KR102051378B1 - 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기 - Google Patents

미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사이클론 구조를 포함하는 사이클론 포그 공기청정기에 있어서, 연직(鉛直)방향을 축방향으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부와 하측에 콘 형상의 콘부를 포함하는 본체와; 상기 본체의 상측 외주면에 상기 본체의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부와; 상기 유체유입부에서 유입된 유체가 상기 본체를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부;를 포함하되, 상기 유체배출부는 상기 본체의 상단부로부터 하측으로 연장된 배출구스커트를 포함하고, 상기 본체의 상측 내측벽과 상기 배출구스커트 외측벽 사이의 공간으로 포그발생부에서 미세한 액적을 형성하여 상기 유체유입부에서 유입되는 유체와 혼합되는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명에 따르면, 가정, 사무실, 식당과 같은 업소, 공장 등으로 유입되거나 가정 등에서 발생하는 미세먼지 및 초미세먼지 제거를 위해 기존의 부직포, 전기집진과 같은 필터링 방식의 한계를 극복하고, 미세먼지 제거뿐만 아니라 사이클론 구조 및 미세 액적을 활용하여 습도 조절, 탈취가 가능한 초미세한 액적을 생성할 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다

Description

미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기 {Super fine Water-droplet Cyclone Fog Air Cleaner for getting rid of fine dusts, humidification, deodorization}
본 발명은 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 사이클론 포그 공기청정기에 관한 것으로, 특히 가습기의 살균 문제, 필터의 바이러스 증식 문제 등을 해결할 수 있으면서 다양한 기능인 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 수행할 수 있도록 구조를 개선한 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
산업의 발달, 도시화의 진행, 특히 중국에서 발생 되는 황사의 영향 등의 다양한 원인에 의해 미세먼지의 발생 및 빈도가 점점 증가하고 있는 실정이다. 대기 중 미세먼지 농도가 급증함에 따라 질병 발병률이 증가됨은 물론, 산업적으로도 막대한 피해가 발생하고 있으며, 한국환경정책평가연구원의 자료에 따르면 미세먼지로 인하여 인명 및 산업에 대한 전체에 연간 최대 5조원 이상의 손실 발생하고 있다.
발전시설, 자동차, 산업계 등으로부터 발생 되는 미세먼지가 국민의 건강에 직접적인 악영향을 미칠 정도로 심각한 상태에 이르고 있다. 이에, 국내외적으로 미세 먼지 발생을 감소시키는 정책이 추진되고 있다. 미세먼지 발생을 줄이는 것이 최우선이며, 발생된 미세먼지를 제거하여 사람들의 건강에 영향을 미치니 않게 하는 것 또한 중요하다. 특히, 황사 같은 미세 먼지는 저감 정책과 기술만으로 감소되지 않는다. 따라서, 발생된 미세 먼지를 제거하는 기술 개발이 매우 중요하다.
산업체뿐만 아니라 생활 전반에 악영향을 미치는 미세먼지 제거를 위한 기술개발은 매우 중요하며, 현재 각종 필터(Bag Filter, 전기집진기, HEPA Filter 등)시스템을 적용하고 있지만 이들 필터 시스템으로 증가하고 있는 미세 먼지를 제거하는데 한계가 있다.
특히 대기 중에는 크기가 0.1㎛ 이하인 초미세 입자와, 0.1 ~ 1.0㎛ 크기 입자, 1 ~ 10㎛ 크기의 미세입자가 분포하고 있다. 이러한 각각의 입자 분포에 따라 필터 방식이 상이하고 초미세 입자는 제거가 매우 어려우며 10㎛ 미만의 입자는 HEPA 필터와 같은 고성능 필터로 제거할 수 있지만, HEPA 필터와 같은 고성능 필터로 제거 가능하다. 그런데 이들 HEPA 필터는 클린룸과 같은 고청정 공간의 입자 제거를 위해 사용하고 있으며 이들 필터를 운용함에 있어 고가의 비용이 소요된다.
다른 한편, 가정, 사무실, 식당과 같은 업소 등으로 유입되거나 가정, 사무실 등에서 발생되는 미세먼지를 제거하고 적절한 습도를 공급하기 위하여 가습기가 사용되고 있다. 이러한 가습기에는 초음파 발생기에서 발생되는 초음파에 의해 물통에 있는 물에서 물방울이 만들어져 상승하는 원리를 이용하는 것이 있다. 이런 경우에 물통에 물이 정체해 있어 물에 함유되어 있는 부유물질로 인하여 미생물 바이러스가 증식되는 문제가 있다. 이러한 미생물 바이러스 제거를 위하여 살균제로 소독하거나 물에 살균제를 투입하나 물에 포함된 살균제가 물방울에 함유되어 공기 중으로 비산하고 비산된 살균제 성분을 사람이 흡입하여 인명 피해가 발생하는 등의 사회적 문제가 야기될 우려가 있다.
다른 한편, 섬유성분 등을 포함하는 필터로 미세먼지를 제거하는 경우에는 포집된 미세먼지가 필터에 정체되어 바이러스의 증식 요인이 될 우려가 있다. 이러한 바이러스의 증식으로 인해 악취 또는 유해 가스가 발생되어 사용자의 호흡기에 악영향을 줄 소지가 크다.
