KR102359277B1 - 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치 - Google Patents

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    • B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components

Abstract

본 발명은 물을 필터로써 활용하는 미세먼지 제거 장치로써, 산기관을 통해 미세한 공기방울을 물 속으로 분산시킨 후 와류를 발생시켜 공기방울의 물 속 체류시간을 늘이며 공기방울의 불규칙한 운동을 유도하여 공기방울 속에 있는 미세먼지를 보다 효과적으로 물에 포집하여 제거하는 장치이다. 이러한 미세먼지 제거 장치는 도심의 거리에 배열되어 지속적으로 미세먼지를 제거함으로써 시민들에게 직접적으로 청정한 공기를 제공할 수 있다.

Description

와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치{FINE DUST REMOVER BY WATER TURBULENCE}
본 발명은 미세먼지가 혼재된 공기를 흡입하여 미세먼지를 물 속에 포집하여 제거하는 장치로서, 산기관을 통해 미세한 공기방울로 분산시키면서 물 속에 와류를 발생시켜 공기방울과 물의 접촉시간을 늘리고 불규칙한 공기방울의 관성운동에 의해 미세먼지의 제거효율을 높이는 장치에 관한 것이다.
현재, 대기환경은 미세먼지로 인해 심각한 위험에 처해 있으며, 중국발 미세먼지뿐만 아니라 발전소를 비롯한 각종 공장에서의 배기가스, 경유자동차의 배기가스 등 다양한 원인으로 그 피해는 날로 더해가고 있다.
이러한 미세먼지를 제거하기 위한 방법으로 실내에서는 HEPA 필터를 포함한 공기청정기의 사용이 대부분이며, 발전소나 공장과 같은 대형 배출시설에는 복잡하고 다양한 집진설비 및 배기가스 처리설비를 설치하여 운영하고 있다.
물론 근본적인 미세먼지의 발생원인을 제거하고 발생량을 최소화하여 대기환경을 개선해야 함은 당연한 과제이지만 현재 시민들은 마스크를 착용한 채 위험한 거리에 그대로 노출되어 있어 도심에서 거리의 공기질 개선사업 또한 병행하지 않으면 안된다.
중국에서나 유럽 등지에서 미세먼지를 제거하기 위해 옥외에 대형 집진시설을 설치하는 사례도 있으나 제한된 도심공간에서는 보다 컴팩트하며 도시미관을 해치지 않고 미세먼지가 제거된 청정한 공기가 거리의 시민들과 가까운 거리에서 제공되는 것이 바람직하다.
또한 실내에서 사용되고 있는 HEPA 필터와 같이 지속적으로 고가의 필터를 교환해야 하는 방식은 거리에서 미세먼지를 제거하는 데 적용하기에는 관리 및 비용의 문제로 무리가 있다.
미세먼지를 효율적으로 제거할 수 있으면서도 필터 교환에 대한 비용이 크게 발생하지 않는 방식이 물 필터이다. 물은 공기 중에 포함되어 있는 미세먼지를 높은 표면장력으로 포집할 수 있는 특징이 있으며, 교환이나 관리에도 비용이 크게 발생하지 않는다.
공기 중의 미세먼지를 제거하기 위해 물을 사용하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫번째는 마이크로 버블을 이용하는 것이고, 다른 하나는 미세한 물방울을 분사시키는 방법이다.
마이크로 버블을 이용하는 것은 미세먼지가 포함된 공기방울을 미세하게 물 속에 분산시켜 공기방울에 포함된 미세먼지를 물 속으로 포집하는 방식이다. 비교적 간단한 구성으로 장치를 제작할 수 있으며 극대화된 공기방울의 비표면적으로 인해 미세먼지 제거효율을 높일 수 있다는 장점이 있다. 그러나 공기를 노즐로 분사하여 마이크로 버블을 만들어주기 위해서는 공기의 흡입량이 제한적이기 처리량의 한계가 있다. 또한 마이크로 버블을 만들어주기 위해서는 고속모터를 사용해야 한다.
미세한 물방울을 분사하여 공기와 접촉함으로써 공기 속에 포함된 미세먼지를 제거하는 방식은, 보다 효과적으로 미세먼지를 제거하기 위해 미세한 액적을 유입되는 공기와 접촉시키는데 미세먼지를 포집한 액적이 그대로 공기와 함께 배출될 수 있다는 단점과 더불어 지속적으로 물을 공급해줘야 하는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-1614906호 한국공개특허 제10-2017-0119211호 한국공개특허 제10-2018-0095166호 한국공개특허 제10-2018-0042033호
본 발명의 목적은, 물을 이용하여 미세먼지를 효과적으로 제거하기 위하여 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치를, 더 나아가서 도심의 거리에 시민들과 가깝게 설치되어 지속적으로 미세먼지를 제거하고 청정한 공기를 공급할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 해결과제와 관련하여 물의 표면장력에 의해 미세먼지가 포집되어 공기 중의 미세먼지를 제거할 수 있는 기본 원리에서 착안하여, 이의 효과를 극대화하기 위하여 미세한 공기방울의 체류시간을 높이며, 와류에 의한 공기방울의 불규칙한 운동 과정에서 공기방울에 포함되어 있는 미세먼지가 관성운동에 의해 공기방울의 내부에서 표면으로 이동하고 물과의 계면에 접촉함으로써 보다 쉽게 물에 미세먼지가 포집되도록 장치를 고안하였다.
이를 위해, 산기관에 의해 미세한 공기방울을 물 속으로 유입시키고 부력에 의해 상승하는 미세한 공기방울을 블레이드를 회전시켜 더욱 미세하게 분산시킴과 동시에 와류를 발생시켜 물 속에서의 공기방울 체류시간을 늘이고 공기방울의 불규칙한 운동을 극대화할 수 있도록 하였다.
이러한 미세먼지 제거 장치는 기둥형태로써 하부에 에어펌프와 산기관을 두어 미세먼지가 포함된 공기를 흡입하여 물 속으로 분산시키며, 기둥내부에 설치되는 와류발생기를 통해 원기둥 수조 내부에서 미세한 공기방울이 와류에 의한 불규칙한 운동을 통하여 물 속에 미세먼지가 포집되어 제거되고 상부로 청정한 공기를 배출할 수 있도록 간단히 구성하였다.
