KR100625425B1 - 방전장치 및 공기정화장치 - Google Patents

Abstract

방전장치의 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이의 거리를 10mm 이하로 하고, 양 전극(13, 14) 사이에서 스트리머방전을 행함으로써, 스트리머방전 시의 음 주파수를 6kHz 이상으로 고주파화시켜, 인간의 청각이 민감하게 작용하는 영역보다 높아지도록 한다.

공기정화장치, 방전장치, 스트리머방전

Description

방전장치 및 공기정화장치{DISCHARGE DEVICE AND AIR PURIFIER}

본 발명은, 스트리머방전을 행하는 방전장치 및 공기정화장치에 관하며, 특히 스트리머방전의 소음을 저감하기 위한 기술에 관한 것이다.

종래, 방전장치를 구비한 공기정화장치는, 방전으로 발생한 플라즈마에 의해, 냄새성분이나 유해성분을 분해, 제거하는 수단으로서 이용되고 있다. 이 방전방식 중에 스트리머 방전방식은, 비교적 낮은 전력으로 높은 분해효율이 얻어지므로 유해성분의 분해나 탈취에 적합하다.

도 8은 공기정화장치에서의 방전장치 구성을 모식적으로 나타내는 것이다. 이 방전장치(29)에서는, 저온플라즈마를 발생시키기 위한 방전전극으로서, 돌기형의 방전전극(30)과, 이 방전전극(30)의 선단부와 대치하는 평판형의 대향전극(31)을 이용한다. 그리고 양 전극(30, 31) 사이에서 방전을 실행하여 저온플라즈마를 발생시키고, 이 저온플라즈마에 의해 발생된 활성종(고속전자, 이온, 래디컬, 그 밖의 여기분자 등)에, 처리대상 가스 중의 유해성분이나 냄새성분을 통기 접촉시킴으로써, 이들의 성분을 분해, 제거한다(예를 들어 일본특허공개 2002-36689호 공보 참조).

-해결과제-

그러나 스트리머 방전방식은, 공기의 절연파괴에 수반하여 비교적 커다란 방전음이 발생한다. 또 이 방전음의 주파수는 인간의 청각에 매우 민감하게 느껴지기 쉬운 범위이므로, 스트리머 방전방식에 의한 공기정화장치 등의 운전 시에는, 이 방전음이 소음으로 될 가능성이 있다. 따라서 이 스트리머 방전방식은 거주공간이나 소규모 점포와 같이, 어느 정도 정숙을 요하는 장소에는 적합하지 못하다고 생각된다. 역으로 스트리머방전의 방전음 저감이 가능해진다면, 민생용 등의 소형 공기정화장치에도 스트리머 방전을 적용할 수 있어, 폭 넓은 분야에서 그 높은 분해효율을 살릴 수 있다.

본 발명은, 이와 같은 문제점에 감안하여 창안된 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 스트리머방전을 실행하는 방전장치의 소음을 저감하며, 나아가 민생용 공기정화장치에도 이 방전장치를 적용 가능하게 하여 그 성능 향상을 도모하는 것이다.

본 발명은, 스트리머방전 시의 음 주파수를 고주파화시켜, 인간의 청각이 민감하게 작용하는 영역보다 높게 함으로써, 스트리머 방전 시의 소음을 저감하도록 하는 것이다.

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여기서 인간의 청각 감도와 주파수의 관계에 대해 상세히 설명한다.

소음 등에 대한 인간의 청각 감도는, 그 소리가 갖는 주파수에 따라 다르다. 때문에 소음계 등으로 소리의 크기를 계측할 때는, 인간의 감각에 보다 가까워지도록, 주파수별로 적절한 수치보정을 행하는 것이 보통이다. 예를 들어 JIS C 1502 “보통소음계”의 소음측정법에도 기재된 바와 같이, A특성이라 불리는 보정계수를 각 주파수별로 가감산함으로써, 전체의 소음레벨을 사람의 청각에 가장 가깝게 할 수 있다.

이 A특성에 의하면, 주파수가 약 1kHz 이상, 6kHz 미만의 범위에서는 보정계수가 양의 값으로, 인간의 청각이 이 범위의 소리를 상대적으로 강하게 느끼는 것을 의미한다. 한편, 주파수가 6kHz 이상에서는 보정계수가 음의 값으로, 인간의 청각이 이 범위의 소리를 상대적으로 약하게 느끼는 것을 의미한다. 이와 같이, 발생하는 소음 주파수는 인간이 청각으로 취하는 소음레벨에 크게 영향을 미치므로, 발생하는 주파수의 주체(중심주파수)를 6kHz 이상으로 할 수 있다면, 인간이 실제로 느끼는 소음레벨을 효과적으로 저감할 수 있다.

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여기서 스트리머방전의 메커니즘과, 상기 하전입자(22)의 잔류시간에 대해 함께 설명한다.

도 4의 (A), (B), (C)는, 스트리머방전에 있어서 전자(21) 및 하전입자(22)(양이온)의 이동개념에 대해, 단계적으로 나타낸 것이다.

