KR102514108B1 - 이산화탄소 분해 및 바이러스와 세균 살균 플라즈마 디바이스 - Google Patents
이산화탄소 분해 및 바이러스와 세균 살균 플라즈마 디바이스 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 목적은 이산화탄소, 바이러스 등의 유해 물질을 분해 제거하여 청정 공기를 공급할 수 있는 저온 플라즈마 디바이스를 제공하고자 하는 것이다.
그에 따라 본 발명은,
전압 인가 전극;
상기 전압 인가 전극과 갭(gap)을 두고 배열되는 접지 전극; 및
상기 갭에 배열되는 이산화탄소 제거용 촉매재;를 포함하여,
상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 디바이스 및 이를 적용한 플라즈마 가습기를 제공한다.
그에 따라 본 발명은,
전압 인가 전극;
상기 전압 인가 전극과 갭(gap)을 두고 배열되는 접지 전극; 및
상기 갭에 배열되는 이산화탄소 제거용 촉매재;를 포함하여,
상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 디바이스 및 이를 적용한 플라즈마 가습기를 제공한다.
Description
본 발명은 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 저온 플라즈마 디바이스에 관한 것이다.
2019년 말에 코로나바이러스 출현과 유전자 변이로 인해서 델타, 오미크론, BA.5 등 코로나바이러스 출현으로 현재 세계 약 6.4백만 명과 한국 약 2.5만 명 이상의 사망자가 발생하였으며 향후 다양한 변이와 바이러스의 출현으로 인류의 삶에 치명적인 영향을 끼칠 가능성이 크다. 문명의 발달과 자연에서 발생하는 미세먼지와 더불어 이산화탄소(CO2)는 지구의 온난화를 유발하여 지구의 사막화, 해수면 상승 및 생태계에 변화를 일으키는 자연적 재해를 맞이하고 있다. CO2 가스 저감에 대한 국제사회의 다양한 협력이 추진되며 일상생활에 사용되는 제품에도 CO2 저감이 요구 된다.
학교, 어린이 집, 노인 요양원, 및 병원 등 에서 사용하는 바이러스 및 세균 살균소독방식으로 화학약품을 정기적으로 분사해서 소독하는 것은 일시적으로 살균은 유지되나 영속성이 없고 환경이 오염되는 문제점을 갖고 있다.
지구 온도 상승과 같은 인류가 현재 겪고 있는 기후변화의 주 원인은 공장 가동 등 산업 활동에서 배출하고 공기 중에 축적되는 80% 이상의 이산화탄소 때문이다. 국제사회와 산업계는 기후변화를 막기 위해 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 다양한 기술 개발과 적용하고 있다. 이와 더불어 일상에서 이산화탄소 감소의 생활화가 요구된다.
실내 이산화탄소 농도가 높을수록 학생들의 수업 집중도, 기억력 및 학습 능률도 떨어질 수 있다. 적절한 환기를 하지 않는 교실 내 이산화탄소 농도가 교내 권장 수치 850ppm 보다 2 배나 더 높은 경우가 많다. 코로나 감염이 빠른 상황에서 학교 교실은 높은 재실 밀도, 장시간 체류해야 하는 상황, 학습환경 조성을 위해 환기를 위해 창이나 문을 개방하기 어려운 상황으로 이에 대응하는 개선책이 요구된다. 이러한 상황은 학교에 국한되지 않고 노인 요양원, 어린이 집, 병원 등의 실내에서 이산화탄소의 저감에 대한 대책이 요구된다.
관련 문헌으로서, 등록특허 10-1316755호가 있으며, 이산화탄소를 메탄과 혼합한 후 플라즈마 토치를 이용하여 일산화탄소와 수소로 만드는 기술을 제안한다. 이러한 기술은 공기 청정에는 적용될 수 없다.
또한, 실생활에 흔히 사용되는 가습기를 이용하여 이산화탄소 저감과 바이러스 제거 기능을 부여하여 공기청정 작용을 함께 할 수 있는 가습기 겸용 플라즈마 디바이스를 제공하면 편리할 것이다.
