KR101991876B1 - 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치 - Google Patents

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장대희
이건호
정승현
이윤규
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Abstract

본 발명은 냉각탑과 같은 옥외 냉각장치를 이용하여 대기 중의 미세먼지를 흡입한 후 냉각수로 제거함으로써 별도의 미세먼지 저감 설비를 설치하지 않고도 효율적이고 경제적으로 대기 중의 미세먼지를 제거할 수 있는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치는, 옥외에 설치되며, 공기가 유입되는 유입구와 공기가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 본체; 상기 본체 내부에 설치되어 상기 유입구를 통해 공기와 미세먼지를 흡입하여 배출구로 배출하는 흡기팬; 상기 본체 내부에 설치되어 냉각수를 하측으로 분사하는 냉각수 분사부; 상기 냉각수 분사부에서 분사된 냉각수와 외부 공기와의 열교환을 수행하는 열교환부; 상기 열교환부의 하측에 설치되어 열교환부를 통해 낙하한 냉각수와 접촉하며, 상기 유입구를 통해 유입되는 미세먼지를 걸러내는 필터부재; 및,상기 본체의 하부로 낙하하여 저장된 냉각수를 냉각수 분사부로 순환시키는 냉각수 순환유닛;을 포함한다.

Description

옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치{Fine Dust Reduction System Using Outdoor Air conditioner}
본 발명은 대기 중의 미세먼지를 대량으로 제거하는 미세먼지 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 옥상과 같은 옥외에 설치되는 냉각탑(cooling tower)을 이용하여 건물 냉방을 수행하지 않을 때에는 대기 중의 미세먼지를 강제 흡입하고, 흡입된 미세먼지를 냉각수를 이용하여 제거할 수 있도록 한 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치에 관한 것이다.
미세먼지는 사람들의 건강에 직접적인 악영향을 끼치고 있기 때문에, 미세먼지가 많은 날에는 기상청이나 각 지역 환경청에서 이를 알려 국민의 야외 활동을 자제시켜 오는 등 다양한 미세먼지 대책이 시행되어 오고 있다.
현재는 미세먼지 및 유해가스 배출시설에 집진기 등을 통한 미세먼지 저감 기술개발이 활성화되고 있으나 이미 배출된 미세먼지 및 유해가스를 효과적으로 제거하는 기술은 전무한 실정이다.
서울시는 2015년부터 미세먼지를 408ton 감축했다고 발표(2018년 4월)하였으며, 이는 서울시 총배출량 3316ton(2013년 기준)의 12.3%에 해당될 뿐이다. 또한 이러한 결과는 대부분 미세먼지 배출원에 대한 제재와 시정명령 등을 통하여 시행되었으며, 실제적인 공기정화를 이용하여 얻은 결과는 아니다. 특히, 서울시는 지속적인 대기질 관리사업을 통해 대기중 PM2.5 농도기준을 2020년 20㎛/㎡, 2025년 15㎛/㎡ 수준으로 목표하고 있으나, 이는 단순히 배출원 제재를 통한 미세먼지 저감 대책만으로는 달성이 불가능하며, 미세먼지를 직접 제거할 수 있는 방법(Removal Controls)인 공기정화에 대한 대책이 추가로 필요한 실정이다.
중국 시안에는 높이 100m의 도심 미세먼지 정화기가 설치되어 있는데, 이러한 미세먼지 정화기는 하루 1,000만㎥ 이상의 공기를 정화하여 대기중 PM2.5를 약 15% 가량 감소시키는 효과가 있는 것으로 보고되고 있다.
또한 로세하르데가 설계하여 중국 베이징 및 텐진시에 설치된 높이 7m의 공기정화탑은 시간당 3만㎥의 대기를 정화할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 도시 전체 정화는 어려운 수준이다.
인도의 경우, 반경 100m 이내에 분당 100L의 물을 0.001~0.05mm 크기 물방울 입자로 분사하여 대기 중 먼지를 흡착하여 낙하시켜 제거하는 물대포(anti smog gun)를 도입하고 있지만, 설치가능한 물대포 개수도 제한적이며, 비용대비 대기정화효과도 낮고, 물대포 가동을 위한 발전기에서 발생하는 미세먼지로 인한 2차 오염이 발생한다.
고층건물에서 물방울을 분사하여 초미세먼지 농도를 낮추는 방안도 제안되고 있으나, 시민 불편을 초래하고 과다한 물소비로 인하여 관련 기술의 개발과 확산에 한계가 있다.
이와 같이 새로운 기술이나 대형 장치를 추가로 설치하여 도심 대기중의 미세먼지를 정화하고자 할 경우, 과밀한 도심 내에서의 공간 확보가 쉽지 않고, 시설의 설치와 운영에 많은 예산이 소요되기 때문에 효율과 경제성면에서 실용성이 매우 낮은 실정이다.
한편, 냉각탑은 냉동기, 열교환기, 공기조화설비 및 산업기기에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위하여 사용되는 장치로서, 옥상과 같은 옥외에 설치되어 고온의 냉각수를 대기 중의 공기와 접촉시켜 열교환하여 냉각한 후 지속적으로 공급하여 주는 기능을 수행한다.