[관련 문헌]
일본 공개실용신안공보 실개평6-48817호 (1994. 07. 05. 공개)
본 발명의 목적은, 가정, 사무실, 식당과 같은 업소, 공장 등으로 유입되거나 가정 등에서 발생하는 미세먼지 및 초미세먼지 제거를 위해 기존의 부직포, 전기집진과 같은 필터링 방식의 한계를 극복하고, 미세먼지 제거뿐만 아니라 사이클론 구조 및 미세 액적을 활용하여 습도 조절, 탈취가 가능한 초미세한 액적을 생성할 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 특히 가정용 가습기의 살균 문제, 필터의 먼지 바이러스 증식 문제를 예방할 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 가습, 탈취 효율을 향상시킬 수 있도록 초미세 액적을 효율적이고 안정적으로 생성시킬 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 설비를 이용하여 다양한 기능과 목적을 달성할 수 있도록 하는 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 사이클론 구조를 포함하는 사이클론 포그 공기청정기에 있어서, 연직(鉛直)방향을 축방향으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부와 하측에 콘 형상의 콘부를 포함하는 본체와; 상기 본체의 상측 외주면에 상기 본체의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부와; 상기 유체유입부에서 유입된 유체가 상기 본체를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부;를 포함하되, 상기 유체배출부는 상기 본체의 상단부로부터 하측으로 연장된 배출구스커트를 포함하고, 상기 본체의 상측 내측벽과 상기 배출구스커트 외측벽 사이의 공간으로 포그발생부에서 미세한 액적을 형성하여 상기 유체유입부에서 유입되는 유체와 혼합되는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기에 의해서 달성된다.
또한, 상기 포그발생부는, 유입되는 물에 고압을 형성하여 공급하는 고압펌프와, 상기 고압펌프에서 형성되어 고압배관을 통해 공급된 물을 미세한 액적으로 분무 가능하게 마련된 포그노즐을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배출구스커트가 상기 원통부의 상단으로부터 하측으로 연장된 길이는 상기 유체배출부를 통해 배출되는 액적의 입자 크기에 따라 차이를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유체배출부에서 배출되는 액적의 평균 입자 크기는 가습, 탈취를 목적으로 하는 경우가 미세먼지 제거를 목적으로 하는 경우보다 더 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 본체의 하측에는 설정된 높이로 물이 저장되고, 상기 포그발생부로 저장된 물을 순환시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유체유입부에서 상기 유체배출부로 유체가 흐르도록 하는 송풍부를 더 포함하고, 상기 유체유입부 및 상기 유체배출부가 결합된 상기 본체, 상기 송풍부 및 상기 포그발생부가 일체로 이동 가능하게 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 유체배출부를 통과하면서 상기 유체배출부를 통과하는 액적의 평균 입자 크기는 상기 본체의 상기 포그발생부에서 분무시 발생된 액적의 평균 입자 크기에 비하여 1/3 내지 1/5 범위로 감소하여 초미세 액적으로 변하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적은, 사이클론 구조를 포함하는 사이클론 포그 공기청정기에 있어서, 연직(鉛直)방향을 축방향으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부와 하측에 콘 형상의 콘부를 포함하는 본체와; 상기 본체의 상측 외주면에 상기 본체의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부와; 상기 유체유입부에서 유입된 유체가 상기 본체를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부;를 포함하되, 상기 유체배출부는 상기 본체의 상단부로부터 하측으로 연장된 배출구스커트를 포함하고, 상기 본체에 대하여 상기 스커트부의 연직방향 높이를 조절 가능하게 하는 스커트길이조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기에 의해서도 달성된다.
또한, 상기 본체의 상측 내측벽과 상기 배출구스커트 외측벽 사이의 공간으로 포그발생부에서 미세한 액적을 형성하여 상기 유체유입부에서 유입되는 유체와 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 가정, 사무실, 식당과 같은 업소, 공장 등으로 유입되거나 가정 등에서 발생하는 미세먼지 및 초미세먼지 제거를 위해 기존의 부직포, 전기집진과 같은 필터링 방식의 한계를 극복하고, 미세먼지 제거뿐만 아니라 사이클론 구조 및 미세 액적을 활용하여 습도 조절, 탈취가 가능한 초미세한 액적을 생성할 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다.
또한, 특히 가정용 가습기의 살균 문제, 필터의 먼지 바이러스 증식 문제를 예방할 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다.
또한, 가습, 탈취 효율을 향상시킬 수 있도록 초미세 액적을 효율적이고 안정적으로 생성시킬 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다.
또한, 하나의 설비를 이용하여 다양한 기능과 목적을 달성할 수 있도록 하여 사용의 편의성, 경제성을 향상시킬 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기청정기를 설명하기 위한 개략적 흐름도,
도 2는 본 발명의 사이클론 구조에서 작동 과정을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기청정기를 설명하기 위한 개략적 흐름도,
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 공기청정기를 설명하기 위한 개략적 흐름도,
도 5a 및 도 5b는 또 다른 일실시예에 따른 공기배출구의 높이를 조절할 수 있는 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 사이클론 포그 공기청정기(100, 이하에서 '공기청정기'라 함)에 대하여 도 1 내지 도 5b를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기청정기를 설명하기 위한 개략적 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 사이클론 구조에서 작동 과정을 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 공기청정기를 설명하기 위한 개략적 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 공기청정기를 설명하기 위한 개략적 흐름도이며, 도 5a 및 도 5b는 또 다른 일실시예에 따른 공기배출구의 높이를 조절할 수 있는 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명에 따른 공기청정기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사이클론 구조를 구비하며, 연직(鉛直)방향을 축방향(도 1의 'X' 참조)으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부(113)와 하측에 콘 형상의 콘부(115)를 포함하는 본체(110)와; 상기 본체(110)의 상측 외주면에 상기 본체(110)의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부(123)와; 상기 유체유입부(123)에서 유입된 유체가 상기 본체(110)를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체(110)의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부(125);를 포함하되, 상기 유체배출부(125)는 상기 본체(110)의 상단부로부터 하측으로 연장되어 본체(110) 내부로 수용된 배출구스커트(125a)를 포함하고, 상기 본체(110)의 상측 내측벽과 상기 배출구스커트(125a) 외측벽 사이의 공간인 상기 유체유입부(123) 영역으로 포그발생부(170)에서 미세한 액적을 형성하여 상기 유체유입부(123)에서 유입되는 유체와 혼합되는 것이 바람직하다.
