KR100604643B1 - 복합 공기 청정기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광촉매반응장치와 물을 이용한 공기 청정기에 관한 것으로, 상세히는 광촉매 표면을 주기적으로 세척할 수 있는 세척장치가 포함되도록 구성하여 공기정화 효율을 높이고 정화능력을 지속적으로 유지하며, 더 나아가 광촉매와 병행하여 워터 필터에 의한 공기 세척에 의해 미세 먼지 등의 유해 요소를 분리 제거할 수 있도록 하고, 실내 공기의 흡입과 배출방향을 조건에 따라 가변할 수 있도록 하며, 공기 청정기의 가동시 상층에 정체된 공기를 승강형 팬을 사용하여 확산 순환시킬 수 있도록 한 복합 공기청정기에 관한 것이다.
광촉매, 광촉매 세척, 워터 필터
Description
도 1은 본 발명에 의한 공기 청정기의 분해 구성도
도 2는 본 발명의 결합된 상태를 보인 단면도
도 3은 광촉매반응 시스템의 구조를 도시한 평면 상태도
도 4 및 도 5는 살수장치의 구조도
도 6은 환수장치의 상세 구조도
도 7은 벤츄리관의 구조도
도8은 용제 투입장치의 구조도
*.주요부호의 설명
10.케이스 11.기본프레임 12.커버
20.유로 21.흡입구 22.배출구
30.팬 31.모터 32.날개
40.광촉매 공기정화 시스템 41.광촉매판 42.스페이스
44.UV램프 50.세척장치 51.급수조
52.살수기 53.급수관 54.펌프
55.보충수공급장치 56.배수장치 60.환수장치
61.집수조 62.침전조 63.오리피스
64.배수조 65.슬러지배출함 66.그물망
67.체인 68.발전기 80.벤츄리관
81.공간 82.구멍 90.용제 투입장치
91.용기 92.배출구 93.도관
94.미세조절밸브 95.전자제어밸브
본 발명은 광촉매반응장치와 물을 이용한 공기 청정기에 관한 것으로, 상세히는 광촉매 표면을 주기적으로 세척할 수 있는 세척장치가 포함되도록 구성하여 공기정화 효율을 높이고 정화능력을 지속적으로 유지하며, 더 나아가 광촉매와 병행하여 물에 의한 공기 세척에 의해 미세 먼지 등의 유해 요소를 분리 제거할 수 있도록 한 복합 공기청정기에 관한 것이다.
깨끗한 공기, 균일한 온도 및 적정한 습도는 실내환경의 질을 결정하는 주요한 요소이나 산업화, 도시화로 인해 실내 또는 폐쇄된 공간에는 다양한 형태의 유해물질이 포함되어 있으며, 많은 사람들은 이들 유해물질에 노출된 상태로 시간을 보냄으로서 건강의 위협을 받고 있다.
예를 들면, 공기를 통해 전파되는 감염성 미생물( 포도상황색구균, 레지오넬라균, 결핵균, 아프퍼질러스, 인풀루렌자, 소아마비균, 구제역등), 유기오염물질( 연소화합물, 페놀화합물, 환경호르몬 등), 대기오염물질( 자동차배기가스, 소각로에서 배출되는 질소산화물, 황산화물, 다이옥신등), 유해악취가스( 포름알데히드, 아세트알데히드, 카시린, 톨루엔, 스틸렌등) 등이 실내공기에 포함되어 있으며, 이들은 인체에 축적되거나 직접적으로 영향을 미쳐 면역성을 약화시키고, 만성기관지염, 폐기능손상 등을 야기하는 등 각종 질환의 원인이 되고, 각종 전염성 질환을 일으키며, 생명을 직접적으로 위협하는 요인이 되고 있다.
이와 같은 유해한 환경으로부터 벗어나기 위해서는 실내공기를 다양한 방법으로 정화 처리하고 있으나 기존의 공기정화 방식은 사용상 또는 기능상 많은 문제점을 내포하고 있다.
공기청정방식 중 필터를 사용하는 방식은 가장 일반적으로 사용되는 공기 청정 방식으로 부직포로 된 필터를 사용하여 공기중의 미세 먼지류, 곰팡이, 바이러스를 걸러 내는 방식이며, 최근에는 헤파필터(HEPA FILTER)나 울파필터(ULPA FILTER)등의 초고성능 필터를 사용하여 집진 효율을 99.9%이상 향상시킨 제품이 생산되고 있으나 정화된 공기의 신선도가 떨어지고, 주기적으로 필터를 교체하여야 하는 등 유지관리 비용이 증대되고, 사용시간이 경과할 수록 집진 성능이 저하되며, 필터를 통과하는 과정에서 소음이 발생하는 등의 단점이 있다.
다음으로, 전기집진방식은 방전원리에 의해 강력한 집진력을 갖는 접지판으로 오염된 공기를 정화하는 방식으로 필터 방식보다 미세 먼지의 집진능력이 우수 한 장점이 있으나 주기적인 청소에 의해 접지판을 깨끗이 유지시켜야 함으로 일반 가정에서 사용하는 공기청정방식으로 효과적이지 못하다.
물을 이용한 방식은 팬으로 흡입한 공기를 물에 강제로 접촉시켜 오염물질을 걸러내는 방식으로 큰 먼지부터 미세 분진까지 매우 효과적으로 걸러내고, 사용된 물이 실내의 상대습도를 조절하는 기능이 있다. 그러나, 사용된 물의 수질을 지속적으로 관리하지 않으면 세균이나 바이러스가 증식됨으로 살균세척수를 사용하여야 하는 단점이 있다.