스트리머방전 시에는, 방전전극(13)으로부터 대향전극(14)을 향해 리더(23)라 불리는 미소아크가 발생한다. 리더(23)의 선단부분에서는, 강한 전위기울기에 의해 공기가 전자(21)와 하전입자(22)로 전리된다. 그리고 하전입자(22)가 대향전극(14) 쪽까지 도달하면, 1 회의 방전이 종료된다.

이 때, 전리에 의해 발생한 전자(21)는 방전전극(13)을 향해 이동하고, 하전입자(22)는 대향전극(14)으로 이동한다(도 4의 (A)). 여기서 전리에 의해 발생한 상기 하전입자(22)는 상기 전자(21)와 비교하면, 상대적으로 질량이 크므로, 이동속도는 전자(21)보다 하전입자(22) 쪽이 느려진다. 따라서 1 회의 방전 시에 양 전극(13, 14) 사이에는, 하전입자(22)가 일시적으로 잔류하게 된다(도 4의 (B)). 이 때, 1 회의 방전으로 하전입자(22)가 양 전극(13, 14) 사이에 잔류하는 시간을 잔류시간으로 정의한다. 그리고 이 잔류했던 하전입자(22)가 완전히 대향전극(14)으로 이동하면, 양 전극(13, 14) 사이에는, 원래의 전계로 돌아와 다시 방전이 시작된다(도 4의 (C)). 이상과 같이, 스트리머방전 시에는 (A)→(B)→(C)의 주기가 반복되며, 이 주기로 발생하는 하전입자(22)의 간헐적 이동에 의해 스트리머방전에서는 전류가 펄스상태로 흐른다.

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구체적으로 제 1 발명은, 방전전극(13)과, 이 방전전극(13)과 대치하는 대향전극(14)과, 상기 양 전극(13, 14)에 방전전압을 인가하도록 접속된 전원수단(18)을 구비하며, 선 형상 내지 봉 형상의 방전전극(13)의 선단으로부터 대향전극(14)의 전극면을 향하여 스트리머방전이 발생하도록 구성된 방전장치를 전제로 한다.

그리고 이 방전장치는, 상기 방전전극(13)이 그 횡단면 형상이 선단으로부터 기단에 걸쳐 동일 형상으로 형성되고, 상기 대향전극(14)의 전극면이 상기 방전전극(13)과 평행한 평면으로 구성되며, 상기 방전전극(13)과 상기 대향전극(14) 사이의 거리(L)가 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서 종래 기술의 스트리머방전에서는, 양 전극간에 10mm보다 긴 거리를 설정했었다. 그러나 양 전극간 거리가 넓으면, 하전입자(22)가 대향전극에 도달하기까지의 거리가 길어지고, 그 결과 하전입자(22)의 잔류시간도 길어진다. 이로써 스트리머방전 시의 음 주파수는 저주파화되므로, 이 음 주파수는 인간의 청각에 대해 민감하게 작용하는 1kHz 이상 6kHz 미만의 범위로 되기 쉽다.

상기 제 1 발명에서는, 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이의 거리(L)를 10mm 이하로, 종래보다 단축시키므로, 스트리머방전에 의해 발생한 하전입자(22)가 대향전극(14)까지 이동하는 거리가 짧아진다. 따라서 상기 하전입자(22)가 양 전극(13, 14) 사이에 잔류하는 잔류시간도 짧아져, 음 주파수는 고주파화 된다. 그러므로 스트리머방전 시의 음 주파수(중심주파수)는, 인간의 청각이 민감하게 작용하는 범위보다 높아져 방전음이 저감된다. 또한, 제 1 발명에서는, 대향전극(14)의 전극면과 평행한 방전전극(13)의 선단으로부터 대향전극(14)의 전극 면을 향해 스트리머방전이 발생한다. 이 경우, 방전 시에 발생하는 고속전자나 활성종 때문에 방전전극(13)의 선단이 닳아도, 방전전극(13)이 대향전극(14)의 전극면과 평행하므로, 방전전극(13)과 대향전극(14)의 간격은 일정하게 유지된다. 또한, 제 1 발명에서는 방전전극의 횡단면 형상이 선단으로부터 기단에 걸쳐 동일 형상으로 형성되어 있으므로, 방전이 일어남에 따라 방전전극의 선단이 용융하여 후퇴하여도 그 선단의 단면형상이 변하지 않아, 스트리머방전이 한층 더 장기간에 걸쳐 안정되게 일어난다.

제 2 발명은, 제 1 발명의 방전장치에 있어서, 상기 방전전극(13)과 상기 대향전극(14) 사이의 거리(L)가 3mm 이상 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

제 2 발명에서는 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이의 거리(L)를 3mm 이상 10mm 이하로 하여 보다 최적화한 것이다.