공기청정기(100)는, 본체 내부로 유체를 유입하고 배출하도록 공기를 가압하는 송풍부(130)와, 포그발생부(170)와 물의 높이 및/또는 유입 및 배출되는 유체의 압력, 속도를 감지할 수 있는 미도시된 센서에 의하여 감지된 결과에 기초하여 송풍부(130) 및 포그발생부(170)의 작동을 제어할 수 있는 제어부(190)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공기청정기(100)는 미세먼지를 제거하는 제진 기능, 건조하지 않고 일정한 습도를 유지하도록 가습 기능, 공기 중의 냄새를 제거하는 탈취 기능을 후술하는 구성요소로 수행할 수 있다.
본체(110)는, 사이클론 구조를 이루어져 있으며, 연직방향 내지 수직방향으로 축중심을 갖는 원통 형상의 원통부(113)와, 원통부(113)에서 하측으로 연장된 콘부(115)를 갖는다.
그리고, 본체(110)에는 후술하는 바와 같이 본체(110) 내부에 물이 수용되어 저장되는 경우 저장되는 물이 일정한 수위가 될 수 있도록 필요에 따라 보충하는 보충수유입구(115a)와 콘부(115) 하측에 저장된 물이나 오염된 물을 배출할 수 있는 콘배출구(115b)가 마련될 수 있다.
원통부(113)의 접선방향으로 공기를 포함하는 유체가 유입되는 유체유입부(123)가 원통 또는 사각형 등으로 형성된 유체유입부(123)가 본체(110)와 결합되어 있다.
그리고, 원통 형상의 상측 판재인 상측판(113a)의 중앙에 원통 형상으로 관통 형성되어 상측판(113a)으로부터 하측으로 연장된 배출구스커트(125a)를 갖는 유체배출부(125)가 구비되어 있다.
그리고, 본체(110)로 유체가 유입되어 배출되도록 공기를 가압하는 송풍부(130)가 유체유입부(123) 또는 유체배출부(125)에 결합되는 것이 바람직하다. 유체유입부(123)에는 유입되는 공기 중에 큰 입자 등을 걸러주는 필터(미도시) 등이 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 포그발생부(170)는, 유입되는 물을 고압으로 가압하여 필요로 하는 미세한 액적으로 형성할 수 있으며, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 물유입구(171), 필터(173), 고압펌프(175), 고압배관(177), 포그노즐(178)로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 포그발생부(170)는 설명하지 않았지만 펌프 시스템을 구성하는 체크밸브, 안전밸브, 압력계 등을 포함함은 물론이다.
물유입구(171)는 물이 공급되는 부분이고, 물유입구(171)로 유입되는 물에서 불순물을 걸러내도록 고압펌프(175) 상류에 필터(173)가 결합되어 있으며, 필터(173)를 통과한 물은 고압펌프(175)에서 고압으로 가압된다.
고압펌프(175)에서 고압으로 가압된 물은 고압배관(177)을 통해 고압배관(177)의 말단에 결합된 포그노즐(178)에서 소정의 액적으로 분무가 될 수 있다. 포그노즐(178)은 다양한 크기로 구비되어 있으며, 압력에 따라 분무되는 액적의 평균 입자 크기가 상이하다.
아울러 포그노즐(178)은 유체유입부(123)가 형성된 높이의 본체(110) 상측부의 판면인 상측판(113a) 하측, 배출구스커트(125a)의 내측 벽면으로 형성된 공간으로 미세한 액적을 분무할 수 있도록 복수(예를 들면, 4개 등)로 배열되어 있다.
고압펌프(110)는 유입된 물이 가압되는 부분으로 인가되는 전원에 의해 회전하는 미도시된 모터(예를 들면, DC 모터 등)와 모터의 회전력으로 물에 고압을 발생시키는 플런저 타입을 포함하는 고압펌프를 포함하는 것이 바람직하고 필요로 하는 유량을 조절할 수 있도록 모터의 회전속도가 가변될 수 있는 것이 바람직하다.
공기청정기(100)는, 물의 높이를 감지하는 센서(도 1의 'S3' 참조), 유입 및 배출되는 유체의 속도 내지 압력을 감지하는 센서(도 1의 'S1' 및 'S2' 참조), 고압펌프(175)의 압력센서(미도시)를 포함하는 센서의 감지한 결과에 기초하여 송풍부(130)의 회전속도, 고압펌프(175)의 회전속도 및 후술하는 스커트길이조절부(150)의 길이 내지 높이 조절을 조절, 제어하는 제어부(190)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의하여 사이클론 구조를 갖는 공기청정기(100)에서 유체의 흐름을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 송풍부(130)가 작동하여 유체를 유체유입부(123)로 가압을 하면 유체는 유체유입부(123)를 통해 원통부(113)의 상측으로 부피가 매우 커지면서 원통 형상을 따라 흐르게 된다.
