KR101762739B1 - 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법 - Google Patents

초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비접촉식으로 초음파를 이용해서 공기중의 바이러스, 박테리아 등의 유해 미생물을 제거하기 위해 공기중의 유해 미생물을 제거하기 위해 공기가 이동하는 관로가 형성되는 덕트와, 상기 관로에 설치되어 이동하는 공기중의 유해 미생물을 포집하는 필터와, 상기 필터를 향해 초음파를 발생하는 초음파발생수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치와 그 제거방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 공공용이나 산업용 건물 또는 주거용 건물 등의 내에 공조설비의 덕트 내를 이동하는 공기중의 바이러스 및 박테리아와 같은 유해 미생물을 초음파를 이용해 비접촉식으로 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법 { Removal device and its method to control hazard microorganism using ultra-sonics wave }
본 발명은 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 덕트를 이동하는 공기중의 바이러스, 박테리아 등의 유해 미생물을 비접촉식으로 초음파를 이용해서 제거할 수 있는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기청정기는 공기 중의 미세먼지를 제거하고 증식하는 다양한 세균 및 바이러스 등을 살균해서, 공기 중에 함유된 먼지와 세균수를 최소화하고 이를 통해 공기가 청정해지도록 정화하는데 사용된다.
이와 같은 공기청정기는 등록특허 제10-0604643호, 등록특허 제10-1189477호 등에 제안된 바와 같이 다양한 살균 및 항균기능을 추가하여 공기중의 바이러스 등을 제거하고 있는 실정이다.
이들 공기청정기에 적용되거나 적용을 연구중인 기능들을 살펴보면 다음과 같다.
우선 도 1은 종래 필터를 이용한 유해 미생물 제거 모식도로서, 이에 의하면 헤파필터를 사용하여 유해 미생물을 대부분 제거할 수 있으나 일정 시간이 경과하면 필터에 쌓인 먼지가 차압을 유발하여 주기적으로 고가의 헤파필터를 새로운 제품으로 교체해 주어야 함에 따라 유지 보수비용이 증가되는 문제점이 있다.
다음으로 도 2는 이온 기술을 이용한 유해 미생물 제거 모식도로서, 이온 기술을 이용한 유해 미생물 제거기술은 공기 중 수증기를 분해하여 수소이온 (H+), 산소이온 (O2-) 이온을 방출하여 바이러스, 박테리아 등 표면 단백질을 절단 및 분해하여 제거하는 기술로서 아직까지 연구수준에 머물러 있어 실현 가능성이 미지수이다.
또한, 도 3은 종래 TiO2 광촉매를 이용한 유해 미생물 제거 모식도로서, 이에 의하면 TiO2 광촉매는 자외선에 조사되면 강한 산화력을 가지는 활성종을 생성하여 유해 미생물을 분해하나 태양광 스펙트럼에서 자외선의 비율은 낮아 가시광선에서도 높은 활성을 보이는 TiO2 광촉매의 개발이 필요한 실정이다.
한편, 공기중의 유해 미생물 제거가 아닌 정수기에서는 초음파를 이용한 정수정치가 등록실용신안 제20-0242702호 등을 통해 제안된 바 있다. 이는 정수기를 구성하는 저수조의 하단으로 초음파 발생기를 부착시켜, 초음파에서 발생하는 진동 및 충격파를 저수조 내측에 담긴 정수된 물에 불규칙적으로 진동 시켜줌으로써 살균 및 수조내측의 정화를 이루도록 하여 위생적인 생수를 제공하도록 고안된 것이다.
그런데, 이는 물을 매질로 하는 것에 불과하고 실제 지하철 내부나 건물 내 밀폐된 공간 내의 공기중에 부유하는 바이러스, 박테리아 등의 유해 미생물을 제거하기 위해 초음파 발생기가 적용된 예는 없다.
