KR102289019B1 - Circulation air purifier system and apparatus of the same system based human respiratory circulatory system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 목표 정화 공간을 한정하는 정화공간 경계부 및 상기 정화공간 경계부 내의 공기를 정화하되, 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상에 형성된 기결정된 크기 이하의 기포 표면을 통한 기체 및 액체 사이의 정화 대상 물질의 이동을 이용하여 정화하는 정화유닛을 포함함으로써, 목표 정화 공간의 정화율을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.The present invention relates to a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system and an apparatus therefor, and more particularly, to a purification space boundary defining a target purification space and air in the purification space boundary, but on a gas flow path formed through a pressure gradient. By including a purification unit that purifies by using the movement of a substance to be purified between the gas and the liquid through the surface of the bubbles having a predetermined size or less formed on the surface, it is possible to improve the purification rate of the target purification space.
Description
본 발명은 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 목표 정화 공간 외부인 실외 오염원에 의한 실내 공기질 악화를 방지할 수 있는 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치 에 관한 것이다.The present invention relates to a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system and a device therefor, and more particularly, to a circulating air purification system imitation of the human respiratory circulatory system capable of preventing deterioration of indoor air quality due to outdoor pollutants outside the target purification space; and It's about the device.
일반적으로, 공기 정화 시스템 및 그 장치(공기 청정기)는, 목표 정화 공간 내부(이하, '실내'라 약칭함)에 배치되어 악화된 실내 공기질을 개선시키도록 작동되는 모든 시스템 및 장치를 포함한다.In general, an air purifying system and its device (air purifier) include all systems and devices disposed inside a target purifying space (hereinafter abbreviated as 'indoor') and operated to improve deteriorated indoor air quality.
실내 공기질은 재실자의 활동에 의하여 지속적으로 악화된다. 예로서, 취사활동 등에 의한 부유성 고상 물질(Particulate Matter, PM)의 발생 및 누적, 재실자의 호흡으로 인한 지속적인 이산화탄소의 누적, 또는 취사활동 및 고분자 화합물 사용으로 인한 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compound, VOC)의 누적 등을 들 수 있다.Indoor air quality is continuously deteriorated by the activities of occupants. For example, generation and accumulation of particulate matter (PM) due to cooking activities, continuous accumulation of carbon dioxide due to respiration of occupants, or volatile organic compounds (VOCs) due to cooking activities and use of high molecular compounds ), and the like.
이와 같은 실내 공기질 악화는, 특히, 이산화탄소(CO2) 및 VOC와 같은 기체 오염물질(Gas Pollutant, GP)로 인하여 종래의 내기 순환식 공기 정화장치로는 해소되기 힘들며, 오염된 실내 공기를 배출시킴과 동시에 실외 공기를 대량 유입시키는 외기 순환을 통해 해소하는 것이 일반적이다.Such deterioration of indoor air quality, in particular, is difficult to be resolved with a conventional air circulation type air purifier due to gas pollutants (Gas Pollutant, GP) such as carbon dioxide (CO2) and VOC, and the polluted indoor air is discharged. At the same time, it is common to eliminate it through outdoor air circulation that introduces a large amount of outdoor air.
그러나, 지름이 2.5㎛보다 작은 미세먼지(PM2.5) 등에 의한 실외 공기질 악화 현상은 외부 공기 유입을 통한 실내 공기질 개선 활동을 제약하고 있다. 즉, 실내 공기 정화는 실내, 외부의 효과적인 물질 교환 및 효과적인 물질 차단을 동시에 필요로 한다.However, the deterioration of outdoor air quality caused by fine dust (PM2.5) with a diameter smaller than 2.5 μm limits indoor air quality improvement activities through the inflow of external air. That is, indoor air purification requires effective material exchange and effective material interception indoors and outdoors.
이 문제의 해결을 위해, 종래의 일반 공기 정화 시스템은 공기 필터링 시스템을 가동시켜 정화된 외부 공기를 실내에 유입시키는 방법을 채택하여 왔다. 하지만, 상기 일반 공기 필터링 시스템의 경우, 1) 효과적인 배기 메커니즘의 부재로 인한 정화 효율 저하, 2) 주기적인 필터 교체 필요, 3) 기체 오염물질(대류권 오존(Tropospheric Ozone, O3) 등)의 실내 유입 등의 한계점을 가지고 있다.In order to solve this problem, a conventional general air purification system has adopted a method of introducing purified outside air into a room by operating an air filtering system. However, in the case of the general air filtering system, 1) purification efficiency is reduced due to the absence of an effective exhaust mechanism, 2) periodic filter replacement is required, and 3) gaseous pollutants (tropospheric ozone (O3), etc.) enter the room. It has limitations such as
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 흡입되는 오염된 공기에 물을 분무하여 공기를 정화하는 방식이 개시되었으나, 물 분무 방식은 흡입되는 공기의 양이 늘어나는 경우 정화 능력이 급격히 떨어지고, 오염된 공기와 물이 골고루 혼합되지 않아 먼지 등에 대한 여과 효율이 매우 낮은 문제점이 있다. 이와 같은 분무 방식의 공기 정화는 특정 오염 구역을 방역 및 방제하기에 적합하나, 일반 사무소 공간이나 가정집의 내부 공간을 정화하는 것에는 부적합하다.On the other hand, in order to solve this problem, a method of purifying air by spraying water on inhaled polluted air has been disclosed. Since water is not evenly mixed, there is a problem that the filtration efficiency for dust and the like is very low. This spray-type air purification is suitable for preventing and controlling a specific polluted area, but is not suitable for cleaning a general office space or the interior space of a home.
본 발명은 상기된 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실내에 누적된 부유성 고상 물질(PM)과 동시에, 종래 필터 기술로는 제거가 불가하던 기체 오염물질(GP)을 실외 오염물질의 유입 없이 지속적으로 제거할 수 있는 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above technical problem, and at the same time as the accumulated airborne solid matter (PM) in the room, the gas pollutant (GP), which cannot be removed by the conventional filter technology, is introduced into the outdoor pollutant. An object of the present invention is to provide a circulating air purification system and device that mimic the human respiratory circulatory system, which can be continuously removed without the need for continuous removal.
아울러, 본 발명은 기상 물질 중 인체에 필요한 기상 물질은 선택적으로 공급할 수 있는 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, it is another object of the present invention to provide a circulating air purification system imitation of the human respiratory circulatory system that can selectively supply a gaseous material necessary for the human body among gaseous materials, and an apparatus thereof.
또한, 본 발명은 인체의 호흡기 중 폐와 같이 기포의 내부 분압에 따른 용존 및 흡착 과정을 반복하는 가스 교환 메커니즘이 구현된 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system in which a gas exchange mechanism that repeats the dissolution and adsorption processes according to the internal partial pressure of air bubbles such as the lungs in the respiratory system of the human body is implemented, and an apparatus thereof do it with
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템의 일 실시예는, 목표 정화 공간을 한정하는 정화공간 경계부 및 상기 정화공간 경계부 내의 공기를 정화하되, 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상에 형성된 기결정된 크기 이하의 기포 표면을 통한 기체 및 액체 사이의 정화 대상 물질의 이동을 이용하여 정화하는 정화유닛을 포함한다.An embodiment of the circulating air purification system imitating the human respiratory circulatory system according to the present invention purifies the purified space boundary portion defining the target purification space and the air in the purification space boundary portion, formed on a gas flow path formed through a pressure gradient and a purification unit that purifies by using the movement of the substance to be purified between the gas and the liquid through the surface of the bubble of a predetermined size or less.
