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KR20140074878A - 공기정화 장치 및 방법 - Google Patents

공기정화 장치 및 방법 Download PDF

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KR20140074878A
KR20140074878A KR1020147000302A KR20147000302A KR20140074878A KR 20140074878 A KR20140074878 A KR 20140074878A KR 1020147000302 A KR1020147000302 A KR 1020147000302A KR 20147000302 A KR20147000302 A KR 20147000302A KR 20140074878 A KR20140074878 A KR 20140074878A
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airflow
positively charged
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KR1020147000302A
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Inventor
수이 춘 로
유우 와이 찬
Original Assignee
아코스 어드밴스드 테크놀로지 리미티드
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Publication date
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Abstract

공기 정화 설비는 케이싱 하나, 적어도 하나 이상의 공기 흡인구, 케이싱의 적어도 하나 이상의 공기 토출구, 공기 흡인구와 공기 토출구 사이에 위치한 케이싱 내부에 자리잡은 적어도 하나 이상의 고압 전기집진기를 포함하며, 공기는 공기 정화 설비의 공기 흡인구와 공기 토출구 사이의 전기집진기를 통해 상위 위치에서 하위 위치로, 전기집진기 내부에서 적어도 2회 이상 기류 경로의 방향을 바꾸어 흐르는 동안 공기 중의 입자 물질이 전기집진기의 구성물에 의해 집진된다. 본 발명은 기류 저항이 적기 때문에 회전력이 낮은 모터가 장착된 배기팬이나 송풍기를 사용한다. 따라서 전체 공기 정화가 진행되는 동안 소음이 적게 발생한다. 고압 전기집진기에 보다 낮은 작동 전압을 사용하면서도 동일하거나 보다 우수한 공기 제거 성능 및 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 공기 정화 장치/설비는 훨씬 융통성있는 디자인과 보다 적은 치수와 크기의 제품으로 제작하는 것이 가능하다. 환경 중의 먼지는 고압 전기집진기에 의해 제거된다.

Description

공기정화 장치 및 방법{AN AIR PURIFICATION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 지능형 공기 정화 장치에 관한 것이다.
공기 중에는 두 가지 물리적 형태의 오염물질 즉 입자상 오염물질과 기체상 오염물질이 존재한다. 입자상 오염물질은 먼지입자, 부유 세균, 곰팡이등 물리적 크기가 상당한 오염물질이다. 입자상 오염물질은 다양한 물질들이 다양한 구성으로 결합되어 형성될 수 있다. 기체상 오염물질은 간단한 화학적 구조를 가진 오염물질이다. 기체상 오염물질의 크기는 옹스트롬에서 나노 크기로 매우 작다.
입자상 오염물질이나 상당한 물리적 크기의 오염물질을 제거하는 방법에는 여러 가지가 있다. 종래의 방법에서는 오염된 공기에서 입자상 물질을 여과하는데 고성능 입자제거 필터(헤파 필터)를 사용한다. 한편, 고압으로 정전기를 발생시켜 먼지를 제거하는데 이용하는 몇 가지 방법이 있다. 그런 방법에는 음이온을 주위에 발산하여 먼지 입자를 하전시킴으로 중성이나 양전하로 하전된 영역에 모이도록 하는 방법이 있다.
먼지 제거에 헤파 필터를 사용할 경우, 먼지 제거에 이온화나 전기 집진 방법을 사용할 때보다 항상 효율 및 성능이 우수하게 나타난다. 그러나 헤파 필터는 소모품이고 재활용이 불가능하다. 그리고 헤파 필터는 공기가 통과할 때 기류의 저항이 높다. 공기 정화기와 헤파 필터를 결합할 경우, 보통 높은 공기 저항을 극복하기 위해 비교적 회전력이 큰 모터가 달린 팬을 사용해야 한다. 따라서 에너지 소모가 많기 때문에 환경 친화적인 방법이 아니다.
정전기를 이용하여 먼지를 제거하거나 고압의 구성물로 입자를 집진하는 방법을 사용할 때는 일반적으로 공기 저항이 적다. 고압 구성물을 이용할 경우, 먼지 제거의 성능과 효율을 향상시키기 위해 보통 보다 높은 동작 전압을 사용한다. 고압의 동작 전류는 일반적으로 낮지만, 고압 구성물의 동작 전압을 높이면 전력 소모가 커지기 때문에 환경 친화적인 방법이 될 수 없다. 이전에 많은 발명이 전기집진기에 사용되는 고압 구성물의 성능을 향상시키기 위해 특별한 회로 설계를 개시했다. 일반석으로 고압 구성물의 동작 전압을 높이거나 전기집진기의 양극 구성물과 음극 구성물 사이의 거리를 좁히면 공기 제거의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 그런 방법을 사용하면 유해한 오존이 발생할 수 있다. 한편, 안전상의 관계로 고압 전기집진기가 있는 공기 정화기는 규제와 요건이 더욱 엄격하기 때문에 공기 정화기나 공기 정화 설비의 설계는 유연성이 부족하고 제약이 많다. 따라서 공기 정화기의 설계자는 공기 정화기를 보다 작고 경제적인 제품으로 만드는 것이 어렵다.