참고문헌 1 : 등록특허 제10-0604643호 참고문헌 2 : 등록특허 제10-1189477호 참고문헌 3 : 등록실용신안 제20-0242702호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 비접촉식으로 초음파를 이용해서 공기중의 바이러스, 박테리아 등의 유해 미생물을 제거할 수 있는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
공기중의 유해 미생물을 제거하기 위해 공기가 이동하는 관로가 형성되는 덕트와, 상기 관로에 설치되어 이동하는 공기중의 유해 미생물을 포집하는 필터와, 상기 필터를 향해 초음파를 발생하는 초음파발생수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치를 제공한다.
이때, 상기 덕트는 단면이 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 필터는 에어필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파발생수단은 초음파 발생을 위한 주파수 크기와 파형 및 전압을 조정하여 제어신호를 출력하는 초음파제어부와, 상기 초음파제어부에서 출력되는 저전압 상태의 제어신호를 증폭하는 신호증폭부와, 상기 신호증폭부를 통해 증폭된 제어신호에 따라 초음파신호를 출력하여 상기 필터로 전달하는 트랜스듀서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이울러, 상기 유해 미생물은 바이러스 또는 박테리아를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
공기가 이동하는 관로에 설치되어 이동하는 공기중의 유해 미생물을 포집하는 필터를 향해 초음파를 발생하여 유해 미생물 제거하는 방법에 있어서, 상기 초음파 발생을 위한 주파수 크기와 파형 및 전압을 조정하여 제어신호를 출력하는 제1단계; 상기 제어신호를 증폭하는 제2단계; 및 상기 증폭된 제어신호에 따라 초음파신호로 변환하여 상기 필터로 전달하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 방법도 제공한다.
이때, 상기 유해 미생물은 바이러스 또는 박테리아를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 공공용이나 산업용 건물 또는 주거용 건물 등의 내에 공조설비의 덕트 내를 이동하는 공기중의 바이러스 및 박테리아와 같은 유해 미생물을 초음파를 이용해 비접촉식으로 효과적으로 제거할 수 있다.
더욱이 본 발명은 덕트 내에 설치되는 필터만 간단히 분리하여 세척해 반영구적으로 재사용이 가능해 유지보수에도 유리하다.
아울러, 필터를 통해 공기중의 미세먼지도 제거하면서 필터 표면에 존재하는 유해 미생물도 함께 제거함으로서 건물내 재실자에 쾌적한 환경을 제공하는데 유리하다.
도 1은 필터를 이용한 유해 미생물 제거 모식도이다.
도 2는 이온 기술을 이용한 유해 미생물 제거 모식도이다.
도 3은 TiO2 광촉매를 이용한 유해 미생물 제거 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치의 설치 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치의 제어 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치로 제거되는 유해 미생물의 제거효율을 파악하기 시험 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치는 공기중의 바이러스 및 박테리아 등 유해 미생물을 초음파를 이용해 제거하는 장치이다.
일반적으로 진동의 빠르기(음의 높이)는 1초에 진동하는 회수를 말한다. 이것을 주파수라 하고, Hz(헬즈)라 하는 단위로 표기한다. 예를 들어 음계 도의 음은 1초에 260회 진동하기 때문에 주파수는 약 260Hz이며, 1옥타브 높은 도가 되면 520Hz가 된다.
그러나, 우리귀에 들리는 소리는 한계가 있어서 아주 낮은 소리나 아주 높은 소리는 들을 수가 없게 된다. 고막의 진동은 빠르기에 의해서 작동 할 수 없게 되어 버린다. 우리귀에 들리는 음(소리)를 가청음이라고 하지만, 가청음(귀로 듣는 소리)의 범위는 대체로 16Hz에서 18,000Hz라고 한다.
이에 대해 초음파(ultrasonics wave)란 진동이 빠르고 너무 높아서 사람에게는 들리지 않는 소리를 말하는 것이다. 약 18,000Hz가 사람에게 들리는 한계이지만 사람에 따라 19,000Hz까지 들리는 사람도 있다.
그러므로, 가청음과 초음파에는 확실한 구분은 없지만 공학적으로 2만 Hz이상을 초음파라고 정하고 있다.
