KR102343584B1 - 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음파(Acoustic wave)의 특정 저주파(20Hz~60Hz) 및 특정 음역대의 음압(60dB±α)을 복수의 저주파 액추에이터를 배열구조로 배치하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하는 효과를 극대화하도록 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 일정 크기의 케이스 형상으로 이루어지는 인클로저와, 외측을 향하도록 인클로저의 전면에 고정되며 복수의 액추에이터와, 복수의 액추에이터와 연결되어 주파수 20Hz~60Hz의 저주파를 운용하는 앰프로 이루어지는 미세먼지 차단장치와; 미세먼지를 감지하도록 하는 센서와; 센서 및 미세먼지 차단장치와 유선 또는 무선으로 연결되어 센서에 의해 감지된 미세먼지의 양에 의해 미세먼지 차단장치를 가동시키는 제어부과; 제어부과 유선 또는 무선으로 통신하는 모니터링 기기와; 제어부 및 모니터링 기기와 유선 또는 무선으로 통신하며 데이터를 저장하는 서버;를 포함하여 이루어져, 미세먼지 차단장치의 복수의 액추에이터를 동시에 작동하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하도록 이루어진다.

Description

저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템{Blocking fine dust system using low frequency}

본 발명은 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음파(Acoustic wave)의 특정 저주파(20Hz~60Hz) 및 특정 음역대의 음압(60dB±α)을 복수의 저주파 액추에이터를 배열구조로 배치하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하는 효과를 극대화하도록 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템에 관한 것이다.

최근 다중이용시설, 건설·산업현장, 도시공공시설 등에서의 미세먼지 오염에 대한 환경기준이 강화되고 있고, 해당시설 사용자의 유해환경 노출문제 해결에 대한 기술개발이 시급한 실정이다.

기존 미세먼지를 저감시키는 기술은 주로 필터 및 전기집진 방식 등으로 개발되어 왔으며 대부분 실내 공간을 대상으로 하고 있어 실외 공간에 적용시에는 특별한 시스템이 필요하고 그 효율이 매우 낮아지는 단점이 있다.

또한, 최근 일부 버스정류장에 실험적으로 에어커튼 및 공기청정기가 설치되어 운영중에 있으나 설치/운영비가 높을 뿐만 아니라 (준)실내 공간화를 해야만 효과를 볼 수 있을 것으로 예상되고 있다.

그 외 실외 공용공간에 대해서는 미세먼지 저감 수종을 식재하거나 이끼류 등 식물을 활용한 방법이 있으나 개방된 공간에 외부에서 지속적으로 유입되는 미세먼지를 차단하는 효과를 보기는 어려울 것으로 보여진다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0845291호 "광기기의 먼지 제거 장치"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '광디스크에 광스폿이 맺히도록 레이저빔을 집광하는 대물렌즈; 상기 대물렌즈를 구동시켜 트래킹 및 포커스를 제어하고, 진동을 발생시켜 상기 대물렌즈에 부착된 이물질을 제거하는 엑추에이터; 및 상기 광디스크에서 반사된 RF 신호와 미리 설정된 기준 RF 신호를 비교하여 렌즈의 이물질 부착 여부를 판단하고, 상기 엑추에이터의 구동을 제어하되 상기 엑추에이터가 진동하도록 상기 엑추에이터에 인가되는 주파수를 제어하는 마이컴;으로 구성된 것을 특징으로 하는 광기기의 먼지 제거 장치'를 제안하여, 광기기 사용시 먼지나 이물질에 의한 오염에 대해 AS를 받기 전에 자체 정화능력을 부가하여 소비자의 불만을 최소화하고 AS비용을 절감하게 하여 소비자 만족도를 높이고 재생 및 기록성능을 높여서 품질 신뢰성을 확보하도록 하고 있다.

그러나 상기 배경기술은 특정 광기기에 초음파를 통하여 먼지를 제거하도록 하는 것으로 특정 공간에서 사용이 불가능한 문제점이 있었다.

