KR101198718B1 - 공기 정화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따라, 공기 기류 발생기(20), 비열적 플라즈마 필터(22), 자외선 방출 디바이스(24), 오존 촉매 디바이스(26) 및 탄화수소 방출기(28)를 포함하는 공기 정화 디바이스가 제공된다. 이 공기 기류 발생기(20)는 공기 기류를 발생시키고, 비열적 플라즈마 필터(22), UV 방사선 방출 디바이스(24), 오존 촉매 디바이스(26) 및 탄화수소 방출기(28)를 통해서 또는 이들을 가로질러 공기 기류를 지향시킨다. 플라즈마 필터(22)는 공기 기류 중의 오염물들을 중화시킴으로써 자유 라디칼들을 생산한다. UV 방사선 방출 디바이스(24)는 공기 기류 중의 오존을 분해하고, 오존 촉매 디바이스(26)에 의해 이를 촉매한다. 탄화수소 방출기(28)는 공기 기류가 인간의 노출에 적절에 지도록 잔류 오전과 우선적으로 반응하도록 공기 기류 내로 방향족 탄화수소를 방출시킨다. 또한, 이 디바이스에 의한 방법이 제공된다.

Description

공기 정화 장치 및 그 방법{AIR DECONTAMINATION DEVICE AND METHOD}
본 발명은 공기 정화 방법, 및 그 방법에 의해 사용되는 디바이스에 관한 것이다.
대기 순도 및 공기 중에 비말 동반된 오염물들을 지속적으로 제거할 수 있는 것은 아마도 병원 및 부엌 등의 멸균 또는 위생 환경에서 특히 매우 중요하다. 또한, 의사들이 수술하는 동안 및 작업 환경에서 병균 및 질병이 전파되기 어렵게 만드는 정화된 공기를 갖는 것이 유리하다.
미생물 오염물들 외에, 공업적 가공 과정의 부산물로서 또는 테러나 화학적을 통한 악의적인 공격물로서 심각한 위험물로 존재할 수 있다.
본 발명은 이들 문제점들에 대한 해결책을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 국면에 따라,
a) 공기 기류 중의 오염물들이 중화됨으로써 자유 라디칼들이 생산되도록 비열적 플라즈마 필터를 통해 공기 기류가 정화되게 하는 단계;
b) 비열적 플라즈마 필터로부터 출력된 공기 기류 중의 오존을 분해시키는 단계; 및
c) 공기 기류가 인간의 노출에 적절해지도록 잔류 오존과 우선적으로 반응하도록 방향족 탄화수소를 공기 기류에 도입하는 단계를 포함하는, 공기 정화 방법이 제공된다.
본 발명의 제1 국면의 바람직한 및/또는 임의적인 특징들은 특허 청구항 2 내지 8에 나타낸다.
본 발명의 제2 국면에 따라, 본 발명의 제1 국면에 따른 방법과 사용하기 위한 공기 정화 디바이스가 제공되고, 이 디바이스는 비열적 플라즈마 필터, 자외선 방출 디바이스, 오존 촉매 디바이스, 탄화수소 방출기 및 공기 기류가 발생될 수 있거나 또는 비열적 플라즈마 필터, UV 방사선 방출 디바이스, 오존 촉매 디바이스 및 탄화수소 방출기를 통해서 또는 그것을 가로질러 통과하는 공기 기류 발생기를 포함한다.
본 발명의 제2 국면의 바람직한 및/또는 임의의 특징들은 특허 청구항 10 내지 21에 나타낸다.
본 발명은 이하 본 발명의 제2 국면에 따른 공기 정화 디바이스의 도식적인 단면 측면도를 보여주는 수반된 도면들을 참조하여 실시예에 의해 더욱 특별히 기재될 것이다.
도면을 참조하여, 흐름 통로(12), 이 흐름 통로(12)로의 공기 입구(14) 및 통로(12)로부터 배출되는 공기 출구(16)를 갖는 하우징(10), 및 흐름 통로(12)에 인접한 격벽(18)을 포함하는 공기 정화 디바이스가 도시된다. 공기 기류 발생기(20), 비열적 플라즈마 필터(22), 자외선(UV) 방사선 방출 디바이스(24), 오존 촉매 디바이스(26) 및 탄화수소 방출기(28)가 통로(12)에 위치한다.
공기 기류 발생기(20)는 통로(12)의 공기 입구(14)에 인접하게 제공된다. 이 실시 형태에서, 공기 기류 발생기(20)는 하우징(10)의 격벽(18)에 제공된 메인 전기 또는 배터리 팩들(도시되지 않음)에 의해 동력을 제공받는 전기 팬(30)이다. 안전 척도로서, 그릴(32)은 작동 중에 팬(30)에 대한 우발적인 액세스를 방지하도록 공기 입구(14)를 가로질러 제공된다.
