KR200289039Y1 - 광촉매를 이용한 정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 유속 및 압력분포를 균일하게 하여 정화율의 최대화를 유도할 수 있도록 한 광촉매를 이용한 정화장치에 관한 것으로, 유입관을 통하여 유입된 유체가 하우징내에서 정화되는 동안 유속 및 압력분포가 균일하게 유지되도록 하우징의 장축방향으로 유출관이 구비되고, 광반응시 유체와의 광반응 표면적을 극대화시킬 수 있도록 다양한 형태의 광촉매를 하우징과 석영관 사이에 충진 또는 내재시킨다.
이에 따라, 본 고안은 광촉매에 의한 정화작용이 일어나는 하우징내의 유속 및 압력분포가 균일하게 이루어짐으로서 정화율을 보다 극대화시킬 수 있다.
또한, 하우징의 용이한 체결구조로 인하여 조립 및 분해가 간단하고 기밀성을 보다 증대시킬 수 있으며, 다양한 형태로 광촉매를 하우징내에 충진 또는 내재시킴으로서 광반응 현상을 최적화 하는 한편 광반응시 유체와의 광반응 표면적을 극대화시켜 오염물질의 분해 및 살균력을 보다 향상시킬 수 있다.
Description
본 고안은 광촉매를 이용한 정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체의 흐름을 균일하게 하여 정화율의 최대화를 유도할 수 있도록 한 광촉매를 이용한정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 유체에 포함된 오염원을 제거할 목적으로 정화장치가 사용된다.
이러한 정화장치는 일례로, 수질환경을 개선할 목적으로 응집과 침전, 여과 그리고 화학적 물질에 의한 소독 등의 방법을 사용하고, 대기환경을 개선할 목적으로 여과, 집진 등의 방법을 사용하고 있다.
그러나 상기와 같은 방법을 사용하는 종래 정화장치는 주로 유체에 포함된 부유물이나 미세먼지, 악취 등을 제거하기 위한 것으로, 인체에 유해한 미생물을 박멸하는데 그 한계가 있었다. 또한 화학물질(일례로 염소)에 의한 소독의 경우 바이러스나 병원성 미생물을 어느정도 사멸시킬 수 있으나 물에 화학물질이 잔류한다거나 특유의 냄새가 발생하는 등 문제점이 있었다.
이에 따라, 광촉매를 이용한 정화기술이 그 대안으로서 제시되고 있다.
본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 광촉매를 통한 광분해반응으로 유체에 포함된 화학물질을 분해하고 미생물을 박멸시키는 한편 유체의 흐름을 균일하게 하여 정화율을 극대화시킬 수 있도록 한 광촉매를 이용한 정화장치를 제공하는데 있다.
본 고안의 다른 목적은 조립 및 분해, 그리고 수리가 용이하도록 그 구조를 개선하고 내구성을 보다 향상시킬 수 있도록 한 광촉매를 이용한 정화장치를 제공하는데 있다.
본 고안의 또 다른 목적은 광반응 현상을 최적화 하는 한편 광반응시 유체와의 광반응 표면적을 극대화시킬 수 있도록 한 광촉매를 이용한 정화장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 외관을 보인 사시도,
도 2는 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 분해사시도,
도 3은 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 단면도,
도 4는 도 3의 A부분을 보인 확대도,
도 5 내지 도 8은 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 하우징내에서의 유체흐름 및 압력을 모델링한 도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 하우징 11 : 유입구
12 : 석영관 13 : 자외선램프
20 : 제2뚜껑부재 21 : 유출관
30 : 제1뚜껑부재 40 : 커버
본 고안은 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 것으로, 유입관과, 유입관을 통하여 유입된 유체를 정화하기 위한 하우징을 구비한 광촉매를 이용한 정화장치에 있어서, 유입관을 통하여 유입된 유체가 하우징내에서 정화되는 동안 유속 및 압력분포가 균일하게 유지되도록 하우징의 장축방향으로 유출관이 구비된 것을 특징으로 한다.