본 발명의 목적은 이산화탄소, 바이러스 등의 유해 물질을 분해 제거하여 청정 공기를 공급할 수 있는 가습기 겸용 저온 플라즈마 디바이스를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은,
이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;을 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
전압 인가 전극;
상기 전압 인가 전극과 갭(gap)을 두고 배열되는 접지 전극; 및
상기 갭에 배열되는 이산화탄소 제거용 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재;를 포함하고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전압 인가 전극은 그 표면 중 촉매재와 접할 수 있는 쪽 표면에 유전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전압 인가 전극은 그 양면에 유전체를 포함하고, 접지전극과 전압 인가 전극이 갭을 두고 교대로 다수가 배열되고, 상기 갭 마다 상기 촉매재가 충진된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 접지전극과 상기 전압 인가 전극이 갭을 두고 교대로 다수가 배열되고, 상기 갭 마다 상기 촉매재가 충진된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 촉매재가 아래로 빠지는 것을 방지하기 위해 촉매재가 배열된 갭 부분 하면에 설치되는 유전체 망;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전압 인가 전극은 그 표면 중 촉매재와 접할 수 있는 쪽 표면에 유전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전압 인가 전극은 그 양면에 유전체를 포함하고, 접지전극과 전압 인가 전극이 갭을 두고 교대로 다수가 배열되고, 상기 갭 마다 상기 촉매재가 충진된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 접지전극과 상기 전압 인가 전극이 갭을 두고 교대로 다수가 배열되고, 상기 갭 마다 상기 촉매재가 충진된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 촉매재가 아래로 빠지는 것을 방지하기 위해 촉매재가 배열된 갭 부분 하면에 설치되는 유전체 망;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
또한, 본 발명은,
이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;을 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
메쉬 구조의 속이 빈 기둥형 접지 전극;
상기 접지 전극의 내부에 위치하며, 메쉬 구조의 속이 빈 전압 인가 전극;
상기 접지 전극과 전압 인가 전극은 서로 갭을 두고 중첩적으로 배열되고 상기 갭에 충진되는 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재; 및
촉매재가 아래로 빠지는 것을 방지하기 위해 촉매재가 충진된 하면에 공기가 통할 수 있는 기공이 형성된 커버 부재;를 포함하고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 상면에 공기가 통할 수 있는 기공이 형성된 커버 부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 상면에 공기가 통할 수 있는 기공이 형성된 커버 부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
또한, 본 발명은,
이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;를 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
속이 비고 두께를 갖는 기둥형 유전체;
상기 기둥형 유전체의 외주면에 접하여 배열되는 접지 전극;
상기 기둥형 유전체의 내부에 배열되는 전압 인가 전극; 및
상기 전압 인가 전극과 상기 기둥형 유전체 내면 사이의 갭 부분에 충진된 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재;를 포함하여 방전관 형태를 이루고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2 , 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상게에 있어서, 방전관 형태의 플라즈마 소스가 하나 이상 배열되고, 형성된 전체 플라즈마 소스의 하면에 기공이 있는 유전체 또는 메쉬 유전체를 배열한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 플라즈마 소스의 상면에 기공이 있는 유전체 또는 메쉬 유전체를 배열한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상게에 있어서, 방전관 형태의 플라즈마 소스가 하나 이상 배열되고, 형성된 전체 플라즈마 소스의 하면에 기공이 있는 유전체 또는 메쉬 유전체를 배열한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 플라즈마 소스의 상면에 기공이 있는 유전체 또는 메쉬 유전체를 배열한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
또한, 본 발명은,
이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;을 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
메쉬 구조의 전압 인가 전극;
상기 전압 인가 전극 전단에 배열되는 유전체;
메쉬 구조의 접지 전극;
상기 전압 인가 전극과 접지전극 사이에 배열되는 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재; 및
전극과 유전체 및 촉매재를 결합시키는 프레임 형태의 탑 커버와 베이스 커버;를 포함하고,
상기 탑 커버와 베이스 커버는 프레임 부분에 촉매재가 새어 나오지 않도록 막힌 영역과 막힌 영역 외에 기체가 통과할 수 있는 개구부가 형성되고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전압 인가 전극에 배열된 유전체 및 기둥형 유전체의 유전율이 3 내지 50인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 디바이스는, 접지 전극과 전압 인가 전극의 상부, 하부, 또는 주변부 중 어느 한 곳에 히터를 포함하여 플라즈마 발생 공정의 온도를 상온 내지 500K로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 하우징의 공기 흡입부 근처에 배치되는 습도 조절기를 포함하여, 상대습도를 50% ~ 90% 조절하여 다음 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
O(1D) + H2O → 2OH → H2O2
O(1D) + CO2 → CO + O2
상기에 있어서,
상기 하우징의 공기 배출구 근처에 배치되는 습도 센서, 오존량 센서, VOC 센서, 또는 미세먼지량을 검출하는 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 소스에서 접지 전극은 하나 이상의 금속 접지 전극을 포함하거나, 기둥형 유전체 표면 전체를 덮는 망 구조 전극을 포함하고, 전압 인가 전극은 하나의 금속 전극이거나, 기둥형 유전체 내벽면을 따라 내벽면 안쪽에 배열되는 망 구조 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 전압 인가 전극에 배열된 유전체 및 기둥형 유전체의 유전율이 3 내지 50인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 디바이스는, 접지 전극과 전압 인가 전극의 상부, 하부, 또는 주변부 중 어느 한 곳에 히터를 포함하여 플라즈마 발생 공정의 온도를 상온 내지 500K로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 하우징의 공기 흡입부 근처에 배치되는 습도 조절기를 포함하여, 상대습도를 50% ~ 90% 조절하여 다음 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스를 제공한다.
O(1D) + H2O → 2OH → H2O2
O(1D) + CO2 → CO + O2
상기에 있어서,
상기 하우징의 공기 배출구 근처에 배치되는 습도 센서, 오존량 센서, VOC 센서, 또는 미세먼지량을 검출하는 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 플라즈마 소스에서 접지 전극은 하나 이상의 금속 접지 전극을 포함하거나, 기둥형 유전체 표면 전체를 덮는 망 구조 전극을 포함하고, 전압 인가 전극은 하나의 금속 전극이거나, 기둥형 유전체 내벽면을 따라 내벽면 안쪽에 배열되는 망 구조 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생용 전극 사이에 이산화탄소 분해 촉매재를 충진하여, 전극에 인가되는 전력에 의해 저밀도, 저에너지 플라즈마를 얻는 동시에 촉매재의 존재로 인해 고밀도 및 고에너지 플라즈마를 함께 얻어 이산화탄소 분해, VOC 분해, 미세먼지 제거, 바이러스 제거, 및 살균 효과를 얻을 수 있고, 여기에 가습기 모듈이 결합되어 청정 공기와 함께 적절한 습도를 제공할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 디바이스는 제작비가 비교적 낮고, 제작의 난이도가 낮아 쉽게 제작될 수 있다.