비열적 플라즈마 필터(22)는 공기 입구(14) 하류에 팬(30)에 인접하게 위치한다. 상기 플라즈마 필터(22)는 음극(34) 및 양극(36) 이들 사이에 개재된 유전체(38)를 포함한다. 음극(34) 및 양극(36)은 하우징(10)의 격벽(18)에 수용된 동력 공급 유닛(PSU)(40)에 의해 동력을 공급받는다.
음극(34) 및 양극(36)은 알루미늄 및 탄소 복합체인 경우에 망상(3차원 다공성) 도전체 소자들을 포함한다. 그러나, 임의의 강성의 망상 도전체 또는 반도체 재료가 사용될 수 있다.
유전체(38)는 표면상 3 내지 4 밀리미터 직경의 활성화된 알루미나 펠렛들이다. 그러나, 다시, 유전체(38)는 다양한 용도 및 특정 요건들에 적합한 임의의 적절한 재료일 수 있다. 이 유전체(38)는 촉매 재료로 코팅될 수 있다.
UV 방사선 방출 디바이스(24)는 하우징(10)의 격벽(18) 내에 수용된 PSU(44)에 의해 동력을 공급받는 자외선 발광 튜브(42)를 포함한다. 이 자외선 발광 튜 브(42)는 비열적 플라즈마 필터(22) 하류의 통로(12) 내에 배치되고, 오존 촉매 디바이스(26)와 부합된다.
오존 촉매 디바이스(26)는 통로(12)를 가로질러 배치된 메쉬(46)를 포함하고, UV 방사선 방출 디바이스(24)를 포위한다. 이 메쉬(46)는 티탄, 납 및 망간 산화물들의 혼합물 등의 오존 촉매 재료의 코팅을 포함한다.
탄화수소 방출기(28)는 하우징(10)의 격벽(18) 내에 위치한 재충전 가능한 탄화수소 저장기(48), 저장기(48) 내에 유지된 액체 탄화수소를 증발시키기 위한 증발기(50) 및 가스상 탄화수소가 통로(12) 내로 방출되는 펌프(도시되지 않음)를 포함한다. 이 저장기(48)는 예를 들면 테르펜, 보다 특별하게는 미르센 등의 올레핀과 같은 액체 방향족 탄화수소를 함유한다. 탄화수소 방출기(28)의 출구(16)는 하우징(10)의 통로(12)의 중심 근처에 위치하고, UV 방사선 방출 디바이스(24)와 오존 촉매 디바이스(26)의 메시(46) 하류에 위치한다. 탄화수소 방출기(28)의 출구(16)는 하우징(10)의 통로(16)의 출구(16)에 인접하게 위치한다.
탄화수소 방출기(28)의 출구(16)에 휘발성 방향족 탄화수소를 공급하기 위한 임의의 다른 적절한 수단이 사용될 수 있다.
공기 정화 디바이스는 배터리 팩들에 의해 단독으로 동력을 공급받는 메인 전기에 의해 단독으로 동력을 공급받을 수 있고, 이는 재충전 가능하고, 모든 동력 소스들에 의해 선택적으로 활동적으로 될 수 있다.
공기 정화 디바이스는 휴대용 디바이스의 형태로 생산될 수 있고, 이는 실질적으로 수트케이스 또는 그의 치수를 취할 수 있다. 대안으로, 공기 정화 디바이 스는 보다 큰 디바이스가 일단 설치된 하나의 위치에 남겨지도록 의도됨에 따라 생산될 수 있다. 후자의 디바이스는 공업적 또는 상업적 설치 및 전제들에 더욱 절절하지만, 이들로만 제한되지 않는다.
사용 중에, 공기 정화 디바이스는 정화되어야 하는 위치에 배치된다. 이 디바이스는 빌딩, 챔버, 구내, 트렁킹, 파이프, 채널 또는 기타 밀폐되거나 또는 실질적으로 밀폐된 영역 내의 공기를 정화시키도록 의도된다. 그러나, 충분한 직통-흐름 용량에 의해, 개방된 옥외 환경에서 공기를 정화시킬 수도 있다.