이와 같은 초음파를 이용한 본 발명에 따른 유해 미생물 제거 장치는 바이러스 및 박테리아 등 유해 미생물을 제거하기 위해 공기가 이동하는 관로(110)가 형성되는 덕트(100)와, 상기 관로(110)에 설치되어 이동하는 공기중의 유해 미생물을 포집하는 필터(200)와, 상기 필터(200)를 향해 초음파를 발생하는 초음파발생수단(300)으로 구성된다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 덕트(100)는 금속 또는 합성수지 재질로 이루어질 수 있으며, 공기가 이동할 수 있는 관로(110)가 덕트(100)의 길이방향으로 형성된다.
이와 같은 덕트(100)는 단면이 원형도 가능하며, 필요에 따라 사각, 육각, 팔각 등의 다각형으로 이루어짐도 가능하다.
그리고, 상기 덕트(100) 내에 설치되는 필터(200)는 미세한 크기의 통공이 다수가 형성되어 먼지는 물론 바이러스 및 박테리아 등 유해 미생물을 걸러내고 공기만 통과할 수 있도록 하기 위한 것으로, 에어필터를 사용한다.
이와 같은 에어필터는 종이·천·필터 등의 층을 통과하는 건식과 철·동·유리의 섬유에 오일을 스며들게 하여 먼지를 부착시키는 습식이 있으며, 이들 건식 또는 습식 필터를 현장 상황에 적합하게 선택 적용할 수 있다.
한편, 상기 초음파발생수단(300)은 초음파 발생을 위한 주파수 크기와 파형 및 전압을 조정하여 제어신호를 출력하는 초음파제어부(310)와, 상기 초음파제어부(310)에서 출력되는 저전압 상태의 제어신호를 증폭하는 신호증폭부(320)와, 상기 신호증폭부(320)를 통해 증폭된 제어신호에 따라 초음파신호를 출력하여 상기 필터(200)로 전달하는 트랜스듀서(transducer)(330)로 구성된다.
이때, 상기 초음파제어부(310)는 일 예로 펑션제너레이터(function generator)로 구성될 수 있는 것으로, 상기 펑션제너레이터(function generator)는 주파수 크기를 조절하고, 주파수의 파형 결정하며, 전압을 조정하는 역할을 수행할 수 있다.
이 경우 상기 초음파제어부(310)는 2만 Hz이상의 초음파를 발생하도록 주파수의 파형을 제어하는데, 필요에 따라서는 설정된 주파수범위에서 일정 주파수를 갖는 초음파가 발생되도록 하거나 또는 주기적으로 가변된 초음파를 발생하도록 제어함도 가능하다.
이와 같이 펑션제너레이터(function generator)에서 출력되는 신호는 저전압 상태의 값으로서 이는 신호증폭부(320)인 파워 앰프리파이어(Power amplifier)에서 증폭하여 전압을 높여주며, 이는 트랜스듀서(transducer)(330)를 통해 초음파로 변환되어 필터(200)로 전달한다.
이를 통해 덕트(100)의 관로(110) 내를 공기가 이동중에 필터(200)의 표면에 포집된 바이러스 및 박테리아를 제거하게 된다.
물론, 상기 트랜스듀서(transducer)(330)는 상기 필터(200)와 함께 덕트(100)의 관로(110) 내부, 즉 도 4에 도시한 바와 같이 공기의 이동방향을 기준으로 하여 필터(200)의 후방에 상기 필터(200)와 일정 거리 이격되게 설치되는데, 트랜스듀서(transducer)(330)와 필터(200) 사이의 거리에 따라 트랜스듀서(transducer)(330)에서 출력되는 초음파의 세기도 다르게 제어될 수 있다.
