KR102096523B1 - 공기 청정화 모듈을 포함하는 공기 청정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기의 정화를 위한 공기 청정화 모듈로서, 공기를 흡입하여 입자상 오염 물질을 필터링하는 집진부; 집진부로부터 필터링된 공기가 전달되어, 산화제 공급을 균일하게 하도록 공기에 와류를 발생하는 제1 기류 조절부; 제1 기류 조절부에서 발생된 와류 공기에 포함되는 오염 물질을 산화하는 촉매의 활성을 유도하는 산화제 공급부; 오염 물질을 산화하는 촉매 산화부; 및 촉매 산화부에서 정화 완료된 공기가 전달되어, 공기에 와류를 발생시켜 공기 청정화 모듈의 외부로 배출하는 제2 기류 조절부를 포함하는 공기 청정화 모듈을 갖는 공기 청정화 장치에 관한 것이다.

Description

공기 청정화 모듈을 포함하는 공기 청정화 장치{AIR PURIFYING DEVICE HAVING AN AIR PURIFYING MODULE}
본 발명은 공기 오염 물질, 특히, 가스상 휘발성 유기 화합물(이하, VOC)을 효과적으로 분해할 수 있는 공기 청정화 모듈과 이러한 모듈로 구성되는 공기 청정화 장치에 관한 것으로, 공기 청정화 모듈의 공기 정화 효율을 극대화할 수 있는 기류 조절부를 일체화한 공기 청정화 모듈과 이러한 모듈로 구성되는 공기 청정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 청정기는 실내공기를 깨끗하게 정화시키는 장치로서, 송풍팬을 구동하여 흡입되는 실내공기가 필터를 거치도록 하여 미세먼지 등을 걸러내고 정화된 공기를 다시 실내로 공급하는 공기순환과정을 통하여 실내공기를 정화시킨다.
또한, 최근에는 공기 청정기에 가스상 휘발성 유기 화합물을 제거하는 성능을 부가하여, 실내를 쾌적하게 하는 방식도 도모하고 있다.
그러나, 다량의 가스상 휘발성 유기 화합물이 발생하는 직화구이 음식점 또는 흡연실 등에서 오염물질의 농도가 높은 경우, 종래의 공기 청정기는 다량의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 없는 문제점이 있고, 실내 순환은 물론 외부로 배출되는 배출 공기 중의 오염 물질의 농도가 충분히 떨어지지 않는 문제점이 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 특허문헌 1에 기재된 공기 청정기(1000)는 공기를 순환시키는 송풍 장치(1001)와 순환하는 공기 중에 포함되는 가스상의 오염 물질을 제거하기 위한 가스 제거 물질이 부착된 오염 제거부(1002)를 구비하고 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 특허문헌 2에 기재된 공기 청정기(2000)는 공기를 순환시키는 송풍 장치(2001)와 함께, 광촉매로 코팅된 필터를 포함하는 오염 제거부(2002)를 구비하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 공기 청정기(1000)와 특허문헌 2에 기재된 공기 청정기(2000)는 모두 광촉매로 코팅된 필터에서 광촉매 반응을 활성화함으로써 유해 물질과 공기 중에 포함되는 세균을 제거하고 있으나, 광촉매를 이용하는 공기 정화는 정화 효과가 크지 않기 때문에, 실내 공기에 존재하는 가스상 오염 물질을 효과적으로 처리할 수 없는 문제점이 있다.
한국특허출원공개 제2008-0061284호 한국특허출원공개 제2009-0122756호
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 공기 청정기의 문제점들을 해결하고, 유증기, 용제 등 실내에서 고농도, 다량으로 발생하는 공기 오염 물질을 처리하여, 실내의 공기질을 최적화하기 위한 효과적인 공기 청정화 모듈 및 이러한 모듈을 포함하는 공기 청정화 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 공기 청정화에 필요한 구성들을 일체의 공기 청정화 모듈로 마련함으로써, 간단한 설계 및 조립만으로 효율적인 공기 청정화 장치를 준비할 수 있다.
