KR102123851B1 - 미세먼지 및 초미세먼지의 제거가 가능한 싸이클론 모듈 - Google Patents

미세먼지 및 초미세먼지의 제거가 가능한 싸이클론 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세먼지 및 초미세먼지를 포함하는 공기를 흡입하는 팬과, 흡입된 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하는 조대화유닛과, 상기 팬으로부터 흡입된 공기가 유입되어 미세먼지 및 초미세먼지를 집진하는 집진유닛을 포함하는 싸이클론 모듈에 있어서, 상기 집진유닛은, 상기 흡입 팬으로부터 공기가 유입되는 나선형의 유로를 가지는 유입구; 상기 유입구에 연결되며, 일 방향으로 길게 형성되는 일단이 덮개로 폐쇄된 원통형의 제1가이드; 상기 제1가이드의 타단에 연결되며, 일 방향으로 지름이 좁아지는 원추형의 제2가이드; 상기 제2가이드의 원추형의 꼭지점이 개방되어 형성되는 먼지 배출구; 및 상기 덮개를 관입하여 상기 제1가이드의 적어도 일부까지 관입하여 배치되는 공기 배출관;을 포함하고, 상기 조대화유닛는, 상기 유입구 전에 배치되어, 음이온을 발생시켜 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고 음전하로 대전하는 제1조대화부; 및 상기 집진유닛 내에 배치되며, 양전하로 대전되는 전극을 포함하는 제2조대화부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세먼지 및 초미세먼지의 제거가 가능한 싸이클론 모듈{CYCLONE MODULE CAPABLE OF REMOVING FINE DUST AND ULTRAFINE DUST}
본 발명은 미세먼지 및 초미세먼지의 제거가 가능한 싸이클론 모듈에 관한 것이다.
미세먼지는 산업설비의 운행시에 발생되거나, 자동차의 배출가스 등을 통해 배출되는 크기가 작은 먼지를 의미한다. 미세먼지는 크기에 따라 분류된다.
일반적으로 미세먼지라고 함은 지름이 10㎛(마이크로미터, 1㎛=1000분의 1㎜) 이하의 먼지를 의미하며, PM(Particulate Matter)10이라고 한다. 특히, 미세먼지 중 입자의 크기가 더 작은 미세먼지를 초미세먼지라 부르는데, 미세먼지는 지름 2.5㎛ 이하의 먼지를 의미한다.
이러한 초미세먼지는 미세먼지보다 훨씩 작기 때문에 사람의 기도에서 걸러지지 못하고 대부분 폐포까지 침투해 심장질환과 호흡기 질병 등을 일으킨다.
미세먼지를 제거하기 위해 헤파(HEPA; High Efficiency Particulate Air) 필터를 이용하는데, PM 2.5의 초미세먼지를 넘어 더 작은 미세먼지를 제거하기 위해서는 고가의 필터가 필요하다. 또한, 헤파 필터는 장기간 사용할 경우, 공극 막힘 현상으로 인해 압력손실이 커져 환기량이 줄어든다. 더욱이, 헤파 필터에 붙은 세균이 증식하여 오히려 사용자의 건강을 해칠 수 있으며, 폐기되는 헤파 필터로 인한 2차 오염이 발생하기도 한다. 또한, 초미세먼지를 제거하기 위해 헤파필터가 아닌 전기집진필터를 이용하는 방법도 있다. 하지만, 전기집진필터는 사용 과정에서 인체에 유해한 오존이 발생하고, 정기적으로 수세척이 필요하다는 문제가 있다.
한편, 산업현장에서는 먼지 제거를 위해 원심력을 이용하는 싸이클론 모듈을 이용하는데, 이와 같은 싸이클론 모듈은 간단한 구조를 가지며, 가격이 저렴하고, 운영비가 적게 든다는 장점이 있다. 특히, 싸이클론 모듈은 먼지가 별도의 수용부에 집진되어 세균 증식 등의 문제도 없으며, 오존을 발생시키지도 않는다.
