KR20210024937A - 공기정화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

공기정화 장치에 관하여 개시한다. 본 발명은 롤러에 권취되어 회전되는 지지체; 공기정화용 분말이 상기 지지체에 부착되도록 유도하기 위해 상기 지지체의 안쪽에 배치되는 자석; 전기집진을 위해 상기 지지체와 고전압 전극에 전압을 인가하는 전극; 및 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말을 공급하는 깨끗한 공기정화용 분말 저장통과 오염된 공기정화용 분말을 저장하는 오염된 공기정화용 분말 저장통;을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

공기정화 장치 및 방법{Air purification apparatus and air purification method using the same}
본 발명은 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염 물질을 효율적으로 저감시키는 공기정화 장치 및 방법에 관한 것이다.
대기 오염원으로 도심의 경우 자동차 배기가스, 차량 운행중 타이어 마모 분진, 브레이크 패드 발생 분진, 차량 운행에 따른 미세먼지 부유물, 도로포장 초기 발생 OUT GAS, 각종 공사, 난방 배기 가스 등이 있으며 외부 유입 오염원으로는 공장 및 화력발전에서 발생되는 각종 유해 가스 및 미세먼지와 해외 유입 미세먼지 및 황사 등이 있다. OECD '2017삶의 질'보고서에 따르면 한국 대기오염은 OECD국가들 중 공기질이 심각한 수준이며, 한국의 야외 초미세먼지의 평균 노출량은 OECD 평균의 두 배로 보고되고 있다. 우리나라에서 그동안 미세먼지는 주로 봄철에 발생이 되는 패턴이었는데 최근에는 사계절 발생하고 있으며 미세먼지로 인한 사망자 와 폐 질환 관련 환자가 증가되고 있는 것으로 추정되며 전국민이 각종 질환 증가 및 고통을 받고 있어 미세먼지 저감과 관련된 공기청정 및 제어 기술의 개발과 실생활에 용이하게 사용할 수 있는 고성능의 공기청정기 보급이 필요한 실정이다.
한편 공기정화장치와 관련하여, 국내 등록특허공보 제10-1919149호 및 제10-1959980호에는 '응축성장을 이용한 공기정화 장치'가 제안되어 있으나 물의 계속 공급 문제, 압손 및 소음이 큰 문제, 미세먼지 전구체인 NOx, SOx 등 기체상 오염원 처리가 불가능한 문제 및 실외형의 경우 겨울철 동파 문제를 해결하기 어렵다. 국내 등록특허공보 제10-1832220호의 '정전기를 이용한 미세먼지 집진장치'는 대전되는 전하수가 낮아 포집 효율이 높지 않고, 마찰로 인한 미세먼지 발생 문제, 잦은 세정과 마찰 소음 발생 문제 및 미세먼지 전구체인 NOx, SOx 등 기체상 오염원 처리가 불가능한 문제가 있다. 현재 공기청정기는 일정 시간 사용 후 필터를 주기적으로 교체하여야 하며, 오염 밀도가 높은 지역은 필터 교체에 고비용이 발생하여 적용이 어려운 단점이 있다. 습식 공기청정 방법의 경우는 물을 주기적으로 공급해주어야 하며 실외에서는 동파 등의 문제로 사용이 제한적인 문제점이 있다. 일반적인 공기청정기의 경우는 기체상 오염 공기의 경우는 탄소 필터 등을 사용하는 흡착 방법이 대부분이나 흡착 한계 이상에서는 기대 성능이 현저히 떨어지며, 이전에 흡착된 물질이 재 비산되는 문제점이 있어 기대 수명이 길지 않은 문제점이 있다.