각탑은 고온의 냉각수를 냉각수보다 낮은 온도의 공기와 접촉시켜 열교환하는 방식으로 냉각하게 되는데, 열교환 방식에 있어서 냉각수와 공기가 서로 직교되면서 열교환되는 직교류형 냉각탑과, 냉각수와 공기가 서로 반대방향으로 교차하면서 열교환되는 대향류식 냉각탑의 두 종류가 현재 사용되고 있다.
이러한 냉각탑은 주로 냉각수의 냉각 기능만 수행하고 있으며, 냉방이 필요없는 겨울이나 봄, 가을에는 냉각 작용을 수행하지 않고 미가동 상태로 대기하게 된다.
한편, 우리나라에 미세먼지가 주로 발생하는 시기는 주로 봄으로 본격적인 냉방 철이 아니기 때문에 냉각탑을 가동하지 않는다.
따라서 냉각탑을 가동하지 않는 봄 철에 냉각탑을 활용하여 미세먼지를 제거한다면 고가의 미세먼지 제거 설비를 사용하지 않고도 대기 중의 미세먼지를 대량으로 제거하여 대기질을 향상시킬 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-1999-012114호(1999.02.25. 공개) 대한민국 등록특허 제10-0719788호(2007.05.14. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1802656호(2017.11.22. 등록)
본 발명은 냉각탑과 같은 옥외 냉각장치를 이용하여 대기 중의 미세먼지를 흡입한 후 냉각수로 제거함으로써 별도의 미세먼지 저감 설비를 설치하지 않고도 효율적이고 경제적으로 대기 중의 미세먼지를 제거할 수 있는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치를 제공함을 그 해결 과제로 한다.
본 발명에 따른 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치는, 옥외에 설치되며, 공기가 유입되는 유입구와 공기가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 본체; 상기 본체 내부에 설치되어 상기 유입구를 통해 공기와 미세먼지를 흡입하여 배출구로 배출하는 흡기팬; 상기 본체 내부에 설치되어 냉각수를 하측으로 분사하는 냉각수 분사부; 상기 냉각수 분사부에서 분사된 냉각수와 외부 공기와의 열교환을 수행하는 열교환부; 상기 열교환부의 하측에 설치되어 열교환부를 통해 낙하한 냉각수와 접촉하며, 상기 유입구를 통해 유입되는 미세먼지를 걸러내는 필터부재; 및,상기 본체의 하부로 낙하하여 저장된 냉각수를 냉각수 분사부로 순환시키는 냉각수 순환유닛;을 포함한다.
상기 냉각수 순환유닛은, 일단이 외부의 공기조화설비와 연결되고 타단이 냉각수 분사부와 연결되어 외부의 공기조화설비로부터 냉각수 분사부로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관과, 일단이 본체의 하부에 연결되고 타단이 외부의 공기조화설비와 연결되어 본체의 하부에 저장된 냉각수를 외부의 공기조화설비로 공급하는 냉각수 배출관과, 상기 냉각수 공급관과 냉각수 배출관을 연결하는 바이패스관과, 상기 냉각수 배출관을 통해 배출되는 냉각수를 상기 바이패스관과 냉각수 공급관을 통해 냉각수 분사부로 순환시키는 순환펌프와, 상기 냉각수 공급관과 냉각수 배출관 및 바이패스관을 통한 냉각수의 유동을 제어하는 유로제어밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 상기 냉각수 순환유닛은, 하단이 본체의 하부에 저장된 냉각수에 잠겨지게 설치되는 냉각수 순환관과, 상기 냉각수 순환관의 상단 및 냉각수 분사부에 연결되게 설치되어 본체 하부에 저장된 냉각수를 흡입하여 냉각수 분사부로 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 펌프는 냉각수 분사부의 상측에 설치될 수 있다.
상기 필터부재는 본체의 유입구를 개폐 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 필터부재는 상기 유입구에 지면(地面)에 대해 연직한 방향으로 설치되거나, 상기 유입구에 지면(地面)에 대해 일정한 각도로 경사지게 설치되거나, 상기 유입구에 지면(地面)에 대해 수평하게 설치될 수 있다.
상기 필터부재는 복수개가 본체에 대해 측방향으로 슬라이딩하면서 포개어지거나 펼쳐지도록 구성될 수 있다.
상기 본체에 상기 필터부재의 상단 및 하단을 슬라이딩 가능하게 지지하는 가이드부재가 설치될 수 있다.
상기 복수의 필터부재는 지그재그 형태로 상대 회전 가능하게 연결되어 주름체 형태로 접혀지면서 유입구를 개방할 수 있다.
상기 복수의 필터부재는 양측 단부가 힌지부재를 매개로 서로 상대 회전 가능하게 연결되며, 각각의 필터부재의 양측 단부가 힌지부재를 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성되며, 서로 연결된 복수의 필터부재 중 일측 끝단에 배치된 필터부재의 일측 끝단은 본체 또는 가이드부재에 고정되고, 반대편 끝단에 배치된 필터부재의 일측 끝단은 가이드부재를 따라 슬라이딩 가능하게 설치된다.
