KR20040103400A - 정화방법 및 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하여 스트리머 방전을 발생시킴으로써 방전 영역(5)에 존재하는 공기 등의 정화 대상물을 살균하여 정화하는 것을 목적으로 한다. 펄스 파형이 변형된 고전압을 이용함으로써 스트리머 방전을 효율좋게 발생시킬 수 있게 되고, 스트리머 방전의 방전 영역(5)에 있어서 고속으로 비산하는 전자 등의 비산 입자나 전위차 등에 의해 미생물이나 취기 성분이나 유해성분에 물리적ㆍ화학적 변화가 생기게 할 수 있음으로써 방전 영역(5)을 빠른 속도로 통과하는 공기 등의 정화 대상물(7)도 살균, 탈취, 유해물질제거할 수 있다.

Description

정화방법 및 정화장치{PURIFICATION METHOD AND PURIFIER}

본 발명은 스트리머 방전을 이용하여 공기 등의 정화 대상물을 살균하여 정화하는 정화방법 및 정화장치에 관한 것이다.

종래, 이온이나 오존 등의 활성입자를 이용하여 식품ㆍ조리용품 등의 음식물에 관련된 물체나 공중위생 상에서 미생물이 문제로 되는 물체의 표면, 이들 물체를 수납하는 공간에 존재하는 미생물의 번식을 방지하는 방법 및 장치가 알려져 있다.

예컨대, 공기 등의 기체를 전리실에 도입하여 이온화 및 오존화시킬 때의 방전 전류를 제어함으로써 소정의 저농도의 오존과 고농도의 이온을 함유하는 기체를 발생시키고, 상기 전리실 또는 이것에 연통되는 공간 내에서, 또는 상기 전리실에서 발생한 기체를 물체에 분사함으로써 오존과 이온의 상승효과에 의해 미생물의 번식을 방지하는 방법이 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 평9-108313호 공보 참조).

또한, 펄스 스트리머 방전을 발생시켜 대상물을 살균할 때에, 인가하는 고전압 펄스 파형의 반치폭(半値幅)을 좁게 하여 전압 피크가 높고 또한 뾰족한 파형으로 함으로써 살균효율을 높이는 방법이 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 2002-263170호 공보 참조).

그러나, 오존과 이온의 상승효과를 이용하는 전자의 방법은 물체의 표면이나 수납공간에 존재하는 미생물을 처리대상으로 하는 것이기 때문에 기체가 매우 빠른 속도로 유통되는 기기에 적용하여도 효과가 적고, 기체 중의 미생물은 손상되지 않고 통과하여 버리는 경우가 많다라는 문제가 있었다.

또한, 펄스 스트리머 방전을 이용하는 후자의 살균방법은 전압 피크가 높고 또한 뾰족한 형상의 고전압 펄스 파형을 이용하는 것만으로는 스트리머 방전을 효율좋게 발생시킬 수 없고, 충분히 살균할 수 없다라는 문제가 있었다. 기체가 매우 빠른 속도로 유통되는 기기에 적용하여도 효과가 적다라는 문제도 있었다.

본 발명은 상기 문제를 해결하는 것으로, 공기 등의 정화 대상물이 빠른 속도로 유통되는 경우도 살균하여 정화할 수 있는 정화방법 및 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서의 정화장치의 단면도이다.

도 2는 도 1의 정화장치를 다른 방향으로부터 바라본 단면도이다.

도 3은 도 1의 정화장치를 적용한 공기조화기의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 정화장치의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 정화장치에서 인가되는 제 1 예의 고전압의 파형도이다.

도 6은 본 발명의 정화장치에서 인가되는 제 2 예의 고전압의 파형도이다.

도 7은 본 발명의 정화장치에서 인가되는 제 3 예의 고전압의 파형도이다.

도 8은 본 발명의 정화장치에서 인가되는 제 4 예의 고전압의 파형도이다.

