KR102411361B1 - 광촉매를 이용한 수질정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매 효과를 극대화하여 생성된 정화물질을 공기를 통해서 물 속으로 공급하되, 물의 오염도에 따라 정화물질의 공급량을 자동으로 제어되게 함으로써, 물의 수질을 항상 깨끗하게 유지할 수 있도록 해주는 광촉매를 이용한 수질정화장치에 관한 것으로, 내부가 밀폐되어 있고, 광촉매를 통해 정화물질을 생성시키는 광촉매 반응기; 알루미늄 기재에 TiO2로 코팅되고 스크류 형상으로 둥글게 말려서 상기 광촉매 반응기 내부에 설치되는 광촉매 담체; 둥글게 말려진 상기 광촉매 담체의 원통형 속에 설치되어서 전기에 의해 점등되어 자외선을 발생시키는 자외선 램프; 제1 공급관을 통해 상기 광촉매 반응기 내부로 공기를 공급하는 에어펌프; 및 상기 광촉매 반응기와 제2 공급관으로 연결되어서 상기 정화물질을 수족관 내부의 수중으로 공급하는 다수 개의 노즐을 구비한 노즐체;를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 광촉매를 이용한 수질정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매 효과를 극대화하여 생성된 정화물질을 공기를 통해서 수족관 등의 물속으로 공급하되, 물의 오염도에 따라 정화물질의 공급량을 자동으로 제어되게 함으로써, 물의 수질을 항상 깨끗하게 유지할 수 있도록 해주는 광촉매를 이용한 수질정화장치에 관한 것이다.
가정의 거실이나 공공장소 로비 등 청결을 요하는 장소에 정서함양, 장식효과, 생태학습, 습도유지 등의 목적으로 다양한 형태의 수족관이 설치된다.
그러나, 상기 수족관에는 과잉으로 공급된 먹이가 부패되거나 물고기 배설물 등에 의해 물이 오염되어 오히려 미관을 해치거나 악취를 발생시켜서 혐오감을 주는 원인이 되고 있다.
그리고, 오염물질이 일시에 다량으로 발생하지는 않지만, 수족관은 폐쇄계이기 때문에 시간이 경과할수록 수족관 내부의 오염물질 농도는 점진적으로 높아져 일정 농도를 넘어서면 악취가 발생하게 되고, 탁도가 높아져 물이 흐려지게 되며, 이끼가 자라서 수족관으로서 기능을 상실하게 되므로 이를 방지하기 위한 기술이 요구된다.
따라서, 현재 상기 수족관 내의 오염물질을 제거하기 위한 많은 장치 기술이 개발되고 있으며, 특히 이산화티타늄(TiO2)을 이용한 광촉매 반응 기술을 적용하여 이용하고 있다.
도 7 및 도 8은 자외선에 의해 이산화티타늄 광촉매가 반응하여 산소 이온과 수산화라디칼을 발생함으로써 살균 정화 효과를 발휘하는 원리를 개략적으로 설명한다.
도면들을 참조하면, 이산화티타늄 광촉매는 주로 햇빛이나 형광등 등의 램프에서 나오는 자외선에 의해 반응하여 전자(e-)와 정공(h+)을 발생시키며, 이 전자와 정공이 산소 및 수분과 반응하면서 산소 이온(O2-) 및 수산화라디칼(OH)을 발생하게 된다.
따라서, 상기 산소 이온과 수산화라디칼의 강력한 산화 환원 반응을 일으키는 성질에 의해서 공기 또는 액체 중의 유기물을 정화하고 오염물질을 제거 및 냄새를 제거하며, 세균을 살균하는 효과는 내는 것이다.
이에, 종래에는 한국 등록특허공보 제10-1182162호, 제10-0383035호 및 제10-0671311호에 개시된 바와 같이, 이산화티타늄으로 코팅된 광촉매 부재를 이용하여 수족관 내의 물을 정화시키는 형태를 볼 수 있다.