특허등록 제0845291호 "광기기의 먼지 제거 장치"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음파(Acoustic wave)를 이용하여 미세먼지를 차단 또는 저감하도록 할 수 있으며, 실외공간, 실내공간 및 공조환기시스템 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 일정 크기의 케이스 형상으로 이루어지는 인클로저와, 외측을 향하도록 인클로저의 전면에 고정되며 복수의 액추에이터와, 복수의 액추에이터와 연결되어 주파수 20Hz~60Hz의 저주파를 운용하는 앰프로 이루어지는 미세먼지 차단장치와; 미세먼지를 감지하도록 하는 센서와; 센서 및 미세먼지 차단장치와 유선 또는 무선으로 연결되어 센서에 의해 감지된 미세먼지의 양에 의해 미세먼지 차단장치를 가동시키는 제어부과; 제어부과 유선 또는 무선으로 통신하는 모니터링 기기와; 제어부 및 모니터링 기기와 유선 또는 무선으로 통신하며 데이터를 저장하는 서버;를 포함하여 이루어져, 미세먼지 차단장치의 복수의 액추에이터를 동시에 작동하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 액추에이터의 음압레벨은 40~80dB인 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 액추에이터는 인클로저에서의 배치는 선형 배치(Linear array), 병렬식 평면 배열(Planar array) 및 선형 배치와 병렬식 평면 배열의 혼합배치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 복수의 액추에이터는 동일한 주파수의 단일 음원 또는 다른 주파수의 복합 음원을 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 미세먼지 차단장치는 일정거리 이격되어 쌍으로 구성되며 일정각도로 상호 반대방향으로 향하도록 하여 보강 간섭 파장이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 실내벽면에 미세먼지 차단장치를 액추에이터를 Linear 또는 Planar로 혼합 배열한 후 설치하되 환풍기 또는 환풍구를 마주하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 공조기의 입구측에는 미세먼지 차단장치를 액추에이터를 Linear 또는 Planar로 혼합 배열하고 맞은편에 포집부를 구성하여, 미세먼지를 포집부를 통해 밀어내도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템은 음파(Acoustic wave)의 특정 저주파(20Hz~60Hz) 및 특정 음역대의 음압(60dB±α)을 복수의 저주파 액추에이터를 배열구조로 배치하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하도록 하여, 실내공간에 설치하는 경우에는 공기청정기 없이 미세먼지 농도를 좋음 수준으로 항상 유지할 수 있게 될 수 있으며, 공조환기시스템에 설치시에는 설치된 필터의 수명을 연장시키고 교환주기를 연장시킴으로써 비용절감 뿐만 아니라 미세먼지 차단 효과를 극대화한할 수 있으며, 공기청정기 내부에 적용할 경우 필터 집진효과를 극대화시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 기본 구성을 도시한 도이다.
도 2는 인클로저의 형태 개념도이다.
도 3은 인클로저에 액추에이터를 고정하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 4는 액추에어터 배열 형태를 도시한 도이다.
도 5는 본 발명에서의 미세먼지 저주파 음역대를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 액추에이터 각도 조정 개념도이다.
도 7은 실외공간 미세먼지 유입차단 장치 종류 및 사례를 도시한 도이다.
도 8은 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 실외공간에서의 설치 개념도이다.
도 9는 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 실내공간에서의 설치 개념도이다.
도 10은 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 공조환기시스템에서의 설치 개념도이다.
도 11은 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 공기청정기에서의 음파 교란 기술 개념도이다.
도 12는 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 설치 실시예에서의 음파 배열과 간격에 따른 차단성능을 도시한 도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 기본 구성을 도시한 도이다.

본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템은 도 1에서와 같이, 일정 크기의 케이스 형상으로 이루어지는 인클로저(110)와, 외측을 향하도록 인클로저(110)의 전면에 고정되며 복수의 액추에이터(120)와, 복수의 액추에이터와 연결되어 주파수 20Hz~60Hz의 저주파를 운용하는 앰프(130)로 이루어지는 미세먼지 차단장치(10)와; 미세먼지를 감지하도록 하는 센서(20)와; 센서(20) 및 미세먼지 차단장치(10)와 유선 또는 무선으로 연결되어 센서(20)에 의해 감지된 미세먼지의 양에 의해 미세먼지 차단장치(10)를 가동시키는 제어부(30)과; 제어부(30)과 유선 또는 무선으로 통신하는 모니터링 기기(40)와; 제어부(30) 및 모니터링 기기(40)와 유선 또는 무선으로 통신하며 데이터를 저장하는 서버(50);를 포함하여 이루어져, 센서(20)에서 감지된 미세먼지가 기준 이상인 경우 미세먼지 차단장치(10)의 복수의 액추에이터(120)를 동시에 작동하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하도록 한다.

