KR101927473B1

KR101927473B1 - 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치

Info

Publication number: KR101927473B1
Application number: KR1020160102471A
Authority: KR
Inventors: 서정환
Original assignee: 홍익대학교 산학협력단
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2019-03-12
Anticipated expiration: 2036-08-11
Also published as: KR20180017912A

Abstract

미세 먼지 저감 장치는, 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지와, 상기 연료 전지로부터 배출되는 물을 이용해 수액적을 형성하여 분사하는 분사 노즐와, 상기 물 또는 상기 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 하전시키는 하전 장치를 포함하고, 하전된 물로부터 생성되거나 직접 하전된 수액적("하전 액적")의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 미세 먼지가 상기 하전 액적의 표면에 흡착되도록 한다. 상기 미세 먼지 저감 장치는 운송 장치에 탑재될 수 있다.

Description

미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치{Dust removal apparatus and vehicle having the same}

본 발명은 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료 전지가 생성하는 부산물인 물을 이용해 미세 먼지를 제거하기 위한 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치에 관한 것이다.

미세먼지란 아황산가스, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등과 함께 오염물질을 포함하고 있는 대기 오염 물질로서 주로 화석연료를 사용하는 자동차, 난방시설 및 각종 산업시설로부터 배출된다. 입자의 크기에 따라 무거워서 침강하기 쉬운 것을 강하분진이라 하고, 입자가 미세하고 가벼워서 좀처럼 침강하기 어려워 장기간 대기 중에 떠다니는 것을 부유분진이라고 한다.

미세먼지의 입경은 10㎛이하이며 특히 2.5㎛이하의 미세먼지는 '초미세먼지' 또는 '극 미세먼지'로 칭하기도 한다. 10㎛의 입경을 가진 미세먼지는 PM10 (Particulate Matter with a diameter than 10㎛)로 2.5㎛인 경우에는 PM2.5로 분류한다.

한반도의 미세먼지 농도는 해를 거듭할수록 최대치를 기록하고 있다. 국가별 미세먼지 PM2.5 기준치를 비교해보면 WHO에서는 24시간 평균치를 25로 연간평균치를 10으로 두고 있으나 한국은 각각 50, 25로 약 2~2.5배 이상의 미세먼지 기준치를 갖고 있어 한국 내의 미세먼지가 심해지고 있음을 알 수 있다.

미세먼지는 공기 중에 부유하고 있기 때문에 일사량을 감소시켜 농작물 피해 및 환경 전반적인 문제를 야기하기도 하며, 비에 의해 대기 중 미세먼지가 내려가면서 수질 오염의 문제도 발생하기도 한다. 하지만, 미세먼지는 인체에 심각한 악영향을 끼친다. 미세먼지의 크기가 10㎛, 더 작게는 2.5㎛로 매우 작은 입경을 갖고 있기 때문에 인체 폐의 내부에 침착하여 호흡기 질환을 유발한다. 미세먼지는 먼지 자체뿐만 아니라 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소, 1급 발암 물질로 분류되어 있는 중금속 등을 내포하기 있기 때문에 미세먼지가 부유하고 있는 대기 중에서 호흡을 하게 될 시 폐암, 후두암과 같은 심각한 질병을 초래할 수 있다.

특히 높은 빌딩이 주를 이루고 있는 도심 지역에서의 미세먼지 농도는 더욱 더 심각해지고 있다. 빌딩과 빌딩 간의 스키밍 플로우(Skimming Flow)의 발생으로 유체가 정체되는 회전류 구간이 생성이 되고 회전류 안에서 미세먼지가 흐르지 못하고 정체되는 현상을 보인다. 미세먼지는 환경 전반적인 문제를 야기할 뿐만 아니라 인체에도 심각한 영향을 끼치기 때문에 인구가 많이 밀집되어 있는 도심에서의 미세먼지는 다수의 사람들에게 큰 영향을 줄 수 있어 건물 간 정체구간에서의 미세먼지 집진은 반드시 개발되고 실제로 사용할 수 있어야 한다.