그러나, 상기와 같은 광촉매를 이용한 수질정화장치들에 있어서는, 광촉매 부재가 도 7과 같이 수족관 내의 수중에 침지되어 있기 때문에 자외선과의 반응에 의한 전자(e-)와 정공(h+)을 다량으로 생성시키지 못하는 문제점이 발생하게 된다.
즉, 햇빛이나 형광등 등의 램프에서 나오는 자외선이 광촉매 부재와 반응하기 위해서는 물을 투과해야 하는데 대부분이 물에 흡수되어서 투과하지 못하게 되어 광촉매 부재와 접촉 반응하지 못하게 되고, 그로 인해 전자(e-)와 정공(h+)의 생성을 저하시키게 되며, 결과적으로 정화물질인 산소 이온(O2-) 및 수산화라디칼(OH)을 많이 생성시키지 못하게 되어 오염물을 정화하는데 있어서는 시간이 많이 소요되어 효율적이지 못하게 되는 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-1182162호,
2. 한국 등록특허공보 제10-0383035호
3. 한국 등록특허공보 제10-0671311호
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자외선이 물에 흡수되지 않고 모두가 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 물질에 조사하여 반응할 수 있게 함으로써 정화물질을 짧은 시간에 다량 발생시킬 수 있고, 또한 공기를 통해서 정화물질을 물 속으로 공급하되 물의 오염도에 따라 정화물질의 공급량을 자동으로 제어되게 함으로써, 물의 오염물질과 악취를 빠른 시간에 제거하고 수질을 항상 깨끗하게 효율적으로 유지할 수 있도록 해주는 광촉매를 이용한 수질정화장치를 제공하는 데에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치는, 내부가 밀폐되어 있고, 광촉매를 통해 정화물질을 생성시키는 광촉매 반응기; 알루미늄 기재에 TiO2로 코팅되고 스크류 형상으로 둥글게 말려서 상기 광촉매 반응기 내부에 설치되는 광촉매 담체; 둥글게 말려진 상기 광촉매 담체의 원통형 속에 설치되어서 전기에 의해 점등되어 자외선을 발생시키는 자외선 램프; 제1 공급관을 통해 상기 광촉매 반응기 내부로 공기를 공급하는 에어펌프; 및 상기 광촉매 반응기와 제2 공급관으로 연결되어서 상기 정화물질을 수족관 내부의 수중으로 공급하는 다수 개의 노즐을 구비한 노즐체;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광촉매 담체에 대한 알루미늄 기재에 TiO2 코팅은 화학증기증착(CVD)을 통해서 침상구조의 박막으로 형성되게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 공급관에 설치되어서, 상기 수족관 내부로 상기 정화물질의 공급량이 물의 오염도에 대응하여 조절공급되게 하는 자동공급제어기가 추가로 구비된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자동공급제어기는, 상기 수족관에 설치되어서 수질의 오염상태를 측정하는 오염측정센서와, 다수 개의 밸브를 구비하여 상기 제2 공급관에 설치된 개폐밸브체와, 상기 오염측정센서에 의해 감지된 수질의 오염상태에 따라서 상기 개폐밸브체의 다수 개의 밸브들 중에 선택하여 개폐하는 밸브개폐제어기로 구성된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치는, 햇빛이나 형광등에서 나오는 자외선이 물에 흡수되지 않고 모두가 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 물질에 조사되어 반응하기 때문에 오염물을 정화하는 물질을 짧은 시간에 다량 발생시킬 수 있어 물의 오염물질과 악취를 빠른 시간에 제거할 수 있게 하고, 또한 공기를 통해서 정화물질을 물 속으로 공급하되 수족관 내의 오염도에 따라 정화물질의 공급량을 자동으로 제어되게 함으로써 물의 수질을 항상 효율적으로 깨끗하게 유지할 수 있도록 해주는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 이용된 광촉매 담체를 보인 확대분해단면도.
