KR102641890B1

KR102641890B1 - 실내 미세먼지 정화를 위한 액티브 토양필터 시스템 및 이를 이용한 실내 미세먼지 정화방법

Info

Publication number: KR102641890B1
Application number: KR1020230116639A
Authority: KR
Inventors: 장춘만; 이상문; 손성완
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2023-09-04
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2024-03-04

Abstract

본 발명은 건강취약계층인 학생이나 환자들이 생활하는 학교, 병원 등의 공공 시설물을 포함한 다양한 시설물에서 실내 미세먼지를 필터링하여 정화하기 위하여 적용되는 관한 것으로서, 본체(1), 식물-토양 정화모듈(2), 공기흡입모듈(3) 및 물순환 관수모듈(4)을 포함하는 구성을 가지고 있어서, 실내의 공기를 흡입하여 식물이 식재된 토양에 통과시키면서 그 과정에서 실내 미세먼지가 식물과 토양에 흡착되어 하여 실내 미세먼지를 제거하되, 실내 공기가 균일한 속도로 토양을 통과하게 함으로써 토양에 의한 실내 미세먼지 필터링 효율을 극대화시킬 수 있으며, 물순환을 통해서 식물에 대한 관수(灌水)가 자동적으로 이루어지게 되어 관리의 효율도 극대화시킬 수 있는 "실내 미세먼지 정화를 위한 액티브 토양필터 시스템 및 이를 이용한 실내 미세먼지 정화방법"에 관한 것이다.

Description

실내 미세먼지 정화를 위한 액티브 토양필터 시스템 및 이를 이용한 실내 미세먼지 정화방법{Active Soil Filter System and Method for Indoor Purification}

본 발명은 건강취약계층인 학생이나 환자들이 생활하는 학교, 병원 등의 공공 시설물을 포함한 다양한 시설물에서 실내 미세먼지를 필터링하여 정화하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 실내의 공기를 흡입하여 식물이 식재된 토양에 통과시키면서 그 과정에서 실내 미세먼지가 식물과 토양에 흡착되어 제거되게 함으로써 실내 미세먼지를 제거하되, 실내 공기가 균일한 속도로 토양을 통과하게 만들어서 토양에 의한 실내 미세먼지 필터링 효율을 극대화시킬 수 있으며, 물순환을 통해서 식물에 대한 관수(灌水)가 자동적으로 이루어지게 되어 관리의 효율도 극대화시킬 수 있는 "실내 미세먼지 정화를 위한 액티브 토양필터 시스템 및 이를 이용한 실내 미세먼지 정화방법"에 관한 것이다.

건강취약계층인 학생이나 환자들이 생활하는 학교, 병원 등과 같은 공공 시설물을 포함한 다양한 시설물에 있어서 실내 공기질, 특히 직경 2.5 내지 10㎛ 크기로 실내에 존재하는 실내 미세먼지(Particulate Matter, PM)는 호흡기 건강에 큰 영향을 미치며, 장시간 이러한 실내 미세먼지에 노출될 경우에는 사망률이 증가되는 것으로 알려져 있다. 따라서 실내 거주자의 건강을 보호하고 쾌적한 생활환경을 만들기 위해서는 실내 미세먼지를 저감시키는 것이 매우 중요하다.

실내 미세먼지의 저감을 위한 가장 일반적인 종래의 방법은 흔히 "공기청정기"라는 기계적인 장치를 이용하는 것이다. 일반적인 공기청정기는 모터를 구동하여 실내 공기를 빨아들이면서 여러 가지 다양한 인공적인 필터를 이용하여 오염물질을 걸러낸다. 그런데 이러한 종래의 공기청정기는 모터의 구동을 위해 큰 소음이 발생할 뿐만 아니라 장시간 운용하면서 주기적으로 필터를 교체하여야 하므로 학교나 병원 등의 공공장소에서는 활용하는데 다소 제약이 따른다.

친환경적인 방법으로서 식물을 이용한 방법이 제안되고 있다. 일본 특허 제6580850호에는 식물을 이용하여 공기를 정화하는 기술의 일예가 개시되어 있다. 그러나 이러한 외국 기술은 실제 적용하는데 어려움이 있고 그 효과에 있어서도 충분하지 못하다는 단점이 있다. 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-2136364호, 제10-2115764호 등을 통해서 본 출원의 발명자는 식물과 토양을 이용하여 미세먼지를 제거하는 매우 유용한 기술을 제안하였다. 이와 같은 기존의 유용한 기술은 더욱 발전시키고 실용화시켜 학교, 병원 등과 같은 공공 시설물을 포함한 다양한 시설물에 더욱 쉽게 적용하여 사용할 수 있도록 할 필요가 있다. 특히, 토양을 통한 미세먼지의 제거 즉, 미세먼지의 필터링 효율을 더욱 향상시킬 필요가 있으며 토양에 식재된 식물을 성장시키고 유지 관리하는 것을 효율적으로 수행할 수 있어서, 유지관리에 편의성을 증진시킴으로써 학교 등과 같이 유지관리에 어려움이 있는 장소에서도 용이하게 적용하여 사용할 수 있는 방안이 요구된다.

일본 특허 제6580850호(2019. 09. 06. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-2115764호(2020. 05. 27. 공고). 대한민국 등록특허공보 제10-2136374호(2020. 07. 21. 공고).

본 발명은 위와 같은 기술분야의 필요성에 기초하여 개발된 것으로서, 실내의 공기를 흡입하여 식물이 식재된 토양에 통과시키면서 그 과정에서 실내 미세먼지가 식물과 토양에 흡착되도록 하여 실내 미세먼지를 제거하되, 실내 공기가 균일한 속도로 토양을 통과하게 하여 토양에 의한 실내 미세먼지 필터링 효율을 극대화시킬 수 있으며, 물순환을 통해서 식물에 대한 관수(灌水)가 자동적으로 이루어지게 되어 관리의 효율도 극대화시킬 수 있는 "실내 미세먼지 정화를 위한 액티브 토양필터 시스템"과 "이를 이용한 실내 미세먼지 정화방법"을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 내부 공간을 가지는 통형상으로 이루어지고 상단에는 식물-토양 정화모듈이 설치되고 하단에는 공기가 외부로 배출될 수 있는 공기배출구가 형성되어 있는 본체; 식물이 식재되어 있는 토양으로 이루어져 본체의 상단에 구비되는 식물-토양 정화모듈; 본체의 내부 공간에서 식물-토양 정화모듈의 아래에 구비되어 있으며 상부에서 공기를 흡입하여 하부로 배출하는 공기흡입모듈; 및 식물-토양 정화모듈을 통과한 물을 모아서 식물의 관수를 위하여 다시 토양으로 공급하여 물순환이 이루어지게 하는 물순환 관수모듈을 포함하며; 실내에 배치된 상태에서 공기흡입모듈이 작동하면 본체와 식물-토양 정화모듈의 외부에 존재하는 실내 공기가 흡입되어 식물-토양 정화모듈을 통과하여 본체의 내부 공간으로 유입되는데, 이 과정에서 실내 공기에 존재하던 실내 미세먼지가 식물의 잎에 흡착되어 제거되고 실내 공기가 토양을 통과면서 실내 미세먼지가 토양에 흡착되어 제거된 후, 본체의 하단에 형성된 공기배출구를 통해서 실내로 배출되는 것을 특징으로 하는 액티브 토양필터 시스템이 제공되며, 더 나아가 이러한 액티브 토양필터 시스템을 실내 공간에 배치하여 작동시킴으로써, 실내 공기에 존재하던 실내 미세먼지를 식물의 잎에 흡착 작용과 토양에서의 흡작 작용의 이중 흡작에 의해 제거하여 실내 공기를 정화하는 것을 특징으로 하는 실내 미세먼지 정화방법이 제공된다.