중국 실용신안 ZL200820120906.7은 바늘 형태의 충전기가 원통형 중공 정전기 집진 장치를 통과하는 고압 전기집진 구성물이 장착된 공기 정화기를 개시한다. 이 발명은 일차원의, 일방향으로 앞으로만 전진하는 기류 경로 설계를 공개한다. 그리고 효율을 높이기 위해 매우 긴 중공 원통형 전기 집진 장치를 사용해야 한다. 그러나 이런 형태의 공기 정화기는 사용 후, 기다란 중공 원통형 전기 집진 장치에는 더러운 먼지와 입자가 가득 차게 되어 유지 관리하는 작업이 매우 번거롭고 불편하다. 또한 긴 중공 원통형 전기 집진 장치가 필요하기 때문에 공기 정화기를 자유롭게 디자인할 수가 없다.
프랑스 특허 FR 2623424 (A1)는 정전기 효과로 이온화된 입자를 걸러내는 금속으로 된 이온화 장치를 하위 위치에 설치하는 발명을 개시한다. 금속 이온화 장치는 모양이 굽어 있고 기류의 방향은 수직 방향이다. 기류 경로는 금속 장치를 가로지를 때 2차원 수평 방향 내에서 방향이 바뀌기 때문에 먼지 제거 효율이 향상된다. 그러나 그런 금속 장치를 이런 특수한 굽은 형태로 제작하는 공정은 비용이 많이 들고 복잡하다. 중국 실용신안(실용특허 번호: ZL200820120906.7)에서 언급한 것과 마찬가지로, 이 방법 역시 먼지 집진 장치 내부의 보이지 않는 곳에 너무나 많은 굽은 형태의 표면이 있기 때문에 사용 후에 유지 관리하는 작업이 불편하다.
종래의 공기정화 방법의 단점을 해결하기 위해, 본 발명은 공기 및/또는 유체에서 입자를 개별적으로 정화하는 혁신적이고 새로운 방법과 장치를 제안한다. 전술한 방법과 장치는 특히 공기 정화 장치에 이용하기에 적합하다. 본 발명 및 장치의 특징은 (1) 입자의 여과, 제거, 집진, 감소 동안 전체 공기 정화 설비에 공기 저항이 적게 발생하며, (2) 고압 구성물 및 회로를 통해 정전기를 발생시켜 입자를 집진할 때, 동일한 크기의 종래의 입자 전기집진기에 비해 전술한 고압 구성물의 전력 소비가 적고 동작 전압값이 낮다는 것이다. 본 발명을 통해 종래의 장치와 동일하거나 훨씬 나은 입자 제거의 효과와 성능으로 (3) 동일한 크기의 종래의 입자 전기집진기에 비해 보다 낮은 기류 속도에서 정전기를 발생시켜 입자를 집진하며, 종래의 장치와 동일하거나 훨씬 ?은 시간에 정화 영역에서 오염물질 제거할 수 있다. 전술한 특징 때문에, 공기 정화 설비에 낮은 회전력을 지닌 송풍기나 배기팬을 사용할 수 있다. 따라서 공기 정화 설비의 소음 수준 역시 낮아진다. 동일한 크기의 제품일 때, 종래의 장치에 비해 보다 낮은 동작 전압으로 동일한 입자 제거 성능을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 공기 정화기의 경우, 안전한 사용에 필요한 연면 거리가 줄어든다. 연면 거리가 줄어들었다는 것은 제품 및 설비를 설계할 때 보다 작은 크기로 보다 융통성 있게 설계할 수 있다는 것을 뜻한다. 본 발명은 또한 종래의 제품에 비해 전기집진기의 유지 관리 및 취급이 손쉽다.
첫 번째 바람직한 실시예에서 공기 정화 장치/설비는 케이싱 하나, 적어도 하나 이상의 공기 흡인구, 적어도 하나 이상의 공기 토출구, 공기 중의 입자를 집진하는 전기집진 장치 하나를 포함한다.
전술한 전기집진기에 적어도 하나 이상의 양전하로 하전된 단자와 하나의 음전하로 하전된 단자가 포함된다. 전술한 전기집진기가 전술한 공기 흡인구와 공기 토출구에 위치해 있다. 공기 정화 설비의 상위 위치에서 하위 위치로 공기가 흐를 때, 공기가 전술한 전기집진기를 통과하면서 다음과 같이 전기집진기 내부에서 2회 전술한 기류의 경로가 변경된다.
첫 번째, 전방으로 이동하는 원래의 기류는 x-y 수평면상에서 기류의 x축, y축의 좌표가 변하면서 수평 방향으로 기류의 방향이 변경된다. 즉 기류의 방향이 왼쪽과 오른쪽 및/또는 앞, 뒤 방향으로 변경된다.
두 번째, 상기의 x-y 수평 방향은 x축과 z축 및/또는 y축과 z축의 좌표가 바뀌면서 이후 수직(위아래 방향) 방향으로 적어도 한 번 이상 변한다.