여기서, 상기 정화공간 경계부에 정의되는 목표 정화 공간은, 외부와 폐쇄된 독립적인 실내 공간을 포함할 수 있다.Here, the target purification space defined at the boundary of the purification space may include an independent indoor space closed from the outside.
또한, 상기 정화유닛은, 상기 정화공간 경계부의 내부에 위치되고, 실질적인 공기 정화를 위해 구동되는 내부 공기 정화부 및 상기 정화 공간 경계부의 외부에 위치되고, 상기 내부 공기 정화부와 연통되게 연결되어 상기 액체를 순환시키는 외부 공기 정화부를 포함할 수 있다.In addition, the purification unit is located inside the boundary of the purification space, an internal air purification unit driven for actual air purification, is located outside the boundary of the purification space, is connected in communication with the internal air purification unit, and the It may include an external air purification unit for circulating the liquid.
또한, 상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는, 상기 정화공간 경계부 내부의 공기 또는 상기 정화공간 경계부 외부의 공기(이하, '외측 공기'라 칭함)를 흡입하는 흡입 챔버, 상기 흡입 챔버로 흡입된 상기 외측 공기를 정화하는 정화 챔버 및 상기 정화 챔버로부터 공급된 공기를 상기 외측 공기가 존재하는 측으로 배기하는 배기 챔버를 포함하는 정화 케이스를 포함할 수 있다.In addition, the internal air purifier and the external air purifier may include a suction chamber that sucks air inside the boundary of the purification space or air outside the boundary of the purification space (hereinafter referred to as 'outside air'), and the suction chamber is sucked into the suction chamber. and a purification case including a purification chamber for purifying the exhausted outside air and an exhaust chamber for exhausting the air supplied from the purification chamber to a side where the outside air exists.
또한, 상기 정화 챔버의 내부에 구비된 액체는, 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체를 포함하는 작동 유체일 수 있다.In addition, the liquid provided inside the purification chamber may be a working fluid including water or a polar fluid having a predetermined polarity.
또한, 상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는, 상기 정화 챔버와 상기 흡입 챔버의 경계 및 상기 정화 챔버와 상기 배기 챔버의 경계에 구획되게 배치되고, 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나를 포함하는 작동 유체의 유실을 방지함과 아울러 상기 정화 챔버 내에 상기 기결정된 크기의 기포를 생성하는 관통막(Through-Hole Membrane: THM)을 더 포함할 수 있다.In addition, the internal air purifier and the external air purifier are disposed to be partitioned at a boundary between the purification chamber and the suction chamber and a boundary between the purification chamber and the exhaust chamber, and may contain water filled in the purification chamber or a predetermined polarity. It may further include a through-hole membrane (THM) that prevents the loss of a working fluid including any one of the polar fluids having
또한, 상기 관통막은, 소수성 엘라스토머 관통막(Hydrophobic Elastomer THM)을 포함할 수 있다.In addition, the pass-through layer may include a hydrophobic elastomer THM.
또한, 상기 소수성 엘라스토머 관통막은, 막 표면에서 상기 정화 챔버 내에 형성되는 상기 기포의 크기가 소정 크기로 한정되는 탄성을 가질 수 있다.In addition, the hydrophobic elastomer penetrating film may have elasticity such that the size of the bubbles formed in the purification chamber on the surface of the film is limited to a predetermined size.
또한, 상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는, 각각의 상기 정화 챔버를 연통시키되, 상기 내부 공기 정화부의 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체를 포함하는 작동 유체를 상기 외부 공기 정화부의 상기 정화 챔버로 배출하는 배출 펌프가 구비된 작동유체 배출관 및 각각의 상기 정화 챔버를 연통시키되, 상기 외부 공기 정화부의 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 및 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나를 포함하는 작동 유체를 상기 내부 공기 정화부의 상기 정화 챔버로 공급하는 공급 펌프가 구비된 작동유체 공급관을 더 포함할 수 있다.In addition, the internal air purifying unit and the external air purifying unit communicate with each of the purifying chambers, and supply a working fluid including water or a polar fluid having a predetermined polarity filled in the purifying chamber of the internal air purifying unit. A working fluid discharge pipe provided with a discharge pump for discharging to the purification chamber of the external air purification unit communicates with each of the purification chambers, and any one of water filled in the purification chamber of the external air purification unit and a polar fluid having a predetermined polarity It may further include a working fluid supply pipe provided with a supply pump for supplying the working fluid including one to the purification chamber of the internal air purification unit.
또한, 상기 배출 펌프 및 상기 공급 펌프는, 상기 정화 챔버 내의 상기 외측 공기가 형성하는 기포의 내부 분압을 고려하여 작동 제어될 수 있다.In addition, the discharge pump and the supply pump may be operated in consideration of an internal partial pressure of a bubble formed by the outside air in the purification chamber.
또한, 상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는, 상기 외측 공기의 공기 유동이 이루어지도록 압력 구배를 형성하는 압력구배 형성부를 더 포함할 수 있다.In addition, the internal air purifying unit and the external air purifying unit may further include a pressure gradient forming unit for forming a pressure gradient so that the air flow of the outside air is made.
또한, 상기 압력구배 형성부는, 상기 흡입 챔버 측에 구비되어 상기 외측 공기를 소정의 흡입압으로 흡입하는 공기 흡입팬 및 상기 배기 챔버 측에 구비되어 상기 외측 공기를 소정의 배출압으로 배출하는 공기 배출팬으로 구비될 수 있다.In addition, the pressure gradient forming unit is provided on the side of the suction chamber, an air suction fan for sucking the outside air at a predetermined suction pressure, and an air exhaust provided on the side of the exhaust chamber to discharge the outside air at a predetermined discharge pressure. A fan may be provided.
또한, 상기 압력구배 형성부는, 상기 흡입 챔버 측의 압력이 상기 배기 챔버 측의 압력보다 크도록 작동 제어될 수 있다.In addition, the pressure gradient forming unit may be operated so that the pressure on the suction chamber side is greater than the pressure on the exhaust chamber side.
또한, 상기 정화 대상 물질은, 상기 외측 공기에 포함된 이산화탄소, 오존 및 기상의 부유성 고상물질을 포함할 수 있다.In addition, the purification target material may include carbon dioxide, ozone, and gaseous suspended solids contained in the outside air.