특허문헌 1. 국내 등록특허공보 제10-1919149호(공고일 2018년11월16일)
특허문헌 2. 국내 등록특허공보 제10-1959980호(공고일 2019년07월15일)
특허문헌 3. 국내 등록특허공보 제10-1832220호(공고일 2018년02월26일)
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염 물질을 효율적으로 저감시키는 공기정화 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 겨울 동파 및 성능 저하 없이 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염 물질을 효율적으로 저감시키는 공기정화 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 에너지 소모가 적고, 미세먼지 저감성능이 뛰어나며, 기체상 오염물질의 저감 성능을 가지며, 낮은 저압손 구조로 처리 용량을 극대화하고 반복적으로 동일 성능을 유지할 수 있는 공기정화 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 롤러에 권취되어 회전되는 지지체; 공기정화용 분말이 상기 지지체에 부착되도록 유도하기 위해 상기 지지체의 안쪽에 배치되는 자석; 전기집진을 위해 상기 지지체와 고전압 전극에 전압을 인가하는 전극; 및 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말을 공급하는 깨끗한 공기정화용 분말 저장통과 오염된 공기정화용 분말을 저장하는 오염된 공기정화용 분말 저장통;을 포함하는 공기정화 장치로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공기정화용 분말은, 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)은 자성체 분말에 촉매 물질로 V, Ti, Mn, Cu, Ni, Cr, Pd, Pt, Si, Co, Zn, Zr, Nb, Mo, Rh, Ag, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Os, Ir, Au, Bi, 등의 금속 및 산화물을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)은 자성체 분말에 정전 물질로 이온 기능기로 산소기 (Oxygen group -O-) 또는 수산기 (hydroxyl group -OH-) 또는 카르복실레이트기(carboxylate group, -COO-) 또는 암모늄기(ammonium group, -NH3 + 또는 -NH2 +-) 또는 아자나이드기(azanide group, -NH- 또는 -N--) 또는 설포네이트기(sulfonate group, -SO3 -) 또는 포스포네이트기(phosphonate group, -PO(O-)2, 또는 -PO(OR)O-) 또는 포스페이트(phosphate group, -OPO(O-)2 또는 -OPO(OR)O-) 등 또는 복합 기능기를 부착하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지체는, 공기정화용 분말은 통과되지 않으면서 정화된 공기는 통과되는 기공을 가지며, 전기적으로 도체의 성질을 갖는 것으로, 전기집진에서 상기 전극의 상대 전극을 구성하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극은, 상기 지지체에 대면하는 위치에 설치되어 고전압을 인가하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 깨끗한 공기정화용 분말 저장통은, 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말의 부착 두께를 조절하여 공급하는 공기정화 분말 공급 두께 가이드;를 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 오염된 공기정화용 분말 저장통의 주변부에는 상기 지지체로부터 오염된 공기정화용 분말을 수거하는 수거 가이드를 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 오염된 공기정화용 분말 저장통의 주변부에는 상기 지지체에 집진된 오염 물질을 분리하는 분리수단;을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분리수단은, 오염된 공기정화용 분말이 이동하는 이동 통로; 및 상기 이동 통로로 유동하는 공기정화용 분말을 진동 또는 경사에 의한 중력, 압축 공기, 물, 구동 수단에 의한 진동 중 적어도 하나에 의해 오염된 공기정화 분말에 부착된 응집 먼지를 분리하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분리수단은, 오염된 공기정화용 분말에 응집된 먼지를 포함하는 오염물질을 분리하는 분리 필터; 및 상기 분리 필터로부터 분리되어 낙하하는 오염 물질을 저장하는 오염 물질 저장통;을 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 지지체를 회전시키는 과정에서 공기정화용 분말이 지지체의 표면에 부착되도록 하는 제1 단계; 전극을 통해 상기 지지체 및 상대전극에 고전압을 인가하는 제2 단계; 및 상기 단계를 통해 공기를 정화하고 정화과정에서 오염된 공기정화용 분말에 포함된 오염물질을 분리하는 제3 단계;를 포함하는 공기정화 방법으로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공기정화용 분말은, 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 단계에서는, 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말의 부착 두께를 조절하여 공급하는 공기정화 분말 공급 두께 조절 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제3 단계에서는, 오염된 공기정화용 분말을 이동 이동 통로를 통해 이동시키는 단계; 및 상기 이동 통로로 유동하는 공기정화용 분말을 진동 또는 경사에 의한 중력, 압축 공기, 물, 구동 수단에 의한 진동 전달 중 적어도 하나에 의해 오염된 공기정화 분말에 부착된 응집 먼지를 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은, 인구 밀집 지역, 도심지역, 차량운행이 가능한 지역에서 발생되거나 유입되는 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염 물질(NOx, SOx, VOC 등)을 효과적으로 정화시키고, 가정 및 상업용, 공장, 화력 발전 등 광범위한 분야에 적용하여 운용할 수 공기정화 장치를 제공하는 효과가 있다.
본 발명은, 겨울 동파 및 성능 저하 없이 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염 물질(NOx, SOx, VOC 등)을 저감시키는 효과가 있다.