하지만 싸이클론 모듈은 입자크기가 10 ㎛ 이하인 미세먼지에 대해서는 집진율이 급격히 떨어진다. 즉, 기존의 싸이클론 모듈은 공기중의 미세먼지, 나아가 초미세먼지를 제거하는 것에 적합하지 않다.
따라서 미세먼지 및 초미세먼지를 제거할 수 있는 싸이클론 모듈의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 미세먼지 및 초미세먼지를 제거할 수 있는 싸이클론 모듈을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈은 미세먼지 및 초미세먼지를 포함하는 공기를 흡입하는 팬과, 흡입된 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하는 조대화유닛과, 상기 팬으로부터 흡입된 공기가 유입되어 미세먼지 및 초미세먼지를 집진하는 집진유닛을 포함하는 싸이클론 모듈에 있어서, 상기 집진유닛은, 상기 팬으로부터 공기가 유입되는 유로를 가지는 유입구; 상기 유입구에 연결되며, 일 방향으로 길게 형성되는 일단이 덮개로 폐쇄된 원통형의 제1가이드; 상기 제1가이드의 타단에 연결되며, 일 방향으로 지름이 좁아지는 원추형의 제2가이드; 상기 제2가이드의 원추형의 꼭지점이 개방되어 형성되는 먼지 배출구; 및 상기 덮개를 관입하여 상기 제1가이드의 적어도 일부까지 관입하여 배치되는 공기 배출관;을 포함하고, 상기 조대화유닛는, 상기 제1가이드 전에 배치되어, 음이온을 발생시킴으로써 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고 음전하로 대전하는 제1조대화부; 및 상기 집진유닛 내에 배치되며, 양전하로 대전되거나 그라운드 상태인 전극을 포함하는 제2조대화부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 제1조대화부는 상기 유입구에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제1조대화부는 상기 팬의 전방에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 집진유닛 내에 배치되는 제1조대화부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제2조대화부는 상기 제1가이드 또는 상기 제2가이드의 내측에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제2조대화부는 상기 제1가이드 또는 상기 제2가이드의 외측에 링 형태로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제1가이드의 내측에는 상기 제2조대화부를 수용할 수 있는 홈이 배치되고, 상기 제2조대화부는 상기 홈에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 집진유닛의 중심에 배치되는 핀 형태의 제2가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제2조대화부는 나선형의 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 제2조대화부는 상기 공기 배출관에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 먼지 배출구에 연결되는 집진통을 더 포함하고, 상기 집진통에는 양전하로 대전되거나 그라운드 상태인 집진전극이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 집진유닛은 상기 팬을 중심으로 원주방향으로 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 복수의 집진유닛 중 서로 인접하는 집진유닛을 각각 제1집진유닛 및 제2집진유닛이라고 할 때, 상기 제2집진유닛의 외측에 배치되며, 상기 제1집진유닛의 유입구의 유로를 연장하는 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈은 유입된 공기의 미세먼지와 초미세먼지를 제거할 수 있는 집진유닛를 포함하는 한편, 집진유닛으로 유입되는 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화할 수 있는 조대화유닛를 구비하여 싸이클론 모듈의 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 제거율을 향상시킬 수 있다.
특히, 집진유닛의 유입구 전에는 음이온을 발생시키는 제1조대화부를 배치하여 1차적으로 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고, 집진유닛 내에는 양전하로 대전되는 전극을 포함하는 제2조대화부를 배치하여 2차적으로 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화함으로써 미세먼지 및 초미세먼지의 제거율을 현저히 향상시켰다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈의 분해 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 싸이클론 모듈의 집진유닛의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 덮개를 제거한 싸이클론 모듈의 평면도를 도시한 것이다.
도 5는 제1조대화부에서 음이온이 발생되어 미세먼지 및 초미세먼지에 흡착되는 것을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6 내지 도 11은 제2조대화부의 위치에 따른 다양한 실시예를 도시한 개략적 단면도이다.
도 12는 집진통에 집진전극을 포함하고 있는 실시예를 도시한 개략적 단면도이다.
도 13은 조대화유닛을 구비하지 않은 비교예의 싸이클론 모듈을 이용하여 미세먼지 및 초미세먼지를 제거하는 실험을 진행하는 것을 촬영한 것이다.