공기 중의 입자상 물질은 전기집진기의 하나의 단자에 의해 수집 및 제거된다.
전기집진기의 양전하로 하전된 구성물을 하나의 긴 통로로 배치되어 있고, 음전하로 하전된 입자가 이 긴 통로를 통과할 경우, 음전하로 하전된 입자는 양전하로 하전된 구성물의 표면으로 포물선을 그리며 끌려가게 된다(도1 참조). 이 경로는 하전된 입자의 질량에 따라 결정된다. 이 긴 통로를 지난 후에도 입자가 양저하로 하전된 구성물의 표면으로 끌려가서 부착되지 않는다면 다음이 그 이유가 될 수 있다.
(a) 양전하로 하전된 구성물로 된 통로의 길이가 너무 짧을 경우;
(b) 기류 속도가 너무 빨라서 음전하로 하전된 입자의 속도가 너무 빠를 경우;
(c) 양전하로 하전된 구성물과 음전하로 하전된 구성물의 전압 차이가 적어서, 입자 물질이 양전하로 하전된 구성물에게 끌려갈 만큼 충분히 음전하로 하전되지 않거나 양전하로 하전된 구성물의 인력이 크지 않아서 음전하로 하전된 입자를 잡아당길 수 없을 경우;
(d) 음전하로 하전된 입자 물질의 무게가 너무 무겁고 전방으로 나아가는 속도의 운동량이 너무 높아서, 양전하로 하전된 구성물의 인력이 그런 음전하로 하전된 입자의 방향을 변경할 만큼 크지 못할 경우.
입자 집진의 효과를 향상시키고 상기 문제의 원인을 피하려면 다음과 같은 설계를 사용할 수 있을 것이다.
(1) 공기(또는 음전하로 하전된 입자)가 통과하는 양전하로 하전된 구성물의 길이를 길게 한다.
(2) 양전하로 하전된 구성물 내의 기류의 속도를 감소시킨다.
(3) 양전하로 하전된 구성물과 음전하로 하전된 구성물 간의 동작 전압의 차이를 크게 한다.
(3) 번 방법, 즉 양전하로 하전된 구성물과 음전하로 하전된 구성물 간의 작동 전압 차이를 크게 하는 방법을 사용하게 되면, 고압 부속물에 대한 안전 규정을 충족하기 위한 제품 요건이 까다로워지기 때문에 종래의 방법이 가지는 단점을 해결할 수 있는 효과적인 방법이 될 수 없다. 반대로, 상기 (1)번과 (2)번에서 설명하는 방법은 본 발명에서 전기집진기의 입자 제거 성능과 효과를 향상시키기 위한 목표가 된다.
본 발명에서는 기류가 전기집진기 내부를 흐를 때 기류 경로의 방향이 적어도 2회 이상 바뀐다. 이렇게 하면 기류가 방향을 바꾸어 통과할 때 하전된 입자가 지나가는 통로의 길이가 길어진다. 또한 아울러 다음과 같은 긍정적인 효과도 얻을 수 있다.
(1) 기류 경로의 방향이 바뀔 때마다, 기류의 속도와 공기 중의 입자의 속도가 감소된다. 따라서 음전하로 하전된 입자의 3차원 이동 속도와 3차원 운동량이 감소된다. 전술한 3차원 이동 속도는 (i) 음전하로 하전된 입자의 전방 이동 속도, (ii) 3차원 자체 회전 속도, (iii) 3차원으로 뒤집히면서 빙빙 도는 속도를 말한다. 3차원 운동량은 3차원 속도에 의해 발생하는 에너지를 말한다. 음전하로 하전된 입자의 운동량이 감소되면, 음전하로 하전된 입자가 보다 쉽게 양전하로 하전된 구성물의 표면으로 끌려가게 된다. 도1은 기류(air stream)에서 음전하로 하전된 입자가 움직이는 여러 가지 형태 즉 (i) 전방으로 움직임, (ii) 자체 회전, (iii) 외부의 축을 중심으로 도는 형태의 움직임을 도시한다.
(2) 공기의 흐름이 방향이 첫 번째로 변경되는 동안(즉, x-y 평면의 공기의 흐름에 대해 x축, y 축의 좌표가 변하면서 수평 방향이나 수평면 내에서 공기의 흐름이 변하는 상태), 음전하로 하전된 입자의 일부나 전체는 일부 장애물과 충돌한 후에 병진 속도가 낮아지게 된다.
음전하로 하전된 입자의 일부는 중심축을 중심으로 자체 회전하거나 외부의 축을 중심으로 도는 형태가 될 수 있다. 전술한 장애물은 (a) 음전하로 하전된 입자로 이미 속도는 느려졌지만 아직 양전하로 하전된 구성물로 끌려가지는 않은 입자, (b) 기류가 양전하로 하전된 구성물의 표면과 충돌한 후 생성된 난기류를 포함한다. 음전하로 하전된 입자의 병진 속도가 느려지면, 양전하로 하전된 구성물의 표면으로 향하는 인력이 변화가 커진다.