도 9는 본 발명의 정화장치에서 인가되는 제 5 예의 고전압의 파형도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 정화 유닛 2 … 정화부

3 … 방전 전극 4 … 대향 전극

5 … 방전 영역 6 … 기류 통과 영역

7 … 정화 대상물 8 … 하류 기류

9 … 고전압 인가수단 9a … 마이너스 전극

9b … 어스

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 정화방법은 방전 전극과 대향 전극 사이에 펄스파형이 변형된 고전압을 인가하여 스트리머 방전을 발생시킴으로써 방전 영역에 존재하는 정화 대상물을 살균하여 정화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 정화장치는 상기 방전 전극 및 대향 전극과, 이들 전극 사이에 스트리머 방전을 발생시키는 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하는 고전압 인가수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 펄스 파형이 변형된 고전압을 이용함으로써 스트리머 방전을 충분히 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 방전 영역 내에서 고속으로 비산하는 전자나 이온이나 라디칼 등의 비산 입자나 전위차 등에 의해서 방전 영역에 존재하는 미생물이나 취기 성분이나 유해성분에 효율좋게 물리적ㆍ화학적 변화가 생기게 하여 미생물을 사멸 또는 불활화시킴과 아울러 탈취, 유해물질의 제거를 행할 수 있음으로써 정화 대상물이 방전 영역을 빠른 속도로 통과하는 경우도 충분히 정화할 수 있다. 또한, 정화 대상물은 기체, 액체, 고체 중 어느 하나이어도 좋다.

바람직하게는 방전 영역을 통과하는 정화 대상물에 대해서는 방전 영역의 하류측에서 여과를 행함으로써 진애, 사멸 또는 불활화된 미생물, 또는, 스트미러 방전에 의해 발생한 오존 등을 분리 회수할 수 있다.

그 때문에 방전 영역을 통과하는 정화 대상물의 여과를 행하는 필터를 방전 영역의 하류측에 설치한다.

또한, 바람직하게는 고전압 인가수단은 방전 영역을 통과하는 정화 대상물의 통과시간 내에 1회이상, 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하는 주파수로 제어함으로써 정화 대상물에 함유된 미생물이나 취기 물질이나 유해물질은 상기 고전압 펄스에 의한 스트리머 방전에 1회이상, 접하게 되어 정화 대상물을 효과적으로 정화할 수 있다.

또한, 바람직하게는 고전압 인가수단은 펄스 파형이 변형된 고전압을 극소 펄스 폭으로 인가하도록 구성함으로써 전압을 순식간에 올릴 수 있기 때문에 보다 다량의 전자를 고속 비산시키는 것, 전압 인가 시간을 단축하여 인체에 유해한 오존의 발생을 저감하는 것, 불꽃방전을 억제하는 것이 가능하게 된다.

또한, 바람직하게는 고전압 인가수단은 음의 펄스 파형의 고전압을 인가하도록 구성되어 있음으로써 마이너스 이온을 생성할 수 있고, 정화 대상물이 공기 등의 기체인 경우에 마이너스 이온을 함유하여 장치 밖으로 유출시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 도면을 기초하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서의 정화장치의 단면도이다.

정화 유닛(1)에 있어서 공기 등의 기체의 유로 내에 배치되는 정화부(2)는, 와이어 형상의 방전 전극(3)이 복수단으로 배치되고, 각 단의 방전 전극(3)을 사이에 두도록 평판형상의 대향 전극(4)이 서로 병렬로 배치되어 있어서 방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 방전 영역(5)이 형성되고, 형성된 복수의 방전 전극(5)이 방전 전극(3), 대향 전극(4)이 개재되는 상태에서 서로 연속하여 기체 통과 영역 (6)보다 큰 영역을 점유하도록 되어 있다. 방전 전극(3)은 와이어 형상 외에 금속침 형상, 톱니 형상 등, 방전을 일으키는 전극이면 아무런 제한없이 사용할 수 있다. 도면 부호 7은 기류 통과 영역(6)에 유입되는 상류 기류, 도면 부호 8은 기류 통과 영역(6)으로부터 유출되는 하류 기류를 도시하고 있다.