본 발명에 따르면, 냉각탑과 같은 옥외 냉각장치를 이용하여 대기 중의 미세먼지를 흡입한 후 냉각수로 제거할 수 있으므로 도시에 별도의 미세먼지 저감 설비를 설치하지 않고도 효율적이고 경제적으로 대기 중의 미세먼지를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥외 냉각장치로서 대향류식 냉각탑에 적용된 미세먼지 저감장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세먼지 저감장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 미세먼지 저감장치의 필터부재의 구성 및 작용을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치를 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 3a에 도시된 필터부재의 접철 작동례를 나타낸 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치를 구성하는 필터부재의 실링을 위한 실링부재에 대한 일 실시예를 나타낸 정면도이다.
도 9는 도 8a의 실링부재의 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치를 구성하는 필터부재의 다른 실시예를 나타낸 횡단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 10에 도시된 필터부재의 접철 작동례를 설명하는 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치를 구성하는 냉각수 순환유닛의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 12a는 냉방 운전 모드에서의 작동 상태이고, 도 12b는 미세먼지 저감 운전 모드에서의 작동 상태이다.
도 13은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치를 구성하는 냉각수 순환유닛의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치를 구성하는 냉각수 순환유닛의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 15는 도 1에 도시된 미세먼지 저감장치를 역으로 작동시킨 예를 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥외 냉각장치로서 직교류형 냉각탑에 적용된 미세먼지 저감장치를 나타낸 단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치를 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥외 냉각장치로서 대향류식 냉각탑에 적용된 미세먼지 저감장치를 나타낸 것으로, 건물의 냉방 기능을 수행할 때에는 고온의 냉각수를 냉각시키는 작용을 하고, 건물의 냉방 기능을 수행하지 않을 때 미세먼지를 여과하는 작용을 할 수 있도록 구성된 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 저감장치는, 본체(10)와, 상기 본체(10) 내부에 설치되어 본체(10)의 유입구(11)를 통해 공기와 미세먼지를 흡입하여 배출구(12)로 배출하는 흡기팬(20), 상기 본체(10) 내부에 설치되어 냉각수를 하측으로 분사하는 냉각수 분사부(30), 상기 냉각수 분사부(30)에서 분사된 냉각수와 외부 공기와의 열교환을 수행하는 열교환부(40), 본체(10)의 유입구(11)를 통해 유입되는 공기와 미세먼지에서 미세먼지를 걸러내는 필터부재(50), 본체(10)의 하부로 낙하하여 저장된 냉각수를 냉각수 분사부(30)로 순환시키는 냉각수 순환유닛을 포함한다.
상기 본체(10)는 건물의 옥상과 같은 옥외에 설치되며, 공기가 유입되는 유입구(11)와 공기가 배출되는 배출구(12)가 개방되게 형성되어 있다. 본체(10)의 유입구(11)는 본체(10)의 측면 하부에 원주방향을 따라 개방되게 형성되고, 배출구(12)는 본체(10)의 상단부에 형성된다. 본체(10)의 하부면은 가장자리 부분에서부터 중심을 향해 하향 경사진 형태, 즉 하측으로 볼록한 돔 형태로 되어 냉각수 분사부(30)에서 분사된 냉각수를 저장할 수 있도록 되어 있다. 본체(10)의 하부면은 건물 내의 공기조화설비와 연결된 냉각수 배출관(72)과 연결되어 하부면에 저장된 열교환된 냉각수를 공기조화설비로 배출하게 된다.
상기 흡기팬(20)은 본체(10)의 배출구(12)의 하측에 설치되어 유입구(11)를 통해 외부의 공기를 흡입하여 배출구(12)로 배출한다. 흡기팬(20)은 팬 구동모터(21)에 벨트(22)와 같은 동력전달장치를 통해 연결되거나 팬 구동모터(21)에 직접 연결되어 회전력을 전달받아 회전한다.
냉각수 분사부(30)는 본체(10)의 상부에 설치되어, 외부에서 공급되는 냉각수를 하측으로 분사한다. 냉각수 분사부(30)는 반경방향을 따라 연장되는 헤더(31)와, 상기 헤더(31)의 길이 방향(본체의 반경방향)을 따라 일정 간격으로 배열되어 있는 노즐(32)를 포함한다. 상기 헤더(31)는 건물 내의 공기조화설비에 연결된 냉각수 공급관(71)과 연결되어 냉각수를 공급받는다.
상기 열교환부(40)는 냉각수 분사부(30)의 하측에서 본체(10) 내부 공간을 채우도록 설치된다. 열교환부(40)는 냉각수 분사부(30)에서 분사된 냉각수와 공기가 교체 유동하면서 냉각수가 외부 공기와 열교환되는 부분으로, 일반적인 냉각탑에 사용되는 공지의 열교환용 충진재(filler)를 구비한다.