본 발명은, 에너지 소모가 적고, 미세먼지 저감성능이 뛰어나며, 기체상 오염 물질(NOx, SOx, VOC 등) 저감 성능을 가지며, 낮은 저압손 구조의 적용으로 처리 용량을 극대화하고 반복적으로 동일 성능을 유지하면서 8대 대기오염 물질로 분류되는 PM2.5, PM10, NOx, SOx, O3, VOC, NH3, CO를 저감 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 순환식 공기정화 장치의 예시이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지체와 공기정화분말을 통과하는 공기 유동 방향 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타워형 자동세정 기능을 갖는 경사진 공기정화분말을 이용한 순환식 공기정화 장치의 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 슬림형 자동세정 기능을 갖는 경사진 공기정화분말을 이용한 순환식 공기정화 장치의 예시이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화 장치를 비교적으로 설명하기 위한 기존 전기집진기 작동기능 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수평형 전기집진기 대전 효율 증가 메카니즘 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수평형 전기집진기 정전 집진 메카니즘 설명도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 기체상 오염물질의 분해 메카니즘 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 '공기정화 장치 및 방법'을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 설명에서 사용되는 용어 중 '미세먼지'는 '오염 물질'로도 혼용될 수 있다.
본 발명에 따른 공기정화 장치는 공기정화용 분말로서 '촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)' 또는 '자성체 분말'을 이용하는 전기 집진 공기정화 장치로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기정화 장치는 깨끗한 공기정화용 분말(예를 들면, '촉매정전자성 분말(CIFM 분말')이 자동 공급되어 지지체에 자기력에 의해 공기정화용 분말이 부착되고 천천히 이동하면서 수평 전기 집진에 의해 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염물질 등이 공기정화용 분말에 흡착 및 분해되어 공기를 정화시키고, 미세먼지 등에 의해 오염된 공기정화용 분말을 자동으로 수거하여 세척 제거할 수 있도록 제시된다.
본 발명에 따른 공기정화 장치는 수평 전기 집진으로 오염된 공기를 정화하는 것으로 수평형 전기 집진은 전기집진에서 전기장 방향과 풍속 방향이 같은 수평의 의미로 방향이 같음으로서 전자와 미세먼지간 충돌 시간이 길어지고 이에 따라 충돌 확률이 증가하게 되고, 전자 이동 방향과 수직의 자기장에 의해 전자의 사이클론 회전으로 미세먼지와 충돌 확률이 증가하여 미세먼지의 하전 확률이 증가하고, 기체상 오염 물질(NOx, SOx, VOC 등)을 효과적으로 분해할 수 있도록 제시된다.
본 발명에 따른 공기정화 장치는 오염공기가 100%에 가깝게 촉매정전자성 분말을 통과하도록 유도함으로써 기존의 전기집진기로 제거할 수 없는 크고 무겁거나 또는 아주 작은 미세먼지 및 기체상 오염 물질 등을 효과적으로 제거할 수 있도록 제시된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 순환식 공기정화 장치의 예시이다. 본 발명에 따른 공기정화 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 롤러(3-1)(3-2)에 권취되어 회전되는 지지체(1), 미오염된 깨끗한 공기정화용 분말(2)이 지지체(1)에 부착되도록 유도하기 위해 지지체(1)의 안쪽에 배치되는 자석(5)들, 전기집진을 위한 전압을 인가하는 지지체(1) 및 고전압 전극(4-1)(4-2) 및 지지체(1)에 깨끗한 공기정화용 분말을 공급하는 깨끗한 공기정화용 분말 저장통(8)과 오염된 공기정화용 분말을 저장하는 오염된 공기정화용 분말 저장통(9)으로 구성될 수 있다.
여기서, 공기정화용 분말(2)은, 바람직하게는, 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)은 자성체 분말에 촉매 물질로 V, Ti, Mn, Cu, Ni, Cr, Pd, Pt, Si, Co, Zn, Zr, Nb, Mo, Rh, Ag, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Os, Ir, Au, Bi, 등의 금속 및 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)은 자성체 분말에 정전 물질로 이온 기능기로 산소기 (Oxygen group -O-) 또는 수산기 (hydroxyl group -OH-) 또는 카르복실레이트기(carboxylate group, -COO-) 또는 암모늄기(ammonium group, -NH3 + 또는 -NH2 +-) 또는 아자나이드기(azanide group, -NH- 또는 -N--) 또는 설포네이트기(sulfonate group, -SO3 -) 또는 포스포네이트기(phosphonate group, -PO(O-)2, 또는 -PO(OR)O-) 또는 포스페이트(phosphate group, -OPO(O-)2 또는 -OPO(OR)O-) 등 또는 복합 기능기를 부착하도록 구성될 수 있다.