(3) 외부에서 균형을 깨는 힘이 가해지지 않을 경우, 입자는 항상 기류의 방향으로 이동하는 경향이 있다. 형태가 굽어진 양전하로 하전된 구성물(또는 양전하로 하전된 구성물이 평면으로 되어 있지 않거나 3면을 향하고 있는 물체일 경우)을 사용하거나 전술한 바와 같이 양전하로 하전된 구성물이나 구조물의 굽어진 형태나 방향으로 인해 기류가 흐르는 경로의 방향이 변경되는 경우, 음전하로 하전된 입자는 양전하로 하전된 구성물의 표면에 부딪혀 인력에 의해 부착되게 된다.
(4) 공기 흡인구가 공기 토출구에 비해 위쪽에 위치해 있다. 기류 경로의 방향이 수직 위치에서 강제로 변경될 때마다(기류 경로의 x-z 면이나 y-z 면에 대해 x와 z 좌표나 y와 z 좌표가 변할 때), 음전하로 하전된 입자의 위치 에너지가 소모된다. 그렇게 음전하로 하전된 입자의 에너지가 소모되면, 양전하로 하전된 구성물로 향하는 인력이 커진다.
기류 경로의 "합류(short-circuit)" 즉 공기 토출구에서 토출된 정화된 공기가 인접한 곳의 공기 흡인구를 통해 곧바로 다시 전기집진기로 유입되는 것을 막기 위해, 전기집진기의 공기 토출구와 공기 흡인구가 바로 가까이에 있을 경우, 전술한 공기 흡인구와 공기 토출구는 공기 토출구의 기류 경로 및 방향과 공기 흡인구의 기류 경로 및 방향이 적어도 30도 넘게 벌어지게 배치하는 것이 좋다.
정화되어야 할 공기 및 유체에는 부유 입자상 물질, 어떤 크기가 있는 입자상 물질, PM10 (10 마이크론 크기의 입자상 물질), PM2.5 (25마이크론 크기의 입자상 물질, 흡연으로 인해 발생한 연기, 환경 중의 담배연기, 부유 세균 등이 포함되어 있다.
공기 정화 장치/기기 내에서 기류 경로의 방향이 두 번 바뀌는 동안, 실제로 전술한 방향 변화는 내부에서 기류가 흘러가는 양전하로 하전된 구성물의 모양, 방향, 배치 및 배열에 의해 결정된다.
전술한 공기 정화 장치/설비에 입자상 및 기체상 오염물질을 정화 및/또는 여과하기 위해 전술한 고압 전기집진기 외에 최소한 하나 이상의 여과 장치를 추가로 포함한다. 전술한 여과 장치는 상위 위치, 하위 위치 또는 전술한 고압 전기집진기와 일렬로 동일한 높이에 설치할 수 있다. 전술한 여과 장치는 다음 중 적어도 한 가지 이상을 포함한다.
(a) 크기가 큰 입자를 여과하는 프리 필터;
(b) 펠렛 형태의 활성탄, 광촉매나 분자체 및/또는 전술한 재료 중 어떤 것을 혼합하여 만든 펠렛. 이 펠렛 여과재는 투과성이 있어 공기가 통과할 수 있는 용기에 담겨져서 여과하는 동안 기체상 오염물질을 담고 있는 역할을 한다.
(c) 활성탄, 광촉매나 분자체 및/또는 전술한 재료 중 어떤 것을 혼합하여 만든 재료에 부착되는 재료. 전술한 이 재료는 투과성이 있어 공기가 통과할 수 있으며 여과하는 동안 기체상 오염물질을 제거할 수 있다.
(d) 활성탄, 광촉매나 분자체 및/또는 전술한 재료 중 어떤 것을 혼합하여 만든 재료가 포함된 벌집 구조재;
(e) 고성능 입자제거 필터(헤파 필터);
(f) 자외선 램프를 이용한 살균부
공기 정화 장치/설비에 기류가 상위 위치에서 하위 위치로 흐르게 하는 장치 및.또는 방법을 추가로 포함한다. 전술한 기류를 상위 위치에서 하위 위치로 흐르게 하는 장치는 팬, 송풍기 또는 재순환 장치 중 하나이거나 그 중 어떤 것이 결합된 형태일 수 있다. 전술한 기류를 상위 위치에서 하위 위치로 흐르게 하는 방법은 전술한 공기 정화 장치/설비를 환경장치에 연결하는 것을 포함하는데, 이 때 환경 장치는 팬이나 송풍기와 함께 장착된다. 연결 방법은 공기 정화 장치/설비의 공기 흡인구 및/또는 공기 토출구의 일부분이나 전체를 전술한 환경장치의 공기 흡인구 및/또는 공기 토출구에 연결하는 방법으로 연결할 수 있다.
공기 정화 장치/설비는 적어도 하나 이상의 배기팬을 추가로 포함하는데 이 배기팬은 공기 정화 장치/설비의 하위 위치에 설치된다.
