KR102439013B1 - 살균정화 리액터 모듈 및 이를 내장한 스탠드형 공기정화살균장치 - Google Patents

살균정화 리액터 모듈 및 이를 내장한 스탠드형 공기정화살균장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 살균정화 리액터 모듈 및 이를 내장한 스탠드형 공기정화살균장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평면에 세워서 사용이 가능한 살균정화 리액터 모듈이 내장된 스탠드형 공기정화살균장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 살균정화 리액터 모듈은 내부가 비어 있으며, 일측으로부터 공기가 유입되는 바디 케이스; 상기 바디 케이스 내부의 상단과 하단에 각각 형성되는 나노튜브 고정용 트레이; 상기 나노튜브 고정용 트레이와 직접 또는 간접으로 결합되는 나노튜브; 상기 바디 케이스 측면에 형성되는 홀더 홀에 인입되는 자외선램프 고정용 홀더; 상기 자외선램프 고정용 홀더에 인입되는 자외선램프; 및 상기 바디 케이스의 타측에 결합되는 리액터 커버;를 포함한다.

Description

살균정화 리액터 모듈 및 이를 내장한 스탠드형 공기정화살균장치{Sterilization and purification reactor module and stand-type air purification and sterilization device incorporating it}
본 발명은 살균정화 리액터 모듈 및 이를 내장한 스탠드형 공기정화살균장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평면에 세워서 사용이 가능한 살균정화 리액터 모듈이 내장된 스탠드형 공기정화살균장치에 관한 것이다.
현대인은 실내에서 약 90% 이상 생활하고, 많은 양의 공기를 주변 사람들과 함께 호흡하고 있다. 따라서 실내공기의 질은 국민생활보건에 있어 큰 의미를 갖는다. 특히, 2019년 발생한 코로나 바이러스로 다중 이용시설의 실내 공기질 관리 및 호흡기 질환의 감염관리가 매우 중요한 사회적 문제로 떠오르고 있다.
일반적으로 학교, 병원, 상가, 지하 및 지하철역 등 다중 이용시설이 실내는 미세먼지, 이물질 또는 미생물성 오염물질을 포함하고 있으며, 이들 오염물질은 전염성 질환, 알레르기성 질환 또는 호흡기 질환을 유발하는 원인을 제공한다.
특히, 에어컨 및 일반 공기청정기의 필터가 코로나 바이러스의 감염 매체로 보도되면서, 교육시설 및 의료시설에서 에어컨과 공기청정기의 사용을 일부 제한하고 있다.
기존의 공기정화 살균장치는 미세먼지를 포집하기 위하여 펄프 또는 유리섬유질의 헤파(HEPA) 필터를 사용하여 포집하였으나, 사용 시간의 경과에 따른 입력 손실 등 효율이 떨어지고, 주기적으로 고가의 필터를 교체하야야 하는 문제점이 있었다.
살균을 위해서는 자외선과 음이온방식의 살균기를 많이 사용하고 있지만, 자외선 방식만의 살균기는 소비 전력이 많다는 단점이 있으며, 음이온 방식의 살균기는 살균의 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1585223호 한국공개특허 제10-2012-0077724호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 크기에 적용이 가능한 살균기 리액터 모듈을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 살균 성능이 우수한 살균장치를 제안함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 소음 발생이 감소된 공기정화살균장치를 제안함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 자외선이 외부로 방사되지 않는 공기정화살균장치를 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 살균정화 리액터 모듈은 내부가 비어 있으며, 일측으로부터 공기가 유입되는 바디 케이스; 상기 바디 케이스 내부의 상단과 하단에 각각 형성되는 나노튜브 고정용 트레이; 상기 나노튜브 고정용 트레이와 직접 또는 간접으로 결합되는 나노튜브; 상기 바디 케이스 측면에 형성되는 홀더 홀에 인입되는 자외선램프 고정용 홀더; 상기 자외선램프 고정용 홀더에 인입되는 자외선램프; 및 상기 바디 케이스의 타측에 결합되는 리액터 커버;를 포함한다.
