KR101007199B1 - 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기 - Google Patents

살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전면에 공기가 유입되는 인렛 그릴(inlet grille)이 마련되고, 상면에 컨트롤 패널 및 아웃렛 루버(outlet rouver)가 마련된 하우징; 상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기를 정화시키도록 상기 하우징에 마련되는 프리 필터; 상기 하우징 내부에 마련되어 가습수를 저장하는 드레인 팬(drain pan); 양단이 상기 드레인 팬에 연결되는 순환라인 상에 설치되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 순환시키는 펌프와, 상기 순환라인 상에 설치되어 순환되는 가습수를 살균시키는 오존발생기로 구성된 가습수 살균장치; 외주면의 일측이 상기 드레인 팬에 마련된 아이들 롤러에 회전가능하게 지지되고 타측이 상기 드레인 팬에 마련된 구동롤러에 지지되어 회전되도록 마련된 원통형 프레임과, 상기 원통형 프레임에 삽입되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 빨아들여 습윤상태를 형성하는 복수개의 가습부재로 구성되는 회전 가습 유닛; 및 상기 하우징 내부에 마련되고, 상기 각 가습부재가 빨아들인 가습수를 자연증발시키도록 상기 인렛 그릴을 통해 공기를 유입시키는 터보 팬을 전면에 구비하며, 유입된 공기 및 증발된 가습수를 상기 아웃렛 루버로 배출시키도록 상단이 개방된 팬 하우징을 포함하여 구성되는 기화식 가습방식을 채택하여 전력소모가 적고, 풍부한 가습량을 효율적으로 제공하며, 드레인 팬에 저장된 가습수의 살균을 통해 세균의 번식을 예방하고, 공기 청정 기능을 갖는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기를 제공한다.
가습기, 기화식, 살균, 오존, 허니컴, 워터 스크린

Description

살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기{HUMIDIFIER HAVING STERILIZATION AND AIR CLEANING FUNCTION}
본 발명은 가습기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기화식 가습방식을 채택하여 전력소모가 적고, 풍부한 가습량을 효율적으로 제공하며, 드레인 팬에 저장된 가습수의 살균을 통해 세균의 번식을 예방하고, 공기 청정 기능을 갖는 가습기에 관한 것이다.
일반적으로 가정이나 사무실 내의 공기는 실내에 적당한 수분을 공급하는 장치가 없는 경우, 실내온도가 높아지게 되면 매우 건조한 상태가 된다. 이와 같이 실내가 건조해지면, 호흡기질환을 비롯하여 감기와 같은 각종 질병에 걸리기 쉽기 때문에 공기 중에 수분을 공급하여 적당한 습도(60% 정도)를 유지시킴으로써 호흡기질환이나 기관지 관련 질병을 예방하고, 쾌적한 실내 분위기를 조성하기 위해 가습기가 사용되고 있다.
전술한 가습기는 그 가습방식에 따라 크게 전열식 가습기, 초음파식 가습기, 기화식 가습기 등으로 분류된다.
상기 전열식 가습기는 공급된 물을 히터나 전극봉으로 가열시켜 증기를 발생시키는 전기가열방식을 이용하며, 100 ℃ 이상의 온도로 물을 가열하여 이를 증발시키기 때문에 부수적으로 살균효과를 갖는 이점이 있다. 그러나 상기 전열식 가습기는 물을 가열시켜 증기를 발생시키기 위한 과정에서 과다한 에너지가 소비되는 문제점, 물을 저장하는 가열조 내에 칼슘이 고착되는 문제점, 분무응축으로 인한 증기의 국소적 비산의 문제점 및 부주의로 인해 가습기가 넘어지는 경우, 100 ℃ 이상의 온도로 가열된 뜨거운 물로 인해 치명적인 화상을 입을 수 있는 문제점 등의 단점이 있다.