본 발명의 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 저온 플라즈마 디바이스는 촉매재가 포함된 플라즈마 발생 모듈 외에, 공기 흡입 송풍 팬과 헤파 필터, 자외선 램프, CO 흡수 필터를 포함하여 미세먼지 등을 제거하고, 오존 발생량을 기준치 이하로 낮춘 공기를 공급하며, 이산화탄소와 오존의 반응으로 생성된 일산화탄소를 제거한다.
또한, 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 저온 플라즈마 디바이스는 습도 조절기를 포함하여 이산화탄소와 오존의 화학반응을 촉진하고, 최종적으로 배출하는 공기에 대해 습도, 오존 농도, 미세먼지, VOC 농도 등을 모니터링하고, 그에 맞추어 공기 배출 속도 내지 공기 처리 속도를 제어하여 최적화된 공기를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 저온 플라즈마 디바이스에 가습기 모듈이 결합됨으로써, 청정 공기와 습도 최적화 외에, 가습기 모듈이 제공하는 습기에 의해 오존을 거의 완벽하게 제거할 수 있다.
도 1은 촉매재가 탑재된 DBD 플라즈마 소스에 의한 플라즈마 방전 형상을 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 탑재 대형 플라즈마 소스의 구성을 개략적으로 보여주며, 도 3은 그 단면도이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 소스의 변형 실시예를 보여준다.
도 5는 도 2에 보인 구조를 기본으로 하여, 메쉬 반응기로 구성한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서, 원통형 DBD 방전관을 도입한 것을 보여준다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 소스를 적용하여 구성한 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거 디바이스의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 플라즈마 소스의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 9는 도 8의 플라즈마 소스를 카트리지에 넣어 플라즈마 디바이스에 설치하기 용이하도록 구성한 플라즈마 소스 모듈을 보여준다.
도 10은 본 발명의 플라즈마 디바이스에 가습기 모듈을 결합한 것을 모식적으로 보여준다.
도 11은 본 발명의 플라즈마 디바이스에 결합되는 가습기 모듈 구성의 일례를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 탑재 대형 플라즈마 소스의 구성을 개략적으로 보여주며, 도 3은 그 단면도이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 소스의 변형 실시예를 보여준다.
도 5는 도 2에 보인 구조를 기본으로 하여, 메쉬 반응기로 구성한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서, 원통형 DBD 방전관을 도입한 것을 보여준다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 소스를 적용하여 구성한 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거 디바이스의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 플라즈마 소스의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 9는 도 8의 플라즈마 소스를 카트리지에 넣어 플라즈마 디바이스에 설치하기 용이하도록 구성한 플라즈마 소스 모듈을 보여준다.
도 10은 본 발명의 플라즈마 디바이스에 가습기 모듈을 결합한 것을 모식적으로 보여준다.
도 11은 본 발명의 플라즈마 디바이스에 결합되는 가습기 모듈 구성의 일례를 보여준다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
일반적으로 이산화탄소를 분해하기 위해서 열분해 방식을 많이 사용하며 약 2000K 이상의 고온에서 사용이 가능한 고가의 열분해 시스템이 필요한다.
저온 DBD대기압 플라즈마에서 발생하는 전자는 평균에너지가 약 1eV 의 맥스웰 분포를 가지므로 이산화탄소의 해리에너지인 5.5eV를 용이하게 해리할 수 있다.
e + CO2 → CO + O + e △H(해리에너지) = 5.5 eV / molecule.
본 발명에서는 촉매 재료(CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, hydrotalcite 등)를 사용하여 다공체의 표면적을 증가시키고 다공체끼리 접촉하는 표면에는 높은 밀도 및 높은 에너지 플라즈마 전자가 형성되어 공정 조건에 따라 CO2 해리에너지를 0.4~3.5eV/molecule 으로 낮출 수 있다. (출처: D. Ray, RSC Adb., 6 (2016) 39492)
CO2 → CO + O, △H(해리에너지) = 0.4 ~ 3.5 eV / molecule. ----- (1)
본 발명에서는 O3 에 대해서 해리 단면적이 가장 높은 254nm UV 를 사용한다.
O3 + 254nm → O2+O(1D)------ (2)
CO2 + O(1D) → CO+O2 ------ (3)
254nmUV 에 의한 오존 분해로 수명인 긴(약110초) O(1D) 라디칼로 인해서 CO2 가 다량으로 분해되어서 CO를 형성한다.
CO2 분해로 발생하는 가스는 다공체 촉매의 표면에 부착되며 일부는 외부로 방출된다. 방출되는 CO 가스는 다음과 같은 재료를 사용해서 흡수 필터 혹은 흡수 알갱이 형태로 해서 CO 가스를 흡착한다.
1. MgO, ZrO2, 또는 Al2O3 에 다음의 재료를 사용한다.
MgO, ZrO2, 또는 Al2O3 에, Rh, Co, Ni, Fe, CeO, 또는 Fe2O3 중 하나 이상의 재료를 주입한다.
또는, MgO, ZrO2, 또는 Al2O3 에 Rh, Pd, Ag, 또는 Fe를 코팅한다.
또는, MgO, ZrO2, 또는 Al2O3 를 사용한다.
