KR100534531B1 - 공기 정화 유니트 - Google Patents
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Abstract
가정, 사무실, 작업장, 및 차량 등의 실내에서 사용할 수 있고, 냉장고 등의 가전제품에도 적용될 수 있는 공기 정화 유니트가 개시되어 있다. 본 공기 정화 유니트는, 흡기구와 배기구 사이에 마련된 공기 유동로를 구비하는 케이스; 공기 유동로에서 자외선을 발산시키는 하나 이상의 자외선 발광다이오드; 자외선 발광다이오드에 발산되는 자외선에 의해 활성화되어, 공기 유동로를 따라 유동하는 공기에 포함된 유해성분을 제거하는 물질을 생성하는 광촉매; 그리고 케이스에 내장된 필터를 포함한다. 본 공기 정화 유니트는 자외선에 의한 광촉매 반응으로 공기 중에 포함된 유해성분을 정화 즉, 살균, 항균, 방오, 및 탈취시킬 수 있다. 또한, 본 공기 정화 유니트가 실내에서 사용되는 경우, 내부의 공기를 항상 청결하게 유지할 수 있고, 냉장고와 같은 가전제품에 적용되는 경우, 김서림 등이 방지되어 음식물의 신선도를 유지할 수 있는 기능을 가진다.
Description
본 발명은 공기 정화 유니트에 관한 것으로, 특히, 자외선 발광다이오드에서 발산되는 자외선으로 광촉매 반응을 일으켜 항균, 살균, 방오, 및 탈취를 포함한 정화기능을 수행하는 공기 정화 유니트에 관한 것이다.
대기오염의 문제가 가정, 사무실, 작업장, 및 차량 등의 생활공간에서도 그대로 노출되고 있는 추세이다. 이에 최근에는 실내의 공기에 포함된 먼지, 가스, 및 악취 등을 제거하는 동시에 항균, 살균, 및 방오기능(이하, 이들을 통칭하여 정화기능이라 한다.)까지 수행 가능한 정화장치들이 제안되고 있다. 이들 중에는 자외선램프에서 발생되는 자외선을 사용하여 공기에 포함된 유해물질을 제거하는 장치도 개시되어 있다.
그런데, 종래의 자외선램프를 사용한 공기정화장치는, 자외선램프의 수명이 상대적으로 매우 짧고 그 전력소비량도 많으며, 또한 다량의 열을 발생시키는 문제점이 있다. 이러한 문제는 특히, 가전제품 예를 들어, 냉장고에 채용되는 경우 더욱 크게 야기될 수 있는데, 자외선램프는 냉장고의 전력소비량을 증가시키는 한편, 그로부터 발생되는 높은 열은 냉장고 내의 온도를 높여 설정된 온도로 일정하게 유지시키기 곤란한 문제를 발생시킬 수 있다. 그리고, 자외선램프는 그 크기를 소형화시키는데 한계가 있어서, 공기정화장치의 부피가 클 수밖에 없으며, 이에 의해, 냉장고의 내부에서 차지하는 공간이 많은 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 가정, 사무실, 작업장, 및 차량 등의 내부에 설치되어, 적은 소비전력으로 공기에 포함된 먼지, 가스, 및 악취 등을 제거하는 동시에 항균, 살균, 방오기능까지 수행하여 실내를 청결하게 유지시킬 수 있는 공기 정화 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 공기에 포함된 먼지, 가스, 및 악취 등을 제거하는 동시에 항균, 살균, 및 방오기능을 수행할 수 있는 컴팩트하고 소형의 공기 정화 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 예를 들어 냉장고등의 가전제품에도 적용하여 그 제품에 대한 사용자의 만족도를 높일 수 있는 공기 정화 유니트를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 흡기구와 배기구, 및 상기 흡기구로부터 상기 배기구를 향한 공기 유동로를 구비하는 케이스; 상기 공기 유동로 상에 설치되어, 자외선을 발산시키는 하나 이상의 자외선 발광다이오드; 상기 케이스 내에서 상기 자외선 발광다이오드에 발산되는 자외선에 의해 활성화되어, 상기 공기 유동로를 따라 유동하는 공기에 포함된 유해성분을 제거하는 물질을 생성하는 광촉매; 및 상기 케이스의 상기 흡기구 및 상기 배기구 중 어느 일측에 인접하게 내장된 필터;를 포함하여 구성된 공기 정화 유니트 및 그를 이용한 공기 정화기에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 광촉매는, TiO_2, SrTiO_3, ZnO, WO_3, SnO_2, ZrO_2, 및 KTaO_3중 어느 하나, 혹은 어느 하나 이상을 조합하여 구성된 물질을 제공가능하며; 그러면, 상기 광촉매가 상기 자외선에 의해 활성화되어 상기 유해물질 분해성분인 OH라디컬을 생성한다. 상기 광촉매는, 상기 자외선 발광다이오드의 발광면 및 상기 필터 중 적어도 어느 일측에 분포시킬 수 있다.