상기 초음파식 가습기는 전기회로에서 특정 주파수의 전기신호를 발생시켜 물속에 설치된 진동자를 초음파진동시킴으로써 물을 무화(霧化: 안개와 같이 미세한 물방울로 형성)시키는 방식이다. 그러나 상기 초음파식 가습기의 경우, 액상인 물을 초음파발진기에 의해 초음파진동시켜 무화 상태로 된 물입자를 방출하는 방식이기 때문에 전력소모가 크고, 실내 공기의 온도를 하강시킬 뿐만 아니라, 가습기를 제대로 청소해주지 않거나 또는 오랫동안 물탱크 내에 물을 저장하는 경우, 물탱크 내에 저장된 물에 세균이 증식하게 되어 유아나 심약한 노인 등의 건강에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
상기 기화식 가습기는 일정수위가 유지되는 수조에 흡수력이 우수한 소재로 만들어진 가습판을 수직으로 배치하여, 모세관 현상을 통해 가습판의 일정 높이까지 물을 빨아올려 습윤 상태를 형성한 후, 가습판 사이로 공기가 통과되도록 하여 공기의 수증기압 차이에 의해 가습판으로부터 물이 자연 증발되도록 한 것이다. 그 러나 종래 기술에 따른 상기 기화식 가습기의 경우, 수직으로 배치된 가습판의 모세관 현상에 따른 물 흡수력에 한계로 가습판 상부의 가습량, 즉 물 흡수량이 부족해지는 문제점이 있고, 또한 수조 및 이에 저장된 물을 자주 갈아주지 않거나 청소해주지 않는 경우, 마찬가지로 세균이 증식하게 되어 유아나 심약한 노인 등의 건강에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 기화식 가습방식을 채택하여 전력소모가 적고, 풍부한 가습량을 효율적으로 제공하며, 드레인 팬에 저장된 가습수의 살균을 통해 세균의 번식을 예방하고, 공기 청정 기능을 갖는 가습기의 제공을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기는 전면에 공기가 유입되는 인렛 그릴(inlet grille)이 마련되고, 상면에 컨트롤 패널 및 아웃렛 루버(outlet rouver)가 마련된 하우징; 상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기를 정화시키도록 상기 하우징에 마련되는 프리 필터; 상기 하우징 내부에 마련되어 가습수를 저장하는 드레인 팬(drain pan); 양단이 상기 드레인 팬에 연결되는 순환라인 상에 설치되어 상기 드레인 팬 에 저장된 가습수를 순환시키는 펌프와, 상기 순환라인 상에 설치되어 순환되는 가습수를 살균시키는 오존발생기로 구성된 가습수 살균장치; 외주면의 일측이 상기 드레인 팬에 마련된 아이들 롤러에 회전가능하게 지지되고 타측이 상기 드레인 팬에 마련된 구동롤러에 지지되어 회전되도록 마련된 원통형 프레임과, 상기 원통형 프레임에 삽입되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 그 표면에 고르게 적시거나, 빨아들여 습윤상태를 형성하는 복수개의 가습부재로 구성되는 회전 가습 유닛; 및 상기 하우징 내부에 마련되고, 상기 각 가습부재가 빨아들인 가습수를 자연증발시키도록 상기 인렛 그릴을 통해 공기를 유입시키는 터보 팬을 전면에 구비하며, 유입된 공기 및 증발된 가습수를 상기 아웃렛 루버로 배출시키도록 상단이 개방된 팬 하우징을 포함한다.
상기 가습부재는 허니콤 구조를 갖되, 친수성 도료가 코팅된 플라스틱 소재로 사출성형되거나, 흡수력이 뛰어난 펄프나 레이온 또는 화학섬유 소재로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 순환라인 상의 상기 펌프 전단에는 증발과정에서 상기 각 가습부재에 부착된 후, 상기 드레인 팬에 저장된 가습수에 침전되는 공기중의 이물질을 걸러주는 스트레이너(strainer)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 원통형 프레임의 후단에는 상기 회전 가습 유닛을 통과한 공기 및 증발된 가습수를 모아 상기 팬 하우징으로 유입시키는 디퓨져가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 오존발생기는 서로 대향되도록 배치되어 전기분해 반응을 일으키는 양 극전극 및 음극전극; 상기 양극전극과 음극전극 사이에서 전기분해반응으로 생성되는 수소이온을 전달하는 고체 고분자 전해질막; 및 상기 음극전극과 고체 고분자 전해질막 사이에 구비되고, 상기 양극전극에서 발생되는 수소이온을 상기 음극전극으로 통과시키고, 상기 음극전극에서 발생되는 OH-이온이 양이온 2가 이온과 반응하여 생성되는 스케일을 표면에 생성시켜 상기 음극전극 표면에서의 스케일 생성을 감소시키는 보조전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조전극은 메쉬 10-100, 두께 0.1-2.0mm 규격의 메쉬 형태로 된 것을 특징으로 한다.
상기 고체 고분자 전해질막과 양극전극을 이격시키는 스페이서가 더 포함되고, 상기 스페이서와 양극전극 간의 이격 거리는 0.01-0.5mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기는 전면에 공기가 유입되는 인렛 그릴(inlet grille)이 마련되고, 상면에 컨트롤 패널 및 아웃렛 루버(outlet rouver)가 마련된 하우징; 상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기를 정화시키도록 상기 하우징에 마련되는 프리 필터; 상기 하우징 내부에 마련되어 가습수를 저장하는 드레인 팬(drain pan); 상기 드레인 팬에 설치되되, 상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기의 흐름과 평행하도록 각각 일정 간격 이격되어 경사지게 배치되는 복수개의 가습판으로 구성된 워터 스크린; 상기 워터 스크린의 상 단에 배치되어 일시 저장되는 가습수를 상기 각 가습판에 흘려주는 스크린 매니폴더; 일단이 상기 드레인 팬에 연결되고 타단이 상기 스크린 매니폴더에 연결되는 순환라인 상에 설치되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 상기 스크린 매니폴더로 순환시키는 펌프와, 상기 순환라인 상에 설치되어 순환되는 가습수를 살균시키는 오존발생기로 구성된 가습수 살균장치; 및 상기 하우징 내부에 마련되고, 상기 각 가습판을 따라 흘러내리는 가습수를 자연증발시키도록 상기 인렛 그릴을 통해 공기를 유입시키는 터보 팬을 전면에 구비하며, 유입된 공기 및 증발된 가습수를 상기 아웃렛 루버로 배출시키도록 상단이 개방된 팬 하우징을 포함한다.