고전압 인가장치(9)는 방전 전극(3)에 접속하는 플러스 전극(9a)과, 대향 전극(4)에 접속하는 마이너스 전극(9b)[또는 어스(9b)]을 갖고, 방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 스트리머 방전을 발생시킬 수 있는 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하도록 구성되어 있다. 고전압 인가장치(9)로서는, 예컨대, 배전압 회로에 IGBT(Inslated Gate Bipolar Transistor) 등의 스위칭 수단에 의해서 고주파수의 전압으로 원하는 펄스 파형을 생성하고, 이것을 고압 변압기로 승압하도록 한 전장회로(電裝回路) 등이 사용된다. 여기서는 고압 변압기 일차측의 투입전류를 높이고, 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하는 것을 사용하지만, 원하는 펄스 파형, 주파수의 고전압을 인가할 수 있는 것이면 이것에 한정됨이 없이 사용할 수 있다. 직류전원ㆍAC전원이어도 좋다.

이하, 상기 구성에 있어서의 작용을 설명한다.

고전압 인가장치(9)에 의해서 방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 소정의 고전압 펄스, 즉, 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가함으로써 스트리머 방전(이하, 펄스 스트리머 방전이라 함)을 방전 영역(5)에 발생시킨다.

펄스 스트리머 방전의 발생기구는 방전 전극(3)으로부터 방출되는 전자의 전방에서 중성분자의 전리가 일어나 전자가 사태처럼 방출되고, 이것이 다음의 새로운 전자 사태를 일으키듯이 전자 사태가 잇달아 일어나서 합체하여 감으로써 고속으로 진행하는 것이고, 방전 전류의 대부분은 전자에 의한 것이다.

그 때에는 방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 있어서의 방전 전극(3) 부근에 현저한 전계 집중이 있기 때문에 인가되는 고전압이 충분한 크기이면 전자 사태가 발생하여, 다량의 이온과 광량자가 만들어진다.

또한, 그 때에는 와이어 형상의 방전 전극(3)을 플러스 전극으로 하고 있으므로 방전 전극(3)의 부근에서 다량의 광량자가 모든 방향으로 방출되고, 방출된 광량자가 그 부근의 중성분자에 흡수되어 전리를 일으켜 가고, 방전 전극(3)으로 향하는 방향의 전자 사태가 다수로 발생하여 이것과 동시에 만들어지는 양 이온 중에서 플라즈마 기둥을 형성한다.

상기 플러스마 기둥의 전방 가장자리에 대향 전극(4)(즉, 마이너스 전극 또는 어스에 접속한 전극)을 향하는 양 이온이 고밀도로 집중되고, 이것에 의한 전계 집중 외에 이들 양 이온의 공간 전하와 전자 사태군의 공간 전하 사이에 특히 강력한 전계가 형성되기 때문에 플라즈마 기둥의 전방 가장자리의 발광은 더욱 촉진된다.

이와 같은 펄스 스트리머 방전이 방전 영역(5)에서 일어나기 때문에 방전 영역(5)에 유입되는 상류 기류(7)에 곰팡이균ㆍ세균ㆍ바이러스 등의 미생물이 함유되어 있으면 방전 영역(5)에서 고속으로 비산하고 있는 다량의 비산 입자[방전 전극 (2)으로부터 방출된 전자, 기체 분자 자체(중성분자), 이것에 유래하는 전자, 양이온, 라디칼 등]나 전위차 등에 의해서 미생물의 외벽 등의 단백질이 파괴되거나 DNA나 RNA가 손상되어, 미생물은 살멸 또는 불활화된다.

