KR100997378B1 - 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치 및 이를 이용한 공기정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오염된 공기를 살균하고, 탈취 및 유해물질 분해 기능을 갖는 공기정화장치에 관한 것으로, 특히 자외선램프의 착탈이 용이하고, 자외선(Ultraviolet)에 의한 광촉매 반응을 향상시킬 수 있는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 광촉매장치는 다수의 구멍들이 천공되고 내부에 자외선램프를 수용할 수 있는 다공성 파이프와, 광촉매가 코팅된 유리섬유로 되고, 상기 다공성 파이프를 감싸는 광촉매 주머니를 포함하는 것을 특징으로 한다.
살균, 탈취, 유해물질 분해, UV, 반사판, 다공성 파이프, 반사경, 이산화티타늄
Description
본 발명은 오염된 공기를 살균하고, 탈취 및 유해물질 분해 기능을 갖는 공기정화장치에 관한 것으로, 특히 자외선램프의 착탈이 용이하고, 자외선(Ultraviolet)에 의한 광촉매 반응을 향상시킬 수 있는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기정화장치는 실내의 오염된 공기를 살균, 탈취하고, 공기 중에 포함된 유해물질을 분해하여 깨끗한 공기를 제공하기 위한 장치이다. 공기정화장치는 공기를 살균, 탈취하고, 공기 중에 포함된 유해물질을 분해하기 위해 이온들을 발생시킨다. 생성된 이온들은 공기 중의 수분이나 산소와 결합하여 수산화기(OH Radical)를 생성하며, 생성된 수산화기는 각종 유기 및 무기 반응원과 결합하여 오염원의 특성을 안정된 상태로 변화시킨다. 현재 공기정화장치는 공기살균장치 및 냉온풍 장치 등의 다양한 장치들과 결합되고 있다.
이러한 공기정화장치는 공기 흡입 및 배출구를 구비하는 케이스 본체 및 전원부와 전원부로부터의 전원 공급에 의해 회전하여 상기 공기 흡입구를 통해 공기를 흡입하여 공기 배출구로 배출시키는 에어팬과 상기 전원을 인가받아 자외선을 방출하고 방출된 자외선과 광촉매간의 광산화 및 광환원 반응을 통해 이온들을 생성하는 광촉매장치로 구성된다.
도 1은 일반적인 광촉매장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하 도 1을 참조하면, 종래 광촉매장치(10)는 자외선램프(1)와, 내부에 자외선램프(1)를 수용할 수 있는 유리관(2)과, 상기 유리관(2)을 둘러싸도록 주머니 형태로 형성되며, TiO2 광촉매가 코팅되어 있어 자외선램프(1)로부터 방출되는 자외선과 상기 광촉매에 의한 광산화 및 광환원 반응을 일으켜 음이온을 방출하는 광촉매 주머니(3)로 구성된다.
상기 광촉매 주머니(3)는 폴리아미드 계열의 케볼라(Kevlar), 트와론(Twaron), 골드플렉스(Glodflex), 스타본드(Stabond) 등과, 폴리에틸렌계열의 다이니마(Dyneema), 스펙트라(Spectra), 파모스톤(Famostone), 아리스톤(Aristone) 등의 섬유 캐리어와, 상기 섬유 캐리어에 고착되는 광촉매 막으로 구성된다.
상기 자외선램프(1), 유리관(2) 및 광촉매 주머니(3)는 고정수단(4)에 의해 결합된다. 상기 고정수단으로는 자외선을 견딜 수 있는 실리카겔, 유리 또는 시멘트 등의 겔이 사용된다.
이와 같이 구성된 광촉매 장치(10)는 전원 인가 시 자외선램프(1)가 구동되어 자외선을 방출하고, 방출된 자외선이 유리관(2)을 통과하여 광촉매 주머니(3)에 코딩된 광촉매와 광산화 및 광환원 반응을 일으켜 공기 내에 있는 오염물질들을 제거하기 위한 이온을 발생시킨다.