모니터링 기기(40)는 스마트폰, 스마트패드, PC, 노트북 등 다양한 기기로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 미세먼지 차단장치(10)는 도 1에서와 같이, 케이스 형상으로 이루어지는 인클로저(110)와, 외측을 향하도록 인클로저(110)의 전면에 고정되며 복수의 액추에이터(120)와, 복수의 액추에이터와 연결되어 주파수 20Hz~60Hz의 저주파를 운용하는 앰프(130)로 구성되며

상기와 같은 구성되는 본 발명은 먼저, 센서(20)에 의해 공간 미세먼지를 측정하는 단계(a), 미세먼지 차단장치(10)를 가동하고 컨트롤하는 단계(b), 센서(20)에 의해 미세먼지를 측정하여 점검하는 단계(c), 데이터를 취득하고 분석하는 단계(d)로 이루어질 수 있다.

센서(20)에 의해 대상공간(실외 또는 실내 등) 미세먼지를 측정하고, 제어부(30)에서는 센서(20)에 의해 측정된 미세먼지의 측정량에 따라 가동이 시작되거나 중단되도록 할 수도 있고, 미세먼지 차단장치(10)의 전원을 켜 놓으면 일정시간 가동하고 일정시간 작동을 중지(8시간 연속 작동하고 4시간 break)하는 등의 방식으로 작동되도록 할 수도 있으며, 모니터링 기기(40)에서 직접 사용자가 제어부(30)를 통해 가동을 시작하거나 중단시키도록 할 수도 있다.

이후, 미세먼지 차단장치(10)의 가동 후 일정 시간이 지난 후 센서(20)를 통해 미세먼지를 측정하고, 이 측정된 데이터를 서버(50)로 보내 데이터를 취득하고 분석하도록 하며, 이 결과는 동시에 모니터링 기기(40)에서 확인하고 제어할 수 있도록 한다.

센서(20)는 다양한 위치에 설치될 수 있으며, 도 1에서와 같이, 복수개를 구성하여 미세먼지 차단장치(10)의 위치와 일정걸이 이격되는 위치(미세먼지 유입부 등) 등에 다양하게 설치될 수 있다.

본 발명은 실외공간에서는 유입차단, 실내공간에서는 공조환기시스템에 연계되어 공기청정기 없이 클린룸 조성, 특정 국소영역에서는 미세먼지 집진 및 포집 등의 역할을 수행하는 등 다양하게 활용될 수 있다.

인클로저(110)는 액추에이터를 고정하도록 하는 일정 크기의 케이스를 의미하며, 플라스틱, 나무, 금속, 석재 등의 다양한 재질 중 어느 하나를 선택하여 단일재질을 사용할 수 있으며, 복합소재로 다양하게 사용하도록 할 수도 있으며, 필요한 반사효율에 대응하여 이에 맞는 밀도의 재질을 사용할 수 있다.

이때, 인클로저(110)의 밀도가 균일하고 높을수록 액추에이터(120)의 음파를 반사하고 또한 잘 이용할 수 있기 때문에, 결국 밀도가 높으면서 대량으로 생산가능한 재질을 선정하여 환경과 상황에 따라 유연하게 제작하고 활용할 수 있다.

이와 같은 인클로저(110)의 구조는 베이스 리플렉스형과 밀폐형으로 크게 분류된다. 이는 내부의 공기를 외부로 내보내느냐 보내지 않느냐의 차이를 기준으로 구분하는 것이며, 덕트(duct)라는 구멍을 뚫어 놓아 내부 공기를 외부로 배출하는 것을 베이스 리플렉스형이라고 하고 덕트가 없는 케이스는 밀폐형이라고 한다.

덕트가 있는 것은 저음과 저주파를 활용하기 편한 구조이고 밀폐형은 고음 위주의 형태로 주로 활용되고 있으며, 본 발명에는 상기의 구조를 모두 사용할 수 있으며 특히 베이스 리플렉스형을 기본으로 제작하여 사용하도록 할 수 있다.