본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화의 일 실시예는, 외측 공기를 흡입하는 흡입 챔버, 상기 흡입 챔버로 흡입된 상기 외측 공기를 정화하는 정화 챔버 및 상기 정화 챔버로부터 공급된 정화 공기를 상기 외측 공기가 존재하는 측으로 배기하는 배기 챔버를 포함하는 정화 케이스, 상기 정화 챔버와 상기 흡입 챔버의 경계 및 상기 정화 챔버와 상기 배기 챔버의 경계면에 구획되게 배치되고, 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 및 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나를 포함하는 작동 유체의 유실을 방지하는 관통막 및 상기 외측 공기의 공기 유동이 이루어지도록 압력 구배를 형성하는 압력구배 형성부를 포함한다.An embodiment of the circulating air purification imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention includes a suction chamber for sucking outside air, a purification chamber for purifying the outside air sucked into the suction chamber, and purified air supplied from the purification chamber. A purification case including an exhaust chamber exhausting the outside air to the side, a boundary between the purification chamber and the suction chamber, and a boundary surface between the purification chamber and the exhaust chamber, the water filled in the purification chamber; and a through-membrane for preventing the loss of a working fluid containing any one of polar fluids having a predetermined polarity, and a pressure gradient forming unit for forming a pressure gradient so that an air flow of the outside air is made.
본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.According to an embodiment of the circulating air purification system and the device for imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention, the following various effects can be achieved.
첫째, 목표 정화 공간의 기상 부유성 고상 물질(PM)뿐만 아니라 기상 오염물질(GP) 또한 제거할 수 있으므로, 정화율을 현저히 높일 수 있는 효과를 가진다.First, since it is possible to remove not only the gaseous suspended solid matter (PM) but also the gaseous pollutants (GP) of the target purification space, it has the effect of remarkably increasing the purification rate.
둘째, 기상 물질 중 인체에 필요한 기상 물질(예를 들면, 산소(O2))을 선택적으로 공급함과 아울러, 인체에 해로운 기상 오염물질(예를 들면, 이산화탄소(CO2) 또는 오존(O3))은 능동적으로 제거하거나 유입을 차단함으로써, 다양한 공기 정화 설계가 가능한 효과를 가진다.Second, as well as selectively supplying gaseous substances necessary for the human body (for example, oxygen (O2)) among gaseous substances, gaseous pollutants harmful to the human body (for example, carbon dioxide (CO2) or ozone (O3)) are actively By removing or blocking the inflow, various air purification designs have a possible effect.
또한, 본 발명은 인체의 호흡기 중 폐와 같이 기포의 내부 분압에 따른 용존 및 흡착 과정을 반복하는 가스 교환 메커니즘을 구현하여 보다 강력한 정화율을 구현할 수 있는 효과를 가진다.In addition, the present invention has the effect of implementing a more powerful purification rate by implementing a gas exchange mechanism that repeats the dissolution and adsorption processes according to the internal partial pressure of air bubbles, such as the lungs in the respiratory system of the human body.
도 1은 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예를 나타낸 개념도이고,
도 2는 도 1의 구성 중 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 장치의 일 실시예를 나타낸 사시도이며,
도 3은 인간의 호흡계와 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템을 비교한 시스템 비교도이고,
도 4는 종래의 에어 필터를 이용한 공기 정화 모습을 나타낸 개념도이며,
도 5는 도 2의 구성 중 정화 챔버 내에서의 구체적인 작용도이고,
도 6은 오염 농도별 감소량을 나타낸 그래프이며,
도 7은 기포 크기별 오염 제거 시간을 나타낸 그래프이고,
도 8은 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 실험 전후를 나타낸 목표 정화 공간의 상태를 비교한 사진이다.1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a circulating air purification system and its device imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention;
Figure 2 is a perspective view showing an embodiment of a circulating air purification device that mimics the human respiratory circulatory system in the configuration of Figure 1;
3 is a system comparison diagram comparing the human respiratory system and the human respiratory circulatory system imitation circulation air purification system according to the present invention,
4 is a conceptual diagram showing a state of air purification using a conventional air filter,
Figure 5 is a detailed operation diagram in the purification chamber of the configuration of Figure 2,
6 is a graph showing the amount of reduction by pollution concentration,
7 is a graph showing the decontamination time for each bubble size,
8 is a photograph comparing the state of the target purification space showing before and after the experiment of the circulating air purification system imitating the human respiratory circulatory system and the device according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of a circulating air purification system and device for imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the essence, order, or order of the components are not limited by the terms. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
도 1은 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 구성 중 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 장치의 일 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 3은 인간의 호흡계와 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템을 비교한 시스템 비교도이고, 도 4는 도 2의 구성 중 정화 챔버 내에서의 공기 정화 모습을 나타낸 개념도이며, 도 5는 도 4의 구체적인 작용도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a circulating air purification system imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention and a device thereof, and FIG. 3 is a system comparison diagram comparing the human respiratory system and the circulating air purification system imitating the human respiratory circulatory system according to the present invention, and FIG. It is a conceptual diagram, and FIG. 5 is a detailed operation diagram of FIG. 4 .
본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예는, 도 1 내지 도 5에 참조된 바와 같이, 목표 정화 공간(C)을 한정하는 정화공간 경계부(10)와, 정화공간 경계부(10) 내의 공기를 정화하되, 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상에 형성된 기결정된 크기 이하의 기포 표면을 통한 기체 및 액체 사이의 정화 대상 물질의 이동을 이용하여 정화하는 정화유닛(100A,100B)(이하, 본 발명에 따른 순환식 공기 정화 장치(100A,100B)로 정의할 수 있음)을 포함한다.An embodiment of the circulating air purification system and the device imitating the human respiratory circulatory system according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 5 , a purification