다음, 포그발생부(170)에서 고압의 물이 포그노즐(178)에서 분무되면 분무된 액적이 유입되는 유체와 유체유입부(123) 영역에서 유체와 섞여 흐르게 된다. 이 과정에서 무거운 액적이나 유체 중의 무거운 불순물, 또는 미세한 먼지가 액적과 만나는 경우 유체의 흐름이 늦어져 자중에 의하거나 원통부(113), 콘부(115), 배출구스커트(125a) 등이 벽면과 접촉되어 벽면을 따라 흘러 콘부(115)의 하측으로 이동한다. 반면에 대부분의 유체와 가벼운 미세한 액적은 원통부(113)와 콘부(115)를 따라 회오리처럼 회전하다 송풍부(130)에서 가압하는 압력에 밀려 유체배출부(125)를 통해 배출되게 된다.
이에, 유체배출부(125)를 통해 배출된 공기는 건조한 공기가 아니라 소정의 평균 입자 크기를 갖는 액적을 함유하게 된다.
여기서, 포그노즐(178)에서 분무되는 액적 중에서 특히 초미세 액적은 먼지제거, 탈취, 가습 기능에 매우 유용하다. 그러나, 초미세 액적을 만들기 위해서는 노즐의 직경을 작게 하고, 펌프의 압력을 높여야 하는데 이렇게 하기 위해서는 한계가 있다. 예를 들면, 펌프의 압력을 70bar로 하고 노즐의 입경을 0.15mm로 하였을 때 실험적으로 액적의 평균 입경이 약 20㎛ 정도이다. 즉, 포그노즐(178)에서 분사되는 액적은 1㎛의 작은 물방울에서 100㎛의 큰 물방울까지 분포하고 있으며 평균 입경이 대략 20㎛ 정도이다. 공기가 유동하는 사이클론 본체(110) 내부에서 액적이 분사되면 큰 물방울은 본체(110) 하부인 콘부(115)로 떨어지고 작은 물방울은 공기의 유동을 따라 이동하면서 유체배출부(125)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 물방울의 평균 크기는 약 5㎛이다. 포그노즐(178)에서 분무된 액적이 사이클론 구조를 통과한 후 크기가 약 1/4(평균 입경이 20㎛에서 5㎛로 변함)로 줄어듬을 알 수 있었고, 이러한 초미세 액적에 의해 후술하는 본체(110) 내부에서의 탈취, 제진 기능뿐만 아니라 초미세 액적이 유체배출부(125)를 통해 외부인 가정의 거실, 사무실이 공간에 존재하는 경우에도 매우 효과적이다. 즉, 유체배출부(125)를 통해 가정의 거실 등에 존재하는 초미세 액적은 장시간 소멸되지 않고 존재하면서 공기 악취원, 미세먼지 등을 제거하고 가습할 수 있어 가습, 제진, 탈취의 효과가 매우 향상될 수 있다.
즉, 미세먼지의 입자 크기가 예를 들어 10㎛이라면 2~3㎛크기의 초미세 액적이 10㎛ 미세먼지, 내지 악취원 입자에 여러 개가 달라붙어 미세먼지 등의 자중을 무겁게 하여 지상이나 바닥으로 떨어뜨려 미세먼지 등을 제거할 수 있다.
이 과정에서 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이(도 1 내지 도 4의 상측판(113a)에서 배출구스커트(125a) 최하단까지의 거리인 'H1' 참조)를 차이 나게 하여 유체배출부(125)에서 배출되는 유체에 포함된 액적의 크기, 량 등을 조절할 수 있다.
예를 들면, 배출구스커트(125a)의 길이를 짧거나 높이를 낮게 하는 경우 원통부(113) 내지 콘부(115)에서 유체 및/또는 미세한 액적이 본체(110) 내부와 접촉되고 체류하는 시간 등이 적어 유체배출부(125)에서 배출되는 유체 내에 미세한 액적의 크기도 커지고 량도 많아지게 된다.
반대로, 배출구스커트(125a)의 길이를 길거나 높이를 높게 하는 경우 원통부(113) 내지 콘부(115)에서 유체 및/또는 미세한 액적이 본체(110) 내부와 접촉되고 체류하는 시간 등이 많아 유체배출부(125)에서 배출되는 유체 내에 미세한 액적의 크기도 작아지고 량도 적어지게 된다.
이렇게 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이를 조절하여 배출되는 유체 내부의 액적의 크기, 량 등을 조절할 수 있어 하나의 설비로 후술하는 바와 같이 다양한 목적에 적절하게 조절할 수 있다.
우선 각 용도에 따른 본 발명이 작용을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 공기청정기(100)로 미세먼지를 제거하는 경우, 송풍부(130)로 먼지를 포함하는 유체가 유입되고 유입된 먼지는 본체(110) 내에서 회전하면서 포그노즐(178)에서 분무되는 액적과 충돌하여 하부로 떨어지고 깨끗한 공기만 유체배출부(125)를 통해 외부로 배출되게 된다. 전술한 바와 같이 유체배출부(125)를 통해 외부로 배출된 공기는 본체(110) 내부에서 다소 큰 액적은 콘부(115)로 떨어지고 가볍고 입자 크기가 적은 초미세 액적(super-fine water droplet)을 많이 포함하고 있음은 물론이다.