상술한 바와 같이 종래 광촉매장치의 자외선램프는 고정수단에 의해 유리관 및 광촉매 주머니와 함께 일체로 형성됨에 의해, 자외선램프의 수명이 다한 경우 광촉매 주머니를 사용할 수 있음에도 불구하고, 광촉매 주머니, 유리관 및 자외선램프 모두를 교체하여야 하므로 교체 비용이 많이 드는 문제점이 있었다. 또한, 불필요하게 더 사용될 수 있는 광촉매 주머니를 폐기함에 의해 폐기되는 특수 섬유 주머니의 수가 증가하여 환경오염을 발생시킬 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 종래 광촉매장치는 광촉매 주머니를 장착하기 위해서 유리관을 사용함에 의해 공기정화장치에 충격이 발생하거나 교체 시 유리관이 깨질 수 있는 문제점이 있었다. 또한 종래 광촉매장치의 광촉매 주머니는 공기통로가 형성되어 있기는 하나 유리관에 의해 내측이 막힘으로 통풍이 제대로 이루어지지 않으므로 살균, 탈취 및 유해물질 분해 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.
공기정화장치가 냉온풍장치 및 공기살균장치 등에 적용되는 경우, 광촉매장치가 냉온풍기의 열교환기에 의해 차가운 공기를 직접적으로 맞게 되므로 유리관 내부에 자외선램프의 열과 차가운 공기의 온도 차이로 인한 결로현상이 발생되어, 광촉매 주머니의 수명이 단축될 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 특히 자외선(Ultraviolet)에 의한 공기 살균, 탈취 및 유해물질의 분해 능력을 향상시키기 위해 광촉매 반응을 향상시키고 자외선램프의 착탈이 용이한 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치 및 이를 이용한 공기정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광촉매장치는; 다수의 구멍들이 천공되고 내부에 자외선램프를 수용할 수 있는 다공성 파이프와, 광촉매가 코팅된 유리섬유로 되고, 상기 다공성 파이프를 감싸는 광촉매 주머니를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매장치는, 상기 광촉매 주머니로 감싸인 다공성 파이프의 외측면의 적어도 일부분을 둘러싸며, 상기 다공성 파이프의 구멍들과 상기 광촉매 주머니를 통과하여 출사되는 자외선을 광촉매 주머니의 외측으로 반사하는 반사면을 갖는 반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매장치는 자외선램프의 착탈이 가능한 자외선램프 고정수단을 더 구비함을 특징으로 한다.
상기 자외선램프 고정수단은 전기접속수단을 겸하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사경의 단면형상은 원호 형상인 것이 바람직하다.
상기 광촉매는 TiO2인 것을 특징으로 한다.
상기 다공성 파이프의 재질은 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 다공성 파이프에 광촉매가 더 코팅되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기정화장치는; 공기 흡입구와 공기 배출구를 구비하는 케이스 본체와, 상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 순환시켜 상기 공기 배출구로 배출시키는 적어도 하나 이상의 에어팬을 포함하는 공기정화장치에 있어서, 다수의 구멍들이 천공되고 내부에 자외선램프를 수용할 수 있는 다공성 파이프와, 광촉매가 코팅된 유리섬유로 되고, 상기 다공성 파이프를 감싸는 광촉매 주머니와, 상기 광촉매 주머니로 감싸인 다공성 파이프의 외측면의 적어도 일부분을 둘러싸며, 상기 다공성 파이프의 구멍들과 상기 광촉매 주머니를 통과하여 출사되는 자외선을 광촉매 주머니의 외측으로 반사하는 반사면을 갖는 반사경을 포함하는 광촉매장치를 더 포함하되, 상기 반사경의 반사면이 공기 순환 방향의 반대 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 광촉매장치의 자외선램프의 수명이 다 한 경우 자외선램프만을 교환할 수 있으므로 사용자 측면에서 교체비용을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반사경을 더 구비하므로써 반사경의 반사면에 의해 반사된 자외선에 의해 광촉매 주머니와 광촉매 파이프의 외측에 코팅된 광촉매와의 2차적인 광산화 및 광환원 반응을 일으키므로 더 많은 량의 이온을 발생시킬 수 있는 효과를 가진다. 즉 본 발명은 살균, 탈취 및 유해물질 분해 효과를 더 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 반사경을 더 구비하고 냉온풍장치에 적용되는 경우, 반사경의 반사면이 순환되는 공기 방향에 반대방향으로 배치되므로써 열교환기로부터 공급되는 차가운 공기가 직접적으로 광촉매 주머니 및 광촉매 파이프에 닫는 것을 방지할 수 있으므로 광촉매장치에서의 결로현상을 방지할 수 있으며, 공기로 인한 광촉매 주머니 및 다공성 파이프의 광촉매 막의 변이 또는 탈락에 의하여 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광촉매장치의 구성 및 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광촉매장치의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광촉매장치의 측면도를 나타낸 도면이고, 도 4는 광촉매장치의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광촉매장치(100)는 다공성 파이프(120)와 광촉매 주머니(130)로 구성된다.