이 때, 상기 자외선 발광다이오드는, 180㎚ 내지 450㎚의 파장을 가지는 자외선을 발산하는 것을 채용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 케이스에는, 상기 흡기구와 상기 배기구가 직교방향으로 마련되고, 상기 자외선 발광다이오드는 상기 케이스의 내벽면에 상기 배기구를 향해 일정한 간격을 두고 복수개로 정렬되어 있고, 상기 배기구의 내측에 상기 필터가 고정되며, 상기 필터의 상부에 상기 자외선 발광다이오드의 작동을 위한 전원을 공급하는 배터리수납부가 마련되도록 간단히 구성하는 것이 가능하다. 여기서, 상기 필터 및 상기 배터리를 교환시킬 수 있도록 상기 케이스에 일측에 개폐 가능한 커버를 설치하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 외부의 공기를 상기 흡기구를 통해 흡입시켜 상기 배기구를 통해 배출시키는 송풍팬을 더 포함시킬 수 있다.
그리고, 상기 케이스내의 공기유동로 상에 설치되는 집진수단으로 예를 들어, 전기집진기 혹은 헤파필터 등을 더 포함시키는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1실시 예에 따른 공기 정화 유니트의 사시도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 공기 정화 유니트(1)는, 흡기구(5)와 배기구(7)를 가지는 케이스(3) 내에 복수의 자외선 발광다이오드(13) 및 필터(19)가 내장되어 있다. 자외선 발광다이오드(13) 각각의 외면에는 광촉매(17)가 분포되어 있다.
케이스(3)는, 거의 직사각통 형상을 가지며, 도면상 상면과 전면에 각각 흡기구(5)와 배기구(7)가 형성되어 있다. 흡기구(5)와 배기구(7) 사이의 케이스(3) 상부에는, 배터리수납부(11)가 마련되어 있다. 이 배터리수납부(11)에 의해 구획된 케이스(3)의 내부에는 흡기구(5)와 배기구(7) 사이에 공기 유동로(10)가 마련된다. 배터리수납부(11)의 하부 즉, 배기구(7)의 개구면에는 필터(9)가 설치되어 있다.
이러한 직사각통 형상의 케이스(3)는, 그 일측 판면이 개폐 가능한 커버(9)가 결합될 수 있다. 사용자는 이 커버(9)를 간단히 개방시킨 상태에서, 배터리수납부(11)의 배터리(도시않음) 혹은 케이스(3)내부의 필터(19)를 용이하게 교체할 수 있다.
복수의 자외선 발광다이오드(13)는, 케이스(3)의 내벽면에 장착된다. 여기서, 복수의 자외선 발광다이오드(13)는 배기구(7)에 대향하는 케이스(3)의 내벽면에 그 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 마련하는 것이 바람직하다. 이들 자외선 발광다이오드(13)는 인쇄회로기판(15)에 고정되고, 인쇄회로기판(15)은 케이스(3)의 내면에 함몰된 부분에 수용되어 있다. 인쇄회로기판(15)은 배터리수납부(11)에 내장된 배터리로부터 전원을 공급받는 전선(도시않음)이 연결된다.