여기서, 도 3의 공기청정기(100)와 같은 경우, 본체(110)의 하측이 물텡크 역할을 하므로 송풍부(130)로 유입된 미세먼지는 본체(110)이 하부로 떨어진다. 이 먼지는 물과 함께 고압펌프(175)로 이송되고 예를 들면 1 ㎛입자 이상 입자를 필터링하는 필터(173)에 포집된다. 이 필터(173)를 주기적으로 교체 하거나 본체(110)의 하부에 저장된 물을 콘배출구(115b)를 통해 배출하여 포집된 먼지를 제거할 수 있다. 도 3의 공기청정기(100)는 이동이 가능한 이동식으로 구비되어 가정용, 병원, 식당 등을 포함하는 업소용, 상업용으로 활용할 수 있다.
아울러, 도 4의 공기청정기(100`)와 같은 경우, 본체 상측에서 생성된 액적과 송풍부(130)로 유입된 미세먼지가 충돌 부착하여 하부로 떨어져 모이게 되고 일정 수위 이상이 되면 트랩 밸브(미도시)에 의해 자동으로 배출될 수 있다. 도 4와 같은 공기청정기(100)는 한 장소에 고정된 고정식으로 공장을 포함하는 대형 사업장에 효과적으로 적용될 수 있다. 이러한 고정식은 기존의 백필터를 대신해서 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 공기청정기(100)로 미세먼지 제거하는 경우 미세면지 제거가 본체(110) 내에서 이루어지기 때문에 액적과 입자 사이의 충돌 가능성, 충돌 회수를 증대시켜야 하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 본체(110)의 길이 내지 부피가 커야 되는데 전술한 바와 같이 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이가 본체(110) 영역의 길이 중 약 2/3까지 내려 오는 것이 바람직하다. 이에, 송풍부(130)에서 유입된 먼지 입자는 공기 유동을 따라 이동하는 시간이 길기 때문에 액적과 충돌하여 부착, 흡착된 확률이 높아져 먼지 제거 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 유체배출부(115) 통과하여 배출되는 공기 중에는 매우 작은 입자 크기를 갖는 초미세 액적이 다수 존재하고 있으므로 가정이 거실이나 사무실 공간 등에 존재하면서 공간 중의 미세먼지를 효과적으로 포집하여 바닥으로 떨어뜨려 공기 중의 미세먼지를 제거할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 공기청정기(100)로 가습을 하는 경우, 먼지 제거와 달리 가능하면 포그노즐(178)에 생성된 초미세 액적을 많이 유체배출부(125) 밖으로 배출하는 것이 바람직하다.
이에, 생성된 초미세 액적이 본체(110) 내에서 오래 머물지 않도록 본체(110) 내부에 수용된 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이를 본체(110)의 대략 1/3 까지로 하는 것이 바람직하다. 이 과정에서, 본체(110)의 상부 또는 송풍부(130) 후단에서 분사된 액적이 공기 유동을 따라 회전하면서 큰 크기의 액적은 자중에 의해서 본체(110)의 하측으로 떨어지고 5 ㎛ 미만의 초미세한 액적만 배출될 수 있다.
여기서, 현실적으로 초미세한 액적을 만들기 위해서는 스팀 또는 초음파를 이용하여야 하는데, 이를 경우 에너지 소비량이 많거나 대용량의 가습 공간에 적용하기 어렵고 또한 설치비용 등이 높아 현실적으로 어렵다. 하지만, 본 발명에 따르면 초미세 액적을 생성시킬 수 있는 구조가 간단하고 에너지소비가 적으며 대용량에 적용할 수 있다는 장점을 갖는다. 유체배출부(125)를 통해 유체에 포함된 수분을 통해 가습을 하는 경우 액적을 초미세화가 매우 중요하다.
즉, 가습이란 물방울이 공기 중에 증발하여 습도를 높이는 것이다. 여기서, 입자가 크게 되면 공기 중에 증발하지 못해 물방울이 맺히는 현상이 발생하는데, 이러한 물방울이 공기 중에 포함되어 있으면 사람은 불쾌감을 느끼게 되어 바람직하지 않다. 보다 중요한 한 것은 물방울이 증발하지 못하기 때문에 가습량을 높일 수가 없다. 초미세 물방을로 가습 할 경우 물방울 맺힘 형상이 없으르로 사람이 불쾌감을 느끼지 못하여 쾌적한 공간을 연출할 수 있을 뿐만 아니라 증발 효율이 높아 가습량을 증대 시킬 수 있다.
아울러 전술한 바와 같이, 이동식과 고정식의 공기청정기(100)를 제습용으로 적절하게 적용할 수 있다. 이동식은 수도물을 끌어 올 수 없는 환경 또는 가정 상업용 공간에 사용하는 반면, 고정식은 수도물을 끌어올 수 있는 대용량 가습 공간에 사용하는 것이 바람직하다.
다른 한편, 본 발명에 따른 공기청정기(100)로 탈취를 하는 경우, 이동식 공기청정기(100)에서 탈취제와 물을 혼합한 액체가 본체(110) 내부로 유입되어 사용된다. 운전 방식은 가습을 하는 경우와 동일하다.