공기 정화 장치/설비는 적어도 하나 이상의 송풍기을 추가로 포함하는데 이 송풍기는 공기 정화 장치/설비의 상위 위치에 설치된다.
공기 정화 설비는 고압 전기집진기를 포함하는데, 이 때 이 전기집진기는 양전하로 하전된 2차원 평면 금속 또는 전도성 물체로 되어 있다. 그리고 이 2차원 평면 물체는 표면이 평평하거나 집진을 위한 전체 표면적을 넓게 하기 위해 구불구불 파형진 모양을 하고 있다. 2차원 평면 물체는 양극 전압 단자에 연결된다. 이 2차원 평면 물체는 금속 물질이나 전기적으로 전도되는 물질로 제작된다. 하나 이상의 2차원 평면 물체를 연결재(예, U자형 연결재)으로 함께 연결하여 3차원 물체로 구성한다. 3차원 물체 내부에서 기류가 흐를 때 기류 경로의 방향은 적어도 2회 이상 변한다. 연결재는 금속이나 전도성 물질로 제작하는 것이 좋다.
고압 전기집진기는 다음과 같은 특성을 지닌 음전하로 하전된 구성물을 포함한다.
(a) 음전하로 하전된 구성물은 금속바늘이나 바늘과 같은 형태의 전도성 물질로 되어 있으며 음극 전압 단자에 연결된다.
(a) 음전하로 하전된 구성물은 금속 와이어나 전선과 같은 형태의 전도성 물질로 되어 있으며 음극 전압 단자에 연결된다.
(a) 음전하로 하전된 구성물은 금속망이나 망과 같은 형태의 전도성 물질로 되어 있으며 음극 전압 단자에 연결된다.
(d) 음전하로 하전된 구성물은 상기에 언급된 형태 중 적어도 두 가지 이상의 형태를 포함한다.
공기 정화 장치/설비는 고압 전기집진기를 추가로 포함하는데, 이 고압 전기집진기에는 양전하로 하전된 구성물이 음전하로 하전된 구성물의 하위 위치에 장착되어 있다.
공기 정화 장치/설비는 고압 전기집진기를 추가로 포함하는데, 이 고압 전기집진기에는 양전하로 하전된 구성물이 음전하로 하전된 구성물과 평행하게 그리고 기류 경로의 방향과도 평행하게 배치되어 있다.
공기 정화 장치/설비는 고압 전기집진기를 추가로 포함하는데, 이 고압 전기집진기에는 양전하로 하전된 구성물이 단일 혹은 다중으로 "사이에 끼워 넣는" 방식으로 음전하로 하전된 구성물과 평행하게 서로 섞여서 설치된다. 기류가 양전하로 하전된 균일한 두께의 평행한 통로를 통해 통과하기 때문에, 싸이클론 형태의 전기집진기에 의해 유발되는 고주파 소음이 발생하지 않는다.
공기 정화 장치/설비는 고압 전기집진기를 추가로 포함하는데, 이 고압 전기집진기에는 양전하로 하전된 구성물이 다음과 같은 구성물로 대체된다.
(a) 중성화된 구성물;
(b) 또 하나의 음전하로 하전된 구성물로 원래의 전기집진기의 음전하로 하전된 구성물에 비해 비교적 낮은 전압값을 가진 구성물.
본 발명은 상기에 언급된 기술을 사용한 공기 정화 방법 하나를 추가로 포함한다.
본 발명의 공기 정화 설비/장치는 또한 어떤 다른 형태의 공기 정화 장치/설비에 설치하여 독립형 전기집진기로 사용할 수 있다. 공기 흡인구는 독립형 전기 집진 장치의 공기 흡인구를 말하고 공기 토출구는 독립형 전기 집진 장치의 공기 토출구를 말한다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도1은 포물선 방향, 3차원 자체 회전, 3차원 순환 형태로 움직이는 음전하로 하전된 입자의 기류를 도시한다.
도2는 본 발명의 고압 전기집진기의 내부 구조를 도시한다.
도3은 입자 집진을 위해 양전하로 하전된 구성물의 외관을 도시한다.
도4는 고압 전기집진기의 공기 흡인구와 공기 토출구가 서로 인접해 있을 경우, 공기 흡인구와 공기 토출구의 방향과 각도를 30도 넘게 벌어지게 하여 기류를 분리하는 방법을 도시한다.
도5는 본 발명에서 말하는 대로 (1) 적어도 2회 이상 기류 경로의 방향이 변하는 고압 전기집진 장치와 (2) 기류 경로의 방향이 한 번만 변하는 고압 전기집진기의 입자 제거 성능을 비교한 것을 도시한다.