디바이스는 활동하게 되고, 팬(30)은 하우징(10)의 통로(12)를 따라 주변 공기의 기류를 발생시킨다. 공기 기류는 초기에 비열적 플라즈마 필터(22)를 통해 통과한다. 이 필터는 유전체 코어 내에서 공기의 구성 부분을 '플라즘화'하기 위해 비열적 플라즈마의 특성들을 이용한다. 일반적인 견지에서, 원소 함유 공기의 원자 구조(주로 산소 및 질소)에서 외부 고리 전자들은 비열적 플라즈마에 의해 발생된 강한 전자장에 의해 '여기'되고, 전형적으로 20KHz에서 10Kv이다. 활동하게된 전자들은 충돌을 통해 에너지를 방출한다. 그러나, 전자들의 공업적 질량 및 발생되는 이온화의 결과적 결핍으로 인해 열이 거의 방출되지 않거나 또는 전혀 방출되지 않는다. 방출된 에너지는 O. 및 OH- 등의 공기 기류 내에서 발생된 자유 라디칼들에 대해 충분하다. 자유 라디칼들은 강력한 산화제이고, 탄화수소, 유기 가스 및 입자들 전형적으로 2.5 피코미터 이하의 입자들, 예를 들면 세균, 바이러스, 포자, 효모 몰드 및 오도르 등을 산화시킬 것이다. 대부분의 불활성 요소들 또는 성분들 만이 일반적으로 산화에 저항할 것이다.
산화 반응들의 많은 결과물들은 비열적 플라즈마의 유전체 재료의 일부 또는 전부 상에 분자 증점 촉매 코팅을 제공함으로써 제로 증기압을 가짐으로 인해 일시적이고 표면 작용하기 때문에, 특정 분자들 또는 화합물들, 예를 들면 신경 가스 약제들의 산화는 비열적 플라즈마 내에서 표적화될 수 있다.
비열적 플라즈마 필터(22)는 부산물들 중의 하나로서 오존을 생산한다. 이는 공기 기류 중에 비말동반되어 비열적 플라즈마 필터(22)를 통과한다. 오존의 반감기는 대기 조건들에 의존하고, 정상적인 조건들 하에 그것이 플라즈마 코어를 여기시킨 후 오랫동안 공기 중에서 반응을 계속할 강력한 산화제이다. 이는 사람들 부근에서 또는 그 근처에서 작동되는 디바이스에 대해 허용될 수 없다.
따라서, 비열적 플라즈마 필터(22)를 남기는 공기 기류는 오존 촉매 디바이스(26)의 주변 메쉬(46)를 통해서 UV 발광 튜브(42)로 통과한다. UV 발광 튜브(42)에 의해 253.4 나노미터 파장에서 방출된 자외선 방사선은 공기 기류에 비말 동반된 오존을 분해시켜 플라즈마 필터(22)를 남기는 작용을 한다. 메쉬(46) 상의 코팅은 이를 분해시키는 작용을 한다.
오존의 이러한 파괴(광-산화)는 자유 라디칼을 증가시키고, 특히 공기 기류 내의 히드록실 라디칼 OH-의 레벨을 증가시킨다. 이들 자유 라디칼들은 공기 기류 내에 남아 있는 오염물들을 격렬히 산화시키기도 한다.
공기 기류 후-플라즈마 여과에서 체류되는 자유 라디칼들은 광-산화 과정 동 안 자유 라디칼들의 발생 속도를 현저히 증가시킴을 여러 시도들이 보여준다.
UV 방사선 발광 디바이스(24) 및 오존 촉매 디바이스(26)를 사용하여 플라즈마 필터(22)로부터 공기 기류 중에 비말 동반된 오존 전부를 파괴하는 것을 불가능하다. 7 파트-퍼-밀리온(ppm)의 오존을 함유하는 공기 기류가 공정에서 잔존하는 오존의 10% 내지 12%를 여전히 갖는 것을 실험이 보여준다. 이는 약 840 파트-퍼-빌리온(ppb)의 오존 농도를 유력하게 초래하고, 인간 노출에 대해 권장되는 레벨보다 약 8배 크다.
따라서, 공기 기류는 오존 촉매 디바이스(26)를 빠져 나가 통로(12)를 따라 탄화수소 방출기(28)로 통과된다. 탄화수소 방출기(28)는 허용 가능한 레벨들로 나머지 잔존 오존을 감소시키기 위해 휘발된 방향족 탄화수소를 공기 기류 내로 방출한다. 미르센은 천연 발생하고, 알려진 어떠한 독성도 없으며, 향기 및 방향을 '확대'시키기 위해 널리 사용되기 때문에 제안된다.
미르센은 그의 분자 구조에 3개의 탄소=탄소 이중 결합을 함유한다. 오존은 미르센과 우선적으로 반응하여 공기 기류 내로 증발된다. 미르센이 오존과 반응할 때, '자유 라디칼 캐스케이드'가 시동된다. 30개 이상의 상호 관련된 반응들이 발생하고, 그중 다수는 하이드로 과산화물들, 슈퍼 과산화물들, 하이드로-옥시 과산화물들, 및 하이드록시 퍼옥사이드들 등의 일련의 짧은 반감기를 갖는 산화제들을 생산한다. 이들 산화제들 각각은 분해되어 다른 자유 라디칼들을 방출하고, 이는 다시 이들 산화성 종들의 생산을 공표한다. 이러한 공정은 모든 잔류 오존이 이용될 때까지 계속된다.
