KR102232888B1 - 공기 밀도 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

공기 밀도 제어 시스템이 개시된다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 이끼를 이용하여 미세먼지가 제거된 깨끗한 공기를 배출함으로써, 주위 공간에 깨끗한 공기로 채워진 에어존을 생성할 수 있다. 공기 밀도 제어 시스템은 소위 '파고라(PAgora)'의 형태로 구현될 수 있다.

Description

공기 밀도 제어시스템{System for Controlling Air Density}
본 발명은 옥외에 설치되어 주변 공간의 공기 밀도를 제어함으로써 주변의 일정한 공간을 둘러싸는 공기막(Air Shied)를 형성하고 그 공간을 깨끗한 공기로 채우고 유지하기 위한 공기 밀도 제어 시스템에 관한 것이다.
미세먼지(Fine Dust)는 눈에 보이지 않을 정도로 입자가 작은 먼지로 입경 10μm 이하의 미세한 먼지이며, PM10이라고도 한다. 입자가 2.5μm 이하이면 PM 2.5라고 쓰며 '초미세먼지' 또는 '극미세먼지' 라고도 부른다. '초미세먼지' 또는 '극미세먼지' 라고도 부른다. 학술적으로는 에어로졸(Aerosol)이라고 부른다.
미세먼지에는 아황산가스, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등이 포함되어 있기 때문에 주요한 대기오염 물질이며, 질량이 작아 장기간 대기 중에 떠다니면서 인간의 호흡기로 유입된다. 호흡기로 유입된 미세먼지나 초미세먼지는 쉽게 배출되는 것이 아니기 때문에 매우 유해한 것으로 알려져 있고, 사람들의 행동반경을 극히 제한하는 원인이 된다.
미세먼지는 모래바람의 먼지, 화산재, 산불과 같은 자연발생적 원인에 의해서도 생기지만, 화력발전소, 자동차 또는 공장의 배출가스, 가정에서 사용하는 난방기구나 가스기구 등에서도 많이 발생한다. 따라서 우리가 사는 지역에 미세먼지 발생원으로 어떤 것이 있고 얼마나 많이 있는가에 따라 대기의 미세먼지 농도가 결정될 수 있다. 그러나 특정 지역에 미세먼지 농도가 높아지는 원인은 좀 더 복잡한 인자들에 의해 결정될 수 있다. 한편, 도심에서의 운행하는 차량은 타이어 분진, 도로 파쇄에 따른 미세먼지 외에도 질소 화합물 등을 배출하기 때문에 공기 오염의 주요한 원인 중 하나다.
현재까지 미세먼지 문제에 대한 해결책으로 제시된 것은 발전소 운행 제한이나 차량 운행 제한처럼 미세먼지의 발생 자체를 줄이는 것과 병행해서, 마스크를 착용하거나 건물 내에서 공기청정기를 가동하는 정도이다. 한국에 영향을 주는 미세먼지의 70%는 중국에서 유입된다는 전문가의 견해가 있다. 상층 대기로부터 유입되는 미세먼지가 상당히 영향을 준다는 것이다.
옥외의 공기를 정화하는 장치로는 집진형 필터를 구비한 일명 스모그 프리 타워(Smog Free Tower)가 있는데 정화한 만큼 몰려드는 미세먼지 때문에 정화된 공기와 몰려드는 미세먼지가 혼합되어 그 효과가 미미하거나, 체감하여 느낄 정도로 효과적이지 않다.
한편, 소위 파고라(Pagora)라고 하는 것은 옥외에 설치되어 이용자들이 앉아 쉴 수 있는 공간을 제공하는 시설물로서, 통상 지면에 복수 개의 기둥을 설치하고 지붕을 얹어 설치한다. 대부분의 파고라는 햇빛 차단이 주된 기능이다. 파고라에는 태양광을 이용한 에너지 관련 기술, 온도제어 기술 등, 아이티(IT) 기술이 적용된 네트워킹 기술 등 다양한 기술이 적용될 수 있다.
