KR102126953B1 - 유전영동을 이용한 집진장치의 전극판 청소방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유분, 유증기, 미세먼지 등에 오염된 공기를 정화하기 위해 유전영동방식의 전기집진기를 운용하는 과정 중에 발생하는 집진용 전극판의 자동청소를 위한 기법으로 가열방식과 공기송풍방식을 혼용하여 용이하게 선택적 국부적 전극판 청소가 가능한 기능을 구현함으로써 전극판 청소의 유지보수비용을 줄이고 고효율의 집진성능상태를 유지하는 공기청정기에 관한 것이다.

Description

유전영동을 이용한 집진장치의 전극판 청소방법과 그 장치{Device and Method of cleaning of an Electric Precipitator Plates using Dielectrophoresis}

본 발명은 유분, 유증기, 미세먼지 등에 오염된 실내외 공기질 향상을 위해서 실생활에서 자주 사용하는 전기집진기와 공기청정기 등에 필수적으로 적용되는 집진용 필터와 필터 교체주기를 획기적으로 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.

종래의 일반적인 공기청정기는 도 1과 같이 다중 필터 방식으로 그 중 미세먼지를 거르는 필터는 헤파필터가 주로 담당하는데 여과형 필터의 특성상 포집효율이 좋을수록 헤파필터가 빨리 막혀 감압이 심하게 일어나게 되어 필터에 의한 압력손실이 크고 이로 인해 전력소비량이 많아지게 된다. 아울러 필터의 교체주기가 빨라지게 되어 유지보수의 번거로움이 따르게 되고 유지관리비용도 증가하게 된다.

또한 종래의 이온발생장치가 장착된 전기식 공기청정기의 경우 도 2와 같이 단극 이온화부와 집진부로 구성되며, 이 방식은 단극하전을 시킴으로써 두 금속 평행판의 집진부에 미세먼지를 부착시키고 입자간의의 정전기적인 응집효과를 볼수 없어서 공기청정기의 청정능력이 매우 떨어지는 단점이 있다.

최근에는 도3에서 보여주는 바와 같이 필터교체주기 연장, 집진효율 향상, 감압효과 개선 등을 위해 종래의 집진필터 방식과는 다르게 유전영동방식의 집진용 전극필터를 적용한 전기집진기 및 공기청정기가 고안되었는데, 보다 자세하게는 압력손실이 큰 고성능 헤파필터를 사용하는 대신 전극 집진방식을 사용하는 구조를 채택하여 미세먼지를 포집하는 전기 집진필터를 채용하기도 한다.

특히 코로나 방전이 필요 없는 불균형전계 내에서 먼지, 유분 등 비유전율이 공기보다 높은 유전체에 인가되는 힘, 즉 유전영동방식을 채용하여 유분, 유증, 수분, 미세먼지 등을 포집하는 미세전극패턴이 구현된 전극판 표면에 포집하는 형태를 갖춘 집진용 전극을 공기청정기와 전기집진기에 적용하여 필터방식의 압력손실을 줄이는 동시에 코로나방전이 없는 새로운 형태의 전기 집진기를 고안함으로써 공기청정기의 포집효율과 정화능력을 향상시키는 공기청정기를 제공하는데 있다.

이 때, 전극에 미세먼지가 오랜 기간 포집되어 전극에 응집된 상태가 지속되면 전극간의 쌓인 미세먼지로 인해 간격이 좁아지고, 유전영동의 특성상 전극 내에 유전체가 쌓여서 필터의 성능이 저하되는 것을 방지하기 위하여 미세먼지 이물질 등을 제거해 주어야 하는데, 이 때 전극필터를 교체하지 않은 상태에서 전극판 표면에 붙어있는 미세먼지, 유분 등을 추가적인 물리적인 방법을 제시하여 유분, 먼지수거를 위한 수거함으로 모으는 방식으로 탈진하기 위한 구조와 기능을 구현한다. 본 고안으로 실내외에서 공기청정기 작동시간 동안 포집효율을 지속적으로 고성능으로 유지하여 공기순환에 의해 성장된 미세분진을 효과적으로 포집하고 필터교체 등 불필요한 유지보수 작업을 획기적으로 줄이고 정화능력이 향상된 공기청정기에 관한 것이다.

