KR101465540B1 - 광촉매를 이용한 공기정화 장치 - Google Patents

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KR101465540B1 KR1020130026008A KR20130026008A KR101465540B1 KR 101465540 B1 KR101465540 B1 KR 101465540B1 KR 1020130026008 A KR1020130026008 A KR 1020130026008A KR 20130026008 A KR20130026008 A KR 20130026008A KR 101465540 B1 KR101465540 B1 KR 101465540B1
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Abstract

본 발명의 특징에 따르면, 내부에는 공기정화를 위한 내부공간(113)이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입부(111)와, 정화공기가 배출되는 배출부(112)가 각각 형성된 챔버부(110); 상기 내부공간(113) 내에 유입된 오염공기의 유동방향으로 수평배치되되, 지그재그 형상으로 절곡되며 와류형성부(121)가 반복적으로 형성되도록 연장형성되고, 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키며, 상기 내부공간(113) 내에서 복수 개가 일정간격 이격되어 상하로 배치되면서 상기 내부공간(113)을 복수 개의 정화공간으로 구획하는 광촉매판(120); 및 상기 내부공간(113) 내에서 상기 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 배치되어 상기 자외선광을 발광하는 광원부(130);를 포함하는 공기정화 장치가 제공된다.

Description

광촉매를 이용한 공기정화 장치{Air Cleaner Apparatus Using Photocatalyst}
본 발명은 광촉매를 이용한 공기정화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광촉매 및 자외선광을 통해 오염공기에 포함된 오염물질을 제거하여 정화공기를 배출하는 광촉매를 이용한 공기정화 장치에 관한 것이다.
최근 대기오염이 심각해짐에 따라 공기중에 포함된 미세먼지, 세균 등의 오염물질을 제거하기 위한 공기정화 장치가 이용되고 있다. 종래의 공기정화 장치의 경우에는 내부에 정화공간이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입구와 정화된 공기가 배출되는 배출구가 각각 형성된 챔버형태로 구비되었다. 이러한 종래의 공기정화 장치는, 정화공간 내에 자외선광을 발광하는 자외선광원과 상기 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키는 광촉매가 구비되었다. 따라서, 유입구를 통해 유입되는 오염공기는 정화공간을 지나면서 상기 광촉매에 의해 오염물질이 제거되어 정화된 상태로 배출구로 배출될 수 있었다.
그러나, 종래의 공기정화 장치의 경우에는, 오염공기에 오염물질이 미량으로 포함되는 경우에는 상기 오염물질이 제거될 수 있었으나, 상기 오염물질의 포함량이 증가하게 되어 광촉매에 의해 오염물질이 제거되는 시간보다 오염공기의 유동시간이 짧을 경우, 완전하게 정화되지 않은 공기가 배출구를 통해 배출됨에 따라 공기 정화효율이 저하되는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-0564660호(2006.03.21), 오존과 유해가스 분해촉매물질을 이용한 공기정화장치
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 정화공간 내부에서 유입된 오염공기가 광촉매판과 마찰되어 와류를 형성하며 유동시킬 수 있는 구조로 구비되어 정화공간으로 유입된 오염공기의 체류시간을 증대시켜 공기정화 효율을 극대화한 공기정화 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 내부에는 공기정화를 위한 내부공간(113)이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입부(111)와, 정화공기가 배출되는 배출부(112)가 각각 형성된 챔버부(110); 상기 내부공간(113) 내에 유입된 오염공기의 유동방향으로 수평배치되되, 지그재그 형상으로 절곡되며 와류형성부(121)가 반복적으로 형성되도록 연장형성되고, 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키며, 상기 내부공간(113) 내에서 복수 개가 일정간격 이격되어 상하로 배치되면서 상기 내부공간(113)을 복수 개의 정화공간으로 구획하는 광촉매판(120); 및 상기 내부공간(113) 내에서 상기 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 배치되어 상기 자외선광을 발광하는 광원부(130);를 포함하는 공기정화 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 내부공간(113)의 일측에 배치되어 내부의 습도를 측정하는 습도센서(141); 및 상기 유입부(111)의 둘레 또는 