자외선을 이용하는 방식은 자외선의 여러 파장중 253.7nm의 자외선이 갖는 강력한 살균력을 이용하여 미생물이나 세균, 곰팡이류의 DNA구조를 파괴하여 살균이 이루어지도록 하는 방식으로 빛이 조사되는 동안 살균이 가능하며, 약품이나 고열에 의한 살균방법 보다 작용이 빠르고 잔류물질이 없다는 장점이 있다. 그러나, 자외선에 의한 살균효과는 자외선의 조사량( w.min/㎠)에 영향을 받고, 세균에 따라 생잔률이 다른 특징을 갖기 때문에 강제적으로 흐르는 공기에 포함된 각종 세균이 자외선에 순간적으로 노출되더라도 그 조사량은 극히 미미한 수준이기 때문에 기대되는 살균효과를 얻을 수 없다. 따라서, 공기 청정기류에 단독으로 사용되지 않고, 필터나 물의 살균 또는 광촉매산화반응을 유도하기 위한 목적으로 활용되는 한계가 있다.
음이온이나 오존을 이용한 공기청정기는 주로 6000V-12000V의 고압을 발생시켜 방전에 의해 생성시킨 음이온과 오존을 이용하며, 음이온은 신선하고 상쾌한 느낌을 갖게 하나 공기 중에 확산되기 전에 소멸되어 버리는 특성이 있고, 음이온 생 성시 필연적으로 오존을 함께 생성하고, 오존은 세포막을 파괴하는 특성이 있기 때문에 사용에 따른 충분한 주의가 요구된다.
광촉매를 이용한 공기 청정방식은 광촉매로 주로 사용하는 이산화 티탄( TiO2 )의 강력한 살균.산화반응을 이용한 것이며, 나노미터 크기의 이산화티탄( TiO2 ) 결정에 380nm 이하의 자외선을 쪼이면 분자 내에서 산화 환원반응 및 친수성 반응이 동시에 이루어지며, 광촉매 표면에서는 절대온도 30,000˚K에서 소각하는 것과 같은 효과를 발휘하여 아세트알데히드, 카시린,툴루엔, 스틸렌등과 같은 유기휘발성 화합물(VOCs), 라돈가스, 포름알데히드등 건축물에서 발생하는 유해물질, 황화수소, 암모니아 같은 악취가스, 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)와 같은 대기 오염물질을 산화 분해하고, 기타 트리클로로에틸렌 (Trichloroethylene) 등의 유기 염소화합물, 페놀(Phenol) 화합물, 폴리염화비닐(PCB), 환경호로몬(Bisphenol, Nonylphenol, Estradiol), Dioxin아세트알데히드, 카시린, 톨루엔, 스틸렌 황화수소, 메틸메루카프탄, 유화메틸, 트리메틸아민, 이소길초산, 암모니아를 산화 분해하며, 박테리아, 세균 등 미생물에 대해서도 강력한 살균력으로 분해하여 CO2와 H2O로 산화시키고, 그 독성물질까지 제거하는 강력한 공기 정화 효과를 발휘하는 특성을 갖는다.
이와 같은 광촉매의 강력한 살균.산화반응을 이용하는 공기청정기는 그 광촉매작용이 기재에 코팅된 광촉매 표면에서 이루어지기 때문에 공기와의 접촉면이 크고, 표면이 깨끗이 유지될 수록 처리능력은 증대되고, 이산화티탄의 band-gab energy(Eg)에 해당하는 빛 에너지를 충분하게 조사시켜 줌으로서 처리능력이 향상된다.
또한, 광촉매에 의한 살균.산화반응은 광촉매 표면에서의 접촉에 의해 이루어지기 때문에 광촉매 표면의 청결상태가 공기 정화 효율을 결정하는 요소가 되며, 광촉매는 자외선의 흡수에 의해 초친수성을 갖기 때문에 일단 수분과 접촉하면 광촉매의 표면에 수막이 형성되어 이물질을 제거할 수 있는 자정작용이 수행되나 다른 한편으로 수막은 광촉매와 공기(오염물질)의 접촉을 막아 정화효율을 감소시키게 된다.
이때 오염물질의 산화 과정에서 발생하는 물은 극히 미세한 양이고, 반응과 동시에 수증기 형태로 증발됨으로서 자정작용에 이용되지 못한다.
이론상 촉매는 화학반응을 일으켜도 자기 자신은 변화하지 않으므로 수명이 영구적이지만 실제는 화학반응의 장소인 촉매 표면이 오염됨으로 촉매로서의 활성이 저하되는 특성이 있으며, 이를 해결하기 위해서는 표면을 세정하여 재생해 주는 프로그램이 수반되어야 한다.
예를 들면, 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)등의 알칼리류에 속하는 이온이 표면에 흡착하여 퇴적되는 경향이 있고, 광촉매 표면에 유기물의 부착으로 오염되는 경우라면 광촉매 반응으로 분해하는 것은 염려 없지만 무기물에 의한 오염의 경우에는 광촉매반응에 의해 분해되지 않음으로 표면에 남게 된다.
광촉매에 의한 공기정화는 이와 같은 광촉매의 특성을 충분히 반영함으로서 효율적인 정화 효과를 거둘 수 있으나 기존에 제시되고 있는 다양한 형태의 제품은 이와 같은 광촉매의 특성을 충분히 반영하지 못하여 결과적으로 공기청정능력을 스스로 제한하는 문제점이 있었다.
특히, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)등은 산화과정에서 저농도의 질산이나 황산으로 변하여 광촉매 표면에 남아서 투막을 형성하여 광촉매 작용을 저하시키므로 정기적으로 세척하여 표면의 투막을 제거할 필요가 있다. 기존의 광촉매를 이용한 공기 정화기에서는 광촉매 필터를 본체에서 분리하여 1년에 1번 정도 물로 세척하는 방법으로 이러한 문제를 해결할 수 있다고 하고 있으나 소비자가 이를 시행하기에는 매우 까다롭고 번거로우며, 환경에 따라서는 단시간 내에 오염될 수가 있어서 실제는 오염된 상태로 장기간 사용함으로서 지속적인 촉매 효과를 기대하기 어렵다.
한편, 광촉매를 이용한 공기청정기에 관련하여 기 제시된 기술중 대한민국 특허공개 2003-0048989는 중심에 자외선 램프를 배치하고 이를 감싸는 형태로 광촉매필터를 배치한 구조로서 여러 종류의 필터와 전기집진장치를 함께 구성하여 전기집진장치를 통과한 공기가 광촉매필터와 항균 및 탄소필터를 거치도록 함으로서 공기 청정효과를 얻을 수 있도록 한 것이다. 이 구조는 광촉매 필터와 전기집진장치, 기타 필터가 함께 작용하도록 구성됨으로서 광촉매가 보조적인 기능을 수행하도록 구성되어 있으나 광촉매필터조립체를 구성하는 광촉매의 기재(己材)가 필터로 이루어져 있어 자외선의 흡수 사각지대가 발생하여 전면에서의 광촉매반응을 유도할 수 없는 한계가 있고, 산화 반응시 광촉매 필터 표면에 부착된 찌꺼기를 제거하기 위해 주기적으로 필터를 분리하여 세척하거나 교체하여야 하며, 필터의 교체 및 세척 등의 관리가 사용자 수준에서 곤란하기 때문에 주기적인 외부 관리에 의존하여야 함으로 유지 관리비용이 증대되는 단점이 있다.
대한민국 특허공개 2004-0014028호는 광촉매 적층통과 광촉매 적층팬을 회전시키고, 여러 개의 자외선 램프를 그 주위에 배치한 구조로서 여러 형태의 기재에 광촉매를 적층시킴으로서 광촉매와 공기와의 접촉면을 증대시켰으나 다수의 자외선 램프를 사용함으로서 전력소비가 높아지고, 산화 반응시 광촉매 필터 표면에 부착된 찌꺼기를 제거하기 위해 주기적으로 광촉매 적층판을 청소해 주어야 하는 문제점이 있다.
대한민국 특허등록10-0235088호는 산화티타늄을 처리한 유리구슬들을 산화티타늄 처리한 필터 위에 재치 시키고, 각 유리구술 및 필터를 수조 내에 일부가 침적되도록 설치하고, 유입된 물에 자외선이 조사되도록 하여 흡입된 공기를 유리구슬, 필터 및 물에 접촉되도록 한 구조이다. 상기 구조는 공기와 물을 접촉시켜 공기를 씻어내는 방법으로 공기를 정화하고, 광촉매의 작용에 의해 수조내 물의 탈취 및 자정능력을 갖는 것으로 설명되어 있으나 전술한 바와 같이 물에 접촉한 광촉매는 초친수성에 의해 표면에 수막을 형성하여 오염물질의 산화반응을 제한하는 특성이 있기 때문에 광촉매의 산화반응에 의한 자정능력이 오히려 제한되며, 오히려 수조내의 물은 자외선 램프에 의해 조사된 자외선에 의해 정화되고 오염이 억제되었다고 봄이 타당한 것으로 광촉매의 효과를 거의 기대할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 공기 청정기를 구성함에 있어서, 광촉매 필터나 광촉매판을 탈착 시킬 필요 없이 설치된 상태에서 세정이 가능하도록 구성하고, 수시로 세척할 수 있게 구성하여 표면에 오염물질이 쌓이거나 굳어지지 않고 항상 최적의 광촉매 살균.산화반응을 유도할 수 있도록 할 목적으로 안출된 것이다.
또한, 본 발명은 광촉매판과 UV램프로 이루어지는 광촉매 공기 정화 시스템 구조를 개선하여 광촉매의 효율을 증대시키고, 광촉매 공기 정화 시스템 뿐만 아니라 물로 공기를 세척하는 방식을 제시 할 목적을 갖는다.
또한, 본 발명은 은나노와 같은 유익한 용제를 지속적으로 투입할 수 있는 투입장치를 아울러 제시할 목적을 갖는다.
이를 위하여 본 발명은 광촉매 공기 정화 시스템의 광촉매반응에 의해 공기에 포함된 유해물질을 살균. 산화시킴으로서 공기정화를 행하는 공기청정기에 있어서, 상기 광촉매 공기 정화 시스템의 광촉매 표면에 물을 분사시켜 광촉매 표면을 세척할 수 있도록 한 구조의 복합 공기청정기를 제시한다.
광촉매 공기 정화 시스템은 나노크기의 이산화티탄을 기재 표면에 코팅하여서 된 다수의 광촉매판과 상기 광촉매판에 이산화티탄의 band-gab energy(Eg)에 해당하는 빛 에너지를 조사시켜 주는 UV램프가 결합되는 구조를 갖는다.
상기한 광촉매판은 공기가 유로를 통행하는 과정에서 접촉이 이루어지도록 유로와 나란하며 각 광촉매판이 일정한 간격을 갖도록 설치된다. 또한, 각 광촉매 판은 자외선 램프에 의한 자외선이 사각(死角) 없이 흡수되도록 각각의 광촉매판 상부에 UV램프가 설치된다.
세척장치는 광촉매 표면에 물을 뿌린 상태에서 자외선을 가하면 상기 물이 작은 접촉각을 갖고 넓게 퍼짐으로서 표면의 이물질을 밀어내는 광촉매의 초친수성과 자정능력을 이용하고, 적당한 수압의 물에 의해 광촉매 산화분해반응 과정에서 표면에 부착되는 이물질 또는 각종 무기물질을 씻어 내어 항상 최적의 상태에서 공기청정 성능을 유지할 수 있도록 하는 작용, 흡입한 공기를 물로 씻어내 미세 부유물질등을 효과적으로 제거하고 신선하고 정화된 공기를 제공하는 작용을 위한 것이다.
상기 세척장치는 일정한 수위가 유지되도록 케이스 하부에 설치되는 급수조와, 광촉매판 상부에 설치되는 살수기와, 급수조와 살수기를 연결하는 급수관과, 급수관 상에 설치되는 펌프와, 외부 수도관에 연결되어 급수조에 보충수를 공급해주는 보충수 공급장치로 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 세척장치에 의해 사용된 물을 회수하여 정화후 재활용할 수 있는 다단계의 정화수단과, 물의 회수과정에서 발생하는 소음을 완화 제거하기 위한 소음완화수단이 포함된다.
급수장치는 소실된 물을 공급하기 위한 장치로 급수조에 필요한 량만큼 채워넣는 방식으로 구성될 수 있고, 외부의 수도관에 직접 연결하여 수위센서에 의해 감지되는 수위 정보에 따라 지속적으로 공급해 주는 구조로 실시 될 수 있다.
상기한 세척장치는 광촉매반응에 의해 오염물질을 분해 제거하는 과정을 종 료한 후 자동 또는 수동으로 적정 시간동안 작동하도록 운영될 수 있고, 광촉매반응과 독립해서 지속적으로 작동되게 함으로서 공기를 지속적으로 세척하는 방식으로 운영될 수 있다.
본 발명은 실내 공기를 유로상에 흡입하고 배출하기 위한 팬을 모터의 정역회전에 따라 흡입 및 배출방향을 조절할 수 있도록 구성하여 봄/여름/가을/겨울과 같이 계절별로, 밤/낮과 같이 주야 시간대 별로 공기의 순환 형태를 달리하도록 프로그램 할 수 있게 하고, 공기, 온도, 습도, 빛 또는 대류 등의 제반 요소를 고려하여 최적의 운전모드로 실행할 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명은 공기의 흐름에 따른 유속의 차이를 이용하여 산소나 향 또는 음이온 등의 유용한 요소를 실내에 효과적으로 확산시킬 수 있도록 구성되고, 은나노 용제 등을 지속적으로 투입할 수 있는 용제 투입장치가 아울러 제시된다.
이하 첨부된 도면에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 구성을 도시하기 위한 분해 구성도이고, 도2는 조립 상태의 단면 구성을 도시한 것으로, 본 발명은 박스형상의 케이스(10)와, 상기 케이스 내에 형성되는 유로(20)와, 유로상에 설치되어 실내공기를 유로로 흡입하는 팬(30)과, 유로상에 설치되어 흡입한 공기와 접촉하면서 광촉매반응에 의해 공기를 정화하는 광촉매 공기 정화 시스템(40)과, 상기 광촉매 공기 정화시스템을 세척하기 위한 세척장치(50)와 세척에 사용된 물을 회수하여 재활용 하는 환수장치(60)가 구비된다.
케이스(10)는 내부의 기본프레임(11)과 이를 덮는 커버(12)로 이루어지고, 케이스 내에는 유로가 형성되며, 유로(20)는 실내공기를 흡입하는 흡입구(21)와 흡입된 공기를 배출하는 배출구(22)가 형성된다.
팬(30)은 정회전 및 역회전이 가능한 모터(31)와 회전방향에 따라 흡입과 배출 방향이 바뀌는 구조의 날개(32)가 사용되어 프로그램에 따라 실내공기의 흡입 또는 배출 방향을 달리 할 수 있도록 구성된다. 즉, 모터의 회전 방향에 따라 흡입구(21)를 통하여 청정화된 공기를 배출하고, 배출구(22)를 통하여 실내공기를 흡입할 수 있게 구성된다.
상기한 팬의 구조에 의해 실내 상층의 공기를 하층으로 순환시킬 경우에는 흡입구를 통하여 실내공기를 흡입하여 배출구(22)를 통하여 배출되도록 하는 순 방향 공기 청정 제어가 가능하고, 이와 반대로 하층의 공기를 상층으로 순환시킬 경우에는 배출구(22)를 통하여 실내공기를 흡입하여 흡입구(21)를 통하여 배출되도록 팬의 회전 방향을 제어하는 역 방향 공기 청정 제어가 가능해 진다.
광촉매 공기 정화 시스템(40)은 도3에 도시된 바와 같이, 판 형상의 기재에 이산화티탄이 코팅된 광촉매판(41)이 일정한 간격이 유지되도록 스페이스(42)를 사이에 두고 유로와 나란하게 적층 형성되고, 각 광촉매판의 상부에 광촉매판과 직각을 이루도록 UV램프(44)가 설치된 구조를 갖는다. 광촉매판(41)을 구성하는 기재는 금속판, 합성수지판 또는 도자기 등이 제한 없이 사용되어 진다.
공기 청정기의 구조상 청정화된 공기는 공기청정기의 여러 방향에서 배출되어 실내로 확산되도록 함이 바람직하며, 이를 위하여 동일 유로상에 광촉매판을 종군(縱群) 과 횡군(橫群)으로 나누어 배치한 구성으로 실시된다. 또한, 광촉매판은 끝 부분을 절곡하여 상기 절곡부(41a)가 배출구 측으로 향하도록 구성되며, 이와 같은 구성에 의해 풍향이 배출구 측으로 향하고, 세척수가 튀겨 나가는 것이 방지되며, UV램프에 의해 조사되는 빛이 외부로 빠져나가는 것이 방지되어 효율적인 광촉매반응을 유도할 수 있고 시력을 보호하게 된다.
UV램프(44)는 광촉매판을 관통하도록 설치할 수 있으나 광촉매판의 상부에 각 광촉매판을 가로지르는 방향으로 설치하는 것이 바람직하며, 이와 같이 함으로서 물과 비접촉상태를 유지하여 물에 의해 램프가 냉각되거나 물때에 의해 효율이 저하되는 것이 방지되고, 상부에서 전체적으로 비추어 줌으로서 광촉매판에의 조사범위가 확대되는 효과를 갖는다.
상기한 구성에 의한 광촉매 공기 정화 시스템은 각각의 광촉매판이 판 구조로서 유로와 나란하여 흡입된 공기가 유로를 통과하는 과정에서 기존의 필터형 촉매판 등에 비해 접촉시간이 길어지고, 접촉면이 현저히 증대되어 광촉매반응이 촉진되고 보다 지속되는 특징을 갖게 되며, 흡입된 공기가 유로를 자연스럽게 흐르기 때문에 소음이 작은 특징을 갖는다.
또한, 유로상에 일정한 간격으로 균일하게 배열된 광촉매판에 공기의 접촉이 이루어지고, 광촉매판의 상부에서 UV램프로부터 자외선이 조사됨으로서 적은 수의 UV램프에 의해서도 효율적인 조사가 가능하고, 충분한 조사량을 확보할 수 있어 저 전력에 의한 고 효율의 공기청정능력을 발휘할 수 있게 된다.
광촉매판 표면이 UV램프로부터 조사된 자외선을 흡수함으로서 광촉매 표면에서는 절대온도 30,000˚K에서 소각하는 것과 같은 효과를 발휘하여 아세트알데히 드, 카시린,툴루엔, 스틸렌등과 같은 유기휘발성 화합물(VOCs), 라돈가스, 포름알데히드등 건축물에서 발생하는 유해물질, 황화수소, 암모니아 같은 악취가스, 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)와 같은 대기 오염물질을 산화 분해하고, 포도상황색구균, 레지오넬라균, 결핵균등의 세균류, 아프퍼질러스등의 유독성 곰팡이류, 인프렌자,소아마비, 구제역등의 바이러스류 등 공기를 통해 전파되는 감염성 미생물도 강력한 살균작용에 의해 CO2와 H2O로 분해시키고, 그 독성물질까지 제거함으로서 실내공기에 포함된 각종 유해물질을 정화 처리하여 청정화시킨다.
본 발명에 의한 세척장치(50)는 광촉매판의 세척과, 공기의 세척 및 습도조절기능을 위해 제공된다.
광촉매판의 세척은 광촉매에 물을 접촉시킨 상태에서 자외선을 가하면 상기 물이 작은 접촉각을 갖고 광촉매 표면에 넓게 퍼짐으로서 표면에 부착된 이물질을 밀어내는 광촉매의 초친수성과 자정능력에 의해 광촉매판이 세척되도록 하는 기능이며, 공기의 세척은 흡입한 공기를 물에 접촉시켜 줌으로서 공기에 포함된 각종 미세 부유물질을 걸러내는 기능이며, 습도조절기능은 물의 순환과정에서 광촉매반응판에 의한 넓은 면적의 수막이 이루어지고 팬의 풍량에 의해 실내의 상대 습도에 따라 자연 기화됨으로서 40~60% 정도의 적정 실내 습도를 유지할 수 있도록 하는 기능이다.
상기 세척장치(50)는 일정한 수위가 유지되도록 케이스 하부에 설치되는 급수조(51)와, 광촉매판 상부에 설치되는 살수기(52)와, 급수조와 살수기를 연결하는 급수관(53)과, 급수관 상에 설치되는 펌프(54)와, 외부 수도관에 연결되어 급수조에 보충수를 공급해주는 보충수공급장치(55)로 이루어진다.
도 4 및 도5는 본 발명에 의한 세척장치의 실시례를 도시한 것으로, 급수조(51)는 상부가 개방된 구조의 통형으로 케이스의 최 하측에 설치된다. 살수기(52)는 급수조내의 물을 퍼 올려 상부의 광촉매판에 뿌려줌으로서 공기와 광촉매판의 세정과 습도조절 및 이물질을 회수하는 작용을 위한 것으로 급수관(53)과 연결되는 주관(主管,52a)과, 각 광촉매판 사이로 배치된 세관(細管,52b)으로 이루어져 각각의 세관이 주관에 연결되어 망을 형성하며, 각 세관에는 양측 광촉매판(41)과 직각을 이루도록 일정 간격으로 분사노즐(52c)이 형성되는 구조를 갖는다. 상기 분사노즐은 분사량이 일정하도록 하기 위해 주관으로부터 거리에 따라 노즐의 구멍 크기를 다르게 한 구조를 갖는다. 급수관(53)은 급수조(51)와 살수기(52)를 연결하는 관으로 급수관 중간에는 펌프(54)가 설치된다. 보충수공급장치(55)는 급수조의 수위를 일정하게 유지시키기 위하여 외부 수도관(55a)과 연결되어 내부의 수위감지센서(55b)에 의해 감지되는 수위정보에 따라 급수변(55c)을 개폐시킴으로서 수도관으로부터 보충수가 공급되는 구조를 갖는다.
상기한 세척장치의 작동은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 주로 광촉매판에 의한 광촉매반응 후 주기적으로 광촉매판을 세척하는 경우, 흡입된 공기를 물로 세척하는 경우, 또는 전체 장치의 종료시 사용될 수 있다.
광촉매판의 세척은 광촉매 반응종료 후 살수기를 이용하여 물을 뿌리고, UV램프를 조사시킴으로서 이루어지며, 광촉매의 자정작용과 친수반응에 의해 광촉매 판에 묻어 있는 각종 이물질과 찌꺼기 등이 세척된다.
공기를 물로 세척하는 경우에는 일종의 물 필터로 활용되는 경우로서 펌프에 의해 물을 계속해서 순환 살수시킴으로서 흡입된 공기 중에 포함된 각종 이물질과, 미세 먼지 등이 세척되어 공기를 신선하게 정화시키는 작용을 하고, 자연기화 를 유도하여 쾌적한 습도를 유지하는 작용을 한다.
물에 의한 공기 세척 기능은 다량의 물을 소비함으로서 계속적인 물의 공급이 요구되며, 보충수공급장치는 수도관으로부터 물을 직접 공급받아 사용함으로서 편리하게 사용할 수 있다.
전체 시스템의 종료시에도 상기한 세척장치가 활용되며, 이때는 장시간 운전을 정지함으로서 내부를 깨끗하고 건조된 상태로 유지시켜야 할 필요성이 있다. 이를 위하여 시스템을 종료하면, 살수와 함께 팬(30)으로 강풍을 발생시켜 내부를 씻아내고, 일정 시간 후 살수를 중지하고 내부가 충분히 건조할 때까지 강풍만 진행하는 방식으로 동작되도록 제어회로가 구비되며, 급수조내의 물을 완전히 배출시킬 수 있도록 별도의 배수장치(56)가 설치된다. 상기 배수장치는 펌프에 의해 강제 배출시킬 수 있고, 배수변(56a)에 연결된 파이프를 통하여 배출시킬 수 있는 구조로 실시될 수 있다.
이상의 구성에 의한 세척장치는 살수기를 통하여 세척수를 광촉매판에 뿌릴 때 UV램프에 의한 자외선도 함께 조사시켜 광촉매 표면에서의 초친수성반응에 의한 이물질의 분리 제거가 이루어지도록 하고, 동시에 적정한 세기의 수압으로 촉매표면을 씻어줌으로서 산화 분해가 이루어지지 않는 무기물질 등의 이물질을 씻어내어 광촉매 표면을 항상 처음 상태와 같이 유지시켜 항상 최적의 상태에서 공기청정 성능을 유지할 수 있도록 하는 작용을 한다.
기존의 공기청정기에서는 광촉매를 소비자가 주기적으로 분해하여 청소하여 주었으나 본 발명은 광촉매판을 분해하여 씻을 필요 없이 자동으로 세척이 이루어지고, 광촉매반응에 의해 분해되기 어려운 오염물질이 갑자기 촉매판 표면에 부착되더라도 즉시 세척이 가능하여 항상 최상의 상태로 광촉매반응을 대기하는 상태로 유지될 수 있고, 사용자는 광촉매판의 세척시기나 오염에 대한 우려 없이 안심하고 사용할 수 있게 된다.
세척장치의 또다른 기능은 광촉매판에 계속해서 물을 뿌려줌으로서 유로를 통과한 공기를 씻어주는 기능이며, 공기 중에 포함된 각종 부유물질과 광촉매반응장치에 의해 처리되지 않은 오염물질을 걸러 내는 필터와 같은 작용을 한다. 즉, 살수된 물은 흡착력과 용해력에 의해 기존의 섬유상 필터구조가 잡을 수 없는 극미세 분진, 유해화학물질, 유해가스, 세균, 악취 등을 흡착 침전시키어 오염된 공기를 깨끗하고 신선하게 씻어 준다. 이와 같은 작용은 흡입된 공기를 물표면에 강제 접촉시키면 공기중의 유해물질이 물의 물리적 특성인 흡착, 용해, 확산, 표면장력 등으로 흡착되며, 흡착된 입자성 물질은 자기 체적에 비하여 물분자보다 무거워져서 자연적으로 침전되고, 침전된 물질은 자체능력으로는 높은 표면장력을 깨고 나올 수가 없으므로 계속해서 물 속에 갇히는 원리에 의해 이루어지며, 침전된 물질은 환수장치를 구성하는 정화수단에 의해 물과 분리되어 외부로 배출됨으로서 비온 후 하늘이 맑아지는 것과 같이 깨끗하고 신선한 공기를 배출할 수 있게 된다.
세척장치의 또다른 기능은 가습 기능이다. 살수기에 의해 뿌려진 물은 흡입된 공기와 접촉하면서 가습되며, 실내의 상대 습도에 따라 조절되는 기화가습이 이루어져 에어컨이나 난방기 사용 시에도 적정 습도를 유지하여 줌으로 항상 쾌적한 상태가 되도록 한다. 본 발명에 의한 가습은 일반 가습기와 달리 눅눅하지 않고, 세균이 동반되지 않는 자연증발 기화가습방법이며, 피부와 호흡기관의 각 점막을 보호하고, 신체의 활성능력을 유지시켜 주는 최적의 자연습도 환경을 실내 전체에 자연적으로 형성시킬 수 있게 된다.
환수장치(60)는 세척장치에 사용되어 급수조로부터 빠져나간 물을 다시 급수조로 거두어들이기 위한 장치로서 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
도6은 본 발명에 의한 환수장치의 실시례로서 환수되는 과정에서 물에 포함된 찌꺼기나 이물질을 효과적으로 걸러내기 위한 정화수단과, 물이 흐르고 낙하되는 과정에서 소음이 최소화 될 수 있도록 소음방지 수단이 적용되는 환수장치의 구조를 제시한다.
환수장치에 적용된 정화수단은 광촉매판 하부에 설치된 집수조(61)에 의해 광촉매판을 타고 흘러내린 세척수가 집수되도록 하고, 상기 집수조의 물은 하부에 설치된 침전조(62)에 의해 일시 저류된 후 일정 수위 이상일 때 상기 침전조에 설치된 오리피스(63)를 월류하여 침전조 하부에 설치된 배수조(64)에 채워지도록 구성되고, 배수조는 하부 편 측에 출구(64a)가 형성되어 유출되는 물이 급수조 내에서 선회류를 생성시키도록 구성되며, 급수조(51) 바닥부에는 일측으로 경사진 바닥면(51a)과 그 끝에 채널 형태로 형성되는 홈(51b)과 상기 홈에 분리 가능하게 삽입 되는 슬러지배출함(65)이 형성되는 구조를 갖는다.
상기한 정화수단은 침전조에서 오리피스 높이 만큼 수위가 유지되어 세척 과정에서 흘러나온 찌꺼기나 이물질 등이 바닥에 가라앉고 상층의 상층수만 오리피스로 월류하여 배수조로 유출됨으로서 침전물의 1차 분리가 이루어진다. 상기한 침전조는 침전물의 용이한 배출이 이루어질 수 있도록 서랍구조에 의해 케이스에 결합되며, 상기 오리피스는 콕크 구조에 의해 탈착 가능하게 결합되어 분리시 물의 유출을 방지하고 들어 낸 상태에서 완전 배수가 가능하도록 구성된다.
상기 정화수단에서 침전물의 2차 분리는 배수조 구조와 급수조의 바닥구조에 의해 이루어진다. 즉, 침전조로 부터 월류한 물이 배수조에 유입되면 배수조 하부에 편 측으로 형성된 출구로 유입수가 유출되면서 급수조 내에서 선회류를 형성하며, 상기 선회류는 세척수에 포함된 침전물을 함께 선회시켜 바닥면과 깊이 차이를 갖는 슬러지배출함에 쌓이게 하고, 사용자는 주기적으로 상기 슬러지배출함을 들어내 청소해 줌으로서 운전 중에 각종 침전물이나 슬러지등의 이물질을 배출할 수 있게 된다.
환수장치에 적용된 소음방지수단은 조용한 실내에서 세척 과정에서 발생하는 물 흐르는 소리를 최소화함으로서 사용에 따르는 불편을 제거할 목적을 갖는다. 본 실시례에 의한 소음방지수단은 광촉매판과 접한 집수조 상부에 그물망(66)이 설치되고, 집수조 바닥에는 다수의 작은 구멍(61a)이 형성되며, 상기한 각 구멍 밑에는 침전조(62)에 이르도록 늘어뜨린 체인(67)이 설치되는 구조를 갖는다.
상기한 소음방지 수단은 광촉매판에 부딪혀 낙하하는 물의 속도를 그물망으 로 줄여 줌으로서 낙하과정에서 발생하는 소음을 줄이고, 작은 구멍에 의해 집수조의 물이 침전조로 유출되는 과정에서 체인을 타고 유출되도록 하여 낙수에 의한 소음을 방지함으로서 소음을 차단하며, 침전조 내의 물을 안정되게 유지시켜 침전물의 부상을 방지하는 작용을 한다.
상기 침전조에서 급수조로 유입되는 수량을 이용하여 발전하는 소형 발전기(68)를 설치할 수 있으며, 상기 발전기는 공기세척을 위해 세척장치를 지속적으로 가동하는 경우 순환수로 부터 발전하여 대기 전력 등에 충당시킬 수 있다.
본 발명은 청정화된 공기의 배출경로상에 음이온, 산소 또는 아로마테라피 등의 발생원(110)을 설치하여 청정화된 공기와 함께 방출시킬 수 있으며, 이들 요소의 확산성 향상을 위하여 배출구상에 파이프로 된 벤츄리관(80)을 일정간격으로 부착한 구조를 아울러 제시한다.
상기 벤츄리관은 도7에 도시된 바와 같이 하부가 개방되어 음이온, 산소 또는 아로마테라피 발생원을 설치하기 위한 공간(81)과 연결되고, 상부에는 내외 측으로 관통되는 구멍(82)이 형성된 구조로서 광촉매 공기정화시스템을 거친 청정화된 공기가 배출구(22)를 통해 배출될 때 발생한 부압에 의해 음이온, 산소 또는 아로마테라피등의 발생원(110)이 공간과 벤츄리관으로 빨려 들어가 구멍(82)을 통하여 배출되고, 좁은 구멍을 통과하는 과정에서 공기의 흐름이 빨라져 신속하게 확산되는 결과로 이어진다.
따라서, 배출구의 하부에 마련된 공간에 음이온, 산소 또는 아로마테라피등의 발생원을 놓으면 매우 신속하고 간편하게 청정된 공기와 함께 실내로 확산시킬 수 있게 된다.
상기에서 벤츄리관은 순동관이나 은관으로 구성할 수 있으며, 이와 같이 함으로서 순동이나 은이 갖는 항균 및 살균 효과를 추가적으로 얻을 수 있게 된다.
상기한 벤츄리관을 이용한 아로마 테라피등의 확산 방식과 동시 또는 따로 물의 살수 과정에서 유용한 미세 나노입자가 함께 확산 되도록 구성할 수 있다.
도 8은 이를 위하여, 케이스(10)의 외벽에 용제를 담는 용기(91)를 고정설치하고, 상기 용기의 하부 배출구(92)에 도관(93)을 연결하여 그 끝이 세척장치의 펌프(54) 흡입구 전방에 위치하도록 설치하며, 상기 용기의 배출구상에 미세 조절밸브(94)를 설치하고, 도관 상에 전자제어밸브(95)를 설치하여 세척장치의 펌프와 연동하여 개폐되도록 한 구조의 용제 투입장치(90)를 제시한다.
상기 구조는 건강에 유용한 나노실버 용제, 농축향이나 살균제 등을 한번에 세척수에 투입하지 않고 미량을 지속적으로 투입하고, 펌프에 의해 흡입되는 위치에 투입함으로서 세척수의 순환과정에서 확산되고 자연 기화되도록 한 구성을 특징으로 하는 것으로 다양한 장점을 제공한다.
즉, 세척수에 일시에 투여하는 경우에 시간이 지날 수록 소멸되고, 초기와 말기의 농도가 달라져 지속적인 효과를 기대할 수 없고 투입시기를 가름할 수 없는 단점이 있으나 본 발명에 의한 투입구조는 미세조절밸브에 의해 정해진 용량을 지속적으로 투입함으로서 투입되는 용도가 균일하고 효과가 지속적이며, 용기를 통하여 잔량을 시각적으로 확인할 수 있어 보충시기를 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 은나노 용제 등은 비중이 물과 달라 물에 뜨거나 가라앉기 때문에 공 기 중에 쉽게 확산시킬 수 없는 단점이 있으나 본 발명에 의한 투입구조는 펌프에 의한 흡입구 직전에 투입됨으로서 펌핑된 후 살수과정에서 물과 함께 기화되어 효율적으로 공기 중에 확산되는 효과를 갖는다.
상기한 용제 투입장치는 단독 또는 복수로 구성할 수 있으며, 이 경우 각기 독립적인 분리된 도관에 의해 투입되는 구조로 실시할 수 있고, 하나의 도관으로 통합하여 각각의 용제가 혼합된 형태로 공급할 수 있다.
이상의 구성에 의한 본 발명은 광촉매판을 분해하여 씻을 필요 없이 자동으로 세척이 이루어지고, 광촉매반응에 의해 분해되기 어려운 오염물질이 갑자기 촉매판 표면에 부착되더라도 즉시 세척이 가능하여 항상 최상의 상태로 광촉매반응을 대기하는 상태로 유지될 수 있어 공기청정효율이 향상되고 청정능력이 지속되며, 기존의 공기청정기에서 광촉매를 소비자가 주기적으로 분해하여 청소하고, 필터를 교체하며, 첨가약품을 사용하는데 따른 번거로움과 비효율성을 해소할 수 있고, 경제적이며, 사용자는 광촉매판의 세척시기나 오염에 대한 우려 없이 안심하고 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의해 제시된 광촉매판은 유로를 통과하는 공기와의 접촉시간과 접촉면이 현저히 증대되고, 자외선의 조사가 근접거리에서 이루어짐으로 조사량이 증대되어 저 전력에 의한 고효율의 공기청정능력을 발휘할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 세척장치가 공기의 세척에 활용됨으로서 광촉매반응에 의해 처리되지 못한 오염물질, 냄새, 극미세 먼지 및 세균이나 바이러스를 물이 갖는 흡착, 용해, 확산, 표면장력의 특성에 의해 흡착 분리시키고, 이를 침전 배출시킬 수 있어 깨끗하고 신선한 공기를 생산할 수 있으며, 기화가습에 의해 실내공기를 자연습도로 조절하여 줌으로서 실내 공기의 질을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 정역회전이 가능한 팬에 의해 조건에 따라 흡입경로와 배기 경로를 전환시킬 수 있어 계절별, 시간대별로 실내공기의 특성에 맞게 공기청정기를 가동시킬 수 있고, 배출구에 벤츄리관을 설치하여 인체에 유익한 산소나 향 또는 음이온을 실내에 신속하게 확산시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 용제 투입장치에 의해 은 나노등 유익한 물질을 지속적으로 투입할 수 있어 이들 용제에 의한 효과를 지속적 유지시킬 수 있는 장점을 갖는다.
Claims (7)
- 박스형상의 케이스와, 상기 케이스 내에 형성되는 유로와, 유로상에 설치되어 실내공기를 유로로 흡입하는 팬과, 유로상에 설치된 다수의 광촉매판과 광촉매판에 조사되는 빛의 작용에 의한 광촉매반응에 의해 흡입된 공기를 정화하는 광촉매 공기 정화 시스템이 구비되고, 상기 광촉매 공기 정화시스템에는 광촉매판 표면을 세척하기 위한 세척장치가 결합되어 광촉매반응을 종료한 후 상기 세척장치에 의한 광촉매 표면의 세척과, 세척장치의 계속가동에 의한 공기의 물 세척을 복합적으로 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 복합 공기청정기.
- 제1항에 있어서, 세척장치는 일정한 용량의 물을 담을 수 있도록 된 급수조와, 상기 급수조로 부터 물을 펌핑하여 광촉매판에 뿌리는 살수기와, 외부 수도관으로부터 물을 지속적으로 공급하기 위한 보충수공급장치가 포함된 것을 특징으로 하는 복합 공기청정기.
- 제2항에 있어서, 살수기는 급수관과 연결되는 주관(主管)과, 상기 주관에 연결되고 각 광촉매판 사이로 배치된 다수의 세관(細管)으로 이루어지고, 각각의 세관에는 양측 광촉매판과 직각을 이루도록 일정 간격으로 분사노즐이 형성되는 구조 를 특징으로 하는 복합 공기청정기.
- 제1항에 있어서, 광촉매판은 유로상에 종군(縱群)과 횡군(橫群)으로 나누어 배치 구성되고, 각 광촉매판의 끝 부분이 배출구 측으로 향하도록 절곡되며, 광촉매 반응을 위한 빛은 광촉매판의 상부 종군(縱群)과 횡군(橫群)의 광촉매판에 각기 직각으로 설치한 UV램프에 의해 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 복합 공기청정기.
- 제1항에 있어서, 세척장치에 사용된 물은 광촉매판 하부에 설치된 집수조에 의해 집수되고, 상기 집수조의 물은 하부에 설치된 침전조에 의해 일시 저류된 후 일정 수위 이상일 때 상기 침전조에 설치된 오리피스를 월류하여 침전조 하부에 설치된 배수조에 채워지도록 구성되고, 배수조는 하부 편 측에 출구가 형성되어 유출되는 물이 급수조 내에서 선회류를 생성시키도록 구성되며, 급수조 바닥부에는 일측으로 경사진 바닥면과 그 끝에 채널 형태로 형성되는 홈과 상기 홈에 분리 가능하게 삽입되는 슬러지배출함이 형성되는 구조에 의해 이물질의 침전의 침전분리가 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 복합 공기청정기.
- 제5항에 있어서, 광촉매판과 접한 집수조 상부에 그물망이 설치되고, 집수조 바닥에는 다수의 작은 구멍이 형성되며, 상기한 각 구멍 밑에는 침전조에 이르도록 늘어뜨린 체인이 설치되어 낙수물이 그물망과 체인을 거쳐 흐르도록 함으로서 낙수 음을 감소시킨 구조를 특징으로 하는 복합 공기청정기.
- 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항 또는 제6항중 어느 한 항에 있어서, 케이스의 외벽에 용제를 담는 용기가 고정 설치되고, 상기 용기의 하부 배출구에 도관이 연결되어 그 끝이 세척장치의 펌프 흡입구 전방에 위치하도록 설치되며, 상기 용기의 배출구상에 미세조절밸브가 설치되어 유출량의 조절이 이루어지고, 도관상에 전자제어밸브가 설치되어 세척장치의 펌프와 연동하여 도관의 개폐가 이루어지는 구조의 용제 투입장치가 포함되어 용기내의 용제를 지속적으로 투입할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복합 공기청정기.
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