상기 각 가습판은 물결 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기에 의하면, 기화식 가습방식을 채택하여 전력소모가 적고, 풍부한 가습량을 효율적으로 제공하며, 드레인 팬에 저장된 가습수의 살균을 통해 세균의 번식을 예방하고, 공기 청정 기능을 갖는 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 절개 사시도이며, 도 3은 도 1의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에서 하우징을 제거한 상태의 요부 정면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기(100)는 크게 하우징(110), 프리 필터(120), 드레인 팬(drain pan: 130), 가습수 살균장치(140), 회전 가습 유닛(150), 터보 팬(170), 팬 하우징(180)을 포함하여 구성된다.
상기 하우징(110)은 본 발명의 전체 외관을 형성하는 것으로서, 전면에 공기가 유입되는 유입구인 인렛 그릴(inlet grille: 112)이 마련되고, 상면에 컨트롤 패널(114) 및 공기의 유출구인 아웃렛 루버(outlet rouver:116)가 마련되며, 측면에 도어(118)가 마련된다. 상기 도어(118)는 상기 드레인 팬(130)에 가습수를 공급할 물통(134)의 유입/유출을 위한 것이다.
상기 하우징(110)에는 또한, 상기 인렛 그릴(112)을 통해 유입되는 공기를 정화시키는 프리 필터(120)가 마련되어 본 발명에 따른 가습기(100)의 1차 공기 청정 작용을 수행한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 가습수를 저장하는 드레인 팬(drain pan: 130)이 마련되고, 상기 드레인 팬(130)의 일측에는 이와 연통되는 서플라이 팬(supply pan: 132)이 마련된다. 상기 서플라이 팬(132)은 전술한 가습수를 제공하는 물통(134)이 거치되도록 하여, 상기 물통(134)으로부터 제공되는 가습수를 상기 드레인 팬(130)으로 공급한다. 전술한 하우징(110)의 도어(118) 및 서플라이 팬(132)을 통해 사용자는 상기 드레인 팬(130)에 필요한 가습수의 제공 및 이를 위한 물 통(134)의 교체를 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 가습기(100)의 주요 특징 중 하나는, 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수를 효율적으로 살균하여 세균의 번식을 방지하는 가습수 살균장치(140)를 구비한다는 것이다.
상기 가습수 살균장치(140)는 기본적으로 양단이 상기 드레인 팬(130)에 연결되는 순환라인(141)과, 상기 순환라인(141) 상에 설치되어 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수를 순환시키는 펌프(142)와, 상기 순환라인(142) 상에 설치되어 순환되는 가습수를 살균시키는 오존발생기(145)를 포함한다. 미설명부호 147은 미리 입력된 프로그램에 따라 상기 펌프(142) 및 오존발생기(145)의 구동을 제어하는 컨트롤 PCB를 나타낸다. 상기 컨트롤 PCB(147)의 제어에 따라 상기 펌프(142) 및 오존발생기(145)가 구동하면, 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수는 상기 순환라인(141) 상을 따라 이동하여 상기 오존발생기(145)에 의해 발생된 오존에 의해 살균 및 소독된 후, 다시 상기 드레인 팬(130)으로 유입된다. 상기 오존발생기(145)의 구체적 구성 및 작용에 대해서는 후술하기로 한다.