도 3은 상기 광촉매 담체의 확대결합단면도.
도 4는 상기 광촉매 담체의 알루미늄 기재에 대한 TiO2 코팅층을 보인 SEM 사진.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 자동공급제어기가 구비된 상태를 보인 개략도.
도 7 및 도 8은 일반적으로 광촉매 담체를 통해서 수질이 정화되는 원리를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 이용된 광촉매 담체를 보인 확대분해단면도.
도 3은 상기 광촉매 담체의 확대결합단면도.
도 4는 상기 광촉매 담체의 알루미늄 기재에 대한 TiO2 코팅층을 보인 SEM 사진.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 자동공급제어기가 구비된 상태를 보인 개략도.
도 7 및 도 8은 일반적으로 광촉매 담체를 통해서 수질이 정화되는 원리를 보인 도면.
이하, 본 발명에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 대한 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치를 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 이용된 광촉매 담체를 보인 확대분해단면도이고, 도 3은 상기 광촉매 담체의 확대결합단면도이고, 도 4는 상기 광촉매 담체의 알루미늄 기재에 대한 TiO2 코팅층을 보인 SEM 사진이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치에 자동공급제어기가 구비된 상태를 보인 개략도이다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
햇빛이나 형광등 등의 램프에서 나오는 자외선이 물에 흡수되지 않고 모두가 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 물질에 조사할 수 있게 함으로써 정화물질을 짧은 시간에 다량 발생시킬 수 있게 하는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치, 도 1에 도시된 바와 같이, 광촉매 반응기(10), 광촉매 담체(20), 자외선 램프(30), 에어펌프(40) 및 노즐체(50)로 구성된다.
여기서, 종래의 문제점으로 되는 자외선이 물에 흡수되지 않도록 하기 위해서, 본 발명에서는 수중이 아닌 수족관(1)의 밖에 광촉매 담체(20)를 설치하여 조사된 자외선 모두가 이산화티타늄과 반응할 수 있도록 하였으며, 이를 위해서 광촉매 반응기(10)를 별도로 구비하였다.
상기 광촉매 반응기(10)는 내부가 밀폐되게 하였고, 그 내부에 별도로 구비된 자외선 램프(30)에 의한 광촉매와 공기의 주입을 통해서 정화물질이 생성되게 하였으며, 이렇게 생성된 정화물질이 수족관(1) 내부의 수중으로 공급되게 하였다.
상기 광촉매 담체(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 기재에 이산화티타늄으로 코팅되고 스크류 형상으로 둥글게 말려서 광촉매 반응기(10) 내부에 설치된다.
여기에서, 알루미늄 기재에 대한 이산화티타늄의 코팅은 화학증기증착(CVD)을 통해서 도 4에 도시된 바와 같은 침상구조의 박막으로 형성되게 하였다.
상기와 같이 코팅층을 침상구조로 이루어지게 함으로써, 도 4에 도시된 바와 같은 종래기술인 졸-겔의 반응에 의한 판상형의 코팅층보다, 자외선이 이산화티타늄과의 접촉 면적을 넓혀서 다량의 전자(e-)와 정공(h+)이 발생되게 하였다.
상기 자외선 램프(30)는 둥글게 말려진 광촉매 담체(20)의 원통형 속에 설치되어서 전기에 의해 점등되어 자외선을 발생시키게 되며, 이렇게 발생된 자외선은 조사되어 이산화티타늄과의 접촉하여 반응하게 된다.
상기 에어펌프(40)는 제1 공급관(45)을 통해 광촉매 반응기(10) 내부로 공기를 공급해 주며, 따라서 공급된 공기는 자외선과 이산화티타늄과의 반응을 통해 생성된 전자(e-)와 정공(h+)과 반응하여 정화물질인 산소 이온(O2-) 및 수산화라디칼(OH)을 생성시킨다.