일 예로 상대적으로 트랜스듀서(transducer)(330)와 필터(200) 사이의 거리가 먼 경우 초음파의 세기를 증가시키고, 트랜스듀서(transducer)(330)와 필터(200) 사이의 거리가 가까운 경우 초음파의 세기를 감소시킬 수 있다. 이는 예를 들어 트랜스듀서(transducer)(330)와 필터(200)간 거리에 비례하여 초음파의 세기를 증가시키거나, 트랜스듀서(transducer)(330)와 필터(200)간 거리의 제곱에 비례하여 초음파의 세기를 증가시켜 거리에 따른 유해 미생물 제거 효율의 감소를 방지할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치로 제거되는 유해 미생물의 제거효율을 파악하기 시험 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이에 의하면 바이러스 및 박테리아 제거효율 실험을 위해 인체에 무해한 실험용 바이러스나 박테리아가 사용되며, 실험용 바이러스나 박테리아를 에어로졸화 시켜 필터(200)가 설치된 덕트(100)의 관로(110)에 유입시켜서 바이러스나 박테리아가 필터(200) 표면에 고르게 뿌려지도록 한다.
이후 바이러스 및 박테리아 제거에 따른 효율 실험을 위해서 초음파 조사 전과 후로 나눠서 필터 시편을 취하게 되며, 초음파발생수단(300)의 구동시 초음파의 세기는 출력과 거리의 함수로서 일정 거리에서 일정 시간동안 초음파를 조사하여 필터(200) 표면의 바이러스나 박테리아를 제거한다.
이 경우 공기공급장치(400)를 통해 클린 에어(Clean air)를 덕트(100) 내부로 공급하면서 바이러스 및 박테리아를 제거하며 실험하는 표준시험법을 따라서 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 방법은;
공기가 이동하는 관로(110)에 설치되어 이동하는 공기중의 유해 미생물을 포집하는 필터(200)를 향해 초음파를 발생하여 유해 미생물 제거하기 위하여, 상기 초음파 발생을 위한 주파수 크기와 파형 및 전압을 조정하여 제어신호를 출력하는 제1단계; 상기 제어신호를 증폭하는 제2단계; 및 상기 증폭된 제어신호에 따라 초음파신호로 변환하여 상기 필터(200)로 전달하는 제3단계;로 구성된다.
이때, 상기 유해 미생물은 바이러스 또는 박테리아를 포함하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 덕트 110: 관로
200: 필터 300: 초음파발생수단
310: 초음파제어부 320: 신호증폭부
330: 트랜스듀서

Claims (7)

  1. 공기가 이동하는 관로가 형성되는 덕트;
    상기 관로에 설치되는 미세한 크기의 통공이 다수개 형성된 에어필터로 이루어져 관로를 이동하는 공기중의 바이러스 또는 박테리아를 포함하는 유해 미생물을 포집하는 필터; 및
    상기 필터를 향해 초음파를 발생하여 필터에 포집된 바이러스 또는 박테리아를 포함하는 유해 미생물을 제거하는 초음파발생수단;을 포함하여 구성되되,
    상기 초음파발생수단은 초음파 발생을 위해 설정된 주파수범위에서 주파수 크기와 파형 및 전압을 주기적으로 조정하여 제어신호를 출력하는 초음파제어부와, 상기 초음파제어부에서 출력되는 저전압 상태의 제어신호를 증폭하는 신호증폭부와, 상기 덕트의 내부에 상기 필터와 일정 거리 이격되도록 하여 필터의 후방에 설치되어 상기 신호증폭부를 통해 증폭된 제어신호에 따라 주기적으로 가변되는 초음파신호를 출력하여 상기 필터로 전달하는 트랜스듀서로 구성되고,
    상기 초음파발생수단은 트랜스듀서와 필터 사이의 거리 또는 상기 거리의 제곱에 비례하여 초음파의 세기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 따른 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 장치를 이용하여 필터에 포집된 유해 미생물을 제거하는 방법에 관한 것으로,
    초음파제어부를 이용하여 초음파 발생을 위해 설정된 주파수범위에서 주파수 크기와 파형 및 전압을 주기적으로 조정하여 제어신호를 출력하는 제1단계;
    신호증폭부를 이용하여 제어신호를 증폭하는 제2단계; 및
    상기 신호증폭부를 통해 증폭된 제어신호에 따라 트랜스듀서에서 주기적으로 가변되는 초음파신호로 변환하여 상기 필터로 전달함으로써 필터 표면에 포집된 바이러스 또는 박테리아를 제거하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 유해 미생물 제거 방법.
  7. 삭제
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