도 2는 인클로저의 형태 개념도이다.

본 발명에서 사용하는 인클로저(110)는 후면 Back wave를 효과적으로 이용하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 후면이 라운드형과 다각형을 사용할 수 있으며, 도시되지는 않았지만 삼각형 등 다양한 단면으로 이루어질 수 있다.

도 3은 인클로저에 액추에이터를 고정하는 방법을 도시한 개념도이다.

이와 같은 인클로저(110)에 액추에이터(120)를 고정하는 방법으로는 도 3a에서와 같은 평판 타입(플랫 배플, Flat Baffle)과 도 3b에서와 같은 후방 개방형(Open back) 타입으로 나눌 수 있으며, 본 발명에는 평판 타입에 구멍(hole)이 많이 뚫려 있는 구조로 구성되도록 한다.

본 발명에서 사용되는 액추에이터(120)의 형태는 스피커처럼 생겼으며 유닛 또는 드라이버라고도 불리기도 한다. 귀에 꼽는 이어폰부터 대형 스피커까지 크기는 다양하며, 다양한 형태로 제작하기 위해서는 액추에이터 크기가 작을수록 유리하다.

일반적으로 음악을 듣는 스피커는 다양한 주파수를 생성하는 것이지만 본 발명에서 사용하는 액추에이터(120)는 20Hz~60Hz 특정 저주파 대역만 사용하도록 한다.

특히 본 발명에서의 액추에이터(120)는 일반 스피커와 비교하여 일반 스피커는 음질 즉 소리를 곱고 고르게 내기 위한 구조라고 한다면 본 발명에서 사용하는 액추에이터(120)는 음파의 파동에너지를 고르게 발생시키는 구조의 장치라는 점에서 근본적 차이가 있다.

본 발명에서는 액추에이터(120)가 복수개가 구성되는데, 이 복수개의 액추에이터(120)는 하나의 앰프(130)에 의해 동작한다.

따라서, 액추에이터(120)와 앰프(130)는 네트워크(crossover network)로 연결되며, 본 발명에서는 하나의 앰프(130)를 이용하여 복수개 바람직하게는 10개 이상 최대 50개의 액추에이터(120)가 하나의 회로에 연결되어 동일한 주파수로 동시에 균일하게 작동할 수 있도록 시스템을 구축하도록 한다.

이와 같은 미세먼지 차단장치(10)는 미세먼지를 센서(20)에 의해 감지하고 제어부(30)에 의해 동작되도록 하는데, 센서(20)는 인클로저(110)에 구성될 수도 있으며, 미세먼지 차단 또는 저감을 위한 공간의 특정 위치에 1개 또는 그 이상이 구성되도록 할 수 있다.

제어부(30)에서는 센서(20)에 의해 측정된 미세먼지의 측정량에 따라 가동이 시작되거나 중단되도록 할 수도 있고, 미세먼지 차단장치(10)의 전원을 켜 놓으면 일정시간 가동하고 일정시간 작동을 중지(8시간 연속 작동하고 4시간 break)하는 등의 방식으로 작동되도록 할 수도 있으며, 모니터링 기기(40)에서 직접 사용자가 제어부(30)를 통해 가동을 시작하거나 중단시키도록 할 수도 있다.

특히, 미세먼지 차단장치(10)의 전원을 켜면 복수의 액추에이터(120)에 전원입력 시간차가 발생하는 현상이 나타날 수 있으며, 결국 액추에이터(120) 입력 시간차 발생으로 서로 다른 주파수가 발생할 우려가 있기 때문에 전원 입력 시 바로 작동하는 것이 아니라 일정시간 후에 액추에이터(120)가 동시에 작동하도록 할 수도 있다. 또한, 전원 off 시 액추에이터(120)가 먼저 가동 중단하고 이후에 앰프(20)가 전원 off 되도록 하여 가동 안정성을 확보할 수 있도록 할 수도 있다.

도 4는 액추에어터 배열 형태를 도시한 도이다.

음파의 간섭효과를 효율적으로 발생시키기 위해서 복수의 액추에이터(120)를 인클러져(110)에 적절하게 배치하여야 한다. 액추에이터(120)의 배열에는 도 4에서와 같이, Linear, Planar, Spherical의 3가지 type이 있다.