상기 필터부재(50)는 본체(10) 내부에서 열교환부(40)의 하측에 설치된다. 필터부재(50)는 유입구(11)를 통해 흡입되는 공기와 미세먼지 중 공기는 통과시키고 미세먼지는 걸러내는 미세먼지 필터로서, 필터부재(50)에 걸러진 미세먼지는 열교환부(40)를 통과하여 낙하하는 냉각수에 의해 필터부재(50)에서 떨어져 나가 본체(10) 하부에 포집된다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 것과 같이, 상기 필터부재(50)는 복수개가 본체(10)의 유입구(11) 내측에 지면(地面)에 대해 일정한 각도로 경사지게 설치된다. 이와 같이 복수의 필터부재(50)가 일정한 경사각을 가지고 설치되면, 필터부재(50)의 상측에서 낙하하는 냉각수가 필터부재(50)에 부딪혀 필터부재(50)에 걸러진 미세먼지를 원활하게 떨어뜨릴 수 있으며, 냉각수가 본체(10)의 하부에 원활하게 집수될 수 있게 된다.
이와 다르게 도 4에 도시한 것처럼 필터부재(50)는 유입구(11)의 내측에 지면(地面)에 대해 연직한 방향으로 설치되거나, 도 5에 도시한 것처럼 필터부재(50)는 유입구(11)의 외측에 지면(地面)에 대해 연직한 방향으로 설치될 수도 있을 것이다.
혹은 도 6에 도시한 것과 같이 필터부재(50)가 열교환부(40)의 하측에서 유입구(11)에 지면(地面)에 대해 수평하게 설치될 수도 있다.
한편 상기 필터부재(50)는 냉방 기능을 수행할 때에는 외부 공기가 열교환부(40)로 원활하게 유입되고, 냉방 기능을 수행하지 않을 때에는 흡입 공기로부터 미세먼지를 걸러낼 수 있도록 유입구(11)를 개폐할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해 필터부재(50)는 복수개가 본체(10)에 대해 측방향으로 슬라이딩하면서 포개어지거나 펼쳐지도록 될 수 있다.
예를 들어 상기 필터부재(50)는 미세먼지를 걸러낼 수 있는 직물이나 부직포 등을 적용한 필터가 적용할 수 있으며, 도 7a 내지 도 7c에 도시한 것과 같이 본체(10)에 대해 측방향(원주방향)으로 수평하게 슬라이딩하면서 주름체 형태로 접혀지거나 펼쳐지게 구성될 수 있다.
상기 본체(10)의 유입구(11)의 상부와 하부에는 상기 필터부재(50)의 상단 및 하단을 슬라이딩 가능하게 지지하는 가이드부재(60)가 설치된다. 상기 가이드부재(60)는 유입구(11)의 상부에 원주방향을 따라 연장되며 대략 구형상의 레일홈(61)(도 3a 및 도 3b 참조)을 갖는 레일 형태를 갖는다. 또한 상기 필터부재(50)의 상단부와 하단부에는 가이드부재(60)의 레일홈(61) 내측에 이동 가능하게 삽입되는 구형상의 가이드돌기(51)를 구비한 필터홀더(51a)가 형성된다(도 3a 및 도 3b 참조). 상기 가이드돌기(51) 대신 롤러 또는 베어링이 적용될 수도 있다.
또한 상기 가이드부재(60)에는 미세먼지 저감 작동을 위해 필터부재(50)가 펼쳐져 유입구(11)를 막을 때, 외부에서 유입되는 미세먼지가 유입 공기의 압력에 의해 필터부재(50)의 가장자리 부분과 본체(10)의 내면 사이의 틈새를 통해 유입되지 않도록 하기 위한 실링부재(55)가 마련될 수 있다. 이 실시예에서 상기 실링부재(55)는 도 8a와 도 8b 및 도 9에 도시한 것과 같이 본체(10)의 내면 또는 가이드부재(60)와, 필터부재(50)의 가장자리 부분을 따라 설치되는 소위 '지퍼(zipper)'라고 불리는 슬라이드 파스너(slide fastener)를 적용하여 구성할 수 있지만, 이외에도 벨크로 테이프 또는 클램프형 잠금쇠, 자석 등을 적용하여 구성할 수도 있을 것이다.
이러한 실링부재(55)는 필터부재(50)를 접어서 유입구(11)를 개방할 때에는 맞물리지 않고 열려져 필터부재(50)의 접힘 작동이 원활하게 이루어지고, 필터부재(50)를 펼쳐서 유입구(11)를 폐쇄한 후에는 맞물리면서 잠겨져 필터부재(50)의 가장자리와 본체(10)의 내면 사이를 기밀하게 밀폐하게 된다. 따라서 미세먼지 저감 운전 시에 미세먼지가 필터부재(50)의 가장자리와 본체(10)의 내면 사이를 바로 통과하여 유입되는 현상이 방지된다.
상기 필터부재(50)가 직물이나 부직포 등 유연한 소재로 이루어질 경우 전술한 실시예와 같이 필터부재(50) 전체가 커튼과 같이 주름체로 접히거나 펼쳐지면서 유입구(11) 부분을 개폐할 수 있지만, 도 10에 도시한 것처럼 필터부재(50)를 일정한 크기를 갖는 필터프레임(50a)과, 상기 필터프레임(50a) 내측에 설치되는 필터(50b)로 구성할 경우, 각각의 필터부재(50)를 경첩과 같은 힌지부재(52)를 매개로 서로 상대 회전 가능하게 연결하여 주름체 형태로 접거나 펼쳐서 사용할 수 있다.