상기 챔버부(110)의 둘레에 장착되어 유입부(111)를 통해 유입되는 오염공기를 향해 수분을 분사하되, 상기 습도센서(141)로부터 측정된 습도값에 따라 분사되는 수분 분사량을 제어하여 분사하는 수분공급부(142);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 내부에는 공기정화를 위한 내부공간(113)이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입부(111)와, 정화공기가 배출되는 배출부(112)가 각각 형성된 챔버부(110); 상기 내부공간(113) 내에 유입된 오염공기의 유동방향으로 연장형성되고, 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키며, 상기 내부공간(113) 내에서 복수 개가 일정간격 이격되어 상하로 배치되면서 상기 내부공간(113)을 복수 개의 정화공간으로 구획하는 광촉매판(120); 상기 내부공간(113) 내에서 상기 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 배치되어 상기 자외선광을 발광하는 광원부(130); 및 상기 챔버부(110)의 측부 둘레에 배치되어 상기 내부공간(113)으로 와류공기를 분사하되, 유입되는 오염공기의 기류와 분사되는 와류공기가 충돌하여 와류를 형성되도록 상기 챔버부(110)의 내측면 상에서 상기 유입부(111)를 향해 일정각도(θ)로 경사진 각도로 상기 와류공기를 분사하는 와류공기 공급부(150);를 포함하는 공기정화 장치가 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면,
첫째, 정화공간 내부에 배치된 광촉매판이 오염공기의 유동방향으로 수평하게 배치되되 지그재그 형상으로 와류형성부가 반복적으로 형성되도록 연장형성되어, 유입된 오염공기가 유동하면서 절곡형성된 광촉매판과 마찰되어 와류를 형성하므로 오염공기의 정화공간 내에서의 체류시간을 증대시켜 공기정화 효율을 극대화하는 효과를 구현할 수 있다.
둘째, 습도센서로부터 측정된 습도값에 따라 유입부를 통해 유입되는 오염공기를 향해 분사되는 수분량이 조절되어 정화공간 내부의 습도가 변화되더라도 광촉매와 자외선광에 의한 오존 및 OH라디칼의 생성을 최적화할 수 있는 습도로 자동제어되므로 공기정화 효율을 증대시킬 수 있다.
셋째, 수분을 분사하는 수분공급부는 오염공기가 유입되는 유입부의 둘레 또는 정화공간이 형성된 챔버부의 둘레에 배치되되, 상기 유입부 또는 챔버부의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 장착되어, 분사되는 수분과 유입되는 오염공기가 고르게 혼합시킬 수 있으므로 습도조절 효율을 증대시킬 수 있다.
넷째, 상기 챔버부의 측부 둘레에는 유입되는 오염공기를 향해 일정각도로 경사진 각도로 와류공기를 분사하는 와류공기 공급부를 통해, 오염공기의 기류와 분사되는 와류공기가 마찰되면서 와류가 형성되도록 하여 상기 오염공기의 체류시간을 더욱 증대시킬 수 있으므로 공기정화 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치의 외부 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치의 내부 구성을 나타낸 측단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광촉매판과 유입되는 오염공기가 마찰되면서 와류를 형성하는 동작원리를 나타낸 측단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수분공급부가 접선된 형태로 장착된 구성을 나타낸 도 2의 A-A 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광촉매판의 다른 구성 및 와류공기 공급부의 구성을 나타낸 측단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류공기 공급부를 통해 분사된 와류공기와 오염공기가 마찰되면서 와류를 형성하는 동작원리를 나타낸 평단면도,
도 7는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류공기 공급부의 구성을 나타낸 정단면도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치(100)는, 정화공간 내부에서 유입된 오염공기가 광촉매판(120)과 마찰되어 와류를 형성하며 유동시킬 수 있는 구조로 구비되어 정화공간으로 유입된 오염공기의 체류시간을 증대시켜 공기정화 효율을 극대화한 정화 장치로서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버부(110), 광촉매판(120) 및, 광원부(130)를 포함하여 구비된다.
먼저, 상기 챔버부(110)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치(100)의 베이스를 형성하는 몸체로서, 내부에는 공기정화를 위한 내부공간(113)이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입부(111)와, 상기 내부공간(113) 내에서 정화되어 오염물질이 제거된 정화공기가 배출되는 배출부(112)가 각각 형성된다.