위와 같은 본 발명에 있어서, 공기흡입모듈은, 반구형 캡, 중공을 가지는 관부재로 이루어져서 반구형 캡의 아래에 연직하게 세워져 배치되며 필터부재가 구비되어 있는 연직덕트, 상기 연직덕트에 구비되어 공기가 연직덕트의 상단으로부터 흡입되게 만드는 흡기 팬, 및 상기 연직덕트의 내부를 지나가는 공기를 UVC 살균하는 UVC 살균장치를 포함하여 구성되어; 흡기 팬이 작동하게 되면, 흡입되어 반구형 캡의 연직 직상향 부분에서 식물-토양 정화모듈을 통과한 실내 공기는 반구형 캡의 연직상향으로 볼록한 상면을 따라 흘러가서 반구형 캡의 가장자리에서 방향을 전환한 후 반구형 캡의 하면과 연직덕트의 상단 사이의 간격으로 유입되고, 반구형 캡의 연직 직상향 위치가 아닌 다른 부분에서 식물-토양 정화모듈을 통과한 실내 공기는 반구형 캡의 가장자리에서 반구형 캡의 하면과 연직덕트의 상단 사이의 간격으로 유입되며, 반구형 캡의 하면과 연직덕트의 상단 사이의 간격으로 유입된 실내 공기는 반구형 캡의 하면 중앙에서 연직덕트의 상단으로 흡입되어 필터부재를 통과하여 필터링된 후 연직덕트를 따라 연직하향으로 흘러가며; 연직덕트를 따라 흐르는 공기는 UVC 살균장치로부터의 UVC 조사에 의해 살균된 상태로 연직덕트로부터 배출되어 공기배출구를 통해서 실내로 배출되는 구성을 가질 수 있다.

특히 본 발명에서 식물-토양 정화모듈은 바닥판과 벽체를 구비하여 상부가 개방되어 있는 형태의 공간을 가지는 그릇 형태의 토양챔버를 구비하고 있으며; 토양챔버에는 토양이 담겨져 있고 토양에는 식물이 식재되고; 토양챔버는 그 바닥판이 본체의 내부 공간을 수평하게 대부분 가로 막을 수 있도록 본체 내에 삽입되어 위치하는데; 토양챔버가 본체의 내부 공간에 삽입 위치한 상태에서 토양챔버의 벽체와 본체(1)의 내벽 사이로 공기가 소통하지 못하게 함으로써, 흡입된 실내 공기는 반드시 식물-토양 정화모듈을 통과하도록 만들기 위하여, 토양챔버와 본체의 내벽 사이에는 공기 소통을 방지하는 밀폐 부재가 구비되어 있는 구성을 가질 수 있다.

이 경우, 밀폐 부재는 토양챔버의 상단 가장자리에서 수평하게 연장된 판형태의 부재로 이루어지며; 토양챔버가 본체의 내부 공간에 삽입 위치하였을 때 밀폐 부재가 본체의 최상단 가장자리에 걸쳐지게 되어 토양챔버의 상단 가장자리와 본체의 최상단 가장자리 사이의 간격이 밀폐되는 구성을 가질 수 있다.

이와 달리, 밀폐 부재는 강성을 가지는 강체로 이루어져서 수평하게 연장된 판형태의 부재로 이루어져서 본체의 연직방향 단면의 가장자리를 따라 본체의 내벽에서 고정 구비되어 있으며; 토양챔버가 본체의 내부 공간에 삽입 위치하였을 때 토양챔버의 바닥판이 밀폐 부재 위에 놓여서 밀착됨으로써, 토양챔버와 본체의 내벽 사이의 간격이 밀폐되는 구성을 가질 수도 있다. 또다른 실시예로서 밀폐 부재는 수평하게 연장된 가요성의 판형태의 부재로 이루어져서 본체의 연직방향 단면의 가장자리를 따라 본체의 내벽에서 고정 구비되어 있으며; 토양챔버에는 본체의 상단에 걸쳐질 수 있는 걸림부재가 구비되어 있어서; 토양챔버가 본체의 내부 공간에 삽입되면 걸림부재가 본체의 최상단 가장자리에 걸쳐짐으로써 토양챔버가 정해진 깊이만큼만 본체의 내부 공간에 삽입 배치하게 되고, 밀폐 부재는 토양챔버의 벽체 외면에 밀착하게 되어 토양챔버의 벽체와 본체의 내벽 사이의 간격이 밀폐되는 구성을 가질 수도 있다.

더 나아가 본 발명에 따른 시스템 및 방법은, 본체의 상부에서 벽면의 일부 내지 전부에는 본체의 외부에서 본체의 내부 공간을 들여다볼 수 있는 투명한 창이 형성되어 있고; 토양챔버의 벽체 중에서, 토양챔버가 본체의 내부 공간에 삽입 배치되었을 때, 본체에 형성된 투명한 창과 마주하게 되는 위치에 존재하는 벽체에는, 본체의 투명한 창과 마주하게 되는 투명한 창이 형성되어 있는 구성을 가질 수 있다.

또한 본 발명에 따른 시스템 및 방법에서, 자동 관수모듈은, 본체의 내부 공간에서 본체의 연직방향 단면을 가로 막도록 설치되는 물받이 판, 상기 물받이 판이 받아낸 물을 모아서 담아두게 되고 외부에서 직접 공급되는 물을 담아두는 물탱크, 상기 물탱크에 담겨진 물을 펌핑하는 펌프, 상기 펌프와 연결되고 물을 배출하는 노즐이 형성된 급수관, 토양의 수분 상태를 측정하는 토양수분센서, 및 상기 토양수분센서의 신호를 기반으로 토양의 수분 상태를 파악하여 펌프의 작동을 제어하는 제어기를 포함하도록 구성되며; 식물에 공급할 물은 물탱크에 담겨져 있으며, 토양수분센서에서 측정된 토양수분량이 사전 설정된 값 이하가 되면 제어기의 제어동작에 의해 펌프가 작동하게 되면 물은 물탱크로부터 급수관에 물이 공급되고 노즐을 통해서 식물 내지 토양에 분사되어 관수가 이루어지며; 식물에 흡수되고 남은 물은 토양을 통과하여 본체의 내부 공간으로 낙하되어 물받이 판으로 떨어지게 되고, 물받이 판으로 떨어진 낙수는 물탱크에 모이게 됨으로써 물순환이 이루어질 수도 있다.

본 발명의 액티브 토양필터 시스템은, 1차적으로 식물의 잎에서 실내 미세먼지의 흡착에 의한 제거가 진행되고, 2차적으로는 토양에서의 실내 미세먼지 흡착 제거가 진행되는 실내 미세먼지의 이중제거가 이루어지므로, 실내 미세먼지 제거 효율이 우수하다는 장점이 있다.