종래 미세먼지를 집진하기 위하여 사이클론(Cyclone), 정전기식 집진방법, 세정식 집진방법 (습식 스크러버) 등 다양한 집진 방식이 고안되고 있으나, 건물과 건물 사이에 정체되어 있는 미세먼지를 집진하기에는 해당 방법을 이용하는 미세 먼지 저감 장치의 크기가 도심 내에 설치하기에는 부적절하여 도심에서의 반영은 매우 어렵다고 볼 수 있다.

특히, 물과 미세먼지의 접촉에 의한 집진 현상을 이용하는 세정 집진 방식의 미세 먼지 저감 장치가 연구되고 있다.

하지만, 세정 집진을 위해서는 꾸준히 많은 양의 물을 분사하여야 하며, 이에 따라서 종래 기술에 따른 미세 먼지 저감 장치는 고정된 설비를 이용해 대단위로 구축하는 형태에 머물고 있다.

도심에서의 효과적인 미세 먼지 정화를 위해서는 건물 사이사이의 미세 먼지가 체류하는 곳을 찾아 정화하는 이동형 정화 장치를 이용할 필요가 있다.

하지만, 차량이나 비행체와 같은 이송 수단을 이용해 세정 집진을 수행하기 위해서는 단순히 물을 분사하는 것만으로는 많은 양의 미세 먼지를 정화하기 어렵고, 나아가 물을 실어 이동시킬 수 있는 대규모 물탱크를 구비하고 물을 계속 충정하여야 해서 효율성이 떨어진다.

특허공개 제10-2005-0097567호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물탱크와 같은 물 공급원이 없이도 물공급이 가능하고, 차량이나 비행체 등 운송 수단에 용이하게 탑재함으로써 도심 내 미세 먼저 정화에 효과적으로 이용될 수 있는 미세 먼지 저감 장치 및 이를 구비한 운송 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지와, 상기 연료 전지로부터 배출되는 물을 이용해 수액적을 형성하여 분사하는 분사 노즐와, 상기 물 또는 상기 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 하전시키는 하전 장치를 포함하고, 하전된 물로부터 생성되거나 직접 하전된 수액적("하전 액적")의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 미세 먼지가 상기 하전 액적의 표면에 흡착되도록 하는 미세 먼지 저감 장치가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 전기 에너지를 인가하여 하전 액적을 생성하는 전기적 하전 장치이다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는 전압 인가 장치를 포함하고, 상기 전압 인가 장치는 전도체인 상기 분사 노즐에 직접 전압을 인가하여 상기 분사 노즐을 통과하는 물에 전자를 주입하거나 물로부터 전자를 추출함으로써 상기 물이 하전된다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 상기 분사 노즐의 팁 부근에 설치되는 전극 링과, 상기 전극 링에 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 포함하고, 상기 링 전극에 의해 형성된 전기장에 의해 상기 분사 노즐을 통과하는 물이 하전된다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 코로나 방전 구역을 생성하는 코로나 하전 장치를 포함하고, 상기 분사 노즐에서 분사되는 수액적이 상기 코로나 방전 구역을 통과함에 따라 상기 수액적에 전자 또는 양이온이 흡착되어 수액적이 직접 하전된다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치는, 상기 연료 전지에서 생성되는 물에 이온을 공급해 물을 하전시키는 화학적 하전 장치이다.

일 실시예에 따르면, 상기 분사 노즐 및 상기 하전 장치는 상기 연료 전지로부터 에너지를 공급받아 작동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 분사 노즐은, 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 미세 액적을 생성한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 미세 먼지 저감 장치를 탑재한 운송 장치가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 운송 장치는 상기 연료 전지가 생성하는 전기 에너지에 의해 작동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 운송 장치는 공중을 비행하는 비행체 또는 지상을 이동하는 차량일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 미세 먼지 저감 장치의 연료 전지의 개념도이다.
도 3은 하전 액적에 미세 먼지가 흡착된 모습을 도시한 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 하전 장치의 구성 개념도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 하전 장치의 구성 개념도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 하전 장치의 구성 개념도이다.
도 7 및 도 8은 운송 장치에 적용된 미세 먼지 저감 장치의 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지(10)와, 상기 연료 전지(10)로부터 배출되는 물을 이용해 수액적을 형성하여 분사하는 분사 노즐(30)을 포함한다.