와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치는 컴팩트한 원기둥의 형태로써 도심의 거리에 배열하여 설치하기에 용이하며, 시민들과 가까운 거리에서 미세먼지가 포함된 공기를 흡입, 미세먼지를 제거하여 곧바로 시민에게 청정한 공기를 제공할 수 있다. 또한 주기적으로 물만 갈아주면 되기 때문에 유지관리 측면에서 편리하고 필터 교체 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치는 도심의 거리에서 지속적으로 미세먼지를 제거하여 청정한 공기를 제공함으로써 보다 쾌적하게 도시환경을 관리할 수 있다. 또한 본 발명의 미세먼지 제거 장치는 원기둥의 형태로써 하부와 상부에 조명을 설치하여 도시조명의 역할을 추가할 수 있으며, 상부조명에는 가시광 반응 광촉매를 설치하여 VOC 등의 유해가스를 제거하는 기능을 추가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 미세먼지 제거 장치의 따른 단면 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와류발생 블레이드의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기분쇄 블레이드의 평면도.
도 4는 본 발명의 미세먼지 제거 장치에 의한 미세먼지 제거 원리를 나타낸 모식도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였다. 또한 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 한편, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있거나 본 발명의 요지 설명에 불필요한 부분으로서 도면 도시로부터 그 구조나 동작 내용이 직관적으로 이해될 수 있는 것에 대해서는 관련 식별기호에 대한 표시 및 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저 본 발명의 실시예 따른 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치의 전체 구조 및 이를 구성하는 각각의 부품 요소의 구조에 대해 상세히 설명한다.
도1에서와 같이, 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치는 원통 수조(101)가 원통 프레임(102)에 올려진 구조로써 전체적으로 원기둥의 형태를 갖추며, 원통 수조(101)에는 하부에 물의 배출구(103)와 상부에 유입구(104)를 포함한다. 원통 프레임(102)의 내부에는 에어펌프(201)와 산기관(204), 그리고 둘 사이에는 역류방지밸브(203)이 배치되며, 에어펌프에서 연결된 공기의 흡입구(202)를 둔다.
산기관(204)의 가운데에는 회전축을 원활하게 회전할 수 있도록 베어링(305)이 위치하고 맨 위쪽에 회전축을 회전시키는 모터(301), 모터와 베어링 사이에 회전축(302)이 위치하며, 회전축의 하부에 와류발생 블레이드(303)과 공기분쇄 블레이드(304)가 교차하여 위에서부터 아래로 배열된다. 이때 와류발생 블레이드(303) 하나에 공기분쇄 블레이드(304)는 하나 내지는 다수를 배열할 수 있으며, 와류와 공기분쇄 효과를 높이기 위해 블레이드의 배열을 늘일 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와류발생 블레이드의 평면도를 나타내고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기분쇄 블레이드의 평면도를 각각 나타낸다.
이러한 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치는 미세먼지가 혼재된 거리의 공기를 에어펌프(201)에서 공기 흡입구(202)로 흡입하여 상부의 산기관(204)을 통해 미세한 공기방울로써 원통 수조(101)로 공급한다. 이때 모터(301)에 의해 회전축(302)이 공기분쇄 블레이드(304)와 와류발생 블레이드(303)를 회전시킨다. 산기관(204)에서 분산되어 올라오는 미세한 공기방울은 우선 공기분쇄 블레이드(304)에 의해 더욱 미세한 공기방울로 분쇄되면서 와류에 의해 불규칙한 운동을 하며 회전방향으로 회전한다. 이때 공기방울은 공기분쇄 블레이드(304)에 타공된 구멍을 통해 상하로 와류에 움직이며 조금씩 위쪽으로 떠오르게 된다. 또한 공기분쇄 블레이드(304)를 통과한 공기방울은 와류발생 블레이드(303)의 꺾여있는 날개에 의해 바깥쪽에서는 강하고 가운데에서는 약하게 아랫쪽으로 밀려지며 가운데로 모아진다. 공기방울의 부력에 의해 상승하려는 힘과 와류발생 블레이드(303)의 날개에 의해 아래쪽으로 밀려나는 힘에 의해 와류는 크게 발생하게 되고 이때 공기방울은 빠른 속도로 불규칙한 운동을 하게 된다. 도2에 도시한 것과 같이 공기방울 속에 포함된 미세먼지는 공기방울과 같은 방향으로 움직이다가 와류에 의해 갑자기 공기방울의 운동방향이 바뀔 때마다 관성운동에 의해 공기방울과 물의 계면에 충돌하게 되고 이때 물의 표면장력에 의해 미세먼지는 포집된다. 미세한 공기방울마다 이러한 과정이 무수히 반복되며 미세먼지는 대부분 물에 포집되어 제거되고 청정한 공기가 위쪽으로 부상하여 상부로 배출된다.
도1에 도시한 것과 같이 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치는 간단한 구성으로 원기둥 형상이며 도심의 거리에, 특히 차도와 보도 사이에 일렬로 배열할 수 있으며 미세먼지를 지속적으로 제거하여 보행자에게 청정한 공기를 공급할 수 있다. 추가적으로 도시미관을 위해서 상부와 하부에 조명을 설치할 수 있으며, 상부의 조명에는 가시광에 반응하는 촉매를 설치하여 VOC 등의 유해가스를 제거하는 기능을 추가할 수 있다.
이러한 와류형성에 의한 미세먼지 제거 장치는 주기적으로 물을 교환해주는 방식으로 관리가 이루어지기 때문에 추가적인 필터 교환의 비용이 크게 발생하지 않을 뿐만 아니라 필터의 막힘현상으로 통기성 저하가 발생하지 않고 지속적으로 미세먼지의 제거 기능을 수행할 수 있다.
101: 원통 수조
102: 원통 프레임
103: 물 배출구
104: 물 유입구
201: 에어펌프
202: 공기흡입구
203: 역류방지밸브
204: 산기관
301: 모터
302: 회전축
303: 와류발생 블레이드
304: 공기분쇄 블레이드
305: 베어링

