KR102221734B1 - 이산화탄소 농도조절장치 - Google Patents

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박희경
송시범
이경근
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서영석
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Abstract

본 발명은 이산화탄소 농도조절장치에 관한 것으로서, 상부에 공기유입구(111)가 형성된 케이싱(110)과; 상기 공기유입구(111)에 정역회전가능하게 구비되는 공기유동팬(120)과; 상기 케이싱(110)의 내부에 수용되어 상기 공기유동팬(120)의 정방향 회전을 통해 상기 케이싱(110) 내부로 유입된 실내공기에 포함된 이산화탄소를 흡착하는 복수개의 흡착제(130)와; 상기 케이싱(110)의 바닥에 구비되어 상기 공기유동팬(120)이 역방향 회전할 때 동작되며 상기 흡착제(130)로 열을 가하여 상기 흡착제(130)로부터 상기 이산화탄소가 탈착되게 하는 인덕션(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이산화탄소 농도조절장치{Carbon dioxide concentration control system}
본 발명은 이산화탄소 농도조절장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 실내 이산화탄소 농도를 감소시켜 쾌적한 실내환경을 조성할 수 있는 이산화탄소 농도조절장치에 관한 것이다.
밀폐된 사무실, 수면 후 침실 등의 경우 사용자의 호흡에 의해 배출된 이산화탄소에 의해 불쾌지수가 증가하고 공기환경이 악화된다. 특히 실내 이산화탄소 농도는 수면의 질에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
한국생활환경학회지에 실린 "실내 CO2 농도가 재실자의 수면의 질에 미치는 영향"(한국생활환경학회지, 제 19권 제 4호, 2012)을 보면, "높은 실내 CO2 농도에서 수면한 재실자 보다 낮은 CO2 농도에서 수면한 재실자가 깨어나 있는 시간이 감소하였고, 뇌가 휴식을 취하는 수면단계인 NREM Sleep이 증가한다."고 기재되어 있다.
이에 산소를 발생시켜서 이러한 문제를 해결할 경우 높은 산소 농도로 인한 화재의 위험 등이 존재하므로, 흡착 등의 방법을 활용하여 호흡 등으로 발생된 이산화탄소를 제거하는 방안이 제시되고 있다.
그런데, 흡착제를 이용해 실내에서 발생된 이산화탄소를 흡착만 시킬 경우, 흡착제를 지속적으로 교체해줘야 하고 시간에 따라 흡착 효율이 떨어지는 단점이 있다.
등록특허 제10-1835320호 "이산화탄소 농도 조절기능을 가진 실내환경조절장치"
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 실내 이산화탄소 농도를 조절하여 재실자의 수면환경을 쾌적하게 유지시킬 수 있는 이산화탄소 농도조절장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 이산화탄소 농도조절장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치는, 상부에 공기유입구(111)가 형성된 케이싱(110)과; 상기 공기유입구(111)에 정역회전가능하게 구비되는 공기유동팬(120)과; 상기 케이싱(110)의 내부에 수용되어 상기 공기유동팬(120)의 정방향 회전을 통해 상기 케이싱(110) 내부로 유입된 실내공기에 포함된 이산화탄소를 흡착하는 복수개의 흡착제(130)와; 상기 케이싱(110)의 바닥에 구비되어 상기 공기유동팬(120)이 역방향 회전할 때 동작되며 상기 흡착제(130)로 열을 가하여 상기 흡착제(130)로부터 상기 이산화탄소가 탈착되게 하는 인덕션(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 흡착제(130)는 자성체(131)와, 상기 자성체(131)의 표면에 코팅되어 이산화탄소가 흡착되는 아민 작용기를 갖는 흡착코팅층(133)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 인덕션(140)은 전자기유도 방식으로 상기 자성체에 열이 발생되게 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 케이싱(110)의 측면에 구비되어 이산화탄소가 포집되는 이산화탄소포집챔버(115)와; 상기 케이싱(110)의 측면에 회전가능하게 구비되어 상기 인덕션(140)이 구동될 때, 상기 흡착제(130)로부터 탈착된 이산화탄소가 상기 이산화탄소포집챔버(115)로 이동되게 기류를 형성하는 이산화탄소흡입팬(160)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치는 흡착제가 수용된 케이싱 내부로 실내공기를 강제로 유입시킨 후 이산화탄소를 흡착제에 흡착시켜 실내 이산화탄소 농도를 줄일 수 있다.
또한, 이산화탄소가 흡착된 흡착제를 인덕션을 통해 가열하여 이산화탄소가 탈착되게 한다. 이에 의해 흡착제를 반복적으로 사용할 수 있게 된다.