본 발명의 실시예에서는 Linear array 형태를 기준으로 하였으며, 일반적인 건물의 출입구에 적용하기 위해 사용될 수 있다. 만약 실내에 적용된다면 Linear와 Planar array 가 혼용되어 활용될 수 있으며, spherical 구조는 음파를 모아주는 장점이 있기 때문에 대형 공조 등에 적용될 수 있다.

일반적으로 소리를 발생하는 스피커는 20Hz에서 20,000Hz 사이의 주파수 범위에서 작동하며, 여기에 기능적으로 특화된 스피커일수록 다양한 주파수로 저음역대, 중간음역대, 고음역대에서 원활하게 작동하도록 만든다. 이는 소리 관점에서 볼때이며 음파 즉 파동에너지 관점에서는 전혀 다른 다르다.

파동에너지는 저주파일수록 밀어내는 에너지가 크며, 바꾸어 말하면 주파수가 높아질수록 밀어내는 힘이 떨어지게 된다. 주파수가 높은 초음파는 멀리가지 못하지만 가까이 있는 물건에서는 내부로 주파수가 뚫고 들어가기 때문에 내부를 볼 수 있게 되는 것이며, 그만큼 사람 몸에는 해롭다.

그러나, 저주파는 뚫고 들어가는 성질이 아니라 물체에 부딪히면 표면을 타고 흘러가는 성질이 있어 인체에 무해하며, 시중에 시판되는 저주파 안마기가 이러한 원리를 이용하고 있다.

본 발명에서는 20Hz~60Hz의 저주파 영역의 sine 파형 음원을 사용한다.

파동에너지 관점에서 이론적으로 10m 이상 미세먼지를 밀어내는 에너지가 있는 것으로 확인되었으며, 복수의 액추에이터(120)는 동일한 주파수의 단일 음원 또는 다른 주파수의 복합 음원으로 운영하도록하여 대상공간 내 미세먼지(입자) 차단 및 저감효과를 더욱 향상시키도록 할 수도 있다.

특히 모든 액추에이터(120)가 동일한 주파수의 단일 음원을 사용해야 간섭효과가 극대화 할 수 있는데, 예로 20개의 액추에이터가 20Hz라는 단일 음원을 사용해야 간섭파장이 극대화 된다. 만약 20Hz, 25Hz, 30Hz를 복합적으로 사용하게 되면 간섭효과가 급격히 감소하게 된다. 즉, 보강간섭이 아니라 상쇄간섭 효과가 더 많아진다. 단일 음원이라면 20Hz가 아니라 25Hz, 27Hz, 30Hz 무엇이 되든 단일 음원으로 사용한다면 간섭효과를 발생시킬 수 있으며, 여기서 20Hz~60Hz 범위에서 단일 음원을 선택하는 기준은 설치 구조물 등 환경에 따라 그리고 습도 및 온도 등을 고려하여 선택하도록 한다.

도 5는 본 발명에서의 미세먼지 저주파 음역대를 도시한 그래프이다.

스피커 기준으로 보면 입력, 최대출력, 정격출력, 임피던스, SPL, 파스칼 등이 있으며, 이는 스피커의 소리와 음질을 위한 깊이와 고저에 해당하는 기준이다. 다시 말해서 파동에너지를 발생시키는 액추에이터(120)에서는 소리와 다르기 때문에 도 5에서와 같이, 저주파(20Hz~60Hz), 특정 음압(dB)인 40~80dB(60dB±α) 대에서 가장 효과적으로 작동하게 된다.

도 5의 표에서의 주파수와 음압은 환경부에서 제시하는 기준이며, 넘어서면 소음이 인체에 영향을 미치기 때문에 그 이하로 하라고 제시한 기준이다. 본 발명에서는 도 5의 그래프에서와 같이, 20Hz~60Hz, 60dB±α으로 작동하기 때문에 환경부의 소음관리 기준을 만족하는 가동범위에 있다.

도 6은 본 발명의 액추에이터 각도 조정 개념도이다.