여기서, 각 자외선 발광다이오드(13)는 180㎚ 내지 450㎚ 의 파장을 가지는 자외선을 발산시키는 것으로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 복수의 자외선 발광다이오드(13)의 외면에는 각각 광촉매(17)가 분포되어 있다. 광촉매(17)를 분포시키는 방식은 도포 혹은 코팅시킴으로써 간단히 처리가능하다. 본 발명에서는, 광촉매(17)를 자외선 발광다이오드(13)의 외면에 분포시키는 것에 국한되지 아니하고, 케이스(3)의 내부면 즉, 공기유동로(10)의 내면에 분포시킬 수 있음도 물론이다.
광촉매(17)로 사용되는 물질은 이산화티타늄(TiO_2)일 수 있으며, 이외에 SrTiO_3, ZnO, WO_3, SnO_2, ZrO_2, 혹은 KTaO_3등을 사용 가능하다. 그리고, 이들 TiO_2, SrTiO_3, ZnO, WO_3, SnO_2, ZrO_2, 및 KTaO_3중 적어도 두 개 이상을 조합하여 구성할 수 있음도 물론이다. 이하에서는, 설명 및 이해를 용이하게 하기 위하여, 이산화티타늄을 예로 설명한다.
한편, 필터(19)는 배기구(7)의 내측에 공기의 유동방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍으로 마련할 수 있다. 필터(19)는 공기에 포함된 이물질을 필터링시키는 역할을 수행한다. 이러한 필터(19)는 일반적인 다공성 재질의 필터를 사용할 수 있으며, 한편, 상술한 광촉매(17) 물질이 도포되거나 또는 광촉매(17) 물질이 포함되어 있는 필터가 사용될 수도 있다.
필터(19)에 광촉매(17) 물질이 포함되는 경우에는, 자세히 후술하는 바와 마찬가지로, 자외선 발광 다이오드(13)에서 조사되는 광 또는 자연 광에 포함되어 있는 자외선에 의하여 양공이 활성화되고, OH라디칼이 생성된다. OH라디컬은 필터(19)를 통과하거나 그 상류측에서 공기중에 포함된 유기물을 분해시킨다. 이에 의해, 공기의 정화 특히, 항균 및 탈취가 이루어짐으로서, 배기구(7)를 통해 청정한 공기가 배출되어 위생적인 상태를 유지할 수 있는 것이다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 작용에 대하여, 공기 정화 유니트(1)를 냉장고의 내부에 적용한 예로서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 공기 정화 유니트(1)는 냉장고(도시생략)의 내부에 냉기가 나오는 부분에 배치시킨다. 이 때, 케이스(1)의 흡기구(5)가 냉장고의 냉기가 나오는 방향을 향하도록 배치하는 것이 바람직하다. 그러면, 냉장고의 내부에는 통상적으로 냉기를 순환시키는 냉각팬이 설치되어 있어서, 이러한 냉각팬의 송풍으로 케이스(3)의 내부로 냉장고내의 냉기가 유입된다. 케이스(3)의 내부로 유입된 공기는 그 공기유동로(10)를 따라 유동하여 필터(9)를 거쳐 외부로 배출된다.
이러한 공기의 유동 중에 자외선 발광다이오드(13)는, 배터리에서 공급되는 전원에 의해 발광하고 있다. 본 발명의 공기 정화 유니트(1)에는, 예를 들어, 자외선 발광다이오드(13)의 작동을 온오프 제어하는 콘트롤부(도시않음)를 포함시킬 수 있다. 발광하는 자외선 발광다이오드(13)에서는 180㎚ 내지 450㎚ 의 파장을 가지는 자외선이 발산된다. 그러면, 광촉매(17)는, 도 2에서 구체적으로 볼 수 있는 바와 같이, 발산되는 자외선에 의하여 활성화되면서 공유 띠(valance band)에서 전도 띠(conduction band)로 전자여기(electron excitation)를 일으킨다. 이 때, 공유 띠에서는 정공(hole, 혹은 양공)이 생성되고, 전도 띠에서는 전자(electron)가 생성된다.