도 14 내지 도 16은 각각 입자크기가 5.0 ㎛, 1.0 ㎛, 0.3 ㎛인 입자를 비교예의 싸이클론 모듈을 이용하여 제거하는 실험의 결과를 나타낸 것이다.
도 17는 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈을 이용하여 미세먼지 및 초미세먼지를 제거하는 실험을 진행하는 것을 촬영한 것이다.
도 18 내지 도 20은 각각 입자크기가 5.0 ㎛, 1.0 ㎛, 0.3 ㎛인 입자를 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈을 이용하여 제거하는 실험의 결과를 나타낸 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
배경기술에서 설명하였던 바와 같이 종래의 싸이클론 모듈은 미세먼지 및 초미세먼지를 효율적으로 제거할 수 없다. 즉, 종래의 싸이클론 모듈은 입자크기가 1.0 ㎛인 미세먼지의 제거효율은 약 65%도 되지 않으며, 특히 입자크기가 0.3 ㎛인 초미세먼지의 제거효율은 20%도 되지 않는다.
본 발명에서는 미세먼지 뿐만아니라 초미세먼지에 대해서도 90% 이상의 제거효율을 가질 수 있는 싸이클론 모듈을 제공하고자 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈의 구조와 기능에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈(100)의 사시도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 분해사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이크론 모듈(100)은 팬(fan, 10), 집진유닛(20) 및 조대화유닛(30)을 구비한다.
팬(10)은 외부의 공기를 흡입하는 역할을 하며, 시로코팬을 이용할 수 있다. 팬(10)이 시로코팬인 경우, 시로코팬의 중심으로 공기를 흡입하고, 회전의 외측 방향으로 공기를 배출한다. 이때, 흡입되는 공기에는 미세먼지 및 초미세먼지가 포함되어 있다. 도 1 및 도 2에는 모터가 내장된 시로코팬을 도시하였으나, 이와 달리 모터를 덮개(29)의 상부에 별도로 설치하는 것도 가능하다.
팬(10)의 주위에는 흡입된 공기가 유입될 수 있도록 집진유닛(20)이 배치된다.
집진유닛(20)은 팬(10)으로부터 공급받은 공기에 포함된 미세먼지와 초미세먼지를 제거하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 집진유닛(20)은 내부에서 선회류를 유도할 수 있는 구조를 가지고 있다.
집진유닛(20)은 하나만 배치하는 것도 가능하나, 바람직하게는 팬(10)의 주위로 복수개 배치하는 것도 가능하다. 즉, 제한된 면적에 하나의 큰 집진유닛(20)을 설치하는 것보다, 복수의 작은 집진유닛(20)을 설치함으로써 집진유닛(20) 내에서 유동하는 공기의 속도를 빠르게하여 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 제거효율을 증가시킬 수 있다. 다만, 이처럼 집진유닛(20)을 작게, 그리고 복수개 배치하는 것만으로는 미세먼지 및 초미세먼지의 제거효율이 크게 증가하지 않는다. 예를 들어, 집진유닛(20)은 6개, 8개 또는 10개 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 싸이클론 모듈(100)의 집진유닛(20)의 단면도를 도시한 것이며, 도 4는 덮개(29)를 제거한 집진유닛(20)의 평면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하여, 집진유닛(20)의 구조를 살펴본다.
먼저, 팬(10)으로부터 공기가 유입되는 유로를 가지는 유입구(21)가 형성되어 있다. 이때, 유입구(21)의 유로를 나선형 또는 곡선형으로 하여 유입되는 공기가 후술하는 제1가이드(22)의 벽면을 따라 선회하는데 도움이 되도록 할 수 있다.