2. CeO2, TiO2, Al2O3, 또는 Fe2O3 등의 필터 및 알갱이
CeO2, TiO2, Al2O3, 또는 Fe2O3 등에 불순물 재료를 주입한 필터 및 알갱이를 사용한다.
3. 활성탄ⓒ 계열
활성탄소섬유, 또는 활성탄을 사용하여 CO 가스를 흡착한다.
0.1 KHz ~ 100 KHz, 0.1kV ~ 100kV 고주파가 전극에 인가되어 방전을 하면 플라즈마의 전자에 의해서 공기중의 산소 분자(O2) 및 질소 분자 (N2), 물 분자(H2O) 해리되어 상호 화학반응 작용으로 활성종을 형성하게 된다.
O2 + e → O + O ------- (4)
N2 + e → N + N ------- (5)
H2O + e → OH + O ------- (6)
N + O2 → NO + O -------- (7)
O + O2 → O3 -------- (8)
OH + OH → H2O2 -------- (9)
상기와 같은 화학식으로 공기중의 산소, 질소 분자 및 물분자는 해리되어서 다양한 형태로 화학적으로 결합하여 칵테일 형태의 활성종 (OH, H2O2, O, N, NO, O3 등)이 형성된다.
O3 는 254nm UV 에 의해서 분해되어서 활성이 강한 O(1D) 이 발생이 되어
(O3 + 254nm UV → O(1D) + O2) CO2 분해 및 H2O 와 결합하여 H2O2 등을 형성한다.
도 1은 촉매재가 탑재된 DBD 플라즈마 소스에 의한 플라즈마 방전 형상을 설명하는 모식도이다.
도 1의 좌측에는 일반적인 플라즈마 소스가 도시되고, 우측에는 본 발명에 기술된 촉매재가 탑재된 플라즈마 소스가 도시되어 있다. 일반적인 플라즈마 소스는 전압 인가전극(10)과 전압 인가전극(10) 상에 배열된 유전체(15), 전압인가전극과 마주보며 이격 배치된 접지전극(20)이 있고, 전압 인가에 의해 전극들 사이에서 플라즈마가 발생된다. 상대적으로 저밀도 저에너지 플라즈마가 발생된다.
이에 비해, 본 발명에 따른 촉매재(30)가 전극 사이에 탑재된 플라즈마 소스에서는 저밀도 저에너지 플라즈마와 고밀도 고에너지 플라즈마가 함께 발생된다.
도 1의 우측은 유전율이 3~50 인 이산화탄소 분해 촉매재(CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, hydrotalcite 등)(30)를 전압인가전극(10)과 접지전극(20) 사이에 탑재한 플라즈마 소스이다. 플라즈마 소스 내부의 촉매재(30)에는 전극에 인가되는 전위(양, 음)와 반대의 전하가 유도되어 촉매재에 분극되어 방전이 일어나면 촉매재들 사이 및 촉매재와 전극 사이 갭이 작으므로 전장이 커져서 높은 에너지의 플라즈마(전자) 및 높은 전자 밀도가 발생한다. 그리고 촉매재는 표면이 다공질로 반응표면적이 넓다. 따라서 발생되는 플라즈마는 도 1에 보인 것과 같이 저밀도, 저에너지 플라즈마와 고밀도 고에너지 플라즈마가 혼재되어 전체적으로 플라즈마 밀도와 에너지를 높이며, 촉매재의 넓은 반응표면적으로 인해, 이산화탄소 분해 효율을 높인다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 탑재 대형 플라즈마 소스의 구성을 개략적으로 보여주며, 도 3은 그 단면도이다.
전압 인가 전극(10)은 Cu를 재료로 하며, 양 면에 수지 유전체를 부착한다. 부착된 수지 유전체의 유전율은 3 ~ 20으로, 폴리우레탄, PET, ABS수지, 폴리아세텔 등을 사용할 수 있다. 이러한 전극 구성은 제조가 용이하다. 접지 금속 전극(20)은 Al 사용하며 접지 전극(20)과 인가전극(10) 간의 갭은 2mm ~ 20 mm 로 하여 갭에 유전체 촉매재(CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2,hydrotalcite 등)를 충진한다. 갭의 높이는 2 내지 5mm, 바람직하게는 3mm 정도로 한다. 유전체 촉매재(30)의 하단에 1mm 정도 두께의 얇은 유전체 망을 설치하여 촉매재가 아래로 빠지는 것을 방지 할 수 있다(도 4 참조). 그러나 촉매재의 알갱이 크기를 적절히 조절하여 유전체 망 없이도 탑재시킬 수 있다. 또한, 전압 인가전극의 소재와 접지 전극의 소재는 상술한 예와 다른 금속 재료로 변형할 수 있다.
전극과 촉매재로 이루어진 플라즈마 소스의 상부와 하부에는 각각 기공이 있는 판상 부재 또는 메쉬 부재를 저면과 커버로 배열할 수 있다. 저면을 통해 정화될 공기가 흡입되고 상면을 통해 정화된 공기가 배출된다. 송풍 팬을 사용할 경우, 오염 공기 흡입부와 정화 공기 배출부의 위치는 서로 뒤바뀔 수 있다.
플라즈마 소스의 상부 및/또는 하부, 또는 주변부에 히터를 설치해서 방전 공정이 상온 ~ 500K 에서 이루어지도록 유지할 수 있다. 또한, 이로써 CO2 의 활성화에너지를 높여서 CO + O 으로 분해효율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 소스의 변형 실시예를 보여준다.