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제 3 발명은, 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이에 피처리가스를 통기시켜 방전장치로 피처리가스를 처리하는 공기정화장치를 전제로 하며, 상기 방전장치가, 제 1 또는 제 2 발명의 방전장치인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제 3 발명에서는 공기정화장치에, 제 1 또는 제 2 발명의 작용을 갖는 방전장치를 구비하는 것으로 하므로, 스트리머방전 시의 소음이 저감되면서, 고분해 성능의 공기정화장치를 제공할 수 있다.

-효과-

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상기 제 1 발명에 의하면, 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이의 거리(L)가, 10mm 이하로 되도록 양 전극(13, 14)을 배치한다. 이로써 스트리머방전 시의 하전입자(22) 이동거리가 짧아져 하전입자(22)는 신속하게 대향전극(14)으로 이동한다. 때문에 음의 주파수는 고주파화 되므로, 방전음을 효과적으로 저감할 수 있다.

또 양 전극(13, 14)간의 거리(L)를 단축화하면, 스트리머방전에 필요한 전압은 낮아진다. 한편 방전에 필요한 전압이 높을 경우, 예를 들어 절연설계의 관점에서, 방전전극(13)과 케이싱의 공간거리나 면 둘레거리를 충분히 취할 필요가 있다. 이에 반해 스트리머방전에 필요한 전압이 낮아지면, 필요한 절연거리를 좁게 할 수 있다. 따라서 상기 방전장치(11)를 구비한 공기정화장치의 소형화를 도모할 수 있다.

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또한, 제 1 발명에 의하면, 봉 형상 내지 선형의 방전전극(13)과 대향전극(14)의 전극면을 평행으로 하고, 대향전극(14)의 전극면은 평면으로 한다. 따라서 방전전극(13)의 선단이 활성종이나 고속전자에 의해 닳아도, 양 전극(13, 14)간의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 양 전극(13, 14)간의 거리를 최적의 간격으로 유지할 수 있어, 상술한 바와 같은 소음저감 효과를 안정되게 얻을 수 있다. 또 양 전극(13, 14)간의 거리를 최적의 간격으로 유지함으로써, 이 방전장치(11)의 스트리머방전 안정성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 제 1 발명에 의하면, 방전전극(13)이 그 횡단면 형상이 선단으로부터 기단에 걸쳐 동일 형상으로 형성되므로, 방전전극(13)의 선단이 닳아도, 방전전극(13)의 선단형상이 변화되지 않도록 하므로, 본래의 방전특성을 계속 유지하기가 가능해져, 스트리머방전을 한층 안정시킬 수 있다. 따라서 방전전극(13)의 선단형상 변화에 기인하여 스파크나 방전이상이 생겨버리는 것을 방지할 수 있다.

상기 제 2 발명에 의하면, 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이의 거리(L)가, 3mm 이상 10mm 이하로 되도록 양 전극(13, 14)을 배치한다. 이로써 스트리머방전 시의 하전입자(22) 이동거리가 짧아져 하전입자(22)는 신속하게 대향전극(14)으로 이동한다. 때문에 음의 주파수는 고주파화 되므로, 방전음을 더욱 효과적으로 저감할 수 있다.

상기 제 3 발명에 의하면, 공기정화장치에 제 1 또는 제 2 발명의 효과를 갖는 방전장치를 구비하도록 하므로, 방전음이 저감되면서 고분해 효율의 공기정화장치를 제공할 수 있다. 따라서 특히 조용한 소리의 사용이 요구되는 생활용도로서 상기 공기정화장치를 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 공기정화장치의 분해사시도.

도 2의 (A)는 방전장치의 전극구조를 나타내는 주요부 확대도이며, (B)는 방전전극의 주요부 정면도이고, (C)는 방전장치의 전극구조에 관한 변형예를 나타내는 주요부 확대도.

도 3은 스트리머방전 시의 방전전극과 대향전극 사이의 거리와, 음 주파수의 관계도.

도 4의 (A), (B) 및 (C)는 스트리머방전의 메커니즘을 나타내는 설명도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 공기정화장치의 분해사시도.

도 6은 제 2 실시예의 공기정화장치 내부를 위쪽에서 본 도.

도 7의 (A)는 방전장치의 전극구조를 나타내는 주요부 확대도이며, (B)는 방전장치의 수평단면도.

도 8은 종래 기술에서의 방전장치 개략도.

(제 1 실시예)

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대해 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 공기정화장치(1)의 분해사시도이다. 이 공기정화장치(1)는, 일반 가정이나 소규모 점포 등에 이용하는 민생용 공기정화장치이다.

공기정화장치(1)는, 한끝이 개방된 상자형의 케이싱 본체(2)와, 상기 개방부에 결합되는 전면(前面)커버(3)를 구비한다. 상기 전면커버(3)의 양끝에는, 피처리가스를 도입하기 위한 공기흡입구(4)가 형성된다. 또 상기 케이싱 본체(2) 상면에는, 피처리가스가 유출되는 공기토출구(5)가 형성된다. 또한 상기 케이싱 본체(2)에는, 피처리가스를 유통시키기 위한, 도시하지 않는 팬과, 상기 피처리가스의 유통경로(6)와, 공기청정을 행하기 위해 설치한 기능부품(7)이 배치된다.