도 2는 미세 먼지 저감 장치(1)의 연료 전지(10)의 개념도이다. 도 2는 연료 전지(10)를 만드는 단위인 하나의 셀(cell)을 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지(10)의 셀은 마이너스 전극(연료극)(11)과 플러스 전극(공기극)(12)이 그 사이에 전해질(13)을 개재한 형태로 구성된다.

연료극(11)과 공기극(12)은 기체를 통과시키는 구조를 가지고, 반응에 필요한 수소와 산소가 그 속을 통과하게 된다.

연료 입구(14)를 통해 수소 연료(101)가 공급되면, 연료극(11) 중의 촉매의 작용으로 전자를 분리하여 수소 이온(H⁺)이 된다. 반응이 이루어지지 않은 수소 연료(101)는 연료 출구(15)를 통해 빠져 나오고 재순환한다.

전해질(13)은 이온만을 통과시키는 성질을 가지며, 분리된 전자(e^-)는 외부 회로를 통과하게 되고, 전자가 전선을 이동함에 따라 전류가 흐르게 된다. 즉, 전기가 발생하게 된다.

한편, 전해질 속에 이동한 수소 이온(H⁺)은 공기 입구(16)를 통해 유입되어 공기극(12)에 존재하는 공기(102) 중에 포함된 산소와 만나고, 외부 회로를 통해 돌아온 전자와 반응하여 물(103)이 생성된다.

산소가 소진된 나머지 공기(102)와 물(103)은 공기 출구(17)를 통해 외부로 연료 전지(10)의 외부로 빠져나온다.

이와 같은 연료 전지(10)의 구조와 동작 원리는 공지된 것이므로, 더 자세한 설명은 생략한다.

다시 도 1을 참조하면, 미세 먼지 저감 장치(1)는 연료 전지(10)의 공기 출구(17)에는 분사 노즐(30)로 이어지는 물 이송관(42)을 포함한다.

연료 전지(10)로부터 생성되는 물은 열에 의해 수증기 형태일 수 있고, 본 실시예에 따르면, 물 이송관(42)에는 수증기를 액화하는 응축기(60)가 구비될 수 있다.

분사 노즐(30)은 연료 전지(10)에서 생성되는 물을 고압으로 공기 중으로 미세한 수액적(물방울)을 생성한다.

구체적으로, 분사노즐(30)은 물을 분출할 때 고압을 이용하여 고속으로 회전하도록 하여 대기 중으로 분사한다. 회전력 때문에 액체가 작은 물방울로 분산된다. 기체는 단순히 고압에서 급팽창하는 것만으로 분사가 되는데 액체는 팽창하지 않으므로 원심력을 이용하여 팽창하도록 한다. 노즐의 성능은 유량, 분사각, 유량분포, 입자경, 유체의 성질과 상태에 따라 좌우된다.

본 실시예에 따르면, 분사 노즐(30)이 생성하는 수액적은 그 입경이 100 ㎛ 이하이며, 바람직하게는 80 ~ 100 ㎛ 의 지름을 가지는 미세 액적(micro droplet)이다.

80 ~ 100 ㎛ 의 입경을 가지는 수액적을 형성함으로써, 수액적이 부유하지 않고 낙하하면서도, 미세 먼지와 직경이 최대한 유사하며, 미세 먼지가 흡착될 수 있는 표면적이 최대로 증가할 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 분사 노즐(30)은 플랫 팬 노즐(Flat Fan nozzle), 풀 콘 노즐(Full Cone nozzle), 할로우 콘 노즐(Hollow Cone nozzle), 에어 아토밍 노즐(Air Atoming nozzle) 등 알려진 형태의 노즐 일 수 있다.

이 중, 에어 아토밍 노즐은 기체와 액체를 각각 내부 혹은 외부에서 혼합하여, 압축 공기의 힘으로 액체를 분무하는 방식이다. 매우 느린 속도로 분무되며 미세한 입자를 분무한다.

미세 먼지 저감 효율은 노즐로부터 분사되는 액적의 입자경의 크기가 미세 먼지와 유사할수록 효율은 증가할 수 있으므로, 본 실시예에 따르면 입자경의 크기가 가장 작은 에어 아토밍 노즐을 분사 노즐(30)로 이용한다.