또한, 지지체(1)를 일정 간격 거리를 두고 권취하는 롤러(3-1)(3-2)는 바람직하게는, 모터에 의해 회전 구동되는 한 개의 쌍으로 구성하고, 자성롤러로 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 지지체(1)는, 공기정화용 분말은 통과되지 않으면서 정화된 공기는 통과되는 기공을 가지며, 자유롭게 휘거나 구부러지는 판상의 띠형 플렉서블 밴드로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 전기적으로 도체의 성질을 갖는 것으로, 전기집진에서 상기 전극(4-1)(4-2)의 상대 전극을 형성하도록 구성될 수 있다.
또한, 전극(4-1)(4-2)은, 지지체(1)에 대면하는 위치에 설치되어 지지체(1)에 고전압을 인가하도록 구성될 수 있다.
또한, 깨끗한 공기정화용 분말 저장통(8)은, 지지체(1)에 깨끗한 공기정화용 분말의 부착 두께를 조절하여 공급하는 공기정화 분말 공급 두께 가이드(10)를 구비하도록 구성될 수 있다.
또한, 오염된 공기정화용 분말 저장통(9)의 주변부에는 지지체(1)로부터 오염된 공기정화용 분말을 수거하는 수거 가이드(11)를 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 오염된 공기정화용 분말 저장통(9)의 주변부에는 지지체(1)에 집진된 오염 물질을 분리하는 분리수단을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 분리수단은, 오염된 공기정화용 분말이 이동하는 이동 통로(13), 이동 통로(13)로 유동하는 공기정화용 분말을 진동 또는 경사에 의한 중력, 압축 공기, 물, 구동 수단에 의한 진동 중 적어도 하나에 의해 오염된 공기정화 분말에 부착된 응집 먼지를 분리하도록 구성될 수 있다.
또한, 분리수단은, 오염된 공기정화용 분말에 응집된 먼지를 포함하는 오염물질을 분리하는 분리 필터(6) 및 분리 필터(6)로부터 분리되어 낙하하는 오염 물질을 저장하는 오염 물질 저장통(14)을 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기정화 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지체(1)를 롤러(3-1)(3-2)에 감아돌려 회전시키는 과정에서 공기정화용 분말이 지지체(1)의 표면에 부착되도록 하는 제1 단계, 전극(4-1)(4-2)을 통해 지지체(1)에 고전압을 인가하는 제2 단계, 제2 단계를 통해 공기를 정화하고 정화과정에서 오염된 공기정화용 분말에 포함된 오염물질을 분리하는 제3 단계로 공기를 정화하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기정화 방법에서 사용되는 공기정화용 분말은, 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)을 사용할 수 있다.
또한, 제1 단계에서는, 지지체(1)에 깨끗한 공기정화용 분말의 부착 두께를 조절하여 공급하는 공기정화용 분말 공급 두께 조절 단계를 포함할 수 있다.
또한, 제3 단계에서는, 오염된 공기정화용 분말을 이동 이동 통로(13)를 통해 이동시키는 단계 및 이동 통로(13)로 유동하는 공기정화용 분말을 진동 또는 경사에 의한 중력, 압축 공기, 물, 구동 수단에 의한 진동 전달 중 적어도 하나에 의해 오염된 공기정화 분말에 부착된 응집 먼지를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화 장치 및 방법을 도 1 내지 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 타워형으로 공기정화용 분말(2)을 이용한 순환식 공기정화 장치로서, 지지체(1)는 롤러(3-1)(3-2)의 회전 구동에 의해 천천이 이동 회전하며, 지지체(1)의 안쪽에는 자석(5)들이 위치하도록 배치되어 공기정화용 분말(2)이 지지체(1)에 부착되게 한다.
여기서, 지지체(1)의 물성은 수백 마이크로미터 이상 크기의 공기정화용 분말은 통과되지 않으면서 정화된 공기는 통과되는 기공을 가지며, 전기적으로 도체의 특징으로 전기집진의 상대 전극으로 사용되도록 구성될 수 있다.