도 2의 구조와 거의 같지만, 전압 인가 전극(10)에 대한 유전체 배열 없이 접지 전극(20)과 갭을 두고 배열되어 갭 부분에 이산화탄소 분해 촉매재(30)를 탑재한다. 전압 인가전극(10), 촉매재(30), 접지전극(20)으로 구성된 하나의 전극 모듈('평행 전극 모듈'이라 부르기로 한다)을 하나 이상 나란히 배열하고, 그 상면과 하면에 유전체 망을 배열하여 플라즈마 소스를 제작한다. 이러한 구성은 플라즈마 제트 방전과 거의 같은 원리로 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 상술한 바와 같이 촉매재의 존재로 인해 고밀도 고에너지 플라즈마를 얻을 수 있다.
도 2에 보인 구조를 기본으로 하여, 도 5와 같은 메쉬 반응기로 구성할 수 있다. 즉, 접지 전극(200)과 인가 전극(100)을 기둥형 메쉬로 구성하고, 접지 전극 내부에 인가 전극(인가전극의 사이즈가 접지 전극 보다 작다)을 중첩적으로 넣어 접지 전극과 인가 전극 사이에 촉매재(30)를 탑재하고, 메쉬 전극으로 형성된 기둥의 상면과 하면을 슬롯(410, 510)이 형성된 커버(400, 500)로 막는다. 접지 전극과 인가 전극의 사이즈는 서로 뒤바뀔 수 있고 그 배치도 뒤바뀔 수 있지만, 본 실시예가 더욱 바람직하다. 기둥형 메쉬로 된 접지 전극과 인가전극은 각각 접지부(210)와 전력인가를 위한 접점부(110)가 메쉬 기둥 전극으로부터 연장되어 있다. 커버에 형성된 슬롯(410, 510)은 통기성을 위한 것으로, 슬롯은 다수의 홀로 변형될 수 있고, 커버 자체가 메쉬로 변형 구성 될 수 있다.
또한, 상기 실시예를 변형하여, 접지 전극(200)과 인가 전극(100)이 바닥면을 갖는 기둥형 메쉬 전극으로 구성될 수도 있다. 촉매재는 접지 전극과 인가 전극 사이에 배열되고, 완전히 개방된 상면에 기공이 있는 커버를 배열한다. 이 경우에도 저면에 절연체를 배열하는 것이 바람직하다.
상기에서 메쉬형의 전압 인가 전극은 금속 전극, 또는 금속 전극 표면에 유전체가 코팅된 것일 수 있다. 유전체 코팅은 촉매재와 접할 수 있는 외표면에만 코팅될 수 있다.
이와 같은 구성은 제조가 용이하여 양산에 매우 적합하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서, 원통형 DBD 방전관을 도입한 것을 보여준다.
도 6(A)는 원통형 DBD 방전관에 촉매재 유전체를 탑재한 플라즈마 소스 구조를 나타내며 도 6(B)는 도 6(A)에 적용된 원통형 DBD 플라즈마 방전관 소스를 구조를 보여준다. 원통형 DBD 플라즈마 방전 소스는 두께가 있는 속빈 원통형 유전체 내부에 전압 인가 전극(10)을 배치하고, 원통형 유전체(50) 외부에 하나 이상의 금속 접지 전극(20)을 배치하여 구성된다. 금속 접지전극(20)은 원통형 유전체 표면 전체를 덮는 망구조로도 구성 될 수 있으며, 원통 내부에 배치되는 인가 전극(10)을 원통 내벽면을 따라 내벽면 안쪽에 배열되는 망 구조 전극으로 구성할 수 있다. 인가 전극(10)과 접지전극(20) 사이이자 유전체(50) 내부 공간에 이산화탄소 제거 촉매재(30)가 배열된다. 이러한 원통형 DBD 방전관 소스를 다수 배열하고 상면과 하면에 기공이 있는 유전체 망을 배열하고 전극에 전원을 인가한 것이 도 6(A)의 플라즈마 소스이다. 상기에서, 원통형 유전체(50)의 소재는 SiO2가 바람직하나 그외 아크릴이나 세라믹재를 적용할 수 있다. 원통형 구조는 다른 단면을 갖는 기둥형 구조로 형상을 변형하여 실시될 수 있다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 소스(300)를 적용하여 구성한 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거 디바이스의 구성을 보여주는 단면도이다.
디바이스 저면부 쪽에 송풍 팬(60)이 배열되어 외부 공기를 흡입한다. 팬 주변에는 헤파 필터(70)가 배열되어 0.3μm 이상의 먼지(미세먼지 포함)99.9% 이상 제거된다. 또한, 상기 헤파 필터 외에 프리 필터를 더 포함할 수 있다. 외부 공기가 들어오는 공간에 습도 조절기(80)를 배열할 수 있으며, 습도 조절기를 통해서 상대습도는 50% ~ 90% 조절로 다음 반응을 촉진한다.
O(1D) + H2O → 2OH → H2O2 (10)
O(1D) + CO2 → CO + O2 (3)
254nm UV 램프(90)는 플라즈마 소스의 상하단에 하나 이상, 바람직하게는 다수 설치되어 상기의 반응((10) 식, (3) 식)이 용이하게 일어나서 디바이스로 부터 배출되는 오존의 농도가 0.05ppm 이하가 되도록 한다. 즉, 254nm UV 램프(90)는 오존을 분해 제거한다.