미세 액적을 형성하기 위한 압력을 발생시키기 위하여, 물 이송관(42)에는 분사 노즐(30)에서 펌프(40)가 구비될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 연료 전지(10)로부터 출력되는 산소가 소진된 나머지 공기(102)를 에어 아토밍 노즐에 사용되는 압축 공기로 이용할 수 있다.

상기 구성에 따르면, 분사 노즐(30)을 통해 공기 중에 미세 액적을 분사하므로, 수액적과 미세 먼지의 관성 충돌, 중력 등이 집진작용력으로 작용하여 액적에 미세 먼지가 흡착됨으로써, 집진 효과를 기대할 수 있다.

다만, 본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 수액적과 미세 먼지 사이에 전기적 인력을 발생시키고 이를 집진 작용력을 추가함으로써, 미세 먼지 저감(집진) 효율을 극대화한다.

도 1을 참조하면, 미세 먼지 저감 장치(1)는 물 이송관(42)을 통해 이송되는 물(103) 또는 분사 노즐(30)이 생성한 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 인위적으로 하전(대전; charge)시키는 하전 장치(20)를 포함한다.

미세 먼지 저감 장치(1)는 하전 장치(20)에 의해 하전되어 전기적으로 극성을 가지는 수액적("하전 액적")(50)이 최종적으로 공기 중으로 분사되고, 하전 액적(50)의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 더 많은 수의 미세 먼지가 하전 액적의 표면에 흡착되도록 할 수 있다.

도 3은 하전 액적(50)에 미세 먼지(51)가 흡착된 모습을 도시한 개념도이다.

하전 액적(50)이 100 ㎛의 직경을 가진다고 하고, 연료 전지의 하나의 셀이 0.42L/h의 물 생성량을 가진다면, 약 8천만 개의 하전 액적(50)을 생성할 수 있다.

미세 먼지의 직경이 2.5 ㎛ 이고, 밀도가 1000 kg/m³라고 가정하면, 액적 하나당 최대 6700개의 미세 먼지가 붙을 수 있다.

미세 먼지의 흡착율은 수액적이 하전되어 전기적인 인력이 추가되는 경우 더 증가하게 되며, 하전 액적(50) 하나당 미세 먼지가 10개씩만 더 붙는다고 가정하여도, 65,600㎍의 미세 먼지가 추가로 흡착되는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하전 장치(20)는 전기 에너지를 인가하여 하전 액적(50)을 생성하는 전기적 하전 장치이다.

도 4는 일 실시예에 따른 하전 장치(20)의 구성 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하전 장치(20)는 분사 노즐(30)의 노즐 팁(tip) 부근에 설치되는 전극 링(202)과, 상기 전극 링(202)에 고전압을 인가하는 전압 인가 장치(201)를 포함한다.

링 전극(202)은 분사 노즐의 둘레 방향으로 형성되어 유도 정전기를 발생시킬 수 있는 고리 또는 봉 형태의 전극이다.

분사 노즐(30)의 노즐 랜스(lance)는 전도성 재질로 형성되어 접지된다.

전극 링(202)에 인가되는 고전압에 의해 전극 링(202)이 만들어내는 강한 전기장에 의해 분사 노즐(30)의 팁을 통해 분사될 물 중의 전자는 분사 노즐의 끝으로 이동하지 못하게 되고, 노즐 랜스 내의 잉여 전자들은 접지를 통해 빠져나가게 된다.

따라서, 분사 노즐(30)의 팁 부근에 위치한 물은 양극성으로 하전되고, 하전된 물을 분사 노즐(30)을 통해 분사하여 액적화함으로써, 전기적으로 극성을 가지는 하전 액적(50)이 생성된다. 소위 "유도 하전"에 따라 하전 액적을 형성하게 된다.

도 5는 다른 실시예에 따른 하전 장치(20')의 구성 개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하전 장치(20')는 전도체인 분사 노즐(30)의 노즐 랜스에 직접 고전압을 인가하는 전압 인가 장치(201)를 포함한다.

전압 인가 장치(201)를 통해 고전압을 인가하여 랜스를 지나는 물(103)에 전자를 주입하거나 추출함으로써, 하전 액적(50)을 생성한다.