여기서, 정화공간 경계부(10)에 의하여 정의(한정)되는 목표 정화 공간(C)은, 외부와 폐쇄된 독립적인 실내 공간을 포함하는 개념일 수 있다. 즉, 일반 건물의 각 실내 공간을 구획하는 '벽'으로 이해될 수 있음은 물론, 실내 공기와 실외 공기가 차단되어 인위적인 유동력이 제공되지 않는 한 상호 혼합되지 않는 임의의 구획 수단을 모두 포함할 수 있다. 일 예로 후술하는 도 8에 참조된 바와 같이, 실험을 위하여 구축한 투명 구획 케이스도 이에 해당될 수 있다.Here, the target purification space C defined (limited) by the purification
본 발명의 일 실시예에서, 정화공간 경계부(10) 내측 공간으로써 목표 정화 공간(C)은, 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상에서 기포 표면을 통해 정화되는 메커니즘을 제공한다. 이는 인체의 호흡 순환계의 작동원리를 발전시킨 것으로서, 도 3에 참조된 바와 같이, 인체의 폐에서 일어나는 가스 교환인 '외호흡'가ㅘ 신체 내부의 각 말단 조직(Peripheral Tissue) 내 모세혈관에서 일어나는 가스 교환인 '내호흡' 및, 이 두 작용을 매개하는 혈액의 순환 원리를 응용 발전시킨 것이다. 본 발명의 정화공간은 인체의 내부에 대응되고, 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)는 각각 '내호흡'과 '외호흡'이 일어나는 신체 말단 조직 내부 모세혈관 및 폐에 대응되며, 혈액은 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B) 사이를 순환하는 작동 유체에 대응되는 것으로 이해할 수 있다. 보다 구체적인 가스 교환의 메커니즘은 각각의 해당 부분에서 상세하게 설명하기로 한다.In one embodiment of the present invention, the target purification space C as the space inside the
정화유닛(100A,100B)은, 도 1 및 도 3에 참조된 바와 같이, 정화공간 경계부(10)의 내부에 위치되고, 실질적인 공기 정화를 위해 구동되는 내부 공기 정화부(100A)와, 정화공간 경계부(10)의 외부에 위치되고, 내부 공기 정화부(100A)와 연통되게 연결되어 액체를 순환시키는 외부 공기 정화부(100B)를 포함할 수 있다.The
도 3을 참조하면, 외부 공기 정화부(100B)는 폐와 같이 정화공간(인체의 내부에 해당) 외부의 가스 교환기 역할을 수행하고, 내부 공기 정화부(100A)는 인체 내부의 말단 부위의 모세혈관과 같이 가스 교환기 역할을 수행한다. 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)는 인체의 혈액에 해당하는 유체(후술하는 작동 유체)에 의하여 그 순환이 매개되는 바, 일례로 산소(O2)와 같이 외부 공기 정화부(100B)를 통해 순환하는 액체(작동 유체)에 녹아든 기체는 액체 순환에 따라 내부 공기 정화부(100A)로 이동된 후 기화되어 실내로 공급될 수 있고, 반대로 이산화탄소(CO2)와 같이 내부 공기 정화부(100A)를 통해 순환되는 액체(작동 유체)에 녹아든 기체는 외부 공기 정화부(100B)로 이동된 후 기화되어 실외로 배출될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the external
즉, 내부 공기 정화부(100A)는, 정화 대상인 목표 정화 공간(C) 내부의 공기를 흡입하여 실질적으로 목표 정화 공간(C) 내의 공기를 정화하는 기능을 수행하고, 외부 공기 정화부(100B)는, 내부 공기 정화부(100A)를 통해 정화되어 필터링된 오염된 상태의 정화 대상 물질을 외부로 배출하거나, 필터링할 정화 대상 물질을 내부 공기 정화부(100A) 측으로 공급하는 기능을 수행할 수 있다.That is, the internal
내부 공기 정화부(100A)와 외부 공기 정화부(100B)는 액체(후술하는 작동 유체)가 상호 연통되어 유동되도록 구비되어, 액체 속의 오염된 상태의 정화 대상 물질을 가스 교환 메커니즘을 통해 이동시킴으로써 정화 기능을 수행하게 된다.The internal
보다 상세하게는, 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)는, 도 1 내지 도 3에 참조된 바와 같이, 정화공간 경계부(10) 내부의 공기 또는 정화공간 경계부(10) 외부의 공기(이하, '외측 공기'라 칭함)를 흡입하는 흡입 챔버(C1)와, 흡입 챔버(C1)로 흡입된 외측 공기를 정화하는 정화 챔버(C3)와, 정화 챔버(C3)로부터 공급된 공기를 외측 공기가 존재하는 측으로 배기하는 배기 챔버(C2)를 포함하는 정화 케이스(110)를 포함할 수 있다.In more detail, the internal
내부 공기 정화부(100A)는, 정화공간 경계부(10) 내부에 존재하는 외측 공기를 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입하고, 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입된 외측 공기를 배기 챔버(C2)와의 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상으로 유동시키되, 그 사이에 위치된 정화 챔버(C3)를 통과시키면서 실질적인 가스 교환이 이루어지도록 한 후, 배기 챔버(C2)로 유동된 정화 공기를 다시 정화공간 경계부(10) 내부의 외측 공기가 존재하는 측으로 배기하는 것을 반복한다.The
외부 공기 정화부(100B) 또한 정화공간 경계부(10) 외부에 존재하는 외측 공기를 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입하고, 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입된 외측 공기를 배기 챔버(C2)와의 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상으로 유동시키되, 그 사이에 위치된 정화 챔버(C3)를 통과시키면서 실질적인 가스 교환이 이루어지도록 한 후, 배기 챔버(C2)로 유동된 정화 공기를 다시 정화공간 경계부(10) 외부의 외측 공기가 존재하는 측으로 배기하는 것을 반복한다.The external
여기서, 정화 챔버(C3)의 내부의 액체는, 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나인 작동 유체일 수 있다. 작동 유체는, 내부 공기 정화부(100A)와 외부 공기 정화부(100B)의 각 정화 챔버(C3)를 연통되게 일방향으로 유동될 수 있다.Here, the liquid inside the purification chamber C3 may be a working fluid that is either water or a polar fluid having a predetermined polarity. The working fluid may flow in one direction to communicate with each of the purification chambers C3 of the internal
여기서, 작동 유체에는, 특정 기상 오염물질(GP)의 선택적 및 효과적 제거를 위해 CaCO3, NaHCO3 등의 촉매 물질이 첨가될 수 있다. CaCO3 및 NaHCO3는 이산화탄소(CO2)의 효과적인 포집을 위한 것이다. 이러한 촉매 물질을 통한 기상 오염물질의 선택적 및 효과적 제거는 작동 유체의 pH 조절(예를 들면, NaHCO3) 또는 염 생성(예를 들면, CaCO3) 등을 통해 가능할 수 있다.Here, a catalyst material such as CaCO3 or NaHCO3 may be added to the working fluid for selective and effective removal of specific gaseous pollutants (GP). CaCO3 and NaHCO3 are for effective capture of carbon dioxide (CO2). Selective and effective removal of gaseous pollutants through such catalytic materials may be possible through pH adjustment of the working fluid (eg NaHCO3) or salt formation (eg CaCO3) or the like.
작동 유체는, 도 1 및 도 3에 참조된 바와 같이, 내부 공기 정화부(100A)에서 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입된 정화공간 경계부(10) 내부의 외측 공기에 존재하는 오염된 공기인 정화 대상 물질을 용존시키는 형태로 가스 교환한다.1 and 3, the working fluid is purified air that is polluted air existing in the outside air inside the purification
반대로, 작동 유체는, 도 1 및 도 3에 참조된 바와 같이, 외부 공기 정화부(100B)에서 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입된 정화공간 경계부(10) 내부의 외측 공기에 존재하는 오염된 공기인 정화 대상 물질을 용존시키는 형태로 가스 교환한다.Conversely, the working fluid, as shown in FIGS. 1 and 3 , is contaminated air present in the outside air inside the purified
한편, 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)는, 정화 챔버(C3)와 흡입 챔버(C1)의 경계 및 정화 챔버(C3)와 배기 챔버(C2)의 경계에 구획되게 배치되고, 정화 챔버(C3) 내에 충진된 작동 유체의 유실을 방지함과 아울러 정화 챔버(C3) 내에 기결정된 크기의 기포를 생성하는 관통막(Through-Hole Membrane: THM)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the internal
관통막은, 압력 구배를 통해 형성된 기체의 유동로 상에서 기체는 통과시키되 액체(또는 작동 유체)는 통과시키지 않는 특수 재질로 이루어지되, 기체가 유동 방향으로 통과하면서 액체(또는 작동 유체) 내부에서 기결정된 크기 이하의 기포를 무수히 많이 생성하는 역할을 수행한다.The penetrating membrane is made of a special material that passes gas but does not pass liquid (or working fluid) on a gas flow path formed through a pressure gradient. It plays a role in generating countless number of air bubbles below the size.