또한, NH₃(암모니아) 등의 취기 성분이나 유해성분이 상류 기류(7)에 함유되어 있으면 유입시에 안정된 에너지 레벨에 있어도 방전 영역(5)의 비산 입자, 전위차 등에 의해 에너지 공급을 받아, 분해 반응에 이른다. 예를 들면, NH₃는 제 1 단계에서 N과 H로 분해되고, 그 상태에서는 불안정하기 때문에 제 2 단계에서 N₂(질소)와 H₂(수소)로, 다시, H₂0(물) 등으로 변화하게 되어, 무취화, 무해화된다.

따라서, 상기 정화 유닛(1)을, 예컨대, 풍량이 큰 공기 조화기에 탑재함으로써 공기 조화기에 살균, 탈취, 유해물질제거라는 정화성능을 지니게 할 수 있게 된다. 도 3은 정화 유닛(1)을 분리형 공기 조화기에 적용한 경우를 도시하고 있다.공기 조화기(A)에 있어서 정화부(2)를 탑재한 실내기(B)와 실외기(C)가 냉매 배관 (D1,D2)에 의해 접속되어 있다. 도면 부호 E는 실내측 열교환기, 도면 부호 F는 송풍 팬이다. 도면 부호 J는 송풍 팬(F)의 운전에 의해서 발생하는 공기류의 흐름방향을 도시하고 있다.

정화부(2)를 기체 유로 내에 배치하는 것은 아니고, 정화부(2) 내에 기체를 봉입하도록 하여도 좋다. 방전 영역(5) 내에 정화 대상물로서의 고체, 물 등의 액체를 배치하여도 좋다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 정화부(2)의 방전 영역(5)의 하류측에 필터(10)를 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 진애나, 살멸 또는 불활화된 균이나, 펄스 스트리머 방전에 의해 생성된 오존 등을 분리 회수할 수 있어 정화효과가 높다. 이를 위한 필터(10)로서는, 예를 들면, 활성탄 필터나 Mn계 촉매 필터를 사용할 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다.

방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 인가해야할 고전압은 효율좋게 펄스 스트리머 방전을 발생시킬 수 있는 펄스 파형의 고전압이고, 양 전극 간의 간극의 크기에 따라서도 다르지만, 예를 들면, 간극이 약 10mm일 때에는 약 7kV이상, 약 8mm일 때에는 약 6kV이상, 약 5mm일 때에는 약 4kV이상이 필요하다.

이 때의 펄스 파형의 고전압은 파형이 변형된 고전압 펄스인 것, 즉, 펄스 탑에 복수의 피크가 존재하는 고전압 펄스인 것이 중요하다. 피크수나, 피크끼리가 동일 높이인지 고저차가 있는지 등에는 특별히 제한은 없다. 변형이 없는 고전압 펄스를 수반하여도 좋고, 수반하지 않아도 좋다.

확실한 정화를 위해서는 또한, 방전 영역(5)을 통과하는 기류의 속도와 고전압의 펄스 주파수의 관계가 중요하다. 기류 중의 미생물이나 취기 물질이나 유해물질(이하, 오염물질이라 함)이 방전 영역(5)을 통과하는 사이에 1회이상, 고전압 펄스를 공급하여 펄스 스트리머 방전을 발생시킬 수 있는 고주파수가 필요하다.

예를 들면, 일반적인 공기 조화기의 경우, 실내기(A)를 통과하는 기류의 속도는 약 1m/s이므로 기류의 통과방향에 있어서의 방전 영역(5)의 폭이 약 10mm일 때에는 기류 중의 오염물질은 약 10m/sec로 방전 영역(5)을 통과한다. 따라서, 고전압을 약 100Hz로 인가함으로써 방전 영역(5)을 통과해 가는 오염물질을 1회, 펄스 스트리머 방전에 접하게 할 수 있다.

보다 확실한 정화를 위해서는 상기 주파수 약 100Hz의 수배 ~ 수십배 정도, 즉, 수백 ~ 수천 Hz 라는 고주파수의 고전압을 인가하면 좋다. 바꾸어 말하면 이와 같은 고주파수의 고전압을 인가함으로써 기류가 매우 빠른 속도로 방전 영역(5)을 통과하는 경우에도 기류 중의 오염물질을 확실하게 정화할 수 있는 것이다. 정화 대상인 기체, 액체, 고체가 정지(靜止)되어 있는 경우에는 이와 같은 고주파수는 필수가 아니다.