본 발명은 불균형전계 내의 유전체에 작용하는 힘을 이용하여 미세먼지를 포집하는 방식의 전기집진기의 전극층을 물리적인 방식으로 청소해주고, 주기적, 또는 비주기적으로 미세분진, 유분, 이물질을 제거하는 구조를 만들어줌으로써, 최종적으로 청정화 능력을 향상시키는 공기청정기에 관한 것이다.

종래의 필터방식의 공기청정기의 경우, 고효율의 HEPA(high efficiency particulate air)를 사용하기 때문에 필터에 의한 압력손실이 크고 이로 인해 전력 소비량이 많은 단점이 있다. 그리고 필터 효율이 높을수록 필터의 기공구조가 먼지에 빨리 막히는 태생적 한계를 가지고 있어서 필터를 자주 교환해 주어야하기 때문에 공기 청정기 의 성능저하, 유지보수 등 전체적인 가격상승의 원인이 된다.

한편, 이온발생장치가 장착된 전기식 공기청정기의 경우, 단극(양 또는 음)이온화부와 집진부가 장착되어 있으며, 이 방식은 입자를 단극하전을 시킴으로써 두 금속 평행판의 집진부에 부착시키고 입자간의 정전기적인 응집효과를 볼 수 없기 때문에 공기청정기의 청정화능력이 매우 떨어지는 단점이 있다. 유전영동방식을 이용한 공기청정기의 경우 코로나방전이 없어서 전기소모량이 작고, 불균형전계를 만들어주기 위한 미세전극 구조를 채용하는 구조여서 감압 등에서는 유리하지만, 미세전극의 판 사이가 작아서 먼지나 유분이 쌓이게 되면 포집원리의 특성상 포집능력이 현저히 저하되게 된다. 따라서 포집효율을 유지하기 위해서는 전극판을 탈착식으로 교체해주거나 전극판을 세척해서 먼지를 제거해 주어야 하는 과정이 필수적으로 필요하다

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공기청정기 내부로 유입되는 공기에 포함된 먼지를 걸러내기 위해 필터역할을 하는 미세 전극판 표면에 포집된 상태가 지속되어 쌓이게 되면, 유전영동방식의 특성상 쌓이는 유전체에 의해 불균형전계의 경사 형태가 달라짐에 따라 포집성능이 저하되므로, 전극 필터 표면부에 집진된 먼지들은 지속적으로 청소를 통해 의해 제거해주어야 한다.

주기적인, 또는 비주기적인 응착먼지의 제거작업으로 집진장치의 집진효율을 높일 수 있으므로, 사용자가 직접 먼지필터, 즉 전극을 청소하거나 새것으로 교체해 주어야 하는데, 공기청정기 내부에서의 활용할 수 있는 물리적 수단, 즉, 가압된 공기압, 가열방식 등 자체의 먼지제거기능에 의해 먼지(유분 등 이물질 포함)를 제거할 수 있도록 함으로써 사용의 편리성을 도모하고, 포집능력의 고효율화 유지 및 공기청정기 내부의 청결로 인해 실내의 청정상태를 최상으로 유지함으로써 사용자들에게 건강한 삶을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 효과로는 공기청정기 내부로 유입되는 함진 공기에 포함된 먼지는 전극필터에서 의해 걸러지면서 전극 표면에 포집되고, 운용기간이 길어지면서 미세먼지가 쌓이고 응집되기 시작하면 포집효율이 떨어지는 현상을 먼지를 제거하면서 포집효율을 높일 수 있다.

또 본 발명은 사용자가 직접 먼지필터를 청소하거나 교체하는 방식이 아닌 장치 자체의 먼지제거기능에 의해 자동세척 기능으로 먼지(이물질 포함)를 제거할 수 있도록 함으로써 집진된 먼지의 지속적인 제거가 가능하고, 이로 인해 집진장치의 집진효율을 높일 수 있으며, 장치의 수명을 연장할 수 있다.