플라즈마 소스(300)는 254nm UV 램프(90)들 사이에 배치되며, 그 상부 또는 하부, 또는 주변부에 히터(미 도시)를 설치하여 플라즈마 방전이 일어나는 온도를 실온 ~ 500K로 유지시킨다. 플라즈마 소스(300)는 설치 영역과 목적에 따라서 1층, 2층 등의 다층으로 형성할 수 있다.
CO2가 분해되어 발생되는 CO는 다공체 촉매를 포함하는 필터(700)에 의해 흡착 제거된다. 상기 필터(700)에는 알갱이 상태의 CO 흡수체가 포함될 수 있다.
디바이스의 출구 근처에 센서(600)를 배치하여 습도, 미세먼지, VOC, 및/또는 오존 농도를 센싱하여 배출되는 공기 상태를 모니터링 한다. 이에 의해, 배출 공기의 상태가 양호한지 여부를 판단하여 배출 속도, 및/또는 습도를 조절할 수 있다. 공기 상태가 양호하지 못하다고 판단되면, 배출 속도를 줄일 수 있다. 흡입 공기 상태에 따라서 배출 속도를 조정할 수 있다.
즉, 센서(600)는 팬(60)의 동작 속도 제어와 연계될 수 있으며, 습도 조절기(80)와도 연계될 수 있다.
상기에서, 도 7의 플라즈마 디바이스는 하우징의 저면부가 측면부가 되도록 90도 각도 회전시킨 형태로 변형될 수 있으며, 이 경우, 일측면에서 공기를 흡입하고 저온 플라즈마 처리하여 정화된 공기를 하우징의 타 측면으로 배출하게 된다.
이와 같이 하여, 플라즈마와 촉매를 함께 적용한 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 저온 플라즈마 디바이스를 구현할 수 있다.
또한, 도 8은 본 발명의 플라즈마 소스(350)의 또 다른 실시예를 보여주며, 도 9는 도 8의 플라즈마 소스를 카트리지에 넣어 플라즈마 디바이스에 설치하기 용이하도록 구성한 플라즈마 소스 모듈을 보여준다.
플라즈마 소스(350)은 전압인가전극(10)과 접지전극(20)을 다수의 개구부를 갖는 플레이트형(이것은 전체로서 메쉬 구조, 또는 망형이라 볼 수도 있음)으로 구성하고, 각 플레이트에는 돌출되어 전원 단자부에 접속되는 전원접속부(11, 21)가 형성된다. 전압인가전극(10)과 접지전극(20) 사이에 채워지는 촉매재(30)는 다수의 볼 형상의 다공질 유전체 알갱이로 이루어지고, 전압인가전극(10)의 전단에 유전체(15)가 플레이트형으로 배열된다. 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재(30)가 굴러나오지 않도록 지지체가 되어주는 것은 전극과 촉매재 및 유전체를 결합시키는 프레임 형태의 탑 커버(1)와 베이스 커버(2)의 프레임 부분이다. 탑 커버(1)와 베이스 커버(2)는 서로 계합되어 일체화 되며, 탑 커버 및/또는 베이스 커버의 프레임 부분은 촉매재가 새어 나오지 않도록 막힌 영역과 막힌 영역 외에 개구부가 형성되어 공기가 통할 수 있는 부분이 있다. 또한, 전극의 접속부(11, 21)이 각각 베이스 커버(2)와 탑 커버(1)에 조립되어 돌출될 수 있도록 접속부용 개구부(11-1, 21-1)가 형성되어 있다. 그에 따라 베이스 커버(2)/전압인가전극(10)/유전체(15)/촉매재(30)/접지전극(20)/탑 커버(1) 순으로 조립되면, 플라즈마 소스(350)가 된다.
도 9는 도 8의 플라즈마 소스(350)을 하나 이상, 바람직하게는 다수 설치하여 구성되는 플라즈마 소스 모듈이 도시된다. 플라즈마 소스들은 카트리지(31)에 배열되고, 전원에 플라즈마 소스(350) 각각의 전원접속부(11, 12)들을 전기적으로 연결하는 단자부(12, 22)가 카트리지(31) 상단에 배열된다. 단자부(12, 22)는 접지전극 전원접속부(11)들을 접속하는 접지단자부(12)와 인가전극 접속부(12)들을 접속하는 인가전극단자부(22)를 포함하고, 각 단자부는 선형 단자에 전원접속부들이 배열될 자리로서 홈이 형성되어 있고, 전원 단자에 연결될 콘택부가 돌출되어 있다. 카트리지(31)에는 각각의 플라즈마 소스(350)이 배열되는 자리마다 파티션이 구비된다.
한편, 상기와 같은 플라즈마 디바이스에 가습기 모듈을 결합시킬 수 있다(도 10 참조).
도 10a는 가습기 모듈(800)이 플라즈마 디바이스의 공기 방출구 또는 공기 흡입구 부근에 결합될 수 있음을 보여준다.
가습기 모듈(800)은 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 저온 플라즈마 디바이스의 공기 방출구 부분에 결합될 수 있다. 이 경우, 가습기 모듈로부터 방출되는 물 분자는 플라즈마 디바이스에서 방출되는 활성종들에 의해 과산화수소를 발생시킬 수 있고, 청정 공기에 잔류하는 미량의 오존을 추가적으로 제거할 수 있다.