또한, 싸이클론 모듈(100)에 복수개의 집진유닛(20)이 포함되는 경우, 서로 인접하는 집진유닛을 각각 제1집진유닛(20a) 및 제2집진유닛(20b)이라고 할 수 있다. 이 경우, 제1집진유닛(20a)의 유입구(21)의 유로를 연장하기 위해 제2집진유닛(20b)에는 연장부(28)가 더 설치될 수 있다. 구체적으로 연장부(28)는 제1집진유닛(20a)의 유입구(21)와 제2집진유닛(20b)이 만나는 지점부터 팬(10)까지 곡선으로 연장되며, 그로부터 다시 제2집진유닛(20b)의 유입구(21)까지 곡선으로 연장되는 형성될 수 있다. 연장부(28)에 의해 연장된 유로와 제2집진유닛(20b)의 외측에 의해 모퉁이(A)가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
유입구(21)는 제1가이드(22)와 연결된다. 이때, 제1가이드(22)는 내부가 비어있는 원통형의 형상을 가진다. 제1가이드(22)의 일단은 덮개(29)로 폐쇄되어 있으며, 타단은 제2가이드(23)와 연결된다.
제2가이드(23)는 일 방향, 즉 제1가이드(22)의 위치한 반대방향으로 지름이 좁아지는 원추형으로 형성된다.
제2가이드(23)의 원추형의 꼭지점에는 꼭지점이 개방되어 형성된 먼지 배출구(24)가 배치된다.
한편, 덮개(29)에는 덮개(29)를 관입하여 제1가이드(22)의 적어도 일부 지점까지 관입하는 공기 배출관(25)이 배치된다.
이와 같은 구조를 가지는 집진유닛(20)의 동작을 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
유입구(21)로 유입된 공기는 집진유닛(20) 내부에서 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 내면을 따라 선회하게 된다. 이와 같이, 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 내면을 따라 선회하는 선회류를 외부선회류(O)라 한다. 외부선회류(O)에는 미세먼지 및 초미세먼지와 같은 입자상을 포함하고 있다. 특히, 미세먼지 및 초미세먼지와 같은 입자상은 원심력에 의해 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 벽면에 충돌하게 되고, 중력에 의해 먼지 배출구(24)로 배출된다. 먼지 배출구(24)를 통해 배출된 미세먼지 및 초미세먼지는 집진통(26)에 포집된다. 본 발명의 일 예의 싸이클론 모듈(100)은 복수의 집진유닛(20)은 각각 집진통(26)을 구비한다. 이와 같이 하나의 집진유닛(20)이 독립된 집진통(26)을 구비함으로써 집진유닛(20)으로 유입된 공기는 모두 후술하는 공기 배출관(25)으로 배출되도록 할 수 있따.
집진유닛(20)에서의 공기의 흐름 및 집진원리는 다음과 같다.
제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 기하학적 형상으로 인해, 제2가이드(23)의 일정 지점에서 내부선회류(I)가 발생하게 된다. 외부선회류(O)가 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 벽면을 따라 일방향으로 진행했다면, 내부선회류(I)는 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 중앙부에서 일방향의 반대방향으로 진행하게 된다. 이와 같은 내부선회류(I)에 의해 제거되지 않은 미세먼지 및 초미세먼지와 함께 공기가 공기 배출관(25)으로 배출된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 예의 싸이클론 모듈(100)의 집진능력은 외부 선회류에 의한 원심력과 중력에 의해 발현된다. 그런데 미세먼지 또는 초미세먼지의 경우에는 입자의 크기 및 질량이 매우 작아서 충분한 원심력을 받을 수 없다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 예에 따른 싸이클론 모듈(100)은 조대화유닛(30)을 더 포함한다.
조대화유닛(30)은 집진유닛(20) 내에서 충분한 원심력을 가질 수 있도록 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화시키는 역할을 수행한다.
특히, 본 발명의 일 예에 따른 싸이클론 모듈(100)의 조대화유닛(30)은 제1조대화부(31)와 제2조대화부(32)를 이용하여 이중 조대화를 수행함으로써, 미세먼지 뿐만아니라 초미세먼지까지 제거 효율을 증가시킬 수 있다.
제1조대화부(31)는 음이온을 발생시켜 미세먼지 및 초미세먼지를 1차적으로 조대화하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 제1조대화부(31)는 카본 파이버(Carbon Fiber)를 음이온 발생부로 하는 음이온 발생장치를 이용할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예의 싸이클론 모듈(100)을 카본 파이버(Carbon Fiber)를 음이온 발생부로 하는 음이온 발생장치를 이용함으로써 플라즈마 방식에 비해 오존의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있다.