여기서, 도면에서와 같이 상기 챔버부(110)의 전단은 점차적으로 내경이 확장되는 형상으로 형성되어 유입부(111)를 통해 유입되는 오염공기가 고압으로 유입될 수 있도록 구비되며, 후단은 점차적으로 내경이 감소되는 형상으로 형성되어 배출부(112)를 통해 배출되는 정화공기가 고압으로 배출될 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도면에는 상기 챔버부(110)의 양측부는 라운드지며 상부와 하부는 평평한 형상(도 7 참고)으로 형성된 것을 예시하였으나 이에 국한되는 것은 아니며, 공기정화 장치(100)가 설치되는 장소 및 용도에 따라 외부 형상은 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.
상기 광촉매판(120)은, 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시켜 상기 오염공기에 포함된 오염물질을 제거하는 촉매판으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버부(110)의 내부공간(113) 내에 유입되는 오염공기의 유동방향으로 수평배치되되, 'W'자 또는 'M'자와 같이 지그재그 형상으로 절곡되며 와류형성부(121)가 반복적으로 형성되도록 연장형성되고, 자외선광에 의해 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키며, 상기 내부공간(113) 내에서 복수 개가 일정간격 이격되어 상하로 배치되면서 내부공간(113)을 복수 개의 정화공간으로 구획한다.
여기서, 상기 광촉매판(120)은, 외부면에 자외선광에 의해 오존(O3)와 OH라디칼이 생성되도록 광분해 반응을 발생시키는 촉매물질이 도포되며, 상기 오염공기가 통과되지 않는 재질로 형성되어 유입되는 오염공기가 절곡된 표면과 마찰되면서 이동방향이 변경되도록 구비되는 것이 바람직하다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입부(111)를 통해 유입된 오염공기는 복수 개의 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간으로 분리되어 각각 유입되며, 각 정화공간으로 유입된 오염공기는 각 광촉매판(120)의 절곡된 와류형성부(121)의 표면과 마찰되어 와류를 형성하면서 유동하게 되어 상기 광촉매판(120)을 통과하는 체류시간이 길어지게 된다.
또한, 상기 광촉매판(120)이 지그재그 형상으로 절곡된 각 와류형성부(121)의 절곡각도는 도면에서와 같이 대략 90도 정도로 절곡될 수도 있으며, 경우에 따라 90도 이하 또는 90도 이상의 각도로도 구비될 수 있도 있다. 다만, 절곡된 각도가 커질수록 오염공기의 유동속도 및 유동압력은 증대되나 오염공기가 광촉매판(120)과 마찰되어 와류되는 정도가 감소되어 상기 체류시간이 짧아질 수 있으며, 상기 절곡된 각도가 작아질수록 오염공기가 광촉매판(120)과 마찰되어 와류되는 정도는 증대되어 체류시간이 더욱 커질 수 있으나 오염공기의 유동속도 및 유동압력이 감소될 수 있다.
더욱이, 상기 절곡된 각도가 작아질수록(예를 들면, 오염공기의 유동방향과 대략 직각) 유입되는 오염공기의 압력손실이 증가하게 되어, 정화공기의 적정 배출압력을 유지하기 위해서는 오염공기의 유입압력을 더욱 증대시켜야 하며, 이로 인해 오염공기가 유입되도록 회전하는 팬(Fan)을 구동시키기 위한 소비전력이 증가하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 광촉매판(120)의 절곡된 각도는, 오염공기에 포함된 오염물질의 농도 및, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치(100)에서 요구되는 정화공기의 배출압력을 고려하여 적절하게 정해지는 것이 바람직하다.
더불어, 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 광촉매판(120)이 각각 상하로 이격된 거리가 길어질 경우, 각 광촉매판(120)에 마찰되지 않고 양 광촉매판(120)의 이격된 사이로 그대로 배출되는 오염공기가 발생할 수 있으므로, 임의의 광촉매판(120)의 상향 절곡된 와류형성부(121)는 상부에 배치된 광촉매판(120)의 하향 절곡된 와류형성부(121)의 위치와 같거나 보다 높은 위치에 배치되도록 구비되는 것이 바람직하다.
상기 광원부(130)는, 광촉매판(120)에 의해 공기정화 작용이 발생되도록 자외선광을 발광하는 광원으로서, 상기 내부공간(113) 내에서 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 배치되어 자외선광을 발광한다.