상기 기능부품(7)은, 프리필터(8), 이온화부(9), 집진필터(10), 방전장치(11), 그리고 촉매부(12)로 구성된다.

프리필터(8)는, 피처리가스의 전처리로서, 공기 중에 함유된 비교적 큰 먼지 등을 포집하기 위한 것이다. 다음의 이온화부(9)는, 비교적 작은 먼지 등을 대전시키기 위한 것으로, 대전된 먼지 등은 집진필터(10)(정전필터)에 의해 포집된다. 또한 상기 집진필터(10)의 후 단계에는, 스트리머방전을 행하기 위한 방전장치(11) 및 촉매부(12)가 배치된다. 상기 촉매부(12)는 예를 들어 벌집구조이며, 상기 방 전장치(11)의 방전에 의해 발생하는 저온플라즈마의 활성을 높여 반응을 촉진시키기 위한 촉매작용을 갖는다.

다음으로 상기 방전장치(11)에 대해 상세히 설명한다.

도 2의 (A)는 방전장치(11)의 전극구조를 나타내는 주요부 확대도이며, 도 2의 (B)는 방전전극(13)의 주요부 정면도이다.

방전장치(11)는, 방전전극(13)과, 상기 방전전극(13)과 대치하는 대향전극(14)과, 상기 양 전극(13, 14)을 지지하기 위한 전극프레임(15)으로 구성된다. 양 전극(13, 14)은, 상기 전극프레임(15)의 틀 내에 위치하며, 상기 방전전극(13)과 상기 대향전극(14)이, 교대로 일정 간격이 되도록 병설된다.

상기 방전전극(13)은, 도 2의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이 상기 전극프레임(15)으로 지지된 판상의 방전기판(16)과, 돌기형상의 방전끝단(17)으로 구성된다. 이 방전끝단(17)은 평판형으로 삼각형을 이루고, 상기 방전기판(16)에, 소정의 간격으로 복수 매 설치된다. 여기서 이 방전끝단(17)의 평판 두께(d)는, 0.1mm 정도가 바람직하다. 또 상기 방전기판(16)에 복수 매 설치된 방전끝단(17)은, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이 방전기판(16)에 대해 수평방향으로 소정의 각도로 꺾인 구성으로 해도 된다.

한편, 상기 방전전극(13)과 대치하는 대향전극(14)은, 판상이며 상기 대향전극(14)의 전극 면이, 방전끝단(17) 선단부와 거의 직교하도록 상기 전극프레임(15)에 설치된다. 이 때 상기 방전전극(13)이 갖는 방전끝단(17) 선단부로부터, 상기 대향전극(14) 전극 면까지의 거리(L)는, 10mm 이하가 바람직하며, 보다 최적의 거 리(L)는 3mm 이상 10mm 이하이다. 여기서 본 실시예의 방전장치(11)에서는 상기 거리(L)를 5mm로 한다.

또 본 실시예에서, 방전전극(13)의 방전기판(16)에는, 상기 방전끝단(17)이 도 2의 좌우 양쪽에 형성된다. 이에 대응하여, 상기 대향전극(14)도 양쪽에 전극 면을 갖는다. 그리고 이 구조에서, 전극프레임(15)에 교대로 배열된 양 전극(13, 14)은 상기 방전전극(13)의 좌우 양쪽에서 스트리머방전을 행한다.

또한 방전장치(11)는, 상기 방전전극(13) 및 대향전극(14)에 방전전압을 인가하기 위한 전원수단(18)을 구비한다. 이 전원수단(18)의 방전전압으로서, 본 실시예에서는 직류전압을 인가한다. 이 때 방전전류 값이 일정해지도록 제어를 행하는 방법이 바람직하다.

-운전동작-

다음으로, 이 공기정화장치(1)의 운전동작에 대해 설명한다.

공기정화장치(1)를 통전시키면, 도시하지 않는 팬이 기동하고, 피처리가스가 전면커버(3)의 공기흡인구(4)로부터 흡인되어, 유통경로(6)로 도입된다. 그리고 제 1 단계에서 프리필터(8)로 피처리가스 중의 비교적 큰 먼지가 포집, 제거된다. 또 제 2 단계에서는, 이온화부(9)에 의해 피처리가스 중 비교적 작은 먼지가 대전되어 하류 쪽으로 흘러들고, 집진필터(10)에 의해 이들 대전된 먼지가 포집, 제거된다. 이상, 2 단계의 물리적 처리에 의해, 피처리가스 중의 먼지는 거의 포집, 제거된다.