이에 의해 실내공간에 사용자가 휴식을 취할 때 또는 수면을 취할 때 이산화탄소 농도를 줄여 숙면을 취하거나 쾌적한 환경에서 휴식을 취할 수 있게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치의 실내공기 흡입과정을 도시한 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치의 실내공기 배출과정을 도시한 예시도,
도 4와 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 농도조절장치의 구성을 도시한 예시도,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치의 이산화탄소 농도 조절결과를 실험한 실험결과를 나타낸 도면들이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치(100)는 케이싱(110)과, 케이싱(110)에 구비되어 실내공기(A)를 케이싱(110) 내부로 유입 또는 배출시키는 공기유동팬(120)과, 케이싱(110) 내부에 수용되어 실내공기(A)에 포함된 이산화탄소를 흡착하는 흡착제(130)와, 케이싱(110)의 하부에 구비되어 흡착제(130)로 열을 가하여 흡착제(130)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키는 인덕션(140)과, 사용자로부터 전원공급여부 및 사용조건을 입력받는 입력부(150)를 포함한다.
본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치(100)는 케이싱(110) 내부에 수용된 복수개의 흡착제(130)가 이산화탄소를 흡착하여 실내공기에 포함된 이산화탄소의 농도를 줄여줄 수 있다. 또한, 흡착제(130)에 인덕션(140)이 열을 가하여 흡착제(130)에 흡착된 이산화탄소를 탈착하여 흡착제(130)를 반복 사용할 수 있는 장점이 있다.
케이싱(110)은 이산화탄소가 흡착제(130)에 흡착 및 탈착되는 공간을 제공한다. 케이싱(110)은 함체 형태로 형성된다. 케이싱(110)은 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
케이싱(110)의 상면에는 실내공기가 유입되는 공기유입구(111)가 개방형성된다.
공기유동팬(120)은 케이싱(110) 상면의 공기유입구(111)에 구비된다. 공기유동팬(120)은 정역회전되며 실내공기(A)를 케이싱(110) 내부로 유입시키거나, 흡착제(130)로부터 탈착된 이산화탄소를 케이싱(110) 외부로 배출시킨다.
공기유동팬(120)은 모터(121)에 의해 구동된다. 모터(121)는 입력부(150)와 연결되며, 입력부(150)를 통한 사용자의 입력신호에 따라 전원을 공급받아 구동된다.
흡착제(130)는 케이싱(110)의 내부에 복수개가 수용되어 공기유동팬(120)에 의해 케이싱(110) 내부로 유입된 실내공기(A)에 포함된 이산화탄소를 흡착한다. 흡착제(130)는 도 1에 확대도시된 바와 같이 자성체(131)와, 자성체(131)의 주변에 코팅된 흡착코팅층(133)을 포함한다.
자성체(131)는 자석에 반응하는 물질을 포함한다. 자성체(131)는 전기장이나 자기장에 의해서 자성을 가질 수 있는 물질이다. 일례로, 자성체(131)는 철가루이거나 자석에 붙는 물질들을 포함할 수 있다.
흡착코팅층(133)은 이산화탄소가 흡착되는 아민 작용기를 갖는 물질로, 자성체(131)의 주면에 일정 두께 코팅된다. 자성체(131)에 코팅될 수 있는 아민 작용기는 매우 다양하다. 일례로, 1차 및 2차 아민을 가지는 테트라에틸렌펜타아민(TEPA)과 1차, 2차, 3차 아민을 모두 가지는 폴리에틸렌이민(PEI) 등을 사용할 수 있다.
특히, PEI를 사용하는 경우 선형 또는 가지형 고분자 형태를 가질 수 있어, 이산화탄소의 흡착량 뿐만 아니라 흡착속도를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
인덕션(140)은 전자기유도 방식으로 자성체(131)로 직접 열을 가하여 흡착코팅층(133)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시킨다. 인덕션(140)은 인덕터코일(141)에 전류가 흐르면 자기장이 형성되고, 이에 의해 생성된 유도전류와 반응해서 자성체(131)에 직접 열이 발생되게 한다.
이에 의해 흡착제(130)에 흡착된 이산화탄소가 탈착되고, 흡착제(130)를 재사용할 수 있게 된다.
여기서, 케이싱(110) 내부에 수용되는 흡착제(130)의 양은 사용되는 실내공간의 크기 또는 실내에 상주하는 인원에 맞게 조절될 수 있다
입력부(150)는 상용전원과 전원코드(151)에 의해 연결되며, 사용자로부터 입력신호를 인가받는다. 사용자는 입력부(150)를 통해 공기유동팬(120)과 인덕션(140)의 전원공급 및 사용조건을 입력받는다.