특히 본 발명의 액티브 토양필터 시스템은, 반구형 캡과 그 하단의 연직덕트를 포함하는 공기흡입모듈을 이용하여 실내 공기를 흡입하므로. 식물-토양 정화모듈의 연직방향 면적 전체를 미세먼지 흡착에 이용할 수 있게 되어 미세먼지 흡착/제거를 위한 영역이 극대화되며, 특히 식물-토양 정화모듈을 공기가 통과하게 되는 속도 즉, 공기통과속도가 전체적으로 균일하기 때문에 식물-토양 정화모듈에서의 토양에 의한 미세먼지 흡착 및 제거 효율이 크게 향상되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

또한 본 발명의 액티브 토양필터 시스템에서는 공기흡입모듈에 필터부재 및 UVC 살균 장치가 구비될 수 있고, 이를 이용하여 실내 공기에 포함되어 있던 세균이나 토양을 통과하면서 포함되는 균류 등을 살균한 후 실내로 정화된 공기를 토출하게 되므로, 실내 생활자들의 건강증진에 기여하게 되는 효과가 발휘된다.

실내 오염 공기를 균일하게 토양 통과로 토양 흡착할 수 있도록 본 발명의 액티브 토양필터 시스템에 구비된 흡기 팬으로는 그 전력용량이 일반적으로 1-2Watt 이내인 것을 사용할 수 있으며, 그에 따라 흡기 팬을 24시간 동안 지속적으로 운전하여도 전기료 부담이 매우 적게 되는 바, 본 발명의 액티브 토양필터 시스템은 에너지 절약형으로 유용하게 활용할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 각각 실내 미세먼지 정화를 위한 본 발명의 액티브 토양필터 시스템을 그 내부 구성을 보이게 하면서 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 투시 사시도이다.
도 3은 도 1에서 본체의 정면 벽을 생략하여 액티브 토양필터 시스템의 내부 구성을 보이게 도시한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 액티브 토양필터 시스템의 내부 구성을 보여주는 도 1의 화살표 A-A에 따른 개략적인 정단면도이다.
도 5 및 도 6는 각각 본 발명의 제1실시예에 따라 각각 토양챔버를 본체에 설치하는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 부분 상세 사시도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 토양챔버를 본체에 설치하는 상태 및 설치를 완료한 상태를 보여주는 도 5의 화살표 B-B에 따른 개략적인 정단면도이다.
도 8은 도 7의 (b)의 상태에서 토양챔버에 토양이 채워지고 식물이 식재된 상태를 보여주는 개략적인 정단면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 제2실시예에 따라 각각 토양챔버를 본체에 설치하는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 부분 상세 사시도이다.
도 11은 도 9의 실시예에서 본체의 일부를 제거하여 그 내부가 보이도록 도시한 도 9에 대응되는 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 12의 (a) 및 (b)는 각각 도 9의 실시예에 대하여 토양챔버를 본체에 설치하는 상태 및 설치를 완료한 상태를 보여주는 도 5의 화살표 B-B에 따른 개략적인 정단면도이다.
도 13은 도 12의 (b)의 상태에서 토양챔버에 토양이 채워지고 식물이 식재된 상태를 보여주는 개략적인 정단면도이다.
도 14의 (a) 및 (b)은 각각 본체에 구비된 밀폐 부재가 토양챔버의 벽체 외면에 밀착되는 구성을 가지는 본 발명의 제3실시예에 대한 도 12의 (a) 및 (b)에 대응되는 개략적인 정단면도이다.
도 15는 바닥판 부재를 이용하여 식물-토양 정화모듈을 형성하는 본 발명의 실시예에 대한 도 11에 대응되는 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 16은 도 15의 실시예에서 바닥판 부재 위쪽에 토양이 채워지고 식물이 식재된 상태를 보여주는 개략적인 정단면도이다.
도 17은 식물-토양 정화모듈을 이루는 토양의 적층 구조 일예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 액티브 토양필터 시스템에서의 공기 흐름을 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 정단면도이다.
도 19는 본 발명의 액티브 토양필터 시스템에서의 물순환을 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 정단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1 및 도 2에는 각각 실내 미세먼지 정화를 위한 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(액티브 토양필터 장치)(100)을 그 내부 구성을 보이게 하면서 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1에서 본체(1)의 정면을 생략하여 액티브 토양필터 시스템(100)의 내부 구성을 보이게 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 액티브 토양필터 시스템(100)의 내부 구성을 보여주는 도 1의 화살표 A-A에 따른 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 4에서 청색 화살표 W1은 물 공급을 나타내며, 붉은 색 화살표 CC는 제어기(45)에 의한 제어신호 연결을 나타낸다.

본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)은, 내부 공간을 가지는 통형상으로 이루어지고 상단에는 식물-토양 정화모듈(2)이 설치되고 하단에는 공기가 외부로 배출될 수 있는 공기배출구(10)가 형성되어 있는 본체(1), 식물(22)이 식재되어 있는 토양(21)으로 이루어져 본체(1)의 상단에 구비되는 식물-토양 정화모듈(2), 본체(1)의 내부 공간에서 식물-토양 정화모듈(2)의 아래에 구비되어 있으며 상부에서 공기를 흡입하여 하부로 배출하는 공기흡입모듈(3), 및 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 물을 모아서 다시 토양(21)으로 공급(관수/灌水)하여 물순환이 이루어지게 하는 물순환 관수모듈(4)을 포함하는 구성을 가진다.

본체(1)는 연직방향으로 연장된 내부 공간을 가지는 통형상의 부재로 이루어진다. 공기가 내부 공간으로부터 본체(1)의 외부로 배출될 수 있도록 본체(1)의 하단에는 공기배출구(10)가 형성되어 있다. 개방된 본체(1)의 상부에는 식물-토양 정화모듈(2)이 설치된다. 필요에 따라서는 식물-토양 정화모듈(2)이 설치되는 본체(1)의 상부에서 벽면의 일부 내지 전부에는 본체(1)의 외부에서 본체(1)의 내부 공간을 들여다볼 수 있는 투명한 창(16)이 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6에는 본 발명의 제1실시예에 따라 각각 식물-토양 정화모듈(2)을 이루는 토양챔버(20)를 본체(1)에 설치하는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 부분 상세 사시도가 도시되어 있고, 도 7의 (a) 및 (b)에는 각각 토양챔버(20)를 본체(1)에 설치하는 상태 및 설치를 완료한 상태를 보여주는 도 5의 화살표 B-B에 따른 개략적인 정단면도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 7의 (b)의 상태에서 토양챔버(20)에 토양(21)이 채워지고 식물(22)이 식재된 상태를 보여주는 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 5 내지 도 8에서는 편의상 본체(1)의 상단만을 도시하였고, 본체(1)의 하부 및 본체(1) 내에 구비된 공기흡입모듈(3) 및 물순환 관수모듈(4)의 도시는 생략하였다. 그리고 도 7의 (a) 및 (b)에서는 편의상 토양(21)과 식물(22)의 도시를 생략하였다.

식물-토양 정화모듈(2)은 토양(21)과 그에 식재된 식물(22)로 이루어져서, 본체(1)의 상단에 구비되고, 그에 따라 본체(1)의 상단은 식물-토양 정화모듈(2)에 의해 폐쇄된다. 도 5 내지 도 8에 예시된 실시예의 경우, 식물-토양 정화모듈(2)은 바닥판(24)과 벽체(25)를 구비하여 상부가 개방되어 있는 형태의 공간을 가지는 그릇 형태의 토양챔버(20)를 구비하고 있으며, 토양챔버(20)에는 토양(21)이 담겨져 있고 토양(21)에는 식물(22)이 식재되는 구성을 가지고 있다. 토양챔버(20)의 바닥판(24)은 공기와 수분은 통과할 수 있지만 토양(21)은 통과하지 못하는 다공성 구성을 가지는데, 예를 들어 바닥판(24)에 복수개의 구멍을 관통 형성하고 토양(21)이 통과하지 못할 정도의 크기를 가지는 부직포, 망사 등의 공기/물 투과성 포설부재를 바닥판의 구멍 위에 포설함으로써 다공성 구성을 가지도록 토양챔버(20)의 바닥판(24)을 형성할 수 있다. 도 6에서 부재번호 34는 식물(22)의 관수(灌水)를 위한 급수관(43)이 관통하게 되는 급수관 관통공(34)이다.