본 발명의 목적은 옥외에 설치되어 주변 공간의 공기 밀도를 제어함으로써 주변의 일정한 공간을 둘러싸는 공기막(Air Shied)를 형성하는 공기 밀도 제어 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공기막 내부 공간(에어 존)에 깨끗한 공기를 채우고 유지할 수 있는 공기 밀도 제어 시스템을 제공함에 있다.
이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 옥외에 설치하여 차고 밀도가 높은 공기로 채워지는 공기 밀도 제어시스템을 제시한다. 본 발명은 옥외 공간에 냉각된 공기를 지속적으로 공급할 경우에, 주위 공기보다 밀도가 높은 찬 공기 덩어리가 형성되는 점을 이용한다.
본 발명의 공기 밀도 제어 시스템이 제공하는 찬 공기 덩어리는 상대적으로 밀도가 낮은 주변의 더운 공기 쪽을 향하는 수평 방향의 힘과 중력에 의한 수직 방향의 힘을 동시에 받으면서 주위에 고밀도의 찬 공기로 채워지는 일정 공간(에어 존)을 형성한다.
본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 본체, 공기정화부, 에어 펌프(Air Pump), 냉각 챔버 및 천장부를 포함한다. 본체는 적어도 하나의 흡기구와 배기구를 구비한 기둥 형상이다. 상기 배기구는 상기 천장부를 따라 360°방향 전체로 공기를 배출함으로써 상기 에어 존에 균일한 공기 밀도를 유지하는 것이 좋다. 공기정화부는 상기 흡기구를 통해 유입되는 흡입공기에 포함된 미세먼지, 질소 화합물(NOx) 또는 오존과 같은 오염 물질을 제거한다. 에어 펌프는 상기 흡기구와 배기구 사이에 마련되어 상기 흡입공기를 상기 배기구로 이송한다. 냉각 챔버는 상기 에어 펌프와 배기구 사이에 마련되어 상기 배기구로 배출되는 공기를 냉각하여 고밀도로 압축한다. 천장부는 상기 본체의 상부를 덮어 상기 배기구를 통해 배출된 배출공기를 상기 본체 주위로 안내하여 에어존으로 공급한다.
실시 예에 따라, 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 상기 천장부 상부에 마련되어 상기 천장부 상측의 공기를 데우는 히터부를 더 포함할 수 있다. 히터부는 상기 천장부의 상측에 상승기류를 형성하여. 천장부 상측의 공기가 상기 주위 공간으로 하강하지 않도록 한다.
다른 실시 예에 따라, 상기 냉각챔버와 히터부는 동일한 히터 펌프(Heat Pump)에 의해 동작하도록 설계할 수 있다. 이 경우, 상기 냉각챔버는 상기 천장부의 가운데 아래쪽에 마련되고, 상기 히터부는 상기 천장부의 가운데 위쪽에 마련될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 냉각 챔버는 내부에 실린더, 제1 배관 및 냉각기를 구비하여 상기 에어 펌프에서 공급되는 공기를 냉각하고 상기 실린더 내부에서 고밀도로 압축한다. 실린더는 상단은 제1 배관에 연결되고 하단은 개방되어 있다. 제1 배관은 상기 에어 펌프와 상기 실린더의 상단을 연결한다. 냉각기는 상기 실린더의 상부에 마련된다.
또 다른 실시 예에 따라, 상기 천장부는, 가운데가 높고 가장자리가 낮은 돔 형상으로 마련되어 상기 배기구에서 배출되는 냉각된 공기를 상기 주위 공간을 향해 아래방향으로 안내할 수 있다.