또, 하우징은 통형상으로 마련되되 양측단에 제1뚜껑부재와, 제2뚜껑부재가 체결수단에 의해 각기 구비되고, 제1뚜껑부재는 하우징내에 설치되는 석영관을 고정 지지할 수 있도록 공간부가 형성되되 그 내벽에는 적어도 하나 이상의 오링과 오링 삽입홈이 구비되며, 제2뚜껑부재는 하우징내에서 정화처리된 유체를 하우징 외부로 배출할 수 있도록 하우징의 장축상에 유출구가 구비되고, 제1뚜껑부재와 제2뚜껑부재의 체결부위에는 기밀상태를 유지할 수 있도록 적어도 하나 이상의 오링과 오링 삽입홈이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 석영관에 내재되는 자외선램프의 전원공급선을 하우징 외부로 인출할 수 있도록 관통공이 형성되고 제1뚜껑부재의 타측단에 체결수단에 의해 체결되는 커버를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 하우징과 석영관 사이에 광촉매가 충전되되 광촉매는 실리카알루미나, 맥반석, 유리, 옥, 게르마늄, 활성탄, 제올라이트 중에서 선택된 1종에 산화티탄이코팅된 소정크기의 구형 또는 원통형의 알갱이인 것을 특징으로 한다.
또한, 광촉매는 산화티탄에 백금, 은, 팔라듐, 니켈, 코발트, 크롬, 철, 아연의 금속이 0.01~30% 첨가되어 코팅된 소정크기의 구형 또는 원통형의 알갱이인 것을 특징으로 한다.
또, 광촉매는 석영관 외주면에 끼우거나 하우징과 석영관 사이의 공간에 내재시킬 수 있도록 산화티탄이 코팅된 스테인레스 스틸, 철, 은, 알루미늄 중에서 선택된 1종으로 가공된 스프링 형태의 지지체인 것을 특징으로 한다.
또한, 광촉매는 석영관 외주면을 감싸거나 하우징과 석영관 사이에 내재시킬 수 있도록 산화티탄이 코팅된 스테인레스 스틸, 철, 은, 알루미늄 중에서 선택된 1종으로 가공된 망 형태의 지지체인 것을 특징으로 한다.
또, 하우징은 그 내벽에 산화티탄에 백금, 은, 납, 니켈, 주석, 크롬, 철, 마그네슘의 금속 및 산화물을 0.01~30%까지 단독으로 또는 2종 이상 첨가된 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 외관을 보인 사시도이다.
동도에 도시된 바와 같이, 유체를 그 내측으로 유입받아 정화시킬 수 있도록 유입관(11)과 유출관(21)이 구비된 하우징(10)과, 하우징(10)에 내재된 자외선램프(미도시)에 전원을 인가하기 위한 전원선(14)이 마련된다.
즉, 전술한 구성에 의하면 오염원을 포함하고 있는 유체(액체 또는 기체)가 유입관(11)을 통하여 하우징(10)내로 유입되고, 유입된 유체는 후술하는 광촉매 및 자외선에 의한 광분해 반응으로 정화처리되며, 정화처리된 유체는 유출구(21)를 통하여 하우징(10) 외부로 배출된다.
여기서, 유입관(11) 전단에는 유체를 강제 이송시키기 위한 펌프(미도시)와, 유체에 포함된 부유물을 걸러내기 위한 필터(미도시)가 선택적으로 더 구비된다.
도 2 및 도 3은 본 고안에 따른 광촉매를 이용한 정화장치의 분해사시도 및 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 통형상(보다 양호하게는 원통)으로 마련되되 일측단 측면에 유입관이 구비된 하우징(10)과, 하우징(10)의 내부 중앙에 설치되며 일측단이 개방된 석영관(12)과, 석영관(12)의 일측단을 지지하며 하우징(10)의 일측단을 밀폐시키기 위한 제1뚜껑부재(30)와, 제1뚜껑부재(30)에 의해 지지되는 석영관(12)에 내재되며 전원인가시 자외선을 방사하는 자외선램프(13) 및, 하우징(10)의 타측단을 폐쇄하며 정화 처리된 유체를 하우징(10) 외부로 방출하기 위한 유출관(21)이 마련된 제2뚜껑부재(20)가 구비된다.
여기서, 하우징(10)은 그 양측단에 제1뚜껑부재(30)와 제2뚜껑부재(20)를 각각 체결할 수 있도록 체결수단이 마련되는 바, 체결수단은 일례로 나사결합(23,23a,33,33a)을 들 수 있다.