수평형 전기집진의 전극(4-1)(4-2)에 고전압이 인가되면 상대전극인 지지체(1) 방향으로 전자가 방출되며 플라즈마의 일종인 코로나가 발생하면서 오염된 공기내에 존재하는 NOx, SOx, VOC 등의 기체상 오염 물질을 일부 분해하고, 전자는 미세먼지를 하전시키고 그 미세먼지는 공기정화용 분말(2)에 집진될 수 있다.
깨끗한 공기정화용 분말 저장통(8)에 있는 깨끗한 공기정화용 분말(2-1)이 깨끗한 공기정화용 분말 공급 두께 가이드(10)에 의하여 두께가 조절될 수 있으며 지지체(1) 위에 일정 두께를 갖도록 공급할 수 있다.
이때 일정 두께의 공기정화용 분말(2)이 지지체(1)를 따라 천천히 이동하면서 수평형 전기집진에 의해 미세먼지가 집진되어 부착된 상태로 이동하게 되어 오염된 공기정화용 분말 수거 가이드(11)에 의해 분리 수거되어 오염된 공기정화용 분말 저장통(9) 안에 오염된 공기정화용 분말(2-2)을 저장한다.
오염된 공기정화용 분말(2-2)은 오염된 공기정화용 분말 이동 통로(13)로 진동 또는 경사에 의한 중력 또는 압축 공기 또는 물 또는 모터 구동 등의 수단에 의해 이동하면서 진동 또는 압축 공기 또는 물에 의해 오염된 공기정화용 분말(2-2)에 부착된 응집된 먼지가 공기정화용 분말과 응집먼지 분리 필터(6)에 의해 분리되어 아래에 위치한 응집된 오염물질 저장통(14)으로 떨어져 응집된 오염물질(7)로 분류 처리될 수 있으며 분리된 오염물질(7)은 물 또는 빗물(34) 또는 압축 공기 유입관(36)을 통해 공급되는 압축 공기 등에 의해 제거될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지체와 공기정화 분말을 통과하는 공기 유동 방향 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기정화 장치는, 오염된 공기가 지지체(1)의 공기정화용 분말(2)을 통과하는 과정에서 오염 공기(15)의 풍속 방향이 지지체(1)와 공기정화용 분말(2)을 수직으로 통과하여 지지체(1) 내부안쪽으로 통과하고 그 과정에서 대부분의 오염 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지 그리고 기체상 오염물질이 지지체(1)의 표면에 부착된 공기정화용 분말(2)에 흡착 및 분해되고 지지체(1)의 기공을 통과하여 깨끗한 정화 공기(21)로 배출되도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타워형 자동세정 기능을 갖는 경사진 공기정화 분말을 이용한 순환식 공기정화 장치의 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 슬림형 자동세정 기능을 갖는 경사진 공기정화분말을 이용한 순환식 공기정화 장치의 예시이다.
도 3의 타워형 자동세정 기능을 갖는 경사진 공기정화용 분말을 이용한 순환식 공기정화 장치는 지지체(1)의 벨트가 수직으로 이송되는 경우이고, 도 4는 슬림형 자동세정 기능을 갖는 경사진 촉매정전자성분말을 이용한 순환식 공기정화 장치는 지지체(1)의 벨트가 수평으로 이송되는 경우로서 슬림형은 높이에 제약이 있을 때 구성될 수 있는 바람직한 형태일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기정화 장치는 자동 세정 기능을 포함하여 구성될 수 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 자동 세정 기능을 설명하면, 빗물(34)이 제 1 밸브(V1)를 통하여 물 저장통(37)에 저장되거나 또는 세척용 물 또는 압축 공기 유입관(36)을 통하여 물을 공급하여 물 저장통(37)에 물을 저장한 다음 세척용 물 또는 압축 공기 유입관(36)을 통하여 세척용 물 또는 압축 공기를 주입하고 난 후 제1 밸브(V1)을 닫고 제2 밸브(V2)를 열면, 오염된 공기정화용 분말(2-2)이 오염된 공기정화용 분말 이동 통로(33)를 따라 이동하는 동안, 물 또는 압축 공기에 의해 공기정화용 분말과 응집먼지 분리 필터(6)에 의해 분리되어 아래에 위치한 응집된 오염물질 저장통(14)으로 떨어져 응집된 오염 물질(7)로 분리하여 처리할 수 있으며 분리된 오염 물질(7)은 제3 밸브(V3)를 개방함으로서 손쉽게 응축된 오염물질을 배출구(31)를 통해 제거하여 회수 할 수 있다.