본 발명에 따른 가습기(100)의 주요 특징 중 다른 하나는, 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수를 그 표면에 고르게 적시거나, 빨아들여 습윤상태를 형성하는 회전 가습 유닛(150)을 구비한다는 점이다. 상기 회전 가습 유닛(150)은 원통형 프레임(151) 및 상기 원통형 프레임(151)에 삽입되는 복수개의 가습부재(152)로 구성된다. 상기 원통형 프레임(151)은 그 외주면의 일측이 상기 드레인 팬(130)에 마련된 아이들 롤러(154)에 회전가능하게 지지되고, 타측이 상기 드레인 팬(130)에 마련된 구동롤러(155)에 지지되어 상기 구동롤러(155)의 회전에 의해 회전되도록 마련된다. 미설명부호 157은 구동모터를 나타내고, 156은 상기 구동모터(157)의 회전력을 상기 구동롤러(155)에 전달하기 위한 구동기어를 나타낸다. 상기 복수개의 가습부재(152)는 각각 상기 원통형 프레임(151)에 삽입되어 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수를 그 표면에 고르게 적시거나, 빨아들여 습윤상태를 형성하고, 후술할 터보 팬(170)의 작용에 의해 상기 인렛 그릴(112)을 통해 유입되는 공기의 포화수증기압 차이에 의해 가습수가 자연 증발되도록 하기 위한 것으로서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 허니콤 구조를 갖되, 흡수력이 뛰어난 펄프나 레이온 또는 화학섬유 소재로 형성된 것이거나, 또는 플라스틱 소재로 사출성형한 것을 특징으로 한다. 플라스틱 소재로 사출성형한 것일 경우, 그 표면에 가습수가 보다 더 잘 흡착되도록 하기 위해 친수성 도료를 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 회전 가습 유닛(150)은 전술한 바와 같이, 원통형 프레임(151)에 규격화된 복수개의 가습부재(152)를 착탈가능하게 삽입하는 구조를 갖기 때문에, 필요한 경우, 각 가습부재(152)의 세정 및 교체가 용이하다. 또한, 상기 원통형 프레임(151)이 회전되도록 구성되기 때문에 각 가습부재(152)는 지속적으로 충분한 양의 가습수를 그 표면에 고르게 적시거나, 빨아들여 습윤상태를 형성한다. 따라서 종래 기술에 따른 기화식 가습기가 갖는 단점, 즉 드레인 팬(130)에 단순히 수직으로 담겨지도록 배치된 가습판의 모세관 현상에 따른 물 흡수력에 한계로 가습판 상부의 물 흡수량이 부족해져 원하는 정도의 가습효과를 기대하기 어려운 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 상기 각 가습부재(152)는 상기 인렛 그릴(112)을 통해 유입 되어 상기 프리 필터(120)에 의해 1차적으로 정화된 공기에 잔존하는 미세 먼지 기타 이물질을 흡착함으로써 본 발명에 따른 가습기(100)의 2차 공기 청정 작용을 수행한다.
전술한 상기 각 가습부재(152)에 흡착된 미세 먼지 기타 이물질은 상기 원통형 프레임(151)의 회전에 따라 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수와의 접촉에 의해 떨어져나와 상기 가습수에 침전된다. 한편, 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수는 전술한 바와 같이, 상기 가습수 살균장치(140)에 의해 순환된다. 따라서 상기 가습수 살균장치(140)의 순환라인(141) 상의 펌프(142) 전단에 스트레이너(strainer: 143)를 추가 구비함으로써 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수에 침전된 미세 먼지 기타 이물질을 걸러주도록 하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(110)의 내부에는 또한, 상기 회전 가습 유닛(150)의 각 가습부재(152)가 빨아들인 가습수를 공기의 포화수증기압 차이에 의해 자연증발시키도록 상기 인렛 그릴(112)을 통해 공기를 유입시키는 터보 팬(170)을 전면에 구비하며, 유입된 공기 및 증발된 가습수를 상기 아웃렛 루버(116)로 배출시키도록 상단이 개방된 팬 하우징(180)이 마련된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 터보 팬(170)은 전술한 바와 같이, 상기 팬 하우징(180)의 전면, 즉 회전 가습 유닛(150)의 후방에 배치되도록 하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 축류팬을 적용하여 상기 프리 필터(120)와 회전 가습 유닛(150) 사이에 배치되도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 회전 가습 유닛(150)의 원통형 프레임(151) 후단에 상기 회전 가습 유닛(150)을 통과한 공기 및 증발된 가습수를 모아 상기 터보 팬(170)과 연통된 팬 하우징(180)으로 유입시키는 디퓨져(160)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도 5 내지 도 9를 참조하여, 순환되는 가습수를 살균시키는 가습수 살균장치(140)의 오존발생기(145)에 대해 상세히 설명한다. 도 5는 도 3에 도시된 오존발생기의 분해사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 오존발생기의 결합구조를 나타낸 구성도이며, 도 7은 도 5에 도시된 보조전극의 평면도이고, 도 8은 보조전극의 유무에 따른 전기분해 저항을 전압특성으로 나타낸 그래프이며, 도 9는 발생오존농도특성을 전류공급방식에 따라 나타낸 그래프이다.
상기 오존발생기(145)는 주지하다시피 산소원자를 다른 물질에 주어 O2가 되려고 하는 강한 산화작용으로 살균, 소독, 냄새제거 등에 뛰어난 효과를 발휘하는 오존(O3)을 생성하여 가습수를 살균시키기 위한 것으로서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 포개어져 결합되는 프레임(10)과, 상기 프레임(10)의 내부에 대향되게 설치되는 양극전극(20) 및 음극전극(30)과, 상기 양극전극(20)과 음극전극(30) 사이에서 전기분해 반응으로 생성되는 수소이온을 전달하는 고체고분자 전해질막(40)과, 상기 음극전극(30)과 고체 고분자 전해질막(40) 사이에 구비되어 표면에 스케일을 생성시키는 보조전극(50), 및 상기 1쌍의 전극 사이에 끼워지는 스페이서(60)로 구성된다.
양극실에서는 식(1)과 같은 산소와 수소발생반응이 이루어지며, 식(2) 및 식(3)과 같은 오존생성반응이 이루어진다.