다공성 파이프(120)는 자외선램프(110)의 삽입 및 제거가 용이할 정도의 직경을 가지고 상기 자외선램프(110)를 둘러싸는 파이프 형태로 형성되며, 도 2에서와 같이 외주면 상에는 다수의 자외선 방출 구멍(121)들이 형성된다. 그리고 상기 다공성 파이프(120)는 알루미늄(Al), 티타늄(Titan) 또는 스틸(F2) 등으로 주조 될 수 있으며, 비교적 가격이 저렴한 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 다공성 파이프(120)에 형성된 다수의 자외선 방출 구멍(121)들은 자외선램프(110)의 구동 시 자외선램프(110)로부터 방출되는 자외선을 다공성 파이프(120)의 외측으로 통과시키고 공기의 통풍을 용이하게 하기 위한 것이다. 다공성 파이프 내외측에는 이산화티타늄 등의 광촉매를 코팅할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 자외선의 파장 범위는 360~365nm가 바람직하다.
광촉매 주머니(130)는 상기 다공성 파이프(120)의 외측면을 둘러싸도록 원통형 주머니로 구성되며 다공성 파이프(120)에 밀착되도록 탄력성을 가지는 섬유 주머니와 상기 섬유 주머니에 고착되어 자외선과 광산화 및 광환원 반응을 하는 광촉매 막으로 구성된다. 상기 광촉매 막은 졸 디핑(Dipping) 및 소결에 의해 섬유 주머니에 이산화티타늄(Ti02) 광촉매를 코팅함에 의해 형성된다.
자외선램프(110)는 다공성 파이프(120)로 삽입 및 제거가 용이하면서도 움직이지 않도록 고정되어야 한다. 자외선램프(110)를 고정하는 방법으로는 자외선램프(110)의 램프핀(111)을 공기정화장치의 케이스 본체에 형성되어 있는 램프소켓(도시하지 않음)에 삽입하는 방법, 또는 일면은 램프소켓을 가지고 다른 면은 상기 램프소켓 및 전원부와 연결되는 전선을 가지며, 램프소켓이 있는 면이 다공성 파이프(120)의 내측으로 삽입되도록 다공성 파이프(120)의 양측면에 덮을 수 있는 전기적 접속수단에 의해 고정하는 방법과 도 2에서와 같이 상기 다공성 파이프(120)의 내측 양 끝단에 탄력성을 가지는 자외선램프(110) 고정 고리(123)를 구비하여 고정하는 방법 등이 있을 수 있다. 상기 전원접속 수단은 착탈이 용이하도록 구성된다. 상기 전원접속 수단과 다공성 파이프(120)는 나사 결합 방법에 의해 착탈될 수 있고, 후크 결합 방법에 의해 착탈될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 광촉매장치(100)에서, 전원인가 시 자외선램프(110)는 전원인가에 따른 자외선을 방출한다. 방출된 자외선들은 광촉매 주머니(120)에 코팅된 광촉매와 광산화 및 광환원 반응을 일으켜 이온을 발생시킨다. 다공성 파이프에 광촉매가 코팅된 경우에는 다공성 파이프(120) 표면에서도 광반응에 의하여 이온이 발생된다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광촉매장치의 구성을 나타낸 것으로, 본 발명의 제1실시 예의 광촉매장치에 반사경(140)이 더 구비된 경우를 나타낸 것이다.