토양챔버(20)의 벽체(25) 중 일부는 투명한 창(窓)(26)으로 이루어질 수 있다. 후술하는 것처럼 토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입 배치되었을 때, 본체(1)에 형성된 투명한 창(16)과 토양챔버(20)의 투명한 창(26)은 동일한 위치에 마주보고 위치하게 되어, 사용자가 토양(21)의 상태, 토양(21)에 식물(22)의 뿌리가 활착하고 성장하는 것 등을 육안으로 직접 볼 수 있어서 관리가 용이하게 되며, 더 나아가 학교 등에서는 생태교육의 효과를 얻을 수 있고 실내 인테리어의 효과도 얻을 수 있다.

토양챔버(20)는 그 바닥판(24)이 본체(1)의 내부 공간을 수평하게 대부분 가로 막을 수 있도록 본체(1) 내에 삽입되어 위치한다. 이 경우 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이에는 간격이 존재할 수 있는데, 이러한 간격 사이로 공기가 연직방향으로 소통하는 것을 방지하는 것이 바람직하므로, 도 5 내지 도 8에 예시된 것처럼 토양챔버(20)의 상단 가장자리를 따라 밀폐 부재(27)를 설치하여, 토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입 위치하였을 때 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이에는 간격을 밀폐 부재(27)가 막아서 공기가 연직 소통하지 못하게 만들 수 있다.

이와 같이 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이에는 간격을 밀폐 부재(27)가 막아서 공기가 연직 소통하지 못하게 됨으로써, 액티브 토양필터 시스템(100)이 작동하여 실내 공기를 흡입할 때, 흡입된 실내 공기는 반드시 식물-토양 정화모듈(2)을 통과할 수밖에 없으며, 그에 따라 후술하는 것처럼 2단계의 실내 미세먼지 제거 과정을 거쳐서 실내 공기의 정화가 진행된다.

도 5 내지 도 7의 (a) 및 (b)의 실시예에서는 밀폐 부재(27)가 토양챔버(20)의 상단 가장자리에서 소정 폭으로 수평하게 연장된 판형태의 부재로 이루어져 있어서, 토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입 위치하였을 때 밀폐 부재(27)가 본체(1)의 최상단 가장자리에 걸쳐지게 되어 토양챔버(20)의 상단 가장자리와 본체(1)의 최상단 가장자리 사이의 간격을 밀폐하는 구성을 가지고 있다. 이와 같이 밀폐 부재(27)가 토양챔버(20)의 상단 가장자리에 형성된 수평한 판형태의 부재로 이루어진 경우, 밀폐 부재(27)가 본체(1)의 최상단 가장자리에 걸쳐지면서 토양챔버(20)가 정해진 깊이만큼만 본체(1)의 내부 공간에 삽입 배치되는 것이 자동적으로 이루어지는 추가적인 효과가 발휘된다.

그러나 본 발명에서 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이에는 간격을 밀폐하기 위한 밀폐 부재(27)는 반드시 위와 같이 수평한 판부재로 형성되어야만 하는 것도 아니고 토양챔버(20)의 상단 가장자리에 형성되어야만 하는 것은 아니다. 후술하는 것처럼 밀폐 부재(27)는 다양한 형태로 토양챔버(20)의 벽체(25)에서 임의의 연직 위치에 구비될 수도 있다.

또한 밀폐 부재(27)는 토양챔버(20)가 아닌 본체(1)의 내벽에 구비될 수도 있다. 도 9 내지 도 13에는 각각 본체(1)의 내벽에 밀폐 부재(27)가 설치된 본 발명의 제2실시예가 도시되어 있는데, 도 9 및 도 10에는 각각 식물-토양 정화모듈(2)을 이루는 토양챔버(20)를 본체(1)에 설치하는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 부분 상세 사시도가 도시되어 있고, 도 11에는 본체(1)의 일부를 제거하여 그 내부가 보이도록 도시한 도 9에 대응되는 개략적인 부분 단면 사시도가 도시되어 있다. 도 12의 (a) 및 (b)에는 각각 토양챔버(20)를 본체(1)에 설치하는 상태 및 설치를 완료한 상태를 보여주는 도 9의 화살표 C-C에 따른 개략적인 정단면도가 도시되어 있으며, 도 13에는 도 12의 (b)의 상태에서 토양챔버(20)에 토양(21)이 채워지고 식물(22)이 식재된 상태를 보여주는 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 9 내지 도 13에서도 편의상 본체(1)의 상단만을 도시하였고, 본체(1)의 하부 및 본체(1) 내에 구비된 공기흡입모듈(3) 및 물순환 관수모듈(4)의 도시는 생략하였다.

도 9 내지 도 13의 실시예에서도 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 밀폐 부재(27)가 강성을 가지는 강체로 이루어져서 수평하게 연장된 판형태의 부재로 형성되어 있지만, 이러한 밀폐 부재(27)가 본체(1)의 내벽에서 본체(1)의 연직방향 단면의 가장자리를 따라 수평하게 고정 구비되어 있다. 이러한 구성에서 토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입되면 토양챔버(20)의 바닥판(24)이 밀폐 부재(27) 위에 놓여서 밀착되고 그에 따라 토양챔버(20)와 본체(1)의 내벽 사이의 간격을 밀폐 부재(27)가 막게 되어 공기가 연직 소통하지 못하도록 밀봉시킨다.

경우에 따라서는 밀폐 부재(27)가 토양챔버(20)의 벽체(25) 외면에 밀착될 수도 있다. 도 14의 (a) 및 (b)에는 각각 본체(1)에 구비된 밀폐 부재(27)가 토양챔버(20)의 벽체(25) 외면에 밀착되는 구성을 가지는 본 발명의 제3실시예에 대한 도 12의 (a) 및 (b)에 대응되는 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 14에 도시된 것처럼 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 토양챔버(20)에는 별도로 본체(1)의 상단에 걸쳐질 수 있는 걸림부재(28)를 설치하여, 걸림부재(28)가 본체(1)의 최상단 가장자리에 걸쳐짐으로써 토양챔버(20)가 정해진 깊이만큼만 본체(1)의 내부 공간에 삽입 배치되도록 하고, 본체(1)의 내벽에 수평하면서 가요성을 가지는 판형태의 부재로 구비된 밀폐 부재(27)가 토양챔버(20)의 벽체(25) 외면에 밀착되도록 하여 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이의 간격을 밀폐 부재(27)가 막아서 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이로 공기가 연직 소통하지 못하게 밀폐되게 만들 수도 있다.