한편, 상기 배기구는 상기 천장부를 따라 360°방향 전체로 공기를 배출함으로써 상기 에어 존에 균일한 공기 밀도를 유지할 수 있지만, 다른 실시 예에 따라 360°방향을 복수 개의 구역으로 나누어 개별적으로 개폐되는 복수 개의 배기 밸브를 포함할 수 있다. 제어부는 상기 배기 밸브의 개폐를 제어한다.
공기 밀도 제어 시스템은 내부 센서부와 외부 센서부를 더 포함할 수 있다. 내부 센서부는 상기 에어존의 내부 공기의 온도, 유속, 밀도 중 적어도 하나를 검출하고, 외부 센서부는 상기 에어존의 외부 공기의 온도, 유속, 밀도 중 적어도 하나를 검출한다. 상기 제어부는 상기 내부 센서부와 외부 센서부의 측정결과를 기초로 상기 복수 개의 배기 밸브를 제어하는 방법으로, 에어 존 내부로 공급하는 공기의 온도와 유량, 유속, 유출 방향 등을 제어하여 공기막을 형성하고 유지할 수 있다.
본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 주위 공간에 미세먼지 등이 제거된 공기를 배출함으로써 깨끗한 공기로 채워진 에어존을 생성할 수 있다.
공기 밀도 제어 시스템은 천장부 상측의 공기를 고온으로 데워서 상승기류를 만듦으로써 천장부 상측의 미세먼지가 주위 공간(에어 존)으로 내려오지 않도록 할 수 있다.
공기 밀도 제어 시스템 이 차도와 접한 보행로 가장자리에 설치되면, 차도에서 발생하는 미세먼지나 질소 화합물이 공기 밀도 제어 시스템의 주위 공간(에어 존)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 도심에 태양 복사가 일어나는 한낮의 차도는 보행로에 비해 상대적으로 온도가 높고 공기 밀도가 낮다. 따라서 한낮의 도심에서는 보행로에서 차도로 향하는 기류가 있다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템이 배출하는 배출공기는 상대적으로 밀도가 높기 때문에 차도 방향으로의 기류를 강화시키면서 에어존을 더욱 강화시키게 된다.
본 발명이 공기 밀도 제어 시스템은 소위 '파고라(PAgora)'의 형태로 구현됨으로써, 이용자가 에어존 내에서 휴식을 취할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 밀도 제어 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 밀도 제어 시스템를 도시한 도면,
도 3은 차도에 접한 보행로에 설치된 공기 밀도 제어 시스템 주변의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)은 옥외, 특히 사람들이 접근할 수 있는 광장이나 보행로 등에 설치되는 구조물로서, 외부의 공기를 흡입한 다음 먼지를 제거한 깨끗하고 밀도가 높은 공기를 주위에 배출함으로써, 일정한 범위의 주위 공간에 깨끗한 공기로 채워지는 에어 존(Air Zone)(x)을 만들 수 있다.
여기서, 에어 존(x)은 공기 밀도 제어 시스템(100)에 의해 정화된 공기가 주로 채워지는 주위 공간을 표현하기 위한 것으로서 물리적으로 구분되지 않을 수 있다. 엄격하게 말하면, 에어 존(x)은 공기 밀도 제어 시스템(100)이 배출하는 깨끗하고 찬 공기 덩어리가 상대적으로 더운 미세먼지 공기 덩어리와 온도 차가 평형화되는 지점까지 이해되어야 한다. 실시 예에 따라서는 에어 존(x)이 커튼, 유리 또는 기타 구조물에 의해 그 외부 공간과 구분됨으로써 특정될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공기 밀도 제어 시스템(100)은 본체(110), 흡기관(115), 배기관(117), 공기정화부(130), 에어 펌프(Air Pump)(141), 냉각 챔버(Cooling Chamber)(143), 천장부(150), 히터부(173) 및 제어부(191)를 포함한다.
