KR200329817Y1 - 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이산화티타늄과 같은 광촉매와 태양광을 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것으로써, 태양광을 이용함으로써 인공광인 UV광을 이용하는 광촉매 반응기에 비해 에너지 비용과 광원 설치 비용이 없고, W자 형태의 반사판과 반사필름을 이용하여 광을 반사시켜 태양의 위치가 변하여도 광촉매에 광을 공급하여 처리효율을 높일 수 있고, 광촉매를 모듈에 장착하여 처리 용량이 증가할 경우 간단하게 모듈의 수를 증가시켜 스케일-업(Sacle-up)이 용이한 실내공기 정화장치에 관한 것이다.

Description

태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화 장치{Purification Apparatus for Indoor Air using Sun Light and Photocatalyst}

본 고안은 빌딩이나 건물 등 실내의 담배나 악취 및 화학물질을 제거하거나 감소시키는 것과 같이 실내공기 정화에 사용되는 이산화티타늄과 같은 광촉매를 스펀지와 같이 다공성 담체에 내후성이 강한 실리콘 실란트로 코팅하고 UV광이 투과되고 내후성이 강한 PVDF관(폴리염화비닐덴플로라이드)관에 충진하여 태양광을 이용하여 처리하는 실내공기 정화장치에 관한 것이다.

최근 실내공간에서의 실내공기 질(Indoor Air Quality - IAQ)의 중요성이 국제적으로 새로운 환경문제의 이슈로 대두되고 있다. 국내에서는 도시지역의 대기오염으로 인한 건강영향에 대해서만 언급 할 뿐 대부분의 사람들은 실내공기오염이 인체에 비치는 영향이 대기오염(실외오염)보다 더욱 중요하다는 것을 거의 인식하지 못하고 있으며, 실내공기 오염물질의 성질과 농도에 대해서도 파악을 못하고 있는 실정이다.

실내공기가 인간의 건강과 관련지어 대기오염보다 더욱 중요한 이유는 사람은 하루 24시간 중 80% 이상을 가정, 일반 사무실, 실내 작업장, 공공건물, 지하시설물, 상가, 음식점, 자동차, 지하철 등의 실내에서 생활하는 것으로 조사 보고되고 있으며, 대기오염은 자연적인 희석율이 크고 대기오염에 대한 사회적 인식, 각종 규제로 인하여 억제되고 있으나, 실내공기는 한정된 공간에서 인공적인 설비를 통하여 오염된 공기가 계속적으로 순화되면서 그 농도가 증가되며, 다양한 산업기술이 만들어 낸 새로운 건축자재에서 오염물질이 방출되고, 또한 경제수준의 향상으로 생활용품의 사용이 증가하는데 이 같은 생활용품에서도 오염물질이 방출된다.

광촉매 산화기술은 액상 뿐 아니라 기상에서도 적용할 수 있는데 최근에는 탈취, VOC 처리, SOx/NOx제거, CO₂환원 등에 적용되고 있으며, 광섬유를 이용한 지하수처리 등 기초과학에서부터 응용과학, 공학 등 다방면에 걸쳐 연구가 활발히 이루어지고 있다.

대기 정화에 사용되는 광촉매는 수질 분야에서 많이 사용하고 있는 유리구슬이나 제올라이트 등의 무기물에 광촉매를 코팅하여 사용하거나(예를 들면, 공개특허공보, 10-2001-0065560), 수지 등에 광촉매를 코팅한 광촉매 시트 등(예를 들면, 공개특허공보, 10-1999-00139450)을 이용하여 처리하는 공정을 개발하여 왔으나 광촉매 코팅된 표면적이 적어 성능이 높지 않을 뿐만 아니라 빛의 효율적인 이용이 어렵다. 따라서, 광촉매의 효율을 높이기 위한 시스템이 필요하다.

본 고안은 상기한 바와 같이 종래 기술의 여러 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 표면적이 넓고 UV 빛에 저항성이 높은 내후성이 있는 재질로 광촉매를 코팅하여 광촉매의 효율을 높이고, 태양광을 이용하여, 시설비와 운전비가 적으며, 기존 포물선 모양의 반사판을 개선하여 태양광을 효율적으로 이용할 수 있는 반사판을 설치하여 태양광의 이용을 극대화 할수 있는 실내공기 정화장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

따라서, 본 고안의 목적은, 광촉매가 코팅된 담체를 포함하고 설치와 운전 비용을 줄이기 위해 태양광을 직접 광촉매 반응의 광원으로 이용하며, 태양광을 효율적으로 반사시켜 광이용을 높인 실내공기 정화장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 이산화티타늄과 같은 광촉매를 고정한 고정 담체는 표면적이 높고, 기공이 많아 공기의 흐름을 방해하지 않는 고분자 스펀지에 UV에 저항하는 내후성이 높은 실리콘 실란트를 바인더로 하여 이산화티타늄과 같은 광촉매 분말을 고정화한다.