한편, 제1조대화부(31)는 집진유닛(20)의 제1가이드(22) 전에 배치된다. 예를 들어, 팬(10)의 전방에 배치되어 팬으로 유입되기 전의 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 유입구(21)에 배치되는 것도 가능하다. 또한, 유입구(21)의 상부와 하부에 복수개 배치되거나, 연장부(28)의 벽면에 배치는 것도 가능하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1조대화부(31)에서 발생된 음이온은 미세먼지(D1) 및 초미세먼지(D2)에 흡착된다. 즉, 음이온에 의해 미세먼지 및 초미세먼지가 서로 뭉쳐 조대화되며, 나아가 미세먼지 및 초미세먼지가 음전하로 대전된다. 조대화 및 음전하로 하전된 미세먼지 및 초미세먼지는 유입구(21)를 통해 집진유닛(20)의 내부로 유입된다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 제1조대화부(31)는 집진유닛(20)의 내측에 제1가이드(22)에 추가적으로 배치되는 것도 가능하다. 이 경우 제1조대화부(31)는 제1가이드(22)와 제2가이드(23)가 만나는 위치에 배치될 수 있다. 집진유닛(20)의 내축에 제1조대화부(31)가 추가함으로써 집진유닛(20) 내부로 유입된 미세먼지 및 초미세먼지 중 충분히 조대화되지 않은 것들을 조대화하여 미세먼지 및 초미세먼지의 제거 효율을 증가시킬 수 있다.
집진유닛(20)에는 제2조대화부(32)가 배치된다. 제2조대화부(32)는 양전하로 대전되거나 그라운드 상태인 전극을 구비한다. 따라서, 도 6과 같이, 제1조대화부(31)에 의해 음전하로 하전된 미세먼지 및 초미세먼지는 양전하를 가지는 제2조대화부(32)로 끌려가게 되고, 서로 얽히고 뭉치면서 2차적으로 조대화된다. 이때, 제1조대화부(31)에는 (-) 전극이 연결되고, 제2조대화부(32)는 (+) 전극이나 그라운드 전극이 연결되도록 구성할 수 있다. 한편, 제2조대화부(32)는 금속 전극을 이용하거나, 도금으로 형성하는 것도 가능하다.
미세먼지 및 초미세먼지는 제2조대화부(32)에서 조대화가 진행되어 크기 및 질량이 증가되면, 유입되는 공기에 의해 집진유닛(20) 내의 선회류를 따라 움직이게 된다. 즉, 2차적으로 조대화된 미세먼지 및 초미세먼지는 크기 및 질량이 증가되었기 때문에, 외부 선회류에 의해 더 큰 원심력을 받게 된다. 따라서 2차적으로 조대화된 미세먼지 및 초미세먼지는 외부 선회류에 의해 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 내벽에 도달하게 되고, 중력에 의해 하강하여 먼지 배출구(24)로 배출된다.
제2조대화부(32)는 도 6에 도시한 것과 같이, 제1가이드(22)에 설치될 수 있다. 이때, 제2조대화부(32)는 공기의 흐름에 방해되지 않도록 설치될 수 있다.
나아가, 도 7에 도시된 바와 같이, 공기의 흐름에 방해되지 않도록 제2조대화부(32)는 제1가이드(22)의 내측 표면에 홈(22')을 형성한 후에 그곳에 매립하는 것도 가능하다. 특히, 도 7과 같이, 홈(22')을 형성하는 경우, 제2조대화부(32)가 제1가이드(22)의 내면에 직접 배치되어 보다 강력하게 미세먼지(D1) 및 초미세먼지(D2)를 조대화하면서도, 공기의 흐름을 방해하지 않는 다는 장점이 있다.