여기서, 관통막은 소수성 엘라스토머 관통막(Hydrophobic Elastomer THM)을 포함할 수 있다. 소수성 엘라스토머 관통막은, 막 표면에서 정화 챔버(C3) 내에 형성되는 기포의 크기가 기결정된 크기 이하로 한정되는 탄성을 가지는 것이 바람직하다.Here, the penetration layer may include a hydrophobic elastomer THM. The hydrophobic elastomer penetrating film preferably has elasticity such that the size of the bubbles formed in the purification chamber C3 on the surface of the film is limited to a predetermined size or less.
일반적으로 소형 기체 방울(기포)의 생성을 위해 잘 알려진 기술은 다공성 고형물질을 이용한 것이다. 다공성 고형물질(예를 들면, 특정 품종의 나무조각, 다공성 세라믹 등)을 유체 내부에 담근 뒤, 그 내부로 공압을 인가하면 수 마이크로 미터 수준의 미세 기체 방울이 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 다공성 고형물질의 이용은, 그 자체가 필터로서 작용하므로, 기상 부유성 고상물질(PM)을 포함한 기체의 유입의 경우 관로 폐색에 의한 지속적인 성능 감소가 우려된다.In general, a well-known technique for the generation of small gas bubbles (bubbles) is to use a porous solid material. After immersing a porous solid material (eg, a piece of wood of a specific type, porous ceramic, etc.) in a fluid, and then applying air pressure into the fluid, fine gas bubbles with a level of several micrometers can be generated. However, since the use of such a porous solid material acts as a filter itself, in the case of inflow of a gas including a gaseous suspended solid material (PM), there is a concern about a continuous decrease in performance due to blockage of the pipeline.
그러므로, 본 발명에서는, 관통막을 소수성 엘라스토머 관통막으로 채용하여 적용하되, 기포의 크기가 상술한 기결정된 크기 이하로 생성되는 탄성을 가지도록 한정 채용함이 바람직하다.Therefore, in the present invention, the penetrating film is applied as a hydrophobic elastomer penetrating film, but it is preferable that the size of the cells is limited to have elasticity generated below the predetermined size described above.
소수성 엘라스토퍼 관통막은, 그 양단에 압력 구배가 형성되는 경우, 추가적인 진동력을 부가하는 장치의 도움 없이도 팽창 및 수축을 반복하면서 진동하게 되는 특수성을 가진다. 즉, 기체가 통과된 후에는 수축하였다가 점진적으로 팽창하는 것을 반복하게 되는 바, 이러한 진동으로 인해 관통막 표면에서의 기포 성장(bubble growth)이 억제되어 미세 기체 방울(기포)이 지속적으로 생성됨을 알 수 있다.When a pressure gradient is formed at both ends of the hydrophobic elastomer penetrating membrane, it has a characteristic that it vibrates while repeating expansion and contraction without the aid of a device that applies additional vibration force. In other words, after the gas passes, it contracts and expands gradually. This vibration suppresses bubble growth on the surface of the penetration membrane, thereby continuously generating fine gas bubbles (bubbles). Able to know.
종래의 에어 필터(Air-filter)의 경우, 도 4에 참조된 바와 같이, 그 원리 상 기상의 부유성 고상입자(Particulate Matter, PM)만을 걸러낼 수 있고, 기체에 포함된 기상 오염물질(Gaseous Pollutant, GP)은 제거하지 못하는 문제점이 있었다. 다만, 최근에는 활성탄소와 같은 흡착성 다공성 물질을 이용하여 제한적으로 기상 오염물질(GP)의 제거가 상용화된 예가 있으나, 이산화탄소(CO2) 또는 오존(O3) 등과 같은 저분자 물질에 대해서는 뚜렷한 한계점이 존재했다.In the case of a conventional air-filter, as shown in FIG. 4 , in principle, only particulate matter (PM) in the gas phase can be filtered, and gaseous pollutants contained in the gas (Gaseous) Pollutant, GP) had a problem that could not be removed. However, recently, there have been commercial examples of limited gaseous pollutant (GP) removal using adsorbent porous materials such as activated carbon, but there are distinct limitations for low molecular weight substances such as carbon dioxide (CO2) or ozone (O3). .
본 발명의 일 실시예에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치는, 상술한 에어 필터의 문제점을 해결하여, 기상 부유성 고상입자(PM)뿐만 아니라 기상 오염물질(GP) 또한 용이하게 제거하고, 나아가 정화공간 경계부(10)의 내부에 유익한 공기 성분을 능동적으로 공급할 수 있는 원리를 착안하여 개시한다.The circulating air purification system and its device imitation of the human respiratory circulatory system according to an embodiment of the present invention solve the problems of the above-described air filter, so that not only the airborne solid particles (PM) but also the gaseous pollutants (GP) are easy It starts by focusing on the principle of actively supplying beneficial air components to the interior of the purified
보다 상세하게는, 상술한 가스 교환 원리는, 도 5에 참조된 바와 같이, 흡입 챔버(C1)를 통해 흡입된 외측 공기 속에 포함된 기상 부유성 고상물질(PM) 및 기상 오염물질(GP)은 정화 챔버(C3) 내부에 관통막에 의하여 형성된 기결정된 크기 이하의 기포(Air bubble) 속에 갇혀서 압력 구배를 통해 형성된 기체의 유동 방향으로 정화 챔버(C3) 내부에서 이동된다.In more detail, the above-described gas exchange principle is, as shown in FIG. 5 , gaseous suspended solids (PM) and gaseous pollutants (GP) contained in the outside air sucked through the suction chamber C1 are It is trapped in an air bubble of a predetermined size or less formed by the penetrating membrane in the purification chamber C3 and moves in the purification chamber C3 in the flow direction of the gas formed through the pressure gradient.
이때, 기포를 확대하면 기포와 액체(또는 작동 유체)가 만나는 경계면에서 기포의 내부 분압 차이에 의한 용존 및 흡착 현상이 매우 활발하게 일어남을 알 수 있다. 상대적으로 크기가 작은 기포 내부의 기상 오염물질(GP)은 액체(또는 작동 유체)로 용존되고, 상대적으로 크기가 큰 기포 내부의 기상 부유성 고상물질(PM)은 액체(또는 작동 유체)에 의하여 흡착되어 액체 측으로 유동된다.At this time, when the bubble is enlarged, it can be seen that the dissolution and adsorption phenomenon due to the difference in the internal partial pressure of the bubble occurs very actively at the interface where the bubble and the liquid (or working fluid) meet. The gaseous pollutants (GP) inside the relatively small bubbles are dissolved as a liquid (or working fluid), and the gaseous suspended solid substances (PM) inside the relatively large bubbles are dissolved by the liquid (or working fluid). It is adsorbed and flows to the liquid side.