특히 본 발명의 공기정화 장치를 실외에 설치하여 사용하는 경우 물이 동결되어 사용하기 어려울 수 있으나, 압축 공기를 상기와 동일 방법으로 오염된 공기정화용 분말(2-2)을 세정하고 응집된 오염 물질(7)을 배출구(31)를 통해 간단히 제거하여 회수 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화 장치를 기존과 비교하여 비교적으로 설명하기 위한 기존 전기집진기 작동기능 설명도이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수평형 전기집진기 대전 효율 증가 메카니즘 설명도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 기존 전기집진기 작동은 미세먼지를 포함하는 오염물질(52)의 이동 방향이 하부 화살표 이동 방향(55)일 때 전자(53)의 이동 방향은 오염물질(52) 이동 방향(55)과 교차하는 화살표 전자 이동 방향(56)을 나타내어 충돌 확률이 적은데 반하여, 본 발명에 따른 공기정화 장치는, 도 6의 수평형 전기집진기 대전효율 증가 메카니즘 설명도와 같이, 오염물질(62)의 진행방향이 오염물질 이동 방향(65)과 전자의 진행 방향이 동일하여 충돌 확률이 증가하며, 또한 자석(5)에 의하여 자기장이 전자의 이동 방향과 수직으로 힘을 받아 전자는 싸이클론 회전하며 도 6에서와 같이 수평형 전기집진기에서의 전자 이동 방향(66)으로 진행함으로서 오염물질(62)과 충돌 확률은 더 증가하게 되어 하전 확률을 높여줌으로 집진이 더 잘 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수평형 전기집진기 정전 집진 메카니즘 설명도이다.
본 발명에 따른 공기정화 장치는 도 7의 수평형 전기집진기 정전집진 메카니즘 설명도와 같이 전기집진에 의해 이동되는 전자가 공기정화용 분말(2)을 통과하여 지지체(1)로 흐르게 되는데 이때 공기정화용 분말(2)이 전기적으로 일정 저항을 가지면 Johnsen-Rahbeck Effect에 의하여 전자 Slow Moving(72)으로 공기정화용 분말(2) 층 내에 전자가 축척되어 있어 음으로 대전된 촉매정전자성 분말층(73)이 형성되어 미세먼지를 포함하는 오염물질들이 정전 흡착되어 공기 정화가 이루어질 수 있다.
Johnsen-Rahbeck Effect에 의한 전하량은 기존의 정전필터에서 얻은 대전 능력 보다 10~103 배 이상으로 압력 손실을 줄일 수 있으면서도 그 만큼 집진 성능을 우수하게 만들 수 있다.
공기정화용 분말(2)은 일정량의 산화철 등을 첨가하여 사용하는 경우 일정한 저항을 가지게 할 수 있고 전기집진에 흐르는 전류를 충분히 감당할 수 있으므로 바람직한 공기정화용 분말로 제조될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 기체상 오염물질의 분해 메카니즘 설명도이다.
본 발명에 따른 공기정화 장치는 도 8의 기체상 오염물질의 분해 메카니즘 설명도와 같이 기상에서는 코로나 플라즈마로 기상에서 기체상 오염물질의 분해(81)가 일부 이루어지고, 공기정화용 분말(2)층 안에서는 자성체 분말 입자 한 개(83)에 자성체 분말 입자표면에 융합된 나노 촉매 물질(84)이 융착된 나노급 촉매로 NOx, SOx 분해에서는 나노Fe + V +Ti, 오존 분해에서는 나노 Mn + Cu, VOC 및 NH3 분해에서는 나노 Ni + Cr을 융착시킬 수 있다.