반사경(140)은 다공성 파이프(120)의 길이에 대응하는 길이로 형성될 수 있으며, 더 길게 또는 더 짧게 형성될 수도 있으나, 다공성 파이프(120) 보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 반사경(140)은 다공성 파이프(120)의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 형상을 가진다. 그 단면의 형상은 원호형상이 바람직하나, 다공성 파이프(120)를 향하여 오목한 형태의 다양한 형상을 지닐 수 있다. 상기 반사경(140)의 오목한 부분에는 반사면이 형성되어 입사되는 자외선을 반사한다. 상기 반사경(140)은 다공성 파이프(120)를 향하는 내측의 양측부에 연결바(141)를 구비하고, 상기 연결바(141)에 의해 다공성 파이프(120)와 연결된다. 광촉매 주머니(130)는 상기 연결바(141)가 연결되는 다공성 파이프(120)의 위치에 대응하는 위치에 홈이 형성된다.
이러한 반사경(140)은 다공성 파이프(120)의 구멍(121)들 및 광촉매 주머니(130)를 통과한 자외선을 반사하여 광촉매 주머니(130)의 외측으로 제공한다. 상기 반사된 자외선에 의해 광촉매 주머니(130)의 외측에 코팅된 광촉매와 광산화 및 광환원에 의해 이온들을 발생시키고, 광촉매 주머니(130)를 투과한 자외선에 의해 다공성 파이프(120)의 외측에 코팅된 광촉매와 광산화 및 광환원 반응하여 이온을 발생시킨다.
또한, 다공성 파이프(120)는 케이스 본체와 결합하기 위해 외측면 중앙 또는 외측면 양단부에 고정수단(122)을 구비한다. 상기 고정수단(122)은 착탈이 용이한 나사결합수단, 슬라이딩 결합수단 등이 될 수 있다. 따라서 케이스 본체 내에도 상기 고정수단(122)에 대응하는 고정수단(도시하지 않음)이 형성되어 있어야 한다.
상술한 광촉매장치(100)는 독립적으로 설치될 수도 있으며, 냉온풍장치 및 공기정화장치 등에 적용될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광촉매장치가 냉온풍 장치에 적용된 경우를 나타낸 도면이고, 도 6b는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광촉매장치가 공기정화장치에 적용된 경우를 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b에서 보이는 바와 같이 공기정화장치 및 냉온풍장치는 열교환기(240)의 존재 여부에 따라 구분되어질 수 있다. 따라서 이하에서는 도 6a를 위주로 설명한다.
구체적으로, 공기 살균, 탈취 및 유해물질 분해 기능을 가지는 냉온풍장치(200)는 본체 케이스(210)와 상기 본체 케이스(210)들에 의해 고정 배치되는 에 어팬(220)과 에어필터(230)와 열교환기(240)와 광촉매장치(100)로 구성된다.
본체 케이스(210)에는 공기가 본체 케이스 내부로 흡입되는 공기 유입구(211)와 열교환 및 살균, 탈취 및 유해물질 분해된 공기를 배출하기 위한 공기 배출구(212)가 형성된다. 상기 공기 유입구(211) 및 공기 배출구(12)는 모두 본체 케이스(210)의 전방을 향하도록 구성되거나 전방-상측, 전방-상측, 우측, 상측-전방 등과 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다. 또한, 본체 케이스(210)는 내부에 광촉매장치(100)를 고정하기 위한 나사결합수단, 일예로 보스 또는 슬라이드가 형성될 수 있다. 그리고 본체 케이스(210)는 자외선램프(110)의 램프핀(111)이 접속되는 램프소켓을 포함하는 전원부(도시하지 않음)를 포함한다.
에어팬(220)은 공기 유입구(211)와 공기 배출구(212)의 구성에 따라 적절하게 배치되어 공기 유입구(211)를 통해 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 순환시켜 공기 배출구(212)로 배출시킨다.
에어필터(230)는 에어팬(220)에 의해 흡입되는 공기로부터 비교적 큰 오염 요소들을 1차적으로 여과한다. 도 4a 및 도 4b에서는 하나의 에어필터(230)만을 나타내었으나 복수개의 에어필터(230)들이 설치될 수도 있다.
열교환기(240)는 냉매를 이용하여 공기의 온도를 낮추는 쿨러(도시하지 않음) 및 열선 등에 의한 공기의 온도를 높이는 히터(도시하지 않음)를 구비하여 에어필터(30)를 통과한 공기의 온도를 높이거나 낮춘다.