상기와 같은 반응으로 생성된 정화물질은 제2 공급관(55)을 통해서 그리고 에어펌프(40)를 통해 공급된 공기의 유속에 의해 수족관(1)으로 이동하고, 노즐체(50)를 통해서 수중으로 공급된다.
여기서, 미도시되었지만, 상기 정화물질의 원활한 공급을 위해서 제2 공급관(55)에 별도의 송풍기를 구비하는 일도 가능하다.
상기 노즐체(50)는 광촉매 반응기(10)와 제2 공급관(55)으로 연결되어서, 상술한 바와 같이 정화물질을 수족관(1) 내부의 수중으로 공급하며, 다수 개의 노즐(51)을 구비한다.
상기와 같이 노즐체(50)에 다수 개의 노즐(51)을 구비한 이유는 수중으로의 정화물질 확산 비율을 높여 가능한 빠른 시간 내에 오염물질이 정화될 수 있도록 하기 위한 것이다.
한편, 공기를 통해서 정화물질을 수족관(1)으로 공급하되 수족관(1) 내의 오염 농도에 따라 정화물질의 공급량을 자동으로 제어될 수 있게 하는 자동공급제어기(60)를 추가로 구비하였다.
상기 자동공급제어기(60)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제2 공급관(55)에 설치되어서, 상기 수족관(1) 내부로 정화물질의 공급량이 물의 오염도에 대응하여 조절공급되게 하는 역할을 한다.
상기 자동공급제어기(60)는 오염측정센서(61), 개폐밸브체(62) 및 밸브개폐제어기(63)로 구성된다.
상기 오염측정센서(61)는 수족관(1)에 설치되어서 수질의 오염상태를 실시간으로 측정하여 밸브개폐제어기(63)로 보내지게 하며, 그의 작동은 일반적인 형태인 것으로서 여기에서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 개폐밸브체(62)는 정화물질의 공급량을 조절할 수 있도록 하는 다수 개의 밸브(64)를 구비하여 제2 공급관(55)에 설치된다.
따라서, 상기 수족관(1) 내의 수중의 오염 농도에 대응하여 밸브(64)의 개폐 수에 제어하여 정화물질의 공급량을 조절하면 되는 것이다.
상기 밸브개폐제어기(63)는 오염측정센서(61)에 의해 감지된 수질의 오염상태에 따라서 개폐밸브체(62)의 다수 개의 밸브(64)들 중에 선택하여 개폐하는 역할을 한다.
즉, 상기 밸브개폐제어기(63)는 오염측정센서(61)로부터 수질의 오염 농도를 수신한 후, 그 오염 농도에 대응하는 정화물질의 공급량을 밸브(64)들 중에 선택하여 개방함으로써 적정 양이 공급될 수 있게 하여서, 정화물질이 과도하게 또는 부족하게 공급되는 현상을 방지해 준다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 광촉매를 이용한 수질정화장치의 실시상태를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 광촉매 반응기(10) 내부에서 자외선 램프(30)를 켜서 자외선을 조사하고 광촉매 담체(20)인 이산화티타늄과 반응하게 하여 전자(e-)와 정공(h+)이 발생되게 한다.
그 다음, 상기 에어펌프(40)를 작동시켜서 광촉매 반응기(10) 내부로 공기를 주입하고, 그 주입된 공기가 전자(e-)와 정공(h+)과 반응하여 정화물질인 산소 이온(O2-) 및 수산화라디칼(OH)이 생성되게 한다.
이렇게 생성된 정화물질은 제2 공급관(55)을 통해서 수족관(1) 내부에 있는 노즐체(50)로 보내지게 되고, 다수 개의 노즐(51)을 통해서 수중으로 공급된다.
이때, 정화물질의 공급은 공기의 유속을 통해서 공급되지만, 자동공급제어기(60)를 통해서 수중의 오염 농도에 따라서 공급량을 조절하여 공급될 수 있게 하였다.