본체(110)는 내부공간부(110a)를 형성할 수 있는 형태이면 어떠한 것이어도 무방하다. 도 1의 공기 밀도 제어 시스템(100)의 본체(110)는 대략 원통형의 형상으로 도시되어 있으나, 반드시 원통형일 필요는 없다. 다만, 공기 밀도 제어 시스템(100)이 보행로 등에 설치되는 점을 고려하면, 도 1에 도시된 것처럼 지면을 많이 차지하지 않는 원기둥 형상이 좋다. 아래에서 설명하는 것처럼, 에어 펌프(141)에 의한 상승기류를 형성하기에도 원기둥이 유리하다. 따라서 본체(110)는 세로방향으로 긴 원통형이 좋다.
본체(110)의 기둥 외면에는 외부 공기를 흡입하기 위한 흡기구(111)가 마련되고 상부에 외부로 공기를 배출하기 위한 배기구(113)가 마련됨으로써, 외부 공기를 유입하여 배출한다. 흡기구(111)를 통해 유입된 공기(이하, '흡입공기'라 함)는 흡기관(115)을 통해 에어 펌프(141)로 이송하며, 에어 펌프(141)에 의해 냉각 챔버(143)로 이송된다. 흡기구(111)는 흡기 밸브로 구현될 수 있고, 배기구(113)도 배기 밸브로 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 에어 존(x)의 공기 밀도를 균일하게 유지하기 위해, 배기구(113)는 본체(110)를 둘러싸는 360°모든 방향으로 공기를 배출하도록 설치되는 것이 좋다. 흡기구(111)는 반드시 그럴 필요는 없지만, 배기구(113)와 마찬가지로 본체(110)를 둘러싸는 전체 방향에서 외부 공기를 빨아들이는 것이 좋다. 도 2 및 도 3의 예에서, 흡기구(111)는 본체(110)의 어는 부분에 마련되어도 무방하지만, 천장부(150)의 상부에 마련됨으로써 상측의 대기를 흡입하는 것이 좋다. 아래에서 설명하는 것처럼, 천장부(150) 상측의 대기는 미세먼지가 포함된 공기일 가능성이 크기 때문이다.
공기정화부(130)는 흡기관(115)과 연결되어 흡입공기에 포함된 미세먼지 기타 불순물을 제거한다. 공기정화부(130)는 흡입공기에 포함된 미세먼지, 질소화합물(NOx), 기타 불순물의 제거대상에 적합한 필터를 사용하는 것이 좋다. 공기정화부(130)는 종래에 알려진 어떠한 방식을 사용해도 무방하다. 한편, 도 3의 예에서는, 본체(110)의 내부에 흡기관(115)과 연결된 내부 챔버(301)가 마련되고, 공기정화부(130)도 내부 챔버(301) 내에 수용된다.
에어 펌프(141)는 공기정화부(130)와 냉각 챔버(143) 사이에 마련되며, 제어부(191)의 제어에 따라 공기정화부(130)를 통과한 깨끗한 공기를 냉각 챔버(143)로 이송한다. 에어 펌프(141)는 흡기관(115) 또는 내부 챔버(301)에 음압을 만들어 외부 공기를 유입하는 기본 힘을 제공할 뿐만 아니라, 냉각 챔버(143)로 제공하는 공기의 양을 제어함으로써 배기구(113)를 통해 배출되는 공기의 밀도 제어에 영향을 준다.
냉각 챔버(143)는 에어 펌프(141)와 배기구(113) 사이에 마련된다. 냉각 챔버(143)와 배기구(113) 사이에는 배기관(117)이 따로 마련될 수도 있다. 냉각 챔버(143)는 냉각기(171)를 구비하여 내부 공기를 냉각시킴과 동시에 에어 펌프(141)에 의해 계속 내부의 찬 공기를 계속 압축함으로써, 배기구(113)를 통해 배출될 공기(이하, '배출공기'라 함)의 밀도를 높인다. 냉각된 찬 공기는 고밀도의 공기 덩어리가 된다. 샤를의 법칙에 따르면 공기의 밀도는 공기의 온도에 따라 변하며, 다음의 수학식 1로 표현할 수 있다.