이와 달리, 제2조대화부(32)는 도 8에 도시한 것과 같이, 제1가이드(22)의 외측에 링 형태로 배치하는 것도 가능하다. 즉, 전자기장의 경우에는 제1가이드(22)를 넘어서 전자기력을 미치는 것이 가능하므로, 제2조대화부(32)를 제1가이드(22)의 외측에 배치함으로써, 외부 선회류의 흐름에 방해되지 않도록 할 수 있다. 이와 같이, 제1가이드(22)의 외측에 링형태로 배치할 경우, 외부 선회류의 흐름에 전혀 영향을 주지 않는다는 장점이 있다.
제1가이드(22)에 제2조대화부(32)를 설치할 경우, 양전하로 대전된 제2조대화부(32)와 음전하로 대전 미세먼지 및 초미세먼지 사이의 전기적 인력이 외부 선회류에 의한 원심력에 더해져 미세먼지 및 초미세먼지의 제거효율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 제2조대화부(32)는 제2가이드(23)에 설치되는 것도 가능하다. 제2조대화부(32)가 제2가이드(23)에 설치되는 형태 및 효과는 제1가이드(22)와 유사할 것이다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 집진유닛(20)은 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 중심, 즉 집진유닛(20)의 중심에 배치되는 핀 형태의 전극으로 배치되는 제2조대화부(32')를 더 포함할 수 있다. 이때 제2조대화부(32')는 집진유닛(20)의 내부에서 공기의 흐름에 저해되지 않도록 중앙부에 배치할 수 있으며, 필요에 따라서는 복수의 핀 형태의 전극을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
미세먼지 및 초미세먼지가 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 중심에 위치하는 경우 외부선회류에 의한 원심력이 약하고, 내부선회류에 의한 상승력이 강해 집진유닛(20)에서 집진되지 않을 가능성이 크다.
이에 도 10에 도시한 바와 같이, 1가이드부(22) 및 제2가이드(23)의 중심에 배치되는 핀 형태의 전극으로 배치되는 제2조대화부(32')를 배치함으로써 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 중심에 위치하는 미세먼지 및 제2미세먼지를 조대화하여 공기 배출관(25)으로 미세먼지 및 제2미세먼지가 배출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 11에 도시한바와 같이, 제2조대화부(32)는 외부 선회류의 흐름과 같이 나선형으로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2조대화부는 양전하를 가짐으로써 음전하로 하전된 미세먼지 및 초미세먼지를 끌어당겨 조대화시키는 역할을 수행하는데, 적절한 크기로 조대화된 미세먼지는 제1가이드(22)의 내벽에서 떨어져야 한다. 하지만 제2조대화부가 미세먼지 및 초미세먼지를 끌어당기기 때문에 아래로 떨어져야할 미세먼지 및 초미세먼지가 떨어지지 못하는 경우가 발생한다. 나아가 너무 많은 미세먼지 및 초미세먼지가 제2조대화부에 붙어 있으면 공기 흐름이 달라지거나 집진 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이와 같은 문제는 제2조대화부(32)를 나선형으로 배치하여, 높이 방향으로 제2조대화부(32)가 스트라이프 형태가 되도록 함으로써 적절한 크기가 된 미세먼지 및 초미세먼지는 아래로 떨어질 수 있도록 유도할 수 있다. 즉, 미세먼지 및 초미세먼지가 나선형의 제2조대화부(32)의 나선 사이에서 인력으로부터 벗어나 아래로 하강하게 되는 것이다. 또한, 제2조대화부(32)를 외부 선회류의 방향과 같은 방향으로 감긴 나선형으로 형성함으로써 외부 선회류의 흐름을 도울 수 있다.
더욱이, 이 경우 제2조대화부(32)에 단순히 양전압을 인가하는 것이 아니라, 전류가 흐르도록 하여 전자기장에 의해 음전하로 하전된 미세먼지 및 초미세먼지에 로렌츠 힘이 인가되도록 설정할 수 있다. 즉, 나선형의 제2조대화부(32)에 이해 발생한 자기장에 의해 음전하로 하전된 미세먼지 및 초미세먼지가 제1가이드(22)의 내벽으로 향하도록 하는 힘을 더 할 수 있다.