즉, 도 11a 내지 도 11c에 도시한 것과 같이, 필터부재(50)는 양측 단부가 경첩과 같은 힌지부재(52)를 매개로 서로 상대 회전 가능하게 연결되며, 각각의 필터부재(50)의 필터프레임(50a)의 양측부가 힌지부재(52)를 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성된다. 그리고, 서로 연결된 복수의 필터부재(50) 중 일측 끝단에 배치된 필터부재(50)의 일측 끝단은 가이드부재(60) 또는 본체(10)에 고정된다.
따라서 한 쪽 끝단에 이동 가능하게 구성된 필터부재(50)를 반대편의 고정된 필터부재(50) 쪽으로 밀어서 필터부재(50)들을 가이드부재(60)를 따라 측방향으로(화살표 방향) 슬라이딩시키면, 필터부재(50)들이 접히거나 펼쳐지면서 유입구(11)의 내측을 개방하거나 폐쇄할 수 있게 된다.
이외에도 각각의 필터부재(50)를 본체(10)에 대해 개별적으로 일정 각도(예를 들어 90도)로 회전하거나 혹은 링크기구를 통해 연결하여 동시에 일정 각도로 회전하도록 구성함으로써 냉각탑이 냉방 기능을 수행할 때에는 유입구(11)를 최대한 개방하고, 냉방 기능을 수행하지 않고 미세먼지 저감 기능을 수행할 때에는 유입구(11)를 폐쇄하도록 필터부재(50)를 회전 동작시킬 수도 있을 것이다.
또한 필터부재(50)를 본체(10)에 대해 완전히 분리하거나 결합할 수 있는 착탈식으로 구성하여 미세먼지 저감 기능을 수행할 때에는 필터부재(50)를 본체(10)의 유입구(11) 측에 결합시키고, 냉방 기능을 수행할 때에는 필터부재(50)를 본체(10)에서 완전히 분리할 수 있다. 이러한 필터부재(50)의 착탈 결합을 위한 착탈 수단은 나사 또는 볼트, 필터부재(50)를 끼웠다 뺐다할 수 있는 레일부재, 클램프 기구 등을 적용할 수 있다.
한편, 필터부재(50)를 이용하여 미세먼지 여과 기능을 수행하기 위해서는 필터부재(50)의 상측에서 냉각수를 지속적으로 또는 주기적으로 낙하하여 필터부재(50)에서 미세먼지를 탈락시켜야 하므로, 냉각수 순환유닛을 이용하여 냉각수 분사부(30)에 냉각수를 공급하여 냉각수를 분사한다.
상기 냉각수 순환유닛은 냉각탑에 구성되어 있는 냉각수 공급 및 배출 장치의 구성을 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 12a 및 도 12b에 도시한 것과 같이 냉각수 순환유닛은, 일단이 외부의 공기조화설비와 연결되고 타단이 냉각수 분사부(30)와 연결되어 외부의 공기조화설비로부터 냉각수 분사부(30)로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(71)과, 일단이 본체(10)의 하부에 연결되고 타단이 외부의 공기조화설비와 연결되어 본체(10)의 하부에 저장된 냉각수를 외부의 공기조화설비로 공급하는 냉각수 배출관(72)과, 상기 냉각수 공급관(71)과 냉각수 배출관(72)을 연결하는 바이패스관(73)과, 상기 바이패스관(73)에 설치되어 냉각수 배출관(72)을 통해 배출되는 냉각수를 상기 바이패스관(73)과 냉각수 공급관(71)을 통해 냉각수 분사부(30)로 순환시키는 순환펌프(74)와, 상기 상기 냉각수 공급관(71)과 냉각수 배출관(72) 및 바이패스관(73)을 통한 냉각수의 유동을 제어하는 유로제어밸브(75a, 75b)를 포함할 수 있다.
상기 유로제어밸브(75a, 75b)는 상기 냉각수 공급관(71)에 설치되어 냉각수 공급관(71)을 개폐하는 제1유로제어밸브(75a)와 냉각수 배출관(72)에 설치되어 냉각수 배출관(72)을 개폐하는 제2유로제어밸브(75b)를 포함한다.
그리고 상기 순환펌프(74)의 입구 측 또는 냉각수 배출관(72)에는 냉각수 배출관(72)을 통해 유동하는 냉각수에서 미세먼지 및 이물질이 순환펌프(74) 내로 유입되지 않도록 하기 위한 수질정화필터(미도시)가 설치될 수 있다.
따라서 건물의 공기조화설비에서 냉방 운전 모드를 수행할 때에는 도 12a에 도시한 것과 같이 순환펌프(74)의 작동이 중지된 상태에서 제1유로제어밸브(75a)와 제2유로제어밸브(75b)가 냉각수 공급관(71) 및 냉각수 배출관(72)을 개방한다. 이 냉방 운전 모드에서는 공기조화설비에서 가열된 고온의 냉각수가 냉각수 공급관(71)을 통해 냉각수 분사부(30)로 공급되어 본체(10) 내부로 분사된 후, 열교환부(40)를 통과하면서 외부 공기와 열교환되어 냉각되어 본체(10) 하부로 낙하하여 저장된다. 본체(10) 하부에 저장된 열교환된 냉각수는 냉각수 배출관(72)을 통해서 공기조화설비로 재공급되어 건물의 냉방 작동에 사용된다.