Claims (5)

  1. 물 필터를 이용하는 미세먼지 제거 장치로서, 와류형성 및 분쇄 수단이 구비된 원통형 기둥형태의 본체 하부에서 미세먼지가 포함된 공기를 흡입하며 공기방울을 물 속으로 분산시키고 물속에서 와류를 발생시켜 미세먼지를 제거하고 상부로 청정한 공기를 배출시키는 미세먼지 제거 장치에 있어서, 상기 와류형성 및 분쇄 수단은 와류를 발생시키기 위한 와류발생 블레이드와 공기방울을 분쇄하기 위한 공기분쇄 블레이드가 상기 본체의 높이방향으로 교차 배열되고, 상기 공기분쇄 블레이드는 1mm 이하의 스테인리스 판에 수 밀리미터의 원형 타공하여 공기방울이 타공된 구멍을 통과하면서 분쇄되며 와류가 발생하도록 하는 구조인 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 와류형성 블레이드는 1mm 이하의 스테인리스 판에 수 밀리미터의 원형 타공을 하되, 방사형으로 1도 내지는 10도 이하의 각도로 블레이드의 일부를 아래쪽으로 꺾어서, 회전시 아래쪽으로 물을 밀어주는 역할을 하도록 하며, 또한 가운데서 바깥쪽으로 꺾이는 면적을 더 넓게 하여 공기방울이 바깥으로 밀려나가지 않도록 모아주는 구조인 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 장치.
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