도1은 전방으로 이동하는 기류(401)를 통한 입자상 오염물질(101)의 흐름을 도시한다. 기류가 음전하로 하전된 구성물을 통과할 때, 입자상 오염물질이 하전되어 음전하로 하전된 입자(102)가 된다. 전기집진기의 양전하로 하전된 구성물(300)의 통로를 통과한 후, 음전하로 하전된 입자(102)는 하전된 입자의 질량의 비율에 따라 포물선을 따라 이동하여 양전하로 하전된 구성물(300)의 표면에 부착된다. 음전하로 하전된 입자는 병진 속도로 전방으로(202) 이동하는 것 외에도 회전하는 방향으로 빙글빙글 돌면서 이동하는 형태(203), x-y 축을 중심으로 자체 회전하는 형태(204a), z-y 축을 중심으로 자체 회전하는 형태(204b), x-z 축을 중심으로 자체 회전하는 형태(204c)로 움직이기도 한다. 기류(401)이 전기집진기의 양전하로 하전된 구성물을 통과할 때, 기류(401) 경로의 방향은 적어도 2회 이상 변하며, 이때 다른 회전 형태 및 자체 회전 형태 203, 204a, 204b, 204c의 속도가 느려진다. 그 결과 음전하로 하전된 입자의 전체 운동량이 감소된다. 음전하로 하전된 입자(102)는 인력에 의해 쉽게 끌려가서 양전하로 하전된 구성물(300)의 표면에 부착된다.
일 실시예에서, 기류 경로의 방향이 변할 때(즉 기류 경로 방향은 x-y 축 표면의 평면상에서 변경된다), 음전하로 하전된 입자(102)의 일부 또는 전체가 장애물과 충돌한 후 병진 속도(202)(전방으로 이동하는 경우)가 느려진다. 병진 속도(202) 중 일부는 입자상 물질이 장애물과 충돌한 후 회전하거나 돌 때 각속도 203, 204a, 204b, 204c로 전이된다. 음전하로 하전된 입자(102)의 병진 속도(202)가 느려지기 때문에 입자는 보다 쉽게 양전하로 하전된 구성물의 표면으로 끌려 부착된다. 기류 방향이 다시 한번 수직(위아래 방향) 방향(원래는 x-y 수평 방향)으로 변경되면, 원래의 병진 속도와 각속도 203, 204a, 204b, 204c는 더욱 속도가 감소한다. 원래의 회전 또는 도는 방향이 다른 형태나 방향으로 회전 또는 돌게 된다. 이렇게 음전하로 하전된 입자의 속도가 변경될 때마다 입자는 전기 집진 동안 양전하로 하전된 구성물에 보다 쉽게 부착될 수 있는 상태로 된다.
도2는 또 다른 일 실시예를 도시하는데, 공기 정화 설비의 고압 전기집진기의 구조를 제시하고 있다. 도면의 그림과 같이 4개의 평면 금속판이나 전도성 물질(300)을 3차원 형태가 되도록 함께 겹쳐놓는다. 겹쳐 놓는 순서는 300A-300B-300C-300D 순이다. 각 층은 15mm씩 간격을 두고 겹쳐 놓는다. 첫 번째 층의 금속판 300A의 한쪽 끝과 세 번째 층의 금속판 300C의 한쪽 끝을 U자형 연결재(310)로 함께 연결한다. 두 번째 층의 금속판 300B의 다른 쪽 끝과 4 번째 층의 금속판 300D의 다른 쪽 끝도 U자형 연결재(320)로 함께 연결한다. 평면 금속판이나 전도성 물질로 된 각 층 사이에. 음전하로 하전된 구성물을 평행으로 끼워 넣되, 위쪽에 있는 금속판과 음전하로 하전된 구성물 사이의 간격이 아래쪽에 있는 금속판과 음전하로 하전된 구성물 사이의 간격과 동일하게 조정하여 부분저긴 절연파괴 전압이 발생하지 않도록 한다. 그렇게 하지 않을 경우 고압으로 작동하는 동안 스파크가 발생한다. 전술한 음전하로 하전된 구성물은 음극 전압 단자와 연결된 전도성 와이어로 이루어져 있다. 그러나 다른 실시예에서는 전도성 망이나 바늘 형태의 물건을 음전하로 하전된 구성물로 사용할 수도 있다. 본 실시예에서, 전압값은 작동하는 동안 필요에 따라 조정할 수 있다. 전압은 2K볼트와 6K 볼트 사이에서 조정할 수 있다. 그리고 기류는 고압 전기집진기 내부에서 다음 경로를 따라 흐른다.
(1) 환경 중의 정화되지 않은 기류는 공기 흡인구(303)를 통해 고압 전기집진기로 들어가서 금속층 330A과 300B 사이를 흘러간다. 그리고 기류 401내의 음전하로 하전된 입자는 양전하로 하전된 구성물의 표면으로 끌려 부착된다. 금속층 300A과 300B 사이의 공간을 흐를 때, 기류 경로의 방향이 한번 바뀌는데 이 기류 방향의 변화는 경로의 x 축과 y축 좌표가 변하는 것으로 수평면상에서의 방향의 변화(402)이다.
(2) 기류가 U자형 연결재 310로 흐를 때, 기류 경로의 방향이 다시 한번 바뀐다(403). 이 때 기류 경로의 방향 변화는 위쪽과 아래 사이에서 기류 경로의 x-z 측과 y-z축 좌표가 변하는 수직 방향의 변화이다(403).