Figure 112019035837279-pat00001
여기서, t는 기체의 온도이고, Vo는 0도에서의 기체의 부피이고, Vt는 t 온도에서의 기체의 부피이다. 기체 분자의 수가 일정한 상태에서 공기의 온도가 올라서 부피가 늘어나면 밀도는 낮아진다. 동일한 압력에서 공기의 온도가 5도 오르면 약 2%의 공기 밀도가 감소하고, 온도가 5도 떨어지면 2%의 공기 밀도가 증가한다.
고밀도의 찬 배출공기는 배기구(113)를 통해 배출되면서 중력에 의해 아래쪽으로 하강 기류를 형성함과 동시에 상대적으로 밀도가 낮은 주변의 더운 공기 쪽을 향하는 수평 방향의 힘이 작용하면서 주위에 고밀도의 찬 공기로 채워지는 에어 존(x)을 형성한다. 고밀도의 찬 공기와 주변의 더운 공기가 만나는 면에 공기막이 형성되어 에어 존(x)이 만들어진다. 에어 존(x)의 내부가 외부에 비해 밀도가 높기 때문에 외부로 향하는 공기의 유출은 있으나, 외부에서 에어 존(x) 즉 공기막 내부로의 공기 유입이 차단되는 효과가 있다.
도 3에서처럼, 공기 밀도 제어 시스템(100)이 차도(20)와 접한 보행로(30) 가장자리에 설치되면 더욱 강력한 에어 존(x)을 만들어, 차도(20)에서 발생하는 미세먼지나 질소 화합물이 에어 존(x)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 도심에서의 운행하는 차량은 배출가스, 타이어 분진, 도로 파쇄에 따른 미세먼지 외에도 질소 화합물 등을 배출하기 때문에 공기 오염의 주요한 원인 중 하나다. 도심에 태양 복사가 일어나는 한낮의 차도(20)는 보행로(30)에 비해 상대적으로 온도가 높고 공기 밀도가 낮다. 따라서 한낮의 도심에서는 보행로(30)에서 차도(20)로 향하는 기류가 있다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)이 배출하는 배출공기는 상대적으로 밀도가 높기 때문에 차도 방향으로의 기류를 강화시키면서 에어 존(x)을 더욱 강화한다. 따라서 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)은 도심의 차도(20)에 접한 보행로(30)에 깨끗한 공기로 채워지는 에어 존(x)을 만들 수 있다.
본체(110)의 상부에는 배기구(113)를 덮는 형태의 구조물인 천장부(150)가 배치되어 있다. 천장부(150)는 배기구(113)를 통해 배출되는 배출공기'를 공기 밀도 제어 시스템(100)의 측면으로 흐르도록 안내하는 역할을 함으로써 공기 밀도 제어 시스템(100)의 주위 공간에 일정한 에어 존(x)을 형성한다.
천장부(150)는 에어 존(x)의 상부 또는 그 일부를 덮을 수 있는 크기로 마련됨으로써, 배기구(113)를 통해 배출된 배출공기가 상측으로 분사되지 않을 뿐 아니라 측방으로 진행하도록 안내한다. 실시 예에 따라, 천장부(150)는 가장자리가 대략 아래쪽을 향하도록 경사지거나 수직하게 절곡됨으로써 배기구(113)에서 배출되는 깨끗한 공기가 에어 존(x)을 감싸듯한 형태로 유입되도록 한다. 천장부(150)는 투명한 소재로 구현되어 태양광이 에어 존(x)으로 입사되도록 할 수도 있고, 불투명 소재로 태양광을 가릴 수도 있다.