상기와 같이, 유체(작동 유체 또는 물) 내부의 기포를 이용한 공기 정화 방식의 유사한 기술이 적용된 예로는, 목표 정화 공간(C)의 공기를 정화하기 위하여 액체를 분무하는 형태를 취한 것을 들 수 있다. 이는, 기포를 이용한 공기 정화 측면에서는 본 발명의 일 실시예와 유사하나, 본 발명에 따른 순환식 공기 정화 시스템 및 장치의 일 실시예는 액체 내부에 기포를 형성하여 소정의 공기 유동로를 따라 정화 대상 물질을 정화하기 위한 것과는 반대 개념의 기술적 구성을 가진다.As described above, as an example to which a similar technology of the air purification method using air bubbles in the fluid (working fluid or water) is applied, there is a type of spraying a liquid to purify the air in the target purification space (C). . This is similar to the embodiment of the present invention in terms of air purification using bubbles, but in an embodiment of the circulating air purification system and apparatus according to the present invention, bubbles are formed in the liquid to purify along a predetermined air flow path. It has a technical composition opposite to that for purifying the target material.
편의상 전자의 정화 시스템을 water-in-air system이라고 칭하고, 본 발명의 일 실시예를 air-in-water system이라 칭한다. 유사하게 기포를 이용한 공기 정화 방식이더라도, 기포가 형성하는 액체-기체 사이의 경계면을 통한 정화 대상 물질의 이동은 닫힌 공간(예, 기포) 내에서 보다 원활하게 이루지기 때문에 water-in-air system인 전자의 기술보다 본 발명의 일 실시예에 따른 air-in-water system의 정화 효율이 매우 우수함을 알 수 있다. water-in-air system의 경우에는, 기체에서 액체로의 물질 이동은 확산 및 대류가 복합적으로 발생하는 원리인 바, 물질 이동의 효율이 air-in-water system보다 현저히 떨어진다.For convenience, the former purification system is called a water-in-air system, and an embodiment of the present invention is called an air-in-water system. Similarly, even in the air purification method using bubbles, the movement of the purification target material through the liquid-gas interface formed by the bubbles is more smoothly performed in a closed space (eg, bubbles), so it is a water-in-air system. It can be seen that the purification efficiency of the air-in-water system according to an embodiment of the present invention is very superior to that of the former technique. In the case of a water-in-air system, mass transfer from a gas to a liquid is a principle in which diffusion and convection occur in a complex manner, so the efficiency of mass transfer is significantly lower than that of an air-in-water system.
한편, 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)는, 외측 공기의 공기 유동이 이루어지도록 상술한 압력 구배를 형성하는 압력구배 형성부(130)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the internal
압력구배 형성부(130)는, 도 1 및 도 2에 참조된 바와 같이, 흡입 챔버(C1) 측에 구비되어 외측 공기를 소정의 흡입압으로 흡입하는 공기 흡입팬(130a)과, 배기 챔버(C2) 측에 구비되어 외측 공기를 소정의 배출압으로 배출하는 공기 흡입팬(130b)으로 구비될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the pressure gradient forming unit 130 includes an air suction fan 130a provided on the suction chamber C1 side to suck outside air at a predetermined suction pressure, and an exhaust chamber ( It may be provided as an air suction fan 130b provided on the C2) side to discharge outside air at a predetermined discharge pressure.
본 발명의 일 실시예에서는, 압력구배 형성부(130)를 각각 공기 흡입팬(130a)과 공기 흡입팬(130b)으로 한정하여 설명하고 있으나, 외측 공기를 흡입 챔버(C1)를 통하여 흡입하여 배기 챔버(C2)를 통해 배출함에 있어서, 소정의 압력 구배를 형성하는 것이 가능한 구성이라면 여하한 명칭을 가진 구성의 채용도 가능함은 당연하다고 할 것이다.In one embodiment of the present invention, the pressure gradient forming unit 130 is described as being limited to the air intake fan 130a and the air intake fan 130b, respectively, but the outside air is sucked in and exhausted through the intake chamber C1. In discharging through the chamber (C2), it will be of course possible to adopt a configuration having any name as long as it is possible to form a predetermined pressure gradient.
바람직하게는, 압력구배 형성부(130)는, 흡입 챔버(C1) 측의 압력이 배기 챔버(C2) 측의 압력보다 크도록 작동 제어될 수 있다. 따라서, 외측 공기는 공기 흡입팬(130a)의 흡입압에 의하여 흡입 챔버(C1)로 용이하게 유입된 후, 정화 챔버(C3)의 작동 유체 상에서 흡입 챔버(C1)와 정화 챔버(C3) 사이의 경계를 구획하도록 배치된 하부 관통막(120a)에 의해 형성된 무수히 많은 기결정된 크기 이하의 기포 형태로 소정의 기체 유동로를 형성하면서 유동된 후 정화 챔버(C3)와 배기 챔버(C2) 사이의 경계를 구획하도록 배치된 상부 관통막(120b)을 관통하여 배기 챔버(C2)로 유동되었다가 배기 챔버(C2)에 구비된 공기 흡입팬(130b)의 배출압에 의해 외측 공기가 위치된 측으로 배기되는 것이다.Preferably, the pressure gradient forming unit 130 may be operated so that the pressure on the side of the intake chamber (C1) is greater than the pressure on the side of the exhaust chamber (C2). Therefore, after the outside air is easily introduced into the suction chamber C1 by the suction pressure of the air suction fan 130a, the air between the suction chamber C1 and the purification chamber C3 is formed on the working fluid of the purification chamber C3. The boundary between the purification chamber C3 and the exhaust chamber C2 after flowing while forming a predetermined gas flow path in the form of innumerable bubbles of a predetermined size or less formed by the
한편, 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)는, 각각의 정화 챔버(C3)를 연통시키되, 내부 공기 정화부(100A)의 정화 챔버(C3) 내부에 충진된 작동 유체를 외부 공기 정화부(100B)의 정화 챔버(C3)로 배출하는 배출 펌프(P1)가 구비된 작동유체 배출관(150)과, 각각의 정화 챔버(C3)를 연통시키되, 외부 공기 정화부(100B)의 정화 챔버(C3) 내에 충진된 작동 유체를 내부 공기 정화부(100A)의 정화 챔버(C3)로 공급하는 공급 펌프(P2)가 구비된 작동유체 공급관(160)을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the internal
작동유체 배출관(150) 및 작동유체 공급관(160)은, 각각 내부 공기 정화부(100A)의 정화 챔버(C3) 및 외부 공기 정화부(100B)의 정화 챔버(C3)의 다른 위치에 양단이 연통되게 구비될 수 있다. 작동유체 배출관(150)의 배출 펌프(P1)와 작동유체 공급관(160)의 공급 펌프(P2)는, 각각의 정화 챔버(C3) 내의 외측 공기가 형성하는 기포의 내부 분압을 고려하여 작동 제어됨이 바람직하다. 기포의 내부 분압은, 정화 대상 물질의 종류에 따라 상이하게 설정될 수 있다.Both ends of the working