또한, 그 때에 펄스폭을 극소 펄스폭으로 함으로써 전압을 순식간에 올릴 수 있게 되고, 이로써 방전 영역(5)에서 보다 다량의 전자를 고속 비산시키는 것, 또한, 전압 인가 시간을 단축하여 인체에 유해한 오존의 발생을 저감하는 것, 또한, 불꽃방전을 억제할 수 있게 된다. 가능한한 작은 펄스폭이 요구되지만 약 1μsec이하로 함으로써 바람직한 정화효과가 얻어진다.

또한, 음의 펄스 파형의 고전압을 인가함으로써 방전 영역(5)에서 마이너스 이온을 생성할 수 있고, 마이너스 이온을 함유한 하류 기류(8)를 유출시켜서 편안한 분위기를 제공할 수 있게 된다.

사용가능한 고전압의 파형예를 도 5 ~ 도 9에 도시한다.

도 5는 정현파나 진동파형에 가까운 펄스 파형을 도시한다. 양/음의 펄스가 교대로 3조 배열된 1사이클의 펄스열 중, 가장 진폭이 큰 양의 펄스의 펄스 탑이 변형되어 있다. 확대하여 도시한 바와 같이, 변형 부분(A)에는 제 1 피크(p1)와 이것보다 높은 제 2 피크(p2)가 있다. 이 펄스의 펄스폭은 극소 펄스폭(μsec)으로 되어 있다.

도 6은 양의 펄스 파형을 도시하고, 도 7은 음의 펄스 파형을 도시한다. 양쪽 펄스 파형 모두 양 또는 음의 펄스가 3개 배열된 1사이클의 펄스열 중, 가장 진폭이 큰 펄스의 펄스 탑이 변형되어 있다.

도 8은 양의 펄프 파형을 도시하고, 도 9는 음의 펄스 파형을 도시한다. 양 펄스 파형 모두 양 또는 음의 펄스가 일정 주기로 반복되어 있고, 각 펄스의 펄스 탑이 변형되어 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 파형이 변형된 고전압 펄스를 제공함으로써 펄스 스트리머 방전을 효율좋게 발생시킬 수 있어, 방전 영역을 빠른 속도로 통과하는 정화 대상물에 대해서도 살균, 탈취, 유해물질제거 등의 정화처리를 효과적으로 행할 수 있다.

Claims (7)

1. 방전 전극(3)과 대향 전극(4) 사이에 펄스파형이 변형된 고전압을 인가하여 스트리머 방전을 발생시킴으로써 방전 영역(5)에 존재하는 정화 대상물을 살균하여 정화하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방전 영역(5)을 통과하는 정화 대상물(7)에 대해서는 상기 방전 영역(5)의 하류측에서 여과를 행하는 것을 특징으로 하는 정화방법.
3. 방전 전극(3) 및 대향 전극(4)과, 이들 전극(3,4) 사이에 스트리머 방전을 발생시키는 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하는 고전압 인가수단(9)을 구비한 것을 특징으로 하는 정화장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 방전 영역(5)을 통과하는 상기 정화 대상물(7)의 여과를 행하는 필터(10)를 상기 방전 영역(5)의 하류측에 구비한 것을 특징으로 하는 정화장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 고전압 인가수단(9)은 상기 방전 영역(5)을 통과하는 상기 정화 대상물(7)의 통과시간 내에 1회이상, 펄스 파형이 변형된 고전압을 인가하는 주파수로 제어되는 것을 특징으로 하는 정화장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 고전압 인가수단(9)은 펄스 파형이 변형된 고전압을 극소 펄스 폭으로 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 정화장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 고전압 인가수단(9)은 음의 펄스 파형의 고전압을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 정화장치.