또한, 도 12에 도시한바와 같이, 집진통(26)에는 양전하로 하전된 집진전극(35)을 더 포함할 수 있다. 집 유닛은 최적의 공기흐름을 위해 제1가이드(22) 및 제2가이드(23)의 길이, 지름, 비율 등을 조절하게 되고, 나아가 집진통(26)의 형상이나 크기까지 고려하게 된다. 하지만, 싸이클론 모듈이 동작하는 과정에서 집진통(26)에 먼지가 쌓이게 되면 공기 흐름에 변화가 발생하게 되며, 이로 인해 집진통(26)의 먼지가 역류하는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 도 12에 도시한 바와 같이, 집진통(26)의 내부에 양전하로 대전되거나 그라운드 상태인 집진전극(35)을 배치하여 집진통(26)에 수용된 먼지들이 역류하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈(100)의 집진유닛(20)과 조대화유닛(30)의 구조와 기능에 대해 설명하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈(100)의 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 제거 효율을 평가하기 위한 실험을 진행하였다. 먼저, 조대화 유닛을 구비하지는 않은 비교예의 싸이클론 모듈의 입자크기별 제거 효율을 측정하고, 동일한 조건에서 조대화 유닛을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈의 입자크기별 제거 효율을 측정하였다.
도 13는 조대화유닛을 구비하지 않은 비교예의 싸이클론 모듈을 이용하여 미세먼지 및 초미세먼지를 제거하는 실험을 진행하는 것을 촬영한 것이며, 도 14 내지 도 16은 각각 입자크기가 5.0 ㎛, 1.0 ㎛, 0.3 ㎛인 입자를 비교예의 싸이클론 모듈을 이용하여 제거하는 실험의 결과를 나타낸 것이다.
실험결과를 정리하면 아래의 표 1과 같다.
　입자크기 0.3㎛ 1.0㎛ 5.0㎛
초기농도 (Particles/Liter) 680,373 7,691 748
20분 후 농도
(Particles/Liter)		 548,342 2,801 21
제거효율 19.4% 63.6% 97.2 %
표 1을 참조하여, 비교예의 싸이클론 모듈을 이용한 각 입자별 제거능력을 살펴보도록 한다.
먼저, 입자크기가 5.0 ㎛인 입자의 경우, 20분간 비교예의 싸이클론 모듈을 동작시키고 난 후에 측정된 입자의 제거효율은 97.2%로 매우 높은 것을 알 수 있다. 이에 비해, 입자크기가 1.0 ㎛인 입자의 경우, 20분간 비교예의 싸이클론 모듈을 동작시키고 난 후에 측정된 입자의 제거효율은 63.6%로 입자크기가 5.0 ㎛인 입자에 비해 약 30% 이상 제거 효율이 떨어졌다. 더욱이, 입자크기가 0.3 ㎛인 입자의 경우, 비교예의 싸이클론 모듈을 20분간 동작시키고 난 후에 측정된 입자의 제거효율은 19.4%에 불과하였다.
즉, 비교예의 싸이클론 모듈을 이용하더라도 미세먼지를 일정수준 이상 제거하기 힘들고, 초미세먼지는 거의 제거할 수 없음을 알 수 있다.
싸이클론 모듈이 집진유닛 내부에서 발생하는 외부 선회류에 의한 원심력을 이용하여 입자를 제거하는 것인데, 미세먼지 및 초미세먼지는 입자의 크기 및 무게가 너무 작아 원심력이 약해 싸이클론 모듈로 효율적으로 제거할 수 없는 것이다.
도 17는 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈을 이용하여 미세먼지 및 초미세먼지를 제거하는 실험을 진행하는 것을 촬영한 것이며, 도 18 내지 도 20은 각각 입자크기가 5.0 ㎛, 1.0 ㎛, 0.3 ㎛인 입자를 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈을 이용하여 제거하는 실험의 결과를 나타낸 것이다.
실험결과를 정리하면 아래의 표 2와 같다.
　입자크기 0.3㎛ 1.0㎛ 5.0㎛
초기농도 (Particles/Liter) 590,381 8,102 825
20분 후 농도
(Particles/Liter)		 38,373 310 14
제거효율 93.5% 96.2% 98.3 %
표 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈을 이용한 각 입자별 제거능력을 살펴보도록 한다.