(1) 기류가 두 번째(300B)와 세 번째(300C) 양전하로 하전된 금속층 사이를 돌아 흐를 때, 기류 경로의 방향은 다시 한번 수평면상에서 바뀐다(404).
(4) 기류가 두 번째(300B)와 네 번째(300D) 양전하로 하전된 구성물의 다른 끝을 연결하는 U자형 연결재로 흐를 때, 기류 경로의 방향이 4번째로 바뀐다. 이 때 기류 경로의 방향 변화는 위쪽과 아래 사이에서 기류 경로의 x-z 측과 y-z축 좌표가 변하는 수직적인 방향 변화이다(405).
(5) 기류가 세 번째(300C)와 네 번째(300D) 양전하로 하전된 금속층 사이를 돌아 흐를 때, 기류 경로의 방향은 다시 한번 수평면상에서 바뀐다(406).
(6) 마지막으로, 정화된 기류(407)가 3차원 형태의 양전하로 하전된 구성물에 형성되어 토출된다.
U자형 연결재를 금속이나 기타 전도성 물질로 만들 경우, 그 성능은 훨씬 더 좋아진다.
본 실시예에서, 고압 전기집진기의 공기 흡인구(303)는 공기 토출구(304)보다 높은 위치에 있다. 반대로, 그 둘의 위치가 바뀌어서 공기 흡인구(303)가 공기 토출구(304)보다 아래 쪽에 위치한다면, 기류 경로가 U자형 연결재에서 돌아 방향을 바꿀 때마다 음전하로 하전된 입자의 위치 에너지는 더욱 많이 소모된다. 따라서 고압 전기집진기의 입자 제거 성능은 더욱 향상될 수 있다.
도3은 고압 전기집진기의 양극 전압 단자에 연결된 양전하로 하전된 구성물의 형태를 도시한다. 양전하로 하전된 구성물은 전도성 물질이나 금속으로 표면이 구불구불 파형진 형태(301)로 제작된다. 구성물을 파형으로 제작하면 집진을 위한 표면적이 크게 넓어진다. 파형 모양은 기류 경로와 평행이어야 한다. 파형은 또한 도면에 나타난 바와 같이 양전하로 하전된 구성물의 외관에 따라 굽어질 수 있다.
도4는 고압 전기집진기(501)의 공기 흡인구(303)와 공기 토출구(304)가 서로 인접해 있을 경우, 공기 토출구(304)와 공기 흡인구(303)의 기류의 각도와 방향은 30도 넘게 벌어지게 해야 한다는 것을 그림으로 도시한다. 각도를 30도 넘게 벌어지게 하는 것은 기류의 합류(901)을 막기 위해서이다. 보다 구체적으로 말하면, 각도를 30도 넘게 벌어지게 하는 것은 기류의 합류로 토출구에서 토출된 정화된 공기가 곧바로 공기 흡인구로 빨려 들어가서 환경에서 들어온 정화되지 않는 공기와 섞이지 못하도록 하기 위해서이다.
도5는 본 발명에서 말하는 대로 (1) 적어도 2회 이상 기류 경로의 방향이 변하는 고압 전기집진 장치(501)와 (2) 기류 경로의 방향이 한 번만 변하는 고압 전기집진기(502)의 입자 제거 성능을 비교한 것을 도시한다. 고압 전기집진기 502에는 각각의 끝부분에 도2에 설명된 실시예에서와 같은 U자형 연결재가 포함되어 있지 않다. 고압 전기집진기501의 음전하로 하전된 입자의 통로는 고압 전기집진기502보다 길다. 이 두 고압 전기집진기를 동일한 파라미터(동일한 기류 속도와 동일한 전기집진기의 작동 전압 등)를 지닌 두 공기 정화 설비에 설치할 때, 두 전기집진기의 성능이 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 오염물질 PM10의 수준이 500 g/m<3>인 1 m x 2 m x 4 m 크기의 두 공간에 두 전기집진기를 설치할 경우, 고압 전기집진기501는 오염물질을 25 g/m<3> 수준까지 감소시킬 수 있지만 전기집진기502는 최대 160 g/m<3>까지만 감소시킬 수 있다. 본 발명으로 입자상 물질을 제거하는 효과를 향상시킬 수 있다. 다시 말하면, 본 발명으로 동일한 기류 속도에서 청정공기공급율(CADR)을 증가시킬 수 있다. 2.5 마이크론 크기의 입자상 물질(PM2.5), 꽃가루, 담배 연기 등으로 바꾸어 연구해도 유사하게 정화 성능을 확인할 수 있다.