식물-토양 정화모듈(2)을 형성함에 있어서, 앞서 설명한 실시예처럼 토양(21)이 담겨질 수 있도록 상부가 개방되어 있는 그릇 형태로 이루진 토양챔버(20)라는 별도의 부재를 본체(1)의 상단에서 본체(1)의 내부 공간에 삽입 배치할 수도 있지만, 이와 달리 본체(1)의 상부에서 내부 공간을 수평하게 가로 막도록 바닥판 부재(11)를 설치하고 바닥판 부재(11) 위에 토양(21)을 포설하고 식물(22)을 식재하여 위와 같은 식물-토양 정화모듈(2)을 형성할 수도 있다. 도 15에는 바닥판 부재(11)를 이용하여 식물-토양 정화모듈(2)을 형성하는 본 발명의 실시예에 대한 도 11에 대응되는 개략적인 부분 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 16에는 도 15의 실시예에서 바닥판 부재(11) 위쪽에 토양이 채워지고 식물이 식재된 상태를 보여주는 도 13에 대응되는 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 15 및 도 16에 예시된 것처럼 본체(1)의 상부에 다공성의 바닥판 부재(11)를 설치하고, 바닥판 부재(11) 위쪽에 토양(21)을 채우고 식물(22)을 식재함으로써, 토양챔버(20)를 사용하지 않고서도 식물-토양 정화모듈(2)을 형성할 수 있다. 도 15 및 도 16의 실시예에서 토양의 유실을 방지하고 식물에 관수된 물과 흡입된 실내 공기가 토양을 통과할 수 있도록 바닥판 부재(11)에 복수개의 구멍을 관통 형성하여 다공성으로 형성하는 것은, 토양챔버(20)의 바닥판(24)과 마찬가지로 토양(21)이 통과하지 못할 정도의 크기를 가지는 부직포, 망사 등의 공기/물 투과성 포설부재를 바닥판 부재(11)의 구멍 위에 포설하는 등의 구성을 이용할 수 있다. 도 15 내지 도 16의 실시예와 같이 본체(1)의 내부 공간을 가로 막도록 바닥판 부재(11)을 설치하여 식물-토양 정화모듈(2)을 형성할 경우, 급수관(43)은 바닥판 부재(11)를 관통하게 된다.

식물-토양 정화모듈(2)을 이루는 토양으로는 다양한 것을 사용할 수 있지만, 특별히 위에서부터 아래로 가면서 생육토층, 마사토층 및 휴가토층의 3개 층이 적층된 구성을 가지는 토양을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 도 17에는 식물-토양 정화모듈(2)을 이루는 토양(21)의 적층 구조 일예를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 17에 도시된 것처럼 맨 위층은 생육토층(21a)로 이루어질 수 있는데, 이는 식물(22)의 뿌리가 식재되어 식물(22)이 용이하게 활착하고 잘 성장하게 만드는 층으로서, 예를 들어 피트모스, 적옥토, 동생사, 녹소토 및 에스라이트의 6종의 흙을 혼합한 층으로 형성할 수 있다. 생육토층(21a)의 아래에는 물 빠짐이 양호하게 되도록 마사토를 포설하여 마사토층(21b)을 형성하고, 마사토층(21b) 아래의 최저층으로는 휴가토를 포설하여 휴가토층(21c)을 형성할 수 있다. 이와 같은 토양 재료의 적층 구성으로 토양(21)을 형성함으로써 식물-토양 정화모듈(2)의 실내 미세먼지 흡착/제거 효율을 더욱 극대화시킬 수 있게 된다.

공기흡입모듈(3)은 본체(1)의 내부 공간에서 식물-토양 정화모듈(2)의 아래에 구비되어 있으며, 상부에서 공기를 흡입하여 하부로 배출하는 기능을 수행한다. 특히 본 발명에서 공기흡입모듈(3)은 공기가 식물-토양 정화모듈(2)을 균일한 속도로 유입되어 통과할 수 있도록 공기를 흡입할 수 있는 구성을 가지고 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 공기흡입모듈(3)에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 공기흡입모듈(3)은, 반구형 캡(30), 중공을 가지는 관부재로 이루어져서 반구(半球)형 캡(30)의 아래에 연직하게 세워져 배치되며 필터부재(33)가 구비되어 있는 연직덕트(31), 상기 연직덕트(31)에 구비되어 공기가 연직덕트(31)의 상단으로부터 흡입되게 만드는 흡기 팬(fan)(32), 및 상기 연직덕트(32)의 내부를 지나가는 공기를 UVC 살균하는 UVC 살균장치(34)를 포함하여 구성된다.

반구형 캡(30)은 연직상향으로 볼록하게 배치되는데, 반구형 캡(30)의 오목한 하면의 아래쪽에는 중공을 가지는 관부재로 이루어진 연직덕트(31)가 반구형 캡(30)과 간격을 두고 위치한다. 연직덕트(31)의 중공 내에는 공기 중의 미세먼지 내지 균류(菌類)를 걸러낼 수 있는 필터부재(33)가 구비되는데, 도면에 예시된 실시예와 같이 필터부재(33)는 연직덕트(31)의 상단에서 연직덕트(31)의 중공을 가로막도록 설치되는 것이 바람직하다. 연직덕트(31)에는 흡기 팬(32)이 구비되는데, 도면에 예시된 실시예와 같이 흡기 팬(32)은 연직덕트(31)의 하단에 설치되는 것이 바람직하다.

연직덕트(32)의 내부를 지나가는 공기에 UVC(UltraViolet C)를 조사하여 살균이 이루어질 있도록 본 발명에는 UVC 살균장치(34)가 설치된다. UVC 살균 장치(34)는 연직방향으로 길게 연장된 UVC를 조사할 수 있는 램프를 포함하는 부재로 이루어질 수 있으며, 이러한 UVC 조사 가능한 램프가 연직덕트(32)의 외부면에 밀착되거나 최근접한 형태로 연직방향으로 길게 위치하여 UVC를 연직덕트(32) 내로 조사하게 된다.

도 18에는 도 4에 대응되는 개략적인 정단면도로서, 본 발명의 액티브 토양필터 시스템에서의 공기 흐름을 보여주는 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 18에서 화살표 AE와 청색 점선은 공기의 흐름을 나타낸다.

본 발명에 따른 실내 미세먼지 정화방법에서는, 상기한 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)을 실내에 설치하여 구동시킴으로써 실내 미세먼지를 흡착에 의해 제거함으로써 실내 공기를 정화하게 된다. 앞서 설명한 것처럼 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)은 토양(21)과 그에 식재된 식물(22)로 이루어진 식물-토양 정화모듈(2)이 본체(1)의 상단에 구비되고, 식물-토양 정화모듈(2)의 아래에 공기흡입모듈(3)이 배치된 구성을 가진다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)이 실내에 설치된 상태에서, 공기흡입모듈(3)의 흡입 팬(32)이 작동하게 되면 연직덕트(32)의 상단에서는 공기의 흡입이 일어나게 된다. 즉, 실내에 존재하는 공기가 흡입되는 것이다.

본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)이 작동되면, 본체(1)와 식물-토양 정화모듈(2)의 외부에 존재하는 실내 공기는 식물-토양 정화모듈(2)로 빨려 들어가게 된다. 즉, 실내 공기가 흡입되어 식물-토양 정화모듈(2)을 통과하여 본체(1)의 내부 공간으로 유입되는 것이다. 이 과정에서 1차적으로는 식물(22)의 잎에서 실내 공기에 존재하던 미세먼지의 흡착에 의한 제거가 진행된다. 실내 공기가 본체(1)의 내부 공간으로 빨려 들어가는 과정에서 실내 미세먼지가 식물(22)의 잎에 흡착되어 1차적으로 제거되는 것이다. 실내 공기는 본체(1)의 내부 공간으로 빨려 들어가는 과정에서 토양(21)을 통과하게 되는데, 이 과정에서 2차적으로 실내 공기 중에 존재하는 실내 미세먼지가 토양(21)에 흡착되어 제거된다. 이와 같이 본 발명에서는 식물-토양 정화모듈(2)을 구비함으로써, 식물에서의 실내 미세먼지 흡착에 의한 1차적인 미세먼지 제거 및 토양에서의 미세먼지 흡착에 의한 2차적인 미세먼지 제거라는 실내 미세먼지의 이중제거가 이루어지는 것이다.