다음에, 전술한 2 단계의 처리가 이루어진 피처리가스는, 제 3 단계로서 방 전장치(11)로 도입된다. 방전장치(11)의 상기 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이에는, 스트리머방전에 의해 저온플라즈마가 발생되며, 피처리가스는 이 저온플라즈마 발생영역을 통과한다. 이 때 상기 양 전극(13, 14)간에는, 상기 저온플라즈마에 기인하는 반응성 높은 활성종(고속전자, 이온, 래디컬, 그 밖의 여기분자 등)이 발생하며, 피처리가스 중의 유해물질이나 냄새성분은, 상기 활성종과 통기 접촉함으로써 분해, 제거된다. 또 상기 방전장치(11) 근방에는, 촉매부(12)가 배치되며, 이 촉매부(12)의 촉매작용에 의해 피처리가스의 분해를 촉진시킬 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 피처리가스 중의 유해물질이나 냄새성분은, 저온플라즈마와 촉매작용의 상승효과에 의해 고효율로 분해, 제거된다.

이상의 처리에 의해 정화된 피처리가스는, 케이싱 본체(2)의 공기 토출구(5)에서 상부 방향으로 배출된다.

다음으로 본 실시예에서 스트리머방전음의 저감효과에 대해 실험으로 검증한 결과에 대해 설명한다.

도 3은 스트리머방전 시의 방전전극(13)과 대향전극(14)간 거리(L)와, 이 때 발생하는 음 주파수의 관계를 실험적으로 구한 것이다. 본 실험은, 돌기형의 방전끝단(17)을 갖는 방전전극(13)과, 판상의 대향전극(14)을 구비한 방전장치(11)에서 스트리머방전을 실행시킨 것이다. 이 때 양 전극(13, 14)간 거리(L)를 바꾸면서, 스트리머방전으로 발생하는 음의 주파수를 상세히 계측한다. 여기서 도 3에 나타내는 음의 주파수는, 스트리머방전으로부터 발하는 방전음의 중심주파수를 측정한 것이다. 그리고 중심주파수란, 주파수별로 음압레벨을 측정했을 때, 레벨이 최대 로 되는 주파수를 의미한다.

또한 도 3에서, 실선(e)은 방전전극(13) 1 개당의 전류값(전류밀도)을 20㎂로 했을 때의, 거리(L)와 음 주파수의 관계를 나타내는 것이다. 또 점선(f)은 양 전극(13, 14)간 거리(L)에 대응하여, 스트리머방전이 가능한 최저한도의 전류밀도로 전류를 보냈을 때의, 거리(L)와 음 주파수의 관계를 나타내는 것이다. 따라서 점선(f)의 위쪽 영역에서 소정의 스트리머방전이 가능하고, 점선(f)의 아래쪽에서는 스트리머방전이 안됨을 의미한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 방전전극(13)과 대향전극(14)의 거리(L)를 짧게 하면, 스트리머방전 시의 음 주파수는 높아진다. 이는 양 전극(13, 14)간 거리(L)를 짧게 함으로써, 스트리머방전 시에 발생한 하전입자(22)가 대향전극(14)에 도달하는 시간이 단축되어, 상기 하전입자(22)의 잔류시간이 감소됨에 기인한다.

도 3에 따르면, 스트리머방전 시의 양 전극(13, 14)간 거리(L)를 10mm로 했을 경우, 실선(e) 및 점선(f) 쌍방에서 음 주파수는 6kHz를 초과한다. 또 점선(f)에서, 거리(L)를 9mm로 했을 경우, 약 10㎂ 이상의 전류밀도에서 스트리머방전이 가능하며, 이 때의 음 주파수는 약 6.5kHz로 고주파화된다. 또 거리(L)를 본 실시예와 같은 5mm로 했을 경우, 약 3㎂ 이상의 전류밀도에서 스트리머방전이 가능하며, 이 때의 음 주파수는 약 8kHz로 더욱 고주파화됨을 알 수 있다. 이와 같이 음 주파수는 6kHz 이상이라면, 방전음을 인간 청각으로 잘 들리지 않게 할 수 있지만, 이 음 주파수의 실질적인 상한값은, 인간 청각으로 취하기가 현실적으로는 불가능에 가까운 20kHz, 바람직하게는 30kHz이다.

-제 1 실시예의 효과-

상기 제 1 실시예에 있어서, 스트리머방전 시의 양 전극(13, 14)간 거리(L)를 10mm 이하로 하면, 스트리머방전음의 주파수는 6kHz 이상이 된다. 한편, 양 전극(13, 14)간 하전입자(22)의 잔류시간은, 바꾸어 말하면 음 주파수의 역수를 의미하며, 음 주파수가 6kHz 이상일 경우 잔류시간은 0.17ms 이하로 된다.

이와 같이 본 실시예에서는, 방전장치(11)의 양 전극(13, 14)을 스트리머방전음의 주파수가 6kHz 이상이 되도록 구성시키므로, 방전음의 주파수는 인간 청각에 민감한 주파수 영역을 초과하게 된다. 따라서 스트리머방전 시 소음의 저감효과를 충분하게 할 수 있다.

또 본 실시예에서는, 방전전극(13)에 돌기형의 방전끝단(17)을 복수 형성하여, 판상의 대향전극(14) 사이에서 스트리머방전을 행하는 구조로 한다. 이 구조로써 방전영역이 확장되어 활성종이 광범위하게 발생하므로, 대상가스의 분해효율을 높일 수 있다.