또한, 가습기 모듈은 도 7의 플라즈마 디바이스에서 외부 공기가 들어오는 입구 쪽에 결합되어 가습기로부터 방출되는 물 분자가 오염된 공기와 함께 플라즈마 처리되어 플라즈마 디바이스의 출구를 통해 청정 가습 공기로 방출되게 할 수 있다. 또한, 플라즈마 디바이스에 습도조절장치를 별도로 구성할 필요가 없다. 즉, 습도조절장치 대신 가습기 모듈을 플라즈마 디바이스의 공기 유입구 쪽에 결합시켜, 이산화탄소 분해 반응도 촉진하고 청정 공기와 함께 습기를 공급한다.
도 10(b)는 가습기 모듈을 도 7의 플라즈마 디바이스에 결합하는 것에 대해 좀 더 구체적으로 보여준다.
가습기 모듈은 물을 담는 몸체부가 플라즈마 디바이스의 공기 방출이 이루어지는 상단에 결합될 수 있고, 물 방울이 공기 방출구를 향하도록 노즐부가 공기 방출구를 향해 배향된다. 초음파 진동자는 가습기 모듈 몸체 내에 배치된다. 가습기 모듈은 적절한 용량을 갖도록 몸체부를 구성할 수 있으며, 플라즈마 디바이스 몸체 상단에 걸쳐질 수 있도록 단턱부와 단턱부에서 아래로 연장된 몸체부를 포함할 수 있다. 가습기 모듈은 플라즈마 디바이스의 상단 전체를 에워싸는 도넛형의 몸체부로 구성될 수도 있다.
가습기 모듈을 플라즈마 디바이스의 공기 흡입구 근처에 결합시킬 경우, 가습기 모듈 몸체를 공기 흡입구 근처에 고정하고 물을 분사하는 노즐부를 외측으로 배향시키면 분사되는 물방울은 플라즈마 디바이스의 송풍 팬(60)에 의해 플라즈마 디바이스 안으로 흡입된다.
도 11은 본 발명의 플라즈마 디바이스에 결합되는 가습기 모듈(800) 구성의 일례를 보여준다.
도 11의 가습기 모듈은 펠티에 소자를 적용하여 물을 공급하는 방식의 가습기 모둘이다. 펠티에 소자는 DC 전압을 인가하면 양전하 캐리어와 음전하 캐리어가 한 기판 표면의 열을 흡수한 후 반대 쪽에 있는 기판에 전달하여 방출한다. 따라서 에너지가 흡수되는 표면은 냉각되고 에너지가 방출되는 반대 표면은 가열된다. 펠티에 소자를 다수 배열하고 펠티에 소자의 흡열 반응이 일어나는 쪽에 흡열 콜드 싱크(Cold sink) 판을 설치하고, 콜드 싱크 아래에 수조를 배열하면, 공기 중의 수증기를 응축시켜 콜드 싱크에 물방울이 응결되고 응결된 물방울이 수조에 모인다. 수조에 모인 물을 초음파 발생기를 이용하여 물방울을 분무한다. 이러한 가습기 모듈은 하나의 예시이고, 그외 다양한 방식의 가습기 모듈을 플라즈마 디바이스에 적용할 수 있다. 펠티에 소자가 적용되지 않고 수동으로 물을 공급하는 방식도 적용될 수 있고, 초음파 진동자를 적용하는 것 외에, 자연기화식 가습기 모듈, 가열식 가습기 모듈도 적용할 수 있다. 바람직하게는 비가열식이고 습기 제공에 효율적인 초음파 방식을 적용할 수 있다.
상술된 사항에서 별도의 정의가 없는 경우, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다 또는 "가지다"라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 단수형은 문맥에 의해 복수형을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, "~ 사이에" 라 함은 대상 물체들과 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 물체나 부분이 있는 경우도 포함한다. "~상단에"의 의미도 바로 접하는 경우 외에 그 중간에 또 다른 물체나 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
전압 인가전극(10)
유전체(15)
접지전극(20)
촉매재(30)
원통형 유전체(50)
팬(60)
헤파 필터(70)
습도 조절기(80)
UV 램프(90)
인가 전극(100)
접지 전극(200)
플라즈마 소스(300)
플라즈마 소스(350)
접지부(210)
접점부(110)
슬롯(410, 510)
커버(400, 500)
센서(600)
필터(700)
가습기 모듈(800)
유전체(15)
접지전극(20)
촉매재(30)
원통형 유전체(50)
팬(60)
헤파 필터(70)
습도 조절기(80)
UV 램프(90)
인가 전극(100)
접지 전극(200)
플라즈마 소스(300)
플라즈마 소스(350)
접지부(210)
접점부(110)
슬롯(410, 510)
커버(400, 500)
센서(600)
필터(700)
가습기 모듈(800)
Claims (16)
- 이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;을 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
전압 인가 전극;
상기 전압 인가 전극과 갭(gap)을 두고 배열되는 접지 전극; 및
상기 갭에 배열되는 이산화탄소 제거용 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재;를 포함하고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 전압 인가 전극은 그 표면 중 촉매재와 접할 수 있는 쪽 표면에 유전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 전압 인가 전극은 그 양면에 유전체를 포함하고, 접지전극과 전압 인가 전극이 갭을 두고 교대로 다수가 배열되고, 상기 갭 마다 상기 촉매재가 충진된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 접지전극과 상기 전압 인가 전극이 갭을 두고 교대로 다수가 배열되고, 상기 갭 마다 상기 촉매재가 충진된 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매재가 아래로 빠지는 것을 방지하기 위해 촉매재가 배열된 갭 부분 하면에 설치되는 유전체 망;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;을 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
메쉬 구조의 속이 빈 기둥형 접지 전극;
상기 접지 전극의 내부에 위치하며, 메쉬 구조의 속이 빈 전압 인가 전극;
상기 접지 전극과 전압 인가 전극은 서로 갭을 두고 중첩적으로 배열되고 상기 갭에 충진되는 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재; 및