식물-토양 정화모듈(2)을 통과하여 본체(1)의 내부 공간으로 유입된 공기는 연직덕트(31)로 빨려 들어가게 된다. 본 발명에는 연직덕트(31)의 상단 위쪽에 반구형 캡(30)이 배치되어 있다. 따라서 본체(1)의 내부 공간으로 유입된 공기는 곧바로 연직덕트(31)로 빨려 들어가는 것이 아니라 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이로 흘러들어 온 후 연직덕트(31)의 상단으로 유입된다. 도 18에 점선으로 공기의 흐름이 표현되어 있듯이 식물-토양 정화모듈(2)을 통과하여 본체(1)의 내부 공간으로 유입된 공기는 반구형 캡(30)의 가장자리(연직하향으로 바라볼 경우에는 원형의 가장자리)를 지나서 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입된다. 구체적으로 반구형 캡(30)의 연직 직상향 부분에서 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 실내 공기는 반구형 캡(30)의 연직상향으로 볼록한 상면을 따라 흘러가서 반구형 캡(30)의 가장자리에서 방향을 전환한 후 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입된다. 그리고 반구형 캡(30)의 연직 직상향 위치가 아닌 다른 부분에서 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 실내 공기는 반구형 캡(30)의 가장자리에서 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입된다. 이렇게 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입된 실내 공기는 반구형 캡(30)의 하면 중앙에서 연직덕트(31)의 상단으로 흡입된다.

이와 같이 본 발명에서는 연직덕트(31)의 직상향 위에 반구형 캡(30)이 위치하게 되어 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 실내 공기는 반구형 캡(30)의 가장자리에서 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입되는 구성을 가지고 있으므로, 연직하향으로 식물-토양 정화모듈(2)을 바라보았을 때, 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 전체 면적에서 고르게 실내 공기가 유입된다. 이와 같이 실내 공기가 고르게 유입되는 경우, 식물-토양 정화모듈(2)을 실내 공기가 통과하는 속도 즉, 공기통과속도가 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 전체 면적에서 균일하게 된다. 본 발명에서는 이와 같이 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적 전체를 미세먼지 흡착에 이용할 수 있게 되어 미세먼지 흡착/제거를 위한 영역이 극대화되며, 특히 식물-토양 정화모듈(2)을 공기가 통과하게 되는 속도 즉, 공기통과속도가 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 균일하기 때문에 식물-토양 정화모듈(2)에서의 토양에 의한 미세먼지 흡착 및 제거 효율이 크게 향상되는 매우 유용한 효과가 발휘된다. 만일 식물-토양 정화모듈(2)로 유입되어 토양(21)을 통과하게 되는 실내 공기의 통과속도가 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 불균일할 경우, 예를 들어 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 한쪽 부분에서는 실내 공기가 빠르게 식물-토양 정화모듈(2)을 통과하지만 다른 부분에서는 느리게 통과하게 되어 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 실내 공기가 통과하는 속도가 일정하지 않고 불균일할 경우, 실제 식물-토양 정화모듈(2)에 의한 미세먼지 흡착/제거의 성능을 산출해보면, 공기통과속도가 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 균일한 경우에 비하여 미세먼지 흡착/제거의 성능이 저하된다.

본 발명에서는 연직덕트(31)의 직상향 위에 반구형 캡(30)이 위치하고 있는 구성을 포함하는 공기흡입모듈(3)을 구비하고 있으므로, 공기통과속도가 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 균일하게 되고, 이를 통해서 식물-토양 정화모듈(2)에서의 토양에 의한 미세먼지 흡착 및 제거 효율이 크게 향상되는 매우 유용한 효과가 발휘되는 것이다.

연직덕트(31)에는 필터부재(33)가 구비되어 있으므로, 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 흘러와서 반구형 캡(30)의 하면 중앙에서 연직덕트(31)의 상단으로 유입되는 실내 공기는, 필터부재(33)를 통과하게 되고, 이 과정에서 실내 공기에 포함되어 있던 실내 미세먼지의 추가적인 제거가 이루어진다. 필터부재(33)가 균류 제거 기능을 가지는 경우에는 실내 공기에 포함되어 있던 균류(菌類) 등의 제거도 함께 이루어질 수 있다. 토양(21)에는 다양한 균류(菌類)가 존재할 수 있는데, 실내 공기가 식물-토양 정화모듈(2)을 통과하는 과정에서 미세먼지의 흡착/제거가 이루어지지만 토양(21) 내의 균류가 실내 공기에 유입될 수도 있다. 본 발명에서 필터부재(33)가 균류 제거 기능을 가지는 경우에는 실내 공기에 포함되어 있던 균류(菌類) 등의 제거도 함께 이루어질 수 있다. 즉, 균류 등의 필터링 기능을 가지는 필터부재(33)가 연직덕트(31)에 구비되는 경우, 실내 공기가 연직덕트(31)로 유입될 때 필터부재(33)를 거치면서 미세먼지가 추가적으로 제거되는 것에 더하여 실내 공기 중에 포함되어 있을 수 있는 각종 균류도 필터부재(33)에 의해 제거되는 효과가 발휘되는 것이다.

연직덕트(31)로 유입된 실내 공기는 연직덕트(31)를 따라 연직하향으로 흐르게 되는데, 본 발명에는 UVC 살균 장치(34)가 구비되어 있으므로 공기가 연직덕트(32)를 통과하여 흐르는 동안에 UVC에 의한 공기 살균이 진행된다. 실내 공기 중에 포함되어 있을 수 있는 세균이나 각종 균류(토양으로부터 유래된 것을 포함), 또는 바이러스 등이 UVC의 조사에 의해 살균되어 제거되는 것이다. 도 18에서 영문자 L로 표시된 선은 UVC 살균 장치(34)에 의해 조사되는 UVC를 나타낸다.

이렇게 살균과 미세먼지 제거가 이루어진 실내 공기는 연직덕트(31)의 하단으로 토출되어, 본체(1)의 하단에 형성된 공기배출구(10)를 통해서 본체(1)의 외부로 배출된다. 실내 공기는 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)을 거치면서 미세먼지의 제거 및 살균이 이루어져 정화된 상태로 건강취약계층이 거주하고 활동하는 교실, 병실 등의 실내로 토출되는 것이다.