본 발명에 따른 살균정화 리액터 모듈 및 이를 내장한 스탠드형 공기정화살균장치는 체결이 가능한 살균정화 리액터 모듈을 상하 또는 좌우로 체결하여 다양한 크기를 갖는 스탠드형 공기정화살균장치를 제조가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 살균정화 리액터 모듈의 바디 케이스는 자외선을 반사하도록 처리하며, 상단에 위치하는 소음모듈의 바디 케이스는 자외선을 흡수하도록 처리함으로써, 살균정화 리액터 모듈 내에서는 공기 정화 효율을 향상되며, 소음모듈 외부로는 자외선이 방출되지 않도록 한다.
이외에도 소음모듈은 흡음재가 내장된 타공판을 형성하여, 외부로 소음이 전달되지 않도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 살균정화 리액터 모듈을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 나노튜브를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 소음모듈을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 스탠드형 공기정화살균장치를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 살균정화 리액터 모듈과 소음모듈의 체결 상태를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 광촉매 코팅의 공정도를 도시하고 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
세균 99.9%를 살균하는데 필요한 시간(t)은 살균 대상물체와의 거리를 알면, 아래와 같이 간단한 계산식으로 구할 수 있다.
[수학식]
시간(t) = 99.9% 살균에 필요한 자외선에너지(㎼ㅇsec/㎠) / 그 거리에서의 살균조도(㎼/㎠)
즉, 살균 대상물체와의 거리를 알 수 있으면, 99.9% 살균하는 데 필요한 시간(t)을 구할 수 있다. 예를 들어 5cm에 떨어져 있는 Influenza virus를 살균하기 위해서, UVC LED가 5cm 떨어진 곳의 살균조도를 2,000(㎼/㎠)로 가정하면, 3.2초간 자외선을 조사하면 Influenza virus를 99.9% 살균할 수 있다.도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 살균정화 리액터 모듈을 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 살균정화 리액터 모듈에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 특히, 도 1(a)는 살균정화 리액터 모듈의 사시도를 도시하고 있으며, 도 1(b)는 살균정화 리액터 모듈의 분해 사시도를 도시하고 있다.
도 1에 의하면, 살균정화 리액터 모듈(100)은 바디 케이스, 나노튜브 고정용 트레이, 자외선램프 고정용 홀더, 자외선램프, 트레이 삽입용 보스, 나노튜브, 제어 보드, 케이블 커넥터, 자외선램프 안정기를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 살균정화 리액터 모듈에 포함될 수 있다.
바디 케이스(102)는 부품이 실장 가능하도록 내부가 비어 있으며, 상단과 하단이 개방된 직육면체 형상을 갖는다. 바디 케이스(102)는 본 발명에서 제안하는 살균정화 리액터 모듈(100)을 구성하는 각 구성이 실장되거나 결합된다. 바디 케이스(102)의 내부는 반사용 크롬이 도금되어, 자외선이 외부로 방사되지 않고 내부로 반사된다.
나노튜브 고정용 트레이(104)는 바디 케이스(102)의 내부 상단과 하단에 형성된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 나노튜브 고정용 트레이(104)는 바디 케이스(102)의 내부에서 상단 하단 각각 형성된다. 나노튜브 고정용 트레이(104)는 바디 케이스(102)의 내부 상단의 양측면에 형성되는 동시에 내부 하단의 양측면에 형성된다.
자외선램프 고정용 홀더(106)는 두 개의 나노튜브 고정용 트레이(104) 사이에 위치한 상태에서 바디 케이스에 체결된다. 자외선램프 고정용 홀더(106)의 재질은 고무로 형성되는 것이 바람직하나, 고무 이외에 다른 재질로 구성될 수 있다. 고무 재질로 형성하는 이유는 충격에 의한 파손을 방지하기 위함이다.
바디 케이스(102)에 형성된 홀더 홀에 자외선램프 고정용 홀더(106)가 인입되며, 자외선램프 고정용 홀더(106)가 인입된 상태에서 자외선램프(108)는 자외선램프 고정용 홀더(106)에 인입된다.
자외선램프(108)는 자외선램프 고정용 홀더(106)에 체결된다. 자외선램프(108)는 외부로부터 공급받은 전원에 의해 자외선을 방사한다.