입력부(150)에는 타이머(미도시)가 구비되어 공기유동팬(120)의 사용시간과 인덕션(140)의 사용시간을 각각 설정할 수 있다. 즉, 사용자가 실내에 머무르는 동안 또는 수면을 취하는 시간에는 공기유동팬(120)이 구동되게 설정하고, 사용자가 수면을 취하지 않는 시간이나 실내공간에 사람이 머무르지 않는 시간에 인덕션(140)이 구동되게 설정할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)의 사용과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 케이싱(110)의 내부에는 복수개의 흡착제(130)가 수용된다. 사용자는 전원코드(151)를 상용전원에 연결하고, 전원버튼을 구동하고 사용조건을 설정한다. 이 때, 흡착제(130)의 흡착코팅층(133)에는 이산화탄소가 흡착되지 않은 상태이다.
도 2에 도시된 바와 같이 공기유동팬(120)이 정방향으로 회전되면, 실내공기(A)가 케이싱(110) 내부로 유입된다. 이 때, 실내공기(A)에 포함된 이산화탄소는 흡착제(130)의 흡착코팅층(133)과 접촉되며 흡착코팅층(133)에 흡착된다. 이에 의해 실내공간의 이산화탄소 농도가 줄어들게 되고, 실내공기가 쾌적하게 유지될 수 있다.
이에 의해 사용자가 숙면을 취할 수 있는 공간이 조성된다.
사용자가 입력부(150)의 타이머(미도시)를 통해 인덕션(140)의 구동시간으로 설정된 시간이 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 인덕션(140)의 인덕터코일(141)로 전원이 공급되고, 모터(121)가 역방향으로 회전된다.
이에 의해 자성체(131)로 열이 가해지고, 흡착코팅층(133) 표면에 흡착되었던 이산화탄소가 탈착된다. 그리고, 모터(121)의 역방향회전에 의해 케이싱(110) 내부에 탈착된 이산화탄소가 외부로 배출된다.
이에 의해 실내에 사용자가 사용자가 상주하거나 수면을 취하는 시간에는 실내의 이산화탄소 농도가 줄어들고, 실내에 사용자가 없는 시간에는 이산화탄소가 증가될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 농도조절장치(100a)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
앞서 설명한 바람직한 실시예의 이산화탄소 농도조절장치(100)는 사용자가 미리 설정한 인덕션(140) 구동시간에 공기유동팬(120)이 역방향으로 회전되며 흡착제(130)로부터 탈착된 이산화탄소를 실내로 방출하였다.
반면, 다른 실시예에 따른 이산화탄소 농도조절장치(100a)는 흡착제(130)로부터 탈착된 이산화탄소를 별도의 이산화탄소저장탱크(170)에 저장한 후 폐기하여 실내로 이산화탄소가 다시 방출되는 것을 방지한다.
이를 위해 케이싱(110)의 측면에 이산화탄소유동로(113)가 형성되고, 이산화탄소유동로(113)와 연통되게 이산화탄소포집챔버(115)가 일정 크기 형성된다.
이산화탄소유동로(113)에는 흡착제(130)로부터 탈착되어 케이싱(110) 내부에 존재하는 이산화탄소를 흡입하여 이산화탄소포집챔버(115)로 흡입하는 이산화탄소흡입팬(160)이 구비된다.
이산화탄소포집챔버(115)에는 이산화탄소저장탱크(170)가 연결관(171)에 의해 연결되어 이산화탄소를 내부에 저장한다. 연결관(171)에는 개폐밸브(173)가 구비된다.
한편, 다른 실시예에 따른 이산화탄소 농도조절장치(100a)는 케이싱(110) 내부에 이산화탄소농도센서(180)가 구비된다.
이산화탄소농도센서(180)가 케이싱(110) 내부에 흡착제(130)에 의해 흡착된 이산화탄소의 농도를 감지하고, 감지된 이산화탄소의 농도가 기설정된 기준값을 초과하는 경우 공기유동팬(120)으로의 전원공급이 중단되고 인덕션(140)과 이산화탄소흡입팬(160)으로 전원이 공급된다.
이에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 인덕션(140)이 구동되며, 흡착제(130)에 흡착된 이산화탄소가 탈착된다. 탈착된 이산화탄소는 이산화탄소흡입팬(160)의 구동에 의해 이산화탄소유동로(113)를 통해 이산화탄소포집챔버(115)로 이동되고, 이산화탄소저장탱크(170)에 저장된다.
이산화탄소저장탱크(170)에 이산화탄소가 가득 채워지면, 사용자는 이산화탄소저장탱크(170)를 이산화탄소포집챔버(115)로부터 분리한 후 내부의 이산화탄소를 대기 중으로 방출하고 이산화탄소포집챔버(115)에 재결합하여 사용할 수 있다.
한편, 도 6과 도 7은 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)를 이용하여 실내 이산화탄소 농도 저감 효과를 실험한 실험결과를 나타낸 그래프이다.