또, 본 발명은 전극필터의 특성상 전극사이의 유전체의 충진 정도를 정전용량으로 실측, 계량이 가능하므로 전극필터에서 먼지의 집진상태를 전기적으로 확인할 수 있도록 함으로써 필터의 청결상태확인은 물론 적절한 필터청소 및 교체시점을 파악할 수도 있다.

또한, 본 발명은 전극필터에 걸러진 먼지를 청소하여 주기적, 비주기적으로 제거할 수 있도록 함으로써 포집 효율이 떨어지는 것을 방지하고, 항상 공기청정기 내부를 청결하게 유지하여 필터 막힘에 의한 소음을 줄일 수 있으며 공기청정기의 유지보수 작업을 최소화함으로써 사용자들이 먼지 걱정 없이 건강한 삶을 유지할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다

도 1은 종래 필터식 공기청정기의 분진 포집 원리를 나타낸 도면
도 2는 종래 전기집진방식 공기청정기의 분진 포집 원리를 나타낸 도면
도 3은 본 발명 전기식 공기청정기의 미세먼지, 유분 포집원리를 나타낸 도면
도 4는 본 발명 집진판의 전기적 가열 방식을 표시한 도면
도 5는 본 발명의 가열에 의한 유분미세먼지 제거 상태도 참고도
도 6은 본 발명에 있어서 전극판 청소를 위한 선택적 송풍 방법 실시 예를 도시한 도 7은 본 발명의 기법을 적용한 전기집진 청소기의 대표도

상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 해결수단을 살펴보면, 공기청정기 외함 내부에 공기를 유입하기 위한 공기유입부와, 상기 공기 유입부를 통해 유입된 공기를 장치에 급기하기 위한 송풍팬을 구비하는 송풍부와 상기 공기유입부의 입구 내측에 결합되어 공기와 함께 유입되는 먼지를 포집할 수 있는 다수의 필터와 미세전극 구조의 포집수단, 상기 필터의 일측에 결합되어 전극필터 내측면에 부착된 먼지를 털어내기 위한 먼지털이 수단과, 상기 필터의 하부에 형성되고 개구부와 연통되어 먼지를 수거하기 위한 먼지수거통과, 상기 먼지 수거통에 일측이 연결되고 타측은 정화된 공기를 배출하는 부분으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 먼지털이를 수행하기 위한 물리적 수단으로 점착된 유분의 점도를 높여 자연 침강을 하기 위해서는 가열하여 온도를 높여 줘야하는 수단으로, 전기적으로 가열하는 전기히터 형태를 이용한다. 그 결과로 전극필터 표면부에 부착된 먼지들이 먼지 수거통으로 흘러내리면서 모아지게 되는 구성을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 먼지 청소수단은 가열방식과 구조적 유로형성으로 인한 선택적 송풍장치를 이용하여 전극판의 응집된 먼지를 수거함으로 모으는 구조로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전극판의 일측, 또는 양측에는 공기 유입속도와 유로를 선택적으로 조절하는 별도의 창문이 있는 판과 창문을 조절할 수 있는 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시에 따르면, 상기 본체의 중간 일측에는 청소 구동부를 형성하여 국부적으로 유속을 빨리하는 기능을 발현하여 단속적으로 전극판 청소를 할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 먼지수거함의 타측에 형성된 먼지 배출부는 지면으로 구부러진 유로를 형성하는 형태로 작용되게 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 공기유입부와 공기배출부의 전단에서 댐퍼가 형성되어 전극필터의 먼지제거 청소와 먼지수거함으로 구성됨을 특징으로 한다.