또한 상기 방전끝단(17)은 평판형이며 판 두께(d)를 0.1mm로 얇게 하므로, 상기 방전끝단(17)에서 발생하는 방전영역의 전계 불평등성이 높아져, 스파크가 발생하기 어려워진다. 따라서 양 전극(13, 14)의 거리(L)를 보다 단축할 수 있다. 또 거리(L)를 단축화 함으로써 전계강도도 증대시킬 수 있으므로, 하전입자(22)의 이동속도가 빨라져 상기 하전입자(22)의 잔류시간이 짧아진다. 따라서 방전 시의 음 주파수를 더욱 고주파화 할 수 있어 스트리머방전 시의 소음도 보다 저감할 수 있다.

또 상기 제 1 실시예에서, 방전장치(11)의 전원수단(18)의 방전전압으로서 직류전압을 인가한다. 이로써 방전장치(11)의 운전에 관한 원가를 저감할 수 있다. 이 때 상기 방전전압의 방전전류 값이 일정해지도록 제어하면, 스트리머방전 시의 음 주파수가 안정됨과 더불어, 이상 방전에 의한 스파크를 쉽게 방지하게 할 수 있다. 이로써 방전음의 저감이 가능해진다.

(제 2 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 대해 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 5는 제 2 실시예에 관한 공기정화장치(1)의 분해사시도이며, 도 6은 공기정화장치(1) 내부를 위쪽에서 본 도이다. 이 공기정화장치(1)는, 제 1 실시예의 공기정화장치와 마찬가지로, 일반 가정이나 소규모 점포 등에 이용되는 민생용 공기정화장치이다.

공기정화장치(1)는, 한끝이 개방된 상자형의 케이싱 본체(2)와, 이 케이싱 본체(2)의 개방단면에 장착되는 전면커버(3)를 구비한다. 전면커버(3)의 양쪽 면 및 전면 중앙부에는, 피처리가스인 실내공기가 도입되는 공기흡입구(4)가 형성된다. 또 상기 케이싱 본체(2)의 천정판 배면 쪽에는, 실내공기가 유출되는 공기토출구(5)가 형성된다.

케이싱 본체(2) 내에는, 공기흡입구(4)에서 공기토출구(5)에 걸쳐 실내공기가 흐르는 유통경로(6)가 형성된다. 이 유통경로(6)에는, 실내공기 흐름의 상류 쪽(도 6에서 하측)으로부터 차례로, 공기정화를 행하는 각종 기능부품(7)과, 이 유 통경로(6)로 실내공기를 유통시키기 위한 원심송풍기(40)가 배치된다.

상기 기능부품(7)은, 전면커버(3) 쪽에서 차례로, 프리필터(8), 이온화부(9), 방전장치(11), 집진필터(10), 및 촉매필터(12)가 배치 구성된다. 또 공기정화장치(1)의 케이싱 본체(2) 후부 아래쪽으로는, 방전장치(11)의 전원수단(18)이 구성된다.

프리필터(8)는, 실내공기 중에 함유된 비교적 큰 먼지를 포집하는 필터이다. 또 이온화부(9)는, 프리필터(8)를 통과한 비교적 작은 먼지를 대전시키고, 이 먼지를 이온화부(9) 하류 쪽에 배치된 집진필터(10)(정전필터)로 포집하기 위한 것이다. 이 이온화부(9)는, 복수의 이온화선(9a)과, 각 이온화선(9a)에 대응하는 대향전극(9b)으로 구성된다.

상기 복수의 이온화선(9a)은, 물결형 형상 내지 복수의 “コ”(역디귿)자가 이어진 수평단면 형상을 갖는 파형부재(15)의 앞쪽에 배치된다. 여기서 본 실시예에서는, 2 개의 파형부재(15)가 좌우로 배열된다. 또 파형부재(15)의 앞쪽에는, 복수의 앞쪽 개구부(15a)가 형성되며, 각 이온화선(9a)은, 각 앞쪽 개구부(15a) 내에서 파형부재(15)의 상단에서 하단까지 팽팽하게 걸쳐진다. 한편, 상기 이온화선(9a)에 대응하는 대향전극(9b)은, 파형부재(15)의 앞쪽 개구부(15a)를 형성하는 벽면에 형성된다. 여기서 이 파형부재(15)의 뒤쪽 면에는, 집진필터(10)와 평행으로 배치되는 그물판(19)이 연결된다.

방전장치(11)는, 복수의 방전전극(13)과, 각 방전전극(13)과 대향하는 면 형상의 대향전극(14)을 구비한다.