또한, 자성체 분말 입자표면에 융합된 이온성 기능기(85)에 의해 정전 극성을 부여함으로서 미세먼지를 포함하는 오염물질을 보다 더 큰 정전기력에 의해 집진 될 수 있게 한다. 이때 이온 기능기는 산소기 (Oxygen group -O-) 또는 수산기 (hydroxyl group -OH-) 또는 카르복실레이트기(carboxylate group, -COO-) 또는 암모늄기(ammonium group, -NH3 + 또는 -NH2 +-) 또는 아자나이드기(azanide group, -NH- 또는 -N--) 또는 설포네이트기(sulfonate group, -SO3 -) 또는 포스포네이트기(phosphonate group, -PO(O-)2, 또는 -PO(OR)O-) 또는 포스페이트(phosphate group, -OPO(O-)2 또는 -OPO(OR)O-) 등 또는 복합 기능기일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 공기정화 장치의 수평형 전기집진기의 미세먼지를 포함하는 오염물질의 흡착 증대 원리는 공기정화용 분말(예를 들면, CIFM 분말)층의 일부는 산화철과 같은 산화물이 존재함으로서 전기적으로 일정 저항을 갖는 공기정화용 분말층(CIFM층)이 됨으로서 전기집진 고전압 전극에서 방출된 전자의 전하가 공기정화용 분말층(CIFM층) 내에서 이동 속도가 늦어짐으로서 공기정화용 분말층 내에 전자의 전하가 일정량 항상 존재하게 되어 정전 필터의 역할을 하게 된다. 이때 존재하는 전하량에 의한 정전집진 효과는 기존의 정전 필터에 비하여 10 ~ 103배 이상으로 집진 효율이 그만큼 상승될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기정화용 분말의 오염공기 정화는 자성체 공기정화용 분말에 융착된 나노급 촉매로 NOx, SOx 분해에서는 나노Fe + V +Ti, 오존 분해에서는 나노 Mn + Cu, VOC 및 NH3 분해에서는 나노 Ni + Cr을 융착시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 고효율 공기정화 장치로 제공될 수 있으며, 특히 성능 저감 없는 건식 방법을 적용할 수 있으므로, 에너지 소모가 적고, 미세먼지를 포함하는 오염물질 저감 성능이 우수하며, 미세먼지 전구체 NOX 및 SOX, VOC 등 기체상 오염물질의 저감 성능을 가질 수 있다. 낮은 저압손 구조로 처리용량을 극대화 할 수 있으며, 지속적으로 동일 성능 유지할 수 있고, 겨울철에도 동파 걱정이 없이 사용할 수 있으며, 8대 대기오염 물질 (PM2.5, PM10, NOx, SOx, O3, VOC, NH3, CO)을 효과적으로 저감 할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
1: 지지체 2: 공기정화용분말(촉매정전자성 분말)
2-1: 깨끗한 공기정화 분말 2-2: 오염된 공기정화용분말
3: 자성 롤러 4: 전극
5: 자석 6: 분리 필터
7: 오염물질(오염먼지) 8: 깨끗한 공기정화용 분말 저장통
9: 오염된 공기정화용 분말 저장통
10: 공기정화용 분말 공급 두께 가이드
11: 수거 가이드
12: 오염된 공기정화용 분말 이동 가이드
13: 분말 이동 통로 14: 오염물질 저장통
15: 오염 공기 21: 정화 공기
V1: 제 1 밸브 V2: 제 2 밸브
V3: 제 3 밸브 31: 오염물질 배출구
32: 경사진 이동 통로 가이드 및 세척용 물 또는 압축 공기 분사 노즐을 갖는 분배기
32-1: 분배기 노즐로부터 분사되는 물 또는 압축공기 분사 모양
33: 경사진 오염된 공기정화용 분말 이동 통로
34: 빗물(우수) 35: 빗물 가이드
36: 세척용 물 또는 압축 공기 유입관 37: (빗)물 저장통
38: 이동 통로 세척용 물 또는 압축 공기 유입관
39: 오염물질 세척용 물 또는 압축 공기 유입관
51: 기존 집진 전극판 52.62: 오염물질(미세먼지 등)
53: 전자 54: 기존 집진 고전압 전극
55: 오염물질 이동 방향 56: 전자 이동 방향
65: 수평형 전기집진기에서의 오염물질 이동 방향
66: 수평형 전기집진기에서의 전자 이동 방향
71: 고전압 전원장치 72: 전자 Slow Moving
73: 음으로 대전된 공기정화용 분말층 74: 음이온에 대전 흡착된 미세먼지
75: 깨끗한 공기
81: 코로나 플라즈마로 기상에서 기체상 오염물질의 분해
82: 미세먼지 83: 자성체 분말 입자 한 개
84: 자성체 분말 입자표면에 융합된 나노 촉매 물질
85: 자성체 분말 입자표면에 융합된 이온성 기능기
86: 깨끗한 공기

Claims (15)