본 발명에서 Linear array 타입으로 액추에이터(120)가 배치된 미세먼지 차단장치(10)(타워) 2개를 바닥에 세워두고 각도 조정을 한다면 도 6과 같이 된다. 만약 미세먼지 차단장치(10)(타워)가 같은 각도로 위치하게 되면 보강 간섭은 발생하지 않기 때문에, 각도는 타워1이 왼쪽으로 돌아가면 타워2는 오른쪽으로 일정각도 돌아가도록 하여 음파의 간섭을 증가시키도록 하며, 이와 같이 보강 간섭 파장이 형성되면서 미세먼지를 밀어내는 힘이 생기도록 하며, 액추에이터(120)의 음파가 마주치는 각도에 따라서 보강 간섭이 가까이에서 생기게 하거나 보다 먼 거리에서 생기게 하는 등 생성되는 거리를 조절할 수 있다.

본 기술 개발을 위해서 테스트에서는 타워간 간격을 1m, 1.3m, 1.7m, 2m, 2.5m 5구간으로 나누고 각도는 정면을 보는 것과 45도 안쪽으로 각도를 조정하여 각각 테스트를 진행하였습니다. 형태는 아래와 같습니다.

액추에이터(120)에의 음파는 앞면에서 방사되는 Front wave와 후면에서 방사되는 Back wave 2종류가 있다. Back wave는 상술한 바와 같이, 인클로저(110)를 통해서 1차 제어를 하고 인클로저(110) 뒷면에 별도 반사판 역할을 하는 부재를 구성하여 효과를 극대화하도록 한다.

여기서 뒷면 반사판 역할을 하는 부재는 별도 설치할수도 있고 벽면이 있다면 이것을 반사판으로 활용할 수도 있다. 벽면 재질이 철판이거나 대리석 같은 반사율이 높은 재질일수록 효과가 커지고 울퉁불퉁한 흙벽이거나 구멍이 있는 합판 등에서는 효율이 감소한다.

한편 Back wave와 Front wave를 앞쪽 방향으로 방사되도록 구성하게 될 때, 맞은편이 막혀있다면 반사되어 나오는 역파동이 존재하게 된다. 이러한 역파동은 파동에너지를 감소시키기 때문에 이를 제거하거나 감소시키기 위하여 맞은편에 스펀지 등 흡음소재를 활용하거나 사람이 지나갈수 있는 정도의 공간을 뚫어 음파가 갇히지 않고 나갈 수 있도록 밀폐구조가 되지 않도록 설계하면 역파동 피해를 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이 구성하고 20Hz~60Hz의 저주파 음원대(환경에 따라 음원 선정)로 60dB±α (바람직하게는 40~80dB) 읍압과 액추에이터(120)의 각도를 조절함으로써 음파의 간섭파장이 최적으로 발생하도록 시스템을 구성한다.

간섭파장이 제대로 형성되고 있는지 확인하는 방법은 dB측정기로 거리별로 측정을 해보는 방법이 있고 시뮬레이션을 통해서 예측해보는 방법이 있으며, 이때에는 주변에 기둥과 벽면 등 구조물의 배치도 분석을 해야한다. 이는 음파의 반사파 영향을 해석해야 차단시스템 가동 시 간섭효과가 극대화되도록 시스템을 구성할 수 있기 때문이다.

도 7은 실외공간 미세먼지 유입차단 장치 종류 및 사례를 도시한 도이다.

도 7에서와 같이, 실외공간에서의 다중이용시설, 건설·산업현장, 도시공공시설, 아파트, 병원, 학교 등 출입구로 유입되는 미세먼지를 차단시키기 위해서 에어커튼, 에어샤워, 실외공기청정기 등을 설치하고 있다. 그러나 전력사용량 대비 차단효과가 낮고 설비비용이 비싸서 쉽게 설치하는데 어려움을 있으며, 또한 현재까지 실외공간에서 미세먼지 유입을 차단하는 기술과 장치에 있어서 높은 효과를 나타내기는 어려운 문제점이 있었다.

도 8은 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 실외 공간에서의 설치 개념도이다.

도 8에서와 같이, 본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템은 미세먼지가 실내로 유입되지 못하도록 하는 것으로 출입구부에 미세먼지 차단장치(10)를 설치하고 음파 중 20Hz~60Hz 저주파로 간섭파장이 발생하도록 구성하여 미세먼지를 차단하도록 할 수 있다.