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예에 의한 공기 정화 과정을 첨부된 도면을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.An air purification process according to an embodiment of the circulating air purification system and the device imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention configured as described above will be briefly described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 3에 참조된 바와 같이, 내부 공기 정화부(100A) 및 외부 공기 정화부(100B)의 압력구배 형성부(130)를 통하여 흡입 챔버(C1)와 배기 챔버(C2) 사이에 압력 구배를 형성한다.1 and 3, the pressure between the intake chamber C1 and the exhaust chamber C2 through the pressure gradient forming unit 130 of the internal
그러면, 정화공간 경계부(10)의 내부에 위치된 내부 공기 정화부(100A)에서는, 예컨대 기상 부유성 고상물질(PM) 및 이산화탄소(CO2)와 같은 기상 오염물질(GP)이 포함된 외측 공기가 흡입 챔버(C1)를 통하여 정화 챔버(C3) 측으로 유동되고, 하부 관통막(120a)에 의하여 기결정된 크기 이하로 형성된 기포 내부에 포집되어 배기 챔버(C2)로 이동되는 과정에서 이산화탄소(CO2)와 같은 기상 오염물질은 기포의 경계면에서 작동 유체로 용존되고 비교적 크기가 큰 기상 부유성 고상물질(PM)은 작동 유체에 흡착되어 작동 유체로 포집되는 동작으로 정화되며, 나머지 기포는 상부 관통막(120b)을 관통하여 배기 챔버(C2)로 포집된 후 배기되는 것을 반복한다. 이때, 외부 공기 정화부(100B)에서 정화 챔버(C3)의 작동 유체 측으로 산소(O2)와 같은 기상 물질이 용존된 후 작동유체 공급관(160)을 통하여 내부 공기 정화부(100A)의 정화 챔버(C3)로 유동된 후 기포의 내부 분압 조절을 통해 기포 속으로 기화되어 공급될 수 있다.Then, in the internal
그리고, 정화공간 경계부(10)의 외부에 위치된 외부 공기 정화부(100B)에서는, 예컨대 기상 부유성 고상물질(PM) 및 산소(O2)와 같은 기상 물질이 포함된 외측 공기가 흡입 챔버(C1)를 통하여 정화 챔버(C3) 측으로 유동되고, 하부 관통막(120a)에 의하여 기결정된 크기 이하로 형성된 기포 내부에 포집되어 배기 챔버(C2)로 이동되는 과정에서 산소(O2)와 같은 기상 물질은 기포의 경계면에서 작동 유체로 용존되고 비교적 크기가 큰 기상 부유성 고상물질(PM)은 작동 유체에 흡착되어 작동 유체로 포집되는 동작으로 정화되며, 나머지 기포는 상부 관통막(120b)을 관통하여 배기 챔버(C2)로 포집된 후 배기되는 것을 반복한다.And, in the outside
따라서, 목표 정화 공간(C)에서 필요로 하는 정화 공기 및 산소(O2)가 지속적으로 공급됨과 동시에 목표 정화 공간(C)의 오염 물질인 기상 부유성 고상 물질(PM) 및 이산화탄소(CO2)와 같은 기상 오염물질(GP)은 지속적으로 작동 유체 측으로 용존시켜 제거할 수 있다.Therefore, the purified air and oxygen (O2) required in the target purification space C are continuously supplied, and at the same time, the pollutants of the target purification space C, such as gaseous suspended solid matter (PM) and carbon dioxide (CO2), are The gaseous pollutants (GP) can be removed by continuously dissolving to the working fluid side.
도 6은 오염 농도별 감소량을 나타낸 그래프이고, 도 7은 기포 크기별 오염 제거 시간을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 실험 전후를 나타낸 목표 정화 공간(C)의 상태를 비교한 사진이다.6 is a graph showing the reduction amount by contamination concentration, FIG. 7 is a graph showing the contamination removal time for each bubble size, and FIG. It is a photograph comparing the state of the purification space (C).
도 6을 참조하면, 기포의 경계면에서의 오염 물질(PM 및 GM)의 흡착 및 용존은 확산(diffusion)에 의해 진행되는 것으로 예측된다.Referring to FIG. 6 , adsorption and dissolution of contaminants (PM and GM) at the interface of bubbles are predicted to proceed by diffusion.
또한, 도 7을 참조하면, 기포의 크기(bubble size)가 작을수록 오염 물질(PM 및 GM)의 제거시간이 크게 단축됨을 실험적으로 증명할 수 있다.In addition, referring to FIG. 7 , it can be experimentally proven that the smaller the bubble size, the shorter the removal time of the contaminants (PM and GM).
아울러, 도 8을 참조하면, 초기 상태에서 4분이 경과한 후 정화공간 경계부(10) 내측에 존재하는 오염 물질이 본 발명에 따른 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예에 의하여 현저하게 제거 및 감소됨을 시각적으로 확인할 수 있다.In addition, referring to FIG. 8 , after 4 minutes have elapsed from the initial state, contaminants present inside the purification
이상, 본 발명에 따른 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템 및 그 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.In the above, an embodiment of a circulating air purification system and device for imitation of the human respiratory circulatory system according to the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiment of the present invention is not necessarily limited by the above-described embodiment, and it will be natural that various modifications and equivalent ranges of implementation are possible by those skilled in the art to which the present invention pertains. . Therefore, it will be said that the scope of the present invention is determined by the claims to be described later.
C: 목표 정화 공간 1: 순환식 공기 정화 시스템
100A,B: 순환식 공기 정화 장치(정화유닛)
100A: 내부 공기 정화부 100B: 외부 공기 정화부
110: 정화 케이스 120a: 하부 관통막
120b: 상부 관통막 130: 압력구배 형성부
130a: 공기 흡입팬 130b: 공기 배출팬
150: 작동유체 배출관 160: 작동유체 공급관
P1: 배출 펌프 P2: 공급 펌프
C1: 흡입 챔버 C2: 배기 챔버
C3: 정화 챔버C: Target purification space 1: Circulating air purification system
100A,B: Circulating air purification device (purification unit)
100A: internal
110:
120b: upper through-film 130: pressure gradient forming part
130a: air intake fan 130b: air exhaust fan
150: working fluid discharge pipe 160: working fluid supply pipe
P1: Drain pump P2: Feed pump
C1: intake chamber C2: exhaust chamber
C3: purification chamber
Claims (15)
상기 정화공간 경계부 내의 공기를 정화하되, 압력 구배를 통해 형성된 기체 유동로 상에 형성된 기결정된 크기 이하의 기포 표면을 통한 기체 및 액체 사이의 정화 대상 물질의 이동을 이용하여 정화하는 정화유닛; 을 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.a purification space boundary portion defining a target purification space; and
a purification unit that purifies the air in the boundary of the purification space, using the movement of a substance to be purified between the gas and the liquid through the surface of bubbles having a predetermined size or less formed on the gas flow path formed through the pressure gradient; A circulating air purification system that mimics the human respiratory circulatory system, comprising:
상기 정화공간 경계부에 정의되는 목표 정화 공간은, 외부와 폐쇄된 독립적인 실내 공간을 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.The method according to claim 1,
The target purification space defined at the boundary of the purification space includes an independent indoor space closed from the outside.