트레이 삽입용 보스(110)는 나노튜브 고정용 트레이(104)에 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이 트레이 삽입용 보스(110)는 나노튜브 고정용 트레이(104) 상에서 복수 개가 나열된다. 트레이 삽입용 보스(110)는 나노튜브 고정용 트레이(104) 상에서 고정 결합되는 것이 바람직하나, 착탈 형태로 결합될 수 있다. 부연하여 설명하면, 나노튜브(112)의 양단에 트레이 삽입용 보스(110)가 체결된 상태에서 나노튜브 고정용 트레이(104)에 인입된다.
나노튜브(112)는 트레이 삽입용 보스(110)에 결합된다. 나노튜브(112)는 튜브지름보다 큰 트레이 삽입용 원형 커버를 포함하며, 표면은 허니컴의 구조를 가지며, 공기의 자유로운 이동을 위해 내부는 비어 있다.
나노튜브(112)의 형상에 대해서는 후술하기로 한다. 나노튜브(112)는 외측에 광촉매가 코팅되어 있으며, 코팅된 광촉매에 의해 외부로부터 유입된 공기는 살균된다. 물론 외부로부터 유입된 공기는 나노튜브(112) 뿐만 아니라 자외선램프에 의해서도 살균, 정화된다.
바디 케이스(102)의 일측은 외부의 공기가 유입되며, 타측은 살균정화된 공기가 유출된다. 즉, 바디 케이스(102)의 일측은 구동되는 팬에 의해 외부의 공기가 유입되며, 타측은 살균정화된 공기가 외부로 유출된다.
바디 케이스(102)의 측면에는 자외선램프 안정기(114) 및 제어보드(116)가 형성된다. 자외선램프 안정기(114)는 자외선램프(108)의 점등을 제어한다. 제어보드(116)는 공기정화 리액터 모듈의 구동을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 나노튜브를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 나노튜브에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
나노튜브는 허니컴 구조를 가지며, 광촉매가 도포된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 나노튜브는 다양한 길이를 갖도록 제작될 수 있다. 즉, 나노튜브의 일측은 체결 구조를 가지며, 두 개의 나노튜브를 결합하여 나노튜브의 총 길이를 연장할 수 있다.
나노튜브는 크롬 등 반사효율이 높은 금속 물질을 코팅하여 반사효율을 높이며, 자외선이 조사되는 부분의 면적을 다른 부분의 면적에 비해 상대적으로 넓게 하여 광촉매 효과를 높인다. 본 발명과 관련하여 광촉매 입자의 크기는 3 내지 10nm이다. 광촉매가 도포된 나노튜브를 제조하는 공정에 대해서는 도 5에서 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 소음모듈을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명이 일실시 예에 따른 소음모듈의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 3에 의하면, 소음모듈(300)은 바디 케이스(302), 타공판(304), 흡음재(306) 및 체결 볼트(308)를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 소음모듈에 포함될 수 있다. 소음모듈(300)은 리액터 모듈의 상단에 형성되며, 리액터 모듈 내에서 발생되는 소음이 외부로 전달되는 것을 차단한다.
바디 케이스(302)는 상단과 하단이 개방된 육면체 구조로 형성되며, UVC 흡수용 페인트가 내측면과 외측면에 코팅된다. 바디 케이스(302) 내측면에 코팅되는 UVC 흡수용 페인트에 의해 리액터 모듈을 구성하는 자외선램프에서 발산되는 자외선이 외부로 발산되는 것을 차단한다. 바디 케이스(302)의 하단과 상단에는 체결 볼트가 형성된다. 특히 바디 케이스(302)의 하단에 형성되는 체결 볼트(308)는 리액터 모듈을 체결하는 기능을 수행한다.
타공판(304)은 바디 케이스(302)의 내부에 인입된다. 타공판(304)은 소음을 흡수하는 타공이 형성된다. 타공판(304)의 상단부와 하단부는 삿갓 형상으로 하여 유체에 대한 저항을 최소화한다.