한편, 자외선 발광다이오드(13)의 발광시 공기유동로(10)를 따라 유동하는 공기중의 산소(O_2)는, 전도띠에 형성된 전자의 억셉터(Acceptor)로 작용하고, 이에 의해 O_2 ^-가 형성된다. 한편, 공기중의 H_2 O는 전자도우너로 작용하여, 이에 의해, OH^- 와 H^+ 가 형성된다. 그리고, 이렇게 형성된 O_2 ^-와 OH^-는 공기중에 포함된 유기성분을 산화시켜, CO_2, H_2 O, 혹은 HCl등을 형성한다. 다시 말하면, 180nm 내지 450nm 의 자외선 파장을 광촉매(17)에 조사하면, 냉장고의 내부에 존재하던 유기성분은 물과 이산화탄소로 산화되어 냄새가 제거되는 것이다.
한편, 광촉매(17)를 케이스(3)의 내벽에 도포 또는 부착시킨 경우, 또는 냉장고 등의 가전제품의 내벽에 도포시킨 경우에도, 광촉매(17)에 자외선(UV)이 조사되면 케이스(3)혹은 냉장의 내벽면에 OH라디컬이 형성된다. 이러한 OH라디컬은 친수성을 가지므로, 냉장고 등의 가전제품의 내벽 면에 수분이 맺히는 것이 방지된다(도 3 참조). 이러한 현상은 냉장고 등의 가전제품 내부에 김이 서리는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해, 동결현상을 현저하게 줄일 수 있는 것이다. 이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 비교적 적은 에너지로도 냉장고 내부의 온도를 사용자가 설정한 온도로 균일하고 쾌적하게 유지시킬 수 있어서, 전력효율을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
상술에서는, 본 공기 정화 유니트(1)를 냉장고에 적용시킨 예에 대해서 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 냉장고와 유사한 기능을 가지는 다양한 가전제품 등에 폭 넓게 사용될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 공기 정화 유니트의 사시도이다. 본 제 2실시 예의 공기 정화 유니트(21)는, 도 1과 관련하여 상술한 제 1실시 예와 유사하며, 이에 제1 실시 예와 비교하여 상이한 점만을 설명한다. 도면을 참조하면, 본 실시예의 공기 정화기(21)는, 케이스(1)의 흡기구(5)에 송풍팬(25)이 설치되어 있다. 송풍팬(25)은 외부의 공기를 케이스(3) 내부 공간으로 강제 인입되도록 한다. 따라서 내부로 유입된 공기는 공기유동로(10)를 거쳐 필터(19)를 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 공기가 유동하는 과정에서, 자외선 발광다이오드(13) 및 광촉매(17)의 작용은 상술한 바와 동일하다. 즉, 활성화된 광촉매(17)는 OH라디컬을 형성하고 이에 의해, 공기중에 포함된 유기성분이 분해되어 실내공기는 항균, 살균, 방오, 및 탈취되는 것이다. 이 후, 유기성분이 분해된 공기에 포함된 이물질들은 필터(19)를 통과하며 필터링되고, 실내에는 정화되어 쾌적한 공기가 배출된다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 공기정화유니트의 개략적 종단면도이다. 본 제 3실시예의 공기 정화 유니트(31)는, 도면을 참조하면, 공기가 인입되는 부분의 케이스(3) 내부에 전기 집진기(51), 통상의 헤파 필터(53, High Efficiency Particular Air Filter), 및 광촉매 물질이 포함되어 있는 광촉매 필터(55)가 순차적으로 배치되어 있다. 그리고, 자외선 발광 다이오드(13) 및 송풍팬(25)이 설치되어 있음은 상술한 제 2실시 예와 동일하다. 송풍팬(25)은 공기를 케이스(3) 내로 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 배출구(7) 측에 설치 가능하다. 여기서, 송풍팬(25)의 설치 위치는 케이스(3) 내의 배출구(7) 측에 설치되는 것이 한정되는 것은 아니며, 흡기구(5)에 인접하게 설치할 수도 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 공기 정화 유니트(31)의 작용은, 제 2실시 예와 유사하다. 하지만, 케이스(3) 내부로 인입되는 공기에 포함된 먼지가 전기집진기(51)를 통과하면서 걸러진 후, 헤파 필터(53)를 통과하면서 다시 미세 먼지가 걸러진다. 그런 다음, 광촉매 필터(55)를 거치면서 공기 속에 포함되어 있는 유기성분이 상술한 제 1 및 제 2실시 예(1, 21)에서 설명한 바와 같은 광촉매 반응에 의하여 제거된 후, 케이스(3) 외부로 배출된다(도 5의 점선 화살표 방향). 이러한 본 발명의 제 3실시 예(31)에 따른 공기 정화 유니트(31)는, 상술한 실시 예들보다 더욱 효과적인 공기정화기능을 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가정, 사무실, 작업장, 및 차량등의 내부에 설치되어, 적은 소비전력으로 공기에 포함된 먼지, 가스, 및 악취등을 제거하는 동시에 항균, 살균, 방오기능까지 수행하여 실내를 청결하게 유지시킬 수 있는 공기 정화 유니트가 제공된다.