또, 하우징(10)은 플라스틱이나 스테인레스 재질로 만들어지며, 플라스틱 재질로 만들 경우 그 내표면을 은 또는 알루미늄으로 코팅처리하고, 스테인레스 재질로 만들 경우 그 내표면을 광택처리한다. 이는 자외선의 반사율을 높여 광반응 효율을 증대시키기 위함이며, 자외선에 의해 플라스틱 재질이 소손되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 하우징(10)은 그 내표면에 광촉매가 코팅될 수 있다. 이 경우 자외선 방사시 하우징(10)도 광분해 반응에 참여함으로서 광반응 효율을 보다 향상시킬 수 있게된다. 즉, 그 내벽에 산화티탄에 백금, 은, 납, 니켈, 주석, 크롬, 철, 마그네슘의 금속 및 산화물을 0.01~30%까지 단독으로 또는 2종 이상 첨가된 코팅층(15)이 구비된다.
제1뚜껑부재(30)는 석영관(12)이 하우징(10) 내측에 위치하도록 지지하며 하우징(10)의 일측단에 체결된다. 이를 위하여 제1뚜껑부재(30)에는 그 일측단 외주면상에 나사산(33)이 마련되고, 그 내측에 석영관(12)을 소정부분 삽입 시킬 수 있도록 공간부(미부호)가 마련된다.
또, 제1뚜껑부재(30)에는 하우징(10)의 일측단과의 체결시 기밀상태를 유지할 수 있도록 체결부위에 오링(O-ring;31a) 및 오링 삽입홈(31)이 적어도 하나 이상 구비된다.
또한, 제1뚜껑부재(30)의 일측단 내벽에는 삽입되어진 석영관(12)을 고정 지지하며 기밀상태를 유지할 수 있도록 오링(32a) 및 오링 삽입홈(32)이 적어도 하나 이상 구비된다.
자외선램프(13)는 광반응을 일으킬 수 있도록 전원인가시 자외선을 방사하기 위한 것으로, 석영관(12) 내측에 내재된다.
한편, 자외선램프(13)의 전원공급선(14)은 하우징(10) 외부로 인출되는 바, 이를 위하여 관통공(42)이 구비된 커버(40)가 더 마련된다. 즉, 자외선램프(13)의 전원공급선(14)은 커버(40)에 구비된 관통공(42)을 통하여 하우징(10) 외부로 인출되고, 커버(40)는 제1뚜껑부재(30)의 타측단에 체결된다. 여기서 커버(40)는 나사(41)에 의해 제1뚜껑부재(30)의 타측단에 체결됨이 보다 양호할 것이다. 미설명부호 41a,42b는 나사 체결공이다.
제2뚜껑부재(20)는 하우징(10)내에서 정화된 유체를 외부로 배출하기 위한 유출관(21)이 구비되며 하우징(10)의 타측단에 체결된다. 이를 위하여 제2뚜껑부재(20)에는 그 일측단 외주면상에 나사산(23)이 마련된다.
또한, 제2뚜껑부재(20)에는 하우징(10)의 타측단과의 체결시 기밀상태를 유지할 수 있도록 체결부위에 오링(22a) 및 오링 삽입홈(22)이 적어도 하나 이상 구비된다.
여기서, 제2뚜껑부재에 구비된 유출관은 하우징의 장축방향으로 마련되며, 보다 양호하게는 장축상에 마련된다. 이는 하우징내에서의 유체 흐름을 균일하게 하여 정화율의 최대화를 유도하기 위함이다.
상기의 기술사상을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5 내지 8은 하우징(10)내에서의 유속 및 압력분포를 모델링한 것이다.
| 항 목 | 규 격 |
| 하우징 외경 | 45mm |
| 하우징 외관 길이 | 115mm |
| 유입관, 유출관 직경 | 5mm |
| 하우징 내경 | 30mm |
| 하우징 내관 길이 | 100mm |
| 하우징 용량 | 0.112ℓ |
| 조 건 | 유입구의 유속(m/s) | 중력의 방향 |
| 1 | 0.2 | -Y |
| 2 | 0.047 | -Z |
Grid 작성
오차 범위내에서 20만개의 Grid 작성, 격자는 시스템의 형태상 삼각격자와 사각격자의 조합으로 생성함.
조건 1의 경우 도 5에 도시한 바와 같이 유입구(11)와 유출구(21)의 일부분을 제외하고는 하우징(10) 내의 전 영역에서 속도분포가 균일하게 나타나는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이 유출구(21) 부분을 제외한 전 영역에서 같은 압력분포를 나타내고 있다.
조건 2의 경우 조건 1의 경우보다 유속이 느려 중력의 영향을 보다 많이 받는 조건이라고 볼 수 있는데, 이 경우에도 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 하우징(10)내에서 속도분포나 압력분포가 균일한 것으로 관측됨.