그리고 건물의 공기조화설비에서 냉방 운전 모드를 수행하지 않고 미세먼지 여과 모드를 수행할 때에는, 도 12b에 도시한 것과 같이 제1유로제어밸브(75a)와 제2유로제어밸브(75b)가 냉각수 공급관(71) 및 냉각수 배출관(72)을 폐쇄하여 외부로의 냉각수 유입 및 배출을 차단한다. 이렇게 되면, 냉각수 공급관(71)-냉각수 분사부(30)-본체(10) 하부-냉각수 배출관(72)-바이패스관(73)-순환펌프(74)-냉각수 공급관(71)으로 이어지는 냉각수의 순환 유로가 형성된다.
이 상태에서 순환펌프(74)가 작동하면, 본체(10) 하부에 저장된 냉각수가 냉각수 배출관(72)을 통해 바이패스관(73)으로 유입된 후, 순환펌프(74)와 냉각수 공급관(71)을 통해 냉각수 분사부(30)로 공급되고, 냉각수 분사부(30)에서 하측으로 분사되어 열교환부(40)를 통과한 후 하측으로 낙하하여 일부는 필터부재(50)에 부딪히면서 필터부재(50)에 걸러진 미세먼지를 탈락시키게 된다.
이와 같이 미세먼지 여과 모드에서는 냉각수가 본체(10) 하부와 냉각수 분사부(30)로 순환하면서 필터부재(50)의 미세먼지를 제거하는 작용을 수행하게 된다.
상술한 것처럼 이 실시예에서는 냉각탑에 구성되어 있는 냉각수 공급관(71)과 냉각수 배출관(72) 사이에 바이패스관(73)과 순환펌프(74)를 설치하여 냉각수의 순환 유로를 구성하였으나, 이와 다르게 본체(10) 내부에 별도의 냉각수 순환유닛을 구성할 수도 있다.
즉, 도 13에 도시한 것과 같이 본체(10)의 하부에서부터 냉각수 분사부(30)까지 냉각수 순환관(81)을 설치하고, 냉각수 순환관(81)의 상단에 펌프(82)를 설치하여 본체(10) 하부에 저장된 냉각수를 냉각수 분사부(30)로 직접 공급하여 순환시킬 수 있다.
상기 냉각수 순환관(81)은 하단이 본체(10)의 하부에 저장된 냉각수에 잠겨지고 상단이 상기 냉각수 분사부(30) 쪽으로 연장되게 설치된다. 그리고, 상기 펌프(82)는 냉각수 순환관(81)의 상단에 연결되어 상기 냉각수 순환관(81)을 통해 냉각수를 흡입하여 냉각수 분사부(30)로 공급한다.
이와 같이 본체(10) 내부에 냉각수 순환관(81)을 설치하고, 냉각수 분사부(30)의 상부에서 냉각수 순환관(81)에 연결되게 펌프(82)를 설치하면 펌프(82)의 소형화가 가능한 이점이 있다. 상기 펌프(82)는 냉각수 분사부(30)의 상측의 중앙 뿐만 아니라 주변부의 임의의 위치, 또는 본체(10)의 내측이나 외측의 임의의 위치에 설치될 수 있다.
또한 도 14에 도시한 것과 같이, 상기 펌프(82)를 냉각수 분사부(30)와 연결하지 않고 펌프(82)의 출구포트에 필터부재(50)를 향해 연장되는 복수의 보조 공급관(83)을 연결하고, 상기 보조 공급관(83)의 하단부에 필터부재(50)와 인접하게 배치되어 필터부재(50)를 향해 냉각수를 분사하는 노즐(84)을 설치하여, 펌프(82)에 의해 냉각수 순환관(81)으로 흡입된 냉각수를 보조 공급관(83) 및 노즐(84)을 통해 필터부재(50)에 직접 분사하여 필터부재(50)의 면에 부착된 미세먼지를 떨어낼 수 있을 것이다.
이러한 냉각수 순환관(81)과 펌프(82)와 보조 공급관(83) 및 노즐(84)로 구성된 냉각수 순환유닛의 구성은 필터부재(50)의 면에 직접 냉각수를 공급하여 미세먼지를 더 원활하게 떨어낼 수 있는 이점을 제공하며, 특히 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 필터부재(50)가 본체(10)의 유입구(11) 측에 지면(地面)에 대해 연직하게 설치되는 경우에 필터부재(50)의 면으로 냉각수를 더 많은 면적에 더 높은 수압으로 공급하여 미세먼지를 제거할 수 있는 이점을 제공한다.
이와 같이 구성된 미세먼지 저감장치는 다음과 같이 작동한다.
필터부재(50)가 유입구(11) 내측에 펼쳐지게 배치된 상태에서 흡기팬(20)이 동작하면, 유입구(11)를 통해 공기와 함께 미세먼지가 유입된다. 유입구(11)를 통해 유입된 미세먼지는 필터부재(50)에 걸러지고 정화된 공기만 필터부재(50)를 통과하여 열교환부(40)로 이동한다.