흡음재(306)는 타공판(302) 내부에 인입된다. 흡음재(306)는 PE 백(bag)에 담긴 상태에서 타공판 내부에 인입된다. 타공판(304)에 형성된 타공으로 들어온 소음은 흡음재(306)에 의해 흡수된다. 이와 같이 본 발명은 흡음재(306)가 내장된 타공판(304)을 이용하여 소음이 외부로 발산되는 것을 차단한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 스탠드형 공기정화살균장치를 도시하고 있다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 스탠드형 공기정화살균장치의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
스탠드형 공기정화살균장치(400)는 하단에서 필터모듈(410), 블로워(420), 살균정화 리액터 모듈(100), 소음모듈(300), 필터(430), 송풍모듈(440) 및 디스플레이(450)를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 스탠드형 공기정화살균장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
필터모듈(410)은 프리필터, 카본필터, 미디엄 필터 및 HEPA(헤파) 필터로 구성된다. 본 발명에서는 4개의 필터를 이용하여 외부로부터 유입되는 공기에 포함된 이물질 등 미세먼지, 세균 등을 필터링한다. 본 발명은 4개의 필터로 구성되는 필터모듈(410)을 제안하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제작자의 제작 의도에 따라 필터모듈(410)을 구성하는 필터의 개수 및 종류는 달라질 수 있다.
블로워(420)는 헤파 필터에서 유입되는 공기의 압력강하를 보완할 수 있도록 고압력/고풍량의 블로워팬을 적용한다. 블로워(420)는 필터모듈(410)에서 유입되는 공기를 살균정화 리액터 모듈(100)로 공급한다.
살균정화 리액터 모듈(100)은 스탠드형 공기정화살균장치의 크기에 따라 복수개가 적층된다. 즉, 스탠드형 공기정화살균장치는 크기에 따라 적어도 하나의 살균정화 리액터 모듈이 적층된다. 부연하여 설명하면, 사이즈가 작은 스탠드형 공기정화살균장치는 하나의 살균정화 리액터 모듈이 내장되는 반면, 상대적으로 사이즈가 큰 스탠드형 공기정화살균장치는 적어도 2개의 살균정화 리액터 모듈이 내장된다. 이와 같이 본 발명은 적층 구조를 갖는 살균정화 리액터 모듈를 다양한 크기의 스탠드형 공기정화살균장치에 적용할 수 있는 장점이 있다. 살균정화 리액터 모듈의 구성에 대해서는 도 1에서 알아본 바와 동일하다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 살균정화 리액터 모듈과 소음모듈의 체결 상태를 도시하고 있다. 도 5에 의하면, 살균정화 리액터 모듈은 스탠드형 공기정화살균장치는 크기에 따라 하나의 살균정화 리액터 모듈, 또는 둘 이상의 살균정화 리액터 모듈을 채용할 수 있다. 참고로 도 5a는 2개의 살균정화 리액터 모듈이, 도 5b는 3개의 살균정화 리액터 모듈이 채용된 상태를 도시하고 있다.
소음모듈(300)은 살균정화 리액터 모듈의 상단에 적층되며, 내부의 소음이 외부로 전달되는 것을 차단한다. 소음모듈의 구성은 도 3에서 살펴본 바와 같다.
필터(430)는 소음모듈(300)의 상단에 적층되며, 소음모듈을 통해 송출되는 공기를 다시 필터링한다. 필터(430)는 우레탄 카본 필터 등 다양한 종류 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
송풍모듈(440)은 필터의 상단에 위치하며, 필터에서 필터링된 공기를 외부로 송출한다. 본 발명과 관련하여 송풍모듈(440)은 4방향으로 송풍이 가능하도록 설계될 수 있으며, 필요한 경우 사용자가 원하는 방향으로만 송풍되도록 설계될 수 있다.
디스플레이(450)는 스탠드형 공기정화살균장치의 동작 상태 또는 실내의 공기질 상태를 표시한다. 이외에도 디스플레이(450)는 다양한 정보를 표시할 수 있다.
이외에도 스탠드형 공기정화살균장치는 센서를 포함하며, 센서는 초미세먼지 등을 탐지하며, 센서에서 탐지한 초미세먼지 등에 의한 공기 오염 정도에 따라 스탠드형 공기정화살균장치가 구동되거나, 디스플레이에 경고메시지를 표시한다. 물론 스탠드형 공기정화살균장치는 디스플레이 이외에 다른 수단을 이용하여 필요한 정보를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 나노튜브의 광촉매 코팅의 공정을 도시하고 있다. 이하 도 6을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 나노튜브의 광촉매 코팅 공정에 대해 알아보기로 한다.
나노튜브의 광촉매 효율을 증대시키기 위해서는 모재의 표면에너지(Surface energy)를 감소시키는 동시에 광촉매의 퍼짐성(젖음성, Wettability)을 증대시키는 공정이 요구된다.