한편, 하우징(10)내에는 자외선램프(13)에서 방사되는 자외선에 의해 광반응을 일으킴으로서 정화작용을 하는 광촉매가 충진된다.
이러한 광촉매는 다양한 형태로 가공되며 도 4에 도시한 바와 같이하우징(10)과 석영관(12) 사이에 충진된다.
즉, 광촉매(16)는 코팅체로서 실리카알루미나, 맥반석, 게르마늄, 유리, 옥, 활성탄 등의 1~10 mm 정도 구형, 원통형, 알갱이 형태의 지지체에 산화티탄을 코팅하여 하우징(10)과 석영관(12) 사이에 충진된다.
또, 광촉매는 코팅체(16)로서 산화티탄이 코팅된 실리카알루미나, 맥반석, 게르마늄, 유리, 옥, 활성탄을 골고루 혼합하여 하우징(10)과 석영관(12) 사이에 충진할 수도 있다.
또한, 광촉매는 코팅체(16)로서 산화티탄이 코팅된 실리카알루미나, 맥반석, 게르마늄, 유리, 옥, 활성탄을 종류별로 구분하여 하우징(10)과 석영관(12) 사이에 충진할 수도 있다.
또, 광촉매는 코팅체로서 스테인레스 스틸, 철, 은을 가공한 스프링 형태의 지지체에 산화티탄을 코팅하여 만든 광촉매 코팅체를 석영관에 끼우거나, 하우징(10)과 석영관(12) 사이의 공간에 맞게 석영관(12)에 감아 사용한다.
또한, 광촉매는 코팅체로서 스테인레스 스틸, 철, 은을 가공한 구멍크기가 0.1~10 mm인 망형태의 지지체에 산화티탄을 코팅하여 만든 광촉매 코팅체를 둥글게 말아 석영관(12)에 끼워 사용한다.
또, 광촉매는 산화티탄을 코팅하는 과정에서, 산화티탄에 백금(Pt), 은(Ag), 납(Pd), 니켈(Ni), 주석(Sn), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg)의 금속 및 산화물을 0.01~30% 단독 또는 2개 이상 혼합 첨가하여 스프레이법이나, 함침법, 딥코팅(DIP-COATING)법으로 코팅해 50~600 ℃의 온도로 열처리하여 사용할 수도 있다.
그리고 자외선램프(13)는 하우징의 규격 및 오염원에 따라 근자외선(UV-A 315-400㎚), 중자외선(UV-B 280-315㎚), 원자외선(UV-C 100-280㎚)을 방출할 수 있도록 선택되며, 블랙라이트 램프도 사용이 가능하다.
이하에는 전술한 기술적 구성을 참조하여 광촉매를 이용한 정화장치의 작용효과를 상세히 설명한다.
자외선램프(13)에 전원이 인가되고, 유입구(11)를 통하여 오염원을 포함하는 유체가 하우징(10)내로 유입되면, 자외선램프(13)에서 방사된 자외선과 광촉매간의 광반응으로 인하여 정화가 이루어진다.
즉, 광촉매에 밴드갭(BAND GAP) 에너지 이상의 빛을 가하면 전자와 정공이 생성되고, 이들에 의한 강한 산화 ·환원 반응이 진행된다. 그 결과, 산화 ·환원 과정에서 유기물이 분해되어 인체에 무해한 이산화탄소와 물로 변환된다.
한편, 산화티탄에 단독 또는 혼합하여 백금, 은, 납, 니켈, 주석, 크롬, 철, 마그네슘의 금속 및 산화물이 첨가됨으로서, 광촉매 표면에 생성된 전자와 정공이 다시 원위치하는 현상이 지연된다. 이에 따라, 오염물질과 반응할 수 있는 가능성이 증대되어 오염물질의 분해효율을 향상시킬 수 있게된다.
또한, 유출구(21)가 하우징(10)의 장축방향으로 설치됨으로서 전술한 바와 같이 하우징(10)내에서의 유속 및 분포압력이 균일하게 유지되어, 오염물질의 분해 및 살균력을 보다 극대화시킬 수 있다.
그리고 미설명부호 11a, 21a는 유입구(11)와 유출구(21)에 각각 설치된 망으로서, 하우징(10)과 석영관(12) 사이에 충진된 광촉매 코팅체(16)의 유실을 방지한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 따르면, 광촉매에 의한 정화작용이 일어나는 하우징내의 유속 및 압력분포가 균일하게 이루어짐으로서 정화율을 보다 극대화시킬 수 있다는 효과가 있다.