먼저, 입자크기가 5.0 ㎛인 입자의 경우, 20분간 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈을 동작시키고 난 후에 측정된 입자의 제거효율은 98.3%로 매우 높은 것을 알 수 있다. 이것은 비교예의 싸이클론 모듈을 이용하여 입자크기가 5.0 ㎛인 입자를 제거한 제거효율이 97.2% 였던 것과 크게 차이가 없다.
이에 비해, 입자크기가 1.0 ㎛인 입자의 경우, 20분간 본 발명의 일 실시예의 싸이클론 모듈을 동작시키고 난 후에 측정된 입자의 제거효율은 96.2%로서, 비교예의 싸이클론 모듈을 이용한 경우에 입자크기가 1.0 ㎛인 입자의 제거 효율이 63.6% 였던 것에 비해 약 30% 증가한 것이다.
더욱이, 입자크기가 0.3 ㎛인 입자의 경우, 본 발명의 일 실시예의 싸이클론 모듈을 20분간 동작시키고 난 후에 측정된 입자의 제거효율은 93.5로서, 비교예의 싸이클론 모듈을 이용한 경우에 입자크기가 0.3 ㎛인 입자의 제거 효율이 19.4% 였던 것에 비해 약 70% 이상 증가한 것이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈은 미세먼지 및 초미세먼지를 이중으로 조대화할 수 있는 조대화유닛을 포함하여, 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 제거효율을 현저히 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 싸이클론 모듈은 공기청정기나 미세입자 분리기에 이용될 수 있으며, 가정이나 산업현장 등 공기 정화가 필요한 곳에 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (13)

  1. 미세먼지 및 초미세먼지를 포함하는 공기를 흡입하는 팬과, 흡입된 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하는 조대화유닛과, 상기 팬으로부터 흡입된 공기가 유입되어 미세먼지 및 초미세먼지를 집진하는 집진유닛을 포함하는 싸이클론 모듈에 있어서,
    상기 집진유닛은,
    상기 팬으로부터 공기가 유입되는 유로를 가지는 유입구;
    상기 유입구에 연결되며, 일 방향으로 길게 형성되는 일단이 덮개로 폐쇄된 원통형의 제1가이드;
    상기 제1가이드의 타단에 연결되며, 일 방향으로 지름이 좁아지는 원추형의 제2가이드;
    상기 제2가이드의 원추형의 꼭지점이 개방되어 형성되는 먼지 배출구; 및
    상기 덮개를 관입하여 상기 제1가이드의 적어도 일부까지 관입하여 배치되는 공기 배출관;을 포함하고,
    상기 조대화유닛는,
    상기 제1가이드 전에 배치되어, 음이온을 발생시킴으로써 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고 음전하로 대전하는 제1조대화부; 및
    상기 집진유닛 내에 배치되며, 양전하로 대전되거나 그라운드 상태인 전극을 포함하는 제2조대화부;를 포함하고,
    상기 제1가이드의 내측에는 상기 제2조대화부를 수용할 수 있는 홈이 배치되 고,
    상기 제2조대화부는 상기 홈에 배치되며,
    상기 제2조대화부는 높이 방향으로 상기 제1가이드의 내벽과 상기 제2조대화부가 교번하는 형상인 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1조대화부는 상기 유입구에 배치되는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1조대화부는 상기 팬의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집진유닛 내에 배치되는 제1조대화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 집진유닛의 중심에 배치되며, 상기 제2가이드의 하부로부터 상부로 길게 형성되는 핀 형태의 제2조대화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2조대화부는 나선형의 형상인 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 공기 배출관에 배치되는 제2조대화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이 클론 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 먼지 배출구에 연결되는 집진통을 더 포함하고,
    상기 집진통에는 양전하로 대전되거나 그라운드 상태인 집진전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 집진유닛은 상기 팬을 중심으로 원주방향으로 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 집진유닛 중 서로 인접하는 집진유닛을 각각 제1집진유닛 및 제2집진유닛이라고 할 때,
    상기 제2집진유닛의 외측에 배치되며, 상기 제1집진유닛의 유입구의 유로를 연장하는 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클론 모듈.
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