이와 동시에 냉각수 순환유닛에 의해 본체(10) 하부에 저장된 냉각수가 냉각수 분사부(30)로 공급되어 하측으로 분사된다. 냉각수 분사부(30)에서 분사된 냉각수는 열교환부(40)를 통과하면서 낙하하게 되는데, 이 때 열교환부(40)를 통해 낙하하는 냉각수 중 일부가 필터부재(50)로 낙하하여 필터부재(50)의 표면에 흡착되어 있는 미세먼지를 탈락시키게 된다.
이와 같은 과정을 통해 대기 중의 미세먼지가 본체(10)의 유입구(11)를 통해 유입되어 필터부재(50)에 의해 걸러지고, 냉각수에 의해 필터부재(50)에서 탈락되어 본체(10) 하부에 냉각수와 함께 포집된다.
냉각탑이 이러한 미세먼지 여과 모드를 수행하지 않고, 냉방 운전 모드를 수행할 때에는 필터부재(50)를 접어서 유입구(11)와 열교환부(40) 하부 사이를 개방하고, 흡기팬(20)을 작동시켜 기존과 동일하게 냉방 운전을 수행하면 된다.
한편 전술한 실시예에서는 흡기팬(20)이 냉방 운전 모드와 동일한 방향으로 작동하여 하부의 유입구(11)를 통해 공기와 미세먼지를 흡입한 후 정화된 공기를 상부의 배출구(12)를 통해 배출하였으나, 이와 반대로 도 14에 도시한 것처럼 흡기팬(20)을 구동시키는 팬 구동모터(21)을 역으로 작동시켜 흡기팬(20)을 반대방향으로 회전시킴으로써 상부의 배출구(12)를 통해서 공기와 미세먼지를 흡입한 후 하부의 필터부재(50)와 유입구(11)를 통해서 배출할 수도 있을 것이다.
이와 같이 흡기팬(20)의 회전 작동시 배출구(12)를 통해서 공기가 유입될 수 있도록 하기 위하여 상기 팬구동모터(21)를 정방향과 역방향 회전이 가능한 모터를 사용하여 팬구동모터(21)를 역으로 작동시킬 수도 있으나, 이와 다르게 흡기팬(20)의 날개를 방향 전환이 가능한 가변익으로 구성하여 흡기팬(20)이 동일한 방향으로 회전하더라도 미세먼저 저감 운전 시에 배출구(12)를 통해서 공기 및 미세먼지가 유입되게 할 수도 있을 것이다.
배출구(12)를 통해 미세먼지를 유입하여 유입구(11)를 통해 배출하는 방식으로 운전할 경우, 필터부재(50)의 면 중 본체(10) 내부로 향한 면에 미세먼지가 포집되므로 냉각수가 필터부재(50)에 공급되어 미세먼지가 제거될 때 더욱 원활하게 미세먼지가 제거될 수 있는 이점이 있다.
또한 전술한 실시예의 미세먼지 저감장치는 대향류식 냉각탑에 적용되었지만, 도 16에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 직교류형 냉각탑에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 16에 도시한 것과 같이 직교류형 냉각탑에 미세먼지 저감장치를 구성할 경우, 공기가 유입되는 유입구(11)의 내측 또는 외측에 복수의 필터부재(50)를 접이식또는 탈부착식으로 설치하여 냉방 운전을 수행하지 않을 때 미세먼지 저감 기능을 수행하게 구성할 수도 있을 것이다.
직교류형 냉각탑은 양측면에 유입구(11)가 형성되고 상부에 배출구(12)가 형성되어 있는 육면체 형태의 본체(10)와, 본체(10)의 배출구(12) 내측에 설치되어 외기를 강제로 흡입하는 흡기팬(20), 본체(10) 내부의 양측에 설치되는 복수의 열교환부(40), 상기 각각의 열교환부(40)의 상측에서 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부(30), 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환유닛 등을 포함한다.