여기서, 상기 광원부(130)에 도포된 촉매물질에 자외선이 발광되면 각 정화공간 내에서 하기의 [화학식 1]에 기재된 화학반응식과 같은 화학반응이 발생하게 되면서, 광촉매판(120)과 광원부(130)에 의해 오염물질을 제거하기 위한 다량의 오존(O3)과 OH라디칼이 생성되어, 상기 오존(O3)과 OH라디칼에 의해 오염공기에 포함된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
[화학식 1]
O2 + hv(〈243nm) → O(1D) + O(3P)
O(1D) + M → O(3P) + M(M = O2 or N2)
O(3P) + O2 + M → O3 + M
O3 + hv(〈310nm) → O(1D) + O2
O(1D) + H2O → 2OH.
(여기서, hv는 광분해, O(1D)는 들뜬 상태, O(3P)는 바닥 상태를 각각 의미함)
여기서, 본 실시예에서는 상기 오존(O3)과 OH라디칼을 생성할 수 있는 한정된 화학반응식을 개시하였으나 이에 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 광촉매물질과 자외선광을 이용한 화학적 반응에 따라 상기 오존(O3)과 OH라디칼을 생성할 수 있는 화학반응식이면 이에 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치(100)에서는, 내부공간(113) 내의 각 정화공간의 습도를 조절하여 오염물질을 제거하기 위한 OH라디칼의 생성을 극대화할 수 있는데, 이를 위해 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유입부(111)의 둘레에 장착되어 유입부(111)를 통해 유입되는 오염공기를 향해 수분을 분사하는 수분공급부(142)가 구비된다.
이러한 수분공급부(142)를 통해 내부공간(113)의 각 정화공간으로 수분을 분사함으로써, 하기의 [화학식 2]에 기재된 화학반응식과 같은 화학반응을 통해 더욱 많은 양의 OH라디칼을 생성할 수 있다.
[화학식 2]
H2O + hv → H + OH.
또한, 상기 내부공간(113)의 일측에는 내부의 습도를 측정하는 습도센서(141)가 구비되며, 상기 수분공급부(142)는 습도센서(141)로부터 측정된 습도값에 따라 분사되는 수분 분사량을 제어하도록 분사됨으로써, 정화공간 내부의 습도가 변화되더라도 광촉매와 자외선광에 의한 OH라디칼의 생성을 최적화할 수 있는 습도로 자동제어되므로 공기정화 효율을 증대시킬 수 있다.
더불어, 도면에는 상기 수분공급부(142)가 유입부(111)의 둘레 상에 장착된 것을 예시하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며 챔버부(110)의 전단 둘레 상에 장착되어 유입부(111)를 통해 유입되는 오염공기에 수분을 분사하도록 구비될 수도 있다.
또한, 상기 수분공급부(142)는 유입부(111)의 둘레 또는 챔버부(110)의 둘레에 장착되되, 복수 개가 둘레를 따라 일정간격 이격되어 배치되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유입부(111) 둘레 또는 챔버부(110)의 둘레면에 대하여 접선(Tangent Line)된 형태로 장착되어, 분사되는 수분과 유입되는 오염공기가 고르게 혼합시킬 수 있으므로 습도조절 효율을 증대시킬 수 있음은 물론, 유입되는 오염공기와 혼합되어 회전하며 각 정화공간으로 유입되도록 함으로써 각 정화공간내에서 광촉매판(120)을 통과하는 체류시간을 더욱 증대시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치(100)는, 상기 광촉매판(120)의 절곡된 형상에 따라 오염공기를 와류시키는 구성이외에, 유동하는 오염공기의 유동방향에 대하여 대향하는 와류공기를 분사하여 오염공기와 와류공기의 마찰에 따른 와류를 형성시켜 상기 체류시간이 증대되도록 구비될 수도 있다.