식(1) 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-
식(2) H2O + O2 -> O3 + 2H+ + 2e-
식(3) 3H2O -> O3 + 6H+ + 6e-
음극실의 수소생성 반응은 식(4) 및 식(5)와 같이 표현된다.
식(4) nH+ + ne- -> (n/2)H2 (n=4∼6)
식(5) 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-
상기 오존발생장치(145)는 원료수인 가습수를 강산성 양이온 교환수지나 역삼투 여과 등과 같이 고가의 전처리 공정 없이 수도수 수준의 수질로 하여 연속적으로 오존을 발생시킬 경우, 음극실의 음극전극(30) 표면에 생성되는 스케일을 저감시키기 위하여 보조전극(50)을 음극전극(30)과 고체 고분자 전해질막(40)의 사이에 삽입하여 일정량 생성되는 스케일이 물과 함께 유실될 수 있게 하였다.
상기 보조전극(50)은 양극에서 발생되는 수소이온을 음극전극(30)으로 원활하게 전달하고, 식(6), 식(7)과 같이 음극전극(30)에서 발생되는 OH-이온이 양이온 2가 이온과 반응하여 생성되는 스케일을 보조전극(50) 표면에 생성시켜 음극전극(30)의 표면에서의 스케일 생성을 극소화시킨다.
또한, 상기 보조전극(50)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 얇은 세선으로 이루 어진 망의 형상으로 형성되어 스케일이 보조전극(50)의 표면에 부착하였다가 용이하게 탈리될 수 있게 함으로써 기존의 스케일 축적에 의해 전기분해 저항이 증대되는 문제를 해결할 수 있게 되며, 음극전극(20)이 고체 고분자 전해질막(40)과의 밀착성을 확보하기 위해 미세 망사 구조로 되어 있다.
상기 보조전극(50) 삽입 유무에 따른 전기분해 저항을 검토하기 위해 본 발명에 따른 전극구조물을 삽입한 오존발생기를 정전류 방식으로 연속 운전하여 결과를 고찰하였다.
운전시간에 따른 원료수의 전기분해 저항의 변화를 오존발생기에 인가되는 전압특성과 연계하여 관찰하면 도 8에 도시된 바와 같이, 정전류 조건하에서 전기분해 저항이 증가하면 전압은 비례적으로 증가하는 특성을 확인할 수 있다.
도 8에서 A는 수도수(경도 65ppm)를 원료수로 하여 보조전극(50)을 삽입하였을 경우이고, B는 수도수(경도 65ppm)를 원료수로 하여 보조전극(50)이 없는 경우이며, C는 강산성 양이온 교환수지를 이용하여 원료수를 처리하였을 경우(경도 5ppm이하)의 조건이고, 각각은 연속운전 1000시간을 진행하였을 때 각 조건별로 나타나는 전기분해 전압의 특징을 나타내었다.
원료수를 강산성 양이온 교환수지를 이용하여 원료수내의 2가 양이온을 제거한 경우의 전기분해 전압이 가장 일정하고 양호한 수준을 보였고, 원료수내의 2가 양이온을 제거하지 않은 상태에서는 다소 전기분해 저항이 증가하는 것을 알 수 있다(A, B).
도 8에 도시된 바와 같이 보조전극(50)을 삽입할 경우(A), 삽입하지 않은 조 건(B)에 비해 전기분해저항을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기 보조전극(50)의 재질은 산/알칼리 성분이나 산화성물질에 강하고 전도성이 우수하여야 되고, 이러한 재질로는 스테인레스 스틸, 티타늄, 탄소 등이 있으며, 형태는 망구조가 적합하고, 망은 Mesh 10 ∼ 100이 적정 규격이며 두께는 0.1∼2.0mm가 적당하다.
이러한 보조전극(50)을 설정하여 전극조립체를 형성하게 되면 음극전극(30) 쪽으로의 스케일 형성에 의한 전기분해 상승현상을 효과적으로 제어할 수 있으며, 아울러 고체 고분자전해질에 대한 전체적인 누름량을 균일화 할 수 있는 역할을 수행하게 되므로 오존발생과 관련된 전반적인 효율을 배가시키는 결과를 얻을 수 있다.
상기 양극전극(20)과 음극전극(30)의 재질은 오존발생에 적합한 백금재질이 적합하고, 백금재질의 전극은 도금전극과 원판전극 모두 가능하며, 양극전극(20)과 음극전극(30)의 형태는 고체 고분자전해질과 결합시에 밀착성을 높이기 위해서 평면구조를 가지며 전극표면에서 발생되는 기포를 전극표면으로부터 용이하게 제거할 수 있도록 일정한 개구 면적이 형성된 것이어야 한다. 상기의 구조는 망형태가 가장 적합하나 망의 경우 자체의 탄성을 고려하여 고체 고분자 전해질과의 결합시 평탄도를 균일하게 유지할 수 있도록 유의하여야 하며, 일반 타공망의 경우 개구 면적을 크게 할 수 없는 물리적인 단점이 있다. 상기 오존발생기(145)에 적합한 양극 및 음극은 개구율이 전체 면적대비 30∼80%의 범위가 가장 적합하다.