고정식 공기청정기(100)에서는, 예를 들면, 탈취제를 공급하기 위하여 탈취제 정량 공급장치(정량공급펌프와 소형탱크)가 필터(173) 전단 또는 후단에 설치되어 포그노즐(178)로 공급되는 것이 바람직하다. 운전 방식은 가습을 하는 경우와 동일하다.
이렇게 본 발명에 따른 공기청정기(100)를 이용하여 탈취를 위해 초미세 액적을 만드는 이유는 초미세 액적이 공기 중에 부유하는 시간이 길기 때문에 공기 중에 존재하는 악취원과 부착하여 반응할 수 있는 시간이 길어져 탈취 효율을 증대시킬 수 있기 때문이다.
앞에서 설명하였지만 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 공기청정기(100)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 이동식으로 사용자의 편의에 따라 예를 들면 가정의 거실, 안방 등으로 이동시키거나 거실에서도 위치를 이동시키면서 사용할 수 있는 공기청정기(100)와 관련된 것이다.
본체(110)의 하측에 물을 채워서 사용한다. 이 경우 필요에 따라 물을 공급할 수 있지만 본체(110)의 예를 들면 절반을 물을 채워서 사용할 수 있고 장기간 사용 후 물을 교체하거나 필요한 필터(173) 부분을 교체하거나 청소하여 재사용하는 것이 바람직하다.
미세먼지 제거의 경우 송풍부(130)를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지는 포그노즐(178)에 분무되어 생성된 미세한 액적인 포그 드롭릿(FOG Droplet, 미세물방울)과 결합하여 본체(110) 하측으로 하강하여 물에 떨어져 미세먼지가 제거되고, 미세먼지가 제거된 깨끗한 유체가 유체배출부(125)를 통해 외부(예를 들면, 가정의 거실, 사무실의 공간 등)로 배출된다. 반면에, 먼지는 물과 함깨 혼입되어 필터(173) 등에 걸러지거나 콘배출구(115b)를 통해 외부로 배출된다.
가습의 경우, 전술한 미세한 액적 중 미세한(예를 들면, 10㎛ 이하)의 액적이 유체배출부(125)를 통해 외부인 실내, 사무실 등의 공간으로 배출되어 공간의 공기 중에 습도를 높이는 기능을 하고 미세한 액적이므로 물방울 맺힘 현상이 발생하지 않아 공기 중에 습도가 높아도 불쾌감을 주지 않는다.
탈취의 경우, 유체유입부(123)를 통해 유입된 공기를 포함하는 유체 중에 악취를 발생시키는 악취원이 존재하는 경우 미세한 액적에 의해 악취원이 포집되어 자중에 의해 하강하여 제거된다. 또한, 이 경우 본체(110)에 수용된 물에 탈취제
를 혼합하는 경우 공기 중의 악취를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 4의 공기청정기(100`)의 경우 도 3과 달리 본체(110)에 물을 저장하지 않고 외부에서 물을 공급받는 가칭 고정식인 경우이다. 도 3과 달리 물을 공급받는 형태만 차이를 가지고 나머지 기능 등을 동일하므로 이하에서 구체적으로 설명을 생략한다. 다만, 콘부(115) 하측에 미세먼지, 악취원 등이 일정량 수용되거나 저장된 경우 콘배출구(115b)를 통해 자동 또는 수동으로 배출될 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이 미세한 액적을 생성하고 사용하는 목적에 따라 유체가 배출되는 유체배출부(125)의 본체(110)에 수용된 길이 내지 높이가 상이함은 전술한 바와 같다. 이에 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기청정기(100)는 도 5a 및특도 5b에 도시된 바와 같이, 특히 배출구스커트(125a)의 길이를 수동 또는 자동으로 조절(이하에서는 수동으로 조절할 수 있는 경우만 설명)할 수 있는 스커트길이조절부(150)를 구비하는 것이 바람직하다.
스커트길이조절부(150)는, 고정스커트(125a1), 유동스커트(125a2), 시일부재(127), 가이드링(128), 구동핸들(153a), 구동휠(153b), 종동휠(153c), 구동와이어(155), 고정클램프(156)를 구비하는 것이 바람직하다.
즉, 우선 본 실시예에서는 배출구스커트(125a)의 길이를 조절하기 위하여 배출구스커트(125a)는, 본체(110)의 상측판(113a)에 지지되어 고정된 고정스커트(125a1)와, 고정스커트(125a1)와 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이를 조절 가능하게 마련된 유동스커트(125a2)로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 유동스커트(125a2)를 상하 이동 가능하게 조절하기 위하여 본체(110)의 외측으로 돌출되어 사용자가 회전 등을 시킬 수 있는 구동핸들(153a)과, 구동핸들(153a)과 맞물리는 구동휠(153b)과, 구동휠(153b)의 구동에 의하여 와이어, 체인 등을 포함하는 동력전달수단인 구동와이어(155)와, 일측은 구동와이어(155)에 결합되고 타측은 유동스커트(125a2)에 결합되어 구동와이어(155)의 승강과 하강에 의하여 고정스커트(125a1)에 대하여 유동스커트(125a2)가 슬라이딩 이동하면서 승강 또는 하강 가능하게 하는 고정클램프(156)를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 구동휠(153b)과 종동휠(153c)은 본체(110) 및/또는 고정스커트(125a1)에 유동스커트(125a2)가 이동하는 과정에서 간섭되지 않은 범위에서 구동휠(153b) 및 종동휠(153c)를 지지할 수 있는 앵글, 플레이트, 채널, 파이프 형상의 지지수단에 의하여 구동와이어(155)와 함께 견고하게 지지되는 것(물론 유동되는 유체의 저항을 최소화할 수 있는 구조가 더욱 바람직하다)이 바람직하다.