또한, 본 발명은 공기 청정화 모듈로 흡입되는 오염 공기와 공기 청정화 모듈에서 배출되는 정화 공기의 기류를 효과적으로 조절하는 기류 조절부를 통해, 공기 청정화 장치의 오염 물질 제거 효율을 높일 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 공기의 정화를 위한 공기 청정화 모듈로서, 공기를 흡입하여 입자상 오염 물질을 필터링하는 집진부; 집진부로부터 필터링된 공기가 전달되어, 산화제 공급을 균일하게 하도록 공기에 와류를 발생하는 제1 기류 조절부; 제1 기류 조절부에서 발생된 와류 공기에 포함되는 오염 물질을 산화하는 촉매의 활성을 유도하는 산화제 공급부; 오염 물질을 산화하는 촉매 산화부; 및 촉매 산화부에서 정화 완료된 공기가 전달되어, 공기에 와류를 발생시켜 공기 청정화 모듈의 외부로 배출하는 제2 기류 조절부를 포함하는 공기 청정화 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 기류 조절부와 제2 기류 조절부는 가이드 베인일 수 있으며, 이러한 가이드 베인은, 내부 중앙에 배기공을 갖는 내부 프레임과, 내부 프레임으로부터 소정의 간격을 두고 위치되는 외부 프레임과, 내부 프레임과 외부 프레임 사이에서 일정 간격을 두고 설치되며, 가이드 베인의 하부로 갈수록 내측으로 경사지는 가이드 편을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 산화제 공급부에서 공급되는 산화제는 오존이고, 오존은 촉매 표면에서 분해되어 활성 상태의 산소 원자 또는 산소 분자를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 촉매 산화부는, 오염 물질을 산화하는 촉매가 포함된 필터가 될 수 있고, 이러한 촉매는, 나노미터 크기의 망간-티타니아 화합물, 바나디아-티타니아 화합물 또는 망간-세리아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 공기 청정화 모듈, 공기 청정화 모듈로부터 정화된 공기가 이동되는 덕트; 공기 청정화 모듈로부터 정화된 공기를 이동시키는 팬부; 팬부를 구동하는 팬 구동부; 및 덕트의 배출구에 인접하여 배치되고, 정화된 공기에 포함된 미량의 오염 물질을 흡착하는 흡착부를 포함하는 공기 청정화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 흡착부는 제올라이트, 알루미나 계열 흡착제, 실리카 계열 흡착제, 또는 활성탄 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명은 외부로 배출하는 배출 공기 중의 잔류 오염 물질을 나노 촉매 산화부를 이용하여 환경 배출 기준치 이하로 처리하여 배출하는 동시에 실내에서 순한되는 공기 중의 오염 물질을 처리하여 환기할 수 있는 환기 및 배기 기능을 갖는 공기 청정화 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기류 조절부를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기류 조절부를 통해 조절되는 공기의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 모듈을 포함하는 공기 청정화 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치의 오염 물질 분해 성능 평가를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치의 오염 물질 분해 성능 평가를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 공기 청정기의 개략적인 모식도이다.
도 8은 다른 종래의 공기 청정화 장치의 개략적인 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 공기 청정화 모듈(1)과 이를 포함하는 공기 청정화 장치(100)에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 모듈(1)의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 모듈(1)은 공기가 흡입되는 집진부(10), 오염 물질을 산화하는 촉매 산화부(40), 이러한 촉매 산화부(40)에 산화제를 공급하는 산화제 공급부(30) 및 전달되는 공기를 와류시키는 제1 기류 조절부(20)와 제2 기류 조절부(50)로 구성된다.
구체적으로, 집진부(10)는 오염 물질을 포함하는 공기가 흡입(도 4의 도면 부호 I)되는 경우, 흡입되는 공기에 포함될 수 있는 비교적 입자 크기가 큰 입자와, 미세 먼지 및 비교적 입자 크기가 작은 입자상 오염 물질을 필터링할 수 있다.