도 5를 참조하면, 노즐 랜스에 높은 플러스(+) 전압을 인가하면, 노즐을 통과하는 물(103)로부터 전자가 추출되고, 전압 인가 장치(201)의 회로를 통해 접지로 흘려보낸다. 그 결과로, 노즐 랜스를 통과하는 물(103)은 전자의 부족으로 양극성으로 하전되고, 하전된 물을 분사 노즐(30)을 통해 분사하여 액적화함으로써, 전기적으로 극성을 가지는 하전 액적(50)이 생성된다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 하전 장치(20")의 구성 개념도이다.

본 실시예에 따른 하전 장치(20")는 코로나 방전 구역(204)을 형성하는 코로나 하전 장치로 구성된다.

코로나 방전은 뾰족한 전극(202)과 전극(203) 사이에 전기장을 형성하면 뾰족한 전극(202)의 극 부분의 전기장이 강해져 방전이 일어나는 현상이다. 이때 발생되는 방전 구역을 코로나 방전 구역(204)이라고 한다.

본 실시예에 따르면, 분사 노즐(30)에 의해 생성되어 분사된 수액적(50')을 코로나 방전 구역을 통과하게 한다. 이 과정에서 전자 또는 양이온이 액적에 흡착되어, 하전 액적(50)이 생성된다. 코로나 방전 구역(204)를 통과하는 수액적(50')의 크기가 충분히 미세하므로, 불꽃 방전이 일어날 가능성은 크지 않을 것으로 예상된다.

이상에서는 전기적 에너지를 이용한 전기적 하전 장치의 예들을 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다.

하전 장치(20)는 연료 전지(10)에서 생성되는 물에 이온을 대량 공급해 물을 하전시키는 화학적 하전 장치일 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 하전 장치(20)를 화학적 하전 장치로 구성하는 경우, 하전 장치(20)와 물 이송관(42) 사이에는 이온 주입관(43)이 구비될 수 있다. 이온 주입관(43)은 물을 가압하는 펌프(40)의 상류측에서 물 이송관(42)과 연결된다.

하전 장치(20)는 이온 주입기를 포함하여, 양극 또는 음극의 인체 무해한 이온을 물 이송관(42)을 지나는 물(103)에 주입한다. 이에 따라서, 물(103)이 극성을 가지도록 인공적으로 하전되며, 하전된 물을 분사 노즐(30)로 분사하여 하전 액적(50)을 생성할 수도 있다.

도 1에서, 실선은 실제 물질이 이동하는 관로를 표시하고, 점선은 전기 에너지의 전달 경로를 표시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분사 노즐(30)과 하전 장치(20)는 연료 전지(10)와 전기적으로 연결되어 있으며, 그 작동 에너지로 연료 전지(10)가 생성한 전기 에너지를 이용한다. 도시하지 않았지만, 펌프(40)와 응측기(60) 등 미세 먼지 저감 장치(1) 내의 각종 구동 장치들의 작동에 필요한 에너지 역시 연료 전지(10)로부터 얻고록 할 수 있다.

이와 같은 구성에 따르면, 연료 전지(10)에 수소 연료를 공급해주는 것만으로, 하전 액적(50) 생성에 필요한 물과 에너지를 얻을 수 있으므로, 에너지 효율이 극대화될 수 있다.

본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 연료 전지(10)에서 생성되는 부산물인 물을 미세 먼지의 집진에 이용한다. 따라서, 물 공급을 위한 별도의 물탱크 등의 장치가 필요하지 않다. 또한, 연료 전지(10)에서 생성되는 전기 에너지를 하전 액적 생성에 이용할 수 있으므로, 구조가 간단하고 컴팩트(compact)해질 수 있으며, 에너지 효율이 우수하다.

즉, 본 실시예에 따른 미세 먼지 저감 장치(1)는 휴대성이 우수하여, 비교적 크기가 작은 운송 장치에 탑재도 가능하다.

도 7 및 도 8은 운송 장치(2, 3)에 적용된 미세 먼지 저감 장치(1)의 개념도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 미세 먼지 저감 장치(1)는 하늘을 비행하는 운송 장치(비행체)에 탑재될 수 있다. 본 실시예에 따른 비행체는 낮은 고도를 저속 비행할 수 있는 비행선(2)이다. 비행체는 반드시 비행선에 한정되는 것은 아니고, 소위 드론(drone)이라 불리는 멀티콥터(multi-coptor)일 수도 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 미세 먼지 저감 장치(1)는 별도의 물탱크를 구비하지 않아도 되므로, 비행선(2)이 비행시 부담하여야 하는 중량이나 부피를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 연료 전지(10)를 가동하는 동안에는 물을 재충전할 필요 없이 지속적으로 미세 먼지 정화를 수행할 수 있다.