실험을 위해 100L의 실내공간에 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)를 투입하였다. 이 때, 케이싱(110)에 구비된 공기유동팬(120)은 2000rpm으로 구동되며, 자성체(131)는 철가루를 사용했고, 흡착코팅층(133)은 PEI로 형성하였다. 흡착제(130)는 150*150mm의 케이싱(110) 내부에 3mm 두께로 배치되었다.
인덕션(140)은 전원을 켠 후 100~110℃ 온도로 상승되게 구동시켰다.
도 6에 도시된 바와 같이 #1은 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)를 구동하기 전 실내의 이산화탄소 농도를 측정한 결과, #2는 #1의 상태에서 30분간 사용자의 호흡으로 인해 증가된 실내의 이산화탄소 농도를 측정한 결과, #3은 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)를 구동하여 실내공기 중 이산화탄소를 흡착한 경우 실내 이산화탄소 농도를 측정한 결과이다.
도시된 바와 같이 #2에서의 이산화탄소의 농도에서 #3에 도시된 바와 같이 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)가 구동되었을 때 이산화탄소의 농도가 현저하게 줄어드는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치(100)를 이용해 이산화탄소의 탈착(#1,#3,#5, #7, #9)의 경우와, 흡착(#2,#4,#6,#8)을 반복 수행한 경우 이산화탄소 흡착 및 탈착 효율이 지속되는지를 평가한 실험 결과이다. 도시된 바와 같이 연속적으로 흡착과 탈착을 반복한 경우에도 이산화탄소 흡착 및 탈착 효율이 일정한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 이산화탄소 농도조절장치는 흡착제가 수용된 케이싱 내부로 실내공기를 강제로 유입시킨 후 이산화탄소를 흡착제에 흡착시켜 실내 이산화탄소 농도를 줄일 수 있다.
또한, 이산화탄소가 흡착된 흡착제를 인덕션을 통해 가열하여 이산화탄소가 탈착되게 한다. 이에 의해 흡착제를 반복적으로 사용할 수 있게 된다.
이에 의해 실내공간에 사용자가 휴식을 취할 때 또는 수면을 취할 때 이산화탄소 농도를 줄여 숙면을 취하거나 쾌적한 환경에서 휴식을 취할 수 있게 할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 이산화탄소 농도조절장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 이산화탄소 농도조절장치 110 : 케이싱
111 : 공기유입구 113 : 이산화탄소유동로
115 : 이산화탄소포집챔버 120 : 공기유동팬
121 : 모터 130 : 흡착제
131 : 자성체 133 : 흡착코팅층
140 : 인덕션 141 : 인덕터코일
150 : 입력부 151 : 전원코드
160 : 이산화탄소흡입팬 170 : 이산화탄소저장탱크
171 : 연결관 173 : 밸브
180 : 이산화탄소농도센서
A : 실내공기

Claims (4)

  1. 상부에 공기유입구(111)가 형성된 케이싱(110)과;
    상기 공기유입구(111)에 정·역회전 가능하게 구비되는 공기유동팬(120)과;
    상기 케이싱(110)의 내부에 수용되어 상기 공기유동팬(120)의 정방향 회전을 통해 상기 케이싱(110) 내부로 유입된 실내공기에 포함된 이산화탄소를 흡착하는 복수개의 흡착제(130)와;
    상기 케이싱(110)의 바닥에 구비되어 상기 공기유동팬(120)이 역방향 회전할 때 동작되며 상기 흡착제(130)로 열을 가하여 상기 흡착제(130)로부터 상기 이산화탄소가 탈착되게 하는 인덕션(140)을 포함하고,
    상기 흡착제(130)는 자성체(131)와, 상기 자성체(131)의 표면에 코팅되어 이산화탄소가 흡착되는 아민 작용기를 갖는 흡착코팅층(133)을 포함하고,
    상기 인덕션(140)은 전자기유도 방식으로 상기 자성체(131)에 열이 발생되게 하고,
    상기 공기유동팬(120)이 정방향으로 회전될 때, 실내공기가 상기 케이싱(110) 내부로 유입되고 상기 흡착코팅층(133)에 이산화탄소가 흡착되어 실내공기의 이산화탄소 농도를 감소시키고,
    상기 공기유동팬(120)이 역방향으로 회전될 때, 상기 인덕션(140)이 구동되어 상기 흡착코팅층(133)으로부터 이산화탄소가 탈착된 후 상기 케이싱(110)의 외부로 배출되어 실내공기의 이산화탄소 농도가 증가되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 농도조절장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱(110)의 측면에 구비되어 이산화탄소가 포집되는 이산화탄소포집챔버(115)와;
    상기 케이싱(110)의 측면에 회전가능하게 구비되어 상기 인덕션(140)이 구동될 때, 상기 흡착제(130)로부터 탈착된 이산화탄소가 상기 이산화탄소포집챔버(115)로 이동되게 기류를 형성하는 이산화탄소흡입팬(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 농도조절장치.
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