다음으로, 입자상의 오염 물질이 필터링된 공기는, 오염 물질이 실질적으로 분해되는 촉매 산화부(40)에 도입되기 전에, 제1 기류 조절부(20)를 통해 산화제 공급을 균일하게 하도록, 공기가 촉매 산화부(40)에 전체 면적에 대하여 균질하게 공급될 수 있게된다. 한편, 이러한 제1 기류 조절부(20)와 후술할 제2 기류 조절부(50)의 구체적인 설명은 후술하도록 하겠다.
다음으로, 제1 기류 조절부(20)를 통해 흐름이 균질하게 된 공기는, 산화제 공급부(30)를 지나면서, 후술할 촉매 산화부(40)에 포함되는 촉매의 활성을 유도하기 위한 산화제가 공급된다. 이러한 산화제 공급부(30)에서 공급되는 산화제는 오존을 사용할 수 있고, 이러한 오존은 촉매 표면에서 분해되어 활성 상태의 산소 원자 또는 산소 분자를 생성함으로써, 촉매의 산화 반응을 효율적으로 일으킬 수 있다.
다음으로, 공기에 포함되는 오염 물질이 촉매 산화부(50)에서 분해가 이루어진다. 구체적으로, 촉매 산화부(50)는 촉매가 도포된 필터를 사용할 수 있으며, 이러한 촉매는 나노미터 입자 크기의 촉매로서, 바람직하게, 나노미터 크기의 망간-티타니아 화합물, 바나디아-티타니아 화합물 또는 망간-세리아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
최종적으로, 오염 물질이 분해된 공기는, 공기 청정화 모듈(1)의 외부로 균질하게 배출될 수 있도록 제2 기류 조절부(50)를 지나면서 배출된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 기류 조절부(20)과 제2 기류 조절부(50)를 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 기류 조절부(20)와 제2 기류 조절부(50)를 통해 조절되는 공기의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에서는 제1 기류 조절부(20)와 제2 기류 조절부로서 가이드 베인을 사용할 수 있으며, 도 2에서는 원형의 가이드 베인(20, 50)을 예시로서 설명하고 있으나, 가이드 베인(20, 50)의 형상은 적용될 공기 청정화 모듈(1)의 형상에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
구체적으로, 가이드 베인(20, 50)은, 내부 중앙에 배기공(21)을 갖는 내부 프레임(22)과, 내부 프레임(22)으로부터 소정의 간격을 두고 위치되는 외부 프레임(23)을 갖는다.
또한, 내부 프레임(22)과 외부 프레임(23) 사이에는 가이드편(24)이 일정 간격을 두고 설치되며, 이러한 가이드편(24)은 가이드 베인(20, 50)의 하부로 갈수록 내측으로 경사지게 형성될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 베인(20, 50)으로 흡입되는 공기(A)에 불균일이 발생하게 되더라도, 경사지는 가이드편(24)을 통해 흡입 공기가 회전함으로써, 배출 공기(B)는 와류를 발생하면서 배출된다.
이를 통하여, 오염 물질이 포함된 공기가 촉매 산화부(40)에 편중되어 공급되지 않고, 촉매 산화부(40)의 전체 면적에 대하여 균질하게 공급될 수 있고, 오염 물질과 촉매의 접촉을 원활하게 유지함으로써, 오염 물질의 분해를 효율적으로 실현할 수 있다.
도 4는 전술한 공기 청정화 모듈(1)을 포함하는 공기 청정화 장치(100)를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실질적으로 공기 청정화를 실행하는 공기 청정화 모듈(1)이 일체화되어 있으므로, 공기 청정화 모듈(1)을 단순하게 설치 또는 교체만으로, 공기 청정화 장치(100)를 구현할 수 있다.