모재의 표면에너지를 감소시키기는 공정은 모재(Basic Material)를 1차 세척한다. 즉, 1차 세척은 세척제를 첨가한 상태에서 초음파를 이용하여 모재를 세척한다.
1차 세척 이후 모재는 2차 세척된다. 2차 세척은 1차 세척과 달리 순수 증류수 상태에서 초음파를 이용하여 모재를 세척한다. 이와 같이 본 발명은 모재를 상이한 환경에서 적어도 2회 세척한다.
세척과정이 진행된 모재는 전기 건조 공정을 수행한다. 전기 건조는 120℃에서 60분간 건조한다. 이후 나노튜브의 광촉매 퍼짐성을 증대시키는 방안에 대해 알아보기로 한다.
광촉매의 퍼짐성을 증대시키는 방안은 세척 및 건조 공정을 진행한 모재에 광촉매를 스프레이 형태로 도포한다. 광촉매의 입도크기는 36 내지 10nm가 바람직하다. 이후 영계수(Young's modulus)를 측정한다. 접촉각이 10ㅀ 이하가 되도록 한다. 모재의 표면에너지가 적은 상태에서 광촉매는 얇고 균일하게 모재에 도포된다. 이후 광촉매가 코팅된 모재는 전기 건조되며, 전기 건조는 120℃에서 60분간 진행된다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100: 살균정화 리액터 모듈 102: 바디 케이스
104: 나노튜브 고정용 트레이 106: 자외선램프 고정용 홀더
108: 자외선램프 110: 트레이 삽입용 보스
112: 나노튜브 114: 자외선램프 안정기
116: 제어보드 300: 살균모듈
302: 바디 케이스 304: 타공판
306: 흡음재 308: 체결부재
400: 스탠드형 공기정화살균장치 410: 필터모듈
420: 블로워 430: 필터
440: 송풍모듈 450: 디스플레이

Claims (7)

  1. 내부가 비어 있으며, 일측으로부터 공기가 유입되는 바디 케이스;
    상기 바디 케이스 내부의 상단과 하단에 각각 형성되는 나노튜브 고정용 트레이;
    상기 나노튜브 고정용 트레이와 직접 또는 간접으로 결합되는 나노튜브;
    상기 바디 케이스 측면에 형성되는 홀더 홀에 인입되는 자외선램프 고정용 홀더;
    상기 자외선램프 고정용 홀더에 인입되는 자외선램프; 및
    상기 바디 케이스의 타측에 결합되는 리액터 커버;를 포함하며,
    상기 나노튜브는 자외선이 조사되는 부분의 면적을 다른 부분에 비해 상대적으로 넓게 형성함을 특징으로 하는 살균정화 리액터 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 나노튜브의 양 종단에 결합되며, 상기 나노튜브 고정용 트레이에 인입되는 트레이 삽입용 보스를 포함함을 특징으로 하는 살균정화 리액터 모듈.
  3. 제 2항의 살균정화 리액터 모듈을 포함하며,
    상기 살균정화 리액터 모듈의 상단에 적층되는 소음모듈을 포함하며,
    상기 소음모듈은
    바디케이스,
    바디케이스 내부에 내장되며, 타공이 형성된 타공판; 및
    상기 타공판에 인입되는 흡음재를 포함함을 특징으로 하는 스탠드형 공기정화살균장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 살균정화 리액터 모듈로 공기를 송풍하는 블로워팬을 포함하는 블로워;
    외부로부터 유입된 공기를 필터링하여 블로워로 공급하며, 적어도 2 이상의 필터로 구성된 필터모듈; 및
    상기 소음모듈로부터 공급된 공기를 외부로 송풍하는 송풍모듈을 포함함을 특징으로 하는 스탠드형 공기정화살균장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 나노튜브는,
    광촉매가 스프레이 형태로 도포된 후 건조되어 있음을 특징으로 하는 스탠드형 공기정화살균장치.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서, 상기 살균정화 리액터 모듈을 구성하는 바디 케이스는 자외선을 반사하는 크롬이 코팅되며,
    상기 소음모듈을 구성하는 바디 케이스는 자외선을 흡수하는 자외선 흡수용 페인트가 코팅됨을 특징으로 하는 스탠드형 공기정화살균장치.
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