또한, 유동스커트(125a2)가 고정스커트(125a1)에 대하여 장기간 사용시 슬라이딩 하는 과정에서 슬라이딩 면을 따라 이물질 등에 의하여 슬라이딩 이동이 어렵지 않도록 슬라이딩면과 접촉되는 영역을 슬라이딩이 용이한 합성플라스틱 재질을 포함하는 가이드링을 부착하는 것이 바람직하다. 그리고, 유동스커트(125a2)와 고정스커트(125a1) 사이의 틈새의 기밀을 유지하기 위하여 시일부재(127)가 결합되는 것이 더욱 좋다.
이러한 구조에 의하여 사용자는 전술한 기능 중에서 미세먼지의 제거, 탈취를 하는 경우 도 5a와 같이 비교적 유동스커트(125a2)가 고정스커트(125a1)에 대하여 많이 하강하여 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이(도 5a의 'H1' 참조)가 길거나 높은 상태에서 공기청정기(100)를 사용할 수 있다.
그리고, 실내 등이 건조하여 사용자가 공기청정기(100)를 가습 기능을 위주로 하는 경우 도 5a보다 배출구스커트(125a)의 길이 내지 높이를 짧거나 낮게 할 필요가 있는 경우 사용자는 구동핸들(153a)을 작동시켜 유동스커트(125a2)가 고정스커트(125a1)에 대하여 상측으로 이동시켜 배출구스커트(125a)의 전체 길이 내지 높이를 짧거나 낮게하여 사용할 수 있다.
이상에서 사용자 수동으로 공기청정기(100)의 배출구스커트(125a)를 작동하는 것에 설명하였으나 구동핸들(153a) 대신에 감속기를 갖는 소형모터(미도시)로 대체하거나 구동핸들(153a), 구동휠(153b), 종동휠(153c), 구동와이어(155) 등을 유공압실린더(미도시)로 대체할 수 있음은 물론이다.
이러한 소형모터나 유공압실린더의 대체에 의하여 사용자는 제어부(190)에서 일정한 시간을 반복하여 첫째, 미세먼지 제거 및/또는 탈취 기능의 작동이 3시간, 둘째, 가습 기능의 작동이 두 시간 등으로 두 가지 기능이 24시간 반복될 수 있도록 설정할 수 있다. 또한, 필요에 따라 실내, 사무실 내의 습도, 미세먼지 농도 등과 연계되어 자동으로 변환될 수 있도록 설정할 수도 있다.
본 발명을 시험하는 과정에서 포그 필터 시스템(100)에서 미세한 먼지입자를 제거(필요에 따라 필터링이라 함)하는 효율은, 필터링이 이루어지는 챔버(140) 내에서이 유체 속도(내지 입자의 속도), 고압에 의해 분사 내지 분무되는 물방울 입자(액적, droplet)의 크기, 미세한 먼지입자의 크기 등에 의하여 결정된다는 것을 도출할 수 있었다. 또한, 액적의 크기가 작을수록 액적 표면의 이온에 의한 에너지층이 증대되므로 먼저입자 사이의 부착 효율이 향상됨을 파악할 수 있었다.
미세한 먼지입자를 효과적으로 제거하기 위하여 적절한 크기의 액적이 분사되어야 하고, 이 때 포그노즐(178)의 직경이 너무 작을 경우 액적이 너무 미세하여 증발되는 량이 많아져 먼지입자를 포집하지 못하고 너무 클 경우 분사 유량에 대한 전체 액적들의 표면적이 감소하여 먼지입자 제거 효율이 매우 떨어진다. 이에 적절한 액적의 크기는 다양한 실험결과로부터 포그노즐(178)에서 발생되는 액적의 크기는 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 여기서 더욱 바람직한 액적의 크기의 일예는 15 ~ 30㎛ 범위이다. 이러한 액적의 크기는 미세먼지의 평균 입경과도 관련이 있다.
이에, 본 발명에 따르면, 물이 정체되지 않기 때문에 살균제를 사용할 필요도 없어 종래의 가습기의 살균제로 인한 문제점을 예방할 수 있다. 또한, 수도물을 포함하여 공급되는 물을 DC 모터의 회전력에 의해 소형의 고압펌프를 작동시켜 고압의 물을 포그노즐(178)에서 미세한 액적을 발생시켜 액적 중 입자와 결합하지 않은 물방울은 대기 중으로 방출되어 습도를 조절할 수 있다. 반면에 미세입자와 결합한 물방울은 본체(110)의 하부로 떨어져 수분 내지 물과 함께 외부로 배출되기 때문에 본체(110) 내부에 물이 고여있지 않으므로 살균제를 사용할 필요도 없다.