즉, 공기 청정화 모듈(1)을 배치하고, 이러한 공기 청정화 모듈(1)에서 정화된 공기가 이동될 수 있도록 덕트(80)를 마련하는 것만으로도 공기 청정화 장치(100)를 구현할 수 있다.
또한, 공기 청정화 모듈(1)에서 정화된 공기를 효율적으로 이동시키기 위한 팬부(60)와 이를 구동하는 팬구동부(70)를 적절한 위치에서 덕트(80)에 배치할 수 있다.
또한, 덕트(80)의 배출구에 인접하는, 즉, 최종적으로 정화된 공기가 배출되는 부분에, 이미 공기 청정화 모듈(1)에서 정화된 공기에 포함되어 있을 수 있는 미량의 오염 물질을 흡착할 수 있도록, 흡착부(90)를 배치할 수 있다.
이러한 흡착부(90)는 제올라이트, 알루미나 계열 흡착제, 실리카 계열 흡착제, 또는 활성탄 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용할 수 있으며, 실내로 배출되는 정화 공기 내부의 미량의 오염 물질을 추가적으로 제거할 수 있다.
따라서, 본래 실내의 공기 중의 오염 물질의 농도보다 현저히 낮은 농도를 갖는 공기가 최종적으로 덕트(80)를 통해 실내로 배출될 수 있다.
이하에서는, 하기와 같은 실시예 1 및 실시예 2를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태와 다른 실시 형태에 따른 공기 청정화 모듈(1)을 포함하는 공기 청정화 장치(100)의 효과를 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예 1 및 실시예 2는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1 m3 소형 챔버를 이용하여 오염 물질인 아세트 알데히드를 대상으로 분해효율 실험을 통해, 공기 청정화 모듈(1)을 포함하는 공기 청정화 장치(100)를 이용하여, 오염공기 중 VOCs의 효과적인 처리를 위한 성능평가를 수행하였다.
사용량, 처리 풍량, 처리 시간 등을 동일하게 하고 흡착부(90)는 활성탄을 이용하여, 성능평가 결과를 비교하기 위한 실험을 수행하였다. 특히, 본 실시예 1에서 선택된 아세트 알데히드는 담배연기 중 가장 높은 농도를 차지하고 있는 오염 물질 중 하나이다.
비교예 1은 아세트 알데히드에 어떠한 처리도 하지 않고 자연 상태로 분해되는지 여부를 확인하기 위한 대조군이고, 비교예 2는 활성탄만을 이용하여 아세트 알데히드 성능평가를 수행한 결과로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 비교예 1은 시간이 지나더라도 실질적으로 분해되지 않았고, 비교예 2는 반응 시작 30분 후 제거효율이 60% 내외로 나타났다.
그러나, 본 발명의 공기 청정화 모듈(1)을 포함하는 공기 청정화 장치(100)의 산화분해 효율은, 도 5에 도시된 바와 같이, 반응시작 30분후 80% 정도의 제거 효율 성능 수준을 나타내었다.
비교예 2도 아세트 알데히드 물질에 대해 초기에는 활성탄의 흡착에 의한 제거 성능이 어느 정도 결과를 보였지만, 대부분 일정 시간 흡착 후 활성탄의 흡착 포화로 나타나는 현상에 의해 오염 물질의 제거는 60% 수준에 머무르는 한계가 발견되었다.
결론적으로, 오염 물질인 아세트 알데히드를 기준으로 어떠한 처리도 실시하지 않은 비교예 1에서는 거의 농도 저감효과가 나타나지 않았고, 활성탄만을 적용한 비교예 2의 청정화장치의 경우 약 60% 정도의 저감효과가 나타났다.
이에 반하여, 본 발명의 실시예 1에서는 30분 이내 약 80% 수준의 저감 효과가 나타나는 우수한 효과를 발휘하였다.
[실시예 2]
실시예 1을 통해 확인한 공기 청정화 모듈(1)을 포함하는 공기 청정화 장치(100)를 다시 이용하여, 담배연기 중 TVOCs 처리 성능의 검증을 위해 실제 규모 흡연실(70m3)에서의 처리 성능을 평가하였다.