상기 방전전극(13)은, 선 형상 내지 봉 형상으로 형성되며, 상기 파형부재(15)의 뒤쪽에 배치된다. 이 방전전극(13)은, 방전장치(11)의 확대사시도인 도 7의 (A)에 나타내는 바와 같이, 파형부재(15)의 뒤쪽 개구부(15b) 내에 배치됨과 동시에 상하방향으로 연설되는 전극유지부재(20)에 의해 지지된다. 이 전극유지부재(20)는, 수평단면이 “コ”(역디귿)자형으로 형성되며, 소정의 부위에는 전방을 향해 굴곡 형성된 복수의 지지판(20a)이 형성된다. 그리고 선 형상 내지 봉 형상의 방전전극(13)은 이 방전전극(13)을 사이에 끼우듯 하여 조여진 지지판(20a)의 선단부에 의해 지지된다(도 7의 (B), 방전장치의 수평단면도 참조). 이상과 같이 하여 방전전극(13) 양 단부는, 지지판(20a)으로부터 상하방향으로 돌출된 상태로 된다. 본 실시예에 있어서, 방전전극(13)은 텅스텐을 재료로 하여 구성된다. 또 이 방전전극(13)의 선 지름은 약 0.2mm이다.

한편, 대향전극(14)은, 상기와 같이 하여 방전전극(13)이 배치되는 파형부재(15)의 뒤쪽 개구부(15b) 내의 제 1 면(후면)(15c)에 형성된다. 그리고 이 제 1 면(15c)이 방전전극(13)과 대향하는 전극 면으로서 기능한다. 이와 같이 하여 지지판(20a)으로부터 돌출되는 방전전극(13)이, 대향전극(14)의 전극 면과 거의 평행으로 배치된다. 그리고 대향전극(14)의 상단부 및 하단부에는, 각각 대향전극(14)과 상기 전극유지부재(20)에 개설되는 스페이서(41)가 배치된다. 이 스페이서(41)는 본 실시예에서 절연성 애자로 구성된다. 그리고 방전전극(13)의 선단부로부터 대향전극(14)까지 사이의 거리(L)가 상기 스페이서(41)에 의해 일정 간격으로 유지된다. 여기서 본 실시예에서 양 전극(13, 14)간 거리(L)는 6.1±0.3mm이다.

상술한 정전필터(10)는, 상기 방전장치(11)의 하류 쪽에 배치된다. 정전필터(10)는 상류 쪽 면에서, 상술한 이온화부(9)로 대전된 비교적 작은 먼지를 포집하는 한편, 하류 쪽 면에는 광 촉매(광 반도체)가 담지된다. 이 광 촉매는 방전장치(11)의 방전으로 생성되는 저온플라즈마 중의 반응성 높은 물질(고속전자, 이온, 오존, 래디컬 등의 활성종)에 의해 더욱 활성화되어, 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질의 분해를 촉진한다. 여기서 이 광 촉매는, 예를 들어 이산화티탄이나 산화아연, 혹은 텅스텐산화물이나 황화카드뮴 등이 이용된다. 또 정전필터(10)는 수평단면이 물결형상으로 굴곡 형성된, 이른바 주름필터(pleats filter)로 구성된다.

상기 촉매필터(12)는, 정전필터(10)의 하류 쪽에 배치된다. 이 촉매필터(12)는, 벌집구조의 기재 표면에 플라즈마촉매를 담지시킨 것이다. 이 플라즈마촉매는, 상기 광 촉매와 마찬가지로 방전장치(11)의 방전으로 생성되는 저온플라즈마 중의 반응성 높은 물질(고속전자, 이온, 오존, 래디컬 등의 활성종)에 의해 더욱 활성화되어, 실내공기 중의 피처리성분인 유해물질이나 냄새물질의 분해를 촉진한다. 이 플라즈마촉매에는, 망간계 촉매나 귀금속계 촉매, 또는 이들 촉매에 활성탄 등의 흡착제를 첨가한 것이 이용된다.

-운전동작-

공기정화장치(1)의 운전 중에는, 원심송풍기(40)가 기동하여 피처리가스인 실내공기가 케이싱 본체(2) 내의 유통경로(6)를 유통한다. 또 이 상태에서 이온화부(9) 및 방전장치(11)에는, 전원수단(18)으로부터 고전압이 인가된다.

실내공기가 케이싱 본체(2) 내로 도입되면, 우선 프리필터(8)에서 비교적 큰 먼지가 제거된다. 프리필터(8)를 통과한 실내공기는, 이온화부(9)로 흐른다. 이온화부(9)에서는, 이온화선(9a)과 대향전극(9b) 사이에서의 방전으로 실내공기 중의 비교적 작은 먼지가 대전된다. 이 대전된 먼지를 포함한 실내공기는, 정전필터(10)로 유입된다. 그리고 정전필터(10)에서 이들 대전된 먼지가 포집된다.

한편, 방전장치(11)에서는, 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이에서의 스트리머방전에 의해 저온플라즈마가 발생한다. 이로써 방전장치(11)에 의해 발생한 저온플라즈마가, 실내공기와 함께 하류 쪽으로 흐른다.

이 저온플라즈마에는, 반응성이 높은 물질(활성종)이 함유되어 있다. 그리고 이 반응성 높은 물질은, 실내공기와 접촉하여 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질을 분해한다. 또 상기 활성종이 정전필터(10)에 달하면, 정전필터(10)에 담지된 광 촉매에 의해 더욱 활성화되어, 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질이 다시 분해된다. 그리고 이 활성종이 촉매필터(12)에 달하면, 이들 물질은 한층 활성화되어, 실내공기 중의 유해물질이나 냄새물질이 더 한층 분해된다.