도 1에 도시된 천장부(150)는 가운데가 높고 가장자리가 낮은 우산 형상으로 구현되었고, 도 2의 천장부(150)는 중심부가 평평하고 가장자리에서 아래쪽으로 경사지거나 수직하게 절곡된 형태로 구현되었다. 배출공기는 천장부(150)에 의해 안내되어 본체(110)의 측면, 즉 에어 존(x)의 상측으로 공급된다. 결과적으로 배기구(113)를 통해 배출된 고밀도의 깨끗한 공기는 하강하면서 에어 존(x)에 채워졌다가 다시 흡기구(111)를 통해 공기 밀도 제어 시스템(100)로 유입되는 순환 구조가 생긴다. 에어 존(x)으로 그 외부의 공기가 당연히 유입될 수 있으나, 외부의 오염된 공기는 흡기구(111)를 통해 공기 밀도 제어 시스템(100)로 유입되어 정화된다.
본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)의 상층 공기는 에어 존(x)과 비교해 상대적으로 밀도가 낮기 때문에 에어 존(x) 내부로 유입되기 어렵다. 본 발명은 이러한 현상을 강화하기 위해, 천장부(150) 상부에 히터부(173)를 구비한다.
히터부(173)는 천장부(150) 상측의 공기를 고온으로 데운다. 천장부 상측의 공기는 에어 존(x) 내부와 달리 정화되지 않은 공기다. 히터부(173)에 의해 데워진 천장부 상측의 공기는 상승 기류를 형성하면서, 천장부(150) 상측의 공기 밀도가 낮아진다. 따라서 에어 존(x) 내부와 상층 대기 사이의 공기 밀도 차이로 인해, 에어 존(x)과 천장부(150) 상측 대기 사이의 순환이 발생하지 않게 된다. 히터부(173)와 냉각 챔버(143)를 구동하는 냉각기(171)는 하나의 히터 펌프(Heat Pump)에 의해 구동될 수 있다.
제어부(191)는 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(191)는 공기정화부(130)를 통과한 공기에 포함된 미세먼지의 농도, 냉각 챔버(143)의 온도, 배출공기의 온도 등을 검출하고, 그에 따라 에어 펌프(141)의 동작, 냉각기(171)의 동작, 히터부(173)의 동작 등을 제어한다.
제어부(191)의 제어에 따른 공기 밀도 제어 시스템(100)의 동작을 간단히 설명하면 다음과 같다. 에어 펌프(141)는 흡기관(115)과 공기정화부(130) 내에 음압을 형성하여 외기를 빨아들인다. 시스템(100) 내부로 유입된 흡입 공기는 공기정화부(130)를 통과하면서 정화된 상태로 냉각 챔버(143)로 공급된다. 냉각 챔버(143)로 공급된 공기는 냉각되면서 차가워지고 압축되면서 밀도가 높아지기 때문에, 배기구(113)를 통해 배출되는 배출공기는 고밀도의 정화된 공기다. 배기구(113)에서 배출된 배출공기는 천장부(150)에 의해 안내되면서 측방으로 진행하다가 하강 기류를 형성하면서 에어 존(x) 내에 정화된 깨끗한 공기를 제공한다. 동시에, 천장부(150)의 상부에 마련된 히터부(173)가 시스템(100) 상측의 공기를 데움으로써 에어 존(x)의 상층 공기가 에어 존(x)으로 유입되는 것을 차단한다.
실시 예 (도 3)
도 3에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 밀도 제어시스템(300)이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 흡기구(111)가 천장부(150)의 상측에 마련되어 있어서 상층 대기를 흡입하고, 배기구(113)가 천장부(150)의 바로 아래에 마련되어 천장부(150) 아래로 고밀도의 정화된 공기를 배출한다. 본체(110)의 내부 공간의 하단에는 공기정화부(130)를 수용하는 내부 챔버(301)가 마련되어 있고, 흡기관(115)이 흡기구(111)와 내부 챔버(301)를 상호 연결한다.