따라서, 상기 수족관(1)의 오염물을 정화하는 물질을 짧은 시간에 다량 발생시킬 수 있어 물속의 오염물질과 악취를 빠른 시간에 제거할 수 있게 하고, 또한 오염도에 따라 정화물질의 공급량을 자동으로 제어되게 함으로써 수족관(1)의 수질을 항상 깨끗하게 효율적으로 유지할 수 있도록 해주는 일이 가능하게 된다.
상기의 본 발명에 따른 광촉매를 이용한 물 정화장치의 사용은, 수족관(1)에 한정하지 않고, 정수기, 실내수영장, 치어 등의 양식장, 강이나 바다와 같은 오염물이 침제되어 있는 모든 장소에 적용가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
1: 수족관
10: 광촉매 반응기 20: 광촉매 담체
30: 자외선 램프 40: 에어펌프
45: 제1 공급관 50: 노즐체
51: 노즐 55: 제2 공급관
60: 자동공급제어기 61: 오염측정센서
62: 개폐밸브체 63: 밸브개폐제어기
64: 밸브
10: 광촉매 반응기 20: 광촉매 담체
30: 자외선 램프 40: 에어펌프
45: 제1 공급관 50: 노즐체
51: 노즐 55: 제2 공급관
60: 자동공급제어기 61: 오염측정센서
62: 개폐밸브체 63: 밸브개폐제어기
64: 밸브
Claims (4)
- 내부가 밀폐되어 있고, 광촉매를 통해 정화물질을 생성시키는 광촉매 반응기(10);
알루미늄 기재에 이산화티타늄(TiO2)로 코팅되고 스크류 형상으로 둥글게 말려서 상기 광촉매 반응기(10) 내부에 설치되는 광촉매 담체(20);
둥글게 말려진 상기 광촉매 담체(20)의 원통형 속에 설치되어서 전기에 의해 점등되어 자외선을 발생시키는 자외선 램프(30);
제1 공급관(45)을 통해 상기 광촉매 반응기(10) 내부로 공기를 공급하는 에어펌프(40);
상기 광촉매 반응기(10)와 제2 공급관(55)으로 연결되어서 상기 정화물질을 수족관(1) 내부의 수중으로 공급하는 다수 개의 노즐(51)을 구비한 노즐체(50); 및
상기 제2 공급관(55)에 설치되어서, 상기 수족관(1) 내부로 상기 정화물질의 공급량이 물의 오염도에 대응하여 조절공급되게 하는 자동공급제어기(60);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 수질정화장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 광촉매 담체(20)에 대한 알루미늄 기재에 이산화티타늄 코팅은 화학증기증착(CVD)을 통해서 침상구조의 박막으로 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 수질정화장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 자동공급제어기(60)는,
상기 수족관(1)에 설치되어서 수질의 오염상태를 측정하는 오염측정센서(61)와,
다수 개의 밸브(64)를 구비하여 상기 제2 공급관(55)에 설치된 개폐밸브체(62)와,
상기 오염측정센서(61)에 의해 감지된 수질의 오염상태에 따라서 상기 개폐밸브체(62)의 다수 개의 밸브(64)들 중에 선택하여 개폐하는 밸브개폐제어기(63)로 구성되는 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 수질정화장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020200038026A KR102411361B1 (ko) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 광촉매를 이용한 수질정화장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020200038026A KR102411361B1 (ko) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 광촉매를 이용한 수질정화장치 |
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| KR200254611Y1 (ko) * | 2001-08-01 | 2001-12-01 | 김형호 | 나선형 광촉매판을 이용한 물과 공기 정화 장치 |
| KR200355965Y1 (ko) | 2004-04-30 | 2004-07-16 | 김태진 | 공기정화 및 가습기능이 겸비된 장식용 수족관 |
| JP2006263497A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Ebara Corp | 光触媒を用いる水処理方法と装置 |
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| KR20110010470A (ko) * | 2009-07-24 | 2011-02-01 | 박성차 | 엘이디 자외선 램프 및 오존을 이용한 살균기능을 구비한 어항 |
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