100 : 본체 110 : 유입부
200 : 집진부 210 : 입자포집 전극층
220 : 미세패턴 전극
300 : 전극층 청소부 310 : 청소용 가열부
320 : 선택 송풍용 유로조절판 330:바이메탈 구동부
400 : 먼지 수거통
500 : 전원 제어부 600 : 미세먼지 센서부

Claims (8)

1. 그라운드의 제1 전극과 전압차가 있는 제2 전극으로 전극 패턴이 형성된 복수개의 전극판을 구비하고, 상기 전극판의 표면부에 유전영동 방식을 이용하여 유입된 공기 중에 미세입자, 수분, 유분을 집진하고 포집하는 입자 분리부,
   상기 전극 패턴과 인접한 위치에서 상기 전극 패턴과 평행하게 형성된 가열용 전기회로를 통해 상기 전극판 주변에 열원을 공급하여, 상기 전극판의 표면부에 응고된 유분, 미세 입자의 점도를 낮춰 상기 전극판의 표면부에 포집된 미세입자의 자연 침강을 유도하는 전극 청소부, 그리고
   상기 입자 분리부 전후단에 설치된 가변면적 제어창의 일부분이 전기적, 기계적인 열에 의해 변형되는 구조를 통해 공기가 통과하는 면적과 상하좌우 위치를 제어하는 제어 수단을 포함하고,
   상기 제어 수단은, 상기 전극판의 표면부에 포집된 미세입자 또는 전극 청소부에 의해 자연 침강이 유도된 미세입자를 구비된 먼지 수거통으로 향하도록 국부적으로 빠른 유속을 제공하는 전기집진장치.
2. 제1항에서,
   상기 전극판은,
   전압을 인가하기 위한 전기적 회로를 이용하여 도전성을 띤 전극 패턴과 상기 전극 패턴을 둘러싼 절연물을 포함하고,
   상기 전극 패턴은 선형, 판형, 도형 중에서 하나 이상의 형태를 가지고, 상기 전극판은 복수의 선형, 사각 판형, 원형, 롤 형상 중에서 하나 이상의 형태를 가지며,
   상기 입자 분리부는 복수개의 전극판 사이로 통과하는 입자 또는 유분을 상기 전극판 표면에서 포집하는 전기집진장치.
3. 제2항에서,
   상기 전극판은,
   상기 그라운드의 제1 전극과 전압차가 있는 제2 전극에 다른 전압이 인가되어 전극간의 전압의 차이에 따른 불균일한 전계가 형성되는 전기집진장치.
4. 제3항에서,
   상기 가열용 전기회로는,
   상기 제1 전극과 인접하면서, 상기 제2 전극에 인접하도록 형성되거나
   상기 제1 전극과 인접한 위치에 제1 가열용 전기회로가 형성되고, 상기 제2 전극과 인접한 위치에 제2 가열용 전기회로 형성되어 고온의 전극판 환경을 형성하는 전기집진장치.
5. 제1항에서,
   상기 가변면적 제어창은,
   복수의 전극판에 포집된 먼지, 유분, 수분 중에서 하나 이상을 효과적으로 제거하기 위해 구비된 선택 송풍용 유로 면적조절판을 이용하여 상기 전극판 전후단의 일측 또는 양측에 공기통과 면적을 가변하여 통과 유속이 가속 또는 감속되도록하는 전기집진장치.
6. 제5항에서,
   상기 제어 수단은,
   상기 가변면적 제어창에서 창틀의 전부 또는 일부분이 전기적 또는 기계적 열이 가해지면 변형이 가능한 바이메탈을 적용하고, 접히는 힌지 구조와 전용 구동부를 포함하여 전극판 통과 유로 부하와 유속을 제어하는 전기집진장치.
7. 제1항에서,
   미세 먼지, 분진, 이물질 중에서 하나 이상이 포함된 공기의 유입과 분출 과정에서 공기를 정화하는 본체를 더 포함하고,
   상기 본체는 상기 미세입자가 포함되어 있는 공기가 유입되는 유입부,
   상기 미세입자가 포함되어 있는 공기 또는 상기 미세입자가 제거된 공기가 이동하는 통로부,
   미세입자 및 유분 등 청소된 이물질을 저장하는 먼지수거통, 그리고
   상기 미세입자가 제거된 공기가 배출되는 배출부를 포함하는 전기집진장치.
8. 삭제

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