구체적인 설치예로는 도 8에서와 같이, Linear array로 구성된 액추에이터(120) 배열을 준비하고 출입구 폭에 따라 적절한 액추에이터(120)의 각도로 맞추어서 설치하도록 하며, 상술한 바와 같이, 단일 음원으로는 20Hz~60Hz 중에서 어떤 음원을 사용할지는 반사파 영향과 온도, 습도 환경 등을 검토하여 선택하고 시스템이 완비되면 음파의 간섭효과를 통하여 미세먼지 입자의 진행 방향을 전환시키는 moving 기술과 임의의 위치로 미세먼지 입자를 이동하는 push 기술을 적용하여 미세먼지를 차단하게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 실외공간에서 미세먼지 유입차단 기술의 경우 아파트, 빌딩, 학교, 병원, 지하철, 공항 등 모든 출입구에 적용 가능한다.

최근들어 실내공기질 기준이 강화되고 있고 추후 더욱 강화될 움직임이 나타남에 따라 공기청정기 및 공기정화장치의 활용이 증가할 것으로 예상되고 있다.

미세먼지를 저감시키는 기술은 필터, 전기집진 등으로 개발되어 왔으나 초미세먼지의 경우 헤파필터가 아니고서는 처리가 어렵고, 헤파필터 성능은 비용에 따라 구분되어 지고 당연히 비용이 비쌀수록 성능이 좋은 제품들로 구성되어 있으며교환 주기가 미세먼지 발생빈도에 따라 3~9개월로 짧기 때문에 비용부담이 발생하게 된다..

본 발명에서는 미세먼지를 차단하고 저감함으로써 실내공간의 공기질을 클린하게 유지하도록 하는 것으로, 실내공간 공기질을 클린하게 유지하기 위해서는 실내공간에 작동하는 시스템과 실내로 유입되는 공기를 정화하는 공조환기시스템으로 나누어서 설명할 수 있다.

① 실내공간에 작동하는 시스템

본 발명은 공기청정기 없이 음파차단시스템으로 미세먼지를 저감하도록 하며, 이를 위해서 저주파 음원대를 사용하고 액추에이터(120)를 Linear 또는 Planar로 혼합 배열한 후 실내벽면에 설치하되 환풍기를 마주하도록 설치하도록 한다.

도 9는 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 실내공간에서의 설치 개념도이다.

도 9에서와 같이, 실내공간에서는 본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 미세먼지 차단장치(10)는 벽면에 설치하도록 할 수 있는데, 이때, 음파의 특징이 미세먼지를 지속적으로 밀어내는 것이기 때문에 결국 반대 벽면에 반사되어 나오게 되므로 이의 반사파(역파동)을 저감시키기 위해서 흡음제와 같은 재료를 사용하여 반사파 영향을 줄여야 한다. 그리고 천장에 일자형 환풍구를 통하여 음파로 밀려난 미세먼지를 빨아들이는 구조로 설계할 경우, 공기청정기 없이 미세먼지 농도를 좋음 수준으로 항상 유지할 수 있게 될 수 있는 것이다.

이와 같이, 실내공간에서 미세먼지를 저감하는 기술의 경우 모든 실내공간에 적용가능하다.

② 공조환기시스템

도 10은 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 공조환기시스템에서의 설치 개념도이다.

본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템은 빌딩 공조기, 아파트 전열교환기 및 일반적인 공조환기시스템에 적용할 수 있다. 특히, 도 10에서와 같이, 저주파 음원대를 사용하고 액추에이터(120)를 Linear로 구성하여 외기 흡입 단계에서 미세먼지를 포집하거나 바이패스 시킴으로써 저감시키도록 할 수 있다.

본 발명의 경우 외기 흡입단계에 적용하여 미세먼지를 사전에 저감하고 차단함으로써 공조기 내에 설치된 필터의 수명을 연장시키고 교환주기를 연장시킴으로써 비용절감 뿐만 아니라 미세먼지 차단 효과를 극대화한할 수 있으며, 흡입관 내에서 음파로 미세입자 거동에 국지적인 방향전환을 일으켜 포집시키거나 배기관으로 미세먼지만 바이패스 시키도록 할 수 있는 것이다.

③ 공기청정기

도 11은 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 공기청정기에서의 음파 교란 기술 개념도이다.