이 경우, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광촉매판(120)은 내부공간(113) 내에 유입된 오염공기의 유동방향으로 수평하게 연장형성된 구성을 가지며, 상기 챔버부(110)의 측부 둘레에는, 내부공간(113)으로 와류공기를 분사하되, 유입되는 오염공기의 기류와 분사되는 와류공기가 마찰하여 와류를 형성하도록 챔버부(110)의 내측면 상에서 유입부(111)를 향해 일정각도(θ)로 경사진 각도로 와류공기를 분사하는 와류공기 공급부(150)를 더 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 일정각도(θ)는, 와류공기 공급부(150)가 오염공기의 유동방향에 대향하는 방향으로 와류공기를 분사할 수 있는 소정의 각도치로서, 상기 오염공기의 유동방향과 직교되는 90도로 구비되거나, 상기 오염공기가 유입되는 유입부(111)를 향해 와류공기를 분사할 수 있도록 0도보다 크고 90도보다 작은 범위 내에서 정해질 수 있다.
또한, 상기 와류공기 공급부(150)는, 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 구비되는 것이 바람직하며, 도면에는 각 정화공간별로 중앙부에 하나가 배치된 것을 예시하였으나, 복수 개의 와류공기 공급부(150)가 각 정화공간별로 전단 및 후단에 구분되어 배치될 수도 있음은 물론이다.
더불어, 상기 와류공기는 일반적인 공기일 수 있으며, 정화시킬 수 있는 오염공기의 유량을 증대시킬 수 있도록 유입부(111)를 통해 유입되는 오염공기의 유입라인을 분기하여 상기 와류공기 공급부(150)로 공급되도록 구비될 수도 있다. 즉, 오염공기를 상기 와류공기로 이용함으로써 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치(100)를 통해 정화시킬 수 있는 오염공기의 유량을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100...공기정화 장치 110...챔버부
111...유입부 112...배출부
120...광촉매판 121...와류형성부
130...광원부 140...습도센서
142...수분공급부 150...와류공기 공급부

Claims (3)

  1. 내부에는 공기정화를 위한 내부공간(113)이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입부(111)와, 정화공기가 배출되는 배출부(112)가 각각 형성된 챔버부(110);
    상기 내부공간(113) 내에 유입된 오염공기의 유동방향으로 수평배치되되, 지그재그 형상으로 절곡되며 와류형성부(121)가 반복적으로 형성되도록 연장형성되고, 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키며, 상기 내부공간(113) 내에서 복수 개가 일정간격 이격되어 상하로 배치되면서 상기 내부공간(113)을 복수 개의 정화공간으로 구획하는 광촉매판(120);
    상기 내부공간(113) 내에서 상기 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 배치되어 상기 자외선광을 발광하는 광원부(130);
    상기 내부공간(113)의 일측에 배치되어 내부의 습도를 측정하는 습도센서(141); 및
    상기 챔버부(110)의 둘레에 장착되어 유입부(111)를 통해 유입되는 오염공기를 향해 수분을 분사하되, 상기 습도센서(141)로부터 측정된 습도값에 따라 정화공간 내부의 습도가 변화되더라도 광촉매와 자외선광에 의한 OH라디칼의 생성을 증대시킬 수 있는 습도가 유지되도록 수분 분사량을 제어하여 분사하는 수분공급부(142);를 포함하는 공기정화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수분공급부(142)는,
    복수 개가 상기 챔버부(110)의 둘레를 따라 일정간격 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 공기정화 장치.
  3. 내부에는 공기정화를 위한 내부공간(113)이 형성되며, 대향하는 양측에는 오염공기가 유입되는 유입부(111)와, 정화공기가 배출되는 배출부(112)가 각각 형성된 챔버부(110);
    상기 내부공간(113) 내에 유입된 오염공기의 유동방향으로 연장형성되고, 자외선광에 광반응하여 공기정화 작용을 발생시키며, 상기 내부공간(113) 내에서 복수 개가 일정간격 이격되어 상하로 배치되면서 상기 내부공간(113)을 복수 개의 정화공간으로 구획하는 광촉매판(120);
    상기 내부공간(113) 내에서 상기 광촉매판(120)에 의해 구획된 각 정화공간별로 배치되어 상기 자외선광을 발광하는 광원부(130); 및
    상기 챔버부(110)의 측부 둘레에 배치되어 상기 내부공간(113)으로 와류공기를 분사하되, 유입되는 오염공기의 기류와 분사되는 와류공기가 충돌하여 와류를 형성되도록 상기 챔버부(110)의 내측면 상에서 상기 유입부(111)를 향해 일정각도(θ)로 경사진 각도로 상기 와류공기를 분사하는 와류공기 공급부(150);를 포함하는 공기정화 장치.
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