또, 본 고안에 따르면 용이한 체결구조로 인하여 조립 및 분해가 간단하고 기밀성을 보다 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 고안에 따르면 다양한 형태로 광촉매를 하우징내에 충진함으로서 광반응 현상을 최적화 하는 한편 광반응시 유체와의 광반응 표면적을 극대화시켜 오염물질의 분해 및 살균력을 보다 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
Claims (8)
- 유입관과, 상기 유입관을 통하여 유입된 유체를 정화하기 위한 하우징을 구비한 광촉매를 이용한 정화장치에 있어서,상기 유입관을 통하여 유입된 유체가 상기 하우징내에서 정화되는 동안 유속 및 압력분포가 균일하게 유지되도록 상기 하우징의 장축방향으로 유출관이 구비된 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 1항에 있어서,상기 하우징은 통형상으로 마련되되 양측단에 제1뚜껑부재와, 제2뚜껑부재가 체결수단에 의해 각기 구비되고,상기 제1뚜껑부재는 상기 하우징내에 설치되는 석영관을 고정 지지할 수 있도록 공간부가 형성되되 그 내벽에는 적어도 하나 이상의 오링과 오링 삽입홈이 구비되며,상기 제2뚜껑부재는 상기 하우징내에서 정화처리된 유체를 상기 하우징 외부로 배출할 수 있도록 상기 하우징의 장축상에 유출구가 구비되고,상기 제1뚜껑부재와 상기 제2뚜껑부재의 체결부위에는 기밀상태를 유지할 수 있도록 적어도 하나 이상의 오링과 오링 삽입홈이 더 구비된 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 2항에 있어서,상기 석영관에 내재되는 자외선램프의 전원공급선을 상기 하우징 외부로 인출할 수 있도록 관통공이 형성되고 상기 제1뚜껑부재의 타측단에 체결수단에 의해 체결되는 커버를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 2항에 있어서,상기 하우징과 상기 석영관 사이에 광촉매가 충전되되 상기 광촉매는 실리카알루미나, 맥반석, 유리, 옥, 게르마늄, 활성탄, 제올라이트 중에서 선택된 1종에 산화티탄이 코팅된 소정크기의 구형 또는 원통형의 알갱이인 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 광촉매는상기 산화티탄에 백금, 은, 팔라듐, 니켈, 코발트, 크롬, 철, 아연의 금속이 0.01~30% 첨가되어 코팅된 소정크기의 구형 또는 원통형의 알갱이인 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 광촉매는상기 석영관 외주면에 끼우거나 상기 하우징과 상기 석영관 사이의 공간에 내재시킬 수 있도록 산화티탄이 코팅된 스테인레스 스틸, 철, 은, 알루미늄 중에서 선택된 1종으로 가공된 스프링 형태의 지지체인 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 광촉매는상기 석영관 외주면을 감싸거나 상기 하우징과 상기 석영관 사이에 내재시킬 수 있도록 산화티탄이 코팅된 스테인레스 스틸, 철, 은, 알루미늄 중에서 선택된 1종으로 가공된 망 형태의 지지체인 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 하우징은그 내벽에, 산화티탄에 백금, 은, 납, 니켈, 주석, 크롬, 철, 마그네슘의 금속 및 산화물을 0.01~30%까지 단독으로 또는 2종 이상 첨가된 코팅층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 정화장치.
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| KR2020020018955U KR200289039Y1 (ko) | 2002-06-22 | 2002-06-22 | 광촉매를 이용한 정화장치 |
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| KR2020020018955U KR200289039Y1 (ko) | 2002-06-22 | 2002-06-22 | 광촉매를 이용한 정화장치 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100671311B1 (ko) | 2004-02-03 | 2007-01-19 | 심종섭 | 광촉매 살균정화장치 |
| KR20220118071A (ko) * | 2021-02-18 | 2022-08-25 | 윤성민 | 자외선과 광촉매를 이용한 축사용 살균 및 악취 제거기 및 이를 이용한 IoT 스마트 축사용 살균 및 악취 제거 시스템 |
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2002
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| KR102569610B1 (ko) * | 2021-02-18 | 2023-08-29 | 윤성민 | 자외선과 광촉매를 이용한 축사용 살균 악취 제거기 및 이를 이용한 IoT 스마트 축사용 살균 악취 제거 시스템 |
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