그리고, 공기의 통로 중에 절곡필터, 맨브레인 필터를 포함하는 필터가 사용되지 않아 필터에 포집된 미세먼지로 인해 발생하는 악취, 바이러스 발생 등의 문제점도 예방할 수 있고 순환되는 공기의 오염도 해소될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가정, 사무실, 식당과 같은 업소, 공장 등으로 유입되거나 가정 등에서 발생하는 미세먼지 및 초미세먼지 제거를 위해 기존의 부직포, 전기집진과 같은 필터링 방식의 한계를 극복하고, 미세먼지 제거뿐만 아니라 사이클론 구조 및 미세 액적을 활용하여 습도 조절, 탈취가 가능한 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다.
또한, 특히 가정용 가습기의 살균 문제, 필터의 먼지 바이러스 증식 문제를 예방할 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다.
또한, 가습, 탈취 효율을 향상시킬 수 있도록 초미세 액적을 효율적이고 안정적으로 생성시킬 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공할 수 있다.
또한, 하나의 설비를 이용하여 다양한 기능과 목적을 달성할 수 있도록 하여 사용의 편의성, 경제성을 향상시킬 수 있는 사이클론 포그 공기청정기를 제공하는 것이다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 공기청정기 110 : 본체
113 : 원통부 115 : 콘부
123 : 유체유입부 125 : 유체배출부
125a : 배출구스커트 130 : 송풍부
150 : 스커트길이조절부 153 : 조절구동부재
155 : 레일부재 157 : 시일부재
170 : 포그발생부 171 : 물유입구
173 : 필터 175 : 고압펌프
177 : 고압배관 178 : 포그노즐
190 : 제어부 193 : 센서

Claims (10)

  1. 사이클론 구조를 포함하는 사이클론 포그 공기청정기에 있어서,
    연직(鉛直)방향을 축방향으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부와 하측에 콘 형상의 콘부를 포함하는 본체와;
    상기 본체의 상측 외주면에 상기 본체의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부와;
    상기 유체유입부에서 유입된 유체가 상기 본체를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부;를 포함하되,
    상기 유체배출부는 상기 본체의 상단부로부터 하측으로 연장된 배출구스커트를 포함하고, 상기 본체의 상측 내측벽과 상기 배출구스커트 외측벽 사이의 공간으로 포그발생부에서 미세한 액적을 형성하여 상기 유체유입부에서 유입되는 유체와 혼합되며,
    상기 배출구스커트가 상기 원통부의 상단으로부터 하측으로 연장된 길이는 상기 유체배출부를 통해 배출되는 액적의 입자 크기에 따라 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
  2. 제1항에 있어서
    상기 포그발생부는, 유입되는 물에 고압을 형성하여 공급하는 고압펌프와, 상기 고압펌프에서 형성되어 고압배관을 통해 공급된 물을 미세한 액적으로 분무 가능하게 마련된 포그노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
  3. 삭제
  4. 사이클론 구조를 포함하는 사이클론 포그 공기청정기에 있어서,
    연직(鉛直)방향을 축방향으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부와 하측에 콘 형상의 콘부를 포함하는 본체와;
    상기 본체의 상측 외주면에 상기 본체의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부와;
    상기 유체유입부에서 유입된 유체가 상기 본체를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부;를 포함하되,
    상기 유체배출부는 상기 본체의 상단부로부터 하측으로 연장된 배출구스커트를 포함하고, 상기 본체의 상측 내측벽과 상기 배출구스커트 외측벽 사이의 공간으로 포그발생부에서 미세한 액적을 형성하여 상기 유체유입부에서 유입되는 유체와 혼합되며,
    상기 유체배출부에서 배출되는 액적의 평균 입자 크기는 가습, 탈취를 목적으로 하는 경우가 미세먼지 제거를 목적으로 하는 경우보다 더 작은 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 본체의 하측에는 설정된 높이로 물이 저장되고, 상기 포그발생부로 저장된 물을 순환시키는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체유입부에서 상기 유체배출부로 유체를 가압하여 안내하는 송풍부를 더 포함하고,
    상기 유체유입부 및 상기 유체배출부가 결합된 상기 본체, 상기 송풍부 및 상기 포그발생부가 일체로 이동 가능하게 구비된 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유체배출부를 통과하면서 상기 유체배출부를 통과하는 액적의 평균 입자 크기는 상기 본체의 상기 포그발생부에서 분무시 발생된 액적의 평균 입자 크기에 비하여 1/3 내지 1/5 범위로 감소하여 초미세 액적으로 변하는 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
  8. 사이클론 구조를 포함하는 사이클론 포그 공기청정기에 있어서,
    연직(鉛直)방향을 축방향으로 하고 상측에 원통 형상의 원통부와 하측에 콘 형상의 콘부를 포함하는 본체와;
    상기 본체의 상측 외주면에 상기 본체의 내부에 접선방향으로 유체를 유입 가능하게 결합된 유체유입부와;
    상기 유체유입부에서 유입된 유체가 상기 본체를 통과하여 배출 가능하게 상기 본체의 축방향과 동심선 상에 결합된 유체배출부;를 포함하되,
    상기 유체배출부는 상기 본체의 상단부로부터 하측으로 연장된 배출구스커트를 포함하고, 상기 본체에 대하여 상기 스커트부의 연직방향 높이를 조절 가능하게 하는 스커트길이조절부를 더 포함하되,
    상기 유체배출부에서 배출되는 액적의 평균 입자 크기는 가습, 탈취를 목적으로 하는 경우가 미세먼지 제거를 목적으로 하는 경우보다 더 작은 것을 특징으로 하는 사이클론 포그 공기청정기.
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