태양광의 반사에 사용되는 반사판은 구조를 W자형으로 만들어 이산화티타늄 고정 담체가 충진되어 있는 PVDF관 하부에도 빛이 투과되도록 하였으며, 시간에 따라 태양의 각도가 변하더라도 PVDF관 하부에 반사되는 다른 위치에서 반사가 되는 특성을 가지고 있는 실내공기 정화장치를 제공한다.

도 1은 광촉매가 고정된 고분자 스펀지의 단면도

도 2 (a)는 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화장치의 구성도, (b)는 건물 옥상에 설치된 실내공기 정화장치의 설치도

도 3은 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화장치의 광촉매 모듈 조합의 측면도

도 4는 1단 광촉매 모듈의 구성도와 A-A'단면도

도 5 (a)는 1단 광촉매 모듈이 태양과의 각도가 90도일 때, 도 5 (b)는 각도가 45도일 때의 태양광 반사효과를 나타낸 도면

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 고분자 스펀지 3 : 투명 실리콘 실란트

5 : 광촉매 7 : 광촉매 고정 담체

9 : W자형 반사판 11 : 반사판 지지대

13 : 연결관 15 : 공기 배관

17 : 프리필터(Frefilrer) 19 : 공기 팬(Fan)

21 : 조절 밸브 23 : By-pass 밸브

25 : 집진필터 27 : 빌딩 또는 건물

29 : 담체 유출방지용 그물 31 : PVDF관(폴리염화비닐덴플로라이드)

33 : 반사필름 35 : 태양

37 : 태양광 39 : 지지대

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 광촉매가 고정된 고분자 스펀지의 단면도, 도 2 (a)는 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화장치의 구성도, (b)는 건물 옥상에 설치된 실내공기 정화장치의 설치도, 도 3은 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화장치의 광촉매 모듈 조합의 측면도, 도 4는 1단 광촉매 모듈의 구성도와 A-A'단면도, 도 5 (a)는 1단 광촉매 모듈이 태양과의 각도가 90도일 때, 도 5 (b)는 각도가 45도 일 때의 태양광 반사효과를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이,

광촉매 고정 담체(7)는 고분자 스펀지(1) 표면에, 투명 실리콘 실란트(3) 및 광촉매(5)의 순서로 코팅되어 있다. 고분자 스펀지(1)에 바인더로 유리 등의 접착에 사용되는 투명 실리콘 실란트(3)를 이용하여 코팅하고 그 위에 광촉매(5)를 도포하여 상온에서 48시간 건조한 뒤 수중에서 3번 세척하여 미 접착된 광촉매(5)를 떨어낸 뒤 다시 상온에서 24시간 건조하여 PVDF관(31)에 충전한다. 광촉매(5)의 고정에 이용되는 고분자 스펀지(1)의 공극율은 통상 90% 이상이다. 상기 실리콘 실란트는 투명한 색상이 바람직하다.

도 2 (a)는 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화장치의 구성도로서 크게, 광촉매 고정 담체(7)가 충진된 PVDF관(25)과 W자형 반사판(9), 실내공기를 불어넣는 공기 팬(19), 프리필터(17), 집진필터(25) 등으로 구성되어 있다.

오염된 공기는 빌딩 또는 건물(27)이나 지하에서 공기 팬(19)을 통하여 유입되고, 조절 밸브(21)를 통하여 유량을 조절하고, 농도가 높거나 처리해야 할 오염 공기량이 많은 경우 By-pass 밸브(23)을 통하여 유입되는 오염 공기를 공기 팬(19)으로 반송시켜 공기 팬(19)에 무리를 주지 않고 유량을 조절할 수 있다. 유량이 조절된 오염 공기는 프리필터(17)를 거쳐 큰 입자를 제거하고 미세입자를 제거하기위한 집진필터(25)를 거쳐 광촉매 고정 담체(7)가 충진된 PVDF관(31)로 유입되고, PVDF관(31) 상부로 직접 투과되는 태양광(37)이나 반사필름(33)이 부착된 W자형 반사판(9)에 의해 반사되고 PVDF관(31) 하부로 투과되어 PVDF관(31) 내부의 광촉매 고정 담체(7)에 도달된 태양광(37)에 의해 정화된다. 정화된 공기는 집진필터(25)를 거쳐 광촉매 고정 담체(7)에서 분리된 광촉매(5)나 미제거된 미세먼지 등을 제거하고 다시 실내로 유입된다.