상기 고체 고분자 전해질막(40)은 용도에 따라 여러 가지 제품이 적용가능하 며 예로서 미국 DuPont사의 불소수지 제품인 Nafion이 적합하며, 전기전도도(conductivity, S/cm) 0.083 ±004, 단위무게(g/inch2) 0.07∼0.23 ±0.02, 막의 두께(mm) = 0.05∼0.18의 특성을 가지는 것이면 적합하고, 형상은 전극형태를 크게 확대한 형태가 적합하다.
상기 두 전극과 고체고분자 전해질막(40)의 조립체를 구성하기 위해서 물리적, 화학적으로 열화특성이 우수한 재질을 이용한 프레임형태의 기구물을 이용한다.
상기 프레임(10)은 1쌍이 서로 포개어져 결합되고, 일측에 전극 수용홈(11)이 각각 형성되며, 수도수가 통과하는 관통홀(12)이 각각 형성되고, 일측 프레임(10)에는 결합돌기(13)가 돌출되게 형성되며, 타측 프레임(10)에는 결합홈(14)이 형성되어 서로 결합된다.
상기 양극전극(20)과 음극전극(30)은 수평방향으로 형성된 슬릿(21)이 수직방향을 따라 일정간격을 두고 다수개 형성되어 있고, 상단 일측에 전기선이 연결되는 단자부(22,32)가 각각 연장되어 형성되어 있다.
상기 스페이서(60)는 상기 고체 고분자 전해질막(40)과 양극전극(20)을 일정 간격으로 고정시키는 역할을 하는 것으로, 양극전극(20)의 가장자리 및 중앙부 등에 테프론 등과 같은 물리적, 화학적으로 열화특성이 우수한 재질의 테이프, sheet, film, 혹은 플라스틱 구조물 등을 사용하게 된다. 이때 스페이서(60)와 양극전극(20)간의 이격 거리는 0.01∼0.5mm가 적당하다.
상기 양극전극(20)과 음극전극(30)의 중심부와 스페이서(60)의 중심부에는 체결홀(23,33,61)이 각각 형성되고 상기 프레임(10)의 중심부에는 체결구(15)가 형성되어, 프레임(10)에 두 전극과 스페이서(60)가 결합될 때 체결구(15)가 체결홀(33,61)을 관통하여 고정시키게 된다.
상기 보조전극(50)은 음극전극(30)에 인접하게 고정되고, 상기 고체 고분자 전해질막(40)을 음극전극(30)에 인접하게 고정되며, 상기 보조전극(50)과 고체 고분자 전해질막(40)이 서로 마주보게 결합되어 있다.
여기서, 상기 스페이서(60)와 보조전극(50)은 고체 고분자 전해질막(40)의 양측에 구비되어 두 전극과 고체 고분자 전해질막(40) 사이에 매우 균일한 기계적 누름 특성을 확보하여 안정된 운전특성을 획득할 수 있게 한다.
이상과 같이 결합된 전극결합체를 이용하여 수중에서 오존발생을 시키는 방법은 정전류 방식의 직류 전원을 이용하여 양극전극(20)에는 (+)전류를 음극전극(30)에는 (-)전류를 인가하여 양극에서 상기한 식(1), 식(2), 식(3)의 전기화학 반응을 통하여 고농도의 용존 상태의 오존을 생산할 수 있다.
전류를 공급하는 방식은 두 가지 형태로 구성할 수 있다. 첫 번째는 전류를 시스템 특성에 맞게 최초 설정된 값으로 공급하는 일반 정전류방식이고, 두 번째는 원료수의 수질특성에 따라 변하는 전기분해저항을 측정하여 전류값을 일정하게 변화시키는 가변식 정전류방식이다. 도 9에 두 가지 방식에 의한 운전시간에 따른 오존발생특성을 나타내었다. 일반 정전류방식에 의한 특성그래프는 A이며 가변식 정전류방식에 의한 특성그래프는 B이다.
이하에서는 첨부된 도 10 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기에 대해 상세히 설명한다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기의 요부 사시도이고, 도 11은 도 10의 정면도이며, 도 12는 도 10에 도시된 워터 스크린의 사시도이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기(200)는 전술한 실시예에 따른 가습기(100)와 마찬가지로 하우징(110), 프리 필터(120), 드레인 팬(130), 서플라이 팬(132), 가습수 살균장치(140), 스트레이너(143), 터보 팬(170), 팬 하우징(180)을 포함한다. 따라서 상기 구성요소들에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 그 각각에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 다른 실시예에 따른 가습기(200)의 특징은 상기 회전 가습 유닛(150)을 대신하여 구성되는 워터 스크린(210) 및 스크린 매니폴더(220)을 구비하고, 상기 가습수 살균장치(140)의 순환라인(141)의 일단이 상기 드레인 팬(130)에 연결되고 타단이 상기 스크린 매니폴더(220)에 연결되어 펌프(142) 및 오존발생기(145)를 통해 상기 드레인 팬(130)에 저장된 가습수를 순환 및 살균하여 상기 스크린 매니폴더(220)로 공급시킨다는 것이다.