냉각 챔버(143)는 내부 챔버(301)의 상부에 마련되며, 공기정화부(130)의 배출구에 연결된 제1 배관(305)이 냉각 챔버(143)의 내부를 관통하여 냉각 챔버(143) 내부 위쪽까지 배치되어 있다. 에어 펌프(141)는 제1 배관(305)에 마련되어 있기 때문에, 공기정화부(130)에서 배출되는 깨끗한 공기는 제1 배관(305)을 통해 냉각 챔버(143)의 상부로 이송된다.
냉각 챔버(143)의 내부에는 실린더(303)가 수용되어 있는데, 실린더 상단은 제1 배관(305)에 연결되고 실린더 하단은 냉각 챔버(143) 내부에 개방되어 있다. 냉각 챔버(143)의 냉각기(171)는 실린더(303)의 상부에 마련되어 있다. 제1 배관(305)을 통해 배출되는 깨끗한 공기는 실린더(303)로 공급되면서 냉각기(171)에 의해 냉각된다. 냉각기(171)에 의해 냉각된 공기는 무거워지면서 실린더(303)를 따라 아래로 이송하게 되고 개방된 실린더 하단을 통해 냉각 챔버(143)의 다른 내부 공간에 채워진다. 에어 펌프(141)가 냉각 챔버(143)로 공급하는 공기의 양을 늘릴수록, 실린더(303) 내부에 냉각된 공기가 압축되고 냉각 챔버(143) 전체의 공기 밀도도 높아진다.
도 3의 배기 밸브(113a, 113b, 113c 포함)로 개별적으로 개폐된는 냉각 챔버(143)의 측면을 따라 360°방향 전체에 마련되어 있어서, 냉각 챔버(143) 내부에 압축되고 있는 냉각된 고밀도의 공기는 냉각 챔버(143)의 내부 압력에 의해 배기 밸브(113a, 113b, 113c 포함)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 도 3의 공기 밀도 제어시스템(300)은 히터부(173)의 상측을 덮고 측방을 개방하는 덮개(173a)를 포함한다. 덮개(173a)는 히터부(173)에 의해 데워진 공기가 수직으로 바로 상승하지 못하게 차단하는 역할을 한다.
실시 예: 에어존 제어
도 3의 공기 밀도 제어 시스템(300)은 본체(110)를 둘러싸는 360°모든 방향에 대해 비교적 균일하게 공기를 배출할 수도 있지만, 필요에 따라 특정 방향의 배기구(또는 배기 밸브)를 닫거나 열어서 고밀도의 찬 공기를 배출하는 방향을 제어할 수 있다. 이러한 제어를 통해 에어 존(x)의 형태를 제어한다.
도 3을 참조하면, 공기 밀도 제어 시스템(300)의 배기구는 도 1의 배기구(113)처럼 냉각 챔버(143)의 측면을 따라 360°방향 전체에 마련되어 있지만, 개별적으로 개폐되는 복수 개의 배기 밸브(113a, 113b, 113c 포함)로 구현되어 있다. 다시 말해, 제1 배기밸브(113a), 제2 배기밸브(113b) 및 제3 배기밸브(113c)를 포함하는 각각의 배기 밸브는 제어부(191)에 의해 개별적으로 개폐될 수 있다.
또한, 공기 밀도 제어 시스템(300)은 복수 개의 내부 센서부(311) 및 복수 개의 외부 센서부(313)를 더 포함한다. 내부 센서부(311)와 외부 센서부(313)는 각각 공기의 온도, 습도, 기압 또는 유속 등을 측정할 수 있는 하나의 센서 또는 그 선택된 센서들의 조합으로 구현할 수 있다. 도 3의 실시 예에서, 내부 센서부(311)는 본체(110)의 외면에 설치하고 외부 센서부(313)는 천장부(150)의 상면에 설치하되, 본체(110)를 둘러싸는 360°전체 방향을 복수 개의 구역으로 나누어 측정하는 것이 좋다. 예를 들어, 복수 개의 배기 밸브(113a, 113b, 113c 포함)의 설치 방향에 맞추어 내부 센서부(311)와 외부 센서부(313)를 설치해도 좋다.