본 공기 정화 유니트는, 컴팩트하고 소형으로 제작가능하고, 예를 들어 냉장고등의 가전제품에도 적용하여 그 제품에 대한 사용자의 만족도를 높일 수 있는 우수한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기 정화 유니트의 사시도로, 커버를 개방시킨 상태의 도면,
도 2는 본 공기 정화 유니트를 사용하여 공기 중에 포함된 유해성분을 제거하는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 공기 정화 유니트에 의한 김서림 방지기능의 작동원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 정화 유니트의 사시도로, 역시 커버를 개방시킨 상태의 도면, 및
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기 정화 유니트의 개략적 종단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 공기 정화 유니트 3 : 케이스 5 : 흡기구 7 : 배기구
13 : 자외선 발광 다이오드 17 : 광촉매 19 : 필터
Claims (8)
- 흡기구와 배기구, 및 상기 흡기구로부터 상기 배기구를 향한 공기 유동로를 구비하는 케이스;상기 공기 유동로 상에 설치되어, 자외선을 발사시키는 적어도 하나의 자외선 발광다이오드;상기 케이스 내에서 상기 자외선 발광다이오드에 발산되는 자외선에 의해 활성화되어, 상기 공기 유동로를 따라 유동하는 공기에 포함된 유해성분을 제거하는 물질을 생성하는 광촉매; 및상기 케이스의 상기 흡기구 및 상기 배기구 중 어느 일측에 인접하게 내장된 필터;를 포함하되,상기 케이스에는 상기 흡기구와 상기 배기구가 직교방향으로 마련되고,상기 자외선 발광다이오드는 상기 케이스의 내벽면에 상기 배기구를 향해 일정한 간격을 두고 복수개로 정렬되어 있고,상기 배기구의 내측에 상기 필터가 고정되며,상기 케이스의 내부에 상기 자외선 발광다이오드의 작동을 위한 전원을 공급하는 배터리 수납부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
- 제 1항에 있어서, 상기 광촉매는,TiO_2, SrTiO_3, ZnO, WO_3, SnO_2, ZrO_2, 및 KTaO_3중 어느 하나, 혹은 어느 하나 이상을 조합하여 구성된 물질로;상기 자외선에 의해 활성화되어 상기 유해물질 분해성분인 OH라디컬을 생성하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
- 제 1항에 있어서, 상기 광촉매는,상기 자외선 발광다이오드의 발광면 및 상기 필터 중 적어도 어느 일측에 분포되는 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
- 제 1항에 있어서,상기 자외선 발광다이오드는, 180㎚ 내지 450㎚의 파장을 가지는 자외선을 발산하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 필터 및 상기 배터리를 교환시킬 수 있도록 상기 케이스의 일측에 개폐가능한 커버가 설치된 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
- 제 1항에 있어서,외부의 공기를 상기 흡기구를 통해 흡입시켜 상기 배기구를 통해 배출시키는 송풍팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
- 제 1항에 있어서,상기 케이스내의 공기유동로 상에 설치되는 집진수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 유니트.
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