상기 워터 스크린(210)은 상기 드레인 팬(130)에 설치되되, 상기 인렛 그릴(112)을 통해 유입되는 공기의 흐름과 평행하도록 각각 일정 간격 이격되어 배치 되는 복수개의 가습판(211)으로 구성된다.
상기 스크린 매니폴더(220)는 상기 워터 스크린(210)의 상단에 배치되어 전술한 가습수 살균장치(140)에 의해 살균되어 공급되는 가습수를 일시 저장하고, 저장된 가습수를 상기 워터 스크린(210)의 각 가습판(211)에 흘려주는 역할을 수행한다.
상기 워터 스크린(210)의 각 가습판(211)은 상기 드레인 팬(130)에 수직으로 배치되는 것이 아니라, 경사지게 배치됨으로써 상기 스크린 매니폴더(220)에 의해 공급되는 가습수가 그 표면을 따라 잘 흘러내리도록 구성된다. 또한, 상기 각 가습판(211)은 물결 형상을 갖되, 그 표면에 친수성 도료를 도포함으로써 표면에 가습수가 보다 더 잘 흡착되도록 한 것을 특징으로 한다. 이를 통해 상기 각 가습판(211) 사이로 유입되는 공기는 상기 물결 형상에 의해 교란됨으로써 상기 각 가습판(211)을 따라 흘러내리는 가습수와의 상호작용이 활발해져 가습수의 자연 증발작용을 활성화시킴으로써 가습량을 향상시키고, 상기 프리 필터(120)를 통해 걸러지지 않은 공기 중의 미세분진 기타 이물질의 흡착작용을 활성화시킴으로써 공기정화작용을 향상시킨다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기의 사시도,
도 2는 도 1의 일부 절개 사시도,
도 3은 도 1의 분해 사시도,
도 4는 도 1에서 하우징을 제거한 상태의 요부 정면도,
도 5는 도 3에 도시된 오존발생기의 분해사시도,
도 6은 도 5에 도시된 오존발생기의 결합구조를 나타낸 구성도,
도 7은 도 5에 도시된 보조전극의 평면도,
도 8은 보조전극의 유무에 따른 전기분해 저항을 전압특성으로 나타낸 그래프,
도 9는 발생오존농도특성을 전류공급방식에 따라 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기의 요부 사시도,
도 11은 도 10의 정면도,
도 12는 도 10에 도시된 워터 스크린의 사시도이다.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
10 : 프레임 11 : 전극 수용홈
12 : 관통홀 13 : 결합돌기
14 : 결합홈 15 : 체결구
20 : 양극전극 21,31 : 슬릿
22,32 : 단자부 23,33,61 : 체결홀
30 : 음극전극 40 : 고체 고분자 전해질막
50 : 보조전극 60 : 스페이서
110 : 하우징 112 : 인렛 그릴
114 : 컨트롤 패널 116 : 아룻렛 루버
118 : 도어 120 : 프리 필터
130 : 드레인 팬 132 : 서플라이 팬
134 : 물통 140 : 가습수 살균장치
141 : 순환라인 142 : 펌프
143 : 스트레이너 145 : 오존발생기
147 : 컨트롤 PCB 150 : 회전 가습 유닛
151 : 원통형 프레임 152 : 가습부재
154 : 아이들 롤러 155 : 구동롤러
160 : 디퓨져 170 : 터보 팬
180 : 팬 하우징 210 : 워터 스크린
211 : 가습판 220 : 스크린 매니폴더

Claims (14)

  1. 전면에 공기가 유입되는 인렛 그릴(inlet grille)이 마련되고, 상면에 컨트롤 패널 및 아웃렛 루버(outlet rouver)가 마련된 하우징;
    상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기를 정화시키도록 상기 하우징에 마련되는 프리 필터;
    상기 하우징 내부에 마련되어 가습수를 저장하는 드레인 팬(drain pan);
    양단이 상기 드레인 팬에 연결되는 순환라인 상에 설치되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 순환시키는 펌프와, 상기 순환라인 상에 설치되어 순환되는 가습수를 살균시키는 오존발생기로 구성된 가습수 살균장치;
    외주면의 일측이 상기 드레인 팬에 마련된 아이들 롤러에 회전가능하게 지지되고 타측이 상기 드레인 팬에 마련된 구동롤러에 지지되어 회전되며 유입된 공기가 내부로 통과하는 원통형 프레임과, 상기 원통형 프레임에 삽입되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 그 표면에 고르게 적시거나, 빨아들여 습윤상태를 형성하고, 허니콤 구조로 형성되어 공기가 통과하여 가습수가 자연증발되도록 하는 복수개의 가습부재로 구성되는 회전 가습 유닛; 및