본 발명에 따른 액티브 토양필터 시스템(100)을 건강취약계층이 주로 생활하는 공공건물인 학교, 병원 등에 설치하여 운영하게 되면, 실내에 존재하는 기저 초미세먼지 등 공기질의 수준을 크게 낮출 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 액티브 토양필터 시스템(100)을 이용하면 실내 미세먼지 농도를 상당 수준으로 낮출 수 있는 것이다. 따라서 본 발명의 따른 액티브 토양필터 시스템(100)과 함께 기타 기계 환기 및 공기청정장치를 운영할 경우, 기계환기 및 공기청정장치의 운전을 상대적으로 줄일 수 있으며, 그에 따라 에너지 소비를 감소시켜 경제적인 이익을 도모할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)을 이용하게 되면 실내에 생활하는 건강취약계층을 미세먼지로부터 안전하게 보호할 수 있게 되어 건장증진에도 크게 기여하게 되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

한편, 본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)에는 토양(21)의 상태에 맞춰서 식물(22)에 대한 관수(灌水) 작업을 자동적으로 수행하게 되는 자동 관수모듈(4)이 구비되는데, 상기 자동 관수모듈(4)은 특별히 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 물을 모아서 다시 토양(21)으로 공급하도록 물순환이 가능한 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 액티브 토양필터 시스템(100)에 구비되는 자동 관수모듈(4)은, 도 3 및 도 4에 상세히 예시된 것처럼 본체(1)의 내부 공간에서 본체(1)의 연직방향 단면을 가로 막도록 설치되는 물받이 판(40), 상기 물받이 판(40)이 받아낸 물을 모아서 담아두게 되고 외부에서 직접 공급되는 물을 담아두는 물탱크(41), 상기 물탱크(41)에 담겨진 물을 펌핑하는 펌프(42), 상기 펌프(42)와 연결된 급수관(43), 토양(21)의 수분 상태를 측정하는 토양수분센서(44), 및 상기 토양수분센서(44)의 신호를 기반으로 토양(21)의 수분 상태를 파악하여 펌프(42)의 작동을 제어하는 제어기(45)를 포함하는 구성을 가진다. 도 4에서 부재번호 48은 급수관(43)을 개폐하는 밸브(48)이다. 도면에 예시된 실시예에서 급수관(43)은 본체(1)의 외부로 길게 연장되고 식물(22)의 위쪽에서 본체(1)의 폭방향으로 길게 연장될 수 있으며, 이렇게 식물(22)의 위쪽으로 수평하게 연장된 급수관에 노즐이 간격을 두고 복수개로 형성되어서, 노즐에서 물을 분무 내지 분사함으로써 식물(22)과 토양(21)에 물을 공급하여 관수하게 되는 구성을 가지고 있다. 그러나 급수관(43)을 이용하여 식물(22)과 토양(21)에 관수할 수 있는 구성은 다양한 형태로 변형될 수 있다.

식물(22)에 공급할 물은 물탱크(41)에 담겨져 있으며, 토양수분센서(44)에서 측정된 토양의 수분 정도가 사전 설정된 값 이하가 되면 제어기(45)의 제어동작에 의해 펌프(42)가 작동하게 되면 물은 물탱크(41)로부터 급수관(43)에 물이 공급되고 상기한 방식으로 노즐을 통해서 식물(22) 내지 토양(21)에 분사되어 관수가 이루어진다. 도 4에서 붉은 색 화살표로 표시된 것은 제어기(45)에 의해 제어가 이루어지게 되는 신호의 흐름을 나타내고 청색 화살표로 표시된 것은 물의 흐름을 나타낸다.

도 19에는 도 18에 대응되는 개략적인 정단면도로서, 본 발명의 액티브 토양필터 시스템에서의 물(水) 흐름을 보여주는 개략적인 정단면도가 도시되어 있다. 도 19에서 점선 화살표는 물의 흐름을 나타낸다. 식물(22)에 분사된 물은 토양(21)을 통해서 식물(22)에 흡수되는데, 식물(22)에 흡수되고 남은 물은 토양(21)을 통과하여 본체(1)의 내부 공간으로 낙하된다. 이렇게 낙하되는 물은 본체(1)의 연직방향 단면을 가로 막도록 설치되는 물받이 판(40)으로 떨어지게 되고, 물받이 판(40)으로 떨어진 낙수(落水)는 물탱크(41)에 모이게 된다. 필요에 따라서는 물받이 판(40)이 받아낸 낙수가 효율적으로 물탱크(41)로 흘러갈 수 있도록 물받이 판(40)의 일측에 구비되어 물을 일시적으로 모으게 되는 물수집통(46)이 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 물받이 판(40)으로 떨어진 물은 물수집통(46)으로 모인 후 물탱크(41)로 흘러간다.

이와 같이 본 발명에 구비된 자동 관수모듈(4)은, 식물-토양 정화모듈(2)의 식물(22)에 공급된 물 중에서 식물에 흡수되지 않고 토양을 통과한 물을 수집하여 다시 식물(22)의 관수에 이용하는 물순환 구성을 가지고 있는 바, 관수를 위한 물 소비를 최적화시킬 수 있는 장점이 발휘된다. 특히, 본 발명의 자동 관수모듈(4)에는 토양(21)의 수분 상태를 측정하는 토양수분센서(44)가 구비되어 있고 토양수분센서(44)에 의해 토양(21)의 수분 상태를 측정하고 점검하여 관수가 자동적으로 이루어진다. 토양수분센서(44)에 의해 토양(21)의 수분 상태를 측정하게 되는데, 측정된 토양(21)의 수분량이 기준 토양수분량(약 30-40%) 보다 낮으면 제어기(45)가 동작하여 상기한 것처럼 펌프(42)의 작동, 물탱크(41)로부터 급수관(43)으로의 물 공급 및 물분사에 의한 관수 작동이 순차적으로 그리고 자동적으로 이루어진다.

이와 같이 본 발명에서는 물순환과 토양의 수분량 측정을 통해서 식물에 대한 관수(灌水)를 자동적으로 조절할 수 있는 자동 관수모듈(4)을 구비함으로써, 식물이 식생하기에 적합한 토양의 수분량을 일정하게 자동적으로 유지할 수 있게 되며, 그만큼 유지 관리가 편리하게 되고 유지 관리의 효율이 극대화되는 장점이 발휘된다. 특히 일반적으로는 사용자가 식물의 적절한 관수를 위해 상당한 주의와 노력을 기울여야 하는데, 본 발명에서는 위와 같이 자동 관수모듈(4)이 구비되어 식물과 토양에 대한 관수가 자동적으로 이루어지므로, 이를 위한 사용자의 노력과 수고가 경감되며, 따라서 학교나 병원 등에서도 본 발명을 매우 유용하게 사용할 수 있게 된다.

위와 같은 구성과 기능을 가지는 본 발명에 따른 액티브 토양필터 시스템(100)을 건강취약계층이 주로 생활하는 공공건물인 학교, 병원 등에 설치하여 운영하게 되면, 실내에 존재하는 기저 초미세먼지 등 공기질의 수준을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 따른 액티브 토양필터 시스템(100)과 함께 기타 기계환기 및 공기청정장치를 운영할 경우, 기계환기 및 공기청정장치의 운전을 상대적으로 줄일 수 있으며, 그에 따라 에너지 소비를 감소시켜 경제적인 이익을 도모할 수 있으며, 특히 실내에 생활하는 건강취약계층을 미세먼지로부터 안전하게 보호할 수 있게 되어 건장증진에도 크게 기여하게 되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