실험 시작 이전의 초기 TVOCs 농도는 120±50 ppb로, 처리 성능의 계산에는 이 값을 제외한다. 그 결과, 처리 장치 가동 후 30분후 60% 이상의 제거 성능을 나타냈으며, 미처리된 배오존 측정결과는 10 - 20 ppb 수준으로, 정화된 공기의 실내 배출에도 안전한 수준으로 확인되었다.
결론적으로, 활성탄 필터 방식만을 사용하는 비교예 3 및 비교예 4의 공기청정기는 20분 후 약 60% 정도의 저감 효과만을 나타내었지만, 실시예 2에서는 20분 이내 80% 수준으로 저감 효과가 나타나는 우수한 효과를 발휘하였다.
전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 실내에서 다량, 고농도로 발생하는 미세먼지, 입자상 및 가스상 오염물질 제거 분해에 효과적인 일체형의 공기 청정화 모듈을 적용함으로써, 공기 청정화 장치의 설계 및 조립이 용이하다.
1 공기 청정화 모듈 10 집진부
20 제1 기류 조절부 21 배기공
22 내부 프레임 23 외부 프레임
24 가이드편 30 산화제 공급부
40 산화부 50 제2 기류 조절부
60 팬부 70 팬 구동부
80 덕트 90 흡착부
I 오염 물질 포함 공기 O 정화 공기
A 흡입 공기 B 배출 공기

Claims (5)

  1. 공기의 정화를 위한 일체형 공기 청정화 모듈, 상기 공기 청정화 모듈로부터 정화된 공기가 이동되는 덕트, 상기 공기 청정화 모듈로부터 정화된 공기를 이동시키는 팬부, 팬부를 구동하는 팬 구동부 및 덕트의 배출구에 인접하여 배치되고, 상기 정화된 공기에 포함된 미량의 오염 물질을 흡착하는 흡착부를 포함하는 공기 청정화 장치로서,
    상기 일체형 공기 청정화 모듈은,
    상기 공기를 흡입하여 입자상 오염 물질을 필터링하는 집진부; 상기 집진부로부터 필터링된 공기가 전달되어, 산화제 공급을 균일하게 하고, 오염 물질을 포함하는 공기가 편중되지 않도록 상기 공기에 와류를 발생하는 제1 가이드 베인; 상기 제1 가이드 베인에서 발생된 와류 공기에 포함되는 휘발성 유기 화합물을 산화하는 촉매의 활성을 유도하는 산화제 공급부; 상기 휘발성 유기 화합물이 전체 면적에서 균질하게 산화하는 촉매 산화부; 및 상기 촉매 산화부에서 정화 완료된 공기가 전달되어, 상기 공기에 와류를 발생시켜 상기 공기 청정화 모듈의 외부로 배출하는 제2 가이드 베인을 포함하고,
    상기 제1 가이드 베인 및 상기 제2 가이드 베인은, 내부 중앙에 배기공을 갖는 내부 프레임과, 상기 내부 프레임으로부터 소정의 간격을 두고 위치되는 외부 프레임과, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임 사이에서 일정 간격을 두고 설치되며, 상기 제1 가이드 베인 및 상기 제2 가이드 베인의 하부로 갈수록 내측으로 경사지는 가이드 편을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제 공급부에서 공급되는 산화제는 오존이고,
    상기 오존은, 상기 촉매 표면에서 분해되어 활성 상태의 산소 원자 또는 산소 분자를 생성하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매 산화부는, 상기 휘발성 유기 화합물을 산화하는 촉매가 포함된 필터인 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉매는, 나노미터 크기의 망간-티타니아 화합물, 바나디아-티타니아 화합물, 또는 망간-세리아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡착부는 제올라이트, 알루미나 계열 흡착제, 실리카 계열 흡착제, 또는 활성탄 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
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