해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 대략적으로 설명한 본 발명의 범위나 아이디어를 벗어나지 않는 범위에서 구체적인 실시예를 통해 설명한 본 발명을 매우 다양하게 변형 또는 수정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
101: 오염물질
102: 하전된 입자
300: 하전된 구성물
303: 공기 흡인구
304: 공기 토출구
401: 기류
501: 고압 전기집진 장치
502: 고압 전기집진기

Claims (17)

  1. 케이싱 하나;
    적어도 하나 이상의 공기 흡인구;
    케이싱의 적어도 하나 이상의 공기 토출구;
    공기 흡인구와 공기 토출구 사이에 위치한 케이싱 내부에 자리잡은 적어도 하나 이상의 고압 전기집진기를 포함하며;
    공기는 공기 정화 설비의 공기 흡인구와 공기 토출구 사이의 전기집진기를 통해 상위 위치에서 하위 위치로 흐르며;
    전기집진기 내부에서 적어도 2회 이상 기류 경로의 방향을 바꾸어 흐르는 동안 공기 중의 입자 물질이 전기집진기의 구성물에 의해 집진되는 공기정화 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기에서 각각 양극 전압 단자와 음극 전압 단자와 연결된 적어도 하나 이상의 양전하로 하전된 구성물과 적어도 하나 이상의 음전하로 하전된 구성물을 더 포함하는 전기 집진기.
  3. 제1항에 있어서,
    (a) 전방으로 이동하는 기류가 x-y 수평면상에서 기류의 x축과 y축의 좌표가 변경되는 곳에서 수평 방향으로 첫 번째로 기류의 방향이 변경되고;
    (b) 두 번째로, 상기 (a)에서 설명한 x-y 수평면상에서 경로가 변경된 기류가 x축과 z축 및/또는 y축과 z축이 좌표가 변경되는 곳에서 수직(위아래 방향) 방향으로 경로가 변경되어 적어도 2회 이상 기류 경로의 방향이 바뀌는 공기정화 설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기에서 공기 흡인구의 위치보다 낮은 곳에 위치해 있는 공기 토출구의 위치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기에서 고압 전기집진기의 양전하로 하전된 구성물의 내부 구조의 방향과 형태에 결정되는 기류 경로의 방향 변경 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    입자상 및 기체상 오염물질을 더 많이 정화 및/또는 여과하기 위해 적어도 하나 이상의 여과 장치를 더 포함하고; 전술한 여과 장치를 상위 위치, 하위 위치 또는 고압 전기집진기와 일렬로 동일한 높이에 설치하는 공기정화 설비.
  7. 제1항에 있어서,
    기류를 상위 위치에서 하위 위치로 흐르게 하기 위해 송풍기, 배기팬, 공기 재순환 장치로 구성된 군 중에서 어떤 하나를 더 포함한 공기정화 설비.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 설비에서, 팬이나 송풍기가 장착된 환경 장치에 연결되어 있고; 공기 흡인구 및/또는 공기 토출구의 적어도 일부분이 상기 환경 장치의 공기 흡인구 및/또는 공기 토출구와 연결된 공기정화 설비.
  9. 제1항에 있어서,
    상기, 고압 전기집진기가 적어도 하나 이상의 양전하로 하전된 2차원 수평면 금속 또는 전도성 물체를 더 포함하며; 전술한 2차원 수평면 물체가 평평한 표면으로 되어 있거나 전체 표면적을 크게 하기 위해 표면을 위아래로 구불구불 파형진 형태로 된 제작한 고압 전기집진기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기에서 적어도 2개의 2차원 금속 또는 전도성 수평면 물체가 적어도 하나 이상의 연결재로 서로 연결되어 3차원 형태를 이루는 금속 또는 전도성 물체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기에서 금속이나 전도성 물질로 된 연결재.
  12. 제2항에 있어서,
    (a) 금속바늘이나 바늘과 같이 생긴 전도성 물질로 되어 있으며 음극 전압 단자에 연결되어 있는 음전하로 하전된 구성물;
    (a) 금속 와이어나 전선과 같은 형태의 전도성 물질로 되어 있으며 구성물은 음극 전압 단자에 연결되어 있는 음전하로 하전된 구성물;
    (a) 금속망이나 망과 같은 형태의 전도성 물질로 되어 있으며 음극 전압 단자에 연결되어 있는 음전하로 하전된 구성물; 및
    (d) 상기에 언급된 어느 한 형태 중 적어도 두 가지 이상을 포함하는 음전하로 하전된 구성물로 구성된 군 중에서 어떤 하나로 된 음이온으로 하전된 구성물.
  13. 제2항에 있어서,
    상기에서 음전하로 하전된 구성물의 하위에 위치해 있는 양전하로 하전된 고압 전기집진기의 구성물.
  14. 제2항에 있어서,
    상기에서 음전하로 하전된 구성물과 평향하게 배치된 양전하로 하전된 구성물.
  15. 제2항에 있어서,
    상기에서, 단일 혹은 다중으로, 음전하로 하전된 구성물 사이에 평행하게 끼워 넣는 적어도 하나 이상의 양전하로 하전된 구성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기에서 공기 흡인구의 기류의 경로 및 방향과 적어도 30˚ 이상의 각도로 벌어진 공기 토출구의 기류의 경로 및 방향.
  17. 제1항에 있어서,
    (a) 중성화된 구성물; 또는
    (b) 전기집진기의 원래의 음으로 하전된 구성물에 비해 낮은 전압값을 가진 음으로 하전된 구성물로 대체된 양전하로 하전된 구성물.
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