이상과 같이 하여 먼지가 제거됨과 동시에 유해물질이나 냄새물질도 제거된 청정한 실내공기는, 원심송풍기(40)로 도입되어, 공기토출구(5)에서 실내로 배출된다.

-제 2 실시예의 효과-

상기 제 2 실시예에서는, 방전장치(11)의 방전전극(13)과 대향전극(14)간 거리(L)를 6.1±0.3mm, 즉 10mm 이하로 한다. 그 결과 스트리머방전의 음 주파수를 6kHz 이상으로 할 수 있다. 이로써 스트리머방전의 방전음 주파수를, 인간 청각에 민감한 주파수영역보다 크게 할 수 있다. 따라서 이 제 2 실시예에서도 스트리머방전 시의 소음 저감을 도모할 수 있다.

또 제 2 실시예에서는, 봉 형상의 방전전극(13)과 대향전극(14)을 평행으로 배치한다. 따라서 방전전극(13)의 선단이 활성종이나 고속전자에 의해 닳아도, 양 전극(13, 14)간 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 양 전극(13, 14)간 거리(L)를 최적의 간격으로 유지할 수 있어, 상술한 소음 저감효과를 확실하게 얻을 수 있다. 또 이와 같이 양 전극(13, 14)간 거리를 최적의 간격으로 유지함으로써, 스트리머방전의 안정성 향상을 도모할 수 있다.

또한 제 2 실시예에서는, 방전전극(13)의 선단이 닳아도, 방전전극(13)의 선단형상이 변화하지 않도록 하므로, 본래의 방전특성을 계속 유지하기가 가능해져, 스트리머방전을 한층 안정시킬 수 있다. 따라서 방전전극(13) 선단형상의 변화에 기인하여 스파크나 방전 이상이 발생해버리는 것을 방지할 수 있다.

(그 밖의 실시예)

본 발명은, 상기 실시예에 대해 다음과 같은 구성으로 해도 된다.

예를 들어 상기 제 1 실시예에서는, 방전전극(13)에 형성한 방전끝단(17)을 평판이며 삼각형으로 하지만, 상기 방전끝단(17)의 형상은 예를 들어 사각기둥 형상이라도 되며, 선단을 향할수록 지름이 좁아지는 테이퍼형이라도 된다.

또 상기 제 1 실시예에서는, 방전기판(16) 양쪽에 방전끝단(17)을 배치하여 방전전극(13)을 구성하고, 상기 방전전극(13) 양쪽에 대향전극(14)을 배치하여 스트리머방전을 행하는 것으로 하지만, 반드시 방전기판(16) 양쪽에 방전끝단(17)을 배치할 필요는 없으며, 방전기판(16)의 한쪽에 방전끝단(17)을 배치해도 된다. 이 경우 상기 방전기판(16)의 한쪽에 배치된 방전끝단(17)과 대치하도록, 대향전극(14)을 전극프레임(15)에 구성시키면 된다.

그리고 상기 실시예에서는, 전원수단(18)의 방전전압으로서 직류전압을 인가하지만, 상기 직류전압 이외에 교류전압이나 펄스전압을 인가해도 된다.

또 상기 실시예에서는, 방전장치(11) 하류 쪽에, 예를 들어 망간계 촉매나 귀금속계 촉매 등의 플라즈마 촉매가 기재에 담지된 촉매필터(12)를 배치한다. 그러나 방전장치(11)의 하류 쪽에는, 이 촉매필터(12) 대신 예를 들어 활성탄이나 제올라이트 등의 흡착제가 기재에 담지된 흡착처리부를 배치하도록 해도 된다.

이상과 같이, 본 발명은 스트리머방전을 행하는 방전장치 및 공기정화장치에 관해 유용하다.

Claims (7)

1. 방전전극(13)과, 이 방전전극(13)과 대치하는 대향전극(14)과, 상기 양 전극(13, 14)에 방전전압을 인가하도록 접속된 전원수단(18)을 구비하며,

   선 형상 내지 봉 형상의 방전전극(13)의 선단으로부터 대향전극(14)의 전극면을 향하여 스트리머방전이 발생하도록 구성된 방전장치이며,

   상기 방전전극(13)은, 그 횡단면 형상이 선단으로부터 기단에 걸쳐 동일 형상으로 형성되고,

   상기 대향전극(14)의 전극면은, 상기 방전전극(13)과 평행한 평면으로 구성되며,

   상기 방전전극(13)과 상기 대향전극(14) 사이의 거리(L)가 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 방전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 방전전극(13)과 상기 대향전극(14) 사이의 거리(L)가 3mm 이상 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 방전장치.
3. 방전전극(13)과 대향전극(14) 사이에 피처리가스를 통기시켜 방전장치로 피처리가스를 처리하는 공기정화장치로서,

   상기 방전장치는, 제1항 또는 제2항에 기재된 방전장치인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
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