이들 우선적인 반응들의 생산물들은 제로 증기압을 갖고, 따라서, 공기 기류 또는 표면 내의 임의의 나머지 입자 상으로 응축된다. 결과적으로, 일단 정화된 공기 기류가 하우징(10)의 출구(16)를 통해 배출된 후, 주변 공기 내의 오염물들의 정화가 발생한다.
정화 디바이스 외부의 이들 개시된 축합 반응들은 작은 입자 '성장'을 유발하고, 극단적인 경우에 가변적인 안개 또는 연무를 초래한다. 이는 바람직하지 못하다. 그러나, 어떤 환경에서 공기를 효율적으로 재순환시키고 정화시키는 공기 정화 디바이스로 인해, 이들 작은 입자들은 비열적 플라즈마 필터(22) 내에서 여하튼 제거된다.
작은 입자들은 이들이 일단 재순환되는 플라즈마 필터(22) 내의 히드록실 라디칼들의 생산에 자극하는 점에서 실제로 유리하다. 따라서, 가시적인 안개에 대한 가능성이 바람직하지 않지만, 정화 디바이스의 효능을 증가시키고 따라서 주변 공기의 결과의 안정성을 증가시키는 것이 유리하다.
공기 기류 발생기는 역으로 구동될 수 있고, 디바이스를 통해 다시 공기 기류 내에 비말동반된 과량의 자유 라디칼들을 뽑아냄으로써 디바이스 내부의 정화를 가능케 한다. 그로써, 디바이스는 주로 자체-세정된다.
상기 실시 형태는 단지 실시예로써 주어졌으며, 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 제한되는 바의 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 변형들이 당업계의 숙련자들에게 명백할 것이다.

Claims (22)

  1. 공기를 정화하는 방법으로서,
    a) 첫 번째로, 공기 기류 중의 오염물이 중화되어 자유 라디칼이 생산되도록 비열 플라즈마 필터를 통해 정화될 공기 기류가 나가도록 하는 단계;
    b) 두 번째로, 자유 라디칼 농도를 증가시키기 위해, 촉매가 존재하는 곳에서 공기 기류에 자외선을 조사하여, 상기 비열 플라즈마 필터로부터 출력된 공기 기류 중의 오존을 분해하는 단계; 및
    c) 세 번째로, 공기 기류가 인간의 노출에 적합하게 되고 주변 공기의 추가 오염 제거를 위하여 자유 라디칼 캐스케이드가 생산되도록, 잔류 오존과 우선적으로 반응하기 위해 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 탄화수소를 상기 공기 기류에 도입하는 단계;를
    포함하는, 공기 정화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 티탄, 납 및 망간 산화물의 혼합물인, 공기 정화 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화수소는 올레핀인, 공기 정화 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 올레핀은 테르펜인, 공기 정화 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 테르펜은 미르센(Myrcene)인, 공기 정화 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화수소는 상기 공기 기류로 기화되는, 공기 정화 방법.
  7. 공기 정화 장치로서,
    비열 플라즈마 필터;
    상기 비열 플라즈마 필터의 하류에 위치하는 자외선 방출 장치;
    상기 비열 플라즈마 필터의 하류에 위치하는 오존 촉매 장치;
    상기 자외선 방출 장치와 상기 오존 촉매 장치의 하류에 위치하는 탄화수소 방출기; 및
    공기 기류를 발생시키고, 발생된 공기 기류가 상기 비열 플라즈마 필터, 상기 자외선 방출 장치, 상기 오존 촉매 장치 및 상기 탄화수소 방출기를 거쳐 가도록 하는 공기 기류 발생기;를
    포함하는, 공기 정화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자외선 방출 장치와 상기 오존 촉매 장치는 서로 동일한 영역에 형성되는, 공기 정화 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 오존 촉매 장치는 상기 자외선 방출 장치를 둘러싸는, 공기 정화 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 자외선 방출 장치는 자외선 발광 튜브인, 공기 정화 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 오존 촉매 장치는 오존 촉매 재료로 코팅된 메시인, 공기 정화 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 오존 촉매 재료는 티탄, 납 및 망간 산화물의 혼합물인, 공기 정화 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 탄화수소 방출기는 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 탄화수소의 저장기와, 상기 방출기의 출구에 가스로 상기 탄화수소를 공급하는 수단을 포함하는, 공기 정화 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 공기 기류 발생기는 팬을 포함하는, 공기 정화 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 팬은 상기 비열 플라즈마 필터의 상류에 위치하는, 공기 정화 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공기 기류 발생기는 상기 공기 정화 장치의 내부의 오염 제거를 위하여 역으로 구동될 수 있는, 공기 정화 장치.
  17. 제7항에 있어서, 상기 공기 정화 장치는 휴대할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공기 정화 장치.
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