본 실시에에 따르면, 비행체를 이용해 도심 내를 저고도 비행하면서 미세 먼지 집진을 수행하므로, 도심 내 미세 먼지 제거에 효과적으로 이용될 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 미세 먼지 저감 장치(1)는 육상을 이동하는 차량(3)에 탑재될 수도 있다.

마찬가지로, 미세 먼지 저감 장치(1)를 적용함으로써, 물탱크를 구비하여야 하는 부담을 경감시킬 수 있고, 물을 재충전할 필요 없이 미세 먼지 정화를 수행할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 차량을 이용해 도심 내를 이동하면서 미세 먼지 제가가 가능하고, 개인 차량에 미세 먼지 저감 장치(1)를 적용함으로써, 사람이 호흡하며 생활하는 생활 공간 내에서 수많은 미세 먼지 저감 장치를 배치할 수 있게 된다.

무엇보다 연료 전지는 내연기관을 대신하여 차량이나 비행체를 작동하기 위한 친환경 에너지원으로 개발 및 이용되고 있으므로, 연료 전지를 이용해 운송 장치를 운용하는 동시에 미세 먼지 저감 장치(1)를 구성하도록 하여, 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims

수소와 산소를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물을 배출하는 연료 전지;
상기 연료 전지로부터 배출되어 이송된 물을 이용해 수액적을 형성하여 대기 중으로 분사하는 분사 노즐;
상기 물 또는 상기 수액적을 전기적으로 극성을 가지도록 하전시키는 하전 장치를 포함하고,
하전된 물로부터 생성되거나 직접 하전된 수액적("하전 액적")의 전기적 인력이 집진 작용력으로 추가되어 미세 먼지가 상기 하전 액적의 표면에 흡착되도록 하고,
별도의 물 공급원에 의한 물 공급이 없이 동작 가능한 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 하전 장치는,
전기 에너지를 인가하여 하전 액적을 생성하는 전기적 하전 장치인 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제2항에 있어서,
상기 하전 장치는 전압 인가 장치를 포함하고,
상기 전압 인가 장치는 전도체인 상기 분사 노즐에 직접 전압을 인가하여 상기 분사 노즐을 통과하는 물에 전자를 주입하거나 물로부터 전자를 추출함으로써 상기 물이 하전되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제2항에 있어서,
상기 하전 장치는,
상기 분사 노즐의 팁 부근에 설치되는 전극 링과,
상기 전극 링에 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 포함하고,
상기 전극 링에 의해 형성된 전기장에 의해 상기 분사 노즐을 통과하는 물이 하전되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제2항에 있어서,
상기 하전 장치는,
코로나 방전 구역을 생성하는 코로나 하전 장치를 포함하고,
상기 분사 노즐에서 분사되는 수액적이 상기 코로나 방전 구역을 통과함에 따라 상기 수액적에 전자 또는 양이온이 흡착되어 수액적이 직접 하전되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 하전 장치는,
상기 연료 전지에서 생성되는 물에 이온을 공급해 물을 하전시키는 화학적 하전 장치인 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 분사 노즐 및 상기 하전 장치는 상기 연료 전지로부터 에너지를 공급받아 작동하는 것을 특징으로 미세 먼지 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 분사 노즐은, 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 미세 액적을 생성하는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 저감 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 미세 먼지 저감 장치를 탑재한 것을 특징으로 하는 운송 장치.
제9항에 있어서,
상기 운송 장치는 상기 연료 전지가 생성하는 전기 에너지에 의해 작동하는 것을 특징으로 하는 운송 장치.
제9항에 있어서,
상기 운송 장치는 공중을 비행하는 비행체인 것을 특징으로 하는 운송 장치.
제9항에 있어서,
상기 운송 장치는 지상을 이동하는 차량인 것을 특징으로 하는 운송 장치.