상기 냉각수 순환유닛은 전술한 대향류형 냉각탑에 구성되는 냉각수 순환유닛을 동일하게 적용하여 구성할 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 미세먼지 저감장치는 건물의 공기조화설비의 냉방 작동과는 별개로 미세먼지 제거 기능만 수행할 수 있게 구성될 수도 있다. 이 경우 본체(10) 내부에 냉각수 분사부(30)와 열교환부(40)를 구성하지 않아도 된다. 또한 필터부재(50)에 미세먼지 제거를 위한 물을 분사하기 위한 물 분사유닛을 도 14에 구성된 냉각수 순환관(81)과 펌프(82)와 보조 공급관(83) 및 노즐(84)로 구성된 냉각수 순환유닛의 구성을 적용하여 구성할 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
10 : 본체 11 : 유입구
12 : 배출구 20 : 흡기팬
30 : 냉각수 분사부 31 : 헤더
32 : 노즐 40 : 열교환부
50 : 필터부재 51 : 가이드돌기
52 : 힌지부재 55 : 실링부재
60 : 가이드부재 71 : 냉각수 공급관
72 : 냉각수 배출관 73 : 바이패스관
74 : 순환펌프 75a : 제1유로제어밸브
75b : 제2유로제어밸브 81 : 냉각수 순환관
82 : 펌프 83 : 보조 공급관
84 : 노즐

Claims (21)

  1. 옥외에 설치되며, 공기가 유입되는 유입구(11)와 공기가 배출되는 배출구(12)가 형성되어 있는 본체(10);
    상기 본체(10) 내부에 설치되어 상기 유입구(11)를 통해 공기와 미세먼지를 흡입하여 배출구(12)로 배출하는 흡기팬(20);
    상기 본체(10) 내부에 설치되며, 건물의 공기조화설비와 연결되어 공기조화설비로부터 공급되는 냉각수 또는 본체(10) 하부에 저장된 냉각수를 공급받아 하측으로 분사하는 냉각수 분사부(30);
    상기 냉각수 분사부(30)에서 분사된 냉각수와 외부 공기와의 열교환을 수행하는 열교환부(40);
    상기 열교환부(40)의 하측에 설치되어 열교환부(40)를 통해 낙하한 냉각수와 접촉하며, 상기 유입구(11)를 통해 유입되는 미세먼지를 걸러내는 필터부재(50); 및,
    미세먼지 저감 운전 시에 상기 본체(10)의 하부로 낙하하여 저장된 냉각수를 필터부재(50)로 분사하는 냉각수 순환유닛;
    을 포함하며,
    상기 냉각수 순환유닛은, 상기 본체(10) 내부에서 하단이 본체(10)의 하부에 저장된 냉각수에 잠겨지게 설치되는 냉각수 순환관(81)과, 상기 냉각수 순환관(81)의 상단에 연결되게 설치되어 본체(10) 하부에 저장된 냉각수를 흡입하여 펌핑하는 펌프(82)와, 상단이 상기 펌프(82)의 출구포트에 연결되고 하부가 상기 필터부재(50)를 향해 연장되는 복수의 보조 공급관(83)과, 상기 보조 공급관(83)의 하단부에 필터부재(50)와 인접하게 배치되어 필터부재(50)를 향해 냉각수를 분사하는 노즐(84)을 포함하고,
    상기 필터부재(50)는 직물 또는 부직포로 되어 본체(10)에 대해 측방향으로 슬라이딩하면서 주름체 형태로 접혀져 유입구(11)를 개폐하도록 설치되어, 건물의 공기조화설비의 냉방 운전 시에는 필터부재(50)가 본체(10)에 대해 일 측방향으로 슬라이딩하면서 주름체 형태로 접혀져 유입구(11)를 개방하고, 건물의 공기조화설비의 냉방기능을 수행하지 않고 미세먼지 저감 운전 시에는 반대편 측방향으로 슬라이딩하면서 펼쳐져 유입구(11)를 폐쇄하여 미세먼지를 걸러내며,
    상기 본체(10)에 상기 필터부재(50)의 상단 및 하단을 슬라이딩 가능하게 지지하는 가이드부재(60)가 설치되고,
    상기 필터부재(50)가 유입구(11)를 폐쇄할 때 상기 필터부재(50)의 가장자리 부분과 가이드부재(60) 사이를 기밀하게 폐쇄하도록 슬라이딩식 잠금쇠(slide fastener)로 된 실링부재(55)가 상기 가이드부재(60)와 필터부재(50)의 가장자리 부분을 따라 설치되며,
    상기 가이드부재(60)에는 구형상을 갖는 레일홈(61)이 원주방향을 따라 연장되고, 상기 필터부재(50)의 상단부와 하단부에는 상기 가이드부재(60)의 레일홈(61) 내측에 이동 가능하게 삽입되는 구형상의 가이드돌기(51)를 구비한 필터홀더(51a)가 설치된 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
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  7. 제1항에 있어서, 상기 필터부재(50)가 펼쳐져서 상기 유입구(11)를 폐쇄할 때 상기 필터부재(50)는 상기 유입구(11)의 내측 또는 외측에 지면(地面)에 대해 연직한 방향으로 설치되는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 필터부재(50)가 펼쳐져서 상기 유입구(11)를 폐쇄할 때 상기 필터부재(50)는 상기 유입구(11)에 지면(地面)에 대해 일정한 각도로 경사지게 설치되는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필터부재(50)가 펼쳐져서 상기 유입구(11)를 폐쇄할 때 상기 필터부재(50)는 상기 유입구(11)에 지면(地面)에 대해 수평하게 설치되는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
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  18. 제1항에 있어서, 상기 냉각수 분사부(30)는 건물의 공기조화설비의 냉방 운전 시에는 공기조화설비로부터 냉각수를 공급받아 하측으로 분사하고, 미세먼지 저감 운전 시에는 상기 냉각수 순환유닛에 의해 본체(10)의 하부에 저장된 냉각수를 공급받아 분사하는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 냉방 운전 시에는 상기 흡기팬(20)의 회전시 본체(10)의 유입구(11)를 통해 공기 및 미세먼지가 유입된 후 배출구(12)로 배출되고, 상기 미세먼지 저감 운전 시에는 상기 흡기팬(20)의 회전시 본체(10)의 배출구(12)를 통해 공기 및 미세먼지가 유입된 후 유입구(11)로 배출되는 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 흡기팬(20)은 공기 및 미세먼지의 유입방향을 변화시킬 수 있도록 가변익으로 된 옥외 냉각장치를 이용한 미세먼지 저감장치.
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