또한 본 발명은 공기청정기 내부에 적용할 경우, 필터 집진효과를 극대화시킬 수 있다.

공기청정기 내부 구조에 따라 액추에이터의 구조와 배치는 달라질 수 있으며, 도 11에서와 같이, 일반적인 공기청정기는 필터를 다중으로 겹쳐서 집진효과를 나타내는 것이다. 여기에 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템에서의 액추에이터(120)를 공기청정기의 내부에 구성하면 음파의 교란 효과를 추가하여 기존 필터 성능을 극대화하도록 할 수 있는 것이다.

도 12는 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 설치 실시예에서의 음파 배열과 간격에 따른 차단성능을 도시한 도이다.

도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 미세먼지 차단 및 저감 시스템의 미세먼지 차단장치(10)를 출입구의 양측에 설치하고 액추에이터(120)에서 음파 중 20Hz~60Hz 저주파로 간섭파장이 발생하도록 구성하였으며, 그 결과 그래프에 도시된 바와 같이, 미세먼지 농도는 출입구 근처에서 대폭 감소되는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템은 음파(Acoustic wave)의 특정 저주파(20Hz~60Hz) 및 특정 음역대의 음압(60dB±α)을 복수의 저주파 액추에이터를 배열구조로 배치하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하도록 하여, 실내공간에 설치하는 경우에는 공기청정기 없이 미세먼지 농도를 좋음 수준으로 항상 유지할 수 있게 될 수 있으며, 공조환기시스템에 설치시에는 설치된 필터의 수명을 연장시키고 교환주기를 연장시킴으로써 비용절감 뿐만 아니라 미세먼지 차단 효과를 극대화한할 수 있으며, 공기청정기 내부에 적용할 경우 필터 집진효과를 극대화시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10 : 미세먼지 차단장치
110 : 인클로저
120 : 액추에이터
130 : 앰프
20 : 센서
30 : 제어부
40 : 모니터링 기기
50 : 서버

Claims (7)

1. 일정 크기의 케이스 형상으로 이루어지는 인클로저(110)와, 외측을 향하도록 인클로저(110)의 전면에 고정되며 음압레벨은 40~80dB인 복수의 액추에이터(120)와, 복수의 액추에이터와 연결되어 주파수 20Hz~60Hz의 저주파를 운용하는 앰프(130)로 이루어지는 미세먼지 차단장치(10)와;
   미세먼지를 감지하도록 하는 센서(20)와;
   센서(20) 및 미세먼지 차단장치(10)와 유선 또는 무선으로 연결되어 센서(20)에 의해 감지된 미세먼지의 양에 의해 미세먼지 차단장치(10)를 가동시키는 제어부(30)과;
   제어부(30)과 유선 또는 무선으로 통신하는 모니터링 기기(40)와;
   제어부(30) 및 모니터링 기기(40)와 유선 또는 무선으로 통신하며 데이터를 저장하는 서버(50);를 포함하여 이루어져,
   미세먼지 차단장치(10)의 복수의 액추에이터(120)를 동시에 작동하여 공기중 보강 간섭 파장을 형성시켜 미세먼지를 차단하거나 저감하도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   액추에이터(120)는 인클로저(110)에서의 배치는 선형 배치(Linear array), 병렬식 평면 배열(Planar array) 및 선형 배치와 병렬식 평면 배열의 혼합배치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   복수의 액추에이터(120)는 동일한 주파수의 단일 음원 또는 다른 주파수의 복합 음원을 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   미세먼지 차단장치(10)는 일정거리 이격되어 쌍으로 구성되며 일정각도로 상호 반대방향으로 향하도록 하여 보강 간섭 파장이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   실내벽면에 미세먼지 차단장치(10)를 액추에이터(120)를 Linear 또는 Planar로 혼합 배열한 후 설치하되 환풍기 또는 환풍구를 마주하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   공조기의 입구측에는 미세먼지 차단장치(10)를 액추에이터(120)를 Linear 또는 Planar로 혼합 배열하고 맞은편에 포집부를 구성하여, 미세먼지를 포집부를 통해 밀어내도록 하는 것을 특징으로 하는 저주파 간섭을 이용한 미세먼지 차단 및 저감 시스템.
   

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