상기 정화유닛은,
상기 정화공간 경계부의 내부에 위치되고, 실질적인 공기 정화를 위해 구동되는 내부 공기 정화부; 및
상기 정화공간 경계부의 외부에 위치되고, 상기 내부 공기 정화부와 연통되게 연결되어 상기 액체를 순환시키는 외부 공기 정화부; 를 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.The method according to claim 1,
The purification unit is
an internal air purifier located inside the purifying space boundary and driven for practical air purification; and
an external air purification unit located outside the boundary of the purification space and connected in communication with the internal air purification unit to circulate the liquid; A circulating air purification system that mimics the human respiratory circulatory system, comprising:
상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는,
상기 정화공간 경계부 내부의 공기 또는 상기 정화공간 경계부 외부의 공기(이하, '외측 공기'라 칭함)를 흡입하는 흡입 챔버, 상기 흡입 챔버로 흡입된 상기 외측 공기를 정화하는 정화 챔버 및 상기 정화 챔버로부터 공급된 공기를 상기 외측 공기가 존재하는 측으로 배기하는 배기 챔버, 를 포함하는 정화 케이스; 를 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.4. The method according to claim 3,
The internal air purification unit and the external air purification unit,
a suction chamber for sucking air inside the purification space boundary or air outside the purification space boundary (hereinafter referred to as 'outside air'), a purification chamber for purifying the outside air sucked into the suction chamber, and the purification chamber a purification case including an exhaust chamber for exhausting the supplied air to the side where the outside air exists; A circulating air purification system that mimics the human respiratory circulatory system, comprising:
상기 정화 챔버의 내부에 구비된 액체는, 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체를 포함하는 작동 유체인, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.5. The method according to claim 4,
The liquid provided in the interior of the purification chamber is a working fluid including water or a polar fluid having a predetermined polarity.
상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는,
상기 정화 챔버와 상기 흡입 챔버의 경계 및 상기 정화 챔버와 상기 배기 챔버의 경계에 구획되게 배치되고, 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나를 포함하는 작동 유체의 유실을 방지함과 아울러 상기 정화 챔버 내에 상기 기결정된 크기의 기포를 생성하는 관통막(Through-Hole Membrane: THM); 을 더 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.5. The method according to claim 4,
The internal air purification unit and the external air purification unit,
Loss of a working fluid that is partitioned between a boundary between the purification chamber and the suction chamber and a boundary between the purification chamber and the exhaust chamber, and includes either water filled in the purification chamber or a polar fluid having a predetermined polarity a through-hole membrane (THM) for preventing contamination and generating bubbles of the predetermined size in the purification chamber; Further comprising, a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system.
상기 관통막은, 소수성 엘라스토머 관통막(Hydrophobic Elastomer THM)을 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.7. The method of claim 6,
The penetrating membrane, comprising a hydrophobic elastomer THM, a circulating air purification system mimicking human respiratory circulation.
상기 소수성 엘라스토머 관통막은, 막 표면에서 상기 정화 챔버 내에 형성되는 상기 기포의 크기가 소정 크기로 한정되는 탄성을 가지는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.8. The method of claim 7,
The hydrophobic elastomer penetrating membrane has elasticity such that the size of the bubbles formed in the purification chamber on the membrane surface is limited to a predetermined size.
상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는,
각각의 상기 정화 챔버를 연통시키되, 상기 내부 공기 정화부의 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 또는 소정의 극성을 가진 극성 유체를 포함하는 작동 유체를 상기 외부 공기 정화부의 상기 정화 챔버로 배출하는 배출 펌프가 구비된 작동유체 배출관; 및
각각의 상기 정화 챔버를 연통시키되, 상기 외부 공기 정화부의 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 및 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나를 포함하는 작동 유체를 상기 내부 공기 정화부의 상기 정화 챔버로 공급하는 공급 펌프가 구비된 작동유체 공급관; 을 더 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.5. The method according to claim 4,
The internal air purification unit and the external air purification unit,
A discharge pump communicating each of the purification chambers and discharging a working fluid including water filled in the purification chamber of the internal air purification unit or a polar fluid having a predetermined polarity to the purification chamber of the external air purification unit is provided working fluid discharge pipe; and
A supply communicating each of the purification chambers, and supplying a working fluid including any one of water filled in the purification chamber of the external air purification unit and a polar fluid having a predetermined polarity to the purification chamber of the internal air purification unit a working fluid supply pipe equipped with a pump; Further comprising, a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system.
상기 배출 펌프 및 상기 공급 펌프는, 상기 정화 챔버 내의 상기 외측 공기가 형성하는 기포의 내부 분압을 고려하여 작동 제어되는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.10. The method of claim 9,
The discharge pump and the supply pump are operated and controlled in consideration of the internal partial pressure of air bubbles formed by the outside air in the purification chamber, the human respiratory circulatory system mimicking circulation type air purification system.
상기 내부 공기 정화부 및 상기 외부 공기 정화부는,
상기 외측 공기의 공기 유동이 이루어지도록 압력 구배를 형성하는 압력구배 형성부; 를 더 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.5. The method according to claim 4,
The internal air purification unit and the external air purification unit,
a pressure gradient forming part for forming a pressure gradient so that the air flow of the outside air is made; Further comprising, a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system.
상기 압력구배 형성부는,
상기 흡입 챔버 측에 구비되어 상기 외측 공기를 소정의 흡입압으로 흡입하는 공기 흡입팬; 및
상기 배기 챔버 측에 구비되어 상기 외측 공기를 소정의 배출압으로 배출하는 공기 배출팬; 으로 구비되는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.12. The method of claim 11,
The pressure gradient forming part,
an air suction fan provided on the side of the suction chamber to suck the outside air at a predetermined suction pressure; and
an air exhaust fan provided on the exhaust chamber side to discharge the outside air at a predetermined exhaust pressure; Provided as a circulating air purification system that mimics the human respiratory circulatory system.
상기 압력구배 형성부는, 상기 흡입 챔버 측의 압력이 상기 배기 챔버 측의 압력보다 크도록 작동 제어되는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.12. The method of claim 11,
The pressure gradient forming unit, the pressure on the side of the suction chamber is controlled to be greater than the pressure on the side of the exhaust chamber, the human respiratory circulatory system mimicking circulation air purification system.
상기 정화 대상 물질은, 외측 공기에 포함된 이산화탄소, 오존 및 기상의 부유성 고상물질을 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 시스템.The method according to claim 1,
The purification target material, including carbon dioxide, ozone and gaseous suspended solids contained in the outside air, a circulating air purification system mimicking the human respiratory circulatory system.
상기 정화 챔버와 상기 흡입 챔버의 경계 및 상기 정화 챔버와 상기 배기 챔버의 경계면에 구획되게 배치되고, 상기 정화 챔버 내에 충진된 물 및 소정의 극성을 가진 극성 유체 중 어느 하나를 포함하는 작동 유체의 유실을 방지하는 관통막; 및
상기 외측 공기의 공기 유동이 이루어지도록 압력 구배를 형성하는 압력구배 형성부; 를 포함하는, 인체 호흡 순환계 모방 순환식 공기 정화 장치.A purification case comprising: a suction chamber for sucking outside air; a purification chamber for purifying the outside air sucked into the suction chamber; and an exhaust chamber for exhausting the purified air supplied from the purification chamber to a side where the outside air exists. ;
Loss of a working fluid that is partitioned between the purification chamber and the suction chamber and the interface between the purification chamber and the exhaust chamber, the working fluid including any one of water filled in the purification chamber and a polar fluid having a predetermined polarity a through-film to prevent and
a pressure gradient forming part for forming a pressure gradient so that the air flow of the outside air is made; A circulating air purification device that mimics the human respiratory circulatory system, including.
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