    상기 하우징 내부에 마련되고, 상기 각 가습부재가 빨아들인 가습수를 자연증발시키도록 상기 회전 가습 유닛의 후방에 배치되어 상기 인렛 그릴을 통해 공기를 유입시키는 터보 팬을 전면에 구비하며, 유입된 공기 및 증발된 가습수를 상기 아웃렛 루버로 배출시키도록 상단이 개방된 팬 하우징을 포함하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가습부재는 그 표면에 친수성 도료가 코팅된 플라스틱 소재로 사출성형하거나 또는 흡수력이 뛰어난 펄프나 레이온 또는 화학섬유 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환라인 상의 상기 펌프 전단에는 증발과정에서 상기 각 가습부재에 부착된 후, 상기 드레인 팬에 저장된 가습수에 침전되는 공기중의 이물질을 걸러주는 스트레이너(strainer)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 프레임의 후단에는 상기 회전 가습 유닛을 통과한 공기 및 증발된 가습수를 모아 상기 팬 하우징으로 유입시키는 디퓨져가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존발생기는
    서로 대향되도록 배치되어 전기분해 반응을 일으키는 양극전극 및 음극전극;
    상기 양극전극과 음극전극 사이에서 전기분해반응으로 생성되는 수소이온을 전달하는 고체 고분자 전해질막; 및
    상기 음극전극과 고체 고분자 전해질막 사이에 구비되고, 상기 양극전극에서 발생되는 수소이온을 상기 음극전극으로 통과시키고, 상기 음극전극에서 발생되는 OH-이온이 양이온 2가 이온과 반응하여 생성되는 스케일을 표면에 생성시켜 상기 음극전극 표면에서의 스케일 생성을 감소시키는 보조전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조전극은 메쉬 10-100, 두께 0.1-2.0mm 규격의 메쉬 형태로 된 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 고체 고분자 전해질막과 양극전극을 이격시키는 스페이서가 더 포함되고, 상기 스페이서와 양극전극 간의 이격 거리는 0.01-0.5mm 인 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  9. 전면에 공기가 유입되는 인렛 그릴(inlet grille)이 마련되고, 상면에 컨트롤 패널 및 아웃렛 루버(outlet rouver)가 마련된 하우징;
    상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기를 정화시키도록 상기 하우징에 마련되는 프리 필터;
    상기 하우징 내부에 마련되어 가습수를 저장하는 드레인 팬(drain pan);
    상기 드레인 팬에 설치되되, 상기 인렛 그릴을 통해 유입되는 공기의 흐름과 평행하도록 각각 일정 간격 이격되어 경사지게 배치되는 복수개의 가습판으로 구성된 워터 스크린;
    상기 워터 스크린의 상단에 배치되어 일시 저장되는 가습수를 상기 각 가습판에 흘려주는 스크린 매니폴더;
    일단이 상기 드레인 팬에 연결되고 타단이 상기 스크린 매니폴더에 연결되는 순환라인 상에 설치되어 상기 드레인 팬에 저장된 가습수를 상기 스크린 매니폴더로 순환시키는 펌프와, 상기 순환라인 상에 설치되어 순환되는 가습수를 살균시키는 오존발생기로 구성된 가습수 살균장치; 및
    상기 하우징 내부에 마련되고, 상기 각 가습판을 따라 흘러내리는 가습수를 자연증발시키도록 상기 인렛 그릴을 통해 공기를 유입시키는 터보 팬을 전면에 구비하며, 유입된 공기 및 증발된 가습수를 상기 아웃렛 루버로 배출시키도록 상단이 개방된 팬 하우징을 포함하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 가습판은 물결 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 순환라인 상의 상기 펌프 전단에는 증발과정에서 상기 드레인 팬에 저장된 가습수에 침전되는 공기중의 이물질을 걸러주는 스트레이너(strainer)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존발생기는
    서로 대향되도록 배치되어 전기분해 반응을 일으키는 양극전극 및 음극전극;
    상기 양극전극과 음극전극 사이에서 전기분해반응으로 생성되는 수소이온을 전달하는 고체 고분자 전해질막; 및
    상기 음극전극과 고체 고분자 전해질막 사이에 구비되고, 상기 양극전극에서 발생되는 수소이온을 상기 음극전극으로 통과시키고, 상기 음극전극에서 발생되는 OH-이온이 양이온 2가 이온과 반응하여 생성되는 스케일을 표면에 생성시켜 상기 음극전극 표면에서의 스케일 생성을 감소시키는 보조전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보조전극은 메쉬 10-100, 두께 0.1-2.0mmm 규격의 메쉬 형태로 된 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고체 고분자 전해질막과 양극전극을 이격시키는 스페이서가 더 포함되 고, 상기 스페이서와 양극전극 간의 이격 거리는 0.01-0.5mm 인 것을 특징으로 하는 살균 및 공기 청정 기능을 갖는 가습기.
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