu et al. Basic study of indoor air quality improvement by atmospheric plasma
US20230249195A1 (en) Air purification unit and method for coating an electrode of an air purification unit
US11673147B2 (en) Air purification system
JP5056475B2 (ja) 空気処理装置
KR20200021113A (ko) 플라즈마 방전을 이용한 오존 프리 미세먼지 제거 및 살균 장치
JP7196550B2 (ja) 空気清浄装置
EP1790360B1 (en) Sterilizing method
JP2007196199A (ja) 放電装置並びに該放電装置を備えた空気浄化装置及び起風装置
CA2898030C (en) Air disinfection method and a device for implementation thereof

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant