KR100894398B1 - 밀폐형공기청정기 - Google Patents

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Abstract

온·습도 조절을 겸비한 청정한 공기(무균)를 공급하는 장비로서 공기 살균 기능과 항온항습기능, 미세먼지를 필터링하고 산소를 발생시켜 에어펌프로 공급관을 통해 요구되는 장소에 국부적으로 청정공기를 보급하는 장비
항온항습기, 냉난방기, 공기청정기, 산소발생기, 크린룸

Description

밀폐형공기청정기{Hermetic air Cleaner}
[도1]은 밀폐형공기청정기 구성도
[도2]는 다관식열교환기 단면도
[도3]은 이중구조 파이프 열교환기
[도4]는 다관식 열교환기 구성시 밀폐형 공기청정기 구성 시스템 - [도1]과 같은 성능은 발휘하는 시스템으로 열교환방식이 다르고 소형화 하는데 용이한 시스템 구성도
[도5]는 쿨링 열교환기의 설계 사용의 예
[도6]은 히팅 열교환기의 설계 사용의 예
[도7]은 필터링을 위한 사용의 예
*도면 세부사항 설명
1 : 1차필터 - 외기의 먼지 1차 필터링 역할
2 : 공기압력 증대 장치(에어펌프) 3 : 공기공급관
4 : 후미커버 - 유지보수시 사용 5 : 미듐필터 - 중간성능필터
6 : 쿨링 코일 - 냉각용 7 : 히팅 코일 - 난방용
8 : 헤파필터 - 고성능필터 9 : 응축수배출장치(배수트랩)
9-1 : 응축수배출장치 볼(Ball) 9-2 : 응축수배출장치 밸브
10 : 오존발생기 10-1 : 오존살균기 흡입관
11 : 응축기 일체(Condensing Unit)
12 : 제어밸브 13 : 팽창밸브(Expansion v/v)
14 : 배관 15 : 열원 : 보일러, 전기
16 : 온도,습도 센서
17 : 토출부 응축수배출장치(배수트랩)
18 : 에어필터(Pipe용) 19 : 공급관
20 : 오존센서 20-1 : 경보용 솔로노이드 밸브
21 : 자외선 램프(살균등)
21-1 : 제1 자외선 램프(살균등) 21-2 : 제2 자외선 램프(살균등)
21-3 : 제3 자외선 램프(살균등)
22 : 차압계 23 : 전면 덮개
24 : 압축기(Compressor) 24-1 : 4방밸브
25 : 응축기
26 : 응축기 팬모터(Fan Motor) 26-1 : 응축기 코일(Condenser Coil)
27 : 산소발생기 28 : 가습기
29 : 압력센서 및 제어 장치 100 : 에어밸트
101 : 송기마스크 102 : 공기조절기
104 : 가스 흡입센서(냉동기) 105 : 투시구
201 : 냉매 입구 202 : 냉매 출구
203 : 공기 출구 204 : 공기 입구
205 : 공기이동 파이프(열교환기) 206 : 냉매 이동 통로
207 : 공기이동 파이프(열교환기) 208 : 핀(전열면적)
301 : 다관식 열교환기 302 : 급수전자변
303 : 카본필터 304 : 오존발생기
305 : 고성능필터 306 : 투시창
307 : 가습기 308 : 온수 출구
309 : 온수 입구
냉방과 난방은 냉동장치를 이용한 압축기(Compressor), 응축기(Condensor), 팽창변(Expansion), 증발기(Evaporator)의 4대 부품으로 냉방 목적을 달성하고, 히트펌프의 역사이클로 가스 순환을 반대로 하여 증발기에서 발열 발생으로 난방이 이루어지는 원리이다.
펄티효과를 이용한 냉난방은 열전 반도체에 직류를 인가하면 한쪽에 흡열 현상이, 반대쪽에는 발열 현상이 일어나는 원리를 이용한 것이다.
필터링 장치로는 헤파필터, 미듐필터, 카본필터, 전기 집진식 필터 등이 있으며 재질의 품질 차이로 먼지를 제거하고, 재질의 소재로 냄새를 제거 하며 또한 전극판에 DC전류를 흘려주면 전극판에 먼지가 흡착 되는 원리를 이용하여 먼지를 제거할 수 있다.
살균등은 자외선 살균등이 대표적인데 자외선의 파장의 크기 선택으로 좋은 살균효과를 낼수 있다.
오존살균은 O3 로서 살균(바이러스, 곰팡이, 박테리아)의 효과를 낼 수 있는데, 오존의 발생 방법으로는 코로나 방전식, 세라믹식, 자외선방식 등 여러가지가 있다.
인체에 무해한 공기 보급
장비 내부 면적의 공기 살균
압력 용기에 크린룸 시설을 장착하여 청정 공기 공급
밀폐된 공간 내부에서 흐르는 공기량이 다양한 변동에 따른 냉동공조 장치 제어(리키드백현상으로 냉동기 파손이 우려된다.).
공급관 오염 문제의 해결 - 공급이 오염되면 공기 청정 효과 없음.
높은 압력에서 응축수 처리- 장비에 세균억제 필요.
본 발명은 압력용기 내에 미세 먼지 제거 장치와 항온항습 장치, 공기 살균 장치, 산소 공급 장치 등을 장착하여 공기 압력 증대 장치를 이용하여 청정 공기를 공급하는 장비이며 100% 외기를 흡입하여 무균 청정 공기로 만드는 장비로서 사람이 송기 마스크를 통하여 공급받는 청정 공기를 호흡함과 동시에 에어밸트를 통하여 인간의 몸에 개별 냉난방을 할 수 있는 제품 공급이다.
외부 공기를 에어필터(1)에 의해서 필터링이 되고 유입된 공기를 공기압력증대장치(2)를 이용하여 압력을 상승시켜 1공정 과정에 유입된다. 1공정에 유입된 공기는 온·습도 센서(16)의 신호를 받아 가습이 필요시 가습기(28)에 의해 가습이 되고 미듐필터(5)에서 2차 필터링이 이루어진다. 2공정으로 유입된 공기는 제1 자외선 램프(살균등)(21-1)에 의해 정해진 파장으로 공기가 1차 살균되어지고 쿨링코일(6)과 히팅코일(7)을 지나면서 냉방과 난방이 이루어진다. 이때 냉각(Cooling)은 냉동장치에 의해 이루어진다. 냉동사이클을 간단히 설명하면 압축기(Compressor)(24)에서 냉매가스를 압축하여 따뜻한 상태로 응축기 코일(Condenser Coil)(26-1) 유입되어 응축기 팬 모터(Condenser Fan Motor)(26)에 의해 열교환이 이루어져 냉매가 액체상태로 이루어져 팽창변(Expansion)(13)을 통해 온도가 내려가 증발기(6)에서 냉동목적을 달성한다. 사방밸브(24-1)을 이용하여 히트펌프 사이클이 형성되는데 이때 증발기에서는 발열(kcal/h), 응축기에서는 흡열(kcal/h)이 발생하여 쿨링 코일(6)에서 난방이 이루어지는 시스템이다. 대형에서는 히팅 코일(7)의 열원은 전기나 기름보일러로부터 온수나 스팀으로 공급받는 시스템을 제공한다. 12는 난방 열원 제어 밸브이다. 16번의 온도 시그널을 받아 비례제어 적으로 작동되도록 하였다. 3공정에서 냉각 또는 가열된 공기를 제2 자외선 램프(살균등)(21-2)에 의해 다시 한번 살균한다. 정지 시 습기가 많은 곳에 바이러스 등 여러 가지 균이 증식함으로 재살균 필요성과 응축수가 존재하는 것으로 응축수의 묻어 있는 살균에 목적이 있다. 여기의 응축수는 열교환기(6)의 온도와 2공정에서 흐르는 공기의 온도차에 의해 생기는 응축수로 3공정에서 제2 자외선램프(살균등)(21-2)에 의해 살균되고 응축수 배출장치(도1의 9)에 의해서 배출된다. 살균을 마친 공기는 4공정으로 유입되며 자외선 살균 효능으로는 자외선의 에너지는 미생물의 DNA 및 RNA를 파괴함으로서 미생물로 하여금 영원히 신진대사 또는 증식할 수 없도록 불활성화 시킨다. 이러한 자외선의 살균효과는 자외선 파장대 중에서도 주로 200nm에서 280nm 사이의 자외선 C 영역에 의해 발생한다. 가장 높은 살균효과를 나타내는 파장은 265nm 이다. 저압 또는 고출력 저압 아말감 램프가 방출하는 254nm의 파장 또한 매우 높은 자외선 살균효과를 가지나 이는 램프의 특성상 254nm의 파장만을 방출하기 때문에 그 파장이 가장 높은 효과를 가지는 것으로 알려져 있을 뿐 실제로는 265nm가 가장 높은 효율을 갖는 것은 입증된 사실이다. 자외선의 살균 메커니즘은 자외선 에너지를 가진 광자를 DNA 가 흡수하여 변형, 더 이상 유전자 복제가 이루어지지 않게 하는 것이다. 이러한 작용을 일으키는 가장 효과적인 자외선 파장은 263nm에서 275nm이며 대상 미생물에 따라 달라진다. 이러한 메커니즘에 의한 자외선 살균은 여타 화학적 방법에 의한 소독과는 달리 면역성을 가진 미생물이 생성될 가능성이 전혀 없다. 최근에는 짧은 파장대의 자외선이 미생물의 사멸에 미치는 영향에 대하여 심도 있게 연구되고 있는데, 이는 265nm 전후의 긴 파장대를 가지는 자외선에 비해 훨씬 높은 에너지를 가진 짧은 파장대의 자외선이 미생물 세포막에 외상을 주어 미생물 세포막으로 하여금 삼투압을 조절할 수 없도록 하여 사멸시키는 점을 이용한 것이다. 넓은 파장대의 자외선을 방출하는 중압 자외선 램프의 경우 위와 같은 두가지 효과를 동시에 가지므로 매우 효율적으로 미생물을 제거할 수 있다. 헤파필터(8)에 의하여 미세먼지가 제거된다. 4공정에서 고청정 공기가 산소발생기에서 나오는 산소와 결합하여 공급관(19)으로 나가게 되는데 공급관(19)에 수분 등으로 응축수가 배관에 에어를 따라 흐르다가 응축수가 많으면 워터 헤머 현상이 일어날 수 있고 살균시 어려움이 있어 응축수배출장치(17)에 의해서 밖으로 배출되도록 되어 있다.
응축수배출장치(17)의 원리는 내부 높은 압력에서 응축수 배출은 공기보다 물의 비중이 큰 특징, 즉 부력을 이용하여 다음과 같이 작동하도록 하였다. 응축수 처리과정은 [도1]과 [도4]에 도시된바 응축수배출장치(9,17)는 응축수가 일정 높이에 오르면 볼(Ball)(9-1)도 부력에 의해 같이 오르고 볼(Ball)(9-1)에 연결된 밸브(9-2)가 열려 공기 압력에 의해 응축수가 배출되면 응축수 수위가 낮아지면서 볼(Ball)(9-1)도 같이 내려가 볼(Ball)(9-1)에 연결된 밸브(9-2)가 닫힌다. 공급관(19)의 응축수배출장치(17) 이후에 고성능 파이프 필터를 장착하여 파이프 내에 이물질이 제거되도록 하였고 공급관(19)의 압력에서 조절계(102)를 이용 그림 100과 그림101에 들어가 사람의 개별 냉난방 고순도 공기를 사람이 호흡하게 된다.
1에서 101까지 살균을 포함한 공기 조화가 이루어져 있지만, 장비를 정지시 1공정~4공정까지는 살균장치가 존재하지만, 공급관은 수분이 존재함과 보수시 4공정 이하를 개방하므로 공급관의 살균 문제는 깊이 다룰 필요가 있다. 그러므로 본 발명은 오존발생기(10)를 이용한 살균장치를 제공하였다.
오존이란 산소 분자가 분해 되어 3개의 원자로 재결합된 분자로서 오존의 생성법은 여러가지 발생방식이 개발되어 있으며, 공냉식방식(무부하 시스템), 세라믹방식, 자외선방식, 오존등방식, 플라지마방식, 코로나 방전방식 등이 개발되어 있다. 오존은 산화력이 강력하기 때문에 바이러스를 포함하는 광범위한 미생물균에 대하여 살균·불활성화 작용이 있으며, 보수·관리도 비교적 용이하고, 살균작용 외에 탈취·탈색·정화작용도 겸하는 등 다양한 이점을 가지고 있다.
운전시 운전 전·후에 공기압력증대장치(2)로 공기를 공급하면서 오존발생기(10)로 요구되는(ppm)량을 공급하여 4공정과 공급관에 오존이 흐르도록 하여 오존으로 하여금 공급관 내부를 살균하도록 하고 있다. 이때 오존량 조정은 오존센서(20)에 의해 제어되도록 하고 있다. 오존소독 장치의 작동이 완료되면 오존센서(20)에서 시그널을 받아 인체 허용(ppm)량이 되면 경보가 정지되면서 정상적인 운전이 되도록 하여 오존으로부터 안전한 사용이 제공된다. 경보시 솔로노이드밸브(20-1)가 반복적으로 온오프 되도록 되어 있어 공급관의 공기의 떨림으로 사용자의 송기마스크(101) 착용시 공기공급이 부자연스러워 착용하기 어렵게 하여 경보라는 상태를 알려주는 경보장치 제공이다.
차압계(22)에 의해 미듐필터 효율상태를 육안으로 감시하도록 하였고 압력센서 및 제어 장치(29)의 시그널에 의해 공기압력증대장치(2)의 운전을 제어하도록 하여 일정 압력을 유지하도록 하는 것을 제공한다.
열악한 작업현장 - 냄새 많이 나는 피혁공장, 냉난방이 제대로 안되는 사출기 현장, 산소가 부족한 기름 탱크 내부 작업환경, 페인트 작업환경, 먼지 많이 나는 작업 환경, 하수도에서의 작업환경, 석탄 작업장 등의 현장에서 개인별 송기 마스크로 청정한 공기 호흡과 개개인의 몸에 냉난방이 개인별로 가능하므로 무덥고 춥고, 악취 나는 현장 작업의 문제가 해결되며 국부 공기청정 및 무균 시설이 가능하다.

Claims (10)

  1. 외부로부터 유입되어 작업자의 신체를 덮고 있는 피복의 내부까지 전달되는 공기가 유동하여 지나는 통로인 공기 유통로를 형성하는 밀폐형공기청정기에 있어서,
    상기 밀폐형공기청정기는
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 외부로부터 공기를 유입하여 가압하기 위한 공기압력증대장치;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 공기압력증대장치를 지난 공기를 가습하기 위한 가습기;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 가습기에 의해 가습된 공기를 필터링하기 위한 고성능필터(미듐필터);
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 고성능필터(미듐필터)에 의해 필터링된 공기를 살균하기 위한 제1 자외선 램프;
    냉난방기의 일부로서, 상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 제1 자외선 램프에 의하여 살균된 공기를 냉각 또는 가열하기 위한 열교환기;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 열교환기에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 살균하기 위한 제2 자외선 램프;
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 열교환기를 지나면서 결로 현상에 의하여 발생되고 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출장치(9);
    상기 공기 유통로 중에서 상기 작업자와 직접 연결되는 부위로부터 일정 길이만큼 연속되는 부분인 공급관;
    상기 공급관과 연결되게 설치되어 상기 공급관 내의 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출장치(17); 및
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 공기가 지나는 공간 및 상기 공급관의 내부에 오존을 분사하기 위한 오존발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  2. 외부로부터 유입되어 작업자의 신체를 덮고 있는 피복의 내부까지 전달되는 공기가 유동하여 지나는 통로인 공기 유통로를 형성하는 밀폐형공기청정기에 있어서,
    상기 밀폐형공기청정기는
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 외부로부터 공기를 유입하여 가압하기 위한 공기압력증대장치;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 공기압력증대장치를 지난 공기를 가습하기 위한 가습기;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 가습기를 지난 공기를 살균하기 위한 제1 자외선 램프;
    냉난방기의 일부로서, 상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 제1 자외선 램프에 의하여 살균된 공기를 냉각 또는 가열하기 위한 열교환기;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 열교환기에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 살균하기 위한 제2 자외선 램프;
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 열교환기를 지나면서 결로 현상에 의하여 발생되고 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출장치(9);
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 공기를 필터링하기 위한 고성능필터(헤파필터);
    상기 공기 유통로 중에서 상기 작업자와 직접 연결되는 부위로부터 일정 길이만큼 연속되는 부분인 공급관;
    상기 공급관과 연결되게 설치되어 상기 공급관 내의 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출장치(17); 및
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 고성능필터(헤파필터)에 의하여 필터링된 공기가 지나는 공간 및 상기 공급관의 내부에 오존을 분사하기 위한 오존발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  3. 외부로부터 유입되어 작업자의 신체를 덮고 있는 피복의 내부까지 전달되는 공기가 유동하여 지나는 통로인 공기 유통로를 형성하는 밀폐형공기청정기에 있어서,
    상기 밀폐형공기청정기는,
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 외부로부터 공기를 유입하여 가압하기 위한 공기압력증대장치;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 공기압력증대장치를 지난 공기를 가습하기 위한 가습기;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 가습기에 의해 가습된 공기를 필터링하기 위한 제1 고성능필터(미듐필터);
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 제1 고성능필터(미듐필터)에 의해 필터링된 공기를 살균하기 위한 제1 자외선 램프;
    냉난방기의 일부로서, 상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 제1 자외선 램프에 의하여 살균된 공기를 냉각 또는 가열하기 위한 열교환기;
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 열교환기에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 살균하기 위한 제2 자외선 램프;
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 열교환기를 지나면서 결로 현상에 의하여 발생되고 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출장치(9);
    상기 공기 유통로 상에 설치되어 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 공기를 필터링하기 위한 제2 고성능 필터(헤파필터);
    상기 공기 유통로 중에서 상기 작업자와 직접 연결되는 부위로부터 일정 길이만큼 연속되는 부분인 공급관;
    상기 공급관과 연결되게 설치되어 상기 공급관 내의 응축수를 배출하기 위한 응축수 배출장치(17); 및
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 제2 고성능필터(헤파필터)에 의하여 필터링된 공기가 지나는 공간 및 상기 공급관의 내부에 오존을 분사하기 위한 오존발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 유통로와 연결되게 설치되어 상기 제2 자외선 램프에 의하여 살균된 공기가 지나는 공간에 산소를 공급하기 위한 산소발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기는 히트펌프식 냉난방기에서의 열교환을 위한 부분인 쿨링 코일과 히터에서의 열방출을 위한 부분인 히팅 코일이 공기의 유동 방향으로 포개져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 유통로 중에서 공기가 외부로부터 유입되는 입구 부위에 설치되는 에어필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급관 상에 설치되어 상기 공급량을 지나는 오존량을 측정하기 위한 오존센서와, 상기 공급관 상에 설치되어 상기 오존센서가 보내는 신호에 따라 온오프되는 솔레노이드 밸브를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형공기청정기.
  9. 삭제
  10. 삭제
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