제어부(191)는 내부 센서부(311) 및 외부 센서부(313)의 측정 결과를 기초로 배기 밸브(113a, 113b, 113c 포함)를 개방하는 방향을 결정함으로써 본체(110) 주변의 고밀도의 찬 공기를 배출하는 방향을 제어하고, 이를 통해 에어 존 내부로 공급하는 공기의 온도와 유량, 유속, 유출 방향 등을 제어하여 공기막을 형성하고 유지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(191)는 내부 센서부(311) 및 외부 센서부(313)의 측정결과를 기초로 공기의 흐름이 상대적으로 크지 않고 정체된 방향의 배기구를 닫아 고밀도 찬 공기의 공기를 제한할 수 있다.
예를 들어, 공기 밀도 제어 시스템(300)의 뒷편에 빌딩이 있고 앞쪽으로 차도가 있는 보행로에 설치되거나 버스 승강장과 같이 구조물 옆에 설치되면, 구조물이나 빌딩에 의해 공기의 흐름이 제한된다. 이런 경우에, 제어부(191)는 건물이나 구조물 쪽을 향하는 배기구를 닫아 고밀도 찬 공기의 공기를 제한할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (8)

  1. 옥외에 설치되는 공기 밀도 제어 시스템로서,
    적어도 하나의 흡기구와 배기구를 구비한 기둥 형상의 본체, 상기 배기구는 360°방향을 복수 개의 구역으로 나누어 개별적으로 개폐되는 복수 개의 배기 밸브를 구비하여 상기 본체의 주위 공간에 고밀도의 정화된 공기로 채워지는 에어 존을 생성함;
    상기 흡기구를 통해 유입되는 흡입공기를 정화하는 공기정화부;
    상기 흡기구와 배기구 사이에 마련되어 상기 흡입공기를 상기 배기구로 이송하는 에어 펌프(Air Pump); 및
    상기 에어 펌프와 배기구 사이에 마련되어 상기 배기구로 배출되는 공기를 냉각하여 고밀도로 압축하는 냉각 챔버;
    상기 본체의 상부를 덮어 상기 배기구를 통해 배출된 배출공기를 상기 본체 주위로 안내하는 천장부;
    상기 에어 존의 내부 공기의 온도, 유속, 밀도 중 적어도 하나를 검출하는 내부 센서부;
    상기 에어존의 외부 공기의 온도, 유속, 밀도 중 적어도 하나를 검출하는 외부 센서부; 및
    상기 내부 센서부와 외부 센서부의 측정결과를 기초로 상기 복수 개의 배기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천장부 상부에 마련되어 상기 천장부 상측의 공기를 데우는 히터부를 더 포함하여 상기 천장부 상측의 공기가 상기 주위 공간으로 하강하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각챔버는 상기 천장부의 가운데 아래쪽에 마련되고,
    상기 히터부는 상기 천장부의 가운데 위쪽에 마련되며,
    상기 냉각챔버와 히터부는 동일한 히터 펌프(Heat Pump)에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 챔버는,
    상단은 제1 배관에 연결되고 하단은 개방되어 있는 실린더;
    상기 에어 펌프와 상기 실린더의 상단을 연결하는 상기 제1 배관; 및
    상기 실린더의 상부에 마련되어 상기 히터 펌프에 의해 동작하는 냉각기를 내부에 구비하여 상기 에어 펌프에서 공급되는 공기를 냉각하고 상기 실린더 내부에서 고밀도로 압축하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 천장부는,
    가운데가 높고 가장자리가 낮은 돔 형상으로 마련되어 상기 배기구에서 배출된 배출공기를 상기 주위 공간을 향해 아래방향으로 안내하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
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