상기 프리필터(17)와 집진필터(25)는 카트리지 타입으로 제작되어 필터 교체나 청소가 용이하다. 도 2 (b)는 건물 옥상에 설치된 실내공기 정화장치의 설치도로서 통상 태양광(37)을 잘 받을 수 있는 실외나 건물 옥상에 설치된다.

도 3은 태양광과 광촉매를 이용한 실내공기 정화장치의 광촉매 모듈 조합의 측면도로서, 지지대(39)는 W자형 반사판(9)과 광촉매(5)가 충진되어 있는 PVDF관(31)이 부착되어 있는 반사판 지지대(11)를 지지하는 역할을 한다.

도 4는 1단 광촉매 모듈의 구성도와 A-A' 단면도로서 고분자 스펀지(1)에 광촉매(5)가 고정화되어 있는 광촉매 고정 담체(11)가 PVDF관(31)에 충진되어 있고 PVDF관(31) 양쪽은 담체 유출방지용 그물(29)이 있어 광촉매 고정 담체(7)의 유출을 막는 역할을 한다. 도 4의 A-A' 단면도에서 W자형 반사판(9)위에 반사필름(33)이 접착되고, PVDF관(31)은 반사필름(33)위에 설치된다.

상기 PVDF관(31), 광촉매 고정 담체(7), W자형 반사판(9) 및 반사필름(33)은 1개의 모듈을 이루며, 다량의 오염공기를 정화할 경우 반사판 지지대(11)위에 상기 모듈을 다수 설치하여 처리 가능하다. 상기 반사필름(33)은 반사도가 높은 금속재질이면 무방하나 알루미늄 호일이 반사성능, 경제적인 관점과 이용 용이성에서 가장 바람직하다. 상기 W자형 반사판(9)은 플라스틱이나 금속재질 모두 사용가능하나, 제작이 용이하고, 가격이 저렴한 플라스틱 재질이 바람직하며, 플라스틱 재질을 사용할 경우 플라스틱이 태양에 의해 분해되는 것을 막기 위하여 반사필름(33)이 상부에 부착되어야 한다.

도 5는 (a)는 1단 광촉매 모듈이 태양과의 각도가 90도일 때, 도 5 (b)는 각도가 45도 일 때의 태양광 반사효과를 나타낸 도면이다.

도 5 (a)에서 보듯이 태양과의 각도가 90도 일 경우 PVDF관(31) 상부는 태양광(37)이 바로 PVDF관(31)을 통과하여 광촉매 고정 담체(7)에 접촉되며, W자형 반사판(9)에 부딪친 태양광(37)은 반사필름(33)에 의해 반사되어 PVDF관(31) 양옆이나 하부쪽에 투과된다. 도 5 (b)는 태양과의 각도가 45도 일 경우 태양광(37) 일부는 직접 PVDF관(31)을 투과하고, 나머지 태양광(37)은 W자형 반사판(9)의 측면이나 하부에서 반사되어 PVDF관(31)으로 투과되는데, 각도가 90도일 경우와는 다르게 태양광(37)이 PVDF관(31)하부 일부에 집중되는 현상이 발생한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 태양광을 이용함으로서 시설비와 유지비가 저렴하며, 광촉매가 다공성이 높은 담체에 고정되어 있어 공기의 흐름에 방해를 받지 않으며, 표면적이 넓어 오염 공기와 광촉매의 접촉이 많아져 처리효율이 높다. 또한 W자형 반사판과 반사필름을 사용하여 태양광을 반사시켜 원형으로 된 광촉매 고정 담체의 하부에도 태양광이 투과되어 처리효율을 높은 장점이 있다.

Claims (4)

1. 이산화티탄과 같은 광촉매를 고분자 스펀지와 같은 다공성 담체에 고정화한 광촉매 고정 담체를 자외선이 투과되고 내후성이 있는 PVDF관에 충진하고 하부에는 W자형 반사판과 반사필름을 이용하여 태양광이 PVDF관 하부에도 투과하도록 하여 오염된 공기를 처리하는 것을 특징으로 하는 태양광과 광촉매를 이용한 공기정화장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광촉매가 충진된 관에 태양광이 하부에도 반사될 수 있도록 반사판의 구조를 W자형으로 한 것을 특징으로 하는 실내공기 정화장치.
3. 제 1항에 있어서 W자형 반사판 상부에 알루미늄 호일로 된 반사필름을 장착해 광 반사율을 높인 것을 특징으로 하는 실내공기 정화장치.
4. 제 1항에 있어서 이산화티탄과 같은 광촉매를 투명 실리콘 실란트를 바인더로 하여 고분자 스펀지와 같은 다공성 담체에 고정화한 광촉매 고정 담체를 이용하는 것을 특징으로 하는 실내공기 정화장치.