광촉매장치(100)는 케이스 본체(210)의 결합수단에 다공성 파이프(120)에 형성된 고정수단(122)에 의해 나사 결합되거나 슬라이딩 결합되어 자외선과 광촉매에 의한 광산화 및 광환원 반응에 의해 이온들을 발생시켜 열교환기(240)를 거친 공기를 살균, 탈취하고, 공기 중에 포함된 유해물질을 분해한다. 이때, 광촉매장치(100)의 반사경(110)은 열교환기(240)에 의해 공기 배출구(212)로 진행하는 공기가 광촉매장치(100)의 다공성 파이프(120) 및 자외선램프(110)에 직접적으로 부딪치지 않도록 반사경(230)의 반사면이 공기 순환방향의 반대 방향으로 배치된다.
또한, 광촉매장치(100)는 도 6에서와 같이 케이스 본체(210)의 공기 배출구(212) 측에 위치할 수도 있고, 공기 유입구(211)의 대향면 측에 위치할 수도 있으며, 공기가 순환되는 어느 위치에나 하나 이상 설치될 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 일반적인 광촉매장치의 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 광촉매장치의 구성을 나타낸 도면
도 3은 도 2의 측면도를 나타낸 도면
도 4는 도 2의 단면도를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광촉매장치의 구성을 나타낸 도면
도 6a는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광촉매장치가 냉온풍장치에 구성된 경우를 나타내 도면
도 6b는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광촉매장치가 공기정화장치에 구성된 경우를 나타낸 도면
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 광촉매장치 111: 램프핀
110: 자외선램프 120 : 다공성 파이프
121: 자외선 방출 구멍 122: 고정수단
123: 고정 고리 130: 광촉매 섬유
140: 반사경 141: 고정 바
210: 케이스 본체 211: 공기 유입구
212: 공기 배출구 220: 에어팬
230: 에어필터 240: 열교환기
Claims (9)
- 다수의 구멍들이 천공되고 내부에 자외선램프를 수용할 수 있는 다공성 파이프와,광촉매가 코팅된 유리섬유로 되고, 상기 다공성 파이프를 감싸는 광촉매 주머니와,상기 광촉매 주머니로 감싸인 다공성 파이프의 외측면의 적어도 일부분을 둘러싸며, 상기 다공성 파이프의 구멍들과 상기 광촉매 주머니를 통과하여 출사되는 자외선을 광촉매 주머니의 외측으로 반사하는 반사면을 갖는 반사경을 포함하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,자외선램프의 착탈이 가능한 자외선램프 고정수단을 더 구비함을 특징으로 하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 제1항에 있어서,상기 자외선램프 고정수단은 전기접속수단을 겸하는 것을 특징으로 하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 제1항에 있어서,상기 반사경의 단면형상은 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 제1항에 있어서,상기 광촉매가 TiO2인 것을 특징으로 하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 제1항에 있어서,상기 다공성 파이프의 재질이 알루미늄임을 특징으로 하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 제1항에 있어서,상기 다공성 파이프에 광촉매가 더 코팅되는 것을 특징으로 하는 다공성 파이프를 이용한 광촉매장치.
- 공기 흡입구와 공기 배출구를 구비하는 케이스 본체와, 상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 순환시켜 상기 공기 배출구로 배출시키는 적어도 하나 이상의 에어팬을 포함하는 공기정화장치에 있어서,다수의 구멍들이 천공되고 내부에 자외선램프를 수용할 수 있는 다공성 파이프와,광촉매가 코팅된 유리섬유로 되고, 상기 다공성 파이프를 감싸는 광촉매 주머니와,상기 광촉매 주머니로 감싸인 다공성 파이프의 외측면의 적어도 일부분을 둘러싸며, 상기 다공성 파이프의 구멍들과 상기 광촉매 주머니를 통과하여 출사되는 자외선을 광촉매 주머니의 외측으로 반사하는 반사면을 갖는 반사경을 포함하는 광촉매장치를 더 포함하되, 상기 반사경의 반사면이 공기 순환 방향의 반대 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
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