  1. 롤러에 권취되어 회전되는 지지체; 공기정화용 분말이 상기 지지체에 부착되도록 유도하기 위해 상기 지지체의 안쪽에 배치되는 자석; 전기집진을 위해 상기 지지체와 고전압 전극에 전압을 인가하는 전극; 및 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말을 공급하는 깨끗한 공기정화용 분말 저장통과 오염된 공기정화용 분말을 저장하는 오염된 공기정화용 분말 저장통;을 포함하는, 공기정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기정화용 분말은, 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)을 사용하는, 공기정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)은 자성체 분말에 촉매 물질로 V, Ti, Mn, Cu, Ni, Cr, Pd, Pt, Si, Co, Zn, Zr, Nb, Mo, Rh, Ag, In, Sn, Sb, Te, Hf, Ta, W, Os, Ir, Au, Bi, 등의 금속 및 산화물을 사용하는, 공기정화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)은 자성체 분말에 정전 물질로 이온 기능기로 산소기 (Oxygen group -O-) 또는 수산기 (hydroxyl group -OH-) 또는 카르복실레이트기(carboxylate group, -COO-) 또는 암모늄기(ammonium group, -NH3 + 또는 -NH2 +-) 또는 아자나이드기(azanide group, -NH- 또는 -N--) 또는 설포네이트기(sulfonate group, -SO3 -) 또는 포스포네이트기(phosphonate group, -PO(O-)2, 또는 -PO(OR)O-) 또는 포스페이트(phosphate group, -OPO(O-)2 또는 -OPO(OR)O-) 등 또는 복합 기능기를 부착하는, 공기정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는, 공기정화용 분말은 통과되지 않으면서 정화된 공기는 통과되는 기공을 가지며, 전기적으로 도체의 성질을 갖는 것으로, 전기집진에서 상기 전극의 상대 전극을 구성하는, 공기정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은, 상기 지지체에 대면하는 위치에 설치되어 고전압을 인가하도록 구성된, 공기정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 깨끗한 공기정화용 분말 저장통은, 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말의 부착 두께를 조절하여 공급하는 공기정화 분말 공급 두께 가이드;를 구비하는, 공기정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 오염된 공기정화용 분말 저장통의 주변부에는 상기 지지체로부터 오염된 공기정화용 분말을 수거하는 수거 가이드를 구비하는, 공기정화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오염된 공기정화용 분말 저장통의 주변부에는 상기 지지체에 집진된 오염 물질을 분리하는 분리수단;을 포함하는, 공기정화 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리수단은, 오염된 공기정화용 분말이 이동하는 이동 통로; 및 상기 이동 통로로 유동하는 공기정화용 분말을 진동 또는 경사에 의한 중력, 압축 공기, 물, 구동 수단에 의한 진동 중 적어도 하나에 의해 오염된 공기정화 분말에 부착된 응집 먼지를 분리하는, 공기정화 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리수단은, 오염된 공기정화용 분말에 응집된 먼지를 포함하는 오염물질을 분리하는 분리 필터; 및 상기 분리 필터로부터 분리되어 낙하하는 오염 물질을 저장하는 오염 물질 저장통;을 구비하는, 공기정화 장치.
  12. 지지체를 회전시키는 과정에서 공기정화용 분말이 지지체의 표면에 부착되도록 하는 제1 단계;
    전극을 통해 상기 지지체에 고전압을 인가하는 제2 단계; 및
    상기 단계를 통해 공기를 정화하고 정화과정에서 오염된 공기정화용 분말에 포함된 오염물질을 분리하는 제3 단계;를 포함하는, 공기정화 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기정화용 분말은, 촉매정전자성 분말(Catalyst Ion Functional Magnetic Powder; CIFM)을 사용하는, 공기정화 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는, 상기 지지체에 깨끗한 공기정화용 분말의 부착 두께를 조절하여 공급하는 공기정화 분말 공급 두께 조절 단계;를 포함하는, 공기정화 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서는, 오염된 공기정화용 분말을 이동 이동 통로를 통해 이동시키는 단계; 및 상기 이동 통로로 유동하는 공기정화용 분말을 진동 또는 경사에 의한 중력, 압축 공기, 물, 구동 수단에 의한 진동 전달 중 적어도 하나에 의해 오염된 공기정화 분말에 부착된 응집 먼지를 분리하는 단계;를 포함하는, 공기정화 방법.













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