촉매재가 아래로 빠지는 것을 방지하기 위해 촉매재가 충진된 하면에 공기가 통할 수 있는 기공이 형성된 커버 부재;를 포함하고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스. - 제6항에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 상면에 공기가 통할 수 있는 기공이 형성된 커버 부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;를 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
속이 비고 두께를 갖는 기둥형 유전체;
상기 기둥형 유전체의 외주면에 접하여 배열되는 접지 전극;
상기 기둥형 유전체의 내부에 배열되는 전압 인가 전극; 및
상기 전압 인가 전극과 상기 기둥형 유전체 내면 사이의 갭 부분에 충진된 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재;를 포함하여 방전관 형태를 이루고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스. - 제8항에 있어서, 방전관 형태의 플라즈마 소스가 하나 이상 배열되고, 형성된 전체 플라즈마 소스의 하면에 기공이 있는 유전체 또는 메쉬 유전체를 배열한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 제9항에 있어서, 플라즈마 소스의 상면에 기공이 있는 유전체 또는 메쉬 유전체를 배열한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 이산화탄소(CO2)분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스로서,
하우징에 형성된 공기 흡입부;
상기 하우징의 공기 흡입부에 배열되어 공기를 하우징 안쪽으로 흡입하는 송풍 팬;
상기 송풍 팬 후단에 배치되는 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스 주변에 배치되는 자외선 램프;
상기 하우징의 공기 배출구 전단에 배치되는 CO 흡수 필터;
상기 하우징의 공기 배출구; 및
상기 공기 배출구 또는 공기 흡입부에 배열되어 습기를 공급하는 가습기 모듈;을 포함하고,
상기 플라즈마 소스는,
메쉬 구조의 전압 인가 전극;
상기 전압 인가 전극 전단에 배열되는 유전체;
메쉬 구조의 접지 전극;
상기 전압 인가 전극과 접지전극 사이에 배열되는 알갱이 형태의 다공질 유전체 촉매재; 및
전극과 유전체 및 촉매재를 결합시키는 프레임 형태의 탑 커버와 베이스 커버;를 포함하고,
상기 탑 커버와 베이스 커버는 프레임 부분에 촉매재가 새어 나오지 않도록 막힌 영역과 막힌 영역 외에 기체가 통과할 수 있는 개구부가 형성되고,
상기 촉매재는 CeO2, Al2O3, BaTiO3, SiO2, ZrO2, 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 플라즈마 소스에서, 상기 접지 전극이 접지되고 상기 전압 인가 전극에 전력이 인가되어 전압 인가 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마가 발생되고, 상기 촉매재에는 전압 인가 전극에 인가된 전위와 반대의 극성을 갖는 전하가 유도되어 전압 인가 전극과 촉매재 사이에서 고에너지 및 고밀도의 플라즈마가 발생되고,
상기 촉매재에 의해 이산화탄소의 해리에너지가 낮아지고,
자외선에 의한 오존 분해로 산소 라디칼 O(1D)이 생성되어 이산화탄소가 분해되어 CO를 형성하고, CO는 CO 흡수 필터에 의해 흡착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스. - 제2항, 제3항, 제8항 또는 제11항에 있어서, 상기 전압 인가 전극에 배열된 유전체 및 기둥형 유전체의 유전율이 3 내지 50인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 제1항, 제6항, 제8항, 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 디바이스는, 접지 전극과 전압 인가 전극의 상부, 하부, 또는 주변부 중 어느 한 곳에 히터를 포함하여 플라즈마 발생 공정의 온도를 상온 내지 500K로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
- 제1항, 제6항, 제8항, 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징의 공기 흡입부 근처에 배치되는 습도 조절기를 포함하여, 상대습도를 50% ~ 90% 조절하여 다음 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디바이스.
O(1D) + H2O → 2OH → H2O2
O(1D) + CO2 → CO + O2 - 제1항, 제6항, 제8항, 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징의 공기 배출구 근처에 배치되는 습도 센서, 오존량 센서, VOC 센서, 또는 미세먼지량을 검출하는 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스. - 제8항에 있어서, 상기 플라즈마 소스에서 접지 전극은 하나 이상의 금속 접지 전극을 포함하거나, 기둥형 유전체 표면 전체를 덮는 망 구조 전극을 포함하고, 전압 인가 전극은 하나의 금속 전극이거나, 기둥형 유전체 내벽면을 따라 내벽면 안쪽에 배열되는 망 구조 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분해 및 바이러스 제거용 플라즈마 디바이스.
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|---|---|---|---|
| KR1020220189195A KR102514108B1 (ko) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 이산화탄소 분해 및 바이러스와 세균 살균 플라즈마 디바이스 |
| KR1020230033075A KR102700810B1 (ko) | 2022-12-29 | 2023-03-14 | 이산화탄소 분해 및 바이러스와 세균 살균 플라즈마 디바이스 |
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