1: 본체
2: 식물-토양 정화모듈
3: 공기흡입모듈
4: 물순환 관수모듈
21: 토양
22: 식물
100: 액티브 토양필터 시스템

Claims

내부 공간을 가지는 통형상으로 이루어지고 상단에는 식물-토양 정화모듈(2)이 설치되고 하단에는 공기가 외부로 배출될 수 있는 공기배출구(10)가 형성되어 있는 본체(1);
식물(22)이 식재되어 있는 토양(21)으로 이루어져 본체(1)의 상단에 구비되는 식물-토양 정화모듈(2);
본체(1)의 내부 공간에서 식물-토양 정화모듈(2)의 아래에 구비되어 있으며 상부에서 공기를 흡입하여 하부로 배출하는 공기흡입모듈(3); 및
식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 물을 모아서 식물의 관수를 위하여 다시 토양(21)으로 공급하여 물순환이 이루어지게 하는 물순환 관수모듈(4)을 포함하며;
공기흡입모듈(3)은, 연직상향으로 볼록한 반구형 캡(30), 중공을 가지는 관부재로 이루어져서 반구형 캡(30)의 오목한 하면의 아래쪽에서 반구형 캡(30)과 간격을 두고 연직하게 세워져 배치되며 미세먼지와 균류를 걸러낼 수 있는 필터부재(33)가 상단에서 중공을 가로막도록 구비되어 있는 연직덕트(31), 상기 연직덕트(31)의 하단에 구비되어 공기가 연직덕트(31)의 상단으로부터 흡입되게 만드는 흡기 팬(fan)(32), 및 상기 연직덕트(31)의 내부를 지나가는 공기를 UVC 살균하는 UVC 살균장치(34)를 포함하여 구성되어;
실내에 배치된 상태에서 공기흡입모듈(3)의 흡기 팬(32)이 작동하게 되면, 식물-토양 정화모듈(2)의 외부에 존재하는 실내 공기가 흡입되어 식물-토양 정화모듈(2)을 통과하여 본체(1)의 내부 공간으로 유입되는데, 이 과정에서 실내 공기에 존재하던 실내 미세먼지가 식물(22)의 잎에 흡착되어 제거되고 실내 공기가 토양(21)을 통과면서 실내 미세먼지가 토양(21)에 흡착되어 제거된 상태로 본체(1)의 내부 공간으로 유입되며;
흡입되어 반구형 캡(30)의 연직 직상향 부분에서 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 실내 공기는 반구형 캡(30)의 연직상향으로 볼록한 상면을 따라 흘러가서 반구형 캡(30)의 가장자리에서 방향을 전환한 후 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입되고, 반구형 캡(30)의 연직 직상향 위치가 아닌 다른 부분에서 식물-토양 정화모듈(2)을 통과한 실내 공기는 반구형 캡(30)의 가장자리에서 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입되며, 반구형 캡(30)의 하면과 연직덕트(31)의 상단 사이의 간격으로 유입된 실내 공기는 반구형 캡(30)의 하면 중앙에서 연직덕트(31)의 상단으로 흡입되어 필터부재(33)를 통과하여 필터링된 후 연직덕트(31)를 따라 연직하향으로 흘러가게 되어 식물-토양 정화모듈(2)의 연직방향 면적에서 균일한 공기통과속도가 만들어지며;
연직덕트(31)를 따라 흐르는 공기는 UVC 살균장치(34)로부터의 UVC 조사에 의해 살균된 상태로 연직덕트(31)로부터 배출되어 본체(1)의 하단에 형성된 공기배출구(10)를 통해서 실내로 배출되며;
식물-토양 정화모듈(2)은 바닥판(24)과 벽체(25)를 구비하여 상부가 개방되어 있는 형태의 공간을 가지는 그릇 형태의 토양챔버(20)를 구비하고 있고, 토양챔버(20)에는 토양(21)이 담겨져 있고 토양(21)에는 식물(22)이 식재되고, 토양챔버(20)는 그 바닥판(24)이 본체(1)의 내부 공간을 수평하게 대부분 가로 막을 수 있도록 본체(1) 내에 삽입되어 위치하는데;
토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입 위치한 상태에서 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이로 공기가 소통하지 못하게 함으로써, 흡입된 실내 공기는 반드시 식물-토양 정화모듈(2)을 통과하도록 만들기 위하여, 토양챔버(20)와 본체(1)의 내벽 사이에는 공기 소통을 방지하는 밀폐 부재(27)가 구비되는데;
밀폐 부재(27)는 수평하게 연장된 가요성의 판형태의 부재로 이루어져서 본체(1)의 연직방향 단면의 가장자리를 따라 본체(1)의 내벽에서 고정 구비되고, 토양챔버(20)에는 본체(1)의 상단에 걸쳐질 수 있는 걸림부재(28)가 구비되어 있어서;
토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입되면 걸림부재(28)가 본체(1)의 최상단 가장자리에 걸쳐짐으로써 토양챔버(20)가 정해진 깊이만큼만 본체(1)의 내부 공간에 삽입 배치하게 되고, 밀폐 부재(27)는 토양챔버(20)의 벽체(25) 외면에 밀착하게 되어 토양챔버(20)의 벽체(25)와 본체(1)의 내벽 사이의 간격이 밀폐되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 액티브 토양필터 시스템.
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제1항에 있어서,
본체(1)의 상부에서 벽면의 일부 내지 전부에는 본체(1)의 외부에서 본체(1)의 내부 공간을 들여다볼 수 있는 투명한 창(16)이 형성되어 있고;
토양챔버(20)의 벽체(25) 중에서, 토양챔버(20)가 본체(1)의 내부 공간에 삽입 배치되었을 때, 본체(1)에 형성된 투명한 창(16)과 마주하게 되는 위치에 존재하는 벽체(25)에는, 본체(1)의 투명한 창(16)과 마주하게 되는 투명한 창(26)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 토양필터 시스템.
제1항에 있어서,
자동 관수모듈(4)은, 본체(1)의 내부 공간에서 본체(1)의 연직방향 단면을 가로 막도록 설치되는 물받이 판(40), 상기 물받이 판(40)이 받아낸 물을 모아서 담아두게 되고 외부에서 직접 공급되는 물을 담아두는 물탱크(41), 상기 물탱크(41)에 담겨진 물을 펌핑하는 펌프(42), 상기 펌프(42)와 연결되고 물을 배출하는 노즐이 형성된 급수관(43), 토양(21)의 수분 상태를 측정하는 토양수분센서(44), 및 상기 토양수분센서(44)의 신호를 기반으로 토양(21)의 수분 상태를 파악하여 펌프(42)의 작동을 제어하는 제어기(45)를 포함하도록 구성되며;
식물(22)에 공급할 물은 물탱크(41)에 담겨져 있으며, 토양수분센서(44)에서 측정된 토양수분량이 사전 설정된 값 이하가 되면 제어기(45)의 제어동작에 의해 펌프(42)가 작동하게 되면 물은 물탱크(41)로부터 급수관(43)에 물이 공급되고 노즐을 통해서 식물(22) 내지 토양(21)에 분사되어 관수가 이루어지며;
식물(22)에 흡수되고 남은 물은 토양(21)을 통과하여 본체(1)의 내부 공간으로 낙하되어 물받이 판(40)으로 떨어지게 되고, 물받이 판(40)으로 떨어진 낙수는 물탱크(41)에 모이게 됨으로써 물순환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 액티브 토양필터 시스템.
실내 공간에 존재하는 실내 미세먼지를 정화하는 방법으로서,
청구항 제1항에 따른 액티브 토양필터 시스템을 실내 공간에 배치하여 작동시킴으로써, 실내 공기에 존재하던 실내 미세먼지를 식물(22)의 잎에 흡착 작용과 토양(21)에서의 흡착 작용의 이중 흡작에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 실내 미세먼지 정화방법.